JP6054497B2

JP6054497B2 - 無線通信システム及び処理方法

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Publication number: JP6054497B2
Application number: JP2015217589A
Authority: JP
Inventors: コーエン，エマニュエル
Original assignee: インテルコーポレイション
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2031-09-26
Also published as: WO2012040737A2; EP2619914A4; JP2013541907A; KR20130071476A; US8615054B2; EP2619914A2; JP2016026459A; KR101453228B1; US20120076237A1; WO2012040737A3

Description

ブロードバンド無線通信装置のような無線通信装置では、正確な無線周波数(RF)電力が無線通信装置のアンテナ及びアンテナコネクタにおいて伝達されることを保証するように較正又はキャリブレーション(calibration)を行うことが可能である。較正はアンテナ接続のインピーダンスの影響に敏感である。そのようなインピーダンスは電圧定在波比(Voltage Standing Wave Ratio：VSWR)効果と呼ばれているものに関連又は帰属する。

無線通信装置の帯域幅周波数が増えるにつれて、正確に電力を供給しかつ電力増幅器の非線形性を取り扱う問題が浮上してくる。或る無線通信装置の場合、電力増幅器(PA)の非線形応答を較正又は補償するために、電力増幅器の事前補正又はプレディストーション(power amplifier pre-distortion：PAPD)が実行される。これは、PAのAM及びPM応答を抽出することで実行できる。この応答は、ディテクタにより測定されるようなPA出力の後にシステムに存在するループバックから獲得されることが可能である。PAの後のサンプリングされたデータには、アンテナポート又はコネクタにおいてVSWR効果に起因して生じるディテクタ周波数応答が乗じられる。場合によっては、この問題は、元々の信号(オリジナル信号)を抽出する等化器又はイコライザを用いることで解決できるが、その方法は平均化されたデータ(すなわち、サンプリングされたデータ)を対象としており(関心があり)、もともとのデータ自体を対象としていない(関心がない)。

PAPDの場合ではマスク補正及び限られたVSWRにより、PAよりも前の或る「仮想」フィルタ応答を示し、仮想フィルタ応答はメモリ効果に変換され、現在のPAPDアルゴリズムはそのメモリ効果に対処することができない。メモリ効果はその性質上非線形であり、アンテナ及びインターフェース(例えば、カプラ/コネクタ)に起因するインピーダンス変化に帰する。インピーダンスに起因する非線形性及び周波数変化により、メモリ効果が生じる。高周波数化及び広帯域化とともに、メモリ効果はPAにおいて益々問題になりつつある。更に、メモリ効果が大きくなるにつれて、メモリ効果を実際の信号から分離することは、よりいっそう困難になる。PAにより形成されるチャネルの非線形スクランブリング及び線形な挙動(又は状態)は容易には分離できない。

以下、添付図面と共に詳細に説明を行う。図中、参照番号の左端の数字はその参照番号が最初に登場する図番号を示す。図中、同様な特徴及び要素を参照するために同じ数字が使用される。
実施形態による例示的な無線通信装置のブロック図。１回の送信を用いてカプラポイント応答を較正するための実施形態によるシステム例のブロック図。実施の形態による振幅応答を示す達成可能なグラフを示す図。実施の形態による位相応答を示す達成可能なグラフを示す図。実施の形態によるループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の振幅誤差を示す達成可能なグラフを示す図。実施の形態によるループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の位相誤差を示す達成可能なグラフを示す図。実施の形態による並列的な減衰を含むシステム例のブロック図。減衰機能を組み込む送信/受信スイッチを含む実施形態によるシステム例のブロック図。終端された抵抗器を備えた送信/受信スイッチを含む実施形態によるシステム例のブロック図。較正用のリファレンスチャネルを有する実施形態によるシステム例のブロック図。較正ループバック周波数応答の抽出を実行する実施形態によるフローチャート。

＜概要＞
無線通信装置のブロードバンドチャネルに関し、目的又はゴールは、送信信号のマスクを適切に補正し、かつブロードバンド送信信号のマスクにより示されるように送信信号の時間的振る舞い(behavior)を追跡できるようにすることである。特定の実施形態では、PAの動作出力を分割するために追加的なハードウェアが設けられる。特に、PAの非線形挙動及び線形挙動の分離は減衰(attenuation)により実行される。以下に説明する技法は、利用可能なPAPDアルゴリズムを利用して、誤差ベクトル振幅(Error Vector Magnitude：EVM)と無線通信装置の送信信号のマスクとをアンテナにおけるVSWRを考慮して補正することである。

＜無線通信装置の一例＞
図1は無線通信装置100の一例を示す。無線通信装置100は正確な電力送信を保証するために閉ループ較正アルゴリズム手順を使用する。

無線通信装置100は、ラップトップ、ネットブック、パーソナルディジタルアシスタント(PDA)、電子書籍、スマートフォン等のようなブロードバンド装置等を含んでいてもよい。また、無線通信装置100はセルラ電話機のような音声のみの装置を含んでいてもよい。

実施の形態において、無線通信装置100は無線送信モジュール102及びドライバ104を含む。この場合、無線送信モジュール102は例えばシリコンの集積回路の一部のようなハードウェアで実現されてもよい。ドライバ104は場合によってはソフトウェア及び/又はファームウェアによって実現されてもよい。無線装置はRF電力信号を受信及び送信するための1つ以上のアンテナ106を有する。コネクタ108により表現されているような線、ケーブル及び/又はポートは無線送信モジュール102をアンテナ106に接続する。電力出力に関し、アンテナ106において測定が行われてもよい。

無線通信装置100は更に1つ以上のプロセッサ(図示せず)及びメモリ(図示せず)を含み、無線通信装置100についての説明される構成要素と通信しかつその処理を行うように構成される。一実施形態において、ドライバ104はメモリの一部分として実現可能である。メモリは説明される方法を実行するように構成されるコンピュータで読み取ることが可能な記憶媒体を含むことが可能である。

無線送信モジュール102は、専用の内部コントローラ及びメモリ110、ディジタル信号プロセッサ(DSP)112及び無線周波数集積回路(RFIC)トランシーバ114を含むことが可能である。コントローラ及びメモリ110はコンピュータで読み取ることが可能な記憶媒体を含むことが可能である。RFICトランシーバ114は電力増幅器(PA)116及びディテクタ(検出部)118を含む。PA116はアンテナ116に送信される信号を提供する。出力においてPA116から観測されるインピーダンスは、PA116の入力及びPA116の出力におけるフィルタとしてモデル化される信号/チャネルに或る応答を加える。

ディテクタ118は電力増幅器116における電力を読み取り、信号線120におおいてDSP112に信号を与える。RFICトランシーバ114はループバックチェーン122を含む。ループバックチェーン122は受信部124を通じて電力増幅器116からの出力を受信する。受信部124は受信信号を増幅することができる。ミキサ126がループバックチェーン122に含まれている。ループバック応答信号は信号線128において与えられる。特に、ループバックチェーン122は、ディテクタ118における線形応答(すなわち、電力増幅器116の出力)を決定又は学習するために、後述するように送信されるOFDMパケットと共に使用される。線形応答は、送信されたOFDM信号をディテクタ118における実際の測定信号から減算することで決定されることが可能である。

本実施形態では、DSP112はリファレンスパケットを送信するモジュール130を含む。リファレンスパケットは減衰モードで送信される。送信されるリファレンスパケットはOFDMパケットであるとすることが可能である。この例の場合、DSP112は、通常モードにおいて、パケット(すなわち、予定される送信されるパケット)を送信するモジュール132を有する。

内部のコントローラ及びメモリ110はデータを処理及び/又は通す特定のモジュールを含むことが可能である。本実施形態の場合、モジュール132はDSP112、RFICトランシーバ114及びドライバ104への及びそれらからのデータ転送を制御するように構成される。この例では、ドライバ104は、ループバック応答(すなわち、信号線128における信号)を抽出し、受信したパケットを等化するように構成されるモジュール136を含む。ドライバ104は抽出したパケットをPAPDアルゴリズムに与えるように構成されるモジュール138を有する。

データは、ループバックチェーン122、モジュール132及びモジュール134によりドライバ104にループバックされることが可能である。PAPDアルゴリズムが処理される/完了すると、何らかのデータ/テーブルがコントローラメモリ110に保存され、DSP112によって処理されることが可能である。

本実施形態では、制御される減衰部又はアッテネータ140は後述するようにPA116の出力の減衰を制御するように構成される。減衰した出力は1つ上のフィルタ142により更に処理されることが可能である。

図２は１回の送信を用いてカプラポイント応答を較正するシステム例200を示す。本システム200は、無線通信装置100の一部分であり、PA116、制御減衰部140、フィルタ142、コネクタ又はカプラ108及びアンテナ106を含む。減衰した信号は、信号線202において与えられ、ループバックチェーン122に送られる。実際に送信される信号は信号204により表現される。

正確なカプラ周波数応答を得るために、送信機は、所望の周波数範囲内でVSWR変動によって影響を受けないように実現される。これは減衰を加えることで達成できる。この例の場合、減衰が、システム200によりRFICトランシーバに加えられる。そのような減衰を利用することは、キャリブレーション(calibration)だけのためであることが可能である。従って、メインの送信モードが最小限に影響される限り、そのような減衰の実行は許容可能である。そのような減衰モードでは、PA116自身はアンテナ反射を見ない(影響を受けない)。従って、PA116より後に限り、カプラ又はコネクタ108において、フィルタ応答(すなわち、所望のカプラ又はコネクタ118の応答)の読み取りを達成することができる。

要するに、制御減衰部140は、カップリングポイント又はコネクタ108の前にある又はPA116の後にある。正規の送信モードでは、制御減衰部140は使用されず、それは較正モードで使用される。段階的な減衰が、較正モードの間に加えられ、如何なるメモリ効果もなしに、PA116に所定のインターフェース/チャネルを提供する。PA116の出力に如何なるVSWR変動もない場合、メモリ効果を引き起こすPA116より前のチャネル応答はなくなる。従って、線形チャネル動作のみが観測され、PA116及びインターフェース又はコネクタ108の間で(線形及び非線形の)分離が行われる。

＜グラフの一例＞
図3は振幅応答を示す達成可能なグラフ300の一例を示す。例えば、比較的強いVSWR変動を示す条件の下で、40MHzのパケットが送信され、出力(すなわち、アンテナ106)及びカップリングポイント(すなわち、コネクタ108)において測定されることが可能である。測定は、PA116の後において何らかの減衰及び低電力でカップリングポイント(すなわち、コネクタ108)において実行されることが可能である。パケットに基づいて周波数に関する振幅及び位相応答が取得され及びプロットされている。

グラフ300は測定可能な振幅応答の一例を示す。ライン302は減衰が行われた場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における応答を表す。ライン304は通常動作の場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における測定値を表し、ライン306は減衰器106の出力で測定されるような実際に送信されたパケットを表す。実際のパケットはカプラのサンプリングの後に顕著に大きくなり得る応答を有することが分かる。

図4は位相応答を示す達成可能なグラフ400の一例を示す。ライン402は減衰が行われた場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における応答を表す。ライン404は通常動作の場合のカプラ(すなわち、コネクタ108)における測定値を表し、ライン406は減衰器106の出力で測定されるような実際に送信されたパケットを表す。グラフ300と同様に、グラフ400は、実際のパケットが、カプラのサンプリングの後に顕著に大きくなり得る応答を有することを示す。

図5はループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の振幅誤差を示す達成可能なグラフ500の一例である。特に、ライン502はループバック周波数応答を抽出した後のパケットの振幅誤差を示す。ループバック周波数応答はPA116の後に生成されるチャネルに帰属する。ループバック周波数応答を測定する場合、チャネルの影響は除去される。PA116の出力で減衰を加えかつインターフェース(コネクタ108)の入力とPA116の入力との間で分離を実行することで、アンテナ106のインターフェース又はコネクタ108における動作が抽出可能である。そのような動作が取り出されると、他のPAPD補正アルゴリズム又は手順が実行されることが可能である。従って制御された減衰が行われる。そのような制御された減衰の具体的な値は、受信/送信される信号の約5ないし6dBである。制御減衰器140は信号をPA116に戻し、信号はPA116の後に続く他の装置やインタ−フェースによっては影響されない。

図6はループバック周波数応答を抽出した後に送信されたパケット又は信号の位相誤差を示す達成可能なグラフ600の一例を示す。特に、ライン602は、ループバック周波数応答を抽出した後のパケットの位相誤差を表す。

グラフ500及び600の例から、実際の送信信号と計算された値との間の誤差は±0.3dB及び±1.5度に限定されることが分かる。そのようなトレランス又は耐性は典型的なPAPD補正アルゴリズムには十分である。従って、カプラ又はコネクタ108におけるループバック応答は消去され、実際に送信された信号を取得することが可能である。

＜グラフの別の例＞
上述したように、減衰を行うために様々な実施形態が提供可能である。上記の実施形態において、トランジスタ、抵抗器及びその他の素子の追加が実現されてもよい。以下は特定の実施形態であるが、他の実施形態も使用可能であることが理解されるべきである。

図7は並列的な減衰部又はアッテネータ702を含むシステム例700を示す。これは、較正の際に並列的な減衰702をもたらす一般的な実施形態とすることができる。並列的な減衰702は制御減衰部140の実現手段であることが可能である。減衰がオフ(off)の場合、並列的な減衰部は送信信号(Tx信号)に最小限の影響しか与えないという利点を有する。

図8は送信/受信(T/R)スイッチ802を含むシステム800の一例を示す。T/Rスイッチ802は無線通信装置100の既存の装置とすることができる。すなわち、T/Rスイッチ802は、上記の較正の際に減衰とは異なる別の機能を提供することができる。特に、減衰部804はT/Rスイッチ802に組み込まれることが可能である。減衰部又は減衰機能802がスイッチ802に組み込まれるので、追加的な挿入損失は最小になる。

図9は送信/受信(T/R)スイッチ902を含むシステム900の一例を示す。T/Rスイッチ902は無線通信装置100の既存の装置とすることができる。この例の場合、抵抗器904が設けられている。抵抗器904の抵抗値の具体例は50オームである。一実施形態において、システム800やシステム900のような手段(送信部/受信部が予め備わっているもの)の場合、並列的な終端(parallel transmission)が加えられてもよい。その追加は、メインチャネルに対する損失合計が最小限になることが可能になるように、主信号に並列的である。例えば、損失は0.1dBないし0.2dBとすることができる。チャネルを通じて比較的小さな電力しか伝送されないので、何らかの追加的なスイッチは比較的小さくすることが可能である。

図10は較正用のリファレンスチャネル1002を含むシステム1000の一例を示す。この実施形態の場合、送信スイッチTX1004が受信スイッチRX1006と共に設けられている。送信スイッチ1004及び受信スイッチ1006は無線通信装置100の既存のスイッチとすることが可能であり、較正用のリファレンスチャネル1002が加えられることが可能である。較正用のリファレンスチャネル1002は無線通信装置100の較正の間に実現される。

図11は無線通信装置のループバック周波数応答を取り出す較正フローを実行するための方法例1100のフローチャートを示す。本方法が実行される順序は図示されているものに限定されるようには意図されておらず、説明される任意数の方法ブロックは、本方法又は代替方法を実現するために任意の順序で組み合わせられてもよい。更に、個々のブロックは、開示される対象事項の精神及び範囲から逸脱することなしに、本方法から削除されてもよい。更に、本方法は、本発明の範囲から逸脱することなく、適切な任意の、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの組み合わせにより実現可能である。

ブロック1102において、リファレンスパケットが送信される。リファレンスパケットは減衰モードで送信される。すなわち、ループバック周波数応答測定のためにチャネルの影響がリファレンスパケットに関して除去されるように、減衰器が設けられる。上述したように、減衰は、信号を提供する電力増幅器の出力において提供されることが可能である。インターフェース/コネクタにおいて挙動(状態)が抽出可能であるように、アンテナ又は出力インターフェース/コネクタの入力と電力増幅器の入力との間で分離が実行可能である。

ブロック1104において、パケットがノーマルモード又は通常モードで送信される。ノーマルモードでは減衰なしの送信が予定されている。送信されたパケットは非線形成分及び線形成分を含む。

ブロック116において、リファレンスパケットのループバック応答が抽出される。特に、電力増幅器により形成されるチャネルの応答を抽出するために、リファレンスパケットはノーマルモードで送信されるパケットにより除算される(又は比率がとられる)。一実施形態において、ドライバ104は、リファレンスパケットのループバック応答を実行し或いは線形チャネルの抽出を実行する。

ブロック1108において、抽出されたパケットは、伝達され、既存の電力増幅器プレディストーションアルゴリズム処理(すなわち、PAPDアルゴリズム)により使用されることが可能である。

ブロック1110において、PAPDアルゴリズムが実行されることが可能である。PAPDアルゴリズムのプロセスは、VSWR変動を考慮に入れて、誤差ベクトル振幅と送信信号のマスクとを補正するために使用できる。一実施形態では、ドライバ104はPAPDアルゴリズム処理又はパケット補正を実行できる。

＜まとめ＞
以上、構造的な特徴及び/又は方法的な処理に特化した言葉で対象事項が説明されてきたが、添付の特許請求の範囲で規定される対象事項は、説明された具体的な特徴や処理に限定される必要はないことが理解されるであろう。むしろ具体的な特徴及び処理は請求項を表現する実施形態として開示される。例えば、説明されたシステムは、通信装置、コンピュータ装置及びその他の電子装置として構築されることが可能である。

以下、上記の実施形態に関する付記を例示的に列挙する。

（付記１）
電力増幅器と、
アンテナ出力部と、
前記電力増幅器を前記アンテナ出力部に接続するカプラと、
前記電力増幅器の出力に並列的に存在し、前記電力増幅器により送信される信号の非線形挙動及び線形挙動を分離する１つ以上の減衰部と、
前記電力増幅器により処理されかつ前記１つ以上の減衰部により減衰させられたリファレンス信号を送信し、かつノーマルパケットを送信するディジタル信号プロセッサと
を有し、前記ノーマルパケットを用いて前記リファレンスパケットからループバック応答が抽出される、無線通信システム。

（付記２）
前記１つ以上の減衰部が前記電力増幅器の減衰出力を制御する、付記１に記載の無線通信システム。

（付記３）
前記電力増幅器の減衰出力を処理する１つ以上のフィルタを更に有する付記２に記載の無線通信システム。

（付記４）
前記１つ以上の減衰部が段階的な減衰を加える、付記１に記載の無線通信システム。

（付記５）
前記１つ以上の減衰部が前記無線通信システムの較正モードの間に動作する、付記１に記載の無線通信システム。

（付記６）
前記１つ以上の減衰部が並列的な減衰をもたらす、付記１に記載の無線通信システム。

（付記７）
前記１つ以上の減衰部が、当該無線通信システムの送信/受信スイッチに含まれる、付記１に記載の信号生成システム。

（付記８）
前記送信/受信スイッチが減衰のために並列的な終端をもたらす、付記７に記載の信号生成システム。

（付記９）
電力の較正に使用されるリファレンスチャネルを更に有する付記１に記載の無線通信システム。

（付記１０）
電力増幅器と、
前記電力増幅器に並列的な１つ以上の減衰器であって、前記電力増幅器を経た後の信号を受信し、前記電力増幅器から送信された信号の非線形挙動及び線形挙動を分離する１つ以上の減衰部と、
メモリ効果のない出力のために前記電力増幅器により形成される規定チャネルと
を有する無線通信システム。

（付記１１）
前記１つ以上の減衰器が、当該無線通信システムの出力からの反射の影響を受けない信号を供給する、付記１０に記載の無線通信システム。

（付記１２）
前記減衰部により供給される信号が、電力較正用のループバックチェーンに対するものである、付記１１に記載の無線通信システム。

（付記１３）
前記１つ以上の減衰器が当該無線通信システムの送信/受信スイッチに含まれる、付記１０に記載の無線通信システム。

（付記１４）
前記減衰器の出力を処理する１つ以上のフィルタを更に有する付記１０に記載の無線通信システム。

（付記１５）
前記電力増幅器の出力を測定する検出部を更に有する付記１０に記載の無線通信システム
（付記１６）
無線通信装置に関するループバック周波数応答の抽出を行う方法であって、
減衰モードでリファレンスパケットを送信するステップと、
ノーマルモードでデータパケットを送信するステップと、
前記リファレンスパケットから前記データパケットを減算することで、ループバック応答を抽出するステップと、
前記ループバック応答を用いて電力増幅器プレディストーション補正を実行するステップと
を有する方法。

（付記１７）
前記リファレンスパケットがOFDM信号である、付記１６に記載の方法。

（付記１８）
前記データパケットを送信するステップが、低電力モードで実行される、付記１６に記載の方法。

（付記１９）
前記抽出するステップが、前記リファレンスパケットを前記データパケットで除算し、前記無線通信装置の出力に対するチャネルの応答を抽出する、付記１６に記載の方法。

（付記２０）
前記データパケットの信号のマスク補正及びエラーベクトル振幅補正を実行するステップを更に有する付記１６に記載の方法。

米国特許第７５６５１１９号明細書米国特許出願公開第２００９−０１９０６４７号明細書

Claims

電力増幅器と、
アンテナ出力部と、
前記電力増幅器と前記アンテナ出力部との間に、減衰モードの場合には接続され、ノーマルモードの場合には接続されない１つ以上の減衰部と、
（１）前記減衰モードの場合には、リファレンスパケットを前記電力増幅器に与え、線形動作が行われるように前記電力増幅器から出力された後に前記減衰部により減衰させられたリファレンスパケットを受信し、（２）前記ノーマルモードの場合には、ノーマルパケットを前記電力増幅器に与え、前記電力増幅器から出力されたノーマルパケットを受信するディジタル信号プロセッサと、
前記ディジタル信号プロセッサを介して受信したリファレンスパケットからループバック応答を抽出するドライバであって、前記ループバック応答は前記電力増幅器以降のチャネルの挙動を表現し、前記ドライバは、前記チャネルの挙動に基づいて電力増幅器プレディストーション（ＰＡＰＤ）アルゴリズムを実行し、前記ディジタル信号プロセッサにより使用されるテーブルをメモリに保存するドライバと、
を有する無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が前記電力増幅器の減衰出力を制御する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記電力増幅器の減衰出力を処理する１つ以上のフィルタを更に有する請求項２に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が段階的な減衰を行う、請求項１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が前記無線通信システムの減衰モードの間に動作する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が並列的に減衰機能を発揮する、請求項１に記載の無線通信システム。
前記１つ以上の減衰部が、前記無線通信システムの送信／受信スイッチに含まれる、請求項１に記載の無線通信システム。
前記送信／受信スイッチが減衰用に並列的に終端される、請求項７に記載の無線通信システム。
電力の較正に使用されるリファレンスチャネルを更に有する請求項１に記載の無線通信システム。
前記減衰部により供給される信号が、電力較正用のループバックチェーンに与えられる、請求項１に記載の無線通信システム。
無線通信システムにより実行される方法であって、
減衰モードにおいて、電力増幅器とアンテナ出力部との間に減衰部を接続し、線形動作が行われるように前記電力増幅器から出力され前記減衰部により減衰させられたリファレンスパケットを、前記アンテナ出力部を介して送信するとともにディジタル信号プロセッサに与えるステップと、
ノーマルモードにおいて、前記電力増幅器から出力されたノーマルパケットを、前記アンテナ出力部を介して送信するとともに前記ディジタル信号プロセッサに与えるステップと、
ドライバが、前記ディジタル信号プロセッサを介して受信したリファレンスパケットからループバック応答を抽出するステップであって、前記ループバック応答は前記電力増幅器以降のチャネルの挙動を表現し、前記ドライバが、前記チャネルの挙動に基づいて電力増幅器プレディストーションアルゴリズム（ＰＡＰＤ）を実行し、前記ディジタル信号プロセッサにより使用されるテーブルをメモリに保存するステップと、
を有する方法。
前記リファレンスパケットがＯＦＤＭ信号である、請求項１１に記載の方法。
前記ノーマルパケットが低電力モードで送信される、請求項１１に記載の方法。
前記ノーマルパケットの信号のマスク補正及びエラーベクトル振幅補正を実行するステップを更に有する請求項１１に記載の方法。