JP3884965B2 - デジタル無線機 - Google Patents
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Description
【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原点オフセットの低減処理を行う、カーテシアンループの負帰還方式リニアライザを用いた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(Quadrature Amplitude Modulation)や、π/4シフトQPSK(Quadri Phase Shift Keying)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を補償することが必須技術であり、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を用いた負帰還方式のリニアライザは広く利用されている。
【0003】
図2は従来の原点オフセットの低減処理機能を持ったカーテシアンループの負帰還方式リニアライザ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。
【0004】
無線チャネル制御部1の出力はマッピング部2に接続され、マッピング部2の同相成分出力はロールオフフィルタ部3に接続され、同様にマッピング部2の直交成分出力はロールオフフィルタ部4に接続される。ロールオフフィルタ部3の出力は加算器33の入力端子に接続され、加算器33の出力はD/A変換器5に接続され、同様にロールオフフィルタ部4の出力は加算器34の入力端子に接続され、加算器34の出力はD/A変換器6に接続される。
【0005】
D/A変換器5の出力はローパスフィルタ部7に接続され、ローパスフィルタ部7の出力は差動化アンプ9に接続される。同様に、D/A変換器6の出力はローパスフィルタ部8に接続され、ローパスフィルタ部8の出力は差動化アンプ10に接続される。
【0006】
差動化アンプ9の出力(I)は加算器11の加算(+)入力端子に接続され、加算器11の出力はループフィルタ部15を介して直交変調部19の(I’)入力端子に接続される。差動化アンプ9の出力(バーI)は加算器12の加算(+)入力端子に接続され、加算器12の出力はループフィルタ部16を介して直交変調部19の(バーI’)入力端子に接続される。同様に、差動化アンプ10の出力(Q)は加算器13の加算(+)入力端子に接続され、加算器13の出力はループフィルタ部17を介して直交変調部19の(Q’)入力端子に接続される。差動化アンプ10の出力(バーQ)は加算器14の加算(+)入力端子に接続され、加算器14の出力はループフィルタ部18を介して直交変調部19の(バーQ’)入力端子に接続される。
【0007】
直交変調部19の出力はRF部20に接続され、RF部20の出力は方向性結合器21を介してアイソレータ22と帰還RF部24に接続される。アイソレータ22の出力はアンテナ23に接続される。
【0008】
帰還RF部24の出力は直交復調部25に接続される。直交復調部25の出力(i)は帰還アンプ26を介して加算器11の減算(−)入力端子に接続され、直交復調部25の出力(バーi)は帰還アンプ26を介して加算器12の減算(−)入力端子に接続される。同様に、直交復調部25の出力(q)は帰還アンプ27を介して加算器13の減算(−)入力端子に接続され、直交復調部25の出力(バーq)は帰還アンプ27を介して加算器14の減算(−)入力端子に接続される。
【0009】
RF制御部28の出力は、RF部20及び帰還RF部24に接続される。
【0010】
また、ループフィルタ部15の出力、及びループフィルタ部16の出力はコンパレータ29に接続され、コンパレータ29の出力は初期調整部31を介して加算器33へ入力される。同様に、ループフィルタ部17の出力、及びループフィルタ部18の出力はコンパレータ30に接続され、コンパレータ30の出力は初期調整部32を介して加算器34へ入力される。
【0011】
以下に各部の動作を示す。
無線チャネル制御部1より入力されたデジタル信号は、マッピング部2により線形デジタル変調方式に基づきデジタル変調され、同相信号及び直交信号を得る。デジタル変調された同相信号及び直交信号は、それぞれロールオフフィルタ部3またはロールオフフィルタ部4により帯域制限され、不要スプリアスが除去される。
【0012】
不要スプリアスが除去された同相信号Iは、D/A変換器5でアナログ信号に変換された後、ローパスフィルタ部7で不要周波数成分を除去して差動化アンプ9に入力する。同様に、不要スプリアスが除去された直交信号Qは、D/A変換器6でアナログ信号に変換された後、ローパスフィルタ部8で不要周波数成分を除去して差動化アンプ10に入力する。
【0013】
差動化された同相信号I(バーI)は、加算器11(12)で帰還側の差動化された同相信号i(バーi)を減算し、直交信号Q(バーQ)は加算器13(14)で帰還側の差動化された直交信号q(バーq)を減算する。
【0014】
加算器11(12)の出力はループフィルタ15(16)により帯域制限して直交変調部19へ入力し、同様に、加算器13(14)の出力はループフィルタ17(18)により帯域制限して直交変調部19へ入力する。
【0015】
直交変調部19では、入力した同相信号と直交信号をIF(中間)周波数帯に直交変調してRF部20に入力し、RF部20ではRF周波数帯に変換後規定出力に増幅し、方向性結合器21、アイソレータ22を介してアンテナ23より出力する。
【0016】
このデジタル無線機は、カーテシアンループを用いた負帰還方式リニアライザの構成をとっているため、方向性結合器21によりRF部20の出力信号の一部を分波し、帰還RF部24へ入力する。帰還RF部24では規定レベルに補正した後IF周波数帯に変換し、直交復調部25でベースバンド帯へ直交復調して、差動化された同相信号i(バーi)信号及び直交信号q(バーq)信号を得る。直交復調した同相信号i(バーi)は、帰還アンプ26を介して加算器11(12)へ帰還入力する。同様に、直交信号q(バーq)は、帰還アンプ27を介して加算器13(14)に帰還入力する。本構成により、カーテシアンループの負帰還がかけられ、非線形歪み補償された変調信号が得られる。
【0017】
通常、この様な直交変調方式のデジタル無線機では原点オフセットを低減処理するため、直交変調部19へ入力するI'、バーI'、及びQ'、バーQ'のオフセット電圧を補正する必要がある。以下に従来のオフセット電圧の補正動作を説明する。
【0018】
まず、RF部20及び帰還RF部24のゲインを最小にするように、RF制御部28からRF部20、及び帰還RF部24へ制御信号を送り、見かけ上ループを切断する。直流バイアス電圧の比較検出には、電圧比較の結果を2値H,Lで出力するコンパレータ29及び30を用いており、変調信号の交流成分が存在すると正確な直流バイアス電圧の比較検出が困難になるため、ロールオフフィルタ部3及び4からの出力は直流値「0」とする。これは、例えば図3に示すπ/4シフトQPSK変調における信号空間ダイアグラムの原点((I,Q)=(0,0))に相当する。
【0019】
この状態で、直交変調部19の入力点のオフセット電圧を補正するため、直交変調部19の入力に接続したコンパレータ29及び30により、変調部入力信号I'、バーI'の電圧、及びQ'、バーQ'の電圧を比較検出する。この比較結果に基づき、初期調整部31及び32により、例えば2分法を用いて補正データを算出して加算器33及び34により入力信号に加算していき、I’=バーI’及びQ’=バーQ’となるように補正データを設定する。
【0020】
最後に、RF部20、及び帰還RF部24のゲインを元に戻してループを形成するようにRF制御部28により制御する。
【0021】
前述の設定法により設定した補正データは、初期調整部31及び32において保持し、通常動作中は常に加算することにより原点オフセットは低減される。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の従来の技術では、ループを切断する必要があるため、送信動作を行っていない時しか行えないという欠点がある。そのため、基地局等、常時通信を行っている場合には、経年変化、温度変化等により原点オフセットが劣化してしまうという問題点がある。また、送信動作中に送信信号に新たにオフセットを加えて原点オフセットを補正しようとすると、信号が途中で切れた非線形信号となってしまうため、不要スプリアスを発生させてしまうという問題点がある。
【0023】
本発明の目的は、上記のような問題点を除去し、通信中においても原点オフセットの補正を行い、送信特性の安定性を保つことが可能なデジタル無線機を提供することにある。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、線形デジタル変調信号を、カーテシアンループの負帰還方式リニアライザを用いて増幅して送信するデジタル無線機において、前記カーテシアンループを閉じたまま自動で原点オフセットの低減処理を行う処理手段を備えたことを特徴とするデジタル無線機である。
【0025】
本発明において、前記処理手段は、前記カーテシアンループの直交変調器へ入力する差動化された同相信号間、及び直交信号間の電圧を比較検出し、それぞれ電圧が一致するように補正電圧を前記線形デジタル変調信号へ加算することを特徴とするデジタル無線機である。
【0026】
本発明において、前記処理手段は、前記カーテシアンループの直交変調器へ入力する差動化された同相信号の電圧和、及び直交信号の電圧和をとり、それぞれ加算された値の変動または電圧差を検出し、検出された変動分または電圧差を補正電圧として前記線形デジタル変調信号へ加算することを特徴とするデジタル無線機である。
【0027】
本発明は、前記線形デジタル変調信号への前記補正電圧の加算を、前記線形デジタル変調信号の処理における信号空間ダイアグラムのI軸、及びQ軸を動かすことにより行うことを特徴とするデジタル無線機である。
【0028】
【発明の実施の形態】
図1は本発明の実施の形態を示すデジタル無線機の送信部のブロック図である。従来の技術で説明した図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。以下、動作について説明する。
【0029】
まず、従来の技術と同様の動作を行うことにより、原点オフセットの低減処理を行う。
【0030】
この時、原点オフセット低減処理終了時の直交変調部19の入力I'、バーI'を加算器35で加算し、初期値設定部37において保持しておく。同様に、直交変調部19の入力Q'、バーQ'を加算器36で加算し、初期値設定部38において保持しておく。通常、差動化された信号、例えばI'とバーI'あるいはQ'とバーQ'のオフセット電圧が一致していれば、差動化された信号の加算値、例えばI'+バーI'あるいはQ'+バーQ'は、入力信号の状態に係わらず常に一定となる。
【0031】
ところが、経年変化や温度変化等によりオフセット電圧がずれた場合、差動化された信号の加算値は初期値設定部37または38で保持していた値と異なってくる。
【0032】
そこで、加算器39または40において、保持していた初期値と現在の差動化信号の加算値との差を検出し、調整部41または42において原点オフセットの補正量を決定する。補正量を求める方法例としては、例えば初期値をIo’,Qo’とすると、変動の無い場合すなわち
(I’+バーI’)−Io’=0 (1)
に対して、オフセット変動があった場合は
(I’+バーI’)−Io’=ΔI (2)
となるので、この初期値と差動化信号の加算値との差ΔI’をそのまま補正値とする方法と、初期値と差動化信号の加算値に差が生じたかどうかだけを検出し、差が生じた場合のみ、現在の補正値に固定値を加減算して新しい補正値とする方法が考えられる。
【0033】
上記どちらかの補正方法により決定した補正値は、加算器42または43において、マッピング部2により線形デジタル変調方式に基づきデジタル変調された信号にそれぞれ加算する。(この処理は、デジタル変調信号の処理における信号空間ダイアグラムのI軸、及びQ軸を動かすことに相当する(図3参照))。ここで加算された信号は、ロールオフフィルタ部3または4により不要スプリアスが除去されるため、信号の線形性を保ちながら原点オフセットの低減処理を行うことができ、送信特性の劣化を防ぐことが可能となる。
【0034】
本発明の実施の形態によれば、通信中において、直交変調部へ入力する差動化された同相信号の電圧和、及び直交信号の電圧和を取ることにより、ランダムに変動する信号の場合においても常に安定した直流電圧を得ることができ、オフセット電圧の変動を検出することが可能となる。また、送信動作中の原点オフセット補正を、マッピング部における信号空間ダイアグラムのI軸、及びQ軸を動かすことにより行うことで、信号の線形性を保ち、送信特性の劣化を防ぐことが可能となる。
【0035】
【発明の効果】
本発明によれば、通信中においても原点オフセットの補正を行い、送信特性の安定性を保つことが可能なデジタル無線機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示すデジタル無線機の送信部のブロック図である。
【図2】従来のデジタル無線機の送信部のブロック図である。
【図3】π/4シフトQPSK変調における信号空間ダイアグラム図である。
【符号の説明】
1…無線チャネル制御部、2…マッピング部、3,4…ロールオフフィルタ部、5,6…D/A変換器、7,8…ローパスフィルタ、9,10…差動化アンプ、11,12,13,14…加算器,15,16,17,18… ループフィルタ部、19…直交変調部、20…RF部、21…方向性結合器、22…アイソレータ、23…アンテナ、24…帰還RF部、25…直交復調部、26,27…帰還アンプ、28…RF制御部、29,30…コンパレータ、31,32…初期調整部、33,34…加算器、35,36…加算器、37,38…初期値設定部、39,40…加算器、41,42…調整部、43,44…加算器。
Claims (2)
- 線形デジタル変調信号を、カーテシアンループの負帰還方式リニアライザを用いて増幅して送信するデジタル無線機において、
前記カーテシアンループの直交変調器へ入力する差動化された同相信号、及び、直交信号間の電圧の加算値の初期値を保持する初期値設定部と、
前記カーテシアンループの直交変調器へ入力する差動化された同相信号、及び、直交信号間の電圧の加算値と前記初期値とを比較し、それらの差を補正値として、それぞれの同相信号、及び、直交信号成分の原点オフセットを調整する調整部とを備えたことを特徴とするデジタル無線機。 - 請求項1記載のデジタル無線機において、
さらに、前記補正値を前記線形デジタル変調信号のそれぞれの同相信号、及び、直交信号へ加算する加算器を備えたことを特徴とするデジタル無線機。
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