JP4637331B2

JP4637331B2 - 非線形歪み補償回路及び非線形歪み補償方法

Info

Publication number: JP4637331B2
Application number: JP2000233630A
Authority: JP
Inventors: 浩行長坂
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2011-02-23
Anticipated expiration: 2020-08-01
Also published as: KR20020022552A; JP2002057731A; KR100790122B1

Description

【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回路及び非線形歪み補償方法に関する。
【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７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７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なって直交変換器４に入力される。直交変換器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。
【０００４】
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。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。
【０００５】
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。
【０００６】
【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。
【０００７】
そこで、図８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ある。この回路の補償データ演算部１０は前記フィードバックテーブル情報に応じた係数を内蔵の補償データテーブル（図１の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。
【０００８】
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ジタル演算を行なうため、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。
【０００９】
本発明は、上述の如き従来の課題を解決するためになされたもので、その目的は、高電力増幅器の特性が変動しても正確に高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができ、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さく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である。
【００１０】
【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の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出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、前記非線形高出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、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に変換するために用いるキャリアの位相を調整する位相調整器と、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を前記位相調整したキャリアを用いてベースバンド領域に直交復調する直交復調部と、前記直交復調部より出力される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、を具備し、前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を移相する移相器と、前記減衰器の出力信号から前記移相器により位相を移相した変調信号を減算する減算器とを有することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明の前記歪み重畳部は、前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の振幅レベルを振幅調整する振幅調整器と、この振幅調整器により振幅調整されたベースバンド領域の歪み成分を前記ベースバンド信号から減算する減算器とを有することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明の特徴は、前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調するために用いる前記キャリアを前記ベースバンド信号を直交変調するために用いるキャリアとは別に発生させることにある。
【００１４】
請求項４の発明の特徴は、ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出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、前記非線形高出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、前記抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に変換するために用いるキャリアの位相を調整するステップと、前記抽出した歪み成分を前記位相調整したキャリアを用いてベースバンド領域に直交復調するステップと、前記直交復調されて生成される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具備し、前記非線形歪み成分を抽出するステップは、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰ステップと、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を移相する移相ステップと、前記減衰ステップの出力信号から前記移相ステップにより位相を移相した変調信号を減算する減算ステップとを有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。この回路は、直交変調部１１、方向性結合器又は分配器１２、高電力増幅器（ＨＰＡ）１３、方向性結合器又は分配器１４、減衰器１５、減算器１６、遅延回路または移相器１７、直交復調部１８、位相調整器１９、キャリア発生器２０、振幅調整器２１、２２、減算器２３、２４を有している。
【００１６】
直交変調部１１は、π／２移相器１１１、乗算器１１２、１１３、加算器１１４から成り、直交部復調部１８は、π／２移相器１８１、乗算器１８２、１８３から成っている。尚、減衰器１５、遅延回路又は移相器１７、減算器１６、直交復調部１８、位相調整器１９、振幅調整器２１、２２、減算器２３、２４は、本発明の非線形歪み補償回路を構成している。
【００１７】
次に本実施形態の動作について説明する。ベースバンド信号Ｉ、Ｑは、それぞれ減算器２３、２４で後述する歪み成分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２０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。ベースバンド信号Ｉは、キャリア発生器２０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、直交変調信号が方向性結合器又は分配器１２を通して高電力増幅器１３に入力される。
【００１８】
高電力増幅器１３は直交変調信号を非線形高電力増幅（利得Ｋ）し、方向性結合器又は分配器１４を通して出力する。方向性結合器又は分配器１４で分岐された出力信号は減衰器１５に入力されて、高電力増幅器１３の増幅利得分減衰（１／Ｋ）されて減算器１６に入力される。減算器１６では、高電力増幅器１３から出力された非線形歪みを含んだ信号から、方向性結合器又は分配器１２により分岐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のみが抽出される。
【００１９】
この非線形増幅歪み成分は、キャリア発生器２０で発生され、更に位相調整器１９で位相調整されたキャリアｊと乗算器１８２で乗算され、同時にキャリアｊをπ／２移相器１８１でπ／２移相したキャリアｋと乗算器１８３で乗算されて復調され、ベースバンド領域の歪み成分ｈ，ｉとなって、振幅調整器２１、２２に入力される。振幅調整器２１、２２により振幅が調整されたベースバンド領域の歪み成分は減算器２３、２４に入力される。
【００２０】
従って、減算器２３では、ベースバンド信号Ｉから高電力増幅器１３で生じるであろう歪み成分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。減算器２４では、ベースバンド信号Ｑから高電力増幅器１３で生じるであろう歪み成分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。
【００２１】
即ち、前記減算器２３、２４では、減算器１６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１３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。
【００２２】
ここで、上記した非線形歪補償の原理について述べる。まず、減算器１６で抽出された歪み成分ｇは、通常ならば、直交復調される前に位相調整され、その後、直交復調されてベースバンド帯域に変換される構成（位相調整器１９は無い）を採るため、まず、この構成について述べる。減算器１６により抽出された非線形歪み成分をＡ・ｅ^j( ^φ ⁺ ^α ⁾（Ａは振幅、φは完全に歪みが補償されるときの位相、αは調整すべき位相のズレとする）とし、位相調整器で行なう操作をｅ^-j ^αの乗算（すなわちα［ｒａｄ］だけ移相する）とすると、位相調整後の歪み成分は
【００２３】
Ａ・ｅ^j( ^φ ⁺ ^α ⁾・ｅ^-j ^α＝Ａ・ｅ^j ^φ …（１）
となる。キャリア発生器２０の出力をｃｏｓθとすると、この場合は位相調整器１９がないため、乗算器１８２、１８３に入力されるキャリアは、
ｃｏｓθとｓｉｎθ（簡略のため、振幅は１とする） …（２）
であるので、これらを用いて（１）を直交復調すると、乗算器１８２、１８３の出力信号はそれぞれ以下の如くなる。
【００２４】
Ａ・ｅ^j ^φ・ｃｏｓθ …（３）
Ａ・ｅ^j ^φ・ｓｉｎθ …（４）
となる。
【００２５】
次に図１に示した本実施形態の構成における非線形歪補償について述べる。図１において同様にｇ点における歪み成分をＡ・ｅ^j( ^φ ⁺ ^α ⁾とする。これを直交復調するときのキャリア信号（ｊ点、ｋ点〉は、ｅ点の信号がｃｏｓθで、位相調整器１９の演算が「ｅ^-j ^αの乗算」であるので、
ｊ点は、ｅ^-j ^α・ｃｏｓθ，ｋ点はｅ^-j ^α・ｓｉｎθ …（５）
となる。よって直交復調後の信号（ｈ点、ｉ点)は次のようになる。
【００２６】
ｈ点は、Ａ・ｅ^j( ^φ ⁺ ^α ⁾・ｅ^-j ^α・ｃｏｓθ＝Ａ・ｅ^j ^φ・ｃｏｓφ…（６）
ｉ点は、Ａ・ｅ^j( ^φ ⁺ ^α ⁾・ｅ^-j ^α・ｓｉｎθ＝Ａ・ｅ^j ^φ・ｓｉｎφ…（７）
【００２７】
従って、（３）と（６）および（４）と（７）を比較すると分かるように、直交復調後の信号は、直交復調される前に位相調整する構成と同じになり、等価な位相調整をすることができる。
【００２８】
図２は本発明の歪み補償方法の一実施形態に係る処理手順を示したフローチャートである。まず、ステップ２０１にて、非線形高出力増幅した変調信号から非線形歪み成分を抽出し、ステップ２０２にて、抽出した歪み成分を直交復調するために用いるキャリアを位相調整し、ステップ２０３にて、抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域の歪み成分に変換する。次に、ステップ２０４にて、ベースバンド領域における逆歪み特性（非線形高出力増幅する際に発生する非線形歪み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する。
【００２９】
図３は、図１に示した回路の計算機シミュレーションによる動作確認結果を示した特性図である。図３（ａ）は本発明の非線形歪み補償回路をオフした場合の高電力増幅器１３の出力信号の波形を示している。図３（ｂ）は本発明の非線形歪み補償回路をオンした場合の高電力増幅器１３の出力信号の波形を示している。非線形歪み補償回路により歪みの補償を行うと、隣接チャネル電力比（ＡＣＰＲ）の改善率として１４〜１６ｄＢの効果が見られる。
【００３０】
更に、図４に示したＡＣＰＲ対入力レベル特性を参照すると分かるように、非線形歪み補償回路をオンした場合、最大出力状態で位相や振幅を最適な値に調整しておけば、それ以下の出力レベルにおいてはそれよりＡＣＰＲが劣化することはないので、適応化回路などの動的制御は必要なく、その後は無調整で使用できる効果がある。
【００３１】
本実施形態によれば、高電力増幅器１３で発生した歪みをベースバンド領域の歪みに変換した後、ベースバンド信号にフィードバックすることにより、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに高電力増幅により発生する非線形歪みを補償することができる。しかも、回路規模が小さくなるため、消費電力を小さくできる。このため、本例の直交変調回路をバッテリーを電源とする携帯電話などの送信機に用いた場合、動作時間を長時間とする効果がある。
【００３２】
又、本例は、直交復調部１８のキャリアを位相調整器１９で位相を調整する構成を採っていて、位相調整器１９は単一周波数のキャリア信号の位相調整を行えば良く、市販の移相器は勿論、図５（ａ）〜（ｆ）に示すように，可変キャパシタとインダクタ(或いは可変インダクタ)等を用いて、簡単に位相調整器を構成することができ、回路規模を更に小さくでき、安価に構成することができる。
【００３３】
図６は、本発明の第２の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。本実施形態では、キャリア発生器２０とは別に、直交復調用キャリアのためのキャリア発生器２５を設け、このキャリア発生器２５の出力信号の位相を位相調整器１９で調整するようにして、図１に示した実施形態と同様の作用、効果を得ている。
【００３４】
尚、本発明は上記実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができ、又、歪みを直交復調するためのキャリアの位相を調整する位相調整器を簡単で安価なものとすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、実際に生じた歪みをフィードバックしているので、より正確に高電力増幅による非線形歪みを補償することができ、また、複雑で大規模なデジタル演算回路や擬似歪み発生回路等を用いずに、高電力増幅による非線形歪みを補償することができ、しかも、消費電力を小さくすることができ、又、歪を直交復調すめためのキャリアの位相を調整する位相調整器を簡単で安価なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図２】本発明の歪み補償方法の一実施形態に係る処理手順を示したフローチャートである。
【図３】図１に示した回路の計算機シミュレーションによる動作確認結果を示した特性図である。
【図４】図１に示した回路のＡＣＰＲ対入力レベルの関係を示した特性図である。
【図５】図１で示した位相調整器の具体的構成例を示した回路図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る非線形歪み補償回路の構成を示した回路図である。
【図７】従来の非線形歪み補償回路を搭載した送信機の構成例を示した回路図である。
【図８】従来の非線形歪み補償回路を搭載した送信機の他の構成例を示した回路図である。
【符号の説明】
１１直交変調部
１２、１４方向性結合器又は分配器
１３ＨＰＡ（高電力増幅器）
１５減衰器
１６、２３、２４減算器
１７遅延回路又は移相器
１８直交復調部
１９位相調整器
２０、２５キャリア発生器
２１、２２振幅調整器
１１１、１８１ π／２移相器
１１４加算器
１１２、１１３、１８２、１８３乗算器

Claims

ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出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、
前記非線形高出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、
前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に変換するために用いるキャリアの位相を調整する位相調整器と、
前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を前記位相調整したキャリアを用いてベースバンド領域に直交復調する直交復調部と、
前記直交復調部より出力される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、を具備し、
前記歪み抽出部は、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰器と、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を移相する移相器と、前記減衰器の出力信号から前記移相器により位相を移相した変調信号を減算する減算器とを有することを特徴とする非線形歪み補償回路。
前記歪み重畳部は、前記直交復調部より出力されるベースバンド領域の歪み成分の振幅レベルを振幅調整する振幅調整器と、この振幅調整器により振幅調整されたベースバンド領域の歪み成分を前記ベースバンド信号から減算する減算器とを有することを特徴とする請求項１記載の非線形歪み補償回路。
前記歪み抽出部から抽出した歪み成分を直交復調するために用いる前記キャリアを前記ベースバンド信号を直交変調するために用いるキャリアとは別に発生させ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。
ベースバンド信号を直交変調した後、非線形高出力増幅する送信機で、前記非線形高出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、
前記非線形高出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、前記抽出した歪み成分を直交復調してベースバンド領域に変換するために用いるキャリアの位相を調整するステップと、
前記抽出した歪み成分を前記位相調整したキャリアを用いてベースバンド領域に直交復調するステップと、
前記直交復調されて生成される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、
を具備し、
前記非線形歪み成分を抽出するステップは、前記非線形高出力増幅した変調信号を、非線形高出力増幅した分だけ減衰させる減衰ステップと、非線形高出力増幅する前の変調信号の位相を移相する移相ステップと、前記減衰ステップの出力信号から前記移相ステップにより位相を移相した変調信号を減算する減算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。