JP4395044B2 - 変調装置及び変調方法 - Google Patents

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Description

本発明は、変調装置及び変調方法に関し、特にベースバンド信号に対して位相誤差を補正する変調装置及び変調方法に関する。
近年の移動体通信システムでは、様々な変復調方式が用いられているが、無線端末の省電力化を図り高効率化が期待できる変調方式として極座標変調方式がある。極座標変調方式では、送信ベースバンド信号を振幅成分と位相成分に分離するときに変調帯域幅が送信ベースバンド信号のシンボルレートに対して4倍以上に拡がる。そのため、現在GSM方式で最も広く用いられているアナログPLL変調方式をそのまま極座標変調方式の位相変調部に用いる場合、PLL帯域幅が不足し、変調器出力において位相誤差を発生させ、周波数スペクトラムを歪ませる原因となっている。
この問題に対して、PLL帯域幅を見かけ上拡げるように送信ベースバンド信号を補償してPLL変調器の特性を改善する技術が提案されている(例えば、特許文献1)。図12は従来のループ帯域幅を改善するPLL変調装置の概略ブロック図を示すものである。図12において10はPLL変調装置、11は電圧制御発振器(以下「VCO」と記載する)、13は分周器、15は分周されたキャリア信号、16は基準信号と分周されたキャリア信号15の位相比較を行う位相比較器、17は位相比較器16から出力された制御信号、18は誤差信号を平坦化するためのループフィルタ、19は平坦化された制御信号、21は特性補償とフィルタリングを行うディジタルプロセッサ、22はフィルタリングされたディジタル変調出力信号、23は合成器、25は変調されたキャリア信号、26はディジタルΣ−Δ変調部、27はディジタルΣ−Δ変調部26から出力された制御信号である。
以上のような構成で以下その動作を説明する。ディジタルΣ−Δ変調部26で変調され、さらに位相比較器16において基準信号と比較されて出力された制御信号はループフィルタ18で平坦化されるが、このとき、ループフィルタ18の帯域制限により制御信号の高周波成分が失われる。そこで理想の帯域を有するループフィルタと実際に用いているループフィルタ18の特性の差分をとり、その差分を補償関数として、ディジタルプロセッサ21においてディジタル変調データに補償する。以上のように、PLL変調装置10に用いる実際のループフィルタ18と位相誤差を発生させない理想のループフィルタの特性の差分をディジタル変調データに掛け合わせることで、PLL変調装置10のループ帯域幅を見かけ上拡げることができ、位相誤差の発生を抑えて特性を改善することができる。
さらに、極座標変調方式において変調器が生じる位相誤差を補償する方法として、補償回路を設け、前記補償回路が極座標変調信号の振幅成分を修正することで位相誤差を補償する方法および装置が提案されている(例えば、特許文献2)。図13は、従来の極座標変調方式を用いて線形変調信号を発生する装置の一例を示す図である。図13において、極座標変調方式を用いて線形変調信号を発生する装置40は、ディジタル波形フィルタ(FILTER)41、ディジタル・シグナル・プロセッサ(DSP)42、補償回路(COMP)43、D/Aコンバータ(D/A)44、位相変調器(PMOD)45、パワーアンプ(PA)46及びレギュレータ(REG)47から主に構成される。
以上のような構成で、以下その動作を説明する。ディジタル波形フィルタ41は、送信データをディジタル波形に変換してディジタル・シグナル・プロセッサ42へ出力する。ディジタル・シグナル・プロセッサ42は、ディジタル波形フィルタ41から入力した送信データを位相成分と振幅成分とに分離して位相変調器45と補償回路43へ出力する。位相変調器45は、位相成分にて搬送波信号を変調して定包絡線位相変調を得る。このとき、位相変調器45において、位相変調された搬送波信号において位相誤差を生じる。
この位相誤差を修正して線形変調信号を供給するために、補償回路43は、ディジタル・シグナル・プロセッサ42から入力した振幅成分を補正して位相変調器45により生じた位相誤差を補償する。例えば、補償回路43は、位相変調器45で生じた遅延、理想位相成分及び歪んだ位相成分に基づいて、補償関数を導き出して振幅成分を補正する。そして、補償回路43は、補正したディジタル振幅成分をD/Aコンバータ44へ出力する。
D/Aコンバータ44は、入力した補正されたディジタル振幅成分をアナログ信号に変換してレギュレータ47へ出力する。レギュレータ47は、アナログ信号とパワーアンプ46の出力信号とに基づいて、パワーアンプ46の電力を目標値に制御する信号の電流または電圧を調整したアナログ信号をパワーアンプ46へ出力する。パワーアンプ46は、入力したアナログ信号によりパワーアンプの電力を制御することで位相変調器45から入力した位相変調された搬送波信号を変調し、増幅信号を出力する。
このような構成とすることによって、極座標変調方式を用いた通信システムにおいて、位相変調器における位相誤差を補償して、変調精度を良くすることができ、さらには、位相誤差が生じる歪を解消して信号送信のためのスペクトル要求を満たすことが可能となる。
また、PLL変調部の特性劣化に伴って発生する周波数スペクトラムの歪成分の補償技術としては、プリディストーション技術の適用が考えられる(例えば、特許文献3)。図14は従来のプリディストーション装置60の概略ブロック図を示すものである。図14において、62はパワー計算部、63はパワー計算部62で計算した振幅値、64は非線形歪補償用の参照テーブル、65は直交化した非線形歪補償データ、66は非線形歪補償部、67は非線形歪補償された直交ベースバンド信号、68はD/A変換部(D/A)、69はアナログ直交ベースバンド信号、70は帯域制限用の低域通過フィルタ(LPF)、71は帯域制限されたアナログ直交ベースバンド信号、72は直交変調部、73は変調信号、74は送信系の増幅器である。
以上のような構成で以下その動作を説明する。まず、パワー計算部62で送信ディジタル直交ベースバンド信号から、送信信号の振幅値63を計算する。次に、計算した送信信号の振幅値63をアドレスとして非線形歪補償用の参照テーブル64を参照し、あらかじめ計算した送信系の非線形歪特性を持つ非線形歪補償データを直交化した非線形歪補償データ65として得る。
非線形歪補償部66では直交ベースバンド信号と直交化した非線形歪補償データ65の複素積を行い、非線形歪補償された直交ベースバンド信号67を出力する。非線形歪補償された直交ベースバンド信号67をD/A変換部68でアナログ信号に変換し低域通過フィルタ70によって帯域制限を行い、アナログ直交ベースバンド信号71を得る。そして、直交変調部72で直交変調を行い変調信号73にした後、送信系の増幅器74で必要な大きさに増幅して送信変調信号を出力する。
以上のように、パワー計算部62、非線形歪補償用の参照テーブル64、非線形歪補償部66を設け、直交ベースバンド信号の振幅値63によって非線形歪補償用の参照テーブル64を参照し、直交ベースバンド信号と直交化した非線形歪補償データ65の複素積を非線形歪補償部66で行うことによって、送信系の増幅器で発生する非線形歪を補償することができる。
米国特許第6008703号明細書 特表2002−527921号公報 特開平8−251246号公報
しかしながら、従来の装置においては、PLLのループ帯域幅を拡げるようにベースバンド信号を補償する技術に関しては、ディジタルΣ−Δ変調にしか適用することができないため、従来のアナログPLL変調方式においては適用できないという問題がある。
また、従来の装置においては、補償回路を設け、前記補償回路が極座標変調信号の振幅成分を修正することで位相誤差を補償する場合、位相変調器における位相誤差を補償するために振幅成分を用いているため、補償回路で、位相変調器において生じた遅延に等しい時間で振幅成分を遅延させる必要が生じる。この遅延時間の調整によって位相誤差補償の効果が大きく影響を受けるため、遅延時間を高精度に制御しなければならないという問題がある。さらに、従来の装置においては、極座標変調方式の場合には、補償回路における遅延時間の調整、及び位相変調と振幅変調の終了後の信号合成におけるタイミング調整の少なくとも2回のタイミング調整が必要であるので、高精度なタイミング調整が必要になるという問題がある。また、従来の装置においては、位相変調器における位相誤差を補償するために振幅成分を用いているため、GSMKのような振幅変調は不要な変調方式の通信システムに対しては、位相誤差の補償をすることができないという問題がある。
さらに、従来の装置においては、プリディストーション技術を用いた場合、それぞれの振幅値に応じた参照テーブルを用意する必要があるため、参照テーブルが膨大になるという問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、膨大な参照テーブルを用いることなく、従来のアナログPLL変調方式にも適用でき、さらに高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる変調装置及び変調方法を提供することを目的とする。
本発明の変調装置は、ベースバンド信号を変調して変調信号を生成する変調手段と、ベースバンド信号の隣接するデータ間の位相変化量と所定の定数とに基づいて前記変調手段により変調される前の変調前ベースバンド信号と前記変調手段により変調された後の変調後ベースバンド信号との位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する補正手段と、を具備する構成を採る。
この構成によれば、ベースバンド信号の周波数変化量と定数とに基づいてベースバンド信号を変調することにより生じると推定される位相誤差を求めて、変調処理の前のベースバンド信号に対して求めた位相誤差を補正するので、振幅成分を用いずに位相誤差を補正することができることにより、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記補正手段は、前記位相変化量を所定時間における周波数変化量に変換し、前記周波数変化量と前記定数とに基づいて前記変調手段により変調される前の変調前ベースバンド信号と前記変調手段により変調された後の変調後ベースバンド信号との位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、ベースバンド信号の周波数変化量と定数とに基づいてベースバンド信号を変調することにより生じると推定される位相誤差を求めて、変調処理の前のベースバンド信号に対して求めた位相誤差を補正するので、振幅成分を用いずに位相誤差を補正することができることにより、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記位相誤差を前記周波数変化量で除算することにより求めた前記定数を記憶する記憶手段を具備し、前記補正手段は、前記周波数変化量と前記記憶手段に記憶されている前記定数とを乗算することにより前記位相誤差を求めるとともに、求めた前記位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、あらかじめ定数を求めて記憶しておくので、データ通信開始後の変調処理の最中に定数を求める処理が不要になることにより、位相誤差を求める処理の高速化を図ることができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記周波数変化量と前記定数とを関係付けた位相誤差選択用情報を保存するテーブルを有する記憶手段を具備し、前記補正手段は、前記周波数変化量を用いて前記位相誤差選択用情報を参照することにより選択した前記定数と前記周波数変化量とを乗算することにより前記位相誤差を求めるとともに、求めた前記位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、周波数変化量を用いて位相誤差選択用情報を参照して定数を選択するので、周波数変化量に応じた位相誤差を選択することができることにより、精度良く位相誤差を補正することができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記変調手段により変調されたベースバンド信号を復調して前記変調後ベースバンド信号を生成する復調手段を具備し、前記補正手段は、前記変調前ベースバンド信号と前記復調手段により復調された前記変調後ベースバンド信号との位相誤差を前記位相変化量で除算して前記定数を求めるとともに、求めた前記定数と前記周波数変化量とを乗算することにより求めた前記位相誤差を、前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、送信側にて変調出力信号を復調してその都度パラメータを算出するので、正確なパラメータを求めることができることにより、極めて精度良く位相誤差を補正することができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記復調手段は、変調されたベースバンド信号を復調して前記変調後ベースバンド信号を生成するとともに受信信号を復調する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、位相誤差補正用に新たに復調部を設ける必要がなく、簡易な回路構成でリアルタイムに位相誤差補償を行うことができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記変調後ベースバンド信号の位相と基準信号の位相との位相誤差を求める位相比較手段と、前記位相比較手段にて求められた前記位相誤差を示す信号である制御信号により決定される発振周波数を変調出力信号として生成する電圧制御発振手段と、前記電圧制御発振手段にて生成された前記変調出力信号を基準となる信号の周波数に周波数変換する周波数変換手段とを具備し、前記変調手段は、前記補正手段にて補正された前記変調前ベースバンド信号を用いて、前記周波数変換手段にて周波数変換された前記変調後ベースバンド信号を変調することにより前記変調信号を生成する構成を採る。
この構成によれば、上記効果に加えて、位相同期ループ変調器において、振幅成分を用いずに位相誤差を補正することができることにより、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、前記変調手段は、前記補正手段にて補正された前記変調前ベースバンド信号を用いて搬送波信号を変調することにより前記変調信号を生成する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、直接直交変調器において、振幅成分を用いずに位相誤差を補正することができることにより、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができる。
本発明の変調装置は、前記構成において、電力が目標値になるように前記変調信号の振幅を制御しながら前記変調信号を増幅してアンテナから送信する信号として出力する電力増幅手段を具備する構成を採る。
この構成によれば、前記効果に加えて、ベースバンド信号を振幅成分と位相成分に分けて変調をかける極座標変調方式において、変調器で発生する位相誤差を高精度に補正することができ、高効率で特性の安定した通信を行うことができる。
本発明の通信装置は、前記のいずれかに記載の変調装置を具備する構成を採る。
この構成によれば、ベースバンド信号の周波数変化量に基づいてベースバンド信号を変調することにより生じると推定される位相誤差を求めて、変調処理の前のベースバンド信号に対して求めた位相誤差を補正するので、振幅成分を用いずに位相誤差を補正することができることにより、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。
本発明の変調方法は、ベースバンド信号を変調して変調信号を生成するステップと、ベースバンド信号の隣接するデータ間の位相変化量と記憶している所定の定数とを乗算して変調される前のベースバンド信号である変調前ベースバンド信号と変調された後のベースバンド信号である変調後ベースバンド信号との位相誤差を求めるステップと、求めた位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正するステップと、を具備するようにした。
この方法によれば、ベースバンド信号の位相変化量に基づいてベースバンド信号を変調することにより生じると推定される位相誤差を求めて、変調処理の前のベースバンド信号に対して求めた位相誤差を補正するので、振幅成分を用いずに位相誤差を補正することができることにより、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。
本発明によれば、膨大な参照テーブルを用いることなく、従来のアナログPLL変調方式にも適用でき、さらに高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。
本発明の骨子は、ベースバンド信号の所定時間における周波数変化量に基づいて、変調手段により変調される前のベースバンド信号と、変調手段により変調された後に復調手段により復調されたベースバンド信号との位相誤差を、変調手段により変調される前のベースバンド信号に対してあらかじめ補正することである。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る通信装置100の構成を示すブロック図である。
位相誤差補償部102、記憶部103、周波数変換部104、変調部105、位相比較部106、LPF107及びVCO108は、変調装置112を構成する。なお、通信装置100は、位相同期ループ(以下「PLL」と記載する)変調装置を示すものである。
信号発生部101は、ベースバンド位相信号を生成し、生成したベースバンド位相信号を位相誤差補償部102へ出力する。
補正手段である位相誤差補償部102は、信号発生部101からベースバンド位相信号が入力する毎に、ベースバンド位相信号から求めた所定時間における周波数変化量またはベースバンド信号から求めた隣接するデータ間の位相変化量と、記憶部103に記憶されている計算式及びパラメータとを用いて、ベースバンド信号の変調処理により生じるものと推定される位相誤差を算出し、信号発生部101から入力したベースバンド位相信号に対して算出した位相誤差を補正して変調部105へ出力する。なお、位相誤差を求める方法は後述する。
記憶部103は、定数であるパラメータと周波数変化量との関係式または定数であるパラメータと位相変化量との関係式より位相誤差を求める計算式と、この計算式を用いてあらかじめ求めておいたパラメータとを記憶しており、位相誤差補償部102にてベースバンド位相信号を補正する際に記憶している計算式の情報とパラメータの情報とを位相誤差補償部102へ出力する。
周波数変換部104は、電圧制御発振器(以下「VCO」と記載する)108から入力した変調出力信号を基準となる信号の周波数に周波数変換して周波数変換信号を生成し、生成した周波数変換信号を変調部105へ出力する。
変調部105は、例えば直交変調器であり、位相誤差補償部102から入力した補正後のベースバンド位相信号を用いて周波数変換部104から入力した周波数変換信号を変調して変調信号を生成し、生成した変調信号を位相比較部106へ出力する。
位相比較部106は、変調部105から入力した変調信号の位相と基準信号の位相とを比較し、比較結果である誤差信号をLPF107へ出力する。
LPF107は、位相比較部106から入力した誤差信号を平滑してVCO108へ出力する。
VCO108は、LPF107から入力した誤差信号を制御信号とし、制御信号により決定された発振周波数を変調出力信号として周波数変換部104へ出力するとともにアンテナ109を介して送信する。VCO108が変調出力信号を出力することにより変調処理が終了する。
次に、信号発生部101から出力されるベースバンド位相信号において位相誤差を補正する方法について、図2を用いて説明する。図2は、位相誤差#201とベースバンド位相信号のI成分(同期成分)波形データ#202の時間推移を示すものである。
通信装置100において、LPF107等は周波数特性を有するため、通信装置100の帯域幅がVCO108から出力される変調出力信号の有する最大の周波数成分に対して十分に広い場合は、通信装置100の周波数特性は問題とならないが、通信装置100の帯域幅が変調出力信号の有する最大の周波数成分に対して十分広く取れない場合は、通信装置100の周波数特性によってVCO108から出力される変調出力信号に位相誤差Δθが生じる。
図2は、信号発生部101から出力されるベースバンド位相信号のシンボルレートを270.833ksymb/sとし、ループ帯域幅を約1MHzとしたときの、ベースバンド位相信号の同期成分の波形データに対する変調出力信号での位相誤差Δθを示すものである。図2において、位相誤差Δθは、ベースバンド位相信号の波形データが急激に変化する点で大きくなっていることがわかる。ここで、位相誤差Δθは、変調される前のベースバンド位相信号(変調前ベースバンド信号)と変調出力信号を復調した信号(変調後ベースバンド信号)との差である。図2より、4倍のループ帯域幅を確保しても、約±13度程度の位相誤差を発生することがわかる。したがって、受信側にてデータを精度良く復調することができるようにするためには、変調出力信号の位相信号がベースバンド位相信号と同じになるように、位相誤差補償部102において位相誤差Δθを補正する必要がある。
ベースバンド位相信号の変化は、単位時間あたりの周波数変化量で表すことができるため、位相誤差と単位時間あたりの周波数変化量は式(1)の関係式で表すことができる。
Δθ=α・F (1)

ただし、Δθ:位相誤差
α:パラメータ
F:周波数変化量
ここで、パラメータαは通信装置100の特性によって決定される係数である。式(1)は、ベースバンド位相信号の単位時間あたりの周波数変化量Fがわかれば、通信装置100によって生じる位相誤差Δθも推定できることを示している。
次に、ベースバンド位相信号の各データの位相量θと単位時間あたりの周波数変化量Fとの関係について説明する。ここで、位相誤差補償部102では離散化されたベースバンド位相信号のデータ列を考えると、n−1番目のデータ(例えばn−1番目のフレーム)とn番目のデータ(例えばn番目のフレーム)には式(2)の関係がある。
f(n−1)=(θ(n)―θ(n−1))/(2・π・t) (2)

ただし、f(n−1):n−1番目のデータとn番目のデータによって決定される周波数成分
θ(n):n番目のデータの位相量
θ(n−1):n−1番目のデータの位相量
t:ベースバンド位相信号の各データ間の時間差
さらに、n番目のデータとn+1番目のデータ(例えばn+1番目のフレーム)によって決定される周波数成分を用いて、n番目のデータにおける単位時間あたりの周波数変化量を式(3)より求める。
F(n)=(f(n)−f(n−1))/t
=(θ(n+1)+θ(n−1)−2・θ(n))/(2・π・t
(3)
ただし、F(n):n番目のデータにおける単位時間当たりの周波数変化量
f(n):n番目のデータとn+1番目のデータによって決定される周波数成分
f(n−1):n−1番目のデータとn番目のデータによって決定される周波数成分
θ(n+1):n+1番目のデータの位相量
θ(n−1):n−1番目のデータの位相量
θ(n):n番目のデータの位相量
t:ベースバンド位相信号の各データ間の時間差
式(3)は、隣接するデータ間の位相変化量から周波数変化量に変換できることを示している。即ち、n番目のデータの位相量θ(n)に対して、1つ前のデータの位相量θ(n−1)と一つ後のデータの位相量θ(n+1)がわかれば、n番目のデータにおける単位時間当たりの周波数変化量F(n)が簡単な計算により導出されることを示している。したがって、位相変化量から求めた周波数変化量とパラメータとを用いて、式(1)より位相誤差を求めることができる。また、n番目のデータに対して、n−1番目のデータとn+1番目のデータの位相量からn番目のデータにおける単位時間当たりの周波数変化量Fが求められ、さらに式(1)と式(3)とから、式(4)のようにn番目のデータの位相量とそのデータでの位相誤差との関係式が導出される。
Δθ(n)=α・(θ(n+1)+θ(n−1)−2・θ(n))/(2・π・t) (4)

ただし、Δθ(n):n番目のデータが受ける位相誤差
α:パラメータ
θ(n+1):n+1番目のデータの位相量
θ(n−1):n−1番目のデータの位相量
θ(n):n番目のデータの位相量
t:ベースバンド位相信号の各データ間の時間差
よって、式(4)より、n番目のデータが受ける位相誤差Δθ(n)を推定することができるため、n番目のデータの位相量θ(n)を用いて式(4)より推定される位相誤差Δθ(n)を求め、位相誤差補償部102にて、n番目のデータに対して位相誤差Δθ(n)を補正しておけば、VCO108から出力されるn番目のデータの変調出力信号の位相誤差Δθを補正することが可能となる。即ち、式(4)より、隣接するデータ間の位相変化量とパラメータとによりn番目のデータの位相誤差Δθ(n)を求めることができる。
ここで、記憶部103が記憶するパラメータは、データ通信を開始する前に、変調部105にて変調される前のベースバンド信号の位相とVCO108から出力される変調出力信号の位相とを減算することにより位相誤差を求めて、式(1)より、求めた位相誤差を所定時間の周波数変化量にて除算することにより求めることができる。
上記より、隣接するデータ間の位相変化量と所定の定数とに基づいて位相誤差を求める場合には、式(4)を用い、所定時間における周波数変化量と所定の定数とに基づいて位相誤差を求める場合には、式(1)を用いる。また、隣接するデータ間の位相変化量と所定の定数とに基づいて位相誤差を求める場合には、記憶部103が記憶するパラメータは、データ通信を開始する前に、変調部105にて変調される前のベースバンド信号の位相とVCO108から出力される変調出力信号の位相とを減算することにより位相誤差を求めて、式(4)より、求めた位相誤差を隣接するデータ間の位相変化量にて除算することにより求めることもできる。これにより、周波数変化量を用いずに位相誤差を補正することが可能になる。
このように、本実施の形態1によれば、最初にベースバンド位相信号の所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量と、位相誤差より求めたパラメータを記憶しておいて、ベースバンド位相信号の各データについて所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量を求めるとともに、求めた周波数変化量または位相変化量と、記憶しておいたパラメータとを用いて位相誤差を推定し、予めベースバンド位相信号に対して推定した位相誤差を補正しておくので、ベースバンド位相信号のみを用いて位相誤差を補正することができる。これにより、膨大な参照テーブルを用いることなく、従来のアナログPLL変調方式にも適用でき、さらに精度良く位相誤差を補正することができ、高精度なタイミング制御が不要であるとともに、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。また、本実施の形態1によれば、位相誤差は記憶しておいた所定の計算式を用いて算出することができるので、簡単な方法にて位相誤差を求めることができる。
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る通信装置300の構成を示すブロック図である。
記憶部103、周波数変換部104、変調部105、位相比較部106、LPF107、VCO108及び信号発生部301は、変調装置302を構成する。
本実施の形態2に係る通信装置300は、図1に示す実施の形態1に係る通信装置100において、図3に示すように、位相誤差補償部102を除き、信号発生部101の代わりに信号発生部301を有する。なお、図3においては、図1と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
信号発生部301は、例えばディジタル信号処理により位相誤差を補正することができるDSP(Digital signal processor)であり、ベースバンド位相信号を生成するとともに、生成したベースバンド位相信号から求めた周波数変化量と、記憶部103に記憶されている計算式及びパラメータとを用いて位相誤差を算出し、信号発生部301から入力したベースバンド位相信号に対して算出した位相誤差を補正して変調部105へ出力する。なお、位相誤差を求める方法は上記実施の形態1と同一であるのでその説明は省略する。
このように、本実施の形態2によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、ベースバンド位相信号の生成とベースバンド位相信号に対する位相誤差の補正とを連続したディジタル信号処理により行うことができるので、位相誤差を補正する処理の高速化を図ることができる。
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る通信装置400の構成を示すブロック図である。
位相誤差補償部102、記憶部103、周波数変換部104、LPF107、VCO108、変調部401及び位相比較部402は、変調装置403を構成する。
本実施の形態3に係る通信装置400は、図1に示す実施の形態1に係る通信装置100において、図4に示すように、変調部105の代わりに変調部401及び位相比較部106の代わりに位相比較部402を有する。なお、図4においては、図1と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
変調部401は、例えば直交変調器であり、基準信号を用いて位相誤差補償部102から入力した補正後のベースバンド位相信号を変調して変調信号を生成し、生成した変調信号を位相比較部402へ出力する。
位相比較部402は、変調部401から入力した変調信号の位相と周波数変換部104から入力した周波数変換信号の位相とを比較し、比較結果である誤差信号をLPF107へ出力する。なお、位相誤差を補正する方法は上記実施の形態1と同一であるので、その説明は省略する。
このように、本実施の形態3によれば、最初にベースバンド位相信号の所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量と、位相誤差より求めたパラメータを記憶しておいて、ベースバンド位相信号の各データについて所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量を求めるとともに、求めた周波数変化量または位相変化量と記憶しておいたパラメータとを用いて位相誤差を推定し、予めベースバンド位相信号に対して推定した位相誤差を補正しておくので、ベースバンド位相信号のみを用いて位相誤差を補正することができる。これにより、膨大な参照テーブルを用いることがなく、従来のアナログPLL変調方式にも適用でき、さらに精度良く位相誤差を補正することができ、高精度なタイミング制御が不要であるとともに、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。また、本実施の形態3によれば、位相誤差は記憶しておいた所定の計算式を用いて算出することができるので、簡単な方法にて位相誤差を求めることができる。
(実施の形態4)
図5は、本発明の実施の形態4に係る通信装置500の構成を示すブロック図である。
周波数変換部104、変調部105、位相比較部106、LPF107、VCO108、復調部501及び位相誤差補償部502は、変調装置503を構成する。
本実施の形態4に係る通信装置500は、図1に示す実施の形態1に係る通信装置100において、図5に示すように、記憶部103を除き、位相誤差補償部102の代わりに位相誤差補償部502を有し、復調部501を追加する。なお、図5においては、図1と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
復調部501は、VCO108から入力した変調出力信号を復調してベースバンド位相信号(復調ベースバンド信号)を生成し、生成したベースバンド位相信号を位相誤差補償部502へ出力する。復調部501は、受信信号を復調する受信系の復調部と兼用しても良いし、受信系の復調部とは別に設けても良い。
位相誤差補償部502は、信号発生部101から入力した変調前のベースバンド位相信号から復調部501から入力した変調後のベースバンド位相信号を減算して位相誤差を求め、求めた位相誤差と、変調前のベースバンド位相信号より求めた周波数変化量または位相変化量とを用いてパラメータαを求める。そして、位相誤差補償部502は、ベースバンド位相信号から求めた周波数変化量または位相変化量と、パラメータαとを乗算して位相誤差を算出し、信号発生部101から入力したベースバンド位相信号に対して算出した位相誤差を補正して変調部105へ出力する。なお、ベースバンド位相信号を復調した後は、位相誤差補償部502にて求めた変調前のベースバンド位相信号と変調後のベースバンド位相信号との位相差は、すでに伝送された信号の位相誤差であるため、次に信号を伝送する際の位相誤差は、変調前のベースバンド位相信号と変調後のベースバンド位相信号より求めたパラメータαを用いて式(1)より求める。これにより、正確な位相誤差を求めることができる。
このように、本実施の形態4によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、送信側にて変調出力信号を復調してその都度パラメータαを算出するので、正確なパラメータαを求めることができることにより、極めて精度良く位相誤差を補正することができる。また、本実施の形態4によれば、復調部501を受信系の復調部と兼用する場合には、回路規模を変えることなく極めて精度良く位相誤差を補正することができるとともに、簡易な回路構成でリアルタイムに位相誤差補償を行うことができる。また、本実施の形態4によれば、パラメータαをあらかじめ記憶しておく必要がないので、記憶部(メモリ)の記憶容量を小さくすることができる。
なお、本実施の形態4において、位相誤差補償部502にてその都度パラメータαを求めることとしたが、これに限らず、求めたパラメータαを記憶する記憶部を設けて所定時間が経過するまでは記憶しているパラメータαを用いて位相誤差を算出しても良い。
(実施の形態5)
図6は、本発明の実施の形態5に係る通信装置600の構成を示すブロック図である。位相誤差補償部102、記憶部103、周波数変換部104、変調部105、位相比較部106、LPF107、VCO108、振幅制御部601及び電力増幅器602は、変調装置603を構成する。なお、通信装置600は、極座標変調方式の1つであるポーラループ変調装置を示すものである。
本実施の形態5に係る通信装置600は、図1に示す実施の形態1に係る通信装置100において、図6に示すように、振幅制御部601及び電力増幅器602を追加する。なお、図6においては、図1と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
振幅制御部601は、信号発生部101から入力したベースバンド振幅信号より、電力増幅器602の電力が目標値になるように電力増幅器602に加える振幅制御電圧を制御する。
電力増幅器602は、VCO108から入力した変調信号を振幅制御部601の制御に基づいて増幅してアンテナ109を介して送信する。なお、位相誤差を補正する方法は上記実施の形態1と同一構成であるので、その説明は省略する。
このように、本実施の形態5によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、振幅変調を行う変調装置にも適用できるとともに、振幅変調を行う変調装置において、ベースバンド振幅信号を用いずにベースバンド位相信号に基づいて位相誤差を補正することができるので、高精度なタイミング調整が不要であるとともに、精度良く位相誤差を求めることができる。
(実施の形態6)
図7は、本発明の実施の形態6に係る通信装置700の構成を示すブロック図である。
記憶部702、位相誤差補償部703及び変調部704は、変調装置708を構成する。
信号発生部701は、ベースバンド位相信号を生成し、生成したベースバンド位相信号を位相誤差補償部703へ出力する。
記憶部702は、パラメータと周波数変化量との関係式より位相誤差を求める計算式と、この計算式を用いてあらかじめ求めておいたパラメータとを記憶しており、位相誤差補償部703にてベースバンド位相信号を補正する際に記憶している計算式の情報とパラメータの情報とを位相誤差補償部703へ出力する。
位相誤差補償部703は、信号発生部701からベースバンド位相信号が入力する毎に、ベースバンド位相信号から求めた所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量と、記憶部702に記憶されている計算式及びパラメータとを用いて位相誤差を算出し、信号発生部701から入力したベースバンド位相信号に対して算出した位相誤差を補正して変調部704へ出力する。
変調部704は、例えば直交変調器であり、位相誤差補償部703から入力した補正後のベースバンド位相信号を用いて搬送波信号を変調して変調信号を生成し、生成した変調信号を無線部705へ出力する。変調部704が変調信号を出力することにより変調処理が終了する。なお、位相誤差を補正する方法は上記実施の形態1と同一であるので、その説明は省略する。
無線部705は、変調部704から入力した変調出力信号をベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバート等してアンテナ706から送信する。なお、変調部704を直接直交変調器等で構成した場合、ベースバンド周波数から無線周波数へのアップコンバートは、変調部704において変調と同時に行うこともできる。この場合、無線部705は不要となる。
このように、本実施の形態6によれば、最初にベースバンド位相信号の所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量と、位相誤差より求めたパラメータを記憶しておいて、ベースバンド位相信号の各データについて所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量を求めるとともに、求めた周波数変化量または位相変化量と、記憶しておいたパラメータとを用いて位相誤差を推定し、予めベースバンド位相信号に対して推定した位相誤差を補正しておくので、ベースバンド位相信号のみを用いて位相誤差を補正することができる。これにより、膨大な参照テーブルを用いることがなく、従来のアナログPLL変調方式にも適用でき、さらに精度良く位相誤差を補正することができ、高精度なタイミング制御が不要であるとともに、振幅変調を行わない通信システムにも用いることができる。また、本実施の形態1によれば、位相誤差は記憶しておいた所定の計算式を用いて算出することができるので、簡単な方法にて位相誤差を求めることができる。
(実施の形態7)
図8は、本発明の実施の形態7に係る通信装置800の構成を示すブロック図である。
記憶部702、変調部704及び信号発生部801は、変調装置802を構成する。
本実施の形態7に係る通信装置800は、図1に示す実施の形態6に係る通信装置700において、図8に示すように、位相誤差補償部703を除き、信号発生部701の代わりに信号発生部801を有する。なお、図8においては、図7と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
信号発生部801は、例えばディジタル信号処理により位相誤差を補正することができるDSPであり、ベースバンド位相信号を生成するとともに、生成したベースバンド位相信号から求めた所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量と、記憶部702に記憶されている計算式及びパラメータとを用いて位相誤差を算出し、ベースバンド位相信号に対して算出した位相誤差を補正した後、D/A変換して変調部704へ出力する。なお、位相誤差を求める方法は上記実施の形態1と同一であるのでその説明は省略する。
このように、本実施の形態7によれば、上記実施の形態6の効果に加えて、ベースバンド位相信号の生成とベースバンド位相信号に対する位相誤差の補正とを連続したディジタル信号処理により行うことができるので、位相誤差を補正する処理の高速化を図ることができる。
なお、本実施の形態7において、記憶部702にてパラメータを記憶しておくこととしたが、これに限らず、信号発生部801よりベースバンド信号を出力する所定のタイミング毎にその都度パラメータを求めるようにしても良い。
(実施の形態8)
図9は、本発明の実施の形態8に係る通信装置900の構成を示すブロック図である。
変調部704、復調部901及び位相誤差補償部902は、変調装置903を構成する。
本実施の形態8に係る通信装置900は、図7に示す実施の形態6に係る通信装置700において、図9に示すように、記憶部702を除き、位相誤差補償部703の代わりに位相誤差補償部902を有し、復調部901を追加する。なお、図9においては、図7と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
復調部901は、変調部704から入力した変調出力信号を復調してベースバンド位相信号を生成し、生成したベースバンド位相信号を位相誤差補償部902へ出力する。復調部901は、受信信号を復調する受信系の復調部と兼用しても良いし、受信系の復調部とは別に設けても良い。
位相誤差補償部902は、信号発生部701から入力した変調前のベースバンド位相信号から復調部901から入力した変調後のベースバンド位相信号を減算して位相誤差を求め、求めた位相誤差と、変調前のベースバンド位相信号より求めた所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量とを用いてパラメータαを求める。そして、位相誤差補償部902は、ベースバンド位相信号から求めた周波数変化量または位相変化量と、パラメータαとを乗算して位相誤差を算出し、信号発生部701から入力したベースバンド位相信号に対して算出した位相誤差を補正して変調部704へ出力する。
このように、本実施の形態8によれば、上記実施の形態6の効果に加えて、送信側にて変調出力信号を復調してその都度パラメータαを算出するので、正確なパラメータαを求めることができることにより、極めて精度良く位相誤差を補正することができる。また、本実施の形態8によれば、復調部901を受信系の復調部と兼用する場合には、回路規模を変えることなく極めて精度良く位相誤差を補正することができるとともに、簡易な回路構成でリアルタイムに位相誤差補償を行うことができる。
なお、本実施の形態8において、位相誤差補償部902にてその都度パラメータαを求めることとしたが、これに限らず、求めたパラメータαを記憶する記憶部を設けて所定時間が経過するまでは記憶しているパラメータαを用いて位相誤差を算出しても良い。
(実施の形態9)
図10は、本発明の実施の形態9に係る通信装置1000の構成を示すブロック図である。
記憶部702、位相誤差補償部703、変調部704、振幅制御部1001、無線部1002及び電力増幅器1003は、変調装置1004を構成する。なお、通信装置1000は、EER(Envelope Elimination and Restoration)変調装置を示すものである。
本実施の形態9に係る通信装置1000は、図7に示す実施の形態6に係る通信装置700において、図10に示すように、振幅制御部1001及び電力増幅器1003を追加し、無線部705の代わりに無線部1002を有する。なお、図10においては、図7と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。
振幅制御部1001は、信号発生部701から入力したベースバンド振幅信号より、電力増幅器1003の電力が目標値になるように電力増幅器1003に加える振幅制御電圧を制御する。
無線部1002は、変調部704から入力した変調出力信号をベースバンド周波数から無線周波数にアップコンバート等して電力増幅器1003へ出力する。
電力増幅器1003は、無線部1002から入力した変調信号を振幅制御部1001の制御に基づいて増幅して変調出力信号として出力する。なお、位相誤差を補正する方法は上記実施の形態1と同一構成であるので、その説明は省略する。
このように、本実施の形態9によれば、上記実施の形態6の効果に加えて、振幅変調を行う変調装置にも適用できるとともに、振幅変調を行う変調装置において、ベースバンド振幅信号を用いずにベースバンド位相信号に基づいて位相誤差を補正することができるので、高精度なタイミング調整が不要であるとともに、精度良く位相誤差を求めることができる。
(実施の形態10)
図11は、本発明の実施の形態10に係るパラメータαと周波数変化量とを関係付けた位相誤差選択用情報を保存するテーブルを示す図である。なお、通信装置の構成は、図1と同一構成であるので、その説明は省略する。
記憶部103は、図11に示すようなテーブルを記憶している。
位相誤差補償部102は、信号発生部101からベースバンド位相信号が入力する毎に、ベースバンド位相信号から求めた所定時間における周波数変化量または隣接するデータ間の位相変化量を用いて、記憶部103に記憶されている位相誤差選択用情報を参照することによりパラメータを選択し、選択したパラメータと、周波数変化量または位相変化量とを乗算して求めた位相誤差を、信号発生部101から入力したベースバンド位相信号に対して補正して変調部105へ出力する。
周波数変化量を用いて位相誤差を求める場合には、位相誤差補償部102は、式(1)の補償関数の代わりに式(5)の補償関数を用いることにより、周波数変化量に応じた位相誤差を求めることができる。式(5)において、パラメータαは、単位時間あたりの周波数変化量Fをパラメータとする関数である。
Δθ=α(F)・F (5)

ただし、Δθ:位相誤差
α(F):パラメータ
F:周波数変化量
このように、本実施の形態10によれば、上記実施の形態1の効果に加えて、周波数変化量または位相変化量を用いて位相誤差選択用情報を参照してパラメータを選択するので、周波数変化量または位相変化量に応じた位相誤差を選択することができることにより、精度良く位相誤差を補正することができる。
なお、本実施の形態10において、通信装置100にて位相誤差を補正することとしたが、これに限らず、通信装置300、通信装置400、通信装置600、通信装置700、通信装置800または通信装置1000において位相誤差を補正する場合にも適用可能である。
本発明にかかる変調装置及び変調方法は、高精度なタイミング制御が不要であるとともに精度良く位相誤差を補正することができ、振幅変調を行わない通信システムにも用いる効果を有し、位相誤差を補正するのに有用である。
本発明の実施の形態1に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態1に係る位相誤差とベースバンド位相信号のI成分波形データの時間推移を示す図 本発明の実施の形態2に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態3に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態4に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態5に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態6に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態7に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態8に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態9に係る通信装置の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態10に係る周波数変化量とパラメータとの関係を示す図 従来の通信装置の構成を示すブロック図 従来の通信装置の構成を示すブロック図 従来の通信装置の構成を示すブロック図
符号の説明
100 通信装置
101 信号発生部
102 位相誤差補償部
103 記憶部
104 周波数変換部
105 変調部
106 位相比較部
107 LPF
108 VCO
112 変調装置

Claims (11)

  1. ベースバンド信号を変調して変調信号を生成する変調手段と、
    ベースバンド信号の隣接するデータ間の位相変化量と所定の定数とに基づいて前記変調手段により変調される前の変調前ベースバンド信号と前記変調手段により変調された後の変調後ベースバンド信号との位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する補正手段と、
    を具備する変調装置。
  2. 前記補正手段は、前記位相変化量を所定時間における周波数変化量に変換し、前記周波数変化量と前記定数とに基づいて前記変調手段により変調される前の変調前ベースバンド信号と前記変調手段により変調された後の変調後ベースバンド信号との位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する請求項1記載の変調装置。
  3. 前記位相誤差を前記周波数変化量で除算することにより求めた前記定数を記憶する記憶手段を具備し、
    前記補正手段は、前記周波数変化量と前記記憶手段に記憶されている前記定数とを乗算することにより前記位相誤差を求めるとともに、求めた前記位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する請求項2記載の変調装置。
  4. 前記周波数変化量と前記定数とを関係付けた位相誤差選択用情報を保存するテーブルを有する記憶手段を具備し、
    前記補正手段は、前記周波数変化量を用いて前記位相誤差選択用情報を参照することにより選択した前記定数と前記周波数変化量とを乗算することにより前記位相誤差を求めるとともに、求めた前記位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する請求項2記載の変調装置。
  5. 前記変調手段により変調されたベースバンド信号を復調して前記変調後ベースバンド信号を生成する復調手段を具備し、
    前記補正手段は、前記変調前ベースバンド信号と前記復調手段により復調された前記変調後ベースバンド信号との位相誤差を前記位相変化量で除算して前記定数を求めるとともに、求めた前記定数と前記周波数変化量とを乗算することにより求めた前記位相誤差を、前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正する請求項2記載の変調装置。
  6. 前記復調手段は、変調されたベースバンド信号を復調して前記変調後ベースバンド信号を生成するとともに受信信号を復調する請求項5記載の変調装置。
  7. 前記変調後ベースバンド信号の位相と基準信号の位相との位相誤差を求める位相比較手段と、
    前記位相比較手段にて求められた前記位相誤差を示す信号である制御信号により決定される発振周波数を変調出力信号として生成する電圧制御発振手段と、
    前記電圧制御発振手段にて生成された前記変調出力信号を基準となる信号の周波数に周波数変換する周波数変換手段とを具備し、
    前記変調手段は、前記補正手段にて補正された前記変調前ベースバンド信号を用いて、前記周波数変換手段にて周波数変換された前記変調後ベースバンド信号を変調することにより前記変調信号を生成する請求項1から請求項6のいずれかに記載の変調装置。
  8. 前記変調手段は、前記補正手段にて補正された前記変調前ベースバンド信号を用いて搬送波信号を変調することにより前記変調信号を生成する請求項1から請求項7のいずれかに記載の変調装置。
  9. 電力が目標値になるように前記変調信号の振幅を制御しながら前記変調信号を増幅してアンテナから送信する信号として出力する電力増幅手段を具備する請求項1から請求項8のいずれかに記載の変調装置。
  10. 請求項1から請求項9のいずれかに記載の変調装置を具備する通信装置。
  11. ベースバンド信号を変調して変調信号を生成するステップと、
    ベースバンド信号の隣接するデータ間の位相変化量と記憶している所定の定数とを乗算して変調される前のベースバンド信号である変調前ベースバンド信号と変調された後のベースバンド信号である変調後ベースバンド信号との位相誤差を求めるステップと、
    求めた位相誤差を前記変調前ベースバンド信号に対してあらかじめ補正するステップと、
    を具備する変調方法。
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