JP2008258713A - 電力増幅装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力増幅装置のメモリ効果に起因する出力信号の歪を低減する。
【解決手段】PA106の出力信号は、第1のBPF300およびANT108を介して、希望信号帯域のみが選択的に無線通信回線に送信される。一方、出力信号の一部は、方向性結合器110およびダウンコンバータ120を介してBPF302に入力され、希望信号帯域のみが選択的に通過させられ、A/D122によりディジタル形式のデータに変換され、フィードバックデータとなる。制御部124は、フィードバックデータを、LUT128の更新のために用いる。LUT128は、エンベロープディテクタ126が検出した入力データの振幅値を示す振幅値データEに応じた補償データをプリディストータ100に対して出力し、プリディストータ100は、補償データを用いて、PA106の出力信号の歪が小さくなるように入力データを補償する。
【選択図】図2
【解決手段】PA106の出力信号は、第1のBPF300およびANT108を介して、希望信号帯域のみが選択的に無線通信回線に送信される。一方、出力信号の一部は、方向性結合器110およびダウンコンバータ120を介してBPF302に入力され、希望信号帯域のみが選択的に通過させられ、A/D122によりディジタル形式のデータに変換され、フィードバックデータとなる。制御部124は、フィードバックデータを、LUT128の更新のために用いる。LUT128は、エンベロープディテクタ126が検出した入力データの振幅値を示す振幅値データEに応じた補償データをプリディストータ100に対して出力し、プリディストータ100は、補償データを用いて、PA106の出力信号の歪が小さくなるように入力データを補償する。
【選択図】図2
Description
本発明は、出力信号に生じる非線形歪みを補償して電力増幅を行う電力増幅装置に関する。
入力信号に対して、予め電力増幅装置の入出力特性の補償を行い、電力増幅装置の出力信号中に、入出力特性の非線形性により生じる歪を低減するプリディストーション方式の電力増幅装置が用いられている。
しかしながら、電力増幅装置には、各時点において、出力信号電力のその時点における瞬時電力値に応じた歪が発生するだけでなく、各時点において、出力信号電力のその時点以外における瞬時電力値に応じた歪が発生する。
このような事象は、電力増幅装置のメモリ効果とも呼ばれる。
例えば、非特許文献1は、電力増幅装置のメモリ効果の要因が、電源電圧の変動であるとして、これを補償するディジタルプレディストータを開示する。
メモリ効果を有する電力増幅器に対するディジタルプレディストータ(本江直樹,宮谷徹彦,赤岩芳彦,電子情報通信学会論文誌(B),vol. J88-B, No. 10, pp.2067-2071, 2005年10月)
しかしながら、電力増幅装置には、各時点において、出力信号電力のその時点における瞬時電力値に応じた歪が発生するだけでなく、各時点において、出力信号電力のその時点以外における瞬時電力値に応じた歪が発生する。
このような事象は、電力増幅装置のメモリ効果とも呼ばれる。
例えば、非特許文献1は、電力増幅装置のメモリ効果の要因が、電源電圧の変動であるとして、これを補償するディジタルプレディストータを開示する。
メモリ効果を有する電力増幅器に対するディジタルプレディストータ(本江直樹,宮谷徹彦,赤岩芳彦,電子情報通信学会論文誌(B),vol. J88-B, No. 10, pp.2067-2071, 2005年10月)
本発明は、上述した背景からなされたものであって、電力増幅装置のメモリ効果に起因する出力信号の歪を、従来よりも低減できるように改良された電力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に、本発明にかかる電力増幅装置は、非線形部分を含む入出力特性で入力信号を電力増幅し、出力信号として出力する電力増幅手段と、前記出力信号をフィルタリングして、前記出力信号の所望の周波数帯域の成分のみを通過させる第1のフィルタと、前記電力増幅手段の入出力特性の非線形部分により生じる前記出力信号の歪を補償するための補償信号を生成する補償信号生成手段と、前記生成された補償信号を用いて、前記入力信号を補償する補償手段と、前記出力信号に結合して、前記出力信号の一部を取り出す結合手段と、前記取り出された出力信号の一部をフィルタリングして、前記所望の周波数帯域の成分のみを取り出す第2のフィルタと、前記第2のフィルタにより取り出された周波数帯域の成分に基づいて、前記補償信号を更新する補償信号更新手段とを有する。
本発明にかかる電力増幅装置によれば、電力増幅装置のメモリ効果に起因する出力信号の歪を、従来よりも低減できる。
[プリディストーション方式]
まず、プリディストーション方式を説明する。
一般的に、電力増幅装置は、入力信号の振幅値が小さい領域では、線形の入出力特性を示す。
しかしながら、入力信号の振幅値がある程度大きくなると、非線形の入出力特性を示すようになり、さらに入力信号の振幅値が大きくってゆくと、やがて、飽和した入出力特性を示すようになる。
まず、プリディストーション方式を説明する。
一般的に、電力増幅装置は、入力信号の振幅値が小さい領域では、線形の入出力特性を示す。
しかしながら、入力信号の振幅値がある程度大きくなると、非線形の入出力特性を示すようになり、さらに入力信号の振幅値が大きくってゆくと、やがて、飽和した入出力特性を示すようになる。
このように、電力増幅装置が、非線形あるいは飽和した入出力特性を示す状態で用いられると、出力信号に非線形歪みが発生し、この非線形歪みは、希望信号帯域内および希望信号帯域外(隣接チャネル)への不要信号成分の漏洩をもたらすこととなる。
特に、移動体通信システムの基地局の送信電力が高いので、移動体通信システムの基地局については、ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio)、スプリアス規格およびスペクトラムエミッションマスクなどが厳しく規定されている。
特に、移動体通信システムの基地局の送信電力が高いので、移動体通信システムの基地局については、ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio)、スプリアス規格およびスペクトラムエミッションマスクなどが厳しく規定されている。
このような背景から、基地局の電力増幅装置の非線形歪みをできるだけ低減させたいという要請があり、電力増幅装置の非線形歪みの低減のために、プリディストーション(predistortion)方式が、一般的に用いられている。
このプリディストーション方式は、電力増幅装置のAM/AM非直線特性およびAM/PM非直線特性の逆特性を与えるAM/AM変換およびAM/PM変換を、入力信号に対して予め行うことにより、電力増幅装置で発生する非線形歪みを補償する。
このプリディストーション方式は、電力増幅装置のAM/AM非直線特性およびAM/PM非直線特性の逆特性を与えるAM/AM変換およびAM/PM変換を、入力信号に対して予め行うことにより、電力増幅装置で発生する非線形歪みを補償する。
[一般的なプリディストーション型電力増幅装置]
本願発明の理解を助けるために、まず、一般的なプリディストーション型電力増幅装置を説明する。
図1は、一般的なプリディストーション型の第1の電力増幅装置1を示す図である。
図1に示すように、電力増幅装置1は、プリディストータ(predistorter)100、ディジタル/アナログ変換回路(D/A)102、アップコンバータ104、電力増幅回路(PA)106、アンテナ(ANT)108、方向性結合器110、ダウンコンバータ120、アナログ/ディジタル変換回路(A/D)122、制御部124、エンベロープディテクタ(envelope detector)126および歪補償テーブル(LUT;Look Up Table)128から構成される。
なお、各図においては、実質的に同じ構成部分には、同じ符号が付される。
本願発明の理解を助けるために、まず、一般的なプリディストーション型電力増幅装置を説明する。
図1は、一般的なプリディストーション型の第1の電力増幅装置1を示す図である。
図1に示すように、電力増幅装置1は、プリディストータ(predistorter)100、ディジタル/アナログ変換回路(D/A)102、アップコンバータ104、電力増幅回路(PA)106、アンテナ(ANT)108、方向性結合器110、ダウンコンバータ120、アナログ/ディジタル変換回路(A/D)122、制御部124、エンベロープディテクタ(envelope detector)126および歪補償テーブル(LUT;Look Up Table)128から構成される。
なお、各図においては、実質的に同じ構成部分には、同じ符号が付される。
ディジタル形式の入力データは、電力増幅装置1の外部からプリディストータ100およびエンベロープディテクタ126に入力される。
エンベロープディテクタ126は、入力データの電力値または振幅値(以下の説明においては、エンベロープディテクタ126が振幅値を検出する場合を具体例とする)を検出し、検出した振幅値を、ディジタル形式で示す振幅データEを、LUT128に対して出力する。
エンベロープディテクタ126は、入力データの電力値または振幅値(以下の説明においては、エンベロープディテクタ126が振幅値を検出する場合を具体例とする)を検出し、検出した振幅値を、ディジタル形式で示す振幅データEを、LUT128に対して出力する。
LUT128は、プリディストーション方式により歪補償を行うための歪補償用テーブルを記憶している。
この歪補償用テーブルには、歪補償の対象となるPA106の入出力特性における非線形性の逆特性を示す補償データ(一般に、入力データの振幅値(振幅データE)を指標とするAM/AM特性(振幅)およびAM/PM特性(位相))が記憶されている。
LUT128は、エンベロープディテクタ126から入力された振幅データEを用いて、歪補償用テーブルを参照し、振幅データEの値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ100に対して出力する。
プリディストータ100は、LUT128から入力される補償データを用いて、入力データに対してPA106の非線形性の逆特性を付加して、D/A102に対して出力する。
この歪補償用テーブルには、歪補償の対象となるPA106の入出力特性における非線形性の逆特性を示す補償データ(一般に、入力データの振幅値(振幅データE)を指標とするAM/AM特性(振幅)およびAM/PM特性(位相))が記憶されている。
LUT128は、エンベロープディテクタ126から入力された振幅データEを用いて、歪補償用テーブルを参照し、振幅データEの値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ100に対して出力する。
プリディストータ100は、LUT128から入力される補償データを用いて、入力データに対してPA106の非線形性の逆特性を付加して、D/A102に対して出力する。
D/A102は、プリディストータ100の出力信号を、アナログ形式のベースバンド信号に変換し、アップコンバータ104に対して出力する。
アップコンバータ104は、入力されたベースバンド信号を、無線周波数帯域の信号に変換し、PA106に対する入力信号とする。
PA106は、入力信号を電力増幅して出力信号とし、ANT108および方向性結合器110に対して出力し、ANT108を介して無線通信回線に対して送信する。
アップコンバータ104は、入力されたベースバンド信号を、無線周波数帯域の信号に変換し、PA106に対する入力信号とする。
PA106は、入力信号を電力増幅して出力信号とし、ANT108および方向性結合器110に対して出力し、ANT108を介して無線通信回線に対して送信する。
方向性結合器110は、PA106からANT108へ出力される出力信号の一部を取り出して、フィードバック信号として、ダウンコンバータ120に対して出力する。
ダウンコンバータ120は、入力された出力信号の一部を、ベースバンド信号または中間周波数帯域信号に変換し、A/D122に対して出力する(以下、ダウンコンバータ120がベースバンド信号を出力する場合を具体例とする)。
A/D122は、入力されたベースバンド信号を、ディジタル形式の出力データに変換し、制御部124に対して出力する。
制御部124は、入力された出力データを用いて、温度変化および経年変化などのために変化したPA106の入出力特性を、LUT128に記憶された歪補償用テーブルの内容に反映させ、常にPA106の出力信号に発生する歪を最少に保つようにする。
ダウンコンバータ120は、入力された出力信号の一部を、ベースバンド信号または中間周波数帯域信号に変換し、A/D122に対して出力する(以下、ダウンコンバータ120がベースバンド信号を出力する場合を具体例とする)。
A/D122は、入力されたベースバンド信号を、ディジタル形式の出力データに変換し、制御部124に対して出力する。
制御部124は、入力された出力データを用いて、温度変化および経年変化などのために変化したPA106の入出力特性を、LUT128に記憶された歪補償用テーブルの内容に反映させ、常にPA106の出力信号に発生する歪を最少に保つようにする。
[電力増幅装置のメモリ効果に起因する歪]
しかしながら、PA106の出力信号には、各時点の瞬時電力値に基づくAM/AM特性およびAM/PM特性に起因する歪が生じるだけではなく、PA106のメモリ効果によって生じる歪も生じる。
メモリ効果は、各時点での出力信号の電力値が、他の時点での出力信号の電力値から影響を受けることに起因し、周波数特性を有する。
従って、メモリ効果を正確に補償するためには、制御部124は、希望信号帯域の両側に発生する各次数の相互変調歪を評価しなければならず、フィードバック信号には、広い帯域が求められる。
しかしながら、PA106の出力信号には、各時点の瞬時電力値に基づくAM/AM特性およびAM/PM特性に起因する歪が生じるだけではなく、PA106のメモリ効果によって生じる歪も生じる。
メモリ効果は、各時点での出力信号の電力値が、他の時点での出力信号の電力値から影響を受けることに起因し、周波数特性を有する。
従って、メモリ効果を正確に補償するためには、制御部124は、希望信号帯域の両側に発生する各次数の相互変調歪を評価しなければならず、フィードバック信号には、広い帯域が求められる。
[プリディストーション方式の電力増幅装置の改善されるべき点]
現在、高い電力効率を得るために、ドハティ増幅器の研究が行われているが、この増幅器の非線形歪は広帯域になることが分かってきた。
また、高い電力効率を得ることのできる増幅素子としてGaN(窒化ガリウム)増幅素子が注目されているが、GaN増幅素子を用いた電力増幅装置の出力信号の非線形歪は、LD−MOS増幅素子を用いた電力増幅装置の出力信号の非線形歪と比較して、広帯域になる。
現在、高い電力効率を得るために、ドハティ増幅器の研究が行われているが、この増幅器の非線形歪は広帯域になることが分かってきた。
また、高い電力効率を得ることのできる増幅素子としてGaN(窒化ガリウム)増幅素子が注目されているが、GaN増幅素子を用いた電力増幅装置の出力信号の非線形歪は、LD−MOS増幅素子を用いた電力増幅装置の出力信号の非線形歪と比較して、広帯域になる。
さらに、増幅の対象となる信号の周波数帯域もまた、将来、ますます広帯域になると予想される。
従って、メモリ効果を補償するプリディストーション方式の電力増幅装置は、改良なしには、将来的には、扱う信号の広帯域化に対応できず、歪補償特性を改善できない。
また、メモリ効果を補償するプリディストーション方式の電力増幅装置を、信号の広帯域化に対応させ、歪補償特性を改善するために、電力増幅装置のハードウェア規模が、著しく増大してしまう可能性がある。
従って、メモリ効果を補償するプリディストーション方式の電力増幅装置は、改良なしには、将来的には、扱う信号の広帯域化に対応できず、歪補償特性を改善できない。
また、メモリ効果を補償するプリディストーション方式の電力増幅装置を、信号の広帯域化に対応させ、歪補償特性を改善するために、電力増幅装置のハードウェア規模が、著しく増大してしまう可能性がある。
また、現在開発されているWiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)方式にはOFDMA方式が採用され、さらに、高速データ伝送を行うために64QAMなどの直交振幅変調方式が採用される。
このために、WiMAX方式においては、現在の携帯電話で主流であるW−CDMAおよびcdma2000などのCDMA方式と比較すると、ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio)よりも、むしろ、EVM(Error Vector Magnitude)の品質の方が重要視される。
EVMは、希望信号帯域内の非線形歪が劣化要因となるため,広帯域化による歪補償特性の劣化の影響を受ける。
従って、電力増幅装置の出力側に帯域制限フィルタ(BPF)を挿入しても、希望信号帯域外の歪電力は減衰するが、希望信号帯域内の歪電力は残留するので、EVMの品質は改善されない。
このために、WiMAX方式においては、現在の携帯電話で主流であるW−CDMAおよびcdma2000などのCDMA方式と比較すると、ACLR(Adjacent Channel Leakage power Ratio)よりも、むしろ、EVM(Error Vector Magnitude)の品質の方が重要視される。
EVMは、希望信号帯域内の非線形歪が劣化要因となるため,広帯域化による歪補償特性の劣化の影響を受ける。
従って、電力増幅装置の出力側に帯域制限フィルタ(BPF)を挿入しても、希望信号帯域外の歪電力は減衰するが、希望信号帯域内の歪電力は残留するので、EVMの品質は改善されない。
[プリディストーション方式の改良のための手段]
上述の要改善点を解消するために、本発明にかかる電力増幅装置においては、電力増幅装置の出力信号に対して帯域制限を行い、希望信号帯域のみ、または、希望信号とその近傍の帯域のみをフィードバックするように改良されている。
このように帯域制限を行うことにより、電力増幅装置が、メモリ効果等の周波数特性を有する場合であっても、希望信号帯域付近の歪補償性能が改善され、その結果として、電力増幅装置のEVM品質が改善される。
さらに、電力増幅装置の出力側を帯域制限するこによって、EVMおよびACLR品質を改善することができる。
あるいは、電力増幅装置のメモリ効果を補償する様々なプリディストータを用いることによって、キャリア信号近傍の歪補償可能な帯域を広くすることができる。
上述の要改善点を解消するために、本発明にかかる電力増幅装置においては、電力増幅装置の出力信号に対して帯域制限を行い、希望信号帯域のみ、または、希望信号とその近傍の帯域のみをフィードバックするように改良されている。
このように帯域制限を行うことにより、電力増幅装置が、メモリ効果等の周波数特性を有する場合であっても、希望信号帯域付近の歪補償性能が改善され、その結果として、電力増幅装置のEVM品質が改善される。
さらに、電力増幅装置の出力側を帯域制限するこによって、EVMおよびACLR品質を改善することができる。
あるいは、電力増幅装置のメモリ効果を補償する様々なプリディストータを用いることによって、キャリア信号近傍の歪補償可能な帯域を広くすることができる。
[本発明にかかる第2の電力増幅装置30]
図2は、本発明にかかる第2の電力増幅装置30を示す図である。
図2に示すように、第2の電力増幅装置30は、図1に示した第1の電力増幅装置1において、方向性結合器110とANT108の間に、通信に必要な周波数帯域(希望信号帯域)のみを通過させる第1のバンドパスフィルタ(BPF)300を挿入し、BPF300とANT108との間に、受信機210と結合されたサーキュレータ200を挿入し、ダウンコンバータ120とA/D122との間に、希望信号帯域のみを通過させる第2のBPF302を挿入した構成を採る。
第2の電力増幅装置30は、TDD方式のWiMAX基地局に使用されることが想定されている。
図2は、本発明にかかる第2の電力増幅装置30を示す図である。
図2に示すように、第2の電力増幅装置30は、図1に示した第1の電力増幅装置1において、方向性結合器110とANT108の間に、通信に必要な周波数帯域(希望信号帯域)のみを通過させる第1のバンドパスフィルタ(BPF)300を挿入し、BPF300とANT108との間に、受信機210と結合されたサーキュレータ200を挿入し、ダウンコンバータ120とA/D122との間に、希望信号帯域のみを通過させる第2のBPF302を挿入した構成を採る。
第2の電力増幅装置30は、TDD方式のWiMAX基地局に使用されることが想定されている。
[第2の電力増幅装置30の全体動作]
以下、第2の電力増幅装置30の全体動作を説明する。
ディジタル形式の入力データは、電力増幅装置1の外部からプリディストータ100およびエンベロープディテクタ126に入力される。
エンベロープディテクタ126は、入力データの電力値または振幅値(以下の説明においては、エンベロープディテクタ126が振幅値を検出する場合を具体例とする)を検出し、検出した振幅値を、ディジタル形式で示す振幅データEを、LUT128に対して出力する。
以下、第2の電力増幅装置30の全体動作を説明する。
ディジタル形式の入力データは、電力増幅装置1の外部からプリディストータ100およびエンベロープディテクタ126に入力される。
エンベロープディテクタ126は、入力データの電力値または振幅値(以下の説明においては、エンベロープディテクタ126が振幅値を検出する場合を具体例とする)を検出し、検出した振幅値を、ディジタル形式で示す振幅データEを、LUT128に対して出力する。
LUT128は、プリディストーション方式により歪補償を行うための歪補償用テーブルを記憶している。
この歪補償用テーブルには、歪補償の対象となるPA106の入出力特性における非線形性の逆特性を示す補償データ(一般に、入力データの振幅値(振幅データE)を指標とするAM/AM特性(振幅)およびAM/PM特性(位相))が記憶されている。
LUT128は、エンベロープディテクタ126から入力された振幅データEを用いて、歪補償用テーブルを参照し、振幅データEの値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ100に対して出力する。
プリディストータ100は、LUT128から入力される補償データを用いて、入力データに対する補償を行い、補償された入力データを、D/A102に対して出力する。
この歪補償用テーブルには、歪補償の対象となるPA106の入出力特性における非線形性の逆特性を示す補償データ(一般に、入力データの振幅値(振幅データE)を指標とするAM/AM特性(振幅)およびAM/PM特性(位相))が記憶されている。
LUT128は、エンベロープディテクタ126から入力された振幅データEを用いて、歪補償用テーブルを参照し、振幅データEの値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ100に対して出力する。
プリディストータ100は、LUT128から入力される補償データを用いて、入力データに対する補償を行い、補償された入力データを、D/A102に対して出力する。
なお、プリディストータ100は、様々な公知の方式のものが用いられ得る。
また、プリディストータ100自体が、メモリ効果を補償する機能を有していてもよく、この場合には、補償可能な帯域が広くなる。
また、プリディストータ100自体が、メモリ効果を補償する機能を有していてもよく、この場合には、補償可能な帯域が広くなる。
D/A102は、補償された入力データを、アナログ形式のベースバンド信号またはIF信号(以下、ベースバンド信号の場合を例示)に変換し(ベースバンド信号が入力されたときには、直交変調器が用いられる)、アップコンバータ104に対して出力する。
アップコンバータ104は、入力されたベースバンド信号を、無線周波数帯域の信号に変換し、PA106に対する入力信号とする。
PA106は、入力信号を電力増幅して出力信号とし、方向性結合器110を介してBPF300に対して出力する。
BPF300は、出力信号の希望信号帯域のみを通過させて、サーキュレータ200に対して出力する。
BPF300は、例えば、多段接続された空洞または誘電体共振器により構成され、カットオフ周波数は、規格上のエミッションマスク(通常は、エミッションマスクより若干内側)に設定される。
プリディストータ100によりある程度、帯域外歪が補正されているので、BPF300の帯域外減衰量は、20〜30dB程度確保されればよい。
アップコンバータ104は、入力されたベースバンド信号を、無線周波数帯域の信号に変換し、PA106に対する入力信号とする。
PA106は、入力信号を電力増幅して出力信号とし、方向性結合器110を介してBPF300に対して出力する。
BPF300は、出力信号の希望信号帯域のみを通過させて、サーキュレータ200に対して出力する。
BPF300は、例えば、多段接続された空洞または誘電体共振器により構成され、カットオフ周波数は、規格上のエミッションマスク(通常は、エミッションマスクより若干内側)に設定される。
プリディストータ100によりある程度、帯域外歪が補正されているので、BPF300の帯域外減衰量は、20〜30dB程度確保されればよい。
方向性結合器110は、PA106からANT108へ出力される出力信号の一部を取り出して、ダウンコンバータ120に対して出力する。
ダウンコンバータ120は、入力された出力信号の一部を、ベースバンド信号またはIF信号(以下、ベースバンド信号の場合を例示)に変換し、BPF302に対して出力する。
BPF302は、ベースバンド信号の内、希望信号帯域のみを通過させて、A/D122に対して出力する。
A/D122は、BPF302から入力されたベースバンド信号を、ディジタル形式の出力データに変換し、制御部124に対して出力する。
制御部124は、入力された出力データを用いて、温度変化および経年変化などのために変化したPA106の入出力特性を、LUT128に記憶された歪補償用テーブルの内容に反映させ、常にPA106の出力信号に発生する歪を最少に保つようにする。
サーキュレータ200は、フェライトなどを用いて構成される非可逆回路素子であって、BPF300が接続されたポートaから入力された(送信)信号を、ANT108が接続されたポートbに対して出力し、ポートbから入力された(受信)信号を、受信機210に対して出力する。
ANT108は、サーキュレータ200から入力された送信信号を空中に放射するとともに、空中から受信した受信信号を、サーキュレータ200に対して出力する。
受信機210は、サーキュレータ200から入力された受信信号の復調などを行う。
ダウンコンバータ120は、入力された出力信号の一部を、ベースバンド信号またはIF信号(以下、ベースバンド信号の場合を例示)に変換し、BPF302に対して出力する。
BPF302は、ベースバンド信号の内、希望信号帯域のみを通過させて、A/D122に対して出力する。
A/D122は、BPF302から入力されたベースバンド信号を、ディジタル形式の出力データに変換し、制御部124に対して出力する。
制御部124は、入力された出力データを用いて、温度変化および経年変化などのために変化したPA106の入出力特性を、LUT128に記憶された歪補償用テーブルの内容に反映させ、常にPA106の出力信号に発生する歪を最少に保つようにする。
サーキュレータ200は、フェライトなどを用いて構成される非可逆回路素子であって、BPF300が接続されたポートaから入力された(送信)信号を、ANT108が接続されたポートbに対して出力し、ポートbから入力された(受信)信号を、受信機210に対して出力する。
ANT108は、サーキュレータ200から入力された送信信号を空中に放射するとともに、空中から受信した受信信号を、サーキュレータ200に対して出力する。
受信機210は、サーキュレータ200から入力された受信信号の復調などを行う。
制御部124によるLUT128の更新は、波形比較法を用いる方法や、フィードバック信号をフーリエ変換して得られるスペクトルを用いる方法など、さまざまな方法により歪を評価し、最急降下法や摂動法など、さまざまな適応アルゴリズムを用いて行われうる。
制御部124が波形比較法によりLUT128を更新するときには、図1,図2(図5,図6)に点線で示すように、入力データが制御部124に対して入力される。
プリディストータ100およびエンベロープディテクタ126に入力される入力データと、A/D122から制御部124に入力される入力データ(フィードバックデータ)との差(誤差)を評価する関数としては、各種の方法が用いられうる。
LUT128の更新のために、フィードバックデータのスペクトルを用いる場合は、歪電力が測定され、測定された歪電力を評価関数として、各種の適応アルゴリズムが用いられうる。
フィードバックデータのスペクトルをLUT128の更新のために用いる場合は、帯域制限フィルタは狭帯域でなくてもよいが、希望信号付近の電力のみが評価関数として選択される。
制御部124が波形比較法によりLUT128を更新するときには、図1,図2(図5,図6)に点線で示すように、入力データが制御部124に対して入力される。
プリディストータ100およびエンベロープディテクタ126に入力される入力データと、A/D122から制御部124に入力される入力データ(フィードバックデータ)との差(誤差)を評価する関数としては、各種の方法が用いられうる。
LUT128の更新のために、フィードバックデータのスペクトルを用いる場合は、歪電力が測定され、測定された歪電力を評価関数として、各種の適応アルゴリズムが用いられうる。
フィードバックデータのスペクトルをLUT128の更新のために用いる場合は、帯域制限フィルタは狭帯域でなくてもよいが、希望信号付近の電力のみが評価関数として選択される。
[第2の電力増幅装置30による出力信号品質の改善]
図3は、出力信号の周波数スペクトルを模式的に例示する図であって、(A)は、歪補償なしのPA106の出力信号の周波数スペクトルを示し、(B)歪補償後(1)は、メモリ効果が少ない場合であって、一般的なプリティストーション方式により歪補償を行った場合の出力信号の周波数スペクトルを示し、(B)歪補償後(2)は、メモリ効果が大きい場合であって、一般的なプリディストーション方式により歪補償を行った場合のPA106の出力信号の周波数スペクトルを示し、(C)は、メモリ効果が大きい場合であって、出力信号のみをBPFを通過させて希望信号帯域のみを通過させた場合の出力信号の周波数スペクトルを示し、(D)は、メモリ効果が大きい場合であって、出力信号およびA/D122に対する入力信号(フィードバック信号)を、BPFによりフィルタリングした場合の出力信号の周波数スペクトルを示す。
図3は、出力信号の周波数スペクトルを模式的に例示する図であって、(A)は、歪補償なしのPA106の出力信号の周波数スペクトルを示し、(B)歪補償後(1)は、メモリ効果が少ない場合であって、一般的なプリティストーション方式により歪補償を行った場合の出力信号の周波数スペクトルを示し、(B)歪補償後(2)は、メモリ効果が大きい場合であって、一般的なプリディストーション方式により歪補償を行った場合のPA106の出力信号の周波数スペクトルを示し、(C)は、メモリ効果が大きい場合であって、出力信号のみをBPFを通過させて希望信号帯域のみを通過させた場合の出力信号の周波数スペクトルを示し、(D)は、メモリ効果が大きい場合であって、出力信号およびA/D122に対する入力信号(フィードバック信号)を、BPFによりフィルタリングした場合の出力信号の周波数スペクトルを示す。
例えば、図1に示した第1の電力増幅装置1におけるPA106のメモリ効果が小さいときには、図3(B)歪補償後(1)に示すように、プリディストーション方式の歪補償のみによって、十分に高品質な出力信号の周波数スペクトルが得られる。
しかしながら、第1の電力増幅装置1におけるPA106のメモリ効果が大きくなると、図3(B)歪補償後(2)に示すように、出力信号中の残留歪成分が大きくなり、第1の電力増幅装置1では、十分な歪補償性能が得られない。
しかしながら、第1の電力増幅装置1におけるPA106のメモリ効果が大きくなると、図3(B)歪補償後(2)に示すように、出力信号中の残留歪成分が大きくなり、第1の電力増幅装置1では、十分な歪補償性能が得られない。
仮に、図2に示した第2の電力増幅装置30が、第1のBPF300のみを備え、第2のBPF302を備えず、PA106の出力信号のみをフィルタリングして希望信号成分を通過させて送信し、ダウンコンバータ120からのベースバンド信号をフィルタリングせず、希望信号成分以外を通過させてA/D122に対して入力すると、出力信号の周波数スペクトルは、図3(C)に示すようになり、希望信号帯域内の残留歪成分のために、EVM品質が改善されない。
一方、第2の電力増幅装置30は、第2のBPF302を備えるので、出力信号およびフィードバック信号の両方がフィルタリングされる、フィードバック信号の希望信号成分のみが、LUT128の更新に用いられる。
従って、第2の電力増幅装置30の出力信号のEVM品質が向上する。
また、第2の電力増幅装置30は、第1のBPF302を備えるので、ACLR品質が向上する。
つまり、図3(D)に示すように、第1の電力増幅装置1の出力信号と比べて、第2の電力増幅装置30の出力信号のACLRおよびEVMの品質は、両方とも向上する。
一方、第2の電力増幅装置30は、第2のBPF302を備えるので、出力信号およびフィードバック信号の両方がフィルタリングされる、フィードバック信号の希望信号成分のみが、LUT128の更新に用いられる。
従って、第2の電力増幅装置30の出力信号のEVM品質が向上する。
また、第2の電力増幅装置30は、第1のBPF302を備えるので、ACLR品質が向上する。
つまり、図3(D)に示すように、第1の電力増幅装置1の出力信号と比べて、第2の電力増幅装置30の出力信号のACLRおよびEVMの品質は、両方とも向上する。
図4は、出力信号の周波数スペクトルの実測値を示す図である。
図4に符号aを付して示す曲線は、歪補償を行わない場合の出力信号の周波数スペクトルであり、符号bを付して示す曲線は、BPF302により帯域制限されたフィードバック信号の周波数スペクトルであり、符号cを付して示す曲線は、第2の電力増幅装置30において、PA106の出力信号、つまり、第1のBPF300を通過する前の出力信号の周波数スペクトルである。
図4を参照することにより、第2の電力増幅装置30を用いると、ACLRおよびEVMの両方の品質が向上することが分かる。
図4に符号aを付して示す曲線は、歪補償を行わない場合の出力信号の周波数スペクトルであり、符号bを付して示す曲線は、BPF302により帯域制限されたフィードバック信号の周波数スペクトルであり、符号cを付して示す曲線は、第2の電力増幅装置30において、PA106の出力信号、つまり、第1のBPF300を通過する前の出力信号の周波数スペクトルである。
図4を参照することにより、第2の電力増幅装置30を用いると、ACLRおよびEVMの両方の品質が向上することが分かる。
第2の電力増幅装置30は、歪を含んだ帯域よりも,狭い帯域のフィードバック信号を用いて、特に希望信号帯域内およびその近傍の歪補償性能を向上するプリディストータを用いていることを特徴とし、この特徴を有する電力増幅装置は、第2の電力増幅装置2と均等物である。
第2の電力増幅装置30によれば、希望信号帯域内の歪補償特性を向上させることができ、EVMの品質を最良にすることができる。
第2の電力増幅装置30によれば、希望信号帯域内の歪補償特性を向上させることができ、EVMの品質を最良にすることができる。
[第3の電力増幅装置32]
以下、図2に示した第2の電力増幅装置30の変形例として、第3の電力増幅装置32を説明する。
図5は、本発明にかかる第3の電力増幅装置32を示す図である。
図5に示すように、第3の電力増幅装置32は、第2の電力増幅装置30におけるA/D122と制御部124との間に、ディジタル的に希望信号帯域をフィルタリングして通過させるFIRフィルタ320が挿入された構成を採る。
この場合、BPF302は、ダウンコンバータ120の出力信号のイメージ除去のみを行えばよいので、BPF302の通過帯域は比較的広くてもよい。
また、第3の電力増幅装置32は、アイソレータなどのアンテナ共有器202を、方向性結合器110の前段に備えた構成を採る。
なお、アンテナ共有器202は、アイソレータの他、ダイオードを用いたTDDスイッチを用いて構成されてもよい。
第3の電力増幅装置32は、アンテナ共有器202通過後の信号がフィードバックされるように構成されているので、アンテナ共有器202で発生する帯域内歪も補償することができ、高い出力信号の品質改善効果が得られる。
以下、図2に示した第2の電力増幅装置30の変形例として、第3の電力増幅装置32を説明する。
図5は、本発明にかかる第3の電力増幅装置32を示す図である。
図5に示すように、第3の電力増幅装置32は、第2の電力増幅装置30におけるA/D122と制御部124との間に、ディジタル的に希望信号帯域をフィルタリングして通過させるFIRフィルタ320が挿入された構成を採る。
この場合、BPF302は、ダウンコンバータ120の出力信号のイメージ除去のみを行えばよいので、BPF302の通過帯域は比較的広くてもよい。
また、第3の電力増幅装置32は、アイソレータなどのアンテナ共有器202を、方向性結合器110の前段に備えた構成を採る。
なお、アンテナ共有器202は、アイソレータの他、ダイオードを用いたTDDスイッチを用いて構成されてもよい。
第3の電力増幅装置32は、アンテナ共有器202通過後の信号がフィードバックされるように構成されているので、アンテナ共有器202で発生する帯域内歪も補償することができ、高い出力信号の品質改善効果が得られる。
[第4の電力増幅装置34]
以下、図2に示した第2の電力増幅装置30の変形例として、第4の電力増幅装置34を説明する。
図6は、本発明にかかる第4の電力増幅装置34を示す図である。
図6に示すように、第4の電力増幅装置34は、第2の電力増幅装置30におけるBPF300が、PA106と方向性結合器110との間に挿入された構成を採る。
第4の電力増幅装置34においても、第2のBPF302は、ダウンコンバータ120の出力信号のイメージ除去のみを行えばよいので、BPF302の通過帯域は比較的広くてもよい。
第4の電力増幅装置34によっても、第2の電力増幅装置30と同様の出力信号の品質改善効果が得られる。
以下、図2に示した第2の電力増幅装置30の変形例として、第4の電力増幅装置34を説明する。
図6は、本発明にかかる第4の電力増幅装置34を示す図である。
図6に示すように、第4の電力増幅装置34は、第2の電力増幅装置30におけるBPF300が、PA106と方向性結合器110との間に挿入された構成を採る。
第4の電力増幅装置34においても、第2のBPF302は、ダウンコンバータ120の出力信号のイメージ除去のみを行えばよいので、BPF302の通過帯域は比較的広くてもよい。
第4の電力増幅装置34によっても、第2の電力増幅装置30と同様の出力信号の品質改善効果が得られる。
本発明は、電力増幅装置として利用可能である。
1,30,32,34・・・電力増幅装置,
100・・・プリディストータ,
102・・・D/A,
104・・・アップコンバータ,
106・・・PA,
108・・・ANT,
110・・・方向性結合器,
120・・・ダウンコンバータ,
122・・・A/D,
124・・・制御部,
126・・・エンベロープディテクタ,
128・・・LUT,
300,302・・・BPF,
320・・・FIRフィルタ,
100・・・プリディストータ,
102・・・D/A,
104・・・アップコンバータ,
106・・・PA,
108・・・ANT,
110・・・方向性結合器,
120・・・ダウンコンバータ,
122・・・A/D,
124・・・制御部,
126・・・エンベロープディテクタ,
128・・・LUT,
300,302・・・BPF,
320・・・FIRフィルタ,
Claims (1)
- 非線形部分を含む入出力特性で入力信号を電力増幅し、出力信号として出力する電力増幅手段と、
前記出力信号をフィルタリングして、前記出力信号の所望の周波数帯域の成分のみを通過させる第1のフィルタと、
前記電力増幅手段の入出力特性の非線形部分により生じる前記出力信号の歪を補償するための補償信号を生成する補償信号生成手段と、
前記生成された補償信号を用いて、前記入力信号を補償する補償手段と、
前記出力信号に結合して、前記出力信号の一部を取り出す結合手段と、
前記取り出された出力信号の一部をフィルタリングして、前記所望の周波数帯域の成分のみを取り出す第2のフィルタと、
前記第2のフィルタにより取り出された周波数帯域の成分に基づいて、前記補償信号を更新する補償信号更新手段と
を有する電力増幅装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2007
- 2007-04-02 JP JP2007096139A patent/JP2008258713A/ja active Pending
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