JP2006279633A - 歪み補償器及びその歪み補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 広い周波数帯域に渡って精度良く歪み成分を除去することができる歪み補償器を得る。
【解決手段】 送信電力増幅器８のドライブアンプ部９とファイナルアンプ部１１にそれぞれ対応してプリディストーション処理を行なう第１の歪み補償部（非線形歪み付加部５２、線形歪み付加部５３）と第２の歪み補償部（非線形歪み付加部５４、線形歪み付加部５５）が設けられ、補償係数生成部１８は、入力直交信号とドライブアンプ部９からの帰還信号とを基に歪み補償係数を生成し第１の歪み補償部にセットし、また入力直交信号とファイナルアンプ部１１からの帰還信号とを基に歪み補償係数を生成し第２の歪み補償部にセットする。
【選択図】 図１

Description

本発明は歪み補償器及びその歪み補償方法に関し、特に多段接続された第１及び第２の増幅部から構成される送信機の送信電力増幅器によって生じる歪みを送信機の入力信号に対してプリディストーション処理を行なうことにより補償する歪み補償器に関する。

テレビ送信機では、一般的にハイパワーアンプの非線形歪みを補償する装置が搭載されているが、近年デジタルテレビ放送などのデジタル変調された信号を増幅する際には放送エリアを確保するために、従来よりも高いリニアリティーが要求されている。

この要請に応えるために、例えば図３に示す構成の歪み補償器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図３に示した従来の歪み補償器は、変調器１と、非線形歪み付加部２と、直交変調器６と、周波数アップ変換部７と、電力増幅器８と、方向性結合器１２と、局部発振器１５と、周波数ダウン変換部１６と、直交復調器１７と、補償係数生成部１８とを有している。

変調器１からの直交信号Ｉ１及びＱ１は、非線形歪み付加部２に入力されプリディストーション処理が行われる。プリディストーション処理された直交信号Ｉ１及びＱ１は、直交変調器６を介して周波数アップ変換部７によりＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号へ周波数変換され、電力増幅器８に入力される。

電力増幅器８の出力信号は方向性結合器１２により一部が取り出され、周波数ダウン変換部１６に供給される。周波数ダウン変換部１６に供給された信号はベースバンド信号に周波数変換され、直交復調器１７により電力増幅器８の歪みを含んだ直交信号Ｉ２及びＱ２に変換される。オリジナルの直交信号Ｉ１及びＱ１と電力増幅器８からフィードバックされた直交信号Ｉ２及びＱ２とは補償係数生成部１８に入力され、プリディストーションのための歪み補償係数が生成される。この歪み補償係数は非線形歪み付加部２にセットされる。

このように、図３に示した従来の歪み補償器では、入力されたオリジナルの信号と電力増幅器８の出力からフィードバックされた歪みを含む信号の誤差比較をすることにより、入出力特性に対する振幅誤差と位相誤差をＲＡＭテーブルに格納し、オリジナル信号に誤差成分を付加し、電力増幅器８の非線形歪みを打ち消すためのプリディストーションを行なっている。

また、特許文献２に記載の送信装置では、送信電力増幅器を主増幅器と前置増幅器とに分割し、前置増幅器の歪みを補償するための補正係数を計算し、これをオフセット値としてメモリーに格納し、その後、主増幅器の歪みを補償するための補正係数を計算し、事前に求めたメモリーのオフセット値に加算することが記載されている。

特開２００１−１６８７７４号公報 特開２００４−３２８３４２号公報

図３に示した従来の歪み補償器の送信電力増幅器８は、図１に示した送信電力増幅器８と同様にドライブアンプ部９とファイナルアンプ部１１の多段接続により構成されているものとする。図４（ａ）はドライブアンプ部９の入出力特性を示す図であり、図４（ｂ）はドライブアンプ部９の周波数特性を示す図である。また、図５（ａ）はファイナルアンプ部１１の入出力特性を示す図であり、図５（ｂ）はファイナルアンプ部１１の周波数特性を示す図である。また、図６（ａ）は送信電力増幅器８の入出力特性を示す図であり、図６（ｂ）は送信電力増幅器８の周波数特性を示す図である。

テレビ送信機用のハイパワーアンプでは、各アンプ部が広い周波数帯域で出力可能なように整合回路が調整されており、非線形歪みの他に周波数特性が劣化（線形歪み）する。図４（ｂ）と図５（ｂ）に示すようにドライブアンプ部９の周波数特性とファイナルアンプ部１１の周波数特性が大きく異なる場合、図６（ｂ）に示すように送信電力増幅器８全体の周波数特性がフラットな場合でも、図６（ａ）に示すように周波数成分Ａにおける特性３２と周波数成分Ｂにおける特性３３は異なる特性となる、すなわち周波数の違いにより非線形歪みは異なる。

しかしながら、図３に示した従来の歪み補償器では、非線形歪みを付加する手段（非線形歪み付加部２）が１つのみである。このため、複数のアンプ部が多段接続されたハイパワーアンプで発生する、周波数の違いによって非線形歪み特性が異なる信号を補償する場合には、信号帯域成分の平均的な歪みに対する補償係数が求められることになる。

その結果、図７（ａ）に示すように、各周波数成分に対する最適な補償係数は求められず、非線形特性によって発生する混変調歪み成分を十分に除去することができない。ある周波数では歪みを除去できるが、異なる周波数では除去できず、スペクトラム成分の上側波側と下側波側で混変調歪み成分のレベルが異なる状態になってしまうという問題がある。なお、図７（ａ）は従来の歪み補償器による歪みの改善を示す図である。

また、特許文献２に記載の送信装置は、補償係数を求める際の計算量を削減して効率良く補償することができるようにするために、送信電力増幅器を主増幅器と前置増幅器とに分割しているもので、補償系は図３に示した従来の歪み補償器と同様に１段の補償である。したがって、周波数の違いで非線形歪みが異なるという、複数の増幅部が多段接続された構成の多段接続増幅器の複雑な歪みを十分に補償することはできない。

本発明の目的は、広い周波数帯域に渡って精度良く歪み成分を除去することができる歪み補償器及びその歪み補償方法を提供することである。

本発明による歪み補償器は、多段接続された第１及び第２の増幅部から構成される送信機の送信電力増幅器によって生じる歪みを前記送信機の入力信号に対してプリディストーション処理を行なうことにより補償する歪み補償器であって、前記第１及び第２の増幅部にそれぞれ対応してプリディストーション処理を行なう第１及び第２の歪み補償手段を設けるようにしたことを特徴とする。

本発明による歪み補償方法は、多段接続された第１及び第２の増幅部から構成される送信機の送信電力増幅器によって生じる歪みを前記送信機の入力信号に対してプリディストーション処理を行なうことにより補償する歪み補償器の歪み補償方法であって、前記第１及び第２の増幅部にそれぞれ対応してプリディストーション処理を行なう第１及び第２の歪み補償手段が前記歪み補償器に設けられており、前記第１の歪み補償手段においてプリディストーション処理を行なう第１の歪み補償ステップと、前記第２の歪み補償手段においてプリディストーション処理を行なう第２の歪み補償ステップとを含むことを特徴とする。

このように、本発明では、送信電力増幅器を構成する第１及び第２の増幅部にそれぞれ対応して第１及び第２の歪み補償手段を設け、これら第１及び第２の歪み補償手段各々が、送信電力増幅器内の対応する増幅部の歪みを補償すべくプリディストーション処理を行なうようにしている。

本発明によれば、送信電力増幅器を構成する第１及び第２の増幅部にそれぞれ対応して設けられた第１及び第２の歪み補償手段各々が、送信電力増幅器内の対応する増幅部の歪みを補償すべくプリディストーション処理を行なうようにしているので、広い周波数帯域に渡って精度良く歪み成分を除去することができるという効果が得られる。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施例による歪み補償器の構成を示す図である。図１を参照すると、本発明の実施例による歪み補償器は、テレビ送信機における送信電力増幅器によって生じる歪み成分を補償する歪み補償器であって、変調器１と、非線形歪み付加部５２及び５４と、線形歪み付加部５３及び５５と、直交変調器６と、周波数アップ変換部７と、送信電力増幅器８と、方向性結合器１０及び１２と、切替器１４と、局部発振器１５と、周波数ダウン変換部１６と、直交復調器１７と、補償係数生成部１８とを有している。

変調器１からの直交信号Ｉ１及びＱ１に対して電力増幅器８で発生する非線形歪みと線形歪みを打ち消すために、第１の歪み補償部である非線形歪み付加部５２と線形歪み付加部５３とが設けられ、さらに第２の歪み補償部である非線形歪み付加部５４と線形歪み付加部５５とが設けられており、２段階にプリディストーションを行なうことができる構成となっている。非線形歪み付加部５２及び線形歪み付加部５３は電力増幅器８内部のドライブアンプ部９の歪みを補償し、非線形歪み付加部５４及び線形歪み付加部５５は電力増幅器８内部のファイナルアンプ部１１の歪みを補償するものである。

変調器１からの直交信号Ｉ１及びＱ１は、非線形歪み付加部５２、線形歪み付加部５３に入力され１段目のプリディストーション処理が行われる。その後、非線形歪み付加部５４及び線形歪み付加部５５において２段目のプリディストーション処理が行われる。プリディストーション処理された直交信号Ｉ１及びＱ１は、直交変調器６を介して周波数アップ変換部７によりＲＦ信号へ周波数変換され、電力増幅器８に入力されて放送波となる。この過程の主に電力増幅器８、すなわちドライブアンプ部９及びファイナルアンプ部１１によって歪みが発生する。

ドライブアンプ部９の出力は、方向性結合器１０により一部が帰還信号として取り出され切替器１４に供給され、また、ファイナルアンプ部１１の出力は、方向性結合器１２により一部が帰還信号として取り出され切替器１４に供給される。切替器１４は、ドライブアンプ部９の出力とファイナルアンプ部１１の出力の一方を選択して周波数ダウン変換部１６に出力する。

周波数ダウン変換部１６に供給された信号はベースバンド信号に周波数変換され、直交復調器１７により歪みを含んだ直交信号Ｉ２及びＱ２に変換される。オリジナルの直交信号Ｉ１及びＱ１と電力増幅器８からフィードバックされた直交信号Ｉ２及びＱ２とは補償係数生成部１８に入力され、プリディストーションのための歪み補償係数が生成される。

図２は図１の非線形歪み付加部５２及び線形歪み付加部５３の構成を示す図である。図２に示すように、非線形歪み付加部５２は、直交座標−極座標変換器３７と、振幅補償ＲＡＭテーブル３８と、加算器３９と、位相補償ＲＡＭテーブル４０と、極座標−直交座標変換器４１とを有しており、線形歪み付加部５３は複素数型のＦＩＲ（Ｆｉｎｉｔｅ Ｉｍｐｕｌｓｅ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）デジタルフィルター４２を有している。なお、非線形歪み付加部５４及び線形歪み付加部５５の構成もこれと同様である。

非線形歪み付加部５２に入力された直交信号Ｉ及びＱは、直交座標−極座標変換器３７によって振幅成分Ｒと位相成分θの信号に変換され、振幅成分Ｒは振幅補償ＲＡＭテーブル３８及び位相補償ＲＡＭテーブル４０のアドレスとなっている。振幅成分Ｒの信号は振幅補償ＲＡＭテーブル３８によって振幅成分のプリディストーション処理が行なわれ、位相成分θの信号には、振幅成分Ｒの信号をアドレスとして信号の振幅レベルに応じた位相誤差成分を出力する位相補償ＲＡＭテーブル４０の出力が加算器３９で合成される。このようにプリディストーション処理された振幅成分Ｒと位相成分θの信号は、極座標−直交座標変換器４１によって直交信号Ｉ及びＱに変換される。線形歪み付加部５３では、ＦＩＲデジタルフィルター４２によって周波数特性の歪みを補償する。

図１に戻り、切替器１４がドライブアンプ部９からの帰還信号を選択している状態で、補償係数生成部１８は、オリジナルの入力直交信号Ｉ１及びＱ１とドライブアンプ部９からフィードバックされた直交信号Ｉ２及びＱ２とを比較することによって、非線形歪みと線形歪みの補償係数を生成して非線形歪み付加部５２及び線形歪み付加部５３にそれぞれセットする、すなわち振幅補償ＲＡＭテーブル３８、位相補償ＲＡＭテーブル４０及びＦＩＲデジタルフィルター４２にそれぞれセットする。

その後、切替器１４が切替えられてファイナルアンプ部１１からの帰還信号が選択出力されている状態で、補償係数生成部１８は、オリジナルの入力直交信号Ｉ１及びＱ１とファイナルアンプ部１１からフィードバックされた直交信号Ｉ２及びＱ２とを比較することによって、非線形歪みと線形歪みの補償係数を生成して非線形歪み付加部５４及び線形歪み付加部５５にそれぞれセットする。

非線形歪み付加部５４及び線形歪み付加部５５にセットされる歪み補償係数は、ファイナルアンプ部１１のみの歪みとなる必要があるため、非線形歪み付加部５２及び線形歪み付加部５３に歪み補償係数をセットしてドライブアンプ部９の歪みを取り除いた状態で、非線形歪み付加部５４及び線形歪み付加部５５にセットすべき歪み補償係数を求める必要がある。

以上説明したように、本発明の実施例では、ドライブアンプ部９とファイナルアンプ部１１からなるハイパワーアンプである送信電力増幅器８によって発生する歪みを補償するために、ドライブアンプ部９とファイナルアンプ部１１の異なる歪みに対して、個別に歪み補償係数を求める仕組みを設け、個別に歪み補償を行なう複数の歪み補償部を設けているので、歪みが生成される過程と同様な手順でプリディストーションを行なうことが可能となり、周波数成分の違いで非線形歪みが異なるような複雑な歪みに対して、図７（ｂ）に示すように広い周波数帯域に渡って精度良く歪み成分を除去することができるのである。なお、図７（ｂ）は本発明の実施例による歪み補償器による歪みの改善を示す図である。

本発明の実施例による歪み補償器の構成を示す図である。 図１の非線形歪み付加部及び線形歪み付加部の構成を示す図である。 従来の歪み補償器の構成を示す図である。 （ａ）はドライブアンプ部の入出力特性を示す図であり、（ｂ）はドライブアンプ部の周波数特性を示す図である。 （ａ）はファイナルアンプ部の入出力特性を示す図であり、（ｂ）はファイナルアンプ部の周波数特性を示す図である。 （ａ）は送信電力増幅器の入出力特性を示す図であり、（ｂ）は送信電力増幅器の周波数特性を示す図である。 （ａ）は従来の歪み補償器による歪みの改善を示す図であり、（ｂ）は本発明の実施例による歪み補償器による歪みの改善を示す図である。

符号の説明

１ 変調器
６ 直交変調器
７ 周波数アップ変換部
８ 送信電力増幅器
１０，１２ 方向性結合器
１４ 切替器
１５ 局部発振器
１６ 周波数ダウン変換部
１７ 直交復調器
１８ 補償係数生成部
３７ 直交座標−極座標変換器
３８ 振幅補償ＲＡＭテーブル
３９ 加算器
４０ 位相補償ＲＡＭテーブル
４１ 極座標−直交座標変換器
４２ 複素数型ＦＩＲデジタルフィルター
５２，５４ 非線形歪み付加部
５３，５５ 線形歪み付加部

Claims (8)

1. 多段接続された第１及び第２の増幅部から構成される送信機の送信電力増幅器によって生じる歪みを前記送信機の入力信号に対してプリディストーション処理を行なうことにより補償する歪み補償器であって、
   前記第１及び第２の増幅部にそれぞれ対応してプリディストーション処理を行なう第１及び第２の歪み補償手段を設けるようにしたことを特徴とする歪み補償器。
2. 前記第１及び第２の歪み補償手段各々は、対応する前記増幅部の出力信号の一部を帰還させた帰還信号と前記入力信号とを基に歪み補償係数を生成してプリディストーション処理を行なうことを特徴とする請求項１記載の歪み補償器。
3. 前記第１の増幅部は前記第２の増幅部の前段に設けられており、
   前記第２の歪み補償手段は、前記第１の歪み補償手段によってプリディストーション処理が行なわれた状態で前記歪み補償係数を生成してプリディストーション処理を行なうことを特徴とする請求項２記載の歪み補償器。
4. 前記第１及び第２の歪み補償手段各々は、前記歪み補償係数として、対応する前記増幅部の線形歪み及び非線形歪みの補償係数を生成してプリディストーション処理を行なうことにより前記線形歪み及び非線形歪みを補償することを特徴とする請求項２または３記載の歪み補償器。
5. 多段接続された第１及び第２の増幅部から構成される送信機の送信電力増幅器によって生じる歪みを前記送信機の入力信号に対してプリディストーション処理を行なうことにより補償する歪み補償器の歪み補償方法であって、
   前記第１及び第２の増幅部にそれぞれ対応してプリディストーション処理を行なう第１及び第２の歪み補償手段が前記歪み補償器に設けられており、
   前記第１の歪み補償手段においてプリディストーション処理を行なう第１の歪み補償ステップと、
   前記第２の歪み補償手段においてプリディストーション処理を行なう第２の歪み補償ステップとを含むことを特徴とする歪み補償方法。
6. 前記第１の歪み補償ステップは、前記第１の増幅部の出力信号の一部を帰還させた帰還信号と前記入力信号とを基に歪み補償係数を生成してプリディストーション処理を行ない、
   前記第２の歪み補償ステップは、前記第２の増幅部の出力信号の一部を帰還させた帰還信号と前記入力信号とを基に歪み補償係数を生成してプリディストーション処理を行なうことを特徴とする請求項５記載の歪み補償方法。
7. 前記第１の増幅部は前記第２の増幅部の前段に設けられており、
   前記第２の歪み補償ステップは、前記第１の歪み補償ステップの後に行なわれることを特徴とする請求項６記載の歪み補償方法。
8. 前記第１の歪み補償ステップは、前記歪み補償係数として、前記第１の増幅部の線形歪み及び非線形歪みの補償係数を生成してプリディストーション処理を行なうことにより前記線形歪み及び非線形歪みを補償し、
   前記第２の歪み補償ステップは、前記歪み補償係数として、前記第２の増幅部の線形歪み及び非線形歪みの補償係数を生成してプリディストーション処理を行なうことにより前記線形歪み及び非線形歪みを補償することを特徴とする請求項６または７記載の歪み補償方法。

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