JP4116591B2 - ディジタル受信機および受信方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル受信機および受信方法に関し、特に直交復調後のＩ信号、Ｑ信号のインバランスを補正する、無線通信におけるディジタル受信機および受信方法に関する。

無線通信などで用いられるディジタル変調方式の一つであるＯＦＤＭ（直交波周波数分割多重：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等の直交復調は、まず、受信信号が一定周波数の中間周波数（Intermediate Frequency）信号に変換される。更に中間周波数信号は、基準発振器からのローカル信号と混合され、同相成分であるＩ信号を出力する。同時に、中間周波数信号は、基準発振器から９０度移相器を介して位相が９０度ずれたローカル信号と混合され、直交成分であるＱ信号を出力することで実現される。直交復調後、後段の回路においては、Ｉ信号（同相成分）およびＱ信号（直交成分）を受け取り、例えば映像データ用のベースバンド信号への変換あるいは無線ＬＡＮ用のベースバンド信号への変換等のベースバンド信号処理を行う。後段の回路に含まれる、Ｉ信号、Ｑ信号それぞれに対応して２系統存在するベースバンドフィルタ、Ａ／Ｄ変換器等は、アナログ回路から構成されていることもあり、製造時の製造誤差や、温度変化などの要因により相対誤差（ＩＱインバランス）が生ずる。例えば、振幅誤差、位相誤差等である。このような誤差は、最終的には受信特性に悪影響を及ぼすので、補正する必要がある。

従来、この補正方法としては、Ｉ信号およびＱ信号が経るそれぞれの信号経路の伝達特性の基準値との差分、例えば、振幅誤差、位相誤差を計算し、これに基づいて所定のアルゴリズムに従ってそれぞれの信号に対する補正値を計算し、この補正値に基づいてＩＱ信号を補正することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

或いは、Ｉ信号およびＱ信号両者間の振幅誤差、位相誤差を測定して、これらを小さくするように補正値を計算するために、それぞれの信号系統に備える可変減衰器、可変遅延器などの減衰値等を調節する手法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−８６１７７公報 特開２００１−３３３１２０公報

上述した従来のＩＱインバランスの補正方法においては、Ｉ信号およびＱ信号両者間の振幅誤差、位相誤差をそれぞれ独立に補正する為の回路を設けており、計算コストの増大及びハードウェア規模が大きくなる等の問題があった。

本発明は、上記事情によりなされたもので、その目的は、簡易な構成でＩＱインバランスの補正を実現することが可能なディジタル受信機および受信方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、受信した変調ディジタル信号をＩ信号（同相成分）、Ｑ信号（直交成分）に分配する手段と、前記Ｉ信号に対し所定の信号処理を行うＩ信号用信号処理手段と、前記Ｑ信号に対し所定の信号処理を行うＱ信号用信号処理手段と、前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を検出する手段と、
前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を検出する手段と、検出された前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｑ信号の信号経路に付加する手段と、検出された前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｉ信号の信号経路に付加する手段と、を備えることを特徴とするディジタル受信機が提供される。

また、本発明の一態様によれば、変調ディジタル信号をＩ信号（同相成分）、Ｑ信号（直交成分）に分配するステップと、前記Ｉ信号に対し所定の信号処理を行うＩ信号用信号処理ステップと、前記Ｑ信号に対し所定の信号処理を行うＱ信号用信号処理ステップと、前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を検出するステップと、前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を検出するステップと、検出された前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｑ信号の信号経路に付加するステップと、検出された前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｉ信号の信号経路に付加するステップから構成されることを特徴とする受信方法が提供される。

本発明によれば、補正値の計算の為の複雑なアルゴリズムを不要とし、Ｉ信号およびＱ信号両者間の振幅誤差、位相誤差のような伝達特性の差異を測定せずに、少ない計算コスト及びハードウェアコストで、ＩＱインバランスの補正が可能となる。

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。尚、各図において同一箇所については同一の符号を付すとともに、重複した説明は省略する。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態に係るディジタル受信機の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るディジタル受信機は、アンテナ１０と、例えばIG−BTスイッチングによる周波数変換器１１と、例えば高精度のクリスタルモジュールを採用した基準発信器１２と、複数の入力信号を混合する混合器１５と、伝送路を伝達する信号の位相を９０度だけ変化させる９０度移相器１３と、ステップ波形入力器１４と、ベースバンド周波数を抜き出すＢＢ(ベースバンド)フィルタ２１，２２と、サンプリングを行うＡ／Ｄ変換器３１，３２と、矩形波の入力信号から反転増幅によりパルス状の信号を作る数値計算回路４１，４２および補正器５１，５２から構成されている。

ここで、アンテナ１０で受信される高周波の受信信号は、周波数変換器１１によって中間周波数に落とされた後、基準発信器１２からのローカル信号と混合し、Ｉ信号（同相成分）を出力し、同時に、基準発振器１２から９０度移相器１３を介して位相が９０度ずれたローカル信号と混合し、Ｑ信号（直交成分）を出力する。

通信時においては、この後、Ｉ信号、Ｑ信号はそれぞれ、干渉波除去を目的としたＢＢフィルタ２１，２２、Ａ／Ｄ変換器３１，３２等を経由して、後段のディジタル復調回路（図示せず）へと処理が進むことになる。

一般に、ディジタル通信にあっては、非通信時、即ち、通信の開始前、又は、通信を行っていない期間が存在する。例えば、無線ＬＡＮ端末の規格の一つである、ＩＥＥＥ８０２．１１のＭＡＣ層（メディアアクセス制御：Media Access Control）仕様においては、フレーム間のタイムインターバルが規定されている。すなわち、無線ＬＡＮでは，大別するとデータ・フレームとＡＣＫフレームという二つのフレームのやり取りで通信が行われる。データ・フレームには実際にやり取りするデータ（TCP/IPのパケットなど）が含まれる。ＡＣＫフレームはデータを正しく受け取ったことを相手に知らせるためのものである。データ転送の際は，送信側がデータ・フレームを送り，これを受け取った側がＡＣＫフレームを返して完了する。このフレームのやり取りは，間断なく行われているわけではない。送信側は，ＡＣＫフレームを受信してＤＩＦＳ（Distributed Coordination Function Interframe Space）と呼ばれる一定時間を空けてから，データ・フレームを送信する。受信側もデータ・フレームを受け取ってからＳＩＦＳ（Short Interframe Space）と呼ばれる一定時間を空けてからＡＣＫフレームを送信する。このように一定時間を空けるタイムインターバルの期間は所定のアクセスポイントと端末との間でデータ（フレーム）の送受信を停止（非通信）することになっている。

本発明の実施の形態においては、上記のような非通信時に、ステップ波形入力器１４から単位階段状のステップ波形信号をＩ信号、Ｑ信号の両系統に入力する。尚、この実施の形態ではステップ波形入力器１４によりステップ波形を入力する例で説明するが、波形としてはＩＱバランスを測定するための波形であればよく必ずしもステップ波形に限定しない。また、ステップ波形入力器１４としては、例えば送信系のＤ／Ａ変換回路を利用すれば、ハードウェア的なコストがあまりかからない。入力されたステップ波形信号はそれぞれＢＢフィルタ２１，２２、Ａ／Ｄ変換器３１，３２等を経由して、数値計算回路４１，４２に入力され、この数値計算回路４１，４２で数値微分などの処理が実行される。これによって、Ｉ信号が経由するＢＢフィルタ２１からＡ／Ｄ変換器３１までのインパルス応答が、数値計算回路４１で得られる。

上記の例ではＩＱバランスを測定するための波形として、ステップ波形入力器１４によりステップ波形を入力するので、数値計算回路４１，４２では数値微分の処理を行うことによりインパルス応答を得た。しかしこれに代え、ＩＱバランスを測定するための波形として、ステップ波形入力器１４によりインパルス信号を入力する場合には、数値計算回路４１，４２はＡ／Ｄ変換器３１，３２からインパルス応答が得られる。このため数値計算回路４１，４２は特に計算を行わずに信号をスルーするだけでよい。

また、ＩＱバランスを測定するための波形として他の波形を用いた場合には、この他の波形に合わせた数値計算を数値計算回路４１，４２が行ない、インパルス応答を得るようにすればよい。

尚、図１に示す数値計算回路４１、４２は、２つに分けてあるが、同一のハードウェアで構成してもよく、得られた出力系列を数値的に例えば微分する等の計算を行うものであればよい。

本発明の実施の形態では、それぞれ数値計算回路４１、４２で得られた、Ｉ信号が経由するＢＢフィルタ２１からＡ／Ｄ変換器３１までのインパルス応答を、Ｑ信号が経由する補正器５２のタップ係数とし、Ｑ信号が経由するＢＢフィルタ２２からＡ／Ｄ変換器３２までのインパルス応答を、Ｉ信号が経由する補正器５１のタップ係数としている。

したがって、Ｉ信号、Ｑ信号にＩＱインバランスが生じた場合であっても、ＢＢフィルタ２１から補正器５１までと、ＢＢフィルタ２２から補正器５２までの周波数特性がほぼ等しくなり、ＩＱインバランスが補正される。この場合、ＢＢフィルタ２１，２２から補正器５１、５２までの周波数特性は、ＢＢフィルタ２１，２２からＡ／Ｄ変換器３１，３２までの周波数特性の二乗特性にほぼ等しくなるが、ＢＢフィルタ２１，２２からＡ／Ｄ変換器３１，３２までの周波数特性はもともと干渉波除去の特性を有しているので、受信特性の劣化にはつながらない。尚、最適な干渉波除去特性を有するように二乗特性を設定すれば、なお良いことは勿論である。

このように、非通信時に上記補正を実行すれば、製造誤差に起因する固定的なＩＱインバランスを補正することが可能となり、受信特性の劣化を防ぐことが可能となる。

更に、非通信時に上記補正を適宜実行すれば、温度変化等に起因する時間変化するＩＱインバランスも随時補正することが可能となり、受信特性の劣化についても防ぐことが可能となる。

以上述べたように、本発明によって、補正の為の目標値を特定のアルゴリズムに従って計算したりせず、また、Ｉ，Ｑそれぞれについて独立に振幅誤差、位相誤差を補正する為の回路を設けることなく、少ない計算コスト及びハードウェアコストで、ＩＱインバランスの補正が随時可能となる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係るディジタル受信機の構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明の第２の実施の形態に係るディジタル受信機は、アンテナ１０と、周波数変換器１１と、基準発信器１２と、複数の入力信号を混合する混合器１５と、９０度移相器１３と、ステップ波形入力器１４と、ＢＢ(ベースバンド)フィルタ２１、２２と、Ａ／Ｄ変換器３１、３２と、数値微分を行う数値計算回路４３、４４およびディジタルフィルタ６１、６２から構成されている。

ここで、アンテナ１０で受信される高周波の受信信号は、周波数変換器１１によって中間周波数に落とされた後、基準発信器１２からのローカル信号と混合し、同相成分であるＩ信号を出力し、同時に、基準発振器１２から９０度移相器１３を介して位相が９０度ずれたローカル信号と混合し、直交成分であるＱ信号を出力する。

通信時においては、この後、Ｉ信号、Ｑ信号はそれぞれ、干渉波除去を目的としたＢＢフィルタ２１，２２、Ａ／Ｄ変換器３１，３２、ディジタルフィルタ６１，６２を経由して、後段のディジタル復調回路（図示せず）へと処理が進むことになる。ディジタルフィルタ６１，６２は、たたみ込み演算（コンボリューション）を行うディジタルフィルタであって、ここでは干渉波除去の働きをさせている。

本実施の形態では、非通信時に、ステップ波形入力器１４から単位段階状のステップ波形信号をＩ信号、Ｑ信号の両系統に入力する。尚、ステップ波形入力器としては、第１の実施の形態で述べたように、送信系のＤ／Ａ変換回路を利用すれば、ハードウェア的なコストがあまりかからない。入力されたステップ波形信号はそれぞれＢＢフィルタ２１，２２、Ａ／Ｄ変換器３１，３２等を経由して、数値計算回路４３，４４に入力され、数値微分が実行される。これによって、ＢＢフィルタ２１，２２からＡ／Ｄ変換器３１，３２までのインパルス応答が、数値計算回路４３，４４で得られる。

尚、図２に示す数値計算回路４３，４４は、２つに分けてあるが、同一のハードウェアで構成してもよく、得られた出力系列を数値的に微分するものであればよい。

本実施の形態では、それぞれ数値計算回路４３，４４で得られた、Ｉ信号が経由するＢＢフィルタ２１からＡ／Ｄ変換器３１までのインパルス応答を、Ｑ信号が経由するディジタルフィルタ６２のタップ係数とし、Ｑ信号が経由するＢＢフィルタ２２からＡ／Ｄ変換器３２までのインパルス応答を、Ｉ信号が経由するディジタルフィルタ６１のタップ係数としている。

第１の実施の形態と同様に、Ｉ信号のＢＢフィルタ２１からＡ／Ｄ変換器３１までの周波数特性をＱ信号が追加的に経るようにし、Ｑ信号のＢＢフィルタ２２からＡ／Ｄ変換器３２までの周波数特性をＩ信号が追加的に経るようにするのであるが、本第２の実施の形態にあっては、これらの補正をディジタルフィルタ６１及び６２の当初のタップ係数を変更することで実現する。具体的には、Ｉ信号に対応する上述したインパルス応答をａ０，ａ１，ａ２，…，ａｎ−１とし、Ｑ信号に対応する上述したインパルス応答をｂ０，ｂ１，ｂ２，…，ｂｎ−１とし、ディジタルフィルタが干渉波抑圧を実現する為に当初必要だったタップ係数をｃ０，ｃ１，ｃ２，…，ｃｍ−１とする。ディジタルフィルタ６１及び６２のタップを冗長に持たせておけば、
ｂ０，ｂ１，ｂ２，…，ｂｎ−１とｃ０，ｃ１，ｃ２，…，ｃｍ−１の畳込みは、尚、ディジタルフィルタへの入力信号をｘ（ｊ）（但し、ｊはサンプル番号）とすると、Ｉ信号用の補正器５１への入力信号をｙｉ（ｊ），Ｑ信号用への補正器５２への入力信号をｙｑ（ｊ）は、

及び

となる。例えばｘ（ｊ）がインパルス応答であれば、これらを当初のディジタルフィルタの特性に畳み込むことでＩＱインバランスを補正できるタップ係数ｚｉ（ｊ）、ｚｑ（ｊ）をそれぞれ設定することができる。

これによって、Ｉ信号、Ｑ信号それぞれのＢＢフィルタからＡ／Ｄ変換器までの周波数特性に製造誤差や、温度変化などに起因する差が生じＩＱインバランスが発生してしまった場合に、ＢＢフィルタ２１，２２からディジタルフィルタ６１，６２までの周波数特性をほぼ等しくすることでＩＱインバランスを補正することが可能となる。この場合、ＢＢフィルタからディジタルフィルタの周波数特性は、当初のディジタルフィルタの特性にＢＢフィルタからＡ／Ｄ変換器までの周波数特性の二乗特性を掛けたものにほぼ等しくなるが、ＢＢフィルタからＡ／Ｄ変換器までの周波数特性はもともと干渉波除去の特性を有していたので、受信特性の劣化にはつながらない。二乗特性が最適な干渉波除去特性を有するように当初から設計していればなお良い。尚、ディジタルフィルタ６１，６２としては、周知のＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを使用することができる。

以上説明したように、非通信時に上記補正を実行すれば、製造誤差に起因する固定的なＩＱインバランスを補正することが可能となり、受信特性の劣化を防ぐことが可能となる。

更に、非通信時に上記補正を適宜実行すれば、温度変化等に起因する時間変化するＩＱインバランスも随時補正することが可能となり、受信特性の劣化についても防ぐことが可能となる。

以上述べたように、本発明によって、補正の為の目標値を特定のアルゴリズムに従って計算したりせず、また、Ｉ，Ｑそれぞれについて独立に振幅誤差、位相誤差を補正する為の回路を設けることなく、少ない計算コスト及びハードウェアコストで、ＩＱインバランスの補正が随時可能となる。

以上の実施の形態においては、ＢＢフィルタ２１，２２からＡ／Ｄ変換器３１，３２までのインパルス応答の決定に、ステップ波形の信号をＢＢフィルタ２１，２２に入力して、Ａ／Ｄ変換器３１，３２の出力を数値微分する手法をとった。しかし、送信系のＤ／Ａ変換回路を利用する等して、単位インパルス波形に近い信号が簡単に生成出来る場合は、これにより得られる単位インパルス波形をＢＢフィルタ２１，２２に入力し、ＢＢフィルタ２１，２２からＡ／Ｄ変換器３１，３２までのインパルス応答を決定すれば、数値計算回路４１，４２や数値計算回路４３，４４の数値微分機能は、不要となる。

また、補正器５１及び５２もしくはディジタルフィルタ６１，６２はＡ／Ｄ変換器３１及び３２の後段にあればよく、Ａ／Ｄ変換器３１，３２と補正器５１，５２との間もしくはＡ／Ｄ変換器３１，３２とディジタルフィルタ６１，６２との間に、他のディジタルフィルタや他の線形ディジタル回路が存在しても問題なく、設置位置は本発明の趣旨を満たしていれば自由に設定出来る。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係るディジタル受信機の構成を示したブロック図。 本発明の第２の実施の形態に係るディジタル受信機の構成を示したブロック図。

符号の説明

１０…アンテナ、１１…周波数変換器、１２…基準発信器、１３…９０度移相器、１４…ステップ波形入力器、２１，２２…ＢＢ(ベースバンド)フィルタ、３１，３２…Ａ／Ｄ変換器、４１，４２…数値計算回路、４３，４４…数値計算回路、５１，５２…補正器、６１，６２…ディジタルフィルタ。

Claims (6)

1. 受信した変調ディジタル信号をＩ信号（同相成分）、Ｑ信号（直交成分）に分配する手段と、
   前記Ｉ信号に対し所定の信号処理を行うＩ信号用信号処理手段と、
   前記Ｑ信号に対し所定の信号処理を行うＱ信号用信号処理手段と、
   前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を検出する手段と、
   前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を検出する手段と、
   検出された前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｑ信号の信号経路に付加する手段と、
   検出された前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｉ信号の信号経路に付加する手段と、
   を備えることを特徴とするディジタル受信機。
2. 前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｑ信号の信号経路に付加する手段はディジタルフィルタであって、このディジタルフィルタのフィルタ係数は前記Ｉ信号用信号処理手段のインパルス応答であり、
   前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｉ信号の信号経路に付加する手段は、ディジタルフィルタであって、このディジタルフィルタのフィルタ係数は前記Ｑ信号用信号処理手段のインパルス応答であることを特徴とする請求項１記載のディジタル受信機。
3. 前記ディジタルフィルタがFIRフィルタであることを特徴とする請求項２記載のディジタル受信機。
4. 前記インパルス応答の決定は、直交復調後の前記Ｉ信号、Ｑ信号それぞれにステップ波形を入力し、Ａ／Ｄ変換後にその信号波形を数値微分することを特徴とする請求項２または３記載のディジタル受信機。
5. 前記インパルス応答の決定は、通信開始前または、通信を行っていない時に実行することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のディジタル受信機。
6. 変調ディジタル信号をＩ信号（同相成分）、Ｑ信号（直交成分）に分配するステップと、
   前記Ｉ信号に対し所定の信号処理を行うＩ信号用信号処理ステップと、
   前記Ｑ信号に対し所定の信号処理を行うＱ信号用信号処理ステップと、
   前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を検出するステップと、
   前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を検出するステップと、
   検出された前記Ｉ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｑ信号の信号経路に付加するステップと、
   検出された前記Ｑ信号用信号処理手段の周波数特性を、Ｉ信号の信号経路に付加するステップから構成されることを特徴とする受信方法。

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