(57)【要約】      （修正有）【課題】広帯域デジタルプリディストーションシステムのために、送信信号とフィードバック信号との間の遅延を推定するロバストな方法を提供する。【解決手段】周波数が広く離間している信号を時間的に整合させるためのシステムは、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）プロセッサと、ＤＰＤプロセッサに結合されており、電力増幅器出力において送信信号を提供するように動作可能な電力増幅器とを含む。システムはまた、電力増幅器出力に結合されているフィードバックループをも含む。フィードバックループは、適応的非整数遅延フィルタと、適応的非整数遅延フィルタに結合されている遅延推定器と、遅延推定器に結合されているＤＰＤ係数推定器とを備える。【選択図】図１
2019180093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を時間的に整合させるための方法であって、
ａ）カウンタを使用して遅延フィルタの遅延パラメータの値を計算するステップと、
ｂ）複数の送信信号を受信するステップと、
ｃ）複数のフィードバック信号を受信するステップと、
ｄ）前記複数の送信信号及び前記複数のフィードバック信号を使用してタイミング誤差
の関数を求めるステップと、
ｅ）前記タイミング誤差の前記関数が所定閾値以上であることを判定するステップと、
ｆ）前記カウンタを増分するステップと、
ｇ）ａ）〜ｆ）を１回以上反復するステップと、
ｈ）前記タイミング誤差の前記関数が前記所定閾値未満であることを判定するステップ
と、
ｉ）前記遅延フィルタの前記遅延パラメータを固定するステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記遅延パラメータを使用してプリディストーション係数を推定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記遅延パラメータの前記値を計算するステップが、前記カウンタに刻み幅パラメータを乗算するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記刻み幅パラメータが０から１までの範囲である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の送信信号及び前記複数のフィードバック信号を使用して前記タイミング誤差の前記関数を求めるステップが、
前記複数の送信信号及び前記複数のフィードバック信号をフィルタリングするサブステップと、
前記タイミング誤差を推定するサブステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記タイミング誤差の前記関数が、振幅２乗関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記タイミング誤差の前記関数が、振幅ピーク相関関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記タイミング誤差の前記関数が、誤差ベクトル振幅（ＥＶＭ）関数を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記遅延フィルタは非整数遅延フィルタを含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２０１２年７月２３日に提出された、「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  Ａｌｉｇｎｉｎｇ  Ｓｉｇｎａｌｓ  Ｗｉｄｅｌｙ  Ｓｐａｃｅｄ  ｉｎ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  ｆｏｒ  Ｗｉｄｅｂａｎｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ  ｉｎ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」と題する米国特許仮出願第６１／６７４，７７１号に対する優先権を主張し、当該特許仮出願の開示は、本明細書によって、参照によりその全体がすべての目的で本明細書に援用される。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]プリディストーションは、電力増幅器の線形性を改善するために、通信システムにおいて使用される技法である。電力増幅器は非線形的な入力／出力特性を有する可能性があるため、電力増幅器の入力／出力特性を線形化するためにプリディストーションが使用される。本質的には、電力増幅器に供給される入力に「インバースディストーション」が導入され、それによって、電力増幅器の非線形特性が相殺される。
【０００３】
[0003]移動体通信システムにおける電力増幅器を線形化するために使用される現行のプリディストーション技術には、主に、アナログ回路によってＩＦ／ＲＦにおいて実装されるアナログプリディストータ、及び、デジタル信号処理（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）技法によるベースバンドにおけるデジタルプリディストータがある。
【０００４】
[0004]アナログプリディストータは、電力増幅器の線形化をもたらすために、誤差減算及び電力マッチングの原理に基づく。電力増幅器の非線形特性は複雑で、多くの変数を伴う可能性があるため、アナログプリディストーションの結果として、プリディストーション精度が最適なものではなくなり、相当の電力を消費することになる。
【０００５】
[0005]プリディストーション技術において為されている進展にもかかわらず、デジタルプリディストーションシステムのための方法及びシステムを改善することが、当該技術分野において必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]したがって、上記の問題を鑑みて本発明が成されており、本発明の目的は、広帯域デジタルプリディストーションシステムのために、送信信号とフィードバック信号との間の遅延を推定するロバストな方法を提供することである。上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、本技法は、フィードバック経路内のＦａｒｒｏｗ構造に基づく非整数遅延フィルタ、及び、フィードバック経路遅延を正確に制御するためのアルゴリズムの使用に基づく。本発明の実施形態は、送信信号とフィードバック信号とを、いかなる時も高い精度で時間的に整合させることが可能である。
【０００７】
[0007]本発明の一実施形態によれば、周波数が広く離間している搬送波を用いた広帯域デジタルプリディストーションのための単純で確実な遅延推定方法が提供される。本発明は、広帯域デジタルプリディストーションシステムのために、送信信号とフィードバック
信号とを時間的に整合させる方法を提供する。上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、本技法は、設計及び制御が非常に単純である３次Ｌａｇｒａｎｇｅ  Ｆａｒｒｏｗ構造に基づくプログラム可能非整数遅延フィルタの使用に基づく。本明細書に説明する実施形態は、瞬時１００ＭＨｚ帯域幅を超えて、デジタルプリディストーションシステムにおいて信号を整合させることが可能である。
【０００８】
[0008]本発明の一実施形態によれば、周波数が広く離間している信号を時間的に整合させるためのシステムが提供される。システムは、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）プロセッサと、ＤＰＤプロセッサに結合されており、電力増幅器出力において送信信号を提供するように動作可能な電力増幅器とを含む。システムはまた、電力増幅器出力に結合されているフィードバックループをも含む。フィードバックループは、適応的非整数遅延フィルタと、適応的非整数遅延フィルタに結合されている遅延推定器と、遅延推定器に結合されているＤＰＤ係数推定器とを含む。
【０００９】
[0009]本発明の別の実施形態によれば、信号を時間的に整合させる方法が提供される。方法は、ａ）遅延パラメータの値を計算するステップと、ｂ）複数の送信信号を受信するステップと、ｃ）複数のフィードバック信号を受信するステップとを含む。方法はまた、ｄ）複数の送信信号及び複数のフィードバック信号を使用してタイミング誤差に関連する関数を求めるステップと、ｅ）タイミング誤差に関連する関数が所定閾値以上であることを判定するステップと、ｆ）カウンタを増分するステップとをも含む。方法は、ｇ）ａ）〜ｆ）のうちの１つ又は複数を１回以上反復するステップと、ｈ）タイミング誤差に関連する関数が所定閾値未満であることを判定するステップと、ｉ）遅延パラメータを固定するステップとをさらに含む。
【００１０】
[0010]本発明を用いて、従来技法にまさる多数の利点が達成される。たとえば、本発明の実施形態は、フィードバック経路における遅延の制御を強化することを可能にし、デジタルプリディストーションシステムの性能特性を改善する。本発明のこれらの及び他の実施形態は、その利点及び特徴の多くととともに、以下の本文及び添付の図面に関連してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による遅延推定を用いたデジタルプリディストーションを含む多搬送波広帯域システムを示す概略ブロック図である。
【００１２】
【図２】本発明の一実施形態による広帯域信号を整合させるためのシステムを示す概略ブロック図である。
【００１３】
【図３】本発明の一実施形態による信号を時間的に整合させる方法を示す簡略化された流れ図である。
【特定の実施形態の詳細な説明】
【００１４】
[0014]本発明は、一般的に、多重化変調技法を使用した広帯域通信システムに関する。より詳細には、本発明は、ワイヤレス送信機における広帯域デジタルプリディストーション線形化のために、周波数が広く離間している信号を整合させる方法に関する。
【００１５】
[0015]無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力増幅器（ＰＡ：ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の線形性及び効率は、ワイヤレス通信システムにおいてスペクトル効率の重要性が増している中で、高いピーク対平均電力比（ＰＡＲ：ｐｅａｋ  ｔｏ  ａｖｅｒａｇｅ  ｐｏｗｅｒ  ｒａｔｉｏ）を有する非定包絡線デジタル変調方式にとって重要な設計課題になっている。ＲＦ  ＰＡは、ＰＡの出力に振幅変調−振幅変調（ＡＭ−ＡＭ：ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）及び振幅変調−位相変調（ＡＭ−ＰＭ：ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−ｐｈａｓｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ディストーションをもたらす非線形性を有する。非線形性の影響により、隣接するチャネルのスペクトル再成長、及び、誤差ベクトル振幅（ＥＶＭ：ｅｒｒｏｒ  ｖｅｃｔｏｒ  ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）を劣化させる帯域内ディストーションがもたらされる。それゆえ、様々な線形化技法のうちの１つが、一般的にＲＦ  ＰＡに適用される。フィードバック、フィードフォワード及びプリディストーションのような様々な線形化技法が、文献において提案されている。
【００１６】
[0016]最も有望な線形化技法は、近年のデジタル信号プロセッサの進歩を利用するベースバンドデジタルプリディストーション（ＤＰＤ）である。ＤＰＤは、広く使用されている従来のフィードフォワード線形化技法と比較してシステム複雑度を低減しながら、良好な線形性、良好な電力効率を達成することができる。その上、ソフトウェア実装態様は、デジタルプリディストータに、多標準環境に適した再構成可能性をもたらす。加えて、効率強化技法を使用するＰＡそのようなドハティ電力増幅器（ＤＰＡ：Ｄｏｈｅｒｔｙ  ｐｏｗｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）は、線形性を犠牲にして従来のＰＡ設計よりも高い効率を達成することが可能である。それゆえ、ＤＰＤを、効率強化技法を使用するＤＰＡと組み合わせることによって、システムの線形性及び全体的な効率を最大限に引き出せる可能性がある。
【００１７】
[0017]一般的なワイヤレス通信システムの瞬時帯域幅は、約２０ＭＨｚ〜２５ＭＨｚをサポートする。デジタルプリディストーションアルゴリズムの一般的な遅延推定は、２倍以上のオーバーサンプリングによって、送信信号とフィードバック信号との間の大小関係を使用する。
【００１８】
[0018]しかしながら、次世代ワイヤレスシステムの瞬時帯域幅の要件（＞２５ＭＨｚ）は増大し続けており、これは、広帯域の複数の搬送波が、周波数が広く離間する可能性があることを意味し、たとえば、搬送波間隔は、６５ＭＨｚの瞬時帯域幅をサポートするシステムについて最大６０ＭＨｚになる可能性がある。瞬時帯域幅の要件の増大によって、搬送波間隔が大きいことに起因して、非常に短い時間差でいくつかの相関ピークが生じる可能性がある。相関ピークが生じることによって大きな遅延整合誤差が生じる可能性があり、これは望ましいことではない。したがって、本発明の実施形態は、確実な遅延推定を用いる広帯域デジタルプリディストーションシステムを提供する。
【００１９】
[0019]図１は、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）回路、補間器、デジタル−アナログ変換器、変調器、電力増幅器、デュプレクサ、ＰＡの出力に結合される出力に対する無線周波数逓降回路、デジタルプリディストーションフィードバック経路のためのアナログ−デジタル変換器、及びデジタル周波数逓降器を示す概略ブロック図である。デジタルプリディストーションシステムは、複合信号（Ｉ及びＱ）の振幅に基づく遅延推定を利用する。通常、フィードバックＡＤＣのサンプルレートは、デジタルプリディストータのサンプルレートの２倍である。たとえば、デジタルプリディストーションサンプルレートが１２５ＭＨｚである場合、フィードバックＡＤＣのサンプルレートは一般的に少なくとも２５０ＭＨｚであり、これは、ハードウェア制御可能遅延の最小分解能が４ｎｓ（１／２５０ＭＨｚ）であることを意味する。いくつかの実装態様において、この最小分解能は、周波数が広く離間している搬送波の場合に所望の精度で送信とフィードバック経路との間の遅延を整合させるほど十分に小さくはない。
【００２０】
[0020]遅延推定器は、フィードバック経路からの入力、並びに、ＤＰＤ回路の出力からの入力を受信する。遅延推定器は、これらの入力の間の差を計算し、誤差最小化プロセスの一部として信号を時間的に整合させるために係数推定器に入力を与える。本発明のいくつかの実施形態において、遅延推定器は、ＤＰＤ回路の出力における同相成分及びフィードバック信号の同相成分並びにＤＰＤ回路の出力における直角位相成分及びフィードバック信号の直角位相成分の間のタイミング誤差の関数である値をもたらす。
【００２１】
[0021]タイミング誤差に関連する関数とも称され得る、タイミング誤差の関数の計算の一例として、関数は、複合フィードバック信号とＤＰＤ回路の複合出力との間の平均２乗誤差とすることができる。
【数１】
2019180093.tif 000003
式中、
【数２】
2019180093.tif 000004
は同相フィードバック信号であり、
【数３】
2019180093.tif 000005
は直角位相フィードバック信号であり、
Ｉは同相出力ＤＰＤ信号であり、
Ｑは直角位相出力ＤＰＤ信号である。
【００２２】
[0022]図２は、本発明の一実施形態による広帯域信号を整合させるためのシステムを示す概略ブロック図である。図２に示すシステムは、デジタルプリディストーション（ＤＰＤ）回路と、補間器と、デジタル−アナログ変換器と、変調器と、電力増幅器と、デュプレクサと、ＰＡの出力に結合される出力に対する無線周波数逓降回路と、フィードバック経路のためのアナログ−デジタル変換器と、デジタル周波数逓降器と、いくつかの実施形態において０〜１に及ぶ制御可能パラメータ（ｍｕ）を有する非整数遅延フィルタとを含む。
【００２３】
[0023]本発明の本発明によれば、非整数遅延フィルタは、非整数遅延フィルタは、単純な実装を可能にし、デジタルプリディストーションサンプルレートにおける動作を可能にする３次Ｌａｇｒａｎｇｅ  Ｆａｒｒｏｗ構造に基づいて実装される。特定の用途に対する必要に応じて、より高次のＬａｇｒａｎｇｅ  Ｆａｒｒｏｗフィルタを使用することができる。最小遅延分解能はサンプルレートの１０倍以上とすることができ、これは、最小遅延分解能を、１ＧＨｚのサンプルレートを有するフィードバックＡＤＣについて０．１ｎｓ程度に小さくすることができることを意味する。無論、最小遅延分解能は、いくつかの実装態様においてはビット数に依存することになる。同様の最小遅延をもたらすために、従来のシステムであれば、ハードウェアにおける１０ＧＨｚサンプルレート補間器、又は、複雑で時間のかかるソフトウェアフィルタリングアルゴリズムを使用することになる。
【００２４】
[0024]非整数遅延フィルタは、サンプリングレートの分数による信号のシフト（すなわち、信号の時間シフト）を可能にする。一例として、サンプリングレートが１００ＭＨｚであったとすると、従来のシステムは、各サンプル間に１０ｎｓ（すなわち、１／１００ＭＨｚ）をもたらすレートでしかサンプリングしない。図２に示すように、非整数遅延フィルタは、ｍｕとして示すパラメータを含む。パラメータは、パラメータは、信号のシフトが、サンプリングレートの所定分数、たとえば、サンプリングレートの１／１０によって遅延を変化させることを可能にする。したがって、非整数遅延フィルタは、最小遅延を、０〜１に及ぶｍｕ値について１０ｎｓから１ｎｓに低減することを可能にする。したがって、本発明の実施形態は、広帯域通信システムにおけるデジタルプリディストーションのコンテキストにおける非整数遅延フィルタリングを利用する。
【００２５】
[0025]図２を再び参照すると、非整数遅延フィルタは、パラメータｍｕの関数としての可変遅延を用いる低域通過フィルタとしての役割を果たす。動作中のパラメータｍｕの変動に関する追加の記述を以下に与える。
【００２６】
[0026]図３は、本発明の一実施形態による信号を時間的に整合させる方法を示す流れ図である。遅延推定が開始すると、カウンタ（ｎ）が０に設定され、ｍｕがカウンタに刻み幅を乗算した値に設定され（ｍｕ＝ｎ＊ｓｔｅｐ）、したがってｍｕは０に設定される。刻み幅は、多様な値、たとえば、０．２、０．１、０．０５などに設定することができる。一例として、ＡＤＣが１ＭＨｚのサンプルレート（すなわち、サンプルあたり１μｓ）において動作しており、刻み幅が０．１に設定される場合、カウンタは０．１μｓの最小遅延分解能をもたらすために増分されるため、ｍｕは０．１の倍数に設定されることになる。
【００２７】
[0027]信号は、ＤＰＤ回路の出力及びフィードバック経路の出力（すなわち、デジタル周波数逓降器の出力）において捕捉される。ＤＰＤ回路の出力とフィードバック経路の出力とは振幅整合される。２つの経路の整合された捕捉信号を使用して、タイミング誤差の関数の計算が、図２に示すような遅延推定器において実行される。最初の反復中、ｎ＝０及びｍｕ＝０であり、非整数遅延フィルタに対するパラメータｍｕ＝０がもたらされる。結果もたらされるタイミング誤差の関数が所定閾値以上である場合、カウンタが増分され、次の反復についてｍｕが再計算される（すなわち、この例では２回目の反復についてｍｕ＝１＊ｓｔｅｐ＝１＊０．１＝０．１）。プロセスは、タイミング誤差の関数が所定閾値未満になり、ｍｕが固定され、遅延推定器からの値が係数推定器（すなわち、係数推定アルゴリズム）に与えられるまで反復する。刻み幅はこの例における０．１の値には限定されず、必要に応じて他の値、たとえば、０．２、０．１、０．０５などに設定することができる。
【００２８】
[0028]本発明の実施形態は、信号誤差を所定レベルまで低減するためのリアルタイムの適応的処理を可能にする。当業者には明白になるように、所定数のシンボルが捕捉され（たとえば、４０００サンプル）、遅延推定値を求めるためにタイミング誤差の関数の計算が実行され、その後、係数推定器に遅延が与えられる。
【００２９】
[0029]図３を参照すると、信号を時間的に整合させる方法が提供される。方法は、ａ）遅延パラメータの値を計算するステップと、ｂ）複数の送信信号を受信するステップと、ｃ）複数のフィードバック信号を受信するステップとを含む。図３に示すように、遅延パラメータの値を計算するステップは、カウンタに刻み幅パラメータを乗算するステップを含むことができる。刻み幅パラメータは、０〜１に及ぶことができる。方法はまた、ｄ）複数の送信信号及び複数のフィードバック信号を使用してタイミング誤差の関数を求めるステップと、ｅ）タイミング誤差の関数が所定閾値以上であることを判定するステップとをも含む。複数の送信信号及び複数のフィードバック信号を使用してタイミング誤差の関数を求めるステップは、複数の送信信号及び複数のフィードバック信号をフィルタリングするサブステップと、タイミング誤差を推定するサブステップとを含むことができる。
【００３０】
[0030]方法は、ｆ）カウンタを増分するステップと、ｇ）ａ）〜ｆ）を１回以上反復するステップとをさらに含む。いくつかの実施形態において、ａ）〜ｆ）のサブセットは１回以上反復される。図３に示すように、ａ）〜ｆ）の反復は、タイミング誤差の関数が所定閾値以上である限り実行される。
【００３１】
[0031]方法は、数回の反復及び遅延パラメータの値の増大の後、ｈ）タイミング誤差の関数が所定閾値未満であることを判定するステップと、ｉ）遅延パラメータを固定するステップとを含む。一実施形態において、方法はまた、遅延パラメータを使用してプリディストーション係数を推定するステップをも含む。
【００３２】
[0032]図３に示す特定のステップは、本発明の一実施形態による信号を時間的に整合させる特定の方法を提供することが諒解されるべきである。代替的な実施形態による他の一連のステップも実行されてもよい。たとえば、本発明の代替的な実施形態は、上記に概説したステップを異なる順序で実行してもよい。その上、図３に示す個々のステップは、個々のステップに対する必要に応じて、様々な順序で実行されてもよい複数のサブステップを含んでもよい。さらに、特定の用途に応じてさらなるステップが追加又は削除されてもよい。当業者であれば、多くの変形形態、変更形態、及び代替形態を認識しよう。
【００３３】
[0033]本明細書に説明する例及び実施形態は例示のみを目的としていること、並びに、本明細書に記載する例及び実施形態に照らして様々な改変又は変更が当業者に示唆され、本出願の趣旨及び範囲並びに添付の特許請求項の範囲内に含まれるべきであることも理解される。
【図１】
2019180093.tif 000006
【図２】
2019180093.tif 000007
【図３】
2019180093.tif 000008
【外国語明細書】
2019180093000001.pdf