JP4268760B2 - Ｉｑ変調器における歪み補償装置及び方法 - Google Patents
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- H04L27/368—Arrangements for compensating undesirable properties of the transmission path between the modulator and the demodulator using predistortion adaptive predistortion
Description
【０００１】
本発明は、ＩＱ変調技術を使用して複素信号が無線周波数搬送波信号上に変調される際に、或いはＩＱ変調技術を使用して複素信号が再び無線周波数搬送波信号から復調される際に生成される出力信号の位相歪み及び振幅歪みを補償するための装置及び方法に関する。
【０００２】
複素信号は、実部であるＩ信号と、虚部であるＱ信号とに分割される。Ｉ信号は、第１の両側波帯ミクサ（double sideband mixer）を使用して局部発振器信号（local oscillator signal）上に振幅変調され、Ｑ信号は第２の両側波帯ミクサを使用して直角位相局部発振器信号（phase quadrature local oscillator signal）（局部発振器信号とは９０度異なる）上に振幅変調される。上記２つの両側波帯ミクサの出力は、その後に組み合わされ、結果としての被変調搬送波信号は複素信号を振幅変動と位相変動として搬送する。Ｉ信号及びＱ信号は、それぞれ局部発振器信号及び直角位相局部発振器信号に関してＩＱ復調回路における復調によって回復することができる。
【０００３】
ＩＱ変調器を使用して複素信号が搬送波上に変調されるとき、入力信号レベルが低い場合には、ＩＱ変調器は十分に線形に振る舞うであろう。入力信号のレベルが増大すると、ＩＱ変調器はより非線形になり、出力被変調信号は歪みを生じる。第３次相互変調生成信号の一部は、所望の信号の周波数に近い周波数を有しており、そのためフィルタリングで取り除くことが難しいので、相互変調歪みが問題になる。
【０００４】
出力信号が、所望の信号に少量の第３次歪みを加えたものとして設計されることができるように、十分に低いレベルの入力信号を用いることによってＩＱ変調器を動作させることは可能である。その際、補償的な３次歪み（cubic distortion）が、ＩＱ変調器からの出力信号の線形性を改善するために適用可能である。
【０００５】
３次の先行歪み（cubic predistortion）は、ＩＱ変調器において複素信号に３次的な先行歪みを与えることによって使用されている。これは、１９９６年１１月７日の日付のエレクトロニクス・レター第３２巻第２３号に掲載された「複合変調フィードバックを使用するトランスミッタ線形化（Transmitter linearisation using composite modulation feedback）」と題された論文に開示されている。その論文では、３次の先行歪みは負のフィードバック・ループと組み合わされる。しかしながら、この３次の先行歪みは上下の側波帯で逆符号であり、それに対してＩＱ変調器の位相歪みは上下の側波帯で同一符号である。このことは、両方の側波帯における歪みのキャンセルが同時に可能ではないことを意味している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＩＱ変調技術を使用して複素信号が単一の搬送波信号上に変調される際、或いは複素信号が単一の搬送波信号から回復される際に適用され、上記問題を克服する、歪み補償装置を提供することにある。
【０００７】
本発明は、上記目的を達成する歪み補償装置を提供する。この歪み補償装置は、ＩＱ変調及び復調技術において使用される歪み補償装置であって、第１の歪み回路が、Ｉ信号の第１の重み付き関数とＱ信号の第１の重み付き関数とを前記Ｉ信号に加えることによって前記Ｉ信号を歪ませ、第２の歪み回路が、Ｉ信号の第２の重み付き関数とＱ信号の第２の重み付き関数とを前記Ｑ信号に加えることによって前記Ｑ信号を歪ませる。そして、前記Ｉ信号の前記重み付き関数は前記Ｑ信号とは独立であり、前記Ｑ信号の前記重み付き関数は前記Ｉ信号とは独立であるように構成されることを特徴としている。従来技術では、複素信号の両成分が同一に歪まされていたが、本発明によれば、歪みはＩ成分とＱ成分に対して独立に生じせしめられる。これにより、ＩＱ被変調信号の両方の側波帯において歪みが補償できる。
【０００８】
本発明による前記歪み補償装置は、
Ｉ信号の関数を生成するための第１のオペレータ回路（operator arrangement）と、
Ｑ信号の関数を生成するための第２のオペレータ回路と、
Ｉ信号、Ｉ信号の関数、及びＱ信号の関数の重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＩ信号出力を生成し、かつ、Ｑ信号と、Ｑ信号の前記関数、及びＩ信号の関数との重み付き総合操作（weighted sammation）を実行して歪み補償されたＱ信号出力を生成するための信号処理手段と、
を備えることが好ましい。
【０００９】
ＩＱ変調器によって単一の搬送波上に振幅変調されるべきＩ信号とＱ信号を受取り、適切に重み付けされたＩ信号の関数及びＱ信号の関数を加えることによってＩ信号に先行歪みを与え、また同様に、適切に重み付けされたＩ信号の関数及びＱ信号の関数を加えることによってＱ信号に先行歪みを与えることにより、歪みは、ＩＱ変調器からの被変調搬送波信号出力の上側波帯及び下側波帯の両方で十分に消去され得る。
【００１０】
好ましくは前記関数は多項式、より好ましくは３次（cubic）多項式である。３次歪みはほとんどの成分に対して主要なタイプの歪みで、そのため補償的な３次多項式が好ましい。
【００１１】
しかしながら、特にアナログ処理において、３次歪み（cubic distortion）近似は、Ｉ信号及びＱ信号の３次多項式近似を効果的に与え、実行するのにより簡単かもしれない。ある特定の場合においては、より高次の多項式が歪み補償を実現するのに適切かもしれない。
【００１２】
本発明による装置はＩＱ変調器に入力されるべきＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与える（predistort）ために、或いはＩＱ復調器から回復されたＩ信号及びＱ信号に事後歪みを与える（postdistort）ために、使用することができる。
【００１３】
少なくとも一つの乗算器がＩ信号とＱ信号の関数に重み係数を掛け合わせるために使用されることが好ましい。これによって、以後の総合操作のための重み付け準備がなされる。そのとき、少なくとも一つの加算器が、重み付きの総合操作を実行するために前記少なくとも一つの乗算器の選択された出力を加算することが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態においては、第１の乗算器がＩ信号の関数に第１の重み係数を掛け合わせ、第２の乗算器がＱ信号の関数に第２の重み係数を掛け合わると共に、加算器が第１の乗算器からの出力と第２の乗算器からの出力とをＩ信号に加算する。また、第３の乗算器がＱ信号の関数に第３の重み係数を掛け合わせ、第４の乗算器がＩ信号の関数に第４の重み係数を掛け合わると共に、加算器が第３の乗算器からの出力と第４の乗算器からの出力とをＱ信号に加算する。
【００１５】
重み付き総合操作を実行するのに必要な回路を効果的に実現するために、少なくとも一つの乗算器はルックアップテーブルとして実現でき、少なくとも一つのオペレータ回路はルックアップテーブルとして実現できる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様によれば、歪み補償装置とＩＱ変調器又は復調器とを備えた複合ＩＱ変調器又は複合ＩＱ復調器を調整するための装置が提供される。
【００１７】
この調整装置は、テスト信号を生成するための信号源と、検査下のＩＱ変調器又は復調器の出力における歪みレベルを測定するためのスペクトル解析器と、重み係数を制御するための制御プロセッサとを備える。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、ＩＱ変調及び復調技術における線形性を改良するための方法であって、Ｉ信号は、Ｉ信号の第１の重み付き関数とＱ信号の第１の重み付き関数とをＩ信号に加えることによって歪まされ、Ｑ信号は、Ｉ信号の第２の重み付き関数とＱ信号の第２の重み付き関数とをＱ信号に加えることによって歪まされる。そして、Ｉ信号の重み付き関数はＱ信号とは独立であり、Ｑ信号の重み付き関数はＩ信号とは独立であるように構成されることを特徴とする方法が提供される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態においては、上述の方法は、
Ｉ信号の関数を生成し、
Ｑ信号の関数を生成し、
Ｉ信号と、Ｉ信号の関数と、Ｑ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＩ信号出力を生成し、かつ、Ｑ信号と、Ｑ信号の前記関数と、Ｉ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＱ信号出力を生成することを含んでいる。
【００２０】
好ましくは、前記関数は多項式、さらに好ましくは３次多項式である。前記信号の関数の少なくとも一つは、一つ以上の重み係数によって掛け合わされることが好ましい。選択された掛け合わされた前記信号の関数は、重み付け総合操作を実行するために加算されることが可能である。
【００２１】
本発明による歪み補償装置は、Ｉ信号及びＱ信号のデジタル又はアナログ処理によって、或いはデジタル処理段階とアナログ処理段階の組合せによって実行可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明がより十分に理解されるために、そしてそれがいかに実施されるかを示すために、以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
最初に図１を参照して、歪み回路（distortion arrangement）（４）を説明する。この歪み回路（４）は、Ｉ信号とＱ信号とを、それらがそれぞれＩＱ変調器（２）のＩアーム及びＱアームに入力される以前に、先行歪みを与えるように構成される。Ｉ信号及びＱ信号はデジタルで生成される。
【００２４】
図１の回路では、その先行歪みがデジタル処理段階で生じせしめられ、そのため信号はデジタル様式のままである。そして、先行歪みは、ＩＱ変調器（２）に入力される前にデジタル・アナログ変換器若しくはＤＡＣ（６１），（６２）によってアナログ様式に変換される。
【００２５】
本発明による歪み回路（４）は、出力された被変調搬送波信号の３次歪み（third order distortion）を補償するためにＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるのに使用される。
【００２６】
Ｉ信号は、第１の加算器（８）に直接入力され、また以下の信号、
（Ｉ信号）3＝Ｉ信号・ｍｏｄｓｑ（Ｉ信号）
を生成するために、第１の３次化（３乗化）ブロック（１０）にも入力される。なお、ｍｏｄｓｑ（Ｉ信号）＝Ｉ信号・複素共役（Ｉ信号）である。
【００２７】
次に、一定の重み係数Ａが、乗算器（１２）において信号（Ｉ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ａ・（Ｉ信号）3は、第１の加算器（８）に入力される。また、一定の重み係数Ｂが、乗算器（１４）において信号（Ｉ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ｂ・（Ｉ信号）3は、第２の加算器（１６）に入力される。
【００２８】
同様に、Ｑ信号は、第２の加算器（１６）に直接入力され、また以下の信号、
（Ｑ信号）3＝Ｑ信号・ｍｏｄｓｑ（Ｑ信号）
を生成するために、第２の３次化ブロック（１８）にも入力される。なお、ｍｏｄｓｑ（Ｑ信号）＝Ｑ信号・複素共役（Ｑ信号）である。
【００２９】
次に、一定の重み係数Ｃが、乗算器（２２）において信号（Ｑ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ｃ・（Ｑ信号）3は、第２の加算器（１６）に入力される。また、一定の重み係数Ｄが、乗算器（２４）において信号（Ｑ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ｄ・（Ｑ信号）3は、第１の加算器（８）に入力される。
【００３０】
従って、信号［Ｉ信号］と、信号［Ａ・（Ｉ信号）3］と、信号［Ｄ・（Ｑ信号）3］とが、第１の加算器（８）にそれぞれ入力され、信号［Ｑ信号］と、信号［Ｃ（Ｑ信号）3］と、信号［Ｂ（Ｉ信号）3］とが、第２の加算器（１６）にそれぞれ入力される。
【００３１】
従って、第１の加算器（８）から結果として生じる信号［Ｉ信号’］は、
Ｉ信号’＝Ｉ信号＋Ａ・（Ｉ信号）3＋Ｄ・（Ｑ信号）3
であり、ＩＱ変調器（２）のイン−フェーズ・アーム（in-phase arm）に入力される先行歪みを与えられたＩ信号（Ｉ信号’）を形成する。
【００３２】
第２の加算器（１６）から結果として生じる信号［Ｑ信号’］は、
Ｑ信号’＝Ｑ信号＋Ｃ・（Ｑ信号）3＋Ｂ・（Ｉ信号）3
であり、ＩＱ変調器（２）のイン−直角位相アーム（in-quadrature arm）に入力される先行歪みを与えられたＱ信号（Ｑ信号’）を形
成する。
【００３３】
重み係数Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、一般に、一定であって、そして一般に小さいであろうから、乗算器（１２，１４，２２及び２４）は、ルックアップテーブルとして有効に実現される。また、補正係数（correction factors）も小さいので、３次化ブロック（１０，１８）によって実行される３次化操作において必要とされる有効ビットは非常に少ない。これにより、３次化操作はかなり単純化される。それぞれの３次化ブロック（１０，１８）の出力は単一変数の関数であるので、３次化ブロック（１０，１８）もルックアップテーブルとして実現され得る。
【００３４】
もし先行歪みがアナログ処理段階で生成されるなら、デジタルのＩ信号とＱ信号は、それぞれデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）（６），（２０）（図１において点線で示されている）によってアナログ様式に変換され、ＤＡＣ（６１，６２）は必要とされない。アナログ領域において、非線形回路素子は、３次化ブロック（１０，１８）に置き換わるような３次関数又はそれへの近似を生成することができる。重み付けは、乗算器（１２，１４，２２，２４）に置き換わるような制御可能な増幅器又は減衰器（attentuator）によって制御され得る。
【００３５】
ＩＱ変調器（２）は、例えば、９０度ハイブリッド回路（３２）に入力される４ＧＨｚの信号を生成する無線周波数局部発振器（３０）を備えている。この９０度ハイブリッド回路（３２）は、イン−フェーズ（共通モード）若しくはＩ局部発振器信号を両側波帯ミクサ（３４）に供給すると共に、イン直角位相若しくはＱ局部発振器信号を両側波帯ミクサ（３６）に供給する。第１の加算器（８）からの先行歪みを与えられたＩ信号（Ｉ信号’）は、ミクサ（３４）においてＩ局部発振器信号上に変調され、第２の加算器（１６）からの先行歪みを与えられたＱ信号（Ｑ信号’）は、ミクサ（３６）においてＱ局部発振器信号上に変調される。これらの変調信号は、コンバイナ（combiner）（４６）において加算される。
【００３６】
ＩＱ変調器（２）に入力されるＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるために歪み回路（４）を使うことによって、ＩＱ変調器（２）から出力された被変調搬送波信号における第３次の歪みが効果的に抑制され得る。これにより、ＩＱ変調器（２）における両側波帯ミクサ（３４），（３６）は、第５次以上の歪みが無視できるような十分に低い信号レベルで作動する。
【００３７】
歪み回路（４）におけるＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの値は、歪み回路（４）がそれに対して意図された特定のＩＱ変調器（２）に応じて決定さればならない。なぜなら、ＩＱ変調器（２）の各設計は、入力信号を処理する際に異なったレベルの第３次歪みに適用されるからである。
【００３８】
図２は、歪み回路（４）、及び、図１におけるＩＱ変調器（２）のようなＩＱ変調器を備える複合装置を調整するのに適切な装置を示している。このテスト装置は、図１を参照して既に説明したような歪み回路（４）と、信号源（５５）と、制御プロセッサ（５２）と、スペクトル解析器（５３）と、オプションとしてのディスプレイ（５４）とをそれぞれ備えている。
【００３９】
信号源（５５）は、スペクトル解析器（５３）が高調波歪みを探すための単一の複合トーンと、スペクトル解析器（５３）が２つのトーンの間の相互変調歪みを探すための一対の複合トーンとを含む適切なＩＱテスト信号を生成する。
【００４０】
Ｉ信号及びＱ信号は、歪み回路（４）に入力され、図１を参照して説明されたように先行歪みを与えられる。次に、先行歪みを与えられた信号であるＩ信号’及びＱ信号’は、ＩＱ変調器（２）のそれぞれの入力部に入力される。ＩＱ変調器（２）は、Ｉ信号及びＱ信号を単一の搬送波上に変調し、ＩＱ変調器（２）の被変調出力は、スペクトル解析器（５３）に入力される。このスペクトル解析器（５３）は、ＩＱ変調器（２）からの信号出力の第３次歪みのレベルを測定するように構成されている。スペクトル解析器（５３）からの出力に応じて制御プロセッサ（５２）は、歪み回路（４）によって実行される全体の動作において重み付けを与える重み係数信号Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを生成し、かつ、制御する。また、制御プロセッサ（５２）は、スペクトル解析器（５３）によって測定される歪み量（distortion products）が最小化されるまで重み係数信号Ａ，Ｂ，ＣとＤを系統的に変更するよう構成されている。歪み量の最大減少を実現するＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの値がそのときの最適レベルであり、そのレベルは、ＩＱ変調器（２）に適用される歪み回路（４）の商業的に製造される完成品に対して設定できる。
【００４１】
もちろん、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの最適化も個別にディスプレイ（５４）を観察して、制御プロセッサ（５２）により歪み回路（４）に入力されるＡ，Ｂ，Ｃ及びＤのレベルを手作業で変えることにより実行することができる。
【００４２】
図３は、ＩＱ復調回路（demodulation arrangement）において復調された無線周波数搬送波から回復されたＩ信号及びＱ信号に事後歪みを与えるために使用される歪み回路（４）を示している。無線周波数搬送波は、入力ライン（１００）から入力される。放送に先立って、搬送波は、図２に示されたＩＱ変調器（２）によってＩ信号とＱ信号で変調される。局部発振器（１０２）は、４ＧＨｚの基準無線周波数信号を生成し、９０度ハイブリッド回路（１０４）は、局部発振器信号Ｉと直角位相局部発振器信号Ｑを生成する。次に、両側波帯ミクサ（１０６）は、搬送信号を局部発振器信号とミックスし、結果として生じる信号は、復調された信号であるＩ信号’’を回復させるために低域フィルタ（１１６）を通過させられる。
【００４３】
両側波帯ミクサ（１０８）は、搬送信号を直角位相局部発振器信号とミックスして、結果として生じる信号は復調された信号であるＱ信号’’を回復させるために低域フィルタ（１２０）を通過させられる。明らかに、Ｉ信号’’及びＱ信号’’は、復調過程のミキシング段階でそれらに与えられた位相歪みと振幅歪みを有しているだろうし、歪み回路（４）によって与えられる補償的な歪みは、相互変調を減少させるためには、歪まされていない信号［Ｉ信号］及び信号［Ｑ信号］が図１を参照して説明した歪み回路（４）に入力される場合よりもあまり効果的でないであろう。
【００４４】
Ｉ信号’’’及びＱ信号’’’は、図１を参照して説明したように歪み回路（４）によって処理される。事後歪みを与えられた信号であるＩ信号’’’とＱ信号’’’は、更なる処理のために信号処理プロセッサ（１１４）に入力される。
【００４５】
歪み回路（４）を通して回復されたＩ信号とＱ信号を通過させることにより、歪み産物は抑制されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＩＱ変調器を使用して無線周波数搬送波上にＩＱ変調されるＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるように構成された本発明による歪み補償装置の概略構成図である。
【図２】 図１の歪み補償回路を組み込んだＩＱ変調器の調整又は較正装置の概略構成図である。
【図３】 ＩＱ復調回路によって単一の無線周波数搬送波信号から復調された、局部発振器信号と直角位相局部発振器信号に関するＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるように構成された本発明による歪み回路の概略構成図である。
本発明は、ＩＱ変調技術を使用して複素信号が無線周波数搬送波信号上に変調される際に、或いはＩＱ変調技術を使用して複素信号が再び無線周波数搬送波信号から復調される際に生成される出力信号の位相歪み及び振幅歪みを補償するための装置及び方法に関する。
【０００２】
複素信号は、実部であるＩ信号と、虚部であるＱ信号とに分割される。Ｉ信号は、第１の両側波帯ミクサ（double sideband mixer）を使用して局部発振器信号（local oscillator signal）上に振幅変調され、Ｑ信号は第２の両側波帯ミクサを使用して直角位相局部発振器信号（phase quadrature local oscillator signal）（局部発振器信号とは９０度異なる）上に振幅変調される。上記２つの両側波帯ミクサの出力は、その後に組み合わされ、結果としての被変調搬送波信号は複素信号を振幅変動と位相変動として搬送する。Ｉ信号及びＱ信号は、それぞれ局部発振器信号及び直角位相局部発振器信号に関してＩＱ復調回路における復調によって回復することができる。
【０００３】
ＩＱ変調器を使用して複素信号が搬送波上に変調されるとき、入力信号レベルが低い場合には、ＩＱ変調器は十分に線形に振る舞うであろう。入力信号のレベルが増大すると、ＩＱ変調器はより非線形になり、出力被変調信号は歪みを生じる。第３次相互変調生成信号の一部は、所望の信号の周波数に近い周波数を有しており、そのためフィルタリングで取り除くことが難しいので、相互変調歪みが問題になる。
【０００４】
出力信号が、所望の信号に少量の第３次歪みを加えたものとして設計されることができるように、十分に低いレベルの入力信号を用いることによってＩＱ変調器を動作させることは可能である。その際、補償的な３次歪み（cubic distortion）が、ＩＱ変調器からの出力信号の線形性を改善するために適用可能である。
【０００５】
３次の先行歪み（cubic predistortion）は、ＩＱ変調器において複素信号に３次的な先行歪みを与えることによって使用されている。これは、１９９６年１１月７日の日付のエレクトロニクス・レター第３２巻第２３号に掲載された「複合変調フィードバックを使用するトランスミッタ線形化（Transmitter linearisation using composite modulation feedback）」と題された論文に開示されている。その論文では、３次の先行歪みは負のフィードバック・ループと組み合わされる。しかしながら、この３次の先行歪みは上下の側波帯で逆符号であり、それに対してＩＱ変調器の位相歪みは上下の側波帯で同一符号である。このことは、両方の側波帯における歪みのキャンセルが同時に可能ではないことを意味している。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ＩＱ変調技術を使用して複素信号が単一の搬送波信号上に変調される際、或いは複素信号が単一の搬送波信号から回復される際に適用され、上記問題を克服する、歪み補償装置を提供することにある。
【０００７】
本発明は、上記目的を達成する歪み補償装置を提供する。この歪み補償装置は、ＩＱ変調及び復調技術において使用される歪み補償装置であって、第１の歪み回路が、Ｉ信号の第１の重み付き関数とＱ信号の第１の重み付き関数とを前記Ｉ信号に加えることによって前記Ｉ信号を歪ませ、第２の歪み回路が、Ｉ信号の第２の重み付き関数とＱ信号の第２の重み付き関数とを前記Ｑ信号に加えることによって前記Ｑ信号を歪ませる。そして、前記Ｉ信号の前記重み付き関数は前記Ｑ信号とは独立であり、前記Ｑ信号の前記重み付き関数は前記Ｉ信号とは独立であるように構成されることを特徴としている。従来技術では、複素信号の両成分が同一に歪まされていたが、本発明によれば、歪みはＩ成分とＱ成分に対して独立に生じせしめられる。これにより、ＩＱ被変調信号の両方の側波帯において歪みが補償できる。
【０００８】
本発明による前記歪み補償装置は、
Ｉ信号の関数を生成するための第１のオペレータ回路（operator arrangement）と、
Ｑ信号の関数を生成するための第２のオペレータ回路と、
Ｉ信号、Ｉ信号の関数、及びＱ信号の関数の重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＩ信号出力を生成し、かつ、Ｑ信号と、Ｑ信号の前記関数、及びＩ信号の関数との重み付き総合操作（weighted sammation）を実行して歪み補償されたＱ信号出力を生成するための信号処理手段と、
を備えることが好ましい。
【０００９】
ＩＱ変調器によって単一の搬送波上に振幅変調されるべきＩ信号とＱ信号を受取り、適切に重み付けされたＩ信号の関数及びＱ信号の関数を加えることによってＩ信号に先行歪みを与え、また同様に、適切に重み付けされたＩ信号の関数及びＱ信号の関数を加えることによってＱ信号に先行歪みを与えることにより、歪みは、ＩＱ変調器からの被変調搬送波信号出力の上側波帯及び下側波帯の両方で十分に消去され得る。
【００１０】
好ましくは前記関数は多項式、より好ましくは３次（cubic）多項式である。３次歪みはほとんどの成分に対して主要なタイプの歪みで、そのため補償的な３次多項式が好ましい。
【００１１】
しかしながら、特にアナログ処理において、３次歪み（cubic distortion）近似は、Ｉ信号及びＱ信号の３次多項式近似を効果的に与え、実行するのにより簡単かもしれない。ある特定の場合においては、より高次の多項式が歪み補償を実現するのに適切かもしれない。
【００１２】
本発明による装置はＩＱ変調器に入力されるべきＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与える（predistort）ために、或いはＩＱ復調器から回復されたＩ信号及びＱ信号に事後歪みを与える（postdistort）ために、使用することができる。
【００１３】
少なくとも一つの乗算器がＩ信号とＱ信号の関数に重み係数を掛け合わせるために使用されることが好ましい。これによって、以後の総合操作のための重み付け準備がなされる。そのとき、少なくとも一つの加算器が、重み付きの総合操作を実行するために前記少なくとも一つの乗算器の選択された出力を加算することが好ましい。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態においては、第１の乗算器がＩ信号の関数に第１の重み係数を掛け合わせ、第２の乗算器がＱ信号の関数に第２の重み係数を掛け合わると共に、加算器が第１の乗算器からの出力と第２の乗算器からの出力とをＩ信号に加算する。また、第３の乗算器がＱ信号の関数に第３の重み係数を掛け合わせ、第４の乗算器がＩ信号の関数に第４の重み係数を掛け合わると共に、加算器が第３の乗算器からの出力と第４の乗算器からの出力とをＱ信号に加算する。
【００１５】
重み付き総合操作を実行するのに必要な回路を効果的に実現するために、少なくとも一つの乗算器はルックアップテーブルとして実現でき、少なくとも一つのオペレータ回路はルックアップテーブルとして実現できる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様によれば、歪み補償装置とＩＱ変調器又は復調器とを備えた複合ＩＱ変調器又は複合ＩＱ復調器を調整するための装置が提供される。
【００１７】
この調整装置は、テスト信号を生成するための信号源と、検査下のＩＱ変調器又は復調器の出力における歪みレベルを測定するためのスペクトル解析器と、重み係数を制御するための制御プロセッサとを備える。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、ＩＱ変調及び復調技術における線形性を改良するための方法であって、Ｉ信号は、Ｉ信号の第１の重み付き関数とＱ信号の第１の重み付き関数とをＩ信号に加えることによって歪まされ、Ｑ信号は、Ｉ信号の第２の重み付き関数とＱ信号の第２の重み付き関数とをＱ信号に加えることによって歪まされる。そして、Ｉ信号の重み付き関数はＱ信号とは独立であり、Ｑ信号の重み付き関数はＩ信号とは独立であるように構成されることを特徴とする方法が提供される。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態においては、上述の方法は、
Ｉ信号の関数を生成し、
Ｑ信号の関数を生成し、
Ｉ信号と、Ｉ信号の関数と、Ｑ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＩ信号出力を生成し、かつ、Ｑ信号と、Ｑ信号の前記関数と、Ｉ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＱ信号出力を生成することを含んでいる。
【００２０】
好ましくは、前記関数は多項式、さらに好ましくは３次多項式である。前記信号の関数の少なくとも一つは、一つ以上の重み係数によって掛け合わされることが好ましい。選択された掛け合わされた前記信号の関数は、重み付け総合操作を実行するために加算されることが可能である。
【００２１】
本発明による歪み補償装置は、Ｉ信号及びＱ信号のデジタル又はアナログ処理によって、或いはデジタル処理段階とアナログ処理段階の組合せによって実行可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明がより十分に理解されるために、そしてそれがいかに実施されるかを示すために、以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
最初に図１を参照して、歪み回路（distortion arrangement）（４）を説明する。この歪み回路（４）は、Ｉ信号とＱ信号とを、それらがそれぞれＩＱ変調器（２）のＩアーム及びＱアームに入力される以前に、先行歪みを与えるように構成される。Ｉ信号及びＱ信号はデジタルで生成される。
【００２４】
図１の回路では、その先行歪みがデジタル処理段階で生じせしめられ、そのため信号はデジタル様式のままである。そして、先行歪みは、ＩＱ変調器（２）に入力される前にデジタル・アナログ変換器若しくはＤＡＣ（６１），（６２）によってアナログ様式に変換される。
【００２５】
本発明による歪み回路（４）は、出力された被変調搬送波信号の３次歪み（third order distortion）を補償するためにＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるのに使用される。
【００２６】
Ｉ信号は、第１の加算器（８）に直接入力され、また以下の信号、
（Ｉ信号）3＝Ｉ信号・ｍｏｄｓｑ（Ｉ信号）
を生成するために、第１の３次化（３乗化）ブロック（１０）にも入力される。なお、ｍｏｄｓｑ（Ｉ信号）＝Ｉ信号・複素共役（Ｉ信号）である。
【００２７】
次に、一定の重み係数Ａが、乗算器（１２）において信号（Ｉ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ａ・（Ｉ信号）3は、第１の加算器（８）に入力される。また、一定の重み係数Ｂが、乗算器（１４）において信号（Ｉ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ｂ・（Ｉ信号）3は、第２の加算器（１６）に入力される。
【００２８】
同様に、Ｑ信号は、第２の加算器（１６）に直接入力され、また以下の信号、
（Ｑ信号）3＝Ｑ信号・ｍｏｄｓｑ（Ｑ信号）
を生成するために、第２の３次化ブロック（１８）にも入力される。なお、ｍｏｄｓｑ（Ｑ信号）＝Ｑ信号・複素共役（Ｑ信号）である。
【００２９】
次に、一定の重み係数Ｃが、乗算器（２２）において信号（Ｑ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ｃ・（Ｑ信号）3は、第２の加算器（１６）に入力される。また、一定の重み係数Ｄが、乗算器（２４）において信号（Ｑ信号）3に乗算される。結果として生じる信号Ｄ・（Ｑ信号）3は、第１の加算器（８）に入力される。
【００３０】
従って、信号［Ｉ信号］と、信号［Ａ・（Ｉ信号）3］と、信号［Ｄ・（Ｑ信号）3］とが、第１の加算器（８）にそれぞれ入力され、信号［Ｑ信号］と、信号［Ｃ（Ｑ信号）3］と、信号［Ｂ（Ｉ信号）3］とが、第２の加算器（１６）にそれぞれ入力される。
【００３１】
従って、第１の加算器（８）から結果として生じる信号［Ｉ信号’］は、
Ｉ信号’＝Ｉ信号＋Ａ・（Ｉ信号）3＋Ｄ・（Ｑ信号）3
であり、ＩＱ変調器（２）のイン−フェーズ・アーム（in-phase arm）に入力される先行歪みを与えられたＩ信号（Ｉ信号’）を形成する。
【００３２】
第２の加算器（１６）から結果として生じる信号［Ｑ信号’］は、
Ｑ信号’＝Ｑ信号＋Ｃ・（Ｑ信号）3＋Ｂ・（Ｉ信号）3
であり、ＩＱ変調器（２）のイン−直角位相アーム（in-quadrature arm）に入力される先行歪みを与えられたＱ信号（Ｑ信号’）を形
成する。
【００３３】
重み係数Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、一般に、一定であって、そして一般に小さいであろうから、乗算器（１２，１４，２２及び２４）は、ルックアップテーブルとして有効に実現される。また、補正係数（correction factors）も小さいので、３次化ブロック（１０，１８）によって実行される３次化操作において必要とされる有効ビットは非常に少ない。これにより、３次化操作はかなり単純化される。それぞれの３次化ブロック（１０，１８）の出力は単一変数の関数であるので、３次化ブロック（１０，１８）もルックアップテーブルとして実現され得る。
【００３４】
もし先行歪みがアナログ処理段階で生成されるなら、デジタルのＩ信号とＱ信号は、それぞれデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）（６），（２０）（図１において点線で示されている）によってアナログ様式に変換され、ＤＡＣ（６１，６２）は必要とされない。アナログ領域において、非線形回路素子は、３次化ブロック（１０，１８）に置き換わるような３次関数又はそれへの近似を生成することができる。重み付けは、乗算器（１２，１４，２２，２４）に置き換わるような制御可能な増幅器又は減衰器（attentuator）によって制御され得る。
【００３５】
ＩＱ変調器（２）は、例えば、９０度ハイブリッド回路（３２）に入力される４ＧＨｚの信号を生成する無線周波数局部発振器（３０）を備えている。この９０度ハイブリッド回路（３２）は、イン−フェーズ（共通モード）若しくはＩ局部発振器信号を両側波帯ミクサ（３４）に供給すると共に、イン直角位相若しくはＱ局部発振器信号を両側波帯ミクサ（３６）に供給する。第１の加算器（８）からの先行歪みを与えられたＩ信号（Ｉ信号’）は、ミクサ（３４）においてＩ局部発振器信号上に変調され、第２の加算器（１６）からの先行歪みを与えられたＱ信号（Ｑ信号’）は、ミクサ（３６）においてＱ局部発振器信号上に変調される。これらの変調信号は、コンバイナ（combiner）（４６）において加算される。
【００３６】
ＩＱ変調器（２）に入力されるＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるために歪み回路（４）を使うことによって、ＩＱ変調器（２）から出力された被変調搬送波信号における第３次の歪みが効果的に抑制され得る。これにより、ＩＱ変調器（２）における両側波帯ミクサ（３４），（３６）は、第５次以上の歪みが無視できるような十分に低い信号レベルで作動する。
【００３７】
歪み回路（４）におけるＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの値は、歪み回路（４）がそれに対して意図された特定のＩＱ変調器（２）に応じて決定さればならない。なぜなら、ＩＱ変調器（２）の各設計は、入力信号を処理する際に異なったレベルの第３次歪みに適用されるからである。
【００３８】
図２は、歪み回路（４）、及び、図１におけるＩＱ変調器（２）のようなＩＱ変調器を備える複合装置を調整するのに適切な装置を示している。このテスト装置は、図１を参照して既に説明したような歪み回路（４）と、信号源（５５）と、制御プロセッサ（５２）と、スペクトル解析器（５３）と、オプションとしてのディスプレイ（５４）とをそれぞれ備えている。
【００３９】
信号源（５５）は、スペクトル解析器（５３）が高調波歪みを探すための単一の複合トーンと、スペクトル解析器（５３）が２つのトーンの間の相互変調歪みを探すための一対の複合トーンとを含む適切なＩＱテスト信号を生成する。
【００４０】
Ｉ信号及びＱ信号は、歪み回路（４）に入力され、図１を参照して説明されたように先行歪みを与えられる。次に、先行歪みを与えられた信号であるＩ信号’及びＱ信号’は、ＩＱ変調器（２）のそれぞれの入力部に入力される。ＩＱ変調器（２）は、Ｉ信号及びＱ信号を単一の搬送波上に変調し、ＩＱ変調器（２）の被変調出力は、スペクトル解析器（５３）に入力される。このスペクトル解析器（５３）は、ＩＱ変調器（２）からの信号出力の第３次歪みのレベルを測定するように構成されている。スペクトル解析器（５３）からの出力に応じて制御プロセッサ（５２）は、歪み回路（４）によって実行される全体の動作において重み付けを与える重み係数信号Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤを生成し、かつ、制御する。また、制御プロセッサ（５２）は、スペクトル解析器（５３）によって測定される歪み量（distortion products）が最小化されるまで重み係数信号Ａ，Ｂ，ＣとＤを系統的に変更するよう構成されている。歪み量の最大減少を実現するＡ，Ｂ，Ｃ及びＤの値がそのときの最適レベルであり、そのレベルは、ＩＱ変調器（２）に適用される歪み回路（４）の商業的に製造される完成品に対して設定できる。
【００４１】
もちろん、Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤの最適化も個別にディスプレイ（５４）を観察して、制御プロセッサ（５２）により歪み回路（４）に入力されるＡ，Ｂ，Ｃ及びＤのレベルを手作業で変えることにより実行することができる。
【００４２】
図３は、ＩＱ復調回路（demodulation arrangement）において復調された無線周波数搬送波から回復されたＩ信号及びＱ信号に事後歪みを与えるために使用される歪み回路（４）を示している。無線周波数搬送波は、入力ライン（１００）から入力される。放送に先立って、搬送波は、図２に示されたＩＱ変調器（２）によってＩ信号とＱ信号で変調される。局部発振器（１０２）は、４ＧＨｚの基準無線周波数信号を生成し、９０度ハイブリッド回路（１０４）は、局部発振器信号Ｉと直角位相局部発振器信号Ｑを生成する。次に、両側波帯ミクサ（１０６）は、搬送信号を局部発振器信号とミックスし、結果として生じる信号は、復調された信号であるＩ信号’’を回復させるために低域フィルタ（１１６）を通過させられる。
【００４３】
両側波帯ミクサ（１０８）は、搬送信号を直角位相局部発振器信号とミックスして、結果として生じる信号は復調された信号であるＱ信号’’を回復させるために低域フィルタ（１２０）を通過させられる。明らかに、Ｉ信号’’及びＱ信号’’は、復調過程のミキシング段階でそれらに与えられた位相歪みと振幅歪みを有しているだろうし、歪み回路（４）によって与えられる補償的な歪みは、相互変調を減少させるためには、歪まされていない信号［Ｉ信号］及び信号［Ｑ信号］が図１を参照して説明した歪み回路（４）に入力される場合よりもあまり効果的でないであろう。
【００４４】
Ｉ信号’’’及びＱ信号’’’は、図１を参照して説明したように歪み回路（４）によって処理される。事後歪みを与えられた信号であるＩ信号’’’とＱ信号’’’は、更なる処理のために信号処理プロセッサ（１１４）に入力される。
【００４５】
歪み回路（４）を通して回復されたＩ信号とＱ信号を通過させることにより、歪み産物は抑制されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＩＱ変調器を使用して無線周波数搬送波上にＩＱ変調されるＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるように構成された本発明による歪み補償装置の概略構成図である。
【図２】 図１の歪み補償回路を組み込んだＩＱ変調器の調整又は較正装置の概略構成図である。
【図３】 ＩＱ復調回路によって単一の無線周波数搬送波信号から復調された、局部発振器信号と直角位相局部発振器信号に関するＩ信号及びＱ信号に先行歪みを与えるように構成された本発明による歪み回路の概略構成図である。
Claims (22)
- ＩＱ変調及び復調技術において使用される歪み補償装置であって、
Ｉ信号の第１の重み付き関数、及び、Ｑ信号の第１の重み付き関数を前記Ｉ信号に加えることによって、前記Ｉ信号を歪ませる第１の歪み回路と、
Ｉ信号の第２の重み付き関数とＱ信号の第２の重み付き関数とを前記Ｑ信号に加えることによって、前記Ｑ信号を歪ませる第２の歪み回路と、
をそれぞれ具備し、
前記Ｉ信号の重み付き関数は前記Ｑ信号とは独立であり、前記Ｑ信号の前記重み付き関数は前記Ｉ信号とは独立であるように構成したこと、
を特徴とする歪み補償装置。 - 前記Ｉ信号の関数を生成する第１のオペレータ回路と、
前記Ｑ信号の関数を生成する第２のオペレータ回路と、
前記Ｉ信号と、前記Ｉ信号の関数と、前記Ｑ信号の前記関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＩ信号出力を生成し、かつ、前記Ｑ信号と、前記Ｑ信号の関数と、前記Ｉ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＱ信号出力を生成する信号処理手段と、
をそれぞれ備えたことを特徴とする請求項１に記載の歪み補償装置。 - 前記関数は多項式であることを特徴とする請求項１又は２に記載の歪み補償装置。
- 前記多項式は３次多項式であることを特徴とする請求項３に記載の歪み補償装置。
- 歪まされた前記Ｉ信号及びＱ信号は、ＩＱ変調器によって単一の搬送波信号上に振幅変調されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- 前記Ｉ信号及びＱ信号は、ＩＱ復調処理によって単一の搬送波信号から復調されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- 少なくとも一つの乗算器が、前記Ｉ信号及びＱ信号の関数に重み係数を掛け合わせるために使用されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- 少なくとも一つの加算器が、重み付きの総合操作を実行するために、前記少なくとも一つの乗算器の選択された出力を加算することを特徴とする請求項７に記載の歪み補償装置。
- 第１の乗算器が、前記Ｉ信号の関数に第１の一定の重み係数を掛け合わせ、第２の乗算器が、前記Ｑ信号の関数に第２の一定の重み係数を掛け合わることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- 第３の乗算器が、前記Ｑ信号の関数に第３の一定の重み係数を掛け合わせ、第４の乗算器が、前記Ｉ信号の関数に第４の一定の重み係数を掛け合わることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- 加算器が、前記第１の乗算器からの出力と前記第２の乗算器からの出力とを前記Ｉ信号に加算することを特徴とする請求項９に記載の歪み補償装置。
- 加算器が、前記第３の乗算器からの出力と前記第４の乗算器からの出力とを前記Ｑ信号に加算することを特徴とする請求項１０に記載の歪み補償装置。
- 少なくとも一つの前記乗算器は、ルックアップテーブルとして実現されることを特徴とする請求項７乃至１２の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- 少なくとも一つの前記オペレータ回路は、ルックアップテーブルとして実現されることを特徴とする請求項２乃至１３の何れか１項に記載の歪み補償装置。
- ＩＱ変調及び復調技術における線形性を改良するための歪み補償方法であって、
Ｉ信号は、Ｉ信号の第１の重み付き関数とＱ信号の第１の重み付き関数とを前記Ｉ信号に加えることによって歪まされ、
Ｑ信号は、Ｉ信号の第２の重み付き関数とＱ信号の第２の重み付き関数とを前記Ｑ信号に加えることによって歪まされ、
前記Ｉ信号の重み付き関数は前記Ｑ信号とは独立であり、前記Ｑ信号の前記重み付き関数は前記Ｉ信号とは独立であるようにしたこと、
を特徴とする歪み補償方法。 - 前記Ｉ信号の関数を生成し、
前記Ｑ信号の関数を生成し、
前記Ｉ信号と、前記Ｉ信号の関数と、前記Ｑ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＩ信号出力を生成し、かつ、前記Ｑ信号と、前記Ｑ信号の関数と、前記Ｉ信号の関数との重み付き総合操作を実行して歪み補償されたＱ信号出力を生成すること、
を含むことを特徴とする請求項１５に記載の歪み補償方法。 - 前記関数は多項式であることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の歪み補償方法。
- 前記多項式は３次多項式であることを特徴とする請求項１７に記載の歪み補償方法。
- 前記信号の関数の少なくとも一つは、一つ以上の重み係数によって掛け合わされることを特徴とする請求項１５乃至１８の何れか１項に記載の歪み補償方法。
- 選択された掛け合わされた前記信号の関数は、前記重み付け総合操作を実行するために加算されることを特徴とする請求項１９に記載の歪み補償方法。
- 請求項１乃至１４の何れか１項に記載の歪み補償装置と、ＩＱ変調器又は復調器とを備えた複合ＩＱ変調器又は復調器を調整するための装置であって、
前記複合ＩＱ変調器又は復調器の出力における歪みレベルを測定するためのスペクトル解析器と、複合ＩＱ変調器又は復調器における前記Ｉ信号及びＱ信号の関数の重み付けを制御するための制御プロセッサとをそれぞれ備えたことを特徴とする装置。 - テスト信号を生成するための信号源を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の装置。
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