JP5251748B2 - 位相補正装置、位相補正方法 - Google Patents
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Description
図2において、位相シフタ104は、−π/2<Δφ<+π/2の範囲で補正が可能である。また、直交復調器30からのベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)をπ/2単位で移相可能なπ/2位相シフタ108が設けられている。位相検出器103は、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)と、フィードバックされたベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)とから、位相誤差(目標補正量)を検出する。そして、位相検出器103は、目標補正量が−π/2<Δφ<+π/2の範囲を超える場合には、π/2位相シフタ108に対して、π/2単位でベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)の位相をシフトさせるための信号を送出する。
K(s):系の入出力間の直接のライン(ダイレクトライン)上の伝達関数、
α(s):π/2位相シフタ108の伝達関数
β(s):π/2位相シフタ108を除く、フィードバックライン上の伝達関数
としている。
よって、本発明の1つの観点では、無線送信機に用いられる位相補正装置及び位相補正方法において、位相補正動作の安定性を向上させたものを提供することを目的とする。
この位相補正装置は、
(A)第1信号の同相成分及び直交成分により第1搬送波信号を変調する直交変調器と、
(B)前記電力増幅器の出力から帰還した帰還信号を第2搬送波信号により復調して、同相成分及び直交成分を含む第2信号を生成する直交復調器と、
(C)第1信号及び第2信号の同相成分及び直交成分に基づいて、第1信号と第2信号の位相誤差を検出する位相検出器と、
(D)前記位相誤差を目標値として位相シフトを行う位相シフタ群であって、第1信号、第2信号、第1搬送波信号、又は第2搬送波信号のいずれかの位相シフトを行う第1位相シフタと、第1信号の位相をシフトさせる第2位相シフタと、を含む位相シフタ群と、
を備える。
第2の観点は、上記位相補正装置の各構成要素と同様の処理を行う位相補正方法である。
以下、電力増幅器の線形性歪を補償するためのカーテシアンフィードバック型歪補償装置を備えた無線送信機について説明する。このカーテシアンフィードバック型歪補償装置には、位相補正装置が適用される。
以下、本実施形態の無線送信機の全体構成について図3を参照して説明する。
図3は、本実施形態の無線送信機の要部の全体構成を示すブロック図である。図3に示す無線送信機は、位相検出器(Phase Detector)10、位相シフタ(Phase Shifter)14、ロックインジケータ16(LOCK IND)、π/2位相シフタ18、直交復調器30(DEM)、減算器38、直交変調器40(MOD)、電力増幅器90(PA)、局部発振器91、方向性結合器93、を含む。
位相検出器10は、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)と、フィードバックされるベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)とに基づいて位相誤差を検出し、検出した位相誤差を目標補正量(目標値)として位相シフタ14に与える。位相シフタ14は、局部発振器91からの直交変調器40に対する搬送波信号の位相を、位相検出器10から与えられる目標補正量だけシフトする。
ロックインジケータ16は、PLLのロック判別を行い、論理レベルのロック判別信号L_INDをπ/2位相シフタ18へ出力する。ロックしていない、すなわち、位相誤差が補正されていない場合には、ロックインジケータ16は、π/2位相シフタ18へ出力するロック判別信号L_INDをアクティブにする。これにより、π/2位相シフタ18は、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)の位相をπ/2単位でシフトする。
次に、位相補正装置の構成について図4を参照して説明する。
図4は、本実施形態の無線送信機の内、位相補正装置に関連する部位についてのみ記述したブロック図である。すなわち、図4では、図3と異なり、カーテシアンフィードバック系の全体については記述していない。
位相シフタ14は、局部発振器91からの搬送波信号sin(ωt)に対して、位相検出器10からの制御電圧CVに基づいた位相量だけ移相し、直交変調器40に対する搬送波信号sin(ωt+Δφ)を生成する。本実施形態においては、位相シフタ14は、与えられる制御電圧の値に応じて位相をシフトするものであればよく、その構成を限定しない。なお、この実施形態では、sin(Δφ)の値のみに基づいて位相シフトを行うため、位相誤差Δφが−π/2<Δφ<+π/2の範囲にあるときに有効である。位相誤差Δφが−π/2<Δφ<+π/2の範囲下ではsin(Δφ)≒Δφとみなし、位相シフタ14では、制御電圧CVに比例する量だけの位相シフトを生じさせる構成を備えていればよい。
ロックインジケータ16は、例えば以下のとおり構成することができる。例えば同相成分についてのみ着目すると、ロックインジケータ16内に、IとI*の差分値の正常値範囲(上限及び下限の基準電圧)を予め設定しておく。そして、ロックインジケータ16は、IとI*の差分値(電圧値)を逐次算出し、その差分値を上限及び下限の基準電圧と2個の比較器により比較する。そして、2個の比較器の出力(論理レベル)に基づき、差分値が正常値範囲を超えていない場合にロックしていると判別され、差分値が正常値範囲を超えている場合にロックしていないと判別される。直交成分についても同様である。
前述したように、ロックインジケータ16は、ロックしたか否かを示すロック判別信号L_INDをπ/2位相シフタ18へ出力する。
ここで、入力するベースバンド信号の同相成分,直交成分に対するπ/2単位でのシフト処理は、その同相成分,直交成分の反転及び/又は入れ替えによって簡単に行うことができる。すなわち、π/2位相シフタ18に入力されるベースバンド信号の同相成分をX、直交成分をYとすると、この入力されたベースバンド信号の位相をΔθだけシフトした信号の同相成分X*、直交成分Y*は、以下の式(6),(7)のとおりである。式(6),(7)に基づき、π/2単位での位相シフト結果は、表1に示すようなものとなる。この表1から、π/2位相シフタ18の出力ベースバンド信号の同相成分X*、直交成分Y*は、π/2位相シフタ18の入力ベースバンド信号の同相成分X、直交成分Yの反転及び/又は入れ替えによって得られることが分かる。
図5に例示するπ/2位相シフタ18は、反転処理部181,182と、スイッチ183とを備える。反転処理部181は、π/2位相シフタ18が入力するベースバンド信号の同相成分Xを反転させた信号−Xを生成し、信号X及び−Xをスイッチ183へ供給する。反転処理部182は、π/2位相シフタ18が入力するベースバンド信号の直交成分Yを反転させた信号−Yを生成し、信号Y及び−Yをスイッチ183へ供給する。
スイッチ183は、入力する信号X,−X,Y,−Yのいずれか2つの信号を選択して出力信号X*、Y*とするように構成される。スイッチ183における信号選択は、目標とする位相シフト量(Δθ=0,π/2,π,3π/2のいずれか)に応じて、表1に従って行われる。
次に、主として図3を参照して、第1実施形態の無線送信機における位相補正の動作について説明する。
図3を参照すると、本実施形態の無線送信機では、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)が直交変調器40によって変調された後、電力増幅器90によって所望のレベルまで増幅されて空間へ放射される。ここで、電力増幅器90における線形性歪を補償するため、電力増幅器90の出力信号RF_OUTが方向性結合器93によって取り出され、RF信号y(t)としてフィードバックされる(カーテシアンフィードバック)。直交復調器30へフィードバックされる信号は、フィードバック系の遅延要素によって、例えば直交変調器40の出力信号と比較すると遅延している。よって、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)と、直交復調器30によって得られるベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)とでは、位相誤差が生じうる。この位相誤差を補正するために、各成分の信号が位相検出器10へ入力される。また、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)と、ベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)の各成分の信号は、ロックインジケータ16に対しても入力される。
位相シフタ14は、局部発振器91からの搬送波信号sin(ωt)に対して、位相検出器10からの制御電圧CVの大きさに応じた位相シフトを行い、直交変調器40に対する搬送波信号sin(ωt+Δφ)を生成する。ここで、位相誤差Δφが小さい範囲、例えば−π/2<Δφ<+π/2の範囲下では、位相シフタ14のみで位相が補正されうるが、位相誤差Δφが大きい場合には、位相検出器10及び/又は位相シフタ14の構成次第では、位相シフタ14のみでは位相が補正されないことがある。
ここで、図3に示したように、π/2位相シフタ18は、減算器38と直交変調器40との間に配置されている。すなわち、図3に示すフィードバックループにおいて、π/2位相シフタ18は、フィードバックラインではなくダイレクトライン(系の入出力間の直接のライン)に配置されている。ここで、既に式(5)で示したとおり、ダイレクトライン上に配置された伝達関数をK(s)として、K(s)>>1の場合(例えば高周波を扱う場合)には、そのダイレクトライン上の伝達関数が制御系全体の伝達関数においては無視しうる。このことは、図3に示した位相補正装置では、制御系の出力(すなわち、電力増幅器の出力)の特性が、π/2位相シフタ18の非線形性や、歪特性に影響を受けにくいことを意味する。よって、本実施形態の位相補正装置では、位相補正動作が安定的に機能するようになる。
以下、位相補正装置の別の実施形態を含む無線送信機について説明する。ここでは、第1実施形態における位相検出器10の好ましい構成例について説明する。
本実施形態の位相補正装置において、位相検出器10は、位相検出をディジタル処理により行う。このディジタル処理の方法について、図6を参照して説明する。
図6は、送信用ベースバンド信号(同相成分I,直交成分Q)とフィードバックされるベースバンド信号(同相成分I*,直交成分Q*)の各成分の信号の符号と、sin(Δφ)(Δφ:位相誤差)の符号との関係を示す図である。この両者の関係は、上記式(3)によって得ることができる。なお、図6において、sin(Δφ)の符号が「不定」とあるのは、I,Q,I*,Q*の符号のみでは、sin(Δφ)の符号が定まらないことを意味する。例えば、I,Q,I*,Q*がすべて負(-)の場合には、上記式(3)のうち(I・Q−I*・Q*)の項が正(+)、負(-)のいずれにもなる可能性があるため、この場合にはsin(Δφ)の符号は「不定」としている。
位相検出器10は、図6に示すように、各成分I,Q,I*,Q*の符号を逐次検出し、sin(Δφ)の符号が正(+)の場合には、制御電圧CVの値を所定量だけ増加させる。位相検出器10は、sin(Δφ)の符号が負(-)の場合には、制御電圧CVの値を所定量だけ減少させる。位相検出器10は、sin(Δφ)の符号が「不定」の場合には、制御電圧CVの値を保持させる。
次に、位相検出器10の具体的な構成例について図7〜9を参照して説明する。図7は、位相検出器10の具体的な構成例を示すブロック図である。図8は、図7に示す位相検出器10内のROM(Read Only Memory)の設定例を示す図である。図9は、位相検出器10内の積分器の入出力関係を示す図である。
すなわち、比較器51−1は、送信用ベースバンド信号の同相成分Iの信号レベル(例えば、電圧振幅レベル)を所定の閾値と比較し、Iの信号レベルが閾値よりも大きい場合には論理レベルとして「1」を出力し、閾値以下である場合には論理レベルとして「0」を出力する。比較器51−2は、送信用ベースバンド信号の直交成分Qの信号レベルを所定の閾値と比較し、Qの信号レベルが閾値よりも大きい場合には論理レベルとして「1」を出力し、閾値以下である場合には論理レベルとして「0」を出力する。比較器51−3は、フィードバックされるベースバンド信号の同相成分I*の信号レベルを所定の閾値と比較し、I*の信号レベルが閾値よりも大きい場合には論理レベルとして「1」を出力し、閾値以下である場合には論理レベルとして「0」を出力する。比較器51−4は、フィードバックされるベースバンド信号の直交成分Q*の信号レベルを所定の閾値と比較し、Q*の信号レベルが閾値よりも大きい場合には論理レベルとして「1」を出力し、閾値以下である場合には論理レベルとして「0」を出力する。
しかしながら、各比較器における閾値は0に限られず、ベースバンド信号のオフセット量等を考慮しつつ他の値をとることもできる。この場合、図6に示した各成分の「符号」は、0に限られない所定の閾値を基準とした相対的な大小関係として捉えうる。0以外の閾値を設定した場合であっても、sin(Δφ)の変動、すなわち制御電圧CVを増加させるか減少させるかの判定が可能な閾値であればよい。
ROM53のデータは、以下の基準に従って設定されている。すなわち、図8に示すように、各比較器の出力に応じて、制御電圧CV(sin(Δφ)の値を所定量だけ増加させるか、所定量だけ減少させるか、又は値を保持するか定められている。そして、sin(Δφ)の符号が正(+)となる場合には、D0=1かつD1=0がROM53の出力データとなるように設定されている。sin(Δφ)の符号が負(-)となる場合には、D0=0かつD1=1がROM53の出力データとなるように設定されている。sin(Δφ)の符号が不定となる場合には、D0=XかつD1=X(ともにハイインピーダンス)となるように設定されている。
すなわち、位相検出器10では先ず、ディジタル処理部50において、入力した各成分の信号(I,Q,I*,Q*)を所定の閾値と比較することにより、2値化(ディジタル化)する。各成分の2値化信号の組合せに基づき、位相誤差をΔφとしたときのsin(Δφ)の値を増加させるべきか、減少させるべきか、又は値を保持すべきかについてのデータが予め、ディジタル処理部50内のROM53に記憶されている(図6参照)。ディジタル処理部50では、各成分(I,Q,I*,Q*)の信号が逐次取り込まれ、対応するROM53から2ビットのデータ(D0,D1)が取り出される。このROMのデータは、バッファを介して所定の振幅レベルの信号(ROMのデータと同一の論理レベルの信号)として積分器60へ供給される。積分器60では、バッファからの信号に基づいて、位相シフタ14に対する出力電圧(制御電圧CV)を増加、減少、又は保持する(逐次更新する)。このようにして、位相誤差をΔφとしたときのsin(Δφ)の値に応じた制御電圧CVが位相シフタ14に与えられることになる。
第1信号を無線信号に変換し、当該無線信号を電力増幅器により増幅する無線送信機、における位相補正装置であって、
第1信号の同相成分及び直交成分により第1搬送波信号を変調する直交変調器と、
前記電力増幅器の出力から帰還した帰還信号を第2搬送波信号により復調して、同相成分及び直交成分を含む第2信号を生成する直交復調器と、
第1信号及び第2信号の同相成分及び直交成分に基づいて、第1信号と第2信号の位相誤差を検出する位相検出器と、
前記位相誤差を目標値として位相シフトを行う位相シフタ群であって、第1信号、第2信号、第1搬送波信号、又は第2搬送波信号のいずれかの位相シフトを行う第1位相シフタと、第1信号の位相をシフトさせる第2位相シフタと、を含む位相シフタ群と、
を備えた、位相補正装置。(1)
前記第2位相シフタは、第1信号の位相をπ/2単位でシフトさせる、
付記1に記載された位相補正装置。(2)
第1信号及び第2信号の同相成分及び直交成分に基づいて、前記位相誤差が補正されたか否かを判定する補正判定部、を備え、
前記補正判定部は、位相誤差が補正されていないと判定される度に第1信号の位相を順次π/2単位でシフトさせるように、前記第2位相シフタを制御する、
付記2に記載された位相補正装置。(3)
前記位相検出器は、第1信号及び第2信号の各成分の2値化信号の組合せに応じて、前記位相誤差の正弦値を増加、減少、又は保持させるべきかについての情報を記憶する第1メモリ、を備え、逐次2値化される第1信号及び第2信号の各成分に基づき前記第1メモリを参照して、前記位相誤差の正弦値を逐次更新する、
付記1〜3のいずれかに記載された位相補正装置。(4)
前記第1位相シフタは、位相シフト対象の信号について所定の第1範囲内の位相をシフトさせ、
前記第2位相シフタは、第1信号について前記第1範囲を超えた位相をシフトさせる、
付記1に記載された位相補正装置。
(付記6)
第1信号を無線信号に変換し、当該無線信号を電力増幅器により増幅する無線送信機、における位相補正方法であって、
第1信号の同相成分及び直交成分により第1搬送波信号を変調し、
前記電力増幅器の出力から帰還した帰還信号を第2搬送波信号により復調して、同相成分及び直交成分を含む第2信号を生成し、
第1信号及び第2信号の同相成分及び直交成分に基づいて、第1信号と第2信号の位相誤差を検出し、
前記位相誤差を目標値として、第1信号、第2信号、第1搬送波信号、又は第2搬送波信号のいずれかの位相シフトを行うとともに、第1信号の位相をπ/2単位でシフトさせる、
位相補正方法。(5)
第1信号及び第2信号の同相成分及び直交成分に基づいて、前記位相誤差が補正されたか否かを判定し、位相誤差が補正されていないと判定される度に第1信号の位相を順次π/2単位でシフトさせる、
付記4に記載された位相補正方法。
Claims (6)
- 第1信号を無線信号に変換し、当該無線信号を電力増幅器により増幅する無線送信機、における位相補正装置であって、
第1信号の同相成分及び直交成分に基づき第1搬送波信号を変調する直交変調器と、
前記電力増幅器の出力から帰還した帰還信号を第2搬送波信号により復調して、同相成分及び直交成分を含む第2信号を生成する直交復調器と、
前記第1信号の同相成分及び直交成分から前記第2信号の同相成分及び直交成分をそれぞれ減算し、その減算結果を前記直交変調器に供給する減算器と、
前記第1信号ならびに前記第2信号の各同相成分ならびに各直交成分に基づいて、前記第1信号と前記第2信号との間の位相誤差を検出する位相検出器と、
前記第1信号ならびに前記第2信号の各同相成分ならびに各直交成分に基づいて、前記位相誤差が補正されたか否かを判定する補正判定部と、
前記位相誤差を目標値として、前記第1信号、前記第2信号、前記第1搬送波信号、又は前記第2搬送波信号のいずれかの位相を所定の第1範囲内の位相量だけシフトさせる第1位相シフタと、
前記補正判定部における判定結果に基づいて、前記第1信号の位相を、前記第1範囲を超えた位相量だけシフトさせる第2位相シフタと、
を備えた、位相補正装置。 - 前記第2位相シフタは、前記第1信号の位相をπ/2単位でシフトさせる、
請求項1に記載された位相補正装置。 - 前記補正判定部は、位相誤差が補正されていないと判定される度に前記第1信号の位相を順次π/2単位でシフトさせるように、前記第2位相シフタを制御する、
請求項2に記載された位相補正装置。 - 前記位相検出器は、前記第1信号及び前記第2信号の各成分の2値化信号の組合せに応じて、前記位相誤差の正弦値を増加、減少、又は保持させるべきかについての情報を記憶する第1メモリ、を備え、逐次2値化される前記第1信号及び前記第2信号の各成分に基づき前記第1メモリを参照して、前記位相誤差の正弦値を逐次更新する、
請求項1〜3のいずれかに記載された位相補正装置。 - 第1信号を無線信号に変換し、当該無線信号を電力増幅器により増幅する無線送信機、における位相補正方法であって、
第1信号の同相成分及び直交成分に基づき第1搬送波信号を変調し、
前記電力増幅器の出力から帰還した帰還信号を第2搬送波信号により復調して、同相成分及び直交成分を含む第2信号を生成し、
前記第1信号の同相成分及び直交成分から前記第2信号の同相成分及び直交成分をそれぞれ減算し、
前記第1信号ならびに前記第2信号の各同相成分ならびに各直交成分に基づいて、前記第1信号と前記第2信号との間の位相誤差を検出し、
前記第1信号ならびに前記第2信号の各同相成分ならびに各直交成分に基づいて、前記位相誤差が補正されたか否かを判定し、
前記位相誤差を目標値として、前記第1信号、前記第2信号、前記第1搬送波信号、又は前記第2搬送波信号のいずれかの位相を所定の第1範囲内の位相量だけシフトさせるとともに、前記判定結果に基づいて、前記第1信号の位相を、前記第1範囲を超えた位相量だけシフトさせる、
位相補正方法。 - 前記判定結果に基づいて、前記第1信号の位相をπ/2単位でシフトさせる、請求項5に記載の位相補正方法。
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