JP6758544B2

JP6758544B2 - 歪み補償回路及び無線送信機

Info

Publication number: JP6758544B2
Application number: JP2020523962A
Authority: JP
Inventors: 安藤　暢彦; 暢彦安藤; 田島　賢一; 賢一田島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2020-09-23
Anticipated expiration: 2038-06-08
Also published as: JPWO2019234925A1; WO2019234925A1

Description

この発明は、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歪み補償回路と、歪み補償回路を備える無線送信機とに関するものである。

無線送信機は、送信信号の電力を増幅する電力増幅器を備えている。
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。

特開２０１０−１１４７５９号公報

特許文献１に開示されている歪み補償回路は、逆モデルの係数を記憶する係数テーブルを備えている。
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、２^１０＝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。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、歪み成分を補償するための補償係数を保存する補償テーブルのメモリ量の増加を招くことなく、多値変調信号に生じる歪み成分を補償することができる歪み補償回路及び無線送信機を得ることを目的とする。

この発明に係る歪み補償回路は、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、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、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、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、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るようにしたものである。

この発明によれば、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、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の歪み補償部を第１の波形成形部の前段に設け、第２の歪み補償部が、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、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ように、歪み補償回路を構成した。したがって、この発明に係る歪み補償回路は、歪み成分を補償するための補償係数を保存する補償テーブルのメモリ量の増加を招くことなく、多値変調信号に生じる歪み成分を補償することができる。

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。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。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。実施の形態２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。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
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（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号又はＡＰＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）信号などが該当する。

歪み補償回路２は、第１の歪み補償部３、第１の波形成形部４及び第２の歪み補償部５を備えている。
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、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補償テーブル３ａを備えている。
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１の波形成形部４は、第１の歪み補償部３から出力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、第２の歪み補償部５から出力された多値変調信号の周波数であるベースバンド周波数又は中間周波数（ＩＦ：ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）を高周波（ＲＦ：ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）に変換する。
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。

次に、図１に示す無線送信機の動作について説明する。
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。

多値変調信号が１６ＱＡＭ信号であれば、図２に示すように、多値変調信号は、１６個のシンボルがマッピングされる。
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Ｇ_１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Ｇ_２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Ｇ_３で表している。
したがって、１６ＱＡＭ信号が取り得る振幅値は、Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３であり、１６ＱＡＭ信号が取り得る振幅値の数は、３つである。

多値変調信号が３２ＱＡＭ信号であれば、図３に示すように、多値変調信号は、３２個のシンボルがマッピングされる。
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Ｈ_１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Ｈ_２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Ｈ_３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Ｈ_４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Ｈ_５で表している。
したがって、３２ＱＡＭ信号が取り得る振幅値は、Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３，Ｈ_４，Ｈ_５であり、３２ＱＡＭ信号が取り得る振幅値の数は、５つである。

信号生成部１は、送信信号として多値変調信号を生成し、多値変調信号を第１の歪み補償部３に出力する。
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。

ここで、仮に、第１の歪み補償部３が、第１の波形成形部４の後段に設けられており、波形成形処理後の多値変調信号の取り得る振幅値が、例えば、１０ビットで表される場合、補償テーブル３ａは、２^１０＝１０２４個の補償係数を保存しておく必要がある。
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、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する。
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。

第１の波形成形部４は、第１の歪み補償部３から多値変調信号を受けると、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。
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、第１の波形成形部４から波形成形処理後の多値変調信号を受けると、以下の式（１）に示す多項式モデルを用いて、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。
Ｗ_ｍｋ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。

非線形次数Ｋ及びメモリの深さＭが大きくなるほど、歪み成分の補償演算処理における乗算回数が増加して、演算に必要な乗算器の数が増加する。
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。

第１の周波数変換部６は、第２の歪み補償部５から多値変調信号を受けると、多値変調信号の周波数であるベースバンド周波数又は中間周波数を高周波に変換し、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。

以上の実施の形態１は、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３ａから、電力増幅器７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電力増幅器７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３を第１の波形成形部４の前段に設け、第２の歪み補償部５が、第１の波形成形部４による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するように、歪み補償回路２を構成した。したがって、歪み補償回路２は、歪み成分を補償するための補償係数を保存する補償テーブル３ａのメモリ量の増加を招くことなく、多値変調信号に生じる歪み成分を補償することができる。

実施の形態２．
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Ｗ_ｍｋ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は、実施の形態２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の波形成形部１３は、信号生成部１から出力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Ｗ_ｍｋを更新する。

次に、図４に示す無線送信機の動作について説明する。
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、電力増幅器７から電力増幅後の多値変調信号を受けると、多値変調信号の周波数を、信号生成部１から出力された多値変調信号の周波数に戻す周波数変換を行う。
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て、２つの多値変調信号の誤差を算出する。
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（ＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ）法、ＬＭＳ（ＬｅａｓｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）法又はＲＬＳ（ＲｅｃｕｒｓｉｖｅＬｅａｓｔＳｑｕａｒｅ）法などを用いることができる。

第２の波形成形部１３は、信号生成部１から多値変調信号を受けると、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。
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、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して、２つの多値変調信号の誤差を算出する。
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Ｗ_ｍｋ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。

以上の実施の形態２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１の更新部１２と、第２の波形成形部１３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、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を更新する第２の更新部１４とを備えるように、歪み補償回路２を構成した。したがって、歪み補償回路２は、電力増幅器７の非線形特性が温度又は経年劣化の影響で変化しても、多値変調信号に生じる歪み成分を補償することができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明は、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歪み補償回路に適している。
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。

１信号生成部、２歪み補償回路、３第１の歪み補償部、３ａ補償テーブル、４第１の波形成形部、５第２の歪み補償部、６第１の周波数変換部、７電力増幅器、８アンテナ、１１第２の周波数変換部、１２第１の更新部、１３第２の波形成形部、１４第２の更新部。

Claims

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（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＡｍｐｌｉｔｕｄｅＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号又はＡＰＳＫ（ＡｍｐｌｉｔｕｄｅＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）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。