JP2010147780A - 無線機 - Google Patents

Abstract

【課題】位相の補正値の検出を、回路に過負荷を与えることなく安定して行うことができる無線機を提供する。
【解決手段】ベースバンド信号を直交変調により変調波信号に変換して出力する第１直交変調器７と、第１直交変調器から出力されるデジタル変調信号の直線性を補償するべく、線形デジタル変調信号の負帰還信号をベースバンド信号に与えるリニアライザ回路２０，２２，２３，５−１，５−２，１８と、負帰還信号の位相を制御する第２直交変調器２６と、第１直交変調器と第２直交変調器の位相を最適化させるべく位相を補正する補正手段２２を有する無線機。
【選択図】図１

Description

この発明は、直交変調器を用いた無線機に関し、特に、負帰還信号の位相を制御するために直交変調器の初期位相差の補正を行う無線機に関する。

従来、デジタル無線通信の技術分野において、１６ＱＡＭ（quadrature amplitude modulation）や、π／４シフトＱＰＳＫ（quadrature phase shift keying）等を利用したデジタル送受信システムが知られている。このようなデジタル無線通信システムでは、変調信号のリニアリティを確実にするためのリニアライザ等の付加回路を設ける場合がある。

特許文献１は、出力段の変調信号を取り出して、ベースバンド信号に負帰還信号として与える送信機を開示している。

特開２００４−７０９９号公報。

負帰還信号を用いて精度良く歪補償を行うには、負帰還信号の位相と、当該負帰還信号が与えられるベースバンド信号の位相とを正確に合わせる必要がある。
本発明は、負帰還信号の位相と負帰還信号が与えられるベースバンド信号の位相を正確に合わせることができる無線機を提供することを目的とする。

課題を解決するための一実施形態は、
ベースバンド信号を直交変調する直交変調器と、前記直交変調器の出力を増幅する増幅器を備えると共に、前記ベースバンド信号に負帰還信号を与えることにより前記増幅器で生じた非線形歪を補償する無線機において、
位相補正値に従って前記負帰還信号の位相を補正する位相補正部と、
前記位相補正値を所定値だけ変更する位相補正値変更部と、
前記変更された位相補正値に従って位相が補正された負帰還信号が与えられたベースバンド信号に基づき、前記直交変調器と前記位相補正部の位相差を検出する位相差検出部と、
前記位相差が検出されたときに、前記位相補正値を補正する位相補正値補正部と、
を備えることを特徴とする無線機である。

ベースバンド信号を直交変調する直交変調器と、直交変調器の出力を増幅する増幅器を備えると共に、ベースバンド信号に負帰還信号を与えることにより増幅器で生じた非線形歪を補償する無線機において、位相補正値に従って負帰還信号の位相を補正し、所定値だけ変更した位相補正値に従って位相が補正された負帰還信号が与えられたベースバンド信号に基づき、直交変調器と位相補正部の位相差を検出する。ここで、位相差が検出されたときに、位相補正値を補正する。これにより、毎回位相補正値を検出する手間を省き、また位相補正値検出中の正帰還での不安定時による検出により誤検出する可能性を防ぎ、送信特性の安定性を保つことができる。

以下、この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。図１は、本発明の一実施形態である無線機の構成の一例を示す構成図、図２は、直交変調器の回路構成の一例を示す説明図である。
線形デジタル変調方式、例えば１６ＱＡＭや、π／４シフトＱＰＳＫ等を利用した無線システムにおいては、電力増幅器の非線形歪み補償が必要であり、各種の非線形歪み補償方式（リニアライザ）が用いられている。その中でもカーテシアンループの負帰還方式のリニアライザは広く利用されている。

本発明の一実施形態である無線機Ｃの構成を図１を用いて説明する。この無線機Ｃは、線形デジタル変調信号を直交変調するための直交変調器７と、負帰還信号の位相を制御するための直交変調器２６の初期位相の補正機能を持った負帰還方式のリニアライザ回路（５−１，５−２，１１，１７，１８，８−１，８−２，２３，２０，２１−１，２１−２，１９，２６，２７，２２，２４，２５−１，２５−２）を有している。

すなわち、無線機Ｃは、図１に示すように、エンコードデータを出力する無線チャネル制御部１と、マッピング処理等を行ってベースバンド信号を出力するベースバンド処理部２と、ベースバンド信号に基づきアナログ信号である同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑを出力するＤ／Ａコンバータ３と、同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑがそれぞれ供給されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）４−１，４−２と、各フィルタが接続される加算器（減算器）５−１，５−２と、各加算器（減算器）が接続されるループフィルタ６−１，６−２と、同相成分Ｉ’と直交成分Ｑ’をＩＦ（中間）周波数帯に直交変調する直交変調器７を有している。

さらに、無線機Ｃは、図１に示すように、直交変調器７の出力を受け、ＲＦ部の入力部となるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９と、これに接続されるミキサ１０と、これに接続されるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２と、これに接続されるプリアンプ１３と、これに接続される電力増幅器（ＰＡ）１４と、これに接続される方向性結合器１５と、これに接続されるアンテナ１６を有している。

さらに、上述したリニアライザ回路として、電力増幅器（ＰＡ）１４の出力を受けるアッテネータ（ＡＴＴ）１７と、これに接続されるミキサ１８と、ミキサ１０とミキサ１８に基準信号を供給する基準信号発生器（ＲＦ）１１と、直交変調器７の出力を受けるスイッチ８−１と、ミキサ１８の出力を受けるスイッチ８−２と、スイッチ８−２の出力を受ける直交復調器２０と、直交復調器２０からの帰還側の同相信号ｉ’、直交成分ｑ’を其々受けるオペアンプ２１−１，２１−２と、エンコードデータを出力する無線チャネル制御部１に接続され上述したスイッチ８−１とスイッチ８−２の動作を制御する出力制御部２３を有している。

また、上述したリニアライザ回路の付加回路として、負帰還信号の位相を制御するため予め求めてあった初期位相補正値（θ）を直交復調器２０に供給する直交変調器２６と、線形デジタル変調信号を直交変調する直交変調器７と負帰還信号の位相を制御する直交変調器２６との位相のずれを判断する調整部２２と、初期位相補正値（θ）を格納するメモリ部２７と、調整部２２からの信号を変換するＤ／Ａコンバータ２４と、これに接続する二つのローパスフィルタ（ＬＰＦ）２５−１，２５−２と、基準信号ＬＯを二つの直交変調器７，２０に供給する基準信号発生器（ＩＦ）１９を有している。

また、直交変調器は、図２に示すように、ＬＯ入力を受ける逓倍回路３１と、同相成分信号Ｉを受けるミキサ３２−１と、直交成分信号Ｑを受けるミキサ３２−２と、逓倍回路３１の出力を受け位相差９０度をミキサ３２−１，３２−２に設定する９０度位相器３３と、ミキサ３２−１，３２−２、９０度位相器３３の出力を加算するミキサ３４を有している。

上述した構成をもつ無線機Ｃの動作を以下に説明する。すなわち、無線機Ｃにおいて、無線チャネル制御部１は、エンコードデータをベースバンド処理部２に供給し、ベースバンド処理部２は、無線機によって指定された変調方式（例えばπ／４シフトＱＰＳＫ変調方式）に従って、エンコードデータをマッピングし、フィルタにより不要成分を除去した後、同相成分信号Ｉと直交成分信号ＱをＤ／Ａコンバータ３を介して出力し、ローパスフィルタ４−１およびローパスフィルタ４−２は、出力から高調波成分を除去した後、加算器５−１および加算器５−２は、帰還側の同相信号ｉ’、直交成分ｑ’を減算して出力する。加算器５−１および加算器５−２の出力はループフィルタ６−１におよびループフィルタ６−２に入力し、帯域制限されたあと直交変調器７に与えられる。

基準信号発生器１９は基準周波数信号を発生し、直交変調器７と直交変調器２６に基準周波数信号を供給する。
直交変調器７は、入力したベースバンド信号の同相成分Ｉ’と直交成分Ｑ’を、基準周波数信号から与えられたＬＯ信号によって、ＩＦ（中間）周波数帯に直交変調し、直交変調器７の出力はスイッチ８−１の入力端子に供給される。スイッチ８−１の出力端子の一方はバンドパスフィルタ９に接続され、不要周波数成分を除去しミキサ１０に与える。スイッチ８−１の出力端子のもう一方は、スイッチ８−２の入力端子に接続される。ミキサ１０は入力した信号を基準信号発生器１１から出力されるＬＯ２信号によって所望の周波数に変換してバンドパスフィルタ１２に与える。バンドパスフィルタ１２は、入力した被変調波から不要なスプリアス成分を除去しプリアンプ１３を介して電力増幅器１４に接続する。電力増幅器１４では、入力した信号を規定された所定の出力レベルまで増幅し、方向性結合器１５を介してアンテナ１６から出力する。

（負帰還リニアライザ）
このように、無線機Ｃは、電力増幅器の非線形歪み補償のためにカーテシアンループの負帰還方式のリニアライザが設けられており、この動作を以下に説明する。方向性結合器１５は、電力増幅器１４の出力信号の一部を分波し、アッテネータ１７に供給する。アッテネータ１７を通った信号はミキサ１８に与えられ、基準信号発生器１１から出力されるＬＯ２信号によってアッテネータ１７から入力した信号の周波数をＩＦ周波数まで周波数変換し、スイッチ８−２の他方の入力端子へ入力する。

スイッチ８−２の出力端子は直交復調器２０に与えられ、直交復調器２０は、直交変調器２６から与えられるＬＯ信号により、入力したＩＦ周波数信号を直交復調して出力し、ベースバンド信号の同相成分ｉ’をオペアンプ２１−１を介して加算器５−１の減算（−）入力側に与え、直交成分ｑ’をオペアンプ２１−２を介して加算器５−２の減算（−）入力側に与える。

また、出力制御部２３は、無線チャネル制御部１によりスイッチ８−１を制御し、信号をＲＦ部に渡すか、ＲＦ部を通さずにＩＦ部（ＲＦ部の上流側）で折り返すかを決定する。また、調整部２２は、無線チャネル制御部１より得た位相補正データを同相成分信号ｉと直交成分信号ｑに変換し、Ｄ／Ａコンバータ２４を通った後にローパスフィルタ２５−１およびローパスフィルタ２５−２によって高調波成分を除去し、基準信号発生器１９から出力されるＬＯ信号の位相を制御して、直交復調器２０に与える。上記のように、加算器55５−１および加算器５−２では、入力信号Ｉ、Ｑが帰還信号ｉ’、ｑ’によりそれぞれ減算され負帰還がかけられる。このような動作により非線形歪み補償された変調信号が得られる。

しかしながら、無線機Ｃの起動時に加算前の入力信号Ｉ，Ｑと帰還信号ｉ’、ｑ’の初期位相が異なってしまう場合がある。初期位相が異なってしまうと異常発振を招き、歪み補償の限度を超え送信性能を劣化させ、また各ＩＣに過大な負荷を与え故障の原因となりかねないので、帰還信号ｉ’、ｑ’に補正を加え、位相を合わせておく必要がある。ここで、図３は直交変調装置の出力パターンの一例を示すタイミングチャートである。

ここで、本発明に係る無線機Ｃにおいては、基準信号発生器１９は、所要周波数の基準信号ＬＯを発振して出力する。基準信号ＬＯは、直交変調器７の逓倍回路３１を経て９０度位相器３３に供給される。９０度位相器３３からは互いに位相が９０°ずれた矩形波が出力され、それぞれ同相成分信号Ｉを受けるミキサ３２−１と、直交成分信号Ｑを受けるミキサ３２−２へと供給される。以上の説明は、直交変調器２６においても同様である。
ここで、二つの直交変調器７，２６は、無線機Ｃが起動した瞬間にそれぞれの直交変調器の９０度位相器３３が位相変換を開始するわけだが、与えられる基準信号ＬＯの位相が同じでも、位相変換を開始するタイミングが異なった場合、起動時に図３のパターン１のように位相が同期する場合、即ち、９０°位相器出力（ｉ）の立上がりがＬＯ入力信号の立ち上がりに同期する場合と、図３のパターン２のように位相の同期がずれてしまう場合、即ち、９０°位相器出力（ｉ）の立上がりがＬＯ入力信号の立ち下がりに同期する場合がある。調整部２２は、このような二つの直交変調器７，２６の位相の不一致を検出し、位相を最適化することで、無線機Ｃの出力の異常発振等を防止して、送信処理の動作を確実にする。なお、二つの直交変調器７，２６の位相の不一致を検出する方法については、以下に述べる二つの方法、位相を回転させて検出する方法と、初期位相補正値θに所定角度（０°より大きく１８０°未満であり、本実施形態では９０°とする）を加算して直交復調器に供給して直交成分Ｑ’（またはＩ’）の極性を検出する方法とがある。

（位相回転による検出）
すなわち、この検出方法は、無線機Ｃを起動させ、基準信号発生器１９の出力が確定した後、出力制御部２３によりスイッチ８−１およびスイッチ８−２をＲＦ部と接続して不要電波を発射しないようＩＦ部折り返しの方へ接続する。図４は直交変調器の位相差の第１の検出方法を示す説明図である。調整部２２により、図４の（ａ）に示すようにベースバンド処理部２より（Ｉ，Ｑ）＝０°の位置にマッピングさせるようなベースバンド信号を出力し、次に、図４の（ｂ）に示すように、調整部２２より同相成分（ｉ）および直交成分（ｑ）が円の外周を時計と逆周りに動くように移動させ、直交変調器７の入力（Ｉ’，Ｑ’）＝０°の位置、つまり、図４の（ｃ）のように直交成分（Ｑ‘）の極性がマイナスからプラスになる位置を求め、初期位相補正値とする。この方法では、二つの直交変調器７，２６の位相の不一致を検出すると共に、最終的に最適な位相補正値を決定することができる。最適な初期位相補正値が確定したらこれを直交復調器２０に供給し、出力制御部２３は、スイッチ８−１，８−２をＲＦ部と接続するように制御し、通常の送信動作に入る。

（所定角度を付加することによる検出）
しかし、この位相を回転させて検出する方法は、途中でリニアライザが負帰還から正帰還へと移行する場合があり、歪み補償の限度を超え、各ＩＣに過大な負荷を与え、また正帰還での不安定時の検出により誤検出する場合がある。

このような不具合がない検出方法として、初期位相補正値θに所定角度を加算して直交復調器に供給し、直交成分Ｑ’（またはＩ’）の極性を検出する方法を、直交変調器の位相差の第２の検出方法を示すフローチャートである図５のフローチャートを用いて説明する。

この方法では、例えば、予め工場出荷時等において、調整部２２によりベースバンド処理部２からの直交成分Ｑと負帰還信号ｑ’の位相を合わせるための初期位相補正値θを求めておきメモリ部２７に保存しておく。初期位相補正値θとは、０°から３６０°の値をとるもので、回路素子の電気的特性等により決まっていく（図６の（ａ）に後述される初期位相補正値θは、約２００°程度の値をもっている）。次に無線機Ｃを起動した際に、基準信号発生器１９の出力が確定した後、出力制御部２３は、スイッチ８−１およびスイッチ８−２をＲＦ部と接続して不要電波を発射しないようＩＦ部折り返しの方に接続する（ステップＳ１１）。

そして、ベースバンド処理部２より（Ｉ，Ｑ）＝０°の位置にマッピングさせるような信号を出力し、予め保存していた初期位相補正値θをメモリ部２７から読み出し、さらにこの初期位相補正値に所定角度（例えば９０°）を加算した値（図１（ｂ））を調整部２２により直交変調器２６から直交復調器２０に出力する（ステップＳ１２）。そして、調整部２２は、直交成分Ｑ’（同相成分Ｉ’であってもよい）を検出し（ステップＳ１３）、直交成分Ｑ’の値が正かどうかを判断する（ステップＳ１４）。図６は直交変調器の位相差の第２の検出方法を示す説明図である。

ここで、二つの直交変調器７，２６の同期がとれている場合（図６の（ａ））は、直交変調器７の直交成分Ｑ’の入力を９０°ずらしている（図６の（ｂ））ので、直交成分Ｑ’の極性はプラスとなる（図６の（ｃ））。このときは、予め保存していた初期位相補正値θのみを調整部２２により直交変調器２６から直交復調器２０に出力し（ステップＳ１５）、その後、出力制御部２３は、スイッチをＲＦ部と接続するべく制御して、通常の送信動作に入る（ステップＳ１７）。

一方、二つの直交変調器７，２６の位相が１８０°ずれていた場合（図６の（ｄ））は、直交変調器７の直交成分Ｑ’の入力を９０°ずらして（図６の（ｅ））いるため、直交変調器７の直交成分Ｑ’の極性はマイナスとなる（図６（ｆ））。このときは、予め保存していた初期位相補正値θに１８０°を加算した値を調整部２２により直交変調器２６から直交復調器２０に出力し（ステップＳ１６）、その後、出力制御部２３は、スイッチをＲＦ部と接続するべく制御して、通常の送信動作に入る（ステップＳ１７）。

このような方法により、上記した位相を回転させて検出する方法における、途中でリニアライザが負帰還から正帰還へと移行する際に各ＩＣに過大な負荷を与えることで誤検出を生じてしまう等の不具合を回避することができる。また、位相の調整期間も、位相回転の場合に較べて短縮することが可能となる。

以上記載した様々な実施形態は複数同時に実施することが可能であり、これらの記載により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態である無線機の構成の一例を示す構成図。 直交変調器の回路構成の一例を示す説明図。 直交変調装置の出力パターンの一例を示すタイミングチャート。 無線機の直交変調器の位相差の第１の検出方法を示す説明図。 無線機の直交変調器の位相差の第２の検出方法を示すフローチャート。 無線機の直交変調器の位相差の第２の検出方法を示す説明図。

符号の説明

１…無線チャネル制御部、２…ベースバンド処理部、３…Ｄ／Ａ変換機、４…ローパスフィルタ、５…加算器、６…ループフィルタ、７…直交変調器、８…スイッチ、９…バンドパスフィルタ、１０…ミキサ、１１…基準信号発生器（ＲＦ）、１２…バンドパスフィルタ、１３…プリアンプ、１４…電力増幅器（ＰＡ）、１５…方向性結合器、１６…アンテナ、１７…アッテネータ、１８…ミキサ、１９…基準信号発生器（ＩＦ）、２０…直交復調器、２１…オペアンプ、２２…調整部、２３…出力制御部、２４…Ｄ／Ａコンバータ、２５…ローパスフィルタ、２６…直交変調器、２７…逓倍回路、２８…ミキサ、２９…９０度位相器、３０…加算器。

Claims (2)

1. ベースバンド信号を直交変調する直交変調器と、前記直交変調器の出力を増幅する増幅器を備えると共に、前記ベースバンド信号に負帰還信号を与えることにより前記増幅器で生じた非線形歪を補償する無線機において、
   位相補正値に従って前記負帰還信号の位相を補正する位相補正部と、
   前記位相補正値を所定値だけ変更する位相補正値変更部と、
   前記変更された位相補正値に従って位相が補正された負帰還信号が与えられたベースバンド信号に基づき、前記直交変調器と前記位相補正部の位相差を検出する位相差検出部と、
   前記位相差が検出されたときに、前記位相補正値を補正する位相補正値補正部と、
   を備えることを特徴とする無線機。
2. 前記位相差検出部は、前記変更された位相差補正量に従って位相が補正された負帰還信号が与えられたベースバンド信号のＩ相またはＱ相の極性に基づき、前記位相差を検出することを特徴とする請求項１に記載の無線機。

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