JP2008546261A - ベースバンドデジタル信号に予め歪を与える装置及び方法 - Google Patents

ベースバンドデジタル信号に予め歪を与える装置及び方法 Download PDF

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Abstract

ベースバンド信号に予め歪を与える処理装置および方法である。前記装置は非線形フィルタパラメータを維持及び更新し、入力信号の電力統計を実行し、電力統計結果にしたがって対応する非線形フィルタパラメータを選択し、前記対応する非線形フィルタパラメータの使用によりベースバンドデジタル信号に予め歪を与えて処理し、予め歪を与えられたベースバンドデジタル信号を出力する予め歪を与える装置と、無線周波数チャンネルの受信されたフィードバック信号とベースバンドデジタル信号のサンプルされた信号にしたがって非線形フィルタパラメータを計算し、計算結果を予め歪を与える装置へ送る適合パラメータ計算装置とを含んでいる。前記方法は電力増幅器の非線形問題を解決するだけでなく、異なる入力信号と電力増幅器特性にしたがって異なる非線形逆モデルを選択し、基地局送信機の全体的な効率を増加することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は現代の通信分野の信号処理システムに関し、特にベースバンドデジタル信号に予め歪を与える装置及び方法に関する。
第２世代（２Ｇ）のデジタル移動セルラ通信システムとして知られている汎欧州デジタル移動電話方式は共通して世界中で適用されている。周波数リソースの欠乏と新しいサービスの要求の増加によって、開発の傾向は必然的に第３世代（３Ｇ）の移動通信システムと第３世代を超える（Ｂ３Ｇ）移動通信システムに向けられている。既存の３ＧシステムとＢ３Ｇシステムでは、一定ではないエンベロープデジタル変調システムが十分な信号帯域幅を得るために普通に使用されている。この変調技術の使用は高レートの信号の捕捉を容易にするだけでなく、電力増幅器を含む基地局送信機の線形性に対してさらに厳しい要求を起こす。
従来技術では、３Ｇシステム等の電力増幅器の線形性に対する１つの解決策はフィードフォワード方式である。しかしながら、この方式はアナログ技術がこの方式の実行において高い複雑性と、製造手順およびプロの技術者に必要とされるフィードフォワードネットワークの種々のパラメータの正確な調節において不適切な一貫性を起こす。さらに、多数の付加的なアナログ無線周波数装置がこの方法の実行に必要とされ、したがって電力増幅器の効率は有効に改善されることができない。
従来技術における３Ｇシステム等の電力増幅器の線形性に対する別の解決策は、ベースバンドデジタル信号に予め歪を与える方法である。この方法の本質は電力増幅器から出力された信号をある方法でデジタルドメインへフィードバックし、適合アルゴリズムの使用により電力増幅器を含めた無線周波数チャンネルの線形特性を計算し、最後にデジタルドメインからの信号をアナログドメインに変換する前に予め歪ませる装置によりベースバンドデジタル信号を処理することである。電力増幅器を通過された予め処理された信号はベースバンドデジタル信号と比較して歪をもたない。結果として電力増幅器からの線形出力が実現される。
この予め歪を与える方法は予め歪を与える装置の非線形関数が異なる応用にしたがって選択されることができないという欠点を有する。換言すると、この方法は特定の応用にしたがって設計されなければならず、したがって全般的に適用されることができない。結果として基地局の送信機は全体として比較的低い効率を有する可能性がある。
前述の説明を考慮に入れ、本発明は異なる非線形の逆モデルが異なる入力信号と電力増幅器の特性にしたがって選択されることのできるベースバンドデジタル信号に予め歪を与える装置及び方法を提供し、それによって基地局の送信機の全体的な効率を改良することを可能にする。
本発明は次の技術的な解決手段を提供する。
ベースバンドデジタル信号に予め歪を与える装置は、適合パラメータ計算装置と予め歪を与える装置を含むことができる。
適合パラメータ計算装置はベースバンドデジタル信号のサンプルと無線周波数チャンネルのフィードバック信号のサンプルとにしたがって非線形フィルタパラメータを計算し、計算結果を予め歪を与える装置へ出力するように構成されている。
予め歪を与える装置は非線形フィルタパラメータを記憶し更新し、入力ベースバンドデジタル信号の電力統計を行い、電力統計の結果に対応する非線形フィルタパラメータを選択し、ベースバンドデジタル信号に予め歪を与え、予め歪を与えられたベースバンドデジタル信号を出力するように構成されている。
随意選択的に予め歪を与える装置の非線形特性は無線周波数チャンネルの非線形特性と反対の特性である。
随意選択的に、予め歪を与える装置は、
多段の係数可変有限インパルス応答フィルタを含み、入力信号のデータ流を遅延させ、入力信号の遅延により得られた多段入力信号と非線形フィルタパラメータにより計算を行い、出力信号を形成し出力するように構成されている非線形フィルタ装置を含むことができる。
随意選択的に、非線形フィルタは遅延モジュールとマルチプレクサモジュールと累算器とを含むことができ、それにおいて、
遅延モジュールは入力信号のＩ、Ｑ成分のデータ流を遅延し、多段入力信号を対応するマルチプレクサへ送信するように構成され、
マルチプレクサモジュールは入力信号の受信され遅延されたＩ、Ｑ成分および対応する非線形フィルタパラメータにしたがって入力信号を複素数乗算し、その乗算された信号を累算器へ出力するように構成され、
累算器はマルチプレクサから出力された信号を累算し、累算された信号を出力するように構成されている。
随意選択的に、マルチプレクサにおいては入力信号と出力信号との関係は次式により表される。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉｉ＋Ｑｉ×Ｔｉｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑｉ＋Ｑｉ×Ｔｑｑ
ここで、ＩｉとＱｉはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、Ｔｉ、Ｔｉｑ、Ｔｑｉ、Ｔｑｑはそれぞれ４つの対応する非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示す。
随意選択的に、マルチプレクサにおいては入力信号と出力信号との関係は次式により表される。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉ−Ｑｉ×Ｔｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑ＋Ｑｉ×Ｔｉ
ここで、ＩｉとＱｑはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉとＴｑはそれぞれ２つの対応する非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示す。
随意選択的に、予め歪を与える装置はさらに信号瞬間電力捕捉モジュールと、信号短時間平均電力捕捉モジュールと、検索表モジュールとを含むことができ、
信号瞬間電力捕捉モジュールは、入力信号の瞬間電力を計算し、計算結果を検索表モジュールへ送信するように構成され、
信号短時間平均電力捕捉モジュールは、入力信号の短時間平均電力を計算し、計算結果を検索表モジュールへ送信するように構成され、
検索表モジュールは、適合パラメータ計算装置により計算される非線形フィルタパラメータを記憶し更新し、信号瞬間電力捕捉モジュールと信号短時間平均電力捕捉モジュールから受信された計算結果と非線形フィルタ装置のタップの次数にしたがって非線形フィルタパラメータを選択し、選択された非線形フィルタパラメータを非線形フィルタ装置へ出力するように構成されている。
随意選択的に、検索表モジュールは、
非線形フィルタパラメータをダイナミックに更新するように構成されている非線形フィルタパラメータを切換えるためのバッファメモリを含むことができる。
随意選択的に、予め歪を与える装置はさらに、
入力ベースバンドデジタル信号の電力を調節し、調節された信号のデータ流を遅延し、遅延されたデータ流を非線形フィルタ装置へ送るように構成されている前置電力調節及び遅延装置と、
入力ベースバンドデジタル信号と無線周波数チャンネルの出力信号のフィードバック信号をサンプリングし、サンプリングされた信号をバッファし適合パラメータ計算装置へ送るように構成されている信号サンプリング及びバッファモジュールと、
予め歪を与える装置の出力信号の電力を調節し、その調節された出力信号を信号調節モジュールへ送るように構成されている後置電力調節装置と、
後置電力調節装置から出力された信号の位相を調節し、調節された出力信号を出力するように構成されている信号調節モジュールとを含むことができる。
随意選択的に、信号調節モジュールは、
デジタル信号の直流バイアスを調節し、補正された信号を送信するように構成されている直流バイアス補正装置と、
デジタル信号のＩＱ利得、位相不均衡、直流バイアスを補正し、変調された信号を出力するように構成されている直角変調補償ネットワークと、
デジタルＩＱ信号をデジタル中間周波数へ変調し、変調された信号を出力するように構成されているデジタル変調器とを含むことができる。
随意選択的に、予め歪を与える装置はさらに、
出力信号の平均電力を検出し、しきい値よりも大きい平均電力を有する出力信号の振幅を制限するように構成されている過電力保護装置と、
出力信号の瞬間的な電力を検出し、しきい値よりも大きい出力信号の瞬間的な電力の割合が予め規定された割合よりも大きいならば予め歪を与える装置の出力信号をオフに切換え、出力信号の瞬間的な電力が正常になった後、予め歪を与える装置の出力信号を回復するように構成されている電力オーバーシュート保護装置とを含むことができる。
随意選択的に、予め歪を与える装置はさらに、
ベースバンド信号中に異常が現れたならば、ベースバンド信号の同期信号を予め歪を与える装置に提供し、同期信号を使用して検索表モジュール中の非線形フィルタパラメータの選択を制御し、異常がベースバンド信号中に現れたならば、ベースバンド信号とフィードバック信号のサンプリングを停止するように予め歪を与える装置を制御するように構成されている同期信号モジュールを含むことができる。
随意選択的に、同期信号モジュールにより与えられた同期信号はベースバンド信号の電力異常の発生前に低レベル状態に入り、ベースバンド信号が電力の異常から回復した後に高レベル状態に入る。
随意選択的に、適合パラメータ計算装置は、
フィードバックＩＱ信号を得るためにフィードバックデジタル中間周波数信号を復調するように構成されている復調モジュールと、
受信されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号を遅延して整合するように構成されている遅延及び整合モジュールと、
遅延され整合されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号との間の周波数シフト及び位相シフトを補正するように構成されている周波数シフト／位相シフト補正モジュールと、
補正されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号から最適なデータを選択するように構成されている最適信号選択モジュールと、
あるアルゴリズムを使用して最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算するように構成されている非線形パラメータ解明モジュールとを含むことができる。
随意選択的に装置はさらに、
予め歪を与えられたデジタル信号をアナログ信号へ変換し、そのアナログ信号を無線周波数へ変調し変換するように構成されている信号変換及び変調モジュールと、
電力増幅器を含み、無線周波数に変換されたベースバンドアナログ信号の電力を増幅し、増幅された信号を出力するように構成されている無線周波数チャンネルと、
無線周波数チャンネルから出力された信号をフィードバックしサンプリングし、サンプリングされた信号を予め歪を与える装置へ送るように構成されている信号フィードバック及びサンプリングモジュールとを含むことができる。
本発明の別の実施形態は非線形フィルタパラメータを計算する方法を提供し、この方法は、
フィードバックデジタル信号を復調し、
復調されたフィードバックデジタル信号とベースバンドデジタル信号を遅延し整合し、
遅延され整合されたフィードバックデジタル信号とベースバンドデジタル信号の周波数シフト及び位相シフトを補正し、
周波数シフトと位相シフトを補正することにより得られたベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号から最適なデータを選択し、
選択された最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算するステップを含むことができる。
随意選択的に、遅延され整合されたフィードバックデジタル信号とベースバンドデジタル信号の周波数シフト及び位相シフトを補正する前に、方法はさらに、
最小自乗アルゴリズムの使用によってベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号との間の周波数シフト及び位相シフトを得るステップを含むことができる。
随意選択的に、周波数シフトと位相シフトの補正により得られたベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号から最適なデータを選択するステップは、
ピークサンプル選択方法および／またはランダムサンプル選択方法の使用によりベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号から最適なデータを選択するステップを含み、
ピークサンプル選択方法は最大の信号瞬間振幅または最大の信号絶対値、或いは最大の信号振幅分散のうちの１つを有する十分なサンプルを選択し、
ランダムサンプル選択方法は選択される信号の振幅分布特性と同じ分布特性を有する十分なサンプルを選択する。
本発明の別の実施形態はベースバンドデジタル信号に予め歪を与える方法を提供し、この方法は、
入力ベースバンドデジタル信号のサンプルと無線周波数チャンネルのフィードバック信号のサンプルにしたがって線形フィルタパラメータを計算し、
入力ベースバンドデジタル信号の電力統計を行い、電力統計の結果に対応する非線形フフィルタパラメータを選択し、入力ベースバンドデジタル信号に予め歪を与え、予め歪を与えられたベースバンドデジタル信号を出力するステップを含むことができる。
随意選択的に、予め歪を与えるステップは、
入力ベースバンドデジタル信号のデータ流を遅延し、遅延により得られた多段入力信号と選択された非線形フィルタパラメータの計算を行い、出力信号を形成し出力する処理を含むことができる。
随意選択的に、予め歪を与えるステップは、
入力ベースバンドデジタル信号のＩ、Ｑ成分のデータ流を遅延し、
入力ベースバンドデジタル信号の遅延されたＩ、Ｑ成分および選択された非線形フィルタパラメータにしたがって入力ベースバンドデジタル信号を複素数乗算し、その複素数乗算から得られた信号を累算し、累算された信号を出力する処置を含むことができる。
随意選択的に、複素数乗算における入力ベースバンドデジタル信号と出力信号との関係は次式により表されることができる。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉｉ＋Ｑｉ×Ｔｉｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑｉ＋Ｑｉ×Ｔｑｑ
ここで、ＩｉとＱｉはそれぞれ入力ベースバンドデジタル信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉｉとＴｉｑ、Ｔｑｉ、Ｔｑｑはそれぞれ４つの選択された非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示す。
随意選択的に、複素数乗算における入力信号と出力信号との関係は次式により表されることができる。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉ−Ｑｉ×Ｔｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑ＋Ｑｉ×Ｔｑ
ここで、ＩｉとＱｑはそれぞれ入力ベースバンドデジタル信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉとＴｑはそれぞれ２つの選択された非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示す。
随意選択的に、電力統計は入力ベースバンドデジタル信号の瞬間電力を計算し、入力ベースバンドデジタル信号の短時間平均電力を計算する処理を含むことができる。
随意選択的に、非線形フィルタパラメータの選択は、信号瞬間電力捕捉モジュールと信号短時間平均電力捕捉モジュールから受信された計算結果と非線形フィルタ装置のタップの次数にしたがって非線形フィルタパラメータを選択する処理を含むことができる。
随意選択的に、方法はさらに非線形フィルタパラメータを冗長的及びダイナミックに更新するステップを含むことができる。
随意選択的に、この方法では、ベースバンドデジタル信号中に異常が現れたならば、予め歪を与える装置にベースバンドデジタル信号の同期信号が提供され、非線形フィルタパラメータの選択は同期信号により制御され、異常がベースバンドデジタル信号で現れたならば、ベースバンドデジタル信号とフィードバック信号のサンプリングを停止するように予め歪を与える装置が制御される。
随意選択的に、非線形パラメータの計算は、
フィードバックＩＱ信号を得るためフィードバックデジタル中間周波数信号を復調し、ベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号を遅延し整合し、遅延され整合されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号との間の周波数シフト及び位相シフトを補正し、補正されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号から最適なデータを選択し、選択された最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算する処理を含むことができる。
前述の説明から認められるように、本発明の実施形態は以下の利点を有するベースバンド信号に予め歪を与える装置を提供する。
１．本発明の実施形態では、異なる非線形逆モデルは異なる入力信号および電力増幅器特性にしたがって選択されることができ、それ故、装置は拡散周波数通信技術または２Ｇ、３Ｇ、Ｂ３Ｇ等のような直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）技術を採用する全ての無線通信システムに適用可能である。
２．本発明の実施形態にしたがう方法により、送信される信号の品質は改良されることができ、電力増幅器の効率は改良されることができ、基地局の価格及びサイズは減少されることができる。
３．本発明の実施形態にしたがった予め歪を与える装置は、多数のマルチプレクサを必要とせず、用途特性集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）により構成されることができる。さらに予め歪を与える装置で信号とその高次の周波数成分の累算和を計算する必要がない。それ故、大きなダイナミック範囲を有するデータの処理を避けることができる。結果としてシステム価格はさらに減少される。
さらに、本発明の実施形態では、均一な検索表が使用され、それは効率を改良する。さらにベースバンド信号の同期機構が本発明の実施形態で採用される。結果として出力信号はベースバンド信号の電力が異常になったときに劣化を防止される。
本発明はベースバンドデジタル信号を予め歪を与える装置を提供する。本発明の本質は、予め歪を与える装置のフィルタ係数が電力増幅器の特性の変化にしたがうことにある。これは検索表の使用により実行されることができる。したがって出力信号の良好な無線周波数特性が実現されることができる。
本発明による装置を図面を参照して詳細に説明する。図１は以下のようにベースバンドデジタル信号を処理する本発明によるベースバンドデジタル信号を予め歪を与える装置を示している。
ベースバンドモデム110から送信されるマルチキャリアＩ、Ｑ信号は予め歪を与える装置120により予め歪まされ、歪まされたマルチキャリアＩ、Ｑ信号はそれぞれ第１のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）131と第２のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）132へ送られる。第１および第２のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）131と132はＩ、Ｑ信号をそれぞれアナログゼロ中間周波数Ｉ、Ｑ信号へ変換し、その後ＩＱ変調器140がアナログゼロ中間周波数Ｉ、Ｑ信号に対してアナログ直角変調（ＡＱＭ）を行い、それによって信号は無線周波数へ上方変換される。その後信号は増幅され、減衰され、無線周波数チャンネルを通してインピーダンス整合され、電力増幅のために電力増幅器150へ送られる。
電力増幅器から出力される信号の一部はデュプレクサを経てアンテナ200により送信され、信号の残りの部分は結合器160により検出チャンネルへフィードバックされ、下方変換器170によりアナログ中間周波数へ変換され、高速度アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）180によりサンプルされる。高速度アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）180はデジタル中間周波数フィードバック信号を出力し、この信号はその後予め歪を与える装置120へ送られる。
予め歪を与えるシステムへ入力されるデジタル中間周波数フィードバック信号とマルチキャリアＩ、Ｑ信号は予め歪を与える装置120でサンプルされバッファされ、バッファされた信号は予め歪を与える装置120と適合パラメータ計算装置190との間のインターフェースを介して適合パラメータ計算装置190へ送られる。
適合パラメータ計算装置190は適合補正アルゴリズムを使用して受信された信号に基づいてフィルタパラメータを計算し、計算されたフィルタパラメータを予め歪を与える装置120へ送る。計算されたフィルタパラメータはその後予め歪を与える装置120の検索表モジュール（図２に示されている）に記憶される。予め歪を与える装置120は信号を予め歪を与えるための実際的な要求にしたがって適切なフィルタパラメータを選択する。
本発明の１実施形態では、予め歪を与える装置120は典型的にベースバンドＩ、Ｑ信号の実時間補正の目的のためにフィールドプログラム可能なゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または用途特定集積回路（ＡＳＩＣ）で構成される。電力増幅器の特性はゆっくりと変化し、フィルタパラメータの更新は非実時間方法でオフラインで可能にされることができるので、適合パラメータ計算装置190は典型的にデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）の使用により実行されることができる。
本発明の実施形態による装置の中心部分は予め歪を与える装置120である。予め歪を与える装置120の主要な特性は、その非線形特性が電力増幅器を含めた無線周波数チャンネルの非線形特性に相反することにある。
予め歪を与える装置120へ入力される複素数信号の実数部、虚数部、瞬間的振幅はそれぞれＩｉｎ（・）、Ｑｉｎ（・）、Ｍｇｉｎ（・）により示され、予め歪を与える装置120から出力される複素数信号の実数部と虚数部は次式により表されることができる。
Figure 2008546261
ここでｆ（・）は無線周波数チャンネルの非線形成を補正するための非線形関数、すなわち無線周波数チャンネルの非線形成特性の逆関数を示している。この関数は電力増幅器の特性、無線周波数出力信号のシステムが必要としている特性、システムによりサポートされる計算能力に基づいて選択されることができる。前述の式中のＭは予め歪を与える装置により補正されることのできる電力増幅器のメモリ効果の時定数を示している。Ｍが大きい程、より正確になるが、予め歪を与える装置の計算はより複雑になる。対応するパラメータはシステムの要求と価格との妥協を表すために合理的に選択されなければならない。無線周波数チャンネルの逆非線形関数ｆ（・）は種々のベース関数、例えば電力関数、ルジャンドル関数等を使用することにより拡張されることができる。
電力関数の場合、非線形関数は次式により表されることができる。
Figure 2008546261
ここでａｎは拡張係数を示しており、ａは電力関数の最低次数を示しており、整数または分数として選択されてもよい。ａが小さい程、ベース関数の次数Ｎは大きくなり、予め歪まされるモデルはより正確になり、アルゴリズム性能は高くなるが、計算はより複雑になる。したがって、対応するパラメータはシステムの要求と価格との妥協を表すために合理的に選択されなければならない。
ルジャンドル関数の場合、この非線形関数は次式により表されることができる。
Figure 2008546261
ここでＰｎ（ｘ）はｎ次のルジャンドル関数を示し、ａｎは拡張係数を示し、Ｎは拡張された多項式の項の数である。同様に、Ｎが大きい程、予め歪まされるモデルはより正確になり、アルゴリズム性能は高くなるが、計算はより複雑になる。
前述の説明から分かるように、本発明の実施形態の予め歪まされる装置から出力された各Ｉ、Ｑ信号はそれぞれ入力Ｉ、Ｑ信号を濾波する２つの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタの出力の和と考えられることができる。しかしながら通常のＦＩＲフィルタと異なって、これらのフィルタの係数は入力信号の振幅に依存し、この依存は関数ｆ（・）により表されることができる。関数ｆ（・）は入力信号の振幅にしたがって検索表でサーチされ、例えばＭｇin（ｎ）に対して、対応するｆ（Ｍｇin（ｎ））が発見されることができる。
図２に示されているように、本発明の実施形態による予め歪を与える装置は以下のモジュールを含んでいる。
１．前置電力調節装置121：この装置はベースバンドモデム110から出力された信号の電力を調節し、調節された信号を時間遅延モジュール122へ送るように構成されている。前置電力調節装置121は予め歪を与える装置120を通過した後に入力信号が飽和されるのを防止するように設計され、簡単なスカラーマルチプレクサを装備されることができる。
２．時間遅延モジュール122：このモジュールは信号のデータ流を遅延するように構成され、それによってＦＩＲ計算に使用されるＦＩＲ検索表の係数が検索表のインデックスを計算するための信号瞬間電力捕捉モジュール125と信号短時間平均電力捕捉モジュール126により使用されるサンプルを整合することを確実にし、遅延された信号を非線形フィルタ装置123へ送る。
３．非線形フィルタ装置123：この装置は予め歪を与える装置120の中心部分である。図３に示されているように、非線形フィルタ装置123は可変係数を有するＭタップＦＩＲフィルタとして構成され、遅延モジュール1231、マルチプレクサモジュール1232、累算器モジュール1233を含んでいる。
各遅延モジュール1231は入力信号のＩ、Ｑ成分のデータ流を遅延し、遅延された入力信号を対応するマルチプレクサモジュール1232へ送るように構成されている。
各マルチプレクサモジュール1232は入力信号の受信され遅延されたＩ、Ｑ成分及び対応する４つの非線形フィルタパラメータにしたがってそれぞれ入力信号を複素数乗算し、乗算された信号を累算器モジュール1233へ出力するように構成されている。
各マルチプレクサモジュール1232には２つのＩ、Ｑ信号入力と、４つのフィルタパラメータ入力と、２つのＩ、Ｑ信号出力が与えられ、送信から生じるＩ、Ｑアナログ信号の異なる遅延を効率的に補正することができる。マルチプレクサモジュールの１つに入力されるＩ、Ｑ信号がＩｉ、Ｑｉにより示され、４つの入力フィルタパラメータがＴｉｉ、Ｔｉｑ、Ｔｑｉ、Ｔｑｑにより示されると仮定すると、出力Ｉ、Ｑ信号Ｏｉ、Ｏｑは次式により示されることができる。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉｉ＋Ｑｉ×Ｔｉｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑｉ＋Ｑｉ×Ｔｑｑ
４つのフィルタパラメータＴｉｉ、Ｔｉｑ、Ｔｑｉ、ｑｑはそれぞれ予め歪を与える装置120の出力複素数信号と入力複素数信号の関係を示す式に含まれる４つのパラメータａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する。パラメータＴは信号及び同期信号の瞬間電力と短時間平均電力に従って決定されることができ、予め歪を与える装置120の検索表モジュール124中でのサーチにより発見されることができる。
累算モジュール1233はマルチプレクサモジュール1232から出力された受信された信号を累算し、累算された信号を後置電力調節装置127へ出力するように構成されている。
４．検索表モジュール124：このモジュールは適合パラメータ計算装置190により計算される非線形フィルタパラメータを記憶し更新し、入力信号の瞬間電力と短時間平均電力と非線形フィルタ装置123のタップの次数から受信された統計結果にしたがって非線形フィルタパラメータを選択し、選択された非線形フィルタパラメータを非線形フィルタ装置123へ送るように構成されている。
種々の非線形フィルタパラメータと種々の非線形逆関数ｆ（・）は検索表モジュール124に記憶される。検索表はそれぞれ信号の瞬間電力、短時間平均電力、およびタップの次数により決定される。非線形逆関数ｆ（・）は信号の瞬間電力と出力信号との間の非線形関係を規定する。短時間平均電力は電力増幅器の動作点と温度を規定し、異なる短時間平均電力は電力増幅器の異なる特性に対応する。したがって、異なる非線形逆関数は異なる短時間平均電力に対して選択される。タップは無線周波数チャンネルのメモリ効果の補正特性を規定する。異なる非線形逆関数は異なるタップにしたがって選択される。
検索表に記憶された非線形フィルタパラメータは適合パラメータ計算装置190の計算結果にしたがって更新される必要がある。検索表に記憶された非線形フィルタパラメータを更新するとき、一度にそのパラメータの１セットだけが更新されることができる。この非線形パラメータのセットは更新期間中に使用されることができ、送信機から出力される信号の電力は時間期間中実質的に安定な状態である。それ故、検索表の更新期間中に送信機から出力される信号の良好な品質を確保するために、冗長ダイナミック切換え方法が本発明の実施形態による検索表のパラメータの更新に使用されることができる。この方法の基本的な原理について以下説明する。
非線形フィルタパラメータのＮセットがシステムから出力される信号の安定な品質を確保するために必要とされるならば、非線形フィルタパラメータのＮ＋１セットは予め歪を与える装置120に与えられ、それぞれ０、１、２… …Ｎでインデックスされ、ここで非線形フィルタパラメータの０番目、１番目、２番目… …（Ｎ−１）番目のセットは実際の応用に使用され、Ｎ番目のセットは切換えバッファとして使用され、それは使用においてダイナミックに割当てられる。Ｍでインデックスされる非線形フィルタパラメータのセットが１例において切り換えられることを必要とするならば、切換え前および切換え後の検索表のメモリ状態は図４で示されている状態である。
切換え前、予め歪を与える装置120は０、１、２… …Ｎ−１でインデックスされる非線形フィルタパラメータのセットを使用し、一方Ｎでインデックスされる非線形フィルタパラメータのセットは切換えに使用される。Ｍでインデックスされる非線形フィルタパラメータのセットがこの実施例で切換えられることを必要とされるならば、適合パラメータ計算装置190は最初に予め歪を与える装置120により与えられるインターフェースを介してフィルタパラメータの新しいセットをＮで現在インデックスされている非線形フィルタパラメータのセットへ書き込む。このとき、Ｍでインデックスされる非線形フィルタパラメータの元のセットが使用され、したがって適合パラメータ計算装置190はインターフェースを介して予め歪を与える装置120に対して、切り換えられる必要のある非線形フィルタパラメータのセットのインデックス数がＭであることを通知する。その後、予め歪を与える装置は当初はＭでインデックスされていた非線形フィルタパラメータのセットのインデックス数をＮへ変更し、当初はＮでインデックスされていた非線形フィルタパラメータのセットのインデックス数をＭへ変更する。Ｍでインデックスされる非線形フィルタパラメータの新しいセットが次の実時間データ処理で使用される。
この冗長なダイナミック切換え方法は非線形フィルタパラメータが使用においてダイナミックに変化されることを効率的に防止でき、したがって出力信号の安定な品質を確実にする。
さらに、実際的な実行では、通常信号の短時間平均電力の統計を行うのにある時間期間がかかる。この時間期間中、非線形パラメータの１セットだけが使用されることができる。このときパラメータの他のセットのアドレスは不能にされることができ、したがってこれらの非活動信号の電流の付勢はより低い電力消費を実現するために減少されることができる。
５．信号瞬間電力捕捉モジュール125：このモジュールは最初にＩ、Ｑ成分の自乗和を計算し、その後自乗された和の平方根を計算することにより信号の瞬間電力を捕捉し、フィルタパラメータを選択するためにその計算結果を検索表モジュール124へ送るように構成されている。
６．短時間平均電力捕捉モジュール126：このモジュールは信号の隣接するＮ点の瞬間電力の平均値を計算することにより信号の短時間平均電力を捕捉し、フィルタパラメータを選択するために計算結果を検索表モジュール124へ送るように構成されている。
７．後置電力調節装置127：この装置は予め歪を与える装置から出力された信号の電力を調節し、調節された出力信号を直流バイアス補正装置128へ送るように構成されている。後置電力調節装置127は電力増幅器から出力された信号の電力が設計要求を満たすことを確実にするために与えられる。後置電力調節装置127は簡単なマルチプレクサにより構成されることができる。後置電力調節装置127は数値制御無線周波数減衰器と協動することにより送信機の電力を安定化する機能を実現することができる。
８．直流バイアス補正装置128：この装置は出力デジタル信号の直流バイアスを調節し、調節された信号を過電力保護装置129へ送るように構成されている。
９．過電力保護装置129：この装置は出力デジタル信号の平均電力を検出し、平均電力がしきい値よりも大きいならば、この方法の計算誤差を防止するために出力信号の振幅を制限し、したがって電力増幅器を保護するように構成されている。過電力保護装置129の出力信号は電力オーバーシュート保護装置へ送られる。
１０．電力オーバーシュート保護装置1201：この装置は出力デジタル信号の瞬間的な電力を検出し、しきい値よりも大きい瞬間的な電力の割合が予め規定された割合よりも大きいならば電力オーバーシュートの発生を決定するように構成されている。電力オーバーシュートの場合、システムは電力増幅器のバーンダウンを防止するために直接的に予め歪を与える装置に信号の出力を停止させることができる。電力オーバーシュートの消滅後、リンク上での正常な通信を確実にするために予め歪を与える装置120の出力は迅速に回復される。予め歪を与える装置120は電力オーバーシュート保護装置1201を介して信号を出力する。
１１．データ捕捉装置1202：この装置は連続的なベースバンドＩ、Ｑ信号とフィードバックＡＤＣ信号のある長さをサンプリングし、サンプリングされた信号をデータバッファ装置1203へ送るように構成されている。
１２．データバッファ装置1203：この装置はデータ捕捉装置1202によりサンプルされたベースバンドＩ、Ｑ信号とフィードバックＡＤＣ信号を記憶するように構成されている。バッファ装置1203に記憶された信号は予め歪を与える装置120と適合パラメータ計算装置190との間のインターフェースを介して適合パラメータ計算装置190へ送られ、それによって適合パラメータ計算装置190は検索表のフィルタパラメータを計算して更新することができる。
１３．同期信号モジュール1204：このモジュールは検索表のフィルタパラメータの選択を制御し、ベースバンド信号の異常の場合、データ捕捉装置によりサンプルされた信号の選択を制御するように構成されている。
同期信号はハードウェア接続によりベースバンドデータ流で予め歪を与える装置へ送られるか、信号の異常の検出が容易であるならば、予め歪を与える装置内の簡単な検出機構を通してベースバンドＩ、Ｑ信号データ流から直接捕捉されることができる。
３Ｇシステム等では、ユーザを突き止めるため、基地局送信機は時には、位置計算のためにユーザに対してあるタイムスロットを保留するためにしばらくの間、信号出力をオフに切り換えるか減少することができる。その代わりにデータ通信期間中、基地局送信機はユーザのアクセスがないとき大きいパイロット信号を周期的に送信し、依然としてユーザのアクセスがないとき送信電力を減少するか信号をオフに切り換える。信号電力のこれらの突然の各変化は電力の異常と考えられることができる。これらの場合には、電力信号の同期信号は特別な処理に対して必要とされる。
電力異常信号と同期信号とのタイミング関係は図５に示されている。
大きい信号の場合、基地局送信機は明白な非線形性を示すので、基地局送信機は正常な信号電力として信号の高い電力部分を取り、異常信号電力として低い電力部分を取る。効率的な信号同期を実現するために、同期信号のアクチブ部分（即ち低レベル部）は信号電力が異常に減少される全ての瞬間を含むことが必要である。換言すると、図５に示されているようにｔ１とｔ２は両者ともゼロよりも大きい（ｔ１は同期信号の下降エッジと信号電力異常の発生との間の時間差であり、ｔ２は信号電力異常からの回復瞬間と同期信号の上昇エッジとの間の時間差である）。同期信号は電力異常の発生前に低レベル（アクチブ）に入り、電力の異常から回復した後に高レベル（非活動）に入る。残念ながら、信号電力の異常を予測することはできないので、システムでこのタイミングを実行することは困難であろう。タイミングを実行する目的に対して、同期信号の下降エッジは信号電力の下降エッジより僅かに遅れることを可能にすることができるが、同期信号が予め歪を与える装置の短時間平均電力の検出機構が短時間電力決定の切換えが生じることを計算する前に低レベルで現れることを確実にすべきである。また、正常な信号の処理において予め歪を与える装置での任意の影響を防止する目的で、ｔ１とｔ２の期間はシステムの要求にしたがって合理的に選択されるべきであり、非常に長い期間である必要はない。好ましくはｔ１とｔ２の期間は−３μｓ＜ｔ１＜１０μｓと０＜ｔ２＜１０μｓである。
同期信号は短時間平均電力計算及び決定の関数と予め歪を与える装置の信号サンプリングの関数に影響を有することができる。それ故、同期信号が低レベル（即ちアクチブ）であるならば、もとの計算された値を変更しない状態に維持しながら短時間の平均電力の計算は停止されなければならない。短時間平均電力の計算は同期信号が高レベルに入るまで回復されるべきではない。また、アクチブな低レベルにある同期信号の場合、予め歪を与える装置のデータ捕捉装置はベースバンド及びフィードバックデータのサンプリングを停止すべきであり、サンプリングは同期信号が高レベルに入るまで回復されるべきではない。
実施形態による装置の適合パラメータ計算装置190は非線形フィルタパラメータを計算するように構成されており、図６に示されている構造を有する。適合パラメータ計算装置190は以下のモジュールを含んでいる。
復調モジュール191：このモジュールはフィードバックデジタル中間周波数信号を復調するように構成されている。
復調はフィードバックデジタル中間周波数信号からフィードバックＩ、Ｑ信号を回復する。特に復調は次の方法により実行されることができる。最初に、フィードバック中間周波数点がシステムの設計期間中に知られるので、中間周波数信号の搬送波の２つの直交成分（即ち正弦成分と余弦成分）が適合パラメータ計算装置190で回復される。その後、サンプルされた中間周波数信号は搬送波の余弦成分と乗算され、乗算された信号はローパスフィルタ処理され、したがってフィードバックＩ信号が得られる。フィードバックＱ信号はサンプルされた中間周波数信号を搬送波の正弦成分と乗算し、乗算された信号をローパスフィルタ処理することにより得られることができる。
遅延及び整合モジュール192：このモジュールはベースバンドＩ、Ｑ信号を遅延し、フィードバックＩ、Ｑ信号に整合するように構成されている。
遅延及び整合は相関アルゴリズムを使用することによりベースバンドＩ、Ｑ信号をフィードバックＩ、Ｑ信号と時間において整列することである。相関アルゴリズムでは、ベースバンドＩ、Ｑ信号とフィードバックＩ、Ｑ信号との間の相互相関関数が計算され、ピークが生じる位置が捕捉され、位置のインデックス数はベース信号に関するフィードバック信号の遅延値に対応する。その後、ベースバンド信号とフィードバック信号の冗長部分は遅延され整合されたベースバンドＩ、Ｑ信号とフィードバックＩ、Ｑ信号を得るように、計算された遅延値にしたがって除去される。
周波数シフト／位相補正モジュール193：このモジュールはベースバンド信号とフィードバック信号との間の周波数シフト及び位相シフトを補正するように構成されている。
周波数シフトおよび位相シフトはベースバンド信号とフィードバック信号との間に存在する可能性がある。ベースバンド信号とフィードバック信号との間の周波数シフト及び位相シフトは予め歪を与える関数を適切に計算するように補正されなければならない。この補正は次の方法で行われることができる。最初に、ベースバンド信号とフィードバック信号との間の位相差が計算され、周波数シフトと位相シフトはそれぞれ位相差−時間線形関数の勾配と切り取られた線分（インターセプト）に対応するので、周波数シフトと位相シフトの正確な値は最小自乗アルゴリズムの使用により得ることができる。その後、周波数シフトも位相シフトも有しないフィードバックＩ、Ｑ信号はフィードバック信号から直接的に周波数シフトと位相シフトの正確な値を除去することにより得られる。
最適信号選択モジュール194：このモジュールはベースバンド信号とフィードバック信号から最適なデータを選択するように構成されている。
適合パラメータ計算装置190で非線形フィルタパラメータを計算する手順は非常に複雑であり、したがって全てのベースバンド及びフィードバックＩ、Ｑ信号がパラメータの計算で使用されるならば、産業で利用可能なデジタル信号処理チップの処理容量を超えるようになり計算量は膨大なものとなる。それ故、非線形フィルタパラメータの計算の代表的なデータは実現可能な計算量を得るようにサンプリングから捕捉されるベースバンド及びフィードバックＩ、Ｑ信号から選択されるべきである。
送信機のデジタル信号特性と送信チャンネルの非線形特性の解析により、本発明の実施形態はベースバンドおよびフィードバック信号から最適なデータを選択するための２つの方法を提示しており、その一方はピークサンプル選択方法であり、他方はランダムサンプル選択方法である。
ピークサンプル選択方法では、電力増幅器は送信チャンネルの非線形システム中の信号の瞬間的な電力に最も敏感であると考えられる。最適な信号の選択帰還中、選択は以下の特性を有する信号サンプルから行われる。
１．ピーク振幅：即ちピーク信号の瞬間振幅を有するサンプル、
２．ピークＩＱ値：即ちＩまたはＱ信号のピーク絶対値を有するサンプル、
３．ピーク変化：即ち１つのサンプルの２つの隣接する信号サンプルが振幅またはＩ、Ｑ値でピーク変化を有するサンプル。
ピークサンプル選択方法の特別な実行を以下説明する。Ｓがシステムにより許容可能な計算に対して最適なサンプル数であると仮定すると、Ｎ個のピークサンプルは前述のピーク値を有するサンプルから選択される。各選択されたピークサンプルは中心として採用され、Ｓ／２Ｎサンプルはそれぞれ各中心の左及び右で選択される。結果として選択されるサンプルの総数は次式のようになる。
（（Ｓ／２Ｎ）＋（Ｓ／２Ｎ））×Ｎ＝Ｓ
サンプルの所望な数が得られることができる。ＩまたはＱ信号のピークの左または右側の幾つかのサンプルがオーバーラップするならば、オーバーラップするサンプルは一度だけ計算に使用され、オーバーラップするサンプル周辺のサンプル数はそれぞれ一定の総数を確実にするために増加される。さらにピークサンプル選択方法で適切であるときに幾つかのランダムサンプルが挿入され、それによってデータは十分に信号の代表であることができる。
本発明の１実施形態によるピークサンプル選択方法の選択手順が図７に示されている。Ｓが計算のための適切なサンプル数であると仮定すると、信号はこの方法で６個のセグメントに分割されることができる。Ｉ、Ｑ信号の最大値と最小値は信号データ流中で選択され、全体でそれぞれＳ／６の長さを有する４個のセグメントが存在する。さらにＳ／６サンプルがそれぞれランダムフィリングデータとして開始および終了時に選択される。図７から認められるように、Ｉの最大値とＱの最小値に対応してデータセグメント間にはオーバーラップが存在する。これについて付加的なサンプルがＩの最大値に基づいて選択されたサンプルの左側と、Ｑの最大値に基づいて選択されたサンプルの右側で選択され、それによってサンプルの総数、即ちＳは一定に維持される。
ランダムサンプル選択方法の原理は、異なる信号振幅を有するサンプルが選択され、好ましくは選択されたサンプルは非線形システムを効率的にモデル化するように、選択前の振幅の分布特性と同じ分布特性を有することができることにある。
したがって、ランダムサンプル選択方法の特別な実行を次に説明する。ランダムシードが選択され、このランダムシードの乗算は信号中の信号サンプルの選択で使用される。信号に対応する振幅範囲は記録される。この範囲内のデータが予め定められた要求を満たさないならばそのデータは記録され、そうでなければデータはドロップされる。この前述の手順は十分なサンプルが選択されるまで反復される。
非線形パラメータ解明モジュール195：このモジュールは選択された最適なデータに従って非線形フィルタパラメータを計算するように構成されている。
現在、帰納的最小二乗（ＲＬＳ）、最小自乗平均（ＬＭＳ）、ＱＲ帰納的最小自乗（ＱＲ−ＲＬＳ）等のような多くの完成されたアルゴリズムが存在し、これらは本発明の１実施形態による選択された最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算するために使用されることができる。
前述の適合パラメータ計算装置の構造に基づいて、非線形フィルタパラメータの計算方法は本発明の１実施形態にしたがって行われる。この方法は次の手順を含んでいる。
１．フィードバックデジタル信号を復調し、
２．復調されたフィードバック信号とベースバンド信号を遅延し、整合し、
３．最小自乗アルゴリズムの使用によりベースバンド信号とフィードバック信号との間の周波数シフトと位相シフトを計算し、遅延され整合されたベースバンド信号とフィードバック信号の周波数シフトと位相シフトを補正し、
４．ピークサンプル選択方法とランダムサンプル選択方法の使用により、周波数シフトと位相シフトの補正後、フィードバック信号とベースバンド信号から最適なデータを選択し、
５．あるアルゴリズムの使用により、選択された最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算する。
本発明の１実施形態は簡単化された予め歪を与える装置を提供する。簡単化された予め歪を与える装置の構造が図８に示されている。図２と比較して、直角変調補償（ＱＭＣ）ネットワークが直流バイアス補正装置の代わりに使用され、非線形フィルタ装置125の内部構造も簡単にされる。
ＱＭＣネットワーク810はＩＱ利得、位相不均衡、直流バイアスを補正するように構成されている。図９に示されている構造により示されているように、ＱＭＣネットワーク810は図９で示されているように計算動作を行う４個のマルチプレクサ811と４個の加算器812を含んでいる。ＱＭＣネットワーク中の２つの直流バイアス補正パラメータの値ｂｃ１とｂｃ２は図２で示されているような直流補正装置の２つの直流補正パラメータと等価である。利得不均衡補正パラメータａｃ１とａｃ２および位相不均衡補正パラメータφｃは予め歪を与える装置の前述の説明の構造における４つのパラメータａ、ｂ、ｃ、ｄにしたがって計算されることができる。
このようにして、ＦＩＲフィルタへ入力されるパラメータ数は４から２へ減少されることができ、したがってシステムメモリの半分が節約されることができる。
簡単にされた予め歪を与える装置の非線形フィルタ装置125では、フィルタの各タップには２つのＩ、Ｑ信号入力と、２つのフィルタパラメータ入力と、２つのＩ、Ｑ信号出力が設けられる。Ｍタップの非線形フィルタ装置125の構造は図１０に示されており、それにおいてＩ、Ｑ入力信号と各タップの係数は次式のように乗算される。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉ−Ｑｉ×Ｔｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑ＋Ｑｉ×Ｔｉ
ここで、Ｏはそれぞれ出力信号を示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＩｉとＱｑはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、Ｔはフィルタ係数を示す。パラメータＴは簡単化されていない予め歪を与えるＦＩＲフィルタにおけるパラメータ選択方法のように、信号の瞬間電力と短時間平均電力と、同期信号にしたがって選択されることができる。
本発明の１実施形態による装置では、送信機が局部発振漏洩とＩＱ利得と信号の位相不均衡について厳格な要求を有するならば、無線周波数から中間周波数へ信号を変換するための図１に示されているような装置のＩＱ復調器の使用において危険が存在する可能性がある。これについて、本発明の実施形態は改良された予め歪を与える装置を提供し、これは図１１に示されている。
改良された予め歪を与える装置では、通常の二重周波数変換技術が採用される。二重周波数変換では、最初にＩＱ信号が予め歪を与える装置中でデジタル中間周波数に変換され、それから予め歪を与える装置から出力される信号はデジタル中間周波数信号にデジタルアナログ変換され、最後にデジタル中間周波数信号が無線周波数へ変換される。改良された予め歪を与える装置の構造では、デジタル変調器910が図８のＱＭＣネットワークと図２の直流バイアス補正装置の代わりに使用される。
図１２に示された構造で示されているように、デジタル変調器は５つの部分、即ち数値制御装置発振器（ＮＣＯ）911、２個のマルチプレクサ912、９０゜位相シフタ913、加算器914を含んでいる、デジタル変調器の特定の動作の流れは以下のように示される。
ステップ12-1で、ＮＣＯ911は所望されるデジタル中間周波数局部発振正弦波信号を発生する。
ステップ12-2で、９０゜位相シフタ913は局部発振余弦波信号を得るためにステップ12-1で得られた局部発振正弦波信号の位相を９０゜シフトする。
ステップ12-3で、それぞれ２つのマルチプレクサ912において局部発振正弦波信号は入力Ｉ信号と乗算され、局部発振余弦波信号は入力Ｑ信号と乗算される。
ステップ12-4で、ステップ12-3で得られた２つの乗算された信号はデジタル変調器910の出力信号を得るために加算器914で加算される。
したがって、本発明の１実施形態によるベースバンドデジタル信号に予め歪を与える方法は以下の手順を含んでいる。
受信されたベースバンドデジタル信号のサンプルと、無線周波数チャンネルのフィードバック信号のサンプルとにしたがって非線形パラメータを計算し、
入力ベースバンドデジタル信号の電力統計を行い、電力統計の結果に対応する非線形パラメータを選択し、ベースバンドデジタル信号に予め歪を与え、予め歪を与えられたベースバンドデジタル信号を出力する。
特に、予め歪を与える処理は入力信号のデータ流を遅延し、遅延された多段入力信号および対応する非線形フィルタパラメータについての計算動作を行い、出力信号を発生して出力するプロセスを含んでいる。
本発明の１実施形態では、予め歪を与える処理は以下の手順を含んでいる。
入力信号のＩ、Ｑ成分のデータ流を遅延させ、
入力信号の受信され遅延されたＩ、Ｑ成分及び対応する非線形フィルタパラメータに従って入力信号を複素数乗算し、乗算された信号を累算し、乗算された信号を出力する。
複素数乗算においては、入力信号と出力信号との関係は次式により表されることができ、
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉｉ＋Ｑｉ×Ｔｉｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑｉ＋Ｑｉ×Ｔｑｑ
ここで、ＩｉとＱｉはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、Ｔｉｉ、Ｔｉｑ、Ｔｑｉ、ｑｑはそれぞれ受信された４つのフィルタパラメータを示し、ＯｉとＱｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示している。
随意選択的に、複素数乗算においては入力信号と出力信号との関係は次式により表されることができる。
Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉ−Ｑｉ×Ｔｑ
Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑ＋Ｑｉ×Ｔｉ
ここで、ＩｉとＱｑはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉとＴｑはそれぞれ受信された対応する２つの非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示している。
電力統計は入力信号の瞬間電力を計算し、入力信号の短時間平均電力を計算する処理を含んでいる。
非線形フィルタパラメータを選択する手順は信号瞬間電力捕捉モジュールと信号短時間平均電力捕捉モジュールとから受信された計算結果と非線形フィルタ装置のタップの次数にしたがって非線形フィルタパラメータを選択する処理を含んでいる。
前述したように、非線形フィルタパラメータは本発明の１実施形態にしたがって冗長にダイナミックに更新されることができる。
さらに、ベースバンド信号の異常の場合、ベースバンド信号の同期信号が予め歪を与える装置へ与えられ、非線形フィルタパラメータの選択を制御し、ベースバンド及びフィードバックデータがベースバンド信号の異常の場合に一時的に停止されることができるように予め歪を与える装置を制御するために使用されることができる。
非線形フィルタパラメータの計算手順は以下を含んでいる。
フィードバックデジタル中間周波数信号をフィードバックＩＱ信号へ復調し、受信されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号を遅延し、整合し、遅延され整合されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号との周波数シフトと位相シフトを補正し、補正されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号から最適なデータを選択し、選択された最適なデータに従って非線形フィルタパラメータを計算する。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲はこれらの実施形態に限定されない。本発明の説明を考慮して当業者が行うことのできる変形または代替は特許請求の範囲に規定されているように本発明の技術的範囲内に含まれる。
本発明の１実施形態による装置の構造図。 図１に示されている装置の予め歪を与える装置の構造図。 図２に示されている予め歪を与える装置の非線形フィルタの構造図。 図２に示されている予め歪を与える装置の検索表切換え方法の概略図。 本発明の１実施形態による基地局送信機の電力異常信号と同期信号とのタイミング関係を示す説明図。 図２に示されている装置の適合パラメータ計算装置で非線形フィルタパラメータを計算するフローチャート。 本発明の１実施形態によるピークサンプルを選択するための方法の選択手順を示す図。 本発明の１実施形態による簡単にされた予め歪を与える装置の構造図。 図８に示されている予め歪を与える装置中のＱＭＣネットワークの構造図。 図８に示されている予め歪を与える装置中の非線形フィルタ装置の構造図。 本発明の１実施形態による改良された予め歪を与える装置の構造図。 図１１に示されている予め歪を与える装置中のデジタル変調器の構造図。

Claims (27)

  1. 適合パラメータ計算装置と予め歪を与える装置を具備し、ベースバンドデジタル信号に予め歪を与える装置において、
    前記適合パラメータ計算装置は受信されたベースバンドデジタル信号のサンプルと無線周波数チャンネルのフィードバック信号のサンプルとにしたがって非線形フィルタパラメータを計算し、計算結果を予め歪を与える装置へ出力するように構成され、
    前記予め歪を与える装置は非線形フィルタパラメータを記憶し更新し、入力ベースバンドデジタル信号の電力統計を行い、電力統計の結果に対応する非線形フィルタパラメータを選択し、ベースバンドデジタル信号に予め歪を与え、予め歪を与えられたベースバンドデジタル信号を出力するように構成されている装置。
  2. 予め歪を与える装置の非線形特性は無線周波数チャンネルの非線形特性と反対の特性である請求項１記載の装置。
  3. 予め歪を与える装置は、
    多段の係数可変有限インパルス応答フィルタを含み、入力信号のデータ流を遅延し、入力信号の遅延により得られた多段入力信号と非線形フィルタパラメータで計算を行い、出力信号を形成して出力するように構成されている非線形フィルタ装置を具備している請求項１記載の装置。
  4. 前記非線形フィルタ装置は遅延モジュールとマルチプレクサモジュールと累算器とを具備し、
    前記遅延モジュールは入力信号のＩ、Ｑ成分のデータ流を遅延し、多段入力信号を対応するマルチプレクサへ送るように構成され、
    前記マルチプレクサモジュールは入力信号の受信され遅延されたＩ、Ｑ成分および対応する非線形フィルタパラメータにしたがって入力信号を複素数乗算し、乗算された信号を累算器へ出力するように構成され、
    累算器はマルチプレクサから出力された信号を累算し、累算された信号を出力するように構成されている請求項３記載の装置。
  5. 前記マルチプレクサでは入力信号と出力信号との関係は次式により表され、
    Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉｉ＋Ｑｉ×Ｔｉｑ
    Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑｉ＋Ｑｉ×Ｔｑｑ
    ここで、ＩｉとＱｉはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、Ｔｉｉ、Ｔｉｑ、Ｔｑｉ、Ｔｑｑはそれぞれ４つの対応する非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示している請求項４記載の装置。
  6. 前記マルチプレクサでは入力信号と出力信号との関係は次式により表され、
    Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉ−Ｑｉ×Ｔｑ
    Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑ＋Ｑｉ×Ｔｉ
    ここで、ＩｉとＱｑはそれぞれ入力信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉとＴｑはそれぞれ２つの対応する非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示している請求項４記載の装置。
  7. 予め歪を与える装置はさらに信号瞬間電力捕捉モジュールと、信号短時間平均電力捕捉モジュールと、検索表モジュールとを具備し、
    前記信号瞬間電力捕捉モジュールは入力信号の瞬間電力を計算し、計算結果を検索表モジュールへ送信するように構成され、
    前記信号短時間平均電力捕捉モジュールは入力信号の短時間平均電力を計算し、計算結果を検索表モジュールへ送信するように構成され、
    前記検索表モジュールは適合パラメータ計算装置により計算された非線形フィルタパラメータを記憶し更新し、前記信号瞬間電力捕捉モジュールと前記信号短時間平均電力捕捉モジュールから受信された計算結果と前記非線形フィルタ装置のタップの次数にしたがって対応する非線形フィルタパラメータを選択し、選択された非線形フィルタパラメータを非線形フィルタ装置へ出力するように構成されている請求項５または６記載の装置。
  8. 前記検索表モジュールは、
    非線形フィルタパラメータをダイナミックに更新するように構成されている非線形フィルタパラメータを切換えるためのバッファメモリを具備している請求項７記載の装置。
  9. 前記予め歪を与える装置はさらに、
    入力ベースバンドデジタル信号の電力を調節し、調節された信号のデータ流を遅延し、遅延されたデータ流を非線形フィルタ装置へ供給するように構成されている前置電力調節及び遅延装置と、
    入力ベースバンドデジタル信号と無線周波数チャンネルの出力信号のフィードバック信号とを抽出し、抽出された信号をバッファし適合パラメータ計算装置へ送るように構成されている信号サンプリング及びバッファモジュールと、
    予め歪を与える装置の出力信号の電力を調節し、その調節された出力信号を送るように構成されている後置電力調節装置と、
    後置電力調節装置からの出力信号の位相を調節し、調節された出力信号を出力するように構成されている信号調節モジュールとを具備する請求項７記載の装置。
  10. 前記信号調節モジュールは、
    デジタル信号の直流バイアスを調節し、補正された信号を送るように構成されている直流バイアス補正装置と、
    デジタル信号のＩＱ利得、位相不均衡、直流バイアスを補正し、変調された信号を出力するように構成されている直角変調補償ネットワークと、
    デジタルＩＱ信号をデジタル中間周波数へ変調し、変調された信号を出力するように構成されているデジタル変調器とを具備している請求項９記載の装置。
  11. 予め歪を与える装置はさらに、
    出力信号の平均電力を検出し、しきい値よりも大きい平均電力を有する出力信号の振幅を制限するように構成されている過電力保護装置と、
    出力信号の瞬間的な電力を検出し、しきい値よりも大きい出力信号の瞬間的な電力の割合が予め規定された割合よりも大きいならば予め歪を与える装置の出力信号をオフに切換え、出力信号の瞬間的な電力が正常になった後、予め歪を与える装置の出力信号を回復するように構成されている電力オーバーシュート保護装置とを具備している請求項１０記載の装置。
  12. 予め歪を与える装置はさらに、
    ベースバンド信号に異常が現れたならば、ベースバンド信号の同期信号を予め歪を与える装置に与え、同期信号を使用して検索表モジュール中の非線形フィルタパラメータの選択を制御し、異常がベースバンド信号中に現れたならば、ベースバンド信号とフィードバック信号のサンプリングを停止するように予め歪を与える装置を制御するように構成されている同期信号モジュールを具備している請求項１１記載の装置。
  13. 前記同期信号モジュールにより与えられた同期信号は、ベースバンド信号の電力異常の発生前に低レベル状態に入り、ベースバンド信号が電力の異常から回復した後に高レベル状態に入る請求項１２記載の装置。
  14. 前記適合パラメータ計算装置は、
    フィードバックＩＱ信号を得るためにフィードバックデジタル中間周波数信号を復調するように構成されている復調モジュールと、
    受信されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号とを遅延し整合するように構成されている遅延及び整合モジュールと、
    遅延され整合されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号との間の周波数シフト及び位相シフトを補正するように構成されている周波数シフト／位相シフト補正モジュールと、
    補正されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号から最適なデータを選択するように構成されている最適信号選択モジュールと、
    アルゴリズムを使用することによって最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算するように構成されている非線形パラメータ解明モジュールとを具備する請求項１、２、３、４、５または６記載の装置。
  15. さらに、予め歪を与えられたデジタル信号をアナログ信号へ変換し、そのアナログ信号を無線周波数へ変調し変換するように構成されている信号変換及び変調モジュールと、
    電力増幅器を含み、無線周波数に変換されたベースバンドアナログ信号の電力を増幅して増幅された信号を出力するように構成されている無線周波数チャンネルと、
    無線周波数チャンネルから出力された信号をフィードバックしサンプリングし、サンプリングされた信号を予め歪を与える装置へ供給するように構成されている信号フィードバック及びサンプリングモジュールとを具備する請求項１４記載の装置。
  16. フィードバックデジタル信号を復調し、
    復調されたフィードバックデジタル信号とベースバンドデジタル信号を遅延し整合し、
    遅延され整合されたフィードバックデジタル信号とベースバンドデジタル信号の周波数シフト及び位相シフトを補正し、
    周波数シフトと位相シフトを補正することにより得られたベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号から最適なデータを選択し、
    選択された最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算するステップを含んでいる非線形フィルタパラメータの計算方法。
  17. 遅延され整合されたフィードバックデジタル信号とベースバンドデジタル信号の周波数シフト及び位相シフトを補正する前に、方法はさらに、
    最小自乗アルゴリズムの使用によってベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号との間の周波数シフト及び位相シフトを得るステップを含んでいる請求項１６記載の非線形フィルタパラメータの計算方法。
  18. 周波数シフトと位相シフトの補正により得られたベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号から最適なデータを選択するステップは、
    ピークサンプル選択方法および／またはランダムサンプル選択方法の使用によりベースバンドデジタル信号とフィードバックデジタル信号から最適なデータを選択し、
    ピークサンプル選択方法は最大の信号瞬間振幅または最大の信号絶対値、或いは最大の信号振幅分散のうちの１つを有する十分なサンプルを選択し、
    ランダムサンプル選択方法は選択されるべき信号の振幅分布特性と同じ分布特性を有する十分なサンプルを選択する請求項１６または１７記載の非線形フィルタパラメータの計算方法。
  19. 入力ベースバンドデジタル信号のサンプルと無線周波数チャンネルのフィードバック信号のサンプルとにしたがって線形フィルタパラメータを計算し、
    入力ベースバンドデジタル信号の電力統計を行い、電力統計の結果に対応する非線形フフィルタパラメータを選択し、入力ベースバンドデジタル信号を予め歪を与え、予め歪まされたベースバンドデジタル信号を出力するステップを含んでいるベースバンドデジタル信号に予め歪を与える方法。
  20. 前記予め歪を与えるステップは、
    入力ベースバンドデジタル信号のデータ流を遅延し、遅延により得られた多段入力信号と選択された非線形フィルタパラメータの計算を行い、出力信号を形成して出力するステップを含んでいる請求項１９記載の方法。
  21. 前記予め歪を与えるステップは、
    入力ベースバンドデジタル信号のＩ、Ｑ成分のデータ流を遅延し、
    入力ベースバンドデジタル信号の遅延されたＩ、Ｑ成分および選択された非線形フィルタパラメータにしたがって入力ベースバンドデジタル信号を複素数乗算し、複素数乗算から得られた信号を累算し、累算された信号を出力するステップを含んでいる請求項１９記載の方法。
  22. 前記複素数乗算において、入力ベースバンドデジタル信号と出力信号との関係は次式により表されることができ、
    Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉｉ＋Ｑｉ×Ｔｉｑ
    Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑｉ＋Ｑｉ×Ｔｑｑ
    ここで、ＩｉとＱｉはそれぞれ入力ベースバンドデジタル信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉｉとＴｉｑ、Ｔｑｉ、Ｔｑｑはそれぞれ４つの選択された非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示している請求項２１記載の方法。
  23. 前記複素数乗算において、入力信号と出力信号との関係は次式により表されることができ、
    Ｏｉ＝Ｉｉ×Ｔｉ−Ｑｉ×Ｔｑ
    Ｏｑ＝Ｉｉ×Ｔｑ＋Ｑｉ×Ｔｑ
    ここで、ＩｉとＱｑはそれぞれ入力ベースバンドデジタル信号のＩ、Ｑ成分を示し、ＴｉとＴｑはそれぞれ２つの選択された非線形フィルタパラメータを示し、ＯｉとＯｑはそれぞれ出力信号のＩ、Ｑ成分を示している請求項２１記載の方法。
  24. 入力ベースバンドデジタル信号の電力統計の実行は、入力ベースバンドデジタル信号の瞬間電力を計算し、入力ベースバンドデジタル信号の短時間平均電力を計算するステップを含み、
    非線形フィルタパラメータの選択は、信号瞬間電力捕捉モジュールと信号短時間平均電力捕捉モジュールから受信された計算結果と非線形フィルタ装置のタップの次数にしたがって非線形フィルタパラメータを選択するステップを含んでいる請求項２２または２３記載の方法。
  25. さらに非線形フィルタパラメータを冗長的に、及びダイナミックに更新することを含んでいる請求項２１記載の方法。
  26. ベースバンドデジタル信号中に異常が現れたならば、予め歪を与える装置にベースバンドデジタル信号の同期信号を提供し、同期信号の使用により非線形フィルタパラメータの選択を制御し、異常がベースバンドデジタル信号中に現れたならば、ベースバンドデジタル信号およびフィードバック信号のサンプリングを停止するように予め歪を与える装置を制御する処理を含んでいる請求項２１記載の方法。
  27. 非線形フィルタパラメータの計算は、
    フィードバックＩＱ信号を得るためフィードバックデジタル中間周波数信号を復調し、ベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号を遅延し整合し、遅延され整合されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号との間の周波数シフト及び位相シフトを補正し、補正されたベースバンドＩＱ信号とフィードバックＩＱ信号から最適なデータを選択し、選択された最適なデータにしたがって非線形フィルタパラメータを計算するステップを含んでいる請求項２１記載の方法。
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