JP6226364B2 - 歪み補償装置及び送信装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、歪み補償装置及び送信装置に関する。

線形変調波や複数の変調波を増幅する電力増幅器(Power Amplifier：PA)では、不要電波（スプリアス）の放射を抑制して電力効率を高めるために、出来る限り非線形歪みを小さくする必要がある。これを解決するために各種の歪み補償が用いられており、その一つとしてディジタルプリディストーション方式が知られている。

特開２００２−２３２３２５号公報

ところで、ディジタルプリディストーション方式では、元信号（送信信号）とフィードバック信号から電力増幅器の歪みを推定するために歪み推定の信号処理において、ある長さの連続した信号系列を用いるに際して、推定の処理を正しく行うためには信号処理に使う元信号とフィードバック信号の電力（平均電力）を合わせる必要がある。

ディジタルプリディストーション方式であっても、ＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial）方式などではフレーム内、またはフレーム間で平均電力が変わることはないが、ＤＴＭＢ（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast）方式ではフレームヘッダがＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）のＢＰＳＫでマッピングされ平均電力がフレームボディ（＝データ区間）の２倍になっている。

ここで、フレームボディの長さは一定ではないため、ＤＴＭＢ方式ではフレームヘッダを含む信号系列を信号処理に使う場合に平均電力の誤差が大きく正しい推定値を得ることができないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＤＴＭＢ方式で、フレーム内で平均電力が変化することにより、推定の精度が劣化することを防ぐことが可能な歪み補償装置及び送信装置を提供することを目的としている。

実施形態の歪み補償装置の識別信号生成部は、入力されたＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームのシグナルフレームを構成しているフレームヘッダ及びフレームボディのそれぞれの平均電力に基づいて、フレームヘッダと前記フレームボディを識別するための識別信号を生成し、補償部に出力する。
補償部は、放送トランスポートストリームに対応するベースバンド信号に後段に接続される電力増幅器の歪み特性の逆特性の歪み特性を有する歪みを重畳するディジタルプリディストータを有し、ディジタルプリディストータの出力データ、電力増幅器の出力した送信信号をフィードバックしたフィードバック信号及び識別信号に基づいて、シグナルフレームのうち、平均電力が同一のデータ区間に対応するデータを歪み推定用に用いて歪み推定を行い、ディジタルプリディストータにより歪み補償を行う。

図１は、実施形態の送信装置の概要構成ブロック図である。 図２は、ＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームのデータフォーマットの説明図である。 図３は、シグナルフレームＳＧＦの振幅（電力）と時間との関係の説明図である。

次に実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態の送信装置の概要構成ブロック図である。
送信装置１０は、ＤＴＭＢ（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast）方式の送信装置であり、大別すると、放送トランスポートストリーム（ＴＳ）の符号化及びディジタル変調を行いベースバンドＩ信号ＩＢＢ、ベースバンドＱ信号ＱＢＢ及び後述する識別信号ＦＦＴＧＰを生成し、出力する変調部１１と、ディジタルプリディストーション方式で電力増幅器の非線形歪みの補償を行う補償部１２と、補償部１２により非線形歪み補償がなされたベースバンドＩ信号ＩＢＢ及びベースバンドＱ信号ＱＢＢに基づいて直交変調（Quadrature amplitude Modulation）を行って直交変調信号を出力する直交変調部１３と、直交変調部１３が出力した直交変調信号の電力増幅を行って送信信号とする電力増幅器１４と、送信信号を送信電波（電磁波）として空間に放射し、送信するアンテナ１５と、電力増幅器１４の送信信号の一部をフィードバック信号として検出し、直交復調する直交復調部１６と、直交変調部１３に対して直交変調用の基準信号を出力し、直交復調部１６に対して直交復調用の基準信号を出力するシンセサイザ１７と、を備えている。

補償部１２は、ベースバンドＩ信号ＩＢＢ及びベースバンドＱ信号ＱＢＢ並びに及び後述する識別信号ＦＦＴＧＰ及び後述する歪み推定データＤｄｉｓを用いて電力増幅器１４の歪み特性と逆特性の歪みを発生し、ベースバンドＩ信号ＩＢＢ及びベースバンドＱ信号ＱＢＢのそれぞれに重畳し、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを出力するディジタルプリディストータ２１と、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩのディジタル／アナログ変換を行って、歪み重畳ベースバンドＩ信号を出力する第１Ｄ／Ａコンバータ２２−１と、歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱのディジタル／アナログ変換を行って、歪み重畳ベースバンドＱ信号を出力する第２Ｄ／Ａコンバータ２２−２と、直交復調部１６により復調されたフィードバックベースバンドＩ信号のアナログ／ディジタル変換を行って、フィードバックベースバンドＩデータｙＩを出力する第１Ａ／Ｄコンバータ２３−１と、直交復調部１６により復調されたフィードバックベースバンドＱ信号のアナログ／ディジタル変換を行って、フィードバックベースバンドＱデータｙＱを出力する第２Ａ／Ｄコンバータ２３−２と、を備えている。

さらに補償部１２は、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ、識別信号ＦＦＴＧＰ、歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱ、フィードバックベースバンドＩデータｙＩ及びフィードバックベースバンドＱデータｙＱが入力され、利得計算を行う利得計算部２４と、識別信号ＦＦＴＧＰ、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱが入力され、ベースバンドＩ信号ＩＢＢ、ベースバンドＱ信号ＱＢＢに対する、フィードバックベースバンドＩデータｙＩ及びフィードバックベースバンドＱデータｙＱの遅延量（遅延時間）を推定し、補正するための遅延補正データｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ及び遅延補正データｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐを生成し出力する遅延推定・補正部２５と、利得計算部２４の計算結果に基づいて、遅延補正データｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ及び遅延補正データｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐの利得補正を行って出力する利得補正部２６と、利得補正がなされた、遅延補正データｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ及び遅延補正データｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐ並びにフィードバックベースバンドＩデータｙＩ及びフィードバックベースバンドＱデータｙＱに基づいて、電力増幅器１４の歪み特性を推定し、歪み推定データＤｄｉｓをディジタルプリディストータ２１に出力する歪み推定部２７と、を備えている。

ここで、具体的な動作説明に先立ち、ＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームのデータフォーマットについて説明する。
図２は、ＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームのデータフォーマットの説明図である。

ＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームは、図２に示すように、２４時間の連続放送に対応し、１４４０個の分（ｍｉｎｕｔｅ）フレームＭＦ０〜ＭＦ１４３９を含むカレンダーデイフレームＣＤＦとして構成されている。
分フレームＭＦ０〜ＭＦ１４３９は、それぞれ、４８０個のスーパーフレームＳＦ０〜ＳＦ４７９を含んでいる。

さらに各スーパーフレームＳＦ０〜ＳＦ４７９は、各スーパーフレームＳＦ０〜ＳＦ４７９の先頭を表すファーストフレームＦＦと、フレーム長が５５５．６μｓｅｃ、５７８．７０３μｓｅｃ又は６２５μｓｅｃのいずれかである複数のシグナルフレームＳＧＦを含んでいる。

ここで、シグナルフレームＳＧＦは、シグナルフレームＳＧＦの先頭を表すフレームヘッダＦＨと、放送データの実データであるデータブロックを含むフレームボディＦＢと、を備えている。

図３は、シグナルフレームＳＧＦの振幅（電力）と時間との関係の説明図である。
図３に示すように、シグナルフレームＳＧＦのフレームヘッダＦＨは、ＰＮ信号（疑似ランダム信号）をＮＲＺ（Non Return to Zero ［非ゼロ復帰］：１と０が“Ｈｉ”レベルまたは“Ｌｏ”レベルの電圧の相互に逆の電圧によって表され、符号化されたビット間はゼロ(基準)電圧に戻ることのない２進符号化方式）の二値信号にマッピングされており、ＲＺ（Return to Zero ［ゼロ復帰］：１と０が“Ｈｉ”レベルまたは“Ｌｏ”レベルの電圧の相互に逆の電圧によって表され、符号化されたビット間をゼロ(基準)電圧に戻す２進符号化方式）の二値信号にマッピングされたフレームボディＦＢの２倍の電力の信号となっている。

そこで、本実施形態においては、変調部１１に設けた識別信号生成部１１Ａにより、シグナルフレームＳＧＦの単位時間当たりの平均電力を算出して、入力された放送トランスポートストリームに含まれるシグナルフレームＳＧＦのフレームヘッダＦＨ及びフレームボディＦＢを識別する識別信号ＦＦＴＧＰを生成している。

次に実施形態の動作を説明する。
まず、変調部１１は、放送トランスポートストリーム（ＴＳ）の符号化及びディジタル変調を行いベースバンドＩ信号ＩＢＢ及びベースバンドＱ信号ＱＢＢを生成する。
これと並行して、識別信号生成部１１Ａは、シグナルフレームＳＧＦの単位時間当たりの平均電力を算出して、入力された放送トランスポートストリームに含まれるシグナルフレームＳＧＦのフレームヘッダＦＨ及びフレームボディＦＢを識別する識別信号ＦＦＴＧＰを生成する。
そして、変調部１１は、生成したベースバンドＩ信号ＩＢＢ、ベースバンドＱ信号ＱＢＢ及び後述する識別信号ＦＦＴＧＰをディジタルプリディストータ２１に出力する。

ディジタルプリディストータ２１は、ベースバンドＩ信号ＩＢＢ、ベースバンドＱ信号ＱＢＢ及び後述する識別信号ＦＦＴＧＰを用いて電力増幅器１４の歪み特性と逆特性の歪みを発生し、ベースバンドＩ信号ＩＢＢ及びベースバンドＱ信号ＱＢＢのそれぞれに重畳し、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩを第１Ｄ／Ａコンバータ２２−１に出力し、歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを第２Ｄ／Ａコンバータ２２−２に出力する。

第１Ｄ／Ａコンバータ２２−１は、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩのディジタル／アナログ変換を行って、歪み重畳ベースバンドＩ信号を直交変調部１３に出力する。
また、第２Ｄ／Ａコンバータ２２−２は、歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱのディジタル／アナログ変換を行って、歪み重畳ベースバンドＱ信号を直交変調部１３に出力する。

この結果、直交変調部１３はディジタルプリディストータ２１により非線形歪み補償、すなわち、電力増幅器１４の歪み特性と逆特性の歪みが重畳されたベースバンドＩ信号ＩＢＢ及びベースバンドＱ信号ＱＢＢ並びにシンセサイザ１７が出力した直交変調用の基準信号に基づいて、直交変調を行って直交変調信号を電力増幅器１４に出力する。

電力増幅器１４は、直交変調部１３が出力した直交変調信号の電力増幅を行って送信信号とし、アンテナ１５を介して、送信信号を送信電波（電磁波）として空間に放射し、送信する。

一方、直交復調部１６は、電力増幅器１４の送信信号の一部をフィードバック信号として検出し、シンセサイザ１７が出力した直交復調用の基準信号に基づいて、直交復調し、第１Ａ／Ｄコンバータ２３−１及び第２Ａ／Ｄコンバータ２３−２に出力する。

第１Ａ／Ｄコンバータ２３−１は、直交復調部１６により復調されたフィードバックベースバンドＩ信号のアナログ／ディジタル変換を行って、フィードバックベースバンドＩデータｙＩを利得計算部２４及び歪み推定部２７に出力する。
同様に、第２Ａ／Ｄコンバータ２３−２は、直交復調部１６により復調されたフィードバックベースバンドＱ信号のアナログ／ディジタル変換を行って、フィードバックベースバンドＱデータｙＱを利得計算部２４及び歪み推定部２７に出力する。

また、利得計算部２４は、識別信号ＦＦＴＧＰ、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ、歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱ、フィードバックベースバンドＩデータｙＩ及びフィードバックベースバンドＱデータｙＱが入力され、送信信号及びフィードバック信号の利得計算を行う。

さらに遅延推定・補正部２５は、識別信号ＦＦＴＧＰ、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱが入力され、ベースバンドＩ信号ＩＢＢ、ベースバンドＱ信号ＱＢＢに対する、フィードバックベースバンドＩデータｙＩ及びフィードバックベースバンドＱデータｙＱの遅延量（遅延時間）を推定し、補正するための遅延補正データｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ及び遅延補正データｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐを生成し利得補正部２６に出力する。

ここで、利得計算部２４及び遅延推定・補正部２５で用いる歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱの取得タイミングについて、再び図３を参照して説明する。

図３に示すように、シグナルフレームＳＧＦは、フレームヘッダＦＨ及びフレームボディＦＢを備えており、上述したように、フレームヘッダＦＨの平均電力は、フレームボディＦＢの２倍となっている。

これにより、識別信号生成部１１Ａが出力する識別信号ＦＦＴＧＰは、平均電力が高いフレームヘッダＦＨ部分では、“Ｈｉ”レベルとなり、平均電力が低いフレームボディＦＢ部分では、“Ｌｏ”レベルとなっている。

そこで、利得計算部２４及び遅延推定・補正部２５は、識別信号生成部１１Ａが出力する識別信号ＦＦＴＧＰが“Ｌｏ”レベルとなった時刻ｔ１から所定時間Ｔ１が経過した時刻ｔ２から所定時間Ｔ２が経過する時刻ｔ３の期間に利得計算及び遅延推定・補正に用いる歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを取得する。

この結果、利得計算部２４及び遅延推定・補正部２５は、確実に平均電力が“Ｌｏ”レベルとなっているフレームボディＦＢの先頭から所定位置のタイミングで、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを取得できる。すなわち、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱの取得位置が、シグナルフレームＳＧＦ中で平均電力が“Ｈｉ”レベルの領域及び“Ｌｏ”レベルの領域にまたがることがないので、正確に利得計算及び遅延推定を行うことができる。換言すれば、平均電力が異なる領域間でデータを比較することが無いので、正確な計算及び推定が行えることとなる。

この結果、利得補正部２６は、利得計算部２４の計算結果に基づいて、遅延補正データｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ及び遅延補正データｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐの利得補正を適正に行って歪み推定部２７に出力し、歪み推定部２７は、利得補正がなされた、遅延補正データｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ及び遅延補正データｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐ並びにフィードバックベースバンドＩデータｙＩ及びフィードバックベースバンドＱデータｙＱに基づいて、電力増幅器１４の歪み特性を推定し、ディジタルプリディストータ２１に出力することとなる。

以上の説明のように、本実施形態によれば、シグナルフレームＳＧＦ内の常に一定の領域から歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを取得しているので、常に平均電力がほぼ一定の部分から歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを取得でき、元信号とフィードバック信号との電力を同一（実装上、同一と見なす場合も含む）として、安定して正しい歪み推定を行うことができる。
ひいては、電力増幅器１４の非線形歪みを小さくすることができ、アンテナ１５から放射される放送電波のスプリアス放射を抑制して、電力効率を高くすることができる。

以上の説明においては、平均電力が“Ｌｏ”レベルとなっているフレームボディＦＢの先頭から所定位置のフレームボディＦＢのタイミングで、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを取得していたが、平均電力が“Ｈｉ”レベルとなっているフレームヘッダＦＨの先頭から所定位置のタイミングで、歪み重畳ベースバンドＩデータｘＩ及び歪み重畳ベースバンドＱデータｘＱを取得するように構成することも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 送信装置
１１ 変調部
１１Ａ 識別信号生成部
１２ 補償部
１３ 直交変調部
１４ 電力増幅器
１５ アンテナ
１６ 直交復調部
１７ シンセサイザ
２１ ディジタルプリディストータ
２２−１、２２−２ Ｄ／Ａコンバータ（ディジタル／アナログ変換部）
２３−１、２３−２ Ａ／Ｄコンバータ（アナログ／ディジタル変換部）
２４ 利得計算部
２５ 遅延推定・補正部
２６ 利得補正部
２７ 歪み推定部
Ｄｄｉｓ 歪み推定データ
ＦＢ フレームボディ
ＦＦＴＧＰ 識別信号
ＦＨ フレームヘッダ
ＩＢＢ ベースバンドＩ信号
ＱＢＢ ベースバンドＱ信号
ＳＧＦ シグナルフレーム
ｘＩ 歪み重畳ベースバンドＩデータ
ｘＩ＿ｄｌｙｃｍｐ 遅延補正データ
ｘＱ 歪み重畳ベースバンドＱデータ
ｘＱ＿ｄｌｙｃｍｐ 遅延補正データ
ｙＩ フィードバックベースバンドＩデータ
ｙＱ フィードバックベースバンドＱデータ

Claims (5)

1. ＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームのシグナルフレームを構成しているフレームヘッダ及びフレームボディのそれぞれの平均電力に基づいて、前記フレームヘッダと前記フレームボディを識別するための識別信号を生成する識別信号生成部と、
   前記放送トランスポートストリームに対応するベースバンド信号に後段に接続される電力増幅器の歪み特性の逆特性の歪み特性を有する歪みを重畳するディジタルプリディストータを有し、前記ディジタルプリディストータの出力データ、前記電力増幅器の出力した送信信号をフィードバックしたフィードバック信号及び前記識別信号に基づいて、前記シグナルフレームのうち、平均電力が同一のデータ区間に対応するデータを歪み推定用に用いて歪み推定を行い、前記ディジタルプリディストータにより歪み補償を行う補償部と、
   を備えた歪み補償装置。
2. 前記データ区間に対応するデータは、前記フレームヘッダあるいは前記フレームボディのいずれか一方に対応するデータである、
   請求項１記載の歪み補償装置。
3. 前記補償部は、前記識別信号に基づいて、前記ディジタルプリディストータの出力データに対応する送信信号及び前記フィードバック信号の利得を計算する利得計算部と、
   前記識別信号に基づいて、前記ディジタルプリディストータの出力データに対応する前記フィードバック信号の遅延時間を推定し、前記利得を補正するための遅延補正データを出力する遅延推定・補正部と、
   前記利得計算部が計算した送信信号及び前記フィードバック信号の利得を、前記遅延補正データにより補正する利得補正部と、
   前記利得補正部の補正結果及び前記フィードバック信号に対応するフィードバックデータに基づいて、電力増幅器の歪み特性の逆特性の歪み特性を推定する歪み推定部と、
   を備えた請求項１又は請求項２記載の歪み補償装置。
4. ＤＴＭＢ方式の放送トランスポートストリームのシグナルフレームを構成しているフレームヘッダ及びフレームボディのそれぞれの平均電力に基づいて、前記フレームヘッダと前記フレームボディを識別するための識別信号を生成する識別信号生成部を有し、前記放送トランスポートストリームを変調して、ベースバンド信号を出力する変調部と、
   前記ベースバンド信号に歪みを重畳するディジタルプリディストータを有し、前記ディジタルプリディストータの出力データ、電力増幅器の出力した放送信号をフィードバックしたフィードバック信号及び前記識別信号に基づいて、前記シグナルフレームのうち、平均電力が同一のデータ区間に対応するデータを歪み推定用に用いて歪み推定を行い、前記ディジタルプリディストータにより歪み補償を行う補償部と、
   前記歪み補償がなされた前記補償部の出力信号の変調を行う送信変調部と、
   前記送信変調部の出力信号の電力増幅を行って前記放送信号とし、当該放送信号をアンテナを介して放送電波として放射する電力増幅器と、
   を備えた送信装置。
5. 前記ディジタルプリディストータの出力データのディジタル／アナログ変換を行い出力するディジタル／アナログ変換部と、
   前記放送信号の一部であるフィードバック信号のアナログ／ディジタル変換を行い出力するアナログ／ディジタル変換部と、を備え、
   前記送信変調部は、前記ディジタル／アナログ変換部の出力信号の変調を行う、
   請求項４記載の送信装置。

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