冪級數型前置補償器及其控制方法

2023-10-05 10:34:29 3

專利名稱：冪級數型前置補償器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及冪級數型前置補償器(predistorter)和其控制方法，用於補償例如在攜帶電話終端和基站中使用的功率放大器產生的失真。
背景技術：
攜帶電話的基站和終端中使用的微波帶功率放大器，為了低消耗功率和小型化而被尋求實現高效率。一般來說，使功率放大器越在飽和功率附近動作越可獲得高的功率附加效率，所以期望使功率放大器在該區域中動作。但是，使功率放大器在飽和功率附近動作時，功率放大器產生的失真分量增加。基站和終端的功率放大器在發送信號的頻帶外中必須達到按無線系統規定的相鄰信道漏洩功率比等才能獲得充分的輸出補償，就在飽和區域附近使用功率放大器來說，由於相鄰信道漏洩功率比劣化，所以為了滿足規格值而需要抑制由功率放大器產生的失真分量。
為了抑制失真分量而在研究各種各樣的非線性失真補償方法。一種非線性失真補償方法之一是前置補償方法。前置補償方法是在輸入信號中預先附加用於抵消由功率放大器產生的失真分量的信號的方法。通過將預先附加的信號(以下稱為前置失真)的振幅及相位設定為分別與功率放大器產生的失真分量相等的電平並且相位相反，從而可以抵消由功率放大器產生的失真分量。
圖18表示以往的使用了冪級數型前置補償器的功率放大裝置的一般結構。在該例子中，冪級數型前置補償器100包括分配器1；線性傳送路徑2；失真產生路徑3；合成器4；失真檢測器9；以及矢量調整控制器10。在失真產生路徑3中插入有失真產生器31、以及矢量調整器32。基帶的發送信號x(t)被輸入到分配器1，被分配給由延遲器21構成的線性傳送路徑2和失真產生路徑3。在失真產生路徑3，根據輸入的發送信號x(t)，由失真產生器31產生例如以|x(t)|2x(t)(以下稱為D3)表示的3階的前置失真分量，由矢量調整器32調整前置失真分量的振幅和相位，並被輸入到合成器4的一個端子。在合成器4的另一個端子上，發送信號x(t)被延遲器21延遲後輸入。由合成器4合成的發送信號和前置失真分量作為前置補償器100的輸出被提供給變頻器5，在被變頻到發送頻帶後，由功率放大器6放大。
功率放大器6的輸出信號通過分配器7被傳送到未圖示的天線振子，同時其一部分被提供給變頻器8。變頻器8將從來自分配器7的發送頻帶變頻到基帶的信號提供給失真檢測器9。失真檢測器9從被提供的信號來檢測由功率放大器6產生的失真分量並將其提供給矢量調整控制器10。矢量調整控制器10通過失真產生路徑3中的矢量調整器32來控制3階失真分量的振幅和相位，以使由失真檢測器9檢測出的功率放大器6的輸出信號中包含的3階失真分量最小。這樣，通過對矢量調整器32的振幅和相位進行控制，可以抵消功率放大器產生的失真分量。在以往的冪級數型前置補償器中，已知對於頻率可以補償均勻的3階失真分量。
但是，在使功率放大器6在飽和功率附近動作的情況下，在上述以往的冪級數型前置補償器中，有可能不能達到高的失真補償量。其理由如W.Boschand G.Gatti，「Measurement and simulation of memory effects in predistortionlinearizer，」IEE Trans.Microwave Theory Tech.，vol.37，pp1885-1890，Dec.1989(以下，稱為非專利文獻1)中所示那樣，因為在功率放大器的非線性特性上產生了記憶性。這種記憶性使失真分量通過帶通濾波器，從而對功率放大器6產生的失真分量賦予頻率特性。這種頻率特性，例如如圖19所示，前置失真補償後的特性(實線表示)與補償前的特性(虛線表示)在信號頻帶400的上側和下側作為不均勻的結果而呈現。在以往的冪級數型前置補償器中，不能補償這樣的不均勻的失真分量。
在改善這種失真補償效果的不均勻性的目的下，公開有如日本專利申請公開2002-57533(以下，稱為專利文獻1)所示的技術。圖20表示在專利文獻1中公開的技術。失真產生路徑3的結構與圖18中說明的冪級數型前置補償器有所不同。失真產生器31產生的失真分量被低通濾波器351和高通濾波器352分波為低頻帶失真分量和高頻帶失真分量，低頻帶失真分量由矢量調整電路321、高頻帶失真分量由矢量調整電路322分別調整失真分量的振幅和相位。這樣，通過將由失真產生器31產生的失真分量用兩個濾波器進行分波，並調整各自的頻帶的失真分量的頻率特性，從而抑制失真補償的不均勻性。
在改善這種失真補償效果的不均勻性的方法中，將失真分量的頻率特性使用多個濾波器進行分割。但是，由於一般不能將濾波器的通過頻帶在兩端無限大的上升，所以在這些濾波器的通過頻帶間產生重疊或凹陷，在振幅頻率特性及相位頻率特性上產生不連續性。因此，在有連續的頻譜的調製信號輸入時的情況下，存在因多個濾波器間的特性的偏差而不能將連續的振幅頻率特性和相位頻率特性提供給前置失真分量的問題。

發明內容
本發明是鑑於這樣的方面而完成的，其目的在於，提供一種冪級數型前置補償器，以在具有連續性的頻譜的調製信號輸入時的失真補償特性上不產生不連續性。
根據本發明，產生用於對功率放大器產生的失真分量進行補償的前置失真分量的冪級數型前置補償器包括線性傳送路徑，將輸入信號線性傳送；失真產生路徑，設置有產生上述輸入信號的奇數階失真分量的奇數階失真發生器；頻率特性補償器，串聯地插入在所述失真產生路徑中，對產生的所述奇數階失真分量的頻率特性進行調整；合成器，將所述線性傳送路徑的輸出和所述失真產生路徑的輸出進行合成，並作為前置補償器的輸出；失真檢測器，從所述功率放大器的輸出中檢測失真分量；失真分量用頻率特性分割器，將檢測出的所述失真分量的頻帶以規定的頻帶寬度的窗口進行分割，檢測各窗口內的失真分量的功率；以及頻率特性控制器，根據以各所述窗口檢測出的所述失真分量的功率，控制與所述頻率特性補償器產生的頻率特性的所述窗口對應的係數的調整。
在本發明中，根據對頻帶寬度Δf的每個窗口檢測出的失真分量，單一的頻率特性補償器的係數由頻率特性控制器控制，所以在頻率特性補償器形成的頻率特性上不產生不連續性。因此，即使對於具有連續的頻譜的調製信號，也可提供不產生失真補償效果不均勻的冪級數型前置補償器。這是因為頻率特性補償器如同作為一個濾波器來形成。


圖1是表示本發明的基本結構的方框圖。
圖2是表示本發明的第1實施例的圖。
圖3是表示失真檢測器和失真分量用頻率特性分割器的結構例的方框圖。
圖4是表示失真分量用頻率特性分割器的另一結構例的方框圖。
圖5是示意地表示由功率放大器6產生的3階失真的圖。
圖6是由FFT、IFFT構成的頻率特性補償器的例子的圖。
圖7是表示由圖6的頻率特性補償器獲得的頻譜的示意圖。
圖8是用於說明使用由失真檢測器檢測出的失真的功率值來控制奇數階頻率特性補償器的方法的圖。
圖9是表示由FFT、IFFT構成的頻率特性檢測部件的例子的圖。
圖10A是表示每次同時處理多個頻率特性補償器的頻譜樣本的例子的圖。
圖10B是表示每次同時處理多個頻率特性補償器的頻譜樣本的另一個例子的圖。
圖11A是表示圖10A的失真補償的示意圖。
圖11B是表示圖10B的失真補償的示意圖。
圖12是表示失真補償的處理過程的流程圖。
圖13是表示將奇數階失真的階數增加的冪級數型前置補償器的實施例的圖。
圖14是表示圖13的動作控制器的控制流程的例子的圖。
圖15是表示圖13的動作控制器的控制流程的另一個例子的圖。
圖16是表示由FIR濾波器構成的頻率特性補償器的前置補償器的例子的圖。
圖17是表示FIR濾波器的結構例的圖。
圖18是表示使用了以往的冪級數型前置補償器的功率放大裝置的一般性的結構的圖。
圖19是表示以往的前置補償的補償後的信號的頻率特性的圖。
圖20是表示專利文獻1中所示的技術的圖。
具體實施例方式
以下，通過參照附圖來說明本發明的實施方式。對於在各附圖中對應的部分，附加相同的參照標號並省略重複說明。
圖1是表示本發明的冪級數型前置補償器的基本結構。該冪級數型前置補償器100的基本結構包括分配器1；線性傳送路徑2；失真產生路徑3；合成器4；失真檢測器9；失真分量用頻率特性分割器11；以及頻率特性控制器12。失真產生路徑3中插入有奇數階失真發生器31、以及頻率特性補償器33。分配器1將輸入的發送信號x(t)分配給線性傳送路徑2和失真產生路徑3。線性傳送路徑2由延遲器21構成，使發送信號x(t)被延遲與失真產生路徑3具有的延遲時間相同的時間後傳送到合成器4。
奇數階失真發生器31對輸入的發送信號x(t)運算其奇數階失真分量，例如3階失真分量D3，或將預先運算結果作為數據存儲在ROM中，以從那裡讀取的方法來產生3階失真分量D3。頻率特性補償器33對每個被分割的頻帶寬度Δf的窗口調整被提供的奇數階失真分量的頻率特性。失真產生路徑3的輸出信號(3階失真分量)D3被提供給合成器4，與來自線性傳送路徑2的發送信號x(t)進行合成，作為前置補償器100的輸出x(t)+D3而被提供給變頻器5。
發送信號x(t)中附加由失真產生路徑3產生的前置失真分量所生成的信號x(t)+D3，通過由混頻器5A和本機振蕩器5B構成的變頻器5而變頻到發送頻帶。發送信號由功率放大器6放大，提供給第2分配器7。功率放大器6為了獲得良好的功率附加效率而在飽和功率附近動作。對於功率放大器6產生的失真分量，通過將失真產生路徑3產生的前置失真分量(在此說明中為D3)調整為等振幅、反相位，從而可以減少在功率放大器6的輸出中產生的失真分量。
以調整該前置失真分量的目的，將功率放大器6的輸出信號的一部分通過分配器7進行反饋。由分配器7反饋的發送頻帶的發送信號通過變頻器8被變頻到基帶。變頻過的發送信號被輸入到失真檢測器9。
失真檢測器9從監視的發送信號中提取失真分量，並提供給失真分量用頻率特性分割器11。失真分量用頻率特性分割器11將檢測出的失真分量的頻率特性按對每個頻帶寬度Δf的窗口進行分割，從而測量各分割頻帶中的功率。測量值被提供給頻率特性控制器12。
頻率特性控制器12根據來自失真分量用頻率特性分割器11的各分割頻帶的測量值，由頻率特性補償器33控制與奇數階失真分量對應的分割頻帶的奇數階失真分量。
如以上那樣進行構成，對頻率特性補償器33進行控制，以使功率放大器6產生的失真分量的各分割頻帶中的功率小於等於某個目標值，所以可抵消由功率放大器6產生的失真分量。
本發明的特徵在於，將監視的發送信號中包含的失真分量以頻帶寬度Δf的窗口分割而進行檢測，並根據該檢測結果而可調整與前置失真分量對應的頻帶。
特別是前置失真分量的頻率特性由單一的頻率特性補償器33控制，所以可進行良好的失真補償而不在失真補償特性上發生不連續性。即，因為頻率特性補償器33變成單一的濾波器。
就將監視的發送信號中包含的失真分量分割到頻帶寬度Δf的窗口而進行檢測的失真檢測方法來說，有各種各樣的方法。
圖2表示本發明的冪級數型前置補償器的第1實施例。在該實施例的前置補償器100，失真分量用頻率特性分割器11包括頻率特性檢測器11A、以及失真檢測控制器11B。失真檢測器9檢測出的失真分量由失真分量用頻率特性分割器11的頻率特性檢測器11A對每個頻帶寬度Δf進行分割，各分割的頻率特性的功率被測量。失真檢測控制器11B對分割方法進行控制。此外，在失真產生路徑3中，與圖18的以往例同樣地設置由相位器和乘法器構成的矢量調整器32，根據來自矢量調整器控制器10的矢量調整量，對頻率特性被補償後的失真分量的振幅和相位進行控制。
以下對以圖2為基準的每個結構元件，參照附圖來說明該實施例的動作。圖2所示的本發明的實施例，例如，由數位訊號處理器(Digital SignalProcessor以下稱為DSP)構成的動作控制器13來控制頻率特性補償器12和失真分量用頻率特性分割器11。例如，在使用前置補償器的發送裝置的電源被接通之後，或在進行了某個無線信道的切換之後，執行前置補償器的調整(矢量調整器32及頻率特性補償器33的調整)。由於矢量調整器32產生的失真補償可獲得比頻率特性補償器33產生的失真補償大的效果，所以首先執行矢量調整器32的振幅及相位的調整。其結果，在失真檢測部件9的檢測出的失真分量小於等於規定的電平的情況下，在不執行頻率特性補償器33的係數調整下結束前置補償器的調整就可以。在矢量調整器32的振幅和相位的調整後，失真檢測部件9的檢測出的失真分量不小於等於規定的電平的情況下，執行頻率特性補償器33的係數調整。由此，例如在電源接通時和無線信道的切換時等，可以儘快結束失真補償。
圖2的失真檢測器9和失真分量用頻率特性分割器11的結構例示於圖3。失真檢測器9由減法器9A和模數變換器(以下稱為AD變換器)9B構成，失真分量用頻率特性分割器11由頻率特性檢測器11A和失真檢測控制器11B構成，頻率特性檢測器11A由帶通濾波器(以下稱為BPF)11Aa、功率檢測器11Ab構成。圖3中由數字濾波器構成BPF11Aa。數字濾波器可以是FIR(Finite Impulse Response)型，也可以是IIR(Infinite Impulse Response)型。
此時，例如如圖5所示，在發送信號x(t)的頻帶寬度為fs[MHz]的情況下，由功率放大器6產生的3階失真分量的頻帶寬度為3fs[MHz]。例如，在W-CDMA(Wideband Code Division Multiple Access)系統的情況下，fs≈4.68MHz。以後，由功率放大器6產生的3階失真分量記為D3。頻帶寬度3fs[MHz]的信號僅保留由減法器9A減去了發送信號x(t)所得的失真分量D3後，由AD變換器9B變換為數位訊號。作為AD變換器9B的輸出的失真分量被提供給矢量調整控制器10。此外，失真分量在失真分量用頻率特性分割器11中例如被頻帶寬度Δf＝1MHz的數字BPF11Aa分割。
數字BPF11Aa的濾波係數可由失真檢測控制器11B逐漸改變。這意味著可以逐漸改變BPF11Aa的通過頻帶和中心頻率。例如，通過將固定了通過頻帶寬度Δf的窗口的中心頻率fw在3階失真分量的頻帶寬度3fs內以Δf間隔依次移動，從而失真分量的頻率特性被檢測。再有，在圖3中AD變換器9B的輸入端，發送信號x(t)通過減法器9A而被扣除，但在AD變換器9B的輸出端扣除也可以。而且，在發送信號頻帶內的失真分量相對於發送信號的功率小到可以忽略的情況下，也可以不進行發送信號頻帶中的失真補償，僅在頻帶外的窗口內進行失真補償。
數字濾波器BPF11Aa的輸出信號例如通過由未圖示的平方電路和積分器構成的功率檢測器11Ab而被換算為功率值。每當數字濾波器BPF11Aa的中心頻率fw被變更，就由功率檢測器11Ab求每個Δf的窗口的失真分量D3的功率值。該功率檢測器11Ab檢測出的每個窗口的功率值被存儲在未圖示的DSP等的RAM中，並被提供到頻率特性控制器12。在本例的情況下，BPF11Aa為一個，由於濾波器的中心頻率fw由失真檢測控制器11B逐漸可變，所以在圖3的結構中不需要具備多個濾波器。
圖4表示失真分量用頻率特性分割器11的不同實施例。在該實施例，設置多個數字BPF11A1～11AK取代圖3的數字BPF11Aa、以及選擇在其輸入端設置的某一個BPF的開關11As。由AD變換器9B變換為數位訊號的失真分量D3通過開關11As被選擇性輸入到多個數字BPF11A1～11AK的一個。開關11As受失真檢測控制器11B控制。數字BPF11A1～11AK，例如一個數字濾波器的頻帶寬度Δf＝1MHz，被分別設定可將失真分量D3的頻帶寬度完全覆蓋的中心頻率fw。數字BPF11A1～11AK的輸出被連接到功率檢測器11Ab，數字BPF11A1～11AK通過開關11As被依次切換。數字BPF11A1～11AK被切換所得的失真分量被變換為功率值，並被提供到頻率特性控制器12。
此外，圖4中未設置開關11As，將檢測出的失真分量提供給所有的BPF11A1～11AK，由各個BPF並行地進行失真分量的提取也可以。這種情況下，雖然未圖示，但功率檢測器11Ab也與數字濾波器的數K對應而設置多個，如果同時地計算由所有數字濾波器提取的失真分量的各自功率值，則可以使失真檢測器的動作時間縮短。
無論圖3和圖4的哪一個結構，由功率檢測器11Ab檢測出的失真分量的功率都在未圖示的RAM等中記錄一次，通過對每個這種提取出的功率進行與失真補償動作有關的評價，可以高效率地進行失真補償動作。
例如，通過僅對提取出的失真分量的功率大的窗口進行失真補償，在失真分量的功率小的窗口中省略失真補償，可以縮短失真補償動作的動作時間。這可以通過在頻率特性控制器12內，評價各窗口的失真分量的功率，從而選擇用於進行失真補償的對象窗口，或決定對中心頻率fw進行掃描的頻率方向來實現。
下面論述圖2中的失真產生路徑3中的頻率特性補償器33。頻率特性補償器33，例如如圖6所示，可以由快速傅立葉變換器(Fast Fourier Transform以下略記為FFT)33A、調整振幅及相位的係數器33B、快速逆傅立葉變換器(以下略記為IFFT)33C的串聯連接而構成。
例如，在失真分量用頻率特性分割器11的頻帶寬度Δf的窗口為1MHz的情況下，頻率特性補償器33需要對應於該頻帶寬度Δf的窗口來補償失真分量的頻率特性。如上述那樣，在對頻率特性補償器33使用FFT的情況下，需要使由FFT獲得的頻譜的樣本點的頻率間隔小於等於1MHz。以下，說明有關窗口寬度Δf和FFT的頻率間隔相等的情況。
在圖2中將奇數階失真發生器31的輸出的失真分量按頻率間隔Δf在頻率軸上進行採樣。例如，如果FFT點數為K點，則採樣的頻帶寬度為KMHz。可以獲得按1MHz的間隔如以下算式(1)所示的失真分量的振幅a和相位θ的頻譜。
akexp(jθk)(1)其中，ak是振幅頻譜，θk是相位頻譜，下標字k為0、1、...、K-1。在上述例子，按1MHz的間隔可獲得K個頻譜的樣本點。實際上，在各窗口中樣本點包含越多，越可以細緻地調整頻率特性，所以期望將採樣間隔減小而將K增大。
該頻譜的示意圖示於圖7。再有，為了進行說明，圖7僅圖示了振幅頻譜。圖7的橫軸為頻率，圖中的虛線所示的特性是上述前置失真分量D3，縱的點劃線表示失真分量用頻率特性分割器11產生的每個頻帶寬度Δf的窗口邊界。窗口為16個。頻帶寬度Δf的各窗口內的點表示FFT後的頻譜的樣本點X
＝a0exp(jθ0)～X[15]＝a15exp(jθ15)。
下面，參照圖8說明將該頻譜的樣本點a0exp(jθ0)～a15exp(jθ15)根據來自頻率特性控制器12的控制信號來控制失真分量的振幅和相位的方法。頻率特性控制器12具有比較器12C、目標值設定部件12D、係數控制部件12E。由圖3、圖4所示的失真分量用頻率特性分割器11的功率檢測器11Ab檢測出的各個窗口中的失真分量的功率值僅有窗口的數目。在這個說明的例子中，是D3
～D3[15]的16個，例如被記錄在未圖示的RAM等中。
失真分量用頻率特性分割器11產生的各窗口中的檢測出的失真分量的功率值被輸入到頻率特性控制器12的比較部件12C。在目標值設定部件12D中，保持有預先決定的值R作為功率放大器6的輸出端中的頻帶外失真分量的目標值。比較部件12C將各窗口中的檢測出的失真分量的功率值和目標值R進行比較，並將結果提供給係數控制部件12E。係數控制部件12E在檢測出的失真分量的功率不小於等於目標值R的情況下，調整與係數器33B中的各窗口對應的乘法器的振幅分量和相位器的相位分量。即，將上次提供的振幅調整量XA和相位調整量XP分別增加規定的步進寬度Δx、Δp，從而作為新的振幅調整量XA、相位調整量XP提供給與係數器33B中的各窗口對應的串聯連接的乘法器和相位器，與奇數階失真分量對應的頻譜分量相乘而對失真分量的頻率特性進行補償。對第k樣本的這種調整由下面算式振幅調整＝akXAk(2)相位調整＝exp{j(θk+XPk)} (3)表示。其中，k＝0、1、...、K-1。
頻率特性由係數器33B補償過的奇數階失真分量通過IFFT33C被返回到時域的失真分量。返回到時域的失真分量與圖17的以往例同樣，用矢量調整控制部件10控制由矢量調整器32產生的失真信號D3的振幅和相位，以使由失真檢測器9檢測出的失真分量的功率最小。
這樣，由失真分量用頻率特性分割器11判定對每個頻帶寬度Δf的窗口檢測出的失真分量的絕對值是否小於等於目標值R，對於未小於等於目標值R的窗口再次使調整量增加Δx、Δp，從而重複進行與這些窗口對應的來自FFT33C的樣本的調整。這樣，在頻率特性補償器33中前置失真分量的頻率特性上的振幅和相位被補償，進行失真補償。
矢量調整器32的振幅分量和相位分量的調整，與以往的前置補償器中的矢量調整器的調整相同，省略詳細的說明。將矢量調整器32配置在奇數階失真發生器31和頻率特性補償器33之間，進行奇數階失真分量的矢量調整後補償頻率特性也可以。
以上，說明了由數字濾波器構成了失真檢測器9的實施例。再有，FFT和IFFT也可以由離散傅立葉變換(DFT)和離散傅立葉逆變換(IDFT)構成。
圖9中表示圖2中的失真分量用頻率特性分割器11的另一結構例。在該例子中，取代將檢測出的失真分量由數字濾波器分割為對每個頻帶寬度Δf的窗口，而由FFT分割為對每個頻率間隔Δf的頻譜。由失真檢測器9檢測出的3階失真分量D3作為數位訊號被輸入到FFT處理部件11Ad。FFT處理部件11Ad將該數位化過的數據進行例如與圖6的頻率特性補償器33中的FFT33A相同的每次K個的FFT處理。其結果，FFT處理的時間為(1/fADC)×K[s]。FADC是功率放大器6的輸出中的3階失真分量的頻帶寬度。因此，以FFT處理的時間的倒數的頻率間隔fADC/K[Hz]獲得頻譜樣本。即，FFT的結果，以頻率fADC/K[Hz]的間隔獲得振幅頻譜XDk＝(ak2+bk2)1/2和相位頻譜θDk＝tan-1(bk/ak)。這裡，設ak、bk分別表示頻譜的實部和虛部。其中，k＝0、1、...、K-1。該頻譜在提供給功率檢測器11B的每個樣本點上被變換為功率頻譜XDk2＝ak2+bk2。
根據該功率頻譜，頻率特性控制器12通過頻率特性補償器33，與前面說明的同樣，進行對失真分量D3的頻率特性的補償。這種基本的動作與圖6的情況相同，由此，可以對每個fADC/K[Hz]間隔的頻譜進行3階失真分量D3的頻率特性的補償。但是，還設想不需要微細地進行失真分量的頻率特性的補償的情況。這種情況下，將頻率特性補償器33中的失真補償的頻率間隔擴寬就可以。
在上述第1及第2實施例，說明了使失真分量用頻率特性分割器11中的頻帶寬度Δf的窗口和頻率特性補償器33中的頻譜的採樣間隔相等，調整與各窗口對應的樣本的相位和振幅的情況。對此，在第3實施例，如圖10A、圖10B所示，將頻率特性補償器33中的所有K個樣本分為每組多個樣本的多組，對於各組內的所有樣本，以相同調整量XA、XP進行振幅和相位的調整。
圖10A的例子表示將K個樣本分為每兩個一組來進行調整的例子。例如，向頻率特性補償器33輸入的頻譜的樣本X
和X[1]屬於相同的組，以相同的調整量通過係數器33B進行調整。這種情況下，如圖11A的頻譜振幅特性中所示那樣，將發送信號x(t)的頻帶fs遍及在包含3階失真的全頻帶寬度fADC＝3fs中而以寬度2fADC/K的等間隔進行振幅調整。雖然未圖示，但相位調整也是同樣的。
在圖10B的例子中，表示在發送信號頻帶之外各組內的樣本數為4，在發送信號頻帶fs內各組內的樣本數為2的情況。即，這種情況如在圖11B的振幅特性中所示那樣，在信號頻帶fs之外對每個寬的頻率寬度(4fADC/K)進行振幅調整，在信號頻帶內對比其窄的頻率寬度(2fADC/K)進行振幅調整。由此，通過重點地進行發送信號頻帶內的失真補償，除此以外通過粗略地進行調整而可以縮短處理時間。
為了在這樣的頻率特性補償器33中對每個樣本的組中組內所有的樣本進行相同的調整，在失真分量用頻率特性分割器11中對失真分量的每個頻帶寬度Δf的一連串窗口也進行與樣本的分組相同的分組。根據由各組內的所有窗口檢測出的失真分量的功率值來決定一個代表值DR，將該代表值DR提供給頻率特性控制器12，對與頻率特性補償器33的對應的頻譜組的所有樣本進行相同的調整，以使代表值DR小於等於目標值。作為各組的代表值DR，例如，可以是通過該組內的各個窗口檢測出的失真分量的功率的平均值，也可以是最大值。根據情況，也可以是最小值。該代表值DR例如圖2所示，可由設置在失真分量用頻率特性分割器11內的代表值決定部件11C決定。
圖12是表示用於進行第3實施例的頻率特性補償器33的係數器33B的調整的處理流程圖。這裡，組數為G，第g組(g＝0、1、...、G-1)的代表值用DRg表示。
步驟S1設定對於頻率特性補償器33的係數器33B的調整量XA、XP的初始值，同時使g的初始值為0。
步驟S2通過代表值決定部件11C從由第g組的窗口檢測出的失真分量的功率來決定代表值DRg。
步驟S3在頻率特性控制器12中判定代表值DRg是否小於等於目標值R，如果小於等於目標值，則進至步驟S6，如果不小於等於目標值，則進至步驟S4。
步驟S4在頻率特性控制器12中使振幅調整量XA及相位調整量XP分別增加ΔXA、ΔXP。
步驟S5根據已更新的調整量XA、XP，在頻率特性補償器33中由與第g組內的所有樣本對應的係數器33B的乘法器和相位器進行調整。通過該調整，第g組內的各樣本如算式(2)、(3)表示的那樣被調整。
步驟S6在代表值DRg小於等於目標值R的情況下，判定g是否與G-1相等，即判定是否為最後的組，如果是最後的組，則結束處理。如果不是最後的組，則進至步驟S7。
步驟S7將g僅步進1，並返回到步驟S2，以下同樣地重複執行有關下一組的處理。
再有，在圖12的處理過程中，頻率特性補償器33中的各組有一個樣本，並且失真分量用頻率特性分割器11中的各組有一個窗口的情況為第1實施例的處理過程。其他情況下，各代表值DRg是各窗口的檢測出的失真分量的功率。
在圖10A、圖10B所示的第3實施例中，表示了使頻率特性補償器33中的FFT33A產生的樣本的頻率間隔和失真分量用頻率特性分割器11中的窗口產生的分割頻帶寬度Δf相等的例子。但是，在失真分量用頻率特性分割器11中，也可以通過擴展到與各組的頻帶寬度(組內的窗口寬度的合計)相同的頻帶寬度的窗口來進行分割。這種情況下，作為代表值，使用通過這種擴展的窗口檢測出的失真分量的功率。
在上述說明中，用代表值決定部件11C被設置在失真分量用頻率特性分割器11內的例子進行了說明，但例如也可以在頻率特性控制器12之中設置代表值決定部件11C。
下面在圖13中表示將奇數階失真分量的階數增加的實施例並說明動作。功率放大器6的非線性原因下產生的失真分量，其3階失真分量是支配性的，也產生有更高階的5階、7階、其以上階數的失真分量。圖13所示的實施例也與這種奇數階失真的5階、7階應對。在本實施例，假設前置補償器100通過數位訊號處理而被實施。
數字前置補償器100中，被輸入發送信號x(t)。數字前置補償器100的線性傳送路徑2，例如由移位寄存器等的延遲存儲器21形成。延遲存儲器21將被延遲過的發送信號提供給合成器4(加法器)。失真產生路徑包括3階失真產生器31、5階失真產生器51、7階失真產生器71的三個奇數階失真發生器。在各失真產生器31、51、71的輸出上，分別連接著頻率特性補償器33、53、73。頻率特性補償器33例如與圖6所示同樣地由FFT33A、係數器33B、以及IFFT33C的串聯連接構成。同樣，頻率特性補償器53由FFT53A、係數器53B、以及IFFT53C的串聯連接構成，頻率特性補償器73由FFT73A、係數器73B、以及IFFT73C的串聯連接構成。
在頻率特性補償器33、53、73的輸出上，分別連接著由相位器和乘法器構成的矢量調整器32、52、72。各矢量調整器32、52、72的輸出由加法器34、54進行加法運算，其加法運算結果由合成器(加法器)4與發送信號進行加法運算。
合成器(加法器)4的輸出作為數字前置補償器100的輸出被提供給數字模擬變換器(以下稱為DAC)41而被變換為模擬信號後，經由除去混疊為目標的低通濾波器(以下稱為LPF)42被提供給變頻器5，並被變換為發送頻帶的發送信號。
在變頻器5的輸出上，連接將隨著變頻產生的頻帶外的分量除去為目的的BPF43。BPF43的輸出被輸入到功率放大器6。在功率放大器6的輸出上連接著作為分配器7的方向耦合器，以前置失真分量的調整為目的，功率放大器6的一部分輸出通過變頻器8反饋到數字前置補償器100。
設置於來自方向耦合器7的反饋路徑上的變頻器8包括BPF81；從發送頻帶變頻到基帶的下變頻變換器82；將被監視的變頻的發送信號以外的信號除去的BPF83；將該發送信號放大的放大器84；以及將作為放大器84的輸出的模擬的發送信號變換為數字的發送信號的ADC85。通過方向性耦合器7的耦合度的調整，也可以沒有放大器84。
由ADC85再次變換為數位訊號的發送信號，由失真檢測器9檢測失真分量，該失真分量包含3階失真、5階失真、7階失真，並被輸入到失真分量用頻率特性分割器11，該失真分量的所有頻帶以窗口與上述實施例同樣地被分割，檢測每個窗口的失真分量的功率。各失真分量用頻率特性控制器123、125、127將對應階數的頻率特性補償器33、53、73內的係數器33B、53B、73B分別與上述實施例同樣地調整。另一方面，矢量調整控制器10控制對應的矢量調整器32、52、72產生的相位和振幅的調整。此外，失真分量用頻率特性分割器11和失真分量用頻率特性控制器123、125、127由動作控制器13控制。
用以上那樣的結構，對各奇數階失真發生器31、51、71在一個頻率特性之下補償失真分量的頻率特性，所以可進行良好的失真補償而在失真補償特性上不發生不連續性。
下面，在圖14中表示了動作控制器13對失真分量用頻率特性分割器11和各失真分量用頻率特性控制器123、125、127進行控制的控制流程，並說明動作。窗口的中心頻率fWk的變化範圍，作為最大頻帶寬度的7階失真分量的頻帶寬度為7fs，窗口寬度為Δf＝7fs/K，通過使k變化為k＝0、1、...、K-1而使中心頻率fWk每Δf依次變化，從而覆蓋整個頻帶寬度7fs。在這個實施例中將7階為止的奇數階失真分量都作為補償對象，所以如上述那樣，在通信方式為WCDMA的情況下，對於信號頻帶寬度fs≈4.68MHz所產生的7階失真分量的頻帶寬度為7fs≈32.76MHz。中心頻率fWk被設定在該範圍內。
以下說明的失真補償處理中的步驟S3、S4、S5中的對於3階、5階、7階失真分量的頻率特性補償器33、53、73的係數器33B、53B、73B的調整，假設為分別僅在窗口Wk存儲於頻帶寬度3fs、5fs、7fs內的情況下執行。例如，在窗口Wk的中心頻率fWk處於頻帶7fs的內側，但在頻帶5fs之外的情況下，不執行步驟S3、S4，而僅執行步驟S5，在中心頻率fWk處於頻帶3fs的內側的情況下，執行所有的步驟S3、S4、S5。
調整動作開始時，在步驟S1設定初始值k＝0，在步驟S2將失真分量用頻率特性分割器11的窗口Wk的中心頻率設定為fWk。
接著，在步驟S3，根據失真分量用頻率特性分割器11產生的窗口Wk中的失真分量的檢測結果，通過3階頻率特性控制器123來調整3階失真分量的頻率特性補償器33的係數器33B。這種調整使3階失真分量的調整量X3A、X3P分別每Δx、Δp重複變化，直至當前窗口Wk中的被檢測出的失真分量的功率最小為止。同樣地，根據同一窗口Wk的失真分量的檢測結果，在步驟S4、S5中，5階失真頻率特性控制器125調整頻率特性補償器53的係數器53B，7階頻率特性控制器127調整頻率特性補償器73的係數器73B。
在步驟S6中，失真分量用頻率特性分割器11判斷被檢測出的窗口Wk內的功率值是否小於等於目標值R。在功率值未達到小於等於目標值R時，重複進行S3、S4、S5的失真分量的調整。在功率小於等於目標值R的情況下，在S7中判定是否k＝K-1，即判定遍及在全頻帶中調整是否結束，如果沒有結束，則在步驟S8中使k步進1而返回到步驟S2，重複進行以下步驟S3～S7。
上述控制中的目標值R，可作為失真檢測器9要檢測的值的最小值，也可以小於等於某個閾值。而且，目標值也可以在控制的中途進行變更。例如，第1次的3階失真產生路徑的控制時設為某個目標值，進行3階頻率特性補償器的控制，直至達到該值為止。接著，依次結束5階、7階頻率特性補償器的控制，並再次進行3階失真產生路徑的控制時，將目標值變更為比上次小的值就可以。其他階數的情況也是同樣。有關具體的失真分量的補償，由於如前述那樣而省略說明。
變形實施例下面，圖15表示在動作控制器13的控制之下從低階至高階依次進行遍及各失真分量的頻帶來掃描(變化)窗口，從而進行失真補償的動作流程。該動作流程的目的是，作為失真分量，通過將支配性3階失真分量和其他高階的奇數階失真分量的失真補償動作可分開，從而提高本發明的實用性。即，在結束了最低階數失真的失真補償的時刻，附加了判斷是否進行下一階數的失真補償動作的方面是新的。
在以下的失真補償處理中，對於3階、5階、7階失真分量的頻帶3fs、5fs、7fs，假設按相同的頻帶寬度Δf分別分割為K3、K5、K7個窗口Wk3(k3＝0、1、...、K3-1)、Wk5(k5＝0、1、...、K5-1)、Wk7(k7＝0、1、...、K7-1)。
調整動作開始時，在S1中設定初始值k3＝0、k5＝0、k7＝0。在步驟S2中，設定失真分量用頻率特性分割器11中的檢測窗口Wk3的中心頻率fWk3。此時，補償對象為3階失真分量，所以頻帶寬度為3fs≈14.04MHz，被設定在該範圍內的Δf的窗口中。根據該窗口Wk3檢測出的失真分量的功率，在S3中，3階失真分量用頻率特性控制器123調整3階失真分量的頻率特性補償器33的係數器33B。在步驟S4中對調整後的窗口Wk3內的失真分量的功率是否小於等於目標值進行判斷。在功率未達到目標值時，返回到S3，重複進行失真調整。在失真分量的功率值小於等於目標值時，在步驟S5中判定是否k3＝K3-1，即判定對所有K3個的窗口是否結束了3階失真分量用頻率特性補償器33的係數器33B的調整，如果未結束，則在步驟S6中使k3步進1後返回到步驟S2。在步驟S5中k3＝K3-1的情況下，判定在步驟S7中由失真檢測器9檢測出的所有失真分量的功率是否小於等於基準值R。在小於等於基準值R的情況下，即，在功率放大器6的輸出中的失真分量小於等於基準值的情況下，不需要進行其以上的失真補償，不進行以下的5階、7階失真分量的補償而結束失真補償處理。
如果在步驟S7中由失真檢測器9檢測出的失真分量的功率不小於等於基準值，則與對於3階失真分量的上述步驟S2～S6同樣，對於5階失真分量，在步驟S8～S12中通過頻率特性補償器53的係數器53B的調整進行失真補償。再有，在補償對象為5階失真分量的情況下，頻帶寬度是5fs≈23.4MHz，在該範圍內使頻帶寬度Δf的窗口依次移動，從而調整頻率特性補償器53的係數器53B。然後，在步驟S13中與步驟S7中的判定同樣地判定由失真檢測器9檢測出的失真分量的功率是否小於等於基準值R，如果小於等於基準值R，則省略對於下面的7階失真分量的失真補償，從而結束失真補償處理。如果不小於等於基準值R，則通過步驟S14～S18對7階失真分量進行與對上述3階失真分量的失真補償同樣的失真補償。在失真補償對象為7階失真分量的情況下，頻帶寬度是7fs≈32.76MHz，在該範圍內使頻帶寬度Δf的窗口移動。
在圖15的處理中，即使省略步驟S7、S13的一個或兩者也可以。此外，上述中說明了對於3階、5階、7階失真分量的失真分量用頻率特性分割器的頻帶寬度，即窗口的頻帶寬度與Δf相等的情況，但作為K3＝K5＝K7，也可以使對於3階、5階、7階失真分量的窗口的頻帶寬度Δf為3fs/K、5fs/K、7fs/K而相互所有不同。在圖15所示的例子，作為高階失真分量是7階失真分量為止的失真補償，但也可假設進行對更高階失真分量的9階失真分量或其以上的高階失真分量的失真補償。這種情況下，在各階數的失真補償結束的時刻，如上述那樣，設置用於是否結束失真補償動作的判斷即可。由此，是否進行高階失真分量的失真補償的判斷，例如在頻率特性控制器12內(圖2)中進行。而且，在要進一步提高失真補償效果的情況下，在高階失真分量的失真補償結束後，再次進行3階失真分量的失真補償就可以。由此，可獲得將失真補償所需的處理時間縮短的效果。
在通信方式為WCDMA的情況下，對於3階失真分量的14.04MHz的頻帶，頻帶寬度以5階失真分量的情況下為23.4MHz、7階失真分量的情況下為32.76MHz順序地擴寬。一般地，3階失真分量的功率最大，例如，就電源接通時等迅速地抑制失真分量從而使無線機為可使用狀態來說，有時僅進行最低階數的3階失真分量的失真補償即可。
因此，通過在各階數的失真補償動作的結束時實施是否進行下一階數的失真補償的判定部件，可以縮短實質性的失真補償的處理時間。
如上述那樣，階數越為高階，產生失真分量的頻帶寬度越擴寬，但不必要遍及所有頻帶寬度來進行失真補償。也可以與功率放大器匹配而將進行失真補償的頻帶寬度變窄。
再有，在圖15的說明中，說明了從3階失真分量起依次進行高階失真分量的失真補償的方法，但不限定於該順序。例如，在僅補償5階失真分量的情況或僅補償7階失真分量的情況下，有時也結束失真補償動作。
圖16是將第3實施例(圖13)中的3階、5階、7階失真分量用頻率特性補償器33、53、73用FIR濾波器33F、53F、73F構成的圖。其他部分與圖13完全相同。
構成各頻率特性補償器33、53、73的FIR濾波器，例如圖17所示那樣，包括M級的級聯的延遲元件3D；分別乘以對這些延遲元件3D的輸入輸出端的信號設定的抽頭係數h0～hM的乘法器3E；以及將這些乘法器3E的輸出全部相加的加法器3G。FIR濾波器的頻率特性由濾波器傳遞函數決定的抽頭係數h0～hM和濾波器的級數M決定。
為了使失真分量用頻率特性分割器11對頻帶寬度Δf的每個窗口檢測出的失真分量的功率最小，3階失真分量用頻率特性控制器123對控制3階失真分量的頻率特性的FIR濾波器33F的濾波係數進行調整，5階失真分量用頻率特性控制器125對控制5階失真分量的頻率特性的FIR濾波器53F的濾波係數進行調整，7階失真分量用頻率特性控制器127對控制7階失真分量的頻率特性的FIR濾波器73F的濾波係數進行調整。因此，對於各失真分量，作為單一的頻率特性補償器的FIR濾波器的頻率特性受到控制，所以可進行高精度的失真補償而在失真補償特性上不發生不連續性。
以上，如所述那樣，根據本發明的冪級數型前置補償器，按照對頻帶寬度Δf的每個窗口檢測出的失真分量，頻率特性補償器的對應的頻率特性受到控制，所以在失真補償的頻率特性上不發生不連續性。
權利要求
1.一種冪級數型前置補償器，產生用於對功率放大器產生的失真分量進行補償的前置失真分量，該冪級數型前置補償器包括線性傳送路徑，將輸入信號線性傳送；失真產生路徑，設置有產生上述輸入信號的奇數階失真分量的奇數階失真發生器；頻率特性補償器，串聯地插入在所述失真產生路徑中，對產生的所述奇數階失真分量的頻率特性進行調整；合成器，將所述線性傳送路徑的輸出和所述失真產生路徑的輸出進行合成，並作為前置補償器的輸出；失真檢測器，從所述功率放大器的輸出中檢測失真分量；失真分量用頻率特性分割器，將檢測出的所述失真分量的頻帶以規定的頻帶寬度的窗口進行分割，檢測各窗口內的失真分量的功率；以及頻率特性控制器，根據以各所述窗口檢測出的所述失真分量的功率，控制與所述頻率特性補償器產生的頻率特性的所述窗口對應的係數的調整。
2.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，決定所述失真分量用頻率特性分割器產生的所述窗口的頻帶寬度，以使該頻帶寬度在所述輸入信號的頻帶內和在其外有所不同。
3.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述失真分量用頻率特性分割器包括數字帶通濾波器，該數字帶通濾波器離散地掃描所述頻帶寬度的所述窗口的中心頻率，從而對每個所述頻帶寬度檢測失真分量。
4.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述失真分量用頻率特性分割器包括用於檢測多個窗口的失真分量的多個帶通濾波器。
5.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述失真分量用頻率特性分割器包括可變數字濾波器，具有與所述窗口相同的頻帶寬度，其中心頻率被頻率掃描；以及功率檢測部件，從所述數字濾波器的輸出來求窗口內的功率。
6.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述失真分量用頻率特性分割器包括FFT處理部件，對檢測出的所述失真分量進行FFT處理，從而將每個規定數的頻譜的樣本作為由所述窗口分割的多個頻帶而獲得；以及功率檢測部件，將來自所述FFT處理部件的各所述頻譜的樣本的功率作為由對應的所述窗口檢測出的所述失真分量的功率來求。
7.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述頻率特性補償器包括FFT處理部件，將輸入到所述頻率特性補償器的信號對每個規定樣本數變換為頻域的規定數的頻譜的樣本；多個係數器，使所述FFT處理部件的輸出中的與各所述窗口對應的頻譜的樣本的振幅和相位基於所述窗口的檢測的失真分量的功率而變化；以及IFFT處理部件，將所述多個係數器的輸出變換為時域的樣本。
8.如權利要求7的冪級數型前置補償器，其中，所述失真分量用頻率特性分割器包含用於決定對多個窗口的每一個檢測出的失真分量的功率代表值的代表值決定部件，所述頻率特性控制部件根據所述代表值，對與所述多個窗口對應的多個頻譜的樣本通過多個所述係數器進行共同的控制。
9.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述奇數階失真發生器包括用於提供上述輸入信號從而產生多個不同的奇數階的失真分量的多個奇數階失真發生器，所述頻率特性補償器包括對所述多個奇數階失真發生器的輸出分別進行調整的多個頻率特性補償器。
10.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，所述頻率特性補償器由FIR濾波器構成，所述FIR濾波器的傳遞函數根據所述窗口受所述頻率特性控制器控制。
11.如權利要求1的冪級數型前置補償器，其中，還包括矢量調整器，設置在所述失真產生路徑中，調整由所述奇數階失真發生器產生的奇數階失真分量的相位和振幅；以及矢量調整控制器，根據所述失真檢測器的檢測出的失真分量來控制所述矢量調整器。
12.一種冪級數型前置補償器的控制方法，該冪級數型前置補償器補償功率放大器產生的失真分量，該方法包括(a)將輸入信號分配給線性傳送路徑和失真產生路徑的步驟；(b)在所述失真產生路徑中產生輸入信號的奇數階失真分量的步驟；(c)對每個規定的頻帶寬度調整該奇數階失真分量的頻率特性的步驟；(d)將調整過的所述奇數階失真分量和所述線性傳送路徑的輸出進行合成，並將合成結果從所述冪級數型前置補償器輸出的步驟；(e)從所述功率放大器的輸出來檢測失真分量的步驟；(f)將檢測出的所述失真分量的頻率特性按對每個規定的頻帶寬度的窗口進行分割，並檢測各窗口中的失真分量的功率的步驟；以及(g)根據檢測出的各所述窗口中的失真分量的功率，控制與所述失真產生路徑中的所述奇數階失真分量的頻率特性的所述窗口對應的每個頻帶的調整的步驟。
13.如權利要求12的冪級數型前置補償器的控制方法，其中，所述步驟(b)是產生輸入信號的多個不同的奇數階失真分量的步驟，所述步驟(c)是對每個規定的頻帶寬度調整所述多個不同的奇數階失真分量的各自頻率特性的步驟，所述步驟(d)是將調整過的所述多個不同的奇數階失真分量和所述線性傳送路徑的輸出進行合成，從而輸出所述前置失真分量的步驟，所述步驟(g)是根據各所述窗口中的失真分量的功率來控制所述多個不同的奇數階失真分量的各自頻率特性的每個頻帶的調整的步驟。
14.如權利要求13的冪級數型前置補償器的控制方法，其中，所述步驟(g)包括在各奇數階失真分量的調整前，判定被檢測出的所述失真分量的功率是否小於等於目標值的步驟；以及在小於等於目標值的情況下省略後面要進行的奇數階失真分量的調整的步驟。
15.如權利要求12的冪級數型前置補償器的控制方法，其中，還包括(h)求被檢測出的所述失真分量的功率的步驟；以及(i)根據所述失真分量的功率來調整所述奇數階失真分量的矢量的步驟。
16.如權利要求12的冪級數型前置補償器的控制方法，其中，所述步驟(f)包含用於決定對多個窗口的每個窗口檢測出的失真分量的功率的代表值的步驟，所述步驟(g)是根據所述代表值，對與所述多個窗口對應的多個頻譜的樣本進行共同的控制的步驟。
全文摘要
在冪級數型前置補償器的失真產生路徑中，設置與奇數階失真發生器串聯、對該奇數階失真發生器的失真分量的頻率特性進行調整的頻率特性補償器，從對功率放大器的輸出進行解調而獲得的發送信號中，用失真檢測器檢測失真分量，並將該失真分量通過失真分量用頻率特性分割器按頻帶寬度Δf的窗口進行分割，求各窗口中的失真分量的功率，根據該功率來控制由頻率特性補償器產生的、與失真分量的頻率特性中的所述窗口對應的部分的調整。
文檔編號H03F3/20GK1866731SQ20061008272
公開日2006年11月22日 申請日期2006年5月15日 優先權日2005年5月18日
發明者水田信治, 鈴木恭宜, 楢橋祥一 申請人:株式會社Ntt都科摩