JPH03135249A - デジタル送信システム用先行歪ませ装置 - Google Patents

デジタル送信システム用先行歪ませ装置

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JPH03135249A
JPH03135249A JP2266162A JP26616290A JPH03135249A JP H03135249 A JPH03135249 A JP H03135249A JP 2266162 A JP2266162 A JP 2266162A JP 26616290 A JP26616290 A JP 26616290A JP H03135249 A JPH03135249 A JP H03135249A
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predistortion
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ジョルジュ カラム
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、所定の入力データを送信するために増幅器を
通す前に逆の意味で入力データを先行歪ませする先行歪
ませ回路からなり、変調器及びデータを歪ませる電力増
幅器の助けで、周期Tを有するシンボルクロックHの速
度で複合入力データを送信するデジタル送信システム用
先行歪ませ装置に係る。
本発明はデータ送信モデム、マイクロ波リンク宇宙通信
システムのようなデジタル送信システムでの適用を見出
す。
役立つスペクトルの効率的使用の為、現在のデジタル送
信システム、特にマイクロ波無線中継リンク及び電話チ
ャンネルについてのデータ送信システムは多重レベル位
相及び振幅変調方法を用いる。これらの変調方法は全て
の種類の歪みに対し、特に送信チェーンにおける増幅器
、混合器及び他の非線形回路からの非線形歪みに対し非
常に敏感である。マイクロ波無線中継リンク及び衛星通
信に関する特に重要な点は、送信電力増幅器又は衛星通
信の場合において搭載の電力増幅器の非線形性である。
これらの増幅器はその非線形特性で知られている。それ
らがその線形領域で用いられる場合、それらの電力は最
大限に利用されない。それらがその飽和電力レベル近く
で動作するのが許容される場合、それらは信号を許容で
きない方法で歪ませる。実際、所定の電力増幅器で、送
信された信号のレベルは、信号対雑音比及び信1号か受
けた非線形歪み間の妥協点を実現するよう一定とされる
。従って、増幅器の最適動作点は、チャンネルの追加雑
音及び増幅器の非線形歪みの結合効果が最小になること
である。多重レベル変調(例えば64−QAM及び25
6−QAM)に対し、この点は増幅器の飽和電力から離
れており、これは増幅器か効率的に使われないことを意
味する。
その効果を増す為先行歪ませ技術(固定又は適合)が現
在用いられており、それで電力増幅器の非線形性か送信
された信号上にある効果を減少させることか可能である
現在用いられている先行歪ませ技術は、その非線形性が
補償されるよう意図された電力増幅器の逆関数にせまる
非線形回路を、送信器の中間周波数段に挿入することか
らなる。増幅器の関数と丁度逆か合成される場合、この
技術は(非線形歪みなしに)完全な出力信号を得ること
を可能にする。
しかし、まったく逆の関数を得るのに回路に無限の複雑
性を要するので、これは実現不可能である。
実際上は近似をもって足り、多くの場合増幅器の非線形
関数を表わすティラー級数は3次に限られ、先行歪ませ
回路は3次のものでも、合成され、これにより2つの縦
続回路かもはや3次歪みを有さない。高次(5次及び7
次)の項は出力に現れるが、当初の3次歪みと比較して
小さい増幅を有する。その結果、システム性能のある改
良がある。
中間周波数段におけるこれらの先行歪ませ回路の欠点は
、それらがアナログ回路であるという事実にある。それ
らは、適合させ難(それらを再調整し、増幅器応答時間
及び温度変化を補償するよう間欠的介在を必要とする。
この先行歪ませ技術は、自動送信電力制御を有したい場
合には不要となる。
別なより最近の先行歪ませ技術は送信さるべきデータの
アルファベットを変更することからなる。
「データ先行歪ませ」又は[ベースバンド先行歪ませ」
と呼ばれるこの技術は、米国特許第4,291.277
号及びベルシステムテクニカルジャーナル、62巻、1
983年4月、1019−1033頁、A、A、M、サ
レー及びJ・サルツによる論文「デジタル無線システム
における電力増幅器の適合線形化」から知られている。
A、A、M、サレー及びJ・サルツの論文において、第
1図は適合先行歪ませ回路の系統図てあり、該回路は変
調器の入力に元の方法星座図に基づいた歪んだ星座図、
例えば2つの直交キャリアーの増幅変調(QAM)を発
生する。増幅器は大きい振幅を存する点のネット圧縮及
びネット回転を発生することにより星座図に影響を及ぼ
す。
この効果を補償する為、元の星座図は、それが電力増幅
器を通った後その元の二乗になるように歪まされる。従
って、先行歪ませ回路が最適化される場合、それは(利
得及び位相は別として)電力増幅器の逆を形成し、増幅
器の非線形性に対する完全な補償を可能にする。この回
路を適合させるために、信号は増幅器の出力で取り出さ
れ、復調され、次に記号1/Tの送信速度でサンプルさ
れ、これらのサンプルは用いられるQAM星座図に対応
する点と比較される。これらの比較は従来のアルゴリズ
ムの助けで先行歪ませ回路の最適化を可能にする制限信
号を得ることを可能にする。しかし、この第1図で用い
られる系統図は非常に単純である。その理由は変調器の
前又は電力増幅器の前にP波を有さないからである。か
くて、それは一般的に用いられる解決策に相当しない。
実際において、現在のシステムではナイキスト形式のス
ペクトル整形濾波器を常に用い、これは決定時点で記号
間干渉がゼロになることを保証する一方、信号の帯域幅
を制限することを可能にする。この濾波は決定時点で信
号対雑音比を最大にする為送信器及び受信器間で略等し
く分割される。この形式のシステムにおいて、増幅器の
非線形の効果は二倍になり:星座図は変形されるだけで
なく、点の雲か星座図の各点に関連する記号間干渉が現
れる。しかし、上述の先行歪ませ技術はこの第2の効果
を補償することができない。
かくて、問題は星座図を補正するのみならず、元の星座
図の各点か点の雲に分散するのをかなり減少させること
を可能にする先行歪ませ回路を実現し、受信端部で隣る
チャンネルインタフェースに対してより良い保護を確実
にもする。
この目的は雑音性の減少及び所望の材料の品質を最大化
することにより達成されなければならない。
この問題の解決策は、システムか2Nビット(チャンネ
ル当たりNビット)でエンコードされた濾波され、オー
バサンプルされたデータを入力データに応じて速度に/
T (ここで、Kはlより大きい整数)で先行歪ませ回
路に印加する送信フィルタからなり、該回路は、2Nビ
ットのフィールドの2Mビット(M<N)の一部を基に
して近似先行歪みデータ(Fla、  F−a)を第1
に決める手段を含み、該データはその後修正された先行
歪み入力データ(FI、FQ)を発生する為2 (N−
M)ビットのフィールドの残る部分の助けで修正される
送信濾波器は受信端部で濾波によりなされるスペクトル
整形を実行し、これにより送信−受信濾波全体が決定時
点で記号間干渉をゼロとすることを保証するナイキスト
P波器である。点の雲の寸法を縮小する為、記号同期T
当たり1以上のサンプルを補正することが必要である。
従って、カスケード方法で近似の先行歪ませされたデー
タ、次に訂正されたデータを決めることは2Nビットの
全フィールドの助けでデータを決めるのに比較された単
に少ない量の材料を必要とするだけである。これは特に
先行歪ませ回路がメモリを用いる際に重要である。本発
明により動作する場合、メモリの寸法は十分に小さくな
る。
この場合には、先行歪ませ回路は各チャンネルに対し、
Mビットフィールド及び(N−M)ビットフィールド用
セパレータと、近似先行歪みデータ(F、。 F 、。
)を発生する2Mビットフィールドによりアドレスされ
るメモリと、それより先行歪みデータ(FI、FQ)を
取り出す補間回路とからなる。
修正された先行歪みデータ(FI、FQ)を決める為に
、補間回路は2Mビットのフィールド及び2 (N−M
)ビットのフィールドの分離により展開された機構に依
存する値が加算される近似先行歪みデータ(FI0、F
Q0)を使用する。この分離を行なう特に単純に方法は
、各チャンネルに対して、(N−M)最小位ビットから
M最上位ビットを分離することからなる。この場合は、
Mビットのフィールドは値Xを表わし、(N−M)ビッ
トのフィールドは値△Xを表わす(y及びΔyは夫々他
のチャンネルに対してである。補nf1回路は点(F、
。 F 、。)の囲りの線形近似値に作用しつる。特に
、アドレス値X及びyによりアドレスされた近似先行歪
みデータかF I Or  F Ooと呼ばれる場合、
補間回路は下式により修正された先行歪みデータF、、
F、を決めうる: F l ” F +o+ (a F l la X)Δ
x+ (aF、/ay) ・△y Fo ”FO=FI0+ (aFo /ax)Δx+(
aFo/δy)・Δy ここで、∂x及び∂yは、チャンネル■及びQの2Mビ
ットのフィールドに夫々対応する値X及びyに課せられ
た所定の増分である。これらの式はデカルト座標の実施
により決められる。同様の式の極座標の実施により決め
られつる。
データF1゜+  Fo。がメモリに蓄積される際、こ
のメモリアドレス−カップル(x+ax、y)及び(x
、y+ay)から逐次読取ることで十分である。従って
、偏導関数aF、/θX、δF、/δy、aFo /a
x、  aFo /ayは差を計算することにより決め
られる。
しかし、処理を加速する為、2つの別なメモリにメモリ
のローディングを二重にすることは有利に可能である。
一つはアドレス−カップル(X+δx、y)によりアド
レスされ、他はアドレス−カップル(x、y+δy)に
よりアドレスされる。
値∂x及び∂yは対応するアドレスビットフィールドの
1つの最小位ビットの差に有利に対応する。
本発明を固定先行歪ませ回路からなるシステムに対して
更に説明する。実際、歪ませ機構か比較的安定している
か、それに対し、完全な補正がサーチされない状態があ
る。しかし、一般的に、歪ませ機構は進歩が見込め、連
続的にそれらを補正することが必要である。この場合に
は、先行歪ませ回路は適合化され、従って、送信された
データの流れの復調により入力データ及び送信されたデ
ータの比較に応じて先行歪ませ回路を連続的に適合化す
る適合化回路からなる。見出される差はメモリ内で蓄積
され、規則的に更新された先行歪み値(F、、、F、、
)を補正するのに用いられる。
システムの入力に位置し、記号周期につき種々のサンプ
ルを供給する送信フィルタはデジタルフィルタにより構
成されつる。それは同じ速度でサンプルを発生するアナ
ログ・デジタル変換器か後に続くアナログフィルタによ
っても構成される。
以下図面と共に本発明による実施例を説明する。
実施例 第1図は64−QAMタイプの従来技術の星座図である
。変調器の入力I(同相)及びQ(直角位相)は独立で
、各チャンネルの記号はアルファベット(±d、±3d
、  ±5d、  ±7d)でその値をとる。
送信されるためには、変調器からの信号は一般的に小さ
い電力で、即ちその特性の直線部分て用いられる電力増
幅器に送られる。高電力でこの増幅器は非直線であり、
信号を許容できないほど歪ませる。飽和近くで作動して
いるかかる増幅器の出力で64−QAMタイプの星座図
を見る場合は、第2A図に示されるように歪んだ星座図
が観察される。従来技術によると、第2B図の系統図に
よる逆の意味で星座図を先行歪ませさせることで十分で
あり、それにより元の変形のない星座図が増幅器の出力
に得られる。かかる単純な状態は、信号の帯域幅をはっ
きり制限するため電力増幅器の前に常に一波がある現実
にそぐわない。P波器がない場合、変調器の入力での信
号は、記号同期Tにつき一度段階的に変化する。従って
、1/Tの速度で信号に作用する先行歪ませ回路は完全
な補償を行なう。これと対照的に、信号か一波されると
、それはもはや段階的にではなく、連続的に変化する。
非線形効果の完全な補償の為、信号を記号同期Tにつき
一回観察して、これらの隙間に歪みを補償することはも
はや十分ではない。
一波された信号の存在で、増幅器の出力の星座図は第3
A図に示される。それは従来の先行歪ませ回路で第3B
図に示すものになる。従って、星座図の各点は、点の雲
となり、それは許容されない。一波された信号で作動さ
れるため、記号周期につき1つ以上の点で補正を行なわ
なければならない。従って、送信信号のスペクトル整形
はその出力に速度に/T(K>2)で一波されたデータ
を発生するデジタルフィルタによりなされる。この信号
整形かアナログフィルタにより実現される場合、フィル
タを出る信号は速度に/Tてサンプルされる。この方法
で、T/に秒毎に歪ませつる一波された信号のサンプル
を処理する。
第4図は、Nビットでエンコードされたサンプルを速度
に/T (Kは少なくとも2に等しい整数)でNビット
エンコーデッドサンプルを発生する送信フィルタIO及
びデジタル・アナログ変換器12が後に続く先行歪ませ
回路11を有する歪ませ装置9.アナログフィルタ13
.変調器14及び増幅器15からなるデジタル送信シス
テムを示す。送信アンテナに伝送さるべきデータを歪ま
せるのかこの増幅器である。
第5図は先行歪ませ回路11の系統図の例を示す。それ
は複素2Nビットエンコードされたデータ(チャンネル
I及びQ)を受信し、各チャンネルに対して(N−M)
最小位ビット(M < N)の残るフィールドからM最
上位ビットのフィールドを分離するセパレータ110か
らなる。2Mビットのフィールドは近似先行歪み値(F
I0、FQ0)を蓄積するメモリ112をアドレスする
。2 (N−M)ビットのフィールドは補間回路111
に入る。(N−M)ビットの2つのフィールドは各チャ
ンネルに対して値Δx及びΔyを表わす。Mビットの2
つのフィールドは各チャンネルに対して値X及びyを表
わす。近似データF1゜、Fo。、及びそのアドレスフ
ィールドを基にして補間回路11、1は値Δx、Δyの
助けて修正されたデータ(FI、FQ)を計算する。第
6A図、第6B図に示された実施例は下式によるデカル
ト座標での計算を実行する: F l =: F I O+ (a F l / a 
X )Δx + (a F + / a y)  ・Δ
yFo =Foo+ (aFQ /aX>Δx+ (a
Fo /a y)  ・Δyこの理由の為、偏導関数の
値を計算する回路20は各近似値F1゜、Faoに対し
て増分δx、ayをアドレスフィールドに関連した値に
印加することにより偏導関数を計算する。これらの偏導
関数及び値Δx、△yは乗算器21.22,23.24
及び加算器31,32.33の助けで前式によりF、、
、F、を決めるのに用いられる。
回路20はメモリ112からなる。その場合には、この
メモリは、順次複数回読出され、後述する機構(こより
動作する。しかし、望ましくは、3つのメモリは第6B
の系統図により並列動作を実行するのに用いられる。2
つのメモリ201,202はメモリ112と同じデータ
を蓄積する。
メモリ20+は、MビットのフィールドQ及び加算器2
03で1ビットだけインクリメントされる。Mビット(
値X)のフィールドIによりアドレスされる。1ビット
のこの値(aX増分)は、チャンネルI及びQに対して
減算器205及び207における単純な差分構造により
偏導関数aF、/ax、aF、/axを計算することを
可能にする。
同様に、メモリ202は、Mビットのフィールド■及び
加算器204で1ビットだけインクリメントされる。M
ビット(値y)のフィールドQでアドレスされ、1ビッ
トのこの値(ay増分)は、チャンネルI及びQに対し
て減算器206及び208における単純な差分構成によ
り偏導関数aF+ /θy及びa p o / a y
を計算することを可能にする。
従って、Nビットのフィールドの代わりにMビットのフ
ィールドによりメモリ112をアドレスする際、その寸
法はかなり小さくなり、220ワードになる。64−Q
AM及び256QAM変調方法を用いる適用では、Nは
一般的にlOビットのオーダである。N=IOビットか
らM=4又は5ビットに通る場合、メモリの寸法は1M
ワードの代わりに略IKワードに縮小され、これはかな
り小さくなり、一方増幅器歪みの良い補償が保たれる。
送信フィルタ10(第4図)はNビットでエンコードさ
れた複素サンプルを速度に/Tで供給し、ここでKは少
なくとも2に等しい。この送信フィルタはデジタルフィ
ルタでよい。それはアナログ・デジタル変換器か後に続
くアナログフィルタで構成してもよい。
第4図の系統図は、データを歪ませ、一定構造の場合に
増幅器により導入される歪みを補正することが可能であ
る送信システムを表わす。しかし、或いは適合構造を実
現化することは可能である。
これは第7図の系統図で表わされる。第4図と同じ素子
は同じ参照番号により表わされる。この場合、増幅器1
5の出力信号は低域フィルタ82が後に続く復調器81
に供給されるようタップされ、フィルタ82の出力信号
は適合回路83に供給される。この回路はフィルタ82
の出力信号をサンプルし、これらのデータを入力データ
と比較する。
差は誤差信号を生じさせ、例えば新しい値F IQ+F
0゜をメモリに蓄積することにより先行歪ませ回路11
を更新させる(接続線84)。
【図面の簡単な説明】
第1図は64−QAM変調の星座図、第2A図は濾波が
ないシステム又は全てのナイキストP波が増幅器段の後
でなされる場合における電力増幅器により歪まされた6
 4−QAM星座図、第2B図は従来技術により第2A
図で示された歪みの補償用の最適化された先行歪まされ
た星座図、第3A図は濾波全体が送信及び受信端部間で
等しく分割され、送信端部の一部が増幅器より前に置が
れた時に現れる増幅器により歪まされた星座図、第3B
図は第3A図と同じ状況であるが、従来技術の先行歪ま
せ回路を含む星座図、第4図は本発明によるデジタル送
信システムの系統図、第5図は本発明による先行歪ませ
回路の系統図、第6A図。 第6B図は先行歪ませ回路の実施例の図、第7図は本発
明による適合先行歪ませ回路からなるデジタル送信シス
テムの系統図である。 9・・・先行歪ませ装置、1o・・・送信フィルタ、I
I・・・先行歪ませ回路、12・・・デジタル・アナロ
グ変換器、13・・・アナログフィルタ、14・・・変
調器、15・・・増幅器、2o・・・回路、31. 3
2. 33゜203.204・・・加算器、51・・・
メモリ、21゜22.23,24.52・・・乗算器、
81・・・復調器、82・・・低域フィルタ、83−・
・・適合回路、84・・・接続線、110・・・セパレ
ータ、Ill・・・補間回路、112.201,202
・・・メモリ、205,206.207,208・・・
減算器。

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)所定の入力データを送信するために増幅器を通す
    前に逆の意味で入力データを先行歪ませする先行歪ませ
    回路からなり、変調器及びデータを歪ませる電力増幅器
    の助けで、周期Tを有するシンボルクロックHの速度で
    星座図の複合入力データを送信するデジタル送信システ
    ム用先行歪ませ装置であって、2Nビット(チャンネル
    当たりNビット)でエンコードされた濾波され、オーバ
    サンプルされたデータを入力データに応じて速度K/T
    (ここで、Kは1より大きい整数)で先行歪ませ回路に
    印加する送信フィルタからなり、該回路は、2Nビット
    のフィールドの2Mビット(M<N)の一部を基にして
    近似先行歪みデータ(F_I_0、F_Q_0)を第1
    に決める手段を含み、該データはその後修整された先行
    歪み入力データ(F_I、F_Q)を発生する為2(N
    −M)ビットのフィールドの残る部分の助けで修整され
    る先行歪ませ装置。
  2. (2)先行歪ませ回路は、各チャンネルに対し、Mビッ
    トのフィールド及び(N−M)ビットのフィールド用セ
    パレータと、近似先行歪みデータ(F_I_0、F_Q
    _0)を発生するMビットのフィールドによりアドレス
    されるメモリと、それにより修整された先行歪みデータ
    (F_I、F_Q)を取り出す補間回路とからなること
    を特徴とする請求項1記載の装置。
  3. (3)補間回路は点(F_I_0、F_Q_0)の囲り
    に線形近似を実行することを特徴とする請求項2記載の
    装置。
  4. (4)セパレータはM最上位ビットのフィールドを分離
    し、一方補間回路は下式によりデータF_I、F_Qを
    決めうる: F_I=F_I_0+(δF_I/∂x)・Δx+(∂
    F_I/∂y)・Δy F_Q=F_Q_0+(∂F_Q/∂x)・Δx+(∂
    F_Q/∂y)・Δy ここで、Δx及びΔyはチャンネルI(同相)及びQ(
    直角位相)の(N−M)ビットのフィールドに各対応す
    る値を表わし、∂x及び∂yは、チャンネルI及びQの
    Mビットのフィールドに夫々対応する値x及びyに課せ
    られた所定の場合であり、該回路はチャンネルI及びQ
    の偏導関数を計算することを可能にすることを特徴とす
    る請求項3記載の装置。
  5. (5)値∂F_I/∂x、∂F_Q/∂x及び∂F_I
    /∂y、∂F_Q/∂yは値〔(x+∂x);y〕及び
    〔x;(y+∂y)〕によりメモリを順次アドレスする
    ことにより得られることを特徴とする請求項4記載の装
    置。
  6. (6)メモリのローディングは偏導関数の並列計算を可
    能にする為2つの別なメモリに重複されることを特徴と
    する請求項5記載の装置。
  7. (7)値∂x及び∂yは対応するアドレスビットフィー
    ルドの1つの最小位ビットの差に対応することを特徴と
    する請求項4乃至6のうちいずれか一項記載の装置。
  8. (8)送信フィルタはアナログ・デジタル変換器が後に
    続くデジタルフィルタ又はアナログフィルタのいずれか
    であることを特徴とする請求項1乃至7のうちのいずれ
    か一項記載の装置。
  9. (9)先行歪ませ回路は適合であり、送信されたデータ
    の流れの復調により、入力データ及び送信されたデータ
    の比較に応じて先行歪ませ回路を連続的に適合する適合
    回路からなることを特徴とする請求項1乃至8のうちい
    ずれか一項記載の装置。
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