JP3647021B2 - デジタル無線機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、デジタル信号処理を用いて、出力レベルを規定値に保つための制御を行う負帰還方式のデジタル無線機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
線形デジタル変調方式、例えば16QAMや、π/4シフトQPSK等を利用した無線システムにおいては、電力増幅器の非線形歪み補償が必須であり、各種の非線形歪み補償方式（リニアライザ）が用いられている。その中でもカーテシアンループの負帰還方式のリニアライザは広く利用されている。
【０００３】
従来のデジタル無線機を図２によって説明する。図２は出力レベルを一定に保つ機能を持った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機の送信部の構成を示すブロック図である。18はデジタル信号源、19はマッピング部、20-1と20-2はフィルタ部、1はデジタル信号源18、マッピング部19、フィルタ部20-1と20-2で構成されたベースバンド信号発生器、2-1と2-2は加算器、3-1と3-2はループフィルタ、4は直交変調器、5は第１のバンドパスフィルタ（BPF）、6は第１のミキサ、7は第２のバンドパスフィルタ（BPF）、8は電力増幅器（PA）、9はアンテナ、10は方向性結合器、11は基準信号発生器、12は第１のPLL周波数シンセサイザ、13は第２のPLL周波数シンセサイザ、14は可変アッテネータ（可変ATT）、15は第２のミキサ、16は直交復調器、17は位相制御器、25はレベル検波部、26はレベル制御部である。
【０００４】
図２において、デジタル信号源18より出力された信号をマッピング部19に与える。マッピング部19は、無線機によって指定された変調方式（例えば、QPSK変調方式）に従って入力信号をマッピングする。マッピングされた信号は、マッピング部19より同相成分信号Iと直交成分信号Qとして出力され、同相成分Iはフィルタ部20-1を通り不要な成分を除去され、また、直交成分Qはフィルタ部20-2を通り不要な成分を除去される。これにより、ベースバンド信号の同相成分Iと直交成分Qとが、ベースバンド信号発生器１からそれぞれ出力される。そして、出力された同相成分Iは加算器2-1で帰還側の同相信号I′と加算され出力され、直交成分Qは加算器2-2で帰還側の直交成分信号Q′と加算され出力される。加算器2-1の出力はループフィルタ3-1に入力し、ループフィルタ3-1によって帯域制限され直交変調器4に与えられる。同様に加算器2-2の出力もまたループフィルタ3-2に入力し、ループフィルタ3-2によって帯域制限され直交変調器4に与えられる。
【０００５】
基準信号発生器11は基準周波数信号を発生し、第１のPLL周波数シンセサイザ12と第２のPLL周波数シンセサイザ13とに与える。第１の周波数シンセサイザ12は、入力した基準周波数信号をもとに第１の局部発振信号（第１のLO信号）を発生し、直交変調器4と位相制御器17とに与える。また、第２の周波数シンセサイザ13は、入力した基準周波数信号をもとに第２の局部発振信号（第２のLO信号）を発生し、第１のミキサ6と第２のミキサ15とに与える。位相制御器17は入力した第１のLO信号の位相を制御して、移相した信号を直交復調器16に与える。
【０００６】
直交変調器4は、入力したベースバンド信号の同相成分I′と直交成分Q′を、第１のPLL周波数シンセサイザから与えられた第１のLO信号によって、IF（中間）周波数帯に変調して被変調波信号を第１のBPF５に与える。第１のBPF５は、入力した被変調から不要周波数成分を除去し第１のミキサ6に与える。次に、第１のミキサ6は入力した信号を第２のPLL周波数シンセサイザ13から与えられた第２のLO信号によって所望の周波数に変換して第２のBPFに与える。第２のBPFは、入力した被変調から不要なスプリアス成分を除去しPA7に与える。更にPA8において、入力した信号を規定された所定の出力レベルまで信号を増幅し、方向性結合器10を介してアンテナ9から出力する。
【０００７】
この無線機はカーテシアンループによる負帰還リニアライザの構成をとっている。方向性結合器10は、PA10の出力信号の一部を分波し、可変ATT14とレベル検波部25とに与える。可変ATT14を通った信号は第２のミキサ15に与えられる。第２のミキサ15は、第２のLO信号によって可変ATT14から入力した信号の周波数をIF周波数まで周波数変換し、直交復調器16に与える。直交復調器16は、位相制御器17から与えられる周波数信号により、入力したIF周波数信号を直交復調器して出力し、ベースバンド信号の同相成分iを加算器2-1の減算（-）入力側に与え、直交成分qを加算器2-2の減算（-）入力側に与える。
【０００８】
上記のように、加算器2-1、2-2では、入力信号I、Qが帰還信号i、qによりそれぞれ減算され負帰還がかけられる。このような動作により非線形歪み補償された変調信号が得られるが、無線機の性能の一つに出力レベルの安定化がある。一般には、例えば、図２で示したPAの出力レベルを一定に保つことで安定化される。ところが、フィードバック方式の場合、帰還側での調整が必要となる。この構成を図３に表す。
【０００９】
図３はフィードバック方式のリニアライザの原理構成図である。31は信号入力端子、32は加算器、33はフォワード部、34は歪み入力端子、35は歪み加算器、36は信号出力端子、37はフィードバック部である。入力端子31から関数ｘ(t)の信号が入力し、加算器32の加算（+）入力側に入力し、加算器32の出力はフォワード部33で増幅され、歪み加算器35に入力する。またこの図３では、フォワード部33で発生する関数Ｄ(t)の歪み成分を、歪み入力端子34から入力し、歪み加算器35に入力させている。次に、歪み加算器35の出力は、信号出力端子36から関数ｙ(t)の信号を出力すると共に、フィードバック部37に入力する。フィードバック部37の出力は加算器32の減算（-）入力側に入力する。
さて、図３において、フォワード部33のゲイン（フォワードゲイン）をA、フィードバック部37のゲイン（フィードバックゲイン）をβ、ループ利得をＡ・βとおくと、Ａ・β≫１の条件下での関数ｙ(t)で表される信号出力は、式(1)のように表すことができる。
【００１０】
【数１】

【００１１】
つまり、出力レベルはフィードバックゲインβのみで決まり、フィードバックゲインβを動かせば出力が変化することがわかる。そこで、常に適正な電力レベルに調整するために、図２においては、レベル検波部25に、方向性結合器10によって、PA8の分波出力を与え、レベル検出部25が出力レベルを検出し、出力レベル情報をレベル制御部26に与える。レベル制御部26は入力した出力レベル情報に応じて、可変ATT制御信号を可変ATT14に与え、可変ATT14の減衰量を変化させ、方向性結合器10によって帰還された負帰還信号の信号レベルを所定のレベルに減衰させることによって、アンテナ9から出力する信号のレベルを一定となるように制御している。
【００１２】
この時、経年変化や温度変化等時間の長い変動に追従させ、出力信号を適正レベルにするため、緩やかに適正な電力レベルに合せるように、例えば可変ATT制御信号に時定数（例えば数sec）を持たせる等、レベル制御部26で可変量を制御する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術には、出力レベルの制御を行うために、経年変化や温度変化等時間の長い変動に追従させるため、その変動要因の性質から、緩やかに適正な電力レベルに合せるように、時定数（例えば数sec）の大きい制御が必要とされる。しかし、TDMA方式等のように、送信と送信停止を短時間で繰返すバースト送信を行う場合には、送信時間を短く（例えば数msec）する必要があるため、送信出力を適正レベルに合せるのは非常に困難な欠点があった。
【００１４】
本発明の目的は、上記のような欠点を除去し、通信方式によらずバースト送信を行う場合にも出力レベルを規定値に保つことが可能な無線機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の無線機は、レベル検波出力をデジタル信号へ変換して取り込んだ検波データの平均を取り、その平均値をもとに出力レベルが規定値となるよう可変アッテネータを制御することで、出力レベルを規定値に保ち送信特性の劣化を防いだものである。また、信号源から得られる送信開始と送信停止の信号より、送信中のみ検波データを取込み平均値を求めることにより、バースト送信等の通信方式でも出力レベルを規定値に保ち送信特性の劣化を防いだものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１によって説明する。図１は本発明を用いたデジタル無線機の送信部の構成を示すブロック図である。従来技術で説明した図２の構成要素と同一の機能の構成要素には同一の番号を付した。その他、21はコントロール制御部、22は出力レベル制御部、1′はベースバンド信号発生器、23はD/A変換器、24はA/D変換器である。
【００１７】
ベースバンド信号発生器1′からは、図２で説明した動作と同じ動作で、ベースバンド信号の同相成分Iと直交成分Qとが出力される。
また、べースバンド信号発生器１′から出力されるベースバンド信号の同相成分Iと直交成分Qが、アンテナ9で出力されるまでの動作と、方向性結合器10によって分波された信号が加算器2-1と加算器-2に帰還するまでの動作は、図２で説明した動作と同じなので説明を省略する。しかし、図１において、べースバンド信号発生器１′からベースバンド信号を出力するか否かの制御は、コントロール制御部21がオン／オフ信号を送ることによって行い、同時に出力レベル制御部22にもそのコントロール信号を与える。このオン／オフのコントロール信号によって、出力レベル制御部22は、A/D変換器24から入力するデジタルデータを取込む処理動作をするか、または取込まない処理動作を行う。
【００１８】
さて、方向性結合器10によって、出力信号の電力の一部を帰還し、可変ATT14で帰還した電力レベルを適正な値に変換する場合、図１においては、方向性結合器10で帰還した出力信号をレベル検波部25に与え、レベル検波部25が入力信号をレベル検波してA/D変換器24に与える。A/D変換器24は、レベル検波された信号をデジタル信号に変換して出力レベル制御部22に与える。出力制御部22では、コントロール制御部21によって送信中のみA/D変換器24から与えられるデジタルデータを取込むように制御され、取込まれたデジタルデータの平均値を算出する。即ち、ベースバンド信号が出力されている場合には、出力レベル制御部22は、A/D変換器24から入力するデジタルデータを取込む処理動作を行い、取込んだデータの平均値を算出し、平均値があらかじめ設定されている所定の値になるようにD/A変換器23を介して、可変ATT14に制御信号を与える。D/A変換器23は出力レベル制御部22の制御信号をアナログ信号に変換して可変ATT14に与える。可変ATT14は、出力レベル制御部22の制御信号を受取り、平均値が規定レベルとなるように方向性結合器10によって分波された帰還信号の電力レベルを制御する。また、送信停止時（ベースバンド信号発生器1′からベースバンド信号が出力されていない時）には、最後に算出した制御値に固定して（減衰量を固定して）可変ATT14を制御する。したがって、次の送信開始時には、送信停止直前に設定されていた減衰量が可変ATT14に保持されている。
【００１９】
なお、上記の平均化算出処理は、例えば、デジタル無線機の電源がオンされてからオフ（リセットを含む）されるまでの送信中の間、続けて実行される。
したがって、平均値は、送信を停止していても保持されており、次の送信開始時には保持されていた平均値に応じて、可変ATT14に制御信号を与える。
また、平均化処理を実行する回路としては、例えば、平滑化回路が使用される。
さらに、上記実施例では、コントロール制御部21が送信動作のオン／オフを行ったが、逆に、信号源18から出力される送信信号にオン／オフ信号を付加して、コントロール制御部21を制御する方法でも良い。
【００２０】
図４は、無線機が送信している時としていない時に、出力レベル制御部22が平均値算出処理の動作状態と、可変ATT14の制御状態との関連を説明するための一実施例の図である。(a)は無線機の送信状態によってコントロール制御部21から出力されるコントロール信号、(b)は出力レベル制御部22が平均値算出処理を実行している状態と実行していない状態を示し、(c)は出力レベル制御部22が可変ATT14に出力する制御信号の内容を示す。図４に示すように、デジタル無線機の送信部が送信状態（ON状態）のときは、出力レベル制御部22は入力データを取込み、平均値算出処理を実行し、平均値の値に応じて、可変ATT14の減衰量を制御する。また、デジタル無線機の送信部が送信状態ではない（OFF状態）のときは、出力レベル制御部22は入力データの取込みを実行せず、最後に平均値算出処理を実行した結果保持していた平均値の値に応じた制御信号（固定された制御値）を可変ATT14に送り続けるかあるいは制御信号の送信を止め、可変ATT14は減衰量固定のまま、入力する帰還信号を減衰して直交復調器16に与える。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、出力レベルが規定値で一定となるように、レベル検波したデータをデジタル信号に変換し、無線機が送信中の時のみ検波データを取込んで平均値を求め、その平均値が規定値となるように帰還側のレベルを変化させることにより、通信方式によらずに出力レベルを規定値に保ち、送信特性の安定性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のデジタル無線機の送信部の構成の一実施例を示すブロック図。
【図２】 従来のデジタル無線機の送信部の構成を示すブロック図。
【図３】 フィードバック方式のリニアライザの原理構成図。
【図４】 本発明のデジタル無線機の送信動作と可変ATT14の制御状態との関連の一実施例を説明するための図。
【符号の説明】
1，1′：ベースバンド信号発生器、 2-1，2-2：加算器、 3-1，3-2：ループフィルタ、 4：直交変調器、 5：第１のBPF、 6：第１のミキサ、 7：第２のBPF、 8： PA、 9：アンテナ、 10：方向性結合器、 11：基準信号発生器、 12：第１のPLL周波数シンセサイザ、13：第２のPLL周波数シンセサイザ、 14：可変ATT、 15：第２のミキサ、 16：直交復調器、 17：位相制御器、 18：デジタル信号源、 19：マッピング部、 20-1，20-2：フィルタ部、 21：コントロール制御部、 22：出力レベル制御部、 23：D/A変換器、 24：A/D変換器、 25：レベル検波部、 26：レベル制御部、

Claims (1)

1. ベースバンド信号を増幅して送信するカーテシアン負帰還方式のリニアライザを用いたデジタル無線機であって、
   前記ベースバンド信号の同相成分入力する同相成分加算器と直交成分を入力する直交成分加算器と、前記同相成分加算器と前記直交成分加算器がそれぞれ出力する同相成分信号と直交成分信号をそれぞれ入力し帯域制限するループフィルタと、
   該ループフィルタからそれぞれ入力する同相成分信号と直交成分信号を第１の局部発振信号によって直交変調し、被変調波信号を出力する直交変調器と、
   該被変調波信号の不要成分を除去する第１のバンドパスフィルタと、該第１のバンドパスフィルタから入力する信号を第２の局部発振信号によって所望の周波数に周波数変換する第１のミキサと、該第１のミキサから入力する信号から不要なスプリアス成分を除去する第２のバンドパスフィルタと、該第２のバンドパスフィルタから入力する信号を増幅する増幅器と、
   前記増幅器が増幅した信号の一部を分波する方向性結合器と、前記増幅器が増幅した信号を該方向性結合器を介して出力する無線アンテナと、
   前記方向性結合器から分波された信号を減衰する可変アッテネータと、該可変アッテネータから入力する信号を前記第２の局部発振信号によって所望の周波数に周波数変換する第２のミキサと、
   該第２のミキサから入力する信号を前記第１の局部発振信号によって直交復調し、ベースバンド信号の同相成分を前記同相成分加算器の被減算入力側と、ベースバンド信号の直交成分を前記直交成分加算器の被減算入力側にそれぞれ出力する直交復調器と、
   前記方向性結合器から分波された信号をレベル検波するレベル検波器と、該レベル検出器から入力する信号をデジタル変換するＡ／Ｄ変換器と、
   該Ａ／Ｄ変換器から入力するデータを取込み平均値を算出し、該平均値が所定の値となるように前記可変アッテネータの減衰量を制御するための信号を前記可変アッテネータに与える出力レベル制御部と、
   該出力レベル制御部の平均値算出動作のオン／オフの切換えと、前記デジタル無線機の送信動作と非送信動作の切換えとを連動して行う制御部とを有し、
   送信出力レベルを所定の範囲に保つことを特徴とするカーテシアン負帰還方式のデジタル無線機。

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