JP5126220B2 - 歪補正制御装置及び歪補正制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムに適用される歪補正制御装置及び歪補正制御方法に関する。

直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などの無線伝送方式が採用される無線通信システムでは、バースト性の信号が扱われることが多い。

通常、増幅器（アンプ）は電力効率改善のためにアンプ動作点をＡＢ〜Ｂ級としている。このため、無信号時（バーストＯＦＦ時）にアンプへ流れる電流が少なくなっている。バーストＯＦＦ期間から急激に信号が入力（バーストＯＮ）されると、アンプ電源系に急速に電流が流れることになる。この急速な電流値の変化に電源系が追従できずに、電流及び電圧波形が過渡応答を示し（図１参照）、アンプ特性が変わってしまう。

本発明の関連技術として、次の２点が挙げられる。第１は、バースト送信によるアンプ歪の補正のために、アンプ入力信号を調整する技術を開示する特開２００４−１１２２５２号公報（特許文献１）である。この技術では、バースト信号の送信時の立ち上がり／立ち下りレベルを測定し、それに応じたバースト補正動作を行うことに特徴がある。

第２は、バースト歪を抑えるために、急激な立ち上がりを抑える技術を開示する特開平４−３０１９５０号公報（特許文献２）である。この技術では、徐々に送信出力を上げるランプ処理により、バースト歪の発生そのものを抑えることに特徴がある。

特許文献１記載の技術では、作り込みの補正係数を用いるので、アンプの特性変化に追従しない。アンプは温度や経時・経年変化によりその特性が変わるので、適応的に補正係数を更新することにより、バースト歪の補正精度を維持することが求められる。

特許文献２記載の技術では、急激な送信信号の立ち上がりを抑え、徐々に出力を上げていくランプ動作を行っている。この技術では、バーストＯＮの前に信号立ち上がり期間を用意するか、バーストＯＮ後の信号を徐々に立ち上げる必要があり、アンプ出力信号の波形が変形してしまう。
特許文献１：特開２００４−１１２２５２号公報
特許文献２：特開平４−３０１９５０号公報
特許文献３：特開平９−１５３８４９号公報
特許文献４：特許３５６０３９８号公報

本発明の課題は、バースト送信により生じる歪み（バースト歪）を適応的に補正して、送信増幅器の耐環境性の向上を可能にする技術を提供することにある。

本発明の他の課題は、非線形歪が生じる送信増幅器において、バースト送信された場合にも、非線形歪補償を良好に行うことを可能にする技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の歪補正制御装置は、送信対象の入力信号のバーストによる送信増幅器のバースト歪を補償する歪補正制御装置であって；
前記バースト歪の逆特性を有する歪補正係数を記憶する保持手段と；
前記入力信号有無の切り替わりを知らせるバースト情報の受信を契機に、前記保持手段から読み出された前記歪補正係数を前記入力信号に乗算または加算する手段と；
前記入力信号と、前の前記歪補正係数と、前記送信増幅器の出力信号としてフィードバックされる信号とに基づいて、適応アルゴリズムにより前記歪補正係数を更新し、更新した前記歪補正係数を前記保持手段に入力する更新手段とを備える。

この構成において、前記適応アルゴリズムはＬＭＳ最小二乗法である。また、前記保持手段から読み出されて前記入力信号に乗算または加算される前記歪補正係数は、前記入力信号有無の切り替わりからの経過時間に応じた補正係数である。

この歪補正制御装置は、前記送信増幅器の非線形歪を補償するためにディジタルプリディストーションを行う手段を更に備える。

この歪補正制御装置は、前記歪補正係数を前記入力信号の平均的な大きさに応じて調整するために、前記入力信号の平均電力を求める手段を更に備える。

本発明によれば、バースト送信によるアンプ歪（バースト歪）を補正するために、入力信号に逆特性を与えて補正し、補正係数は適応アルゴリズムにより適応的に更新するので、増幅器特性が温度や経時・経年により変化しても最適な補正係数を保つことができる。

また、本発明によれば、ランプ処理などにより増幅器出力信号の波形を変形することなく、バースト歪を補正することができる。

本発明の他の課題、特徴及び利点は、図面及び併記の請求の範囲とともに取り上げられる際に、以下に記載される明細書を読むことにより明らかになるであろう。

図１はバースト送信時の送信増幅器における入力信号及び出力信号を説明するための図。 図２は本発明の第１の実施の形態のバースト歪補正制御装置を示すブロック図。 図３はバースト情報の第１の取得法を説明するための図。 図４はバースト情報の第２の取得法を説明するための図。 図５は本発明の第２の実施の形態のバースト歪補正制御装置を示すブロック図。 図６は本発明の第３の実施の形態のバースト歪補正制御装置を示すブロック図。 図７は本発明の第３の実施の形態のバースト歪補正制御装置におけるディジタルプリディストーションを説明するための図。 図８は本発明の第４の実施の形態のバースト歪補正制御装置を示すブロック図。

符号の説明

１ 送信増幅器
２ バースト補正係数保持部
３ 乗算器
４ バースト補正係数更新部

以下、添付図面を参照して、本発明について更に詳細に説明する。図面には本発明の好ましい実施形態が示されている。しかし、本発明は、多くの異なる形態で実施されることが可能であり、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されてはならない。むしろ、これらの実施形態は、本明細書の開示が徹底的かつ完全となり、当業者に本発明の範囲を十分に伝えるように提供される。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態における構成（基本構成）を示す図２を参照すると、バースト歪補正制御装置は、送信対象の入力信号ｘ（ｔ）のバースト性によるアンプ歪（バースト歪）を補正するために、送信増幅器（ＲＦアンプ）１への入力信号ｘ（ｔ）に補正係数を乗算する（加算してもよい）構成を採っている。

この補正係数（バースト歪補正係数）は、入力信号有無の切り替わりを知らせる信号（ここでは、バースト（開始）ＯＮのタイミングを知らせる信号）であるバースト情報を基準に（契機に）、バースト補正係数保持部２から読み出され、バースト歪の逆特性として、入力信号ｘ（ｔ）に乗算器３により乗算される。

バースト歪補正係数は、バースト補正係数更新部４において、入力信号ｘ（ｔ）と前回（一時点前）の補正係数と分岐信号ｙ（ｔ）とに基づいて、適応アルゴリズムにより更新される。分岐信号（ＦＢ信号）ｙ（ｔ）は、送信増幅器１からの出力信号ｙ（ｔ）の一部がフィードバックされた信号であり、出力信号ｙ（ｔ）に等しい。

バースト補正係数更新部４は、更新した補正係数をバースト補正係数保持部２に入力して記憶させる。

なお、このバースト歪補正制御装置においては、ディジタル信号処理を行っているため、送信増幅器１への入力側（前段）には、ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器が設けられ、送信増幅器１の出力側の分岐信号ｙ（ｔ）の受信線上（後段）には、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器が設けられるが、ここでは図示を省略している。特に、限定を要しない場合、他の実施の形態においても同様である。

また、送信増幅器１の前段及び後段には、直交変調器、直交復調器、及びローカル発振器が設けられるが、説明を簡単にするために、図示を省略する。

次に、バースト補正係数保持部２が、バーストＯＮのタイミングを知らせる信号であるバースト情報を取得するための２種類の方法について説明する。

第１は、図３に示すＯＦＤＭ信号生成部５からバースト情報をスヌーピングする方法である。ＯＦＤＭ信号は、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ：Inverse Fast Fourier Transform）を使ってブロック単位で信号生成される。バーストはこのＩＦＦＴの処理単位で起こる。ＩＦＦＴ処理部５１への入力信号がａｌｌ「０」からバーストＯＮに切り替わったか、ＩＦＦＴ処理後の信号がａｌｌ「０」からバーストＯＮに切り替わったかを確認することでバースト情報を得る。

ここでは、ＩＦＦＴ処理部５１への入力信号がａｌｌ「０」からバーストＯＮに切り替わったかをシリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換部５２で判定し、バースト情報を入手する。なお、本判定はＩＦＦＴ処理部５１からの出力信号で行い、バースト情報を入手してもよい。

第２は、送信対象の入力信号ｘ（ｔ）が所定の時間ゼロであるかを自動判定し、バースト情報として使う方法である。図４はバースト情報を自主生成する具体例を示す。

バースト情報生成部６においては、入力信号ｘ（ｔ）がゼロ（０）信号であるかを信号ゼロ判定部６１により判定する。ゼロ信号であれば、後段のカウンタ６２がリセットされる。ゼロ信号でなければ、カウンタ６２がカウントアップされる。

カウンタ値判定部６３では、カウンタ値が所定値に達していれば、バーストＯＮ期間に入ったものと判定し、バースト情報のパルスを発生する。ここでは、遅延回路（Ｄｅｌａｙ）があるが、これはバースト情報生成部６における処理時間だけ入力信号ｘ（ｔ）を遅らせるためである。

［第２の実施の形態］
図５は本発明の第２の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置の構成を示す。この第２の実施の形態は図２に示す第１の実施の形態における基本構成を具体的構成例として示している。

図５を参照すると、このバースト歪補正制御装置は、バースト補正係数保持部２、乗算器３、及びバースト補正係数更新部４を備えている。バースト補正係数更新部４は、加算器４１、比較器（減算器）４２、乗算器４３，４４，４５及び複素数変換回路（ｃｏｎｊ）４６から構成されている。この構成において、送信増幅器１におけるバースト歪の補正係数を生成するために、適応アルゴリズムとして最小二乗法（ＬＭＳ）を採用している。

このバースト歪補正制御装置においては、バーストＯＮ（ｔ_０）からの経過時間に応じた補正係数が、バースト歪の補正係数を記憶しているバースト補正係数保持部２から読み出される構成になっており、送信対象の入力信号ｘ（ｔ）に補正係数ｇ_ｎ−１（ｔ−ｔ_０）を乗算することで、送信増幅器１のバースト歪Ｇ（ｔ−ｔ_０）を補償している。

補償されるバースト歪量の推定は、式（１）〜式（５）を含む数１の演算により行われる。

ここで、ｘ（ｔ）は入力信号（ベースバンド信号）、ｙ（ｔ）は増幅器１の出力信号、Ｇ（ｔ−ｔ_０）は増幅器１のバースト歪の関数、ｇ（ｔ−ｔ_０）はバースト歪補正係数、及びμはステップサイズパラメータである。さらに、数１において、ｘ，ｙ，Ｇ，ｇ，ｕ，ｅは複素数、＊は共役複素数、μは実数を表す。

ここでは、送信増幅器１のバースト歪の振幅歪があまり大きくないｇ_ｎ（ｔ−ｔ_０）ｇ^＊ _ｎ（ｔ−ｔ_０）〜１と仮定して、ｕ（ｔ−ｔ_０）を内部で近似的に求めている。

上記式（１）のｇ_ｎ（ｔ−ｔ_０）は、更新されたバースト歪補償係数である。増幅器１の出力信号ｙ（ｔ）対応の分岐信号ｙ（ｔ）は、共役複素数を生成する複素数変換回路４６において複素共役がとられ、ｙ^＊（ｔ）を得る。１つ前（一時点前）のバースト歪補償係数ｇ_ｎ−１（ｔ−ｔ_０）とｙ^＊（ｔ）とが乗算器４５により乗算され、ｕ^＊（ｔ−ｔ_０）が得られる。

次に、比較器４２の出力ｅ（ｔ−ｔ_０）とｕ^＊（ｔ−ｔ_０）とが乗算器４４において乗算され、更にステップサイズパラメータ・ェ乗算器４３において乗算される。乗算器４３の出力と１つ前のバースト歪補償係数ｇ_ｎ−１（ｔ−ｔ_０）とが加算機４１において加算されて、新しいバースト歪補正係数ｇ_ｎ（ｔ−ｔ_０）が得られる。

［第３の実施の形態］
図６は本発明の第３の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置の構成を示す。この第３の実施の形態は図５に示す第２の実施の形態における具体的構成の変形例として示している。

この第３の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置は、上述した第２の実施の形態における具体的構成により処理されるバースト歪補正に、既知の技術である送信増幅器の非線形歪を補償するディジタルプリディストーション（ＤＰＤ）を組合わせた例である。なお、ＤＰＤの詳細については、上記特許文献４（特許３５６０３９８号公報）に記載されている。

先ず、図７を参照して、送信増幅器１の非線形歪を補正するＤＰＤについて説明する。ＤＰＤでは、送信対象の入力信号ｘ（ｔ）の電力または振幅に応じて歪補償係数を求め、この歪補償係数を入力信号ｘ（ｔ）に乗算したものを送信増幅器１の入力とすることにより、送信増幅器１の非線形歪を補償する。

歪補償係数ｈ（ｐ）の推定には、適応アルゴリズムが用いられる。適応アルゴリズムには、入力信号ｘ（ｔ）と、非線形歪が付加された送信増幅器１の出力信号ｙ（ｔ）とを比較し、平均二乗誤差が最小となるよう係数を求めるＬＭＳアルゴリズムを用いる。

補償される非線形歪量の推定は、式（６）〜式（１１）を含む数２の演算により行われる。

ここで、ｘ（ｔ）は入力信号（ベースバンド信号）、ｙ（ｔ）は増幅器１の出力信号、ｆ（ｐ）は増幅器１の非線形歪の関数、ｈ（ｐ）は更新される推定歪補償係数、及びμはステップサイズパラメータである。さらに、数１において、ｘ，ｙ，ｆ，ｈ，ｕ，ｅは複素数、＊は共役複素数を表す。また、ｕ（ｔ）は増幅器１の非線形歪の振幅歪があまり大きくないｈ_ｎ−１（ｐ）ｈ^＊ _ｎ−１（ｐ）〜１と仮定して近似する。

上記式（１）のｈ_ｎ（ｐ）は、非線形歪の更新された歪補償係数であり、歪補償係数を記憶する保持部２Ａへの入力である。送信増幅器１の出力信号ｙ（ｔ）対応の分岐信号ｙ（ｔ）は、共役複素数を生成する複素数変換回路４６において複素共役がとられ、ｙ^＊（ｔ）を得る。１つ前（一時点前）の歪補償係数ｈ_ｎ−１（ｐ）とｙ^＊（ｔ）とが乗算器４５により乗算され、ｕ^＊（ｔ）が得られる。

次に、比較器（減算器）４２の出力ｅ（ｔ）とｕ^＊（ｔ）とが乗算器４４において乗算され、更にステップサイズパラメータ・ェ乗算器４３において乗算される。乗算器４３の出力と１つ前の歪補償係数ｈ_ｎ−１（ｐ）とが加算機４１において加算されて、非線形歪の新しい歪補償係数ｈ_ｎ（ｐ）が得られる。

ここで、式（１１）は、算出回路７が入力信号ｘ（ｔ）の電力の大きさを求める回路であることを意味する。これを入力信号ｘ（ｔ）の振幅を求める回路とする場合は、式（１１）は｜ｘ（ｔ）｜で表わされる。この算出回路７により求められた値は、歪補償係数を記憶する保持部２Ａに対する書き込み及び読み出し時のアドレスとなる。

この第３の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置は、送信増幅器１のバースト歪を補償するためには上述した第２の実施の形態における処理を行う。これにより、歪補償係数（歪補正係数）を２次元的に持つことで、送信増幅器１のバースト歪と非線形歪とを同時に補償することができる。

［第４の実施の形態］
図８は本発明の第４の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置の構成を示す。この第４の実施の形態は図２に示す第１の実施の形態における基本構成の変形例として示している。

この第４の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置は、上述した第１の実施の形態における基本構成により生成されるバースト歪補正係数を送信対象の入力信号ｘ（ｔ）の平均的な大きさ（振幅）に応じて調整する構成を採る。そのために、このバースト歪補正制御装置は、入力信号ｘ（ｔ）の平均的な大きさを求める送信レベル測定部８を更に備える。

具体的には、送信レベル測定部８は、入力信号ｘ（ｔ）の平均電力を求める。バースト歪補正係数は、バーストＯＮのタイミングを知らせる信号（バースト情報）を契機に、バースト補正係数保持部２から読み出される。読み出されたバースト歪補正係数は、送信レベル測定部８により求められた平均電力の値と乗算器９において乗算される。この乗算結果は、バースト歪の逆特性として、入力信号ｘ（ｔ）に乗算器３により乗算される。

これにより、瞬間の変化（サンプリング点毎）に追従して、バースト歪補正係数の大きさが変わることを調整（制御）する。

なお、第４の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置の他の構成及び動作は、上述した第１の実施の形態におけるバースト歪補正制御装置と同様である。

［実施の形態の効果］
上述した各実施の形態におけるバースト歪補正制御装置によれば、非線形歪が生じる送信増幅器１において、信号がバースト送信された場合に生じるバースト歪の影響で劣化するＡＣＬＲ（Adjacent Channel Leakage Power Ratio）を改善することができる。

［変形例］
上述した各実施の形態におけるバースト歪補正は、電源投入時など、入力信号有無の切り替わりとなり得るあらゆる状況において適用することが可能である。また、調整用の矩形波信号を入力信号として使用し、高精度かつ速やかにバースト歪補正係数を生成してもよい。

上述した各実施の形態における処理はコンピュータで実行可能なプログラムとして提供され、ＣＤ−ＲＯＭやフレキシブルディスクなどの記録媒体、さらには通信回線を経て提供可能である。

また、上述した各実施の形態における各処理はその任意の複数または全てを選択し組合せて実施することもできる。

Claims (8)

1. 送信対象の入力信号のバーストによる送信増幅器のバースト歪を補償する歪補正制御装置であって；
   前記バースト歪の逆特性を有する歪補正係数を記憶する保持手段と；
   前記入力信号有無の切り替わりを知らせるバースト情報の受信を機に、前記保持手段から読み出された前記歪補正係数を前記入力信号に乗算または加算する手段と；
   前記入力信号と、前の前記歪補正係数と、前記送信増幅器の出力信号としてフィードバックされる信号とに基づいて、適応アルゴリズムにより前記歪補正係数を更新し、更新した前記歪補正係数を前記保持手段に入力する更新手段とを備え；
   前記保持手段から読み出されて前記入力信号に乗算または加算される前記歪補正係数は、前記入力信号有無の切り替わりからの経過時間に応じた更新補正係数である
   歪補正制御装置。
2. 前記適応アルゴリズムはＬＭＳ最小二乗法である
   請求項１記載の歪補正制御装置。
3. 前記送信増幅器の非線形歪を補償するためにディジタルプリディストーションを行う手段を更に備える
   請求項１記載の歪補正制御装置。
4. 前記歪補正係数を前記入力信号の平均的な大きさに応じて調整するために、前記入力信号の平均電力を求める手段を更に備える
   請求項１記載の歪補正制御装置。
5. 送信対象の入力信号のバーストによる送信増幅器のバースト歪を補償する歪補正制御方法であって；
   前記バースト歪の逆特性を有する歪補正係数を保持手段に記憶するステップと；
   前記入力信号有無の切り替わりを知らせるバースト情報の受信を機に、前記保持手段から読み出された前記歪補正係数を前記入力信号に乗算または加算するステップと；
   前記入力信号と、前の前記歪補正係数と、前記送信増幅器の出力信号としてフィードバ
   ックされる信号とに基づいて、適応アルゴリズムにより前記歪補正係数を更新し、更新した前記歪補正係数を前記保持手段に入力するステップとを備え；
   前記保持手段から読み出されて前記入力信号に乗算または加算される前記歪補正係数は、前記入力信号有無の切り替わりからの経過時間に応じた更新補正係数である
   歪補正制御方法。
6. 前記適応アルゴリズムはＬＭＳ最小二乗法である
   請求項５記載の歪補正制御方法。
7. 前記送信増幅器の非線形歪を補償するためにディジタルプリディストーションを行うステップを更に備える
   請求項５記載の歪補正制御方法。
8. 前記歪補正係数を前記入力信号の平均的な大きさに応じて調整するために、前記入力信号の平均電力を求めるステップを更に備える
   請求項５記載の歪補正制御方法。

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