JP5048593B2 - Transmitter - Google Patents
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Description
増幅器によって発生した歪成分を補償するプリディストーション方式の歪補償回路を有する送信機に関する。 The present invention relates to a transmitter having a predistortion type distortion compensation circuit that compensates for distortion components generated by an amplifier.
一般的に送信機の電力増幅器に大きな主信号が入力されると、出力信号に歪成分が加わることがある。特に、携帯電話基地局用の送信機では、高電力効率と低非線形歪特性とが要求されるため、増幅器の入力信号のレベルなどに応じて発生する非線形歪が問題となり歪補償が必要となる。このような要求を満たすためにフィードフォワード方式やプリディストーション方式を用いた歪補償が行われている。 In general, when a large main signal is input to a power amplifier of a transmitter, a distortion component may be added to the output signal. In particular, a transmitter for a mobile phone base station requires high power efficiency and low nonlinear distortion characteristics. Therefore, nonlinear distortion generated according to the level of the input signal of the amplifier becomes a problem, and distortion compensation is necessary. . In order to satisfy such a requirement, distortion compensation using a feedforward method or a predistortion method is performed.
フィードフォワード方式による歪補償では、主増幅器で増幅し、歪を含んだ信号に、逆位相の入力信号を合成し、歪成分のみを抽出する。この抽出した歪成分を歪増幅器で増幅した後に逆位相とし、主増幅器出力に加えることで歪補償を行う。しかし、この方式では、歪増幅器により消費電力が増加し、電力効率を高めることが難しい。 In distortion compensation by the feedforward method, amplification is performed by a main amplifier, an input signal having an opposite phase is synthesized with a signal including distortion, and only a distortion component is extracted. The extracted distortion component is amplified by the distortion amplifier and then brought into the opposite phase and added to the main amplifier output to perform distortion compensation. However, in this system, power consumption increases due to the distortion amplifier, and it is difficult to improve power efficiency.
プリディストーション方式による歪補償では、振幅及び位相をそれぞれAM(Amplitude)−AM(Amplitude)特性及びAM(Amplitude)−PM(Phase)特性の逆特性となるように変調することで、予め歪を付加した信号を増幅器に入力して歪増幅器を用いること無しに、デジタル信号処理によりプリディストーション方式の歪補償を実現している。 In distortion compensation by the predistortion method, distortion is added in advance by modulating the amplitude and phase so as to be the inverse characteristics of AM (Amplitude) -AM (Amplitude) characteristics and AM (Amplitude) -PM (Phase) characteristics, respectively. The predistortion type distortion compensation is realized by digital signal processing without inputting the processed signal into the amplifier and using the distortion amplifier.
近年、電力増幅器の小型化・低消費電力化・低価格化のため、電力増幅器の様々な歪補償技術が開発されている。一般的に、信号が広帯域になるに従い、増幅器におけるメモリ効果(過去の信号に影響を受けること。)の影響が大きくなり、歪補償特性が劣化する。そして、歪補償効果を高めるためには歪補償回路規模が大きくなるという問題がある。そこで、非特許文献1では増幅器のメモリ効果による歪補償を行うために増加した回路規模を削減する方法が提案されている。 In recent years, various distortion compensation techniques for power amplifiers have been developed in order to reduce the size, power consumption, and price of power amplifiers. In general, as the signal becomes wider, the memory effect in the amplifier (being affected by past signals) increases and the distortion compensation characteristics deteriorate. In order to enhance the distortion compensation effect, there is a problem that the distortion compensation circuit scale becomes large. Therefore, Non-Patent Document 1 proposes a method of reducing the increased circuit scale in order to perform distortion compensation due to the memory effect of the amplifier.
また、非特許文献2には、PH(Parallel Hammerstein)モデルを代表として、良好な歪補償量を得るいくつかの方法が開示されている。さらに、特許文献1には、増幅器のメモリ効果による影響を低減するために、入力信号を偶数乗した結果の時間的な差を用いて、増幅器のメモリ効果に起因して発生する歪成分を補償する技術が示されている。 Non-Patent Document 2 discloses several methods for obtaining a good distortion compensation amount, using a PH (Parallel Hammerstein) model as a representative. Furthermore, in Patent Document 1, in order to reduce the influence of the memory effect of the amplifier, the distortion component generated due to the memory effect of the amplifier is compensated by using the temporal difference of the result of raising the input signal to an even power. Technology to do is shown.
通常、歪補償量と回路規模・演算量とはトレードオフの関係にあり、両方を同時に満たすことは困難であった。また、上述した特許文献及び非特許文献の方法は収束すべきパラメータ数が多く、不安定になりやすい。また、安定性を高めるためには、歪補償のための信号を数多く収集する必要があり、収集時間及び処理時間を短縮することが難しく送信中に逐次歪補償を実行することができない。 Usually, the distortion compensation amount and the circuit scale / computation amount are in a trade-off relationship, and it is difficult to satisfy both at the same time. Moreover, the method of the patent document mentioned above and the nonpatent literature has many parameters which should be converged, and tends to become unstable. In addition, in order to improve stability, it is necessary to collect a large number of signals for distortion compensation, and it is difficult to shorten the collection time and processing time, and it is not possible to execute sequential distortion compensation during transmission.
上述した理由により、簡単な回路であっても良好な歪補償効果を得ることができ、短時間で安定した収束特性を得ることのできる歪補償回路のさらなる開発が望まれていた。そこで、本発明はメモリ効果による影響を短時間で低減することが可能な歪補償回路を有する送信機を、提供することを目的とする。 For the reasons described above, there has been a demand for further development of a distortion compensation circuit that can obtain a good distortion compensation effect even with a simple circuit and can obtain a stable convergence characteristic in a short time. Accordingly, an object of the present invention is to provide a transmitter having a distortion compensation circuit that can reduce the influence of the memory effect in a short time.
以上のような目的を達成するために、本発明に係る送信機は、入力信号を増幅する増幅器によって発生した歪成分を補償するために、トレーニング信号を発生する信号発生器と、トレーニング信号により歪成分を補償するプリディストーション方式の歪補償回路を有する送信機において、信号発生器は、振幅信号レベルの増減と、正負の振幅の時間微分値と、正負の位相の時間微分値と、をコンスタレーション上で8の字を描く8の字トレーニング信号を発生し、歪補償回路は、増幅器が発生する歪を検出するために、所定の変調方式で変調された入力信号又は信号発生器の8の字トレーニング信号を増幅器に入力し、増幅器のAM−AM特性及びAM−PM特性の非線形性に起因して発生する歪成分を、少なくとも振幅の時間微分値毎に検出する歪検出手段と、歪検出手段によって検出された歪成分を予め設定された複数の区分に分けて各区分の補償値を演算する演算手段と、演算された複数の区分の補償値に基づいて、補償信号を入力信号に重畳する補償手段と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a transmitter according to the present invention includes a signal generator that generates a training signal and a training signal to compensate for distortion components generated by an amplifier that amplifies an input signal. In a transmitter having a predistortion type distortion compensation circuit that compensates for a component, the signal generator constellates the increase / decrease of the amplitude signal level, the time differential value of the positive / negative amplitude, and the time differential value of the positive / negative phase. An 8-character training signal that draws an 8-character above is generated, and the distortion compensation circuit detects the distortion generated by the amplifier to detect the distortion generated by the amplifier. A training signal is input to the amplifier, and distortion components generated due to nonlinearity of the AM-AM characteristic and AM-PM characteristic of the amplifier are detected at least for each time differential value of the amplitude. Based on the calculated compensation values of the plurality of sections, the distortion detecting means for calculating the compensation values of each section by dividing the distortion component detected by the strain detection means into a plurality of preset sections And compensation means for superimposing the compensation signal on the input signal.
また、本発明に係る送信機において、歪検出手段は、入力された8の字トレーニング信号の振幅、振幅の時間微分値、位相の時間微分値の少なくとも1つを用いて歪成分を検出することを特徴とする。 In the transmitter according to the present invention, the distortion detection means detects a distortion component using at least one of the amplitude of the input figure-8 training signal, the time differential value of the amplitude, and the time differential value of the phase. It is characterized by.
また、本発明に係る送信機において、演算手段は、入力された8の字トレーニング信号を用いて、少なくとも上限値と下限値の2区分に分けて補償値を演算することを特徴とする。 In the transmitter according to the present invention, the computing means computes the compensation value by dividing it into at least two categories of an upper limit value and a lower limit value using the input 8-character training signal.
また、本発明に係る送信機において、補償手段は、複数の歪検出手段によって検出された離散的な歪成分を補間する補間手段を有することを特徴とする。 In the transmitter according to the present invention, the compensation means includes an interpolation means for interpolating discrete distortion components detected by the plurality of distortion detection means.
また、本発明に係る送信機において、区分に使用したしきい値は、所定の変調方式で変調された入力信号のピークを含む直線区分によるしきい値、又は、入力信号のピークと入力信号の平均値とを少なくとも含む多直線近似区分によるしきい値であることを特徴とする。 In the transmitter according to the present invention, the threshold used for the division is a threshold based on a linear division including the peak of the input signal modulated by a predetermined modulation method, or the peak of the input signal and the input signal. The threshold value is determined by a polyline approximation section including at least an average value.
さらに、本発明に係る送信機において、補償手段は、プリディストーション方式による歪補償で残留した残留歪みをさらに除去するための残留歪み除去手段を有することを特徴とする。 Furthermore, the transmitter according to the present invention is characterized in that the compensation means includes residual distortion removal means for further removing residual distortion remaining in distortion compensation by a predistortion method.
本発明に係る歪補償回路を有する送信機を用いることにより、簡単な回路であっても短時間で良好な歪補償効果を得ることができ、安定した収束特性を得ることができるという効果がある。 By using a transmitter having a distortion compensation circuit according to the present invention, even with a simple circuit, a good distortion compensation effect can be obtained in a short time, and a stable convergence characteristic can be obtained. .
以下、本発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)を、図面に従って説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described with reference to the drawings.
図1は、送信機1の構成を示している。送信機1は、フィードバックされた出力信号Yと増幅すべき信号である参照信号Xとが入力され、第1の実施形態に係る歪補償回路として機能する逆歪信号発生回路10と、逆歪信号Zをアップコンバートするミキサー14と、信号を増幅する電力増幅器11と、出力信号Yを取り出す方向性結合器12と、アンテナ62と、方向性結合器12により分配された出力信号Yをダウンコンバートするミキサー15と、周波数変換用のローカル発振器13と、を有している。 FIG. 1 shows the configuration of the transmitter 1. The transmitter 1 receives an output signal Y that is fed back and a reference signal X that is a signal to be amplified, an inverse distortion signal generation circuit 10 that functions as a distortion compensation circuit according to the first embodiment, and an inverse distortion signal. The mixer 14 that upconverts Z, the power amplifier 11 that amplifies the signal, the directional coupler 12 that extracts the output signal Y, the antenna 62, and the output signal Y distributed by the directional coupler 12 are downconverted. It has a mixer 15 and a local oscillator 13 for frequency conversion.
歪補償回路である逆歪信号発生回路10は、デジタル回路で構成され、歪特性を測定するための信号発生器63と、信号を切り替えるスイッチ61と、振幅検出器19と、電力検出器18と、各メモリテーブルを切り替えて重み付け補間を指示する振幅微分値解析器25及び位相微分値解析器26と、これら解析器からの指示に基づいて振幅微分値と位相微分値とを重み付けて補間する重み付け補間器27と、参照信号Xに補償値を掛け合わせる乗算器28と、を有している。さらに、逆歪信号発生回路10は、振幅の時間微分値による補償用のテーブルを作成する振幅微分値テーブル作成部16と、位相の時間微分値による補償用のテーブルを作成する位相微分値テーブル作成部17と、振幅微分値のメモリレステーブル21と、位相微分値のメモリレステーブル22と、を有している。 The inverse distortion signal generation circuit 10 which is a distortion compensation circuit is configured by a digital circuit, and includes a signal generator 63 for measuring distortion characteristics, a switch 61 for switching signals, an amplitude detector 19, and a power detector 18. The amplitude differential value analyzer 25 and the phase differential value analyzer 26 which switch each memory table and instruct weight interpolation, and the weight which interpolates by weighting the amplitude differential value and the phase differential value based on an instruction from these analyzers. An interpolator 27 and a multiplier 28 that multiplies the reference signal X by a compensation value. Further, the inverse distortion signal generation circuit 10 generates an amplitude differential value table creation unit 16 that creates a compensation table based on the time differential value of the amplitude, and a phase differential value table creation that creates a compensation table based on the time differential value of the phase. And a memoryless table 21 of amplitude differential values and a memoryless table 22 of phase differential values.
なお、メモリレステーブル21,22の「メモリレス」とは、過去の信号に影響を受けることなく、入力に対して所定の値を1対1で出力する効果をいう。本発明で特徴的な事項は、後述する電力増幅器の歪特性が同一瞬時電力であっても、振幅微分値及び位相微分値によって異なることに基づいて、図1に示すような2種類のテーブル作成部と、過去の信号に影響を受けないメモリレステーブルを所定区分に分けて複数設け、それぞれのメモリレステーブルを切り替えて使用することで、メモリ効果の補償を行うことである。 Note that “memoryless” in the memoryless tables 21 and 22 refers to the effect of outputting a predetermined value one-to-one with respect to the input without being affected by past signals. A characteristic feature of the present invention is that two types of tables as shown in FIG. 1 are created based on the fact that the distortion characteristics of a power amplifier, which will be described later, differ depending on the amplitude differential value and the phase differential value even when the same instantaneous power is used. And a plurality of memoryless tables that are not affected by past signals are divided into predetermined sections, and each memoryless table is switched and used to compensate for the memory effect.
図2を用いて、例えば、W−CDMA信号などの入力変調信号に対する出力変調信号の振幅微分値と位相微分値を説明する。一般に出力が大きい増幅器は複数の増幅器を接続して実現される。図2(B)には、電力増幅器11a,11bに変調信号発生器31からの入力変調信号Piを入力して増幅し、出力信号Poを出力する電力増幅器が示されている。例えば、図2(B)の後段の増幅器11bは、メモリレスの増幅器として動作するが、電源ラインを伝わって伝達されるノイズ等が前段の増幅器11aに回り込むことにより、増幅器11aは過去の信号に影響を受け「メモリ」効果を有することがある。また、図2(A)には、入力変調信号Piのコンスタレーション図を示し、半径方向の長さは振幅を表している。また、振幅方向の変化であるdAの時間微分値であるdA/dtは振幅微分値を表し、円周方向の変化により位相を示すΔθの時間微分値であるdθ/dtは位相微分値を表す。 An amplitude differential value and a phase differential value of an output modulation signal with respect to an input modulation signal such as a W-CDMA signal will be described with reference to FIG. In general, an amplifier having a large output is realized by connecting a plurality of amplifiers. FIG. 2B shows a power amplifier that inputs and amplifies the input modulation signal Pi from the modulation signal generator 31 to the power amplifiers 11a and 11b and outputs the output signal Po. For example, the latter-stage amplifier 11b in FIG. 2B operates as a memoryless amplifier. However, noise or the like transmitted through the power supply line wraps around the previous-stage amplifier 11a, so that the amplifier 11a becomes a past signal. May be affected and have a “memory” effect. FIG. 2A shows a constellation diagram of the input modulation signal Pi, and the length in the radial direction represents the amplitude. Further, dA / dt which is a time differential value of dA which is a change in the amplitude direction represents an amplitude differential value, and dθ / dt which is a time differential value of Δθ indicating a phase by a change in the circumferential direction represents a phase differential value. .
図12は、本実施形態における増幅器の歪特性を測定するために、図1の信号発生器63で発生させる変調パターンを示している。図12の実線で示した信号は増幅器の入力信号を表し、破線で示した信号は増幅器の出力信号を示している。 FIG. 12 shows a modulation pattern generated by the signal generator 63 of FIG. 1 in order to measure the distortion characteristics of the amplifier in this embodiment. A signal indicated by a solid line in FIG. 12 represents an input signal of the amplifier, and a signal indicated by a broken line represents an output signal of the amplifier.
この変調パターンは、振幅信号レベルの増減と、正負の振幅の時間微分値と、正負の位相の時間微分値と、をコンスタレーション上で8の字を描く8の字変調信号(Honneybee’s Dance Modulation)である。8の字変調信号の特徴は正負の振幅微分値及び位相微分値を少ないサンプル数で所望の条件を実現するものであり、歪補償回路のトレーニングパターンとして用いることで、短時間に安定した歪補償値を得ることが可能となった。 This modulation pattern is an 8-shaped modulation signal (Honeybee's Dance) that draws an 8 figure on the constellation of an increase / decrease in amplitude signal level, a time differential value of positive / negative amplitude, and a time differential value of positive / negative phase. Modulation). The characteristic of the figure-8 modulation signal is to realize desired conditions with positive and negative amplitude differential values and phase differential values with a small number of samples, and by using them as a training pattern for the distortion compensation circuit, stable distortion compensation in a short time. It became possible to obtain a value.
また、表1は、8の字変調信号の“Up+”〜“Down−”までの特徴的な6つのモードを示している。表の記号“Up+”は、コンスタレーションの原点から動き出した信号であり、振幅が増加すると共に位相も増加するので、振幅微分値の符号が“正”であり、位相微分値の符号が“正”となる。このような増加現象が続くと、振幅一定で位相だけ増加する“Peak+”となり、振幅微分値は変化せず“ゼロ”となり、振幅微分値は“正”を維持する。次に、振幅は減少するが位相は引き続き増加する“Down+”となり、振幅微分値は“負”となり、位相微分値は“正”を維持する。なお、図12中のUp,Peak,Downの後に示した“+”は、位相微分値の符号を意味している。以下、同様にして“Up−”〜“Down−”を経て、最初に戻ることになる。 Table 1 shows six characteristic modes from “Up +” to “Down−” of the figure 8 modulation signal. The symbol “Up +” in the table is a signal that has started to move from the origin of the constellation. Since the amplitude increases and the phase also increases, the sign of the amplitude differential value is “positive” and the sign of the phase differential value is “positive”. " If such an increase phenomenon continues, “Peak +”, in which the amplitude is constant and the phase is increased, becomes “Peak +”, the amplitude differential value remains “zero”, and the amplitude differential value remains “positive”. Next, the amplitude decreases, but the phase continues to increase to “Down +”, the amplitude differential value becomes “negative”, and the phase differential value remains “positive”. In addition, “+” shown after Up, Peak, and Down in FIG. 12 means the sign of the phase differential value. In the same manner, the process returns to the beginning through “Up−” to “Down−”.
図3は、入力変調信号Piの瞬時電力に対する入力変調信号Piの振幅微分値(A)と、瞬時電力に対する位相微分値(B)と、の分散を示す統計的に処理した一例である。図3(A)の振幅微分値において、瞬時電力が0dBの時に振幅微分値は−0.5〜+0.5まで分散し、また、図3(B)の位相微分値では、瞬時電力が0dBの時に−10〜+10まで分散している。 FIG. 3 shows an example of statistical processing showing the dispersion of the amplitude differential value (A) of the input modulation signal Pi with respect to the instantaneous power of the input modulation signal Pi and the phase differential value (B) with respect to the instantaneous power. In the amplitude differential value of FIG. 3A, the amplitude differential value is dispersed from −0.5 to +0.5 when the instantaneous power is 0 dB, and the instantaneous power is 0 dB in the phase differential value of FIG. At this time, it is dispersed from -10 to +10.
そこで、瞬時電力に対する振幅微分の依存性を調べるために、図3(A)の振幅微分値において、この分散を下から−0.5以上−0.3未満と、−0.3以上−0.1未満と、−0.1以上+0.1未満と、+0.1以上+0.3未満と、+0.3以上+0.5未満と、の5つの区分に分けてしきい値をそれぞれ設定した。 Therefore, in order to examine the dependency of the amplitude differentiation on the instantaneous power, in the amplitude differential value of FIG. 3A, this variance is −0.5 or more and less than −0.3 and −0.3 or more and −0 from the bottom. Threshold values were set for each of the following five categories: less than 1, less than -0.1 and less than +0.1, more than +0.1 and less than +0.3, and more than +0.3 and less than +0.5. .
また、瞬時電力に対する位相微分値の依存性を調べるために、図3(B)の位相微分値において、この分散を下から−5以上−3未満と、−3以上−1未満と、−1以上+1未満と、+1以上+3未満と、+3以上+5未満と、の5つの区分に分けてしきい値をそれぞれ設定した。 Further, in order to investigate the dependence of the phase differential value on the instantaneous power, in the phase differential value of FIG. 3B, this variance is -5 or more and less than -3, -3 or more and less than -1, and -1 The threshold values are set for each of the five categories of less than +1, less than +1 and less than +3, and more than +3 and less than +5.
図4は、瞬時電力に対する振幅微分値の依存性を示しており、図3(A)に示したしきい値の区分毎にデータを抽出し、AM−AM特性:図4(A)及びAM−PM特性:図4(B)をプロットしたものである。図4(A)のAM−AM特性には5つの区分のデータが濃淡で示されており、瞬時電力が低い領域と高い領域にてAM特性(dB)がそれぞれの区分毎に低下し、低下具合はそれぞれ異なっていることが分かる。 FIG. 4 shows the dependence of the amplitude differential value on the instantaneous power. Data is extracted for each threshold value category shown in FIG. 3 (A), and AM-AM characteristics: FIG. 4 (A) and AM -PM characteristics: FIG. 4B is plotted. In the AM-AM characteristic of FIG. 4 (A), the data of five sections are shown in shades, and the AM characteristic (dB) decreases and decreases in each of the areas where the instantaneous power is low and high. It can be seen that the conditions are different.
また、図4(B)のAM−PM特性には、同様に5つの区分のデータが濃淡で示されており、瞬時電力が高くなるに従いPM特性(deg)がそれぞれの区分毎に増加し、増加具合は区分や瞬時電力毎に異なっていることが分かる。 Also, in the AM-PM characteristic of FIG. 4B, the data of five sections are similarly shown in shades, and the PM characteristic (deg) increases for each section as the instantaneous power increases. It can be seen that the degree of increase differs for each category and instantaneous power.
図5は、瞬時電力に対する位相微分値の依存性を示しており、図3(B)に示したしきい値の区分毎にデータを抽出し、AM−AM特性:図5(A)及びAM−PM特性:図5(B)をプロットしたものである。図5(A)のAM−AM特性には5つの区分のデータが濃淡で示されており、瞬時電力が低い領域と高い領域にてAM特性(dB)がそれぞれの区分毎に低下し、低下具合はそれぞれ異なり、図4(A)の特性と同様に区分や瞬時電力毎に異なっていることが分かる。 FIG. 5 shows the dependence of the phase differential value on the instantaneous power. Data is extracted for each threshold value category shown in FIG. 3B, and AM-AM characteristics: FIG. 5A and AM -PM characteristics: FIG. 5B is plotted. In the AM-AM characteristic of FIG. 5 (A), the data of five sections are shown in shades, and the AM characteristic (dB) decreases and decreases in each of the sections where the instantaneous power is low and high. It can be seen that the conditions are different from each other and are different for each category and instantaneous power as in the characteristics of FIG.
また、図5(B)のAM−PM特性には、同様に5つの区分のデータが濃淡で示されており、瞬時電力が高くなるに従いPM特性(deg)がそれぞれの区分毎に増加し、増加具合はそれぞれ異なり、図4(B)の特性と同様に区分や瞬時電力毎に異なっていることが分かる。 Similarly, in the AM-PM characteristic of FIG. 5B, the data of the five categories are shown in shades, and the PM characteristic (deg) increases for each category as the instantaneous power increases. It can be seen that the degree of increase is different, and is different for each category and instantaneous power as in the characteristics of FIG.
図6には、横方向に位相微分値で分けたAM−AM特性及びAM−PM特性のテーブル(Look Up Table)を配置し、縦方向には振幅微分値で分けたAM−AM特性及びAM−PM特性のLUTを配置した補償テーブルが示されている。これらの横方向のテーブルはコンスタレーションの回転方向に対応し、縦方向のテーブルはコンスタレーションの半径方向の上昇と下降に対応している。図6を用いて変調信号の振幅微分値及び位相微分値の依存性による歪を補償するための仕組みを説明する。 In FIG. 6, a table of AM-AM characteristics and AM-PM characteristics (Look Up Table) divided by phase differential values in the horizontal direction is arranged, and AM-AM characteristics and AM divided by amplitude differential values in the vertical direction. A compensation table in which LUTs having -PM characteristics are arranged is shown. These horizontal tables correspond to the rotational direction of the constellation, and the vertical tables correspond to the radial rise and fall of the constellation. A mechanism for compensating for distortion due to the dependency of the amplitude differential value and the phase differential value of the modulation signal will be described with reference to FIG.
電力増幅器のAM−AM特性及びAM−PM特性は変調信号の振幅微分値及び位相微分値に依存するので、すべてを補償するためにはAM,PMそれぞれについて4次元テーブルが必要となる。しかし、4次元テーブルを実現するためには回路規模が大きくなりすぎることから現実的ではない。そこで、上述したように、振幅微分値と位相微分値の特性を所定区分に分けて複数のメモリレステーブルとし、図6に示すような補償テーブルとすることで簡略化することができる。さらに、所定区分に分けたメモリレステーブルを少なくとも2枚以上用意して振幅微分値と位相微分値による依存性を補償することが可能となる。 Since the AM-AM characteristic and AM-PM characteristic of the power amplifier depend on the amplitude differential value and the phase differential value of the modulation signal, a four-dimensional table is required for each of AM and PM in order to compensate all of them. However, in order to realize a four-dimensional table, the circuit scale becomes too large, which is not realistic. Therefore, as described above, the characteristics of the amplitude differential value and the phase differential value can be simplified by dividing the characteristics into predetermined sections to form a plurality of memoryless tables and a compensation table as shown in FIG. Further, it is possible to prepare at least two memoryless tables divided into predetermined sections to compensate for the dependency due to the amplitude differential value and the phase differential value.
図7は、本発明に係る歪補償回路による歪補償効果実測結果の一例であり、W−CDMA(約2GHz帯)の4キャリア信号を電力増幅器に入力した場合の入力変調信号と、歪補償なし出力信号と、歪補償あり出力信号と、を示している。また、図7の縦軸は電力を示し横軸はオフセット周波数を示している。図7に示すように、歪補償なしの場合には中心周波数から10MHz離れた電力は−55dBであったものが、補償ありの場合には、安定した収束特性を有すると共に、−80dBに改善できた。 FIG. 7 is an example of a distortion compensation effect actual measurement result by the distortion compensation circuit according to the present invention. An input modulation signal when a 4-carrier signal of W-CDMA (about 2 GHz band) is input to the power amplifier, and no distortion compensation are shown. An output signal and an output signal with distortion compensation are shown. Moreover, the vertical axis | shaft of FIG. 7 shows electric power, and the horizontal axis has shown the offset frequency. As shown in FIG. 7, in the case of no distortion compensation, the power 10 MHz away from the center frequency was −55 dB, but in the case of compensation, it has stable convergence characteristics and can be improved to −80 dB. It was.
図8には、第2の実施形態に係る逆歪信号発生回路20の構成が示されている。本実施形態は、歪補償の収束性及び安定性を重視した構成となっている。図8の逆歪信号発生回路20では、乗算器33で参照信号Xにメモリレスの逆歪信号を重畳し、乗算器28でさらにメモリ効果を含む逆歪信号を重畳している。このような構成にすることにより、歪補償回路を起動した後、高速にメモリレス歪を補償し、その後、ゆっくりとメモリ歪を補償して歪補償特性を向上させるといった動作が可能となる。 FIG. 8 shows a configuration of the inverse distortion signal generation circuit 20 according to the second embodiment. This embodiment has a configuration that emphasizes the convergence and stability of distortion compensation. In the inverse distortion signal generation circuit 20 of FIG. 8, a multiplier 33 superimposes a memoryless inverse distortion signal on the reference signal X, and a multiplier 28 further superimposes an inverse distortion signal including a memory effect. With such a configuration, after starting the distortion compensation circuit, it is possible to compensate for memoryless distortion at high speed, and then slowly compensate for memory distortion to improve distortion compensation characteristics.
また、スイッチ41は電力増幅器の歪特性によって予め歪補償特性のよい方に接続する。例えば、図2(B)に示す歪モデルの電力増幅器11aでは逆歪信号が重畳された入力信号にメモリ効果が重畳されていると考えられるため、スイッチ41を乗算器33の出力側に接続することにより、逆歪信号が重畳された入力信号によるメモリ歪を発生させることができる。 Further, the switch 41 is connected in advance to the one having the better distortion compensation characteristic according to the distortion characteristic of the power amplifier. For example, in the distortion model power amplifier 11a shown in FIG. 2B, it is considered that the memory effect is superimposed on the input signal on which the inverse distortion signal is superimposed. Therefore, the switch 41 is connected to the output side of the multiplier 33. As a result, memory distortion due to the input signal on which the inverse distortion signal is superimposed can be generated.
図9には、第3の実施形態に係る逆歪信号発生回路30の構成が示されている。逆歪信号発生回路30は、振幅テーブル作成部36と、電力検出器34と、メモリレステーブル35と、乗算器33と、歪補償を選択するスイッチ41と、位相微分値解析器26と、レベル調整器42と、レベル調整器42の虚数成分を参照信号Xに乗じる乗算器28と、を有している。電力増幅器の特性により、AM−PM特性がもっぱら位相微分値に依存する特性を示す場合には、メモリレステーブルを使うことなく、簡略化した回路構成により歪補償効果を得ることが可能となる。 FIG. 9 shows a configuration of an inverse distortion signal generation circuit 30 according to the third embodiment. The inverse distortion signal generation circuit 30 includes an amplitude table creation unit 36, a power detector 34, a memoryless table 35, a multiplier 33, a switch 41 for selecting distortion compensation, a phase differential value analyzer 26, a level An adjuster 42 and a multiplier 28 for multiplying the reference signal X by the imaginary component of the level adjuster 42 are provided. When the AM-PM characteristic shows a characteristic that depends solely on the phase differential value due to the characteristic of the power amplifier, it is possible to obtain a distortion compensation effect with a simplified circuit configuration without using a memoryless table.
図10は、本実施形態に係る逆歪信号発生回路のテーブル作成部50の構成を示している。テーブル作成部50は、電力増幅器の出力信号Yの信号を参照信号Xで除した信号を発生するY/X除算器51と、振幅微分値解析器52と、位相微分値解析器53と、振幅微分値と位相微分値とに応じてY/X除算器51からの信号の取捨選択を行うスイッチ55と、選択されたデータに基づいてヒストグラム化及び平均化を行うヒストグラム演算器56と、得られた離散値から多項式を算出する多項式係数算出回路57と、逆特性化するLUT値計算回路58と、を有している。 FIG. 10 shows a configuration of the table creation unit 50 of the inverse distortion signal generation circuit according to the present embodiment. The table creation unit 50 includes a Y / X divider 51 that generates a signal obtained by dividing the output signal Y signal of the power amplifier by the reference signal X, an amplitude differential value analyzer 52, a phase differential value analyzer 53, and an amplitude. A switch 55 for selecting a signal from the Y / X divider 51 according to the differential value and the phase differential value, and a histogram calculator 56 for performing histogram formation and averaging based on the selected data are obtained. A polynomial coefficient calculation circuit 57 that calculates a polynomial from the discrete values, and an LUT value calculation circuit 58 that performs inverse characteristics.
図10の振幅微分値解析器52は、参照信号Xの振幅微分値を求め、しきい値判定回路54に与え、同様にして、位相微分値解析器53は、参照信号Xの位相微分値を求め、しきい値判定回路54に与える。しきい値判定回路54は、参照信号Xが予め設定されたしきい値の範囲にあるかどうかを判定し、所定の範囲であるときのみ、スイッチ55を操作する。なお、しきい値設定は振幅微分値のみ、位相微分値のみ、あるいは、両方の組み合わせが可能である。スイッチ55は、しきい値判定回路54から許可があった場合のみ、Y/X除算器51からのデータを有効にする。 The amplitude differential value analyzer 52 in FIG. 10 obtains the amplitude differential value of the reference signal X and gives it to the threshold value determination circuit 54. Similarly, the phase differential value analyzer 53 calculates the phase differential value of the reference signal X. It is obtained and given to the threshold judgment circuit 54. The threshold determination circuit 54 determines whether or not the reference signal X is within a preset threshold range, and operates the switch 55 only when it is within a predetermined range. Note that the threshold value can be set to only the amplitude differential value, only the phase differential value, or a combination of both. The switch 55 validates the data from the Y / X divider 51 only when permission is given from the threshold determination circuit 54.
図10のヒストグラム演算器56は、有効データを入力電力値で区分し、区間要素毎に累積し、度数を計測する。この度数を一定時間累積後、区間要素ごとに度数で除することにより平均化してヒストグラムを作成する。作成されたヒストグラムは、多項式係数算出回路57によりヒストグラムを多項式で近似し、多項式係数を出力する。近似には例えば、最小二乗法を利用する。LUT値計算回路は、近似された多項式係数を利用してLUT値を計算し、Y/X除算器を使用する場合には、逆特性化する。以上の構成により、しきい値で区分された複数のLUT(AM−AM特性、AM−PM特性)を作成可能である。なお、位相微分値の解析手法として、アークタンジェントテーブルを利用する方法、ヒルベルト変換を利用する方法等を用いても好適に解析可能である。 The histogram calculator 56 in FIG. 10 classifies the effective data by the input power value, accumulates it for each section element, and measures the frequency. This frequency is accumulated for a certain period of time, and then averaged by dividing by frequency for each section element to create a histogram. The generated histogram is approximated by a polynomial by a polynomial coefficient calculation circuit 57, and a polynomial coefficient is output. For the approximation, for example, a least square method is used. The LUT value calculation circuit calculates the LUT value using the approximated polynomial coefficient, and reverse-characterizes it when the Y / X divider is used. With the above configuration, a plurality of LUTs (AM-AM characteristics, AM-PM characteristics) divided by threshold values can be created. As a method for analyzing the phase differential value, a method using an arc tangent table, a method using Hilbert transform, or the like can be suitably used.
図11は、本実施形態に係るしきい値設定のための一例である。図3に示したような直線的なしきい値設定では、処理が簡単になる反面、瞬時電力のピークが存在しない領域(例えば、−0.5以上−0.3未満など)が存在し、多項式近似精度が劣化するという欠点がある。そこで、図11に示すような変調信号の分布に従った多直線によるしきい値によりテーブル1の領域とテーブル2の領域とを設定することにより、瞬時電力のピーク値と平均値(0dB付近)とを含ませることができるため、図6の中央のテーブルを削除できるだけでなく、多項式近似精度を向上させ、歪補償性能を改善することが可能となる。 FIG. 11 is an example for threshold setting according to the present embodiment. The linear threshold setting as shown in FIG. 3 simplifies the process, but there is a region where there is no instantaneous power peak (for example, −0.5 or more and less than −0.3). There is a disadvantage that the approximation accuracy is degraded. Therefore, the peak value and the average value (near 0 dB) of the instantaneous power are set by setting the area of Table 1 and the area of Table 2 with threshold values based on multiple lines according to the distribution of the modulation signal as shown in FIG. 6 can be deleted, the polynomial approximation accuracy can be improved and the distortion compensation performance can be improved.
以上、上述したように、本実施形態の信号発生器及び歪補償回路を有する送信機を用いることにより、簡単な回路であっても良好な歪補償効果を短時間で得ることができ、安定した収束特性を得ることが可能となる。なお、本実施形態では、包絡線変動を伴うW−CDMA方式の歪補償回路について説明したが、これに限定するものではなく、OFDM方式、多値QAM方式及びQPSK方式に用いても好適である。 As described above, by using the transmitter having the signal generator and the distortion compensation circuit of the present embodiment, a good distortion compensation effect can be obtained in a short time even with a simple circuit, and stable. Convergence characteristics can be obtained. In this embodiment, the W-CDMA distortion compensation circuit with envelope variation has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also suitable for use in the OFDM, multilevel QAM, and QPSK systems. .
1 送信機 、10,20,30 逆歪信号発生回路、11 電力増幅器、12 方向性結合器、13 ローカル発振器、14,15 ミキサー、16 振幅微分値テーブル作成部、17 位相微分値テーブル作成部、18,34 電力検出器、19 振幅検出器、21,22,35 メモリレステーブル、25,52 振幅微分値解析器、26,53 位相微分値解析器、27 重み付け補間器、28,33 乗算器、31 変調信号発生器、36 振幅テーブル作成部、37,38 除算器、41,55,61 スイッチ、42 レベル調整器、50 テーブル作成部、51 Y/X除算器、56 ヒストグラム演算器、57 多項式係数算出回路、58 LUT値計算回路、62 アンテナ、63 信号発生器。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transmitter 10, 20, 30 Inverse distortion signal generation circuit, 11 Power amplifier, 12 Directional coupler, 13 Local oscillator, 14, 15 Mixer, 16 Amplitude differential value table creation part, 17 Phase differential value table creation part, 18, 34 Power detector, 19 Amplitude detector, 21, 22, 35 Memoryless table, 25, 52 Amplitude differential value analyzer, 26, 53 Phase differential value analyzer, 27 Weighted interpolator, 28, 33 Multiplier, 31 modulation signal generator, 36 amplitude table creation unit, 37, 38 divider, 41, 55, 61 switch, 42 level adjuster, 50 table creation unit, 51 Y / X divider, 56 histogram calculator, 57 polynomial coefficient Calculation circuit, 58 LUT value calculation circuit, 62 antenna, 63 signal generator.
Claims (6)
信号発生器は、振幅信号レベルの増減と、正負の振幅の時間微分値と、正負の位相の時間微分値と、をコンスタレーション上で8の字を描く8の字トレーニング信号を発生し、
歪補償回路は、
増幅器が発生する歪を検出するために、所定の変調方式で変調された入力信号又は信号発生器の8の字トレーニング信号を増幅器に入力し、増幅器のAM−AM特性及びAM−PM特性の非線形性に起因して発生する歪成分を、少なくとも振幅の時間微分値毎に検出する歪検出手段と、
歪検出手段によって検出された歪成分を予め設定された複数の区分に分けて各区分の補償値を演算する演算手段と、
演算された複数の区分の補償値に基づいて、補償信号を入力信号に重畳する補償手段と、
を有することを特徴とする送信機。 In order to compensate for distortion components generated by an amplifier that amplifies an input signal, in a transmitter having a signal generator that generates a training signal and a distortion compensation circuit of a predistortion method that compensates for distortion components using the training signal,
The signal generator generates an 8-character training signal that draws an 8-character on the constellation by increasing / decreasing the amplitude signal level, a time differential value of positive / negative amplitude, and a time differential value of positive / negative phase,
The distortion compensation circuit
In order to detect distortion generated by the amplifier, an input signal modulated by a predetermined modulation method or a figure 8 training signal of the signal generator is input to the amplifier, and the AM-AM characteristics and AM-PM characteristics of the amplifier are nonlinear. Distortion detection means for detecting distortion components generated due to the property at least for each time differential value of amplitude;
An arithmetic means for dividing the distortion component detected by the distortion detecting means into a plurality of preset sections and calculating a compensation value for each section;
Compensation means for superimposing the compensation signal on the input signal based on the calculated compensation values of the plurality of sections;
A transmitter characterized by comprising:
歪検出手段は、入力された8の字トレーニング信号の振幅、振幅の時間微分値、位相の時間微分値の少なくとも1つを用いて歪成分を検出することを特徴とする送信機。 The transmitter of claim 1, wherein
The distortion detecting means detects a distortion component by using at least one of the amplitude of the input figure-8 training signal, the time differential value of the amplitude, and the time differential value of the phase.
演算手段は、入力された8の字トレーニング信号を用いて、少なくとも上限値と下限値の2区分に分けて補償値を演算することを特徴とする送信機。 The transmitter according to claim 1 or 2,
The calculating means calculates a compensation value by dividing into at least an upper limit value and a lower limit value using the input figure 8 training signal.
補償手段は、
複数の歪検出手段によって検出された離散的な歪成分を補間する補間手段を有することを特徴とする送信機。 The transmitter according to claim 1 or 2,
Compensation means
A transmitter comprising: interpolation means for interpolating discrete distortion components detected by a plurality of distortion detection means.
区分に使用したしきい値は、所定の変調方式で変調された入力信号のピークを含む直線区分によるしきい値、又は、入力信号のピークと入力信号の平均値とを少なくとも含む多直線近似区分によるしきい値であることを特徴とする送信機。 The transmitter according to claim 3, wherein
The threshold used for the division is a threshold based on a linear division including the peak of the input signal modulated by a predetermined modulation method, or a multiple linear approximation division including at least the peak of the input signal and the average value of the input signal. Transmitter characterized by a threshold value according to.
補償手段は、プリディストーション方式による歪補償で残留した残留歪みをさらに除去するための残留歪み除去手段を有することを特徴とする送信機。 The transmitter according to claim 4, wherein
The transmitter according to claim 1, wherein the compensation means includes residual distortion removal means for further removing residual distortion remaining due to distortion compensation by a predistortion method.
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