JP2009200840A - 送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調信号のピーク電力を抑圧しつつ、変調精度の劣化量を抑え、さらに帯域外輻射を低減する送信装置を得ること。
【解決手段】本発明は、所定の送信信号生成処理を実行する送信信号生成手段を備えた送信装置であって、入力信号と、送信信号生成手段の入出力特性および周波数特性と、に基づいて、送信信号生成処理を実行する際に発生する帯域外の歪み成分を生成する歪み成分生成手段（非線形処理部（２１），減算部（２２），減算部（２４），フィルタ部（２３），周波数領域歪み処理部（２６））と、歪み成分生成手段へ入力された信号から歪み成分生成手段が生成した帯域外の歪み成分を減算する減算部（２５）と、を備え、送信信号生成手段は、歪み成分減算後の信号に対して送信信号生成処理を実行する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、変調信号のピーク電圧を抑圧することが可能な送信装置に関するものであり、特に、ピーク電圧を抑圧した場合であっても、非線形な振幅制限処理に伴い発生する帯域外輻射を低減しつつピーク電力を抑圧し、さらに歪みを補償する送信装置に関するものである。

マルチキャリア変調方式等の大きなピーク電力を有する変調信号のピーク電力を抑圧することが可能な従来の送信装置の一例が、下記非特許文献１に記載されている。以下、従来の送信装置について図１２を用いて説明する。

図１２は従来のマルチキャリア変調方式の変調信号のピーク電力を削減することが可能な送信装置の基本構成を示した図である。この従来の送信装置は、変調器９１と、クリップ部９２と、フィルタ部９３と、周波数変換部９４と、アンプ９５と、アンテナ９６と、を備える。

このような構成の送信装置において、変調器９１は、入力信号である送信データに対して変調処理を行う。また、変調器９１の出力は、クリップ部９２に入力され、クリップ部９２は、信号の時間波形に対して、ピーク電力を削減するためのクリッピング処理を実行する。ここで、クリップ部９２に対するサンプル毎の信号入力をｘ、クリッピングの振幅をＡとすると、クリッピング処理を実行して得られた信号であるクリップ部９２の出力信号ｙは、次式（１）で表される。

クリップ部９２の出力は、フィルタ部９３に入力される。フィルタ部９３では、入力信号に対してフィルタリングを行い、クリップ部９２において実行した非線形な振幅制限処理（クリッピング処理）により発生した帯域外輻射電力を抑圧する。フィルタ部９３の出力は周波数変換部９４に入力され、周波数変換部９４において高い周波数帯に周波数変換される。そして、周波数変換部９４の出力は、アンプ９５に入力され、信号が増幅された後、アンテナ９６を介して送信される。

「Effects of Clipping and Filtering on the Performance of OFDM」 IEEE Communications Letters，vol.2 No.5，p.131-133，1998年5月

ところで、マルチキャリア変調された信号は、ピーク電力は平均電力に対して、非常に大きなものとなり、使用するキャリア数が大きいほど振幅の分布の広がりは大きくなる傾向にある。そのため、この大きなピーク電力に対応して歪みを抑えて送信を行う場合、送信アンプの線形な領域を使用する必要があり、大きなバックオフを設定する必要がある。しかしながら、大きなバックオフを設定すると、アンプの電力効率の低下を招くことになる、という問題があった。

また、上記非特許文献１に記載されているようなクリッピング処理を行うことにより、ピーク電力を抑圧することが可能であるが、クリッピング処理を実行すると帯域外輻射が生じる。そのため、一般に、クリッピング処理実行後の信号に対してフィルタリングを行うことにより帯域外輻射成分を制限する手法が採られる。しかしながら、クリッピング処理により生じた帯域内の歪み成分は、フィルタ通過後も残留するため、ピーク電力の抑圧量を大きくした場合、帯域内の歪みにより変調精度が劣化する、という問題があった。

また、一般的にアンプは、振幅および位相に関する入出力特性が非線形な特性を持ち、アンプの電力効率を改善するためにアンプの飽和領域付近まで使用する場合、アンプに対する歪み補償処理が必要となる。しかしながら、ピーク電力抑圧処理と歪み補償処理が独立している場合には、ピーク電力抑圧処理が行われた後の信号が歪み補償されたアンプに残留する非線形特性の影響を受けないように、バックオフのマージンを大きくする必要があり、電力効率の低下を招く、という問題があった。

さらに、信号帯域が広帯域となる場合には、アンプの周波数特性（振幅対周波数特性、位相対周波数特性等）が帯域内で異なるため、信号が歪み、帯域外輻射が増加する、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ピーク電力が大きな変調信号を送信する送信装置において、変調信号のピーク電力を抑圧しつつ、変調精度の劣化量を抑えることが可能、かつ帯域外輻射の低減が可能な送信装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ベースバンド帯域のディジタル変調信号に対して所定の送信信号生成処理を実行する送信信号生成手段を備えた送信装置であって、入力信号であるベースバンド帯域のディジタル変調信号と、予め取得しておいた前記送信信号生成手段の入出力特性を示す非線形情報および予め取得しておいた前記送信信号生成手段の周波数特性を示す周波数特性情報と、に基づいて、前記送信信号生成手段が当該入力信号に対して送信信号生成処理を実行する際に発生する帯域外の歪み成分を生成する歪み成分生成手段と、前記歪み成分生成手段へ入力されたベースバンド帯域のディジタル変調信号から前記歪み成分生成手段が生成した帯域外の歪み成分を減算する歪み成分減算手段と、を備え、前記送信信号生成手段は、前記歪み成分減算後のベースバンド帯域のディジタル変調信号に対して前記送信信号生成処理を実行することを特徴とする。

この発明によれば、アンプ・アナログデバイス等に関する非線形情報および周波数特性に基づいて、送信信号を生成する際に発生する帯域外の歪み成分を生成し、生成した歪み成分を考慮して送信信号を生成することとしたので、送信信号が増幅される際の帯域外の歪みを低減させつつ、アンプの特性を利用してピーク電力を抑圧することができる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる送信装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。たとえば、以下の説明においては、マルチキャリア変調方式の変調信号を送信する場合について述べるが、マルチキャリア変調方式の変調信号に限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、本実施の形態の特徴的な動作を説明する前に、前提となる技術を説明する。図１は、本発明にかかる送信装置の前提となる送信装置の構成例を示す図である。この送信装置は、変調部１と、歪み補償信号生成付加部２と、Ｄ／Ａ変換部３と、周波数変換部４と、アンプ５と、アンテナ６と、を備え、アンプが有する非線形な特性（振幅および位相に関する入出力特性が非線形な特性）に起因して発生する歪みを低減させる。変調部１は、入力信号である送信データに対して変調処理を実行し変調信号を生成する。歪み補償信号生成付加部２は、後述する歪み補償信号が付加された変調信号を生成する。その後、歪み補償信号が付加された変調信号は、Ｄ／Ａ変換部３においてアナログ信号に変換された後、周波数変換部４へ入力される。周波数変換部４は、入力信号をＲＦ帯の信号まで周波数変換し、アンプ５は、周波数変換部４からの出力信号を増幅する。そして、増幅された信号は、アンテナ６を介して送信される。

また、図２は、歪み補償信号生成付加部２の構成例を示す図である。また、図３−１および図３−２は、送信側のアンプ（アンプ５）の入出力特性を示しており、それぞれ、ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性を示している。図１に示した送信装置は、このアンプの入出力特性を利用して、変調信号のピーク電力を抑圧する。

図２に示した歪み補償信号生成付加部２は、予め測定等を行い取得しておいたアンプ・アナログデバイス等に関する非線形情報（たとえば、上記アンプ５の入出力特性であるＡＭ−ＡＭ特性，ＡＭ−ＰＭ特性など）に基づいた非線形処理を入力信号に対して実行することにより、アンプ通過時の歪み成分を有するとともに、アンプの非線形特性に応じてピーク電力が抑圧された変調信号を生成する非線形処理部２１と、非線形処理部２１の出力から元の変調信号を減算することで上記アンプ５通過時の歪み成分を抽出する減算部２２と、前記減算部２２の出力から帯域内の歪み成分を抽出するフィルタ部２３と、前記減算部２２の出力からフィルタ部２３の出力を減算する減算部２４と、元の変調信号（歪み補償信号生成付加部２への入力信号）から前記減算部２４の出力を減算することにより、アンプ通過時に帯域外の歪み成分を減衰させるための信号（歪み補償信号）が付加された変調信号を生成する減算部２５と、を備えている。

図４−１〜図４−６は、本実施の形態の歪み補償信号生成付加部２の動作を説明するための図であり、図２に示した信号Ｓ１〜Ｓ６のスペクトラム特性をそれぞれ示している。図４−１は、一例として、変調をマルチキャリア変調とした場合に、歪み補償信号生成付加部２に入力される信号Ｓ１のスペクトラム特性である。図４−２は、非線形処理部２１から出力される信号Ｓ２の信号のスペクトラム特性である。図４−３は、減算部２２から出力される信号Ｓ３のスペクトラム特性である。図４−４は、フィルタ部２３から出力される信号Ｓ４のスペクトラム特性である。図４−５は、減算部２４から出力される信号Ｓ５のスペクトラム特性である。図４−６は、減算部２５から出力される信号Ｓ６のスペクトラム特性である。

以下、図２および図４−１〜図４−６を用いて、歪み補償信号生成付加部２の動作について説明する。変調部１から出力された変調信号は、信号Ｓ１として歪み補償信号生成付加部２に入力される。ここでは、ピーク電力の大きな変調信号として、マルチキャリア変調であるＯＦＤＭを想定して説明を行う。

歪み補償信号生成付加部２において、非線形処理部２１は、図３−１および図３−２に示されるようなアンプ・アナログデバイス等の非線形情報（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性など）およびアンプの動作点に関する信号入力レベル情報に基づいて、入力信号Ｓ１（スペクトラム特性は図４−１）に対して非線形処理を実行する。なお、ここで実行する非線形処理は、たとえばアンプ５において実行される信号増幅処理と同様の処理である。この非線形処理により、ピーク抑圧された信号Ｓ２が生成される。非線形処理部２の出力信号Ｓ２のスペクトラム特性は、非線形処理により帯域内・帯域外で歪みが発生するため、図４−２に示したように帯域外輻射が発生したスペクトラムとなる。

なお、ここではアンプ５の入出力特性を非線形情報として処理を行っているが、歪み補償信号生成付加部２の後段に位置するＤ／Ａ変換部３、周波数変換部４およびアンプ５を一つのデバイスとみなして、このデバイスに対する入出力特性を非線形情報として処理を行うようにしてもよい。

つぎに、非線形処理部２１の出力信号Ｓ２および元の信号Ｓ１は、減算器２２に入力される。減算器２２は、信号Ｓ２から信号Ｓ１を減算することにより、非線形処理部２１を通過する際に発生した歪み成分を抽出する。減算器２２の出力信号Ｓ３のスペクトラム特性は、図４−３に示したように、上記非線形情報に基づいた非線形処理により帯域内・外で生じた歪み成分のスペクトラムとなる。言い換えれば、変調信号（信号Ｓ１）がアンプ等の非線形特性に基づいて歪ませられることにより、変調信号のピーク電力が抑圧されることになる。一般に無線通信では、隣接チャネルに対する干渉とならないように、帯域外輻射は規格等で定められたレベル以下に抑える必要がある。一方、帯域内の歪みに関しては、変調精度で規定されているが、帯域外輻射に関する規定よりも条件が厳しくない。そのため、本発明においては、変調信号のピーク電力を抑圧するために、帯域内の歪み成分を残留させることとして、帯域外の歪み成分を抑圧する。これを実現するために必要な、帯域外の歪み成分のみを抽出する方法、および抽出した帯域外の歪み成分を用いて歪み補償信号を生成する方法を以下に説明する。

減算器２２の出力信号Ｓ３は、フィルタ部２３および減算器２４に入力される。フィルタ部２３は、入力信号Ｓ３から元の変調信号Ｓ１の帯域内における歪み成分の信号を抽出する。そのため、フィルタ部２３は、図４−４の実線で示したような、元の変調信号のスペクトラム（図４−１参照）と歪み成分の信号のスペクトラム（図４−３参照）がほぼ重なる部分に相当するスペクトラム形状を有するフィルタにより帯域制限処理を行う。このような条件のスペクトラムを有するフィルタ部２３を実現するための一手段として、ＦＩＲフィルタが考えられる。

フィルタ部２３の出力信号Ｓ４は、減算器２２の出力信号Ｓ３とともに減算器２４に入力される。減算器２４は、信号Ｓ３から信号Ｓ４を減算することにより、図４−５に示したようなスペクトラム形状を有する、変調信号の帯域外成分の信号Ｓ５を抽出する。

減算器２４の出力信号Ｓ５は、元の変調信号Ｓ１とともに減算器２５に入力される。減算器２５は、信号Ｓ１からＳ５を減算することにより、図４−６に示したようなスペクトラム形状を有する、歪み補償信号が付加された変調信号Ｓ６を抽出する。図４−６に示した信号Ｓ６のスペクトラムと図４−２に示した信号Ｓ２のスペクトラムは電力的には同じ形状を示しているが、帯域外の歪み成分に相当する信号については、正と負の符号が反転したものとなっており、アンプ通過時に発生する元の変調信号に対する帯域外の歪みを補償する信号になっている。

歪み補償信号生成付加部２の出力信号Ｓ６は、Ｄ／Ａ変換部３に入力され、アナログ信号に変換された後、周波数変換部４に入力される。周波数変換部４は、Ｄ／Ａ変換部３の出力をＲＦ帯まで周波数変換を行い、周波数変換後の信号は、アンプ５に入力される。アンプ５は、周波数変換部４の出力信号を増幅するが、アンプ５自身が図３に示したような非線形な特性を持つため、非線形歪みの影響を受ける。図５−１および図５−２は、それぞれアンプ５通過前の信号のスペクトラム特性およびアンプ５通過後の信号のスペクトラム特性を示している。アンプ５通過前の信号のスペクトラム（図５−１）は、元の変調信号のスペクトラムに対して、上述した帯域外の歪みを補償する信号のスペクトラムが付加されたものとなっている。また、アンプ５通過前の信号では、帯域内の歪み成分がフィルタ部２３により抑圧されたものとなっている。そのため、アンプ５通過後には、図４−３に示したような歪みが発生するが、帯域外の歪み成分は、ひずみ補償信号（上記帯域外の歪みを補償する信号）により低減され、図５−２に示したように帯域外成分が十分に減少した信号となる。

このように、上記前提となる技術において、歪み補償信号生成付加部は、アンプの非線形特性を変調信号のピーク電力の抑圧に利用することとした。すなわち、変調信号に対してアンプに模擬した非線形処理を予め行うことにより一種のピーク抑圧後の信号を生成し、この信号を使用して、アンプにおける増幅処理により発生する帯域外の歪みを低減可能な歪み補償信号が付加された変調信号を生成することとした。そして、歪み補償信号が付加された変調信号を増幅して送信することとした。これにより、変調信号の変調精度の劣化を極力抑え、アンプの特性に応じたピーク電力の抑圧を行いつつ、帯域外輻射を低減可能な送信装置を得ることができる。

上記前提となる技術（図１に示した送信装置）においては、アンプ・アナログ等に関する非線形情報を用いた非線形処理によって、ピーク電力抑圧および歪み補償処理を行う。しかしながら、この図１に示した送信装置では、アンプの周波数特性を考慮した処理を実行していないため、信号帯域が広帯域となる場合には性能が劣化する。すなわち、アンプの周波数特性（振幅対周波数特性、位相対周波数特性等）が帯域内で異なるため、信号が歪み、帯域外輻射が増加してしまう。そこで、実施の形態の送信装置では、送信信号を生成するにあたり、上記非線形処理に加え、周波数特性情報に基づいて周波数領域の歪みを考慮した処理（以下、周波数領域歪み処理と呼ぶ）を行う。なお、ここでは、周波数領域歪み処理を中心に説明し、既に説明した処理についての説明は省略する。

図６は、本発明にかかる実施の形態１の歪み補償信号生成付加部２Ｂの構成例を示す図である。図６の歪み補償信号生成付加部２Ｂは、上述した図２の歪み補償信号生成付加部２の構成要素に加え、周波数領域歪み処理部２６をさらに備えている。この周波数領域歪み処理部２６は、アンプ・アナログ等が有する周波数特性情報（一例として振幅特性，位相特性等）に基づいて周波数領域歪み処理を行う。なお、非線形処理部２１、減算部２２、フィルタ部２３、減算部２４および周波数領域歪み処理部２６が歪み成分生成手段を構成し、減算部２５が歪み成分減算手段を構成する。また、非線形処理部２１および周波数領域歪み処理部２６が信号処理実行手段を構成する。

図７−１は、アンプ・アナログ等の周波数特性（振幅特性）の一例を示す図であり、図７−２は、アンプ・アナログ等の周波数特性（位相特性）の一例を示す図である。これらの図においては、点線がアンプ等の理想特性を示し、実線が実際の周波数特性を示している。一般的に、広帯域のアンプの場合、使用する帯域内（図中のｆ₁〜ｆ₂）における理想特性からのずれにより、信号がアンプを通過する際に帯域内で歪みが発生する。そのため、歪み補償信号生成付加部２Ｂでは、これらの周波数特性を利用して周波数領域歪み処理を行う。具体的には、周波数領域歪み処理部２６が周波数領域歪み処理を行う。

周波数領域歪み処理部２６の動作について詳しく説明する。周波数領域歪み処理部２６は、アンプ・アナログ等の振幅・位相特性情報を反映した、複素数のタップ係数が設定された複素ディジタルフィルタとして構成される。複素ディジタルフィルタのタップ係数は、たとえば、アンプ通過後の信号の周波数特性を予め測定しておき、信号の周波数特性を高速フーリエ変換することで容易に算出可能である。

図８は、周波数領域歪み処理部２６の構成例を示す図であり、ＩＦＦＴ部２７および複素ディジタルフィルタ部２８が周波数領域歪み処理部２６を構成する。ＩＦＦＴ部２７は、アンプ５の周波数特性（図７−１および図７−２に示したような振幅・位相特性）を示す周波数ごと情報（複素数）が入力されると、当該複素数を時間領域に変換し、複素ディジタルフィルタ部２８のタップ係数を作成する。複素ディジタルフィルタ部２８は、ＩＦＦＴ部２７により作成されたタップ係数を用いて、入力される信号に対して非線形なフィルタ処理を行う。これにより、複素ディジタルフィルタ部２８は、アンプ５の周波数領域における歪みを模擬した信号を生成する。生成した信号は、信号Ｓ７として減算部２２へ出力される。

なお、本実施の形態では、非線形処理部２１の後に周波数領域歪み処理部２６を接続する構成としたが、周波数領域歪み処理部２６段の後に非線形処理部２１を接続する構成としても構わない。

減算部２２は、変調器１からの入力信号Ｓ１を周波数領域歪み処理部２６からの入力信号Ｓ７から減算することにより、アンプ５通過時の歪み成分を抽出する。

以上説明したように、本実施の形態では、アンプに模擬した非線形処理およびアンプの周波数領域上の歪みを考慮した処理（周波数領域歪み処理）によりアンプ通過時に付加される歪み成分の信号を生成し、生成した信号を元の信号から減算することとした。これにより、非線形処理のみを利用する送信装置（図１参照）と比較して、帯域外の歪みをさらに低減可能な歪み補償信号を生成でき、変調信号の変調精度の劣化がさらに抑えられた、アンプの特性に応じたピーク電力の抑圧が可能であると同時に、帯域外輻射の低減が可能な送信装置を得ることができる。

実施の形態２．
つづいて、実施の形態２について説明する。実施の形態１においては、予め測定などを行い取得した非線形情報（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性など）および周波数特性情報（振幅特性、位相特性など）を使用してピーク電力を抑圧する送信装置の動作について説明を行ったが、本実施の形態においては、必要に応じて非線形情報および周波数特性情報を更新し、更新後の非線形情報および周波数特性情報を使用してピーク電力を抑圧する送信装置の動作について説明を行う。

まず、本実施の形態の特徴的な動作である周波数特性情報の更新動作を説明する前に、前提となる技術である非線形情報の更新動作について説明する。

図９は、実施の形態２の前提となる技術である送信装置の構成例を示す図である。当該送信装置は、上記実施の形態１の前提技術とした送信装置１（図１参照）に対して、遅延器１１、非線形情報生成部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、周波数変換部１４および減衰器１５が追加された構成となる。なお、その他の部分については、送信装置１と同様であるため、同一の符号を付与してその説明は省略する。また、歪み補償信号生成付加部２の構成は実施の形態１と同様である（図２参照）。上述したように、図９に示した歪み補償信号生成付加部２の動作は、使用する非線形情報が時間経過とともに変動する（更新される）点を除けば、図２に示した歪み補償信号生成付加部２と同様である。そのため、本実施の形態では、送信装置が非線形情報を更新する動作を中心に説明を行う。

本実施の形態の送信装置が備える非線形情報生成部１２は、Ｄ／Ａ変換部３への入力信号とＡ／Ｄ変換部１３の出力信号を比較することで、非線形情報（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性など）を時間とともに更新する。以下、非線形情報の更新動作を説明する。

実施の形態１において説明した動作を実行して生成された送信信号（アンプ５の出力）は、分岐されて減衰器１５に入力される。減衰器１５は、アンプ５の信号出力を適切なレベル（たとえば、アンプ５で増幅される前のレベル）まで減衰した後、周波数変換部１４に対して出力する。周波数変換部１４は、減衰器１５から出力されたＲＦ帯の変調信号をベースバンド帯域の信号に変換した後、Ａ／Ｄ変換部１３に対して出力する。Ａ／Ｄ変換部１３は、周波数変換部１４から出力されたベースバンド帯域のアナログ信号をディジタル信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換部１３の出力は、非線形情報生成部１２に入力される。また、非線形情報生成部１２には、遅延器１１を通して歪み補償信号生成付加部２の出力も入力される。ただし、遅延器１１は、非線形情報生成部１２に入力される歪み補償信号生成付加部２の出力信号とＡ／Ｄ変換部１３の出力信号が同じタイミングとなるように遅延量が設定されている。非線形情報生成部１２は、Ａ／Ｄ変換部１３から入力された信号および遅延器１１を介して歪み補償信号生成付加部２から入力された信号に基づいて非線形情報を生成する。具体的には、遅延調整された歪み補償信号生成付加部２の出力信号を“入力”とし、Ａ／Ｄ変換部１３の出力信号を“出力”とする入出力特性（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性など）を生成する。なお、非線形情報生成部へ入力される２つの信号レベルは入出力特性を生成するための条件として平均電力が等しくなるように、信号電力が自動利得制御（ＡＧＣ：Auto Gain Control）等により制御されているものとする。

上記非線形情報（入出力特性）の生成方法を詳しく説明する。遅延器１１の出力信号（入力であり、複素信号）を“ｘ(ｋ)”とし、Ａ／Ｄ変換部１３の出力信号（出力であり、複素信号）を“ｙ(ｋ)”とすると、入力と出力の関係は次式（２）で示される。ただし、“ｋ”はサンプル時刻を表す。
ｙ(ｋ)＝Ｗ(ｋ)・ｘ(ｋ) …（２）
ここで、“Ｗ(ｋ)”はアンプ・アナログデバイス等によって生じる非線形性に関する入出力特性（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性など）の影響を示した複素ウエイトであり、次式（３）で示される。
Ｗ(ｋ)＝（ｙ(ｋ)・ｘ(ｋ)^*）／|ｘ(ｋ)|²＝Ｒ(ｋ)・exp(ｊΔθ(ｋ)） …（３）
ただし、“Ｒ(ｋ)”は振幅であり、“Δθ(ｋ)”は位相である。また、‘＊’は複素共役を示す。ここで、“Ｒ(ｋ)”、“Δθ(ｋ)”は、上式（３）に示されるように、主としてアンプに入力される信号振幅レベル（|ｘ(ｋ)|）に依存する。

ところで、複素ウエイト（Ｗ(ｋ)）を算出する際には、実際のアンプ・アナログ系では温度変化・熱雑音等の影響によりＡＭ−ＡＭ特性，ＡＭ−ＰＭ特性が変動する。そのため非線形情報生成部１２は、信号振幅レベル（|ｘ(ｋ)|）に応じて上記特性変動に追従しながら平均化処理を行う必要がある。これを実現するために、まず、遅延調整された歪み補償信号生成付加部２の出力信号を“入力側信号”、Ａ／Ｄ変換部１３の出力信号を“出力側信号”と定義する。また、高い精度の入出力特性を得るため、図１０に示したように、入力側信号の振幅レベルに対応して入力レベル範囲をＮ個の細かいブロックに分割する。なお、図１０は、信号の入力レベル（|ｘ(ｋ)|）をＮ個のブロックに分割する様子を示した図である。そして、ある時刻ｋの入力側信号サンプルの振幅（|ｘ(ｋ)|）が、例えば“（Ｎ−３）・Δ”に対応した入力レベルの場合には、“（Ｎ−３）・Δ”に該当するブロックの平均化処理のみを行い入出力特性を生成し、生成した入出力特性（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性）の影響を示した複素ウエイトを生成する。このときの複素ウエイト（Ｗm）は、次式（４）で表される。

Ｗm＝（１−α）・Ｗm＋α・｛（ｙ(ｋ)・ｘ(ｋ)^*）／|ｘ(ｋ)|²｝ …（４）
ここで、０≦ｍ≦Ｎであり、上記説明の“（Ｎ−３）・Δ”に該当するブロックでは、ｍ＝Ｎ−３となる。また、α＜１である。さらに、上式（４）における（１／|ｘ(ｋ)|²）の処理は、該当するブロックｍに対して、事前にＮ個分のデータＺm（０≦ｍ≦Ｎ）を例えばテーブル形式で準備することで、除算処理を行う必要がなくなる。従って、式（４）は、次式（５）で表すことが可能となる。
Ｗm＝（１−α）・Ｗm＋α・｛（ｙ(ｋ)・ｘ(ｋ)^*）・Ｚm｝ …（５）
ただし、ｍ・Δ≦|ｘ(ｋ)|＜（ｍ＋１）・Δである。

非線形情報生成部１２は、上式（５）で得られたＷm（０≦ｍ≦Ｎ）をアンプ・アナログデバイス等の非線形情報として、歪み補償信号生成付加部２に対して出力する。図２に示した歪み補償信号生成付加部２の非線形処理部２１は、入力された非線形情報のｍ・Δ≦|ｘ(ｋ)|＜（ｍ＋１)・Δの範囲に該当するＷmを選択して、ｘ(ｋ)に乗算することで、非線形処理を行う。非線形処理結果を“Ｃ(ｋ)”（ただし、ｋはサンプル番号であり、複素信号）とすると、“Ｃ(ｋ)”は次式（６）のように表される。
Ｃ(ｋ)＝Ｗm・ｘ(ｋ)，０≦ｍ≦Ｎ …（６）

このように、上記前提となる技術（送信装置）においては、非線形情報生成部が温度変化によるアンプ・アナログデバイス等の非線形特性の変化に対応させて非線形情報を更新し、更新後の非線形情報を歪み補償信号生成付加部に対して出力することとした。これにより、アンプ・アナログデバイス等の非線形特性の時間変動に追従させた最適な非線形情報を使用してピーク電力抑圧および歪み補償を行うことができる。

つぎに、本実施の形態の特徴的な動作を説明する。この動作では、上述した非線形情報の更新に加え、周波数特性情報も更新する。ここでは、上記前提となる技術に対して追加となる周波数特性情報の更新動作について説明する。

図１１は、実施の形態２の送信装置の構成例を示す図である。図１１に示した送信装置は、図９の送信装置の構成要素と比較すると、歪み補償信号生成付加部２の代わりに歪み補償信号生成付加部２Ｂを備え、さらに、周波数特性情報生成部１６が追加された構成となっている。なお、遅延器１１、非線形情報生成部１２、Ａ／Ｄ変換部１３、周波数変換部１４、減衰器１５および周波数特性情報生成部１６が情報生成出力手段を構成する。

実施の形態１では、アンプ・アナログ等に関する周波数特性情報は、予め測定等して得られた情報を用いたが、本実施の形態では、アンプ５の出力を用いて、Ｄ／Ａ変換部３への入力信号とＡ／Ｄ変換部１３からの出力信号を比較することにより、周波数特性情報生成部１６がアンプ・アナログ等に関する周波数特性情報を随時更新する。

つぎに、本実施の形態における送信装置の動作について説明する。

変調器１は、入力される情報系列に基づき変調信号を生成し、変調信号を、歪み補償信号生成付加部２Ｂに出力する。歪み補償信号生成付加部２Ｂは、非線形情報生成部１２が出力する非線形情報およびアンプの動作点に関する信号入力レベル情報に基づいて非線形処理を行う。また、非線形処理された変調信号に、周波数特性情報生成部１６が出力するアンプ・アナログ等の周波数特性情報（振幅特性、位相特性）による周波数領域での歪み処理を行い、出力する。

つぎに、歪み補償信号生成付加部２Ｂの出力は、Ｄ／Ａ変換部３、周波数変換部４、において既に述べたような処理が実行されたのちにアンプ５に入力される。アンプ５は、たとえば、図３−１および３−２に示したようなＡＭ／ＡＭ特性およびＡＭ／ＰＭ特性と、図７−１および７−２に示したような周波数領域での振幅特性および位相特性を有する非線形なアンプである。アンプ５は、入力された変調信号を増幅し、アンプ５から出力された変調信号はアンテナ６から送信される。

また、アンプ５の出力は分岐されて減衰器１５に入力され、減衰器１５、周波数変換部１４、Ａ／Ｄ変換部１３において既に述べたような処理が実行されたのちに、非線形情報生成部１２および周波数特性情報生成部１６に入力される。なお、Ａ／Ｄ変換部１３、周波数変換部１４および減衰器１５が仮想出力信号生成手段を構成する。

非線形情報生成部１２および周波数特性情報生成部１６には、遅延器１１を介して歪み補償信号生成付加部２Ｂの出力も入力される。ここで、遅延器１１は、非線形情報生成部１２および周波数特性情報生成部１６に入力される歪み補償信号生成付加部２Ｂの出力信号と、Ａ／Ｄ変換部１３の出力とが同じタイミングになるように遅延量が設定されている。周波数特性情報生成部１６は、遅延調整された歪み補償信号生成付加部２Ｂの出力信号を“入力”とし、Ａ／Ｄ変換部１３の出力信号を“出力”とする入出力特性（周波数特性を複素表現（振幅・位相特性））を生成する。なお、これらの２つの信号レベルは、入出力特性を生成するための条件として平均電力が等しくなるように、信号電力が自動利得制御（ＡＧＣ）等により制御されているものとする。

以下に、上述した周波数特性情報生成部１６の入出力特性（周波数特性）の生成方法について詳細に説明する。基本的には、周波数特性情報生成部１６は、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムに基づいて複素のタップ係数（振幅、位相情報に基づく）が更新される複素ディジタルフィルタにより実現される。ここで、遅延器１１の出力信号を“ｘ(ｋ)”（入力であり、複素信号）とし、Ａ／Ｄ変換部１３の出力信号を“ｙ(ｋ)”（出力であり、複素信号）とすると、複素のタップ係数は次式（７）に従い算出される。ただし、ｋはサンプル時刻、ｎは複素タップの番号（ｎ＝０〜Ｌ−１）である。また、Ｌは複素ディジタルフィルタのタップ数である。

ここで、“ｚ(ｋ)”は、アンプ・アナログ等の周波数領域での歪みを模擬した信号である。“ｈ(ｋ，ｎ)”は、アンプ・アナログ等によって生じる周波数特性に関する入出力特性（振幅・位相特性）の影響を示した複素タップ係数である。複素タップ係数は、次式（８）および（９）により更新される。

ｅ(ｋ)＝ｙ(ｋ)−ｚ(ｋ) …（８）
ここで、ｅ(ｋ)は複素誤差信号を表す。次式（９）は“ｈ(ｋ，ｎ)”を時間的に更新する処理を示す。

ｈ(ｋ＋１，ｎ)＝ｈ(ｋ，ｎ)＋μｘ(ｋ−ｎ)ｅ^*(ｋ) …（９）
ところで、“ｈ(ｋ，ｎ)”の算出の際には、実際のアンプ・アナログ系では温度変化・熱雑音等で振幅、位相特性が変動するため、変動に追従しながら平均化処理を行えるようにステップサイズ“μ(０＜μ＜1)”を用いている。

以上説明したように、本実施の形態における送信装置は、アンプ・アナログ等に関する非線形情報および周波数特性情報を時間とともに更新する構成とした。これにより、温度変化によるアンプ、アナログデバイス等の特性（非線形特性および周波数特性）の時間変動に追従してピーク電力抑圧および歪み補償を行う送信装置が実現できる。

以上のように、本発明にかかる送信装置は、無線通信に有用であり、特に、非線形な振幅制限である送信信号のピークレベル抑圧処理において、帯域外輻射の発生を抑えつつ歪みを補償することが可能な送信装置に適している。

本発明にかかる送信装置の実施の形態１の構成例を示す図である。 歪み補償信号生成付加部の構成例を示す図である。 送信機が備えたアンプの入出力特性（ＡＭ−ＡＭ特性）例を示した図である。 送信機が備えたアンプの入出力特性（ＡＭ−ＰＭ特性）例を示した図である。 信号Ｓ１のスペクトラム特性例を示す図である。 信号Ｓ２のスペクトラム特性例を示す図である。 信号Ｓ３のスペクトラム特性例を示す図である。 信号Ｓ４のスペクトラム特性例を示す図である。 信号Ｓ５のスペクトラム特性例を示す図である。 信号Ｓ６のスペクトラム特性例を示す図である。 アンプ通過前の信号のスペクトラム特性例を示す図である。 アンプ通過後の信号のスペクトラム特性例を示す図である。 本発明にかかる実施の形態１の歪み補償信号生成付加部の構成例を示す図である。 アンプ・アナログ等の周波数特性（振幅特性）の一例を示す図である。 アンプ・アナログ等の周波数特性（位相特性）の一例を示す図である。 周波数領域歪み処理部の構成例を示す図である。 実施の形態２の前提となる技術である送信装置の構成例を示す図である。 信号の入力レベル（|ｘ(ｋ)|）をＮ個のブロックに分割する様子を示した図である。 実施の形態４における送信装置の構成例を示す図である。 従来のマルチキャリア変調方式の変調信号のピーク電力を削減することが可能な送信装置の基本構成を示した図である。

符号の説明

１ 変調部
２、２Ｂ 歪み補償信号生成付加部
３ Ｄ／Ａ変換部
４、１４、９４ 周波数変換部
５、９５ アンプ
６、９６ アンテナ
１１ 遅延器
１２ 非線形情報生成部
１３ Ａ／Ｄ変換部
１５ 減衰器
１６ 周波数特性情報生成部
２１ 非線形処理部
２２、２４、２５ 減算部
２３、９３ フィルタ部
２６ 周波数領域歪み処理部
２７ ＩＦＦＴ部
２８ 複素ディジタルフィルタ
９１ 変調器
９２ クリップ部

Claims (7)

1. ベースバンド帯域のディジタル変調信号に対して所定の送信信号生成処理を実行する送信信号生成手段を備えた送信装置であって、
   入力信号であるベースバンド帯域のディジタル変調信号と、予め取得しておいた前記送信信号生成手段の入出力特性を示す非線形情報および予め取得しておいた前記送信信号生成手段の周波数特性を示す周波数特性情報と、に基づいて、前記送信信号生成手段が当該入力信号に対して送信信号生成処理を実行する際に発生する帯域外の歪み成分を生成する歪み成分生成手段と、
   前記歪み成分生成手段へ入力されたベースバンド帯域のディジタル変調信号から前記歪み成分生成手段が生成した帯域外の歪み成分を減算する歪み成分減算手段と、
   を備え、
   前記送信信号生成手段は、前記歪み成分減算後のベースバンド帯域のディジタル変調信号に対して前記送信信号生成処理を実行することを特徴とする送信装置。
2. 前記歪み成分生成手段が、信号増幅処理に伴い発生する歪み成分を含んだ帯域外の歪み成分を生成することを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
3. 前記歪み成分生成手段は、
   前記非線形情報および前記周波数特性情報に基づいて、前記送信信号生成手段が実行する送信信号生成処理と同様の信号処理である、非線形処理および周波数領域歪み処理を前記入力信号に対して実行する信号処理実行手段と、
   前記信号処理実行手段の出力信号から前記入力信号を減算することにより前記非線形処理および前記周波数領域歪み処理に伴い発生する歪み成分を抽出する第１の減算手段と、
   前記第１の減算手段の出力信号から前記入力信号と同じ帯域内の歪み成分を抽出するフィルタ手段と、
   前記第１の減算手段の出力信号から前記フィルタ手段の出力を減算することにより、帯域外の歪み成分を抽出する第２の減算手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の送信装置。
4. さらに、
   前記歪み成分減算手段の出力信号と、当該出力信号に対して前記送信信号生成手段が送信信号生成処理を実行して得られた送信信号と、に基づいて当該送信信号生成手段の入出力特性を示す非線形情報および周波数特性情報を生成出力する情報生成出力手段、
   を備え、
   前記歪み成分生成手段は、前記予め取得しておいた非線形情報および周波数特性情報に代えて、前記情報生成出力手段から出力された非線形情報および周波数特性情報を使用して、帯域外の歪み成分を生成することを特徴とする請求項１、２または３に記載の送信装置。
5. 前記情報生成出力手段は、
   前記歪み成分減算手段の出力信号を遅延させることにより、非線形情報および周波数特性情報を生成する際に使用する仮想入力信号を生成する遅延手段と、
   前記送信信号生成手段の出力信号である送信信号に対して、当該送信信号を生成する際に行った送信信号生成処理と逆の処理を実行することにより、非線形情報および周波数特性情報を生成する際に使用する仮想出力信号を生成する仮想出力信号生成手段と、
   前記仮想入力信号および前記仮想出力信号の入出力特性を生成し、当該生成した入出力特性を非線形情報として出力する非線形情報生成手段と、
   前記仮想入力信号および前記仮想出力信号の周波数特性を生成し、当該生成した周波数特性を周波数特性情報として出力する周波数特性情報生成手段と、
   を備えることを特徴とする請求項４に記載の送信装置。
6. 前記遅延手段は、前記歪み成分減算手段の出力信号が、当該出力信号に対応する前記仮想出力信号生成手段の出力信号と同じタイミングで前記非線形情報生成出力手段および前記周波数特性情報生成出力手段へ入力されるように遅延を与えることを特徴とする請求項５に記載の送信装置。
7. 前記非線形情報生成手段は、前記遅延器からの仮想入力信号の入力レベル範囲を一定間隔の複数ブロックに分割しておき、仮想入力信号が入力された場合には、当該仮想入力信号の振幅レベルがどのブロックに該当するかを判定し、信号振幅レベルが該当するブロック単位で非線形情報を生成することを特徴とする請求項５または６に記載の送信装置。

Images