JP2012227811A - Digital radio equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、線形デジタル変調方式を利用した電力増幅器、特にデータシンボルの偏りによって出力信号の振幅が大きく変動する通信プロトコルに対応した無線送信機に関する。 The present invention relates to a power amplifier using a linear digital modulation system, and more particularly to a wireless transmitter compatible with a communication protocol in which the amplitude of an output signal varies greatly due to a data symbol bias.
市町村デジタル通信システムARIB STD‐T86(非特許文献1)は無線設備規則第58条の2の12に規定される60MHz帯の周波数の電波を使用する市町村デジタル防災無線通信を行う固定局の無線設備について規定したものである。 Municipal digital communication system ARIB STD-T86 (Non-patent Document 1) is a radio equipment of a fixed station that performs radio communication of municipal disaster prevention radio communication using radio waves of a frequency of 60 MHz specified in Article 58-2-12 of the Radio Equipment Regulations. Is specified.
本仕様はTDMA/TDD方式を採用し、変調方式を16QAMとして規定されている。また本仕様の1フレームは80msであり、10フレームで1スーパーフレームを構成する。また1スロットは上り3スロット(ST#0、ST#1、ST#2)、下り3スロット(ST#3、ST#4、ST#5)で構成されている。この内、ST#0及びST#3は制御用物理チャネルであり、ST#1、ST#2、ST#4、ST#5は通信用物理チャネルである。図1は、非特許文献1の1フレームの構成を表すフレーム構成図である。
This specification employs the TDMA / TDD system and the modulation system is defined as 16QAM. One frame of this specification is 80 ms, and 10 frames constitute one superframe. One slot includes three uplink slots (
16QAMやπ/4シフトQPSKなどの線形デジタル変調方式を利用した電力増幅器においては電力増幅器の非線形歪み補償が不可欠である。非線形歪み補償実現のために、各種の非線形歪み補償方式(リニアライザ)が提案されている。その中でも、カーテシアンループ負帰還方式のリニアライザは古くから利用されている方式である。カーテシアンループ負帰還方式を備えた無線送信機とは、送信ベースバンド信号に対して同相信号と直交信号とに分けて、負帰還制御を行うものである。 In a power amplifier using a linear digital modulation system such as 16QAM or π / 4 shift QPSK, nonlinear distortion compensation of the power amplifier is indispensable. In order to realize nonlinear distortion compensation, various nonlinear distortion compensation methods (linearizers) have been proposed. Among them, the Cartesian loop negative feedback type linearizer has been used for a long time. A radio transmitter equipped with a Cartesian loop negative feedback system performs negative feedback control by dividing the transmission baseband signal into an in-phase signal and a quadrature signal.
非線形歪み補償の問題の解決手段としては、特開2009‐159520号公報(特許文献1)が挙げられる。 As a means for solving the problem of non-linear distortion compensation, JP 2009-159520 A (Patent Document 1) can be cited.
しかし、実際の運用では問題が生じる。 However, problems arise in actual operation.
図2は制御用物理チャネルの信号フォーマットであり、図3は通信用物理チャネルの信号フォーマットである。各図の略称は以下に対応する。 FIG. 2 shows the signal format of the control physical channel, and FIG. 3 shows the signal format of the communication physical channel. Abbreviations in each figure correspond to the following.
制御用物理チャネルでは、前半はAGCプリアンブル(AP)、後半は制御信号(CAC)が大半を占める。一方、通信用物理チャネルでは前後半共にトラフィックチャネル(TCH)が支配的となる。 In the control physical channel, the AGC preamble (AP) occupies the first half and the control signal (CAC) occupies the second half. On the other hand, in the communication physical channel, the traffic channel (TCH) is dominant in both the first and second half.
ここで、問題となるのが、非特許文献1第4章で規定されたAP=10A800080A(16進)に由来するデータの偏りである(非特許文献1図4.1.6.1−1)。図4は送信時の平均電力の偏りに付いて説明するためのIQ平面図である。
Here, the problem is the bias of data derived from AP = 10A800080A (hexadecimal) defined in
図からも明らかなように、APはIQ平面の最外周のシンボルである、0、2、8、Aのみを用いる。したがって、AP出力時にはほぼ最大出力となる(図4破線)。一方ランダム信号であるTCHは全シンボルの平均的な値を採る(図4実線)。これらにより、制御用物理チャネル出力時の振幅は通信用物理チャネル出力時の振幅の約1.34倍(=3/√5)となる。
As is clear from the figure, AP uses only
つまり制御チャネルのみを送信する場合(親局の待ち受け時、子局から親局へのアンサーバック時など)、送信出力がランダム信号に比べて増大する。これを受けて、増大した電力を検出し、APC制御(出力自動制御)により出力を抑える。 That is, when only the control channel is transmitted (when waiting for the master station, answering back from the slave station to the master station, etc.), the transmission output increases compared to the random signal. In response, the increased power is detected and the output is suppressed by APC control (automatic output control).
またTCHを含む通信用物理チャネルの送信から、制御用物理チャネルに移行した場合、いきなり送信出力が増大し、場合によっては出力検出から補正収束するまでに法定の出力制限を逸脱する場合も考えられる。 In addition, when the transmission of the physical channel for communication including the TCH shifts to the control physical channel, the transmission output suddenly increases, and in some cases, it may be possible to deviate from the legal output limit before the output is detected and corrected. .
すなわち、送信するデータの偏りによって生じる送信出力の偏りが電力制御に影響を及ぼすことが問題としてあった。 That is, there is a problem that the deviation of the transmission output caused by the deviation of the data to be transmitted affects the power control.
本発明の目的は、送信するデータの偏りによって生じる送信出力の偏りを是正し、常時平均電力を一定に保つ手段を提供することにある。 An object of the present invention is to provide means for correcting a bias in transmission output caused by a bias in data to be transmitted and keeping the average power constant at all times.
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
本発明の代表的な実施の形態に関わるデジタル無線機は、シンボルの位相角及び振幅量に情報的意味を持つ変調方式及び取り扱うデータはデータスロット毎に前記シンボルの振幅量に偏りが存在するデータフォーマットに対応し、制御部、変調ベースバンド部及び直交変調器を含み、ベースバンド送信出力信号のI成分、Q成分が直交変調器に入力される電気的経路それぞれに乗算器を設け、データスロットに応じて、制御部が各乗算器の乗算係数を変更することを特徴とする。 The digital radio apparatus according to the representative embodiment of the present invention uses a modulation method having information meaning in the phase angle and amplitude amount of the symbol and data to be handled as data in which the amplitude amount of the symbol exists in each data slot. A data slot corresponding to the format includes a control unit, a modulation baseband unit, and a quadrature modulator, and a multiplier is provided for each electrical path through which the I component and Q component of the baseband transmission output signal are input to the quadrature modulator. The control unit changes the multiplication coefficient of each multiplier according to the above.
このデジタル無線機において、制御部が変更する乗算係数はシンボルの振幅量の偏りと平均的な振幅量との比によって決定されることを特徴としても良い。 In this digital wireless device, the multiplication coefficient changed by the control unit may be determined by a ratio between the deviation of the amplitude of the symbol and the average amplitude.
本発明に関わるデジタル無線機を用いる事で送信チャネルに応じてIQ成分それぞれの変調波信号の振幅を調整することで平均出力電力を一定に保つことが可能となる。 By using the digital radio apparatus according to the present invention, it is possible to keep the average output power constant by adjusting the amplitude of the modulated wave signal of each IQ component according to the transmission channel.
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。しかし、特に明示した場合を除き、それは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部又は全部の変形例、詳細、補足説明などの関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数など(個数、数値、量、範囲などを含む)に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものでなく、特定の数以上でも以下でも良い。 In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, it is not irrelevant to one another, and one is related to some or all of the other, details, supplementary explanations, and the like. Also, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except for the specific number, the number may be more than or less than the specified number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合を除き、必ずしも必須のものでないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, it is needless to say that the constituent elements are not necessarily essential unless particularly specified and apparently essential in principle.
以下、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(基礎となる実施の形態)
図5は、基礎となるカーテシアン方式の負帰還リニアライザ方式を使ったデジタル無線器の送信部の構成を表すブロック図である。
(Basic embodiment)
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a transmission unit of a digital wireless device using a basic Cartesian negative feedback linearizer method.
この負帰還リニアライザ方式を使ったデジタル無線器は、変調ベースバンド部901、加算器904、905、直交変調器906、増幅器907、方向性結合器908、アンテナ909、周波数シンセサイザ910、位相シフト回路911、可変減衰器912、直交復調器913、レベル検出器914、位相ずれ進遅検出器921、回転方向検出器922、位相制御器923を含んで構成される。
A digital radio using this negative feedback linearizer system includes a
変調ベースバンド部901は、デジタル信号からアナログ信号への変調を行うモジュールである。変調ベースバンド部901の段階でI成分、Q成分に分離されることを本図では想定している。したがって、変調ベースバンド部901の出力はI成分出力及びQ成分出力が存在する。
The
これらの変調ベースバンド部901の出力はI成分出力及びQ成分出力は、加算器904、905及び回転方向検出器922に入力される。また、変調ベースバンド部901への入力信号としては、レベル検出器914の出力が上げられる。これを参照して可変減衰器912の制御用信号が決定される。
The outputs of these
加算器904は、変調ベースバンド部901のI成分出力に対して直交復調器913の補正出力を加算するためのアナログ加算器である。また加算器905は、変調ベースバンド部901のQ成分出力に対して直交復調器913の補正出力を加算するためのアナログ加算器である。
The
直交変調器906は、周波数シンセサイザ910の出力と加算器904、905の出力を内部のミキサでミキシングし、フィルタによって必要な信号成分を除去した後にIQ成分を合成して出力する直交変調器である。
The
増幅器907は、直交変調器906の出力信号の振幅を増幅する増幅器である。
The
方向性結合器(カプラ)908は、単一のアンテナ909を送受信に用いるための分配器である。方向性結合器908の出力の1は可変減衰器912及びレベル検出器914に入力される。
A directional coupler (coupler) 908 is a distributor for using a
なお、本発明は出力信号のフィードバック制御に着目したものであるため、本明細書では変調波信号に対する方向性結合器(カプラ)908の分配(取り出し)にのみ着目する。実際の送受信機の構成に際しては、送受信の分配も必要かもしれないが、本明細書では特に述べない。 Since the present invention focuses on feedback control of the output signal, the present specification focuses only on the distribution (extraction) of the directional coupler (coupler) 908 with respect to the modulated wave signal. In the actual configuration of the transceiver, transmission / reception distribution may be necessary, but is not particularly described in this specification.
アンテナ909は、電波を空間に放射、あるいは空間の電波を高周波エネルギーに変換するアンテナ素子である。
The
周波数シンセサイザ910は、任意の周波数を合成して局部発振周波数として直交変調器などに出力するためのPLL(フェイズロックループ)回路である。
The
位相シフト回路911は、周波数シンセサイザ910から出力された局部発振周波数を90度位相シフトして直交復調器913に入力するための位相シフト回路である。なお、位相シフト回路911は、後述する位相制御器923の出力を受けて、シフト量を微調整できる構成にする。
The
また、本発明は出力信号をフィードバックすることを想定しているため、直交復調器913には、直交変調器906に入力される信号と逆位相の信号が入力される。したがって、これらの同周波数かつ逆位相の信号も位相シフト回路911が生成する。
Further, since the present invention assumes that the output signal is fed back, the
可変減衰器912は、変調ベースバンド部901からの制御信号に従い、方向性結合器908の出力を直交復調器913に入力する前に適切な振幅量に信号を減衰するためのアッテネータである。
The
直交復調器913は、入力された信号からI成分、Q成分を分離抽出し、直交性の確認を行うための復調器である。直交復調器913が減衰器912によって減衰された方向性結合器908の出力をベースバンドに戻す。
The
直交復調器913でベースバンドに戻された信号(I成分帰還信号、Q成分帰還信号)は、加算器904、905に出力される。これらのI成分帰還信号、Q成分帰還信号は各加算器で加算され、この加算後の送信ベースバンド信号が直交変調器906に入力される。
The signals (I component feedback signal and Q component feedback signal) returned to the baseband by the
レベル検出器914は、方向性結合器908で取り出した変調波信号のレベルを検出するためのレベル検出器である。
The
レベル検出器914の検出結果は変調ベースバンド部901に入力される。変調ベースバンド部901のCPUはこれらを参考にして、可変減衰器913の減衰率を微調整するため、制御信号を出力する。
The detection result of the
また、レベル検出器914の検出結果である出力レベルを見ることで、変調ベースバンド部901は出力電力異常の検出も行う。
The
位相ずれ進遅検出器921は、変調ベースバンド部901から出力されるQ成分出力、及び加算器905による加算後のQ成分出力の位相をそれぞれ検知し、それらの位相から位相のずれ及びその進遅を検出する。
The phase shift advance /
回転方向検出器922は、変調ベースバンド部901から出力されるI成分出力及びQ成分出力が直交性を保っているかを確認する。
The
位相制御器923は、位相ずれ進遅検出器921及び回転方向検出器922の出力を参照して、位相シフト回路911の位相シフト量を調整する回路である。位相制御器923の出力として、位相シフト回路911の制御用信号も出力する。この制御信号の制御用にCPUなどの制御部も位相制御器923に含まれる。
The
このような負帰還においては、系を安定させるために加算器904と加算器905の入力信号のI成分出力、Q成分出力、帰還信号についてのI成分帰還信号、Q成分帰還信号の位相が同相である必要がある。この位相の微調整を位相シフト回路911は位相制御器923の制御信号に基づき行う。
In such negative feedback, in order to stabilize the system, the I component output of the
(本発明の実施の形態)
図6は、本発明に関わるカーテシアン方式の負帰還リニアライザ方式を使ったデジタル無線器の送信部の構成を表すブロック図である。
(Embodiment of the present invention)
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a transmission unit of a digital wireless device using the Cartesian negative feedback linearizer method according to the present invention.
本実施の形態では、図5の構成に加え、乗算器101、102及び利得調整器103を含む点に特徴がある。また、変調ベースバンド部901は変調ベースバンド部104に置き換えられる。
The present embodiment is characterized in that it includes
なお、図5に記載している位相ずれ進遅検出器921、回転方向検出器922、位相制御器923は変調ベースバンド部901内に備えて制御線を変調ベースバンド部901内に備えて制御線を変調ベースバンド部901から出して制御することも可能である。図6では、それらを考慮し、本発明の特徴部分を明確化するために、位相ずれ進遅検出器921、回転方向検出器922、位相制御器923を変調ベースバンド部内に備えられたものとしてこれらに関わる記載を簡略化した。
Note that the phase shift advance /
乗算器101、102は、電気的には変調ベースバンド部104(入力側)と加算器904、905(出力側)との間に配置されるアナログ乗算回路である。また乗算器101、102の別の入力端として、利得調整器103にそれぞれ接続される。
The
利得調整器103は、変調ベースバンド部104から制御信号を入力し、乗算器101、102に対して所定の電圧を出力する。この利得調整器103から乗算器101、102に掛けられる電圧が乗算係数となる。
The
本発明における変調ベースバンド部104は、フレーム内の現在のスロットが送信時の制御用物理チャンネル(具体的には図1の#3)か否かを判定する機能を持つ。この際の手段としては、上位の通信層を制御するモジュールからの入力によってその認識を行っても良い。また、入出力スロット及び時間の管理によって、変調ベースバンド部104が自発的にスロットの判定を行っても良い。
The
この際、変調ベースバンド部104から利得調整器103に入力されるスロット制御信号は現在制御用物理チャネルの送信中か否かを表すスロット情報である。これに応じて送信出力を変更する。変更の具体的な方法は以下の通りである。
At this time, the slot control signal input from the
既に述べたとおり、制御用物理チャネル送信時には、AGCプリアンブル(AP)の固定値により、通信用物理チャネルに比べてアンテナ909から出力される平均電力は増大する。
As already described, during transmission of the control physical channel, the average power output from the
これを回避するために、変調ベースバンド部104からのスロット情報(=スロット制御信号)が制御用物理チャネルの送信中を表すときには、利得調整器103は、出力信号の振幅を通信用物理チャネルの際の振幅より約0.75倍(=√5/3)に減少させる。これを実行すべく、利得調整器103は乗算器101、102に出力する電圧を約0.75倍に減少させることでこれを実現することができる。
In order to avoid this, when the slot information (= slot control signal) from the
これらの措置を採ることで、アンテナ909からの出力電力を一定に保つことが可能となる。
By taking these measures, the output power from the
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは言うまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
例えば、上記では制御用物理チャネル送信時にはアンテナ909の出力の振幅が大きくなる旨説明した。これに対し、特定のチャネル送信時でアンテナ909の出力の振幅が小さくなるような場合でも本発明の適用は可能である。この場合、該特定のチャネル送信時には利得調整器103の出力電圧を大きくすることとなる。このような場合も本発明の射程に含まれる。
For example, in the above description, it has been described that the amplitude of the output of the
また、上記では移動局での適用を考慮したため図1のスロット#3を検索していた。しかし、本発明を基地局側に適用しても良く、この場合、図1のスロット#0を検索する必要がある。
Further, in the above description,
また上記では、説明の関係上利得調整器103を設け、それが乗算器101、102の入力電圧を決定する構成を採っている。しかし、変調ベースバンド部104中に利得調整器103を含ませること、変調ベースバンド部104中に乗算器101、102を内包させることも本発明の射程に含まれることは言うまでもない。
In the above description, the
さらに、上記説明では、負帰還リニアライザ方式を使ったデジタル無線器の送信部の改善として説明した。しかし、負帰還による補正を行わずとも、データスロット毎に増幅時の係数を変更するようなものも本発明の射程に含まれる。 Furthermore, in the above description, the description has been made as an improvement of the transmission unit of the digital radio using the negative feedback linearizer system. However, the range of the present invention includes changing the coefficient at the time of amplification for each data slot without performing correction by negative feedback.
さらには、変調ベースバンド部104に含まれる制御用CPUを独立したモジュール「制御部」として回路構成を行っても良い。
Furthermore, the circuit configuration may be performed by using the control CPU included in the
上記では、ARIB STD‐T86に特化した形で発明の説明を行った。しかしこれに限らず、送信データのデータシンボルが偏ることで電力が大きく(若しくは小さく)なるような通信方式に用いるものであれば適用可能である。 In the above, the invention has been described in a form specialized for ARIB STD-T86. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to any communication system in which power is increased (or decreased) by biasing data symbols of transmission data.
101、102…乗算器、103…利得調整器、
104、901…変調ベースバンド部、904、905…加算器、906…直交変調器、
907…増幅器、908…方向性結合器、909…アンテナ、
910…周波数シンセサイザ、911…位相シフト回路、912…可変減衰器、
913…直交復調器、914…レベル検出器。
101, 102 ... multiplier, 103 ... gain adjuster,
104, 901 ... modulation baseband unit, 904, 905 ... adder, 906 ... quadrature modulator,
907 ... Amplifier, 908 ... Directional coupler, 909 ... Antenna,
910 ... Frequency synthesizer, 911 ... Phase shift circuit, 912 ... Variable attenuator,
913: Quadrature demodulator, 914: Level detector.
Claims (2)
ベースバンド送信出力信号のI成分、Q成分が前記直交変調器に入力される電気的経路それぞれに乗算器を設け、
前記データスロットに応じて、前記制御部が前記各乗算器の乗算係数を変更することを特徴とするデジタル無線機。 The modulation method having information meaning in the phase angle and amplitude amount of the symbol and the data to be handled correspond to the data format in which the amplitude amount of the symbol exists in each data slot, and the control unit, the modulation baseband unit and the quadrature modulator In digital radio including
A multiplier is provided for each electrical path through which the I component and Q component of the baseband transmission output signal are input to the quadrature modulator,
The digital radio device, wherein the control unit changes a multiplication coefficient of each multiplier according to the data slot.
2. The digital radio according to claim 1, wherein the multiplication coefficient changed by the control unit is determined by a ratio between a bias of an amplitude amount of the symbol and an average amplitude amount.
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