(57)【要約】【課題】電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで異なる入出力特性を呈する増幅器に関しても高精度の歪補償を行うことが可能な歪補償装置を得る。【解決手段】ＤＰＤ処理部２は、ＨＰＡ６への入力信号Ｓ２とＨＰＡ６からの出力信号Ｓ１０とに基づいて、ＨＰＡ６の入出力特性を表すモデルに対する逆モデルを推定する逆モデル推定部２６と、逆モデルに基づいて入力信号Ｓ１を補正することにより、入出力特性の歪補償を行う入力信号補正部２４とを備える。ＨＰＡ６には、入力信号Ｓ１の包絡線に応じた電源電圧Ｓ１２が電源回路１３から供給される。逆モデル推定部２６は、昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬを推定する。入力信号補正部２４は、昇圧過程の入力信号Ｓ１に対しては、昇圧モデルＫＨに対する逆モデルに基づいて歪補償を行い、降圧過程の入力信号Ｓ１に対しては、降圧モデルＫＬに対する逆モデルに基づいて歪補償を行う。【選択図】図５
2010166451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器への入力信号と前記増幅器からの出力信号とに基づいて、前記増幅器の入出力特性を表すモデルに対する逆モデルを推定する推定部と、
前記逆モデルに基づいて前記入力信号を補正することにより、前記入出力特性の歪補償を行う歪補償部と
を備え、
前記増幅器には、前記入力信号の包絡線に応じた電源電圧が所定の電源回路から供給され、
前記推定部は、前記電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで別個に規定される複数の逆モデルを推定し、
前記歪補償部は、昇圧過程の前記入力信号に対しては、前記複数の逆モデルのうち昇圧過程に関する逆モデルに基づいて歪補償を行い、降圧過程の前記入力信号に対しては、前記複数の逆モデルのうち降圧過程に関する逆モデルに基づいて歪補償を行う、歪補償装置。
【請求項２】
前記推定部は、前記増幅器に供給される前記電源電圧に基づいて、前記電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する、請求項１に記載の歪補償装置。
【請求項３】
前記推定部は、前記歪補償部からの出力信号に基づいて、前記電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する、請求項１に記載の歪補償装置。
【請求項４】
増幅器と、
前記増幅器への入力信号の包絡線に応じた電源電圧を前記増幅器に供給する電源回路と、
請求項１〜３のいずれか一つに記載の歪補償装置と
を備える、無線基地局。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪補償回路及びそれを備えた無線基地局に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話等を用いた通信システムが備える無線基地局においては、送信信号を増幅して出力するための高出力増幅器（ＨＰＡ：High Power Amplifier）が、送信処理部内に実装される。一般的にＨＰＡは、増幅効率を優先するが故に、入出力特性の線形性が低い。つまりＨＰＡにおいては、その入力信号と出力信号との間の入出力特性が、非線形の歪特性を呈する。従って、このような入出力特性を有するＨＰＡを用いて入力信号を増幅すると、その歪に起因して、所望の出力信号が得られない場合がある。そこで、このような歪を補償するための歪補償方式の一つとして、増幅器の入出力特性を表すモデルを推定し、そのモデルとは逆の特性を呈する逆モデルをディジタル信号処理によって生成し、増幅器への入力信号（アナログ信号に変換する前のディジタル信号）に対してその逆モデルを付加することにより、増幅器の入出力特性における歪を補償する手法（いわゆるＤＰＤ：Digital Pre-Distortion）が、下記非特許文献１において提案されている。
【０００３】
また、下記非特許文献２，３においては、ＨＰＡに電源電圧を供給するための電源回路の一つとして、包絡線追跡方式の電源回路が提案されている。この包絡線追跡方式の電源回路は、ＨＰＡに一定の電源電圧を供給するのではなく、ＨＰＡへの入力信号の包絡線を検出し、ＨＰＡに供給する電源電圧をその包絡線に追従して変化させる。これにより、消費電力が低減され、高効率化を図ることができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Lei Ding, "Digital predistortion of Power Amplifiers for Wireless Applications", Georgia Institute of Technology, March 2004.
【非特許文献２】Donald F. Kimball, et al., "High-Efficiency Envelope-Tracking W-CDMA Base-Station Amplifier Using GaN HFETs", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.54, NO.11, November 2006.
【非特許文献３】Feipeng Wang, et al., "Design of Wide-Bandwidth Envelope-Tracking Power Amplifiers for OFDM Applications", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol.53, NO.4, April 2005.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の逆モデルは、高次べき級数の多項式の形（べき級数モデル）によって表現することができる。そして、ＤＰＤにおいて高精度の歪補償を実現するためには、正確な逆モデルを求める必要がある。
【０００６】
ところで、上記の包絡線追跡方式の電源回路においては、増幅器に供給する電源電圧が昇圧過程にある場合には、想定している電源電圧値よりも実際の電源電圧値のほうが低くなる傾向にある。一方、増幅器に供給する電源電圧が降圧過程にある場合には、想定している電源電圧値よりも実際の電源電圧値のほうが高くなる傾向にある。これに起因して、入力信号が昇圧過程にある場合と降圧過程にある場合とで、増幅器の入出力特性が相違する。そのため、入力信号が昇圧過程にある場合と降圧過程にある場合とで共通の逆モデルを用いて歪補償を行ったのでは、歪補償の精度が低下する。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであり、電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで異なる入出力特性を呈する増幅器に関しても高精度の歪補償を行うことが可能な歪補償装置、及びそれを備えた無線基地局を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様に係る歪補償装置は、増幅器への入力信号と前記増幅器からの出力信号とに基づいて、前記増幅器の入出力特性を表すモデルに対する逆モデルを推定する推定部と、前記逆モデルに基づいて前記入力信号を補正することにより、前記入出力特性の歪補償を行う歪補償部とを備え、前記増幅器には、前記入力信号の包絡線に応じた電源電圧が所定の電源回路から供給され、前記推定部は、前記電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで別個に規定される複数の逆モデルを推定し、前記歪補償部は、昇圧過程の前記入力信号に対しては、前記複数の逆モデルのうち昇圧過程に関する逆モデルに基づいて歪補償を行い、降圧過程の前記入力信号に対しては、前記複数の逆モデルのうち降圧過程に関する逆モデルに基づいて歪補償を行うことを特徴とするものである。
【０００９】
第１の態様に係る歪補償装置によれば、推定部は、電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで別個に規定される複数の逆モデルを推定する。そして、歪補償部は、昇圧過程の入力信号に対しては、複数の逆モデルのうち昇圧過程に関する逆モデルに基づいて歪補償を行い、降圧過程の入力信号に対しては、複数の逆モデルのうち降圧過程に関する逆モデルに基づいて歪補償を行う。従って、電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで異なる入出力特性を呈する増幅器に関しても、昇圧過程と降圧過程とで異なる逆モデルに基づいて歪補償を行うことにより、高精度の歪補償を実現することが可能となる。
【００１０】
本発明の第２の態様に係る歪補償装置は、第１の態様に係る歪補償装置において特に、前記推定部は、前記増幅器に供給される前記電源電圧に基づいて、前記電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定することを特徴とするものである。
【００１１】
第２の態様に係る歪補償装置によれば、推定部は、増幅器に供給される電源電圧に基づいて、電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する。このように、電源回路から増幅器に供給される電源電圧を直接的にモニタすることによって、電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを正確に判定することが可能となる。
【００１２】
本発明の第３の態様に係る歪補償装置は、第１の態様に係る歪補償装置において特に、前記推定部は、前記歪補償部からの出力信号に基づいて、前記電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定することを特徴とするものである。
【００１３】
第３の態様に係る歪補償装置によれば、推定部は、歪補償部からの出力信号に基づいて、電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する。このように、電源回路から増幅器に供給される電源電圧を直接的にモニタする代わりに、当該電源電圧とほぼ比例関係にある歪補償部からの出力信号をモニタすることによっても、電源電圧が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定することができる。しかも、歪補償部からの出力信号はディジタル信号であるため、ディジタル信号を扱う推定部は、歪補償部からの出力信号をそのまま扱うことができる。従って、電源回路から増幅器に供給される電源電圧の値を検出するための検出回路や、当該検出回路によるアナログ信号の検出値をディジタル信号に変換するためのＡＤ変換回路が不要となるため、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る無線基地局は、増幅器と、前記増幅器への入力信号の包絡線に応じた電源電圧を前記増幅器に供給する電源回路と、第１〜第３のいずれか一つの態様に係る歪補償装置とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
第４の態様に係る無線基地局によれば、増幅器の入出力特性の歪が歪補償装置によって適切に補償されることにより、所望の送信信号を無線基地局から送信することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電源電圧の昇圧過程と降圧過程とで異なる入出力特性を呈する増幅器に関しても、逆モデルを正確に表現できるため、高精度の歪補償を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る無線基地局の構成の一部を示すブロック図である。
【図２】ＨＰＡに供給される電源電圧と、ＨＰＡから出力される信号との関係を示す図である。
【図３】電源電圧の波形の一部を拡大して示す図である。
【図４】ＨＰＡの入出力特性の一例を模式的に示す図である。
【図５】ＤＰＤ処理部の第１の構成例を示すブロック図である。
【図６】ＤＰＤ処理部の第２の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係る無線基地局１の構成の一部を示すブロック図である。図１の接続関係で示すように、無線基地局１は、ＤＰＤ（Digital Pre-Distortion）処理部２、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）３、ＬＰＦ（Low Pass Filter）４、周波数変換部５、ＨＰＡ（High Power Amplifier）６、カプラ７、アンテナ８、周波数変換部９、ＬＰＦ１０、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）１１、包絡線検出部１２、及び包絡線追跡方式の電源回路１３を備えて構成されている。
【００２０】
ＤＰＤ処理部２は、ディジタル信号である入力信号Ｓ１を補正することにより、信号Ｓ２を出力する。ＤＰＤ処理部２による補正の内容については後述する。ＤＡＣ３は、ディジタル信号である信号Ｓ２をアナログ信号である信号Ｓ３に変換して出力する。ＬＰＦ４は、信号Ｓ３に対してローパスフィルタ処理を施して、信号Ｓ４を出力する。周波数変換部５は、ベースバンドの信号Ｓ４を高周波の信号Ｓ５に周波数変換して出力する。ＨＰＡ６は、信号Ｓ５を増幅することにより、信号Ｓ６を出力する。信号Ｓ６は、アンテナ８から送信される。
【００２１】
ＨＰＡ６からアンテナ８に向かう信号Ｓ６の一部は、カプラ７によって信号Ｓ７として取り出される。周波数変換部９は、高周波の信号Ｓ７をベースバンドの信号Ｓ８に周波数変換して出力する。ＬＰＦ１０は、信号Ｓ８に対してローパスフィルタ処理を施して、信号Ｓ９を出力する。ＡＤＣ１１は、アナログ信号である信号Ｓ９をディジタル信号である信号Ｓ１０に変換して出力する。信号Ｓ１０はＤＰＤ処理部２に入力される。
【００２２】
包絡線検出部１２は、入力信号Ｓ１の包絡線を検出することにより、電源回路１３から出力される電源電圧Ｓ１２を制御するための信号Ｓ１１を出力する。電源回路１３は、信号Ｓ１１に基づいて、入力信号Ｓ１の包絡線の時間変動に追随して変動する電源電圧Ｓ１２を出力する。電源電圧Ｓ１２は、電源回路１３からＨＰＡ６に供給される。
【００２３】
図２は、ＨＰＡ６に供給される電源電圧Ｓ１２と、ＨＰＡ６から出力される信号Ｓ６との関係を示す図である。図２に示すように、電源電圧Ｓ１２は、信号Ｓ６の包絡線Ｓ６Ａ
に応じて時間変動している。このように、包絡線追跡方式の電源回路１３は、ＨＰＡ６に一定値の電源電圧を供給するのではなく、ＨＰＡ６への入力信号Ｓ１の包絡線を包絡線検出部１２によって検出し、ＨＰＡ６に供給する電源電圧Ｓ１２をその包絡線に追従して変化させる。これにより、消費電力が低減され、高効率化を図ることができる。
【００２４】
図３は、電源電圧Ｓ１２の波形の一部を拡大して示す図である。図３において、破線の電源電圧Ｓ１２Ａは理想の波形を示しており、実線の電源電圧Ｓ１２は実際にＨＰＡ６に供給される波形を示している。両者を比較すると明らかなように、包絡線追跡方式の電源回路１３においては、ＨＰＡ６に供給する電源電圧が昇圧過程にある場合（領域ＲＨ）には、想定している電源電圧Ｓ１２Ａの値よりも実際の電源電圧Ｓ１２の値のほうが低くなる傾向にある。一方、ＨＰＡ６に供給する電源電圧が降圧過程にある場合（領域ＲＬ）には、想定している電源電圧Ｓ１２Ａの値よりも実際の電源電圧Ｓ１２の値のほうが高くなる傾向にある。
【００２５】
図４は、ＨＰＡ６の入出力特性（例えばＡＭ−ＡＭ特性）の一例を模式的に示す図である。この例では、横軸は入力信号Ｓ１の信号レベル（例えば電力値）を示しており、縦軸は信号Ｓ１０の値を示している。図４に示すように、包絡線追跡方式の電源回路１３においては、上記の傾向の相違に起因して、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にある場合と降圧過程にある場合とで、別個の入出力特性を規定することができる。図４において、入出力特性ＫＨは電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にある場合の特性に対応し、入出力特性ＫＬは電源電圧Ｓ１２が降圧過程にある場合の特性に対応する。
【００２６】
図５は、ＤＰＤ処理部２の第１の構成例を示すブロック図である。図５の接続関係で示すように、ＤＰＤ処理部２は、レベル検出部２１、昇降圧判定部２２、係数記憶部２３、入力信号補正部（歪補償部）２４、逆モデル推定部２６、昇降圧判定部２７、及びＡＤＣ２８を備えて構成されている。なお、昇降圧判定部２７は、逆モデル推定部２６内に含まれていても良い。
【００２７】
昇降圧判定部２７には、電源電圧Ｓ１２の値がＡＤＣ２８によってディジタル信号に変換されて、データＳ２０として入力される。昇降圧判定部２７は、データＳ２０の値の時間変動を検出することにより、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する。昇降圧判定部２７による判定の結果は、データＳ２１として逆モデル推定部２６に入力される。
【００２８】
また、逆モデル推定部２６には、信号Ｓ２及び信号Ｓ１０が入力される。逆モデル推定部２６は、データＳ２１と信号Ｓ２，Ｓ１０とに基づいて、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にある場合のＨＰＡ６の入出力特性ＫＨを表すモデル（以下「昇圧モデルＫＨ」とも称する）に対する逆モデルと、電源電圧Ｓ１２が降圧過程にある場合のＨＰＡ６の入出力特性ＫＬを表すモデル（以下「降圧モデルＫＬ」とも称する）に対する逆モデルとを別個に推定する。
【００２９】
具体的に逆モデル推定部２６は、昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬの各々に対応する逆モデルをｎ次べき級数（ｎは自然数）の多項式の形で表現するための各次の係数（つまり逆モデルの係数セット）を、昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬのそれぞれに関して演算によって求める。ここで、逆モデルとは、昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬの各々における非線形の歪を補償するための、昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬの各々の歪特性とは逆の特性を呈するモデルである。昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬの各々に対応する逆モデルの係数セットに関するデータＳ２３は、逆モデル推定部２６から係数記憶部２３に入力される。これにより、係数記憶部２３内には、昇圧モデルＫＨに対する逆モデルに関する係数セットと、降圧モデルＫＬに対する逆モデルに関する係数セットとが記憶さ
れる。
【００３０】
ところで、入力信号Ｓ１は、入力信号補正部２４に入力されるとともに、レベル検出部２１にも入力される。レベル検出部２１は、入力信号Ｓ１の信号レベル（例えば電力値）を検出する。検出された信号レベルに関するデータＳ２４は、レベル検出部２１から昇降圧判定部２２に入力される。
【００３１】
昇降圧判定部２２は、データＳ２４で与えられる入力信号Ｓ１の信号レベルの時間変動を検出することにより、入力信号Ｓ１が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する。昇降圧判定部２２による判定の結果は、データＳ２５として係数記憶部２３に入力される。
【００３２】
係数記憶部２３は、昇圧モデルＫＨに対する逆モデルに関する係数セット、及び降圧モデルＫＬに対する逆モデルに関する係数セットのうちの一方を、データＳ２５に基づいて選択する。具体的には、入力信号Ｓ１が昇圧過程にある場合には、昇圧モデルＫＨに対する逆モデルに関する係数セットを選択し、一方、入力信号Ｓ１が降圧過程にある場合には、降圧モデルＫＬに対する逆モデルに関する係数セットを選択する。そして、その選択した係数セットをデータＳ２６として入力信号補正部２４に入力する。
【００３３】
入力信号補正部２４は、データＳ２６で与えられる係数セットの逆モデルを、入力信号Ｓ１に付加することにより、その逆モデルに基づいて入力信号Ｓ１を補正する。これにより、入力信号Ｓ１に対して適切な歪補償がなされた信号Ｓ２が、入力信号補正部２４から出力される。図４を参照して、入力信号補正部２４は、入力信号Ｓ１が昇圧過程にある場合には、昇圧モデルＫＨに対する逆モデルに基づいて入力信号Ｓ１を補正し、一方、入力信号Ｓ１が降圧過程にある場合には、降圧モデルＫＬに対する逆モデルに基づいて入力信号Ｓ１を補正する。
【００３４】
図６は、ＤＰＤ処理部２の第２の構成例を示すブロック図である。図５に示した第１の構成例とは異なり、昇降圧判定部２７には、データＳ２０の代わりにディジタル信号である信号Ｓ２が入力される。その他の構成は第１の構成例と同様である。信号Ｓ２は電源電圧Ｓ１２にほぼ比例するため、信号Ｓ２の値によって電源電圧Ｓ１２の値を近似することができる。昇降圧判定部２７は、信号Ｓ２の値の時間変動を検出することにより、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する。その他の動作は第１の構成例における動作と同様である。
【００３５】
このように本実施の形態に係るＤＰＤ処理部２（歪補償装置）によれば、逆モデル推定部２６は、電源電圧Ｓ１２の昇圧過程と降圧過程とで別個に規定される複数のモデル（昇圧モデルＫＨ及び降圧モデルＫＬ）に対する複数の逆モデルを推定する。そして、入力信号補正部２４は、昇圧過程の入力信号Ｓ１に対しては、昇圧モデルＫＨに対する逆モデルに基づいて歪補償を行い、降圧過程の入力信号Ｓ１に対しては、降圧モデルＫＬに対する逆モデルに基づいて歪補償を行う。従って、電源電圧Ｓ１２の昇圧過程と降圧過程とで異なる入出力特性を呈するＨＰＡ６に関しても、昇圧過程と降圧過程とで異なる逆モデルに基づいて歪補償を行うことにより、高精度の歪補償を実現することが可能となる。
【００３６】
また、図５に示したＤＰＤ処理部２によれば、昇降圧判定部２７は、ＨＰＡ６に供給される電源電圧Ｓ１２に基づいて、その電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定する。このように、電源回路１３からＨＰＡ６に供給される電源電圧Ｓ１２を直接的にモニタすることによって、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを正確に判定することが可能となる。
【００３７】
また、図６に示したＤＰＤ処理部２によれば、昇降圧判定部２７は、入力信号補正部２４からの出力信号（信号Ｓ２）に基づいて、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを近似的に判定する。このように、電源回路１３からＨＰＡ６に供給される電源電圧Ｓ１２を直接的にモニタする代わりに、当該電源電圧Ｓ１２とほぼ比例関係にある信号Ｓ２をモニタすることによっても、電源電圧Ｓ１２が昇圧過程にあるか降圧過程にあるかを判定することができる。しかも、信号Ｓ２はディジタル信号であるため、ディジタル信号を扱う昇降圧判定部２７は、信号Ｓ２をそのまま扱うことができる。従って、電源回路１３からＨＰＡ６に供給される電源電圧Ｓ１２の値を検出するための検出回路や、当該検出回路によるアナログ信号の検出値をディジタル信号に変換するためのＡＤＣ２８が不要となるため、装置構成の簡略化を図ることができる。
【００３８】
また、本実施の形態に係る無線基地局１によれば、ＨＰＡ６の入出力特性の歪がＤＰＤ処理部２によって適切に補償されることにより、所望の送信信号を無線基地局１から送信することが可能となる。
【００３９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４０】
１  無線基地局
２  ＤＰＤ処理部
６  ＨＰＡ
２３  係数記憶部
２４  入力信号補正部
２６  逆モデル推定部
２７  昇降圧判定部
ＫＨ  昇圧モデル
ＫＬ  降圧モデル
【図１】
2010166451.tif 000003
【図２】
2010166451.tif 000004
【図３】
2010166451.tif 000005
【図４】
2010166451.tif 000006
【図５】
2010166451.tif 000007
【図６】
2010166451.tif 000008