JP6307779B2 - 補正装置、及び補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、補正装置、及び補正方法に関する。

携帯電話等の移動通信において、送信装置の送信電力は、数１０［Ｗ］程度と大きい。このため、送信装置では、高出力と高効率を実現するために、デジタル信号処理による事前歪補償（ＤＰＤ：Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｒｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）処理を行うことが提案されている。ＤＰＤ処理では、アンプの入力信号と出力信号との２つの信号を比較して、歪補償のための係数を算出する。また、これら２つの信号を比較する前に、２つの信号の時間差を推定し、推定した時間差を補正する。

２つの信号の時間差を補正する技術として、スライディング相関を用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。スライディング相関を用いた補正では、２つの信号の時間差τをずらしながら、相互相関を計算し、相関値が一番高いτを遅延時間の補正値としている。

特許第４０１４３４３号公報

しかしながら、スライディング相関を用いる特許文献１では、信号サンプル数が少なくなるに従って、遅延時間の推定誤差が大きくなるという問題点があった。推定誤差が大きくなった場合、出力信号の歪が増加し、不要輻射による電力も多くなる。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、少ない信号サンプル数でも推定誤差を低減できる補正装置、及び補正方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る補正装置は、入力された複数の信号の大きさに対する補正を行うとともに、前記複数の信号間の誤差を算出することで、前記複数の信号間の遅延に対する補正を行う補正装置であり、 推定を行う範囲で、入力された第１信号と第２信号との時間差を順次、遅延させる毎に、前記第１信号と前記第２信号との信号電力の大きさの誤差が最小になる前記第１信号と前記第２信号との信号レベルの補正値を算出しつつ、遅延させて求めた前記信号レベルの前記補正値のなかから、前記第１信号と前記第２信号との前記信号電力の大きさの前記誤差が最小になる、前記第１信号と前記第２信号との遅延時間を遅延時間推定値として算出し、算出した前記遅延時間推定値に基づいて、前記第１信号と前記第２信号との信号間の遅延及び前記信号レベルに対する補正を行う補正部を備えることを特徴としている。

また、本発明の一態様に係る補正装置において、前記補正部は、前記第１信号と前記第２信号との信号の大きさの誤差として、二乗誤差を算出するようにしてもよい。

また、本発明の一態様に係る補正装置において、前記補正部によって補正された前記第１信号と前記第２信号とに基づいて、前記第１信号に対して歪みを軽減するための補償を行い、前記補償後の信号を事前歪補償信号として生成する事前歪補償部と、前記事前歪補償部から入力された前記事前歪補償信号を増幅する増幅回路と、を備え、前記第２信号は、前記事前歪補償信号が、前記増幅回路で増幅された後の信号であるようにしてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る補正方法は、入力された複数の信号の大きさに対する補正を行うとともに、前記複数の信号間の誤差を算出することで、前記複数の信号間の遅延に対する補正を行う補正方法であり、推定を行う範囲で、入力された第１信号と第２信号との時間差を順次、遅延させる毎に、前記第１信号と前記第２信号との信号電力の大きさの誤差が最小になる前記第１信号と前記第２信号との信号レベルの補正値を算出しつつ、遅延させて求めた前記信号レベルの前記補正値のなかから、前記第１信号と前記第２信号との前記信号電力の大きさの前記誤差が最小になる、前記第１信号と前記第２信号との遅延時間を遅延時間推定値として算出し、算出した前記遅延時間推定値に基づいて、前記第１信号と前記第２信号との信号間の遅延及び前記信号レベルに対する補正を行う補正ステップを含むことを特徴としている。

本発明によれば、少ない信号サンプル数でも推定誤差を低減できる。

本発明に係る補正装置１のブロック図の一例である。 事前歪補償の処理を行わない場合の入力信号を説明する図である。 事前歪補償の処理を行った場合の入力信号を説明する図である。 遅延時間を説明する図である。 スライディング（相互）相関を用いた遅延時間の補正を説明する図である。 最小誤差を用いた遅延時間の補正を説明する図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る補正装置１のブロック図の一例である。
図１に示す例では、送信装置における回路の一部を示している。図１に示すように、補正装置１は、ＤＰＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｒｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；事前歪補償）部１０（事前歪補償部）、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換）２０、増幅回路３０、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換）４０、および補正部５０を備えている。ＤＰＤ部１０は、ＤＰＤ演算部１１、ＬＵＴ（ルックアップテーブル）１２を備えている。また、補正部５０は、遅延部５１、信号レベル補正部５２、誤差算出部５３、および遅延時間推定部５４を備えている。
なお、入力信号（リファレンス信号、第１信号）ｓ１は、例えば送信装置の不図示の送信信号生成部から入力される信号である。また、出力信号ｓ４は、例えば送信装置の不図示の送信回路へ出力する信号である。

ＤＰＤ部１０のＤＰＤ演算部１１は、補正部５０が出力した補正後の入力信号ｓ６と出力信号ｓ７とに基づいて、事前補償を行うための補正係数を生成する。なお、補正後の入力信号ｓ６および出力信号ｓ７は、後述するように、遅延時間および信号レベルが補正された信号である。ＤＰＤ演算部１１は、生成した補正係数をＬＵＴ１２に出力する。

ＬＵＴ１２は、例えばデジタル・フィルター回路である。ＬＵＴ１２は、ＤＰＤ演算部１１が算出した補正係数に基づいて、内部のフィルターの次数や周波数を設定するタップを切り替えて、事前補償信号ｓ２を生成する。ＬＵＴ１２は、生成した事前補償信号ｓ２をＤＡＣ２０に出力する。

ＤＡＣ２０は、ＤＰＤ部１０が出力した事前補償信号ｓ２をデジタル信号からアナログ信号に変換し、変換した信号ｓ３を増幅回路３０に出力する。
増幅回路３０は、ＤＡＣ２０が出力した信号ｓ３を増幅し、増幅した出力信号ｓ４を送信回路に出力する。

ＡＤＣ４０は、出力信号ｓ４をアナログ信号からデジタル信号に変換し、変換した信号（フィードバック信号、第２信号）ｓ５を補正部５０に出力する。

補正部５０の遅延部５１は、リファレンス信号ｓ１と、ＡＤＣ４０が出力したフィードバック信号ｓ５との時間差を順次、遅延（スライディング）させる。遅延部５１は、時間差を遅延したリファレンス信号ｓ１’および遅延させたフィードバック信号ｓ５’を、信号レベル補正部５２と誤差算出部５３とに出力する。遅延部５１は、例えば、フィードバック信号ｓ５に対して、リファレンス信号ｓ２を時間軸方向にずらして遅延させる。

信号レベル補正部５２は、遅延部５１が出力したリファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’とに基づいて、信号レベルの補正値を算出する。信号レベル補正部５２は、算出した信号レベルの補正値を遅延時間推定部５４に出力する。

誤差算出部５３は、遅延部５１が出力したリファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’との誤差を算出する。誤差算出部５３は、例えば、リファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’の各信号電力を算出し、信号電力間の誤差を算出する。なお、入力信号の信号電力は、送信しようとしている補償前の信号（入力信号ｓ１）から算出される値であり、出力信号の信号電力は、送信信号（出力信号ｓ４）から算出される値である。また、誤差算出部５３は、誤差として、例えば二乗誤差を算出する。誤差算出部５３は、算出した誤差を信号レベル補正部５２に出力する。

遅延時間推定部５４は、推定を行う時間の検索範囲の全範囲について、誤差算出部５３が算出した誤差の値が最小になるような、リファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’との信号レベルの補正値を算出する。また、遅延時間推定部５４は、誤差の値が最小になる遅延時間を推定遅延時間として算出する。遅延時間推定部５４は、算出した推定遅延時間に基づいて、リファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’とを補正し、補正したリファレンス信号（入力信号）ｓ６とフィードバック信号（出力信号）ｓ７とを、ＤＰＤ部１０に出力する。

上述したように、補正部５０は、リファレンス信号ｓ１とフィードバック信号ｓ５を遅延させるループ内で、リファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’との信号の大きさの信号レベルの補正を行うとともに、リファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’と信号の大きさの誤算の算出を行っている。

以上のように、本実施形態は、入力された複数の信号（リファレンス信号、フィードバック信号）の大きさに対する補正を行うとともに、複数の信号間の誤差を算出することで、複数の信号間の遅延に対する補正を行う補正部５０を備える。

次に、ＤＰＤ部１０が行う事前歪補償の処理について説明する。
図２は、事前歪補償の処理を行わない場合の入力信号を説明する図である。図３は、事前歪補償の処理を行った場合の入力信号を説明する図である。なお、図２および図３では、デジタル−アナログ変換部およびアナログ−デジタル変換部等は省略して記載している。
図２に示すように、増幅回路３０は、入力信号ｓ１０１を増幅した出力信号ｓ１０２を出力する。図２に示した例では、入力信号ｓ１０１に対して、出力信号ｓ１０２に歪みが発生していることを表している。なお、図２において、増幅回路３０で増幅された出力信号ｓ１０２の大きさは、歪が発生していない場合の入力信号ｓ１０１と同じ大きさとして、模式的に表している。

一方、図３に示すように、ＤＰＤ部１０は、入力信号ｓ１に対して、事前歪補償の処理をした事前歪補償信号ｓ２を生成して、生成した事前歪補償信号ｓ２を増幅回路３０に出力する。なお、図３において、増幅回路３０で増幅された出力信号ｓ４の大きさは、歪が発生していない場合の入力信号ｓ１と同じ大きさとして、模式的に表している。
増幅回路３０は、ＤＰＤ部１０から出力された事前補償信号ｓ２を増幅して、増幅した信号を出力信号ｓ４として出力する。図３に示すように、ＤＰＤ部１０で事前歪補償信号ｓ２を生成して、増幅回路３０に入力した場合、出力信号ｓ４の歪みを低減することができる。
具体的には、ＤＰＤ部１０のＤＰＤ演算部１１は、補正部５０が出力した補正後の入力信号ｓ６と出力信号ｓ７に基づいて、図３に示したように事前補償を行うための補正係数を生成する。ＬＵＴ１２は、ＤＰＤ演算部１１が算出した補正係数に基づいて、事前補償信号ｓ２を生成する。

図４は、遅延時間を説明する図である。図４において、左右方向は時間を表し、上下方向は信号の大きさを表している。図４（ａ）は、遅延時間補正前のリファレンス信号ｓ１とフィードバック信号ｓ５の波形を説明する図である。図４（ｂ）は、遅延時間補正後のリファレンス信号ｓ６とフィードバック信号ｓ７の波形を説明する図である。
図４（ａ）に示すように、リファレンス信号ｓ１とフィードバック信号ｓ５との間には、間に挿入されている回路等による遅延時間ｔが発生する。このため、ＤＰＤ部１０は、遅延時間ｔを補正し、リファレンス信号ｓ１とフィードバック信号ｓ５のタイミングを合わせる必要がある。補正部５０は、図４（ｂ）のように、遅延時間ｔを推定して、リファレンス信号とフィードバック信号との遅延時間を補正する。図４（ｂ）に示したように、補正後のリファレンス信号ｓ６とフィードバック信号ｓ７との遅延時間ｔは、ほぼ０である。

次に、比較例の遅延時間の補正について説明する。
図５は、スライディング（相互）相関を用いた遅延時間の補正を説明する図である。図６は、最小誤差を用いた遅延時間の補正を説明する図である。図５および図６において、軸は時間を表し、縦軸は信号の大きさを表している。

図５に示したように、相互相関を用いた遅延時間の補正では、２つの信号（入力信号ｓ２０１、出力信号ｓ２０２）の時間差τを時間軸方向に遅延（スライディング）させながら、相互相関を算出する。そして、相互相関を用いた遅延時間の補正では、算出された相関値が一番大きいτを遅延時間推定値とする。このような相互相関を用いた遅延時間の補正では、信号サンプル数が少ないと、推定誤差が大きくなるという課題があった。

一方、図６に示した最小誤差を用いた遅延時間の補正では、２つの信号（入力信号ｓ２０１、出力信号ｓ２０３）の時間差τを時間軸方向にずらしながら、２つの信号の差分（ｄ１、ｄ２、ｄ３、・・・）が一番小さいτを遅延時間推定値とする。しかしながら、このような最小誤差を用いた遅延時間の補正では、２つの信号の平均レベルが異なると、推定誤差が大きくなるという課題があった。
仮に最小誤差を用いて遅延時間の補正を行い、かつ入力信号と入力信号とのレベル補正を別々に従来技術を用いて行う場合、時間差τ毎に、信号レベル方向にもずらして二乗誤差を算出する必要があった。このような処理では、演算量が多くなり、その結果、演算も複雑になるという課題もあった。また、このように２つの処理を仮に行った場合、入力信号のサンプル数が少ないと、遅延時間の補正もレベルの補正も精度が得られないという課題があった。
このため、本実施形態では、リファレンス信号とフィードバック信号間の最小誤差を用いて遅延時間の補正を行うとともに、２つの信号系列間のレベルの補正を行う。

以上のように、本実施形態では、補正部５０は、リファレンス信号ｓ１とフィードバック信号ｓ５を遅延させるループ内で、リファレンス信号ｓ１とフィードバック信号ｓ５との誤差が最小になる信号レベルの補正値を算出し、誤差の値が最小になる遅延時間を推定遅延時間として算出する。
この結果、本実施形態では、時間差毎のレベルを補正しているので、最小誤差を用いて補正する場合と比べて、二乗誤差を高い精度で算出できる。そして、本実施形態では、二乗誤差を高い精度で算出できるため、補正部５０に入力される信号のサンプル数が少なくても、遅延時間を高い精度で推定できる。なお、入力される信号のサンプル数が多くても、遅延時間を高い精度で推定できる。なお、少ないサンプル数とは、例えば、スライディング相関を用いた補正のみによる遅延時間を推定する場合に用いられるサンプル数より少ないサンプル数である。
また、本実施形態によれば、リファレンス信号とフィードバック信号とのレベルを補正するとともに、二乗誤差を算出して遅延時間を同時に算出しているため、演算量を削減することができる。このため、例えば、ソフトウェアにより、補正部５０の演算を実現することもできる。さらに、歪みを軽減できるため、装置の消費電力を軽減できる効果も得られる。

なお、本実施形態では、補正部５０の誤差算出部５３が、二乗誤差を算出する例を説明したが、これに限られない。誤差算出部５３は、例えば、平均二乗誤差、二乗平均平方誤差等を算出するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、補正装置１を、送信装置に用いる例を説明したが、これに限られない。信号を送信する装置、例えば、中継装置、基地局装置、携帯電話端末、携帯無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）端末等に適用することも可能である。
さらに、本実施形態の補正装置１は、デジタル信号を増幅する装置に適用することも可能である。この場合においても、サンプル数を削減しても高い精度で、レベル補正と遅延補償を行うことができるため、歪を軽減できる。この結果、装置の不要輻射による電力を軽減できる。

［第２実施形態］
なお、第１実施形態では、補正部５０を、補正装置１に用いる例を説明したが、これに限られない。補正部５０は、例えば、２つの信号を同期させるために用いてもよい。
図１において、補正部５０に、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５が入力され、補正した第１信号ｓ６と第２信号ｓ７とを、不図示の後段の回路または装置に出力する場合について説明する。

補正部５０の遅延部５１は、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５との時間差を順次、遅延させ、遅延させた第１信号ｓ１’と第２信号ｓ５’とを、信号レベル補正部５２と誤差算出部５３とに出力する。
信号レベル補正部５２は、遅延部５１が出力した第１信号ｓ１’と第２信号ｓ５’とに基づいて、信号レベルの補正値を算出する。
誤差算出部５３は、遅延部５１が出力した第１信号ｓ１’と第２信号ｓ５’との誤差を算出する。

遅延時間推定部５４は、推定を行う時間の検索範囲の全範囲について、誤差算出部５３が算出した誤差の値が最小になるような、第１信号ｓ１’と第２信号ｓ５’との信号レベルの補正値を算出する。また、遅延時間推定部５４は、誤差の値が最小になる遅延時間を推定遅延時間として算出する。遅延時間推定部５４は、算出した推定遅延時間に基づいて、リファレンス信号ｓ１’とフィードバック信号ｓ５’とを補正し、補正したリファレンス信号ｓ６とフィードバック信号ｓ７とを、出力する。

以上のように、本実施形態では、補正部５０は、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５の信号レベル間の二乗誤差の算出とともに、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５とのレベルを補正し、二乗誤差が最小になるときの遅延時間を推定遅延時間として算出する。
この結果、補正部５０は、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５との遅延時間を、高い精度で補正して、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５とを同期させることができる。
この場合においても、補正部５０に入力される信号のサンプル数が少なくても、第１信号ｓ１と第２信号ｓ５とを、高い精度で同期させることができる。

なお、本実施形態では、補正部５０に、２つの信号が入力され、この２つの信号の同期を合わせる例を説明したが、入力される信号は３つ以上であってもよい。例えば、入力される信号が３つの場合（第１信号〜第３信号）について、以下に説明する。
遅延部５１が、３つの信号間の時間差を順次、遅延させる。そして、遅延時間推定部５４は、３つの信号レベル間の二乗誤差の算出とともに、３つの信号レベルを補正し、二乗誤差が最小になるときの遅延時間を推定遅延時間として算出する。遅延時間推定部５４は、推定した遅延時間に基づいて、３つの信号の遅延時間を補正し、補正した３つの信号を、後段の回路または装置に出力する。

なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではない。上記の実施形態で説明した各要件は、適宜、組み合わせることができる。

なお、本実施形態の図１の機能の全て、もしくは一部を、図示しないＣＰＵ（中央演算装置）に接続されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等に保存されているプログラムにより実行することも可能である。

１…補正装置、１０…ＤＰＤ部、１１…ＤＰＤ演算部、１２…ＬＵＴ、２０…ＤＡＣ、３０…増幅回路、４０…ＡＤＣ、５０…補正部、５１…遅延部、５２…信号レベル補正部、５３…誤差算出部、５４…遅延時間推定部

Claims (4)

1. 入力された複数の信号の大きさに対する補正を行うとともに、前記複数の信号間の誤差を算出することで、前記複数の信号間の遅延に対する補正を行う補正装置であり、
   推定を行う範囲で、入力された第１信号と第２信号との時間差を順次、遅延させる毎に、前記第１信号と前記第２信号との信号電力の大きさの誤差が最小になる前記第１信号と前記第２信号との信号レベルの補正値を算出しつつ、遅延させて求めた前記信号レベルの前記補正値のなかから、前記第１信号と前記第２信号との前記信号電力の大きさの前記誤差が最小になる、前記第１信号と前記第２信号との遅延時間を遅延時間推定値として算出し、算出した前記遅延時間推定値に基づいて、前記第１信号と前記第２信号との信号間の遅延及び前記信号レベルに対する補正を行う補正部
   を備えることを特徴とする補正装置。
2. 前記補正部は、
   前記第１信号と前記第２信号との信号の大きさの誤差として、二乗誤差を算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載の補正装置。
3. 前記補正部によって補正された前記第１信号と前記第２信号とに基づいて、前記第１信号に対して歪みを軽減するための補償を行い、前記補償後の信号を事前歪補償信号として生成する事前歪補償部と、
   前記事前歪補償部から入力された前記事前歪補償信号を増幅する増幅回路と、
   を備え、
   前記第２信号は、
   前記事前歪補償信号が、前記増幅回路で増幅された後の信号である
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の補正装置。
4. 入力された複数の信号の大きさに対する補正を行うとともに、前記複数の信号間の誤差を算出することで、前記複数の信号間の遅延に対する補正を行う補正方法であり、
   推定を行う範囲で、入力された第１信号と第２信号との時間差を順次、遅延させる毎に、前記第１信号と前記第２信号との信号電力の大きさの誤差が最小になる前記第１信号と前記第２信号との信号レベルの補正値を算出しつつ、遅延させて求めた前記信号レベルの前記補正値のなかから、前記第１信号と前記第２信号との前記信号電力の大きさの前記誤差が最小になる、前記第１信号と前記第２信号との遅延時間を遅延時間推定値として算出し、算出した前記遅延時間推定値に基づいて、前記第１信号と前記第２信号との信号間の遅延及び前記信号レベルに対する補正を行う補正ステップ
   を含むことを特徴とする補正方法。

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