特開 2023-146258 無線装置、無線装置の制御方法及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023146258

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】無線装置、無線装置の制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04B 1/04 20060101AFI20231004BHJP

   H03F 1/32 20060101ALI20231004BHJP

   H03F 3/24 20060101ALI20231004BHJP

【ＦＩ】

H04B1/04 R

H03F1/32

H03F3/24

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022053355

(22)【出願日】2022-03-29

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人情報通信研究機構、「革新的情報通信技術研究開発委託研究／次世代の５次元モバイルインフラ技術の研究開発／衛星利用回線高性能化技術」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】301072650

【氏名又は名称】ＮＥＣスペーステクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】田中 秀典

【テーマコード（参考）】

5J500

5K060

【Ｆターム（参考）】

5J500AA01

5J500AA41

5J500AC22

5J500AC92

5J500AF07

5J500AF08

5J500AF14

5J500AK16

5J500AK33

5J500AK34

5J500AS14

5J500AT01

5J500AT03

5J500ND02

5J500NG03

5J500NG06

5J500NH07

5J500NM05

5J500NN16

5K060BB07

5K060CC04

5K060HH06

5K060HH09

5K060HH36

5K060KK06

5K060LL24

(57)【要約】

【課題】多素子アンテナにおいて、回路規模の増大を抑制してデジタルディストーションを実現する。
【解決手段】実施形態に係る無線装置１０は、送信信号を放射する、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナ１１と、複数のアンテナ素子の少なくとも１つの第１アンテナ素子により取り出された送信信号の漏れ信号を用いて、多素子アンテナ１１から放射される送信信号の歪補償をする歪補償部２０と、歪補償部２０によって歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ増幅する複数の増幅器１２とを含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

送信信号を放射する、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、
複数のアンテナ素子の少なくとも１つの第１アンテナ素子により取り出された、前記送信信号の漏れ信号を用いて、前記多素子アンテナから放射される送信信号の歪補償をする歪補償部と、
前記歪補償部によって歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ増幅する複数の増幅器と、
を含む、無線装置。

【請求項2】

前記歪補償部は、
前記漏れ信号と、該漏れ信号に対応しており前記歪補償部によって歪補償が行われる前の送信信号との差分に基づき、前記送信信号の歪補償を行う、
請求項１に記載の無線装置。

【請求項3】

前記第１アンテナ素子により取り出された漏れ信号の強度に基づき、前記多素子アンテナから放射された放射電力を算出する放射電力算出部と、
算出された前記多素子アンテナの放射電力に基づいて、多素子アンテナ１１の放射電力の校正を行うための校正情報を生成する校正情報生成部と、
をさらに備える、
請求項１又は２に記載の無線装置。

【請求項4】

送信信号を放射する、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナの少なくとも１つの第１アンテナ素子により前記送信信号の漏れ信号を取り出し、
前記送信信号の漏れ信号を用いて、前記多素子アンテナから放射される送信信号の歪補償を行い、
前記歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅器で増幅する、
無線装置の制御方法。

【請求項5】

多素子アンテナの複数のアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅器で増幅する無線装置に、
送信信号を放射する、前記複数のアンテナ素子の少なくとも１つの第１アンテナ素子により前記送信信号の漏れ信号を取り出す処理と、
前記送信信号の漏れ信号を用いて、前記多素子アンテナから放射される送信信号の歪補償を行う処理と、
前記歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅器で増幅する処理と、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、無線装置、無線装置の制御方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

多値変調方式を用いた通信においては、ピーク対平均電力比（（Peak to Average Power Ratio：ＰＡＰＲ）が大きくなり、増幅器をバックオフ動作させて、線形領域で動作させる必要がある。しかしながら、増幅器をバックオフ動作させると、電力付加効率が低下するという問題がある。そこで、増幅器がより小さなバックオフ動作で使用できるよう、歪補償を行うことが一般的になっている。

【0003】

歪補償には、アナログ素子を用いたアナログ方式と、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のデジタル信号処理装置を使用したデジタル方式があるが、昨今ではデジタルプリディストーションが主流となっている。

【0004】

特許文献１には、複数の増幅器を備える場合に、各増幅器から出力された信号の歪の大きさを監視し、その大きさに応じてフィードバック信号の切り替え間隔を制御する無線装置が開示されている。この無線装置では、複数のパス（増幅系統）はそれぞれ、歪補償係数を用いて送信信号の非線形歪を補償するプリディストーション部、及び歪補償された送信信号を増幅する増幅器を備えている。

【0005】

特許文献１では、フィードバック信号と、フィードバック信号に対応する歪補償前の送信信号との差分を求め、差分を抑える歪補償係数を求めて歪補償係数を更新し、複数のパスから出力された複数の送信信号の歪の大きさに応じて、切り替え部で選択される各フィードバック信号の選択時間の長さを制御している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３－２１４８２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ＬＥＯ（Low Earth Orbit）コンステレーション通信やＭＩＭＯ（Multiple-Input Multiple-Output）技術を使用した通信においては、フェーズドアレイ技術を用いたビーム制御が採用されている。このビーム制御は、多素子アンテナを使用し、各アンテナ素子から放射するビームの位相を調整することで実現する手法が一般的である。また、このケースでは、多数のアンテナ素子各々に対し、増幅器を具備させるものが主流である。このような多素子アンテナでデジタルプリディストーションを行う場合、多数の増幅器の各々にフィードバック回路を設けると、回路規模が大きくなりコストが増大してしまう。

【0008】

本開示の目的は、多素子アンテナにおいて、回路規模の増大を抑制してデジタルディストーションを実現することが可能な無線装置、無線装置の制御方法及びプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一態様に係る無線装置は、送信信号を放射する、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナと、複数のアンテナ素子の少なくとも１つの第１アンテナ素子により取り出された、前記送信信号の漏れ信号を用いて、前記多素子アンテナから放射される送信信号の歪補償をする歪補償部と、前記歪補償部によって歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ増幅する複数の増幅器とを含むものである。

【0010】

一態様に係る無線装置の制御方法は、送信信号を放射する、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナの少なくとも１つの第１アンテナ素子により前記送信信号の漏れ信号を取り出し、前記送信信号の漏れ信号を用いて、前記多素子アンテナから放射される送信信号の歪補償を行い、前記歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅器で増幅する。

【0011】

一態様に係るプログラムは、多素子アンテナの複数のアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅器で増幅する無線装置に、送信信号を放射する、前記複数のアンテナ素子の少なくとも１つの第１アンテナ素子により前記送信信号の漏れ信号を取り出す処理と、前記送信信号の漏れ信号を用いて、前記多素子アンテナから放射される送信信号の歪補償を行う処理と、前記歪補償されたアンテナ素子毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅器で増幅する処理とを実行させるものである。

【発明の効果】

【0012】

上記態様によれば、多素子アンテナにおいて、回路規模の増大を抑制してデジタルディストーションを実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施形態１に係る無線装置の構成を示す図である。

【図2】実施形態１に係る無線装置の制御方法を示すフロー図である。

【図3】実施形態２に係る無線装置の構成を示す図である。

【図4】多素子アンテナから放射される送信信号のビーム方向が正面方向（０°）である場合のアンテナパターンの一例を示す図である。

【図5】図４の時の、隣接アンテナ素子からの漏れ信号の強度の一例を示す図である。

【図6】実施形態３に係る無線装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面において、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明は省略される。

【0015】

実施形態は、複数のアンテナ素子を含む多素子アンテナを用いた無線装置における歪補償技術に関する。実施形態では、歪補償技術として、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）方式が用いられる。ＤＰＤ方式は、補償される増幅器とは異なる素子を用いて歪を発生させて、増幅器において発生する非線形歪を打ち消す方式である。

【0016】

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る無線装置１０の構成を示す図である。図１に示すように、無線装置１０は、多素子アンテナ１１、増幅器１２、歪補償部２０を含む。多素子アンテナ１１は、複数のアンテナ素子ａ１を含む。無線装置１０は、情報を符号化して送信信号を生成し、無線送信処理を施して、多素子アンテナ１１を介して空間へ放射する。無線送信に際して、複数のアンテナ素子ａ１から放射される信号には位相差が与えられ、ビームフォーミングが実行される。

【0017】

各アンテナ素子ａ１には、それぞれ増幅器１２が設けられている。歪補償部２０は、増幅器１２において発生する非線形歪みを補償するデジタルプリディストーションを実行する。実施形態１のデジタルプリディストーションでは、歪補償部２０は、複数のアンテナ素子ａ１の少なくとも１つのアンテナ素子ｂ１により取り出された、送信信号の漏れ信号を用いて歪補償をする。各増幅器１２は、歪補償部２０によって歪補償されたアンテナ素子ａ１毎の送信信号をそれぞれ増幅する。

【0018】

図２は、実施形態１に係る無線装置１０の制御方法を示すフロー図である。図２に示すように、歪補償部２０は、送信信号を放射する、複数のアンテナ素子ａ１を含む多素子アンテナ１１の少なくとも１つのアンテナ素子ｂ１により送信信号の漏れ信号を取り出す（Ｓ１１）。そして、歪補償部２０は、送信信号の漏れ信号を用いて、多素子アンテナ１１から放射される送信信号の歪補償を行う（Ｓ１２）。その後、各増幅器１２は、歪補償部２０により歪補償されたアンテナ素子ａ１毎の送信信号をそれぞれ対応する増幅する（Ｓ１３）。

【0019】

このように実施形態１によれば、多素子アンテナにおいて、各増幅器にフィードバック回路を設けることなく、回路規模の増大を抑制して、デジタルディストーションを実現することが可能となる。

【0020】

＜実施形態２＞
実施形態２は、上述した実施形態１の具体例である。図３は、実施形態２に係る無線装置１０の構成を示す図である。図３に示すように、無線装置１０は、多素子アンテナ１１、増幅器１２、信号処理部１３、分配器１４、分配器１５、位相器１６、歪補償部２０を含む。なお、図３においては、通信相手へ信号を送信する処理に関連する構成を図示している。

【0021】

図３に示す例では、多素子アンテナ１１は、１６個のアンテナ素子ａ１が４×４のマトリクス状に配置された構成を有している。また、１６個のアンテナ素子ａ１のうちの１つのアンテナ素子が、漏れ信号の検出に用いられる。この漏れ信号の検出に用いられるアンテナ素子を検出用アンテナ素子ｂ１とする。なお、漏れ信号の検出に用いられるアンテナ素子の数は少なくとも１つであればよく、１つに限定されない。

【0022】

信号処理部１３は、信号に対するベースバンド処理を実行する装置であり、例えば情報を符号化して送信信号を生成する。歪補償部２０は、アンテナ素子ａ１ごとに設けられた増幅器１２において発生する非線形歪みを補償するデジタルプリディストーションを実行する。歪補償部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを備えており、図３に示す構成要素の各種機能を実現する。デジタルプリディストーションにおいて、歪補償部２０は、送信信号に増幅器１２の非線形特性の逆特性を表す歪み補償係数を乗算する。

【0023】

以下、歪補償部２０について詳述する。歪補償部２０は、変調部２１、ＤＡ（Digital to Analog）変換部２２、周波数変換部２３、周波数変換部２４、ＡＤ（Analog to Digital）変換部２５、信号比較部２６を含む。変調部２１は、送信信号を通信相手が復調可能な電波形式に変調して、変調送信信号を生成する。ＤＡ変換部２２は、変調送信信号をＤＡ変換してアナログ信号を生成する。ＤＡ変換部２２により得られたアナログ信号は、周波数変換部２３により周波数変換され、無線周波数の送信信号となる。

【0024】

周波数変換された送信信号は、分配器１４、１５でアンテナ素子ａ１の数分だけ分波される。ここでは、分配器１４は送信信号を４分波し、分配器１５は分配器１４により分波された送信信号をさらに４分波する。分波された送信信号は、各送信経路を通過して、それぞれ異なるアンテナ素子ａ１に供給される。各送信経路には、位相器１６、増幅器１２がそれぞれ配置されている。

【0025】

位相器１６は、図示しないビーム制御部からの位相制御情報に基づいて、各アンテナ素子ａ１の信号の位相をそれぞれシフトさせる。位相器１６によって位相がシフトされた信号は、それぞれの送信経路に設けられた増幅器１２により増幅され、各アンテナ素子ａ１から送信される。各アンテナ素子ａ１の位相が個別に調整されることで、多素子アンテナ１１の指向性を調整することができる。

【0026】

なお、増幅器１２による増幅の際には非線形歪みが発生するが、実施形態２においては、以下に説明するように、歪補償部２０によって歪み補償が実行されているため、各アンテナ素子ａ１から送信された信号に含まれる非線形歪み成分は低減される。

【0027】

検出用アンテナ素子ｂ１は、アンテナ素子ａ１から放射した送信ビームにより生じる漏れ信号を検出する。検出用アンテナ素子ｂ１は、検出した漏れ信号をフィードバック信号としてフィードバックさせ、周波数変換部２４に入力させる。周波数変換部２４は、フィードバック信号を周波数変換して、ベースバンド周波数の信号へと変換する。ＡＤ変換部２５は、周波数変換部２４により変換された信号をＡＤ変換して、デジタル信号にする。

【0028】

信号比較部２６には、変調部２１から出力された変調送信信号と、ＡＤ変換部２５から出力されるデジタルのフィードバック信号とが入力される。信号比較部２６は、変調送信信号とフィードバック信号とを比較して、増幅器１２の非線形特性の逆特性を表す歪補償係数を求め、変調部２１に送信する。変調部２１は、求めた歪補償係数を送信信号に乗算する処理を行う。このように、歪補償係数が乗算された送信信号を増幅器１２に入力することによって、増幅器１２の歪補償を行い、線形特性の送信信号を得ることができる。

【0029】

このように、実施形態２では、アンテナから放射された送信ビームの漏れ信号をフィードバックし、デジタルプリディストーションを行っている。また、送信用のアンテナ素子ａ１の１つもしくは複数を漏れ信号の検出アンテナとして使用して、アンテナから放射される送信ビームの漏れ信号を取り出している。これにより、フィードバック回路の最小化が可能となり、回路規模の増大を抑制して、多素子アンテナにおける歪補償が簡単にできるようになる。

【0030】

＜実施形態３＞
上記の漏れ信号は、アンテナ放射電力の校正にも使用できる。無線装置１０に含まれるＤＡ変換部、周波数変換部、増幅器等はアクティブ素子であり、一般的に、温度により利得が変化する。これに対し、アンテナ素子からの漏れ信号の温度による変化はほとんどない。したがって、常温で取得した校正データに合わせるように、例えば、ＤＡ変換部から出力する信号の強度を制御することで、アクティブ素子の利得が変化して特性が変わったとしても、多素子アンテナからの放射電力強度を一定に補正することができる。実施形態３に係る無線装置１０は、放射電力の温度補正や故障検知に適用可能なものである。

【0031】

図６は、実施形態３に係る無線装置１０の構成を示す図である。図６に示すように、実施形態３に係る無線装置１０は、図３の構成に加えて、記憶部３０、放射電力算出部３１、校正情報生成部３２を含む。図６において、図３と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0032】

記憶部３０は、例えば無線装置１０の試験時に、多素子アンテナ１１のアンテナパターンと、当該アンテナパターンを実現したときの漏れ信号の電力のデータとの関係を、校正データとして保存する。図４は、多素子アンテナから放射される送信信号のビーム方向が正面方向（０°）である場合のアンテナパターンの一例を示す図である。また、図５は、図４の時の、隣接アンテナ素子からの漏れ信号の強度の一例を示す図である。校正データは、これらの関係に基づき作成され得る。

【0033】

放射電力算出部３１は、記憶部３０に保存された校正データと、検出用アンテナ素子ｂ１により取り出された漏れ信号の強度に基づき、実際に多素子アンテナ１１から放射された放射電力を算出する。校正情報生成部３２は、算出された放射電力の期待値との偏差から校正情報を生成し、信号処理部１３に送信する。これにより、多素子アンテナ１１は、校正された放射電力で送信信号を放射することが可能となる。

【0034】

なお、上述の機能を実現するプログラムは図示しない記憶装置に格納され得る。記憶装置は、例えばＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、又はフラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置である。記憶装置は、無線装置１０の各機能を実現するプログラムを記憶している。無線装置１０がこのプログラムを実行することで、無線装置１０が備える各機能が実現される。

【0035】

記憶装置は、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等のメモリを含んでいてもよい。無線装置１０は、上記プログラムを実行する際、これらのプログラムをメモリ上に読み出してから実行しても良いし、メモリ上に読み出さずに実行しても良い。また、記憶装置は、無線装置１０が備える構成要素が保持する情報を保持してもよい。すなわち、この記憶装置は、図６の、校正データを保存する記憶部３０に対応し得る。また、記憶装置は、校正情報生成部３２が補正情報生成処理を行うために必要な情報を記憶してもよい。

【0036】

上述の例において、プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体又は通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

【0037】

なお、本開示は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本開示は、それぞれの実施形態を適宜組み合わせて実施されてもよい。

【符号の説明】

【0038】

１０ 無線装置
１１ 多素子アンテナ
１２ 増幅器
１３ 信号処理部
１４ 分配器
１５ 分配器
１６ 位相器
２０ 歪補償部
２１ 変調部
２２ ＤＡ変換部
２３ 周波数変換部
２４ 周波数変換部
２５ ＡＤ変換部
２６ 信号比較部
３０ 記憶部
３１ 放射電力算出部
３２ 校正情報生成部
ａ１ アンテナ素子
ｂ１ 検出用アンテナ素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】