JP5485045B2 - 通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信装置に関する。

複数の送信部を備えている通信装置において、アダプティブアレイや送信電力合成などを適用する場合、各送信部における振幅特性及び位相特性が、各送信部間において同一になるように揃えておく必要がある。特許文献１には、外部から入力される参照信号を用いて、複数の送信部の振幅特性及び位相特性をキャリブレーション（校正）する技術が記載されている。この技術は、送信部ごとに、送信部に参照信号を入力し、送信部が参照信号を元に出力する送信信号を周波数変換（ダウンコンバート）してフィードバックし、フィードバックされた送信信号と、参照信号とを比較することにより校正を行っている。

特開２００１−０５３６６３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術において、複数の送信部それぞれに設けられているフィードバックの経路における振幅及び位相の変位があると、フィードバックの経路における振幅及び位相の変位が、各送信部の校正の結果に含まれてしまう。この場合、各送信信号の間において振幅及び位相の差が生じて、アダプティブアレイや送信電力合成などのアプリケーションの精度を劣化させてしまうことがある。
例えば、特許文献１に記載の技術では、振幅・位相制御送受信部ごとに、校正に用いる参照信号を無線周波数帯の信号に周波数変換しているので、振幅・位相制御送受信部の間の振幅位相特性が異なってしまうことがある。すなわち、異なる周波数変換器を用いて参照信号の周波数変換を行っているので、振幅位相特性の差異が生じることがある。

また、送信する信号を増幅する増幅器が発する熱などにより、各送信部のフィードバックの経路における振幅及び位相の変位のばらつきは大きくなる傾向にある。また、フィードバックの経路における振幅及び位相の変位が大きくなると、各送信信号の間における振幅及び位相の差は、大きくなってしまい、アダプティブアレイや送信電力合成などのアプリケーションの精度を更に劣化させてしまう。
すなわち、複数の送信部それぞれのフィードバック経路における振幅及び位相の変位に応じて、各送信部の振幅位相特性が異なってしまい、アダプティブアレイや送信電力合成などのアプリケーションの精度を劣化させてしまうことがある。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の送信部それぞれのフィードバック経路の振幅及び位相の変位により生じる各送信部間の振幅特性及び位相特性の差を小さくする通信装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明は、送信信号を通信に用いる周波数帯域の信号に変換し、変換した信号を増幅して送信する複数の送信部と、前記送信信号と同じ帯域幅を有する参照信号を出力するとともに、該参照信号を前記複数の送信部が送信する信号と同じ周波数帯域の信号に変換した変換参照信号を出力する参照信号出力部と、前記複数の送信部ごとに設けられ、対応する送信部が送信する信号と、前記変換参照信号とを含む信号を前記送信信号と同じ周波数帯域のフィードバック信号に変換するフィードバック部と、前記複数の送信部ごとに設けられ、送信部に対応するフィードバック部が変換したフィードバック信号に含まれる変換参照信号と、前記参照信号出力部が出力する参照信号とに基づいて、該フィードバック部における振幅及び位相の変位を算出して該フィードバック信号の振幅及び位相を補正する振幅位相補正部とを備えることを特徴とする通信装置である。

また、本発明は、上記記載の発明において、前記送信信号を出力する送信信号補正部であって、出力した前記送信信号と、前記振幅位相補正部が補正したフィードバック信号に含まれる前記送信部が送信する信号とに基づいて、前記送信部における振幅及び位相の変位を算出し、入力される信号を算出した振幅及び位相の変位を用いて補正し、補正した信号を前記送信信号として出力する送信信号補正部を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記記載の発明において、前記送信信号を出力する送信信号歪補償部であって、出力した前記送信信号と、前記振幅位相補正部が補正したフィードバック信号に含まれる前記送信部が送信する信号とに基づいて、前記送信部における歪み特性を打ち消す逆歪み特性値を算出し、算出した逆歪み特性値を用いて、入力される信号を補正し、補正した信号を前記送信信号として出力する送信信号歪補償部を更に備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記記載の発明において、前記参照信号出力部が前記振幅位相補正部に直接出力する前記参照信号は、デジタル信号であり、前記フィードバック部それぞれは、アナログ／デジタル変換部を有し、前記フィードバック信号は、前記アナログ／デジタル変換部を用いてデジタル信号に変換されて前記振幅位相補正部に入力されることを特徴とする。

この発明によれば、複数の送信部それぞれのフィードバック経路の振幅及び位相の変位により生じる各送信部間の振幅特性及び位相特性の差を小さくすることができる。

第１の実施形態における通信装置の構成を示す概略ブロック図である。 第２の実施形態における通信装置の構成を示す概略ブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における通信装置を説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態における通信装置の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態では、複数の送信部として、同じ周波数帯域を用いて通信する２つの通信部を備え、アダプティブアレイを用いた通信を行う通信装置を例にして説明する。
通信装置は、２つの通信部１−１、１−２と、参照信号出力部２とを具備している。２つの通信部１−１、１−２は、同じ構成を有しているので、通信部１−１の構成について説明をし、通信部１−２の構成についての説明を省略する。

通信部１−１は、送信信号歪補償部１１と、送信部１２と、方向性結合器１３、１４と、フィードバック部１５と、振幅位相補正部１６とを備えている。
送信信号歪補償部１１は、ＤＰＤ（Digital Pre-Distortion；ディジタルプリディストーション）歪補正回路１１１、遅延回路１１２、記憶回路１１３、及び歪補正値算出回路１１４を有している。ＤＰＤ歪補正回路１１１は、補正テーブル１１１Ａを有し、入力される送信信号Ａ１の振幅に応じた補正値を補正テーブル１１１Ａから読み出し、読み出した補正値を送信信号Ａ１に乗じて逆歪補正を行う。この逆歪補正では、送信部１２において送信される信号が受ける歪みの特性に対して逆の特性（逆歪特性）に基づいて送信信号Ａ１を補正する。逆歪補正をした送信信号Ａ１を送信部１２に入力することにより、送信部１２において生じる歪みを打ち消して、送信部１２が送信する信号（送信波ａ１）に生じる歪みを抑制する。なお、送信信号Ａ１は、予め定められた変調方式により送信するデータを変調して得られた複素数により表される信号である。ここで、送信部１２において送信される信号が受ける歪みとは、当該信号の振幅のレベルに応じて変化する振幅及び位相の変位のことである。この歪みは、主に、送信部１２における増幅の際に生じる。

遅延回路１１２は、逆歪補正された送信信号Ａ１が、送信部１２と、方向性結合器１３、１４と、フィードバック部１５と、振幅位相補正部１６との順に経由して記憶回路１１３に入力されるまでに要する時間と同じ時間の遅延を、ＤＰＤ歪補正回路１１１が出力する逆歪補正された送信信号Ａ１に与え、遅延させた送信信号Ａ１をＤＰＤ参照信号として記憶回路１１３に記憶させる。記憶回路１１３は、振幅位相補正部１６から入力されるＤＰＤフィードバック信号と、遅延回路１１２から入力されるＤＰＤ参照信号とを記憶する。歪補正値算出回路１１４は、記憶回路１１３に記憶されているＤＰＤフィードバック信号と、ＤＰＤ参照信号とから、送信部１２において生じる歪みの特性を算出し、逆歪補正に用いる補正値を算出し、ＤＰＤ歪補正回路１１１が有する補正テーブル１１１Ａに算出した補正値を記憶させる。

送信部１２は、ＤＡＣ（Digital-Analog Converter；デジタル−アナログ変換器）１２１と、送信ＲＦ（Radio Frequency；無線周波数）部１２２と、増幅部１２３とを有している。ＤＡＣ１２１は、送信信号歪補償部１１から出力される信号に対して、デジタル−アナログ変換をし、変換した信号を送信ＲＦ部１２２に出力する。送信ＲＦ部１２２は、ＤＡＣ１２１から入力される信号を送信に用いる周波数帯域（以下、送信帯域）にアップコンバートして増幅部１２３に出力する。増幅部１２３は、送信ＲＦ部１２２から入力される信号を、予め定められた電力値に増幅してアンテナを介して送信波ａ１として送信する。

方向性結合器１３は、増幅部１２３がアンテナに出力する信号を導出しフィードバック部１５に出力する。方向性結合器１４は、方向性結合器１３がフィードバック部１５に出力する信号に、参照信号出力部２から入力される参照信号を導入（混入）させ、方向性結合器１３が導出した送信する信号と、参照信号とをミクシングする。このとき、方向性結合器１４は、方向性結合器１３から入力される信号に対して、−２０ｄＢ低いレベルで分配器２４から入力される参照信号をミクシングする。なお、方向性結合器１４に入力される参照信号は、送信帯域の信号である。

フィードバック部１５は、帰還ＲＦ部１５１と、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter；アナログ−デジタル変換器）１５２とを有している。帰還ＲＦ部１５１は、送信部１２が送信する信号と、参照信号出力部２が出力する参照信号とがミクシングされた信号が入力され、入力された信号を、送信信号Ａ１と同じ周波数帯域（以下、ベースバンド帯域）の信号にダウンコンバートしてＡＤＣ１５２に出力する。ＡＤＣ１５２は、帰還ＲＦ部１５１がダウンコンバートした信号に対してアナログ−デジタル変換をし、変換により得られた信号であるフィードバック信号を振幅位相補正部１６に出力する。

振幅位相補正部１６は、遅延回路１６１と、振幅位相補正回路１６２とを有している。遅延回路１６１は、フィードバック信号に含まれる参照信号と、参照信号出力部２から直接入力される参照信号との遅延を合わせるために、参照信号出力部２から直接入力される参照信号を遅延させ、遅延させた参照信号を振幅位相補正回路１６２に出力する。振幅位相補正回路１６２は、ＭＭＳＥ（Minimum Mean Square Error；最小二乗誤差法）アルゴリズムを用いて、ＤＰＤの逆歪補正と独立に、フィードバック部１５における振幅及び位相の変位を補正（校正、キャリブレーション）する。具体的には、振幅位相補正回路１６２は、フィードバック信号に含まれる参照信号の振幅及び位相が、遅延回路１６１を介して入力される参照信号の振幅及び位相と同じになるような補正値を算出し、算出した補正値を乗じることにより、フィードバック信号の振幅及び位相を補正。また、振幅位相補正回路１６２は、補正値を乗じたフィードバック信号であるＤＰＤフィードバック信号を記憶回路１１３に記憶させる。

参照信号出力部２は、参照信号発生器２１、ＤＡＣ２２、参照ＲＦ部２３、及び分配器２４を有している。参照信号発生器２１は、ベースバンド帯域のデジタル信号であり、送信信号Ａ１、及び通信部１−２から送信される送信信号Ａ２と相関の低い又は相関のないデジタル信号である参照信号を発生させる。また、通信装置に備えられている通信部１−１、１−２の遅延回路１６１と、ＤＡＣ２２とに、発生させた参照信号を出力する。ＤＡＣ２２は、参照信号発生器２１から入力される参照信号に対し、デジタル−アナログ変換を行う。参照ＲＦ部２３は、ＤＡＣ２２によりアナログ信号に変換された参照信号を、送信帯域にアップコンバートする。分配器２４は、参照ＲＦ部２３によりアップコンバートされた参照信号を、通信部１−１、１−２に分配する。具体的には、分配器２４は、通信部１−１、１−２に備えられている方向性結合器１４を介して、アップコンバートされた参照信号をフィードバック部１５に入力させる。

上述の構成により、通信部１−１、１−２に備えられている振幅位相補正回路１６２は、参照信号発生器２１から遅延回路１６１を介して入力されるデジタル信号の参照信号と、フィードバック部１５を介して入力されるデジタル信号の参照信号とに基づいて、フィードバック部１５を通過する信号に生じる平均的な振幅及び位相の変位を算出し、算出した振幅及び位相の変位を打ち消す補正値を算出する。そして、振幅位相補正回路１６２が、算出した補正値をフィードバック信号に乗じることにより、送信部１２から出力される信号を送信信号歪補償部１１にフィードバックする経路において生じる振幅及び位相の変位を打ち消すことができる。

その結果、送信信号歪補償部１１は、キャリブレーションされたフィードバックの経路を通じて入力される信号に基づいて、送信部１２の歪みを補正することができ、歪み補正の精度を向上させることができる。そして、通信部１−１、１−２それぞれに備えられているフィードバック部１５における振幅及び位相の変位を抑制することができるので、通信装置が具備する通信部１−１、１−２間における振幅特性及び位相特性の差を小さくすることができる。すなわち、各通信部１−１、１−２それぞれの利得と位相とを揃えることができる。そして、アダプティブアレイによる電波を送受信する方向を選択する精度を向上させることができる。

また、参照信号出力部２が、各通信部１−１、１−２のフィードバック部１５に導入させる送信帯域の参照信号を生成するようにしたので、共通の送信帯域の参照信号を用いて各フィードバック部１５をキャリブレーションすることができ、各通信部１−１、１−２間の振幅及び位相の変位の差を小さくすることができる。

また、本実施形態において、参照信号発生器２１から遅延回路１６１に直接出力される参照信号をデジタル信号としたので、参照信号を複数の通信部１−１、１−２に出力する際の劣化を低減することができる。

［第２の実施形態］
図２は、第２の実施形態における通信装置の構成を示す概略ブロック図である。本実施形態は、第1の実施形態の通信装置（図１）と同様に、アダプティブアレイを用いた通信を行う通信装置を例にして説明する。また、本実施形態の通信装置は、送信する信号をフィードバックする経路を、他の通信装置から送信された信号を受信する経路と共通にしている点が、第１の実施形態の通信装置と異なる。

同図に示すように、本実施形態の通信装置は、２つの通信部３−１、３−２と、参照信号出力部２とを具備している。通信部３−１と、通信部３−２とは、同じ構成を有しているので、通信部３−１を説明し、通信部３−２の説明を省略する。また、参照信号出力部２は、第1の実施形態の通信装置における参照信号出力部２と同じ構成を有しており、同じ符号を付して、その説明を省略する。

通信部３−1は、送信信号補正部３１と、送信部１２、方向性結合器３３、３５と、スイッチ３４、３７と、受信部３６と、振幅位相補正部３８とを備えている。
送信信号補正部３１は、振幅位相補正部３８が算出する送信信号補正値と、入力される送信信号Ｂ１とを乗じることにより、送信信号Ｂ１を補正して、送信部１２において生じる平均的な振幅及び位相の変位を打ち消す。送信部１２は、第１の実施形態の送信部１２と同じ構成を有しているので、同じ符号を付して、その説明を省略する。

方向性結合器３３は、送信部１２がアンテナに出力して他の通信装置に送信する信号を導出してスイッチ３４に出力する。スイッチ３４は、送信部１２及び受信部３６のいずれをキャリブレーションするかに応じて切り替えられ、方向性結合器３３から端子ｔを通じて入力される信号と、参照信号出力部２に備えられている分配器２４から端子ｒを通じて入力される信号とのいずれか一方を選択して方向性結合器３５に出力する。方向性結合器３５は、受信用のアンテナを通じて得られる信号に、スイッチ３４により選択された信号を導入（混入）させてミクシングする。このとき、方向性結合器３５は、受信用アンテナを通じて得られる信号に対して、−２０ｄＢ低いレベルでスイッチ３４から入力される信号をミクシングする。

受信部３６は、受信ＲＦ部３６１と、ＡＤＣ３６２とを有している。受信ＲＦ部３６１は、方向性結合器３５により混入された信号と、受信用のアンテナを通じて得られる信号とがミクシングされた信号が入力され、入力された信号をベースバンド帯域の信号にダウンコンバートしてＡＤＣ３６２に出力する。ＡＤＣ３６２は、受信ＲＦ部３６１がダウンコンバートした信号に対してアナログ−デジタル変換をし、変換により得られた信号である受信信号（フィードバック信号）を振幅位相補正部３８に出力する。

スイッチ３７は、送信部１２及び受信部３６のいずれをキャリブレーションするかに応じて切り替えられ、参照信号出力部２に備えられている参照信号発生器２１から端子ｒを通じて直接入力される参照信号と、送信信号補正部３１から端子ｔを通じて入力される信号とのいずれか一方を選択する。

振幅位相補正部３８は、遅延回路３８１と、振幅位相補正回路３８２とを有している。遅延回路３８１は、送信部１２をキャリブレーションする場合、送信部１２、方向性結合器３３、スイッチ３４、方向性結合器３５、受信部３６の順に信号が各機能部を通過する際に要する時間と同じ時間の遅延をスイッチ３７から入力される信号に与える。また、遅延回路３８１は、受信部３６をキャリブレーションする場合、ＤＡＣ２２、参照ＲＦ部２３、分配器２４、スイッチ３４、方向性結合器３５、受信部３６の順に信号が各機能部を通過する際に要する時間と同じ遅延をスイッチ３７から入力される信号に与える。

振幅位相補正回路３８２は、ＭＭＳＥアルゴリズムを用いて、送信部１２と、受信部３６とにおける振幅及び位相の変位をキャリブレーションする。具体的には、振幅位相補正回路３８２は、受信部３６をキャリブレーションする場合、受信部３６から入力される受信信号の振幅及び位相が、参照信号発生器２１からスイッチ３７及び遅延回路３８１を介して入力される参照信号である受信参照信号の振幅及び位相と同じになるような受信補正値を算出する。そして、振幅位相補正回路３８２は、算出した受信補正値と、入力される受信信号とを乗じた信号である受信信号Ｃ１を出力する。

また、振幅位相補正回路３８２は、送信部１２をキャリブレーションする場合、受信部３６から入力される受信信号（送信参照信号）の振幅及び位相が、送信信号補正部３１からスイッチ３７及び遅延回路３８１を介して入力される送信される信号に受信補正値を乗じて得られる信号の振幅及び位相と同じになるような送信補正値を算出する。そして、振幅位相補正回路３８２は、算出した送信補正値を送信信号補正部３１に出力する。

上述の構成により、本実施形態の通信装置は、スイッチ３４、３７を端子ｒ側に切りえ替え、各通信部３−１、３−２の振幅位相補正回路３８２が、参照信号発生器２１が発生する共通の参照信号を用いて、受信部３６を通過する信号に生じる振幅及び位相の平均的な変位を算出し、算出した振幅及び位相の変位を打ち消す受信補正値を算出する。そして、振幅位相補正回路３８２が、算出した受信補正値により補正することで、受信部３６において変位した振幅及び位相を受信信号から打ち消すことができる。
これにより、送信部１２が出力する信号をフィードバックする経路における振幅及び位相の変位を抑圧させて、送信部１２のキャリブレーションをする際に、信号をフィードバックさせる経路の振幅及び位相の変位の影響を低減させることができ、送信部１２のキャリブレーションの精度を向上させることができる。
その結果、各通信部３−１、３−２間に生じる振幅及び位相の差を低減させることができ、アダプティブアレイにおける送受信方向を選択する精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、送信する信号をフィードバックする経路と、他の通信装置から送信された信号を受信する経路とを共通にしているので、フィードバックの経路に要する構成を削減することができ、通信装置の構成を簡易にすることができる。

また、上述の第１及び第２の実施形態における通信装置において、フィードバック部１５及び受信部３６のキャリブレーションの精度は、分配器や方向性結合器の精度に依存するが、受動素子であるために、高精度に設計することや、温度変化により生じる誤差を低く抑えることが能動素子に比べ容易であるので、十分な精度により動作させることができる。

また、上述の第１及び第２の実施形態における通信装置において、参照信号発生器２１が発生させる参照信号を、送信信号Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｄ２と相関の無い信号を選択するようにしている。これにより、位相振幅補正回路１６２（３８２）は、送信部１２が信号を送信している間においてもフィードバック部１５（受信部３６）により生じる振幅及び位相の変位に基づいた補正値を算出することができ、リアルタイムにフィードバック部１５（受信部３６）のキャリブレーションを行うことができる。また、フィードバック部１５（受信部３６）のキャリブレーションを常に行わず、予め定めた間隔ごとに行うようにしてもよい。

なお、上述の第１及び第２の実施形態では、通信装置は、２つの通信部１−１、１−２、（３−１、３−２）を具備する構成を説明したが、３つ以上の通信部を具備する構成としてもよい。その場合、各通信部には、参照信号発生器２１から出力されるベースバンド帯域の参照信号が入力されるとともに、分配器２４により分配される送信帯域の参照信号とが入力されるようにしてもよい。

１−１，１−２，３−１，３−２…通信部、２…参照信号出力部、１１…送信信号歪補償部、１２…送信部、１３，１４，３３，３５…方向性結合器、１５…フィードバック部、１６，３８…振幅位相補正部、２１…参照信号発生器、２２，１２１…ＤＡＣ、２３…参照ＲＦ部、２４…分配器、３１…送信信号補正部、３４，３７…スイッチ、３６…受信部、１１１…ＤＰＤ歪補正回路、１１１Ａ…補正テーブル、１１２，１６１，３８１…遅延回路、１１３…記憶回路、１１４…歪補正値算出回路、１２２…送信ＲＦ部、１２３…増幅部、１５１…帰還ＲＦ部、１５２，３６２…ＡＤＣ、１６２，３８２…振幅位相補正回路、３６１…受信ＲＦ部

Claims (4)

1. 送信信号を通信に用いる周波数帯域の信号に変換し、変換した信号を増幅して送信する複数の送信部と、
   前記送信信号と同じ帯域幅を有する参照信号を出力するとともに、該参照信号を前記複数の送信部が送信する信号と同じ周波数帯域の信号に変換した変換参照信号を出力する参照信号出力部と、
   前記複数の送信部ごとに設けられ、対応する送信部が送信する信号と、前記変換参照信号とを含む信号を前記送信信号と同じ周波数帯域のフィードバック信号に変換するフィードバック部と、
   前記複数の送信部ごとに設けられ、送信部に対応するフィードバック部が変換したフィードバック信号に含まれる変換参照信号と、前記参照信号出力部が出力する参照信号とに基づいて、該フィードバック部における振幅及び位相の変位を算出して該フィードバック信号の振幅及び位相を補正する振幅位相補正部と
   を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記送信信号を出力する送信信号補正部であって、出力した前記送信信号と、前記振幅位相補正部が補正したフィードバック信号に含まれる前記送信部が送信する信号とに基づいて、前記送信部における振幅及び位相の変位を算出し、入力される信号を算出した振幅及び位相の変位を用いて補正し、補正した信号を前記送信信号として出力する送信信号補正部
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記送信信号を出力する送信信号歪補償部であって、出力した前記送信信号と、前記振幅位相補正部が補正したフィードバック信号に含まれる前記送信部が送信する信号とに基づいて、前記送信部における歪み特性を打ち消す逆歪み特性値を算出し、算出した逆歪み特性値を用いて、入力される信号を補正し、補正した信号を前記送信信号として出力する送信信号歪補償部
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
4. 前記参照信号出力部が前記振幅位相補正部に直接出力する前記参照信号は、デジタル信号であり、
   前記フィードバック部それぞれは、アナログ／デジタル変換部を有し、
   前記フィードバック信号は、前記アナログ／デジタル変換部を用いてデジタル信号に変換されて前記振幅位相補正部に入力される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項の通信装置。

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