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JP2010016422A - Distortion compensation circuit - Google Patents

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JP2010016422A
JP2010016422A JP2008171806A JP2008171806A JP2010016422A JP 2010016422 A JP2010016422 A JP 2010016422A JP 2008171806 A JP2008171806 A JP 2008171806A JP 2008171806 A JP2008171806 A JP 2008171806A JP 2010016422 A JP2010016422 A JP 2010016422A
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JP
Japan
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model
distortion compensation
input
amplifier
compensation circuit
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Pending
Application number
JP2008171806A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiko Onishi
政彦 大西
Kazuyuki Totani
一幸 戸谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication of JP2010016422A publication Critical patent/JP2010016422A/en
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Abstract

【課題】誤ったモデル(及び逆モデル)推定を防止する歪補償回路を提供する。
【解決手段】増幅器6の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部3と、モデルに対する逆モデルを入力信号に付加することにより増幅器6の入出力特性の歪を打ち消す歪補償を行う歪補償部5とを備えた歪補償回路1において、ピーク検出部2を設けて増幅器6の出力信号のピーク値を検出し、モデル推定部3は、当該ピーク値を含む増幅器6の入出力特性に基づいてモデルを推定する。
【選択図】図1
Disclosed is a distortion compensation circuit that prevents erroneous model (and inverse model) estimation.
A model estimation unit for estimating a model representing input / output characteristics of an amplifier, and distortion compensation for performing distortion compensation for canceling distortion of the input / output characteristics of the amplifier by adding an inverse model to the input signal to the input signal. In the distortion compensation circuit 1 including the unit 5, the peak detection unit 2 is provided to detect the peak value of the output signal of the amplifier 6, and the model estimation unit 3 is based on the input / output characteristics of the amplifier 6 including the peak value. To estimate the model.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば無線送受信機に用いられる高出力増幅器の非線形特性を補償する機能を備えた歪補償回路に関する。   The present invention relates to a distortion compensation circuit having a function of compensating for nonlinear characteristics of a high-power amplifier used in, for example, a radio transceiver.

一般的に、高出力増幅器(HPA: High Power Amplifier)は、入出力特性の線形性が低い。従って、このような増幅器を用いて電力を増幅すると、入出力特性の歪により、所望の出力が得られない場合がある。そこで、このような歪を補償するための歪補償方式として、増幅器の入力信号に対して、増幅器の歪特性とは逆の、逆歪特性をデジタル信号処理により生成して増幅器の入力に付加するDPD(Digital Pre-Distortion)処理を施すことにより、所望の増幅器出力を得る手法が提案されている(例えば、非特許文献1参照。)。   In general, a high power amplifier (HPA) has low linearity of input / output characteristics. Therefore, when power is amplified using such an amplifier, a desired output may not be obtained due to distortion of input / output characteristics. Therefore, as a distortion compensation method for compensating such distortion, a reverse distortion characteristic opposite to the distortion characteristic of the amplifier is generated by digital signal processing for the input signal of the amplifier and added to the input of the amplifier. A technique for obtaining a desired amplifier output by performing DPD (Digital Pre-Distortion) processing has been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).

また、広帯域信号を増幅する高出力増幅器に対して精度の高いDPD処理を施すべく、多項式で表される歪補償を行うことが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   In addition, it has been proposed to perform distortion compensation represented by a polynomial in order to perform highly accurate DPD processing on a high-power amplifier that amplifies a broadband signal (see, for example, Patent Document 1).

Thesis by Lei Ding, "Digital predistortion of power amplifiers for wireless application", Georgia institute of Technology, March 2004Thesis by Lei Ding, "Digital predistortion of power amplifiers for wireless application", Georgia institute of Technology, March 2004 特開2007−282066号公報JP 2007-282066 A

しかしながら、逆歪特性の基になる多項式のモデルが正しく推定されない場合もあり、その場合には、増幅器の非線形特性を助長する結果となる。図5の(a)は、増幅器の入出力特性の一例を示すグラフであり、横軸は入力信号を、縦軸は出力信号を、それぞれ示している。なお、点線は理想的な直線状の特性を示す。この特性は形状が複雑で非線形性が強く、特に、入力信号が大きい領域で複雑な特性になる。このような特性の増幅器に対して、(b)に示すように、入力信号レベルが小さい(最大入力信号がP1)場合にモデルの推定を行うと、例えば(c)に示すようなモデルの推定結果となる場合がある。これは、実際の(a)の入出力特性とは大きく異なる誤ったモデル推定となる。このようなモデルから逆関数である逆モデルを求め、これを入力信号に付加しても、十分な歪補償はできない。   However, there is a case where the polynomial model on which the inverse distortion characteristic is based is not correctly estimated, and in this case, the result is that the nonlinear characteristic of the amplifier is promoted. FIG. 5A is a graph showing an example of input / output characteristics of the amplifier, in which the horizontal axis represents the input signal and the vertical axis represents the output signal. The dotted line shows ideal linear characteristics. This characteristic has a complicated shape and a strong non-linearity. In particular, this characteristic is complicated in a region where the input signal is large. For an amplifier having such characteristics, as shown in (b), when the model is estimated when the input signal level is small (the maximum input signal is P1), the model is estimated as shown in (c), for example. May result. This is an erroneous model estimation that is significantly different from the actual input / output characteristics of (a). Even if an inverse model which is an inverse function is obtained from such a model and added to the input signal, sufficient distortion compensation cannot be performed.

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、誤ったモデル(及び逆モデル)推定を防止する歪補償回路を提供することを目的とする。   In view of such a conventional problem, an object of the present invention is to provide a distortion compensation circuit that prevents erroneous model (and inverse model) estimation.

本発明は、増幅器の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部と、前記モデルに対する逆モデルを前記入力信号に付加することにより前記増幅器の入出力特性の歪を打ち消す歪補償を行う歪補償部と、を備えた歪補償回路であって、前記増幅器の入力信号及び出力信号の少なくとも一方のピーク値を検出するピーク検出部を備え、前記モデル推定部は、前記ピーク値を含む前記増幅器の入出力特性に基づいて前記モデルを推定するものである。
上記のように構成された歪補償回路では、ピーク検出部により検出されたピーク値を含む増幅器の入出力特性に基づいてモデルの推定が行われるので、必要なダイナミックレンジを確保し、正しいモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。
ここで、入力信号もしくは出力信号の「ピーク」とは、発生頻度の低い最大振幅の信号を指しており、ピーク値とは、その最大振幅の値である。
The present invention provides a model estimation unit that estimates a model representing input / output characteristics of an amplifier, and distortion compensation that performs distortion compensation that cancels distortion of the input / output characteristics of the amplifier by adding an inverse model to the model to the input signal. A distortion compensation circuit comprising: a peak detection unit that detects a peak value of at least one of an input signal and an output signal of the amplifier; and the model estimation unit includes the peak value of the amplifier. The model is estimated based on input / output characteristics.
In the distortion compensation circuit configured as described above, the model is estimated based on the input / output characteristics of the amplifier including the peak value detected by the peak detector, so that a necessary dynamic range is ensured and the correct model ( And inverse model) estimation can be performed.
Here, the “peak” of the input signal or the output signal refers to a signal having the maximum amplitude with a low occurrence frequency, and the peak value is a value of the maximum amplitude.

また、上記歪補償回路において、モデル推定部は、連続した所定時間内の信号を記憶するバッファ機能を備えることが好ましい。
この場合、ピーク値が検出された時点より前の信号も含めて必要なダイナミックレンジを確保することができるので、ピーク値の出現を待ってモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。
In the distortion compensation circuit, it is preferable that the model estimation unit has a buffer function for storing signals within a continuous predetermined time.
In this case, since a necessary dynamic range can be ensured including the signal before the peak value is detected, the model (and inverse model) estimation can be performed after the peak value appears.

また、上記歪補償回路において、ピーク検出部は、ピーク値の検出を周期的に実行することが好ましい。
この場合、周期的な実行により、常に最新のモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。
In the distortion compensation circuit, it is preferable that the peak detection unit periodically detects a peak value.
In this case, the latest model (and inverse model) can always be estimated by periodic execution.

本発明の歪補償回路によれば、必要なダイナミックレンジを確保し、正しいモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。すなわち、誤ったモデル(及び逆モデル)推定を防止する歪補償回路を提供することができる。   According to the distortion compensation circuit of the present invention, a necessary dynamic range can be ensured and correct model (and inverse model) estimation can be performed. That is, it is possible to provide a distortion compensation circuit that prevents erroneous model (and inverse model) estimation.

図1は、本発明の一実施形態に係る歪補償回路1の主要部を示すブロック図である。歪補償回路1は、高出力増幅器(HPA、以下、単に増幅器という。)6の出力信号Yのピーク値を検出するピーク検出部2と、増幅器6の入出力特性を表すモデル(具体的には、出力信号Yを入力信号Xのn次べき級数の多項式の形で表したモデル)を推定するモデル推定部3と、モデルの係数を一時的に記憶する係数テーブル4と、モデルに対する逆モデル(モデルの逆関数)を入力信号Xに付加することにより増幅器6の入出力特性の歪を打ち消す歪補償を行う歪補償部5とを備えている。ピーク検出部2、モデル推定部3、係数テーブル4及び歪補償部5は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)によって構成されている。なお、モデル推定部3には、入力信号X及び出力信号Yの両方が入力されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a distortion compensation circuit 1 according to an embodiment of the present invention. The distortion compensation circuit 1 includes a peak detector 2 that detects a peak value of an output signal Y of a high output amplifier (HPA, hereinafter simply referred to as an amplifier) 6, and a model (specifically, an input / output characteristic of the amplifier 6). , A model estimation unit 3 that estimates the output signal Y in the form of a polynomial of the nth power series of the input signal X), a coefficient table 4 that temporarily stores the coefficients of the model, and an inverse model ( And a distortion compensation unit 5 that performs distortion compensation that cancels the distortion of the input / output characteristics of the amplifier 6 by adding the inverse function of the model to the input signal X. The peak detection unit 2, the model estimation unit 3, the coefficient table 4, and the distortion compensation unit 5 are configured by, for example, a DSP (Digital Signal Processor). Note that both the input signal X and the output signal Y are input to the model estimation unit 3.

上記モデル推定部3は、所定時間内で、入力信号X及び出力信号Yをそれぞれ記憶するバッファ3a及び3bを備えている。
増幅器6の非線形特性は、入力信号Xのべき級数多項式で表される。すなわち、出力信号をYとすると、以下のように表すことができる。なお、aiは各次の係数である。
The model estimation unit 3 includes buffers 3a and 3b for storing the input signal X and the output signal Y, respectively, within a predetermined time.
The nonlinear characteristic of the amplifier 6 is expressed by a power series polynomial of the input signal X. That is, when the output signal is Y, it can be expressed as follows. Note that a i is a coefficient of each order.

Figure 2010016422
Figure 2010016422

図2は、歪補償回路1における処理を示すフローチャートである。この処理は、周期的に実行される。処理の開始後、ピーク検出部2により、ピーク値が検出されたか否かの判断が行われ(ステップS1)、「No」の場合はピーク値が出現するのを待つ。ピーク値は、予めわかっているので、閾値と比較すれば容易にピーク値の出現を検出することができる。ピーク値が検出されると、その検出信号を受けたモデル推定部3は、その時点を基準として所定時間内にバッファ3a,3bからデータすなわち入力信号及び出力信号を読み取り(ステップS2)、モデル推定を行う(ステップS3)。   FIG. 2 is a flowchart showing processing in the distortion compensation circuit 1. This process is executed periodically. After the start of the process, the peak detection unit 2 determines whether or not a peak value is detected (step S1). If “No”, it waits for the peak value to appear. Since the peak value is known in advance, the appearance of the peak value can be easily detected by comparing with the threshold value. When the peak value is detected, the model estimation unit 3 that has received the detection signal reads the data, that is, the input signal and the output signal from the buffers 3a and 3b within a predetermined time with reference to that point (step S2), and performs model estimation Is performed (step S3).

例えば、ピーク値が出現した基準時点より0.5μ秒前から、0.5μ秒後までの1μ秒内の入出力信号を使用して、モデル推定が行われる。モデル推定後、係数が係数テーブル4に一旦保存される。歪補償部5は、これらの係数を使用して逆モデルを推定し、歪補償を行う(ステップS4)。
なお、「ピーク」とは、発生頻度の低い最大振幅の信号を指しており、ピーク値とは、その最大振幅の値である。「発生頻度の低い」とは、例えば1μ秒に1回程度である。
通常、1μ秒の入出力信号には、必要なダイナミックレンジ(ピーク値を含む。)が含まれている。
For example, model estimation is performed using input / output signals within 1 μsec from 0.5 μsec before and 0.5 μsec after the reference time when the peak value appears. After model estimation, the coefficients are temporarily stored in the coefficient table 4. The distortion compensation unit 5 estimates an inverse model using these coefficients and performs distortion compensation (step S4).
“Peak” refers to a signal having a maximum amplitude with low occurrence frequency, and the peak value is a value of the maximum amplitude. “Low occurrence frequency” is, for example, about once every 1 μsec.
Usually, a necessary dynamic range (including a peak value) is included in an input / output signal of 1 μsec.

なお、上記とは別に、モデル推定部3で逆モデルまで求め、その係数を係数テーブル4に記憶させ、歪補償部5は係数テーブル4を参照しながら歪補償を行う、という構成であってもよい。   In addition to the above, the model estimation unit 3 may obtain an inverse model, store the coefficients in the coefficient table 4, and the distortion compensation unit 5 may perform distortion compensation while referring to the coefficient table 4. Good.

図3の(a)は、増幅器6の入出力特性(実線)及び逆モデル(破線)の一例を示すグラフであり、横軸は入力信号を、縦軸は出力信号を、それぞれ示している。なお、点線は理想的な直線状の特性を示す。この特性は形状が複雑で非線形性が強いが、ピーク値を確実に取り込むことにより、必要なダイナミックレンジを確保し、正しいモデル及び逆モデルの推定を行うことができる。従って、このような逆モデルによる歪補償の結果、(b)に示すように、歪が取り除かれた入出力特性が得られる。   FIG. 3A is a graph showing an example of input / output characteristics (solid line) and inverse model (broken line) of the amplifier 6, wherein the horizontal axis indicates the input signal and the vertical axis indicates the output signal. The dotted line shows ideal linear characteristics. Although this characteristic has a complicated shape and strong nonlinearity, it is possible to ensure a necessary dynamic range and to estimate a correct model and an inverse model by reliably capturing a peak value. Therefore, as a result of distortion compensation by such an inverse model, input / output characteristics from which distortion is removed are obtained as shown in FIG.

以上のように、上記歪補償回路1によれば、ピーク検出部2により検出されたピーク値を含む増幅器6の入出力特性に基づいてモデルの推定が行われるので、必要なダイナミックレンジを確保し、正しいモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。すなわち、誤ったモデル(及び逆モデル)推定を防止する歪補償回路1を提供することができる。   As described above, according to the distortion compensation circuit 1, the model is estimated based on the input / output characteristics of the amplifier 6 including the peak value detected by the peak detector 2, so that a necessary dynamic range is ensured. The correct model (and inverse model) can be estimated. That is, it is possible to provide a distortion compensation circuit 1 that prevents erroneous model (and inverse model) estimation.

また、モデル推定部3は、連続した所定時間内の信号を記憶するバッファ3a,3bを備えるので、ピーク値が検出された時点より前の信号も含めて必要なダイナミックレンジを確保することができる。すなわち、ピーク値の出現を待ってモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。
また、ピーク検出部2がピーク値の検出を周期的に実行することにより、モデル推定部3は、常に最新のモデル(及び逆モデル)推定を行うことができる。
Further, since the model estimation unit 3 includes the buffers 3a and 3b for storing signals within a continuous predetermined time, it is possible to secure a necessary dynamic range including a signal before the peak value is detected. . That is, model (and inverse model) estimation can be performed after the peak value appears.
In addition, the peak detector 2 periodically detects the peak value, so that the model estimation unit 3 can always perform the latest model (and inverse model) estimation.

なお、図1の構成ではピーク検出部2に対して出力信号Yが提供されるものとしたが、出力信号Yではなく、入力信号Xをピーク検出に用いることも可能である。図4は、その例を示すブロック図である。図4において、ピーク検出部2は入力信号Xにおけるピーク値を検出し、ピーク値が出現する時点を基準として入出力信号を読み取り、モデル(及び逆モデル)推定を行う。その他は、図1の構成の場合と同様である。   Although the output signal Y is provided to the peak detector 2 in the configuration of FIG. 1, the input signal X instead of the output signal Y can be used for peak detection. FIG. 4 is a block diagram showing an example thereof. In FIG. 4, the peak detection unit 2 detects a peak value in the input signal X, reads an input / output signal with reference to a time point when the peak value appears, and performs model (and inverse model) estimation. Others are the same as the case of the structure of FIG.

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全ての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of claims for patent, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of claims for patent.

本発明の一実施形態に係る歪補償回路の主要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of the distortion compensation circuit which concerns on one Embodiment of this invention. 歪補償回路における処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process in a distortion compensation circuit. (a)は、増幅器の入出力特性(実線)及び逆モデル(破線)の一例を示すグラフであり、(b)は歪補償後の入出力特性を示すグラフである。(A) is a graph which shows an example of the input-output characteristic (solid line) and inverse model (broken line) of an amplifier, (b) is a graph which shows the input-output characteristic after distortion compensation. 図1とは異なる構成の歪補償回路の主要部を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part of the distortion compensation circuit of a structure different from FIG. 増幅器の入出力特性の一例に対して、従来の歪補償回路による歪補償を行った結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having performed distortion compensation by the conventional distortion compensation circuit with respect to an example of the input-output characteristic of an amplifier.

符号の説明Explanation of symbols

1 歪補償回路
2 ピーク検出部
3 モデル推定部
3a,3b バッファ
4 係数テーブル
5 歪補償部
6 増幅器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Distortion compensation circuit 2 Peak detection part 3 Model estimation part 3a, 3b Buffer 4 Coefficient table 5 Distortion compensation part 6 Amplifier

Claims (3)

増幅器の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部と、
前記モデルに対する逆モデルを前記入力信号に付加することにより前記増幅器の入出力特性の歪を打ち消す歪補償を行う歪補償部と、を備えた歪補償回路であって、
前記増幅器の入力信号及び出力信号の少なくとも一方のピーク値を検出するピーク検出部を備え、
前記モデル推定部は、前記ピーク値を含む前記増幅器の入出力特性に基づいて前記モデルを推定することを特徴とする歪補償回路。
A model estimation unit for estimating a model representing the input / output characteristics of the amplifier;
A distortion compensation circuit that performs distortion compensation to cancel distortion of input and output characteristics of the amplifier by adding an inverse model to the input signal to the input signal,
A peak detector for detecting a peak value of at least one of the input signal and the output signal of the amplifier;
The distortion compensation circuit, wherein the model estimation unit estimates the model based on input / output characteristics of the amplifier including the peak value.
前記モデル推定部は、連続した所定時間内の信号を記憶するバッファ機能を備える請求項1記載の歪補償回路。   The distortion compensation circuit according to claim 1, wherein the model estimation unit includes a buffer function for storing a signal within a continuous predetermined time. 前記ピーク検出部は、前記ピーク値の検出を周期的に実行する請求項1又は2に記載の歪補償回路。   The distortion compensation circuit according to claim 1, wherein the peak detection unit periodically detects the peak value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2013027498A1 (en) * 2011-08-23 2015-03-19 日本電気株式会社 Distortion compensation amplification apparatus and distortion compensation amplification method

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