JP2003218970A - 非線形歪み補償装置及びその方法並びにプログラム - Google Patents
非線形歪み補償装置及びその方法並びにプログラムInfo
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Abstract
タが大きく時間的にランダムに変化する信号を増幅器に
入力すると、増幅器の非線形特性が瞬時的に変化するの
で、補償対象データが同じ振幅・位相であっても、直前
のデータの振幅・位相が異なると、増幅器の歪みの状態
が異なり、同じ補償値ではある程度までの非線形補償は
可能であるが、精密な補償は困難であり、これを解決す
る。 【解決手段】 同一振幅の入力データが増幅器111に
入力された場合でも、補償テーブル重み付加部103に
より直前の入力データの履歴によって、補償テーブル1
04,105のアドレスを変化させて、補償データをそ
れに応じて読出し、増幅器内の瞬時的な非線形特性の変
化にも追従可能な補償を行い、より精密に非線形特性を
補償することができる。
Description
及びその方法並びにプログラムに関し、特に入力信号と
増幅器を経た出力信号の一部を帰還させた帰還信号とか
ら歪み補償係数を生成して、入力信号に対してプリディ
ストーション処理を行うことにより増幅器の非線形歪み
を除去するようにしたデジタル無線通信システムにおけ
る非線形歪み補償方式に関するものである。
ulation )やQPSK(QuadraturePhase Shift Keying
)などの線形デジタル変調方式を利用したデジタル無
線システムにおいては、電力増幅器の非線形歪み(振幅
歪み、位相歪み)補償が必須であり、そのために各種の
補償方式が用いられている。その補償方式として多く用
いられているものの例として、増幅器に入力される信号
をその信号の瞬時振幅に対応して、振幅および位相を前
もって歪ませる、いわゆるプリディストータであり、ま
た最近では、デジタルベースバンド上でプリディストー
ションする方法が多く用いられている。
しては特開2001−168774号公報や、特開20
01−203772号公報などに示されている様に、補
償データを送信データにより一意的に決める方法が一般
的であり、特開2001−168774号公報に開示の
非線形歪み補償方式の機能ブロックを、図7に引用して
示す。
ンド信号101(I1 ,Q1 )はピタゴラス変換部10
2へ入力されて、極座標系の振幅成分r1 と位相成分θ
1 の信号に変換され、振幅成分r1 はr補償テーブル1
04及びθ補償テーブル105のアドレスとなってい
る。このr補償テーブル104の出力r2 とピタゴラス
変換部102の振幅成分r1 とが、加算器120にて加
算されプリディストーション処理が行われる。また、位
相成分θ1 についても同様に、θ補償テーブル105の
出力θ2 とピタゴラス変換部102の位相成分θ1 と
が、加算器106にて加算されプリディストーション処
理が行われる。
r3 と位相成分θ3 とはピタゴラス逆変換部107によ
り極座標系から直交座標系への逆変換が行われ、直交信
号I2 及びQ2 が生成される。しかる後に直交変調部1
08において直交変調され、D/A変換器109にてア
ナログ変換される。そして、アップコンバータ110に
より送信周波数に周波数変換され、電力増幅器111及
びアンテナ113を経て放送波となる。この過程中の、
主に電力増幅器111により非線形歪みが発生すること
になる。
性結合器112により一部取出してダウンコンバータ1
14及びA/D変換器115を介して直交復調部116
へ供給し、この直交復調部116により、歪みを含んだ
直交ベースバンド信号I3 ,Q3 を得ている。この直交
ベースバンド信号は補償係数生成部118へ入力され
て、入力直交ベースバンド信号との差分が算出され、こ
の差分に応じて歪み補償係数が生成されることになる。
還された直交ベースバンド信号I3,Q3 と入力された
直交ベースバンド信号I1 ,Q1 とのタイミング合せの
ために、入力直交ベースバンド信号の遅延処理が行われ
る。また、この遅延信号及び帰還信号のピタゴラス変換
処理が行われ、更にこのピタゴラス変換された振幅成分
と位相成分との各差分の算出処理がなされてこの差分に
応じた歪み補償係数が生成され、r補償テーブル104
及びθ補償テーブル105に格納される。
上述した歪み補償係数の更新生成処理がなされる様にな
っており、この更新された歪み補償係数は、各々が複数
個からなるr補償テーブル104及びθ補償テーブル1
05の各1つのテーブルに書込まれて最新の補償係数が
テーブル104及び105に格納されることになる。こ
のテーブル更新時には、他のテーブルの補償係数が読出
されて、プリディストーション処理に使用されるように
なっている。なお、テーブル104及び105の読出
し、書込み(更新)のためのアドレスは、ピタゴラス変
換部102の振幅成分r1 である。
及びθ補償テーブル105に、振幅成分及び位相成分の
補償係数、すなわちプリディストーション量のみが格納
されている場合であるが、r補償テーブル104にこの
プリディストーション量とそのときの振幅成分との和が
格納されている場合の例を図8に示している。図8にお
いて、図7と同等部分は同一符号により示している。
と相違する部分についてのみ説明する。図8において
は、図7における加算器120を省き、その代りに、r
補償テーブル104には振幅成分のプリディストーショ
ン量とそのときの振幅成分(r1 )との和が格納されて
いる。よって、このr補償テーブル104の出力をその
ときの振幅成分r1 をアドレスとして読出すことによ
り、予めプリディストーションされた振幅成分r3 が得
られることになるのである。なお、図7及び図8のブロ
ックにいて、θ補償テーブル105のアドレスとして、
振幅成分を用いているのは、位相成分θは振幅成分のr
の大きさに依存することによる。
報メディア学会誌のvol53,No11,pp155
0−1556(1999)にも開示されているように、
線形デジタル変調方式のようなピークファクタ(ピーク
値/平均値)が大きく、時間的にランダムに変化する信
号を入力した場合の増幅器の非線形特性は、入力される
信号の瞬時振幅から一意的に決定することができないた
めに、上述した図7,8に示した方式では増幅器の非線
形特性の変化に正確に追従することができない。また、
線形デジタル変調方式はその性質上、非線形歪みによる
特性劣化に敏感なため、補償装置には増幅器の非線形歪
みに対して精密に追従できる能力が要求される。
と送信データとの比較をある一定期間行なって補償デー
タを算出するものであり、その補償データは入力の振幅
と1対1に対応しているが、このとき、特に線形デジタ
ル変調方式のようなピークファクタが大きく時間的にラ
ンダムに変化する信号を増幅器に入力すると、増幅器の
非線形特性が瞬時的に変化する。このために、補償対象
データが同じ振幅・位相であっても、直前のデータの振
幅・位相が異なっていると、増幅器の歪みの状態が異な
り、同じ補償値ではある程度までの非線形補償は可能で
あるが、精密な補償は難しいという問題点がある。
点に鑑みなされたものであって、その目的とするところ
は、同一振幅の入力データが増幅器に入力された場合で
も、増幅器内の瞬時的な非線形特性の変化にも追従可能
な補償を行ない、より精密に非線形特性を補償すること
ができる非線形補償装置及びその方法並びにプログラム
を提供することにある。
補償装置は、入力信号と増幅器を経た出力信号の一部を
帰還させた帰還信号とから歪み補償係数を生成して、前
記入力信号に対してプリディストーション処理を行うこ
とにより、前記増幅器の非線形歪みを除去するようにし
たデジタル無線通信システムにおける非線形歪み補償装
置であつて、前記入力信号の履歴に応じて前記非線形歪
み補償をなす歪み補償手段を含むことを特徴とする。
号と前記帰還信号とから歪み補償係数を生成する歪み補
償係数生成手段と、この歪み補償係数を格納した格納手
段と、前記入力信号の履歴に応じて前記格納手段のアド
レスを生成するアドレス生成手段とを有し、このアドレ
スに応じて前記格納手段から前記歪み補償係数を読出し
て前記入力信号のプリディストーションをなすようにし
たことを特徴としている。また、前記アドレス生成手段
は、前記入力信号の直前の複数成分の平均値を算出する
手段と、この平均値に重み付けを行う手段と、この重み
付け信号を前記入力信号に加算して前記アドレスとして
導出する手段とを有することを特徴としている。
入力信号である直交座標系のベースバンド信号と前記帰
還信号の直交座標系の信号とのタイミング合わせをなす
手段と、このタイミング合わせ後の両信号を極座標系の
信号に変換する第一のピタゴラス変換手段と、この変換
後の両信号の各振幅成分と各位相成分との差分をそれぞ
れ算出して前記歪み補償係数を生成する手段とを有する
ことを特徴する。
換す第二のピタゴラス変換手段と、前記歪み補償手段に
よる補償後の極座標系の信号を前記直交座標系の信号に
変換するピタゴラス逆変換手段とを含み、前記アドレス
生成手段は前記第二のピタゴラス変換手段による極座標
系の信号の振幅成分の履歴に応じて前記アドレスを生成
し、前記プリディストーションは極座標系の信号に対し
て行うようにしたことを特徴とする。
信号と増幅器を経た出力信号の一部を帰還させた帰還信
号とから歪み補償係数を生成して、前記入力信号に対し
てプリディストーション処理を行うことにより、前記増
幅器の非線形歪みを除去するようにしたデジタル無線通
信システムにおける非線形歪み補償方法であつて、前記
入力信号の履歴に応じて前記非線形歪み補償をなす歪み
補償ステップを含むことを特徴とする。
力信号と前記帰還信号とから歪み補償係数を生成する歪
み補償係数生成手段と、この歪み補償係数を格納手段に
格納するステップと、前記入力信号の履歴に応じて前記
格納手段のアドレスを生成するアドレス生成ステップと
を有し、このアドレスに応じて前記格納手段から前記歪
み補償係数を読出して前記入力信号のプリディストーシ
ョンをなすようにしたことを特徴とする。また、前記ア
ドレス生成ステップは、前記入力信号の直前の複数成分
の平均値を算出するステップと、この平均値に重み付け
を行うステップと、この重み付け信号を前記入力信号に
加算して前記アドレスとして導出するステップとを有す
ることを特徴とする。
前記入力信号である直交座標系のベースバンド信号と前
記帰還信号の直交座標系の信号とのタイミング合わせを
なすステップと、このタイミング合わせ後の両信号を極
座標系の信号に変換する第一のピタゴラス変換ステップ
と、この変換後の両信号の各振幅成分と各位相成分との
差分をそれぞれ算出して前記歪み補償係数を生成するス
テップとを有することを特徴する。
換す第二のピタゴラス変換ステップと、前記歪み補償ス
テップによる補償後の極座標系の信号を前記直交座標系
の信号に変換するピタゴラス逆変換ステップとを含み、
前記アドレス生成ステップは前記第二のピタゴラス変換
ステップによる極座標系の信号の振幅成分の履歴に応じ
て前記アドレスを生成し、前記プリディストーションは
極座標系の信号に対して行うようにしたことを特徴とす
る。
幅器を経た出力信号の一部を帰還させた帰還信号とから
歪み補償係数を生成して、前記入力信号に対してプリデ
ィストーション処理を行うことにより、前記増幅器の非
線形歪みを除去するようにしたデジタル無線通信システ
ムにおける非線形歪み補償方法をコンピュータに実行さ
せるためのプログラムであつて、前記入力信号の履歴に
応じて前記非線形歪み補償をなす歪み補償ステップを含
むことを特徴とする。
ディストーションを施すことによって、増幅器の非線形
歪みを補償するプリディストーション方式の非線形補償
装置において、直前の入力データの履歴に応じて非線形
歪みの補償データをなすように構成する。これにより、
瞬時的な非線形特性の変化にも追従が可能となり、より
精密な非線形特性の補償ができることになる。
実施例を説明する。図1を参照すると、本発明の一実施
例の機能ブロック図が示されており、本例は、図7の従
来例に対応するものであって、図7と同等部分は同一符
号にて示されている。図1において、直交座標系の直交
ベースバンド信号101(I1 ,Q1 )は、ピタゴラス
変換部102へ入力されて極座標系の信号である振幅成
分r1 と位相成分θ1 に変換される。振幅成分r1 は補
償テーブル重み付加部103により重みが加算された振
幅成分r2 ’となり、r及びθの各補償テーブル10
4,105のアドレスとなる。
120にてピタゴラス変換部102の振幅成分出力r1
と加算されてr3 となり、プリディストーションが行わ
れてピタゴラス逆変換部107へ入力される。また、θ
補償テーブル105の出力θ2 は加算器106にてピタ
ゴラス変換部102の位相成分出力θ1 と加算されてθ
3 となって、プリディストーションが行われてピタゴラ
ス逆変換部107へ入力される。このピタゴラス逆変換
部107では、極座標系から直交座標系への逆変換が行
われ、直交ベースバンド信号I2 ,Q2 が出力されて直
交変調部108へ供給される。
た変調出力はD/A変換器109によりアナログ変換さ
れ、アップコンバータ110により送信周波数に周波数
変換される。そして、電力増幅器111及びアンテナ1
13を経て放送波となる。その過程の主に電力増幅器1
11によって非線形歪みが発生する。この歪みを含んだ
送信信号は方向性結合器112から一部帰還信号として
取出され、ダウンコンバータ114及びA/D変換器1
15を介して直交復調部116へ入力される。この直交
復調部116により、歪みを含んだ直交ベースバンド信
号(帰還信号:I3 ,Q3 )となる。
17に一旦格納され、補償係数生成部118へ入力され
る。この補償係数生成部118においては、この歪みを
含んだ直交ベースバンド信号(帰還信号)と、入力され
たベースバンド信号(送信信号:I1 ,Q1 )を格納し
た格納メモリ119の出力とのタイミング合わせ(遅延
補正)処理、ピタコラス変換処理、比較処理等の信号処
理が行われ、プリディストーションのための補償係数が
算出される。この補償係数はr補償テーブル104及び
θ補償テーブル105へ送られる。
ラス変換機能(ソフト的でもハード的でも良い)を有し
ており、入力された双方のベースバンド信号を直交座標
系のI成分、Q成分から、極座標系のr成分、θ成分に
変換してこれ等を比較し、入力信号の振幅に対する補償
値を算出し、補償テーブル104,105を構成するD
PRAM(デュアルポートランダムアクセスメモリ)の
アドレスに入力振幅が対応するように、当該DPRAM
に補償値を格納していく。
18内でのタイミング合わせ(遅延補正)処理、ピタゴ
ラス変換処理、送受信信号(入力信号と帰還信号)の比
較処理、補償係数算出処理等の信号処理は、送受信信号
を一旦メモリ117,119に取込み、ソフトウェアで
行なっている。これは、補償係数を秒単位で更新するの
でリアルタイム処理を行なう必要がないためと、ハード
ウェアの規模を少なくするためである。
8の動作をフローチャートとして示している。図2を参
照すると、メモリ119からの信号I5 ,Q5 を帰還信
号I4 ,Q4 のタイミングに合致させるために遅延処理
し(ステップS1)、この遅延処理した信号I5 ,Q5
をピタゴラス変換して振幅成分r11、位相成分θ11を得
る(ステップS2)。また、帰還信号I4 ,Q4 をピタ
ゴラス変換して振幅成分r21、位相成分θ21を得る(ス
テップS3)。そして、振幅成分r11とr21との比較を
行ってその差分Δrを得る(ステップS4)と共に、位
相成分θ11とθ21との比較を行ってその差分Δθを得る
(ステップS5)。これ等差分Δr,Δθが補償係数と
なって対応する補償テーブル104,105にそれぞれ
格納される(ステップS6,7)。なお、このときの各
補償テーブル格納アドレスは補償テーブル重み付加部1
03の出力r2 ’である。
信号の直前n個(デジタルベースバンド信号のnシンボ
ルに相当)の振幅r成分のデータの加算平均をとり、こ
の平均値に重みK(定数)を乗じ、この乗算値を現在の
r成分に加算することで、テーブル104,105のD
PRAMのアドレスとして与えられる。こうして、現在
のデータに重みを付けを行っている。よって、この補償
テーブル重み付加部103は図3に示す構成となってい
る。
成分をそれぞれに格納するn個の遅延素子201と、こ
れ等n個のr成分を加算する加算器203と、この加算
出力を1/nして平均値を算出する除算器204と、こ
の除算出力に重みK(206)を乗算する乗算器205
と、この乗算出力を現在のr成分に加算する加算器20
2とからなっている。
n個のデータ(シンボル)の違いによって補償テーブル
104,105に与えられるアドレスを変化させること
ができ、増幅器111内の瞬時的な非線形特性の変化に
も追従可能な補償を行うことができる。
ブルアドレスが変化している様子を示す。補償テーブル
重み付加部103を使用しない「重みなし」では、入力
振幅=補償テーブルアドレスであるが、「重み付き」で
は、入力振幅≠補償テーブルアドレスであり、入力デー
タと補償テーブルアドレスとがずれているのが分かる。
これは代表的な例であり、加算するデータ数や重み係数
を変化させることによって、最適な補償になるように調
整する。
図であり、本例では、図8に示した従来例と対応するも
のである。なお、図1及び図8と同等部分は同一符号に
て示している。本例では、r補償テーブル104にプリ
ティストーション量(すなわちΔr)とそのときの振幅
成分rとの和(すなわち、図1のr3 に相当)が格納さ
れる場合であり、よって、図1の加算器120が省かれ
ている。
もそれに合わせて、図6に示すような動作となる。図6
では、図2のフローチャートにおけるステップS6に代
えて、ステップS6’となる。すなわち、補償テーブル
104に対して「r11+Δr」を書込むよう動作するこ
とになる。他の構成及び動作は先の図1の実施例と同等
である。
変調器内で直交ベースバンド信号を用いている送信方式
であれば、OFDM(Orthogonal Frequency Division
Multiplex )方式のような複数の搬送波を用いる送信方
式についても、単一の搬送波を用いた線形デジタル変調
方式の送信方式についても適用が可能である。
ータの振幅とその直前のデータによって補償値に重みを
付けることにより、補償精度を向上させることが可能で
あり、増幅器の非線形特性が瞬時的に変化する場合にも
追従して補償することができることである。
ータで処理、解析するために、送信系の歪みと高精度に
一致させることができることである。
データと入力データを補償係数生成部において比較、演
算して補償係数を更新することによって、送信系の特性
の変化にも追従することができることである。
ができることである。その理由は、送信系の歪みの大部
分を占める増幅器の歪み特性の変動が比較的緩やかであ
るため、補償係数生成部での歪みの解析および補償係数
生成を低速で行うことができ、回路規模を小さくするこ
とができるからである。
(増幅入力のピーク電力と使用電力との比であり、クレ
ストファクタとも称される)を減らすことができ、それ
によって増幅器の最大出力を増やすことができることで
ある。その理由は、増幅器をはじめとする送信系の歪み
を低減できるからである。
とである。その理由は、変調器内のデジタル信号処理の
過程において補償を行うからである。
減らすことができることである。その理由は、送信信号
帯域内の相互変調歪みを低減できるからである。
とができることである。その理由は、送信系の歪みを帰
還させて直交復調し、補償係数生成部によってどのよう
な歪みが発生しているか解析を行っているからである。
である。
チャートである。
す図である。
が変化する様子を示す図である。
図である。
チャートである。
Claims (11)
- 【請求項1】 入力信号と増幅器を経た出力信号の一部
を帰還させた帰還信号とから歪み補償係数を生成して、
前記入力信号に対してプリディストーション処理を行う
ことにより、前記増幅器の非線形歪みを除去するように
したデジタル無線通信システムにおける非線形歪み補償
装置であつて、前記入力信号の履歴に応じて前記非線形
歪み補償をなす歪み補償手段を含むことを特徴とする非
線形歪み補償装置。 - 【請求項2】 前記歪み補償手段は、前記入力信号と前
記帰還信号とから歪み補償係数を生成する歪み補償係数
生成手段と、この歪み補償係数を格納した格納手段と、
前記入力信号の履歴に応じて前記格納手段のアドレスを
生成するアドレス生成手段とを有し、このアドレスに応
じて前記格納手段から前記歪み補償係数を読出して前記
入力信号のプリディストーションをなすようにしたこと
を特徴とする請求項1記載の非線形歪み補償装置。 - 【請求項3】 前記アドレス生成手段は、前記入力信号
の直前の複数成分の平均値を算出する手段と、この平均
値に重み付けを行う手段と、この重み付け信号を前記入
力信号に加算して前記アドレスとして導出する手段とを
有することを特徴とする請求項2記載の非線形歪み補償
装置。 - 【請求項4】 前記歪み補償係数生成手段は、前記入力
信号である直交座標系のベースバンド信号と前記帰還信
号の直交座標系の信号とのタイミング合わせをなす手段
と、このタイミング合わせ後の両信号を極座標系の信号
に変換する第一のピタゴラス変換手段と、この変換後の
両信号の各振幅成分と各位相成分との差分をそれぞれ算
出して前記歪み補償係数を生成する手段とを有すること
を特徴する請求項2または3記載の非線形歪み補償装
置。 - 【請求項5】 前記入力信号を極座標系の信号に変換す
第二のピタゴラス変換手段と、前記歪み補償手段による
補償後の極座標系の信号を前記直交座標系の信号に変換
するピタゴラス逆変換手段とを更に含み、前記アドレス
生成手段は前記第二のピタゴラス変換手段による極座標
系の信号の振幅成分の履歴に応じて前記アドレスを生成
し、前記プリディストーションは極座標系の信号に対し
て行うようにしたことを特徴とする請求項4記載の非線
形歪み補償装置。 - 【請求項6】 入力信号と増幅器を経た出力信号の一部
を帰還させた帰還信号とから歪み補償係数を生成して、
前記入力信号に対してプリディストーション処理を行う
ことにより、前記増幅器の非線形歪みを除去するように
したデジタル無線通信システムにおける非線形歪み補償
方法であつて、前記入力信号の履歴に応じて前記非線形
歪み補償をなす歪み補償ステップを含むことを特徴とす
る非線形歪み補償方法。 - 【請求項7】 前記歪み補償ステップは、前記入力信号
と前記帰還信号とから歪み補償係数を生成する歪み補償
係数生成手段と、この歪み補償係数を格納手段に格納す
るステップと、前記入力信号の履歴に応じて前記格納手
段のアドレスを生成するアドレス生成ステップとを有
し、このアドレスに応じて前記格納手段から前記歪み補
償係数を読出して前記入力信号のプリディストーション
をなすようにしたことを特徴とする請求項6記載の非線
形歪み補償方法。 - 【請求項8】 前記アドレス生成ステップは、前記入力
信号の直前の複数成分の平均値を算出するステップと、
この平均値に重み付けを行うステップと、この重み付け
信号を前記入力信号に加算して前記アドレスとして導出
するステップとを有することを特徴とする請求項7記載
の非線形歪み補償方法。 - 【請求項9】 前記歪み補償係数生成ステップは、前記
入力信号である直交座標系のベースバンド信号と前記帰
還信号の直交座標系の信号とのタイミング合わせをなす
ステップと、このタイミング合わせ後の両信号を極座標
系の信号に変換する第一のピタゴラス変換ステップと、
この変換後の両信号の各振幅成分と各位相成分との差分
をそれぞれ算出して前記歪み補償係数を生成するステッ
プとを有することを特徴する請求項7または8記載の非
線形歪み補償方法。 - 【請求項10】 前記入力信号を極座標系の信号に変換
す第二のピタゴラス変換ステップと、前記歪み補償ステ
ップによる補償後の極座標系の信号を前記直交座標系の
信号に変換するピタゴラス逆変換ステップとを更に含
み、前記アドレス生成ステップは前記第二のピタゴラス
変換ステップによる極座標系の信号の振幅成分の履歴に
応じて前記アドレスを生成し、前記プリディストーショ
ンは極座標系の信号に対して行うようにしたことを特徴
とする請求項9記載の非線形歪み補償方法。 - 【請求項11】 入力信号と増幅器を経た出力信号の一
部を帰還させた帰還信号とから歪み補償係数を生成し
て、前記入力信号に対してプリディストーション処理を
行うことにより、前記増幅器の非線形歪みを除去するよ
うにしたデジタル無線通信システムにおける非線形歪み
補償方法をコンピュータに実行させるためのプログラム
であつて、前記入力信号の履歴に応じて前記非線形歪み
補償をなす歪み補償ステップを含むことを特徴とするプ
ログラム。
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