JP4633891B2

JP4633891B2 - Nonlinear distortion compensation circuit and nonlinear distortion compensation method

Info

Publication number: JP4633891B2
Application number: JP2000233631A
Authority: JP
Inventors: 浩行長坂
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: JP2002057733A; KR20020036670A; KR100827151B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送信機等で用いられる直交変調回路に係り、特にベースバンド信号を直交変調した後に高電力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償回路及び非線形歪み補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直交変調回路では、ベースバンド信号を直交変調した後、変調信号を高電力増幅するが、このとき電力効率を向上させるために非線形増幅し、これにより、増幅した変調信号に非線形歪みが発生するため、発生した歪みを補償して入出力特性を線形化することが行われている。このような非線形歪みを補償する従来の方法として、図８に示すようなプリディストーション式の非線形歪み補償方式がある。
【０００３】
図８において、ベースバンド信号Ｉ，Ｑは歪み補償演算部１を通って、Ｄ／Ａコンバータ２、Ｄ／Ａコンバータ３に入力され、ここでアナログ信号になって直交変換器４に入力される。直交変換器４に入力されたベースバンド信号Ｉ，Ｑは直交変調され、更に、高電力増幅器（ＨＰＡ）５で高電力増幅されて出力される。
【０００４】
ここで、補償データテーブル７は、高電力増幅器５の増幅時の非線形特性を予め測定した結果を用いて作成された補償データをテーブル化して保持している。電力計算器６はベースバンド信号Ｉ，Ｑの電力を計算し、得られた電力を補償データテーブル７に出力する。補償データテーブル７はベースバンド信号Ｉ，Ｑの電力に応じてそのテーブルを参照し、対応する補償データを読み出して、歪み補償演算部１に出力する。
【０００５】
これにより、歪み補償演算部１は入力される直交変調する前のベースバンド信号Ｉ，Ｑに高電力増幅器４で生じる非線形歪みをキャンセルさせるような逆特性の歪みを予め加えて、Ｄ／Ａコンバータ２、３に出力する。このため、高電力増幅器５で高電力増幅された変調信号には非線形歪みが含まれないことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のプリディストーション式の非線形歪み補償方式では、ベースバンド信号の電力に応じてその補償データテーブルを参照するものであるため、高電力増幅器５の特性のバラツキや温度変化などにより回路全体の性能が劣化し易いという欠点があった。
【０００７】
そこで、図９に示すように、高電力増幅器５の出力を方向性結合器８で分岐し、この分岐出力信号を直交復調器９で直交復調してから補償データ演算部１０にフィードバックさせる方式の回路がある。この回路の補償データ演算部１０は前記フィードバックテーブル情報に応じた係数を内蔵の補償データテーブル（図１の７と同様のもの）のデータに乗算して補正をかけて、高電力増幅器５の特性のバラツキや温度変化に依らず、精度の高い補償データを歪み補償演算部１に出力して、上記欠点による影響を低減させようとしている。
【０００８】
しかし、上記したいずれの回路も、擬似的な非線形歪みを生成し、これを利用しているので、上記欠点を充分に解決してはおらず、また、上記したいずれの回路も複雑なデジタル演算を行なうため、回路規模が大きくなり、その結果、消費電力も大きくなるため、特にバッテリーを電源とする送信機では、動作時間が短縮化されるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高電力増幅器の特性が変動しても正確に高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができ、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さくできる非線形歪み補償方法及び非線形歪み補償回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償回路において、前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出する歪み抽出部と、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に復調する直交復調部と、前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の逆の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳する歪み重畳部とを具備することにある。
【００１１】
請求項２の発明の特徴は、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分の位相を調整してからベースバンド領域に直交復調することにある。
【００１２】
請求項３の発明の特徴は、前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の位相を調整し、その結果歪み成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳することにある。
【００１３】
請求項４の発明の前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、この減衰器の出力信号から非線形高出力増幅する前の変調信号を減算する減算器とから成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明の前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を反転させる位相反転器と、前記減衰器の出力信号に前記位相反転器より出力される反転変調信号を加算する加算器とから成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明の前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信号から前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分を減算する減算器から成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明の前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信号に前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の位相反転成分を加算する加算器から成ることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明の前記ベースバンド領域の歪み成分の位相反転成分は、前記歪み抽出部により抽出された歪み成分の位相を位相反転器で反転させてから前記直交復調部により直交復調することにより生成することを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償方法において、前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出するステップと、前記抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に直交復調するステップと、前記直交復調されて生成されるベースバンド領域の歪み成分の逆の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳するステップとを具備することにある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の動作原理を説明するための非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。この回路は、直交変調部１１、高電力増幅器（ＨＰＡ）１２，減衰器１３、減算器１４、直交復調部１５、減算器１６、１７及びキャリア発生器１８を有している。
【００２０】
直交変調部１１は、π／２移相器１１１、乗算器１１２、１１３、加算器１１４から成り、直交部復調部１５は、π／２移相器１５１、乗算器１５２、１５３から成っている。尚、減衰器１３、減算器１４、直交復調部１５、減算器１６、１７が本発明の非線形歪み補償回路を構成している。
【００２１】
次に本発明の非線形歪み補償回路の動作について説明する。ベースバンド信号Ｉ、Ｑは、それぞれ減算器１６、１７で後述する歪み成分ｅ，ｆが減算されてから直交変調部１１に入力される。直交変調部１１では、キャリア発生器１８で発生されπ／２移相器１１１でπ／２移相されたキャリアｈとベースバンド信号Ｑが乗算器１１２で乗算された後、加算器１１４に入力される。ベースバンド信号Ｉは、キャリア発生器１８で発生されたキャリアｇと乗算器１１３で乗算された後、更に加算器１１４に入力され、前記乗算器１１２の出力信号と加算されて直交変調され、直交変調信号ａが高電力増幅器１２に入力される。
【００２２】
高電力増幅器１２は直交変調信号ａを非線形高電力増幅（利得Ｋ）して出力するが、出力信号ｂの一部は減衰器１３に入力されて、高電力増幅器１２の増幅利得分減衰（１／Ｋ）され、出力信号ｃとなって減算器１４に入力される。減算器１４では、高電力増幅器１２から出力された非線形歪みを含んだ信号ｃから、直交変調部１１から出力された歪みのない直交変調信号ａが減算され、非線形増幅歪み成分ｄのみが抽出される。
【００２３】
この非線形増幅歪み成分ｄは、キャリア発生器１８で発生されたキャリアｇと乗算器１５２で乗算され、同時にキャリア発生器１８で発生されπ／２移相器１５１でπ／２移相されたキャリアｈと乗算器１５３で乗算されて復調され、ベースバンド領域の歪み成分ｅ，ｆとなって、減算器１６、１７に入力される。
【００２４】
従って、減算器１６では、ベースバンド信号Ｉから高電力増幅器１２で生じるであろう歪み成分ｅが予め減算されることによって、逆歪み成分が重畳されたベースバンド信号Ｉが直交変調部１１に入力される。減算器１７では、ベースバンド信号Ｑから高電力増幅器１２で生じるであろう歪み成分ｆが予め減算されることによって、逆歪み成分が重畳されたベースバンド信号Ｑが直交変調部１１に入力される。
【００２５】
即ち、前記減算器１６、１７では、減算器１４で抽出した歪み成分を直交復調することにより生成されるベースバンド領域における逆歪み特性（高電力増幅時に発生する非線形歪み成分をキャンセルする特性）の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳していると言える。従って、前記逆の歪み成分が重畳されたベースバンド信号が直交変調部１１により直交変調された後、高電力増幅器１２で非線形高電力増幅される時に発生する非線形歪みはキャンセルされる。
【００２６】
ここで、上記した非線形歪補償の原理を以下に述べる。まず、高電力増幅器１２において歪みが生じる前のａ点における信号Ａ_inは、Ｉ，Ｑベースバンド信号をそれぞれＳ_I，Ｓ_Qとし、キャリア発生器出力をｃｏｓθ（簡略のため、振幅は１とする）とすると、
【００２７】
【数１】

【００２８】
また、高電力増幅器（ＨＰＡ）による高電力増幅で歪みが発生したときの非線形歪み成分をＤ、その時のＨＰＡの増幅率をＫとすると、ｂ点における非線形歪みを含んだＨＰＡの出力信号Ａ_outは、
【００２９】
【数２】

【００３０】
減衰器１３の減衰率を１／Ｋとすると、ｃ点における信号は、
【００３１】
【数３】

【００３２】
となり、さらにｄ点における信号は、
【００３３】
【数４】

【００３４】
となって歪み成分の（１／Ｋ）のみが抽出される。
【００３５】
これを直交復調するとｅ点、ｆ点における信号はそれぞれ次のようになる。
ｅ点はＤ／Ｋ・ｃｏｓθ、f点はＤ／Ｋ・ｓｉｎθ …（５）
【００３６】
よって逆歪みを加えた後のＨＰＡ入力信号Ａ’_in（ａ点）は、式（５）より
【００３７】
【数５】

【００３８】
であるので、これをＨＰＡで増幅するとＨＰＡ出力信号Ａ’_out（ｂ点）は、
【００３９】
【数６】

【００４０】
となり、歪みが除去され、線形な増幅を行なうことができる。
【００４１】
図２は本発明の非線形歪み補償方法の一実施形態に係る処理手順を示したフローチャートである。まず、ステップ２０１にて、非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出し、ステップ２０２にて、抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域の歪み成分に変換する。次に、ステップ２０３にて、ベースバンド領域における逆歪み特性（非線形高出力増幅する際に発生する非線形歪みをキャンセルする特性）の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳する。
【００４２】
図３は、図１に示した回路の計算機シミュレーションによる動作確認結果を示した特性図である。図３（ａ）は本発明の非線形歪み補償回路をオフした場合の高電力増幅器１２の出力信号の波形を示している。図３（ｂ）は本発明の非線形歪み補償回路をオンした場合の高電力増幅器１２の出力信号の波形を示している。非線形歪み補償回路により歪みの補償を行うと、隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ）の改善率として１４〜１６ｄＢの効果が見られる。
【００４３】
更に、図４に示したＡＣＰＲ対入力レベル特性を参照すると分かるように、非線形歪み補償回路をオンした場合、最大出力状態で位相や振幅を最適な値に調整しておけば、それ以下の出力レベルにおいてはそれよりＡＣＰＲが劣化することはないので、適応化回路などの動的制御は必要なく、その後は無調整で使用できる効果がある。
【００４４】
本発明の非線形歪み補償回路によれば、高電力増幅器１２で発生した歪みを抽出し、これをベースバンド領域の歪みに変換した後、ベースバンド信号Ｉ，Ｑから減算して逆歪みをベースバンド信号Ｉ，Ｑにフィードバックすることにより、高電力増幅器１２で発生する非線形歪みをキャンセルすることができる。しかも、非線形歪み補償回路は複雑なデジタル演算を行なうことがないフィードバック系であるため、回路規模を小さくすることができると共に、消費電力を小さくすることができる。それ故、本例の直交変調回路をバッテリーを電源とする携帯電話等の送信機などに用いた場合、動作時間を長時間とする効果がある。
【００４５】
図５は本発明の第１の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例は、直交変調部１１と高電力増幅器（ＨＰＡ）１２の間に、方向性結合器又は分配器１９を挿入して、直交変調部１１から出力される変調信号を分岐し、この分岐した変調信号を遅延回路又は移相器２０を通して、その位相を適切にシフトして減衰器１３の出力信号の位相に合わせた後、減算器１４に入力するようにしている。
【００４６】
又、高電力増幅器１２の出力も方向性結合器又は分配器２１により分岐され、この分岐出力が減衰器１３に入力されるように成っている。更に、減算器１４から得られる非線形歪み成分も位相調整器２２を通して、その位相を調整した後、直交復調部１５に入力している。又、直交復調部１５により出力されるベースバンドの非線形歪み成分も、振幅調整器２３、２４を通して、その振幅を適切なものにしてから減算器１６、１７に入力されている。特に、抽出した非線形歪み成分の位相を調整してから直交復調部１５に入力することにより、減算器１６、１７でベースバンド領域の歪み成分の逆位相の歪み成分が精度良く前記ベースバンド信号に重畳されるようにしている。
【００４７】
従って、本発明の非線形歪み補償回路は、方向性結合器又は分配器１９、２１、遅延回路又は移相器２０、減衰器１３、減算器１４、直交復調部１５、振幅調整器２３、２４、減算器１６、１７から構成されている。
【００４８】
その他の構成は図１に示した動作原理説明図と同様であり、高電力増幅器（ＨＰＡ）１２で発生した歪みの逆歪みをベースバンド信号にフィードバックして歪みをキャンセルするが、非線形歪み補償回路の各信号の位相関係と振幅関係を適切に整えることにより、実用的な回路構成としており、原理的には図１に示した動作原理説明図と同様の作用、効果がある。
【００４９】
図６は本発明の第２の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例では、図４に示した遅延回路又は移相器２０を減衰器１３と減算器１４の間に挿入している。こうしても、減算器１４に入力される方向性結合器１９と減衰器１３の各出力信号の位相を合わせることができる。
【００５０】
又、減算器１４から出力される歪み成分の振幅を振幅調整器２５により調整してから直交復調部１５に入力し、直交復調部１５から出力されるベースバンド領域の歪み成分の位相を位相調整器２６、２７で調整する構成としても、図４に示した回路と同等の動作を行うことができ、同様の効果がある。特に、本例では、ベースバンド領域の歪み成分の位相を調整することにより、減算器１６、１７でベースバンド領域の歪み成分の逆位相の歪み成分が精度良く前記ベースバンド信号に重畳されるようにしている。
【００５１】
図７は本発明の第３の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例では、方向性結合器又は分配器１９で分岐した変調信号を位相反転＆位相調整器２８により位相を反転すると共に、その位相を調整して、加算器２９に入力している。これにより、前述した実施形態で用いた減算器１４の代わりに加算器２９を用いて、歪み成分を抽出することができる。
【００５２】
又、加算器２９から出力される歪み成分を位相反転器３０によりその位相を反転させて、直交復調部１５に出力することにより、ベースバンド領域に復調された歪み成分の位相を反転させているため、振幅調整器２３、２４及び位相調整器２６、２７を通った歪み成分の位相は前述した実施形態のそれと１８０度異なっているため、減算器ではなく、加算器３１、３２によってベースバンド信号Ｉ，Ｑに逆歪み成分を加えることができ、本実施形態も、第１、第２の実施形態と同様の効果がある。
【００５３】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、実際に生じた歪みをフィードバックしているので、より正確に高電力増幅による非線形歪みを補償することができ、また、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅による非線形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作原理を説明するための非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図２】本発明の非線形歪み補償方法の一実施形態に係る処理手順を示したフローチャートである。
【図３】図１に示した回路の計算機シミュレーションによる動作確認結果を示した特性図である。
【図４】図１に示した回路のＡＣＰＲ対入力レベルの関係を示した特性図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図８】従来の非線形歪み補償回路を搭載した送信機の構成例を示した回路図である。
【図９】従来の非線形歪み補償回路を搭載した送信機の他の構成例を示した回路図である。
【符号の説明】
１１直交変調部
１２ＨＰＡ（高電力増幅器）
１３減衰器
１４、１６、１７減算器
１５直交復調部
１８キャリア発生器
１９、２１方向性結合器又は分配器
２０遅延回路又は移相器
２２、２６、２７位相調整器
２３、２４、２５振幅調整器
２８位相反転＆位相調整器
２９、３１、３２１１４加算器
３０位相反転器
１１１、１５１ π／２移相器
１１２、１１３、１５２、１５３乗算器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an orthogonal modulation circuit used in a radio transmitter or the like, and more particularly to a nonlinear distortion compensation circuit and a nonlinear distortion compensation method for compensating for nonlinear distortion that occurs when a baseband signal is subjected to orthogonal modulation and then subjected to high power amplification.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in quadrature modulation circuits, the baseband signal is quadrature modulated, and then the modulated signal is amplified with high power. At this time, nonlinear amplification is performed to improve power efficiency, and nonlinear distortion is generated in the amplified modulated signal. Therefore, the input / output characteristics are linearized by compensating for the generated distortion. As a conventional method for compensating for such nonlinear distortion, there is a predistortion type nonlinear distortion compensation system as shown in FIG.
[0003]
In FIG. 8, the baseband signals I and Q pass through the distortion compensation calculation unit 1 and are input to the D / A converter 2 and the D / A converter 3, where they are converted into analog signals and input to the orthogonal transformer 4. . The baseband signals I and Q input to the quadrature converter 4 are quadrature-modulated, further amplified by a high power amplifier (HPA) 5 and output.
[0004]
Here, the compensation data table 7 stores compensation data created using a result obtained by measuring in advance the nonlinear characteristics during amplification of the high power amplifier 5 in a table. The power calculator 6 calculates the power of the baseband signals I and Q and outputs the obtained power to the compensation data table 7. The compensation data table 7 refers to the table according to the power of the baseband signals I and Q, reads the corresponding compensation data, and outputs it to the distortion compensation calculation unit 1.
[0005]
As a result, the distortion compensation calculation unit 1 adds in advance a distortion having an inverse characteristic that cancels the nonlinear distortion generated in the high-power amplifier 4 to the input baseband signals I and Q before the orthogonal modulation, and the D / A converter Output to 2 and 3. For this reason, the modulation signal amplified with high power by the high power amplifier 5 does not include nonlinear distortion.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional predistortion type non-linear distortion compensation method, the compensation data table is referred to according to the power of the baseband signal, so that the entire circuit is affected by variations in characteristics of the high power amplifier 5 and temperature changes. There was a drawback that the performance was likely to deteriorate.
[0007]
Therefore, as shown in FIG. 9, the output of the high power amplifier 5 is branched by the directional coupler 8, and the branched output signal is quadrature demodulated by the quadrature demodulator 9, and then fed back to the compensation data calculation unit 10. There is a circuit. The compensation data calculation unit 10 of this circuit multiplies the data of the built-in compensation data table (the same as 7 in FIG. 1) by a coefficient corresponding to the feedback table information to correct the characteristics, and thereby the characteristics of the high power amplifier 5 Regardless of the variation and the temperature change, highly accurate compensation data is output to the distortion compensation calculation unit 1 to reduce the influence of the above-mentioned defects.
[0008]
However, since any of the above circuits generates and uses pseudo-nonlinear distortion, the above disadvantages are not sufficiently solved, and neither of the above circuits performs complicated digital operations. As a result, the circuit scale becomes large, resulting in an increase in power consumption, and there is a problem that the operation time is shortened particularly in a transmitter using a battery as a power source.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and its purpose is to accurately compensate for nonlinear distortion caused by high power amplification even if the characteristics of the high power amplifier fluctuate. A nonlinear distortion compensation method and a nonlinear distortion compensation circuit capable of compensating for nonlinear distortion generated by high power amplification without using a complicated and large-scale digital arithmetic circuit or pseudo distortion generation circuit, and reducing power consumption Is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a feature of the invention of claim 1 is that a non-linear high-power amplifier that compensates for non-linear distortion generated when performing non-linear high-power amplification in a transmitter that performs non-linear high-power amplification after orthogonally modulating a baseband signal. In a distortion compensation circuit, a distortion extraction unit that extracts a nonlinear distortion component from the modulated signal that has been amplified by nonlinear high-power amplification, an orthogonal demodulation unit that orthogonally demodulates the distortion component extracted from the distortion extraction unit and demodulates it into a baseband region, And a distortion superimposing unit that superimposes a distortion component opposite to the distortion component of the baseband region output from the orthogonal demodulation unit on the baseband signal.
[0011]
The feature of the invention of claim 2 resides in that the phase of the distortion component extracted from the distortion extraction unit is adjusted and then orthogonally demodulated to the baseband region.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, the phase of the baseband region output from the quadrature demodulator is adjusted, and as a result, a distortion component having a phase opposite to the distortion component is superimposed on the baseband signal.
[0013]
The distortion extractor according to a fourth aspect of the present invention includes an attenuator for attenuating the nonlinear high-power amplified modulated signal by the amount of nonlinear high-power amplification, and modulation before the nonlinear high-power amplification from the output signal of the attenuator. And a subtractor for subtracting the signal.
[0014]
The distortion extraction unit according to the invention of claim 5 includes an attenuator for attenuating the non-linear high-power amplified modulation signal by the amount of non-linear high-power amplification, and a phase for inverting the phase of the modulation signal before non-linear high-power amplification. An inverter and an adder for adding the inverted modulation signal output from the phase inverter to the output signal of the attenuator.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, the distortion superimposing unit includes a subtracter that subtracts a distortion component in a baseband region output from the orthogonal demodulation unit from the baseband signal.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, the distortion superimposing unit includes an adder that adds a phase inversion component of a distortion component of a baseband region output from the quadrature demodulation unit to the baseband signal.
[0017]
The phase inversion component of the distortion component in the baseband region of the invention according to claim 8 is obtained by inverting the phase of the distortion component extracted by the distortion extraction unit with a phase inverter and then performing quadrature demodulation by the orthogonal demodulation unit. It is characterized by generating.
[0018]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a nonlinear distortion compensation method for compensating for nonlinear distortion generated when the nonlinear high-power amplification is performed in a transmitter that performs nonlinear high-power amplification after orthogonally modulating a baseband signal. Extracting a nonlinear distortion component from the output amplified modulation signal, orthogonally demodulating the extracted distortion component to orthogonally demodulate to the baseband region, and distortion components of the baseband region generated by the orthogonal demodulation. Superimposing a reverse distortion component on the baseband signal.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a nonlinear distortion compensation circuit for explaining the operating principle of the present invention. This circuit includes a quadrature modulation unit 11, a high power amplifier (HPA) 12, an attenuator 13, a subtracter 14, a quadrature demodulation unit 15,

subtractors

16 and 17, and a carrier generator 18.
[0020]
The quadrature modulation unit 11 includes a π / 2 phase shifter 111,

multipliers

112 and 113, and an adder 114. The quadrature demodulation unit 15 includes a π / 2 phase shifter 151 and

multipliers

152 and 153. . The attenuator 13, the subtracter 14, the quadrature demodulator 15, and the subtractors 16 and 17 constitute the nonlinear distortion compensation circuit of the present invention.
[0021]
Next, the operation of the nonlinear distortion compensation circuit of the present invention will be described. The baseband signals I and Q are input to the quadrature modulation unit 11 after distortion components e and f (described later) are subtracted by

subtracters

16 and 17, respectively. In the quadrature modulation unit 11, the carrier h generated by the carrier generator 18 and phase-shifted by π / 2 by the π / 2 phase shifter 111 and the baseband signal Q are multiplied by the multiplier 112 and then input to the adder 114. Is done. The baseband signal I is multiplied by the carrier g generated by the carrier generator 18 and multiplied by the multiplier 113, and further input to the adder 114, added with the output signal of the multiplier 112, and orthogonally modulated, The modulation signal a is input to the high power amplifier 12.
[0022]
The high power amplifier 12 outputs the quadrature modulated signal a after nonlinear high power amplification (gain K), but a part of the output signal b is input to the attenuator 13 and attenuated by the amplification gain of the high power amplifier 12 (1). / K) and is input to the subtractor 14 as an output signal c. The subtractor 14 subtracts the non-distorted quadrature modulation signal a output from the quadrature modulation unit 11 from the signal c including the non-linear distortion output from the high power amplifier 12 and extracts only the non-linear amplification distortion component d. The
[0023]
This nonlinear amplification distortion component d is multiplied by the carrier g generated by the carrier generator 18 and the multiplier 152, and simultaneously generated by the carrier generator 18 and phase-shifted by the π / 2 phase shifter 151. The signal is multiplied by h and multiplied by a multiplier 153, demodulated, and converted into distortion components e and f in the baseband region, which are input to

subtractors

16 and 17.
[0024]
Therefore, in the subtracter 16, the baseband signal I on which the inverse distortion component is superimposed is input to the quadrature modulation unit 11 by subtracting in advance the distortion component e that will be generated in the high power amplifier 12 from the baseband signal I. Is done. In the subtractor 17, the baseband signal Q on which the reverse distortion component is superimposed is input to the quadrature modulation unit 11 by subtracting in advance the distortion component f that will be generated in the high power amplifier 12 from the baseband signal Q. .
[0025]
That is, the

subtracters

16 and 17 have reverse distortion characteristics (characteristics for canceling nonlinear distortion components generated during high power amplification) in the baseband region generated by orthogonal demodulation of the distortion components extracted by the subtractor 14. It can be said that a distortion component is superimposed on the baseband signal. Accordingly, after the baseband signal on which the reverse distortion component is superimposed is orthogonally modulated by the orthogonal modulation unit 11, the nonlinear distortion that occurs when nonlinear high power amplification is performed by the high power amplifier 12 is canceled.
[0026]
Here, the principle of the above-described nonlinear distortion compensation will be described below. First, the signal A _{in at} point a before distortion occurs in the high-power amplifier 12 is that the I and Q baseband signals are S _I and S _Q , respectively, and the carrier generator output is cos θ (for simplicity, the amplitude is 1). )
[0027]
[Expression 1]

[0028]
Further, assuming that the nonlinear distortion component when distortion occurs due to high power amplification by a high power amplifier (HPA) is D and the amplification factor of the HPA at that time is K, the output signal A _{out of the} HPA including the nonlinear distortion at the point b. Is
[0029]
[Expression 2]

[0030]
If the attenuation factor of the attenuator 13 is 1 / K, the signal at the point c is
[0031]
[Equation 3]

[0032]
And the signal at point d is
[0033]
[Expression 4]

[0034]
Thus, only (1 / K) of the distortion component is extracted.
[0035]
When this is orthogonally demodulated, the signals at points e and f are as follows.
The point e is D / K · cos θ, the point f is D / K · sin θ (5)
[0036]
Therefore, the HPA input signal A ′ _in (point a) after applying reverse distortion is obtained from the equation (5).
[Equation 5]

[0038]
Therefore, when this is amplified by HPA, the HPA output signal A ′ _out (point b) is
[0039]
[Formula 6]

[0040]
Thus, distortion is removed and linear amplification can be performed.
[0041]
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure according to an embodiment of the nonlinear distortion compensation method of the present invention. First, in step 201, a nonlinear distortion component is extracted from the modulated signal subjected to nonlinear high-power amplification, and in step 202, the extracted distortion component is orthogonally demodulated and converted into a distortion component in the baseband region. Next, in step 203, the distortion component of the inverse distortion characteristic in the baseband region (characteristic for canceling the nonlinear distortion generated when nonlinear high-power amplification is performed) is superimposed on the baseband signal.
[0042]
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an operation confirmation result by computer simulation of the circuit shown in FIG. FIG. 3A shows the waveform of the output signal of the high power amplifier 12 when the nonlinear distortion compensation circuit of the present invention is turned off. FIG. 3B shows the waveform of the output signal of the high power amplifier 12 when the nonlinear distortion compensation circuit of the present invention is turned on. When the distortion is compensated by the nonlinear distortion compensation circuit, an effect of 14 to 16 dB is seen as an improvement rate of the adjacent channel power ratio (ACPR).
[0043]
Furthermore, as can be seen by referring to the ACPR vs. input level characteristic shown in FIG. 4, when the nonlinear distortion compensation circuit is turned on, if the phase and amplitude are adjusted to optimum values in the maximum output state, the output below that Since ACPR does not deteriorate further at the level, dynamic control such as an adaptive circuit is not necessary, and thereafter there is an effect that it can be used without adjustment.
[0044]
According to the nonlinear distortion compensation circuit of the present invention, the distortion generated in the high power amplifier 12 is extracted, converted into the distortion in the baseband region, and then subtracted from the baseband signals I and Q to obtain the inverse distortion in the baseband. By feeding back to the signals I and Q, the non-linear distortion generated in the high power amplifier 12 can be canceled. In addition, since the nonlinear distortion compensation circuit is a feedback system that does not perform complicated digital operations, the circuit scale can be reduced and the power consumption can be reduced. Therefore, when the quadrature modulation circuit of this example is used for a transmitter such as a mobile phone using a battery as a power source, there is an effect that the operation time is extended.
[0045]
FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the nonlinear distortion compensation circuit according to the first embodiment of the present invention. In this example, a directional coupler or distributor 19 is inserted between the quadrature modulation unit 11 and the high power amplifier (HPA) 12, and the modulated signal output from the quadrature modulation unit 11 is branched. The phase of the modulated signal is appropriately shifted through a delay circuit or phase shifter 20 to match the phase of the output signal of the attenuator 13 and then input to the subtractor 14.
[0046]
The output of the high power amplifier 12 is also branched by the directional coupler or distributor 21, and this branch output is input to the attenuator 13. Further, the nonlinear distortion component obtained from the subtracter 14 is also input to the quadrature demodulator 15 after adjusting its phase through the phase adjuster 22. The baseband nonlinear distortion component output from the quadrature demodulator 15 is also input to the

subtracters

16 and 17 after the amplitude is adjusted through the

amplitude adjusters

23 and 24. In particular, by adjusting the phase of the extracted nonlinear distortion component and inputting it to the quadrature demodulator 15, the

subtractor

16 and 17 can accurately convert the distortion component in the opposite phase of the distortion component in the baseband region to the baseband signal. They are superimposed.
[0047]
Therefore, the nonlinear distortion compensation circuit of the present invention includes directional couplers or

distributors

19 and 21, a delay circuit or phase shifter 20, an attenuator 13, a subtractor 14, a quadrature demodulator 15, an

amplitude adjuster

23, 24, It consists of

subtractors

16 and 17.
[0048]
The rest of the configuration is the same as the operation principle explanatory diagram shown in FIG. 1, and the distortion is canceled by feeding back the inverse distortion of the distortion generated in the high power amplifier (HPA) 12 to the baseband signal. By appropriately adjusting the phase relationship and amplitude relationship of each of the signals, a practical circuit configuration is obtained, and in principle, there are the same operations and effects as the operation principle explanatory diagram shown in FIG.
[0049]
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a nonlinear distortion compensation circuit according to the second embodiment of the present invention. In this example, the delay circuit or phase shifter 20 shown in FIG. 4 is inserted between the attenuator 13 and the subtractor 14. Even in this case, the phases of the output signals of the directional coupler 19 and the attenuator 13 input to the subtractor 14 can be matched.
[0050]
Further, the amplitude of the distortion component output from the subtractor 14 is adjusted by the amplitude adjuster 25 and then input to the quadrature demodulation unit 15, and the phase of the distortion component in the baseband region output from the quadrature demodulation unit 15 is adjusted in phase. The configuration adjusted by the

devices

26 and 27 can perform the same operation as the circuit shown in FIG. 4 and has the same effect. In particular, in this example, by adjusting the phase of the distortion component in the baseband region, the

subtractor

16 and 17 can accurately superimpose the distortion component having the opposite phase to the distortion component in the baseband region on the baseband signal. I have to.
[0051]
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a nonlinear distortion compensation circuit according to the third embodiment of the present invention. In this example, the phase of the modulated signal branched by the directional coupler or distributor 19 is inverted by the phase inversion & phase adjuster 28, and the phase is adjusted and input to the adder 29. Thereby, a distortion component can be extracted using the adder 29 instead of the subtractor 14 used in the above-described embodiment.
[0052]
Further, the phase of the distortion component output from the adder 29 is inverted by the phase inverter 30 and output to the quadrature demodulator 15 to invert the phase of the distortion component demodulated in the baseband region. Therefore, since the phase of the distortion component that has passed through the

amplitude adjusters

23 and 24 and the

phase adjusters

26 and 27 is 180 degrees different from that of the above-described embodiment, the baseband signal is not added by the

adders

31 and 32 but the subtracters. A reverse distortion component can be added to I and Q, and this embodiment has the same effect as the first and second embodiments.
[0053]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement also with another various form in a concrete structure, a function, an effect | action, and an effect.
[0054]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, since distortion that has actually occurred is fed back, nonlinear distortion due to high power amplification can be compensated more accurately, and complex and large-scale digital Non-linear distortion due to high power amplification can be compensated without using an arithmetic circuit, a pseudo distortion generation circuit, or the like, and power consumption can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a non-linear distortion compensation circuit for explaining an operation principle of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure according to an embodiment of the nonlinear distortion compensation method of the present invention.
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an operation confirmation result by computer simulation of the circuit shown in FIG. 1;
4 is a characteristic diagram showing a relationship between ACPR and input level of the circuit shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a nonlinear distortion compensation circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a nonlinear distortion compensation circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a nonlinear distortion compensation circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration example of a transmitter equipped with a conventional nonlinear distortion compensation circuit.
FIG. 9 is a circuit diagram showing another configuration example of a transmitter equipped with a conventional nonlinear distortion compensation circuit.
[Explanation of symbols]
11 Quadrature Modulation Unit 12 HPA (High Power Amplifier)
13

Attenuators

14, 16, 17 Subtractor 15 Quadrature demodulator 18

Carrier generator

19, 21 Directional coupler or distributor 20 Delay circuit or

phase shifter

22, 26, 27

Phase adjuster

23, 24, 25 Amplitude adjustment Device 28 Phase inversion &

phase adjuster

29, 31, 32 114 Adder 30

Phase inverter

111, 151 π / 2

phase shifter

112, 113, 152, 153 Multiplier

Claims

In a non-linear distortion compensation circuit that compensates for non-linear distortion that occurs when performing non-linear high-power amplification in a transmitter that performs non-linear high-power amplification after orthogonally modulating a baseband signal,
A distortion extraction unit that extracts a nonlinear distortion component from the modulated signal that has been amplified by the non-linear high power by obtaining a difference between the modulated signal that has been amplified by the non-linear high power and the modulated signal before the non-linear high power amplification; and
An orthogonal demodulation unit that orthogonally demodulates a distortion component extracted from the distortion extraction unit to a baseband region;
A distortion superimposing unit that superimposes a distortion component having an opposite phase to the distortion component of the baseband region output from the quadrature demodulation unit, on the baseband signal;
A nonlinear distortion compensation circuit comprising:

The nonlinear distortion compensation circuit according to claim 1, wherein the phase of the distortion component extracted from the distortion extraction unit is adjusted and then orthogonal demodulation is performed to the baseband region.

2. The nonlinear distortion compensation circuit according to claim 1, wherein a phase of a baseband region output from the quadrature demodulator is adjusted, and as a result, a distortion component having a phase opposite to the distortion component is superimposed on the baseband signal.

The distortion extraction unit includes an attenuator that attenuates the nonlinear high-power amplified modulation signal by the amount of nonlinear high-power amplification, and a subtractor that subtracts the modulation signal before the nonlinear high-power amplification from the output signal of the attenuator The non-linear distortion compensation circuit according to claim 1, comprising:

The distortion extraction unit includes an attenuator that attenuates the nonlinear high-power amplified modulation signal by the amount of nonlinear high-power amplification, a phase inverter that inverts the phase of the modulation signal before nonlinear high-power amplification, and the attenuation 4. The nonlinear distortion compensation circuit according to claim 1, further comprising: an adder that adds an inverted modulation signal output from the phase inverter to an output signal of the detector.

The nonlinear distortion compensation according to claim 1, wherein the distortion superimposing unit includes a subtractor that subtracts a distortion component of a baseband region output from the quadrature demodulation unit from the baseband signal. circuit.

The said distortion superimposition part consists of an adder which adds the phase inversion component of the distortion component of the baseband area | region output from the said orthogonal demodulation part to the said baseband signal. Nonlinear distortion compensation circuit.

The phase inversion component of the distortion component in the baseband region is generated by inverting the phase of the distortion component extracted by the distortion extraction unit with a phase inverter and then performing quadrature demodulation with the orthogonal demodulation unit. The nonlinear distortion compensation circuit according to claim 7.

In a non-linear distortion compensation method for compensating for non-linear distortion that occurs when performing non-linear high-power amplification in a transmitter that performs non-linear high-power amplification after orthogonally modulating a baseband signal,
Extracting a non-linear distortion component from the non-linear high power amplified modulation signal by obtaining a difference between the non-linear high power amplified modulation signal and the non-linear high power amplified modulation signal;
Orthogonally demodulating the extracted distortion component into a baseband region;
Superimposing a distortion component opposite to the distortion component of the baseband region generated by the orthogonal demodulation on the baseband signal;
A non-linear distortion compensation method comprising: