(57)【要約】【課題】ジッタの影響によって入出力信号間のタイミングにずれが生じたとしても、精度よく歪補償を行うことができる歪補償回路、及びこれを用いた無線送信装置を提供する。【解決手段】本発明の歪補償回路２０は、サンプリング区間に含まれる入力信号及び出力信号を取得し、これら入力信号と出力信号との間のタイミングの同期を行う同期処理部２３と、同期処理部２３によって、互いにタイミングの同期がなされた前記入力信号及び前記出力信号を用いて増幅器４の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部２４と、前記モデルに対する逆モデルを前記入力信号に付加することにより増幅器４の歪補償を行う歪補償部２５とを備えている。同期処理部２３は、サンプリング区間の時間幅よりも短い時間幅からなる三つの小区間Ｓ１〜Ｓ３をサンプリング区間内に設定し、各小区間Ｓ１〜Ｓ３ごとにタイミングの同期を行う。【選択図】図２
2011019060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器の入力信号及び出力信号に基づいて当該増幅器の入出力特性についての歪補償を行う歪補償回路であって、
予め定められた時間幅の区間に含まれる前記入力信号及び前記出力信号を取得し、前記入力信号と前記出力信号との間のタイミングの同期を行う同期処理部と、
前記同期処理部によって、互いにタイミングの同期がなされた前記入力信号及び前記出力信号を用いて前記増幅器の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部と、
前記モデルに対する逆モデルを用いて入力信号に前記入出力特性とは逆の特性を与えることにより前記増幅器の歪補償を行う歪補償部と、を備え、
前記同期処理部は、当該区間の時間幅よりも短い時間幅からなる複数の小区間を前記区間内に設定し、前記複数の小区間ごとにタイミングの同期を行うことを特徴とする歪補償回路。
【請求項２】
前記同期処理部は、前記区間を複数に分割することで前記複数の小区間を設定する請求項１に記載の歪補償回路。
【請求項３】
前記同期処理部は、前記入力信号及び前記出力信号の内のいずれか一方を、前記複数の小区間ごとに分割した複数の分割信号を生成し、前記複数の分割信号それぞれのタイミングを、前記入力信号及び前記出力信号の内の他方に対して同期させる請求項１又は２に記載の歪補償回路。
【請求項４】
増幅器及びこの増幅器の入力特性についての歪補償を行う歪補償回路を有する送信部を備えた無線送信装置であって、
前記歪補償回路が、請求項１〜３のいずれか一項に記載の歪補償回路であることを特徴とする無線送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば無線送受信機に用いられる高出力増幅器の非線形特性を補償する機能を備えた歪補償回路、及びこれを用いた無線送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、効率性の高い高出力増幅器（ＨＰＡ: High Power Amplifier）は、入出力特性の線形性が低い。従って、このような増幅器を用いて電力を増幅すると、入出力特性の歪により、所望の出力が得られない場合がある。そこで、このような増幅器の歪を補償するために、当該増幅器の入力信号に対して、増幅器の歪特性とは逆の、逆歪特性をデジタル信号処理により生成して増幅器の入力に付加する歪補償処理を施すことで、所望の増幅器出力を得る歪補償回路が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Thesis by Lei Ding, "Digital predistortion of power amplifiers for wireless application", Georgia institute of Technology, March 2004
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記歪補償回路は、一般に、無線送信機の増幅装置に適用される。この増幅装置は、歪補償回路の他、デジタルの送信信号をアナログ変換するためのデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）と、ＤＡＣによりアナログ変換された送信信号を搬送周波数に変換する周波数変換器と、周波数変換された送信信号を増幅して出力する増幅器とを備えている。
上記歪補償回路は、増幅器により増幅される前のデジタルの送信信号（入力信号）を取得するとともに、増幅器により増幅された後の送信信号（出力信号）をデジタル信号として取得し、これら入出力信号を用いて歪補償処理を行う。このため、前記歪補償回路と増幅器との間には、アナログの出力信号をデジタルの出力信号として前記歪補償回路へフィードバックするために、搬送周波数からベースバンドの周波数に変換するための周波数変換器や、アナログの出力信号をデジタル信号に変換するためのアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）等が設けられており、歪補償回路は、これらを介して出力信号を取得する。
【０００５】
ここで、歪補償回路によって行われる歪補償においては、取得した入力信号と出力信号とが互いに時間軸上で一致していなければ精度よく歪補償を行うことができない。これに対して、歪補償回路は、所定の時間幅で設定された区間であるサンプリング区間に含まれる入力信号を取得するとともに、前記サンプリング区間に対応する出力信号を取得し、これら取得した入力信号と、出力信号との間でタイミングの同期を行なった上で歪補償を行うように構成されている。
【０００６】
ところが、上記ＡＤＣ、ＤＡＣ、及び、周波数変換器によって処理される信号は、これら各機器による低周波ジッタの影響を受け、時間軸上において、ゆらぎが生じる。このため、入力信号と、当該入力信号がＡＤＣ、ＤＡＣ、及び、周波数変換器を通過した後の信号である出力信号との間においては、ジッタの影響による時間軸上のゆらぎによって、サンプリング区間に含まれる、互いに対応する入出力信号同士であっても、前記サンプリング区間の中で、タイミングの進みや遅れが局所的に混在して生じるという問題がある。
【０００７】
図４は、サンプリング区間に含まれる入力信号と出力信号とを示すグラフの一例である。図４中、横軸は時間、縦軸は振幅を示している。図において、両信号のプロファイルを比較すると、入力信号における点ｋ１が、出力信号における点ｋ２に対応しており、入力信号における点ｌ１が、出力信号における点ｌ２に対応している。ここで、点ｋ１と点ｋ２との間のずれ幅Ｍ１と、点ｌ１と点ｌ２とのずれ幅Ｍ２とを比較すると、ずれ幅Ｍ１の方が、ずれ幅Ｍ２よりも大きくなっている。このことから、サンプリング区間内の両信号は、互いに全体のプロファイルがそのまま時間軸方向にずれているのではなく、サンプリング区間の中で、タイミングの進みや遅れが局所的に混在して生じていることが判る。
【０００８】
図４に示すように、サンプリング区間内でタイミングのずれが局所的に混在して生じると、例えば、両信号全体を時間軸方向に相対的にずらすことでタイミングの同期を取ろうとしても、正確にタイミングの同期を取ることが困難となり、歪補償の精度を低下させるおそれがある。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ジッタの影響によって入出力信号間のタイミングにずれが生じたとしても、精度よく歪補償を行うことができる歪補償回路、及びこれを用いた無線送信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】
【００１０】
（１）本発明は、増幅器の入力信号及び出力信号に基づいて当該増幅器の入出力特性についての歪補償を行う歪補償回路であって、予め定められた時間幅の区間に含まれる前記入力信号及び前記出力信号を取得し、前記入力信号と前記出力信号との間のタイミングの同期を行う同期処理部と、前記同期処理部によって、互いにタイミングの同期がなされた前記入力信号及び前記出力信号を用いて前記増幅器の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部と、前記モデルに対する逆モデルを用いて入力信号に前記入出力特性とは逆の特性を与えることにより前記増幅器の歪補償を行う歪補償部と、を備え、前記同期処理部は、当該区間の時間幅よりも短い時間幅からなる複数の小区間を前記区間内に設定し、前記複数の小区間ごとにタイミングの同期を行うことを特徴としている。
【００１１】
上記構成の歪補償回路によれば、同期処理部が前記区間の時間幅よりも短い時間幅からなる複数の小区間ごとにタイミングの同期を行うので、歪補償部と増幅器との間に介在するデジタル／アナログ変換器やアナログ／デジタル変換器等によるジッタの影響によって、前記区間内において入力信号と出力信号との間のタイミングに局所的なずれが生じたとしても、タイミングの同期に対する、局所的なずれの影響を極力抑制することができる。この結果、増幅器の入出力特性をより正確に推定することができ、精度よく歪補償を行うことができる。
【００１２】
（２）また、前記同期処理部は、前記区間を複数に分割することで前記複数の小区間を設定するものであってもよく、この場合、取得した入出力信号を効率よく利用することができる。
（３）さらに、前記同期処理部は、前記入力信号及び前記出力信号の内のいずれか一方を前記複数の小区間ごとに分割した複数の分割信号を生成し、前記複数の分割信号それぞれのタイミングを、前記入力信号及び前記出力信号の内の他方に対して同期させてもよい。
この場合、前記入力信号及び前記出力信号の内の他方の信号を基準として、各分割信号それぞれを時間軸方向に掃引することでタイミングを同期させることができ、速やかに前記区間内における入出力信号のタイミングの同期を行うことができる。
【００１３】
（４）また、本発明は、増幅器及びこの増幅器の入力特性についての歪補償を行う歪補償回路を有する送信部を備えた無線送信装置であって、前記歪補償回路が、上述の歪補償回路であることを特徴としている。
上記構成の無線送信装置によれば、上述の歪補償回路を備えているので、増幅器の入出力特性についてより正確に推定することができ、精度よく歪補償を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明の歪補償回路、及びこれを用いた無線送信装置によれば、ジッタの影響によって入出力信号間のタイミングにずれが生じたとしても、精度よく歪補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪補償回路が組み込まれた増幅装置のハードウェア構成を示す回路図である。
【図２】デジタル処理部が機能的に有する歪補償回路の機能ブロック図である。
【図３】同期処理部が行う同期処理の態様を説明するための模式図である。
【図４】サンプリング区間に含まれる入力信号と出力信号とを示すグラフの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無線送信装置における増幅装置部分を示す回路図である。この無線送信装置ＭＳは、無線送信機等の送信信号を増幅するため増幅装置１を備えている。増幅装置１は、前記歪補償回路（ＤＰＤ）２０を機能的に有するデジタル処理部２と、高出力増幅器（ＨＰＡ、以下、単に増幅器ともいう）４を有するアナログ処理部３とを備えている。
【００１７】
デジタル処理部２は、増幅器４に入力される入力信号としての送信信号をデジタル信号としてアナログ処理部３に与えるとともに、増幅器４が出力する出力信号をデジタル信号としてアナログ処理部３から取得する。
アナログ処理部３は、デジタル処理部２と、増幅器４の信号入力端子との間に、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）５、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６、及び、第一周波数変換部７が配置接続されている。デジタル処理部２が出力するデジタルの入力信号は、これらを介することで、アナログ信号に変換されるとともに搬送周波数に変換された後、増幅器４に与えられる。
増幅器４の出力端子には、アンテナ８が接続されており、増幅器４が出力する出力信号は、送信信号としてアンテナ８から送信される。
【００１８】
また、アナログ処理部３は、増幅器４の信号出力端子と、デジタル処理部２との間に、増幅器４の出力信号を得るためのカプラ９と、第二周波数変換部１０と、ローパスフィルタ１１と、アナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）１２とが配置接続されている。
増幅器４の出力信号は、これらを介することで、ベースバンドの周波数に変換されるとともにデジタル変換された後、デジタル処理部２に与えられる。
【００１９】
図２は、デジタル処理部２が機能的に有する歪補償回路の機能ブロック図である。
歪補償回路２０は、増幅器４への入力信号と、アナログ処理部３から取得する増幅器４の出力信号とに基づいて増幅器４の入出力特性を推定し、その入出力特性に対して歪補償処理を行うことで、所望の増幅特性を得るものであり、増幅器４の入力信号を蓄積するための入力信号バッファ部２１と、増幅器４の出力信号を蓄積するための出力信号バッファ部２２と、これら両バッファ部２１、２２に蓄積される入力信号及び出力信号を読み出して、両信号のタイミングの同期を行う同期処理部２３とを備えている。歪補償回路２０は、さらに、同期処理部２３にて互いに同期処理がなされた前記入力信号と前記出力信号とを用いて増幅器４の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部２４と、このモデル推定部２４により推定された入出力特性のモデルに基づいて、歪補償を行う歪補償部２５とを備えている。
【００２０】
歪補償部２５は、増幅装置１に与えられる送信信号（歪補償前の信号）に増幅器４の入出力特性に応じた歪補償処理を施して、増幅器４へ入力される入力信号（歪補償後の信号）を出力する。増幅器４は、歪補償部２５から予め歪補償が施された入力信号が与えられる。このため、増幅器４は、歪の無い（もしくは少ない）出力信号を出力することができる。
【００２１】
ここで、増幅器４の入出力特性は非線形特性であり、例えば、下記式（１）に示す、べき級数多項式で表現される。なお、下記式（１）中、ｚは増幅器４の出力信号、ｙは増幅器４の入力信号、ａiは各次の係数である。
【００２２】
【数１】
2011019060.tif 000003
【００２３】
歪補償部２５は、上記式（１）に基づき、下記式（２）に示す、べき級数多項式を演算し、増幅器４の入力信号ｙを求める。なお、下記式（２）中、ａi´は、増幅器の逆特性を示す各次の係数である。
【００２４】
【数２】
2011019060.tif 000004
【００２５】
歪補償部２３は、上記式（２）に示すように、増幅器４の入出力特性を表すモデルとしての増幅器４の逆特性を示す各次の係数ａi´に基づいて、増幅器４の歪特性の逆特性を信号ｘに付加し、増幅器４に起因する歪を打ち消すことで歪補償を行う。
【００２６】
上記式（２）中の増幅器４の逆特性を示す各次の係数ａi´は、モデル推定部２４によって求められる。モデル推定部２４は、同期処理部２３より与えられる増幅器４の入力信号ｙ、及び出力信号ｚに係る入出力信号データを読み出し、これらに基づいて、増幅器４の入出力特性を表すモデルを推定し、その推定したモデルとしての上記各次の係数ａi´を求める。
【００２７】
モデル推定部２４は、入力信号ｙを、出力信号ｚのべき級数多項式で表した増幅器モデル（逆モデル）を有しており、同期処理部２３から与えられる入出力信号を前記モデルに適用して、当該モデルを推定する。モデル推定部２２は、推定したモデルを示す値である各次の係数を、増幅器４の逆特性を示す各次の係数ａi´として、歪補償部２５に出力する。
【００２８】
入力信号バッファ部２１は、増幅器４へ与えられる入力信号を、予め定められた時間幅の区間として設定されるサンプリング区間分だけ蓄積し、蓄積した入力信号を同期処理部２３に出力する。また、出力信号バッファ部２２も、入力信号バッファ部２１と同様、増幅器４からの出力信号を、予め定められた時間幅のサンプリング区間分だけ蓄積し、蓄積した出力信号を同期処理部２３に出力する。なお、この出力信号バッファ部２２は、入力信号バッファ部２１の蓄積する入力信号に対応する出力信号を蓄積するように、出力信号を蓄積するタイミングが調整される。
【００２９】
同期処理部２３は、両信号バッファ部２１、２２から出力されるサンプリング区間に含まれる入力信号及び出力信号を取得し、これら入力信号と出力信号との間のタイミングの同期を行う。
図３は、同期処理部が行う同期処理の態様を説明するための模式図である。ここで、増幅器４に与えられるデジタルの入力信号、及び増幅器４からのデジタルの出力信号は、時間と振幅とで対応付けられた複数の離散データで構成されており、複数の離散データからなる入力信号及び出力信号を、時間軸方向（紙面左右方向）に延びる帯状に模式的に示している。
【００３０】
なお、本実施形態において、サンプリングは、例えば、周波数１００ＭＨｚ、区間約１００μｓ程度に設定され、その場合、当該サンプリング区間に含まれる離散データの数は、約１００００点である。本実施形態のモデル推定部２４がモデル推定を行うのに必要なデータ数は、その内の約８０００点程度であり、同期処理部２３は、少なくともデータ約８０００点分のタイミングの同期がなされた入出力信号を生成し、モデル推定部２４に出力する。
【００３１】
本実施形態の同期処理部２３は、出力信号バッファ部２２から出力される、前記サンプリング区間内に含まれる出力信号を取得すると、このサンプリング区間の時間幅よりも短い時間幅からなる複数の小区間をサンプリング区間内に設定し、その複数の小区間ごとにタイミングの同期を行う。
【００３２】
より具体的には、同期処理部２３は、図３に示すように、サンプリング区間内に、第一小区間Ｄ１、第二小区間Ｄ２、及び第三小区間Ｄ３の三つの小区間を設定し、これら各小区間ごとにサンプリング区間分の出力信号（に係る離散データ）を分割し、三つの分割信号Ｓ１〜Ｓ３を生成する。
【００３３】
ついで、同期処理部２３は、三つの分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれのタイミングを、サンプリング区間分の入力信号に対して同期させる。
【００３４】
同期処理部２３は、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３の振幅のプロファイルと、入力信号の振幅のプロファイルとが最も相関の取れるタイミングとなるように、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれを個別に、入力信号の振幅プロファイルと比較しつつ、時間軸方向に掃引する。そして、最も両者の間で相関の取れるタイミングを取得し、そのタイミングで両者を同期させる。
【００３５】
また、ここで、出力信号バッファ部２２は、入力信号バッファ部２１の蓄積する入力信号に対応する出力信号を蓄積するように、出力信号を蓄積するタイミングを調整するので、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれにおける、入力信号に対して同期がとれるタイミングは、予めどの範囲であるか推定することができる。このため、同期処理部２３は、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３の相関を取るために時間軸方向に掃引する範囲を予め推定し、その推定した範囲でタイミングの同期を行う。この場合、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれについて、入力信号の全域に亘って比較することなく、必要な範囲で分割信号を掃引するので、速やかに、タイミングの同期を行うことができる。
【００３６】
なお、図３に示す、入力信号と、いずれかの分割信号との間で同期がなされない部分Ｔ１，Ｔ２、及びＴ３に含まれる信号は、モデル推定部２４に出力されず、歪補償には用いられることはない。
【００３７】
上記のように、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれのタイミングを入力信号に対して同期させた後、同期処理部２３は、互いに同期がなされた入力信号及び各分割信号をモデル推定部２４に出力する。
互いに同期がなされた入力信号及び各分割信号が与えられたモデル推定部２４は、上述の通り、モデル推定を行う。
【００３８】
ここで、歪補償回路２０から増幅器４に向けて入力信号を出力する経路には、図１に示すように、当該入力信号を処理するためのＤＡＣ５、ＬＰＦ６、及び第一周波数変換部７が介在し、増幅器４から歪補償回路２０に向けて出力信号をフィードバックするための経路には、第二周波数変換部１０、ＬＰＦ１１、及びＡＤＣ１２が介在している。
従って、歪補償回路２０を通過した入力信号が、出力信号としてフィードバックされるまでの間に、ＤＡＣ５、ＬＰＦ６、第一周波数変換部７を通過した後に増幅器４に入力され、さらに、第二周波数変換部１０、ＬＰＦ１１、及びＡＤＣ１２を通過することとなる。このため、出力信号は、ＤＡＣ５、第一周波数変換部７、第二周波数変換部１０、及びＡＤＣ１２による低周波ジッタの影響を受け、時間軸上におけるゆらぎが生じ、サンプリング区間内においても、上記低周波ジッタの影響によって、入力信号と、出力信号との間で、タイミングの進みや遅れが局所的に混在して生じる。
【００３９】
この点、本実施形態の歪補償回路２０によれば、同期処理部２３がサンプリング区間の時間幅よりも短い時間幅からなる三つの小区間ごとにタイミングの同期を行うので、歪補償部２５と増幅器４との間に介在するＤＡＣ５やＡＤＣ１２等によるジッタの影響によって、サンプリング区間内において入力信号と出力信号との間のタイミングに局所的なずれが生じたとしても、そのずれの影響を極力抑制しつつタイミングの同期を行うことができる。この結果、増幅器４の入出力特性をより正確に推定することができ、精度よく歪補償を行うことができる。
【００４０】
また、本実施形態では、同期処理部２３は、サンプリング区間を複数に分割することで複数の小区間を設定するので、取得した入出力信号を効率よく利用して、タイミングの同期を行うことができる。
【００４１】
さらに、同期処理部２３は、出力信号を設定した三つの小区間ごとに分割した三つの分割信号Ｓ１〜Ｓ３を生成し、これら分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれのタイミングを、入力信号に対して同期させるので、入力信号を基準として、各分割信号Ｓ１〜Ｓ３それぞれを時間軸方向に掃引することでタイミングを同期させることができ、速やかにサンプリング区間内における入出力信号のタイミングの同期を行うことができる。
【００４２】
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されることはない。上記実施形態では、出力信号を複数の分割信号に分割し、入力信号を基準として両信号のタイミングの同期を行う場合を例示したが、入力信号を複数の分割信号に分割し、出力信号を基準としてタイミングの同期を行うように構成することもできる。さらに、入力信号及び出力信号の両者をともに、設定された小区間ごとに複数の分割信号に分割し、互いに対応する小区間に属する分割信号同士でタイミングの同期を行うように構成することもできる。
【００４３】
本発明に関して、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、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４４】
２０    歪補償回路
２３    同期処理部
２４    モデル推定部
２５    歪補償部
ＭＳ    無線送信装置
【図１】
2011019060.tif 000005
【図２】
2011019060.tif 000006
【図３】
2011019060.tif 000007
【図４】
2011019060.tif 000008