JP6707883B2 - 送信機および歪補償方法 - Google Patents
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特許文献1に記載の送信機では、基準信号生成手段によって生成された基準信号を用いて帰還系の誤差を推定し、この誤差を補正した上で求められる帰還信号から送信系の誤差を推定する。そして、推定された送信系の誤差に基づき、プリディストータから出力される送信信号に対して予め歪特性を与え、増幅器の歪成分と相殺させるようにしている。
また、本発明に係る送信機は、非線形領域を有する非線形増幅器で生じる歪を補償する送信機であって、送信すべき情報を含む送信データに基づき、デジタル送信信号を生成して出力するデジタル信号処理部と、前記デジタル送信信号をアナログ信号に変換して直交変調を行い、RF出力信号を生成して出力する送信系特性部と、前記RF出力信号を出力するとともに、該RF出力信号を折り返して出力する第1の方向性結合器と、前記RF出力信号を予め定められた増幅度で増幅し、RF送信信号として出力する非線形増幅器と、前記RF送信信号を出力するとともに、該RF送信信号を折り返して出力する第2の方向性結合器と、前記第2の方向性結合器で折り返されたRF送信信号を前記増幅度分だけ減衰させて出力する減衰器と、前記第1の方向性結合器からの前記RF出力信号が入力される第1の入力ポートと、前記減衰器からの前記RF送信信号が入力される第2の入力ポートと、前記第1および第2の入力ポートに入力された信号を選択的に出力する出力ポートとを有するスイッチと、前記スイッチの前記第1の入力ポートが選択された場合に、該RF出力信号に対して直交復調を行い、デジタルの第1の帰還信号に変換して出力するとともに、前記スイッチの前記第2の入力ポートが選択された場合に、該RF送信信号に対して直交復調を行い、デジタルの第2の帰還信号に変換して出力する帰還系特性部とを備え、前記デジタル信号処理部は、前記スイッチにおける前記第1の入力ポートが選択された場合に、前記第1の帰還信号に基づき、前記送信系特性部および前記帰還系特性部による送信帰還系特性を取得する送信帰還系特性取得部と、前記スイッチにおける前記第2の入力ポートが選択された場合に、前記第2の帰還信号に基づき、前記非線形増幅器の歪特性を取得する歪特性取得部とを有し、前記歪特性取得部は、前記送信データに前記送信帰還系特性の逆特性を付与した信号に、前回のデジタル送信信号を出力した際に取得した歪特性の逆特性を付与した補正送信信号と、前記第2の帰還信号との差分の最小二乗法誤差に基づき、前記歪特性を取得し、前記送信帰還系特性および前記歪特性取得部により算出した前記歪特性の逆特性となる特性を付与したデジタル送信信号を生成するものである。
以下、本実施の形態1に係る送信機について説明する。
本実施の形態1に係る送信機では、送信機中に設けられた非線形増幅器における歪特性と、送信信号の経路となる送信系および当該送信信号を折り返した際の経路となる帰還系による特性である送信帰還系特性とを分離して取得する。そして、取得したそれぞれの特性を考慮して送信信号を生成することにより、歪補償を行う。
なお、以下の説明においては、数式中で「z」などの文字の上に「^」がつけられた文字を「z^」と記載するものとする。
図1は、本実施の形態1に係る送信機1の構成の一例を示すブロック図である。
送信機1は、デジタル信号処理部11、D/A(Digital/Analog)変換器12、直交変調器13、第1の方向性結合器14、非線形増幅器15、第2の方向性結合器16、減衰器17、RFスイッチ18、直交復調器19、A/D(Analog/Digital)変換器20、基準クロック2、サンプリングクロック生成部3および搬送波信号生成部4で構成されている。
デジタル信号処理部11は、送信すべき情報を含む送信データを生成する。また、デジタル信号処理部11は、デジタルプリディストーション処理(以下、「DPD処理」と適宜称する)を行うプリディストータとしての機能を有し、プリディストータによる送信データに対するDPD処理により、歪補償がなされたデジタルの送信信号を生成する。そして、デジタル信号処理部11は、生成した送信信号をD/A変換器12に供給する。プリディストータの詳細については、後述する。
搬送波信号生成部4は、基準クロック2に基づき、直交変調器13および直交復調器19で用いる搬送波信号を生成し、直交変調器13および直交復調器19に供給する。
図2は、図1の送信機1におけるデジタル信号処理部11のプリディストータ機能について説明するためのブロック図である。
図2に示すように、デジタル信号処理部11は、DPD処理を行うプリディストータ機能部30を備え、送信データに対して後述する方法によって算出したプリディストータ係数aに基づくプリディストータ特性を付与し、歪補償成分を含む送信信号を生成する。
図3に示すように、送信機1は、デジタル信号処理部11におけるプリディストータ機能部30、非線形増幅器15および減衰器17を備えている。なお、図3に示す例では、送信機1の構成を概略的に記載しており、例えば、非線形増幅器15の前段に設けられた、D/A変換器12および直交変調器13で構成される送信系特性部5については、図示されていないものとする。また、同様にして、減衰器17の後段に設けられた、直交復調器19およびA/D変換器20で構成される帰還系特性部6についても、図示されていないものとする。
また、トレーニングPD32は、後述する減算器33から最小二乗法誤差εを受け取り、この最小二乗法誤差εが最小となるように、プリディストータ係数a^を算出する。そして、算出されたプリディストータ係数a^は、プリディストータ係数aとしてPD31にコピーされる。
図4における各列は、左から順に、送信データx(n)の番号m、補正送信信号z(n)に含まれる要素、帰還信号u(n)に含まれる要素、最小二乗法誤差の計算を行う際に補正送信信号z(n)および補正帰還信号z^(n)に含まれる要素、プリディストータ係数a^の計算結果に含まれる要素を示す。また、図中のxmはm番目の送信データ、amはm番目のプリディストータ係数、bmはm番目の送信帰還系特性、dmはm番目の非線形増幅器15における歪特性を示す。なお、番号mは、送信データ長毎に増加する値であり、サンプリング時間nとは異なる。
そして、この送信帰還系特性係数bを用いて送信帰還系特性を考慮するとともに、算出されたプリディストータ係数aを用いて、非線形増幅器15における歪特性の逆特性を送信信号に与え、RF送信信号に対する歪補償を行う。
図5に示すように、送信機1は、デジタル信号処理部11におけるプリディストータ機能部40、非線形増幅器15および減衰器17を備えている。なお、図5に示す例では、図3と同様に、送信機1の構成を概略的に記載しており、例えば、非線形増幅器15の前段に設けられた送信系特性部5、および減衰器17の後段に設けられた帰還系特性部6については、図示されていないものとする。また、以下の説明において、図3と共通する部分については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
また、トレーニングPD32は、後述する減算器33から最小二乗法誤差εを受け取り、この最小二乗法誤差εが最小となるように、メモリ多項式のプリディストータ係数a^を算出する。そして、算出されたプリディストータ係数a^は、プリディストータ係数aとしてPD31にコピーされる。
この送信帰還系特性係数算出回路50は、送信帰還系特性を取得するための送信帰還系特性取得部に相当し、図5に示す送信帰還系特性付与部34で信号w(n)を生成する際に用いられる送信帰還系特性係数bを算出するための回路である。送信帰還系特性係数算出回路50は、送信帰還系特性トレーニング部51、送信帰還系特性部52および減算器53を備えている。
また、送信帰還系特性トレーニング部51は、後述する減算器53から最小二乗法誤差eを受け取り、この最小二乗法誤差eが最小となるように、送信帰還系特性係数b^を計算する。そして、計算された送信帰還系特性係数b^は、送信帰還系特性係数bとして図5に示す送信帰還系特性付与部34にコピーされる。
次に、本実施の形態1に係る送信機1の動作について、図1および図7のフローチャートを参照して説明する。
図7は、図1の送信機1におけるデジタル信号処理部11によるDPD処理の流れの一例を示すフローチャートである。
以下の説明において、送信機1全体の動作および各種の信号の流れについては、図1を参照し、デジタル信号処理部11における処理の流れについては、図7を参照するものとする。
第1の方向性結合器14は、直交変調器13から供給されたRF出力信号を、出力ポートを介して非線形増幅器15に供給する。また、第1の方向性結合器14は、結合ポートを介してRFスイッチ18に供給する。
第2の方向性結合器16は、非線形増幅器15から供給されたRF送信信号を、出力ポートを介して図示しないアンテナに供給する。そして、RF送信信号は、アンテナを介して空中に送信される。
このとき、RFスイッチ18は、入力ポート18aが選択されている。そのため、RFスイッチ18は、入力ポート18aに入力された、第1の方向性結合器14から供給されたRF出力信号をRF帰還信号として出力ポート18cから出力する。RFスイッチ18から出力されたRF帰還信号は、直交復調器19に供給される。
A/D変換器20は、サンプリングクロック生成部3から供給されるサンプリングクロックに基づき、直交復調器19から供給されたベースバンド帰還信号に対してA/D変換を行い、第1の帰還信号としてのデジタルの帰還信号rm+1に変換する。この帰還信号rm+1は、デジタル信号処理部11に供給される。
このとき、時間の経過によって変化する送信帰還系特性の多くは、温度変化によるものである。そのため、送信帰還系特性は、送信データ番号mの増加に伴って緩やかに変化する。したがって、デジタル信号処理部11は、最小二乗法を用いて算出した送信帰還系特性係数b^m+1が実際の送信帰還系特性係数bm+1に等しいとみなし、送信帰還系特性係数b^m+1を送信帰還系特性係数bm+1としてコピーする。そして、この送信帰還系特性係数bm+1を次回のプリディストータの計算に用いる。
デジタル信号処理部11は、m+1番目に送信する送信データxm+2を生成し、プリディストータ係数amによってこの送信データxm+2を補正した補正送信信号zm+2を生成する。補正送信信号zm+2は、デジタルの送信信号としてD/A変換器12に送信される(ステップS9)。
以下、D/A変換器12から減衰器17までの各部における動作については、上述した動作と同様であるため、説明を省略する。
このとき、RFスイッチ18は、入力ポート18bが選択されている。そのため、RFスイッチ18は、入力ポート18bに入力された、減衰器17から供給されたRF送信信号をRF帰還信号として出力ポート18cから出力する。
A/D変換器20は、サンプリングクロック生成部3から供給されるサンプリングクロックに基づき、直交復調器19から供給されたベースバンド帰還信号に対してA/D変換を行い、第2の帰還信号としてのデジタルの帰還信号um+2に変換する。この帰還信号um+2は、デジタル信号処理部11に供給される。
このとき、時間の経過によって変化する非線形増幅器15の歪特性の多くは、温度変化によるものである。そのため、歪特性は、送信データ番号mの増加に伴って緩やかに変化する。したがって、デジタル信号処理部11は、最小二乗法を用いて算出したプリディストータ係数a^m+2が実際のプリディストータ係数am+2に等しいとみなし、プリディストータ係数a^m+2をプリディストータ係数am+2としてコピーする。これにより、デジタル信号処理部11は、プリディストータ係数aを更新する。
図8は、本実施の形態1に係るプリディストータを用いた場合の各信号に含まれる要素について説明するための概略図である。
図8における各列は、左から順に、送信データx(n)の番号m、補正送信信号z(n)に含まれる要素、帰還信号u(n)またはr(n)に含まれる要素、最小二乗法誤差の計算を行う際に帰還信号r(n)および特性信号r^(n)、または補正送信信号z(n)および補正帰還信号z^(n)に含まれる要素、送信帰還系特性係数bまたはプリディストータ係数a^の計算結果に含まれる要素を示す。また、図中のxmはm番目の送信データ、amはm番目のプリディストータ係数、bmはm番目の送信帰還系特性係数、dmはm番目の非線形増幅器15における歪特性を示す。なお、番号mは、送信データ長毎に増加する値であり、サンプリング時間nとは異なる。
Claims (7)
- 非線形領域を有する非線形増幅器で生じる歪を補償する送信機であって、
送信すべき情報を含む送信データに基づき、デジタル送信信号を生成して出力するデジタル信号処理部と、
前記デジタル送信信号をアナログ信号に変換して直交変調を行い、RF出力信号を生成して出力する送信系特性部と、
前記RF出力信号を出力するとともに、該RF出力信号を折り返して出力する第1の方向性結合器と、
前記RF出力信号を予め定められた増幅度で増幅し、RF送信信号として出力する非線形増幅器と、
前記RF送信信号を出力するとともに、該RF送信信号を折り返して出力する第2の方向性結合器と、
前記第2の方向性結合器で折り返されたRF送信信号を前記増幅度分だけ減衰させて出力する減衰器と、
前記第1の方向性結合器からの前記RF出力信号が入力される第1の入力ポートと、前記減衰器からの前記RF送信信号が入力される第2の入力ポートと、前記第1および第2の入力ポートに入力された信号を選択的に出力する出力ポートとを有するスイッチと、
前記スイッチの前記第1の入力ポートが選択された場合に、該RF出力信号に対して直交復調を行い、デジタルの第1の帰還信号に変換して出力するとともに、前記スイッチの前記第2の入力ポートが選択された場合に、該RF送信信号に対して直交復調を行い、デジタルの第2の帰還信号に変換して出力する帰還系特性部と
を備え、
前記デジタル信号処理部は、
前記スイッチにおける前記第1の入力ポートが選択された場合に、前記第1の帰還信号に基づき、前記送信系特性部および前記帰還系特性部による送信帰還系特性を取得する送信帰還系特性取得部と、
前記スイッチにおける前記第2の入力ポートが選択された場合に、前記第2の帰還信号に基づき、前記非線形増幅器の歪特性を取得する歪特性取得部と
を有し、
前記送信帰還系特性取得部は、
前記送信データに、前回のデジタル送信信号を出力した際に取得した送信帰還系特性の逆特性を付与した特性信号と、前記第1の帰還信号との差分の最小二乗法誤差に基づき、前記送信帰還系特性を取得し、
前記送信帰還系特性および前記歪特性取得部により算出した前記歪特性の逆特性となる特性を付与したデジタル送信信号を生成する
ことを特徴とする送信機。 - 非線形領域を有する非線形増幅器で生じる歪を補償する送信機であって、
送信すべき情報を含む送信データに基づき、デジタル送信信号を生成して出力するデジタル信号処理部と、
前記デジタル送信信号をアナログ信号に変換して直交変調を行い、RF出力信号を生成して出力する送信系特性部と、
前記RF出力信号を出力するとともに、該RF出力信号を折り返して出力する第1の方向性結合器と、
前記RF出力信号を予め定められた増幅度で増幅し、RF送信信号として出力する非線形増幅器と、
前記RF送信信号を出力するとともに、該RF送信信号を折り返して出力する第2の方向性結合器と、
前記第2の方向性結合器で折り返されたRF送信信号を前記増幅度分だけ減衰させて出力する減衰器と、
前記第1の方向性結合器からの前記RF出力信号が入力される第1の入力ポートと、前記減衰器からの前記RF送信信号が入力される第2の入力ポートと、前記第1および第2の入力ポートに入力された信号を選択的に出力する出力ポートとを有するスイッチと、
前記スイッチの前記第1の入力ポートが選択された場合に、該RF出力信号に対して直交復調を行い、デジタルの第1の帰還信号に変換して出力するとともに、前記スイッチの前記第2の入力ポートが選択された場合に、該RF送信信号に対して直交復調を行い、デジタルの第2の帰還信号に変換して出力する帰還系特性部と
を備え、
前記デジタル信号処理部は、
前記スイッチにおける前記第1の入力ポートが選択された場合に、前記第1の帰還信号に基づき、前記送信系特性部および前記帰還系特性部による送信帰還系特性を取得する送信帰還系特性取得部と、
前記スイッチにおける前記第2の入力ポートが選択された場合に、前記第2の帰還信号に基づき、前記非線形増幅器の歪特性を取得する歪特性取得部と
を有し、
前記歪特性取得部は、
前記送信データに前記送信帰還系特性の逆特性を付与した信号に、前回のデジタル送信信号を出力した際に取得した歪特性の逆特性を付与した補正送信信号と、前記第2の帰還信号との差分の最小二乗法誤差に基づき、前記歪特性を取得し、
前記送信帰還系特性および前記歪特性取得部により算出した前記歪特性の逆特性となる特性を付与したデジタル送信信号を生成する
ことを特徴とする送信機。 - 前記歪特性取得部は、
前記送信データに前記送信帰還系特性の逆特性を付与した信号に、前回のデジタル送信信号を出力した際に取得した歪特性の逆特性を付与した補正送信信号と、前記第2の帰還信号との差分の最小二乗法誤差に基づき、前記歪特性を取得する
ことを特徴とする請求項1に記載の送信機。 - 前記スイッチは、
前記第1の入力ポートおよび前記第2の入力ポートが交互に選択される
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の送信機。 - 前記スイッチは、
前記第2の入力ポートが複数回選択される毎に前記第1の入力ポートが選択される
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の送信機。 - 送信すべき情報を含む送信データに基づき、デジタル送信信号を生成して出力するデジタル信号処理部と、前記デジタル送信信号をアナログ信号に変換して直交変調を行い、RF出力信号を生成して出力する送信系特性部と、前記RF出力信号を出力するとともに、該RF出力信号を折り返して出力する第1の方向性結合器と、前記RF出力信号を予め定められた増幅度で増幅し、RF送信信号として出力する非線形増幅器と、前記RF送信信号を出力するとともに、該RF送信信号を折り返して出力する第2の方向性結合器と、前記第2の方向性結合器で折り返されたRF送信信号を前記増幅度分だけ減衰させて出力する減衰器と、前記第1の方向性結合器からのRF出力信号が入力される第1の入力ポートと、前記減衰器からのRF送信信号が入力される第2の入力ポートと、前記第1および第2の入力ポートに入力された信号を選択的に出力する出力ポートとを有するスイッチと、前記スイッチの前記第1の入力ポートが選択された場合に、該RF出力信号に対して直交復調を行い、デジタルの第1の帰還信号に変換して出力するとともに、前記スイッチの前記第2の入力ポートが選択された場合に、該RF送信信号に対して直交復調を行い、デジタルの第2の帰還信号に変換して出力する帰還系特性部とを備えた送信機における前記非線形増幅器で生じる歪を補償する歪補償方法であって、
前記スイッチにおける前記第1の入力ポートが選択された場合に、前記第1の帰還信号に基づき、前記送信系特性部および帰還系特性部による送信帰還系特性を取得し、
前記スイッチにおける前記第2の入力ポートが選択された場合に、前記第2の帰還信号に基づき、前記非線形増幅器の歪特性を取得し、
取得した前記送信帰還系特性および前記歪特性の逆特性となる特性を付与したデジタル送信信号を生成するものであり、
前記送信データに、前回のデジタル送信信号を出力した際に取得した送信帰還系特性の逆特性を付与した特性信号と、前記第1の帰還信号との差分の最小二乗法誤差に基づき、前記送信帰還系特性を取得する
ことを特徴とする歪補償方法。 - 送信すべき情報を含む送信データに基づき、デジタル送信信号を生成して出力するデジタル信号処理部と、前記デジタル送信信号をアナログ信号に変換して直交変調を行い、RF出力信号を生成して出力する送信系特性部と、前記RF出力信号を出力するとともに、該RF出力信号を折り返して出力する第1の方向性結合器と、前記RF出力信号を予め定められた増幅度で増幅し、RF送信信号として出力する非線形増幅器と、前記RF送信信号を出力するとともに、該RF送信信号を折り返して出力する第2の方向性結合器と、前記第2の方向性結合器で折り返されたRF送信信号を前記増幅度分だけ減衰させて出力する減衰器と、前記第1の方向性結合器からのRF出力信号が入力される第1の入力ポートと、前記減衰器からのRF送信信号が入力される第2の入力ポートと、前記第1および第2の入力ポートに入力された信号を選択的に出力する出力ポートとを有するスイッチと、前記スイッチの前記第1の入力ポートが選択された場合に、該RF出力信号に対して直交復調を行い、デジタルの第1の帰還信号に変換して出力するとともに、前記スイッチの前記第2の入力ポートが選択された場合に、該RF送信信号に対して直交復調を行い、デジタルの第2の帰還信号に変換して出力する帰還系特性部とを備えた送信機における前記非線形増幅器で生じる歪を補償する歪補償方法であって、
前記スイッチにおける前記第1の入力ポートが選択された場合に、前記第1の帰還信号に基づき、前記送信系特性部および帰還系特性部による送信帰還系特性を取得し、
前記スイッチにおける前記第2の入力ポートが選択された場合に、前記第2の帰還信号に基づき、前記非線形増幅器の歪特性を取得し、
取得した前記送信帰還系特性および前記歪特性の逆特性となる特性を付与したデジタル送信信号を生成するものであり、
前記送信データに前記送信帰還系特性の逆特性を付与した信号に、前回のデジタル送信信号を出力した際に取得した歪特性の逆特性を付与した補正送信信号と、前記第2の帰還信号との差分の最小二乗法誤差に基づき、前記歪特性を取得する
ことを特徴とする歪補償方法。
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