JP2006237925A - 無線送信増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 メモリに蓄えるフィードバックデータを、歪補償アルゴリズムの計算に最適なものにする。
【解決手段】 入力信号に入力レベルに応じた予歪を与えるプリディストータと戻り信号を記憶するメモリを備えて戻り信号に含まれる歪がより小さくなるように適応処理を行う信号処理部１１と、Ｄ／Ａ変換器２と、周波数変換器３と、増幅器４と、結合器５と、周波数変換器６と、周波数変換器６の出力を、増幅器で発生する歪が検出可能なサンプリングレート及び分解能でキャリアと共にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器７と、結合器５とＡ／Ｄ変換器７の間に設けられ、Ａ／Ｄ変換器７のダイナミックレンジを有効に使用するように入力信号のレベルに応じて減衰量を変化させる可変減衰器８と、を備えた無線送信増幅装置である。特に信号処理部１１は、電力検出部が出力する電力値、若しくは外部から送信データの有無を示す信号に基づいてメモリ書込みを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線送信増幅装置に係り、送信出力に含まれる歪を最小にするようにプリディスト−ションを施す無線送信増幅装置に関する。

例えばＷ−ＣＤＭＡ（Wide-band Code Division Multiple Access：広帯域符号分割多元接続）方式の移動通信システムに備えられる基地局装置では、物理的に遠く離れた移動局装置の所まで無線信号を到達させる必要があるため、信号を増幅器で大幅に増幅する必要がある。

しかしながら、増幅器はアナログデバイスで構成されるため、その入出力特性は非線形な関数となる。特に、飽和点と呼ばれる増幅限界以降では、増幅器に入力される電力が増大しても出力電力がほぼ一定となる。この非線形な出力は非線形歪の発生原因となる。増幅前の送信信号は希望信号帯域外の信号成分が帯域制限フィルタによって低レベルに抑えられられるが、増幅器通過後の信号では非線形歪が発生して希望信号帯域外（隣接チャネル）へ信号成分が漏洩する。特に基地局装置では上記したように送信電力が高いため、このような隣接チャネルへの漏洩電力の大きさは厳しく規定されており、このような隣接チャネル漏洩電力をいかにして削減するかが大きな問題となっている。

歪補償方式の一つにプリディストーション方式があり、近年では増幅効率を重要視するため、フィードフォワード方式に変わり主流になりつつある。プリディストーション方式は増幅器の非線形特性であるＡＭ−ＡＭ変換、ＡＭ−ＰＭ変換の逆特性を増幅器入力信号に予め与えることにより、増幅器の出力信号の歪を補償する方式である。

図３は、基地局装置などで用いられる従来の無線送信増幅装置の構成図である。
信号処理部１は、送信系に関しては、基地局装置のＴＸ（送信）部が出力するデジタル形式の送信ベースバンド信号を入力し、アップサンプル処理、振幅制限処理、フィルタ処理、デジタルプリディスト−ション処理などを施してベースバンド或いはＩＦ（中間周波数）のデジタル信号を出力する。また戻り系に関しては、Ａ／Ｄ変換器７で取り込まれた戻り信号を復調し、歪成分を検出し、歪成分がより小さくなるようにデジタルプリディスト−ション処理を適応制御する。
Ｄ／Ａ変換器２は、信号処理部１により生成されたデジタル信号を、アナログ信号に変換して出力する。
周波数変換器３は、Ｄ／Ａ変換器２が出力したアナログ信号を、ＲＦ（無線周波数）帯域に変換する。周波数変換器３は、単なるミキシングに限らず、アナログの直交信号（Ｉ相、Ｑ相からなる信号）を入力するアナログ直交変調器等を含んでもよい。その場合、ＲＦを直接変調してもよく、任意のＩＦを用いても良い。
増幅器４は、周波数変換器３の出力するＲＦ信号を電力増幅して出力する。
結合器５は、増幅器４の出力（進行波）をアンテナに導くと共に、その一部を取り出して戻り系に出力する。
周波数変換器６は、結合器５で取り出された信号を、Ａ／Ｄ変換可能なＩＦ帯域にダウンコンバートする。
Ａ／Ｄ変換器７は、周波数変換器６の出力をデジタル信号に変換する。従来の、キャリアレベルのモニタを目的としたものに比べ、Ａ／Ｄ変換器７は、微弱な歪成分を必要な精度で検知するために、送信信号よりも広い帯域とダイナミックレンジが要求される場合があるが、コスト上の制約によりそのサンプリングレート及び分解能が決定されている。
Ｄ／Ａ変換器２から増幅器５を送信系、周波数変換器６からＡ／Ｄ変換器７を戻り系と呼ぶ。

また、本発明に関連する他の従来技術として、歪補償電力増幅器のフィードバック経路において、検波する前に減衰を与えるものが知られる（例えば、特許文献１参照。）。
また、バースト送信のガードタイム期間に、送信系の歪補償回路を切り替える無線通信装置が知られる（例えば、特許文献２参照。）。

特表２００３−５１３４９８号公報 特開２００３−３１８７５２号公報

しかしながら、従来の無線送信増幅装置は、増幅器４により増幅される送信信号のレベルがダイナミックに変化することが考慮されておらず、送信信号のレベルが小さい時は戻り系のＡ／Ｄ変換器７のダイナミックレンジを十分に活用できず、結果的にプリディスト−ション処理の適応制御の収束が遅くなるという問題があった。

本発明は、上述した背景からなされたものであり、特に戻り系の構成を高額化・大規模化させずに、プリディスト−ション処理の適応制御を速く収束させることができる無線送信増幅装置を提供することを目的とする。

前記入力信号にデジタルプリディスト−ション処理を施す信号処理部と、
前記信号処理部の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器と、
前記Ｄ／Ａ変換器の出力を無線周波数帯域に変換する第１の周波数変換器（ミキサ４）と、
前記第１の周波数変換器の出力を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力の一部を取り出す結合器と、
前記結合器の出力を前記無線周波数帯域より低い周波数に変換する第２の周波数変換器（ミキサ６）と、
前記第２の周波数変換器の出力を、増幅器で発生する歪が検出可能な精度（サンプリングレート及び分解能）でキャリアと共にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記結合器とＡ／Ｄ変換器の間に設けられ、入力信号のレベルに応じて減衰量を変化させる可変減衰器と、を備える無線送信増幅装置。

前記信号処理部は、
入力信号の電力値または振幅値を検出する電力検出部と、
前記電力検出部の出力を参照引数として予歪制御量記憶する歪補償テーブルと、
前記歪補償テーブルから読み出された予歪制御量に基づいて入力信号に予歪を与えるプリディストータと、
前記Ａ／Ｄ変換器の出力の一部を一時記憶するメモリと、
前記電力検出部が出力する電力値、若しくは外部から送信データの有無を示す信号の少なくとも一方を入力し、前記メモリに書き込むためのタイミング信号を出力するタイミング信号生成回路と、
前記メモリに記憶された信号を読み出して、前記歪補償テーブルを更新する適応制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明にかかる無線送信増幅装置によれば、送信信号のレベル変動に応じて戻り系のゲインを調整する可変アッテネータを設けたことにより、Ａ／Ｄ変換器に入力される信号レベルが最適に保たれるので、歪の検出精度が向上し、プリディスト−ション処理の適応制御を速く収束させることができる。

図１は、最良の形態に係る無線送信増幅装置の構成図である。なお、従来と同一の構成には、同一の符号を付してその説明を省略する。
信号処理部１１は、従来の信号処理部１に加えて、送信信号の電力（或いは振幅）に対応する値を算出し、それに基づいて可変アッテネータ８に与える制御信号を出力する電力検出部１０１を備える。
可変アッテネータ（ＡＴＴ）８は、従来の戻り系の中で、Ａ／Ｄ変換器７よりも前段に挿入され、信号処理部１から通過利得の制御信号を入力し、通過させる戻り信号に対しその制御信号に対応する利得（減衰）を与える。ＡＴＴ８は、制御信号をデジタル信号で与えるもの、或いはＰＩＮダイオードのバイアス電流としてアナログ信号で与えるもののどちらでも良い。後者の場合、減衰量とバイアス電流（電圧）とを対応付けるテーブル類、及びＤ／Ａ変換器（いずれも図示せず）を別途設けてもよい。

次に、図１の無線送信増幅装置の動作を説明する。まず、想定される最大の送信信号のときに電力検出部１０１が検出する電力をＰ_maxとする。また、Ｐ_maxにて送信した時にＡＴＴ８の通過利得Ｄをａ[dB]（ａは通常、負である）に設定すると、Ａ／Ｄ変換器７への入力レベルがのそのダイナミックレンジの最大値に一致する（ダイナミックレンジを丁度使い切る）ように戻り系が構成されているものとする。

電力検出部１０１は、信号処理部１１内で処理中の送信信号を入力されると、その信号のＩ相及びＱ相の値の２乗和により電力をサンプル毎に算出する。この電力値はプリディスト−ション処理に使われるが、ＡＴＴ制御用にはこの電力値を時間平均後、対数化する。この値をＰ_AVとする。ＡＴＴ８に与える通過利得Ｄは、例えば下記の式で表される。
Ｄ＝ａ−（Ｐ_AV−Ｐ_max）−ｂ （Ｐ_AV＜Ｐ_max−ｂ）
Ｄ＝ａ （Ｐ_AV≧Ｐ_max−ｂ）
ただしｂはピークファクタ（平均電力とピーク電力の比）に相当する定数で、例えば６〜１２[dB]を用いる。

通過利得Ｄが制御信号となってＡＴＴ８に与えられるときの分解能は任意であるが、１ｂｉｔつまり２値の減衰量の切替のみでも効果はある。またＰ_AVのような制御の根拠となる量は、信号処理部１１内で算出されるものに限らず、無線基地局のＴＸ（送信）部が把握している各チャネル電力の合計値を取得し用いても良く、あるいはＡ／Ｄ変換器７自体の出力を用いても良い。
また、送信電力（各キャリア毎の電力）のモニタのためにその絶対レベルが必要な場合は、Ａ／Ｄ変換器７の出力から求めたレベルからＡＴＴに与えた通過利得Ｄを減算して、絶対レベルを算出することができる。

従来は、送信信号のレベルが下がると、下がった分だけＡ／Ｄ変換器７のダイナミックレンジが無駄になっていたが、本実施例によれば、送信信号が最大値からａ[dB]まで下がっても、ＡＴＴ８の減衰量を０dBにして最適なダイナミックレンジを維持することができる。

図２は、本実施例１に係る無線送信増幅装置の信号処理部１１の構成図である。図２ではプリディストーション処理以前に行う処理は省略されているが、以後の説明で「入力信号」とは図２の信号処理部１１への入力信号（歪を受ける前の送信データのビットストリーム）を意味するものとする。
電力検出部１０１は、入力信号を入力し、入力信号の電力値（または振幅値）を出力する。
歪補償テーブル１０２は、プリディストーション方式で歪補償を行うためのテーブルが格納されたメモリで構成され、電力検出部１０１の出力を参照引数として入力し、テーブルから読み出した予歪制御量を出力する。テーブルが記憶する予歪制御量は、補償対象となる増幅器の非線形特性の逆特性であり、一般的に入力信号の電力または振幅を指標とするＡＭ−ＡＭ変換（振幅）、ＡＭ−ＰＭ変換（位相）で表現される。
プリディストータ１０３は、入力信号及び歪補償テーブル１０２の参照結果（予歪制御量）を入力し、歪制御量に従って入力信号の振幅、位相を制御して出力する。プリディストータ１０３は、例えば複素乗算器で構成される。
キャリアリークキャンセラ１０４は、周波数変換器４におけるキャリアのローカルリークに代表されるようなキャリア信号の漏洩に対し、それを打ち消す処理（アフィン変換）をプリディストータ１０３の出力に予め施して出力する。これはゼロＩＦ方式を採用したときに重要となる処理であり、例えば特許第３１４４６４９号や特願2004-271249に記載された構成を用いることができる。キャリアリークキャンセラ１０４の出力は、後段のＤ／Ａ変換器２へ入力される。

タイミング信号生成回路は１０５は、電力検出部１０１から電力値を入力し、１ｘＥｖＤＯにおけるバースト状送信等を行う場合には無線基地局のＴＸ（送信）部等から送信データの有無を示す信号を入力し、メモリ制御部１０６、１０８がメモリ書き込みを制御するためのタイミング信号を出力する。
メモリ制御部１０６は、入力信号を入力し、入力信号をメモリ１０８に書き込む制御を行う。入力信号の書込みは、タイミング生成回路１０９からのタイミング信号に基づいて行う。
メモリ１０７は、メモリ制御部１０５により入力信号が書き込まれると共に、適応制御部１１０により読み出される。
メモリ制御部１０８は、信号処理部１を出て送信された後、戻り系を経て再び信号処理部に入力された戻り信号を入力し、メモリ１０６に書き込む制御を行う。戻り信号の書込みは、タイミング信号生成回路は１０５からのタイミング信号に基づいて行う。なお、送信系と戻り系とではサンプルレートが等しいとは限らない。
メモリ１０９は、メモリ制御部１０５により戻り信号が書き込まれると共に、適応制御部１１０により読み出される。メモリ１０７、１０９は、例えばデュアルポートＲＡＭが用いられる。
適応制御部１１０は、温度変化などの環境に適応するために、メモリ制御部１０６、１０８によってメモリ１０７、１０９に送信データと戻りデータを格納させ、それを用いて歪補償テーブル１０２を適応アルゴリズム（例えば摂動法、ＬＭＳ法等）に基づき更新する。このとき、送信データのみ、戻り信号のみ、もしくは両方用いて適応更新する方法がある。
両方用いる方法にも、両者のシンボルの差により誤差ベクトルを算出するものや、本実施例のように戻り信号を高速フーリエ変換し、予歪制御量の更新前後で帯域外歪電力の変化を検出するものがある。それらをリアルタイムで行うにはＦＰＧＡなどによるハードウェア処理が必要になり高額となるので、通常はＤＳＰによるバッチ処理を行う。従って、戻り信号を高速サンプルしても処理できるのはその一部に限られるので、適応処理の収束速度を高めるには戻り信号のどの部分を処理に採用するかが重要となる。

次に本実施例の動作を説明する。
タイミング信号生成回路１０５は、外部から送信データの有無を示す信号を受信すると、伝送遅延や処理遅延の時間差を考慮した上で、送信データが存在する位置、若しくは存在しない位置に対応するタイミング信号（これはアドレス値で表現されてもよい）を生成し、メモリ制御部へ出力する。メモリ制御部１０６、１０８はこのタイミング信号を参照して、メモリ書込みを開始、或いは停止する。メモリへの書き込みは、１バッチ処理分だけ連続するサンプル（例えば４０９６サンプルであり１６チップに対応する）を書込単位として行う。これにより送信データが存在するときのみメモリに書き込みが行われるようになる。
タイミング信号生成回路１０５が電力検出部１０１からの電力値も入力する場合、送信データが存在し、かつ、所望の電力値が検出された位置が書込単位（の中央）に含まれるようにタイミング信号を生成してもよい。これにより、例えば発生頻度の低い大電力値のデータを適切に捉えて、適応制御部１１０に渡すことができる。

メモリ１０９に書き込まれた戻り信号はＡ／Ｄ変換しただけの信号であるので、適応制御部１１０は戻り信号を順次読み出すと、デジタル直交復調、２倍波除去等のフィルタ、等を施してから高速フーリエ変換を行う。そのための具体的な構成は、特願2004-306690に記載されたものと同一で良い。検出された歪は適応制御に参照される。
メモリ１０９に記憶された戻り信号は、読み出された後は不要となり、その領域は次のバッチ処理のために新たな戻り信号で上書きされる。検出された歪は適応制御に参照される。そのためメモリ１０７、１０９の容量は、それぞれバッチ処理２回分あれば足りる。

本実施例の無線送信増幅装置によれば、適応制御の収束途中に、送信データのない時の戻り信号のように増幅器歪や更新された予歪制御量を反映しない戻り信号を採用しないので、収束が錯乱されず、速く収束させることができる。
なお本実施例においてタイミング信号生成回路１０５は、送信データの有無を示す信号と電力値の両方を入力するものとして説明したが、これに限らずどちらか一方でも良い。また両方入力する場合も、タイミング信号は双方の論理和、論理積など各種の方法で発生してもよい。例えば、高速フーリエ変換のバッチ周期内に所望の電力値が検出されない場合は、周期内の最後部のデータを書き込むようにタイミング信号を発生してもよく、メモリ容量に余裕があれば１バッチ周期内に複数回タイミング信号を発生してもよい。

最良の形態に係る無線送信増幅装置の構成図 実施例１に係る信号処理部１１の構成図 従来の無線送信増幅装置の構成図

符号の説明

１、１１：信号処理部
１０１：電力検出部
２：Ｄ／Ａ変換器
３：周波数変換器
４：増幅器
５：結合器
６：周波数変換器
７：Ａ／Ｄ変換器
８：可変アッテネータ（ＡＴＴ）

Claims (2)

1. 前記入力信号にデジタルプリディスト−ション処理を施す信号処理部と、
   前記信号処理部の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器と、
   前記Ｄ／Ａ変換器の出力を無線周波数帯域に変換する第１の周波数変換器と、
   前記第１の周波数変換器の出力を増幅する増幅器と、
   前記増幅器の出力の一部を取り出す結合器と、
   前記結合器の出力を前記無線周波数帯域より低い周波数に変換する第２の周波数変換器と、
   前記第２の周波数変換器の出力を、増幅器で発生する歪が検出可能な精度でキャリアと共にＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
   前記結合器と前記Ａ／Ｄ変換器の間に設けられ、入力信号のレベルに応じて減衰量を変化させる可変減衰器と、を備える無線送信増幅装置。
2. 前記信号処理部は、
   入力信号の電力値または振幅値を検出する電力検出部と、
   前記電力検出部の出力を参照引数として予歪制御量記憶する歪補償テーブルと、
   前記歪補償テーブルから読み出された予歪制御量に基づいて入力信号に予歪を与えるプリディストータと、
   前記Ａ／Ｄ変換器の出力の一部を一時記憶するメモリと、
   前記電力検出部が出力する電力値、若しくは外部から送信データの有無を示す信号の少なくとも一方を入力し、前記メモリに書き込むためのタイミング信号を出力するタイミング信号生成回路と、
   前記メモリに記憶された信号を読み出して、前記歪補償テーブルを更新する適応制御部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の無線送信増幅装置。
   

Images