(57)【要約】【課題】  プリディストーション処理により増幅器の歪みを補償する際の歪み補償係数の参照を迅速かつ高精度にする歪み補償装置を提供する。【解決手段】    増幅器の特性値に適合したタップ係数をもつＦＩＲフィルタ（２０１〜２０４）に、変動する入力信号の振幅値（入力振幅値ｒ）を時系列的に入力することにより、入力信号の履歴に応じて歪み補償係数の参照位置が変わる参照信号Ｓを生成し、これを歪み補償テーブル部２０６に記録しておく。プリディストーション処理時には、参照信号Ｓをもとに最適な歪み補償係数を読み出す。このようにして、瞬時的な非線形特性の変化にも追従できるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波帯で使用される増幅器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で前記増幅器を含む電子回路において生じる歪みを除去する装置であって、
前記入力信号と前記増幅器から出力される出力信号の一部を帰還させた帰還信号とに基づいて歪み補償に用いる歪み補償係数を生成する歪み補償係数生成手段と、
生成した前記歪み補償係数を所定の配列で格納する格納手段と、
前記格納手段に格納されている歪み補償係数の位置を切り替えるための参照信号を、前記増幅器の特性値に適応させて生成する参照信号生成手段と、を有し、
前記参照信号により特定された位置の歪み補償係数を前記格納手段から読み出し、読み出した歪み補償係数を前記入力信号に付加することにより前記プリディストーション処理を行うことを特徴とする、
歪み補償装置。
【請求項２】
前記格納手段は、前記歪み補償係数をｘ行×ｙ列のマトリクス配列で格納することを特徴とする、
請求項１記載の歪み補償装置。
【請求項３】
前記参照信号生成手段は、前記増幅器の特性値に適合したタップ係数をもつＦＩＲフィルタに、前記入力信号及び帰還信号を時系列的に入力することにより、前記入力信号の履歴に応じて前記歪み補償係数の位置が変わる前記参照信号を生成することを特徴とする、
請求項１記載の歪み補償装置。
【請求項４】
前記参照信号生成手段は、前記ＦＩＲフィルタから出力される値に前記増幅器のヒステリシス特性に適合した分布の値を重み付けすることにより前記参照信号を生成することを特徴とする、
請求項３記載の歪み補償装置。
【請求項５】
発生頻度の低い高振幅値のデータに対して外挿処理を施すことにより、格納する前記歪み補償係数の値を補正する補正手段を有することを特徴とする、
請求項４記載の歪み補償装置。
【請求項６】
前記参照信号生成手段は、ピークファクタが時間的にランダムに変化する信号のキャリア数に適応して前記参照信号の内容を変更することを特徴とする、
請求項４記載の歪み補償装置。
【請求項７】
前記参照信号生成手段は、前記特性値に適合したタップ係数をもつＦＩＲフィルタによりデータ間の差分値を生成し、この差分値に基づいて前記参照信号を生成することを特徴とする、
請求項１記載の歪み補償装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形歪み補償装置及び非線形歪み補償方法ならびにプログラムに関する。より詳しくは、入力信号に対してプレディストーション処理を行うことにより、増幅器の非線形歪みを除去するようにした非線形歪み補償の仕組みに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばデジタルの無線通信に用いられる通信装置では、電力増幅器の不要電波の放射を抑制して電力効率を高めることが特に望まれている。電力効率を高めるためには、入力信号の積によって出力される非線形歪みをできる限り小さくする必要がある。非線形歪みを小さくすることを非線形歪み補償という。この非線形歪み補償を行う方式のうち、高効率を実現する方式の一つとして、プレディストータ方式が知られている。
【０００３】
プレディストータ方式は、電力増幅器に入力される入力信号の振幅及び位相を、その入力信号の瞬時振幅に対応して前もって歪ませ、これにより電力増幅器から出力される出力信号の歪みを低減させる方式である。
【０００４】
プレディストータ方式を実現した従来技術として、米国特許（United States Patent）第６３５６１４６  Ｂ１に挙げられたプレディストータがある。このプレディストータでは、入力信号の変化率と積分値に応じて歪み補償テーブルのインデックスを切り替え、より精密な歪み補償を行う。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６３５６１４６  Ｂ１
【０００６】
図５は、プレディストータの機能ブロックである。図５を参照すると、プレディストータにおいて、入力信号である送信周波数帯の直交変調信号１０１は、ダウンコンバータ１０２によって周波数変換され、Ａ／Ｄコンバータ１０３によりデジタル信号に変換される。変換されたデジタル信号は、直交復調部１０４により、直交座標系の直交ベースバンド信号に復調される。
【０００７】
振幅変換部１０５は、直交ベースバンド信号の振幅値を検出し、検出結果を歪み補償部１０６に送る。歪み補償部１０６は、内部に保有する三次元座標系（ｘ、ｙ、ｚ）の歪み成分を補償するための歪み補償係数を記録した歪み補償テーブルから対応する歪み成分のアドレスを選択する。この歪み補償テーブルに記録された歪み補償係数に基づいて補正され、歪み補償部１０６から出力された歪み信号Ｉ２、Ｑ２は、複素乗算部１０７により、直交復調部１０４から出力された直交ベースバンド信号Ｉ１，Ｑ１と複素乗算されて新たな直交ベースバンド信号Ｉ３，Ｑ３となる。このようにしてプレディストーションが行われ、その直交ベースバンド信号Ｉ３，Ｑ３が直交変調部１０８へ入力される。
【０００８】
直交変調部１０８は、入力された直交ベースバンド信号Ｉ３，Ｑ３を直交変調信号に変調する。変調された信号は、その周波数を平衡させるための周波数平衡部１０９を経て、Ｄ／Ａコンバータ１１０によりアナログ変換され、アップコンバータ１１１へと入力される。アップコンバータ１１１は、入力された信号を送信周波数に周波数変換する。この信号は、増幅器１１２及びアンテナ１１３を経て送信信号１１４となる。増幅器１１２には、バイアスよりドレイン電流Ｉｄが供給されている。
【０００９】
上記の過程で、増幅器１１２によって非線形歪みが発生する。この歪みを含んだ送信信号は、方向性結合器１１５から一部帰還信号として取り出され、ダウンコンバータ１１６及びＡ／Ｄコンバータ１１７を介して直交復調部１１８へ入力される。この直交復調部１１８により、歪みを含んだ帰還信号Ｉ４，Ｑ４となる。この帰還信号Ｉ４，Ｑ４は、それぞれ格納メモリ１１９に一旦格納されてＩ５，Ｑ５となり、これらが別の格納メモリ１２０に格納された入力信号Ｉ６（Ｉ１），Ｑ６（Ｑ１）とともに、歪み補償部１０６へ入力される。
【００１０】
歪み補償部１０６は、帰還系回路の周波数特性の補正を行うとともに、帰還信号Ｉ４，Ｑ４と入力信号Ｉ６（Ｉ１），Ｑ６（Ｑ１）を格納した格納メモリ１２０の出力とのタイミングを合わせ、プリディストーションのための歪み補償係数を算出する。この歪み補償係数は、歪み補償部１０６内の同相（Ｉ）歪み補償テーブル及び、直交（Ｑ）歪み補償テーブルへ送られる。
【００１１】
歪み補償部１０６における歪み補償係数生成部は、入力信号Ｉ６（Ｉ１），Ｑ６（Ｑ１）と帰還信号Ｉ４（Ｉ５），Ｑ４（Ｑ５）のそれぞれのベースバンド信号の直交座標系のＩ成分、Ｑ成分を比較し、比較結果に基づいて、入力信号Ｉ１，Ｑ１の振幅に対する歪み補償値を表す参照信号Ｓを生成する。
【００１２】
歪み補償部１０６の具体的な機能ブロックを図６に示す。
ｎ個の入力振幅値ｒをＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）等によりグループ分けし、グループごとの歪み補償係数を求める。求めた歪み補償係数を歪み補償テーブルに格納する。すなわち、過去の入力振幅値ｒの差分値である参照信号Ｓ１（微分値）を算出するｙ値（微分）算出回路４０１と、過去の入力振幅値ｒの積分値である参照信号Ｓ２（積分値）を算出するｚ値（積分）算出回路４０２と、これらの参照信号Ｓ１、Ｓ２、及び、入力振幅値ｒ、入力信号Ｉ６、Ｑ６、帰還信号Ｉ５、Ｑ５に基づいて歪み補償係数を生成する歪み補償係数生成部４０３と、歪み補償係数（Ｉ），（Ｑ）を記録するための複数の歪み補償テーブルを含む歪み補償テーブル部４０４とを有している。
【００１３】
図７は、歪み補償テーブル部４０４の内容を示している。入力振幅値ｒと参照信号Ｓ１，Ｓ２とから歪み補償係数を格納するためのアドレス（ｘ，ｙ，ｚ）が決定される。歪み補償テーブル部４０４には、これらのアドレスｘ、ｙ、ｚ、（ｒ、Ｓ１、Ｓ２）に従い、同相成分（Ｉ）の歪み補償係数を格納するＲＡＭ５０１と、直交成分（Ｑ）の歪み補償係数を格納するＲＡＭ５０２とが設けられている。これらのＲＡＭ５０１，５０２がそれぞれ歪み補償テーブルとなる。
【００１４】
上述したプレディストータは、高周波増幅器１１２における非線形歪みを補償できる利点はあるものの、入力信号の帯域幅、増幅器のバイアス条件、増幅器自体、などを変化させた場合に、ヒステリシス特性に変化が現れ、歪み補償テーブルが最適でなくなるという課題が残る。また、入力信号の変化率と積分値に応じて歪み補償テーブルのインデックスを切り替えるため、データが少ないｙ値とｚ値が同一のグループ内において収束が遅れるという問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、例えば入出力信号の帯域幅、増幅器のバイアス条件、増幅器の構成自体を変化させた場合におけるヒステリシス特性の変化に対して高速な収束を実現させることができる歪み補償装置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】
【００１６】
本発明の歪み補償装置は、高周波帯で使用される増幅器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で前記増幅器を含む電子回路において生じる歪みを除去する装置であって、前記入力信号と前記増幅器から出力される出力信号の一部を帰還させた帰還信号とに基づいて歪み補償に用いる歪み補償係数を生成する歪み補償係数生成手段と、生成した前記歪み補償係数を所定の配列で格納する格納手段と、前記格納手段に格納されている歪み補償係数の位置を切り替えるための参照信号を、前記増幅器の特性値に適応させて生成する参照信号生成手段と、を有し、前記参照信号により特定された位置の歪み補償係数を前記格納手段から読み出し、読み出した歪み補償係数を前記入力信号に付加することにより前記プリディストーション処理を行うことを特徴とする。
これにより増幅器の非線形特性（例えばヒステリシス特性）に起因して生じる非線形歪みに対しても、瞬時的な変化に対応する歪み補償係数を参照することができるため、歪み補償精度を高めることができる。
【００１７】
前記格納手段は、前記歪み補償係数を、例えばｘ行×ｙ列のマトリクス配列で格納する。これにより、参照すべき歪み補償係数の位置を容易に特定することができる。
【００１８】
前記参照信号生成手段は、例えば、前記特性値に適合したタップ係数をもつＦＩＲフィルタに、前記入力信号及び帰還信号を時系列的に入力することにより、前記入力信号の履歴に応じて前記歪み補償係数の位置が変わる前記参照信号を生成する。このような参照信号とすることにより、入力信号の履歴に応じた最適な歪み補償係数を参照できるようになる。
【００１９】
前記参照信号生成手段は、前記ＦＩＲフィルタから出力される値に前記特性値に適合した分布の値を重み付けすることにより前記参照信号を生成するようにしても良い。これにより、参照信号に基づいて参照するときの歪み補償係数の参照精度を高めることができる。
【００２０】
発生頻度の低い高振幅値のデータに対して外挿処理を施すことにより、格納する前記歪み補償係数の値を補正する補正手段を有するようにしても良い。このようにすれば、歪み補償精度をより高めることができる。
【００２１】
前記参照信号生成手段は、ピークファクタが時間的にランダムに変化する信号のキャリア数に適応して前記参照信号の内容を変更するようにしても良い。これにより、送信系の歪みをデジタルデータで処理、解析するために、送信系の歪みと高精度に一致させることができる。
【００２２】
また、参照信号生成手段は、前記増幅器のヒステリシス特性値に適合した任意のタップ係数をもつＦＩＲフィルタによりデータ間の差分値を生成し、この差分値に基づいて前記参照信号を生成するようにしても良い。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高周波帯で使用する増幅器を含む電子回路において、例えば入出力信号の帯域幅、増幅器のバイアス条件、増幅器の構成自体を変化させた場合における電子回路の特性変化に対して、プリディストーション処理を高速に収束させることができる歪み補償装置が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の歪み補償装置の実施の形態例を説明する。ここでは、図５に示したプレディストータにおける歪み補償部１０６を改良して新たな歪み補償部１とした電子回路の例を挙げる。プレディストータの他の構成部品については、図５に示したものを用いることができる。
【００２５】
本実施形態における歪み補償部１の具体的な構成例を図１に示す。
この歪み補償部１は、ＦＩＲフィルタを有する。ＦＩＲフィルタは、入力振幅値ｒにおける現在付近のｎ個の振幅値をそれぞれ格納するためのｎ個の遅延素子（Ｚ−１）２０１と、これらのｎ個の振幅値にタップ係数を乗算するためのタップ（ｈ１〜ｈｎ）２０２と、これらのｎ個の振幅値を加算して、歪み補償係数の位置を表す値（アドレス）である参照値を生成するための加算器２０３と、例えば非線形の増幅器の同一振幅入力信号に対する出力信号の不均一性に対応するために、参照値の分布を変更し、これによって上記の参照信号を生成するために用いる分布ＲＯＭ（read only memory)２０４とを含んで構成される。
歪み補償部１は、また、歪み同相成分（Ｉ）の歪み補償係数と、歪み直交成分（Ｑ）の歪み補償係数とを生成する歪み補償係数生成部２０５と、各歪み補償係数をテーブル形式で格納するための歪み補償テーブル部２０６とを有している。
【００２６】
この歪み補償部１は、図２の手順で動作する。
まず、入力信号Ｉ６、Ｑ６、帰還信号Ｉ５、Ｑ５、入力振幅値ｒ、参照信号Ｓを入力する（ステップＳ１）。入力信号Ｉ６、Ｑ６、帰還信号Ｉ５、Ｑ５、入力振幅値ｒは外部より、参照信号Ｓは歪み補償部１の内部より、それぞれ入力する。その際、各信号ｒ、Ｓ、Ｉ６、Ｑ６を帰還信号Ｉ５、Ｑ５のタイミングに合致させるために遅延処理を行う（ステップＳ２）。また、帰還信号Ｉ５、Ｑ５に対して帰還回路の周波数特性の補正を行う（ステップＳ３）。そして、これらの信号Ｉ６、Ｑ６、Ｉ５、Ｑ５から複素除算により、誤差値ｅｉ、ｅｑを求める（ステップＳ４）。その後、参照信号Ｓが属するグループを特定する。
【００２７】
ここで、参照信号Ｓのグループの意味を図８により説明する。図８（ａ）は増幅器１１２のＡＭ−ＡＭ（ＡＭは振幅値）特性図である。この図から明らかなように、ＡＭ−ＡＭ特性にはかなりのバラツキがある。１次元の歪み補償テーブルは図８（ｂ）のようなものであるが、１次元テーブルだと図８（ａ）のような特性のバラツキに十分に対応することができず、必ずしも良好な歪み補償が得られないおそれがある。そこで、増幅器１１２のＡＭ−ＡＭ特性のバラツキに対応するように、図８（ｃ）のようにグループ化された複数の歪み補償テーブルを用意しておく。図８（ｃ）には５つのグループの例（Ｓ＝０〜４）が示されているが、グループは多い方が好ましい。グループ化の基準は、例えば使用する増幅器１１２の特性値により、あるいは、予め採取した多数の振幅値の変化に基づく統計により決めることができる。
【００２８】
歪み補償部１は、参照信号Ｓが属するグループを特定した後、各々のグループにおいて最適となる歪み補償係数の生成、更新、格納を行う。
例えばグループが”０”について（ステップＳ５）、誤差値ｅｉ、ｅｑを参照信号ごとに周期的に平均化処理（ステップＳ６）するとともに、平均化した誤差値ｅｉ、ｅｑにより歪み補償係数ＩＫ＋１、ＱＫ＋１ を更新する（ステップＳ７）。そして、更新された歪み補償係数に対して外挿処理を施す（ステップＳ８）。このとき、好ましくは、発生頻度の低い高振幅値のデータに対して外挿処理を施すようにする。これにより歪み補償係数の収束を高速化させることができる。これは、データの少ない同じ参照信号のグループにおいても高速な収束が可能になるためである。
参照信号Ｓが”０”以外のグループに属する場合についても上記の同様の手順で処理を行う。その後、外挿された歪み補償係数を歪み補償テーブル部２０６に出力し、該当する歪み補償テーブルに格納する（ステップＳ９）。
【００２９】
この実施形態による歪み補償テーブル部２０６の内容例を図３に示す。
歪み補償テーブル部２０６は、現在の入力振幅値ｒを遅延させる遅延素子３０１と、入力振幅値ｒ（ｋビット）、参照信号Ｓ（Ｎ−ｋビット）に従い、歪み同相成分（Ｉ）の歪み補償係数を格納するためのＲＡＭ３０２と、歪み直交成分（Ｑ）の歪み補償係数を格納するためのＲＡＭ３０３とを有している。ＲＡＭ３０２は歪み同相成分（Ｉ）のルックアップテーブル（（Ｉ）歪み補償係数テーブル）として使用され、ＲＡＭ３０３は、歪み直交成分（Ｑ）のルックアップテーブル（（Ｑ）歪み補償係数テーブル）として使用される。
これらのＲＡＭ３０２，３０３には、それぞれ、ｘ行×ｙ列の歪み補償係数が記録される。各歪み補償係数の位置は、例えば、信号の履歴に応じてその配列位置（何行の何列目か）を切り替えるための参照信号により特定される。これにより、増幅器１１２の非線形特性の瞬時的な変化に対応させることができる。
【００３０】
本実施形態における歪み補償部１による歪み補償性能のスペクトラム図を図４に示す。図４において横軸は使用周波数［ＭＨｚ］、縦軸は信号及び歪み成分の振幅レベル［ｄＢ］である。図中、略中央部分が信号成分の振幅レベル、その前後領域が歪み成分の振幅レベルである。「ＰＤoff」はプリディストーション処理を行わない場合、「ＰＤon（一次元テーブル）」は参照信号Ｓが一つの場合、「ＰＤon（二次元テーブル）」は参照信号Ｓが複数の場合の例を示している。プリディストーション処理を行わない場合には、歪み成分がかなり残っているが、参照信号Ｓを用いてプロディストーション処理を行うことにより、それが除去されることがわかる。また、参照信号Ｓを複数用いることにより、歪み成分がより顕著に除去されることがわかる。
【００３１】
上述したように、本実施形態によれば、同じ入力振幅値ｒでもその入力信号の履歴の違いによって、複数の歪み補償テーブルの中から最適な一つの歪み補償テーブルを選択し、これにより特定された最適な歪み補償係数を用いてプリディストーション処理を行うことにより、増幅器１１２において瞬時的に発生し、あるいは非線形に発生する歪みを効果的に除去することができる。
【００３２】
歪みの除去により、増幅器１１２の効率を高めることもできる。これは、高効率化のためにバイアスが深くなるようにドレイン電流Ｉｄを供給する条件で増幅器１１２を使用しても、ｘ行×ｙ列の歪み補償係数により増幅器１１２の非線形特性の瞬時的な変化に迅速に対応させることができるためである。また、補償対象となる入力振幅値ｒとその直前の入力振幅値ｒとを使用し、参照信号Ｓが表す値（参照値）の分布を決定する分析ＲＯＭ２０４により、参照値に、増幅器１１２の特性や信号の履歴に適合した分布を持たせて歪み補償精度をさらに高めることもできる。
【００３３】
本実施形態のプレディストータは、特に、入出力帯域幅が変化する信号、例えばＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access：Wideband CDMA）信号や増幅器１１２のヒステリシス効果の差異に対しても、良好な歪み補償性能を発揮することができる。送信系の歪みをデジタルデータで処理、解析するために、送信系の歪みと高精度に一致させることができる。また、ピークファクタが時間的にランダムに変化する信号のキャリア数に適応して参照信号Ｓの内容を変更する構成にすることもできる。
【００３４】
また、歪み補償係数あるいは歪み補償係数テーブルを作成する際に、発生頻度の低い高振幅値のデータに対して外挿処理を施すことにより、データの少ない同一参照信号のグループにおいても高速な収束を実現させることができる。
【００３５】
プリディストーション処理に際して、増幅器１１２の高効率化のために、バイアスからのドレイン電流Ｉｄを抑圧させるようにしても良い。これにより、増幅器１１２に対して顕著な歪み補償効果が得られる。
【００３６】
増幅器１１２の歪み特性の変化が緩やかな場合には、歪み補償部１を低速で動作させることができる。この場合は、プレディストータ（歪み補償部１）の回路規模を小さくすることができる。
【００３７】
さらに、増幅器１１２をはじめとする送信系の歪みを低減できるため、電力増幅段のバックオフ量を減らすことができる。これにより電力増幅段の最大出力を増やすことができる。
【００３８】
なお、参照信号Ｓの生成に際して、非線形増幅器のヒステリシス特性に適合した任意のタップ係数をもつＦＩＲフィルタにより差分値を生成し、その差分値に基づいて参照信号を生成するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態における歪み補償部の機能ブロック例を示した図。
【図２】歪み補償部における歪み補償係数生成の動作手順説明図。
【図３】歪み補償部内の歪み補償テーブルの内容例を示す図。
【図４】歪み補償性能を示すスペクトラム図。
【図５】プレディストータの機能ブロック図。
【図６】歪み補償部の具体的な機能ブロック図。
【図７】歪み補償部内の歪み補償テーブルの内容を示した図。
【図８】（ａ）は増幅器のＡＭ−ＡＭ特性図、（ｂ）は１次元の歪み補償テーブルの例、（ｃ）はグループ化された複数の歪み補償テーブルの例を示した図。
【符号の説明】
【００４０】
１，１０６  歪み補償部
１０２，１１６  ダウンコンバータ
１０３，１１７  Ａ／Ｄコンバータ
１０４，１１８  直交復調部
１０５  振幅変換部
１０７  複素乗算部
１０８  直交変調部
１０９  周波数平衡部
１１０  Ｄ／Ａコンバータ
１１１  アップコンバータ
１１２  増幅器
１１３  アンテナ
１１５  方向性結合器
１１９，１２０  データ格納メモリ
３０１，２０１  遅延素子（Ｚ−１）
２０２  タップ（ｈ１〜ｈｎ）
２０３  加算器
２０４  分布ＲＯＭ
２０５  歪み補償部
２０６  歪み補償テーブル部
３０２，３０３，５０１，５０２  ＲＡＭ
４０１  ｙ値（微分）算出回路
４０２  ｚ値（積分）算出回路
４０３  歪み補償係数生成部
４０４  歪み補償テーブル部
【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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【図８】
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