JP3156439B2 - 歪補償回路 - Google Patents

歪補償回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 この発明は、直交振幅変調(以
下、QAMという)などの直交変調を用いたディジタル
変調方式にて、送信電力増幅用の増幅器の非線形歪を補
償する歪補償回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は例えば、特開昭61−21484
3号公報に記載された従来の歪補償回路の構成図であ
る。図5において、1は送信ビット系列10が入力され
る入力端子、2は変調出力が出力される出力端子であ
り、3はサンプルクロック21が入力されるクロック端
子である。
【0003】また、100は送信ビット系列10からシ
ンボル符号20a,20bを生成するマッピング回路で
あり、200は読み出し専用メモリ(以下、ROMとい
う)を用いてそのシンボル符号20a,20bより標本
値30a,30bを生成する波形整形フィルタである。
300は後述する電力増幅器による増幅の際に発生する
非直線歪を補償するための、適応形ディジタルプリディ
ストータ(Adaptive digital pre
distorter)と呼ばれている歪補償回路であ
る。
【0004】400は増幅器としての前述の電力増幅器
であり、401はこの電力増幅器400の出力の一部を
取り出すカプラである。402はこのカプラ401にて
取り出された信号を減衰させる減衰器である。
【0005】なお、波形整形フィルタ200内におい
て、210はサンプルクロック21を2N分周(Nは整
数)してシンボルクロック22を作る分周器であり、2
11は前記サンプルクロック21により計数動作をする
Nカウンタである。212は前記シンボルクロック2
2によりシフト動作をするシフトレジスタであり、21
3は前記カウンタ211の計数値および前記シフトレジ
スタ212の内容をアドレスとして標本値30a,30
bを読み出す読み出し専用メモリ(以下、ROMとい
う)である。
【0006】また、歪補償回路300内において、31
0は前記シフトレジスタ出力23a,23bおよびカウ
ンタ出力24により読み出しアドレスが与えられ、電力
増幅器400の非線形性を補償する歪補償値を出力する
書き換え可能なメモリ(以下、RAMという)であり、
311はこのRAM310の出力する歪補償値と前記標
本値30a,30bとを加算する第1の加算回路であ
る。そしてRAM310と第1の加算回路で歪事前補正
手段を構成している312はこの第1の加算回路31
1の出力するディジタル値をアナログ値に変換するディ
ジタル・アナログ変換器(以下、D/A変換器とい
う)、313は搬送波を生成する発振器であり、314
はこのD/A変換器312の出力で発振器313からの
搬送波を変調する直交変調器である。
【0007】315は前記カプラ401により前記増幅
器400から取り出された出力の一部を復調する直交復
調器であり、316はこの直交復調器315の出力する
アナログ値をディジタル値に変換するアナログ・ディジ
タル変換器(以下、A/D変換器という)である。31
7はこのA/D変換器316の出力を前記標本値30
a,30bから引き算する比較手段である減算回路、3
18は減算回路317の出力から前記RAM310の内
容に対する修正量を計算する修正量発生回路であり、3
19はこの修正量発生回路318の出力と前記RAM3
10の出力との加算もしくは減算を行い、その出力によ
ってRAM310の内容を適応的に書き換える演算回路
である。
【0008】次に動作について説明する。変調方式は直
交変調が可能なディジタル変調方式であれば何でもよい
が、ここでは16値QAMを例にとり、位相平面上の信
号点配置が図6に示すようであったものとして説明す
る。
【0009】マッピング回路100は、入力端子1から
入力した送信ビット系列10からシンボル符号20a,
20bを生成する。ここで、20aは同相成分(I成
分)のシンボル符号、20bは直交成分(Q成分)のシ
ンボル符号であり、以下の説明でも同様に信号のI成分
にa,Q成分にbの添字を付けて表わすことにする。
【0010】16値QAMの場合、マッピング回路10
0で行うマッピングにはいくつかの方法があるが、例え
ば次のようにして送信ビット系列10からシンボル符号
20a,20bを生成する。まず、送信ビット系列10
を先頭から4ビットずつ区切り、C00,C10,C20,C
30|C01,C11,C21,C31|…|C0n,C1n,C2n,
C3n|…として、S0n,S1nを次の数1のように定め
る。
【0011】
【数1】
【0012】I成分のシンボル符号20aを(a0n,a
1n),Q成分のシンボル符号20bを(b0n,b1n)と
表わすことにすると、S0nのグレイ符号表現がa0nb0
n,S1nのグレイ符号表現がa1nb1nとなるように(a0
n,a1n),(b0n,b1n)を決める。このように求め
られるI,Q各成分のシンボル符号(00),(0
1),(10),(11)に対して、シンボル点におい
て、それぞれ、−3a,−a,a,3aのインパルスを
生成すれば、図6の信号点配置が得られる。
【0013】このようにして生成されたベースバンド信
号のI成分およびQ成分は、例えば図7(a)に示すよ
うな時間的に不連続な波形となる。通常、変調波の帯域
を制限する目的で、ベースバンド信号は図示しない低域
通過フィルタ(以下、LPFという)を通し、図7
(b)に示すような時間的に連続な波形とする。
【0014】ここで、このLPFに単位インパルスを入
力したとき、例えば図8(a)に示すようにシンボル点
の前後3シンボルの区間に応答波形を生じたとする。
(あるいはそれ以外の区間の応答波形が無視できるほど
小さいとする。)すると、図8(a)のようなインパル
ス列を入力した場合にあるシンボル区間でLPFから出
力される波形は、図8(b)に示すようにそのシンボル
区間の前後3シンボルのインパルス応答波形の重ね合わ
せ(たたみ込み)となる。
【0015】このシンボル区間の波形をシンボルクロッ
クの2N倍(Nは整数)のサンプルクロックで標本化
し、Bビット(Bは整数)の分解能で量子化する。図8
(b)ではN=3の場合を示しており、波形の黒丸印が
各標本を表し、シンボル区間の先頭からn=0,n=
1,…,n=7と番号をつけている。
【0016】以上を説明したように、LPFの出力にお
いて、任意のシンボル区間の任意の位置の標本値は、そ
のシンボル区間の前後のKシンボル(図8では3シンボ
ル)とシンボル区間内の位置が決まれば求めることがで
きる。従って、あらかじめあらゆるシンボルの組み合わ
せ、すべての位置について標本値を計算し、Bビットで
量子化したものでメモリに格納しておけば、前後Kシン
ボルと標本の位置情報をアドレスとしてメモリを読み出
してゆくことにより、LPFの出力波形が得られる。
【0017】波形整形フィルタ200は、このような原
理に基づき動作をする。クロック端子3から入力したサ
ンプルクロック21は、分周器210で2N分周されて
シンボルクロック22となり、シフトレジスタ212を
駆動して、マッピング回路100が出力するシンボル符
号20a,20bをシフトしてゆく。シフトレジスタ2
12は常に最も新しい2K個のシンボル符号が保持され
ており、この内容23a,23bが前後Kシンボルのシ
ンボル符号を与える。
【0018】また、サンプルクロック21により2N
ウンタ211が計数動作をし、その出力24がシンボル
区間内の位置を与える。シフトレジスタ212の内容2
3a,23bとカウンタ211のシンボル24とをアド
レスとして、前述のあらゆるシンボルの組み合わせ、お
よびすべての位置について計算された標本値があらかじ
め格納されているROMの読み出しを行うと標本値30
a,30bが得られる。
【0019】このベースバンド信号の標本値30a,3
0bを用いて搬送波313を直交変調した後、電力増幅
器400で増幅するときに発生する非線形歪を補償する
ため、歪補償回路300は以下のように動作する。すな
わち、標本値ごとに、電力増幅器400の出力の一部を
取り出して復調し、標本値との差をとる。これにより、
電力増幅器400のその標本値に対する歪の量がわかる
ので、これをメモリに格納しておく。再びベースバンド
信号に同じ標本値が現れたとき、電力増幅器400によ
って付加される歪と等量の歪を標本値に対してあらかじ
め逆に付加しておくことにより、電力増幅器400によ
る歪を打ち消すことができる。これは、メモリに格納し
ておいたその標本値に対する歪の値を読み出し、標本値
に加算することで行われる。
【0020】以下、図に示される回路についてこの動
作を説明する。RAM310は動作開始時リセットされ
歪補正量0が格納される。動作開始後第1の加算回路3
11で、標本値30a,30bと波形整形フィルタ20
0のカウンタ211が出力する標本値のシンボル区間内
での位置情報23a,23bと、シフトレジスタ212
が出力する標本値の前後のシンボル符号24とを用いて
アドレス指定されるRAM310の出力とを加えベ−ス
バンド信号31a,31bを得る。このベ−スバンド信
号31a,31bをD/A変換器312でアナログ信号
に変換する。直交変調器314はD/A変換器312の
出力により搬送波313を変調する。変調された搬送波
を電力増幅器400で増幅し、出力端子2から出力す
る。
【0021】この電力増幅器400の出力の一部をカプ
ラ401で取り出し、減衰器402で適切なレベルに減
衰して直交復調器315でベースバンド信号に復調す
る。このベースバンド信号をA/D変換器316でディ
ジタル値に変換し、減算回路317で本来送信されるべ
き標本値30a,30bから引き算する。電力増幅器4
00および歪補償回路301の動作開始直後はRAM3
10が電力増幅器400の非線形性による歪を打ち消す
だけの歪補償量を格納していないため減算回路317の
出力は0とならず非線形性による歪量が出力される。こ
れを再びベースバンド信号30a,30bに、同じ標本
値が現れたとき、電力増幅器400によって付加される
歪を打消すよう符号(+/−)および歪補正量を調整し
RAM310に格納する。即ち、修正量発生回路318
は、この減算回路317の出力をα倍(0<α≦1)し
て出力し、演算回路319でRAM310の出力と加算
してRAM310に書き込む。このようにしてRAM3
10で補償する歪量を適応的に制御し書きかえてゆく。
【0022】なお、このような従来の歪補償回路に類似
した文献としては、例えば特開昭61−214843号
公報などがあり、また、ROMを用いた波形整形フィル
タ200が記載された文献としては、例えばエヌ ブー
チン(N.Boutin)他の「ア ディジタル フィ
ルタ モジュレーション コンビネーション フォーデ
ータ トランスミッション(A Digital Fi
lter−Modulation Combinati
on for Data Transmissio
n)」アイ トリプルイー トランザクション オン
コミニュケーション(IEEE Trans.on C
ommu.)第25巻第10号(1977年10月)な
どがある。そして、図9において歪補償回路の動作タイ
ミングチャートを示す。歪補償回路の動作開始と共にR
AM310への書込み制御が行われ歪補償の効果が徐々
に大きくなり十分なる効果を得るある値に収束する。電
源断または動作停止と共にリセットされ、毎回歪補償回
路の動作開始と共にRAM310への書込み制御が行わ
れ歪補償の効果が徐々に大きくなりある値に収束するの
を繰り返す。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】従来の歪補償回路は以
上のように構成されているので、電力増幅器400と歪
補償回路300の動作開始から歪補償の十分なる効果を
得る収束した状態になるには、RAM310の大部分の
値が書き替わる必要があり図9に示すように動作開始後
収束するのに毎回長い時間かかるという問題点があっ
た。
【0024】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、2回目以降の動作開始から歪補
償が十分なる効果を得るに要する時間を短くすることを
目的とする。
【0025】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明に
係わる歪補償回路は、ベ−スバンド信号とメモリの読出
信号を入力し増幅器の非線形性を補償するデ−タを記
憶、更新可能なメモリを有し予め逆に歪ませることによ
り前記増幅器で発生する歪と打ち消し合わせ前記増幅器
の出力の非線形性を無くする歪事前補正手段と、この歪
事前補正手段の出力で変調を行い変調された信号を前記
増幅器へ出力する変調器と、前記増幅器の出力の一部を
取り出して復調する復調器と、この復調器の出力と前記
ベ−スバンド信号とを演算し前記メモリの修正デ−タを
前記歪事前補正手段へ出力する演算手段と、増幅動作を
停止させる場合、書込み不可能状態に切替えられ、前記
歪事前補正手段のメモリ初期値を設定するために定常動
作時の補償デ−タを格納し、増幅動作を再開する場合、
書込み可能状態に切替えられるメモリを含む初期値設定
手段を備えたものである。
【0026】また、請求項2に記載の発明に係わる歪補
償回路は、ベ−スバンド信号とメモリの読出信号を入力
し増幅器の非線形性を補償するデ−タを記憶、更新可能
なメモリを有し予め逆に歪ませることにより前記増幅器
で発生する歪と打ち消し合わせ前記増幅器の出力の非線
形性を無くする歪事前補正手段と、この歪事前補正手段
の出力で変調を行い変調された信号を前記増幅器へ出力
する変調器と、前記増幅器の出力の一部を取り出して復
調する復調器と、この復調器の出力と前記ベ−スバンド
信号とを演算し前記メモリの修正デ−タを前記歪事前補
正手段へ出力する演算手段と、増幅器の温度を検出する
温度センサと、前記歪事前補正手段のメモリ初期値を設
定するために前記温度センサからの温度に応じた補償デ
−タを格納するメモリを含む初期値設定手段を備えた
のである。
【0027】また、請求項3に記載の発明に係わる歪補
償回路は、前記初期値設定手段前記増幅器の出力レベ
ルに基づいて前記メモリ初期値を設定するようにしたも
のである。
【0028】
【作用】この発明における歪補償回路は、歪補償回路動
作および増幅器の動作を開始するに当たり、歪補償量の
初期値を0から始めるのではなく、前回の動作停止直前
の歪補償値、増幅器の周囲温度あるいは増幅器の出力レ
ベルを考慮した歪補償値を用いることで収束時間を大幅
に短くする。
【0029】
【実施例】実施例1.以下、この発明の実施例を図につ
いて説明する。図1は請求項1に記載の発明の一実施例
を示すブロック図であり、従来のものと同一、もしくは
相当部分には同一符号を付してその説明を省略する。3
20は更新可能なメモリであるRAM310に演算回路
319の出力の書込みを許すか許さないかを制御する制
御器である。
【0030】次に動作について説明する。ここで基本的
な動作は従来のものと同様であるためその説明は省略
し、RAM310への書込み制御を中心に説明を進め
る。最初に歪補償回路および増幅器を動作させるときは
従来回路の動作と同じでRAM310がリセットされ歪
補正量0が格納されており収束が遅いが、十分時間が立
って収束し終った定常動作時にはRAM310に書込ま
れたデータは増幅器400の非線形歪を十分補償できる
内容となっている。次に一旦増幅動作、歪補償動作を停
止する場合、制御器320により図2に示すタイミング
でRAM310への書込みを不可状態に切替える。
【0031】電源断とする場合は、制御器320よりR
AM310への書込みを不可状態に切替えると同時に少
なくともRAMへの電源は供給(バックアップ)してお
き、その内容が破壊されないよう制御器320で制御す
る。これにより、定常動作時のデータがバックアップさ
れる。再度歪補償回路301および増幅器400を動作
させる時は、上記バックアップされたRAM310の内
容を初期値として用い、以後歪補償動作のためのRAM
310への書き込みが可能となるよう制御器320で制
御される。
【0032】実施例2.以下、請求項2に記載の発明の
一実施例を図3を用いて説明する。図3の中で従来のも
のと同一、もしくは相当部分には同一符号を付してその
説明を省略する。322は増幅器400の非線形特性と
相関の強い温度を検出する温度センサ。321は前記温
度センサから温度を読み取り、歪補償の初期値として最
適なものを選択する信号を出力すると共に、メモリ31
0への書込み制御およびメモリ310へのデータの選択
を行う書込データ切替器324の切替制御を行う制御
器。323は歪補償の初期値を1個又は複数個格納する
とともに、上記制御器321より指定された初期値を書
込データ切替器324へ出力する初期値メモリ。324
は制御器321により制御され演算回路319の出力か
初期値メモリ323のいずれかを入力として選択しメモ
リ319へ出力する書込データ切替器である。
【0033】次に動作について説明する。ここで基本的
な動作は従来のものと同様であるためその説明は省略
し、RAM310への書込み制御を中心に説明を進め
る。歪補償動作および増幅器の動作を開始する際、以下
に記述するように制御される。歪補償動作および増幅器
の動作の開始直前に増幅器400の非線形歪特性に相関
の強い増幅器の温度が温度センサ322により検出され
制御器321に出力される。制御器321は上記温度デ
ータ34をもとにその温度に最適の歪補償初期値を選択
する信号を初期値メモリ323へ出力する。初期値メモ
リ323は予め各温度範囲(例えば−10〜20゜C、
20〜50゜C)で最適となる初期値が格納されてお
り、制御器321からの選択信号35により書込データ
切替器324へ初期値を出力する。書込データ切替器3
24は制御器321から図4のタイミングに従い初期値
メモリ323から初期値を又、演算回路319から演算
結果を選択し、メモリ310へ出力する。
【0034】実施例3.請求項3における実施例につい
て述べる。構成は図3に示す通りであるが、初期値メモ
リ323に各温度範囲でそれぞれ増幅度(例えば出力レ
ベル0.1〜1W、1〜5W)に応じた最適な歪補償初
期値を格納しておき、制御器321は歪補償動作および
増幅動作開始前に初期値メモリより最適な初期値を選択
しメモリへ図4のタイミングで書き込むよう制御を行
う。
【0035】なお上記例では温度と増幅度をパラメ−タ
として初期値を格納したが、増幅器の歪特性に相関の深
いパラメ−タとして増幅器の電源電圧(例えば車載用機
器では9〜16Vと大幅に変動し、かつ増幅器は省工ネ
ルギーのためこの変動する電源電圧のまま使用する場合
が多い)増幅器の出力側インピ−ダンス、増幅器の入
力側インピ−ダンス、増幅器の入力レベルなどがあり、
各パラメ−タを組み合わせた条件で収束が完了するまで
歪補償動作を行い、その時のメモリに格納された歪補償
デ−タをそのパラメ−タ(組み合わせ)での初期値デ−
タとして初期値メモリへ格納すればよい。この動作をト
レ−ニングと称する。そして、以上のトレ−ニング可能
な構成により、よりよい歪補償が得られる。
【0036】また、この発明を送信機に適用する場合な
どではトレーニング期間中ダミーロードなどに出力を接
続する構成とすると、歪の多い電波の期間中はダミーロ
ードでこの増幅器出力を消費でき歪の少ない電波の期間
中のみ送信できるので、歪の多い電波を送信しなくて済
む効果がある。
【0037】
【発明の効果】以上のように請求項1に記載の発明によ
れば、ベ−スバンド信号とメモリの読出信号を入力し増
幅器の非線形性を補償するデ−タを記憶、更新可能なメ
モリを有し予め逆に歪ませることにより前記増幅器で発
生する歪と打ち消し合わせ前記増幅器の出力の非線形性
を無くする歪事前補正手段と、この歪事前補正手段の出
力で変調を行い変調された信号を前記増幅器へ出力する
変調器と、前記増幅器の出力の一部を取り出して復調す
る復調器と、この復調器の出力と前記ベ−スバンド信号
とを演算し前記メモリの修正デ−タを前記歪事前補正手
段へ出力する演算手段と、増幅動作を停止させる場合、
書込み不可能状態に切替えられ、前記歪事前補正手段の
メモリ初期値を設定するために定常動作時の補償デ−タ
を格納し、増幅動作を再開する場合、書込み可能状態に
切替えられるメモリを含む初期値設定手段を備えたの
で、速く収束する歪補償回路を提供することができる。
【0038】以上のように請求項2に記載の発明によれ
ば、ベ−スバンド信号とメモリの読出信号を入力し増幅
器の非線形性を補償するデ−タを記憶、更新可能なメモ
リを有し予め逆に歪ませることにより前記増幅器で発生
する歪と打ち消し合わせ前記増幅器の出力の非線形性を
無くする歪事前補正手段と、この歪事前補正手段の出力
で変調を行い変調された信号を前記増幅器へ出力する変
調器と、前記増幅器の出力の一部を取り出して復調する
復調器と、この復調器の出力と前記ベ−スバンド信号と
を演算し前記メモリの修正デ−タを前記歪事前補正手段
へ出力する演算手段と、増幅器の温度を検出する温度セ
ンサと、前記歪事前補正手段のメモリ初期値を設定する
ために前記温度センサからの温度に応じた補償デ−タを
格納するメモリを含む初期値設定手段を備えたので、増
幅器の温度変化に応じ速く収束する歪補償回路を提供す
ることができる。
【0039】以上のように請求項3に記載の発明によれ
ば、前記初期値設定手段が前記増幅器の出力レベルに基
づいて前記メモリ初期値を設定するようにしたので、増
幅器の出力変化に応じ速く収束する歪補償回路を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の発明の一実施例による歪補償
回路を用いた変調装置を示すブロック図である。
【図2】メモリ(RAM)への書込み制御タイミングお
よび、歪補償効果を時間軸で表したものである。
【図3】請求項2に記載の発明の一実施例による歪補償
回路を用いた変調装置を示すブロック図である。
【図4】メモリ(RAM)への書込み制御タイミングお
よび、歪補償効果を時間軸で表したものである。
【図5】従来の歪補償回路を用いた変調装置の一例を示
すブロック図である。
【図6】16値QAMにおける信号点配置を示す説明図
である。
【図7】ベースバンド信号を示す波形図である。
【図8】帯域制限フィルタのインパルス応答と、その重
ね合わせを示す波形図である。
【図9】メモリ(RAM)への書込み制御タイミングお
よび、歪補償効果を時間軸で表したものである。
【符号の説明】
310 メモリ(RAM) 314 直交変調器 315 直交復調器 317 減算回路 318 修正量発生回路 319 演算回路 320 制御器 321 制御器 322 温度センサ 323 初期値メモリ 324 書込データ切替器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04L 27/36 H04L 27/00 F

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ベ−スバンド信号とメモリの読出信号を
    入力し増幅器の非線形性を補償するデ−タを記憶、更新
    可能なメモリを有し予め逆に歪ませることにより前記増
    幅器で発生する歪と打ち消し合わせ前記増幅器の出力の
    非線形性を無くする歪事前補正手段と、この歪事前補正
    手段の出力で変調を行い変調された信号を前記増幅器へ
    出力する変調器と、前記増幅器の出力の一部を取り出し
    て復調する復調器と、この復調器の出力と前記ベ−スバ
    ンド信号とを演算し前記メモリの修正デ−タを前記歪事
    前補正手段へ出力する演算手段と、増幅動作を停止させ
    る場合、書込み不可能状態に切替えられ、前記歪事前補
    正手段のメモリ初期値を設定するために定常動作時の補
    償デ−タを格納し、増幅動作を再開する場合、書込み可
    能状態に切替えられるメモリを含む初期値設定手段を備
    えた歪補償回路。
  2. 【請求項2】 ベ−スバンド信号とメモリの読出信号を
    入力し増幅器の非線形性を補償するデ−タを記憶、更新
    可能なメモリを有し予め逆に歪ませることにより前記増
    幅器で発生する歪と打ち消し合わせ前記増幅器の出力の
    非線形性を無くする歪事前補正手段と、この歪事前補正
    手段の出力で変調を行い変調された信号を前記増幅器へ
    出力する変調器と、前記増幅器の出力の一部を取り出し
    て復調する復調器と、この復調器の出力と前記ベ−スバ
    ンド信号とを演算し前記メモリの修正デ−タを前記歪事
    前補正手段へ出力する演算手段と、増幅器の温度を検出
    する温度センサと、前記歪事前補正手段のメモリ初期値
    を設定するために前記温度センサからの温度に応じた補
    償デ−タを格納するメモリを含む初期値設定手段を備え
    た歪補償回路。
  3. 【請求項3】 前記初期値設定手段は前記増幅器の出力
    レべルに基づいて前記メモリ初期値を設定する請求項1
    に記載の歪補償回路。
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