(57)【要約】【課題】装置規模及びコストの増大を抑制すること。【解決手段】入力信号を増幅する増幅器において発生する歪みを補償する歪み補償装置は、前記増幅器からの出力信号と係数を用いた演算によって、前記増幅器において発生する歪みに対応する歪み成分を取得する演算部と、前記演算部によって取得された歪み成分を前記増幅器からの出力信号に付与して得られる信号とあらかじめ歪み成分が付与された前記増幅器への入力信号とを比較する比較部とを有し、前記演算部は、前記比較部による比較結果に基づいて、前記演算に用いられる係数を調整する。【選択図】図１
2016001846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を増幅する増幅器において発生する歪みを補償する歪み補償装置であって、
前記増幅器からの出力信号と係数を用いた演算によって、前記増幅器において発生する歪みに対応する歪み成分を取得する演算部と、
前記演算部によって取得された歪み成分を前記増幅器からの出力信号に付与して得られる信号とあらかじめ歪み成分が付与された前記増幅器への入力信号とを比較する比較部とを有し、
前記演算部は、
前記比較部による比較結果に基づいて、前記演算に用いられる係数を調整する
ことを特徴とする歪み補償装置。
【請求項２】
前記演算部は、
前記増幅器において発生する歪みの逆特性を有する歪み成分を取得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３】
前記演算部によって調整された係数を送信信号に適用して、前記増幅器において発生する歪みに対応する歪み成分を生成する生成部と、
前記生成部によって生成された歪み成分を送信信号に付与して前記増幅器へ入力する歪み補償部と
をさらに有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】
前記演算部は、
前記比較部によって比較される信号間の差分が小さくなるように係数を調整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】
入力信号を増幅する増幅器において発生する歪みを補償する歪み補償方法であって、
前記増幅器からの出力信号と係数を用いた演算によって、前記増幅器において発生する歪みに対応する歪み成分を取得し、
取得された歪み成分を前記増幅器からの出力信号に付与して得られる信号とあらかじめ歪み成分が付与された前記増幅器への入力信号とを比較し、
比較結果に基づいて、前記演算に用いられる係数を調整する
処理を有することを特徴とする歪み補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歪み補償装置及び歪み補償方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えば無線基地局装置などの無線通信装置には、送信信号を増幅する増幅器が設けられる。通常、増幅器への入力レベルが比較的小さければ、入出力の線形性が保たれるのに対し、増幅器への入力レベルが大きくなって出力レベルが飽和レベルに近づくと、相互変調歪みによって入出力が非線形となる。したがって、電力効率が高い飽和レベル付近で増幅器を動作させる場合には、入出力が非線形となる非線形領域において増幅器を動作させることになる。
【０００３】
非線形領域において増幅器を動作させる際には、増幅器において発生する相互変調歪みを補償する歪み補償回路を無線通信装置に設けるのが好ましい。すなわち、歪み補償回路によって、増幅時に生じる相互変調歪みを補償することにより、増幅器の性能を最大限に発揮させることが可能となる。近年では、歪み補償回路として、プリディストーション回路が用いられることが多くなっている。
【０００４】
プリディストーション回路は、増幅器への入力信号をあらかじめ歪ませておくことにより、相互変調歪みを補償する。すなわち、増幅器において発生する相互変調歪みの逆特性の歪みをあらかじめ入力信号に与えておくことにより、入力信号の歪みが増幅器内で実際に生じる相互変調歪みと相殺され、入出力の線形性が改善される。入力信号に与えられる歪みを求める際には、例えばメモリ多項式の演算が行われることがある。具体的には、メモリ多項式を用いた演算によって、増幅器からのフィードバック信号と増幅器への入力信号との比較が行われ、入力信号に与えられる歪みが調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６４３７６４４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、メモリ多項式を用いた演算を実行するためには、回路が複雑化して装置の規模やコストが増大するという問題がある。すなわち、例えば増幅器からのフィードバック信号をメモリ多項式を用いて表現する場合には、フィードバック信号のレベルに応じたビット分解能が必要となる。ここで、フィードバック信号のダイナミックレンジは比較的大きいため、フィードバック信号のレベルを表現するためのビット数が増大する傾向がある。結果として、プリディストーションのための回路が複雑化したり処理量が増大したりするため、装置の規模やコストが増大する。
【０００７】
開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、装置規模及びコストの増大を抑制することができる歪み補償装置及び歪み補償方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願が開示する歪み補償装置は、１つの態様において、入力信号を増幅する増幅器において発生する歪みを補償する歪み補償装置であって、前記増幅器からの出力信号と係数を用いた演算によって、前記増幅器において発生する歪みに対応する歪み成分を取得する演算部と、前記演算部によって取得された歪み成分を前記増幅器からの出力信号に付与して得られる信号とあらかじめ歪み成分が付与された前記増幅器への入力信号とを比較する比較部とを有し、前記演算部は、前記比較部による比較結果に基づいて、前記演算に用いられる係数を調整する。
【発明の効果】
【０００９】
本願が開示する歪み補償装置及び歪み補償方法の１つの態様によれば、装置規模及びコストの増大を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、一実施の形態に係る歪み演算部の構成例を示すブロック図である。
【図３】図３は、フィードバック信号と歪み成分のレベルを比較する図である。
【図４】図４は、一実施の形態に係る歪み補償処理を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本願が開示する歪み補償装置及び歪み補償方法の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１２】
図１は、一実施の形態に係る無線通信装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示す無線通信装置１００は、送信信号生成部１１０、歪み生成部１２０、加算器１３０、Ｄ／Ａ（Digital  to  Analogue）変換部１４０、増幅器１５０、Ａ／Ｄ（Analogue  to  Digital）変換部１６０、歪み演算部１７０、加算器１８０及び減算器１９０を有する。
【００１３】
送信信号生成部１１０は、様々なユーザ情報や制御情報を含む送信信号を生成する。送信信号生成部１１０は、生成した送信信号を歪み生成部１２０及び加算器１３０へ出力する。
【００１４】
歪み生成部１２０は、送信信号生成部１１０から出力される送信信号と歪み演算部１７０から取得される重み係数とを用いて、増幅器１５０において発生する相互変調歪みの逆特性の歪み成分を生成する。具体的には、歪み生成部１２０は、例えば以下のメモリ多項式（１）に基づく歪み成分を生成する。
【数１】
2016001846.tif 000003
【００１５】
式（１）において、ｚ（ｎ）は時刻ｎにおける歪みが付与された送信信号を示し、ｘ（ｎ）は時刻ｎにおける送信信号を示す。そして、ａkqは重み係数であり、Ｋは想定する相互変調歪みの最大次数であり、Ｑはメモリの深さである。式（１）は、以下の式（２）のように変形することができる。
【数２】
2016001846.tif 000004
【００１６】
すなわち、歪みが付与された送信信号ｚ（ｎ）を送信信号ｘ（ｎ）と歪み成分の和として表すことができる。そこで、歪み生成部１２０は、式（２）における歪み成分を算出する。このとき、歪み生成部１２０は、歪み演算部１７０から取得される重み係数ａkqを用いて歪み成分を算出する。このようにして算出される歪み成分は、増幅器１５０において発生する相互変調歪みに対応しており、重み係数ａkqが適切な値に設定されれば、増幅器１５０において発生する相互変調歪みを相殺することができる。
【００１７】
加算器１３０は、送信信号生成部１１０から出力される送信信号と歪み生成部１２０によって生成された歪み成分とを加算する。すなわち、加算器１３０は、上記式（２）のｚ（ｎ）に相当する信号を出力する。
【００１８】
Ｄ／Ａ変換部１４０は、歪みが付与された送信信号をＤ／Ａ変換し、得られたアナログの送信信号を増幅器１５０へ出力する。
【００１９】
増幅器１５０は、送信信号を増幅する。このとき、増幅器１５０においては、送信信号に相互変調歪みが付与される。増幅器１５０において発生する相互変調歪みは、歪み生成部１２０によって生成された歪み成分によって相殺されるため、増幅器１５０は、歪みが抑圧された送信信号を出力する。そして、増幅器１５０から出力される送信信号は、アンテナを介して送信される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換部１６０は、増幅器１５０から出力されてフィードバックされるフィードバック信号（以下「ＦＢ信号」と略記する）をＡ／Ｄ変換し、得られたデジタルのＦＢ信号を歪み演算部１７０及び加算器１８０へ出力する。
【００２１】
歪み演算部１７０は、Ａ／Ｄ変換部１６０から出力されるＦＢ信号に基づいて、増幅器１５０において発生する相互変調歪みの逆特性の歪み成分を生成する。具体的には、歪み演算部１７０は、上記式（１）と同様のメモリ多項式を用いて歪み成分を生成する。すなわち、歪み演算部１７０は、以下の式（３）を用いて歪み成分を算出する。
【数３】
2016001846.tif 000005
【００２２】
式（３）において、ＩＭＤ（ｎ）は時刻ｎにおける歪み成分を示し、ｙ（ｎ）は時刻ｎにおけるＦＢ信号を示す。ここで、歪み演算部１７０は、減算器１９０から出力される差分が小さくなるように重み係数ａkqを調整しながら、式（３）によって歪み成分を算出する。すなわち、歪み演算部１７０は、歪み生成部１２０によって生成された歪み成分が付与された送信信号と歪み演算部１７０によって生成された歪み成分が付与されたＦＢ信号とが等しくなるように、重み係数ａkqを繰り返して調整する。そして、歪み演算部１７０は、例えば温度などの環境条件が所定基準より大きく変化した場合や所定周期が経過した場合に、調整された重み係数ａkqを歪み生成部１２０へコピーする。
【００２３】
加算器１８０は、Ａ／Ｄ変換部１６０から出力されるＦＢ信号と歪み演算部１７０によって生成された歪み成分とを加算する。すなわち、加算器１８０は、以下の式（４）に示すｚ*（ｎ）に相当する信号を出力する。
【数４】
2016001846.tif 000006
【００２４】
減算器１９０は、加算器１３０から出力される送信信号と加算器１８０から出力されるＦＢ信号との差分を算出する。すなわち、減算器１９０は、増幅器１５０において発生する相互変調歪みの逆特性の歪み成分がそれぞれ付与された送信信号及びＦＢ信号の差分を算出する。そして、減算器１９０は、算出した差分を歪み演算部１７０へ出力する。
【００２５】
ここで、歪み生成部１２０によって生成される歪み成分が理想的であり、増幅器１５０において発生する相互変調歪みを反転した歪み成分となっている場合には、増幅器１５０から出力される送信信号は歪んでいない。したがって、理想的な状況では、送信信号生成部１１０によって生成される送信信号と増幅器１５０から出力されてフィードバックされるＦＢ信号とが一致する。さらに、理想的な状況では、歪み生成部１２０及び歪み演算部１７０によって生成される歪み成分も等しいため、減算器１９０によって算出される差分は０となる。このため、歪み演算部１７０は、減算器１９０によって算出される差分が０に近づくように重み係数ａkqを繰り返して調整する。
【００２６】
次に、歪み演算部１７０の構成例について、図２を参照しながら説明する。以下においては、想定する相互変調歪みの最大次数Ｋを３とし、メモリの深さＱを１とする場合の歪み演算部１７０の構成例について説明する。
【００２７】
図２に示すように、歪み演算部１７０は、信号保持部１７１、レベル演算部１７２ａ、１７２ｂ、乗算器１７３ａ〜１７６ａ、乗算器１７３ｂ〜１７６ｂ、加算器１７７ａ、１７７ｂ及び加算器１７８を有する。
【００２８】
信号保持部１７１は、入力されるＦＢ信号を１サンプルに相当する時間保持する。すなわち、信号保持部１７１は、ＦＢ信号を１サンプル分遅延させてレベル演算部１７２ｂ及び乗算器１７３ｂへ出力する。したがって、時刻ｎにおけるＦＢ信号が歪み演算部１７０へ入力されると、信号保持部１７１は、入力された時刻ｎにおけるＦＢ信号を保持するとともに、時刻（ｎ−１）におけるＦＢ信号をレベル演算部１７２ｂ及び乗算器１７３ｂへ出力する。
【００２９】
レベル演算部１７２ａは、入力されたＦＢ信号のレベルを算出し、算出されたレベルを乗算器１７３ａ、１７４ａへ出力する。すなわち、レベル演算部１７２ａは、式（３）における｜ｙ（ｎ）｜を算出する。
【００３０】
乗算器１７３ａは、入力されたＦＢ信号とレベル演算部１７２ａによって算出されたレベルとを乗算し、乗算結果を乗算器１７４ａ、１７５ａへ出力する。すなわち、乗算器１７３ａは、式（３）におけるｙ（ｎ）・｜ｙ（ｎ）｜を算出する。
【００３１】
乗算器１７４ａは、乗算器１７３ａの乗算結果とレベル演算部１７２ａによって算出されたレベルとを乗算し、乗算結果を乗算器１７６ａへ出力する。すなわち、乗算器１７４ａは、式（３）におけるｙ（ｎ）・｜ｙ（ｎ）｜2を算出する。
【００３２】
乗算器１７５ａは、乗算器１７３ａの乗算結果と重み係数ａ20とを乗算し、乗算結果を加算器１７７ａへ出力する。すなわち、乗算器１７５ａは、式（３）におけるｋ＝２及びｑ＝０の場合の項ａ20・ｙ（ｎ）・｜ｙ（ｎ）｜を算出する。ここで、重み係数ａ20は、減算器１９０によって算出される差分が小さくなるように調整されている。
【００３３】
乗算器１７６ａは、乗算器１７４ａの乗算結果と重み係数ａ30とを乗算し、乗算結果を加算器１７７ａへ出力する。すなわち、乗算器１７６ａは、式（３）におけるｋ＝３及びｑ＝０の場合の項ａ30・ｙ（ｎ）・｜ｙ（ｎ）｜2を算出する。ここで、重み係数ａ30は、減算器１９０によって算出される差分が小さくなるように調整されている。
【００３４】
加算器１７７ａは、乗算器１７５ａの乗算結果と乗算器１７６ａの乗算結果とを加算し、加算結果を加算器１７８へ出力する。すなわち、加算器１７７ａは、式（３）におけるｑ＝０の場合の右辺の項を算出する。
【００３５】
レベル演算部１７２ｂは、入力されたＦＢ信号のレベルを算出し、算出されたレベルを乗算器１７３ｂ、１７４ｂへ出力する。すなわち、レベル演算部１７２ｂは、式（３）における｜ｙ（ｎ−１）｜を算出する。
【００３６】
乗算器１７３ｂは、入力されたＦＢ信号とレベル演算部１７２ｂによって算出されたレベルとを乗算し、乗算結果を乗算器１７４ｂ、１７５ｂへ出力する。すなわち、乗算器１７３ｂは、式（３）におけるｙ（ｎ−１）・｜ｙ（ｎ−１）｜を算出する。
【００３７】
乗算器１７４ｂは、乗算器１７３ｂの乗算結果とレベル演算部１７２ｂによって算出されたレベルとを乗算し、乗算結果を乗算器１７６ｂへ出力する。すなわち、乗算器１７４ｂは、式（３）におけるｙ（ｎ−１）・｜ｙ（ｎ−１）｜2を算出する。
【００３８】
乗算器１７５ｂは、乗算器１７３ｂの乗算結果と重み係数ａ21とを乗算し、乗算結果を加算器１７７ｂへ出力する。すなわち、乗算器１７５ｂは、式（３）におけるｋ＝２及びｑ＝１の場合の項ａ21・ｙ（ｎ−１）・｜ｙ（ｎ−１）｜を算出する。ここで、重み係数ａ21は、減算器１９０によって算出される差分が小さくなるように調整されている。
【００３９】
乗算器１７６ｂは、乗算器１７４ｂの乗算結果と重み係数ａ31とを乗算し、乗算結果を加算器１７７ｂへ出力する。すなわち、乗算器１７６ｂは、式（３）におけるｋ＝３及びｑ＝１の場合の項ａ31・ｙ（ｎ−１）・｜ｙ（ｎ−１）｜2を算出する。ここで、重み係数ａ31は、減算器１９０によって算出される差分が小さくなるように調整されている。
【００４０】
加算器１７７ｂは、乗算器１７５ｂの乗算結果と乗算器１７６ｂの乗算結果とを加算し、加算結果を加算器１７８へ出力する。すなわち、加算器１７７ｂは、式（３）におけるｑ＝１の場合の右辺の項を算出する。
【００４１】
加算器１７８は、加算器１７７ａの加算結果と加算器１７７ｂの加算結果とを加算することにより、歪み成分を算出する。すなわち、加算器１７８は、式（３）においてｋ＝２、３かつｑ＝０、１の場合の各項を合計することにより、歪み成分ＩＭＤ（ｎ）を算出する。
【００４２】
このように、本実施の形態においては、歪み演算部１７０がメモリ多項式に基づく演算を行って歪み成分を算出する。そして、歪み演算部１７０による歪み成分を対象とした演算の過程で重み係数ａkqの調整が行われる。換言すれば、比較的レベルが大きいＦＢ信号全体を対象とした演算が行われることなく、比較的レベルが小さい歪み成分を対象とした演算を通して重み係数ａkqの調整が行われる。この結果、演算に使用されるビット数が増大することを防止し、回路の複雑化及び処理量の増大を抑制することができる。
【００４３】
図３は、ＦＢ信号と歪み成分のレベルを比較する図である。一般に、図３右側に示す歪み成分のレベルは、図３左側に示すＦＢ信号のレベルよりも約２５〜３０ｄＢ小さい。そして、通常は６ｄＢのレベルの差が１ビットに相当するため、３０ｄＢのレベルの差は５ビットに相当する。すなわち、歪み演算部１７０は、ＦＢ信号全体を対象として演算する場合と比べて５ビット少ないビット数で演算を行うことが可能となる。このため、歪み補償に係る回路の複雑化及び処理量の増大を抑制し、無線通信装置１００の規模及びコストの増大を抑制することができる。
【００４４】
次いで、上記のように構成された無線通信装置１００における歪み補償処理について、図４に示すフロー図を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、送信信号生成部１１０によって送信信号が生成される（ステップＳ１０１）。生成された送信信号は、歪み生成部１２０へ出力され、歪み生成部１２０によって増幅器１５０において発生する相互変調歪みの逆特性の歪み成分が生成される。このとき、歪み生成部１２０によって、歪み演算部１７０からコピーされた重み係数が用いられることにより、歪み成分が生成される。そして、加算器１３０によって、送信信号に歪み成分が加算されることにより、送信信号の歪み補償が行われる（ステップＳ１０２）。
【００４６】
歪み補償された送信信号は、Ｄ／Ａ変換部１４０によってＤ／Ａ変換された上で、増幅器１５０によって増幅される（ステップＳ１０３）。増幅時には、送信信号に付与された歪み成分が増幅器１５０において発生する相互変調歪みによって相殺される。増幅器１５０によって増幅された送信信号は、アンテナを介して送信される。
【００４７】
また、増幅器１５０によって増幅された送信信号は、Ａ／Ｄ変換部１６０へフィードバックされる。そして、ＦＢ信号は、Ａ／Ｄ変換部１６０によってＡ／Ｄ変換された上で、歪み演算部１７０へ出力される。そして、歪み演算部１７０によって、式（３）が用いられ、増幅器１５０において発生する相互変調歪みの逆特性の歪み成分が生成される（ステップＳ１０４）。
【００４８】
このとき、歪み演算部１７０によって、式（３）における重み係数ａkqが調整されながら、歪み成分が生成される。具体的には、減算器１９０から出力される差分が小さくなるように重み係数ａkqが調整される。
【００４９】
歪み演算部１７０によって生成された歪み成分は、加算器１８０によってＦＢ信号に加算され、ＦＢ信号の歪み補償が行われる（ステップＳ１０５）。歪み補償されたＦＢ信号は、減算器１９０によって、歪み補償された送信信号と比較される（ステップＳ１０６）。すなわち、加算器１３０から出力される送信信号と加算器１８０から出力されるＦＢ信号の差分が減算器１９０によって算出される。ここで算出される差分は、歪み成分が算出される際に用いられる重み係数ａkqが最適な値に近いほど小さくなる。
【００５０】
そこで、減算器１９０によって算出された差分は、歪み演算部１７０へ出力され、歪み演算部１７０によって、差分を小さくするように重み係数ａkqが調整される（ステップＳ１０７）。また、歪み演算部１７０によって、例えば所定周期が経過するなどの所定条件が充足されるか否かが判定され（ステップＳ１０８）、所定条件が充足されない間は（ステップＳ１０８Ｎｏ）、送信信号の生成から重み係数ａkqの調整が繰り返される。このように、減算器１９０によって算出される差分が小さくなるように重み係数ａkqの調整が繰り返されることにより、重み係数ａkqが最適な値に収束する。
【００５１】
そして、例えば所定周期が経過するなどの所定条件が充足されると（ステップＳ１０８Ｙｅｓ）、歪み演算部１７０によって調整された重み係数ａkqが歪み生成部１２０へコピーされる（ステップＳ１０９）。これにより、歪み生成部１２０によって適切な重み係数ａkqが用いられて歪み成分が生成されるようになり、送信信号に対する歪み補償の精度を向上することができる。
【００５２】
以上のように、本実施の形態によれば、メモリ多項式を用いたプリディストーションを行う際に、歪み成分のみを対象とした演算を行いつつ、歪み成分の重み係数を調整する。このため、比較的レベルが大きい信号全体を対象とした演算が行われることなく、比較的レベルが小さい歪み成分を対象とした演算を通して重み係数の調整が行われる。この結果、演算に使用されるビット数が増大することを防止して回路の複雑化及び処理量の増大を抑制し、装置規模及びコストの増大を抑制することができる。
【００５３】
なお、上記一実施の形態において説明した歪み補償処理は、無線通信装置１００が有する例えばＣＰＵ（Central  Processing  Unit）及びＤＳＰ（Digital  Signal  Processor）などのプロセッサによって実行されても良い。この場合、プロセッサは、使用されるデータ等をメモリに記憶させながら、様々な演算処理を実行する。具体的には、プロセッサは、例えば上記一実施の形態における送信信号生成部１１０、歪み生成部１２０、加算器１３０、歪み演算部１７０、加算器１８０及び減算器１９０による処理を実行する。
【００５４】
また、上記一実施の形態において説明した歪み補償処理をコンピュータが実行可能なプログラムとして記述することも可能である。この場合、このプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納し、コンピュータに導入することも可能である。コンピュータが読み取り可能な記録媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤディスク、ＵＳＢメモリなどの可搬型記録媒体や、例えばフラッシュメモリなどの半導体メモリが挙げられる。
【符号の説明】
【００５５】
１１０  送信信号生成部
１２０  歪み生成部
１３０  加算器
１４０  Ｄ／Ａ変換部
１５０  増幅器
１６０  Ａ／Ｄ変換部
１７０  歪み演算部
１７１  信号保持部
１７２ａ、１７２ｂ  レベル演算部
１７３ａ〜１７６ａ、１７３ｂ〜１７６ｂ  乗算器
１７７ａ、１７７ｂ、１７８、１８０  加算器
１９０  減算器
【図１】
2016001846.tif 000007
【図２】
2016001846.tif 000008
【図３】
2016001846.tif 000009
【図４】
2016001846.tif 000010