JP2008005129A - 非線形歪補償回路、送信装置、非線形歪補償方法、プログラム、記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】電力増幅器の動作温度における非線形歪の補償に加え、温度変動により直交変調器で発生する非線形歪を補償することによって、送信系として高精度な非線形歪補償を行う非線形歪補償回路等を提供する。
【解決手段】入力レベルが一定である基準信号を入力する直交変調器８と、直交変調器８より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする電力増幅器９と、直交変調器８の動作温度、及び、電力増幅器９の動作温度を検出する温度計１０を有し、直交変調器８における温度変動により発生する非線形歪、及び、電力増幅器９における温度変動により発生する非線形歪を補償する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信系で発生する非線形歪成分を補償する温度補償機能付きの非線形歪補償回路等に関する発明である。

従来の温度補償機能付きの非線形歪補償回路を備える送信系の構成は、図５のようになっている。この送信装置１は、電力計算回路１２、動作点設定回路１３、補償係数計算部１４、複素乗算器１５、直交変調器１６、電力増幅器１７、温度計１８からなる。各部は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)による中央処理制御の下で所定の信号の入出力が行われており、当該ＣＰＵは記録媒体としてのＲＯＭ(Read Only Memory)に記録されているプログラムにより中央処理制御を行っている。

電力計算回路１２は非線形歪補償回路に入力される直交ベースバンド信号１１が入力して当該信号の入力レベルを計算する。その結果を動作点設定回路１３に出力する。

動作点設定回路１３は、電力増幅器１７の入出力特性と温度の関係が予め与えられており、この関係に基づいて、電力計算回路１２による計算の結果及び温度計１０の温度情報とから見せ掛け上の出力レベルPoutを算出して補償係数計算部１４へ出力する。

電力増幅器１７の入出力特性は、その動作温度によって変化する。図６に、温度変化に伴う電力増幅器１７の動作点の変化を示す。図６のＡは、動作点設定回路１３で保持している、ある基準温度での電力増幅器１７の入出力特性を示す。Ｂは実際の動作温度における電力増幅器１６の入出力特性を示している。入出力特性Ｂにおいて、入力レベルがPinの場合、出力レベルはPout’になる。

電力増幅器１７は、出力レベルPoutを一定に保つ機能を有しており、出力レベルがPoutになるように入力信号の入力レベルをPin’にする。動作点設定回路１３では、電力増幅器１７の動作温度が変化した場合、電力計算回路１２が算出する入力レベルPinと温度計１７の温度情報からPin’を算出する（入力レベルPinに対する補償量をそのまま電力増幅器１７の入力信号に重畳すると、補償量と電力増幅器１７で発生する非線形歪の量が異なる）。

補償係数計算部１４は、電力増幅器１７の入出力特性に関する非線形歪の逆特性データを予め保持しており、この逆特性データと動作点設定回路１３から入力されるPin’とから非線形歪の逆成分に相当する補償係数を求め、それらを複素乗算器１５に入力する。

複素乗算器１５は、直交ベースバンド信号１１と補償係数計算部１４から入力される補償係数を複素演算することによって、電力増幅器１６の非線形歪補償を行っている。この複素乗算器１５の出力は、直交変調器１６に入力される。

直交変調器１６は複素乗算器１５の出力信号を直交振幅変調し、電力増幅器１７に入力する。電力増幅器１７はその変調波を増幅し、増幅した信号を送信装置１の他の回路に出力する。温度計１８は電力増幅器１７の動作温度を検出し、温度情報として動作点設定回路１３に入力する。

送信系で発生する非線形歪成分は、電力増幅器１７だけではなく、直交変調器１６にも存在する。通常、直交変調器１６は、非線形歪が発生するレベルより下げて使用するが、温度変動により非線形歪が発生してしまう場合がある。従来の温度補償機能付きの非線形歪補償回路では、電力増幅器１７の歪は補償できるが、温度変動により、直交変調器１６で非線形歪が発生しても補償することができないため、送信系として高精度な非線形歪補償を行うことが困難であった。

特許文献１には、増幅器の電力出力値及び増幅器の温度に基づいて増幅器の歪補償を行う技術が開示されており、また、特許文献２には、位相変調器において温度変動による特性変化を補正する技術が開示されている。従って、両発明を組み合せれば温度変動により位相変調器において発生する非線形歪を、電力増幅器のそれと合わせて補償することは可能であると思料する。しかし、特許文献１においては増幅器の温度のみを検出するものであり、位相変調器自体の温度を検出するものではないため、上記同様、位相変調器自体の非線形歪については殆ど考慮されず、非線形歪補償回路全体における非線形歪補償は決して高精度とはいえない。
特開２００４−３６３７１３号公報（段落００４４、図１０等） 特開平１０−２７１１７５号公報（段落００２７、００２８等）

本発明では、従来のように電力増幅器の動作温度における非線形歪の補償に加え、温度変動により直交変調器で発生する非線形歪を補償することによって、送信系として高精度な非線形歪補償を行う非線形歪補償回路等を提供することを目的とする。

上記目的を達成する本発明の態様は、入力レベルが一定である基準信号を入力する第１の回路素子と、前記第１の回路素子より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする第２の回路素子と、前記第１の回路素子の動作温度、及び、前記第２の回路素子の動作温度を検出する温度検出手段を有し、前記第１の回路素子における温度変動により発生する非線形歪、及び、前記第２の回路素子における温度変動により発生する非線形歪を補償する非線形歪補償回路に関するものである。
ここで、前記第１の回路素子は変調器であり、前記第２の回路素子は増幅器であることを特徴とする。また、前記第１の回路素子は増幅器であり、前記第２の回路素子は増幅器であることを特徴とする。

本発明の他の態様は、上記非線形歪補償回路を搭載した送信装置に関するものである。

また、本発明の他の態様は、入力レベルが一定である基準信号を入力する第１の回路素子の動作温度に基づいて第１の補償値を算出する工程と、前記第１の回路素子より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする第２の回路素子の動作温度に基づいて第２の補償値を算出する工程を有し、前記第１の補償値、及び、前記第２の補償値により、前記第１の回路素子における温度変動により発生する非線形歪、及び、前記第２の回路素子における温度変動により発生する非線形歪を補償する非線形歪補償方法に関するものである。

また、本発明の他の態様は、入力レベルが一定である基準信号を入力する第１の回路素子と、前記第１の回路素子より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする第２の回路素子と、前記第１の回路素子の動作温度、及び、前記第２の回路素子の動作温度を検出する温度検出手段を有し、前記第１の回路素子における温度変動により発生する非線形歪、及び、前記第２の回路素子における温度変動により発生する非線形歪を補償する非線形歪補償回路としてコンピュータに機能させるプログラムに関するものである。

また、本発明の他の態様は、上記プログラムを記録した記録媒体に関するものである。

本発明により、第２の回路素子である電力増幅器の動作温度における非線形歪の補償に加え、第１の回路素子である直交変調器で温度変動により発生する非線形歪を補償することによって、送信系として高精度な非線形歪補償を行うことができる。

以下、本発明の非線形歪補償回路を実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照する。

図１に本形態の温度補償機能付きの非線形歪補償回路を備える送信装置１の概略構成を示す。この送信装置１は、動作点設定回路３、補償係数（１）計算部４、補償係数（２）計算部５、補償係数（３）計算部６、複素乗算器７、直交変調器８、電力増幅器９、温度計１０からなる。各部は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)による中央処理制御の下で所定の信号の入出力が行われており、当該ＣＰＵは記録媒体としてのＲＯＭ(Read Only Memory)に記録されているプログラムにより中央処理制御を行っている。

動作点設定回路３は、電力増幅器９の入出力特性と温度の関係が予め与えられており、この関係に基づいて、電力増幅器９の出力レベル情報と温度計１０の温度情報とから見せ掛け上の出力レベルPout3を算出して補償係数（１）計算部４へ出力する。

補償係数（１）計算部４は、電力増幅器９の入出力特性に関する動作温度に応じた非線形歪の逆特性データを予め保持しており、この逆特性データと動作点設定回路３から入力される見せ掛け上の出力レベルPout3とから非線形歪の逆成分に相当する補償係数（１）を求め、それらを補償係数（３）計算部６に入力する。

補償係数（２）計算部５は、直交変調器８の動作温度に応じた非線形歪の逆特性データを予め保持しており、この逆特性データと温度計１０の温度情報から非線形歪の逆成分に相当する補償係数（２）を求め、それらを補償係数（３）計算部６に入力する。

補償係数（３）計算部６は、入力されてきた補償係数（１）と補償係数（２）を合成して非線形歪の逆成分として補償係数（３）を求め、複素乗算器７に入力する。

複素乗算器７は、直交ベースバンド信号２と補償係数（３）計算部６から入力される補償係数（３）を複素演算する。この複素乗算器７の出力は、直交変調器８に入力される。

直交変調器８は複素乗算器７の出力信号を直交振幅変調し、電力増幅器９に入力する。電力増幅器９はその変調波を増幅し、増幅した信号を送信装置１の他の回路に出力する。また、出力レベル情報として動作点設定回路３に入力する。温度計１０は直交変調器８及び電力増幅器９の動作温度を検出し、温度情報として補償係数（２）計算部５及び動作点設定回路３に入力する。

次に、温度補償機能付きの非線形歪補償回路の非線形歪補償の動作について説明する。本形態では、直交変調器８と電力増幅器９の両方の非線形歪の補償を行う。電力増幅器９は、出力レベルPoutを一定に保つ機能を有しており、出力レベルPoutと温度情報に基づき非線形歪補償を行う。一方、直交変調器８の入力レベルが一定であり、非線形歪補償は温度情報に基づいて行う。このように、電力増幅器９と直交変調器８で発生する非線形歪に対する補償係数の求め方が異なる。まず、電力増幅器９の非線形歪補償の補償係数（１）の求め方と直交変調器８の非線形歪補償の補償係数（２）について別々に説明する。

〈電力増幅器９の非線形歪補償の補償係数（１）の求め方について〉
電力増幅器９の入出力特性は、図２にようになり、その動作温度によって変化する。図２のＡは、動作点設定回路３で保持している、ある基準温度での電力増幅器９の入出力特性を示す。Ｂは実際の動作温度における電力増幅器９の入出力特性を示している。

電力増幅器９が入力レベルPin1、出力レベルPout2で動作していたときに、動作温度が変化し、入出力特性がＢになったとする。入出力特性Ｂにおいて、入力レベルがPin1の場合、出力レベルはPout2になる。電力増幅器９は、出力レベルPout1を一定に保つ機能を有しており、出力レベルがPout1になるように入力信号はPin2へと変化させる。電力増幅器９の入出力特性は動作温度によって変わるが、動作温度によって変わる入出力特性には相関があり、その相関関係を式で近似できるといった特性がある。その特性を用いて、動作点設定回路３では、電力増幅器９の出力レベルPout1と温度計１０の温度情報から動作点設定回路３で保持している、ある基準温度での電力増幅器９の入出力特性上のPout3を算出する（出力レベルPout1に対する補償量をそのまま電力増幅器９の入力信号に重畳すると、補償量と電力増幅器９において生じる実際の非線形歪の量が異なるのでPout3を算出する必要がある）。

補償係数（１）計算部５は、電力増幅器９の非線形歪の逆特性に関するデータを予め有しており、その逆特性データと動作点設定回路３から入力されるPout3とから非線形歪の逆成分に相当する補償係数（１）を求める。

〈直交変調器８の非線形歪補償の補償係数（２）の求め方について〉
直交変調器８の入出力特性は、図３に示すように電力増幅器９と似たような特性を示す。図３のＡは、ある基準温度での直交変調器８の入出特性を示し、Ｂは実際の動作温度における直交変調器８の入出力特性を示している。

通常、電力増幅器９から高い電力を出力するためには、直交変調器８の出力電力を高くする必要があるため、非線形歪が発生するレベルより少し下げた図３のＣ点の線形な特性の部分で使用することがある。直交変調器８を図３のＣ点で動作させているとき、動作温度が変わり、Ｂのような入出力特性を示す温度になると動作点はＤ点となり、非線形歪が発生する。そこで、この直交変調器８の非線形歪の補償を行うために、直交変調器８の動作温度に応じた非線形歪の逆特性に関するデータを予め求め、補償係数（２）計算部５に保持しておき、温度計１０からの温度情報から非線形歪の逆成分に相当する補償係数（２）を求める。

上記で求められた補償係数（１）と補償係数（２）を用いて、補償係数（３）計算部６で複素積を求めることにより、送信系の補償係数（３）を得る。複素乗算器７は、直交ベースバンド信号２と補償係数（３）計算部６から入力される補償係数（３）を複素演算する。このことによって、直交変調器８と電力増幅器９の非線形歪を補償する。この複素乗算器７の出力は、直交変調器８に供給され、そこで直交振幅変調された後、電力増幅器９に供給される。電力増幅器９では、直交変調器８から供給された変調波を増幅する。変調波には、予め直交変調器８と電力増幅器９の動作温度に応じた逆特性が重畳されているので、非線形歪のない出力信号を得ることができる。

本形態を実施することにより、以下の効果を奏する。即ち、電力増幅器９の非線形歪補償に加え、直交変調器８の非線形歪補償を行うことによって、より高精度な非線形歪補償を行うことができることである。

なお、上述した形態は、本発明の非線形歪補償回路を実施するための最良のものであるが、かかる実施形式に限定するものではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲内においてその実施形式を種々変形することが可能である。

例えば、直交変調器と電力増幅器の非線形歪補償を想定しているが、直交変調器ではなく、入力レベル一定の電力増幅器をもう１つ使用し、その非線形歪補償を行う送信系でも実現可能である。つまり、図４に図示した送信装置１の非線形歪補償回路において図１の直交変調器８の代わりに入力レベル一定の電力増幅器２０を用いた送信系であっても、上記と同様の処理により非線形歪補償を行うことが可能である。

また、入力信号形式として多値QAM等の直交変調器を想定しているが、この変調方式に限定されるものではなく、変調器及び電力増幅器が送信信号に重畳されているような回路であれば、どのようなものにも適用することが可能である。

本形態の温度補償機能付きの非線形歪補償回路を備える送信装置の概略構成を図示したものである。 本形態の電力増幅器の入出力特性に関するグラフである。 本形態の直交変調器の入出力特性に関するグラフである。 他の形態の温度補償機能付きの非線形歪補償回路を備える送信装置の概略構成を図示したものである。 従来の温度補償機能付きの非線形歪補償回路を備える送信装置の概略構成を図示したものである。 従来の送信装置に用いられる電力増幅器の入出力特性に関するグラフである。

符号の説明

１ 送信装置
２ 直交ベースバンド信号
３ 動作点設定回路
４ 補償係数（１）計算部
５ 補償係数（２）計算部
６ 補償係数（３）計算部
７ 複素乗算器
８ 直交変調器
９、２０ 電力増幅器
１０ 温度計
１１ 直交ベースバンド信号
１２ 電力計算回路
１３ 動作点設定回路
１４ 補償係数計算部
１５ 複素乗算器
１６ 直交変調器
１７ 電力増幅器
１８ 温度計

Claims (7)

1. 入力レベルが一定である基準信号を入力する第１の回路素子と、
   前記第１の回路素子より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする第２の回路素子と、
   前記第１の回路素子の動作温度、及び、前記第２の回路素子の動作温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記第１の回路素子における温度変動により発生する非線形歪、及び、前記第２の回路素子における温度変動により発生する非線形歪を補償する非線形歪補償回路。
2. 前記第１の回路素子は変調器であり、前記第２の回路素子は増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の非線形歪補償回路。
3. 前記第１の回路素子は増幅器であり、前記第２の回路素子は増幅器であることを特徴とする請求項１に記載の非線形歪補償回路。
4. 請求項１から３の何れかに記載の非線形歪補償回路を搭載した送信装置。
5. 入力レベルが一定である基準信号を入力する第１の回路素子の動作温度に基づいて第１の補償値を算出する工程と、
   前記第１の回路素子より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする第２の回路素子の動作温度に基づいて第２の補償値を算出する工程を有し、
   前記第１の補償値、及び、前記第２の補償値により、前記第１の回路素子における温度変動により発生する非線形歪、及び、前記第２の回路素子における温度変動により発生する非線形歪を補償する非線形歪補償方法。
6. 入力レベルが一定である基準信号を入力する第１の回路素子と、
   前記第１の回路素子より出力される信号を入力し、出力信号の出力レベルを一定にする第２の回路素子と、
   前記第１の回路素子の動作温度、及び、前記第２の回路素子の動作温度を検出する温度検出手段を有し、
   前記第１の回路素子における温度変動により発生する非線形歪、及び、前記第２の回路素子における温度変動により発生する非線形歪を補償する非線形歪補償回路としてコンピュータに機能させるプログラム。
7. 請求項６のプログラムを記録した記録媒体。

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