JP7006892B2

JP7006892B2 - 送信回路、送信機器、歪み補正方法

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Publication number: JP7006892B2
Application number: JP2016182301A
Authority: JP
Inventors: 良悦門脇; 充男芹澤
Original assignee: 株式会社エディックシステムズ
Priority date: 2016-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2022-01-24
Anticipated expiration: 2036-09-16
Also published as: JP2018046534A

Description

本発明は、ＲＦ部において生じる歪みを補正する送信回路、送信機器に関するものである。

近年、伝送容量拡大のため、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）変調方式での多値化が進んでいる。多値化が進むことで平均電力に対する信号点間隔が狭くなるため、誤り率が高くなってしまう。

誤り率の低減に向け、誤り訂正方式の高度化や位相雑音による伝送品質の劣化防止等の技術向上が行われている。例えば、信号レベル調整装置、通信装置及び信号レベル調整方法として、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）による高速フーリエ変換後、不平衡成分を算出して各キャリアの送信レベルの制御を行う方法が知られている（特許文献１）。

また、ループバック遅延推定装置及びループバック遅延推定方法として、複素演算処理を用いて元信号とフィードバック信号の位相差を検出して初期位相を補正する技術が知られている（特許文献２）。

また、デジタル無線受信機複素演算処理を用いて元信号とフィードバック信号の位相差を検出して初期位相を補正する技術が知られている（特許文献３）。

特開２００５－１５９９４０号公報特開２００６－１８６８６３号公報特開２００８－１９９２００号公報

しかしながら、前述した従来の技術は、受信機側での補正を目的としたものであり、送信機側での伝送品質の向上にそのまま適用することはできない。

送信信号は、送信機器のＲＦ部におけるパワーアンプや伝送線等で発生する歪の影響を受ける。前述のように、ＱＡＭ数を増大させることで、平均電力に対する信号点間隔が狭くなるため、誤り率が高くなってしまう。そのため、ＱＡＭ数を増大させる為に、高い精度を備えた送信機器が要求されている。しかしながら、誤り率を低下させるためには、高品質なパワーアンプなどを使用してＲＦ部での歪みの影響を抑える必要がある。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、ＲＦ部のパワーアンプ品質等に寄らず、送信機器における伝送品質を効果的に向上するための歪み補正方法を提供することを解決すべき課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ＲＦ信号を受け取り、送信機器のＲＦ部で生じる歪みを補正するための補正処理を行う送信回路であって、送信データに基づいて送信信号を生成する信号発生部と、前記送信信号に基づくＲＦ信号を受け取るデータ格納部と、前記ＲＦ信号に基づいて歪み補正係数を生成し、前記送信信号を補正する歪み補正部と、を備えることを特徴とする。

このような構成とすることで、信号発生部とＲＦ部から構成される送信機器において、ＲＦ部の伝送路の伝送線に依存した歪みを送信機器の信号発生部で補正し、ＲＦ部を通じて送信される信号を、より高い伝送品質で送出することができる。

本発明の好ましい形態では、前記ＲＦ信号は、少なくとも、前記送信回路からの出力信号を、ＲＦ部のパワーアンプで電力増幅した信号であることを特徴とする。
このような構成とすることで、ＲＦ部の伝送路の伝送線に依存した歪み及び／又はパワーアンプの特性に依存した歪を送信機器の信号発生部で補正し、ＲＦ部を通じて送信される信号を、より高い伝送品質で送出することができる。

本発明の好ましい形態では、前記歪み補正部は、前記ＲＦ信号の直交成分及び同相成分をフーリエ変換するフーリエ変換部と、前記フーリエ変換部での処理結果から得られた少なくとも一部の信号点における電力及び位相に基づいて、前記歪み補正係数を生成する歪み補正係数生成部と、前記歪み補正係数に基づいて、前記送信信号の各信号点に補正を行う歪み補正係数付加部と、を備えることを特徴とする。

本発明の好ましい形態では、前記歪み補正係数生成部は、補正を行うための基準点の電力及び位相と、前記フーリエ変換部での処理結果から得られた少なくとも一部の信号点における電力及び位相と、に基づいて、歪み補正係数として前記信号点を移動させる為の電力比及び位相角差分を算出することを特徴とする。

本発明の好ましい形態では、前記信号発生部で生成した生成した信号種に応じた基準単位には複数のパイロットが備えられ、前記歪み補正係数付加部は、前記基準点の電力及び位相と、前記パイロットの信号における電力及び位相と、に基づいての前記歪み補正係数を算出し、前記歪み補正係数付加部は、前記歪み補正係数を用いて、前記送信信号の各信号点に補正処理を行うことを特徴とする。
このような構成とすることで、コンスタレーションにおいて、予め挿入位置が決定されているパイロットシンボルの位置に応じて補正が必要な電力比及び位相角差分を算出することができ、より正確かつ効率的に補正を行うことができる。

本発明の好ましい形態では、前記歪み補正係数付加部は、ある時点において前記基準単位に含まれる信号を用いて算出された歪み補正係数に基づいて、その後に生成された基準単位における対応する信号の補正処理を行うことを特徴とする。
このような構成とすることで、補正係数を、信号を生成する都度算出する必要がなくなり、効率的に信号の歪みを補正することができる。

本発明の好ましい形態では、前記歪み補正部は、所定のタイミングで歪み補正係数の更新を行うことを特徴とする。
このような構成とすることで、伝送線やパワーアンプにおける歪みの影響が、周辺の気温や湿度など変化によって変化した際に、補正係数をより適切な最新の値に更新することができる。例えば所定の時間間隔で更新を行うことで、周囲の環境変化に対応した補正係数を算出することができる。

本発明の好ましい形態では、前記基準単位の送信信号は、ＯＦＤＭシンボルであって、
パイロットキャリアに基づいて算出された歪み補正係数の少なくも一部は、前記パイロットキャリアと隣接するキャリアの少なくとも一方のキャリアの補正に利用されることを特徴とする。
このような構成とすることで、信号発生部においてどの位置にマッピングされていたかわからないデータシンボル等を補正することができる。また、すべてのキャリアのシンボルについて補正係数を算出する必要がなくなるため、効果的に補正係数を算出することができる。

本発明は、送信機器であって、前記送信回路と、ＲＦ部と、を備えることを特徴とする。

本発明は、ＲＦ信号を受け取り、ＲＦ部で生じる歪みを補正するための補正処理を行うＲＦ信号の歪み補正方法であって、
信号発生部において、送信データに基づいて送信信号を生成する処理と、
生成した送信信号をＲＦ部に出力し、ＲＦ部からＲＦ信号を受け取る処理と、
歪み補正部において、受け取ったＲＦ信号に基づいて歪み補正係数を生成し、前記歪み補正係数に基づいて前記送信信号に補正を加える処理と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、送信機器における伝送品質を効果的に向上するための歪み補正方法を提供することができる。

従来の一実施形態に関る送信機器の機能ブロック図である。従来の一実施形態に関る送信機器の信号発生部において生成したＩＦ信号のコンスタレーションである。従来の一実施形態に関る送信機器の信号発生部において生成したＩＦ信号の電力スペクトルである。従来の一実施形態に関る送信機器のＲＦ部におけるＲＦ信号のコンスタレーションである。従来の一実施形態に関る送信機器のＲＦ部におけるＲＦ信号の電力スペクトルである。本発明の実施形態に関る送信機器の機能ブロック図である。本発明の実施形態に関るＣＰキャリアのコンスタレーションである。本発明の実施形態に関る信号点を補正する際のコンスタレーションを示す図である。本発明の実施形態に関る歪み補正係数テーブルの一例である。本発明の実施形態に関る送信回路の処理フローチャートである。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態に関る送信機器について説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の一例であり、本発明を以下の実施形態に限定するものではなく、様々な構成を採用することもできる。

例えば、本実施形態では送信機器の構成、動作などについて説明するが、同様の構成の送信回路、送信方法なども、同様の作用効果を奏することができる。

具体例を述べるにあたり、本例では、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）によるマルチキャリア通信を行うための送信キャリアとして、周波数軸上の１７２１個のキャリアによって送信波を構成する場合について例示する。なお、ＡＲＩＢＳＴＤ－Ｂ５７２．０版に基づいて、伝送パラメータは規格フルモードのＦＦＴポイント数２０４８ポイントで、キャリア変調方式が１６ＱＡＭ、パイロットはＣＰ（Continual Pilot）の場合について例示する。規格、伝送パラメータ、パイロットは任意であり、本発明は上記の構成に限定されない。

また、本実施形態では、信号発生部から出力されたデジタル信号に歪み補正を行う場合について例示するが、アナログ信号に対して歪み補正を行っても構わない。

＜従来の送信機器＞
図１は、一実施形態における従来技術の送信機器の機能ブロック図である。送信機器１Ｃは、信号発生部２Ｃと、ＲＦ部３Ｃと、アンテナＡＮＴと、を備えている。

信号発生部２Ｃは、信号生成部４と、ガードインターバル付加部６と、逆フーリエ変換部７と、ＤＡコンバータ８と、変調部９と、を備えている。

信号生成部４は、入力された送信データを、ＢＰＳＫやＱＡＭなどのデジタル変調を用いて各ＯＦＤＭサブキャリアへマッピングし、ＯＦＤＭパイロットを追加する。そしてガードインターバル付加部６においてガードインターバルを付加して、逆フーリエ変換部７へ出力する。

逆フーリエ変換部７は、入力された周波数領域の信号に逆フーリエ変換を適用して時間領域の信号に変換する。変換された信号は、ＤＡコンバータ８及び変調部９を通じてＩＦ（Intermediate Frequency）信号に変換され、ＲＦ部３Ｃに出力される。

ＲＦ部３Ｃは、アンプ３１と、バンドパスフィルタ３２と、アップコンバータ３３と、パワーアンプ３４と、を備えている。信号発生部２Ｃにおいて逆フーリエ変換部７にて逆フーリエ変換後、変調して出力されたＩＦ信号は、ＲＦ部３Ｃに入力される。入力されたＩＦ信号は、ＲＦ部３Ｃの伝送路の伝送線を通して、アップコンバータ３３及びパワーアンプ３４を経由して出力信号に変換され、アンテナＡＮＴから送信される。ＩＦ信号は、アップコンバータ３３において周波数変換され、パワーアンプ３４において電力増幅される。

図２及び図３は、送信機器１Ｃの信号発生部２Ｃにおいて生成したＩＦ信号のコンスタレーション及び電力スペクトルである。また、図４及び図５は、ＲＦ部３Ｃの伝送線、アップコンバータ３３、パワーアンプ３４を通過した出力信号（ＲＦ信号）のコンスタレーション及び電力スペクトルである。

送信機器１Ｃの信号発生部２Ｃから発生したＩＦ信号のコンスタレーションは、歪みが無く、また、電力スペクトルから周波数特性が見られない、品質の良い信号となっている。一方で、ＲＦ部３Ｃで変換された出力信号では、ＲＦ部３Ｃを構成する伝送線、パワーアンプ等の周波数特性の影響を受ける。そのため、コンスタレーションに歪みが生じ、電力スペクトルには周波数特性が見られる品質の悪い信号となっている。

＜本発明の送信機器＞
図６は、本発明の実施形態に関る送信機器の機能ブロック図である。送信機器１は、信号発生部２と、ＲＦ部３と、アンテナＡＮＴと、を備えている。

信号発生部２は、信号生成部４と、歪み補正部５と、ガードインターバル付加部６と、逆フーリエ変換部７と、ＤＡコンバータ８と、変調部９と、データ格納部１０と、を備えている。

ＲＦ部３は、アンプ３１と、バンドパスフィルタ３２と、アップコンバータ３３と、パワーアンプ３４と、方向性結合器３５と、ダウンコンバータ３６と、ＡＤコンバータ３７と、を備えている。

＜歪み補正部＞
歪み補正部５は、フーリエ変換部５１と、歪み補正係数生成部５２と、歪み補正係数付加部５３と、を備えている。

信号発生部２から逆フーリエ変換部７にて逆フーリエ変換後、変調して出力された信号（基準単位の信号）はＲＦ部３に送られる。ＲＦ部３のパワーアンプ３４から出力された出力信号（ＲＦ信号）は、方向性結合器３５によってダウンコンバータ３６に入力され、ダウンコンバータ３６にてダウンコンバートされ、ＡＤコンバータ３７によってデジタル変換され、信号発生部２に入力される。

＜歪み補正係数の算出＞
方向性結合器３５を通じて返送された出力信号（ＲＦ信号）の直交成分及び同相成分のデータは、データ格納部１０に格納される。そして、出力信号データをフーリエ変換部５１に入力し、周波数領域の信号にフーリエ変換して、歪み補正係数生成部５２で歪み補正係数を生成する。

フーリエ変換部５１では、２０４８ポイントで出力信号データ（基準単位の信号データ）がフーリエ変換され、キャリアインデックス０～１７２０までの各キャリアの周波数成分が算出される。ここで、キャリアインデックス０、８、１６、２４・・・１７１２、１７２０のキャリアは、ＣＰキャリアである。

図７は、出力信号データのうち、ＣＰキャリアを抜き出して、ＩＱ平面上にプロットした際の図である。図示例のように、出力信号データの各キャリアは、ＲＦ部３の周波数特性によって、振幅変動及び位相回転が生じてプロットされる。ＣＰはプロットされたパイロットを示し、Ｐ０は、歪みを補正するための基準点を示す。

本例では、算出した各ＣＰキャリアの出力信号データのうち、同相成分が最大となる点を基準点とする。基準点の決定方法は任意であり、例えば、各ＣＰキャリアの出力信号データのうち、直交成分の絶対値が最小となる点を基準点としたり、各ＣＰキャリアのキャリアインデックスと規定の振幅に基づいて、規格として指定されたパイロットの座標（本例では、±４／３）を基準点としてもよい。

歪み補正係数生成部５２は、この基準点に対して、各パイロットの歪みを算出する。図８を用いて、Ｉ－Ｑ平面上の信号点Ｃに対して、信号点Ａを移動させる場合について説明する。図８は、信号点を補正する際のコンスタレーションを示す図である。信号点Ａを信号点Ｃに移動させる為に、フーリエ変換部５１において出力信号データをフーリエ変換後、各信号点の電力並びに位相角を求める。

式（１）はＩ－Ｑ平面における原点から信号点Ａまでの距離（Ｄ_Ａ）、即ち信号点の電力を示している。ここで、ＲＥ_Ａは信号点ＡのＲＥ軸の値を、ＩＭ_Ａは信号点ＡのＩＭ軸の値を示している。式（２）はＩ－Ｑ平面における原点から信号点Ｃまでの距離（Ｄ_Ｃ）を示している。ここで、ＲＥ_Ｃは信号点ＣのＲＥ軸の値を、ＩＭ_Ｃは信号点ＣのＩＭ軸の値を示している。式（３）は、信号点Ａの電力を信号点Ｃの電力に補正するための電力比α_ＣＡを表している。

式（４）は、信号点Ａの位相角を信号点Ｃの位相角に補正する為の位相角差分θ_ＣＡを表している。ここで、θ_Ｃは信号点Ｃの位相角を、θ_Ａは信号点Ａの位相角を示している。

式（５）は、信号点Ａを信号点Ｃに回転させる場合の行列式である。式（５）を展開し、式（３）で求めた電力比α_ＣＡ及び、式（４）で求めた位相角差分θ_ＣＡを用いることで、信号点Ａを信号点Ｃに移動することができる。式（６）は、信号点Ａを信号点Ｃ移動させる際の同相データの移動量の式を示している。式（７）は、信号点Ａを信号点Ｃ移動させる際の直交データの移動量の式を示している。

算出した歪み補正係数は、図９に示すように、歪み補正係数テーブルとして保持される。歪み補正係数付加部５３は、信号生成部４で生成された送信データに符号化を行い、マッピングしてパイロットを付加した後、歪み補正係数を付加する。

キャリアインデックスが０～７のキャリアには、キャリアインデックスが０のパイロットキャリア（ＣＰキャリア）の歪み補正係数（図示例におけるα０及びθ０）を用いて、キャリアインデックスが８～１５のキャリアには、キャリアインデックスが８のパイロットキャリア（ＣＰキャリア）の歪み補正係数（図示例におけるα１及びθ１）を用いて、歪み補正係数の付加が行われる。

歪み補正係数が付加された信号は、ガードインターバル付加部６においてＧＩを付加後、逆フーリエ変換部７で逆フーリエ変換後、変調部９で変調され、ＩＦ信号としてＲＦ部３に送信される。歪み補正が行われた信号に基づくＲＦ信号のコンスタレーションは、図２に示すようなＩＦ信号のコンスタレーションに近い信号点となる。

次いで、図１０を用いて、歪み補正部を備えた送信回路の動作について説明する。ステップＳ１では、送信機器１が起動される。送信機器が起動されると、送信データが発生して信号生成部４に入力される（ステップＳ２）。

信号生成部４に送信データが入力されると、送信データがコンスタレーションにマッピングされ（ステップＳ３）、ＯＦＤＭフォーマットパイロットとしてＣＰを有するＯＦＤＭシンボルが構成される（ステップＳ４）。

ステップＳ５では、歪み補正係数の算出条件にあたるか否かが判断される。歪み補正係数の算出を行う場合とは、例えば、送信機器１の起動後（最初の歪み補正係数を算出する場合）や、歪み補正係数の更新を行う場合である。歪み補正係数の更新は、例えば、一定時間経過後に、温度や湿度などの変化による歪みの振幅変動や位相回転の変化に対応する為に行われる。

歪み補正係数の算出条件に該当する場合（ステップＳ５でＹｅｓ）、ステップＳ６に進む。歪み補正係数を算出する場合、方向性結合器３５、ダウンコンバータ３６、ＡＤコンバータ３７を通じて、ステップＳ４で生成したＯＦＤＭシンボルの出力信号を変換し（ステップＳ６）、基準単位の出力信号データとしてデータ格納部へ格納する（ステップＳ７）。

そして格納した基準単位の出力信号データに基づいて、歪み補正係数を算出する（ステップＳ８）。歪み補正係数が算出されたならば、信号生成部４で生成されたＯＦＤＭシンボルに、歪み補正係数を付加する（ステップＳ９）。

歪み補正係数が付加されたならば、ガードインターバル付加部６においてガードインターバルを付加して、逆フーリエ変換部７において逆フーリエ変換を適用して時間領域の信号に変換する。変換された信号は、ＤＡコンバータ８及び変調部９を通じてＩＦ信号に変換され、ＲＦ部３Ｃに出力される（ステップＳ１０）。

送信機器１が停止した場合（ステップＳ１１でＹｅｓ）、処理を終了する。送信機器１が起動している場合（ステップＳ１１でＮｏ）、Ｓ２～Ｓ１０の処理を繰り返し、ＲＦ部３に基準単位ごとに補正処理が行われたＩＦ信号を送出する。また、所定の時間間隔で歪み補正係数を更新し（ステップＳ５）、更新された歪み補正係数を用いてステップＳ９における歪み補正係数の付加が行われる。

１送信機器
１Ｃ従来の送信機器
２信号発生部
２Ｃ従来の信号発生部
３ＲＦ部
３Ｃ従来のＲＦ部
３１、３１ａ、３１ｂアンプ
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃバンドパスフィルタ
３３アップコンバータ
３４パワーアンプ
３５方向性結合器
３６ダウンコンバータ
３７ＡＤコンバータ
４信号生成部
５歪み補正部
５１フーリエ変換部
５２歪み補正係数生成部
５３歪み補正係数付加部
６ガードインターバル付加部
７逆フーリエ変換部
８ＤＡコンバータ
９変調部
１０データ格納部
ＡＮＴアンテナ
ＣＰパイロット（ＣＰ）
Ｐ０基準点
Ａ，Ｂ信号点

Claims

送信機器のＲＦ部で生じる歪みを補正処理する送信回路であって、
送信データを、ＱＡＭ変調方式を用いてマッピングし、周波数方向に一定間隔で配置されたパイロットシンボルを付加したＯＦＤＭシンボルを生成して、送信信号を生成する信号発生部と、
前記送信信号に基づくＲＦ信号を受け取るデータ格納部と、
前記ＲＦ信号に配置された複数のパイロットシンボル毎に、基準となる信号点である基準点にパイロットシンボルを移動させる歪み補正係数として、ＩＱ平面における前記基準点及び前記パイロットシンボルの電力比並びに、同様の前記基準点及び前記パイロットシンボルの位相角の差分である位相角差分を算出し、前記送信信号を前記歪み補正係数に基づいて補正する歪み補正部と、を備え、
前記ＲＦ信号は、前記送信信号を、ＲＦ部のパワーアンプで電力増幅した信号であり、
前記歪み補正部は、前記送信信号に配置され、前記補正係数の算出に用いた前記パイロットシンボルと時間方向又は周波数方向で連続したパイロットシンボルの信号点を、前記補正係数の算出に用いた前記パイロットシンボルの歪み補正係数に基づいて補正すると共に、前記送信信号に配置された前記パイロットシンボルと周波数方向で連続するキャリアの信号点を、前記歪み補正係数に基づいて補正することを特徴とする送信回路。
前記歪み補正部は、あるパイロットシンボルであるＯＦＤＭシンボルについて生成された前記歪み補正係数を用いて、後続のデータシンボル及び後続のパイロットシンボルを含む複数のＯＦＤＭシンボルに対して、歪み補正処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の送信回路。
前記歪み補正部は、ＯＦＤＭシンボルについて再度前記歪み補正係数の生成を行って歪み補正係数を更新し、更新された前記歪み補正係数を用いて、後続のＯＦＤＭシンボルに対して、歪み補正処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の送信回路。
請求項１～３の何れかに記載の送信回路と、前記送信信号をパワーアンプで増幅してＲＦ信号を出力するＲＦ部と、を備えた送信機器。
送信機器のＲＦ部で生じる歪みを補正処理するＲＦ信号の歪み補正方法であって、
信号発生部において、送信データを、ＱＡＭ変調方式を用いてマッピングし、時間及び周波数方向に一定間隔で配置されたパイロットシンボルを付加したＯＦＤＭシンボルを生成して、送信信号を生成する処理と、
前記送信信号をＲＦ部に出力し、ＲＦ部から前記送信信号に基づくＲＦ信号を受け取る処理と、
歪み補正部において、前記ＲＦ信号に配置された複数のパイロットシンボル毎に、パイロットシンボルを基準となる信号点である基準点に移動させる歪み補正係数として、ＩＱ平面における前記基準点及び前記パイロットシンボルの電力比並びに、同様の前記基準点及び前記パイロットシンボルの位相角の差分である位相角差分を算出し、前記送信信号を前記歪み補正係数に基づいて補正する処理と、を備え、
前記ＲＦ信号は、前記送信信号を、ＲＦ部のパワーアンプで電力増幅した信号であり、
前記歪み補正部は、前記送信信号に配置され、前記補正係数の算出に用いた前記パイロットシンボルと時間方向又は周波数方向で連続したパイロットシンボルの信号点を、前記補正係数の算出に用いた前記パイロットシンボルの歪み補正係数に基づいて補正すると共に、前記パイロットシンボルに隣接するキャリアの信号点を、前記歪み補正係数に基づいて補正することを特徴とするＲＦ信号の歪み補正方法。