JP2014003527A - Transmitter, and distortion compensation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の周波数帯域の成分を含む信号を増幅する際に生じる歪みを補償する歪み補償方法、及び、この歪み補償方法を用いた送信機に関する。 The present invention relates to a distortion compensation method for compensating for distortion generated when a signal including components in a plurality of frequency bands is amplified, and a transmitter using the distortion compensation method.
無線通信の用途が高度かつ多様化するにしたがって、多種多様な無線システムを統合的に収容するために複数の周波数帯域の信号を同時に送信できる送信機が求められている。このような送信機を実現するには、無線帯域のマルチバンド化又は広帯域化が必要である。 As the use of wireless communication is advanced and diversified, there is a demand for a transmitter that can simultaneously transmit signals in a plurality of frequency bands in order to accommodate various wireless systems in an integrated manner. In order to realize such a transmitter, it is necessary to make the radio band multiband or broadband.
送信機が対応する無線帯域が広帯域化することにより、ある無線帯域の信号の高調波、複数の無線帯域の信号間における相互変調歪みや混変調歪み、送信ミキサで発生するスプリアスなどの不要波が、他の無線帯域の信号に対する干渉成分になるという問題が生じることになる。不要波の除去には、SAWフィルタや誘電体フィルタ、導波管フィルタなどの無線帯域において良好な特性を有するバンドパスフィルタが広く使われている。 As the radio band supported by the transmitter becomes wider, unwanted waves such as harmonics of signals in a certain radio band, intermodulation distortion and intermodulation distortion between signals in multiple radio bands, and spurious generated in the transmission mixer are generated. Therefore, there arises a problem that it becomes an interference component for signals in other radio bands. For removing unnecessary waves, bandpass filters having good characteristics in a radio band such as SAW filters, dielectric filters, and waveguide filters are widely used.
しかし、例えば300MHz帯と900MHz帯との信号を同時に送信する場合において、送信用増幅器の非線形性により生じる300MHz帯の信号に対する3倍波の高調波(不要波)をバンドパスフィルタで抑圧すると、送信すべき900MHz帯の信号も抑圧することになってしまう。このような場合において、バンドパスフィルタを用いて不要波を抑圧することは適当ではない。 However, for example, when signals in the 300 MHz band and the 900 MHz band are transmitted at the same time, if a third harmonic (unnecessary wave) with respect to the signal in the 300 MHz band generated by the nonlinearity of the transmission amplifier is suppressed by a bandpass filter, transmission is performed. The 900 MHz band signal to be suppressed is also suppressed. In such a case, it is not appropriate to suppress unnecessary waves using a bandpass filter.
また、300MHz帯と900MHz帯との信号を同時に送信する場合において、2次の相互変調歪みにより600MHz帯や1200MHz帯の不要波や、3次の相互変調歪みにより1500MHz帯の不要波が発生することがあるが、600MHz帯、1200MHz帯、又は1500MHz帯にも送信すべき信号が存在するときには、バンドパスフィルタを用いて不要波を抑圧することは適当ではない。 Further, when signals in the 300 MHz band and 900 MHz band are transmitted simultaneously, unnecessary waves in the 600 MHz band and 1200 MHz band are generated by the second order intermodulation distortion, and unnecessary waves in the 1500 MHz band are generated by the third order intermodulation distortion. However, when there is a signal to be transmitted also in the 600 MHz band, 1200 MHz band, or 1500 MHz band, it is not appropriate to suppress unnecessary waves using a bandpass filter.
また、300MHz帯と900MHz帯との信号を同時に送信する場合において、送信用増幅器の非線形性により、基本波成分である300MHz帯と900MHz帯に3次や5次の混変調歪みが生じたとしても、同様に、バンドパスフィルタを用いて不要波を抑圧することは適当ではない。 Further, when signals in the 300 MHz band and 900 MHz band are transmitted simultaneously, even if third-order or fifth-order intermodulation distortion occurs in the 300 MHz band and 900 MHz band, which are the fundamental wave components, due to the nonlinearity of the transmission amplifier. Similarly, it is not appropriate to suppress unwanted waves using a bandpass filter.
上述のように、複数の周波数帯域の信号を同時に送信する場合には、生じた不要波をバンドパスフィルタにより抑圧すると、送信すべき信号まで抑圧してしまうことがあるので、バンドパスフィルタを用いずに高調波や相互変調歪み、混変調歪みの発生そのものを抑圧する必要がある。 As described above, when signals in a plurality of frequency bands are transmitted simultaneously, if the generated unwanted waves are suppressed by the bandpass filter, the signal to be transmitted may be suppressed. Therefore, it is necessary to suppress the generation of harmonics, intermodulation distortion, and intermodulation distortion.
増幅器で発生する非線形歪みを抑圧する1つの方法として、増幅器の出力飽和電力に対し十分に低い電力の信号のみを出力する方法(線形領域での動作)があるが、増幅器の電力効率が低くなってしまう。また、増幅器で発生する非線形歪みを抑圧する他の方法として、デジタル前置補償型歪み補償方法や、アナログ前置補償型歪み補償方法、フィードバック型歪み補償方法、フィードフォワード型歪み補償方法などの歪み補償技術がある(非特許文献1から非特許文献4)。
One method of suppressing nonlinear distortion that occurs in an amplifier is to output only a signal with sufficiently low power relative to the output saturation power of the amplifier (operation in the linear region), but the power efficiency of the amplifier is low. End up. In addition, other methods for suppressing nonlinear distortion generated in an amplifier include distortion such as a digital pre-compensation type distortion compensation method, an analog pre-compensation type distortion compensation method, a feedback type distortion compensation method, and a feed-forward type distortion compensation method. There is a compensation technique (Non-Patent
しかしながら、非特許文献1から非特許文献4に記載の技術は、送信に用いる周波数帯域内に生じる相互変調歪みを低減することを目的としており、他の周波数帯域に生じる高調波や相互変調歪みを低減することを目的としていない。また、これらの技術では、複数の周波数帯域の信号に対して同時に歪み補償をすることを想定していないため、周波数帯域ごとに非線形特性が異なる場合、対応することが困難であるか、あるいは、対応できたとしても歪み補償処理を行う上で計算が非常に複雑になるという問題がある。
However, the techniques described in
すなわち、上記の歪み補償技術は、送信に用いるある周波数帯域内に生じる相互変調歪みを低減することを目的としており、他の周波数帯域に生じる高調波や相互変調歪みを低減することはしていない。また、周波数帯域ごとに異なる非線形特性を同時に扱うことが難しく、補償処理に関しても複雑になるので、無線帯域のマルチバンド化又は広帯域化に適した手法が必要となる。 In other words, the above distortion compensation technique is intended to reduce intermodulation distortion that occurs in a certain frequency band used for transmission, and does not reduce harmonics and intermodulation distortion that occur in other frequency bands. . In addition, it is difficult to handle different non-linear characteristics for each frequency band at the same time, and the compensation process is complicated, so a method suitable for multiband or widening of the radio band is required.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の無線帯域の信号を同時に増幅する際に発生する高調波及び相互変調歪みなどの不要波の発生を抑圧できる送信機、及び歪み補償方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, a transmitter capable of suppressing the generation of unnecessary waves such as harmonics and intermodulation distortion generated when signals of a plurality of radio bands are simultaneously amplified, and distortion. An object is to provide a compensation method.
上記問題を解決するために、本発明は、複数の周波数帯域の送信信号を同時に増幅して送信する送信機であって、複数の前記送信信号を同時に増幅する増幅器と、前記増幅器を入力周波数特性、非線形特性、出力周波数特性に分離してモデル化した増幅器モデルに基づいて、前記出力周波数特性を複数の入力信号に対して補償する出力周波数特性補償部と、前記増幅器モデルの前記非線形特性に基づいて、前記複数の周波数帯域における前記増幅器の出力に対応した非線形連立方程式を解くことにより、前記出力周波数特性補償部による補償で得られた信号に対する補償信号を算出する非線形特性補償部と、前記増幅器モデルの前記入力周波数特性を、前記非線形特性補償部が算出した補償信号に対して補償し、補償により得られた信号を前記増幅器に出力する入力周波数特性補償部とを備えることを特徴とする送信機である。 In order to solve the above problems, the present invention provides a transmitter that simultaneously amplifies and transmits transmission signals in a plurality of frequency bands, and amplifies the plurality of transmission signals simultaneously, and the amplifier has an input frequency characteristic. An output frequency characteristic compensator that compensates the output frequency characteristic for a plurality of input signals based on an amplifier model that is separated and modeled into a nonlinear characteristic and an output frequency characteristic; and based on the nonlinear characteristic of the amplifier model. A nonlinear characteristic compensator that calculates a compensation signal for a signal obtained by compensation by the output frequency characteristic compensator by solving a nonlinear simultaneous equation corresponding to the output of the amplifier in the plurality of frequency bands; and the amplifier The input frequency characteristic of the model is compensated with respect to the compensation signal calculated by the nonlinear characteristic compensator, and the signal obtained by the compensation is compensated for in advance. A transmitter, characterized in that it comprises an input frequency characteristic compensation unit for outputting to the amplifier.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記非線形特性補償部は、前記非線形連立方程式を解く際に、前記送信信号の周波数帯域において発生する不要波を抑圧する補償信号を算出することを特徴とする。 Further, the present invention is the invention described in the above, wherein the nonlinear characteristic compensator calculates a compensation signal for suppressing an unnecessary wave generated in a frequency band of the transmission signal when solving the nonlinear simultaneous equations. Features.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記非線形特性補償部は、前記出力周波数特性補償部による補償で得られた信号の周波数帯域と異なる周波数帯域の補償信号を算出することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the nonlinear characteristic compensator calculates a compensation signal in a frequency band different from the frequency band of the signal obtained by the compensation by the output frequency characteristic compensator. To do.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記非線形特性補償部は、算出した前記補償信号のうち、予め定められた第1の閾値より電力レベルが低い補償信号を出力しないことを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the nonlinear characteristic compensator does not output a compensation signal whose power level is lower than a predetermined first threshold among the calculated compensation signals. To do.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記出力周波数特性補償部は、前記入力信号のうち、予め定められた第2の閾値より電力レベルが低い入力信号に対する補償を行わないあるいは、前記非線形特性補償部は、前記非線形連立方程式を解く際に、前記出力周波数特性補償部による補償で得られた信号のうち、前記第2の閾値より電力レベルが低い信号に関して、予め定められた次数以上の項を0とみなすことを特徴とする。 In the invention described above, the output frequency characteristic compensation unit may not perform compensation for an input signal whose power level is lower than a predetermined second threshold among the input signals, or When the nonlinear characteristic compensator solves the nonlinear simultaneous equations, a signal having a power level lower than the second threshold among signals obtained by compensation by the output frequency characteristic compensator is equal to or higher than a predetermined order. This term is characterized in that the term of 0 is regarded as 0.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記出力周波数特性補償部と前記入力周波数特性補償部とのいずれか一方又は両方は、前記入力信号の周波数帯域における利得の最大値と最小値との差分が予め定められた第3の閾値以下である場合、補償を行わないことを特徴とする。 Further, the present invention is the above-described invention, wherein one or both of the output frequency characteristic compensator and the input frequency characteristic compensator are a maximum value and a minimum value of gain in the frequency band of the input signal. When the difference is equal to or smaller than a predetermined third threshold value, no compensation is performed.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記非線形特性補償部は、前記非線形連立方程式を解く際に、前記送信信号の高調波成分に基づいて中心周波数の低い補償信号から順に算出することを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the above-described invention, the nonlinear characteristic compensator calculates in order from a compensation signal having a lower center frequency based on a harmonic component of the transmission signal when solving the nonlinear simultaneous equations. It is characterized by.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記非線形特性補償部は、前記送信信号の高調波成分に基づいて中心周波数の低い順に算出した補償信号を初期値とした反復法により相互変調歪み又は混変調歪みを反映した補償信号を算出することを特徴とする。 Further, the present invention is the invention described in the above, wherein the nonlinear characteristic compensator performs intermodulation distortion by an iterative method with initial values of compensation signals calculated in ascending order of center frequencies based on harmonic components of the transmission signal. Alternatively, a compensation signal reflecting intermodulation distortion is calculated.
また、本発明は、上記に記載の発明において、前記入力周波数特性補償部と前記増幅器との間に設けられ、前記入力周波数特性補償部による補償で得られた信号を前記送信信号の周波数帯に周波数変換して前記増幅器に出力する周波数変換部を更に備えることを特徴とする。 According to the present invention, in the above-described invention, the signal obtained by the compensation by the input frequency characteristic compensation unit is provided in the frequency band of the transmission signal, provided between the input frequency characteristic compensation unit and the amplifier. A frequency converter that converts the frequency and outputs the converted signal to the amplifier is further provided.
また、上記問題を解決するために、本発明は、複数の周波数帯域の信号を1つの増幅器で増幅する際に生じる歪みを補償する歪み補償方法であって、前記増幅器を入力周波数特性、非線形特性、出力周波数特性に分離してモデル化した増幅器モデルに基づいて、前記出力周波数特性を複数の入力信号に対して補償する出力周波数特性補償ステップと、前記増幅器モデルの前記非線形特性に基づいて、前記複数の周波数帯域における前記増幅器の出力に対応した非線形連立方程式を解くことにより、前記出力周波数特性補償ステップにおける補償により得られた信号に対する補償信号を算出する非線形特性補償ステップと、前記増幅器モデルの前記入力周波数特性を、前記非線形特性補償ステップにおいて算出した補償信号に対して補償する入力周波数補償ステップとを有することを特徴とする歪み補償方法である。 In order to solve the above problem, the present invention provides a distortion compensation method for compensating for distortion generated when a single amplifier amplifies signals in a plurality of frequency bands, and the amplifier includes input frequency characteristics and nonlinear characteristics. An output frequency characteristic compensation step for compensating the output frequency characteristic for a plurality of input signals based on an amplifier model separated and modeled into an output frequency characteristic, and based on the nonlinear characteristic of the amplifier model, A nonlinear characteristic compensation step for calculating a compensation signal for a signal obtained by compensation in the output frequency characteristic compensation step by solving a nonlinear simultaneous equation corresponding to the output of the amplifier in a plurality of frequency bands, and the amplifier model An input frequency characteristic is compensated for the compensation signal calculated in the nonlinear characteristic compensation step. A distortion compensation method characterized by having a frequency compensation step.
この発明によれば、増幅器の特性を入力周波数特性、非線形特性、及び出力周波数特性の特性ごとにモデル化を行い、入力信号及び出力信号の周波数に依存しない非線形特性に基づいて、入力信号に対する補償信号を算出するようにした。これにより、周波数帯域ごとに異なる非線形特性を同時に扱うことを容易にすることができ、複数の無線帯域の信号を同時に増幅する際に発生する高調波及び相互変調歪みなどの不要波の発生を抑圧することができる。 According to the present invention, the characteristics of the amplifier are modeled for each of the characteristics of the input frequency characteristic, the nonlinear characteristic, and the output frequency characteristic, and compensation for the input signal is performed based on the nonlinear characteristic that does not depend on the frequency of the input signal and the output signal. The signal was calculated. This makes it easy to handle different nonlinear characteristics for each frequency band at the same time, and suppresses the generation of unnecessary waves such as harmonics and intermodulation distortion that occur when signals in multiple radio bands are simultaneously amplified. can do.
以下、図面を参照して、本発明に係る実施形態における送信機、及び歪み補償方法を説明する。 Hereinafter, a transmitter and a distortion compensation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態における送信機10の構成を示す概略ブロック図である。送信機10は、複数の周波数帯域B1〜BMの信号を送信する。送信機10は、同図に示すように、信号生成部100と、歪み補償部200と、デジタル−アナログ変換器(DAC)300−1〜300−Mと、合成器400と、増幅器500と、アンテナ600とを具備している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a configuration of the transmitter 10 according to the first embodiment. The transmitter 10 transmits signals of a plurality of frequency bands B 1 to B M. As shown in the figure, the transmitter 10 includes a
信号生成部100は、デジタル信号処理により送信する送信信号S1〜SMを生成する。送信信号S1は周波数帯域B1のデジタル信号である。送信信号S2〜SMは、同様に、周波数帯域B2〜BMのデジタル信号である。
The
歪み補償部200は、信号生成部100が生成する送信信号S1〜SMに対して、増幅器500において送信信号S1〜SMを増幅した際に生じる不要波を低減する処理を行う。ここで、送信信号S1〜SMを増幅した際に生じる不要波は、例えば、送信信号S1〜SMから生じる高調波や、送信信号S1〜SM間に生じる相互変調歪み及び混変調歪みなどである。また、歪み補償部200は、一般化ウィーナモデルを用いて、増幅器500をモデル化したものに基づいている。
図2は、本実施形態における増幅器500のモデルを示す概略ブロック図である。同図に示す増幅器500をモデル化した増幅器モデルは、上述したように、一般化ウィーナモデルを用いてモデル化したものである。同図に示すように、増幅器500は、線形素子501及び線形素子503と、非線形素子502とを用いてモデル化される。線形素子501は、増幅器500の入力周波数特性を有する素子である。線形素子503は、増幅器500の出力周波数特性を有する素子である。非線形素子502は、増幅器500の非線形特性を有する素子である。すなわち、増幅器500は、入力周波数特性、非線形特性、及び出力周波数特性に分離してモデル化される。
FIG. 2 is a schematic block diagram showing a model of the amplifier 500 in the present embodiment. The amplifier model obtained by modeling the amplifier 500 shown in the figure is modeled using the generalized Wiener model as described above. As shown in the figure, the amplifier 500 is modeled using a
増幅器500のモデルは、線形素子501、非線形素子502、線形素子503の順で縦続接続されたモデルである。このモデルでは、入力信号が線形素子501に入力され、線形素子501の出力が非線形素子502に入力され、非線形素子502の出力が線形素子503に入力され、線形素子503の出力が出力信号として出力される。
The model of the amplifier 500 is a model in which a
図1に戻って、送信機10の構成について説明を続ける。
歪み補償部200は、出力周波数特性補償部203−1〜203−Mと、非線形特性補償部202と、入力周波数特性補償部201−1〜201−Mとを備えている。
Returning to FIG. 1, the description of the configuration of the transmitter 10 will be continued.
The
出力周波数特性補償部203−i(i=1,2,…,M)は、送信信号Siに対応して設けられている。出力周波数特性補償部203−iは、送信信号Siの周波数帯域Biにおける線形素子503の出力周波数特性を補償するための逆特性を有する。出力周波数特性補償部203−iは、入力される送信信号Siに対して、逆特性による補償を行い非線形特性補償部202に出力する。
The output frequency characteristic compensation unit 203-i (i = 1, 2,..., M) is provided corresponding to the transmission signal S i . The output frequency characteristic compensation unit 203-i has an inverse characteristic for compensating for the output frequency characteristic of the
非線形特性補償部202は、出力周波数特性補償部203−2〜203−Mから入力された信号に対して、非線形素子502で生じる高調波、相互変調歪み、混変調歪みを含む不要波を増幅器500において抑圧する各周波数帯域B1〜BMの信号を算出する。非線形特性補償部202は、算出した周波数帯域B1〜BMの信号を補償信号として入力周波数特性補償部201−1〜201−Mに出力する。
The nonlinear
入力周波数特性補償部201−i(i=1,2,…,M)は、非線形特性補償部202から入力される周波数帯域Biの信号に対して、周波数帯域Biにおける線形素子501の入力周波数特性を補償するための逆特性を有する。入力周波数特性補償部201−iは、入力される周波数帯域Biの信号に対して、逆特性による補償を行いデジタル−アナログ変換器300−iに出力する。
The input frequency characteristic compensator 201-i (i = 1, 2,..., M) receives the input of the
デジタル−アナログ変換器300−i(i=1,2,…,M)は、歪み補償部200から入力される信号をアナログ信号に変換する。デジタル−アナログ変換器300−iは、変換により得られたアナログ信号を合成器400に出力する。
The digital-analog converter 300-i (i = 1, 2,..., M) converts the signal input from the
合成器400は、デジタル−アナログ変換器300−1〜300−Mそれぞれから入力されるアナログ信号を1つのアナログ信号に合成する。合成器400は、合成により得られたアナログ信号を増幅器500に出力する。
増幅器500は、合成器400から入力される信号を増幅して、増幅した信号をアンテナ600から送信する。
The
Amplifier 500 amplifies the signal input from
図3は、本実施形態における歪み補償部200が行う歪み補償処理を示すフローチャートである。
歪み補償部200において、歪み補償処理が開始されると、各出力周波数特性補償部203−i(i=1,2,…,M)は、それぞれに入力される送信信号Siの周波数帯域に応じて、送信信号Siに対して線形素子503の出力周波数特性を補償する(ステップS101)。
FIG. 3 is a flowchart illustrating a distortion compensation process performed by the
When distortion compensation processing is started in the
非線形特性補償部202は、出力周波数特性補償部203−1〜203−Mが出力周波数特性を補償した信号と、非線形素子502の非線形特性とに基づいて、高調波、相互変調歪み、混変調歪みを含む不要波を増幅器500において抑圧する補償信号を算出し、算出した補償信号を入力周波数特性補償部201−1〜201−Mに出力する(ステップS102)。
The non-linear
入力周波数特性補償部201−1〜201−Mは、非線形特性補償部202が算出した補償信号の周波数帯域に応じて、補償信号に対して線形素子501の入力周波数特性を補償し、補償により得られた信号をデジタル−アナログ変換器300−1〜300−Mに出力して(ステップS103)、歪み補償処理を終了する。
歪み補償処理において算出した補償信号を増幅器500に入力することにより、送信時の不要波を抑圧した増幅信号を得ることができる。
The input frequency characteristic compensators 201-1 to 201-M compensate the input frequency characteristic of the
By inputting the compensation signal calculated in the distortion compensation process to the amplifier 500, an amplified signal in which unnecessary waves during transmission are suppressed can be obtained.
ここで、ステップS102における処理を詳細に説明する。
図4は、本実施形態におけるステップS102の処理を示す図である。同図は、M個の周波数帯域の信号を入力し、M個以上のL個の周波数帯域から信号を出力する場合の歪み補償を示している。ステップS102における処理は、周波数帯域における入力信号X1(ω1),…,XM(ωM)に対応する補償信号であって、理想的な出力信号である理想出力Y(ω1),…,Y(ωM),Y(ωM+1),…,Y(ωL)を非線形素子502が出力するための周波数領域における補償信号X’1(ω1),…,X’M(ωM)を算出することに対応する。
Here, the process in step S102 will be described in detail.
FIG. 4 is a diagram illustrating the processing in step S102 in the present embodiment. The figure shows distortion compensation in the case where M frequency band signals are input and signals are output from M or more L frequency bands. The process in step S102 is an ideal output Y (ω 1 ), which is a compensation signal corresponding to the input signals X 1 (ω 1 ),..., X M (ω M ) in the frequency band, which is an ideal output signal. ..., Y (ω M), Y (ω M + 1), ..., Y compensating signal X (omega L) in the frequency domain for outputting the non-linear element 502 '1 (ω 1), ..., X' M (ω Corresponds to calculating M ).
非線形素子502の非線形特性はボルテラ級数展開で表現することができ、非線形素子502の入力信号をx(t)とし、出力信号をy(t)とすると、出力信号y(t)は次式(1)で表される。
The nonlinear characteristic of the
式(1)におけるhn(τ1,…,τn)はn次核関数であり、yn(t)はn次核関数で表現される出力信号成分である。 In Expression (1), h n (τ 1 ,..., Τ n ) is an n-th order kernel function, and y n (t) is an output signal component expressed by an n-th order kernel function.
次に、中心周波数ωm、振幅Am、位相φmの信号xm(t)(m=1,2,…,M)が合成されて増幅器500に入力されるとき、入力信号x(t)及び信号xm(t)をフーリエ変換した周波数成分X(ω)、Xm(ω)は以下の式(2)〜式(4)となる。 Next, when a signal x m (t) (m = 1, 2,..., M) having a center frequency ω m , an amplitude A m , and a phase φ m is synthesized and input to the amplifier 500, the input signal x (t ) And the frequency components X (ω) and X m (ω) obtained by Fourier transforming the signal x m (t) are expressed by the following equations (2) to (4).
n次核関数のn次フーリエ変換をHn(Ω1,…,Ωn)とすると、信号y(t)、yn(t)をフーリエ変換した周波数成分Y(Ω)、Yn(Ω)は、以下の式(5)〜式(7)となる。 n nucleation H n the n-th order Fourier transform of a function (Ω 1, ..., Ω n ) When the signal y (t), a frequency component Y which y n (t) is the Fourier transform (Omega), Y n (Omega ) Becomes the following formulas (5) to (7).
ここで、信号xm(t)の中心周波数ωm(m=1,…,M)より、Ω1,…,Ωn∈{±ω1,…,±ωM}とすると、周波数ωlの出力信号Y(ωl)(l=1,…,L;M≦L)は、次式(8)となる。
Here, assuming that Ω1,..., Ωnε {± ω 1 ,..., ± ω M } from the center frequency ω m (m = 1,..., M) of the signal x m (t), output of the frequency ω l The signal Y (ω l ) (l = 1,..., L; M ≦ L) is expressed by the following equation (8).
ここで、周波数ωlは次式(9)である。 Here, the frequency ω l is the following equation (9).
式(8)の各項について以下に説明する。
(A)ωl=ωm,Ω1,…,Ωn∈{±ωm}のとき、各項は、周波数ωm上の入力信号Xm(ω)のn次基本波成分を示す。
(B)Ω1,…,Ωn∈{±ωi}(i=1,…,M;i≠m)のとき、各項は、入力信号Xi(ω)から発生した周波数ωl上のn次高調波成分を示す。
(C)ωl=ωm,Ω1,…,Ωn∈{±ω1,…,±ωM}のうちΩ1,…,Ωnのうち少なくとも1つは±ωmであり、上記の(A)及び(B)以外のとき、各項は、入力信号Xm(t)を含む複数の入力信号の間より発生した周波数ωm上のn次混変調歪み成分を示す。
(D)上記の(A)〜(C)以外のとき、各項は、複数の入力信号の間より発生した周波数ωl上のn次相互変調歪み成分を示す。
Each term of Expression (8) will be described below.
(A) When ω 1 = ω m , Ω 1 ,..., Ω n ∈ {± ω m }, each term represents the n-th order fundamental wave component of the input signal X m (ω) on the frequency ω m .
(B) When Ω 1 ,..., Ω n ∈ {± ω i } (i = 1,..., M; i ≠ m), each term is on the frequency ω l generated from the input signal X i (ω). The nth-order harmonic component of is shown.
(C) ω l = ω m ,
(D) In the cases other than the above (A) to (C), each term indicates an n-order intermodulation distortion component on the frequency ω 1 generated between a plurality of input signals.
補償信号をX’(ωm)とし、周波数ωlに対応する出力信号の周波数成分であるY(ωl)を補償するステップS102における計算は、式(8)で示す非線形特性を用いて実施する。 The calculation in step S102 for compensating for Y (ω l ), which is the frequency component of the output signal corresponding to the frequency ω l , with the compensation signal X ′ (ω m ) is performed using the non-linear characteristic represented by equation (8). To do.
入力信号X(ωl)を理想的に線形増幅した信号をY’(ωl)とすると、信号Y’(ωl)は次式(10)となる。 If a signal obtained by ideally linearly amplifying the input signal X (ω 1 ) is Y ′ (ω 1 ), the signal Y ′ (ω 1 ) is expressed by the following equation (10).
式(8)のX(Ωk)にX’(Ωk)を代入し、そのときの解をY’(ωl)とするとY’(ωl)は次式(11)となる。 If X ′ (Ω k ) is substituted for X (Ω k ) in equation (8) and the solution at that time is Y ′ (ω l ), Y ′ (ω l ) becomes the following equation (11).
周波数ωl(l=1,…,L)ごとに等式が成り立つと仮定し、この理想的に線形増幅した信号Y’(ωl)を出力する補償信号X’(ωm)について非線形連立方程式を解くことによって算出する。この非線形連立方程式を満足する補償信号X’(ωm)を求める方法として、ニュートン法や非線形特性より導出した逆システムなどを用いてもよい。 Assuming that an equation is established for each frequency ω l (l = 1,..., L), a non-linear system is applied to the compensation signal X ′ (ω m ) that outputs the ideally linearly amplified signal Y ′ (ω l ). Calculate by solving the equation. As a method for obtaining the compensation signal X ′ (ω m ) satisfying this nonlinear simultaneous equation, a Newton method, an inverse system derived from nonlinear characteristics, or the like may be used.
ここで、非線形性を補償するために式(11)の複素係数となる全てのn次核関数Hn(Ω1,…,Ωn)について予め求めておく必要があるが、図2の増幅器500のモデル構成において示したように、非線形特性は入出力の周波数特性に依存しない。このため、n次核関数Hn(Ω1,…,Ωn)に入力される周波数成分が、全て定数α倍の関係であるとき、次式(12)の関係を満たす。 Here, in order to compensate for the non-linearity, it is necessary to obtain in advance all the n-th order kernel functions H n (Ω 1 ,..., Ω n ) that are complex coefficients of the equation (11). As shown in the 500 model configuration, the nonlinear characteristic does not depend on the input / output frequency characteristic. Therefore, when the frequency components input to the n- th order kernel function H n (Ω 1 ,..., Ω n ) are all a constant α times, the relationship of the following equation (12) is satisfied.
これにより、非線形歪み補償に必要な複素係数の推定値の数を削減することができる。また、異なる周波数の信号の入力に対しても他の周波数の信号で推定した複素係数を利用して、補償信号の算出を行うことができる。 Thereby, the number of estimated values of complex coefficients necessary for nonlinear distortion compensation can be reduced. In addition, a compensation signal can be calculated using complex coefficients estimated with signals of other frequencies even for signals having different frequencies.
式(11)において、周波数ωlに対応した出力信号の周波数成分は、式(9)で求められる周波数の数だけ必要となり、次数nの値を大きくした高次非線形性まで考慮する場合、あるいは、異なる周波数の入力信号の数としてMが大きい場合に、その補償する周波数成分の数Lが多くなり、式(11)を解くための演算量も増加する。そこで、補償する出力信号の周波数成分を送信機10から送信する信号の周波数帯域に限定することで、式(11)の演算量を削減することができる。 In the equation (11), the frequency components of the output signal corresponding to the frequency ω 1 are required by the number of frequencies obtained by the equation (9), and when considering the higher-order nonlinearity with a larger value of the order n, or When M is large as the number of input signals having different frequencies, the number L of frequency components to be compensated for increases, and the amount of calculation for solving equation (11) also increases. Therefore, by limiting the frequency component of the output signal to be compensated to the frequency band of the signal transmitted from the transmitter 10, the amount of calculation of Expression (11) can be reduced.
限定する周波数帯域は、増幅器500からアンテナ600までを含めた送信機10の周波数利得で決められる。例えば、増幅器500とアンテナ600との間に、無線周波数帯の帯域制限部(バンドパスフィルタ)が接続される場合は、増幅器500からアンテナ600までの周波数利得が閾値Th1を超える周波数帯域を送信周波数帯域として、補償対象とする。ただし、送信周波数帯域に該当しなくても計算上補償する帯域を補償対象の周波数帯域に加えてもよい。 The limited frequency band is determined by the frequency gain of the transmitter 10 including the amplifier 500 to the antenna 600. For example, when a band limiter (bandpass filter) in the radio frequency band is connected between the amplifier 500 and the antenna 600, a frequency band in which the frequency gain from the amplifier 500 to the antenna 600 exceeds the threshold Th 1 is transmitted. The frequency band shall be compensated. However, even if it does not correspond to the transmission frequency band, a band to be compensated for calculation may be added to the frequency band to be compensated.
図5は、増幅器500とアンテナ600との間に帯域制限部700を設けた構成例を示す図である。図5(A)は図1に示した本実施形態における構成であり、図5(B)〜図5(E)が帯域制限部700を設けた構成例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example in which a
図5(B)に示す構成例は、広帯域又は複数帯域の信号を通過させる帯域制限部700を備え、帯域制限部700が出力する信号をアンテナ600から送信する。図5(C)に示す構成例は、広帯域又は複数帯域の信号を通過させる帯域制限部700を備え、帯域制限部700が出力する信号を、信号の帯域に応じた複数のアンテナ600−1〜600−Lから送信する。
The configuration example illustrated in FIG. 5B includes a
図5(D)に示す構成例は、送信する信号の帯域それぞれに対応する帯域制限部700−1〜700−Lを備え、帯域制限部700−1〜700−Lそれぞれに接続されたアンテナ600−1〜600−Lから信号を送信する。図5(E)に示す構成例は、送信する信号の帯域それぞれに対応する帯域制限部700−1〜700−Lを備え、帯域制限部700−1〜700−Lが出力する信号を1つのアンテナ600から送信する。 The configuration example shown in FIG. 5D includes band limiting units 700-1 to 700-L corresponding to the bands of signals to be transmitted, and an antenna 600 connected to each of the band limiting units 700-1 to 700-L. Signals are transmitted from −1 to 600-L. The configuration example shown in FIG. 5E includes band limiting units 700-1 to 700-L corresponding to the bands of signals to be transmitted, and signals output from the band limiting units 700-1 to 700-L are one. Transmit from antenna 600.
図5に示したように送信周波数帯域が帯域制限部700により定められる場合、周波数利得が閾値Th1を超える周波数帯域に対して歪み補償処理をすることにより、歪み補償処理における演算量を削減することができる。
If the transmission frequency band as shown in FIG. 5 is determined by the
また、信号生成部100において生成される送信信号の中で他の送信信号に比べて電力レベルの小さい送信信号がある場合、式(8)においてその電力レベルの小さい送信信号が高い次数でべき乗されている項は、その他の送信信号から構成される項が含まれる出力信号の値に対してほとんど影響しないことが考えられる。そこで、予め定められた閾値Th2よりも小さな電力レベルの送信信号が次数βでべき乗されている項を微小な値又は「0(零)」とみなし、式(8)から得られるその微小な値の項を式(11)から削除し、式(11)を計算する際の演算量を削減することも可能である。
Further, when there is a transmission signal with a lower power level than other transmission signals among the transmission signals generated in the
次に、歪み補償処理(図3)におけるステップS101及びステップS103の省略について説明する。
出力周波数特性補償部203−1〜203−Mは、信号生成部100から入力される送信信号S1〜SMに対応する各周波数帯域の利得の最大値と最小値との差ΔGOが予め定められた閾値Th3以下である場合、増幅器500における出力周波数特性が一定であるとみなし、ステップS101における補償処理を省略して入力された送信信号S1〜SMをそのまま出力することもできる。
Next, omission of step S101 and step S103 in the distortion compensation process (FIG. 3) will be described.
The output frequency characteristic compensation units 203-1 to 203-M have a difference ΔG O between the maximum value and the minimum value of the gain in each frequency band corresponding to the transmission signals S 1 to S M input from the
また、入力周波数特性補償部201−1〜201−Mは、非線形特性補償部202から入力された補償信号に対応する各周波数帯域の利得の最大値と最小値との差ΔGiが予め定められた閾値Th4以内である場合、増幅器500における入力周波数特性が一定であるとみなし、ステップS103における補償処理を省略して入力された補償信号をそのまま出力することもできる。
また、歪み補償部200を、出力周波数特性補償部203−1〜203−M、及び入力周波数特性補償部201−1〜201−Mの両方、又は一方を取り除いた構成としてもよい。
In addition, the input frequency characteristic compensators 201-1 to 201-M have a predetermined difference ΔG i between the maximum value and the minimum value of the gain in each frequency band corresponding to the compensation signal input from the nonlinear
Further, the
なお、本実施形態では、入力周波数特性補償部201−1〜201−Mが出力する信号をデジタル−アナログ変換器300−1〜300−Mでアナログ化した後で合成する構成について説明した。しかし、これに限ることなく、入力周波数特性補償部201−1〜201−Mが出力する信号をアナログ化する前に合成してもよい。図6は、第1の実施形態における送信機10の変形例である送信機11を示す図である。同図に示すように、入力周波数特性補償部201−1〜201−Mが出力する信号を1つの信号に合成した後に、デジタル−アナログ変換器300で信号をアナログ化するようにしてもよい。
In the present embodiment, the configuration in which the signals output from the input frequency characteristic compensators 201-1 to 201-M are analogized by the digital-analog converters 300-1 to 300-M and then combined is described. However, the present invention is not limited to this, and the signals output from the input frequency characteristic compensators 201-1 to 201-M may be combined before being analogized. FIG. 6 is a diagram illustrating a transmitter 11 that is a modification of the transmitter 10 according to the first embodiment. As shown in the figure, after the signals output from the input frequency characteristic compensation units 201-1 to 201-M are combined into one signal, the digital-
(第2の実施形態)
図7は、第2の実施形態における送信機20の構成を示す概略ブロック図である。送信機20は、同図に示すように、信号生成部100と、歪み補償部210と、デジタル−アナログ変換器300−1〜300−Pと、合成器400と、増幅器500と、アンテナ600とを具備している。なお、送信機20において、第1の実施形態における送信機10(図1)と同じ構成に対しては同じ符号を付してその説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating the configuration of the transmitter 20 according to the second embodiment. As shown in the figure, the transmitter 20 includes a
歪み補償部210は、出力周波数特性補償部203−1〜203−Mと、非線形特性補償部212と、入力周波数特性補償部201−1〜201−Pとを備えている。
本実施形態における非線形特性補償部212は、第1の実施形態における非線形特性補償部202が入力信号の周波数に対応した補償信号を出力するのに対して、入力信号の周波数以外の周波数に対応した補償信号を出力する、もしくは、入力信号の周波数うち一部の周波数に対応した補償信号を出力する点が異なる。非線形特性補償部212は、M個の入力信号に対してP(P≠M)個の補償信号を出力する。
The
The nonlinear
非線形特性補償部212が出力する補償信号がP個であるので、補償信号に対応して設けられている入力周波数特性補償部201の個数、及びデジタル−アナログ変換器300の個数も、第1の実施形態と異なり、P個となっている。
上述のように、本実施形態における送信機20は、歪み補償部210に備えられている非線形特性補償部212の構成が、第1の実施形態(図1)と異なっている。
Since the number of compensation signals output from the nonlinear
As described above, in the transmitter 20 according to the present embodiment, the configuration of the nonlinear
図8は、本実施形態における歪み補償部210が行う歪み補償処理を示すフローチャートである。
歪み補償部210において、歪み補償処理が開始されると、各出力周波数特性補償部203−i(i=1,2,…,M)は、それぞれに入力される送信信号Siの周波数帯域に応じて、送信信号Siに対して線形素子503の出力周波数特性を補償する(ステップS201)。すなわち、ステップS201においてM個の送信信号S1〜SMに対する出力周波数特性の補償が行われる。
FIG. 8 is a flowchart showing a distortion compensation process performed by the
When distortion compensation processing is started in the
非線形特性補償部212は、出力周波数特性補償部203−1〜203−Mにより出力周波数特性が補償された中心周波数ωm(m=1,…,M)の信号が入力される。非線形特性補償部212は、補償対象となる周波数ωl(l=1,…,L)に対応した出力信号の周波数成分を補償するため、式(11)により補償信号X’(ωp)(p=1,…,P;P≠M)を算出し、算出した補償信号X’(ωp)を入力周波数特性補償部201−1〜201−Pに出力する(ステップS202)。
The nonlinear
入力周波数特性補償部201−i(i=1,…,P)は、非線形特性補償部212から補償信号X’(ωi)が入力される。入力周波数特性補償部201−iは、入力された補償信号X’(ωi)の周波数帯域に応じて、補償信号X’(ωi)に対して線形素子501の入力周波数特性を補償する。入力周波数特性補償部201−iは、補償により得られた信号をデジタル−アナログ変換器300−iに出力して(ステップS203)、歪み補償処理を終了する。すなわち、入力周波数特性補償部201−1〜201−Pは、P個の補償信号の入力周波数特性を補償する。
このように、送信信号S1〜SMの周波数以外の周波数に対応した補償信号を追加することにより、補償の精度を向上することができる。
The input frequency characteristic compensator 201-i (i = 1,..., P) receives the compensation signal X ′ (ω i ) from the nonlinear
Thus, the accuracy of compensation can be improved by adding a compensation signal corresponding to a frequency other than the frequencies of the transmission signals S 1 to S M.
また、ステップS202において算出した補償信号の電力レベルが、予め定められた閾値Th5以下となる場合、その補償信号の出力を停止するようにしてもよい。これにより、入力周波数特性補償部201−1〜201−Pにおける演算量を削減し、デジタル−アナログ変換器300−1〜300−Pの動作量を削減して消費電力を抑えることができる。なお、補償信号を合成したあとに信号をアナログ化する構成(例えば、図6の構成)の場合、合成器400における演算を削減することができる。更に、この補償信号出力を停止する判定の対象を例えば送信信号S1〜SMの周波数以外の周波数に対応した補償信号のみに限定してもよい。これにより、送信電力の低い送信信号に対する補償信号の出力を保護した上で、補償信号の追加による演算量の増加を抑えつつ、不要波の発生を抑圧することができる。
Further, when the power level of the compensation signal calculated in step S202 is equal to or lower than a predetermined threshold Th 5 , the output of the compensation signal may be stopped. Thereby, the calculation amount in the input frequency characteristic compensation units 201-1 to 201-P can be reduced, the operation amount of the digital-analog converters 300-1 to 300-P can be reduced, and the power consumption can be suppressed. Note that in the case of a configuration in which a signal is converted into an analog after the compensation signal is combined (for example, the configuration in FIG. 6), the calculation in the
(第3の実施形態)
図9は、第3の実施形態における送信機30の構成を示す概略ブロック図である。送信機30は、同図に示すように、信号生成部120と、歪み補償部220と、デジタル−アナログ変換器300−1〜300−Mと、アップコンバータ800−1〜800−Mと、合成器400と、増幅器500と、アンテナ600とを備える。なお、送信機30において、第2の実施形態における送信機10(図1)と同じ構成に対しては同じ符号を付してその説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a schematic block diagram illustrating a configuration of the transmitter 30 according to the third embodiment. As shown in the figure, the transmitter 30 includes a
信号生成部120は、無線周波数帯における各送信信号S1〜SMの周波数間の比例関係がそのまま維持された中間周波数帯の中間信号s1〜sMを生成し、生成した中間信号s1〜sMを歪み補償部220に出力する。中間周波数帯は、例えば、無線周波数帯が1GHzと2GHzの場合において、1MHzと2MHzとにする。また、中間信号s1〜sMは、送信信号S1〜SMと同様に、送信すべき情報を含む信号である。
歪み補償部220は、出力周波数特性補償部223−1〜223−Mと、非線形特性補償部222と、入力周波数特性補償部221−1〜221−Mとを備えている。
出力周波数特性補償部223−i(i=1,…,M)は、信号生成部120が生成した中間信号siに対して、中間信号siに対応する送信信号Siの周波数帯域Biにおける線形素子503の出力周波数特性に対応する補償を行う。すなわち、出力周波数特性補償部223−iは、周波数帯域Biにおける線形素子503の出力周波数特性の逆特性による補償を中間信号siに対して行う。出力周波数特性補償部223−iは、補償により得られた信号を非線形特性補償部222に出力する。
The
Output frequency characteristic compensation unit 223-i (i = 1, ..., M) , to the intermediate signal s i to the
非線形特性補償部222は、各出力周波数特性補償部223−1〜223−Mから入力される信号に対して、非線形素子502で生じる高調波、相互変調歪み、混変調歪みを含む不要波を増幅器500において抑圧する各周波数帯域B1〜BMに対応する中間周波数帯の補償信号を算出する。すなわち、非線形特性補償部222は、各出力周波数特性補償部223−1〜223−Mから入力される信号に対して、中間周波数帯の信号のままで非線形特性の補償を行い、補償により得られた中間周波数帯の補償信号を入力周波数特性補償部221−1〜221−Mに出力する。
The nonlinear
入力周波数特性補償部221−i(i=1,…,M)は、非線形特性補償部222から入力される中間周波数帯の補償信号に対して、周波数帯域Biにおける線形素子501の入力周波数特性に対応する補償を行う。入力周波数特性補償部221−i(i=1,…,M)は、入力周波数特性の補償により得られた補償信号であって中間周波数帯の補償信号をデジタル−アナログ変換器300−iに出力する。
The input frequency characteristic compensation unit 221-i (i = 1,..., M) receives the input frequency characteristic of the
アップコンバータ800−i(i=1,…,M)は、デジタル−アナログ変換器300−iによりアナログ信号に変換された補償信号を、中間周波数帯から無線周波数帯への周波数変換を行い、合成器400に出力する。
The up-converter 800-i (i = 1,..., M) performs frequency conversion from the intermediate frequency band to the radio frequency band, and synthesizes the compensation signal converted into an analog signal by the digital-analog converter 300-i. Output to the
上述のように、本実施形態における送信機30は、出力周波数特性、非線形特性、及び入力周波数特性に対する補償を、無線周波数帯より周波数が低い中間周波数帯において行う点が第1及び第2の実施形態における送信機10、20と異なっている。また、出力周波数特性、非線形特性、及び入力周波数特性に対する補償により得られた補償信号を無線周波数帯の信号に変換するためのアップコンバータ800−1〜800−Mを備えている点も他の実施形態における送信機10、20と異なっている。
なお、歪み補償部220が行う歪み補償処理は、対象とする信号の周波数帯が異なること以外、第1の実施形態における歪み補償処理と同じであるので、その説明を省略する。
As described above, the transmitter 30 in the present embodiment performs the compensation for the output frequency characteristic, the nonlinear characteristic, and the input frequency characteristic in the intermediate frequency band having a frequency lower than the radio frequency band in the first and second implementations. It differs from the transmitters 10 and 20 in the form. Another implementation is that it includes up-converters 800-1 to 800-M for converting a compensation signal obtained by compensation for output frequency characteristics, nonlinear characteristics, and input frequency characteristics into signals in a radio frequency band. It differs from the transmitters 10 and 20 in the form.
Note that the distortion compensation processing performed by the
第1の実施形態における送信機10、又は第2の実施形態における送信機20では、歪み補償部200に入力される送信信号は無線周波数帯の信号であり、無線周波数帯の補償信号を出力する。しかし、デジタル−アナログ変換器300−1〜300−Mにおいて、サンプリングレートによっては無線周波数帯の補償信号を正しくアナログ化できない場合がある。このような場合、増幅器500において生じる不要波を十分に抑圧できない可能性がある。これに対して、本実施形態における送信機30は、低い周波数である中間周波数帯の補償信号としてアナログ化するため、補償信号を正しくアナログ化することができる。これにより、送信機30は、デジタル−アナログ変換器300−1〜300−Mのサンプリングレートによらず、増幅器500において生じる不要波を抑圧することができる。
In the transmitter 10 in the first embodiment or the transmitter 20 in the second embodiment, the transmission signal input to the
また、無線周波数帯の信号をアナログ化するデジタル−アナログ変換器は、低い周波数帯の信号をアナログ化するデジタル−アナログ変換器に比べ、一般的に高価であり、かつ高消費電力である。そこで、補償信号を中間周波数帯の信号に変換し、低速なサンプリングレートのデジタル−アナログ変換器を用いて送信機を実装することにより、送信機の製造コスト及び消費電力を下げることができる。 In addition, a digital-analog converter that converts a radio frequency band signal into analog is generally more expensive and consumes higher power than a digital-analog converter that converts a low frequency band signal into analog. Therefore, by converting the compensation signal into a signal in the intermediate frequency band and mounting the transmitter using a digital-analog converter with a low sampling rate, the manufacturing cost and power consumption of the transmitter can be reduced.
上述の各実施形態で説明したように、送信機10、11、20、30は、歪み補償処理において補償信号を算出することにより、高調波やミキサのスプリアスなどの干渉波を送信帯域内に限らずに抑圧することができる。また、増幅器500をモデル化する際に、入力周波数特性、非線形特性、出力周波数特性に分けることにより、周波数特性に依存せずに非線形特性を補償することができ、演算の複雑さを低減しつつ、複数帯域の非線形歪みを同時に補償することができる。 As described in the above embodiments, the transmitters 10, 11, 20, and 30 limit interference waves such as harmonics and mixer spurious signals within the transmission band by calculating a compensation signal in the distortion compensation process. Without being able to suppress it. Further, when modeling the amplifier 500, it is possible to compensate for the non-linear characteristic without depending on the frequency characteristic by dividing the input frequency characteristic, the non-linear characteristic, and the output frequency characteristic, thereby reducing the calculation complexity. Thus, it is possible to simultaneously compensate for non-linear distortion in a plurality of bands.
ここで、送信信号の周波数帯域が整数倍の関係をもち、かつ各送信信号を同時に送信するときに他の周波数の信号重畳される不要波のうち高調波が支配的な場合における、非線形特性補償部202による補償信号の算出について説明する。なお、第2の実施形態における非線形特性補償部212及び第3の実施形態における非線形特性補償部222についても同様である。
Here, nonlinear characteristic compensation in the case where the frequency band of the transmission signal has an integer multiple relationship and the harmonics are dominant among the unwanted waves superimposed on other frequency signals when transmitting each transmission signal simultaneously The calculation of the compensation signal by the
例として、中心周波数ω、振幅A1、位相φ1の送信信号X1(ω)と、中心周波数3ω、振幅A2、位相φ2の送信信号X2(3ω)とを同時に送信する場合における、非線形特性補償部202による振幅A’1位相φ’1の補償信号X’1(ω)と振幅A’2位相φ’2の補償信号X’2(3ω)との算出方法について説明する。
As an example, a transmission signal X 1 (ω) having a center frequency ω, amplitude A 1 and phase φ 1 and a transmission signal X 2 (3ω) having a center frequency 3ω, amplitude A 2 and phase φ 2 are transmitted simultaneously. The calculation method of the compensation signal X ′ 1 (ω) of the amplitude A ′ 1 phase φ ′ 1 and the compensation signal X ′ 2 (3ω) of the amplitude A ′ 2 phase φ ′ 2 by the nonlinear
式(10)及び式(11)を用いて送信信号と補償信号とに対する5次非線形連立方程式をたてると、次式(13)及び次式(14)となる。 When the fifth-order nonlinear simultaneous equations for the transmission signal and the compensation signal are established using the equations (10) and (11), the following equations (13) and (14) are obtained.
ここで、式(13)及び式(14)の連立方程式の項の中で、不要波として高調波成分のみが支配的な項であるとすると、相互変調歪み成分及び混変調歪み成分を省略して、基本波成分と高調波成分のみの式として、次式(15)及び次式(16)のように整理できる。 Here, in the terms of the simultaneous equations of the equations (13) and (14), if only the harmonic component is dominant as an unnecessary wave, the intermodulation distortion component and the intermodulation distortion component are omitted. Thus, the following equations (15) and (16) can be arranged as equations of only the fundamental wave component and the harmonic component.
送信信号の振幅及び位相と、補償信号の振幅及び位相とを式(15)及び式(16)に代入すると、次式(17)及び次式(18)となる。 Substituting the amplitude and phase of the transmission signal and the amplitude and phase of the compensation signal into the equations (15) and (16), the following equations (17) and (18) are obtained.
このとき、1、3、5次核関数から示される各複素係数が予め求められているとすると、式(17)より、振幅A’1、位相φ’1の補償信号X’1(ω)を求めることができる。この補償信号X’1(ω)を式(18)に代入することで、振幅A’2、位相φ’2の補償信号X’2(3ω)を求めることができる。 At this time, assuming that the complex coefficients indicated by the first, third, and fifth order kernel functions are obtained in advance, the compensation signal X ′ 1 (ω) of the amplitude A ′ 1 and the phase φ ′ 1 is obtained from Expression (17). Can be requested. By substituting the compensation signal X ′ 1 (ω) into the equation (18), the compensation signal X ′ 2 (3ω) having the amplitude A ′ 2 and the phase φ ′ 2 can be obtained.
このように、中心周波数が整数倍の関係をもつM個の送信信号を同時に送信する際に発生する非線形歪みによる不要波において高調波成分が支配的であると考えられる場合、最も低い周波数の補償信号から順に算出することで式(11)の演算量を削減でき、容易な演算にすることができる。 As described above, when the harmonic component is considered to be dominant in the unnecessary wave due to the nonlinear distortion generated when the M transmission signals having the center frequency of the integer multiple are simultaneously transmitted, the lowest frequency compensation is performed. By calculating in order from the signal, the amount of calculation of Expression (11) can be reduced, and the calculation can be simplified.
更に、ここまでで省略した相互変調歪み成分及び混変調歪み成分を反映させて補償信号の精度を向上させるために、基本波成分及び高調波成分のみから算出した補償信号を初期値とした反復法を用いるようにしてもよい。これにより、補償信号の精度を向上させることができ、不要波を更に抑圧することができる。 Furthermore, in order to improve the accuracy of the compensation signal by reflecting the intermodulation distortion component and the intermodulation distortion component omitted so far, an iterative method using the compensation signal calculated only from the fundamental wave component and the harmonic component as an initial value. May be used. Thereby, the accuracy of the compensation signal can be improved, and unnecessary waves can be further suppressed.
なお、本発明における歪み補償部、又は送信機の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより歪み補償処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。 Note that a program for realizing the functions of the distortion compensation unit or transmitter in the present invention is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed. Thus, distortion compensation processing may be performed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。更に、前述した機能をコンピュータシステムに既に記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。 The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.
10,11,20,30…送信機
100,120…信号生成部
200,210,220…歪み補償部
201−1,201−M,201−P,221−1,221−M…入力周波数特性補償部
202,212,222…非線形特性補償部
203−1,203−M,223−1,223−M…出力周波数特性補償部
300,300−1,300−M,300−P…デジタル−アナログ変換器
400…合成器
500…増幅器
501,503…線形素子
502…非線形素子
600,600−1,600−L…アンテナ
700,700−1,700−L…帯域制限部
800−1,800−M…アップコンバータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11, 20, 30 ...
Claims (10)
複数の前記送信信号を同時に増幅する増幅器と、
前記増幅器を入力周波数特性、非線形特性、出力周波数特性に分離してモデル化した増幅器モデルに基づいて、前記出力周波数特性を複数の入力信号に対して補償する出力周波数特性補償部と、
前記増幅器モデルの前記非線形特性に基づいて、前記複数の周波数帯域における前記増幅器の出力に対応した非線形連立方程式を解くことにより、前記出力周波数特性補償部による補償で得られた信号に対する補償信号を算出する非線形特性補償部と、
前記増幅器モデルの前記入力周波数特性を前記非線形特性補償部が算出した補償信号に対して補償し、補償により得られた信号を前記増幅器に出力する入力周波数特性補償部と
を備えることを特徴とする送信機。 A transmitter that simultaneously amplifies and transmits transmission signals in a plurality of frequency bands,
An amplifier for simultaneously amplifying a plurality of the transmission signals;
An output frequency characteristic compensator for compensating the output frequency characteristic for a plurality of input signals based on an amplifier model obtained by separating the amplifier into an input frequency characteristic, a non-linear characteristic, and an output frequency characteristic;
Based on the nonlinear characteristic of the amplifier model, a compensation signal for the signal obtained by the compensation by the output frequency characteristic compensation unit is calculated by solving a nonlinear simultaneous equation corresponding to the output of the amplifier in the plurality of frequency bands. A non-linear characteristic compensator to
An input frequency characteristic compensator for compensating the input frequency characteristic of the amplifier model with respect to a compensation signal calculated by the nonlinear characteristic compensator, and outputting a signal obtained by the compensation to the amplifier. Transmitter.
前記非線形特性補償部は、
前記非線形連立方程式を解く際に、前記送信信号の周波数帯域において発生する不要波を抑圧する補償信号を算出する
ことを特徴とする送信機。 The transmitter of claim 1, comprising:
The nonlinear characteristic compensator is
A transmitter for calculating a compensation signal for suppressing unnecessary waves generated in a frequency band of the transmission signal when solving the nonlinear simultaneous equations.
前記非線形特性補償部は、
前記出力周波数特性補償部による補償で得られた信号の周波数帯域と異なる周波数帯域の補償信号を算出する
ことを特徴とする送信機。 The transmitter according to claim 1 or 2, wherein
The nonlinear characteristic compensator is
A transmitter characterized in that a compensation signal in a frequency band different from a frequency band of a signal obtained by compensation by the output frequency characteristic compensation unit is calculated.
前記非線形特性補償部は、
算出した前記補償信号のうち、予め定められた第1の閾値より電力レベルが低い補償信号を出力しない
ことを特徴とする送信機。 The transmitter according to any one of claims 1 to 3, wherein
The nonlinear characteristic compensator is
Of the calculated compensation signals, a compensation signal having a power level lower than a predetermined first threshold is not output.
前記出力周波数特性補償部は、前記入力信号のうち、予め定められた第2の閾値より電力レベルが低い入力信号に対する補償を行わない
あるいは、前記非線形特性補償部は、前記非線形連立方程式を解く際に、前記出力周波数特性補償部による補償で得られた信号のうち、前記第2の閾値より電力レベルが低い信号に関して、予め定められた次数以上の項を0とみなす
ことを特徴とする送信機。 The transmitter according to any one of claims 1 to 4, wherein
The output frequency characteristic compensator does not perform compensation for an input signal whose power level is lower than a predetermined second threshold among the input signals. Alternatively, the nonlinear characteristic compensator is configured to solve the nonlinear simultaneous equations. In addition, regarding a signal having a power level lower than the second threshold among signals obtained by compensation by the output frequency characteristic compensation unit, a term of a predetermined order or more is regarded as 0. .
前記出力周波数特性補償部と前記入力周波数特性補償部とのいずれか一方又は両方は、
前記入力信号の周波数帯域における利得の最大値と最小値との差分が予め定められた第3の閾値以下である場合、補償を行わない
ことを特徴とする送信機。 The transmitter according to any one of claims 1 to 5, wherein
One or both of the output frequency characteristic compensation unit and the input frequency characteristic compensation unit are
The transmitter is characterized in that no compensation is performed when the difference between the maximum value and the minimum value of the gain in the frequency band of the input signal is equal to or smaller than a predetermined third threshold value.
前記非線形特性補償部は、
前記非線形連立方程式を解く際に、前記送信信号の高調波成分に基づいて中心周波数の低い補償信号から順に算出する
ことを特徴とする送信機。 The transmitter according to any one of claims 1 to 6, wherein
The nonlinear characteristic compensator is
When the nonlinear simultaneous equations are solved, the transmitter is calculated in order from a compensation signal having a lower center frequency based on a harmonic component of the transmission signal.
前記非線形特性補償部は、
前記送信信号の高調波成分に基づいて中心周波数の低い順に算出した補償信号を初期値とした反復法により相互変調歪み又は混変調歪みを反映した補償信号を算出する
ことを特徴とする送信機。 The transmitter according to claim 7, wherein
The nonlinear characteristic compensator is
A transmitter characterized in that a compensation signal reflecting intermodulation distortion or intermodulation distortion is calculated by an iterative method with compensation signals calculated in ascending order of center frequencies based on harmonic components of the transmission signal as initial values.
前記入力周波数特性補償部と前記増幅器との間に設けられ、前記入力周波数特性補償部による補償で得られた信号を前記送信信号の周波数帯に周波数変換して前記増幅器に出力する周波数変換部
を更に備えることを特徴とする送信機。 The transmitter according to any one of claims 1 to 8, wherein
A frequency converter provided between the input frequency characteristic compensator and the amplifier, and frequency-converting a signal obtained by compensation by the input frequency characteristic compensator into a frequency band of the transmission signal and outputting the frequency to the amplifier. A transmitter further comprising:
前記増幅器を入力周波数特性、非線形特性、出力周波数特性に分離してモデル化した増幅器モデルに基づいて、前記出力周波数特性を複数の入力信号に対して補償する出力周波数特性補償ステップと、
前記増幅器モデルの前記非線形特性に基づいて、前記複数の周波数帯域における前記増幅器の出力に対応した非線形連立方程式を解くことにより、前記出力周波数特性補償ステップにおける補償により得られた信号に対する補償信号を算出する非線形特性補償ステップと、
前記増幅器モデルの前記入力周波数特性を、前記非線形特性補償ステップにおいて算出した補償信号に対して補償する入力周波数補償ステップと
を有することを特徴とする歪み補償方法。 A distortion compensation method for compensating for distortion that occurs when a single amplifier amplifies signals in a plurality of frequency bands,
An output frequency characteristic compensation step for compensating the output frequency characteristic for a plurality of input signals based on an amplifier model obtained by separating the amplifier into an input frequency characteristic, a non-linear characteristic, and an output frequency characteristic.
Based on the nonlinear characteristic of the amplifier model, a compensation signal for the signal obtained by the compensation in the output frequency characteristic compensation step is calculated by solving a nonlinear simultaneous equation corresponding to the output of the amplifier in the plurality of frequency bands. Non-linear characteristic compensation step,
An input frequency compensation step of compensating the input frequency characteristic of the amplifier model with respect to a compensation signal calculated in the nonlinear characteristic compensation step.
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