JP2010187334A - 非線形歪み補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非線形補償対象の非線形歪みの推定精度を低下させることなく、非線形補償対象の劣化具合に応じて非線形補償対象の非線形歪みを適応補償することのできる非線形歪み補償装置を提供する。
【解決手段】ＩＭ測定部２１にてＲＦ増幅器２の出力信号からＩＭレベルを測定し、この測定結果を制御部２２に送出して、制御部２２にて測定結果からＩＭ特性が劣化しているか否かを判定し、劣化している場合に、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＮ制御し、ＩＭ特性が劣化していない場合に、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＦＦ制御するようにしている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えばデジタル無線通信・放送システムの送信装置に用いられ、送信装置の電力増幅器で生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償装置に関する。

周知のように、例えばデジタル無線通信・放送システムの送信装置に用いられ、線形変調波や複数の変調波を増幅する電力増幅器では、不要電波（スプリアス）の放射を抑制して電力効率を高めるために、できる限り非線形歪みを小さくする必要がある。そこで、送信装置にあっては、電力増幅器の動作温度等により変化する非線形歪みを検出して補正する補償器を備えることで、この非線形歪みを抑圧するプリディストーション方式の歪み補償方式が考えられている（例えば、特許文献１）。

プリディストーション方式の歪み補償方式では、電力増幅器とは別の回路で歪みを推定しているので、推定の精度が補償の性能に大きく影響する。さらに、生成した逆歪み特性が正しいかどうか把握できず、電力増幅器の歪みが正しく推定できなければ、高精度の逆歪み特性が生成できず補償できないことになる。しかも、電力増幅器で生じる非線形特性には周波数依存性があるため、電力増幅器の歪みを正しく推定して補償しなければ、伝送帯域内における相互変調積（Inter Modulation：以下、ＩＭと記す）特性に大きく影響する。

一方、歪み補償方式においては、電力増幅器の入力信号と出力信号とを使用して、直接に電力増幅器の歪みを推定する補償器もあるが、ノイズ等の影響により推定の精度が悪くなるとＩＭ特性に大きく影響することになる。

特開２００４−１５３６４公報。

以上述べたように、送信装置の電力増幅器等にあっては、非線形特性を正確に推定し、また非線形特性の正確な補償が求められている。一方において、非線形特性の正確な補償を実現する際に、特性劣化を防ぐことが要望されている。

そこで、この発明の目的は、非線形補償対象の非線形歪みの推定精度を低下させることなく、非線形補償対象の劣化具合に応じて非線形補償対象の非線形歪みを適応補償することのできる非線形歪み補償装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明に係る非線形歪み補償装置は、伝送信号を扱う被補償機器の非線形特性を補償する非線形歪み補償装置において、被補償機器の入力信号と当該被補償機器の出力信号とから被補償機器における歪み成分を検出する歪み検出部と、この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて被補償機器の入力信号の歪み補償を行う歪み補償部と、被補償機器の出力信号からＩＭ（相互変調積）レベルを検出するＩＭ検出部と、このＩＭ検出部による検出結果に基づいて、歪み検出部及び歪み補償部の処理の実行・停止を制御する実行・停止制御部とを備えるようにしたものである。

この構成によれば、被補償機器の出力信号からＩＭレベルを検出し、この検出結果からＩＭ特性が劣化している場合に、被補償機器における歪み成分を検出し、この歪み成分から補償量を求め、この補償量で被補償機器の入力信号を補償するようにしている。また、上記検出結果からＩＭ特性が劣化していない場合に、常時被補償機器における歪み成分を検出して、この検出結果から求めた補償量で被補償機器の入力信号を補償すると、被補償機器の入力信号及び出力信号にノイズ等の影響がある場合に、逆に推定精度を低下してしまい、ＩＭレベルが変動してしまうことになる。そこで、上記検出結果からＩＭ特性が劣化していない場合には、歪み成分の検出及び歪み補償の制御を停止するようにしている。

従って、ＩＭ特性が劣化したときに適応補償を行うことでノイズの影響を小さくすることができ、さらに低消費電力を図ることができる。

歪み補償部は、被補償機器の入力信号に対応付けて歪み補償量を記憶する補償テーブルを備え、実行・停止制御部により実行制御を受けた場合に、歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて求められた歪み補償量を補償テーブルに登録し、実行・停止制御部により停止制御を受けた場合に、被補償機器の入力信号に対応する歪み補償量を補償テーブルから読み出して被補償機器の入力信号を補償するようにしている。

この構成によれば、歪み検出部及び歪み補償部が処理の停止制御を受けた場合に、補償テーブルから運用時に格納した歪み補償量を読み出して、この歪み補償量で被補償機器の入力信号を補償するようにしている。これにより、歪みの推定精度を維持することができ、ノイズの影響を小さくすることができる。また、ＩＭ特性が劣化する度に、補償テーブルに格納される歪み補償量が更新されるため、被補償機器の経年変化にも対応可能である。

また、この発明に係る非線形歪み補償装置は、伝送信号を扱う被補償機器の非線形特性を補償する非線形歪み補償装置において、被補償機器の入力信号と当該被補償機器の出力信号とから被補償機器における歪み成分を検出する歪み検出部と、この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて被補償機器の入力信号の歪み補償を行う歪み補償部と、被補償機器の出力信号からＩＭ（相互変調積）レベルを測定するＩＭ測定部と、このＩＭ測定部による測定結果を外部に報知する報知部と、この測定結果の報知に対し歪み検出部及び歪み補償部への制御指示情報が入力された場合に、この制御指示情報に基づいて、歪み検出部及び歪み補償部の処理の実行・停止を制御する実行・停止制御部とを備えるようにしたものである。

この構成によれば、ＩＭレベルが測定されるごとに管理者が容易に周波数特性を知ることができ、ここで得られる振幅特性を用いて信号帯域内、外の電力を計算でき、簡易的なＡＣＰＲを測定することができる。さらに、管理者は測定結果からＩＭ特性が劣化しているか否かを判断して歪み検出部及び歪み補償部の処理の実行・停止を指示することができ、これにより必要なときに歪み検出部及び歪み補償部の処理を実行することが可能となる。

以上のようにこの発明によれば、非線形補償対象の非線形歪みの推定精度を低下させることなく、非線形補償対象の劣化具合に応じて非線形補償対象の非線形歪みを適応補償することのできる非線形歪み補償装置を提供することができる。

この発明に係る非線形歪み補償装置が適用される送信装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 上記図１に示したルックアップテーブルの一例を示す図。 上記図１に示したＩＭ測定部の具体的構成を示すブロック図。 同実施形態における非線形特性の周波数依存性の概要を説明するための図。 同実施形態における制御部の制御処理手順を示すフローチャート。 この発明に係る非線形歪み補償装置が適用される送信装置の他の実施形態を示すブロック図。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係る非線形歪み補償装置が適用される送信装置の構成を示すもので、この送信装置に入力されるＲＦ(Radio Frequency)帯のデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBは、本発明に係る非線形補償器１を介してＲＦ増幅器２にて電力増幅され、送信信号としてアンテナ３から送出される。ＲＦ増幅器２の出力は、分配器４により一部分配され、非線形補償器１に供給される。非線形補償器１は、ＲＦ増幅器２の入力信号と出力信号とを比較して出力信号の非線形特性を求め、その特性が許容範囲となるように補償するものである。

分配器４の出力信号は、復調部（ＱＤＥＭ）１１にて直交復調され、複素形式でのフィードバック信号Ｉ，Ｑとなる。これらフィードバック信号Ｉ，Ｑは、それぞれアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２１，１２２によりデジタルフィードバック信号ＸＩ，ＸＱに変換された後、遅延補正部１３及び歪み検出部１４に供給される。

遅延補正部１３は、デジタルフィードバック信号ＸＩ，ＸＱと非線形補償器１に入力されるデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBとを複素演算することで、両者の複素相関をとり、この相関出力におけるピーク位置により遅延時間を求め、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBを遅延して歪み検出部１４に出力する。

上記歪み検出部１４では、遅延補正部１３からのデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBと、アナログ／デジタルコンバータ１２１，１２２からのデジタルフィードバック信号ＸＩ，ＸＱとを取り込み、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBとデジタルフィードバック信号ＸＩ，ＸＱとの振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθを求める。ここで得られた振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθは、歪み補償部１５に供給される。この歪み補償部１５では、歪み検出部１４からの振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθをそれぞれ区間積分し、積分結果を歪み保証量Ｒ４，θ４を入力デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅レベルに対応付けてルックアップテーブル１６に登録しておく。このルックアップテーブル１６の一例を図２に示す。図２は、ルックアップテーブル１６に格納される補償量Ｒ，θの特性図を示している。

一方、非線形補償器１に入力されるデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBは、デジタルプリディストータ１７に供給される。このデジタルプリディストータ１７では、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）Ｒ１に対応する歪み補償量Ｒ４，θ４をルックアップテーブル１６から読み出し、その歪み補償量Ｒ４，θ４をデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅Ｒ１，位相θ１に加算することで、非線形特性（ＡＭ−ＡＭ／ＰＭ）を補償するもので、その補償結果はデジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）１８１，１８２でアナログ信号に変換された後、変調部（ＱＭＯＤ）１９に供給される。

上記変調部１９では、デジタルプリディストータ１７の出力を直交変調して、歪み補償されたアナログＲＦ信号としてＲＦ増幅器２に出力する。なお、復調部１１及び変調部１９は、シンセサイザ２０により同期がとられる。

ここで、上記アナログ／デジタルコンバータ１２１，１２２から出力されるデジタルフィードバック信号ＸＩ，ＸＱは、ＩＭ測定部２１に供給される。このＩＭ測定部２１は、具体的には図３に示すように構成される。図３において、デジタルフィードバック信号ＸＩ，ＸＱは、第１及び第２のＩＭレベル検出回路３１、３２に供給される。第１のＩＭレベル検出回路３１において、入力ＩＱ信号は周波数シフト回路３１１によりベースバンド信号の中心周波数ｆ０から＋αＭＨｚ分周波数シフトされ、そのうち例えばＩ信号のみ（Ｑ信号のみ、またはＩＱ信号の両成分を用いても同様の効果が得られる）が第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１２によりｆ０＋αＭＨｚの周波数成分が抽出される。この抽出信号は検波回路３１３により全波整流されて直流信号となり、さらに第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３１４により振幅平均信号となる。この信号はｆ０＋αＭＨｚ（伝送帯域の上端）のＩＭレベル値Ｌ１として出力される。第２のＩＭレベル検出回路３２は、第１のＩＭレベル検出回路３１と同一回路構成であり、ｆ０−αＭＨｚ（伝送帯域の下端）のＩＭレベル値Ｌ２を検出出力する。このようにして得られたｆ０±αＭＨｚのＩＭレベル検出信号Ｌ１、Ｌ２は制御部２２に供給される。

制御部２２は、ＩＭ測定部２１で測定されたＩＭレベル値Ｌ１、Ｌ２を評価し、例えば閾値などと比較することにより、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

次に、上記構成における動作について説明する。
日本のデジタルテレビジョン方式であるＩＳＤＢ−Ｔでは、伝送帯域幅が約５．６ＭＨｚに定められている。デジタル放送用の電力増幅器は、広帯域であることが望ましいが、現実的には非線形特性が周波数依存性を持つ。この非線形特性の周波数依存性の概要について、図４を参照して説明する。

図４（ａ）は、伝送帯域における信号の周波数スペクトラム（実線）とＲＦ増幅器２が持つ非線形特性により発生するＩＭ成分（点線）との関係を示し、同図（ｂ）は周波数帯域の下端の振幅−位相特性（Δθ１）と上端の振幅−位相特性（Δθ２）を示している。この図から分かるように、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理を常時行い、ルックアップテーブル１６中の歪み補償量を更新していると、推定精度が低い場合に、歪み補償の性能が悪くなりＩＭ特性が変動してしまうことがある。例えば、周波数帯域の下端の振幅−位相特性（Δθ１）と上端の振幅−位相特性（Δθ２）で特性に差が出て、帯域全体で補償がアンバランスとなり、所望の特性が得られないことがある。

そこで、本実施形態では、ＩＭ測定部２１にて、例えば下端と上端の各ＩＭレベルＩＭ１（＝Ｌ１）、ＩＭ２（＝Ｌ２）を測定し、制御部２２にて、この測定結果に基づいてＩＭ特性を評価し、ＩＭ特性が劣化している場合にのみ、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理を実行させるようにしている。尚、ＩＳＤＢ−Ｔでは、ＩＭレベルを測定する場合、中心周波数ｆ０に対して±３ＭＨｚのポイントでレベル検出したとき、いずれも−５０ｄＢ以上得られるようにすることが規定されている。

図５は、上記制御部２２の制御処理手順を示すフローチャートである。

制御部２２は、上記ＩＭ測定部２１からの測定結果を受信すると（ステップＳＴ５ａ）、この測定結果を評価し（ステップＳＴ５ｂ）、例えばＩＭレベルＩＭ１とＩＭ２との差分が閾値以上であるか否か、またはＩＭレベルＩＭ１，ＩＭ２が閾値未満であるか否かの判定を行なう（ステップＳＴ５ｃ）。

ここで、例えばＩＭレベルＩＭ１とＩＭ２との差分が閾値以上、またはＩＭレベルＩＭ１，ＩＭ２が閾値未満と判定された場合（Ｎｏ）、制御部２２はＩＭ特性が劣化しているとして歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＮさせる（ステップＳＴ５ｄ）。

一方、例えばＩＭレベルＩＭ１とＩＭ２との差分が閾値未満、またはＩＭレベルＩＭ１，ＩＭ２が閾値以上と判定された場合（Ｎｏ）、制御部２２は歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＦＦさせる（ステップＳＴ５ｄ）。

なお、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５がＯＦＦしている間、上記デジタルプリディストータ１７は、ルックアップテーブル１６に既に登録済み（上記歪み補償部１５により更新されない）の歪み補償量Ｒ４，θ４を用いてデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅Ｒ１，位相θ１を補償する。

以上のように、上記実施形態では、ＩＭ測定部２１にてＲＦ増幅器２の出力信号からＩＭレベルを測定し、この測定結果を制御部２２に送出して、制御部２２にて測定結果からＩＭ特性が劣化しているか否かを判定し、劣化している場合に、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＮ制御し、ＩＭ特性が劣化していない場合に、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＦＦ制御するようにしている。

従って、ＩＭ特性が劣化したときに適応補償を行うことでノイズの影響を小さくすることができ、さらに低消費電力を図ることができる。

また、上記実施形態では、歪み検出部１４及び歪み補償部１５が信号処理のＯＦＦ制御を受けている間、デジタルプリディストータ１７ではルックアップテーブル１６から運用時に更新した歪み補償量を読み出して、この歪み補償量でＲＦ増幅器２の入力信号を補償するようにしているので、歪みの推定精度を維持することができ、ノイズの影響を小さくすることができる。また、ＩＭ特性が劣化するごとに、歪み補償部１５にてルックアップテーブル１６に格納される歪み補償量を更新するようにしているので、ＲＦ増幅器２の経年変化にも対応可能である。

図６は、この発明の非線形補償器の他の実施形態を示すブロック図である。図６において、上記図１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

上記ＩＭ測定部２１の出力側には、モニタ２３が接続される。上記ＩＭ測定部２１の測定結果は、モニタ２３に表示される。

また、上記制御部２２には、入力部２４が接続される。すなわち、上記制御部２２は、入力部２４からの制御指示に応じて上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理のＯＮ／ＯＦＦを制御する。

次に、この構成による動作について説明する。
上記ＩＭ測定部２１による測定結果は、モニタ２３に供給されて表示される。従って、この表示により管理者はＩＭ特性が劣化しているか否かを知ることができる。

この状態で管理者が、ＩＭ特性が劣化していると判断し上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＮさせるべく入力部２４において制御指示を入力したとする。そうすると制御部２２は、上記歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理をＯＮさせる。

以上のように他の実施形態であれば、ＩＭ測定部２１によりＩＭレベルが測定されるごとに管理者がモニタ２３を見て容易に周波数特性を知ることができ、ここで得られる振幅特性を用いて信号帯域内、外の電力を計算でき、簡易的なＡＣＰＲ(adjacent Cannel Leakage Power Ratio)を測定することができる。さらに、管理者は測定結果からＩＭ特性が劣化しているか否かを判断して歪み検出部１４及び歪み補償部１５の信号処理のＯＮ／ＯＦＦを指示することができ、これにより必要なときに歪み検出部１４及び歪み補償部１５の処理を実行することが可能となる。

さらに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…非線形補償器、２…ＲＦ増幅器、３…アンテナ、４…分配器、１１…復調部（ＱＤＥＭ）、１２１，１２２…アナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）、１３…遅延補正部、１４…歪み検出部、１５…歪み補償部、１６…ルックアップテーブル、１７…デジタルプリディストータ、１８１，１８２…デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）、１９…変調部（ＱＭＯＤ）、２０…シンセサイザ、２１…ＩＭ測定部、２２…制御部、２３…モニタ、２４…入力部、３１…第１のＩＭレベル検出回路、３２…第２のＩＭレベル検出回路、３１１…周波数シフト回路、３１２…第１ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、３１３…検波回路、３１４…第２ローパスフィルタ（ＬＰＦ）。

Claims (4)

1. 伝送信号を扱う被補償機器の非線形特性を補償する非線形歪み補償装置において、
   前記被補償機器の入力信号と当該被補償機器の出力信号とから被補償機器における歪み成分を検出する歪み検出部と、
   この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて前記被補償機器の入力信号の歪み補償を行う歪み補償部と、
   前記被補償機器の出力信号からＩＭ（相互変調積）レベルを測定するＩＭ測定部と、
   このＩＭ測定部による測定結果に基づいて、前記歪み検出部及び前記歪み補償部の処理の実行・停止を制御する実行・停止制御部とを具備したことを特徴とする非線形歪み補償装置。
2. 伝送信号を扱う被補償機器の非線形特性を補償する非線形歪み補償装置において、
   前記被補償機器の入力信号と当該被補償機器の出力信号とから被補償機器における歪み成分を検出する歪み検出部と、
   この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて前記被補償機器の入力信号の歪み補償を行う歪み補償部と、
   前記被補償機器の出力信号からＩＭ（相互変調積）レベルを測定するＩＭ測定部と、
   このＩＭ測定部による測定結果を外部に報知する報知部と、
   この測定結果の報知に対し前記歪み検出部及び前記歪み補償部への制御指示情報が入力された場合に、この制御指示情報に基づいて、前記歪み検出部及び前記歪み補償部の処理の実行・停止を制御する実行・停止制御部とを具備したことを特徴とする非線形歪み補償装置。
3. 前記ＩＭ検出部は、前記被補償機器の出力信号を直交復調したＩ信号及びＱ信号からＩＭレベルを検出することを特徴とする請求項１または２記載の非線形歪み補償装置。
4. 前記歪み補償部は、前記被補償機器の入力信号に対応付けて前記歪み補償量を記憶する補償テーブルを備え、前記実行・停止制御部により実行制御を受けた場合に、歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて求められた歪み補償量を前記補償テーブルに登録し、前記実行・停止制御部により停止制御を受けた場合に、前記被補償機器の入力信号に対応する歪み補償量を前記補償テーブルから読み出して前記被補償機器の入力信号を補償することを特徴とする請求項１または２記載の非線形歪み補償装置。

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