JP2006033205A - 歪補償回路及びその補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 帰還信号の分布（サンプル数）が少なく、算出した誤差データの精度が低くなる場合にも、歪補償データが劣化するのを抑圧し、歪補償特性を向上させることが可能な歪補償回路の提供。
【解決手段】 誤差演算部２１は、誤差演算時の平均化処理の際に算出した入力振幅ｒに応じた帰還信号のサンプル数の計算結果Ｐ（ｒ）をステップ係数計算部２２に出力する（Ｓ４）。ステップ係数計算部２２は帰還信号のサンプル数の計算結果Ｐ（ｒ）に応じてステップ係数を計算する（Ｓ５）。そのステップ係数を基に振幅補償データと位相補償データとが計算され（Ｓ６）、それらデータを基に歪補償演算部２にて複素乗算が行われる（Ｓ８）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、歪補償回路及びその補償方法に関し、特に無線通信システムにおける基地局等の送受信装置において使用され、電力増幅器等において発生する歪を補償する歪補償回路及びその補償方法に関する。

近年、ディジタル移動体通信システムにおいて、電力増幅手段の非線形歪による隣接チャネル漏洩電力を抑圧する為の歪補償技術として、低コスト化と高効率化の面から、ベースバンドにおけるディジタル直交座標での歪補償が可能なプリディストーション方式による歪補償回路が多く検討されている。

図３は従来のプリディストーション型歪補償回路の一例の構成図である。同図を参照すると、従来のプリディストーション型歪補償回路の一例は送信データ生成部１と、歪補償演算部２と、Ｄ／Ａ（digital/analog）変換器３と、直交変調器４と、基準信号生成部５と、電力増幅器６と、方向性結合器７と、直交復調器８と、Ａ／Ｄ（analog/digital）変換器９と、振幅計算部１０と、誤差演算及び補償データ更新部１１とを含んで構成される。

次に、このプリディストーション型歪補償回路の動作について説明する。送信データ生成部１からのディジタル直交ベースバンド信号Ｉ、Ｑは歪補償演算部２にて歪補償データに基づいた複素乗算による歪補償が行われ、直交ベースバンド信号Ｉ’、Ｑ’として出力される。

その直交ベースバンド信号Ｉ’、Ｑ’はＤ／Ａ変換器３にてアナログ信号に変換され、アナログ直交ベースバンド信号として出力される。

そのアナログ直交ベースバンド信号は直交変調器４にて基準信号生成部５からの信号によって直交変調され、直交変調信号として出力される。その直交変調信号は電力増幅器６で電力増幅され出力される。

電力増幅器６の出力の一部は方向性結合器７によって直交復調器８に帰還され、基準信号生成部５からの信号によってアナログ直交ベースバンド信号に復調される。

更にそのアナログ直交ベースバンド信号はＡ／Ｄ変換器９にてディジタル信号に変換され、ディジタル直交ベースバンド信号Ｉ”、Ｑ”として出力される。

この帰還されたディジタル直交ベースバンド信号Ｉ”、Ｑ”と、送信データ生成部１からの入力直交ベースバンド信号Ｉ、Ｑは、誤差演算及び補償データ更新部１１にて比較され、歪補償データが更新される。

歪補償演算部２では、この更新された歪補償データに基づいて、振幅計算部１０からの振幅値をアドレスとして歪補償が行われる。

以上の構成は歪補償回路の一実施例を示すもので、振幅計算部１０による振幅値をアドレスとする替わりに、振幅計算部１０による振幅値の自乗値である電力値をアドレスとして歪補償演算を行う実施例も提案されている。

次に、誤差演算及び補償データ更新部１１の構成について説明する。図４は、従来の誤差演算及び補償データ更新部１１の一例の構成図である。同図を参照すると、従来の誤差演算及び補償データ更新部１１の一例は誤差演算部１２と、誤差データメモリ１３と、歪補償データメモリ１４と、加算器１５，１６と、積算器１７，１８とを含んで構成されている。

次に、誤差演算及び補償データ更新部１１の動作について図５を参照しながら説明する。図５は従来の誤差演算及び補償データ更新部１１の動作の一例を示すフローチャートである。

ある時点の入力信号の振幅をｒ_n（ｎは正の整数）とし、同時点での歪補償データメモリ１４における入力信号振幅ｒ_nに対する歪補償データについて、振幅補償データをＫ_n、位相補償データをθ_nとする。ここで、ｎは歪補償データの更新ステップを示す。

誤差演算部１２では入力信号の振幅ｒ_nにおける入力信号Ｉ、Ｑと帰還信Ｉ”、Ｑ”を極座標上で比較して（Ｓ５１）、振幅誤差Ｅａ（ｒ_n）と、位相誤差Ｅｐ（ｒ_n）を算出し、更に振幅側についてはＥａ（ｒ_n）／ｒ_nを算出する（Ｓ５２）。

これらの誤差データは、入力振幅ｒ_n（＝ｒ）をアドレスとして一旦書換え可能な誤差データメモリ１３に蓄積される（Ｓ５３）。

入力信号の振幅ｒ_n+1がｒ_n+1＝ｒ_n（＝ｒ）となる次の時点での振幅補償データｋ_n+1と位相補償データθ_n+1を、入力信号振幅ｒをアドレスとして前述の各データを参照し、以下の反復演算処理によって算出する（Ｓ５４）。
ｋ_n+1＝Ｋ_n＋α・｛Ｅａ（ｒ_n）／ｒ_n｝ ・・・（１）
θ_n+1＝θ_n＋β・Ｅｐ（ｒ_n） ・・・（２）

ここで、振幅補償データにおける乗算係数α、及び位相補償データにおける乗算係数βは、前述の反復演算のステップ係数であり、一般的にはある固定値を採用している。

書換え可能な歪補償データメモリ１４のデータを、入力信号振幅ｒをアドレスとして以上によって得られた歪補償データに更新（Ｓ５５）した後、図２における歪補償演算部２で逐次更新された歪補償データに基づいて複素乗算を行う（Ｓ５６）ことで、適応的な歪補償制御が実現される。

一方、特許文献１に入力信号の直前ｎ個分の振幅データの平均を計算し、その平均値に重み（定数）を乗じた上で現在の振幅に加算する技術が開示されている。これは、直前にどのような振幅成分が存在していたかによって重みを調整するものである。

また、特許文献２に入力信号の振幅値に応じてステップ係数を切り換える技術が開示されている。

また、特許文献３に、ステップ係数に関し、乗算係数を動作開始から収束までの一定時間内だけ収束後の係数より大きな値に設定する、あるいは乗算係数を温度がある一定値未満の場合は温度が一定値に達した後の係数より大きな値に設定することで、初期状態から歪補償が収束する迄の時間を短縮する技術が開示されている。

また、特許文献４に、歪特性を検出し、歪補償制御が収束したか否かの判定によってステップ係数を切換える技術が開示されている。

特開２００３−２１８９７０号公報（段落００３１〜００３３、図１〜図３） 特開２００３−１８８６５６号公報（段落００３７、図１） 特開平６−３１０９４６号公報（段落００１３〜００１５、図１） 特開２００３−１４２９５９号公報（段落００２４〜００２６、図１）

近年のディジタル移動体通信システムにおける多重変調波は、ほぼガウス（Ｇａｕｓｓ）雑音に近似できる。更に狭帯域のガウス雑音はランダムな振幅変調から成り、包絡線はレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）分布と考えられる。レイリー分布の包絡線関数（確率密度関数）に基づけば、入力信号の包絡線に存在する振幅成分は、平均振幅値を１として正規化すると、その発生確率は振幅（１／√２）をピークとし、その前後は振幅の大小に関わらず減少する。

図６は、実際の多重変調波信号を一般的なＡ級動作の電力増幅器に入力した場合の入力振幅対帰還振幅／入力振幅特性図である。同図は入力信号の振幅レベルに対する帰還信号の振幅と入力信号の振幅比（帰還振幅／入力振幅）の変化を示したものである。

この特性例から、入力振幅が小さい領域においては信号の分布が少なく、かつ分散が大きいことが解る。同図における帰還振幅／入力振幅は、電力増幅器のＡＭ−ＡＭ特性（入力振幅対出力振幅の非線形特性）を表すものであり、反復演算処理における誤差データ算出に係る情報である。

従って、信号の分布が少なく、かつ分散が大きい場合には、平均処理を行ったとしても、算出された誤差データの精度が著しく劣化する為、帰還信号の分布に無関係なステップ係数を使用する前述の従来技術では、反復演算によって算出される歪補償データの精度も劣化し、十分な歪補償ができなくなるという問題があった。

また、特許文献１及び２記載の技術では歪補償を計算する際に信号の分布が考慮されていない。したがって、信号の分布が少なく、かつ分散が大きい場合に正しい補償ができなくなる。信号の分布は、信号の振幅の大小で決まるものではなく、変調方式や多重数等の信号の種類により決まるものである。

また、特許文献３記載の技術は時間や温度条件によって係数を切り換えるものであり、信号の振幅や分布に関しては考慮されていない。

また、特許文献４記載の技術においても上記特許文献と同様に信号の振幅や分布に関しては考慮されていない。

以上に示した従来技術は、歪補償制御の収束迄の時間短縮と収束後の安定化を図るものではあるが、収束した状態における補償特性自体の改善を図るものではない。

そこで本発明の目的は、帰還信号の分布（サンプル数）が少なく、算出した誤差データの精度が低くなる場合にも、歪補償データが劣化するのを抑圧し、歪補償特性を向上させることが可能な歪補償回路及びその補償方法を提供することにある。

前記課題を解決するために本発明による歪補償回路は、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振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データを算出し、これらのデータに基づき送信データの歪を補償する歪補償回路であって、その回路は前記入力信号の各振幅における前記帰還信号の分布に応じて送信データの歪を補償する歪補償手段を含むことを特徴とする。

また、本発明による歪補償方法は、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振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データを算出し、これらのデータに基づき送信データの歪を補償する歪補償方法であって、その方法は前記入力信号の各振幅における前記帰還信号の分布に応じて送信データの歪を補償する歪補償ステップを含むことを特徴とする。

本発明によれば、振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データの各々に乗算するステップ係数を帰還信号の分布に応じて算出する。これにより、帰還信号の分布に応じた歪補償データを得て歪補償を行う。

本発明によれば、誤差演算及び補償データ更新部において、帰還ベースバンド信号と入力ベースバンド信号を極座標上で比較して算出した振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データに各々乗算するステップ係数を、入力ベースバンド信号の各振幅における帰還ベースバンド信号の分布（サンプル数）に応じて変更する構成としたので、帰還信号の分布が少なく、算出した誤差データの精度が低くなる場合には、ステップ係数を小さくすることにより、歪補償データ算出に使用する誤差データの重みを小さくして、歪補償データの精度が劣化することを抑圧し、歪補償特性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。

本発明に係る歪補償回路の全体構成は図２の誤差演算及び補償データ更新部１１を誤差演算及び補償データ更新部２０に変更したものであり、その他の構成は図３と同様である。したがって、本発明に係る歪補償回路の全体構成図として図３を参照し、図３と同様の構成部分については説明を省略する。

次に、誤差演算及び補償データ更新部２０の構成について説明する。図１は本発明に係る誤差演算及び補償データ更新部２０の一例の構成図である。誤差演算及び補償データ更新部２０が図４の従来の誤差演算及び補償データ更新部１１と相違する点は、誤差演算部１２が誤差演算部２１に置換され、ステップ係数計算部２２が新たに設けられた点である。したがって、他の構成部分は従来の誤差演算及び補償データ更新部１１と同様であるためその説明を省略する。

誤差演算部２１は、誤差演算を行う機能に加え、入力振幅ｒにおける帰還信号の分布 （サンプル数Ｐ（ｒ））を、ステップ係数計算部１６に出力する機能を含んでいる。なお、入力振幅ｒにおける帰還信号のサンプル数Ｐ（ｒ）を出力する処理については、従来の誤差演算部１２において、平均化処理を行う際にサンプル数Ｐ（ｒ）が既知の情報である為、新たに回路の付加は必要としない。

次に、誤差演算及び補償データ更新部２０の動作について図２を参照しながら説明する。図２は本発明に係る誤差演算及び補償データ更新部２０の動作の一例を示すフローチャートである。

ある時点の入力信号の振幅をｒ_n（ｎは正の整数）とし、同時点での歪補償データメモリ１４における入力信号振幅ｒ_nに対する歪補償データについて、振幅補償データをＫ_n、位相補償データをθ_nとする。ここで、ｎは歪補償データの更新ステップを示す。

誤差演算部２１は入力信号の振幅ｒ_nにおける入力信号Ｉ、Ｑと帰還信号Ｉ”、Ｑ”を極座標上で比較して（Ｓ１）、振幅誤差Ｅａ（ｒ_n）と、位相誤差Ｅｐ（ｒ_n）を算出し、更に振幅側についてはＥａ（ｒ_n）／ｒ_nを算出する（Ｓ２）。

これらの誤差データは、入力振幅ｒ_n（＝ｒ）をアドレスとして一旦書換え可能な誤差データメモリ１３に蓄積される（Ｓ３）。

誤差演算部２１は、誤差演算時の平均化処理の際に算出した入力振幅ｒに応じた帰還信号のサンプル数の計算結果Ｐ（ｒ）を、ステップ係数計算部２２に出力する（Ｓ４）。

ステップ係数計算部２２は帰還信号のサンプル数の計算結果Ｐ（ｒ）に応じてステップ係数を計算する（Ｓ５）。

入力信号の振幅ｒ_n+1がｒ_n+1＝ｒ_n（＝ｒ）となる次の時点での振幅補償データｋ_n+1と位相補償データθ_n+1を、入力信号振幅ｒをアドレスとして前述の各データを参照し、以下の反復演算処理によって算出する（Ｓ６）。
ｋ_n+1＝Ｋ_n＋α｛Ｐ（ｒ）｝・｛Ｅａ（ｒ_n）／ｒ_n｝ ・・・（３）
θ_n+1＝θ_n＋β｛Ｐ（ｒ）｝・Ｅｐ（ｒ_n） ・・・（４）

ここで、振幅補償データにおける振幅補償データ用ステップ係数α｛Ｐ（ｒ）｝、及び位相補償データ用ステップ係数β｛Ｐ（ｒ）｝は、前述のステップ係数計算部２２から得たサンプル数Ｐ（ｒ）に基づくステップ係数であり、両ステップ係数α及びβが共にサンプル数Ｐ（ｒ）の関数であることを示している。

ここで、入力振幅ｒにおける帰還信号のサンプル数Ｐ（ｒ）を変数とした振幅補償データ用ステップ係数α｛Ｐ（ｒ）｝、及び位相補償データ用ステップ係数β｛Ｐ（ｒ）｝の関数は、変数としてのサンプル数Ｐ（ｒ）が少ない場合に小さくなる関数であれば、多項式でもステップ関数でも任意に選定可能だが、算出した誤差データの精度に応じて最適な重みとなるよう選定される。

書換え可能な歪補償データメモリ１４のデータを、入力信号振幅ｒをアドレスとして以上によって得られた歪補償データに更新（Ｓ７）した後、図３における歪補償演算部２で逐次更新された歪補償データに基づいて複素乗算を行う（Ｓ８）ことで、適応的な歪補償制御が実現される。

なお、Ｅａ（ｒ_n）／ｒ_nは振幅誤差Ｅａ（ｒ_n）を入力信号の振幅値ｒ_nで除算したものである。

第１実施例によれば、ステップ係数計算部１６を設け、ここで振幅補償データｋ_n+1と位相補償データθ_n+1に各々乗算するステップ係数を計算する構成としたため、帰還信号の分布（サンプル数）が少なく、算出した誤差データの精度が低くなる場合には、ステップ係数を小さくすることにより、歪補償データ算出に使用する誤差データの重みを小さくして、歪補償データの精度が劣化することを抑圧し、歪補償特性を向上させることができる。

図１の実施例において、ステップ係数計算部１６を、入力振幅ｒにおける帰還信号のサンプル数Ｐ（ｒ）をアドレスとしたステップ係数データを書き込む書換え可能なステップ係数データメモリに置き換えることでも同一の機能を実現できる。

図１の実施例において、振幅計算部１０を、入力信号の振幅値を計算するのではなく、入力信号の振幅値の自乗値である電力値を計算する電力計算部に置き換えることでも同一の機能を実現できる。

本発明に係る誤差演算及び補償データ更新部２０の一例の構成図である。 本発明に係る誤差演算及び補償データ更新部２０の動作の一例を示すフローチャートである。 従来のプリディストーション型歪補償回路の一例の構成図である。 従来の誤差演算及び補償データ更新部１１の一例の構成図である。 従来の誤差演算及び補償データ更新部１１の動作の一例を示すフローチャートである。 実際の多重変調波信号を一般的なＡ級動作の電力増幅器に入力した場合の入力振幅対帰還振幅／入力振幅特性図である。

符号の説明

１ 送信データ生成部
２ 歪補償演算部
３ Ｄ／Ａ（digital/analog）変換器
４ 直交変調器
５ 基準信号生成部
６ 電力増幅器
７ 方向性結合器
８ 直交復調器
９ Ａ／Ｄ（analog/digital）変換器
１０ 振幅計算部
１３ 誤差データメモリ
１４ 歪補償データメモリ
１５、１６ 加算器
１７、１８ 積算器
２０ 誤差演算及び補償データ更新部
２１ 誤差演算部
２２ ステップ係数計算部

Claims (12)

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振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データを算出し、これらのデータに基づき送信データの歪を補償する歪補償回路であって、
   前記入力信号の各振幅における前記帰還信号の分布に応じて送信データの歪を補償する歪補償手段を含むことを特徴とする歪補償回路。
2. 前記歪補償手段は、前記入力信号と前記帰還信号とを極座標上で比較して振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データを算出する誤差演算及び補償データ更新手段と、
   前記振幅補償用誤差データ及び前記位相補償用誤差データの各々に乗算するステップ係数を前記帰還信号の分布に応じて算出するステップ係数算出手段と、
   前記振幅補償用誤差データ及び前記位相補償用誤差データの各々に前記ステップ係数を乗算して得た歪補償データに基づいて歪補償を行う歪補償演算手段とを含むことを特徴とする請求項１記載の歪補償回路。
3. 前記ステップ係数は前記帰還信号の分布に比例することを特徴とする請求項２記載の歪補償回路。
4. 前記ステップ係数算出手段は、前記帰還信号の分布をアドレスとしかつそのアドレスに対応するステップ係数データが書き込まれたテーブルを有し、そのテーブルから前記帰還信号の分布に応じたステップ係数データを読み出すことを特徴とする請求項２または３記載の歪補償回路。
5. 前記歪補償演算手段は前記入力信号の振幅値をアドレスとして歪補償を行うことを特徴とする請求項２から４いずれかに記載の歪補償回路。
6. 前記歪補償演算手段は前記入力信号の振幅値の二乗値をアドレスとして歪補償を行うことを特徴とする請求項２から４いずれかに記載の歪補償回路。
7. 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振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データを算出し、これらのデータに基づき送信データの歪を補償する歪補償方法であって、
   前記入力信号の各振幅における前記帰還信号の分布に応じて送信データの歪を補償する歪補償ステップを含むことを特徴とする歪補償方法。
8. 前記歪補償ステップは、前記入力信号と前記帰還信号とを極座標上で比較して振幅補償用誤差データ及び位相補償用誤差データを算出する誤差演算及び補償データ更新ステップと、
   前記振幅補償用誤差データ及び前記位相補償用誤差データの各々に乗算するステップ係数を前記帰還信号の分布に応じて算出するステップ係数算出ステップと、
   前記振幅補償用誤差データ及び前記位相補償用誤差データの各々に前記ステップ係数を乗算して得た歪補償データに基づいて歪補償を行う歪補償演算ステップとを含むことを特徴とする請求項７記載の歪補償方法。
9. 前記ステップ係数は前記帰還信号の分布に比例することを特徴とする請求項８記載の歪補償方法。
10. 前記ステップ係数算出ステップは、前記帰還信号の分布をアドレスとしかつそのアドレスに対応するステップ係数データが書き込まれたテーブルを有し、そのテーブルから前記帰還信号の分布に応じたステップ係数データを読み出すことを特徴とする請求項８または９記載の歪補償方法。
11. 前記歪補償演算ステップは前記入力信号の振幅値をアドレスとして歪補償を行うことを特徴とする請求項８から１０いずれかに記載の歪補償方法。
12. 前記歪補償演算ステップは前記入力信号の振幅値の二乗値をアドレスとして歪補償を行うことを特徴とする請求項８から１０いずれかに記載の歪補償方法。
    

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