JP2010016423A - Distortion compensation circuit - Google Patents
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Abstract
【課題】入力信号と出力信号との相互のタイミングを、できるだけ簡素な構成によって合わせることができる歪補償回路を提供する。
【解決手段】増幅器10の入出力特性を表すモデルを推定するモデル推定部2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10の入出力特性の歪を打ち消す歪補償を行う歪補償部4とを備えた歪補償回路1において、増幅器10の入力信号及び出力信号のそれぞれについてピーク値の出現を検出し、それらが出現する時間差を検出するピーク比較部9と、当該時間差の分だけ遅延させた入力信号をモデル推定部2に提供する遅延調整部5とを設ける。
【選択図】図1Disclosed is a distortion compensation circuit in which the mutual timing of an input signal and an output signal can be matched with a configuration as simple as possible.
A model estimation unit 2 for estimating a model representing input / output characteristics of an amplifier 10 and distortion compensation for performing distortion compensation for canceling distortion of the input / output characteristics of the amplifier 10 by adding an inverse model to the input signal to the input signal. In the distortion compensation circuit 1 including the unit 4, the peak comparison unit 9 that detects the occurrence of a peak value for each of the input signal and the output signal of the amplifier 10 and detects the time difference in which they appear, and the amount corresponding to the time difference A delay adjustment unit 5 is provided for providing the delayed input signal to the model estimation unit 2.
[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。)。
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 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).
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).
一方、増幅器の入出力特性における非線形性を示す指標として、振幅に関するAM−AM特性と、位相に関するAM−PM特性とがある。これらの特性を正確に把握するには、相互に比較されるべき入力信号と出力信号とのタイミングが時間軸上で一致しなければならない。 On the other hand, there are an AM-AM characteristic related to amplitude and an AM-PM characteristic related to phase as indices indicating nonlinearity in the input / output characteristics of the amplifier. In order to accurately grasp these characteristics, the timings of the input signal and the output signal to be compared with each other must match on the time axis.
図4は、従来の歪補償回路における、増幅器への入力信号と出力信号とのタイミングのずれを示す波形図の一例である。(a)、(b)は入力信号の波形(同一)であり、(c)は出力信号の波形である。(a)に示す入力信号においては、例えば時刻τ1にピーク値が出現している。これに対応する(c)の出力信号のピーク値は、τ1より遅れて、時刻τ2に出現している。このτ2のタイミングで、(b)に示す入力信号と、(c)に示す出力信号とを受け取ると、(d)に示すように、相互のタイミングがずれた状態で入力信号と出力信号とを受け取ることになる。このようなタイミングのずれは、信号経路の違いに起因するものであり、出力信号の方が遅くなる。従って、入力信号の遅延量を調整する手段が必要である。 FIG. 4 is an example of a waveform diagram showing a timing shift between an input signal to an amplifier and an output signal in a conventional distortion compensation circuit. (A), (b) is the waveform (same) of an input signal, (c) is a waveform of an output signal. In the input signal shown in (a), for example, a peak value appears at time τ 1 . The peak value of the output signal (c) corresponding to this appears at time τ 2 later than τ 1 . When the input signal shown in (b) and the output signal shown in (c) are received at the timing of τ 2 , as shown in (d), the input signal and the output signal Will receive. Such a timing shift is caused by a difference in the signal path, and the output signal becomes slower. Therefore, a means for adjusting the delay amount of the input signal is required.
上記のような遅延量を調整するには、例えば信号経路上にデジタル遅延回路を設けて、遅延時間を手動調整すればよい。しかしながら、このような調整は非常に煩雑であり、しかも、精度の高い調整は困難である。一方、高い精度を得ようとして、相関関数等の複雑な演算処理を用いる大掛かりな調整装置を設けること(例えば、特許文献2参照。)は、調整時間の短縮や製造コストの削減の観点から好ましくない。また、相関関数方式は、歪み収束後に残った白色雑音が原因となって、デジタル回路処理するためにサンプリングしたデータの取り込み方によっては、相関結果が一定値に定まらない問題がある。つまり、遅延のずれ量が一定値に定まらない。 In order to adjust the delay amount as described above, for example, a digital delay circuit may be provided on the signal path and the delay time may be manually adjusted. However, such adjustment is very complicated, and adjustment with high accuracy is difficult. On the other hand, in order to obtain high accuracy, it is preferable from the viewpoint of shortening the adjustment time and reducing the manufacturing cost to provide a large adjustment device using a complex arithmetic processing such as a correlation function (see, for example, Patent Document 2). Absent. In addition, the correlation function method has a problem that the correlation result cannot be set to a constant value depending on how to take in data sampled for digital circuit processing due to white noise remaining after distortion convergence. That is, the amount of delay deviation is not fixed.
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、入力信号と出力信号との相互のタイミングを、できるだけ簡素な構成によって合わせることができ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 in which the mutual timing of an input signal and an output signal can be matched with a configuration as simple as possible.
本発明の歪補償回路は、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、前記増幅器の入力信号及び出力信号のそれぞれについてピーク値の出現を検出し、それらが出現する時間差を検出するピーク比較部と、前記時間差の分だけ遅延させた前記入力信号を前記モデル推定部に提供する遅延調整部とを備えたものである。 A distortion compensation circuit according to the present invention includes a model estimation unit that estimates a model representing input / output characteristics of an amplifier, and distortion compensation that cancels distortion of the input / output characteristics of the amplifier by adding an inverse model to the input signal to the input signal. A distortion compensator for detecting the occurrence of a peak value for each of the input signal and output signal of the amplifier, and a peak comparator for detecting a time difference in which they appear, and the input signal delayed by the time difference And a delay adjustment unit that provides the model estimation unit.
上記のように構成された歪補償回路では、入力信号及び出力信号においてそれぞれピーク値が出現する時間差の分だけ、入力信号が遅延するので、入力信号と出力信号との相互のタイミングを合わせることができる。また、ピーク値の出現を検出することは容易であり時間差の分だけ遅延させることも容易であるので、ピーク比較部や遅延調整部は簡素な構成で足りる。 In the distortion compensation circuit configured as described above, the input signal is delayed by the time difference at which the peak value appears in the input signal and the output signal, respectively, so that the mutual timing of the input signal and the output signal can be matched. it can. Further, since it is easy to detect the appearance of the peak value and it is easy to delay by the time difference, a simple configuration is sufficient for the peak comparison unit and the delay adjustment unit.
また、上記歪補償回路において、入力信号及び出力信号は、デジタル通信用の信号であることが好ましい。
デジタル通信用の信号においては、所定期間内にほぼ確実にピークが出現するので、これを利用して、入力信号と出力信号との相互のタイミングを合わせることができる。
In the distortion compensation circuit, the input signal and the output signal are preferably digital communication signals.
In a signal for digital communication, a peak appears almost certainly within a predetermined period, and this can be used to match the timings of the input signal and the output signal.
本発明の歪補償回路によれば、入力信号と出力信号との相互のタイミングを合わせることができる歪補償回路を、簡素な構成によって提供することができる。 According to the distortion compensation circuit of the present invention, a distortion compensation circuit capable of matching the timings of the input signal and the output signal can be provided with a simple configuration.
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。)10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2と、モデルの係数を一時的に記憶する係数テーブル3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10の入出力特性の歪を打ち消す歪補償を行う歪補償部4とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a main part of a
また、歪補償回路1は、増幅器10の入力信号及び出力信号のそれぞれについてピーク値の出現を検出し、それらが出現する時間差を検出するピーク比較部9と、当該時間差の分だけ遅延させた入力信号をモデル推定部2に提供する遅延調整部5とを備えている。ピーク比較部9は、入力信号Xのピーク値及びその出現時点を検出するピーク検出部6、出力信号Yのピーク値及びその出現時点を検出するピーク検出部8、及び、2つのピーク検出部6,8におけるピーク値出現時点の時間差を検出する時間差検出部7とによって構成されている。モデル推定部2、係数テーブル3、歪補償部4、遅延調整部5及びピーク比較部9は、例えば、DSP(Digital Signal Processor)によって構成されている。
The
増幅器10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 nonlinear characteristic of the amplifier 10 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.
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6,8により共に、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。例えば、閾値=ピーク値に設定すれば、閾値に達した時が、ピーク値の出現する時点である。また、ピーク値より若干小さい値を閾値とすれば、閾値以上となった時点と、その後閾値以下となった時点の中間点を、ピーク値の出現する時点とすることもできる。この方式を用いれば、歪み収束後に残った白色雑音により、デジタル回路処理するためにサンプリングしたデータ値がばらついても、ピーク値が大きくずれることはない。
FIG. 2 is a flowchart showing processing in the
なお、信号のピークは、W−CDMAやOFDM等のデジタル通信用の信号には必ず含まれており、ほぼ一定の確率で出現する。従って、所定回数のサンプリングにより信号を取得すれば、ピーク値を検出することができる。 The signal peak is always included in a signal for digital communication such as W-CDMA and OFDM, and appears with a substantially constant probability. Therefore, the peak value can be detected if the signal is acquired by sampling a predetermined number of times.
入力信号X及び出力信号Yについてそれぞれピーク値の出現する時点τX及びτYを求めると、時間差は、時間差検出部7により、τY−τXとして求められる。この時間差に応じて、遅延調整部5は入力信号Xの遅延調整を行う(ステップS2)。遅延調整は、時間差が0(又は0に近い所定値以内)になるように行われ、時間差が0になると(ステップS3の「Yes」)、そのように遅延調整された入力信号Xと、出力信号Yとの間で、モデル推定部2によるモデル推定が行われる(ステップS4)。モデル推定後、係数が係数テーブル3に一旦保存される。歪補償部4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S5)。
When the time points τ X and τ Y at which the peak values appear for the input signal X and the output signal Y are obtained, the time difference is obtained by the time difference detection unit 7 as τ Y −τ X. In accordance with this time difference, the
なお、上記とは別に、モデル推定部2で逆モデルまで求め、その係数を係数テーブル3に記憶させ、歪補償部4は係数テーブル3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
図3は、入出力信号波形の一例を示すグラフである。(a)は入力信号Xの波形であり、(b)は出力信号Yの波形である。入力信号Xの波形においては例えば時刻τ1にピーク値が出現している。これに対応する出力信号Yのピーク値は、時刻τ2に出現している。この時間差(τ2−τ1)が遅延調整部5により調整されると、入力信号Xは時間差の分だけ遅れ方向にシフトしてモデル推定部2に提供される。従って、モデル推定部2においては、(c)に示すように、入力信号Xと出力信号Yとの相互のタイミングが一致する。
FIG. 3 is a graph showing an example of input / output signal waveforms. (A) is the waveform of the input signal X, and (b) is the waveform of the output signal Y. In the waveform of the input signal X, for example, a peak value appears at time τ 1 . The peak value of the output signal Y corresponding to this appears at time τ 2 . When the time difference (τ 2 −τ 1 ) is adjusted by the
以上のように、本実施形態に係る歪補償回路1では、入力信号及び出力信号においてそれぞれピーク値が出現する時間差の分だけ、入力信号が遅延するので、入力信号と出力信号との相互のタイミングを合わせることができる。また、ピーク値の出現を検出することは容易であり時間差の分だけ遅延させることも容易であるので、ピーク比較部9や遅延調整部5は簡素な構成で足りる。すなわち、入力信号と出力信号との相互のタイミングを合わせることができる歪補償回路1を、簡素な構成によって提供することができる。
As described above, in the
また、上記歪補償回路において、入力信号及び出力信号は、デジタル通信用の信号であることから、所定期間内にほぼ確実にピークが出現するので、これを利用して、入力信号と出力信号との相互のタイミングを合わせることができる点で、至便である。 In the distortion compensation circuit, since the input signal and the output signal are signals for digital communication, a peak appears almost certainly within a predetermined period. It is convenient in that the timing of each other can be matched.
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.
1 歪補償回路
2 モデル推定部
3 係数テーブル
4 歪補償部
5 遅延調整部
6 ピーク検出部
7 時間差検出部
8 ピーク検出部
9 ピーク比較部
10 増幅器
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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、
前記増幅器の入力信号及び出力信号のそれぞれについてピーク値の出現を検出し、それらが出現する時間差を検出するピーク比較部と、
前記時間差の分だけ遅延させた前記入力信号を前記モデル推定部に提供する遅延調整部と
を備えた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 unit 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;
Detecting the appearance of peak values for each of the input signal and output signal of the amplifier, and detecting a time difference in which they appear;
A distortion compensation circuit comprising: a delay adjustment unit that provides the input signal delayed by the time difference to the model estimation unit.
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---|---|---|---|---|
JP2004112218A (en) * | 2002-09-17 | 2004-04-08 | Toshiba Corp | Nonlinear compensator |
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2008
- 2008-06-30 JP JP2008171807A patent/JP2010016423A/en active Pending
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