JP4986737B2

JP4986737B2 - プリディストーション型歪補償増幅装置

Info

Publication number: JP4986737B2
Application number: JP2007167937A
Authority: JP
Inventors: 篤史毛利; 仁麿東郷; 勉日比野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: JP2009010515A

Description

本発明は、プリディストーション（前置歪）を増幅器の入力信号に予め与えるプリディストーション型歪補償増幅装置に関する。

一般的な線形増幅器は、低振幅時には線形性を保っているが、飽和時には入力信号の増大にともなって増幅利得が下がる特性等の非線形性を有する。そこで、増幅器が実装された装置では、増幅器の非線形特性により、増幅器からの出力信号に生じる歪成分を打ち消すためのプリディストーション（前置歪）を増幅器の入力信号に予め与えることで歪補償を行うプリディストーション型歪補償処理が行われる。

これによって、増幅器の入出力特性が経時変化や温度変化等により変化しても、歪補償が安定して行われるようにしている。

従来のプリディストーション型歪補償処理は、増幅器の入出力でフィードバックループを形成し、増幅器の入力信号の平均電力と出力信号の平均電力との比に基づいて利得を設定している。
特開２００３−１４２９５０号公報特開２００２−１２４８４０号公報

しかしながら、ドハティ（Ｄｏｈｅｒｔｙ）型増幅器（特許文献２参照）等の非線形性が強い増幅器の場合、入力信号の平均電力に基づいて利得を設定すると、プリディストーション（歪補償）した後には、図４に示すように、利得が低く設定されるため出力電力が低下する。そして、増幅器の効率は、図５に示すように、出力電力が高いほど高くなるので、効率が低下する。

なお、図４は、増幅器の入出力特性の一例を示す図であり、図４の横軸は入力信号の電力（Ｐｉｎ）、縦軸は出力信号の電力（Ｐｏｕｔ）であり、Ｐｉｎ（ａｖｅ．）は入力信号の平均電力を表し、Ｐｏｕｔ（ａｖｅ．）は出力信号の平均電力を表す。また、グラフ１１は、線形性を保つ一般的な増幅器の入出力特性を示し、グラフ１２は、非線形性が強い増幅器の入出力特性を示す。

また、図５は、増幅器の出力電力に対する効率の一例を示す図であり、図５の横軸は出力信号の電力（Ｐｏｕｔ）、縦軸は増幅器の効率（Ｅｆｆ．）であり、グラフ２１は、増幅器の一般的な効率曲線を示す。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、非線形性が強い増幅器であっても、利得を高く設定することができ、出力電力が下がってしまうことを防ぐことができるプリディストーション型歪補償増幅装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明のプリディストーション型歪補償増幅装置は、ドハティ型の増幅器の入力信号にプリディストーションを与えるプリディストーション型歪補償増幅装置であって、前記入力信号の電力を所定の第１期間と当該第１期間に続く第２期間とに渡って所定間隔で検出する第１電力検出手段と、前記増幅器の出力信号の電力を前記第１期間と前記第２期間とに渡って所定間隔で検出する第２電力検出手段と、前記第１期間の前記第１電力検出手段の検出出力に基づいて前記第１期間における前記入力信号の平均電力を算出する第１平均電力算出手段と、前記第１期間の前記第２電力検出手段の検出出力に基づいて前記第１期間における前記出力信号の平均電力を算出する第２平均電力算出手段と、前記第１平均電力算出手段および前記第２平均電力算出手段の算出結果に基づき平均電力の利得を算出するとともに、前記第２期間の前記第１電力検出手段および前記第２電力検出手段の検出出力に基づいて前記第２期間における前記入力信号の電力と前記出力信号の電力との利得を逐次算出する利得算出手段と、前記出力信号を設定された利得で除算する乗算器と、前記乗算器の出力と前記入力信号との差分に基づいてプリディストーション特性を更新し、前記入力信号に与えるプリディストーションを制御するプリディストーション特性更新手段と、を具備し、前記第１電力検出手段は、前記入力信号の平均電力が算出された後、前記入力信号の平均電力よりも大きな電力が検出された場合にのみ、前記入力信号の電力を示す検出出力を前記利得算出手段へ出力し、前記第２電力検出手段は、前記出力信号の平均電力が算出された後、前記出力信号の平均電力よりも大きな電力が検出された場合にのみ、前記出力信号の電力を示す検出出力を前記利得算出手段へ出力し、前記利得算出手段は、前記第２期間において、夫々の平均電力より大きな電力の前記入力信号および前記出力信号間の利得を逐次算出し、前記乗算器には、前記利得算出手段が算出した利得のうちの最大利得が設定される構成を採る。

本発明によれば、平均電力よりも高い電力において、平均電力における利得よりも高い利得を探索し、探索した範囲内で最大の利得を用いて歪み補償を行うことができるので、非線形性が強い増幅器であっても、利得を高く設定し、出力電力が下がってしまうことを防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係るプリディストーション型歪補償増幅装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すプリディストーション型歪補償増幅装置１００は、プリディストーション（ＰＤ）部１０１と、増幅器１０２と、カプラ１０３と、電力検出部１０４、１０５と、平均電力算出部１０６、１０７と、利得算出部１０８と、最大利得検出部１０９と、乗算器１１０と、加算器１１１と、プリディストーション（ＰＤ）特性更新部１１２と、から主に構成される。

プリディストーション部１０１は、プリディストーション特性更新部１１２から指示されたプリディストーションを入力信号に与える。

増幅器１０２は、プリディストーション部１０１によってプリディストーションが与えられた入力信号を増幅する。

カプラ１０３は、増幅器１０２の出力信号の一部を抽出し、電力検出部１０５及び乗算器１１０に出力する。

電力検出部１０４は、所定の間隔で入力信号の電力を検出する。そして、電力検出部１０４は、平均電力算出部１０６において入力信号の平均電力が算出されるまでは、検出した入力信号の電力を平均電力算出部１０６に出力する。また、電力検出部１０４は、平均電力算出部１０６において入力信号の平均電力が算出された後は、所定時間に渡って入力信号の電力を検出し、検出した入力信号の電力が入力信号の平均電力よりも高ければ、これを利得算出部１０８に出力する。

電力検出部１０５は、所定の間隔で出力信号の電力を検出する。そして、電力検出部１０５は、平均電力算出部１０７において出力信号の平均電力が算出されるまでは、検出した出力信号の電力を平均電力算出部１０７に出力する。また、電力検出部１０５は、平均電力算出部１０７において出力信号の平均電力が算出された後は、所定時間に渡って出力信号の電力を検出し、検出した出力信号の電力が出力信号の平均電力よりも高ければ、これを利得算出部１０８に出力する。

平均電力算出部１０６は、所定時間における入力信号の平均電力を算出し、算出結果を電力検出部１０４および利得算出部１０８に出力する。

平均電力算出部１０７は、所定時間における出力信号の平均電力を算出し、算出結果を電力検出部１０５および利得算出部１０８に出力する。

利得算出部１０８は、平均電力算出部１０６で算出された入力信号の平均電力と平均電力算出部１０７で算出された出力信号の平均電力との比から平均電力における利得を算出する。また、利得算出部１０８は、電力検出部１０４で検出された入力信号の電力と電力検出部１０５で検出された出力信号の電力との比から利得を算出する。そして、利得算出部１０８は、算出した利得を最大利得検出部１０９に出力する。

最大利得検出部１０９は、利得算出部１０８で算出された利得の中から最大利得Ｇmaxを検出し、乗算器１１０に出力する。

乗算器１１０は、最大利得検出部１０９で検出された最大利得Ｇmaxで出力信号を除し、加算器１１１に出力する。

加算器１１１は、最大利得Ｇmaxで除された出力信号と入力信号との差分を採り、プリディストーション特性更新部１１２に出力する。

プリディストーション特性更新部１１２は、最大利得Ｇmaxで除された出力信号と入力信号との差分に基づいて、出力信号中に残留する歪み成分のレベルが低減するようにプリディストーション特性を更新し、更新後のプリディストーション特性を参照し、プリディストーション部１０１に対して、入力信号に与えるプリディストーションを指示する。

次に、本実施の形態に係るプリディストーション型歪補償増幅装置における利得設定手順について、図２のフロー図を用いて説明する。

まず、ステップ（以下、「ＳＴ」と省略する）２０１で、平均電力算出部１０６が入力信号の平均電力を算出し、平均電力算出部１０７が出力信号の平均電力を算出する。

次に、ＳＴ２０２で、利得算出部１０８が、入力信号の平均電力と出力信号の平均電力との比から平均電力における利得Ｇ１を算出する。そして、ＳＴ２０３で、最大利得検出部１０９が、最大利得Ｇmaxの初期値として利得Ｇ１を設定する。

次に、ＳＴ２０４で、電力検出部１０４が入力信号の電力を検出し、電力検出部１０５が出力信号の電力を検出する。

次に、ＳＴ２０５で、電力検出部１０４が、検出した入力信号の電力と入力信号の平均電力とを比較する。そして、電力検出部１０４が検出した入力信号の電力が入力信号の平均電力よりも高い場合（ＳＴ２０５；ＹＥＳ）、ＳＴ２０６で、利得算出部１０８が、入力信号の検出電力と出力信号の検出電力との比から検出電力における利得Ｇ２を算出する。なお、電力検出部１０４が検出した入力信号の電力が入力信号の平均電力よりも高くない場合（ＳＴ２０５；ＮＯ）、フローはＳＴ２０９に進む。

次に、ＳＴ２０７で、最大利得検出部１０９が、利得Ｇ２と最大利得Ｇmaxとを比較する。そして、利得Ｇ２が最大利得Ｇmaxより大きい場合（ＳＴ２０７；ＹＥＳ）、ＳＴ２０８で、最大利得検出部１０９が、最大利得Ｇmaxとして利得Ｇ２を設定する。なお、利得Ｇ２が最大利得Ｇmax以下である場合（ＳＴ２０７；ＮＯ）、フローはＳＴ２０９に進む。

そして、所定時間の経過が計時された場合（ＳＴ２０９；ＹＥＳ）、ＳＴ２１０で、最大利得検出部１０９が、最大利得Ｇmaxを乗算器１１０に出力し、フローが終了される。一方、所定時間の経過が計時されていない場合（ＳＴ２０９；ＮＯ）、ＳＴ２０４からＳＴ２０８が繰り返される。

図３は、非線形性が強い増幅器の入力信号の電力と利得との関係の一例を示す図である。図３の横軸は入力信号の電力（Ｐｉｎ）、縦軸は利得（Ｇａｉｎ）であり、グラフ３０１は、非線形性が強い増幅器の利得特性を示す。

図３に示すように、非線形性が強い増幅器は、入力信号の平均電力Ｐｉｎ（ａｖｅ．）より高い範囲において、入力信号の平均電力における利得Ｇ１よりも利得が高くなる部分が存在する。

本実施の形態では、平均電力における利得Ｇ１を算出した後に、平均電力よりも高い値を検出し、その利得を算出する。そして、本実施の形態では、算出した利得の中の最大値を設定する。

このように、本実施の形態によれば、平均電力よりも高い電力において、平均電力における利得よりも高い利得を探索し、探索した範囲内で最大の利得を用いて歪み補償を行う。これにより、非線形性が強い増幅器であっても、利得を高く設定し、出力電力が下がってしまうことを防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、入力信号の平均電力が算出された後、所定時間に渡って入力信号の電力を検出する場合について説明したが、本発明はこれに限られず、所定回数に渡って入力信号の電力を検出するようにしても良い。

本発明は、ドハティ型増幅器等の非線形性が強い増幅器の入力信号にプリディストーションを与えるプリディストーション型歪補償増幅装置に用いるに好適である。

本発明の一実施の形態に係るプリディストーション型歪補償増幅装置の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態に係るプリディストーション型歪補償増幅装置における利得設定手順を示すフロー図非線形性が強い増幅器の入力信号の電力と利得との関係の一例を示す図増幅器の入出力特性の一例を示す図増幅器の出力電力に対する効率の一例を示す図

符号の説明

１００プリディストーション型歪補償増幅装置
１０１プリディストーション部
１０２増幅器
１０３カプラ
１０４、１０５電力検出部
１０６、１０７平均電力算出部
１０８利得算出部
１０９最大利得検出部
１１０乗算器
１１１加算器
１１２プリディストーション特性更新部

Claims

ドハティ型の増幅器の入力信号にプリディストーションを与えるプリディストーション型歪補償増幅装置であって、
前記入力信号の電力を所定の第１期間と当該第１期間に続く第２期間とに渡って所定間隔で検出する第１電力検出手段と、
前記増幅器の出力信号の電力を前記第１期間と前記第２期間とに渡って所定間隔で検出する第２電力検出手段と、
前記第１期間の前記第１電力検出手段の検出出力に基づいて前記第１期間における前記入力信号の平均電力を算出する第１平均電力算出手段と、
前記第１期間の前記第２電力検出手段の検出出力に基づいて前記第１期間における前記出力信号の平均電力を算出する第２平均電力算出手段と、
前記第１平均電力算出手段および前記第２平均電力算出手段の算出結果に基づき平均電力の利得を算出するとともに、前記第２期間の前記第１電力検出手段および前記第２電力検出手段の検出出力に基づいて前記第２期間における前記入力信号の電力と前記出力信号の電力との利得を逐次算出する利得算出手段と、
前記出力信号を設定された利得で除算する乗算器と、
前記乗算器の出力と前記入力信号との差分に基づいてプリディストーション特性を更新し、前記入力信号に与えるプリディストーションを制御するプリディストーション特性更新手段と、
を具備し、
前記第１電力検出手段は、前記入力信号の平均電力が算出された後、前記入力信号の平均電力よりも大きな電力が検出された場合にのみ、前記入力信号の電力を示す検出出力を前記利得算出手段へ出力し、
前記第２電力検出手段は、前記出力信号の平均電力が算出された後、前記出力信号の平均電力よりも大きな電力が検出された場合にのみ、前記出力信号の電力を示す検出出力を前記利得算出手段へ出力し、
前記利得算出手段は、前記第２期間において、夫々の平均電力より大きな電力の前記入力信号および前記出力信号間の利得を逐次算出し、
前記乗算器には、前記利得算出手段が算出した利得のうちの最大利得が設定される
プリディストーション型歪補償増幅装置。