JP4316965B2 - 振幅及び位相誤差補償を有する搬送波を変調する処理方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、搬送波、特にＲＦ搬送波を変調する処理に関連し、そして、この変調中に発生される振幅及び位相誤差が補償される。

そのような補償を有するそのような変調を実行することを可能とする、装置にも関連する。主に、特に、Ｋｕバンド又はＫａバンドを使用する、衛星に基づく双方向マルチメディア通信システムに適用される。また、ＬＭＤＳ（ローカルマルチポイント配信システム）形式のＲＦ伝送システムにも関連する。

ＲＦ変調は、従来は、1つ又はそれ以上のローカル発振器に基づいて、一連の周波数の変化を使用して実行され、これは複雑で且つ高価である。

直接ベクトル変調を実行することにより、これらの周波数の変化を無しで済ますのが有益である。この解決方法は、実行するのが単純で且つ特に安価である。しかしながら、比較的大きな周波数帯域を使用するときに、特に、ミリメートル周波数で、変調器より発生される位相と振幅の不均衡により制限される。これらの不均衡は、一方では、ハードウェアの静的な広がりから、そして、他方では、特に温度による、種々のドリフトから、生じる。

ハードウェアによる静的な広がりを補償するために、従来は、例えば、ディジタル信号処理レベルで各変調器に特定のＰＲＯＭをプログラミングすることにより、工場内でこの広がりを測定しそして、逆の広がりを導入する方法使用する。この方法は、高価であるという欠点を有する。

静的な広がりに対して可能なだけでなく、他の形式の欠陥を補償するために、図１に示された、ベクトル復調器を含む動的な構成システムを使用することも可能である。

この図では、名称ＤＳＰとして知られる、ディジタル信号処理システム１０１は、直接的に変調信号ＩとＱを計算する。これらは、そして、変換器１０２と１０３でアナログに変換され、利得制御増幅器１０４と１０５で増幅され、そして、フィルタ１０６と１０７でフィルタされる。

局部発振器１０８は、乗算器１０９で信号Ｉにより乗算され、そして、可変移相器１１０と９０度移相器１１１により位相がシフトされた後に乗算器１１２で信号Ｑと乗算される、搬送波周波数を送る。

乗算器１０９と１１２からの出力信号は、加算器１１３で加算され、そして、出力増幅器１１４で増幅される。

出力カプラ１１５は、増幅器１１４からの出力信号の一部を、位相と振幅の誤差を検出することを可能とするベクトル復調器１１６へ与えるために、出力することを可能とする。

振幅誤差は増幅器１０４と１０５の利得制御へそして、位相誤差は可変移相器１１０の利得制御へ与えられる。

誤差を実際に決定するために、時々、較正された信号を送ることが必要であり、これは、使用できる信号の伝送を中断するという欠点を有する。

周波数領域を考えると、即ちミリメートル領域では、移相器、可変移相器１１０と９０度移相器１１１は、望ましい正確さ、即ち度数、で作ることが出来ない。さらに、ベクトル復調器１１６は、それ自身が直交欠陥により損なわれ、それにより、補正を混乱する。そのような構造は従って、これらのミリメートル周波数では考えられない。

このような、直接ＲＦ変調を行うことができるために、本発明は、２つの直交成分ＩとＱが発生され、局部周波数がこれらの成分でベクトル的に変調される、特にＲＦ搬送波の、搬送波の変調の処理方法を提案する。本発明の主な特徴に従って、小さな自由周波数帯を生成するために、信号Ｉ又はＱがゼロ周波数のまわりでフィルタされ；この小さな自由周波数帯へ、信号Ｉへと信号Ｑへ交互に、連続する成分のシフト誤差を発生しないようにゼロから十分に離れた且つ、信号Ｉ又はＱを妨害しないように信号Ｉ又はＱのレベルに関して十分に低い相対レベルの、低周波数副搬送波が、挿入され；ベクトル的に変調された信号の一部は、交互に余弦について及び正弦について同じ局部周波数で同期した方法で復調され；ベクトル変調後にそれで信号ＩとＱが損なわれた振幅と位相誤差に連続的に対応する振幅と位相誤差により損なわれた副搬送波を抽出するために、復調信号に、低域通過フィルタリングを実行し；これらの振幅と位相誤差が測定され；及び、これらの誤差を補償するために、これらの測定値に基づいて、初期成分ＩとＱが、帰還補正される。

本発明の他の特徴に従って、ベクトル変調を除いて、局部周波数の発生、復調及び低域通過フィルタの全ての動作は、ディジタル的に実行される。

本発明の他の特徴に従って、局部周波数の発生は、余弦について及び正弦についてディジタル的に発生されるのに十分に低い基準周波数Ｆ１のＲＦ周波数への加算により行われる。

本発明は、２つの直交成分ＩとＱを発生するディジタルプロセッサと、局部ベース周波数発生器と、これらの２つの成分によりこの局部周波数を変調するベクトル変調器を有する、特にＲＦ搬送波の、搬送波を変調する装置であって、ゼロ周波数のまわりの信号Ｉ又はＱをフィルタする手段と、低周波数副搬送波の発生器と、この副搬送波を交互に信号Ｉへと信号Ｑへ挿入する手段と、交互に余弦について及び正弦について、同期した方法で、低周波数で、ベクトル変調器からの出力信号の一部を復調する手段と、復調された信号から、振幅と位相誤差により損なわれた副搬送波を抽出するフィルタと、これらの振幅と位相誤差を測定する手段と、及び、これらの誤差を補償するために、これらの測定値に基づいて、初期成分ＩとＱを補正する手段とを更に有することを特徴とする、搬送波を変調する装置をも提案する。

本発明の他の特徴に従って、この装置は、ディジタルプロセッサにより処理されるのに十分に低い相補局部周波数を発生する手段と、この相補局部周波数をベース局部周波数に加える手段と、復調に有効な前記相補局部周波数を、余弦について及び正弦について交互にディジタル的に位相シフトする手段と、同期復調の手段にエネルギーを与えるために、このように位相シフトされたこの局部周波数を、ベース局部周波数へ加える手段と、を有する。

本発明により、振幅及び位相誤差補償を有する搬送波を変調する処理方法及び装置を提供できる。

本発明の他の特徴と利点は、添付の図面に関する非限定的な例により示される、以下の説明で明確となろう。

そのような形式の変調で使用されている信号ＩとＱのベースバンドスペクトルは、図２に知られた方法で示されている。

本発明に従った処理は、第１のステップで、図３に示されているように、ゼロ周波数の周りのこの信号の一部が除去される。

この動作は、４ＱＡＭ形式の変調の場合には、信号プロセッサでディジタルフィルタリングにより実行される。信号の有効な帯域と比べて非常に小さな周波数帯を除去することにより、有効な信号に関して作られる誤差は、第２のオーダーで残る。

例えば、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）のようなマルチキャリア形式の変調の使用の場合には、０の周りの搬送波を区別することは非常に十分に簡単であり、この場所に配置された全ての有効な信号は、他の搬送波へ符号化することにより、持ち越される。

図４に示されたように、本発明は、次に、副搬送波４０３が溝４０１に挿入され、これは、ゼロ周波数とベースバンド４０２の残りの間になされる。この副搬送波は、連続する成分のシフト（”オフセット”）による良く知られた誤差を発生しないように、ゼロから十分に離れている。更に、その相対レベルは、ベースバンドを妨害しないようにベースバンド４０２のレベルに関して十分に低い。

後に説明する特定のシーケンスで連続して送られる、この副搬送波は、位相誤差と振幅誤差を測定するのに使用され、そして、これは、図５の図に関して説明される処理により帰還補正がなされることを可能とする。

図５に示されているように、補正動作の実体は、ＤＳＰプロセッサ５０１レベルで実行される。この動作は、ＤＳＰ５０１で実行される全てのものばかりでなく、もちろんこのＤＳＰ内で全体的にディジタルの方法で実行される。

このＤＳＰの信号の入力と出力は、アナログ／ディジタル及び、ディジタル／アナログ変換器により行われ、これらは図面には煩わさないように示されていない。

このプロセッサでは、有効な信号は、知られた符号化システム５０２で発生されそして、以下に記載する方法で得られた誤差信号に基づいて同時に変調誤差補正を実行する信号ＩとＱの発生器５０３へ送られる。

これらの信号ＩとＱは、これらはベースバンドであり、図３のスペクトルを得るために、フィルタリングモジュール５０４でフィルタされる。

低周波数ＬＦ基準副搬送波４０３が、発生器５０５で発生される。

そして、それは、スイッチ５０６の助けで、加算器５０７と５０８により、信号ＩとＱへ交互に挿入される。この挿入の速さは、望ましい補償の速さを得るために、シーケンサ５２２により送られるクロック信号により与えられる。

従ってＬＦ周波数を含むこれらの信号ＩとＱは、従来の方法で２つの乗算器５１０と５１１、９０度移相器５１３及び、加算器５１２を有する、ベクトル変調器５０９へ与えられる。

搬送波周波数は、モジュール５２１でディジタル合成により発生されそして、乗算器５１５で局部発振器５１４の周波数に加算される、相補局部基準周波数Ｆ１と混合することにより、ＲＦ周波数５１４を送る局部発振器から得られる。

復調器５０９の出力で得られる変調された搬送波は、電力増幅器５１７により増幅されそして、アンテナに印加される。

増幅器５１７の出力で、カプラ５１８は、同期復調器の役割を果たす乗算器５１９へ信号の小部分を送るために、信号の小部分を出力することを可能とする。

この乗算器に印加される復調周波数は、変調周波数と同じであり、発振器５１４、周波数Ｆ１の発生器及び、乗算器５２０に基づいて得られる。しかしながら、この周波数Ｆ１は、ディジタル周波数合成機能を与えそして、頭字語ＤＤＳ（ダイレクトディジタルシンセシス）により知られる、ＤＳＰ５０１のモジュール５２１により送られる。

モジュール５２１は、（正弦位相のみの）変調のために働くミキサ５１５に与えられる周波数Ｆ１を出力する。この同じ周波数は、復調に対しても働く。この目的のために、モジュールＤＤＳから発生される周波数Ｆ１は、正弦又は余弦のいずれかを表すために９０°の位相シフトで交互に発生される。余分な誤差を補正を得るための復調に加えないようにするために、周波数Ｆ１で厳格な９０度の位相シフトを有することが必要でありそして、この厳格な位相シフトはアナログ手段では得ることができないので、このように交互に位相シフトされた周波数Ｆ１は、プロセッサＤＳＰのモジュールＤＤＳ内でディジタル的に発生される。

ディジタルプロセッサで、正弦から余弦及び逆に正確にトグルするミリメートル周波数を発生することは可能ではないので、プロセッサにより発生できそして、局部発振器５１４により発生された周波数へ加えられる、例えば１００ＭＨｚのオーダーの、低周波数を使用する準備がなされる。

この動作は、シーケンサモジュール５２２の制御の下で、モジュール５２１内で実行される。割り込み器５０６にトグルを発生させるクロック信号も送るために、以下に記載するシーケンスに従うような方法で、シーケンサモジュール５２２についても準備がなされうる。

低域通過フィルタ５２３は、ＬＦ副搬送波が非常に単純に分離されることを可能とする。ＬＦ副搬送波は、加算器５０７と５０８に注入されたものに関して、振幅と位相がシフトされる。そして、それは、プロセッサ５０１に送られ、そこで、モジュール５２４が位相差
（外１）

と振幅差ｄ（ａｍｐ）を測定することを可能とする。これらの測定値は、特にアナログユニット、特に、主誤差が９０度移相器５１３から生じるベクトル変調器５０９による、種々の誤差を連続して補正できるようにするためそれに従って信号ＩとＱを修正する、誤差補正器５０１に送られる。

ＩとＱチャネルに関する誤差を分離すことができるために、上述のように、ＬＦ副搬送波は、これらの２つのチャネルに別々に且つ連続して与えられる。これらのチャネルの各々には、位相誤差と振幅誤差があるので、これらの２つの誤差を分離するために、図７のプロットに関して、図６に示されたシーケンスの使用がなされる。このシーケンスは、シーケンサ５２２に基づいて得られる。

Ｉチャネルの副搬送波は、ステップ６０１で、最初に余弦に関して復調されそして、ステップ６０２で、正弦に関して復調される。これは、ベクトルＩの座標ｘ（ｉ）とｙ（ｉ）を得ることを可能とし、これは、このチャネルＩの位相誤差と振幅誤差を決定することを可能とする。

Ｑチャネルの副搬送波は、ベクトルＱの座標ｘ（ｑ）とｙ（ｑ）を得るために、ステップ６０３と６０４で、余弦に関してそして正弦に関して復調される。

これらのステップは、シーケンサ５２２の制御の下で、モジュール５２４内で実行される。

これらの座標は、この同じモジュール５２４内で、位相誤差と振幅誤差を計算することを可能とし、これは、補正モジュール５０１に与えられる。

この様に説明された処理は、それゆえに、特にミリメートル周波数で、直接ベクトル変調を実行することを可能とし、これは、従来の周波数移動構造による厳しいフィルタリング制約により制限されない。これは、装置の構造を単純化することを可能とし、そして、これゆえに、それらのコストを減少させる。補正は、ベクトル変調器から生じる誤差に限定されず、チェインの残りへ、特にこのベクトル変調器に続く電力ユニットへ、拡張する。

直交信号ＩとＱは、ディジタルプロセッサに基づいて得られ、これは、慣習的に使用されている９０度移相器の低い正確さを除去する。

そこに副搬送波を導入するための変調信号の低周波数狭フィルタリングは、有効なデータの伝送を中断すること無しに、補正を得ることを可能とする。

位相に関してそして直交に関して基準副搬送波を順次に復調するために局部伝送発振器の周波数を使用する単一のミキサの使用は、補正ループそれ自身により発生された慣習的な誤差を除去することを可能とする。

本発明は、ミリメートル帯域の一点対多点伝送システムの枠組み内で、特に有効であるが、しかし、搬送波の変調に基づいたどのような伝送システムでも適用できうる。

知られた技術に従った、補償を有する直接変調器を示す図である。 変調信号ＩとＱのベースバンドスペクトルを示す図である。 本発明に従ったフィルタリングの後の同じ信号のスペクトルを示す図である。 フィルタリングし基準副搬送波を挿入後のこの同じ信号のペクトラムの部分を示す図である。 本発明に従った直接変調器を示す図である。 本発明に従って誤差を補正するシーケンスのフローチャートを示す図である。 これらの誤差により損なわれた信号ＩとＱのプロット及び、その測定を示す図である。

符号の説明

１０１ ディジタル信号処理システム
１０２、１０３ 変換器
１０４、１０５ 利得制御増幅器
１０８ 局部発振器
１０９、１１２ 乗算器
１１０ 可変移相器
１１１ ９０度移相器
１１２ 乗算器
１１３ 加算器
１１４ 出力増幅器
１１５ 出力カプラ
１１６ ベクトル復調器
５０１ ＤＳＰプロセッサ
５０２ 符号化システム
５０３ 変調誤差補正を実行する信号ＩとＱの発生器
５０４ フィルタリングモジュール
５０５ 発生器
５０６ スイッチ
５０７、５０８ 加算器
５０９ ベクトル変調器
５１０、５１１ 乗算器
５１２ 加算器
５１３ ９０度移相器
５１４ 局部発振器
５１５ 乗算器
５１７ 電力増幅器
５１８ カプラ
５２１ モジュール
５２２ シーケンサモジュール
５２３ 低域通過フィルタ
５２４ モジュール

Claims (5)

1. 2つの直交成分ＩとＱ（５０２，５０３）が発生され、局部周波数（５１４）がこれらの成分でベクトル的に変調される（５０９）、特にＲＦ搬送波の、搬送波の変調の処理方法であって、
   − 小さな自由周波数帯（４０１）を生成するために、信号Ｉ／Ｑがゼロ周波数のまわりでフィルタされ（５０４）、
   − この小さな自由周波数帯へ、信号Ｉへと信号Ｑへ交互に（５０６）、連続する成分のシフト誤差を発生しないようにゼロから十分に離れた且つ、信号Ｉ／Ｑを妨害しないように信号Ｉ／Ｑのレベルに関して十分に低い相対レベルの、低周波数副搬送波（４０３）が、挿入され（５０７，５０８）、
   − ベクトル的に変調された信号の一部（５１８）は、交互に余弦について及び正弦について同じ局部周波数で同期した方法（５１９）で復調され、
   − ベクトル変調後にそれで信号ＩとＱが損なわれた振幅と位相誤差に連続的に対応する振幅と位相誤差により損なわれた副搬送波を抽出するために、復調信号に、低域通過フィルタリング（５２３）を実行し、
   − これらの振幅と位相誤差が測定され（５２４）、
   及び、これらの誤差を補償するために、これらの測定値に基づいて、初期成分ＩとＱが、帰還補正される、ことを特徴とする搬送波の変調の処理方法。
2. ベクトル変調（５０９）を除いて、局部周波数の発生（５１４）、復調（５１９）及び低域通過フィルタ（５２３）の全ての動作は、ディジタル的に実行されることを特徴とする、請求項１に記載の搬送波の変調の処理方法。
3. 局部周波数の発生は、余弦について及び正弦についてディジタル的に発生される（５２１）のに十分に低い基準周波数Ｆ１のＲＦ周波数（５１４）への加算（５１５）により行われる、請求項１或は２に記載の搬送波の変調の処理方法。
4. ２つの直交成分ＩとＱを発生するディジタルプロセッサ（５０１）と、局部ベース周波数発生器（５１４）と、これらの２つの成分によりこの局部周波数を変調するベクトル変調器（５０９）を有する、特にＲＦ搬送波の、搬送波を変調する装置であって、
   − ゼロ周波数のまわりの信号Ｉ／Ｑをフィルタする手段（５０４）と、
   − 低周波数副搬送波の発生器（５０５）と、
   − この副搬送波を交互に信号Ｉへと信号Ｑへ挿入する手段（５０７，５０８、５０６）と、
   − 交互に余弦について及び正弦について、同期した方法で、低周波数で、ベクトル変調器からの出力信号の一部を復調する手段（５１９）と、
   − 復調された信号から、振幅と位相誤差により損なわれた副搬送波を抽出するフィルタ（５２３）と、
   − これらの振幅と位相誤差を測定する手段（５２４）と、
   − 及び、これらの誤差を補償するために、これらの測定値に基づいて、初期成分ＩとＱを補正する手段（５０３）とを更に有することを特徴とする、搬送波を変調する装置。
5. − ディジタルプロセッサにより処理されるのに十分に低い相補局部周波数を発生する手段（５２１）と、
   − この相補局部周波数をベース局部周波数に加える手段（５１５）と、
   − 復調に有効な前記相補局部周波数を、余弦について及び正弦について交互にディジタル的に位相シフトする手段（５２１）と、
   − 同期復調の手段（５１９）にエネルギーを与えるために、このように位相シフトされたこの局部周波数を、ベース局部周波数へ加える手段（５２０）と、をも有することを特徴とする請求項4に記載の搬送波を変調する装置。
   

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