JP5464112B2

JP5464112B2 - 非線形歪補償増幅装置及び非線形歪補償方法

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Publication number: JP5464112B2
Application number: JP2010223297A
Authority: JP
Inventors: 忠斎藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012080298A

Description

本発明は、無線通信システム送信機の非線形歪補償に係り、特にフィードバック回路の周波数特性編差を補償する非線形歪補償増幅装置及びそのフィードバック回路周波数特性偏差補償方法に関する。

無線通信システムの送信機を構成する高周波増幅器における非線形歪特性への対応、及び非線形歪特性に起因する電力利用効率の低さ及び小型化のため、非線形歪補償増幅装置が用いられる。非線形歪補償増幅装置として適応型プリディストーション補償装置が知られている。

図４は従来の非線形歪補償増幅装置の回路構成を示す図である。演算部４１、ＤＡＣ４２、直交変調部４３、高周波増幅器４４、方向性結合器４５、アンテナ４６、ＦＢ回路（フィードバック回路）４７で構成する。ＦＢ回路４７はＡＤＣ５１、バンドパスフィルタ５２、増幅器５３、振幅等化器５４、ミキサ５５で構成する。

入力ベースバンド信号が演算部４１より出力され、ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ４２）によりアナログ信号に変換後、直交変調部４３で無線周波数帯域の高周波信号に直交変調される。この直交変調波は、必要な送信電力まで高周波増幅器４４により増幅後、方向性結合器４５を介して無線周波数の送信信号としてアンテナ４６より送出される。

高周波増幅器４４の入出力電力特性の非線形性により、送信信号に非線形歪が生じる。

この非線形歪補償のため、方向性結合器４５により抽出された無線周波数の送信信号の一部をＦＢ回路４７により演算部４１にフィードバックして適応的に非線形歪の補償処理が行われる。

ＦＢ回路４７では、ミキサ５５により低周波信号にダウンコンバートされた信号は増幅器により所定の電力まで増幅され、バンドパスフィルタ５２により不要周波数信号の除去後、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ５１）によりディジタル信号に変換され、演算部４１にフィードバックされる。

演算部４１では、このフィードバックされた信号から歪補償成分を抽出し、送信波のベースバンド信号に歪補償成分を付加して送出する。この動作により、高周波増幅器等で発生する非線形歪に対して適応し、安定した歪補償制御が行われる。このような適応型非線形歪補償回路は環境の変化に対して適応し、安定した特性を得ることができる。適応型非線形歪補償回路については例えば、特許文献１に記載されている。

また、高周波増幅器と適応非線形歪補償部の間にイコライザを備え、帯域外輻射電力が小さくなるフィルタ係数を算出して補正する方法が知られている（例えば、特許文献２）。

なお、以下では、場合により、演算部４１からアンテナ４６の送信経路をフォワード系、また、フォワード系の信号を主信号と表現し、また、方向性結合器４５から分岐した信号の経路をフィードバック系（場合により、フィードバック回路、ＦＢ回路）と表現する。

特開２００２−１４１７５４号公報特許第４０１５４５５号

従来の非線形歪補償増幅装置のＦＢ回路４７を構成するアナログフィルタ（バンドパスフィルタ５２）、増幅器５３、振幅等化器５４、ＡＤＣ５１は通常周波数特性を持っており、この周波数特性の編差による誤った歪成分を検出して歪補償を行うため、送信信号の非線形歪補償を悪化させる要因となっている。

具体的にはＦＢ回路４７の周波数特性編差により、演算部は誤った歪成分の検出を行い、歪補償後の主信号の歪特性は、例えば、高域、あるいは低域の何れか片側の歪が悪化する。

この周波数特性の補正として、特許文献１では、フィードバック回路に補正フィルタを備え、ループ全体の周波数特性の逆特性を補正して周波数特性の改善を行う方法を開示している。

この場合、非線形歪成分を検出するためのＦＢ回路４７の周波数特性編差を含めて補償を行っているため、フィードバック回路に周波数特性の編差が存在する場合にはアンテナから送信する送信信号の歪特性を悪化させる歪補償を行う結果となる。

即ち、適応型非線形歪補償回路においては、予めフィードバック回路の周波数特性の編差を確認しておき、この周波数特性の編差を補正して歪補償を行うこととなる。
本発明は非線形歪補償装置の歪補償をフィードバック回路の周波数特性偏差による影響を排除して主信号系で生じる非線形歪の歪補償を行うことができる非線形歪補償増幅装置、及びフィードバック回路周波数特性偏差補償方法の提供を目的とする。

上記問題解決のため、無線通信システムの送信機の試験時に試験信号を発生し、フォワード系の高周波増幅前に、該試験信号をフィードバック回路と検波回路に分岐して送信し、フィードバック回路の出力よりフィードバック回路の周波数特性の算出と、検波回路の出力より検波回路の周波数特性と、を算出し、２つの周波数特性偏差の差分より前記フィードバック回路の周波数特性偏差を算出し、算出したフィードバック回路の周波数特性偏差の逆特性を前記主信号系の送信信号に歪補償信号として加えて非線形歪補償を行う。

本発明によれば、非線形歪補償装置の歪補償をフィードバック回路の周波数特性偏差による影響を排除して主信号系で生じる非線形歪の歪補償を行うことができる。

本発明の一実施形態の非線形歪補償増幅装置のブロック構成本発明のフィードバック回路の周波数特性の振幅編差算出説明本発明の一実施形態のフィードバック回路の周波数特性振幅遍差算出手順例従来の非線形歪補償増幅装置のブロック構成

（実施例１）
図１は本発明の一実施形態の非線形歪補償増幅装置のブロック構成を示す図である。演算部１、適応非線形歪補償部２、ＤＡＣ３、直交変調部４、分波器１５、高周波増幅器６、方向性結合器７、アンテナ８、ＦＢ回路９、分波器２１０、切替器１１、検波器系回路１２で構成する。

演算部１は、イコライザ（ＦＩＲフィルタ）２１、信号切替部２２、試験信号発生器２３、帯域外輻射電力測定・フィルタ係数算出部２４、ＦＢ回路周波数特性算出部２５、分岐部２６、ＦＢ回路周波数特性算出部２７、検波器系回路周波数特性算出部２８、切替信号発生部２９で構成する。

ＦＢ回路９はＡＤＣ１３０、バンドパスフィルタ３１、増幅器３２、ミキサ３３で構成し、検波器系回路１２は、ＡＤＣ２３４、検波器３５で構成する。次に回路動作について説明する。

フォワード回路では演算部１からの信号（試験時は試験信号、運用時は入力ベースバンド信号）はＤＡＣ３によりアナログ信号に変換された後、直交変調部４で無線周波数帯域の高周波信号に直交変調される。

運用時、この直交変調波は分波器１５を経由して、高周波増幅器６により必要な送信電力まで増幅された後、方向性結合器７を介して無線周波数の送信信号としてアンテナ８より送出される。試験時、分波器１５は直交変調部４から受信した送信信号を切替器１１に分波する。

切替器１１は演算部１からの切替制御信号（例えば、試験時「ＯＮ」。運用時「ＯＦＦ」）により、試験時は分波器１５からの試験信号を受信し、分波器２１０に送信する。運用時は方向性結合器７からの送信信号を受信して分波器２１０に送信する。

分波器２１０は切替器１１からの信号を受信する。試験時は、ＦＢ回路９と検波器系回路１２に試験信号を1対１に分岐して送信する。運用時は切替器１１からの送信信号をＦＢ回路９に送信する。

ＦＢ回路９において、受信した信号はミキサ３３により低周波信号にダウンコンバートされ、増幅器３２により所定の電力まで増幅された後、バンドパスフィルタ３１により不要周波数成分を除去してＡＤＣ１３０によりディジタル信号に変換され、演算部１にフィードバックされる。

試験時、検波器系回路１２では、検波器３５で、受信した試験信号の電力が直流電圧に変換され、ＡＤＣ２３４によりディジタル信号に変換されて演算部１に送られる。

次に演算部１の動作を試験時と運用時に分けて説明する。
１）試験時
切替信号発生器２９より、試験制御信号を発生し、試験信号発生器２３より試験信号をフォワード回路に送信する。試験信号は例えば、変調波、あるいはＣＷ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）信号である。フォワード回路を経由してＦＢ回路９、検波器系回路１２にフィードバックされた信号の処理について説明する。

ＦＢ回路９から受信した試験信号は分岐部２６を経由して、ＦＢ回路周波数特性算出部２５に入力される。ＦＢ回路周波数特性算出部２５でフィードバック回路の周波数特性を算出する。一方、検波器系回路１２から受信した試験信号は検波器系回路周波数特性算出部２８に送信される。

ＦＢ回路周波数特性算出部２５、検波器系回路周波数特性算出部２８で各々周波数特性が算出され、ＦＢ回路周波数特性遍差算出部２７で、検波器系回路周波数特性を基準特性として、２つの経路の周波数特性の差がＦＢ回路の周波数特性遍差として算出される。図２で２つの経路の周波数特性の差がＦＢ回路の周波数特性遍差であることを図的に説明する。
２）運用時
ＦＢ回路９から受信した信号は分岐部２６を経由して帯域外輻射電力測定・フィルタ係数算出部２５と、適応非線形歪補償部２と、に送信される。

帯域外輻射電力測定・フィルタ係数算出部２４では、帯域外輻射電力を測定し、該輻射電力が小さくなるようにイコライザ（ＦＩＲフィルタ）の係数を決め、さらにこのフィルタ係数を、試験時ＦＢ回路周波数特性遍差算出部２７で算出したフィードバック回路の周波数特性遍差の逆特性で補正してイコライザのフィルタ係数の適応処理を行う。

一方、適応非線形歪補償部２に入力された信号は、入力信号との差が小さくなるよう適応処理が行われる。適応非線形歪補償部２の詳細動作については説明を省略する。

また、フォワード回路（ＤＡＣ３、直交変調部４、分波器１５、高周波増幅器６）、フィードバック回路の何れかに障害が発生した場合、フィードバック回路の周波数特性算出、検波回路の周波数特性算出により障害箇所の切り分けができる。例えば、
ア．障害発生後、フォワード回路へ試験信号を送信し、ＦＢ回路周波数特性算出結果として、所定の電力が検出出来ない場合に、検波器系回路周波数特性算出結果を確認し、所定の電力が検出出来る場合、ＦＢ回路９の障害と判断出来る。
イ．障害発生後、フォワード回路へ試験信号を送信し、ＦＢ回路周波数特性算出結果および検波器系回路周波数特性算出結果共に所定の電力が検出出来ない場合は、フォワード回路の障害と判断出来る。また、切替器１１を切替えすることでフォワード回路内のＤＡＣ３、直交変調部４、または高周波増幅器６の障害かを切り分けすることが出来る。切替器11を分波器1からの信号を選択した場合に所定の電力を検出出来、方向性結合器からの信号を選択した場合に所定の電力を検出出来ない場合は、高周波増幅器６の障害と判断出来る。

逆に切替器１１を分波器１からの信号を選択した場合に所定の電力を検出出来ない場合は、ＤＡＣ３、直交変調部４の障害と判断出来る。

なお、試験時に動作させた、検波器系回路１２、ＦＢ回路周波数特性偏差算出部２５等の運用時には動作不要なブロックは基本的に動作、あるいは処理を止めることも可能である。

図２は本発明のフィードバック回路の周波数特性の振幅編差算出説明を示す図である。フィードバック回路と検波器系回路の周波数特性を基にフィードバック回路で生じる周波数特性編差の算出について説明している。
１）演算部の試験信号発生部で試験信号を発生し、フォワード回路に出力する。
発生する試験信号は送信帯域内にΔｆ間隔の変調波またはＣＷ信号であり、また、信号のレベルは運用時のフィードバック回路の所定のレベルに合うように設定し、ｆ_１からｆ_ＮのＮ箇所の信号（図では８か所）を1波毎、順次フォワード回路へ送信する。
２）試験信号が各々の経路を経由することにより周波数特性の遍差が発生する。
送信された試験信号がフォワード回路のＤＡＣ３、直交変調部４、分波器１５、切替器１１、分波器２１０を経由することにより、経路での周波数特性により振幅遍差が発生する。
３）検波器系回路を経由した試験信号の特性を算出する。
検波器を経由した試験信号（ＡＤＣ２の出力）の電力を演算部で算出する。Ｐ_１（ｆ_ｉ）とする。
４）フィードバック回路を経由した試験信号の特性を算出する。
ミキサ３３、増幅器３２、バンドパスフィルタ３１を経由した試験信号（ＡＤＣ１の出力）の電力を算出する。Ｐ_２（ｆ_ｉ）とする。
５）フィードバック回路の周波数特性遍差を算出する。
検波器系回路出力の電力検出結果Ｐ_１（ｆ_１）〜Ｐ_１（ｆ_Ｎ）を基準信号として、フィードバック回路出力の電力算出結果と比較し、式１で示す周波数振幅遍差を算出する。２）で述べたフォワード回路の特性偏差はＦＢ回路、検波器回路に共通なので、この周波数振幅遍差がフィードバック回路の周波数遍差である。ここで、基準特性となる検波器３６は送信帯域の周波数特性の偏差がないこと、また、電力変動に対して一次変化をすることが好ましい。または、特性を演算部１で補完することが出来ることが好ましい。

また、本方法は、高周波増幅器６を経由しない試験信号でフィードバック回路の周波数特性遍差を算出できる。即ち、高周波増幅器６は、試験時に送信する変調波またはＣＷ信号を増幅した場合、信号を歪ませたり、また不要波を発生する可能性があるが、本方法はその影響を受けず動作出来る特徴がある。

図３は本発明の一実施形態のフィードバック回路の周波数特性遍差算出手順例を示す図である。図２で示したフィードバック回路の周波数特性遍差算出説明を基にフィードバック回路で発生する周波数特性編差算出の手順例を示している。
Ｓ１：試験信号として以下を設定する。ここで、「ｉ］＝１とする。
ア．初期値：ｆ_１
イ．周波数間隔：Δｆ
ウ．設定周波数個数：Ｎ
Ｓ２：周波数ｆ_ｉの試験信号をフォワード回路に送信する。なお、試験信号のレベルは運用時でのフィードバック回路の所定のレベルに設定し、切換制御信号を「オン」として、分波器１の信号を切替器に出力する。
Ｓ３：試験信号フィードバック回路出力の信号電力Ｐ_１（ｆ_ｉ）、検波器出力の信号電力Ｐ_２（ｆ_ｉ）を算出する。
Ｓ４：両電力の差分を算出する。

Ｓ５：ｉ＝ｉ+１
Ｓ６：ｉ＞Ｎであるか、確認し、ｉ＞ＮならばＳ８に移り、そうでない場合はＳ７を経由してＳ２に戻る。
Ｓ７：ｆ_ｉ＝ｆ_ｉ+Δｆ、ｉ＝ｉ+１
Ｓ８：フィードバック回路の周波数特性振幅偏差（ΔＰ（ｆ_ｉ）＝Ｐ_２（ｆ_ｉ）−Ｐ_１（ｆ_ｉ）ｉ＝１〜Ｎ）の逆特性を等化器に加え、フィードバック回路の周波数特性遍差を補償する。

１演算部
２適応非線形歪補償部
３ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）
４直交変調部
５分波器１
６高周波増幅器
７方向性結合器
８アンテナ
９ＦＢ回路
１０分波器２
１１切替器
１２検波器系回路
２１イコライザ
２２信号切替部
２３試験信号発生器
２４帯域外輻射電力測定・フィルタ係数算出部
２５ＦＢ回路周波数特性算出部
２６分岐部
２７ＦＢ回路周波数特性遍差算出部
２８検波系回路周波数特性算出部
２９切替信号発生器
３０アナログディジタル変換器（ＡＤＣ１）
３１バンドパスフィルタ
３２増幅器
３３ミキサ
３４アナログディジタル変換器（ＡＤＣ２）
３５検波器
４１演算部（従来ブロック図）
４２ディジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）（従来ブロック図）
４３直交変調部（従来ブロック図）
４４高周波増幅器（従来ブロック図）
４５方向性結合器（従来ブロック図）
４６アンテナ（従来ブロック図）
４７ＦＢ回路（従来ブロック図）
５１アナログディジタル変換器（ＡＤＣ）（従来ブロック図）
５２バンドパスフィルタ（従来ブロック図）
５３増幅器（従来ブロック図）
５４振幅等化器（従来ブロック図）
５５ミキサ（従来ブロック図）

Claims

入力信号を変調・増幅して無線周波数の送信信号を出力する無線通信システムの主信号系から前記送信信号の一部を分岐して、フィードバックされた信号を基に入力送信信号に歪補償信号を加え、前記無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償装置において、
試験時に試験信号を発生する手段と、
前記無線周波数の送信信号を増幅前に分岐する第１の分岐手段と、
該増幅前に分岐した分岐送信信号と増幅後の無線周波数の送信信号のいずれかを切替制御信号により切り替える切替手段と、
前記試験時、第１の分岐手段により、無線周波数の試験信号を前記切替手段に分岐し、前記分岐した分岐試験信号をフィードバック回路と検波回路に分岐する第２の分岐手段と、
前記分岐した前記フィードバック回路の出力より前記フィードバック回路の周波数特性を算出するフィードバック回路周波数特性算出手段と、前記分岐した前記検波回路の出力より前記検波回路の周波数特性を算出する検波回路周波数特性算出手段と、前記フィードバック回路周波数特性算出手段で算出されたフィードバック回路の周波数特性と、前記検波回路周波数特性算出手段で算出された周波数特性と、の差より前記フィードバック回路の周波数特性偏差を算出する手段と、
前記算出されたフィードバック回路周波数特性偏差の逆特性を運用時に前記主信号系の送信信号に歪補償信号として加える歪補償演算手段と、
を備えたことを特徴とする非線形歪補償増幅装置。
入力信号を変調・増幅して無線周波数の送信信号を出力する無線通信システムの主信号系から前記送信信号の一部を分岐して、フィードバックされた信号を基に入力送信信号に歪補償信号を加え、前記無線周波数の送信信号の歪を補償する非線形歪補償装置の非線形歪補償方法であって、
試験時に試験信号を発生し、
前記発生した試験信号をフォワード系の前記増幅前にフィードバック回路と検波回路に分岐して送信し、
前記フィードバック回路の出力よりフィードバック回路周波数特性を算出し、
前記検波回路の出力より前記検波回路周波数特性を算出し、
前記算出したフィードバック回路周波数特性と、検波回路周波数特性と、の差より前記フィードバック回路の周波数特性偏差を算出し、
前記算出されたフィードバック回路周波数特性偏差の逆特性を運用時に前記主信号系の送信信号に歪補償信号として加えて非線形歪補償を行うことを特徴とする非線形歪補償装置の非線形歪補償方法。
請求項２記載の非線形歪補償装置の非線形歪補償方法において、
前記フィードバック回路の経路、あるいは前記検波回路の経路から算出する電力を判断して、前記非線形歪補償装置の障害箇所を推定することを特徴とする請求項２記載の非線形歪補償装置の非線形歪補償方法。