(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、非線形高電力増幅する送信機で、前記非線形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方法において、
前記非線形高電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、
前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割するステップと、
前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調するステップと、
前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成するステップと、
前記合成された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ステップと、
を有することを特徴とする非線形歪み補償方法。
【請求項２】
ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅する送信機で、前記非線形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において、
前記非線形高電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、
前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割する周波数分割部と、
前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調する複数の直交復調部と、
前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成する合成部と、
前記合成された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、
を有することを特徴とする非線形歪み補償回路。
【請求項３】
前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、ベースバンド領域に直交復調する際に、独立して位相調整するためにキャリア信号を位相調整する位相調整器を有することを特徴とする請求項２に記載の非線形歪み補償回路。
【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方法及び非線形歪み補償回路に関する。
【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４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４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変換され、直交変調器４に入力される。直交変調器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。
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。
【０００４】
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。
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。
【０００５】
【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。
【０００６】
そこで、図５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提案されている。この回路の補償データ演算部１０は前記フィードバック情報に応じた係数を内蔵の補償データテーブル（図４の補償データテーブル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。
【０００７】
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ィジタル演算を行うため、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。
これに対して上記問題を解決するために本出願の発明者は、図３に示す非線形歪み補償回路を提案した（特願２０００−２３３６３１）。こ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。
【０００８】
本非線形歪み補償回路は、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。
【０００９】
また、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。
【００１０】
しかしながら、上記非線形歪み補償回路では、高電力増幅器１２側から直交変調部１１の入力側へのフィードバック経路上の減算器１４から直交復調部１５に至る経路の電気長が長くなってしまうと、ここを通る高電力増幅器１２による増幅動作によりその出力側に発生し、直交変調部１１の入力側にフィードバックされる歪み成分の位相遅延量は、歪み成分の周波数帯域内において低い周波数と高い周波数とで異なってくる。すなわち、ある長さの同一伝送線路上を伝送しても、周波数によって波長が異なるので、低い周波数成分より高い周波数成分の方が、当然、位相の回転量が大きくなってしまう。
【００１１】
本出願の発明者が提案した非線形歪み補償回路の原理上、上記したフィードバックされる歪み成分の周波数帯域内におけるいずれの周波数においても、フィードバックして元の送信信号と合成する時点での位相遅延量が等しくなければ、広帯域な変調信号の歪み補償ができないという欠点があった。
フィードバック経路を極力短くすることで、効果的に歪み補償できる周波数帯域をある程度拡げることはできるが、それにも限界がある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、広帯域な変調信号の歪み補償を行うことが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を目的とする。
【００１２】
【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に記載の発明は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅する送信機で、前記非線形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方法において、前記非線形高電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、前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割するステップと、前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調するステップと、前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成するステップと、前記合成された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ステップとを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅する送信機で、前記非線形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において、前記非線形高電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、前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割する周波数分割部と、前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調する複数の直交復調部と、前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成する合成部と、前記合成された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有することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の非線形歪み補償回路において、前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、ベースバンド領域に直交復調する際に、独立して位相調整するためにキャリア信号を位相調整する位相調整器を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１に本実施の形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示す。本実施の形態に係る非線形歪み補償回路は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅する送信機で、前記非線形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方法において、前記非線形高電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、前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割するステップと、前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調するステップと、前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成するステップと、前記合成された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ステップとを有することを特徴とする非線形歪み補償方法を実施するための回路である。
【００１６】
図１において、本実施の形態に係る非線形歪み補償回路は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅する送信機において、高電力増幅器（ＨＰＡ）１２により非線形高電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、前記抽出された非線形歪み成分を、複数（本実施の形態では二つ）の周波数帯域に分割する周波数分割部と、前記分割された各周波数帯域の非線形歪み成分をそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調する複数（本実施の形態では二つ）の直交復調部と、前記ベースバンド領域に直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成する合成部と、前記合成された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有する。
【００１７】
歪み抽出部は、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、及び減算器１４より構成されている。また、周波数分割部は、分岐回路２５、通過帯域の異なる二つのバンドパスフィルタ２６、２７とで構成されている。図２に示す直交変調波のメインローブの中心周波数をｆ0［Ｈｚ］、歪み成分の周波数帯域をｆL〜ｆH［Ｈｚ］とすると、バンドパスフィルタ２６の通過帯域は、ｆ0〜ｆH［Ｈｚ］、バンドパスフィルタ２７の通過帯域は、ｆL〜ｆ0［Ｈｚ］となるように設定されている。バンドパスフィルタ２６、２７は、狭帯域で、減衰特性もかなり急峻なものが必要となるため、ＳＡＷフィルタが適している。
【００１８】
さらに、複数の直交復調部は、本実施の形態では二つの直交復調部１６、１７からなり、直交復調部１６は、π／２移相器１６１、乗算器１６２、１６３、振幅調整器１６４、１６５で構成され、直交復調部１７は、π／２移相器１７１、乗算器１７２、１７３、振幅調整器１７４、１７５で構成されている。
また、直交復調部１６、１７の出力を合成する合成部は、加算器３１、３２からなり、歪み重畳部は、減算器３６、３７から構成されている。１１は直交変調部、１８は、キャリア発生器である。
【００１９】
直交変調部１１は、π／２移相器１１１、乗算器１１２、１１３、加算器１１４から成っている。２８は、キャリア発生器１８から出力されるキャリア信号を直交復調部１６、１７に供給するように分岐する分岐回路であり、２９、３０は、直交復調部１６、１７に供給されるキャリア信号の位相調整をそれぞれ、独立に行う位相調整器である。  なお、この位相調整器２９、３０は、キャリア発生器１８の出力であるキャリアの位相を調整してから直交復調器１６、１７に入力することにより、減算器３６、３７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機能する。
【００２０】
上記構成において、ベースバンド信号Ｉ、Ｑは、それぞれ減算器３６、３７で後述する歪み成分ｊ，ｋ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。
【００２１】
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る。直交変調部１１の出力である直交変調信号は、方向性結合器または分配器１９により分岐され、一方の分岐出力は高電力増幅器１２に、他方の分岐出力は遅延回路または移相回路２０にそれぞれ、入力される。
【００２２】
高電力増幅器１２は直交変調信号を非線形高電力増幅（利得Ｋ）して出力するが、その出力信号は、方向性結合器または分配器２１により分岐され、出力信号の一部は減衰器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、減衰器１３の出力信号は減算器１４に入力される。
また、遅延回路または移相回路２０では、入力された直交変調信号の分岐出力の位相を適切にシフトして減衰器１３の出力信号の変調波位相と合わせた状態で減算器１４に入力する。
【００２３】
減算器１４では、高電力増幅器１２から方向性結合器または分配器２１、減衰器１３を介して出力され非線形歪みを含んだ信号から、直交変調部１１から方向性結合器または分配器１９、遅延回路または移相回路２０を介して出力された歪みのない直交変調信号が減算され、非線形増幅歪み成分ａのみが抽出される。
【００２４】
この周波数帯域（信号帯域）がｆL〜ｆH[Hｚ]の帯域幅を有する非線形増幅歪み成分ａは、分岐回路２５により分岐され、一方の分岐出力ｂはバンドパスフィルタ２６に、他方の分岐出力ｄは、バンドパスフィルタ２７にそれぞれ、入力される。バンドパスフィルタ２６では、入力された分岐出力ｂのうち周波数帯域がｆ0〜ｆH[Hｚ]の歪み成分ｃを通過させ、この歪み成分ｃは直交復調部１６の乗算器１６２、１６３に入力される。
また、バンドパスフィルタ２７では、入力された分岐出力ｄのうち周波数帯域がｆL〜ｆ0[Hｚ]の歪み成分ｅを通過させ、この歪み成分ｅは直交復調部１７の乗算器１７２、１７３に入力される。
ここで、歪み成分ｃ、ｅは、各々、周波数が異なるために、歪み成分ａと比較した位相遅延量は異なっている。
【００２５】
一方、キャリア発生器１８から出力されるキャリア信号は分岐回路２８により分岐され、直交復調部１６、１７から出力される直交復調後の歪み成分の位相遅延量が等しくなるように位相調整器２９、３０を介してそれぞれ、独立に位相調整された状態で直交復調部１６、１７に供給される。
【００２６】
直交復調部１６では、非線形歪み成分ｃが、位相調整器２９を介して入力されたキャリア信号ｍと乗算器１６２で乗算され、同時に位相調整器２９を介して入力され、π／２移相器１６１でπ／２移相されたキャリア信号ｍ’と乗算器１６３で乗算されて復調され、振幅調整器１６４、１６５を介して振幅調整されたベースバンド領域の歪み成分ｆ、ｇとなって、加算器３１、３２に入力される。
【００２７】
また、直交復調部１７では、非線形歪み成分ｅが、位相調整器３０を介して入力されたキャリア信号ｎと乗算器１７２で乗算され、同時に位相調整器３０を介して入力され、π／２移相器１７１でπ／２移相されたキャリア信号ｎ’と乗算器１７３で乗算されて復調され、振幅調整器１７４、１７５を介して振幅調整されたベースバンド領域の歪み成分ｈ、ｉとなって、加算器３１、３２に入力される。キャリア発生器１８から出力されるキャリア信号を位相調整器２９、３０により適切に位相調整することにより直交復調後の歪み成分ｆ、ｇ、ｈ、ｉの位相遅延量を等しくすることができる。
【００２８】
加算器３１では、歪み成分ｆと歪み成分ｈが加算され、歪み成分ｊとなり、減算器３６に入力される。また、加算器３２では、歪み成分ｇと歪み成分ｉが加算され、歪み成分ｋとなり、減算器３７に入力される。
従って、減算器３６では、ベースバンド信号Ｉから高電力増幅器１２の増幅動作により生じる歪み成分ｊ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。また、減算器３７では、ベースバンド信号Ｑから高電力増幅器１２の増幅動作により生じる歪み成分ｋ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。
【００２９】
即ち、前記減算器３６、３７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。
【００３０】
このように、本実施の形態に係る非線形歪み補償回路によれば、高電力増幅時に発生する非線形歪み成分を抽出し、その歪み成分を直交復調してできるＩ成分、Ｑ成分それぞれを直交変調する前のべースバンドＩ、Ｑ信号から減算するようなフィードバックを掛けることにより、増幅器において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、歪み成分のフィードバック・ループを複数設け、各フィードバック・ループにおいて、上記歪み成分の直交復調後に位相遅延量が等しくなるようにそれぞれ、独立して適切な位相調整をするようにしたので、広帯域な変調信号においても帯域内すべてにおいて効果的な非線形歪み補償が可能となる。
【００３１】
なお、図１に示した本実施の形態では、高電力増幅により発生する非線形歪み成分をキャンセルするためのフィードバック・ループを２重にしているが、高電力増幅により発生する歪み成分の周波数帯域をさらに多くの細かい帯域に分割し、３つ以上のフィードバック・ループを重ねて歪み成分をキャンセルするように構成してもよい。また使用するバンドパスフィルタは、ＳＡＷフィルタ以外のタイプのフィルタでもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高電力増幅する送信機で、前記非線形高電力増幅する際に生じる非線形歪みを補償するに際し、非線形高電力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出し、前記抽出された非線形歪み成分を、複数の周波数帯域に分割し、かつ該分割された各周波数帯域の非線形歪み成分を直交復調後に位相遅延量が等しくなるようにそれぞれ、独立して位相調整した状態でベースバンド領域に直交復調すると共に、該直交復調された、前記分割された各周波数帯域に対応する非線形歪み成分を合成し、該合成された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ようにしたので、より広帯域な変調波信号に対しても効果的な非線形歪み補償を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示すブロック図。
【図２】  帰還歪み成分の周波数帯域を示す説明図。
【図３】  既に、本発明者が提案した非線形歪み補償回路の構成を示すブロック図。
【図４】  従来の非線形歪み補償回路の一例の構成を示すブロック図。
【図５】  従来の非線形歪み補償回路の他の例の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１１  直交変調部
１２  ＨＰＡ（高電力増幅器）
１３  減衰器
１４、３６、３７  減算器
１６、１７  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
２５、２８  分岐回路
２６、２７  バンドパスフィルタ
１６４、１６５、１７４、１７５  振幅調整器
２９、３０  位相調整器
３１、３２、１１４  加算器
１１１、１６１、１７１  π／２移相器
１１２、１１３、１６２、１６３、１７２、１７３  乗算器
【図１】
0004550303.tif 000002
【図２】
0004550303.tif 000003
【図３】
0004550303.tif 000004
【図４】
0004550303.tif 000005
【図５】
0004550303.tif 000006