JP2002299963A - 非線形歪み補償方法及び非線形歪み補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より広帯域な変調波信号に対しても効果的な
非線形歪み補償を行う。 【解決手段】 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送信機で、前記非線形高電力増幅す
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
であって、非線形高電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（１３、１４、１９、２
０、２１）と、該抽出された非線形歪み成分を、複数の
周波数帯域に分割する周波数分割部（２５、２６、２
７）と、該分割された各周波数帯域の非線形歪み成分を
それぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領
域に直交復調する複数の直交復調部（１６、１７）と、
該直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応
する非線形歪み成分を合成する合成部（３１，３２）
と、該合成された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（３６、３７）とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無線送信機等で用
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方法及び非線形歪み補償回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直交変調回路では、ベースバンド
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４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。

【０００３】図４において、ベースバンド信号Ｉ，Ｑは
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変換
され、直交変調器４に入力される。直交変調器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。ここで、補償データテーブル７は、高電力増幅器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。

【０００４】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。これにより、歪み補償演算部１は入力される直交変
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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のプリデ
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。

【０００６】そこで、図５に示すように、高電力増幅器
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提案されてい
る。この回路の補償データ演算部１０は前記フィードバ
ック情報に応じた係数を内蔵の補償データテーブル（図
４の補償データテーブル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。

【０００７】しかし、上記したいずれの回路も、擬似的
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
の回路も複雑なディジタル演算を行うため、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。これに対して上記問題を解
決するために本出願の発明者は、図３に示す非線形歪み
補償回路を提案した（特願２０００−２３３６３１）。
この非線形歪み補償回路は、方向性結合器又は分配器１
９、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。

【０００８】本非線形歪み補償回路は、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１１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。

【０００９】また、高電力増幅器１２の出力も方向性結
合器又は分配器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
１４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。

【００１０】しかしながら、上記非線形歪み補償回路で
は、高電力増幅器１２側から直交変調部１１の入力側へ
のフィードバック経路上の減算器１４から直交復調部１
５に至る経路の電気長が長くなってしまうと、ここを通
る高電力増幅器１２による増幅動作によりその出力側に
発生し、直交変調部１１の入力側にフィードバックされ
る歪み成分の位相遅延量は、歪み成分の周波数帯域内に
おいて低い周波数と高い周波数とで異なってくる。すな
わち、ある長さの同一伝送線路上を伝送しても、周波数
によって波長が異なるので、低い周波数成分より高い周
波数成分の方が、当然、位相の回転量が大きくなってし
まう。

【００１１】本出願の発明者が提案した非線形歪み補償
回路の原理上、上記したフィードバックされる歪み成分
の周波数帯域内におけるいずれの周波数においても、フ
ィードバックして元の送信信号と合成する時点での位相
遅延量が等しくなければ、広帯域な変調信号の歪み補償
ができないという欠点があった。フィードバック経路を
極力短くすることで、効果的に歪み補償できる周波数帯
域をある程度拡げることはできるが、それにも限界があ
る。本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、広帯域な変調信号の歪み補償を行うことができる非
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
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載の発明は、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送信機で、前記非線形
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
歪み補償方法において、前記非線形高電力増幅した変調
信号から非線形歪み成分を抽出するステップと、前記抽
出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割す
るステップと、前記分割された各周波数帯域の非線形歪
み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベース
バンド領域に直交復調するステップと、前記ベースバン
ド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域
に対応する非線形歪み成分を合成するステップと、前記
合成された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有
することを特徴とする。

【００１３】請求項２に記載の発明は、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送信機で、
前記非線形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において、前記非線形高電力増
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、前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数
帯域に分割する周波数分割部と、前記分割された各周波
数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整
した状態でベースバンド領域に直交復調する複数の直交
復調部と、前記ベースバンド領域に直交復調された、前
記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を
合成する合成部と、前記合成された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有することを特徴とする。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の非線形歪み補償回路において、前記分割された各周波
数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、ベースバンド領域
に直交復調する際に、独立して位相調整するためにキャ
リア信号を位相調整する位相調整器を有することを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照して詳細に説明する。図１に本実施の形態に係
る非線形歪み補償回路の構成を示す。本実施の形態に係
る非線形歪み補償回路は、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送信機で、前記非線形高
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
み補償方法において、前記非線形高電力増幅した変調信
号から非線形歪み成分を抽出するステップと、前記抽出
された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割する
ステップと、前記分割された各周波数帯域の非線形歪み
成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバ
ンド領域に直交復調するステップと、前記ベースバンド
領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に
対応する非線形歪み成分を合成するステップと、前記合
成された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有す
ることを特徴とする非線形歪み補償方法を実施するため
の回路である。

【００１６】図１において、本実施の形態に係る非線形
歪み補償回路は、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送信機において、高電力増幅器
（ＨＰＡ）１２により非線形高電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、前記抽出さ
れた非線形歪み成分を、複数（本実施の形態では二つ）
の周波数帯域に分割する周波数分割部と、前記分割され
た各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して
位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調する複
数（本実施の形態では二つ）の直交復調部と、前記ベー
スバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波
数帯域に対応する非線形歪み成分を合成する合成部と、
前記合成された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
とを有する。

【００１７】歪み抽出部は、方向性結合器又は分配器１
９、２１、遅延回路又は移相器２０、減衰器１３、及び
減算器１４より構成されている。また、周波数分割部
は、分岐回路２５、通過帯域の異なる二つのバンドパス
フィルタ２６、２７とで構成されている。図２に示す直
交変調波のメインローブの中心周波数をｆ0［Ｈｚ］、
歪み成分の周波数帯域をｆL〜ｆH［Ｈｚ］とすると、バ
ンドパスフィルタ２６の通過帯域は、ｆ0〜ｆH［Ｈ
ｚ］、バンドパスフィルタ２７の通過帯域は、ｆL〜ｆ0
［Ｈｚ］となるように設定されている。バンドパスフィ
ルタ２６、２７は、狭帯域で、減衰特性もかなり急峻な
ものが必要となるため、ＳＡＷフィルタが適している。

【００１８】さらに、複数の直交復調部は、本実施の形
態では二つの直交復調部１６、１７からなり、直交復調
部１６は、π／２移相器１６１、乗算器１６２、１６
３、振幅調整器１６４、１６５で構成され、直交復調部
１７は、π／２移相器１７１、乗算器１７２、１７３、
振幅調整器１７４、１７５で構成されている。また、直
交復調部１６、１７の出力を合成する合成部は、加算器
３１、３２からなり、歪み重畳部は、減算器３６、３７
から構成されている。１１は直交変調部、１８は、キャ
リア発生器である。

【００１９】直交変調部１１は、π／２移相器１１１、
乗算器１１２、１１３、加算器１１４から成っている。
２８は、キャリア発生器１８から出力されるキャリア信
号を直交復調部１６、１７に供給するように分岐する分
岐回路であり、２９、３０は、直交復調部１６、１７に
供給されるキャリア信号の位相調整をそれぞれ、独立に
行う位相調整器である。 なお、この位相調整器２９、
３０は、キャリア発生器１８の出力であるキャリアの位
相を調整してから直交復調器１６、１７に入力すること
により、減算器３６、３７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機能する。

【００２０】上記構成において、ベースバンド信号Ｉ、
Ｑは、それぞれ減算器３６、３７で後述する歪み成分
ｊ，ｋ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１
１４に入力される。

【００２１】ベースバンド信号Ｉは、キャリア発生器１
８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る。直交変調部１１
の出力である直交変調信号は、方向性結合器または分配
器１９により分岐され、一方の分岐出力は高電力増幅器
１２に、他方の分岐出力は遅延回路または移相回路２０
にそれぞれ、入力される。

【００２２】高電力増幅器１２は直交変調信号を非線形
高電力増幅（利得Ｋ）して出力するが、その出力信号
は、方向性結合器または分配器２１により分岐され、出
力信号の一部は減衰器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、減衰器１３の出
力信号は減算器１４に入力される。また、遅延回路また
は移相回路２０では、入力された直交変調信号の分岐出
力の位相を適切にシフトして減衰器１３の出力信号の変
調波位相と合わせた状態で減算器１４に入力する。

【００２３】減算器１４では、高電力増幅器１２から方
向性結合器または分配器２１、減衰器１３を介して出力
され非線形歪みを含んだ信号から、直交変調部１１から
方向性結合器または分配器１９、遅延回路または移相回
路２０を介して出力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ａのみが抽出される。

【００２４】この周波数帯域（信号帯域）がｆL〜ｆH[H
ｚ]の帯域幅を有する非線形増幅歪み成分ａは、分岐回
路２５により分岐され、一方の分岐出力ｂはバンドパス
フィルタ２６に、他方の分岐出力ｄは、バンドパスフィ
ルタ２７にそれぞれ、入力される。バンドパスフィルタ
２６では、入力された分岐出力ｂのうち周波数帯域がｆ
0〜ｆH[Hｚ]の歪み成分ｃを通過させ、この歪み成分ｃ
は直交復調部１６の乗算器１６２、１６３に入力され
る。また、バンドパスフィルタ２７では、入力された分
岐出力ｄのうち周波数帯域がｆL〜ｆ0[Hｚ]の歪み成分
ｅを通過させ、この歪み成分ｅは直交復調部１７の乗算
器１７２、１７３に入力される。ここで、歪み成分ｃ、
ｅは、各々、周波数が異なるために、歪み成分ａと比較
した位相遅延量は異なっている。

【００２５】一方、キャリア発生器１８から出力される
キャリア信号は分岐回路２８により分岐され、直交復調
部１６、１７から出力される直交復調後の歪み成分の位
相遅延量が等しくなるように位相調整器２９、３０を介
してそれぞれ、独立に位相調整された状態で直交復調部
１６、１７に供給される。

【００２６】直交復調部１６では、非線形歪み成分ｃ
が、位相調整器２９を介して入力されたキャリア信号ｍ
と乗算器１６２で乗算され、同時に位相調整器２９を介
して入力され、π／２移相器１６１でπ／２移相された
キャリア信号ｍ’と乗算器１６３で乗算されて復調さ
れ、振幅調整器１６４、１６５を介して振幅調整された
ベースバンド領域の歪み成分ｆ、ｇとなって、加算器３
１、３２に入力される。

【００２７】また、直交復調部１７では、非線形歪み成
分ｅが、位相調整器３０を介して入力されたキャリア信
号ｎと乗算器１７２で乗算され、同時に位相調整器３０
を介して入力され、π／２移相器１７１でπ／２移相さ
れたキャリア信号ｎ’と乗算器１７３で乗算されて復調
され、振幅調整器１７４、１７５を介して振幅調整され
たベースバンド領域の歪み成分ｈ、ｉとなって、加算器
３１、３２に入力される。キャリア発生器１８から出力
されるキャリア信号を位相調整器２９、３０により適切
に位相調整することにより直交復調後の歪み成分ｆ、
ｇ、ｈ、ｉの位相遅延量を等しくすることができる。

【００２８】加算器３１では、歪み成分ｆと歪み成分ｈ
が加算され、歪み成分ｊとなり、減算器３６に入力され
る。また、加算器３２では、歪み成分ｇと歪み成分ｉが
加算され、歪み成分ｋとなり、減算器３７に入力され
る。従って、減算器３６では、ベースバンド信号Ｉから
高電力増幅器１２の増幅動作により生じる歪み成分ｊ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。ま
た、減算器３７では、ベースバンド信号Ｑから高電力増
幅器１２の増幅動作により生じる歪み成分ｋ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。

【００２９】即ち、前記減算器３６、３７では、減算器
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。

【００３０】このように、本実施の形態に係る非線形歪
み補償回路によれば、高電力増幅時に発生する非線形歪
み成分を抽出し、その歪み成分を直交復調してできるＩ
成分、Ｑ成分それぞれを直交変調する前のべースバンド
Ｉ、Ｑ信号から減算するようなフィードバックを掛ける
ことにより、増幅器において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、歪み成分のフィードバ
ック・ループを複数設け、各フィードバック・ループに
おいて、上記歪み成分の直交復調後に位相遅延量が等し
くなるようにそれぞれ、独立して適切な位相調整をする
ようにしたので、広帯域な変調信号においても帯域内す
べてにおいて効果的な非線形歪み補償が可能となる。

【００３１】なお、図１に示した本実施の形態では、高
電力増幅により発生する非線形歪み成分をキャンセルす
るためのフィードバック・ループを２重にしているが、
高電力増幅により発生する歪み成分の周波数帯域をさら
に多くの細かい帯域に分割し、３つ以上のフィードバッ
ク・ループを重ねて歪み成分をキャンセルするように構
成してもよい。また使用するバンドパスフィルタは、Ｓ
ＡＷフィルタ以外のタイプのフィルタでもよい。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、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送信機で、前記非
線形高電力増幅する際に生じる非線形歪みを補償するに
際し、非線形高電力増幅した変調信号から非線形歪み成
分を抽出し、前記抽出された非線形歪み成分を、複数の
周波数帯域に分割し、かつ該分割された各周波数帯域の
非線形歪み成分を直交復調後に位相遅延量が等しくなる
ようにそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバ
ンド領域に直交復調すると共に、該直交復調された、前
記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を
合成し、該合成された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よう
にしたので、より広帯域な変調波信号に対しても効果的
な非線形歪み補償を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態に係る非線形歪み補償回
路の構成を示すブロック図。

【図２】 帰還歪み成分の周波数帯域を示す説明図。

【図３】 既に、本発明者が提案した非線形歪み補償回
路の構成を示すブロック図。

【図４】 従来の非線形歪み補償回路の一例の構成を示
すブロック図。

【図５】 従来の非線形歪み補償回路の他の例の構成を
示すブロック図。

【符号の説明】

１１ 直交変調部 １２ ＨＰＡ（高電力増幅器） １３ 減衰器 １４、３６、３７ 減算器 １６、１７ 直交復調部 １８ キャリア発生器 １９、２１ 方向性結合器又は分配器 ２０ 遅延回路又は移相器 ２５、２８ 分岐回路 ２６、２７ バンドパスフィルタ １６４、１６５、１７４、１７５ 振幅調整器 ２９、３０ 位相調整器 ３１、３２、１１４ 加算器 １１１、１６１、１７１ π／２移相器 １１２、１１３、１６２、１６３、１７２、１７３ 乗
算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5J090 AA01 AA41 CA21 CA62 FA08 FA19 GN02 GN05 GN06 HN03 HN04 HN16 KA00 KA15 KA16 KA23 KA26 KA34 KA44 KA53 KA55 KA68 MA11 SA14 TA01 TA06 5K004 AA05 AA08 FE00 FF05 JE00 JF04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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送信機で、前記非線形高電力増幅す
   る際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償方法
   において、 前記非線形高電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、 前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に
   分割するステップと、前記分割された各周波数帯域の非
   線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態で
   ベースバンド領域に直交復調するステップと、 前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割され
   た各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成するス
   テップと、 前記合成された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、 を有することを特徴とする非線形歪み補償方法。
2. 【請求項２】 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送信機で、前記非線形高電力増幅す
   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
   において、 前記非線形高電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、 前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に
   分割する周波数分割部と、 前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞ
   れ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直
   交復調する複数の直交復調部と、 前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割され
   た各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成する合
   成部と、 前記合成された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、 を有することを特徴とする非線形歪み補償回路。
3. 【請求項３】 前記分割された各周波数帯域の非線形歪
   み成分をそれぞれ、ベースバンド領域に直交復調する際
   に、独立して位相調整するためにキャリア信号を位相調
   整する位相調整器を有することを特徴とする請求項２に
   記載の非線形歪み補償回路。