(57)【要約】【課題】メモリ量を減らし、コールドスタート時における収束時間を短縮するとともに、隣接チャネル漏洩電力比が法定値を満たす範囲内で電力効率が最大となるような適応プリディストーション型歪補償電力増幅器を提供すること。【解決手段】電力増幅器の入出力特性及び前記プリディストーション処理を行うプリディストーションアンプの入出力特性が複素べき級数展開を用いてモデル化されているとともに、前記プリディストーションアンプの基本波係数すなわち前記プリディストーションアンプの入力信号のバックオフが、前記電力増幅器の隣接チャネル漏洩電力比が法定値を超えない範囲で最も大きくなるように決められるように制御することによって達成される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号と電力増幅器を経た出力信号の一部を帰還させた帰還信号とから歪み補償係数を生成して、前記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により、前記電力増幅器の非線形歪みを除去するようにした適応プリディストーション型歪補償電力増幅器において、
前記電力増幅器の入出力特性及び前記プリディストーション処理を行うプリディストーションアンプの入出力特性が複素べき級数展開を用いてモデル化されているとともに、
前記プリディストーションアンプの基本波係数すなわち前記プリディストーションアンプの入力信号のバックオフが、前記電力増幅器の隣接チャネル漏洩電力比が法定値を超えない範囲で最も大きくなるように決められるように制御されることを特徴とする適応プリディストーション型歪補償電力増幅器。
【請求項２】
前記電力増幅器の隣接チャネル漏洩電力比をＡＣＰＲ、隣接チャネル漏洩電力比の法定値をＡＣＰＲｒとしたとき、前記プリディストーションアンプのバックオフＢ１が数１の式で逐次的に決定されるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の適応プリディストーション型歪補償電力増幅器。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置の線形送信機等に使用される歪補償電力増幅器に係り、更に詳しくは、適応プリディストーション方式の歪補償電力増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
移動無線等のディジタル無線の急速な普及に伴って送信機の電力増幅器の大電力化、高効率化の要求が高まっており、デバイス、回路両面で開発が盛んに行われている。ディジタル無線機では、電力増幅器の非線形な入出力振幅特性に起因する高次歪みによる隣接チャネル妨害を防ぐため、電力増幅器の入出力振幅特性の線形性が厳しく要求されている。
しかし、良好な線形性を保ちながら、大電力化、高効率化することは困難であることから、歪補償器による非線形補償技術の適用が重要となっている。電力増幅器の非線形特性を補償する方式は大きく分けて、フィードフォワード方式、フィードバック方式、及びプリディストーション方式がある。
【０００３】
フィードフォワード方式は、電力増幅器の出力の一部を取り出し、別途発生した無歪みの信号成分を減算して歪み成分を作成し、これを電力増幅器の出力から差し引いて歪み補償する方式であり、フィードバック方式は、電力増幅器に負帰還をかけて歪を補償する方式である。また、プリディストーション方式は、電力増幅器で発生する歪み特性と逆の非線形特性を予め入力信号に与えてから電力増幅器に入力する方法で、電力増幅器の前段で信号処理する方式であり、適応制御で行われることから、適応（又はアダプティブ）プリディストーション方式とも呼ばれる。
特に、近年、適応プリディストーション型の歪補償技術は電力増幅器において高い電力効率と高い線形性を同時に実現する技術として注目を浴びている。
【０００４】
図１は、一般的な適応プリディストーション型の歪補償電力増幅器の構成を示す図であり、この図に基づいて、適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の原理について説明する。
デジタル信号であるベースバンド信号は歪補償回路１に入力されるとともに、歪補償制御部２からの歪補償制御信号により歪補償が行われた信号がＤ／Ａコンバータでアナログ信号に変換され、該アナログ変調信号は周波数混合器により局部発振器からの局部発振信号と混合されＲＦ帯に周波数変換された後、電力増幅器３（ターゲットアンプ）に入力される。
電力増幅器３からの出力信号（ＲＦ信号）はベースバンド帯の信号に周波数変換され、Ａ／Ｄコンバータでデジタル信号に変換され、歪補償制御部２にフィードバックされ、その信号と入力ベースバンド信号とから歪補償回路１における歪補償係数が決定される。これを繰り返すことにより、電力増幅器３からの出力の歪が、限りなく小さくなるように制御される。なお、歪補償を行う歪補償回路１や歪補償制御部２等は高速処理に適したＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成してもよい。
上述のような構成において、従来の適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の歪補償制御部における歪補償係数の決定はルックアップテーブルを参照して行う、テーブルルックアップ方式が用いられていた。
【特許文献１】特開２００２−２９０１６１
【非特許文献１】小坂、ドアン、阪口、高田、荒木、“Look-Up-Table方式デジタルプリディストーションリニアライザの実装”、信学全大、２００３年３月
【非特許文献２】A.A.M.Saleh,J.Salz,”Adaptive linearization of power amplification in digital radio systems,” Bell systemtechnical journal,vol.62,No.4,pp.1019-1033,Apr.1983.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記テーブルルックアップ方式による適応プリディストーション型歪補償電力増幅器においては、ルックアップテーブル用のメモリの回路規模が大きくなり、回路の小型化ができなかった。また、コールドスタート時の歪補償アルゴリズムの収束特性が悪い（収束するのに時間がかかる）という問題もあった。
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み為されたものであり、本発明の目的は、歪補償に複素べき級数展開に基づくアルゴリズムを導入し、かつ、バックオフの最適化を図ることにより、メモリ量を減らし、コールドスタート時における収束時間を短縮するとともに、隣接チャネル漏洩電力比が法定値を満たす範囲内で電力効率が最大となるような適応プリディストーション型歪補償電力増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、適応プリディストーション型歪補償電力増幅器に関し、本発明の上記目的は、入力信号と電力増幅器を経た出力信号の一部を帰還させた帰還信号とから歪み補償係数を生成して、前記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により、前記電力増幅器の非線形歪みを除去するようにした適応プリディストーション型歪補償電力増幅器において、前記電力増幅器の入出力特性及び前記プリディストーション処理を行うプリディストーションアンプの入出力特性が複素べき級数展開を用いてモデル化されているとともに、前記プリディストーションアンプの基本波係数すなわち前記プリディストーションアンプの入力信号のバックオフが、前記電力増幅器の隣接チャネル漏洩電力比が法定値を超えない範囲で最も大きくなるように決められるように制御されることを特徴とする適応プリディストーション型歪補償電力増幅器によって達成される。
【０００７】
また、本発明の上記目的は、前記電力増幅器の隣接チャネル漏洩電力比をＡＣＰＲ、隣接チャネル漏洩電力比の法定値をＡＣＰＲｒとしたとき、前記プリディストーションアンプのバックオフＢ１を数１の式で逐次的に決定するように制御することにより、効果的に達成される。
【数１】
2005079935.tif 000003
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器では、複素べき級数展開に基づくアルゴリズムを採用しているため、従来のテーブルルックアップ方式で必要とされたメモリ量（１３０ｋｂｉｔ程度）の１／１３００程度（約１００ｂｉｔ）にまで削減でき、回路の小型化が可能となる。
また、従来のテーブルルックアップ方式における歪補償動作の収束時間を、約１／１６００にまで短縮することができる。
さらには、これまでは経験やカンによって設定していたバックオフを、隣接チャネル漏洩電力比に基づく制御法によって設定することにより、経験やカンに頼らずに、隣接チャネル漏洩電力比が法定値を満たす範囲内で、送信電力が最大になるようにバックオフを設定できるので、電力効率を最大化できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図２は、本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器で採用している複素べき級数展開に基づく歪補償のアルゴリズムをモデル化した図である。
図２において、ベースバンド入力信号xが歪補償回路１に入力され、電力増幅器（ターゲットアンプとも言う。）３の非線形歪と逆特性の歪を与えられた後、出力されてyとなり、さらに、前記信号yが前記電力増幅器３に入力され、前記電力増幅器３の非線形歪特性と打ち消しあって、歪補償された出力zとなる。
前記電力増幅器３の出力zと、歪補償回路１の出力（＝電力増幅器３の入力）yの関係は、複素べき級数を用いて（１）式のように表される。
【数２】
2005079935.tif 000004
同様に、歪補償回路１の入力xと出力yとの関係も複素べき級数を用いて（２）式のように表される。
【数３】
2005079935.tif 000005
ここで、式（２）を式（１）へ代入すると、適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の入出力関係は、式（３）のように表される。
【数４】
2005079935.tif 000006
ここで、システム全体の係数Ckは、Ak及びBkを用いて（４）式のように表される。
【数５】
2005079935.tif 000007
前記歪補償回路１は、（４）式におけるC3, C5…がゼロになるように、後述のB3, B5…の値を計算することにより歪補償を行っている。
【００１０】
図３は、本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の構成例を示すブロック図であり、図中１は図１における歪補償回路に相当するもので、バックオフアンプ１１と、プリディストーションアンプ１２とを含むものである。
また、２は図１における歪補償制御部に相当するもので、前記（１）式における係数Akを計算するＫ次複素べき級数係数学習部２１、該AkとバックオフB1（設定方法は後述）とから歪補償係数B3, B5,…を計算するＫ次逆関数計算部２２、電力増幅器３の出力zから求めた隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ）とＡＣＰＲの法定値（ＡＣＰＲｒ）とから評価関数（ＣＦ）を計算する評価関数計算部２３、及び該ＣＦがゼロに近づくようにバックオフB1を所定の式に従って逐次的に決定するバックオフ制御部２４とを含んでいる。
【００１１】
前記Ｋ次複素べき級数係数学習部２１におけるAkの計算は、次の（５）式で表される連立方程式を解くことにより求められる。
【数６】
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次に、前記Ｋ次逆関数計算部２２におけるBk（k=3,5,…）は、（６）式に基づいて計算される。なお、（６）式は、（４）式においてC3, C5…をゼロとすることにより求められる。
【数７】
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次に、前記Ｋ次逆関数計算部２２で求められたBk（k=3,5,…）とB1とから、歪補償回路１において、（２）式に基づく歪補償が行われ、出力yが前記電力増幅器３に入力される。
【００１２】
一方、前記評価関数計算部２３においては、前記電力増幅器３の出力zから計算されたＡＣＰＲと、該ＡＣＰＲの法定値であるＡＣＰＲｒとから評価関数ＣＦが（７）式に基づいて計算される。
【数８】
2005079935.tif 000010
この評価関数ＣＦは、ＡＣＰＲの測定値が法定値（ＡＣＰＲｒ）に近づくほどゼロに近づく。つまり、ＣＦをゼロに近づけるようにすれば隣接チャネル漏洩電力比が法定値を満たす範囲内で、電力効率を最大にすることが可能となる。
バックオフB1dBと評価関数ＣＦとの関係は、下の（８）式で規定され、初めに適当な初期値B1dB(1)を与え、次に、ＣＦがゼロに近づくようにB1dB(2)を決め、これを繰り返して、バックオフB1dBを逐次的に決定する。（８）式においてＮは繰り返し回数である。なお、上記（６）式におけるB1と（８）式のB1dBとの関係は、以下の通りである。
【数９】
2005079935.tif 000011
なお、前記歪補償制御部２の各コンポーネントはハードウェア又はソフトウェアのいずれで構成してもよいことは言うまでもない。
【実施例】
【００１３】
図４は隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ）の収束特性を示す図であり、この図からもわかるように、本実施例においては、５次までの歪補償をおこなった場合（Ｋ＝５の場合）、バックオフの初期値をいかなる値から始めたとしても、５回程度（5 frame程度）で収束している。すなわち、バックオフの初期値を−１２dBとした場合（図４の（ａ））と、バックオフの初期値を０dBとした場合（図４の（ｂ））のいずれも、５回程度でＡＣＰＲが法定値である−４５dB（図４の（ｃ））に収束している。これは、収束時間が極めて短いことを示している。
【００１４】
図５Ａ〜図５Ｃは、本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器に、W-CDMAの信号を入力したときの出力電力スペクトル（計算機によるシミュレーション）を示す図である。図５Ａは、電力増幅器３単体の出力特性、図５Ｂはプリディストーションアンプ１２の出力特性、図５Ｃはシステム全体としての出力特性を示している。ただし、ＡＣＰＲｒ＝−４５dBcとし、バックオフは収束値である約−６dBを用いている。
これらの図によれば、本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器では、帯域外不要放射を低減しつつも、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ）が法定値を守る範囲で出力電力を最大化（電力効率を最大化）していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一般的な適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の構成を表す図である。
【図２】歪補償回路及び電力増幅器への入出力の関係を説明するための図である。
【図３】本発明に係る適応プリディストーション型歪補償電力増幅器の構成例を示すブロック図である。
【図４】隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＰＲ）の収束特性を示す図である。
【図５Ａ】W-CDMAの信号の出力電力スペクトルを示す図である（電力増幅器）。
【図５Ｂ】W-CDMAの信号の出力電力スペクトルを示す図である（プリディストーションアンプ）。
【図５Ｃ】W-CDMAの信号の出力電力スペクトルを示す図である（システム全体）。
【符号の説明】
【００１６】
１  歪補償回路
２  歪補償制御部
３  電力増幅器
１１  バックオフアンプ
１２  プリディストーションアンプ
２１  Ｋ次複素べき級数係数学習部
２２  Ｋ次逆関数計算部
２３  評価関数計算部
２４  バックオフ制御部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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