JP2013541907A

JP2013541907A - 無線通信システム及び処理方法

Info

Publication number: JP2013541907A
Application number: JP2013530404A
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: 2013-11-14
Also published as: KR101453228B1; US20120076237A1; KR20130071476A; WO2012040737A3; US8615054B2; EP2619914A4; WO2012040737A2; EP2619914A2; JP2016026459A; JP6054497B2

Abstract

送信される信号又はパケットを提供する電力増幅器の出力に減衰が行われる。減衰は特に信号の線形及び非線形の性質を分離する機能を提供する。減衰の間、リファレンスパケットが送信される。通常の(ノーマルな)パケットは減衰することなく導出される。ループバック応答を計算するために、ノーマルパケットを用いてリファレンスパケットからフィードバックが抽出され、ループバック応答は、電力増幅器のプリディストーション補正アルゴリズムにより抽出及び送出される。

Description

開示される発明は無線通信システム及び処理方法等に関連する。

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では、適切な無線周波数(RF)電力がアンテナから送信されかつ無線通信装置のアンテナコネクタに与えられるように調整、較正、校正又はキャリブレーション(calibration)が行われる。較正はアンテナ接続のインピーダンスの影響に敏感である。そのようなインピーダンスは電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio：VSWR)効果と呼ばれているものに起因する。

無線装置の帯域幅が広帯域化するにつれて、適切に電力を供給しかつ電力増幅器の非線形性を処理する問題が浮上してくる。或る無線通信装置の場合、電力増幅器(PA)の非線形応答を較正又は補償するために、電力増幅器の事前補正又はプレディストーション(power amplifier pre-distortion：PAPD)が実行される。これは、PAのAM及びPM応答を抽出することで実行できる。この応答はPA出力の後のシステムに存在するループバックから、ディテクタにより測定するようにして、導出できる。PAの後の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じられ、それによりアンテナポート及びコネクタにVSWR効果が生じる。場合によっては、この問題は、元々の信号(オリジナル信号)を抽出する等化器又はイコライザを用いることで解決できるが、その方法は平均化されたデータ(すなわち、サンプリングされたデータ)を対象としており(関心があり)、もともとのデータ自体を対象としていない(関心がない)。メモリ効果はその性質上非線形であり、アンテナ及びインターフェース(例えば、カプラ/コネクタ)に起因するインピーダンス変化に依存する。インピーダンスに起因する非線形性及び周波数変化が生じる場合、メモリ効果が顕著になる。帯域が高く広くなるにつれて、メモリ効果はPAにおいて益々問題になりつつある。更に、メモリ効果が大きくなるにつれて、メモリ効果を実際の信号から分離することが困難になる。PAにより形成されたチャネルの非線形スクランブリング及び線形な挙動は容易には分離できないからである。

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無線通信システムは、
電力増幅器と、
アンテナ出力部と、
前記電力増幅器と前記アンテナ出力部に接続するカプラと、
前記電力増幅器の出力に並列的に存在し、前記電力増幅器により送信される信号の非線形成分及び線形成分を分離する１つ以上の減衰部と、
前記電力増幅器により処理されかつ前記１つ以上の減衰部により減衰させられたリファレンス信号を送信し、かつノーマルパケットを送信するディジタル信号プロセッサと
を有し、前記ノーマルパケットを用いて前記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、無線通信システムである。

本発明の実施形態による無線通信装置を示すブロック図。１回の送信を用いてカプラポイント応答を較正するための実施の形態によるシステム例のブロック図。実施の形態による振幅応答を示すグラフを示す図。実施の形態による位相応答を示すグラフを示す図。実施の形態によるループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の振幅誤差のグラフを示す図。実施の形態によるループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の位相誤差のグラフを示す図。実施の形態による並列的な減衰を行うシステム例のブロック図。内蔵された減衰機能を備えた送信機/受信機を含む実施の形態によるシステム例を示す図。終端された抵抗器を備えた送信機/受信機を含む実施の形態によるシステム例を示す図。校正用のリファレンスチャネルを有する実施形態によるシステム例を示すブロック図。較正ループバック周波数応答抽出法を実行する実施の形態によるフローチャート。

以下、添付図面と共に詳細に説明を行う。図中、参照番号の左端の数字はその参照番号が最初に登場した図番号を示す。図中、同様な特徴及び要素を参照するために同じ数字が使用される。

＜概要＞
無線通信装置のブロードバンドチャネルに関し、目的又はゴールは、送信信号のマスクを適切に補正し、かつブロードバンド送信信号のマスクに関連するように送信信号の時間的振る舞いを追跡できることである。特定の実施形態では、PAの動作出力を分割するために追加的なハードウェアが設けられる。特に、PAの非線形動作及び線形動作は減衰(attenuation)により実行される。以下に説明する技法は、利用可能なPAPDアルゴリズムを利用して、誤差ベクトル振幅(Error Vector Magnitude)と無線通信装置の送信信号のマスクとをアンテナでの対応するVSWRを考慮して補正することである。

＜無線通信装置の一例＞
図1は無線通信装置100を示す。無線通信装置100は正確な電力送信を保証するために閉ループ較正アルゴリズムを使用する。

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、スマートフォン等のようなブロードバンド装置等を含んでいてもよい。また、無線通信装置100はセルラ電話機のような音声のみの装置を含んでいてもよい。

実施の形態において、無線通信装置100は無線送信モジュール102及びドライバ104を含む。この場合、無線送信モジュール102は例えばシリコンの集積回路の一部のようなハードウェアで実現されてもよい。ドライバ104は場合によってはソフトウェア及び/又はファームウェアによって実現されてもよい。無線装置はRF電力信号を受信及び送信するための1つ以上のアンテナ106を有する。コネクタ108により表現されているような線、ケーブル及び/又はポートは無線送信モジュール102をアンテナ106に接続する。電力出力に関する測定値がアンテナ106において取得されてもよい。

無線通信装置100は更に1つ以上のプロセッサ(図示せず)及びメモリ(図示せず)を含み、無線通信装置100の説明されている構成要素と通信しかつ処理を行う。一実施形態において、ドライバ104はメモリの位置部分であってもよい。メモリは本願で説明される方法を実行するためのコンピュータで読み取ることが可能な記憶媒体を含む。

無線送信モジュール102は、指定された内部コントローラ及びメモリ110、ディジタル信号プロセッサ(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)116及びディテクタ(検出部)118を含む。PA116は送信される信号をアンテナ116に与える。出力においてPA116から観測されるインピーダンスは、PA116の入力及びPA116の出力におけるフィルタとしてモデル化された信号/チャネルに或る応答を加える。

ディテクタ118は電力増幅器116の電力を読み取り、信号線120を通じてDSP112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122を含む。ループバックチェーン122は受信部124を通じて電力増幅器116からの出力を受信する。受信部124は受信信号を増幅することができる。ミキサ126が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は信号線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)を決定又は学習する。線形応答は、送信されたOFDM信号からディテクタ118で検出された実際の測定信号を減算することで決定される。

本実施形態の場合、DSP112はリファレンスパケットを送信するモジュール130を含む。リファレンスパケットは減衰モジュール内で送信される。送信されるリファレンスパケットはOFDMパケットであってもよい。この例の場合、DSP112は、通常モードでは、パケット(すなわち、予想される送信されるパケット)を送信するモジュール132を有する。

内部のコントローラ及びメモリ110はデータを処理及び/又は送受信する特定のモジュールを含む。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への及びそれらからのデータ転送を制御する。本実施形態の場合、ドライバ104は、ループバック応答(すなわち、信号線128における信号)を抽出し、受信したパケットを等化するモジュール136を含む。ドライバ104は抽出したパケットをPAPDアルゴリズムに与えるモジュール138を有する。

データは、ループバックチェーン122、モジュール132及びモジュール134によりドライバ104に返される。PAPDアルゴリズムが処理される/完了すると、何らかのデータ/テーブルがコントローラメモリ110に保存され、DSP112によって処理される。

本実施形態の場合、制御減衰部又は制御アッテネータ140は後述するようにPA116の出力の減衰を制御する。減衰した出力は1つ上のフィルタ142により更に処理される。

図２は１回の送信を用いてカプラポイント応答を較正するための実施の形態によるシステム例200を示す。本システム200は、無線通信装置100の一部分であり、PA116、制御減衰部140、フィルタ142、コネクタ又はカプラ108及びアンテナ106を含む。減衰した信号は信号線202を介してループバックチェーン122に送信される。実際に送信される信号は信号204により表現される。

正確なカプラ周波数応答を得るために、送信機は、所望の周波数範囲内にVSWR変動によって影響を受けないように実現されるべきである。これは減衰を加えることで達成できる。この例の場合、減衰が、システム200によりRFICトランシーバに加えられる。そのような減衰を用いて較正、調整又はキャリブレーション(calibration)のみを行うことができる。従って、メインの送信モードへの影響が最小限である限り、そのような減衰の実施形態を採用できる。そのような減衰モードの場合、PA116自身は減衰抵抗を見ない(減衰抵抗の影響を受けない)。従って、PA116の後でフィルタ応答のカプラ又はコネクタ108 (すなわち、所望のカプラ又はコネクタ118の応答)を読み取ることができる。

要するに、制御減衰部140は、カップリングポイント又はコネクタ108(結合点)の前にある又はPA116の後にある。通常の送信モードの場合、制御減衰部140は使用されず、較正モードの場合に使用される。そのような減衰は、較正モードの間に加えられ、如何なるメモリ効果もなしに、PA116に所定のインターフェース/チャネルを提供する。PA116の出力に如何なるVSWR変動もなかった場合、メモリ効果を引き起こすPA116前のチャネル応答はなくなる。従って、線形チャネル動作のみが観測され、PA116及びインターフェース又はコネクタ108の間で分割が行われる。

＜グラフの一例＞
図3は振幅応答を示すグラフ300の一例を示す。例えば、比較的強いVSWR変動を示す条件の下で、40MHzのパケットが送信され、出力(すなわち、アンテナ106)及びカップリングポイント(すなわち、コネクタ108)において測定されている。測定は、PA116の後において何らかの減衰及び低電力でカップリングポイント(すなわち、コネクタ108)において実行されている。パケットに基づいて振幅及び位相応答双方が周波数に関して取得及びプロットされている。

グラフ300は測定された振幅応答の一例を示す。ライン302は減衰が行われた場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における応答を表す。ライン304は通常動作の場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における測定値を表し、ライン306は減衰器106の出力で測定された実際に送信されたパケットを表す。実際のパケットはカプラのサンプリング地点の後に顕著に大きくなり得ることが分かる。

図4は位相応答を示すグラフ400の一例を示す。ライン402は減衰が行われた場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における応答を表す。ライン404は通常動作の場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における測定値を表し、ライン306は減衰器106の出力で測定された実際に送信されたパケットを表す。グラフ300と同様に、グラフ400は、カプラのサンプリングの後に顕著に大きくなり得る応答部分を実際のパケットが有することを示す。

図5はループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の振幅誤差を示すグラフ500の一例である。特に、ライン502はループバック周波数応答を抽出した後の振幅誤差を示す。ループバック周波数応答はPA116の後に生成されるチャネルに寄与し得る。ループバック周波数応答を測定する場合、チャネルの影響は除去される。PA116の出力に減衰を加えかつインターフェース(コネクタ108)の入力とPA116の入力との間に分離度を持たせることで、アンテナ106のインターフェース又はコネクタ108における動作を除去できる。そのような動作が除去されると、他のPAPD補正アルゴリズム又は手順が実行されてもよい。従って制御された減衰が行われる。そのような制御された減衰の具体的な値は、受信/送信される信号の約5ないし6dBである。制御減衰器140は信号をPA116に戻し、PA116の後に続く他の装置やインタ−フェースによっては影響されないようにする。

図6はループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の位相誤差を示すグラフ600の一例を示す。特に、ライン602は、ループバック周波数応答を抽出した後のパケットの位相誤差を表す。

グラフ500及び600の例から分かるように、実際の送信信号と計算された値との間の誤差は±0.3dB及び±1.5度に限定されている。そのようなトレランス又は耐性は典型的なPAPD補正アルゴリズムには十分である。従って、カプラ又はコネクタ108におけるループバック応答は消去され、実際に送信された信号を取得できる。

＜グラフの別の例＞
上述したように、減衰を行うために様々な実施形態を使用することが可能である。上記の実施形態において、トランジスタ、抵抗器及びその他の素子を追加して実現されてもよい。しかしながら、以下の特定の実施形態では、他の実施形態が可能であることの理解を促すに過ぎない。

図7は並列的な減衰部又はアッテネータ702を含む。これは、較正の際に並列的な減衰702をもたらす一般的な実施形態とすることができる。並列的な減衰702は制御減衰部140に最小限の影響しか与えない点で有利である。減衰機能がオフ(off)の場合、並列的な減衰部は送信信号(Tx信号)に最小限の影響しか与えない利点を有する。

図8は送信/受信(T/R)スイッチ802を含むシステム800の一例を示す。T/Rスイッチ802は無線通信装置100の既存の装置とすることができる。すなわち、T/Rスイッチ802は、上記の較正の際に減衰とは異なる別の機能を提供することができる。特に、減衰部804はT/Rスイッチ802に組み込まれていてもよい。減衰部802がスイッチ802に組み込まれている場合(内蔵されている場合)、追加的な挿入損失は最小になる。

図9は送信/受信(T/R)スイッチ902を含むシステム900の一例を示す。T/Rスイッチ902は無線通信装置100の既存の装置とすることができる。この例の場合、抵抗器904が設けられている。抵抗器9-4の抵抗値の具体例は50オームである。一実施形態において、システム800やシステム900のようなシステム(送信部/受信部が予め備わっているシステム)の場合、並列的な終端(parallel transmission)が加えられてもよい。その追加は主信号に並列的であり、メインチャネルに対する損失合計が最小限になるようにする。例えば、損失は0.1dBないし0.2dBとすることができる。チャネルを通じて比較的小さな電力しか伝送されないので、追加的なスイッチは比較的小さくてよい。

図10は較正用のリファレンスチャネル1002を含むシステム1000の一例を示す。この実施形態の場合、送信スイッチTX1004が受信スイッチRX1006と共に設けられている。送信スイッチ1004及び受信スイッチ1006は無線通信装置100の既存のスイッチとすることが可能であり、較正用のリファレンスチャネル1002が加えられる。較正用のリファレンスチャネル1002は無線通信装置100の較正の間に設定されてもよい。

図11は無線通信装置のループバック周波数応答の較正フローを実行するための方法例1100をフローチャートで示す。本方法が実行される順序は図示されているものに限定されるようには意図されておらず、図示の方法ブロックの任意の順序は、本方法又は代替方法を任意の順序で実行するように組み合わせられてもよい。更に、個々のブロックは、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、本方法から削除されてもよい。更に、本方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、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により実現可能である。

ブロック1102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減衰モードで送信される。すなわち、減衰器が設けられており、ループバック周波数応答測定のために、チャネルの影響がリファレンスパケットから除去できるようになっている。上述したように、減衰は、信号を提供する電力増幅器の出力にて行われる。アンテナの入力又は出力インターフェース/コネクタと電力増幅器の入力との間で分離がなされるようにし、インターフェース/コネクタにおける余分な成分を抽出できるようにする。

ブロック1104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。ノーマルモードでは減衰なしで送信される。送信されたパケットは非線形成分及び線形成分を含む。

ブロック116において、リファレンスパケットのループバック応答が抽出される。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により分割去れ(又は除算又は比率がとられ)、電力増幅器により導入されたチャネルの応答を抽出する。一実施形態において、ドライバ104は、リファレンスパケットのループバック応答を実行し或いは線形チャネルを抽出する。

ブロック1108において、抽出されたパケットが配信され、既存の電力プレディストーションアルゴリズム処理(すなわち、PAPDアルゴリズム)により使用される。

ブロック1110において、PAPSアルゴリズムが実行される。PAPDアルゴリズムは、VSWR変動を考慮に入れて、誤差ベクトル振幅と送信信号のマスクとを補正するために使用できる。一実施形態では、ドライバ104はPAPDアルゴリズム処理又はパケット補正を実行できる。

＜まとめ＞
以上、具体的な特徴及び方法処理の観点から詳細に説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された事項は記述された具体的な特徴や処理に限定される必要はないことが理解されるであろう。むしろ具体的な装置及び処理は特許請求の範囲に含まれる実施形態として開示されているに過ぎない。例えば、説明されたシステムは、通信装置、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。

米国特許第７５６５１１９号明細書米国特許出願公開第２００９−０１９０６４７号明細書

Claims

電力増幅器と、
アンテナ出力部と、
前記電力増幅器と前記アンテナ出力部に接続するカプラと、
前記電力増幅器の出力に並列的に存在し、前記電力増幅器により送信される信号の非線形成分及び線形成分を分離する１つ以上の減衰部と、
前記電力増幅器により処理されかつ前記１つ以上の減衰部により減衰させられたリファレンス信号を送信し、かつノーマルパケットを送信するディジタル信号プロセッサと
を有し、前記ノーマルパケットを用いて前記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、無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が前記電力増幅器の減衰出力を制御する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記電力増幅器の減衰出力を処理する１つ以上のフィルタを更に有する請求項２に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が段階的なステップ減衰を行う、請求項１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が前記無線通信システムの較正モードの間に動作する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が並列的に減衰機能を発揮する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が、当該無線通信システムの送信/受信スイッチに含まれている、請求項１に記載の信号生成システム。
前記送信/受信スイッチが減衰用に並列的に終端されている、請求項７に記載の信号生成システム。
電力の較正に使用されるリファレンスチャネルを更に有する請求項１に記載の無線通信システム。
電力増幅器と、
前記電力増幅器に並列的に設けられ、前記電力増幅器の出力を受信し、前記電力増幅器から送信された信号の非線形成分及び線形成分を分離する１つ以上の減衰部と、
メモリ効果のない出力のために前記電力増幅器により形成された規定チャネルと
を有する無線通信システム。
前記１つ以上の減衰器が、当該無線通信システムの出力からの反射の影響を受けない信号を供給する、請求項１０に記載の無線通信システム。
前記減衰部から供給される信号が、電力較正用のループバックチェーンに与えられる、請求項１１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰器が当該無線通信システムの送信/受信スイッチに含まれている、請求項１０に記載の無線通信システム。
前記減衰器の出力を処理する１つ以上のフィルタを更に有する請求項１０に記載の無線通信システム。
前記電力増幅器の出力を測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
無線通信システムのためにループバック周波数応答抽出を行う処理方法であって、
減衰モードでリファレンスパケットを送信するステップと、
ノーマルモードでデータ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抽出するステップと、
前記ループバック応答を用いて電力増幅器プレディストーション補正を実行するステップと
を有する処理方法。
前記リファレンスパケットがOFDM信号である、請求項１６に記載の処理方法。
前記データパケットを送信するステップが、低電力モードで実行される、請求項１６に記載の処理方法。
前記抽出するステップにおいて、前記リファレンスパケットを前記データパケットで除算し、前記無線通信システムの出力に対するチャネルの応答を抽出する、請求項１６に記載の処理方法。
前記データパケットの信号のマスク補正及びエラーベクトル振幅補正を実行するステップを更に有する請求項１６に記載の処理方法。