JP4256446B2 - Ｄｃオフセット補正装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置において、直交変調器により生じるＤＣ成分を補正する装置及び方法に関する。

図１は、ローカルリークについて説明する図である。
直接変調方式を使用した無線通信装置における増幅器では、Ｄ／Ａコンバータや変調器において生じる直流成分(ＤＣオフセット)により、ローカルリークが発生する。このローカルリークは、不要波となるので、品質のよい通信を実現するためには、ローカルリークを低減しなくてはならない。このローカルリークを低減するためには、変調器において生じるＤＣオフセットをキャンセルするようなオフセット電圧を与える機能(ＤＣオフセット補正回路)が必要である。変調器のＤＣオフセット量は温度や入力されるＩ、Ｑ信号の振幅に依存して変化するため、無線通信装置の運用時にもＤＣオフセット補正回路のパラメータを更新して適応的にＤＣオフセットをキャンセルすることが望ましい。そこで、ＣＰＵが参照信号データまたはフィードバック信号データを使ってＤＣ成分を算出して、ＤＣオフセット補正回路のパラメータを適応的に更新することにより温度やＩＱ振幅値が変化してもローカルリークを低減させる装置を実現する。

従来のＤＣオフセットの補正方法としては、２つの方法が知られている。
図２は、参照信号型ＤＣオフセット補正方法を説明する図である。
参照信号型ＤＣオフセットの補正においては、増幅器の出力をフィードバック回路を介してＩＱ信号に復調したフィードバック信号と変調前のベースバンド信号である参照信号を使用する。フィードバック信号から参照信号を減算し、送信信号のＤＣオフセット成分のみを取り出した誤差信号を用いて、逆位相のパラメータを算出してＤＣオフセット補正回路のパラメータを更新することによりＤＣオフセットの除去を行う。この動作の前には、フィードバック信号と参照信号の位相調整動作を行い、参照信号とフィードバック信号の信号点位相を合わせる必要がある。

図２（ａ）に示すように、参照信号を示すベクトルがＲｅｆｄｔで表されており、図２（ｂ）に示すように、フィードバック信号を示すベクトルがＦｂｄｔで表されているとする。Ｆｂｄｔには、変調器やＤ／ＡコンバータなどによりＤＣオフセットが加えられている。ＲｅｆｄｔとＦｂｄｔとの位相が、位相調整により一致しているとすると、Ｒｅｆｄｔは、ＤＣオフセットがない状態の信号であるので、ＤＣオフセットが加えられているＦｂｄｔからＲｅｆｄｔを引くことにより、ＤＣオフセットを表すベクトルが得られる。したがって、演算により得られたＤＣオフセットを表すベクトルを、あらかじめＲｅｆｄｔから減算し、その後、Ｄ／Ａ変換、及び、変調をすることによって、ＤＣオフセットが低減された増幅器出力が得られる。

図３は、フィードバック信号型ＤＣオフセット補正方法を説明する図である。
フィードバック信号型ＤＣオフセット補正方法においては、フィードバック信号のみを用いてＤＣオフセットの補正を行う。この方法ではＣＰＵがＤＣオフセットのベクトル方向を推測してその逆方向に任意振幅をとるようなパラメータをＤＣオフセット補正回路に設定することによりＤＣオフセットをキャンセルする。しかし実際はフィードバック回路で使用する周波数変換器の、ローカル位相が回転することによりＣＰＵが推測したＤＣオフセットのベクトル方向と実際のベクトル方向にずれが生じる。そこで、ＣＰＵが任意の補正を行い、フィードバック信号にローカルの位相回転量がどう影響したかを調べ、その値を考慮した上でＤＣオフセットのベクトル方向を推定する。

図３（ａ）は、ベースバンド信号ベクトルにＤＣオフセットが加えられたベクトルであるところのＤＣベクトルである。図３（ｂ）は、ＤＣベクトルに位相回転φが加えられた送信信号ベクトル（ＲｘＤＣベクトル）である。ＲｘＤＣベクトルをキャンセルする補正ベクトルは、図３（ｃ）に示されるように、ＲｘＤＣベクトルを１８０°回転し、任意の定数を乗算して生成する。そして、図３（ｄ）に表されるように、ＤＣベクトルに補正ベクトルを加えた結果、ＴｘＤＣベクトルを得る。これを、図３（ｅ）に示されるように、位相φだけ回転したベクトルが第２のＲｘＤＣベクトルである。第２のＲｘＤＣベクトルは、ベースバンド信号に補正ベクトルを加え、Ｄ／Ａ変換後に変調し、フィードバックした後のベクトルである。したがって、図３（ｂ）のＲｘＤＣベクトルと、図３（ｅ）の第２のＲｘＤＣベクトルの差は、補正ベクトルが位相回転されたベクトルとなる。したがって、この差ベクトルと、最初の補正ベクトルを比較することにより、位相回転量φが求まる。したがって、次に、補正ベクトルをＲｘＤＣベクトルに加える場合には、ベースバンド信号に、この位相回転量だけ位相補正を加えた補正ベクトルを加えるようにする。これにより、ＤＣオフセットがいくらか補正される。後は、補正ベクトルの大きさを順次可変し、信号点がＩＱ平面の原点を中心に分布するようにすれば、ＤＣオフセットがキャンセルされたことになる。

フィードバック信号型ＤＣオフセット補正方法の特徴としては、以下の点が挙げられる。
・参照信号を使用しないため位相調整を行う必要がない。
・無変調波とローカルリークが同じ周波数だった場合、無変調振幅とＤＣオフセットの区別ができないため無変調波の振幅までキャンセルしてしまう。
・キャリアの変調帯域内にローカルリークの周波数がある場合、ＤＣ成分の抽出が困難なため補正精度が落ちる。

参照信号型ＤＣオフセット補正方法の特徴としては、以下の点が挙げられる。
・参照信号とフィードバック信号の誤差成分よりＤＣオフセットを抽出するのでキャリアの変調帯域内にＤＣオフセットの周波数が重なってもＤＣ成分の抽出が行えるので補正精度が高い。
・バースト時等、０振幅が頻繁に発生する送信パターンでは位相調整が正常に行えないためＤＣオフセット成分の抽出ができないのでＤＣオフセット補正ができない。

上記ＤＣオフセット補正方法については、特許文献１及び２に詳細が記載されている。
国際公開番号ＷＯ２００５／０２５１６７ Ａ１公報 国際公開番号ＷＯ２００５／０２５１６８ Ａ１公報

本発明の課題は、１つのＤＣオフセット補正方法では、補正が難しい場合にも適切にＤＣオフセット補正ができるＤＣオフセット補正装置を提供することである。
本発明のＤＣオフセット補正装置は、ベースバンド信号に適切な遅延を与えた参照信号と、該ベースバンド信号によって変調を行い、アンプによって増幅された後の信号をフィードバックして、復調したフィードバック信号を生成し、送信信号のＤＣオフセットを補正するＤＣオフセット補正装置において、該参照信号を調べることによって、送信される信号の状態を推定する信号状態推定手段と、該信号状態の推定結果に基づいて、該フィードバック信号のみを用いて送信信号のＤＣオフセットを補正する方法と、該参照信号と該フィードバック信号の両方を用いて送信信号のＤＣオフセットを補正する方法の一方を選択し、送信信号のＤＣオフセットを補正するＤＣオフセット補正手段とを備えることを特徴とする。

ローカルリークについて説明する図である。 参照信号型ＤＣオフセット補正方法を説明する図である。 フィードバック信号型ＤＣオフセット補正方法を説明する図である。 ＤＣオフセット補正回路の構成例を示す図である。 ＤＣオフセット補正回路を示す図である。 本発明の実施形態に従ったＤＣオフセットの補正シーケンスを示すフローチャートである。 信号状態推定方法を説明する図である。 ＤＣオフセット補正方法の選択判断方法示す図である。 ＣＰＵ２０が実行する処理のフローチャート（その１）である。 ＣＰＵ２０が実行する処理のフローチャート（その２）である。

本発明の実施形態では、ＤＣオフセット補正を行う方法として、フィードバック信号型ＤＣオフセット補正と参照信号型ＤＣオフセット補正を用いる。特に、参照信号の信号パターンを解析して、より適した方式を選択して補正を行う。また、ＤＣオフセットの計算は瞬時値をメモリに蓄えて計算を実施する特性上、データにノイズ成分が冗長されるなどして計算結果が異常値になる場合が稀に発生する。その場合にパラメータの異常値設定を防ぐために計算値にリミッタ値を設けることにより、計算間違い時のパラメータ異常値を最小限に抑える。

図４は、ＤＣオフセット補正回路の構成例を示す図である。
ベースバンド信号である入力信号は、遅延回路２２によって遅延が与えられた後、メモリ回路２１に格納される。この信号が参照信号である。また、入力信号は、歪補償回路１０によって歪補償された後、ＤＣオフセット補正回路１１によって、ＤＣオフセットの補正処理がなされた後、Ｄ／Ａコンバータ１２によってデジタル信号からアナログ信号に変換され、直交変調器１３によって変調される。局部発振器１５−１は、直交変調において、キャリア波を供給するものである。主に、Ｄ／Ａコンバータ１２と直交変調器１３を通ることによって、信号はＤＣオフセットを得る。直交変調器１３の出力は、アンプ１４によって増幅され、出力される。

アンプ１４の出力は、フィードバックされ、乗算器１６において、局部発振器１５−２の発振波と乗算され、ダウンコンバートされる。そして、Ａ／Ｄコンバータ１７によって、アナログ信号からデジタル信号に変換され、復調器１８によって復調される。復調された信号は、メモリ回路１９に格納される。

ＣＰＵ２０は、メモリ回路１９と２１からフィードバック信号と参照信号を適宜読み出し、処理して、ＤＣオフセット補正ベクトルを求め、ＤＣオフセット補正回路１１に与える。

図５は、ＤＣオフセット補正回路を示す図である。
ｘｉは、この回路への入力Ｉ信号であり、ｘｑは、この回路への入力Ｑ信号であり、Ｘｉは、この回路からの出力Ｉ信号であり、Ｘｑは、この回路からの出力Ｑ信号である。

ＤＣオフセットのＩ成分とＱ成分をそれぞれ、Ｉｄｃ、Ｑｄｃとすると、
Ｉｄｃ＋ｄｃ＿ｉ＝０、Ｑｄｃ＋ｄｃ＿ｑ＝０となるｄｃ＿ｉとｄｃ＿ｑを設定することにより、ＤＣオフセットを補正する。

図６は、本発明の実施形態に従ったＤＣオフセットの補正シーケンスを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１０において、参照信号、及び、フィードバック信号をメモリ回路２１、１９にそれぞれ書き込む。ステップＳ１１において、参照信号の入力データより、現在の信号の状態を推測する。ステップＳ１２において、ステップＳ１１において推測された信号状態より、ＤＣオフセットの補正方法を選択する。本実施形態では、フィードバック信号型ＤＣオフセット補正方法と、参照信号型ＤＣオフセット補正方法のいずれかを選択する。ステップＳ１３において、補正値を計算し、ステップＳ１４において、計算された値がリミッタ値以上だった場合は、計算値が異常であるとして、計算値を無視してリミッタ値を補正値とする。計算された値がリミッタ値より小さい場合には、計算された値を補正値として使う。ステップＳ１５において、補正されたパラメータ値を更新、設定する。

図７は、信号状態推定方法を説明する図である。
信号状態は、ＣＰＵ２０がメモリ回路２１に格納された参照信号を調べることにより推定される。

図７（ａ）の無変調状態の場合には、信号のＩ成分ＸｉとＱ成分Ｘｑの２乗和である電力値が一定値となる。所定時間電力値を観測し、電力値一定状態が続けば、無変調状態であると判断する。一方、図７（ｂ）のバースト状態では、データが一定区間０振幅となる。したがって、０振幅データが一定数以上続く場合には、バースト状態と判断する。

また、停波状態の場合には、参照信号のデータが０で固定されるので、停波状態と判断する。
図８は、ＤＣオフセット補正方法の選択判断方法示す図である。

図８に示されるように、フィードバック型ＤＣオフセット補正方法を用いると、キャリアの送信周波数帯域幅内にローカルリークが隠れてしまう場合、補正精度が落ちてしまうので、参照信号型ＤＣオフセット補正方法を使用する。無変調波状態では、フィードバック型ＤＣオフセット補正方法であると、キャリア周波数とローカルリークが同じ周波数の場合、無変調キャリアの振幅まで補正してしまうので、参照信号型ＤＣオフセット補正方法を使用する。バースト状態では、参照信号型ＤＣオフセット補正方法では、送信データが0振幅のポイントで位相調整が不可能となるため、精度のよい補正ができない。したがって、バースト状態では、フィードバック型ＤＣオフセット補正方法を用いる。停波状態では、参照信号がないため、フィードバック型ＤＣオフセット補正方法を用いる。

以上の判断方法は、ＣＰＵ２０が実行する。
図９及び図１０は、ＣＰＵ２０が実行する処理のフローチャートである。
まず、ステップＳ２０において、参照信号とフィードバック信号をメモリ回路２１及び１９にそれぞれ書き込む。ステップＳ２１において、メモリ回路２１から参照信号のＩ成分を読み出す。ステップＳ２２において、メモリ回路２１から参照信号のＱ成分を読み出す。ステップＳ２３において、読み出したＩ成分とＱ成分の２乗和を算出する。ステップＳ２４において、２乗和をメモリ回路２１のメモリ領域に記憶する。ステップＳ２５において、メモリ回路２１に記憶されているすべての参照信号のデータを読み出したか否かを判断する。ステップＳ２５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ２１に戻って、処理を繰り返す。ステップＳ２５の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ２６において、算出された２乗和の値から、信号状態の推定を行う。信号状態の推定の結果、通常状態あるいは無変調状態であると判断された場合には、ステップＳ２８において、参照信号型ＤＣオフセット補正を実行し、補正値を得、ステップＳ２９に進む。信号状態の推定の結果、バースト状態、あるいは、停波状態であると判断された場合には、ステップＳ２７において、フィードバック型ＤＣオフセット補正を実行し、補正値を得、ステップＳ２９に進む。ステップＳ２９においては、補正値がリミッタ値より大きいか否かを判断する。ステップＳ２９の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３１に進む。ステップＳ２９の判断がＹｅｓの場合には、ステップＳ３０において、補正値をリミッタ値に置き換え、ステップＳ３１に進む。ステップＳ３１においては、ＤＣオフセット補正値補正値を更新する。これにより、新たな補正により、ＤＣオフセット補正が実行される。

図１０は、図９の状態推定処理の詳細を示すフローチャートである。
ステップＳ３５において、２乗和の検出により、すべての信号の振幅が０であるか否かを判断する。ステップＳ３５の判断がＹｅｓの場合には、停波状態であると推定する。ステップＳ３５の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３６において、２乗和がすべての信号について同じ値か否かを判断する。ステップＳ３６の判断がＹｅｓの場合には、無変調波状態であると推定する。ステップＳ３６の判断がＮｏの場合には、ステップＳ３７において、連続して所定個の０振幅状態があるか否かを判断する。ステップＳ３７の判断がＹｅｓの場合には、バースト状態であると推定する。ステップＳ３７の判断がＮｏの場合には、通常状態と推定する。

Claims (7)

1. ベースバンド信号に適切な遅延を与えた参照信号と、該ベースバンド信号によって変調を行い、アンプによって増幅された後の信号をフィードバックして、復調したフィードバック信号を生成し、送信信号のＤＣオフセットを補正するＤＣオフセット補正装置において、
   該参照信号を調べることによって、信号が、無変調状態、バースト状態か、停波状態か、送信される信号の状態を推定する信号状態推定手段と、
   信号状態の推定により、バースト状態と停波状態では、該フィードバック信号のみを用いて送信信号のＤＣオフセットを補正する第１の方法を使用し、無変調状態では、該参照信号と該フィードバック信号の両方を用いて送信信号のＤＣオフセットを補正する第２の方法を使用して、送信信号のＤＣオフセットを補正するＤＣオフセット補正手段と、
   を備えることを特徴とするＤＣオフセット補正装置。
2. 前記信号状態推定手段は、前記参照信号の電力値を用いて信号の状態を推定することを特徴とする請求項１に記載のＤＣオフセット補正装置。
3. 前記信号状態推定手段は、送信信号が、通常の送信状態、バースト信号の送信状態、無変調波の送信状態、停波状態のいずれであるかを推定することを特徴とする請求項１に記載のＤＣオフセット補正装置。
4. 前記送信信号が、バースト信号の送信状態、あるいは、停波状態の場合には、前記第１の方法を用いてＤＣオフセットの補正処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のＤＣオフセット補正装置。
5. 前記送信信号が、通常の送信状態、あるいは、無変調波の送信状態の場合には、前記第２の方法を用いてＤＣオフセットの補正処理を行うことを特徴とする請求項３に記載のＤＣオフセット補正装置。
6. 前記送信信号のＤＣオフセットを補正する場合の補正値が所定の値よりも大きくなる場合には、該補正値は、該所定の値に置き換えられて、ＤＣオフセットの補正が行われることを特徴とする請求項１に記載のＤＣオフセット補正装置。
7. ベースバンド信号に適切な遅延を与えた参照信号と、該ベースバンド信号によって変調を行い、アンプによって増幅された後の信号をフィードバックして、復調したフィードバック信号を生成し、送信信号のＤＣオフセットを補正するＤＣオフセット補正方法において、
   該参照信号を調べることによって、信号が、無変調状態、バースト状態か、停波状態か、送信される信号の状態を推定し、
   信号状態の推定により、バースト状態と停波状態では、該フィードバック信号のみを用いて送信信号のＤＣオフセットを補正する第１の方法を使用し、無変調状態では、該参照信号と該フィードバック信号の両方を用いて送信信号のＤＣオフセットを補正する第２の方法を使用して、送信信号のＤＣオフセットを補正する、
   ことを特徴とするＤＣオフセット補正方法。

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