JPH0851320A - 電力増幅器の適応線形化用のベースバント予歪システム - Google Patents

電力増幅器の適応線形化用のベースバント予歪システム

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JPH0851320A
JPH0851320A JP6310995A JP31099594A JPH0851320A JP H0851320 A JPH0851320 A JP H0851320A JP 6310995 A JP6310995 A JP 6310995A JP 31099594 A JP31099594 A JP 31099594A JP H0851320 A JPH0851320 A JP H0851320A
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error
address
amplitude
predistortion
input signal
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JP6310995A
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Roberto D Chiesa
ロベルト・デラ・キエーサ
Alessandro Guido
アレッサンドロ・ギード
Marco Stanzani
マルコ・スタンツァーニ
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Alcatel Lucent Italia SpA
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Alcatel Italia SpA
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    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
    • H03F1/3241Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
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    • H03F2200/438Separate feedback of amplitude and phase signals being present
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、簡単で実現し易く、安価な構造を
有する電力増幅器の適応線形化用入力信号のベースバン
ド予歪システムを提供することを目的とする。 【構成】 1以上の更新可能なエラー表(ρ表)と、こ
のエラー表のアドレスを発生する手段ADGEN と、予歪装
置(予歪)とを備え、エラー表(ρ表)に含まれる成分
が入力信号を予め歪ませるために使用され、アドレス発
生手段ADGEN は、入力信号の振幅の値の関数としてアド
レスを発生することを特徴とする。アドレス発生手段は
例えば記憶装置で構成され、信号振幅の値の分布の関数
としてアドレスを発生し、また、全てのアドレスが平均
的に同じ発生確率を有するようにアドレスを発生するよ
うに構成されてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力増幅器の適応線形
化用のベースバンド予歪システムおよび予歪システムを
利用する無線送信機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、移動体通信の理論および実行は、
電力増幅器が飽和付近の非線形動作領域において動作す
ることを可能にするためにFMまたはCPM(連続的な
位相変調)等のコンスタント・エンベロープ変調方式を
重要視してきた。これは、効率が高められるとを可能に
し、また隣接したチャンネルにおいて相互変調積を発生
しない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】現在、主要な問題は利
用可能なスペクトルの制限された部分により決定され、
したがって、例えばn−QPSK、さらに一般的にはベ
ースバンドフィルタ処理によるn−QAM等のスペクト
ル的にさらに有効な別のタイプの変調が考慮されてい
る。残念ながら、これらの方法はコンスタント・エンベ
ロープの特徴ではなく、RF電力増幅器の動作点は、相
互変調積によるスペクトル上の妨害を避けるように注意
深く選択されなけばならない。他方において、線形領域
(クラスA)において増幅器を動作させることは効率を
著しく低下させ、したがって適切な線形化技術が採用さ
れるべきである。適応ベースバンド動作線形化装置によ
り電力増幅器によって発生させられた歪み問題を解決す
る考えは新しくはない。特に、文献(M.Faulkner,T.Ma
ttson およびW.Yates 氏による“Adaptive Linearizati
on using Predistortion”,IEEE CH 2846-4/90 ,35乃
至40頁)には、エラー表の更新に基づいた予歪装置が記
載されており、その内容はベースバンドサンプルを補正
するために使用される。この場合、入力信号の振幅およ
び増幅器の歪められた信号に均一に正比例するこのよう
な表へのアクセスモードが使用される。このタイプおよ
び既知のその他の予歪装置に関して見られる主な欠点
は、遅い収斂率、不正確な計算、長い処理時間、および
ループ不安定現象によって生じる。
【0004】本発明の第1の目的は、上記のシステムの
欠点を持たない予歪システムを提供することである。本
発明の別の目的は、簡単で実現し易く、安価な構造を有
する予歪システムを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】これらおよびその他の目
的は、電力増幅器の適用線形化用の入力信号のベースバ
ンド予歪システムによって達成される。本発明は、1以
上の更新可能なエラー表と、このエラー表のアドレスを
発生する手段と、予歪装置とを備え、エラー表に含まれ
る成分が入力信号を予め歪ませるために使用される電力
増幅器の適応線形化用の入力信号のベースバンド予歪シ
ステムにおいて、アドレス発生手段は、入力信号の振幅
の値の関数としてアドレスを発生することを特徴とす
る。本発明はまたそのような予歪システムを含む無線送
信機を提供する。さらに本発明の予歪システムの具体的
構成は、請求項2乃至9に記載されている。すなわち、
入力信号振幅値の分布に関連したアドレスを発生するこ
とによって、収斂率を顕著に高めることが可能である。
エラー表の計算された成分を適切に加重することによっ
て、エラー計算の不正確さが減少され、収斂率もまた少
し高められる。この予歪装置の別の重要な特徴は、それ
が予歪プロセスおよびエラー計算更新プロセスからの同
じ表への同時アクセスに基づいているため、それが開ル
ープシステムであるということである。表の更新が実時
間で行われなくてもよいという意味でループは開いてい
る。すなわち、電力増幅器からの歪められたサンプル
は、エラー表を更新するためにだけ必要である。これ
は、閉ループシステムの本質的な不安定性を回避する。
【0006】
【実施例】本発明の特徴および利点は以下の説明および
添付図面からさらに良く理解されるであろう。図1に
は、本発明が配置される環境が表わされている。エンコ
ーダCODを通過した入力信号は、適応予歪装置PRE
DISTに達する。アンテナからの復帰信号も予歪装置
に到達し、それは復調器DEMによって復調されて、変
換器A/Dによって変換されている。予歪装置から出て
行く信号は変換器D/Aによって変換され、ブロックM
ODにより復調され、電力増幅器PAによって増幅さ
れ、その後アンテナに供給される。局部発振器LOは、
変調器MODおよび復調器DEMに必要な発振を発生す
るために使用される。変換器A/DおよびD/Aの使用
において、信号は虚数部分Qおよび実数部分Iからなる
ことが指摘される。ディスクリートな時間入力信号: Sk =Ik +jQk =ρk exp jθk (1) は瞬間Tk =kTにおいてベースバンド複素信号: S(t) =I(t) +jQ(t) =ρ(t) ejθ(t) (2) をサンプリングすることによって得られる。ここで、k
は整数であり、Tはサンプリング瞬間であり、実際の構
成では式(1)のサンプルSk は、エンコーダによって
直接発生されることができる。
【0007】座標変換式は以下の通りである: I(t) =ρ(t) cos θ(t) Q(t) =ρ(t) sin θ(t) ρ(t) =[I2 (t) +Q2 (t) ]1/2 θ(t) =tan -1[Q(t) /I(t) ] (3) その後、予め歪められた出力S''k (直角座標中の)は
D/A変換器によりアナログ形態に変換され、ミキサお
よび電力増幅器に送られ(周波数変換は簡単化のために
単一の通路で示されている)、その出力は下方変換器に
部分的にフィードバックされる(局部発振器は両変換の
ために同じでなければならない)。歪められた入力S'k
は、増幅器の復調された出力をA/D変換した結果生じ
たものである。システムに関して行われた唯一の仮定
は、送信機の無線部分によって導入された歪みが2つの
関数AM−AMおよびAM−PMによって表されること
が可能なことである:これは、線形化装置がベースバン
ド信号に重畳される位相・振幅変調器として動作するこ
とを意味する: ρout =g(ρin) 振幅変調 θout =f(ρin) 位相変調 (4) f(・)およびg(・)の形態は非線形を与える。式
(4)は、さらに振幅および位相に関する歪みおよびエ
ラー関数ερおよびεθが入力信号の振幅のみに依存し
ていることを意味する。すなわち: ερ=ερ(ρ,θ)=ερ(ρ) εθ=εθ(ρ,θ)=εθ(ρ) (5) この仮定は、エラーが唯一の変数の関数であるように作
用し、メモリ占有(それは大きさが減少された表を必要
とする)および速度(ビジットされるべきセルの数はよ
り少ない)の両観点から構成を大幅に簡単化する。
【0008】関数(5)の形態は、それが増幅チェーン
全体の伝達関数に依存しているため、システムの“記
号”として理解されることができる。
【0009】座標変換を避けるために、同位相εI およ
び直角位相εQ 成分を使用してエラーを処理することが
考えられる: εI =εI (I,Q) εQ =εQ (I,Q) (6) しかしながら、これらの関数は唯一の変数に依存するも
のとして、表すことができず、したがって使用されるメ
モリの量を減少することはできない。
【0010】アルゴリズムはエラーが0に近付くよう
に、ある時間S´k がSk に近付いた後に収斂し、その
場合、表に書込まれた値は歪みのタイプが修正されなけ
れば全く変わらない。式(6)は、座標変換に時間を取
らないため、また要求される収斂速度が遅い場合に、高
いシンボル速度(Mビット/秒のオーダーの)に適して
いる(多数のI−Q対によって形成された表の全ての成
分をビジットするために必要とされる項は明らかに式
(4)の場合より長く、このような時間は表の成分の数
に比例する)。
【0011】以降、式(5)は移動体システムに典型的
な低いシンボル速度(数十Kビット/秒のオーダーの)
に適しているものとする。
【0012】システムは、ベースバンドサンプルの補正
のために予歪システムによって読取られる1対のエラー
表(振幅に対するものと、位相に対する他のもの)を更
新し、このような表は開始時にゼロに設定されている。
【0013】図2は、3つの並列動作工程から構成され
ていることが理解できる予歪システムのブロック図を示
す。
【0014】図1のエンコーダCODから入来した信号
は、座標変換器CORDIC 1によって振幅ρおよび
位相θの両者に変換される。振幅ρはアドレス発生器A
DGENの入力部に供給される。振幅ρおよび位相θは
またブロックERRCOMの入力部に供給され、図1の
変換器A/Dからの信号を受信する座標変換器CORD
IC 2から入来した振幅ρ´および位相θ´もそれに
供給される。ブロックERRCOMの出力は、それらの
更新のために表err−ρおよびerr−θに供給され
る。同様に振幅ρおよび位相θを有するこれらの表のア
ドレスは、ブロック予歪に供給され、その出力は座標変
換器CORDIC 3に供給される。CORDIC 3
の出力は図1の変換器D/Aに供給される。実際的な実
施例において、式(5)によって示されたエラー関数
は、によりディスクリートな表により限界のある正確さ
で表される: ερ(k)=ερ(ρk ) ρk =kIk ,k=0…TABLE SIZE−1 εθ(k)=εθ(θk ) (7) ここでTABLE SIZEは、表中の成分の数であり
(簡単化および構成のために、それは両方の表に対して
同じであり、それは2の累乗である)、一方Ikは、均
一でない量子化が使用された場合にkに依存する量子化
ピッチである。いずれの場合にも、入力Imax の力学
は:
【数1】 でなければならない。
【0015】システムの特性は、TABLE SIZE
およびサンプルの表示のために選択された正確さに依存
する。
【0016】一般に、TABLE SIZEが大きくな
ると、それだけ表のアドレスを計算した時に生成される
量子化エラーは少なくなる:しかしながら、全ての表を
ビジットするためにより多くの時間を要するため、これ
は収斂の速度を低下させる。
【0017】システムの別の重要なパラメータは、採用
された位相・振幅変調が線形であめ場合におけるオーバ
ーサンプリング係数OVSである(すなわち、各シンボ
ルに対して変調器によって生成されたサンプルの数)。
全てのサンプルを処理することができるように使用され
た装置が十分に速いと仮定すると、OVSが大きくなる
と、それだけアルゴリズム収斂に必要な時間は短くな
る。
【0018】アドレス発生のために、更新されて入力信
号の振幅から開始しなければならない式(5)により示
されたエラー表の成分のアドレスが評価される:可能な
振幅の組全体が可能なアドレスの組の中にマップされ
て、全体がデコーディングとして動作する。
【0019】入力振幅がアドレスの組中にマップされる
方法は非線形であり、均一でない量子化を生じさせる。
この過程は、入力振幅の分布が分かっている場合に明ら
かに可能である。変調パラメータが変化された場合に、
新しい振幅・アドレスマッピングが必要とされるため、
それはアルゴリズムをさらに強固にする。
【0020】量子化間隔は、入力サンプルの振幅がこの
間隔内に入る確率に反比例するそれらの振幅を有してい
る。このようにして、入力サンプルの振幅が予め定めら
れた間隔内に入る確率は全ての間隔に対して平均的に同
じである。この方法は、他の動作に影響を与えずにアル
ゴリズムの収斂速度を著しく増加させる。特に、到達さ
れるスペクトル純度は均一でない量子化の場合とほぼ同
じである。この場合、アドレスは、 An=ρin/Ik (9) によってもはや与えられない。ここで、 Ik =Imax /TABLE−SIZE (10) しかし、増加するオーダーで表に配列された値Ik (し
きい値)に入力振幅ρを比較する必要がある。値Ik
固定され、入力振幅の統計を検討することによって最終
的に計算される。計算を簡単にするために、この新しい
表はエラー表と同じ大きさであり、2進探索アルゴリズ
ムを適用することができるように2の累乗である多数の
成分を持たせる。
【0021】エラー計算に対して以下の過程が使用され
る。
【0022】Sk =ρk exp jθk をベースバンド入力
信号とし、S´k =ρ´k exp jθ´k を増幅器のフィ
ードバック歪出力とする。
【0023】計算されたエラーは簡単に: ερ(k) =S(ρk −ρ´k ) εθ(k) =S(θk −θ´k ) S≦Smax =2/Gmax (11) ここで、Sは速度係数であり、Gmax は増幅器チェーン
の最大微分利得:
【数2】 ここで、g(ρ)は非線形の振幅伝達特性(AM−A
M)であり、位相および振幅の両者に対するエラー評価
は、間隔中の不正確さζによって影響され、 0≦ζ≦0.5Ik (13) である。ここでIは量子化ピッチである。
【0024】不正確さは、入力振幅ρが、
【数3】 と正確に一致したとき、ζ=0( 100%の正確さ)であ
り、一方
【数4】 ならば、それはθ=0.5Ik (最小の正確さ)であ
る。
【0025】これらの値は、均一でないおよび均一な量
子化の両方に有効であるため、I=Ik であることに留
意されたい。後者の場合、θmax =0.5Iであり、そ
れは最大の正確さに対してρ=kI、および最小の正確
さに対してρ=(k+1)Iでなければならない。
【0026】図3を参照すると、エラーの部分が振幅ρ
k の所定の値に対して2つの隣接したセルにどのように
影響するかが示されている。不正確さを最小にする1つ
の方法は、2つの隣接したセルを更新するためにエラー
を使用することである。エラーは、最も近いセルに大き
く貢献するように加重される。
【0027】
【数5】 この動作は、アルゴリズムの収斂速度のわずかな増加
(主な影響は均一でない量子化によって行われる)およ
びエラー計算における不正確さの著しい減少(実際に
は、関数が段階的に近似される場合から、関数が不連続
的な直線によって近似される場合になる)を生じさせ
る。収斂は、
【数6】 の場合に、達せられたと考えられることができる。ここ
でδは、予歪装置の正確さを定める小さいディメンショ
ンの定数であり、tおよびt´は表のk番目のセルのビ
ジットの2つの連続したインスタントである。係数Sが
大きくなると、それだけさらにアルゴリズムの収斂は速
くなる。最適な収斂速度はS=0.5Sma x に対して得
られる。収斂速度は小さい値に対して遅くされ、Smax
より大きい値に対して、システムは不安定になる傾向が
ある。これら重要な場合のシステムの特性を確認するた
めに、Sのいくつかの値が検討されている。
【0028】予歪プロセスは、表から読取られたエラー
により入力サンプルを補正する。表のアドレスは前に示
されたように決定される。
【0029】(ρ''k ,θ''k )が予歪装置の出力を示
した場合、
【数7】 が得られる。ここでf(・)は、量子化による不正確さ
を減少するためにエラーを変化する補間関数である。
【0030】平凡なケースは、エラーε(k)またはε
(k+1)を表から読取り、入力サンプルにそれを加算
することに対応する。しかしながら、良好なスペクトル
純度に達するためには、直線補間を使用することが必要
である。使用されたプロセッサの計算能力がそれを許容
した場合、より複雑な補間方法が使用されることができ
る。座標変換プロセスは、式(3)によって表される。
それらは概念的に平凡なものであっても、正弦、余弦、
逆正接等の超越関数、乗算および除算を含んでいるた
め、実祭の構成において著しい計算時間(全体の約80
%)を必要とする。
【0031】図2のブロック図を観察すると、3つの要
求された変換(デカルト座標から極座標への入力の2つ
の変換および極座標からデカルト座標への出力の1つの
変換)は、適用される場合の実際の明細に従う。
【0032】最適にされた方法は三角関数を計算するた
めに利用できる。これらのうちの1つは良く知られてい
るCORDICであり、それはVLSI構造に適応させ
られる種々の演算動作および三角関数、特に平方根およ
び逆正接を評価することである。
【図面の簡単な説明】
【図1】予歪システムを備えた無線送信機のブロック
図。
【図2】予歪システムのブロック図。
【図3】採用されたエラーの加重方法を示した概略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルコ・スタンツァーニ イタリア国、20047 ブルゲーリオ(エム アイ)、ビア・エス・マウリツィオ・ア ル・ランブロ 4

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1以上の更新可能なエラー表と、このエ
    ラー表のアドレスを発生する手段と、予歪装置とを備
    え、前記エラー表に含まれる成分が入力信号を予め歪ま
    せるために使用される電力増幅器の適応線形化用の入力
    信号のベースバンド予歪システムにおいて、 前記アドレス発生手段は、前記入力信号の振幅の値の関
    数としてアドレスを発生することを特徴とする電力増幅
    器の適用線形化用の入力信号のベースバンド予歪システ
    ム。
  2. 【請求項2】 前記アドレス発生手段は、前記信号振幅
    の値の分布の関数としてアドレスを発生することを特徴
    とする請求項1記載のシステム。
  3. 【請求項3】 前記アドレス発生手段は、全てのアドレ
    スが平均的に同じ発生確率を有するようにアドレスを発
    生することを特徴とする請求項1記載のシステム。
  4. 【請求項4】 前記アドレス発生手段は記憶装置によっ
    て形成されていることを特徴とする請求項3記載のシス
    テム。
  5. 【請求項5】 前記エラー表の成分は、前記入力信号と
    増幅器の歪まされた信号との間の加重された差として計
    算されていることを特徴とする請求項1記載のシステ
    ム。
  6. 【請求項6】 前記加重はエラーの一部分の記憶により
    実行され、前記エラー表の隣接したセルにおいて前記入
    力信号の各値に対して計算されることを特徴とする請求
    項5記載のシステム。
  7. 【請求項7】 前記予歪装置は、前記アドレス発生手段
    によって発生されたアドレスに対応して前記エラー表か
    ら読取られたエラーの関数で前記入力信号を予め歪ませ
    ることを特徴とする請求項1記載のシステム。
  8. 【請求項8】 前記予歪装置は、前記アドレス発生手段
    によって発生されたアドレスに対応して前記エラー表か
    ら読取られたエラーの値をそれに代数的に加算すること
    によって前記入力信号を予め歪ませることを特徴とする
    請求項1記載のシステム。
  9. 【請求項9】 前記エラー表は、読取り時間と無関係に
    時間にしたがってエラーの新しい値を書込むことによっ
    て更新されることを特徴とする請求項1記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項10】 請求項1記載の予歪システムを含んで
    いることを特徴とする無線送信機。
JP6310995A 1993-12-14 1994-12-14 電力増幅器の適応線形化用のベースバント予歪システム Pending JPH0851320A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT93MI002609A IT1265271B1 (it) 1993-12-14 1993-12-14 Sistema di predistorsione in banda base per la linearizzazione adattativa di amplificatori di potenza
IT93A002609 1993-12-14

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JPH0851320A true JPH0851320A (ja) 1996-02-20

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US (1) US5524286A (ja)
EP (1) EP0658975B1 (ja)
JP (1) JPH0851320A (ja)
CA (1) CA2137994A1 (ja)
DE (1) DE69425317T2 (ja)
IT (1) IT1265271B1 (ja)

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