JP2004032594A

JP2004032594A - 通信装置

Info

Publication number: JP2004032594A
Application number: JP2002189246A
Authority: JP
Inventors: Fumito Tomaru; 都丸　史人; Nobuo Hirose; 廣瀬　伸郎; Takuya Takahashi; 高橋　卓也
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2002-06-28
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】補償動作を行おうとする帯域内に特性のばらつきがある場合でも、高精度な歪補償が可能な通信装置を提供する。
【解決手段】電力増幅器７の非線形性による伝送信号の歪成分を、電力増幅器７の入力側で前置補償するようにした通信装置において、前記電力増幅器７の前置補償を、前記伝送信号の高い周波数帯域と低い周波数帯域のそれぞれに発生する歪成分を個別にモニタしながら、前記両帯域に対して最適な補償パラメータを求め、個別に補償動作を行えるよう構成する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線形変調方式を用いて有線伝送、無線伝送を行う通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の前置歪補償方式（プリディストーション方式：ＰＤ）を用いた電力増幅器の構成を、図４に示す。電力増幅器の非線形性による歪成分を、電力増幅器の入力部の前置補償部によって補償するものとして、例えば、特許２７４６１３０号公報に記載されているものがある。以下、図４を用いて従来の技術について説明する。
【０００３】
入力端子１から入力された高周波信号は、方向性結合器２で２経路に分配され、一方は遅延素子１０を介して可変位相器３へ、他方は検波部１１に入力される。可変位相器３は、可変減衰器４、電力増幅器７、方向性結合器８を介して出力端子９と接続され、検波部１１は、ＡＤ変換器１２を介して演算・制御部２０と接続される。方向性結合器８は、出力端子９と接続される一方で、ミキサ２１と接続される。ミキサ２１は、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２４、ＡＤ変換器１７を介して演算・制御部２０と接続される。局部発信回路であるＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）２６はミキサ２１、演算・制御部２０と接続され、演算・制御部２０と可変位相器３、可変減衰器４はそれぞれＤＡ変換器１３、１４を介して接続される。以下、この動作について、詳細に述べる。
【０００４】
有線、あるいは無線伝送において線形変調方式を用いる場合、通常電力増幅器では、その非線形性のために信号歪が発生する。特に、相互変調歪は自身の信号帯域を中心に３倍から５倍の帯域に渡る。このため、送信しようとする信号の品質劣化、あるいは隣接する他の信号への妨害が生じるため、特に無線伝送では、このような非線型性により生じる不要な信号に対し厳しい規制がかけられており、電力増幅器の非線形性を補償する手段が必要となる。電力増幅器７の非線形性は、ＡＭ−ＡＭ変換特性、ＡＭ−ＰＭ変換特性により生じることが知られており、ＰＤ方式では、電力増幅器７のＡＭ−ＡＭ変換特性、ＡＭ−ＰＭ変換特性の逆特性を可変位相器３、可変減衰器４であらかじめ生成しておき相殺するものである。
【０００５】
歪を相殺する方法について、図５を用いて説明する。図５の実線は電力増幅器７の入力電力（Ｐｉｎ）と、出力電力（Ｐｏ）、および出力位相（Ｐｈ）の様子を示している。また、点線は各々の理想特性を示しており、この理想特性が実現されれば電力増幅器７での歪は発生しない。出力電力Ｐｏは、入力電力Ｐｉｎが小さい時には入力電力Ｐｉｎの増加に比例して変化するが、入力電力Ｐｉｎが増加するとともに電力増幅器のＡＭ−ＡＭ変換特性によりその利得が圧縮される。実線で示される出力位相Ｐｈも同様に、小信号時には変化が少ないが、ＡＭ−ＰＭ変換特性によって入力電力Ｐｉｎの増加に伴い、徐々に位相の変化量が増大していく。
【０００６】
したがって、これらの特性を相殺するためには、電力増幅器７の前段に、図５の一点鎖線に示すように、電力に対してはＰｏｃとなる特性を可変減衰器４に持ち、位相に対してはＰｈｃとなるような特性を有する素子を可変位相器３に持つことで、その非線形性を補償することが可能となる。
【０００７】
方向性結合器２で分配された信号を検波部１１で検波することにより、瞬時包絡線レベルを検出する。演算・制御部２０では、ＡＤ変換器１２を経て量子化された包絡線レベルに対し、あらかじめ求めておいた図５のＰｏｃ、Ｐｈｃに対応する補償特性を持っており、検波部１１、ＡＤ変換器１２で得られた包絡線レベルの情報をもとに、補償データをＤＡ変換器１３およびＤＡ変換器１４を介して可変位相器３、可変減衰器４に出力する。即ち、ＤＡ変換器１４からは、振幅補償データＰｏｃが、ＤＡ変換器１３からは位相補償データＰｈｃが入力され、入力された信号の包絡線レベルに従い、歪補償を行うものである。
【０００８】
電力増幅部７の周囲温度、あるいは経時変化に対応するために、方向性結合器８から出力信号を分配し、分配された信号をミキサ２１、局部発振器であるＶＣＯ２６を用いて所望の周波数に周波数変換を行う。周波数変換された信号の内、歪レベルのみを監視するため、ＢＰＦ２４で、歪信号のみを抽出し、抽出した信号をＡＤ変換器１７で量子化する。演算・制御部２０では、この量子化された歪レベルをモニタしながら、検出した歪レベルがより少なくなる様に、例えば、摂動法等を用いて補償データＰｏｃ、Ｐｈｃの生成、更新を行うものである。
【０００９】
遅延素子１０は、包絡線検波部１１からＡＤ変換器１２を介し演算・制御部２０に包絡線情報を取り込むまでの時間と、取り込んだ包絡線情報から、補償値を求め、ＤＡ変換器１３、１４を介して可変位相器３、可変減衰器４にデータを与えるまでの時間に相当する分を遅延させるものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来例では、送信信号の上側、下側の両帯域に発生する歪成分の内、片側の歪のみをモニタしている場合、電力増幅器等の帯域特性の影響などにより、必ずしも、補償を行おうとする、全帯域に渡って最適な補償動作が行えないという問題がある。即ち、下側歪の電力のみをパラメータとして歪補償を行った時に、モニタしている帯域については最適化されるが、上側歪が発生する帯域に対しては、必ずしも最適なパラメータでは無い可能性があり、各帯域における補償量のばらつきが生じてしまう。
【００１１】
また、歪検出系の局部発振器であるＶＣＯの周波数を変化させ、モニタする帯域を切り換える方法もとられるが、この場合においても、上下の歪が発生する帯域の特性に差がある場合には、どちらの帯域に対しても最適化されず、高精度な補償動作が行えないという問題がある。
【００１２】
本発明の目的は、補償動作を行おうとする帯域内に特性のばらつきがある場合でも、高精度な歪補償を行う通信装置を提供することにある。
【００１３】
【問題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、上側、下側それぞれの歪量を個別にモニタしながら、それぞれの補償帯域に対し最適なパラメータを求め、個別に補償動作を行える様にしたものである。
【００１４】
以下に、本発明の代表的な構成例を列挙する。
【００１５】
本発明による通信装置は、電力増幅器の非線形性による伝送信号の歪成分を、該電力増幅器の入力側で前置補償するようにした通信装置において、前記電力増幅器の前置補償を、前記伝送信号の高い周波数帯域と低い周波数帯域のそれぞれに発生する歪成分を個別にモニタしながら、前記両帯域に対して最適な補償パラメータを求め、個別に補償動作を行えるよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による通信装置は、電力増幅器の非線形性による伝送信号の歪成分を、該電力増幅器の入力部に備えた前置補償部によって補償するようにした通信装置において、前記前置補償部を、前記伝送信号の低い周波数領域に発生する歪成分に着目して補償を行う第１の前置補償部と、前記伝送信号の高い周波数領域に発生する歪成分に着目して補償を行う第２の前置補償部とで構成したことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による通信装置は、前記構成において、前記電力増幅器の出力から前記伝送信号の低い周波数領域に発生する歪成分を抽出するための第１の回路手段と、前記電力増幅器の出力から前記伝送信号の高い周波数領域に発生する歪成分を抽出する第２の回路手段とを含み、かつ、前記第１の前置補償部により前記第１の回路手段で抽出した歪成分に対する補償を行い、前記第２の前置補償部により前記第２の回路手段で抽出した歪成分に対する補償を行うよう構成したことを特徴とする。
【００１８】
また、本発明による通信装置は、前記第１の前置補償部は、第１の可変位相器と第１の可変減衰器とを有し、前記第１の可変位相器と前記第１の可変減衰器とを用いて前記伝送信号の低い周波数領域に発生する歪成分を減ずるような補償を与え、かつ、前記第２の前置補償部は、第２の可変位相器と第２の可変減衰器とを有し、前記第２の可変位相器と前記第２の可変減衰器とを用いて前記伝送信号の高い周波数領域に発生する歪成分を減ずるような補償を与えるよう構成したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図を用いて詳述する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図である。入力端子１は、方向性結合器２を介して、遅延素子１０、包絡線検波部１１と接続される。遅延素子１０は、第１の可変位相器３、第１の可変減衰器４、第２の可変位相器５、第２の可変減衰器６、電力増幅器７、方向性結合器８を介して出力端子９と接続され、包絡線検波部１１は、ＡＤ変換器１２を介して演算・制御部２０と接続される。また、方向性結合器８は、ミキサ２１、分配器２３を介して帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）２４、２５と接続され、ＢＰＦ２５はＡＤ変換器１７と、ＢＰＦ２４はＡＤ変換器１８と、それぞれ接続される。ＡＤ変換器１７、１８は、切り換えスイッチ１９を介して演算・制御部２０と接続される。また、局部発振器２２はミキサ２１と接続されるものである。
【００２１】
以下、本実施例の動作について詳細に説明する。
【００２２】
入力端子１からは、変調をかけられた高周波信号が入力される。入力された高周波信号は方向性結合器２で、遅延素子１０、包絡線検波部１１に分配される。このとき、入力信号の変調方式は、１６ＱＡＭ、ＯＦＤＭ、ＣＤＭＡ等の線形変調方式であるものとする。
【００２３】
包絡線検波部１１から出力される包絡線情報は、電力増幅器７の入力電力を示す値となる。このため、従来技術の項で述べたように、図５で示されるような電力増幅器７が有するＡＭ−ＡＭ変換特性、ＡＭ−ＰＭ変換特性の逆特性を演算・制御部２０であらかじめ有していれば、ＡＤ変換器１２で量子化されたデータをもとに可変位相器３、可変減衰器４に与えるべき補償データが選択できる。
【００２４】
ここで、かかる可変位相器３、および可変減衰器４が補償を行おうとする周波数帯域に比してじゅうぶん広帯域であり、電力増幅器７のＡＭ−ＡＭ変換特性、ＡＭ−ＰＭ変換特性が周波数によらず一定であれば、第１の可変位相器３、第１の可変減衰器４による補償で、十分な補償量が得られるが、可変位相器３、可変減衰器４の広帯域性の確保、電力増幅器７の各特性の広帯域化を実現しようとすると、工数、価格の低減が困難となり、また、装置の小型化、高効率化も困難となる。
【００２５】
さらに、比帯域（伝送帯域／伝送信号の中心周波数）が大きい場合には、技術的に不可能である場合もある。これについて、図６を用いて、説明する。非線形性を持つ電力増幅器に２つの異なる周波数の搬送波を入力し、増幅すると、図６に示すように、下側帯域にＤ_Ｌ、上側帯域にＤ_Ｕとなる歪成分が発生する。このＤ_Ｌ、Ｄ_Ｕが同じレベルであれば、１つの可変減衰器による補償が可能となるが、通常電力増幅器で発生する上下の歪レベルは、バイアス状態等の影響によって、等レベルにならないことが多い。
【００２６】
補償器としての可変減衰器は、ＡＭ変調器と等価な動作を行うため、中心周波数ｆｏに対し同レベルの補償信号しか生成することができず、片側の歪成分、例えばＤ_Ｌのみに着目した場合、Ｄ_Ｕに対して最適な補償とならず補償残が生じることとなる。また、位相器についても同様に、位相器の周波数特性が図６に示す実線のように広帯域であったとしても、通常、電力増幅器の位相特性は、図６の一点鎖線で示すような特性となり、例えば、Ｄ_Ｌに対し、逆位相となる様な最適位相に合わせたとしても、Ｄ_Ｕの周波数点では位相誤差が生じ、やはり、最適な補償動作とならなくなってしまう。
【００２７】
このため、本実施例では、第２の可変位相器５、第２の可変減衰器６を付加する。例えば、第１の可変位相器３、第１の可変減衰器４を用いて伝送帯域の下側に発生する歪を減ずるような補償データを与え、第２の可変位相器５、第２の可変減衰器６では伝送帯域の上側の歪を減ずるような補償データを与える。
【００２８】
例えば、図７に示すように、第１の可変位相器３を用いて、前段の位相器の特性Ｐｈｃ１で、Ｄ_Ｌに対し補償を行う。この時、Ｄ_Ｕに対しては、影響を与えないような特性が望まれる。同様にＤ_Ｕに対しては、第２の可変位相器５を用いて、後段の位相器の特性Ｐｈｃ２で、補償を行う。
【００２９】
また、温度変化や、経時変化等に対応するために、電力増幅器７の出力をモニタする。電力増幅器７の出力電力の一部を方向性結合器８により取り出す。取り出された電力は、ミキサ２１、局部発振器２２により、所望の周波数に周波数変換される、周波数変換後の下側の歪信号のみをＢＰＦ２５で、上側の歪信号のみをＢＰＦ２４でそれぞれ抜き出し、ＡＤ変換器１７、１８で、量子化する。
【００３０】
演算・制御部２０では、可変位相器３、可変減衰器４を制御する場合には、スイッチ１９を下側歪データであるＡＤ変換器１７のデータを取り込む。このデータをモニタしながら、下側歪がもっとも小さくなる様に可変位相器３、可変減衰器４に与えるデータの更新を行う。次に、スイッチ１９を上側歪データを取り込むＡＤ変換器１８側に切り換え下側歪の場合と同様に可変位相器５、可変減衰器６に与えるべきデータを求めるものである。
【００３１】
図２は、本発明の第２の実施例を示す。図１で示した実施例では、切り換えスイッチ１９は、ＡＤ変換器１７、１８の出力に挿入されているが、本実施例のように、ＢＰＦ２４、２５の出力を切り換えるような構成も可能である。
【００３２】
次に、図３を用いて、本発明の第３の実施例について説明する。
【００３３】
入力端子１から、方向性結合器２、遅延素子１０を介して出力端子９に至る系、方向性結合器２からＡＤ変換器１２を介して第１の可変位相器３、第１の可変減衰器４、第２の可変位相器５、および第２の可変減衰器６に至る系については、前述した実施例と同様であるので、ここでは説明しない。方向性結合器８から取り出される電力増幅器７の出力電力は、ミキサ２１を介してＢＰＦ２４に入力され、ＡＤ変換器１７を介して演算・制御部２０に入力される。
【００３４】
本実施例においても、上側歪、下側歪各々に対して最適な補償データを求める必要があるが、この切り替えを局部発振器であるＶＣＯ２６を制御することで可能としている。即ち、第１の可変位相器３、第１の可変減衰器４を制御する時には、ＶＣＯ２６の周波数を下側歪がＢＰＦ２４の中心周波数となる様に設定し、第２の可変位相器５、第２の可変減衰器６を制御する時には、ＶＣＯ２６を上側歪がＢＰＦ２４の中心周波数となる様に設定するようにしたものである。
【００３５】
なお、前述した全ての実施例において、可変減衰器４、６はその利得を制御出来る可変増幅器等の素子を用いてもよい。
【００３６】
以上のように、本発明は、補償動作を行おうとする帯域内に特性のばらつきがある場合でも、上側、下側の帯域のそれぞれの歪量を個別にモニタしながら、それぞれの補償帯域に対し最適なパラメータを求められるため、高精度な歪補償が可能となる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のよれば、補償動作を行おうとする帯域内に特性のばらつきがある場合でも、各帯域における最適な補償値を求め、高精度な歪補償が可能な通信装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する図。
【図２】本発明の第２の実施例を説明する図。
【図３】本発明の第３の実施例を説明する図。
【図４】従来の技術を説明する図。
【図５】プリディストーション方式の歪補償動作を説明する図。
【図６】電力増幅器、補償部の周波数特性を示す図。
【符号の説明】
１：高周波信号入力端子、２：方向性結合器、３：第１の可変位相器、４：第１の可変減衰器、５：第２の可変位相器、６：第２の可変減衰器、７：電力増幅器、８：方向性結合器、９：出力端子、１０：遅延素子、１１：包絡線検波部、１２、１７、１８：ＡＤ変換器、１３、１４、１５、１６：ＤＡ変換器、１９：切り換えスイッチ、２０：演算・制御部、２１：ミキサ、２２：局部発振器、２３：信号分配器、２４、２５：帯域通過フィルタ、２６：ＶＣＯ、Ｐｉｎ：入力電力、Ｐｏ：出力電力、Ｐｈ：出力位相、Ｐｏｃ：前置補償部に要求される出力電力に対する補償特性、Ｐｈｃ：前置補償部に要求される出力位相に対する補償特性、Ｄ_Ｌ：伝送信号の下側帯域に発生する歪、Ｄ_Ｕ：伝送信号の上側帯域に発生する歪。

Claims

電力増幅器の非線形性による伝送信号の歪成分を、該電力増幅器の入力側で前置補償するようにした通信装置において、前記電力増幅器の前置補償を、前記伝送信号の高い周波数帯域と低い周波数帯域のそれぞれに発生する歪成分を個別にモニタしながら、前記両帯域に対して最適な補償パラメータを求め、個別に補償動作を行えるよう構成したことを特徴とする通信装置。
電力増幅器の非線形性による伝送信号の歪成分を、該電力増幅器の入力部に備えた前置補償部によって補償するようにした通信装置において、前記前置補償部を、前記伝送信号の低い周波数領域に発生する歪成分に着目して補償を行う第１の前置補償部と、前記伝送信号の高い周波数領域に発生する歪成分に着目して補償を行う第２の前置補償部とで構成したことを特徴とする通信装置。
前記電力増幅器の出力から前記伝送信号の低い周波数領域に発生する歪成分を抽出するための第１の回路手段と、前記電力増幅器の出力から前記伝送信号の高い周波数領域に発生する歪成分を抽出する第２の回路手段とを含み、かつ、前記第１の前置補償部により前記第１の回路手段で抽出した歪成分に対する補償を行い、前記第２の前置補償部により前記第２の回路手段で抽出した歪成分に対する補償を行うよう構成したことを特徴とする請求項２記載の通信装置。
前記第１の前置補償部は、第１の可変位相器と第１の可変減衰器とを有し、前記第１の可変位相器と前記第１の可変減衰器とを用いて前記伝送信号の低い周波数領域に発生する歪成分を減ずるような補償を与え、かつ、前記第２の前置補償部は、第２の可変位相器と第２の可変減衰器とを有し、前記第２の可変位相器と前記第２の可変減衰器とを用いて前記伝送信号の高い周波数領域に発生する歪成分を減ずるような補償を与えるよう構成したことを特徴とする請求項２又は３記載の通信装置。
前記第１の回路手段および前記第２の回路手段は、各々の前記周波数領域に中心周波数を持つ帯域通過フィルタを有することを特徴とする請求項３記載の通信装置。