JP4664364B2 - 遅延調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、アダプティブ・プリディストータ（APD）型歪補償装置におけるリファレンス信号とフィードバック信号の遅延調整装置に関する。

APD方式の歪補償を行う際，リファレンス信号(Ref信号)とフィードバック信号(FB信号)のタイミングを合わせるために遅延調整が必須となる。
図１は、APD方式歪補償を利用した送信盤のブロック図である。

リファレンス信号（Ref信号）は、送信信号のベースバンド信号である。リファレンス信号は、乗算器１０に入力され、歪補償制御部１５からの歪補償係数と乗算され、D/Aコンバータ１１に入力される。D/Aコンバータでデジタル信号からアナログ信号に変換されると、変調器１２で変調され、電力増幅器（Power Amplifier）１２によって増幅され、送信される。変調器１２には、アップコンバージョンのための無線周波が局部発振器１４から入力される。

また、リファレンス信号は、歪補償制御部１５に入力される。歪補償制御部１５に入力されるリファレンス信号は、歪補償テーブルを索引するのに使用される。更に、リファレンス信号は、クロック単位遅延器１６に入力される。リファレンス信号は、クロック単位遅延器１６でクロック単位の遅延が与えられ、加算器１７と相関演算処理部１８に入力される。クロック単位遅延器１６のクロックは、相関演算処理部１８によって制御され、クロックが制御されることによって、クロック単位遅延器１６の遅延量が制御される。

電力増幅器１２から出力された信号は、フィードバック信号（FB信号）として、乗算器２３に入力される。乗算器２３では、局部発振器２４からの無線周波と乗算され、ダウンコンバージョンされる。そして、乗算器２３の出力は、A/Dコンバータ２２に入力され、アナログ信号からデジタル信号に変換される。デジタル信号に変換されたフィードバック信号は、復調器２１によって復調され、遅延フィルタ２０に入力される。遅延フィルタ２０は、典型的には、FIRフィルタであり、タップ係数を変えることによって、信号の遅延量を可変することができるものである。遅延フィルタ２０の出力は、加算器１７の負端子と、相関演算処理部１８に入力される。相関演算処理部１８は、復調器２１に周期波を入力する数値制御発振器２５の発振波の位相を制御する。相関演算処理部１８は、リファレンス信号とフィードバック信号の相関値を計算し、相関値がもっとも大きくなるように、クロック単位遅延器１６と数値制御発振器２５を制御する。

加算器１７に入力されたリファレンス信号と、加算器１７の負端子に入力されたフィードバック信号の差が加算器１７によって求められ、歪補償制御部１５と誤差演算処理部１９に入力される。誤差演算処理部１９は、加算器１７の出力がもっとも小さくなるように、遅延フィルタ２０の遅延量を調整する。加算器１７の出力である誤差信号は、歪補償制御部１５に格納される歪補償テーブルの歪補償係数を更新するために使用される。

従来のフィードバック信号とリファレンス信号の相対的遅延量の調整は、以下の２ステップで実施される．
（１）リファレンス信号とフィードバック信号の相関演算による1クロック単位の調整
（２）リファレンス信号とフィードバック信号の誤差演算による1/128クロック単位の調整

（１）は，リファレンス信号を1クロックずつ遅延させていき，リファレンス信号とフィードバック信号の相関値が最も大きくなる遅延量を算出する．
図２は、相関演算を行う回路を示す図である。

図２において、リファレンス信号とフィードバック信号は、それぞれI信号とQ信号からなる複素信号である。リファレンス信号のI信号をRef_ich、リファレンス信号のQ信号をRef_qch、フィードバック信号のI信号をFB_ich、フィードバック信号のQ信号をFB_qchとすると、図２の回路が行う演算は、以下の式によって表される。
Ref = Ref_ich + j Ref_qch
FB = FB_ich + j FB_qch
とすると
相関値 = ΣRef×FB*
= Σ(Ref_ich + j Ref_qch)×(FB_ich - j FB_qch)
ここで、＊は、複素共役をとることを示し、ｊは、虚数単位を示す。相関結果実部積分器と相関結果虚部積分器は、得られた相関値の実部と虚部の複数の計算結果をそれぞれ積算するものであり、上記式の和の記号の演算を行うものである。

図３は、相関演算結果の例を示す図である。
図３は、クロック単位で、リファレンス信号にさまざまな遅延量を与えて相関値を演算した結果の例を示す。相関値は、さまざまな遅延量のところで、ピークを示すが、リファレンス信号とフィードバック信号の相対的遅延が最小となるところで、最大のピーク値を示す。したがって、相関値がもっとも大きなピークを示す遅延量を見つけることで、リファレンス信号とフィードバック信号のタイミングを一致させることができる。

（２）を行う前に、まず、（１）で求めたクロック単位の遅延量を設定する。その遅延設定により相関演算処理部１８が復調器２１の位相調整を行う。復調器２１の位相調整は、相関演算処理部１８が以下のように位相値を算出して行う。

相関演算によって、フィードバック信号とリファレンス信号の相対的遅延による位相のずれを表す位相値を得ることができる。
FB信号 = Ref×Aexp(-jθ)とすると
相関値 = ΣRef×FB* = ΣRef× Ref*×Aexp(jθ)
= A・Σ|Ref|²exp(jθ)
exp(jθ) = cosθ+jsinθより
相関値(実部) = A・Σ|Ref|²cosθ
相関値(虚部) = A・Σ|Ref|²sinθ
この結果から、位相値
θ = tan^-1(相関値(Qch)/相関値(Ich))
が求まる。

位相調整は、（２）の遅延調整で誤差演算を行う際にリファレンス信号とフィードバック信号の位相差をなくすために実施する。
復調器２１の位相調整を行った後、デジタルフィルタ(遅延フィルタ)を使用して、フィードバック信号の遅延を変化させる．遅延フィルタには，1/128クロック単位で遅延するタップ係数を用意しておく。タップ係数を変えることで、フィードバック信号の遅延が変わり，リファレンス信号とフィードバック信号の遅延最適値は誤差値が最も小さくなるフィルタ番号のタップ係数を選んだときとなる。

図４は、デジタルフィルタを説明する図である。
デジタルフィルタは、特には、ＦＩＲフィルタである。図４（ａ）に示されるように、デジタルフィルタは、複数の直列に接続されたディレイと、各ディレイの出力にタップ係数Ａ０〜Ａｎを乗算する各乗算器と、各乗算器の出力を加算し、結果を出力する加算器からなる。1/128クロック単位の遅延を生じさせるためには、ディレイは１２８個設けられ、各ディレイの遅延値は、１２８クロックである。

図４（ｂ）は、タップ係数の例を示す図であり、11個のタップからなる場合の各タップ係数の値を縦軸にプロットした図である。タップ係数の設定の仕方には、さまざまなものがあるが、それぞれのタップ係数の設定にしたがって、遅延量が異なる。

図５は、誤差演算を行う回路を，図６は、誤差演算結果の例を示す図である。
図５の誤差演算回路の演算内容は、以下の式で表される。
Ref = Ref_ich + j Ref_qch
FB = FB_ich + j FB_qch
とすると
誤差値は，
Σ {(Ref_ich + j Ref_qch) - (FB_ich - j FB_qch)}
となり誤差の実部と虚部が
誤差値(実部) = Σ(Ref_ich - FB_ich)
誤差値(虚部) = Σ( Ref_qch - FB_qch)
この誤差値の絶対値を求める。

なお、各変数の名前は、相関演算の説明で用いたものと同じである。誤差結果実部積分器と、誤差結果虚部積分器は、それぞれ、上記誤差値の実部と虚部の和の演算を行うものである。

図６は、横軸に、1/128クロック単位のフィードバック信号の遅延量を示し、縦軸に誤差値を示している。誤差値が最小となる遅延量が最適な遅延量となる。
しかし、従来の遅延量の調整方式は、以下のような欠点を有している。

上記（２）の誤差演算を行う前段階の復調器の位相調整では、（１）で求めたクロックの最適ポイントと初期値遅延フィルタ(1/128クロック単位の初期値0)で行っているが、最適遅延ポイントのフィルタタップ係数が初期値の遅延フィルタタップ係数と異なっている場合がある。この場合，位相調整をずれた遅延で行うことになり，正しい位相を求めることができず正しいタップ係数を求めることができない。

図７は、タップ係数(遅延値)による復調器の位相調整結果を、図８は、誤差演算の遅延調整結果のばらつきを示す図である。
図７は、横軸に、位相調整処理の実行回数を示し、縦軸に、位相値の変化を示している。グラフは、1/128クロック単位の遅延量の設定値が、０、１２８、６４の３通りの場合について、それぞれ示している。ここに示すように、遅延フィルタのタップ係数が適切でないと、何回位相調整処理を繰り返しても、位相値が０に近づかないことがわかる。

また、図８では、誤差演算の結果を基に遅延フィルタで、遅延調整を行った場合を示す。図８は、何回か遅延調整の試行を繰り返した結果を示しており、異なるマークで示されるグラフは、異なる試行を示す。図８からわかるように、遅延調整を試行するたびに、異なる遅延量が最小の誤差結果を与えるようになっており、誤差結果を用いた遅延調整のみでは、信頼性のある最適な遅延量を求めることができないことを示している。

従来の歪補償装置としては、特許文献１がある。特許文献１には、位相値が異常な場合には、歪補償テーブルの更新を行わない技術が開示されている。
国際特許出願公開番号ＷＯ ０３／１０３１６６号公報

本発明の課題は、リファレンス信号とフィードバック信号のタイミングを信頼度高く最適値に設定し、正確な歪補償係数の更新を行うことができる遅延調整装置を提供することである。

本発明の遅延調整装置は、第１の信号と第２の信号の誤差信号を演算し、該誤差信号の値から歪補償係数を更新する歪補償装置における、該第１の信号と該第２の信号の遅延量を調整する遅延調整装置であって、該第１の信号と該第２の信号の相関値を演算する相関値演算手段と、該第１の信号と該第２の信号の誤差信号を演算する誤差信号演算手段と、該第１の信号と該第２の信号の相対遅延量を調整する第１の遅延手段と、該第１の信号と該第２の信号の相対遅延量を、該第１の遅延手段より小さな単位で調整する第２の遅延手段と、第１に、該第１の遅延手段を使って、相関値が最大となるように該相対遅延量を設定し、第２に、該第２の遅延手段を使って、相関値が最大となるように該相対遅延量を調整し、第３に、該第２の遅延手段を使って、該誤差信号が最小となるように該相対遅延量を再調整する制御手段とを備えることを特徴とする。

APD方式歪補償を利用した送信盤のブロック図である。 相関演算を行う回路を示す図である。 相関演算結果の例を示す図である。 デジタルフィルタを説明する図である。 誤差演算を行う回路を示す図である。 誤差演算結果の例を示す図である。 タップ係数(遅延値)による復調器の位相調整結果を示す図である。 誤差演算の遅延調整結果のばらつきを示す図である。 1/128クロック単位での遅延量と相関値の様子を示す図である。 /128クロック単位での遅延調整を、相関値を使って行った後、誤差演算を使って行った結果を示す図である。 本発明の実施形態の装置の全体構成図である。 図１１の制御部の行う処理を示すフローチャートである。

本発明の実施形態では、上記の問題を解決するために、以下の手順で遅延調整を実施する。
（１）相関演算による1クロック単位の遅延調整
（２）相関演算による1/128クロック単位のフィルタタップ遅延調整
（３）誤差演算による1/128クロック単位のフィルタタップ遅延調整
なお、（１）の遅延調整は、1クロックを単位とするものに限定されない。また、（２）、（３）の遅延調整の単位も1/128クロック単位に限定されず、（１）の遅延調整単位より小さな単位であればよい。

以上の手順を行うことにより、
（２）の相関演算は位相調整が必要ないため、フィルタのタップ遅延調整を大幅にずれることなく行うことができる。

図９は、1/128クロック単位での遅延量と相関値の様子を示す図である。
横軸として、1/128クロック単位での遅延量を示し、縦軸に、相関値を示す。この図から明らかなように、相関値を用いることにより、1/128クロック単位で、大体の最適遅延量を求めることができる。

その結果を用いて、位相調整を行った結果の遅延フィルタのタップ係数で（３）の誤差演算を行えば，正しい位相で行うことができ，正しくフィルタタップ係数を求めることが可能となる。

図１０は、1/128クロック単位での遅延調整を、相関値を使って行った後、誤差演算を使って行った結果を示す図である。
図１０では、横軸に1/128クロック単位の遅延量、縦軸に誤差結果を示している。図８とは異なり、何回試行を繰り返しても、最適な遅延量はほぼ同じ値となっており、信頼性の高い遅延量の設定が、この方法により可能となることが示されている。遅延量を性格に設定することにより、歪補償係数の更新も正確にできることになる。

ここで、（２）の相関演算による1/128クロック単位の遅延調整で遅延調整の処理を終わってもよいが、図９を見ると、グラフのピークが鋭くなっていないので、ピークが見つかりにくいと思われるため、更に誤差演算を行ったほうが正しい遅延を求めることができる。

図１１は、本発明の実施形態の装置の全体構成図である。
図１１においては、図１と同じ構成要素には、同じ参照符号を付し、説明を省略する。
図１１では、新たに制御部（ＣＰＵ）２６が追加されている。制御部２６は、相関演算処理部１８と誤差演算処理部１９から処理結果である相関値と誤差結果を取得し、クロック単位遅延器１６の遅延量、遅延フィルタ２０の遅延量を決めるタップ係数、及び、復調器２１の位相を調整する。復調器２１の位相調整は、復調器２１へ周期波を供給する数値制御発振器２５の発振波の位相を調整することによって行う。

制御部２６の制御内容は、最初に、相関演算処理部１８から相関値を取得し、クロック単位遅延器１６を使って、最適なクロックタイミングを設定し、次に、相関演算処理部１８から相関値を取得し、遅延フィルタ２０を使って、最適なタイミングを設定し、この時点で、復調器２１の位相調整を行い、最後に、誤差演算処理部１９から誤差結果を得て、遅延フィルタを使って、遅延値を最適値に設定するというものである。

図１２は、図１１の制御部の行う処理を示すフローチャートである。
遅延調整を開始すると、ステップＳ１０において、相関演算を開始する。この場合の相関演算は、クロック単位である。ステップＳ１１において、クロック遅延量を可変する。ステップＳ１２において、クロック遅延量を可変後の相関値を取得する。ステップＳ１３において、指定回数のクロック遅延量可変と相関値取得を行ったか否かを判断する。指定回数に達していない場合には、ステップＳ１１に戻って、指定回数分繰り返す。ステップＳ１３において、指定回数に達したと判断された場合には、ステップＳ１４において、相関値の最大値を計算し、ステップＳ１５において、クロック遅延量を設定する。ステップＳ１６において、相関演算を開始する。ここでの相関演算は、タップ単位、すなわち、上記例では、1/128クロック単位である。ステップＳ１７において、フィルタ係数（タップ係数）を可変し、ステップＳ１８において、相関値を取得する。ステップＳ１９において、指定回数に達したか否かを判断し、達していない場合には、ステップＳ１７に戻って、処理を繰り返す。ステップＳ１９において、指定回数に達したと判断された場合には、ステップＳ２０に進み、相関値の最大値を計算し、ステップＳ２１において、タップ係数を設定する。

ステップＳ２２では、誤差演算を開始する。ここでの演算は、タップ単位（たとえば、1/128クロック単位）で行う。ステップＳ２３において、位相調整を行い、ステップＳ２４において、フィルタ係数を可変し、ステップＳ２５において、誤差値を取得する。ステップＳ２６において、指定回数に達したかを判断し、達していない場合には、処理を繰り返す。ステップＳ２６において、指定回数に達したと判断された場合には、ステップＳ２７において、誤差値の最小値を計算し、ステップＳ２８において、タップ係数を設定し、処理を終了する。

Claims (9)

1. 第１の信号と第２の信号の誤差信号を演算し、該誤差信号の値から歪補償係数を更新する歪補償装置における、該第１の信号と該第２の信号の遅延量を調整する遅延調整装置であって、
   該第１の信号と該第２の信号の相関値を演算する相関値演算手段と、
   該第１の信号と該第２の信号の誤差信号を演算する誤差信号演算手段と、
   該第１の信号と該第２の信号の相対遅延量を調整する第１の遅延手段と、
   該第１の信号と該第２の信号の相対遅延量を、該第１の遅延手段より小さな単位で調整する第２の遅延手段と、
   第１に、該第１の遅延手段を使って、相関値が最大となるように該相対遅延量を設定し、第２に、該第２の遅延手段を使って、相関値が最大となるように該相対遅延量を該第１の遅延手段より小さな単位で調整し、第３に、該第２の遅延手段を使って、該誤差信号が最小となるように該相対遅延量を該単位で再調整する制御手段と、
   を備えることを特徴とする遅延調整装置。
2. 前記第１の遅延手段は、前記第１の信号の遅延量のみを調整し、前記第２の遅延手段は、前記第２の信号の遅延量のみを調整することを特徴とする請求項１に記載の遅延調整装置。
3. 前記第１の信号は、ベースバンド信号からなるリファレンス信号であることを特徴とする請求項２に記載の遅延調整装置。
4. 前記第２の信号は、送信信号を復調した、フィードバック信号であることを特徴とする請求項２に記載の遅延調整装置。
5. 前記第１の遅延手段は、クロック単位で遅延量を調整することを特徴とする請求項１に記載の遅延調整装置。
6. 前記第２の遅延手段は、デジタルフィルタであることを特徴とする請求項１に記載の遅延調整装置。
7. 前記第２の遅延手段は、1/128クロック単位で遅延量を調整することを特徴とする請求項１に記載の遅延調整装置。
8. 前記制御手段は、第２の調整の後、第３の再調整の前に、前記第１の信号と前記第２の信号の相対位相を最適に設定することを特徴する請求項１に記載の遅延調整装置。
9. 第１の信号と第２の信号の誤差信号を演算し、該誤差信号の値から歪補償係数を更新する歪補償装置における、該第１の信号と該第２の信号の遅延量を調整する遅延調整方法であって、
   該第１の信号と該第２の信号の相対遅延量を調整する第１の遅延手段を設け、
   該第１の信号と該第２の信号の相対遅延量を、該第１の遅延手段より小さな単位で調整する第２の遅延手段を設け、
   該第１の信号と該第２の信号の相関値を演算し、
   該第１の信号と該第２の信号の誤差信号を演算し、
   第１に、該第１の遅延手段を使って、相関値が最大となるように該相対遅延量を設定し、第２に、該第２の遅延手段を使って、相関値が最大となるように該相対遅延量を該第１の遅延手段より小さな単位で調整し、第３に、該第２の遅延手段を使って、該誤差信号が最小となるように該相対遅延量を該単位で再調整する、
   ことを特徴とする遅延調整方法。