(57)【要約】【課題】間欠的なバースト信号を送信する場合にも、プリディストーション方式の電力増幅器を使用して、安定して歪み補償が行える歪補償装置を提供する。【解決手段】所定時間のバースト信号を送信信号として間欠的に送信する制御を行う送信制御部１１と、送信信号を電力増幅して送信する電力増幅器１３と、電力増幅器１３で生じる歪みと逆特性の歪みを送信信号に付加し、電力増幅器１３で生じる歪みを抑圧するようにしたＤＰＤ制御部１２とを備える。ＤＰＤ制御部は１２、バースト信号の立ち上がり区間のうちウォーミングアップ区間が経過した後で歪補償処理を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定時間のバースト信号を送信信号として間欠的に送信する制御を行う送信制御部と、
送信信号を電力増幅して送信する電力増幅器と、
前記電力増幅器で生じる歪みと逆特性の歪みを送信信号に付加し、前記電力増幅器で生じる歪みを抑圧するようにしたプリディストーション制御部とを備えた歪補償装置であって、
前記プリディストーション制御部は、
前記バースト信号の立ち上がり区間のうちウォーミングアップ区間が経過した後で歪補償処理を行う
歪補償装置。
【請求項２】
前記送信制御部は、前記ウォーミングアップ区間では、前記電力増幅器を無変調信号で駆動させ、前記無変調信号の振幅を前記バースト信号の送信時の電力に応じた振幅となるようにした請求項１に記載の歪補償装置。
【請求項３】
前記送信制御部は、前記ウォーミングアップ区間では、前記無変調信号の振幅を徐々に上昇させる請求項２に記載の歪補償装置。
【請求項４】
前記プリディストーション制御部は、前記バースト信号の立ち上がり区間において、前記ウォーミングアップ区間の後の区間であるトレーニング区間において前記電力増幅器で生じる歪みを推定する請求項１に記載の歪補償装置。
【請求項５】
前記プリディストーション制御部は、前記トレーニング区間において、送信データに類似する疑似信号により、前記電力増幅器で生じる歪みを推定する請求項４に記載の歪補償装置。
【請求項６】
前記送信制御部は、前記トレーニング区間では、前記送信データに類似する疑似信号のレベルを徐々に上昇させる請求項５に記載の歪補償装置。
【請求項７】
電力増幅器で生じる歪みと逆特性の歪みを送信信号に付加し、前記電力増幅器で生じる歪みを抑圧するようにした歪補償方法であって、
所定時間のバースト信号を送信信号として間欠的に送信する際に、前記バースト信号の立ち上がり区間のうちウォーミングアップ区間が経過した後で歪補償処理を行う歪補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪補償装置及び歪補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プリディストーション方式の電力増幅器は、電力増幅器の歪と逆特性の歪を予め入力信号に対して印加することで、電力増幅器で発生する歪みをキャンセルするものである。プリディストーション方式の電力増幅器については、例えば特許文献１〜特許文献４に記載されている。
【０００３】
プリディストーション方式の電力増幅器では、電力増幅器の歪と逆特性の歪を予め設定しておく必要がある。例えば特許文献３及び特許文献４には、電力増幅器の歪と逆特性の歪を予め設定したルックアップテーブルを用いることが記載されている。また、特許文献１及び特許文献２には、電力増幅器の歪と逆特性の歪をＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズムを用いて最適化することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−４９９３９号公報
【特許文献２】特開２０１６−１４６５３８号公報
【特許文献３】特許第５１６０３４４号公報
【特許文献４】特許第５３３６１３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＶＨＦ（Very High Frequency）帯におけるデータ通信システムとしてＶＤＥＳ（VHF Data Exchange System）の開発が進められている。ＶＤＥＳでは、例えば１５０ＭＨｚ帯の電波を用いて、海岸局−船舶局間、船舶局−船舶局間で、データ通信が行われる。ＶＤＥＳでは、非常に短いバースト信号（約２７ｍ秒）が間欠的に行われる。
【０００６】
バースト信号を間欠的に送信する場合、電力増幅器の温度が大きく変動する。つまり、バースト信号を間欠的に送信する場合、送信中は電力増幅器の温度が急激に上昇し、無送信の間は電力増幅器の温度が徐々に下がるというような温度変化が繰り返される。電力増幅器の温度が変動すると、電力増幅器の歪み特性が変化する。このため、電力増幅器の歪み特性の変化に対応して、プリディストーション方式の電力増幅器に設定する逆特性の歪みを適応的に変更していく必要がある。
【０００７】
プリディストーション方式の電力増幅器では、ディジタル処理により逆特性の歪みの特性を適応的に推定することが行われている。連続的に送信される信号に対して、ソフトウェアにより一括処理を行って逆特性の歪みの特性の推定しているものが多く、一般に数秒程度の収束時間を要する。これに対して、ＶＤＥＳでは、上述のように約２７ｍ秒の短いバースト信号で通信が間欠的に行われており、現状のものでは、バースト信号の間に、逆特性の歪みの特性の推定が収束できず、電力増幅器の歪みが十分に抑圧できないという問題がある。
【０００８】
上述の課題を鑑み、本発明は、間欠的なバースト信号を送信する場合にも、プリディストーション方式の電力増幅器を使用して、安定して歪み補償が行える歪補償装置及び歪補償方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するために、本発明の一態様に係る歪補償装置は、所定時間のバースト信号を送信信号として間欠的に送信する制御を行う送信制御部と、送信信号を電力増幅して送信する電力増幅器と、前記電力増幅器で生じる歪みと逆特性の歪みを送信信号に付加し、前記電力増幅器で生じる歪みを抑圧するようにしたプリディストーション制御部とを備えた送信装置であって、前記プリディストーション制御部は、前記バースト信号の立ち上がり区間のうちウォーミングアップ区間が経過した後で歪補償処理を行う。
【００１０】
本発明の一態様に係る歪補償方法は、電力増幅器で生じる歪みと逆特性の歪みを送信信号に付加し、前記電力増幅器で生じる歪みを抑圧するようにした歪補償方法であって、所定時間のバースト信号を送信信号として間欠的に送信する際に、前記バースト信号の立ち上がり区間のうちウォーミングアップ区間が経過した後で歪補償処理を行う。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プリディストーション制御部は、バースト信号の立ち上がり区間のうちウォーミングアップ区間が経過した後で歪補償処理を行うようにしたので、バースト信号の立ち上がり区間のうち、ウォーミングアップ区間では歪補償処理を実施せずに電力増幅器を駆動して当該電力増幅器の温度を上昇させることができ、このウォーミングアップ区間が経過してから歪補償処理が実施されるため、電力増幅部１３の温度変化に起因する歪み特性の変動が低減された状態に移行した後に、歪補償処理を実施することができる。このように、バースト信号の立ち上がり区間に歪補償を実施しないウォーミングアップ区間を設け、バースト信号の送信に先立ち、ウォーミングアップ区間で無変調信号により電力増幅器の温度を上昇させるようにしている。これにより、バースト信号の送信時の電力増幅器の温度変動を抑え、電力増幅器の歪み特性を安定して抑圧できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る送信機の基本構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る送信機における電力増幅器の特性を説明するためのグラフである。
【図３】ＶＤＥＳ信号の送信と電力増幅器の温度との関係の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る送信機においてＶＤＥＳバースト信号を送信する際の説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る送信機におけるＰＡウォーミングアップ区間の説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る送信機におけるＤＰＤトレーニング区間の説明図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る送信機の動作説明に用いるフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る送信機１の基本構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る送信機１は、歪補償の機能を有しており、送信制御部１１と、ＤＰＤ（Digital Pre-Distortion）制御部１２と、電力増幅器１３とから構成される。
【００１４】
送信制御部１１は、搬送波の生成、変調、周波数変換等、送信信号の制御を行う。本実施形態は、ＶＤＥＳ（VHF Data Exchange. System）の送信に用いられる。ＶＤＥＳの一例として、搬送波の中心周波数は１５９ＭＨｚ、変調方式としては３２マルチキャリア、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）が用いられる。送信信号は、２７ｍ秒の短いデータがバースト信号として間欠的に送信される。送信制御部１１は、このようなＶＤＥＳのバースト信号の送信制御を行う。
【００１５】
ＤＰＤ制御部１２は、電力増幅器１３の歪みを打ち消す逆特性の歪みを入力信号に対して与え、電力増幅器１３で発生する歪みをキャンセルする処理を行う。ＤＰＤ制御部１２は、歪補償部２１とＤＰＤ演算部２２とからなる。ＤＰＤ制御部１２は、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）により実現できる。
【００１６】
歪補償部２１は、入力信号に対して電力増幅器１３の歪みを打ち消すような逆特性の歪みを付与する。歪補償部２１は適応ディジタルフィルタであり、歪補償部２１の係数はＤＰＤ演算部２２により設定される。
【００１７】
ＤＰＤ演算部２２は、電力増幅器１３の入力信号とその出力信号とを計測し、ＤＰＤ演算により電力増幅器１３の歪特性モデルを推定し、歪補償部２１の係数を設定する。本実施形態では、ＤＰＤ演算部２２は、例えばシストリックアレイプロセッサにより構成される。シストリックアレイプロセッサは、同一機能を持つセルを規則的に配置し、各セルにおいて単純な計算を行い、計算結果を隣接セルに渡すことを繰り返すことによって、ＱＲＤＲＬＳ（QR Decomposition Recursive Least-Square）アルゴリズムの計算を並列的に行い、歪補償部２１の最適な係数を推定する。ＱＲＤＲＬＳアルゴリズムには、行列のＱＲ分解（Ｑ：直交行列、Ｒ：上三角行列）とギブンズローテーションと呼ばれる方法が用いられる。シストリックアレイプロセッサでは、ＤＰＤ演算を高速（例えば１ｍ秒以内）に収束させることができる。
なお、ＤＰＤ演算部２２は、歪補償部２１の入力信号と電力増幅器１３の出力信号とを計測し、電力増幅器１３の歪特性モデルを推定し、歪補償部２１の特性を設定するようにしてもよい。
【００１８】
電力増幅器１３としては、高周波パワートランジスタが用いられる。電力増幅器１３には、送信制御部１１からＤＰＤ制御部１２を介して送信信号が供給される。電力増幅器１３は、送信信号を電力増幅して、アンテナ１４から出力する。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る送信機１における電力増幅器１３の特性を説明するためのグラフである。図２において、横軸が入力信号レベルを示し、縦軸が出力信号レベルを示している。図２に示すように、電力増幅器１３では、電力効率の良い入力レベルの高い領域Ａ１（破線で示す）で、利得の飽和による歪みが生じ、非直線な特性となる。本実施形態では、ＤＰＤ制御部１２により、入力信号に対して電力増幅器１３の歪みを打ち消すような方向に予め歪みを与えることで、電力増幅器１３で発生する歪みをキャンセルできる。これにより、電力増幅器１３を電力効率の良い領域Ａ１で使用できる。
【００２０】
次に、本発明の第１の実施形態に係る送信機１のおける送信制御について説明する。前述したように、本実施形態は、ＶＤＥＳの送信に用いられる。図３は、ＶＤＥＳ信号の送信と電力増幅器１３の温度との関係の説明図である。図３（Ａ）に示すように、ＶＤＥＳでは、例えば２７ｍ秒の短いデータがバースト信号として間欠的に送信される。ＶＤＥＳのように、バースト信号を間欠的に送信する場合、図３（Ｂ）に示すように、送信中は電力増幅器の温度が急激に上昇し、無送信の間は電力増幅器の温度が徐々に下がるというような温度変化が繰り返される。このため、電力増幅器１３の温度変化により、電力増幅器１３の歪み特性が変動していく。このことから、ＶＤＥＳのデータ送信区間に先立って、ＤＰＤ演算を収束させ、歪補償部２１に最適な係数を設定していく必要がある。そこで、本実施形態では、データ送信区間に先立つバースト信号の立ち上がり区間中に、ＰＡ（電力増幅部１３）の温度を安定させるＰＡウォーミングアップ区間と、ＤＰＤ演算を収束させるＤＰＤトレーニング区間とが設けられる。
【００２１】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る送信機１において、ＶＤＥＳバースト信号を送信する際の説明図である。図４（Ａ）に示すように、バースト信号の立ち上がり区間（０〜１ｍ秒）に、ＰＡウォーミングアップ区間と、ＤＰＤトレーニング区間とが設けられる。この例では、図４（Ｂ）に示すように、ＰＡウォーミングアップ区間は、０〜０．４ｍ秒の間であり、ＤＰＤトレーニング区間は、０．４ｍ秒〜１．０ｍ秒の間である。
【００２２】
ＰＡウォーミングアップ区間は、速やかに電力増幅器１３の温度を上昇、安定させる区間であり、ＤＰＤ制御部１２による歪補償処理は行われない。例えば、ＤＰＤ制御部１２は、バースト信号の立ち上がり区間に含まれるウォーミングアップ区間と当該ウォーミングアップ区間の後の区間であるＤＰＤトレーニング区間とのうち、ウォーミングアップ区間においては歪補償処理を実施せず、ＤＰＤトレーニング区間において歪補償処理を実施する。
また、このＰＡウォーミングアップ区間では、無変調波を使用して、電力増幅器１３が駆動される。無変調波は狭帯域なスペクトラムをもつため、歪補償しなくても隣接チャネルに妨害を与えることはない。
【００２３】
すなわち、ＰＡウォーミングアップ区間では、送信制御部１１は、無変調信号をＤＰＤ制御部１２を介して電力増幅器１３に送る。このとき、電力増幅器１３が十分に安定した温度となるように送信制御部１１は、ある程度振幅の高い無変調信号を電力増幅器１３に出力する。また、その振幅の高さに到達するまでの間において急激に振幅を上昇させると帯域外に不要な電波が出る場合があるので、そのような電波が出ないように、ウォーミングアップすることが好ましい。この例では、ＰＡウォーミングアップ区間での電力増幅器１３の入力信号の振幅は、例えば、バースト信号を送信する際の電力のレベル付近まで上げた振幅となるようにしている。これにより、バースト信号の送信時の電力増幅器１３の温度変動を抑え、電力増幅器１３の歪み特性を安定して抑圧できる。
【００２４】
また、この例では、ＰＡウォーミングアップ区間での信号が外部に影響を与えないように、ＰＡウォーミングアップ区間において振幅がピークに達するまでの区間については、ゆっくり立ち上がるようにしている。滑らかにピークに遷移することで、歪みが生じにくくなる。すなわち、図５は本発明の第１の実施形態に係る送信機におけるＰＡウォーミングアップ区間の説明図である。ＰＡウォーミングアップ区間の入力信号は、図５に示すように、サインカーブに沿って上昇する区間Ｔ１と、リニアに上昇する区間Ｔ２と、サインカーブに沿って上昇する区間Ｔ３との３つの区間に分けて、上昇させるようにしている。このように、入力信号を徐々に上昇させることで、電力増幅器１３からの信号の歪みを抑えて、電力増幅器１３をウォーミングアップさせている。
【００２５】
ＤＰＤトレーニング区間は、データの送信に先立って、ＤＰＤ演算部２２でＤＰＤ演算を行って、歪補償部２１に最適な係数を設定する区間である。図６は発明の第１の実施形態に係る送信機におけるＤＰＤトレーニング区間の説明図である。ＤＰＤトレーニング区間では、図６に示すように、送信制御部１１は、送信データに類似する疑似信号をＤＰＤ制御部１２の歪補償部２１に出力する。これにより、歪補償部２１を介された信号が電力増幅器１３で電力増幅される。ＤＰＤ演算部２２は、電力増幅器１３の入力信号とその出力信号とを計測し、ＱＲＤＲＬＳの適応処理アルゴリズムにより電力増幅器１３の歪特性モデルを推定し、歪補償部２１の係数を設定する。これにより、歪補償部２１の係数が最適値に設定されていき、ＤＰＤ演算が収束していく。
【００２６】
ＶＤＥＳでは、例えば２７ｍ秒の短いデータがバースト信号として間欠的に送信されるため、ＤＰＤ演算の収束時間を短くする必要がある。本実施形態では、前述したように、ＤＰＤ演算部２２は、シストリックアレイプロセッサにより構成され、ＱＲＤＲＬＳアルゴリズムにより、歪補償部２１の最適な係数を求めている。シストリックアレイプロセッサは、処理の並列パイプライン化を可能にし、各セルにおいて単純な計算を行い、計算結果を隣接セルに渡すことを繰り返すことによって、ＲＬＳアルゴリズムの計算が行える。このため、ＤＰＤ演算の収束時間を短くすることができる。本実施形態では、ＤＰＤ演算の収束時間を１ｍ秒以内とすることができる。
【００２７】
また、本実施形態では、ＤＰＤトレーニング区間では、図６に示すように、徐々に信号レベルを上げながら、送信データに類似する疑似信号を用いて、ＤＰＤ演算を行っている。これにより、隣接チャネルへの歪みの影響を低減できる。
【００２８】
図４（Ｂ）に示すように、ＰＡウォーミングアップ区間とＤＰＤトレーニング区間とからなる立ち上がり区間（０〜１ｍ秒）が終了すると、データ送信区間となる。データ送信区間は、例えば２４．６６ｍ秒である。データ送信区間では、送信制御部１１からの送信信号は、ＤＰＤ制御部１２の歪補償部２１を介して電力増幅器１３に供給され、電力増幅器１３で電力増幅され、アンテナ１４から送信される。
【００２９】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る送信機の動作説明に用いるフローチャートである。
（ステップＳ１）送信制御部１１は、バースト信号の立ち上がり区間が開始したか否かを判定し、バースト信号の立ち上がり区間が開始したら（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、処理をステップＳ２に進める。
【００３０】
（ステップＳ２）バースト信号の立ち上がり区間が開始したら、送信制御部１１は、ＰＡウォーミングアップ区間に入ったと判定して、無変調信号を出力する。この無変調信号は、ＤＰＤ制御部１２を介して電力増幅器１３に送られる。これにより、電力増幅器１３の温度が上昇していく。なお、前述したように、送信制御部１１から送られる無変調信号は、歪みを隣接チャネルに漏らさないように、徐々に上昇させていく。
【００３１】
（ステップＳ３）送信制御部１１は、ＰＡウォーミングアップ区間の終了時間になったか否かを判定する。ＰＡウォーミングアップ区間の終了時間になったら（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、送信制御部１１は処理をステップＳ４に進める。
【００３２】
（ステップＳ４）ＰＡウォーミングアップ区間が終了したら、送信制御部１１は、ＤＰＤトレーニング区間に入ったと判定して、送信信号に類似した疑似信号を出力する。この疑似信号は、ＤＰＤ制御部１２を介して電力増幅器１３に送られる。ＤＰＤ演算部２２は、電力増幅器１３の入力信号とその出力信号とを計測し、ＱＲＤＲＬＳの適応処理アルゴリズムにより電力増幅器１３の歪特性モデルを推定し、歪補償部２１の係数を設定していく。なお、前述したように、この疑似信号は、歪みを隣接チャネルに漏らさないように、徐々に上昇させていく。
【００３３】
（ステップＳ５）送信制御部１１は、ＤＰＤトレーニング区間の終了時間になったか否かを判定する。ＤＰＤトレーニング区間の終了時間になったら（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、送信制御部１１は処理をステップＳ６に進める。
【００３４】
（ステップＳ６）ＤＰＤトレーニング区間が終了したら、送信制御部１１は、データ送信区間に入ったと判定して、送信信号を出力する。この送信信号は、ＤＰＤ制御部１２に送られ、歪補償部２１で電力増幅器１３で発生する歪みと逆特性の歪みが付加された後、電力増幅器１３に送られ、電力増幅され、アンテナ１４から出力される。また、ＤＰＤ演算部２２は、電力増幅器１３の入力信号とその出力信号とを計測し、ＱＲＤＲＬＳの適応処理アルゴリズムにより電力増幅器１３の歪特性モデルを推定し、歪補償部２１の係数を更新していく。
（ステップＳ７）送信制御部１１は、データ送信区間が終了するまでの間に送信信号の出力を終了させる。
（ステップＳ８）送信制御部１１は、データ送信区間が終了し、立ち下がり区間が終了すると、送信処理を終了する。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、バースト信号の立ち上がり区間にＰＡウォーミングアップ区間が設定され、ＰＡウォーミングアップ区間で電力増幅器１３が無変調信号に駆動される。このため、送信開始時に電力増幅器１３の温度まで上昇しており、送信時に電力増幅器１３の温度が大きく変動することがない。また、本実施形態では、バースト信号の立ち上がり区間に、ＰＡウォーミングアップ区間に続いて、ＤＰＤトレーニング区間が設けられる。これにより、送信開始時、歪補償部２１には、ＤＰＤトレーニング区間で推定された係数が設定されている。このため、本実施形態では、送信開始時から電力増幅器１３で発生する歪みを安定してキャンセルすることができる。
【００３６】
なお、送信機１の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
１：送信機，１１：送信制御部，１２：ＤＰＤ制御部，１３：電力増幅器，１４：アンテナ，２１：歪補償部，２２：ＤＰＤ演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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