JP6140692B2 - Ｍｉｍｏのための包絡線追跡システム - Google Patents

Description

本発明は、異なる入力信号を有する複数の電力増幅器を組み込んだ増幅段に関する。本発明は特に、但し限定的にではなく、例えばセルラーインフラ基地局または移動通信システムのマイクロ基地局における、ＭＩＭＯシステムの送信器内の複数の電力増幅器に関する。

ＭＩＭＯ（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｐｕｔ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ：多入力多出力）システムは、移動通信の分野で良く知られている。ＭＩＭＯ送信器は、単一の信号源から複数の波形を生成し、それらは複数の電力増幅器によって増幅されて複数の信号経路を提供する。複数の経路上の伝送された信号は、１つまたは複数の受信器において検出される。

電力増幅器の種々のパラメータ、詳細にはＤＣ（直流）からＲＦ（高周波）への電力変換効率を改善するために、電力増幅器に包絡線追跡被変調電源を利用することは、ＲＦ電力増幅器の技術で良く知られている。

ＭＩＭＯシステムの効率は、ＭＩＭＯ送信器内の個々の電力増幅器に対して包絡線追跡被変調電源を提供することにより改善されうる。各電力増幅器に対する包絡線追跡電源は、増幅される入力信号の包絡線を電源電圧が追跡するように変調される。典型的に効率的な配置では、複数の電源のうちの１つが入力信号包絡線に依存して選択され、次にその電源は包絡線をより厳密に追跡するために誤差修正手段によって調整される。

包絡線追跡被変調電源の使用は効率的な増幅配置を提供するが、ＭＩＭＯシステムの各電力増幅器に対して包絡線追跡変調器段が必要となるため、ＭＩＭＯ送信器と関連する費用を増大させる。

本発明の１つの目的は、複数の電力増幅器が異なる入力信号を受け取る配置において、包絡線追跡被変調電源を提供するための改良された配置を提供することである。

それぞれが複数の異なる入力信号のうちの１つを増幅するように配置された複数の増幅器を備える増幅器配置が提供され、この配置は、複数の電力増幅器に対して共通の電源電圧を生成するための包絡線追跡変調器を備える。

増幅器配置はさらに、複数の入力信号の包絡線を表す複数の信号を受け取るように適合され、かつ包絡線追跡変調器のための入力信号として、複数の包絡線のうちの特定の瞬間において最も高いレベルを有する包絡線を表す出力包絡線信号を生成するように適合された包絡線選択器を備えうる。包絡線選択器は、出力包絡線信号として複合包絡線信号を生成するように配値されうる。複合包絡線信号は、複数の入力信号のうちの瞬間最大振幅を有する信号に依存して、複数の異なる入力信号の包絡線間で遷移しうる。

増幅器配置はさらに、それぞれが複数の入力信号のうちの１つを受け取り、前記入力信号の包絡線を表す信号を生成するための複数の包絡線処理段を備える。包絡線処理段のそれぞれは、それの入力を出力にマッピングするための非線形マッピング段を含みうる。包絡線処理段のそれぞれは、増幅器への入力経路内の信号に対して供給経路内の信号を遅延させるための遅延要素を含みうる。

増幅器配置はさらに、複合包絡線信号から不連続を除去するために移動平均フィルタを備えうる。

増幅器配置はまた、それぞれの複数の入力信号を受け取るために、そしてさらに前記複合包絡線信号を受け取り、それぞれの電力増幅器の入力に対して歪補償された入力信号を提供するように配置された、複数の歪補償段を備える。

増幅器配置はさらに、複数の増幅器のうちの１つの出力を選択的に受取り、その増幅器と関連した複数の歪補償段のうちの１つに対して追加の入力を選択的に提供し、増幅器の出力において歪を最小化するために歪補償段の歪補償係数を適合的に調整するように配置された、フィードバック受信器を備える。フィードバック受信器は、一連の複数の全増幅器間で切り替わるように配置されうる。

複数の入力信号は、共通の信号源から発生されうる。

ＭＩＭＯ（多入力多出力）送信器段は、定義されたような増幅器配置を含みうる。ＭＩＭＯ送信器段は、セルラー基地局で使用するためのものでありうる。

本発明はさらに、それぞれが複数の異なる入力信号のうちの１つを増幅するように配置された複数の増幅器を備える増幅器配置における増幅の方法を提供しうる。この方法は、電力増幅器に対して共通の電源電圧を生成するための包絡線追跡変調器を提供するステップを備える。

前記方法はさらに、複数の入力信号の包絡線を表す複数の信号を受け取るステップ、および包絡線追跡変調器のための入力信号として、複数の包絡線のうちの特定の瞬間において最も高いレベルを有する包絡線を表す出力包絡線信号を生成するステップを備えうる。
本発明はここで、添付の図面を参照して例示的に記述される。

ＭＩＭＯシステムの先行技術の一例を示す。 本発明の１つの実施形態を組み込んだＭＩＭＯシステムの一例を示す。 本発明の１つの実施形態における例示的な波形を示す。 本発明の１つの実施形態におけるさらなる例示的な波形を示す。 さらなる実施形態における図２の配置の変形例を示す。

本発明はここで、移動通信システムのＭＩＭＯ送信器システムにおける例示的なＲＦ増幅アーキテクチャに関してさら記述されるであろう。本発明およびその実施形態は上述の環境下で有利に利用されうるが、本発明およびその実施形態は、示された例示的なアーキテクチャおよび実施にその適用性を限定されるものではない。

図１を参照すると、ＭＩＭＯ送信器における従来の包絡線追跡技術の実施が示されている。

ＭＩＭＯ送信器は、デジタル信号処理ブロック１１６（信号源１１４、複数の波形処理ブロック１１２a〜１１２ｄ、複数の包絡線処理ブロック１０８a〜１０８ｄおよび複数のデジタル歪補償ブロック１１０a〜１１０ｄを含む）、複数の包絡線変調器１０６a〜１０６ｄ、複数のＲＦ増幅器１０４a〜１０４ｄ、および複数のアンテナ１０２a〜１０２ｄを含む。

信号源１１４は、適切な電気通信標準に従って構成された無線インターフェース上で送信するための信号を生成しうる。信号源１１４は、参照数字１１２で示された複数の波形処理ブロックのそれぞれへの入力を形成するベースバンド信号を提供する。

図１の配置では、１１２a〜１１２ｄで示された４つの波形処理ブロックが提供される。一般には、任意の数の波形処理ブロックが提供されうる。

各波形処理ブロック１１２a〜１１２ｄは、その出力において、ＭＩＭＯ送信器の１つのチャネルによって伝達されるＲＦ波形を表すベースバンド信号であり、通常、送信されるＲＦキャリアのベースバンド同相（Ｉ）および直交位相（Ｑ）信号のデジタル表現である波形を提供する。この処理は、波形のピーク低減技術を含みうる。

各波形処理ブロック１１２a〜１１２ｄの出力における波形は、それぞれの包絡線処理ブロック１０８a〜１０８ｄの入力および、それぞれのＤＰＤ（デジタル歪補償）ブロック１１０a〜１１０ｄの入力として提供される。４つの波形処理ブロックが提供されていることに合わせて、４つの包絡線処理ブロックおよび４つのＤＰＤブロックが提供される。別の実施は、ＤＰＤブロック１１０の出力から取られる包絡線処理ブロック１０８への入力のためのものである。

各包絡線処理ブロックは、それぞれの波形処理ブロックによって生成されたそれぞれのベースバンド波形の包絡線を決定し、前記包絡線と所望の供給電圧の間で非線形マッピングを提供しうる。このような非線形マッピングは、「整形された」包絡線波形を提供する。このようなマッピングなしでは、包絡線波形は「非整形」である。包絡線処理ブロックはまた、それぞれの増幅器への供給経路と、位置合わせされた増幅器へのＲＦ入力経路との間でタイミングを許容するために可変の遅延要素を含みうる。

各ＤＰＤブロック１１０は、それと関連した電力増幅器の振幅および位相歪を補正する。通常各ＤＰＤブロックのパラメータは、関連した電力増幅器の出力をモニターし、その出力の歪を最小化するためにパラメータを調整することにより更新される。

包絡線処理ブロック１０８およびＤＰＤ処理ブロック１１０の出力は、デジタル信号処理ブロック１１６の出力を形成する。

同様に複数の包絡線変調器１０６および電力増幅器１０４が提供される。したがって記述された配置では、４つの包絡線変調器１０６a〜１０６ｄおよび、４つの電力増幅器１０４a〜１０４ｄが提供される。再度、一般には、任意の数の包絡線変調器および電力増幅器が提供されうる。

図１は例示的な送信器の主な要素を示したにすぎず、要求されるすべての要素を示していないことが注目されるべきである。例えば、デジタル／アナログ変換器、ベースバンド／ＲＦアップコンバージョン回路へのベースバンド、電力増幅器ドライバ等のような中間の機能的ブロックが、ＤＰＤブロックと電力増幅器との間で必要とされうる。

包絡線処理ブロック１０８の出力は、それぞれの包絡線追跡変調器１０６への入力を提供し、ＤＰＤブロック１１０の出力は、それぞれの電力増幅器１０４への入力を提供する。

それぞれの包絡線追跡変調器１０６の出力は、それぞれの電力増幅器１０４の電源端子への入力を提供する。当技術で知られているように、包絡線追跡変調器１０６a〜１０６ｄは、それぞれの包絡線信号を追跡して、それぞれの電力増幅器１０４a〜１０４ｄへの効率的な被変調電源を提供する。

図１に示されているように、複数の経路のそれぞれに対して個別の包絡線追跡変調器が提供されて、包絡線変調器と電力増幅器間が１対１の配置であるようになされている。個々の電力増幅器１０４a〜１０４ｄはそれぞれ、自身の包絡線変調器１０６a〜１０６ｄから自身の包絡線被変調電源を受け取る。

各電力増幅器の出力は、それぞれのアンテナ１０２に接続される。再度、記述された例では、それぞれの電力増幅器１０４a〜１０４ｄと関連する４つのアンテナ１０２a〜１０２ｄが存在する。

電力増幅器１０４は個々のアンテナ１０２を給電し（ｆｅｅｄ）、受信器には送信された信号を検知するための複数のアンテナが提供される。このようなＭＩＭＯの実施は、送信器と受信器との間に、単一のアンテナシステムよりはるかに多くの経路を提供する。異なる信号が同じ信号源から増幅され、独立した波形を効率的に構成する。

図２を参照すると、本発明の原理によるＭＩＭＯアーキテクチャのための包絡線追跡システムの１つの実施形態が示される。図２の要素は図１の要素と対応しており、同様の参照数字が使用される。この実施形態は、図１の例示的な配置の改良として記述される。

本発明に従って、個々のチャネルがここでも提供され、個々の波形は特定の包絡線処理ブロック１０８a〜１０８ｄおよびＤＰＤ処理ブロック１１０a〜１１０ｄで処理される。複数の電力増幅器１０４a〜１０４ｄが提供され、それぞれの電力増幅器はここでもＤＰＤ処理ブロック１１０a〜１１０ｄの出力から増幅のためのそれぞれの入力信号を受け取る。

本発明に従って、包絡線処理ブロック１０８a〜１０８ｄのそれぞれの出力は、デジタル信号処理ブロック１１６内の包絡線選択ブロック１２０への入力として提供される。包絡線選択ブロック１２０は次に、単一の包絡線追跡変調器１２２への出力を提供する。単一の包絡線追跡変調器１２２は次に、全ての電力増幅器１０４a〜１０４ｄに対して被変調電源信号を提供する。

図１の一連の包絡線追跡変調器の代わりに単一の包絡線追跡変調器を提供すると、問題が誘発される。この場合、任意の瞬間の個々の電力増幅器への供給電圧とその電力増幅器の入力におけるＲＦ包絡線との間に、もはや１対１対応が存在しない。結果として、瞬間ＲＦ入力電力だけの情報で要求されたＤＰＤ事前修正を決定することはもはや不可能である。

各電力増幅器１０４a〜１０４ｄに対して、ＲＦ経路の歪補償を可能にするために電力増幅器に高圧縮をもたらす最少供給電圧より、供給電圧が高いことは必要条件である。

したがって、包絡線選択ブロック１２０は、包絡線処理ブロック１０８a〜１０８ｄから提供された個々の包絡線信号の中から最大の包絡線信号を決定するように配置される。包絡線変調器１２２は次に、任意の瞬間において複数の包絡線信号のうちの最も高い包絡線信号に依存して、その出力において被変調電源信号を生成する。したがって任意の瞬間におけるすべての電力増幅器１０４a〜１０４ｄに対する電源は、包絡線のうちの最も高いものに基づく。

包絡線選択ブロック１２０および包絡線追跡変調器１２２はこれにより、すべての電力増幅器が十分に高い供給電圧を有するようにして、ＲＦ入力経路の歪補償が供給電圧被誘導歪を修正することを可能にする。

包絡線追跡変調器１２２の動作は、図３を参照してさらに理解されうる。図３は、参照数字２２０および２２２で示された２つの包絡線の波形の図を示し、波形２２４は、それらの波形で形成された複合信号を表す。任意の瞬間において示されたように、複合包絡線２２４は、個々の包絡線２２０と２２２のうち最大振幅を有する１つを備える。

上述のように、包絡線選択ブロック１２０は、任意の瞬間において最も高い包絡線信号を決定するように適合され、その決定に従って異なる包絡線信号を出力する。包絡線選択ブロック１２０が１つの波形から別の波形に転移する場所に短い先端（ｃｕｓｐｓ）が生じうる。したがって転移点を円滑にするために、図２のブロック１２１で示されたように、移動平均フィルタが包絡線処理ブロック１２０の出力において提供されうる。このような移動平均フィルタはまた、必要とされる電圧より高い電圧が常に供給電圧として提供されるようにする。

これは、図４に関してさらに示される。第１の波形１３０および第２の波形１３２は２つの包絡線を表し、波形１３４はそれら２つの波形の複合を表す。参照数字１３６で示された領域に見られるように、複合包絡線は１つの包絡線そして次に別の包絡線によって決定されるため、即ち、複合包絡線は１つの包絡線から別の包絡線に「転移する」ため、短い先端が出現する。

このように本発明に従って、単一の包絡線追跡変調器が全ての電力増幅器を駆動するために使用されうる。

電力増幅器の瞬間出力電力がそれの瞬間入力電力とそれの瞬間供給電圧の両方に依存するため、さらなる問題が生じる。従来のＤＰＤは、瞬間入力電力の情報を有するにすぎないため、瞬間入力電力と無相関の瞬間供給電圧の変化から生じる電力増幅器出力電力誤差を、系統的に修正することができない。

この問題を解決するために、ＤＰＤ処理ブロック１１０a〜１１０ｄのそれぞれは、電力増幅器への瞬間供給電圧に関する情報並びに、それぞれの増幅器に対するそれぞれのＲＦキャリアのベースバンドＩ／Ｑコンポーネントのデジタル表示に関する情報が提供される。瞬間供給電圧の情報は、図２に示されたように、フィルタブロック１２１の出力から提供される。電源電圧情報およびベースバンドＩ／Ｑ情報により、ＤＰＤは歪を修正することができる。

これらの入力に基づいた歪を修正するための特定のＤＰＤ処理は、実施によって異なるであろう。

それぞれのＤＰＤブロック１１０の各電力増幅器に適用されるＤＰＤ歪補償は、固定または適合的でありうる。固定の歪補償が使用される場合は、設計により予め決定されうるか、装置の製造時に調整されうる。

適合的な歪補償が使用される場合は、電力増幅器出力信号をサンプリングするために受信器が使用され、これによりＤＰＤパラメータの適合のためのフィードバック経路を生成する。ＤＰＤパラメータの必要更新率は非常に低いため、フィードバック受信器は、図５に示されたように、全ての送信チャネル間で多重送信（ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）されうる。

図５に示されたように、適合的な配置がフィードバック受信器１４０、出力スイッチ１４２および、入力スイッチ１４４を含むように、図２の配置はさらに修正されうる。出力スイッチ１４２は、フィードバック受信器１４０への電力増幅器１０４a〜１０４ｄの出力のうちの１つを選択するように制御され、そして入力スイッチ１４４は、フィードバック受信器１４０の出力をＤＰＤブロック１１０a〜１１０ｄのそれぞれのうちの１つの追加の入力に接続するように制御される。

スイッチ１４２および１４４は、共通の制御信号により制御されて、増幅器１０４a〜１０４ｄのうちの１つの出力が選択されると、対応するＤＰＤブロックへの入力も選択される。スイッチは、所定の周期に従う固定された期間で切り替わるように制御されうる。

したがって、一般に、それぞれが異なる入力信号を有する複数の電力増幅器への被変調供給電圧を提供するために、単一の包絡線追跡変調器が使用される。一般に、発明の技術は、ＭＩＭＯ配置だけでなく、瞬間供給電圧と瞬間ＲＦ入力包絡線の間に１対１マッピングが提供されない任意のこのような配置に適用する。

本発明はここに、本発明の理解および本発明の好ましい実施の理解に有益である特定の例示および実施形態を参照して記述される。しかし本発明は、任意の所与の実施形態の明細に限定されるものではなく、任意の実施形態の詳細は相互排他的ではない。本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。

１１４・・・信号源
１１２・・・波形処理ブロック
１０８・・・包絡線処理ブロック
１１０・・・ＤＰＤブロック
１０６・・・包絡線変調器
１０４・・・増幅器
１０２・・・アンテナ
１１６・・・デジタル信号処理ブロック
１２０・・・包絡線選択ブロック
１２２・・・包絡線追跡変調器
２２０、２２２、２２４、１３０、１３２、１３４・・・波形
１３６・・・先端
１２１・・・フィルタブロック
１４０・・・フィードバック受信器
１４２・・・出力スイッチ
１４４・・・入力スイッチ

Claims (13)

1. それぞれが複数の異なる入力信号のうちの１つを増幅するように配置された複数の電力増幅器を備える増幅器配置であって、
   前記配置は、それぞれが前記複数の異なる入力信号のうちの１つを受け取り、前記入力信号の包絡線を表す複数の信号を生成するための複数の包絡線処理段を備え、
   前記配置は、前記電力増幅器に対して共通の電源電圧を生成するための包絡線追跡変調器を備え、
   前記配置は、前記複数の入力信号の包絡線を表す複数の信号を受け取るように適合され、かつ前記包絡線追跡変調器のための入力信号として、前記包絡線のうちの特定の瞬間において最も高いレベルを有する包絡線を表す出力包絡線信号を生成するように適合された、包絡線選択器を備える、増幅器配置。
2. 前記包絡線選択器が、前記出力包絡線信号として複合包絡線信号を生成するように配置された、請求項１に記載の増幅器配置。
3. 前記複合包絡線信号が、前記複数の入力信号のうちの瞬間最大振幅を有する入力信号に依存して前記複数の異なる入力信号の包絡線間で遷移する、請求項２に記載の増幅器配置。
4. 前記包絡線処理段のそれぞれが、それの入力を出力にマッピングするための非線形マッピング段を含む、請求項１に記載の増幅器配置。
5. 前記包絡線処理段のそれぞれが、前記電力増幅器への入力経路内の入力信号に対してそれぞれ電力増幅器への供給経路内の前記共通の電源電圧を遅延させるための遅延を含む、請求項１又は４に記載の増幅器配置。
6. 前記複合包絡線信号から不連続を除去するために移動平均フィルタをさらに備える、請求項２に記載の増幅器配置。
7. 前記それぞれの複数の入力信号を受け取るために、そしてさらに前記複合包絡線信号を受け取り、前記それぞれの電力増幅器の入力に対して歪補償された入力信号を提供するように配置された、複数の歪補償段をさらに備える、請求項２に記載の増幅器配置。
8. 前記複数の電力増幅器のうちの１つの出力を選択的に受取り、前記電力増幅器と関連した前記複数の歪補償段のうちの１つに対して追加の入力を選択的に提供し、前記電力増幅器の出力において歪を最小化するために前記歪補償段の歪補償係数を適合的に調整するように配置された、フィードバック受信器をさらに備える、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の増幅器配置。
9. 前記フィードバック受信器が、前記一連の複数の全電力増幅器間で切り替わるように配置された、請求項８に記載の増幅器配置。
10. 前記複数の異なる入力信号が、共通の信号源から発生される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の増幅器配置。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の増幅器配置を含む、ＭＩＭＯ（多入力、多出力）送信器段。
12. セルラー基地局で使用されるための、請求項１１に記載のＭＩＭＯ送信器段。
13. それぞれが複数の異なる入力信号のうちの１つを増幅するように配置された複数の電力増幅器を備える増幅器配置における増幅の方法であって、
    前記方法は、各包絡線信号がそれぞれの入力信号の包絡線である前記複数の異なる入力信号から複数の包絡線信号を生成するステップを備え、
    前記方法は、包絡線追跡変調器を使用して前記電力増幅器に対して共通の電源電圧を生成するステップを備え、
    前記方法は、前記包絡線追跡変調器のための入力信号として、前記複数の包絡線信号のうちの特定の瞬間において最も高いレベルを有する包絡線信号を表す出力包絡線信号を生成するステップを備える、増幅の方法。