JPH1023095A - 無線送信回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 送信電力を可変させる場合に、増幅器で発生
する非線形歪を効果的に抑圧できるようにする。 【解決手段】 電力増幅器１６として送信電力制御信号
により送信電力が制御される非線形増幅器を使用し、こ
の送信電力制御信号及び送信信号から算出される値に従
って非線形歪の逆成分を送信信号に対して予め加えるプ
レディストータ３０を送信回路に設けるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば無線電話装
置の送信系に適用して好適な無線送信回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、無線送信回路として、プレディス
トータと称される回路を使用して、送信信号の非線形歪
を補償して送信処理する回路がある。図６は、このプレ
ディストータ回路を使用した送信回路の一例を示す図
で、この例では送信信号はデジタルＩデータとデジタル
Ｑデータとの２系統のデータとされ、このデジタルＩデ
ータ及びデジタルＱデータが入力端子８１Ｉ及び８１Ｑ
に得られる。それぞれの入力端子８１Ｉ及び８１Ｑに得
られるデジタルＩデータ及びデジタルＱデータは、ＦＩ
Ｒフィルタ８２Ｉ及び８２Ｑを介してプレディストータ
８３に供給され、後述する電力増幅器８９で発生する非
線形歪の逆成分が重畳される。

【０００３】そして、このプレディストータ８３で非線
形歪の逆成分が重畳されたデジタルＩデータ及びデジタ
ルＱデータを、デジタル／アナログ変換器８４に供給し
て、アナログＩ信号及びアナログＱ信号とし、このＩ信
号及びＱ信号を変調器８５に供給し、発振器８６が出力
する変調波を使用して、Ｉ信号とＱ信号とを直交変調す
る。そして、この変調された送信信号を混合器８７に供
給し、周波数シンセサイザ８８が出力する周波数信号を
混合して、所定の送信周波数に周波数変換し、この周波
数変換された送信信号を電力増幅器８９により電力増幅
した後、アンテナ９０に供給して無線送信させる。

【０００４】ここで、電力増幅器８９としては、一般に
は効率の良い増幅を行うために、非線形歪の生じる増幅
器を使用することが多い。即ち、本来は低歪な増幅動作
が望ましいのであるが、低歪な増幅動作を行う電力増幅
器としては、Ａ級動作を行う増幅器が必要で、消費電力
などの効率の点からＡ級動作を行う増幅器を採用するこ
とは好ましくない。

【０００５】従って、電力増幅器８９として増幅動作自
体は効率が良いが非線形歪の生じる増幅器を使用するの
が一般的である。そして、この場合に図６の送信回路に
おいては、電力増幅器８９で生じる非線形歪を、ベース
バンド部に接続されたプレディストータ８３で補償する
ようにして、歪のない線形化信号の送信ができるように
してある。

【０００６】ここで、プレディストータで歪が補償され
る状態を、図７を参照して説明する。この図７は、プレ
ディストータによる歪補償状態をＩ−Ｑベクトル平面上
で説明したものである。

【０００７】図中ｖはＩ−Ｑ平面上の増幅されるベース
バンド複素信号ベクトル、Ａｖは望まれる電力増幅器の
線形出力である。非線形電力増幅器で発生する歪はＡＭ
−ＡＭ変調を引き起こす振幅成分及びＡＭ−ＰＭ変調を
引き起こす位相成分に分けられる。これらの歪は極座標
−直交座標変換により複素平面上での複素利得として表
現される。プレディストータの原理式は次に集約され
る。

【０００８】

【数１】 Ｇ（｜Ｆ（ｘ）｜・ｘ）・Ｆ（ｘ）・ｖ＝Ａ・ｖ

【０００９】

【数２】ｘ＝｜ｖ｜²

【００１０】ただし、Ａは電力増幅器の線形複素利得、
Ｆ（・）はプレディストータの複素利得、Ｇ（・）は電
力増幅器の複素利得、ｘは電力増幅器に入力される信号
の電力である。

【００１１】Ｇ（・）の引数が実数成分しか持たないの
は、増幅器の非線形特性が入力信号のレベルにのみ依存
し位相には関係しないからである。あらかじめ〔数１〕
式を満たすようなプレディストータ特性Ｆ（・）を計算
し保存する。線形出力の上限は電力増幅器の飽和出力で
ある。〔数１〕式は、Ｇ（・）の実数部をＧｒ（・）、
虚数部をＧｉ（・）、Ｆ（・）の実数部をＦ１（・）、
虚数部をＦ２（・）、Ａの実数部をＡｒ、虚数部をＡｉ
とすると、

【００１２】

【数３】Ｇｒ（ｘ′）・Ｆ１（ｘ）−Ｇｉ（ｘ′）・Ｆ
２（ｘ）＝Ａｒ

【００１３】

【数４】Ｇｒ（ｘ′）・Ｆ２（ｘ）−Ｇｉ（ｘ′）・Ｆ
１（ｘ）＝Ａｉ

【００１４】

【数５】 ｘ¹ ＝ｓｑｒｔ｛Ｆ１² （ｘ）＋Ｆ２² （ｘ）｝・ｘ

【００１５】のように実部及び虚部に分解できる。プレ
ディストータの特性を求めることとはＦ１（ｘ）、Ｆ２
（ｘ）を計算することである。ｘの値をアドレスとして
Ｆ１（ｘ）、Ｆ２（ｘ）をメモリに保存しておく。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プレディス
トータの逆歪特性は電力増幅器の入力レベルを逆算して
決めるため、プレディストータと電力増幅器間の変換利
得は常に一定でなければならない。従って、従来のプレ
ディストータを使用する送信回路の場合には、電力増幅
器での増幅利得は一定に設定してあり、プレディストー
タで歪補償を行う場合には電力増幅器での増幅利得を変
化させることは困難であった。

【００１７】ところが、無線電話システムなどの無線通
信システムにおいては、送信電力を可変させる必要のあ
るシステムが多々あり、送信電力を可変させる場合に
も、増幅器で発生する非線形歪の抑圧ができるようにす
ることが要請されている。

【００１８】本発明はかかる点に鑑み、送信電力を可変
させる場合に、増幅器で発生する非線形歪を効果的に抑
圧できるようにすることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電力増幅器と
して送信電力制御信号により送信電力が制御されるもの
を使用し、この送信電力制御信号及び送信信号から算出
される値に従って非線形歪の逆成分を送信信号に対して
予め加えるプレディストータを送信回路に設けるように
したものである。

【００２０】かかる構成によると、プレディストータで
送信電力制御状態と送信信号の状態とを判断すること
で、電力増幅器での非線形歪の発生状態が判断でき、そ
の判断した非線形歪の発生状態に基づいて、非線形歪の
逆成分を生成させることができ、その逆成分により電力
増幅器での非線形歪を抑圧することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を、図１
〜図４を参照して説明する。

【００２２】本例においては、無線電話装置の送信回路
に適用したものである。図１は本例の無線送信回路の回
路構成を示す図で、この例では送信信号はデジタルＩデ
ータとデジタルＱデータとの２系統のデータとされ、こ
のデジタルＩデータ及びデジタルＱデータが入力端子１
１Ｉ及び１１Ｑに得られる。それぞれの入力端子１１Ｉ
及び１１Ｑに得られるデジタルＩデータ及びデジタルＱ
データは、ＦＩＲフィルタ１２Ｉ及び１２Ｑを介してプ
レディストータ３０に供給され、後述する可変電力増幅
器１６で発生する非線形歪の逆成分が重畳されたデジタ
ルＩデータ及びデジタルＱデータ（以下この非線形歪の
逆成分が重畳されたデータをＩ′データ及びＱ′データ
と称する）を得る。ここで、このプレディストータ３０
には、Ｉデータ，Ｑデータの他に、後述する送信電力制
御器２１から送信電力制御信号が供給されて、この送信
電力制御信号とＩデータ，Ｑデータとに基づいた演算処
理で、非線形歪の逆成分を算出し、その算出した逆成分
をＩデータ及びＱデータに重畳するものである。なお、
本例のプレディストータ３０の構成の詳細については後
述する。

【００２３】そして、プレディストータ３０が出力する
Ｉ′データ及びＱ′データを、デジタル／アナログ変換
器１３に供給して、アナログＩ信号及びアナログＱ信号
とし、このＩ信号及びＱ信号を変調器１４に供給し、発
振器１５が出力する変調波を使用して、Ｉ信号とＱ信号
とを直交変調する。また、本例の場合には送信方式とし
てＣＤＭＡ方式（Code Division Multiple Access:符号
分割多元接続方式）を適用してあり、このＣＤＭＡ方式
のための拡散変調を、変調器１４で行うようにしてあ
る。

【００２４】そして、この拡散変調された送信信号を可
変電力増幅器１６に供給する。この可変電力増幅器１６
は、送信電力制御器２１から供給される送信電力制御信
号により、増幅利得が決まる可変増幅器であり、その増
幅利得により非線形歪が生じる増幅器としてあり、例え
ば約８０ｄＢに及ぶ利得調整が行われる。そして、可変
電力増幅器１６で所定の利得で増幅された送信信号を混
合器１７に供給し、周波数シンセサイザ１８が出力する
周波数信号を混合して、所定の送信周波数に周波数変換
し、この周波数変換された送信信号を電力増幅器１９
（この増幅器は増幅利得が一定）により増幅した後、ア
ンテナ２０に供給して無線送信させる。

【００２５】なお、送信電力制御器２１から出力される
送信電力制御信号は、端子２２から送信電力制御器２１
に供給される電力制御情報ビットと、端子２３から送信
電力制御器２１に供給される受信レベル情報信号とに基
づいて生成されるものである。ここで、電力制御情報ビ
ットは、この無線電話装置が通信を行う相手から伝送さ
れて受信した信号に含まれる電力制御情報ビットのデー
タであり、この電力制御情報ビットによる電力制御はク
ローズドループ制御と称される制御である。また、受信
レベル情報信号は、この無線電話装置が通信を行う相手
から伝送されて受信した信号の受信レベルの情報であ
り、この受信レベルによる電力制御は、オープンループ
制御と称される。

【００２６】次に、本例のプレディストータ３０の構成
を、図２に示す。Ｉデータ入力端子３１及びＱデータ入
力端子３２は、ＦＩＲフィルタ８２Ｉ及び８２ＱからＩ
データ及びＱデータが供給される端子で、両入力端子３
１及び３２に得られるＩデータ及びＱデータを、演算回
路３３に供給する。また、送信電力制御器２１から出力
される送信電力制御信号を、演算回路３３に供給する。
そして、演算回路３３では、次式の演算を行って、変数
ｘを得る。

【００２７】

【数６】ｘ＝（Ｉ² ＋Ｑ² ）・ＰＣ・ＩＧ 但し、ＰＣは送信電力制御信号、ＩＧはプレディストー
タ３０の出力から電力増幅器１６までの変換利得に相当
する定数である。

【００２８】そして、この〔数６〕式により算出された
変数ｘを使用して、プレディストータ特性Ｆ１（ｘ），
Ｆ２（ｘ）を記憶したメモリ３４，３５からのデータの
読出しを行う。ここで、メモリ３４は、実数部のプレデ
ィストータ特性Ｆ１（ｘ）を記憶するメモリで、メモリ
３５は、虚数部のプレディストータ特性Ｆ２（ｘ）を記
憶するメモリで、それぞれのメモリ３４，３５には該当
するプレディストータ特性（電力増幅器１６に対する逆
歪特性）が予め算出されて各アドレスに記憶させてあ
る。そして、変数ｘをメモリ３４，３５の読出しアドレ
スとして、そのアドレスに記憶されたプレディストータ
特性を読出す。

【００２９】そして、入力端子３１に得られるＩデータ
と、Ｆ１用メモリ３４から読出した実数部のプレディス
トータ特性Ｆ１（ｘ）とを、乗算器３６に供給して乗算
し、乗算された信号を加算器４０に供給する。また、入
力端子３２に得られるＱデータと、Ｆ２用メモリ３５か
ら読出した虚数部のプレディストータ特性Ｆ２（ｘ）と
を、乗算器３７に供給して乗算し、乗算された信号を減
算器４０に供給する。そして、減算器４０では、乗算器
３６の出力から乗算器３７の出力を減算し、その減算信
号を、Ｉ′データ出力端子４２からデジタル／アナログ
変換器１３側に供給する。

【００３０】また、入力端子３２に得られるＱデータ
と、Ｆ２用メモリ３５から読出した虚数部のプレディス
トータ特性Ｆ２（ｘ）とを、乗算器３８に供給して乗算
し、乗算された信号を加算器４１に供給する。また、入
力端子３１に得られるＩデータと、Ｆ１用メモリ３４か
ら読出した実数部のプレディストータ特性Ｆ１（ｘ）と
を、乗算器３９に供給して乗算し、乗算された信号を加
算器４１に供給する。そして、加算器４１では、乗算器
３８の出力と乗算器３９の出力とを加算し、その加算信
号を、Ｑ′データ出力端子４２からデジタル／アナログ
変換器１３側に供給する。

【００３１】このプレディストータ内の乗算器３６〜３
９と減算器４０と加算器４１での演算処理は、Ｉ，Ｑベ
クトルとプレディストータ関数との複素数での乗算によ
る演算処理である。

【００３２】このように構成されるプレディストータ３
０を備えることで、電力増幅器１６として増幅利得が変
化するものを使用したが、その増幅利得の変化に伴って
生じる非線形歪の逆成分が、プレディストータ３０内で
生成されて、その逆成分がＩ，Ｑデータに乗算される。
従って、電力増幅器１６で増幅利得の調整を行っても、
常時その増幅に伴って生じる非線形歪の逆成分がプレデ
ィストータ３０で乗算されて、歪が相殺されて、結果的
に線形な送信信号がアンテナ２０から無線送信される。
このようにプレディストータ３０での処理で、非線形歪
の補償が行われることで、可変電力増幅器１６として非
線形歪が発生するものが使用でき、増幅器１６として電
力効率の高い増幅器が使用可能になり、少ない電力で良
好な信号が効率良く伝送できる。

【００３３】特に本例の場合には、ＣＤＭＡ方式の無線
電話装置の送信回路に適用したが、このＣＤＭＡ方式の
無線電話システムの場合には、各端末からの送信電力を
厳密に管理する必要があり、本例のプレディストータを
適用することで、ＣＤＭＡ方式の無線電話システムで規
定された送信電力の良好な制御が、簡単な構成の送信回
路で実現できることになる。

【００３４】ここで、可変電力増幅器１６として使用さ
れる非線形増幅器の特性の一例を図３に示す（ａが入力
対振幅の特性、ｂが入力対位相の特性）と共に、その非
線形増幅器の特性に対応したプレディストータ３０の特
性の一例を図４に示す（ｃが入力対振幅の特性、ｄが入
力対位相の特性）。この図３及び図４に示す特性は、送
信信号の周波数が約１８８０ＭＨｚの場合の特性であ
る。両図を比較すると判るように、振幅，位相のいずれ
についても、増幅器の特性とプレディストータの特性と
は、ほぼ逆特性となっている。

【００３５】なお、プレディストータ３０としては、デ
ジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）と称される集積回
路で構成される演算回路によっても実現できる。即ち、
例えば図５に示すように、デジタルシグナルプロセッサ
５１に、所定ビット数のＩデータ及びＱデータを供給す
ると共に、所定ビット数の送信電力制御データを供給す
る。そして、このデジタルシグナルプロセッサ５１に、
Ｆ１用メモリ５２とＦ２用メモリ５３とを接続し、デジ
タルシグナルプロセッサ５１と各メモリ５２，５３に、
クロック入力端子５４から所定の周波数のクロックを供
給する。そして、デジタルシグナルプロセッサ５１で、
上述した〔数６〕に基づいた演算処理を行って該当する
プレディストータ特性のデータをメモリ５２，５３から
読出して、Ｉデータ及びＱデータに乗算させ、その乗算
結果としてのＩ′データ及びＱ′データをデジタルシグ
ナルプロセッサ５１から出力させて、後段の回路（デジ
タル／アナログ変換器）に供給する構成とする。

【００３６】このようにデジタルシグナルプロセッサを
使用することで、集積回路化された簡単な構成で本例の
プレディストータが構成できる。

【００３７】なお、プレディストータは、図２，図５の
いずれの構成の場合でも、プレディストータ特性を保存
するメモリのサイズを、必要とする歪補償精度を考慮し
て決める必要がある。即ち、〔数６〕式で求まる変数ｘ
の値を細かく求めるようにすれば、プレディストータで
の補償精度は向上するが、メモリのアドレスも対応して
大きくする必要が生じるので、必要とする補償精度に応
じてメモリの容量を決める必要がある。

【００３８】また、上述実施例では、図１の送信回路中
の最終段の電力増幅器１９は、増幅利得を一定とした
が、この電力増幅器１９の増幅利得を可変として、その
増幅利得に応じたプレディストータ３０での補償を行う
ようにしても良い。

【００３９】また、プレディストータを設ける位置は、
図１の例に限定されるものではなく、電力増幅器の前段
であれば、他の位置に設けるようにしても良い。但し、
デジタルデータの段階でプレディストータにより処理す
ることで、プレディストータ内での処理がデジタル演算
で比較的簡単に精度良く行え、環境の変化などの要因で
補償特性が変動しない安定した歪補償ができる。

【００４０】さらに、上述実施例ではＣＤＭＡ方式が適
用される無線電話装置の送信回路に適用したが、非線形
増幅器で増幅が行われる他の伝送方式用の各種無線送信
回路にも本発明を適用できることは勿論である。

【００４１】

【発明の効果】本発明によると、増幅利得が変化する電
力増幅器での非線形歪の発生状態をプレディストータで
正確に判断でき、その判断した非線形歪の発生状態に基
づいて、非線形歪の逆成分を生成させることができ、そ
の逆成分により電力増幅器での非線形歪を効果的に抑圧
することができる。従って、非線形歪が生じる電力増幅
器での増幅利得を変化させた場合でも、その増幅利得に
対応した正確な歪補償が常時可能になり、送信電力が制
御された歪のない良好な信号を送信させることができ
る。

【００４２】この場合、プレディストータは、信号処理
演算手段及びデジタルメモリを備えて、複素数での演算
を行うことにより、非線形歪の逆成分を加えて非線形歪
補償を行うようにしたことで、簡単な演算処理で良好な
非線形歪補償ができる。

【００４３】また、上述した場合に、ＣＤＭＡ変調によ
り無線送信される送信信号を扱うようにしたことで、送
信されるＣＤＭＡ変調信号の電力を所定の状態に制御し
た上で、送信信号の歪をなくすことが可能になり、ＣＤ
ＭＡ変調による無線送信を良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】一実施例のプレディストータを示す構成図であ
る。

【図３】一実施例の非線形増幅器の特性図である。

【図４】一実施例のプレディストータの特性図である。

【図５】プレディストータの他の例を示す構成図であ
る。

【図６】従来のプレディストータを使用した送信回路の
一例を示す構成図である。

【図７】プレディストータの原理を示す特性図である。

【符号の説明】

１１Ｉ Ｉデータ入力端子、１１Ｑ Ｑデータ入力端
子、１６ 可変電力増幅器、２１ 送信電力制御器、２
２ 電力制御情報ビット入力端子、２３ 受信レベル情
報信号入力端子、３０ プレディストータ、３３ 演算
回路、３４ Ｆ１用メモリ、３５ Ｆ２用メモリ、３
６，３７，３８，３９ 乗算器、４０ 減算器、４１
加算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信信号電力を制御するための送信電力
   制御信号を生成する送信電力制御手段と、 上記送信電力制御信号により増幅利得が決められて送信
   信号を増幅する可変利得増幅器と、 上記電力増幅器よりも前段に位置し、上記送信電力制御
   信号及び送信信号から算出される値に従って非線形歪の
   逆成分を送信信号に対して予め加えるプレディストータ
   とを備えた無線送信回路。
2. 【請求項２】 上記プレディストータは、信号処理演算
   手段及びデジタルメモリを備え、 複素数での演算を行うことにより、上記非線形歪の逆成
   分を加えて非線形歪補償を行うようにした請求項１記載
   の無線送信回路。
3. 【請求項３】 ＣＤＭＡ変調により無線送信される送信
   信号を扱うようにした請求項１記載の無線送信回路。