JP2002057733A - 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8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。
から抽出した歪み成分の位相を調整してからベースバン
ド領域に直交復調することにある。
より出力されるベースバンド領域の位相を調整し、その
結果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、この減衰器の出力信号か
ら非線形高出力増幅する前の変調信号を減算する減算器
とから成ることを特徴とする。
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反転させる位相反転器と、前記減衰
器の出力信号に前記位相反転器より出力される反転変調
信号を加算する加算器とから成ることを特徴とする。
ベースバンド信号から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を減算する減算器から成るこ
とを特徴とする。
ベースバンド信号に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位相反転成分を加算する加算
器から成ることを特徴とする。
歪み成分の位相反転成分は、前記歪み抽出部により抽出
された歪み成分の位相を位相反転器で反転させてから前
記直交復調部により直交復調することにより生成するこ
とを特徴とする。
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、本発明の動作原理を説明す
るための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、高電力増幅器(HP
A)12,減衰器13、減算器14、直交復調部15、
減算器16、17及びキャリア発生器18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15は、π/2移相器151、乗算器152、1
53から成っている。尚、減衰器13、減算器14、直
交復調部15、減算器16、17が本発明の非線形歪み
補償回路を構成している。
ついて説明する。ベースバンド信号I、Qは、それぞれ
減算器16、17で後述する歪み成分e,f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18で発生されπ/2移相器111
でπ/2移相されたキャリアh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18で発生
されたキャリアg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aが高電力増
幅器12に入力される。
形高電力増幅(利得K)して出力するが、出力信号bの
一部は減衰器13に入力されて、高電力増幅器12の増
幅利得分減衰(1/K)され、出力信号cとなって減算
器14に入力される。減算器14では、高電力増幅器1
2から出力された非線形歪みを含んだ信号cから、直交
変調部11から出力された歪みのない直交変調信号aが
減算され、非線形増幅歪み成分dのみが抽出される。
生器18で発生されたキャリアgと乗算器152で乗算
され、同時にキャリア発生器18で発生されπ/2移相
器151でπ/2移相されたキャリアhと乗算器153
で乗算されて復調され、ベースバンド領域の歪み成分
e,fとなって、減算器16、17に入力される。
号Iから高電力増幅器12で生じるであろう歪み成分e
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17では、ベースバンド信号Qから高電力増幅器
12で生じるであろう歪み成分f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。
14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12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。
下に述べる。まず、高電力増幅器12において歪みが生
じる前のa点における信号Ainは、I,Qベースバンド
信号をそれぞれSI,SQとし、キャリア発生器出力をc
osθ(簡略のため、振幅は1とする)とすると、
力増幅で歪みが発生したときの非線形歪み成分をD、そ
の時のHPAの増幅率をKとすると、b点における非線
形歪みを含んだHPAの出力信号Aoutは、
点における信号は、
される。
信号はそれぞれ次のようになる。 e点はD/K・cosθ、f点はD/K・sinθ …(5)
A’in(a点)は、式(5)より
PA出力信号A’out(b点)は、
なうことができる。
施形態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203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12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12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。
電力増幅器12で発生した歪みを抽出し、これをベース
バンド領域の歪みに変換した後、ベースバンド信号I,
Qから減算して逆歪みをベースバンド信号I,Qにフィ
ードバックすることにより、高電力増幅器12で発生す
る非線形歪みをキャンセルすることができる。しかも、
非線形歪み補償回路は複雑なデジタル演算を行なうこと
がないフィードバック系であるため、回路規模を小さく
することができると共に、消費電力を小さくすることが
できる。それ故、本例の直交変調回路をバッテリーを電
源とする携帯電話等の送信機などに用いた場合、動作時
間を長時間とする効果がある。
形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例は、
直交変調部11と高電力増幅器(HPA)12の間に、
方向性結合器又は分配器19を挿入して、直交変調部1
1から出力される変調信号を分岐し、この分岐した変調
信号を遅延回路又は移相器20を通して、その位相を適
切にシフトして減衰器13の出力信号の位相に合わせた
後、減算器14に入力するようにしている。
器又は分配器21により分岐され、この分岐出力が減衰
器13に入力されるように成っている。更に、減算器1
4から得られる非線形歪み成分も位相調整器22を通し
て、その位相を調整した後、直交復調部15に入力して
いる。又、直交復調部15により出力されるベースバン
ドの非線形歪み成分も、振幅調整器23、24を通し
て、その振幅を適切なものにしてから減算器16、17
に入力されている。特に、抽出した非線形歪み成分の位
相を調整してから直交復調部15に入力することによ
り、減算器16、17でベースバンド領域の歪み成分の
逆位相の歪み成分が精度良く前記ベースバンド信号に重
畳されるようにしている。
方向性結合器又は分配器19、21、遅延回路又は移相
器20、減衰器13、減算器14、直交復調部15、振
幅調整器23、24、減算器16、17から構成されて
いる。
図と同様であり、高電力増幅器(HPA)12で発生し
た歪みの逆歪みをベースバンド信号にフィードバックし
て歪みをキャンセルするが、非線形歪み補償回路の各信
号の位相関係と振幅関係を適切に整えることにより、実
用的な回路構成としており、原理的には図1に示した動
作原理説明図と同様の作用、効果がある。
形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例で
は、図4に示した遅延回路又は移相器20を減衰器13
と減算器14の間に挿入している。こうしても、減算器
14に入力される方向性結合器19と減衰器13の各出
力信号の位相を合わせることができる。
振幅を振幅調整器25により調整してから直交復調部1
5に入力し、直交復調部15から出力されるベースバン
ド領域の歪み成分の位相を位相調整器26、27で調整
する構成としても、図4に示した回路と同等の動作を行
うことができ、同様の効果がある。特に、本例では、ベ
ースバンド領域の歪み成分の位相を調整することによ
り、減算器16、17でベースバンド領域の歪み成分の
逆位相の歪み成分が精度良く前記ベースバンド信号に重
畳されるようにしている。
形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例で
は、方向性結合器又は分配器19で分岐した変調信号を
位相反転&位相調整器28により位相を反転すると共
に、その位相を調整して、加算器29に入力している。
これにより、前述した実施形態で用いた減算器14の代
わりに加算器29を用いて、歪み成分を抽出することが
できる。
位相反転器30によりその位相を反転させて、直交復調
部15に出力することにより、ベースバンド領域に復調
された歪み成分の位相を反転させているため、振幅調整
器23、24及び位相調整器26、27を通った歪み成
分の位相は前述した実施形態のそれと180度異なって
いるため、減算器ではなく、加算器31、32によって
ベースバンド信号I,Qに逆歪み成分を加えることがで
き、本実施形態も、第1、第2の実施形態と同様の効果
がある。
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
することができる。
み補償回路の構成を示した回路図である。
係る処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。
償回路の構成を示した回路図である。
償回路の構成を示した回路図である。
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 (9)
- 【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】 前記歪み抽出部から抽出した歪み成分の
位相を調整してからベースバンド領域に直交復調するこ
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】 前記直交復調部より出力されるベースバ
ンド領域の位相を調整し、その結果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4】 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、この減衰器の出力信号から非線形高出力
増幅する前の変調信号を減算する減算器とから成ること
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】 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
相を反転させる位相反転器と、前記減衰器の出力信号に
前記位相反転器より出力される反転変調信号を加算する
加算器とから成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6】 前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信
号から前記直交復調部より出力されるベースバンド領域
の歪み成分を減算する減算器から成ることを特徴とする
請求項1乃至5いずれかに記載の非線形歪み補償回路。 - 【請求項7】 前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信
号に前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の
歪み成分の位相反転成分を加算する加算器から成ること
を特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の非線形歪
み補償回路。 - 【請求項8】 前記ベースバンド領域の歪み成分の位相
反転成分は、前記歪み抽出部により抽出された歪み成分
の位相を位相反転器で反転させてから前記直交復調部に
より直交復調することにより生成することを特徴とする
請求項7記載の非線形歪み補償回路。 - 【請求項9】 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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