JP5992072B2 - Ｆｄｄ受信機における３次歪の相互変調のキャンセル - Google Patents

Description

本発明は無線デバイスに関し、より詳細には、受信機における３次相互変調歪をキャンセルするシステム及び方法に関する。

無線通信システムの利用が急速に伸びている。さらに、無線通信技術は、音声のみの通信から、インターネットやマルチメディア・コンテンツの様な、データ伝送をも含むように進化している。よって、無線通信の改良が望まれている。特に、無線セルラ通信で使用される基地局や中継局と同様に、例えば、セルラ・フォンの様な無線デバイスといった、ユーザ装置（ＵＥ）での送信及び受信信号の正確さを確実にすることが重要である。さらに、ＵＥデバイス内の多くの機能により、ＵＥデバイスの電池寿命に多くの負荷が課せられている。よって、改良された通信のための送受信能力をＵＥデバイスが良好に維持することを可能にしながら、ＵＥデバイスの設計において、必要とする電力を削減することも重要である。

ＵＥデバイス、基地局及び中継局に含まれる、ＲＦ（無線周波数）トランシーバの消費電力は、典型的には、受信（ＲＸ）パスにあるＡＤＣの入力での信号の忠実性の関数である。受信機は、典型的には、感度レベルでの雑音指数を最適化する様に設計され（より多くの電力が必要）、その場合には線形性は重要ではない。高い信号レベルにおいて、受信機は、典型的には、線形性が最適化される様に動作され（より多くの電力が必要）、その場合、雑音指数に対する条件は緩和される。最悪のシナリオにおいて、２つの設計要求（雑音指数及び線形性）を同時に扱うことが期待される。これは、（感度に近い）弱い信号が２つのブロッカーがある中で受信されるＦＤＤ（周波数分割復信）の場合である。ＬＴＥ（ロング・ターム・リボリューション）システムにおいて、第１のブロッカーは、送信（ＴＸ）漏洩であり、第２のブロッカーは、連続波（ＣＷ）ブロッカーである。このシナリオでは、その信号の弱さより、ＲＸパスの低雑音増幅器（ＬＮＡ）と、特に、ＲＸパスのミキサに対して厳しい線形性要求が課され、ＬＮＡには、ブロッカーの雑音指数によるＲＸ信号の劣化を最小に維持するために十分な利得を提供することが求められる。つまり、ＬＮＡは、ブロッカー雑音指数の劣化を最小に維持することが期待される。

よって、ＬＴＥにおいて相互変調歪を効果的にキャンセル、より詳しくは、ＬＴＥ信号伝送における３次相互変調歪（ＩＭ３）を効果的にキャンセルし、無線通信システムの改良したパフォーマンス及び消費電力を提供することが望まれている。

開示する様々な実施形態は、高い線形性の受信機（最も良い雑音指数を維持しながら）を設計する複雑さと、デジタル領域で３次相互変調歪（ＩＭ３）による生成物をキャンセルする手段とのトレードオフである。ＩＭ３キャンセル回路／システムの基本的な構成ブロックは、プログラム可能な有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタを含み得る。デジタル信号処理は、技術に良くスケールするので、このアプローチは、少なくとも高い線形性の受信機の設計負荷を取り除くことで、電力消費の観点から利益をもたらす。現在のシステム及び方法は、２次相互変調ノイズ（ＩＭ２）のキャンセルに取り組んでいる。しかしながら、２次入力遮断点（ＩＩＰ２）は、キャリブレーション及び注意深い設計により改良でき、よって、高いＩＩＩＰ２を達成することで、必ずしも高い電力消費を招かない。本明細書で開示する新規のＩＭ３キャンセル・システム及び方法の実施形態は、少なくともデジタル領域でＩＭ３を除去する点で現在の技術とは異なる。

よって、本明細書で開示する実施形態は、デジタル領域でＩＭ３（３次相互変調）歪キャンセルを実行することにより最適な受信機の感度レベルで動作する非線形受信機に関する。歪キャンセルは、非常に低い電力の所望信号を、２つの強いブロッカー、特に、対応する歪帯域において送信漏洩が連続波（ＣＷ）ブロッカーと相互変調するときにおいて、動作中における受信機の線形性を改良する。トランシーバ・パスの様々な部分、つまり、送信（ＴＸ）パスと、受信（ＲＸ）パスのＡＤＣ（アナログ・デジタル変換器）までのＲＸパスは、プログラム可能なフィルタ要素によりモデル化され得る。プログラム可能なフィルタ要素の使用と、３次相互変調誤差を複製する誤差生成機能により、３次相互変調誤差を示すレプリカ信号が第２パスで生成され得る。レプリカ誤差信号は、その後、フィルタされ、受信信号の相互変調ノイズをキャンセルするために使用される。

実施形態の１つのセットにおいて、デジタルＴＸフィルタ、アナログＴＸフィルタ、及び、デュプレクサの送信フィルタ（ＴＦ）で導入される周波数選択性を補償するために、送信等化器が使用される。デジタルＲＸフィルタ、及び、アナログＲＸフィルタで導入される周波数選択性を補償するために、受信等化器が使用される。周波数選択性は、キャリブレーションにより特定され得る。ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタが、任意の時間的に変動するアナログ伝達関数特性に適合させるために使用される。関数ＩＭ３（Ｉ，Ｑ）は、３次歪信号を示すレプリカ信号を提供するために使用され、フィルタの係数は、信号統計値に基づくバッチ処理及び／又はＬＭＳ（最小二乗平均）適合により決定される。

トランシーバ・デバイスは、よって、ベースバンド信号に基づき変調された送信信号を生成する送信パスと、連続波ブロッカーと送信パスからの送信漏洩との相互変調により生じる相互変調ノイズによる３次歪の影響を受けた受信信号を受信する受信パスと、を備えている。トランシーバは、さらに、送信パス及び受信パスの部分をモデル化し、指定された関数と、送信パス及び受信パスのモデル化された部分とに少なくとも従い、３次歪を示すレプリカ信号を生成し、レプリカ信号をフィルタし、相互変調ノイズによる３次歪を除去するために、フィルタされたレプリカ信号を受信信号から減ずる補償パスを備えている。

補償パスは、送信パス及び受信パスの指定された部分をモデル化するプログラム可能な部品で構成され得る。さらに、補償パスの有限インパルス応答フィルタが、レプリカ信号をフィルタするために使用され得る。有限インパルス応答フィルタの係数は、信号統計値に基づくバッチ処理及び／又は最小二乗平均適合により決定され得る。さらに、有限インパルス応答フィルタは、総ての時間的に変動するアナログ伝達特性に適合するために使用され得る。少なくとも１つの実施形態において、補償パスは、デジタル送信フィルタ、アナログ送信フィルタ、及び、デュプレクサの送信機能により送信パスにもたらされる周波数選択性を補償するための送信等化器を備えている。補償パスは、１つ以上のデジタル受信フィルタ、及び、１つ以上のアナログ受信フィルタにより受信パスにもたらされる周波数選択性を補償する受信等化器も備えることができる。送信パス及び受信パスに導入される周波数選択性は、共にキャリブレーション法により特定され得る。

実施形態の１セットにおいて、無線周波数（ＲＦ）信号を送信及び受信する様々な通信デバイス（例えば、移動デバイス、中継局又は基地局の様な）は、処理デバイスが実行可能であり、通信デバイスに、ＲＦ信号を受信させ、受信したＲＦ信号から、連続波ブロッカーと送信漏洩との相互変調により生じる相互変調ノイズによる３次歪により影響を受けたベースバンド信号を導出させる、命令を格納する不揮発性メモリ・デバイスを含み得る。命令は、実行されると、通信デバイスに、指定された関数と、通信デバイスの指定されたトランシーバ部のモデルとに少なくとも従い３次歪を示すレプリカ信号をさらに生成させ、通信デバイスに、レプリカ信号をフィルタさせ、相互変調ノイズにより生じる３次変調歪を除去するために、フィルタされたレプリカ信号を導出されたベースバンド信号からさらに減じさせる。

命令は、さらに実行可能であり、少なくとも、通信デバイスに移動デバイスのトランシーバ部の部分に少なくとも導入される周波数選択性を補償させる。レプリカ信号は、導出されたベースバンド信号に影響している３次歪とは相関し、導出されたベースバンド信号の所望部分とは相関しない。さらに、命令は、さらに実行可能であり、通信デバイスに、導出されたベースバンド信号から、レプリカ信号から推定される導出されたベースバンド信号の部分を削除することを試みさせる。

このサマリは、本明細書で記述する主題の側面の基本的な理解を提示する幾つかの典型的な実施形態の要約を目的とする。よって、上述した特徴は、単なる例であり、何らかの方法により本明細書で開示する主題の範囲又は精神を狭くすると解釈すべきではない。本明細書で開示する他の特徴、側面、主題は、以下の詳細な説明、図面及び特許請求の範囲により明らかになる。

本発明のより良い理解は、以下の実施形態の詳細な記述と以下の図面を考慮することで得られる。

一実施形態によるユーザ装置（ＵＥ）例を示す図。 ＵＥが基地局と通信する無線通信システム例を示す図。 一実施形態による基地局の例示的なブロック図。 一実施形態によるＵＥの例示的なブロック図。 直接変換周波数分割複信トランシーバの一実施形態を示す論理図。 ＬＴＥ標準で示される帯域外ブロッキング仕様を示す表。 送信漏洩と連続波ブロッカーとの相互変調から生じる３次相互変調歪のメカニズムを示す周波数ダイアグラム。 送信漏洩、連続波ブロッカー、及び、送信漏洩と連続波ブロッカーとの相互変調により影響を受けた受信信号を示す周波数ダイアグラム。 ３次相互変調歪キャンセルを行うトランシーバの一実施形態を示す制御ダイアグラム。 受信信号から３次相互変調歪ノイズを除去するために使用する適応フィルタの係数を決定するための、最小二乗平均適合の使用を示す制御ダイアグラム。 受信信号の３次相互変調ノイズをキャンセルする方法の一実施形態のフロー図。

本発明には種々の修正が可能であり、置換形態が存在し、図面及び以下の詳細な記載による特定の実施形態は単なる例示である。図及び詳細な説明は、開示される特定の形態に本発明を限定するものではなく、これらは、特許請求の範囲で定義される本発明の精神及び範囲内にある総ての修正、均等物及び置換物をカバーすることを意図している。

略語
以下の略語が本開示で使用される。
ＬＴＥ：ロング・ターム・エボリューション
ＲＡＴ：無線アクセス技術
ＴＸ：送信
ＲＸ：受信
ＲＦ：無線周波数
ＵＬ：アップリンク
ＤＬ：ダウンリンク
ＣＷ：連続波
ＩＭ３：３次相互変調歪
ＩＩＰ３：３次入力遮断点

用語
本明細書において使用する用語を以下に示す。

ユーザ装置（ＵＥ）（又は"ＵＥデバイス"）
無線通信を実行し、可搬又は携帯可能な様々なタイプのコンピュータ・システム・デバイス。ＵＥデバイスの例は、携帯電話、スマートフォン（例えば、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標）、アンドロイド（登録商標）に基づく電話）、携帯型ゲーム機（例えば、任天堂ＤＳ（登録商標）、プレイステーションポータブル（登録商標）、ゲームボーイアドバンス（登録商標）、ｉＰｈｏｎｅ（登録商標））、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、可搬型インターネット・デバイス、音楽プレイヤー、データ記憶装置、他のハンドヘルド・デバイス、および、リストウォッチ、ヘッドフォン、ペンダント、イヤーピース等の様なウェアラブル・デバイスを含む。一般的に、用語"ＵＥ"又は"ＵＥデバイス"は、ユーザが容易に持ち運ぶことができ、無線通信能力のある、任意の電子、計算、及び／又は、通信デバイス（又はそれらの組み合わせ）を含むものとして広義に定義される。

基地局
用語"基地局"は、その通常の意味であり、少なくとも、固定位置に設置され、無線電話システム又は無線システムの部分として通信に使用される無線通信局を含む。

自動的
動作又は工程を特定する或いは実行する直接的なユーザ入力なしに、コンピュータ・システム（例えば、コンピュータ・システムによって実行されるソフトウェア）又はデバイス（例えば、回路、プログラム可能なハードウェア要素、ＡＳＩＣ等）によって実行される動作又は工程を意味する。この様に、用語"自動的"は、ユーザによって手動で実行又は特定される動作に対比され、そこでは、ユーザが、直接的に、その動作を実行する入力を与える。自動的な処理は、ユーザが与える入力により開始されるかもしれないが、"自動的"に実行されるその後の動作をユーザは特定しない、つまり、実行する各動作をユーザが特定する"手動"では実行されない。例えば、各フィールドを選択し、情報を特定する入力を与えることで（例えば、情報をタイプすることで、チェック・ボックスやレディオ・ボタン等を選択することで）電子フォームに記入したユーザは、ユーザの行動によりコンピュータ・システムがフォームを更新しなければならないとしても、手動でフォームに記入している。コンピュータ・システム（例えば、コンピュータ・システムで実行されるソフトウェア）がフォームのフィールドを分析し、フィールドに対する答えを特定するユーザ入力なしにフォームに記入するコンピュータ・システムによって、フォームは自動的に記入され得る。上述した様に、ユーザは、フォームの自動記入を開始するかもしれないが、ユーザは、実際のフォームの記入は行わない（例えば、ユーザは、フィールドの答えを手動で特定せず、それらは、自動的に埋められる）。本明細書は、ユーザが取った行動の応答として自動的に実行される動作の種々の例を提供する。

図１−ユーザ装置
図１は、ユーザ装置（ＵＥ）１０６の一実施形態を示している。用語ＵＥ（又はＵＥデバイス）１０６は、前に定義した様な種々のデバイスの任意のものであり得る。ＵＥデバイス１０６は、種々の材質のいずれかで形成され得るハウジング１２を含み得る。ＵＥ１０６は、静電容量方式のタッチ電極を備えたタッチ・スクリーンであり得るディスプレイ１４を含み得る。ディスプレイ１４は、種々のディスプレイ技術のいずれかに基づくものであり得る。ＵＥ１０６のハウジング１２は、ホーム・ボタン１６、スピーカ・ポート１８、並びに、データ・ポートや、ボリューム・ボタン、リンガ・ボタンといった他の可能な種類のボタンの様な他の要素（図示せず）といった、種々の要素のいずれかのための開口部を含える。

ＵＥ１０６は、１つ以上のアンテナを含み得る。ＵＥ１０６は、１つ以上の送信チェイン（ＴＸチェイン）及び１つ以上の受信チェイン（ＲＸチェイン）の種々の組み合わせの様な、種々の無線構成のいずれかも含み得る。例えば、ＵＥ１０６は、２つ以上のＲＡＴをサポートする無線部を含み得る。無線部は、単一ＴＸ（送信）チェインと、単一ＲＸ（受信）チェインと、を含み得る。代わりに、無線部は、単一ＴＸ（送信）チェインと、同じ周波数で動作する２つのＲＸ（受信）チェインを含み得る。他の実施形態において、ＵＥ１０６は、２つ以上の無線部、つまり、２つ以上のＴＸ／ＲＸチェイン（２つ以上のＴＸチェイン及び２つ以上のＲＸチェイン）を含む。

本実施形態において、ＵＥ１０６は、デジタル領域において３次相互変調歪のキャンセルを実行することによって、適切な受信機の感度レベルで動作する非線形受信機を含んでいる。歪のキャンセルは、２つの強いブロッカーが存在している中で非常に低い電力の所望信号を復調するとき、特に、送信漏洩が連続波ブロッカーと相互変調されるとき、動作中における受信機の線形性を改良する。送信パスと、受信パスのアナログ・デジタル変換器までの受信パスの様々な部分は、プログム可能な構成要素としてモデル化され得る。プログラム可能な部品と、３次相互変調誤差を複製する誤差関数が、補償パスを介して、３次相互変調誤差を示すレプリカ信号を生成するために使用される。レプリカ信号は、フィルタされ、受信したベースバンド信号から相互変調ノイズをキャンセルするために使用され得る。

図２−通信システム
図２は、例示的な（及び簡略化した）無線通信システムを示している。図２のシステムは可能なシステムの単なる一例であり、実施形態は必要に応じて種々のシステムのいずれかに実装され得る。

図示する様に、例示的な無線通信システムは、基地局１２への伝送媒体又はネットワークを介して通信するＵＥ１０６を含んでいる。基地局１２は、基地送受信局（ＢＴＳ）又はセル・サイトであり、ＵＥ１０６との無線通信を可能にするハードウェを含み得る。基地局１０２及びＵＥ１０６は、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ（ＷＣＤＭＡ）、ＬＴＥ、ＬＴＥアドバンス（ＬＴＥ−Ａ）、３ＧＰＰ２ ＣＤＭＡ２０００（例えば、１ｘＲＴＴ、１ｘＥＶ−ＤＯ、ＨＲＰＤ、ｅＨＲＰＤ）、ＩＥＥＥ８０２．１１（ＷＬＡＭ又はＷｉ−Ｆｉ）、ＩＥＥＥ８０２.１６（ＷｉＭＡＸ）等の、種々の無線アクセス技術（ＲＡＴ、無線通信技術又は通信標準としても参照され得る）のいずれかを使用し、送信媒体上で通信する様に構成され得る。

図３−基地局の詳細
図３は、基地局１０２の例示的なブロック図である。図３の基地局は、可能な基地局の単なる一例である。図示する様に、基地局１０２は、基地局１０２のためのプログラム命令を実行し得るプロセッサ５４４を含み得る。プロセッサ５４４は、プロセッサ５４４からアドレスを受信し、そのアドレスをメモリ（例えば、メモリ５６０及び読出し専用メモリ（ＲＯＭ）５５０）又は他の回路若しくはデバイスの位置に変換する様に構成されたメモリ管理部（ＭＭＵ）５４０に接続され得る。

基地局１０２は、少なくとも１つのネットワーク・ポート５７０を含み得る。ネットワーク・ポート５７０は、電話ネットワークに接続する様に構成され、上述した様に、ＵＥデバイス１０６の様なデバイスの複数に、電話ネットワークへのアクセスを提供する。

ネットワーク・ポート５７０（又は、追加のネットワーク・ポート）は、セルラ・サービス・プロバイダのコア・ネットワークの様な、セルラ・ネットワークに接続される様に構成され得る。コア・ネットワークは、ＵＥ１０６の様なデバイスの複数に、移動関連サービス及び／又は他のサービスを提供し得る。幾つかの場合において、ネットワーク・ポート５７０は、コア・ネットワークを介して電話ネットワークに接続し、或いは、コア・ネットワークは、電話ネットワークを提供する（例えば、セルラ・サービス・プロバイダによってサービスされる他のＵＥデバイス１０６と）。

基地局１０２は、少なくとも１つのアンテナ５３４を含み得る。少なくとも１つのアンテナ５３４は、無線送受信機として動作する様に構成され、無線部５３０を介してＵＥデバイス１０６と通信する様に構成され得る。アンテナ５３４は、通信チェイン５３２を介して無線部５３０と通信する。通信チェイン５３２は、受信チェイン、送信チェイン、或いは、その両方であり得る。無線部５３０は、ＬＴＥ、ＧＳＭ、ＷＣＭＡ，ＣＤＭＡ２０００を含むがこれらに限定されない種々のＲＴＡにより通信する様に構成され得る。

基地局１０２のプロセッサ５４４は、例えば、メモリ媒体（例えば、一時的ではないコンピュータ可読記憶媒体）に格納されたプログラム命令を実行することにより、ここに記述する方法の一部又は総てを実行する様に構成され得る。代わりに、プロセッサ５４４は、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、ＡＳＩＣ（アプリケーション特定集積回路）、或いは、それらの組み合わせの様な、プログラム可能なハードウェアとして構成され得る。

図４−ＵＥの詳細
図４は、ＵＥ１０６の簡略化したブロック図の例である。図示する様に、ＵＥ１０６は、種々の目的のための部分を含み得るシステム・オン・チップ（ＳＯＣ）４００を含み得る。ＳＯＣ４００は、ＵＥ１０６の種々の他の回路に接続され得る。例えば、ＵＥ１０６は、様々な種類のメモリ（例えば、ＮＡＮＤフラッシュ４１０を含む）、コネクタ・インタフェース４２０（例えば、コンピュータ・システム、ドック、充電器等に接続するため）、ディスプレイ４６０、ＬＴＥ、ＧＳＭ等のセルラ通信回路４３０及び短距離無線通信回路４２９（例えば、ブルートゥース及びＷＬＡＮ回路）を含み得る。ＵＥ１０６は、さらに、１つ以上のＵＩＣＣ（ユニバーサル集積回路カード）３１０の様な、ＳＩＭ（加入者識別モジュール）機能を含む、１つ以上のスマート・カード３１０を含み得る。セルラ通信回路４３０は、１つ以上のアンテナ、好ましくは、図示する２つのアンテナ４３５及び４３６に接続され得る。短距離無線通信回路４２９は、アンテナ４３５及び４３６の１つ又は両方に接続され得る（この接続は図の簡略化のため示していない）。

図示する様に、ＳＯＣ４００は、ＵＥ１０６のためのプログラム命令を実行し得るプロセッサ４０２と、グラフィック処理を実行しディスプレイ４６０にディスプレイ信号を提供し得るディスプレイ回路４０４を含み得る。プロセッサ４０２は、プロセッサ４０２からアドレスを受信し、そのアドレスをメモリ（例えば、メモリ４０６及び読出し専用メモリ（ＲＯＭ）４５０、ＮＡＮＤフラッシュ・メモリ４１０）又は、ディスプレイ回路４０４、セルラ通信回路４３０、短距離無線通信回路４２９、コネクタＩ／Ｆ４２０及び／又はディスプレイ４６０といった、他の回路若しくはデバイスの位置に変換する様に構成されたメモリ管理部（ＭＭＵ）４４０に接続され得る。ＭＭＵ４４０は、メモリ保護及びページ・テーブル変換若しくはセットアップを実行する様に構成され得る。幾つかの実施形態において、ＭＭＵ４４０は、プロセッサ４０２の部分に含まれ得る。上述した様に、ＵＥ１０６は、以下に詳細を説明する様に、３次相互変調ノイズのキャンセレーションを実行する様に設計され得る。

ここに述べる様に、ＵＥ１０６は、３次相互変調ノイズ・キャンセルの様な、改良された通信のための機能を実行するハードウェア及びソフトウェア構成要素を含み得る。ＵＥ１０６は、３次相互変調ノイズをキャンセルすることに関連した動作の総て又は幾つかを実行するデジタル論理回路を含み得る。デジタル論理回路は、ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）、ＡＳＩＣ（アプリケーション特定集積回路）、一般的な目的のためのプロセッサ、或いは、それらの組み合わせの様な、個別のデジタル論理回路として実装され得る。

図５、６、７及び８−３次相互変調歪（ＩＭ３）により影響を受けるトランシーバ・システム
図５は、一実施形態による、例えば、ＵＥ１０６の部分であり得るトランシーバ・システム７００を示している。より詳しくは、図５は、従来技術による直接変換周波数分割複信（ＦＤＤ）トランシーバの論理／制御ダイアグラムを示している。図５は、所望ＲＸ信号７０４、連続波ブロッカー（ＣＷ）信号７０１及び送信漏洩信号７０４の簡略化した周波数ダイアグラム７６０も示し、これら信号の相互変調は、アンテナ７０６で受信し、デュプレクサ７０８を経由してＲＸパス７６２に至る受信信号にＩＭ３を生じさせる。図５に示す様に、ＴＸパス７６４は、デジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）７３２及び７４２それぞれでベースバンド信号（Ｉ及びＱ成分）を受信する。Ｉ及びＱ信号は、それぞれ、ミキサ７３６及び７３８で変調される前に、ローパス・フィルタ（ＬＰＦ）７３３及び７４４でローパス・フィルタされる。位相ロックループ（ＰＬＬ）７４０は、直交変調を実行するために使用される位相シフタ７３７と共に、変調を実行するためにミキサにより使用される局所発振（ＬＯ）信号を生成するために使用される。変調されたＲＦ ＴＸ信号は、電力増幅器（ＰＡ）７４８に出力され、ＰＡ７４８は、増幅したＴＸ信号をアンテナから送信するためにデュプレクサ７０８に出力する。

ＲＸパス７６２は、アンテナ７０６からデュプレクサ７０８を介してＲＦ ＲＸ信号を受信する。ＲＦ ＲＸ信号は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）７１０に入力され、増幅されたＲＦ ＲＸ信号は、直交ミキサ７１２及び７２４でダウンミックスされる。直交ミキサ７１２及び７２４は、ＰＬＬ７２２からＬＯ信号を受信し、直交復調のために、ＬＯ信号は、シフタ７２０で位相がシフトされる。結果として得られる信号は、それぞれ、ＬＰＦ７１４及び７２６でローパス・フィルタされ、ベースバンド信号Ｉ及びＱを生成するために、アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）７１８及び７３０にそれぞれ出力される。図５に示す様に、ＴＸパス７６４からＲＸパス７６２へのＴＸ漏洩が生じている（例えば、デュプレクサ７０８のＴＸ／ＲＸポート間の不完全な分離により）。ＴＸ漏洩信号は、ＣＷブロッカーと相互変調し、ＲＸパス７６２のＲＸ信号にＩＭ３を生じさせ、所望の歪の無いＲＸ信号をトランシーバが得ることを妨害する。

図６、７及び８に、ＩＭ３のメカニズムと影響を示す。ＬＴＥ標準は、参考として図６に示す表に少なくとも部分的に要約される、帯域外ブロッキング仕様を提示する。図７は、送信漏洩と連続波ブロッカーとの相互変調により生じる３次相互変調歪のメカニズムを示す周波数ダイアグラムであり、例として、バンド５と帯域外３次遮断点（ＩＩＰ３）を示している。バンド５であるとすると、複信の分離は４５ＭＨｚである。レンジ３の与干渉（図６の表７．６．１−２を参照）であると仮定すると、ＴＸ信号及びＣＷ信号の周波数は、ＴＸ信号の周波数をω_ｔｘ、ＲＸ信号の周波数をω_ｒｘ、ＣＷ信号の周波数をω_ｃｗと表現すると、それぞれ、ω_ｔｘ＝ω_ｒｘ−４５ＭＨｚ、ω_ｃｗ＝ω_ｔｘ−４５ＭＨｚであり、よって、２ω_ｔｘ−ω_ｃｗ＝ω_ｒｘとなる。（曲線５２０で示す）帯域外ＩＰＰ３は、デュプレクサ（例えば、デュプレクサ７０８）の漏洩と、デュプレクサの帯域外フィルタに依存する。図７に示す様に、ＣＷ信号５０２は、ＴＸ周波数（Ｆ_ＴＸ）に対して４５ＭＨｚのオフセットが生じ、ＴＸ周波数には、ＲＸ周波数（ＦＲＸ）に対して４５ＭＨｚのオフセットが生じる。帯域外ＩＩＰ３は、ＵＬ帯域５０４及びＤＬ帯域５０６に対して示されている。

図８は、所望のＲＸ信号に対して不利に影響するＩＭ３を強調した、種々の信号の周波数スペクトラムを示している。非線形受信機（例えば、上述し、かつ、図５に示すＬＮＡ、ミキサ、ベースバンド処理部等）は、強いブロッカー（ＴＸ漏洩及びＣＷブロッカー）に影響を受けやすい。自己生成されたＩＭ３成分は、図８に示す様に所望のＲＸ信号を圧倒する。ダイアグラム６００は、ＣＷ、送信漏洩、ＲＸ信号を示し、ダイアグラム６５０は、ＲＸ信号へのＩＭ３の影響を示し、変調の間（例えば、直交位相シフト・キーイング変調）、ＴＸ漏洩とＣＷブロッカーとの相互変調により生じる歪６５４は、ＲＸ信号を圧倒している。きれいで正確なＲＸ信号を得て所望のベースバンド信号を正確に復元するために、このＩＭ３をキャンセルすることが望まれる。

ＩＭ３のキャンセルを達成するために、例えば図５に示すトランシーバ７００といった、トランシーバの様々な部分及び／又は構成要素は、有用な信号モデルを得るために数学的にモデル化され得る。ＴＸ信号は、
ｓ_ｔｘ（ｔ）＝Ｉ_ｔｘ（ｔ）＋ｊＱ_ｔｘ（ｔ）
と表される。
ｈ_ｔｘ、ｈ_{Ｉ，ｌｐｆ＿ｔｘ}，ｈ_{Ｑ，ｌｐｆ＿ｔｘ}，ｈ_{Ｉ，ｄｕｐ}，ｈ_{Ｑ，ｄｕｐ}を、それぞれ、デジタル送信フィルタ、アナログＬＰＦフィルタ及びデュプレクサのベースバンド等価フィルタ・インパルス応答とする。ＬＮＡ入力部でのＴＸ漏洩のベースバンド等価モデルは、

で表される。

Ｓ_{ｔｘ−ｒｘ}をＴＸパスからＲＸパスへのデュプレクサ分離とし、Ｓ_ｔｘ（ω）を、周波数の関数である、ＲＸポートでのデュプレクサの減衰とする。その場合、ＬＮＡ入力部（例えば、図５のＬＮＡ７１０の入力部）での全体の信号は、

と表される。

ブロッカー信号の信号モデルは、以下の様にモデル化される。
非線形モデルを考慮：
ｙ（ｔ）＝α_１・ｗ（ｔ）＋α_２・ｗ（ｔ）^２＋α_３・ｗ（ｔ）^３
ｗ_１（ｔ）、ｗ_２（ｔ）を、周波数ω_１＝ω_ｔｘのＴＸ漏洩変調信号及び周波数ω_２＝ω_ｔｘ−ΔωのＣＷトーンとする。ｚ（ｔ）、ｖ（ｔ）を複素包絡線とする。合計の信号ｗ（ｔ）は、複素包絡線で表現される。

３次非線形項ｗ（ｔ）^３に注目すると、以下の式となる。

注目すべきは、ＲＸの帯域ω_ｒｘ＝ω_ｔｘ＋Δωにある相互変調成分である、ω_１＝ω_ｔｘであり、ω_２＝ω_ｔｘ−Δωであるので、注目すべき相互変調成分は２ω_１−ω_２＝ω_ｒｘである。周波数２ω_１−ω_２＝ω_ｒｘでのＩＭ３成分は、

である。ｚ（ｔ）はＴＸ漏洩（変調信号）であり、ｖ（ｔ）はＣＷブロッカーを示しているので、
ｚ（ｔ）＝Ｉ_ｔｘ＋ｊＱ_ｔｘ＝ａ_Ｉ＋ｊａ_Ｑ、ｖ（ｔ）＝ｅ^ｊΦ＝β_Ｉ＋ｊβ_Ｑ
とする。よって、ＩＭ３は
ＩＭ_３Ｉ∝ａ_Ｉ ^２ｃｏｓ（φ）＋２ａ_Ｉａ_Ｑｓｉｎ（φ）−ａ_Ｑ ^２ｃｏｓ（φ）
ＩＭ_３Ｑ∝ａ_Ｉ ^２ｓｉｎ（φ）＋２ａ_Ｉａ_Ｑｃｏｓ（φ）−ａ_Ｑ ^２ｓｉｎ（φ）
となる。

図９−ＩＭ３キャンル機能を備えたトランシーバ
上述した記載とモデル化に基づく、ＩＭ３キャンル構成の様々な実施形態を考えることができるが、ここでは、３次相互変調歪（ＩＭ３）成分はデジタル領域でキャンセルされる。図９は、デジタル領域でＩＭ３キャンセルを行う構成を備えた新規トランシーバ１１００の一実施形態の基本的なブロック図である。図９では、簡略化のため、ＩＭ３キャンセルの動作を説明するのに必要な構成要素のみを示し、完全な構成要素を示してはいない。さらに、トランシーバ１１００の様々な部分は、図５に示すトランシーバ７００の部分に対応している。例えば、ＴＸパス１１６４は、同様のＴＸパス７６４に対応し、ＴＸパス１１６４内の対応する構成要素には、同様のラベルを付与する。同様に、ＲＸパス１１６２は、同様のＲＸパス７６２に対応し、ＲＸパス１１６２内の対応する構成要素には、同様のラベルを付与する。

図９に示す様に、トランシーバ１１００は、アンテナ１１２６で受信しＬＮＡ１１２８を介してＲＸパス１１６２に至る受信信号から導出されるベースバンド信号に存在し得るＩＭ３をキャンセルするために使用される補償パスを有している。補償パスは、一組のＴＸ等化器１１０２及び１１０４と、レプリカ生成機能１１１０と、一組のＲＸ等化器１１０６及び１１０８と、タイミング・リカバリ・ブロック１１１２及び１１１４と、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタ１１１８及び１１２０と、計算フィルタ１１１６と、加算ノード１１２０及び１１２２と、を備えている。ＴＸ等化器１１０２及び１１０４は、ＴＸパス１１６４のＩ及びＱパスのデジタルＴＸフィルタ（ＬＰＦＤ）及びアナログＴＸフィルタ（ＬＰＦＡ）によりもたらされる周波数選択性と、デュプレクサの送信フィルタ（１１３０のＴＦ）によりもたらされる周波数選択性を補償するために使用される。ＲＸ等化器１１０６及び１１０８は、ＲＸパス１１６２のＩ及びＱパスのデジタルＲＸフィルタ（ＬＰＦＤ）及びアナログＲＸフィルタ（ＬＰＦＡ）で導入される周波数選択性を補償するために使用される。周波数選択性は、キャリブレーションにより特定され得る。ＦＩＲフィルタ１１１８及び１１２０は、時間的に変動するアナログ伝達関数特性に適合するために使用される。関数（機能）ＩＭ_３（Ｉ，Ｑ）（上述した関数ＩＭ_３Ｉ及び関数ＩＭ_３Ｑを実行）１１１０は、（上述した）ＴＸ漏洩信号とＣＷブロッカーとの相互変調により、（ＲＸ信号から導出される）ベースバンド信号に存在する３次歪信号を示すレプリカ信号を提供／生成するために使用され得る。タイミング・リカバリ部１１１２及び１１１４は、ＲＸパス１１６２を経由したＲＸ信号の伝搬遅延を補償するために使用される。プログム可能なフィルタ１１１８及び１１２０は、ＲＸ Ｉ信号及びＲＸ Ｑ信号それぞれのＩＭ３をキャンセルするために、Ｉ及びＱ成分の補償信号を生成するために使用される。ＦＩＲフィルタ１１１８及び１１２０の係数は、信号統計値に基づくバッチ処理、及び／又は、計算フィルタ・ブロック１１１６でのＬＭＳ（最小二乗平均）適合により決定される。計算された係数は、ＦＩＲフィルタ１１１８及び１１２０がノイズの正確な表現を生成できる様に、ＦＩＲフィルタ１１１８及び１１２０に送られ、ＲＸ信号（ＲＸ Ｉ及びＲＸ Ｑ）からノイズが引かれ得る。

例えば、実施形態の１セットにおいて、動作中に収集された信号統計値に基づくバッチ処理は、ＦＩＲフィルタ１１１８及び１１２０のフィルタ係数を決定するために使用され得る。（５タップの）フィルタ係数が、ｃ＝［ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４，ｃ５］^Ｔであるものとすると、以下のモデルが導出される。

モデルは、Ｙ_ｎ＝Ｘ_ｎ＊ｃと示される。最小二乗（ＬＳ）解決法により、ｃ＝（Ｘ_ｎ ^ＴＸ_ｎ）^−１Ｘ_ｎ ^ＴＹ_ｎが得られる。解決法は、カルマン・フィルタにより更新される。他の例において、ＬＭＳ適合が、ＦＩＲフィルタ１１１８及び１１２０のフィルタ係数を決定するために使用され得る。既に述べた様に、実際のＲＸ信号（例えば、ＲＸパス１１６２で受信される）は、所望のＲＸ信号と、ＩＭ３歪と、ノイズと、を含んでいる。レプリカ信号ｘ_Ｉ（ｎ）は、ｒ_{ｉｍ３＿Ｉ}（ｎ）と相関があるが、所望のＲＸ信号Ｒ_{ｉｄｅａｌ}（ｎ）とは相関が無い。Ｅ［｜ｅ（ｎ）^２｜］を最小化することは、Ｅ［｜ｒ_{ｉｍ３＿Ｉ}−ｒ＾_{ｉｍ３＿Ｉ}（ｎ）｜^２]を最小化することに等しい。適応フィルタは、よって、ＲＸ信号の部分ｒ_{ｉｍ３＿Ｉ}（ｎ）であるＸ_Ｉ（ｎ）から推定できるｅ（ｎ）の部分を除去する様に設計される。上述した内容に基づくＬＭＳ適合化の一実施形態を図１０に示す。ｙ_Ｉ（ｎ）は、歪、及び、ノイズの無い、所望の信号ｒ_{ｉｄｅａｌ}（ｎ）と、歪成分ｒ_{ｉｍ３＿Ｉ}及びノイズを含む、実際のＲＸ信号を示している。簡略化のため、図１０ではＩ成分のみを示しているが、Ｑ成分ｙ_Ｑ（ｎ）についても同様の表現となる。レプリカ信号は、図９のＦＩＲフィルタ１１８０及び／又は１１２０を示す、ＦＩＲフィルタ９０４に与えられ、ＦＩＲフィルタ９０４は、Ｘ_Ｉ（ｎ）、つまり、ｒ_{ｉｍ３＿Ｉ}（ｎ）から推定され得る実際の受信信号の部分を除去することを試みる。

図１１は、受信信号の３次相互変調ノイズをキャンセルするための方法の一実施形態のフローチャートである。受信信号は、受信ＲＦ信号（ＲＸ信号）から導出されるベースバンド信号であり得る。よって、送信パスからの送信漏洩信号と連続波ブロッカーとの相互変調で生じる相互変調ノイズによる３次歪に影響された受信信号が、受信パスで受信され得る（１００２）。方法は、さらに、特定（指定）された関数（非線形信号モデルで導出される）と、送信パス及び受信パスのモデル化された部分とに少なくとも基づき、３次歪を示すレプリカ信号を生成することを含む（１００４）。最後に、方法は、レプリカ信号をフィルタし、フィルタ後のレプリカ信号を受信信号から減ずることで相互変調ノイズにより生じる３次歪を除去することを含み得る（１００６）。

本発明の実施形態は、様々な形で実現され得る。例えば、幾つかの実施形態において、本発明は、デジタル論理回路、コンピュータにより実行される方法、コンピュータ可読記憶媒体、或いは、コンピュータ・システムとして実現され得る。他の実施形態において、本発明は、ＡＳＩＣの様なカスタムに設計された１つ以上のハードウェア・デバイスにより実現され得る。他の実施形態において、本発明は、ＦＰＧＡの様な、１つ以上のプログラム可能なハードウェア要素により実現され得る。

幾つかの実施形態において、一時的ではないコンピュータ可読記憶媒体は、プログラム命令及び／又はデータを格納する様に構成され、プログラム命令がコンピュータ・システムで実行されると、例えば、上述した実施形態の方法、それらを組み合わせた方法、それら方法のサブセット、或いは、サブセットの組み合わせを、コンピュータ・システムは実行する。

幾つかの実施形態において、デバイス（例えば、ＵＥ）は、プロセッサ（又はプロセッサのセット）とメモリ媒体を含む様に構成され、メモリ媒体は、プログラム命令を格納し、プロセッサは、メモリ媒体のプログラム命令を読出して実行する様に構成され、プログラム命令は、上述した実施形態の様々な方法（又は、それらを組み合わせた方法、それら方法のサブセット、或いは、サブセットの組み合わせ）を実行させる様に構成される。

比較的詳細な本実施形態について説明したが、上述した開示を完全に理解した当業者にとっては、多くの変形や修正が自明になる。以下の特許請求の範囲は、その様な変形や修正の総てを包含する様に解釈されることを意図する。

Claims (20)

1. ベースバンド信号に基づいて変調された送信信号を生成する様に構成された送信パスと、
   受信信号を受信する様に構成された受信パスであって、前記受信信号は、連続波ブロッカーと前記送信パスからの送信漏洩との相互変調で生じる相互変調ノイズによる３次歪の影響を受けている、前記受信パスと、
   補償パスと、を備えており、
   前記補償パスは、
   前記送信パス及び前記受信パスの部分をモデル化し、
   少なくとも非線形信号モデルに基づいて導出された、前記３次歪を複製する特定されたエラー生成関数と、前記送信パスのモデル化された部分とに従い、前記３次歪を示すデジタルレプリカ信号を生成し、
   少なくとも前記受信パスのモデル化された部分に従い前記デジタルレプリカ信号を調整することで、前記デジタルレプリカ信号から調整されたデジタルレプリカ信号を生成し、
   前記調整されたデジタルレプリカ信号をフィルタし、前記相互変調ノイズによる前記３次歪を除去するために、前記フィルタされ、調整されたデジタルレプリカ信号を前記受信信号から減ずるように構成されていることを特徴とするトランシーバ・デバイス。
2. 前記補償パスは、前記送信パス及び前記受信パスの特定の部分をモデル化する様に構成されたプログラム可能な部品を含むことを特徴とする請求項１に記載のトランシーバ・デバイス。
3. 前記補償パスは、前記調整されたデジタルレプリカ信号をフィルタする様に構成された有限インパルス応答フィルタを備えていることを特徴とする請求項１に記載のトランシーバ・デバイス。
4. 前記有限インパルス応答フィルタの係数は、
   信号統計値に基づくバッチ処理と、
   最小二乗適合と、
   の少なくとも１つに基づき決定されることを特徴とする請求項３に記載のトランシーバ・デバイス。
5. 前記有限インパルス応答フィルタは、総ての時間的に変動するアナログ伝達特性に適合させるために使用されることを特徴とする請求項３に記載のトランシーバ・デバイス。
6. 前記補償パスは、
   １つ以上のデジタル送信フィルタと、１つ以上のアナログ送信フィルタと、デュプレクサの送信機能との少なくとも１つにより、前記送信パスにもたらされる周波数選択性を補償する様に構成された送信等化器と、
   １つ以上のデジタル受信フィルタと、１つ以上のアナログ受信フィルタとの少なくとも１つにより、前記受信パスにもたらされる周波数選択性を補償する様に構成された受信等化器と、
   の少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１に記載のトランシーバ・デバイス。
7. 前記送信パスにもたらされる前記周波数選択性と、前記受信パスにもたらされる前記周波数選択性は、共にキャリブレーションにより特定されることを特徴とする請求項６に記載のトランシーバ・デバイス。
8. 信号の３次相互変調歪を除去する方法であって、
   受信パスで受信信号を受信することであって、前記受信信号は、連続波ブロッカーと送信パスからの送信漏洩との相互変調で生じる相互変調ノイズによる３次歪の影響を受けている、前記受信することと、
   少なくとも非線形信号モデルに基づき導出された、前記３次歪を複製する特定されたエラー生成関数と、前記送信パスのモデル化された部分とに従い、前記３次歪を示すデジタルレプリカ信号を生成することと、
   少なくとも前記受信パスのモデル化された部分に従い前記デジタルレプリカ信号を調整することを含む、前記デジタルレプリカ信号から調整されたデジタルレプリカ信号を生成することと、
   前記調整されたデジタルレプリカ信号をフィルタすることと、前記フィルタされ、調整されたデジタルレプリカ信号を前記受信信号から減ずることと、を含む、前記相互変調ノイズによる前記３次歪を除去することと、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記送信パス及び前記受信パスの前記モデル化された部分を確立することをさらに含み、
   前記確立することは、補償パスの１つ以上の部品を、前記送信パスと前記受信パスとの結合に従いプログラムすることを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. 前記調整されたデジタルレプリカ信号をフィルタすることは、有限インパルス応答フィルタにより行われることを特徴とする請求項８に記載の方法。
11. 前記有限インパルス応答フィルタの係数を、
    信号統計値に基づくバッチ処理と、
    最小二乗適合と、
    の少なくとも１つにより決定することをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 前記調整されたデジタルレプリカ信号をフィルタすることは、総ての時間的に変動するアナログ伝達特性を適合させることを含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。
13. １つ以上のデジタル送信フィルタと、１つ以上のアナログ送信フィルタと、デュプレクサの送信機能との少なくとも１つにより、前記送信パスにもたらされる周波数選択性を補償することと、
    １つ以上のデジタル受信フィルタと、１つ以上のアナログ受信フィルタとの少なくとも１つにより、前記受信パスにもたらされる周波数選択性を補償することと、
    の少なくとも１つをさらに行うことを特徴とする請求項８に記載の方法。
14. キャリブレーションにより、前記送信パスにもたらされる前記周波数選択性と、前記受信パスにもたらされる前記周波数選択性の少なくとも１つを特定することをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 無線通信デバイスであって、
    プログラム命令を実行する様に構成された処理デバイスと、
    前記処理デバイスによって実行可能な命令であって、前記無線通信デバイスに、
    無線周波数（ＲＦ）信号を受信させ、
    受信した前記ＲＦ信号から、連続波ブロッカーと送信漏洩との相互変調で生じる相互変調ノイズによる３次歪の影響を受けているベースバンド信号を導出させ、
    少なくとも非線形信号モデルに基づき導出された、前記３次歪を複製する特定されたエラー生成関数と、前記無線通信デバイスの特定の送信パスの構成要素のモデルとに従い、前記３次歪を示すデジタルレプリカ信号を生成させ、
    少なくとも前記無線通信デバイスの特定の受信パスの構成要素のモデルに従い前記デジタルレプリカ信号を調整することで、調整されたデジタルレプリカ信号を生成させ、
    前記調整されたデジタルレプリカ信号をフィルタさせ、前記相互変調ノイズによる前記３次歪を除去するために、前記フィルタされ、調整されたデジタルレプリカ信号を前記導出されたベースバンド信号から減じさせる命令を格納する様に構成された不揮発性メモリ・デバイスと、
    を備えていることを特徴とする無線通信デバイス。
16. 前記格納された命令は、さらに、前記処理デバイスによって実行可能であり、前記無線通信デバイスに、前記無線通信デバイスの前記送信パスの構成要素と前記受信パスの構成要素の１つ以上にもたらされる周波数選択性を補償させることを特徴とする請求項１５に記載の無線通信デバイス。
17. 前記周波数選択性は、
    前記送信パスの１つ以上のデジタル送信フィルタと、
    前記送信パスの１つ以上のアナログ送信フィルタと、
    前記送信パスのデュプレクサの送信機能と、
    前記受信パスの１つ以上のデジタル受信フィルタと、
    前記受信パスの１つ以上のアナログ受信フィルタと、
    の少なくとも１つによりもたらされることを特徴とする請求項１６に記載の無線通信デバイス。
18. 前記特定された関数は、前記連続波ブロッカーの非線形モデルに基づくことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信デバイス。
19. 前記調整されたデジタルレプリカ信号は、前記導出されたベースバンド信号に影響する前記３次歪と相関し、前記導出されたベースバンド信号の所望部分とは相関しないことを特徴とする請求項１５に記載の無線通信デバイス。
20. 前記格納された命令は、さらに、前記処理デバイスによって実行可能であり、前記無線通信デバイスに、前記導出されたベースバンド信号から、前記調整されたデジタルレプリカ信号により推定される前記導出されたベースバンド信号の部分を除去することを試みさせることを特徴とする請求項１５に記載の無線通信デバイス。

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