JP2007329766A - 歪補償装置、増幅装置、送信装置、歪補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信における高速・大容量化に用いる電力増幅器では、入力信号が小さいときには線形性と効率が高く、入力信号が大きい時には線形性と効率は低い。非線形性補償を確保しつつ消費電力を抑えた増幅器を提供する。
【解決手段】この歪補償装置は、増幅器の非線形性を補償する歪補償装置であって、増幅器の入力信号を補正するための補償パラメータを記憶する記憶部と、補償パラメータに基づき増幅器の入力信号を補正する補償部と、増幅器の動作状態に応じて補償パラメータを更新する更新制御部とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば増幅器の非線形性を補償する歪補償装置、非線形性が補償される増幅装置、送信装置および歪補償方法に関する。

無線通信における高速化・大容量化に伴い、増幅器、特に電力増幅器の線形性の精度に対する要求が高まっているが、電力増幅器では、入力電力と線形性および効率との間にトレードオフの関係がある。すなわち、入力信号が小さい場合には線形性と効率が高く、入力信号が大きい場合には線形性と効率は低い。そのため、入力信号が大きい場合にも高い線形性と効率が達成できるように、電力増幅器の非線形性を補償する技術が提案されている。

電力増幅器の非線形性を補償する技術としては、負帰還方式、フィードフォワード方式、アナログプリディストーション方式などアナログ信号部分で補償する技術が知られている。最近では、デジタル信号処理を用いて電力増幅器の特性を推定し、デジタル信号に予め逆歪みを与えておくディジタルプリディストーション方式が注目されている（例えば特許文献１）。

特許文献１に開示されたプリディストーション方式では、振幅特性の補償と位相特性の補償とを組み合わせている。すなわち、振幅特性の補償として、まずロールオフフィルタの出力ベースバンド信号Ｉ、Ｑの振幅Ｖ_ｉ、Ｖ_ｑを多項式演算部に入力して振幅対振幅特性（以下、「振幅特性」と称する。同様に「振幅対位相特性」を「位相特性」と称する。）の補償を多項式演算によって行っている。そして、位相特性の補償として、振幅特性の補償がなされた信号ｇ（Ｖ_ｉ）、ｇ（Ｖ_ｑ）を用いて電力計算部にて電力（二乗和）を計算し、その計算結果に基づいて電力増幅器の位相特性の逆特性が保存されたテーブルから補償値を読み出し、その補償値と振幅特性補償後の信号とを乗算している。このような手順を実行するため、小容量のテーブルメモリと小規模の演算ロジックとを備えることにより、電力増幅器の非線形性の補償を実現している。

一般に電力増幅器は、周辺の環境や増幅する信号の特性により動作状態が変化するから、電力増幅器の線形性を確保するためには、振幅特性や位相特性を補償する補償値や補償係数を随時更新する必要がある。しかし、補償値や補償係数の更新は電力消費を伴うことから、電力増幅器の線形性と低消費電力化とを両立させる技術が必要とされている。
特開２００１−３６３５３号公報

このように、従来の歪補償装置、増幅装置、送信装置および歪補償方法では、線形性の確保と低消費電力化とを両立させることが困難であるという問題がある。本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、増幅装置の線形性を確保しつつ消費電力を抑えることのできる歪補償装置、増幅装置、送信装置および歪補償方法を提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、第１の発明の歪補償装置は、増幅器の非線形性を補償する歪補償装置であって、増幅器の入力信号を補正するための補償パラメータを記憶する記憶部と、補償パラメータに基づき増幅器の入力信号を補正する補償部と、増幅器の動作状態に応じて補償パラメータを更新する更新制御部とを具備している。

第２の発明の増幅装置は、増幅部と、増幅器の入力信号を補正して増幅器の非線形性を補償するための補償パラメータを記憶する記憶部と、補償パラメータに基づき増幅器の入力信号を補正する補償部と、増幅部の動作状態に応じて補償パラメータを更新する更新制御部とを具備している。

第３の発明の送信装置は、第２の発明の増幅装置と、補償部により補正された入力信号を変調して増幅部に入力する変調部とを具備している。

第４の発明の歪補償方法は、増幅器の非線形性を補償する歪補償方法であって、増幅器の入力信号を補正するための補償パラメータを記憶部に記憶し、補償パラメータに基づき増幅器の入力信号を補正し、増幅器の動作状態に応じて補償パラメータを更新することを特徴としている。

本発明によれば、増幅装置の線形性を確保しつつ消費電力を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る歪補償装置、増幅装置、送信装置および歪補償方法では、増幅部およびその周辺の環境の変化に応じて増幅部の非線形特性が変化することを利用して、振幅特性補償データおよび位相特性補償データを更新している。

以下、本発明の一つの実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、電力増幅器の非線形性を補償する歪補償部を備えた、本発明の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。図１に示すように、この実施形態の送信装置１は、データ生成部１０、歪補償部２０、Ｄ／Ａ変換部３０、ＬＰＦ４０、直交変調部５０、電力増幅部６０、アンテナ７０およびモニタ信号生成部８０を備えている。

データ生成部１０は、この送信装置１が送信する送信信号を生成する信号生成手段である。データ生成部１０は、送信される情報の種類によって様々なものを用いることができる。例えば、送信される情報が音声であればマイクやＡ／Ｄ変換器などにより構成される。また、送信される情報がデジタルデータであれば、コンピュータ端末などにより構成される。あるいは、この送信装置１の外部から送信される情報をデジタルデータとして入力する形態をとってもよい。この実施形態では、データ生成部１０から送信信号としてデジタルベースバンド信号ＩおよびＱの二つの信号が出力される。

歪補償部２０は、電力増幅部６０で発生する非線形歪を補償する信号処理手段であり、いわゆるプリディストータである。歪補償部２０は、入力された送信信号に所定の振幅特性補償および位相特性補償を行う機能を有する。また、歪補償部２０は、モニタ信号生成部８０を介して電力増幅部６０から取得したモニタ信号に基づいて、振幅特性および位相特性それぞれの補償データ（以下、「補償値」「補償係数」と呼ぶことがある）が更新可能なように構成されている。歪補償部２０は、データ生成部１０から受け取った送信信号に電力増幅部６０の非線形領域の逆特性となる信号処理を施してＤ／Ａ変換部３０に渡す。

Ｄ／Ａ変換部３０は、歪補償部２０から出力されるデジタル信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器である。Ｄ／Ａ変換部３０は、アナログ変換した送信信号をＬＰＦ４０に渡す。ＬＰＦ４０は、Ｄ／Ａ変換部３０での変換処理により発生するノイズや折返し雑音を除去するローパスフィルタであり、受け取った送信信号をフィルタリングして直交変調部５０に渡す。

直交変調部５０は、入力されたベースバンド信号Ｉ”およびＱ”を直交変調し、送信信号として電力増幅部６０に出力する。電力増幅部６０は、直交変調された送信信号を所定の送信出力まで増幅する電力増幅器である。アンテナ７０は、電力増幅部６０により増幅された送信信号を電波として放射するアンテナである。

モニタ信号生成部８０は、電力増幅部６０の状態を監視する増幅部監視手段である。モニタ信号生成部８０は、電力増幅部６０の状態に応じて、歪補償部２０が歪補償処理に用いる補償データの更新を制御するモニタ信号を生成する。モニタ信号としては、例えば、電力増幅部６０から出力される送信信号の電力、同じく隣接チャネル漏洩電力比、Ｄ／Ａ変換部３０や直交変調部５０などアナログ信号処理系で生ずる利得、同じく位相差、電力増幅部６０の特性係数、電力増幅部６０の温度、送信信号の周波数など、電力増幅部での特性関数の変化と相関性のあるパラメータを用いることができる。モニタ信号生成部８０により生成されたモニタ信号は、歪補償部２０に渡される。

この送信装置１では、データ生成部１０により生成されたデジタルのベースバンド信号Ｉ、Ｑが歪補償部２０に入力され、歪補償部２０は、ベースバンド信号Ｉ、Ｑに歪補償処理を施す。Ｄ／Ａ変換部３０は、歪補償されたベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換してＬＰＦ４０に入力する。ＬＰＦ４０は入力された信号から高域成分（ノイズ成分）をカットして直交変調部５０に渡す。直交変調部５０は、受け取った信号を直交変調して電力増幅部６０に渡す。このとき、送信信号は所定の周波数に変換される。電力増幅部６０は、送信信号を所定の電力まで増幅してアンテナ７０に供給する。

ここで、モニタ信号生成部８０は、電力増幅部６０の状態を監視し電力増幅部６０の状態を示すモニタ信号を生成しており、生成したモニタ信号を歪補償部２０に与えている。歪補償部２０は、モニタ信号に応じて歪補償部２０での補償データを更新する。

この実施形態の送信装置によれば、電力増幅部の動作状態を示すモニタ信号を生成し、当該モニタ信号に基づいて歪補償部の補償データを更新するので、電力増幅部の線形性を確保しつつ消費電力を抑えることができる。

次に、図２および図３を参照して、この実施形態の歪補償部２０の構成について説明する。図２に示すように、この実施形態の歪補償部２０は、振幅特性補償部２１、位相特性補償部２２、振幅特性計算部２３、位相特性計算部２４および更新制御部２５を備えている。

振幅特性補償部２１は、データ生成部１０から入力されたベースバンド信号Ｉ、Ｑについて振幅特性の補償を実行する信号処理手段である。振幅特性補償部２１は、入力されたベースバンド信号に、電力増幅部６０の非線形特性のうち振幅特性の逆特性となるような補正を加えて電力増幅部６０の線形性を確保する。また、位相特性補償部２２は、振幅特性補償部２１で補正されたベースバンド信号Ｉ’、Ｑ’について位相特性の補償を実行する信号処理手段である。位相特性補償部２２は、電力増幅部６０の非線形特性のうち位相特性の逆特性となるような補正を加えて電力増幅部６０の線形性を確保する。

振幅特性計算部２３は、振幅特性補償部２１での補償データを更新するため、所定の演算処理を行う演算手段である。また、位相特性計算部２４は、位相特性補償部２２での補償データを更新するため、所定の演算処理を行う演算手段である。更新制御部２５は、モニタ信号生成部８０から与えられるモニタ信号に基づいて、振幅特性補償部２１および位相特性補償部２２それぞれでの補償データを更新するタイミングを決定する更新内容決定手段である。更新制御部２５は、更新すべき補償データの内容として、例えば、振幅特性補償データのみ更新、位相特性補償データのみ更新、振幅特性および位相特性それぞれの補償データを更新、等のいずれが適切かを判定し、振幅特性計算部２３および／または位相特性計算部２４にそれぞれの補償データを更新すべきタイミングを指示する機能を有する。

モニタ信号生成部８０からモニタ信号を受け取ると、更新制御部２５は、モニタ信号に基づいて振幅特性および／または位相特性の補償データの更新の有無およびタイミングを決定し、更新する場合は振幅特性計算部２３および位相特性計算部２４にそれぞれ補償データの算出を指示する。指示を受けた振幅特性計算部２３および位相特性計算部２４は、振幅特性補償部２１および位相特性補償部２２の補償データを更新する。

一方、振幅特性補償部２１は、送信信号に振幅特性の補償を行って位相特性補償部２２に渡し、位相特性補償部２２は、振幅特性の補償された送信信号について位相特性の補償を行っている。振幅特性補償部２１および位相特性補償部２２の補償データが更新されると、振幅特性補償部２１および位相特性補償部２２は、更新された補償データにより送信信号の補償を実行する。

このように、この実施形態の歪補償装置によれば、モニタ信号に基づいて所定のタイミングで振幅特性および／または位相特性の補償を行うので、独立したタイミングで更新を行うことができ、有効な歪補償処理と消費電力の低減との両立を図ることができる。

続いて、この実施形態に係る振幅特性補償部２１、位相特性補償部２２、振幅特性計算部２３、位相特性計算部２４および更新制御部２５の構成について詳細に説明する。図３に示すように、振幅特性補償部２１は、実数乗算部２１１、振幅計算部２１２および振幅逆特性テーブル２１３を備えている。位相特性補償部２２は、複素乗算部２２１、振幅計算部２２２および位相逆特性テーブル２２３を備えている。更新制御部２５は、減算部２５１、記憶部２５２、モードテーブル２５３、判定部２５４およびシーケンサ２５５を備えている。なお、振幅特性計算部２３は、振幅特性の補償データを計算する振幅特性計算部として機能し、位相特性計算部２４は、位相特性の補償データを計算する位相特性計算部２４１として機能する。

実数乗算部２１１は、送信信号としてのデジタルベースバンド信号の実数部を乗算処理する演算手段である。振幅計算部２１２は、同じくベースバンド信号の振幅値を算出する演算手段である。振幅逆特性テーブル２１３は、ベースバンド信号の振幅値と対応する振幅特性の補償係数とを対応させて記憶した定義記憶手段である。

複素乗算部２２１は、実数乗算部２１１により乗算処理されたベースバンド信号について、複素部を乗算処理する演算手段である。振幅計算部２２２は、振幅計算部２１２と対応し、実数乗算部２１１により乗算処理されたベースバンド信号の振幅値を算出する演算手段である。位相逆特性テーブル２４１は、同じく実数乗算部２１１により演算処理されたベースバンド信号の振幅値と対応する位相特性の補償係数とを対応させて記憶した定義記憶手段である。

減算部２５１は、モニタ信号生成部８０から送られるモニタ信号と直近に更新処理した際のモニタ信号との差分を計算する演算手段である。すなわち、時系列的に連続するモニタ信号の前後の差分を算出してモニタ信号の変動幅を計算する作用をする。記憶部２５２は、直近で更新処理を行った際のモニタ信号を参照信号として記憶する記憶手段である。モードテーブル２５３は、歪補償部２０の補償係数を更新する内容（更新モード）を記憶した記憶手段である。判定部２５４は、減算部２５１での差分結果と図示しない閾値とを比較して、閾値を超える場合にモードテーブル２５３に記憶された更新モードの中から適切なモードを選択する補償内容決定手段である。シーケンサ２５５は、判定部２５４により選択された更新モードに基づいて、振幅特性計算部２３および位相特性計算部２４に振幅特性および位相特性の補償係数の更新およびそのタイミングを指示する更新指示手段である。

データ生成部１０から送信信号たるベースバンド信号Ｉ、Ｑを受けると、振幅計算部２１２は、ベースバンド信号Ｉ、Ｑの振幅値を計算して実数乗算部２１１に渡す。次いで、実数乗算部２１１は、受け取った振幅値を用いて振幅逆特性テーブル２１３から振幅特性の補償係数を読み出す。実数乗算部２１１は、ベースバンド信号Ｉ、Ｑと読み出した補償係数との乗算処理を行って振幅特性の補償を行う。

振幅特性の補償が行われると、振幅計算部２２２は、振幅特性の補償が行われた信号Ｉ’、Ｑ’の振幅値を計算して複素乗算部２２１に渡す。次いで、複素乗算部２２１は、受け取った振幅値を用いて位相逆特性テーブル２２３から位相特性の補償係数を読み出す。そして、複素乗算部２２１は、振幅特性が補正されたベースバンド信号Ｉ’、Ｑ’と読み出した補償係数との複素乗算処理を行って位相特性の補償を行う。振幅特性と位相特性の補償が行われた送信信号（ベースバンド信号Ｉ”、Ｑ”）は、Ｄ／Ａ変換部３０に渡される。

ここで、図４を参照して、更新制御部２５の更新決定動作を詳細に説明する。モニタ信号生成部８０からモニタ信号を受けると、減算部２５１は、受け取ったモニタ信号と記憶部２５２に記憶された前回更新を行った際のモニタ信号との差分値Δを計算する（ステップ３０１。以下「Ｓ３０１」のように称する。）。差分値Δを計算すると、減算部２５１は、差分結果を判定部２５４に渡す。

判定部２５４は、受け取った差分値Δと判定部２５４が保持する閾値σとを比較する（Ｓ３０２）。

差分値Δが閾値σ以下の場合（Ｓ３０２のＮｏ）、判定部２５４は、補償データの更新を指示しない。減算部２５１は引き続きモニタ信号の減算処理を続行する。

差分値Δが閾値σを超える場合（Ｓ３０２のＹｅｓ）、判定部２５４は、モードテーブル２５３から閾値に応じた適切な更新モードを読み出してシーケンサ２５５に渡す。シーケンサ２５５は、渡された更新モードにより振幅特性や位相特性の補償データの計算を、振幅特性計算部２３１および位相特性計算部２４１に指示する（Ｓ３０３）。例えば、更新モードが、振幅特性および位相特性の両方を補償するものである場合、シーケンサ２５５は、所定のタイミングで振幅特性計算部２３１および位相特性計算部２４１のそれぞれに補償データの計算を指示する。

続いて、図５を参照して、更新制御部２５の補償データ計算指示動作を詳細に説明する。判定部２５４から更新モードを受け取ると（Ｓ３１０）、シーケンサ２５５は、更新モードを解析する（Ｓ３１１）。

更新モードがＡＭモード、すなわち振幅特性の補償データのみ更新するモードである場合（Ｓ３１１のＹｅｓ）、シーケンサ２５５は、振幅特性の補償データの計算を振幅特性計算部２３１に指示する。振幅特性の補償データ算出の指示を受けると、振幅特性計算部２３１は、所定の振幅特性補償データを算出する（Ｓ３１２）。

補償データが算出されると、振幅特性計算部２３１は、補償データを振幅逆特性テーブル２１３に保存する（Ｓ３１３）。

更新モードがＰＭモード、すなわち位相特性の補償データのみ更新するモードである場合（Ｓ３１４のＹｅｓ）、シーケンサ２５５は、位相特性の補償データの計算を位相特性計算部２４１に指示する。位相特性の補償データ算出の指示を受けると、位相特性計算部２４１は、所定の位相特性補償データを算出する（Ｓ３１５）。

補償データが算出されると、位相特性計算部２４１は、補償データを位相逆特性テーブル２２３に保存する（Ｓ３１６）。

更新モードがＡＭ＋ＰＭモード、すなわち振幅特性および位相特性の補償データそれぞれを更新するモードである場合（Ｓ３１４のＮｏ）、シーケンサ２５５は、振幅特性の補償データの計算を振幅特性計算部２３１に指示するとともに、位相特性の補償データの計算を位相特性計算部２４１に指示する。

振幅特性の補償データ算出の指示を受けると、振幅特性計算部２３１は、所定の振幅特性補償データを算出する（Ｓ３１７）。また、位相特性の補償データ算出の指示を受けると、位相特性計算部２４１は、所定の位相特性補償データを算出する（Ｓ３１８）。

補償データが算出されると、振幅特性計算部２３１は、補償データを振幅逆特性テーブル２１３に保存するとともに、位相特性計算部２４１は、補償データを位相逆特性テーブル２２３に保存する（Ｓ３１９）。

このように、この実施形態の歪補償装置、増幅装置、送信装置、歪補償方法では、電力増幅部の動作状態を示すモニタ信号に基づいて歪補償の補償データの更新を行うので、電力増幅部の線形性を確保しつつ消費電力を抑えることができる。また、この実施形態の歪補償装置、増幅装置、送信装置、歪補償方法では、モニタ信号に応じて歪補償の補償データの更新を細かく設定できるので、きめ細かい歪補償を実現することができる。すなわち、電力増幅装置の状態に応じて振幅特性の補償データのみ更新したり、位相特性の補償データのみ更新したり、あるいは振幅特性および位相特性それぞれの補償データを一括して更新したりすることが可能となる。

ここで、電力増幅部の動作状態を示すモニタ信号としては、電力増幅器の出力電力、アナログ部の利得、アナログ部における位相差、電力増幅部の温度、使用周波数、電力増幅器の特性係数、隣接チャネル漏洩電力比といったものが考えられる。また、モニタ信号を用いず、タイマーにより一定時間ごとに補償データを更新してもよい。

次に、図６を参照して、更新制御部２５の更新決定動作の他の例について詳細に説明する。図６の動作例では、振幅特性補償データの更新直後に再びモニタ信号を取得し、依然として差分値が閾値を超えていた場合にさらに位相特性補償データの更新を行うものである。

判定部２５４は、あらかじめ更新モードを振幅特性の補償データを更新するＡＭモードと設定しておく（Ｓ３２０）。

モニタ信号生成部８０からモニタ信号を受けると、減算部２５１は、受け取ったモニタ信号と記憶部２５３に記憶された前回更新を行ったモニタ信号との差分値Δを計算する（Ｓ３２１）。差分値Δを計算すると、減算部２５１は、差分結果を判定部２５４に渡す。

判定部２５４は、受け取った差分値Δと判定部２５４が保持する閾値σとを比較する（Ｓ３２２）。

差分値Δが閾値σ以下の場合（Ｓ３２２のＮｏ）、判定部２５４は、補償データの更新を指示せず、処理を続行する場合は補償データを初期値のＡＭモードに設定し（Ｓ３３０のＮｏ）、減算部２５１は引き続きモニタ信号の減算処理を続行する。

差分値Δが閾値σを超える場合（Ｓ３２２のＹｅｓ）、判定部２５４は、シーケンサ２５５に対し現在の更新モードを渡す。シーケンサ２５５は、受け取った更新モードを判定する（Ｓ３２３）。

初期値の更新モードはＡＭモードであるから（Ｓ３２３のＹｅｓ）、シーケンサ２５５は、振幅特性計算部２３１に対し振幅特性の補償データ計算を指示する。指示を受けた振幅特性計算部２３１は、所定の振幅特性補償データを算出する（Ｓ３２４）。

補償データが算出されると、振幅特性計算部２３１は、補償データを振幅逆特性テーブル２１３に保存する（Ｓ３２５）。

判定部２５４は、シーケンサ２５５に更新モードを渡すと、更新モードを位相特性の補償データを更新するＰＭモードとして設定する（Ｓ３２６）。

引き続き、モニタ信号生成部８０からモニタ信号を受けると、減算部２５１は、受け取ったモニタ信号と記憶部２５３に記憶された前回更新を行ったモニタ信号との差分値Δを計算する（Ｓ３２１）。差分値Δを計算すると、減算部２５１は、差分結果を判定部２５４に渡す。

判定部２５４は、受け取った差分値Δと判定部２５４が保持する閾値σとを比較する（Ｓ３２２）。

差分値Δが閾値σ以下の場合（Ｓ３２２のＮｏ）、判定部２５４は、補償データの更新を指示せず、処理を続行する場合は補償データを初期値のＡＭモードに設定し（Ｓ３３０のＮｏ）、減算部２５１は引き続きモニタ信号の減算処理を続行する。

差分値Δが依然として閾値σを超える場合（Ｓ３２２のＹｅｓ）、判定部２５４は、シーケンサ２５５に対し現在の更新モードを渡す。シーケンサ２５５は、受け取った更新モードを判定する（Ｓ３２３）。

ステップ３２６において更新モードがＰＭモードに設定されているから（Ｓ３２３のＮｏ）、シーケンサ２５５は、位相特性計算部２４１に対し位相特性の補償データ計算を指示する。指示を受けた位相特性計算部２４１は、所定の位相特性補償データを算出する（Ｓ３２７）。

補償データが算出されると、位相特性計算部２４１は、補償データを位相逆特性テーブル２２３に保存する（Ｓ３２８）。

判定部２５４は、シーケンサ２５５に更新モードを渡すと、更新モードを位相特性の補償データを更新するＡＭモードとして設定する（Ｓ３２９）。

このように、この動作例の更新制御部２５によれば、振幅特性の補償データの更新と位相特性の補償データの更新とを交互に行うので、バランスの取れた補償データ更新を実現できる。

次に、図７を参照して、更新制御部２５の更新決定動作の他の例について詳細に説明する。図７は、振幅特性補償データと位相特性補償データのそれぞれを更新するためのモニタ信号を同一のモニタ信号とし、各々の特性の更新に対応する閾値が異なる場合の動作例である。

モニタ信号生成部８０からモニタ信号を受けると、減算部２５１は、受け取ったモニタ信号と記憶部２５３に記憶された前回更新を行ったモニタ信号との差分値Δ_１を計算する（Ｓ３３１）。差分値を計算すると、減算部２５１は、差分結果を判定部２５４に渡す。

判定部２５４は、受け取った差分値Δ_１と判定部２５４が保持する第１の閾値σ_１とを比較する（Ｓ３３２）。

差分値Δ_１が閾値σ_１を超える場合（Ｓ３３２のＹｅｓ）、判定部２５４は、シーケンサ２５５に対し更新モードとしてＰＭモードを指示し、シーケンサ２５５は、モードテーブル２５３からＰＭモードの補償データ更新として位相特性計算部２４１に位相特性の補償データ計算を指示する（Ｓ３３３）。

補償データが算出されると、位相特性計算部２４１は、補償データを位相逆特性テーブル２２３に保存する（Ｓ３３４）。

差分値Δ_１が閾値σ_１以下の場合（Ｓ３３２のＮｏ）、判定部２５４は、さらに差分値Δ_１と判定部２５４が保持する第２の閾値σ_２とを比較する。

差分値Δ_１が閾値σ_２を超える場合（Ｓ３３６のＹｅｓ）、判定部２５４は、シーケンサ２５５に対し更新モードとしてＡＭモードを指示し、シーケンサ２５５は、モードテーブル２５３からＡＭモードの補償データ更新として振幅特性計算部２３１に振幅特性の補償データ計算を指示する（Ｓ３３７）。

補償データが算出されると、振幅特性計算部２３１は、補償データを振幅逆特性テーブル２１３に保存する（Ｓ３３８）。

差分値Δ_１が閾値σ_２以下の場合（Ｓ３３６のＮｏ）、判定部２５４は、補償データの更新を指示せず、減算部２５１は引き続きモニタ信号の減算処理を続行する。

更新処理を終了する場合（Ｓ３３５のＹｅｓ）は終了する。

図７に示す動作例では、閾値σ１をσ２よりも高く設定し、かつ位相特性補償データの更新（Ｓ３３４）よりも振幅特性補償データの更新（Ｓ３３８）が優先的に実行されるように（差分値Δが小さくても実行するように）動作している。これは、電力増幅器の振幅特性と位相特性とでは、振幅特性の方が特性劣化に強く影響するからであり、振幅特性補償データの更新頻度を位相特性補償データの頻度に比べ高く設定しておくことで、振幅特性補償データと位相特性補償データを同時に更新する場合に比べ、特性の劣化を防ぎながら消費電力を抑えることが可能となる。なお、図７に示す例では、小さい閾値σ_２を振幅特性補償データの更新、大きい閾値σ_１を位相特性補償データの更新としているが、これには限定されない。例えば、大きい閾値σ_１を振幅特性および位相特性の補償データの更新と対応させてもよい。すなわち、差分値Δが小さい閾値を超えた場合は振幅特性の補償データのみ更新し、差分値Δが大きい閾値を超えた場合は振幅特性に加えて位相特性の補償データをも更新することになる。これにより、差分値Δが小さい場合は振幅特性の補償データのみ更新し、差分値Δが大きい場合（平常状態からの変動が大きい場合）には振幅および位相全ての補償データを更新させることができる。

ここで、図８を参照して、更新制御部２５の変形例について説明する。図８に示す更新制御部２５０は、図３に示す更新制御部２５に減算部２５６をさらに備えたものであり、共通の要素には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

図８に示す更新制御部２５０では、モニタ信号生成部８０から二つのモニタ信号を受け取り、減算部２５１および２５６が、各々のモニタ信号と前に更新した際の各々のモニタ信号との差分値Δ_１、Δ_２を算出して判定部２５４に渡している。そして、判定部２５４は、二つの差分結果に基づいて、モードテーブル２５３から適切な更新モードを選択して読みだしている。すなわち、図８に示す更新制御部２５０では、二つのモニタ信号に基づいて振幅特性および位相特性それぞれの補償データを更新するので、補償データをきめ細かく更新することが可能になり、消費電力をより低減することが可能になる。

なお、図８に示す例では二つのモニタ信号に基づいて振幅特性および位相特性それぞれの補償データを更新しているが、これには限定されない。第１のモニタ信号を振幅特性の補償データ更新用、第２のモニタ信号を位相特性の補償データ更新用と定義しておき、判定部２５４が各々のモニタ信号の差分結果に基づいて、振幅特性の補償データの更新および位相特性の補償データの更新を独立して行ってもよい。

例えば、判定部２５４は、振幅特性については、モニタ信号１の差分値Δ_１とそれに対応する閾値σ_１の値とを比較し、Δ_１の方が大きい場合に振幅特性の補償データの更新と判定し、位相特性については、モニタ信号２の差分値Δ_２とそれに対応する閾値σ_２の値とを比較し、Δ_２の方が大きい場合に位相特性の補償データの更新と判定する。これは、モニタ信号の特性が振幅特性および位相特性のいずれか一方に強い相関性がある場合に有効である。

次に、図９ないし図１５を参照して、この実施形態の歪補償部２０に与えられるモニタ信号を生成するモニタ信号生成部の構成例について詳細に説明する。この実施形態の歪補償部２０では、電力増幅部６０の動作状態に応じて歪補償のための補償データを更新処理している。したがって、電力増幅部６０の非線形歪に影響を与えるパラメータをモニタ信号として生成することが必要となる。図９ないし図１５に示すモニタ信号生成部８１ないし８７は、それぞれ、電力増幅器の出力電力の増減（定格出力との差）、隣接チャネル漏洩電力比（定格値との差）、アナログ部における位相差の発生、アナログ部における利得の発生、電力増幅器の特性係数の変動、電力増幅部の温度上昇、使用周波数の変更について、各々数値化したモニタ信号を生成している。

図９に示すモニタ信号生成部８１は、電力増幅部６０の出力信号の一部を取り込んで直交復調処理する直交復調部１０１と、復調されたベースバンド信号の高域周波数帯をカットするＬＰＦ１０２と、高域カットされたベースバンド信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換部１０３と、デジタルに変換されたベースバンド信号を高速フーリエ変換して時間軸信号を周波数軸信号に変換するＦＦＴ部１０４と、周波数軸上に展開された所望の信号帯域内の電力を平均化する信号帯域内平均化部１０５と、信号帯域内の信号各々の電力を合算する合成部１０６とを備えている。

直交復調部１０１、ＬＰＦ１０２およびＡ／Ｄ変換部１０３は、それぞれ直交変調部５０、ＬＰＦ４０およびＤ／Ａ変換部３０と対応している。すなわち、電力増幅部６０から取り込まれた出力信号の一部は、直交復調部１０１、ＬＰＦ１０２およびＡ／Ｄ変換部１０３を経て歪補償部２０の出力信号へと復元されることになる。復元された信号は、ＦＦＴ１０４により周波数軸上に展開され、信号帯域内平均化部１０５により所望の信号帯域内において電力が平均化され、合成部１０６により各々の信号の電力成分が合成される。このような構成により、電力増幅部６０の出力信号の一部に基づいて、所定の信号帯域内における電力増幅部６０の出力電力を求めることができる。

モニタ信号生成部８１によりモニタ信号を生成する場合、更新制御部２５の閾値σ_１、σ_２を例えば±２［ｄＢ］、±１［ｄＢ］とし、モードテーブル２５３には例えば±１［ｄＢ］を超えると更新モードがＡＭモード、±２［ｄＢ］を超えると同じくＡＭ＋ＰＭモードとするように設定する。このような設定により、歪補償部２０は、出力電力の変動幅が±１［ｄＢ］を超えると振幅特性の補償データを更新し、同じく±２［ｄＢ］を超えると振幅特性に加えて位相特性の補償データも更新する。すなわち、電力増幅部６０の動作状態が小さい場合と大きい場合とで更新内容と頻度が変更されるので、歪補償部２０における消費電力を抑えることができる。

図１０に示すモニタ信号生成部８２は、図９に示すモニタ信号生成部８１に加えて、ＦＦＴ１０４により周波数軸信号に展開された信号の一部を取り込んで電力増幅部６０の動作周波数の全帯域内の電力を平均化する全帯域平均化部１０８と、平均化された全帯域の信号から所望の周波数帯域に隣接する周波数帯の信号を抽出する特定帯域抽出部１０９と、抽出された帯域内の信号各々の電力を合算する合成部１１０と、合成部１１０の出力から合成部１０６の出力を除算処理する除算部１０７とを備えている。

直交復調部１０１から合成部１０６までの要素の構成および作用は、モニタ信号生成部８１と共通する。すなわち、電力増幅部６０から取り込まれた出力信号の一部は、直交復調部１０１、ＬＰＦ１０２およびＡ／Ｄ変換部１０３を経て歪補償部２０の出力信号へと復元されることになる。復元された信号は、ＦＦＴ１０４により周波数軸上に展開され、全帯域平均化部１０８により電力増幅部６０の動作周波数全域内において平均化され、特定帯域抽出部１０９により所望の周波数帯域に隣接する周波数帯域が抽出され、合成部１１０により抽出された帯域内の各々の信号の電力成分が合成される。このような構成により、電力増幅部６０の出力信号の一部に基づいて、目的周波数帯域に隣接する帯域内における電力増幅部６０の出力電力を求めることができる。

そして、除算部１０７により、合成部１１０から出力される隣接周波数帯における電力を合成部１０６から出力される目的周波数帯における電力で除算処理することで、隣接チャネル漏洩電力比を求めることができる。

モニタ信号生成部８２によりモニタ信号を生成する場合、更新制御部２５の閾値σ_１、σ_２を例えば−５０［ｄＢ］、−６０［ｄＢ］とし、モードテーブル２５３に例えば−６０［ｄＢ］を超えると更新モードがＡＭモード、−５０［ｄＢ］を超えると同じくＡＭ＋ＰＭモードとするように設定する。このような設定により、歪補償部２０は、隣接チャネル漏洩電力比が−６０［ｄＢ］を超えると振幅特性の補償データを更新し、同じく−５０［ｄＢ］を超えると振幅特性に加えて位相特性の補償データも更新する。

隣接チャネル漏洩電力比はシステムの特性を表しており、一般に劣化が許されない。そのため、−６０［ｄＢ］を超えた場合に非線形性に与える影響の大きい振幅特性の補償データをまず更新する。そして、さらに−５０［ｄＢ］を超えて悪化した場合には、振幅特性に加えて位相特性の補償データも更新する。モニタ信号生成部８２によれば、通信条件に規定される隣接チャネル漏洩電力比に基づいて歪補償部２０の補償データを更新するので、非線形歪の補償をより確保した上で消費電力を抑えることが可能になる。

図１１に示すモニタ信号生成部８３は、電力増幅部６０の出力信号の一部を取り込んで直交復調処理する直交復調部１０１と、復調されたベースバンド信号の高域周波数帯をカットするＬＰＦ１０２と、高域カットされたベースバンド信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換部１０３と、デジタル化されたベースバンド信号の位相と歪補償部２０の出力信号の位相とを比較する位相比較部１１１とを備えている。直交復調部１０１、ＬＰＦ１０２およびＡ／Ｄ変換部１０３は、モニタ信号生成部８１と共通するため、重複する説明を省略する。

直交復調部１０１からＡ／Ｄ変換部１０３を経て復元された信号は、位相比較部１１１に入力される。一方、歪補償部２０の出力信号も位相比較部１１１に入力されている。そして、歪補償部２０は、二つの入力信号を比較してその位相差を数値化して歪補償部２０にモニタ信号として出力する。すなわち、モニタ信号生成部８３は、電力増幅部６０における位相変化を検出することができる。

モニタ信号生成部８３によりモニタ信号を生成する場合、閾値σを０とし、モードテーブル２５３に、例えば、位相差が発生した場合にＰＭモードとするように設定する。このような設定により、歪補償部２０は、位相歪が発生したときに位相特性の補償データを更新する。電力増幅部６０での位相変化は、遅延時間に起因する変化であるから非線形パラメータを更新する必要はない。したがって、不要な補償データ更新をせず消費電力を抑えることが可能になる。

図１２に示すモニタ信号生成部８４は、電力増幅部６０への入力信号（直交変調部５０の出力信号）の信号レベルを検出するレベル検出部１１２と、歪補償部２０の出力信号を二乗平均平方根（Root Mean Square : RMS）演算するＲＭＳ部１１３と、レベル検出部１１２が検出した信号レベルとＲＭＳ部１１３が演算した演算結果とを比較する比較部１１４とを備えている。

直交変調部５０から出力される送信信号はレベル検出部１１２に入力され、レベル検出部１１２は、その送信信号の信号レベルを検出する。一方、歪補償部２０から出力されるベースバンド信号Ｉ”、Ｑ”はＲＭＳ部１１３に入力され、ＲＭＳ部１１３は、ベースバンド信号Ｉ”、Ｑ”を二乗平均平方根演算する。そして、比較部１１４は、信号レベルの検出結果と二乗平均平方根の演算結果とを比較し、その差を数値化して歪補償部２０にモニタ信号として出力する。すなわち、モニタ信号生成部８４は、Ｄ／Ａ変換部３０から直交変調部５０までのアナログ部において生じた利得を検出することができる。

モニタ信号生成部８４によりモニタ信号を生成する場合、更新制御部２５の閾値σ_１、σ_２を例えば±０．６［ｄＢ］、±０．３［ｄＢ］とし、モードテーブル２５３に例えば±０．３［ｄＢ］を超えると更新モードがＡＭモード、±０．６［ｄＢ］を超えると同じくＡＭ＋ＰＭモードとするように設定する。このような設定により、歪補償部２０は、上記アナログ部における利得が±０．３［ｄＢ］を超えると振幅特性の補償データを更新し、同じく±０．６［ｄＢ］を超えると振幅特性に加えて位相特性の補償データも更新する。

アナログ信号処理部において発生する利得は、信号レベルを増減する。歪補償部２０においては、実数乗算部２１１および複素乗算部２２１が、振幅計算部２１２および２２２が算出した振幅値をアドレスとして補償データの記憶された振幅逆特性テーブル２１３および位相逆特性テーブル２２３から補償データを読み出しているから、信号レベルの増減は歪補正の精度に直接影響してしまう。そこで、まずＡＭモードにより振幅特性の補償データ更新を優先的に実行し、さらに悪化した場合に位相特性の補償データ更新も実行することが望ましい。したがって、必要十分な補償データ更新を行うことができ、消費電力を抑えることが可能になる。

図１３に示すモニタ信号生成部８５は、電力増幅部６０の出力信号の一部を取り込んで直交復調処理する直交復調部１０１と、復調されたベースバンド信号の高域周波数帯をカットするＬＰＦ１０２と、高域カットされたベースバンド信号をアナログ−デジタル変換するＡ／Ｄ変換部１０３と、デジタル化されたベースバンド信号を複素除算演算する複素除算部１１５と、複素除算処理されたベースバンド信号の振幅成分を抽出する振幅成分取得部１１６および位相成分を抽出する位相成分取得部１１７と、歪補償部２０の出力ベースバンド信号から振幅成分を抽出する振幅成分取得部１２０と、振幅成分取得部１１６および位相成分取得部１１７により抽出された振幅成分・位相成分と、振幅成分取得部１２０により抽出された振幅成分とに基づいて電力増幅部６０の特性係数を推定する係数推定部１１８および１１９とを備えている。直交復調部１０１、ＬＰＦ１０２およびＡ／Ｄ変換部１０３は、モニタ信号生成部８１と共通するため、重複する説明を省略する。

直交復調部１０１からＡ／Ｄ変換部１０３を経て復元された信号は、複素除算部１１５に入力される。一方、歪補償部２０の出力信号も複素除算部１１５に入力される。複素除算部１１５は、Ａ／Ｄ変換部１０３からの信号を歪補償部２０からの信号で複素除算演算する。

振幅成分取得部１１６および位相成分取得部１１７は、それぞれ複素除算演算された信号の振幅成分および位相成分を抽出して係数推定部１１８および１１９に渡す。一方、歪補償部２０の出力信号は、振幅成分取得部１２０を介して振幅成分が抽出されて係数推定部１１８および１１９に渡される。係数推定部１１８および１１９は、振幅成分取得部１１６および位相成分取得部１１７からの信号と振幅成分取得部１２０からの信号とに基づいて電力増幅部６０の特性係数を算出して歪補償部２０に渡す。このように、モニタ信号生成部８５は、電力増幅部６０の特性係数を生成することができる。

モニタ信号生成部８５によりモニタ信号を生成する場合、モードテーブル２５３に、例えば、電力増幅部６０の特性係数に変動が発生した場合にＡＭ＋ＰＭモードとするように設定する。このような設定により、歪補償部２０は、特性係数に変動が生じたときに振幅特性および位相特性の補償データを更新する。電力増幅部６０の特性係数が大きく変化した場合、高レベルの非線形性歪が発生するため、ＡＭ＋ＰＭモードにより振幅特性および位相特性の両特性について補償データを更新する。しかし、特性係数に変動がない場合には補償データの更新を行わない。このような設定により、不要な補償データ更新をせず消費電力を抑えることが可能になる。

図１４に示すモニタ信号生成部８６は、電力増幅部６０の増幅素子の近傍に配置され電力増幅部６０の温度を検出する温度検出部１２１と、検出された温度に基づいて対応する補償データを歪補償部２０に与える変換テーブル１２２とを備えている。温度検出部１２１は、電力増幅部６０の温度を常に監視しており、温度に対応する温度信号を変換テーブル１２２に入力している。変換テーブル１２２は、入力された温度信号に基づいて対応するモニタ信号を歪補償部２０に入力する。

モニタ信号生成部８６によりモニタ信号を生成する場合、更新制御部２５の閾値σ_１、σ_２を例えば±５０℃、±２０℃とし、モードテーブル２５３に例えば±２０℃を超えると更新モードがＡＭモード、±５０℃を超えると同じくＡＭ＋ＰＭモードとするように設定する。このような設定により、歪補償部２０は、電力増幅部６０の温度変化が±２０℃を超えると振幅特性の補償データを更新し、同じく±５０℃を超えると振幅特性に加えて位相特性の補償データも更新する。

一般に、電力増幅部は放熱処理が施されているから温度変化が緩やかであり、温度変化が急激でなければ電力増幅部の特性が急変することも少ない。そのため、温度変化が緩やかである場合は振幅特性の補償データのみを更新し、急激な温度変化が表れた場合に振幅特性および位相特性の両特性の補償データを更新する。したがって、必要十分な補償データ更新を行うことができ、消費電力を抑えることが可能になる。

図１５に示すモニタ信号生成部８７は、データ生成部１０から送信周波数（帯域）の周波数情報ｆが入力される変換テーブル１２３を備えている。変換テーブル１２３は、データ生成部１０から周波数情報ｆを取得し、周波数情報ｆに基づいて対応するモニタ信号を歪補償部２０に入力する。

モニタ信号生成部８７によりモニタ信号を生成する場合、モードテーブル２５３に、例えば、周波数情報ｆに変動が生じた場合にＡＭ＋ＰＭモードとするように設定する。一般に、電力増幅部６０により増幅する信号の周波数帯域が変化すると、アナログ信号処理部や電力増幅部６０の非線形特性も変化するから、振幅特性および位相特性の両方について補償データを更新する。このような設定により、不要な補償データ更新をせず消費電力を抑えることが可能になる。

なお、この実施形態のモニタ信号生成部としては、以上説明したモニタ信号生成部８１ないし８７の構成には限定されない。例えば、歪補償部にタイマーを設けて、一定時間間隔で振幅特性および位相特性の両方について補償データを更新してもよい。このような構成により、特殊なモニタ信号生成を行うことなく必要最低限の補償データ更新を行うことができ、消費電力を抑えることができる。

また、上記した実施の形態では歪補償部に振幅データを記憶する手段として振幅逆特性テーブルおよび位相逆特性テーブルを備えるものとして説明したが、これにも限定されない。すなわち、補償データを記憶したテーブルでなくても、多項式演算等補償を行う演算処理部を備えてその補償係数を更新するものとしてもよい。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一つの実施形態の送信装置の構成を示すブロック図である。 この実施形態の歪補償部の概要を示すブロック図である。 この実施形態の歪補償部の構成を詳細に示すブロック図である。 この実施形態の歪補償部の動作を示すフローチャートである。 この実施形態の更新制御部の動作を示すフローチャートである。 この実施形態の更新制御部の動作を示すフローチャートである。 この実施形態の更新制御部の動作を示すフローチャートである。 この実施形態の更新制御部の他の例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。 この実施形態のモニタ信号生成部の具体例を示すブロック図である。

符号の説明

１…送信装置、１０…データ生成部、２０…歪補償部、２１…振幅特性補償部、２２…位相特性補償部、２３…振幅特性計算部、２４…位相特性計算部、２５…更新制御部、３０…Ｄ／Ａ変換部、４０…ＬＰＦ部、５０…直交変調部、６０…電力増幅部、７０…アンテナ、８０ないし８７…モニタ信号生成部。

Claims (10)

1. 増幅器の非線形性を補償する歪補償装置であって、
   前記増幅器の入力信号を補正するための補償パラメータを記憶する記憶部と、
   前記補償パラメータに基づき前記増幅器の入力信号を補正する補償部と、
   前記増幅器の動作状態に応じて前記補償パラメータを更新する更新制御部と
   を具備したことを特徴とする歪補償装置。
2. 前記記憶部は、前記入力信号の振幅成分を補正するための第１のパラメータおよび前記入力信号の位相成分を補正するための第２のパラメータを記憶し、
   前記補償部は、前記第１および第２のパラメータに基づき前記入力信号の振幅成分および位相成分をそれぞれ補正し、
   前記更新制御部は、前記第１および第２のパラメータを更新することを特徴とする請求項１記載の歪補償装置。
3. 前記補償部は、
   前記入力信号の振幅値を算出する第１の振幅計算部と、
   前記第１の振幅計算部が算出した振幅値に基づいて前記記憶部に記憶された前記第１のパラメータと前記入力信号とを実数乗算処理する実数乗算部と、
   前記実数乗算処理された信号の振幅値を算出する第２の振幅計算部と、
   前記第２の振幅計算部が算出した振幅値に基づいて前記記憶部に記憶された前記第２のパラメータと前記実数乗算処理された信号とを複素乗算処理する複素乗算部と
   を具備したことを特徴とする請求項２記載の歪補償装置。
4. 前記増幅器の動作状態を監視して前記増幅器の特性を示すモニタ信号を生成するモニタ信号生成部をさらに備え、
   前記更新制御部は、前記モニタ信号に基づいて前記補償パラメータを更新すること
   を特徴とする請求項１記載の歪補償装置。
5. 前記モニタ信号生成部は、前記増幅器の出力電力、前記増幅器の隣接チャネル漏洩電力比、前記増幅器の前段で発生する利得、前記増幅器の前段で発生する位相ずれ、前記増幅器の温度、および前記入力信号の周波数の少なくともいずれかを示すモニタ信号を生成することを特徴とする請求項４記載の歪補償装置。
6. 前記補償パラメータを更新するタイミング信号を出力するタイマー部をさらに備え、
   前記更新制御部は、前記タイマー部のタイミング信号に基づいて前記補償パラメータを更新すること
   を特徴とする請求項１記載の歪補償装置。
7. 増幅部と、
   前記増幅器の入力信号を補正して前記増幅器の非線形性を補償するための補償パラメータを記憶する記憶部と、
   前記補償パラメータに基づき前記増幅器の入力信号を補正する補償部と、
   前記増幅部の動作状態に応じて前記補償パラメータを更新する更新制御部と
   を具備したことを特徴とする増幅装置。
8. 前記増幅部の動作状態を監視して前記増幅部の特性を示すモニタ信号を生成するモニタ信号生成部をさらに備え、
   前記更新制御部は、前記モニタ信号に基づいて前記補償パラメータを更新すること
   を特徴とする請求項７記載の増幅装置。
9. 請求項７記載の増幅装置と、
   前記補償部により補正された入力信号を変調して前記増幅部に入力する変調部と
   を具備したことを特徴とする送信装置。
10. 増幅器の非線形性を補償する歪補償方法であって、
    前記増幅器の入力信号を補正するための補償パラメータを記憶部に記憶し、
    前記補償パラメータに基づき前記増幅器の入力信号を補正し、
    前記増幅器の動作状態に応じて前記補償パラメータを更新すること
    を特徴とする歪補償方法。

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