CN101765969A - 失真补偿装置和方法 - Google Patents

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CN101765969A CN200780100017A CN200780100017A CN101765969A CN 101765969 A CN101765969 A CN 101765969A CN 200780100017 A CN200780100017 A CN 200780100017A CN 200780100017 A CN200780100017 A CN 200780100017A CN 101765969 A CN101765969 A CN 101765969A
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Abstract

本发明提供自适应预失真型的失真补偿装置和方法，其对移动基站等无线发送装置中的功率放大器的非线性失真进行补偿，能够良好地校正温度及频率所引起的增益变动。CPU(316)在LUT(查询表)(302)中，监视输入电平低的线性区域的失真补偿系数的平均值或失真补偿系数的最大值，经由D/A(318)来调整VATT(可变衰减器)(317)的增益，使这些值进入规定的阈值范围。结果，不需要监视温度、频率等变动量，针对功率放大器(307)等，即使在输入信号电平高的区域也能够获得良好的失真补偿特性。

Description

失真补偿装置和方法
技术领域
本发明涉及对移动基站等无线发送装置中的功率放大器的非线性失真进行补偿的自适应预失真型的失真补偿技术。
背景技术
一般情况下，用于移动基站等无线发送装置的高效率的功率放大器由于非线性特性强，在发送高速无线通信用的调制信号时，这种功率放大器的非线性失真使发送调制信号产生频带外辐射功率，从而给相邻发送信道带来影响。
作为抑制功率放大器的频带外辐射的方式，公知有如下的预失真方式，即，将具有功率放大器的非线性失真特性的逆特性的失真信号与输入信号相乘，输入至功率放大器，由此补偿功率放大器中的非线性失真。尤其，通过使功率放大器的输出反馈到输入侧来自适应地进行失真补偿的自适应预失真方式，可显著抑制频带外辐射。而且，如下的查询表方式数字预失真方式，能够简化用于失真补偿的电路结构，该查询表方式数字预失真方式为，具有存储用于将具备失真特性的逆特性的失真信号与输入信号相乘的失真补偿系数的查询表，并通过反馈功率放大器的输出来自适应地更新查询表内的失真补偿系数(例如，专利文献1)。
图1示出采用了查询表的自适应预失真型的失真补偿装置的现有结构。
在图1中，地址生成部101根据向失真补偿电路输入的正交基带输入信号X(I，Q)计算输入电平来作为地址值，并从查询表(LUT)102中读出与所生成的地址值对应的失真补偿系数。
乘法器103通过将从LUT102读出的失真补偿系数与输入信号X(I，Q)相乘来进行失真补偿。
乘法器103的输出利用D/A转换器104来转换为模拟信号，而且利用正交调制器(QMOD)105，对经由与发送基站对应的本机振荡器(FWLOCAL)106振荡后的信号进行正交调制。
调制出的发送模拟信号通过功率放大器107进行功率放大，其输出经由耦合器(DC)108向未图示的发送天线供给，并从此处进行发送。
另外，功率放大器107的输出从DC108向输入侧反馈。
首先，DC108的输出在下变频器(MIX)109中，对经由与发送基站相应的本机振荡器(FW LOCAL)110振荡后的信号进行下变频，在利用A/D转换器111恢复成数字信号之后，利用解调器(DEM)112恢复成基带。
结果，在减法器113中计算所获得的反馈信号与经过迟延电路114迟延后的输入信号X(I，Q)之间的误差，并通过最小均方差(Least MeanSqUare)计算电路(LMS)115来更新LUT102内的失真补偿系数，以使该误差达到最小。
中央运算装置(CPU)116控制LUT102中的失真补偿系数的更新动作等。
这样，失真补偿系数缓缓收敛于规定值，收敛于该规定值的失真补偿系数经由乘法器103与输入信号X(I，Q)相乘，由此，在正常状态下，能够一边确保高功效一边高精度地抑制模拟电路部的非线性失真特性。
如上所述，前方(FW)系统的模拟电路部的增益变动可利用LUT102所保持的失真补偿系数的振幅值来进行补偿。并且，即使在FW系统的增益受温度及频率的影响而发生变动的情况下，也能够利用反馈信号来检测该模拟增益变动量，向补偿该变动量的方向更新失真补偿系数的值，并在失真补偿的同时校正基于模拟电路部的温度、频率特性等的增益变动量。
但是，由于可利用失真补偿系数进行校正的增益值是有限的，所以当温度、频率所导致的模拟电路的增益变动量大时，有可能会超出可利用失真补偿系数进行校正的范围。如果超出了校正范围，则不仅作为本来目的的失真补偿动作能力降低，而且还会引起发送输出电平异常。
因此，如图2所示公知有如下的现有技术，即，在模拟电路上设置用于补偿FW系统的增益变动的可变衰减器(VATT)201，针对该可变衰减器进行与温度、频率相应的增益设定，由此来抑制变动量。
但是，在此现有技术中需要温度、频率校正用的表，在校正表参照型的情况下具有如下的问题点，即，需要不耐电路偏差的校正值保存用的非易失性存储器204，需要温度监视电路203等。
下述专利文献1是查询表方式数字预失真方式的公知文献。
专利文献2是根据发送信号的失真功率大小来调整发送信号的增益的方式的公知文献。
专利文献3是如下方式的公知文献，为了使已失真补偿的发送信号不超过D/A转换器的动态范围，而事先进行校正，以使失真补偿系数的大小在一直维持其相位的状态下变小。
专利文献4是为了能够最大地利用D/A转换器的动态范围而调整发送信号的增益的方式的公知文献。
专利文献1：日本特表2002-522989号公报
专利文献2：日本特开2006-270797号公报
专利文献3：日本特开2001-251148号公报
专利文献4：日本特开2004-32252号公报
发明内容
本发明的课题是提供能够良好地校正温度及频率所引起的增益变动的失真补偿装置和方法。
本发明的方式是以具有如下结构的失真补偿装置为前提的，该失真补偿装置具有：一般具有非线型失真特性并进行功率放大等的电路；和执行如下处理的电路：反馈从上述进行功率放大等的电路输出的发送信号，来取得解调信号，计算该解调信号与功率放大等的前级的发送信号之间的误差为最小的失真补偿系数而保持在查询表等内，并根据该失真补偿系数进行发送信号的失真补偿而输入给上述进行功率放大等的电路。
增益调整部在模拟发送电路内的模拟发送路径上或转换为模拟阶段前的数字发送路径上，调整发送信号的增益。对于该增益调整部而言，在被设置于模拟发送路径上时，例如是可变衰减器，在被设置于数字发送路径上时，例如是乘法器。
增益控制部参照保持在查询表等内的失真补偿系数来调整增益调整部的增益。该增益控制部控制增益调整部的增益，使查询表内所保持的失真补偿系数落入规定的阈值范围内。更具体地说，增益控制部例如计算查询表内所保持的失真补偿系数中与发送信号的规定输入电平范围对应的失真补偿系数的平均值，控制增益调整部的增益，使该平均值落入规定的阈值范围内。另外例如，增益控制部计算查询表内所保持的失真补偿系数的最大值，控制增益调整部的增益，使该最大值落入规定的阈值范围内。或者例如，增益控制部计算查询表内所保持的失真补偿系数中与数字发送信号的规定输入电平范围对应的失真补偿系数的平均值和查询表内所保持的失真补偿系数的最大值，控制增益调整部的增益，使这些平均值和最大值分别落入规定的阈值范围内。该增益控制部在是增益调整部设置于模拟发送路径上的可变衰减器的情况下，经由D/A转换器来控制增益调整部的控制电压。另外，增益控制部在是增益调整部设置于数字发送路径上的乘法器的情况下，控制其乘法系数。
根据上述结构，不需要监视温度、频率等变动量，即使模拟发送电路的温度、频率等发生变动，也能够在规定的输入信号电平范围内获得良好的失真补偿特性。
附图说明
图1是采用了查询表的自适应预失真型的失真补偿装置的现有结构图。
图2是采用了用于对模拟电路部的增益变动进行校正的查询表的自适应预失真型的失真补偿装置的现有结构图。
图3是本发明第1～第3实施方式的结构图。
图4是本发明第1实施方式的动作说明图。
图5是本发明第1实施方式的动作流程图。
图6是本发明第2实施方式的动作说明图。
图7是本发明第2实施方式的动作流程图。
图8是本发明第3实施方式的动作流程图。
图9是本发明第4实施方式的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的优选方式进行详细说明。
本发明的第1的实施方式
图3是本发明第1实施方式的结构图。此外，后述的第2、第3实施方式的结构也相同。
在图3中，地址生成部301根据向失真补偿电路输入的正交基带输入信号X(I，Q)计算输入电平P(I2+Q2)来作为地址值，从查询表(LUT)302中读出与所生成的地址值对应的失真补偿系数。模拟电路部中的失真量与这里的信号电平相应地变动，因此将与该信号电平对应的输入电平提供给地址生成部301，由此从LUT302中读出最佳的失真补偿系数。
乘法器303将从LUT302读出的失真补偿系数与输入信号X(I，Q)相乘，由此进行失真补偿。
乘法器303的输出利用D/A转换器304转换为模拟信号，而且，通过正交调制器(QMOD)305对经由与发送基站相应的本机振荡器(FWLOCAL)306振荡后的信号进行正交调制。
所调制的发送模拟信号经由D/A转换器318通过受CPU316控制的可变衰减器(VATT)317调整与模拟电路部的温度、频率变动相当的增益量后，利用功率放大器307进行功率放大，其输出经由耦合器(DC)308向未特别图示的发送天线提供，并从此处进行发送。
功率放大器307的输出从DC308向输入侧反馈。
首先，DC308的输出通过下变频器(MIX)309借助于经由与发送基站相应的本机振荡器(FW LOCAL)310振荡后的信号而进行下变频，并通过A/D转换器311恢复成数字信号，然后通过解调器(DEM)312恢复成基带。
结果，在减法器313中计算已获得的反馈信号与通过迟延电路314进行了迟延的输入信号X(I，Q)之间的误差，并通过最小均方差(Least MeanSquare)计算电路(LMS)315根据下式来更新LUT302内的失真补偿系数，以使该误差达到最小。在下式中，h是失真补偿系数，μ是步阶参数(校正系数)，e是减法器313的输出信号(误差信号)。
hn＝hn-1-μe(μ＜＜1，e是误差矢量)
中央运算装置(CPU)316除了控制LUT302中的失真补偿系数的更新动作等之外，还与模拟电路部的频率、温度等参数无关地通过监视LUT302内的系数来计算VATT317的控制电压，并经由D/A转换器318设定给VATT317，从而实现模拟电路部的增益变动量的校正。
图4是说明具有上述结构的本发明第1实施方式的动作的图。
通过反复进行经过自适应预失真来更新LUT302内的失真补偿系数的动作，在正常状态下，可获得如图4的401所示的最佳失真补偿特性。在此特性下，在输入信号电平高的位置处，由于功率放大器307的饱和而产生增益降低，所以为了补偿该增益，失真补偿系数如图4的401′那样成为大的值。
这里，当模拟增益由于模拟电路部的温度变动及频率变动等而降低时，如图4的402所示，失真补偿系数整体向取得大值的方向移动，向如图4的403所示的失真补偿特性进行移动。
在此情况下，在输入信号电平高的点，如图4的404所示，失真补偿系数的值已迫近上限值，从而无法进行适当的失真补偿动作。
为了防止这种情况，在本发明的第1实施方式中，执行以下的动作。
作为功率放大器307的特性，在输入信号电平低的区域，增益降低得比较少，所以能够获得线性特性。该线性区域的失真补偿系数值受温度及频率的模拟增益变动的影响而发生变动。
因此，CPU316进行如下处理：在LUT302中，监视图4的405所示的线性区域的失真补偿系数值的平均值，并计算经由D/A转换器318向VATT317提供的控制电压，以使该平均值进入上限阈值α与下限阈值β之间的设定范围内。
结果，向功率放大器307输入的模拟增益量通过VATT317来进行调整，失真补偿特性不用参照将温度、频率等作为参数的表就能够维持如图4的401所示的特性，即使在图4的401′所示的输入信号电平高的区域内也能够获得良好的失真补偿特性。
图5是在本发明的第1实施方式中图3的CPU316为了实现上述动作而执行的程序的动作流程图。
首先，CPU316从LUT302中读出与图4的405所示的预先确定的线性区域对应的地址范围的失真补偿系数数据，取得该范围内的平均值have(S501)。
接着，CPU316比较已取得的平均值have是否大于上限值α(S502)。
当have＞α、S502的判定为“是”时，CPU316判断为模拟增益降低，针对向图3的D/A转换器318提供的控制电压，通过对当前的控制电压Vcurrent加上规定的变动量ΔV来计算新的控制电压Vnew，并将其提供给D/A转换器318，由此向图3的VATT317中的增益增加(衰减量减少)的方向进行控制(S503)，结束本次的增益调整处理。
当have≤α、S502的判定为“否”时，CPU316比较已取得的平均值have是否小于下限值β(S504)。
当have＜β、S504的判定为“是”时，CPU316判断为模拟增益过高，针对向图3的D/A转换器318供给的控制电压，通过从当前的控制电压Vcurrent减去规定的变动量ΔV来计算新的控制电压Vnew，并将其提供到D/A转换器318，由此向图3的VATT317中的增益减少(衰减量增加)的方向进行控制(S505)，结束本次的增益调整处理。
当have≥β、S504的判定为“否”时，CPU316判断为模拟增益适当，这样直接结束本次的增益调整处理。
在上述控制动作中，为了避免发送输出的急剧变化而引起的频谱扩散，控制电压的变动量ΔV例如可以为相当于发送输出0.1dB左右的变动量。
上述控制动作的执行定时要兼顾模拟电路部的温度及频率变动的间隔和控制电压的变动量ΔV，但只要以几十秒～几分钟的时间间隔来执行即可。
本发明的第2实施方式
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。
本发明第2实施方式的结构具有与本发明第1实施方式相同的图3所示的结构。
在本发明的第2实施方式中，以本发明第1实施方式中如图4所说明的失真补偿特性为前提，CPU316在LUT302中，监视图6的601所示的失真补偿系数值的最大值而不是图4的405所示的线性区域中的失真补偿系数值的平均值，并计算经由D/A转换器318向VATT317供给的控制电压，以使该最大值进入上限阈值α′与下限阈值β′之间的设定范围内。
结果，与本发明第1实施方式相同，向功率放大器307输入的模拟增益量通过VATT317来进行调整，失真补偿特性不参照以温度、频率等为参数的表就能够维持图4的401所示的特性，这样即使在图4的401′所示的输入信号电平高的区域内也能够获得良好的失真补偿特性。
图7是在本发明的第2实施方式中图3的CPU316为了实现上述动作而执行的程序的动作流程图。
首先，CPU316从LUT302中读出失真补偿系数数据的最大值hmax(S701)。
接着，CPU316比较已取得的最大值hmax是否大于上限值α′(S702)。
当hmax＞α′、S702的判定为“是”时，CPU316判断为模拟增益降低，针对向图3的D/A转换器318供给的控制电压，通过对当前的控制电压Vcurrent加上规定的变动量ΔV来计算新的控制电压Vnew，并将其提供到D/A转换器318，由此向图3的VATT317中的增益增加(衰减量减少)的方向进行控制(S703)，结束本次的增益调整处理。
当hmax≤α′、S702的判定为“否”时，CPU316比较已取得的最大值hmax是否小于下限值β′(S704)。
当hmax＜β′、S704的判定为“是”时，CPU316判断为模拟增益过高，针对向图3的D/A转换器318供给的控制电压，通过从当前的控制电压Vcurrent减去规定的变动量ΔV来计算新的控制电压Vnew，并将其提供给D/A转换器318，由此向图3的VATT317中的增益减少(衰减量增加)的方向进行控制(S705)，结束本次的增益调整处理。
当hmax≥β′、S704的判定为“否”时，CPU316判断为模拟增益适当，这样直接结束本次的增益调整处理。
在上述控制动作中，与本发明第1实施方式的情况相同，控制电压的变动量ΔV例如为相当于发送输出0.1dB左右的变动量，上述控制动作的执行定时只要以几十秒～几分钟的时间间隔来执行即可。
本发明的第3实施方式
接着，对本发明的第3实施方式进行说明。
本发明第3实施方式的结构具有与本发明第1实施方式相同的图3所示的结构。
在本发明的第3实施方式中，通过本发明第1实施方式的控制动作和本发明第2实施方式的控制动作的组合来实现，以如图4所说明的失真补偿特性为前提，CPU316执行如下处理：在LUT302中监视图4的405所示的线性区域中的失真补偿系数值的平均值和图6的601所示的失真补偿系数值的最大值双方，并组合失真补偿系数的最大值是否超过上限阈值α′的判定和失真补偿系数的平均值是否低于下限阈值β的判定来执行控制动作。
结果，与本发明的第1、第2实施方式相同，向功率放大器307输入的模拟增益量通过VATT317来进行调整，失真补偿特性不用参照以温度、频率等为参数的表就能够维持图4的401所示的特性，即使在图4的401′所示的输入信号电平高的区域也能够获得良好的失真补偿特性。
图8是本发明的第3实施方式中图3的CPU316为了实现上述动作而执行的程序的动作流程图。
首先，CPU316从LUT302中读出失真补偿系数数据的最大值hmax(S801)。
接着，CPU316比较已取得的最大值hmax是否大于上限值α′(S802)。
当hmax＞α′、S802的判定为“是”时，CPU316判断为模拟增益降低，针对向图3的D/A转换器318供给的控制电压，通过对当前的控制电压Vcurrent加上规定的变动量ΔV来计算新的控制电压Vnew，并将其提供给D/A转换器318，由此向图3的VATT317中的增益增加(衰减量减少)的方向进行控制(S803)，结束本次的增益调整处理。
当hmax≤α′、S802的判定为“否”时，CPU316从LUT302中读出与图4的405所示的预先确定的线性区域对应的地址范围的失真补偿系数数据，取得该范围内的平均值have(S804)。
接着，CPU316比较已取得的平均值have是否小于下限值β(S805)。
当have＜β、S805的判定为“是”时，CPU316判断为模拟增益过高，针对向图3的D/A转换器318供给的控制电压，通过从当前的控制电压Vcurrent减去规定的变动量ΔV来计算新的控制电压Vnew，并将其提供给D/A转换器318，由此向图3的VATT317中的增益减少(衰减量增加)的方向进行控制(S806)，结束本次的增益调整处理。
当have≥β、S805的判定为“否”时，CPU316判断为模拟增益适当，这样直接结束本次的增益调整处理。
本发明的第4实施方式
接着，对本发明的第4实施方式进行说明。
图9是本发明第4实施方式的结构图。
该结构与图3中本发明的第1～第3实施方式的结构的不同点是，通过插入到乘法器303与D/A转换器304之间的增益校正部901(图9)来数字地进行增益校正，而不是通过插入到QMOD305与功率放大器307之间的VATT317(图3)来进行增益校正。
在此情况下，不需要D/A转换器318(图3)，CPU316例如可针对由乘法器构成的增益校正部901，直接以数字值进行控制，从而能够简化电路结构。
此时的基本控制动作的流向与上述本发明的第1～第3实施方式中的图5，图7，图8的动作流程图的流向相同，但因为不需要D/A转换器318(图3)，所以CPU316不用计算控制电压，而是可以直接计算例如乘法器即增益校正部901中的乘法系数。在此情况下，作为与图5的S503、S505、图7的S703、S705、图8的S803、S806对应的处理，也仍执行以微小值逐步增加或减少乘法系数的控制动作。

Claims (12)

1.一种失真补偿装置，其具有：进行发送信号的功率放大等的电路；和执行如下处理的电路，其反馈从上述进行功率放大等的电路输出的发送信号，取得解调信号，计算并保持使该解调信号与上述功率放大等的前级的发送信号之间的误差为最小的失真补偿系数，并且根据该失真补偿系数进行上述发送信号的失真补偿，输入给进行上述功率放大等的电路，
该失真补偿装置的特征在于，该失真补偿装置包括：
增益调整单元，其调整上述发送信号的增益；和
增益控制单元，其根据上述保持的失真补偿系数来自适应地调整上述增益调整单元的增益。
2.根据权利要求1所述的失真补偿装置，其特征在于，
上述增益控制单元控制上述增益调整单元的增益，使得上述保持的失真补偿系数进入规定的阈值范围内。
3.根据权利要求2所述的失真补偿装置，其特征在于，
上述增益控制单元计算上述保持的失真补偿系数中、与上述发送信号的规定输入电平范围对应的失真补偿系数的平均值，并控制上述增益调整单元的增益，使得该平均值进入规定的阈值范围内。
4.根据权利要求2所述的失真补偿装置，其特征在于，
上述增益控制单元计算上述保持的失真补偿系数的最大值，并控制上述增益调整单元的增益，使得该最大值进入规定的阈值范围内。
5.根据权利要求2所述的失真补偿装置，其特征在于，
上述增益控制单元计算上述保持的失真补偿系数中、与上述发送信号的规定输入电平范围对应的失真补偿系数的平均值和上述保持的失真补偿系数的最大值，并控制上述增益调整单元的增益，使得该平均值和最大值分别进入规定的阈值范围内。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的失真补偿装置，其特征在于，
上述增益调整单元是在模拟阶段调整上述发送信号的增益的可变衰减器，
上述增益控制单元包括：
控制单元，其参照上述保持的失真补偿系数来计算用于控制上述可变衰减器的增益的控制电压数字信号；和
D/A转换单元，其将该控制电压数字信号转换为控制电压模拟信号，提供给上述可变衰减器。
7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的失真补偿装置，其特征在于，
上述增益调整单元是在数字阶段调整上述发送信号的增益的乘法器，
上述增益控制单元参照上述保持的失真补偿系数来计算上述乘法器中的乘法系数，提供给上述乘法器。
8.一种失真补偿方法，在该失真补偿方法中，进行发送信号的功率放大等，对作为其输出而获得的发送信号进行反馈来取得解调信号，计算并保持使该解调信号与上述功率放大等的前级的发送信号之间的误差为最小的失真补偿系数，并且根据该失真补偿系数进行上述发送信号的失真补偿，输入给进行上述功率放大等的电路，
该失真补偿方法的特征在于，该失真补偿方法包括：
第1过程，调整上述发送信号的增益；和
第2过程，根据上述保持的失真补偿系数来自适应地控制上述第1过程中的增益。
9.根据权利要求8所述的失真补偿方法，其特征在于，
上述第2过程是自适应地控制上述第1过程中的增益，使得上述保持的失真补偿系数进入规定的阈值范围内的过程。
10.根据权利要求9所述的失真补偿方法，其特征在于，
上述第2过程是如下的过程：计算上述保持的失真补偿系数中、与上述发送信号的规定输入电平范围对应的失真补偿系数的平均值，并自适应地控制上述第1过程中的增益，使得该平均值进入规定的阈值范围内。
11.根据权利要求9所述的失真补偿方法，其特征在于，
上述第2过程是如下的过程：计算上述保持的失真补偿系数的最大值，并自适应地控制上述第1过程中的增益，使得该最大值进入规定的阈值范围内。
12.根据权利要求9所述的失真补偿方法，其特征在于，
上述第2过程是如下的过程：计算上述保持的失真补偿系数中、与上述发送信号的规定输入电平范围对应的失真补偿系数的平均值和上述保持的失真补偿系数的最大值，并自适应地控制上述第1过程中的增益，使得该平均值和最大值分别进入规定的阈值范围内。
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