JP2013541294A

JP2013541294A - 制御方法、無線通信システム及び電力検出方法

Info

Publication number: JP2013541294A
Application number: JP2013530384A
Authority: JP
Inventors: コーエン，エマニュエル
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-11-07
Also published as: EP2619955A1; WO2012040690A1; EP2619955A4; KR20130063000A; CN103109571B; CN103109571A; US20120076188A1; US8514918B2; KR101469449B1

Abstract

電力増幅器のプリディストーション又はPAPR補正曲線を補正するために無線通信装置において閉ループ電力調整アルゴリズムが実行される。ピーク対平均電力比(すなわち、PAPR)を検出する技法に加えて、直交周波数分割多重(OFDM)パケットのような送信リファレンスパケットを利用するアルゴリズム、プロセス又は処理が行われる。リファレンスパケットは、電力増幅器の出力を測定する検出器の線形応答を学習又は取得するために使用される。送信されるパケットは線形応答を含む。含まれている線形応答はリファレンスパケットからノーマルパケットを減算することで判定できる。

Description

開示される発明は制御方法、無線通信システム及び電力検出方法等に関連する。

ブロードバンド無線通信システムのような無線通信装置においては、無線通信装置のアンテナコネクタ及びアンテナにて正確な無線周波数電力で送信されることを保証するために、較正、校正、調整又はキャリブレーション(calibration)を行うことが可能である。キャリブレーションは、アンテナコネクタのインピーダンスの影響を受けやすい。そのようなインピーダンスは電圧定在波比(VSWR)と言及される或るいは定在波比の影響を受ける。

無線通信装置は、電力のキャリブレーションや、電力増幅器(PA)のプリディストーション或いはPAPD補正等のために閉ループ測定法(close-loop reading)を使用してもよい。閉ループ測定法は、電力の高精度化を達成するため及び製品開発におけるマスク補正(mask correction)のために使用されてもよい。場合によってはPAの出力に検出器又はディテクタが設けられる。ループバックの後、PAからサンプリングされたデータにはディテクタ周波数応答が乗算され、ディテクタ周波数応答は、無線通信装置のアンテナポート(すなわち、アンテナコネクタ)において限定されたVSWRに起因して生じる。

ディテクタに起因する応答閉ループ設計において問題を生じさせ、無線通信装置で実行される処理や他のキャリブレーションに影響を及ぼす。例えば、直交周波数分割多重(すなわち、OFDM)方式の信号について検出されるピークが変動し、実行されるピーク対平均電力比(すなわち、PAPR)の検出に問題を招いてしまう。その場合、PAPR補正曲線は不正確になり、振幅変調(AM)及び位相変調(PM)の応答を抽出しにくくしてしまう。

韓国特許出願公開第１０−２０１０−００４５２４５号明細書

開示される発明の課題は、ことである。

開示される発明による処理方法は、
無線通信装置に関するループバック電力測定法によりピーク対平均電力比(PAPR)を取得する処理方法であって、
通常の電力のモードでデータパケットを送信するステップと、
前記通常の電力のモードの場合よりも低い電力のモードでリファレンスパケットを送信するステップと、
前記リファレンスパケットから前記データパケットを減算することでループバック応答を取得するステップと
を有する処理方法である。

一実施形態による無線通信装置の一例を示すブロック図。一実施形態による振幅チャネル波形応答のグラフの一例を示す図。一実施形態による位相応答のグラフの一例を示す図。ループバック電力測定法によりピーク対平均電力比(PAPR)を取得する際の実施の形態によるキャリブレーション方法を示すフローチャート。

以下、添付図面を参照しながら詳細な説明を行う。図中、参照番号の最も左側の桁はその参照番号が最初に登場した図面を示す。図中、同様な特徴や要素を参照する際に、同じ番号が使用される。

＜概要＞
無線送信モジュールを含む無線通信装置(例えば、無線通信システム)においては、ループバック又は閉ループを利用して電力増幅器のプリディストーション(pre−distortion)又はPAPD補正曲線を修正するアルゴリズム又は手順を用いた補正処理が実行される。例えば、VSWR変動を受けた場合でも、検出電力の誤差を1．0dBないし約0．1dBの範囲内に減少させることができる。更に、電力増幅器(PA)のAM/PM曲線を取得する処理が実行されてもよい。本アルゴリズムと共に閉ループを実現することで、無線通信装置に追加的なハードウェアを実装することなしに、最適な最大出力電力及びPAの効率をもたらすことができ、スループットを向上させつつ電力消費量を節約することができる。

一実施形態では、閉ループでの電力検出にて正確な測定を行うために、既存のピーク対平均電力比又はPAPR検出方法を利用する相対的な測定に基づいて相対的な測定方法が実行されてもよい；しかしながら、既存のPAPR方法はVSWRの変動の影響を強く受けるかもしれないので、実際の動作状態を調整するために、以下のアルゴリズム及び方法が実行されてもよい。

概して、本アルゴリズム、プロセス又は処理は、直交周波数分割多重(OFDM)方式のパケットのような送信パケットを利用する。送信パケットはPAの出力を測定する際にディテクタの線形応答(linear response)を取得又は学習するために使用される。これは低電力で送信されたパケットを利用することで実行されてもよい。線形応答はPAの非線形性に委ねられた後であっても維持されるので後述するように低電力パケットは線形応答を減算するために使用できるという性質に基づいて、リファレンスパケットから実際に送信されたパケットを減算することで線形応答が見出される。この実施の形態は相対的に少ない又は軽い演算負担しかなく、リファレンスとして送信するために追加的なパケットを利用する。相対的にやや複雑な実施形態は、PA及びカプラ(すなわち、無線周波数集積回路又はRFIC及びカプラからの出力)から、パイロット信号から応答又はレスポンスを取得し、受信した信号を等化する。

＜無線通信装置＞
図1は無線通信装置100の一例を示す。無線通信装置100は閉ループキャリブレーションアルゴリズム手順を利用して正確な送信電力を保証する。

無線通信装置100は、ラップトップ、ネットブック、パーソナルディジタルアシスタント(PDA)、電子書籍リーダ、スマートフォン等のようなブロードバンド装置を含んでいてもよい。無線通信装置100はセルラ電話機のような音声のみの通信装置であってもよいことも想定されている。

本実施形態における無線通信装置100は無線送信機モジュール102及びドライバ104を含んでいる。場合によっては、無線送信機モジュール102は例えばシリコン集積回路の一部分としてハードウェアにより実現されてもよい。場合によっては、ドライバ104はソフトウェア及び/又はファームウェアにより実現されてもよい。無線通信装置は、RF電力信号を送受信するための1つ以上のアンテナ106を含んでいる。コネクタ108により表現されているような線、ライン、ケーブル及び/又はポートは、無線送信機モジュール102をアンテナ106に接続する。電力出力の測定値はアンテナにて取得される。

無線通信装置100は1つ以上のプロセッサ(図示せず)及びメモリ(図示せず)を更に含み、プロセッサ及びメモリは、無線通信装置100の上記の要素と通信しかつ上記の要素と共に手順を実行する。場合によっては、ドライバ104はメモリの一部分として実現されてもよい。メモリは本願により説明される方法を実行するためのコンピュータ読み取り可能な媒体を含んでもよい。

無線送信機モジュール102は、専用内部コントローラ及びメモリ110、ディジタルしごう処理プロセッサ(DSP)112、及び無線周波数集積回路(RFIC)トランシーバ114を含んでもよい。コントローラ及びメモリ110はコンピュータで読み取ることが可能な記憶媒体を含んでいてもよい。RFICトランシーバ114は電力増幅器(PA)及びディテクタ118を含む。PA116は送信される信号をアンテナ196に与える。更に、PA116はコネクタ108に至る「チャネル」を形成する。

ディテクタ又は検出器118は電力増幅器116における電力を測定し又は読み取り、DSP112に至るライン120に信号を与える。RFICトランシーバ114はループバックチェーン(処理部)122を含んでいる。ループバックチェーン122は受信部124により電力増幅器116からの出力を受信する。受信部124は受信した受信信号を増幅してもよい。ミキサ126はループバックチェーン122に含まれている。ループバック応答信号又はループバックレスポンス信号はライン128に与えられる。特に、ループバックチェーン122は、後述するように送信されるOFDMパケットと共に使用され、ディテクタ118における線形応答(すなわち、電力増幅器116の出力)を判定、決定又は学習する。線形応答は、ディテクタ118における実際の測定値から送信OFDMパケットを減算することで決定されてもよい。

本実施形態の場合、DSP112は、リファレンスパケット又はパケットを減衰モード又は低電力モードで送信するモジュール130を有する。送信されるリファレンスパケットはOFDMパケットでもよい。DSP112はノーマルモードでパケットを送信するモジュール132も有する。ノーマルモードにおけるパケット及びリファレンスパケットについては後述する。

内部コントローラ及びメモリ110はデータを処理し及び/又は受け渡す特定のモジュールを含んでいてもよい。本実施形態の場合、モジュール132はDSP112、RFICトランシーバ114及びドライバ104との間のデータ転送を制御する。実施形態におけるドライバ104はループバック応答(すなわち、ライン128における信号)を取得して受信パケットを等化するモジュール136を含んでいる。ドライバ104は、AM応答曲線に振幅変調された(AM)振幅をフィルタリング又は選別し、ピーク電力を取得するモジュール138を有する。他のモジュール140はPAPR補正値を算出するのに使用される。

PA116の出力は1つ以上のフィルタ142に与えられそれにより処理される。一実施形態では、方向性カプラ144が設けられている。方向性カプラ136はチャネルエラーを減らすように実現される。

図2は振幅チャネル波形応答のグラフ200の一例を示す。グラフ200は、PA116により形成されるチャネルのようなチャネルに対する結合点又はカップリングポイント(すなわち、コネクタ108)となるチャネル周波数を示す。グラフ200は信号キャリアと振幅との関係をプロットしている。高電力カーブ202及び低電力カーブ204が示されており、低電力及び高電力において完全な応答を抽出できることが示されている。高電力の場合、貧弱なエラーベクトル振幅(Error Vector Magnitude：EVM)に起因して低電力の場合よりもノイズが多くなっている；しかしながら、フィルタリングすると、高電力及び低電力の場合のノイズは非常に類似しているものとなる。従って、PA116の上流及び下流側の線形応答が得られている場合、等化は高電力でも低電力でも何れも場合に実行されてもよい。

図3は位相応答のグラフ300の一例を示す。グラフ300はPA116により形成された特定のチャネルに関する。グラフ300は信号キャリアと位相との関係をプロットしている。高電力カーブ302及び低電力カーブ304が示されており、低電力及び高電力にて完全な応答を取得できることが示されている。図2及びグラフ200に関して説明したのと同様に、グラフ300は、高電力の場合に、貧弱なEVWに起因して低電力の場合よりもノイズが多くなっていることを示しているが、フィルタリングがなされると、高電力及び低電力の場合のノイズは非常に類似しているものとなる。また、PA116の上流及び下流側の線形応答が得られている場合、等化は高電力でも低電力でも何れも場合に実行されてもよい。

上述したように、閉ループで正確な電力検出測定値を取得するために、追加的なアルゴリズム又はプロセスと共に、既存のピーク対平均電力比又はPAPR検出方法を利用する相対的な測定法に基づいて相対的な測定方法(relative reading measurement)が実行されてもよい。一実施形態では直交周波数分割多重(OFDM)方式のパケットのような送信されるパケット(送信パケット)を利用してもよい。送信パケットはPA116の出力を測定する際にディテクタの線形応答を取得するために使用される。これは低電力で送信されたパケットを利用することで実行されてもよい。低電力で送信されたパケットの固有のラインの線形応答(inherent line linear response)が減算される。別の実施形態はPA116及びカプラ又はコネクタ108(すなわち、RFICトランシーバ114及びコネクタ108からの出力)から、パイロット信号から応答を減算し、受信した信号を等化する。

何れの実施形態についても、等化の後、グラフを作成するためにAM応答が取得又はプロットされ、そのグラフから、導出されるPAPR値が取得される。これに対して、データが単に等化される場合であって、最大/最小二乗平均(max/rms)法が適用される場合、PA116の上流及び下流のフィルタに起因して不正確なPAPR測定値となってしまう。この点に関し、後述するアルゴリズム又はプロセスの実施形態の場合、アルゴリズムを実現する閉ループディテクタ測定法に関するAM応答グラフは、方向性カプラの測定値の理想的な場合にかなり匹敵している。更に、ダイレクトポイント(direct point)及びカップリングポイント(coupling point)間のAM/AMカーブは優れた合致性を示す。例えば、圧縮(compression)が4dBによるピーク電力の場合、AM/AMカーブ間の相違は0．1dB未満にできる。

一般に、ループバックのサンプルに等化処理が適用され、AMカーブの平均化を行ってディテクタ応答の影響を克服する。このキャリブレーション処理は、等化のためのリファレンスパケットを生成し、キャリブレーションのアルゴリズムはリファレンスパケットを使用する。これは、アンテナ(すなわち、アンテナ106)にてVSWRが変動した場合であったとしても、無線システム(すなわち、無線通信装置100)の送信電力の正確な測定を行うことができるようにする。新規な等化処理によるループバックから導出されるPAPR法は、電力測定に関するロバスト(robust)な手段をもたらすことができる。

図4は、無線通信装置に関するループバック電力測定値からピーク対平均電力比(PAPR)を取得する際のキャリブレーションを実行するための方法例をフローチャート400により示す。本方法を説明する順序を本発明の限定として解釈してはならず、説明される手順の任意のブロック数が本方法又は代替方法を実現するために任意の順序で組み合わせられてもよい。代替的に、開示される発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、個々のブロックが本方法から除外されてもよい。更に、本方法は、本発明の範囲から逸脱することなしに、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの組み合わせの適切な如何なるものによって実現されてもよい。

ブロック402において、リファレンスパケットが送信される。リファレンスパケットは、低電力モードで送信され、かつ直交周波数分割多重(OFDM)パケットであってもよい。上述したように一実施形態では、DSP112のモジュール130がリファレンスパケットを提供できる。

ブロック404において、パケットがノーマルモード又は通常モードで送信される。このパケットは、他のキャリブレーションが実行されるか否かによらず提供される送信パケットである。ノーマルモードでは、予想される又は正規の(regular)送信電力による送信を行う。例えば、上述したように、DSP112のモジュール132は正規のモードのパケット又はノーマルモードパケットを提供できる。

ブロック406において、リファレンスパケットからループバック応答が抽出される。ループバック応答はループバックチェーン122により提供できる。特に、リファレンスパケットは、ノーマルモードで送信されたパケットで除算され、PA116により生じたチャネル応答が取得又は抽出される。例えば、上述したように、ドライバ104のモジュール136がこの抽出を行ってもよい。

ブロック408において、受信したリファレンスパケットの等化が実行される。上述したように、ループバックにけるサンプル(すなわち、受信したリファレンスパケット)に対して等化処理が適用され、ディテクタ応答を克服するためにAMカーブの平均化が利用される。例えば、この等化はドライバ104のモジュール136により実行できる。

ブロック410において、AM/AMカーブがプロットされる。例えば、AM/AMは上述したようにループバックチェーン122から導出できる。

ブロック412において、AM/AMカーブ又は応答がフィルタリングされ、ピーク電力が取得される。例えば、上述したように、ドライバ104のモジュール138がこのフィルタリングを実行してもよい。

ブロック414において、ピーク対平均電力比(PAPR)を算出することができる。例えば、上述したように、ドライバ104のモジュール140がこの計算を実行できる。一実施形態では、PAPRの結果及びAM/PMカーブがコントローラ及びメモリ110及びDSP112にフィードバックされ、DSP112はその結果に基づいて正確に送信(TX)電力を制御しかつマスク及びEVM補正を実行することができる。

＜むすび＞
以上、開示される発明が特定の構造及び/又は手順に特化した観点から説明されてきたが、特許請求の範囲で規定される内容がそのような具体的な特徴や手順に必ずしも限定されないことが、理解されるべきである。むしろ開示される特徴及び手順は特許請求の範囲に記載された発明を実施する際の一形態として理解されるべきである。例えば、説明されたシステムは計算機、コンピュータ装置及びその他の電子装置として構築されてもよい。

Claims

無線通信装置に関するループバック電力測定法によりピーク対平均電力比(PAPR)を取得する処理方法であって、
通常の電力のモードでデータパケットを送信するステップと、
前記通常の電力のモードの場合よりも低い電力のモードでリファレンスパケットを送信するステップと、
前記リファレンスパケットから前記データパケットを減算することでループバック応答を取得するステップと
を有する処理方法。
前記データパケットを送信するステップにおいて、前記無線通信装置の信号を通常の電力のモードで送信する、請求項１に記載の処理方法。
前記リファレンスパケットを送信するステップにおいて、直交周波数分割多重(OFDM)方式の信号を送信する、請求項１に記載の処理方法。
前記リファレンスパケットを送信するステップにおけるモードが減衰モードである、請求項１に記載の処理方法。
取得する前記ステップにおいて、線形応答を除去する、請求項１に記載の処理方法。
前記ループバック応答が非線形特性を示す、請求項１に記載の処理方法。
前記ループバック応答に基づいて、受信したリファレンスパケットを等化するステップを更に有する請求項１の処理方法。
前記ループバック応答に基づいてAM/AMカーブをプロットし、前記AM/AMカーブをフィルタリングしてピーク電力値を取得するステップを更に有する請求項１の処理方法。
前記ピーク電力値がピーク対平均電力比を計算する際の誤差を減少させるために使用される、請求項５に記載の処理方法。
電力増幅器と、
前記電力増幅器にリファレンスパケット及びノーマル信号パケットを与えるディジタル信号プロセッサと、
処理されたリファレンスパケット及び処理されたノーマル信号パケットを含む出力信号を前記電力増幅器から受信するループバックチェーン部と、
前記処理されたリファレンス信号パケットから前記処理されたノーマル信号パケットを減算することで、線形応答を取得するモジュールと
を有する無線通信システム。
前記ディジタル信号プロセッサが減衰モードで前記リファレンスパケットを送信する、請求項１０に記載の無線通信システム。
前記ループバックチェーン部は、前記出力信号を増幅する受信部と、増幅された信号を受信するミキサとを含む、請求項１０に記載の無線通信システム。
前記電力増幅器の出力を測定し、線形応答を判定する検出部を更に有する請求項１０に記載の無線通信システム。
当該無線通信システムが前記ループバックチェーン部のループバック応答を取得するモジュールを更に有し、該モジュールは、AM及びPMカーブをマッピングし、該AM及びPMカーブを各自の平均化されたマッピングに合わせる、請求項１０に記載の無線通信システム。
AM/AM応答カーブをフィルタリングしかつループバック応答からピーク電力を取得するモジュールを更に有する請求項１０に記載の無線通信システム。
ループバック応答に基づいて、ピーク対平均電力比の補正値を算出するモジュールを更に有する請求項１０に記載の無線通信システム。
前記電力増幅器からのチャネルエラーを低減させる方向性カプラを更に有する請求項１０に記載の無線通信システム。
無線通信装置が行う電力検出方法であって、
ピーク対平均電力比を検出する手順を実行するステップと、
前記無線通信装置の電力増幅器及びカプラからの応答とパイロット信号からの応答とを取得し、該応答を取得した後に信号を等化することで、動作状態を調整するステップと
を有する電力検出方法。
前記応答がループバック信号により得られる、請求項１８に記載の電力検出方法。
前記応答を取得する際に、線形応答を除外する、請求項１８に記載の電力検出方法。