JP2011199415A

JP2011199415A - 非線形歪み補償装置

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Publication number: JP2011199415A
Application number: JP2010061534A
Authority: JP
Inventors: Ippei Shimizu; 逸平清水
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2011-10-06
Also published as: CN102195910B; CN102195910A

Abstract

【課題】ループバック系の直流オフセットの影響をなくして、非線形補償対象の非線形歪みを適応補償する非線形歪み補償装置を提供する。
【解決手段】ＲＦ増幅器２のＲＦ出力のループバック信号を取り込むとともに、非線形補償器１に入力されるリファレンス信号を取り込み、両信号の時間差を遅延推定部１３で相関演算により検出して、遅延補正部１４によりリファレンス信号を遅延させてループバック信号と同期させる。ＦＦＴ部１５にてリファレンス信号及びループバック信号をフーリエ変換し、ＤＣカット部１６にてＤＣ成分を除去し、ＩＦＦＴ部１７にて時間軸信号となるリファレンス信号及びループバック信号に逆フーリエ変換し、歪み検出部１８にてＤＣ成分が除去されたリファレンス信号及びループバック信号からＲＦ増幅器２における歪み成分を検出し、歪み補償部１９にてこの歪み成分から補償量を求め、この補償量でＲＦ増幅器２の入力信号を補償する。
【選択図】図１

Description

本発明は、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。

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。

そこで、歪みの推定には、電力増幅器の入力信号となるリファレンス信号と、電力増幅器の出力をループバックした信号とを用いるようにしている。電力増幅器の非線形歪みを推定するためには、ループバック信号に電力増幅器の歪み成分のみを含んでいることが望ましいが、実際には経路中のアナログ回路の影響を受けており、推定精度を劣化させる要因となる。特に直交変調器、直交復調器、ＯＰアンプ、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）コンバータのＤＣ(直流)オフセットの影響が大きい。そこで、従来からループバック系のＤＣオフセットを推定し、補正する技術が考えられている（例えば、特許文献１）。

特開２００４−１１２４６４号公報

ところで、上記技術では、推定誤差を避けることはできない。

そこで、本発明の目的は、ループバック系の直流オフセットの影響をなくして、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、本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をリファレンス信号として取り込むとともに被補償機器の出力信号をループバック信号として取り込み、復調処理して同じ信号形式に合わせた後、両信号間の時間差及び位相差を検出し、検出した時間差及び位相差に基づいて両信号の同期及び位相合わせを行う信号処理部と、この信号処理部により同期及び位相が合わせられた被補償機器の入力信号を第１の周波数軸信号に変換し、被補償機器の出力信号を第２の周波数軸信号に変換するフーリエ変換部と、このフーリエ変換部で得られた第１及び第２の周波数軸信号に含まれる直流成分を除去する直流成分除去部と、この直流成分除去部により直流成分が除去された第１の周波数軸信号を第１の時間軸信号に変換し、直流成分が除去された第２の周波数軸信号を第２の時間軸信号に変換する逆フーリエ変換部と、この逆フーリエ変換部で得られた第１の時間軸信号と第２の時間軸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、被補償機器の入力信号をリファレンス信号として取り込むとともに被補償機器の出力信号をループバック信号として取り込み、両信号の同期及び位相合わせを行った後、これらリファレンス信号及びループバック信号をフーリエ変換し、周波数軸上の決められたポイントに存在する直流成分を除去して時間軸信号となるリファレンス信号及びループバック信号に逆フーリエ変換し、直流成分が除去されたリファレンス信号及びループバック信号から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。

従って、ループバック系の直流オフセットの影響をなくして、非線形補償対象の非線形歪みを適応補償することができる。

また、上記直流成分除去部は、直流成分がゼロとなるゼロデータを記憶する第１の記憶部と、第１及び第２の周波数軸信号を一時保持する第２の記憶部と、この第２の記憶部に記憶された前記第１及び第２の周波数軸信号を順次読み出し出力するとともに、第１及び第２の周波数軸信号から直流成分を検出した時点で、直流成分を第１の記憶部に記憶されたゼロデータに置き換える制御部とを備える。

この構成によれば、上記直流成分除去部を、直流成分がゼロとなるゼロデータを記憶するメモリを使用して構成することができるので、簡単な回路を提供できる。

本発明によれば、ループバック系の直流オフセットの影響をなくして、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。

本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ＤＣカット部の具体的構成を示すブロック図。同実施形態において、ＤＣ成分が存在する様子を説明するために示す周波数特性図。

以下、本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、本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を介して直交変調、周波数変換され、ＲＦ(Radio Frequency)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、複素形式でのループバック信号Ｉ，Ｑとなる。これらループバック信号Ｉ，Ｑは、それぞれアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２１，１２２によりデジタルループバック信号ｙＩ，ｙＱに変換された後、遅延推定部１３に供給される。

遅延推定部１３は、デジタルループバック信号ｙＩ，ｙＱ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となるリファレンス信号ｘＩ，ｘＱ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、この遅延時間を遅延補正部１４に出力する。遅延補正部１４は、遅延推定部１３により求められた遅延時間で、リファレンス信号ｘＩ，ｘＱを遅延しデジタルループバック信号ｙＩ，ｙＱに同期させてＦＦＴ(Fast Fourier Transform)部１５に出力する。

ＦＦＴ部１５には、デジタルループバック信号ｙＩ，ｙＱが入力される。そして、ＦＦＴ部１５は、リファレンス信号ｘＩ，ｘＱ及びデジタルループバック信号ｙＩ，ｙＱに対しＦＦＴ処理を施し、時間軸信号から周波数軸信号ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱに変換してＤＣカット部１６に出力する。

このＤＣカット部１６は、ＦＦＴ部１５から出力される周波数軸信号ＸＩ，ＸＱ，ＹＩ，ＹＱから、予め周波数軸上の決められたポイントに存在するＤＣ成分をカットするもので、ここでＤＣ成分がカットされた周波数軸信号ＸＩ’，ＸＱ’，ＹＩ’，ＹＱ’はＩＦＦＴ部１７に供給される。

ＩＦＦＴ部１７は、入力された周波数軸信号ＸＩ’，ＸＱ’，ＹＩ’，ＹＱ’を時間軸信号ｘＩ’，ｘＱ’，ｙＩ’，ｙＱ’に戻して歪み検出部１８に出力する。

上記歪み検出部１８では、デジタルループバック信号ｘＩ’，ｘＱ’とリファレンス信号ｙＩ’，ｙＱ’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１９に供給される。この歪み補償部１９では、歪み検出部１８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、積分結果を歪み補償量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２０に登録しておく。このルックアップテーブル２０の一例を図２に示す。図２は、ルックアップテーブル２０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２１に供給される。このデジタルプリディストータ２１では、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）に対応する歪み補償量Ｒ４，θ４をルックアップテーブル２０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）２２１，２２２でアナログ信号に変換された後、変調部（ＱＭＯＤ）２３に供給される。

上記変調部２３では、デジタルプリディストータ２１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２３は、シンセサイザ２４により同期がとられる。

図３は、上記ＤＣカット部１６の具体的構成を示すブロック図である。ここでは、周波数軸信号ＹＩを処理する例を代表して説明する。

ＤＣカット部１６は、メインメモリ１６１と、０データメモリ１６２と、スイッチ１６３と、制御部１６４と、出力バッファ１６５とを備えている。０データメモリ１６２には、予めＤＣ成分「０」を示すデータが記憶されている。

ＦＦＴ部１５から出力される周波数軸信号ＹＩは、メインメモリ１６１に８１９２ポイント分書き込まれる。制御部１６４は、メインメモリ１６１上の周波数軸信号ＹＩの解析処理を行って、ＤＣ成分が存在するか否かを判定する。ここで、メインメモリ１６１のアドレス１にＤＣ成分が存在する場合に、０データメモリ１６２から０データを読み出し、スイッチ１６３を０データメモリ１６２側に切り替えて、０データを出力バッファ１６５に転送する。

続いて、制御部１６４は、メインメモリ１６１のアドレス２から８１９１（ＤＣ成分が存在するデータを除く）個のデータを読み出し、スイッチ１６３をメインメモリ１６１側に切り替えて、出力バッファ１６５に転送する。

出力バッファ１６５は、０データメモリ１６２からの０データとメインメモリ１６１から読み出された８１９１個のデータを格納することでＤＣ成分がカットされた周波数軸信号ＹＩ’を生成し、適宜出力する。

次に上記構成における動作について説明する。
例えばある会社の送信装置では、図４に示すように、ＦＦＴ出力の１番目にＤＣ成分が存在することが予め決められている。なお、図４において、縦軸はＤＣレベルを示す、横軸は周波数を示す。

そこで、本実施形態では、非線形補償器１において、ＲＦ増幅器２の出力ＲＦ信号をベースバンド信号、周波数軸信号に順次変換して、周波数軸上に存在するＤＣ成分をカットし、ＤＣ成分をカットした周波数軸信号をＩＦＦＴ部１７で時間軸信号に戻して、この信号を歪み補償に用いる。

すなわち、デジタルループバック信号ｙＩをＦＦＴ部１５でＦＦＴ処理して、８１９２個のデータ列を得る。これら８１９２個のデータ列は、ＤＣカット部１６のメインメモリ１６１に転送され、記憶される。制御部１６４は、メインメモリ１６１に保存される８１９２個のデータの中で１番目のデータにＤＣ成分が存在する場合に、０データメモリ１６２から０データを読み出して、出力バッファ１６５に０データを書き込む。

その後に続くデータは、メインメモリ１６１内のＤＣ成分が存在しないデータを出力バッファ１６５に転送すればよい。このため、制御部１６４は、ＤＣ成分を除いたアドレスから、メインメモリ１６１のデータを出力バッファ１６５に転送する。これで、ＤＣ成分がカットされた周波数軸信号ＹＩ’、つまり８１９２個のデータ列が生成される。

これら８１９２個のデータ列は、ＩＦＦＴ部１７で逆フーリエ変換が行われて、８１９２個のデータ列からなる時間系列のデータに変換される。そして、歪み補償部１９は、８１９２個の時間系列のデータを用いて、補償を行う。

以上のように上記実施形態の非線形補償器１では、復調部１１によりＲＦ増幅器２のＲＦ出力のループバック信号を取り込むとともに、非線形補償器１に入力されるリファレンス信号を取り込み、両信号の時間差及び位相差を遅延推定部１３で相関演算により検出して、遅延補正部１４によりリファレンス信号を遅延させてループバック信号との同期合わせを行う。この状態で、ＦＦＴ部１５にてリファレンス信号及びループバック信号をフーリエ変換し、ＤＣカット部１６にて周波数軸上の決められたポイントに存在するＤＣ成分を除去し、ＩＦＦＴ部１７にて時間軸信号となるリファレンス信号及びループバック信号に逆フーリエ変換し、歪み検出部１８にてＤＣ成分が除去されたリファレンス信号及びループバック信号からＲＦ増幅器２における歪み成分を検出し、歪み補償部１９にてこの歪み成分から補償量を求め、この補償量でＲＦ増幅器２の入力信号を補償するようにしている。

従って、ループバック系のＤＣオフセットの影響をなくして、ＲＦ増幅器２の非線形歪みを適応補償することができる。

また、上記実施形態のＤＣカット部１６では、ＤＣ成分がゼロとなるゼロデータを記憶する０データメモリ１６２を使用して構成することができるので、簡単な回路を提供できる。

なお、上記実施形態では、ＤＣカット部１６を、メインメモリ１６１、０データメモリ１６２、スイッチ１６３、制御部１６４及び出力バッファ１６５で構成する例について説明したが、それ以外の構成であってもよい。

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…遅延推定部、１４…遅延補正部、１５…ＦＦＴ部、１６…ＤＣカット部、１７…ＩＦＦＴ部、１８…歪み検出部、１９…歪み補償部、２０…ルックアップテーブル、２１…デジタルプリディストータ、２２１，２２２…デジタル／アナログコンバータ（ＤＡＣ）、２３…変調部（ＱＭＯＤ）、２４…シンセサイザ、１６１…メインメモリ、１６２…０データメモリ、１６３…スイッチ、１６４…制御部、１６５…出力バッファ。

Claims

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をリファレンス信号として取り込むとともに前記被補償機器の出力信号をループバック信号として取り込み、復調処理して同じ信号形式に合わせた後、両信号間の時間差及び位相差を検出し、検出した時間差及び位相差に基づいて両信号の同期及び位相合わせを行う信号処理部と、
この信号処理部により同期及び位相が合わせられた被補償機器の入力信号を第１の周波数軸信号に変換し、前記被補償機器の出力信号を第２の周波数軸信号に変換するフーリエ変換部と、
このフーリエ変換部で得られた第１及び第２の周波数軸信号に含まれる直流成分を除去する直流成分除去部と、
この直流成分除去部により直流成分が除去された第１の周波数軸信号を第１の時間軸信号に変換し、直流成分が除去された第２の周波数軸信号を第２の時間軸信号に変換する逆フーリエ変換部と、
この逆フーリエ変換部で得られた第１の時間軸信号と第２の時間軸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を具備したことを特徴とする非線形歪み補償装置。
前記直流成分除去部は、前記直流成分がゼロとなるゼロデータを記憶する第１の記憶部と、前記第１及び第２の周波数軸信号を一時保持する第２の記憶部と、この第２の記憶部に記憶された前記第１及び第２の周波数軸信号を順次読み出し出力するとともに、前記第１及び第２の周波数軸信号から直流成分を検出した時点で、前記直流成分を前記第１の記憶部に記憶されたゼロデータに置き換える制御部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の非線形歪み補償装置。
前記信号処理部、前記フーリエ変換部、前記直流成分除去部、前記逆フーリエ変換部及び歪み検出部は、直交形式のＩ信号及びＱ信号により処理することを特徴とする請求項１記載の非線形歪み補償装置。