JP2023152043A - 無線通信装置及び歪み補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム多重をする場合でも精度良く歪み補償を実行すること。【解決手段】無線通信装置は、それぞれ異なるビームで送信される複数の送信信号を出力するプロセッサと、アンテナ素子に対応して設けられる複数のフェーズシフタであって、前記複数の送信信号に対してビームを形成するための位相回転をそれぞれ付与する複数のフェーズシフタと、前記複数のフェーズシフタから出力される送信信号を合成して得られる信号を増幅するパワーアンプと、前記パワーアンプによる増幅前の増幅前信号と、増幅後の増幅後信号とをフィードバックするフィードバック経路とを有し、前記プロセッサは、前記増幅前信号及び前記増幅後信号の差分に基づいて歪み補償係数を算出し、算出した歪み補償係数を用いて前記複数の送信信号を歪み補償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、例えばマイクロ波帯及びミリ波帯などの高周波数帯において、通信の多重化又はセンシング（レーダ）の高精度化を実現するための技術の１つとして、ビームフォーミングが実用化されている。ビームフォーミングを実現するビームフォーミング装置は、アレイ状に配置された複数のアンテナ素子を備える。

また、複数の異なる信号を重畳し、かつ複数の異なる方向にビームを形成する方式（ビーム多重方式）の開発が進められている。ビーム多重を実現する方法の１つとして、それぞれ異なる信号をＤ／Ａ（Digital/Analog）変換する複数のＤＡＣ（Digital Analog Converter）からの出力信号を複数のアンテナ素子に分配し、各アンテナ素子に分配された出力信号にビームフォーミングのための位相回転を付与して合成し、得られた合成信号を各アンテナ素子から送信することが検討されている。

一方、ビームフォーミング装置においては、パワーアンプでの信号増幅時に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（ＤＰＤ）が適用されることがある。ＤＰＤは、パワーアンプ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ことにより、非線形歪みを補償する技術である。

特開２０２１－１６０７７号公報 特開２０２０－１０７９３４号公報 国際公開第２０１８／１９９２３３号 国際公開第２０１８／１０９８６２号

しかしながら、ビーム多重をする場合、各アンテナ素子に対応して設けられるパワーアンプでの非線形歪みを補償するのが困難であるという問題がある。具体的には、ビーム多重をする場合、複数のＤＡＣの出力信号が各アンテナ素子に分配され、１つのアンテナ素子に分配される複数の出力信号には、それぞれ異なる位相回転が付与される。そして、このアンテナ素子に対応して設けられるパワーアンプには、異なる位相回転が付与された信号を合成して得られる合成信号が入力されるため、パワーアンプは、位相が異なる複数の信号が混在した合成信号を増幅することになる。このため、パワーアンプの出力信号をフィードバックしても、パワーアンプにおいて発生する非線形歪みを正確に推定することが困難であり、歪み補償係数が正しく更新されない。結果として、送信信号に歪み補償係数を適用する歪み補償を実行することが困難である。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、ビーム多重をする場合でも精度良く歪み補償を実行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、それぞれ異なるビームで送信される複数の送信信号を出力するプロセッサと、アンテナ素子に対応して設けられる複数のフェーズシフタであって、前記複数の送信信号に対してビームを形成するための位相回転をそれぞれ付与する複数のフェーズシフタと、前記複数のフェーズシフタから出力される送信信号を合成して得られる信号を増幅するパワーアンプと、前記パワーアンプによる増幅前の増幅前信号と、増幅後の増幅後信号とをフィードバックするフィードバック経路とを有し、前記プロセッサは、前記増幅前信号及び前記増幅後信号の差分に基づいて歪み補償係数を算出し、算出した歪み補償係数を用いて前記複数の送信信号を歪み補償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、ビーム多重をする場合でも精度良く歪み補償を実行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ＲＵの要部構成を示すブロック図である。 図４は、実施の形態１に係る係数算出方法を示すフロー図である。 図５は、実施の形態１に係る歪み補償係数算出処理を示すフロー図である。 図６は、実施の形態２に係るＲＵの要部構成を示すブロック図である。 図７は、実施の形態２に係る係数算出方法を示すフロー図である。 図８は、実施の形態２に係る歪み補償係数算出処理を示すフロー図である。 図９は、他の実施の形態に係るＲＵの要部構成を示すブロック図である。 図１０は、さらに他の実施の形態に係るＲＵの要部構成を示すブロック図である。

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。ＣＵ／ＤＵ１０は、複数のＵＥ２０それぞれを宛先とする複数の送信ベースバンド信号をＲＵ１００へ送信する。

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。このとき、ＲＵ１００は、複数のＵＥ２０に対応する複数のビームを多重し、複数のＵＥ２０宛ての信号をそれぞれのビームを用いて同時に送信する。

さらに、ＲＵ１００は、アンテナ素子ごとに設けられたパワーアンプ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、歪み補償係数は、パワーアンプにおける増幅前の信号と増幅後の信号との差分に基づいて算出される。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、ｎ個（ｎは２以上の整数）のアンテナ素子を備える無線通信装置である。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、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）１４０、アップコンバータ１５１～１５ｎ、フェーズシフタ１６１～１６ｎ、パワーアンプ１７１～１７ｎ、周波数変換部１８０及びＡＤＣ（Analog Digital Converter）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。通信Ｉ／Ｆ部１１０は、複数のＵＥ２０宛ての送信ベースバンド信号を受信し、それぞれのＵＥ２０宛ての送信ベースバンド信号をプロセッサ１２０へ出力する。図２においては、通信Ｉ／Ｆ部１１０が４つのＵＥ２０宛ての送信ベースバンド信号を出力するものとしている。４つのＵＥ２０は、それぞれ異なる方向に位置しており、多重されるビームに対応する。すなわち、通信Ｉ／Ｆ部１１０は、ビーム多重数分の送信ベースバンド信号をプロセッサ１２０へ出力する。

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、歪み補償部１２１、合成部１２２、歪み特性算出部１２３及び係数保持部１２４を有する。

歪み補償部１２１は、複数のビームごとの送信ベースバンド信号それぞれに、係数保持部１２４から出力される歪み補償係数を乗算することにより、送信信号の歪み補償を実行する。歪み補償部１２１は、歪み補償係数が乗算された各ビームに対応する送信信号をＤＡＣ１４０へ出力する。

合成部１２２は、複数のビームごとの送信ベースバンド信号を合成し、得られた合成信号を歪み特性算出部１２３及び係数保持部１２４へ出力する。このとき、合成部１２２は、ビームごとの送信ベースバンド信号に対して、フェーズシフタ１６１～１６ｎによって付与される位相回転に対応する重みを付与し、重み付けされた送信ベースバンド信号を合成する。そして、合成部１２２は、合成信号とともに、送信ベースバンド信号の重み付けに関する重み付け情報を歪み特性算出部１２３及び係数保持部１２４へ出力する。

歪み特性算出部１２３は、パワーアンプ１７１～１７ｎそれぞれに入力される前の増幅前信号と、パワーアンプ１７１～１７ｎそれぞれから出力される増幅後信号との差分に基づいて、パワーアンプ１７１～１７ｎの歪み特性を算出する。すなわち、歪み特性算出部１２３は、増幅前信号と増幅後信号との差分を求めることによりフェーズシフタ１６１～１６ｎによる位相回転がキャンセルされたフィードバック信号をＡＤＣ１９０から取得し、このフィードバック信号からパワーアンプ１７１～１７ｎの歪み特性を算出する。

そして、歪み特性算出部１２３は、初期設定のための所定期間、合成信号及び重み付け情報に対応付けて、算出した歪み特性を蓄積する。歪み特性算出部１２３は、初期設定のための所定期間が経過した後、合成信号及び重み付け情報に対応する歪み特性の逆特性を算出し、逆特性に対応する歪み補償係数を係数保持部１２４へ出力する。また、歪み特性算出部１２３は、初期設定のための所定期間が経過した後、蓄積された歪み特性とＡＤＣ１９０からのフィードバック信号とを用いて、歪み補償係数を更新する。

係数保持部１２４は、歪み特性算出部１２３から出力される歪み補償係数を合成信号及び重み付け情報に対応付けて保持する。そして、係数保持部１２４は、合成信号及び重み付け情報に対応する歪み補償係数に分配係数を乗算して、ビームごとの送信ベースバンド信号に対応する歪み補償係数を算出し、算出したビームごとの歪み補償係数を歪み補償部１２１へ出力する。

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。

ＤＡＣ１４０は、ビームに対応して設けられ、それぞれプロセッサ１２０によって歪み補償された送信信号をＤ／Ａ変換する。すなわち、図２においては、多重される４つのビームに対応する４つのＤＡＣ１４０が、それぞれのビームに対応する送信信号をＤ／Ａ変換する。各ＤＡＣ１４０によってＤ／Ａ変換された送信信号は、ｎ個のアンテナ素子それぞれに分配される。

アップコンバータ１５１～１５ｎは、ｎ個のアンテナ素子それぞれにおいて、ビームに対応して設けられる。そして、アップコンバータ１５１～１５ｎは、ビームごとの送信信号をアップコンバートし、無線周波数帯の送信信号に変換する。

フェーズシフタ１６１～１６ｎは、ｎ個のアンテナ素子それぞれにおいて、ビームに対応して設けられる。そして、フェーズシフタ１６１～１６ｎは、ビームごとの送信信号にビームを形成するための位相回転を付与する。このとき、フェーズシフタ１６１～１６ｎは、同じアンテナ素子から送信される複数の送信信号（ここでは４つの送信信号）に対して、ビームに応じて異なる位相回転を付与する。それぞれのフェーズシフタ１６１～１６ｎによって位相回転が付与された複数の送信信号は合成され、各フェーズシフタ１６１～１６ｎに対応するパワーアンプ１７１～１７ｎへ入力される。

パワーアンプ１７１～１７ｎは、入力された信号を増幅し、対応するアンテナ素子から無線送信する。パワーアンプ１７１～１７ｎへ入力される信号は、異なる位相回転が付与された複数の送信信号を合成した信号である。また、パワーアンプ１７１～１７ｎが信号を増幅する際には、非線形歪みが発生する。この非線形歪みは、歪み補償部１２１による歪み補償によって補償される。

周波数変換部１８０は、パワーアンプ１７１～１７ｎによって増幅される前の増幅前信号と、パワーアンプ１７１～１７ｎによって増幅された後の増幅後信号とをフィードバックさせ、これらの信号をダウンコンバートして中間周波数又はベースバンド周波数の信号に変換する。このとき、周波数変換部１８０は、増幅前信号及び増幅後信号のダウンコンバートに用いられるローカル信号の位相を互いに反転させ、増幅前信号及び増幅後信号を互いに逆位相にする。そして、周波数変換部１８０は、ダウンコンバートされた増幅前信号と増幅後信号を加算することにより、パワーアンプ１７１～１７ｎによる増幅前後の差分を求め、この差分を示すフィードバック信号をＡＤＣ１９０へ出力する。増幅前信号と増幅後信号の差分を求めることにより、フェーズシフタ１６１～１６ｎによってそれぞれ送信信号に付与された位相回転がキャンセルされるため、フィードバック信号は、パワーアンプ１７１～１７ｎにおいて発生する歪み成分に相当する。

ＡＤＣ１９０は、周波数変換部１８０から出力されるフィードバック信号をＡ／Ｄ変換する。そして、ＡＤＣ１９０は、デジタル信号に変換されたフィードバック信号を歪み特性算出部１２３へ出力する。

周波数変換部１８０及びＡＤＣ１９０は、パワーアンプ１７０の増幅前信号及び増幅後信号をプロセッサ１２０へフィードバックするフィードバック経路を構成する。

ここで、図３を参照して、プロセッサ１２０へフィードバックされるフィードバック信号について、より具体的に説明する。図３は、実施の形態１に係るＲＵ１００の要部構成を示すブロック図である。図３においては、１つのアンテナ素子に対応するアップコンバータ１５０、フェーズシフタ１６０及びパワーアンプ１７０を示す。アップコンバータ１５０、フェーズシフタ１６０及びパワーアンプ１７０は、それぞれ図２に示すアップコンバータ１５１～１５ｎ、フェーズシフタ１６１～１６ｎ及びパワーアンプ１７１～１７ｎを代表するものである。

図３に示すように、周波数変換部１８０は、ローカル発振器１８１、ダウンコンバータ１８２、１８３及び加算器１８４を有する。パワーアンプ１７０の増幅前信号は、ダウンコンバータ１８２へ入力され、パワーアンプ１７０の増幅後信号はダウンコンバータ１８３へ入力される。

ローカル発振器１８１は、増幅前信号及び増幅後信号のダウンコンバートに用いられるローカル信号を生成する。具体的には、ローカル発振器１８１は、増幅前信号及び増幅後信号それぞれに対して、周波数が同一で位相が互いに反転したローカル信号を生成する。そして、ローカル発振器１８１は、位相が互いに反転したローカル信号をそれぞれダウンコンバータ１８２、１８３へ供給する。

ダウンコンバータ１８２は、ローカル発振器１８１から供給されるローカル信号を用いて、増幅前信号をダウンコンバートする。

ダウンコンバータ１８３は、ローカル発振器１８１から供給されるローカル信号を用いて、増幅後信号をダウンコンバートする。

加算器１８４は、ダウンコンバータ１８２によってダウンコンバートされた増幅前信号とダウンコンバータ１８３によってダウンコンバートされた増幅後信号とを加算し、パワーアンプ１７０による増幅前後の差分を求める。すなわち、増幅前信号と増幅後信号が互いに反転したローカル信号によってダウンコンバートされ、逆位相の信号となっているため、加算器１８４は、増幅前信号と増幅後信号を加算することにより、両信号の差分を求めて位相をキャンセルする。このようにして求められたフィードバック信号においては、フェーズシフタ１６０によってビームごとの送信信号に付与されたそれぞれ異なる位相回転がキャンセルされている。したがって、フィードバック信号は、フェーズシフタ１６０による位相回転の影響が除去された信号であって、パワーアンプ１７０における非線形歪みを示す信号となる。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００における歪み補償係数の算出方法について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。

プロセッサ１２０から出力されるビームごとの送信信号は、それぞれＤＡＣ１４０によってＤ／Ａ変換され、アップコンバータ１５０によってアップコンバートされる。アップコンバートされて無線周波数の信号となったビームごとの送信信号には、それぞれフェーズシフタ１６０によって位相回転が付与される（ステップＳ１０１）。すなわち、各アンテナ素子における複数の送信信号に、それぞれビームの方向に応じて異なる位相回転が付与される。そして、位相回転が付与されたビームごとの送信信号が合成されてパワーアンプ１７０へ入力される。このため、パワーアンプ１７０には、互いに位相が異なる送信信号が混在した信号が入力される。

パワーアンプ１７０へ入力される前の増幅前信号は、周波数変換部１８０のダウンコンバータ１８２へフィードバックされる（ステップＳ１０２）。また、パワーアンプ１７０によって増幅され、パワーアンプ１７０から出力される増幅後信号は、アンテナ素子から無線送信されるとともに、周波数変換部１８０のダウンコンバータ１８３へフィードバックされる（ステップＳ１０３）。

フィードバックされた増幅前信号及び増幅後信号は、それぞれダウンコンバータ１８２、１８３によってダウンコンバートされる（ステップＳ１０４）。このとき、ローカル発振器１８１からダウンコンバータ１８２、１８３へ供給されるローカル信号は、周波数が同一で位相が反転しているため、ダウンコンバートされた増幅前信号及び増幅後信号は、逆位相の信号となる。

互いに逆位相の増幅前信号及び増幅後信号は、加算器１８４によって加算されることにより、フェーズシフタ１６０によってビームごとの送信信号に付与された位相回転がキャンセルされる（ステップＳ１０５）。すなわち、逆位相の信号が加算されることにより、増幅前信号と増幅後信号の差分が求められ、増幅前信号及び増幅後信号に含まれる位相回転成分が相殺される。この結果、加算器１８４からは、パワーアンプ１７０において発生する非線形歪みに対応する歪み成分が出力される。歪み成分は、ＡＤＣ１９０によってＡ／Ｄ変換され、プロセッサ１２０へ出力される。

そして、プロセッサ１２０においては、歪み成分からパワーアンプ１７０の歪み特性が算出され、この歪み特性を補償する歪み補償係数を算出する処理が実行される（ステップＳ１０６）。このように、増幅前信号及び増幅後信号の差分を用いて歪み補償係数が算出されるため、フェーズシフタ１６０によってビームごとの送信信号に異なる位相回転が付与されている場合でも、この位相回転成分をキャンセルして適切にパワーアンプ１７０の歪み特性を算出することができる。この結果、ビームごとの送信信号が合成された信号が入力されるパワーアンプ１７０の歪み補償を実現することができる。

次に、歪み補償係数算出処理について、図５に示すフロー図を参照しながら具体的に説明する。

例えばＲＵ１００の起動時などには、所定時間の間、初期設定のための処理が繰り返し実行される。具体的には、ビームごとの送信信号がプロセッサ１２０へ入力されると、これらの送信信号は、合成部１２２によって、フェーズシフタ１６０による位相回転に対応する重み付けが施された上で合成され、合成信号が取得される（ステップＳ２０１）。また、初期設定時には、歪み補償部１２１には歪み補償係数が設定されず、歪み補償係数が乗算されない状態でビームごとの送信信号がＤＡＣ１４０へ出力される。そして、ビームごとの送信信号は、Ｄ／Ａ変換された後、無線周波数の信号にアップコンバートされ、ビームフォーミングのための位相回転が付与される。これらの送信信号は、合成されてパワーアンプ１７０へ入力され、アンテナ素子から無線送信されるとともに、増幅前信号及び増幅後信号が周波数変換部１８０へフィードバックされる。

そして、周波数変換部１８０において、互いに位相が反転したローカル信号によるダウンコンバートが行われることにより、増幅前信号及び増幅後信号の差分が求められる。ここでは、ビームごとの送信信号に歪み補償係数が乗算されていないため、増幅前信号及び増幅後信号の差分を求めることにより、パワーアンプ１７０における歪み成分が取得される（ステップＳ２０２）。すなわち、増幅前信号及び増幅後信号の差分を求めることにより、フェーズシフタ１６０によって付与される位相回転を含む信号成分が相殺され、パワーアンプ１７０において発生する歪み成分が周波数変換部１８０から出力される。

歪み成分は、歪み特性算出部１２３へ入力され、合成部１２２によって取得された合成信号と歪み成分とが対応付けて記憶される（ステップＳ２０３）。このとき、ビームごとの送信信号を合成する際の重み付け情報が同時に記憶されても良い。

このように、パワーアンプ１７０における歪み成分を合成信号及び重み付け情報に対応付けて蓄積する処理が、初期設定のための所定時間の間繰り返して実行される。これにより、合成信号のレベルごとに、パワーアンプ１７０において発生する非線形歪みが記憶される。

そして、初期設定のための所定時間が経過すると、プロセッサ１２０へ入力されるビームごとの送信信号は、合成部１２２によって、フェーズシフタ１６０による位相回転に対応する重み付けが施された上で合成され、合成信号が取得される（ステップＳ２０４）。そして、歪み特性算出部１２３によって、合成信号に対応して記憶されている歪み成分が読み出され（ステップＳ２０５）、この歪み成分の逆特性が算出される（ステップＳ２０６）。算出された逆特性は、例えば初期値が１のスケーリング係数を乗算され、乗算結果が歪み補償係数として係数保持部１２４に記憶される。この歪み補償係数には、合成信号の重み付け情報に対応する分配係数が乗算されて、ビームごとの歪み補償係数が算出され、歪み補償部１２１によりビームごとの送信信号の歪み補償が実行される。

歪み補償が実行された場合にも、周波数変換部１８０によって増幅前信号及び増幅後信号の差分信号が取得され（ステップＳ２０７）、差分信号が歪み特性算出部１２３へフィードバックされる。そして、歪み特性算出部１２３によって、上記ステップＳ２０６において算出された逆特性と差分信号との誤差が最小になるように、例えばＬＭＳアルゴリズムが用いられて、スケーリング係数又は分配係数が更新される（ステップＳ２０８）。スケーリング係数が更新されると、更新されたスケーリング係数が逆特性に乗算され、得られた歪み補償係数が係数保持部１２４に記憶される（ステップＳ２０９）。また、分配係数が更新された場合には、係数保持部１２４に記憶された歪み補償係数に、更新された分配係数が乗算されて、ビームごとの歪み補償係数が算出されることになる。

このように、増幅前信号及び増幅後信号の差分を用いて歪み補償係数を算出することにより、異なる位相回転が付与されたビームごとの送信信号を合成した信号を増幅するパワーアンプ１７０について、歪み補償係数を算出することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、ビームごとの送信信号にそれぞれ異なる位相回転を付与して合成した信号をパワーアンプが増幅する場合に、増幅前信号及び増幅後信号の差分を求め、差分を用いて歪み補償係数を算出する。このため、ビームごとの送信信号に付与された位相回転をキャンセルして、パワーアンプにおける非線形歪みに対応する歪み補償係数を算出することができる。結果として、ビーム多重をする場合でも精度良く歪み補償を実行することができる。

（実施の形態２）
実施の形態２の特徴は、増幅前信号及び増幅後信号をデジタル信号に変換した後に差分を求める点である。

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。図６は、実施の形態２に係るＲＵ１００の要部構成を示すブロック図である。図６において、図３と同じ部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。図６に示すＲＵ１００は、図３に示す歪み特性算出部１２３及びＡＤＣ１９０に代えて、歪み特性算出部２０１及びＡＤＣ１９１、１９２を有する。

また、実施の形態２においては、周波数変換部１８０は、ローカル発振器１８１及びダウンコンバータ１８２、１８３を有する。実施の形態２においては、ローカル発振器１８１は、周波数が同一で位相も同一のローカル信号をダウンコンバータ１８２、１８３へ供給しても良い。

ＡＤＣ１９１は、ダウンコンバータ１８２によってダウンコンバートされた増幅前信号をＡ／Ｄ変換する。そして、ＡＤＣ１９１は、デジタル信号に変換された増幅前信号を歪み特性算出部２０１へ出力する。

ＡＤＣ１９２は、ダウンコンバータ１８３によってダウンコンバートされた増幅後信号をＡ／Ｄ変換する。そして、ＡＤＣ１９２は、デジタル信号に変換された増幅後信号を歪み特性算出部２０１へ出力する。

歪み特性算出部２０１は、増幅前信号と増幅後信号との差分を算出し、差分に基づいて、パワーアンプ１７０の歪み特性を算出する。すなわち、歪み特性算出部２０１は、増幅前信号と増幅後信号との差分を求めることによりフェーズシフタ１６０による位相回転をキャンセルし、パワーアンプ１７０の歪み特性を算出する。

そして、歪み特性算出部２０１は、初期設定のための所定期間、合成信号及び重み付け情報に対応付けて、算出した歪み特性を蓄積する。歪み特性算出部２０１は、初期設定のための所定期間が経過した後、合成信号及び重み付け情報に対応する歪み特性の逆特性を算出し、逆特性に対応する歪み補償係数を係数保持部１２４へ出力する。また、歪み特性算出部２０１は、初期設定のための所定期間が経過した後、蓄積された歪み特性と増幅前信号及び増幅後信号の差分とを用いて、歪み補償係数を更新する。

次いで、上記のように構成されたＲＵ１００における歪み補償係数の算出方法について、図７に示すフロー図を参照しながら説明する。図７において、図４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。

プロセッサ１２０から出力されるビームごとの送信信号は、それぞれＤＡＣ１４０によってＤ／Ａ変換され、アップコンバータ１５０によってアップコンバートされる。アップコンバートされて無線周波数の信号となったビームごとの送信信号には、それぞれフェーズシフタ１６０によって位相回転が付与される（ステップＳ１０１）。そして、位相回転が付与されたビームごとの送信信号が合成されてパワーアンプ１７０へ入力される。

パワーアンプ１７０へ入力される前の増幅前信号は、周波数変換部１８０のダウンコンバータ１８２へフィードバックされる（ステップＳ１０２）。また、パワーアンプ１７０によって増幅され、パワーアンプ１７０から出力される増幅後信号は、アンテナ素子から無線送信されるとともに、周波数変換部１８０のダウンコンバータ１８３へフィードバックされる（ステップＳ１０３）。

フィードバックされた増幅前信号及び増幅後信号は、それぞれダウンコンバータ１８２、１８３によってダウンコンバートされる（ステップＳ１０４）。このとき、ローカル発振器１８１からダウンコンバータ１８２、１８３へ供給されるローカル信号は、互いに周波数及び位相が同一であっても良い。

ダウンコンバートされた増幅前信号及び増幅後信号は、それぞれＡＤＣ１９１、１９２によってＡ／Ｄ変換され、プロセッサ１２０へ出力される。そして、プロセッサ１２０においては、増幅前信号と増幅後信号の差分が求められ、増幅前信号及び増幅後信号に含まれる位相回転成分が相殺される。したがって、増幅前信号と増幅後信号の差分は、パワーアンプ１７０において発生する非線形歪みに対応する歪み成分に相当する。そこで、プロセッサ１２０において、歪み成分からパワーアンプ１７０の歪み特性が算出され、この歪み特性を補償する歪み補償係数を算出する処理が実行される（ステップＳ１５１）。

このように、増幅前信号及び増幅後信号の差分を用いて歪み補償係数が算出されるため、フェーズシフタ１６０によってビームごとの送信信号に異なる位相回転が付与されている場合でも、この位相回転成分をキャンセルして適切にパワーアンプ１７０の歪み特性を算出することができる。この結果、ビームごとの送信信号が合成された信号が入力されるパワーアンプ１７０の歪み補償を実現することができる。

次に、歪み補償係数算出処理について、図８に示すフロー図を参照しながら具体的に説明する。図８において、図５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。

ビームごとの送信信号がプロセッサ１２０へ入力されると、これらの送信信号は、合成部１２２によって、フェーズシフタ１６０による位相回転に対応する重み付けが施された上で合成され、合成信号が取得される（ステップＳ２０１）。また、初期設定時には、歪み補償部１２１には歪み補償係数が設定されず、歪み補償係数が乗算されない状態でビームごとの送信信号がＤＡＣ１４０へ出力される。そして、ビームごとの送信信号は、Ｄ／Ａ変換された後、無線周波数の信号にアップコンバートされ、ビームフォーミングのための位相回転が付与される。これらの送信信号は、合成されてパワーアンプ１７０へ入力され、アンテナ素子から無線送信されるとともに、増幅前信号及び増幅後信号が周波数変換部１８０へフィードバックされる。

そして、増幅前信号及び増幅後信号は、周波数変換部１８０によってダウンコンバートされ、ＡＤＣ１９１、１９２によってＡ／Ｄ変換され、歪み特性算出部２０１へ入力される。歪み特性算出部２０１においては、デジタル信号処理によって増幅前信号及び増幅後信号の差分が求められる。ここでは、ビームごとの送信信号に歪み補償係数が乗算されていないため、増幅前信号及び増幅後信号の差分を求めることにより、パワーアンプ１７０における歪み成分が算出される（ステップＳ２５１）。すなわち、増幅前信号及び増幅後信号の差分が求められることにより、フェーズシフタ１６０によって付与される位相回転を含む信号成分が相殺され、パワーアンプ１７０において発生する歪み成分が算出される。

算出された歪み成分は、合成部１２２によって取得された合成信号と対応付けて記憶される（ステップＳ２０３）。このように、パワーアンプ１７０における歪み成分を合成信号に対応付けて蓄積する処理が、初期設定のための所定時間の間繰り返して実行される。これにより、合成信号のレベルごとに、パワーアンプ１７０において発生する非線形歪みが記憶される。

そして、初期設定のための所定時間が経過すると、プロセッサ１２０へ入力されるビームごとの送信信号は、合成部１２２によって、フェーズシフタ１６０による位相回転に対応する重み付けが施された上で合成され、合成信号が取得される（ステップＳ２０４）。そして、歪み特性算出部２０１によって、合成信号に対応して記憶されている歪み成分が読み出され（ステップＳ２０５）、この歪み成分の逆特性が算出される（ステップＳ２０６）。算出された逆特性は、歪み補償係数の算出に用いられ、歪み補償部１２１によって、ビームごとの送信信号の歪み補償が実行される。

歪み補償が実行された場合にも、歪み特性算出部２０１によって増幅前信号及び増幅後信号の差分信号が算出され（ステップＳ２５２）、上記ステップＳ２０６において算出された逆特性と差分信号との誤差が最小になるように、例えばＬＭＳアルゴリズムが用いられて、スケーリング係数又は分配係数が更新される（ステップＳ２０８）。スケーリング係数が更新されると、更新されたスケーリング係数が逆特性に乗算され、得られた歪み補償係数が係数保持部１２４に記憶される（ステップＳ２０９）。また、分配係数が更新された場合には、係数保持部１２４に記憶された歪み補償係数に、更新された分配係数が乗算されて、ビームごとの歪み補償係数が算出されることになる。

このように、増幅前信号及び増幅後信号の差分を用いて歪み補償係数を算出することにより、異なる位相回転が付与されたビームごとの送信信号を合成した信号を増幅するパワーアンプ１７０について、歪み補償係数を算出することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、ビームごとの送信信号にそれぞれ異なる位相回転を付与して合成した信号をパワーアンプが増幅する場合に、増幅前信号及び増幅後信号の差分を求め、差分を用いて歪み補償係数を算出する。このため、ビームごとの送信信号に付与された位相回転をキャンセルして、パワーアンプにおける非線形歪みに対応する歪み補償係数を算出することができる。結果として、ビーム多重をする場合でも精度良く歪み補償を実行することができる。

なお、上記実施の形態１、２においては、１つのアンテナ素子に設けられる１つのパワーアンプ１７０の歪み補償について説明したが、ＲＵ１００は、複数のアンテナ素子を備え、それぞれのアンテナ素子にパワーアンプ１７０が設けられる。このため、複数のパワーアンプ１７０における非線形歪みを一括して補償する歪み補償係数が算出されるようにしても良い。

具体的には、例えば図９に示すように、周波数変換部１８０は、複数のアンテナ素子それぞれからの増幅前信号及び増幅後信号をダウンコンバートする複数のダウンコンバータ１８２、１８３と、複数の加算器１８４とを有する。そして、それぞれのアンテナ素子に関して求められる増幅前信号及び増幅後信号の差分が加算器１８５によって加算され、各アンテナ素子のパワーアンプ１７０の歪み成分を合成した信号がフィードバックされるようにしても良い。

また、例えば図１０に示すように、周波数変換部１８０は、複数のアンテナ素子それぞれからの増幅前信号及び増幅後信号をダウンコンバートする複数のダウンコンバータ１８２、１８３を有する。そして、それぞれのアンテナ素子からの増幅前信号が加算器１８６によって合成され、それぞれのアンテナ素子からの増幅後信号が加算器１８７によって合成され、合成された増幅前信号及び増幅後信号がプロセッサ１２０へフィードバックされるようにしても良い。この場合には、上記実施の形態２と同様に、プロセッサ１２０において、デジタル信号処理によって増幅前信号及び増幅後信号の差分が算出される。

上記各実施の形態においては、増幅前信号と増幅後信号の差分を求めるために、パワーアンプ１７０における利得及び位相回転の影響を除去するようにしても良い。具体的には、パワーアンプ１７０における利得及び位相回転を補正する補正回路を例えば増幅前信号のフィードバック経路に設けても良い。この補正回路は、パワーアンプ１７０と同等の利得及び位相回転を増幅前信号に与える。また、パワーアンプ１７０と逆の利得及び位相回転を与える補正回路を例えば増幅後信号のフィードバック経路に設け、増幅後信号を補正するようにしても良い。

１１０ 通信Ｉ／Ｆ部
１２０ プロセッサ
１２１ 歪み補償部
１２２ 合成部
１２３、２０１ 歪み特性算出部
１２４ 係数保持部
１３０ メモリ
１４０ ＤＡＣ
１５０～１５ｎ アップコンバータ
１６０～１６ｎ フェーズシフタ
１７０～１７ｎ パワーアンプ
１８０ 周波数変換部
１８１ ローカル発振器
１８２、１８３ ダウンコンバータ
１８４、１８５、１８６、１８７ 加算器
１９０、１９１、１９２ ＡＤＣ

Claims (7)

1. それぞれ異なるビームで送信される複数の送信信号を出力するプロセッサと、
   アンテナ素子に対応して設けられる複数のフェーズシフタであって、前記複数の送信信号に対してビームを形成するための位相回転をそれぞれ付与する複数のフェーズシフタと、
   前記複数のフェーズシフタから出力される送信信号を合成して得られる信号を増幅するパワーアンプと、
   前記パワーアンプによる増幅前の増幅前信号と、増幅後の増幅後信号とをフィードバックするフィードバック経路とを有し、
   前記プロセッサは、
   前記増幅前信号及び前記増幅後信号の差分に基づいて歪み補償係数を算出し、
   算出した歪み補償係数を用いて前記複数の送信信号を歪み補償する
   処理を実行することを特徴とする無線通信装置。
2. 前記フィードバック経路は、
   前記パワーアンプの利得及び位相回転を補正する補正回路を有することを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
3. 前記フィードバック経路は、
   互いに位相が反転したローカル信号を用いて前記増幅前信号及び前記増幅後信号を周波数変換する周波数変換器と、
   周波数変換された増幅前信号及び増幅後信号を加算する加算器とを有し、
   前記算出する処理は、
   前記加算器から出力される差分信号に基づいて歪み補償係数を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
4. 前記フィードバック経路は、
   前記増幅前信号及び前記増幅後信号をそれぞれ周波数変換する周波数変換器を有し、
   前記算出する処理は、
   前記周波数変換器から出力される増幅前信号及び増幅後信号の差分を算出し、
   算出した差分に基づいて歪み補償係数を算出する
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
5. 複数のアンテナ素子をさらに有し、
   前記パワーアンプは、
   前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、
   前記フィードバック経路は、
   前記パワーアンプごとの増幅前信号及び増幅後信号の差分を合成してフィードバックする
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
6. 複数のアンテナ素子をさらに有し、
   前記パワーアンプは、
   前記複数のアンテナ素子それぞれに対応して設けられ、
   前記フィードバック経路は、
   前記パワーアンプごとの増幅前信号を合成した信号と、前記パワーアンプごとの増幅後信号を合成した信号とをフィードバックする
   ことを特徴とする請求項１記載の無線通信装置。
7. アンテナ素子に対応して設けられる複数のフェーズシフタであって、複数の送信信号に対してビームを形成するための位相回転をそれぞれ付与する複数のフェーズシフタと、前記複数のフェーズシフタから出力される送信信号を合成して得られる信号を増幅するパワーアンプとを有する無線通信装置における歪み補償方法であって、
   前記パワーアンプによる増幅前の増幅前信号と、増幅後の増幅後信号とをフィードバックし、
   前記増幅前信号及び前記増幅後信号の差分に基づいて歪み補償係数を算出し、
   算出した歪み補償係数を用いて前記複数の送信信号を歪み補償する
   処理を有することを特徴とする歪み補償方法。

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