(57)【要約】【課題】  受信装置との間に存在するカップリングに起因した不具合を低減することができる送信装置、受信装置、回路装置、通信方法およびプログラムを提供すること。【解決手段】  本送信装置１１０は、当該送信装置１１０および受信装置１８０の間に存在するカップリング（１２６，１９６）に起因した受信装置１８０側での信号の基準レベルの変動モデルを格納するモデル格納部１３６と、変動モデルに基づいて、シンボル列を構成する信号の受信装置１８０側での基準レベルの変動を相殺する補償値を演算する補償演算部１４０と、基準レベルの変動の補償値に基づいて、シンボル列を構成する信号の出力波形を変形する出力波形変形部１４２とを含む。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信装置と通信可能な送信装置であって、
当該送信装置および前記受信装置の間に存在するカップリングに起因した前記受信装置側での信号の基準レベルの変動モデルを格納するモデル格納部と、
前記変動モデルに基づいて、シンボル列を構成する信号の前記受信装置側での基準レベルの変動を相殺する補償値を演算する補償演算部と、
前記基準レベルの変動の補償値に基づいて、前記シンボル列を構成する信号の出力波形を変形する出力波形変形部と
を含む、送信装置。
【請求項２】
前記受信装置に対し、矩形形状を有するテスト信号を搬送波に乗せて送信する送信部と、
前記受信装置側で観測された前記テスト信号の信号レベルの変動量に基づいて、当該送信装置および前記受信装置間に存在する容量性カップリングの時定数を含む前記変動モデルを形成するモデル形成部と
を含む、請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記補償演算部は、前記シンボル列を構成する信号に基づき、該信号の偏りを蓄積し、蓄積された偏りに応じて該信号の各時点の補償値を演算することを特徴とし、前記出力波形変形部は、前記シンボル列を構成する信号の各時点の補償値に基づいて、該信号の各時点の出力電圧を変化させること特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
【請求項４】
前記補償演算部は、
前記シンボル列を構成する入力信号の各サンプル点に対応する値と、該入力信号の基準レベルに対応する値との差分を演算する差分演算部と、
所定の基準時点からの前記入力信号の各サンプル点の前記差分の累計値を演算する累計演算部と、
前記入力信号の各サンプル点の前記差分の累計値と、前記時定数に応じたバイアス値とを乗算し、各サンプル点に対応する時点の補償値を演算する補償値演算部と
を含む、請求項２に記載の送信装置。
【請求項５】
前記出力波形変形部は、前記シンボル列を構成する入力信号の各サンプル点に対応する値に対し前記補償値を加算する加算部を含む、請求項４に記載の送信装置。
【請求項６】
前記差分演算部は、前記差分の合計を、複数のサンプル点を含む単位毎に並列演算することを特徴とし、前記累計演算部は、前記累計値を、前記複数のサンプル点を含む単位毎に並列演算することを特徴とし、前記補償値演算部は、前記補償値を、前記複数のサンプル点を含む単位毎に並列演算することを特徴とする、請求項５に記載の送信装置。
【請求項７】
前記差分演算部による演算、前記累計演算部による演算および前記補償値演算部による演算が行われる少なくとも１つのクロックサイクルと、前記加算部による加算が行われる、前記少なくとも１つのクロックサイクルに後続されるクロックサイクルとを含む、請求項６に記載の送信装置。
【請求項８】
前記カップリングに起因する前記基準レベルの変動は、前記シンボル列を構成する信号が、当該送信装置および前記受信装置間に存在する結合要素を通過することにより、前記シンボル列の値の偏りに起因して発生した直流オフセット成分を含む、請求項１に記載の送信装置。
【請求項９】
送信装置と通信可能な受信装置であって、
前記送信装置から、該送信装置および当該受信装置の間に存在するカップリングに起因した信号レベルの変動を受けたテスト信号を受信する受信部と、
当該受信装置側で観測された前記テスト信号の変動の測定結果を前記送信装置に送信する送信部と
を含み、前記受信部は、前記送信装置から、シンボル列を構成する信号を受信し、受信された信号は、前記変動の測定結果に基づいて基準レベルの変動が補償されていることを特徴とする、受信装置。
【請求項１０】
結合要素を介して後段へ出力する信号を生成する回路装置であって、
前記結合要素によるカップリングに少なくとも起因する信号の基準レベルの変動モデルを格納するモデル格納部と、
前記変動モデルに基づいて、複数の信号レベルを有する信号の基準レベルの変動を相殺する補償値を演算する演算部と、
前記基準レベルの変動の補償値に基づいて、前記複数の信号レベルを有する信号の後段への出力波形を変形する出力波形変形部と
を含む、回路装置。
【請求項１１】
受信装置と、該受信装置と通信可能な送信装置との間で実行される通信方法であって、
前記送信装置が、前記送信装置および前記受信装置の間に存在するカップリングに起因した前記受信装置側での信号の基準レベルの変動モデルを読み出すステップと、
前記送信装置が、シンボル列を構成する信号を前記受信装置に対し送信するステップであって、前記変動モデルに基づいて、前記シンボル列を構成する信号の前記受信装置側での基準レベルの変動を相殺する補償値を演算するステップと、前記基準レベルの変動の補償値に基づいて、前記シンボル列を構成する信号の出力波形を変形するステップとを含む、当該送信するステップと
を含む、通信方法。
【請求項１２】
前記送信装置が、矩形形状を有するテスト信号を搬送波に乗せて前記受信装置へ送信するステップと、
前記受信装置が、前記テスト信号の変動の測定結果を応答するステップと、
前記送信装置が、前記受信装置側で観測された前記テスト信号の信号レベルの変動量に基づいて、前記送信装置および前記受信装置間に存在する容量性カップリングの時定数を含む変動モデルを形成するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の通信方法。
【請求項１３】
補償値を演算するステップは、前記送信装置が、前記シンボル列を構成する信号に基づき、該信号の偏りを蓄積し、蓄積された偏りに応じて該信号の各時点の補償値を演算するステップを含み、前記変形するステップは、前記送信装置が、前記シンボル列を構成する信号の各時点の補償値に基づいて、該信号の各時点の出力電圧を変化させるステップを含む、請求項１１に記載の通信方法。
【請求項１４】
前記補償値を演算するステップは、前記送信装置が、
前記シンボル列を構成する入力信号の各サンプル点に対応する値と、該入力信号の基準レベルに対応する値との差分を演算するサブステップと、
所定の基準時点からの前記入力信号の各サンプル点の前記差分の累計値を演算するサブステップと、
前記入力信号の各サンプル点の前記差分の累計値と、前記時定数に応じたバイアス値とを乗算し、各サンプル点に対応する時点の補償値を演算するサブステップと
を含み、前記変形するステップは、前記送信装置が、
前記シンボル列を構成する入力信号の各サンプル点に対応する値に対し、前記補償値を加算するサブステップ
を含む、請求項１２に記載の通信方法。
【請求項１５】
前記差分を演算するサブステップ、前記差分の累計値を演算するサブステップおよび前記補償値を演算するサブステップが、少なくとも１つのクロックサイクルで実行され、前記補償値を加算するサブステップが、前記少なくとも１つのクロックサイクルに後続されるクロックサイクルで実行される、請求項１４に記載の通信方法。
【請求項１６】
プログラマブル・デバイスを、請求項１〜８のいずれか１項に記載の送信装置の各部として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置、受信装置、回路装置、通信方法およびプログラムに関し、より詳細には、通信可能な受信装置との間にカップリングが存在する送信装置、受信装置、回路装置、送信装置および受信装置の間で実行される通信方法、および該送信装置を実現するためのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信において、動画などのリッチコンテンツのリアルタイム送受信や、有線通信とのシームレスな接続を実現するために、高速化に対する要求がますます高まっている。このような高速大容量のデータ通信を実現するため、Ｇｂｐｓを超えるデータレートの高速無線通信が実現可能とされるミリ波無線通信技術に対し、期待が寄せられている。
【０００３】
無線通信装置は、典型的には、デジタル信号処理を担当するデジタル処理部（ベースバンド）と、アナログ信号処理を担当するアナログ処理部（ＲＦ：Radio Frequency）とを含み構成される。上記各処理部間は、入出力バイアス電圧の違いを吸収し、安定な動作を実現するために、典型的には、交流結合（容量性カップリング）で相互接続される。
【０００４】
交流結合では、直流バランスをとる必要があり、直流成分や低周波数成分が多く含まれていると、正確なデータ伝送が困難となる。伝送信号においてビットの偏りは、直流オフセット成分を発生させるため、典型的には、スクランブラやデータ符号化技術により、伝送ビットを充分に拡散させて偏りが生じないように前処理が施される。
【０００５】
上記データ符号化技術では、追加ビットが挿入されるため、代償として符号化効率が低下してしまう。一方、上記スクランブラのみでは、一見ビットが均一に分散されるようになるが、スクランブルした結果として偏りが生じてしまう場合がある。すなわち、スクランブラは、短い期間を見れば、同一ビットが連続して発生させる可能性があり、確率的には、ビット偏りが存在するということになる。その短い期間は直流オフセット成分が発生し、エラーレートを悪化させる要因となる。
【０００６】
２値のデジタル信号として扱われる場合は、直流オフセット成分があっても問題とならない場合もある。しかしながら、ミリ波通信などの高速通信技術では、さらなるデータレートの高速化のため、１６ＱＡＭなどの振幅を変調させる変調方式が採用されており、直流オフセット成分が振幅方向の多値判定に無視できない影響を及ぼす。さらに、６４ＱＡＭなどのように、信号判定境界がさらに細かくなると、ますます直流オフセット成分の影響が顕著となる。
【０００７】
これまで、無線通信における直流オフセットを補償する種々の技術が知られている。例えば、特表２０１１−５０７４０８号公報（特許文献１）、特表２００９−５１０９４８号公報（特許文献２）、特許第４１９５１９３号公報（特許文献３）および特開２００６−８６７６８号公報（特許文献４）が知られている。これら特許文献１〜特許文献４は、直流オフセットを受信機側で補償する技術に関するものである。特開２０１０−４５５９６号公報（特許文献５）は、無線送信装置における直交変調部において発生するキャリアリークを補正する技術を開示する。
【０００８】
このように、直流オフセットを補償する種々の技術が知られているが、上述した特許文献１〜特許文献４の従来技術は、受信機での信号補正処理技術である。ミリ波無線通信が対象とする高いデータレートを想定すると、オーバーヘッドが相対的に大きくなり過ぎるため、受信機での信号補正処理では充分な直流オフセット補正を実現することは困難となる。上記特許文献２および特許文献３は、局所発振器リークや回路アンバランスに起因するＤＣオフセットを対象とするものである。特許文献５の従来技術は、ＩＱミキサでのキャリアリークに起因するＤＣオフセットを対象とするものであり、上述した交流結合でのリークに起因する直流オフセットの問題を解決できるものではない。
【０００９】
したがって、依然として、送信装置において、上述した交流結合に起因する短期的な直流オフセットないし低周波数成分を高速に補償可能な技術の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表２０１１−５０７４０８号公報
【特許文献２】特表２００９−５１０９４８号公報
【特許文献３】特許第４１９５１９３号公報
【特許文献４】特開２００６−８６７６８号公報
【特許文献５】特開２０１０−４５５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記従来技術における問題点に鑑みてなされたものであり、本発明は、受信装置側で観測されるカップリングに起因した基準レベルの変動を高速に補償することができる送信装置、受信装置、回路装置、通信方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明では、上記課題を解決するために、下記特徴を有する送信装置を提供する。本送信装置は、通信相手の受信装置との間に存在するカップリングに起因した受信装置側での信号の基準レベルの変動モデルを格納するモデル格納部を備える。本送信装置は、さらに、上記変動モデルに基づいて、シンボル列を構成する信号の受信装置側での基準レベルの変動を相殺する補償値を演算する補償演算部と、上記基準レベルの変動の補償値に基づいて、シンボル列を構成する信号の出力波形を変形する出力波形変形部とを含む。
【００１３】
さらに本発明によれば、上記送信装置と通信可能な受信装置が提供される。本受信装置は、送信装置から、該送信装置および当該受信装置の間に存在するカップリングに起因した信号レベルの変動を受けたテスト信号を受信する受信部と、当該受信装置側で観測された前記テスト信号の変動の測定結果を送信装置に送信する送信部とを備える。本受信装置では、さらに、上記受信部は、上記送信装置から、シンボル列を構成する信号を受信し、受信された信号は、上記通知した測定結果に基づいて基準レベルの変動が補償されていることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明によれば、結合要素を介して後段へ出力する信号を生成する回路装置であって、下記特徴を有する回路装置を提供することができる。本回路装置は、結合要素によるカップリングに少なくとも起因する信号の基準レベルの変動モデルを格納するモデル格納部を備える。本回路装置は、さらに、上記変動モデルに基づいて、複数の信号レベルを有する信号の基準レベルの変動を相殺する補償値を演算する演算部と、上記基準レベルの変動の補償値に基づいて、該信号の後段への出力波形を変形する出力波形変形部とを含む。
【００１５】
また、さらに本発明によれば、上記受信装置と送信装置との間で実行される通信方法を提供することができる。本送信方法は、送信装置が、受信装置との間に存在するカップリングに起因した受信装置側での信号の基準レベルの変動モデルを読み出すステップと、送信装置が、シンボル列を構成する信号を受信装置に対し送信するステップとを含む。上記送信するステップは、送信装置が、上記変動モデルに基づいて、シンボル列を構成する信号の受信装置側での基準レベルの変動を相殺する補償値を演算するステップと、送信装置が、上記基準レベルの変動の補償値に基づいて、シンボル列を構成する信号の出力波形を変形するステップとを含む。
【００１６】
さらに、本発明によれば、上記送信装置を実現するためのプログラムを提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成によれば、送信装置側で、受信装置側で観測される、カップリングに起因した基準レベルの変動を高速に補償することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態による無線通信システムを示す概略図。
【図２】本発明の実施形態による無線通信システムにおける無線通信装置の機能構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施形態におけるベースバンド部の送信回路の詳細なブロック図。
【図４】変動モデル形成部による変動モデルの形成処理を説明する図。
【図５】好適な実施形態における変動モデル形成処理を示すフローチャート。
【図６】補償演算部および出力波形変形部の回路構成を示すブロック図。
【図７】図６に示した回路構成におけるタイミングチャート。
【図８】送信側でのベースバンド信号の出力波形を変形に基づく補正処理を、信号波形とともに説明する図。
【図９】受信側ミリ波無線通信装置で観測されるベースバンド信号の測定波形を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明について特定の実施形態をもって説明するが、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。なお、以下に説明する実施形態では、送信装置、および送信装置を含む通信システムの一例として、それぞれ、無線通信装置１１０、および無線通信装置１１０を含む無線通信システム１００を用いて説明する。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態による無線通信システム１００を示す概略図である。本実施形態による無線通信システム１００は、第１の無線通信装置１１０と、第２の無線通信装置１８０とを含み構成される。本無線通信装置１１０および無線通信装置１８０は、例えば数十ＧＨｚ周波数帯の電磁波（ミリ波）による無線通信を確立し、数Ｇｂｐｓ以上のデータ通信速度を実現している。
【００２１】
上記無線通信装置１１０，１８０は、それぞれ、送信機および受信機の両方の立場で相手方とデータ通信することができる。しかしながら、説明の便宜上、以下の説明では、第１の無線通信装置１１０を送信側とし、第２の無線通信装置１８０を受信側として説明する。
【００２２】
無線通信装置１１０は、送信するデータをフレームに乗せて、通信相手方の無線通信装置１８０に対しデータ送信する。図１の例示では、無線通信装置１１０には、ノート型パーソナル・コンピュータ１０２が接続されており、無線通信装置１８０には、ディスプレイ装置１０４が接続されている。このような例示の実施形態では、無線通信装置１１０は、ノート型パーソナル・コンピュータ１０２から入力される動画などのコンテンツ・データをフレームのペイロード部に乗せて、無線通信装置１８０に送信することができる。無線通信装置１８０は、フレームからコンテンツ・データを取得し、ディスプレイ装置１０４の画面上にコンテンツを表示させることができる。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態による無線通信システム１００における無線通信装置１１０，１８０の機能構成を示すブロック図である。図２に示す無線通信装置１１０は、アンテナ１１２と、アナログ処理を担当するＲＦ（Radio Frequency）部１１４と、デジタル処理を担当するベースバンド部１１６と、後段のアプリケーション・エンジン１１８とを含み構成される。無線通信装置１８０も同様に、アンテナ１８２、ＲＦ部１８４、ベースバンド部１８６およびアプリケーション・エンジン１８８を含む。
【００２４】
アンテナ１１２，１８２は、受信時には、空間中を伝播してきた電磁波を受けて電気信号に変換し、ＲＦ部１１４，１８４に電気信号を入力する。送信時には、アンテナ１１２，１８２は、ＲＦ部１１４，１８４から入力される電気信号を電磁波に変換し、電磁波を空間中に放射する。
【００２５】
ＲＦ部１１４，１８４は、搬送波である電磁波の周波数帯の信号を処理する回路ブロックである。ＲＦ部１１４，１８４は、送信回路１２８および受信回路１９８を含み構成され、送信時には、入力されるベースバンド信号をＲＦ周波数帯の信号に変調し、受信時には、ＲＦ周波数帯の信号をベースバンド信号に復調する。なお、図２においては、無線通信装置１１０側では、送信経路上のコンポーネントに符番が付されており、送信経路上に無いものには符番が付されず、点線で表されている点に留意されたい。無線通信装置１８０側も同様に、送信側とは逆に、受信経路上に無いものには符番が付されず、点線で表されている。
【００２６】
ベースバンド信号は、変調前または復調後の信号であり、２値信号の場合は、「０」および「１」を表現する信号レベルからなる矩形波に相当し、多値信号の場合、各値を表現する複数の信号レベルを有する矩形形状の信号波に相当する。ＲＦ部１１４，１８４は、このベースバンド信号に対して搬送波を乗算することによって変調する。なお、説明の便宜上、ベースバンド信号が矩形形状を有するものとして取り扱うが、デジタル・フィルタやローパス・フィルタなどによってフィルタリング処理し、所定の帯域制限が行われてもよい。
【００２７】
ベースバンド部１１６，１８６は、変調前または復調後のベースバンド信号を処理する回路ブロックである。ベースバンド部１１６，１８６は、送信時には、後段のアプリケーション１１８，１８８から入力される送信データ（ビット列）に基づいて、送信ベースバンド信号を生成し、ＲＦ部１１４，１８４に出力する。受信時には、ベースバンド部１１６，１８６は、ＲＦ部１１４，１８４で復調された受信ベースバンド信号に基づいて、受信データ（ビット列）を復元し、後段のアプリケーション１１８，１８８に出力する。
【００２８】
ベースバンド部１１６，１８６は、より具体的には、プロトコル・スタック１２０，１９０と、送信回路１２２と、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）１２４と、受信回路１９２と、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１９４とを含み構成される。プロトコル・スタック１２０，１９０は、物理層、データリンク層、ネットワーク層、トランスポート層などの階層的な通信プロトコル群の処理を担当する。プロトコル・スタック１２０，１９０が行う制御としては、ビット誤りやパケット誤りが生じた場合の再送制御、送信タイミングの制御、送達確認（ＡＣＫ：Acknowledgement）の制御など、ＭＡＣ（Medium Access Control）層の制御が含まれる。
【００２９】
送信回路１２２は、プロトコル・スタック１２０から入力される送信データを、採用する変調方式で変調し、送信ベースバンド・データを生成し、ＤＡＣ１２４を介し、送信ベースバンド信号としてＲＦ部１１４の送信回路１２８に出力する。受信回路１９２は、ＲＦ部１８４の受信回路１９８で復調された受信ベースバンド信号から、ＡＤＣ１９４を介して、受信ベースバンド・データとして取得し、変調方式に応じて受信データを復元し、プロトコル・スタック１９０に出力する。
【００３０】
説明する実施形態では、特に限定されるものではないが、直角位相振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）方式が採用されており、２つの搬送波の振幅および位相を変調することによってデータが伝達される。これら２つの搬送波、つまり同相（Ｉ相）搬送波および直角位相（Ｑ相）搬送波は、互いに直角位相関係となっており、互いに独立している。
【００３１】
上記変調方式の採用に伴い、本実施形態においては、ベースバンド信号（ベースバンド・データ）は、Ｉ相およびＱ相の成分を有し、Ｉ相およびＱ相の各伝送経路上には、Ｉ相用のＤＡＣ１２４Ｉ、Ｑ相用のＤＡＣ１２４Ｑ、Ｉ相用のＡＤＣ１９４ＩおよびＱ相用のＡＤＣ１９４Ｑが設けられている。これらＩ相およびＱ相のベースバンド信号は、これらの信号レベルにより信号空間ダイヤグラム（Constellation diagram）上で各シンボルを表す信号点を指定し、送信データのシンボル列を構成している。
【００３２】
なお、採用する変調方式などは、無線通信システム１００内で予め取り決められており、無線通信装置１１０，１８０では予め決められた手順通りの処理が行われることになる。また、説明する実施形態では、好適に適用できる変調方式としてＱＡＭを一例として説明するが、変調方式は、特に限定されるものではなく、ＭＰＳＫ（M-ary Phase Shift Keying）方式などの他の変調方式が採用されていてもよい。
【００３３】
上記ＲＦ部１１４，１８４およびベースバンド部１１６，１８６では、バイアス・セッティング等の相違に対応して、これらの回路ブロック間が、典型的には、交流結合１２６，１９６により相互接続される。上述したように、回路ブロック間を交流結合する場合は、信号の直流バランスをとる必要があるため、本実施形態では、スクランブラにより事前に送信データのビットをランダム化するなどの前処理が施され、ビットの偏りが生じないようにされている。
【００３４】
一方、スクランブラによりランダム化が行われたとしても、スクランブルした結果として、所定期間同一ビットが連続するような偏りが確率的に発生する。このような同一ビットの連続は、直流バランスを崩し、直流オフセット成分を発生させ、エラーレートを悪化させる要因となる。特に、ＱＡＭといった振幅方向に情報を乗せる変調方式を採用する場合は、上記直流オフセット成分が振幅方向の判定境界での判定に無視できない影響を及ぼす。また、データレートが高速化されるにつれて、交流結合による直流オフセット成分の影響も顕著となる。８ｂ１０ｂ符号化といった追加ビット挿入を行う別のアプローチも考えられるが、符号化効率が低下するため好ましくない。さらに、上記直流オフセットを受信側で補正するアプローチも考えられるが、受信機側では、受信されたデータに対し他にも信号補正を行う必要があるため、受信機側に負荷が偏り過ぎてしまうことになる。
【００３５】
そこで、本実施形態による無線通信システム１００では、受信側で観測される直流オフセットが補償されるように、送信側でベースバンド信号の出力波形を変形する補正処理を実行する。以下、図３〜図８を参照しながら、送信側の無線通信装置１１０で実行される補正処理の詳細について説明する。
【００３６】
図３は、本発明の実施形態におけるベースバンド部１１６の送信回路１２２の詳細なブロック図を示す。図３に示すベースバンド部１１６の送信回路１２２は、分配部１３０と、Ｉ相およびＱ相の各ベースバンド・データ生成部１３２Ｉ，１３２Ｑと、各デジタル補正処理部１３４Ｉ，１３４Ｑとを含む。分配部１３０は、送信データ（ビット列）の入力を受けて、Ｉ相およびＱ相のビット・ストリームに分配する。ベースバンド・データ生成部１３２は、分配部１３０で分配されたビット・ストリームに応じて、各相のベースバンド・データを生成し、デジタル補正処理部１３４に出力する。デジタル補正処理部１３４は、各相のベースバンド・データに対して、受信側で観測されるカップリングの影響を考慮した送信側での補正処理を施す。デジタル補正処理が施されたベースバンド・データは、ＤＡＣ１２４に入力され、ベースバンド信号として後段のＲＦ部１１４の送信回路１２８に交流結合１２６を介して出力される。
【００３７】
図３には、さらに、デジタル補正処理部１３４およびその周辺の詳細な機能ブロックが示されている。なお、図３上では、Ｑ相の経路上の詳細な構成の図示が省略されており、Ｑ相の経路側にもＩ相と同様な構成が備えられる点に留意されたい。
【００３８】
送信回路１２２は、変動モデル格納部１３６と、変動モデル形成部１３８とを含む。変動モデル格納部１３６は、上記補正処理を施すためのパラメータを格納しており、より具体的には、受信側でのベースバンド信号の基準レベル（直流オフセット）の変動モデルを格納する。この変動モデルは、送信側としての当該無線通信装置１１０と、通信相手側としての無線通信装置１８０との間に存在する容量性カップリングに起因して、受信側で観測されるベースバンド信号における基準レベルの変動をモデル化したものである。このような容量性カップリングに起因した変動は、時定数で特徴付けることができるので、説明する実施形態では、容量性カップリングの時定数が変動モデルとして求められる。
【００３９】
ここで、変動モデルで考慮される容量性カップリングは、図２に示した送信側におけるＲＦ部１１４およびベースバンド部１１６間の相互接続の交流結合１２６のほか、受信側におけるＲＦ部１８４およびベースバンド部１８６間の相互接続の交流結合１９６、送信側および受信側のＲＦ部１１４，１８４の送信回路１２８や受信回路１９８内のミキサ、伝送経路中に挿入される他のカップリング回路などが含まれる。このように、通信経路全体を通して、当該無線通信装置１１０および無線通信装置１８０の間に存在する意図的なまたは寄生された各容量素子の成分を含めて補正することにより、受信側で観測される基準レベルの変動を好適に補償し、信号レベルを適切に判定することが可能となる。
【００４０】
変動モデル形成部１３８は、送受信にかかる無線通信装置間の変動モデルを形成し、相手方の無線通信装置１８０に対応付けて、変動モデル格納部１３６に格納する。好まし実施形態では、変動モデル形成部１３８は、通信前のキャリブレーション処理において、無線通信装置１１０，１８０間でテストデータに基づく信号の送受信を実際に行って、その測定結果に基づき変動モデルを形成することができる。
【００４１】
変動モデル形成部１３８は、より具体的には、キャリブレーション処理中、矩形形状のテストデータをＤＡＣ１２４に入力し、矩形形状のテスト用のベースバンド信号をＲＦ部１１４に入力する。これにより、ＲＦ部１１４およびアンテナ１１２を経由して、テスト信号が搬送波に乗せられて、受信側の無線通信装置１８０に送信される。受信側の無線通信装置１８０では、搬送波信号を受信し、受信ベースバンド信号で観測される波形から、受信側でのテスト信号の直流オフセット（基準レベル）の変動量を計測する。
【００４２】
図４は、変動モデル形成部１３８による変動モデルの形成処理を説明する図である。図４（Ａ）は、送信側の無線通信装置１１０が送信するテスト用ベースバンド信号の波形を一例として示す。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に例示するテスト信号がそのまま送信された場合に無線通信装置１８０で観測される受信ベースバンド信号の波形を示す。図４（Ｃ）は、受信側無線通信装置１８０で観測される変動量および時定数の関係を説明する図である。
【００４３】
図４（Ａ）に示すように、送信側無線通信装置１１０が送信するテスト信号は、所定ステップ幅（例えば１２８シンボル）で信号レベルが遷移する矩形形状を有している。図４（Ａ）に示す波形を有するテスト信号に基づき搬送波信号が送信されると、経路上の容量性カップリングに起因して、受信側では、図４（Ｂ）に示すように、歪んだ状態のベースバンド信号波形が観測され得る。
【００４４】
上記波形の歪みは、経路上の容量性カップリングを含み構成されるＣＲ回路により、その時定数に応じて電圧レベルが指数曲線的に減衰し、それに伴い基準レベル（直流オフセット）が変動したことを反映している。この時定数Ｄは、テスト信号の矩形波のステップ幅Ｔが既知である場合、ステップの開始時点から終了時点までの変動量Δを用いて計算することができる。
【００４５】
受信側の無線通信装置１８０で観測された、時定数を求めるための変動量または計算後の時定数が、適当な手段により、測定結果として送信側の無線通信装置１１０に伝達される。簡便には、受信側の無線通信装置１１０側で観測された測定結果が、ユーザにより読み取られて、送信側の無線通信装置１１０に入力する態様としてもよい。好適な実施形態では、受信側の無線通信装置１８０が、テスト信号の受信に応答して、所定の通信手段を介して、送信側の無線通信装置１１０に測定結果を送信することもできる。
【００４６】
例えば、高速無線通信を確立するためのアソシエーションを有線接続で行う場合に、その有線接続を介して測定結果を伝達する態様としてもよい。あるいは、無線通信リンク（これから通信を確立しようとしているミリ波無線通信リンク以外の任意の無線通信リンク）が既に確立されているのであれば、この無線通信リンクを介して伝達される態様としてもよい。あるいは、再度のキャリブレーションを行う場合は、既に確立済みのミリ波無線通信リンクを介して伝達される態様としてもよい。
【００４７】
図５は、好適な実施形態における変動モデル形成処理を示すフローチャートである。なお、図５に示すフローチャートにおいて、左側に送信側無線通信装置１１０の処理を示し、右側に受信側無線通信装置１８０の処理を示す。図５に示す変動モデル形成処理は、例えばユーザからのキャリブレーション処理開始の指示や装置起動に応答して、ステップＳ１００から開始される。
【００４８】
ステップＳ１０１では、無線通信装置１１０は、変動モデル形成部１３８からテストデータを出力させて、ＤＡＣ１２４およびＲＦ回路１１４を介して、受信側無線通信装置１８０に対しテスト信号を送信する。ステップＳ１０２では、受信側無線通信装置１８０は、受信したテスト信号の波形における信号レベルの変動量を測定し、ステップＳ１０３では、測定された変動量を含む測定結果を送信側の無線通信装置１１０に送信する。
【００４９】
ステップＳ１０４では、無線通信装置１１０は、変動モデル形成部１３８により、測定結果の変動量に基づき、変動モデルを形成する。変動モデルは、予め変動量の各範囲に対応付けてパラメータ（時定数、または後述する補正パラメータ）を用意したテーブルにより求めてもよいし、テスト信号のステップ幅、変動量から計算式に基づいて計算してもよい。ステップＳ１０５では、無線通信装置１１０は、変動モデル格納部１３６に変動モデルを格納し、ステップＳ１０６で、本変動モデル形成処理を終了させる。
【００５０】
上述した変動モデルが形成されると、デジタル補正処理部１３４では、直流オフセットを適切に補償しながらデータ通信を行うことが可能となる。ここで、再び図３を参照すると、デジタル補正処理部１３４は、より詳細には、補償演算部１４０と、出力波形変形部１４２とを含み構成される。
【００５１】
補償演算部１４０は、変動モデル格納部１３６から変動モデルを読み出し、読み出した変動モデルに基づき、直流オフセットの変動を相殺するために必要な補償値を演算する。補償値は、シンボル列を構成しているベースバンド信号に基づき、信号レベル（データ値）の偏りを蓄積し、蓄積された偏りに応じて該信号の各時点について演算される。
【００５２】
出力波形変形部１４２は、直流オフセットの補償値に応じて、ベースバンド信号の出力波形を意図的に変形させる。ベースバンド信号の出力波形の変形は、ベースバンド信号の各時点の補償値に基づいて、受信側での直流オフセットの変動が相殺され受信側において理想的な信号波形が得られるように、元のベースバンド信号の各時点での出力電圧を上下に変化させることによって行うことができる。本実施形態では、出力電圧の変化は、ＤＡＣ１２４前のデジタル・データの段階で、ベースバンド・データのデータ値に補償値を加算することによって行われる。しかしながら、他の実施形態では、ＤＡＣ１２４後のアナログ信号の段階で、ベースバンド信号のレベルを補償値の分だけ上下に調整するようにしてもよい。
【００５３】
図６は、補償演算部１４０および出力波形変形部１４２の回路構成を示すブロック図である。補償演算部１４０は、差分演算部１４４と、差分累計演算部１５２と、補償値演算部１５６とを含み構成される。
【００５４】
差分演算部１４４は、入力されるベースバンド・データの各サンプル点（Ｉ相およびＱ相のサンプル点の値によってシンボル（信号点）が指定される。）に対し、対応するデータ値と、基準レベルに対応するデータ値（中央値）との差分を演算する。差分累計演算部１５２は、所定基準時点から各サンプル点までの差分の累計値を演算する。ここで、基準時点は、送信フレームの開始点とすることができ、その場合、差分の累計値は、フレーム毎に一旦リセットされる。
【００５５】
補償値演算部１５６は、ベースバンド・データの各サンプル点までの差分累計値と、上記変動モデルに応じたバイアス値とを乗算し、各サンプル点に対応する時点の直流オフセットの変動を補償するための補償値を演算する。ここで、バイアス値は、上記観測された変動モデル（時定数）に応じて指定される、変動の度合いに応じた補正パラメータである。
【００５６】
出力波形変形部１４２は、ベースバンド・データの各サンプル点に対応するデータ値に対し、上記演算された補償値を加算する加算器１６８を含む。説明する実施形態では、ベースバンド信号の出力波形は、元のベースバンド・データの各サンプル点に対応するデータ値に、各サンプル点について求められた補償値が加算された値がＤＡＣ１２４に入力され、電圧信号に変換されることによって変形される。
【００５７】
図６を参照して、より具体的に説明すると、説明する実施形態では、ベースバンド・データが、所定サンプル数（図６の例示では３２シンボル）毎に並列化され、各シンボルのＤＡＣ値（例えば８ビット値）が差分演算部１４４に入力される。そして、差分演算部１４４、差分累計演算部１５２および補償値演算部１５６では、それぞれ、所定サンプル数単位（図６の例示では４シンボル。以下、この単位を「演算単位」と参照する。）で、上述した差分、差分の累計値および補償値を並列演算している。
【００５８】
差分演算部１４４は、より具体的には、入力されるベースバンド・データの各ＤＡＣ値を保持する所定サンプル数（図６の例示では３２シンボル）分のラッチレジスタ１４６−１〜１４６−３２と、差分計算器１４８−１〜１４８−３２と、差分合計計算器１５０−０〜１５０−７とを含む。差分計算器１４８−１〜１４８−３２は、それぞれ、ラッチレジスタ１４６−１〜１４６−３２が保持するＤＡＣ値と、信号の基準値ｍｉｄ（ＤＡＣ値が８ビットであれば、中央値「１２８」を用いることができる。）との差分を計算する。差分合計計算器１５０は、それぞれ、自身が担当する演算単位に属する各差分計算器から差分値の入力を受けて、演算単位毎の差分合計を計算する。図６の例示では、差分合計計算器１５０は、８つ（＝３２サンプル／４サンプル）の差分合計計算器１５０−０〜１５０−７が設けられている。
【００５９】
差分合計計算器１５０−０〜１５０−７は、それぞれ、差分合計値（ｓｓ０〜ｓｓ７）を差分累計演算部１５２に出力する。差分累計演算部１５２は、演算単位毎の差分合計値（ｓｓ０〜ｓｓ７）の部分和を計算し、所定基準時点から各演算単位までの差分累計値を演算する。差分累計値は、所定基準時点から蓄積されている信号レベルの偏りを指標する値であり、図６の例示の場合、下記式を用いて計算することができる。下記式中、ｓｓ＊は、＊（図６の例示では、＊は０〜７である。）番目の演算単位の差分合計値を示し、ｓｏ＊は、＊番目の演算単位の差分累計値を示す。
【００６０】
【数１】
2014175744.tif 000003
【００６１】
最後の演算単位の差分累計値ｓｏ７は、ラッチレジスタ１７０に入力され、次クロックサイクルでの演算のためのＬｅａｋＳｕｍとしてとして渡される。各演算単位の差分累計値ｓｏ０〜ｓｏ７は、ラッチレジスタ１５８−０〜１５８−７に入力される。
【００６２】
補償値演算部１５６は、演算単位の乗算器１６２−０〜１６２−７を含む。乗算器１６２−０〜１６２−７には、それぞれ、ラッチレジスタ１５８−０〜１５８−７が保持する各差分累計値ｓｏ０〜ｓｏ７と、時定数に応じて与えられるバイアス値１６０が入力される。乗算器１６２−０〜１６２−７は、それぞれ、自身が担当する演算単位の差分累計値ｓｏ０〜ｓｏ７と、バイアス値とを乗算し、演算単位毎の補償値ｃ０〜ｃ８を計算する。計算された補償値ｃ０〜ｃ７は、ラッチレジスタ１６４−０〜１６４−７に入力される。
【００６３】
ラッチレジスタ１４６−１〜１６４−３２に保持されるＤＡＣ値は、順次、ラッチレジスタ１５４−１〜１５４−３２、ラッチレジスタ１６６−１〜１６６−３２に入力される。ラッチレジスタ１６６−１〜１６６−３２の後段には、加算器１６８−１〜１６８−３２が設けられており、加算器１６８−１〜１６８−３２には、それぞれ、ラッチレジスタ１６６−１〜１６６−３２が保持するＤＡＣ値と、自身が属する演算単位のラッチレジスタ１６４−０〜１６４−７が保持する補償値ｃ０〜ｃ７が入力される。加算器１６８−１〜１６８−３２は、演算単位毎に、元のベースバンド・データのＤＡＣ値に各補償値ｃ０〜ｃ７を加算し、出力する。
【００６４】
なお、図６に示す実施形態では、４サンプルの演算単位で補償値を算出し、４サンプルの演算単位で加算する構成としたが、補償値の演算および加算の単位は、特に限定されるものではない。演算単位が大きくなると、必要となる回路規模が小さくなり、省電力となる。また、反対に演算単位が小さくなると、補正の粒度が細かくなる傾向がある。したがって、許容される回路規模および求められる補正の精度に応じて、演算単位を設計することができる。また、他の実施形態では、補償値の演算と、補償値の加算とを異なる演算単位で行ってもよい。例えば、４サンプル単位毎に計算された演算単位の補償値（例えば隣接する演算単位のもの）を用いて、演算単位内の位置に応じて重み付け平均して各サンプルの補償値を計算するような態様も考えられる。
【００６５】
図７は、図６に示した補償演算部１４０および出力波形変形部１４２の回路構成におけるタイミングチャートである。図７に示すタイミングチャートでは、第ｎ番目のクロックサイクルのエッジにおいて、ベースバンド・データの３２シンボル分のＤＡＣ値（ｎ）がラッチレジスタ１４６に保持される。また、ラッチレジスタ１７０には前回のクロックサイクル（ｎ−１）で計算されたＬｅａｋＳｕｍ（ｎ−１）が保持される。第ｎ番目のクロックサイクルにおいては、さらに、差分計算器１４８で、ＤＡＣ値（ｎ）と基準値との差分がシンボル毎に並列に演算され、差分合計計算器１５０で演算単位毎の差分合計が並列演算され、差分累計演算部１５２で、演算単位毎に差分の累計値が並列演算される。
【００６６】
続く第ｎ＋１番目のクロックサイクルにおいては、第ｎ番目のクロックサイクルでラッチレジスタ１４６が保持するＤＡＣ値（ｎ）が、第１段目のラッチレジスタ１５４にセットされ、ラッチレジスタ１４６にはＤＡＣ値（ｎ＋１）が新たにセットされる。ここでは、ＤＡＣ値（ｎ＋１）に対する差分、差分合計、差分累計も計算されるが、さらに、前クロックサイクル（ｎ）で計算された演算単位毎の差分累計値（ｎ）がラッチレジスタ１５８にセットされ、補償値演算部１５６では、各演算単位の差分累計値と、バイアス値とを乗算し、前回クロックサイクルのＤＡＣ値（ｎ）に対する各演算単位の補償値（ｎ）が計算される。
【００６７】
第ｎ＋２番目のクロックサイクルにおいては、クロックサイクル（ｎ＋１）で第１段目のラッチレジスタ１５４が保持していたＤＡＣ値（ｎ）が、第２段目のラッチレジスタ１６６にセットされ、当該クロックサイクル（ｎ＋２）における差分、差分合計、差分累計の演算、ＤＡＣ値（ｎ＋１）に対する補償値（ｎ＋１）の演算が行われる。同時に、前サイクルで計算された演算単位毎の補償値（ｎ）がラッチレジスタ１６４にセットされ、加算器１６８は、ＤＡＣ値（ｎ）と、補償値（ｎ）とを加算する。これにより、３２シンボル分の補正後のベースバンド・データが生成される。デジタル補正処理が施されたベースバンド・データは、ＤＡＣ１２４に入力され、ベースバンド信号として後段のＲＦ部１１４の送信回路１２８に出力され、受信側の無線通信装置１８０に送信される。
【００６８】
図８は、送信側でのベースバンド信号の出力波形を変形に基づく補正処理を、信号波形とともに説明する図である。図８（Ａ）は、送信側の無線通信装置１１０が送信しようとしている補正前のベースバンド信号の波形を一例として示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）に例示するベースバンド信号に対して計算される補償値の時系列を一例として示す。図８（Ｃ）は、補償値の時系列に基づき波形変形が施された補正後のベースバンド信号の波形を一例として示す。図８（Ｄ）は、補正後のベースバンド信号を受信した受信側無線通信装置１８０で観察される受信ベースバンド信号波形を模式的に示す図である。
【００６９】
図４（Ａ）および図４（Ｂ）で示したように、送信側無線通信装置１１０から図４（Ａ）に示すような信号波形のまま送信されると、経路上の容量性カップリングに起因して、受信側では歪んだ状態の信号波形が観測され得る。これに対し、本実施形態による無線通信装置１１０では、元の補正前ベースバンド信号に対し、図８（Ｂ）で示す補償値が加算されることにより、図８（Ｃ）に示すような外形状歪んだ波形が出力されることになる。しかしながら、図８（Ｃ）に示すような波形変形が施されたベースバンド信号が受信側に伝達された場合、伝送経路上のカップリングに起因して、受信側では、図８（Ｄ）に示すような補正前の理想に近似する波形が観測されることになる。
【００７０】
受信側では、この正常な波形を有する受信ベースバンド信号に基づき、基準レベルに関して特段の補正を行わずに、境界判定を適切に行えるようになる。ひいては、カップリングの影響を補償して、送信側から伝送されたデータを高速に復元することが可能となる。なお、図６に示す具体的な回路構成では、補償値を３サイクルで計算しているが、パイプライン化されており、ミリ波通信技術が対象とする数Ｇビットを超えるデータレートの通信も可能となる。
【００７１】
（実験例）
図６に示すデジタル補正回路を、Ｘｉｌｉｎｘ社製のＦＰＧＡ（Ｖｉｒｔｅｘ−５ＬＸ３３０）上に実装し、ミリ波無線通信装置を構成した。搬送波としては６０ＧＨｚの電磁波を用い、変調方式は、１６ＱＡＭを採用した。ミリ波無線通信装置のＲＦ部とベースバンド部間の交流結合は、約６ｎＦであった。実装されたミリ波無線通信装置を用いて、矩形波の形状を有するベースバンド信号に対し補正処理を施した補正後のベースバンド信号に基づき、ミリ波無線通信を行い、受信側で復調されるベースバンド信号を観測した。さらに、比較のため、実装されたミリ波無線通信装置を用いて、同一のベースバンド信号を補正せずそのまま用いて、ミリ波無線通信を行い、受信側で復調されるベースバンド信号を観測した。
【００７２】
図９（Ａ）は、ミリ波無線通信装置で、図８（Ａ）で示すような補正前ベースバンド信号を送信した場合に受信側で観測されるベースバンド信号の測定波形を示す。ミリ波無線通信装置により、デジタル補正が施された補正後ベースバンド信号を送信した場合の受信側で観測されるベースバンド信号の測定波形を示す。
【００７３】
図９（Ａ）を参照すると、本実施形態による補正処理が適用されない場合、ＤＣバランスが大きく崩れていることが理解される。図９（Ａ）に示す実測データでは、ステップの最初に１２０前後あったパワー（２乗平均値）が、ステップの終盤には、約５０％減衰し、６０前後まで減衰している。一方、図６に示した実装回路でデジタル補正を施すと、図９（Ｂ）に示すように、信号レベルは概ねフラットになり、信号レベルの変動が改善されていることが理解される。信号のパワーの減衰量を計算すると約１０％に軽減されていた。また、上記デジタル補正回路を実装したミリ波無線通信装置間で、７Ｇｂｉｔ／ｓの高速無線通信を実現できることが確認された。
【００７４】
以上説明したように、上述した実施形態によれば、受信装置側で観測されるカップリングに起因した基準レベルの変動を高速に補償することができる送信装置、受信装置、回路装置、送信装置および受信装置において実行される通信方法、および該送信装置を実現するためのプログラムを提供することができる。
【００７５】
特にデータレートの高速化に伴い、高周波数側の周波数特性が良好なキャパシタが必要となる。上述したカップリングに起因した基準レベルの変動を抑制するために容量の大きな容量素子を採用することが望ましい。しかしながら、キャパシタの容量が大きくなってくると、周波数特性が悪化する傾向にあり、データレートの高速化に伴い設計上の制約が大きくなる。
【００７６】
これに対して、上記構成によれば、データレートの高速化に伴い避けがたくなる基準レベルの変動を好適に補償することができ、特にミリ波通信のような高速通信において好適に適用することができる。
【００７７】
また、ミリ波無線通信が対象とする高いデータレートを想定すると、受信装置側で補正を行うにはオーバーヘッドが相対的に大きく、受信装置での信号補正処理で充分な直流オフセット補正を実現することは難しい。また、受信装置側では、受信されたデータに対し他にも信号補正を行う必要があるので、可能な限り受信装置の負荷を軽減することが望まれる。
【００７８】
上記構成によれば、送信側の通信装置において、受信側で観測される基準レベルの変動が補償されるように信号出力波形が変形される。このため、受信側では、基準レベルの変動に関し特段の補正処理を行わずとも、基準レベルの変動が充分に低減された信号を観測することができ、ひいては、正しいビット値の判定を行うことが可能となる。したがって、送信側に負荷がオフロードされており、高速なデータレートの通信において有利となる。また、送信側は、自身がどのようなデータを送信しているかを把握しているので、受信装置側で補正を施す構成に比べて効率的であるといえる。
【００７９】
なお、上記機能部の一部または全部は、例えばフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などのプログラマブル・デバイス（ＰＤ）上に実装することができ、あるいはＡＳＩＣ（特定用途向集積）として実装することができ、上記機能部をＰＤ上に実現するためにＰＤにダウンロードする回路構成データ（ビットストリームデータ）、回路構成データを生成するためのＨＤＬ（Hardware Description Language）、ＶＨＤＬ（Very high speed integrated circuit Hardware Description Language）、Ｖｅｒｉｌｏｇ−ＨＤＬなどにより記述されたデータとして記録媒体により配布することができる。
【００８０】
これまで本発明の実施形態について説明してきたが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８１】
１００…無線通信システム、１０２…ノート型パーソナル・コンピュータ、１０４…ディスプレイ装置、１１０，１８０…無線通信装置、１１２，１８２…アンテナ、１１４，１８４…ＲＦ部、１１６，１８６…ベースバンド部、１１８，１８８…アプリケーション・エンジン、１２０，１９０…プロトコル・スタック、１２２…送信回路、１２４…ＤＡＣ、１２６，１９６…交流結合、１２８…送信回路、１３０…分配部、１３２…ベースバンド・データ生成部、１３４…デジタル補正処理部、１３６…変動モデル格納部、１３８…変動モデル形成部、１４０…補償演算部、１４２…出力波形変形部、１４４…差分演算部、１４６…ラッチレジスタ、１４８…差分計算器、１５０…差分合計計算器、１５２…差分累計演算部、１５４…ラッチレジスタ、１５６…補償値演算部、１５８…ラッチレジスタ、１６０…バイアス値、１６２…乗算器、１６４，１６６，１７０…ラッチレジスタ、１６８…加算器、１９２…受信回路、１９４…ＡＤＣ、１９８…受信回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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