JP2009049771A

JP2009049771A - 変復調装置及び変復調方法

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Publication number: JP2009049771A
Application number: JP2007214909A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Miyashita; 下大輔宮
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2007-08-21
Filing date: 2007-08-21
Publication date: 2009-03-05
Also published as: US7872544B2; US20090051455A1

Abstract

【課題】直交変調と直交復調とを実行する変復調装置に関して、直交変調の誤差と直交復調の誤差とを独立に検出できるようにする。
【解決手段】互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を出力する正弦波生成回路と、前記正弦波生成回路に接続され、前記正弦波を変調して変調信号を生成する直交変調器と、前記変調信号の振幅変動を検出する検出手段と、前記変調信号と前記検出手段により検出された前記振幅変動とを乗算する乗算手段と、前記乗算手段により前記振幅変動と乗算された前記変調信号を復調して復調信号を生成する直交復調器とを備えることを特徴とする変復調装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、変復調装置及び変復調方法に関する。

信号の変調方式の一種として、直交変調方式が広く知られている。直交変調方式では、９０度の位相差のある２つの信号が１つの合成信号としてまとめて伝送される。合成信号を構成する一方の信号はＩ成分（同相成分）と呼ばれ、合成信号を構成する他方の信号はＱ成分（直交成分）と呼ばれる。

直交変調処理や直交復調処理では、直交変調送信機や直交復調受信機に存在する相関のない誤差（ＩＱミスマッチ）が問題となることがある。直交変調送信機や直交復調受信機において、ＩＱミスマッチは、送信機の変調精度や受信機の受信感度といった機器特性に重大な影響を与える（例えば特許文献１）。

直交変調器と直交復調器とを備える変復調器において、ＩＱミスマッチを補正するためには、ＩＱミスマッチの存在を検出する必要がある。ＩＱミスマッチを検出するためには例えば、ＩＱミスマッチ検出用に生成された、互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を直交変調器で変調し、変調信号を直交復調器で復調し、復調結果を解析すればよい（ループバック試験）。これにより、変復調器に存在するＩＱミスマッチを検出することができる。そして、ＩＱミスマッチの検出結果を参酌しつつ送信回路（または送信信号）や受信回路（または受信信号）を徐々に調整することで、ＩＱミスマッチを補正することができる。

しかし、この方法には、直交変調器で発生したＩＱミスマッチと直交復調器で発生したＩＱミスマッチとを区別できないという欠点がある。さらに、この方法には、直交変調器のＩＱミスマッチをキャンセルするようなＩＱミスマッチが直交復調器に存在する場合、あたかも直交変調器にも直交復調器にもＩＱミスマッチが存在しないように見えてしまうという欠点がある。これらは、ＩＱミスマッチを正しく検出及び補正する妨げとなる。
特開２００１−７８８２号公報

本発明は、直交変調と直交復調とを実行する変復調装置及び変復調方法に関して、直交変調の誤差と直交復調の誤差とを独立に検出できるようにすることを課題とする。

本発明は例えば、互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を出力する正弦波生成回路と、前記正弦波生成回路に接続され、前記正弦波を変調して変調信号を生成する直交変調器と、前記変調信号の振幅変動を検出する検出手段と、前記変調信号と前記検出手段により検出された前記振幅変動とを乗算する乗算手段と、前記乗算手段により前記振幅変動と乗算された前記変調信号を復調して復調信号を生成する直交復調器とを備えることを特徴とする変復調装置である。

本発明は例えば、互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を出力し、前記正弦波を変調して変調信号を生成し、前記変調信号の振幅変動を検出し、前記変調信号と前記検出により検出された前記振幅変動とを乗算し、前記乗算により前記振幅変動と乗算された前記変調信号を復調して復調信号を生成することを特徴とする変復調方法である。

本発明は、直交変調と直交復調とを実行する変復調装置及び変復調方法に関して、直交変調の誤差と直交復調の誤差とを独立に検出できるようにすることを可能にする。

（第１実施例）
図１は、第１実施例の変復調器１０１の回路構成図である。図１の変復調器１０１は、信号を変調して変調信号を生成する直交変調器１１１と、変調信号を復調して復調信号を生成する直交復調器１１２と、検出手段の一例である包絡線検出回路１１３と、乗算手段の一例であるミキサ回路１１４と、搬送波発振器１１５と、移相器１１６と、アンテナ１１７とを備える。図１の変復調器１０１は更に、ＩＱミスマッチ検出用の、互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を生成する複素正弦波生成回路１２１と、復調信号の信号処理を実行する信号処理回路１２２と、第１の入力端子ＢＢ＿Ｉと、第２の入力端子ＢＢ＿Ｑと、第１乃至第４のバッファＢＵ１乃至ＢＵ４と、第１乃至第４のスイッチＳＷ１乃至ＳＷ４とを備える。図１の変復調器１０１は、変復調装置の具体例に相当する。

直交変調器１１１は、第１のローパスフィルタ２０１と第２のローパスフィルタ２０２と、第１の乗算器２０３と第２の乗算器２０４と、加算器２０６とを有する。

直交復調器１１２は、第３のローパスフィルタ３０１と第４のローパスフィルタ３０２と、第３の乗算器３０３と第４の乗算器３０４と、第１のアナログデジタル変換器３０６と第２のアナログデジタル変換器３０７とを有する。

＜第１実施例の各構成要素と接続＞
第１の入力端子ＢＢ＿Ｉからは、ベースバンド信号の同相成分（Ｉ成分）が入力され、第２の入力端子ＢＢ＿Ｑからは、ベースバンド信号の直交成分（Ｑ成分）が入力される。第１の入力端子ＢＢ＿Ｉ及び第２の入力端子ＢＢ＿Ｑはそれぞれ、後述の第１のローパスフィルタ２０１及び第２のローパスフィルタ２０２に接続される。

搬送波発生器１１５は、所定の周波数の信号を搬送波として出力する回路である。搬送波発生器１１５は例えば、水晶発振器とＰＬＬ（位相同期ループ）とで構成される。この搬送波発生回路１１５は、移相器１１６に接続される。

移相器１１６は、搬送波発生回路１１５から出力された搬送波が入力されて、この搬送波を基に、０度位相をずらした信号（局部発振信号ＬＯ＿Ｉ）と、９０度位相をずらした信号（局部発振信号ＬＯ＿Ｑ）とを出力する回路である。この移相器１１６は、第１の乗算器２０３と、第２の乗算器２０４と、第３の乗算器３０３と、第４の乗算器３０４とに接続される。ＬＯ＿Ｉは第１の乗算器２０３及び第３の乗算器３０３に、ＬＯ＿Ｑは第２の乗算器２０４及び第４の乗算器３０４に出力される。

第１のローパスフィルタ２０１及び第２のローパスフィルタ２０２は、外部から入力された信号から所定の周波数以上の高調波成分を取り除き、出力する回路である。本実施例では、第１のローパスフィルタ２０１は、その入力が第１の入力端子ＢＢ＿Ｉに接続され、その出力が第１の乗算器２０３に接続される。すなわち、Ｉ成分が入力され、Ｉ成分から高調波成分を取り除いて第１の乗算器２０３に出力する。また、第２のローパスフィルタ２０２は、その入力が第２の入力端子ＢＢ＿Ｑに接続され、その出力が第２の乗算器２０４に接続される。すなわち、Ｑ成分が入力され、Ｑ成分から高調波成分を取り除いて第２の乗算器２０４に出力する。

第１の乗算器２０３、第２の乗算器２０４、第３の乗算器３０３、及び第４の乗算器３０４は、外部から入力された２つの信号を乗じて出力する回路である。

第１の乗算器２０３は、その２つの入力の１つが第１のローパスフィルタ２０１の出力に接続され、その２つの入力の残りの１つが移相器１１６の局部発振信号ＬＯ＿Ｉの出力に接続される。また、第１の乗算器２０３は、その出力が加算器２０６に接続される。すなわち、第１の乗算器２０３は、第１のローパスフィルタ２０１から出力されたＩ成分と局部発振信号ＬＯ＿Ｉとを乗ずることでＩ成分を変調し、加算器２０６に出力する。

第２の乗算器２０４は、その２つの入力の１つが第２のローパスフィルタ２０２の出力に接続され、その２つの入力の残りの１つが移相器１１６の局部発振信号ＬＯ＿Ｑの出力に接続される。また、第２の乗算器２０４は、その出力が加算器２０６に接続される。すなわち、第２の乗算器２０４は、第２のローパスフィルタ２０２から出力されたＱ成分と局部発振信号ＬＯ＿Ｑとを乗ずることでＱ成分を変調し、加算器２０６に出力する。

加算器２０６は、外部から入力された２つの信号を加算して、出力する回路である。２つの乗算器から２つの電流信号が出力され、これら２つの電流信号を抵抗に流し、それによって発生する電圧を出力とすることで、加算を実現することが可能である。式で表すとＶout＝（Ｉ１＋Ｉ２）Ｒとなる。

加算器２０６は、その２つの入力の１つが第１の乗算器２０３の出力に接続され、その入力の残りの１つが第２の乗算器２０４の出力に接続される。また、加算器２０６は、その出力が第１のバッファＢＵ１に接続される。すなわち、加算器２０６は、第１の乗算器２０３を用いて変調されたＩ成分と第２の乗算器２０４を用いて変調されたＱ成分とを加算して、第１のバッファＢＵ１に出力する。

以上の通り、直交変調器１１１は、外部から入力されたＩ成分及びＱ成分の各々に対して搬送波を乗じて変調し、加算して出力する回路である。

第１のバッファＢＵ１乃至第４のバッファＢＵ４はドライバ回路である。第１のバッファＢＵ１は、その入力が直交変調器１１１の出力（加算器２０６の出力）に接続され、その出力が第２のバッファＢＵ２の入力に接続される。

第４のスイッチＳＷ４は、アンテナ１１７を、第２のバッファＢＵ２の出力又は第３のバッファＢＵ３の入力のいずれか１つに接続するスイッチである。すなわち、第４のスイッチＳＷ４は３つの端子を有し、第４のスイッチＳＷ４の端子の１つは、アンテナ１１７に接続される。もう１つの端子は第２のバッファＢＵ２の出力に接続され、残りの１つは第３のバッファＢＵ３の入力に接続される。外部に信号を送信する場合は、アンテナ１１７と第２のバッファＢＵ２の出力とが接続される。外部から信号を受信する場合は、アンテナ１１７と第３のバッファＢＵ３の入力とが接続される。

第３のバッファＢＵ３は、その出力が第４のバッファＢＵ４の入力に接続される。第４のバッファＢＵ４の出力は、直交復調器１１２内部の第３の乗算器３０３、第４の乗算器３０４に接続される。

第３の乗算器３０３は、その２つの入力の１つが第４のバッファＢＵ４の出力に接続され、その２つの入力の残りの１つが移相器１１６の局部発振信号ＬＯ＿Ｉの出力に接続される。また、第３の乗算器３０３は、その出力が第３のローパスフィルタ３０１に接続される。すなわち、第３の乗算器３０３は、第４のバッファＢＵ４から出力された信号と局部発振信号ＬＯ＿Ｉとを乗ずることで、第４のバッファＢＵ４から出力された信号からＩ成分を抽出する。

第３のローパスフィルタ３０１は、入力された信号から所定の周波数以上の高調波成分を取り除き、出力する回路である。本実施例では、第３のローパスフィルタ３０１は、その入力が第３の乗算器３０３の出力に接続され、その出力が第１のアナログデジタル変換器３０６に接続される。すなわち、第３の乗算器３０３において抽出されたＩ成分が入力され、その抽出されたＩ成分から高調波成分を取り除いて、第１のアナログデジタル変換器３０６に出力する。

第１のアナログデジタル変換器３０６は、入力されたアナログ信号を所定のビット数のデジタル値に変換する回路である。本実施例では、第１のアナログデジタル変換器３０６は、その入力が第３のローパスフィルタ３０１の出力に接続される。また、第１のアナログデジタル変換器３０６は、その出力が信号処理回路１２２に接続される。

第４の乗算器３０４は、その２つの入力の１つが第４のバッファＢＵ４の出力に接続され、その２つの入力の残りの１つが移相器１１６の局部発振信号ＬＯ＿Ｑの出力に接続される。また、第４の乗算器３０４は、その出力が第４のローパスフィルタ３０２に接続される。すなわち、第４の乗算器３０４は、第４のバッファＢＵ４から出力された信号と局部発振信号ＬＯ＿Ｑとを乗ずることで、第４のバッファＢＵ４から出力された信号からＱ成分を抽出する。

第４のローパスフィルタ３０２は、入力された信号から所定の周波数以上の高調波成分を取り除き、出力する回路である。本実施例では、第４のローパスフィルタ３０２は、その入力が第４の乗算器３０４の出力に接続され、その出力が第２のアナログデジタル変換器３０７に接続される。すなわち、第４の乗算器３０４において抽出されたＱ成分が入力され、その抽出されたＱ成分から高調波成分を取り除いて、第２のアナログデジタル変換器３０７に出力する。

第２のアナログデジタル変換器３０７は、入力されたアナログ信号を所定のビット数のデジタル値に変換する回路である。本実施例では、第２のアナログデジタル変換器３０７は、その入力が第４のローパスフィルタ３０２の出力に接続される。また、第２のアナログデジタル変換器３０７は、その出力が信号処理回路１２２に接続される。

信号処理回路１２２はデジタル信号処理をする回路であり、第１のアナログデジタル変換器３０６と第２のアナログデジタル変換器３０７からの信号を基に、受信した信号を復調する。このデジタル信号処理とは、入力された時間軸上で表現された信号に対して、所定のフィルタ処理等を実行し、最終的にフーリエ変換を用いて周波数軸で表現された信号に変換して復調することである。

以上の通り、本実施例は、信号を外部に送信する場合は、直交変調器１１１、第１のバッファＢＵ１、第２のバッファＢＵ２、及びアンテナ１１７の経路を接続する。また、信号を受信する場合は、アンテナ１１７、第３のバッファＢＵ３、第４のバッファＢＵ４、直交復調器１１２、及び信号処理回路１２２の経路を接続する。

本実施例は、先に記載した通り、上記に示した通常に信号を送受信する回路及び経路に加えて、更に複素正弦波生成回路１２１、第１のスイッチＳＷ１乃至第３のスイッチＳＷ３、包絡線検出回路１１３、及びミキサ回路１１４を有する。

複素正弦波生成回路１２１は複素正弦波として、正弦波の周波数をω_ＩＦとした場合に、ｃｏｓω_ＩＦｔ、及びｓｉｎω_ＩＦｔで示される２つの正弦波を出力する。複素正弦波生成回路１２１は、２つの出力信号線を有し、各々別々の正弦波を出力する。複素正弦波生成回路１２１の１つの出力信号線は、第１の入力端子ＢＢ＿Ｉと第１のローパスフィルタ２０１との間に接続され、ｃｏｓω_ＩＦｔで示される正弦波が出力される。複素正弦波生成回路１２１の残りの１つの出力信号線は、第２の入力端子ＢＢ＿Ｑと第２のローパスフィルタ２０２との間に接続され、ｓｉｎω_ＩＦｔで示される正弦波が出力される。

包絡線検出回路１１３は、入力された信号から包絡線成分（振幅の変化成分）を取り出す回路である。ミキサ１１４は、例えば、第１の乗算器２０３と、同様に外部から入力された２つの信号を乗じて出力する回路である。第１のスイッチＳＷ１乃至第３のスイッチＳＷ３は、各々２つの端子を有する。本実施例では、包絡線検出回路１１３とミキサ１１４とは、第１のスイッチＳＷ１乃至第３のスイッチＳＷ３を介して、第１のバッファＢＵ１と第２のバッファＢＵ２、及び第３のバッファＢＵ３と第４のバッファＢＵ４との間に接続される。

詳細には、次の通りに接続される。第１のスイッチＳＷ１の一端は、第１のバッファＢＵ１と第２のバッファＢＵ２との間に接続される。第１のスイッチＳＷ１の残りの一端は、ミキサ１１４の入力の１つに接続される。第２のスイッチＳＷ２の一端は、第１のバッファＢＵ１と第２のバッファＢＵ２との間に接続される。第２のスイッチＳＷ２の残りの一端は、包絡線検出回路１１３の入力に接続される。包絡線検出回路１１３の出力は、ミキサ１１４の入力の残りの１つに接続される。ミキサ１１４の出力は、第３のスイッチＳＷ３の一端に接続される。第３のスイッチＳＷ３の残りの一端は、第３のバッファＢＵ３と第４のバッファＢＵ４との間に接続される。

＜本実施例のＩＱミスマッチ検出のメカニズム＞
先ず、送信側ＴｘにＩＱミスマッチが存在する場合、図３に示される通り、所望波の他にイメージが発生する。図３は周波数軸であるが、時間軸で見た場合に、所望波だけであればある一定の周波数の正弦波（振幅が一定、位相は時間に比例）となり、式で示すと、Ａｃｏｓ（ωｔ＋θ）（振幅Ａ、位相θは定数）と表現される。一方、イメージがある場合、振幅と位相の両方が変動する波となり、式で書くとＡ（ｔ）ｃｏｓ（ωｔ＋θ（ｔ））と表現される。すなわち、ＩＱミスマッチが無い場合とある場合とを比べた場合に、振幅がＡからＡ（ｔ）に置き換わり、位相がθからθ（ｔ）に置き換わり、共に時間に応じて変化することになる。

従って、信号の振幅変動（包絡線（Ａ（ｔ）））を抽出すれば、Ｔｘ信号にＩＱミスマッチの存在を検出することが可能である。

次に、本実施例では、信号とこの信号の包絡線信号とを乗算している。これは、ＩＱミスマッチの情報を、Ｔｘ信号に載せなおしている（ＡＭ変調をかけている）ことに相当する。ＡＭ変調信号は周波数軸上で考えると、キャリア周波数の両側に対称な周波数スペクトルとなるので、図６に示されるスペクトルとなる。

以上から、周波数軸上で、Ｔｘで発生するイメージとＲｘで発生するイメージとを分離することが可能になる。

一方、比較例を用いた場合、図５に示されるとおり、送信側Ｔｘで発生するイメージと受信側Ｒｘで発生するイメージとが周波数軸上で分離できない。

＜ＩＱミスマッチの検出経路＞
ＩＱミスマッチを検出する場合は、第１のスイッチＳＷ１乃至第３のスイッチＳＷ３が全て接続状態となる。この場合、第１のバッファＢＵ１から出力された信号は、第１のスイッチＳＷ１を介してミキサ１１４に入力されると共に、第２のスイッチＳＷ２を介して包絡線検出回路１１３を経由してミキサ１１４に入力される。ミキサ１１４の出力は、第３のスイッチＳＷ３を介して第４のバッファＢＵ４に入力される。

直交変調器１１１には、複素正弦波生成回路１２１により生成された複素正弦波ｘ_ＩＦが入力され、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）に変調される。直交変調器１１１からは、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）が出力される。

包絡線検出回路１１３には、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）が入力される。包絡線検出回路１１３では、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）の包絡線Ａ（ｔ）が検出される。包絡線検出回路１１３からは、包絡線信号Ａ（ｔ）が出力される。

ミキサ回路１１４には、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）と包絡線信号Ａ（ｔ）がそれぞれ入力される。ミキサ回路１１４では、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）と包絡線信号Ａ（ｔ）とが乗算される。ミキサ回路１１４からは、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）と包絡線信号Ａ（ｔ）とを乗算した変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（２）が出力される。

直交復調器１１２には、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（２）が入力され、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}に復調される。信号処理回路１２２では、直交復調器１１２によりアナログ信号からデジタル信号に変換された復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}のデジタル信号処理が実行される。当該信号処理によって、変復調器１０１に存在するＩＱミスマッチが検出される。

第１実施例では、直交変調器１１１と直交復調器１１２との間に複数のバッファＢＵが配置されているが、これらのバッファＢＵをインバータや配線で置き換えても構わない。第１実施例では更に、直交変調器１１１と直交復調器１１２との間に複数のスイッチＳＷが配置されているが、これらのスイッチＳＷを結合器や分配器や配線で置き換えても構わない。

図２は、比較例の変復調器１０１の回路構成図である。図２の変復調器１０１は、信号を変調して変調信号を生成する直交変調器１１１と、変調信号を復調して復調信号を生成する直交復調器１１２とを備える。図２の変復調器１０１は更に、ＩＱミスマッチ検出用の精度の高い複素正弦波を生成する複素正弦波生成回路１２１と、復調信号の信号処理を実行する信号処理回路１２２と、バッファやスイッチ等の回路素子とを備える。

＜ＩＱミスマッチの定義＞
第１実施例と比較例の変復調器１０１は共に、直交変復調方式の変復調器である。直交変復調方式では、９０度の位相差のある２つの信号が１つの合成信号としてまとめて伝送される。合成信号を構成する一方の信号はＩ成分（同相成分）と呼ばれ、合成信号を構成する他方の信号はＱ成分（直交成分）と呼ばれる。

直交変復調処理では、直交変調器１１１や直交復調器１１２における信号処理の特性が線形歪みとして表現され、例えばＩ成分とＱ成分の位相差が９０度からずれる、又はＩ成分とＱ成分の振幅に差が生じる事がある。このような線形歪みをＩＱミスマッチと呼ぶ。直交変調器１１１や直交復調器１１２に存在するＩＱミスマッチは、直交変調器１１１の変調精度や直交復調器１１２の受信感度に重大な影響を与える。ＩＱミスマッチを補正するためには、ＩＱミスマッチの存在を検出する必要がある。しかしながら、ＩＱミスマッチの検出には、以下比較例で説明するような問題がある。

＜比較例の変復調器の動作例（図２）＞
以下、最初に、比較例の変復調器１０１の動作例について説明する。先ず、直交変調器１１１にＩＱミスマッチが存在する場合について、式（１乃至５）と図３とに基づいて説明する。次に、直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について、式（６乃至１０）と図４とに基づいて説明する。最後に、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について、式（１１乃至１４）と図５とに基づいて説明する。図３と図４と図５はそれぞれ、それぞれの場合の復調信号の周波数分布を表す。図５の周波数分布には、図３の周波数分布と図４の周波数分布とが反映されている。

直交変調器１１１が複素正弦波ｘ_ＩＦを変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}に変調し、直交復調器１１２が変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}を復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}に復調するような直交変復調を題材として、直交変調器１１１が実行する直交変調と、直交復調器１１２が実行する直交復調について説明する。なお、後述するＬＯ信号とは局部発振信号を意味する。

先ず、直交変調器１１１にＩＱミスマッチが存在する場合について説明する。ここでは複素正弦波ｘ_ＩＦと直交変調用のＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}と直交復調用のＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}の信号波形をそれぞれ、式（１）と（２）と（３）のように与える。ω_ＩＦ及びω_ＬＯはそれぞれ、複素正弦波ｘ_ＩＦの周波数及びＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}とＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}の周波数を表す。ε及びφはそれぞれ、ＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}のＩ成分とＱ成分との間の振幅誤差及び位相誤差を表し、εφ＜＜１とする。このように、ＩＱミスマッチはここでは、ＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}中に存在するものとする。

この場合、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}の信号波形は、式（４）のようになる。また、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の信号波形は、式（５）のようになる。復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の周波数分布を、図３に示す。図３に示すように、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}には、周波数＋ω_ＩＦの所望波成分が発生すると共に、周波数−ω_ＩＦのイメージ成分が発生する。

次に、直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について説明する。ここでは複素正弦波ｘ_ＩＦと直交変調用のＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}と直交復調用のＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}の信号波形をそれぞれ、式（６）と（７）と（８）のように与える。ω_ＩＦ及びω_ＬＯはそれぞれ、複素正弦波ｘ_ＩＦの周波数及びＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}とＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}の周波数を表す。ε’及びφ’はそれぞれ、ＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}のＩ成分とＱ成分との間の振幅誤差及び位相誤差を表し、ε’φ’＜＜１とする。このように、ＩＱミスマッチはここでは、ＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}中に存在するものとする。

この場合、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}の信号波形は、式（９）のようになる。また、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の信号波形は、式（１０）のようになる。復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の周波数分布を、図４に示す。図４に示すように、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}には、周波数＋ω_ＩＦの所望波成分が発生すると共に、周波数−ω_ＩＦのイメージ成分が発生する。

従って、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}及び復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の信号波形はそれぞれ、下記の式（１１）及び式（１２）のようになる。復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の周波数分布を、図５に示す。図５に示すように、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}には、直交変調器１１１のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分と、直交復調器１１２のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分とが共に、周波数−ω_ＩＦに発生する。従って、この場合には、直交変調器１１１で発生したＩＱミスマッチと直交復調器１１２で発生したＩＱミスマッチとを区別できない。

更には、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合に、ＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}のε及びφとＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}のε’及びφ’とがそれぞれ逆符号であると（ε’＝−ε，φ’＝−φ）、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}及び復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の信号波形はそれぞれ、下記の式（１３）及び式（１４）のようになる。このように、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}では、直交変調器１１１のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分と、直交復調器１１２のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分とが、互いに打ち消し合ってキャンセルされてしまう。従って、この場合には、あたかも直交変調器１１１にも直交復調器１１２にもＩＱミスマッチが存在しないように見えてしまう。

＜包絡線検出回路を用いたＩＱミスマッチの検出メカニズムの詳細＞
以上のように、比較例では、直交変調器１１１にＩＱミスマッチが存在する場合、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}に、周波数＋ω_ＩＦの所望波成分が生じると共に、周波数−ω_ＩＦのイメージ成分が生じる（図３）。同様に、直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合にも、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}に、周波数＋ω_ＩＦの所望波成分が生じると共に、周波数−ω_ＩＦのイメージ成分が生じる（図４）。そのため、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合、直交変調器１１１のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分と、直交復調器１１２のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分とが、重なり合ってしまって区別できない（図５）。従って、直交変調器１１１のＩＱミスマッチと直交復調器１１２のＩＱミスマッチとを独立に検出するためには、これらのイメージ成分を周波数軸上で分離する必要がある。

ここで、比較例における変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}について考察する。ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}は、後述するように、振幅と位相が時間に応じて変動する波形となる。これは例えばＡ（ｔ）ｃｏｓ（ω_ＲＦｔ＋P（ｔ））のようにあらわすことができる。ここで周波数ω_ＲＦ＝ω_ＬＯ＋ω_ＩＦである。もし直交変調器１１１にＩＱミスマッチが存在しなければ、式（４）でε＝０かつφ＝０とおけばわかるように、Ａ（ｔ）＝１、Ｐ（ｔ）＝０、つまり振幅一定、周波数一定の正弦波となる。逆に直交変調器１１１にＩＱミスマッチが存在する場合、Ａ（ｔ）、Ｐ（ｔ）は時間に応じて変動する。すなわちＡ（ｔ）には、ＩＱミスマッチが存在するか否かの情報が含まれている事になる。そこで、第１実施例では、このＡ（ｔ）を、直交変調器１１１に存在するＩＱミスマッチの検出に利用する。Ａ（ｔ）は、変調信号の包絡線と呼ばれる。

第１実施例では、包絡線検出回路１１３により、変調信号の包絡線が検出され、ミキサ回路１１４により、変調信号とその包絡線とが乗算される。これは、変調信号にＡＭ変調をかけて、包絡線の「情報」を変調信号に載せ直してる事に相当する。ＡＭ変調信号は、周波数軸上で表現すると、キャリア周波数の両側に対称な周波数スペクトルとなる。そのため、第１実施例では、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の周波数分布は図６のようになる。第１実施例では、図６に示すように、直交復調器１１２のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分が−ω_ＩＦのみに生じるのに対し、直交変調器１１１のＩＱミスマッチに起因するイメージ成分が−ω_ＩＦと＋３ω_ＩＦとに生じる。よって、第１実施例では、直交変調器１１１のＩＱミスマッチと直交復調器１１２のＩＱミスマッチとを独立に検出する事ができる。第１実施例の詳細については後述する。

＜第１実施例の変復調器の動作例（図１）＞
以下、第１実施例の変復調器１０１の動作例について説明する。具体的には、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について、式（１５乃至２４）と図６とに基づいて説明する。図６は、この場合の復調信号の周波数分布を表す。図６の周波数分布には、図５の周波数分布にはみられない周波数成分がみられる。

直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について説明する。ここでは複素正弦波ｘ_ＩＦの信号波形と直交変調用のＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＴＸ）}の信号波形と直交復調用のＬＯ信号ｘ_{ＬＯ（ＲＸ）}の信号波形とをそれぞれ、式（１又は６）と式（２）と式（７）のように与える。従って、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）の信号波形は、式（４）のようになるが、ここでは下記の式（１５）のように書き直す。ただし、ω_ＲＦ＝ω_ＬＯ＋ω_ＩＦである。一方で、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）を、周波数ω_ＲＦの搬送波が振幅Ａ（ｔ）及び位相Ｐ（ｔ）で変調された変調波と考えると、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）は、下記の式（１６）のように表す事もできる。ただし、α＜＜１である。

式（１５）と式（１６）とをそれぞれ左辺と右辺とする方程式から、下記の式（１７）と式（１８）とが導出される。

式（１７）と式（１８）から、下記の式（１９）と式（２０）とが導出される。

式（１９）の両辺を２乗した式の両辺と式（２０）の両辺を２乗した式の両辺とを足し合わせると、下記の式（２１）が導出される。

式（２１）をＡ（ｔ）について解くと、下記の式（２２）が導出される。

このＡ（ｔ）が、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）の包絡線（振幅変動）である。包絡線検出回路１１３では、このＡ（ｔ）が検出され、ミキサ回路１１４では、このＡ（ｔ）と変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）とが乗算される。従って、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（２）の信号波形は、下記の式（２３）のようになる。

従って、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の信号波形は、下記の式（２４）のようになる。復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の周波数分布を、図６に示す。図６に示すように、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}には、周波数＋ω_ＩＦの所望波成分が発生すると共に、周波数−ω_ＩＦ及び周波数＋３ω_ＩＦのイメージ成分が発生する。周波数−ω_ＩＦのイメージ成分は、式（２４）の第２項及び第３項に起因し、直交変調器１１１のＩＱミスマッチの影響と直交復調器１１２のＩＱミスマッチの影響とが足し合わされたものとなっている。一方、周波数＋３ω_ＩＦのイメージ成分は、式（２４）の第４項に起因し、直交変調器１１１のＩＱミスマッチの影響のみを反映したものとなっている。従って、本実施例では、直交変調器１１１で発生したＩＱミスマッチと直交復調器１１２で発生したＩＱミスマッチとを区別できるため、直交変調器１１１のＩＱミスマッチを直交復調器１１２のＩＱミスマッチとを独立に検出できる。

＜第１実施例の変形例＞
上記の通り、包絡線検出回路１１３は検出手段の一例であり、ミキサ回路１１４は乗算手段の一例である。検出手段及び乗算手段はそれぞれ、本実施例では回路的に実現されているが、プログラム的に実現されてもよい。包絡線検出回路１１３とミキサ回路１１４との間には、増幅手段の一例である増幅回路を設けてもよい。増幅回路については第２実施例において説明する。変復調器１０１は、本実施例では１つの集積回路により実現されているが、２つ以上の集積回路により実現されてもよい。

（第２実施例）
第２実施例は第１実施例の変形例であり、第２実施例については第１実施例との相違点を中心に説明する。

図７は、第２実施例の変復調器１０１の回路構成図である。図７の変復調器１０１は、信号を変調して変調信号を生成する直交変調器１１１と、変調信号を復調して復調信号を生成する直交復調器１１２と、検出手段の一例である包絡線検出回路１１３と、乗算手段の一例であるミキサ回路１１４と、増幅手段の一例である増幅回路４０１とを備える。図７の変復調器１０１は更に、ＩＱミスマッチ検出用の精度の高い複素正弦波を生成する複素正弦波生成回路１２１と、復調信号の信号処理を実行する信号処理回路１２２と、バッファやスイッチ等の回路素子とを備える。図７の変復調器１０１は、変復調装置の具体例に相当する。

第２実施例は、第１実施例と比較して、増幅回路４０１を更に有している。そのため、第２実施例では、包絡線成分が第１実施例よりも更に増幅される。

＜第２実施例の変復調器の動作例（図７）＞
以下、第２実施例の変復調器１０１の動作例について説明する。具体的には、直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について、式（２５乃至２８）と図８とに基づいて説明する。図８は、この場合の復調信号の周波数分布を表す。図８の周波数分布中のイメージ成分は、図６の周波数分布中のイメージ成分よりも大きくなっている。

包絡線検出回路１１３には、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）が入力される。包絡線検出回路１１３では、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）の包絡線Ａ_１（ｔ）が検出される。包絡線検出回路１１３からは、包絡線信号Ａ_１（ｔ）が出力される。

増幅回路４０１には、包絡線信号Ａ_１（ｔ）が入力される。増幅回路４０１では、包絡線信号Ａ_１（ｔ）が増幅される。増幅回路４０１からは、包絡線信号Ａ_１（ｔ）を増幅した包絡線信号Ａ_２（ｔ）が出力される。

ミキサ回路１１４には、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）と包絡線信号Ａ_２（ｔ）がそれぞれ入力される。ミキサ回路１１４では、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）と包絡線信号Ａ_２（ｔ）とが乗算される。ミキサ回路１１４からは、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（１）と包絡線信号Ａ_２（ｔ）とを乗算した変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（２）が出力される。

直交変調器１１１及び直交復調器１１２にＩＱミスマッチが存在する場合について説明する。式（１５）から式（２２）までの説明は、第１実施例も第２実施例も同様である。従って、包絡線Ａ_１（ｔ）は、下記の式（２５）のようになる。

包絡線信号Ａ_１（ｔ）はここでは、増幅前にＨＰＦによりＤＣ成分を除去され、増幅器１１５によってｍ倍（ｍ＞１）に増幅され、増幅後にＤＣ成分を付加されることで、包絡線信号Ａ_２（ｔ）に増幅されるとする。従って、包絡線Ａ_２（ｔ）は、下記の式（２６）のようになる。

従って、変調信号ｘ_{ＲＦ（ＴＸ）}（２）の信号波形は、下記の式（２７）のようになる。

従って、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の信号波形は、下記の式（２８）のようになる。復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}の周波数分布を、図８に示す。図８に示すように、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}では、周波数＋ω_ＩＦの所望波成分が第１実施例のそれと同じ大きさになっていると共に、周波数−ω_ＩＦ及び周波数＋３ω_ＩＦのイメージ成分が第１実施例のそれより大きくなっている。これは、式（２８）の第１項に増幅率ｍが含まれていないのに対し、式（２８）の第２項と第３項と第４項には増幅率ｍが含まれていることに起因する。このように、第２実施例では、復調信号ｘ_{ＲＦ（ＲＸ）}のイメージ成分が増幅されるため、ＩＱミスマッチの検出感度及び検出精度が良好になる。

（第３実施例）
第３実施例は第１及び第２実施例の変形例であり、第３実施例については第１及び第２実施例との相違点を中心に説明する。

第３実施例の変復調器１０１の回路構成図は図１又は図７の通りであり、第３実施例の包絡線検出回路１１３の回路構成図を図９に示す。図９の包絡線検出回路１１３は、当該包絡線検出回路１１３の入力端子５０１と、当該包絡線検出回路１１３の出力端子５０２と、電流源５０３と、容量素子５０４と、電界効果トランジスタの例であるＭＯＳＦＥＴ５０５とを備える。

入力端子５０１は、第２のスイッチＳＷ２の一端に接続される。出力端子５０２は、第３のスイッチＳＷ３の一端に接続される。

ＭＯＳＦＥＴ５０５は信号入力用のトランジスタである。ＭＯＳＦＥＴ５０５のゲート端子Ｇは、入力端子５０１に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ５０５のソース端子Ｓは、出力端子５０２と電流源５０３と容量素子５０４とに接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５０５のソース端子Ｓは、第１の電源線５１１に接続されており、ＭＯＳＦＥＴ５０５のドレイン端子Ｄは、第２の電源線５１２に接続されている。第３実施例では、このような構成により、変調信号の包絡線を検出する包絡線検出回路１１３が実現されている。

包絡線検出回路１１３の動作例について説明する。先ず、変調信号が、入力端子５０１に入力される。次に、当該変調信号に応じたゲート電圧が、ゲート端子Ｇに印加される。次に、ＭＯＳＦＥＴ５０５のスイッチング作用により、当該ゲート電圧に応じたドレイン電流が、ソース端子Ｓとドレイン端子Ｄとの間を流れる。当該ドレイン電流の供給源は、電流源５０３である。次に、当該ドレイン電流により、容量素子５０４の各電極に電荷が蓄積され、容量素子５０４の電極間に電圧が発生する。次に、当該電圧に応じた信号が、出力端子５０２に出力される。容量素子５０４の積分作用（ローパス作用）により、当該信号は、包絡線信号となる。

第１実施例の変復調器の回路構成図である。比較例の変復調器の回路構成図である。直交変調器にＩＱミスマッチが存在する場合における復調信号の周波数分布を表す。直交復調器にＩＱミスマッチが存在する場合における復調信号の周波数分布を表す。直交変調器及び直交復調器にＩＱミスマッチが存在する場合における復調信号の周波数分布を表す。直交変調器及び直交復調器にＩＱミスマッチが存在する場合における復調信号の周波数分布を表す（第１実施例）。第２実施例の変復調器の回路構成図である。直交変調器及び直交復調器にＩＱミスマッチが存在する場合における復調信号の周波数分布を表す（第２実施例）。第３実施例の包絡線検出回路の回路構成図である。

符号の説明

１０１変復調器
１１１直交変調器
１１２直交復調器
１１３包絡線検出回路
１１４ミキサ回路
１１５搬送波発振器
１１６移相器
１１７アンテナ
１２１複素正弦波生成回路
１２２信号処理回路
２０１第１のローパスフィルタ
２０２第２のローパスフィルタ
２０３第１の乗算器
２０４第２の乗算器
２０６加算器
３０１第３のローパスフィルタ
３０２第４のローパスフィルタ
３０３第３の乗算器
３０４第４の乗算器
３０６第１のアナログデジタル変換器
３０７第２のアナログデジタル変換器
４０１増幅回路
５０１入力端子
５０２出力端子
５０３電流源
５０４容量素子
５０５ＭＯＳＦＥＴ
５１１第１の電源線
５１２第２の電源線
ＢＢ＿Ｉ第１の入力端子
ＢＢ＿Ｑ第２の入力端子
ＢＵ１第１のバッファ
ＢＵ２第２のバッファ
ＢＵ３第３のバッファ
ＢＵ４第４のバッファ
ＳＷ１第１のスイッチ
ＳＷ２第２のスイッチ
ＳＷ３第３のスイッチ
ＳＷ４第４のスイッチ

Claims

互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を出力する正弦波生成回路と、
前記正弦波生成回路に接続され、前記正弦波を変調して変調信号を生成する直交変調器と、
前記変調信号の振幅変動を検出する検出手段と、
前記変調信号と前記検出手段により検出された前記振幅変動とを乗算する乗算手段と、
前記乗算手段により前記振幅変動と乗算された前記変調信号を復調して復調信号を生成する直交復調器とを備えることを特徴とする変復調装置。
前記検出手段により検出された前記振幅変動を増幅する増幅手段を備え、
前記乗算手段は、前記変調信号と、前記検出手段により検出され、前記増幅手段により増幅された前記振幅変動とを乗算することを特徴とする請求項１に記載の変復調装置。
前記検出手段は、入力端子と、出力端子と、電流源と、容量素子と、ゲートが前記入力端子に接続され、ソースが前記出力端子と前記電流源と前記容量素子とに接続されている電界効果トランジスタとを備える検出回路であることを特徴とする請求項１又は２に記載の変復調装置。
互いに直交し、かつ振幅の等しい２つの正弦波を出力し、
前記正弦波を変調して変調信号を生成し、
前記変調信号の振幅変動を検出し、
前記変調信号と前記検出により検出された前記振幅変動とを乗算し、
前記乗算により前記振幅変動と乗算された前記変調信号を復調して復調信号を生成することを特徴とする変復調方法。
前記検出により検出された前記振幅変動を増幅し、
前記乗算では、前記変調信号と、前記検出により検出され、前記増幅により増幅された前記振幅変動とを乗算することを特徴とする請求項４に記載の変復調方法。