JP5258545B2 - Transmitter and signal processing method - Google Patents

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この発明は、非線形特性を有する増幅器の歪みを推定し、非線形補償（リニアライズ）を行う送信機、および当該送信機における信号処理方法に関する。   The present invention relates to a transmitter that estimates distortion of an amplifier having nonlinear characteristics and performs nonlinear compensation (linearization), and a signal processing method in the transmitter.

携帯電話等の無線通信端末においては、省電性に優れ、かつ歪みの少ない増幅器が求められる。しかし、一般に、増幅器をいわゆる非線形領域（飽和領域）で動作させると省電性が高まるが、歪み特性が劣化してしまうという問題がある。図９は、増幅器のＡＭ−ＡＭ特性（入力振幅に対する出力振幅の特性）における非線形の一例を示す図であり、図１０は、増幅器のＡＭ−ＰＭ特性（入力振幅に対する出力位相の特性）における非線形の一例を示す図である。   In wireless communication terminals such as cellular phones, amplifiers having excellent power saving and low distortion are required. However, generally, when an amplifier is operated in a so-called non-linear region (saturation region), power saving is improved, but there is a problem that distortion characteristics deteriorate. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of non-linearity in the AM-AM characteristic (output amplitude characteristic with respect to input amplitude) of the amplifier, and FIG. 10 is a non-linearity in the AM-PM characteristic (output phase characteristic with respect to input amplitude) of the amplifier. It is a figure which shows an example.

増幅器による歪みを緩和し、増幅特性の線形化を行う方式には、ＤＰＤ（Digital Pre Distortion）方式のようなＬＵＴ（Look Up Table）を用いた方式や、カーテシアンループ方式のようなフィードバック制御を利用した方式、及び、ＥＥＲ（Envelope Elimination and Reconstruction）またはポーラ変調と呼ばれる入力信号を振幅信号と位相信号とに分けて増幅する方式がある。   Uses LUT (Look Up Table) method such as DPD (Digital Pre Distortion) method and feedback control such as Cartesian loop method to reduce amplifier distortion and linearize amplification characteristics. There is a method of amplifying an input signal called EER (Envelope Elimination and Reconstruction) or polar modulation by dividing it into an amplitude signal and a phase signal.

図１１は、ＤＰＤ方式による非線形補償の概要を示す図であり、図１２はＤＰＤ方式の概略回路構成を示す図である。ＤＰＤ方式のＬＵＴには、例えば、入力された信号の振幅又は（Ｉ，Ｑ）の値をインデックスとした補正係数が記入されている。当該ＬＵＴを用いて、入力された信号の値を補正することで、電力増幅器で発生する歪みを打ち消すような歪みを発生させることができる。図１３は、ＤＰＤ方式による具体的回路構成を示す図である。すなわち、ＬＵＴ１１０を用いて、この電力増幅器１１８の歪みと相殺するための信号を送信装置への入力信号にミキサ１１３で印加することにより、電力増幅器１１８の出力信号が送信装置への入力信号と線形になるように制御するものである（例えば、特許文献１乃至４参照）。   FIG. 11 is a diagram showing an outline of nonlinear compensation by the DPD method, and FIG. 12 is a diagram showing a schematic circuit configuration of the DPD method. In the DPD type LUT, for example, a correction coefficient using the amplitude of the input signal or the value of (I, Q) as an index is entered. By correcting the value of the input signal using the LUT, it is possible to generate distortion that cancels distortion generated in the power amplifier. FIG. 13 is a diagram showing a specific circuit configuration according to the DPD method. That is, by using the LUT 110, a signal for canceling the distortion of the power amplifier 118 is applied to the input signal to the transmission apparatus by the mixer 113, so that the output signal of the power amplifier 118 is linear with the input signal to the transmission apparatus. (See, for example, Patent Documents 1 to 4).

図１４は、フィードバック制御の概要を示す図であり、図１５は、ＩＱ入力信号に対するフィードバック方式の概略回路構成を示す図である。カーテシアンループ方式では、増幅器の出力信号を復調装置で復調して送信装置の入力側に入力することにより、増幅特性の線形化制御が行われる。図１６は、カーテシアンループ方式による具体的回路構成を示す図である。すなわち、送信装置への入力信号と電力増幅器１１９の出力信号とを可変利得減衰器１２３を介して取り込み、この信号を直交復調器１１７で復調した信号とを比較して振幅や位相の誤差を最小にするように制御回路１２５で可変利得減衰器１２３を制御するものである（例えば、特許文献５および６参照）。   FIG. 14 is a diagram showing an outline of feedback control, and FIG. 15 is a diagram showing a schematic circuit configuration of a feedback system for an IQ input signal. In the Cartesian loop system, amplification characteristics are linearized by demodulating an output signal of an amplifier by a demodulator and inputting it to the input side of the transmitter. FIG. 16 is a diagram showing a specific circuit configuration by the Cartesian loop method. That is, an input signal to the transmission device and an output signal of the power amplifier 119 are taken in via the variable gain attenuator 123, and this signal is compared with a signal demodulated by the quadrature demodulator 117 to minimize an amplitude or phase error. In this way, the control circuit 125 controls the variable gain attenuator 123 (see, for example, Patent Documents 5 and 6).

図１７は、アナログ方式のＥＥＲの回路構成を示す図であり、図１８は、デジタル方式のＥＥＲの回路構成を示す図である。ＥＥＲ方式では、入力信号は２つに分岐され、一方の入力信号は検波回路へ入力することで振幅信号成分のみが取り出される。また、他方の入力信号はリミッタ回路によって位相信号成分のみの高周波信号となるため、高周波電力増幅を行う増幅器には振幅増幅が不要となる。これによって高周波増幅器は高効率な飽和増幅器を用いることができる。また、位相変調は比較的非線形歪の影響を受けにくいため、ＥＥＲ方式によって、増幅器の省電力性と増幅特性の線形性とを両立させることができる。（例えば、特許文献７参照）。   FIG. 17 is a diagram illustrating a circuit configuration of an analog EER, and FIG. 18 is a diagram illustrating a circuit configuration of a digital EER. In the EER system, the input signal is branched into two, and one of the input signals is input to the detection circuit to extract only the amplitude signal component. Further, since the other input signal becomes a high-frequency signal having only a phase signal component by a limiter circuit, an amplifier that performs high-frequency power amplification does not require amplitude amplification. As a result, a high-efficiency saturation amplifier can be used as the high-frequency amplifier. In addition, since phase modulation is relatively less susceptible to nonlinear distortion, the EER method can achieve both power saving performance and linearity of amplification characteristics. (For example, refer to Patent Document 7).

特開２００７−２２１２４５号公報JP 2007-212245 A 特開２００５−１５１１１９号公報JP 2005-151119 A 特開２００６−１９７５４５号公報JP 2006-197545 A 特開２００６−３４０１８１号公報JP 2006-340181 A 特開平６−２６８５５０号公報JP-A-6-268550 特許第２８１１９６１号公報Japanese Patent No. 2811961 特開２００６−１４８８３５号公報JP 2006-148835 A

しかしながら、従来のＤＰＤ方式のＬＵＴは増幅器毎の特性の違いを考慮しておらず、各増幅器に対して共通のＬＵＴを用いるが、歪み補償精度は増幅器毎に異なるものであるため、一定の歪み補償精度を得ることは困難である。また、歪み特性は温度変化等により影響を受けるものであるが、従来のＤＰＤ方式では、かかる歪み特性の変化に対応することが難しい。また、ＬＵＴを随時書き換えるアダプティブなＤＰＤ方式も提案されているが、ＬＵＴを随時書き換えるための最適な更新アルゴリズムを見出すことは困難である。   However, the conventional DPD LUT does not consider the difference in characteristics between amplifiers and uses a common LUT for each amplifier. However, since the distortion compensation accuracy differs for each amplifier, a certain distortion is caused. It is difficult to obtain compensation accuracy. In addition, although the distortion characteristics are affected by temperature changes or the like, it is difficult for the conventional DPD method to cope with such changes in distortion characteristics. Also, although an adaptive DPD method for rewriting the LUT at any time has been proposed, it is difficult to find an optimal update algorithm for rewriting the LUT at any time.

カーテシアンループ方式では、例えば、ＡＭ−ＰＭ特性に非線形位相歪みがあると、制御系の動作を安定させることが困難であるという問題がある。さらに、ＥＥＲ方式によっても、増幅による非線形歪みの発生を完全に防ぐことは困難であり、ＥＥＲ方式のみでは、発生した非線形歪みに対応することはできない。   In the Cartesian loop method, for example, if there is nonlinear phase distortion in the AM-PM characteristic, there is a problem that it is difficult to stabilize the operation of the control system. Furthermore, even with the EER method, it is difficult to completely prevent the occurrence of nonlinear distortion due to amplification, and the EER method alone cannot cope with the generated nonlinear distortion.

本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもので、入力信号の振幅信号成分と位相信号成分と分けて増幅し、増幅器の省電力性と増幅特性の線形性との両立を意図した回路構成を含む無線機において、増幅器の非線形性（歪み）を予め推定し、推定した非線形性（歪み）を利用して、増幅器への入力過程において積極的に非線形性を打ち消すことで、ＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性などの非線形補償（リニアライズ）をする送信機および信号処理方法を提供することである。   The present invention was devised in view of such problems, and amplifies separately the amplitude signal component and the phase signal component of the input signal, and intends to achieve both the power saving of the amplifier and the linearity of the amplification characteristic. In a wireless device including a circuit configuration, the nonlinearity (distortion) of the amplifier is estimated in advance, and the nonlinearity (distortion) is used to positively cancel the nonlinearity in the input process to the amplifier. To provide a transmitter and a signal processing method for performing nonlinear compensation (linearization) such as AM and AM-PM characteristics.

上述した諸課題を解決すべく、本発明の送信機は、
入力信号から振幅信号および位相信号を取得する第１信号処理部と、
前記第１信号処理部からの前記振幅信号に応じた第１入力信号に基づき第１増幅信号を生成する第１増幅器と、
前記第１信号処理部からの前記位相信号に基づき第２入力信号を生成するデジタル変調器と、
前記デジタル変調器からの第２入力信号と、前記第１増幅信号とに基づき第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
前記第２増幅信号から振幅信号を取得する第２信号処理部と、
前記第１入力信号に利得を与えて基準信号を生成する利得設定部と、
前記第２信号処理部からの前記振幅信号に応じた第３入力信号と、前記基準信号とを比較し、比較信号を生成する比較器と、
前記第１信号処理部からの前記振幅信号と、前記比較信号とを加算し、前記第１入力信号を生成する加算器と、
を備え、
前記第１増幅器及び第２増幅器の少なくとも一方は、増幅特性が非線形であり、前記第２増幅信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性からの歪み量を含み、
前記利得設定部の前記利得は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性に従うものであり、
前記比較信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器による歪み量の推定歪み量を含み、
前記第１信号処理部は、前記第１入力信号に前記第２増幅信号に基づくフィードバック制御を行う、
ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the transmitter of the present invention is
A first signal processing unit for obtaining an amplitude signal and a phase signal from an input signal;
A first amplifier that generates a first amplified signal based on a first input signal corresponding to the amplitude signal from the first signal processing unit;
A digital modulator that generates a second input signal based on the phase signal from the first signal processing unit;
A second amplifier that generates a second amplified signal based on the second input signal from the digital modulator and the first amplified signal;
A second signal processing unit for obtaining an amplitude signal from the second amplified signal;
A gain setting unit that gives a gain to the first input signal to generate a reference signal;
A comparator that compares a third input signal corresponding to the amplitude signal from the second signal processing unit and the reference signal to generate a comparison signal;
An adder that adds the amplitude signal from the first signal processing unit and the comparison signal to generate the first input signal;
With
At least one of the first amplifier and the second amplifier has a nonlinear amplification characteristic, and the second amplified signal includes a distortion amount from an ideal linear characteristic of the first amplifier and the second amplifier,
The gain of the gain setting unit follows ideal linear characteristics of the first amplifier and the second amplifier,
The comparison signal includes an estimated distortion amount of the distortion amount by the first amplifier and the second amplifier,
The first signal processing unit performs feedback control on the first input signal based on the second amplified signal.
It is characterized by that.

また、上述した諸課題を解決すべく、本発明の信号処理方法は、
送信機の信号処理方法であって、
第１信号処理部が、入力信号から振幅信号および位相信号を取得するステップと、
第１増幅器が、前記第１信号処理部からの前記振幅信号に応じた第１入力信号に基づき第１増幅信号を生成するステップと、
デジタル変調器が、前記第１信号処理部からの前記位相信号に基づき第２入力信号を生成するステップと、
第２増幅器が、前記デジタル変調器からの第２入力信号と、前記第１増幅信号とに基づき第２増幅信号を生成するステップと、
第２信号処理部が、前記第２増幅信号から振幅信号を取得するステップと、
利得設定部が、前記第１入力信号に利得を与えて基準信号を生成するステップと、
比較器が、前記第２信号処理部からの前記振幅信号に応じた第３入力信号と、前記基準信号とを比較し、比較信号を生成するステップと、
加算器が、前記第１信号処理部からの前記振幅信号と、前記比較信号とを加算し、前記第１入力信号を生成するステップと、
を含み、
前記第１増幅器及び第２増幅器の少なくとも一方は、増幅特性が非線形であり、前記第２増幅信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性からの歪み量を含み、
前記利得設定部の前記利得は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性に従うものであり、
前記比較信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器による歪み量の推定歪み量を含み、
前記第１信号処理部が、前記第１入力信号に前記第２増幅信号に基づくフィードバック制御を行うステップをさらに含む、
ことを特徴とする。 In addition, in order to solve the above-described problems, the signal processing method of the present invention includes:
A transmitter signal processing method comprising:
A first signal processing unit obtaining an amplitude signal and a phase signal from an input signal;
A first amplifier generating a first amplified signal based on a first input signal corresponding to the amplitude signal from the first signal processing unit;
A digital modulator generating a second input signal based on the phase signal from the first signal processing unit;
A second amplifier generating a second amplified signal based on the second input signal from the digital modulator and the first amplified signal;
A second signal processing unit obtaining an amplitude signal from the second amplified signal;
A gain setting unit providing a gain to the first input signal to generate a reference signal;
A comparator compares a third input signal corresponding to the amplitude signal from the second signal processing unit and the reference signal to generate a comparison signal;
An adder that adds the amplitude signal from the first signal processing unit and the comparison signal to generate the first input signal;
Including
At least one of the first amplifier and the second amplifier has a nonlinear amplification characteristic, and the second amplified signal includes a distortion amount from an ideal linear characteristic of the first amplifier and the second amplifier,
The gain of the gain setting unit follows ideal linear characteristics of the first amplifier and the second amplifier,
The comparison signal includes an estimated distortion amount of the distortion amount by the first amplifier and the second amplifier,
The first signal processing unit further includes a step of performing feedback control on the first input signal based on the second amplified signal;
It is characterized by that.

本発明によれば、第１信号処理部が入力信号から振幅信号（包絡線）を取得し、第１増幅器は当該振幅信号に応じた信号を増幅して第２増幅器にバイアス電圧を供給し、第２増幅器は第１増幅器からのバイアス電源を用いて入力信号を増幅することによって、入力信号の位相信号と振幅信号とを再合成し、比較器は、第２増幅器の出力信号の振幅信号と、入力信号対して第１増幅器及び第２増幅器の理想特性に基づく利得を与えた基準信号とを比較することにより、第１増幅器及び第２増幅器の非線形歪み量を推定し、加算器が当該非線形歪み量を第１増幅器への入力信号に加算するため、入力信号の振幅信号成分と位相信号成分と分けて増幅し、増幅器の省電力性と増幅特性の線形性との両立を意図した回路構成を含む無線機において、増幅器の非線形性（歪み）を予め推定し、推定した非線形性（歪み）を利用して増幅器への入力過程において積極的に非線形性を打ち消すことで、ＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性などの非線形補償（リニアライズ）をすることができる。   According to the present invention, the first signal processing unit obtains an amplitude signal (envelope) from the input signal, the first amplifier amplifies a signal corresponding to the amplitude signal, and supplies a bias voltage to the second amplifier, The second amplifier amplifies the input signal using the bias power supply from the first amplifier, thereby recombining the phase signal and the amplitude signal of the input signal, and the comparator includes the amplitude signal of the output signal of the second amplifier. The non-linear distortion amount of the first amplifier and the second amplifier is estimated by comparing the input signal with a reference signal to which a gain based on the ideal characteristics of the first amplifier and the second amplifier is given, and the adder In order to add the distortion amount to the input signal to the first amplifier, a circuit configuration intended to achieve both the power saving of the amplifier and the linearity of the amplification characteristic by amplifying separately the amplitude signal component and the phase signal component of the input signal Increase in Nonlinearity (AM-AM, AM-PM characteristics, etc.) is estimated by preliminarily estimating the nonlinearity (distortion) of the amplifier and actively canceling the nonlinearity in the input process to the amplifier using the estimated nonlinearity (distortion). Compensation (linearization) can be performed.

以降、諸図面を参照しながら、本発明の実施態様を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の一実施形態に係る送信機の回路構成を示す図である。送信機１０は、第１増幅器１１と、第２増幅器１２と、第１信号処理部１３と、ＤＡ変換部１４と、デジタル変調機１５と、周波数シンセサイザ１６と、ＩＱ復調部１７と、第２信号処理部１８と、比較器１９と、加算部２０とを備える。 (First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a transmitter according to an embodiment of the present invention. The transmitter 10 includes a first amplifier 11, a second amplifier 12, a first signal processor 13, a DA converter 14, a digital modulator 15, a frequency synthesizer 16, an IQ demodulator 17, and a second A signal processing unit 18, a comparator 19, and an addition unit 20 are provided.

第１信号処理部１３は、入力信号（ＩＱ）から、振幅信号（入力信号の包絡線信号）および位相信号を取得する。なお、入力信号のＩ，Ｑ成分に対し、振幅信号はＳＱＲＴ（Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）、位相信号はａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）により算出することができる。第１信号処理部１３は、入力信号（ＩＱ）の振幅信号をＤＡ変換器１４に供給し、入力信号（ＩＱ）の位相信号をデジタル変調器１５に供給する。なお、第１信号処理部１３がデジタル変調器１５に供給する信号は、振幅が一定の信号に限られないことに留意されたい。   The first signal processing unit 13 acquires an amplitude signal (envelope signal of the input signal) and a phase signal from the input signal (IQ). For the I and Q components of the input signal, the amplitude signal can be calculated by SQRT (I × I + Q × Q), and the phase signal can be calculated by arctan (Q / I). The first signal processing unit 13 supplies the amplitude signal of the input signal (IQ) to the DA converter 14 and supplies the phase signal of the input signal (IQ) to the digital modulator 15. Note that the signal supplied from the first signal processing unit 13 to the digital modulator 15 is not limited to a signal having a constant amplitude.

ＤＡ変換部１４は、振幅信号をＤＡ変換し、変換した信号を加算器２０に供給する。加算器２０は、ＤＡ変換部１４からの振幅信号と、比較器１９からの比較信号とを加算し、加算後の信号（第１入力信号）を第１増幅器１１に供給する。第１増幅器１１は、加算器２０からの第１入力信号を増幅して増幅信号（第１増幅信号）を出力するものである。一般に、振幅信号の増幅は非線形歪みの影響を受けやすいため、振幅の増幅には増幅器の線形領域を用いることが考えられるが、省電力性を考慮して、理想的な線形特性（以下、「理想特性」という。）からの歪み量を生じる増幅器を用いることもできる。   The DA converter 14 DA-converts the amplitude signal and supplies the converted signal to the adder 20. The adder 20 adds the amplitude signal from the DA converter 14 and the comparison signal from the comparator 19, and supplies the added signal (first input signal) to the first amplifier 11. The first amplifier 11 amplifies the first input signal from the adder 20 and outputs an amplified signal (first amplified signal). In general, amplification of an amplitude signal is easily affected by nonlinear distortion. Therefore, it is conceivable to use the linear region of the amplifier for amplification of amplitude. However, in consideration of power saving, an ideal linear characteristic (hereinafter, “ It is also possible to use an amplifier that produces a distortion amount from “ideal characteristics”.

デジタル変調器１５は、周波数シンセサイザ１６からの信号に応じ、第１信号処理部１３から供給される信号のデジタル変調を行い、生成した信号（第２入力信号）を第２増幅器１２に供給する。第２増幅器１２は、第２入力信号を、第１増幅器１１からの第１増幅信号（バイアス電源）によって増幅することによって、振幅信号と位相信号とを再合成した信号（第２増幅信号）を生成する。第２増幅器１２は、ＡＭ−ＡＭ／ＡＭ−ＰＭといった増幅特性が非線形であり、理想特性から所定の歪み量を生じるものである。ＩＱ復調部１７は、第２増幅器１２からの第２増幅信号をＩＱ復調し、生成した信号を第２信号処理部１８に供給する。第２信号処理部１８は、ＩＱ復調部から供給された信号の振幅信号（包絡線信号）および位相信号を計算して信号（第３入力信号）を生成し、当該第３入力信号を比較器１９に供給する。   The digital modulator 15 performs digital modulation of the signal supplied from the first signal processing unit 13 in accordance with the signal from the frequency synthesizer 16 and supplies the generated signal (second input signal) to the second amplifier 12. The second amplifier 12 amplifies the second input signal with the first amplified signal (bias power supply) from the first amplifier 11, thereby re-synthesizing the amplitude signal and the phase signal (second amplified signal). Generate. The second amplifier 12 has a non-linear amplification characteristic such as AM-AM / AM-PM, and generates a predetermined distortion amount from the ideal characteristic. The IQ demodulator 17 performs IQ demodulation on the second amplified signal from the second amplifier 12 and supplies the generated signal to the second signal processor 18. The second signal processing unit 18 calculates an amplitude signal (envelope signal) and a phase signal of the signal supplied from the IQ demodulation unit, generates a signal (third input signal), and compares the third input signal with a comparator. 19 is supplied.

比較器１９は、利得設定部２１からの基準信号と、第２信号処理部１８からの第３入力信号とを減算（比較）する。利得設定部２１の利得は、第１増幅器１１及び第２増幅器１２の理想特性に従うものであるため、比較器１９は、基準信号と第３入力信号とを減算することによって、第１増幅器１１及び第２増幅器１２による歪み量の推定歪み量を含む比較信号を生成することができる。比較器１９は、生成した比較信号を加算器２０に供給する。加算器２０は、ＤＡ変換器１４を介する第１信号処理部１３からの信号と、比較器１９から供給される比較信号とを加算し、第１増幅器１１及び第２増幅器１２による歪み量を打ち消すように、第１増幅器に対する第１入力信号を生成する。 The comparator 19 subtracts (compares) the reference signal from the gain setting unit 21 and the third input signal from the second signal processing unit 18. Since the gain of the gain setting unit 21 is in accordance with the ideal characteristics of the first amplifier 11 and the second amplifier 12, the comparator 19 subtracts the reference signal and the third input signal, whereby the first amplifier 11 and A comparison signal including the estimated distortion amount of the distortion amount by the second amplifier 12 can be generated. The comparator 19 supplies the generated comparison signal to the adder 20. The adder 20 adds the signal from the first signal processing unit 13 via the DA converter 14 and the comparison signal supplied from the comparator 19, and cancels the distortion amount due to the first amplifier 11 and the second amplifier 12. Thus, a first input signal for the first amplifier is generated.

なお、第２信号処理部１８は、ＩＱ復調部から供給された信号を第１信号処理部に供給し、第１信号処理部１３においてフィードバック制御行うようにすることもできる。   The second signal processing unit 18 can also supply the signal supplied from the IQ demodulation unit to the first signal processing unit and perform feedback control in the first signal processing unit 13.

図２は、増幅器の非線形特性の一例を表した回路構成を示す図である。図２に示すとおり、増幅器の非線形特性をｙ＝ｕ２でモデル化している。図３（ａ）は、当該回路構成における歪み量を示す図である。線ａは増幅器の理想特性（線形特性）を表し、線ｂは増幅器の非線形特性（ｙ＝ｕ２）を表し、線ｃは理想特性と非線形特性との差分（歪み量）を表す。図３（ｂ）は、図２の回路構成により、増幅器の特性の線形化（リニアライズ）を行った後の歪み量を示す図である。線ａは増幅器の理想特性（線形特性）を表し、線ｂはリニアライズ後の増幅器の特性を表し、線ｃは理想特性とリニアライズ後の特性との差分（歪み量）を表す。図３（ｂ）に示すとおり、増幅器の特性の線形化（リニアライズ）により、理想特性と増幅器の特性が近い値になり、歪み量を減少させることができる。図４は、図３（ｂ）より、より細かい演算ステップで、増幅器特性の線形化（リニアライズ）を行った場合の歪み量を示す図である。図３（ｂ）と同様に、線ａは増幅器の理想特性（線形特性）を表し、線ｂはリニアライズ後の増幅器の特性を表し、線ｃは理想特性とリニアライズ後の特性との差分（歪み量）を表す。図４に示すとおり、増幅器特性の線形化（リニアライズ）をより細かい演算ステップで行うほど、歪み量をより減少させることが出来る。 FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration representing an example of the nonlinear characteristic of the amplifier. As shown in FIG. 2, the nonlinear characteristic of the amplifier is modeled by y = u 2 . FIG. 3A is a diagram showing the amount of distortion in the circuit configuration. Line a represents the ideal characteristic (linear characteristic) of the amplifier, line b represents the nonlinear characteristic (y = u 2 ) of the amplifier, and line c represents the difference (distortion amount) between the ideal characteristic and the nonlinear characteristic. FIG. 3B is a diagram showing the amount of distortion after linearizing the characteristics of the amplifier with the circuit configuration of FIG. Line a represents the ideal characteristic (linear characteristic) of the amplifier, line b represents the characteristic of the amplifier after linearization, and line c represents the difference (distortion amount) between the ideal characteristic and the characteristic after linearization. As shown in FIG. 3B, by linearizing the amplifier characteristics, the ideal characteristics and the amplifier characteristics become close to each other, and the amount of distortion can be reduced. FIG. 4 is a diagram showing the distortion amount when the amplifier characteristic is linearized (linearized) in a finer calculation step than in FIG. 3B. Similarly to FIG. 3B, line a represents the ideal characteristic (linear characteristic) of the amplifier, line b represents the characteristic of the amplifier after linearization, and line c represents the difference between the ideal characteristic and the characteristic after linearization. (Distortion amount). As shown in FIG. 4, the distortion amount can be further reduced as the amplifier characteristics are linearized in smaller calculation steps.

このように、本実施形態によれば、本発明に係る無線機は、第１信号処理部が入力信号から振幅信号（包絡線）を取得し、第１増幅器は当該振幅信号に応じた信号を増幅して第２増幅器にバイアス電圧を供給し、第２増幅器は第１増幅器からのバイアス電源を用いて入力信号を増幅することにより、入力信号の位相信号と振幅信号を再合成し、比較器は、第２増幅器の出力信号の振幅信号と、入力信号に対して第１増幅器及び第２増幅器の理想増幅特性に基づく基準信号とを比較し、第１増幅器及び第２増幅器の非線形歪み量を推定し、加算器が当該非線形歪み量を第１増幅器への入力信号に加算するため、入力信号の振幅信号成分と位相信号成分と分けて増幅し、増幅器の省電力性と増幅特性の線形性との両立を意図した回路構成を含む無線機において、第１増幅器及び第２増幅器の非線形性（歪み）を予め推定し、推定した非線形性（歪み）を利用して、増幅器への入力過程において積極的に非線形性を打ち消すことで、ＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性などの非線形補償（リニアライズ）をすることができる。   Thus, according to the present embodiment, in the wireless device according to the present invention, the first signal processing unit acquires the amplitude signal (envelope) from the input signal, and the first amplifier outputs a signal corresponding to the amplitude signal. Amplifying and supplying a bias voltage to the second amplifier, and the second amplifier amplifies the input signal using a bias power supply from the first amplifier, thereby recombining the phase signal and the amplitude signal of the input signal, and a comparator Compares the amplitude signal of the output signal of the second amplifier with the reference signal based on the ideal amplification characteristics of the first amplifier and the second amplifier with respect to the input signal, and determines the nonlinear distortion amount of the first amplifier and the second amplifier. Since the adder adds the nonlinear distortion amount to the input signal to the first amplifier, the amplitude signal component and the phase signal component of the input signal are amplified separately, and the amplifier power saving and linearity of the amplification characteristics are estimated. Including circuit configurations intended to be compatible with In the machine, the nonlinearity (distortion) of the first amplifier and the second amplifier is estimated in advance, and the nonlinearity (distortion) is used to cancel the nonlinearity actively in the input process to the amplifier. -Nonlinear compensation (linearization) such as AM and AM-PM characteristics can be performed.

（第２の実施形態）
図５は、本発明の一実施形態に係る送信機の回路構成を示す図である。送信機４０は、第２増幅器４１と、ＩＱ変調部４２と、ＩＱ復調部４３と、利得設定部４４と、第２信号処理部４５と、第１比較器４６と、第２比較器４７と、ＩＱ計算部４８と、第１調整部４９と、第２調整部５０と、第１加算器５１と、第２加算器５２と、第１信号処理部５３と、ＤＡ変換部５４と、第１増幅器５５とを備える。第１信号処理部５３は、入力信号（ＩＱ）から振幅信号（入力信号の包絡線信号）を取得する。なお、入力信号のＩ，Ｑ成分に対し、振幅信号はＳＱＲＴ（Ｉ×Ｉ＋Ｑ×Ｑ）、位相信号はａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）により算出することができる。第１信号処理部５３は、入力信号（ＩＱ）の振幅信号をＤＡ変換器５４に供給する。ＤＡ変換部５４は、振幅信号をＤＡ変換し、変換した信号を第１増幅器５５に供給する。第１増幅器１１は、供給された信号を増幅して増幅信号を出力するものである。 (Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration of a transmitter according to an embodiment of the present invention. The transmitter 40 includes a second amplifier 41, an IQ modulation unit 42, an IQ demodulation unit 43, a gain setting unit 44, a second signal processing unit 45, a first comparator 46, and a second comparator 47. , IQ calculating unit 48, first adjusting unit 49, second adjusting unit 50, first adder 51, second adder 52, first signal processing unit 53, DA converting unit 54, 1 amplifier 55. The first signal processing unit 53 acquires an amplitude signal (envelope signal of the input signal) from the input signal (IQ). For the I and Q components of the input signal, the amplitude signal can be calculated by SQRT (I × I + Q × Q), and the phase signal can be calculated by arctan (Q / I). The first signal processing unit 53 supplies the amplitude signal of the input signal (IQ) to the DA converter 54. The DA converter 54 DA-converts the amplitude signal and supplies the converted signal to the first amplifier 55. The first amplifier 11 amplifies the supplied signal and outputs an amplified signal.

第２増幅器４１は、第１増幅器５５からの信号をバイアス電源として、入力信号を増幅して出力信号を生成するものであるが、ＡＭ−ＡＭ／ＡＭ−ＰＭといった増幅特性が非線形であり、理想特性から所定の歪み量を生じるものである。ＩＱ変調部４２およびＩＱ復調部４３は、それぞれＩＱ変調およびＩＱ復調に必要となる所定の処理を行うものである。利得設定部４４は、入力されるＩＱ信号から、振幅および位相を取得するとともに、取得した振幅及び位相に対して第１増幅器及び第２増幅器の理想特性に従う利得を与える。第２信号処理部４５は、入力されるＩＱ信号から、振幅および位相を算出するものである。第１比較器４６および第２比較器４７は、それぞれ、利得設定部４４および第２信号処理部４５から供給される振幅Ｇ１、Ｇ２および位相θ１、θ２を比較するものであり、当該比較により、第１増幅器５５及び第２増幅器４１の非線形特性による歪み量を推定し、ΔＧおよびΔθを算出するものである。ＩＱ計算部４８は、第１比較器４６および第２比較器４７が算出したΔＧおよびΔθを、推定歪み量として、ＩＱ信号のΔＩおよびΔＱに変換し、ΔＩを第１調整部４９に、ΔＱを第２調整部５０に供給するものである。なお、ΔＧおよびΔθに対し、ΔＩはΔＧ×ｃｏｓΔθ、ΔＱはΔＧ×ｓｉｎΔθにより算出することが出来る。第１調整部４９および第２調整部５０は、ＩＱ計算部４８から供給されたΔＩおよびΔＱのレベルを調整するため、それぞれ、ΔＩおよびΔＱに所定の係数を乗じるものである。第１加算器５１および第２加算器５２は、それぞれ、入力信号のＩ、Ｑ成分と、第１調整部４９および第２調整部５０からの信号とを加算するものであり、増幅器１１の非線形特性による歪み量ｄを打ち消すように、入力信号ｕを生成するものである。   The second amplifier 41 uses the signal from the first amplifier 55 as a bias power source to amplify the input signal and generate an output signal. However, the amplification characteristic such as AM-AM / AM-PM is nonlinear, and is ideal. A predetermined amount of distortion is generated from the characteristics. The IQ modulation unit 42 and the IQ demodulation unit 43 perform predetermined processes necessary for IQ modulation and IQ demodulation, respectively. The gain setting unit 44 acquires the amplitude and phase from the input IQ signal, and gives the gain according to the ideal characteristics of the first amplifier and the second amplifier to the acquired amplitude and phase. The second signal processing unit 45 calculates the amplitude and phase from the input IQ signal. The first comparator 46 and the second comparator 47 compare the amplitudes G1 and G2 and the phases θ1 and θ2 supplied from the gain setting unit 44 and the second signal processing unit 45, respectively. The amount of distortion due to the nonlinear characteristics of the first amplifier 55 and the second amplifier 41 is estimated, and ΔG and Δθ are calculated. The IQ calculation unit 48 converts ΔG and Δθ calculated by the first comparator 46 and the second comparator 47 into ΔI and ΔQ of the IQ signal as estimated distortion amounts, and ΔI is sent to the first adjustment unit 49 as ΔQ Is supplied to the second adjustment unit 50. For ΔG and Δθ, ΔI can be calculated by ΔG × cos Δθ, and ΔQ can be calculated by ΔG × sin Δθ. The first adjustment unit 49 and the second adjustment unit 50 respectively multiply ΔI and ΔQ by predetermined coefficients in order to adjust the levels of ΔI and ΔQ supplied from the IQ calculation unit 48. The first adder 51 and the second adder 52 add the I and Q components of the input signal and the signals from the first adjustment unit 49 and the second adjustment unit 50, respectively. The input signal u is generated so as to cancel the distortion amount d due to the characteristics.

このように、本実施形態によれば、ＩＱ変調された入力信号に対しても、入力信号の振幅信号成分と位相信号成分と分けて増幅し、増幅器の省電力性と増幅特性の線形性との両立を意図した回路構成を含む無線機において、第１増幅器及び第２増幅器の非線形性（歪み）を予め推定し、推定した非線形性（歪み）を利用して、増幅器への入力過程において積極的に非線形性を打ち消すことで、ＡＭ−ＡＭ、ＡＭ−ＰＭ特性などの非線形補償（リニアライズ）をすることができる。   As described above, according to this embodiment, an IQ-modulated input signal is also amplified by dividing it into an amplitude signal component and a phase signal component of the input signal. In a wireless device including a circuit configuration intended to achieve both, the nonlinearity (distortion) of the first amplifier and the second amplifier is preliminarily estimated, and the estimated nonlinearity (distortion) is used in the input process to the amplifier. In addition, nonlinear compensation (linearization) such as AM-AM and AM-PM characteristics can be performed by canceling the nonlinearity.

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。   Although the present invention has been described based on the drawings and examples, it should be noted that those skilled in the art can easily make various modifications and corrections based on the present disclosure.

（変形例）
例えば、基準信号の基となる利得設定部への信号を取得する位置は、加算器の後段のみに限られるわけではない。図６は、図１に示す送信機の回路構成から、基準信号の基となる利得設定部への信号を取得する位置を変更させたものである。図１の回路構成では、基準信号の基となる利得設定部２１への信号を加算器２０の後段で取得していたが、図６の回路構成では、基準信号の基となる利得設定部８２への信号を加算器８１の前段で取得している。 (Modification)
For example, the position for acquiring the signal to the gain setting unit that is the basis of the reference signal is not limited to the subsequent stage of the adder. FIG. 6 is a diagram in which the position for acquiring a signal to the gain setting unit that is the basis of the reference signal is changed from the circuit configuration of the transmitter shown in FIG. In the circuit configuration of FIG. 1, the signal to the gain setting unit 21 that is the basis of the reference signal is acquired at the subsequent stage of the adder 20. However, in the circuit configuration of FIG. To the adder 81 is obtained.

図７は、加算器の前段で基準信号を取得する回路構成の一例を示す図であり、増幅器の非線形特性をｙ＝ｕ２でモデル化している。当該回路構成における歪み量は、図３に示すとおりである。即ち、線ａは増幅器の理想特性（線形特性）を表し、線ｂは増幅器の非線形特性（ｙ＝ｕ２）を表し、線ｃは理想特性と非線形特性との差分（歪み量）を表す。図８は、図２の回路構成により、増幅器の特性の線形化（リニアライズ）を行った後の歪み量を示す図である。線ａは増幅器の理想特性（線形特性）を表し、線ｂはリニアライズ後の増幅器の特性を表し、線ｃは理想特性とリニアライズ後の特性との差分（歪み量）を表す。図８に示すとおり、増幅器の特性の線形化（リニアライズ）により、理想特性と増幅器の特性が近い値になり、歪み量を減少させることができる。しかし、図２に示すような加算器の後段で基準信号を取得する回路構成に比べ、線形化の効果が低下していることがわかる。しかし、例えば、図４に示すとおり、増幅器特性の線形化（リニアライズ）をより細かい演算ステップで行えば、歪み量をより減少させることが出来る。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a circuit configuration for obtaining a reference signal in the previous stage of the adder, and the nonlinear characteristic of the amplifier is modeled by y = u 2 . The distortion amount in the circuit configuration is as shown in FIG. That is, the line a represents the ideal characteristic (linear characteristic) of the amplifier, the line b represents the nonlinear characteristic (y = u 2 ) of the amplifier, and the line c represents the difference (distortion amount) between the ideal characteristic and the nonlinear characteristic. FIG. 8 is a diagram showing the distortion amount after linearizing the characteristics of the amplifier with the circuit configuration of FIG. Line a represents the ideal characteristic (linear characteristic) of the amplifier, line b represents the characteristic of the amplifier after linearization, and line c represents the difference (distortion amount) between the ideal characteristic and the characteristic after linearization. As shown in FIG. 8, by linearizing the amplifier characteristics, the ideal characteristics and the amplifier characteristics become close to each other, and the amount of distortion can be reduced. However, it can be seen that the linearization effect is lower than the circuit configuration in which the reference signal is acquired at the subsequent stage of the adder as shown in FIG. However, for example, as shown in FIG. 4, the amount of distortion can be further reduced if the amplifier characteristics are linearized in smaller calculation steps.

本発明の一実施形態に係る送信機の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transmitter which concerns on one Embodiment of this invention. 増幅器の非線形特性の一例を表した回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure showing an example of the nonlinear characteristic of an amplifier. 本発明の一実施形態に係る回路構成の歪み量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the distortion amount of the circuit structure concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る回路構成の歪み量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the distortion amount of the circuit structure concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る送信機の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transmitter which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る送信機の回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure of the transmitter which concerns on one Embodiment of this invention. 増幅器の非線形特性の一例を表した回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure showing an example of the nonlinear characteristic of an amplifier. 本発明の一実施形態に係る回路構成の歪み量の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the distortion amount of the circuit structure concerning one Embodiment of this invention. 増幅器のＡＭ−ＡＭ特性における非線形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the nonlinear in the AM-AM characteristic of an amplifier. 増幅器のＡＭ−ＰＭ特性における非線形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the nonlinearity in the AM-PM characteristic of an amplifier. ＤＰＤ方式による非線形補償の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of the nonlinear compensation by a DPD system. ＤＰＤ方式の概略回路構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic circuit structure of a DPD system. ＤＰＤ方式による具体的回路構成を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit structure by a DPD system. フィードバック制御の概要を示す図である。It is a figure which shows the outline | summary of feedback control. ＩＱ入力信号に対するフィードバック方式の概略回路構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic circuit structure of the feedback system with respect to IQ input signal. カーテシアンループ方式による具体的回路構成を示す図である。It is a figure which shows the specific circuit structure by a Cartesian loop system. ＥＥＲポーラ方式の概略回路構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic circuit structure of an EER polar system. ＥＥＲポーラ方式の概略回路構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic circuit structure of an EER polar system.

符号の説明Explanation of symbols

１０、４０、７０ 送信機
１１、５５、７２ 第１増幅器
１２、４１、７１ 第２増幅器
１３、５３、７３ 第１信号処理部
１４、５４、７４ ＤＡ変換部
１５、７６ デジタル変調機
１６、７７ 周波数シンセサイザ
１７、４３、７８ ＩＱ復調部
１８、４５、７９ 第２信号処理部
１９、８０ 比較器
２０、８１ 加算器
２１、４４、８２ 利得設定部
４６ 第１比較器
４７ 第２比較器
４９ 第１調整部
５０ 第２調整部
５１ 第１加算器
５２ 第２加算器 10, 40, 70 Transmitter 11, 55, 72 First amplifier 12, 41, 71 Second amplifier 13, 53, 73 First signal processing unit 14, 54, 74 DA converter 15, 76 Digital modulator 16, 77 Frequency synthesizer 17, 43, 78 IQ demodulator 18, 45, 79 Second signal processor 19, 80 Comparator 20, 81 Adder 21, 44, 82 Gain setting unit 46 First comparator 47 Second comparator 49 Second 1 adjuster 50 second adjuster 51 first adder 52 second adder

Claims (2)

入力信号から振幅信号および位相信号を取得する第１信号処理部と、
前記第１信号処理部からの前記振幅信号に応じた第１入力信号に基づき第１増幅信号を生成する第１増幅器と、
前記第１信号処理部からの前記位相信号に基づき第２入力信号を生成するデジタル変調器と、
前記デジタル変調器からの第２入力信号と、前記第１増幅信号とに基づき第２増幅信号を生成する第２増幅器と、
前記第２増幅信号から振幅信号を取得する第２信号処理部と、
前記第１入力信号に利得を与えて基準信号を生成する利得設定部と、
前記第２信号処理部からの前記振幅信号に応じた第３入力信号と、前記基準信号とを比較し、比較信号を生成する比較器と、
前記第１信号処理部からの前記振幅信号と、前記比較信号とを加算し、前記第１入力信号を生成する加算器と、
を備え、
前記第１増幅器及び第２増幅器の少なくとも一方は、増幅特性が非線形であり、前記第２増幅信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性からの歪み量を含み、
前記利得設定部の前記利得は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性に従うものであり、
前記比較信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器による歪み量の推定歪み量を含み、
前記第１信号処理部は、前記第１入力信号に前記第２増幅信号に基づくフィードバック制御を行う、
ことを特徴とする送信機。 A first signal processing unit for obtaining an amplitude signal and a phase signal from an input signal;
A first amplifier that generates a first amplified signal based on a first input signal corresponding to the amplitude signal from the first signal processing unit;
A digital modulator that generates a second input signal based on the phase signal from the first signal processing unit;
A second amplifier that generates a second amplified signal based on the second input signal from the digital modulator and the first amplified signal;
A second signal processing unit for obtaining an amplitude signal from the second amplified signal;
A gain setting unit that gives a gain to the first input signal to generate a reference signal;
A comparator that compares a third input signal corresponding to the amplitude signal from the second signal processing unit and the reference signal to generate a comparison signal;
An adder that adds the amplitude signal from the first signal processing unit and the comparison signal to generate the first input signal;
With
At least one of the first amplifier and the second amplifier has a nonlinear amplification characteristic, and the second amplified signal includes a distortion amount from an ideal linear characteristic of the first amplifier and the second amplifier,
The gain of the gain setting unit follows ideal linear characteristics of the first amplifier and the second amplifier,
The comparison signal includes an estimated distortion amount of the distortion amount by the first amplifier and the second amplifier,
The first signal processing unit performs feedback control on the first input signal based on the second amplified signal.
A transmitter characterized by that. 送信機の信号処理方法であって、
第１信号処理部が、入力信号から振幅信号および位相信号を取得するステップと、
第１増幅器が、前記第１信号処理部からの前記振幅信号に応じた第１入力信号に基づき第１増幅信号を生成するステップと、
デジタル変調器が、前記第１信号処理部からの前記位相信号に基づき第２入力信号を生成するステップと、
第２増幅器が、前記デジタル変調器からの第２入力信号と、前記第１増幅信号とに基づき第２増幅信号を生成するステップと、
第２信号処理部が、前記第２増幅信号から振幅信号を取得するステップと、
利得設定部が、前記第１入力信号に利得を与えて基準信号を生成するステップと、
比較器が、前記第２信号処理部からの前記振幅信号に応じた第３入力信号と、前記基準信号とを比較し、比較信号を生成するステップと、
加算器が、前記第１信号処理部からの前記振幅信号と、前記比較信号とを加算し、前記第１入力信号を生成するステップと、
を含み、
前記第１増幅器及び第２増幅器の少なくとも一方は、増幅特性が非線形であり、前記第２増幅信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性からの歪み量を含み、
前記利得設定部の前記利得は、前記第１増幅器及び第２増幅器の理想的な線形特性に従うものであり、
前記比較信号は、前記第１増幅器及び第２増幅器による歪み量の推定歪み量を含み、
前記第１信号処理部が、前記第１入力信号に前記第２増幅信号に基づくフィードバック制御を行うステップをさらに含む、
ことを特徴とする信号処理方法。 A transmitter signal processing method comprising:
A first signal processing unit obtaining an amplitude signal and a phase signal from an input signal;
A first amplifier generating a first amplified signal based on a first input signal corresponding to the amplitude signal from the first signal processing unit;
A digital modulator generating a second input signal based on the phase signal from the first signal processing unit;
A second amplifier generating a second amplified signal based on the second input signal from the digital modulator and the first amplified signal;
A second signal processing unit obtaining an amplitude signal from the second amplified signal;
A gain setting unit providing a gain to the first input signal to generate a reference signal;
A comparator compares a third input signal corresponding to the amplitude signal from the second signal processing unit and the reference signal to generate a comparison signal;
An adder that adds the amplitude signal from the first signal processing unit and the comparison signal to generate the first input signal;
Including
At least one of the first amplifier and the second amplifier has a nonlinear amplification characteristic, and the second amplified signal includes a distortion amount from an ideal linear characteristic of the first amplifier and the second amplifier,
The gain of the gain setting unit follows ideal linear characteristics of the first amplifier and the second amplifier,
The comparison signal includes an estimated distortion amount of the distortion amount by the first amplifier and the second amplifier,
The first signal processing unit further includes a step of performing feedback control on the first input signal based on the second amplified signal;
And a signal processing method.
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