JP4487671B2 - 直交変調器のキャリアリーク調整装置およびキャリアリーク調整方法 - Google Patents

直交変調器のキャリアリーク調整装置およびキャリアリーク調整方法 Download PDF

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Description

本発明は、デジタル方式の通信機等に用いられる直交変調器のキャリアリーク調整装置およびキャリアリーク調整方法に関するものである。
移動体通信機器等のデジタル方式の通信機等では、直交変調器が頻繁に用いられるが、高い通信品質を確保する上で、キャリアリークを抑制することが重要な課題である。
そのため、キャリアリークを抑制するための様々な技術が開示されており、たとえば下記特許文献1に示すものがある。
一般に、キャリアリークは、L0(搬送波)のフィードスルーもしくは変調回路のトランジスタのミスマッチ、DCバイアスのずれなどから生ずる。
たとえば、直交変調は、90°の位相差を持つL0キャリア(搬送波)を必要とし、この90°の位相差を持つL0キャリアを入力した同相チャンネルの入力信号(以下、Ich)と直交チャンネルの入力信号(以下、Qch)に乗算する処理を変調回路において行う。その乗算処理を行う回路では、理想的にはL0キャリアを抑圧するように作用するが、実際には、回路素子等の不均衡に起因して搬送波が漏れるフィードスルーが発生する。
また、IchおよびQchのDCバイアスのずれが存在する場合でも、乗算処理において、L0キャリアを抑圧できないので、同様に搬送波が漏れる。
図7は、従来の一般的な送信機におけるキャリアリーク調整装置付き直交変調器の構成を示すブロック図である。
図7に示す直交変調器の基本的な動作は、次の通りである。
すなわち、Ich,QchおよびL0の信号を入力し、乗算器2では、IchとL0を乗算する。乗算器5では、L0と90°位相差を持つ信号とQchを乗算する。乗算器2および乗算器5の乗算結果は、加算器6で合成されてRF出力信号(RF OUT)が生成される。
図7に示す直交変調器のキャリアリークを打ち消すために、検波器(PD)7によりRF出力信号を検波し、適切な補正信号を加算器1および4によりIch,Qchに加算する一連のフィードバック処理が形成される。
具体的には、Ich,Qchが無信号状態において、以下の処理を行う。
すなわち、補正値に応じた複数のテストパターン(検査信号)が順に加算器1,4から入力され、A/D変換器(ADC)8は、検波器7で測定された電圧値(キャリアリーク量)をデジタル値に変換し、制御回路(CTRL)9に入力する。制御回路9は、そのデジタル値を用いて、キャリアリークが最小となる補正値を特定する。
算出された補正値は、D/A変換器(DAC)10および11によりアナログレベルの電圧もしくは電流(補正信号)に変換された上で、加算器1および4によりIch,Qchに加算される。これにより、キャリアリークが打ち消される。
制御回路9では、順に補正値のレベルを変化させてキャリアリークが最小となる補正値を探索する。従来、その探索方法としては、以下に説明する一次元探索法が知られている。
一次元検索法では、キャリアリークが検波出力との関係で1つの極小値をとることに着目し、補正値を少しずつ変化させ、その極小値を把握することにより補正値を特定する方法である。
図8は、一次元検索法の処理を示すフローチャートである。
なお、Itは、順次変化させるIch用補正値(変数)を、Qtは、順次変化させるQch用補正値(変数)を、Lminは、キャリアリークの最小値を、Meas(It,Qt)は、Ich用およびQch用補正値がそれぞれItおよびQtである場合の検波器出力値を、Icorは、特定されたIch用補正値を、Qcorは、特定されたQch用補正値を、それぞれ示す。
また、以下の説明では、変数として順次変化させるItおよびQtを、特定される前の補正値という意味で、補正値候補と称する。
図9は、補正値ItまたはQtと検波出力Meas(It,Qt)との関係である。図9に示すように、補正値ItまたはQtに対して、検波出力Meas(It,Qt)は極小値(A点)を有し、このA点で検波出力が最小となるとともに、キャリアリークが最小となる。
図8のフローチャートでは、ステップST10〜ST13がIcorを特定する処理であり、ステップST14〜ST18がQcorを特定する処理である。
たとえば、Icorを特定する処理では、Qt=0として固定し、Itを所定のレベルd1毎に変化させ、ステップST12に示す条件が成立するItのひとつ手前のIt(ステップST14)をIcorとして特定する。すなわち、ステップST12に示す条件は、Itの変化に対して検波出力が単調減少となっている限り成立せず、この条件が成立する時は、図9に示すA点(極小値)を越え、単調増加に転じた場合であるため、ステップST12の条件が成立した場合には、キャリアリークが最小となる補正値が一つ手前に存在したと判断する。
Qcorを特定する処理は、It=Icorとして固定し、Qtを所定のレベルd1毎に変化させて、同様な処理でQcorを特定する。
特開平5−14429号公報
しかし、上記のような補正値探索方法を用いた場合には、下記に述べるような高い要求仕様を有する検波器を必要とする。
(1)D/A変換器10,11が生成可能なアナログ信号の範囲内で、キャリアリークをノイズと区別して、また、歪むことなく検波しなければならないので、広範囲のダイナミックレンジを必要とする。
(2)上記探索方法では、各補正値候補It,Qtにより測定されるキャリアリークの大きさを比較するので、精度の高い比較・判断を行うためにはキャリアリークに対する出力電圧の特性に対して、高い直線性の精度を必要とする。
要求仕様の検波器をIC上に実現する場合、全体の回路規模および消費電力が大きく、また、高価となる。また、回路の温度や電圧, プロセスのばらつきの仕様も厳しくなるために、製品の歩留まりが落ちる。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、キャリアリークを補正する精度を劣化させることなく、回路規模および消費電力を低減させる直交変調器のキャリアリーク調整装置およびキャリアリーク調整方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の第1の観点は、直交変調器の出力を検波する検波手段と、前記直交変調器の入力信号のDCオフセットを補正するためのDCオフセット補正信号を特定するDCオフセット補正手段と、前記DCオフセット補正信号との信号レベル差が所定範囲内である複数の検査信号を特定し、前記直交変調器に対して前記特定した複数の検査信号を順に与え、前記検波手段の出力結果からキャリアリーク量を逐次測定し、当該逐次測定したキャリアリーク量が最小となる検査信号をキャリアリーク補正信号として特定し、当該特定したキャリアリーク補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整するキャリアリーク調整手段とを有する直交変調器のキャリアリーク調整装置である。
好適には、本発明の第1の観点の直交変調器のキャリアリーク調整装置は、キャリアリーク補正信号をアナログ信号へ変換するD/A変換手段を有し、前記キャリアリーク調整手段は、前記DCオフセット補正手段により特定されたDCオフセット補正信号が、前記D/A変換手段が変換可能なアナログ信号の信号範囲を越える場合であっても、特定したキャリアリーク補正信号が前記候補範囲の境界より内側にある場合には、前記DCオフセット補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整する。
上記目的を達成するための本発明の第2の観点は、直交変調器の入力信号のDCオフセットを補正するためのDCオフセット補正信号を特定するステップと、前記DCオフセット補正信号との信号レベル差が所定範囲内である複数の検査信号を特定するステップと、前記直交変調器に対して前記の検査信号を順に与え、前記直交変調器の出力からキャリアリーク量を逐次測定するステップと、キャリアリーク量が最小となる検査信号をキャリアリーク補正信号として特定するステップと、当該キャリアリーク補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整するステップとを有する直交変調器のキャリアリーク調整方法である。
本発明に係るキャリアリーク調整装置の作用は、以下の通りである。
すなわち、DCオフセット補正手段は、直交変調器の入力信号のDCオフセットを補正するためのDCオフセット補正信号を特定する。
キャリアリーク調整手段は、DCオフセット補正信号との信号レベル差が所定範囲内である複数の検査信号を特定する。そして、直交変調器に対して前記の検査信号を順に与え、前記直交変調器の出力からキャリアリーク量を逐次測定する。その結果、キャリアリーク量が最小となる検査信号をキャリアリーク補正信号として特定する。
さらに、キャリアリーク調整手段は、キャリアリーク補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整する。
本発明によれば、キャリアリークを補正する精度を劣化させることなく、回路規模および消費電力を低減する。
第1の実施形態
以下、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るキャリアリーク調整装置のブロック図である。
図1に示すように、本実施形態に係るキャリアリーク調整装置の構成は、図7に関連付けて説明した従来のキャリアリーク調整装置と比較して、スイッチ29が付加された点と、制御回路の処理が改善されている点で異なる。
すなわち、図7の加算器1,4,6は図1の加算器21,22,25に対応し、図7の乗算器2,5は図1の乗算器23,24に対応し、図7の検波器7は図1の検波器28に対応し、図7のA/D変換器8は図1のA/D変換器30に対応し、図7のD/A変換器10,11は図1のD/A変換器32,33に対応し、図7の制御回路9は図1の制御回路31に対応する。
検波器28は、本発明の検波手段の一実施形態である。スイッチ29および制御回路31は、本発明のオフセット補正手段の一実施形態である。制御回路31は、本発明のキャリアリーク調整手段の一実施形態である。
スイッチ29は、半導体スイッチ等により構成され、制御回路31の指令に基づいて接点A,B,Cのうち、いずれかの接点を導通させる。図1に示すように、接点Aは直交変調器のIchラインに、接点Bは直交変調器のQchラインに、接点Cは検波器28の出力端子に、それぞれ接続される。
以下、本実施形態に係るキャリアリーク調整装置のキャリアリークの調整方法について説明する。
本実施形態に係るキャリアリーク調整装置は、IchおよびQchが無信号の状態かつL0を所望の周波数にロックさせた状態で、キャリアリークの調整(校正)を行う。すなわち、その状態で、補正値に応じた様々なテストパターン(検査信号)を加算器21,22に与え、検波器28の出力からキャリアリーク量を測定する。そして、キャリアリーク量の測定値が最小となる補正値を特定する。D/A変換器32,33を介し、加算器21,22に対して、この特定された補正値に応じた電気信号(キャリアリーク補正信号)を加算することによって、キャリアリークの調整が実現される。
なお、以下の説明では、上記の補正値を、後述するDCオフセット補正値と区別するためにキャリアリーク補正値と称することがある。
また、後述するDCオフセット補正信号はDCオフセット補正値と、キャリアリーク補正信号はキャリアリーク補正値と、それぞれ1対1で対応する。
本実施形態に係るキャリアリーク調整装置は、キャリアリーク補正信号(キャリアリーク補正値)を特定する前に、まずIchおよびQchのDCオフセット補正信号(DCオフセット補正値)を算出し、このDCオフセット補正信号に基づいて、キャリアリーク補正信号のための補正値候補の範囲を限定する点に特徴がある。
キャリアリーク調整処理が開始されると、制御回路31は、スイッチ29に対して接点Aを導通させるように制御する。そして、直交変調器のIch入力のDCオフセットを測定し、A/D変換器30を介してデジタル値として取り込み、Ich用オフセット補正値を算出する。
次に、制御回路31は、スイッチ29に対して接点Bを導通させるように制御する。そして、直交変調器のQch入力のDCオフセットを測定し、A/D変換器30を介してデジタル値として取り込み、Qch用オフセット補正値を算出する。
本実施形態に係るキャリアリーク調整装置は、上記した通りに求められたIch用およびQch用DCオフセット補正値の値に応じて、キャリアリーク調整を行う前に、キャリアリークの調整を行うか否かをまず判断する。これにより、キャリアリークの調整の信頼性を向上させることができる。
以下、この点を添付図面に関連付けて具体的に説明する。
図2は、Ichに対応するD/A変換器32のアナログ出力(IDAC out)が取りうる範囲と、Qchに対応するD/A変換器33のアナログ出力(QDAC out)が取りうる範囲とを領域AREA1として、XY平面上に表したものである。領域AREA1内の各点の間隔は、D/A変換器32,33のアナログ分解能に対応し、領域AREA1内の各点によって特定されるアナログ値(IDAC outおよびQDAC out)を、加算器21,22に出力可能である。
算出したIch用およびQch用DCオフセット補正値に対応する各DCオフセット補正信号が図2に示す領域AREA1の外周部分に存在する場合には、Ichライン上およびQchライン上のノイズなどの影響により、特定されたオフセット補正信号が領域AREA1を越えた領域となっている可能性が高い。したがって、そのオフセット補正値に基づいてさらにキャリアリークの調整を行ったとしても、領域AREA1の内側の補正信号が特定される可能性は低い。
かかる場合に、制御回路31は、キャリアリークの調整を中止するか、または、IchおよびQchのDCオフセットの測定を再度行う。これにより、誤ったオフセット補正信号に基づいてキャリアリークの調整が行われることを未然に防止することができる。
なお、IchおよびQchのDCオフセットの測定を再度行う場合には、再測定を行う回数に上限値を設け、その上限値に達した場合には、キャリアリークの調整を中止するように構成してもよい。
次に、算出したIch用およびQch用オフセット補正値に対応する各オフセット補正信号が図2に示す領域AREA1の内側に存在する場合の処理について説明する。
かかる場合には、さらに、キャリアリークの調整のためのキャリアリーク補正信号を特定する。
なお、オフセット補正信号とキャリアリーク補正信号は、それぞれ独立した補正信号ではない。キャリアリーク補正信号は、キャリアリークの調整のために、オフセット補正信号を調整した、最終的なD/A変換器32,33のアナログ出力信号である。
まず、制御回路31は、Ich用およびQch用DCオフセット補正値に対応する補正値候補の範囲を特定する。この補正値候補は、図8を参照して述べたキャリアリークの調整のための補正値候補(It,Qt)である。
図3に、制御回路31により特定された補正値候補の範囲の一例を示す。
図3に示す例では、Ich用およびQch用オフセット補正値を示す点P_ofstを中心として、所定範囲内の領域AREA2を補正値候補の範囲として特定している。
制御回路31は、たとえば、図3に示す領域AREA2の補正値候補に対してのみ、図8を参照して述べたような補正値探索アルゴリズムを実行する。
本実施形態に係るキャリアリーク調整装置によれば、信号レベルが限定された範囲内でのみキャリアリーク測定を行うことになるため、検波器28が要するダイナミックレンジを減少させることができる。
また、キャリアリーク測定を行う際の補正値候補の数が大幅に低減されるので、従来のキャリアリーク調整装置のように逐次隣り合う補正値候補に応じたキャリアリーク測定結果を比較せず、すべての補正値候補によるキャリアリーク測定を行ったとしても処理の負荷が軽く済む。すなわち、比較処理を行わないように構成すれば、検波器28の直線性の仕様を緩和させることができる。
ところで、補正値探索の結果、図3に示す領域AREA2の外周上の補正値(キャリアリーク補正信号)が特定された場合には、領域AREA2の外側にキャリアリークが最小となる補正値が存在する可能性が高い。かかる場合には、DCオフセット補正が失敗した可能性が高い。
したがって、この場合は、キャリアリークの調整(キャリブレーション)を中止するか、または、IchおよびQchのDCオフセットの測定を再度行う。これにより、誤ったオフセット補正信号に基づいてキャリアリークの調整が行われることを未然に防止することができる。
なお、IchおよびQchのDCオフセットの測定を再度行う場合には、再測定を行う回数に上限値を設け、その上限値に達した場合には、キャリアリークの調整を中止するように構成してもよい。
図9に示したように、理想的には、キャリアリークを最小とする補正値候補は1つ(It,Qtに対してそれぞれ1つ)特定されるが、実際には、ノイズ等の影響によりキャリアリークを最小にする補正値候補(テストパターン)が複数存在する場合が考えられる。かかる場合には、それらの複数の補正値候補の中心に一番近い値をキャリアリーク補正値として特定する方法が、ノイズの影響を最低限に抑制する観点から有効である。
図4は、補正値候補が複数存在する場合のキャリアリーク補正値の特定方法を図解した図である。図4では、キャリアリークを最小とする補正値候補が4点(A,B,C,D)探索された後、それらの中心である点P_calがキャリアリーク補正値として特定される。
第2の実施形態
第1の実施形態に係るキャリアリーク調整装置では、IchおよびQchのオフセット補正量を算出し、その値がアナログ出力可能な範囲(図2の領域AREA1)の外周上にある場合には、その後にキャリアリーク補正値を算出しないようにした。
しかし、オフセット補正量が領域AREA1の外周上にある場合であっても、その後の補正値探索によって領域AREA1内にキャリアリーク補正値が特定された場合には、そのキャリアリーク補正値は正しく特定されている可能性が高い。したがって、かかる場合には、特定されたキャリアリーク補正値を有効なものとして、キャリアリークの調整を行うようにしてもよい。
図5は、本実施形態に係るキャリアリーク調整装置の処理を図解した一例である。
図5では、DCオフセットの測定によって領域AREA1の外周上にある点Aがオフセット補正量として特定され、その後、領域AREA3内で補正値探索を行った場合に、領域AREA1の内側に点Bにシフトした場合を例示する。この場合には、点Bをキャリアリーク補正値として有効なものとして処理する。
これにより、第1の実施形態に係るキャリアリーク調整装置と比較して、本来有効であるキャリアリーク補正量を確実に探索することができる。
第3の実施形態
以下、第3の実施形態に係るキャリアリーク調整装置について説明する。
本実施形態に係るキャリアリーク調整装置は、キャリアリークの調整時間を短縮する点に特徴がある。具体的には、図3に示した領域AREA2のように補正値候補のための範囲が特定された場合に、各補正値候補に対して行うキャリアリークの測定の順序について特徴がある。
一般に、D/A変換器32,33および検波器28の過渡特性を考慮すると、キャリアリークを測定する際の新たなテストパターン(補正値に応じた検査信号)が、その前に測定したときのテストパターンと近い信号レベルである場合には、測定結果の収束も早いので、より早く新たなテストパターンに移行させることができる。
したがって、各テストパターン間の信号レベルの差、すなわち、補正値候補に対するアナログ出力のレベル差が最小となるように、補正値候補を選択してキャリアリークを測定すれば、全体としてキャリアリーク補正値を特定する(キャリブレーション)時間を短縮させることができる。
図6は、補正値候補に対するアナログ出力のレベル差が最小となるように、補正値候補を選択する順序を矢印で図解したものであり、(a)〜(d)は、それぞれ選択順序の一例である。なお、図6は、図3の領域AREA2が補正値候補の範囲として特定された場合の例である。
図6(a)〜(d)に示すような選択順序に従ってキャリアリークを測定すれば、キャリブレーションに要する時間を短縮させることができる。
本発明の一実施形態に係るキャリアリーク調整装置のブロック図である。 D/A変換器のアナログ出力が取りうる範囲を図解した図である。 制御回路により特定された補正値候補の範囲の一例を示す図である。 補正値候補が複数存在する場合のキャリアリーク補正値の特定方法を図解した図である。 本実施形態に係るキャリアリーク調整装置の処理を図解した一例である。 補正値候補に対するアナログ出力のレベル差が最小となるように、補正値候補を選択する順序を矢印で図解した図である。 従来の一般的な送信機におけるキャリアリーク調整装置付き直交変調器の構成を示すブロック図である。 従来の補正値探索アルゴリズムである一次元検索法の処理を示すフローチャートである。 補正値と検波出力との関係を示す図である。
符号の説明
1,4,6,21,22,25…加算器、2,5,23,24…乗算器、3,26…位相変換器、7,28…検波器、8,30…A/D変換器、9,31…制御回路、10,11,32,33…D/A変換器、27…L0キャリア生成器、29…スイッチ

Claims (5)

  1. 直交変調器の出力を検波する検波手段と、
    前記直交変調器の入力信号のDCオフセットを補正するためのDCオフセット補正信号を特定するDCオフセット補正手段と、
    前記DCオフセット補正信号との信号レベル差が所定範囲内である複数の検査信号を特定し、前記直交変調器に対して前記特定した複数の検査信号を順に与え、前記検波手段の出力結果からキャリアリーク量を逐次測定し、当該逐次測定したキャリアリーク量が最小となる検査信号をキャリアリーク補正信号として特定し、当該特定したキャリアリーク補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整するキャリアリーク調整手段と
    を有する直交変調器のキャリアリーク調整装置。
  2. キャリアリーク補正信号をアナログ信号へ変換するD/A変換手段を有し、
    前記キャリアリーク調整手段は、
    前記DCオフセット補正手段により特定されたDCオフセット補正信号が、前記D/A変換手段が変換可能なアナログ信号の信号範囲を越える場合であっても、特定したキャリアリーク補正信号が前記所定範囲の境界より内側にある場合には、前記DCオフセット補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整する
    請求項記載の直交変調器のキャリアリーク調整装置。
  3. キャリアリーク補正信号としての検査信号をアナログ信号へ変換するD/A変換手段を有し、
    前記キャリアリーク調整手段は、
    前記複数の検査信号の中から、そのレベル変化が前記D/A変換手段の最小分解能となるように検査信号を順次選択し、当該選択した検査信号を前記直交変調器に与える
    請求項1記載の直交変調器のキャリアリーク調整装置。
  4. 前記キャリアリーク調整手段は、
    キャリアリーク量が最小となる複数の検査信号が存在する場合には、当該複数の検査信号の略平均の信号をキャリアリーク補正信号として特定する
    請求項1記載の直交変調器のキャリアリーク調整装置。
  5. 直交変調器の入力信号のDCオフセットを補正するためのDCオフセット補正信号を特定するステップと、
    前記DCオフセット補正信号との信号レベル差が所定範囲内である複数の検査信号を特定するステップと、
    前記直交変調器に対して前記の検査信号を順に与え、前記直交変調器の出力からキャリアリーク量を逐次測定するステップと、
    キャリアリーク量が最小となる検査信号をキャリアリーク補正信号として特定するステップと、
    当該キャリアリーク補正信号により前記直交変調器のキャリアリークを調整するステップと
    を有する直交変調器のキャリアリーク調整方法。
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