JP7758619B2 - wireless transmission device - Google Patents
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Description
本発明は、高周波での無線伝送を行うための無線伝送装置に関する。 The present invention relates to a wireless transmission device for performing wireless transmission at high frequencies.
第六世代移動通信においては、100Gb/sを超える無線通信を実現するために、従来のサブミリ波に追加して、広帯域幅が確保できる可能性のある100GHz超の周波数帯を無線のキャリア周波数に用いることが検討されている。 In sixth-generation mobile communications, in order to achieve wireless communications speeds exceeding 100 Gb/s, consideration is being given to using frequency bands above 100 GHz as wireless carrier frequencies, which have the potential to secure wide bandwidths, in addition to conventional submillimeter waves.
図1に、振幅・位相変調、あるいは直交変調を行うための従来の無線伝送装置の構成を示す。無線伝送装置900では、BB信号生成部910は、Iチャネルの信号Data(I)およびQチャネルの信号Data(Q)を含むベースバンド信号を生成し、IF信号生成部920に入力する。IF信号生成部920は、ベースバンド信号をIF信号(中間周波数信号)に変換する。具体的には、IF信号生成部920は、周波数LO1の局部発振器921、IFミキサ922,924、位相変換器923、IF増幅器925を備える。IF信号生成部920は、局部発振器921、IFミキサ922,IFミキサ924、位相変換器923で直交ミキサ926(互いに90°位相が異なる局部発振信号により駆動されるミキサ)を構成している。直交ミキサ926により、中心周波数がLO1のIF信号が生成される。IF信号は、IF増幅器925により増幅されたのちにRF信号生成部930に入力される。RF信号生成部930は、周波数LO2の局部発振器931、RFミキサ932、RF増幅器933を備える。IF信号は、RFミキサ932により周波数LO2の局部発振信号と乗算され、RF信号に周波数変換される。最後に、RF増幅器933(多くの場合、電力増幅器)により、無線通信を実現するために必要となる電力値までRF信号は増幅され、アンテナ940を介して空間へと放射される。ここで、IF信号の中心周波数であるLO1には、IF信号生成部920を構成する局部発振器921、IFミキサ922,924、位相変換器923が良好な性能を有する低周波数帯(通常、数GHzから10数GHz程度)が選択される。また、直交ミキサの変換利得が十分大きい場合には、IF信号生成部920とRFミキサ932との間のIF増幅器925は省略されることもある。RF信号の周波数帯は100GHz超であるから、RFミキサ932を駆動する局部発振信号の周波数LO2には、100GHz以上のRF周波数とIF周波数との和もしくは差となる周波数(通常、100GHz近傍になる)が選定される。 Figure 1 shows the configuration of a conventional wireless transmission device for performing amplitude/phase modulation or quadrature modulation. In the wireless transmission device 900, a BB signal generator 910 generates a baseband signal including an I-channel signal Data (I) and a Q-channel signal Data (Q), and inputs the signal to an IF signal generator 920. The IF signal generator 920 converts the baseband signal into an IF signal (intermediate frequency signal). Specifically, the IF signal generator 920 includes a local oscillator 921 with a frequency LO1, IF mixers 922 and 924, a phase converter 923, and an IF amplifier 925. The IF signal generator 920 includes the local oscillator 921, IF mixers 922 and 924, and phase converter 923 to form a quadrature mixer 926 (a mixer driven by local oscillation signals that are 90° out of phase with each other). An IF signal having a center frequency of LO1 is generated by a quadrature mixer 926. The IF signal is amplified by an IF amplifier 925 and then input to an RF signal generation unit 930. The RF signal generation unit 930 includes a local oscillator 931 having a frequency of LO2, an RF mixer 932, and an RF amplifier 933. The IF signal is multiplied by a local oscillation signal having a frequency of LO2 by the RF mixer 932 and frequency-converted to an RF signal. Finally, the RF signal is amplified by an RF amplifier 933 (often a power amplifier) to a power level required for wireless communication and is then emitted into space via an antenna 940. Here, for LO1, the center frequency of the IF signal, a low frequency band (typically several GHz to 10-odd GHz) is selected in which the local oscillator 921, IF mixers 922 and 924, and phase converter 923 constituting the IF signal generation unit 920 have good performance. Furthermore, if the conversion gain of the quadrature mixer is sufficiently large, the IF amplifier 925 between the IF signal generator 920 and the RF mixer 932 may be omitted. Because the frequency band of the RF signal is above 100 GHz, the frequency LO2 of the local oscillation signal that drives the RF mixer 932 is selected to be the sum or difference of the RF frequency of 100 GHz or higher and the IF frequency (usually close to 100 GHz).
しかしながら、100GHzを超えるような無線システムの実現においては、無線伝送装置を構成するハードウェアである増幅器等の不完全性により、通信の品質が低下するという問題がある。これは、100GHzを超える周波数帯においては、増幅器の不完全性、とくに、非線形性が大きくなることに起因する。増幅器の非線形な特性は、相互変調ひずみ(IMD:intermodulation distortion)の原因となり、IMDはRF信号の信号対雑音比(SNR:signal-to-noise ratio)の低下、他の無線システムへの干渉の要因となる隣接チャネル漏洩電力(ACP:adjacent channel leakage power)を発生させる。したがって、特に100GHzを超える周波数帯においては、IMDをできるだけ低減することが重要になる。 However, when implementing wireless systems above 100 GHz, there is a problem of degraded communication quality due to imperfections in amplifiers and other hardware that make up wireless transmission equipment. This is due to the imperfections of amplifiers, particularly their greater nonlinearity, in frequency bands above 100 GHz. The nonlinear characteristics of amplifiers cause intermodulation distortion (IMD), which reduces the signal-to-noise ratio (SNR) of RF signals and generates adjacent channel leakage power (ACP), which can cause interference with other wireless systems. Therefore, it is important to reduce IMD as much as possible, especially in frequency bands above 100 GHz.
より具体的に説明する。100GHzを超える周波数帯においては、増幅器の不完全性、特に非線形性が大きくなる。これは、増幅器に含まれるトランジスタ等の電子デバイスの特性(利得、線形性等)が、周波数が上がるとともに劣化することに起因する。増幅器の非線形な特性は、相互変調ひずみ(IMD)(非特許文献1)を発生させる。図2に、不要波を含むRF信号のスペクトラム(図1のP0におけるスペクトラム)の概要を示す。図2に示したように、所望波300の信号帯域幅と重なった不要波200はRF信号の信号対雑音比(SNR)の低下、所望波300の信号帯域幅の外に生じた不要波200は他の無線システムへの干渉の要因となる隣接チャネル漏洩電力(ACP)(非特許文献2)を発生させる。したがって、100GHzを超える周波数帯においては、不要波200をできるだけ低減することが重要になる。 To explain this in more detail, amplifier imperfections, particularly nonlinearity, become significant in frequency bands above 100 GHz. This is due to the deterioration of the characteristics (gain, linearity, etc.) of electronic devices such as transistors contained in the amplifier as the frequency increases. The amplifier's nonlinear characteristics generate intermodulation distortion (IMD) (Non-Patent Document 1). Figure 2 shows an overview of the spectrum of an RF signal containing unwanted waves (the spectrum at P0 in Figure 1). As shown in Figure 2, unwanted waves 200 that overlap the signal bandwidth of the desired wave 300 reduce the signal-to-noise ratio (SNR) of the RF signal, and unwanted waves 200 that occur outside the signal bandwidth of the desired wave 300 generate adjacent channel leakage power (ACP) (Non-Patent Document 2), which can cause interference with other wireless systems. Therefore, in frequency bands above 100 GHz, it is important to reduce unwanted waves 200 as much as possible.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、不要波を低減することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these problems and aims to reduce unwanted waves.
本発明の無線伝送装置は、ベースバンド信号を生成するBB信号生成部と、ベースバンド信号をIF信号に変換するIF信号生成部と、IF信号をRF信号に変換するRF信号生成部を備え、アンテナへRF信号を出力する。本発明の無線伝送装置は、ベースバンド信号の振幅を調整するBB調整器と、RF信号の振幅を調整するRF調整器と、制御部とを備える。制御部は、アンテナへのRF信号の一部を抽出し、所望波と不要波との関係を評価する評価値を求め、評価値に基づいてBB調整器とRF調整器を制御する。 The wireless transmission device of the present invention includes a BB signal generator that generates a baseband signal, an IF signal generator that converts the baseband signal to an IF signal, and an RF signal generator that converts the IF signal to an RF signal, and outputs the RF signal to an antenna. The wireless transmission device of the present invention also includes a BB adjuster that adjusts the amplitude of the baseband signal, an RF adjuster that adjusts the amplitude of the RF signal, and a control unit. The control unit extracts a portion of the RF signal to the antenna, determines an evaluation value that evaluates the relationship between the desired wave and the unwanted wave, and controls the BB adjuster and RF adjuster based on the evaluation value.
本発明の無線伝送装置によれば、所望波と不要波との関係を評価する評価値に基づいて、ベースバンド信号の振幅とRF信号の振幅を調整するので、不要波を低減できる。 The wireless transmission device of the present invention adjusts the amplitude of the baseband signal and the amplitude of the RF signal based on an evaluation value that evaluates the relationship between the desired wave and the unwanted wave, thereby reducing the unwanted wave.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. Components with the same functions will be assigned the same numbers, and duplicate explanations will be omitted.
図3に本発明の無線伝送装置の機能構成例を示す。図4は、図3に示した位置での信号の概要を示す図である。図4の横軸は周波数、縦軸は強度である。無線伝送装置100は、ベースバンド信号を生成するBB信号生成部110と、ベースバンド信号をIF信号に変換するIF信号生成部120と、IF信号をRF信号に変換するRF信号生成部130、制御部190を備え、アンテナ940へRF信号を出力する。 Figure 3 shows an example of the functional configuration of a wireless transmission device of the present invention. Figure 4 is a diagram showing an overview of the signal at the position shown in Figure 3. The horizontal axis of Figure 4 represents frequency, and the vertical axis represents intensity. The wireless transmission device 100 includes a BB signal generation unit 110 that generates a baseband signal, an IF signal generation unit 120 that converts the baseband signal to an IF signal, an RF signal generation unit 130 that converts the IF signal to an RF signal, and a control unit 190, and outputs the RF signal to the antenna 940.
BB信号生成部110は、ベースバンド信号の少なくとも振幅を調整するBB調整器119を備える。BB調整器119は、ベースバンド信号の位相も調整してもよい。BB信号生成部110は、Iチャネル信号Data(I)およびQチャネル信号Data(Q)を含むベースバンド信号を生成する。BB調整器119は、Iチャネル信号の振幅と位相を調整するBBI調整器117と、Qチャネル信号の振幅と位相を調整するBBQ調整器118からなる。制御部190は、BBI調整器117とBBQ調整器118を制御する。 The BB signal generation unit 110 includes a BB adjuster 119 that adjusts at least the amplitude of the baseband signal. The BB adjuster 119 may also adjust the phase of the baseband signal. The BB signal generation unit 110 generates a baseband signal including an I-channel signal Data (I) and a Q-channel signal Data (Q). The BB adjuster 119 includes a BBI adjuster 117 that adjusts the amplitude and phase of the I-channel signal, and a BBQ adjuster 118 that adjusts the amplitude and phase of the Q-channel signal. The control unit 190 controls the BBI adjuster 117 and the BBQ adjuster 118.
IF信号生成部120は、周波数LO1の局部発振器921、IFミキサ922,924、位相変換器923、IF増幅器925、IF調整器127を備える。IF信号生成部120は、局部発振器921、IFミキサ922、IFミキサ924、位相変換器923で直交ミキサ926(互いに90°位相が異なる局部発振信号により駆動されるミキサ)を構成している。直交ミキサ926により、中心周波数がLO1のIF信号が生成される。IF信号は、IF増幅器925により増幅されたのちにRF信号生成部930に入力される。IF調整器127は、IF信号の振幅と位相を調整する。本発明においては、IF調整器127は備えなくてもよいし、振幅のみを調整する機能としてもよい。理由は後述する。 The IF signal generation unit 120 includes a local oscillator 921 with a frequency of LO1, IF mixers 922 and 924, a phase converter 923, an IF amplifier 925, and an IF adjuster 127. The IF signal generation unit 120 includes the local oscillator 921, IF mixer 922, IF mixer 924, and phase converter 923, which together form a quadrature mixer 926 (a mixer driven by local oscillation signals that are 90° out of phase with each other). The quadrature mixer 926 generates an IF signal with a center frequency of LO1. The IF signal is amplified by the IF amplifier 925 and then input to the RF signal generation unit 930. The IF adjuster 127 adjusts the amplitude and phase of the IF signal. In the present invention, the IF adjuster 127 may not be provided, or may only adjust the amplitude. The reason for this will be explained later.
RF信号生成部130は、周波数LO2の局部発振器931、RFミキサ932、RF増幅器933、RF調整器137を備える。IF信号は、RFミキサ932により周波数LO2の局部発振信号と乗算され、RF信号に周波数変換される。RF調整器137は、RF信号の少なくとも振幅を調整する。RF調整器137は、RF信号の位相も調整してもよい。調整されたRF信号は、RF増幅器933(多くの場合、電力増幅器)により、無線通信を実現するために必要となる電力値まで増幅される。 The RF signal generation unit 130 includes a local oscillator 931 with a frequency LO2, an RF mixer 932, an RF amplifier 933, and an RF adjuster 137. The IF signal is multiplied by the local oscillator signal with a frequency LO2 by the RF mixer 932 and frequency-converted to an RF signal. The RF adjuster 137 adjusts at least the amplitude of the RF signal. The RF adjuster 137 may also adjust the phase of the RF signal. The adjusted RF signal is amplified by the RF amplifier 933 (often a power amplifier) to the power value required to achieve wireless communication.
制御部190は、アンテナ940へのRF信号の一部を抽出し、所望波と不要波との関係を評価する評価値を求め、評価値に基づいて少なくともBB調整器119とRF調整器137を制御する。所望波と不要波との関係を評価する評価値としては、
SNR=所望波の電力/雑音電力 (式1)
SNDR=所望波の電力/(雑音電力+3次相互歪み) (式2)
などを用いればよい。ただし、これらに限る必要はない。他の評価値を用いてもよい。例えば、(所望波の電力/ACPの部分の不要波の電力)などを評価値としてもよい。
The control unit 190 extracts a portion of the RF signal to the antenna 940, obtains an evaluation value for evaluating the relationship between the desired wave and the unwanted wave, and controls at least the BB adjuster 119 and the RF adjuster 137 based on the evaluation value. The evaluation value for evaluating the relationship between the desired wave and the unwanted wave is as follows:
SNR = power of desired signal / noise power (Equation 1)
SNDR = power of desired signal / (noise power + third-order cross distortion) (Equation 2)
However, it is not limited to these. Other evaluation values may be used. For example, (power of desired wave/power of unwanted wave in ACP portion) may be used as the evaluation value.
制御部190について詳細に説明する。制御部190は、カプラ195と、所望波電力検出部191と、IF帯不要信号抽出部192と、低周波不要信号抽出部193と、不要電力検出部172、計算部180を有する。所望波電力検出部191は、RF信号内の所望波300の電力を検出する。IF帯不要信号抽出部192は、RF信号内の不要波200を、RF信号生成部130内の局部発振器931を用いて、IF信号の周波数帯の信号であるIF帯不要信号220として取り出す。低周波不要信号抽出部193は、IF信号生成部120内の局部発振器921を用いて、IF帯不要信号220の周波数を下げ、低周波不要信号230を取り出す。不要電力検出部172は、低周波不要信号230の電力(ACPの不要波200の電力)を検出する。計算部180は、所望波300と不要波200との関係を評価する評価値を求め、評価値に基づいてBBI調整器117、BBQ調整器118、IF調整器127、RF調整器137を制御する。 The control unit 190 will now be described in detail. The control unit 190 has a coupler 195, a desired wave power detection unit 191, an IF band unwanted signal extraction unit 192, a low-frequency unwanted signal extraction unit 193, an unwanted power detection unit 172, and a calculation unit 180. The desired wave power detection unit 191 detects the power of the desired wave 300 in the RF signal. The IF band unwanted signal extraction unit 192 extracts the unwanted wave 200 in the RF signal as an IF band unwanted signal 220, which is a signal in the frequency band of the IF signal, using a local oscillator 931 in the RF signal generation unit 130. The low-frequency unwanted signal extraction unit 193 lowers the frequency of the IF band unwanted signal 220 using a local oscillator 921 in the IF signal generation unit 120, and extracts the low-frequency unwanted signal 230. The unwanted power detection unit 172 detects the power of the low-frequency unwanted signal 230 (the power of the ACP unwanted wave 200). The calculation unit 180 calculates an evaluation value that evaluates the relationship between the desired wave 300 and the unwanted wave 200, and controls the BBI adjuster 117, BBQ adjuster 118, IF adjuster 127, and RF adjuster 137 based on the evaluation value.
カプラ195は、RF信号の一部(典型的には1/10~1/100程度)を抽出する。図4(A)に示した信号は、ポイントP1の信号であり、中心の周波数はRF信号帯の周波数fRFである。図4(A)に示した信号は、所望波300に対する不要波200の比が高い。 The coupler 195 extracts a portion of the RF signal (typically about 1/10 to 1/100). The signal shown in Figure 4A is the signal at point P1, and its center frequency is frequency fRF in the RF signal band. The signal shown in Figure 4A has a high ratio of unwanted waves 200 to desired waves 300.
抽出されたRF信号は、所望波電力検出部191と、IF帯不要信号抽出部192に分配される。所望波電力検出部191は、所望波の信号帯域幅を透過するバンドバスフィルタ150と、電力計170とで構成される。電力計170からの出力は、所望波の電力である。一般的には、100GHz超の周波数帯におけるパワーメータの最低受信電力は-30dBm程度である。通常の無線伝送装置では出力電力は0dBm程度のため、カプラ195の結合度が1/100(約-20dB)であれば、パワーメータに入力される電力は-20dBmとなるため、電力値の測定が可能である。 The extracted RF signal is distributed to the desired wave power detector 191 and the IF band unwanted signal extractor 192. The desired wave power detector 191 is composed of a bandpass filter 150 that passes the signal bandwidth of the desired wave, and a power meter 170. The output from the power meter 170 is the power of the desired wave. Generally, the minimum received power of a power meter in frequency bands above 100 GHz is approximately -30 dBm. Since the output power of a typical wireless transmission device is approximately 0 dBm, if the coupling degree of the coupler 195 is 1/100 (approximately -20 dB), the power input to the power meter will be -20 dBm, making it possible to measure the power value.
一方で、不要波200については、所望波300と同様の測定は困難である。通常、不要波200は所望波300よりも少なくとも20dB程度はレベルが低いため、所望波300の電力が0dBmとしても、カプラ195の結合度1/100を加味すると不要波200の電力値は-40dBm以下となり、パワーメータによる検出ができない。不要波200の電力値を直流近傍(低周波)に変換できれば、高分解能のアナログ・ディジタルコンバータ(ADC)を用いることで-70dBm程度の低い電力値も計測可能である。そこで、本発明では以下の構成で、不要波200のACPの部分の電力を測定する。 Meanwhile, it is difficult to measure the unwanted wave 200 in the same way as the desired wave 300. Typically, the level of the unwanted wave 200 is at least 20 dB lower than the desired wave 300. Therefore, even if the power of the desired wave 300 is 0 dBm, the power value of the unwanted wave 200 will be -40 dBm or less when taking into account the coupling factor of 1/100 of the coupler 195, making it impossible to detect with a power meter. If the power value of the unwanted wave 200 can be converted to near DC (low frequency), it is possible to measure power values as low as -70 dBm using a high-resolution analog-to-digital converter (ADC). Therefore, in this invention, the power of the ACP portion of the unwanted wave 200 is measured using the following configuration.
IF帯不要信号抽出部192は、フィルタ151と、RFミキサ161と、フィルタ152で構成される。フィルタ151は、ACPの部分を透過させる。図4(B)は、フィルタ151の透過特性F151と、透過されるACP部分(太線の部分)の信号210(ポイントP2の信号)を示している。RFミキサ161は、RF信号生成部130の局部発振器931が出力する周波数LO2の局部発振信号と信号210とを乗算する。図4(C)は、RFミキサ161の出力信号(ポイントP3の信号)を示している。RFミキサ161の出力信号は、ACPの周波数とLO2の和の周波数をもつ信号221と差の周波数をもつ信号220を有する。差の周波数を持つ信号220がIF帯に相当するものである。フィルタ152は、透過特性F152を有し、信号220を出力する。したがって、図4(D)に太線で示した信号220のみ(ポイントP4の信号)が得られる。 The IF band unwanted signal extraction unit 192 is composed of filter 151, RF mixer 161, and filter 152. Filter 151 transmits the ACP portion. Figure 4(B) shows the transmission characteristic F151 of filter 151 and signal 210 (signal at point P2) of the transmitted ACP portion (thick line portion). RF mixer 161 multiplies signal 210 by a local oscillation signal of frequency LO2 output by local oscillator 931 of the RF signal generation unit 130. Figure 4(C) shows the output signal of RF mixer 161 (signal at point P3). The output signal of RF mixer 161 includes signal 221 having the sum of the ACP frequency and LO2, and signal 220 having the difference frequency. Signal 220 having the difference frequency corresponds to the IF band. Filter 152 has transmission characteristic F152 and outputs signal 220. Therefore, only the signal 220 shown by the bold line in Figure 4(D) (the signal at point P4) is obtained.
低周波不要信号抽出部193は、IFミキサ162と増幅器171からなる。RFミキサ162は、IF信号生成部120の局部発振器921が出力する周波数LO1の局部発振信号と信号220とを乗算した低周波不要信号を出力する。図4(E)は、RFミキサ161の出力信号である低周波不要信号230(ポイントP5の信号)を示している。低周波不要信号230は、直流(DC)付近の信号である。 The low-frequency unwanted signal extraction unit 193 consists of an IF mixer 162 and an amplifier 171. The RF mixer 162 outputs a low-frequency unwanted signal obtained by multiplying the local oscillation signal of frequency LO1 output by the local oscillator 921 of the IF signal generation unit 120 by signal 220. Figure 4 (E) shows the low-frequency unwanted signal 230 (signal at point P5), which is the output signal of the RF mixer 161. The low-frequency unwanted signal 230 is a signal near direct current (DC).
不要電力検出部172は、低周波不要信号230の電力を検出する。不要電力検出部172には検波器を用いればよい。検波器としては、ダイオードによる二乗検波器等を利用すればよい。ただし、RFミキサ161、IFミキサ162、フィルタ151、フィルタ152の損失を考慮すれば、ポイントP5の低周波不要信号230の電力は小さくなっていることが想定される。その場合、必要に応じて、増幅器171により二乗検波に十分な電力値まで増幅すればよい。低周波帯では、100GHz帯とは異なり十分に利得および線形性の大きな増幅器が入手可能であるから、この低周波増幅は容易である。 The unwanted power detection unit 172 detects the power of the low-frequency unwanted signal 230. A detector may be used for the unwanted power detection unit 172. The detector may be a diode-based square-law detector or the like. However, considering the losses in the RF mixer 161, IF mixer 162, filter 151, and filter 152, it is expected that the power of the low-frequency unwanted signal 230 at point P5 will be low. In that case, the signal may be amplified by amplifier 171 to a power value sufficient for square-law detection, as necessary. Unlike the 100 GHz band, amplifiers with sufficient gain and linearity are available in the low-frequency band, making this low-frequency amplification easy.
図4(F)は、制御部190の制御で不要波を低減できたときのポイントP1の波形を示している。不要波250は、図4(A)の不要波200よりも低減できている。無線伝送装置100によれば、所望波と不要波との関係を評価する評価値に基づいて、少なくともベースバンド信号の振幅とRF信号の振幅を調整するので、不要波を低減できる。
[変形例1]
Fig. 4(F) shows the waveform at point P1 when the unwanted waves have been reduced by the control of the control unit 190. The unwanted waves 250 have been reduced more than the unwanted waves 200 in Fig. 4(A). According to the wireless transmission device 100, the amplitude of at least the baseband signal and the amplitude of the RF signal are adjusted based on an evaluation value that evaluates the relationship between the desired wave and the unwanted waves, thereby reducing the unwanted waves.
[Modification 1]
図5に、本発明の無線伝送装置の機能構成例の変形例を示す。利得が既知かつ十分に線形性の良い100GHz帯の増幅器173が入手可能であれば、ACPの部分の不要波の電力の計測は、図5に示した無線伝送装置101の制御部199のように、より簡単な構成にできる。増幅器173は、ACPの部分をフィルタ151で切り取った信号である信号210を、検出部174(一般的には最小受信電力-30dBm程度)で計測可能なレベルまで増幅する。この場合、利得の時間経過に対するドリフトが少なく、利得が既知、さらに増幅器173の発生するIMDがある程度小さいという条件が必要とはなる。ただし、仮にこのような増幅器173が入手可能な場合には図3に示した構成を簡易化できる。 Figure 5 shows a modified example of the functional configuration of the wireless transmission device of the present invention. If a 100 GHz band amplifier 173 with known gain and sufficient linearity is available, the measurement of the power of unwanted waves in the ACP portion can be performed with a simpler configuration, such as the control unit 199 of the wireless transmission device 101 shown in Figure 5. The amplifier 173 amplifies the signal 210, which is the signal obtained by filtering the ACP portion with the filter 151, to a level that can be measured by the detection unit 174 (typically a minimum received power of approximately -30 dBm). In this case, the following conditions must be met: the gain has little drift over time, the gain is known, and the IMD generated by the amplifier 173 is relatively small. However, if such an amplifier 173 were available, the configuration shown in Figure 3 could be simplified.
<シミュレーションと制御方法1>
制御部190は、所望波と不要波との関係を評価する評価値を求め、評価値に基づいてBBI調整器117、BBQ調整器118、IF調整器127、RF調整器137で振幅と位相を制御できる。つまり、8個の変数を制御できるが、最適な制御値を見出すための計算量が多くなる。そこで、まず、
(1)位相は制御しない(移相量を固定とする)
(2)IF調整器127の振幅は制御しない(利得を固定とする)
(3)BBI調整器117とBBQ調整器118の振幅の制御は同じにする
という条件で制御する。つまり、BB調整器119の振幅とRF調整器137の振幅のみを制御する。このシミュレーションでは、所望波と不要波との関係を評価する評価値として、
SNDR=所望波の電力/(雑音電力+3次相互歪み) (式2)
を用いる。
<Simulation and control method 1>
The control unit 190 calculates an evaluation value for evaluating the relationship between the desired wave and the unwanted wave, and controls the amplitude and phase in the BBI adjuster 117, the BBQ adjuster 118, the IF adjuster 127, and the RF adjuster 137 based on the evaluation value. In other words, eight variables can be controlled, but the amount of calculation required to find the optimal control value increases. Therefore, first,
(1) The phase is not controlled (the amount of phase shift is fixed).
(2) The amplitude of the IF adjuster 127 is not controlled (the gain is fixed).
(3) The amplitudes of the BBI adjuster 117 and the BBQ adjuster 118 are controlled under the condition that they are the same. In other words, only the amplitudes of the BB adjuster 119 and the RF adjuster 137 are controlled. In this simulation, the following evaluation value is used to evaluate the relationship between the desired wave and the unwanted wave:
SNDR = power of desired signal / (noise power + third-order cross distortion) (Equation 2)
is used.
SNDRは、歪みを考慮したSNRというべきものであり、無線通信の回線設計においてしばしば用いられる。分母の雑音電力を算出するためには、図3の各構成要素の雑音指数(NF:Noise Figure)の情報が必要である。また、3次相互歪み(IM3:Inter Modulation 3)を算出するためには、3次相互歪みの値と関係する量である3次歪み・所望信号出力インターセプトポイント(OIP3:output intercept point 3rd)の情報があればよい。図6に、図3の構成において今回のSNDR計算に用いた構成要素のパラメータ(利得、OIP3、NF)を示す。IFミキサ922、IF増幅器925、RFミキサ932、RF増幅器933それぞれのパラメータは、それぞれの周波数帯で実現できる典型的なものとした。また、制御用の素子の利得は負の値を持ち、移相量は前述のとおり固定値とした。この場合、制御用の素子は可変アッテネータとして働く。可変アッテネータは可変抵抗等で実現される部品であり、利得がないため、その線形性は一般的には高くとることができる。したがって、ここでは、便宜上、これら制御用の素子のOIP3は無限大とした。また、ベースバンドのIチャネル信号およびQチャネル信号の入力電力はそれぞれ-3dBm、すなわち、Iチャネル信号およびQチャネル信号の合計でのベースバンド信号の入力電力を0dBmとした。所望信号の帯域幅および環境温度は1GHz, 290Kとし、ノイズフロア計算においては熱雑音のみを考慮した。 SNDR, which can be considered an SNR that takes distortion into account, is often used in wireless communication circuit design. To calculate the denominator noise power, information on the noise figure (NF) of each component in Figure 3 is required. To calculate third-order intermodulation distortion (IM3), information on the third-order intermodulation distortion/desired signal output intercept point (OIP3), a quantity related to the value of third-order intermodulation distortion, is required. Figure 6 shows the parameters (gain, OIP3, NF) of the components used in this SNDR calculation in the configuration shown in Figure 3. The parameters of the IF mixer 922, IF amplifier 925, RF mixer 932, and RF amplifier 933 were typical and realized in the respective frequency bands. The gain of the control elements has a negative value, and the phase shift is fixed as described above. In this case, the control elements function as variable attenuators. Variable attenuators are components implemented using variable resistors, etc., and because they have no gain, their linearity can generally be made high. Therefore, for convenience, the OIP3 of these control elements is assumed to be infinite. Furthermore, the input power of the baseband I-channel signal and Q-channel signal is -3 dBm each, meaning that the total input power of the baseband signal for the I-channel signal and Q-channel signal is 0 dBm. The desired signal bandwidth and environmental temperature are set to 1 GHz and 290 K, respectively, and only thermal noise is considered in the noise floor calculation.
図7に、RF調整器137の利得(以下、「RF制御利得」と呼ぶ)を0dBとし、BB調整器117,118の利得(以下、「BB制御利得」と呼ぶ)を-80dBから0dBまで変化させたときのSNDRの計算結果を示す。横軸はBB制御利得、縦軸はSNDRである。BB制御利得を0dB(制御なし)の状態から-41dBに変化させることによって、SNDRを-60dBから17.6dBまで改善できていることが分かる。 Figure 7 shows the calculation results for SNDR when the gain of RF regulator 137 (hereinafter referred to as "RF control gain") is set to 0 dB and the gain of BB regulators 117 and 118 (hereinafter referred to as "BB control gain") is changed from -80 dB to 0 dB. The horizontal axis is BB control gain, and the vertical axis is SNDR. It can be seen that by changing the BB control gain from 0 dB (no control) to -41 dB, the SNDR can be improved from -60 dB to 17.6 dB.
さらに、BB制御利得を、図7で最大のSNDRが得られた値である-41dBに固定した状態で、RF制御利得を変化させた際のSNDRの計算結果を図8に示す。RF制御利得を0dB(制御なし)から-19dBに変化させることにより、SNDRの最大値を17.6dBから26.1dBまで向上させることができる。 Furthermore, Figure 8 shows the calculation results for SNDR when the RF control gain is changed while the BB control gain is fixed at -41 dB, the value at which the maximum SNDR was obtained in Figure 7. By changing the RF control gain from 0 dB (no control) to -19 dB, the maximum SNDR value can be improved from 17.6 dB to 26.1 dB.
本発明を実際の無線伝送装置として運用する際に重要となるのが、SNDRを最大化するための上述のBB制御利得およびRF制御利得の値の発見方法(制御方法)である。以下、この発見方法について説明する。もし、BB制御利得、RF制御利得を独立してパラメータ変化させ、SNDR(もしくは、SNDRにかわって採用する所望波と不要波との関係を評価する評価値:例えば式1の評価値)の最大化を図る場合、BB制御利得の場合の数をM通り、RF制御利得の場合の数をN通りとすると、
計算量=MN (式3)
の計算が必要となる。例えば、M=N=100の場合、10000回の計算が必要となり、計算量が非常に大きくなるという問題がある。
When the present invention is applied to an actual wireless transmission device, the important thing is a method (control method) for finding the values of the BB control gain and RF control gain described above to maximize the SNDR. This finding method will be explained below. If the BB control gain and RF control gain are changed as parameters independently to maximize the SNDR (or an evaluation value for evaluating the relationship between the desired wave and the unwanted wave, which is used instead of the SNDR: for example, the evaluation value of Equation 1), then if the number of cases for the BB control gain is M and the number of cases for the RF control gain is N, then:
Calculation amount = MN (Formula 3)
For example, when M=N=100, 10,000 calculations are required, which poses a problem of an extremely large amount of calculations.
本発明においては、必ずしもパラメータを独立に変化させる必要はなく、計算量を減らすことが可能である。以下に理由を説明する。図9に、RF制御利得を0dB,-10dB,-20dB,-30dBとし、それぞれの場合にBB制御利得を-60から0dBまで変化させた場合のSNDRの計算結果を示す。図9の4つのグラフの最大値を与えるBB制御利得とRF制御利得には、ある関係性が存在する。RF制御利得が大きい場合には、SNDR最大値を与えるBB制御利得は小さくなる。また、図7および図8から分かるように、SNDRはBB制御利得、RF制御利得に対して最大点を持つものの、最大点以外の部分(山型のカーブの頂点以外の場所)では、それぞれの利得に対する応答は線形である。したがって、SNDRの最大点を与えるBB制御利得とRF制御利得との関係も線形であることが予想される。 In the present invention, it is not necessary to vary the parameters independently, making it possible to reduce the amount of calculation. The reason for this is explained below. Figure 9 shows the SNDR calculation results when the RF control gain is set to 0 dB, -10 dB, -20 dB, and -30 dB, and the BB control gain is varied from -60 to 0 dB in each case. There is a certain relationship between the BB control gain and RF control gain that yield the maximum value in the four graphs in Figure 9. When the RF control gain is large, the BB control gain that yields the maximum SNDR value becomes smaller. Furthermore, as can be seen from Figures 7 and 8, although SNDR has a maximum value for the BB control gain and RF control gain, the response to each gain is linear outside the maximum point (places other than the apex of the mountain-shaped curve). Therefore, it is expected that the relationship between the BB control gain and RF control gain that yields the maximum SNDR value will also be linear.
図10に、RF制御利得を変化させた場合の、SNDRを最大化するBB制御利得の計算結果を示す。図10から、両者の関係は線形近似できることがわかる。直線は二点が決まれば一意に決定されるため、図10の二点を見出せば、あとはSNDRの最大値を与えるRF制御利得、BB制御利得の組み合わせはMN回の反復計算をしなくても見出すことができ、それら組み合わせで決まるSNDR最大値のうち、最も大きいものが、BB調整器117,118の振幅とRF調整器137の振幅のみを制御する場合の最適な制御パラメータ値となる。直線の式を見出すためには、2つの異なるRF制御利得に対してBB制御利得を変化させたときのSNDRの最大値を見つける必要がある(逆でもよい)。この時の計算量は、
計算量=min(M,N)×2 (式4)
である。2つのパラメータを独立に変化させた場合の計算量(式3)よりもかなり小さくできることが分かる。
FIG. 10 shows the calculation results of the BB control gain that maximizes the SNDR when the RF control gain is changed. It can be seen from FIG. 10 that the relationship between the two can be linearly approximated. Since a straight line is uniquely determined once two points are determined, once the two points in FIG. 10 are found, the combination of RF control gain and BB control gain that gives the maximum SNDR can be found without MN iterative calculations. The largest of the maximum SNDR values determined by these combinations is the optimal control parameter value when controlling only the amplitude of the BB regulators 117 and 118 and the amplitude of the RF regulator 137. To find the equation for the straight line, it is necessary to find the maximum SNDR when the BB control gain is changed for two different RF control gains (the reverse is also possible). The amount of calculation required for this is:
Calculation amount = min (M, N) x 2 (Formula 4)
It can be seen that the amount of calculation can be made much smaller than the amount of calculation (Equation 3) when the two parameters are changed independently.
つまり、制御部190は、BB調整器119の調整量であるBB制御利得とRF調整器137の調整量であるRF制御利得の組み合わせを、よい評価値を得る組み合わせに線形性があることを利用して求めることで、計算量を低減できる。 In other words, the control unit 190 can reduce the amount of calculation by determining the combination of the BB control gain, which is the adjustment amount for the BB adjuster 119, and the RF control gain, which is the adjustment amount for the RF adjuster 137, by taking advantage of the fact that combinations that yield good evaluation values are linear.
<シミュレーションと制御方法2>
制御方法1では固定したIF調整器127のIF制御利得を変化させる場合について説明する。ただし、IF調整器127の移相量は固定とする。IF調整器127の制御利得であるIF制御利得も変化させると、制御方法1よりもSNDR改善量を大きくすることができる。図11に、IF制御利得も制御した場合の計算結果を示す。IF制御利得を0dB(制御なし)から-10dBに変化させることで、SNDR最大値を、図8で得た26.1dBよりも大きな27.5dBに向上できている。制御方法2では、3つの変数がある。SNDR改善のための変数の見出し方としては、まず、IF制御利得をある値に固定し、制御方法1でBB制御利得とRF制御利得を変化させることで、IF制御利得がある値の場合のSNDR最大値を見つける。次に、IF制御利得を別の値に固定し、同様にBB制御利得とRF制御利得を変化させ、SNDR最大値を見つける。このような処理を繰り返せばよい。IF制御利得の点数をKとすれば、SNDR改善量が最も大きくなる変数を見出すまでの計算量は、
計算量=min(M,N)×2×K (式5)
で与えられる。
<Simulation and Control Method 2>
Control method 1 describes a case in which the IF control gain of IF adjuster 127, which is fixed, is changed. However, the phase shift amount of IF adjuster 127 is fixed. If the IF control gain, which is the control gain of IF adjuster 127, is also changed, the SNDR improvement amount can be greater than that of control method 1. FIG. 11 shows calculation results when the IF control gain is also controlled. By changing the IF control gain from 0 dB (no control) to −10 dB, the maximum SNDR can be improved to 27.5 dB, which is greater than the 26.1 dB obtained in FIG. 8. Control method 2 involves three variables. To find the variables for improving the SNDR, first, the IF control gain is fixed to a certain value, and the BB control gain and RF control gain are changed using control method 1 to find the maximum SNDR for a certain value of the IF control gain. Next, the IF control gain is fixed to another value, and the BB control gain and RF control gain are similarly changed to find the maximum SNDR. If the number of IF control gains is K, the amount of calculation required to find the variable that maximizes the SNDR improvement is as follows:
Amount of calculation = min (M, N) x 2 x K (Formula 5)
is given by
<制御方法3>
制御方法3では、制御方法1において、BBI調整器117とBBQ調整器118の両方の利得及び位相を変化させる。Iチャネル、Qチャネルの位相を変化させることで、IF信号生成時に用いる直交ミキサに含まれる位相変換器923およびIFミキサ922,924、の位相インバランスを補正できる。また、Iチャネル、Qチャネルの利得を変化させることで、直交ミキサに含まれる位相変換器923の振幅インバランスおよびIFミキサ922,924の変換利得の誤差を補正できる。
<Control Method 3>
Control method 3 is similar to control method 1 in that the gain and phase of both BBI adjuster 117 and BBQ adjuster 118 are changed. By changing the phases of the I channel and Q channel, it is possible to correct the phase imbalance of phase converter 923 and IF mixers 922 and 924 included in the quadrature mixer used to generate the IF signal. Furthermore, by changing the gains of the I channel and Q channel, it is possible to correct the amplitude imbalance of phase converter 923 included in the quadrature mixer and the error in the conversion gain of IF mixers 922 and 924.
<制御方法4>
制御方法1~3において、RF調整器137およびIF調整器127の移相量も調整する。位相も制御することにより、さらにSNDRを大きく改善できる。
<Control Method 4>
In control methods 1 to 3, the phase shift amounts of RF adjuster 137 and IF adjuster 127 are also adjusted. By controlling the phase as well, the SNDR can be further improved significantly.
100,101,900 無線伝送装置
110,910 BB信号生成部 117 BBI調整器
118 BBQ調整器 119 BB調整器
120,920 IF信号生成部 127 IF調整器
130,930 RF信号生成部 137 RF調整器
150 バンドバスフィルタ 151,152 フィルタ
161 RFミキサ 162 IFミキサ
170 電力計 171 増幅器
172 不要電力検出部 173 増幅器
174 検出部 180 計算部
190,199 制御部 191 所望波電力検出部
192 IF帯不要信号抽出部 193 低周波不要信号抽出部
195 カプラ
921,931 局部発振器 922,924 IFミキサ
923 位相変換器 925 IF増幅器
926 直交ミキサ 932 RFミキサ
933 増幅器 940 アンテナ
100, 101, 900 Wireless transmission device 110, 910 BB signal generation unit 117 BBI adjuster 118 BBQ adjuster 119 BB adjuster 120, 920 IF signal generation unit 127 IF adjuster 130, 930 RF signal generation unit 137 RF adjuster 150 Bandpass filter 151, 152 Filter 161 RF mixer 162 IF mixer 170 Power meter 171 Amplifier 172 Unwanted power detection unit 173 Amplifier 174 Detection unit 180 Calculation unit 190, 199 Control unit 191 Desired wave power detection unit 192 IF band unwanted signal extraction unit 193 Low frequency unwanted signal extraction unit 195 Coupler 921, 931 Local oscillator 922, 924 IF mixer 923: phase converter 925: IF amplifier 926: quadrature mixer 932: RF mixer 933: amplifier 940: antenna
Claims (8)
ベースバンド信号の振幅を調整するBB調整器と、
RF信号の振幅を調整するRF調整器と、
アンテナへのRF信号の一部を抽出し、所望波と不要波との関係を評価する評価値を求め、前記評価値に基づいて前記BB調整器と前記RF調整器を制御する制御部と、
を備える無線伝送装置。 A wireless transmission device comprising: a BB signal generation unit that generates a baseband signal; an IF signal generation unit that converts the baseband signal into an IF signal; and an RF signal generation unit that converts the IF signal into an RF signal, and outputs the RF signal to an antenna,
a BB adjuster that adjusts the amplitude of a baseband signal;
an RF adjuster for adjusting the amplitude of the RF signal;
a control unit that extracts a portion of an RF signal to an antenna, calculates an evaluation value that evaluates a relationship between a desired wave and an unwanted wave, and controls the BB adjuster and the RF adjuster based on the evaluation value;
A wireless transmission device comprising:
前記制御部は、前記BB調整器の調整量であるBB制御利得と前記RF調整器の調整量であるRF制御利得の組み合わせを、よい評価値を得る組み合わせとなるBB制御利得とRF制御利得の間に線形性があることを利用して、求める
ことを特徴とする無線伝送装置。 2. The wireless transmission device according to claim 1,
the control unit determines a combination of a BB control gain, which is an adjustment amount of the BB adjuster, and an RF control gain, which is an adjustment amount of the RF adjuster, by utilizing linearity between the BB control gain and the RF control gain, which results in a combination that obtains a good evaluation value.
前記制御部は、
RF信号内の所望波の電力を検出する所望波電力検出部と、
RF信号内の不要波を、前記RF信号生成部内の局部発振器を用いて、IF信号の周波数帯の信号であるIF帯不要信号として取り出すIF帯不要信号抽出部と、
IF帯不要信号を、前記IF信号生成部内の局部発振器を用いて、周波数を下げた低周波不要信号として取り出す低周波不要信号抽出部と、
低周波不要信号の電力を検出する不要電力検出部と
を有する
ことを特徴とする無線伝送装置。 3. The wireless transmission device according to claim 1,
The control unit
a desired wave power detection unit that detects the power of a desired wave in an RF signal;
an IF band unwanted signal extraction unit that extracts unwanted waves from the RF signal as an IF band unwanted signal, which is a signal in the frequency band of the IF signal, using a local oscillator in the RF signal generation unit;
a low-frequency unwanted signal extraction unit that extracts the IF band unwanted signal as a low-frequency unwanted signal by using a local oscillator in the IF signal generation unit;
and an unwanted power detection unit that detects the power of a low-frequency unwanted signal.
前記ベースバンド信号は、Iチャネル信号とQチャネル信号を含み、
前記BB調整器は、Iチャネル信号の振幅と位相を調整するBBI調整器と、Qチャネル信号の振幅と位相を調整するBBQ調整器からなり、
前記制御部は、前記BBI調整器と前記BBQ調整器を制御する
ことを特徴とする無線伝送装置。 The wireless transmission device according to any one of claims 1 to 3,
the baseband signal includes an I-channel signal and a Q-channel signal;
the BB adjuster comprises a BBI adjuster for adjusting the amplitude and phase of an I-channel signal, and a BBQ adjuster for adjusting the amplitude and phase of a Q-channel signal;
The wireless transmission device, wherein the control unit controls the BBI adjuster and the BBQ adjuster.
前記RF調整器は、RF信号の位相も調整する
ことを特徴とする無線伝送装置。 5. The wireless transmission device according to claim 4,
The radio transmission device, wherein the RF adjuster also adjusts the phase of the RF signal.
さらに、
IF信号の振幅を調整するIF調整器も備え、
前記制御部は、前記IF調整器も制御する
ことを特徴とする無線伝送装置。 The wireless transmission device according to any one of claims 1 to 3,
moreover,
It also includes an IF adjuster that adjusts the amplitude of the IF signal.
The wireless transmission device, wherein the control unit also controls the IF adjuster.
さらに、
IF信号の振幅と位相を調整するIF調整器も備え、
前記制御部は、前記IF調整器も制御する
ことを特徴とする無線伝送装置。 6. The wireless transmission device according to claim 4,
moreover,
It also has an IF adjuster that adjusts the amplitude and phase of the IF signal.
The wireless transmission device, wherein the control unit also controls the IF adjuster.
前記制御部は、前記IF調整器の調整量であるIF制御利得を固定してBB制御利得とRF制御利得の組み合わせを求める処理を、あらかじめ定めたIF制御利得の候補だけ繰り返すことで、BB制御利得、IF制御利得、RF制御利得を求める
ことを特徴とする無線伝送装置。 8. The wireless transmission device according to claim 6,
the control unit determines the BB control gain, the IF control gain, and the RF control gain by repeating a process of determining a combination of the BB control gain and the RF control gain while fixing the IF control gain, which is an adjustment amount of the IF adjuster, for only predetermined candidates of the IF control gain.
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