JP5456068B2 - 無線通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置に関する。
本願は、２０１０年２月２日に、日本に出願された特願２０１０−０２１３８１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

特許文献１では、複数波通信システムの一つである直交周波数分割多重方式（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ、以下、ＯＦＤＭと称す）において、デジタルアナログ変換回路から発生する折り返し信号を抑圧するローパスフィルタ（Ｌｏｗ−Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ、以下、ＬＰＦと称す）によって生じる偏差の補正を行うことで、ＯＦＤＭ信号の歪みを低減している。具体的には、予めＬＰＦ回路の減衰特性及び群遅延特性に応じて偏差の補正を行うことで、歪みの少ないＯＦＤＭ信号を発生させるというものである。但し、特許文献１に示された方法では、事前にフィルタ特性を知っておかなくてはいけないが、事前にフィルタ特性が分からない場合がある。

特開平６−３１１１３４号公報

例えば、無線通信装置の設置後に、送信用の所望信号の電波が干渉して近傍帯域のスプリアスが発生すると、アンテナに更に外部フィルタを設置する必要がある。その場合、新たに設置した外部フィルタが、通信に用いる帯域内の振幅及び位相の偏差を劣化させ、これによって通信品質が悪くなるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、送信用の所望信号の特性が変化した場合でも、通信品質を改善させることを課題とする。

本発明の一態様である無線通信装置は、送信信号を増幅する増幅部と、前記増幅部で増幅された増幅信号を送信するアンテナと、前記増幅信号が前記アンテナ側で反射した反射信号を検出する検出器と、前記送信信号を補正する補正処理部と、を備え、前記増幅信号が通過するフィルタが新たに設置されたとき、前記補正処理部は、前記反射信号の解析結果に基づいて前記フィルタの設置を認識した後、前記増幅信号が通過するフィルタの設置を認識したとき、前記反射信号に基づいて前記送信信号を補正することを特徴とする。

本発明の一態様である無線通信装置において、前記反射信号は、前記フィルタで反射された信号であってもよい。

本発明の一態様である無線通信装置は、前記反射信号を取り込む結合線路をさらに有し、前記フィルタは、前記アンテナと前記結合線路との間にあってもよい。

本発明の一態様である無線通信装置において、前記フィルタの特性に関するフィルタ情報が予め記憶された記憶部を備え、前記補正処理部は、前記フィルタ情報と前記反射信号の特性とからフィルタの設置を判断してもよい。

本発明の一態様である無線通信装置において、前記送信信号は、複数のサブキャリア信号を含むマルチキャリア信号であって、前記補正処理部は、前記反射信号に基づいて、前記マルチキャリア信号のうち特定のサブキャリア信号の位相または振幅を補正してもよい。

本発明の一態様である無線通信装置において、前記補正処理部は、前記反射信号に基づいて遅延があるサブキャリア信号の位相を補正してもよい。

本発明によれば、送信用の所望信号の特性が変化した場合でも、通信品質を改善させることができる。

本発明の一実施形態による無線通信装置のブロック構成図である。 補正前の信号を複素平面で表した図である。 反射信号を複素平面で表した図である。 補正係数を複素平面で表した図である。 群遅延の劣化分と補正量を説明するための図である。 送信信号の群遅延特性を示す図である。 反射信号の群遅延特性を示す図である。 送信信号の群遅延特性（図４Ａ）から反射信号の群遅延特性（図４Ｂ）を減算することにより算出した群遅延の補正量を示す図である。 低域周波数帯域に郡遅延がある場合に、時間軸上での位相の補正を説明するための図である。 補正処理部１１４による位相補正のフローチャートである。 近傍帯域のスプリアス抑圧前後の振幅と群遅延の変化の一例を示した図である。 近傍帯域のスプリアス抑圧前後の振幅と群遅延の変化の他の例を示した図である。

以下、本発明を実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、 本発明の実施形態である無線通信装置のブロック構成図である。無線通信装置１００は、ベースバンド部１１０と、送信回路１２０と、デュプレクサ（Ｄｕｐ）１２６と、反射波検出回路１３０と、結合線路１３１と、アンテナ１４０とから構成されている。なお、本実施形態では、無線通信装置１００については、基地局など固定された無線通信装置として説明する。

アンテナ１４０は、デュプレクサ１２６を介して、送信回路１２０から出力された送信信号を送信波として他の無線端末（不図示）に送信する。なお、アンテナ１４０が送信信号を送信する際、アンテナ１４０側から反射した反射信号が、無線通信装置１００とアンテナ１４０とを接続するラインを介して、無線通信装置１００に入力される。
結合線路１３１は、送信回路１２０から入力される送信信号と、アンテナ１４０側から反射した反射信号とを分離して、送信信号をアンテナ１４０に出力し、反射信号を反射波検出回路１３０に出力する。
本実施例では、周波数分割複信（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式のＯＦＤＭを想定しており、デュプレクサ１２６によって、送信経路と受信経路を電気的に分離する。
デュプレクサ１２６は、送信信号と受信信号とを分離するものである。なお、無線通信装置１００において、受信信号を処理する受信回路の説明は省略している。また、時分割複信（Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｄｕｐｌｅｘ）方式を実施していれば、デュプレクサ１２６は、所定時間毎にスイッチにより送信、受信の切り替えを行う。
なお、無線通信装置１００が設置された後で、結合線路１３１とアンテナ１４０との間に、所望信号の必要帯域の近傍帯域の不要波（スプリアス）を抑止するためのバンドパスフィルタを設置することがある。

このようなフィルタを用いると、通信に用いる帯域内の振幅及び位相の偏差を劣化させることになる。その具体的な劣化について、図７Ａ，７Ｂを用いて、近傍帯域のスプリアスを抑圧後の振幅と群遅延特性の劣化を説明する。図７Ａに示す例では、フィルタ処理前特性７１ａに比べて、フィルタ後特性７２ａでは帯域が狭くなっていることが分かる。図７Ｂに示す例では、フィルタ処理前特性７１ｂに比べて、フィルタ後特性７２ｂでは低周波数領域で群遅延が大きくなり、群遅延特性が大きく歪んでいることが分かる。

このように、フィルタを用いてスプリアスを抑圧すると、群遅延特性が歪んでしまう結果、一波通信システムの通信品質が悪くなることが知られている。その通信品質の劣化を低減させるために、複数波通信システムを用いて、劣化チャネルの割り当てを避けたり禁止したりするという手段がとられてきた。また、ＯＦＤＭにあっては、劣化したサブキャリアの割り当てを避けたり禁止したりするという手段に加えて、劣化するサブキャリアに対して変調方式を低く設定するという手段がとられてきたが、あまり好ましいものではなかった。

ベースバンド部１１０は、変調処理部１１１と、メモリ１１２と、ＦＦＴ処理部１１３と、補正処理部１１４と、ＩＦＦＴ処理部１１５と、搬送波制御部１１６とから構成されている。

変調処理部１１１は、逆多重化により、データ列（例えば、２進数のデータ列）をまずN個の並列データに分離し、それぞれ直交振幅変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、ＱＡＭと称す）や位相偏移変調（Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ、以下、ＰＳＫと称す）などにより変調し、当該変調信号（複素数で周波数領域の信号）をメモリ１１２に保存する。
ＯＦＤＭでは、変調処理部１１１により変調した信号Φは、以下の式（１）で表される。

ここで、Ｎはキャリア数、φ_ｊ（ｊは０からＮ−１までの整数）は各サブキャリアの信号である。

ＦＦＴ処理部１１３は、反射波検出回路１３０から出力された反射信号を、高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、以下、ＦＦＴと称す）を使ってＦＦＴ処理した反射信号（複素数）を補正処理部１１４に出力する。
具体的には、ＦＦＴ処理部１１３は、Ｎ個の反射信号ｘ_ｋ（ｋは０からＮ−１までの整数）に対してＦＦＴ処理を行うことで、Ｎ個の複素数列Ｘ_ｋ（ｋは０からＮ−１までの整数）を以下の式（２）で算出する。

ここで ｅはネイピア数、ｉは虚数単位、πは円周率、ｊは（０からＮ−１までの整数）である。

補正処理部１１４は、ＦＦＴ処理部１１３から出力された反射信号に基づいて、送信信号の各サブキャリアを補正する。詳細は以下に説明する。補正処理部１１４がメモリ１１２から読み出した補正前の各サブキャリアの変調信号φ_ｊ（ｊは０からＮ−１までの整数）は、以下の式（３）で表される。

φ_ｊ＝Ａ_ｓ(ｊ)×ｅｘｐ(ｉθ_ｓ(ｊ)) ．．．（３）

ここで、Ａ_ｓ(ｊ)はサブキャリアの変調信号φ_ｊの振幅、θ_ｓ(ｊ)はサブキャリアの変調信号φ_ｊの位相である。補正前のサブキャリアの変調信号φ_ｊは複素平面において、図２Ａのように表される。ＦＦＴ処理部１１３から出力されたサブキャリアの反射信号Ｘ_ｊ（ｊは０からＮ−１までの整数）は、以下の式（４）で表される。

Ｘ_ｊ＝Ａ_ｒ(ｊ)×ｅｘｐ(ｉθ_ｒ(ｊ)) ．．．（４）

Ａ_ｒ(ｊ)はサブキャリアの反射信号Ｘ_ｊの振幅、θ_ｒ(ｊ)はサブキャリアの反射信号Ｘ_ｊの位相である。サブキャリアの反射信号Ｘ_ｊは複素平面において、図２Ｂのように表される。

補正処理部１１４は、ＦＦＴ処理部１１３から出力された反射波のサブキャリア信号Ｘ_ｊ（ｊは０からＮ−１までの整数）とメモリ１１２から読み出したＯＦＤＭの各サブキャリアの変調信号φ_ｊ（ｊは０からＮ−１までの整数）から、サブキャリア毎の補正係数ｃ_ｊを以下の式（５）で算出し、メモリ１１２に保存する。

ｃ_ｊ＝Ｘ_ｊ／φ_ｊ＝Ａ_ｓ(ｊ)／Ａ_ｒ(ｊ)×ｅｘｐ(ｉ(θ_ｓ(ｊ)−θ_ｒ(ｊ))) ．．．（５）

ここで、振幅方向の補正量はＡ_ｓ(ｊ)／Ａ_ｒ(ｊ)、位相成分に対する補正量はθ_ｓ(ｊ)−θ_ｒ(ｊ)となり、補正係数は複素平面において、図２Ｃのように表される。補正係数によって、振幅と位相両方を補正することができる。
補正処理部１１４は、算出した補正係数ｃ_ｊとＯＦＤＭのサブキャリア毎の変調信号φ_ｊから、補正後の信号Φ_{ｃｏｅｆｆ}を以下の式（６）で算出し、ＩＦＦＴ処理部１１５に出力する。

ＩＦＦＴ処理部１１５は、補正処理部１１４から出力された補正信号Φ_{ｃｏｅｆｆ}に対して、逆高速フーリエ変換（Ｉｎｖｅｒｓｅ ＦＦＴ、以下、ＩＦＦＴと称す）をかけ、時間領域のＯＦＤＭ信号に変換する。
また、ＩＦＦＴ処理部１１５は、各ＯＦＤＭ信号間にガード・インターバルとしてｃｙｃｌｉｃ ｐｒｅｆｉｘ（ＣＰ)を挿入し、同相信号ＩをＤＡＣ（デジタルアナログコンバーター）１２１に出力し、直交位相信号ＱをＤＡＣ１２２に出力する。
搬送波制御部１１６は、周波数発振器１２７の発振周波数を所定の帯域に設定する。

送信回路１２０は、ＤＡＣ１２１と、ＤＡＣ１２２と、直交変調器１２３と、バンドパスフィルタ１２４と、高出力電力増幅器１２５と、周波数発振器１２７とから構成されている。

ＤＡＣ１２１は、ＩＦＦＴ処理部１１５から出力された同相信号Ｉをデジタル信号からアナログ信号に変換し、直交変調器１２３に出力する。
ＤＡＣ１２２は、ＩＦＦＴ処理部１１５から出力された直交位相信号Ｑをデジタル信号からアナログ信号に変換し、直交変調器１２３に出力する。

周波数発振器１２７（図示していないが、位相同期ループを含む）は搬送波制御部１１６によって設定された所定の帯域の搬送波を生成して、直交変調器１２３に出力する。
直交変調器１２３は、ＤＡＣ１２１から入力されたアナログ信号とＤＡＣ１２２から出力されたアナログ信号とを、周波数発振器１２７から出力された搬送波の余弦波と正弦波を用いて変調して送信信号を生成し、当該送信信号をバンドパスフィルタ１２４に出力する。

バンドパスフィルタ１２４は、直交変調器１２３から出力された合成信号に、フィルタをかけて不要成分を除去した信号を生成し、当該不要成分を除去した信号を高出力電力増幅器１２５に出力する。
高出力電力増幅器１２５は、バンドパスフィルタ１２４から入力された不要成分を除去した信号を、所定の利得で増幅し、出力に必要な電力に増幅した後、増幅された信号をデュプレクサ１２６に出力する。

反射波検出回路１３０は、検出器１３２（Ｄｅｔ）と、増幅器１３３と、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバーター）１３４とから構成されている。
検出器１３２（Ｄｅｔ）は、アンテナ１４０側で反射して結合線路１３１を介して入力される反射信号を検出し、増幅器１３３に出力する。
増幅器１３３は、検出器１３２から出力された反射信号をＡＤＣ１３４に必要なレベルまで増幅し、ＡＤＣ１３４に出力する。
ＡＤＣ１３４は、増幅器１３３から出力された反射信号（アナログ信号）を、デジタル信号に変換し、ＦＦＴ処理部１１３に出力する。

以下、補正処理部１１４の処理の詳細について、図３から図５を用いて説明する。まず、図３を用いて、群遅延の劣化分と補正量を説明する。なお、同図において、横軸は周波数、縦軸は群遅延である。
近傍スプリアスを抑圧するために、結合線路１３１とアンテナ１４０の間に新たに低周波数領域をカットするフィルタを設置した場合、当該フィルタは、低周波数領域で群遅延が大きくなる。これによって、図３に示すような群遅延のピーク（群遅延の劣化分２２）が観測される。
補正処理部１１４は、補正対象となるサブキャリアの群遅延の劣化分２２を補正することにして、補正係数を上式（５）で算出し、上式（６）でサブキャリア毎の補正係数をそれぞれサブキャリア毎の補正前の信号にかけることによって、改善後の群遅延特性２１に変更させる。

次に、図３で説明した補正について、図４Ａ，４Ｂ，４Ｃを用いて説明する。なお、図４Ａ，４Ｂ，４Ｃにおいて、横軸は周波数、縦軸は群遅延、第３の軸は時間である。図４Ａは、送信信号の群遅延特性を示しており、図４Ａによれば送信信号はすべての周波数に対して一定の群遅延特性を有している。図４Ｂに、アンテナにスプリアス抑圧のためのフィルタが増設された時の、反射信号の群遅延特性を示す。図４Ｂによれば、反射信号は、フィルタの影響により低周波数帯域で群遅延が大きくなっている。図４Ｃは、送信信号の群遅延特性から反射信号の群遅延特性を減算することにより算出した群遅延の補正量を示している。

次に、図３で説明した補正について、図５を用いて説明する。なお、図５において、横軸は時間、縦軸は振幅である。同図では、補正処理部１１４が補正を行うことで、劣化する可能性のある低周波数帯域であるサブキャリア１およびサブキャリア２（補正対象となったサブキャリア）に対しては位相が進められ、高周波数帯域であるサブキャリア３およびサブキャリア４に対しては処理を加えない例を示している。具体的には、補正処理部１１４が補正を行うことで、サブキャリア１の補正前の信号４１ａは、位相が進められ、補正後の信号４１ｂになる。同様に、補正処理部１１４が補正を行うことで、サブキャリア２の補正前の信号４２ａは、位相が進められ、補正後の信号４２ｂになる。一方、サブキャリア３とサブキャリア４の信号は、位相に変化を加えられず、それぞれ信号４３および信号４４のままである。
このように、補正処理部１１４は、補正対象となった各サブキャリアに対して、上式（５）の補正係数を各サブキャリアの補正前の信号に掛けることで、図５に示すような位相補正が行われる。これによって、群遅延特性を改善させることができる。

補正処理部１１４による位相補正の処理の流れについて説明する。図６は、補正処理部１１４による位相補正のフローチャートである。
まず、補正処理部１１４は、アンテナ１４０と結合線路１３１との間に外部フィルタが設置されたか否かを確認する。
補正処理部１１４がフィルタの設置を認識する方法については、以下に説明する。
例えば、操作者の入力インタフェースを介しての操作で、補正処理部１１４がフィルタの設置の通知を受けてフィルタの設置を認識するようにしてもよい。
補正処理部１１４は、ＦＦＴ処理した反射信号を解析した結果に基づいて、反射信号の特性からフィルタの設置を認識するようにしてもよい。このとき、補正処理部１１４は、定期的に送信がなされる信号（例えば3ＧＰＰで規定されている通信方式においてBroadcast ChannelやDownlink Shared Channel）に対してＦＦＴ処理した反射信号を解析するようにしてもよい。また、設置されるフィルタの特性に関するフィルタ情報が予めメモリ１１２に記憶されており、補正処理部１１４は、フィルタ情報と反射信号の特性とからフィルタの設置を判断するようにしてもよい。
補正処理部１１４は、フィルタが設置されたと認識しない場合には（ステップＳ５１ Ｎｏ）、通常動作として、補正処理部１１４は、前回算出した補正係数と変調信号をメモリ１１２から読み出し、補正係数を変調信号に掛けて補正信号を生成し、当該補正信号をＩＦＦＴ処理部１１５に出力する（ステップＳ５５）。

補正処理部１１４は、アンテナ１４０側にフィルタが設置されたと認識した場合には（ステップＳ５１ Ｙｅｓ）、ＦＦＴ処理部１１３は、ＡＤＣ１３０から入力された反射信号をＦＦＴ処理してＦＦＴ信号を生成し、当該ＦＦＴ信号を補正処理部１１４に出力する（ステップＳ５２）。次に、補正処理部１１４は、前記ＦＦＴ信号とメモリから読み出した変調信号から、上式（５）を用いてサブキャリア毎の補正係数を算出する（ステップＳ５３）。次に、補正処理部１１４は、サブキャリア毎の変調信号に算出した補正係数を掛けて補正信号を算出し、当該補正信号をＩＦＦＴ処理部１１５に出力する（ステップＳ５４）。そして、本処理は終了する。

以上により、無線通信装置１００は、反射信号を用いて、送信信号の群遅延を補正することができ、これによって送信信号の特性が無線通信装置１００の設置後に変化した場合でも、通信品質を改善させることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。アンテナ側に設置される、スプリアスを抑止するためのバンドパスフィルタは、例えば、無線通信装置１００が基地局であれば、基地局とアンテナとの間に設置される。また、基地局を屋上に設置するタイプであれば、基地局の筐体内部に設置するようにしてもよい。

本発明によれば、無線通信において、必要帯域の近傍帯域の不要波を抑圧する場合に、送信用の所望信号の特性が変化しても、通信品質を改善させることができる。

１００ 無線通信装置
１１０ ベースバンド部
１１１ 変調処理部
１１２ メモリ
１１３ ＦＦＴ処理部
１１４ 補正処理部
１１５ ＩＦＦＴ処理部
１１６ 搬送波制御部
１２０ 送信回路
１２１ ＤＡＣ
１２２ ＤＡＣ
１２３ 直交変調器
１２４ バンドパスフィルタ
１２５ 高出力電力増幅器
１２６ デュプレクサ
１２７ 周波数発振器
１３０ 反射波検出回路
１３１ 結合線路
１３２ 検出器
１３３ 増幅器
１３４ ＡＤＣ
１４０ アンテナ

Claims (6)

1. 送信信号を増幅する増幅部と、
   前記増幅部で増幅された増幅信号を送信するアンテナと、
   前記増幅信号が前記アンテナ側で反射した反射信号を検出する検出器と、
   前記送信信号を補正する補正処理部と、
   を備え、
   前記増幅信号が通過するフィルタが新たに設置されたとき、前記補正処理部は、前記反射信号の解析結果に基づいて前記フィルタの設置を認識した後、前記増幅信号が通過するフィルタの設置を認識したとき、前記反射信号に基づいて前記送信信号を補正する無線通信装置。
2. 前記反射信号は、前記フィルタで反射された信号である請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記反射信号を取り込む結合線路をさらに有し、
   前記フィルタは、前記アンテナと前記結合線路との間にある請求項２に記載の無線通信装置。
4. 前記フィルタの特性に関するフィルタ情報が予め記憶された記憶部を備え、
   前記補正処理部は、前記フィルタ情報と前記反射信号の特性とからフィルタの設置を判
   断する請求項１に記載の無線通信装置。
5. 前記送信信号は、複数のサブキャリア信号を含むマルチキャリア信号であって、
   前記補正処理部は、前記反射信号に基づいて、前記マルチキャリア信号のうち特定のサブキャリア信号の位相または振幅を補正する請求項２に記載の無線通信装置。
6. 前記補正処理部は、前記反射信号に基づいて遅延があるサブキャリア信号の位相を補正する請求項５に記載の無線通信装置。

Images