JP5122361B2 - 歪み補償機能を備えた増幅装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば移動通信用の基地局装置で使用される送信増幅装置に係わり、特に増幅回路で発生する非線形歪みを補償する機能を備えた増幅装置に関する。

例えば、無線アクセス方式として広帯域符号分割多元接続（Wide-band Code Division Multiple Access；Ｗ−ＣＤＭＡ）方式を採用した移動通信システムに備えられた基地局装置では、物理的に遠く離れた移動局装置に無線信号を到達させる必要があるため、送信信号を電力増幅回路で大幅に増幅することが必要となる。しかしながら、電力増幅回路はアナログデバイスであるため、その入出力特性は非線形な関数となる。特に、飽和点と呼ばれる増幅限界を超える領域では、入力信号レベルが増加しても出力電力はほぼ一定となり、この非線形特性の影響により増幅後の送信信号には非線形歪みが発生する。

増幅前の送信信号に対しては、増幅回路の前段に帯域制限フィルタを配置することで、希望信号帯域外の信号成分を低レベルに抑圧することが可能である。しかし、増幅回路から出力される送信信号に先に述べた非線形歪みが発生すると、希望信号帯域外、つまり隣接チャネルに対し信号電力が漏洩して隣接チャネル間干渉を招く。特に、基地局装置では先に述べたように送信電力が高いため、上記隣接チャネルへの信号電力の漏洩は厳しく規制されている。このため、隣接チャネルへの漏洩電力を制限するかが大きな課題となっている。

そこで、基地局用の送信増幅装置では従来より歪み補償回路が設けられており、最近では増幅効率を重要視してフィードフォワード型のプリディストーション方式を採用した歪み補償回路が主流になりつつある。プリディストーション方式は、増幅回路の非線形特性であるＡＭ−ＡＭ変換、ＡＭ−ＰＭ変換の逆特性を増幅回路に入力される送信信号に予め与えることにより、増幅回路の出力信号の非線形歪みを補償する方式である。逆特性を与える方式の１つとして歪み補償テーブル（Look Up Table；ＬＵＴ）を使用する方式がある（例えば、特許文献１を参照。）。

図４は、ＬＵＴを用いたディジタル・プリディストーション（ＤＰＤ）方式を採用した歪み補償回路の構成の一例を示したものである。この歪み補償回路（ＤＰＤ処理回路）２００は、先ず増幅回路１００の出力信号の一部を帰還して歪み検出部２０１で上記送信信号に含まれる歪み量を検出する。そして、ＬＵＴ制御部２０２において、上記歪み量の検出値と入力信号の振幅とをもとにＬＵＴ２０３の歪み補償特性を更新し、この更新された歪み補償特性に基づいて歪み補償部２０４により入力信号の振幅及び位相を制御するものである。なお、上記歪み補償部２０４により振幅及び位相が制御されたベースバンド信号は、アップコンバータ１１０で無線周波数にアップコンバートされたのち上記増幅回路１００に入力される。

一方、移動通信システムでは、基地局用の送信増幅装置として、Multiple Input Multiple Output（以後ＭＩＭＯと略称する）方式を採用した増幅装置の開発が進められている。ＭＩＭＯとは、複数のアンテナを組み合わせてデータ送受信の帯域を拡げる無線通信技術のことであり、複数のアンテナにより同時に異なるデータを送信し、移動局装置で上記各送信データを合成することで擬似的に広帯域を実現し通信速度の高速化を可能としたものである。

このＭＩＭＯ方式を採用した増幅装置では、複数系列の送信信号を並列的に増幅する必要があるため、増幅回路も複数個必要となる。また、歪み補償回路については、１個の歪み補償回路により上記複数の増幅回路の非線形特性を補償するものが先ず考えられるが、上記複数の増幅回路の非線形特性を同一の歪み補償特性により補償しようとすると、増幅回路間には非線形特性のばらつきがあるため、適切な歪み補償が行われず補償性能の劣化を招く。

これに対し、上記複数の増幅回路の各々に対応して歪み補償回路を複数設けることも考えられている。図５はその構成を一例を示すもので、増幅回路３００ａ，３００ｂの各々に対応して、歪み検出部４０１ａ，４０１ｂ、ＬＵＴ制御部４０２ａ，４０２ｂ、ＬＵＴ４０３ａ，４０３ｂ及び歪み補償部４０４ａ，４０４ｂからなる２組の歪み補償回路を設けたものである。なお、３１０ａ，３１０ｂは、歪み補償部４０４ａ，４０４ｂから出力されるベースバンド信号を無線信号に変換するアップコンバータである。
しかし、このように増幅回路の数に対応して複数組の歪み補償回路を設けると、ＤＰＤ処理回路４００の回路規模が大型化し、コストアップを招く。
特開２００５−７３０３２号公報

以上述べたようにＭＩＭＯ方式に対応するために複数の増幅回路を備えた増幅装置には、歪み補償回路を完全に共用するタイプと、増幅回路ごとに歪み補償回路を設けるタイプが考えられる。しかし、前者では増幅回路間には非線形特性のばらつきがあるため補償性能の劣化を招き、後者ではＤＰＤ処理回路４００の回路規模が大型化し、コストアップを招く。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、歪み補償性能を高く維持しつつ、歪み補償回路の回路規模及びコストの削減を可能にした歪み補償機能を備えた増幅装置を提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明の一観点は、複数系列の送信信号を個別に増幅して出力する複数の増幅回路と、上記複数の増幅回路において発生する歪みをそれぞれ補償する歪み補償ユニットとを具備する増幅装置にあって、上記歪み補償ユニットに、上記複数の増幅回路の各々に対応して、これらの増幅回路が有する非線形特性に対し逆特性となる歪み補償特性を表す補償データを記憶した複数の歪み補償テーブルと、これらの歪み補償テーブルから読み出される補償データに応じて上記複数系列の送信信号の信号特性をそれぞれ補償し、この信号特性が補償された送信信号をそれぞれ対応する増幅回路に入力する複数の歪み補償回路を設け、かつ上記複数の増幅回路に対し共通に、各増幅回路から出力された送信信号の一部を帰還信号として受け取ってこれらの帰還信号から上記各増幅回路の歪み量をそれぞれ検出する処理を時分割に行う歪み検出手段と、上記歪み補償テーブルを制御するテーブル制御手段を設けたことを特徴とするものである。

またこの発明の一観点は、上記テーブル制御手段に、上記歪み検出手段により検出された各増幅回路の歪み量を予め設定したしきい値と比較して歪み量がしきい値を超えているか否かを判定する手段と、上記複数の増幅回路の歪み量が何れもしきい値を超えていると判定された場合には上記複数の歪み補償テーブルを上記検出された各歪み量に基づいて設定される同一の条件で更新する第１の更新制御手段と、歪み量がしきい値を超えていないと判定された場合には上記複数の歪み補償テーブルを上記検出された歪み量に応じて個別の条件で更新する第２の更新制御手段を備えることも特徴とするものである。

したがって、この発明の一観点によれば、複数の増幅回路に対し歪み補償テーブルと歪み補償回路が個別に設けられるので、複数の増幅回路はそれぞれ個別に歪み補償されてこれにより増幅回路ごとに最適な歪み補償がなされる。一方、歪み検出手段とテーブル制御手段については上記複数の増幅回路に対し共通に設けられ、この共通の歪み検出手段及びテーブル制御手段により上記複数の歪み補償テーブルがそれぞれ制御される。このため、歪み検出手段及びテーブル制御手段を複数の増幅回路に対し個別に設ける場合に比べ、歪み補償性能を高く維持しつつ、回路規模及びコストを削減することが可能となる。

また、この発明の一観点によれば、複数の増幅回路の歪み量が何れもしきい値を超えている場合には各歪み補償テーブルが同一の条件で更新され、歪み量がしきい値を超えていない場合には各歪み補償テーブルが個別の条件で更新される。このため、複数の歪み補償テーブルを常に個別に更新する場合に比べ、歪み補償性能を低下させることなく歪みを短時間で収束させることが可能となる。

以下、図面を参照してこの発明の一実施形態を説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係わる増幅装置を備えた、ＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）もしくはＬＴＥ（Long Term Evolution）用基地局装置の送信系の構成を示すブロック図である。

この基地局装置は、基地局本体１と、送信増幅装置２と、複数のアンテナ（図では２個の場合を例示）３ａ，３ｂとを備えている。基地局本体１は、自局がカバーする通信エリアに存在する各移動局との間の通信を制御する。送信増幅装置２は、ＭＩＭＯ方式を採用したもので、通信ユニット４と、複数のアナログ処理ユニット５ａ，５ｂと、上記通信ユニット４と上記複数のアナログ処理ユニット５ａ，５ｂとの間に設けられる歪み補償ユニット６とを備える。

通信ユニット４は、基地局本体１から出力されたベースバンド送信データに対し符号化処理及び変調処理を行って、Ｉ相，Ｑ相のベースバンド信号を出力する。アナログ処理ユニット５ａ，５ｂはそれぞれ、アップコンバータ及び増幅回路を有する。そして、後述する歪み補償ユニット６から入力されたベースバンド信号を、アップコンバータで無線周波数にアップコンバートし、増幅回路で増幅したのちアンテナ３ａ，３ｂから送信する。

歪み補償ユニット６は、上記アナログ処理ユニット５ａ，５ｂの各増幅回路で発生する非線形歪みを補償する機能を有するもので、例えば次のように構成される。図２はこの歪み補償ユニット６とアナログ処理ユニット５ａ，５ｂの構成を示す機能ブロック図である。

すなわち、歪み補償ユニット６は、歪み補償テーブルを用いたディジタル・プリディストーション（ＤＰＤ）処理回路からなり、２系統の増幅回路１０ａ，１０ｂにそれぞれ対応して設けられた歪み補償回路２１ａ，２１ｂ及び歪み補償テーブル（Look up Table；ＬＵＴ）２２ａ，２２ｂと、上記２系統の増幅回路１０ａ，１０ｂに対し共通に設けられた歪み検出部２３及び歪み補償テーブル制御部（ＬＵＴ制御部）２４とを備えている。

歪み補償回路２１ａ，２１ｂはそれぞれ減衰器及び移相器を有し、この減衰器及び移相器により、上記通信ユニット４から出力されたＩ相，Ｑ相のベースバンドＢＦＩａ，ＢＦＩｂの振幅及び位相を可変する。そして、この振幅及び位相が可変されたベースバンド信号ＢＦＩａ′，ＢＦＩｂ′を、上記アナログ処理ユニット５ａ，５ｂに入力する。アナログ処理ユニット５ａ，５ｂは、アップコンバータ１１ａ，１１ｂ及び増幅回路１０ａ，１０ｂを備え、上記歪み補償回路２１ａ，２１ｂから入力されたベースバンド信号をアップコンバータ１１ａ，１１ｂで無線周波数にアップコンバートしたのち、増幅回路１０ａ，１０ｂにより電力増幅して、増幅された送信信号ＲＦＯａ，ＲＦＯｂを出力する。

ＬＵＴ２２ａ，２２ｂは、ハードウエアとして例えば１０ビットのアドレス空間を持つメモリにより構成され、このメモリにはそれぞれ、対応する増幅回路１０ａ，１０ｂの非線形特性を補償するための歪み補償特性を表す補償データが記憶される。歪み補償特性は、増幅回路１０ａ，１０ｂで発生する非線形特性の逆特性となるように設定され、その補償データは振幅補償データと位相補償データとから構成される。ＬＵＴ２２ａ，２２ｂは、ＬＵＴ制御部２４から制御値がアドレスとして与えられたとき、この制御値に対応する振幅補償データ及び位相補償データを読み出して上記歪み補償回路２１ａ，２１ｂの減衰器及び移相器に与え、これにより減衰量及び位相量を制御する。

歪み検出部２３は、例えば帯域外の歪み電力を帰還信号としてその電力値を検出する１組の電力検出回路を備える。この電力検出回路は以下のように構成される。すなわち、先ず増幅回路１０ａ，１０ｂから出力された送信信号ＲＦＯａ，ＲＦＯｂの一部をミキサで搬送波信号と混合して周波数をダウンコンバートしたのち、バンドパスフィルタに通す。そして、その出力信号を周波数変換器によりＡ／Ｄ変換に適した周波数にさらにダウンコンバートしてＡ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換し、このディジタル信号を上記増幅回路１０ａ，１０ｂで発生した非線形歪みを表す値（歪み量）として出力する。歪み検出部２３は、このように構成された１組の電力検出回路を時分割動作させることにより、上記増幅回路１０ａ，１０ｂで発生する歪み量をそれぞれ検出し、ＬＵＴ制御部２４に入力する。

ＬＵＴ制御部２４は、例えばＣＰＵにソフトウエアを実行させることにより実現されるもので、この発明に係わる新たな制御機能として、歪み量判定部２４１と、第１の更新制御部２４２と、第２の更新制御部２４３を有している。
歪み量判定部２４１は、増幅回路１０ａ，１０ｂで発生する歪み量の検出値を上記歪み検出部２３から受け取ると、この受け取った歪み量の各検出値を予め設定したしきい値と比較し、当該しきい値を超えているか否かを判定する。

第１の更新制御部２４２は、上記歪み量判定部２４１により歪み量の各検出値が何れもしきい値を超えていると判定された場合に、当該各検出値に基づいて設定した共通の制御値により上記各ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの補償データを更新する。
第２の更新制御部２４３は、上記歪み量判定部２４１により歪み量の各検出値の少なくとも一方がしきい値以下と判定された場合に、上記各検出値に基づいてそれぞれ上記各ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの補償データを更新する。

次に、以上のように構成された増幅装置における歪み補償動作を説明する。図３はＤＰＤ処理回路２０の動作手順と動作内容を示すフローチャートである。
基地局の運用開始又は再起動に伴い送信増幅装置２が起動されると、通信ユニット４から出力されたＩ相，Ｑ相のベースバンド信号ＢＦＩａ，ＢＦＩｂがそれぞれ歪み補償回路２１ａ，２１ｂを介してアナログ処理ユニット５ａ，５ｂに入力される。そして、アナログ処理ユニット５ａ，５ｂのアップコンバータ１１ａ，１１ｂで無線周波数にアップコンバートされたのち、増幅回路１０ａ，１０ｂで増幅されてアンテナ３ａ，３ｂから送信される。

上記送信動作が開始されると、歪み検出部２３により、先ず上記増幅回路１０ａから出力された送信信号ＲＦＯａの一部が取り込まれ、その帯域外の歪み電力値が上記増幅回路１０ａで発生する歪み量として検出される（ステップＳ３１）。続いて歪み検出部２３では、上記増幅回路１０ｂから出力された送信信号ＲＦＯｂの一部が取り込まれ、その帯域外の歪み電力値が上記増幅回路１０ｂで発生する歪み量として検出される（ステップＳ３２）。

次にＬＵＴ制御部２４は、上記歪み検出部２３から各増幅回路１０ａ，１０ｂで発生する歪み量の検出値を受け取ると、ステップＳ３３により歪み量判定部２４１を起動して、上記受け取った歪み量の各検出値を予め設定したしきい値と比較し、当該しきい値を超えているか否かを判定する。

そして、上記歪み量判定部２４１による判定の結果、歪み量の各検出値が何れもしきい値を超えていたとすると、第１の更新制御部２４２が起動され、ステップＳ３４，Ｓ３５により、当該各検出値に基づいて設定した共通の制御値により上記各ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの補償データを同一値に更新する。この結果、歪み補償回路２１ａ，２１ｂの減衰器及び移相器にはＬＵＴ２２ａ，２２ｂから上記更新後の制御値が与えられ、これによりＩ相，Ｑ相のベースバンドＢＦＩａ，ＢＦＩｂの振幅及び位相が可変制御される。

上記第１の更新制御部２４２によるＬＵＴ２２ａ，２２ｂの更新制御が終了し、次の検出タイミングになると、上記歪み補償特性の更新後に増幅回路１０ａ，１０ｂから出力された送信信号ＲＦＯａ，ＲＦＯｂの帯域外の歪み電力値が、歪み検出部２２３においてステップＳ３１，Ｓ３２により順に検出される。そして、この歪み量の各検出値がステップＳ３３によりしきい値と比較され、当該しきい値を超えているか否かが判定される。

そして、上記歪み量判定部２４１による判定の結果、歪み量の各検出値の少なくとも一方がしきい値以下と判定されたとすると、第２の更新制御部２４３が起動され、ステップＳ３６，Ｓ３７により、上記歪み量の各検出値に基づいてそれぞれ上記各ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの補償データを更新する処理が行われる。すなわち、上記歪み量の各検出値に応じて、各ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの補償データがそれぞれ最適な値に微調整される。
以後、送信動作中には、増幅回路１０ａ，１０ｂの非線形特性が突発的に大きく変動しない限り、ＤＰＤ処理回路２０では第２の更新制御部２４３により各ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの微調整が行われる。

したがって、この実施形態に係わる送信増幅装置２によれば、起動時において、ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの歪み補償特性が増幅回路１０ａ，１０ｂの非線形特性から比較的大きくずれていても、当該ＬＵＴ２２ａ，２２ｂの歪み補償特性は、ＬＵＴ制御部２４の第１の更新制御部２４２によりほぼ同時に更新され、その後第２の更新制御部２４３により個別に微調整される。このため、起動時のＤＰＤ処理回路２０による歪み補償動作は短時間に収束する。

また、この実施形態に係わる送信増幅装置２では、歪み補償回路２１ａ，２１ｂ及びＬＵＴ２２ａ，２２ｂについては各増幅回路１０ａ，１０ｂにそれぞれ対応して設けているものの、歪み検出部２３及びＬＵＴ制御部２４については増幅回路１０ａ，１０ｂに対し共通に設けている。そして、この共通の歪み検出部２３及びＬＵＴ制御部２４により、各増幅回路１０ａ，１０ｂの歪み検出及びＬＵＴ２２ａ，２２ｂの歪み補償特性の更新制御を時分割に行っている。このため、歪み検出部２３及びＬＵＴ制御部２４を増幅回路１０ａ，１０ｂに対し個別に設ける場合に比べ、歪み補償性能を高く維持しつつ、歪み補償ユニット６としてのＤＰＤ処理回路の回路規模及びコストを削減することが可能となる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態ではベースバンド周波数からなるＩ，Ｑの複素信号に対しプリディストーション処理を行う場合、つまりカーテシアン型負帰還回路を用いた場合を例にとって説明したが、無線周波数からなる送信信号に対しプリディストーション処理を行う場合にも、この発明は適用可能である。
その他、ＤＰＤ処理回路の構成、歪み検出部及びＬＵＴ制御部の構成やその制御手順及び制御内容等については、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の一実施形態に係わる送信増幅装置を備えた基地局装置の構成を示すブロック図である。 この発明の一実施形態に係わる送信増幅装置の要部である歪み補償ユニット（ＤＰＤ処理回路）及びアナログ処理ユニットの構成を示すブロック図である。 図２に示したＤＰＤ処理回路の動作手順及び動作内容を示すフローチャートである。 従来の一般的な歪み補償機能を備えた送信増幅装置の構成を示すブロック図である。 従来本発明者等が提案したＭＩＭＯ対応の歪み補償機能を備えた送信増幅装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…基地局本体、２…送信電力増幅装置、３ａ，３ｂ…アンテナ、４…通信ユニット、５ａ，５ｂ…アナログ処理回路、６…歪み補償ユニット、１０ａ，１０ｂ…増幅回路、１１ａ，１１ｂ…アップコンバータ、２１ａ，２１ｂ…歪み補償回路、２２ａ，２２ｂ…歪み補償テーブル（ＬＵＴ）、２３…歪み検出部、２４…ＬＵＴ制御部、２４１…歪み量判定部、２４２…第１の更新制御部、２４３…第２の更新制御部。

Claims (1)

1. 複数系列の送信信号を個別に増幅して出力する複数の増幅回路と、
   前記複数の増幅回路において発生する歪みをそれぞれ補償する歪み補償ユニットと
   を具備し、
   前記歪み補償ユニットは、
   前記複数の増幅回路の各々に対応して設けられ、これらの増幅回路が有する非線形特性に対し逆特性となる歪み補償特性を表す補償データを記憶した複数の歪み補償テーブルと、
   前記複数の増幅回路の各々に対応して設けられ、前記複数の歪み補償テーブルから読み出される補償データに応じて前記複数系列の送信信号の信号特性をそれぞれ補償し、この信号特性が補償された送信信号をそれぞれ対応する増幅回路に入力する複数の歪み補償回路と、
   前記複数の増幅回路に対し共通に設けられ、これらの増幅回路から出力された送信信号の一部を帰還信号として受け取ってこれらの帰還信号から前記各増幅回路の歪み量をそれぞれ検出する処理を、前記複数の増幅回路に対し時分割に行う歪み検出手段と、
   前記複数の増幅回路に対し共通に設けられ、前記歪み補償テーブルを制御するテーブル制御手段と
   を備え、
   前記テーブル制御手段は、
   前記歪み検出手段により検出された各増幅回路の歪み量を予め設定したしきい値と比較して歪み量がしきい値を超えているか否かを判定する手段と、
   前記複数の増幅回路の歪み量が何れもしきい値を超えていると判定された場合には、前記複数の歪み補償テーブルを、前記検出された各歪み量に基づいて設定される同一の条件で更新する第１の更新制御手段と、
   歪み量がしきい値を超えていないと判定された場合には、前記複数の歪み補償テーブルを、前記検出された歪み量に応じて個別の条件で更新する第２の更新制御手段と
   を有することを特徴とする歪み補償機能を備えた増幅装置。

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