JPWO2007049474A1 - プリディストーション方式歪補償増幅装置 - Google Patents

Abstract

バースト信号送信時においても、歪補償テーブルを間違った値に更新することがない歪補償増幅装置を提供する。増幅部１０４からの帰還信号データがメモリ１０５に取り込まれると、バースト検出部１０６は、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに基づいて、各キャリアパワーを算出し、各キャリアパワーの算出値と各キャリアパワーの基準値との差を求め、算出値と基準値との差が、所定の閾値より大きいか否かを判別する。判別の結果、全てのキャリアについて、基準値と算出値との差が所定の閾値以下であった場合は、算出されたキャリアパワーを新たな基準値として設定する。一方、１キャリアでも算出値と基準値との差が所定の閾値を超えていた場合は、現在の帰還信号データに基づいた歪補償テーブル１０２の更新は行わず、今回取得した帰還信号データを不採用として、帰還信号データの再取得を行う。

Description

本発明は、増幅部の非線形特性の逆特性を増幅対象信号に予め与えて、増幅部で生じる歪を補償するプリディストーション方式歪補償装置に関する。

Ｗ−ＣＤＭＡ（Wide-band Code Division Multiple Access：広帯域符号分割多元接続）方式などを採用した移動通信システムにおいては、基地局装置は、物理的に遠く離れた移動局装置まで、無線信号を到達させる必要があり、増幅器で送信信号を大幅に増幅している。
しかしながら、増幅器は、アナログデバイスであるため、その入出力特性は非線形なものとなる。
特に、飽和点と呼ばれる増幅限界以降では、増幅器に入力される電力が増大しても出力電力がほぼ一定となり、この非線形性によって、増幅後の送信信号に非線形歪が発生する。
そのため、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って低レベルに抑えられているが、増幅器通過後の信号では、非線形歪の発生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ことになる。
ところが、基地局装置では、上記した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、このような隣接チャネル漏洩電力をいかにして削減するかが大きな問題となっている。
このような増幅器で発生する非線形歪に対する歪補償方式としては、フィードフォワード方式やプリディストーション方式などがあるが、最近では増幅効率を重要視するため、プリディストーション方式が主流になりつつある。
プリディストーション方式とは、増幅器の非線形特性であるＡＭ−ＡＭ（振幅）変換、ＡＭ−ＰＭ（位相）変換の逆特性を増幅器の入力信号に予め与えることにより、増幅器で発生する歪を補償して、出力信号における歪をなくそうとするものである。

前述したように、増幅器は、アナログデバイスであるため、環境変化や経年変化により入出力特性が変化する。
そのため、プリディストータで入力信号に与えるべき予歪も変化することになる。
このような環境変化や経年変化に対応するために、歪補償テーブルに格納されているプリディストータを制御するための制御値を適宜更新し、プリディストータで送信信号に与える予歪を、変化後の増幅器の入出力特性に適応させる必要がある。

歪補償テーブルの更新方法の１つとして、増幅器から出力された送信信号を帰還し、その帰還信号に基づいて、歪補償テーブルを更新するという方法がある。
例えば、帰還信号から歪を検出し、当該歪がなくなるように摂動法を用いて歪補償テーブルの更新を行う。
なお、摂動法とは、歪補償テーブルに格納されている制御値を微少量（摂動量）変化させることによって歪補償テーブルの仮更新を行い、仮更新の結果、歪量が減少すれば仮更新を有効とし、歪量が減少しなければ、仮更新を無効として、歪補償テーブルの値を仮更新前の値に戻すこと等を繰り返すことによって、歪補償テーブルの更新を行う方法である。

しかしながら、摂動法を用いて歪補償テーブルの更新を行う歪補償増幅器では、バースト信号送信時に歪補償テーブルの更新処理を行うと、歪補償テーブルは間違った値に更新されてしまう可能性がある。
これは、バースト信号のＯＮ／ＯＦＦによって、発生する歪の大きさが異なり、出力が低いから歪が小さくなったのか、歪補償テーブルの更新によって歪が小さくなったかが区別できないからである。
歪補償テーブルを間違った値に更新してしまった状態で通常の安定したレベルの送信を行うと、適切な歪補償が行えず、結果として出力信号に大きな歪が発生し得る。

なお、特開２００３−７８３６０号公報には、歪補償テーブルを複数のブロックに等分割し、各ブロック単位で、送信出力歪がなくなるように摂動法を用いて、歪補償テーブルの更新を行うプリディストーション型歪補償回路が開示されている。
特開２００３−７８３６０号公報

本発明の目的は、バースト信号送信時においても、歪補償テーブルを間違った値に更新することがない歪補償増幅装置を提供することにある。

本発明に係る歪補償増幅装置は、歪補償を行うためのプリディストータと、前記プリディストータによって歪が与えられた増幅対象信号を増幅する増幅部と、前記増幅部からの帰還信号レベルの変動量を監視するバースト検出部と、前記増幅部からの帰還信号に基づいて、前記プリディストータを制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

この場合において、前記制御部は、前記帰還信号レベルの変動量が所定の範囲内にある場合に、前記帰還信号に基づいて、前記プリディストータを制御するための制御値を更新するようにしてもよい。

本発明によれば、バースト信号送信時においても、歪補償テーブルを間違った値に更新することがなくなる。

本発明による歪補償増幅装置の構成を示す図である。 バースト検出部の処理の流れを示す図である。 別のバースト検出部の処理の流れを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明による歪補償増幅装置の構成を示す図である。

同図に示すように、本発明による歪補償増幅装置１００は、電力検出部１０１と、歪補償テーブル１０２と、プリディストータ１０３と、増幅部１０４と、メモリ１０５と、バースト検出部１０６と、制御部１０７とを備える。

なお、プリディストーション方式には、どの周波数帯（例えば、ベースバンド、ＩＦ、ＲＦ）で処理を行うかや、処理をデジタルで行うかアナログで行うかなどによって様々な実施形態が考えられるが、本発明はどのような種類のものでも適用できるため、図１では、本発明を理解するのに必要な基本的な構成要素のみ示している。
従って、実際の実施形態においては、Ｄ／Ａ変換器、直交変調部、アップコンバータ、フィルタ、ダウンコンバータ、発振器、フィルタ、直交復調部、Ａ／Ｄ変換器などが適宜用いられる。

電力検出部１０１は、入力端子１１０から入力される増幅対象信号の電力（又は振幅）を検出するものであり、検出した電力値を歪補償テーブル１０２に対して出力する。

歪補償テーブル１０２は、メモリなどで構成され、プリディストーション方式で歪補償を行うための制御値を、増幅対象信号の電力値に対応付けて（すなわち、電力値に対応するアドレスに）格納するものである。
歪補償テーブル１０２は、補償対象となる増幅部１０４の非線形特性の逆特性を与えるものであり、一般に、増幅対象信号の電力（又は振幅）を指標とするＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性で表される。

プリディストータ１０３は、歪補償テーブル１０２から読み出される制御値に従って、増幅対象信号の振幅及び位相を制御することにより、増幅対象信号に予め歪を与えるものである。

増幅部１０４は、プリディストータ１０３で予め歪を与えられた増幅対象信号の増幅を行うものである。
増幅部１０４で発生する非線形歪により、プリディストータ１０３で予め与えられた予歪が相殺され、出力信号は歪のない信号となる。

メモリ１０５は、増幅部１０４からの帰還信号データを順次蓄えるものである。

バースト検出部１０６は、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに基づいて、バースト信号の検出を行うものである。
より具体的には、バースト検出部１０６は、帰還信号レベルの変動量を監視し、帰還信号レベルの急激な変動を検出する。
例えば、バースト検出部１０６は、キャリア電力の変動量を監視し、設定した閾値を超えたキャリア電力の変動量の発生を検知すると、必要に応じて、その旨を制御部１０７に通知する。
キャリア電力の変動量とは、基準とするキャリア電力と今回取得したキャリア電力の差である。

制御部１０７は、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに基づいて、歪検出、予歪の算出、歪補償テーブル１０２の更新等を行い、歪補償テーブル１０２の適応制御を行うものである。
制御部１０７は、例えば、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに対し、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行い、時間軸上のデータから周波数軸上のデータに変換し、相互変調歪の発生する周波数帯の電力を算出することで歪の検出を行い、摂動法を用いて歪補償テーブル１０２の更新を行う。
制御部１０７は、バースト検出部１０６からキャリア電力の変動量が所定の閾値を超えた旨が通知されると、現在の帰還信号データに基づいた歪補償テーブル１０２の更新は行わず、必要に応じて、帰還信号データの再取得を行う。

図２は、バースト検出部１０６における処理の流れを示す図である。

同図に示すように、帰還信号データがメモリ１０５に取り込まれると、バースト検出部１０６は、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに基づいて、各キャリアパワーを算出する（Ｓ２０１）。
キャリアパワーは、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに対して、ＦＦＴを行い、時間軸上のデータから周波数軸上のデータに変換し、各キャリアが送信されている周波数の帯域電力として算出する。

次に、各キャリアパワーの基準値と、算出された各キャリアパワーをそれぞれ比較する（Ｓ２０２）。
より具体的には、基準値と算出値との比を求め、この比が、所定の範囲内にあるか否かを判別する。
例えば、基準値と算出値との比は、値の大きい方を、値の小さい方で除算することにより、ｅｘｐ｜ｌｏｇ（基準値）−ｌｏｇ（算出値）｜として求められ、さらに、算出された比は、閾値と値が比較される。

また、基準値と算出値との差と比較される閾値は、通常の安定したレベルを送信している場合のキャリアパワーがばらつく範囲よりも大きい値が適宜選択される。
具体的には、この閾値は、以下のように設定される。
まず、通常の安定したレベルの信号が送信され、この信号のキャリアパワーが、１つのサンプル区間ごとに、複数ずつサンプリングされる。
このようにサンプリングされたキャリアパワーの値と、１サンプル区間前のキャリアパワーの値とが除算され、キャリアパワー差（比）のデータが作成され、このデータの最大値が閾値とされる。

例えば、キャリアパワーの値が［２１３，２１４，１９７，１５０，２４０］であるときに、キャリアパワー差のデータは、［１．００，１．０９，１．３１，１．６０］となるので、これらの内の最大値（１．６０）が、閾値とされる。
なお、ここでは、説明の具体化・明確化のために、キャリアパワーのサンプル数が５である場合が例示されているが、実際には、閾値の設定のために用いられるキャリアパワーのサンプル数は、数百から数千個となる（ただし、送信ＯＦＦの期間を含まない）。
このような閾値の設定により、通常の安定したレベルで信号を送信しているときには、帰還データの再取得が起きないので、歪補償テーブルの収束時間に悪い影響が生じない。
なお、閾値は、想定される送信信号（ＩＳ−９５／ＵＭＴＳなど）を用いて、予め決定されていてもよく、あるいは、運用開始時や、運用中に、定期的に設定されてもよい。

判別の結果、全てのキャリアについて、基準値と算出値との比が所定の閾値以下であった場合は（Ｓ２０２：Ｎｏ）、算出されたキャリアパワーを新たな基準値として設定し（Ｓ２０６）、再取得回数を０にクリアして（Ｓ２０７）、処理を終了する。
そして、制御部１０７によって、通常通り、歪検出、歪補償テーブル１０２の更新を行う。

一方、１キャリアでも差が閾値を超えていた場合は（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、再取得回数を１つカウントアップし（Ｓ２０３）、再取得回数が所定の設定回数（閾値）を超えたか否かを判別する（Ｓ２０４）。
すなわち、帰還信号データの再取得が所定回数以上連続して行われているか否かを判別する。
判別の結果、再取得回数が所定の設定回数以下であった場合は（Ｓ２０４：Ｎｏ）、現在の帰還信号データに基づいた歪補償テーブル１０２の更新は行わず、今回取得した帰還信号データを不採用として、帰還信号データの再取得を行い、再度、キャリアパワーの算出を行う（Ｓ２０１）。
一方、再取得回数が所定の設定回数を超えていた場合は（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、バーストの検出を制御部１０７に通知する（Ｓ２０５）。
そして、算出されたキャリアパワーを新たな基準値として設定し（Ｓ２０６）、再取得回数を０にクリアして（Ｓ２０７）、処理を終了する。
そして、制御部１０７によって、通常通り、歪検出、歪補償テーブル１０２の更新を行う。

以上のような処理を行うことにより、歪検出に使用する帰還信号データのキャリア電力を所定の範囲内に限定し、安定させることができ、安定レベル送信時の歪の収束時間に影響を与えることなく、歪補償テーブル１０２の更新を行えるようになる。
また、バースト信号が検出された場合でも、帰還信号データの再取得を行なっているために歪補償テーブル１０２の更新が停止しているのであって、アルゴリズム自体は動作しているため、ＩＰＤＬ（Idle Periods create in the Down Link）のようなバースト信号のＯＮ区間がＯＦＦ区間に比べて十分長い信号であれば、バースト信号でも歪補償テーブル１０２の更新を行い、歪補償を行うことが可能となる。

次に、バースト検出部１０６の別の実施形態について説明する。

図３は、歪検出の精度を向上させるために、平均化を行ってから歪補償テーブル１０２の更新を行う場合のバースト検出部１０６の処理の流れを示す図である。

同図に示すように、まず、バースト検出部１０６は、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに基づいて、各キャリアパワーを算出する（Ｓ３０１）。
キャリアパワーは、メモリ１０５に蓄えられた帰還信号データに対して、ＦＦＴを行い、時間軸上のデータから周波数軸上のデータに変換し、各キャリアが送信されている周波数の帯域電力として算出する。

次に、各キャリアパワーの基準値と、算出された各キャリアパワーをそれぞれ比較する（Ｓ３０２）。
より具体的には、基準値と算出値との比を求め、基準値と算出値との比が、所定の範囲内にあるか否かを判別する。

判別の結果、全てのキャリアについて、基準値と算出値との比が所定の範囲内であった場合は（Ｓ３０２：Ｎｏ）、算出されたキャリアパワーを新たな基準値として設定し（Ｓ３０７）、計算回数を１つカウントアップし（Ｓ３０８）、再取得回数を０にクリアして（Ｓ３０９）、計算回数が所定の平均化回数を超えているか否かを判別する（Ｓ３１０）。

判別の結果、計算回数が所定の平均化回数以下であった場合は（Ｓ３１０：Ｎｏ）、計算回数が所定の平均化回数を超えるまで、キャリアパワーの算出処理Ｓ３０１以下の処理を繰り返す。
一方、計算回数が所定の平均化回数を超えていた場合は（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、計算回数を０にクリアして（Ｓ３１１）、処理を終了する。

一方、１キャリアでも基準値と算出値との差が所定の閾値を超えていた場合は（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、再取得回数を１つカウントアップし（Ｓ３０３）、再取得回数が所定の設定回数（閾値）を超えたか否かを判別する（Ｓ３０４）。
判別の結果、再取得回数が所定の設定回数以下であった場合は（Ｓ３０４：Ｎｏ）、現在の帰還信号データに基づいた歪補償テーブル１０２の更新は行わず、今回取得した帰還信号データを不採用として、帰還信号データの再取得を行い、再度、キャリアパワーの算出を行う（Ｓ３０１）。
一方、再取得回数が所定の設定回数を超えていた場合は（Ｓ３０４：Ｙｅｓ）、計算回数が０であるか否かを判別する（Ｓ３０５）。
判別の結果、計算回数が０でなかった場合は（Ｓ３０５：Ｎｏ）、計算回数を０にクリアして（Ｓ３１２）、キャリアパワーの算出処理Ｓ３０１以下の処理を繰り返す。

一方、計算回数が０であった場合は（Ｓ３０５：Ｙｅｓ）、バーストの検出を制御部１０７に通知する（Ｓ３０６）。
そして、算出されたキャリアパワーを新たな基準値として設定し（Ｓ３０７）、計算回数を１つカウントアップし（Ｓ３０８）、再取得回数を０にクリアして（Ｓ３０９）、計算回数が所定の平均化回数を超えているか否かを判別する（Ｓ３１０）。

判別の結果、計算回数が所定の平均化回数以下であった場合は（Ｓ３１０：Ｎｏ）、計算回数が所定の平均化回数を超えるまで、キャリアパワーの算出処理Ｓ３０１以下の処理を繰り返す。
一方、計算回数が所定の平均化回数を超えていた場合は（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、計算回数を０にクリアして（Ｓ３１１）、処理を終了する。

以上のような処理を行うことにより、歪検出の精度を向上させることができる。
また、この場合、平均化する時間はバースト信号の周期より短くても、正常に歪補償を行うことができる。
一方、例えば、バースト信号送信時であっても歪補償を行うために、帰還信号データを長時間に渡って取得し、バーストＯＮ／ＯＦＦで生じる歪のばらつきを平滑化するような構成を採用した場合、想定するバースト信号の周期以上の時間で平均化を行う必要があるため、処理速度が低下し、歪の収束時間が長くなってしまう。

以上、説明したように、本発明においては、同程度のキャリア電力である帰還信号データの取得を行い、歪補償テーブルの更新を行うので、安定レベル送信時の収束時間に悪影響を与えることなく、また、バースト信号送信時においても歪補償テーブルを間違った値に更新することがなくなる。

また、本発明においては、帰還信号データを用いてバーストの判定を行うため、バースト検出部の追加のみで実現できる。
一方、例えば、送信レベルの変動によりバーストか否かの判断を行い、バースト状態の場合には歪補償テーブルの更新を停止するような構成を採用した場合、送信レベルを測定する回路と、バースト信号であると判定する回路、送信レベルを測定するデータと帰還信号データを同期させる回路が必要となる。

なお、上述した実施形態においては、制御部１０７が、歪みを検出するためのＦＦＴを行い、バースト検出部１０６が、キャリアパワーを測定するためのＦＦＴを行う場合が具体例とされたが、この実施形態を、ＦＦＴが、これらの部分で共通に行われ、その結果が、制御部１０７およびバースト検出部１０６がそれぞれにより用いられる要に変形することもできる。
この変形により、検出感度に生じうる偏差（ばらつき）が解消されうる。

本発明は、増幅部で生じる歪を補償するプリディストーション方式歪補償装置として利用可能である。

符号の説明

１００・・・歪補償増幅装置
１０１・・・電力検出部
１０２・・・歪補償テーブル
１０３・・・プリディストータ
１０４・・・増幅部
１０５・・・メモリ
１０６・・・バースト検出部
１０７・・・制御部
１１０・・・入力端子

Claims (2)

1. 歪補償を行うプリディストータと、
   前記プリディストータによって歪が与えられた増幅対象信号を増幅する増幅部と、
   前記増幅部からの帰還信号レベルの変動量を監視するバースト検出部と、
   前記増幅部からの帰還信号に基づいて、前記プリディストータを制御する制御部と
   を有する歪補償増幅装置。
2. 前記制御部は、前記帰還信号レベルの変動量が所定の範囲内にある場合に、前記帰還信号に基づいて、前記プリディストータを制御するための制御値を更新する
   請求項１に記載の歪補償増幅装置。

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