JP4755518B2

JP4755518B2 - 増幅器のデジタル前置歪補償回路

Info

Publication number: JP4755518B2
Application number: JP2006093977A
Authority: JP
Inventors: 裕二町田; 厚土屋; 由布子柏野; 淳也田中
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2006-03-30
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2026-03-30
Also published as: JP2007274062A

Description

本発明は、送信データを増幅器にて増幅して増幅信号に含まれる歪成分を検出し、前置歪として送信データに与える増幅器のデジタル前置歪補償回路に関する。

地上波デジタルテレビジョン放送やデジタル移動体無線などの通信システムにおいては、送信回路として高周波電力増幅用の増幅器が用いられている。この電力増幅器には、広い周波数帯域にわたり良好な線形特性を有する増幅器が要求されている。

従来より、増幅器の前置歪補償回路が知られている。送信データ信号に前置歪として与える増幅器の前置歪補償回路には、増幅器にて発生し出力信号中に含まれる歪成分を抽出するための歪抽出ループが設けられている。この歪抽出ループは、歪成分を含む出力信号から歪成分を含まない送信データ信号や例えばパイロット信号などを用いて、出力信号中に含まれる歪成分をあらわす参照歪信号を生成する。そして、この生成された参照歪信号を用いて同期検波することで、出力信号中に含まれる歪成分を検出し、この検出信号のレベルが低減するように歪除去ループの制御を行っている。

しかし、パイロット信号を用いると、パイロット信号を発生させる発信器を設けねばならないことが回路規模を縮小する上で支障となる。また、歪抽出及び歪除去できる周波数波がパイロット信号の周波数及びその近傍に限れるため、希望周波数の変更に容易に対応できないという問題があった。

このような問題を解決するために、特許文献１には、歪抽出ループの調整のために用いていたパイロット信号を廃止するフィードフォワード歪補償回路が開示されている。

特開２０００−２６１２５３号公報

特許文献１に示されるフィードフォーワード歪補償回路では、アナログ回路による歪抽出ループや歪除去ループなどにより抽出歪信号をバランスを取って抑圧している。しかし、ループを構成するアナログ回路の平衡性を事前に調整する必要があり、調整に時間がかかるためコストダウンが難しい。また、増幅器の電力、周波数、温度あるいは経年変化などの特性を一致させることが難しいため、安定した歪補償を行えないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決することを課題としてなされたものであり、簡単な回路構成で、小型でありながら、歪成分のみを効果的に除去して歪補償を行うことのできる前置歪補償回路を提供することを目的をする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係る増幅器のデジタル前置歪補償回路は、送信データ信号を直交変調して増幅する増幅器の歪成分を、直交ベースバンド信号と対応して記憶し、これを増幅器に入力される送信データ信号に前置歪として与える増幅器のデジタル前置歪補償回路において、増幅器の増幅信号を分岐し、Ａ／Ｄコンバータにてデジタル化した後に直交復調するデジタル直交復調器と、直交復調信号の歪成分を含んだ周波数領域である直交ベースバンド信号領域を通過させるデジタル取出しフィルタと、デジタル取出しフィルタにより取り出された取出し領域信号から歪成分を抽出するデジタル抽出フィルタと、デジタル取出しフィルタとデジタル抽出フィルタで生じる遅延時間を調整するための遅延器と、これらのフィルタにより得られた信号から歪成分を算出し、算出した歪成分を、歪成分を含んだ直交ベースバンド信号と対応して記憶する前置歪メモリと、
入力される送信データ信号に基づいて対応する歪成分を前置歪メモリから読み出し、送信データ信号に与えるデジタル合成器と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係る増幅器のデジタル前置歪補償回路において、デジタル抽出フィルタは、ハイパスフィルタによって取出し領域信号から歪成分を抽出することを特徴とする。

本発明を用いると、従来のフィードフォワード歪補償回路のアナログ回路をデジタル回路に置き換えることが可能となり、簡単な回路構成で、小型でありながら、歪成分のみを効果的に除去して歪補償を行うことのできる前置歪補償回路を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、送信データ信号に前置歪として与える増幅器１０のデジタル前置歪補償回路１００が示されている。デジタル前置歪補償回路１００（以下、補償回路と略す）は、アナログ処理部３０とデジタル処理部４０とを含んでいる。さらに、デジタル処理部４０はＤＳＰ２０を有している。また、送信データ信号に前置歪として与える増幅器１０の補償回路１００には、増幅器１０にて発生し出力信号中に含まれる歪成分を抽出するための歪抽出ループが設けられている。

この歪抽出ループは、増幅器１０の増幅信号を分岐してＡ／Ｄコンバータ３１を介して直交復調するデジタル直交復調器３２と、直交復調信号の歪成分を含んだ直交ベースバンド信号領域を通過させるデジタル取出しフィルタ３３，３４と、取出し領域信号から歪成分を抽出するデジタル抽出フィルタ３５、３６と、前記デジタル抽出フィルタで生じる遅延時間調整のための遅延器３７，３８と、を備えている。

また、歪み除去ループには、テーブル値算出部３９によって算出された歪成分を、歪成分を含んだ直交ベースバンド信号と対応して記憶する前置歪メモリとなる歪補正テーブル１５と、入力される送信データ信号に基づいて対応する歪成分を前置歪メモリから読み出し、送信データ信号に与えるデジタル合成器２１，２２と、を備えている。

一般的に歪抽出ループは、歪成分を含む出力信号から歪成分を含まない送信データ信号を用いて、出力信号中に含まれる歪成分をあらわす参照歪信号を生成する。そして、この生成された参照歪信号を用いて同期検波することで、出力信号中に含まれる歪成分を検出し、この検出信号のレベルが低減するように歪除去ループの制御を行っている。

図２には、本発明の特徴の一つである取出し領域信号の周波数特性が示されている。図２（Ａ）は、取出しフィルタ３３からのＩｓと、取出しフィルタ３４からのＱｓと、を周波数領域で表示したものである。取出し領域信号には、歪成分“Ｄ”を含んだ直交ベースバンド信号“Ｓ”が含まれており、図２（Ｂ）は、ハイパスフィルタとして機能するＦＩＲフィルタ３５，３６によって得られた歪成分“Ｄ”を示している。

テーブル値算出部３９は、ハイパスフィルタからの歪成分“Ｄ”と、同期を取るために遅延器３７，３８で遅延された取出しフィルタからの“Ｓ＋Ｄ”と、を取得する。本発明において、テーブル値算出部３９は、“Ｄ／（Ｓ＋Ｄ）”を取得するが、分母のＤはＳに対して非常に小さいことから“Ｄ／Ｓ”として近似する。

次に、図３を用いて歪補正テーブル１５の更新処理の概要を示す。図３（Ａ）は、初期値が設定された歪補正テーブル（ＬｏｏｋＵｐＴａｂｌｅ：ＬＵＴ）１５と、増幅器１０と、説明のための歪５１が示されている。増幅器１０の増幅信号を分岐して歪５１を後述する処理で算出し、ＬＵＴ１作成１５ａを得る。次に、図３（Ｂ）において、ＬＵＴ初期値が作成されたＬＵＴ１によって更新される。以下、残留歪５２を算出し同様の処理が行われ、図３（Ｃ）に示すようにＬＵＴ３が作成され、歪補正テーブル１５が更新される。

図４には、歪補正テーブルに記憶される情報の概要が示されている。歪補正テーブルには、（Ａ）検出された“Ｓ＋Ｄ”の信号パワー値に対する（Ｂ）歪成分“Ｄ”の平均値が記憶されている。本実施形態では、直交復調後のベースバンド信号Ｉｓ，Ｑｓの取り得る２乗和値のダイナミックレンジを考慮して信号パワー値を例えば４０ｓｔｅｐに分割している。

次に、図５を用いて歪補正テーブルの算出処理の流れを示す。図５（Ａ）において、ある時刻のサンプルデータ（Ｉｓ，Ｑｓ），（Ｉｄ，Ｑｄ）に対して信号ベクトルＩｓ，Ｑｓの大きさ（スカラ量）を１に正規化したときの歪ベクトル成分（Ｉｄｉｓｔ，Ｑｄｉｓｔ）を（Ｉｄｉｓｔ，Ｑｄｉｓｔ）＝（Ｉｄ，Ｑｄ）／（Ｉｓ／√（Ｉｓ＾２＋Ｑｓ＾２），Ｑｓ／√（Ｉｓ＾２＋Ｑｓ＾２））で求める。このときのパワーＩｓ＾２＋Ｑｓ＾２が任意のＰＯＷ０からＰＯＷ３９のどこのパワーに分布するかによって、図５（Ａ）に示すように適切な箇所にＩ成分（振幅方向），Ｑ成分（位相方向）を加算していく。

図５（Ｂ）において、任意の数によるサンプリングを行い、それぞれのパワー範囲で十分加算を行った後に、加算された回数で歪Ｉ成分，歪Ｑ成分を割り、平均化してＤ＿Ｉ，Ｄ＿Ｑを求める。ここまでの処理で、直交復調後のベースバンド信号のパワーのダイナミックレンジにおいて、任意の分割ステップによる“パワー値に対する歪率のＩ成分，Ｑ成分が算出された”ことになる。

図５（Ｃ）において、“Ｃ＿Ｉ，Ｃ＿Ｑ”は送信側Ｉ，Ｑに対して、復素乗算を行うことによって事前に“Ｄ＿Ｉ，Ｄ＿Ｑ”分逆補正する係数となるので、Ｉ側の成分には“１−Ｄ＿Ｉ／信号振幅”，Ｑ側の成分“１−Ｄ＿Ｑ／信号振幅”で求めることができる。なお、信号振幅は√（ＰＯＷ）とする。

さらに、上記でもとめた値を歪補正テーブル１５に反映する際に、直交復調後の信号パワー値は、送信側Ｉ，Ｑのパワー値に対して、送信系及びフィードバック系の信号ゲインに応じて比率Ｘを考慮した値となる。

以上、上述したように、本実施形態に係る増幅器のデジタル前置歪補償回路を用いることで、ループを構成するアナログ回路の平衡性を事前に調整する必要がなくなり、調整に時間がかからないためコストダウンが可能となる。また、デジタル化により増幅器の電力、周波数、温度あるいは経年変化などの特性をソフトウエアにて補正可能となり、安定した歪補償を実現できる。

なお、本実施形態では、歪成分を抽出するためにハイパスフィルタを用いたが、これに限定するものではなく、ＦＦＴ処理を行い、“Ｓ＋Ｄ”から“Ｓ”成分をフィルタリングして逆ＦＦＴによって信号を戻し、歪成分を取出してもよい。

本発明の実施形態に係る増幅器のデジタル前置歪補償回路の全体構成図である。取出し領域信号の周波数特性図である。歪補正テーブルの更新処理の概要を示す説明図である。歪補正テーブルに記憶される情報の概要を示す説明図である。歪補正テーブルの算出処理の流れを示す説明図である。

符号の説明

１０増幅器、１３，１４Ｄ／Ａコンバータ、１５歪補正テーブル、１６，１７ＦＩＲフィルタ、１８送信データ出力部、２１，２２デジタル合成器、３０アナログ処理部、３１Ａ／Ｄコンバータ、３２デジタル直交復調器、３３，３４デジタル取出しフィルタ、３５，３６デジタル抽出フィルタ、３７，３８遅延器、３９テーブル値算出部、４０デジタル処理部、５１歪、５２残留歪、１００デジタル前置歪補償回路。

Claims

送信データ信号を直交変調して増幅する増幅器の歪成分を、直交ベースバンド信号と対応して記憶し、これを増幅器に入力される送信データ信号に前置歪として与える増幅器のデジタル前置歪補償回路において、
増幅器の増幅信号を分岐し、Ａ／Ｄコンバータにてデジタル化した後に直交復調するデジタル直交復調器と、
直交復調信号の歪成分を含んだ周波数領域である直交ベースバンド信号領域を通過させるデジタル取出しフィルタと、
デジタル取出しフィルタにより取り出された取出し領域信号から歪成分を抽出するデジタル抽出フィルタと、
デジタル取出しフィルタとデジタル抽出フィルタで生じる遅延時間を調整するための遅延器と、
これらのフィルタにより得られた信号から歪成分を算出し、算出した歪成分を、歪成分を含んだ直交ベースバンド信号と対応して記憶する前置歪メモリと、
入力される送信データ信号に基づいて対応する歪成分を前置歪メモリから読み出し、送信データ信号に与えるデジタル合成器と、
を含むことを特徴とする増幅器のデジタル前置歪補償回路。
請求項１に記載の増幅器のデジタル前置歪補償回路において、
デジタル抽出フィルタは、ハイパスフィルタによって取出し領域信号から歪成分を抽出することを特徴とする増幅器のデジタル前置歪補償回路。