JP2018056631A - 校正回路、校正方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブアンテナを使用する装置において、信号を止めることなく、経時変化や温度変化に応じてアンテナの位相、振幅を校正することができる校正回路、校正方法及びプログラムを提供する。【解決手段】アクティブアンテナ装置１００の校正にデジタルプリディストータを使う手段、を備える校正回路であり、ＯＦＤＭの変調信号を用いて、ルックアップテーブル８から出力された補正特性に基づいて、アンテナの振幅および位相を校正する。【選択図】図１

Description

本発明は、校正回路、校正方法及びプログラムに関する。

携帯電話の基地局では、デジタル回路を用いてアンテナごとの送信系統における信号の位相及び振幅を調整することにより、アクティブアンテナ機能を実現している。これはデジタルビームフォーマと呼ばれている。デジタルビームフォーマを用いてアンテナから所望の方向に出力するビームを形成するためには、各アンテナ端での位相及び振幅を予め所定の値に合わせ込む必要があり、各アンテナに対応する送信系統においてキャリブレーションを行う必要がある。
特許文献１には、関連する技術として、経時変化や温度変化によって生じるアンプの特性の変化を補償する技術が記載されている。
特許文献２には、関連する技術として、アンプの特性を補正する技術が記載されている。

特開平０３−２４８６１２号公報 特表２０１３−５１５４２４号公報

ところで、各アンテナに対応する送信系統においてキャリブレーションを行うためには、キャリブレーション回路から予め既知の固定のパターンをもったキャリブレーション信号を各送信系統に入力する必要がある。この信号をアンテナ直前のキャリブレーションネットワーク（たとえば送信系統の各ポートにカプラがついている回路）経由でフィードバックし、送信系統毎に位相及び振幅を比較する。そして、比較結果が示すずれをオフセットとして記憶しておき、アクティブアンテナの運用時にはこのオフセットをデジタル回路で加えることで、各アンテナの位相及び振幅がそろった状態とさせる。
しかしながら、この関連する技術を用いた方法では、キャリブレーションを行う時に、キャリブレーション信号を送信する必要がある。そのため、関連する技術を用いて起動時にキャリブレーションを一回のみ行った場合には、その後の送信系統系の温度変化や経時変化によって校正がずれてしまう。また、関連する技術を用いて運用中にキャリブレーションを定期的に行うには、送信信号を一旦止めてキャリブレーション信号を送信する必要があった。
そこで、携帯電話基地局等に用いられるアクティブアンテナを使用する装置において、信号を止めることなく、経時変化や温度変化に応じてアンテナの位相、振幅を校正することができる技術が求められていた。

本発明は、上記の課題を解決することのできる校正回路、校正方法及びプログラムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、アクティブアンテナ装置の校正にデジタルプリディストータを使う手段、を備える校正回路である。

また、本発明は、ルックアップテーブル及び遅延オフセット加算回路を有するＤＰＤ回路と、歪補正回路とを含む校正回路であって、前記ルックアップテーブルは、経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納し、前記遅延オフセット加算回路は、前記ルックアップテーブルにおけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅に振幅のオフセットが加算され、前記補正特性における位相に位相のオフセットが加算された、オフセット加算後の補正特性を、前記ルックアップテーブルから前記歪補正回路へ出力させ、前記歪補正回路は、入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、前記ルックアップテーブルから出力された前記オフセット加算後の補正特性に基づいて、前記振幅および位相を校正する校正回路である。

また、本発明は、ルックアップテーブル及び遅延オフセット加算回路を有するＤＰＤ回路と、歪補正回路とを含む校正回路の校正方法であって、経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納することと、前記補正特性を収納する前記ルックアップテーブルにおけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅に振幅のオフセットが加算され、前記補正特性における位相に位相のオフセットが加算されたオフセット加算後の補正特性を、前記ルックアップテーブルから前記歪補正回路へ出力させることと、前記歪補正回路が入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、前記オフセット加算後の補正特性に基づき、前記経時変化または温度変化による振幅および位相を校正することと、を含む校正回路の校正方法である。

また、本発明は、ルックアップテーブル及び遅延オフセット加算回路を有するＤＰＤ回路と、歪補正回路とを含む校正回路のコンピュータに、経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納することと、前記補正特性を収納する前記ルックアップテーブルにおけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅に振幅のオフセットが加算され、前記補正特性における位相に位相のオフセットが加算されたオフセット加算後の補正特性を、前記ルックアップテーブルから前記歪補正回路へ出力させることと、前記歪補正回路が入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、前記オフセット加算後の補正特性に基づき、前記経時変化または温度変化による振幅および位相を校正することと、を実行させるプログラムである。

本発明によれば、アクティブアンテナを使用する装置において、信号を止めることなく、経時変化や温度変化に応じてアンテナの位相、振幅を校正することができる。

本発明の一実施形態によるアクティブアンテナ装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態における振幅の補正の様子を示す図である。 本発明の一実施形態における位相の補正の様子を示す図である。 本発明の一実施形態におけるルックアップテーブルの例を示す図である。 本発明の実施形態によるデジタルプリディストータの最小構成を示す図である。

＜実施形態＞
本発明の実施形態について図面を用いて詳細を説明する。
（構成）
本発明の実施形態に係るアクティブアンテナ装置１００の校正回路を図１に示す。図１に示す校正回路１の例では簡略化して３系統の送信回路とアンテナを記載しているが、実際にアクティブアンテナとして動作させるためにはさらに多くの系統から構成されている。各送信系の信号は、ビームフォーマ１を通った後、位相振幅補正回路２、歪補正回路４、送信ＡＭＰ１２を経由してアンテナ１３から出力される。またビームフォーマ１には校正用の信号を生成するＣＡＬ信号発生器３が接続されている。歪補正回路４にはＤＰＤ回路５（デジタルプリディストータ）が接続されており、このＤＰＤ回路５の内部は、振幅変換回路６、遅延回路７、ルックアップテーブル８、比較回路９、遅延オフセット加算回路１０、ダウンコンバータ１１から構成されている。また各アンテナ１３の直前の信号は、カプラ１７で分岐されたのち、セレクター１４にて１系統が選択されＤＰＤ回路５のダウンコンバータ部１１に入力されている。
（動作の説明）
次に本発明の実施形態に係るアクティブアンテナ装置１００の校正回路２００の動作について説明する。本発明のアクティブアンテナ装置１００の校正回路２００では携帯基地局を想定しているので、各送信系にはＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の変調波信号が入力されている。携帯基地局では送信ＡＭＰ１２の歪特性が重要であり、かつ消費電力を下げるためＡＭＰの高効率化が要求されるため。ＤＰＤ回路５が良く採用される。
最初に本発明のアクティブアンテナ装置１００の起動時は、各アンテナ１３の出力での位相、振幅を合わせ込むためにキャリブレーションが行われる。この時は通常の信号ではなく、ビームフォーマ１に接続されたＣＡＬ信号発生器３でパイロット信号を発生させる。ビームフォーマ１はスルー回路として動作し、各送信系にそのままキャリブレーション信号が送られる。パイロット信号の位相、振幅は既知なので、ここで各送信系の振幅位相がそろうように、位相振幅補正回路２に初期オフセットをセットして、初期状態のアンテナ間での位相振幅がそろう。
つづいて運用時にはＯＦＤＭ変調の送信信号が各系に入力される。送信ＡＭＰ１２で発生する変調波の歪を補正するためにＤＰＤ回路５の動作を用いているが、一般的なデジタルプリディストータでは、入力振幅に応じて、送信ＡＭＰ１２の逆特性になるような位相と振幅を送信ＡＭＰ１２の前段で逆加算するのであるが、本発明のＤＰＤ回路５ではさらに入力と送信ＡＭＰ１２の出力の位相のズレも検出して遅延補正を行う。このＤＰＤ回路５を用いた校正回路２００について説明する。変調波の信号はまず、振幅変換回路６にてｉｃｈとｑｃｈの二乗和を計算することで振幅に変換される。この振幅をインデックスとしてルックアップテーブル８にてあらかじめ学習した振幅や位相のズレ量の逆算値を引出し、この値を歪補正回路４にインプットして変調波信号と乗算することで、送信ＡＭＰ１２の歪を補正した信号を作り出す。ルックアップテーブル８に格納されている値は、入力の信号と送信ＡＭＰ１２の出力信号を比較して逐次学習されて更新される。送信ＡＭＰ１２の出力信号はカプラ１７にて分岐させられて、ダウンコンバータ部１１でベースバンドに変換され、入力の信号は遅延回路７を通して回路の遅延分を送信ＡＭＰ１２の出力と同じタイミングに調整した上で、比較回路９で比較され、これを平均化するなどしてルックアップデータの更新データとする。ここで遅延回路７は一定の遅延値を加算するだけあるが、ルックアップテーブル８には遅延オフセット加算回路１０も接続されており、送信系の遅延量が変化した時の遅延の合わせ込みもできるようになっている。
ここで補正の様子をグラフで示したのが図２ならびに図３である。図２ではＸ軸に入力レベル、Ｙ軸に補正出力レベルの振幅を示す。送信ＡＭＰ１２は一般的な特性では入力レベルが高いとゲインが落ちるコンプレッション特性をしている。この特性を補正するためにルックアップテーブル８には、逆特性となる入力レベルが高いほど出力レベルをかさ上げするような補正データを収納している。参考に図４にルックアップデータの代表例を示す。ここで初期状態では実線で示す補正カーブであるが、継時変化により送信ＡＭＰ１２のゲインが下がった場合、このルックアップテーブル８のデータは破線のようなカーブに逐次変更される。これによりゲインを上げる補正が行われることになり、結果としては送信ＡＭＰ１２の出力、つまりアンテナ１３の出力が一定に保たれる。次に位相の補正は図３のようになり、Ｙ軸は補正出力レベルの位相を示す。一般的に送信ＡＭＰ１２では出力レベルが低いときには位相が一定で、出力レベルがあがると位相が急激に変化する。このため図３の実線のような補正特性がルップアップテーブル８に収納されている。通常の送信ＡＭＰ１２の歪補償での位相変化は、小信号の時の位相は同じで、飽和に近い右側でのみ位相がずれているが、経時変化で送信ＡＭＰ１２の遅延が動いた場合は破線で示すようにＹ軸方向に平行移動したカーブになる。この時はルックアップテーブル８のデータそのものは変わらずにアドレスが変更されることにより位相のオフセットが加算されることで実現される、遅延オフセット加算回路１０は、入出力の波形により定期的にパターンのマッチングを行っており、入出力が一致する位相の分のオフセットが収納される。このアクティブアンテナ装置１００ではＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）のＯＦＤＭ変調波を用いており、信号がランダムなためパターンマッチングが可能で入出力の位相差の検出が可能である。このようにして送信ＡＭＰ１２の経時変化による振幅や位相変動に対して補正されることにより、アンテナ１３の出力の位相、振幅は一定に保たれる。

以上説明したように、アクティブアンテナ装置１００の校正回路２００では、ＤＰＤ回路５のルックアップテーブル８と遅延を補正する遅延オフセット加算回路１０を設けることにより、各アンテナ１３の位相と振幅を送信系の経時変化や、温度変化が生じても一定に保つことができる。このためデジタルビームフォーミングで必須なアンテナ１３の位相、振幅がそろう条件を満たすことができる。この位相、振幅の補正はＯＦＤＭ等の変調信号を用い常時行われるので、校正の度に信号を止める必要もない。

次に、本発明の実施形態による最小構成の校正回路２００について説明する。
本発明の実施形態による最小構成の校正回路２００は、図５に示すように、ＤＰＤ回路５と、歪補正回路４とを備える。
ＤＰＤ回路５は、ルックアップテーブル８と、遅延オフセット加算回路１０とを備える。ルックアップテーブル８は、経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納する。遅延オフセット加算回路１０は、ルックアップテーブル８におけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅及び位相のそれぞれにオフセットを加算し、そのオフセットが加算された補正特性をルックアップテーブル８から歪補正回路４へ出力させる。
歪補正回路４は、入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、ルックアップテーブル８から出力された補正特性に基づいて、前記振幅および位相を校正する。
このようにすれば、アクティブアンテナ装置１において、起動時にアンテナ６０のそれぞれが出力する位相及び振幅を所定の位相及び振幅に揃えるためのキャリブレーションを行うことができ、さらに、運用時に送信系統における経時変化または温度変化による位相及び振幅の変動を補正することができる。この結果、アクティブアンテナ装置１において、運用中にも送信信号の送信を停止することなく送信ＡＭＰにおいて生じる位相及び振幅の変動を補正することができ、アンテナのそれぞれが出力する信号の位相及び振幅を揃えることができる。

なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。

本発明の一実施形態について説明したが、上述のＤＰＤ回路５、その他の制御部は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがそのプログラムを実行するようにしてもよい。

また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、追加、種々の省略、置き換え、変更を行ってよい。

１・・・ビームフォーマ
２（２ａ、２ｂ、２ｃ）・・・位相振幅補正回路
３・・・ＣＡＬ信号発生器
４（４ａ、４ｂ、４ｃ）・・・歪補正回路
５・・・ＤＰＤ回路
６・・・振幅変換回路
７・・・遅延回路
８・・・ルックアップテーブル
９・・・比較回路
１０・・・遅延オフセット加算回路
１１・・・ダウンコンバータ部２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）・・・送信ＡＭＰ
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）・・・アンテナ
１４・・・セレクター
１７（１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）・・・カプラ
１００・・・アクティブアンテナ装置

Claims (7)

1. アクティブアンテナ装置の校正にデジタルプリディストータを使う手段、
   を備える校正回路。
2. 前記アクティブアンテナの校正用の信号としてＯＦＤＭ変調波を使う手段、
   を備える請求項１に記載の校正回路。
3. 前記デジタルプリディストータに送信ＡＭＰの位相補償だけでなく、送信系遅延変化のズレを補正する手段、
   を備える請求項１または請求項２に記載の校正回路。
4. 前記デジタルプリディストータに遅延オフセット加算回路の機能をするレジスタを設けた、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の校正回路。
5. ルックアップテーブル及び遅延オフセット加算回路を有するＤＰＤ回路と、歪補正回路とを含む校正回路であって、
   前記ルックアップテーブルは、
   経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納し、
   前記遅延オフセット加算回路は、
   前記ルックアップテーブルにおけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅に振幅のオフセットが加算され、前記補正特性における位相に位相のオフセットが加算された、オフセット加算後の補正特性を、前記ルックアップテーブルから前記歪補正回路へ出力させ、
   前記歪補正回路は、
   入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、前記ルックアップテーブルから出力された前記オフセット加算後の補正特性に基づいて、前記振幅および位相を校正する校正回路。
6. ルックアップテーブル及び遅延オフセット加算回路を有するＤＰＤ回路と、歪補正回路とを含む校正回路の校正方法であって、
   経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納することと、
   前記補正特性を収納する前記ルックアップテーブルにおけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅に振幅のオフセットが加算され、前記補正特性における位相に位相のオフセットが加算されたオフセット加算後の補正特性を、前記ルックアップテーブルから前記歪補正回路へ出力させることと、
   前記歪補正回路が入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、前記オフセット加算後の補正特性に基づき、前記経時変化または温度変化による振幅および位相を校正することと、
   を含む校正回路の校正方法。
7. ルックアップテーブル及び遅延オフセット加算回路を有するＤＰＤ回路と、歪補正回路とを含む校正回路のコンピュータに、
   経時変化または温度変化による振幅および位相を校正するための補正特性を収納することと、
   前記補正特性を収納する前記ルックアップテーブルにおけるアドレスの指定を変更して、前記補正特性における振幅に振幅のオフセットが加算され、前記補正特性における位相に位相のオフセットが加算されたオフセット加算後の補正特性を、前記ルックアップテーブルから前記歪補正回路へ出力させることと、
   前記歪補正回路が入力したＯＦＤＭの変調信号を用いて、前記オフセット加算後の補正特性に基づき、前記経時変化または温度変化による振幅および位相を校正することと、
   を実行させるプログラム。

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