JP2023071349A - 無線通信装置及び歪み補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止すること。
【解決手段】無線通信装置は、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子に設けられる複数の電力増幅器と、前記複数の電力増幅器へ送信信号を出力するプロセッサと、前記複数の電力増幅器から前記プロセッサへフィードバック信号をフィードバックさせる複数のフィードバック経路とを有し、前記プロセッサは、前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを一括して補正し、補正されて得られる送信信号及びフィードバック信号を用いて、前記複数の電力増幅器において発生する非線形歪みを補償するための歪み補償係数を更新する処理を実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線通信装置及び歪み補償方法に関する。

近年、送信装置の小型化、運用コストの削減及び環境問題などの観点から、高効率で動作する電力増幅器のニーズが高くなっている。電力増幅器を高効率で動作させる場合、入力電力が比較的大きい領域では、入力電力が線形増幅されずに非線形歪みが発生する。そこで、電力増幅器で発生する非線形歪みの逆特性の歪みをあらかじめ送信信号に付与するデジタルプリディストーションを併用した増幅方法が用いられることがある。デジタルプリディストーションにおいてあらかじめ送信信号に付与される歪みは、歪み補償係数とも呼ばれ、ルックアップテーブルから読み出されたり、多項式を用いて算出されたりする。そして、歪み補償係数は、例えば温度などの環境に応じて変動する非線形歪みを十分に補償するように、適切に更新される。

一方、送信信号の宛先以外への干渉を低減して通信システム容量を向上するために、指向性ビームを形成するビームフォーミングが行われることがある。ビームフォーミングが行われる場合には、アレーアンテナを構成する複数のアンテナ素子から送信される信号に位相差が設定される。複数のアンテナ素子には、それぞれ例えばフェーズシフタが設けられて信号の位相が制御され、位相が制御された信号は、それぞれのアンテナ素子に対応する電力増幅器によって増幅される。

このように、複数のアンテナ素子それぞれに電力増幅器が設けられる場合でも、送信信号に対して一括してデジタルプリディストーションを施すことが提案されている。すなわち、歪み補償係数によって送信信号を歪み補償した後、この送信信号を分波してアンテナ素子ごとの電力増幅器によって増幅し、各アンテナ素子から送信することが検討されている。

特開２０１９－１５４０２４号公報 特開２０１９－２２０８１６号公報 特開２０１８－１９５９５５号公報

ところで、複数の電力増幅器に関して一括してデジタルプリディストーションを施す場合、それぞれの電力増幅器からフィードバックされるフィードバック信号を用いて歪み補償係数が更新される。このとき、各電力増幅器からのフィードバック信号は、複数のアンテナ素子に対応したそれぞれ異なるフィードバック経路を経由してフィードバックされる。

しかしながら、複数のアンテナ素子に対応する各フィードバック経路は、互いに異なるアナログ特性を有するため、アナログ特性のばらつきによって各フィードバック経路のフィードバック信号に誤差が生じ、歪み補償性能が低下するという問題がある。

具体的には、各電力増幅器からのフィードバック経路には、例えばゲイン、位相、遅延及び周波数特性などのアナログ特性のばらつきがあり、これらのアナログ特性によってフィードバック信号に誤差が発生する。そして、このフィードバック信号と送信信号から歪み補償係数が更新されるため、歪み補償係数の精度が低下し、歪み補償性能が低下してしまう。

このようなフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正するためには、例えばそれぞれのフィードバック経路におけるゲイン、位相、遅延及び周波数特性を個別に推定し、フィードバック経路ごとのアナログ特性を補正することが考えられる。しかし、それぞれのフィードバック経路に関して、ゲイン、位相、遅延及び周波数特性を補正すると、補正のための乗算器が多くなり、消費電力が増大してしまう。特に、最近のアレーアンテナは多数のアンテナ素子を備えるため、フィードバック経路の数も多くなり、それぞれのフィードバック経路に対応する乗算器を稼働させるのは、現実的ではない。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止することができる無線通信装置及び歪み補償方法を提供することを目的とする。

本願が開示する無線通信装置は、１つの態様において、複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子に設けられる複数の電力増幅器と、前記複数の電力増幅器へ送信信号を出力するプロセッサと、前記複数の電力増幅器から前記プロセッサへフィードバック信号をフィードバックさせる複数のフィードバック経路とを有し、前記プロセッサは、前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを一括して補正し、補正されて得られる送信信号及びフィードバック信号を用いて、前記複数の電力増幅器において発生する非線形歪みを補償するための歪み補償係数を更新する処理を実行する。

本願が開示する無線通信装置及び歪み補償方法の１つの態様によれば、消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止することができるという効果を奏する。

図１は、実施の形態１に係る通信システムの一例を示す図である。 図２は、実施の形態１に係るＲＵの構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係る歪み補償方法を示すフロー図である。 図４は、アナログ特性推定処理を示すフロー図である。 図５は、経路別フィルタ係数の算出を説明する図である。 図６は、一括フィルタ係数の算出を説明する図である。 図７は、実施の形態２に係るプロセッサの構成を示すブロック図である。 図８は、実施の形態２に係る歪み補償方法を示すフロー図である。 図９は、実施の形態３に係るＲＵの構成を示すブロック図である。 図１０は、実施の形態４に係るＲＵの構成を示すブロック図である。 図１１は、経路別係数算出部の構成例を示す図である。 図１２は、実施の形態４に係る歪み補償方法を示すフロー図である。 図１３は、実施の形態５に係るプロセッサの構成を示すブロック図である。 図１４は、実施の形態５に係る歪み補償方法を示すフロー図である。 図１５は、実施の形態６に係るプロセッサの構成を示すブロック図である。 図１６は、実施の形態６に係る歪み補償方法を示すフロー図である。

以下、本願が開示する無線通信装置及び歪み補償方法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る通信システムの一例を示す図である。図１に示す通信システムにおいては、ＣＵ／ＤＵ（Central Unit/Distributed Unit）１０に複数のＲＵ（Radio Unit）１００が接続されており、ＲＵ１００とＵＥ（User Equipment）２０とが無線通信する。なお、ＣＵ／ＤＵ１０は、必ずしも一体的な装置として構成されなくても良く、ＣＵ及びＤＵが分離した装置として構成されても良い。

ＣＵ／ＤＵ１０は、信号に対するベースバンド処理を実行する装置であり、例えば情報を符号化して送信ベースバンド信号を生成しＲＵ１００へ送信したり、ＲＵ１００から受信した受信ベースバンド信号を復号したりする。

ＲＵ１００は、ＣＵ／ＤＵ１０と有線接続され、ＣＵ／ＤＵ１０が生成した送信ベースバンド信号に無線送信処理を施したり、ＵＥ２０からの受信信号に無線受信処理を施して受信ベースバンド信号を生成しＣＵ／ＤＵ１０へ送信したりする。また、ＲＵ１００は、複数のアンテナ素子を有する無線通信装置であり、ＵＥ２０との無線通信に際しては、複数のアンテナ素子それぞれにアンテナウェイトを付与し、ビームフォーミングを行う。さらに、ＲＵ１００は、アンテナ素子ごとに設けられた電力増幅器において発生する非線形歪みを補償するデジタルプリディストーションを実行する。デジタルプリディストーションにおいては、送信信号に歪み補償係数が乗算されるが、歪み補償係数の更新は、各アンテナ素子からのフィードバック信号が通過するフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正した上で実行される。ＲＵ１００の構成及び動作については、後に詳述する。

ＵＥ２０は、例えば携帯電話機やスマートフォンなどのユーザ端末装置であり、ＲＵ１００との間で無線通信する。

図２は、実施の形態１に係るＲＵ１００の構成を示すブロック図である。図２に示すＲＵ１００は、通信インタフェース部（以下「通信Ｉ／Ｆ部」と略記する）１１０、プロセッサ１２０、メモリ１３０、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換部１４０、フェーズシフタ１５０、電力増幅器１６０、フェーズシフタ１７０、合成部１８０及びＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部１９０を有する。なお、図２においては、ＵＥ２０へ信号を送信する処理に関連する処理部を図示しており、ＵＥ２０から信号を受信する処理に関連する処理部の図示を省略している。

通信Ｉ／Ｆ部１１０は、ＣＵ／ＤＵ１０と有線接続されるインタフェースであり、ＣＵ／ＤＵ１０との間でベースバンド信号を送受信する。具体的には、通信Ｉ／Ｆ部１１０は、ＣＵ／ＤＵ１０から送信された送信ベースバンド信号を受信し、受信ベースバンド信号をＣＵ／ＤＵ１０へ送信する。

プロセッサ１２０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）などを備え、ＲＵ１００の全体を統括制御する。具体的には、プロセッサ１２０は、通信Ｉ／Ｆ部１１０によって受信された送信ベースバンド信号に歪み補償係数を乗算する歪み補償を実行し、歪み補償係数の更新を実行する。このとき、プロセッサ１２０は、複数のアンテナ素子からのフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを一括して補正した上で、送信信号及びフィードバック信号から歪み補償係数を更新する。プロセッサ１２０の内部構成については、後述する。

メモリ１３０は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）又はＲＯＭ（Read Only Memory）などを備え、プロセッサ１２０によって処理が実行される際に、種々の情報を記憶する。

Ｄ／Ａ変換部１４０は、プロセッサ１２０によって歪み補償された送信信号をＤ／Ａ変換する。Ｄ／Ａ変換により得られたアナログの送信信号は、アップコンバータによってアップコンバートされ、無線周波数の送信信号となる。

フェーズシフタ１５０は、複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の信号にアンテナウェイトを付与する。すなわち、フェーズシフタ１５０は、アンテナ素子ごとの信号に位相差を設定し、指向性ビームの方向を制御するビームフォーミングを実行する。

電力増幅器１６０は、複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の信号を増幅する。すなわち、電力増幅器１６０は、それぞれアンテナウェイトが付与された信号を増幅し、アンテナ素子から送信する。電力増幅器１６０による増幅の際には信号に非線形歪みが発生するが、本実施の形態においては、プロセッサ１２０によって歪み補償が実行されているため、各アンテナ素子から送信された信号が無線空間で合成されると、この合成された信号に含まれる非線形歪み成分は低減される。

フェーズシフタ１７０は、複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、各アンテナ素子の電力増幅器１６０から出力される信号をフィードバックさせ、フィードバック信号（以下「ＦＢ信号」と略記する）に逆ウェイトを付与する。すなわち、フェーズシフタ１７０は、フェーズシフタ１５０によって各アンテナ素子に付与されたアンテナウェイトを打ち消す逆ウェイトをＦＢ信号に付与する。

合成部１８０は、複数のアンテナ素子それぞれからのＦＢ信号を合成する。すなわち、合成部１８０は、各アンテナ素子の電力増幅器１６０から出力され逆ウェイトが付与されたＦＢ信号を合成する。合成部１８０が合成するＦＢ信号は、それぞれ異なるフィードバック経路を経由するため、フィードバック経路のアナログ特性のばらつきの影響を受ける。

Ａ／Ｄ変換部１９０は、合成部１８０によって合成されたＦＢ信号をＡ／Ｄ変換する。そして、Ａ／Ｄ変換部１９０は、Ａ／Ｄ変換されたＦＢ信号をプロセッサ１２０へ出力する。

次に、プロセッサ１２０の内部構成について説明する。図２に示すように、プロセッサ１２０は、歪み補償部１２１、係数更新部１２２、ばらつき補正部１２３、アナログ特性推定部１２４及びフィルタ係数算出部１２５を有する。

歪み補償部１２１は、送信ベースバンド信号に歪み補償係数を適用し、歪み補償を実行する。すなわち、歪み補償部１２１は、例えばルックアップテーブル又は多項式を用いて、電力増幅器１６０において発生する非線形歪みを補償する歪み補償を実行する。歪み補償部１２１は、歪み補償された送信信号をＤ／Ａ変換部１４０へ出力する。

係数更新部１２２は、歪み補償前の送信信号とＦＢ信号とを比較することにより、歪み補償係数の更新処理を実行する。具体的には、係数更新部１２２は、例えば最小平均二乗（ＬＭＳ：Least Mean Square）アルゴリズムを用いて、送信信号とＦＢ信号の誤差を最小にする歪み補償係数を算出する。そして、係数更新部１２２は、算出した歪み補償係数を歪み補償部１２１へ通知する。係数更新部１２２へ入力される送信信号には電力増幅器１６０において発生する非線形歪み成分が含まれないため、送信信号とＦＢ信号の誤差を最小にするように更新処理を実行することにより、非線形歪み成分を補償する歪み補償係数を算出することができる。

ばらつき補正部１２３は、複数のアンテナ素子からのフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを補正する。具体的には、ばらつき補正部１２３は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）フィルタを有し、複数のフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを一括して補正するフィルタ係数（以下「一括フィルタ係数」という）をＦＩＲフィルタに設定し、送信信号にこのＦＩＲフィルタを通過させる。ばらつき補正部１２３が有するＦＩＲフィルタは、複数のフィードバック経路のアナログ特性に相当する特性を送信信号に付与する。このため、係数更新部１２２へ入力される送信信号には、フィードバック経路を経由するＦＢ信号と同様に、複数のフィードバック経路のアナログ特性相当の特性が付与され、アナログ特性のばらつきを補正することができる。また、ばらつき補正部１２３は、１つのＦＩＲフィルタを用いて一括してアナログ特性のばらつきを補正するため、補正に用いられる乗算器の数を最小にすることができ、消費電力の増大を抑制することができる。

アナログ特性推定部１２４は、歪み補償前の送信信号とＦＢ信号とから、フィードバック経路ごとのアナログ特性を推定する。具体的には、アナログ特性推定部１２４は、複数のアンテナ素子それぞれに関するフィードバック経路について、ゲイン、位相、遅延及び周波数特性を推定する。このとき、アナログ特性推定部１２４は、フィードバック経路ごとのＦＢ信号を取得し、歪み補償前の送信信号とフィードバック経路ごとのＦＢ信号とを用いて、それぞれのフィードバック経路のゲイン、位相、遅延及び周波数特性を推定する。フィードバック経路ごとのＦＢ信号を取得する場合には、１つのフィードバック経路のフェーズシフタ１７０のゲインを０ｄＢに設定し、他のフィードバック経路のフェーズシフタ１７０のゲインを－∞ｄＢに設定することにより、ゲインが０ｄＢに設定されたフィードバック経路のＦＢ信号のみがアナログ特性推定部１２４へ入力されるようにすれば良い。

フィルタ係数算出部１２５は、フィードバック経路ごとのアナログ特性に基づいて、ばらつき補正部１２３に設定する一括フィルタ係数を算出する。具体的には、フィルタ係数算出部１２５は、フィードバック経路ごとのゲイン、位相、遅延及び周波数特性から、フィードバック経路ごとのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数を算出する。すなわち、フィルタ係数算出部１２５は、フィードバック経路ごとに１つの経路別フィルタ係数を算出する。そして、フィルタ係数算出部１２５は、フィードバック経路ごとの経路別フィルタ係数の和を求めることで、一括フィルタ係数を算出する。フィルタ係数算出部１２５は、算出した一括フィルタ係数をばらつき補正部１２３へ通知する。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００による歪み補償方法について、図３に示すフロー図を参照しながら説明する。

ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間には、ばらつき補正部１２３に一括フィルタ係数を設定する処理が実行される。この期間にＣＵ／ＤＵ１０から送信された送信ベースバンド信号は、通信Ｉ／Ｆ部１１０によって受信され、プロセッサ１２０へ入力される。そして、送信信号は、ばらつき補正部１２３を通過してアナログ特性推定部１２４へ入力される。

また、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。このとき、電力増幅器１６０によって増幅された後の信号は、フェーズシフタ１７０へフィードバックされ、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換された後、ＦＢ信号としてアナログ特性推定部１２４へ入力される。

送信信号及びＦＢ信号が入力されたアナログ特性推定部１２４においては、送信信号とＦＢ信号が用いられてフィードバック経路のアナログ特性を推定する処理が実行される（ステップＳ１０１）。具体的には、複数のアンテナ素子に対応するフィードバック経路それぞれのゲイン、位相、遅延及び周波数特性が推定される。すなわち、フェーズシフタ１７０のゲインが調整されることにより、１つのフィードバック経路のＦＢ信号がアナログ特性推定部１２４へ入力され、このフィードバック経路に関して、ゲイン、位相、遅延及び周波数特性が推定される。このようなフィードバック経路ごとのアナログ特性の推定が繰り返されることにより、すべてのフィードバック経路のアナログ特性がそれぞれ推定される。アナログ特性推定部１２４によるアナログ特性推定処理については、後に詳述する。

フィードバック経路ごとのアナログ特性が推定されると、フィルタ係数算出部１２５によって、フィードバック経路ごとのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０２）。すなわち、フィードバック経路ごとのゲイン、位相、遅延及び周波数特性を１つのＦＩＲフィルタによって表現する経路別フィルタ係数が算出される。したがって、フィードバック経路と同数の経路別フィルタ係数がフィルタ係数算出部１２５によって算出される。

そして、フィルタ係数算出部１２５によって、経路別フィルタ係数の和が求められることにより、一括フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０３）。一括フィルタ係数は、複数のフィードバック経路のアナログ特性を１つのＦＩＲフィルタによって表現するフィルタ係数である。

一括フィルタ係数は、ばらつき補正部１２３へ通知され、ばらつき補正部１２３が有するＦＩＲフィルタに設定される（ステップＳ１０４）。これにより、ＲＵ１００の起動時やフィルタ係数更新時などの所定期間における設定処理が完了する。ばらつき補正部１２３に一括フィルタ係数が設定されると、以降は通常の信号送信処理が実行される。すなわち、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され（ステップＳ１０５）、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。

また、各アンテナ素子の電力増幅器１６０によって増幅された信号は、それぞれフィードバック経路を経由してフィードバックされ、フェーズシフタ１７０によって逆ウェイトが付与された後に合成される。合成されたＦＢ信号は、係数更新部１２２へ入力される。一方、歪み補償前の送信信号には、ばらつき補正部１２３によって一括してフィードバック経路のアナログ特性と同様の特性が付与され、補正された送信信号が係数更新部１２２へ入力される。そして、係数更新部１２２によって、送信信号とＦＢ信号が用いられることにより、歪み補償部１２１によって用いられる歪み補償係数が更新される。

歪み補償係数の更新においては、それぞれ異なるフィードバック経路を通過する信号を合成したＦＢ信号と送信信号が用いられるが、送信信号にはフィードバック経路のアナログ特性と同様の特性が付与されているため、アナログ特性のばらつきの影響を低減することができる。結果として、歪み補償係数の精度を向上することができ、歪み補償性能の低下を防止することができる。さらに、フィードバック経路のアナログ特性と同様の特性を送信信号に付与する際には、ばらつき補正部１２３が有する１つのＦＩＲフィルタを稼働させれば良いため、消費電力の増大を抑制することができる。

次に、フィードバック経路のアナログ特性を推定するアナログ特性推定処理について、図４に示すフロー図を参照しながら具体的に説明する。以下に説明するアナログ特性推定処理は、主にアナログ特性推定部１２４によって実行される。ここでは、ＲＵ１００がＬ本（Ｌは２以上の整数）のアンテナ素子を有しており、フィードバック経路もＬ個あるものとする。

まず、処理済みのフィードバック経路をカウントするための変数ｉが１に初期設定され（ステップＳ２０１）、ｉ番目のフィードバック経路の信号のみがフィードバックされるようにフェーズシフタ１７０のゲインが設定される（ステップＳ２０２）。すなわち、ｉ番目のフィードバック経路のフェーズシフタ１７０のゲインが０ｄＢに設定され、他のフィードバック経路のフェーズシフタ１７０のゲインが－∞ｄＢに設定される。これにより、アナログ特性推定部１２４には、ｉ番目のフィードバック経路のＦＢ信号のみが入力される。

そして、ｉ番目のフィードバック経路のゲインが推定される（ステップＳ２０３）。具体的には、送信信号の時間積分電力Ｐ_T及びＦＢ信号の時間積分電力Ｐ_FBがそれぞれ下記の式（１）、（２）によって算出される。

そして、下記の式（３）によって、フィードバック経路のゲインｇが算出される。

次に、ｉ番目のフィードバック経路の遅延が推定される（ステップＳ２０４）。具体的には、遅延ＦＩＲフィルタに所定の係数セットを設定して送信信号に係数セットに応じた遅延が付与される。ここでは、例えば係数セット番号１の係数セットが遅延ＦＩＲフィルタに設定され、この係数セットに応じた遅延が送信信号ｘ（ｎ）に付与されることにより、下記の式（４）で示す信号ｕ（ｎ）が得られる。

式（４）において、Ｋは遅延ＦＩＲフィルタのタップ数であり、ｗ（ｋ）は設定中の係数セットの係数である。そして、信号ｕ（ｎ）とＦＢ信号ｙ（ｎ）との相関値の実部Re[Corr]及び虚部Im[Corr]がそれぞれ下記の式（５）、（６）によって算出される。ただし、式（５）、（６）において、Re[x]はｘの実部を示し、Im[x]はｘの虚部を示す。

これらの相関値の実部及び虚部から相関値の電力が計算され、上述した遅延ＦＩＲフィルタの係数セット番号１に対応する相関値電力が算出される。以後、遅延ＦＩＲフィルタの係数セットごとに相関値電力の算出が繰り返され、相関値電力が最大になる遅延ＦＩＲフィルタの係数セットが特定される。特定された遅延ＦＩＲフィルタの係数セットが、ｉ番目のフィードバック経路の遅延に対応する。なお、ここでは、クロック未満の遅延が推定されるものとしたが、クロック単位の遅延が別途推定されるようにしても良い。

次に、ｉ番目のフィードバック経路の位相が推定される（ステップＳ２０５）。具体的には、送信信号とＦＢ信号との相関値の実部及び虚部が上式（５）、（６）と同様にしてそれぞれ算出される。すなわち、上式（５）、（６）において、信号ｕ（ｎ）の代わりに送信信号ｘ（ｎ）が用いられて、送信信号ｘ（ｎ）とＦＢ信号ｙ（ｎ）との相関値の実部Re[Corr]及び虚部Im[Corr]が算出される。

そして、下記の式（７）によって、フィードバック経路の位相θが算出される。

次に、ｉ番目のフィードバック経路の周波数特性が推定される（ステップＳ２０６）。具体的には、周波数特性ＦＩＲフィルタに所定の係数セットを設定して送信信号に係数セットに応じた周波数特性が付与される。ここでは、例えば係数セット番号１の係数セットが周波数特性ＦＩＲフィルタに設定され、この係数セットに応じた周波数特性が送信信号ｘ（ｎ）に付与されることにより、上式（４）と同様の信号ｕ（ｎ）が得られる。ただし、周波数特性の推定においては、上式（４）のＫは周波数特性ＦＩＲフィルタのタップ数である。

そして、信号ｕ（ｎ）とＦＢ信号ｙ（ｎ）との相関値の実部Re[Corr]及び虚部Im[Corr]がそれぞれ上式（５）、（６）と同様に算出される。これらの相関値の実部及び虚部から相関値の電力が計算され、上述した周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セット番号１に対応する相関値電力が算出される。以後、周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セットごとに相関値電力の算出が繰り返され、相関値電力が最大になる周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セットが特定される。特定された周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セットが、ｉ番目のフィードバック経路の周波数特性に対応する。なお、周波数特性の推定には、遅延に関する補正が施された送信信号を用いるのが望ましい。また、周波数特性ＦＩＲフィルタの係数は複素数であっても良い。

以上の処理により、ｉ番目のフィードバック経路のアナログ特性が推定される。そして、変数ｉがフィードバック経路の数Ｌ以上となったか否かが判定され（ステップＳ２０７）、変数ｉがＬ以上である場合には（ステップＳ２０７Ｙｅｓ）、すべてのフィードバック経路についてアナログ特性が推定されたことになるため、アナログ特性推定処理が終了する。一方、変数ｉがＬ未満である場合には（ステップＳ２０７Ｎｏ）、まだアナログ特性が推定されていないフィードバック経路があるため、変数ｉがインクリメントされ（ステップＳ２０８）、上述したｉ番目のフィードバック経路に関するアナログ特性推定処理が繰り返される。これにより、すべてのフィードバック経路のゲイン、遅延、位相及び周波数特性がそれぞれ推定される。

次いで、経路別フィルタ係数の算出の具体例について説明する。経路別フィルタ係数は、フィードバック経路ごとのアナログ特性が推定されると、フィルタ係数算出部１２５によって算出される。

図５に示すように、経路別フィルタ係数は、経路０から経路（Ｌ－１）までのＬ個のフィードバック経路それぞれに対応するＦＩＲフィルタのフィルタ係数であり、各フィードバック経路におけるゲイン、位相、遅延及び周波数特性に相当する。ここでは、送信信号ｘ（ｎ）から各フィードバック経路のアナログ特性が付与された信号ｕ（ｎ）が得られるようにする経路別フィルタ係数を算出する場合について考える。

図５左図に示すように、経路ｉのゲイン補正出力をｕ_i,1（ｎ）とすると、ｕ_i,1（ｎ）は、経路ｉの実数の振幅ゲインｇ_iを用いて下記の式（８）のように表すことができる。

また、経路ｉの位相補正出力をｕ_i,2（ｎ）とすると、ｕ_i,2（ｎ）は、経路ｉの実数の位相θ_iを用いて下記の式（９）のように表すことができる。

そして、経路ｉの遅延補正出力をｕ_i,3（ｎ）とすると、ｕ_i,3（ｎ）は、経路ｉの遅延ＦＩＲフィルタの係数セットｗ_i,1（ｋ₁）及び遅延ＦＩＲフィルタのタップ数Ｋ₁を用いて下記の式（１０）のように表すことができる。

同様に、経路ｉの周波数特性補正出力をｕ_i（ｎ）とすると、ｕ_i（ｎ）は、経路ｉの周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セットｗ_i,2（ｋ₂）及び周波数特性ＦＩＲフィルタのタップ数Ｋ₂を用いて下記の式（１１）のように表すことができる。

式（１１）から、図５右図に示すフィードバック経路ごとのＦＩＲフィルタのフィルタ係数をｗ_i（ｋ）、タップ数をＫ－１とし、Ｋ＝Ｋ₁＋Ｋ₂、ｋ＝ｋ₁＋ｋ₂とおくと、フィードバック経路ごとのＦＩＲフィルタは、下記の式（１２）のように表すことができる。

フィルタ係数ｗ_i（ｋ）は、式（１１）におけるフィルタ係数の積ｗ_i,1（ｋ₁）ｗ_i,2（ｋ₂）のうち、ｋ＝ｋ₁＋ｋ₂を満たすものの和である。すなわち、例えばフィルタ係数ｗ_i（０）～ｗ_i（Ｋ－２）は、下記のように求めることができる。

このようにして、フィードバック経路ごとのゲイン、位相、遅延及び周波数特性に対応する、フィードバック経路ごとに１つの経路別フィルタ係数を算出することができる。そこで、次に、フィードバック経路ごとの経路別フィルタ係数から一括フィルタ係数を算出する具体例について説明する。一括フィルタ係数は、経路別フィルタ係数が算出されると、フィルタ係数算出部１２５によって算出される。

図６に示すように、一括フィルタ係数は、経路０から経路（Ｌ－１）までのＬ個のフィードバック経路のＦＩＲフィルタを統合した一括ＦＩＲフィルタのフィルタ係数である。ここでは、送信信号ｘ（ｎ）がフィードバック経路ごとのＦＩＲフィルタを通過して合成された信号と同等の信号ｕ（ｎ）が得られるようにする一括フィルタ係数を算出する場合について考える。

図６左図に示すように、経路別フィルタ係数が設定されたＦＩＲフィルタは、送信信号ｘ（ｎ）からフィードバック経路ごとのアナログ特性が付与された信号ｕ_i（ｎ）を生成する。経路ｉのＦＩＲフィルタの経路別フィルタ係数をｗ_i（ｋ）、ＦＩＲフィルタのタップ数をＫとすると、経路ｉのＦＩＲフィルタの出力信号ｕ_i（ｎ）は、下記の式（１３）のように表すことができる。

図６右図に示す一括ＦＩＲフィルタは、各フィードバック経路のＦＩＲフィルタを統合したものであるため、一括ＦＩＲフィルタの出力信号ｕ（ｎ）は、下記の式（１４）のように表すことができる。

式（１４）において、一括ＦＩＲフィルタのフィルタ係数ｗ（ｋ）は、フィードバック経路ごとのＦＩＲフィルタのフィルタ係数ｗ_i（ｋ）の和であり、下記の式（１５）によって表される。

この一括ＦＩＲフィルタのフィルタ係数ｗ（ｋ）が、送信信号ｘ（ｎ）から信号ｕ（ｎ）を生成するための一括フィルタ係数である。このように算出された一括フィルタ係数は、フィルタ係数算出部１２５からばらつき補正部１２３へ通知され、ばらつき補正部１２３が有するＦＩＲフィルタに設定される。これにより、ばらつき補正部１２３に送信信号が入力されると、複数のフィードバック経路のアナログ特性と同様の特性を送信信号に付与することができ、ＦＢ信号に付与されたアナログ特性のばらつきの影響を相殺することが可能となる。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のフィードバック経路のアナログ特性を推定して、これらのアナログ特性を補正する一括フィルタ係数を算出し、１つのフィルタによって一括してフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正する。このため、フィルタ１つ分の乗算器を稼働させてアナログ特性のばらつきを補正し、歪み補償係数を精度良く更新することができる。結果として、消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、複数のフィードバック経路のアナログ特性の平均分についてはＦＢ信号に対して補正を施し、残りのアナログ特性のばらつきについては送信信号に対して補正を施す点である。

実施の形態２に係る通信システムの構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態２においては、ＲＵ１００のプロセッサ１２０の構成が実施の形態１（図２）とは異なる。

図７は、実施の形態２に係るプロセッサ１２０の構成を示すブロック図である。図７において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図７に示すプロセッサ１２０は、図２に示すプロセッサ１２０のばらつき補正部１２３及びフィルタ係数算出部１２５に代えて、ばらつき補正部２０１、フィルタ係数算出部２０２及び平均補正部２０３を有する。

ばらつき補正部２０１は、複数のアンテナ素子からのフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを補正する。具体的には、ばらつき補正部２０１は、例えばＦＩＲフィルタを有し、一括フィルタ係数をＦＩＲフィルタに設定し、送信信号にこのＦＩＲフィルタを通過させる。ばらつき補正部２０１が有するＦＩＲフィルタは、複数のフィードバック経路のアナログ特性の平均分を除くばらつき分に相当する特性を送信信号に付与する。このため、係数更新部１２２へ入力される送信信号には、異なるフィードバック経路を経由するＦＢ信号に付与されたアナログ特性のばらつき分が付与され、アナログ特性のばらつきを補正することができる。また、ばらつき補正部２０１は、１つのＦＩＲフィルタを用いて一括してアナログ特性のばらつきを補正するため、補正に用いられる乗算器の数を最小にすることができ、消費電力の増大を抑制することができる。

フィルタ係数算出部２０２は、フィードバック経路ごとのアナログ特性に基づいて、ばらつき補正部２０１に設定する一括フィルタ係数と、平均補正部２０３に設定するフィルタ係数とを算出する。具体的には、フィルタ係数算出部２０２は、フィードバック経路ごとのゲイン、位相、遅延及び周波数特性から、複数のフィードバック経路のアナログ特性の平均分と、平均分を除いた残りのばらつき分とを算出する。すなわち、フィルタ係数算出部２０２は、ＦＢ信号に対して補正を施すための平均分に対応する補正値と、送信信号に対して補正を施すためのばらつき分に対応する経路別フィルタ係数とを算出する。そして、フィルタ係数算出部２０２は、平均分に対応する補正値を平均補正部２０３へ通知するとともに、経路別フィルタ係数から算出される一括フィルタ係数をばらつき補正部２０１へ通知する。

平均補正部２０３は、複数のフィードバック経路のアナログ特性の平均分をＦＢ信号から除去する。すなわち、平均補正部２０３は、複数のフィードバック経路のゲイン、位相、遅延及び周波数特性の平均分に対応する補正値をフィルタ係数算出部２０２から取得し、ＦＢ信号に対して平均分に関する補正を施す。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００による歪み補償方法について、図８に示すフロー図を参照しながら説明する。図８において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間には、ばらつき補正部２０１に一括フィルタ係数を設定し、平均補正部２０３に補正値を設定する処理が実行される。この期間にＣＵ／ＤＵ１０から送信された送信ベースバンド信号は、通信Ｉ／Ｆ部１１０によって受信され、プロセッサ１２０へ入力される。そして、送信信号は、ばらつき補正部２０１を通過してアナログ特性推定部１２４へ入力される。

また、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。このとき、電力増幅器１６０によって増幅された後の信号は、フェーズシフタ１７０へフィードバックされ、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換された後、ＦＢ信号としてアナログ特性推定部１２４へ入力される。

送信信号及びＦＢ信号が入力されたアナログ特性推定部１２４においては、送信信号とＦＢ信号が用いられてフィードバック経路のアナログ特性を推定する処理が実行される（ステップＳ１０１）。

フィードバック経路ごとのアナログ特性が推定されると、フィルタ係数算出部２０２によって、フィードバック経路ごとのアナログ特性の平均分の補正値（以下「平均補正値」という）と、平均分を除く残りのばらつき分とが算出される（ステップＳ３０１）。

具体的には、まず、フィードバック経路ごとに推定された振幅ゲインをｇ_iとすると、全経路の平均振幅ゲインｇ_aveは、下記の式（１６）によって表される。

ゲインに関する平均補正値は、この平均振幅ゲインｇ_aveの逆数であるため、ゲインに関する平均補正値ｇ’は、下記の式（１７）のようになる。

また、ゲインに関する平均分を除く残りのばらつき分ｇ’_iは、下記の式（１８）のようになる。

なお、式（１７）、（１８）において、平均補正値及びばらつき分を１／Ｌ倍しているのは、Ｌ個のフィードバック経路のＦＢ信号が合成される際に、振幅がＬ倍になる分を正規化するためである。

次に、フィードバック経路ごとに推定された遅延ＦＩＲフィルタの係数セットをｐ_iとすると、全経路の平均遅延ｐ_aveは、下記の式（１９）によって表される。

遅延ＦＩＲフィルタの係数セットの総数をＳ₁とすると、遅延に関する平均補正値ｐ’は、下記の式（２０）のようになる。

また、遅延に関する平均分を除く残りのばらつき分ｐ’_iは、下記の式（２１）のようになる。

次に、フィードバック経路ごとに推定された位相をθ_iとすると、全経路の平均位相θ_aveは、下記の式（２２）によって表される。

位相に関する平均補正値は、この平均位相θ_aveに（－１）を乗算したものであるため、位相に関する平均補正値θ’は、下記の式（２３）のようになる。

また、位相に関する平均分を除く残りのばらつき分θ’_iは、下記の式（２４）のようになる。

次に、フィードバック経路ごとに推定された周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セットをｑ_iとすると、全経路の平均周波数特性ｑ_aveは、下記の式（２５）によって表される。

周波数特性ＦＩＲフィルタの係数セットの総数をＳ₂とすると、周波数特性に関する平均補正値ｑ’は、下記の式（２６）のようになる。

また、周波数特性に関する平均分を除く残りのばらつき分ｑ’_iは、下記の式（２７）のようになる。

このようにして算出されたゲイン、遅延、位相及び周波数特性の平均補正値は、平均補正部２０３に設定される（ステップＳ３０２）。これにより、平均補正部２０３によってＦＢ信号に対する補正を施して、複数のフィードバック経路のアナログ特性の平均分を補正することが可能となる。

一方、ゲイン、遅延、位相及び周波数特性のばらつき分は、実施の形態１と同様に、経路別フィルタ係数の算出に用いられる。すなわち、フィルタ係数算出部２０２によって、フィードバック経路ごとのアナログ特性のばらつき分に対応する経路別フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０２）。そして、フィルタ係数算出部２０２によって、経路別フィルタ係数の和が求められることにより、一括フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０３）。

一括フィルタ係数は、ばらつき補正部２０１へ通知され、ばらつき補正部２０１が有するＦＩＲフィルタに設定される（ステップＳ１０４）。これにより、ＲＵ１００の起動時やフィルタ係数更新時などの所定期間における設定処理が完了する。ばらつき補正部２０１に一括フィルタ係数が設定されると、以降は通常の信号送信処理が実行される。すなわち、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され（ステップＳ１０５）、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。

また、各アンテナ素子の電力増幅器１６０によって増幅された信号は、それぞれフィードバック経路を経由してフィードバックされ、フェーズシフタ１７０によって逆ウェイトが付与された後に合成される。合成されたＦＢ信号は、平均補正部２０３によって平均補正値を用いた補正が施された後に、係数更新部１２２へ入力される。一方、歪み補償前の送信信号には、ばらつき補正部２０１によって一括してフィードバック経路のアナログ特性のばらつき分と同様の特性が付与され、補正された送信信号が係数更新部１２２へ入力される。そして、係数更新部１２２によって、送信信号とＦＢ信号が用いられることにより、歪み補償部１２１によって用いられる歪み補償係数が更新される。

歪み補償係数の更新においては、それぞれ異なるフィードバック経路を通過する信号を合成したＦＢ信号と送信信号が用いられるが、送信信号及びＦＢ信号に対する補正が施されているため、アナログ特性のばらつきの影響を低減することができる。結果として、歪み補償係数の精度を向上することができ、歪み補償性能の低下を防止することができる。さらに、フィードバック経路のアナログ特性のばらつき分と同様の特性を送信信号に付与する際には、ばらつき補正部２０１が有する１つのＦＩＲフィルタを稼働させれば良いため、消費電力の増大を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のフィードバック経路のアナログ特性を推定して、アナログ特性の平均分の補正値とばらつき分とを算出し、平均分についてはＦＢ信号を補正し、ばらつき分については１つのフィルタによって一括して送信信号を補正する。このため、フィルタ１つ分の乗算器を稼働させてアナログ特性のばらつきを補正し、歪み補償係数を精度良く更新することができる。結果として、消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止することができる。

（実施の形態３）
実施の形態３の特徴は、送信経路及びフィードバック経路のフェーズシフタをキャリブレーションする点である。

実施の形態３に係る通信システムの構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態３においては、ＲＵ１００の構成が実施の形態１（図２）とは異なる。

図９は、実施の形態３に係るＲＵ１００の構成を示すブロック図である。図９において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図９に示すＲＵ１００は、図２に示すＲＵ１００に送信フェーズシフタ（Phase Shifter：ＰＳ）制御部３０１及びフィードバック（Feedback：ＦＢ）フェーズシフタ（Phase Shifter：ＰＳ）制御部３０２を追加した構成を採る。

送信ＰＳ制御部３０１は、送信経路に設けられるフェーズシフタ１５０をキャリブレーションする。すなわち、送信ＰＳ制御部３０１は、フェーズシフタ１５０のゲイン及び位相を制御する。具体的には、送信ＰＳ制御部３０１は、Ｌ個の送信経路のうち１経路ずつフェーズシフタ１５０を経由する送信をオンにし、所定のＵＥ２０によって受信される信号のパワーが等しくなるようにフェーズシフタ１５０のゲインを制御する。そして、送信ＰＳ制御部３０１は、Ｌ個の送信経路のうち２経路ずつフェーズシフタ１５０を経由する送信をオンにし、所定のＵＥ２０によって受信される信号のパワーが最大となるようにフェーズシフタ１５０の位相を制御する。

送信ＰＳ制御部３０１は、上記のゲイン及び位相の制御をすべての送信経路について繰り返す。なお、送信ＰＳ制御部３０１は、位相を制御した後に、再度Ｌ個の送信経路のうち１経路ずつフェーズシフタ１５０を経由する送信をオンにしたときに所定のＵＥ２０によって受信される信号のパワーが等しくなるようにフェーズシフタ１５０のゲインを調整しても良い。

ＦＢＰＳ制御部３０２は、フィードバック経路に設けられるフェーズシフタ１７０をキャリブレーションする。すなわち、ＦＢＰＳ制御部３０２は、フェーズシフタ１７０のゲイン及び位相を制御する。具体的には、ＦＢＰＳ制御部３０２は、Ｌ個のフィードバック経路のうち１経路ずつフェーズシフタ１７０を経由するフィードバックをオンにし、ＦＢ信号のパワーが等しくなるようにフェーズシフタ１７０のゲインを制御する。そして、ＦＢＰＳ制御部３０２は、Ｌ個のフィードバック経路のうち２経路ずつフェーズシフタ１７０を経由するフィードバックをオンにし、ＦＢ信号のパワーが最大となるようにフェーズシフタ１７０の位相を制御する。

ＦＢＰＳ制御部３０２は、上記のゲイン及び位相の制御をすべてのフィードバック経路について繰り返す。なお、ＦＢＰＳ制御部３０２は、位相を制御した後に、再度Ｌ個のフィードバック経路のうち１経路ずつフェーズシフタ１７０を経由するフィードバックをオンにしたときにＦＢ信号のパワーが等しくなるようにフェーズシフタ１７０のゲインを調整しても良い。

本実施の形態においては、ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間には、フェーズシフタ１５０及びフェーズシフタ１７０のキャリブレーションが実行された後、複数のフィードバック経路のアナログ特性が推定される。そして、推定されたアナログ特性に基づいて、実施の形態１と同様に、経路別フィルタ係数及び一括フィルタ係数が算出される。このため、複数のフィードバック経路のアナログ特性を一定程度揃えた上で、さらにアナログ特性のばらつきを補正することができ、歪み補償係数の更新に用いられる送信信号及びＦＢ信号の精度を向上することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、送信経路及びフィードバック経路に設けられるフェーズシフタをキャリブレーションした上で、複数のフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正する。このため、歪み補償係数をさらに精度良く更新することができ、歪み補償性能の低下を防止することができる。

（実施の形態４）
実施の形態４の特徴は、収束アルゴリズムを用いて複数のフィードバック経路それぞれに対応する経路別フィルタ係数を導出する点である。

実施の形態４に係る通信システムの構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態４においては、ＲＵ１００の構成が実施の形態１（図２）とは異なる。

図１０は、実施の形態４に係るＲＵ１００の構成を示すブロック図である。図１０において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０に示すＲＵ１００は、図２に示すＲＵ１００のアナログ特性推定部１２４及びフィルタ係数算出部１２５に代えて、経路別係数算出部４０１及び一括係数算出部４０２を有する。

経路別係数算出部４０１は、例えばＬＭＳアルゴリズムなどの収束アルゴリズムを用いて、複数のフィードバック経路それぞれのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数を算出する。具体的には、経路別係数算出部４０１は、例えば図１１に示す構成を有する。図１１に示すように、経路別係数算出部４０１は、可変ＦＩＲ４１１及び誤差算出部４１２を有する。

可変ＦＩＲ４１１は、フィルタ係数が可変のＦＩＲフィルタであり、送信信号をフィルタリングして誤差算出部４１２へ出力する。このとき、可変ＦＩＲ４１１は、誤差算出部４１２によって算出される誤差が小さくなるようにフィルタ係数を変化させながら、送信信号をフィルタリングする。そして、可変ＦＩＲ４１１は、誤差が最小となる場合のフィルタ係数を経路別フィルタ係数として一括係数算出部４０２へ出力する。

誤差算出部４１２は、可変ＦＩＲ４１１から出力される送信信号とＦＢ信号との誤差を算出する。フィードバック経路においてＦＢ信号に付与されるアナログ特性と同等の特性が可変ＦＩＲ４１１によるフィルタリングによって送信信号に付与されていれば、誤差算出部４１２が算出する誤差は０に近くなる。

この構成により、経路別係数算出部４０１は、フィードバック経路ごとに、送信信号とＦＢ信号の誤差を最小にする経路別フィルタ係数を一括係数算出部４０２へ出力する。

図１０に戻って、一括係数算出部４０２は、フィードバック経路ごとの経路別フィルタ係数の和を求めることで、一括フィルタ係数を算出する。一括係数算出部４０２は、算出した一括フィルタ係数をばらつき補正部１２３へ通知する。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００による歪み補償方法について、図１２に示すフロー図を参照しながら説明する。図１２において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間には、ばらつき補正部２０１に一括フィルタ係数を設定する処理が実行される。この期間にＣＵ／ＤＵ１０から送信された送信ベースバンド信号は、通信Ｉ／Ｆ部１１０によって受信され、プロセッサ１２０へ入力される。そして、送信信号は、ばらつき補正部１２３を通過して経路別係数算出部４０１へ入力される。

また、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。このとき、電力増幅器１６０によって増幅された後の信号は、フェーズシフタ１７０へフィードバックされ、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換された後、ＦＢ信号として経路別係数算出部４０１へ入力される。

送信信号及びＦＢ信号が入力された経路別係数算出部４０１においては、送信信号とＦＢ信号が用いられてフィードバック経路ごとの経路別フィルタ係数が算出される（ステップＳ４０１）。具体的には、フェーズシフタ１７０のゲインが調整されることにより、フィードバック経路１つずつのＦＢ信号が経路別係数算出部４０１へ入力され、可変ＦＩＲ４１１を通過した送信信号とＦＢ信号の誤差が誤差算出部４１２によって算出される。

ここで、可変ＦＩＲ４１１へ入力された送信信号ｘ（ｎ）が可変ＦＩＲ４１１によってフィルタリングされて得られる送信信号ｙ’（ｎ）は、下記の式（２８）によって表される。

式（２８）において、ｗ（ｋ）は可変ＦＩＲ４１１のフィルタ係数であり、Ｋは可変ＦＩＲ４１１のタップ数である。このような送信信号ｙ’（ｎ）が可変ＦＩＲ４１１から出力されるため、誤差算出部４１２によって、送信信号ｙ’（ｎ）とＦＢ信号ｙ（ｎ）との誤差ｅ（ｎ）が下記の式（２９）のように算出される。

算出された誤差ｅ（ｎ）は、可変ＦＩＲ４１１へフィードバックされ、誤差ｅ（ｎ）が小さくなるように可変ＦＩＲ４１１のフィルタ係数ｗ（ｋ）が更新される。すなわち、下記の式（３０）によって、フィルタ係数ｗ（ｋ）が更新される。

ただし、式（３０）において、μはステップサイズパラメータであり、ｘ^*はｘの複素共役を示す。このように、誤差が小さくなるように可変ＦＩＲ４１１のフィルタ係数を更新することが繰り返され、最小の誤差に対応するフィルタ係数が経路別フィルタ係数として特定される。経路別フィルタ係数の算出は、すべてのフィードバック経路について繰り返し実行され、各フィードバック経路に関する経路別フィルタ係数が一括係数算出部４０２へ出力される。

そして、一括係数算出部４０２によって、経路別フィルタ係数の和が求められることにより、一括フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０３）。一括フィルタ係数は、ばらつき補正部１２３へ通知され、ばらつき補正部１２３が有するＦＩＲフィルタに設定される（ステップＳ１０４）。これにより、ＲＵ１００の起動時やフィルタ係数更新時などの所定期間における設定処理が完了する。ばらつき補正部１２３に一括フィルタ係数が設定されると、以降は通常の信号送信処理が実行される。すなわち、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され（ステップＳ１０５）、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。

また、各アンテナ素子の電力増幅器１６０によって増幅された信号は、それぞれフィードバック経路を経由してフィードバックされ、フェーズシフタ１７０によって逆ウェイトが付与された後に合成される。合成されたＦＢ信号は、係数更新部１２２へ入力される。一方、歪み補償前の送信信号には、ばらつき補正部１２３によって一括してフィードバック経路のアナログ特性と同様の特性が付与され、補正された送信信号が係数更新部１２２へ入力される。そして、係数更新部１２２によって、送信信号とＦＢ信号が用いられることにより、歪み補償部１２１によって用いられる歪み補償係数が更新される。

歪み補償係数の更新においては、それぞれ異なるフィードバック経路を通過する信号を合成したＦＢ信号と送信信号が用いられるが、送信信号にはフィードバック経路のアナログ特性と同様の特性が付与されているため、アナログ特性のばらつきの影響を低減することができる。結果として、歪み補償係数の精度を向上することができ、歪み補償性能の低下を防止することができる。さらに、フィードバック経路のアナログ特性と同様の特性を送信信号に付与する際には、ばらつき補正部１２３が有する１つのＦＩＲフィルタを稼働させれば良いため、消費電力の増大を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、収束アルゴリズムによって複数のフィードバック経路に対応する経路別フィルタ係数を算出し、経路別フィルタ係数から一括フィルタ係数を算出し、１つのフィルタによって一括してフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正する。このため、フィルタ１つ分の乗算器を稼働させてアナログ特性のばらつきを補正し、歪み補償係数を精度良く更新することができる。結果として、消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止することができる。

（実施の形態５）
実施の形態５の特徴は、ＦＢ信号に対してフィードバック経路のアナログ特性のばらつきの補正を施す点である。

実施の形態５に係る通信システムの構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態５においては、ＲＵ１００のプロセッサ１２０の構成が実施の形態１（図２）とは異なる。

図１３は、実施の形態５に係るプロセッサ１２０の構成を示すブロック図である。図１３において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１３に示すプロセッサ１２０は、図２に示すプロセッサ１２０のばらつき補正部１２３に代えて、逆特性変換部５０１及びばらつき補正部５０２を有する。

逆特性変換部５０１は、フィルタ係数算出部１２５によって算出された一括フィルタ係数を逆特性に変換する。そして、逆特性変換部５０１は、逆特性に変換された一括フィルタ係数をばらつき補正部５０２へ通知する。

ばらつき補正部５０２は、複数のアンテナ素子からのフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを補正する。具体的には、ばらつき補正部５０２は、例えばＦＩＲフィルタを有し、逆特性変換部５０１から通知される一括フィルタ係数をＦＩＲフィルタに設定し、ＦＢ信号にこのＦＩＲフィルタを通過させる。ばらつき補正部５０２が有するＦＩＲフィルタは、複数のフィードバック経路のアナログ特性の逆特性をＦＢ信号に付与する。このため、係数更新部１２２へ入力されるＦＢ信号においては、フィードバック経路のアナログ特性が除去され、アナログ特性のばらつきを補正することができる。また、ばらつき補正部５０２は、１つのＦＩＲフィルタを用いて一括してアナログ特性のばらつきを補正するため、補正に用いられる乗算器の数を最小にすることができ、消費電力の増大を抑制することができる。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００による歪み補償方法について、図１４に示すフロー図を参照しながら説明する。図１４において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間には、ばらつき補正部５０２に一括フィルタ係数を設定する処理が実行される。この期間にＣＵ／ＤＵ１０から送信された送信ベースバンド信号は、通信Ｉ／Ｆ部１１０によって受信され、プロセッサ１２０へ入力される。そして、送信信号は、アナログ特性推定部１２４へ入力される。

また、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。このとき、電力増幅器１６０によって増幅された後の信号は、フェーズシフタ１７０へフィードバックされ、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換された後、ＦＢ信号としてばらつき補正部５０２を通過し、アナログ特性推定部１２４へ入力される。

送信信号及びＦＢ信号が入力されたアナログ特性推定部１２４においては、送信信号とＦＢ信号が用いられてフィードバック経路のアナログ特性を推定する処理が実行される（ステップＳ１０１）。フィードバック経路ごとのアナログ特性が推定されると、フィルタ係数算出部１２５によって、フィードバック経路ごとのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０２）。そして、フィルタ係数算出部１２５によって、経路別フィルタ係数の和が求められることにより、一括フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０３）。

一括フィルタ係数は、逆特性変換部５０１へ出力され、逆特性変換部５０１によって、一括フィルタ係数が逆特性に変換される（ステップＳ５０１）。すなわち、複数のフィードバック経路においてＦＢ信号に付与されるアナログ特性を一括して打ち消す一括フィルタ係数が導出される。逆特性の一括フィルタ係数は、ばらつき補正部５０２へ通知され、ばらつき補正部５０２が有するＦＩＲフィルタに設定される（ステップＳ５０２）。これにより、ＲＵ１００の起動時やフィルタ係数更新時などの所定期間における設定処理が完了する。ばらつき補正部５０２に逆特性の一括フィルタ係数が設定されると、以降は通常の信号送信処理が実行される。すなわち、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され（ステップＳ１０５）、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。

また、各アンテナ素子の電力増幅器１６０によって増幅された信号は、それぞれフィードバック経路を経由してフィードバックされ、フェーズシフタ１７０によって逆ウェイトが付与された後に合成される。合成されたＦＢ信号には、ばらつき補正部５０２によって一括してフィードバック経路のアナログ特性の逆特性が付与され、補正されたＦＢ信号が係数更新部１２２へ入力される。一方、歪み補償前の送信信号も係数更新部１２２へ入力され、係数更新部１２２によって、送信信号とＦＢ信号が用いられることにより、歪み補償部１２１によって用いられる歪み補償係数が更新される。

歪み補償係数の更新においては、それぞれ異なるフィードバック経路を通過する信号を合成したＦＢ信号が用いられるが、このＦＢ信号にはフィードバック経路のアナログ特性の逆特性が付与されているため、アナログ特性のばらつきの影響を低減することができる。結果として、歪み補償係数の精度を向上することができ、歪み補償性能の低下を防止することができる。さらに、フィードバック経路のアナログ特性の逆特性をＦＢ信号に付与する際には、ばらつき補正部５０２が有する１つのＦＩＲフィルタを稼働させれば良いため、消費電力の増大を抑制することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のフィードバック経路のアナログ特性を補正する一括フィルタ係数を逆特性に変換し、逆特性の一括フィルタ係数を用いて一括してＦＢ信号に補正を施す。このため、フィルタ１つ分の乗算器を稼働させてアナログ特性のばらつきを補正し、歪み補償係数を精度良く更新することができる。結果として、消費電力の増大を抑制しつつ、歪み補償性能の低下を防止することができる。

（実施の形態６）
実施の形態６の特徴は、ビーム方向ごとに一括フィルタ係数を算出し、ビーム方向に対応する一括フィルタ係数を用いてフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正する点である。

実施の形態６に係る通信システムの構成は、実施の形態１（図１）と同様であるため、その説明を省略する。実施の形態６においては、ＲＵ１００のプロセッサ１２０の構成が実施の形態１（図２）とは異なる。

図１５は、実施の形態６に係るプロセッサ１２０の構成を示すブロック図である。図１５において、図２と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図１５に示すプロセッサ１２０は、図２に示すプロセッサ１２０にフィルタ係数記憶部６０１を追加した構成を採る。

フィルタ係数記憶部６０１は、フィルタ係数算出部１２５によって算出される一括フィルタ係数をビーム方向に対応付けて記憶する。すなわち、フィルタ係数記憶部６０１は、ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間に、フェーズシフタ１５０によって形成される送信ビームの方向に対応付けて一括フィルタ係数を記憶しておく。そして、フィルタ係数記憶部６０１は、通常の信号送信処理時には、送信ビームの方向の情報を取得し、ビーム方向に対応する一括フィルタ係数をばらつき補正部１２３へ通知する。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００による歪み補償方法について、図１６に示すフロー図を参照しながら説明する。図１６において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。

ＲＵ１００の起動時や所定周期のフィルタ係数更新時などの所定期間には、フィルタ係数記憶部６０１に一括フィルタ係数を記憶する処理が実行される。この期間にＣＵ／ＤＵ１０から送信された送信ベースバンド信号は、通信Ｉ／Ｆ部１１０によって受信され、プロセッサ１２０へ入力される。そして、送信信号は、ばらつき補正部１２３を通過してアナログ特性推定部１２４へ入力される。

また、ビーム方向の識別番号ｍが１に初期化され（ステップＳ６０１）、ｍ番目のビーム方向に対応するアンテナウェイトがフェーズシフタ１５０に設定される（ステップＳ６０２）。これにより、ＲＵ１００は、ｍ番目のビーム方向を向く送信ビームを形成することになる。

送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってｍ番目のビーム方向に対応するアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、ｍ番目のビーム方向へ送信される。このとき、電力増幅器１６０によって増幅された後の信号は、フェーズシフタ１７０へフィードバックされ、ダウンコンバート及びＡ／Ｄ変換された後、アナログ特性推定部１２４へ入力される。

送信信号及びＦＢ信号が入力されたアナログ特性推定部１２４においては、送信信号とＦＢ信号が用いられてフィードバック経路のアナログ特性を推定する処理が実行される（ステップＳ１０１）。フィードバック経路ごとのアナログ特性が推定されると、フィルタ係数算出部１２５によって、フィードバック経路ごとのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０２）。そして、フィルタ係数算出部１２５によって、経路別フィルタ係数の和が求められることにより、一括フィルタ係数が算出される（ステップＳ１０３）。

算出された一括フィルタ係数は、フィルタ係数記憶部６０１によって、ｍ番目のビーム方向に対応付けて記憶される（ステップＳ６０３）。そして、識別番号ｍがビーム方向の総数Ｍ以上であるか否かが判定され（ステップＳ６０４）、識別番号ｍがＭ未満である場合には（ステップＳ６０４Ｎｏ）、識別番号ｍがインクリメントされる（ステップＳ６０５）。そして、上記と同様に、ｍ番目のビーム方向を向く送信ビームが形成される場合の一括フィルタ係数が算出され、フィルタ係数記憶部６０１によって記憶される。

そして、識別番号ｍがＭ以上となり（ステップＳ６０４Ｙｅｓ）、すべてのビーム方向に対応付けて一括フィルタ係数が記憶されると、以降は通常の信号送信処理が実行される。このとき、ビームフォーミングのためのアンテナウェイトがフェーズシフタ１５０に設定されると、送信ビームの方向に対応する一括フィルタ係数がフィルタ係数記憶部６０１からばらつき補正部１２３へ通知され、ばらつき補正部１２３が有するＦＩＲフィルタに設定される（ステップＳ６０６）。

そして、送信信号は、歪み補償部１２１によって歪み補償され（ステップＳ１０５）、Ｄ／Ａ変換及びアップコンバートされた後、フェーズシフタ１５０によってビームフォーミングのためのアンテナウェイトが付与され、電力増幅器１６０によって増幅された後、無線空間へ送信される。

また、各アンテナ素子の電力増幅器１６０によって増幅された信号は、それぞれフィードバック経路を経由してフィードバックされ、フェーズシフタ１７０によって逆ウェイトが付与された後に合成される。合成されたＦＢ信号は、係数更新部１２２へ入力される。一方、歪み補償前の送信信号には、ばらつき補正部１２３によってビーム方向に応じた一括フィルタ係数による補正が施され、補正された送信信号が係数更新部１２２へ入力される。そして、係数更新部１２２によって、送信信号とＦＢ信号が用いられることにより、歪み補償部１２１によって用いられる歪み補償係数が更新される。

歪み補償係数の更新においては、それぞれ異なるフィードバック経路を通過する信号を合成したＦＢ信号と送信信号が用いられるが、送信信号にはフィードバック経路のアナログ特性と同様の特性が付与されているため、アナログ特性のばらつきの影響を低減することができる。結果として、歪み補償係数の精度を向上することができ、歪み補償性能の低下を防止することができる。さらに、フィードバック経路のアナログ特性と同様の特性を送信信号に付与する際には、ばらつき補正部１２３が有する１つのＦＩＲフィルタを稼働させれば良いため、消費電力の増大を抑制することができる。また、ビーム方向に応じてばらつきの補正が行われるため、フェーズシフタ１５０、１７０におけるウェイトの変更に対応した適切な補正を実現することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、複数のフィードバック経路のアナログ特性を補正する一括フィルタ係数をビーム方向に対応付けて記憶しておき、送信ビームに応じた一括フィルタ係数を用いてフィードバック経路のアナログ特性のばらつきを補正する。このため、ビーム方向に対応して適切にアナログ特性のばらつきを補正することができる。

なお、上記各実施の形態においては、複数のフィードバック経路すべてについて経路別フィルタ係数を算出し、これらの経路別フィルタ係数から一括フィルタ係数を算出するものとした。しかし、経路別フィルタ係数は、必ずしもすべてのフィードバック経路について算出する必要はなく、一部のフィードバック経路に関して経路別フィルタ係数を算出し、これらの経路別フィルタ係数から一括フィルタ係数が算出されるようにしても良い。

また、フィードバック経路のアナログ特性を推定する処理においては、必ずしもフィードバック経路１つずつのゲイン、遅延、位相及び周波数特性を推定しなくても良い。すなわち、例えば２個以上のフィードバック経路のＦＢ信号をまとめてフィードバックさせ、このＦＢ信号に対応するフィードバック回路のアナログ特性をまとめて推定するようにしても良い。

上記実施の形態１～６は、適宜組み合わせて実施することが可能である。例えば、実施の形態２、３を組み合わせて、ＦＢ信号及び送信信号それぞれに対して補正を施す場合に、フェーズシフタのキャリブレーションを実施しても良い。また、例えば実施の形態４、６を組み合わせて、収束アルゴリズムを用いて経路別フィルタ係数を導出した後、ビーム方向ごとの一括フィルタ係数を算出し、送信ビームに応じた一括フィルタ係数を用いてアナログ特性のばらつきを補正しても良い。

１１０ 通信Ｉ／Ｆ部
１２０ プロセッサ
１２１ 歪み補償部
１２２ 係数更新部
１２３、２０１、５０２ ばらつき補正部
１２４ アナログ特性推定部
１２５、２０２ フィルタ係数算出部
１３０ メモリ
１４０ Ｄ／Ａ変換部
１５０、１７０ フェーズシフタ
１６０ 電力増幅器
１８０ 合成部
１９０ Ａ／Ｄ変換部
２０３ 平均補正部
３０１ 送信ＰＳ制御部
３０２ ＦＢＰＳ制御部
４０１ 経路別係数算出部
４０２ 一括係数算出部
４１１ 可変ＦＩＲ
４１２ 誤差算出部
５０１ 逆特性変換部
６０１ フィルタ係数記憶部

Claims (10)

1. 複数のアンテナ素子と、
   前記複数のアンテナ素子に設けられる複数の電力増幅器と、
   前記複数の電力増幅器へ送信信号を出力するプロセッサと、
   前記複数の電力増幅器から前記プロセッサへフィードバック信号をフィードバックさせる複数のフィードバック経路とを有し、
   前記プロセッサは、
   前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを一括して補正し、
   補正されて得られる送信信号及びフィードバック信号を用いて、前記複数の電力増幅器において発生する非線形歪みを補償するための歪み補償係数を更新する
   処理を実行することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記補正する処理は、
   前記複数のフィードバック経路におけるゲイン、遅延、位相及び周波数特性の少なくともいずれか１つに関するばらつきを一括して補正する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記プロセッサは、
   前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性を推定し、
   推定されたアナログ特性を一括して補正するフィルタ係数を算出する
   処理をさらに実行することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記算出する処理は、
   前記複数のフィードバック経路それぞれのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数を算出し、
   前記経路別フィルタ係数の和を求めることにより一括フィルタ係数を算出する
   ことを特徴とする請求項３記載の無線通信装置。
5. 前記補正する処理は、
   前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性と同等の特性を前記送信信号に付与する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 前記補正する処理は、
   前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性の逆特性を前記フィードバック信号に付与する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. 前記補正する処理は、
   前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性の平均分については前記フィードバック信号に対して補正を施し、当該平均分を除くばらつき分については前記送信信号に対して補正を施す
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
8. 前記プロセッサは、
   前記送信信号と前記複数のフィードバック経路それぞれのフィードバック信号とから収束アルゴリズムを用いて、前記複数のフィードバック経路それぞれのアナログ特性に対応する経路別フィルタ係数を算出し、
   前記経路別フィルタ係数の和を求めることにより一括フィルタ係数を算出する
   処理をさらに実行することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
9. 前記プロセッサは、
   前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性を一括して補正するフィルタ係数を送信ビームの方向ごとに算出し、
   算出したフィルタ係数を送信ビームの方向に対応付けて記憶する
   処理をさらに実行することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
10. 複数のアンテナ素子と、前記複数のアンテナ素子に設けられる複数の電力増幅器と、前記複数の電力増幅器へ送信信号を出力するプロセッサと、前記複数の電力増幅器から前記プロセッサへフィードバック信号をフィードバックさせる複数のフィードバック経路とを有する無線通信装置によって実行される歪み補償方法であって、
    前記複数のフィードバック経路におけるアナログ特性のばらつきを一括して補正し、
    補正されて得られる送信信号及びフィードバック信号を用いて、前記複数の電力増幅器において発生する非線形歪みを補償するための歪み補償係数を更新する
    処理を有することを特徴とする歪み補償方法。

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