JP2007221613A - 歪補償方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】歪補償係数の収束するまでの過程における変動を抑え、安定的に歪補償動作が収束するようにする。
【解決手段】送信信号に対して該送信信号の電力値に応じた歪補償係数により逆歪を加えて増幅器に入力させ、該増幅器の出力側から取り出した帰還信号と前記送信信号とから補償誤差分と残歪分を検出し、該誤差分と該残歪分とステップパラメータに応じて、前記誤差分と前記残歪が零となるように、前記歪補償係数の値を更新するとき、ステップパラメータの値を前記電力値の出現頻度が多いときは小さくし、少ないときは大きくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、増幅器で発生する歪を補償するプリディストーション方式の歪補償方法および装置に関するものである。

無線送信装置の送信部等で用いられる高周波増幅器では、増幅特性曲線の線形領域だけを用いると電力効率が悪いところから、非線形領域も用いられる。図３は高周波増幅器の入出力特性を示す図であり、高入出部分に非線形領域が現れている。しかし、この非線形領域を使用すると、線形信号を送出する際に電力の高出力部分で歪が発生し、図４に示すようなＡＣＰＲ（隣接チャネル漏洩電力比）の値が小さくなり、隣接チャネルでの通信の妨害となる。

そこで、従来では、高周波増幅器よりも前段の回路において、図５に示すように、歪を打ち消す逆歪を送信信号に対して予め加える処理を行い、この逆歪を加えた送信信号を高周波増幅器で増幅して、ＡＣＰＲの劣化を防止している。

図６は従来の歪補償装置を組み込んだ高周波増幅装置の全体構成を示すブロック図である。１はＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号を出力する変調部、２はＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号に逆歪を加える歪補償部、３は逆歪を加えたＩチャネル、Ｑチャネルの送信信号に直交変調をかける直交変調部、４は送信信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、５は送信信号の電力増幅を行う高周波増幅器、６は送信アンテナ、７は高周波増幅器５の出力信号の一部を帰還した帰還信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、８は帰還信号をＩチャネル、Ｑチャネルの信号に直交復調する直交復調部、９ＡはＬＭＳ（Least Mean Square：最小二乗平均）処理により送信歪が無くなるように歪補償係数の値を更新する係数更新部、１０は歪補償部２において歪補償に使用する歪補償係数を格納する更新可能な係数テーブル、１１は変調部１から出力するＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号の電力が後記する図７のいずれの入力電力範囲に含まれるかを計算する電力計算部である。

さて、変調部１から出力するＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号は、電力計算部１１によって決定されたいずれかの入力電力範囲に応じて係数テーブル１０から読み出された歪補償係数が歪補償部２において乗算されることにより逆歪が加えられ、直交変調、Ｄ／Ａ変換の後に高周波増幅器５で増幅（ここで歪が発生する）され、送信アンテナ６から送信されると同時に、その一部が帰還されてＡ／Ｄ変換、直交復調の後にＩチャネル、Ｑチャネルの帰還信号として係数更新部９に取り込まれる。この係数更新部９では、変調部１で生成した歪のないＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号を基準に、Ｉチャネル、Ｑチャネルの帰還信号との間の補償誤差分および残歪分を計算し、その結果に応じて送信時に使用した係数テーブル１０の歪補償係数の値の更新を行い、送信歪が小さくなる方向に徐々に各歪補償係数の値を収束させる。

すなわち、歪補償部２では、変調部１から出力するＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号mod_i、mod_qのサンプル単位で、歪補償係数hp_i、hp_qによって、
dat_i = mod_i×hp_i−mod_q×hp_q
dat_q = mod_q×hp_i＋mod_i×hp_q (1)
という演算を行い、逆歪を加えた信号dat_i、dat_qを得て、これを直交変調およびＤ／Ａ変換した後に高周波増幅器５で増幅して送信する。

一方、係数更新部９では、直交復調部８から出力するＩチャネル、Ｑチャネルの直交復調された帰還信号dem_i、dem_qのサンプル単位で、それら帰還信号mod_i、mod_qと変調部１から出力するＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号mod_i、mod_qとの誤差er_i、er_qを、
er_i ＝mod_i−dem_i
er_q ＝mod_q−dem_q (2)
のようにして得る。

また、Ｉチャネル、Ｑチャネルの帰還信号dem_i、dem_qに含まれる残歪信号dis_i，dis_qを、逆歪を加えたときと同一の歪補償係数hp_i、hp_qを使用して、
dis_i= dem_i×hp_i＋dem_q×hp_q
dis_q= dem_i×hp_q−dem_q×hp_i (3)
として得る。

そして、以上の結果に基づいて、係数テーブル１０の歪補償係数hp_i、hp_qを更新する。この更新は、新しい歪補償係数をhp_i_new、hp_q_new、直前の歪補償係数をhp_i_old、hp_q_oldとすると、
hp_i_new＝hp_i_old＋sp_i×er_i×dis_i
hp_q_new＝hp_q_old＋sp_q×er_q×dis_q (4)
の演算により行う。sp_i、sp_qは歪補償係数の１回当りの修正の変化量を決めるステップパラメータである。以上のようなＬＭＳアルゴリズムの処理を行い、係数テーブル１０に格納されている歪補償係数の値を誤差および残歪が小さくなるように収束させる。

ところで、係数テーブル１０の歪補償係数hp_i、hp_qは、図７および図８に示すように、送信電力の最小値と最大値の間をｎ個に等分割して、１つの分割の入力電力範囲を１つのアドレスで表し、各入力電力範囲毎に設定したものである。しかし、実際の動作時においては、各入力電力範囲の電力値の出現頻度は均一ではなく、平均電力点付近がピーク頻度となり、送信電力が高い領域や低い領域では出現頻度が激減してしまう。

従って、送信電力の出現頻度が小さい入力電力範囲では係数テーブル１０の歪補償係数の更新がなかなか行われず、収束までに長い時間を要してしまう。特に大きな歪が現れる電力の高い領域での歪補償係数更新の頻度が少ないと、歪補償が効果的にならないという問題がある。

そこで、送信信号の電力値又は振幅値の出現頻度を基に、前記した入力電力範囲の幅を調整して、出現頻度の高い入力電力範囲は狭くし、出現頻度の低い入力電力範囲は広くして、各入力電力範囲の出現頻度が均等となるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、歪補償係数（歪補償制御値）と電力値（信号レベル）との対応付けの更新期間を、歪が大きいほど短く、歪が小さいほど長くして、歪補償の効率化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００３−３４７９４４号公報 特開２００４−１２８９２２号公報

ところで、ＬＭＳアルゴリズムで用いられるステップパラメータは、(4)式からも明らかなように、これを大きくすると収束が高速になるが安定度が悪くなり、小さくすると収束が遅くなるが安定度が良くなる。しかしならが、特許文献１，２の内容は、ステップパラメータを調整するものではない。

また、歪量が大きい場合は、ＬＭＳアルゴリズムのステップパラメータを大きくした方が収束は早くなるが、出願頻度が大きい場合はステップパラメータが小さくても十分高速に収束する。よって、収束過程でのＡＣＰＲの安定化のためにも、ステップパラメータは小さめにして収束させた方が好ましい。

本発明の目的は、電力値の出現頻度に応じてＬＭＳアルゴリズムのステップパラメータを制御し、収束するまでの過程における変動を抑え、安定的に歪補償動作が収束するようにした歪補償方法および装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明の歪補償方法は、入力信号に対して歪補償部で逆歪を予め加えた増幅器への入力信号を増幅器へ入力するプリディストーション方式の歪補償方法において、前記歪補償部で加えられる歪補償係数は、ＬＭＳアルゴリズムを用いて更新され、前記ＬＭＳアルゴリズムには、前記入力信号と前記増幅器から出力された帰還信号とに基づいて算出された補償誤差分と、前記入力信号に適用した歪補償係数を前記帰還信号に適用して算出された前記増幅器の歪を含む信号と、前記入力信号の電力値の出現頻度に応じて決定されるステップパラメータと、が用いられることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の歪補償方法において、前記ステップパラメータの値を、前記電力値の出現頻度が多いときは小さくし、少ないときは大きくすることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１又は２に記載の歪補償方法において、前記補償係数の更新の開始から予め決めた所定時間が経過したとき、前記ステップパラメータの値を小さくすることを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１又は２に記載の歪補償方法において、前記帰還信号のＡＣＰＲを測定する測定手段を備え、該測定手段で測定されたＡＣＰＲの値が所定の値を上回ったとき、前記ステップパラメータの値を小さくすることを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１又は２に記載の歪補償方法において、前記帰還信号のＡＣＰＲを測定する測定手段を備え、該測定手段で測定されたＡＣＰＲの値が所定の値を下回ったとき、前記ステップパラメータの値を大きくすることを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、請求項１又は２に記載の歪補償方法において、前記ステップパラメータの値は、複数種類を予め用意しておいて、前記電力値の出現頻度に基づいてその内の１つを選択することにより決定することを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項１又は２に記載の歪補償方法において、前記ステップパラメータの値は、電源投入時は前記送信信号の電力値に拘わらず一定の値とし、該電源投入から所定時間が経過した後に、前記電力値の出現頻度に基づいて決定することを特徴とする。
請求項８にかかる発明は、入力信号の電力値を計算する電力計算部と、該電力計算部で得られた電力値に応じて歪補償係数が読み出される係数テーブルと、該係数テーブルから読み出された歪補償係数によって前記入力信号に逆歪を加える歪補償部と、該歪補償部で逆歪が加えられた送信信号を増幅する増幅器と、該増幅器で増幅された信号の帰還信号と前記入力信号とから補償誤差分を検出すると共に、前記入力信号に適用した歪補償係数と前記帰還信号とから残歪分を検出し、該補償誤差分と該残歪分とステップパラメータに応じて前記係数テーブルの前記歪補償係数の値を更新する係数更新部とを有し、前記補償誤差分と前記残歪分が零となるようにＬＭＳアルゴリズムを使用して前記歪補償係数の値を更新するプリディストーション方式の歪補償装置において、前記入力信号の電力値の出現頻度を計算する出現頻度計算部と、該出現頻度計算部で計算された出現頻度に応じて前記ステップパラメータの値を決めるステップパラメータ決定部とを備えたことを特徴とする。
請求項９にかかる発明は、請求項８に記載の歪補償装置において、前記ステップパラメータ決定部は、前記電力値の出現頻度が多いときは小さく、少ないときは大きくなるようステップパラメータの値を決定することを特徴とする。

本発明によれば、電力値の出現頻度に応じてステップパラメータの値を調整するので、出現頻度が少ない場合はステップパラメータを大きくして収束を迅速化し、出願頻度が多い場合はステップパラメータを小さくすることにより、極力、収束過程でのＡＣＰＲの安定化を図りながら、収束させることができる。

図１は本発明の１つの実施例の歪補償装置を組み込んだ高周波増幅装置の構成を示すブロック図である。図６で説明したものと同じものには同じ符号を付してその詳しい説明は省略する。１２は出現頻度計算部であり、図７および図８で説明したそれぞれの入力電力範囲内での電力の出現頻度を計算する。１３はステップパラメータ決定部であり、出現頻度計算部１２で得られた各入力電力範囲毎の出現頻度によって、係数更新部９での更新処理のための各入力電力範囲毎のステップパラメータを決定する。なお、請求項に記載の入力信号は変調信号に相当する。以下、詳しく説明する。

歪補償部２による処理および係数テーブル１０の歪補償係数更新は、送信フレーム単位で行う。送信フレームは、例えばＴ６１のＳＣＰＣ方式であれば４０msの時間に１９２シンボルの送信信号データを含んでいる。変調部１で1フレーム分のＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号を生成すると、前記した(2)式の誤差演算で用いるために、係数更新部９内にそのＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号のデータを送信フレーム分（１９２シンボル分）だけ一時保管しておく。

次に、送信すべき1フレーム分のＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号のデータについて、その電力が図７および図８に示した入力電力範囲のいずれに入るかを、全シンボルについて個々に決定し、各入力電力範囲毎の電力値の出現頻度を記憶しておく。そして、ステップパラメータとして、電力値の出現頻度が多い入力電力範囲に対しては小さな値を、出現回数が少ない入力電力範囲に対しては大きな値を割り当て、各入力電力範囲毎のステップパラメータを決定し保管しておく。

図２はこれを説明するための図であり、図７および図８のように、入力電力範囲を０〜ｎに等分割したとき、例えば、アドレス０の入力電力範囲では出現頻度が２、アドレス１の入力電力範囲では出現頻度が３、・・・・・、アドレスｎの入力電力範囲では出現頻度が１であったとする。このとき、それぞれのステップパラメータsp_i、sp_qを０．０３、０．０２、・・・・・、０．０４のように、出現頻度が多いほど小さな値に、出現頻度が少ないほど大きな値に決定する。なお、ステップパラメータsp_i、sp_qの値は同じである。

変調部１から出力するＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号（mod_i、mod_q）は、電力計算部１１において決定されたいずれかの入力電力範囲に応じた歪補償係数（hp_i、hp_q)が係数テーブル１０で読み出されると、その歪補償係数によって歪補償部２において逆歪が加えられる（前記(1)式参照）。そして、直交変調部３で直交変調されＤ／Ａ変換器４でアナログ信号に変換された後に、高周波増幅器５で増幅され送信アンテナ６から送信される。

この送信信号の一部は帰還され、Ａ／Ｄ変換器７に取り込まれてデジタル信号に変換され、直交復調部８でＩチャネル、Ｑチャネルの帰還信号（dem_i、dem_q)に分離され、係数更新部９に取り込まれる。係数更新部９では保管しておいた無歪のＩチャネル、Ｑチャネルの変調信号（mod_i、mod_q）とＩチャネル，Ｑチャネルの帰還信号（dem_i、dem_q)との誤差計算（前記(2)式参照）と、Ｉチャネル，Ｑチャネルの帰還信号（dem_i、dem_q)に対して歪補償係数の複素共役を掛け合わせ残歪計算（前記(3)式参照）を行い、これにより得られたデータを用いて、各入力電力範囲毎のステップパラメータsp_i、sp_qを用いて係数テーブル１０の歪補償係数の更新を行う（前記(4)式参照）。

以上により、ステップパラメータは、出現頻度の多い入力電力範囲に含まれる電力値に対しては小さめの値が用いられるので、1回の更新での係数変化が小さくなり、収束の安定化を図ることができる。一方、出現頻度の少ない入力電力範囲に含まれる電力値に対しては大きめの値が用いられるので、1回の更新で係数変化が大きくなり、収束速度が高くなる。

なお、特定の入力電力範囲のステップパラメータの変化量が大きくなると、隣の入力電力範囲のステップパラメータと大きな差が生じ全体の入出力特性が不連続になる場合があるので、この場合は、ステップパラメータの決定に際し、隣の入力電力範囲のステップパラメータとの関連を考慮することが好ましい。例えば、隣の入力電力範囲のステップパラメータに所定の数値を乗算した値の範囲から外れる場合は、当該範囲の限界値にステップパラメータの値を決定する。

また、ステップパラメータは、その複数種類の値を予め用意しておいて、入力電力範囲での電力値の出現頻度に応じて、その内の１つを選択して、ステップパラメータを決定するようにしてもよい。

また、歪補償係数更新の開始から予め決めた所定時間が経過するか、あるいはＡ／Ｄ変換器７と直交復調部８との間にＡＣＰＲ測定部（図示せず）を設けておいて、そこで測定したＡＣＰＲが予め決めた値を超えたとき、ステップパラメータを大きくしていた入力電力範囲内の電力値についても、そのステップパラメータを徐々に小さくしていけば、収束の際の変動を抑えることができる。

また、途中でＡＣＰＲが劣化してきたり、温度変化を検出して高周波増幅器５の動作状態が変わることが予想される場合には、その時点において、再度ステップパラメータの値を大きな値に設定し直せば、効率よく収束できるようになる。

また、電源投入時では送信信号の電力値に関係なく一律にステップパラメータの値を大きくして全入力電力範囲での収束を高速化し、電源投入から所定時間が経過した時点で、又はある程度収束した時点で、入力電力範囲毎の電力値の出現頻度によりステップパラメータの値を制御するようにして、収束を早めたい部分の制御と安定動作させたい部分の制御を異ならせれば、電源立上り時における収束を早めることができる。

本発明の実施例の歪補償装置を備えた高周波増幅装置のブロック図である。 ステップパラメータの決定の説明図である。 高周波増幅器の入出力特性図である。 ＡＣＰＲの説明図である。 逆歪を与えるための入出力特性図である。 従来の歪補償装置を備えた高周波増幅装置のブロック図である。 入力電力範囲の分割の説明図である。 歪補償係数の説明図である。

符号の説明

１：送信部、２：歪補償部、３：直交変調部、４：Ｄ／Ａ変換器、５：高周波増幅器、６：アンテナ、７：Ａ／Ｄ変換器、８：直交復調部、９，９Ａ：係数更新部、１０：係数テーブル、１１：電力計算部、１２：出現頻度計算部、１３：ステップパラメータ決定部

Claims (9)

1. 入力信号に対して歪補償部で逆歪を予め加えた増幅器への入力信号を増幅器へ入力するプリディストーション方式の歪補償方法において、
   前記歪補償部で加えられる歪補償係数は、ＬＭＳアルゴリズムを用いて更新され、
   前記ＬＭＳアルゴリズムには、前記入力信号と前記増幅器から出力された帰還信号とに基づいて算出された補償誤差分と、前記入力信号に適用した歪補償係数を前記帰還信号に適用して算出された前記増幅器の歪を含む信号と、前記入力信号の電力値の出現頻度に応じて決定されるステップパラメータと、が用いられることを特徴とする歪補償方法。
2. 請求項１に記載の歪補償方法において、
   前記ステップパラメータの値を、前記電力値の出現頻度が多いときは小さくし、少ないときは大きくすることを特徴とする歪補償方法。
3. 請求項１又は２に記載の歪補償方法において、
   前記補償係数の更新の開始から予め決めた所定時間が経過したとき、前記ステップパラメータの値を小さくすることを特徴とする歪補償方法。
4. 請求項１又は２に記載の歪補償方法において、
   前記帰還信号のＡＣＰＲを測定する測定手段を備え、該測定手段で測定されたＡＣＰＲの値が所定の値を上回ったとき、前記ステップパラメータの値を小さくすることを特徴とする歪補償方法。
5. 請求項１又は２に記載の歪補償方法において、
   前記帰還信号のＡＣＰＲを測定する測定手段を備え、該測定手段で測定されたＡＣＰＲの値が所定の値を下回ったとき、前記ステップパラメータの値を大きくすることを特徴とする歪補償方法。
6. 請求項１又は２に記載の歪補償方法において、
   前記ステップパラメータの値は、複数種類を予め用意しておいて、前記電力値の出現頻度に基づいてその内の１つを選択することにより決定することを特徴とする歪補償方法。
7. 請求項１又は２に記載の歪補償方法において、
   前記ステップパラメータの値は、電源投入時は前記送信信号の電力値に拘わらず一定の値とし、該電源投入から所定時間が経過した後に、前記電力値の出現頻度に基づいて決定することを特徴とする歪補償方法。
8. 入力信号の電力値を計算する電力計算部と、該電力計算部で得られた電力値に応じて歪補償係数が読み出される係数テーブルと、該係数テーブルから読み出された歪補償係数によって前記入力信号に逆歪を加える歪補償部と、該歪補償部で逆歪が加えられた送信信号を増幅する増幅器と、該増幅器で増幅された信号の帰還信号と前記入力信号とから補償誤差分を検出すると共に、前記入力信号に適用した歪補償係数と前記帰還信号とから残歪分を検出し、該補償誤差分と該残歪分とステップパラメータに応じて前記係数テーブルの前記歪補償係数の値を更新する係数更新部とを有し、前記補償誤差分と前記残歪分が零となるようにＬＭＳアルゴリズムを使用して前記歪補償係数の値を更新するプリディストーション方式の歪補償装置において、
   前記入力信号の電力値の出現頻度を計算する出現頻度計算部と、該出現頻度計算部で計算された出現頻度に応じて前記ステップパラメータの値を決めるステップパラメータ決定部とを備えたことを特徴とする歪補償装置。
9. 請求項８に記載の歪補償装置において、
   前記ステップパラメータ決定部は、前記電力値の出現頻度が多いときは小さく、少ないときは大きくなるようステップパラメータの値を決定することを特徴とする歪補償装置。

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