(57)【要約】【課題】回路規模を増大させることなく、非線形補償対象の非線形歪みを高精度で補償する。【解決手段】実施形態によれば、歪み補償装置は、増幅器の入力側の信号と増幅器の出力側の信号となるフィードバック信号との同期及び位相合わせを行う信号処理部と、増幅器の入力側の信号と、フィードバック信号とから増幅器における歪み成分を検出する歪み検出部と、この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて増幅器の入力側の信号の歪み補償を行う歪み補償部と、フィードバック信号と増幅器の入力側の信号とから、補償後の信号のエラー信号レベルを検出するエラー検出部と、このエラー検出部による検出結果に基づいて、歪み補償部による補償後の信号の非線形特性がフラットになるように、増幅器の入力側の信号の振幅値及び位相値を、所定の振幅値及び所定の位相値に制御する所定の振幅レベルに制御する制御部とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送信号を増幅する増幅器の非線形特性を補償する歪み補償装置において、
前記増幅器の入力側の信号を取り込むとともに前記増幅器の出力側の信号となるフィードバック信号を取り込み、両信号間の時間差及び位相差を検出し、検出した時間差及び位相差に基づいて両信号の同期及び位相合わせを行う信号処理部と、
この信号処理部により両信号の同期及び位相が合わせられた増幅器の入力側の信号と、前記フィードバック信号とから増幅器における歪み成分を検出する歪み検出部と、
この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて前記増幅器の入力側の信号の歪み補償を行う歪み補償部と、
前記フィードバック信号と前記増幅器の入力側の信号とを比較することで、前記歪み補償部による補償後の信号のエラー成分を検出するエラー検出部と、
このエラー検出部による検出結果に基づいて、前記歪み補償部による補償後の信号の非線形特性がフラットになるように、前記増幅器の入力側の信号の振幅値及び位相値を、所定の振幅値及び所定の位相値に制御する制御部とを具備することを特徴とする歪み補償装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記歪み補償部の入力段に設けられることを特徴とする請求項１記載の歪み補償装置。
【請求項３】
さらに、前記エラー検出部により検出されるエラー信号レベルの大小を判定する判定部を備え、
前記制御部は、前記判定部による判定結果に基づいて、予め決められた信号レベルを超える前記増幅器の入力側の信号をエラーレベルとして所定の振幅レベルに制御することを特徴とする請求項１記載の歪み補償装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記エラー信号レベルを最小にするための調整値を記憶する記憶部を備え、前記エラー検出部による検出結果に基づいて、前記記憶部に記憶された調整値を更新することを特徴とする請求項１記載の歪み補償装置。
【請求項５】
伝送信号を増幅する増幅器の非線形特性を補償する歪み補償装置で用いられる制御方法において、
前記増幅器の入力側の信号を取り込むとともに前記増幅器の出力側の信号となるフィードバック信号を取り込み、両信号間の時間差及び位相差を検出し、検出した時間差及び位相差に基づいて両信号の同期及び位相合わせを行い、
同期及び位相が合わせられた両信号から増幅器における歪み成分を検出し、
歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて前記増幅器の入力側の信号の歪み補償を行い、
前記フィードバック信号と前記増幅器の入力側の信号とを比較することで、前記補償後の信号のエラー信号レベルを検出し、
この検出結果に基づいて、前記補償後の信号の非線形特性がフラットになるように、前記増幅器の入力側の信号の振幅値及び位相値を、所定の振幅値及び所定の位相値に制御することを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば無線ブロードバンド基地局で使用される歪み補償装置及び歪み補償装置で使用される制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、携帯基地局やＷｉＭＡＸ（登録商標）に代表される無線ブロードバンド基地局等に使用される送信装置にあっては、エリア拡大のための高出力な増幅器を要求される一方で、設置される場所の諸条件や基地局メンテナンスコストを考慮し、省電力化が要求される。これらの条件を満たすためには、高出力においてもリニアティが高く、高効率な増幅器が必要になるが、増幅器で生じる非線形歪みを補償する補償器（以下、ＤＰＤと称する）を、最近の基地局に用いるものが増えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−４３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＤＰＤによる補償は、増幅器の出力信号の一部をＤＰＤにフィードバックし、デジタル演算にて補償を行うため、より精度の高い補償を行うためには、補正ルックアップテーブル（ＬＵＴ）の縦軸（アドレス）と横軸（量子化ビット数）を増やすなどが必要となり、ＤＰＤの回路規模を増大させるとともに、コストも増大してしまうことになる。
【０００５】
本発明の目的は、回路規模を増大させることなく、非線形補償対象の非線形歪みを高精度で補償することのできる歪み補償装置及び歪み補償装置で使用される制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態によれば、伝送信号を増幅する増幅器の非線形特性を補償する歪み補償装置において、増幅器の入力側の信号を取り込むとともに増幅器の出力側の信号となるフィードバック信号を取り込み、両信号間の時間差及び位相差を検出し、検出した時間差及び位相差に基づいて両信号の同期及び位相合わせを行う信号処理部と、この信号処理部により両信号の同期及び位相が合わせられた増幅器の入力側の信号と、フィードバック信号とから増幅器における歪み成分を検出する歪み検出部と、この歪み検出部で検出される歪み成分に基づいて歪み補償量を求め、この歪み補償量に基づいて増幅器の入力側の信号の歪み補償を行う歪み補償部と、フィードバック信号と増幅器の入力側の信号とを比較することで、歪み補償部による補償後の信号のエラー信号レベルを検出するエラー検出部と、このエラー検出部による検出結果に基づいて、歪み補償部による補償後の信号の非線形特性がフラットになるように、増幅器の入力側の信号の振幅値及び位相値を、所定の振幅値及び所定の位相値に制御する所定の振幅レベルに制御する制御部とを備えるようにしたものである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態の歪み補償装置（ＤＰＤ）を示すブロック図。
【図２】同実施形態において、ルックアップテーブルの一例を示す図。
【図３】歪み補償部による補償後の信号の周波数特性を示す図。
【図４】ＤＰＤをＯＮ／ＯＦＦしたときの電力増幅器のＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性を示す図。
【図５】同実施形態において、エラーが発生したときのＡＭ−ＡＭ，ＡＭ−ＰＭ特性を示す図。
【図６】同実施形態における振幅・位相調整部の制御処理手順を示すフローチャート。
【図７】同実施形態において、エラーシンボル数と入力ベースバンド信号を制御した調整値とを対応付けたテーブルの一例を示す図。
【図８】比較例のＤＰＤを示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【０００９】
図１は、一実施形態として、例えば基地局の送信装置に使用される歪み補償装置（ＤＰＤ）を示すブロック図である。
【００１０】
この送信装置に入力されるＩＦ帯のデジタルベースバンド信号ＩBB,ＱBBは、ＤＰＤ１００を介してデジタル／アナログ変換器１１０，１２０に供給され、デジタル／アナログ変換器１１０，１２０によりアナログベースバンド信号ＩBB,ＱBBに変換されて、周波数変換器１３０に供給される。
【００１１】
周波数変換器１３０は、アナログベースバンド信号ＩBB,ＱBBとＲＦ（Radio frequency）ローカル信号とを混合してＲＦ信号に変換する。このＲＦ信号は、バンドパスフィルタ１４０により所定帯域の信号のみ抽出され、電力増幅器１５０にて電力増幅される。
【００１２】
電力増幅器１５０の出力は、分配部１６０により一部分配される。この分配部１６０の出力信号は、電力増幅器１７０にて電力増幅され、周波数変換器１８０にてローカル信号と混合されてＩＦ信号に変換された後、アナログ／デジタル変換器１９０にてデジタルＩＦ信号に変換され、デジタルフィードバック信号としてＤＰＤ１００に供給される。ＤＰＤ１００は、電力増幅器１５０の入力側の信号と出力側の信号とを比較して電力増幅器１５０の非線形特性を求め、その特性が許容範囲となるように電力増幅器１５０の入力側の信号を補償するものである。
【００１３】
ＤＰＤ１００において、デジタルフィードバック信号は、遅延補正部１０１に供給される。遅延補正部１０１は、デジタルフィードバック信号とＤＰＤ１００に入力されるデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBとを複素演算することで、両者の複素相関をとり、この相関出力におけるピーク位置により遅延時間を求め、デジタルフィードバック信号を遅延して、歪み検出を行う推定部１０２に出力する。
【００１４】
上記推定部１０２では、遅延補正部１０１からのデジタルフィードバック信号とデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBとを取り込み、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBとデジタルフィードバック信号との振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθを求める。ここで得られた振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθは、ＬＵＴ発生部１０３に供給される。
【００１５】
上記ＬＵＴ発生部１０３では、推定部１０２からの振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθをそれぞれ区間積分し、積分結果となる歪み補償量Ｒ４，θ４を入力デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅レベルに対応付けてルックアップテーブル１０３１に登録しておく。このルックアップテーブル１０３１の一例を図２に示す。図２は、ルックアップテーブル１０３１に格納される補償量Ｒ，θの特性図を示している。
【００１６】
ルックアップテーブル１０３１は、初期設定時に、ＤＰＤ１００に入力されるデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）データを取り込み、ＬＵＴ発生部１０３からの歪み補償量Ｒ４，θ４を振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）に対応付けて記憶する。上記デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBは、調整者によって振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）を例えば５［ｄＢ］から−３５［ｄＢ］まで１［ｄＢ］ごとに変更されてＤＰＤ１００に入力されることになる。ここで、振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）が０［ｄＢ］のデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBがＤＰＤ１００に入力されると、ＬＵＴ発生部１０３は推定部１０２で得られる振幅誤差３［ｄＢ］及び位相誤差−７．５°をルックアップテーブル１０３１に記憶する。そして、振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）が−１［ｄＢ］のデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBがＤＰＤ１００に入力された場合に、ＬＵＴ発生部１０３は推定部１０２で得られる振幅誤差−６［ｄＢ］及び位相誤差１°を保持し、振幅レベル０［ｄＢ］から振幅レベル−１［ｄＢ］まで振幅誤差及び位相誤差を区間積分した歪み補償量Ｒ４、θ４を求めてルックアップテーブル１０３１に記憶する。
【００１７】
一方、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBは、歪み補償部１０４に供給される。この歪み補償部１０４では、運用時に、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅レベル（ＩＮＰＵＴ）に対応する歪み補償量Ｒ４，θ４をルックアップテーブル１０３１から読み出し、その歪み補償量Ｒ４，θ４をデジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBの振幅Ｒ１，位相θ１に加算することで、非線形特性（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性）を補償する。この補償結果はデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１１０，１２０に供給される。
【００１８】
また、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBは、直交復調部１０５で直交復調された後、エラーシンボル推定部１０６に供給される。エラーシンボル推定部１０６は、直交復調部１０５の出力信号と上記推定部１０２の出力信号とを比較することで、歪み補償部１０４による補償後の信号が、振幅誤差ΔＲ及び位相誤差Δθを最小にするように、すなわち、非線形特性（ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性）がフラットになるように、デジタルベースバンド信号ＩBB，ＱBBを所定の振幅レベルに制御する。このフラットになるように、エラー信号レベルを下げるための調整値が記憶部１０８１に記憶されている。
【００１９】
次に、上記構成における動作について説明する。  
上記電力増幅器１５０において、歪み補償を行った後においても、図３に示すように、歪みが補償しきれず残留してしまうことがある。なお、図３は、歪み補償部１０４による補償後の信号の周波数特性を示すものであり、通常、−１０ＭＨｚから１０ＭＨｚで信号レベルが２０ｄＢになっていなければならないのが、６０ｄＢ以上となってしまっている。また、電力増幅器によっては、出力パワーを上げていくとより歪みが大きくなり、ＤＰＤ１００による歪み補償量が減少していくこともある。
【００２０】
このような電力増幅器１５０のＡＭ−ＡＭ／ＰＭ特性を見比べると、図４（ａ）の状態からＤＰＤ１００をＯＮした後においても、図４（ｂ）に示すように、ＡＭ−ＡＭ／ＰＭ特性がフラットになっていない場合がある。これは、ＤＰＤ１００がＡＭ−ＡＭ／ＰＭ特性を補正しきれていない状態を示しており、スペクトラム波形における歪みの劣化事象として観測することができる。
【００２１】
そこで、本実施形態では、伝送信号の信号スペクトルが送信帯域内で振幅一定（フラット）にするために、このようなＡＭ−ＡＭ，ＡＭ−ＰＭ特性の残留特性（アンマッチ：エラー）を検出し、エラーの発生している信号レベル（シンボル）を判定の上、歪み補償部１０４の入力段に接続した振幅・位相調整部１０８を用いて、対象となるシンボルのみを補正するようにしている。
【００２２】
エラーシンボル推定部１０６は、ＤＰＤ１００への入力信号と電力増幅器１５０からのフィードバック信号と比較し、図５に示すように、ＡＭ−ＡＭ，ＡＭ−ＰＭ特性を描くことで得ることができる。
【００２３】
図５において、横軸は入力信号レベル（図５では、入力振幅レベルと表記）、縦軸は入力信号との不一致（エラー）（図５では、出力振幅レベルと表記）を点線を中心に上下に示している。ＡＭ−ＡＭ特性の場合、縦軸は信号レベルのエラー量、ＡＭ−ＰＭ特性の場合、縦軸は位相のエラー量を示している。
【００２４】
これにより、例えば点線部にエラーが見られることが分かり、その入力信号レベル（シンボル）も一意に分かる。対象となるシンボルレベルが分かれば、振幅・位相調整部１０８を用いて対象となるシンボルが入力されたときにエラーを抑圧する方向に制御を行うことで、エラーを減少させることができる。
【００２５】
図６は、上記振幅・位相調整部１０８の制御処理手順を示すフローチャートである。
【００２６】
振幅・位相調整部１０８は、エラーカウンタ１０７からエラーカウント値を受信すると、エラーカウント値となるエラーシンボル数が予め決められた数以上となるか否かの判断を行う（ステップＳＴ６ａ）。例えば、１０以上となるか否かの判断を行う。
【００２７】
ここで、１０未満つまり５と判断した場合（Ｎｏ）、振幅・位相調整部１０８は５つのシンボル毎にエラーレベルと入力信号とが一致するように、ＤＰＤ１００への入力ベースバンド信号に対し記憶部１０８１からエラーシンボル数「５」に対応する調整値を読み出して、この調整値ｃｃ［ｄＢ］下げる（ステップＳＴ６ｂ）。なお、記憶部１０８１には、図７に示すように、エラーシンボル数と入力ベースバンド信号を制御した調整値とを対応付けたテーブルが生成されている。
【００２８】
一方、１０以上と判断した場合（Ｙｅｓ）、振幅・位相調整部１０８はｉ＝１に初期設定を行い（ステップＳＴ６ｃ）、１番目のシンボルに対しエラーレベルが予め決められたレベルを超えるか否かの判断を行う（ステップＳＴ６ｄ）。ここでは、エラーレベルが予め決められたレベルを超えるので（Ｙｅｓ）、振幅・位相調整部１０８は１番目のシンボルの信号レベルを記憶部１０８１に記憶された調整値を読み出して、この調整値ｅｅ［ｄＢ］下げる（ステップＳＴ６ｅ）。
【００２９】
そして、振幅・位相調整部１０８は、ｉがＮつまり１０を超えるか否かの判断を行い（ステップＳＴ６ｆ）、ここでは「１」であるので、ｉ＝２に設定し（ステップＳＴ６ｇ）、２番目のシンボルに対しエラーレベルが予め決められたレベルを超えるか否かの判断を行う。ここでは、エラーレベルが予め決められたレベルを超えないので、振幅・位相調整部１０８はステップＳＴ６ｆにおいて、ｉがＮつまり１０を超えるか否かの判断を行い、ここでは「２」であるので、ｉ＝３に設定し、ステップＳＴ６ｄの処理に移行する。
【００３０】
上記ステップＳＴ６ｆにおいて、ｉが「１１」になった場合に、振幅・位相調整部１０８は処理を終了する。
【００３１】
なお、上記の制御処理動作では、振幅レベルを制御する例について説明したが、位相についても、記憶部１０８１にエラーシンボル数に対応付けて位相調整値［°］を記憶しておけば、エラーが発生しているシンボルに対し位相調整値だけずらすことになる。
【００３２】
以上のように上記実施形態では、遅延補正部１０１により同期及び位相が合わせられたＤＰＤ１００のデジタルベースバンド信号つまり電力増幅器１５０の入力側の信号と、電力増幅器１５０の出力信号つまりフィードバック信号とから電力増幅器１５０における歪み成分を推定部１０２により検出し、ＬＵＴ発生部１０３にてこの歪み成分の逆特性から歪み補償量を求めて、この歪み補償量に基づいて歪み補償部１０４によりＤＰＤ１００の入力デジタルベースバンド信号の歪み補償を行うと共に、エラーシンボル推定部１０６にて歪みが改善されたフィードバック信号とＤＰＤ１００の入力ベースバンド信号とを比較することで、歪み補償部１０４による補償後の信号のエラー信号レベルを検出し、エラー信号レベルが検出された場合に、歪み補償部１０４による補償後の信号がフラットになるように、振幅・位相調整部１０８にてＤＰＤ１００の入力ベースバンド信号を予め決められた振幅レベルに制御するようにしている。これにより、電力増幅器１５０の出力信号は、ＡＭ−ＡＭ特性、ＡＭ−ＰＭ特性の乱れが補償され、フラットな状態で出力されるようになる。
【００３３】
従って、図８に示されたように、比較例のＤＰＤ１００に比較して、エラーシンボル１０６、エラーカウンタ１０７及び振幅・位相調整部１０８を歪み補償部１０４の入力段に加えるだけで、ＬＵＴ発生尾部１０３のルックアップテーブル１０３１の縦軸（アドレス）と横軸（量子化ビット数）を増やす必要がなく、これによりＤＰＤ１００の回路規模を増大させる必要がなく、安価で簡易なＤＰＤ１００を構築することができる。
【００３４】
また、上記実施形態では、振幅・位相調整部１０８を歪み補償部１０４の入力段に接続することで、ＤＰＤ１００内における回路の複雑化を低減できる。
【００３５】
また、上記実施形態では、エラーシンボル数に応じて、エラー信号レベルの大小を判定するようにしているので、対象となるエラーのシンボル数が多い場合、エラー信号レベルが予め決められた信号レベルより大きいシンボルのみを制限することができる。
【００３６】
さらに、上記実施形態では、振幅・位相調整部１０８の記憶部１０８１に記憶された調整値を読み出して、この調整値でＤＰＤ１００の入力デジタルベースバンド信号を補償するようにしているので、エラーの推定精度を維持することができる。また、記憶部１０８１に記憶される調整値を逐次更新することをできるようにすれば、電力増幅器１５０の経年変化にも対応可能である。
【００３７】
その他、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１００…ＤＰＤ、１０１…遅延補正部、１０２…推定部、１０３…ＬＵＴ発生部、１０３１…ルックアップテーブル、１０４…歪み補償部、１０５…直交復調部、１０６…エラーシンボル推定部、１０７…エラーカウンタ、１０８…振幅・位相調整部、１０８１…記憶部、１１０，１２０…デジタル／アナログ変換器、１３０…周波数変換器、１４０…バンドパスフィルタ、１５０…電力増幅器、１６０…分配部、１９０…アナログ／デジタル変換器。
【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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