JP2011176519A - 通信装置、増幅器及び増幅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】増幅器の歪補償を増幅器の起動時から行う。
【解決手段】送信データに対応する通信信号Ｓ１１を増幅する増幅回路２０と、増幅回路２０の出力する送信信号Ｓ２０を外部に出力する終端部３０と、送信信号Ｓ２０の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を送信データに対応する通信信号Ｓ１１に付加する前置歪補償手段と、増幅回路２０の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を送信データに対応する通信信号Ｓ１１に付加する起動処理手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信装置、増幅器及び増幅方法に関する。

無線通信装置に搭載される増幅器は、通信品質を確保するために歪補償を行っている。歪補償を行う構成の前置歪補償型の増幅器が例えば下記特許文献１に記載されている。

図５は、従来の増幅器を示す構成図であり、特許文献１に記載された増幅器の概要を示している。
この増幅器は、波形処理部１と、増幅回路２と、復調部３と、メモリ４とを備えている。メモリ４には、歪成分を補償するためのデータテーブルとしてルックアップテーブルが記憶されている。

波形処理部１には、通信データを直交座標で示すＩ信号及びＱ信号が高速にサンプリングされてデジタル化されて入力信号Ｓｉとして入力される。波形処理部１は、入力信号から、Ｉ信号及びＱ信号を無線周波数帯域に周波数変換して合成した通信信号Ｓ１を生成し、増幅回路２に与える。ここで、波形処理部１は、通信信号Ｓ１の振幅レベルに対応する歪補償値をメモリ４から読出して通信信号Ｓ１に付加して、増幅回路２に与える。増幅回路２は、波形処理部１から与えられた通信信号Ｓ１の増幅を行い、送信信号Ｓ２として図示しないアンテナ等の終端機器に出力する。

しかしながら、このような歪補償を行う場合、あらかじめ設定された歪補償値は現実の増幅回路２の特性に最適化されているとは限らないため、最終的な歪補償の最適化は、増幅回路２の出力する送信信号Ｓ２を復調部３でデジタルデータ化し、波形処理部１にフィードバックし、歪成分を最小化する摂動動作を行う。このため最適化時間がフィードバックの時定数、及びフィードバック回数に依存することになるため、特に起動時等では歪成分の収束に時間がかかるという問題点がある。また特許文献１に記載のように、メモリ４のデータテーブルが膨大となり反応時間に遅れが発生する問題点がある。

一方、フィードフォワード歪補償型の増幅器については、例えば下記特許文献２〜４に記載されている。
フィードフォワード歪補償型の増幅器は、主増幅回路で発生する歪を歪検出ループで検出し、歪検出ループの後段の歪補償ループに備えた補助増幅回路で歪成分を除去する。

特許文献２，３では、入力レベルが変化したときに、主増幅回路に入力する入力信号と補助増幅回路に入力する信号の両方のレベルを調整し、起動時の不安定な期間に歪成分が出力されないようにしている。

特許文献４では、起動後の歪補償の制御が安定するまでの期間、主増幅回路に入力する入力信号をスプリアス放射が発生しないレベルに減衰させている。

特開２００７−２１４９４７号公報 特開平０９−２３８０３８号公報 特開平０８−３０７１６１号公報 特開２００１−０７７６３８号公報

前置歪補償型の増幅器は、起動時に適正な歪補償が行えないという問題があった。また、最適化時間がフィードバックの時定数、及びフィードバック回数に依存することになるため、起動時等では歪補償の収束に時間がかかるという問題点がある。

これに対し、特許文献２〜４のフィードフォワード歪補償型の増幅器では、歪検出ループと歪補償ループとを持つと共に、歪補償の最適化のためにフィードバック回路が必要となり、装置が複雑になるという問題がある。又、定常状態であっても主増幅回路及び補助増幅回路にそれぞれ入力される信号のレベルを調整する必要があるので、最適な制御が困難であった。

又、特許文献４のフィードフォワード歪補償型の増幅器では、制御が安定したときに、主増幅回路に入力する入力信号をスプリアス放射が発生しないレベルに減衰させる処理を停止するので、その直後には、スプリアス放射が発生する危険性があった。

本発明は、構成及び歪補償の制御が簡単であると共に、起動直後から最適化された歪補償が可能な通信装置、増幅器、及び増幅方法を実現することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る通信装置は、
送信データに対応する信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力する送信信号を外部に出力する出力部と、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償手段とを備える通信装置であって、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理手段を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に増幅器は、
送信データに対応する信号を増幅して送信信号を出力する増幅回路と、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償手段とを備える増幅器であって、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理手段を備えることを特徴とする。

上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る増幅方法は、
送信データに対応する信号を増幅して送信信号を出力する増幅回路を備える増幅器に対し、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償処理を行う増幅方法において、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理を行うことを特徴とする。

本発明によれば、構成及び歪補償の制御が簡単であると共に、起動直後から最適化された歪補償が可能となり、歪補償の収束も速くなる。

本発明の実施形態に係る通信装置の要部を示す構成図である。 図１の通信装置の増幅処理を示すフローチャートである。 起動時の歪補償を行わない場合の送信信号のベクトル概念図を示している。 歪補償時における送信信号のベクトル概念図を示している。 従来の増幅器を示す構成図である。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る通信装置の要部を示す構成図である。
この通信装置には、波形生成部１０及び波形生成部１０に接続された増幅回路２０からなる前置歪補償型増幅器と、増幅回路２０に接続された終端部３０とを備えている。

波形生成部１０は、波形処理部１１と、起動処理部１２と、波形処理部１１に接続されたメモリ１３と、起動処理部１２に接続されたメモリ１４と、復調部１５とを、備えている。

波形処理部１１及び起動処理部１２は、プログラム制御が可能なＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ（Digital Signal Processor）等で構成することが可能であるが、個別回路で構成してもよい。

メモリ１３には、増幅回路２０の歪補償に必要な歪補償値や増幅回路２０のバイアスの設定値等が記憶されている。
メモリ１４には、起動制御に必要な歪補償値の初期値の情報や増幅回路２０の起動時のバイアス設定値が記憶される。

波形処理部１１は、増幅回路２０に出力する歪補償した通信信号Ｓ１１を生成する。

起動処理部１２は、あらかじめ情報として入手されたキャリア設定信号の情報を元に、起動時に最適な歪補償値をメモリ１４から読出し、波形処理部１１に送出する。

波形処理部１１及び起動処理部１２は、メモリ１３，１４から読み出した増幅回路２０のバイアス設定値により、増幅回路２０のバイアスを設定する機能を有する。バイアスの設定により、増幅回路２０の飽和出力もしくはリニアリティを適正に変化させることができる。

前述のキャリア設定信号の情報には、試験的に発射されるテストモデル信号の情報、運用が想定されるキャリアの周波数情報、キャリア数情報、電力設定情報等が含まれ、起動処理部１２は、これらからの情報から、起動時に求められる最適値の歪補償値及びバイアス設定値をメモリ１４から読み出す。

復調部１５は、増幅回路２０の出力する歪成分を含んだ送信信号Ｓ２０を周波数変換すると共にデジタル化し、波形処理部１１にフィードバックする。

終端部３０は、アンテナ等で構成され、送信信号Ｓ２０を外部に放射する。

次に、図１の通信装置の動作を図２を参照しつつ説明する。
図２は、図１の通信装置の増幅処理の概要を示すフローチャートである。
電源がオンになると（ステップＳＴ１：ＹＥＳ）、起動処理部１２がメモリ１４に記憶されている歪補償値と、増幅回路２０のバイアス設定値（バイアス値）を読み出す（ステップＳＴ２）。起動処理部１２は、メモリ１４から取得した歪補償値を波形処理部１１に与えると共に、増幅回路２０のバイアスをメモリ１４から取得したバイアス設定値に基づいて設定する（ステップＳＴ３）。

波形処理部１１には、上位装置からデータを直交座標で示すＩ信号及びＱ信号が高速にサンプリングされてデジタル化されて入力される（Ｓｉ）。波形処理部１１は、入力信号Ｓｉから、Ｉ信号及びＱ信号を無線周波数帯域に周波数変換して合成した通信信号Ｓ１１を生成する。波形処理部１１は、起動処理部１２から与えられた歪補償値を通信信号Ｓ１１に付加して増幅回路２０に与える（ステップＳＴ４）。

増幅回路２０は、波形処理部１１から与えられる通信信号Ｓ１１を増幅し、増幅された送信信号Ｓ２０を終端部３０を介して外部に放射する。以上の動作により、増幅器の増幅処理が開始される。

増幅処理が開始された後、波形処理部１１は、継続してＩ信号及びＱ信号を無線周波数帯域に周波数変換して合成した通信信号Ｓ１１を生成する。

一方、復調部１５からは増幅回路２０が出力する送信信号Ｓ２０に対応したデジタル信号が波形処理部１１にフィードバックされる。
波形処理部１１は、メモリ１３から通信信号Ｓ１１の振幅レベルに対応する歪補償値と増幅回路２０のバイアス設定値を読み出す（ステップＳＴ５）とともに、復調部１５から与えられるデジタル信号に基づいて、送信信号Ｓ２０に含まれる歪成分を検出する（ステップＳＴ６）。波形処理部１１は、メモリ１３から読み出したバイアス設定値に対して、検出した歪成分が減少するように調整し、調整したバイアス設定値に基づいて、増幅回路２０のバイアス値を設定する（ステップＳＴ７）。

又、波形処理部１１は、メモリ１３から読み出した歪補償値に対して、ステップＳＴ６で検出した歪成分が減少するように調整し、調整した歪補償値を通信信号Ｓ１１に付加して増幅回路２０に与える（ステップＳＴ８）。

ステップＳＴ５〜ステップＳＴ８の処理が電源がオフされるまで（ステップＳＴ９：：ＹＥＳ）繰り返され、歪補償が最適化される。

以上のように、本実施形態では、起動時にメモリ１４から読み出された歪補償値が波形処理部１１の出力する通信信号Ｓ１１に付加される。これが増幅回路２０の出力する送信信号Ｓ２０の歪成分を低減する前置歪成分となる。

図３は、起動時の歪補償を行わない場合の送信信号Ｓ２０のベクトル概念図を示している。
この図３では、上位装置から波形処理部１１に与えられる入力信号Ｓｉの主ベクトル３１と、歪補償無しで主ベクトル３１を増幅器２０で増幅した際に生成される歪成分の歪信号ベクトル３２とが示されている。
起動時に歪補償をしない場合、或は、特許文献１のように図５のメモリ４から読み出した適切ではない歪補償値で補償を行った場合、歪信号ベクトル３２の成分がほぼそのまま、増幅回路２０から出力されることになる。

図４は、歪補償時における送信信号のベクトル概念図を示している。
この図４には、主ベクトル３１と、歪信号ベクトル３２と、歪補償信号ベクトル３３が示されている。
本実施形態のように適切な前置歪補償をすることにより、増幅回路２０の出力する送信信号Ｓ２０に、前置歪成分の歪補償信号ベクトル３３が加わる。歪補償信号ベクトル３３は歪信号ベクトル３２をキャンセルする方向に作用する。

歪信号ベクトル３２と歪補償信号ベクトル３３の合成ベクトルが歪補償後の歪信号ベクトル３４となる。理想的にはこの歪補償後の歪信号ベクトル３４は限りなく小さいほうが好ましい。一般的に歪補償後の歪信号ベクトル３４は、法規制的に考慮して、主信号ベクトル３１の電力換算値で５０ｄＢ以下に調整することが好ましい。

以上のように、本実施形態の通信装置は、前置歪補償型増幅器に起動処理部１２とメモリ１４を設け、起動時に想定される歪補償値をあらかじめメモリ１４に記憶させている。これにより、起動時に適正な歪補償が可能となり、増幅回路２０の出力する送信信号Ｓ２０における歪信号ベクトル３４を例えば主ベクトル３１の電力換算値で５０ｄＢ以下に調整することが可能となる。よって、通信装置から放射する信号の品質を高めることができる。

また、起動時に適正な歪補償ができるので、起動後の補償の歪信号ベクトル３４の最適化時間を短縮することができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、メモリ１３及びメモリ１４を１つのメモリで構成し、その１つのメモリの記憶領域を分けて使用してもよい。
また、メモリ１４に記憶するデータは、実際の運用に際して得られる最適化された設定値を波形処理部１１から起動処理部１２にフィードバックし、メモリ１４に記憶させ、次回の起動時にその設定値が用いられるようにしてもよい。この場合、実運用に適した設定値が蓄積されるため、より良い低歪の運用が可能になる。
本実施形態では、入力信号Ｓｉは、通信データを直交振幅変調した信号に想定しているが、他の変調方式で変調した信号を入力信号Ｓｉとしてもよい。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）送信データに対応する信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力する送信信号を外部に出力する出力部と、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償手段とを備える通信装置であって、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理手段を備えることを特徴とする通信装置。

（付記２）前記起動時に想定される歪補償値を記憶するメモリを備え、前記起動処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記メモリから前記歪補償値を読み出して前記送信データに対応する信号に付加することを特徴とする付記１に記載の通信装置。

（付記３）前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように前記増幅回路のバイアスを設定するバイアス設定手段と、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される増幅回路の初期バイアスを設定する起動バイアス処理手段を備えることを特徴とする付記１又は２に記載の通信装置。

（付記４）前記起動時に想定される前記増幅回路の初期バイアスを記憶するバイアスメモリを備え、前記起動バイアス処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記バイアスメモリから前記初期バイアスを読み出して前記増幅回路の初期バイアスを設定することを特徴とする付記３に記載の通信装置。

（付記５）送信データに対応する信号を増幅して送信信号を出力する増幅回路と、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償手段とを備える増幅器であって、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理手段を備えることを特徴とする増幅器。

（付記６）前記起動時に想定される歪補償値を記憶するメモリを備え、前記起動処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記メモリから前記歪補償値を読み出して前記送信データに対応する信号に付加することを特徴とする付記５に記載の増幅器。

（付記７）前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように前記増幅回路のバイアスを設定するバイアス設定手段と、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される増幅回路の初期バイアスを設定する起動バイアス処理手段を備えることを特徴とする付記５又は６に記載の増幅器。

（付記８）前記起動時に想定される前記増幅回路の初期バイアスを記憶するバイアスメモリを備え、前記起動バイアス処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記バイアスメモリから前記初期バイアスを読み出して前記増幅回路の初期バイアスを設定することを特徴とする付記７に記載の増幅器。

（付記９）送信データに対応する信号を増幅して送信信号を出力する増幅回路を備える増幅器に対し、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償処理を行う増幅方法において、
前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理を行うことを特徴とする増幅方法。

（付記１０）前記増幅器は、前記起動時に想定される歪補償値を記憶するメモリを備え、前記起動処理は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記メモリから前記歪補償値を読み出して前記送信データに対応する信号に付加することを特徴とする付記９に記載の増幅方法。

１０ 波形生成部
１１ 波形処理部
１２ 起動処理部
１３，１４ メモリ
１５ 復調部
２０ 増幅回路
３０ 終端部
３１ 主ベクトル
３２ 歪信号ベクトル
３３ 歪補償信号ベクトル
３４ 歪信号ベクトル

Claims (10)

1. 送信データに対応する信号を増幅する増幅回路と、増幅回路の出力する送信信号を外部に出力する出力部と、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償手段とを備える通信装置であって、
   前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理手段を備えることを特徴とする通信装置。
2. 前記起動時に想定される歪補償値を記憶するメモリを備え、前記起動処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記メモリから前記歪補償値を読み出して前記送信データに対応する信号に付加することを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように前記増幅回路のバイアスを設定するバイアス設定手段と、
   前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される増幅回路の初期バイアスを設定する起動バイアス処理手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
4. 前記起動時に想定される前記増幅回路の初期バイアスを記憶するバイアスメモリを備え、前記起動バイアス処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記バイアスメモリから前記初期バイアスを読み出して前記増幅回路の初期バイアスを設定することを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
5. 送信データに対応する信号を増幅して送信信号を出力する増幅回路と、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償手段とを備える増幅器であって、
   前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理手段を備えることを特徴とする増幅器。
6. 前記起動時に想定される歪補償値を記憶するメモリを備え、前記起動処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記メモリから前記歪補償値を読み出して前記送信データに対応する信号に付加することを特徴とする請求項５に記載の増幅器。
7. 前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように前記増幅回路のバイアスを設定するバイアス設定手段と、
   前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される増幅回路の初期バイアスを設定する起動バイアス処理手段を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の増幅器。
8. 前記起動時に想定される前記増幅回路の初期バイアスを記憶するバイアスメモリを備え、前記起動バイアス処理手段は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記バイアスメモリから前記初期バイアスを読み出して前記増幅回路の初期バイアスを設定することを特徴とする請求項７に記載の増幅器。
9. 送信データに対応する信号を増幅して送信信号を出力する増幅回路を備える増幅器に対し、前記送信信号の歪成分を検出して該歪成分が減少するように歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する前置歪補償処理を行う増幅方法において、
   前記増幅回路の起動時に、該起動時に想定される歪補償値を前記送信データに対応する信号に付加する起動処理を行うことを特徴とする増幅方法。
10. 前記増幅器は、前記起動時に想定される歪補償値を記憶するメモリを備え、前記起動処理は、前記起動時に予め想定される情報に基づいて前記メモリから前記歪補償値を読み出して前記送信データに対応する信号に付加することを特徴とする請求項９に記載の増幅方法。

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