JPWO2006087864A1 - プリディストータ - Google Patents
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Abstract
Description
増幅前の送信信号は、希望信号帯域外の信号成分が帯域制限フィルタにより除去されることで、低レベルに抑えられているが、電力増幅器通過後の信号は発生する非線形歪により希望信号帯域外(隣接チャネル)へ信号成分が漏洩する。例えば、基地局装置では、上記のように送信電力が高いため、このような隣接チャネルへの漏洩電力の大きさは厳しく規定されており、こうしたことから、このような隣接チャネル漏洩電力をいかにして低減するかが大きな問題となっている。
このような電力増幅器の非線形歪を補償する歪補償方式の一つとしてプリディストーション方式があり、近年では電力効率を重要視するためにフィードフォワード方式に代わって主流になりつつある。
プリディストーション方式は、電力増幅器の非線形特性であるAM−AM変換及びAM−PM変換の逆特性を増幅器への入力信号に予め与えることにより電力増幅器で発生する歪を補償する方式である。
第6図には、プリディストーション方式を用いた電力増幅器から成るプリディストータ付き増幅器の機能ブロック構成例を示してある。
本例のプリディストータ付き増幅器により行われる動作の一例を示す。
プリディストータ付き増幅器への入力信号は、電力検出部71及びプリディストーション部73に入力される。電力検出部71は、入力信号の電力(又は、振幅でもよい)を検出し、当該検出結果を参照引数として歪補償テーブル72へ出力する。
歪補償テーブル72は、例えば、メモリなどを用いてルックアップテーブル(LUT:Look Up Table)として構成されており、電力検出部71による検出結果を参照引数(アドレス)として対応付けて、プリディストーション方式で歪補償を行うための値を格納している。具体的には、歪補償テーブル72には、補償対象となる増幅器(増幅部74)の非線形特性の逆特性であって一般的に入力信号の電力又は振幅を指標とする振幅に関するAM−AM特性及び位相に関するAM−PM特性の値が格納される。
歪補償テーブル72は、電力検出部71から入力された検出結果に対応した値をプリディストーション部73へ出力する。プリディストーション部73は、歪補償テーブル72から入力される参照結果の値に従って、入力信号の振幅及び位相を補償し、当該補償後の信号を増幅部74へ出力する。
増幅部74は、電力増幅器から構成されており、プリディストーション部73から入力される信号を増幅して出力する。この出力信号は、プリディストータ付き増幅器から出力される。ここで、増幅部74に入力される信号にはプリディストーション方式で予め電力増幅器の歪特性の逆特性に相当する歪(振幅歪や位相歪)が与えられており、この歪が電力増幅器で発生する歪と相殺されることで、出力信号は歪の無い信号となる。
制御部75は、温度変化や経年変化などに適応するために、プリディストータ付き増幅器の入力信号や出力信号に基づいて、歪補償テーブル72の記憶内容を更新する。
第7図には、デジタル処理を行うプリディストータの構成例を示してある。
本例のプリディストータにより行われる動作の一例を示す。
プリディストータへの入力信号は、エンベロープ検出器81及び複素乗算器83に入力される。エンベロープ検出器81は、入力信号のI(In−Phase)成分“1”及びQ(Quadrature−Phase)成分“Q”に対してsqrt(I2+Q2)をサンプル毎に演算して瞬時電力(RF帯のエンベロープに相当)を検出し、当該検出結果をLUT82へ出力する。
LUT82は、メモリなどから構成された歪補償テーブルであり、本例では、エンベロープ検出器81による検出結果を参照引数(アドレス)として対応付けて、歪補償を制御するための値を複素ベクトルの形式で格納する。LUT82は、エンベロープ検出器81による検出結果をテーブルの引数(アドレス)として、対応する歪補償用の複素ベクトルを複素乗算器83へ出力する。
複素乗算器83は、入力信号とLUT82から入力される複素ベクトルとを複素乗算して出力する。これによりプリディストーション処理が為され、この出力信号がプリディストータから出力される。デジタルプリディストータでは3次、5次あるいはそれ以上の相互変調歪を補償するために、送信信号帯域幅の数倍〜数十倍のサンプリング周波数で動作するのが普通である。
本明細書では、メモリ効果の発生要因の一つとして増幅器の電源電圧変動が挙げられることを説明し、それによって生じる歪を補償するプリディストータに関する実施例を示す。
第8図には、メモリ効果の影響を受けるトランジスタのモデルの一例を示す。
このモデルは、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)から成るトランジスタ91と、インダクタンス値Lのインダクタンス92から構成されている。インダクタンス92は、トランジスタ91のバイアス回路や出力マッチング回路に存在する寄生インダクタンスである。
ドレインバイアス回路に流れてドレインに流れる電流I(t)がインダクタンス92によって電圧信号へ変換される。ここで、tは時刻を表している。
このようにして発生した電圧信号によって、ドレイン−ソース電圧Vdsは、電源電圧Vddと等しくならず、電源電圧変動が起こる。インダクタンス値Lのインダクタンス92によって電圧変動が起きたドレイン−ソース電圧Vdsは式1のように表される。
第9図(b)には、電源電圧(ドレイン−ソース電圧)Vdsをパラメータとした場合におけるAM−PM特性の一例を示してある。グラフにおいて、横軸は入力電力[dBm]を示しており、縦軸は位相[degree]を示している。図に示されるように、電源電圧Vdsによって、通過位相が異なることがわかる。
インダクタンス92の影響を受ける場合には、式1に示されるように瞬時入力信号によって、等価的に電源電圧(ドレイン−ソース電圧)Vdsが変動する。インダクタンス92であることから、瞬時電流の変化、すなわちエンベロープの差分変化に応じて、ダイナミックにAM−AM特性及びAM−PM特性が変動する。従って、入力信号のエンベロープ(瞬時電力)に基づいて振幅変調や位相変調を行うプリディストータでは、電源電圧変動に起因する歪を完全に補償することができない。
本発明は、以上のような従来の事情に鑑み為されたもので、メモリ効果の影響を効果的に補償することができるプリディストータを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係るプリディストータでは、次のような構成により、信号を増幅器により増幅するに際してメモリ効果により発生する歪を補償する。
すなわち、レベル検出手段が、前記信号のレベルを検出する。係数出力手段が、前記検出されたレベルに対応した係数を出力する。遅延手段が、前記出力された係数を遅延させる。差検出手段が、前記出力された係数と前記遅延させられた係数との差を検出する。乗算手段が、前記検出された差と前記信号とを乗算する。合成手段が、前記乗算の結果と前記信号とを合成する。そして、前記合成の結果が、直接的に或いは他の回路を介して間接的に、前記増幅器へ出力される。
従って、増幅器により増幅される対象となる信号のレベルに応じた係数の時間的な差分を用いて、メモリ効果の影響を効果的に補償することができる。
なお、メモリ効果の影響を補償する構成と、それ以外のAM−AM特性やAM−PM特性などの影響を補償する構成とが、組み合わされて用いられてもよい。
ここで、信号のレベルとしては、例えば、信号の振幅のレベルや、信号の電力のレベルなど、種々なものが用いられてもよい。
また、信号のレベルに対応した係数としては、例えば、メモリ効果により発生する歪を低減することが可能な係数が用いられ、また、例えば、フィードバック制御などにより更新されてもよい。
また、係数を遅延させる時間量としては、種々な長さが用いられてもよく、例えば、1回のサンプリング間隔の時間(1サンプル時間)のように、最小単位となる時間量を用いることができる。
また、時間的に進んだ係数と時間的に遅れた係数との差としては、時間的に進んだ係数から時間的に遅れた係数を減じたものと、時間的に遅れた係数から時間的に進んだ係数を減じたものとで、いずれが用いられてもよく、例えば、これらは互いに正負の符号が異なるだけであるため、いずれかの処理で正負の符号が調整されればよい。
また、2つの信号の差を検出する手段や、2つの信号を合成する手段としては、例えば、2つの信号を加算する加算器を用いて構成することや、一方の信号から他方の信号を減算する減算器を用いて構成することができる。
本発明に係るプリディストータでは、他の構成例として、次のような構成により、信号を増幅器により増幅するに際してメモリ効果により発生する歪を補償する。
すなわち、レベル検出手段が、前記信号のレベルを検出する。係数出力手段が、前記検出されたレベルに対応した係数を出力する。遅延手段が、前記出力された係数を遅延させる。差検出手段が、前記出力された係数と前記遅延させられた係数との差を検出する。乗算手段が、前記検出された差と前記信号とを乗算する。そして、前記乗算の結果が、直接的に或いは他の回路を介して間接的に、前記増幅器へ出力される。
従って、増幅器により増幅される対象となる信号のレベルに応じた係数の時間的な差分を用いて、メモリ効果の影響を効果的に補償することができる。
なお、メモリ効果の影響を補償する構成と、それ以外のAM−AM特性やAM−PM特性などの影響を補償する構成とが、組み合わされて用いられてもよい。
本発明に係るプリディストータでは、他の構成例として、次のような構成により、信号を増幅器により増幅するに際してメモリ効果により発生する歪を補償する。
すなわち、レベル検出手段が前記信号のレベルを検出する。振幅係数出力手段が、前記検出されたレベルに対応した振幅に関する係数を出力する。振幅係数遅延手段が、前記出力された振幅に関する係数を遅延させる。振幅係数差検出手段が、前記出力された振幅に関する係数と前記遅延させられた振幅に関する係数との差を検出する。振幅変化手段が、前記検出された振幅に関する係数の差に基づいて前記信号の振幅を変化させる。また、位相係数出力手段が、前記検出されたレベルに対応した位相に関する係数を出力する。位相係数遅延手段が、前記出力された位相に関する係数を遅延させる。位相係数差検出手段が、前記出力された位相に関する係数と前記遅延させられた位相に関する係数との差を検出する。位相変化手段が、前記検出された位相に関する係数の差に基づいて前記信号の位相を変化させる。そして、前記振幅の変化及び前記位相の変化を受けた後の前記信号が、直接的に或いは他の回路を介して間接的に、前記増幅器へ出力される。
従って、増幅器により増幅される対象となる信号のレベルに応じた振幅に関する係数の時間的な差分や位相に関する係数の時間的な差分を用いて、振幅や位相に関するメモリ効果の影響を効果的に補償することができる。
なお、メモリ効果の影響を補償する構成と、それ以外のAM−AM特性やAM−PM特性などの影響を補償する構成とが、組み合わされて用いられてもよい。
ここで、信号のレベルに対応した振幅に関する係数としては、例えば、メモリ効果により発生する振幅歪を低減することが可能な係数が用いられ、また、例えば、フィードバック制御などにより更新されてもよい。
また、信号のレベルに対応した位相に関する係数としては、例えば、メモリ効果により発生する位相歪を低減することが可能な係数が用いられ、また、例えば、フィードバック制御などにより更新されてもよい。
また、振幅変化手段としては、例えば、可変減衰器或いは可変増幅器を用いて構成することができる。
また、位相変化手段としては、例えば、可変位相器を用いて構成することができる。
また、増幅器により増幅される対象となる信号に対して振幅変化及び位相変化を与える順序としては、任意の順序が用いられてもよく、例えば、振幅変化後に位相変化が与えられてもよく、位相変化後に振幅変化が与えられてもよい。
第2図は、(a)、(b)、(c)は本発明の第1実施例に係るプリディストータにより得られる効果の一例を示す図である。
第3図は、本発明の第2実施例に係るプリディストータの構成例を示す図である。
第4図は、本発明の第3実施例に係るメモリ効果プリディストータの構成例を示す図である。
第5図は、本発明の第4実施例に係るプリディストータ付き増幅器の構成例を示す図である。
第6図は、プリディストータ付き増幅器の構成例を示す図である。
第7図は、プリディストータの構成例を示す図である。
第8図は、メモリ効果の影響を受けるトランジスタのモデルの一例を示す図である。
第9図は、電源電圧Vdsをパラメータとした増幅器の特性の一例を示す図である。
本実施例では、電源電圧変動が原因で発生する歪を補償するプリディストータや、このようなプリディストータを有したプリディストータ付き増幅器を示す。
メモリ効果の発生要因が寄生インダクタによって発生する電圧によるバイアス変動が生じるためであるとして、次のような原理を用いて補償を行う。
すなわち、上記した式1について、時間Δtが微小時間である場合には、式2のように表される。
この差分の変化に追従するために、本実施例では、テーブルの出力値を遅延させたものを、現時刻の出力値から減じた信号で、プリディストーション処理を行う。テーブルの初期値は、通常のプリディストータで用いられる歪補償係数と同様でよい。
このように、本実施例に係るプリディストータでは、歪補償特性を表す歪補償係数が格納されたテーブルから出力された制御信号を遅延させる機能を備え、現時刻におけるテーブルからの制御信号から遅延させた制御信号を減じた信号によってプリディストーション処理を行う。
第1図には、デジタル処理を行うプリディストータの構成例を示してある。
本例のプリディストータは、メモリ効果レスプリディストータ(メモリレスPD)1と、メモリ効果プリディストータ(メモリPD)2から構成されている。
メモリレスPD1は、エンベロープ検出器11と、メモリなどを用いて構成された歪補償テーブルであるルックアップテーブル(LUT)12と、複素乗算器13と、シフトレジスタなどから構成された遅延調整部14を備えている。
メモリPD2は、エンベロープ検出器21と、メモリなどを用いて構成された歪補償テーブルであるルックアップテーブル(LUT)22と、1サンプル分の遅延部23と、加算器24と、複素乗算器25と、加算器26と、シフトレジスタなどから構成された遅延調整部27及び遅延調整部28を備えている。
ここで、本例のプリディストータは、奇数次歪を補償するためのメモリレスPD1と、メモリ効果の影響を補償するためのメモリPD2との2つの部分からなり、それらを直列接続した構成となっている。なお、メモリレスPD1としては、例えば、メモリ効果の影響を補償しない従来の通常のプリディストータと同様なものを用いることができる。
第1図に示される構成では、最上段の左右を結ぶラインが主信号ラインであり、他は歪補償制御用のものである。
また、本例のプリディストータへの入力信号は、複素ベクトルから成るIQデジタルベースバンド信号であり、本例のプリディストータではI成分及びQ成分に対する処理が行われる。
メモリレスPD1により行われる動作の一例を示す。
本例のプリディストータへの入力信号は、メモリレスPD1のエンベロープ検出器11及び遅延調整部14に入力される。
エンベロープ検出器11は、入力信号の瞬時電力の平方根(エンベロープ)を振幅情報として検出し、当該検出結果をLUT12へ出力する。
LUT12は、入力信号の振幅情報を参照引数(アドレス)として対応付けて、AM−AM特性及びAM−PM特性に対して逆の特性(つまり、打ち消す特性)を有する歪補償係数をIQ複素ベクトルとして格納している。LUT12は、エンベロープ検出器11から入力される検出結果である入力信号の振幅情報に対応したアドレスに格納されたテーブル値(歪補償係数)を複素乗算器13へ出力する。
遅延調整部14は、入力信号を遅延させて複素乗算器13へ出力する。ここで、この遅延の量は、入力信号に対応するテーブル値が当該入力信号と同じタイミングで複素乗算器13に入力されるように調整される。
複素乗算器13は、入力信号とLUT12から入力される歪補償係数とを複素乗算し、当該複素乗算結果の信号をメモリPD2へ出力する。この複素乗算により、AM−AM特性及びAM−PM特性が補償される。
なお、LUT12のテーブル値は、例えば、種々知られている適応アルゴリズムを用いて、自動的に最適値に収束させることができる。
メモリPD2により行われる動作の一例を示す。
メモリレスPD1から入力される信号は、エンベロープ検出器21と、遅延調整部27に入力される。
エンベロープ検出器21は、例えばメモリレスPD1のエンベロープ検出器11と同様な機能を有しており、入力信号のエンベロープを振幅情報として検出し、当該検出結果をLUT22へ出力する。
LUT22は、入力信号の振幅情報を参照引数(アドレス)として対応付けて、メモリ効果により発生する歪に対して逆の特性(つまり、打ち消す特性)を生成できるような歪補償係数をIQ複素ベクトルとして格納している。LUT22は、エンベロープ検出器21から入力される検出結果である入力信号の振幅情報に対応したアドレスに格納されたテーブル値(歪補償係数)を遅延部23及び加算器24へ出力する。
遅延部23は、本例では信号を1サンプル時間分だけ遅延させる遅延素子などから構成されており、LUT22から入力される歪補償係数を1サンプル時間分だけ遅延させて加算器24へ出力する。
加算器24は、入力される2つの信号の差を計算する機能を有しており、LUT22から入力される歪補償係数から遅延部23から入力される歪補償係数を減算した結果(差分)を複素乗算器25へ出力する。この差分は、例えば第8図に示されるモデルが有するインダクタンス92で発生する微分に相当する。
遅延調整部27は、入力信号を遅延させて複素乗算器25及び遅延調整部28へ出力する。ここで、この遅延の量は、入力信号(複素乗算器13からの出力)に対応する加算器24からの出力が当該入力信号と同じタイミングで複素乗算器25に入力されるように調整される。
複素乗算器25は、加算器24から入力される歪補償係数の差分とメモリレスPD1からの入力信号(本例では、遅延調整部27からの入力信号)とを複素乗算し、当該複素乗算結果を加算器26へ出力する。この複素乗算結果では、例えば、メモリ効果によって発生する歪の逆特性が和の形で表され、ベースバンド偶数次歪が例えば第8図に示されるモデルが有するインダクタンス92の微分によって電源電圧を変動させ基本波を再変調して発生させた歪を補償する信号に相当する。
遅延調整部28は、入力信号を遅延させて加算器26へ出力する。ここで、この遅延の量は、入力信号(複素乗算器13からの出力)に対応する複素乗算器25からの出力が当該入力信号と同じタイミングで加算器26に入力されるように調整される。
加算器26は、メモリレスPD1からの入力信号(本例では、遅延調整部28からの入力信号)と複素乗算器25から入力される複素乗算結果の信号とを加算して出力する。この出力信号が、本例のプリディストータから出力される。
なお、時刻t、LUT22から出力される歪補償係数α(t)、遅延部23から出力される1サンプル分遅延した歪補償係数α(t−1)、メモリレスPD1からの入力信号X(t)を用いると、メモリPD2からの出力信号Y(t)は式3のように表される。
本例のプリディストータから出力される信号では、メモリレスPD1により補償対象となる増幅器のAM−AM特性及びAM−PM特性により発生する歪を補償するための特性が予め与えられるとともに、メモリPD2によりメモリ効果により発生する歪を補償するための特性が予め与えられており、これらの歪を補償することができる。
また、LUT22のテーブル値は、例えば、種々知られている適応アルゴリズムを用いて、自動的に最適値に収束させることができる。
第2図(a)、(b)、(c)には、本例のプリディストータにより得られる歪補償の効果について、実験結果のスペクトルの例を示してある。
それぞれのグラフでは、横軸は周波数を示しており、縦軸は信号の電力レベルを示している。また、それぞれにおいて、入力信号としては3Gpp Test Model 1の等レベル2キャリアが用いられており、歪補償が全く行われない場合である「PD無し(without any PD)」と、例えば第7図に示されるようにメモリPD2が無いプリディストータにより歪補償が行われた場合である「メモリPD無し(without memory PD)」と、本例のようにメモリPD2を有したプリディストータにより歪補償が行われた場合である「メモリPD有り(with memory PD)」について、スペクトルを示してある。
また、2つのキャリアについて、第2図(a)は5MHz離調の場合を示しており、第2図(b)は10MHz離調の場合を示しており、第2図(c)は15MHz離調の場合を示している。
いずれの場合においても、本例のプリディストータでは、メモリ効果の影響を5〜10dB補償しており、効果が得られている。
以上のように、本例のプリディストータでは、歪補償態様のパラメータ(歪補償係数)をメモリ効果による歪とそれ以外の歪(本例では、AM−AM特性及びAM−PM特性による歪)とで別個に設け、また、メモリ効果による歪とそれ以外の歪とでLUT12、22を完全に別体とし、メモリ効果用のLUT22からの読み出し値の時間差分を用いてメモリ効果の影響を補償することができる。本例では、例えば第8図に示されるモデルが有するインダクタンス92の影響による電源電圧変動の微分効果を補償するために、歪補償テーブル(LUT)22の係数の差分を用いている。
ここで、本例では、メモリレスPD1やメモリPD2において、エンベロープ検出器11、21により信号の振幅情報を検出してLUT12、22から歪補償係数を読み出す構成を示したが、他の構成例として、信号の電力情報を検出して、電力情報に基づいて歪補償係数を読み出す構成が用いられてもよい。
また、LUT12、22にテーブル値を格納する構成としては、例えば、様々な入力信号のレベル(振幅や電力)に対応してテーブル値が予め格納されるような構成が用いられてもよく、或いは、テーブル値を入力信号のレベルの関数として数式で表現して格納しておいて、テーブル値をその都度計算するような構成が用いられてもよい。
例えば、LUT12、22のテーブル内容をべき級数展開を用いて生成して、近似的な補間を行うこともでき、2次成分や4次成分や6次成分などといった偶数次成分から成る係数を生成することができる。具体例として、LUT12、22のテーブル値LUT(x)を、LUT(x) =1+Ax2+Bx4+Cx6+・・・とすることが可能である。ここで、xはLUT12、22のアドレス値であって入力信号の振幅(又は、電力)を量子化したものであり、また、A、B、Cは複素数でありそれぞれ偶数次数項の振幅及び位相を表現するパラメータである。
また、本例では、好ましい構成例として、メモリレスPD1とメモリPD2とを直列に接続した構成を示した。一般に、AM−AM特性及びAM−PM特性により発生する非線形歪の方がメモリ効果により発生する歪と比べて大きく、メモリレスPD1の方がメモリPD2と比べて信号の振幅を大きく補正し、メモリ効果は増幅器への入力(つまり、振幅と位相がプリディストーションにより補正された後の信号)に依存するため、本例の構成のように、シリアルで且つメモリレスPD1の後段にメモリPD2を配置すると最も良い特性が得られると考えられる。但し、LUT22は、エンベロープ検出器21の代わりにエンベロープ検出器11から振幅情報を得てもよい。
なお、本例のプリディストータでは、メモリPD2において、エンベロープ検出器21の機能によりレベル検出手段が構成されており、LUT22の機能により係数出力手段が構成されており、遅延部23の機能により遅延手段が構成されており、加算器24の機能により差検出手段が構成されており、複素乗算器25の機能により乗算手段が構成されており、加算器26の機能により合成手段が構成されている。
第3図には、デジタル処理を行うプリディストータの構成例を示してある。
なお、第1図に示されるのと同様な構成部については、同一の符号を付して示してある。
本例のプリディストータは、メモリ効果レスプリディストータ(メモリレスPD)1と、メモリ効果プリディストータ(メモリPD)3から構成されている。
ここで、メモリレスPD1の構成や動作は、例えば、第1図に示されるものと同様である。
本例のメモリPD3は、エンベロープ検出器21と、メモリなどを用いて構成された歪補償テーブルであるルックアップテーブル(LUT)31と、1サンプル分の遅延部32と、加算器33と、複素乗算器34と、シフトレジスタなどから構成された遅延調整部35を備えている。
本例のメモリPD3により行われる動作の一例を示す。
メモリレスPD1から入力される信号は、エンベロープ検出器21と、遅延調整部35に入力される。
エンベロープ検出器21は、例えば第1図に示されるのと同様な機能を有しており、入力信号のエンベロープを振幅情報として検出し、当該検出結果をLUT31へ出力する。
LUT31は、入力信号の振幅情報を参照引数(アドレス)として対応付けて、メモリ効果により発生する歪に対して逆の特性(つまり、打ち消す特性)を生成できるような歪補償係数をIQ複素ベクトルとして格納している。LUT31は、エンベロープ検出器21から入力される検出結果である入力信号の振幅情報に対応したアドレスに格納されたテーブル値(歪補償係数)を遅延部32及び加算器33へ出力する。
遅延部32は、本例では信号を1サンプル時間分だけ遅延させる遅延素子などから構成されており、LUT31から入力される歪補償係数を1サンプル時間分だけ遅延させて加算器33へ出力する。
加算器33は、入力される2つの信号の差を計算する機能を有しており、LUT31から入力される歪補償係数から遅延部32から入力される歪補償係数を減算した結果(差分)を複素乗算器34へ出力する。
遅延調整部35は、入力信号を遅延させて複素乗算器34へ出力する。ここで、この遅延の量は、入力信号(複素乗算器13からの出力)に対応する加算器33からの出力が当該入力信号と同じタイミングで複素乗算器34に入力されるように調整される。
複素乗算器34は、加算器33から入力される歪補償係数の差分とメモリレスPD1からの入力信号(本例では、遅延調整部35からの入力信号)とを複素乗算し、当該複素乗算結果を出力する。この出力信号が、本例のプリディストータから出力される。
なお、時刻t、LUT31から出力される歪補償係数β(t)、遅延部32から出力される1サンプル分遅延した歪補償係数β(t−1)、メモリレスPD1からの入力信号X(t)を用いると、メモリPD3からの出力信号Y(t)は式4のように表される。
上記した式3と式4とが等しいとすると、{1+α(t)−α(t−1)}={β(t)−β(t−1)}となる。
また、LUT31のテーブル値は、例えば、種々知られている適応アルゴリズムを用いて、自動的に最適値に収束させることができる。
以上のように、本例のプリディストータでは、歪補償態様のパラメータ(歪補償係数)をメモリ効果による歪とそれ以外の歪(本例では、AM−AM特性及びAM−PM特性による歪)とで別個に設け、また、メモリ効果による歪とそれ以外の歪とでLUT12、31を完全に別体とし、メモリ効果用のLUT31からの読み出し値の時間差分を用いてメモリ効果の影響を補償することができる。本例では、例えば第8図に示されるモデルが有するインダクタンス92の影響による電源電圧変動の微分効果を補償するために、歪補償テーブル(LUT)31の係数の差分を用いている。
なお、本例のプリディストータでは、メモリPD3において、エンベロープ検出器21の機能によりレベル検出手段が構成されており、LUT31の機能により係数出力手段が構成されており、遅延部32の機能により遅延手段が構成されており、加算器33の機能により差検出手段が構成されており、複素乗算器34の機能により乗算手段が構成されている。
第4図には、アナログ処理を行ってメモリ効果の影響を補償するメモリ効果プリディストータの構成例を示してある。
本例のメモリ効果プリディストータでは、中間周波数(IF:Intermediate Frequency)帯や無線周波数(RF:Radio Frequency)帯の入力信号に対してプリディストーション処理を行うことができる。
本例のメモリ効果プリディストータは、例えばログアンプなどから構成された電力検出素子41と、A/D(Analog to Digital)変換器42を備えており、また、振幅制御用として、メモリなどを用いて構成された歪補償テーブルであるルックアップテーブル(LUT)43と、1サンプル分の遅延部44と、加算器45と、D/A(Digital to Analog)変換器46と、振幅を変調する可変減衰器47を備えており、また、位相制御用として、メモリなどを用いて構成された歪補償テーブルであるルックアップテーブル(LUT)51と、1サンプル分の遅延部52と、加算器53と、D/A変換器54と、位相を変調する可変位相器55を備えている。また、本例のメモリ効果プリディストータは、遅延線48及び遅延線56を備えている。
本例のメモリ効果プリディストータにより行われる動作の一例を示す。
本例のメモリ効果プリディストータへの入力信号は、電力検出素子41に入力されるとともに、遅延線48を介して可変減衰器47に入力される。
電力検出素子41は、入力信号の電力を検出し、当該検出結果をA/D変換器42へ出力する。
A/D変換器42は、電力検出素子41から入力される検出結果の信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換して、振幅制御用のLUT43及び位相制御用のLUT51へ出力する。
振幅制御用のLUT43は、入力信号の電力情報を参照引数(アドレス)として対応付けて、メモリ効果により発生する振幅歪に対して逆の特性(つまり、打ち消す特性)を生成できる歪補償係数(振幅の歪補償特性)を格納している。振幅制御用のLUT43は、A/D変換器42から入力される検出結果である入力信号の電力情報に対応したアドレスに格納されたテーブル値(歪補償係数)を遅延部44及び加算器45へ出力する。
振幅制御用の遅延部44は、本例では信号を1サンプル時間分だけ遅延させる遅延素子などから構成されており、LUT43から入力される歪補償係数を1サンプル時間分だけ遅延させて加算器45へ出力する。
振幅制御用の加算器45は、入力される2つの信号の差を計算する機能を有しており、LUT43から入力される歪補償係数から遅延部44から入力される歪補償係数を減算した結果(差分)をD/A変換器46へ出力する。
振幅制御用のD/A変換器46は、加算器45から入力される差分の信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換して、可変減衰器47へ出力する。
遅延線48は、入力信号を遅延させて可変減衰器47へ出力する。ここで、この遅延の量は、入力信号に対応する振幅制御用信号(D/A変換器46からの出力)が当該入力信号と同じタイミングで可変減衰器47に入力されるように調整される。
可変減衰器47は、D/A変換器46から入力される信号(例えば、信号の電力)に従った減衰量で、本例のメモリ効果プリディストータへの入力信号(本例では、遅延線48からの入力信号)を減衰させて、当該減衰後の信号を遅延線56を介して可変位相器55へ出力する。
位相制御用のLUT51は、入力信号の電力情報を参照引数(アドレス)として対応付けて、メモリ効果により発生する位相歪に対して逆の特性(つまり、打ち消す特性)を生成できる歪補償係数(位相の歪補償特性)を格納している。位相制御用のLUT51は、A/D変換器42から入力される検出結果である入力信号の電力情報に対応したアドレスに格納されたテーブル値(歪補償係数)を遅延部52及び加算器53へ出力する。
位相制御用の遅延部52は、本例では信号を1サンプル時間分だけ遅延させる遅延素子などから構成されており、LUT51から入力される歪補償係数を1サンプル時間分だけ遅延させて加算器53へ出力する。
位相制御用の加算器53は、入力される2つの信号の差を計算する機能を有しており、LUT51から入力される歪補償係数から遅延部52から入力される歪補償係数を減算した結果(差分)をD/A変換器54へ出力する。
位相制御用のD/A変換器54は、加算器53から入力される差分の信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換して、可変位相器55へ出力する。
遅延線56は、入力信号(可変減衰器47から出力)を遅延させて可変位相器55へ出力する。ここで、この遅延の量は、入力信号(可変減衰器47から出力)に対応する位相制御用信号(D/A変換器54からの出力)が当該入力信号と同じタイミングで可変位相器55に入力されるように調整される。
可変位相器55は、D/A変換器54から入力される信号(例えば、信号の電力)に従った位相変化量で、可変減衰器47から入力される信号(本例では、遅延線56からの入力信号)の位相を変化させて、当該位相変化後の信号を出力する。この出力信号は、本例のメモリ効果プリディストータから出力される。
以上のように、本例のメモリ効果プリディストータでは、振幅制御用のLUT43からの読み出し値の時間差分を用いて振幅に関するメモリ効果の影響を補償することができるとともに、位相制御用のLUT51からの読み出し値の時間差分を用いて位相に関するメモリ効果の影響を補償することができる。また、更に、メモリ効果以外の振幅歪及び位相歪(本例では、AM−AM特性による歪及びAM−PM特性による歪)を補償する処理部を前段に直列に設けることなどにより、メモリ効果による歪とそれ以外の歪の両方を補償することができる。
ここで、本例では、電力検出素子41により信号の電力情報を検出してLUT43、51から歪補償係数を読み出す構成を示したが、他の構成例として、信号の振幅情報を検出して、振幅情報に基づいて歪補償係数を読み出す構成が用いられてもよい。
また、振幅制御用のLUT43のテーブル値や位相制御用のLUT51のテーブル値は、例えば、種々知られている適応アルゴリズムを用いて、自動的に最適値に収束させることができる。
なお、本例のプリディストータでは、電力検出素子41の機能によりレベル検出手段が構成されており、LUT43の機能により振幅係数出力手段が構成されており、遅延部44の機能により振幅係数遅延手段が構成されており、加算器45の機能により振幅係数差検出手段が構成されており、可変減衰器47の機能により振幅変化手段が構成されており、LUT51の機能により位相係数出力手段が構成されており、遅延部52の機能により位相係数遅延手段が構成されており、加算器53の機能により位相係数差検出手段が構成されており、可変位相器55の機能により位相変化手段が構成されている。
第5図には、プリディストーション方式により歪を補償する機能を有した増幅器(プリディストータ付き増幅器)の構成例を示してある。
本例のプリディストータ付き増幅器は、プリディストータ61と、D/A変換器62と、アップコンバータ63と、電力増幅器64と、方向性結合器65と、ミキサ66と、バンドパスフィルタ(BPF:Band Pass Filter)67と、A/D変換器68と、制御部69を備えている。
ここで、プリディストータ61としては、例えば、第1図に示されるプリディストータや、第3図に示されるプリディストータのように、デジタル処理を行って、メモリ効果による歪とその他の歪との両方を補償するものが用いられている。なお、他の構成例として、第4図に示されるようなメモリ効果プリディストータを有したプリディストータを、アナログ処理を行うプリディストータとして使用することも可能である。
本例のプリディストータ付き増幅器により行われる動作の一例を示す。
本例のプリディストータ付き増幅器への入力信号は、プリディストータ61に入力される。
プリディストータ61は、プリディストーション方式により入力信号に対して歪(予歪)を発生させて、当該歪発生後の信号をD/A変換器62へ出力する。
D/A変換器62は、プリディストータ61から入力される信号をデジタル信号からアナログ信号へ変換して、アップコンバータ63へ出力する。
アップコンバータ63は、D/A変換器62から入力される信号の周波数帯をRF帯へ周波数変換するアップコンバートを行い、当該周波数変換後の信号を電力増幅器64へ出力する。
電力増幅器64は、アップコンバータ63から入力される信号を増幅して出力する。この出力信号は、本例のプリディストータ付き増幅器から出力される。また、電力増幅器64において発生する歪が、プリディストータ61により発生させられた歪と打ち消しあって、低減(補償)される。
方向性結合器65は、電力増幅器64から出力される増幅信号の一部を抽出して、ミキサ66へ出力する。この抽出信号は、プリディストータ61を制御するためのフィードバック信号として用いられる。
ミキサ66は、所定の周波数(ローカル周波数)の信号を入力して、当該信号と方向性結合器65から入力される信号とを混合させることで、方向性結合器65から入力される信号の周波数帯をベースバンド帯へ周波数変換するダウンコンバートを行い、当該周波数変換後の信号をバンドパスフィルタ67へ出力する。
バンドパスフィルタ67は、ミキサ66から入力される信号から不要波を除去して、当該不要波除去後の信号をA/D変換器68へ出力する。
A/D変換器68は、バンドパスフィルタ67から入力される信号をアナログ信号からデジタル信号へ変換して、制御部69へ出力する。
制御部69は、A/D変換器68から入力される信号に基づいて、例えば、増幅信号に含まれる歪の電力を測定して小さくさせる手法や或いは増幅器への入力前の信号と増幅信号とを比較して歪による誤差を求めて小さくさせる手法などを用いて、プリディストータ61が有する歪補償テーブルのテーブル値(なお、数式を用いている場合にはその係数など)を、逐次、温度変化や経年変化などに適応させるように制御する。
なお、本例のプリディストータ61として第1図のものを用いた場合、メモリ効果による歪とそれ以外の歪(本例では、AM−AM特性及びAM−PM特性による歪)とをそれぞれLUT22とLUT12を独立に適応更新することで補償することができる。この場合に、プリディストータ61により歪補償を行う態様を、温度変化や経年変化などに適応するように制御することができる。特にLUT22の適応更新では、メモリ効果による歪を検出してそれを減少させるような制御がのぞましく、例えば帯域外に現れる相互変調歪のUpper側とLower側との電力の差(アンバランス量)を検出し、その量を最小にするように制御してもよい。
ここで、本発明に係るプリディストータやプリディストータ付き増幅器などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々な装置やシステムとして提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るプリディストータやプリディストータ付き増幅器などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
Claims (3)
- 信号を増幅器により増幅するに際してメモリ効果により発生する歪を補償するプリディストータにおいて、
前記信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
前記検出されたレベルに対応した係数を出力する係数出力手段と、
前記出力された係数を遅延させる遅延手段と、
前記出力された係数と前記遅延させられた係数との差を検出する差検出手段と、
前記検出された差と前記信号とを乗算する乗算手段と、
前記乗算の結果と前記信号とを合成する合成手段と、を備え、
前記合成の結果が前記増幅器へ出力される、
ことを特徴とするプリディストータ。 - 信号を増幅器により増幅するに際してメモリ効果により発生する歪を補償するプリディストータにおいて、
前記信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
前記検出されたレベルに対応した係数を出力する係数出力手段と、
前記出力された係数を遅延させる遅延手段と、
前記出力された係数と前記遅延させられた係数との差を検出する差検出手段と、
前記検出された差と前記信号とを乗算する乗算手段と、を備え、
前記乗算の結果が前記増幅器へ出力される、
ことを特徴とするプリディストータ。 - 信号を増幅器により増幅するに際してメモリ効果により発生する歪を補償するプリディストータにおいて、
前記信号のレベルを検出するレベル検出手段と、
前記検出されたレベルに対応した振幅に関する係数を出力する振幅係数出力手段と、
前記出力された振幅に関する係数を遅延させる振幅係数遅延手段と、
前記出力された振幅に関する係数と前記遅延させられた振幅に関する係数との差を検出する振幅係数差検出手段と、
前記検出された振幅に関する係数の差に基づいて前記信号の振幅を変化させる振幅変化手段と、
前記検出されたレベルに対応した位相に関する係数を出力する位相係数出力手段と、
前記出力された位相に関する係数を遅延させる位相係数遅延手段と、
前記出力された位相に関する係数と前記遅延させられた位相に関する係数との差を検出する位相係数差検出手段と、
前記検出された位相に関する係数の差に基づいて前記信号の位相を変化させる位相変化手段と、を備え、
前記振幅の変化及び前記位相の変化を受けた後の前記信号が前記増幅器へ出力される、
ことを特徴とするプリディストータ。
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