JP2007274454A - 歪補償係数トレーニング信号発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機において、電力増幅器の増幅特性の変化を防止し、歪補償の適切に行うためトレーニング信号生成装置を提供する。
【解決手段】ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う電力増幅器向けのトレーニング信号発生装置において、基本波形信号部と無信号部とで構成されるトレーニング信号を出力する手段を設けることにより、トレーニング信号の実効値を低減し、電力増幅器への入力をトレーニング信号に切り替えた後に生ずる電力増幅器の発熱量の変化を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線送信機の電力増幅器における歪補償の制御に関するものである。

無線通信技術の分野においては、近年、デ−タ伝送速度の向上や加入者容量の増加などの要求に対応し、デ−タの多値化技術、ＣＤＭＡなどのスペクトラム拡散方式、ＯＦＤＭなどのマルチキャリア伝送方式等が開発され、さらにはこれらを組み合わせた変調方式の採用が増加している。これらの変調信号は、従来のアナログ変調方式に比較し、変調信号のダイナミックレンジが大きく、電力のピーク値と平均値の比で表されるピークファクタも大きいという特徴がある。

このような変調信号を増幅する増幅器においては、広帯域・高ダイナミックレンジの信号を低歪みで増幅する線形性と、装置の消費電力を低減するための高い電力効率が求められる。しかし、一般的な増幅器では、線形性向上と高効率化は相反関係にあり、この２つを同時に実現する手段として歪補償技術の開発が行われている。

歪補償は、高効率だが非線形特性を有する電力増幅器に対し、入力信号たる変調信号に電力増幅器の歪特性の逆特性を印加し、歪特性の改善を図ろうとするものである。ディジタル技術を用いた歪補償には主に電力増幅器の逆特性を多項式を用いて生成する多項式方式と、逆特性をＬＵＴ（ルックアップテーブル）を用いて生成するＬＵＴ方式がある。多項式方式には電力増幅器の逆特性を演算する速度が速く、演算に用いるメモリの量も少ないなどの利点があり、ＬＵＴ方式にはどのような電力増幅器に対しても逆特性の演算が可能という利点がある。高効率電力増幅器は非線形が高く、電力増幅器の特性（ＡＭ−ＡＭ／ＡＭ−ＰＭ特性など）は非常に急峻な変動特性を有している場合が多いため、高効率電力増幅器にはＬＵＴ方式によるディジタル歪補償が用いられることが多い。

ＬＵＴ方式は、入力信号振幅に対する歪補償係数を逐次算出し、ＬＵＴに保存、更新を繰り返し逆特性を算出していく方式である。このＬＵＴの更新には現実の入力信号を用いることも可能であるが、ピークファクタが大きい近年の変調方式では最大振幅値に近い信号の出現頻度は低く、ＬＵＴの更新頻度も低くならざるを得ないという課題があった。

上記課題を解決するため、従来の歪補償方式では変調信号に代え、トレーニング信号を用いてＬＵＴの更新を行っていた。例えば特許文献１がこれに該当する。

図４を用いて説明する。等化器１２２に用いるトレーニング信号発生部１１５と、切換スイッチ１１６、１１８、１２０を設け、トレーニング時はこれらのスイッチ全てをＡ側に接続する。これにより、トレーニング信号発生部１１５から出力されたトレーニング信号は変調部１１７へ送られ、所定の変調をかけられたのち、電力増幅器１１９より出力される。トレーニング信号は切換スイッチ１２０を介して、復調部１２１に入力され、この時、復調部１２１の帯域制限フィルタで波形歪を受ける。等化器１２２はトレーニング信号発生部１１５のトレーニング信号を用い、タイミングストローブ信号でトレーニング演算処理を行い、最適なパラメータを導出し、さらにパラメータ記憶部１２３に記憶する。トレーニング終了後は、切換スイッチ１１６、１１８、１２０を全てＢ側に切換え、通常の無線機として使用可能な状態となる。このようにトレーニング信号を用いて歪特性を補償する構成となっている。

電力増幅器の逆特性を把握するため、トレーニング信号にはＬＵＴの分解能と同一のステップ数を有し、その最大振幅が電力増幅器の最大入力限度となる信号を用いる。また入出力信号の線形性が比較的容易に検証できるため、トレーニング信号には三角波や鋸波などが多く用いられる。また逆特性を正確に算出するため、電力増幅器にはトレーニング信号に含まれる所定の信号波形が繰り返し入力される。図５に一般的なトレーニング信号の例を示す。図６はＬＵＴの分解能が１２８ポイント（７ビット）の場合に対応したステップで三角波近似の波形を構成した例である。このような構成のトレーニング信号を用いることで、入力信号の最小値から最大値までの各ステップに対応した振幅特性を、同一の頻度で把握することができる。なお、例では三角波をもとに説明したが、同様のステップを有する鋸波を用いても同様のトレーニングを行うことができる。
特開平７−１８３８３３号公報

しかし、変調部への入力をベースバンド信号からトレーニング信号に切り替えると、電力増幅器の増幅特性が変化してしまい、ベースバンド信号の歪補償を適切に行うための情報を取得できないという問題が生じていた。

上記課題についてさらに説明する。一般的なトレーニング信号の場合、ベースバンド信号とは信号波形の相違に加え、信号の実効値にも差が生じている。例えばトレーニング信号が三角波の場合、信号のピークと実効値の比であるピークファクタは４．８ｄＢであり、ベースバンド信号のピークファクターは詳細方式により異なるがＣＤＭＡで８ｄＢ、ＯＦＤＭで１１ｄＢ程度である。ピーク値が同一であれば、実効値には２倍から４倍の相違が生じている。

実効値の異なる信号が変調部で変調され、次いで電力増幅器に入力されると、電力増幅器の発熱量も変化し、電力増幅器の利得も変化する。トレーニング信号により電力増幅器の逆特性を把握しても、その後入力をベースバンド信号に切り替えると、信号の実効値の変化により電力増幅器の利得も変化し、電力増幅器の振幅特性も再び変化する。したがって、トレーニング信号を用いて把握した逆特性をＬＵＴに保持し、これにより歪補償を行っても、電力増幅器の特性変化によって十分な歪補償が行えないこととなる。

具体例として、トレーニング信号に三角波を用いた場合の電力増幅器の振幅特性の変化を示す。図７が電力増幅器入力信号を、図８が電力増幅器出力信号を表している。横軸は時間、縦軸は振幅である。図７において、振幅が１．０で一定の領域ではトレーニング信号が入力され、それ以降の領域ではベースバンド信号が入力されている。図８に示される通り、電力増幅器の利得は上記トレーニング信号の入力領域では低下傾向を示しており、入力信号がベースバンド信号に切り替えられた後は、電力増幅器の利得は徐々に上昇している。

なお、電力増幅器の特性を把握するというトレーニング信号の性格上、その最大振幅は一般的には電力増幅器の最大入力限度となるよう設定されるが、ベースバンド信号の最大振幅は増幅波形のクリッピング防止や増幅器の安定動作などの観点から電力増幅器の最大入力より低めに設定され、両信号の実効値の相違はさらに大きなものとなる場合がある。

本発明は、ＬＵＴを用いた歪補償を行う送信機において正確な歪補償係数の算出を可能とし、優れた線形性を得ることが出来るトレーニング信号の生成方法、当該トレーニング信号の生成が可能なトレーニング信号の発生装置、及び当該装置を実装した送信機の提供を目的とする。

本発明は、ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機向けのトレーニング信号発生装置であって、出力されるトレーニング信号が基本波形信号部と無信号部とで構成されることを特徴とする構成を採る。

また、本発明のトレーニング信号発生装置は基本波形信号発生部と、基本波形信号の遅延処理部とを有することを特徴とする構成を採る。

また、本発明のトレーニング信号発生装置はトレーニング信号の振幅実効値が所望の値となるよう基本波形信号部と前記無信号部の構成を決定する手段を有することを特徴とする構成を採る。

また、本発明のトレーニング信号発生装置はベースバンド信号検出部を有し、所望の振幅実効値を検出されたベースバンド信号の振幅実効値とする手段を有することを特徴とする構成を採る。

また、本発明は、上記トレーニング信号発生装置を有し、さらに、
トレーニング信号とベースバンド信号を切り替える切り替え部と、
ベースバンド信号とＬＵＴからの歪補償係数を掛け合わせる乗算部と、
無線周波数帯に変換する変調部と、
非線形特性を有する電力増幅器と、
電力増幅器からの出力を復調する復調部と、
信号発生部と復調部出力を比較し、誤差量を演算する加算部と、
信号発生部から出力された振幅値に対するアドレスを生成するアドレス生成部と、
加算部で出力された誤差量にもとづいてアドレス値に対する歪補償係数を格納するＬＵＴ
部
とを有する、ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機の構成を採る。

また本発明のトレーニング信号の生成方法は、ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機向けのトレーニング信号発生方法であって、出力されるトレーニング信号を基本波形信号部と無信号部により構成するステップを有することを特徴とする構成を採る。

また本発明のトレーニング信号の生成方法は、トレーニング信号を基本波形信号部と無信号部により構成するステップが、基本波形信号発生ステップと、基本波形信号の遅延処理ステップとを含むことを特徴とする構成を採る。

また本発明のトレーニング信号の生成方法は、トレーニング信号の振幅実効値を、所望の振幅実効値とするステップを有することを特徴とする構成を採る。

また本発明のトレーニング信号の生成方法は、トレーニング信号発生方法において、さらにベースバンド信号の振幅実効値の検出ステップと、基本波形信号の遅延処理量をベースバンド信号の振幅実効値とするステップとを有することを特徴とする構成を採る。

本発明のトレーニング信号発生装置又はトレーニング信号発生方法によれば、ＬＵＴのトレーニングに用いるトレーニング信号の実効値を低減することにより、電力増幅器への入力をトレーニング信号に切り替えた後に生ずる電力増幅器の発熱量の変化を抑制することができる。

これにより、電力増幅器への入力をトレーニング信号からさらに入力信号に切り替えた際に生ずる電力増幅器の出力特性の変化を抑制することができ、トレーニング信号に基づいて算出された歪補償係数による歪補償の効果を高めることができる。

また、本発明のトレーニング信号発生装置又はトレーニング信号発生方法によれば、さらにトレーニング信号の実効値を所望の数値に設定することにより、入力信号をトレーニング信号に切り替えた際の増幅器の発熱及び出力特性の変化範囲を制御することができる。

これにより、トレーニング信号に基づいて算出された歪補償係数による歪補償の効果をより高めることが可能となる。とりわけ、入力信号の実効値が理論的に把握しうる場合には、トレーニング信号の実効値を当該理論値に設定することにより、歪補償の効果をさらに高めることができる。

また、本発明のトレーニング信号発生装置又はトレーニング信号発生方法によれば、さらに信号検出部を有し、トレーニング信号の振幅実効値を検出された振幅実効値とすることにより、入力信号をトレーニング信号に切り替えた際の増幅器の発熱量の変化をなくすことができる。

これにより、トレーニング信号に切り替えた場合の増幅器の出力特性を入力信号と一致させることができ、歪補償係数による歪補償の効果をさらに高めることができる。

（実施例１）
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。図１は、本発明装置の第１の実施例を含む送信機のブロック図である。

本発明の実施形態であるトレーニング信号発生装置１０１は、信号波形が三角波などの基本波形信号部と無信号部により構成されるトレーニング信号を生成する。トレーニング信号の実効値をベースバンド信号と同等の水準とすることで、入力信号を切替えた場合の電力増幅器１０７の発熱量の変化を抑制する。トレーニング信号発生装置１０１において、基本波形信号発生部１１２が三角波などの基本波形信号を発生し、遅延発生部１１３が基本波形信号を遅延させ、トレーニング信号に無信号部を付加している。

発生したトレーニング信号は、切り替えスイッチ１０３を介して歪補償系１０４に入力される。入力された信号は歪補償係数を格納しているＬＵＴ部１１１から出力された歪補償係数と乗算部１０５により掛け合わされ、歪補償信号が生成され電力増幅器１０７に入力される。電力増幅器１０７の出力の一部は復調部１０８に入力され復号される。復号された信号は歪み補償系１０４の略入力信号の反転信号に変換されており、トレーニング信号とともに加算部１０９に入力され、誤差分が出力される。トレーニング信号は一方でアドレス生成部１１０に入力され、入力振幅値に応じたアドレス値を生成し、出力された誤差分に応じた歪補償係数に対するアドレスを与える。本動作をトレーニング信号入力中に繰り返し行い、ＬＵＴ部の更新を逐次繰り返す。なお本動作は一般的な適応動作であり、ＬＭＳ、ＲＬＳなどの手法を用いて行うことが出来る。

トレーニング信号の終了後は本来のベースバンド信号１０２が歪補償系１０４に入力され、アドレス生成部１１０で生成されたアドレス値を元にＬＵＴ部１１１に格納された歪補償係数を読み込み、補償係数をベースバンド信号１０２に乗算し歪補償信号を生成する。これにより、電力増幅器１０７からは線形性が改善された出力を得ることが出来る。なお、このときトレーニング信号時と同様にＬＵＴの更新を行ってもよい。

次に、本発明における実効値の設定について説明する。ベースバンド信号のピークファクタをＰとし、基本波形信号のピークファクタをＰｓとし、基本波形信号の最大振幅値とベースバンド信号の最大振幅値の比率をｒとする。時間軸上、トレーニング信号において基本信号波形が占める割合をＸとすれば、Ｘ＝ｒ＾２＊１０＾（（Ｐｓ−Ｐ）／１０）とすることにより、ベースバンド信号と同一の実効値を有するトレーニング信号を得ることができる。

上記を具体的な例で説明する。三角波のピークファクタは１０＊ｌｏｇ１０（３）＝４．８ｄＢである。歪補償の対象とするベースバンド信号のピークファクタは９ｄＢであるとする。各々の信号のピーク値が同一と仮定すれば、三角波を基本波形とするトレーニング信号によってベースバンド信号と同一の振幅実効値を実現するには、時間軸上に基本波形信号が占める割合をＸ＝１０＾（（４．８−９）／１０）＝０．３８とし、残りの０．６２の部分を無信号部とすればよい。図２に、構成されたトレーニング信号の例を示す。このような構成のトレーニング信号により、トレーニング信号とベースバンド信号の切替による利得変化を生ずることなく電力増幅器を動作させることが可能となる。

なお、上記実施例ではトレーニング信号発生装置１０１を基本波形信号発生部１１２とディジタル遅延回路からなる遅延部１１３で構成し、遅延処理によりトレーニング信号に無信号部を付加する構成としたが、遅延部１１３に代えて基本波形信号をＯＮ−ＯＦＦ制御する手段を設けてもよい。またトレーニング信号発生装置１０１はクロックカウンタによりタイミングを制御し、基本波形信号部と無信号部からなるトレーニング信号を発生させてもよい。

（実施例２）
図３は、本発明のトレーニング信号発生装置１０１の第２の実施例を表すブロック図である。実施例２が実施例１のトレーニング信号発生装置と異なるのは、トレーニング信号の波形を、ベースバンド信号の切り替え情報にもとづいて変更することが可能となっている点である。

一般に、移動体通信の基地局では加入者容量等によってシングルキャリア、２キャリア、４キャリアなどの形で同時送信するキャリアの数が変化する。これに伴い、信号の多重化の程度が変動し、ベースバンド信号のピーク値乃至実効値も変化する。このため、キャリア情報１１４にもとづいて基本波形信号発生部１１２で生じた基本波形と、遅延発生部１１３により加えられる無信号部の構成比を調整する。

キャリア情報１１４は、対応するベースバンド信号の理論上のピークファクタ及び最大振幅値でもよく、またベースバンド信号の振幅実効値の実測値を用いてもよい。ベースバンド信号の振幅実効値をＳｂ、基本波形信号の振幅実効値をＳとすれば、時間軸上、トレーニング信号において基本信号波形が占める割合をＸはＸ＝Ｓｂ／Ｓとできる。

なお、ここではベースバンド信号におけるキャリア数の変化に対応する場合の例を示したが、例えばＣＤＭＡとＯＦＤＭの間において変調方式を切り替える場合などにも同様の対応が可能である。このような構成とすることで、様々な信号特性を有するベースバンド信号に対応したトレーニングを行うことが可能となる。

本発明は、トレーニング信号を用いて電力増幅器の非線形性を改善するための歪補償を行う無線送信機に適用できる。具体的には、移動体通信基地局、地上波ディジタル送信機、無線ＬＡＮ基地局などに適用することができる。

実施例１のトレーニング信号発生装置を含む無線送信機のブロック図 実施例１におけるトレーニング信号の一例を示す図 実施例２のトレーニング信号発生装置のブロック図 従来のトレーニング信号を用いた歪補正を行う無線送信機のブロック図 従来のトレーニング信号の一例を示す図 ＬＵＴの分解能にもとづいて構成されたトレーニング信号の一例を示す図 電力増幅器の入力信号の変化の一例を示す図 電力増幅器の増幅特性の変化の一例を示す図

符号の説明

１０１ トレーニング信号発生装置
１０２ ベースバンド信号
１０３、１１６、１１８、１２０ 切り替えスイッチ
１０４ 歪補償系
１０５ 乗算部
１０６、１１７ 変調部
１０７、１１９ 電力増幅器
１０８、１２１ 復調部
１０９ 加算部
１１０ アドレス生成部
１１１ ＬＵＴ部
１１２ 基本波形信号発生部
１１３ 遅延発生部
１１４ キャリア情報
１１５ トレーニングデータ発生部
１２２ 等化器
１２３ パラメータ記憶部
１２４ ベースバンド信号処理部

Claims (9)

1. ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機向けのトレーニング信号発生装置であって、出力されるトレーニング信号が基本波形信号部と無信号部とで構成されることを特徴とする、トレーニング信号発生装置。
2. 前記トレーニング信号発生装置が、基本波形信号発生部と、前記基本波形信号の遅延処理部とを有することを特徴とする、請求項１記載のトレーニング信号発生装置。
3. 前記トレーニング信号の振幅実効値が所望の値となるよう前記基本波形信号部と前記無信号部の構成を決定する手段を有することを特徴とする、請求項１または請求項２記載のトレーニング信号発生装置。
4. ベースバンド信号検出部を有し、前記所望の振幅実効値を検出されたベースバンド信号の振幅実効値とする手段を有することを特徴とする、請求項３記載のトレーニング信号発生装置。
5. 請求項４のトレーニング信号発生装置を有し、さらに、
   トレーニング信号とベースバンド信号を切り替える切り替え部と、
   ベースバンド信号とＬＵＴからの歪補償係数を掛け合わせる乗算部と、
   無線周波数帯に変換する変調部と、
   非線形特性を有する電力増幅器と、
   電力増幅器からの出力を復調する復調部と、
   信号発生部と復調部出力を比較し、誤差量を演算する加算部と、
   信号発生部から出力された振幅値に対するアドレスを生成するアドレス生成部と、
   加算部で出力された誤差量にもとづいてアドレス値に対する歪補償係数を格納するＬＵＴ
   部
   とを有する、ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機。
6. ベースバンド部においてディジタル歪補償を行う無線送信機向けのトレーニング信号発生方法であって、出力されるトレーニング信号を基本波形信号部と無信号部により構成するステップを有する、トレーニング信号生成方法。
7. 前記トレーニング信号を基本波形信号部と無信号部により構成するステップが、基本波形信号発生ステップと、前記基本波形信号の遅延処理ステップとを含むことを特徴とする、請求項６記載のトレーニング信号生成方法。
8. 前記トレーニング信号の振幅実効値を、所望の振幅実効値とするステップを有することを特徴とする、請求項６または請求項７記載のトレーニング信号生成方法。
9. ベースバンド信号の振幅実効値の検出ステップと、前記基本波形信号の遅延処理量をベースバンド信号の振幅実効値とするステップとを有することを特徴とする、請求項８記載のトレーニング信号生成方法。
   
   
   

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