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技術 自動位相制御方法及び送信機

出願人 株式会社日立国際電気
発明者 肥留川誠之工藤雅則関修章児玉有康
出願日 2007年2月27日 (13年10ヶ月経過) 出願番号 2007-047476
公開日 2008年9月11日 (12年3ヶ月経過) 公開番号 2008-211622
状態 未査定
技術分野 交流方式デジタル伝送
主要キーワード 直線近似線 リニアライザ回路 設定位相 帰還成分 初期位相値 余裕領域 参照地点 理想条件
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年9月11日)のものです。
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図面 (5)

課題

電力増幅器非線形歪み補償するための帰還路と、直交変調器と、直交復調器とを備えたデジタル送信機おいて、特定周波数帯域だけでなく、広帯域の場合にも有効な自動位相制御方法を提供する。

解決手段

送信周波数中心周波数fMを基準に、メモリに予め格納した高域周波数Hbと、低域周波数fLbの少なくとも2点における初期位相値φHと、φLとを用いて位相カーブを算出し、この算出した位相カーブに基づいて位相余裕領域内で安定した位相制御を行う。

概要

背景

例えば、公共業務用デジタル無線における変調方式として、周波数利用効率の良いπ/4シフトPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調方式が、一般的に採用されている。この変調方式では、電力増幅器入力信号レベルにより、振幅位相が変化し、歪みを生じる。この歪みによって送信スペクトラム広がり隣接チャネルに妨害を与えている。このため、使用する電力増幅器には、厳しい歪み仕様が要求される。そこで、従来からリニアライザと呼ばれる各種の非線形歪補償方式が用いられている。

その代表的な補償方式として、電力増幅器に負帰還をかけることによって、ループ利得で歪みを改善するカーテシアンループ方式がある。しかし、このカーテシアンループ方式は、閉ループ制御であることから、フィードバックループの安定性が非常に重要であり、発振の防止のために、ループ位相制御が不可欠となる。

また、デジタル無線送信機製品化には、開発や設計、生産コスト削減のために、特定の周波数に依存せずに、広帯域に対応可能なデジタル無線送信機が求められている。

従来のカーテシアンループ方式を用いた送信機のブロック構成例を、図1に示す。図1において、101は送信ベースバンド部、102は送信RF部を示している。送信RF部102は、リニアライザIC103と、直交変調部113、直交復調部122から構成され、リニアライザIC103により非線形歪み補償を行う。

従来の自動位相方法の一例について説明する。図1に示すように、無線チャネル制御部104から、最初にベースバンド信号のI,Q成分を与える。入力されたベースバンド信号Iは、減算器111に入力され、ベースバンド信号Qは、比較器125と減算器111に入力される。ベースバンド信号Qは、減算された後にループフィルタ部112に入力される。比較器125と126は、それぞれ入力信号振幅値を出力し、各比較器からの出力COMPQとCOMPMQを位相制御部124に送る。

位相制御部124は、入力してくる比較器の出力COMPQとCOMPMQを比較し、移相量を制御する。移相量は、COMPQのタイミングを基準にしてCOMPMQのタイミングが遅れていれば移相器121により移相量を減少させ、進んでいれば移相量を増加させる。図4は、一般的なデジタル無線通信に用いるフレーム構成を示すブロック図である。
通常動作時における位相調整のタイミングとして、図4に示す送信信号フォーマットに、送信シンボル情報シンボルDATA))402の他にリニアライザ用プリアンブル401(LP)を付加したフレーム構成(すなわち1フレームを、リニアライザ用プリアンブルと情報シンボルで構成する)を用いて、位相調整を行っている。

通常動作時において、フレーム毎に位相差を調整しているので、安定した位相制御が可能となっている。

次に、図2(a)を用いて特定帯域(例えば、数MHz)を持つ場合の位相制御について説明する。送信開始時に調整する最適位相値φ[°]は、負帰還ループに使用される電力増幅器や帯域フィルタの特性による周波数特性を持っているため、使用される帯域に応じて設定する必要がある。そのため、予め送信周波数領域fLa〜fHaで最適になるように、従来は初期位相値として中心周波数fMを用い、この中心周波数fMを参照して初期位相値を調整し、送信を開始していた。

初期位相値は、図2(a)に示すように、仕様部品の性能によって太い実線で示した理想条件位相値に対し、破線202で示したように、位相特性バラツキを生じることがあるが、送信周波数領域fLa〜fHaにおいても、位相余裕領域201内であることを満足しているため、安定した特性を有する無線機を可能にしている。

その後の動作中には、図4に示した送信信号フォーマットに付加されたリニアライザ用プリアンブル401により位相のズレ監視し、移相器121により位相制御を行う。

なお、このような位相制御機能については、例えば、特許文献4に記載されている。

また、以下の特許文献1には、電力増幅器の歪みを補償するための帰還回路及び直交復調器を備えたデジタル送信機において、温度変化による位相変化に対応するために用いる専用の制御デジタル回路により生じるスプリアス劣化が生じない自動位相制御、及び車載機における送信周波数切り替え時に生じる急峻な位相変化に対応するループの自動位相制御を行うため、温度センサにより送信機内部の温度を監視し、温度変化が生じた場合に、予め用意した温度テーブル又は、温度変化に対する位相変化の近似式から、位相制御回路で算出したループ位相の最適な位相データを移相器に与えて自動位相制御を行うことが開示されている。

また、特許文献2には、デジタル送信機において、経年変化などから生じる送信開始時の初期位相変化を検出し、初期位相差値を自動的に補正できる位相補正方式として、送信中に検出した位相差と補正量を監視する手段を具備し、位相差が小さい場合の補正量を温度情報及び周波数情報と関連づけて記憶し、送信開始時の初期値とすることにより、経年変化による位相値変動を補正する自動位相補正方式が開示されている。

また、特許文献3には、温度変化だけではなく、送信周波数変化による急峻な位相変化にも対応することが可能な自動位相補正回路及び自動位相補正方法として、入力ベースバンドI,Q信号によりローカル送波直交変調器で直交変調して周波数変調した送信信号を増幅器増幅する際、増幅部での非線形歪みを補償するため、増幅部から取り出した出力信号の一部を直交変調器を介して帰還すると共に、移相器によりローカル搬送波の移相量を制御する自動位相補正回路において、送信機を制御するCPU等からの送信周波数の変更によりローカル搬送波を設定し、かつ、送信機内の温度センサからの温度によって設定位相量を補正するデジタル無線機の送信機が開示されている。

特開2002−237860号公報
特開2003−198649号公報
特開2003−87346号公報
特開2002−111759号公報

概要

電力増幅器の非線形歪みを補償するための帰還路と、直交変調器と、直交復調器とを備えたデジタル送信機おいて、特定周波数帯域だけでなく、広帯域の場合にも有効な自動位相制御方法を提供する。送信周波数の中心周波数fMを基準に、メモリに予め格納した高域周波数Hbと、低域周波数fLbの少なくとも2点における初期位相値φHと、φLとを用いて位相カーブを算出し、この算出した位相カーブに基づいて位相余裕領域内で安定した位相制御を行う。

目的

そこで、本発明の目的は、特定帯域を持つ場合だけでなく、広帯域の場合においても有効な歪み補償が可能な自動位相制御方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

予め送信周波数に対応する初期位相値を格納するメモリと、送信ベースバンド部に入力された信号と該入力された信号の一部を負帰還させた信号とを比較する比較器と、前記送信ベースバンド部に入力された信号と前記負帰還させた信号との位相ズレを調整する位相制御部とを備え、前記位相制御部により送信周波数の位相値が最適となるように、歪み補償を行うデジタル送信機自動位相制御方法であって、前記位相制御部は、送信周波数の初期位相値を調整するための位相カーブを、前記メモリに格納された前記送信周波数の少なくとも2地点における初期位相値により算出し、該算出した位相カーブに基づいて位相調整を行うことを特徴とする自動位相制御方法。

請求項2

前記初期位相値の調整は、前記送信周波数の中心周波数を基準に、少なくとも前記送信周波数の高域と低域の2点で行うことを特徴とする請求項1記載の自動位相制御方法。

請求項3

送信電力増幅する電力増幅器と、該電力増幅器の非線形歪み補償するための帰還回路及び直交復調器を備えたデジタル送信機において、予め送信周波数の少なくとも2地点における初期位相値を格納するメモリと、送信ベースバンド部に入力された信号と該入力された信号の一部を負帰還させた信号とを比較する比較器と、前記送信ベースバンド部に入力された信号と前記負帰還させた信号との位相のズレを調整する位相制御部とを備え、前記位相制御部は、前記送信周波数の初期位相値を調整するための位相カーブを、前記メモリに格納された送信周波数の少なくとも2地点における前記初期位相値により算出し、該算出した位相カーブに基づいて位相調整を行うことを特徴とするデジタル送信機。

技術分野

0001

本発明は、デジタル無線送信機自動位相制御方法に係り、特に、広帯域対応のデジタル無線送信機において、送信周波数帯域内で安定した位相制御を可能にする自動位相制御方法に関する。

背景技術

0002

例えば、公共業務用デジタル無線における変調方式として、周波数利用効率の良いπ/4シフトPSK(Quadrature Phase Shift Keying)変調方式が、一般的に採用されている。この変調方式では、電力増幅器入力信号レベルにより、振幅位相が変化し、歪みを生じる。この歪みによって送信スペクトラム広がり隣接チャネルに妨害を与えている。このため、使用する電力増幅器には、厳しい歪み仕様が要求される。そこで、従来からリニアライザと呼ばれる各種の非線形歪補償方式が用いられている。

0003

その代表的な補償方式として、電力増幅器に負帰還をかけることによって、ループ利得で歪みを改善するカーテシアンループ方式がある。しかし、このカーテシアンループ方式は、閉ループ制御であることから、フィードバックループの安定性が非常に重要であり、発振の防止のために、ループの位相制御が不可欠となる。

0004

また、デジタル無線送信機の製品化には、開発や設計、生産コスト削減のために、特定の周波数に依存せずに、広帯域に対応可能なデジタル無線送信機が求められている。

0005

従来のカーテシアンループ方式を用いた送信機のブロック構成例を、図1に示す。図1において、101は送信ベースバンド部、102は送信RF部を示している。送信RF部102は、リニアライザIC103と、直交変調部113、直交復調部122から構成され、リニアライザIC103により非線形歪み補償を行う。

0006

従来の自動位相方法の一例について説明する。図1に示すように、無線チャネル制御部104から、最初にベースバンド信号のI,Q成分を与える。入力されたベースバンド信号Iは、減算器111に入力され、ベースバンド信号Qは、比較器125と減算器111に入力される。ベースバンド信号Qは、減算された後にループフィルタ部112に入力される。比較器125と126は、それぞれ入力信号振幅値を出力し、各比較器からの出力COMPQとCOMPMQを位相制御部124に送る。

0007

位相制御部124は、入力してくる比較器の出力COMPQとCOMPMQを比較し、移相量を制御する。移相量は、COMPQのタイミングを基準にしてCOMPMQのタイミングが遅れていれば移相器121により移相量を減少させ、進んでいれば移相量を増加させる。図4は、一般的なデジタル無線通信に用いるフレーム構成を示すブロック図である。
通常動作時における位相調整のタイミングとして、図4に示す送信信号フォーマットに、送信シンボル情報シンボルDATA))402の他にリニアライザ用プリアンブル401(LP)を付加したフレーム構成(すなわち1フレームを、リニアライザ用プリアンブルと情報シンボルで構成する)を用いて、位相調整を行っている。

0008

通常動作時において、フレーム毎に位相差を調整しているので、安定した位相制御が可能となっている。

0009

次に、図2(a)を用いて特定帯域(例えば、数MHz)を持つ場合の位相制御について説明する。送信開始時に調整する最適位相値φ[°]は、負帰還ループに使用される電力増幅器や帯域フィルタの特性による周波数特性を持っているため、使用される帯域に応じて設定する必要がある。そのため、予め送信周波数領域fLa〜fHaで最適になるように、従来は初期位相値として中心周波数fMを用い、この中心周波数fMを参照して初期位相値を調整し、送信を開始していた。

0010

初期位相値は、図2(a)に示すように、仕様部品の性能によって太い実線で示した理想条件位相値に対し、破線202で示したように、位相特性バラツキを生じることがあるが、送信周波数領域fLa〜fHaにおいても、位相余裕領域201内であることを満足しているため、安定した特性を有する無線機を可能にしている。

0011

その後の動作中には、図4に示した送信信号フォーマットに付加されたリニアライザ用プリアンブル401により位相のズレ監視し、移相器121により位相制御を行う。

0012

なお、このような位相制御機能については、例えば、特許文献4に記載されている。

0013

また、以下の特許文献1には、電力増幅器の歪みを補償するための帰還回路及び直交復調器を備えたデジタル送信機において、温度変化による位相変化に対応するために用いる専用の制御デジタル回路により生じるスプリアス劣化が生じない自動位相制御、及び車載機における送信周波数切り替え時に生じる急峻な位相変化に対応するループの自動位相制御を行うため、温度センサにより送信機内部の温度を監視し、温度変化が生じた場合に、予め用意した温度テーブル又は、温度変化に対する位相変化の近似式から、位相制御回路で算出したループ位相の最適な位相データを移相器に与えて自動位相制御を行うことが開示されている。

0014

また、特許文献2には、デジタル送信機において、経年変化などから生じる送信開始時の初期位相変化を検出し、初期位相差値を自動的に補正できる位相補正方式として、送信中に検出した位相差と補正量を監視する手段を具備し、位相差が小さい場合の補正量を温度情報及び周波数情報と関連づけて記憶し、送信開始時の初期値とすることにより、経年変化による位相値変動を補正する自動位相補正方式が開示されている。

0015

また、特許文献3には、温度変化だけではなく、送信周波数変化による急峻な位相変化にも対応することが可能な自動位相補正回路及び自動位相補正方法として、入力ベースバンドI,Q信号によりローカル送波直交変調器で直交変調して周波数変調した送信信号を増幅器増幅する際、増幅部での非線形歪みを補償するため、増幅部から取り出した出力信号の一部を直交変調器を介して帰還すると共に、移相器によりローカル搬送波の移相量を制御する自動位相補正回路において、送信機を制御するCPU等からの送信周波数の変更によりローカル搬送波を設定し、かつ、送信機内の温度センサからの温度によって設定位相量を補正するデジタル無線機の送信機が開示されている。

0016

特開2002−237860号公報
特開2003−198649号公報
特開2003−87346号公報
特開2002−111759号公報

発明が解決しようとする課題

0017

しかしながら、図2(a)を用いて説明した従来技術によるデジタル送信機において、さらに広帯域(例えば、10MHz)にする場合には、送信周波数領域が広がることにより、使用部品の性能誤差が広がることにつながる。このため、図2(b)の破線203に示すように、送信周波数領域の高域Hbあるいは低域fLbにおいて、位相余裕領域を超えてしまう可能性があり、発振の恐れがある。

0018

そこで、本発明の目的は、特定帯域を持つ場合だけでなく、広帯域の場合においても有効な歪み補償が可能な自動位相制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0019

上記目的を達成するため、本発明は、予め送信周波数に対応する初期位相値を格納するメモリと、送信ベースバンド部に入力された信号と該入力された信号の一部を負帰還させた信号とを比較する比較器と、前記送信ベースバンド部に入力された信号と前記負帰還させた信号との位相のズレを調整する位相制御部とを備え、前記位相制御部により送信周波数の位相値が最適となるように、歪み補償を行うデジタル送信機の自動位相制御方法であって、
前記位相制御部は、送信周波数の初期位相値を調整するための位相カーブを、前記メモリに格納された前記送信周波数の少なくとも2地点における初期位相値により算出し、該算出した位相カーブに基づいて位相調整を行うことを特徴とするものである。

発明の効果

0020

本発明によれば、特定帯域(例えば、数MHz)だけでなく、送信周波数が広帯域な場合(例えば、10MHz)でも自動位相補正制御が可能となり、スプリアスの劣化原因を解消すると共に、送信周波数の変化に伴う急激な位相変化にも最適に対応することが可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0021

本発明の一実施例について、添付図面を参照して以下詳細に説明する。本実施例のカーテシアンループ方式を用いた送信機のブロック構成は、前述した図1と共通である。点線で囲んだ101は送信ベースバンド部、実線で囲んだ102は送信RF部であり、送信RF部102は、リニアライザ回路により非線形歪み補償を行い、リニアライザIC103、直交変調部113、直交復調部122から構成される。

0022

最初に無線機の送信動作について説明する。送信信号は無線チャネル制御部104よりベースバンド信号の直交成分信号IとQを入力し、マッピング部105、ルートロールオフフィルタ部106、窓関数処理部107を介して、DA変換器109にてアナログ信号に変換される。アナログに変換された送信信号は、送信RF部102にて低域通過フィルタLPF)110、ループフィルタ部112を経て、直交変調部113に与えられる。

0023

発振器120は、搬送波信号を生成し、生成した信号を移相器121と直交復調部122とに入力する。移相器121は、入力された送信周波数の位相を予め格納しておいた参照テーブルを基に一定量だけシフトし、直交変調部113に入力する。なお、参照テーブルは不図示のメモリに格納されている。

0024

直交変調部113は、移相器121から入力された搬送波信号と、送信ベースバンド部101より入力された信号(I成分とQ成分)を直交変調し、その変調された信号を帯域通過フィルタ(BPF)114に送る。帯域通過フィルタ114では、入力された変調信号から帯域外スプリアス成分を除去し、ミキサ115に与える。

0025

ミキサ115では、発振器120からの搬送波信号と帯域通過フィルタ114から入力された信号をミキシングして周波数変換を行い、その周波数変換した信号を帯域通過フィルタ(BPF)116に送る。帯域通過フィルタ116では、帯域外スプリアス成分を除去し、その出力信号を電力増幅器(PA)117に入力する。

0026

電力増幅器117は、帯域通過フィルタ116から入力された信号を増幅し、カプラ118に入力する。カプラ118は、アンテナ119を介して出力信号を送信すると共に、出力信号の一部をレベルに応じて分岐し、可変減衰器可変ATT)123に送る。可変減衰器123では、入力された信号の電力レベルを適正な値に調整し、ミキサ115に与える。ミキサ115では、発振器120から入力された搬送波信号とミキシングして周波数変換し、直交復調部122に与える。

0027

直交変調器122では、ミキシングした入力信号を発振器120から入力された搬送波信号で直交復調し、ベースバンド信号の同相成分信号iと直交成分信号qとを生成し、減算器111に与える。

0028

減算器111では、ベースバンド成分信号I、Qから帰還成分信号i、qを減じて直交変調部113に与えることにより、負帰還がかけられる。カーテシアンループ方式は、フィードバックループの安定性が非常に重要であるので、発振の防止のために位相制御部124で、移相器121を制御し、ベースバンド信号と帰還信号の位相差が0°になるように位相を制御する。

0029

本発明に係る自動位相制御方法では、位相制御領域領域幅を、送信周波数の少なくとも2地点以上の初期位相値を結んだ線の位相カーブ(初期位相値が2地点の場合は直線、3地点以上の場合は曲線近似線となる)の所定の余裕領域幅内にて補償を行うことを特徴としている。また、本発明では、広い送信周波数帯域での位相制御を可能にするために、予め広い送信周波数に対応する初期位相値を参照するためのメモリを備えておく。送信周波数の中心周波数fMを基準に、高域周波数fHbと低域周波数fLbに対応する初期位相値φH、φL、を格納しておく。このメモリより初期位相値を参照し、そのデータを基に位相カーブ(この場合2地点なので直線近似線)を算出する。算出には2地点が決定されていることから、図3に示すように、位相カーブ301が容易に求まる。この位相カーブを基に位相余裕領域内にあるように位相制御することで安定した位相制御が行える。

0030

以上本発明の好適な実施例について述べたが、本発明の精神を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。例えば、実施例では初期位相値の参照地点は2地点を例に説明したが、位相カーブの精度を上げるために、送信周波数の3箇所以上の地点の初期値を基に、位相カーブを算出するようにしてもよいことは言うまでもない。

図面の簡単な説明

0031

本発明の自動位相制御方法を適用するカーテシアンループ方式のデジタル送信機のブロック構成図。
送信周波数と最適位相値との関係を示す図。
送信周波数と最適位相値との関係を示す図。
一般的なデジタル無線通信に用いるフレーム構成を示すブロック図。

符号の説明

0032

101…送信ベースバンド部、102…送信RF部、103…リニアライザIC、104…無線チャネル制御部、105…マッピング部、106…ロールオフフィルタ部、107…窓処理部、108…加算器、109…D/A変換器、110…低域通過フィルタ、111…減算器、112…ループフィルタ部、113…直交変調部、114,116…帯域通過フィルタ、115…ミキサ部、117…電力増幅器、118…カプラ、119…アンテナ、120…発振器、121…移相器、122…直交復調部、123…可変減衰器、124…位相制御部、125,126…比較器。

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