JP6758544B2 - 歪み補償回路及び無線送信機 - Google Patents
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Description
しかし、電力増幅器により電力が増幅された送信信号には、電力増幅器の非線形特性によって歪み成分が加わることがある。
以下の特許文献1には、高出力増幅器の非線形特性によって、出力信号y(t)に生じる歪み成分を補償する歪み補償回路が開示されている。
特許文献1に開示されている歪み補償回路は、高出力増幅器の非線形特性が多項式で表されたモデルの逆関数である逆モデルの係数を記憶する係数テーブルを備えている。
そして、特許文献1に開示されている歪み補償回路は、ベースバンド部から出力された信号x(t)に対して、係数テーブルにより記憶されている逆モデルの係数を用いる歪み補償処理を実施する。
ベースバンド部は、歪み補償回路に出力する信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施することが一般的である。
ベースバンド部による波形成形処理後の信号x(t)の取り得る振幅値が、例えば、10ビットで表される場合、係数テーブルは、210=1024個の補償係数を保存しておく必要がある。
したがって、高出力増幅器の非線形特性によって出力信号y(t)に生じる歪み成分を補償するには、係数テーブルが、数多くの補償係数を保存しておく必要があり、補償係数を記憶するためのメモリ量が多くなってしまうという課題があった。
図1は、実施の形態1による歪み補償回路2を含む無線送信機を示す構成図である。
図1において、無線送信機は、信号生成部1、歪み補償回路2、第1の周波数変換部6、電力増幅器7及びアンテナ8を備えている。
信号生成部1は、送信信号として多値変調信号を生成し、多値変調信号を歪み補償回路2の第1の歪み補償部3に出力する。
多値変調信号としては、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)信号又はAPSK(Amplitude Phase Shift Keying)信号などが該当する。
歪み補償回路2は、電力増幅器7の非線形特性によって多値変調信号に生じる歪み成分を補償する回路である。
第1の歪み補償部3は、補償テーブル3aから、信号生成部1から出力された多値変調信号の振幅値に対応する補償係数を取得し、取得した補償係数を信号生成部1から出力された多値変調信号に乗算する。
第1の歪み補償部3は、補償係数を乗算した多値変調信号を第1の波形成形部4に出力する。
第2の歪み補償部5は、多項式モデルを用いて、第1の波形成形部4から出力された波形成形処理後の多値変調信号において、第1の歪み補償部3による補償係数の乗算では補償されずに残っている歪み成分の補償演算処理を実施し、補償演算処理後の多値変調信号を第1の周波数変換部6に出力する。
第1の周波数変換部6は、周波数変換後の多値変調信号を電力増幅器7に出力する。
電力増幅器7は、第1の周波数変換部6から出力された多値変調信号の電力を増幅し、電力増幅後の多値変調信号をアンテナ8に出力する。
アンテナ8は、電力増幅器7から出力された多値変調信号を電波として、空間に放射する。
まず、第1の歪み補償部3が備えている補償テーブル3aは、電力増幅器7の非線形特性によって多値変調信号に生じる歪み成分を補償するための補償係数として、多値変調信号が取り得る振幅値の数分の補償係数を保存している。
図2は、16QAM信号の信号空間ダイヤグラム及び16QAM信号が取り得る振幅値を示す説明図である。
図2において、4つのシンボルである「1101」「0101」「0111」及び「1111」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図2では、振幅値をG1で表している。
4つのシンボルである「1000」「0000」「0010」及び「1010」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図2では、振幅値をG2で表している。
8つのシンボルである「1001」「1100」「0100」「0001」「0011」「0110」「1100」及び「1011」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図2では、振幅値をG3で表している。
したがって、16QAM信号が取り得る振幅値は、G1,G2,G3であり、16QAM信号が取り得る振幅値の数は、3つである。
図3は、32QAM信号の信号空間ダイヤグラム及び32QAM信号が取り得る振幅値を示す説明図である。
図3において、4つのシンボルである「00000」「00001」「00010」及び「00011」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図3では、振幅値をH1で表している。
8つのシンボルである「01101」「00111」「01110」「00100」「01111」「00101」「01100」及び「00110」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図3では、振幅値をH2で表している。
8つのシンボルである「11100」「10100」「11101」「10101」「11110」「10110」「11111」及び「10111」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図3では、振幅値をH3で表している。
4つのシンボルである「01010」「01011」「01000」及び「01001」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図3では、振幅値をH4表している。
8つのシンボルである「10011」「11001」「10000」「11010」「10001」「11011」「10010」及び「11000」のシンボルの振幅値は、同じ値であり、図3では、振幅値をH5で表している。
したがって、32QAM信号が取り得る振幅値は、H1,H2,H3,H4,H5であり、32QAM信号が取り得る振幅値の数は、5つである。
第1の歪み補償部3は、多値変調信号が取り得る振幅値のそれぞれに対応する補償係数を保存している補償テーブル3aを備えている。
電力増幅器7により多値変調信号に加えられる歪み成分は、多値変調信号の振幅値に依存しているため、電力増幅器7による電力増幅対象の多値変調信号が例えば16QAM信号であれば、補償テーブル3aは、3つの補償係数を保存していればよい。電力増幅器7による電力増幅対象の多値変調信号が例えば32QAM信号であれば、補償テーブル3aは、5つの補償係数を保存していればよい。
しかし、図1に示す無線送信機では、第1の歪み補償部3が、第1の波形成形部4の前段に設けられているため、補償テーブル3aが記憶する補償係数の数が、例えば、3つ又は5つであり、補償テーブル3aが記憶する補償係数の数が、大幅に削減されている。
第1の歪み補償部3は、取得した補償係数を多値変調信号に乗算することで、電力増幅器7によって多値変調信号に加えられる歪み成分の大部分を補償する。
第1の歪み補償部3は、補償係数を乗算した多値変調信号を第1の波形成形部4に出力する。
即ち、第1の波形成形部4は、多値変調信号に0を挿入することで、多値変調信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施する。
多値変調信号のサンプリングレートを高める処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
また、第1の波形成形部4は、例えば、ルートナイキストフィルタを用いて、サンプリングレートを高めることで発生した折り返し信号を解消するフィルタ処理も実施する。
折り返し信号を解消するフィルタ処理についても、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
第1の波形成形部4は、波形成形処理後の多値変調信号を第2の歪み補償部5に出力する。
第2の歪み補償部5は、補償演算処理後の多値変調信号を第1の周波数変換部6に出力する。
式(1)において、x(n)は、第1の波形成形部4から出力された多値変調信号、yn(n)は、第2の歪み補償部5による補償演算処理後の多値変調信号である。
Wmkは、多項式モデルに含まれている補償係数、nは、補償演算対象の多値変調信号を識別する変数、Kは、非線形次数、Mは、メモリの深さを表している。
したがって、電力増幅器7の非線形特性が強くなり、非線形次数Kが大きくなると、第2の歪み補償部5の演算規模が大きくなる。
ただし、歪み補償回路2では、第1の歪み補償部3によって、多値変調信号に加えられている歪み成分の大部分が補償されているので、非線形次数Kが小さくなっている。したがって、第2の歪み補償部5の演算規模は、第1の歪み補償部3が設けられていない場合と比べて、小さくなっている。
電力増幅器7は、第1の周波数変換部6から多値変調信号を受けると、多値変調信号の電力を増幅し、電力増幅後の多値変調信号をアンテナ8に出力する。
アンテナ8は、電力増幅器7から出力された多値変調信号を電波として、空間に放射する。
実施の形態2では、補償テーブル3aにより保存されている補償係数を更新する第1の更新部12と、多項式モデルに含まれている補償係数Wmkを更新する第2の更新部14とを備える無線送信機について説明する。
図4において、図1と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
第2の周波数変換部11は、電力増幅器7から出力された多値変調信号の周波数を高周波からベースバンド周波数又は中間周波数に変換する。
第2の周波数変換部11は、周波数変換後の多値変調信号を第1の更新部12及び第2の更新部14のそれぞれに出力する。
第1の更新部12は、信号生成部1から出力された多値変調信号と、第2の周波数変換部11から出力された多値変調信号とを比較し、多値変調信号の比較結果に従って補償テーブル3aにより保存されている補償係数を更新する。
第2の更新部14は、第2の波形成形部13から出力された波形成形処理後の多値変調信号と、第2の周波数変換部11から出力された多値変調信号とを比較する。
第2の更新部14は、多値変調信号の比較結果に従って、第2の歪み補償部5により実施される補償演算処理で用いられる補償係数Wmkを更新する。
第2の周波数変換部11、第1の更新部12、第2の波形成形部13及び第2の更新部14以外は、図1に示す無線送信機と同様であるため、ここでは、第2の周波数変換部11、第1の更新部12、第2の波形成形部13及び第2の更新部14の動作のみを説明する。
第2の周波数変換部11は、周波数変換後の多値変調信号を第1の更新部12及び第2の更新部14のそれぞれに出力する。
第1の更新部12は、2つの多値変調信号の誤差が最小になるように、補償テーブル3aにより保存されている補償係数を更新する。
第1の更新部12による補償係数の更新処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
2つの多値変調信号の誤差が最小になるように補償係数を更新する方式としては、LS(Least Square)法、LMS(Least Mean Square)法又はRLS(Recursive Least Square)法などを用いることができる。
即ち、第2の波形成形部13は、多値変調信号に0を挿入することで、多値変調信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施する。
また、第2の波形成形部13は、サンプリングレートを高めることで発生した折り返し信号を解消するフィルタ処理も実施する。
第2の波形成形部13は、波形成形処理後の多値変調信号を第2の更新部14に出力する。
第2の更新部14は、2つの多値変調信号の誤差が最小になるように、第2の歪み補償部5により実施される補償演算処理で用いられる補償係数Wmkを更新する。
第2の更新部14による補償係数の更新処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
2つの多値変調信号の誤差が最小になるように補償係数を更新する方式としては、LS法、LMS法又はRLS法などを用いることができる。
この発明は、歪み補償回路を備える無線送信機に適している。
Claims (7)
- 多値変調信号の電力を増幅する電力増幅器の非線形特性によって多値変調信号に生じる歪み成分を補償するための補償係数として、多値変調信号が取り得る振幅値の数分の補償係数を保存している補償テーブルから、前記電力増幅器により電力が増幅される多値変調信号の振幅値に対応する補償係数を取得し、取得した補償係数を前記電力増幅器により電力が増幅される多値変調信号に乗算する第1の歪み補償部と、
前記第1の歪み補償部により補償係数が乗算された多値変調信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施する第1の波形成形部と、
前記第1の波形成形部による波形成形処理後の多値変調信号において、前記第1の歪み補償部による補償係数の乗算では補償されずに残っている歪み成分の補償演算処理を実施する第2の歪み補償部と
を備えた歪み補償回路。 - 前記第1の歪み補償部により補償係数が乗算される前の多値変調信号と、前記電力増幅器により電力が増幅された多値変調信号とを比較し、多値変調信号の比較結果に従って前記補償テーブルにより保存されている補償係数を更新する第1の更新部を備えたことを特徴とする請求項1記載の歪み補償回路。
- 前記第1の歪み補償部により補償係数が乗算される前の多値変調信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施する第2の波形成形部と、
前記第2の波形成形部による波形成形処理後の多値変調信号と、前記電力増幅器により電力が増幅された多値変調信号とを比較し、多値変調信号の比較結果に従って、前記第2の歪み補償部により実施される補償演算処理で用いられる補償係数を更新する第2の更新部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の歪み補償回路。 - 多値変調信号を生成する信号生成部と、
多値変調信号の電力を増幅する電力増幅器の非線形特性によって多値変調信号に生じる歪み成分を補償するための補償係数として、多値変調信号が取り得る振幅値の数分の補償係数を保存している補償テーブルから、前記信号生成部により生成された多値変調信号の振幅値に対応する補償係数を取得し、取得した補償係数を前記信号生成部により生成された多値変調信号に乗算する第1の歪み補償部と、
前記第1の歪み補償部により補償係数が乗算された多値変調信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施する第1の波形成形部と、
前記第1の波形成形部による波形成形処理後の多値変調信号において、前記第1の歪み補償部による補償係数の乗算では補償されずに残っている歪み成分の補償演算処理を実施する第2の歪み補償部と、
前記第2の歪み補償部による補償演算処理後の多値変調信号の電力を増幅する電力増幅器と
を備えた無線送信機。 - 前記信号生成部により生成された多値変調信号と、前記電力増幅器により電力が増幅された多値変調信号とを比較し、多値変調信号の比較結果に従って前記補償テーブルにより保存されている補償係数を更新する第1の更新部を備えたことを特徴とする請求項4記載の無線送信機。
- 前記信号生成部により生成された多値変調信号のサンプリングレートを高める波形成形処理を実施する第2の波形成形部と、
前記第2の波形成形部による波形成形処理後の多値変調信号と、前記電力増幅器により電力が増幅された多値変調信号とを比較し、多値変調信号の比較結果に従って、前記第2の歪み補償部により実施される補償演算処理で用いられる補償係数を更新する第2の更新部とを備えたことを特徴とする請求項4記載の無線送信機。 - 前記信号生成部は、多値変調信号として、QAM(Quadrature Amplitude Modulation)信号又はAPSK(Amplitude Phase Shift Keying)信号を生成することを特徴とする請求項4記載の無線送信機。
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