JP5960469B2

JP5960469B2 - 送信機、信号生成装置、及びキャリブレーション方法

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Publication number: JP5960469B2
Application number: JP2012078308A
Authority: JP
Inventors: 松浦　徹; 松浦　　徹
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-08-02
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013207782A

Description

本発明は、送信機、信号生成装置、及びキャリブレーション方法に関する。特に、送信機における周波数特性のキャリブレーションに関する。

無線通信では、送信信号としてのベースバンド信号から高周波信号にアップコンバートする場合、及び、受信信号としての高周波信号からベースバンド信号にダウンコンバートする場合に、信号の周波数に応じて歪みが生じる。信号の歪みを補正する装置として、例えば特許文献１の周波数特性補正装置が知られている。

特許文献１の周波数特性補正装置は、送信系回路による信号送信において、送信信号の一部を結合回路により取り出し、各帯域分割フィルタにおいて低域側、高域側に分割し、各フィルタの出力（電力レベル）を各電力検波器において検波する。更に、周波数特性補正装置は、比較回路において各電力検波器の出力を相互比較することにより得られた電圧を基に、可変イコライザ回路を制御する。

特開２００１−１６１４５号公報

使用周波数に対する信号の歪みは、例えば、ベースバンド信号及び高周波信号を周波数変換する周波数変換部、パワーアンプ部、ＬＮＡ部を含むアナログ回路において、現れやすい。特に、ミリ波通信の広帯域な周波数（例えば６０ＧＨｚ帯）を取り扱う通信では、信号帯域が大きいので、大きく通信特性が劣化する可能性がある。

特許文献１の周波数特性補正装置をミリ波の通信に適用した場合、数ポイントの周波数成分に対する信号検出の結果を基に、信号の歪みの周波数特性を直線的に補正する。しかし、直線的な補正では、ベースバンド信号及び高周波信号の各周波数変換、又は、広帯域な高周波信号の信号増幅の過程において発生する、大きな信号歪みには不十分であるため、大きく通信特性が劣化することがある。従って、信号の歪みは、より高精度に補正される必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、信号の歪みを高精度に補正できる送信機、信号生成装置、及びキャリブレーション方法を提供することを目的とする。

本発明の送信機は、テスト信号を生成するテスト信号生成部と、前記テスト信号生成部により生成されたテスト信号の振幅特性及び位相特性を補正する周波数特性補正部と、前記周波数特性補正部により補正された補正信号を変調する変調部と、前記変調部により変調された変調信号の包絡線を検波する包絡線検波部と、前記包絡線検波部により検波された包絡線信号の周波数特性を演算する周波数特性演算部と、前記周波数特性演算部により演算された周波数特性に基づいて、前記周波数特性補正部により前記テスト信号の振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する係数演算部と、を備え、前記テスト信号生成部は、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限のうち少なくとも２つの象限において、信号の軌跡を比較した場合に、非対称であるテスト信号を生成し、前記テスト信号生成部は、所定の周波数範囲において前記テスト信号の周波数をスイープし、前記周波数特性演算部は、前記テスト信号の各角周波数成分に基づく各包絡線信号から各複素数データを抽出し、前記係数演算部は、前記周波数特性演算部により抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算する。

この構成により、テスト信号をＩＱ平面において原点からオフセットさせることで、テスト信号の振幅特性及び位相特性を取得できる。従って、振幅特性及び位相特性に基づいて補正係数を求めることができるので、信号の歪みを高精度に補正できる。

また、本発明の信号生成装置は、テスト信号を生成するテスト信号生成部と、前記テスト信号生成部により生成されたテスト信号の振幅特性及び位相特性を補正する周波数特性補正部と、前記周波数特性補正部により補正された補正信号が変調された変調信号の包絡線信号の周波数特性を演算する周波数特性演算部と、前記周波数特性演算部により演算された周波数特性に基づいて、前記周波数特性補正部により前記テスト信号の振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する係数演算部と、を備え、前記テスト信号生成部は、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限のうち少なくとも２つの象限において、信号の軌跡を比較した場合に、非対称であるテスト信号を生成し、前記テスト信号生成部は、所定の周波数範囲において前記テスト信号の周波数をスイープし、前記周波数特性演算部は、前記テスト信号の各角周波数成分に基づく各包絡線信号から各複素数データを抽出し、前記係数演算部は、前記周波数特性演算部により抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算する。

また、本発明のキャリブレーション方法は、テスト信号を生成するテスト信号生成ステップと、前記生成されたテスト信号の振幅特性及び位相特性を補正する周波数特性補正ステップと、前記補正された補正信号が変調された変調信号の包絡線信号の周波数特性を演算する周波数特性演算ステップと、前記演算された周波数特性に基づいて、前記テスト信号の振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する係数演算ステップと、を有し、前記テスト信号生成ステップでは、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限のうち少なくとも２つの象限において、信号の軌跡を比較した場合に、非対称であるテスト信号を生成し、前記テスト信号生成ステップでは、所定の周波数範囲において前記テスト信号の周波数をスイープし、前記周波数特性演算ステップでは、前記テスト信号の各角周波数成分に基づく各包絡線信号から各複素数データを抽出し、前記係数演算ステップでは、前記抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算する。

この方法により、テスト信号をＩＱ平面において原点からオフセットさせることで、テスト信号の振幅特性及び位相特性を取得できる。従って、振幅特性及び位相特性に基づいて補正係数を求めることができるので、信号の歪みを高精度に補正できる。

本発明によれば、信号の歪みを高精度に補正できる。

本発明の実施形態における送信機の構成例を示すブロック図（Ａ），（Ｂ），（Ｄ）は、本発明の実施形態におけるテスト信号生成部により生成されるテスト信号の一例を示す図、（Ｃ）は、テスト信号の位相特性を示す図本発明の実施形態におけるテスト信号の各角周波数の成分と振幅との関係の一例を示す図本発明の実施形態における周波数特性補正部の詳細構成例を示すブロック図本発明の実施形態における送信機が補正係数を求める第１動作例を示すフローチャート本発明の実施形態における送信機が補正係数を求める第２動作例を示すフローチャート本発明の実施形態における送信機が補正係数を求める第３動作例を示すフローチャート本発明の実施形態におけるテスト信号の振幅特性のシミュレーション結果を示す図本発明の実施形態におけるテスト信号の位相特性のシミュレーション結果を示す図本発明の実施形態における送信機が補正係数を求める第４動作例を示すフローチャート本発明の実施形態におけるテスト信号の位相特性を線形位相特性に補正するイメージを示す図本発明の実施形態における周波数特性補正部の変形構成例を示すブロック図本発明の実施形態における無線機器の第１構成例を示すブロック図本発明の実施形態における無線機器の第２構成例を示すブロック図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態における送信機１００の構成例を示すブロック図である。送信機１００は、テスト信号生成部１０１、データ生成部１０２、ＭＵＸ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）１０３、周波数特性補正部１０４、変調器１０５、包絡線検波部１０６、周波数特性演算部１０７、係数演算部１０８、及びメモリ１０９を備える。

テスト信号生成部１０１は、送信機１００により生成される歪を測定するためのテスト信号を生成し、ＭＵＸ１０３に出力する。テスト信号の生成方法の詳細については後述する。

データ生成部１０２は、送信されるデータを含むベースバンド信号を生成し、ＭＵＸ１０３に出力する。送信されるデータには、例えば、音楽のデータ又は映像のデータが含まれる。

ＭＵＸ１０３は、テスト信号生成部１０１又はデータ生成部１０２の出力を選択し、周波数特性補正部１０４に出力する。具体的には、キャリブレーションモードでは、テスト信号生成部１０１の出力であるテスト信号を選択し、データ送信モードでは、データ生成部１０２の出力であるベースバンド信号を選択する。ＭＵＸ１０３は、送信機１００の動作を指定するモードも選択する。

周波数特性補正部１０４は、メモリ１０９が保持するＬＵＴ（ＬｏｏｋＵｐＴａｂｌｅ）に格納されたパラメータ（補正係数）に基づき、ＭＵＸ１０３の出力信号の周波数特性を補正し、補正信号を変調器１０５に出力する。周波数特性には、振幅特性及び位相特性が含まれる。

変調器１０５は、周波数特性補正部１０４から出力された補正信号を変調し、変調信号（高周波信号）を出力する。変調器１０５の出力Ｖ（ｔ）は、例えば以下の（式１）により表せる。

出力Ｖ（ｔ）の周波数は、（式１）におけるωに依存し、ｆ＝ω／（２π）によって決定され、例えば６０ＧＨｚである。

包絡線検波部１０６は、包絡線検波器１０６Ａと、包絡線検波器１０６Ａの後段に直列に接続されたＡＤコンバータ１０６Ｂと、を備える。

包絡線検波器１０６Ａは、検波ダイオードを用いて構成され、変調器１０５から出力された高周波信号の包絡線を検波する。また、包絡線検波器１０６Ａは、高周波信号の出力エネルギーの一部を入力し、高周波信号の包絡線の大きさを検出する。

包絡線検波器１０６Ａにより検波される信号は、以下の（式２）により表せる。

なお、ｃは定数である。

ＡＤコンバータ１０６Ｂは、包絡線の検波結果としてのアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号（包絡線信号）を周波数特性演算部１０７へ出力する。

周波数特性演算部１０７は、包絡線検波部１０６により検波された信号（包絡線信号）を入力し、包絡線信号の周波数特性を演算する。

係数演算部１０８は、周波数特性演算部１０７により演算された周波数特性に基づいて、テスト信号の周波数特性、つまり振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する。係数演算部１０８は、求めた補正係数をメモリ１０９が保持するＬＵＴ１０９に格納する。

なお、周波数特性演算部１０７及び係数演算部１０８は、メモリ１０９に格納されたプログラムを実行することによって各機能を実現する。周波数特性演算部１０７及び係数演算部１０８の動作の詳細については後述する。

また、送信機１００は、第１の集積回路及び第２の集積回路を用いて構成されてもよい。第１の集積回路は、テスト信号生成部１０１、データ生成部１０２、ＭＵＸ１０３、周波数特性補正部１０４、周波数特性演算部１０７、係数演算部１０８、及びメモリ１０８を含む。第２の集積回路は、変調器１０５及び包絡線検波部１０６を含む。また、送信機１００における全ての構成部が、１つの集積回路によって構成されてもよい。

また、送信機１００がキャリブレーションモードでは、包絡線検波部１０６、周波数特性演算部１０７、及び係数演算部１０８を含む検出系が動作する。

次に、テスト信号生成部１０１について説明する。

テスト信号生成部１０１は、例えば、以下の（式３）により表せるテスト信号Ｓを生成する。

（式３）において、ω_ｍ,ｎは角周波数、ｄはオフセット量を示す定数、Ｋは振幅を表す定数である。

また、テスト信号生成部１０１により生成されるテスト信号Ｓの周波数は、（式３）における「ω_ｍ,ｎｔ」項に依存し、ｆ＝ω_ｍ,ｎｔ／（２π）によって決定され、例えば、１００ＭＨｚ、又は、５００ＭＨｚである。つまり、（式３）における角周波数ω_ｍ、ｎは、（式１）における角周波数ωと比較すると十分に小さい値である。

図２（Ａ）は、（式３）のテスト信号ＳをＩＱ平面上に示した図である。テスト信号Ｓは、ＩＱ平面における原点Ｏが中心でありテスト信号Ｓと同振幅である円Ｃと比較すると、距離ｄをオフセットした円により示される。また、テスト信号Ｓは、円上を定速度によって回転してもよいし、しなくてもよい。

また、テスト信号生成部１０１は、テスト信号として、（式３）により表されたＩＱ信号以外であっても、図２（Ｂ）に示すＩ軸に対して対称である、ＩＱ信号を生成すればよい。また、Ｑ軸に対して対称である、ＩＱ信号を生成してもよい。

さらに、テスト信号生成部１０１は、Ｉ軸又はＱ軸に対して対称な状態から、ＩＱ平面における原点Ｏを中心に回転されたＩＱ信号を生成してもよい。これらの場合であっても、テスト信号Ｓは、中心が原点Ｏから所定量オフセットされる。また、テスト信号Ｓは線上を定速度によって回転してもよいし、しなくてもよい。Ｉ軸及びＱ軸は、基準軸の一例である。

テスト信号生成部１０１により生成されたテスト信号は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）のいずれの場合であって、図２（Ｃ）に示すように、対称な線（原点Ｏを通る基準軸）の位相をΦとした場合、位相がΦからΦ＋１８０°に至るまで、振幅が単調に変化する特性となる。図２（Ｄ）は、図２（Ｂ）において、対称な線の位相がΦである場合を示す。

つまり、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限において、少なくとも２つの象限のテスト信号の軌跡を比較した場合に、非対称であればよい。

例えば、図２（Ａ）では、第１象限と第２象限が非対称、第１象限と第３象限が非対称、第２象限と第４象限が非対称であり、第１象限と第４象限が対称、第２象限と第３象限が対称である。

図２（Ｂ）では、第１象限と第２象限が非対称、第１象限と第３象限が非対称、第２象限と第４象限が非対称であり、第１象限と第４象限が対称、第２象限と第３象限が対称である。

図２（Ｄ）では、全ての象限が非対称である。

仮に、ＩＱ平面において原点Ｏを中心とする円を描く図２（Ａ）のテスト信号Ｃを用いると、包絡線検波器１０６により検波される包絡線の大きさが一定となる。従って、テスト信号Ｃは、ＡＣ信号を持たないので位相特性を取得するのは困難である。

テスト信号生成部１０１は、原点Ｏから所定量オフセットされたテスト信号Ｓを生成することで、包絡線の大きさを変化できる。従って、テスト信号Ｓを用いることで、振幅特性、及び、位相特性を取得できる。

また、テスト信号生成部１０１は、図３では、テスト信号Ｓの角周波数ω_ｍ、ｎを、ｎ＝１からｎ＝Ｎまで順次スイープ（掃引）する。図３は、テスト信号Ｓの各角周波数ω_ｍ、ｎの成分と振幅との関係の一例を示す図である。図３において、テスト信号Ｓの周波数（＝ω_ｍ／２π）のスイープ範囲は、例えば−１ＧＨｚ〜１ＧＨｚであり、隣接するテスト信号の間隔は、例えば１００ＭＨｚである。

例えば、第１のテスト信号Ｓ_１として、角周波数ω_ｍ、１を有するテスト信号を用い、第ｎのテスト信号Ｓ_ｎとして、角周波数ω_ｍ、ｎを有するテスト信号を用いる。最後に、第Ｎのテスト信号Ｓ_Ｎとして、角周波数ω_ｍ、Nを有するテスト信号を用いる。なお、テスト信号Ｓ_ｎは、テスト信号Ｓにおける角周波数ω_ｍ、ｎの成分を示す。

なお、値Ｎは、テスト信号Ｓ_ｎの周波数特性を求めるサンプル数である。テスト信号生成部１０１は、どの程度の周波数間隔により周波数特性を解析したいか、どの程度の分解能により周波数特性を補正したいか、を考慮して、値Ｎを設定することが好ましい。また、値Ｎが予め設定されていてもよい。

次に、周波数特性補正部１０４について説明する。
図４は、周波数特性補正部１０４の詳細構成例を示すブロック図である。
周波数特性補正部１０４は、フーリエ変換部２０４、乗算器２０５、及び逆フーリエ変換部２０６を備える。

フーリエ変換部２０４は、ＭＵＸ１０３の出力信号である時間領域の信号を周波数領域の信号へ変換する。フーリエ変換部２０４は、ＭＵＸ１０３の出力信号がＩＱ信号であるので、複素数データとしてフーリエ変換する。フーリエ変換部２０４による演算では、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が用いられる。

乗算器２０５は、フーリエ変換部２０４から出力される周波数領域の信号と、メモリ１０９が保持するＬＵＴに格納された補正係数と、を乗算する。

逆フーリエ変換部２０６は、乗算器２０５から出力される信号である周波数領域の信号を時間領域の信号に変換する。逆フーリエ変換部２０６による演算では、例えば高速逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ：ＩｎｖｅｒｓｅＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が用いられる。

次に、送信機１００がテスト信号から周波数特性を補正するための補正係数を求める動作例について説明する。

図５は、送信機１００がテスト信号Ｓから周波数特性を補正するための補正係数を求める第１動作例を示すフローチャートである。図５の例では、一回の周波数スイープにより、各角周波数ω_ｍ、ｎにおける係数ｚ_ｎを求めることを想定する。図５では、係数ｚ_ｎが補正係数である。

まず、テスト信号生成部１０１は、変数ｎを初期値１に設定する（ステップＳ４０１）。

続いて、テスト信号生成部１０１は、テスト信号Ｓを生成し、テスト信号Ｓの角周波数をω_ｍ、ｎに設定する（ステップＳ４０２）。

なお、テスト信号生成部１０１が周波数スイープを行う期間には、周波数特性補正部１０４は、周波数特性の補正を実施しない、又は、ＬＵＴに格納された係数ｚ_ｎを１として周波数特性の補正を実施する。

続いて、周波数特性演算部１０７は、角周波数ω_ｍ、ｎのテスト信号Ｓ_ｎに対応する包絡線信号を入力し、フーリエ変換する（ステップＳ４０３）。つまり周波数特性演算部１０７は、フーリエ変換部を有する。周波数特性演算部１０７は、計算を効率化するために、例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を利用する。

続いて、周波数特性演算部１０７は、ＩＱ平面における角周波数ω_ｍ、ｎの成分の複素数データである「ａ_ｎ＋ｊｂ_ｎ」を抽出する（ステップＳ４０４）。

また、周波数特性演算部１０７は、抽出した「ａ_ｎ＋ｊｂ_ｎ」から、（式４）により振幅ｍ_ｎを算出し、（式５）により位相θ_ｎを算出してもよい。

つまり、ステップＳ４０４の処理により、角周波数ω_ｍ、ｎの成分における振幅特性及び位相特性を含む周波数特性を取得できる。周波数特性は、送信機１００自体が有する周波数特性であり、具体的には、送信機１００が備える例えばアナログ回路に起因する歪の周波数特性である。

続いて、係数演算部１０８は、送信機１００の周波数特性を補正するための複素数データである係数ｚ_ｎを計算し、係数ｚ_ｎの情報を係数演算部１０８内に一時的に保持する（ステップＳ４０５）。係数ｚ_ｎは、以下の（式６）により表せる。

また、係数ｚ_ｎは、振幅ｍ_ｎ，位相θ_ｎを用いて、以下の（式７）によっても表せる。

つまり、係数演算部１０８は、テスト信号Ｓの角周波数ω_ｍ、ｎの成分の複素数データである「ａ_ｎ＋ｊｂ_ｎ」の逆数である係数ｚ_ｎを演算する。係数ｚ_ｎは、送信機１００の周波数特性の逆特性である。

続いて、テスト信号生成部１０１は、最後の角周波数の成分のテスト信号Ｓ_Ｎまでスイープしたか否かを判別する（ステップＳ４０６）。つまり、テスト信号生成部１０１は、ｎ≧Ｎであるか否かを判別する。

最後のテスト信号Ｓ_Ｎまでスイープしていない場合、テスト信号生成部１０１は、次のテスト信号を周波数解析するため、テスト信号Ｓ_ｎの角周波数ω_ｍ、ｎをスイープする（ステップＳ４０７）。つまり、変数ｎに１加算する。そして、ステップＳ４０２に進む。

一方、最後のテスト信号Ｓ_Ｎまでスイープされた場合、係数演算部１０８は、内部に一時的に保持した各角周波数ω_ｍ、１〜ω_ｍ、Ｎにおける各係数ｚ_ｎの情報を、メモリ１０９が保持するＬＵＴに格納する（ステップＳ４０８）。

図５の処理によれば、各角周波数ω_ｍ、ｎにおけるテスト信号Ｓ_ｎの周波数を解析し、係数ｚ_ｎを算出することで、テスト信号Ｓ_ｎの振幅特性及び位相特性を加味した周波数特性の補正ができる。また、補正されたベースバンド信号から変調信号が生成されることで、振幅特性及び位相特性がフラットな信号を送信できる。また、逆特性として、送信機１００の周波数特性の逆数を用いるので、容易に演算できる。

なお、図５では、ＬＵＴへの係数書き込みのタイミングとして、全ての角周波数ω_ｍ、１〜ω_ｍ、ｎにおける係数ｚ_ｎを算出してから、各係数ｚ_ｎをメモリ１０９に格納することを示した。つまり、テスト信号Ｓ_ｎの角周波数ω_ｍ、ｎをＮ回スイープした後、係数演算部１０８は、求めた各係数ｚ_ｎをＬＵＴに格納することを示した。これ以外であっても、角周波数ω_ｍ、ｎにおける係数ｚ_ｎを算出する都度メモリ１０９に格納してもよい。

図６は、送信機１００がテスト信号Ｓから周波数特性を補正するための補正係数を求める第２動作例を示すフローチャートである。図６の例では、各角周波数ω_ｍ、ｎにおける係数ｚ_ｎを繰り返し求め、係数ｚ_ｎに基づく係数ｙ_ｎをＬＵＴに格納する。係数ｙ_ｎは、順次更新される。

図６では、係数ｚ_ｎは、補正の残留誤差を表す係数であり、係数ｙ_ｎを求めるための係数である。係数ｙ_ｎは、補正係数である。また、係数ｗは、残留誤差ｚ_ｎを加算する重み付けを表す係数であり、例えば０から１の間において選択される。例えば、係数ｗを０．５とする。

まず、テスト信号生成部１０１は、変数ｎを初期値１に設定し、変数ｙ_ｎを初期値０に設定する（ステップＳ５０１）。

続いて、送信機１００は、図５のステップＳ４０２〜Ｓ４０６の処理を行う。一通り、最後のテスト信号Ｓ_Ｎまで周波数特性を解析し、係数ｚ_ｎを求めると、ステップＳ５０２に進む。

係数演算部１０８は、算出した各ｚ_ｎを係数ｗにより重みづけし、各係数ｙ_ｎに加算する（ステップＳ５０２）。具体的には、係数演算部１０８は、ｙ_ｎ＝ｙ_ｎ＋ｗ×ｚ_ｎを計算する。

続いて、係数演算部１０８は、算出した各係数ｙ_ｎの情報を、メモリ１０９が保持するＬＵＴに格納する（ステップＳ５０３）。また、既に係数ｙ_ｎの情報が格納されている場合には、係数ｙ_ｎの情報を更新する。

続いて、係数演算部１０８は、係数ｙ_ｎの演算を前回演算した係数ｙ_ｎとの差分を演算し、予め定めた閾値より小さければ図６の処理を終了し、大きければ、ステップＳ４０２に戻る（ステップＳ５０４）。

図６の処理では、係数演算部１０８は、補正係数としての係数ｙ_ｎの演算を反復し、ＬＵＴに記憶された係数ｙ_ｎを更新していく。例えば、係数ｙ_ｎに係数ｚ_ｎを重みづけして加算した結果により、各係数ｙ_ｎを更新する。

図６の処理によれば、各角周波数ω_ｍ、ｎにおける係数ｚ_ｎを繰り返し算出するので、補正係数としての係数ｙ_ｎの補正精度が向上する。また、係数ｚ_ｎの算出を繰り返し、係数ｗを用いて係数ｙ_ｎを演算することで、残留誤差は漸近的に０に近づいていくので、更に補正精度が向上する。

また、補正されたベースバンド信号から変調信号が生成されることで、振幅特性及び位相特性がフラットな信号を送信できる。

なお、図７は、送信機１００がテスト信号Ｓから周波数特性を補正するための補正係数を求める第３動作例を示すフローチャートである。ここで、図６との差分について、説明する。図７では、各角周波数ω_ｍ、ｎにおける係数ｚ_ｎをＲ回繰り返し求める。

まず、ステップＳ５０５において、テスト信号生成部１０１は、変数ｎを初期値１に設定し、変数ｙ_ｎを初期値０に設定し、変数ｒを初期値１に設定する。

また、ステップＳ５０６において、係数演算部１０８は、係数ｙ_ｎの演算を所定回数（Ｒ回）実施したかを判別する。具体的には、係数演算部１０８は、ｒ≧Ｒであるか否かを判別する。

ステップＳ５０７において、係数ｙ_ｎの演算をＲ回実施していない場合、係数演算部１０８は、変数ｒに１加算し、変数ｎを初期化して１に設定する。一方、係数ｙ_ｎの演算をＲ回実施した場合、送信機１００は図７の処理を終了する。

次に、周波数特性の補正のシミュレーションについて説明する。
図８は、テスト信号の振幅特性のシミュレーション結果を示す図である。図９は、テスト信号の位相特性のシミュレーション結果を示す図である。図８及び図９は、図５、図６又は図７の動作によりシミュレーションを実施した結果である。

シミュレーションでは、テスト信号生成部１０１は、テスト信号を生成する場合に、サンプリング周波数３．５２ＧＨｚとし、（式３）に用いる係数を、Ｋ＝１，ｄ＝０．１とする。また、テスト信号生成部１０１は、ｆ_ｍ（＝２πω_ｍ）を、−１．１ＧＨｚ〜＋１．１ＧＨｚにおいて、１００ＭＨｚ間隔によって掃引する。

また、送信機１００の周波数特性を模したフィルタとして、カットオフ周波数３００ＭＨｚであり、通過周波数を３５２ＭＨｚ負方向にシフトされた２次のバターワースフィルタを仮定する。

図８及び図９において、実線Ｌ１がフィルタの特性を示し、白抜きの点Ｄ１が、周波数特性演算部１０７により測定されたテスト信号の周波数特性（検出特性）を示す。図８及び図９を参照すると、フィルタ特性及び検出特性が一致していることが理解できる。従って、送信機１００の検出系によって、振幅特性及び位相特性について精度良く検出できることが確認できる。

また、図８及び図９において、点線Ｌ２が、補正係数が求められた後に、周波数特性補正部１０４によって補正された信号の周波数特性（補正特性）を示す。点線Ｌ２は、位相特性として「０」を示すライン上にある。つまり、周波数特性補正部１０４が逆特性としての補正係数を用いて信号を補正し、補正信号を変調した結果、送信される信号の位相特性及び周波数特性は、平坦な特性となる。

また、フィルタの特性が、測定される周波数範囲の中心からオフセットされており、非対称な特性であっても、好適に周波数特性を解析できる。

次に、送信機１００の周波数特性を線形位相特性となるように補正する場合について説明する。

図１０は、送信機１００がテスト信号Ｓから周波数特性を補正するための補正係数を求める第４動作例を示すフローチャートである。図１０では、係数ｘ_ｎが補正係数である。図１０の例では、送信機１００が出力する信号の位相特性が平坦（図９における点線Ｌ２と同程度）になるまで補正（図９参照）するのではなく、位相特性が線形な特性となるように補正する。

まず、図５のステップＳ４０１〜Ｓ４０３の処理を行う。角周波数ω_ｍ、ｎにおけるテスト信号のフーリエ変換が終了すると、ステップＳ６０１に進む。

周波数特性演算部１０７は、ＩＱ平面における角周波数ω_ｍ、ｎの成分の複素数データである「ａ_ｎ＋ｊｂ_ｎ」を抽出する。また、周波数特性演算部１０７は、抽出した「ａ_ｎ＋ｊｂ_ｎ」から、（式４）により振幅ｍ_ｎを算出し、（式５）により位相θ_ｎを算出する（ステップＳ６０１）。

続いて、係数演算部１０８は、位相θ_ｎと線形位相特性θ_i、ｎとの差分△θ_ｎを算出する（ステップＳ６０２）。つまり、係数演算部１０８は、△θ_ｎ＝θ_ｎ−θ_i、ｎを計算する。なお、線形位相特性θ_i、ｎは、図１１では、周波数が高いほど位相が線形に小さくなる特性である。メモリ１０９は、あらかじめ線形位相特性θ_i、ｎの情報を保持している。

続いて、係数演算部１０８は、送信機１００の周波数特性を補正するための複素数データである係数ｘ_ｎを計算し、係数ｘ_ｎの情報を係数演算部１０８内に一時的に保持する（ステップＳ４０５）。係数ｘ_ｎは、振幅ｍ_ｎ，位相の差分△θ_ｎを用いて、以下の（式８）により表せる。

つまり、係数演算部１０８は、テスト信号Ｓの角周波数ω_ｍ、ｎの成分の複素数データである「ａ_ｎ＋ｊｂ_ｎ」の位相θ_ｎと線形位相特性θ_i、ｎとの差分△θ_ｎと振幅ｍ_ｎとに基づいて、補正係数としての係数ｘ_ｎを演算する。

送信機１００は、送信系が通常は正の遅延時間を有するので、周波数が高くなる程、テスト信号の位相は遅延する（図９参照）。なお、送信系は、テスト信号生成部１０１、データ生成部１０２、ＭＵＸ１０３、周波数特性補正部１０４、および変調器１０５を含む。

図１０の処理によれば、係数ｘ_ｎを送信機１００の周波数特性に対して完全な逆位相とせずに、多少の位相遅延を考慮した線形位相特性に近付けることができる。従って、送信機１００は、負の遅延時間を持つフィルタを用意せずに、良好な振幅特性及び位相特性を得られる。

また、送信機１００が出力する信号の位相特性を線形位相特性に補正すれば足りるので、逆特性の補正量よりも少ない演算量となり、時間資源又はビット幅の資源を有効活用できる。従って、量子化雑音のように特定の周波数に急峻な変化を有する周波数特性を含む場合であっても、パラメータ（△θ_ｎ）を１つ設けて線形位相特性へ補正することで、補正精度が向上する。

図１１はテスト信号の位相特性を線形位相特性に補正するイメージを示す図である。
図１１において、実線Ｌ１は、送信機１００の周波数特性を模したフィルタのフィルタ特性を示す。白抜きの点Ｄ１は、検出特性を示す。点線Ｌ２は、線形位相特性を示し、所定の周波数において、図１０の処理により求められた係数ｘ_ｎにより補正された補正特性を示す。

次に、周波数特性補正部１０４の変形例について説明する。
図１２は、周波数特性補正部１０４の変形構成例を示すブロック図である。
図１２では、周波数特性補正部１０４は、デジタルフィルタ９０１を備える。デジタルフィルタ９０１を用いる場合、ＬＵＴに格納される係数は、デジタルフィルタ９０１の係数である。デジタルフィルタ９０１の係数は、例えば、係数演算部１０８が、補正係数としての係数ｚ_ｎを逆フーリエ変換して求めればよい。

デジタルフィルタ９０１を備えることで、周波数特性補正部１０４がフーリエ変換部及び逆フーリエ変換部を備える必要がなく、構成を簡素化できる。

次に、キャリブレーション終了後の送信機１００の動作について説明する。

送信機１００は、キャリブレーションが終了すると、キャリブレーションモードが終了する。キャリブレーションモードが終了すると、送信機１００は、データ送信モードに切り替える。具体的には、図１のＭＵＸ１０３が、データ生成部１０２の出力を選択する。

続いて、周波数特性補正部１０４が、係数演算部１０８により演算された補正係数が格納されたＬＵＴを参照して、データ生成部１０２から出力されたＩＱ信号を補正する。続いて、変調器１０５は、補正信号を変調し、変調信号を送信する。

送信機１００によれば、信号の振幅特性及び位相特性を高精度に補正可能となり、送信信号の歪みを低減できる。なお、送信機１００の周波数特性の補正は、例えば、送信機１００の電源投入時、スリープモードからの起動時、データ送信開始前に実施する。

すなわち、送信機１００によれば、例えば、広帯域な周波数を取り扱う無線通信において、ベースバンド信号及び高周波信号の間における周波数変換によって生じる周波数特性を、高精度に補正できる。また、広帯域な周波数を取り扱う無線通信において、振幅特性、位相特性、及び、周波数特性が平坦となるよう補償された送信機を実現できる。

次に、送信機１００を含む無線機器１２００について説明する。
図１３は無線機器１２００の構成例を示すブロック図である。無線機器１２００は、送信機１００、受信機１２０２、共用器１２０３、およびアンテナ１２０４を備える。

送信機１００は、周波数特性を補正して所望のデータを変調し、変調信号を送信する。受信機１２０２は、他の通信装置からのデータを受信する。共用器１２０３は、送信信号と、受信信号を分離し、アンテナ１２０４を送信時、受信時において共用する。

無線機器１２００により、歪みの少ないデータ送信が可能である。

また、図１４に示すように、無線機器１３００は、送信用のアンテナ１３０３と受信用のアンテナ１３０４を別に具備してもよい。

本発明は、上記実施形態の構成に限られるものではなく、特許請求の範囲において示した機能、または本実施形態の構成が持つ機能が達成できる構成であればどのようなものであっても適用可能である。

上記実施形態では、本発明はハードウェアを用いて構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。

また、上記実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしてもよいし、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称してもよい。

また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。例えば、ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（ＦｉｅｌｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＧａｔｅＡｒｒａｙ）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続、又は、設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。

さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。

本発明は、信号の歪みを高精度に補正できる送信機、信号生成装置、及びキャリブレーション方法に有用である。

１００送信機
１０１テスト信号生成部
１０２データ生成部
１０３ＭＵＸ
１０４周波数特性補正部
１０５変調器
１０６包絡線検波部
１０６Ａ包絡線検波器
１０６ＢＡＤコンバータ
１０７周波数特性演算部
１０８係数演算部
１０９メモリ
２０４フーリエ変換部
２０５乗算器
２０６逆フーリエ変換部
９０１デジタルフィルタ
１２００無線機器
１２０２受信機
１２０３共用器
１２０４アンテナ
１３００無線機器
１３０２受信機
１３０３，１３０４アンテナ

Claims

テスト信号を生成するテスト信号生成部と、
前記テスト信号生成部により生成されたテスト信号の振幅特性及び位相特性を補正する周波数特性補正部と、
前記周波数特性補正部により補正された補正信号を変調する変調部と、
前記変調部により変調された変調信号の包絡線を検波する包絡線検波部と、
前記包絡線検波部により検波された包絡線信号の周波数特性を演算する周波数特性演算部と、
前記周波数特性演算部により演算された周波数特性に基づいて、前記周波数特性補正部により前記テスト信号の振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する係数演算部と、
を備え、
前記テスト信号生成部は、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限のうち少なくとも２つの象限において、信号の軌跡を比較した場合に、非対称であるテスト信号を生成し、
前記テスト信号生成部は、所定の周波数範囲において前記テスト信号の周波数をスイープし、
前記周波数特性演算部は、前記テスト信号の各角周波数成分に基づく各包絡線信号から各複素数データを抽出し、
前記係数演算部は、前記周波数特性演算部により抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算する送信機。
請求項１に記載の送信機であって、
前記テスト信号生成部は、ＩＱ平面において所定量オフセットされ、基準軸に対して対称であり、前記信号の軌跡を示す線上を回転するテスト信号を生成する送信機。
請求項１に記載の送信機であって、
前記テスト信号は、前記信号の軌跡を示す線上を定速度によって回転する信号である送信機。
請求項２に記載の送信機であって、
前記テスト信号生成部は、ＩＱ平面において所定量オフセットされた円上を回転するテスト信号を生成する送信機。
請求項４に記載の送信機であって、
前記テスト信号は、前記ＩＱ平面において所定量オフセットされた円上を定速度によって回転する信号である送信機。
請求項１に記載の送信機であって、
前記係数演算部は、前記補正係数として、前記複素数データの逆数を演算する送信機。
請求項１に記載の送信機であって、
前記係数演算部は、前記複素数データの位相特性と線形位相特性との差分と、前記複素数データの振幅特性と、に基づいて、前記補正係数を演算する送信機。
請求項１に記載の送信機であって、更に、
前記補正係数を記憶する記憶部を備え、
前記係数演算部は、各補正係数の演算を反復し、前記記憶部に記憶された各補正係数を
更新する送信機。
請求項８に記載の送信機であって、
前記係数演算部は、
前記周波数特性演算部により抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算するための係数を演算し、
前記係数演算部は、前記記憶部に記憶された各補正係数に前記係数演算部により演算された係数を重みづけして加算した結果により、前記記憶部に記憶された各補正係数を更新する送信機。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の送信機であって、
前記周波数特性補正部は、
前記テスト信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する変換部と、
前記周波数領域の信号と前記係数演算部により演算された係数とを乗算する乗算部と、
前記乗算部から出力された信号を周波数領域の信号から時間領域の信号へ変換する逆変換部と、
を備える送信機。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の送信機であって、
前記周波数特性演算部は、前記包絡線信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する変換部を備える送信機。
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の送信機であって、更に、
ベースバンド信号を生成するベースバンド信号生成部と、
前記変調信号を送信する送信部と、
を備え、
前記周波数特性補正部は、前記係数演算部により演算された補正係数に基づいて前記ベースバンド信号を補正し、前記補正信号を生成する送信機。
テスト信号を生成するテスト信号生成部と、
前記テスト信号生成部により生成されたテスト信号の振幅特性及び位相特性を補正する周波数特性補正部と、
前記周波数特性補正部により補正された補正信号が変調された変調信号の包絡線信号の周波数特性を演算する周波数特性演算部と、
前記周波数特性演算部により演算された周波数特性に基づいて、前記周波数特性補正部により前記テスト信号の振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する係数演算部と、
を備え、
前記テスト信号生成部は、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限のうち少なくとも２つの象限において、信号の軌跡を比較した場合に、非対称であるテスト信号を生成し、
前記テスト信号生成部は、所定の周波数範囲において前記テスト信号の周波数をスイープし、
前記周波数特性演算部は、前記テスト信号の各角周波数成分に基づく各包絡線信号から各複素数データを抽出し、
前記係数演算部は、前記周波数特性演算部により抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算する信号生成装置。
テスト信号を生成するテスト信号生成ステップと、
前記生成されたテスト信号の振幅特性及び位相特性を補正する周波数特性補正ステップと、
前記補正された補正信号が変調された変調信号の包絡線信号の周波数特性を演算する周波数特性演算ステップと、
前記演算された周波数特性に基づいて、前記テスト信号の振幅特性及び位相特性を補正するための補正係数を演算する係数演算ステップと、
を有し、
前記テスト信号生成ステップでは、ＩＱ平面上の第１象限から第４象限のうち少なくとも２つの象限において、信号の軌跡を比較した場合に、非対称であるテスト信号を生成し、
前記テスト信号生成ステップでは、所定の周波数範囲において前記テスト信号の周波数をスイープし、
前記周波数特性演算ステップでは、前記テスト信号の各角周波数成分に基づく各包絡線信号から各複素数データを抽出し、
前記係数演算ステップでは、前記抽出された各複素数データに基づいて、各補正係数を演算するキャリブレーション方法。