JP2019205159A

JP2019205159A - 無線周波数トランシーバ

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Publication number: JP2019205159A
Application number: JP2019078419A
Authority: JP
Inventors: カールソンマッツ; Carlsson Mats
Original assignee: Sivers IMA AB
Current assignee: Sivers IMA AB
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2019-11-28
Anticipated expiration: 2039-04-17
Also published as: EP3557769A1; US10931316B2; US20190326939A1; JP7356254B2; CN110401465A

Abstract

【課題】ＩＱインバランスキャリブレーションを簡単化する。【解決手段】ＲＦトランシーバ１は、送信機２と、周波数ダウンコンバータを構成する全複素ミキサ５を備える受信機３と、送信機２のみをキャリブレートするように配置された同相及び直交インバランスキャリブレーションモジュール４とを備える。受信機３は、初期のＲＦ信号処理を行う第１の受信機モジュール６と、ダウンコンバートされた信号の引き続きの信号処理を行う第２の受信機モジュール７を備える。第２の受信機モジュールは、全複素ミキサ５の出力部に接続される。同様に、送信機２は、信号増幅のような初期の送信処理を行う第１の送信機モジュール８と、第１の送信機モジュール８の出力部に接続されたアップコンバータ９と、最終的な信号処理を行うとともにアップコンバータ９の出力部に接続された第２の送信機モジュール１０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、無線周波数（ＲＦ）トランシーバの分野に関連し、特に、ＲＦトランシーバの同相及び直交（ＩＱ）インバランスの補償に関する。

ダイレクトコンバージョントランシーバ及び一つ以上の中間周波数段を用いるトランシーバのアップコンバータ及びダウンコンバータの意図した信号品質を維持するためにＩ信号とＱ信号の間の振幅及び位相不整合を小さくする必要があることがよく知られている。Ｉ信号とＱ信号の間の９０°の位相差及び等しい振幅を実現するために、キャリブレーションが必要とされる。多くの種々のキャリブレーション手順が市販の製品に用いられてきた。これらの種々のキャリブレーション手順は、文献及び刊行物に十分に記載されている。例えば、書籍である高速無線システムのＲＦ不完全性（ＲＦＩｍｐｅｒｆｅｃｔｉｏｎｓｉｎＨｉｇｈ−ｒａｔｅＷｉｒｅｌｅｓｓＳｙｓｔｅｍｓ）（ＩＳＢＮ９７８−１−４０２０−６９０２−４）は、１３９〜１４０頁にＩＱインバランスキャリブレーションを詳しく説明している。

ＩＱ不完全性が受信（ダウンコンバータ）回路と送信（アップコンバータ）回路の両方で見られるので、受信機と送信機の両方のキャリブレーションが行われる。

送信機をキャリブレートするために、既知であるとともに良好に制御された入力刺激がシステムのモデムによって又はＲＦＩＣの他の手段によって提供される必要がある。入力刺激は、送信機の入力部に与えられ、結果的に生じる誤差は、送信機の出力部で測定される。同様に、受信機をキャリブレートするために、入力刺激は、受信機の入力部に与えられ、結果的に生じる誤差は、受信機の出力部で測定される。ダイレクトコンバージョントランシーバシステムのＩＱインバランスのキャリブレーションの典型的な手順は、以下のような受信機のＩＱインバランスのキャリブレーションとそれに続く送信機のＩＱインバランスのキャリブレーションからなる。

一連のＲＦ音が生成されるとともに受信機のＲＦ部の入力部に供給される。その後、ＲＦ音は、ベースバンドにダウンコンバートされ、対応するＩＱインバランスが、例えば、ＦＴＴ（高速フーリエ変換）解析によって又は相互相関器によってデジタル領域で検出される。ＩＱインバランスが既知であるとき、ＩＱインバランスを許容レベルまで低減させるために補正パラメータが受信機に供給される。

受信機が上述されたようにキャリブレートされると、受信機を、以下のように送信機をキャリブレートするのに用いることができる。一連の複合音がモデムで生成されるとともにＩＱベースバンド信号として送信機のアップコンバータに供給される。アップコンバートされた信号をアンテナに送信する代わりに、アップコンバートされた信号は、オンチップのループバック接続を介して受信機の入力部に供給される。その後、送信機からの信号は、ベースバンドにダウンコンバートされ、対応するＩＱインバランスが、例えば、ＦＴＴ解析によって又は相互相関器によってデジタル領域で検出される。受信機がキャリブレートされた後に受信機を理想的なものとみなすことができるので、検出されたＩＱインバランスは、送信機の不完全性に関連する。最終的には、ＩＱインバランスを許容レベルまで低減させるために補正パラメータが送信機に供給される。

上述したキャリブレーションルーチンは、実行するのに幾分時間がかかる。その結果、手順を簡単化するのが有利である。

従来のＩＱインバランスキャリブレーションを簡単化するのが有利である。

この問題によりよく対処するために、発明の第１の態様において、送信機と、周波数ダウンコンバータを構成する全複素ミキサを備える受信機と、送信機のみをキャリブレートするように配置された同相及び直交インバランスキャリブレーションモジュールと、を備える無線周波数トランシーバを提供する。本発明によれば、全複素ミキサを受信機に含めることによって、送信機のＩＱインバランスのキャリブレーションだけを行えばよく、受信機のＩＱインバランスのキャリブレーションを省略できることが実現されるとともに示された。また、ＩＱインバランスのキャリブレーションプロセスを簡易化することは、追加される回路の複雑さを上回る。

無線周波数トランシーバの一実施の形態によれば、無線周波数トランシーバは、送信機から受信機へのループバック接続を備える。

無線周波数トランシーバの一実施の形態によれば、無線周波数トランシーバは、受信機並びに同相及び直交インバランスキャリブレーションモジュールに接続した包絡線検波器を備える。

無線周波数トランシーバの一実施の形態によれば、受信機は、初期のＲＦ信号処理を行う第１の受信機モジュールと、周波数ダウンコンバートされた信号の引き続きの信号処理を行う第２の受信機モジュールと、を備え、全複素ミキサは、第１の受信機モジュール及び第２の受信機モジュールに接続される。

無線周波数トランシーバの一実施の形態によれば、全複素ミキサは、無線信号同相入力部及び無線信号直交入力部と、余弦信号入力部と、正弦信号入力部と、第１のミキサ、第２のミキサ、第３のミキサ及び第４のミキサと、減算器と、加算器と、同相信号出力部と、直交信号出力部と、を備え、第１のミキサ及び第４のミキサは、無線周波数入力部及び余弦信号入力部に接続され、第２のミキサ及び第４のミキサは、無線周波数信号入力部及び正弦信号入力部に接続され、減算器は、第１のミキサ、第３のミキサ及び同相信号出力部に接続され、加算器は、第２のミキサ、第４のミキサ及び直交信号出力部に接続される。

無線周波数トランシーバの一実施の形態によれば、無線周波数トランシーバは、ダイレクトコンバージョントランシーバである。

本発明の他の態様によれば、上述した無線周波数トランシーバを備えるビーム形成トランシーバ無線周波数集積回路を提供する。

発明を、添付図面を参照しながら更に詳しく説明する。

本発明によるＲＦトランシーバの実施の形態の略ブロック図である。本発明によるＲＦトランシーバの実施の形態の略ブロック図である。本発明によるＲＦトランシーバの実施の形態の略ブロック図である。

図１に示すように、ＲＦトランシーバ１の第１の実施の形態は、送信機２と、受信機３と、送信機２及び受信機３に接続されるとともに送信機２のみをキャリブレートするように配置された同相及び直交（ＩＱ）インバランスキャリブレーションモジュール４と、を備える。受信機３は、周波数ダウンコンバータとしての全複素ミキサ５を備える。ＲＦトランシーバの全複素ミキサ５の使用は、例えば、米国特許出願公開第２００６／０２８１４２９号明細書からそれ自体知られているが、ＲＦトランシーバの全複素ミキサ５は、ＩＱインバランスキャリブレーションモジュールと組み合わせて用いられず、特に受信機のＩＱインバランスのキャリブレーションを除去するとともに送信機のＩＱインバランスのキャリブレーションのみを行うためのものではない。

受信機３は、初期のＲＦ信号処理を行う第１の受信機モジュール６と、Ｉ及びＱフィルタ３４と、を備え、第１の受信機モジュール６は、Ｉ及びＱフィルタ３４を介して全複素ミキサ５の入力部に接続され、受信機３は、ダウンコンバートされた信号の引き続きの信号処理を行う第２の受信機モジュール７を備え、第２の受信機モジュールは、全複素ミキサ５の出力部に接続される。同様に、送信機２は、信号増幅のような初期の送信処理を行う第１の送信機モジュール８と、第１の送信機モジュール８の出力部に接続されたアップコンバータ９と、最終的な信号処理を行うとともにアップコンバータ９の出力部に接続された第２の送信機モジュール１０と、を備える。第２の送信機モジュール１０の出力端子１１は、送信アンテナ素子に接続され、それに対し、第１の受信機モジュール６の入力端子１２は、受信アンテナ素子に接続される。

ＲＦトランシーバは、送信機２及び受信機３に接続されたＩ及びＱセパレータ１３を更に備える。特に、Ｉ及びＱセパレータは、余弦信号及び正弦信号のような９０°位相シフトした信号を生成し、これらの信号を全複素ミキサ５及びアップコンバータ９に供給する。

ＲＦトランシーバ１は、ここでは別のトランシーバモジュール１４によって図示した当業者に周知の電源回路、自動利得制御回路等のような種々の追加の回路を更に備える。

ＲＦトランシーバ１を、スーパーヘテロダイン受信機及び送信機を有するトランシーバのようなダイレクトコンバージョントランシーバ及び中間周波数の一つ以上の段を有するトランシーバとすることができる。上述したモジュールは、これらの種々のオプションに必要な回路をそれぞれ有する。

さらに、本実施の形態において、アップコンバータ９の出力側及び全複素ミキサ５の入力側に接続されたループバック接続１５が存在する。ループバック接続１５は、ＩＱインバランスキャリブレーションに用いられる。ＩＱインバランスキャリブレーションモジュール４は、第１の受信機モジュール８の入力部に接続された複合音生成器１６と、第２の受信機モジュール７の出力部に接続されたＩＱインバランスアナライザ１７と、を備える。ループバック接続の位置が多くのあり得る位置の単なる一例であることに留意されたい。送信機側において、ループバック接続を、アップコンバータ９の出力部と送信アンテナの間の任意に位置に接続することができ、受信機側において、ループバック接続を、受信アンテナと全複素ミキサ５の入力部の間の任意の位置に接続することができる。

ＲＦトランシーバの第１の実施の形態は、ＩＱインバランスキャリブレーションについて次のように動作する。複合音生成器１６は、ベースバンド周波数の複合信号である一連の複合音を生成する。一連の複合音は、ベースバンドＩ信号及びベースバンドＱ信号として、信号増幅のような初期の送信処理を行うための第１の送信モジュール８と、周波数アップコンバージョン及び組み合わせてＲＦ送信信号にするためのアップコンバータ９とに供給される。ＲＦ送信信号は、アップコンバータ９の出力部から第２の送信モジュール１０に供給されるとともにループバック接続を介して受信機側に供給され、ＲＦ受信信号に加えられる。組み合わされたＲＦ信号は、Ｉ及びＱフィルタ３４を介して全複素ミキサ５の入力部に供給され、全複素ミキサ５は、ＲＦ信号をＩ信号及びＱ信号に分ける。Ｉ信号及びＱ信号は、周波数ダウンコンバートするとともに第２の受信モジュールを通過した後にＩＱインバランスアナライザ１７に供給される。複素ミキサ５が理想的又は少なくとも無視できる程度に非理想的であるので、ＩＱインバランスアナライザ１７によって検出されるインバランスは、送信機の不完全性によるものである。ＩＱインバランスキャリブレーションモジュール４は、必要な場合には適切に送信機を調整する。ＩＱインバランス解析は、典型的には、ＩＱインバランスアナライザ１７に対する入力信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行うソフトウェア実現アルゴリズムによって行われる。

図２に示すＲＦトランシーバ２５の第２の実施の形態は、ＩＱインバランスキャリブレーション部を除いて第１の実施の形態に対応する。本実施の形態において、ループバック構造の代わりに、アップコンバータ９の出力側に接続されるとともにＩＱインバランスキャリブレーションモジュール１９に接続された包絡線検波モジュール１８を設ける。代替的に包絡線検波モジュール１８を所望に応じてアップコンバータ９の後及び送信アンテナの前の任意の位置に接続できることに留意されたい。本実施の形態において、ＩＱインバランスキャリブレーションモジュール１９は、第１の送信機モジュール８に接続された複合音生成器２０と、包絡線検波モジュール１８に接続されたＩＱインバランスアナライザ２１と、を備える。本実施の形態の利点は、ループバック接続が回避されることである。これは、受信機が理想的であると考えられるので、すなわち、全複素ミキサ５のためにＩ信号及びＱ信号に関して安定していると考えられるので可能である。しかしながら、本実施の形態の欠点は、包絡線検波モジュール１８で用いられる包絡線検波器がしばしば十分に優れた性能で実現するのが困難であることである。

第２の実施の形態の動作は、次の通りである。一連の複合音を、複合音生成器２０によって生成し、Ｉ信号及びＱ信号として第１の送信機モジュール８に供給した後にアップコンバータ９に供給する。アップコンバータからのＲＦ信号出力は、包絡線検波器１８に供給される。包絡線検波器１８の出力信号は、必要に応じてＩＱインバランスを決定するＩＱインバランスアナライザ２１に供給される。その後、ＩＱインバランスキャリブレーションモジュール１９は、送信機を適切に調整する。

図３は、第１の実施の形態をダイレクトコンバージョントランシーバ４５に適用する例を示す。本例において、第１の受信機モジュール６は、受信アンテナ素子（図示せず）にそれぞれ対応するとともに各々が増幅回路２７，２８及び位相調整器を有する複数の受信信号経路２６を備える。第１の受信機モジュール６は、全ての受信信号経路２６に接続された加算器３０を更に備える。全複素ミキサ５は、四つのミキサ素子３１ａ〜３１ｄと、減算器３２と、加算器３３と、ＦＲＩ信号入力部４３と、ＲＦＱ信号入力部４４と、Ｉ信号出力部３５と、Ｑ信号出力部３６と、余弦信号入力部３７と、正弦信号入力部３８と、を備える。ＲＦＩ信号入力部は、ミキサ素子３１ａ〜３１ｄの第１のミキサ素子３１ａ及び第２のミキサ素子３１ｂに接続され、それに対し、ＲＦＱ信号入力部は、ミキサ素子３１ａ〜３１ｄの第３のミキサ素子３１ｃ及び第４のミキサ素子３１ｄに接続される。正弦信号入力部３７は、第１のミキサ素子３１ａ及び第４のミキサ素子３１ｄに接続され、余弦信号入力部３８は、第２のミキサ素子３１ｂ及び第３のミキサ素子３１ｃに接続される。第１のミキサ素子３１ａの出力部及び第３のミキサ素子３１ｃの出力部が減算器３２に接続されるとともに第２のミキサ素子３１ｂの出力部及び第４のミキサ素子３１ｄの出力部が加算器３３に接続されるように、ミキサ素子３１ａ〜３１ｄの出力部は、対で減算器３２及び加算器３３にそれぞれ接続される。当業者によって理解できるように、加算器及び減算器の他の組合せ及び接続も実現可能である。

Ｉ及びＱセパレータ１３は、周波数合成器３９と、全複素ミキサ５の余弦信号入力部３７及び正弦信号入力部３８に接続されるとともにアップコンバータ９の対応する入力部に接続された余弦信号出力部４１及び正弦信号出力部４２を有する正弦信号及び余弦信号生成器４０と、を備える。

本発明は、ＩＦトランシーバ、すなわち、受信したＲＦ周波数を中間周波数にダウンコンバートするとともに送信機が少なくとも一つのＩＦ段も備えるトランシーバにも適用できる。図１に示す第１の実施の形態及び図２に示す第２の実施の形態は、ＩＦトランシーバ及びダイレクトコンバージョントランシーバとして実装可能であり、この場合、全複素ミキサは、一つ以上のＩＦ段の一つ以上のダウンコンバータとして用いられる。

図１及び図３に示す第１の実施の形態において、好適には、全てのパーツは単一のＲＦ−ＩＣに集積される。同じことが図２に示すＲＦトランシーバの第２の実施の形態にも当てはまる。

本発明の無線周波数トランシーバは、ビーム形成トランシーバ無線周波数集積回路において有利に用いられる。

したがって、キャリブレーションが送信機だけに行わるためにキャリブレーションの時間が減少するので、ＩＱインバランスを短時間でキャリブレートすることができ、これによって、トランシーバが有用なデータを送信／受信するのに利用できる時間を増やすことができる。さらに、多くのシステムにおいて、受信モードの時間はしばしば送信モードの時間より著しく長い。そのようなシステムにおいて、全複素ミキサを用いることによって不要になる受信機のキャリブレーションが省略され、受信に利用できる時間が増える。受信モードにおけるＩＱ誤差のキャリブレーションのために生成されるＲＦ信号が必要でなくなり、これによって、回路の実装を簡単化する。

発明を図示するとともに上述した明細書で説明したが、そのような図示及び説明は、実例又は例示と考えるべきであり、限定的なものではない。発明は、開示した実施の形態に限定されない。

開示した実施の形態の他の変形を、請求項に係る発明を実施する際に図面、開示及び添付した特許請求の範囲の学習から当業者によって理解できるとともに実現することができる。特許請求の範囲において、用語「備える」は、他の構成要素又はステップを除外するものではなく、「一つ」は複数を除外するものではない。単一のプロセッサ又は他のユニットが特許請求の範囲で列挙した複数のアイテムの機能を実行してもよい。所定の手段を互いに異なる従属項に列挙したという事実は、これらの手段の組合せを有利に用いることができないことを意味しない。特許請求の範囲の引用符号を、範囲を限定するものとして解釈すべきでない。

Claims

送信機（２）と、周波数ダウンコンバータを構成する全複素ミキサ（５）を備える受信機（３）と、前記送信機をキャリブレートするとともに前記受信機のキャリブレーションを省略するように配置された同相及び直交インバランスキャリブレーションモジュール（４）と、を備える無線周波数トランシーバ。
前記送信機（２）から前記受信機（３）へのループバック接続（１５）を備える請求項１に記載の無線周波数トランシーバ。
前記受信機（３）並びに前記同相及び直交インバランスキャリブレーションモジュール（４）に接続した包絡線検波器（１８）を備える請求項１に記載の無線周波数トランシーバ。
前記受信機は、初期のＲＦ信号処理を行う第１の受信機モジュール（６）と、周波数ダウンコンバートされた信号の引き続きの信号処理を行う第２の受信機モジュール（７）と、を備え、前記全複素ミキサ（５）は、前記第１の受信機モジュール及び前記第２の受信機モジュールに接続された請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線周波数トランシーバ。
前記全複素ミキサ（５）は、無線信号同相入力部及び無線信号直交入力部（４３，４４）と、余弦信号入力部（３７）と、正弦信号入力部（３８）と、第１のミキサ（３１ａ）、第２のミキサ（３１ｂ）、第３のミキサ（３１ｃ）及び第４のミキサ（３１ｄ）と、減算器（３２）と、加算器（３３）と、同相信号出力部（３５）と、直交信号出力部（３６）と、を備え、前記第１のミキサ及び前記第４のミキサは、無線周波数入力部及び前記余弦信号入力部に接続され、前記第２のミキサ及び前記第４のミキサは、無線周波数信号入力部及び前記正弦信号入力部に接続され、前記減算器は、前記第１のミキサ、前記第３のミキサ及び前記同相信号出力部に接続され、前記加算器は、前記第２のミキサ、前記第４のミキサ及び前記直交信号出力部に接続された請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線周波数トランシーバ。
前記無線周波数トランシーバ（４５）は、ダイレクトコンバージョントランシーバである請求項１〜４のいずれか一項に記載の無線周波数トランシーバ。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の無線周波数トランシーバを備えるビーム形成トランシーバ無線周波数集積回路。