JP2008017218A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】負帰還による歪み補償を行いながら、回路規模を少なくすることができる無線通信装置を提供すること。
【解決手段】無線通信装置１００に、ベースバンド信号を発生するベースバンド信号発生部１１１と、負帰還信号を前記ベースバンド信号に加算する加算器１１３と、前記負帰還信号が加算された前記ベースバンド信号を変調し無線送信信号を生成する変調手段としての直交変調器１１４、乗算器１１６と、前記無線送信信号を増幅する増幅器１１７と、を有する送信部１１０と、前記無線送信信号をベースバンド信号に変換し前記負帰還信号として出力する復調手段としての乗算器１６５、直交復調器１７１と、前記負帰還信号の位相を調整する移相器１６４と、を有する受信部１６０と、を設けた。こうして受信部を帰還部と併用することで、負帰還による歪み補償を行いながら、回路規模を少なくすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、増幅器による歪みを補償した送信信号を送信する無線通信装置に関する。

無線通信装置の送信信号における歪補償を行う技術としては、特許文献１に記載されたものが知られている。同文献には、互いに直交する信号を用いて負帰還を行う増幅装置が開示されている。同文献に開示される負帰還増幅器は、ベースバンド信号の同相成分と直交成分に、同相成分と直交成分のフィードバック信号をそれぞれ加算する加算器と、前記加算器出力の同相成分と直交成分とを直交変調する直交変調器と、変調器の出力を増幅する増幅器と、増幅器の出力の一部を直交復調して、同相成分と直交成分信号を出力する直交復調器と、同相成分と直交成分信号とベースバンド信号の同相成分と直交成分信号を減算し差分信号を出力する減算器と、直交変調器と直交復調器のローカル信号を生成する発振器と、ループが負帰還になるように位相を調整する移相器とで構成されている。そして、電力増幅器の歪み成分を、負帰還ループを形成することによって低減している。
特開平８―７８９６７号公報

しかしながら、従来の無線通信装置においては、負帰還の補償をするための専用の帰還部が必要となり回路規模が増大するという問題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、負帰還による歪み補償を行いながら、回路規模を少なくすることができる無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明の無線通信装置は、ベースバンド信号を発生するベースバンド信号発生器と、負帰還信号を前記ベースバンド信号に加算する加算器と、前記負帰還信号が加算された前記ベースバンド信号を変調し無線送信信号を生成する変調手段と、前記無線送信信号を増幅する増幅器と、を有する送信部と、前記無線送信信号をベースバンド信号に変換し前記負帰還信号として出力する復調手段と、前記負帰還信号の位相を調整する移相器と、を有する受信部と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、受信部を帰還部と併用することで、負帰還による歪み補償を行いながら、回路規模を少なくすることができる無線通信装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態に係る無線通信装置の構成について、図１を参照して説明する。

図１に示すように実施の形態１の無線通信装置１００は、送信部１１０と、アンテナ１２０と、送受信切り替え部１３０と、局部発振部１４０、１５０と、受信部１６０とを有する。

送信部１１０は、ベースバンド信号をディジタルアナログ変換した後に、まず局部発振部１４０からの第１の局部発振信号を乗算して中間周波数（ＩＦ）信号に変換し、さらに局部発振部１５０からの第２の局部発振信号を乗算して無線信号に変換する。この無線信号は増幅されて、送受信切り替え部１３０、アンテナ１２０を介して送信されるとともに、受信部１６０に出力される。

具体的には、送信部１１０は、ベースバンド信号発生部１１１と、ディジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換部１１２と、加算器１１３と、直交変調器１１４と、減算器１１５と、乗算器１１６と、増幅器１１７とを有する。

ベースバンド信号発生部１１１は、送信ベースバンド信号を発生し、Ｄ／Ａ変換部１１２に出力する。ベースバンド信号発生部１１１は、送信ベースバンド信号の同相成分および直交成分のそれぞれをＤ／Ａ変換部１１２に出力する。

Ｄ／Ａ変換部１１２は、送信ベースバンド信号をディジタルアナログ変換し、アナログ変換された送信ベースバンド信号を加算器１１３および減算器１１５に出力する。

加算器１１３は、受信部１６０からの負帰還信号が減算器１１５でアナログ変換後の送信ベースバンド信号が減算されて入力され、その入力される負帰還信号とアナログ変換後の送信ベースバンド信号とを加算する。加算器１１３は、送信ベースバンド信号の同相成分が入力される加算器１１３ａと、直交成分が入力される加算器１１３ｂとを有し、各成分について、負帰還信号とアナログ変換後の送信ベースバンド信号との加算が行われる。

直交変調器１１４は、加算器１１３から出力されるベースバンド信号に局部発振部１４０からの第１の局部発振信号を乗算して中間周波数（ＩＦ）信号に変換する。直交変調器１１４は、位相シフト器と、２つの乗算器とを有する。位相シフト器は、入力される第１の局部発振信号にπ／２の位相シフトを与え、当該位相シフトが与えられた局部発振信号および位相シフトされていない局部発振信号のそれぞれを異なる乗算器に出力する。上記２つの乗算器には、一方にベースバンド信号の同相成分が入力され、他方に直交成分が入力される。両乗算器は、それぞれ入力されるベースバンド信号と局部発振信号とを乗算して乗算器１１６に出力する。

減算器１１５は、受信部１６０からの負帰還信号からＤ／Ａ変換部１１２からのベースバンド信号を減算して差分信号を求め、当該差分信号を負帰還信号として出力する。

乗算器１１６は、直交変調器１１４からのＩＦ信号に局部発振部１５０からの第２の局部発振信号を乗算して無線周波数信号に変換する。

増幅器１１７は、乗算器１１６からの無線信号を増幅して送受信切り替え部１３０およびアンテナ１２０を介して送信するとともに、受信部１６０に出力する。

受信部１６０は、無線信号が受信されているときには通常の受信部として機能する一方で、送信部１１０から送信信号が送信されているときには、送信信号の増幅による歪みを補償するために用いられる負帰還信号を形成する負帰還信号形成機能部として機能する。ここで形成される歪み補償のためのループは、カーテシアンループ方式である。

具体的には、受信部１６０は、スイッチ１６１と、低雑音増幅器（ＬＮＡ）１６２と、帯域フィルタ１６３と、移相器１６４と、乗算器１６５と、スイッチ１６６と、ＩＦフィルタ１６７と、自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８と、可変アッテネータ１６９と、直交復調器１７１と、アナログディジタル変換部１７２と、ベースバンド信号復調部１７３とを有する。

スイッチ１６１は、送信部１１０の直交変調器１１４および乗算器１１６からなる変調手段と、乗算器１６５および直交復調器１７１などからなる復調手段との間に設けられ、無線送信信号、およびアンテナ１２０、送受信切り替え部１３０を介して入力する無線受信信号を入力し、送信時と受信時とで出力信号を切り替える。具体的には、送信時には、送信部１１０からの無線送信信号を増幅器１６２に出力し、受信時には、無線受信信号を増幅器１６２に出力する。

スイッチ１６１を介して低雑音増幅器（ＬＮＡ）１６２に入力される信号は、ＬＮＡ１６２で増幅され、帯域フィルタ１６３でフィルタリングされて乗算器１６５に入力される。

移相器１６４は、局部発振部１５０からの局部発振信号に位相Φだけ位相シフトして乗算器１６５に出力する。この位相シフトは、受信部１６０から送信部１１０へのフィードバック信号が負帰還信号となるように与えられる。

乗算器１６５は、スイッチ１６１からの信号に局部発振信号を乗算してＩＦ周波数信号に変換する。

スイッチ１６６（１６６ａ、１６６ｂ）は、送信時と受信時とで乗算器１６５からのＩＦ信号の通るルートを切り替える。具体的には、受信時には、無線受信信号からのＩＦ信号がＩＦフィルタ１６７と自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８とからなる第１のルートを経るように切り替え、送信時には、無線送信信号からのＩＦ周波数信号が可変アッテネータ１６９からなる第２のルートを経るように切り替える。すなわち、スイッチ１６６の切り替えにより、直交復調器１７１への入力信号が、受信時には、ＩＦフィルタ１６７と自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８とからなるルートを経たＩＦ信号となり、送信時には、ＩＦフィルタ１６７と自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８とを経ずに可変アッテネータ１６９を経たＩＦ周波数信号となる。

第１のルートを通るＩＦ信号は、ＩＦフィルタ１６７でフィルタリングされて、自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８で増幅される。第２のルートを通るＩＦ信号は、可変アッテネータ１６９でレベル調整が行われる。

直交復調器１７１は、スイッチ１６６からのＩＦ信号に局部発振部１４０からの局部発振信号を乗算してベースバンド信号に変換する。直交復調器１７１は、位相シフト器と、２つの乗算器とを有する。位相シフト器は、入力される第１の局部発振信号にπ／２の位相シフトを与え、当該位相シフトが与えられた局部発振信号および位相シフトされていない局部発振信号のそれぞれを異なる乗算器に出力する。両乗算器は、入力されるＩＦ信号と局部発振信号とを乗算して、アナログディジタル変換部１７２に出力する。各乗算器からは、ベースバンド信号の同相成分および直交成分が出力される。

アナログディジタル変換部１７２は、直交復調器１７１からのベースバンド信号をアナログディジタル変換してベースバンド信号復調部１７３に出力する。

ベースバンド信号復調部１７３は、ディジタルベースバンド信号の復調処理を行う。

上記構成を有する無線通信装置１００の動作について説明する。

まず、ベースバンド信号が直交変調され、アップコンバータでＲＦ周波数に変換された後、増幅器１１７にて所望のレベルまで増幅されアンテナ１２０から送信される。

その時、増幅器１１７の出力の一部は受信部１６０に渡され、乗算器１６５でダウンコンバートした後、直交復調器１７１で直交復調される。そして、直交復調器１７１から出力されるベースバンド信号である負帰還信号は、送信部１１０にフィードバックされて、減算器１１５で歪みのないベースバンド信号との差分がとられ歪み成分のみとなる。歪み成分がベースバンド信号に加算器１１３で加えられることで負帰還ループが形成され、増幅器１１７で送信信号に与えられてしまう歪みの低減を行う。

また、送信時と受信時とでは、ＩＦ信号の通るルートが切り替えられる。受信時には、通常、自己帯域のみを通過させるＩＦフィルタ１６７（図２参照）を含む第１のルートに切り替えられる。歪み補償では、隣接チャネル等の歪みを負帰還することで送信信号に含まれる歪みの低減を行うため、ＩＦフィルタ１６７のフィルタリングが問題となる。また、上記第１のルートに含まれる自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８は、微弱レベルに対してゲインを大きく取れる様なものであるが、入力が大きい場合には歪みが発生し、入力が低いレベルにおいてはＮＦ特性が悪い特徴がある。

そこで、送信時には、ＩＦフィルタ１６７および自動利得制御（ＡＧＣ）増幅器１６８を含まない第２のルートを通るように切り替えられる。第２のルートには、可変アッテネータ１６９を含むルートである。帰還系としてもレベル調整が必要なため、第２のルートには、可変アッテネータ１６９が設けられる。可変アッテネータ１６９は、歪特性とＮＦ特性とが優れたものである必要があり、パッシブなものが推奨される。これにより帰還系は良好な歪み、ＮＦ特性を得られることになる。

なお、上記説明においては、無線通信装置１００にスーパーへテロダイン方式が適用される場合について説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ダイレクトコンバージョン方式であってもよい。ダイレクトコンバージョン方式である場合には、局部発振部１４０からの局部発振信号に位相Φの位相シフトが加えられる。

このように本実施の形態によれば、無線通信装置１００において、負帰還歪補償で、送信時に受信部１６０を帰還系として用いる構成とすることにより、回路規模を少なくすることができ、且つ、良好な歪み補償をすることができる。

（実施の形態２）
図３に示すように実施の形態２の無線通信装置２００は、帯域内非線形検出部２１０と、帯域内非線形補正部２２０とを有する。

帯域内非線形検出部２１０は、Ａ／Ｄ変換部１７２により得られたデータの帯域内非線形性を検出する。

帯域内非線形補正部２２０は、帯域内非線形検出部２１０からのデータによりその逆特性を形成し、帯域内線形補償データを生成する。

ここで、補償する帯域幅が広くなった場合には、負帰還ループでの加算器１１３と減算器１１５の振幅及び位相の線形性が歪補償効果に大きく影響を及ぼすと共に、帯域内での線形性も損なわれることとなる。

そこで、直交復調された信号成分をＡ／Ｄ変換部１７２でディジタルサンプリングした後、帯域内非線形検出部２１０にて帯域内でのデータの振幅と位相成分の誤差を検出し、その誤差成分から帯域内非線形補正部２２０にて逆補正係数データを作成し、ベースバンド信号発生部１１１で元のディジタル変調データと乗算することで、帯域内プリディストーションを行い、帯域内での線形性を確保する。こうして、送信時に受信部１６０を用いて、送信歪を帯域内はディジタル処理で、隣接チャネル等の帯域外はアナログループにて低減することとなる。

このように実施の形態２によれば、無線通信装置２００において、負帰還歪補償で、送信時に受信部１６０を帰還系として用いる構成とし、更に、帰還波形がＡ／Ｄサンプリングされたデジタルデータを用いて帯域内での非線形性を補正することで、伝送レート等が高速になり伝送帯域が広がった場合においても、良好な歪補償と帯域内線形性を保つことができる。

本発明の無線通信装置は、負帰還による歪み補償を行いながら、回路規模を少なくすることができるものとして有用であり、例えば、ディジタルＭＡＣ、防災行政無線等に用いることができる。

本発明の実施の形態１に係る無線通信装置の構成を示すブロック図 ＩＦフィルタの通常の特性を示す図 実施の形態２の無線通信装置の構成を示すブロック図

符号の説明

１００、２００ 無線通信装置
１１０ 送信部
１１１ ベースバンド信号発生部
１１２ ディジタルアナログ変換部
１１３ 加算器
１１４ 直交変調器
１１５ 減算器
１１６ 乗算器
１１７ 増幅器
１２０ アンテナ
１３０ 送受信切り替え部
１４０、１５０ 局部発振部
１６０ 受信部
１６１ スイッチ
１６２ 低雑音増幅器
１６３ 帯域フィルタ
１６４ 移相器
１６５ 乗算器
１６６ スイッチ
１６７ ＩＦフィルタ
１６８ 自動利得制御増幅器
１６９ 可変アッテネータ
１７１ 直交復調器
１７２ アナログディジタル変換部
１７３ ベースバンド信号復調部
２１０ 帯域内非線形検出部
２２０ 帯域内非線形補正部

Claims (4)

1. ベースバンド信号を発生するベースバンド信号発生器と、負帰還信号を前記ベースバンド信号に加算する加算器と、前記負帰還信号が加算された前記ベースバンド信号を変調し無線送信信号を生成する変調手段と、前記無線送信信号を増幅する増幅器と、を有する送信部と、
   前記無線送信信号をベースバンド信号に変換し前記負帰還信号として出力する復調手段と、前記負帰還信号の位相を調整する移相器と、を有する受信部と、
   を具備する無線通信装置。
2. 前記変調手段と前記復調手段との間に設けられ、前記無線送信信号および無線受信信号を入力し送信時と受信時とで出力信号を切り替える切り替え手段を具備する請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記復調手段は、
   前記無線送信信号および無線受信信号に、前記位相器により位相がシフトされた局部発振信号を乗算して中間周波数信号を出力する乗算器と、
   前記中間周波数信号をフィルタリングする帯域フィルタと、
   前記フィルタリングされた中間周波数信号および前記帯域フィルタを介さない中間周波数信号に局部発振信号を乗算してベースバンド信号に変換し、当該帯域フィルタを介さない中間周波数信号に関するベースバンド信号を前記負帰還信号として出力する変換器と、
   送信時と受信時とで、前記変換器の入力を前記フィルタリングされた中間周波数信号および前記帯域フィルタを介さない中間周波数信号で切り替える他の切り替え手段と、
   を具備する請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記復調手段の出力ベースバンド信号をアナログディジタル変換するアナログディジタル変換手段と、
   前記アナログディジタル変換手段により得られたデータの帯域内非線形性を検出する非線形検出手段と、
   前記非線形検出手段からのデータの逆特性を形成し帯域内線形補償データを生成する帯域内線形補償手段と、
   を具備する請求項１記載の無線通信装置。

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