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技術 I/Q不均衡(imbalance)推測(estimation)の方法及びその装置

出願人 瑞いー半導体股ふん有限公司
発明者 柳徳政劉泰誠湯松年顔光裕
出願日 2003年11月19日 (17年1ヶ月経過) 出願番号 2003-389611
公開日 2004年6月17日 (16年6ヶ月経過) 公開番号 2004-173281
状態 拒絶査定
技術分野 交流方式デジタル伝送 エラーの検出、防止 時分割方式以外の多重化通信方式
主要キーワード 推測装置 受信復調装置 修復回路 利得オフセット FFT処理器 変調パス ワイヤレスLANシステム コサイン波
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

直交変調復調システムにおけるI/Q不均衡の推測と補償の方法及びその装置を提供する。

解決手段

周波数領域信号生成器と、伝送補償マトリックス回路とI変調パスとQ変調パスからなる伝送端と、I復調パスとQ復調パスと受信補償マトリックス回路からなる受信端と、I/Q不均衡の推測器で構成する。また、I/Q不均衡の補償に用いるパラメータは、実部領域は対称性を有し虚部領域は非対称性を有する第一信号と、実部領域は非対称性を有し虚部領域は対称性を有する第二信号と、実部領域は対称性を有し虚部領域は非対称性を有し各領域の振幅周波数領域で等しい第三信号を伝送することにより算出する。

概要

背景

直交変調復調(quadrature modulation/demodulation)システムにおいて、ベースバンド時間領域複合信号(baseband time−domain complex signal)の実部虚部は、伝送端から同時に伝送される。それらは、それぞれ、二つの直交キャリア(orthogonal carriers)(サインコサイン波)に運ばれる。受信端は同一の直交キャリアを利用して、受信した信号を復調し、ベースバンド複合信号の本来の実部及び虚部を算出する。ベースバンド複合信号の実部の変調/復調は、同相(in−phase、I)変調/復調と呼ばれるのに対し、虚部は直交位相(quadrature−phase、Q)変調/復調と呼ばれる。

実際、IとQ変調/復調間のミスマッチがあり、つまり、常に、I/Q変調(或いは、復調)において、利得(gain)及び位相オフセット(phase offset)がある。これが、公知技術で知られている、I/Q不均衡である。
図1A及び図1Bは、受信端と伝送端でのI/Q不均衡をそれぞれ示す図である。図で示されるように、I/Q不均衡のせいで、クロストークが発生するので、単純に、自動利得制御(automatic gain control、AGC)とキャリア修復回路(carrier recovery circuitry)で消去することが出来ない。更に、直交周波数分割多重(orthogonal frequency division multiplex、OFDM)信号の送受信時に、キャリア間インターフェース(inter carrier interference、ICI)も生じる。

一般の解決方法は、入念に設計された回路システムにより、I/Q不均衡を緩和する。しかし、OFDMシステムにおいて、マルチキャリア高速伝送に用いられるので、I/Q不均衡によりICIが容易に生じてしまう。よって、等価器(equalizer)やICI排除器(eliminator)等の補正された回路システムの必要性が高まっている。ワイヤレスLANシステムバーストモード伝送(burst mode transmission)メカニズムにおいて、等価器やICI排除器は、I/Q不均衡の適切な補償を達成することが出来ない。

概要

直交変調/復調システムにおけるI/Q不均衡の推測と補償の方法及びその装置を提供する。周波数領域信号生成器と、伝送補償マトリックス回路とI変調パスとQ変調パスからなる伝送端と、I復調パスとQ復調パスと受信補償マトリックス回路からなる受信端と、I/Q不均衡の推測器で構成する。また、I/Q不均衡の補償に用いるパラメータは、実部領域は対称性を有し虚部領域は非対称性を有する第一信号と、実部領域は非対称性を有し虚部領域は対称性を有する第二信号と、実部領域は対称性を有し虚部領域は非対称性を有し各領域の振幅周波数領域で等しい第三信号を伝送することにより算出する。

目的

よって、本発明は、受信端I/Q不均衡の推測と補償の方法及びその装置を提供する。

効果

実績

技術文献被引用数
6件
牽制数
2件

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請求項1

受信端I/Q不均衡パラメータを推測する方法であって、 第一及び第二変調キャリアにより、第一信号を、伝送端の同一の変調パスを通じて伝送する工程と、 第一及び第二復調キャリアにより、前記第一信号を、受信端の第一及び第二復調パスを通じて受信する工程と、 前記第一及び第二変調キャリアにより、第二信号を、前記伝送端の前記同一の変調パスを通じて伝送する工程と、 前記第一及び第二復調キャリアにより、前記第二信号を、前記受信端の前記第一及び第二復調パスを通じて受信する工程と、受信された前記第一及び第二信号に従って、前記受信端のI/Q不均衡パラメータを算出する工程と、からなり、前記第一及び第二信号は、周波数領域対称性を有することを特徴とする方法。

請求項2

前記第一信号の実部領域は対称性を有し、虚部領域は非対称性を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項3

前記第二信号の実部領域は非対称性を有し、虚部領域は対称性を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項4

前記第一及び第二信号は、予め決められた信号であることを特徴とする請求項1に記載の方法。

請求項5

伝送端I/Q不均衡パラメータを推測する方法であって、 第一及び第二変調キャリアにより、異なる期間で、対称性を有する二組の第三信号を、前記伝送端の第一及び第二変調パスを通じて伝送する工程と、 第一及び第二復調キャリアにより、異なる期間で、二組の前記第三信号を、受信端の同一の復調パスを通じて受信する工程と、 前記二組の異なる第三信号を受信することにより、前記伝送端のI/Q不均衡パラメータを算出する工程と、からなることを特徴とする方法。

請求項6

前記第三信号の実部領域は対称性を有し、虚部領域は非対称性を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。

請求項7

前記第三信号の前記実部領域と虚部領域の振幅は、前記周波数領域で等しいことを特徴とする請求項6に記載の方法。

請求項8

伝送端I/Q不均衡推測装置であって、前記推測装置は、受信復調装置を有するコミュニケーションシステムに設置され、前記推測装置は、周波数領域で対称性を有する二組の信号を生成する信号生成器と、第一及び第二変調パスを有し、第一及び第二変調キャリアにより、異なる期間で、前記信号を、前記第一及び第二変調パスを通じて伝送する伝送変調装置と、前記受信復調装置により受信された前記二組の異なる信号、及び前記信号生成器が出力する前記二組の信号に従って、前記伝送端のI/Q不均衡パラメータを算出するパラメータ推測器と、からなることを特徴とする装置。

請求項9

前記信号生成器は、更に、IFFT処理器を有することを特徴とする請求項8に記載の装置。

請求項10

前記二組の信号の前記実部及び虚部は、対称性を有することを特徴とする請求項8に記載の装置。

請求項11

受信端I/Q不均衡の推測装置であって、前記推測装置は、伝送変調装置を有するコミュニケーションシステムに配置され、前記伝送変調装置は、第一及び第二信号を出力する信号生成器を備え、前記伝送変調装置は、第一及び第二変調キャリアにより、前記第一及び第二信号を、前記伝送変調装置の伝送端実部変調パス、或いは伝送端虚部変調パスを通じて伝送し、前記推測装置は、第一及び第二復調パスを有し、前記第一及び第二変調キャリアにより、前記第一信号を、前記第一及び第二復調パスを通じて受信し、前記第一及び第二復調キャリアにより、前記第二信号を、前記第一及び第二復調パスを通じて受信する受信変調装置と、前記受信変調装置により受信された前記第一及び第二信号、及び前記信号生成器が出力した前記第一及び第二信号に従って、前記受信端のI/Q不均衡パラメータを算出する推測器と、からなることを特徴とする装置。

請求項12

前記推測装置は、更に、高速フーリエ変換処理器を有することを特徴とする請求項11に記載の装置。

請求項13

前記第一信号の実部領域は対称性を有し、虚部領域は非対称性を有することを特徴とする請求項11に記載の装置。

請求項14

前記第二信号の実部領域は非対称性を有し、虚部領域は対称性を有することを特徴とする請求項11に記載の装置。

請求項15

I/Q不均衡の推測装置であって、前記装置は、周波数領域伝送信号を時間領域伝送信号に転換する逆高速フーリエ変換処理器と、前記時間領域伝送信号を受信すると共に、伝送補償信号を出力する伝送補償マトリクスと、前記伝送補償信号を受信すると共に、伝送アナログ信号を出力するD/Aコンバータと、からなる伝送端装置と、前記伝送アナログ信号を受信すると共に、デジタル信号を出力するA/Dコンバータと、前記デジタル信号を受信すると共に、受信補償信号を出力する受信補償マトリクスと、前記受信補償信号を受信すると共に、周波数領域受信信号を出力する高速フーリエ変換処理器と、からなる受信端装置と、からなり、前記伝送及び受信補償マトリクスは2×2のマトリクスであり、前記伝送及び受信補償マトリクスの値はそれぞれ、前記伝送端装置が伝送した予め決定された信号であると共に、前記受信端装置から受信された後推測されることを特徴とする装置。

技術分野

0001

本発明は、信号推測に関するものであって、特に、I/Q不均衡補償(compensation)と推測の方法及びその装置に関するものである。

背景技術

0002

直交変調復調(quadrature modulation/demodulation)システムにおいて、ベースバンド時間領域複合信号(baseband time−domain complex signal)の実部虚部は、伝送端から同時に伝送される。それらは、それぞれ、二つの直交キャリア(orthogonal carriers)(サインコサイン波)に運ばれる。受信端は同一の直交キャリアを利用して、受信した信号を復調し、ベースバンド複合信号の本来の実部及び虚部を算出する。ベースバンド複合信号の実部の変調/復調は、同相(in−phase、I)変調/復調と呼ばれるのに対し、虚部は直交位相(quadrature−phase、Q)変調/復調と呼ばれる。

0003

実際、IとQ変調/復調間のミスマッチがあり、つまり、常に、I/Q変調(或いは、復調)において、利得(gain)及び位相オフセット(phase offset)がある。これが、公知技術で知られている、I/Q不均衡である。
図1A及び図1Bは、受信端と伝送端でのI/Q不均衡をそれぞれ示す図である。図で示されるように、I/Q不均衡のせいで、クロストークが発生するので、単純に、自動利得制御(automatic gain control、AGC)とキャリア修復回路(carrier recovery circuitry)で消去することが出来ない。更に、直交周波数分割多重(orthogonal frequency division multiplex、OFDM)信号の送受信時に、キャリア間インターフェース(inter carrier interference、ICI)も生じる。

0004

一般の解決方法は、入念に設計された回路システムにより、I/Q不均衡を緩和する。しかし、OFDMシステムにおいて、マルチキャリア高速伝送に用いられるので、I/Q不均衡によりICIが容易に生じてしまう。よって、等価器(equalizer)やICI排除器(eliminator)等の補正された回路システムの必要性が高まっている。ワイヤレスLANシステムバーストモード伝送(burst mode transmission)メカニズムにおいて、等価器やICI排除器は、I/Q不均衡の適切な補償を達成することが出来ない。

発明が解決しようとする課題

0005

よって、本発明は、受信端I/Q不均衡の推測と補償の方法及びその装置を提供する。

課題を解決するための手段

0006

本方法は、
第一及び第二変調キャリアにより、第一信号を、伝送端の同一の変調パスを通じて伝送する工程と、
第一及び第二復調キャリアにより、前記第一信号を、受信端の第一及び第二復調パスを通じて受信する工程と、
前記第一及び第二変調キャリアにより、第二信号を、前記伝送端の前記同一の変調パスを通じて伝送する工程と、
前記第一及び第二復調キャリアにより、前記第二信号を、前記受信端の前記第一及び第二復調パスを通じて受信する工程と、
前記第一及び第二信号により、前記受信端のI/Q不均衡を算出する工程と、からなり、前記第一及び第二信号は、周波数領域で対称性を有する。

発明の効果

0007

受信端と伝送端I/Q不均衡を推測し、更に、特殊な所定信号を用いて、推測を簡潔にする。

発明を実施するための最良の形態

0008

本発明の具体例において、I/Q不均衡の迅速な変化が見られないため、システムが開始、或いはアイドル時に、不均衡は、OFDM伝送端、または受信端の特徴に基づいて、概算修正される。
図1Aを参照すると、受信端のI/Q不均衡は、2×2マトリクスで表示され、パラメータαrcosθr、αrsinθr、βrcosφr及びβrsinφr からなる。αr及びβrは、それぞれ、受信端のIとQ復調パスの利得オフセットであるのに対し、θr及びφrは、位相オフセットである。逆高速フーリエ変換(inverse fast Fourier Transform、IFFT)の前に、受信端I/Q不均衡マトリクスの4つのパラメータは、特定の周波数である信号を生成することにより、推測できる。

0009

特定の周波数を有する信号は、虚、或いは実部パワーを有する時間領域の形式で伝送される。よって、信号は、伝送端のI及びQ変調パスの一つだけを経て伝送される。信号の利得と位相オフセットは、受信端で、自動利得制御とキャリア修復回路により補正される。この方式で、パラメータαrcosθr及びβrsinφrは、時間領域実部パワー信号を伝送することにより算出する。更に、パラメータαrsinθr及びβrcosφrは、時間領域実部パワー信号から伝送することにより算出する。

0010

図1Bを参照すると、伝送端のI/Q不均衡は、2×2マトリクスで表示され、パラメータαtcosθt、αtsinθt、βtcosφt及びβtsinφtからなる。αt及びβtは、それぞれ、伝送端のIとQ復調パスの利得オフセットであるのに対し、θt及び φtは、位相オフセットである。伝送端I/Q不均衡マトリクスの4つのパラメータは、二つの信号を伝送することにより推測され、それぞれは、時間領域に、実部及び虚部のパワーを備え、二つの異なる期間で、同一の復調パスにより、受信端で、それらを復調する。受信端により受信した各信号の復調時、二つの直交キャリアが用いられて、受信された信号から、時間領域信号の実部と虚部を復調する。パラメータαtcosθt及びβtsinφtは、二つの受信信号の実部から算出し、パラメータαtsinθt及びβtcosφtは、二つの受信信号の虚部から算出する。推測された信号は、利得及び位相オフセットを含んでいる。しかし、チャネル効果処理により補正される。
よって、I/Q不均衡推測は、単一の信号変調/復調パスにより、伝送/受信信号に基づき、I/Q不均衡パラメータを推測する。不均衡推測のベースバンド信号は、推測工程を簡潔にするために、適切に選択されなければならない。

0011

図2は、本発明の一具体例による、I/Q不均衡の推測と補償の装置を示す図である。周波数領域信号生成器400は、信号を、IFFT処理器550に伝送し、その信号を周波数領域から時間領域に転換する。時間領域信号は、伝送補償マトリクス回路250に伝送される。伝送端のI変調パスは、マルチプレクサ(multiplexer)MUX1、D/Aコンバータ200、低パスフィルター22、及びミキサーMIX1を含む。伝送端のQ変調パスは、マルチプレクサMUX2、MUX3、MUX4及びMUX5、D/Aコンバータ202、低パスフィルター24、及びミキサーMIX2を含む。マルチプレクサMUX1は、I変調パスで信号を切り換え、マルチプレクサMUX2及びMUX3は、Q変調パスで信号を切り換える。マルチプレクサMUX4及びMUX5は、I及びQ変調パスのキャリアを選択する。

0012

受信端のI復調パスは、ミキサーMIX3、低パスフィルター21、A/Dコンバータ100、及びマルチプレクサMUX6を含む。受信端のQ復調パスは、ミキサーMIX4、低パスフィルター23、A/Dコンバータ102、マルチプレクサMUX7及びMUX8を含む。I及びQ復調パスを通過する信号は、受信補償マトリクス回路150に伝送され、その後、AGC回路352及びキャリア修復回路350により処理される。FFT処理器500は、キャリア修復回路350からの信号を、周波数ドメイン信号に転換する。推測器300は、伝送/受信補償マトリクス回路250及び150のパラメータを生成する。マルチプレクサMUX6は、I復調パスで信号を切り換え、マルチプレクサMUX7及びMUX8は、I及びQ復調パスのキャリアを選択する。

0013

I/Q不均衡を補償するために、A/Dコンバータ100及び102の後に、受信補償マトリクス回路150が加えられる。同様に、同様の理由で、D/Aコンバータ200及び202の前に、伝送補償マトリクス回路250が加えられる。図1Aで示されるように、受信端I/Q不均衡は、以下のように表示される。

0014

よって、四つのパラメータαrcosθr、αrsinθr、βrcosφr及びβrsinφrを算出することにより、受信補償マトリクス回路150により実行される補償は、マトリクス機能になる:

0015

受信された信号は、このように示される:

0016

[αr・βr・cos(θr−φr)]は、残りの利得オフセットで、更に、AGC回路により補償される。伝送及び受信された信号間の位相差は、キャリア修復回路により消去されるので、補償に影響を与えない。
同様に、四つのパラメータαtcosθt、αtsinθt、βtcosφt及びβtsinφtを算出することにより、伝送補償マトリクス回路250により実行される、伝送端I/Q不均衡の補償は、マトリクス機能になる:

0017

補償された信号はその後、以下のように示される:



これらのパラメータは、不均衡I/Q変調/復調の後、所定のOFDM信号相関(correlation)方式により、認識される。

0018

信号x(xi+jxq)は、信号y(yi+jyq)に転換する:


信号Yは、xとxxの線的結合で、以下のように示される:


C=ci+jcq、D=di+jdq、ci+di=A11、−cq+dq=A12、cq+dq=A21及びci−di=A22。

0019

信号X(t)が複合OFDM信号の場合、その後、





akは、Kthサブチャネル内の周波数領域信号で、ak,iはakの実部信号で、ak,qはakの虚部信号である。

0020

よって、I/Q不均衡の補償に用いられるパラメータは、式(13)とOFDM信号の特徴により算出する。伝送端I/Q不均衡の影響を回避するため、受信端I/Q不均衡の推測の間、単一の信号復調パス伝送ノードの実部変調パスI_tx、或いは、虚部変調パスQ_tx)だけが用いられる。
ak,i=a-k,i(対称性)で、ak,q=—a-k,q(非対称性)である時、実部時間領域OFDM信号だけが伝送される。この信号がI/Q変調パス一つだけを通過して、この信号を伝送され(本具体例において、本信号はQ変調パスにより伝送されて、コサイン(cos(ω ct)キャリア波)により運ばれる)、FFT処理器500により受信信号を復調する場合、


ak,i=—a-k,i(対称性)で、ak,q=a-k,q(対称性)である時、虚部時間領域OFDM信号だけが伝送される。

0021

この信号がI/Q変調パス一つだけを通過して伝送され(本具体例において、本信号はI変調パスにより伝送されて、サイン(−sin(ω ct)キャリアにより運ばれる)、FFT処理器500により受信信号を復調することにより、

0022

よって、式(15)から、ak,i=ak,q=1、且つ、a-k,i=ak,i、a-k,q=−ak,qである場合、

0023

式(17)から、ak,i=ak,q=1、且つ、a-k,i=‐ak,i、a-k,q=‐ak,qである場合、

0024

受信端のI/Q不均衡補償のパラメータαrcosθr、αrsinθr、βrcosφr及びβrsinφrは、所定の相関器と独立した周波数領域信号により推測される。ak,i=ak,q=±1は、受信端により受信された対応信号を備える。図3は、本発明の具体例による、I/Q不均衡の推測と補償の装置に用いられる推測器を示す図である。M11、M12、M21及びM22の値は、それぞれ、αrcosθr、αrsinθr、βrcosφr及びβrsinφrで、受信補償マトリクス回路150に伝送される。Nは、伝送した符号の数量である。図3で示される乗算器(multiplier)(×印)は、変換器、或いは、シフト抵抗器で置き換えてもよい。この簡潔なパラメータ推測と決定推測器は、DCバイアスを有さないRF回路を備えたコミュニケーション(伝送/受信)システムに応用することが出来、連続決定性信号を伝送する。

0025

伝送端I/Q不均衡が、IとQ変調パスをそれぞれ通じて、ak,i=a-k,i、ak,q=a-k,qである二つのOFDM信号を伝送することにより推測され、




受信端I/Q不均衡の影響を回避するため、一つの復調パス(受信ノードの実部変調パスI_tx、或いは、虚部変調パスQ_tx)は、伝送端のI/Q不均衡の推測の間に用いられる。異なる期間で、時間領域信号の実部は、コサイン(cos(ω ct))キャリア波により、復調され、時間領域信号の虚部は、サイン(sin(ω ct))キャリア波により、復調される。

0026

ak,i=a-k,i(対称性)で、ak,q=a-k,q(対称性)である時、実部及び虚部周波数領域信号は対称で、時間領域OFDM信号は、Q復調パスQ_rxを通じて伝送され、コサイン(cos(ω ct))キャリア波により復調されて、実部時間領域信号を復調する。実部時間領域信号は、FFT処理器500により、周波数領域に転調され、



時間領域OFDM信号が、Q復調パスQ_rxを通じて伝送され、サイン(sin(ω ct))キャリア波により復調されて、虚部時間領域信号を復調する場合、虚部時間領域信号は、FFT処理器500により、周波数領域に転換され、

0027

ak,i=a-k,i(対称性)で、ak,q=a-k,q(対称性)であるOFDM信号と合わせて、本システムと方法により、パラメータαtcosθt、αtsinθt、βtcosφt及びβtsinφtがそれぞれ、決定される。伝送端のI/Q不均衡の補償のパラメータも、図3で示される推測器により算出する。M11、M12、M21及びM22の値は、それぞれ、αtcosθt、αtsinθt、βtcosφt及びβtsinφtで、これらのパラメータは、伝送補償マトリクス回路250に使用される。

0028

図4A及び図4Bは、補償前後の不均衡変調の一群を示す図である。
注意すべきことは、ak,i、a-k,i、ak,q、及びa-k,qの関係は、前記に限られるわけではない。受信端I/Q不均衡は、同一の変調パスを通じて、信号を伝送することによりだけ推定され、伝送端I/Q不均衡は、同一の復調パスを通じて、信号を受信することによりだけ推定される。しかし、これは、ベースバンド信号処理の困難さを増加させてしまう。
本発明の長所は、OFDM信号の変調/復調特徴にあり、受信端と伝送端I/Q不均衡を推測し、更に、特殊な所定信号を用いて、推測を簡潔にする。

0029

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

図面の簡単な説明

0030

受信端と伝送端のI/Q不均衡を示した図である。
受信端と伝送端のI/Q不均衡を示した図である。
本発明の一具体例によるI/Q不均衡の推測と補償の装置を示した図である。
本発明の一具体例によるI/Q不均衡の推測と補償の装置に用いられる推測器を示す図である。
補償前後の一群の不均衡変調を示す図である。
補償前後の一群の不均衡変調を示す図である。

符号の説明

0031

21、22、23、24…低パスフィルター、
100、102…A/Dコンバータ、
200、202…D/Aコンバータ、
150…受信補償マトリクス回路、
250…伝送補償マトリクス回路、
300…推測器
350…キャリア修復回路、
352…自動利得制御(AGC)回路
400…信号生成器
500…高速フーリエ変換FFT処理器
550…逆高速フーリエ変換(IFFT)処理器
MIX1〜MIX4…ミキサー
MUX1〜MUX8…マルチプレクサ

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