JP2005073032A

JP2005073032A - 歪補償増幅装置及び歪補償方法

Info

Publication number: JP2005073032A
Application number: JP2003301305A
Authority: JP
Inventors: Naoki Motoe; 直樹本江
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Kokusai Denki Electric Inc
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】曲線補間により変曲点を含む歪特性を補償する。
【解決手段】入力信号の電力を検出する検出部１１と、電力値と予歪量とを対応付けて記憶し、前記検出部の出力に基づいて予歪量を出力する歪補償テーブル１２と、出力された予歪量に基づいて前記入力信号を歪ませる歪手段（１３１、１３２）と、歪手段で歪まされた入力信号を増幅して出力する増幅部２と、増幅部２の出力と入力信号とに基づいて歪補償テーブル１２の更新を行う制御部１４とを備える歪補償増幅装置であって、制御部１４は、歪補償テーブル手段１２が記憶する複数の点を、一部が重複する複数の区間において曲線補間し、前記曲線補間にて得られる夫々の曲線を結合することにより前記歪補償テーブル手段が記憶する点を更新することを特徴とする歪補償増幅装置。
【選択図】図７

Description

本発明は歪補償増幅装置に関し、特に、歪補償係数を補間する歪補償増幅装置に関する。

例えばＷ−ＣＤＭＡ（Wide-band Code Division Multiple Access：広帯域符号分割多元接続）方式を移動通信方式として採用する移動通信システムに備えられた基地局装置では、物理的に遠く離れた移動局装置の所まで無線信号を到達させる必要があるため、信号を増幅器で大幅に増幅することが必要となる。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関数となる。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る。そして、この非線形な出力によって非線形歪が発生させられる。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が発生して希望信号帯域外（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削減するかが大きな問題となっている。歪補償方式の一つにプリディストーション方式があり、近年では増幅効率を重要視するため、フィードフォワード方式に変わり主流になりつつある。プリディストーション方式は増幅器の非線形特性であるＡＭ−ＡＭ変換、ＡＭ−ＰＭ変換の逆特性を増幅器入力信号に予め与えることにより、増幅器の出力信号の歪を補償する方式である。

図１に、プリディストーション方式を用いた増幅器の機能ブロック図を示し、その動作を説明する。入力信号は電力検出部１１に入力され電力または振幅を検出し、メモリなどで構成される歪補償テーブル１２’の参照引数として対応付けられる。歪補償テーブル１２’には、プリディストーション方式で歪補償を行うためのテーブルが格納されている。テーブルは、補償対象となる増幅器の非線形特性の逆特性であり、一般的に入力信号の電力または振幅を指標とするＡＭ−ＡＭ変換（振幅）、ＡＭ−ＰＭ変換（位相）である。ディストータ１３は、歪補償テーブル１２の参照結果に従って振幅、位相を制御する。プリディストーション方式で予め歪を与えられた信号は、増幅部２’で増幅され、出力信号は歪のない信号となる。制御部１４’は温度変化や経年変化などの環境に適応するために歪補償テーブル１２を更新する。

プリディストーション方式には、周波数帯がベースバンド、ＩＦ、ＲＦで行うもの、処理をデジタル、アナログで行うものなどによって分類されるが、本発明ではどのような種類のものでも適用できるため、図１はプリディストーション方式の原理を説明するために簡単な構成とした。従って、その種類に応じて必要となるＤ／Ａ変換器、直交変調器（または直交変調部）、アップコンバータ、フィルタなどは図示しておらず、環境変化に適応する目的で用いられるフィードバック信号の存在なども図示しない。フィードバック信号を用いるために、ダウンコンバータ、発振器、フィルタ、直交復調器（または直交復調部）、Ａ／Ｄ変換器など用いる場合があり、歪検出のために入力信号が用いる場合がある。

次に、歪補償の特性について説明する。歪補償テーブル１２はＬＵＴ（Look Up Table）と呼ばれることもあり、そのハードウェアとしてはメモリ等が用いられる。電力検出部１１の検出結果が例えば１０ビットだった場合、歪補償テーブル１２のメモリのアドレス数は１０２４となり、アドレス数が多くなるほど適応するための学習が困難になる。すなわちアドレス数が多くなると分解能は良くなるが、一方で２つの問題が発生する。１つ目として、ある１アドレスを更新した場合の歪補償への影響度が小さくなり、フィードバック信号として帯域外の歪電力を用いる場合は、歪電力の差異が見分けにくくなるため平均化に非常に時間がかかるという問題がある。２つ目に、本来補償対象の増幅器はアナログ素子であり入出力特性は滑らかな曲線となることが予想され、求める歪補償テーブルも滑らかなものが好ましいが、特にフィードバック信号として復調したＩＱ信号を用いる場合に、各アドレスの学習に含まれる誤差によりテーブル全体を見ると微小な凸凹ができてしまい、これが新たな歪を生み出すという問題がある。

そこで一般的には、いくつかの点を補間する方法が用いられる。図２は従来の歪補償テーブルの補間を説明する図である。図２の例では９個の代表点が、それぞれ１２８アドレスの間隔で配置されている。代表点１点を更新すると主にその周辺の補間部分も更新されるため、歪補償への影響度が大きくなる。これらの点を直線補間することによって、テーブル値を生成している（例えば特許文献１、２参照。）。

また、本発明に関連する他の従来技術として、歪補償テーブルを分割するものが知られる（例えば特許文献３参照。）。

特開２００２‐２２３１７１号公報特開２０００‐２７８１９０号公報特開２００２‐２３２３２８号公報

しかしながら従来技術では、代表点の間を直線補間しているため、歪補償後のＡＭ−ＡＭ特性なども滑らかにならず、歪補償性能が劣化する。そこで、代表点の間を滑らかな曲線により補間する方法が考えられるが、一般に曲線補間では曲率の変化が大きい部分において不必要に変化が強調されて補間値が振動してしまう場合があるので、補間時に曲率が大きくならないような制約を科し、歪補償テーブルとしては変曲点を含まないような単調な特性のものであれば補間を適切に行うことができる。しかし、動作点の異なる複数の増幅器の出力を合成する構成の高効率増幅器においては、その構成のため複雑な歪特性を呈する。
図４は合成増幅器の動作図である。合成増幅器は、例えばＡＢ級で動作する増幅器（ａ）と、例えば入力が大きい領域で急激に出力が大きくなるように調整したＣ級で動作する増幅器（ｂ）を合成して出力電力を延ばすことによって、電力効率を向上する技術を用いる。合成後の入出力特性（ｃ）は、増幅器（ｂ）の出力が増幅器（ａ）の出力と同程度になる付近で変曲点を持つ。このため、従来の方法で歪補償テーブルを生成した場合、歪補償性能を向上するために滑らかに補間しようとしても、それゆえに変曲点の逆特性を正確に生成することができず歪補償性能が劣化するという矛盾が生じる問題があった。図５は上記した曲率に制約を課して滑らかに補間する方法で生成した合成増幅器（ｃ）の歪補償テーブルの例であるが、変曲点の逆特性が正確ではない。

本発明は上記問題点に鑑み、滑らかな曲線を保ちつつ、必要な変曲点を正確に生成する歪補償テーブル補間により、歪補償性能を向上した歪補償増幅装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明の歪補償増幅装置は、入力信号の電力若しくは振幅を検出する検出部と、電力若しくは振幅値と予歪量とを対応付けて記憶し、前記検出部の出力に基づいて予歪量を出力する歪補償テーブル手段と、前記出力された予歪量に基づいて前記入力信号を歪ませる歪手段と、前記歪手段で歪まされた前記入力信号を増幅して出力する増幅部と、前記増幅部の出力と前記入力信号とに基づいて前記歪補償テーブルの更新を行う制御部とを備える歪補償増幅装置であって、前記制御部は、前記歪補償テーブル手段が記憶する複数の点を、一部が重複する複数の区間において曲線補間し、前記曲線補間にて得られる夫々の曲線を結合することにより前記歪補償テーブル手段が記憶する点を更新する。

また本発明の歪補償方法は、入力電力値若しくは振幅値と補償量とを対応させて記憶する歪補償テーブルの各テーブル点のうち、一部の点を学習を行う代表点とし、代表点に基づいて代表点以外の点を補間して前記歪補償テーブルを生成するプリディストーション方式の歪補償方法であって、前記歪補償テーブルを、複数の異なる区間で曲線補間して得られる夫々の曲線を結合して生成する。

本発明の歪補償増幅装置及び歪補償方法によれば、滑らかな曲線で変曲点近傍も正確に補間するので、歪補償性能を向上することができる。

以下、実施例を通じて本発明を説明するが、以下の実施例は請求項に係る発明を限定するものではなく、また実施例の中で説明されている特長の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。実施例の構成の一部若しくは複数の実施例の構成の任意の組み合わせもまた本発明に含まれ得る。
図６は本最良の形態における歪補償テーブルの結合を説明する図である。点線で示したところが増幅器の変曲点である。補間曲線の結合点が増幅器の編曲点と一致するように制御部１４が調整する。本発明を用いることによって、変曲点付近の歪補償テーブルを正確に生成することができる。

図７は本実施例における歪補償増幅装置の構成図である。本実施例ではＲＦに対しアナログでプリディストーションを行う。従来技術と同じ構成部分には同じ符号を付してその説明を簡略化する。
電力検出部１１は、プリディストータ１の入力信号（ＲＦ信号）を入力し、入力信号の電力を測定して出力する。ハードウェアとしては、少なくとも入力信号の帯域幅と同程度か２倍以上の周波数で動作するA／D変換器により実現される。
歪補償テーブル１２は、歪補償（予歪）特性を持つテーブルであり、電力検出部１１の測定結果を入力されると、それに対応する補償量を出力する。歪補償特性とは、増幅部２で生じる振幅、位相の非線形特性の逆特性であり、一般的に入力信号の電力を指標とするＡＭ−ＡＭ変換、ＡＭ−ＰＭ変換である。つまり歪補償テーブル１２は１つの電力値に対し、振幅補償量と位相補償量の２つを対応付けて記憶しており、常に電力検出部１１の測定結果に対応した振幅補償量と位相補償量を出力するように動作する。プリディストータ１は少なくとも入力信号の帯域幅と同程度か２倍以上の周波数で動作する。歪補償テーブル１２は、ハードウェアとして例えば１０ｂｉｔのアドレス空間を有するＲＡＭで実現される。
減衰器１３１は、歪補償テーブルからＡＭ−ＡＭ変換に対応する振幅補償量を入力され、入力された振幅補償量に応じてＲＦ信号の振幅（減衰量）を制御する。なおこのＲＦ信号は、電力検出部１１が電力を検出したＲＦ信号と、減衰器１３１が振幅を制御するＲＦ信号とが時間的に対応するように、プリディストータ１の入力信号（ＲＦ信号）を適宜遅延したものである。
移相器１３２は、歪補償テーブルからＡＭ−ＰＭ変換に対応する位相補償量を入力され、入力された振幅補償量に応じて減衰器１３１の出力するＲＦ信号の位相を制御する。
プリデイストータ１によって歪補償特性を与えることによって、増幅部２では歪みのない信号が出力される。増幅部２出力の一部を制御部１４にフィードバックし、歪量を抽出する方法や復調する方法など、経年変化や環境変化に適応するアルゴリズムを用いて歪補償テーブル１２を更新する。

図９は制御部１４のブロック図であり、フィードバック信号として帯域外の歪電力を用いる方法を説明する。フィードバック制御部１４１は、ＢＰＦ１４４で所望帯域の歪電力が抽出できるようにＶＣＯ１４２の発振周波数を制御する。増幅器２の出力は、ミキサ１４３で周波数変換され、ＢＰＦ１４４で所望帯域が抽出される。周波数変換部１４５はＡ／Ｄ変換器１４６で信号を取り込めるようにＤＣ付近の周波数に変換する。Ａ／Ｄ変換器１４６でデジタル信号に変換された信号は増幅器２で発生した歪を表す量（歪量）であり、テーブル更新部１４７に入力される。以下テーブル更新部１４７の動作について説明する。

まず、テーブル更新部１４７による代表点の更新（学習）を説明する。本実施例では代表点を摂動法により更新する。摂動法の簡単な形態では、ステップ１で、ある代表点の値に微小値を加え意図的にずらした値に更新する。次にステップ２で、更新された値に基づき後述する補間方法により分割された区間ごとに補間を行い、各区間の補間をつなぎ合わせ、その結果を歪補償テーブル１２に書き出す。次にステップ３で、更新された歪補償テーブルにより歪補償が為されてその結果である歪量がＡ／Ｄ変換器１４６から入力される。次にステップ４で、入力された歪量（今回値）とステップ１で代表点の値に微小値を加える前の歪量（前回値）とを比較し、今回値の方が小さい場合はステップ１で微小値を加えた値を有効とし、今回値が大きい場合にはステップ１で微小値を加えた値を無効とし、且つ次回の更新のために微小値の少なくとも符号を反転する。以上のステップ１〜４を各代表点に対し行うことで全ての代表点の学習が行われる。今回値と前回値の比較は、電力値が（代表点の間隔と同程度の分解能で）等しい状態での歪量（今回値）が得られるのを待って比較するようにしても良く、或いはプリディストータ１の動作速度に比べ十分遅い間隔で得られた平均的な歪量で比較しても良い。また、微小値の絶対値は固定でもよく、或いは歪量の変化に応じて調整しても良い。

次に、テーブル更新部１４７による代表点の補間を説明する。本実施例では代表点をルートナイキスト補間により補間する。ナイキスト補間は、ナイキスト特性を有する関数（例えばｓｉｎｃ関数）と代表点のＦＩＲ（積和演算）により実現され、無線通信分野では無線信号（時系列信号）に対するオーバサンプリング後の補間方法として知られる。本実施例では例えば歪補償テーブル１２の１０２４個のテーブル点を８個にグループ化して８乃至９個の代表点を等間隔（１２８点間隔）に設定し、その間隔は積和演算するナイキスト特性のゼロクロスする間隔と等しい。ルートナイキスト補間により、代表点を通過し且つ代表点を滑らかに結ぶ曲線になるようなテーブル値が得られる。補間は、振幅補償量と位相補償量、及び分割された区間ごとに夫々行う。

次に、テーブル更新部１４７によるテーブルの区間の分割を説明する。区間の分割は、テーブルの変曲点を検出して行う。変曲点は、例えば動作点の異なる増幅器を組み合わせたことにより、歪補償テーブル１４７に曲率が急激に変化する点となって現れるものであるが、夫々の増幅器により温度や経年による変化の度合いが異なり、変曲点の位置も緩やかではあるが変動するため、更新が必要となる。図１３は変曲点更新のフローチャートであり、変曲点更新前と更新後の歪電力又は誤差を比較して、それらが小さくなるように収束させる摂動法の例である。変曲点が複数ある場合には、夫々の変曲点について独立に図１３の制御を行う。

図１１は、上記の説明に従った本実施例の補間、区間の分割及び結合を説明する図である。図１１は、変曲点が代表点と代表点の間の点の場合であり、分割された夫々の区間（ａ）（ｂ）で変曲点を含み且つ各区間の端部が代表点で終端するように、区間を１区間分重複させる。また結合させる際は、各区間を変曲点で切断し結合させる。図１３のようなフローチャートにより歪電力又は誤差を最小にするように変曲点を更新するため、境界条件など特段の考慮をしなくても結合部分においてテーブル値はほぼ連続となる。図１２は、複数の変曲点を有する歪補償テーブルを説明する図である。変曲点がｎ個ある場合、ｎ＋１個の区間に分割して補間する。

図３は、本実施例の増幅部（合成増幅器）である。２１は、適切な位相で後段のキャリア増幅器及びピーク増幅器に入力する信号を分配する分配器であり、例えば３ｄｂカプラである。２２は、Ａ級若しくはＡＢ級で動作し、中程度までの入力レベルに対して増幅を行うキャリア増幅器である。２３は、Ｂ級若しくはＣ級で動作し、中程度以上の入力レベルに対して増幅を行うピーク増幅器である。２４は、キャリア増幅器２２とピーク増幅器２３の出力を合成する合成器であり、例えば４／λ線路などで構成される。

上記の実施例によれば、経年、経時、温度などによって増幅器の編曲点の位置が変動した場合でも、テーブルの編曲点を自動的に追従することが可能となる。またテーブルを複数の区間に分割するようにしたことで曲線が単調になり、演算量の多い最適化法を用いなくても精度の高いテーブル値を得ることができる。本実施例では、合成増幅器を用いたが、増幅器の種類に制限されるものではなく単一の増幅器でも良い。また学習方法は摂動法に限定されるものではなく、補間方法はナイキスト補間に限定されず、他の方法でも本発明を実現できる。

本実施例は、ベースバンドで動作するプリディストータを用いた点などで実施例１と異なり、実施例１と同様の部分については説明を省略する。図８は、本実施例における歪補償増幅装置の構成図である。プリディストータ１への入力はＩ、Ｑの複素信号である。実施例１の減衰器１３１、移相器１３２の機能をベクトル演算器１３３（複素乗算器など）で行う。プリデイストータ出力は、直交変調器３１、アップコンバータ３２でＲＦ信号に変換し、増幅器２へ入力される。

図１０は、本実施例の制御部１４のブロック図である。フィードバック信号として復調したＩＱ信号を用いる方法である。増幅器２出力は、直交復調１４８部でＩＱデジタルデータに変換される。誤差検出部１４９は、直交復調部１４８出力と対応するように遅延させたプリディストータ入力信号との差を求め、誤差信号として出力する。

歪補償テーブルの補間は、実施例１とほぼ同様であるが、結合においても２つのテーブルをオーバラップさせる点で実施例１と異なる。すなわち図１１において各々のテーブルデータの無いところを“０”とするような、重みつき加算を行って変曲点を持つ合成テーブルを生成する。図１１では簡単のため２つの補間曲線を結合したが、２つ以上であっても良い。

プリディストーション方式を用いた増幅器の機能ブロック図従来の歪補償テーブルの補間を説明する図合成増幅器の構成図合成増幅器の動作図変曲点の逆特性が不正確な歪補償テーブルの例最良の形態における歪補償テーブルの結合を説明する図実施例１における歪補償増幅装置の構成図実施例２における歪補償増幅装置の構成図実施例１における制御部のブロック図実施例２における制御部のブロック図実施例１における補間、区間の分割及び結合を説明する図複数の変曲点を有する歪補償テーブルを説明する図実施例１における変曲点更新のフローチャート

符号の説明

１：プリディストータ、２：増幅部、
１１：電力検出器、１２：歪補償テーブル、１３：ディストータ、１４：制御部、
１４７：テーブル更新部

Claims

入力信号の電力若しくは振幅を検出する検出部と、
電力若しくは振幅値と予歪量とを対応付けて記憶し、前記検出部の出力に基づいて予歪量を出力する歪補償テーブル手段と、
前記出力された予歪量に基づいて前記入力信号を歪ませる歪手段と、
前記歪手段で歪まされた前記入力信号を増幅して出力する増幅部と、
前記増幅部の出力と前記入力信号とに基づいて前記歪補償テーブルの更新を行う制御部とを備える歪補償増幅装置であって、
前記制御部は、前記歪補償テーブル手段が記憶する複数の点を、一部が重複する複数の区間において曲線補間し、前記曲線補間にて得られる夫々の曲線を結合することにより前記歪補償テーブル手段が記憶する点を更新することを特徴とする歪補償増幅装置。
入力電力値若しくは振幅値と補償量とを対応させて記憶する歪補償テーブルの各テーブル点のうち、一部の点を学習を行う代表点とし、代表点に基づいて代表点以外の点を補間して前記歪補償テーブルを生成するプリディストーション方式の歪補償方法であって、
前記歪補償テーブルを、複数の異なる区間で曲線補間して得られる夫々の曲線を結合して生成することを特徴とする歪補償方法。