(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調する直交変調部と、この直交変調部の出力を電力増幅する電力増幅器とを有する送信機の非線形歪み補償回路であって、
前記電力増幅器の出力を、電力増幅器における増幅率の逆数の減衰率で減衰させる減衰器と、
この減衰器の出力を、前記電力増幅器の入力信号で除算する第１の除算器と、
キャリア信号を発生するキャリア発生器と、
このキャリア発生器が発生するキャリア信号を前記第１の除算器の出力で除算する第２の除算器と
を有し、
前記直交変調部は、前記第２の除算器の出力信号で、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調する
ことを特徴とする非線形歪み補償回路。
【請求項２】
前記直交変調部は、前記第２の除算器の出力信号を、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号に乗算する
ことを特徴とする請求項１に記載の非線形歪み補償回路。
【請求項３】
前記直交変調部の出力端には、この直交変調部から出力される信号を、前記電力増幅部の入力端と、前記第１の除算器の入力端とに分岐させる第１の分岐手段が設けられ、
前記電力増幅器の出力端には、この電力増幅器から出力される信号を、送信装置の出力端子と、前記減衰器の入力端とに分岐させる第２の分岐手段が設けられている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の非線形歪み補償回路。
【請求項４】
前記第１の分岐手段および第２の分岐手段は、方向性結合器であることを特徴とする請求項３に記載の非線形歪み補償回路。
【請求項５】
前記第１の分岐手段および第２の分岐手段は、分配器であることを特徴とする請求項３に記載の非線形歪み補償回路。
【請求項６】
前記第１の分岐手段と、前記第１の除算器との間には、前記電力増幅器を信号が通過する際に生じる位相遅延分を調整する遅延回路が設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の非線形歪み補償回路。
【請求項７】
前記減衰器は、この減衰器における減衰率が可変とされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の非線形歪み補償回路。
【請求項８】
前記電力増幅器の出力から歪み成分を検出する歪み成分検出器と、
この歪み成分検出器の出力を検波する検波器と
を有し、
前記減衰器は、前記検波器の出力に応じて減衰率を変化させる
ことを特徴とする請求項７に記載の非線形歪み補償回路。
【請求項９】
Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調する直交変調過程と、直交変調した信号を電力増幅する電力増幅過程とを有する送信機の非線形歪み補償方法であって、
前記電力増幅された信号を、電力増幅における増幅率の逆数の減衰率で減衰させる過程と、
減衰された信号を、前記電力増幅前の信号で除算する第１の除算過程と、
キャリア信号を発生する過程と、
このキャリア信号を前記第１の除算過程での除算結果で除算する第２の除算過程と
を有し、
前記直交変調過程においては、前記第２の除算過程での除算結果で、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調する
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、ディジタル変調方式を用いた移動体通信システム等に用いられる送信装置の歪み補償回路および歪み補償方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタル変調方式を用いた移動体通信システムでは、移動端末機における送信装置の省電力化を図るため、この送信装置内の電力増幅器に、高効率のものを用いることが多い。ところが、高効率の電力増幅器を用いると、この電力増幅器で非線形歪みが発生しやすくなり、非線形歪みが発生すると、送信装置の送信スペクトラムが広がり、隣接チャネルへの干渉等の問題が発生する。そこで、このような送信装置には、電力増幅器の非線形歪みを補償する回路が付加されることがある。
【０００３】
図５は、上述した、電力増幅器の非線形歪みを補償する回路が付加された送信装置の一従来例のブロック図である。この送信装置１００には、プリディストーション式の非線形歪み補償回路１２１が付加されている。この非線形歪み補償回路１２１は、あらかじめ、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号に、後段の電力増幅器１０９で生じる非線形歪みとは逆特性の歪みを加えておき、電力増幅器１０９で生じる非線形歪みを相殺するものである。
【０００４】
この送信装置１００の構成を説明する。送信装置１００は、Ｉベースバンド信号が入力される入力端子１０１と、Ｑベースバンド信号が入力される入力端子１０２と、プリディストーション式の非線形歪み補償回路１２１と、Ｄ／Ａコンバータ１０６、１０７と、直交変調器１０８と、電力増幅器１０９と、送信用のＲＦ信号が出力される出力端子１１０とを備える。
【０００５】
入力端子１０１および１０２は、非線形歪み補償回路１２１に接続されている。非線形歪み補償回路１２１は、歪み補償演算部１０３と、電力計算器１０４と、補償データテーブル１０５とを備える。電力計算部１０４は、入力端子１０１および１０２から入力されるベースバンド信号の電力値を計算する。補償データテーブル１０５には、ベースバンド信号の各電力値に応じた補償データが、テーブルとして記憶されている。歪み補償演算部１０３は、乗算器１１１、１１２、１１３、１１４と、減算器１１５と、加算器１１６とを備える。
【０００６】
このような構成の送信装置１００における電力増幅器１０９の非線形歪みを補償する動作を説明する。非線形歪みを有する電力増幅器１０９の入出力特性は、この電力増幅器１０９へ入力される入力信号をSin、この電力増幅器１０９から出力される出力信号をSoutとすると、下記の（１１）式のように表される。
Sout=A・g(p)・ejq(p) ・Sin  …（１１）
ただし、pはベースバンド信号の電力値、Aは電力増幅器３１７の利得のうちの線形の部分、g(p)は電力増幅器１０９での振幅の非線形歪み（電力増幅器１０９の振幅の非線形歪みがなく、線形であれば、このg(p)の値は１となる）、q(p)は電力増幅器１０９での位相回転量である。
【０００７】
上記の歪みを補償するため、歪み補償演算部１０３で、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号に、電力増幅器１０９の入出力特性の逆特性をもつ補償ベクトルe-jq(p)/g(p)が複素乗算される。歪み補償演算部１０３の入力信号をRin、出力信号をRoutとすると、歪み補償演算部１０３の入出力関係は、下記の（１２）式のように表される。
Rout=e-jq(p)/g(p)・Rin  …（１２）
【０００８】
歪み補償演算部１０３の出力信号Routが、Ｄ／Ａコンバータ１０６、１０７、直交変調器１０８を介して、電力増幅器１０９の入力信号Sinとなるので、歪み補償演算部１０３の入力信号Rinと、電力増幅器１０９の出力信号Soutとの関係は、下記の（１３）式のように表される。
Sout=(e-jq(p)/g(p))・A・g(p)・ejq(p)・Rin=A・Rin  …（１３）
すなわち、電力増幅器１０９の出力信号Soutとして、入力信号Rinを線形増幅した値が得られる。
【０００９】
なお、補償データテーブル１０５には、補償ベクトルの同相成分である補償データCIと、補償ベクトルの直交成分である補償データCQとが、ベースバンド信号の電力値ｐに対応付けられたテーブルとして格納されている。この補償データCIおよび補償データCQは、下記の以下の（１４）式および（１５）式で表される。
CI=cos(q(p))/g(p)  …（１４）
CQ=-sin(q(p))/g(p)   …（１５）
ただし、上式の電力値pは、電力計算器１０４で計算される。
【００１０】
ここで、歪み補償演算部１０３内部の詳細な動作を説明する。入力端子１０１から入力されるＩベースバンド信号をIin、入力端子１０２から入力されるＱベースバンド信号をQinとし、歪み補償演算部１０３の出力を、それぞれIout、Qoutとすると、歪み補償演算部１０３での演算は、下記の（１６）式および（１７）式で表される。
Iout=CI・Iin-CQ・Qin  …（１６）
Qout=CQ・Iin+CI・Qin  …（１７）
すなわち、歪み補償演算部１０３において、補償データCIを、乗算器１１１でベースバンド信号Iinに乗算し、乗算器１１４でベースバンド信号Qinに乗算すると共に、補償データCQを、乗算器１１２でベースバンド信号Iinに乗算し、乗算器１１３でベースバンド信号Qinに乗算する。
【００１１】
そして、減算器１１５によって、乗算器１１１から得られる乗算結果から、乗算器１１２から得られる乗算結果を減算すると共に、加算器１１６によって、乗算器１１３から得られる乗算結果と、乗算器１１４から得られる乗算結果とを加算する。
【００１２】
これらの減算結果Ioutおよび加算結果Qoutは、Ｄ／Ａコンバータ１０６および１０７でアナログ信号に変換され、直交変調器３１６で直交変調され、電力増幅器１０９で電力増幅される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の送信装置においては、歪み補償演算部１０３で、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を、高い周波数のクロックによってサンプリングし、高速で複雑なディジタル演算を行う必要があるので、この歪み補償演算部１０３の回路規模が大きくなり、また、消費電流も大きくなる。また、電力計算器１０４で、四則演算を行う回路のみではなく、２乗をとる回路が必要になるので、この電力計算器１０４の回路規模が大きくなり、また、消費電流も大きくなる。さらに、補償データテーブル１０５を記憶するための記憶手段が必要になる。従って、送信装置全体の回路規模が大きくなり、また、消費電流も大きくなるという問題がある。
【００１４】
また、上記の非線形歪み補償回路１２１は、電力増幅器１０９の非線形特性をあらかじめ測定しておき、この測定結果を用いて補償データをテーブル化し、ベースバンド信号の電力に応じて、このテーブルを参照するものであるため、電力増幅器１０９の特性のばらつきや温度変化等により、性能が低下しやすいという問題もある。
【００１５】
この問題を解決するために、図６に示す送信装置１２０のように、電力増幅器１０９の出力信号を分岐手段１１７で分岐させ、直交復調器１１８で直交復調し、補償データ演算部１１９にフィードバックをかけ、フィードバックされた情報に応じた係数を、補償データ演算部１１９内の補償データテーブル１０５のデータに乗算して補正をかける回路もある。
【００１６】
しかし、上記のいずれの回路であっても、送信装置の回路規模が大きくなり、また、消費電流も大きくなるという問題は解決されていない。
【００１７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、送信装置の回路規模を小さくすることができ、また、消費電流も小さくすることができる歪み補償回路および歪み補償方法を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調する直交変調器と、この直交変調器の出力を電力増幅する電力増幅器とを有する送信機の非線形歪み補償回路であって、前記電力増幅器の出力を、電力増幅器における増幅率の逆数の減衰率で減衰させる減衰器と、この減衰器の出力を、前記電力増幅器の入力信号で除算する第１の除算器と、キャリア信号を発生するキャリア発生器と、このキャリア発生器が発生するキャリア信号を前記第１の除算器の出力で除算する第２の除算器とを有し、前記直交変調部は、前記第２の除算器の出力信号で、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調することを特徴とする非線形歪み補償回路である。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記直交変調部は、前記第２の除算器の出力信号を、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号に乗算することを特徴とする請求項１に記載の非線形歪み補償回路である。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、前記直交変調部の出力端には、この直交変調部から出力される信号を、前記電力増幅部の入力端と、前記第１の除算器の入力端とに分岐させる第１の分岐手段が設けられ、前記電力増幅器の出力端には、この電力増幅器から出力される信号を、送信装置の出力端子と、前記減衰器の入力端とに分岐させる第２の分岐手段が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の非線形歪み補償回路である。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、前記第１の分岐手段および第２の分岐手段は、方向性結合器であることを特徴とする請求項３に記載の非線形歪み補償回路である。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、前記第１の分岐手段および第２の分岐手段は、分配器であることを特徴とする請求項３に記載の非線形歪み補償回路である。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、前記第１の分岐手段と、前記第１の除算器との間には、前記電力増幅器を信号が通過する際に生じる位相遅延分を調整する遅延回路が設けられていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の非線形歪み補償回路である。
【００２４】
請求項７に記載の発明は、前記減衰器は、この減衰器における減衰率が可変とされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の非線形歪み補償回路である。
【００２５】
請求項８に記載の発明は、前記電力増幅器の出力から歪み成分を検出する歪み成分検出器と、この歪み成分検出器の出力を検波する検波器とを有し、前記減衰器は、前記検波器の出力に応じて減衰率を変化させることを特徴とする請求項７に記載の非線形歪み補償回路である。
【００２６】
請求項９に記載の発明は、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調する直交変調過程と、直交変調した信号を電力増幅する電力増幅過程とを有する送信機の非線形歪み補償方法であって、前記電力増幅された信号を、電力増幅における増幅率の逆数の減衰率で減衰させる過程と、減衰された信号を、前記電力増幅前の信号で除算する第１の除算過程と、キャリア信号を発生する過程と、このキャリア信号を前記第１の除算過程での除算結果で除算する第２の除算過程とを有し、前記直交変調過程においては、前記第２の除算過程での除算結果で、Ｉベースバンド信号およびＱベースバンド信号を直交変調することを特徴とする非線形歪み補償方法である。
【００２７】
上記構成によれば、電力増幅器で発生する非線形歪みの逆特性によってキャリアを歪ませるので、電力増幅器で発生する非線形歪みがキャンセルされる。さらに、このような非線形歪みをキャンセルする動作を、複雑なディジタル演算処理なしで行うことができるので、非線形歪み補償回路を小規模な回路とすることができ、また、非線形歪み補償回路の消費電流を小さくすることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の原理を図１に示す原理図を参照して説明する。入力端子１から入力されるＩベースバンド信号および入力端子２から入力されるＱベースバンド信号は、直交変調部３で直交変調され、電力増幅器４で増幅され、出力端子５から出力される。増幅後の信号ｂを分岐し、減衰器６で、電力増幅器４での増幅率Kと同じ率すなわち減衰率1/Kで減衰させ、除算器７において、減衰された信号ｃを、増幅前の信号ａで除算する。さらに、その除算結果ｄ＝ｃ／ａで、キャリア発生器８で発生させたキャリア信号ｅを除算する。そして、直交変調部３で、除算されたキャリア信号ｆを用いてベースバンド信号を直交変調する。なお、直交変調部３は、π／２移相器１０、乗算器１１、１２、加算器１３を内蔵している。
【００２９】
次に、上記構成の動作を説明する。直交変調器３に入力されるＩベースバンド信号をSI、Ｑベースバンド信号をSQ、直交変調部３から出力され、電力増幅器４へ入力される信号ａをAinとし、キャリア発生器８から出力される信号ｅをcosθ（簡略のため、振幅は１とする）とすると、下記の（１）式が成り立つ。
Ain=SI・cosθ+SQ・sinθ  …（１）
【００３０】
電力増幅器４での増幅における非線形歪み特性Dは、振幅歪み特性α(x)と位相歪み特性ejφ(x)（ただし、xはAinの電力）の相乗と考えられるので、非線形歪みを含んだ電力増幅器４の入出力特性は、電力増幅器４の線形増幅率をKとすると、K・D=K・(α(x)・ejφ(x))である。従って、電力増幅器４の出力信号ｂをAoutとすると、このAoutは、下記の（２）式で表される。
Aout=K・D・Ain  …（２）
【００３１】
減衰器６の減衰率を1/Kとすると、この減衰器６の出力信号ｃはD・Ainとなり、さらに信号ｄはD・Ain/Ain=Dとなって、電力増幅器４の歪み特性Dのみが抽出される。
【００３２】
さらに、この信号ｄでキャリア信号ｅを除算すれば、信号ｆは1/D・cosθとなり、信号ｇは1/D・sinθとなる。信号ｆとＩベースバンド信号SIとが、乗算器１１によって乗算され、信号ｇとＱベースバンド信号SQとが、乗算器１２によって乗算され、これらの乗算結果が、加算器１３によって加算されるので、フィードバックによって歪みが補正された状態での信号ａをA’inとすると、このA’inは、下記の（３）式によって表される。
A’in=SI/D・cosθ+SQ/D・sinθ=Ain/D  …（３）
すると、歪みが補正された状態での信号ｂをA’outとすると、このA’outは、上記（３）式および（２）式より、下記の（４）式となる。
A’out=K・D・A’in=K・D・Ain/D=K・Ain  …（４）
すなわち、電力増幅器４の出力信号A’outからは、歪み特性Dが除去される。
【００３３】
次に、図２を参照し、本発明の第１実施形態を説明する。ただし、以下の説明において、本発明の原理で説明した構成と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。直交変調部３の出力端子と、電力増幅器４の入力端子との間の分岐点には、分岐手段１４が設けられる。また、電力増幅器４の出力端子側の分岐点にも、分岐手段１５が設けられる。これらの分岐手段１４、１５は、具体的には、方向性結合器または分配器で構成される。方向性結合器は、送信信号から取り出す電力を必要最小限とし、送信信号の電力損失を必要最小限とするために用いられる。
【００３４】
また、前記分岐手段１４と、除算器７との間には、遅延回路１７が設けられる。この遅延回路１７は、正確な歪み補償を行うため、電力増幅器４で生じる位相遅延分を調整するための回路である。さらに、減衰器を可変減衰器１６として、減衰率を調整可能とし、電力増幅器４の増幅率が変動した場合に、これに合わせて減衰率を調整することを可能としている。
【００３５】
また、前記除算器７、９の内部回路を図３に示す。入力端子１８から入力された一方の入力信号が、対数変換器２０で対数に変換され、入力端子１９から入力された他方の入力信号が、もう一つの対数変換器２１で対数に変換される。これらの変換結果が、減算器２２へ送られ、両者の差がとられ、この差が、逆対数変換器２３で、もとに戻され、出力端子２４から出力される。
【００３６】
次に、図４を参照し、本発明の第２実施形態を説明する。ただし、以下の説明において、本発明の原理または第１実施形態で説明した構成と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３７】
本実施形態には、第１実施形態の構成に加えて、歪み成分を検出するための分岐手段２５、歪み成分検出器２６、検波器２７が設けられている。検波器２７の出力が、可変減衰器２８に入力され、歪み成分が最小となるように減衰率が調整されるので、自動的に最適な歪み補償が行われる。
【００３８】
なお、上記各実施形態における歪み補償回路は、アナログ回路で構成することが可能であると共に、ディジタル回路で構成することも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑で大規模なディジタル演算回路を用いずに、電力増幅器の非線形歪みを補償することができるので、送信装置の回路規模を小さくすることができ、また、消費電流も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の原理図。
【図２】  本発明の第１実施形態の構成図。
【図３】  除算器の内部構成図。
【図４】  本発明の第２実施形態の構成図。
【図５】  電力増幅器の非線形歪みを補償する回路が付加された送信装置の一従来例のブロック図。
【図６】  電力増幅器の非線形歪みを補償する回路が付加された送信装置の別の従来例のブロック図。
【符号の説明】
１、２  入力端子                ３  直交変調部
４  電力増幅器                  ５  出力端子
６  減衰器                      ７  除算器（第１の除算器）
８  キャリア発生器              ９  除算器（第２の除算器）
１０  π／２移相器              １１、１２  乗算器
１３  加算器                    １４、１５  分岐手段
１６  可変減衰器                １７  遅延回路
１８、１９  入力端子            ２０、２１  対数変換器
２２  減算器                    ２３  逆対数変換器
２４  出力端子                  ２５  分岐手段
２６  歪み成分検出器            ２７  検波器
２８  可変減衰器
１００  送信装置                １０１、１０２  入力端子
１０３  歪み補償演算部          １０４  電力計算器
１０５  補償データテーブル      １０６、１０７  Ｄ／Ａコンバータ
１０８  直交変調器              １０９  電力増幅器
１１０  出力端子                １１１〜１１４  乗算器
１１５  減算器                  １１７  分岐手段
１１８  直交復調器              １１９  補償データ演算部
１２０  送信装置                １２１  非線形歪み補償回路
【図１】
0004382950.tif 000002
【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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