JP5637065B2 - 増幅回路及び無線通信装置 - Google Patents
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Description
特に、増幅したい無線信号の周波数が高い場合には、非線形特性を補正して増幅器を線形化するために、無線信号に変換する前の周波数の低い複素IQベースバンド信号に対して、特許文献1に示すように、前置歪補償(predistortion)を施す必要がある。
前置歪補償を行う歪補償処理部は、デジタル信号処理を用いて、増幅器の非線形歪を打ち消すための信号を生成する。
ここで、直交変調器にて変調誤差が生じると、HPAの非線形歪を打ち消すための信号に、変調誤差による歪が生じる。したがって、HPAの非線形歪を打ち消すための信号が、期待されるとおりには、HPAに到達せず、HPAの非線形歪の補償特性が劣化する。
前記方法は、前記直交変調誤差補償部から出力されたIQベースバンド信号が、前記直交変調器にて直交変調されることによって生じるIQベースバンド信号の誤差を、前記歪補償部によって補償される前のIQベースバンド信号と、前記増幅器の出力を直交復調したIQベースバンド信号と、に基づいて、推定するステップと、
前記直交変調誤差補償部が直交変調誤差を補償するために用いる第2補償係数を、推定された前記誤差に基づいて、更新するステップと、
推定された前記誤差と、前記第2補償係数が当該誤差に基づいて更新される前における前記増幅器の出力を直交復調したIQベースバンド信号と、に基づいて、前記第2補償係数の更新後における、前記増幅器の出力の予測値を演算するステップと、
前記前記予測値に基づいて、前記第1補償係数を演算するステップと、を含む。
[1.増幅回路の全体構成]
図1は、実施形態に係る増幅回路1を示している。この増幅回路1は、無線基地局装置などの無線通信装置に搭載され、送信信号の増幅を行うために用いられる。なお、増幅回路1は、受信信号の増幅に用いても良い。
増幅器2は、入力された信号を増幅するためのものであり、信号が入力される信号入力ポート2a、及び、信号を出力する信号出力ポート2bを備えている。増幅器2は、さらに、電源電圧(ドレイン電圧)V[n]が供給される電源ポート2cを備えている。
電力検出部5は、信号x[n](IQベースバンド信号xI[n],xQ[n])の電力値(エンベロープ信号)を検出し、出力する。電力−電圧変換部6は、電力検出部5により検出された電力を、増幅器2へ供給される電源電圧値に変換する機能を有している。電力−電圧変換部6は、変換された電源電圧値(エンベロープ電圧値)を可変電源3に出力する。可変電源3は、変換された電源電圧値(エンベロープ電圧値)に応じて、増幅器2の電源ポート2cに供給される電圧V[n]を動的に変化させる。
なお、本実施形態の推定部4bは、ET増幅器200の逆特性を推定する逆歪特性推定部4bとして構成されている。
逆歪特性推定部4bは、後述の予測部10cから出力された増幅器出力の予測値に基づいて、逆特性を推定する演算処理を行うことで第1補償係数を得る。
IQオフセット・インバランス補償係数保存部9bに保存されているIQオフセット・インバランス補償係数(第2補償係数)は、後述のIQオフセット・インバランス補償係数更新部10bによって更新される。なお、第2補償係数が一度も更新されていない状態では、IQオフセット・インバランス補償係数保存部9bには、ゼロ値などの初期値が設定されている。
直交変調後の信号は、周波数変換部34によってアップコンバートされる。アップコンバート後の信号は、1又は複数の駆動増幅器35a,35bに与えられ、増幅される。駆動増幅器35a,35bの出力は、ET増幅器200を構成する増幅器2に与えられる。
誤差推定部10aは、IQオフセット・インバランス補償部9(補償処理部9a)から出力された信号uI[n],uQ[n]が、直交変調器33にて直交変調されることによって生じる誤差を推定する。誤差推定部10aは、誤差を、信号xI[n],xQ[n]及び信号yI[n],yQ[n]に基づいて推定する。誤差の推定の仕方については、後述する。
x[n]は、歪補償部4による歪補償前の信号であり、xI[n]は、x[n]の実部(I−channel)であり、xQ[n]は、x[n]の虚部(Q−channel)である。すなわち、x[n]=xI[n]+i×xQ[n]である。
u’[n]は、歪補償部4による歪補償後の信号であり、uI’[n]は、u’[n]の実部(I−channel)であり、uQ’[n]は、u’[n]の虚部(Q−channel)である。すなわち、u’[n]=uI’[n]+i×uQ’[n]である。
図3は、直交変調器33における直交変調誤差(IQオフセット・インバランス)による信号の歪を示している。図3は、正規の信号(主信号)x[n]の成分のほか、直交変調誤差による信号の歪として、ローカルリークとイメージ成分とを示している。ローカルリークは、IQのDCオフセットのずれ及び/又は直交変調器33における搬送波の漏れを原因として生じる。イメージ成分は、直交変調器の直交度のずれ及び/又はIQゲインインバランスを原因として発生する。
前記IQオフセット・インバランス補償部(直交変調誤差補償部)9は、直交変調誤差による信号の歪であるローカルリークとイメージ成分とを除去するためのものである。
前記歪補償部4は、3次歪及び5次歪などの、増幅器2の非線形特性により生じる歪を除去するためのものである。
したがって、単に、増幅器2の出力y(t)を観測しても、歪信号が、直交変調器33に起因するものなのか、増幅器2に起因するものなのか、区別することができない。
しかし、本実施形態の増幅回路1では、2種類の異なる歪が存在する状況下においても、2種類の歪を分離することなく、直交変調器33の補償と、増幅器2の補償と、を行うことができる。
[3.1 QMC(Quadrature Modulator Correction;直交変調補正)の概略]
図6は、DAC32a,32bから直交変調器33までの経路で発生する誤差(直交変調誤差)を示したものである。DAC32a,32bでは、IQ間でゲイン差及びオフセット差が生じ得る。また、DAC32a,32bと直交変調器33との間の配線では、IQ間で配線遅延差が生じ得る。また、直交変調器33では、発振器からIFout(t)までのフィードスルー及び直交変調器33内における直交度のずれが発生し得る。
直交変調器33の出力を、IFout(t)とすると、図7より、IFout(t)は、次の式のように表される。
とおくと、上記2式より、下記式が得られる。
図8におけるIQオフセット・インバランス補償部9のモデル中に示した記号R11,R21,R22,dcOffsetRe,dcOffsetImの定義に従うと、IQオフセット・インバランス補償部9は、次の式で表現できる。
図2に示すように、本実施形態の歪補償部4の逆歪特性推定部4bは、歪補償部4による歪補償後の信号u’[n]のレプリカ信号u”[n]を推定する。
逆歪特性推定部4bでは、増幅器2からの出力の予測値P[n]に対して、逆歪特性推定部4bが現在有する増幅器逆モデル(第1補償係数によって示されるモデル)に基づく歪補償を行い、歪補償部4による歪補償後の信号u’[n]のレプリカ信号u”[n]を求める。
また、歪補償部4による歪補償の方式は、上記のものに限られない。
図9は、第1補償係数及び第2補償係数の演算処理を示すフローチャートである。図9のフローチャートは、信号処理部41、演算部10、逆歪特性推定部4bによる処理を示している。信号処理部41は、図9のステップS1及びS2を実行し、演算部10は、図9のステップS3〜S8を実行する。
なお、図9の処理は、増幅回路1が有する図示しないコンピュータが、コンピュータプログラムを実行することによって行われる。そのコンピュータプログラムは、増幅回路1が有する図示しない記憶媒体(メモリ)に格納されている。
先に演算部10が取得した増幅器出力yI[n],yQ[n]は、演算部10が取得した第2補償係数をIQオフセット・インバランス補償部9が用いてIQオフセット・インバランスを補償したIQ信号uI[n],uQ[n]が、直交変調器33及び増幅器2を通過して得られた信号である。
第2補償係数が最適値であれば、IQオフセット・インバランス補償部9によって、直交変調器33による直交変調誤差歪(IQオフセット・インバランス)が完全に打ち消され、IQオフセット・インバランスはゼロとなる。
しかし、第2補償係数が最適値に収束する前は、IQオフセット・インバランス補償部9による補償処理が行われても、第2補償係数が適切でないため、補償しきれなかったIQオフセット・インバランス(直交変調誤差)が多少残る。
増幅器出力にローカルリークが含まれていると、補償前のIQ信号xI[n],xQ[n](歪補償前の信号)のコンスタレーションのゼロ点と、増幅器出力のIQ信号yI[n],yQ[n]のコンスタレーションのゼロ点がずれる。本実施形態では、この特性を利用して、ローカルリーク量を計算する。
上記のアルゴリズム中の変数の意味を下記に示す(以下、同様)。
LocalLeak_re:dcOffsetRe(ローカルリーク量(複素数)の実部)
LocalLeak_im:dcOffsetIm(ローカルリーク量(複素数)の虚部)
Refsig_re :xI[n]
Refsig_im :xQ[n]
Rxsig_re :yI[n]
Rxsig_im :yQ[n]
DATALEN :データの数
続く4行が、xI[n],xQ[n]と、yI[n],yQ[n]との差の総和を求める演算である。
最後の2行が、求めた総和をデータ数(DATALEN)で割って、xI[n],xQ[n]と、yI[n],yQ[n]との差の平均値を求める演算である。
ここで、増幅器出力は、現在適用中の第2補償係数でIQオフセット・インバランスが補償された信号が直交変調器33などを通過して得られたものである。したがって、上記アルゴリズムで得られた現在のローカルリーク量LocalLeak_re,LocalLeak_imは、直交変調器33によって実際に生じるローカルリーク全体の量ではなく、最適値ではない第2補償係数によって誤差として残ったローカルリーク量である。
本実施形態において、ローカルリークに関する第2補償係数dcOffsetRe,dcOffsetImは、繰り返し求めた複数のローカルリーク量(第1誤差)の累積値(積分値)として求められる。
したがって、第2補償係数更新処理(ステップS4−2)では、IQオフセット・インバランス補償部9において現在用いられているdcOffsetRe,dcOffsetImに、今回求めたローカルリーク量を打ち消すための値(典型的には、ローカルリーク量の正負を逆にした値)を加算する。これにより、dcOffsetRe,dcOffsetImの更新値が得られる。ただし、ステップS4−2の演算が完了しても、dcOffsetRe,dcOffsetImの更新値は、IQオフセット・インバランス補償係数保存部9bに保存されるだけで、IQオフセット・インバランス補償処理部9aには転送されない。つまり、この時点では、dcOffsetRe,dcOffsetImの更新値は、まだ、IQオフセット・インバランス補償処理部9aにおいて用いられない。
QMCCoeffI[2] :dcOffsetRe
QMCCoeffQ[2] :dcOffsetIm
このため、予測値演算処理(ステップS4−3)では、誤差に基づいて第2補償係数(dcOffsetRe,dcOffsetIm)が更新された後における増幅器出力の予測値PI[n],PQ[n]を求め、この予測値を、第1補償係数の演算に用いる。
P_re :PI[n]
P_im :PQ[n]
という関係となることを踏まえて推定することで、IQゲインインバランスと直交度のずれを補償することができる。
を最小二乗法(正規方程式)で解くことで得られる。
なお、αは、0<α≦1の調整パラメータである。
QMCCoeffI[0] :R11
QMCCoeffI[1] :R21
QMCCoeffQ[1] :R22
ここでは、ステップS4−3で求めた仮の予測値に対して、ステップS5−1で求められたRtmp21,Rtmp22,RIを加味して、最終的な予測値PI[n],PQ[n]を得る。そのための演算式を下記に示す。
なお、Norm_Rも、NormRと同様に正規化のための変数である。下記式では、正規化されたRtmp21,Rtmp22,RIに基づいて、最終的な予測値PI[n],PQ[n]が得られる。
これにより、逆歪特性推定部4bが推定する第1補償係数は、第2補償係数の更新後において、適切な値となる。
また、更新された第2補償係数は、IQオフセット・インバランス補償係数保存部9bに保存される。
ここで、歪補償部4は、増幅器2の歪補償という側面が大きいものの、その原理上、歪補償部4より後段側(増幅器2側)のすべての回路素子の非線形特性を補償するものである。そして、本実施形態の増幅回路1では、歪補償部4の後段に、IQオフセット・インバランス補償部9が存在する。このため、IQオフセット・インバランス補償部9が用いる第2補償係数の変動は、歪補償部4における補償の適切さに大きく影響する。
しかし、第1補償係数と第2補償係数とはほぼ同時に用い始められるため、第1補償係数が用いられる際には、第2補償係数を更新した「後」における「歪補償部4より後段側の回路素子の非線形特性」を補償する必要がある。
このように、図10の場合、歪補償部4が補償しようとする非線形特性と、実際の非線形特性とが異なるものとなるため、第1補償係数の推定を繰り返しても、第1補償係数を収束させるのが非常に困難となったり、かえって補償性能が劣化する。
したがって、図9に示す演算によって、第2補償係数の更新を行っても、初期値からほとんど更新されず(誤差がほぼゼロ)、第1補償係数だけが更新される状態が続く。
そして、第1補償係数が最適値に収束していくにつれて、増幅器2の非線形歪が低減され、マスクされていた直交変調誤差歪が、増幅器出力において観測されるようになる(図5参照)。これにより、直交変調誤差歪が補償される。
このように、本実施形態の増幅回路1では、直交変調誤差歪と増幅器2の非線形歪のうち、大きい方が補償され、補償の繰り返し演算によって、両者の歪みが少しずつ補償されていく。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 増幅器
2a 信号入力ポート
2b 信号出力ポート
2c 電源ポート
3 可変電源
4 歪補償部
4a 補償処理部
4b 逆歪特性推定部
5 電力検出部
6 電力−電圧変換部
9 IQオフセット・インバランス補償部(直交変調誤差補償部)
9a IQオフセット・インバランス補償処理部(直交変調誤差補償処理部)
9b IQオフセット・インバランス補償係数保存部(直交変調誤差補償係数保存部)
10 演算部
10a 誤差推定部
10b IQオフセット・インバランス補償係数更新部(直交変調誤差補償係数更新部)
10c 予測部
31a,31b タイミング調整部
33 直交変調器
34 周波数変換部
35a,35b 駆動増幅器
36 カプラ
37 可変減衰器
38 周波数変換部
39 フィルタ
41 信号処理部
200 ET増幅器
Claims (6)
- IQベースバンド信号を直交変調する直交変調器と、
直交変調された信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の歪を補償する第1補償係数を用いて、前記増幅器の歪の補償をする歪補償部と、
前記歪補償部から出力されたIQベースバンド信号に対して、直交変調誤差を補償する直交変調誤差補償部と、
前記直交変調誤差補償部が直交変調誤差を補償するために用いる第2補償係数を更新する更新部と、
前記直交変調誤差補償部から出力されたIQベースバンド信号が、前記直交変調器にて直交変調されることによって生じる誤差を推定する誤差推定部と、
前記第2補償係数の更新後における、前記増幅器の出力の予測値を演算する予測部と、
を備え、
前記更新部は、推定された前記誤差に基づいて、前記第2補償係数を更新し、
前記誤差推定部は、前記歪補償部によって補償される前のIQベースバンド信号と、前記増幅器の出力を直交復調したIQベースバンド信号と、に基づいて、前記誤差を推定し、
前記予測部は、推定された前記誤差と、前記第2補償係数が当該誤差に基づいて更新される前における前記増幅器の出力を直交復調したIQベースバンド信号と、に基づいて、前記予測値を演算し、
前記歪補償部は、前記予測値に基づいて、前記第1補償係数を演算する
ことを特徴とする増幅回路。 - 前記誤差推定部は、前記直交変調誤差補償部から出力されたIQベースバンド信号のDA変換及び前記直交変調器による直交変調によって生じる誤差を推定する
請求項1記載の増幅回路。 - 前記誤差推定部が推定する前記誤差は、
前記直交変調誤差補償部から出力されたIQベースバンド信号のDA変換を行うDA変換器から前記直交変調器までに発生するDCオフセット及び/又は搬送波の漏れと、
前記直交変調誤差補償部から出力されたIQベースバンド信号のDA変換を行うDA変換器から前記直交変調器までに発生するIQゲインインバランス及び/又は直交度のずれと、
を含む
請求項1又は2記載の増幅回路。 - 請求項1記載の増幅回路を備えた無線通信装置。
- IQベースバンド信号を直交変調する直交変調器と、
直交変調された信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の歪を補償する第1補償係数を用いて、前記増幅器の歪の補償をする歪補償部と、
前記歪補償部から出力されたIQベースバンド信号に対して、直交変調誤差を補償する直交変調誤差補償部と、
を備えた増幅回路を用いて信号の補償を行うための方法であって、
前記直交変調誤差補償部から出力されたIQベースバンド信号が、前記直交変調器にて直交変調されることによって生じる誤差を、前記歪補償部によって補償される前のIQベースバンド信号と、前記増幅器の出力を直交復調したIQベースバンド信号と、に基づいて、推定するステップと、
前記直交変調誤差補償部が直交変調誤差を補償するために用いる第2補償係数を、推定された前記誤差に基づいて、更新するステップと、
推定された前記誤差と、前記第2補償係数が当該誤差に基づいて更新される前における前記増幅器の出力を直交復調したIQベースバンド信号と、に基づいて、前記第2補償係数の更新後における、前記増幅器の出力の予測値を演算するステップと、
前記前記予測値に基づいて、前記第1補償係数を演算するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 演算された新たな第1補償係数及び更新された新たな第2補償係数は、ほぼ同時に、前記歪補償部及び前記直交変調誤差補償部によって用い始められる
請求項5記載の方法。
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