JP2008211622A

JP2008211622A - 自動位相制御方法及び送信機

Info

Publication number: JP2008211622A
Application number: JP2007047476A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Hirukawa; 誠之肥留川; Masanori Kudo; 雅則工藤; Osaaki Seki; 修章関; Ariyasu Kodama; 有康児玉
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2008-09-11

Abstract

【課題】電力増幅器の非線形歪みを補償するための帰還路と、直交変調器と、直交復調器とを備えたデジタル送信機おいて、特定周波数帯域だけでなく、広帯域の場合にも有効な自動位相制御方法を提供する。
【解決手段】
送信周波数の中心周波数ｆ_Ｍを基準に、メモリに予め格納した高域周波数ｆ_Ｈｂと、低域周波数ｆ_Ｌｂの少なくとも２点における初期位相値φＨと、φＬとを用いて位相カーブを算出し、この算出した位相カーブに基づいて位相余裕領域内で安定した位相制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、デジタル無線送信機の自動位相制御方法に係り、特に、広帯域対応のデジタル無線送信機において、送信周波数帯域内で安定した位相制御を可能にする自動位相制御方法に関する。

例えば、公共業務用デジタル無線における変調方式として、周波数利用効率の良いπ／４シフトＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調方式が、一般的に採用されている。この変調方式では、電力増幅器の入力信号レベルにより、振幅と位相が変化し、歪みを生じる。この歪みによって送信スペクトラムが広がり、隣接チャネルに妨害を与えている。このため、使用する電力増幅器には、厳しい歪み仕様が要求される。そこで、従来からリニアライザと呼ばれる各種の非線形歪補償方式が用いられている。

その代表的な補償方式として、電力増幅器に負帰還をかけることによって、ループ利得で歪みを改善するカーテシアンループ方式がある。しかし、このカーテシアンループ方式は、閉ループ制御であることから、フィードバックループの安定性が非常に重要であり、発振の防止のために、ループの位相制御が不可欠となる。

また、デジタル無線送信機の製品化には、開発や設計、生産コスト削減のために、特定の周波数に依存せずに、広帯域に対応可能なデジタル無線送信機が求められている。

従来のカーテシアンループ方式を用いた送信機のブロック構成例を、図１に示す。図１において、１０１は送信ベースバンド部、１０２は送信ＲＦ部を示している。送信ＲＦ部１０２は、リニアライザＩＣ１０３と、直交変調部１１３、直交復調部１２２から構成され、リニアライザＩＣ１０３により非線形歪み補償を行う。

従来の自動位相方法の一例について説明する。図１に示すように、無線チャネル制御部１０４から、最初にベースバンド信号のＩ，Ｑ成分を与える。入力されたベースバンド信号Ｉは、減算器１１１に入力され、ベースバンド信号Ｑは、比較器１２５と減算器１１１に入力される。ベースバンド信号Ｑは、減算された後にループフィルタ部１１２に入力される。比較器１２５と１２６は、それぞれ入力信号の振幅値を出力し、各比較器からの出力ＣＯＭＰＱとＣＯＭＰＭＱを位相制御部１２４に送る。

位相制御部１２４は、入力してくる比較器の出力ＣＯＭＰＱとＣＯＭＰＭＱを比較し、移相量を制御する。移相量は、ＣＯＭＰＱのタイミングを基準にしてＣＯＭＰＭＱのタイミングが遅れていれば移相器１２１により移相量を減少させ、進んでいれば移相量を増加させる。図４は、一般的なデジタル無線通信に用いるフレーム構成を示すブロック図である。
通常動作時における位相調整のタイミングとして、図４に示す送信信号フォーマットに、送信シンボル（情報シンボル（ＤＡＴＡ））４０２の他にリニアライザ用プリアンブル４０１（ＬＰ）を付加したフレーム構成（すなわち１フレームを、リニアライザ用プリアンブルと情報シンボルで構成する）を用いて、位相調整を行っている。

通常動作時において、フレーム毎に位相差を調整しているので、安定した位相制御が可能となっている。

次に、図２（ａ）を用いて特定帯域（例えば、数ＭＨｚ）を持つ場合の位相制御について説明する。送信開始時に調整する最適位相値φ［°］は、負帰還ループに使用される電力増幅器や帯域フィルタの特性による周波数特性を持っているため、使用される帯域に応じて設定する必要がある。そのため、予め送信周波数領域ｆ_Ｌａ〜ｆ_Ｈａで最適になるように、従来は初期位相値として中心周波数ｆ_Ｍを用い、この中心周波数ｆ_Ｍを参照して初期位相値を調整し、送信を開始していた。

初期位相値は、図２（ａ）に示すように、仕様部品の性能によって太い実線で示した理想条件の位相値に対し、破線２０２で示したように、位相特性バラツキを生じることがあるが、送信周波数領域ｆ_Ｌａ〜ｆ_Ｈａにおいても、位相余裕領域２０１内であることを満足しているため、安定した特性を有する無線機を可能にしている。

その後の動作中には、図４に示した送信信号フォーマットに付加されたリニアライザ用プリアンブル４０１により位相のズレを監視し、移相器１２１により位相制御を行う。

なお、このような位相制御機能については、例えば、特許文献４に記載されている。

また、以下の特許文献１には、電力増幅器の歪みを補償するための帰還回路及び直交復調器を備えたデジタル送信機において、温度変化による位相変化に対応するために用いる専用の制御デジタル回路により生じるスプリアス劣化が生じない自動位相制御、及び車載機における送信周波数切り替え時に生じる急峻な位相変化に対応するループの自動位相制御を行うため、温度センサにより送信機内部の温度を監視し、温度変化が生じた場合に、予め用意した温度テーブル又は、温度変化に対する位相変化の近似式から、位相制御回路で算出したループ位相の最適な位相データを移相器に与えて自動位相制御を行うことが開示されている。

また、特許文献２には、デジタル送信機において、経年変化などから生じる送信開始時の初期位相変化を検出し、初期位相差値を自動的に補正できる位相補正方式として、送信中に検出した位相差と補正量を監視する手段を具備し、位相差が小さい場合の補正量を温度情報及び周波数情報と関連づけて記憶し、送信開始時の初期値とすることにより、経年変化による位相値変動を補正する自動位相補正方式が開示されている。

また、特許文献３には、温度変化だけではなく、送信周波数変化による急峻な位相変化にも対応することが可能な自動位相補正回路及び自動位相補正方法として、入力ベースバンドＩ，Ｑ信号によりローカル搬送波を直交変調器で直交変調して周波数変調した送信信号を増幅器で増幅する際、増幅部での非線形歪みを補償するため、増幅部から取り出した出力信号の一部を直交変調器を介して帰還すると共に、移相器によりローカル搬送波の移相量を制御する自動位相補正回路において、送信機を制御するＣＰＵ等からの送信周波数の変更によりローカル搬送波を設定し、かつ、送信機内の温度センサからの温度によって設定位相量を補正するデジタル無線機の送信機が開示されている。

特開２００２−２３７８６０号公報特開２００３−１９８６４９号公報特開２００３−８７３４６号公報特開２００２−１１１７５９号公報

しかしながら、図２（ａ）を用いて説明した従来技術によるデジタル送信機において、さらに広帯域（例えば、１０ＭＨｚ）にする場合には、送信周波数領域が広がることにより、使用部品の性能誤差が広がることにつながる。このため、図２（ｂ）の破線２０３に示すように、送信周波数領域の高域ｆ_Ｈｂあるいは低域ｆ_Ｌｂにおいて、位相余裕領域を超えてしまう可能性があり、発振の恐れがある。

そこで、本発明の目的は、特定帯域を持つ場合だけでなく、広帯域の場合においても有効な歪み補償が可能な自動位相制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、予め送信周波数に対応する初期位相値を格納するメモリと、送信ベースバンド部に入力された信号と該入力された信号の一部を負帰還させた信号とを比較する比較器と、前記送信ベースバンド部に入力された信号と前記負帰還させた信号との位相のズレを調整する位相制御部とを備え、前記位相制御部により送信周波数の位相値が最適となるように、歪み補償を行うデジタル送信機の自動位相制御方法であって、
前記位相制御部は、送信周波数の初期位相値を調整するための位相カーブを、前記メモリに格納された前記送信周波数の少なくとも２地点における初期位相値により算出し、該算出した位相カーブに基づいて位相調整を行うことを特徴とするものである。

本発明によれば、特定帯域（例えば、数ＭＨｚ）だけでなく、送信周波数が広帯域な場合（例えば、１０ＭＨｚ）でも自動位相補正制御が可能となり、スプリアスの劣化原因を解消すると共に、送信周波数の変化に伴う急激な位相変化にも最適に対応することが可能となる。

本発明の一実施例について、添付図面を参照して以下詳細に説明する。本実施例のカーテシアンループ方式を用いた送信機のブロック構成は、前述した図１と共通である。点線で囲んだ１０１は送信ベースバンド部、実線で囲んだ１０２は送信ＲＦ部であり、送信ＲＦ部１０２は、リニアライザ回路により非線形歪み補償を行い、リニアライザＩＣ１０３、直交変調部１１３、直交復調部１２２から構成される。

最初に無線機の送信動作について説明する。送信信号は無線チャネル制御部１０４よりベースバンド信号の直交成分信号ＩとＱを入力し、マッピング部１０５、ルートロールオフフィルタ部１０６、窓関数処理部１０７を介して、ＤＡ変換器１０９にてアナログ信号に変換される。アナログに変換された送信信号は、送信ＲＦ部１０２にて低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１０、ループフィルタ部１１２を経て、直交変調部１１３に与えられる。

発振器１２０は、搬送波信号を生成し、生成した信号を移相器１２１と直交復調部１２２とに入力する。移相器１２１は、入力された送信周波数の位相を予め格納しておいた参照テーブルを基に一定量だけシフトし、直交変調部１１３に入力する。なお、参照テーブルは不図示のメモリに格納されている。

直交変調部１１３は、移相器１２１から入力された搬送波信号と、送信ベースバンド部１０１より入力された信号（Ｉ成分とＱ成分）を直交変調し、その変調された信号を帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１４に送る。帯域通過フィルタ１１４では、入力された変調信号から帯域外スプリアス成分を除去し、ミキサ１１５に与える。

ミキサ１１５では、発振器１２０からの搬送波信号と帯域通過フィルタ１１４から入力された信号をミキシングして周波数変換を行い、その周波数変換した信号を帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１６に送る。帯域通過フィルタ１１６では、帯域外スプリアス成分を除去し、その出力信号を電力増幅器（ＰＡ）１１７に入力する。

電力増幅器１１７は、帯域通過フィルタ１１６から入力された信号を増幅し、カプラ１１８に入力する。カプラ１１８は、アンテナ１１９を介して出力信号を送信すると共に、出力信号の一部をレベルに応じて分岐し、可変減衰器（可変ＡＴＴ）１２３に送る。可変減衰器１２３では、入力された信号の電力レベルを適正な値に調整し、ミキサ１１５に与える。ミキサ１１５では、発振器１２０から入力された搬送波信号とミキシングして周波数変換し、直交復調部１２２に与える。

直交変調器１２２では、ミキシングした入力信号を発振器１２０から入力された搬送波信号で直交復調し、ベースバンド信号の同相成分信号ｉと直交成分信号ｑとを生成し、減算器１１１に与える。

減算器１１１では、ベースバンド成分信号Ｉ、Ｑから帰還成分信号ｉ、ｑを減じて直交変調部１１３に与えることにより、負帰還がかけられる。カーテシアンループ方式は、フィードバックループの安定性が非常に重要であるので、発振の防止のために位相制御部１２４で、移相器１２１を制御し、ベースバンド信号と帰還信号の位相差が０°になるように位相を制御する。

本発明に係る自動位相制御方法では、位相制御領域の領域幅を、送信周波数の少なくとも２地点以上の初期位相値を結んだ線の位相カーブ（初期位相値が２地点の場合は直線、３地点以上の場合は曲線の近似線となる）の所定の余裕領域幅内にて補償を行うことを特徴としている。また、本発明では、広い送信周波数帯域での位相制御を可能にするために、予め広い送信周波数に対応する初期位相値を参照するためのメモリを備えておく。送信周波数の中心周波数ｆ_Ｍを基準に、高域周波数ｆ_Ｈｂと低域周波数ｆ_Ｌｂに対応する初期位相値φＨ、φＬ、を格納しておく。このメモリより初期位相値を参照し、そのデータを基に位相カーブ（この場合２地点なので直線近似線）を算出する。算出には２地点が決定されていることから、図３に示すように、位相カーブ３０１が容易に求まる。この位相カーブを基に位相余裕領域内にあるように位相制御することで安定した位相制御が行える。

以上本発明の好適な実施例について述べたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、実施例では初期位相値の参照地点は２地点を例に説明したが、位相カーブの精度を上げるために、送信周波数の３箇所以上の地点の初期値を基に、位相カーブを算出するようにしてもよいことは言うまでもない。

本発明の自動位相制御方法を適用するカーテシアンループ方式のデジタル送信機のブロック構成図。送信周波数と最適位相値との関係を示す図。送信周波数と最適位相値との関係を示す図。一般的なデジタル無線通信に用いるフレーム構成を示すブロック図。

符号の説明

１０１…送信ベースバンド部、１０２…送信ＲＦ部、１０３…リニアライザＩＣ、１０４…無線チャネル制御部、１０５…マッピング部、１０６…ロールオフフィルタ部、１０７…窓処理部、１０８…加算器、１０９…Ｄ／Ａ変換器、１１０…低域通過フィルタ、１１１…減算器、１１２…ループフィルタ部、１１３…直交変調部、１１４，１１６…帯域通過フィルタ、１１５…ミキサ部、１１７…電力増幅器、１１８…カプラ、１１９…アンテナ、１２０…発振器、１２１…移相器、１２２…直交復調部、１２３…可変減衰器、１２４…位相制御部、１２５，１２６…比較器。

Claims

予め送信周波数に対応する初期位相値を格納するメモリと、
送信ベースバンド部に入力された信号と該入力された信号の一部を負帰還させた信号とを比較する比較器と、
前記送信ベースバンド部に入力された信号と前記負帰還させた信号との位相のズレを調整する位相制御部とを備え、前記位相制御部により送信周波数の位相値が最適となるように、歪み補償を行うデジタル送信機の自動位相制御方法であって、
前記位相制御部は、送信周波数の初期位相値を調整するための位相カーブを、前記メモリに格納された前記送信周波数の少なくとも２地点における初期位相値により算出し、該算出した位相カーブに基づいて位相調整を行うことを特徴とする自動位相制御方法。
前記初期位相値の調整は、前記送信周波数の中心周波数を基準に、少なくとも前記送信周波数の高域と低域の２点で行うことを特徴とする請求項１記載の自動位相制御方法。
送信電力を増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の非線形歪みを補償するための帰還回路及び直交復調器を備えたデジタル送信機において、
予め送信周波数の少なくとも２地点における初期位相値を格納するメモリと、
送信ベースバンド部に入力された信号と該入力された信号の一部を負帰還させた信号とを比較する比較器と、
前記送信ベースバンド部に入力された信号と前記負帰還させた信号との位相のズレを調整する位相制御部とを備え、
前記位相制御部は、前記送信周波数の初期位相値を調整するための位相カーブを、前記メモリに格納された送信周波数の少なくとも２地点における前記初期位相値により算出し、該算出した位相カーブに基づいて位相調整を行うことを特徴とするデジタル送信機。