JP2008258704A - 増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器の歪を補償する増幅装置で、複数のキャリアの信号の離調周波数が大きい場合においても、良好な歪補償量を実現する。
【解決手段】プリディストータ手段１が増幅器２により増幅する対象の信号に対して歪補償のための歪を与え、歪電力検出手段６、３、４が増幅器２から出力された信号に基づいて増幅器２により増幅する対象の信号が複数のキャリアの信号を含み且つその離調周波数が所定の閾値以上である（又は、所定の閾値を超える）場合には相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力とキャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力を合わせたものを歪電力として検出する一方、他の場合には相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力を歪電力として検出し、制御手段５が検出された歪電力に基づいてプリディストータ手段１による歪補償の態様を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、増幅器の歪を補償する増幅装置に関し、特に、複数のキャリアの信号の離調周波数が大きい場合においても、良好な歪補償量を実現することができる増幅装置に関する。

例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ（Ｗｉｄｅ−ｂａｎｄ Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ：広帯域符号分割多元接続）方式を移動通信方式として採用する移動通信システムに備えられた基地局装置では、物理的に遠く離れた移動局装置の所まで無線信号を到達させる必要があるため、信号を増幅器で大幅に増幅することが必要となる。
しかしながら、増幅器はアナログデバイスであるため、その入出力特性は非線形な関数となる。特に、飽和点と呼ばれる増幅限界以降では、増幅器に入力される電力が増大しても出力電力がほぼ一定となる。そして、この非線形な出力によって非線形歪が発生させられる。

増幅前の送信信号は希望信号帯域外の信号成分が帯域制限フィルタによって低レベルに抑えられるが、増幅器通過後の信号では非線形歪が発生して希望信号帯域外（隣接チャネル）へ信号成分が漏洩する。例えば、基地局装置では上記したように送信電力が高いため、このような隣接チャネルヘの漏洩電力の大きさは厳しく規定されており、このような隣接チャネル漏洩電力をいかにして削減するかが大きな問題となっている。

歪補償方式の一つにプリディストーション方式がある。
プリディストーション方式は、増幅器の非線形特性であるＡＭ−ＡＭ（振幅）変換、ＡＭ−ＰＭ（位相）変換の逆特性を増幅器の入力信号に予め与えることにより、増幅器の出力信号の歪を補償する方式である。

ここで、増幅器はアナログデバイスであるため、環境変化、経年変化により増幅器の入出力特性が変化する。このため、プリディストータで入力信号に与えるべき予歪も変化する。このような環境変化、経年変化に対応するために、歪補償テーブルを更新し、プリディストータで送信データに施している予歪を変化後の増幅器の入出力特性に適応させる必要がある。
予歪の更新手段の一つとして、送信信号を帰還して、その帰還信号を用いて、プリディストータで送信データに施している予歪を更新するという方法がある。

図５には、帰還信号を用いたプリディストーション方式の増幅装置（歪補償増幅器）の構成例を示してある。
本例の増幅装置は、例えば基地局装置の送信機に設けられており、送信対象となる信号を入力する。
本例の増幅装置は、プリディストータ１０１と、増幅部１０２と、電力検出部１０３と、歪補償テーブル１０４と、データ変換部１０５と、歪電力算出部１０６と、制御部１０７と、方向性結合器１０８を備えている。

本例の増幅装置において行われる動作の一例を示す。
入力信号が、プリディストータ１０１及び電力検出部１０３に入力される。
電力検出部１０３は、入力信号の電力（又は、振幅）を検出し、その検出値を歪補償テーブル１０４へ出力する。
歪補償テーブル１０４はメモリなどを用いて構成されており、歪補償テーブル１０４には、プリディストーション方式で歪補償を行うためのテーブルが格納されている。このテーブルは、補償対象となる増幅部（増幅器）１０２の非線形特性の逆特性を規定しており、一般に、入力信号の電力（又は、振幅）を指標とするＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性が用いられる。
歪補償テーブル１０４は、そのテーブルの内容に基づいて、電力検出部１０３から入力された電力値（又は、振幅値）を参照引数として、その値に対応付けられた制御値をプリディストータ１０１へ出力する。

プリディストータ１０１は、歪補償テーブル１０４から入力された制御値（歪補償テーブル１０４における参照結果）に従って、入力信号の振幅、位相を制御することにより、入力信号に対して予歪を与え、その結果の信号を増幅部１０２へ出力する。
増幅部１０２は、プリディストータ１０１から入力された信号を増幅して出力する。
ここで、増幅部１０２に入力される信号はプリディストーション方式で予め歪を与えられた信号であるため、増幅部１０２により増幅された出力信号は（理想的には）歪の無い信号となる。

増幅部１０２からの出力信号の一部が、例えば、方向性結合器１０８により取得されて、帰還信号としてデータ変換部１０５に入力される。
データ変換部１０５は、増幅部１０２からの帰還信号のデータを時間軸データから周波数軸データへ変換して、その結果の周波数軸データを歪電力算出部１０６へ出力する。
歪電力算出部１０６は、データ変換部１０５から入力された周波数軸データに基づいて、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力を算出し、その結果の情報を制御部１０７へ出力する。
制御部１０７は、歪電力算出部１０６により算出された電力（歪電力）に基づいて、予歪の算出や、歪補償テーブル１０４のテーブル内容の更新等を行う。一例として、制御部１０７は、摂動法を用いて、歪補償テーブル１０４のテーブル内容を適応制御することができる。

特開２００３−０７８４５１号公報

しかしながら、上述のように、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力を評価値として摂動法を用いて歪補償テーブル１０４の更新を行う増幅装置では、複数のキャリアの信号を送信する時の離調周波数が大きい場合には、歪補償量が低下してしまうといった問題があった。
本発明は、このような従来の課題を解決するために為されたもので、複数のキャリアの信号の離調周波数が大きい場合においても、良好な歪補償量を実現することができる増幅装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、増幅器の歪を補償する増幅装置において、次のような構成とした。
すなわち、プリディストータ手段が、前記増幅器により増幅する対象の信号に対して、歪補償のための歪を与える。歪電力検出手段が、前記増幅器から出力された信号に基づいて、前記増幅器により増幅する対象の信号が複数のキャリアの信号を含み且つその離調周波数が所定の閾値以上である（又は、所定の閾値を超える）場合には相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力とキャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力を合わせたものを歪電力として検出する一方、他の場合（つまり、前記増幅器により増幅する対象の信号が複数のキャリアの信号を含まない場合や、或いは、含んでも、その離調周波数が所定の閾値未満である（又は、所定の閾値以下である）場合）には相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力を歪電力として検出する。制御手段が、前記歪電力検出手段により検出された歪電力に基づいて、前記プリディストータ手段による歪補償の態様を制御する。

従って、増幅器による増幅後における相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力を歪電力として歪補償の態様を制御するに際して、増幅器により増幅する対象の信号が複数のキャリアの信号を含み且つその離調周波数が所定の閾値以上である（又は、所定の閾値を超える）場合には、相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力とキャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力を合わせたものを歪電力として、歪補償の態様を制御することにより、例えば、複数のキャリアの信号の離調周波数が大きい場合においても、歪補償の態様の制御にとって有効な歪電力を参照して、良好な歪補償量を実現することができる。

ここで、複数のキャリアの信号としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、２つのキャリアの信号、又は、等しい周波数間隔で並べられた３つ以上のキャリアの信号を用いることができる。
また、複数のキャリアの信号の離調周波数に関する所定の閾値としては、種々な値が用いられてもよく、例えば、相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力を歪電力として用いるよりも、相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力とキャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力を合わせたものを歪電力として用いた方が歪補償量が良好となる（或いは、その方が実用上で好ましい）ような境界値を設定することができる。

また、相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、相互変調歪が発生する周波数を中心として所定の幅を有する周波数帯域の電力を用いることができる。また、相互変調歪の次数やその数としては、種々な態様を用いることができ、一例として、３次、５次、７次、・・・といった奇数次の歪のうちのｍ（ｍは３以上の任意の奇数）次以下の全ての相互変調歪についての電力の総和を用いることができる。また、通常、相互変調歪は、上側（高い周波数側）と下側（低い周波数側）に発生し、これら両側の電力の総和が用いられる、或いは、片側のみの電力が用いられる。

また、キャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、各キャリア毎に、そのキャリアの上側（高い周波数側）の所定の帯域の電力と、そのキャリアの下側（低い周波数側）の所定の帯域の電力について、これら両側の電力の総和が用いられる、或いは、片側のみの電力が用いられる。また、キャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力としては、例えば、複数のキャリアの信号について、各キャリア毎に得られる電力を総和したものが用いられる。ここで、各キャリア毎の近傍の周波数の帯域（電力を検出する帯域）としては、例えば、予め設定された一定の幅を有する周波数帯域が用いられてもよく、或いは、各キャリア毎や、同一のキャリアにおいても上側と下側とで、異なる幅の周波数帯域が用いられてもよい。

また、歪電力に基づいて歪補償の態様を制御する手法としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、検出される歪電力が小さくなるように歪補償の態様を制御する手法を用いることができ、一例として、歪補償の態様（例えば、制御値）をある方向にずらした場合に、検出される歪電力が小さくなれば更にその方向にずらす一方、検出される歪電力が大きくなれば逆の方向にずらすことを繰り返して実行するような摂動法の手法を用いることができる。

一例として、増幅器により増幅する対象の信号のレベル（例えば、電力或いは振幅のレベル）と歪補償の態様を特定する制御値との対応を歪補償テーブルに記憶させて、当該歪補償テーブルの内容に基づいて、増幅器により増幅する対象の信号のレベル（検出値）に応じた制御値を用いて歪補償を制御する場合に、歪電力が小さくなるように、歪補償テーブルの内容（歪補償の態様）を制御（例えば、更新）するような態様を用いることができる。
他の一例として、プリディストータにより信号に対して与える歪（振幅歪や位相歪）を（歪補償テーブルから制御値を読み出す方法ではなく）所定の演算式により演算して、その歪が実現される制御値をプリディストータに対して与える場合に、歪電力が小さくなるように、その演算式或いはその制御値など（歪補償の態様）を制御（例えば、書き換え）するような態様を用いることができる。

以上説明したように、本発明に係る増幅装置によると、増幅器により増幅する対象の信号が複数のキャリアの信号を含み且つその離調周波数が所定の閾値以上である（又は、所定の閾値を超える）場合には、相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力とキャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力を合わせたものを歪電力として、歪補償の態様を制御するようにしたため、例えば、複数のキャリアの信号の離調周波数が大きい場合においても、良好な歪補償量を実現することができる。

本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
図１には、本発明の一実施例に係る帰還信号を用いたプリディストーション方式の増幅装置（歪補償増幅器）の構成例を示してある。
本例の増幅装置は、例えば基地局装置の送信機に設けられており、送信対象となる信号を入力する。
本例の増幅装置は、プリディストータ（例えば、ＤＰＤ：デジタルプリディストータ）１と、増幅部２と、データ変換部３と、歪電力算出部４と、制御部５と、方向性結合器６を備えている。

本例の増幅装置において行われる動作の一例を示す。
入力信号が、プリディストータ１に入力される。
プリディストータ１は、制御部５から入力された制御信号に従って、入力信号の振幅、位相を制御することにより、入力信号に対して予歪を与え、その結果の信号を増幅部２へ出力する。
増幅部２は、プリディストータ１から入力された信号を増幅して出力する。
ここで、増幅部２に入力される信号はプリディストーション方式で予め歪を与えられた信号であるため、増幅部２により増幅された出力信号は（理想的には）歪の無い信号となる。

増幅部２からの出力信号の一部が、例えば、方向性結合器６により取得されて、帰還信号としてデータ変換部３に入力される。
データ変換部３は、増幅部２からの帰還信号のデータを時間軸データから周波数軸データへ変換して、その結果の周波数軸データを歪電力算出部４へ出力する。なお、時間軸のデータから周波数軸のデータへの変換は、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて行うことができる。
歪電力算出部４は、データ変換部３から入力された周波数軸データに基づいて、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力や、送信キャリア近傍の周波数帯域の電力を算出し、その結果の情報（歪電力の情報）を制御部５へ出力する。

制御部５は、歪電力算出部４により算出された電力（歪電力）に基づいて、プリディストータ１に対して制御信号を出力することにより、プリディストータ１を適応的に制御する。具体的には、制御部５は、摂動法を用いて、歪電力が小さくなるように、プリディストータ１による歪補償の態様（予歪）を制御する。
なお、制御部５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）或いはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いて構成されている。

以下で、更に説明する。
本例では、複数のキャリアの信号を送信し、且つ、その送信キャリアの離調周波数が所定の閾値以上である場合には、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力と送信キャリア近傍の周波数帯域の電力を加算した電力を歪電力として、制御部５により摂動法を用いた制御を行う際の評価値とする。
ここで、入力されるキャリアの周波数を認識する手法としては、例えば、入力キャリアの周波数は基地局装置側から指定されるため、その周波数の情報をプリディストータ１の制御部５や歪電力算出部４に設定することで、入力キャリアの周波数を認識する。なお、その周波数の情報は、例えば、キャリアの中心周波数を示しており、減算することでキャリアの離調周波数が算出される。

図２には、本例の歪電力算出部４により歪電力を算出する処理の手順の一例を示してある。
本例の歪電力算出部４では、相互変調歪の発生帯域の歪電力ａを算出する（ステップＳ１）。また、キャリアの離調周波数が所定の閾値以上であるか否かを判定して（ステップＳ２）、そうである場合には、キャリア近傍の帯域の歪電力ｂを算出する（ステップＳ３）。そして、これら２つの歪電力ａ、ｂを加算して、その加算結果を最終的な歪電力の値（ａ＋ｂ）として取得する（ステップＳ４）。なお、キャリアの離調周波数が所定の閾値未満である場合には（ステップＳ２）、キャリア近傍の帯域の歪電力ｂは算出されず、その値ｂはゼロ（０）とする。

本例のような歪電力を算出する構成では、例えば、送信キャリアの離調周波数が大きく、相互変調歪が発生する帯域がキャリア周波数から大きく離れてしまう場合においても、常に、キャリア近傍の歪電力を摂動法によるプリディストータ１の制御態様の更新に反映させることで、相互変調歪が発生する帯域のみで歪電力を算出する構成と比べて、歪補償量を向上させることができる。なお、プリディストータ１の制御態様としては、種々なものが用いられてもよく、例えば、歪補償テーブルを用いてプリディストータ１を制御する構成では、キャリア近傍の歪電力が、摂動法による歪補償テーブルのテーブル内容の更新に反映させられる。

ここで、キャリアの離調周波数に関する所定の閾値としては、種々な値が用いられてもよく、例えば、相互変調歪が発生する周波数帯域と送信キャリア近傍の周波数帯域とが重ならないような値に設定することが好ましい。

以下で、（具体例１）〜（具体例２）を示す。
本例では、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力と送信キャリア近傍の周波数帯域の電力を加算した電力を歪電力とする送信キャリアの離調周波数の閾値を９ＭＨｚとし、歪電力を算出する帯域幅を５ＭＨｚとし、５次相互変調歪まで（本例では、３次及び５次）の帯域の電力を歪電力とする。また、処理対象の信号が、Ｗ−ＣＤＭＡ波であり、２キャリア送信（周波数Ｃ０［ＭＨｚ］、Ｃ１［ＭＨｚ］：Ｃ０＜Ｃ１）の場合を示す。

（具体例１）
図３には、離調周波数が閾値未満である場合におけるスペクトルの一例を示してある。
例えば、離調周波数が５ＭＨｚである場合には、閾値未満（｜Ｃ１−Ｃ０｜＜９ＭＨｚ）であり、歪電力の算出においては、相互変調歪が発生する帯域（１）、（２）のみの電力を歪電力として用いる。
本例では、相互変調歪が発生する帯域（周波数）は、（Ｃ０−ｎ×５ＭＨｚ、Ｃ１＋ｎ×５ＭＨｚ）（ｎ＝１、２）となり、それぞれについて５ＭＨｚの帯域幅で電力を検出する。

（具体例２）
図４には、離調周波数が閾値以上である場合におけるスペクトルの一例を示してある。
例えば、離調周波数が１５ＭＨｚである場合には、閾値以上（｜Ｃ１−Ｃ０｜≧９ＭＨｚ）であり、歪電力の算出においては、相互変調歪が発生する帯域（１）、（２）の電力と、キャリア近傍の周波数の帯域（３）の電力とを加算した値を歪電力として用いる。

本例では、相互変調歪が発生する帯域（周波数）は、（Ｃ０−ｎ×１５ＭＨｚ、Ｃ１＋ｎ×１５ＭＨｚ）（ｎ＝１、２）となり、それぞれについて５ＭＨｚの帯域幅で電力を検出する。
また、キャリア近傍の周波数は、例えば、（Ｃ０−５ＭＨｚ、Ｃ０＋５ＭＨｚ、Ｃ１−５ＭＨｚ、Ｃ１＋５ＭＨｚ）となり、それぞれについて５ＭＨｚの帯域幅で電力を検出する。

以上のように、本例の増幅装置では、歪補償を行うためのプリディストータ１と、送信信号を増幅する増幅部２と、増幅部２からの帰還信号を時間軸のデータから周波数軸のデータへ変換するデータ変換部３と、データ変換部３により変換された帰還信号を用いて相互変調歪が発生する周波数帯域の電力や送信周波数近傍の帯域の電力を算出する歪電力算出部４と、歪電力算出部４により算出された歪電力に基づいてプリディストータ１を制御する制御部５を備えた。
また、本例の増幅装置では、送信キャリアの離調周波数がある閾値以上のときにのみ、相互変調歪が発生する周波数帯域と送信周波数近傍の帯域の歪電力を歪電力算出部４により算出する。

従って、本例の増幅装置では、増幅器（本例では、増幅部２の増幅器）の非線形特性の逆特性を信号に与えて、当該増幅器で生じる歪を補償するプリディストーション方式の歪補償を行うに際して、複数のキャリアを送信し、且つ、その送信キャリアの離調周波数が大きい場合には、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力と送信周波数近傍の帯域の電力の両方を合わせた歪電力に基づいてプリディストータ１の制御に用いる制御値（例えば、歪補償テーブルのテーブル内容）を算出や更新するようにしたため、例えば、相互変調歪が発生する周波数帯域の電力のみを評価値として摂動法を用いて歪補償テーブルの更新を行うような構成と比べて、歪補償量を向上させることができる。

なお、本例の増幅装置（歪補償増幅器）では、プリディストータ１の機能によりプリディストータ手段が構成されており、増幅部（増幅器）２が歪補償の対象であり、方向性結合器６やデータ変換部３や歪電力算出部４が増幅対象の信号の状態に応じて所定の歪電力を検出する機能により歪電力検出手段が構成されており、制御部５が歪電力に基づいてプリディストータ１による歪補償の態様を制御する機能により制御手段が構成されている。

ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

本発明の一実施例に係る増幅装置（歪補償増幅器）の構成例を示す図である。 歪電力を算出する処理の手順の一例を示す図である。 具体例１に係るスペクトルの一例を示す図である。 具体例２に係るスペクトルの一例を示す図である。 増幅装置（歪補償増幅器）の構成例を示す図である。

符号の説明

１、１０１・・プリディストータ、 ２、１０２・・増幅部、 ３、１０５・・データ変換部、 ４、１０６・・歪電力算出部、 ５、１０７・・制御部、 ６、１０８・・方向性結合器、 １０３・・電力検出部、 １０４・・歪補償テーブル、

Claims (1)

1. 増幅器の歪を補償する増幅装置において、
   前記増幅器により増幅する対象の信号に対して歪補償のための歪を与えるプリディストータ手段と、
   前記増幅器から出力された信号に基づいて、前記増幅器により増幅する対象の信号が複数のキャリアの信号を含み且つその離調周波数が所定の閾値以上である又は所定の閾値を超える場合には相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力とキャリア周波数の近傍の周波数の帯域の電力を合わせたものを歪電力として検出する一方、他の場合には相互変調歪が発生する周波数の帯域の電力を歪電力として検出する歪電力検出手段と、
   前記歪電力検出手段により検出された歪電力に基づいて前記プリディストータ手段による歪補償の態様を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする増幅装置。

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