WO2012153373A1 - 振幅・直交度誤差補償装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a demodulation device or the like used for analog or digital wireless communication.
- the present invention relates to an apparatus for detecting and correcting an amplitude error or a quadrature error between an in-phase component and a quadrature component of a complex signal after quadrature detection.
- quadrature detection is performed on the received signal using a quadrature detector composed of analog circuits, and the result is complex. Obtaining as a signal (IQ signal) is widely performed.
- the in-phase component and quadrature component of the complex signal output from the quadrature detector should ideally be orthogonal and have the same average amplitude (FIG. 2 (a)).
- quadrature detectors composed of analog circuits are affected by variations in the characteristics of analog elements, temperature characteristics, voltage characteristics, etc., so amplitude errors and quadrature errors occur between in-phase and quadrature components of complex signals. (For example, FIG. 2B) occurs. For this reason, if detection is performed using the complex signal output from such a quadrature detector as it is, image interference occurs and the reception performance of the receiver is degraded.
- the distribution of the signal point distribution of the input complex signal affected by the characteristic variation, temperature characteristic, voltage characteristic, etc. of the analog element is averaged in the complex plane.
- the amplitude error and the orthogonality error between the in-phase component and the quadrature component of the complex signal differ depending on the frequency of the complex signal. For this reason, when the input signal includes a plurality of signals having different frequencies, there is a problem that accuracy of amplitude error correction and orthogonality error correction is deteriorated.
- This disclosure is intended to perform amplitude correction and orthogonality correction more accurately even when a plurality of signals having different frequencies are included in an input signal.
- An amplitude / quadrature error compensation device performs amplitude correction on the in-phase component and quadrature component of an input complex signal based on amplitude error information, and obtains the obtained complex signal after amplitude correction.
- a filter unit that passes a predetermined frequency component, and an amplitude error detection unit that obtains the amplitude error information based on the in-phase component and the quadrature component of the complex signal that has passed through the filter unit
- an orthogonality error detection unit that obtains the orthogonality error information indicating the orthogonality error between the in-phase component and the orthogonal component of the complex signal that has passed through the filter unit.
- the amplitude error information and the orthogonality error information are obtained based on the in-phase component and the quadrature component of the complex signal that has passed through the filter unit. Therefore, when the input signal includes a plurality of signals having different frequencies. Even if it exists, amplitude correction and orthogonality correction can be performed more accurately.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an amplitude / orthogonality error compensating apparatus according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2A is a diagram illustrating a locus of a vector having these components in the case where the in-phase component II and the quadrature component QI input to the amplitude correction unit in FIG. 1 are ideal.
- FIG. 2B is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when there is an amplitude error and a quadrature error between the in-phase component II and the quadrature component QI.
- FIG. 3A is a diagram illustrating a spectrum of the complex signal CI in the case of FIG.
- FIG. 3B is a diagram illustrating the spectrum of the complex signal CI in the case of FIG.
- FIG. 4 is a graph showing an example of frequency characteristics of the amplitude error ⁇ G.
- FIG. 5 is a graph showing an example of frequency characteristics of the orthogonality error ⁇ .
- FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the amplitude error detection unit in FIG.
- FIG. 7 is an explanatory diagram of the processing of the area determination unit in FIG.
- FIG. 8A is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when the amplitude of the in-phase component IL is larger than the amplitude of the quadrature component QL.
- FIG. 8B is a diagram exemplifying a locus of a vector having these components when the amplitude of the in-phase component IL is smaller than the amplitude of the quadrature component QL.
- FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the amplitude correction unit in FIG.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a locus of a vector having these components when there is an amplitude error between the in-phase component and the quadrature component.
- FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the orthogonality error detection unit in FIG.
- FIG. 12 is an explanatory diagram of the processing of the area determination unit in FIG. FIG.
- FIG. 13A is a diagram illustrating the locus of a vector having these components when the phase difference between the in-phase component IL and the quadrature component QL is greater than 90 °.
- FIG. 13B is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when the phase difference between the in-phase component IL and the quadrature component QL is smaller than 90 °.
- FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of the orthogonality correction unit in FIG.
- FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a spectrum of an analog television broadcast signal.
- FIGS. 17A, 17B, and 17C are spectrum diagrams each showing an example of the passband PB1 of the filter unit of FIG.
- FIG. 18 shows a signal that can pass through the filter unit when the amplitude / orthogonality error compensator of FIG. 1 has the filter unit having the characteristics of FIG. 17 (a), FIG. 17 (b), or FIG. It is a figure which shows the example of the locus
- FIG. 19A is a diagram showing an example of the spectrum of the video signal V1 corresponding to the ellipse Sf1 in FIG.
- FIG. 19B is a diagram illustrating an example of a spectrum of a signal corresponding to the circle S in FIG. 18 in the output signal CR.
- FIG. 20 is a spectrum diagram showing an example of another pass band PB2 of the filter unit of FIG.
- FIG. 21 is a diagram illustrating an example of a locus of a vector corresponding to a signal that can pass through the filter unit on the complex plane when the amplitude / orthogonality error compensation apparatus of FIG. 1 includes the filter unit having the characteristics of FIG. .
- FIG. 22A is a diagram illustrating an example of a spectrum of the audio signal A1 corresponding to the ellipse Sf2 in FIG.
- FIG. 22B is a diagram illustrating an example of a spectrum of a signal corresponding to the circle S in FIG. 21 in the output signal CR.
- FIG. 23A is a diagram illustrating an example of a spectrum of a signal including a wideband signal.
- FIG. 23B is a diagram illustrating an example of another pass band PB4 of the filter unit of FIG. 1 and an example of a spectrum of the signal of FIG. 23A that has passed through the filter unit.
- FIG. 24A shows other than the locus of the vector corresponding to the component of the output signal CR of the amplitude / orthogonality error compensation device, assuming that the amplitude / orthogonality error compensation device of FIG. 1 does not have a filter unit. It is a figure which shows the example of on a complex plane.
- FIG. 24B shows an example of a vector trajectory corresponding to a signal that can pass through the filter unit when the amplitude / orthogonality error compensating apparatus of FIG. 1 has the filter unit having the characteristics shown in FIG. It is a figure shown above.
- FIG. 25 is a block diagram showing another configuration example of the amplitude / orthogonality error compensating apparatus of FIG. FIG.
- FIG. 26 is a block diagram showing still another configuration example of the amplitude / orthogonality error compensating apparatus of FIG.
- FIG. 27A is a diagram illustrating another example of a spectrum of an analog television broadcast signal.
- FIG. 27B is a diagram illustrating an example of the passband of each filter in FIG.
- FIG. 28 is a block diagram showing a configuration example of a receiver having the amplitude / orthogonality error compensating apparatus of FIG.
- FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an amplitude / orthogonality error compensating apparatus according to an embodiment of the present invention.
- the amplitude / orthogonality error compensation apparatus 100 in FIG. 1 includes an amplitude correction unit 10, an orthogonality correction unit 20, a filter unit 30, an amplitude error detection unit 40, and an orthogonality error detection unit 50. .
- a complex signal CI received by the antenna and then subjected to quadrature detection is input to the amplitude correction unit 10.
- the complex signal CI has an in-phase component II and a quadrature component QI.
- FIG. 2A is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when the in-phase component II and the quadrature component QI input to the amplitude correction unit 10 in FIG. 1 are ideal.
- FIG. 2B is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when there is an amplitude error and a quadrature error between the in-phase component II and the quadrature component QI.
- the vector locus is a perfect circle as shown in FIG.
- the vector locus becomes an ellipse, and when there is an orthogonality error, the major axis of the ellipse does not coincide with either the I axis or the Q axis as shown in FIG. .
- FIG. 3 (a) is a diagram showing a spectrum of the complex signal CI in the case of FIG. 2 (a).
- FIG. 3B is a diagram illustrating the spectrum of the complex signal CI in the case of FIG.
- FIG. 2A since there is no amplitude error and orthogonality error, only the spectrum of the frequency f0 exists and no image interference signal is generated.
- FIG. 2B there is an amplitude error and an orthogonality error, so that an image disturbance signal having a frequency f0 'is generated.
- FIG. 4 is a graph showing an example of frequency characteristics of the amplitude error ⁇ G.
- G1 indicates a case where the amplitude error ⁇ G between the in-phase component II and the quadrature component QI is constant regardless of the frequency f
- G2 indicates a case where the amplitude error ⁇ G increases as the frequency f increases.
- FIG. 5 is a graph showing an example of frequency characteristics of the orthogonality error ⁇ .
- ⁇ 1 indicates a case where the orthogonality error ⁇ between the in-phase component II and the quadrature component QI is constant regardless of the frequency f
- ⁇ 2 indicates a case where the orthogonality error ⁇ decreases with an increase in the frequency f.
- the complex signal CI has an amplitude error represented by the curve G2 in FIG. 4 and an orthogonality error represented by the curve ⁇ 2 in FIG. 5 will be described.
- the amplitude correction unit 10 outputs the amplitude error output from the amplitude error detection unit 40 so that the difference between the amplitude of the in-phase component II and the amplitude of the quadrature component QI is small with respect to the in-phase component II and the quadrature component QI.
- Amplitude correction is performed based on the in-phase amplitude error magnification ⁇ as information, and the obtained in-phase component IA and quadrature component QA after amplitude correction are output.
- the orthogonality correction unit 20 is based on the orthogonality error information ⁇ output from the orthogonality error detection unit 50 so that the in-phase component IA and the orthogonal component QA are orthogonal to the in-phase component IA and the orthogonal component QA.
- the orthogonality correction is performed, and the obtained complex signal CR (having the in-phase component IR and the orthogonal component QR) after the orthogonality correction is output.
- the filter unit 30 passes predetermined frequency components of the in-phase component IR and the quadrature component QR, and outputs the passed components as the in-phase component IL and the quadrature component QL, respectively.
- the amplitude error detection unit 40 obtains the in-phase amplitude error magnification ⁇ based on the in-phase component IL and the quadrature component QL, and outputs it to the amplitude correction unit 10. That is, the amplitude error detection unit 40 and the amplitude correction unit 10 perform feedback correction of the amplitude error.
- the in-phase amplitude error magnification ⁇ is a value to be multiplied by the in-phase component II for amplitude error correction.
- the orthogonality error detection unit 50 obtains orthogonality error information ⁇ indicating the orthogonality error between the in-phase component IL and the quadrature component QL, and outputs the orthogonality error information ⁇ to the orthogonality correction unit 20. That is, the orthogonality error detection unit 50 and the orthogonality correction unit 20 perform feedback correction of the orthogonality error.
- FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration example of the amplitude error detection unit 40 of FIG.
- the amplitude error detection unit 40 includes a power calculation unit 41, a region determination unit 42, a sign inversion unit 43, a selector 44, a loop filter 45, and an adder 46.
- the power calculation unit 41 obtains the sum of the square of the in-phase component IL and the square of the quadrature component QL, and outputs the obtained sum as power.
- the sign inversion unit 43 inverts the sign and outputs the obtained power.
- FIG. 7 is an explanatory diagram for the processing of the area determination unit 42 of FIG.
- the region determination unit 42 outputs “1”.
- the region determination unit 42 outputs “0”.
- the selector 44 selects and outputs the output of the sign inverting unit 43 when the area determination unit 42 outputs “1”, and the selector 44 outputs “0” when the area determination unit 42 outputs “0”.
- the power calculated by the power calculator 41 is selected and output.
- the loop filter 45 smoothes the output of the selector 44 and outputs it.
- the adder 46 adds 1 to the output of the loop filter 45.
- FIG. 8A is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when the amplitude of the in-phase component IL is larger than the amplitude of the quadrature component QL.
- FIG. 8B is a diagram exemplifying a locus of a vector having these components when the amplitude of the in-phase component IL is smaller than the amplitude of the quadrature component QL.
- the sum of the powers is calculated by adding the power at that point and when there is a point in the ( ⁇ ) region. Is a value obtained by subtracting the power at that point. Specifically, it is obtained by selection by the selector 44 and smoothing processing of the loop filter 45. In the case of FIG. 8A, ⁇ > 1, and in the case of FIG. 8B, ⁇ ⁇ 1.
- FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the amplitude correction unit 10 of FIG.
- the amplitude correction unit 10 includes multipliers 11 and 12 and a quadrature amplitude error magnification calculation unit 14.
- the quadrature amplitude error magnification calculator 14 calculates the quadrature amplitude error magnification ⁇ based on the in-phase amplitude error magnification ⁇ output from the amplitude error detector 40.
- the quadrature amplitude error magnification ⁇ is a value to be multiplied by the quadrature component QI for amplitude error correction.
- Multiplier 11 multiplies in-phase component II by in-phase amplitude error magnification ⁇ , and outputs the result as in-phase component IA.
- Multiplier 12 multiplies quadrature component QI by quadrature amplitude error magnification ⁇ , and outputs the result as quadrature component QA.
- the quadrature amplitude error magnification calculation unit 14 generates the power of the in-phase component II and the quadrature component QI input to the amplitude correction unit 10 and the power of the in-phase component IA and the quadrature component QA output from the amplitude correction unit 10.
- the quadrature amplitude error magnification ⁇ is calculated so as to be equal.
- FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a locus of a vector having these components when there is an amplitude error between the in-phase component and the quadrature component.
- a method for calculating the quadrature amplitude error magnification ⁇ will be described in detail.
- the locus of the vector having these components is represented by an ellipse SG in FIG. 10 on average.
- the locus of the vector having these components is represented by a perfect circle S in FIG. 10 on average.
- the major axis of the ellipse SG is A
- the minor axis is B
- the radius of the perfect circle S is R.
- I Acos ⁇
- Q B sin ⁇ .
- the quadrature amplitude error magnification calculator 14 calculates the quadrature amplitude error magnification ⁇ from the in-phase amplitude error magnification ⁇ using the relationship of Equation (6).
- the quadrature amplitude error magnification calculator 14 can be realized by, for example, a ROM (read-only memory) that stores a look-up table representing the relationship of Expression (6).
- the amplitude correction unit 10 adjusts the gain of each of the in-phase component II and the quadrature component QI based on the condition that the average power before and after correction is constant and the in-phase amplitude error magnification ⁇ that is a scalar amount. In other words, amplitude correction is performed.
- the quadrature amplitude error magnification ⁇ is obtained from the in-phase amplitude error magnification ⁇
- the quadrature amplitude error magnification ⁇ is obtained by the amplitude error detector
- the in-phase amplitude error magnification ⁇ is obtained using the equation (6). May be.
- FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of the orthogonality error detection unit 50 of FIG.
- the orthogonality error detection unit 50 includes a power calculation unit 51, a region determination unit 52, a sign inversion unit 53, a selector 54, and a loop filter 55.
- the power calculation unit 51 adds the square of the in-phase component IL and the square of the quadrature component QL, and outputs the obtained sum as power.
- the sign inverting unit 53 inverts the sign and outputs the obtained sum.
- FIG. 12 is an explanatory diagram for processing of the area determination unit 52 of FIG.
- the area determination unit 52 outputs “1”.
- the area determination unit 52 outputs “0”.
- the selector 54 selects and outputs the output of the sign inversion unit 53 when the area determination unit 52 outputs “0”, and the selector 54 outputs “1” when the area determination unit 52 outputs “1”.
- the power calculated by the power calculation unit 51 is selected and output.
- the loop filter 55 smoothes and outputs the output of the selector 54.
- FIG. 13A is a diagram exemplifying a locus of a vector having these components when the phase difference between the in-phase component IL and the quadrature component QL is larger than 90 °.
- FIG. 13B is a diagram illustrating a locus of a vector having these components when the phase difference between the in-phase component IL and the quadrature component QL is smaller than 90 °.
- the sum of the powers is calculated by adding the power at that point and when there is a point in the ( ⁇ ) region. Is a value obtained by subtracting the power at that point. Specifically, it is obtained by selection by the selector 54 and smoothing processing of the loop filter 55. In the case of FIG. 13A, ⁇ > 0, and in the case of FIG. 13B, ⁇ ⁇ 0.
- FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration example of the orthogonality correction unit 20 of FIG.
- the orthogonality correction unit 20 includes a conversion ROM 22, multipliers 24 and 25, and an adder 26.
- the orthogonality correction unit 20 treats the orthogonality error information ⁇ (orthogonality deviation) output from the orthogonality error detection unit 50 as tan ⁇ since ⁇ is sufficiently small.
- the conversion ROM 22 converts the orthogonality error information tan ⁇ into 1 / cos ⁇ and outputs it.
- the multiplier 25 multiplies the orthogonal component QA by 1 / cos ⁇ output from the conversion ROM 22 and outputs the multiplication result to the adder 26.
- the multiplier 24 multiplies the in-phase component IA by the orthogonality error information tan ⁇ and outputs the multiplication result to the adder 26.
- the adder 26 adds the multiplication results obtained by the multipliers 24 and 25 and outputs a corrected orthogonal component QR.
- the operation of the orthogonality correction unit 20 will be described in detail. Since the in-phase component II and the quadrature component QI are amplitude-corrected by the amplitude correction unit 10 in the previous stage, the in-phase component IA and the quadrature component QA after amplitude correction have the same amplitude.
- the amplitude / orthogonality error compensation apparatus 100 of FIG. 1 when the complex signal obtained by the orthogonal detection is a sine wave having a constant frequency, the amplitude / orthogonality error correction is accurately performed. be able to. Further, it can be realized by a circuit having a small area, and the amplitude / orthogonality error correction can be performed so that the signal power before correction and the signal power after correction do not change.
- FIG. 15 is a diagram illustrating an example of a spectrum of an analog television broadcast signal.
- This signal includes a video signal V1 having a frequency f1 and an audio signal A1 having a frequency f2.
- a signal including the video signal V1 and the audio signal A1 is input to the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 as the input signal CI.
- FIG. 16 shows an example of the locus of a vector corresponding to the component of the output signal CR of the amplitude / orthogonality error compensation device 100, assuming that the amplitude / orthogonality error compensation device 100 of FIG. Is a diagram showing on a complex plane.
- a curve G2 in FIG. 4 and a curve ⁇ 2 in FIG. 5 it is assumed that there are an amplitude error and a quadrature error between the in-phase component and the quadrature component of the video signal V1 in FIG.
- the video signal V1 it is assumed that there are amplitude errors and orthogonality errors between the in-phase component and the quadrature component of the audio signal A1.
- the amplitude error of the video signal V1 and the amplitude error of the audio signal A1 are different, and the orthogonality error of the video signal V1 and the orthogonality error of the audio signal A1 are different.
- the locus of the vector corresponding to the video signal V1 and the audio signal A1 is indicated by ellipses Sf1 and Sf2 in FIG.
- the locus of the vector corresponding to the output signal CR does not become a perfect circle but becomes an ellipse Sf in FIG.
- FIG. 17A is a spectrum diagram showing an example of the pass band PB1 of the filter unit 30 of FIG.
- the filter unit 30 allows only the signal near the frequency f1 and the signal near the image frequency f1 ′ having the frequency f1 to pass the video signal V1 and not the audio signal A1.
- FIG. 17A shows that the more the line indicating the pass band PB1 is located, the smaller the attenuation given to the signal.
- the filter unit 30 may have characteristics as shown in FIGS. 17B and 17C.
- FIG. 17B is a spectrum diagram showing another example of the pass band PB1 of the filter unit 30 of FIG.
- the filter unit 30 is an LPF (low pass filter) and has a characteristic of passing only signals included in the band from the frequency f1 to the image frequency f1 '.
- FIG. 17C is a spectrum diagram showing still another example of the pass band PB1 of the filter unit 30 in FIG.
- the filter unit 30 is a notch filter, and has a characteristic of not allowing a signal near the frequency f2 to pass or greatly attenuating.
- the filter unit 30 has a characteristic of allowing a predetermined frequency component to pass therethrough and preventing other frequency components from passing or greatly attenuating.
- FIG. 18 shows that the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG. 1 passes through the filter unit 30 when it has the filter unit 30 having the characteristics of FIG. 17A, FIG. 17B, or FIG. It is a figure which shows the example of the locus
- the locus of the vector corresponding to the output signal CR is as shown by a circle S in FIG.
- FIG. 19A is a diagram illustrating an example of a spectrum of the video signal V1 corresponding to the ellipse Sf1 in FIG.
- the video signal V1 includes an image disturbance signal having the frequency f1 '.
- FIG. 19B is a diagram illustrating an example of a spectrum of a signal corresponding to the circle S in FIG. 18 in the output signal CR.
- the video signal V1 contains almost no amplitude error and orthogonality error, and therefore does not contain an image interference signal having the frequency f1 '. In other words, image suppression can be said. Since the amplitude error and the orthogonality error are not corrected correctly for the audio signal A1, the output signal CR includes the audio signal A1 having the amplitude error and the orthogonality error.
- FIG. 20 is a spectrum diagram showing an example of another pass band PB2 of the filter unit 30 of FIG.
- the filter unit 30 allows only the signal near the frequency f2 and the signal near the image frequency f2 ′ having the frequency f2 to pass the audio signal A1 and not the video signal V1.
- FIG. 21 shows an example of a locus of a vector corresponding to a signal that can pass through the filter unit 30 on the complex plane when the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG. 1 includes the filter unit 30 having the characteristics of FIG. FIG.
- the locus of the vector corresponding to the output signal CR is as shown by a circle S in FIG.
- FIG. 22A is a diagram illustrating an example of a spectrum of the audio signal A1 corresponding to the ellipse Sf2 in FIG.
- the audio signal A1 includes the image interference signal having the frequency f2 '.
- FIG. 22B is a diagram illustrating an example of a spectrum of a signal corresponding to the circle S in FIG. 21 in the output signal CR.
- the audio signal A1 contains almost no amplitude error and orthogonality error, and therefore does not contain an image interference signal having the frequency f2 '. In other words, image suppression can be said.
- the effect of having the filter unit 30 is great when there is one signal to be noted when detecting an amplitude error and an orthogonality error among two or more signals having different frequencies.
- a signal including a video signal and an audio signal having the same power such as a signal conforming to NTSC (national television system commitment), PAL (phase alternation by line), or SECAM (sequentiel 07 amemories).
- FIG. 23A shows an example of a spectrum of a signal including a wideband signal.
- a complex signal having a spectrum as shown in FIG. 23A is input to the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG.
- This signal includes a narrowband signal F3 having a frequency f3 and a wideband signal F4 having a frequency band f4.
- FIG. 23B is a diagram illustrating an example of another pass band PB4 of the filter unit 30 of FIG. 1 and an example of a spectrum of the signal of FIG. 23A that has passed through the filter unit 30.
- the filter unit 30 has a frequency characteristic in which the narrowband signal F3 is attenuated from the wideband signal F4 and output.
- the narrowband signal F3 and the wideband signal F4 can both pass, but the passband PB4 is set so that the narrowband signal F3 is attenuated from the wideband signal F4.
- the filter unit 30 By passing through the filter unit 30, the power of the narrowband signal F3 is reduced.
- FIG. 24A shows a vector corresponding to the component of the output signal CR of the amplitude / orthogonality error compensation device 100 when it is assumed that the amplitude / orthogonality error compensation device 100 of FIG. It is a figure which shows the other example of a locus
- Vector trajectories corresponding to the narrowband signal F3 and the wideband signal F4 are shown by ellipses Sf3 and Sf4 in FIG.
- the ellipse f3 Since the power of the narrowband signal F3 is large, the ellipse f3 also becomes large. It is assumed that the ellipse Sf4 is closer to a perfect circle than the ellipse Sf3. In this case, if the narrowband signal F3 and the wideband signal F4 are corrected as they are, the ellipse Sf corresponding to the output signal CR is far from the ellipse Sf4 because it is strongly influenced by the narrowband signal F3. Therefore, a filter unit 30 having a characteristic of attenuating and outputting the narrowband signal F3 from the wideband signal F4, specifically, a filter unit 30 having a passband PB4 as shown in FIG. 23B, for example, is used. Thereby, the electric power of the narrowband signal F3 can be reduced, and the influence of the narrowband signal F3 on the correction can be reduced.
- FIG. 24B shows an example of a locus of a vector corresponding to a signal that can pass through the filter unit 30 when the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG. 1 has the filter unit 30 having the characteristics of FIG. Is a diagram showing on a complex plane.
- the ellipse f3 is smaller than in the case of FIG.
- the ellipse Sf can be made closer to the circle S by performing amplitude correction and orthogonality correction on the narrowband signal F3 and the wideband signal F4.
- the accuracy of the amplitude correction and the orthogonality correction can be improved, and the generation of image components by the narrowband signal F3 can be suppressed.
- the input signal includes a narrowband signal and a wideband signal, both of which are necessary, and such a filter is effective when performing correction using the wideband signal as the main signal.
- a VSB (vestigial-sideband) signal having a pilot signal as a narrowband signal and a video signal and an audio signal as a wideband signal is input.
- FIG. 25 is a block diagram showing another configuration example of the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG.
- the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 200 in FIG. 25 includes a filter unit 230 instead of the filter unit 30.
- the filter unit 230 includes filters 232 and 234.
- the filter 232 passes a predetermined frequency component out of the in-phase component IR and the quadrature component QR, and outputs the passed components as the in-phase component IL1 and the quadrature component QL1, respectively.
- the filter 234 passes a predetermined frequency component different from the filter 232 out of the in-phase component IR and the quadrature component QR, and outputs the passed components as the in-phase component IL2 and the quadrature component QL2, respectively.
- the amplitude error detector 40 obtains the in-phase amplitude error magnification ⁇ for the in-phase component IL1 and the quadrature component QL1, and outputs the same to the amplitude corrector 10.
- the orthogonality error detection unit 50 calculates orthogonality error information ⁇ for the in-phase component IL2 and the orthogonal component QL2, and outputs the orthogonality error information ⁇ to the orthogonality correction unit 20. Other points are the same as those of the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG.
- the pass band of the filter 232 and the pass band of the filter 234 can be set to different bands. Thereby, amplitude correction and orthogonality correction can be performed more appropriately.
- FIG. 26 is a block diagram showing still another configuration example of the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG.
- the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 300 in FIG. 26 includes a filter unit 330 instead of the filter unit 30.
- the filter unit 330 includes filters 331, 332, 333, 334, multipliers 335, 336, 337, 338, and an adder 339.
- a predetermined pass band is set in each of the filters 331 to 334.
- the filters 331 to 334 pass the predetermined frequency components of the in-phase component IR and output the passed components.
- the filters 331 to 334 pass each predetermined frequency component of the orthogonal components QR and output the passed components.
- Multiplier 335 multiplies coefficient C1 by the in-phase component and quadrature component output from filter 331, and outputs the multiplication result.
- the multiplier 336 multiplies the in-phase component and the quadrature component output from the filter 332 by the coefficient C2, and outputs the multiplication result.
- the multiplier 337 multiplies the in-phase component and the quadrature component output from the filter 333 by the coefficient C3, and outputs the multiplication result.
- Multiplier 338 multiplies coefficient C4 by the in-phase component and quadrature component output from filter 334, and outputs the multiplication result.
- the adder 339 adds the in-phase component multiplication results output from the multipliers 335 to 338, outputs the addition result as an in-phase component ILM, and adds the quadrature component multiplication results output from the multipliers 335 to 338. Then, the addition result is output as the orthogonal component QLM.
- the amplitude error detection unit 40 obtains the in-phase amplitude error magnification ⁇ for the in-phase component ILM and the quadrature component QLM obtained by the adder 339 and outputs the same to the amplitude correction unit 10.
- the orthogonality error detection unit 50 obtains orthogonality error information ⁇ for the in-phase component ILM and the orthogonal component QLM and outputs the orthogonality error information ⁇ to the orthogonality correction unit 20. Other points are the same as those of the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG.
- FIG. 27A is a diagram showing another example of a spectrum of an analog television broadcast signal.
- This signal includes a video signal V1 (frequency f1), an audio signal A1 (frequency f2), an image signal (frequency f1 ′) of the video signal V1, and an image signal (frequency f2 ′) of the audio signal A1.
- V1 frequency f1
- A1 frequency f2
- an input signal CI including these signals is input to the amplitude / orthogonality error compensator 300.
- the image signal is generated in the quadrature detector in the previous stage of the amplitude / orthogonality error compensation apparatus 300.
- FIG. 27B is a diagram illustrating an example of the passband of each of the filters 331 to 334 in FIG.
- the filter 331 has a characteristic (pass band PB2 ') that passes only a signal having a frequency near f2' so that only the image signal of the audio signal A1 passes.
- the filter 332 has a characteristic (pass band PB1) that passes only a signal having a frequency near f1 so that only the video signal V1 passes.
- the filter 333 has a characteristic (pass band PB1 ') that passes only a signal having a frequency near f1' so that only the image signal of the video signal V1 passes.
- the filter 334 has a characteristic (pass band PB2) that allows only a signal having a frequency near the frequency f2 to pass therethrough so that only the audio signal A1 passes.
- the passbands of the filters 331 to 334 and the values of the coefficients C1 to C4 can be set independently. When all four signals having different bands are necessary signals, the coefficients C1 to C4 may all be positive values. Although the case where the filter unit 330 includes four filters and four multipliers has been described, the filter unit 330 may include more filters and multipliers.
- the filter unit 230 and the like pass the predetermined frequency component has been described, but the filter unit 230 and the like may not pass the predetermined frequency component.
- FIG. 28 is a block diagram showing a configuration example of a receiver 400 having the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 of FIG.
- the receiver 400 includes a tuner 404, an amplitude / orthogonality error compensation device 100, a demodulation unit 406, a decoder 407, and a display 408.
- Tuner 404 selects a necessary signal from signals received by antenna 2, performs quadrature detection on the selected signal, and outputs the selected signal to amplitude / orthogonality error compensation apparatus 100.
- Demodulation section 406 performs demodulation processing on the signal output from amplitude / orthogonality error compensation apparatus 100 and outputs the result.
- the decoder 407 performs decoding processing such as moving image decoding on the signal demodulated by the demodulation unit 406 and outputs the result.
- the display 408 displays a video represented by the decoded signal.
- the receiver 400 may include the amplitude / orthogonality error compensation device 200 or 300 instead of the amplitude / orthogonality error compensation device 100.
- the amplitude / orthogonality error compensating apparatus 100 or the like may be included in the tuner 404 or the demodulation unit 406.
- each functional block in this specification can be typically realized by hardware.
- each functional block can be formed on a semiconductor substrate as part of an IC (integrated circuit).
- the IC includes an LSI (large-scale integrated circuit), an ASIC (application-specific integrated circuit), a gate array, an FPGA (field programmable gate array), and the like.
- some or all of each functional block can be implemented in software.
- such a functional block can be realized by a program executed on a processor.
- each functional block described in the present specification may be realized by hardware, may be realized by software, or may be realized by any combination of hardware and software.
- the present invention even when the input signal includes a plurality of signals having different frequencies, amplitude correction and orthogonality correction can be performed more accurately.
- the present invention is useful for an amplitude / orthogonality error compensation device and the like.
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Abstract
入力信号に周波数が異なる複数の信号が含まれている場合であっても、より正確に振幅補正及び直交度補正を行う。振幅・直交度誤差補償装置(100)は、入力複素信号の同相成分と直交成分とに対して、振幅誤差情報に基づいて振幅補正を行い、得られた振幅補正後の複素信号を出力する振幅補正部(10)と、振幅補正後の複素信号に対して、直交度誤差情報に基づいて直交度補正を行い、得られた直交度補正後の複素信号を出力する直交度補正部(20)と、直交度補正後の複素信号のうち、所定の周波数成分を通過させるフィルタ部(30)と、フィルタ部(30)を通過した複素信号の同相成分と直交成分とに基づいて振幅誤差情報を求める振幅誤差検出部(40)と、フィルタ部(30)を通過した複素信号の同相成分と直交成分との間の直交度誤差を示す直交度誤差情報を求める直交度誤差検出部(50)とを有する。
Description
本開示は、アナログ又はデジタル無線通信に用いられる復調装置等に関する。特に、直交検波後の複素信号の同相成分と直交成分との間の振幅誤差又は直交度誤差の検出及び補正を行う装置に関する。
各種のアナログ変調方式又はデジタル変調方式により変調された信号を受信して復調する場合には、アナログ回路で構成された直交検波器を用いて受信信号に対して直交検波を行い、その結果を複素信号(IQ信号)として得ることが広く行われている。
直交検波器から出力される複素信号の同相成分と直交成分とは、理想的には直交し、平均振幅が同じになるはずである(図2(a))。しかし、アナログ回路で構成された直交検波器は、アナログ素子の特性バラツキ・温度特性・電圧特性等の影響を受けるので、複素信号の同相成分と直交成分との間には振幅誤差や直交度誤差が生じる(例えば図2(b))。このため、このような直交検波器から出力された複素信号をそのまま用いて検波を行うと、イメージ妨害が生じ、受信機の受信性能を劣化させてしまう。
これに対処するために、入力された複素信号の信号点の分布が偏る場合においても、振幅誤差や直交度誤差を正確かつ安定して補正するようにした振幅誤差補償装置及び直交度誤差補償装置が、特許文献1に記載されている。
特許文献1に記載された直交度誤差補償回路によると、アナログ素子の特性バラツキ・温度特性・電圧特性等の影響を受けた入力複素信号の信号点の分布の偏りは、複素平面において平均化することで解消できる。しかし、複素信号の同相成分と直交成分との間の振幅誤差や直交度誤差は、複素信号の周波数によって異なる。このため、入力信号に周波数が異なる複数の信号が含まれている場合には、振幅誤差補正や直交度誤差補正の精度が悪くなるという問題がある。
本開示は、入力信号に周波数が異なる複数の信号が含まれている場合であっても、より正確に振幅補正及び直交度補正を行うことを目的とする。
本発明の実施形態による振幅・直交度誤差補償装置は、入力複素信号の同相成分と直交成分とに対して、振幅誤差情報に基づいて振幅補正を行い、得られた振幅補正後の複素信号を出力する振幅補正部と、前記振幅補正後の複素信号に対して、直交度誤差情報に基づいて直交度補正を行い、得られた直交度補正後の複素信号を出力する直交度補正部と、前記直交度補正後の複素信号のうち、所定の周波数成分を通過させるフィルタ部と、前記フィルタ部を通過した複素信号の同相成分と直交成分とに基づいて前記振幅誤差情報を求める振幅誤差検出部と、前記フィルタ部を通過した複素信号の同相成分と直交成分との間の直交度誤差を示す前記直交度誤差情報を求める直交度誤差検出部とを有する。
本開示によれば、フィルタ部を通過した複素信号の同相成分及び直交成分に基づいて振幅誤差情報及び直交度誤差情報を求めるので、入力信号に周波数が異なる複数の信号が含まれている場合であっても、より正確に振幅補正及び直交度補正を行うことができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図面において同じ参照番号で示された構成要素は、同一の又は類似の構成要素である。
図1は、本発明の実施形態に係る振幅・直交度誤差補償装置の構成例を示すブロック図である。図1の振幅・直交度誤差補償装置100は、振幅補正部10と、直交度補正部20と、フィルタ部30と、振幅誤差検出部40と、直交度誤差検出部50とを有している。アンテナで受信され、その後直交検波されて得られた複素信号CIが、振幅補正部10に入力される。複素信号CIは、同相成分IIと直交成分QIとを有する。
図2(a)は、図1の振幅補正部10に入力される同相成分II及び直交成分QIが理想的な場合における、これらの成分を有するベクトルの軌跡を例示する図である。図2(b)は、同相成分IIと直交成分QIとの間に振幅誤差及び直交度誤差がある場合における、これらの成分を有するベクトルの軌跡を例示する図である。理想的な場合には、図2(a)のように、ベクトルの軌跡は真円になる。振幅誤差がある場合には、ベクトルの軌跡は楕円になり、更に直交度誤差がある場合には、図2(b)のように、楕円の長軸がI軸及びQ軸のいずれとも一致しない。
図3(a)は、図2(a)の場合の複素信号CIのスペクトラムを示す図である。図3(b)は、図2(b)の場合の複素信号CIのスペクトラムを示す図である。図2(a)の場合には、振幅誤差及び直交度誤差がないので、周波数f0のスペクトラムのみが存在し、イメージ妨害信号が発生していない。図2(b)の場合には、振幅誤差及び直交度誤差があるので、周波数f0’のイメージ妨害信号が発生している。
図4は、振幅誤差ΔGの周波数特性の例を示すグラフである。図4において、G1は同相成分IIと直交成分QIとの間の振幅誤差ΔGが周波数fにかかわらず一定の場合、G2は周波数fの増加とともに振幅誤差ΔGが増加する場合を示す。図5は、直交度誤差Δφの周波数特性の例を示すグラフである。図5において、φ1は同相成分IIと直交成分QIとの間の直交度誤差Δφが周波数fにかかわらず一定の場合、φ2は周波数fの増加とともに直交度誤差Δφが減少する場合を示す。以下では、複素信号CIが、図4の曲線G2で表される振幅誤差、及び、図5の曲線φ2で表される直交度誤差を有する場合について説明する。
振幅補正部10は、同相成分II及び直交成分QIに対して、同相成分IIの振幅と直交成分QIの振幅との間の差が小さくなるように、振幅誤差検出部40から出力される振幅誤差情報としての同相振幅誤差倍率αに基づいて振幅補正を行い、得られた振幅補正後の同相成分IA及び直交成分QAを出力する。
直交度補正部20は、同相成分IA及び直交成分QAに対して、同相成分IAと直交成分QAとが直交するように、直交度誤差検出部50から出力される直交度誤差情報ψに基づいて直交度補正を行い、得られた直交度補正後の複素信号CR(同相成分IRと直交成分QRとを有する)を出力する。フィルタ部30は、同相成分IR及び直交成分QRの所定の周波数成分を通過させ、通過した成分を、それぞれ同相成分IL及び直交成分QLとして出力する。
振幅誤差検出部40は、同相成分IL及び直交成分QLに基づいて同相振幅誤差倍率αを求め、振幅補正部10に出力する。すなわち、振幅誤差検出部40と振幅補正部10とが、振幅誤差のフィードバック補正を行う。同相振幅誤差倍率αは、振幅誤差補正のために同相成分IIに乗算されるべき値である。直交度誤差検出部50は、同相成分ILと直交成分QLとの間の直交度誤差を示す直交度誤差情報ψを求め、直交度補正部20に出力する。すなわち、直交度誤差検出部50と直交度補正部20とが、直交度誤差のフィードバック補正を行う。
図6は、図1の振幅誤差検出部40の構成例を示すブロック図である。振幅誤差検出部40は、電力算出部41と、領域判定部42と、符号反転部43と、セレクタ44と、ループフィルタ45と、加算器46とを有する。電力算出部41は、同相成分ILの2乗と直交成分QLの2乗との和を求め、求められた和を電力として出力する。符号反転部43は、求められた電力を、その符号を反転して出力する。
図7は、図6の領域判定部42の処理についての説明図である。同相成分ILと直交成分QLとの間の関係が例えば図7の“1”で示された領域に対応する場合、すなわち、QL≧ILかつQL≧-IL、又はQL≦ILかつQL≦-ILである場合には、領域判定部42は“1”を出力する。同相成分ILと直交成分QLとの間の関係が例えば図7の“0”で示された領域に対応する場合、すなわち、QL<ILかつQL>-IL、又はQL>ILかつQL<-ILである場合には、領域判定部42は“0”を出力する。
セレクタ44は、領域判定部42が“1”を出力している場合には、符号反転部43の出力を選択して出力し、領域判定部42が“0”を出力している場合には、電力算出部41で求められた電力を選択して出力する。ループフィルタ45は、セレクタ44の出力を平滑化して出力する。加算器46は、ループフィルタ45の出力に1を加算する。
図8(a)は、同相成分ILの振幅が直交成分QLの振幅より大きい場合における、これらの成分を有するベクトルの軌跡を例示する図である。図8(b)は、同相成分ILの振幅が直交成分QLの振幅より小さい場合における、これらの成分を有するベクトルの軌跡を例示する図である。以上の処理により、振幅誤差検出部40は、図8(a)又は図8(b)のような楕円上の点について、これらの図の符号を考慮して得られる電力の和に対応する同相振幅誤差倍率αを出力する。この電力の和は、図8(a)又は図8(b)の(+)の領域に点がある場合には、その点の電力を加算し、(-)の領域に点がある場合には、その点の電力を減算することによって得られる値であり、具体的にはセレクタ44による選択及びループフィルタ45の平滑化処理によって得られる。図8(a)の場合はα>1、図8(b)の場合はα<1になる。
図9は、図1の振幅補正部10の構成例を示すブロック図である。振幅補正部10は、乗算器11,12と、直交振幅誤差倍率算出部14とを有している。直交振幅誤差倍率算出部14は、振幅誤差検出部40から出力された同相振幅誤差倍率αに基づいて、直交振幅誤差倍率βを算出する。直交振幅誤差倍率βは、振幅誤差補正のために直交成分QIに乗算されるべき値である。
乗算器11は、同相成分IIに同相振幅誤差倍率αを乗算し、その結果を同相成分IAとして出力する。乗算器12は直交成分QIに直交振幅誤差倍率βを乗算し、その結果を直交成分QAとして出力する。ここで、直交振幅誤差倍率算出部14は、振幅補正部10に入力される同相成分II及び直交成分QIの電力と、振幅補正部10から出力される同相成分IA及び直交成分QAの電力とが等しくなるように、直交振幅誤差倍率βを算出する。
図10は、同相成分と直交成分との間に振幅誤差がある場合に、これらの成分を有するベクトルの軌跡の例を示す図である。直交振幅誤差倍率βの算出方法について詳細に説明する。
同相成分Iと直交成分Qとの間に振幅誤差がある場合には、これらの成分を有するベクトルの軌跡は、平均的には図10の楕円SGで表される。振幅補正後の同相成分IAと直交成分QAとの振幅が等しいとすると、これらの成分を有するベクトルの軌跡は、平均的には図10の真円Sで表される。ここで、楕円SGの長径をA、短径をBとし、真円Sの半径をRとする。
まず、真円Sを、I=Rcosθ、Q=Rsinθのように極座標表示する。同相成分IA及び直交成分QAを成分として有する複素信号の平均振幅の確率分布が、θ=0~2πにおいて一定であると仮定すると、この複素信号の平均電力は、
∫[0→2π] R2(cos2θ+sin2θ)dθ/2π=R2 …(1)
により求められる。ここで、∫[0→2π] dθは、θ=0からθ=2πまでの積分を表す。
∫[0→2π] R2(cos2θ+sin2θ)dθ/2π=R2 …(1)
により求められる。ここで、∫[0→2π] dθは、θ=0からθ=2πまでの積分を表す。
次に、楕円SGを、I=Acosθ、Q=Bsinθのように極座標表示する。同相成分I及び直交成分Qを成分として有する複素信号の平均振幅の確率分布が、θ=0~2πにおいて一定であると仮定すると、この複素信号の平均電力は、
∫[0→2π] (A2cos2θ+B2sin2θ)dθ/2π=(A2+B2)/2 …(2)
により求められる。
∫[0→2π] (A2cos2θ+B2sin2θ)dθ/2π=(A2+B2)/2 …(2)
により求められる。
ここで、補正前後の電力を一定にする条件を加えると、式(1)及び(2)より、
A2+B2=2R2 …(3)
が得られる。
A2+B2=2R2 …(3)
が得られる。
振幅補正部10は、同相成分Iに同相振幅誤差倍率αを乗算し、直交成分Qに直交振幅誤差倍率βを乗算することにより、振幅補正を行う。補正前後の信号の平均振幅は等しいことから、補正前の平均振幅A,Bと補正後の平均振幅Rとの間には、次式(4),(5)、すなわち、
αA=R …(4)
βB=R …(5)
の関係がある。
αA=R …(4)
βB=R …(5)
の関係がある。
式(4)及び(5)を式(3)に代入し、βをαで表すと、
β=1/√{2-(1/α)2} …(6)
となる。直交振幅誤差倍率算出部14は、式(6)の関係を用いて、同相振幅誤差倍率αから直交振幅誤差倍率βを算出する。直交振幅誤差倍率算出部14は、例えば、式(6)の関係を表すルックアップテーブルを記憶するROM(read-only memory)等によって実現することができる。
β=1/√{2-(1/α)2} …(6)
となる。直交振幅誤差倍率算出部14は、式(6)の関係を用いて、同相振幅誤差倍率αから直交振幅誤差倍率βを算出する。直交振幅誤差倍率算出部14は、例えば、式(6)の関係を表すルックアップテーブルを記憶するROM(read-only memory)等によって実現することができる。
以上のように、振幅補正部10は、補正前後の平均電力を一定とする条件と、スカラー量である同相振幅誤差倍率αとに基づいて、同相成分II及び直交成分QIのそれぞれのゲイン調整、言い換えると、振幅補正を行っている。
なお、同相振幅誤差倍率αから直交振幅誤差倍率βを求める場合について説明したが、振幅誤差検出部で直交振幅誤差倍率βを求め、式(6)を用いて同相振幅誤差倍率αを求めるようにしてもよい。
図11は、図1の直交度誤差検出部50の構成例を示すブロック図である。直交度誤差検出部50は、電力算出部51と、領域判定部52と、符号反転部53と、セレクタ54と、ループフィルタ55とを有する。電力算出部51は、同相成分ILの2乗と直交成分QLの2乗とを加算し、求められた和を電力として出力する。符号反転部53は、求められた和を、その符号を反転して出力する。
図12は、図11の領域判定部52の処理についての説明図である。同相成分ILと直交成分QLとの間の関係が例えば図12の“1”で示された領域に対応する場合、すなわち、QL≧0かつIL≦0、又はQL≦0かつIL≧0である場合には、領域判定部52は“1”を出力する。同相成分ILと直交成分QLとの間の関係が例えば図12の“0”で示された領域に対応する場合、すなわち、QL>0かつIL>0,又はQL<0かつIL<0である場合には、領域判定部52は“0”を出力する。
セレクタ54は、領域判定部52が“0”を出力している場合には、符号反転部53の出力を選択して出力し、領域判定部52が“1”を出力している場合には、電力算出部51で求められた電力を選択して出力する。ループフィルタ55は、セレクタ54の出力を平滑化して出力する。
図13(a)は、同相成分ILと直交成分QLとの間の位相差が90°より大きい場合における、これらの成分を有するベクトルの軌跡を例示する図である。図13(b)は、同相成分ILと直交成分QLとの間の位相差が90°より小さい場合における、これらの成分を有するベクトルの軌跡を例示する図である。以上の処理により、領域判定部52は、図13(a)又は図13(b)のような楕円上の点について、符号を考慮して得られる電力の和に対応する直交度誤差情報ψを出力する。この電力の和は、図13(a)又は図13(b)の(+)の領域に点がある場合には、その点の電力を加算し、(-)の領域に点がある場合には、その点の電力を減算することによって得られる値であり、具体的にはセレクタ54による選択及びループフィルタ55の平滑化処理によって得られる。図13(a)の場合はψ>0、図13(b)の場合はψ<0になる。
図14は、図1の直交度補正部20の構成例を示すブロック図である。直交度補正部20は、変換用ROM22と、乗算器24,25と、加算器26とを備えている。直交度補正部20は、直交度誤差検出部50から出力される直交度誤差情報ψ(直交度のずれ)を、ψが十分小さいことから、tanψとして取り扱う。
変換用ROM22は、直交度誤差情報tanψを1/cosψに変換して出力する。乗算器25は、変換用ROM22から出力される1/cosψを直交成分QAに乗算し、乗算結果を加算器26に出力する。乗算器24は、同相成分IAに直交度誤差情報tanψを乗算し、乗算結果を加算器26に出力する。加算器26は、乗算器24及び25で得られた乗算結果を加算して、補正後の直交成分QRを出力する。
次に、直交度補正部20の動作について詳細に説明する。前段の振幅補正部10により、同相成分IIと直交成分QIとが振幅補正されているので、振幅補正後の同相成分IAと直交成分QAとは、振幅が同じになっている。そこで、同相成分IAと直交成分QAとは、次式(7),(8)、すなわち、
IA=Acos{(2π×Δf×t)+φ+θ(t)} …(7)
QA=Asin{(2π×Δf×t)+φ+θ(t)+ψ} …(8)
ただし、
Δf:周波数オフセット[Hz]
φ :位相オフセット[rad], θ(t):位相情報[rad]
ψ :直交度誤差情報[rad], t:時間[sec]
A :同相成分、直交成分の振幅
でそれぞれ表される。
IA=Acos{(2π×Δf×t)+φ+θ(t)} …(7)
QA=Asin{(2π×Δf×t)+φ+θ(t)+ψ} …(8)
ただし、
Δf:周波数オフセット[Hz]
φ :位相オフセット[rad], θ(t):位相情報[rad]
ψ :直交度誤差情報[rad], t:時間[sec]
A :同相成分、直交成分の振幅
でそれぞれ表される。
直交成分QAの直交度誤差情報ψを補正する場合、簡単のため位相オフセットφと位相情報θとを0とし、ω=2π×Δfとすると、直交度誤差補正後の直交成分QRは、
QR=IA×tanψ+QA/cosψ …(9)
となる。式(7)及び(8)を式(9)に代入すると、
QR=Asinωt
となる。このように、直交度補正部20は、同相成分IAと直交成分QAとを入力として、式(9)の演算を行うことによって、直交成分QAの直交度誤差情報ψを補正して、補正後の直交成分QRを出力することができる。
QR=IA×tanψ+QA/cosψ …(9)
となる。式(7)及び(8)を式(9)に代入すると、
QR=Asinωt
となる。このように、直交度補正部20は、同相成分IAと直交成分QAとを入力として、式(9)の演算を行うことによって、直交成分QAの直交度誤差情報ψを補正して、補正後の直交成分QRを出力することができる。
以上のように、図1の振幅・直交度誤差補償装置100によると、直交検波して得られた複素信号が一定周波数の正弦波である場合には、正確に振幅・直交度誤差補正を行うことができる。また、小面積の回路で実現することができ、補正前の信号電力と補正後の信号電力とが変化しないように、振幅・直交度誤差補正を行うこともできる。
以下では、図1の振幅・直交度誤差補償装置100がフィルタ部30を有することによる出力信号CRの改善について説明する。図15は、アナログテレビジョン放送の信号のスペクトラムの例を示す図である。この信号は、周波数f1の映像信号V1と、周波数f2の音声信号A1とを含んでいる。ここでは、映像信号V1と音声信号A1とを含んだ信号が、入力信号CIとして振幅・直交度誤差補償装置100に入力されるとする。
図16は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100がフィルタ部30を有しないと仮定した場合に、振幅・直交度誤差補償装置100の出力信号CRの成分に対応するベクトルの軌跡の例を複素平面上において示す図である。例えば図4の曲線G2及び図5の曲線φ2で示されているように、図15の映像信号V1の同相成分と直交成分との間には振幅誤差及び直交度誤差があるとする。映像信号V1の場合と同様に、音声信号A1の同相成分と直交成分との間にも振幅誤差及び直交度誤差があるとする。ただし、映像信号V1の振幅誤差と音声信号A1の振幅誤差とは異なっており、映像信号V1の直交度誤差と音声信号A1の直交度誤差とは異なっている。
映像信号V1及び音声信号A1に対応するベクトルの軌跡が、図16に楕円Sf1,Sf2でそれぞれ示されている。この場合には、映像信号V1及び音声信号A1の両方の影響を受けるので、出力信号CRに対応するベクトルの軌跡は、真円にはならず、図16の楕円Sfのようになる。
図17(a)は、図1のフィルタ部30の通過帯域PB1の例を示すスペクトラム図である。ここでは、フィルタ部30は、映像信号V1を通過させ、音声信号A1を通過させないように、周波数が周波数f1付近の信号、及び周波数が周波数f1のイメージ周波数f1’付近の信号のみを通過させる特性を有する。図17(a)では、通過帯域PB1を示す線が上にあるほど、信号に与える減衰が小さいことを示している。以下の図でも同様である。フィルタ部30は、図17(b)及び図17(c)のような特性を有してもよい。
図17(b)は、図1のフィルタ部30の通過帯域PB1の他の例を示すスペクトラム図である。図17(b)の場合、フィルタ部30は、LPF(low pass filter)であって、周波数f1からイメージ周波数f1’までの帯域に含まれる信号のみを通過させる特性を有する。図17(c)は、図1のフィルタ部30の通過帯域PB1の更に他の例を示すスペクトラム図である。図17(c)の場合、フィルタ部30は、ノッチフィルタであって、周波数f2付近の信号を通過させない、又は大きく減衰させる特性を有する。このように、フィルタ部30は、所定の周波数成分を通過させ、かつ、他の周波数成分を通過させない、又は大きく減衰させる特性を有する。
図18は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100が図17(a)、図17(b)、又は図17(c)の特性のフィルタ部30を有する場合に、フィルタ部30を通過できる信号に対応するベクトルの軌跡の例を複素平面上において示す図である。この場合には、映像信号V1の振幅及び直交度のみを補正すればよいので、出力信号CRに対応するベクトルの軌跡は、図18の円Sのようになる。
図19(a)は、図18の楕円Sf1に対応する映像信号V1のスペクトラムの例を示す図である。このように、楕円Sf1の場合には、映像信号V1には周波数f1’のイメージ妨害信号が含まれる。図19(b)は、出力信号CRにおいて、図18の円Sに対応する信号のスペクトラムの例を示す図である。出力信号CRにおいては、映像信号V1は振幅誤差及び直交度誤差をほとんど含まないので、周波数f1’のイメージ妨害信号を含まない。言い換えると、イメージ抑圧がされていると言える。なお、音声信号A1に対しては、振幅誤差及び直交度誤差の補正が正しく行われないので、出力信号CRには、振幅誤差及び直交度誤差を有する音声信号A1が含まれる。
図20は、図1のフィルタ部30の他の通過帯域PB2の例を示すスペクトラム図である。ここでは、フィルタ部30は、音声信号A1を通過させ、映像信号V1を通過させないように、周波数が周波数f2付近の信号、及び周波数が周波数f2のイメージ周波数f2’付近の信号のみを通過させる特性を有する。
図21は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100が図20の特性のフィルタ部30を有する場合に、フィルタ部30を通過できる信号に対応するベクトルの軌跡の例を複素平面上において示す図である。この場合には、音声信号A1の振幅及び直交度のみを補正すればよいので、出力信号CRに対応するベクトルの軌跡は、図21の円Sのようになる。
図22(a)は、図21の楕円Sf2に対応する音声信号A1のスペクトラムの例を示す図である。このように、音声信号A1には周波数f2’のイメージ妨害信号が含まれる。図22(b)は、出力信号CRにおいて、図21の円Sに対応する信号のスペクトラムの例を示す図である。出力信号CRにおいては、音声信号A1は振幅誤差及び直交度誤差をほとんど含まないので、周波数f2’のイメージ妨害信号を含まない。言い換えると、イメージ抑圧がされていると言える。
フィルタ部30を有することによる効果は、周波数が異なる2つ以上の信号のうち、振幅誤差及び直交度誤差の検出の際に注目すべき信号が1つである場合に大きい。例えば、NTSC(national television system committee)、PAL(phase alternation by line)、又はSECAM(sequentiel couleur a memoire)に準拠した信号のように、電力が同程度の映像信号と音声信号とが含まれる信号が入力される場合、一方の信号に注目し、他方の信号を除去することにより、誤差量を減らすことが可能である。
図23(a)は、広帯域信号を含む信号のスペクトラムの例を示す図である。ここでは、図23(a)のようなスペクトラムを有する複素信号が図1の振幅・直交度誤差補償装置100に入力されるとする。この信号は、周波数f3を有する狭帯域信号F3と、周波数帯域f4を有する広帯域信号F4とを含んでいる。図23(b)は、図1のフィルタ部30の他の通過帯域PB4の例と、このフィルタ部30を通過した図23(a)の信号のスペクトラムの例とを示す図である。フィルタ部30は、狭帯域信号F3を広帯域信号F4より減衰させて出力する周波数特性を有する。つまり、狭帯域信号F3及び広帯域信号F4はいずれも通過できるが、狭帯域信号F3は広帯域信号F4より減衰するように、通過帯域PB4は設定される。フィルタ部30を通過することによって、狭帯域信号F3の電力は小さくなっている。
図24(a)は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100がフィルタ部30を有しないと仮定した場合に、振幅・直交度誤差補償装置100の出力信号CRの成分に対応するベクトルの軌跡の他の例を複素平面上において示す図である。図23の狭帯域信号F3の同相成分と直交成分との間には振幅誤差及び直交度誤差があり、広帯域信号F4の同相成分と直交成分との間にも振幅誤差及び直交度誤差があるとする。狭帯域信号F3及び広帯域信号F4に対応するベクトルの軌跡が、図24(a)に楕円Sf3,Sf4でそれぞれ示されている。
狭帯域信号F3の電力が大きいため、楕円f3も大きくなる。楕円Sf4は楕円Sf3よりも真円に近いとする。この場合、そのまま狭帯域信号F3と広帯域信号F4とを補正すると、狭帯域信号F3の影響を強く受けるので、出力信号CRに対応する楕円Sfは、円から楕円Sf4より大きく離れてしまう。そこで、狭帯域信号F3を広帯域信号F4より減衰させて出力する特性を有するフィルタ部30、具体的には、例えば図23(b)のような通過帯域PB4を有するフィルタ部30を用いる。これにより、狭帯域信号F3の電力を小さくし、補正に対する狭帯域信号F3の影響を小さくすることができる。
図24(b)は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100が図23(b)の特性のフィルタ部30を有する場合に、フィルタ部30を通過できる信号に対応するベクトルの軌跡の例を複素平面上において示す図である。楕円f3は、図24(a)の場合より小さくなる。このとき、狭帯域信号F3及び広帯域信号F4に振幅補正及び直交度補正を行うことにより、楕円Sfをより円Sに近づけることができる。この結果、振幅補正及び直交度補正の精度を上げることができ、狭帯域信号F3によるイメージ成分の生成を抑えることができる。
入力信号に狭帯域信号と広帯域信号とが含まれ、両信号とも必要であり、広帯域信号を主信号として補正をかける際に、このようなフィルタが有効である。狭帯域信号としてパイロット信号、広帯域信号として映像信号及び音声信号を有するVSB(vestigial-sideband)信号が入力される場合が例として挙げられる。
図25は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100の他の構成例を示すブロック図である。図25の振幅・直交度誤差補償装置200は、フィルタ部30に代えてフィルタ部230を有する。フィルタ部230は、フィルタ232及び234を有する。
フィルタ232は、同相成分IR及び直交成分QRのうち、所定の周波数成分を通過させ、通過した成分を、それぞれ同相成分IL1及び直交成分QL1として出力する。フィルタ234は、同相成分IR及び直交成分QRのうち、フィルタ232とは異なる所定の周波数成分を通過させ、通過した成分を、それぞれ同相成分IL2及び直交成分QL2として出力する。振幅誤差検出部40は、同相成分IL1及び直交成分QL1について同相振幅誤差倍率αを求め、振幅補正部10に出力する。直交度誤差検出部50は、同相成分IL2及び直交成分QL2について直交度誤差情報ψを求め、直交度補正部20に出力する。その他の点は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100と同様であるので、説明を省略する。
振幅・直交度誤差補償装置200によると、フィルタ232の通過帯域と、フィルタ234の通過帯域とを、幅等が異なる帯域に設定することができる。これにより、より適切に振幅補正及び直交度補正を行うことができる。
図26は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100の更に他の構成例を示すブロック図である。図26の振幅・直交度誤差補償装置300は、フィルタ部30に代えてフィルタ部330を有する。フィルタ部330は、フィルタ331,332,333,334と、乗算器335,336,337,338と、加算器339とを有する。
フィルタ331~334には、所定の通過帯域がそれぞれ設定されている。フィルタ331~334は、同相成分IRのうち、それぞれの所定の周波数成分を通過させ、通過した成分を出力する。同様に、フィルタ331~334は、直交成分QRのうち、それぞれの所定の周波数成分を通過させ、通過した成分を出力する。
乗算器335は、係数C1を、フィルタ331から出力された同相成分及び直交成分に乗算し、乗算結果を出力する。乗算器336は、係数C2を、フィルタ332から出力された同相成分及び直交成分に乗算し、乗算結果を出力する。乗算器337は、係数C3を、フィルタ333から出力された同相成分及び直交成分に乗算し、乗算結果を出力する。乗算器338は、係数C4を、フィルタ334から出力された同相成分及び直交成分に乗算し、乗算結果を出力する。加算器339は、乗算器335~338から出力された同相成分の乗算結果を加算して、加算結果を同相成分ILMとして出力し、乗算器335~338から出力された直交成分の乗算結果を加算して、加算結果を直交成分QLMとして出力する。
振幅誤差検出部40は、加算器339で求められた同相成分ILM及び直交成分QLMについて同相振幅誤差倍率αを求め、振幅補正部10に出力する。直交度誤差検出部50は、同相成分ILM及び直交成分QLMについて直交度誤差情報ψを求め、直交度補正部20に出力する。その他の点は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100と同様であるので、説明を省略する。
図27(a)は、アナログテレビジョン放送の信号のスペクトラムの他の例を示す図である。この信号は、映像信号V1(周波数f1)と、音声信号A1(周波数f2)と、映像信号V1のイメージ信号(周波数f1’)と、音声信号A1のイメージ信号(周波数f2’)とを含んでいる。ここでは、これらの信号を含んだ入力信号CIが、振幅・直交度誤差補償装置300に入力されるとする。イメージ信号は、振幅・直交度誤差補償装置300の前段の直交検波器において生じる。
図27(b)は、図26の各フィルタ331~334の通過帯域の例を示す図である。フィルタ331は、音声信号A1のイメージ信号のみを通過させるように、周波数が周波数f2’付近の信号のみを通過させる特性(通過帯域PB2’)を有する。フィルタ332は、映像信号V1のみを通過させるように、周波数が周波数f1付近の信号のみを通過させる特性(通過帯域PB1)を有する。フィルタ333は、映像信号V1のイメージ信号のみを通過させるように、周波数が周波数f1’付近の信号のみを通過させる特性(通過帯域PB1’)を有する。フィルタ334は、音声信号A1のみを通過させるように、周波数が周波数f2付近の信号のみを通過させる特性(通過帯域PB2)を有する。
映像信号V1に対応する係数C2、及び音声信号A1に対応する係数C4には正の値を設定し、音声信号A1のイメージ信号に対応する係数C1、及び映像信号V1のイメージ信号に対応する係数C3には負の値を設定する。これにより、イメージ信号の除去又は減衰が可能になる。
なお、フィルタ331~334の各通過帯域、及び係数C1~C4の各値は、独立して設定することができる。帯域が異なる4信号が全て必要な信号である場合には、係数C1~C4を全て正の値にしてもよい。フィルタ部330が4つのフィルタと4つの乗算器を有する場合について説明したが、フィルタ部330は、より多くのフィルタ及び乗算器を有してもよい。
以上では、フィルタ部230等が所定の周波数成分を通過させる場合について説明したが、フィルタ部230等が所定の周波数成分を通過させないようにしてもよい。
図28は、図1の振幅・直交度誤差補償装置100を有する受信機400の構成例を示すブロック図である。受信機400は、チューナ404と、振幅・直交度誤差補償装置100と、復調部406と、デコーダ407と、ディスプレイ408とを有する。
チューナ404は、アンテナ2で受信された信号から必要な信号を選択し、選択された信号に直交検波を行い、振幅・直交度誤差補償装置100に出力する。復調部406は、振幅・直交度誤差補償装置100から出力された信号に復調処理を行い出力する。デコーダ407は、復調部406で復調された信号に動画像復号化等のデコード処理を行い、出力する。ディスプレイ408は、デコード処理された信号で表される映像を表示する。
なお、受信機400は、振幅・直交度誤差補償装置100に代えて、振幅・直交度誤差補償装置200又は300を有してもよい。振幅・直交度誤差補償装置100等は、チューナ404又は復調部406に含まれていてもよい。
本明細書における各機能ブロックは、典型的にはハードウェアで実現され得る。例えば各機能ブロックは、IC(集積回路)の一部として半導体基板上に形成され得る。ここでICは、LSI(large-scale integrated circuit)、ASIC(application-specific integrated circuit)、ゲートアレイ、FPGA(field programmable gate array)等を含む。代替としては各機能ブロックの一部又は全ては、ソフトウェアで実現され得る。例えばそのような機能ブロックは、プロセッサ上で実行されるプログラムによって実現され得る。換言すれば、本明細書で説明される各機能ブロックは、ハードウェアで実現されてもよいし、ソフトウェアで実現されてもよいし、ハードウェアとソフトウェアとの任意の組合せで実現され得る。
本発明の多くの特徴及び優位性は、記載された説明から明らかであり、よって添付の特許請求の範囲によって、本発明のそのような特徴及び優位性の全てをカバーすることが意図される。更に、多くの変更及び改変が当業者には容易に可能であるので、本発明は、図示され記載されたものと全く同じ構成及び動作に限定されるべきではない。したがって、全ての適切な改変物及び等価物は本発明の範囲に入るものとされる。
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、入力信号に周波数が異なる複数の信号が含まれている場合であっても、より正確に振幅補正及び直交度補正を行うことができるので、本発明は、振幅・直交度誤差補償装置等について有用である。
10 振幅補正部
20 直交度補正部
30,230,330 フィルタ部
232,234,331~334 フィルタ
335~338 乗算器
339 加算器
40 振幅誤差検出部
50 直交度誤差検出部
100,200,300 振幅・直交度誤差補償装置
20 直交度補正部
30,230,330 フィルタ部
232,234,331~334 フィルタ
335~338 乗算器
339 加算器
40 振幅誤差検出部
50 直交度誤差検出部
100,200,300 振幅・直交度誤差補償装置
Claims (4)
- 入力複素信号の同相成分と直交成分とに対して、振幅誤差情報に基づいて振幅補正を行い、得られた振幅補正後の複素信号を出力する振幅補正部と、
前記振幅補正後の複素信号に対して、直交度誤差情報に基づいて直交度補正を行い、得られた直交度補正後の複素信号を出力する直交度補正部と、
前記直交度補正後の複素信号のうち、所定の周波数成分を通過させるフィルタ部と、
前記フィルタ部を通過した複素信号の同相成分と直交成分とに基づいて前記振幅誤差情報を求める振幅誤差検出部と、
前記フィルタ部を通過した複素信号の同相成分と直交成分との間の直交度誤差を示す前記直交度誤差情報を求める直交度誤差検出部とを備える
振幅・直交度誤差補償装置。 - 請求項1に記載の振幅・直交度誤差補償装置において、
前記フィルタ部は、前記入力複素信号が狭帯域信号と広帯域信号とを含む場合に、前記狭帯域信号を前記広帯域信号より減衰させて出力する特性を有する
振幅・直交度誤差補償装置。 - 請求項1に記載の振幅・直交度誤差補償装置において、
前記フィルタ部は、
前記直交度補正後の複素信号のうち、所定の第1周波数成分を通過させる第1フィルタと、
前記直交度補正後の複素信号のうち、所定の第2周波数成分を通過させる第2フィルタとを有し、
前記振幅誤差検出部は、前記第1フィルタを通過した複素信号の同相成分と直交成分とに基づいて前記振幅誤差情報を求め、
前記直交度誤差検出部は、前記第2フィルタを通過した複素信号の同相成分と直交成分との間の直交度誤差を示す前記直交度誤差情報を求める
振幅・直交度誤差補償装置。 - 請求項1に記載の振幅・直交度誤差補償装置において、
前記フィルタ部は、
前記直交度補正後の複素信号のうち、それぞれの所定の周波数成分を出力する複数のフィルタと、
前記複数のフィルタにそれぞれ対応し、それぞれの所定の係数をそれぞれに対応する前記フィルタの出力信号に乗算して乗算結果を出力する複数の乗算器と、
前記複数の乗算器による前記乗算結果を加算し、加算結果を出力する加算器とを有する
振幅・直交度誤差補償装置。
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