JP3562499B2

JP3562499B2 - 歪補償装置、歪補償器の制御方法、およびそのプログラム

Info

Publication number: JP3562499B2
Application number: JP2001230087A
Authority: JP
Inventors: 章夫福地
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2001-07-30
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-07-30
Also published as: JP2003046343A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力増幅器の歪を補償するために、高周波電力増幅器の伝達関数の逆関数を伝達関数に設定することで、高周波電力増幅器の歪を相殺して補償する歪補償装置、歪補償器の制御方法、およびそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＤＭＡ（ｃｏｄｅｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅａｃｃｅｓｓ）やＯＦＤＭ（ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などの伝送方式が実用化されるに伴い、高周波電力増幅器の歪を補償するための歪補償器の性能の向上が要求されている。このような歪補償器は、生産時にあらかじめ歪特性が設定されており、特性の変動に対して自動追従しないのが一般的である。
【０００３】
このような予め補償係数を決定する歪補償手段であれば、たとえば特別なトレーニング信号を用いて補償係数を決定することにより、簡単に補償係数を決定することができる。
【０００４】
これに対し、歪補償器の性能を向上させるために、例えば、特開昭６１−２１４８４３号公報に開示されているように、前置歪補償器の特性を変化する電力増幅器の特性変動に自動追従させることが提案されている。この手法は、図３に示すように、前置歪補償器１に入力される歪の無い入力信号と、電力増幅器２から出力される歪を含む信号とを誤差検出手段７で比較することにより、係数生成手段８が前置歪補償器１に適切な伝達関数を設定するものである。係数生成手段８は、電力増幅器２から出力される信号の歪を最小にするように自動（適応）制御する。
【０００５】
前置歪補償器の伝達関数を高精度に決定するためには、小振幅領域から大振幅領域に至るまでの入力信号が必要である。このような特性を有する特別なトレーニング信号（例えばランプ関数）を用いれば、被補償電力増幅器の入出力特性を学習することができる。しかしながら、トレーニング信号により被補償電力増幅器の入出力特性を学習する間はサービスを行う事ができない。そこで、実際のサービスに使用している信号（以降、実信号と称する）を用いて被補償電力増幅器の特性を学習させる要求がある。
【０００６】
歪補償動作の適応制御に関連して、特開２０００−２２８６４３号公報は、前置歪補償装置の適応動作にかかる消費電力を削減する手段として、一定時間間隔で、もしくは温度変動等に対応した外部からの制御信号に基づいて、間欠的に適応動作を行う技術を開示している。
【０００７】
また、特開平７−２１２２９９号公報は、移動機の移動速度やＳ／Ｎ等の状況に応じて、最大限の歪補償性能を発揮して、常に誤り率を低く抑えることができるデータ受信装置を開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２０００−２２８６４３号公報は、主に携帯端末への搭載を想定しており、制御自体の速度と精度に関し、何ら示唆していない。上記特開平７−２１２２９９号公報は、受信装置の適応制御に関する技術であり、本発明の送信機の電力増幅器の適応制御とは、適用範囲を異にする。
【０００９】
上述した実信号には、ＯＦＤＭ信号やＣＤＭＡ信号等が採用されることが多く、それらの信号の電圧分布は、ほぼ、正規分布に従う。したがって、大振幅の信号は発生頻度が低く、低振幅領域から高振幅領域に至るまでの入力信号を得るには、多量のデータをサンプルする必要がある。それには、データ処理に多数の演算が必要となり、処理時間が長くなるという欠点がある。
【００１０】
一方、データ数と補償精度とは、トレードオフの関係にあり、データ数を削減すると、処理時間は短時間で済むが、精度が劣化するという欠点がある。しかしながら、電源投入直後や、被補償電力増幅器に障害が発生した時など、実際に補償を行っている補償係数と、理想的な補償係数との乖離が大きい状況下では、補償係数の精度より補償係数を更新する速度が優先されることが望ましい。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、状況により異なる適応制御への要求に対応する歪補償装置、歪補償器の制御方法、およびそのプログラムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の発明は、入力信号に電力増幅器で発生する歪と逆の歪みを印加して歪補償を行う前置歪発生器と、電力増幅器から出力された信号の一部を帰還信号として取り出す方向性結合器と、方向性結合器により取り出された帰還信号から歪の強度を測定する歪測定手段と、入力信号の一部に、前置歪発生器および電力増幅器の遅延量に相当する遅延を加える遅延手段と、遅延手段により遅延された入力信号と、方向性結合器により取り出された帰還信号とを比較し、電力増幅器の歪成分を抽出する誤差検出手段と、誤差検出手段により抽出された歪成分をサンプルデータとして、前置歪発生器の伝達関数の係数を決定し、前置歪発生器の適応制御を行う係数生成手段と、を有し、係数生成手段は、歪測定手段により測定された歪の強度により、サンプルデータをサンプルするサンプル数を可変とすることを特徴としている。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、係数生成手段は、高速制御用閾値と、高精度制御用閾値とが予め設定され、歪測定手段により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、サンプル数を少なくし、歪の強度が、高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、サンプル数を多くすることを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、係数生成手段は、歪測定手段により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、速度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、伝達関数の係数を決定し、歪の強度が、高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、精度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、伝達関数の係数を決定することを特徴としている。
【００１５】
請求項４記載の発明は、電力増幅器で発生する歪みと逆の歪を、電力増幅器に入力する前の入力信号に印加して歪補償を行う前置歪発生器を適応制御する歪補償器の制御方法であって、電力増幅器の出力信号から取り出した帰還信号に含まれる歪の強度を測定する歪測定工程と、入力信号と、帰還信号とを比較して取得した歪成分をサンプルデータとして、前置歪発生器を制御する伝達関数の係数を決定する係数生成工程と、を有し、係数生成工程は、歪測定工程により測定された歪の強度により、サンプルデータをサンプルするサンプル数を可変とすることを特徴としている。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、係数生成工程は、歪測定工程により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、サンプル数を少なくし、歪の強度が、高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、サンプル数を多くすることを特徴としている。
【００１７】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、係数生成工程は、歪測定工程により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、速度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、伝達関数の係数を決定し、歪の強度が、高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、精度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、伝達関数の係数を決定することを特徴としている。
【００１８】
請求項７記載の発明は、電力増幅器で発生する歪みと逆の歪を、電力増幅器に入力する前の入力信号に印加して歪補償を行う前置歪発生器を適応制御するプログラムであって、電力増幅器の出力信号から取り出した帰還信号に含まれる歪の強度を測定する歪測定処理と、入力信号と、帰還信号とを比較して取得した歪成分をサンプルデータとして、前置歪発生器を制御する伝達関数の係数を決定する係数生成処理と、をコンピュータに実行させ、係数生成処理は、歪測定処理により測定された歪の強度により、サンプルデータをサンプルするサンプル数を可変とすることを特徴としている。
【００１９】
請求項８記載の発明は、請求項７記載の発明において、係数生成処理は、歪測定処理により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、サンプル数を少なくし、歪の強度が、高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、サンプル数を多くすることを特徴としている。
【００２０】
請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明において、係数生成処理は、歪測定処理により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、速度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、伝達関数の係数を決定し、歪の強度が、高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、精度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、伝達関数の係数を決定することを特徴としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を概説する。本発明は、無線通信用送信機等に用いられる電力増幅器の歪補償器において、当該歪補償器の伝達関数を制御する係数生成手段８が、帰還信号から検出された歪の量に応じて、自動制御のアルゴリズムとして、速度優先のアルゴリスムと精度優先のアルゴリズムとを選択的に使用する技術である。
【００２２】
図２のフローチャートに示すように、本発明は、制御アルゴリスムを速度優先、または、精度優先に切り替える手段を設けている。実信号を用いて、歪補償動作に適応制御を実行すると、データの数と、補償精度とはトレードオフの関係にあり、データの数を削減すると、処理時間は短時間で済むが、精度が劣化する。
【００２３】
一方、運用状況を考慮すると、機器の動作状態に変化がない状況下では、精度の高い補償係数が必要であるが、起動直後や、機器に障害が発生した時などは、速度の速い動作が適している。
【００２４】
そこで、本発明の歪補償器の制御方法は、歪検出手段を用いて、検出された歪の量に応じて、補償係数算出アルゴリズムを速度重視と、精度重視に切り替えるという動作（作用）を実行する。
【００２５】
従って、起動時や、機器に障害が発生した時など、機器の歪が大きい時には、速度を重視したアルゴリズムを実行し、機器の動作状態に変化がない時には、精度を重視したアルゴリズムを実行させることで、高速応答と、高精度を両立させた、歪補償器の制御手段を構成できるという効果が得られる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態における歪補償装置の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、本実施の形態に係る歪補償装置は、前置歪発生器１、電力増幅器２、アンテナ３、遅延手段４、方向性結合器５、歪測定手段６、誤差検出手段７、および係数生成手段８を有する。
【００２８】
入力信号は、前置歪発生器１で、後述する電力増幅器２と逆の歪を印加された後、電力増幅器２で所望の電力まで増幅された後、アンテナ３から出力される。電力増幅器２の出力信号の一部は、方向性結合器５で、取り出され、歪測定手段６、誤差検出手段７に印加される。
【００２９】
一方、遅延手段４は、前置歪発生器１の遅延と電力増幅器２の遅延との合計の遅延量に相当する遅延を入力信号に加えた後、当該入力信号を誤差検出手段７と、係数生成手段８とに印加する。
【００３０】
歪測定手段６は、方向性結合器５により取り出された帰還信号の成分から歪成分を検出し、係数生成手段８に印加する。歪測定手段６は、歪成分の検出として、ＩＭＤ（相互変調歪）またはＭＥＲ（変調誤差）を測定する。歪を検出する手法としては、入力を遅延手段４によって遅延させた信号と、方向性結合器５の出力信号とを比較する方法や、方向性結合器５の出力信号の周波数成分を高速フーリエ変換などの手段で分析する方法や、フィルタを設けて帯域外の信号の強度を測定する方法等がある。
【００３１】
誤差検出手段７は、入力信号を遅延手段４により遅延された信号と、方向性結合器５の出力信号とを比較して、電力増幅器２の出力信号に残留する歪成分を抽出する。即ち、遅延手段４から参照用信号として入力された入力信号と、電力増幅器２からの帰還信号との誤差を検出する。
【００３２】
係数生成手段８は、歪測定手段６によって検出される歪の信号強度により、係数を生成するアルゴリズムを決定する。係数を決定するアルゴリズムには、サンプルデータの数を少なくした速度優先のアルゴリズムと、サンプルデータの数を多くした精度優先のアルゴリズムとがある。係数生成手段８は、歪測定手段６によって測定された歪が大きい時には、速度優先のアルゴリズムを実行し、歪測定手段６によって測定された歪が小さい時には、精度優先のアルゴリズムを実行する。
【００３３】
係数生成手段８は、決定したアルゴリズムにより、遅延手段４の出力信号と誤差検出手段７の出力信号とから、適応化制御を行い、前置歪発生器１の伝達関数を決定する。適応化制御には、例えば、ＺＦ、ＬＭＳ、ＲＬＳ等の適応化アルゴリズムを使用するとよい。
【００３４】
以上の処理により得られた前置歪発生器１の伝達関数は、前置歪発生器１に供給される。前置歪発生器１の伝達関数は、電力増幅器２の伝達関数の逆関数となり、前置歪発生器１からは歪の補償された信号が出力される。
【００３５】
以下、本実施の形態の動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態における歪補償装置の動作（歪補償器の制御方法）を説明するためのフローチャートである。図２において、まず、係数生成手段８は、歪測定手段６により、出力信号に含まれる歪の強度を検出する（ステップＳ１００）。そして、歪の強度があらかじめ定めた値（以降レベル１）より大きい時には（ステップＳ１０１／ＹＥＳ）、速度を優先したアルゴリズムを実行し、高速に歪補償係数を生成する（ステップＳ１０２）。そして、その歪補償係数に更新する（ステップＳ１０５）。
【００３６】
ステップＳ１０１において、歪の強度がレベル１以下の時であり（ステップＳ１０１／ＮＯ）、かつ、歪の強度があらかじめ定めた別の値（以降レベル２）より大きい時には（ステップＳ１０３／ＹＥＳ）、精度を優先したアルゴリズムを実行し、高精度に歪補償係数を生成する（ステップＳ１０４）。そして、その歪補償係数に更新する（ステップＳ１０５）。
【００３７】
レベル１の値（高速制御用閾値）は、速度を優先したアルゴリズムのみを実行した場合に得られる収束値よりやや大きな値に設定される。レベル２の値（高精度制御用閾値）は、精度を優先したアルゴリズムのみを実行した場合に得られる収束値よりやや大きな値に設定される。
【００３８】
また、歪測定手段６により測定された歪の強度が、レベル１以下であり（ステップＳ１０１／ＮＯ）、かつ、レベル２以下でもある時は（ステップＳ１０３／ＮＯ）、歪補償係数を更新しない。
【００３９】
なお、本発明に係る歪補償器の制御方法は、プログラムを実行することにより実現可能である。当該プログラムは、光記録媒体、磁気記録媒体、光磁気記録媒体または半導体記録媒体に記録されて提供される。
【００４０】
なお、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は、歪検出手段を有し、歪検出手段の検出した歪の量に応じて、制御アルゴリズムを速度優先、または、精度優先に切り替えているので、起動時など、電力増幅器の補償が十分でない時には、速度優先のアルゴリズムを実行し高速に歪を減少させる。そして、ある程度収束した後には、精度を優先するアルゴリズムを実行し、高精度の歪補償を実現させる。さらに、高精度の歪補償が維持されている場合には、係数更新のアルゴリズムは実行しないため、障害などのため、電力増幅器伝達関数が変化した場合にも迅速に応答できる。したがって、高速制御と、高精度の制御とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における歪補償装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における歪補償装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】従来技術における歪補償装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１前置歪発生器
２電力増幅器
３アンテナ
４遅延手段
５方向性結合器
６歪測定手段
７誤差検出手段
８係数生成手段

Claims

入力信号に電力増幅器で発生する歪と逆の歪みを印加して歪補償を行う前置歪発生器と、
前記電力増幅器から出力された信号の一部を帰還信号として取り出す方向性結合器と、
前記方向性結合器により取り出された帰還信号から歪の強度を測定する歪測定手段と、
前記入力信号の一部に、前記前置歪発生器および前記電力増幅器の遅延量に相当する遅延を加える遅延手段と、
前記遅延手段により遅延された入力信号と、前記方向性結合器により取り出された帰還信号とを比較し、前記電力増幅器の歪成分を抽出する誤差検出手段と、前記誤差検出手段により抽出された歪成分をサンプルデータとして、前記前置歪発生器の伝達関数の係数を決定し、前記前置歪発生器の適応制御を行う係数生成手段と、を有し、
前記係数生成手段は、前記歪測定手段により測定された歪の強度により、前記サンプルデータをサンプルするサンプル数を可変とすることを特徴とする歪補償装置。
前記係数生成手段は、
高速制御用閾値と、高精度制御用閾値とが予め設定され、
前記歪測定手段により測定された歪の強度が、前記高速制御用閾値より大きいとき、前記サンプル数を少なくし、
前記歪の強度が、前記高速制御用閾値以下であり、かつ、前記高精度制御用閾値より大きいとき、前記サンプル数を多くすることを特徴とする請求項１記載の歪補償装置。
前記係数生成手段は、
前記歪測定手段により測定された歪の強度が、前記高速制御用閾値より大きいとき、速度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、前記伝達関数の係数を決定し、
前記歪の強度が、前記高速制御用閾値以下であり、かつ、前記高精度制御用閾値より大きいとき、精度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、前記伝達関数の係数を決定することを特徴とする請求項２記載の歪補償装置。
電力増幅器で発生する歪みと逆の歪を、前記電力増幅器に入力する前の入力信号に印加して歪補償を行う前置歪発生器を適応制御する歪補償器の制御方法であって、
前記電力増幅器の出力信号から取り出した帰還信号に含まれる歪の強度を測定する歪測定工程と、
前記入力信号と、前記帰還信号とを比較して取得した歪成分をサンプルデータとして、前記前置歪発生器を制御する伝達関数の係数を決定する係数生成工程と、を有し、
前記係数生成工程は、前記歪測定工程により測定された歪の強度により、前記サンプルデータをサンプルするサンプル数を可変とすることを特徴とする歪補償器の制御方法。
前記係数生成工程は、
前記歪測定工程により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、前記サンプル数を少なくし、
前記歪の強度が、前記高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、前記サンプル数を多くすることを特徴とする請求項４記載の歪補償器の制御方法。
前記係数生成工程は、
前記歪測定工程により測定された歪の強度が、前記高速制御用閾値より大きいとき、速度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、前記伝達関数の係数を決定し、
前記歪の強度が、前記高速制御用閾値以下であり、かつ、前記高精度制御用閾値より大きいとき、精度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、前記伝達関数の係数を決定することを特徴とする請求項５記載の歪補償器の制御方法。
電力増幅器で発生する歪みと逆の歪を、前記電力増幅器に入力する前の入力信号に印加して歪補償を行う前置歪発生器を適応制御するプログラムであって、
前記電力増幅器の出力信号から取り出した帰還信号に含まれる歪の強度を測定する歪測定処理と、
前記入力信号と、前記帰還信号とを比較して取得した歪成分をサンプルデータとして、前記前置歪発生器を制御する伝達関数の係数を決定する係数生成処理と、をコンピュータに実行させ、
前記係数生成処理は、前記歪測定処理により測定された歪の強度により、前記サンプルデータをサンプルするサンプル数を可変とすることを特徴とするプログラム。
前記係数生成処理は、
前記歪測定処理により測定された歪の強度が、高速制御用閾値より大きいとき、前記サンプル数を少なくし、
前記歪の強度が、前記高速制御用閾値以下であり、かつ、高精度制御用閾値より大きいとき、前記サンプル数を多くすることを特徴とする請求項７記載のプログラム。
前記係数生成処理は、
前記歪測定処理により測定された歪の強度が、前記高速制御用閾値より大きいとき、速度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、前記伝達関数の係数を決定し、
前記歪の強度が、前記高速制御用閾値以下であり、かつ、前記高精度制御用閾値より大きいとき、精度優先用補償係数算出アルゴリズムにより、前記伝達関数の係数を決定することを特徴とする請求項８記載のプログラム。