JP5432374B2 - 無線通信のための高効率送信機 - Google Patents

Description

本発明は一般に、通信システムに関し、より詳細には無線通信システムに関する。

無線通信送信機による消費電力および電力変換は、従来、十分なものではなかった。無線通信ネットワークに使用される線形増幅器は、９０年代初頭にはほんの数パーセントの効率であった。さらに近年になって、無線送信機は、３０〜４０％の範囲の効率を達成するためにデジタル線形技法を使用する「より線形ではない」増幅器を実施した。しかし、それらの効率であっても、現在では不十分であると考えられている。たとえば、サービス・プロバイダおよび世界の政府では、エネルギー消費量を削減するよう圧力を高めており、将来の無線送信機に４０％を超える目標効率を設定した。この目標を達成することは、特に、携帯電話通信の領域において（ただしこれには限定されない）、無線送信機の効率の革命的な飛躍を象徴することになろう。理論的に、目標効率を達成することのできる１つの技法は、いわゆるＬＩＮＣ送信機／増幅器の手法（ＬＩＮＣ：Ｌｉｎｅａｒ Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ Ｎｏｎ ｌｉｎｅａｒ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ（非線形コンポーネントを使用する線形増幅））である。

ＬＩＮＣ増幅器およびＣｈｉｒｅｉｘ合成器の概念は、１９３５年にＨ．Ｃｈｉｒｅｉｘによって提案された。アナログ回路は、ＬＩＮＣ増幅器の最初の実施を構築するために使用された。必要とされる信号処理のための理論的な基盤は健全であるが、Ｃｈｉｒｅｉｘ信号処理の計算を実世界で実施することは困難であることが判明し、アナログＬＩＮＣ増幅器は今日まで、理論的な効率を達成するに至ってはいない。デジタル信号処理ハードウェアにおける近年の強みを活用すれば、ＣＤＭＡ、ＵＭＴＳ、ＬＴＥ、ＯＦＤＭ、およびその組み合わせのようなエア・インターフェイス規格に準拠する通信信号に、ＬＩＮＣの方法を適用することは可能である。しかし、無線送信機へのＬＩＮＣ増幅器の商用的実施を構築する試みもまた、理論的な最大効率を達成するには至っていない。理論的な効率を達成するためのアナログおよびデジタルの手法のいずれも成功に至らなかったことは、少なくとも部分的に、ＬＩＮＣシステムにおける多数のパス障害が原因となっている。障害は、グループ遅延、ゲイン、位相、平坦度、および経時変化ロードの位相ロード／プルを含むが、これらに限定されることはない。フィルタリングは通常、スプリアス放出を低減するために使用されており、現行のアーキテクチャは、場合によってはフィルタ挿入損失を軽減することもできる広帯域フィルタリングに依存している。

図１は、Ｃｈｉｒｅｉｘ合成器のような合成器１０５を持つ標準的なＬＩＮＣ増幅器１００を概念的に示す。入力信号１１０は増幅器１００に提供され、増幅器１００は入力信号１１０を２つの一定包絡線信号１２０、１２５に分解する信号セパレータ１１５を含む。増幅器１００の各分岐は、対応する一定包絡線信号１２０、１２５を増幅するために使用される非線形増幅回路１３０、１３５を含む。次いで、増幅された信号１２０、１２５は合成器１０５に提供され、合成器１０５は信号を結合して増幅信号１４０を形成する。理論的には、一定包絡線信号１２０、１２５は、正確に同一のゲインにより増幅され、正確に同一の遅延および位相シフトを伴う増幅器１２０の２つの分岐を通じて伝搬される。その結果、一定包絡線信号１２０、１２５が合成器１０５において結合されるとき、これらの信号は入力信号１１０の正確な増幅レプリカである増幅信号１４０を形成する。しかし、実際には、ＬＩＮＣ増幅器１００の各要素は、わずかに異なるゲイン、遅延、および／または位相シフトを導入し、それが増幅信号１４０の品質を著しく劣化させる可能性がある。

図２Ａおよび図２Ｂは、ＬＩＮＣ増幅器の２つのパス間のゲイン不均衡により生じた、復元された信号の劣化を表すシミュレーション結果を示す。縦軸はデシベル単位、横軸はメガヘルツ単位である。図２Ａおよび図２Ｂに示されるシミュレーションにおいて、入力信号は、図の中心にある約２０ＭＨｚの帯域幅で伝送される信号を表す。信号のウィングは、伝送帯域幅の外側のノイズを表す。シミュレートされた入力信号のノイズレベルは、図２Ａに示されるように、伝送帯域幅の信号を約８０ｄＢ下回る。シミュレーションでは、ＬＩＮＣ増幅器の２つのパス間に０．１ｄＢのゲイン不均衡を仮定する。その場合、図２Ｂに示される復元された信号は、伝送帯域幅の信号を約１０ｄＢから３０ｄＢしか下回らないノイズフロアを有する。したがって、０．１ｄＢの比較的小さいゲイン不均衡は、復元された増幅信号の品質を著しく劣化させる。

開示される主題は、前述の問題の１つまたは複数の影響に対処することを目的としている。後段では、開示される主題の一部の態様の基本的な理解をもたらすために、開示される主題の簡略化した概要を提示する。この概要は、開示される主題の包括的な概要ではない。開示される主題の主要または重要な要素を特定すること、または開示される主題の範囲を厳密に描くことは意図されていない。この概要の唯一の目的は、後段で述べられるさらに詳細な説明の前置きとして、簡略化した形で一部の概念を示すことである。

１つの実施形態において、ＬＩＮＣ増幅器が提供される。増幅器は、入力信号を２つの一定包絡線信号に分解するための信号セパレータと、一定包絡線信号を増幅するための増幅回路とを含むことができる。増幅器はまた、増幅された一定包絡線信号を結合して、入力信号の増幅された表現である出力信号を形成するための合成器を含むこともできる。線形補正回路は、ゲイン、位相、および／または遅延補正を一定包絡線信号に適用するために使用されてもよい。補正は、出力信号のフィードバック部分に基づいて決定される。予歪回路は、非線形予歪を一定包絡線信号に適用するために使用されてもよい。非線形予歪は、出力信号のフィードバック部分に基づいて決定される。

開示される主題は、類似した参照番号が類似した要素を識別する、添付の図面と併せて以下の説明を参照することにより理解されるであろう。

Ｃｈｉｒｅｉｘ合成器を持つ標準的なＬＩＮＣ増幅器を概念的に示す図である。 ＬＩＮＣ増幅器の２つのパス間のゲイン不均衡により生じた、復元された信号の劣化を表すシミュレーション結果を示す図である。 ＬＩＮＣ増幅器の２つのパス間のゲイン不均衡により生じた、復元された信号の劣化を表すシミュレーション結果を示す図である。 ＬＩＮＣ増幅器の１つの例示的な実施形態を概念的に示す図である。 入力有界振幅変調信号を２つの一定包絡線位相変調信号に分解する１つの例示的な実施形態を概念的に示す図である。 アナログ・フィードバックを使用する較正および補償をデジタル処理で実施するＬＩＮＣセパレータの１つの例示的な実施形態を概念的に示す図である。 ＬＩＮＣ増幅器の２つのパスの位相およびゲインの差へのエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ：ｅｒｒｏｒ ｖｅｃｔｏｒ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）の依存を表すシミュレーション結果を示す図である。 ＬＩＮＣ増幅器の２つのパスの位相およびゲインの差へのエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ）の依存を表すシミュレーション結果を示す図である。 予歪ブロックの１つの例示的な実施形態を概念的に示す図である。 図３に示されるＬＩＮＣ増幅器のような増幅器の出力信号におけるノイズのシミュレーションの結果を示す図である。

開示される主題は、さまざまな変更および代替の形態が可能であるが、その特定の実施形態は、図面において例として示されており、本明細書において詳細に説明される。しかし、特定の実施形態の本明細書における説明は、開示される主題を開示される特定の形態に限定することを意図されてはおらず、逆に、意図は、添付の特許請求の範囲内に含まれるすべての変更、等価物、および代替を対象とすることにあることを理解されたい。

これ以降、例示的な実施形態について説明する。明瞭にするため、本明細書において、実際の実施態様の特徴がすべて説明されるわけではない。そのような実際の実施形態の開発において、実施態様ごとに異なるシステム関連およびビジネス関連の制約に準拠することなど、開発者の特定の目標を達成するために、数多くの実施態様に特有の意思決定が行われてもよいことは、当然理解されるであろう。さらに、そのような開発の取り組みは複雑であり、多大な時間を要する場合もあるが、それでもなお、本開示を利用することができる当業者にとっては日常の業務となるであろうことが理解されるであろう。

開示される主題は、これ以降、添付の図面を参照して説明される。説明のみを目的として、当業者にはよく知られている詳細で本発明を不明瞭にすることのないよう、さまざまな構造、システム、およびデバイスが、図面において概略的に示される。しかし、添付の図面は、開示される主題の実施例を記述し説明するために含まれている。本明細書において使用される語および語句は、従来技術分野の当業者による語および語句の理解と整合性のある意味を備えるように理解および解釈されるべきである。いかなる用語または語句の特殊な定義、つまり当業者によって理解されている通常の慣習的な意味とは異なる定義も、本明細書における用語または語句の一貫性のある用法によって含意されることを意図してはいない。用語または語句が特殊な意味、つまり当業者によって理解されている意味以外の意味を有することを意図される場合に限り、そのような特殊な定義は、用語または語句の特殊な定義を直接かつ明確に提供する方法で本明細書に明示的に示されるであろう。

図３は、ＬＩＮＣ増幅器３００の１つの例示的な実施形態を概念的に示す。説明される実施形態において、ＬＩＮＣ増幅器３００は、有界振幅および位相変調信号である入力信号ａ（ｔ）を受信するＬＩＮＣセパレータ３０５を含む。セパレータ３０５は、入力信号を２つ以上の一定包絡線位相変調信号ｕ_１−ｎ（ｔ）に分割するように構成され、この信号は有界振幅変調入力信号を再形成するために追加されてもよい。

図４は、入力有界振幅変調信号ａ（ｔ）を２つの一定包絡線位相変調信号ｕ_１−２（ｔ）に分解する１つの例示的な実施形態を概念的に示す。説明される実施形態において、変調信号は以下のように表される。

角度および最大振幅は以下のように定義される。

図４に示される単位円を使用して、βを、ｃｏｓβ＝ｒ／２となるように定義された角度とする、ただしｒ＝ａ（ｔ）／Ａ_ｍａｘである。オイラーの恒等式ｃｏｓβ＝（ｅ^ｊβ＋ｅ^−ｊβ）／２を図４に示されるベクトルに適用すると、以下のように定義することができる。
ｕ＝ｕ_１＋ｕ_２＝ｘ＋ｊｙ＝ｒｅ^ｊα＝ｅ^{ｊ（α＋β）}＋ｅ^{ｊ（α−β）}
デジタル信号分離関数は、２つの複素指数関数ｕ_１（ｔ）＝ｅ^{ｊ（α＋β）}およびｕ_２（ｔ）＝ｅ^{ｊ（α−β）}を計算する。定義ｃｏｓβ＝ｒ／２は、角度βを見い出すために使用され、次いでｅ^ｊαは、正の角度βを回転することによりｅ^{ｊ（α＋β）}に変換される。同様に、負の角度βだけ回転することによりｅ^ｊαからｅ^{ｊ（α−β）}を得る。以下の関係は、上記の複素指数関数をその座標により表すために使用することができる。
ｃｏｓα＝ｘ／ｒ、
ｓｉｎα＝ｙ／ｒ、
ｃｏｓβ＝ｒ／２、および

余弦値および正弦値を置換することで次の式を生成する。

さまざまな実施形態において、ＣＯＲＤＩＣ回転および／または逆余弦関数を形成するために使用されるルックアップ・テーブル（ＬＵＴ：Ｌｏｏｋ Ｕｐ Ｔａｂｌｅ）を含むさまざまな実施態様が、分解信号を形成するために使用されてもよい。

図３に戻って参照すると、セパレータ３０５は、一定包絡線位相変調信号をデジタル化して形成し、サンプリングされた信号をサンプル・レートＲ_ｓでデジタル信号処理ハードウェアを介して処理する。サンプル・レートは、２つ（または３つ以上）の信号が、復元されるとき、入力信号ａ（ｔ）の増幅バージョンを表すように、十分に明確に表すためにデジタル領域において適正な帯域幅を提供するように選択される。セパレータ３０５はまた、最大ゲイン、最大出力、または使用される増幅器のクラスに応じた電圧のような、パラメータを設定するために使用されうる制御信号ｃ_１−ｎ（ｔ）を生成することもできる。説明される実施形態において、制御信号は、制御回路３１０に提供される。

デジタル一定包絡線信号ｕ_１−２（ｔ）が形成された後、信号は、デジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器を介して無線機でデジタルからアナログに変換され、次いで信号は、２つ以上の無線機３１５により無線周波数（ＲＦ）にアップコンバートされる。説明される実施形態において、１つの無線機は、各々の分解信号の信号パスに配置される。さまざまな代替的実施形態において、無線機３１５は、直接変換またはヘテロダイン・タイプの無線機３１５、もしくは任意の他の使用可能なタイプの無線機であってもよい。次いで、無線機３１５の出力端末における信号は、対応する非線形電力増幅器３２０に送信され、この電力増幅器は非線形モードの動作で稼働する任意のタイプの増幅器であってもよい。１つの実施形態において、最高の理論的および実践的効率をもたらすと考えられているので、クラスＥ増幅器が使用される。増幅器３２０の出力信号は、位相外れ変調の手法におけるＣｈｉｒｅｉｘ無損失合成器のような、合成器３２５で結合され、次いで合成器３２５の出力信号はロードに接続される。

合成器３２５の出力はまた、ＲＦカプラ３３０によってサンプリングされ、カプラ３３０からの信号は、合成器３２５の出力端末において信号のデジタル表現を形成する観測受信機３３５に提供される。観測受信機３３５は、セパレータ３０５内の較正ユニット（図３には図示せず）に、送信されたソース・データと比較されるデータを供給する。較正および補償データは、ソース信号およびサンプリングされた出力信号を使用して計算される。複数の無線パス、増幅器３２０、および合成器３２５は、一定包絡線信号の較正および補償を提供して、一定包絡線信号を増幅し、一定包絡線信号を再結合するいくつかのデジタル制御ループ（セパレータ３０５においてデジタル処理で実施されてもよい）に統合される。較正および／または補償は、本明細書において説明されるように、送信機の出力が、線形性、スプリアス放出、および効率の要件を満たすように決定されてもよい。たとえば、較正ループは、グループ遅延、ゲイン、位相、平坦度、非線形位相およびゲイン歪みなどを含む影響の較正および補償を実行することができる。較正および補償は、広帯域信号およびより広いＴＸフィルタを考慮するように、広帯域信号にわたり適用可能である。

図５は、アナログ・フィードバックを使用する較正および補償をデジタル処理で実施するＬＩＮＣセパレータ５００の１つの例示的な実施形態を概念的に示す。図５に示される信号パス間の接続は、実線の黒丸により示される。それ以外の場合、図５において交差する信号パスは、相互接続されていない。説明される実施形態において、セパレータ５００は、（図５に示される増幅器５００のような）ＬＩＮＣ増幅器の一部として使用され、アナログ・フィードバックは、ＬＩＮＣ増幅器の出力において無線周波数カプラにより提供される。セパレータ５００は、入力ノード５０５において有界振幅および位相変調入力信号を受信するように構成される。次いで、入力信号ａ（ｔ）は、入力信号の位相を決定するように構成される位相推定器５１０、入力信号の振幅｜ａ（ｔ）｜を表す信号を生成するように構成される信号振幅決定ユニット５１５、および指定された時間（またはチップの数のような他の遅延の測度）だけ入力信号を制御可能に遅延させるために使用される遅延要素５１７、５１８、５１９を含む、セパレータ５００内のその他の要素に提供されてもよい。

次いで、振幅決定ユニット５１５の出力信号は、入力を複数の信号ｕ_１，２（ｔ）に分解する分解要素５２０に提供されてもよい。説明される実施形態において、分解要素５２０は、入力信号を信号のペアｕ_１，２（ｔ）に分解し、次いでこの信号はセパレータ５００内の並列信号パスを使用して処理される。たとえば、分解要素５２０は、たとえば図３に関して本明細書において説明される式を実施することにより、入力信号のＩ成分およびＱ成分のデジタル表現を生成するために６４Ｋ×１６のルックアップ・テーブルを実施することができる。２つの信号パスは、図５において分解要素５２０から出て行くように示されているが、本発明の開示を利用できる当業者は、この実施形態が例示的なものであり、セパレータ５００の代替的実施形態により生成されうる一定包絡線信号の数を限定することを意図していないことを理解すべきである。代替的実施形態において、分解要素５２０は、入力信号を、対応する数の並列信号パスを使用して処理されうる信号の数に分解することができる。

振幅決定ユニット５１５の出力はまた、最大振幅決定ユニット５２５に提供される。説明される実施形態において、最大振幅決定ユニット５２５は、入力信号の最大振幅および／または入力信号に関連付けられているＥＥＲ最大電圧を決定する。最大振幅決定ユニット５２５（およびセパレータ５００内のその他の要素）はまた、手動のレジスタ上書きにより制御されてもよい。明確にするために、図５においてさまざまな手動のレジスタ上書きは示されていない。説明される実施形態において、最大振幅決定ユニット５２５からの出力信号は、乗算器ユニット５２７、５２８に提供される。位相検出要素５１０はまた、入力信号の位相を乗算器ユニット５２７、５２８に提供する。次いで、入力信号の最大振幅および位相は、入力信号ａ（ｔ）のＩ成分およびＱ成分からの一定包絡線信号のペアを生成するために使用されてもよい。たとえば、乗算器ユニット５２７、５２８は、位相および最大振幅情報を使用して、分解ユニット５２０の出力を、本明細書において説明される一定包絡線位相変調信号ｕ_１（ｔ）＝ｅ^{ｊ（α＋β）}およびｕ_２（ｔ）＝ｅ^{ｊ（α−β）}に変換することができる。

並列信号パスに沿った伝搬、信号パス上の要素による処理、デジタル信号のアナログ信号へのフィルタリングおよび／または変換、ならびにその他の影響は、一定包絡線信号間のゲイン、位相、および／または遅延の不均衡をまねく可能性がある。したがって、補償、較正、および予歪は、セパレータ５００内の信号パスのさまざまな分岐に適用されてもよい。補償、較正、および／または予歪の量は、送信機の出力信号から受信されるフィードバックに基づいて決定される。理想的には、送信機の出力信号は、入力信号の正確な増幅コピーである。したがって、出力信号のフィードバック部分と入力信号の適切な遅延部分との比較は、入力信号と出力信号の差の測度に基づいて適切な補償、較正、および／または予歪を推定および計算するために使用されてもよい。１つの実施形態において、差の測定は、合成器の出力信号と入力信号の差を測定する波形品質メトリックであるエラー・ベクトル振幅によって提供される。

図６は、ＬＩＮＣ増幅器の２つのパスの位相およびゲインの差へのエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ）の依存を表すシミュレーション結果を示す。縦軸は、パーセントとして測定されるエラー・ベクトル振幅であり、横軸は、増幅器の２つのパス間のデシベル単位のゲイン不均衡である。各曲線は、増幅器の２つのパス間のさまざまな位相不均衡を表す。図７もまた、ＬＩＮＣ増幅器の２つのパスの位相およびゲインの差へのエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ）の依存を表すシミュレーション結果を示す。しかし、図７において、縦軸は、パーセントとして測定されるエラー・ベクトル振幅であり、横軸は、増幅器の２つのパス間の度単位の位相不均衡である。各曲線は、増幅器の２つのパス間のさまざまなゲイン不均衡を表す。図６および図７は、ゲイン不均衡および位相不均衡へのエラー・ベクトル振幅の感度を明示する。たとえば、エラー・ベクトル振幅の１％の変化は、４０ｄＢのノイズ増加に至る可能性がある。エラー・ベクトル振幅は、増幅器の２つのパス間のゼロのゲイン不均衡およびゼロの位相不均衡において最小値を有する。一部の実施形態において、この最小値は、システムのグローバル最小である。

図５に戻って参照すると、ノード５０５において提供される入力信号の一部は、遅延５１７だけ遅れ、次いで、信号のゲイン、位相、および／または遅延に対する較正および／または補償を計算するゲイン／位相／遅延エンジン５３０に提供される。遅延５１７により提供される遅延の量は、エンジン５３０によってもたらされる較正および／または補償が、較正および／または補償を生成するために使用された信号の一部に適用されるように決定される。したがって、遅延５１７は、振幅要素５１５、分解要素５２０、最大振幅決定ユニット５２５、位相決定要素５１０、乗算器５２７、５２８、および／または図５に示されない信号パスの任意の他の要素において生じうる遅延に基づいて決定される。

合成器３２５の出力信号は、観測受信機５３２を介してフィードバックとしてエンジン５３０に提供される。説明される実施形態において、観測受信機５３２は、アナログ・フィードバック信号をデジタルフォーマットに変換するために使用されるアナログデジタル変換器５３４およびデシメーション（間引き）フィルタ５３５のような無線ダウンコンバートフィルタを含む。たとえば、Ａ／Ｄ変換器５３４は、Ｒ_ｓのレートでアナログ信号をサンプリングすることによりデジタル信号を作成することができる。次いで、サンプリングされた信号は、デシメーション・フィルタ５３５に提供されてもよく、このフィルタは、観測受信機５３２の出力信号が、入力信号ａ（ｔ）のデジタルサンプリング・レートと等しいＲ_ｓ／Ｎ_２のサンプリング・レートを有するように、サンプリングされた信号のサンプリング・レートをＮ_２分の１に減らすことができる。

ゲイン／位相／遅延エンジン５３０は、線形ゲイン、位相、および遅延補償を、増幅器ネットワーク、合成器３２５などのライン長、配線、挿入損失／ゲインの差異を明らかにするように提供する。説明される実施形態において、ゲイン／位相／遅延エンジン５３０は、観測受信機５３２によって提供される合成器の出力信号のデジタル表現と、ノード５０５において受信される（遅延）デジタル入力信号との間のエラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ）のような、波形品質メトリックを最小化する制御アルゴリズムを実施する。ＥＶＭを計算するために、さまざまな最小化アルゴリズムのいずれが使用されてもよく、ＥＶＭの最小化は、最小平均二乗（ＬＭＳ）または最小二乗のような勾配適応アルゴリズムを介してゲイン／位相および遅延を変更することにより達成されてもよい。図６および図７に示されるように、ＥＶＭは、システムにおけるゲインおよび／または位相の不均衡の感応測度であり、したがってゲイン／位相／遅延エンジン５３０を制御するための有効な変数である。さらに、一部の実施形態において、ＥＶＭは、その他のオフセットにおけるローカル最小が制御アルゴリズムの操作を妨げることがないよう、ゼロのゲイン不均衡およびゼロの位相不均衡においてグローバル最小を有する。

エンジン５３０は、必要な線形補償を計算し、この情報をデジタル補償フィルタ５４３および５４４に提供する。説明される実施形態において、フィルタ５４３および５４４は、複数タップデジタル有限インパルス応答フィルタ（ＦＩＲフィルタ）である。デジタル有限インパルス応答フィルタ５４３および５４４は、エンジン５３０によって計算されたフィルタ係数を使用する。たとえば、各フィルタ５４３、５４４は、各々がフィルタタップを表す複数の複素係数で構成されてもよい。フィルタ５４３、５４４のタップの好ましい数は、システムの平坦度により異なっていてもよいが、特定の実施形態において実施されるタップの実際の数は設計上の選択の問題である。説明される実施形態において、補償フィルタ５４３、５４４は、同等ではないゲインを有するように構成されてもよい。エンジン５３０によって提供される信号を使用して各々の補償フィルタ５４３、５４４のゲインを選択的に設定することで、２つの信号パスに沿ったゲインの相対的不均衡を補償するように信号の差動ゲインを変更することができる。説明される実施形態において、補償フィルタ５４３、５４４の出力信号

は、実質的にゲイン、位相、時間が整合された補償信号であり、したがって信号

は実質的に整合されている。

ノード５０５において提供される入力信号のもう一方の部分は、遅延５１８だけ遅れ、次いで予歪（ＰＤ）エンジン５４５に提供される。説明される実施形態において、予歪エンジン５４５は、位相予歪エンジン５４５である。しかし、代替的実施形態において、予歪エンジン５４５は、信号予歪、パス予歪、ゲイン／位相予歪などを適用することができる。遅延５１８により提供される遅延の量は、エンジン５４５によってもたらされる位相予歪が、信号の適切な部分に適用されるように決定される。したがって、遅延５１８は、振幅要素５１５、分解要素５２０、最大振幅決定ユニット５２５、位相決定要素５１０、乗算器５２７、５２８、および／または図５に示されない信号パスの任意の他の要素において生じうる遅延に基づいて決定される。一部の実施形態において、信号に適用される非線形予歪は、入力信号ａ（ｔ）の振幅包絡線の関数であり、そのため振幅の最大値を指示する信号は最大振幅決定ユニット５２５によって生成され、予歪エンジン５４５に提供される。（合成器３２５のような）合成器からのフィードバックはまた、本明細書において説明されるように、観測受信機５３２を介して予歪エンジン５４５に提供される。

予歪エンジン５４５は、予歪エンジン５４５によって決定された予歪を適用する予歪ブロック５５０に制御信号を提供する。さまざまな代替的実施形態において、制御信号は、上記で説明される位相角、補償に必要とされる数学関数を記述する関数の係数の値、補償に必要とされる数学関数を記述するルックアップ・テーブルのエントリの値などを表すものであってもよい。たとえば、制御信号は、位相角を記述する関数に対する係数（ａ_ｋｑ）を表すこともできる。予歪ブロック５５０はまた、入力信号の振幅｜ａ（ｔ）｜を表す信号を、振幅決定ユニット５１５から受信する。ＴＸチェーン内の各パスは、最終包絡線の関数として各パスの位相を変調するために存在する予歪ブロック５５０を有する、すなわちブロック５５０は、ブロック５５０に提供されるさまざまな信号を使用して適用される非線形位相予歪を提供する。さまざまな代替的実施形態において、ブロック５５０は、合成器および／またはシステム内の任意の他の要素によって導入された非線形位相進み／遅れの影響を補正する。加えて、位相補償は、最終フィルタリングによって導入された位相の障害を補正するために使用されてもよい。フィルタリング、またはレートＲ_１におけるサンプリングは、使用可能な帯域幅を減少させ、それにより望ましい一定包絡線信号にわずかな振幅変調を加える。振幅変調は、デバイスのターンオン時間が振幅に応じてシフトするので、増幅器デバイスにおける位相変調として出現する。ターンオン時間のこのシフトは、予歪エンジン５４５および予歪ブロック５５０によって実質的に補償されうる位相変調として出現し、これは合成器の影響、帯域幅の制限、および包絡線の関数としての複合位相障害を明らかにするように構成されてもよい。

合成器の出力におけるスプリアス放出およびＥＶＭは、予歪エンジン５４５の補正関数係数を決定するために使用されてもよい。たとえば、各パスのゲイン／位相／遅延補正済み信号に適用される予歪は、パス信号および観測受信機５３２を介して提供されるフィードバックを使用して計算されるＥＶＭを最小化することにより計算されてもよい。しかし、パス信号およびフィードバック信号に基づいて予歪を決定するためのその他の技法が使用されてもよいことを、本開示を利用することができる当業者は理解すべきである。

ゲイン／位相／遅延補正および予歪に続いて、各パス上の信号は、デジタル信号をデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換器５６０に提供するようにフィルタ５５５を使用してフィルタリングされてもよい。説明される実施形態において、予歪ブロック５５０によって提供されるデジタル信号は、Ｒのサンプリング・レートを有する。次いで、フィルタ５５５は、補間を使用して、Ｄ／Ａ変換器５６０に提供される信号のレートがＲ×Ｎ_１であるようにＮ_１倍にサンプリング・レートを増大させることができる。フィルタ５５５による最終フィルタリングは、増幅器デバイス（図５に図示せず）に存在する信号の帯域幅を制限する。増幅器が、一定包絡線信号を予期する交換クラスの増幅器である場合、フィルタ５５５によるフィルタリングは振幅変調を導入することができる。フィルタリング、帯域幅、および位相予歪の複雑さのトレードオフは、必要なＥＶＭおよびスプリアス放出を保持しながら、帯域幅を最小化するように調整されてもよい。次いで、Ｄ／Ａ変換器５６０は、エア・インターフェイスを介する伝送のために無線（および合成器）に、信号のアナログ表現を提供する。

図８は、図５に示される位相予歪エンジン５４５のような、位相予歪エンジン８００の１つの例示的な実施形態を概念的に示す。説明される実施形態において、非線形位相予歪エンジン８００は、デジタル位相（および必要に応じてゲイン）補償を２つの一定包絡線信号に提供する。予歪関数は、増幅器および合成器を含む伝送パスにおいて発生する非線形性の補償を提供する。無効合成器は、２つの一定包絡線信号の結合和に大きな非線形位相歪みをもたらすことができる。予歪関数の一般的な形式は、以下の式により与えられる。

ここで、ｑはメモリ項の数を示し、ｋは基底関数φ_ｋの次数であり、ａ_ｋｑは時間遅延ｑにおける関数ｋの係数であり、ｎはデータ・サンプル・インデックス、

は予歪エンジン８００の入力に存在する信号である。包絡線ａ［ｎ］の振幅は、補償関数への入力引数（またはデジタル実施におけるインデックス）として使用される。これは、補正関数が包絡線により生じたパス非線形性を補償していることを意味する。

さまざまな代替的実施形態において、関数φｋ（｜ａ［ｎ−ｑ］｜）は、非線形システム識別およびデジタル予歪に一般的に使用されてきたさまざまな関数のいずれかであってもよい。一般的な関数は、以下のものを含む。
- 標準的な多項式

・ シフト・ルジャンドル多項式

あるいは、エルミート多項式、区分エルミート、またはフォーサイス合成直交関数を含むその他の関数もまた、このように使用されてもよい。非線形性の特質に応じて、特定の関数のセットが、より優れた相関行列パフォーマンス、およびシステム非線形性への適合をもたらすことができる。予歪エンジン５４５は、係数ａ_ｋｑを計算し、予歪関数８００は係数（または係数から導かれるルックアップ・テーブル）を使用して必要な非線形補償を適用する。係数ａ_ｋｑおよび関数のセット（φ_ｋ、ψ_ｋ）は、増幅器および合成器によって導入される非線形を補償するために使用される全体的な機能を記述する。図８に示される実施形態は、予歪関数を信号に適用する方法としてルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）を使用する。その他の実施形態は、係数をパスに直接適用することができるか、または係数およびＬＵＴの組み合わせを適用することができる。

図９は、図３に示されるＬＩＮＣ増幅器３００のような増幅器の出力信号におけるノイズのシミュレーションの結果を示す。縦軸は信号および／またはノイズレベルをデシベル単位で示し、横軸は周波数をメガヘルツ単位で示す。信号は、約１．９６ＧＨｚに中心があり、１０ＭＨｚの帯域幅を有する。横軸の全体の範囲は、約１００ＭＨｚである。図９の上側の曲線９００は、較正または補償がまったく提供されない場合のＬＩＮＣ増幅器の出力信号を示す。図９の中間の曲線９０２は、単純な手動によるゲインおよび位相較正に続くＬＩＮＣ増幅器の出力信号を示す。図９の下側の曲線９０４は、本明細書において説明されるデジタル較正、補償、および予歪の技法を適用した後のＬＩＮＣ増幅器の出力信号を示す。本明細書において説明されるデジタル技法は、結果として帯域外ノイズの極めて優れた抑止をもたらす。たとえば、中央帯域幅付近では、帯域外ノイズは、本明細書において説明されるデジタル技法により（補正されない出力信号と比較して）５０デシベル以上も抑止される。

本明細書において説明されるデジタル較正、補償、およびフィルタリング技法の実施形態は、従来の手法にまさる多くの利点を有することができる。たとえば、効率は、無線送信機の最も効率の低いコンポーネントに対して劇的に高めることができる、すなわちＲＦパスの増幅である。ＲＦパス増幅効率を高めることで、送信機、およびバッテリバックアップ、空調、電力調整のような補助的サービス機器を含む、いくつかのレベルにおける全体的な消費電力を低減させる。高効率送信機のオペレータは、運用費用（ＯＰＥＸ）の削減、容量および密度の増大、および信頼性の向上という利益を享受する。オペレータの資本支出（ＣＡＰＥＸ）もまた、効率の増強に伴うサイズ縮小、重量軽減、材料費削減、量産性の向上、および信頼性の向上を前提として減少する。

開示される主題の一部および対応する詳細な説明は、ソフトウェア、つまりアルゴリズムとコンピュータ・メモリ内のデータビットへの操作の記号表現に関して提示される。これらの説明および表現は、当業者がその作業の要旨を他の当業者に効果的に伝達するためのものである。本明細書において使用されているアルゴリズムとは、一般に使用されているように、所望の結果を導く首尾一貫した一連のステップであると考えられる。ステップとは、物理量の物理的操作を必要とするものである。通常、これらの量は、格納、転送、結合、比較、あるいは操作が可能な光信号、電気信号、または磁気信号の形態をとる。場合によっては、主に共通の使用の理由で、これらの信号をビット、値、要素、記号、特徴、条件、数などと呼ぶことで利便性を高めることが実証されている。

しかし、これらのすべての類似した用語は、適切な物理量に関連付けられるべきであり、それらの量に適用される便利なラベルにすぎないことを念頭に置く必要がある。特に具体的な記述がない限り、あるいは説明から明らかなように、「処理（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、または「計算（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、または「決定（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」、または「表示（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」などの用語は、コンピュータ・システムのレジスタおよびメモリ内の物理的、電子的量として表されるデータを、同様にコンピュータ・システム・メモリまたはレジスタ、あるいはそのような情報ストレージ、伝送または表示デバイス内の物理量として表される他のデータへと操作および変換するコンピュータ・システムまたは類似した電子コンピューティング・デバイスのアクションおよびプロセスを示す。

さらに、開示される主題のソフトウェア実施の態様は通常、何らかの形態のプログラム・ストレージ媒体上で符号化されるか、または何らかのタイプの伝送媒体を介して実施されることに留意されたい。プログラム・ストレージ媒体は、磁気（たとえば、フロッピー・ディスクまたはハードドライブ）、あるいは光（たとえば、コンパクト・ディスク読み取り専用メモリ、つまり「ＣＤ−ＲＯＭ」）であってもよく、読み取り専用またはランダム・アクセスであってもよい。同様に、伝送媒体は、ツイストペア線、同軸ケーブル、光ファイバ、または当技術分野に知られている他の適切な伝送媒体であってもよい。開示される主題は、いかなる所定の実施態様のそれらの態様によっても限定されることはない。

開示される主題は、本明細書における教示を利用することができる当業者にとって明らかとなる、さまざまな同等の方法で変更が加えられ実施されうるので、上記の開示される特定の実施形態は例示にすぎない。さらに、添付の特許請求の範囲に述べられる以外に、本明細書に示されている構造または設計の詳細を限定することは意図されていない。したがって、上記で開示される特定の実施形態は変更または修正することができ、そのようなすべての変形は開示される主題の範囲に含まれるものと見なされることは明らかである。ゆえに、本明細書において求められる保護は、添付の特許請求の範囲に示されるとおりである。

Claims (13)

1. 入力信号を少なくとも２つの一定包絡線信号に分解するための信号セパレータと、
   前記一定包絡線信号を増幅するための少なくとも２つの増幅回路と、
   前記増幅された一定包絡線信号を結合して、前記入力信号の増幅表現である出力信号を形成するための合成器と、
   少なくとも２つの線形補正回路であって、各線形補正回路は、前記出力信号のフィードバック部分に基づいて前記一定包絡線信号の対応する１つにゲイン、位相、または遅延補正のうちの少なくとも１つを適用するように構成され、前記補正は前記一定包絡線信号の増幅に先立って適用される線形補正回路と、
   少なくとも２つの予歪回路であって、各予歪回路は、前記出力信号の前記フィードバック部分に基づいて前記一定包絡線信号の対応する１つに非線形予歪を適用するように構成され、前記補正は前記一定包絡線信号の増幅に先立って適用される予歪回路とを備え、
   各線形補正回路は、前記合成器の前記出力信号と前記入力信号との差を測定する波形品質メトリックであるエラー・ベクトル振幅を最小化するように選択される前記少なくとも１つのゲイン、位相、または遅延補正を適用するように構成され、
   各予歪回路は、前記エラー・ベクトル振幅を最小化するように選択される前記非線形予歪を適用するように構成される、増幅器。
2. 前記信号セパレータは、最大ゲイン、最大出力、または電圧のうちの少なくとも１つのパラメータを設定するために制御信号を生成するように構成され、前記パラメータは前記少なくとも２つの増幅回路のクラスに基づいて決定される請求項１に記載の増幅器。
3. 各線形補正回路及び／又は各予歪回路は、勾配適応アルゴリズムを介して前記エラー・ベクトル振幅を最小化するよう構成されている、請求項１に記載の増幅器。
4. 前記増幅器は、予歪に続いて前記一定包絡線信号をフィルタリングする少なくとも２つのフィルタを備え、各予歪回路は、前記少なくとも２つのフィルタによって導入される位相障害を補正するために非線形予歪を適用するように構成される請求項１に記載の増幅器。
5. 前記少なくとも２つの線形補正回路は、前記一定包絡線信号間のゲイン、位相及び／又は遅延の不均衡を補正するよう構成されている、請求項１に記載の増幅器。
6. 各予歪回路は、前記入力信号の包絡線の関数として、各一定包絡線信号の位相を変調するよう構成された位相予歪回路である、請求項１に記載の増幅器。
7. 各予歪回路は、前記合成器及び／又は前記増幅器の他の要素により導入される非線形位相進み／遅れの影響を補正するように構成されている、請求項１に記載の増幅器。
8. 前記信号セパレータは、前記少なくとも２つの一定包絡線信号の逆余弦関数表現を形成するために、ＣＯＲＤＩＣ回転又はルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）のうちの少なくとも１つを実装するように構成されている、請求項１に記載の増幅器。
9. 入力信号を少なくとも２つの一定包絡線信号に分解するステップと、
   線形ゲイン、位相、または遅延補正のうちの少なくとも１つを、フィードバック信号に基づいて前記一定包絡線信号の各々に適用するステップと、
   非線形予歪を、前記フィードバック信号に基づいて前記一定包絡線信号の各々に適用するステップと、
   前記線形補正および前記非線形予歪を前記一定包絡線信号に適用した後、前記一定包絡線信号を増幅するステップと、
   前記増幅された一定包絡線信号を結合して出力信号を形成するステップであって、前記出力信号の一部は前記フィードバック信号を生成するために使用されるステップとを備え、
   前記少なくとも１つのゲイン、位相、または遅延補正を適用するステップは、前記合成器の前記出力信号と前記入力信号との差を測定する波形品質メトリックであるエラー・ベクトル振幅を最小化するように、前記少なくとも１つのゲイン、位相、または遅延補正を決定するステップを含み、
   前記非線形予歪を適用するステップは、前記エラー・ベクトル振幅を最小化するように前記非線形予歪を決定するステップを含む、方法。
10. 最大ゲイン、最大出力、または電圧のうちの少なくとも１つのパラメータを設定するために制御信号を生成するステップであって、前記パラメータは前記一定包絡線信号を増幅するために使用される少なくとも２つの増幅回路のクラスに基づいて決定される請求項９に記載の方法。
11. 前記エラー・ベクトル振幅を最小化することは、勾配適応アルゴリズムを適用することを含む、請求項９に記載の方法。
12. 前記非線形予歪を適用するステップは、非線形位相進み／遅れを補正するように前記非線形予歪を決定するステップを備える請求項９に記載の方法。
13. 予歪に続いて、および前記増幅一定包絡線信号の結合に先立って、前記増幅一定包絡線信号をフィルタリングするステップを備え、前記非線形予歪を適用するステップは、前記増幅一定包絡線信号をフィルタリングすることにより導入される位相障害を補正するように前記非線形予歪を適用するステップを備える請求項１２に記載の方法。

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