JP4160959B2

JP4160959B2 - プリディストーション増幅装置

Info

Publication number: JP4160959B2
Application number: JP2005033183A
Authority: JP
Inventors: 裕史中山; 勝安達; 岳彦小林; 賢也戸丸
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2005-02-09
Filing date: 2005-02-09
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2025-02-09
Also published as: JP2006222644A

Description

この発明は、無線通信システムにおける送信部の電力増幅器により発生する非線形歪を補償するためのプリディストーション増幅装置に関する。

従来、無線通信システムの送信部に用いられる電力増幅器は、電力効率の観点からできるだけ高い動作点で動作させることが必要となっている。しかし、一般に電力増幅器の電力効率を増大させると、非線形歪による入出力特性の影響が大きくなってくることから、非線形歪補償技術が利用されている。歪補償技術として、さまざまな方式が提案されているが、特にプリディストーション方式は、ベースバンド帯域におけるデジタル信号処理を用いることで、高精度で安定した歪補償特性を得ることができる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００３−２５８５６３号公報

ところで、従来技術のプリディストーション増幅装置では、歪補償係数を格納しておくためのメモリが必要となる。更に、パワー値の算出、歪補償係数と送信ベースバンド信号との複素乗算などの演算処理が必要となるため、回路構成が複雑で大型化してしまう。また、一般的にプリディストーション方式は、電力増幅器の隣接チャンネルの漏洩電力を低減させるために用いられるが、この漏洩電力が隣接チャンネルに影響を与えない大きさであっても、電力増幅器において発生する歪によりシンボル点のコンスタレーションが歪んでしまう場合がある。このような歪の補正に対しても上記従来のプリディストーション増幅装置では、フィードバック系などの大掛かりな回路が必要である。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、回路構成の簡易化かつ小型化を可能にするプリディストーション増幅装置を提供することにある。

また、この発明は次のような各種構成を備えることも特徴とする。
第１の構成は、伝送ビット列を複素平面上にマッピングしてそのマッピング値を表す送信ベースバンド信号を出力するシンボルマッピング部と、このシンボルマッピング部から出力される送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する無線信号生成部と、この無線信号生成部により生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器とを具備する。そして、上記シンボルマッピング部は、入力された上記伝送ビット列に応じて、上記電力増幅器が有する歪み特性の逆特性を反映したマッピング値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算値を出力するメモリと、上記メモリから出力された乗算値を時系列的に加算して上記送信ベースバンド信号を出力する加算器とを備えるようにしたものである。

上記目的を達成するため、本発明は次のような手段を講じている。
本発明の第１の態様は、伝送ビット列を複素平面上にマッピングさせたシンボルマップ値を表す送信ベースバンド信号を出力するシンボルマッピング部と、このシンボルマッピング部から出力される送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する無線信号生成部と、この無線信号生成部により生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器とを具備し、前記シンボルマッピング部は、入力された前記伝送ビット列に応じたアドレス値を出力するアドレッシング部と、前記電力増幅器が有する歪み特性の逆特性を反映したシンボルマップ値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算値を予め前記アドレス値に対応付けて格納し、前記アドレッシング部から出力されたアドレス値に対応する前記乗算値を出力するメモリと、前記メモリから出力された乗算値を時系列的に加算して前記送信ベースバンド信号を出力する加算器とを備えるものである。

また、第２の構成は、伝送ビット列を、複数種の変調方式の中から適応的に選択された変調方式に応じて複素平面上にマッピングし、そのマッピング値を表す送信ベースバンド信号を出力するシンボルマッピング部と、このシンボルマッピング部から出力される送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する無線信号生成部と、この無線信号生成部により生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器とを具備する。そして、上記シンボルマッピング部は、上記電力増幅器が有する歪み特性の逆特性を反映したマッピング値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算値を、上記複数種の変調方式の各々に対応付けて複数セット格納し、入力された上記伝送ビット列及び選択された変調方式に対応する乗算値を出力するメモリを備える。さらに、上記メモリから出力された乗算値を時系列的に加算して上記送信ベースバンド信号を出力する加算器とを備えるようにする。

また、本発明の第２の態様は、伝送ビット列を、複数種の変調方式の中から適応的に選択された変調方式に応じて複素平面上にマッピングさせたシンボルマップ値を表す送信ベースバンド信号を出力するシンボルマッピング部と、このシンボルマッピング部から出力される送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する無線信号生成部と、この無線信号生成部により生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器とを具備し、前記シンボルマッピング部は、前記伝送ビット列と選択された前記変調方式の情報が入力され、入力された前記伝送ビット列及び変調方式情報に対応するアドレス値を出力するアドレッシング部と、前記電力増幅器が有する歪み特性の逆特性を反映したシンボルマップ値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算値を、前記複数種の変調方式ごとに予め前記アドレス値に対応付けて格納し、前記アドレッシング部から出力されたアドレス値及び前記選択された変調方式に対応する前記乗算値を出力するメモリと、前記メモリから出力された乗算値を時系列的に加算して前記送信ベースバンド信号を出力する加算器とを備えるようにする。

要するにこの発明によれば、回路構成の簡易化かつ小型化を可能にするプリディストーション増幅装置を提供することができる。

（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１の実施形態に係わるプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図である。なお、この実施形態では、変調方式が１６ＱＡＭ（16-positions Quadrature Amplitude Modulation）で、電力増幅器において発生する非線形歪が位相による歪である場合を例にとって説明する。
この送信部は、プリディストーション増幅装置１００とアンテナ１０９とを備える。プリディストーション増幅装置１００は、シンボルマッピング部（歪補償有）１０２を備え、さらに、送信フィルタ部１０３と、直交変調部１０４と、ＤＡ変換器１０５と、ミキサ１０６と、発振器１０７と、電力増幅器１０８とを備える。

シンボルマッピング部（歪補償有）１０２は、入力されるシリアル伝送ビット列を歪の逆特性を反映したシンボルマップに対応させ、そのマッピング値を出力する。送信フィルタ部１０３は、乗算部１０３１と加算部１０３２とを備える。図１０に送信フィルタ部１０３の回路構成を示す。送信フィルタ部１０３は、乗算部１０３１によりシンボルマッピング部１０２から入力されたマッピング値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数とを乗算したのち、加算部１０３２おいて上記乗算結果を順次遅延させて加算することでフィルタ処理を行いベースバンド信号を出力する。

また、直交変調部１０４は、上記送信フィルタ部１０３から入力されたベースバンド信号を直交変調して無線周波信号に変換する。ＤＡ変換器１０５は、上記変換された無線周波信号をアナログ変換してアナログ信号を出力する。また、ミキサ１０６において、上記ＤＡ変換器１０５から出力されたアナログ信号は、発振器１０７からの発振信号をミキシングされてアップコンバートされる。このアップコンバートされた信号は電力増幅器１０８により、増幅されたのち、アンテナ１０９を介して無線回線へ送信される。

ここで、上記シンボルマッピング部１０２において用いられるシンボルマップについて説明する。図６に、シンボルマッピング部１０２で用いられる１６ＱＡＭシンボルマップを示す。図４に示すような歪補償無しの従来のシンボルマップを用いると、電力増幅器１０８からの出力信号には、図５に示すような電力増幅器１０８による歪特性が発生する。この発明では、この歪特性を低減させるために、図６に示したシンボルマップにように、電力増幅器１０８において発生する歪の逆特性を反映したシンボルマップを利用する。

すなわち、電力増幅器の歪が３次の位相歪が支配的であるとした場合、シンボルマップは、図７に示すような３次の補償曲線を用いて、図８の丸印で示すようなシンボルマップとなる。ここで用いた３次の補償曲線の例を（１）式に示す。

ｙ＝０．６×１０^−４ｘ^３・・・（１）
図８に示すように、原点からの距離が遠い、つまり入力信号の振幅が大きいほど、それぞれのマッピング値の位相歪が大きくなっていることがわかる。×印で示した歪補償を行なわない従来のコンスタレーションと比べて、電力増幅器１０８において発生する位相歪み分を補償していることがわかる。

次に、図９及び図１０を用いてこのプリディストーション増幅装置１００の動作について詳細に説明する。図９は、シンボルマッピング部１０２の動作を示す図、図１０は、送信フィルタ部１０３の構成を示す図である。
図９において、まず、シンボルマッピング部（歪補償有）１０２では、入力されるシリアル伝送ビット列をシンボルマップ上に対応させ、その振幅情報を出力する。例えば、図９に示すように、入力されるシリアル伝送ビット列が“０１００１０１１”である場合、ＩＱ座標では、Ｉ_０Ｑ_０（−２．６，−６．８）、Ｉ_１Ｑ_１（７．１，１．９）のシンボル点で順にマッピングされ、シンボルマッピング部１０２は、I側データとしては“−２．６”，“７．１”、Q側データとしては“−６．８”，“１．９”の順でマッピング値を出力する。

そうすると、送信フィルタ部１０３は、シンボルマッピング部１０２から入力されるＩＱごとの上記マッピング値を用いて帯域制限と波形整形を行ないベースバンド信号を出力する。送信フィルタ部１０３から出力されたベースバンド信号は、直交変調部１０４により直交変調されたのち、ＤＡ変換器１０５においてアナログ信号に変換される。ミキサ１０６では、上記ＤＡ変換器１０５から出力されたアナログ信号を、発振器１０７からの発振信号とミキシングして無線周波数にアップコンバートする。そして、電力増幅器１０８は、このアップコンバートされた信号を所望のレベルに増幅する。この増幅処理の際に、電力増幅器１０８では非線形位相歪が発生するが、この構成ではその位相歪をシンボルマッピング部１０２におけるマッピング処理の時点で補償しているため、電力増幅器１０８の出力は、非線形位相歪が補償された出力値となる。かくして、電力増幅器１０８により増幅された変調信号がアンテナ１０９から出力される。

以上述べたように、この発明の第１の実施形態では、シリアル伝送ビット列を複素平面上にマッピングしてそのマッピング値を出力するシンボルマッピング部１０２と、このマッピング値をベースバンド信号に変換する送信フィルタ部１０３とを備え、さらに、上記送信フィルタ部１０３から出力された送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する変調回路群と、生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器１０８とを備える。そして、上記シンボルマッピング部１０２は、上記伝送ビット列に応じて、上記電力増幅器１０８により発生する歪み特性の逆特性を反映したマッピング値を上記ベースバンド信号として出力するようにしたものである。

したがって第１の実施形態によれば、電力増幅器１０８の非線形歪が位相による歪である場合は、変調側シンボルマップに図6のような位相歪の逆特性を加えることで、電力増幅器１０８の位相歪を補償できる。このため、図１５に示す従来技術のプリディストーション増幅装置１５００と比較すると、複素乗算部１５０３、パワー計算部１５０４および補償係数メモリ１５０５が必要がないため、回路構成が小型化及び簡易化する。さらに複素乗算部１５０３、パワー計算部１５０４における演算処理も必要ないため、処理速度が向上する。特に、シンボルマップのみを変更するだけで電力増幅器の位相歪補償が実現できるため、容易に非線形歪補償が実現できる。

なお、上記第１の実施形態では、電力増幅器１０８により発生する位相歪を例に説明を行なったが、振幅歪が生じる場合や振幅歪及び位相歪の両方が生じる場合も、同様にそれぞれに対応する歪補償特性を反映したシンボルマップに変更することで歪補償を行うことが可能である。

（第２の実施形態）
図２は、この発明の第２の実施形態に係わるプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図である。なお、同図において、上記第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して詳しい説明を省略する。また、この実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に変調方式が１６ＱＡＭ（16-positions Quadrature Amplitude Modulation）で、電力増幅器において発生する非線形歪が位相による歪である場合を例にとって説明する。

この送信部は、プリディストーション増幅装置２００とアンテナ１０９とを備える。プリディストーション増幅装置２００は、アドレッシング部２０１と、送信フィルタ部２０２とを備え、さらに、直交変調部１０４と、ＤＡ変換器１０５と、ミキサ１０６と、発振器１０７と、電力増幅器１０８とを備える。送信フィルタ部２０２は、メモリ部２０３と加算部２０４とを備える。図１１に送信フィルタ部２０２の構成を示す。

ここで、送信フィルタ部２０２の構成の上記第１の実施形態の送信フィルタ部１０３と比較して説明する。図１０に示した送信フィルタ部１０３に入力されるデータは、上述したようにシンボルマッピング部１０２から出力されるシンボルマップ値である。つまり、乗算部１０３１では、有限通り（図６に示した歪補償された１６ＱＡＭのシンボルマップを用いる場合ならば１６通り）の固定値であるシンボルマップ値と、固定値である送信フィルタ特性を規定するタップ係数の乗算を行う。したがって、図１１に示すように、予めその乗算結果をメモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに格納して、乗算器１０３１をそのメモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに置き換えて送信フィルタ部２０２を構成することができる。

この場合、送信フィルタ部２０２への入力データは、マッピング値に対応するメモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃのアドレス値となる。このアドレス値は、アドレッシング部２０１により出力され、アドレッシング部２０１は、入力されたシリアル伝送ビット列をメモリ部２０３に対応するアドレス値に変換する。図１２にメモリ部２０３のデータ構成を示す。メモリ部２０３はメモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃとから構成され、各メモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃは、１６通りのシンボルマップ値と各タップ係数の乗算結果を格納している。すなわち、各メモリ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに格納する乗算結果は、電力増幅器１０８の位相歪を補償した図６に示すようなシンボルマップ値とタップ係数の乗算結果となる。加算部２０４は、このメモリ部２０３から出力された乗算結果を順次遅延させて加算することでフィルタ処理を行いベースバンド信号を出力する。

次に、図１３を用いて、このプリディストーション増幅装置２００の動作について説明する。図１３は、アドレッシング部２０１の動作を示す図である。
まず、アドレッシング部２０１は、入力されるシリアル伝送ビット列を用いてそのシンボル値に対応したメモリ部２０３に対するアドレス値を出力する。例えば、図１３に示すように入力されるシリアル伝送ビット列が“０１００１０１１”で、メモリ部２０３のデータ配置は図１２に示した配置である場合、ＩＱ座標では、Ｉ_０Ｑ_０（−２．６，−６．８）、Ｉ_１Ｑ_１（７．１，１．９）のシンボル点の順でマッピングされることになり、メモリ部２０３に対するアドレス値として“０１００”，“１０１１”とを出力する。

送信フィルタ部２０２は、上記アドレス値に従ってメモリ部２０３から出力された値を加算部２０４で順次加算することで帯域制限と波形整形を行い、ベースバンド信号として出力する。送信フィルタ部２０２から出力されたベースバンド信号は、直交変調部１０４により直交変調されたのち、ＤＡ変換器１０５においてアナログ信号に変換される。ミキサ１０６では、上記ＤＡ変換器１０５から出力されたアナログ信号を発振器１０７からの発振信号とミキシングして無線周波数にアップコンバートする。そして、電力増幅器１０８は、このアップコンバートされた信号を所望のレベルに増幅する。この増幅処理の際に、電力増幅器１０８では非線形位相歪が発生するが、この構成では、位相歪補償したシンボルマップを用いるため、電力増幅器１０８の出力は、非線形位相歪が補償された出力値となる。かくして、電力増幅器１０８により増幅された変調信号がアンテナ１０９から出力される。

以上のように、第２の実施形態では、電力増幅器１０８により発生する非線形歪を予め補償したシンボルマップを利用し、さらに非線形歪補償された有限のシンボルマップ値と規定のタップ係数の乗算結果を格納したメモリ部２０３を用いて送信フィルタ部２０２を構成する。これにより、乗算器１０３１が不要になるため、さらに回路の簡易化かつ小型化、および処理速度の高速化が実現できる。

（第３の実施形態）
図３は、この発明の第３の実施形態に係わるプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図である。なお、同図において、上記第１及び第２の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して詳しい説明を省略する。この第３の実施形態のプリディストーション増幅装置３００は、複数の変調方式を切り替える適応変調時に対応するものである。ここでは、例として１６ＱＡＭ（16-positions Quadrature Amplitude Modulation）の他に、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）、ＱＰＳＫ（Quadri- Phase Shift Keying）、６４ＱＡＭ（64-positions Quadrature Amplitude Modulation）の変調方式に対応するものとする。

プリディストーション増幅装置３００は、アドレッシング部３０１と、送信フィルタ部３０２とを備え、さらに、直交変調部１０４と、ＤＡ変換器１０５と、ミキサ１０６と、発振器１０７と、電力増幅器１０８とを備える。送信フィルタ部３０２は、メモリ部３０３と加算部３０４とを備える。図１４にメモリ部３０３の構成を示す。図１４に示すようにメモリ部３０３には、各変調方式ごとのデータが格納され、メモリ部３０３を構成するメモリ３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃには各変調方式に対応する非線形歪補償されたシンボルマップ値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算結果が記憶される。各変調方式の分類は、図１４に示すように例えばアドレス値の上位２ビットを用いて表される。

一方、アドレッシング部３０１には、シリアル伝送ビット列とともに変調方式が入力され、入力されたシリアル伝送ビット列及び変調方式に対応するメモリ部３０３のアドレス値がアドレッシング部３０１から出力される。送信フィルタ部３０２は、この出力されたアドレス値に該当するシンボルマップ値とタップ係数の乗算結果を加算部２０４で順次加算することで帯域制限と波形整形を行いベースバンド信号を出力する。その後、送信フィルタ部３０２から出力されたベースバンド信号をもとに第２の実施形態と同様の処理を行い無線信号を送信する。

この発明の第３の実施形態は、メモリ部３０３に複数の変調方式に対応する非線形歪補償されたシンボルマップ値とタップ係数との乗算結果を記憶しておく。また、アドレッシング部３０１は、シリアル伝送ビット列とともに変調方式の入力を受け付け、入力されたシリアル伝送ビット列及び変調方式をもとにこの変調方式に応じた歪補償を行なうようにしたものである。これにより、適応変調時においては、変調方式に応じたシンボルマップが適用されるため、適応変調時における歪補償を確実に行なうことができる。

なお、この発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、例えば、このプリディストーション増幅装置の回路構成およびサポートする変調方式についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
要するにこの発明は、上記各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、上記各実施形態に開示され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、各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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。

この発明の第１の実施形態に係わるプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図。この発明の第２の実施形態に係わるプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図。この発明の第３の実施形態に係わるプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図。従来の１６ＱＡＭのコンスタレーションの一例を示す図。位相歪が加わった１６ＱＡＭのコンスタレーションの一例を示す図。位相歪を補償した１６ＱＡＭのコンスタレーションの一例を示す図。位相歪の特性の一例を示す図。１６ＱＡＭのシンボルマップ（歪補償有り／無し）の一例を示す図。図１に示したシンボルマッピング部の動作を示す図。図１に示した送信フィルタ部の構成を示す図。図２に示した送信フィルタ部の構成を示す図。図２に示したメモリ部に記憶されるデータ構成を示す図。図２に示したアドレッシング部の動作を示す図。適応変調に対応する場合にメモリ部に記憶されるデータ構成を示す図。従来のプリディストーション増幅装置を備えた送信部の構成を示す回路ブロック図。

符号の説明

１００…プリディストーション増幅装置、１０２…シンボルマッピング部、１０３…送信フィルタ部、１０４…直交変調部、１０５…ＤＡ変換器、１０６…ミキサ、１０７…発振器、１０８…電力増幅器、１０９…アンテナ、２００…プリディストーション増幅装置、２０１…アドレッシング部、２０２…送信フィルタ部、２０３…メモリ部、２０４…加算部、３００…プリディストーション増幅装置、３０１…アドレッシング部、３０２…送信フィルタ部、３０３…メモリ部、１０３１…乗算部、１０３２…加算部、２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ…メモリ、３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ…メモリ、１５００…プリディストーション増幅装置、１５０１…シンボルマッピング部、１５０３…複素乗算部、１５０４…パワー計算部、１５０５…補償係数メモリ。

Claims

伝送ビット列を複素平面上にマッピングさせたシンボルマップ値を表す送信ベースバンド信号を出力するシンボルマッピング部と、このシンボルマッピング部から出力される送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する無線信号生成部と、この無線信号生成部により生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器とを具備し、
前記シンボルマッピング部は、
入力された前記伝送ビット列に応じたアドレス値を出力するアドレッシング部と、
前記電力増幅器が有する歪み特性の逆特性を反映したシンボルマップ値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算値を予め前記アドレス値に対応付けて格納し、前記アドレッシング部から出力されたアドレス値に対応する前記乗算値を出力するメモリと、
前記メモリから出力された乗算値を時系列的に加算して前記送信ベースバンド信号を出力する加算器と
を備えることを特徴とするプリディストーション増幅装置。
伝送ビット列を、複数種の変調方式の中から適応的に選択された変調方式に応じて複素平面上にマッピングさせたシンボルマップ値を表す送信ベースバンド信号を出力するシンボルマッピング部と、このシンボルマッピング部から出力される送信ベースバンド信号により変調された無線信号を生成する無線信号生成部と、この無線信号生成部により生成された無線信号を電力増幅して出力する電力増幅器とを具備し、
前記シンボルマッピング部は、
前記伝送ビット列と選択された前記変調方式の情報が入力され、入力された前記伝送ビット列及び変調方式情報に対応するアドレス値を出力するアドレッシング部と、
前記電力増幅器が有する歪み特性の逆特性を反映したシンボルマップ値と送信フィルタ特性を規定するタップ係数との乗算値を、前記複数種の変調方式ごとに予め前記アドレス値に対応付けて格納し、前記アドレッシング部から出力されたアドレス値及び前記選択された変調方式に対応する前記乗算値を出力するメモリと、
前記メモリから出力された乗算値を時系列的に加算して前記送信ベースバンド信号を出力する加算器と
を備えることを特徴とするプリディストーション増幅装置。