JP2006253749A - Distortion-compensating device and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高効率かつ低歪な変調増幅装置に関するものである。 The present invention relates to a modulation amplification apparatus having high efficiency and low distortion.
電力増幅器、特に高周波増幅器は近年各種携帯機器等に使用されている。これらの機器で消費電力が最も高いのは、この電力増幅器である。このため、電力増幅器の効率は携帯機器の電池寿命に大きく影響を及ぼす。従って電力増幅器の高効率化が望まれている。効率の高い電力増幅器としてC級、D級、E級、F級等の電力増幅器があるが、これらは非線形アンプであるため一定振幅の信号しか増幅することができない。しかるに、近年においてデ−タ伝送速度を向上させるため、デ−タを多値化した変調方式の採用が増加している。多値化された変調信号の包絡線は一定ではないため、これらの非線形アンプを直接用いることはできない。また、デ−タ伝送速度の向上に伴い、ベ−スバンド信号の帯域は広帯域化される傾向にあるが、広帯域化に伴い、その手法として、CDMAのような拡散方式や、OFDMなどのマルチキャリア方式、またはそれらを組み合わせたものなどがある。これらの方式は高度な線形性が要求されるためピークファクタ(信号振幅の平均値と最大値の比)を大きくしてしまうが、ピークファクタが大きくなるほど電力増幅器の動作点レベルが下がり、効率の低い領域で動作させる必要がある。 In recent years, power amplifiers, particularly high frequency amplifiers, have been used in various portable devices. It is this power amplifier that has the highest power consumption among these devices. For this reason, the efficiency of the power amplifier greatly affects the battery life of the portable device. Therefore, high efficiency of the power amplifier is desired. As power amplifiers with high efficiency, there are power amplifiers of class C, class D, class E, class F, etc., but these are non-linear amplifiers, and can only amplify signals with a constant amplitude. However, in recent years, in order to improve the data transmission speed, the use of modulation schemes with multi-valued data is increasing. Since the envelope of the multilevel modulation signal is not constant, these nonlinear amplifiers cannot be used directly. As the data transmission rate is improved, the baseband signal band tends to be widened. However, as the band is widened, a spread scheme such as CDMA or a multicarrier such as OFDM is used as the technique. There are methods, or combinations thereof. Since these systems require high linearity, the peak factor (ratio of the average value and maximum value of the signal amplitude) is increased. However, as the peak factor increases, the operating point level of the power amplifier decreases and efficiency increases. It is necessary to operate in a low area.
この様に、従来の線形電力増幅器においては効率と線形性はトレ−ドオフの関係にあるが、この改善策として、極変調方式がある。この方式は効率と線形性を同時に両立することが可能でり、一般的にEER(Envelope Elimination And Restoration)として知られている。
このEER方式では、変調信号を一度位相情報と振幅情報に分離し、一定包絡の位相情報を電力増幅器の入力信号として使用する。そして振幅情報を振幅成分増幅器で増幅した後、電力増幅器の電源として再結合され、増幅された線形信号が得られる方式である。
ただし、このEER方式においても完全な線形成分は得られず非線形成分を生じるため、電力増幅器出力に歪みが発生する。この非線形の影響を抑圧して歪み補償を行なうため、従来のEER方式の歪補償装置においては、図5のような構成が知られている。(例えば特許文献1および特許文献2)
以下、図5を用いて従来のEER方式の歪補償装置の動作を説明する。ベ−スバンド(B.B.)入力信号は信号マッパ52により直交座標系上で所定の信号にマッピングされる。そして時間整列回路53はマッピングされたデ−タを時間的にシリアルデ−タとして整列させる。BLF(帯域制限フィルタ)54aおよび54bで同相(I)直交(Q)信号のフィルタリングを行い、直交/極座標変換器55により位相/振幅信号に分割される。振幅信号はベースバンド信号の絶対値を算出することにより算出され、位相信号はベースバンド振幅信号のI/Q成分より算出される。算出されたデータは、振幅成分については時間軸に対する1次元の電圧信号、位相成分については2次元の電圧信号となる。
分割された信号は振幅補正回路56、位相補正回路57を介し、振幅信号は電力増幅器58の電源電圧に、位相信号は電力増幅器58の入力部に印加される。これにより電力増幅器58において振幅と位相が合成され、変調信号が増幅されて再生される。再生された信号は送信信号としてアンテナ513に送信されると共に、カプラ59により取り出され角度測定回路510と振幅測定回路511により電力増幅器58出力信号の非線形成分である位相/振幅成分情報が測定される。この測定値はLUT512に入力され補正値が算出される。算出された補正値に基づいて、振幅補正回路56および位相補正回路57でそれぞれ振幅および位相が補正される。
LUT512には、位相/振幅信号各々について電力増幅器58の出力信号の最大から最小までの値に対して、予め算出した線形増幅特性との誤差を補正する補正値(キャリブレーションデータ)が保存されている。電力増幅器58の出力信号に位相/振幅の差分成分が発生している場合、この補正値に基づいて振幅補正回路56および位相補正回路57で電力増幅器58の入力信号の振幅値と位相を補正することで差分成分が打ち消される。従って、歪特性を改善した出力を得ることができる。なお、キャリブレーションデータの算出方法は(特許文献1)に詳しく開示されている。
この様に、従来技術によるEER方式での歪補償回路では、一般的な電力増幅器と同様に、位相信号と振幅信号を同時に補正している。
In this EER system, a modulation signal is once separated into phase information and amplitude information, and phase information having a constant envelope is used as an input signal of a power amplifier. Then, after the amplitude information is amplified by the amplitude component amplifier, it is recombined as a power source of the power amplifier to obtain an amplified linear signal.
However, even in this EER system, a perfect linear component cannot be obtained, and a nonlinear component is generated. Therefore, distortion occurs in the power amplifier output. In order to perform distortion compensation by suppressing this non-linear influence, a conventional EER type distortion compensation apparatus has a configuration as shown in FIG. (For example, Patent Document 1 and Patent Document 2)
The operation of the conventional EER distortion compensation apparatus will be described below with reference to FIG. The baseband (BB) input signal is mapped to a predetermined signal on the orthogonal coordinate system by the
The divided signals are passed through the
The
As described above, the EER distortion compensation circuit according to the related art corrects the phase signal and the amplitude signal at the same time as in a general power amplifier.
しかしながら、振幅と同時に位相補正をかける上記従来のEER方式の歪補償装置の位相補正方法では、振幅変調信号の補正により生じた位相の回転量のため、実際の位相補正値は目標とする補正値と一致しない。何故なら、電力増幅器の電源電圧(ドレイン電圧)に対する利得特性により、EER方式の特徴である電源電圧に振幅変調信号を入力すると、その入力振幅変調信号の補正が行われた時点で位相の回転量も変化してしまうためである。従って、振幅補正と同時に位相特性を正確に補正することはできないため、位相補正値に誤差が生じてしまう。
以下、電力増幅器の電源電圧(ドレイン電圧)に対する利得特性を元に、位相補正動作の課題について図6を用いて詳細に説明する。
図6(a)は電力増幅器の電源電圧(ドレイン電圧)に対する利得特性の実特性の一例を示したものである。この特性で示すように、利得特性の実特性は線形でないため、これを線形化するために実特性の逆特性である補正特性を算出する必要がある。本例では、補正特性における利得特性は図6(a)に示すように実特性における利得より小さくする必要がある。従って、利得を下げるため、電力増幅器に印加される補正された電源電圧(ドレイン電圧)は実特性より小さくなる。
However, in the phase correction method of the conventional EER distortion compensation device that performs phase correction simultaneously with amplitude, the actual phase correction value is the target correction value because of the amount of phase rotation caused by the correction of the amplitude modulation signal. Does not match. This is because when the amplitude modulation signal is input to the power supply voltage, which is a characteristic of the EER method, due to the gain characteristic with respect to the power supply voltage (drain voltage) of the power amplifier, the amount of phase rotation is corrected when the input amplitude modulation signal is corrected. Because it will change. Accordingly, the phase characteristic cannot be corrected accurately simultaneously with the amplitude correction, and an error occurs in the phase correction value.
Hereinafter, the problem of the phase correction operation will be described in detail with reference to FIG. 6 based on the gain characteristic with respect to the power supply voltage (drain voltage) of the power amplifier.
FIG. 6A shows an example of the actual characteristic of the gain characteristic with respect to the power supply voltage (drain voltage) of the power amplifier. As shown by this characteristic, since the actual characteristic of the gain characteristic is not linear, it is necessary to calculate a correction characteristic that is an inverse characteristic of the actual characteristic in order to linearize the gain characteristic. In this example, the gain characteristic in the correction characteristic needs to be smaller than the gain in the actual characteristic as shown in FIG. Therefore, in order to lower the gain, the corrected power supply voltage (drain voltage) applied to the power amplifier becomes smaller than the actual characteristic.
次に位相特性の補正について考える。図6(b)は電力増幅器の電源電圧(ドレイン電圧)に対する位相特性を示したものである。本特性に示すとおり、電力増幅器の位相特性は電源電圧により一意に決定できる。しかし、図6(a)に示したとおり、先に算出した振幅電圧の補正値の電源電圧(ドレイン電圧)は、補正前と比較して変化している(下がっている)ことに注意しなければならない。この様に、位相特性は電力増幅器の振幅値(利得特性)に対応する電源電圧(ドレイン電圧)が決定されていない限り補正デ−タを算出することができないことは明らかであり、同時に補償をかけた場合は補正デ−タが変更されてしまう。従って、位相信号の補正は、補正された振幅信号レベルに対して決定されない限り所望の補償を行うことが不可能となる。
本発明は、EER方式の電圧増幅器の歪補償装置における上記従来の課題を解決し、高精度の位相補正を行なうことが出来る優れた歪補償装置およびその方法を提供することを目的とする。
Next, phase characteristic correction will be considered. FIG. 6B shows the phase characteristics with respect to the power supply voltage (drain voltage) of the power amplifier. As shown in this characteristic, the phase characteristic of the power amplifier can be uniquely determined by the power supply voltage. However, as shown in FIG. 6A, it should be noted that the power supply voltage (drain voltage) of the previously calculated correction value of the amplitude voltage is changed (decreased) compared to before the correction. I must. As described above, it is clear that the phase data cannot be calculated unless the power supply voltage (drain voltage) corresponding to the amplitude value (gain characteristic) of the power amplifier is determined, and at the same time, compensation is performed. If applied, the correction data is changed. Accordingly, the correction of the phase signal cannot be performed as long as it is not determined with respect to the corrected amplitude signal level.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems in a distortion compensation device for an EER voltage amplifier and to provide an excellent distortion compensation device and method capable of performing phase correction with high accuracy.
前記従来の課題を解決するため、電力増幅器への入力信号から振幅信号と位相信号の分離を行う分離手段と、電力増幅器の出力信号から振幅信号成分と位相信号成分とを抽出する抽出手段と、抽出された振幅信号成分と分離された振幅信号との差分情報に基づいて、分離された振幅信号の補正を行なう振幅補正手段と、抽出された位相信号成分と分離された位相信号成分との差分情報および補正された振幅信号より算出された位相回転情報に基づいて、分離された位相信号の補正を行う位相補正手段とを有し、補正された振幅信号に基づいて位相信号を補正することを特徴とする構成を採る。従って、振幅補正後の位相補正値を目標の補正値と正確に一致させることができる。
また、本発明は、分離手段が電力増幅器への入力信号から振幅信号と位相信号の分離を行うステップと、抽出手段が電力増幅器の出力信号から振幅信号成分と位相信号成分とを抽出するステップと、振幅補正手段が抽出された振幅信号成分と分離された振幅信号との差分情報に基づいて、分離された振幅信号の補正を行なうステップと、位相補正手段が抽出された位相信号成分と分離された位相信号成分との差分情報および補正された振幅信号より算出された位相回転情報に基づいて、分離された位相信号の補正を行うステップとを有し、補正された振幅信号に基づいて位相信号を補正する手順を採る。従って、振幅補正後の位相補正値を目標の補正値と正確に一致させることができる。
また、本発明は、電力増幅器への入力信号から振幅信号と位相信号の分離を行う分離手段と、電力増幅器の出力信号から位相信号成分を抽出する抽出手段と、電力増幅器の出力信号から抽出された位相信号成分を除去して振幅信号成分を抽出する振幅成分抽出手段と、抽出された振幅信号成分と分離された振幅信号との差分情報に基づいて、分離された振幅信号に対し補正を行う振幅補正手段と、分離された位相信号を補正する移相手段とを有し、移相手段に入力される位相補正情報は、抽出された位相信号成分と分離された位相信号との差分情報、および補正された振幅信号より算出された位相回転情報に基づく情報であることを特徴とする構成を採る。従って、本構成はアナログの回路構成で実現できるため、高度な数値演算信号処理部を具備する事無く振幅補正後の位相補正値を目標の補正量と一致させることが可能となる。
In order to solve the conventional problem, a separation unit that separates an amplitude signal and a phase signal from an input signal to a power amplifier, an extraction unit that extracts an amplitude signal component and a phase signal component from an output signal of the power amplifier, Based on difference information between the extracted amplitude signal component and the separated amplitude signal, amplitude correction means for correcting the separated amplitude signal, and the difference between the extracted phase signal component and the separated phase signal component Phase correction means for correcting the separated phase signal based on the information and the phase rotation information calculated from the corrected amplitude signal, and correcting the phase signal based on the corrected amplitude signal. Uses a characteristic configuration. Therefore, the phase correction value after amplitude correction can be made to exactly match the target correction value.
According to the present invention, the separating unit separates the amplitude signal and the phase signal from the input signal to the power amplifier, and the extracting unit extracts the amplitude signal component and the phase signal component from the output signal of the power amplifier. The amplitude correcting means corrects the separated amplitude signal based on the difference information between the extracted amplitude signal component and the separated amplitude signal, and the phase correcting means is separated from the extracted phase signal component. And correcting the separated phase signal based on the phase rotation information calculated from the difference information with the corrected phase signal component and the corrected amplitude signal, and the phase signal based on the corrected amplitude signal. Take steps to correct Therefore, the phase correction value after amplitude correction can be made to exactly match the target correction value.
The present invention also provides a separating means for separating an amplitude signal and a phase signal from an input signal to the power amplifier, an extracting means for extracting a phase signal component from the output signal of the power amplifier, and an output signal of the power amplifier. Based on the difference information between the extracted amplitude signal component and the separated amplitude signal, the amplitude signal extracting unit that extracts the amplitude signal component by removing the phase signal component is corrected. The phase correction information input to the phase shift means includes difference information between the extracted phase signal component and the separated phase signal, and an amplitude correction means and a phase shift means for correcting the separated phase signal. And a configuration characterized in that the information is based on phase rotation information calculated from the corrected amplitude signal. Therefore, since this configuration can be realized with an analog circuit configuration, the phase correction value after amplitude correction can be made to coincide with the target correction amount without providing an advanced numerical operation signal processing unit.
本発明の歪補償装置及び歪補償方法によれば、位相信号成分の補正については増幅器に印加される振幅補正値を元に補正を行なうため、振幅補正後の位相補正値を目標の補正量と正確に一致させることが可能となる。従って、高精度な位相補正が可能となる。
また、本発明の歪補償装置及び歪補償方法によれば、電力増幅器における振幅および位相特性の線形補償をアナログ信号処理部において行なうことにより、高度な数値演算信号処理部を具備することなく、安価な構成で歪特性を改善することができる。
According to the distortion compensation apparatus and the distortion compensation method of the present invention, the phase signal component is corrected based on the amplitude correction value applied to the amplifier. Therefore, the phase correction value after the amplitude correction is used as the target correction amount. It becomes possible to make it correspond exactly. Therefore, highly accurate phase correction is possible.
In addition, according to the distortion compensation apparatus and the distortion compensation method of the present invention, the analog signal processing unit performs linear compensation of the amplitude and phase characteristics in the power amplifier, so that an inexpensive numerical computation signal processing unit is not provided. The distortion characteristics can be improved with a simple configuration.
本発明では、従来のEER方式の歪補償装置に、補正された振幅信号に基づいた位相特性補正装置および方法を備えることにより歪特性の改善を実現した。 In the present invention, the distortion characteristics are improved by providing the conventional EER distortion compensation apparatus with the phase characteristic correction apparatus and method based on the corrected amplitude signal.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の歪補償装置の実施例1の形態を示すブロック構成図である。ここでは従来例の説明で使用した図5の直交・極変換器55以降を切り出した部分について、説明している。本実施例では、B.B.(ベースバンド)入力から直交・極変換部55までの構成と動作は従来例の図5と同一である。また、既に従来構成(図5)で説明したブロックと同一のブロック(同一番号で指定)に加え、それぞれ破線で示された振幅補正部100、位相振幅成分抽出部101、位相誤差算出部102、位相補正部103で構成される。更に付加回路としてAD変換器(AD)11および110、DA変換器(DA)14および113、電流増幅器15、ミキサ114、局部発振器(Lo)115を備える。
振幅補正部100は遅延器(delay)12、遅延器(delay)17、加算器18、ルックアップテ−ブル(LUT)19、加算器13で構成され、電力増幅器58の出力振幅値の補正処理を行なう。位相振幅成分抽出部101は直交/極変換器117、AD変換器(AD)118および119で構成され、出力信号の振幅値および位相の抽出処理を行なう。位相誤差算出部102は遅延器(delay)120、加算器121で構成され、抽出された位相の誤差値の算出処理を行なう。位相補正部103は遅延器(delay)111、ルックアップテ−ブル(LUT)122、加算器112で構成され、算出された振幅補正値と位相誤差値より位相の補正値を算出する処理を行なう。
以上の様に構成された歪補償装置において、図1と図2を用いてその動作を詳細に説明する。図2は、本発明の歪み補償方法の実施手順を示している。以下図2の手順について説明する。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the distortion compensation apparatus of the present invention. Here, the part cut out from the orthogonal /
The
The operation of the distortion compensating apparatus configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 2 shows an execution procedure of the distortion compensation method of the present invention. The procedure of FIG. 2 will be described below.
まず従来例と同様に、ベクトル変調信号を生成し(ステップ200)、位相情報と振幅情報に分離する(ステップ201)。分離された信号は振幅レベルを算出される(ステップ202)。一方ステップ203では電力増幅器出力信号の位相/利得情報が抽出される。抽出された振幅情報と、先にステップ202で算出された振幅値との誤差値を算出し(ステップ204)、その誤差値を元に図6(a)で説明した利得特性より振幅補正値が算出される(ステップ205)。算出された振幅補正値は電力増幅器の電源部に印加され(ステップ210)、振幅変調が行われる。そして、この振幅補正値に基づいて利得特性が更新される(ステップ211)。一方ステップ203で抽出された位相情報とステップ201で分離された位相情報との誤差情報が算出される(ステップ207)。この位相誤差情報とステップ205で算出された振幅補正値に基づいて、この振幅補正値に対する電力増幅器における位相回転量が算出される(ステップ206)。この位相回転量を分離された位相情報より減算し、その減算値を元に図6(b)で説明した位相特性より位相補正値が算出される(ステップ208)。算出された位相補正値は電力増幅器の入力に印加される(ステップ209)。そして、この位相補正値に基づいて位相特性が更新される(ステップ211)。
上記手順に従い、本発明の歪補償装置の実施例1の動作を図1を用いて説明する。
直交/極変調部55で位相/振幅分離された(ステップ201)ベースバンド信号のアナログ振幅情報はアナログデジタル変換器(AD)11でディジタル信号に変換され振幅レベルを算出される(ステップ202)。そして、遅延回路(delay)12、加算回路13を介して補正され(ステップ204、205)、デジタルアナログ変換器(DA)14でアナログ変換され電流増幅器15に入力される。なお、補正動作は帰還ループなので後述する。電流増幅器15は電力増幅器58の電源すなわち電流供給源として動作し、かつ電源電圧は電力増幅器58出力である変調信号の振幅成分であるため、電力増幅器58出力信号は振幅変調される(ステップ210)。一方ベースバンド信号の位相情報である位相/振幅分離されたアナログ位相信号(ステップ201)はAD110でディジタル信号に変換され、遅延回路111、加算器112を介して補正され(ステップ206、207、208)、DA変換器113によりアナログ信号に変換される。なお、補正動作は帰還ループなので後述する。更に局部発振器(Lo源)115によりミキサ114でアップコンバ−トされ高周波(RF)信号に変換される。変換された信号は電力増幅器58のRF入力端に印加される(ステップ209)。電力増幅器58でEER変調された信号はアンテナ513に出力されると共にカプラ59により分配され、直交/極変換器117で振幅信号と位相信号に分離される。
First, as in the conventional example, a vector modulation signal is generated (step 200) and separated into phase information and amplitude information (step 201). The amplitude level of the separated signal is calculated (step 202). On the other hand, in
The operation of the first embodiment of the distortion compensating apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG.
The analog amplitude information of the baseband signal subjected to phase / amplitude separation by the quadrature / polar modulator 55 (step 201) is converted into a digital signal by the analog-to-digital converter (AD) 11, and the amplitude level is calculated (step 202). Then, the signal is corrected through a delay circuit (delay) 12 and an adder circuit 13 (
以下、EER変調出力後に分離されて電力増幅器58の入力に帰還した振幅および位相信号情報を用いて、それぞれの補正動作について説明する。直交/極変換器117で分離された振幅/位相信号はAD118、119によりディジタル信号に変換される。変換された振幅信号は前記振幅補正部100で振幅補正される。その振幅補正動作について説明する。分離された入力ディジタル振幅信号成分(ステップ202)は、位相振幅成分抽出部101で分離された(ステップ203)電力増幅器58の出力振幅成分と、遅延回路17を介して加算器18で比較される。比較結果より補正する振幅補正値をLUT19に記憶された利得特性を用いて算出する(ステップ204、205)。補正された振幅値がLUT19に更新および記憶される(ステップ211)。なお、LUT19にはステップ205を実行するため、事前デ−タとしてデフォルトデ−タを入力しておく必要がある。デフォルトデ−タは従来例(特許文献1)で開示されている実施例と同様な手段で取得する事が出来る。算出された補正値は加算器13に入力され、入力ディジタル振幅信号と加算される。以上のような過程により振幅信号に対する補正処理が行われる。
一方、位相振幅成分抽出部101で分離されたディジタル位相信号(ステップ203)は、遅延器120で遅延された入力ディジタル位相信号と前記位相誤差算出部102の加算器121で比較されて誤差(差分)値が算出され(ステップ207)、更に前記位相補正部103で位相補正量が算出される(ステップ206、208)。以下、その補正動作について説明する。位相差分値は前記位相補正部103のLUT122に入力される。また、LUT122には加算器13から出力される補正された振幅信号値が入力され、位相差分値と補正された振幅値より位相回転量が算出され(ステップ206)、LUT122に記憶および更新される(ステップ211)。そして算出された位相位相回転量が加算器112に入力され、遅延回路111で遅延された入力ディジタル位相信号と加算される(ステップ209)。なお、遅延回路は帰還ループによる遅延を調整するために挿入している。以上の様に、本実施例では、LUT122に記憶および更新される位相回転情報は、補正された振幅情報に基づいて算出されている。
本発明のEER方式における歪補償の手順を以下にまとめる。特徴として必ず振幅信号を先に算出する必要がある。
(一)電力増幅器出力の入力レベルに対する位相特性、および振幅特性とその逆特性を明確にするステップ。
(二)変調信号を位相/振幅信号に分離するステップ。
(三)振幅レベルを算出するステップ。
(四)電力増幅器出力より振幅、位相誤差情報を抽出するステップ。
(五)(四)の振幅誤差情報を用いて(一)の振幅特性および逆特性より振幅補正値を算出するステップ。
(六)(四)の位相誤差情報と(五)の振幅補正値を用いて、(一)の位相特性より増幅器における位相回転量を算出するステップ。
(七)元の位相情報より(六)の位相回転量を減算して位相補正するステップ。
次に図3と数式を用いて、具体的に本発明の振幅補正値と位相補正値の算出手順について述べる。まず、図3(a)は線形AMP(L.AMP)の振幅信号(Vdd)と位相信号(phase)に対するAmp特性、図3(b)は非線形AMP(N.L.AMP)に入力される補正された振幅信号(Vddhosei)と位相信号(phasehosei)に対するAmp特性を示している。算出手順は以下の通りである。
(1)使用する電力増幅器の電源電圧(ドレイン電圧Vdd)に対する利得(gain)、位相特性(isou)の近似式を測定デ−タから算出するステップ。
(2)電力増幅器に入力されるベ−スバンドデ−タ(Sin)を線形AMP(L.AMP)に入力した場合の出力デ−タ(Sout)を算出するステップ。
(3)補正されたベ−スバンド入力デ−タ(Sin_hosei)を非線型AMP(N.L.AMP)に入力した場合の出力デ−タ(Sout_hosei)を算出するステップ。
(4)上記の出力デ−タが等しくなる(Sout=Sout_hosei)よう
にドレイン電圧の補正デ−タ(Vdd_hosei)を算出するステップ。
(5)Vdd_hosei値に対し、(1)で求めた位相特性の近似式より位相の回転量(isou(Vdd_hosei))を算出し、元の位相デ−タから減算するステップ。
以上のステップで補正位相デ−タが算出される。
次に(数1)から(数7)を用いて上記算出手順を具体的に説明する。
図3におけるphase、phase_hosei、isou、isou_hoseiの絶対値は1であるので、振幅補正値Vdd_hoseiを計算する場合、以下の(数式1)を解けばよい。この(数1)を解くことで振幅補正値を算出する事が出来る。
Hereinafter, each correction operation will be described using the amplitude and phase signal information separated after the EER modulation output and fed back to the input of the
On the other hand, the digital phase signal (step 203) separated by the phase amplitude component extraction unit 101 is compared with the input digital phase signal delayed by the delay unit 120 by the
The distortion compensation procedure in the EER system of the present invention is summarized below. As a feature, it is necessary to calculate the amplitude signal first.
(1) The step of clarifying the phase characteristic with respect to the input level of the power amplifier output and the amplitude characteristic and its inverse characteristic.
(2) Separating the modulation signal into a phase / amplitude signal.
(3) A step of calculating an amplitude level.
(4) A step of extracting amplitude and phase error information from the power amplifier output.
(5) A step of calculating an amplitude correction value from the amplitude characteristic and the inverse characteristic of (1) using the amplitude error information of (4).
(6) A step of calculating a phase rotation amount in the amplifier from the phase characteristic of (1) using the phase error information of (4) and the amplitude correction value of (5).
(7) A step of correcting the phase by subtracting the phase rotation amount of (6) from the original phase information.
Next, the procedure for calculating the amplitude correction value and the phase correction value according to the present invention will be specifically described with reference to FIG. First, FIG. 3A is an Amp characteristic with respect to an amplitude signal (Vdd) and a phase signal (phase) of a linear AMP (L.AMP), and FIG. 3B is input to a nonlinear AMP (N.L.AMP). The Amp characteristic with respect to the corrected amplitude signal (Vddhosei) and phase signal (phasehosei) is shown. The calculation procedure is as follows.
(1) A step of calculating an approximate expression of gain (gain) and phase characteristic (isou) with respect to a power supply voltage (drain voltage Vdd) of a power amplifier to be used from measured data.
(2) A step of calculating output data (Sout) when the baseband data (Sin) input to the power amplifier is input to the linear AMP (L.AMP).
(3) A step of calculating output data (Sout_hosei) when the corrected baseband input data (Sin_hosei) is inputted to the non-linear AMP (NLAMP).
(4) A step of calculating drain voltage correction data (Vdd_hosei) so that the output data are equal (Sout = Sout_hosei).
(5) A step of calculating a phase rotation amount (isou (Vdd_hosei)) with respect to the Vdd_hosei value from the approximate expression of the phase characteristic obtained in (1) and subtracting it from the original phase data.
The corrected phase data is calculated through the above steps.
Next, the calculation procedure will be specifically described using (Equation 1) to (Equation 7).
Since the absolute values of phase, phase_hosei, isou, and isou_hosei in FIG. 3 are 1, when calculating the amplitude correction value Vdd_hosei, the following (Formula 1) may be solved. By solving this (Equation 1), the amplitude correction value can be calculated.
(数1)
gain(Vdd) = gain(Vdd_hosei)
この(数1)を解くため、(数2)から(数5)を算出する。(数2)と(数3)はそれぞれ線形AMPの利得gain(Vdd)、非線形AMPの利得gain (Vdd_hosei)を示し、A、Bの係数を持つ多項式で表される。({n}はn乗を示す)。
なお、以下の計算では、利得/位相近似式は共に10次の多項式とする。この利得/位相近似式の次数は演算精度や演算速度を考慮し変更することができる。
前記ステップ(4)より、(数4)が求められ、この(数4)より(数5)が成立する。(数5)の実数解をVdd_hoseiとすることにより、電力増幅器に印加する補正Vdd(Vdd_hosei)値が求まる。
(Equation 1)
gain (Vdd) = gain (Vdd_hosei)
In order to solve this (Equation 1), (Equation 5) is calculated from (Equation 2). (Equation 2) and (Equation 3) indicate the gain gain (Vdd) of the linear AMP and the gain gain (Vdd_hosei) of the non-linear AMP, respectively, and are expressed by polynomials having coefficients A and B. ({N} indicates the nth power).
In the following calculation, both gain / phase approximation equations are 10th order polynomials. The order of the gain / phase approximation formula can be changed in consideration of calculation accuracy and calculation speed.
(Equation 4) is obtained from the step (4), and (Equation 5) is established from this (Equation 4). The correction Vdd (Vdd_hosei) value to be applied to the power amplifier is obtained by setting the real solution of (Equation 5) to Vdd_hosei.
(数2)
gain(Vdd) = A1*Vdd
(Equation 2)
gain (Vdd) = A1 * Vdd
(数3)
gain (Vdd_hosei) = B1*Vdd_hosei{10} + B2*Vdd_hosei{9} + ・・+ B10*Vdd_hosei + B11
(Equation 3)
gain (Vdd_hosei) = B1 * Vdd_hosei {10} + B2 * Vdd_hosei {9} +... + B10 * Vdd_hosei + B11
(数4)
gain(Vdd) = gain(Vdd_hosei)
数式4より、
(Equation 4)
gain (Vdd) = gain (Vdd_hosei)
From Equation 4,
(数5)
B1*Vdd_hosei{10} + B2*Vdd_hosei{9} +・・ + 10*Vdd_hosei + B11 - A1*Vdd = 0
次に位相補正データを算出する。補正位相デ−タはisou(Vdd_hosei)を算出することにより求まる。
isou(Vdd_hosei)は係数Cを持つ以下の多項式で表される。
(Equation 5)
B1 * Vdd_hosei {10} + B2 * Vdd_hosei {9} +. + 10 * Vdd_hosei + B11-A1 * Vdd = 0
Next, phase correction data is calculated. The correction phase data is obtained by calculating isou (Vdd_hosei).
isou (Vdd_hosei) is expressed by the following polynomial having a coefficient C.
(数6)
isou (Vdd_hosei) = C1*Vdd_hosei{10} + C2*Vdd_hosei{9}+・ + C10*Vdd_hosei + C11
(数式5)で求めたVdd_hosei値を、(数式6)に代入することにより位相回転量を算出する。この算出された位相回転量で補正前の元のデ−タSinの位相デ−タ(phase)を割ることにより、位相補正デ−タ(phase_hosei)が算出される。つまり、
(Equation 6)
isou (Vdd_hosei) = C1 * Vdd_hosei {10} + C2 * Vdd_hosei {9} +. + C10 * Vdd_hosei + C11
The phase rotation amount is calculated by substituting the Vdd_hosei value obtained in (Formula 5) into (Formula 6). The phase correction data (phase_hosei) is calculated by dividing the phase data (phase) of the original data Sin before correction by the calculated phase rotation amount. That means
(数7)
phase_hosei = phase / isou(Vdd_hosei)。
以上により、振幅補正値と位相補正値を算出することが可能となる。
なお、本例ではn次元の多項式近似の表現を用いたが、AMP特性によっては他の数式を用いても良い。例えば、対数、指数、累乗近似式などである。また、次数は本説明では10次を用いたが、適時変更することが可能である。
上記手順で振幅及び位相補正デ−タを算出し、そのデータに基づいて振幅および位相の補正を行う事で、電力増幅器の出力信号波形は入力信号と同程度の低歪なものとなり、不要な歪成分が発生しないことから高効率化が達成できる。
(Equation 7)
phase_hosei = phase / isou (Vdd_hosei).
As described above, the amplitude correction value and the phase correction value can be calculated.
In this example, an expression of n-dimensional polynomial approximation is used, but other mathematical expressions may be used depending on the AMP characteristics. For example, logarithm, exponent, power approximation formula, etc. Further, although the 10th order is used in this description, the order can be changed as appropriate.
By calculating the amplitude and phase correction data according to the above procedure, and correcting the amplitude and phase based on the data, the output signal waveform of the power amplifier becomes as low distortion as the input signal, which is unnecessary. Since no distortion component is generated, high efficiency can be achieved.
図4は本発明装置の実施例2の形態を示すブロック構成図である。本実施例では、既に従来構成(図5)または実施例1(図1)で説明したブロックと同一のブロック(同一番号で指定)に加え、振幅補正回路43より成る振幅補正部400、および遅延器(delay)413と遅延器45と移相器46とフィルタ49より成る位相補正部402、および位相比較器412とリミッタ411より成る位相誤差成分抽出部401、および乗算器47とフィルタ48より成る振幅成分抽出部403で構成される。
以下その動作について説明する。分離されたアナログ振幅情報はオペレーショナルアンプ(OPアンプ)等で実現できる差動増幅器で構成された振幅補正回路43に入力される。また、振幅補正回路43では、振幅成分抽出部403が電力増幅器58出力信号から抽出した振幅信号成分が入力されてアナログ振幅情報との差分情報が得られる。この差分情報に基づいて振幅信号が補正される。なお、電力増幅器58出力信号の振幅信号成分の抽出は、電力増幅器58出力信号とリミッタ411で抽出した電力増幅器58出力信号の位相成分を乗算器47で乗算し、更にフィルタ48で平滑化して前記位相成分を除去する事で得られる。補正された振幅信号は電流増幅器15に入力された後、電力増幅器58の電源部に入力される。更に、この振幅補正情報より位相回転量が算出されてその算出値が移相器46に入力さる。
一方、分離されたアナログ位相情報は位相補正部402で位相補正される。以下その動作を説明する。アナログ位相情報は遅延回路413に分岐され、分岐された位相情報は位相比較器412へ入力される。位相比較器412では電力増幅器58からの出力よりリミッタ回路411で振幅成分を除去して抽出された位相信号と元のアナログ位相情報との位相が比較される。位相比較されて抽出された位相誤差成分はフィルタ49にて平滑化される。平滑化された位相差信号は、実施例1と同様に振幅補正回路43の振幅補正情報より算出された位相回転量で補正されて移相器46に入力される。位相回転量の算出処理は振幅補正回路43を構成しているOPアンプに代表されるアナログ演算回路で実現している。移相器46は入力された位相補正値に応じて位相値を補正するもので、電力増幅器出力で生じる位相誤差量を打ち消すように制御される。なお、この移相器46は可変容量ダイオ−ドなどで実現できる。
位相補正されたアナログ位相情報は、ミキサ114にてLo源115により無線周波数帯(RF)信号へと周波数変換され電力増幅器58のRF入力端へ入力される。
以上のような構成によりアナログ信号部において補償動作を行なうことが可能となるため、高度な数値演算信号処理部を具備する事無く歪特性の改善を図ることができる。
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment of the apparatus of the present invention. In this embodiment, in addition to the same blocks (designated by the same numbers) as those already described in the conventional configuration (FIG. 5) or Embodiment 1 (FIG. 1), an amplitude correction unit 400 including an amplitude correction circuit 43, and a delay A phase correction unit 402 including a
The operation will be described below. The separated analog amplitude information is input to an amplitude correction circuit 43 configured by a differential amplifier that can be realized by an operational amplifier (OP amplifier) or the like. In the amplitude correction circuit 43, the amplitude signal component extracted from the output signal of the
On the other hand, the phase of the separated analog phase information is corrected by the phase correction unit 402. The operation will be described below. The analog phase information is branched to the
The phase-corrected analog phase information is frequency-converted into a radio frequency band (RF) signal by the
With the configuration as described above, it is possible to perform the compensation operation in the analog signal unit, and therefore it is possible to improve the distortion characteristics without providing an advanced numerical arithmetic signal processing unit.
振幅および位相情報を有する多値変調信号として用いる、高速、広帯域な無線デ−タ通信装置に適用できる。例えば、移動体通信基地局と端末局、地上波ディジタル送受信機、無線LAN基地局と端末局などに適用できる。 The present invention can be applied to a high-speed and wide-band wireless data communication device used as a multilevel modulation signal having amplitude and phase information. For example, it can be applied to mobile communication base stations and terminal stations, terrestrial digital transceivers, wireless LAN base stations and terminal stations.
11 アナログデジタル変換器(AD)
12 遅延回路
13 加算器
14 デジタルアナログ変換器(DA)
15 電流増幅器
17 遅延回路
18 加算器
19 LUT(ルックアップテーブル)
110 AD変換器
111 遅延回路
112 加算回路
113 DA変換器
114 ミキサ
115 LO源(局部発振器)
117 直交/極変換器
118 AD変換器
119 AD変換器
120 遅延回路
121 加算器
122 LUT
43 振幅補正回路
45 遅延回路
46 移相器
47 乗算器
48 フィルタ
49 フィルタ
411 リミッタ
412 位相比較器
413 遅延回路
52 信号マッパ
53 時間整列回路
54a,54b BLF(帯域制限フィルタ)
55 直交/極座標変換器
56 振幅補正回路
57 位相補正回路
58 電力増幅器
59 カプラ
510 角度測定回路
511 振幅測定回路
512 LUT
513 アンテナ
11 Analog to Digital Converter (AD)
12
15
110 AD converter 111
117 Quadrature / Pole Converter 118
43
55 Cartesian / polar coordinate
513 antenna
Claims (3)
電力増幅器への入力信号から振幅信号と位相信号の分離を行う分離手段と、
電力増幅器の出力信号から振幅信号成分と位相信号成分とを抽出する抽出手段と、
抽出された前記振幅信号成分と分離された前記振幅信号との差分情報に基づいて、分離された前記振幅信号の補正を行なう振幅補正手段と、
抽出された前記位相信号成分と分離された前記位相信号成分との差分情報および補正された前記振幅信号より算出された位相回転情報に基づいて、分離された前記位相信号の補正を行う位相補正手段とを有し、
補正された振幅信号に基づいて位相信号を補正することを特徴とする歪補償装置。 In an EER distortion compensation device for a power amplifier that separates a vector modulation signal into an amplitude signal and a phase signal and recombines them,
Separation means for separating the amplitude signal and the phase signal from the input signal to the power amplifier;
Extraction means for extracting the amplitude signal component and the phase signal component from the output signal of the power amplifier;
Amplitude correction means for correcting the separated amplitude signal based on difference information between the extracted amplitude signal component and the separated amplitude signal;
Phase correction means for correcting the separated phase signal based on difference information between the extracted phase signal component and the separated phase signal component and phase rotation information calculated from the corrected amplitude signal And
A distortion compensation apparatus that corrects a phase signal based on a corrected amplitude signal.
分離手段が電力増幅器への入力信号から振幅信号と位相信号の分離を行うステップと、
抽出手段が電力増幅器の出力信号から振幅信号成分と位相信号成分とを抽出するステップと、
振幅補正手段が抽出された前記振幅信号成分と分離された前記振幅信号との差分情報に基づいて、分離された前記振幅信号の補正を行なうステップと、
位相補正手段が抽出された前記位相信号成分と分離された前記位相信号成分との差分情報および補正された前記振幅信号より算出された位相回転情報に基づいて、分離された前記位相信号の補正を行うステップとを有し、
補正された振幅信号に基づいて位相信号を補正することを特徴とする歪補償方法。 In an EER distortion compensation method for a power amplifier that separates a vector modulation signal into an amplitude signal and a phase signal and recombines them,
A separation means for separating the amplitude signal and the phase signal from the input signal to the power amplifier;
An extraction means for extracting an amplitude signal component and a phase signal component from the output signal of the power amplifier;
A step of correcting the separated amplitude signal based on difference information between the extracted amplitude signal component and the separated amplitude signal;
Phase correction means corrects the separated phase signal based on difference information between the extracted phase signal component and the separated phase signal component and phase rotation information calculated from the corrected amplitude signal. And performing steps,
A distortion compensation method comprising correcting a phase signal based on a corrected amplitude signal.
電力増幅器への入力信号から振幅信号と位相信号の分離を行う分離手段と、
電力増幅器の出力信号から位相信号成分を抽出する抽出手段と、
電力増幅器の出力信号から抽出された前記位相信号成分を除去して振幅信号成分を抽出する振幅成分抽出手段と、
抽出された前記振幅信号成分と分離された前記振幅信号との差分情報に基づいて、分離された前記振幅信号に対し補正を行う振幅補正手段と、
分離された前記位相信号を補正する移相手段とを有し、
前記移相手段に入力される位相補正情報は、前記抽出された位相信号成分と分離された前記位相信号との差分情報、および補正された前記振幅信号より算出された位相回転情報に基づく情報であることを特徴とする歪補償装置。
In an EER distortion compensation device for a power amplifier that separates a vector modulation signal into an amplitude signal and a phase signal by analog signal processing and combines them again.
Separation means for separating the amplitude signal and the phase signal from the input signal to the power amplifier;
Extraction means for extracting a phase signal component from the output signal of the power amplifier;
Amplitude component extraction means for removing the phase signal component extracted from the output signal of the power amplifier and extracting the amplitude signal component;
Amplitude correction means for correcting the separated amplitude signal based on difference information between the extracted amplitude signal component and the separated amplitude signal;
Phase shift means for correcting the separated phase signal,
The phase correction information input to the phase shift means is information based on difference information between the extracted phase signal component and the separated phase signal, and phase rotation information calculated from the corrected amplitude signal. A distortion compensation apparatus characterized by being provided.
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