JP4425630B2 - 通信ビルディングブロックのための適応線形化技法 - Google Patents

Description

信号処理ブロックを線形化するための手法

図１は、通信システムにおける信号処理ブロック１０の基本動作原理を示したものである。信号処理ブロック１０は、所望する出力信号を生成するように、入力信号を信号増幅、フィルタリングまたは周波数変換を介して変換する。したがって実際の実施態様では、信号処理ブロック１０には、ミクサ１２、増幅器１６、フィルタ１４等のうちの任意の１つが含まれており、さらには複数のこのような機能ビルディングブロックの組合せが含まれている場合もある。機能ビルディングブロックの基本的な要求事項は、高水準の信号完全性を提供すること、すなわち所望の信号に対する余計な障害がないことである。所望の出力信号に対する最も一般的な障害は、デバイス自体の非線形性に起因する非線形性である。

非線形性を考慮した場合、式（１）で表される数式は、この理想的でない状況による影響を示している。

Ｙ（ｔ）＝ａ１^＊ｘ（ｔ）＋ａ２^＊ｘ^２（ｔ）＋ａ３^＊ｘ^３（ｔ） 式（１）
ｘ（ｔ）は入力信号であり、Ｙ（ｔ）は得られる出力信号である。図２は、この式（１）をグラフで示したものである。

図２に示すように、三次高調波信号２２のように高調波の関係にある信号は、元の信号２１より速く増大し、それが通信受信機における相互変調および感度抑圧の問題をもたらし、また、送信機における隣接するチャネル帯域でのスペクトル再成長をもたらしている。相互変調および感度抑圧の問題は、他の高調波および／または第三高調波にも原因しているが、第三高調波の非線形性がより大きいため、図には第三高調波信号２２が示されていることに留意されたい。このような問題は、とりわけ電力増幅器における入出力電力が極めて大きい場合に、より容赦のない問題として浮上する。無線システムにおいては、電力のほとんどが電力増幅器によって消費されるため、電力増幅器の線形化は重要である。

信号処理ブロックを線形化するための手法、特に増幅器を線形化するための現在の手法には様々な欠点がある。現在の手法は、様々な線形化技法あるいは様々な非線形システムに適用することができる汎用手法ではない。また、このような手法は、サイズおよび電力要求事項の増加を始めとするオーバヘッドコストを余儀なくしており、したがって、好ましくは最小のオーバヘッドであらゆる通信ビルディングブロックの線形性を向上させるための、汎用性に富み、かつ、電力増幅器応用例を始めとするあらゆる非線形システムに使用することができる装置および方法が必要である。

以上の参照内容は、参照により本明細書に組み込まれ、追加または代替の詳細、特徴および／または技術背景の適切な教示に流用されるものとする。

本発明の目的は、少なくとも前述の問題および／または欠点を解決し、かつ、少なくとも以下で説明する利点を提供することである。

少なくとも上記の目的および利点のすべてまたは一部を本発明の目的に従って達成するために、具体化され、かつ、広範囲に渡って説明されているように、入力信号ｘ（ｔ）を線形化するための回路は、入力信号を受け取って主信号出力を出力する、ほぼＨ１の主伝達関数を有する主回路と、入力信号を受け取って非線形補助信号出力を出力する、ほぼＨ２の非線形補助伝達関数を有する非線形補助回路とを備え、Ｈ_１（Ｘ）＝ａ_１Ｘ＋ａ_３Ｘ^３、Ｈ_２（Ｘ）＝ｂ_１Ｘ＋ｂ_３Ｘ^３であり、Ｘはｘ（ｔ）の変形（transform）であり、ａ_１ｘａ_３＜０、ｂ_１ｘｂ_３＜０であり、ａ_１−ａ_３がほぼａ_１、ｂ_１−ｂ_３がほぼ０であり、さらに、前記主回路および前記非線形補助回路に結合された、前記主信号と前記補助信号を結合して出力信号をもたらすコンバイナを備えている。

また、少なくとも上記の目的および利点のすべてまたは一部を本発明の目的に従って達成するために、具体化され、かつ、広範囲に渡って説明されているように、入力信号を線形化するための回路は、入力信号を受け取って主出力信号を出力する主回路と、非線形補助出力信号と、前記主回路および前記非線形回路に結合された、主信号と補助信号を結合して出力信号をもたらすコンバイナと、出力信号の一部を受け取って前記補助非線形回路に非線形性フィードバック信号を出力するフィードバックループとを備えている。

また、少なくとも上記の目的および利点のすべてまたは一部を本発明の目的に従って達成するために、具体化され、かつ、広範囲に渡って説明されているように、入力信号を線形化する方法には、主信号処理回路を使用して入力信号を処理するステップと、非線形回路を使用して入力信号を処理するステップと、主信号処理回路と非線形回路の出力信号を結合して出力信号を生成するステップと、非線形補助回路の制御パラメータに対する調整値を決定してその非線形性の増大または減少の一方を変化させるステップが含まれている。

本発明のその他の利点、目的および特徴については、以下の説明の中でその一部を示し、また、一部については、当業者には以下の説明を考察することによって明確になり、あるいは本発明を実施することによって習得されよう。本発明の目的および利点は、とりわけ特許請求の範囲の各請求項の中で指摘されているように実現され、かつ、達成される。

以下、本発明について、添付の図面を参照して詳細に説明する。図面の類似の符号は、類似の要素を表している。

図３は、本発明による信号処理ブロックのための線形化装置の好ましい実施形態を図示したものである。図３に示すように、非線形性をキャンセルするための線形化装置の好ましい第１の実施形態は汎用であり、電力増幅器応用例を始めとするあらゆる非線形システムに使用することができる。本発明による線形化装置の好ましい第１の実施形態により、信号処理通信ビルディングブロックまたはシステムの線形性が向上し、サイズおよび電力消費要求事項のうちの少なくとも一方に関して、オーバヘッドが好ましく低減もしくは最小化される。

図３に示すように、線形化装置の好ましい第１の実施形態は、信号処理ブロック３００、すなわち主信号処理ブロックＨ_１および補助補償ビルディングブロックＨ_２を備えたシステムを有する。信号処理ブロック３００に関して、Ｘは入力関数であり、Ｙは得られる出力関数である。主信号処理ブロックＨ_１および補助補償ビルディングブロックＨ_２は、式（２）で表される伝達関数Ｈ_１（Ｘ）およびＨ_２（Ｘ）を有する。第三高調波の非線形性がより顕著であるため、式（２）には基本波および三次高調波のみが含まれていることに留意されたい。しかしながら、開示する好ましい実施形態は汎用型に拡張することができ、本発明は第三高調波に限定されない。

Ｈ_１（Ｘ）＝ａ_１Ｘ＋ａ_３Ｘ^３、Ｈ_２（Ｘ）＝ｂ_１Ｘ＋ｂ_３Ｘ^３ 式（２）
式（３）で表される次の条件は、汎用性を損なうことなくあらゆる場合に満たされる。

ａ_１ｘａ_３＜０、ｂ_１ｘｂ_３＜０ 式（３）
補助補償ビルディングブロックＨ_２が十分な非線形性を有している場合、式（４）で表される条件が満たされる。

ａ_１−ａ_３≒ａ_１、ｂ_１−ｂ_３≒０ 式（４）
この場合、信号処理ブロック３００の出力信号Ｙ（Ｘ）は、
Ｙ（Ｘ）≒ａ_１Ｘ
になる。

上記非線形性キャンセル技法を使用した本発明による装置および方法の好ましい実施形態は、補助補償ビルディングブロックＨ_２が極めて大きな非線形性を有するように設計されるため、たとえ低電力ＰＡ応用例の場合であっても、あらゆる場合に極めて有効である。実際の設計においては、補助補償ビルディングブロックＨ_２が占有する面積はごくわずかであり、また、消費する電力も少なく、あるいはほとんど電力を消費しない。また、補助補償ビルディングブロックＨ_２は、主信号処理ブロックＨ_１の構造と同じ構造にすることができるため、信号処理ブロック３００が元々良好に設計されている場合、あるいは式（２）〜（４）を満足するパラメータが予め決定されている場合、もしくは汎用型バージョンである場合、追跡性能が向上するかあるいは極めて良好である。したがって主信号処理ブロックＨ_１は、望ましくない非線形性を持たせて設計された既存の回路であっても良い。

パラメータ（例えば線形化パラメータおよび／またはシステムパラメータ）の初期予測が困難である場合、パラメータの決定が困難である場合、さらには高性能のためのパラメータを必要とする場合、図４に示すように、それぞれ線形化装置または方法の好ましい実施形態に修正ループまたは修正プロセスを持たせることができる。

図４に示すように、補助補償ビルディングブロックＨ_２は、修正ループ４１０を備えている。非線形性が大き過ぎる場合、あるいは信号処理ブロックでのキャンセルが乏しい場合、相互変調に起因するスペクトルリークが近傍のチャネルに出現する。修正ループ４１０には、好ましくは近傍のチャネルのスペクトル成分の量を検出し、かつ、検出したブロック３００の非線形性の量に対応する出力信号を提供する検出器４１２が含まれている。アナライザ４１４は、検出器４１２から出力信号を受け取り、好ましくは所定の成分レベル等と比較する。アナライザ４１４は、補助補償ビルディングブロックＨ_２のループ制御パラメータ４１６を出力する。したがって、アナライザ４１４によってスペクトルリーク成分が大き過ぎると判定されると、非線形性の所望の変化を生成するように、補助補償ビルディングブロックＨ_２のループ制御パラメータ４１６が修正され、それにより補助ブロックＨ_２の非線形性が小さくなる。補助補償ビルディングブロックＨ_２のループ制御パラメータ４１６は、ブロックＨ_２の線形性に影響を及ぼすパラメータである。また、図４に示すように、修正ループ４１０は、システムの性能（例えば、非線形性の量すなわちキャンセル量）を決定する前に、信号処理ブロック３００の出力信号４２０を修正することができる。したがって、修正ループ４１０は、例えば、ブロック３００の出力信号４２０を受け取る、ブロック３００の所望チャネルに隣接するチャネルあるいは近傍のチャネルを通過させることが好ましいフィルタ４１８をオプションで備えることができる。

次に、図４に示す修正ループを備えた線形化装置の好ましい実施形態の動作について説明する。非線形性が大き過ぎる場合、あるいはブロック３００のキャンセルが乏しい場合、隣接するチャネルに相互変調等に起因するスペクトルリークが出現する。フィルタ４１８としてバンドパスフィルタを使用することにより、所望する量の相互変調を好ましく制御することができる。パワー検出器である検出器４１２は、バンドパスフィルタ４１８から受け取る、フィルターされたチャネル内のこのスペクトル成分を測定し、閾値検出器であるアナライザ４１４は、測定したスペクトル成分が大き過ぎるかどうかをチェックする。隣接するチャネル（例えば側波帯）へのスペクトルリークが大き過ぎる場合、修正ループ４１０によって補助ブロックＨ_２のパラメータが制御され、非線形性が小さくなる。ループ制御パラメータ４１６は、補助ブロックＨ_２の線形性に何らかの影響を及ぼす。ループ制御パラメータ４１６は、例えば補助ブロックの実際の信号レベルであり、あるいはバイアスレベル等である。

図３および図４に示す好ましい実施形態は、様々な線形化手法に容易に適用することができる。以下は、本発明の特定の態様をより明確に説明するために、本発明による好ましいいくつかの詳細な実施形態を示したものであるが、これらの実施形態が例示的なものに過ぎず、本発明を単にこれらの詳細な実施例に限定するものではないことは当業者には理解されよう。

修正ループを電力増幅器などの高周波コンポーネントに適用する場合、ＲＦ周波数そのものでバンドパスフィルタを実施することは極めて困難である。例えば１ＧＨｚで１ＭＨｚのチャネル帯域幅で動作させる場合、バンドパスフィルタのＱ値は１０００でなければならず、これを実施することは極めて困難であり、あるいはほとんど不可能である。この場合、ミクサ等を使用して周波数変換を実施することができる。また、パワー検出器の入力部に１つまたは複数の追加のゲインステージを使用することによって性能を改善することができる。側波帯へのスペクトルリークが小さい場合は、精密でかつ精度の高いパワー検出器および閾値検出器等を使用しなければならない。追加のゲインステージを使用することにより、検出器のオフセットを克服することができ、それにより信号処理通信ビルディングブロックの分解能に追従し、延いては信号処理通信ビルディングブロックの分解能を向上させることができる。

図５は、本発明による線形化装置の好ましい第２の実施形態を図示したものである。図５に示すように、線形化装置の好ましい第２の実施形態は、とりわけ電力増幅器に適用することができる。

図９は、この実施例を示したものであり、提案線形化技法がフィードフォワードリニアライザに適用されている。

図５に示すように、補助補償ビルディングブロックＨ_２は修正ループに結合されている。したがって、修正ループには、ブロック３００のＲＦ周波数出力信号５２０を受け取り、かつ、周波数がｆ_ＬＯであることが好ましい局部発振器信号５２４を使用してＲＦ出力信号の周波数を低くするミクサ５２２が含まれている。したがって、ミクサ５２２の出力信号は、ミクサ５２２を使用することによって、その周波数が周波数ｆ_ＬＯだけベースバンド周波数あるいは中間周波数まで低くなっている。ミクサ５２２の出力は、ブロック３００の所望チャネルに隣接するチャネルまたは近傍のチャネルを通過させることが好ましいバンドパスフィルタ５１８へ引き渡されている。増幅器５２６は、バンドパスフィルタ５１８の出力信号を受け取る。パワー検出器５１２は、増幅された出力信号を増幅器５２６から受け取る。閾値検出器５１４は、増幅された出力信号をパワー検出器５１２から受け取り、所定のレベルと比較する。閾値検出器５１４は、補助補償ビルディングブロックＨ_２の制御パラメータ５１６を出力する。したがって、閾値検出器５１４によってスペクトルリーク成分が大き過ぎると判定されると、非線形性の所望の変化を生成するように、補助補償ビルディングブロックＨ_２の制御パラメータ５１６が修正され、それにより補助ブロックＨ_２の非線形性が小さくなり、隣接するチャネルのスペクトルリークが閾値検出器５１４によって判定される所定の量未満になるまで減少する。

図６は、本発明による線形化装置の好ましい第３の実施形態を図示したものである。図６に示すように、線形化装置の好ましい第３の実施形態は、フィードフォワードリニアライザ６３０および線形化ループ６１０を備えている。フィードフォワードリニアライザ６３０は、それぞれ異なる周波数Ｆ１およびＦ２を有する２つの異なる搬送波信号を含んだ入力信号６３２を受け取る。この入力信号６３２は、第１の結合器６４０およびアームＡを介して主増幅器６５０に提供され、また、アームＢを介して移相器６５５に提供されている。主増幅器６５０の出力信号は、第２の結合器６６０を介して、第３の結合器６８０に提供される出力信号を有する移相器６７０に提供されている。移相器６５５の出力信号は、第２の結合器６６０が受け取る。第１の結合器６４０、主増幅器６５０、移相器６５５および第２の結合器６６０は、キャンセルループ１を構築する。したがって、入力信号６３２は、アームＢを介した第２の結合器６６０からのキャンセルループ１の出力から除去され、キャンセルループ１の出力には、不完全な増幅などのデバイスの非線形性によって生成されたひずみおよび雑音、および主増幅器６５０の相互変調生成物のみが含まれている。しかしながら、理想的でない周波数応答および少なくとも主増幅器６５０のマッチングを含む誤差のため、入力信号６３２は、キャンセルループ１では完全にはキャンセルされない。

第２の結合器６６０の出力は、アームＡを介して移相器６７０に入力され、移相器６７０の出力は、第３の結合器６８０に入力されている。アームＢを介した第２の結合器６６０の出力は、主増幅器６３０によって入力信号６３２に導入される調整済みひずみ成分および雑音成分を増幅する補助増幅器６７５に入力されている。補助増幅器６７５の出力信号は、第３の結合器６８０に入力されている。第２の結合器６６０、移相器６７０、補助増幅器６７５および第３の結合器６８０は、ひずみ成分または雑音成分を低減し、あるいは主増幅器６５０の出力信号から除去するように動作し、主増幅器６５０によって導入される雑音およびひずみが軽減された、好ましい増幅出力信号６３４を生成するひずみキャンセルループ２を構築する。

動作に関しては、フィードフォワードリニアライザ６３０は、例えば増幅された主増幅器６５０の出力から入力信号６３２を抽出することによって、主増幅器６５０によってキャンセルループ１中に生成されるひずみおよび雑音を分離する。第２の結合器６６０からアームＢを介して信号６６２が出力され、補助増幅器６７５によって増幅された後、例えば、第３の結合器６８０で、主増幅器６５０の、主増幅器６５０によって導入されたひずみおよび雑音を含んだ移相増幅出力信号６７２から抽出される。したがって、増幅されたフィードフォワードリニアライザ６３０からの出力信号６３４は、ひずみおよび雑音が軽減されている。

図６に示すように、二次経路（例えばアームＢ）内における補助増幅器の利得および移相器の実際の位相は、線形化ループ６１０を使用して制御されている。線形化ループ６１０によって線形化の多様性が提供され、それによりフィードフォワードリニアライザ６３０の線形性に影響を及ぼす任意の１つまたは複数のパラメータを制御することができる。図６に示すように、修正ループ６１０には、フィードフォワードリニアライザ６３０のＲＦ周波数出力信号６３４を受け取り、かつ、周波数がｆ_ＬＯであることが好ましい局部発振器信号を使用してＲＦ出力信号の周波数を低くするミクサ６２２が含まれている。したがって、ミクサ６２２の出力信号は、ミクサ６２２を使用することによって、その周波数が周波数ｆ_ＬＯだけベースバンド周波数あるいは中間周波数まで低くなっている。ミクサ６２２の出力信号は、バンドパスフィルタ６１８を介してパワー検出器６１２へ引き渡されている。パワー検出器６１２は、フィードフォワードリニアライザ６３０の所望チャネルに隣接するチャネルまたは近傍のチャネルのスペクトル成分の量を増幅器６２６を介して検出する。パワー検出器６１２の出力信号は、フィードフォワードリニアライザ６３０の制御パラメータ６１６を出力する閾値検出器６１４が受け取る。図６に示すように、フィードフォワードリニアライザ６３０の制御パラメータ６１６には、位相制御および振幅制御が含まれている。したがって、線形化ループ６１０によってスペクトルリーク成分が規定の範囲外であると判定されると、好ましくは移相器６５５および補助増幅器６７５のうちの少なくとも１つを使用して非線形性補償の所望の変化を生成するように、フィードフォワードリニアライザ６３０の制御パラメータ６１６が修正される。

図７は、本発明による線形化装置の好ましい第４の実施形態を図示したものである。図７に示すように、線形化装置の好ましい第４の実施形態は、増幅器を線形化するためのデカルトフィードバックループ（Cartesian feedback loop）７３０および線形化ループ７１０を備えている。増幅器を線形化するためのデカルトフィードバックループ７３０は、ベースバンド周波数のＩ入力およびＱ入力を差動増幅器７１０でそれぞれ受け取る。差動増幅器７１０の出力信号は、Ｉ−Ｑ変調器７２０Ａによって好ましくはＲＦ周波数までアップコンバートされる。変調された信号は、増幅器７３０（例えば電力増幅器ＰＡ）によって増幅され、線形化された出力信号が結合器７４０を介して送信され、伝送等に使用される。また、結合器７４０は、線形化された出力信号の一部をフィードバック経路に提供する。フィードバック経路には、コントロール可能なアッテネータ７５０、Ｉ−Ｑ復調器７２０Ｂおよび増幅器７６０が含まれている。コントロール可能なアッテネータ７５０の出力信号は、Ｉ−Ｑ復調器７２０Ｂを介してベースバンド周波数または中間周波数までダウンコンバートされ、増幅器７６０によって増幅された後、差動増幅器７１０にそれぞれ入力されている。差動増幅器７１０は、Ｉ入力信号およびＱ入力信号からフィードバック経路信号を抽出し、デカルトフィードバックループの動作の非線形性を小さくするための誤差信号を生成する。

図７に示すように、線形化ループ７１０を使用して、フィードバック経路内の少なくともコントロール可能なアッテネータを制御することができる。線形化ループ７１０の線形化は多様性に富んでおり、それにより増幅器を線形化するためのデカルトフィードバックループ７３０の線形性に影響を及ぼす任意の１つまたは複数のパラメータを制御することができる。図７に示すように、修正ループ７１０の構造は、修正ループ６１０の構造と類似していることが好ましい。したがって、線形化ループ７１０によってスペクトルリーク成分が大き過ぎると判定されると、アッテネータユニットおよび増幅器などの追加の雑音制御デバイスをフィードフォワード経路またはフィードバック経路内に追加結合し、制御パラメータ７１６を使用して制御することも可能ではあるが、少なくともコントロール可能なアッテネータ７５０を使用して所望の非線形性補償変化を生成するように、増幅器を線形化するためのデカルトフィードバックループ７３０の制御パラメータ７１６が修正される。

図８は、本発明による線形化装置の好ましい第５の実施形態を図示したものである。図７に示すように、線形化装置の好ましい第５の実施形態は、ポーラループ修正システム８３０および線形化ループ８１０を備えている。ポーラループ修正システム８３０は、極性成分、振幅および位相に分割され、かつ、電力増幅器ＰＡの出力信号中の対応する成分と比較される中間周波数信号を受け取る。得られた位相誤差は、制御された（例えば位相）入力信号を電力増幅器に供給するＶＣＯに入力されている。振幅誤差信号によって電力増幅器の制御入力が変調される。位相固定ループは位相を追跡し、フィードバック回路は振幅を追跡することができる。チャネル周波数は、フィードバック経路内の発振器などのＲＦソースによって設定される。

図８に示すように、線形化ループ８１０を使用して、少なくとも振幅成分および位相極性成分を制御することができる。線形化ループ８１０によって線形化の多様性が提供されることが好ましく、それによりポーラループ修正システム８３０の線形性に影響を及ぼす任意の１つまたは複数のパラメータを制御することができる。図８に示すように、修正ループ８１０の構造は、修正ループ６１０の構造と類似していることが好ましい。したがって、追加の非線形性制御コンポーネントを追加することも可能ではあるが、所望の極性成分変化を生成するようにポーラループ修正システム８３０の制御パラメータ８１６が修正される。

図９は、例示的デジタル適応前置補償（pre-distortion）システム９００を図示したものである。デジタル適応前置補償システム９００の動作はデカルトループの動作と類似しているが、デジタル信号処理（ＤＳＰ）およびルックアップテーブル（ＬＵＴ）が非線形性キャンセルに使用されている点が異なっている。システム９００の修正は適応型修正であり、したがって信頼性の点では完璧であるが、広い面積を必要とし、また、大きな電力が必要であるため、このシステムは低電力増幅器（ＰＡ）応用例には適していない。

図１０は、本発明による信号処理システムの出力信号を線形化する方法を図示したものである。図１０に示すように、プロセスが制御を開始すると、ステップＳ１０１０に進行し、主信号処理ブロックの伝達関数が決定される。主信号処理ブロックは、ミクサ、増幅器、フィルタ等を含む１つまたは複数の機能ビルディングブロックまたは機能ビルディングブロックの組合せからなっている。制御はステップＳ１０１０からステップＳ１０２０に進行し、非線形補助ブロックの伝達関数が決定される。主信号処理ブロックおよび非線形補助ブロックの伝達関数は、上で説明したように、式（２）〜（４）を満足するように決定される。制御は次にステップＳ１０２０からステップＳ１０３０に進行する。システムによるデバイスの非線形性を累積することによって、主信号ブロックによる入力関数の信号処理を希望通りに実施することができるため、ステップＳ１０３０で、信号処理システムの結合出力信号が所望のパラメータの範囲内であるかどうか判定される。ステップＳ１０３０における判定は、１回または複数回に渡って、あるいは周期的に行われる。ステップＳ１０３０における判定が肯定である場合、制御はステップＳ１０５０に進行してプロセスが終了する。

ステップＳ１０３０における判定が否定である場合、制御はステップＳ１０４２に進行し、出力信号の一部が解析用として検索される。例えば、ステップＳ１０４２で、出力信号のうちの選択されたチャネルがフィルタ等を通過し、一方では出力信号の他の部分が減衰し、あるいは阻止される。制御は次にステップＳ１０４２からステップＳ１０４４に進行し、出力信号のうちの選択された部分が解析される。例えば、ステップＳ１０４４で、選択されたチャネルの電力レベルを決定するために、その電力レベルが解析される。信号の解析は、例えば出力信号の平均化に基づいている。制御は次にステップＳ１０４４からステップＳ１０４６に進行する。

ステップＳ１０４６で、出力信号のうちの選択された部分の信号レベルが、閾値レベルなどの規定量を超えている場合、非線形補助ブロックの制御パラメータが修正される。非線形補助ブロックの制御パラメータを修正することによって非線形性の大きさを加減することができ、延いてはシステムにおけるデバイスの非線形性によって生成される雑音のキャンセルを修正することができる。制御は次にステップＳ１０４６からジャンプしてステップＳ１０３０に戻る。

線形性は一般的には様々な方法を使用して向上させることができるが、無線システムでは電力のほとんどが電力増幅器によって消費されるため、努力のほとんどは電力増幅器の設計に費やされている。増幅器を線形化する手法には、デカルトループ技法、ポーラループ技法、フィードフォワード技法および前置補償技法のうちの１つが必要である。デカルトフィードバックループは、ポーラループと比較すると構造が対称的であり、したがって、あらゆる修正システムをもたらしているＡＭ−ＡＭプロセスとＡＭ−ＰＭプロセスの間に移相が導入される可能性は少ないように思われるが、ビデオ帯域幅および安定性が多重搬送波信号を処理する能力が制限される。

デカルトおよびポーラループのフィードバックトポロジーとは異なり、フィードフォワード線形化システムは、安定性に極めて優れており、また、帯域幅による制限もほとんどないが、フィードフォワード線形化システムの場合、高調波信号を十分に阻止するためには、利得および位相を正確にマッチングさせる必要がある。

本発明による好ましい実施形態は、高水準の線形性を必要とするあらゆる通信システムに適用することができる。好ましい実施形態は無線応用例に使用することができ、それにより提案技法を使用して電力増幅器を最小オーバヘッドで線形化することができる。

本発明による好ましい実施形態は、通信システムにおける線形化に有利である。本発明による利点は、例えば図３に示すように、線形性を向上させるために補助非線形ブロックが使用されていることである。補助非線形ブロックは極めて小型に設計することができ、また、消費する電力が少ないため、補助ブロックが存在することによるオーバヘッドが極めて小さい。また、フィードバック経路が存在しないため、フィードバック経路に関わる安定性の問題が生じることはなく、また、フィードバック遅延によって性能が低下することもない。図３〜図５に示す好ましい実施形態は、性能に対する追加のハードウェアの影響がそれほど重大ではないため、上記の利点を達成している。

本発明による選択された好ましい実施形態にはフィードバック経路が使用されているが、キャンセル装置およびプロセスは平均化に基づいており、また、非線形性による側波帯中の電力リークのみを取り扱っているため、このフィードバック経路が安定性に関わる何らかの問題の原因になることはない。したがって、デカルトループ等に見られる遅延の影響は、本発明には存在しない。

また、前置補償（pre-distortion）技法と比較すると、本発明による好ましい実施形態の場合、必要なハードウェアが少なく、また、より容易に実施することができる。対照的に、好ましい実施形態は、非線形性に起因する電力のみを取り扱っているため、提案線形化手法には高度に複雑ないかなるアルゴリズムも、かさばるデジタルハードウェアも不要である。したがって、この提案手法は、低電力電力増幅器（ＰＡ）応用例と共に使用することも可能である。

上で説明した実施形態および利点は、単なる例示的なものに過ぎず、本発明を制限するものとして捕えてはならない。本教示は、他のタイプの装置に容易に適用することができる。本発明についての以上の説明は、実例に基づいた説明を意図したものであり、特許請求の範囲の各請求項の範囲の限定を意図したものではない。当業者には多くの代替、改変および変形形態が明らかであろう。特許請求の範囲の各請求項のミーンズ＋ファンクション節（means for 〜）には、記載されている機能を実行する構造として、本明細書において説明した構造が包含され、また、その構造的等価物のみならずその等価構造が包含されているものとする。

関連技術による例示的信号処理ブロックを示す図である。 関連技術による例示的信号特性および対応する高調波特性を示す図である。 本発明による信号処理ブロックを線形化するための装置の好ましい実施形態を示すブロック図である。 本発明による線形化ループを備えた信号処理ブロックを線形化するための装置の好ましい実施形態を示すブロック図である。 本発明によるミクサが組み込まれた線形化装置の好ましい実施形態を示すブロック図である。 本発明によるフィードフォワード線形化システムを備えた線形化装置の好ましい実施形態を示す図である。 本発明によるデカルトフィードバックループシステムを備えた線形化装置の好ましい実施形態を示す図である。 本発明によるポーラループ修正システムを備えた線形化装置の好ましい実施形態を示す図である。 増幅器を線形化するための例示的デジタル適応前置補償システムを示す図である。 本発明による信号処理ブロックを線形化するための方法の好ましい実施形態を示すフローチャートである。

Claims (23)

1. 入力信号ｘ（ｔ）を線形化するための回路であって、
   主伝達関数Ｈ_１（Ｘ）を有し、前記入力信号を受け取り、および、主信号出力を出力する主回路Ｈ１と、
   非線形補助伝達関数Ｈ_２（Ｘ）を有し、前記入力信号を受け取り、および、非線形補助信号出力を出力する非線形補助回路Ｈ２とを備え、
   Ｈ_１（Ｘ）＝ａ_１Ｘ＋ａ_３Ｘ^３、Ｈ_２（Ｘ）＝ｂ_１Ｘ＋ｂ_３Ｘ^３であり、Ｘはｘ（ｔ）
   の変換であり、ａ_１ｘａ_３＜０、ｂ_１ｘｂ_３＜０であり、ａ_１およびａ_３が前記主伝達関数Ｈ_１（Ｘ）の係数であり、ｂ_１およびｂ_３が前記非線形補助伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の係数であり、ａ_１−ａ_３≒ａ_１であり、ｂ_１−ｂ_３≒０であり、
   さらに、前記主回路および前記非線形補助回路に結合された、前記主信号と前記非線形補助信号を結合して出力信号をもたらすコンバイナを備えたことを特徴とする回路。
2. 前記コンバイナに結合されたフィードバックループをさらに備えたことを特徴とする請求項１の回路。
3. 前記フィードバックループにさらに、
   前記コンバイナに結合された、前記出力信号を受け取るバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの出力信号を受け取るように結合されたゲインステージと、
   前記ゲインステージの出力信号を受け取るように結合されたパワー検出器と、
   前記パワー検出器の出力信号を受け取るように結合された閾値検出器であって、該閾値検出器の出力が前記非線形補助回路によって受け取られるものと
   を含むことを特徴とする請求項２の回路。
4. 前記バンドパスフィルタの入力部に結合されたミクサをさらに備えたことを特徴とする請求項３の回路。
5. 前記出力信号の一部を受け取り、および、前記非線形補助回路に非線形性フィードバック制御信号を出力するフィードバックループをさらに備えたことを特徴とする請求項１の回路。
6. 前記出力信号の非線形性の量を検出する非線形性検出器をさらに備え、前記非線形性フィードバック制御信号は、前記非線形性検出器によって検出される前記非線形性の量に基づいていることを特徴とする請求項５の回路。
7. 前記非線形補助回路により、前記非線形補助信号出力の電力レベルを前記非線形性フィードバック制御信号に比例して増大させることを特徴とする請求項６の回路。
8. 前記出力信号中の非線形性の量を検出する非線形性検出器をさらに備え、前記非線形性フィードバック制御信号は、前記非線形検出器によって検出される前記非線形性の量に比例することを特徴とする請求項５の回路。
9. 前記フィードバックループにさらに、
   前記コンバイナに結合された、前記出力信号を受け取るバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタの出力信号を受け取るように結合されたゲインステージと、
   前記ゲインステージの出力信号を受け取るように結合されたパワー検出器と、
   前記パワー検出器の出力信号を受け取るように結合され、前記非線形補助回路にその出力がよって受け取られる閾値検出器とを含む
   ことを特徴とする請求項８の回路。
10. 前記主回路は線形化回路を含むことを特徴とする請求項５の回路。
11. 前記主回路は線形化回路を含むことを特徴とする請求項１の回路。
12. 前記線形化回路は、フィードフォワードリニアライザ、デカルトフィードバックループ、ポーラループ修正システムおよびデジタル適応前置補償システムのうちの１つからなることを特徴とする請求項１１の回路。
13. 前記出力信号の一部を受け取り、および、前記非線形補助回路に非線形性フィードバック制御信号を出力するフィードバックループをさらに備えたことを特徴とする請求項１２の回路。
14. 前記フィードバックループに前記出力信号の非線形性の量を検出する非線形性検出器をさらに備え、前記非線形性フィードバック制御信号は、前記非線形性検出器によって検出される前記非線形性の量に比例することを特徴とする請求項１３の回路。
15. 前記非線形補助回路が、前記非線形補助信号出力の電力レベルを前記非線形性フィードバック制御信号に比例して増大させることを特徴とする請求項１４の回路。
16. 信号処理システムにおける信号品質を改善するための方法であって、
    （ａ）主伝達関数Ｈ_１（Ｘ）に基づいて入力信号ｘ（ｔ）を処理するステップと、
    （ｂ）補助伝達関数Ｈ_２（Ｘ）に基づいて前記入力信号ｘ（ｔ）を処理するステップと、
    （ｃ）ステップ（ａ）および（ｂ）からの処理済み信号を抽出するステップとを含み、
    ステップ（ｂ）は、前記処理済み信号をステップ（ｃ）で抽出する場合に、ステップ（ａ）で出力される前記処理済み信号中の少なくとも１つの所定の高調波、およびステップ（ｂ）で出力される前記処理済み信号中の少なくとも一次高調波および三次高調波を実質的に抑制するだけの十分な量だけ補助伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の非線形性を大きくするステップを含み、
    Ｈ_１（Ｘ）＝ａ_１Ｘ＋ａ_３Ｘ^３、Ｈ_２（Ｘ）＝ｂ_１Ｘ＋ｂ_３Ｘ^３であり、Ｘはｘ（ｔ）の変換ａ_１ｘａ_３＜０、ｂ_１ｘｂ_３＜０であり、ａ_１およびａ_３が前記主伝達関数Ｈ_１（Ｘ）の係数であり、ｂ_１およびｂ_３が前記補助伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の係数であり、ａ_１−ａ_３≒ａ_１であり、ｂ_１−ｂ_３≒０であることを特徴とする方法。
17. 前記非線形性を大きくするステップは、前記補助伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の非線形性を大きくするループ制御パラメータを調整することを含むことを特徴とする請求項１６の方法。
18. 前記少なくとも１つの所定の高調波は三次高調波であることを特徴とする請求項１６の方法。
19. 信号処理システムにおける信号品質を改善するためのシステムであって、
    伝達関数Ｈ_１（Ｘ）に基づいて入力信号ｘ（ｔ）を修正する第１の信号処理ブロックと、
    伝達関数Ｈ_２（Ｘ）に基づいて前記入力信号ｘ（ｔ）を修正する第２の信号処理ブロックと、
    前記第１および第２の信号処理ブロックからの処理済み信号を結合するコンバイナとを備え、
    前記第２の信号処理ブロックは、前記処理済み信号を前記コンバイナによって結合させる場合に、前記第１の信号処理ブロックから出力される前記処理済み信号中の少なくとも１つの所定の高調波、および前記第２の信号処理ブロックから出力される前記処理済み信号中の少なくとも一次高調波および三次高調波を実質的に抑制するだけの十分な量だけ前記伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の非線形性を大きくし、
    Ｈ_１（Ｘ）＝ａ_１Ｘ＋ａ_３Ｘ^３、Ｈ_２（Ｘ）＝ｂ_１Ｘ＋ｂ_３Ｘ^３であり、Ｘはｘ（ｔ）
    の変換であり、ａ_１ｘａ_３＜０、ｂ_１ｘｂ_３＜０であり、ａ_１およびａ_３が前記伝達関数Ｈ_１（Ｘ）の係数であり、ｂ_１およびｂ_３が前記伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の係数であり、ａ_１−ａ_３≒ａ_１であり、ｂ_１−ｂ_３≒０であることを特徴とするシステム。
20. 前記第２の信号処理ブロックは、前記伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の非線形性を大きくするループ制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１９のシステム。
21. 前記少なくとも１つの所定の高調波は三次高調波であることを特徴とする請求項１９のシステム。
22. 前記コンバイナは減算器であることを特徴とする請求項１９のシステム。
23. 前記第２の信号処理ブロックは、前記処理済み信号を減算器において抽出する場合に、前記第１の信号処理ブロックから出力される前記処理済み信号中の一次高調波を除くすべての高調波を実質的に抑制し、および、前記第２の信号処理ブロックから出力される前記処理済み信号中のすべての高調波を抑制するだけの十分な量だけ前記伝達関数Ｈ_２（Ｘ）の非線形性を大きくすることを特徴とする請求項１９のシステム。

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