(57)【要約】【課題】複数系統の受信系を持つ受信機において非線形歪等化を行う時に必要最低限の回路規模の増加のみでレプリカ部での高次歪が発生しない受信機を提供すること。【解決手段】非線形アンプ１０５，１０６の前段にはカプラ１０３，１０４の出力ポートが接続され、アンプ１０５，１０６の後段にはＳＰＤＴスイッチ１０７，１０８が配置され、該スイッチ１０７，１０８の２つの入力ポートの一方は自系のＲＦ復調回路１１３，１１４の入力段と接続され、ＲＦ復調回路１１３，１１４の出力段はＤＰＤＴスイッチ１２１の入力ポートが接続され、該スイッチ１２１の一方の出力ポートは非線形歪補償回路１２４の入力ポートに接続され、他方の出力ポートは非線形歪補償回路１２４内の複素３乗回路１２８か、ベースバンド復調回路１２６に接続するかを選択するＳＰＤＴスイッチ１２５の入力ポートに接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２系統の無線信号を受信する受信機であって、
一方の系の受信信号を自系と他系の出力ポートに分配するカプラと、前記カプラの自系出力ポートに接続されて自系信号を増幅する非線形特性を有するアンプと、前記アンプの自系出力ポートと他系のカプラの他系出力ポートに接続される２系統の入力ポートを有し、該入力ポートを切り替えて自系又は他系の信号を出力する第１のスイッチと、前記第１のスイッチから出力される自系又は他系の信号をベースバンド信号に復調するＲＦ復調回路と、を前記系統別に配置し、前記各ＲＦ復調回路の出力ポートと個々に接続する２系統の入力ポートと、該各入力ポートを自系又は他系の出力ポートに切り替えて接続する第２のスイッチと、該第２のスイッチの一方の出力ポートに接続される自系入力ポート、該第２のスイッチの他方の出力ポートに接続された第３のスイッチの出力ポートに接続される他系入力ポート、自系出力ポート及び他系出力ポートを有し、該他系入力ポートの後段に複素乗算回路を配置した非線形歪補償回路と、該非線形歪補償回路の自系出力ポートに接続される自系ベースバンド復調回路と、前記第３のスイッチは、前記第２のスイッチの他方の出力ポートを前記複素乗算回路又は他系ベースバンド復調回路に接続するかを選択することを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記２系統の無線信号が共に弱電界である場合はダイバーシチモードとして動作し、前記２系統の無線信号が共に強電界である場合は、前記ダイバーシチモードから非線形歪等化モードに切り替えることを特徴とする請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記自系をマスタ系とし、前記他系をスレーブ／レプリカ系とし、前記２系統の無線信号が共に強電界である場合は前記非線形歪等化モードとして動作し、前記２系統の無線信号のうち受信レベルが小さい方を前記マスタ系として動作することを特徴とする請求項１又は２記載の受信機。
【請求項４】
前記２系統の無線信号の一方が弱電界であり他方が強電界である場合は前記非線形歪等化モードとして動作し、強電界側の系を前記マスタ系として動作することを特徴とする請求項３記載の受信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信等のデジタル無線伝送システムにおいて受信系で発生する非線形歪を補償する非線形歪等化技術を利用する受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のとしては、例えば、アナログレプリカを用いた非特許文献１の方式が知られている。この非線形歪等化回路の回路構成を図７に示す。この非線形歪等化回路３００の回路構成については説明を省略し、機能のみを説明する。この非線形歪等化回路３００では、誤り訂正後の判定値から再符号化、再変調、Ｄ／Ａ変換を行い、さらに補償したい非線形アンプと同一特性を持つもう一つの非線形アンプで増幅してアナログレプリカを生成し、再びＡ／Ｄ変換でデジタル化したレプリカ（複製）を用いて入力信号と誤差を比較する事で非線形歪を補償するものである。
【０００３】
また、他の非線形歪等化回路としては、例えば、特許文献１の方式が知られている。この非線形歪等化回路の構成を図８に示す。この非線形歪等化回路２００では、同期キャリア変調されたＯＦＤＭベースバンド信号をＮ次関数変換特性（Ｎ＞１）によって変換する非線形歪補償用複素信号変換回路２０１と、非線形歪補償用複素信号変換回路２０１の出力をＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理するＦＦＴ回路２０２と、ＦＦＴ回路２０２の出力の同期復調を行う同期復調回路２０３と、同期復調回路２０３の出力と理想受信点との誤差を算出する誤差算出回路２０４と、誤差算出回路２０４の出力する誤差信号を用いて非線形歪補償用複素信号変換回路２０１の特性を決定する係数を更新する非線形歪補償用係数更新回路（ＬＭＳ（Least Mean Square ）回路）２０５と、ＯＦＤＭベースバンド信号の複素信号を３乗する複素３乗回路２０６と、複素３乗回路２０６の出力をＦＦＴ処理するＦＦＴ回路２０７と、ＦＦＴ回路２０７の出力の同期復調を行う同期復調回路２０８と、ＦＦＴ回路２０７の出力から伝送路特性を算出して同期復調回路２０３，２０８に出力する伝送路特性算出回路２０９と、を具備する構成のものである。この構成においては、非線形歪素子前段の信号をｘ（ｎ）、非線形歪を受けた信号を復調しＡ／Ｄ変換した信号をｙ（ｎ）、非線形歪の大きさを表す係数をｂ３ とすると非線形アンプにより３次歪を受けた信号ｙは、以下に示す数式（１）で表される。
【数１】
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【０００４】
特許文献１では非線形歪補償後の信号をｚ、非線形歪補償量を表す係数をａ３ とすると、以下の数式（２）に示すようにｙから３次歪レプリカを生成し係数を乗じて元の入力信号と加算することで非線形歪を補償している。
【数２】
2007266788.tif 000004
【０００５】
数式（１）を数式（２）に代入すると、数式（２）は以下に示す数式（３）のように表すことができる。
【数３】
2007266788.tif 000005
【０００６】
数式（３）において、ｘの５次以上の非線形歪を無視すると、ａ３=ｂ３ の時３次歪を除去できる。この場合、ａ３ は復調点ｑと判別点ｄの誤差ｅが最小となるように、非線形歪補償用係数更新回路２０５においてＬＭＳアルゴリズムを用いて係数を更新する。以上により、複素信号中の非線形歪を補償することができる。
【特許文献１】特開２００３−２５８６８５号公報（第１１６頁、図９７）
【非特許文献１】電子情報通信学会論文誌2002/1Vol.J-85B No.1 “OFDM伝送における非線形ひずみの再帰的処理に基づく補償法”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記非特許文献１に記載された非線形歪等化回路３００では、非線形歪補償用に回路内に再符号／変調回路とアナログアンプ等のアナログ回路をさらに追加する必要があるため、回路規模が大きくなり、かつ消費電流が大きくなるという課題がある。また、非線形歪等化回路３００では、アナログアンプは送信系と非線形特性が同一のものが必要になるため、特性バラツキによる補償効果劣化やバラツキを抑えるためのアンプ選別作業等によるコスト増加の面で不利となる。
【０００８】
これらの不利な面を解決する手法として、従来、上記特許文献１に示す対策が挙げられるが、すでに非線形歪を受けた信号を３乗してレプリカを生成するため、非線形歪量が大きい時はレプリカに高次歪が発生し正確な非線形歪補償ができない。従来、特許文献１では、上記数式（３）のｘの５次以上の項を無視することを前提にすれば、ａ３=ｂ３ の時３次歪の補償が可能であるが、ｘが大きい時、またはｂ３ が大きい時は５次以上の歪が無視できなくなるため正確なレプリカが生成できず補償効果が得られない。高次歪の影響を除去するには、上記数式（２）においてレプリカ｜ｙ２｜ｙを｜ｘ２｜ｘとすれば可能であるが、これは非線形歪素子前段の信号からレプリカを生成するＢＳを意味し、従来の非特許文献１のように受信回路の内部に変調系をもう１ブロック追加することに帰着する。そのため、従来から無線方式として多く利用される受信ダイバーシチあるいはＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）等ではフロントエンドが２系統以上必要であるが、高次歪を発生しないようにレプリカを生成しようとするとさらに変調系が２系統必要になる。以上のように受信側で行う非線形歪等化回路は非線形歪を受けた信号からレプリカを生成する際に高次歪が発生しないようにレプリカを生成しようとすると回路規模が大きくなるという問題がある。
【０００９】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、複数系統の受信系を持つ受信機において非線形歪等化を行う時に必要最低限の回路規模の増加のみでレプリカ部での高次歪が発生しない受信機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】
【００１０】
本発明の受信機は、少なくとも２系統の無線信号を受信する受信機であって、一方の系の受信信号を自系と他系の出力ポートに分配するカプラと、前記カプラの自系出力ポートに接続されて自系信号を増幅する非線形特性を有するアンプと、前記アンプの自系出力ポートと他系のカプラの他系出力ポートに接続される２系統の入力ポートを有し、該入力ポートを切り替えて自系又は他系の信号を出力する第１のスイッチと、前記第１のスイッチから出力される自系又は他系の信号をベースバンド信号に復調するＲＦ復調回路と、を前記系統別に配置し、前記各ＲＦ復調回路の出力ポートと個々に接続する２系統の入力ポートと、該各入力ポートを自系又は他系の出力ポートに切り替えて接続する第２のスイッチと、該第２のスイッチの一方の出力ポートに接続される自系入力ポート、該第２のスイッチの他方の出力ポートに接続された第３のスイッチの出力ポートに接続される他系入力ポート、自系出力ポート及び他系出力ポートを有し、該他系入力ポートの後段に複素乗算回路を配置した非線形歪補償回路と、該非線形歪補償回路の自系出力ポートに接続される自系ベースバンド復調回路と、前記第３のスイッチは、前記第２のスイッチの他方の出力ポートを前記複素乗算回路又は他系ベースバンド復調回路に接続するかを選択する構成を採る。
【００１１】
この構成によれば、大幅に回路を追加することなく、２系統の受信信号の状態に応じてダイバーシチモードと非線形歪等化モードを適宜切り替えることができる。また、非線形歪等化モードで動作する際は、非線形素子であるアンプの前段において他系（レプリカ）信号を生成するため、非線形歪補償回路内の複素乗算回路において高次歪みが発生せず、非線形歪補償回路の非線形歪補償効果を増大させることができる。
【００１２】
また、本発明の受信機は、請求項１記載の受信機において、前記２系統の無線信号が共に弱電界である場合はダイバーシチモードとして動作し、前記２系統の無線信号が共に強電界である場合は、前記ダイバーシチモードから非線形歪等化モードに切り替える構成を採る。
【００１３】
この構成によれば、２系統の無線信号が共に強電界では「非線形歪」、２系統の無線信号が共に弱電界では「ノイズ」と異なる受信性能の劣化要因に対して受信性能の改善を図ることができ、強電界／弱電界のいずれにおいても動作レンジが拡大できるため、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の受信機は、請求項１又は２記載の受信機において、前記自系をマスタ系とし、前記他系をスレーブ／レプリカ系とし、前記２系統の無線信号が共に強電界である場合は前記非線形歪等化モードとして動作し、前記２系統の無線信号のうち受信レベルが小さい方を前記マスタ系として動作する構成を採る。
【００１５】
この構成によれば、非線形歪量がより小さい方の系統を選択して非線形歪補償を行うため、受信動作が安定するまでの収束時間を短縮し、補償効果の高い受信系動作が可能となる。
【００１６】
また、本発明の受信機は、請求項３記載の受信機において、前記２系統の無線信号の一方が弱電界であり他方が強電界である場合は前記非線形歪等化モードとして動作し、強電界側の系を前記マスタ系として動作する構成を採る。
【００１７】
この構成によれば、受信環境が高Ｃ／Ｎ（Carrier to Noise ratio）であるため、非線形歪補償後の性能が高い系を選択して受信でき、受信性能を高めることが可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大幅に回路を追加することなく、２系統の受信信号の状態に応じてダイバーシチモードと非線形歪等化モードを適宜切り替えることができる。また、非線形歪等化モードで動作する際は、非線形素子であるアンプの前段において他系（レプリカ）信号を生成するため、非線形歪補償回路内の複素乗算回路において高次歪みが発生せず、非線形歪補償回路の非線形歪補償効果を増大させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態における非線形歪等化回路を適用した受信機の回路構成を示す図である。図１に示す受信機１００は、０系と１系の２系統による受信ダイバーシチ機能を有する受信機である。そのため。送信信号は０系アンテナ１０１、１系アンテナ１０２で受信される。アンテナ１０１，１０２は、それぞれ０系カプラ１０３、１系カプラ１０４の入力ポートと接続する。各カプラ１０３，１０４のトランスミッションポートは、それぞれ０系非線形アンプ１０５、１系非線形アンプ１０６の入力ポートに接続し、０系非線形アンプ１０５、１系非線形アンプ１０６の各出力ポートは０系ＳＰＤＴスイッチ１０７、１系ＳＰＤＴ（Single Pole Double Throw）スイッチ１０８のそれぞれ２つの入力ポートのうち、０系ＳＰＤＴスイッチ１０７のマスタ入力ポート１０９、１系ＳＰＤＴスイッチ１０８のマスタ入力ポート１１０に接続する。
【００２１】
なお、０系非線形アンプ１０５及び１系非線形アンプ１０６としては、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier ）を用いるものとする。
【００２２】
一方、０系カプラ１０３、１系カプラ１０４の各カップリングポートは、それぞれ他系のＳＰＤＴスイッチ、すなわち、１系ＳＰＤＴスイッチ１０８のレプリカ入力ポート１１１、０系ＳＰＤＴスイッチ１０７のレプリカ入力ポート１１２に接続する。
【００２３】
０系ＳＰＤＴスイッチ１０７、１系ＳＰＤＴスイッチ１０８の各出力ポートは、それぞれ０系ＲＦ復調回路１１３と１系ＲＦ復調回路１１４の入力ポートと接続する。０系ＲＦ復調回路１１３は、０系ダウンコンバータ１１５と、０系直交復調器１１６と、０系Ａ／Ｄコンバータ１１７から構成される。また、１系ＲＦ復調回路１１４は、１系ダウンコンバータ１１８と、１系直交復調器１１９と、１系Ａ／Ｄコンバータ１２０から構成される。０系ＲＦ復調回路１１３と１系ＲＦ復調回路１１４の各出力ポートは、ＤＰＤＴ（Double Pole Double Throw）スイッチ１２１の入力ポートと接続する。
【００２４】
ＤＰＤＴスイッチ１２１の内部は、入力信号を平行して出力させるか、または交差させて出力させるかを切り替える構成となっている。ＤＰＤＴスイッチ１２１の出力ポートは、マスタ系とスレーブ／レプリカ系に分かれる。ここで、「マスタ系」とは復調に使用する主な通信系であり、「スレーブ系」とはダイバーシチモードにおいてマスタ系に不具合がある場合に切り替えて使用するか、ダイバーシチ合成のたに使用する系であり、「レプリカ系」とは非線形歪等化モードにおいてマスタ系の非線形歪を補償するために使用されるレプリカ系の信号を処理するための系である。
【００２５】
これらマスタ系、スレーブ／レプリカ系それぞれの出力ポートには、マスタ系遅延調整器１２２とスレーブ／レプリカ系遅延調整器１２３が接続される。マスタ系遅延調整器１２２の出力ポートは、非線形歪報償回路１２４のマスタ系入力ポートと接続する。スレーブ／レプリカ系遅延調整器１２３の出力ポートは、スレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ１２５の入力ポートと接続する。
【００２６】
スレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ１２５は、２つの出力ポートを備え、それぞれスレーブ系出力ポートとレプリカ系出力ポートとなる。スレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ１２５のスレーブ系出力ポートは、スレーブ系ベースバンド復調回路１２６の入力ポートと接続する。スレーブ系ベースバンド復調回路１２６の出力ポートは、合成／選択／分離回路１２７のスレーブ系入力ポートと接続する。スレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ１２５のレプリカ系出力ポートは、非線形歪補償回路１２４のレプリカ系入力ポートと接続する。
【００２７】
非線形歪補償回路１２４は、上記マスタ系入力ポートとレプリカ系入力ポートの他に、非線形歪補償係数入力ポート、マスタ系出力ポート及びレプリカ系出力ポートを有する。非線形歪補償回路１２４は、レプリカ系入力ポートに入力される信号を複素３乗する複素３乗回路１２８と、その演算結果を非線形歪補償係数入力ポートに入力される信号と乗算する乗算器１２９と、乗算器１２９の出力とマスタ系入力ポートに入力される信号を加算して加算結果をマスタ系出力ポートに出力する加算機１３０と、から構成される。非線形歪補償回路１２４のマスタ系出力ポートは、マスタ系ベースバンド復調回路１３１の入力ポートと接続する。
【００２８】
マスタ系ベースバンド復調回路１３１は、２つの出力ポートを備え、一方の出力ポートは合成／選択／分離回路１２７のマスタ系入力ポートと接続し、他方の出力ポートはレプリカ系誤差算出回路１３５の入力ポートと接続する。また、複素３乗回路１２８の出力は分岐されてレプリカ系ベースバンド復調回路１３２の入力ポートに接続される。レプリカ系ベースバンド復調回路１３２の出力ポートは、係数更新回路１３３のレプリカ系入力ポートに接続する。
【００２９】
合成／選択／分離回路１２７は、上記マスタ系入力ポートとレプリカ系入力ポートの他に、誤り訂正側出力ポートと誤差算出側出力ポートを有する。誤り訂正側出力ポートは、スライサ１３４の入力ポートに接続され、スライサ１３４の出力ポートは、後段の図示しない誤り訂正部に接続される。また、誤差算出側出力ポートは、誤差算出回路１３５の入力ポートに接続され、誤差算出回路１３５の出力ポートは、係数更新回路１３３の誤差入力ポートに接続される。また、係数更新回路１３３の出力ポートは、非線形歪補償回路１２４の非線形歪補償係数入力ポートに接続する。
【００３０】
次に、本実施の形態における受信機１００の動作について説明する。受信機１００は、大きく分けてダイバーシチモードと非線形歪等化モードで動作する。これらの動作モードは、受信電界強度に応じて切り替えるものとする。弱電界時や各アンテナ１０１，１０２で受信される信号レベルの検出が必要な場合はダイバーシチモードに切り替え、強電界時は非線形歪等化モードに切り替える。受信電界強度はマスタ系ベースバンド復調回路１３１及びスレーブ系ベースバンド復調回路１２６において回線推定／回線補償を行う段階で算出する。
【００３１】
このように受信電界強度に応じて動作モードを切り替えることにより、強電界／弱電界のいずれにおいても動作レンジが拡大できるため、ダイナミックレンジの拡大を図ることができる。
【００３２】
図２は、本実施の形態における受信機１００のダイバーシチモード時の信号の流れを示すブロック図である。図２において、太実線矢印は０系の信号が流れる、細実線矢印は１系の信号の流れ、細一点鎖線矢印は歪報償関連の処理の流れ、太一点鎖線矢印はベースバンド復調処理後の信号の流れ、細点線矢印は信号が流れない経路を、それぞれ示す。
【００３３】
まず、受信機１００のダイバーシチモード時における動作について、図２を参照して説明する。
【００３４】
ダイバーシチモードでは、０系アンテナ１０１及び１系アンテナ１０２から入力された各信号は、それぞれ０系カプラ１０３及び１系カプラ１０４の各トランスミッションポートから出力される。０系カプラ１０３及び１系カプラ１０４の各結合度は、カプラの通過損失によるＮＦ（Noise Figure：雑音指数）劣化が当該受信機１００のシステムに影響を及ぼさない程度に設定する。例えば、結合度が３０ｄＢとすれば、通過損失は０．００４ｄＢとなる。
【００３５】
０系カプラ１０３及び１系カプラ１０４を通過した各信号は、それぞれ０系非線形アンプ１０５及び１系非線形アンプ１０６で増幅される。ダイバーシチモード時は、弱電界時であるため、増幅された信号に非線形歪成分は発生しない。０系非線形アンプ１０５及び１系非線形アンプ１０６で増幅された各信号は、それぞれ自身の系側にスイッチが切り替えられた０系ＳＰＤＴスイッチ１０７及び１系ＳＰＤＴスイッチ１０８を通過する。
【００３６】
なお、この時、１系ＳＰＤＴスイッチ１０８のレプリカ入力ポート１１１、０系ＳＰＤＴスイッチ１０７のレプリカ入力ポート１１２はオープン状態となり、０系カプラ１０３及び１系カプラ１０４の各カップリングポートのインピーダンスは５０Ωにはならない。すなわち、０系カプラ１０３及び１系カプラ１０４の結合度が小さいため、トランスミッションポートに対して大きな影響はない。
【００３７】
０系非線形アンプ１０５及び１系非線形アンプ１０６を通過した各信号は、それぞれ０系ＲＦ復調回路１１３及び１系ＲＦ復調回路１１４によりＲＦ周波数信号からデジタルベースバンド信号に変換される。なお、本実施の形態では、０系ＲＦ復調回路１１３は、０系ダウンコンバータ１１５、０系直交復調器１１６及び０系Ａ／Ｄコンバータ１１７から構成され、１系ＲＦ復調回路１１４は、１系ダウンコンバータ１１８、１系直交復調器１１９及び１系Ａ／Ｄコンバータ１２０から構成された場合を示したが、ＲＦ周波数信号をデジタルベースバンド信号に変換する復調回路として、ダイレクトコンバージョン方式を用いても良い。
【００３８】
０系ＲＦ復調回路１１３及び１系ＲＦ復調回路１１４から出力された各系のデジタルベースバンド信号は、ＤＰＤＴスイッチ１２１を通過する。この時、ＤＰＤＴスイッチ１２１では、信号を交差させずに出力するように内部スイッチを切り替える。ＤＰＤＴスイッチ１２１より後段の回路では、０系の信号はダイバーシチ受信におけるマスタ系の信号として処理され、１系の信号はスレーブ系の信号として処理される。
【００３９】
なお、０系をスレーブ系、１系をマスタ系として処理する場合はＤＰＤＴスイッチ１２１を交差させるようにスイッチを切り替えればよい。ＤＰＤＴスイッチ１２１を通過したマスタ系とスレーブ系の各信号は、最終的に合成／選択／分離回路１２７における入力タイミングが一致するように、マスタ系遅延調整器１２２とスレーブ／レプリカ系遅延調整器１２３において事前に遅延調整が行われる。
【００４０】
マスタ系遅延調整器１２２で遅延調整されたマスタ系の信号は、非線形歪補償回路１２４では特に処理は加えられずそのまま通過させ、マスタ系ベースバンド復調回路１３１でベースバンド復調が行われ、復調後の信号は合成／選択／分離回路１２７のマスタ系入力ポートに入力される。
【００４１】
非線形歪補償回路１２４において、何も処理を加えずにマスタ系の信号を通過させるためには、係数更新回路１３３から常に０を出力させ、乗算器１２９の出力が常に０となるようにすることで、加算器１３０では乗算器１２９からの入力信号が加算されず、その出力信号（加算結果）として、マスタ系の信号を通過させることができる。
【００４２】
一方、スレーブ／レプリカ系遅延調整器１２３で遅延調整されたスレーブ系の信号は、スレーブ側に切り替えたスレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ１２５によりスレーブ系の回路に送られる。
【００４３】
合成／選択／分離回路１２７では、アンテナ選択又は係数合成ダイバーシチ等の方式に基づいて、マスタ／スレーブのうちの一方の系の信号を選択したり、マスタ／スレーブ各系の信号に係数を乗じて加算する等のダイバーシチ合成処理を行い、その処理後の信号をスライサ１３４に出力する。スライサ１３４では、処理後の信号の符号判別を行い、後段の誤り訂正部に出力する。
【００４４】
以上がダイバーシチモードにおける動作である。次に、受信機１００の非線形歪等化モード時における動作について、図３を参照して説明する。図３は、０系非線形歪等化モード時の信号の流れを示すブロック図である。図３において、太実線矢印はマスタ系の信号の流れ、細実線矢印はスレーブ系の信号の流れ、太一点鎖線矢印はベースバンド復調処理後の流れ、細一点鎖線矢印は歪補償関連の処理の流れ、細点線矢印は信号が流れない経路を、それぞれ示す。
【００４５】
非線形歪等化モード時は強電界であるため、０系又は１系の一方のアンテナからの入力信号を用いて復調処理を行う。図３では、０系のアンテナ１０１から入力された信号を選択するものとし、０系から入力された信号の処理をマスタ系、非線形歪補償処理で使用するレプリカ信号を生成するために行う信号処理をレプリカ系とする。
【００４６】
０系アンテナ１０１から入力された信号は、０系カプラ１０３のトランスミッションポートから０系の復調回路へ出力されるマスタ系と、０系カプラ１０３のカップリングポートから１系の復調回路へ出力されるレプリカ系に分岐される。この時、０系カプラ１０３の結合度は、上述の通りダイバーシチモードにおいてカプラの通過損失によるＮＦ劣化がシステムに影響を及ぼさない程度に設定する。
【００４７】
マスタ系の信号は、０系カプラ１０３のトランスミッションポートから出力された後、０系非線形アンプ１０５で増幅される。この時、信号に非線形成分が加えられる。０系非線形アンプ１０５で増幅されたマスタ系の信号は、０系側にスイッチが切り替えられた０系ＳＰＤＴスイッチ１０７を通過し、さらに０系ＲＦ復調回路１１３に入力される。
【００４８】
一方、レプリカ系の信号は、０系カプラ１０３のカップリングポートから出力された後、１系側にスイッチが切り替えられた１系ＳＰＤＴスイッチ１０８を介して１系ＲＦ復調回路１１４に入力される。なお、レプリカ系の信号は、非線形アンプを介していないためトータルのＮＦ劣化が懸念されるが、非線形歪等化モードは強電界時のみの動作であるため受信性能に関して大きな影響はない。
【００４９】
また、０系カプラ１０３は、結合度が小さい場合においても、以降の回路において非線形歪補償に使用する係数が最適化されるため、低振幅でレプリカ系の信号を取り出しても問題とはならない。さらに、非線形歪等化モード時は、受信機１００の受信性能に関与しないようにするため、１系非線形アンプ１０６への動作電源（図示せず）の供給をＯＦＦにすることで消費電流の削減も図ることができる。
【００５０】
次いで、非線形歪等化モード時において、０系ＲＦ復調回路１１３及び１系ＲＦ復調回路１１４にそれぞれ入力されたマスタ系の信号とレプリカ系の信号は、上記ダイバーシチモード時と同様にＲＦ周波数の信号からベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号に変換されたマスタ系とレプリカ系の各信号は、ＤＰＤＴスイッチ１２１を通過する。この時、ＤＰＤＴスイッチ１２１では、信号を交差させずに出力するように内部スイッチが切り替えられる。
【００５１】
ＤＰＤＴスイッチ１２１を通過したマスタ系とレプリカ系の各信号は、係数更新回路１３３の入力部で入力タイミングが一致するように、マスタ系遅延調整器１２２とスレーブ／レプリカ系遅延調整器１２３において遅延調整が行われる。係数更新回路１３３に入力されるマスタ系とレプリカ系の各信号のタイミングがずれる主な要因は、受信機１００内のアナログ回路部において発生する位相ずれ等の回路に固有の値である。このため、回路の生産時等において、アナログ回路部に固定の値を設定したり、同期信号等を用いてアナログ回路部の固有の値を逐次合わせこみを行う方法を用いても良い。
【００５２】
マスタ系遅延調整器１２２で遅延調整が行われたマスタ系の信号は、非線形歪補償回路１２４のマスタ系入力ポートに入力される。また、スレーブ／レプリカ系遅延調整器１２３で遅延調整が行われたレプリカ系の信号は、スレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ１２５により非線形歪補償回路１２４のレプリカ系入力ポートに入力される。
【００５３】
次に、非線形歪補償回路１２４に入力されたマスタ系の信号は、非線形歪補償処理が行われる。この非線形歪補償回路１２４では、レプリカ系の信号は、複素３乗回路１２８で複素３乗処理され、３次成分のレプリカ系の信号に変換される。すなわち、複素３乗回路１２８の入力をＲとすると、｜Ｒ２｜Ｒ が生成される。複素３乗回路１２８で生成された３次歪成分のレプリカ系の信号は、非線形歪補償回路１２４内部の乗算器１２９に出力されるとともに、非線形歪補償回路１２４外部のレプリカ系ベースバンド復調回路１３２に出力される。
【００５４】
乗算器１２９に出力された３次歪成分のレプリカ系の信号は、係数更新回路１３３で生成された非線形歪補償係数ａ３ と乗算された後、加算器１３０で元のマスタ系の信号と加算されることにより、マスタ系の信号の非線形歪が補償される。この非線形歪補償の原理について、以下に詳細に説明する。
【００５５】
０系非線形アンプ１０５から出力されるマスタ系の信号をｙ、０系非線形アンプ１０５の利得をｂ１ 、３次歪の大きさを表す係数をｂ３ とすると、０系非線形アンプ１０５の主要な非線形歪成分は３次歪であるため、信号ｙは以下に示す数式（４）で表すことができる。
【数４】
2007266788.tif 000006
【００５６】
０系非線形アンプ１０５から出力される信号ｙは、後段の線形歪ｓを介して非線形歪補償回路１２４に入力されるため、非線形歪補償回路１２４に入力される信号Ｙは以下に示す数式（５）で表すことができる。
【数５】
2007266788.tif 000007
【００５７】
一方、０系カプラ１０３で結合されたレプリカ系の信号をｘとすると、この信号ｘは、非線形歪補償回路１２４に到達するまでに非線形歪が生じないため線形歪のみが生じる。この線形歪をｒとすると非線形歪補償回路１２４に入力されるレプリカ系の信号Ｒは以下に示す数式（６）で表すことができる。
Ｒ＝ｒｘ・・・・（６）
【００５８】
ここで、非線形歪補償回路１２４では、信号Ｙ及び信号Ｒ、非線形歪補償係数ａ３ を用いて非線形歪補償後の信号Ｚが生成される。この場合、非線形歪補償の動作は以下に示す数式（７）で表すことができる。
【数６】
2007266788.tif 000008
【００５９】
ここで、上記数式（７）に数式（４）、（５）を代入すると、信号ｚは以下の数式（８）で表すことができる。
【数７】
2007266788.tif 000009
【００６０】
この数式（８）において、ａ３｜ｒ２｜ｒ−ｓｂ３ が０の時、すなわち、ａ３ が以下に示す数式（９）で表される時、３次歪が完全に補償される。
【００６１】
【数８】
2007266788.tif 000010
従来に示した数式（３）と比較すると、本実施の形態の非線形歪補償回路１２４では高次歪が発生しないことが分かる。
【００６２】
以上のように、非線形歪が補償されたマスタ系の信号は、マスタ系ベースバンド復調回路１３１でベースバンド復調処理が行われた後、合成／選択／分離回路１２７に入力される。合成／選択／分離回路１２７に入力されたマスタ系の信号は、そのままスライサ１３４と誤差算出回路１３５に分岐して出力される。スライサ１３４に入力されたマスタ系の信号は、符号判別が行われた後、誤り訂正部に出力される。誤差算出回路１３５に入力されたマスタ系の信号は、スライサ１３４により算出された判別点ｄと復調点ｑとの誤差が算出される。この誤差算出動作について、図４を参照して説明する。
【００６３】
図４において、復調シンボルｑは４０１として表している。変調方式がＱＰＳＫ（Quadrate Phase Shift Keying ）である場合は、判別点として取り得るシンボルは、図中４０２で示す４点が復調シンボルの候補となる。図４において、復調シンボルｑ４０１から最も近い判別点として取り得るシンボル４０２を判別点ｄ４０３として決定し、判別点ｄ４０３と復調シンボルｑ４０１の差を誤差ベクトル成分ｅ４０４として算出する。また、誤差算出回路１３５では、復調方式によっては誤差ベクトルｅ４０４に加えてマスタ系ベースバンド復調回路１３１で算出された回線推定値Ｈを用いて誤差量を調整した信号を係数更新回路１３３に出力するようにしても良い。
【００６４】
レプリカ系ベースバンド復調回路１３２に入力された３次歪成分のレプリカ系の信号は、ほぼマスタ系ベースバンド復調回路１３１と同様の復調処理が行われた後、その処理結果が係数更新回路１３３に出力される。
【００６５】
係数更新回路１３３では、レプリカ系ベースバンド復調回路１３２から入力されたレプリカ系の信号と、誤差算出回路１３５から入力されたマスタ系の誤差と、から以下に示す数式（１０）のＬＭＳアルゴリズムに基づいて、評価関数Ｊ（最小にしたい誤差量の絶対値の２乗）が最小となる非線形歪補償係数ａ３ を逐次算出し、算出した非線形歪補償係数ａ３ を非線形歪補償回路１２４の非線形歪補償係数入力ポートに出力する。
【数９】
2007266788.tif 000011
ここで、αは定数、ｎはサンプル番号である。
【００６６】
また、数式（１０）は、本実施の形態では、以下に示す数式（１１）に置き換えることが可能である。
【数１０】
2007266788.tif 000012
ここで、μはステップサイズパラメータ、＊は複素共役である。また、Ｅｒｒ（ｎ）は誤差算出回路１３５における処理を表し、Ｒｅｐ（ｎ）はレプリカ系ベースバンド復調回路１３２における処理を表す。
【００６７】
誤差算出回路１３５及びレプリカ系ベースバンド復調回路１３２における処理は、以下の表１に示すように変調方式（すなわち、マスタ系ベースバンド復調回路１３１の構成）と評価関数Ｊによって異なる。
【００６８】
【表１】
2007266788.tif 000013
【００６９】
次に、受信機１００の１系非線形歪等化モード時における動作について、図５参照して説明する。図５は、１系非線形歪等化モード時の信号の流れを示すブロック図である。図５において、太実線矢印はマスタ系の信号の流れ、細実線矢印はレプリカ系の信号の流れ、太一点鎖線矢印はベースバンド復調処理後の流れ、細一点鎖線矢印は歪補償関連の処理の流れ、細点線矢印は信号が流れない経路を、それぞれ示す。
【００７０】
この図５では、１系から入力された信号の処理がマスタ系で行われ、後段の非線形歪補償処理においてレプリカ信号を生成するために使用する信号処理がレプリカ系で行われる。１系アンテナ１０２から入力された信号は、１系カプラ１０４のトランスミッションポートから１系復調回路１１４に出力されるマスタ系と、１系カプラ１０４のカップリングポートから０系復調回路１１３に出力されるレプリカ系に分岐される。
【００７１】
マスタ系の信号は、１系カプラ１０４のトランスミッションポートから出力された後、１系非線形アンプ１０６で増幅される。この時、マスタ系の信号には非線形成分が加えられる。１系非線形アンプ１０６で増幅されたマスタ系の信号は、１系側にスイッチが切り替えられた１系ＳＰＤＴスイッチ１０８を通過して１系ＲＦ復調回路１１４に入力される。
【００７２】
一方、レプリカ系の信号は、１系カプラ１０４のカップリングポートから出力された後、０系側にスイッチが切り替えられた０系ＲＦ復調回路１１３に入力される。この時、０系非線形アンプ１０５は受信性能に関与しないため、０系非線形アンプ１０５に供給する外部電源（図示せず）をＯＦＦすることで消費電流を削減することができる。
【００７３】
１系ＲＦ復調回路１１４、０系ＲＦ復調回路１１３にそれぞれ入力されたマスタ系の信号とレプリカ系の信号は、上記ダイバーシチモード時と同様にＲＦ周波数の信号からベースバンド信号に変換される。ベースバンド信号に変換されマスタ系の信号とレプリカ系の信号は、ＤＰＤＴスイッチ１２１を通過する。この時、ＤＰＤＴスイッチ１２１では、入力信号を交差して出力するように内部スイッチが切り替えられる。この時、信号経路の交差によるカップリング作用で互いの信号に影響を与えないように、その信号経路間が十分に絶縁されたＤＰＤＴスイッチ１２１を用いる。以降の動作については、上記０系アンテナ１０１からの入力信号を選択した場合の非線形歪等化モード時の動作と同様であるため、説明を省略する。以上が非線形歪等化モードにおける動作である。
【００７４】
ダイバーシチモードと非線形歪等化モードの切り替えタイミングとしては、一定時間毎にダイバーシチモードを選択して各系の受信レベルを判定してモードを切り替えるか、又は、非線形歪等化モード時に弱電界であることを検出した際にアンテナを別系統に切り替え、別系統に切り替えても弱電界のままであればダイバーシチモードに切り替えるといった方法が考えられる。また、２系統とも強電界である場合は、マスタ系として補償すべき非線形歪量が小さい受信電力が小さい系を選択すると、補償すべき非線形歪量が小さいため、収束時間・補償後の特性ともに良好な特性を得ることができる。さらに、例えば、一方の系が強電界、他方の系が弱電界である場合は、強電界側をマスタ系として非線形歪等化モードで動作させる。上記実施の形態の受信機では、ノイズよりも非線形歪による劣化に強いため、強電界の系を選択することでより高い受信性能が得られる。
【００７５】
なお、非線形素子としては非線形アンプに用いたＬＮＡだけでなく、復調前段であればどのような非線形アンプを用いても良い。但し、各回路の配置は、「カプラ」→「非線形アンプ」→「ＳＰＤＴスイッチ」の順に配置することが必要である。
【００７６】
また、上記実施の形態では、合成／選択／分離回路１２７は、スライサ１３４及び誤差算出回路１３５の間に配置する構成としたが、マスタ系ベースバンド復調回路１３１及びスレーブ系ベースバンド復調回路１２６の途中に合成／選択／分離回路１２７を配置し、残りのベースバンド復調機能は合成／選択／分離回路１２７とスライサ１３４間、又は、合成／選択／分離回路１２７と誤差算出回路１３５間に配置するようにしても良い。
【００７７】
また、上記実施の形態では、係数更新アルゴリズムとしてＬＭＳアルゴリズムを適用した場合を説明したが、ＲＭＳ（Root Mean Square）アルゴリズムや遺伝的アルゴリズムを適用するようにしても良い。
【００７８】
また、上記実施の形態では、ダイバーシチモードと非線形歪等化モードの切り替えについて説明したが、ダイバーシチモードをＭＩＭＯモードとしても良い。この場合、ＭＩＭＯモードにおける動作（切り替え条件）は、上記ダイバーシチモードと同じであるが、合成／選択／分離回路１２７において各系の信号についてマルチパス分離等のＭＩＭＯ復調を行い、演算結果をシリアル化して誤り訂正部に出力すればよい。ダイバーシチモード、非線形歪等化モード、ＭＩＭＯモードにおける合成／選択／分離回路１２７の動作内容を以下の表２に示す。
【００７９】
【表２】
2007266788.tif 000014
【００８０】
また、上記実施の形態では、複素３乗回路１２８を適用した場合を示したが、５次歪、７次歪等のその他の次数の歪に対して同様の処理を行うようにしても良い。
【００８１】
以上のように、本実施の形態の受信機では、２系統の無線受信機能を有し、各系の非線形特性を有するアンプの前段にはカプラのトランスミッションポートが接続され、アンプの後段にはＳＰＤＴスイッチが配置され、ＳＰＤＴスイッチの２つの入力ポートの一方は自系のＲＦ復調回路の入力ポートと接続され、ＲＦ復調回路の出力ポートにはＤＰＤＴスイッチの入力ポートが接続され、ＤＰＤＴスイッチの出力ポートの一方はベースバンド復調回路の前段に配置された非線形歪補償回路の入力ポートに接続され、他方の出力ポートは、その出力段を非線形歪補償回路内の複素３乗回路か、もう１系統のベースバンド復調回路に接続するかを選択するＳＰＤＴスイッチの入力ポートに接続される構成を有する。
【００８２】
この構成により、ダイバーシチモードと非線形等化モードを大幅な回路追加なしで切り替えることができ、かつ非線形等化モード時においては非線形素子前段の信号からレプリカ信号を生成するため複素３乗回路では高次歪が発生せず、補償効果を増大させることができる。
【００８３】
なお、上記実施の形態の説明では、非線形アンプとして３次歪のみを考慮した場合は完全に非線形歪を補償できる旨を述べたが、５次以上の非線形歪を含む一般的なアンプモデルに対しても十分な補償効果を持たせることができる。この補償効果について、一般的なアンプモデルとして知られているＳＳＰＡ（Solid State Power Amplifier ）モデルを例に説明する。この場合、入力をｘ、出力をｙとすると、ＳＳＰＡモデルは以下に示す数式（１２）で表すことができる。
【数１１】
2007266788.tif 000015
【００８４】
ここで、ｙｓａｔは飽和出力、ｐは入出力特性カーブの形状を表す係数である。式（１２）の非線形アンプモデルに対して従来の非線形歪補償の式（２）を用いた場合と、本実施の形態の非線形歪補償の式（７）を用いた場合の効果の違いを図６に示す。図６では、ｙｓａｔ＝０．０２，ｐ＝３とした時の「歪み補償無し（一点鎖線）」と、「従来の歪補償後（細い実線）」と、「本実施の形態の歪補償後（太い実線）」と、「線形特性（点線）」との効果の違いを示している。この図６により、５次以上の非線形歪を有するアンプモデルに対しても本実施の形態を適用することにより線形性が向上することが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係る受信機は、複数系統の受信系を持つ受信機において非線形歪等化を行う時に必要最低限の回路規模の増加のみでレプリカ部での高次歪が発生しない非線形歪等化技術を提供できるため、非線形歪等化技術をあらゆる無線通信技術に適用できる点で有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る受信機の構成を示すブロック図
【図２】本実施の形態に係る受信機のダイバーシチモード時の信号の流れを示すブロック図
【図３】本実施の形態に係る受信機の０系非線形歪等化モード時の信号の流れを示すブロック図
【図４】本実施の形態に係る誤差算出回路による誤差算出動作を説明するための図
【図５】本実施の形態に係る受信機の１系非線形歪等化モード時の信号の流れを示すブロック図
【図６】本実施の形態に係る非線形歪補償後の従来と本案の特性の違いを示す図
【図７】従来の非線形歪等化回路の回路構成を示す図
【図８】従来の他の非線形歪等化回路の回路構成を示す図
【符号の説明】
【００８７】
１００  受信機
１０１  ０系アンテナ
１０２  １系アンテナ
１０３  ０系カプラ
１０４  １系カプラ
１０５  ０系非線形アンプ
１０６  １系非線形アンプ
１０７  ０系ＳＰＤＴスイッチ
１０８  １系ＳＰＤＴスイッチ
１１３  ０系ＲＦ復調回路
１１４  １系ＲＦ復調回路
１２１  ＤＰＤＴスイッチ
１２２  ０系遅延調整器
１２３  １系遅延調整器
１２４  非線形歪補償回路
１２５  スレーブ／レプリカ切替ＳＰＤＴスイッチ
１２６  スレーブ系ベースバンド復調回路
１２７  合成／選択／分離回路
１２８  複素３乗回路
１２９  乗算器
１３０  加算器
１３１  マスタ系ベースバンド復調回路
１３２  レプリカ系ベースバンド復調回路
１３３  係数更新回路
１３４  スライサ
１３５  誤差算出回路
【図１】
2007266788.tif 000016
【図２】
2007266788.tif 000017
【図３】
2007266788.tif 000018
【図４】
2007266788.tif 000019
【図５】
2007266788.tif 000020
【図６】
2007266788.tif 000021
【図７】
2007266788.tif 000022
【図８】
2007266788.tif 000023