JP2009246655A - 非線形歪補償装置及びその周波数特性偏差補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形歪補償装置及びその周波数特性偏差補償方法に関し、非線形歪の周波数特性の偏差を検出し、該周波数特性の偏差を補償して歪補償を行い、歪補償後の特性を向上させる。
【解決手段】無線周波数の送信信号を方向性結合器１−５で分岐した後の信号を、ミキサ１−８でダウンコンバートする際に、ローカル発振器１−７の周波数を、無線周波数より高域側の周波数と低域側の周波数とに切替え、その切替え前と切替え後にアナログディジタル変換器１−１２から出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、演算部１−１でフィードバック系の周波数特性の偏差情報を検出する。検出されたフィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、主信号系の送信信号に歪補償信号を加えるか、又はフィードバック系に設けた振幅等化器１−９を制御し、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非線形歪補償装置及びその周波数特性偏差補償方法に関し、特に、無線送信機における高周波増幅器の効率向上及び小型化に有効な非線形歪補償装置及びその周波数特性偏差補償方法に関する。

図４は従来の非線形歪補償装置の回路構成を示す図である。同図において、演算部４−１より送出されるベースバンド信号は、ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）４−２によりアナログ信号に変換され、直交変調部４−３で無線周波数帯域の高周波信号に直交変調される。この変調波は、必要な送信電力まで高周波増幅器４−４により増幅され、方向性結合器４−５を介して無線周波数の送信信号としてアンテナ４−６より送出される。

一方、無線周波数の送信信号の一部が方向性結合器４−５により抽出され、該抽出された送信信号は、ミキサ４−７により低周波信号にダウンコンバートされ、所定の電力まで増幅器４−８により増幅され、不要周波数信号がアナログフィルタ４−９により除去され、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）４−１０によりディジタル信号に変換され、演算部４−１にフィードバックされる。

演算部４−１は、このフィードバックされた送信信号から歪補償成分を抽出し、送信波のベースバンド信号に歪補償成分を付加して送出する。この動作により、高周波増幅器４−４等における歪に対して安定した歪補償制御が行われる。このような適応型プリディストーション型歪補償回路は環境の変化に対して適応し、安定した特性を得ることができる。適応型プリディストーション型歪補償回路については、例えば、下記の特許文献１等に記載されている。
特開２００２−１４１７５４号公報（第１図等）

従来の非線形歪補償回路では、高周波回路部における周波数特性の影響により、検出される非線形歪も周波数特性を有し、歪補償後の特性悪化を引き起こす要因を含んでいる。特に、歪を検出するためのフィードバック系では、実際にはアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）４−１０の前に、所要帯域外の不要周波数信号を除去するアナログフィルタ４−９や、所望のレベルへ増幅するための増幅器４−８が必要になり、それらの回路部の周波数特性の偏差は、主信号に対する歪補償を逆に悪化させる要因となってしまう。

具体的には、フィードバック系の周波数特性の偏差により誤った歪成分の検出を行い、補償後の歪特性がアンバランスになる（高域又は低域の何れか片側だけ歪が悪化する）。前述の特許文献１に記載のものはこの周波数特性を改善するため、その逆特性となる補正フィルタを利用する。この補正フィルタがループ内の振幅等化機能を果たしている。

この場合、非線形歪成分を検出するためのフィードバック系における周波数特性の偏差を含めて補償を行っているため、フィードバック系に周波数特性の偏差が存在する場合には、アンテナから送信される主信号系の歪特性を逆に悪化させる歪補償を行う結果となる。このような結果とならないようにするには、フィードバック系に周波数特性の偏差が存在しないこと、或いは予めフィードバック系の周波数特性の偏差を確認しておき、該偏差を補正する補正値を加える等が条件となる。

本発明では、この非線形歪の周波数特性の偏差を、アンテナから送信される主信号系と、歪を検出するためのフィードバック系とでそれぞれ区別して検出することができ、該周波数特性の偏差を補償して歪補償を行うことにより、歪補償後の特性を向上させることができる非線形歪補償装置及びその周波数特性偏差補償方法を提供する。

開示の非線形歪補償装置は、送信信号を変調し、増幅し、無線周波数の送信信号を出力する主信号系から、送信信号の一部を分岐し、該分岐した信号の周波数をダウンコンバートしてフィードバックし、該フィードバックされた信号を基に送信信号に歪補償信号を加え、主信号系の無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償装置において、前記無線周波数の送信信号の分岐後の信号をダウンコンバートする際に、ミキサに与えるローカル発振器の周波数を、無線周波数より高域側の周波数と無線周波数より低域側の周波数とに切替えるローカル発振器周波数切替え手段と、前記ローカル発振器周波数切替え手段によりローカル発振器の周波数を切替え、その切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、フィードバック系の周波数特性の偏差情報を検出するフィードバック系周波数特性偏差検出手段と、前記フィードバック系周波数特性偏差検出手段で検出されたフィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、前記主信号系の送信信号に歪補償信号を加える歪補償演算部と、を備えたものである。

また、上記フィードバック系周波数特性偏差検出手段で検出されたフィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、前記主信号系の送信信号に歪補償信号を加える歪補償演算部に代えて、フィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償する振幅等化器を備えたものである。

また、開示の非線形歪補償の周波数特性偏差補償方法は、送信信号を変調し、増幅し、無線周波数の送信信号を出力する主信号系から、送信信号の一部を分岐し、該分岐した信号の周波数をダウンコンバートしてフィードバックし、該フィードバックされた信号を基に送信信号に歪補償信号を加え、主信号系の無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償において、前記無線周波数の送信信号の分岐後の信号をダウンコンバートする際に、ミキサに与えるローカル発振器の周波数を、無線周波数より高域側の周波数と無線周波数より低域側の周波数とに切替えるステップと、前記ローカル発振器の周波数の切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、フィードバック系の周波数特性の偏差情報を検出するステップと、前記検出されたフィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、前記主信号系の送信信号に歪補償信号を加えるか、又はフィードバック系に設けた振幅等化器を制御し、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償するステップと、を含むものである。

フィードバック系の周波数特性の偏差を把握し、該偏差を補償することで、フィードバック系で生じる周波数特性の偏差による歪補償特性の悪化を防止することができる。また、周波数特性の偏差の検出は、フィードバック系のみで行うことができるため、条件によっては、主信号系の動作中でも実施可能であり、製造段階等において、使用前に予めフィードバック系の周波数特性偏差を検出しておく処理が不要である。

また、フィードバック系の周波数特性の偏差の検出は随時実施可能であり、使用する回路毎の個別のバラツキ、及び環境変化に対しても、周波数特性の偏差を精度良く検出可能である。

開示の非線形歪補償増幅装置は、歪成分を検出するためのフィードバック系に用いられるダウンコンバータ（ミキサ）の性質を利用し、該ミキサへ入力するローカル発振器の周波数を切替えることで、フィードバック系での周波数特性を検出する。

図２は、このミキサの性質を利用した周波数特性の検出の原理説明図である。無線周波数（ＲＦ）信号をミキサによりダウンコンバートする場合、必要な中間周波数（ＩＦ）信号を得るためのローカル発振器の周波数は、無線周波数（ＲＦ）に中間周波数（ＩＦ）を加えた周波数とするか、又は無線周波数（ＲＦ）から中間周波数（ＩＦ）を減じた周波数とするかの２通りある。

図２の（ａ）は、ローカル発振器の周波数を、無線周波数（ＲＦ）から中間周波数（ＩＦ）を減じた周波数とした場合、即ち、ローカル発振器の周波数を無線周波数（ＲＦ）の低域（下方；Ｌｏｗｅｒ）側にした場合を示している。一方、図２の（ｂ）は、ローカル発振器の周波数を、無線周波数（ＲＦ）に中間周波数（ＩＦ）を加えた周波数とした場合、即ち、ローカル発振器の周波数を無線周波数（ＲＦ）の高域（上方；Ｕｐｐｅｒ）側にした場合を示している。

通常、ローカル発振器の周波数は、上記の周波数の何れか一方に固定されるが、このローカル発振器の周波数を、上記の周波数の一方から他方に切り替えると、中間周波数（ＩＦ）として出力される信号（ミキサ出力信号）の周波数特性は、一方の周波数特性を周波数軸上で左右反転した形状になる。即ち、図２の（ａ）及び（ｂ）の左端側に示すように、ミキサ出力信号ｓ１〜ｓ４の並びが反転する。

従ってこの性質を利用し、図２の（ｃ）に示すように、特定の同一帯域の信号（例えば、最低域信号ｓ１）について、ローカル発振器の周波数を切替える前と切替えた後のアナログディジタル変換後の周波数特性のレベル差から、ミキサ以降の利得の周波数特性の偏差を認識することができる。

このフィードバック系のみの周波数特性の偏差情報から、演算部における歪補償用の係数に周波数に応じた係数を与える、或いはフィードバック系に備えた周波数特性偏差等化器を制御することにより、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償する。

また、フィードバック系での周波数特性の偏差を補償した後に、主信号の送信キャリアの帯域を切替えることによって得られるＡＤ変換後の周波数特性のレベル差は、主信号系での周波数特性の偏差を表すことになり、これを主信号系の周波数特性の偏差の補正情報として使用する。
図１は上述の原理を適用した非線形歪補償増幅装置の構成例を示す。該構成例において、演算部１−１より出力されるベースバンド信号は、ディジタルアナログ変換部（ＤＡＣ）１−２によるアナログ信号に変換され、直交変調部１−３で直交変調され、高周波増幅器１−４で所望のレベルに増幅され、方向性結合器１−５を介してアンテナ１−６から送出される。

一方、方向性結合器１−５から分岐される送信信号は、ローカル発振器１−７から出力されるローカル信号により、ミキサ１−８でダウンコンバートされ、振幅等化器１−９で周波数特性の偏差を補償する最適化が行われ、増幅器１−１０で必要なレベルに増幅され、バンドパスフィルタ部１−１１で不要周波数信号が除去され、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１−１２でディジタル信号に変換されて演算部１−１へ送られる。

ここで周波数特性の偏差の認識動作について説明する。ローカル発振器１−７の発振周波数は、演算部１−１からの制御信号ＣＯＮＴ＿１により、上述した無線周波数（ＲＦ）より高域側と低域側とに切替えられる。また、周波数特性の偏差の認識を行うには、無線周波数（ＲＦ）帯域の最も高い帯域又は最も低い帯域の送信キャリアのみを出力する。例えば、マルチキャリア送信で第１から第Ｎのキャリア（第１から第Ｎまで順に周波数が高くなるものとする）を送信する場合は、最も低い周波数の第１キャリア、又は最も高い周波数の第Ｎキャリアのみを送信する。

この状態で、ローカル発振器１−７の発振周波数を、無線周波数（ＲＦ）に対して高域（ＵＰＰＥＲ）側と低域（ＬＯＷＥＲ）側とになるように切替えることにより、ミキサ１−８でダウンコンバートされた中間周波（ＩＦ）信号は、周波数特性が反転して出力され、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１−１２の変換結果のそれぞれの差分が、周波数特性の振幅偏差情報となる。これはミキサ１−８以降、即ち、フィードバック系のみの周波数特性の偏差情報となる。

次に、フィードバック系の周波数特性の振幅偏差の補正について説明する。上記により得られたフィードバック系のみの周波数特性の偏差情報を基に、演算部１−１より振幅等化器１−９を制御信号ＣＯＮＴ＿２により制御し、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償する最適化を行う。この制御は、上述のローカル発振器の周波数の切替えを行ったときに、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１−１２による変換結果のそれぞれの出力レベルの差分が最も小さくなるように制御する。

次に主信号系の周波数特性の振幅偏差の補正について説明する。上述のフィードバック系の周波数特性を最適化した後、無線周波数（ＲＦ）の出力信号の周波数帯域を変更する。例えば、マルチキャリア送信でＮ個のキャリアを送信する場合、最も低い周波数の第１キャリアから最も高い周波数の第Ｎキャリアへ変更する。或いはその逆でもよい。

このときにフィードバック系で検出されるアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）１−１２による変換結果後のレベル差情報は、主信号系での周波数特性の振幅偏差情報として認識することができる。従って、この情報を基に演算部１−１により歪補正値を加えたベースバンド信号を演算部１−１から出力することで、主信号系の周波数特性の偏差を補償（等化）することができる。

次に、マルチキャリア送信において、キャリア数が減少するときのフィードバック帯域の最適化の動作について説明する。マルチキャリア送信において、フィードバック系に使用されるアナログフィルタの帯域を、マルチキャリア送信に使用される複数キャリアを通過させる帯域とする必要がある。しかし、キャリア数が変化する通信システムにおいて、キャリア数が減少した場合に、不要な帯域の信号成分を通過させてしまうことが、歪補償特性悪化の要因となる。

そこで、前述の周波数特性の偏差を検出するために、ローカル発振器の周波数の切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系の信号を通過させるバンドパスフィルタ１−１１を備え、マルチキャリア送信において、このバンドパスフィルタ１−１１の通過帯域を、マルチキャリアの送信帯域又はキャリア数の変化に応じて、演算部１−１からの制御信号ＣＯＮＴ＿３により切り替える。

例えば、送信キャリア数に応じた複数の通過帯域の異なるバンドパスフィルタを備え、使用する送信キャリアに応じて、通過帯域を切替える。図３に、マルチキャリア通信におけるバンドパスフィルタの帯域切替えの具体例を示す。同図の（ａ）は、バンドパスフィルタ１−１１の通過帯域を、マルチキャリア送信に使用される複数キャリアを通過させる帯域Ｗ１としている例を示している。

この状態で、同図（ｂ）に示すように、例えば、１キャリアのみを送信する場合、該帯域Ｗ１の中に不要な周波数成分３−１が混入すると、歪補償に悪影響を与えてしまう。そこで、同図（ｃ）に示すように、使用するキャリアのみを通過させるよう、バンドパスフィルタ１−１１の通過帯域を切替えることにより、不要な周波数成分３−１を除去することができる。

こうすることにより、マルチキャリア送信において、キャリア数が変化する通信システムの場合、キャリア数が減少した際に、不要な周波数成分を除去することができ、歪補償特性の悪化を防止することができ、歪補償特性の性能を向上させることができる。

非線形歪補償増幅装置の構成例を示す図である。 ミキサの性質を利用した周波数特性の検出の原理説明図である。 マルチキャリア通信におけるバンドパスフィルタの帯域切替えの具体例を示す図である。 従来の非線形歪補償装置の回路構成を示す図である。

符号の説明

１−１ 演算部
１−２ ディジタルアナログ変換部（ＤＡＣ）
１−３ 直交変調部
１−４ 高周波増幅器
１−５ 方向性結合器
１−６ アンテナ
１−７ ローカル発振器
１−８ ミキサ
１−９ 振幅等化器
１−１０ 増幅器
１−１１ バンドパスフィルタ部

Claims (5)

1. 送信信号を変調し、増幅し、無線周波数の送信信号を出力する主信号系から、送信信号の一部を分岐し、該分岐した信号の周波数をダウンコンバートしてフィードバックし、該フィードバックされた信号を基に送信信号に歪補償信号を加え、主信号系の無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償装置において、
   前記無線周波数の送信信号の分岐後の信号をダウンコンバートする際に、ミキサに与えるローカル発振器の周波数を、無線周波数より高域側の周波数と無線周波数より低域側の周波数とに切替えるローカル発振器周波数切替え手段と、
   前記ローカル発振器周波数切替え手段によりローカル発振器の周波数を切替え、その切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、フィードバック系の周波数特性の偏差情報を検出するフィードバック系周波数特性偏差検出手段と、
   前記フィードバック系周波数特性偏差検出手段で検出されたフィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、前記主信号系の送信信号に歪補償信号を加える歪補償演算部と、
   を備えた非線形歪補償装置。
2. 送信信号を変調し、増幅し、無線周波数の送信信号を出力する主信号系から、送信信号の一部を分岐し、該分岐した信号の周波数をダウンコンバートしてフィードバックし、該フィードバックされた信号を基に送信信号に歪補償信号を加え、主信号系の無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償装置において、
   前記無線周波数の送信信号の分岐後の信号をダウンコンバートする際に、ミキサに与えるローカル発振器の周波数を、無線周波数より高域側の周波数と無線周波数より低域側の周波数とに切替えるローカル発振器周波数切替え手段と、
   前記ローカル発振器周波数切替え手段によりローカル発振器の周波数を切替え、その切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、フィードバック系の周波数特性の偏差情報を検出するフィードバック系周波数特性偏差検出手段と、
   前記フィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償する振幅等化器と、
   を備えた非線形歪補償装置。
3. 前記無線周波数の送信信号の周波数帯域のうち、高域側の送信信号と低域側の送信信号とを切替えて出力し、該切替えの前と切替えの後に出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、主信号系の周波数特性の偏差情報を検出する主信号系周波数特性偏差検出手段と、
   前記主信号系周波数特性偏差検出手段で検出された主信号系の周波数特性の偏差情報に基づいて、前記主信号系の送信信号に歪補償信号を加える歪補償演算部と、
   を備えた請求項１又は２に記載の非線形歪補償装置。
4. 前記ローカル発振器の周波数の切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系の信号を通過させるバンドパスフィルタをフィードバック系に備え、
   マルチキャリアの送信帯域又はキャリア数の変化に応じて、前記バンドパスフィルタの通過域を切り替えることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の非線形歪補償装置。
5. 送信信号を変調し、増幅し、無線周波数の送信信号を出力する主信号系から、送信信号の一部を分岐し、該分岐した信号の周波数をダウンコンバートしてフィードバックし、該フィードバックされた信号を基に送信信号に歪補償信号を加え、主信号系の無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償において、
   前記無線周波数の送信信号の分岐後の信号をダウンコンバートする際に、ミキサに与えるローカル発振器の周波数を、無線周波数より高域側の周波数と無線周波数より低域側の周波数とに切替えるステップと、
   前記ローカル発振器の周波数の切替え前と切替え後に出力されるフィードバック系のそれぞれの信号を基に、フィードバック系の周波数特性の偏差情報を検出するステップと、
   前記検出されたフィードバック系の周波数特性の偏差情報に基づいて、前記主信号系の送信信号に歪補償信号を加えるか、又はフィードバック系に設けた振幅等化器を制御し、フィードバック系の周波数特性の偏差を補償するステップと、
   を含む非線形歪補償の周波数特性偏差補償方法。

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