(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号から帰還信号を減算し、得られた誤差信号成分を増幅する誤差増幅器と、
この誤差増幅器から供給される増幅された信号成分と前記入力信号とを合成する利得合成器と、
この利得合成器から供給される合成信号に対して変調処理および周波数変換処理を施す変調／周波数変換器と、
前記誤差増幅器から供給される誤差信号成分をデジタル化するアナログ／デジタル変換器と、
このアナログ／デジタル変換器から供給されるデジタル化された誤差信号成分に対して所定の演算処理を施し、該演算処理の結果に基づき制御信号を発生させるデジタル信号処理回路と、
このデジタル信号処理回路から供給される前記制御信号をアナログ化するデジタル／アナログ変換器と、
このデジタル／アナログ変換器から供給されるアナログ化された前記制御信号に基づき、前記変調／周波数変換器から供給される信号に対して周波数変換処理および移相処理を施す周波数変換／移相器と、
この周波数変換／移相器から供給される周波数変換処理および移相処理を施された前記信号に対して周波数変換処理および復調処理を施し、その結果を前記帰還信号として前記誤差増幅器に供給する復調／周波数変換器と、を備え、リアルタイムに安定化することを特徴とする閉ループ発振監視・制御回路。
【請求項２】
前記デジタル信号処理回路における所定の演算処理は、誤差信号成分から位相を監視するための演算処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の閉ループ発振監視・制御回路。
【請求項３】
前記デジタル信号処理回路における所定の演算処理は、ループ利得を監視するための演算処理を含むことを特徴とする請求項１に記載の閉ループ発振監視・制御回路。
【請求項４】
処理する信号は相互に位相が９０°異なる２種類の信号であり、前記変調／周波数変換器における変調処理は直交変調処理であり、前記復調／周波数変換器における復調処理は直交復調処理であることを特徴とする請求項１に記載の閉ループ発振監視・制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信等の無線装置等に用いられる閉ループ発振監視・制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、デカルトループに代表される閉ループを有する帰還増幅回路は、運用時に安定度が問題となる。特に、ループと称される帰還利得に対し許容される入力帰還信号の位相差、すなわち位相余裕度により回路の安定度が決定される。このため、外乱の少ない回路（機器）構成とすることはもとより、定期的に閉ループを開放し、入出力の位相関係を再調整して再びループを閉じることが一般的な制御手法となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
更に、このような回路はループの開閉が必要な上に、現在運用されている閉ループ構成は、特に移動体通信装置等の無線装置において大きな意味を持ち、利得制御および誤差制御等に用いられている。通信速度の高速化が進む中、上述したようなループの安定度を確保するための確認再調整には特殊な調整波形の信号を用いなければならず、また、それに要する時間は通信速度に対して常に一定の比率を占めている。すなわち、通信の連続性や通信速度の高速化に支障を来す虞れがあった。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたものであり、ループの安定度を確保するための確認再調整に特殊な調整波形の信号を用いる必要がなく、また、通信の連続性や通信速度の高速化に支障を来す虞れのない閉ループ発振監視・制御回路を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１に、本発明の閉ループ発振監視・制御回路は、入力信号から帰還信号を減算し、得られた誤差信号成分を増幅する誤差増幅器と、この誤差増幅器から供給される増幅された信号成分と前記入力信号とを合成する利得合成器と、この利得合成器から供給される合成信号に対して変調処理および周波数変換処理を施す変調／周波数変換器と、前記誤差増幅器から供給される誤差信号成分をデジタル化するアナログ／デジタル変換器と、このアナログ／デジタル変換器から供給されるデジタル化された誤差信号成分に対して所定の演算処理を施し、該演算処理の結果に基づき制御信号を発生させるデジタル信号処理回路と、このデジタル信号処理回路から供給される前記制御信号をアナログ化するデジタル／アナログ変換器と、このデジタル／アナログ変換器から供給されるアナログ化された前記制御信号に基づき、前記変調／周波数変換器から供給される信号に対して周波数変換処理および移相処理を施す周波数変換／移相器と、この周波数変換／移相器から供給される周波数変換処理および移相処理を施された前記信号に対して周波数変換処理および復調処理を施し、その結果を前記帰還信号として前記誤差増幅器に供給する復調／周波数変換器と、を備え、リアルタイムに安定化することを特徴としている。
【０００６】
また、第２に、本発明の閉ループ発振監視・制御回路は、上記第１に記載の閉ループ発振監視・制御回路において、前記デジタル信号処理回路における所定の演算処理は、誤差信号成分から位相を監視するための演算処理を含むことを特徴としている。
【０００７】
また、第３に、本発明の閉ループ発振監視・制御回路は、上記第１に記載の閉ループ発振監視・制御回路において、前記デジタル信号処理回路における所定の演算処理は、ループ利得を監視するための演算処理を含むことを特徴としている。
【０００８】
また、第４に、本発明の閉ループ発振監視・制御回路は、上記第１に記載の閉ループ発振監視・制御回路において、処理する信号は相互に位相が９０°異なる２種類の信号であり、前記変調／周波数変換器における変調処理は直交変調処理であり、前記復調／周波数変換器における復調処理は直交復調処理であることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を移動体通信装置の閉ループ発振監視・制御回路に適用した一実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本実施の形態に係る閉ループ発振監視・制御回路を示すブロック図である。図１において、後述する演算処理等のデジタル信号処理を行うデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等からなるデジタル信号処理回路１は、デジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器（以下、ＤＡＣと言う）２に接続されている。このＤＡＣ２は、ベースバンド帯域で信号合成処理を行うベースバンド部１０に接続されているとともに、周波数変換処理および移相処理を行う周波数変換／移相器４に接続されている。ベースバンド部１０は、直交変調処理および周波数変換処理を行う直交変調／周波数変換器５に接続されており、該直交変調／周波数変換器５は、電力増幅を行う増幅器６に接続されている。この増幅器６は、出力信号の一部を所望のレベルに変換する固定減衰器７を介して周波数変換／移相器４に接続されている。この周波数変換／移相器４は、直交復調処理および周波数変換処理を行う直交復調／周波数変換器８に接続されており、該直交復調／周波数変換器８は、ベースバンド部１０に接続されている。更に、ベースバンド部１０は、アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（以下、ＡＤＣと言う）９を介してデジタル信号処理回路１に接続されている。ここで、ＤＡＣ２からベースバンド部１０へは、入力信号ｉ＿ｉｎ、ｑ＿ｉｎおよび利得制御信号ｇａｉｎが供給され、ベースバンド部１０から直交変調／周波数変換器５へは、出力信号ｉ＿ｏｕｔ、ｑ＿ｏｕｔが供給される。直交復調／周波数変換器８からベースバンド部１０へは、帰還信号ｉ＿ｒｅｔ、ｑ＿ｒｅｔが供給される。また、ベースバンド部１０からＡＤＣ９へは、誤差信号ｉ＿ｅｒｒｏｒ、ｑ＿ｅｒｒｏｒが供給される。
【００１１】
ベースバンド部１０において、誤差増幅器１１は、ＤＡＣ２から供給される入力信号ｉ＿ｉｎから帰還信号ｉ＿ｒｅｔを減算（逆位相加算）し、得られた誤差信号成分を所定の利得で増幅するものである。この誤差増幅器１１は、ＬＰＦ１３を介して可変利得合成器１４に接続されている。この可変利得合成器１４は、誤差増幅器１１からＬＰＦ１３を介して供給される増幅された信号成分と入力信号ｉ＿ｉｎとを、ＤＡＣ２から供給される利得制御信号ｇａｉｎに基づく利得で合成し、出力信号ｉ＿ｏｕｔとして出力するものである。なお、誤差増幅器１１からの増幅された信号成分は、誤差信号ｉ＿ｅｒｒｏｒとしてＡＤＣ９に供給される。ｉ信号を処理するためのｉ信号処理系はこのような構成を有しているが、ｉ信号と位相が９０°異なるｑ信号を処理するためのｑ信号処理系についても同様な構成を有している。すなわち、誤差増幅器１５は、ＤＡＣ２から供給される入力信号ｑ＿ｉｎから帰還信号ｑ＿ｒｅｔを減算（逆位相加算）し、得られた誤差信号成分を所定の利得で増幅するものである。この誤差増幅器１５は、ＬＰＦ１７を介して可変利得合成器１８に接続されている。この可変利得合成器１８は、誤差増幅器１５からＬＰＦ１７を介して供給される増幅された信号成分と入力信号ｑ＿ｉｎとを、ＤＡＣ２から供給される利得制御信号ｇａｉｎに基づく利得で合成し、出力信号ｑ＿ｏｕｔとして出力するものである。なお、誤差増幅器１５からの増幅された信号成分は、誤差信号ｑ＿ｅｒｒｏｒとしてＡＤＣ９に供給される。
【００１２】
次に、このように構成された閉ループ発振監視・制御回路の動作について説明する。まず、デジタル信号処理回路１にて波形整形された所望の信号は、ＤＡＣ２によってアナログ信号に変換され、入力信号ｉ＿ｉｎ、ｑ＿ｉｎとして誤差増幅器１１、１５にそれぞれ供給される。誤差増幅器１１では、入力信号ｉ＿ｉｎから帰還信号ｉ＿ｒｅｔ（後述する）が減算され、その結果得られた誤差信号成分が増幅される。この増幅された信号成分は、ＬＰＦ１３を介して可変利得合成器１４に供給され、入力信号ｉ＿ｉｎと合成された後、出力信号ｉ＿ｏｕｔとして直交変調／周波数変換器５に供給される。一方、誤差増幅器１５でも同様に、入力信号ｑ＿ｉｎから帰還信号ｑ＿ｒｅｔ（後述する）が減算され、その結果得られた誤差信号成分が増幅される。この増幅された信号成分は、ＬＰＦ１７を介して可変利得合成器１８に供給され、入力信号ｑ＿ｉｎと合成された後、出力信号ｑ＿ｏｕｔとして直交変調／周波数変換器５に供給される。直交変調／周波数変換器５では、ローカル信号に対して出力信号ｉ＿ｏｕｔ、ｑ＿ｏｕｔによる直交変調処理が施され、更に所望の周波数への周波数変換処理が施されて増幅器６に供給される。増幅器６では、供給された信号に対して電力増幅が行われ、次段へ出力されるようになっている。また、この出力信号の一部は、固定減衰器７を介して周波数変換／移相器４に供給される。
【００１３】
また、誤差増幅器１１からの誤差信号ｉ＿ｅｒｒｏｒおよび誤差増幅器１５からの誤差信号ｑ＿ｅｒｒｏｒは、ＡＤＣ９によってデジタル信号に変換されてデジタル信号処理回路１に供給される。このデジタル信号処理回路１では、デジタル化された誤差信号に対して後述するような演算処理が施される。そして、その結果得られた制御信号は、ＤＡＣ２によってアナログ信号に変換された後、周波数変換／移相器４に供給される。この周波数変換／移相器４では、増幅器６から固定減衰器７を介して供給される所望のレベルの出力信号に対して、上記制御信号に基づく周波数変換処理および、送信波に直接外乱を与えることのない帰還信号系にて信号の連続性を失わない幅で連続的に移相処理が施される。この周波数変換処理および移相処理が施された信号は、直交復調／周波数変換器８に供給され、直交復調処理および周波数変換処理が施された後、帰還信号ｉ＿ｒｅｔ、ｑ＿ｒｅｔとして出力されるようになっている。
【００１４】
続いて、デジタル信号処理回路１における演算処理について、図２〜図４のフローチャートを参照しながら説明する。ここで、角度推定処理の軽減と安定度向上のため、大きく４つのステップを設ける。
（１）レベル判定による角度推定必要性の有無。
（２）角度推定処理の有無。
（３）ループの異常判定。
（４）ＤＣ中心点の補正処理。
以下、この順序により説明する。
【００１５】
以下に説明する信号処理は、デジタル信号処理回路１が生成するあらゆる波形の信号に対して行うことができる。このため、信号としての規定は行わず、また、通信中の信号を用いても処理が可能となる。なお、初期状態では、位相の確認調整後、正常な位相レベルでループ動作が開始されたものとして説明する。
【００１６】
まず、ステップＳ１０１において、誤差信号抽出レベル補正処理が行われる（ｉ＿ｅｒｒｏｒ２＝ｉ＿ｅｒｒｏｒ*β、ｑ＿ｅｒｒｏｒ２＝ｑ＿ｅｒｒｏｒ*β）。このステップは、演算処理のため、演算初期値に実データ基準を合わせる、いわゆる倍率合せのためのステップである。これは演算上、デジタル信号処理回路１が、演算が容易になるよう基準信号の角度が例えば３３°であった場合にも仮想的に０°にするための処理であり、実計算は行列となる。このステップにおいて、抽出処理の再生帰還信号が生成される。次に、ステップＳ１０２において、レベル判定１が行われる（ｌｅｖｅｌ≦α）。このステップでＹＥＳの場合は、ステップＳ１０３に進み、減算処理されているループの状態が、基準帰還信号のレベルおよび１８０°の反転位相状態とともに、問題無しとの判断が為される。この場合、制御の必要はなく、次のサンプル処理まで待機する。一方、ステップＳ１０２でＮＯの場合は、ステップＳ１０４に進み、更にレベル判定２が行われる（ｌｅｖｅｌ≧δ）。このステップでＹＥＳの場合、ステップＳ１０５に進み、レベル異常カウンタの更新（インクリメント）が行われる（Ｌ＿ｅｒｒｏｒ＝Ｌ＿ｅｒｒｏｒ＋１）。そして、ステップＳ１０６に進み、レベル異常の判定が行われ（Ｌ＿ｅｒｒｏｒ≧ｓｅｔ１）、ＹＥＳの場合は、設定値を超えて異常レベルであると判断して、安定動作を明らかに逸脱した状態にあると判定し、機器の動作そのものに異常報知をする。一方、ステップＳ１０４でＮＯの場合、ステップＳ１０７に進み、誤差信号抽出処理および基準角度（アナログ誤差）補正処理が行われる（（ｉ＿ｅｒｒｏｒ２−ｒｅｆ）*基準角度補正＝ｉ＿ｄａｔ、（ｑ＿ｅｒｒｏｒ２−ｒｅｆ）*基準角度補正＝ｑ＿ｄａｔ）。次に、ステップＳ１０８に進み、レベル抽出が行われる（ｌｅｖｅｌ＝（ｉ＿ｅｒｒｏｒ２）＾２＋（ｑ＿ｅｒｒｏｒ２）＾２）。
【００１７】
次に、ステップＳ１０９に進み、レベル異常カウンタの更新（ディクリメント）が行われる（Ｌ＿ｅｒｒｏｒ＝Ｌ＿ｅｒｒｏｒ−１）。次に、ステップＳ１１０に進み、再生帰還信号により、位相の推定が行われる（θ＝ａｔａｎ（ｑ＿ｄａｔ／ｉ＿ｄａｔ））。次に、ステップＳ１１１において、位相判定１が行われる（θ≦θｍｉｎ）。このステップでＹＥＳの場合は、判定された角度が充分安定動作範囲内にあると判断して、ステップＳ１１２に進み、位相問題無しとの判断が為され、制御処理を行わず次のデータのサンプル処理を行う。一方、ステップＳ１１１でＮＯの場合は、ステップＳ１１３に進み、更に位相判定２が行われる（θ＞θｍａｘ）。このステップでＹＥＳの場合は、補正処理中であるにも拘わらず、位相が補正できない（ループ安定度等以外の要因で高速に位相が変化し続けていると判定し、機器異常を確認する）。すなわち、ステップＳ１１５に進み、位相異常カウンタの更新（インクリメント）が行われる（θ＿ｅｒｒｏｒ＝θ＿ｅｒｒｏｒ＋１）。そして、ステップＳ１１６に進み、位相異常の判定が行われ（θ＿ｅｒｒｏｒ≧ｓｅｔ４）、ＹＥＳの場合は、異常検出処理が行われる。一方、ステップＳ１１３でＮＯの場合は、ステップＳ１１４に進み、更に位相判定３が行われる（θｍｉｎ＜θ≦θｍａｘ）。このステップでＹＥＳの場合、上述したステップＳ１１５に進むが、ＮＯの場合は、ステップＳ１１７に進み、補正処理、すなわち、現位相設定値に対する加減処理および対応するテーブル等の設定値補正処理が行われる。そして、設定値の変更や次サンプルの取り込みが行われる。その結果、ループ安定度を損わない変化速度および位相変化幅で追従制御が行われる。
【００１８】
ところで、ステップＳ１０９の後（機能的には並行して）、ステップＳ１１８に進み、ＤＣ中心点移動平均処理（データのサンプリング）が行われる。この処理は、出力信号ｉ＿ｏｕｔ／ｑ＿ｏｕｔの固定複数位相方向のみにて処理が行われる（ｉ＿ｅｒｒｏｒ２［ｓｅｔ６間サンプル］、ｑ＿ｅｒｒｏｒ２［ｓｅｔ６間サンプル］）。次に、ステップＳ１１９に進み、ＤＣ誤差抽出処理が行われる（ｉ＿ｄｃ＝ｉ＿ｅｒｒｏｒ２［ｓｅｔ６間サンプル］−ｒｅｆ、ｑ＿ｄｃ＝ｑ＿ｅｒｒｏｒ２［ｓｅｔ６間サンプル］−ｒｅｆ）。この処理では、複数方向同一レベルの信号についてｓｅｔ６間サンプルが行われ、その中点を算出する中心と基準ｒｅｆとから行われる。次に、ステップＳ１２０において、ＤＣ誤差判定が行われる（ｓｅｔ８≧ｉ＿ｄｃ≧−ｓｅｔ８、ｓｅｔ８≧ｑ＿ｄｃ≧−ｓｅｔ８）。この処理では、そのＤＣ中心点変動がｉ信号、ｑ信号のいずれか一方、または双方について設定範囲を超えた場合、機器環境が変化したと判断される。すなわち、このステップでＹＥＳの場合は、処理は行われないが、ＮＯの場合は、ステップＳ１２１に進み、ＤＣ誤差補償処理、すなわち、誤差方向と反対側に制御し記憶されている今までの平均値をリセットするような処理が行われる（ｉ＿ｄｃｏｕｔ＝ｉ＿ｄｃｏｕｔ＋ｉ＿ｄｃ、ｉ＿ｏｕｔ＋ｉ＿ｄｃｏｕｔ（常時）→ｉ＿ｄｃリセット）。
【００１９】
このように、デジタル信号処理回路１では、誤差信号ｉ＿ｅｒｒｏｒおよびｑ＿ｅｒｒｏｒに基づくデジタル化（量子化）された誤差信号に対して上述したような演算処理を施すことにより位相や閉ループ利得を監視しており、閉ループを閉じたままリアルタイムで位相や利得の制御を行うことができる。特に、本実施の形態では、このような制御をベースバンド帯域で行っており、良好な安定度が得られる。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の閉ループ発振監視・制御回路によれば、デジタル化（量子化）された誤差信号に対して所定の演算処理を施すことにより位相や閉ループ利得を監視しており、特殊な調整波形の信号を用いることなく、閉ループを閉じたままリアルタイムで位相や利得の制御を行うことができる。従って、例えば、移動体通信装置等の無線装置の閉ループ発振監視・制御回路に本発明を適用した場合、通信の連続性や通信速度の高速化に支障を来す虞れはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る閉ループ発振監視・制御回路を示すブロック図である。
【図２】図１に示した閉ループ発振監視・制御回路に設けられたデジタル信号処理回路における演算処理について説明するためのフローチャートである。
【図３】図１に示した閉ループ発振監視・制御回路に設けられたデジタル信号処理回路における演算処理について説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示した閉ループ発振監視・制御回路に設けられたデジタル信号処理回路における演算処理について説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１  デジタル信号処理回路
２  ＤＡＣ
４  周波数変換／移相器
５  直交変調／周波数変換器
８  直交復調／周波数変換器
９  ＡＤＣ
１１，１５  誤差増幅器
１４，１８  可変利得合成器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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