(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極座標空間変調システムにおいて線形変調信号を発生するための装置であって、
送信のための信号を位相成分と振幅成分とに分離するシグナルプロセッサと、
前記位相成分で搬送波信号を変調する位相変調器と、
前記振幅成分で前記位相変調された搬送波信号を変調して線形変調信号を生成する振幅変調器と、
前記位相変調器によって生じた位相歪みを補償する補償回路と、
を備え、
前記補償回路は、前記位相成分を入力するように前記シグナルプロセッサに接続されるとともに、前記位相変調器で生じた遅延を表す信号及び歪んだ位相成分の情報を受信するように前記位相変調器に接続される
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
補償関数をc(t)、φを送信する信号の位相成分、τを前記位相変調器において前記位相成分によって生じた遅延、〜φを歪んだ位相成分、q-τを遅延演算子（すなわちq-τ=x(t-τ)）、A(t)を、｜c(t)｜＜∞，∀tとなるように、すなわち、補償関数c(t)の絶対値がすべてのtに対して無限大より小さくなるように、選択される関数とすると、
前記補償回路は、補償関数c(t)を、
0004414100.tif 000011
で規定することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記補償回路は、前記位相変調器により生じた位相歪みに基づいて、前記振幅成分に前記補償関数を適用することで前記振幅成分を修正することを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記補償回路は、前記位相歪みを補償する非線形フィルタを備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
セルラ送信機に含まれることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
極座標空間変調システムにおいて線形変調信号を発生する方法であって、
送信のための信号を位相成分と振幅成分とに分離する分離ステップと、
位相変調器が、前記位相成分で搬送波信号を位相変調する位相変調ステップと、
振幅変調器が、前記振幅成分で前記位相変調された搬送波信号を変調する振幅変調ステップと、
補償回路が、前記位相変調によって生じた位相歪みを補償する補償ステップと、
を有し、
前記位相変調器で生じた遅延を表す信号及び歪んだ位相成分の情報に依存して、前記位相変調器から前記補償回路に信号が転送される
ことを特徴とする方法。
【請求項７】
補償関数をc(t)、φを送信する信号の位相成分、τを前記位相変調器において前記位相成分によって生じた遅延、〜φを歪んだ位相成分、q-τを遅延演算子（すなわちq-τ=x(t-τ)）、A(t)を、｜c(t)｜＜∞，∀tとなるように、すなわち、補償関数c(t)の絶対値がすべてのtに対して無限大より小さくなるように、選択される関数とすると、
前記補償回路において、補償関数c(t)が、
0004414100.tif 000012
で規定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記補償ステップは、前記位相変調により生じた位相歪みに基づいて、前記振幅成分に前記補償関数を適用することで前記振幅成分を修正することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記補償ステップは、前記振幅成分を非線形フィルタリングするステップを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
通信システムにおけるセルラ送信機において行われることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（背景）
本発明は、極座標空間変調技術を用いた通信システムに関し、特に、セルラ通信システムのリモート端末における極座標空間変調を用いた線形変調信号を発生する方法および装置に関する。
【０００２】
セルラ無線システム、衛星無線システム等の近年の通信システムは、さまざまな方式の処理（アナログ、ディジタル、デュアルモード等）およびアクセス技術（周波数分割多元接続（FDMA）、自分かつ多元接続（TDMA）、符号分割多元接続（CDMA）、あるいはこれらの複合技術等）を使用している。
【０００３】
図１Ａは、セルラ移動無線電話システムの一例を示すブロック図であり、典型的な基地局110および移動局120を含んでいる。基地局は、制御・処理部130を含む。この制御・処理部130は、移動交換局（MSC）140を介して公衆交換電話網（PSTN）（図示せず）に接続される。かかるセルラ無線電話システムの概要は公知である。基地局110は、制御・処理部130により制御される音声チャネル送信機150を経由する複数の音声チャネルを取り扱う。また、各基地局は、２以上の制御チャネルの取り扱いを可能とする制御チャネル送信機160も含む。制御チャネル送信機160は、制御・処理部130によって制御される。制御チャネル送信機160は、基地局またはセルの制御チャネルを介して、その制御チャネルに同期した移動局に制御情報を報知する。送信機150および160は、同一の無線搬送波を共用する制御チャネルおよびトラフィックチャネルで使用するために、音声・制御送信機170の如く単一の装置として実現することができることは理解されよう。
【０００４】
移動局120にような典型的な送信機において、ベースバンド通信信号は、搬送波信号上に変調される位相、周波数、あるいは振幅であり、変調された信号が送信機から送信されることになる。
【０００５】
さまざまな変調技術が存在する。直交振幅変調（QAM）およびディジタル位相変調（PSK）は、線形変調技術の例である。これらの技術は一般に、図１Ｂに示すような直交（I-Q）振幅変調を使用する。送信しようとする情報100に基づいて、ディジタル・シグナル・プロセッサ（DSP)101は、ディジタルの同相（Ｉ）成分および直交（Ｑ）成分を生成する。これらディジタルのＩおよびＱ成分はその後、D/Aコンバータ102a,bによりアナログ信号に変換される。そのアナログ信号はローパスフィルタ103a,bでローパスフィルタリングされる。フィルタ103a,bの出力は各々、乗積器104a,bを用いて、位相が90°分離した搬送波信号105a,bを変調する。乗積器104a,bの出力は加算器106で加算されて信号107を形成し、この信号がパワーアンプで増幅されて送信されることになる。
【０００６】
多くの場合でより効率的であると考えられている別の変調技術に、極座標空間変調（polar modulation）がある。この技術はベースバンド信号の極座標表現に基づくものであり、例えば米国特許第5,430,416号に開示され、図２に示されている。この技術によれば、極性成分（すなわち、振幅（ｒ）成分および位相（φ）成分）が、Ｉ成分およびＱ成分のかわりに用いられる。送信しようとする情報200に基づいて、ディジタル・シグナル・プロセッサ（DSP）201は、振幅成分202および位相成分203を生成する。位相成分203は位相変調器（PMOD）205で搬送波信号を変調して、定包絡線位相変調を得る。振幅成分202はD/Aコンバータ204でアナログ信号に変換され、そのアナログ信号と出力信号208とに基づいてパワーアンプ（PA）207の電力を目標電力値に制御する信号の電流または電圧を調整するレギュレータ（REG）206に供給される。調整されたアナログ信号はパワーアンプ207において、そのパワーアンプの電力を制御することで位相変調された搬送波信号を変調する。そして、得られた増幅信号が送信出力される。
【０００７】
振幅成分で位相変調された信号を変調するためには、搬送波信号によって生じた位相遷移で位相合わせされた振幅成分を有することが必要である。従来の極座標空間変調装置においては、パワーアンプのような構成要素で位相歪みが生じ、振幅成分と位相変調された搬送波信号との間で調整ずれを起こす。その結果の振幅成分と位相変調された搬送波信号とでは、所望する変調搬送波信号と異なることになる。
【０００８】
この問題を解決するために、米国特許第4,972,440号に開示された技術を含む、さまざまな試みがなされてきた。この特許によれば、パワーアンプで生じた位相歪みは、それに対応する位相歪みを搬送波信号に加えることで補償される。
【０００９】
パワーアンプにより生じた位相歪みに加え、ローパスフィルタとして機能する構成要素を含む可能性のある位相変調器によって生じる位相歪みもある。位相変調器は多くの場合において理想的であることが前提とされている。すなわち、位相変調器は位相歪みを生じないことが前提とされている。しかしながら、実際の応用においては位相変調器は理想的ではなく、振幅成分と位相変調された搬送波信号との間の調整ずれを起こす位相歪みが発生する。このことは、所望の出力信号の周波数スペクトルよりもかなり広い周波数スペクトルを持った歪んだ出力信号を出力する可能性がある。パワーアンプで生じた位相歪みを補償するための公知の技術では、位相変調器で生じた位相歪みの問題を解決することはできない。
【００１０】
そのため、極座標空間変調システムにおいて位相変調により生じた位相歪みを補償する方法および装置が必要である。
【００１１】
（概要）
以上より、本発明の目的は、極座標空間変調システムにおいて位相変調により生じた位相歪みを補償して、線形変調信号することにある。本発明の他の目的は、極座標空間変調の効率性を利用して信号送信のためのスペクトル要求を満たすことにある。
【００１２】
実施形態によれば、これらの目的およびその他の目的は、極座標空間変調システムにおける線形変調信号（例えば、QAM信号またはPSK信号）を生成する装置および方法によって達せられる。送信のための信号は位相成分と振幅成分とに分離され、搬送波信号はその位相成分で位相変調される。位相変調器は位相歪みを生じるが、その位相歪みは振幅成分の修正に対する補償を受ける。位相変調された信号は、補償された振幅成分によって振幅変調されて、線形変調信号を生成する。
【００１３】
（詳細な説明）
説明のために、以下の説明ではセルラ無線通信システムが示されるが、本発明はそれに限定されるものではなく、他のタイプの通信システムにも適用可能であることは理解されよう。
【００１４】
本発明の実施形態によれば、QAM信号またはPSK信号等の線形変調信号を得るために、極座標空間変調システムにおける位相変調器によって生じる位相歪みが補償される。図３に、本発明による極座標空間変調システムの一例を示す。
【００１５】
図３に示すように、送信しようとする情報300（例えば２進情報）はまず、ディジタル波形フィルタ（FILTER）301でディジタル波形に変換された後、ディジタル・シグナル・プロセッサ（DSP）302で位相成分と振幅成分とに分離される。位相成分は、位相変調器（PMOD）305に送られ、ここで搬送波信号を変調し、定包絡線位相変調を得る。位相変調器は、例えばI-Q位相変調器またはΣΔフラクショナルＮ・PLL変調器であるが、いかなるタイプの従来の位相変調器であってもよい。このような変調器の例は、
係属中の米国特許出願第08/931,302号および米国特許出願第08/931,430号、ならびに、
T.Riley等による「簡略型連続位相変調技術（A Simplified Continuous Phase Modulator Technique）」（IEEE Transactions on Circuits and Systems-II, Vol. 41, pp. 321-326 (1994)）、および、
T.Riley等による「フラクショナルｎ周波数合成によるΔΣ変調（Delta-sigma Modulation in Fractional-n frequency Synthesis）」（IEEE Transactions on Solid State Circuits, Vol. 28, pp. 553-559 (1993)）
に開示されており、参照により本明細書に編入される。位相変調器305は位相変調された搬送波信号において位相歪みを生じる。
【００１６】
この位相歪みを修正し、線形変調信号を供給するために、振幅成分が補償回路（COMP）303に送られ、ここでその振幅成分を修正して位相変調器305により生じた位相歪みを補償する。例えば、補償回路303は、位相変調器305で生じた遅延、ならびに理想位相成分および歪んだ位相成分（すなわち位相変調器により生じた位相歪みを含む位相成分）に基づいて、補償関数を導き出す。補償回路303はこの補償関数を振幅成分に適用する。補償回路303は、これらの関数の実行を、数多くの方法で実現することができる。例えば、補償回路303は、振幅成分をどのように修正するかを決定するための（例えば、補償関数を決定するための）、ルックアップテーブルと、補償関数を振幅成分に適用するための非線形ディジタルフィルタとを有することが可能である。かわりに、いくつかの関数またはすべての関数がマイクロプロセッサによって実行されるようにしてもよい。
【００１７】
補償されたディジタル振幅成分は、D/Aコンバータ304でアナログ信号に変換される。得られたアナログ信号はレギュレータ（REG）307に送られ、ここでそのアナログ信号と出力信号308とに基づいてパワーアンプ306の電力を目標値に制御する信号の電流または電圧を調整する。そして、調整されたアナログ信号はパワーアンプ306において、そのパワーアンプの電力を制御することで位相変調された搬送波信号を変調し、増幅信号308が出力される。
【００１８】
補償回路303がどのように動作するのかを理解するために、所望の線形変調ベースバンド信号sb(t)が、次式で表されると仮定する。
【００１９】
0004414100.tif 000002
【００２０】
ただし、I(t)は所望の線形変調ベースバンド信号の同相成分、Q(t)はその直交成分である。このベースバンド信号の極座標表示は、次式で与えられる。
【００２１】
0004414100.tif 000003
【００２２】
そして、所望の送信信号s(t)は、次式で表される。
【００２３】
0004414100.tif 000004
【００２４】
ただし、φtは送信しようとする信号の位相成分、r(t)は送信しようとする信号の振幅成分、ω0は搬送波周波数である。
【００２５】
そして、位相変調器305からの信号出力は次式で表される。
【００２６】
0004414100.tif 000005
【００２７】
理想位相成分および位相変調器305からの信号出力に基づいて、補償回路303は次式で与えられる補償関数c(t)を導出する。
【００２８】
0004414100.tif 000006
【００２９】
ここで、q-τは遅延演算子（すなわちq-τ=x(t-τ)）であり、関数A(t)は、
｜c(t)｜＜∞，∀tとなるように、すなわち、補償関数c(t)の絶対値がすべてのtに対して無限大より小さくなるように、選択される。ω0＝０のとき、すなわちベースバンド信号の場合は、式(4)が最適補償関数であることが分かる。
【００３０】
Ｈregulator(f)＝１∀f、すなわち、レギュレータの伝達関数Ｈregulator(f)がすべての周波数に対して１である、と仮定すると、送信信号は次式で表される。
【００３１】
0004414100.tif 000007
【００３２】
0004414100.tif 000008
【００３３】
ただし、εtは位相誤差、すなわち、歪んだ位相成分と理想位相成分との位相歪み、を表す。εtがφtと比較して小さいと仮定し、三角恒等式およびテイラー展開を用いると、以下の関係が存在する。
【００３４】
0004414100.tif 000009
【００３５】
ただし、Ｏ(εt)はノイズ成分である。よって、補償された送信信号st(t)は、次式で表される。
【００３６】
0004414100.tif 000010
【００３７】
式(8)より、式(4)の補償関数を用いることで、送信信号は所望の信号と帯域制限された小さなノイズ成分とを有することが分かる。このノイズ成分は小さいので無視できる。したがって、補償された信号st(t)は、送信信号のための周波数スペクトル要求を満たす周波数スペクトルを有する。
【００３８】
図４は、本発明による極座標空間変調システムを用いた線形変調信号を発生する方法の一例を示している。まず、ステップ400で、送信しようとする情報をフィルタリングしてディジタル波形を出力する。次に、ステップ410で、フィルタを通過した信号を振幅成分と位相成分とに分離する。ステップ420で、位相成分が搬送波信号を変調する。ステップ430で、振幅成分に例えば非線形フィルタリングを通して補償関数を適用することで振幅成分を修正して、位相変調で生じた位相歪みを補償する。ステップ440で、補償された振幅成分をアナログ信号に変換し、ステップ450で、アナログ信号と出力信号とに基づいてパワーアンプのパワーレベルを調整する。ステップ460で、位相変調された搬送波信号を振幅変調して線形変調信号を生成する。そして、線形変調信号を送信出力する。
【００３９】
実施形態による装置および方法は、極座標空間変調を用いて、位相変調における位相歪みを補償することによって線形変調信号を生成する。
【００４０】
本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく他の特定の形態によっても実現が可能であることは理解されよう。したがって、上述した実施形態は説明のためのものであってそれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  セルラ通信システムを示す図である。
【図１Ｂ】  従来のI-Q直交振幅変調器を示す図である。
【図２】  従来の極座標空間変調器を示す図である。
【図３】  本発明による極座標空間変調を用いて線形変調信号を発生する装置の一例を示す図である。
【図４】  本発明による極座標空間変調を用いて線形変調信号を発生する方法の一例を示す図である。
【図１Ａ】
0004414100.tif 000013
【図１Ｂ】
0004414100.tif 000014
【図２】
0004414100.tif 000015
【図３】
0004414100.tif 000016
【図４】
0004414100.tif 000017