JP5016435B2 - 歪補償装置 - Google Patents

Description

本発明は、出力信号に生じる非線形歪みを補償するための歪補償値を算出する歪補償装置に関する。

例えば、特許文献１は、歪補償制御を行うプリディストーション方式歪補償増幅装置を開示する。
特開２００６−３５２６３５

本発明は、上述した背景からなされたものであって、歪補償制御を行うことにより、より精度の高い歪補償値を算出し、出力信号に生じる非線形歪みをより効果的に補償するように改良された歪補償装置を提供することを目的とする。

上記目的のために、本発明にかかる歪補償装置は、入力信号の振幅値を検出する振幅検出手段と、前記検出された振幅値の最大値を検出する最大値検出手段と、
前記検出された振幅値に応じた歪補償値のアドレス値を算出するアドレス算出手段と、前記算出されたアドレス値に応じた歪補償値を出力する歪補償値出力手段と、前記アドレス算出手段が前記検出された振幅値の最大値に応じた範囲のアドレス値を出力するように制御し、前記歪補償値出力手段が前記出力制御されたアドレス値に応じた範囲の歪補償値を出力するように制御する制御手段とを有する。

本発明にかかる歪補償装置によれば、歪補償制御を行うことにより、より精度の高い歪補償値を算出し、出力信号に生じる非線形歪みをより効果的に補償することができる。

〔プリディストーション方式〕
まず、プリディストーション方式を説明する。
一般的に、電力増幅装置は、入力信号の振幅値が小さい領域では、線形の入出力特性を示す。
しかしながら、入力信号の振幅値がある程度大きくなると、非線形の入出力特性を示すようになり、さらに入力信号の振幅値が大きくなると、やがて飽和した入出力特性を示すようになる。

このように、電力増幅装置が、非線形あるいは飽和した入出力特性を示す状態で用いられると、出力信号に非線形歪みが発生し、この非線形歪みは、希望信号帯域内および希望信号帯域外（隣接チャネル）への不要信号成分の漏洩をもたらすこととなる。
特に、移動体通信システムの基地局の送信電力が高いので、移動体通信システムの基地局については、ＡＣＬＲ（Adjacent Channel Leakage power Ratio）、スプリアス規格およびスペクトラムエミッションマスクなどが厳しく規定されている。

このような背景から、基地局の電力増幅装置の非線形歪みをできるだけ低減させたいという要請があり、電力増幅装置の非線形歪みの低減のために、プリディストーション方式（predistortion）方式が、一般的に用いられている。
このプリディストーション方式は、電力増幅装置のＡＭ／ＡＭ非直線特性およびＡＭ／ＰＭ非直線特性の逆特性を与えるＡＭ／ＡＭ変換およびＡＭ／ＰＭ変換を、入力信号に対して予め行うことにより、電力増幅装置で発生する非線形歪みを補償する。

〔一般的なプリディストーション型電力増幅装置〕
本願発明の理解を助けるために、まず、一般的なプリディストーション型電力増幅装置を説明する。
図１は、一般的なプリディストーション型の第１の電力増幅装置１を示す図である。
図２は、図１に示したアドレス算出部１４を示す図である。
図１に示すように、電力増幅装置１は、補償データ算出部１２、プリディストータ１０４、Ｄ／Ａ１０６、アップコンバート部１０８、ＰＡ１１０、ＡＮＴ１１２、方向性結合器１１４、ダウンコンバート部１１６、Ａ／Ｄ１１８および制御部１２０から構成される。
補償データ算出部１２は、エンベローブディテクタ１００、アドレス算出部１４、歪補償テーブル部１０２および設定部１２２から構成される。
図２に示すように、アドレス算出部１４は、アドレス補正係数部１４０、乗算器１４２およびビットシフト部１４４から構成される。
なお、各図においては、実質的に同じ構成部分には、同じ符号が付される。

デジタル形式の入力データは、電力増幅装置１の外部から補償データ算出部１２のエンベローブディテクタ１００およびプリディストータ部１０４に入力される。
エンベローブディテクタ１００は、入力データの電力値または振幅値（以下の説明においては、エンベローブディテクタ１００が振幅値を検出する場合を具体例とする）を検出し、検出したデジタル形式で示す振幅データＥを、アドレス算出部１４および設定部１２２に対して出力する。

設定部１２２は、外部ＰＣ等から設定指示が入力されたときに、エンベローブディテクタ１００から入力された振幅データＥに応じて、外部ＰＣ等から入力された設定値を、後述するアドレス算出に必要なアドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４に対して出力する。
また、設定部１２２は、アドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４の設定値に応じて、外部ＰＣ等から入力された設定値を歪補償テーブル部１０２に対して出力する。
具体的には、設定部１２２は、入力データが最大送信レベルの状態で、最大振幅値がアドレスの最大値以下になるように、アドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４を、予め設定する。
また、設定部１２２は、アドレス算出部１４がとり得るアドレス値の範囲に応じて、歪補償テーブル部１０２に格納された後述の歪補償テーブルを設定する。

アドレス算出部１４は、エンベローブディテクタ１００から入力された振幅データＥから、アドレス補正係数部１４０、乗算器１４２およびビットシフト部１４４により、歪補償値のアドレス値を算出する。
以下、アドレス算出部１４の処理について、図２を用いて説明する。
アドレス補正係数部１４０は、設定部１２２から入力されたアドレス補正係数を乗算器１４２に対して出力する。
乗算器１４２は、エンベローブディテクタ１００から入力された振幅データＥと、アドレス補正係数部１４０から入力されたアドレス補正係数を乗算し、ビットシフト部１４４に対して出力する。
ビットシフト部１４４は、乗算器１４２から入力されたデータを設定部１２２から入力された設定値（ビットシフト量）に基づいてビットシフトを行い、アドレス値を算出し、算出したアドレス値を歪補償テーブル部１０２に対して出力する。

歪補償テーブル部１０２は、プリディストーション方式により歪補償を行うための歪補償テーブルを記憶している。
この歪補償テーブルには、歪補償の対象となるＰＡ１１０の入出力特性における非線形の逆特性を示す補償データ（一般に、入力データの振幅値（振幅データＥ）を指標とするＡＭ／ＡＭ特性（振幅）およびＡＭ／ＰＭ特性（位相））が記憶されている。
歪補償テーブル部１０２は、アドレス算出部１４から入力されたアドレス値を用いて、歪補償テーブルを参照し、アドレス値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ１０４に対して出力する。

プリディストータ１０４は、歪補償テーブル部１０２から入力される補償データを用いて、入力データに対してＰＡ１１０の非線形性の逆特性を付加して、Ｄ／Ａ１０６に対して出力する。
Ｄ／Ａ１０６は、プリディストータ１０４の出力信号を、アナログ形式のベースバンド信号に変換し、アップコンバート部１０８に対して出力する。
アップコンバート部１０８は、Ｄ／Ａ１０６から入力されたベースバンド信号を、無線周波数帯域の信号に変換し、ＰＡ１１０に対する入力信号とする。

ＰＡ１１０は、アップコンバート部１０８から入力された入力信号を電力増幅して出力信号とし、ＡＮＴ１１２および方向性結合器１１４に対して出力し、ＡＮＴ１１２を介して無線通信回線に対して送信する。
ＰＡ１１０の入力信号には、予め、プリディストータ１０４において非線形性の逆特性が与えられているので、ＰＡ１１０からは、歪が補償された出力信号が出力される。

方向性結合器１１４は、ＰＡ１１０からＡＮＴ１１２へ出力される出力信号の一部を取り出して、ダウンコンバート部１１６に対して出力する。
ダウンコンバート部１１６は、入力された信号の一部を、ベースバンド信号または中間周波数帯域信号に変換し、Ａ／Ｄ１１８に対して出力する（以下、ダウンコンバート部１１６がベースバンド信号を出力する場合を具体例とする）。

Ａ／Ｄ１１８は、ダウンコンバート部１１６から入力されたベースバンド信号を、デジタル形式の出力データに変換し、制御部１２０に対して出力する。
制御部１２０は、入力された出力データを用いて、温度変化および経年変化などのために変化したＰＡ１１０入出力特性を、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルの内容に反映させ、常にＰＡ１１０出力信号に発生する歪を最小に保つようにする。

ここで、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルにおける振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係について説明する。
図３は、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルにおける振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示す図であって、（ａ）は入力信号が最大の場合における場合の振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示し、（ｂ）は入力信号が低レベルの場合における場合の振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示す。
図３（ａ）に示すように、設定部１２２は、入力データが最大送信レベルの状態で、最大振幅値がアドレスの最大値以下になるように、アドレス算出部１４のアドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４を設定する。
また、設定部１２２は、歪補償テーブル部１０２が、アドレス算出部１４でとり得るアドレス値に対応した歪補償値を出力するように、歪補償テーブルを設定する。
歪補償テーブル部１０２は、アドレス算出部１４から入力されたアドレスを用いて、設定部１２２により予め設定された歪補償テーブルを参照し、アドレス値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ１０４に対して出力するが、入力信号が最大送信レベルよりも低い場合に、改良すべき点が生じる。

図３（ｂ）の領域Ａに示すように、入力信号が低レベルの場合には、歪補償テーブル部１０２により参照されないアドレス領域が存在し、歪補償テーブルの全てのアドレスが使用されないため、歪補償の精度が上がらない。
また、制御部１２０は、上述したように、入力された出力データを用いて歪補償テーブル部１０２に記憶された歪補償テーブルを更新するが、全てのアドレスに対する歪補償値を更新するため、歪補償テーブル部１０２により参照されないアドレス領域Ａに対する歪補償値についても更新してしまう。
よって、ユーザが、入力データを最大送信レベルの状態に戻した場合には、歪補償テーブル部１０２により更新されたアドレス領域Ａが参照されるため、大きく歪みを発生させてしまい、歪みを収束させるのに時間がかかる。

図３（ｂ）に示した点を解消し、電力増幅装置１を改良する方法を、以下、図４を用いて説明する。
図４は、入力信号が低レベルの場合に、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルにおける振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を、設定部１２２が変更する方法を示す図であって、（ａ）は変更前の振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示し、（ｂ）は変更後の振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示す。
なお、入力信号が最大送信レベルに再び戻った場合には、（ａ）は変更後の振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示し、（ｂ）は変更前の振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示す。
図４に示すように、入力信号が低レベルの場合には、設定部１２２は、歪補償テーブル部１０２により参照されるアドレス領域Ｂを、アドレス領域Ｂ’に拡張することにより、全てのアドレス値が使用されるようになる。
具体的には、設定部１２２は、図４（ａ）に示すアドレス領域Ｂの代表点値（白丸）を、図４（ｂ）に示すアドレス領域Ｂ’上に新たに設定し、新たに設定した代表点に応じて補償データを作成する。
また、設定部１２２は、歪補償テーブル部１０２により参照されないアドレス領域Ａ’を、バックアップ領域に退避する。
具体的には、設定部１２２は、図４（ａ）に示すアドレス領域Ａの代表点値（白丸）を、バックアップ領域に退避する。

入力信号が低レベルの状態（図４（ｂ））から最大送信レベルに再び戻った場合には、設定部１２２は、アドレス領域Ｂ’をアドレス領域Ｂに戻し、入力信号が低レベルの場合に歪補償テーブル部１０２により参照されなかったアドレス領域Ａを、バックアップ領域から戻す。
具体的には、設定部１２２は、図４（ｂ）に示すアドレス領域Ｂ’の代表点値（白丸）を、図４（ａ）に示すアドレス領域Ｂ上に新たに設定し、新たに設定した代表点値に応じて補償データを作成する。
また、設定部１２２は、アドレス領域Ａ（図４（ａ））の代表点値（白丸）を、バックアップ領域から戻す。
このように、設定部１２２が、振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を、入力信号の送信レベルに応じて変更することにより、上述した改良点が解決される。

〔第２の電力増幅装置２〕
以下、図４に示した方法により補償データの制御を行う本発明に係る第２の電力増幅装置２を説明する。
図５は、本発明にかかる第２の電力増幅装置２を示す図である。
図５に示すように、第２の電力増幅装置２は、図１に示した第１の電力増幅装置１の補償データ算出部１２を補償データ算出部２２に置き換えた構成を採る。
補償データ算出部２２は、補償データ算出部１２の設定部１２２を設定部２０２に置き換え、最大値検出部２００およびバックアップ部２０４を加えた構成を採る。

エンベローブディテクタ１００は、電力増幅装置１のエンベローブディテクタ１００と同様に、入力データの振幅値を検出するが、検出したデジタル形式で示す振幅データＥを、アドレス算出部１４および最大値検出部２００に対して出力する。
最大値検出部２００は、エンベローブディテクタ１００から入力された振幅データＥの一定時間内における最大値を検出し、検出した振幅データＥの最大値を設定部２０２に対して出力する。

設定部２０２は、最大値検出部２００から入力された一定時間内における振幅データＥの最大値に応じて、外部ＰＣ等から入力された設定値を、アドレス算出部１４のアドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４に対して出力する。
また、設定部２０２は、アドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４の設定値に応じて、外部ＰＣ等から入力された設定値を歪補償テーブル部１０２に対して出力する。
また、設定部２０２は、歪補償テーブル部１０２を更新する場合に、使用しないテーブルをバックアップ部２０４に対して出力し、再び使用する場合に、バックアップ部２０４から取得する。
具体的には、設定部２０２は、一定時間内における振幅データＥの最大値が入力されたタイミングに基づいて、最大振幅値がアドレスの最大値以下になるように、アドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４の設定を適宜行う。
また、設定部２０２は、アドレス算出部１４がとり得るアドレス値の範囲に応じて、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルを適宜更新する。
バックアップ部２０４は、歪補償テーブル部１０２から入力された歪補償テーブルを記憶する。

図６は、補償データ算出部２２によるアドレス算出部１４および歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルの更新処理の具体例を示すフローチャート（Ｓ１０）である。
ここで、補償データ算出部２２によるアドレス算出部１４および歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルの更新処理を、図６を参照して具体的に説明をする。
図６に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、最大値検出部２００は、一定時間内における振幅データＥの最大値を検出し、検出した振幅データＥの最大値を設定部２０２に対して出力する。

ステップ１０２（Ｓ１０２）において、設定部２０２は、最大値検出部２００から入力された振幅データＥの最大値が、あらかじめ設定された閾値より低いか否かを判断する。
最大値検出部２００から入力された振幅データＥの最大値が、あらかじめ設定された閾値より低いときには、補償データ算出部２２は、Ｓ１０４の処理に進み、これ以外のときにはＳ１２０の処理に進む。

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、設定部２０２は、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルが、入力信号が低レベル状態での歪補償テーブル（小信号モード）か否かを判断する。
歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルが、小信号モードのときには、補償データ算出部２２は、処理を終了し、これ以外のときにはＳ１０６の処理に進む。

ステップ１０６（Ｓ１０６）において、設定部２０２は、アドレス算出部１４のアドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４を補正し、図４に示したように、アドレス算出部１４がとり得るアドレス領域を拡大する。
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、設定部２０２は、アドレス算出部１４がとり得るアドレス値に応じて、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルのうち、使用しないアドレス領域のテーブル部を、バックアップ部２０４に格納する。
ステップ１１０（Ｓ１１０）において、設定部２０２は、アドレス算出部１４がとり得るアドレス値に応じた補償データを設定し、歪補償テーブルを再作成する。

ステップ１２０（Ｓ１２０）において、設定部２０２は、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルが、入力信号が最大送信レベル状態での歪補償テーブル（最大信号モード）か否かを判断する。
歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルが、最大信号モードのときには、補償データ算出部２２は、処理を終了し、これ以外のときにはＳ１２４の処理に進む。

ステップ１２４（Ｓ１２４）において、設定部２０２は、アドレス算出部１４のアドレス補正係数部１４０およびビットシフト部１４４を補正し、図４に示したように、アドレス算出部１４がとり得るアドレス領域を縮小する。
ステップ１２６（Ｓ１２６）において、設定部２０２は、バックアップ部２０４に格納された歪補償テーブルを、バックアップ部２０４から取得する。
ステップ１２８（Ｓ１２８）において、設定部２０２は、縮小されたアドレス領域に応じた補償データを設定し、バックアップ部２０４から取得した補償テーブルを用いて、歪補償テーブルを再作成する。

〔第２の電力増幅装置２の全体動作〕
以下、第２の電力増幅装置２の全体動作を説明する。
エンベローブディテクタ１００は、入力データの振幅値を検出し、検出した振幅値をデジタル形式で示す振幅データＥを、アドレス算出部１４および最大値検出部２００に対して出力する。
最大値検出部２００は、エンベローブディテクタ１００から入力された振幅データＥの一定時間内における最大値を検出し、検出した振幅データＥの最大値を設定部２０２に対して出力する。

設定部２０２は、最大値検出部２００から入力された一定時間内における振幅データＥの最大値および外部ＰＣ等から入力される設定値に基づいて、アドレス算出部１４および歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルを適宜更新する。
アドレス算出部１４は、エンベローブディテクタ１００から入力された振幅データＥから、アドレス補正係数部１４０、乗算器１４２およびビットシフト部１４４により、歪補償値のアドレス値を算出する。

歪補償テーブル部１０２は、アドレス算出部１４から入力されたアドレスを用いて、歪補償テーブルを参照し、アドレス値に応じた補償データを参照の結果として得て、プリディストータ１０４に対して出力する。
バックアップ部２０４は、歪補償テーブル部１０２から入力された歪補償テーブルを記憶する。

プリディストータ１０４は、歪補償テーブル部１０２から入力される補償データを用いて、入力データに対してＰＡ１１０の非線形性の逆特性を付加して、Ｄ／Ａ１０６に対して出力する。
Ｄ／Ａ１０６は、プリディストータ１０４の出力信号を、アナログ形式のベースバンド信号に変換し、アップコンバート部１０８に対して出力する。
アップコンバート部１０８は、Ｄ／Ａ１０６から入力されたベースバンド信号を、無線周波数帯域の信号に変換し、ＰＡ１１０に対する入力信号とする。

ＰＡ１１０は、アップコンバート部１０８から入力された入力信号を電力増幅して出力信号とし、ＡＮＴ１１２および方向性結合器１１４に対して出力し、ＡＮＴ１１２を介して無線通信回線に対して送信する。
ＰＡ１１０の入力信号には、予め、プリディストータ１０４において非線形性の逆特性が与えられているので、ＰＡ１１０からは、歪が補償された出力信号が出力される。

方向性結合器１１４は、ＰＡ１１０からＡＮＴ１１２へ出力される出力信号の一部を取り出して、ダウンコンバート部１１６に対して出力する。
ダウンコンバート部１１６は、入力された信号の一部を、ベースバンド信号または中間周波数帯域信号に変換し、Ａ／Ｄ１１８に対して出力する。

Ａ／Ｄ１１８は、ダウンコンバート部１１６から入力されたベースバンド信号を、デジタル形式の出力データに変換し、制御部１２０に対して出力する。
制御部１２０は、入力された出力データを用いて、温度変化および経年変化などのために変化したＰＡ１１０入出力特性を、歪補償テーブル部１０２に記憶された歪補償テーブルの内容に反映させ、常にＰＡ１１０出力信号に発生する歪を最小に保つようにする。

以上説明したように、本発明に係る第２の電力増幅装置２は、入力データの送信レベルに応じて、とり得るアドレス領域とアドレス領域に対応する歪補償値とを適宜変更することにより、より精度の高い補償データ値を出力することができる。

一般的なプリディストーション型の第１の電力増幅装置１を示す図である。 図１に示したアドレス算出部１４を示す図である。 歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルにおける振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を示す図である。 入力信号が低レベルの場合に、歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルにおける振幅データＥ（アドレス）と歪補償値との関係を、設定部１２２が変更する方法を示す図である。 本発明にかかる第２の電力増幅装置２を示す図である。 補償データ算出部２２によるアドレス算出部１４および歪補償テーブル部１０２に格納された歪補償テーブルの更新処理の具体例を示すフローチャート（Ｓ１０）である。

符号の説明

１・・・電力増幅装置
１００・・・エンベローブディテクタ
１０２・・・歪補償テーブル部
１０４・・・プリディストータ
１０６・・・Ｄ／Ａ
１０８・・・アップコンバート部
１１０・・・ＰＡ
１１２・・・ＡＮＴ
１１４・・・方向性結合器
１１６・・・ダウンコンバート部
１１８・・・Ａ／Ｄ
１２０・・・制御部
１２２・・・設定部
１２・・・補償データ算出部
１４・・・アドレス算出部
１４０・・・アドレス補正係数部
１４２・・・乗算器
１４４・・・ビットシフト部
２・・・電力増幅装置
２００・・・最大値検出部
２０２・・・設定部
２０４・・・バックアップ部
２２・・・補償データ算出部

Claims (1)

1. 入力信号の振幅値を検出する振幅検出手段と、
   前記検出された振幅値の最大値を検出する最大値検出手段と、
   前記入力信号の振幅値に応じたアドレス値ごとに、前記入力信号の振幅値に応じた歪補正値を記憶する歪補正値記憶手段と、
   前記検出された入力信号の振幅値の最大値が、予め決められた値より小さいときには、前記入力信号の振幅値に応じたアドレス値がとりうる範囲を、前記歪補正値記憶手段のアドレス領域の一部に設定し、これ以外の場合には、前記アドレス値がとりうる範囲を、前記歪補正値記憶手段のアドレス領域の全部に設定するアドレス設定手段と、
   前記アドレス値がとりうる範囲が変更されるごとに、前記アドレス値が取りうる範囲に含まれるアドレス値ごとに、前記歪補正値記憶手段に記憶される歪補正値を変更する歪補正値変更手段と、
   前記設定されたアドレス値に応じた歪補償値を出力する歪補償値出力手段と、
   前記アドレス算出手段を、前記検出された入力信号の振幅値に応じたアドレス値に記憶された前記歪補正値を出力するように制御する制御手段と
   を有する歪補償装置。

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