(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償回路において、
前記非線形高出力増幅した変調信号と前記非線形高出力増幅する前の変調信号との差分を求めることによって、前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出する歪み抽出部と、
前記歪み抽出部から抽出した歪み成分をベースバンド領域に直交復調する直交復調部と、
前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳する歪み重畳部と、
を具備することを特徴とする非線形歪み補償回路。
【請求項２】
前記歪み抽出部から抽出した歪み成分の位相を調整してからベースバンド領域に直交復調することを特徴とする請求項１記載の非線形歪み補償回路。
【請求項３】
前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の位相を調整し、その結果歪み成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳することを特徴とする請求項１記載の非線形歪み補償回路。
【請求項４】
前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、この減衰器の出力信号から非線形高出力増幅する前の変調信号を減算する減算器とから成ることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の非線形歪み補償回路。
【請求項５】
前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を反転させる位相反転器と、前記減衰器の出力信号に前記位相反転器より出力される反転変調信号を加算する加算器とから成ることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の非線形歪み補償回路。
【請求項６】
前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信号から前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分を減算する減算器から成ることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の非線形歪み補償回路。
【請求項７】
前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信号に前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の位相反転成分を加算する加算器から成ることを特徴とする請求項１乃至５いずれかに記載の非線形歪み補償回路。
【請求項８】
前記ベースバンド領域の歪み成分の位相反転成分は、前記歪み抽出部により抽出された歪み成分の位相を位相反転器で反転させてから前記直交復調部により直交復調することにより生成することを特徴とする請求項７記載の非線形歪み補償回路。
【請求項９】
ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償方法において、
前記非線形高出力増幅した変調信号と前記非線形高出力増幅する前の変調信号との差分を求めることによって、前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出するステップと、
前記抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に直交復調するステップと、
前記直交復調されて生成されるベースバンド領域の歪み成分の逆の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳するステップと、
を具備することを特徴とする非線形歪み補償方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線送信機等で用いられる直交変調回路に係り、特にベースバンド信号を直交変調した後に高電力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償回路及び非線形歪み補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、直交変調回路では、ベースバンド信号を直交変調した後、変調信号を高電力増幅するが、このとき電力効率を向上させるために非線形増幅し、これにより、増幅した変調信号に非線形歪みが発生するため、発生した歪みを補償して入出力特性を線形化することが行われている。このような非線形歪みを補償する従来の方法として、図８に示すようなプリディストーション式の非線形歪み補償方式がある。
【０００３】
図８において、ベースバンド信号Ｉ，Ｑは歪み補償演算部１を通って、Ｄ／Ａコンバータ２、Ｄ／Ａコンバータ３に入力され、ここでアナログ信号になって直交変換器４に入力される。直交変換器４に入力されたベースバンド信号Ｉ，Ｑは直交変調され、更に、高電力増幅器（ＨＰＡ）５で高電力増幅されて出力される。
【０００４】
ここで、補償データテーブル７は、高電力増幅器５の増幅時の非線形特性を予め測定した結果を用いて作成された補償データをテーブル化して保持している。電力計算器６はベースバンド信号Ｉ，Ｑの電力を計算し、得られた電力を補償データテーブル７に出力する。補償データテーブル７はベースバンド信号Ｉ，Ｑの電力に応じてそのテーブルを参照し、対応する補償データを読み出して、歪み補償演算部１に出力する。
【０００５】
これにより、歪み補償演算部１は入力される直交変調する前のベースバンド信号Ｉ，Ｑに高電力増幅器４で生じる非線形歪みをキャンセルさせるような逆特性の歪みを予め加えて、Ｄ／Ａコンバータ２、３に出力する。このため、高電力増幅器５で高電力増幅された変調信号には非線形歪みが含まれないことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のプリディストーション式の非線形歪み補償方式では、ベースバンド信号の電力に応じてその補償データテーブルを参照するものであるため、高電力増幅器５の特性のバラツキや温度変化などにより回路全体の性能が劣化し易いという欠点があった。
【０００７】
そこで、図９に示すように、高電力増幅器５の出力を方向性結合器８で分岐し、この分岐出力信号を直交復調器９で直交復調してから補償データ演算部１０にフィードバックさせる方式の回路がある。この回路の補償データ演算部１０は前記フィードバックテーブル情報に応じた係数を内蔵の補償データテーブル（図１の７と同様のもの）のデータに乗算して補正をかけて、高電力増幅器５の特性のバラツキや温度変化に依らず、精度の高い補償データを歪み補償演算部１に出力して、上記欠点による影響を低減させようとしている。
【０００８】
しかし、上記したいずれの回路も、擬似的な非線形歪みを生成し、これを利用しているので、上記欠点を充分に解決してはおらず、また、上記したいずれの回路も複雑なデジタル演算を行なうため、回路規模が大きくなり、その結果、消費電力も大きくなるため、特にバッテリーを電源とする送信機では、動作時間が短縮化されるという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高電力増幅器の特性が変動しても正確に高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができ、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さくできる非線形歪み補償方法及び非線形歪み補償回路を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償回路において、前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出する歪み抽出部と、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に復調する直交復調部と、前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の逆の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳する歪み重畳部とを具備することにある。
【００１１】
請求項２の発明の特徴は、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分の位相を調整してからベースバンド領域に直交復調することにある。
【００１２】
請求項３の発明の特徴は、前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の位相を調整し、その結果歪み成分の逆位相の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳することにある。
【００１３】
請求項４の発明の前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、この減衰器の出力信号から非線形高出力増幅する前の変調信号を減算する減算器とから成ることを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明の前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を反転させる位相反転器と、前記減衰器の出力信号に前記位相反転器より出力される反転変調信号を加算する加算器とから成ることを特徴とする。
【００１５】
請求項６の発明の前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信号から前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分を減算する減算器から成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項７の発明の前記歪み重畳部は、前記ベースバンド信号に前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の位相反転成分を加算する加算器から成ることを特徴とする。
【００１７】
請求項８の発明の前記ベースバンド領域の歪み成分の位相反転成分は、前記歪み抽出部により抽出された歪み成分の位相を位相反転器で反転させてから前記直交復調部により直交復調することにより生成することを特徴とする。
【００１８】
請求項９の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出力増幅する際に生じる非線形歪みを補償する非線形歪み補償方法において、前記非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出するステップと、前記抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に直交復調するステップと、前記直交復調されて生成されるベースバンド領域の歪み成分の逆の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳するステップとを具備することにある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の動作原理を説明するための非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。この回路は、直交変調部１１、高電力増幅器（ＨＰＡ）１２，減衰器１３、減算器１４、直交復調部１５、減算器１６、１７及びキャリア発生器１８を有している。
【００２０】
直交変調部１１は、π／２移相器１１１、乗算器１１２、１１３、加算器１１４から成り、直交部復調部１５は、π／２移相器１５１、乗算器１５２、１５３から成っている。尚、減衰器１３、減算器１４、直交復調部１５、減算器１６、１７が本発明の非線形歪み補償回路を構成している。
【００２１】
次に本発明の非線形歪み補償回路の動作について説明する。ベースバンド信号Ｉ、Ｑは、それぞれ減算器１６、１７で後述する歪み成分ｅ，ｆが減算されてから直交変調部１１に入力される。直交変調部１１では、キャリア発生器１８で発生されπ／２移相器１１１でπ／２移相されたキャリアｈとベースバンド信号Ｑが乗算器１１２で乗算された後、加算器１１４に入力される。ベースバンド信号Ｉは、キャリア発生器１８で発生されたキャリアｇと乗算器１１３で乗算された後、更に加算器１１４に入力され、前記乗算器１１２の出力信号と加算されて直交変調され、直交変調信号ａが高電力増幅器１２に入力される。
【００２２】
高電力増幅器１２は直交変調信号ａを非線形高電力増幅（利得Ｋ）して出力するが、出力信号ｂの一部は減衰器１３に入力されて、高電力増幅器１２の増幅利得分減衰（１／Ｋ）され、出力信号ｃとなって減算器１４に入力される。減算器１４では、高電力増幅器１２から出力された非線形歪みを含んだ信号ｃから、直交変調部１１から出力された歪みのない直交変調信号ａが減算され、非線形増幅歪み成分ｄのみが抽出される。
【００２３】
この非線形増幅歪み成分ｄは、キャリア発生器１８で発生されたキャリアｇと乗算器１５２で乗算され、同時にキャリア発生器１８で発生されπ／２移相器１５１でπ／２移相されたキャリアｈと乗算器１５３で乗算されて復調され、ベースバンド領域の歪み成分ｅ，ｆとなって、減算器１６、１７に入力される。
【００２４】
従って、減算器１６では、ベースバンド信号Ｉから高電力増幅器１２で生じるであろう歪み成分ｅが予め減算されることによって、逆歪み成分が重畳されたベースバンド信号Ｉが直交変調部１１に入力される。減算器１７では、ベースバンド信号Ｑから高電力増幅器１２で生じるであろう歪み成分ｆが予め減算されることによって、逆歪み成分が重畳されたベースバンド信号Ｑが直交変調部１１に入力される。
【００２５】
即ち、前記減算器１６、１７では、減算器１４で抽出した歪み成分を直交復調することにより生成されるベースバンド領域における逆歪み特性（高電力増幅時に発生する非線形歪み成分をキャンセルする特性）の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳していると言える。従って、前記逆の歪み成分が重畳されたベースバンド信号が直交変調部１１により直交変調された後、高電力増幅器１２で非線形高電力増幅される時に発生する非線形歪みはキャンセルされる。
【００２６】
ここで、上記した非線形歪補償の原理を以下に述べる。まず、高電力増幅器１２において歪みが生じる前のａ点における信号Ａinは、Ｉ，Ｑベースバンド信号をそれぞれＳI，ＳQとし、キャリア発生器出力をｃｏｓθ（簡略のため、振幅は１とする）とすると、
【００２７】
【数１】
0004633891.tif 000002
【００２８】
また、高電力増幅器（ＨＰＡ）による高電力増幅で歪みが発生したときの非線形歪み成分をＤ、その時のＨＰＡの増幅率をＫとすると、ｂ点における非線形歪みを含んだＨＰＡの出力信号Ａoutは、
【００２９】
【数２】
0004633891.tif 000003
【００３０】
減衰器１３の減衰率を１／Ｋとすると、ｃ点における信号は、
【００３１】
【数３】
0004633891.tif 000004
【００３２】
となり、さらにｄ点における信号は、
【００３３】
【数４】
0004633891.tif 000005
【００３４】
となって歪み成分の（１／Ｋ）のみが抽出される。
【００３５】
これを直交復調するとｅ点、ｆ点における信号はそれぞれ次のようになる。
ｅ点はＤ／Ｋ・ｃｏｓθ、f点はＤ／Ｋ・ｓｉｎθ            …（５）
【００３６】
よって逆歪みを加えた後のＨＰＡ入力信号Ａ’in（ａ点）は、式（５）より
【００３７】
【数５】
0004633891.tif 000006
【００３８】
であるので、これをＨＰＡで増幅するとＨＰＡ出力信号Ａ’out（ｂ点）は、
【００３９】
【数６】
0004633891.tif 000007
【００４０】
となり、歪みが除去され、線形な増幅を行なうことができる。
【００４１】
図２は本発明の非線形歪み補償方法の一実施形態に係る処理手順を示したフローチャートである。まず、ステップ２０１にて、非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出し、ステップ２０２にて、抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域の歪み成分に変換する。次に、ステップ２０３にて、ベースバンド領域における逆歪み特性（非線形高出力増幅する際に発生する非線形歪みをキャンセルする特性）の歪み成分を前記ベースバンド信号に重畳する。
【００４２】
図３は、図１に示した回路の計算機シミュレーションによる動作確認結果を示した特性図である。図３（ａ）は本発明の非線形歪み補償回路をオフした場合の高電力増幅器１２の出力信号の波形を示している。図３（ｂ）は本発明の非線形歪み補償回路をオンした場合の高電力増幅器１２の出力信号の波形を示している。非線形歪み補償回路により歪みの補償を行うと、隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ）の改善率として１４〜１６ｄＢの効果が見られる。
【００４３】
更に、図４に示したＡＣＰＲ対入力レベル特性を参照すると分かるように、非線形歪み補償回路をオンした場合、最大出力状態で位相や振幅を最適な値に調整しておけば、それ以下の出力レベルにおいてはそれよりＡＣＰＲが劣化することはないので、適応化回路などの動的制御は必要なく、その後は無調整で使用できる効果がある。
【００４４】
本発明の非線形歪み補償回路によれば、高電力増幅器１２で発生した歪みを抽出し、これをベースバンド領域の歪みに変換した後、ベースバンド信号Ｉ，Ｑから減算して逆歪みをベースバンド信号Ｉ，Ｑにフィードバックすることにより、高電力増幅器１２で発生する非線形歪みをキャンセルすることができる。しかも、非線形歪み補償回路は複雑なデジタル演算を行なうことがないフィードバック系であるため、回路規模を小さくすることができると共に、消費電力を小さくすることができる。それ故、本例の直交変調回路をバッテリーを電源とする携帯電話等の送信機などに用いた場合、動作時間を長時間とする効果がある。
【００４５】
図５は本発明の第１の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例は、直交変調部１１と高電力増幅器（ＨＰＡ）１２の間に、方向性結合器又は分配器１９を挿入して、直交変調部１１から出力される変調信号を分岐し、この分岐した変調信号を遅延回路又は移相器２０を通して、その位相を適切にシフトして減衰器１３の出力信号の位相に合わせた後、減算器１４に入力するようにしている。
【００４６】
又、高電力増幅器１２の出力も方向性結合器又は分配器２１により分岐され、この分岐出力が減衰器１３に入力されるように成っている。更に、減算器１４から得られる非線形歪み成分も位相調整器２２を通して、その位相を調整した後、直交復調部１５に入力している。又、直交復調部１５により出力されるベースバンドの非線形歪み成分も、振幅調整器２３、２４を通して、その振幅を適切なものにしてから減算器１６、１７に入力されている。特に、抽出した非線形歪み成分の位相を調整してから直交復調部１５に入力することにより、減算器１６、１７でベースバンド領域の歪み成分の逆位相の歪み成分が精度良く前記ベースバンド信号に重畳されるようにしている。
【００４７】
従って、本発明の非線形歪み補償回路は、方向性結合器又は分配器１９、２１、遅延回路又は移相器２０、減衰器１３、減算器１４、直交復調部１５、振幅調整器２３、２４、減算器１６、１７から構成されている。
【００４８】
その他の構成は図１に示した動作原理説明図と同様であり、高電力増幅器（ＨＰＡ）１２で発生した歪みの逆歪みをベースバンド信号にフィードバックして歪みをキャンセルするが、非線形歪み補償回路の各信号の位相関係と振幅関係を適切に整えることにより、実用的な回路構成としており、原理的には図１に示した動作原理説明図と同様の作用、効果がある。
【００４９】
図６は本発明の第２の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例では、図４に示した遅延回路又は移相器２０を減衰器１３と減算器１４の間に挿入している。こうしても、減算器１４に入力される方向性結合器１９と減衰器１３の各出力信号の位相を合わせることができる。
【００５０】
又、減算器１４から出力される歪み成分の振幅を振幅調整器２５により調整してから直交復調部１５に入力し、直交復調部１５から出力されるベースバンド領域の歪み成分の位相を位相調整器２６、２７で調整する構成としても、図４に示した回路と同等の動作を行うことができ、同様の効果がある。特に、本例では、ベースバンド領域の歪み成分の位相を調整することにより、減算器１６、１７でベースバンド領域の歪み成分の逆位相の歪み成分が精度良く前記ベースバンド信号に重畳されるようにしている。
【００５１】
図７は本発明の第３の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本例では、方向性結合器又は分配器１９で分岐した変調信号を位相反転＆位相調整器２８により位相を反転すると共に、その位相を調整して、加算器２９に入力している。これにより、前述した実施形態で用いた減算器１４の代わりに加算器２９を用いて、歪み成分を抽出することができる。
【００５２】
又、加算器２９から出力される歪み成分を位相反転器３０によりその位相を反転させて、直交復調部１５に出力することにより、ベースバンド領域に復調された歪み成分の位相を反転させているため、振幅調整器２３、２４及び位相調整器２６、２７を通った歪み成分の位相は前述した実施形態のそれと１８０度異なっているため、減算器ではなく、加算器３１、３２によってベースバンド信号Ｉ，Ｑに逆歪み成分を加えることができ、本実施形態も、第１、第２の実施形態と同様の効果がある。
【００５３】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。
【００５４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、実際に生じた歪みをフィードバックしているので、より正確に高電力増幅による非線形歪みを補償することができ、また、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅による非線形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の動作原理を説明するための非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図２】  本発明の非線形歪み補償方法の一実施形態に係る処理手順を示したフローチャートである。
【図３】  図１に示した回路の計算機シミュレーションによる動作確認結果を示した特性図である。
【図４】  図１に示した回路のＡＣＰＲ対入力レベルの関係を示した特性図である。
【図５】  本発明の第１の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図６】  本発明の第２の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図７】  本発明の第３の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図８】  従来の非線形歪み補償回路を搭載した送信機の構成例を示した回路図である。
【図９】  従来の非線形歪み補償回路を搭載した送信機の他の構成例を示した回路図である。
【符号の説明】
１１  直交変調部
１２  ＨＰＡ（高電力増幅器）
１３  減衰器
１４、１６、１７  減算器
１５  直交復調部
１８  キャリア発生器
１９、２１  方向性結合器又は分配器
２０  遅延回路又は移相器
２２、２６、２７  位相調整器
２３、２４、２５  振幅調整器
２８  位相反転＆位相調整器
２９、３１、３２  １１４  加算器
３０  位相反転器
１１１、１５１  π／２移相器
１１２、１１３、１５２、１５３  乗算器
【図１】
0004633891.tif 000008
【図２】
0004633891.tif 000009
【図３】
0004633891.tif 000010
【図４】
0004633891.tif 000011
【図５】
0004633891.tif 000012
【図６】
0004633891.tif 000013
【図７】
0004633891.tif 000014
【図８】
0004633891.tif 000015
【図９】
0004633891.tif 000016