JP2002057731A - 非線形歪み補償回路及び非線形歪み補償方法 - Google Patents
非線形歪み補償回路及び非線形歪み補償方法Info
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Abstract
発生回路等を用いずに高電力増幅による非線形歪みを精
度よく補償することができ、しかも、消費電力を小さく
すること。 【解決手段】 非線形高出力増幅した変調信号から非線
形歪み成分を抽出し、抽出した歪み成分を直交復調して
ベースバンド領域に変換することにより生成されるベー
スバンド領域の歪み成分の逆位相の歪み成分を前記ベー
スバンド信号に重畳し、この逆歪み成分が重畳されたベ
ースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅す
ることにより、非線形高電力増幅時に発生する非線形歪
みをキャンセルする。これにより、複雑で大規模なデジ
タル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増
幅による非線形歪みを精度よく補償することができ、し
かも、回路規模が小さいため、消費電力を小さくするこ
とができる。
Description
いられる直交変調回路に係り、特にベースバンド信号を
直交変調した後に高電力増幅する際に生じる非線形歪み
を補償する非線形歪み補償回路及び非線形歪み補償方法
に関する。
信号を直交変調した後、変調信号を高電力増幅するが、
このとき電力効率を向上させるために非線形増幅し、こ
れにより、増幅した変調信号に非線形歪みが発生するた
め、発生した歪みを補償して入出力特性を線形化するこ
とが行われている。このような非線形歪みを補償する従
来の方法として、図7に示すようなプリディストーショ
ン式の非線形歪み補償方式がある。
歪み補償演算部1を通って、D/Aコンバータ2、D/
Aコンバータ3に入力され、ここでアナログ信号になっ
て直交変換器4に入力される。直交変換器4に入力され
たベースバンド信号I,Qは直交変調され、更に、高電
力増幅器(HPA)5で高電力増幅されて出力される。
増幅器5の増幅時の非線形特性を予め測定した結果を用
いて作成された補償データをテーブル化して保持してい
る。電力計算器6はベースバンド信号I,Qの電力を計
算し、得られた電力を補償データテーブル7に出力す
る。補償データテーブル7はベースバンド信号I,Qの
電力に応じてそのテーブルを参照し、対応する補償デー
タを読み出して、歪み補償演算部1に出力する。
る直交変調する前のベースバンド信号I,Qに高電力増
幅器4で生じる非線形歪みをキャンセルさせるような逆
特性の歪みを予め加えて、D/Aコンバータ2、3に出
力する。このため、高電力増幅器5で高電力増幅された
変調信号には非線形歪みが含まれないことになる。
ィストーション式の非線形歪み補償方式では、ベースバ
ンド信号の電力に応じてその補償データテーブルを参照
するものであるため、高電力増幅器5の特性のバラツキ
や温度変化などにより回路全体の性能が劣化し易いとい
う欠点があった。
5の出力を方向性結合器8で分岐し、この分岐出力信号
を直交復調器9で直交復調してから補償データ演算部1
0にフィードバックさせる方式の回路がある。この回路
の補償データ演算部10は前記フィードバックテーブル
情報に応じた係数を内蔵の補償データテーブル(図1の
7と同様のもの)のデータに乗算して補正をかけて、高
電力増幅器5の特性のバラツキや温度変化に依らず、精
度の高い補償データを歪み補償演算部1に出力して、上
記欠点による影響を低減させようとしている。
な非線形歪みを生成し、これを利用しているので、上記
欠点を充分に解決してはおらず、また、上記したいずれ
の回路も複雑なデジタル演算を行なうため、回路規模が
大きくなり、その結果、消費電力も大きくなるため、特
にバッテリーを電源とする送信機では、動作時間が短縮
化されるという問題がある。
るためになされたもので、その目的は、高電力増幅器の
特性が変動しても正確に高電力増幅により発生する非線
形歪みを補償することができ、複雑で大規模なデジタル
演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅に
より発生する非線形歪みを補償することができ、しか
も、消費電力を小さくできる非線形歪み補償方法及び非
線形歪み補償回路を提供することである。
に、請求項1の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交
変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線
形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線
形歪み補償回路において、前記非線形高出力増幅した変
調信号から非線形歪み成分を抽出する歪み抽出部と、前
記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調してベー
スバンド領域に変換するために用いるキャリアの位相を
調整する位相調整器と、前記歪み抽出部から抽出した歪
み成分を前記位相調整したキャリアを用いてベースバン
ド領域に直交復調する直交復調部と、前記直交復調部よ
り出力されるベースバンド領域の歪み成分の逆位相の歪
み成分を前記ベースバンド信号に重畳する歪み重畳部と
を具備することにある。
非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅し
た分だけ減衰させる減衰器と、非線形高出力増幅する前
の変調信号の位相を移相する移相器と、前記減衰器の出
力信号から前記移相器により位相を移相した変調信号を
減算する減算器とを有することを特徴とする。
直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分
の振幅レベルを振幅調整する振幅調整器と、この振幅調
整器により振幅調整されたベースバンド領域の歪み成分
を前記ベースバンド信号から減算する減算器とを有する
ことを特徴とする。
から抽出した歪み成分を直交復調するために用いる前記
キャリアを前記ベースバンド信号を直交変調するために
用いるキャリアとは別に発生させることにある。
号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、
前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償
する非線形歪み補償方法において、前記非線形高出力増
幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出するステップ
と、前記抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド
領域に変換するために用いるキャリアの位相を調整する
ステップと、前記抽出した歪み成分を前記位相調整した
キャリアを用いてベースバンド領域に直交復調するステ
ップと、前記直交復調されて生成されるベースバンド領
域の歪み成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信
号に重畳するステップとを具備することにある。
基づいて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に
係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
この回路は、直交変調部11、方向性結合器又は分配器
12、高電力増幅器(HPA)13、方向性結合器又は
分配器14、減衰器15、減算器16、遅延回路または
移相器17、直交復調部18、位相調整器19、キャリ
ア発生器20、振幅調整器21、22、減算器23、2
4を有している。
乗算器112、113、加算器114から成り、直交部
復調部18は、π/2移相器181、乗算器182、1
83から成っている。尚、減衰器15、遅延回路又は移
相器17、減算器16、直交復調部18、位相調整器1
9、振幅調整器21、22、減算器23、24は、本発
明の非線形歪み補償回路を構成している。
ベースバンド信号I、Qは、それぞれ減算器23、24
で後述する歪み成分が減算されてから直交変調部11に
入力される。直交変調部11では、キャリア発生器20
で発生されπ/2移相器111でπ/2移相されたキャ
リアとベースバンド信号Qが乗算器112で乗算された
後、加算器114に入力される。ベースバンド信号I
は、キャリア発生器20で発生されたキャリアと乗算器
113で乗算された後、更に加算器114に入力され、
前記乗算器112の出力信号と加算されて直交変調さ
れ、直交変調信号が方向性結合器又は分配器12を通し
て高電力増幅器13に入力される。
高電力増幅(利得K)し、方向性結合器又は分配器14
を通して出力する。方向性結合器又は分配器14で分岐
された出力信号は減衰器15に入力されて、高電力増幅
器13の増幅利得分減衰(1/K)されて減算器16に
入力される。減算器16では、高電力増幅器13から出
力された非線形歪みを含んだ信号から、方向性結合器又
は分配器12により分岐された歪みのない直交変調信号
が減算され、非線形増幅歪み成分のみが抽出される。
器20で発生され、更に位相調整器19で位相調整され
たキャリアjと乗算器182で乗算され、同時にキャリ
アjをπ/2移相器181でπ/2移相したキャリアk
と乗算器183で乗算されて復調され、ベースバンド領
域の歪み成分h,iとなって、振幅調整器21、22に
入力される。振幅調整器21、22により振幅が調整さ
れたベースバンド領域の歪み成分は減算器23、24に
入力される。
号Iから高電力増幅器13で生じるであろう歪み成分が
予め減算されることによって、逆歪み成分が重畳された
ベースバンド信号Iが直交変調部11に入力される。減
算器24では、ベースバンド信号Qから高電力増幅器1
3で生じるであろう歪み成分が予め減算されることによ
って、逆歪み成分が重畳されたベースバンド信号Qが直
交変調部11に入力される。
16で抽出した歪み成分を直交復調することにより生成
されるベースバンド領域における逆歪み特性(高電力増
幅時に発生する非線形歪み成分をキャンセルする特性)
の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳していると言
える。従って、前記逆の歪み成分が重畳されたベースバ
ンド信号が直交変調部11により直交変調された後、高
電力増幅器13で非線形高電力増幅される時に発生する
非線形歪みはキャンセルされる。
いて述べる。まず、減算器16で抽出された歪み成分g
は、通常ならば、直交復調される前に位相調整され、そ
の後、直交復調されてベースバンド帯域に変換される構
成(位相調整器19は無い)を採るため、まず、この構
成について述べる。減算器16により抽出された非線形
歪み成分をA・ej(φ+α)(Aは振幅、φは完全に歪み
が補償されるときの位相、αは調整すべき位相のズレと
する)とし、位相調整器で行なう操作をe-jαの乗算
(すなわちα[rad]だけ移相する)とすると、位相
調整後の歪み成分は
と、この場合は位相調整器19がないため、乗算器18
2、183に入力されるキャリアは、 cosθとsinθ(簡略のため、振幅は1とする) …(2) であるので、これらを用いて(1)を直交復調すると、
乗算器182、183の出力信号はそれぞれ以下の如く
なる。
る非線形歪補償について述べる。図1において同様にg
点における歪み成分をA・ej(φ+α)とする。これを直
交復調するときのキャリア信号(j点、k点〉は、e点
の信号がcosθで、位相調整器19の演算が「e-jα
の乗算」であるので、 j点は、e-jα・cosθ, k点はe-jα・sinθ …(5) となる。よって直交復調後の信号(h点、i点)は次の
ようになる。
(7)を比較すると分かるように、直交復調後の信号
は、直交復調される前に位相調整する構成と同じにな
り、等価な位相調整をすることができる。
に係る処理手順を示したフローチャートである。まず、
ステップ201にて、非線形高出力増幅した変調信号か
ら非線形歪み成分を抽出し、ステップ202にて、抽出
した歪み成分を直交復調するために用いるキャリアを位
相調整し、ステップ203にて、抽出した歪み成分を直
交復調してベースバンド領域の歪み成分に変換する。次
に、ステップ204にて、ベースバンド領域における逆
歪み特性(非線形高出力増幅する際に発生する非線形歪
みをキャンセルする特性)の歪み成分を前記ベースバン
ド信号に重畳する。
レーションによる動作確認結果を示した特性図である。
図3(a)は本発明の非線形歪み補償回路をオフした場
合の高電力増幅器13の出力信号の波形を示している。
図3(b)は本発明の非線形歪み補償回路をオンした場
合の高電力増幅器13の出力信号の波形を示している。
非線形歪み補償回路により歪みの補償を行うと、隣接チ
ャネル電力比(ACPR)の改善率として14〜16d
Bの効果が見られる。
特性を参照すると分かるように、非線形歪み補償回路を
オンした場合、最大出力状態で位相や振幅を最適な値に
調整しておけば、それ以下の出力レベルにおいてはそれ
よりACPRが劣化することはないので、適応化回路な
どの動的制御は必要なく、その後は無調整で使用できる
効果がある。
発生した歪みをベースバンド領域の歪みに変換した後、
ベースバンド信号にフィードバックすることにより、複
雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を
用いずに高電力増幅により発生する非線形歪みを補償す
ることができる。しかも、回路規模が小さくなるため、
消費電力を小さくできる。このため、本例の直交変調回
路をバッテリーを電源とする携帯電話などの送信機に用
いた場合、動作時間を長時間とする効果がある。
位相調整器19で位相を調整する構成を採っていて、位
相調整器19は単一周波数のキャリア信号の位相調整を
行えば良く、市販の移相器は勿論、図5(a)〜(f)
に示すように,可変キャパシタとインダクタ(或いは可
変インダクタ)等を用いて、簡単に位相調整器を構成す
ることができ、回路規模を更に小さくでき、安価に構成
することができる。
線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本実施
形態では、キャリア発生器20とは別に、直交復調用キ
ャリアのためのキャリア発生器25を設け、このキャリ
ア発生器25の出力信号の位相を位相調整器19で調整
するようにして、図1に示した実施形態と同様の作用、
効果を得ている。
となく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な
構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によ
っても実施することができ、又、歪みを直交復調するた
めのキャリアの位相を調整する位相調整器を簡単で安価
なものとすることができる。
れば、実際に生じた歪みをフィードバックしているの
で、より正確に高電力増幅による非線形歪みを補償する
ことができ、また、複雑で大規模なデジタル演算回路や
擬似歪み発生回路等を用いずに、高電力増幅による非線
形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さ
くすることができ、又、歪を直交復調すめためのキャリ
アの位相を調整する位相調整器を簡単で安価なものとす
ることができる。
償回路の構成を示した回路図である。
理手順を示したフローチャートである。
による動作確認結果を示した特性図である。
関係を示した特性図である。
した回路図である。
償回路の構成を示した回路図である。
の構成例を示した回路図である。
の他の構成例を示した回路図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ベースバンド信号を直交変調した後、非
線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅す
る際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償回路
において、 前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分
を抽出する歪み抽出部と、 前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調してベ
ースバンド領域に変換するために用いるキャリアの位相
を調整する位相調整器と、 前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を前記位相調整し
たキャリアを用いてベースバンド領域に直交復調する直
交復調部と、 前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み
成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳
する歪み重畳部と、 を具備することを特徴とする非線形歪み補償回路。 - 【請求項2】 前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増
幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰さ
せる減衰器と、非線形高出力増幅する前の変調信号の位
相を移相する移相器と、前記減衰器の出力信号から前記
移相器により位相を移相した変調信号を減算する減算器
とを有することを特徴とする請求項1記載の非線形歪み
補償回路。 - 【請求項3】 前記歪み重畳部は、前記直交復調部より
出力されるベースバンド領域の歪み成分の振幅レベルを
振幅調整する振幅調整器と、この振幅調整器により振幅
調整されたベースバンド領域の歪み成分を前記ベースバ
ンド信号から減算する減算器とを有することを特徴とす
る請求項1又は2記載の非線形歪み補償回路。 - 【請求項4】 前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を
直交復調するために用いる前記キャリアを前記ベースバ
ンド信号を直交変調するために用いるキャリアとは別に
発生させることを特徴とする請求項1乃至3いずれかに
記載の非線形歪み補償回路。 - 【請求項5】 ベースバンド信号を直交変調した後、非
線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅す
る際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償方法
において、 前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分
を抽出するステップと、 前記抽出した歪み成分を直交
復調してベースバンド領域に変換するために用いるキャ
リアの位相を調整するステップと、 前記抽出した歪み成分を前記位相調整したキャリアを用
いてベースバンド領域に直交復調するステップと、 前記直交復調されて生成されるベースバンド領域の歪み
成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳
するステップと、 を具備することを特徴とする非線形歪み補償方法。
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