(57)【要約】【課題】  過補償による特性劣化を防止することが可能な前置歪補償装置およびその伝達関数決定方法の提供。【解決手段】  仕様を満足するバックオフ（ｂａｃｋ−ｏｆｆ）の値を予め算出しておき、誤差検出器１０は電力増幅器６への入力電力が必要なバックオフの値を超えた場合、そのデータを前置歪み発生器１の伝達関数の係数の生成に使用しない。こうすることにより、不安定な飽和領域のデータを使用せずに補償係数を算出することが可能となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力増幅手段と、
前記電力増幅手段へ入力される入力信号と、前記電力増幅手段から出力される出力信号の一部を取り出した信号とを比較した結果に基づき、前記電力増幅手段の歪を補償するための伝達関数を算出する誤差検出手段と、
前記誤差検出手段により算出された伝達関数を用いて前記電力増幅手段の歪を補償する前置歪発生手段とを含む前置歪補償装置であって、
前記誤差検出手段は前記入力信号の振幅と所定のバックオフの値との比較結果に応じて、前記入力信号の振幅のデータを歪補償係数の生成に使用するか否かを決定することを特徴とする前置歪補償装置。
【請求項２】
前記誤差検出手段は前記入力信号の振幅が所定のバックオフの値を超えた場合に前記入力信号の振幅のデータを前記歪補償係数の生成に使用しないことを特徴とする請求項１記載の前置歪補償装置。
【請求項３】
前記前置歪発生手段はデュアルポートラムと、
前記誤差検出手段で得られた前記電力増幅手段の伝達関数を前記デュアルポートラムに書き込むプロセッサとを含むことを特徴とする請求項１または２記載の前置歪補償装置。
【請求項４】
マルチキャリア無線伝送システムに用いられることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の前置歪補償装置。
【請求項５】
電力増幅器と、
前記電力増幅器へ入力される入力信号と、前記電力増幅器から出力される出力信号の一部を取り出した信号とを比較した結果に基づき、前記電力増幅器の歪を補償するための伝達関数を算出する誤差検出器と、
前記誤差検出器により算出された伝達関数を用いて前記電力増幅器の歪を補償する前置歪発生器とを含む前置歪補償装置の伝達関数決定方法であって、
前記誤差検出器は前記入力信号の振幅と所定のバックオフの値との比較結果に応じて、前記入力信号の振幅のデータを歪補償係数の生成に使用するか否かを決定する決定ステップを含むことを特徴とする伝達関数決定方法。
【請求項６】
前記誤差検出器は前記入力信号の振幅が所定のバックオフの値を超えた場合に前記入力信号の振幅のデータを前記歪補償係数の生成に使用しないことを特徴とする請求項５記載の伝達関数決定方法。
【請求項７】
前記前置歪発生器はデュアルポートラムと、
前記誤差検出器で得られた前記電力増幅器の伝達関数を前記デュアルポートラムに書き込むプロセッサとを含むことを特徴とする請求項５または６記載の伝達関数決定方法。
【請求項８】
マルチキャリア無線伝送システムに用いられることを特徴とする請求項５から７いずれかに記載の伝達関数決定方法。
【請求項９】
電力増幅器と、
前記電力増幅器へ入力される入力信号と、前記電力増幅器から出力される出力信号の一部を取り出した信号とを比較した結果に基づき、前記電力増幅器の歪を補償するための伝達関数を算出する誤差検出器と、
前記誤差検出器により算出された伝達関数を用いて前記電力増幅器の歪を補償する前置歪発生器とを含む前置歪補償装置の伝達関数決定方法のプログラムであって、
コンピュータに、前記入力信号の振幅と所定のバックオフの値との比較結果に応じて、前記入力信号の振幅のデータを歪補償係数の生成に使用するか否かを決定させる決定ステップを含むことを特徴とするプログラム。
【請求項１０】
前記決定ステップでは前記入力信号の振幅が所定のバックオフの値を超えた場合に前記入力信号の振幅のデータは前記歪補償係数の生成に使用されないことを特徴とする請求項９記載のプログラム。
【請求項１１】
前記前置歪発生器はデュアルポートラムと、
前記誤差検出器で得られた前記電力増幅器の伝達関数を前記デュアルポートラムに書き込むプロセッサとを含むことを特徴とする請求項９または１０記載のプログラム。
【請求項１２】
マルチキャリア無線伝送システムに用いられることを特徴とする請求項９から１１いずれかに記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前置歪補償装置およびその伝達関数決定方法に関し、特にＯＦＤＭ（orthogonal frequency division multiplexing）等のマルチキャリア無線伝送システムに用いる前置歪補償装置およびその伝達関数決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地上デジタル放送で使用されているＯＦＤＭ信号のピーク電力と平均電力の比率は１５ｄＢ程度であるのに対して、電力増幅器の飽和電力と平均電力の比率は１０ｄＢ程度である。これは電力増幅器の製造費用は出力飽和電力にほぼ比例するため、出力飽和電力を必要最小限に留めているためである。
【０００３】
したがって、電力増幅器に印加される電力は電力増幅器のピーク電力を超えたレベルに達する。この領域においては、前置歪補償では補償不可能である。
【０００４】
ここで、前置歪補償装置の動作原理の一例について説明する。図６は従来の電力増幅器の特性の一例を示す図である。同図において横軸は入力電圧、縦軸は出力電圧を表している。なお、元データは、内部でデジタル処理しているデータであり、単位は存在しない。ただし、（ｍＶ）と置換することが可能である。
【０００５】
補償器の伝達関数は、電力増幅器の逆関数とし、補償器と電力増幅器とを縦列に接続したときの伝達関数を無歪とするのが前置歪補償装置の動作原理である。
【０００６】
図７は従来の補償器の伝達関数の一例を示す図である。同図において横軸および縦軸は図６と同様である。同図において、大電力領域において一定値となっているのは、補償器自身が飽和するためである。
【０００７】
図８は従来の補償器と電力増幅器とを縦列に接続した場合の総合特性の一例を示す図である。同図において横軸および縦軸は図６と同様である。同図に示すように、伝達関数は補償器が飽和するまで直線（無歪）となる。
【０００８】
図９は従来の補償器と電力増幅器とを縦列に接続した場合の総合利得特性の一例を示す図である。同図において横軸は入力電圧、縦軸は利得（ｄＢ）を表している。横軸の単位については図６と同様である。同図に示すように、補償器が飽和すると総合利得は減少する。
【０００９】
近年、電力増幅器の特性変化に合わせて補償係数を自動制御する適応制御型の補償器が開発されている。
【００１０】
一方、増幅器の飽和領域を超えない範囲で動作するプリディストーション型歪補償型増幅装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【００１１】
また、増幅器へのバックオフを変更するように制御する歪補償データ制御部を備えた非線形歪補償方法および装置が知られている（たとえば、特許文献２参照）。
【００１２】
また、この種の他の前置歪補償装置の例が特許文献３〜５に開示されている。
【００１３】
【特許文献１】再特表ＷＯ００／０７４２３２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０８１４号公報
【特許文献３】特開昭６１−２１４８４３号公報
【特許文献４】特開平０４−２９０３２１号公報
【特許文献５】特開平１０−１４５１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、前述の適応制御型の補償器では、補償器のデータが過補償となる場合がある。過補償となる原因は、大振幅領域のデータは出現頻度が低く少数のデータで電力増幅器の特性を推定するため、誤差が大きくなりやすいことと、大振幅領域では、補償器自身が飽和してしまって、本質的に補償できないことが考えられる。
【００１５】
このような場合の補償後の特性を図１０に示す。図１０は従来の補償器の過補償の一例（総合特性）を示す図である。同図において横軸および縦軸は図６と同様である。この特性は、飽和電力付近で補償係数が不適切となることを示している。
【００１６】
また、このような場合の利得特性は図１１のようになる。図１１は従来の補償器の利得特性の一例（総合利得特性）を示す図である。同図において横軸および縦軸は図９と同様である。図１０および図１１に示すような特性になると、頻度は比較的低いが、インパルス的な雑音が発生し、ＩＭ(inter modulation ：相互変調) 特性を劣化させる。
【００１７】
すなわち、図６に示すように電力増幅器の特性は大振幅領域で低下する。そのため、逆関数である補償器の伝達関数は急峻に立ち上がる。一方で、ＯＦＤＭ信号の場合、大振幅領域の信号発生頻度は比較的低く、実際の信号で伝達関数を更新する適応補償方式を採用すると、伝達関数の大振幅領域のデータが十分高精度に得られない。このような特性に至ると比較的頻度の低いインパルス状の雑音が発生する。
【００１８】
一方、特許文献１〜５のいずれにも、バックオフに応じて歪データを排除するように歪補償するという本発明特有の構成は全く開示されていない。
【００１９】
そこで本発明の目的は、過補償による特性劣化を防止することが可能な前置歪補償装置およびその伝達関数決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記課題を解決するために、本発明による前置歪補償装置は、電力増幅手段と、前記電力増幅手段へ入力される入力信号と、前記電力増幅手段から出力される出力信号の一部を取り出した信号とを比較した結果に基づき、前記電力増幅手段の歪を補償するための伝達関数を算出する誤差検出手段と、前記誤差検出手段により算出された伝達関数を用いて前記電力増幅手段の歪を補償する前置歪発生手段とを含む前置歪補償装置であって、前記誤差検出手段は前記入力信号の振幅と所定のバックオフの値との比較結果に応じて、前記入力信号の振幅のデータを歪補償係数の生成に使用するか否かを決定することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明による伝達関数決定方法は、電力増幅器と、前記電力増幅器へ入力される入力信号と、前記電力増幅器から出力される出力信号の一部を取り出した信号とを比較した結果に基づき、前記電力増幅器の歪を補償するための伝達関数を算出する誤差検出器と、前記誤差検出器により算出された伝達関数を用いて前記電力増幅器の歪を補償する前置歪発生器とを含む前置歪補償装置の伝達関数決定方法であって、前記誤差検出器は前記入力信号の振幅と所定のバックオフの値との比較結果に応じて、前記入力信号の振幅のデータを歪補償係数の生成に使用するか否かを決定する決定ステップを含むことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明によるプログラムは、電力増幅器と、前記電力増幅器へ入力される入力信号と、前記電力増幅器から出力される出力信号の一部を取り出した信号とを比較した結果に基づき、前記電力増幅器の歪を補償するための伝達関数を算出する誤差検出器と、前記誤差検出器により算出された伝達関数を用いて前記電力増幅器の歪を補償する前置歪発生器とを含む前置歪補償装置の伝達関数決定方法のプログラムであって、コンピュータに、前記入力信号の振幅と所定のバックオフの値との比較結果に応じて、前記入力信号の振幅のデータを歪補償係数の生成に使用するか否かを決定させる決定ステップを含むことを特徴とする。
【００２３】
ここで、本発明の作用を述べる。本発明に係る前置歪補償装置は電力増幅器の歪を相殺する装置であり、伝達関数の逆関数である伝達関数を有している。本発明に係る前置歪補償装置は、補償される電力増幅器の飽和電力を考慮し、飽和電力を超える振幅の歪データを排除して補償特性を計算する機能を備えている。
【００２４】
これは、前置歪補償装置では電力増幅器の飽和電力を上げることができないことと、電力増幅器の利得は飽和電力付近で急激に低下し、前置歪補償装置自身が飽和するため、前置歪補償装置では十分に補償することができないことと、大振幅領域の飽和電力を超える電力の信号は出現頻度が比較的少なく、少数のデータで電力増幅器の特性を推定するため、誤差が大きくなりやすいためである。したがって、この領域のデータを用いて自動制御を行っても、特性の改善は見込めないばかりか、制御可能な領域の補償量を低下させることになる。
【００２５】
本発明では、このことに着目し、制御可能な振幅領域のデータのみを用いて補償器の伝達関数を決定することで、従来よりも高精度でかつ安定した特性を有する前置歪補償装置を構成できるという効果が得られる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、上記構成を含むため、過補償による特性劣化を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例について添付図面を参照しながら説明する。図１は本発明に係る前置歪補償装置を含む送信装置の一例の構成図である。
【００２８】
同図を参照すると、本発明に係る送信装置は、前置歪み発生器１と、直交変調器２と、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３と、周波数変換器４と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５と、電力増幅器６と、アンテナ７と、方向性結合器８と、遅延器９と、誤差検出器１０と、局部発振器１１と、直交復調器１２と、アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１３と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４と、周波数変換器１５と、局部発振器１６と、プログラム格納部１７とを含んで構成される。
【００２９】
このうち、本発明に係る前置歪補償装置に相当する部分は、前置歪み発生器１および誤差検出器１０である。また、プログラム格納部１７には後述する伝達関数決定方法の手順が記述されたプログラムが格納されており、誤差検出器１０がこのプログラムにしたがって前置歪み発生器１を制御する。
【００３０】
局部発振器１１は直交変調器２で直交変調を行う際に用いる発振器、局部発振器１６は周波数変換器４および１５で周波数変換を行う際に用いる発振器である。
【００３１】
入力信号であるベースバンドのＩ、Ｑ信号に、電力増幅器６の伝達関数の逆関数である伝達関数を有する前置歪み発生器１で電力増幅器６と逆の歪を付加した後、直交変調器２で中間周波数の信号に直交変調し、デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）３でアナログ変換し、周波数変換器４で所望の周波数に変換した後、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５を介して電力増幅器６で所望の電力に増幅するとともに、電力増幅器６の出力の一部を方向性結合器８で取り出し、周波数変換器１５で再び中間周波数の信号に変換し、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１４およびアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）１３を介して直交復調器１２でベースバンドのＩ、Ｑ信号に直交復調し、誤差検出器１０で直交復調した信号と遅延器９で遅延された入力信号Ｉ，Ｑとの誤差を検出することで信号の歪み成分を検出し、その歪み成分に基づき前置歪み発生器１の伝達関数を制御する。
【００３２】
次に、本発明に係る前置歪補償装置（前置歪み発生器１および誤差検出器１０）の動作の一例について説明する。
【００３３】
本発明による伝達関数決定方法は、仕様を満足するバックオフ（ｂａｃｋ−ｏｆｆ）の値を予め算出しておき、入力電力が必要なバックオフの値を超えた場合、そのデータは使用しない。こうすることにより、不安定な飽和領域のデータを使用せずに補償係数を算出することが可能となる。
【００３４】
必要なバックオフの値は、クリップモデル等を用いて計算することができる。たとえば、ＩＭ（相互変調）が−３６ｄＢ未満であれば、バックオフは７ｄＢ以上であり、ＩＭ（相互変調）が−４０ｄＢ未満であれば、バックオフは７．５ｄＢ以上となる。
【００３５】
次に、伝達関数決定方法の動作の一例について図２を参照しながら説明する。図２は伝達関数の係数生成の一例を示すフローチャートである。前述のプログラム格納部１７（図１参照）には図２にフローチャートで示すプログラムが格納されている。誤差検出器１０はプログラム格納部１７に格納されたプログラムにしたがって伝達関数の係数生成を行い、得られた係数から電力増幅器６の伝達関数を求め、その逆関数を前置歪み発生器１に与える。
【００３６】
誤差検出器１０は遅延器９から入力信号Ｉ、Ｑの有無を監視し（ステップＳ１）、入力信号Ｉ、Ｑがない場合（ステップＳ１にて“ＹＥＳ”の場合）、動作を終了する。
【００３７】
一方、誤差検出器１０は入力信号Ｉ、Ｑがある場合（ステップＳ１にて“ＮＯＯ”の場合）、入力信号Ｉ、Ｑの振幅を測定する（ステップＳ２）。
【００３８】
そして、入力信号Ｉ、Ｑの振幅が所定のバックオフの値を超えた場合（ステップＳ３にて“ＹＥＳ”の場合）、その振幅のデータを係数の生成に使用しない（ステップＳ５）。
【００３９】
一方、入力信号Ｉ、Ｑの振幅が所定のバックオフの値以下である場合（ステップＳ３にて“ＮＯ”の場合）、その振幅のデータを係数の生成に使用する（ステップＳ４）。
【００４０】
以上説明したように、本発明による前置歪補償装置では、飽和領域に係る領域は補償を行わない。図３は本発明による補償カーブと従来の装置の補償カーブとの比較の一例を示す図である。同図を参照すると、本発明では予め設定した値（すなわち、バックオフの値）までは、電力適応制御により得られた特性の逆特性を前置歪み発生器１に適用するが、それ以上（すなわち、バックオフの値を超える領域）は、直線的に延長する。
【００４１】
このようにして、電力増幅器６の入出力特性が推定され、その逆関数を算出することで、所望の前置歪み発生器１の特性が決定される。また、簡単のために、特性補償は「入力信号の振幅」対「出力信号の振幅」について行ったが、特性補償は「入力信号の振幅」対「入力信号と出力信号との位相差」についても補償する必要がある。
【００４２】
図４は本発明による電力増幅器の出力波形と従来例の出力波形との比較を示す図である。同図に示す波形３１は本発明による電力増幅器の出力波形、波形３２は従来の前置歪補償装置を用いた場合の電力増幅器の出力波形、波形３３は従来の補償なしの電力増幅器の出力波形をそれぞれ示している。
【００４３】
図５は前置歪み発生器１の構成の一例を示す図である。同図は前置歪み発生器１を記憶素子（デュアルポートラム（ｄｕａｌ  ｐｏｒｔ  ＲＡＭ））で構成した一例を示している。
【００４４】
同図を参照すると、前置歪み発生器１は極座標変換器２１と、デュアルポートラム２２および２３と、加算器２４と、直交座標変換器２５と、プロセッサ２６とを含んで構成される。
【００４５】
同図において、入力信号Ｉ、Ｑの振幅は、デュアルポートラム２２および２３のアドレス信号として使用され、データ信号に出力が得られる。
【００４６】
予め、プロセッサ２６を用いて、誤差検出器１０で得られた電力増幅器６の伝達関数をデュアルポートラム２２および２３に書き込んでおくことで、本発明の前置歪補償装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る前置歪補償装置を含む送信装置の一例の構成図である。
【図２】本発明による伝達関数の係数生成の一例を示すフローチャートである。
【図３】本発明による補償カーブと従来の装置の補償カーブとの比較の一例を示す図である。
【図４】本発明による電力増幅器の出力波形と従来例の出力波形との比較を示す図である。
【図５】本発明に係る前置歪み発生器１の構成の一例を示す図である。
【図６】従来の電力増幅器の特性の一例を示す図である。
【図７】従来の補償器の伝達関数の一例を示す図である。
【図８】従来の補償器と電力増幅器とを縦列に接続した場合の総合特性の一例を示す図である。
【図９】従来の補償器と電力増幅器とを縦列に接続した場合の総合利得特性の一例を示す図である。
【図１０】従来の補償器の過補償の一例（総合特性）を示す図である。
【図１１】従来の補償器の利得特性の一例（総合利得特性）を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  前置歪み発生器
２  直交変調器
３  デジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ）
４、１５  周波数変換器
５、１４  バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
６  電力増幅器
７  アンテナ
８  方向性結合器
９  遅延器
１０  誤差検出器
１１、１６  局部発振器
１２  直交復調器
１３  アナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）
１７  プログラム格納部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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