專利名稱：Ofdm調制波輸出裝置和失真補償方法
技術領域：
本發明涉及OFDM調制波輸出裝置和失真補償方法，具體上涉及產生 OFDM調制波的OFDM調制波輸出裝置和在這樣的OFDM調制波輸出裝 置內使用的失真補償方法。
背景技術：
在OFDM (正交頻分復用)技術內，其中使用的信號的頻譜接近矩 形，由此獲得較高的頻率使用效率。另外，OFDM技術由于可以使得碼元 長度大于單個載波而相對于延遲波具有很大的阻抗，并且如果使用了保護 間隔的話，則保護間隔的添加使得OFDM技術在多徑環境內更強。另一方 面，在執行其中存在大量副載波的多載波發送的OFDM技術內，如果副載 波各自具有的峰值彼此重疊，則OFDM信號具有較大的峰值功率。如果這 樣的OFDM信號被輸入到具有非線性特性的功率放大器，則出現諸如發送 特性變差和帶外輻射增加之類的特性變差。
作為用于對付在OFDM技術內的非線性失真的措施，已知多種技術， 包括預失真技術(在專利公布1和文獻1內所述)、LCP-COFDM (線性 化的恒定峰值功率編碼的OFDM)技術(在文獻2內所述)、部分發送序 列(PTS)技術(在文獻3內所述)、LCP-COFDM/部分發送序列組合技 術和在產生峰值功率時的線性改善技術(在專利公布2內所述)。以下將 說明這些技術的概觀。
所述預失真技術(文獻1)向功率放大器的輸入信號加上功率放大器 的輸入-輸出特性的反相特性，以消除功率放大器的輸入-輸出特性的非線 性。功率放大器的輸出信號是由具有足夠的線性的放大器放大的信號，由 此消除非線性失真，并且改善帶外輻射。LCP-COFDM (文獻2)與預失 真技術相結合地被使用，并且在其中施加預失真之前將OFDM信號抑制在飽和的功率電平之下。
所述部分發送序列技術(文獻3)將通過OFDM的副載波發送的信號 劃分為多個子塊，執行每個子塊的傅立葉變換，其后將每個子塊的相位沿 著時間軸移位一個量，該移位量是相位加權的以便峰值功率取最小值，由 此減少OFDM信號的峰值功率。這個相位加權作為邊信息(side information)被發送到接收側，所述邊信息用于接收側的解調。
所述LCP-COFDM/部分發送序列組合技術(文獻4)是將LCP-COFDM技術與所述部分發送序列技術組合的技術。在產生峰值功率時的 線性改善技術(專利公布2)使得當產生峰值功率時向功率放大器暫時地 施加高電壓或者大電流，由此改善其線性。這種技術改善了 OFDM信號的 發送特性和帶外特性，只要不超過在高功率功率放大器內的部件的最大額 定值，并且不引發不利的影響。
文獻和公布的列表
文獻 1 : K. Wesolowski and J. Pochmara, "Efficient algorithm for adjustment of adaptive predistorter in OFDM transmitter", IEEE VTS-Fall VTC 2000, vol.5， pp.2491-2496, Sept. 2000
文獻2: S. Uwano and Y. Matsumoto, and M. Mizoguchi, "Linearized constant peak-power coded OFDM transmission for broadband wireless access systems", Proc. IEEE PIMRC，99， pp.358-362, Sept. 1999
文獻3: Seog Geun Kang, Jeong Goo Kim and Eon Kyeong Jo, "A novel subblock partition scheme for partial transmit sequence OFDM", IEEE Transactions on Broadcasting, Vol. 45, Issue: 3, pp.333-338, Sep 1999
文獻 4 : Takaaki Horiuchi, Yo Iso, Tomoaki Otsuki, Iwao Sasase, "Characteristic evaluation of OFDM nonlinear distortion compensation technique using predistortion and partial transmit sequence", Singakuron (B) Vol. J85-B， No. 11, pp. 1865-1873, Nov, 2002
專利公布l: JP-2000-252946A
專利公布2: JP-2001-292034A
在所述預失真技術內，不可能補償等于或者大于功率放大器的飽和峰
6值功率的峰值功率。在LCP-COFDM技術內，在產生較高的峰值功率時， 輸出的調制波容易收到噪聲的影響，這是因為信號功率被控制到較低的電 平。所述部分發送序列技術雖然可以通過減少峰值功率來減少帶外失真， 但對于能夠通過相位加權而減小的峰值功率具有限制，因此，不可能在其 絕對值上抑制峰值功率。
在LCP-COFDM/部分發送序列技術內，存在一個缺陷雖然可以實現 通過兩種所述技術的特性改善，但也需要邊信息的發送。在產生峰值功率 時的線性改善技術內，雖然可以通過暫時施加較高的電壓或者較大的電流 來改善線性，但是如此實現的功率放大器的線性改善伴有放大器的小信號 增益、延遲時間特性、非線性特性(AM (調幅)-AM特性或者AM-PM (調相)特性)上的改變，由此當處理較高峰值功率時引發信號的質量變 差。
發明內容
本發明的一個目的在于提供一種OFDM調制波輸出裝置和一種失真補 償方法，它們能夠以較短的延遲時間補償當OFDM調制波具有峰值時產生 的失真。
本發明提供了一種使用預失真技術的OFDM調制波輸出裝置，該裝置 包括幅度提取部分，其根據輸入數據提取OFDM調制波的幅度；功率放 大器控制部分，其在由所述幅度提取部分提取的幅度大于特定幅度的情況 下將放大所述OFDM調制波的功率放大器的供應功率設置為超過其額定功 率，由此擴展所述功率放大器的飽和點；以及補償值選擇控制部分，其當 所述功率放大器控制部分擴展所述功率放大器的飽和點時，根據用于當擴 展所述功率放大器的飽和點時補償所述功率放大器的非線性特性的第一補 償值數據表來確定在所述幅度的預失真中的加權因子。
本發明提供了一種在使用預失真技術的OFDM發送系統內的失真補償 方法，該方法包括根據輸入數據來提取OFDM調制波的幅度；如果所提 取的幅度大于特定幅度，則將放大所述OFDM調制波的功率放大器的供應 功率設置為超過其額定功率，由此擴展所述功率放大器的飽和點；并且，根據用于當擴展所述功率放大器的飽和點時補償所述功率放大器的非線性 特性的第一補償值數據表來確定在所述幅度的預失真中的加權因子。
通過下面參考附圖的說明，本發明的上述和其他目的、特征和優點將 變得更清楚。
圖1是示出了根據本發明的一個實施例的OFDM調制波輸出裝置的配 置的方框圖。
圖2是示出了映射輸入數據的示例的圖。
圖3是示出了功率放大器的輸入輸出特性和在預失真內添加的反相特 性的圖。
圖4是示出了在重寫補償值數據表期間的配置的方框圖。
具體實施例方式
以下，將參考附圖詳細說明本發明的一個示例實施例。圖1示出了根 據本發明的所述實施例的OFDM調制波輸出裝置的配置。所述OFDM調 制波輸出裝置100包括串行/并行轉換電路(S-P轉換電路)101、 IFFT電 路(逆快速傅立葉變換電路)102和105、 GI (保護間隔)增加電路103 和106、加權D/A轉換器104和107、正交調制電路112、功率放大器 113、幅度提取電路108、 GI對應物增加電路109、持續峰值控制電路 110、加權D/A (數字/模擬)轉換器lll、功率放大器控制電路114、功率 放大器特性補償數據表115和補償值選擇控制電路116。
S-P轉換電路101將輸入的串行數據串轉換為并行數據。IFFT (Qch) 102和IFFT (Pch) 105接收被轉換為并行數據的輸入數據，并且分別對于 其實部和虛部執行逆快速傅立葉變換。IFFT (Qch) 102的輸出經由加權 D/A轉換器104被輸入到正交調制電路112，該輸出在GI增加電路103內 被加上了保護間隔。IFFT (Pch) 105的輸出經由加權D/A轉換器107被輸 入到正交調制電路112，該輸出在GI增加電路106內被加上了保護間隔。 正交調制電路112執行這兩個信號的正交調制。功率放大器113放大和提供正交調制電路112的輸出。到這個操作為止的操作類似于在通常的
OFDM調制波產生方案內的操作。
幅度提取電路108提取輸入數據的組合的幅度。在OFDM調制內，并 行轉換后的輸入數據基于副載波而被編組，并且對于每個副載波進行幅度 相位(頻率)映射。圖2示出了在幅度相位平面上映射的輸入數據串。這 個示例涉及16QAM。被映射的信號通過逆快速傅立葉變換從在頻率軸上 的信號轉換為時間信號。通過使用所產生的時間信號來應用正交調制而獲 得OFDM調制波。在所述OFDM調制內，當映射數據序列時，可以判定 每個副載波的調制波的幅度相位狀態。幅度提取電路108通過使用每個副 載波的幅度相位來執行副載波的向量構成，并且從其中取出幅度分量的絕 對值，以由此提取OFDM調制波的幅度分量。
由幅度提取電路108提取的幅度被在GI對應物增加電路109內加上 對應于保護間隔的幅度，并且被輸入到加權D/A轉換器111。加權D/A轉 換器111對于所述幅度值進行加權，并且輸出與輸入的幅度值對應的值。 被應用到輸入幅度上的加權因子以函數、表格等的形式存儲在存儲裝置 內。根據加權D/A轉換器111的輸出，功率放大器控制電路114控制功率 放大器113的供應電壓或者電流，以控制功率放大器控制電路114的功 率。如果由幅度提取電路108提取的幅度大于一特定幅度，則功率放大器 控制電路114根據加權D/A轉換器的輸出，將供應到功率放大器113的電 功率提高到一超過額定功率的功率，以擴展功率放大器113的飽和點。例 如，功率放大器控制電路114在由幅度提取電路108提取的幅度是0到5V 的情況下，將功率放大器113中的供應電壓設置在5V，并且如果所述幅 度是IOV，則將功率放大器113中的供應電壓設置在12V。功率放大器控 制電路U4在所述幅度是6V的情況下將功率放大器113中的供應電壓設 置為6V，并且如果所述幅度是9V，則將功率放大器113中的供應電壓設 置為IOV。
圖3示出了功率放大器113的輸入輸出特性。功率放大器113的輸出 相對于輸入為非線性，如曲線al所示。為了補償這一點，通過在功率放大 器113的前級提供功率放大器113的輸入輸出特性的反相特性，執行預失
9真，如曲線bl所示。具體上，使用加權D/A轉換器104和107，將功率放 大器113的反相特性與IFFT (Qch)電路102和IFFT (Pch)電路105的 輸出相加，以執行預失真。由加權D/A轉換器104和107增加的反相特性 被存儲在功率放大器特性補償數據表115內。補償值選擇控制電路116根 據IFFT (Qch) 102的輸出值和IFFT (Pch) 105的輸出值參考功率放大器 特性補償數據表115而確定加權D/A轉換器104和107的加權因子。
在此，如果功率放大器113的功率被功率放大器控制電路114提高以 使得飽和點從cl擴展到c2，則功率放大器113的輸入和輸出特性伴隨所 述擴展而改變到曲線a2。為了補償這一點，除了用于正常狀態的表格之 外，在功率放大器特性補償數據表115內預先準備另一個表格，該表格指 定對應于在擴展功率放大器113的飽和點時提供的功率供應的補償值。如 果由幅度提取電路108提取的幅度值是使得功率放大器113的飽和點擴展 的幅度值，則補償值選擇控制電路116選擇指定曲線b2的表格，所述曲 線b2對應于在使得飽和點擴展時的輸入和輸出特性的反相特性。其后， 參考所選擇的表，根據IFFT (Qch) 102的輸出值和IFFT (Pch) 105的輸 出值來確定加權D/A轉換器104禾口 107的加權因子。因此，可以補償在擴 展飽和點時產生的非線性。
類似于諸如雷達的發射機，功率放大器113在不超過絕對最大額定值 的平均功率的范圍內對于瞬時的峰值功率具有很大的阻抗。因此，當 OFDM波形取最大峰值功率時，功率放大器控制電路114可以通過僅在該 級提高其供應電壓或者電流而擴展功率放大器113的飽和點，而沒有任何 問題。但是，如果峰值持續，則功率放大器113的時間平均的功率可能超 過絕對最大額定值。在持續的峰值的情況下，功率放大器113的功率被降 低以保護功率放大器113。
持續峰值控制電路110根據幅度提取電路108的輸出檢測持續的峰 值，并且如果所述峰值持續，則降低加權D/A轉換器111的輸出電平以降 低功率放大器113的功率。持續峰值控制電路IIO例如對幅度提取電路 108的輸出進行積分，并且如果積分值超過特定值，則判定出現持續，并 且降低功率放大器的功率。因此，可以避免功率放大器113的時間平均功率超過絕對最大額定值的情況。功率降低的速率大致使得在接收側中AGC
(自動增益控制)可以跟蹤該降低。
如果通過持續峰值控制電路110的操作而改變功率放大器113的功 率，則功率放大器113的輸入輸出特性與之相對應地改變。為了處理這一 點，補償值選擇控制電路116按照功率放大器113的功率改變而改變要使 用的特性補償數據表。由于補償值選擇控制電路116按照功率放大器113 的功率而選擇所述表格，因此在加權D/A轉換器104和107內執行的加權 被改變，由此保持功率放大器113的輸出的線性。
圖4示出了在校準補償數據表時的配置。在校準時，控制部分120將 功率放大器113的功率設置在超過其額定值的功率。S-P轉換電路101在 這種狀態下接收來自校準用參考數據表121的已知數據，并且加權D/A轉 換器104和107每個都輸出對應于輸入數據的OFDM調制波。正交解調器 117將OFDM調制波解調，并且獲取P信號和Q信號。PQ模板118在其 中存儲與包括在校準用參考數據表121內的數據相對應的P信號和Q信 號，并且比較器部分119將通過解調獲得的P信號和Q信號分別與在PQ 模板118內存儲的P信號和Q信號相比較。控制部分120從比較器部分 119提取誤差信息，并且對功率放大器特性補償數據表115執行表格重 寫，以便所述誤差取最小值。通過迭代地執行這個表格重寫，獲得對應于 功率放大器113的每個功率的特性補償數據表。
在本實施例內，在幅度提取電路108內從輸入數據串提取幅度值，以 根據所提取的幅度值來控制功率放大器113的功率。在本實施例內，與 LCP-OFDM技術不同，僅當OFDM波形取最大峰值功率時提高供應電壓 或者電流，由此擴展功率放大器113的飽和點。以這種方式，可以保證在 出現峰值功率時的線性。當OFDM調制波不取峰值功率時，通過以較小的 回退(back-off)來操作而獲得較小的功耗。另外，如果使用PTS (部分發 送序列)技術的話，與PTS技術的組合提供了較寬的動態范圍和較低的功 耗。
作為現有技術，已知一種技術，該技術僅僅從被轉換為模擬信號的P 信號和Q信號提取幅度分量，將其返回成數字信號，并且以步進的方式來使用功率放大器執行幅度調制。但是，在這種技術內，彼此分離地執行相 位調制和幅度調制，這帶來了在同步上的嚴重的問題，因此不實用。通過
計算IFFT變換后的正交的P信號和Q信號的向量和，可以獲得與上述實
現方式類似的實現方式。但是，因為出現與用于計算向量和的時間長度相
對應的延遲，因此必須延遲所述P信號和Q信號以補償所述延遲。為了實 現較高速度的數據發送，必須盡可能地減少由那些計算引發的絕對延遲。 如果串行執行那些計算，則存在所述絕對延遲被提高的缺陷，因此，較高 速度的發送是不可能的。在本實施例內，并行地執行正交的P信號和Q信 號的計算和幅度的提取，由此實現較高速度的數據發送。
當根據從輸入數據串提取的幅度而改變功率放大器113的功率時，出 現由于增益的改變導致的相位超前或者相位滯后(在AM-PM轉換內)， 這是因為功率放大器113的飽和點被改變。為了補償這一點，預先了解功 率放大器113的特性，并且對OFDM調制波預先進行預失真，以消除由用 于控制飽和點的信號引起的相位/幅度誤差。這保持了線性。雖然在功率放 大器113增益改變時的滯后現象根據輸入數據串的模式而引起非線性失真 所需要的不同補償量，但是本實施例的OFDM調制波輸出裝置可以處理這 樣的不同補償量。在本實施例內，如果峰值持續，則功率放大器113的功 率被持續峰值控制電路110逐漸地降低。以這種方式，可以保護功率放大 器113。
在上述實施例內，根據輸入數據來提取幅度，并且如果所提取的幅度 大于特定幅度，則功率放大器的功率被設置在超過額定功率的功率，以擴 展所述功率放大器的飽和點。以較小的回退來操作所述功率放大器，以當 OFDM調制波不取峰值功率時實現較小的功耗，而當OFDM調制波取峰 值功率時，將飽和點擴展以保持其線性。根據輸入數據來執行幅度的提 取。雖然也有對執行逆快速傅立葉變換后的P信號和Q信號提取幅度的另 一種技術，但是在這種情況下，延遲時間變長，這是因為串行地執行所述 逆快速傅立葉變換和幅度提取。在上述的實施例內，可以通過并行地執行 逆快速傅立葉變換和幅度提取來減少延遲時間。
在上述實施例內的功率放大器的功率的控制中，根據所提取的幅度以步進的方式來提高功率放大器的功率。這種配置可以根據OFDM調制波的
峰值來擴展功率放大器的飽和功率。
在上述實施例所使用的配置中，在擴展功率放大器的飽和點時使用的 功率放大器特性補償數據表包括與所述功率放大器的多個功率相對應的補 償數據表，并且補償值選擇控制電路選擇與在功率放大器中設置的功率相 對應的補償數據表。在這種情況下，可以對于功率放大器的每個功率保持 輸入和輸出特性的線性。
在上述的實施例內，通過輸入數據的逆傅立葉變換獲得的數字值和被
確定的加權因子被輸入到加權D/A轉換器，由此同時執行所述數字值的 D/A轉換和預失真中的加權。這種配置提供了預失真中的功率放大器的輸 入的較高速度的校正。
在上述的實施例內，根據在將所述功率放大器的功率設置在超過額定 功率的功率時的輸入數據和通過解調對應于輸入數據的OFDM調制波而獲
得的數據之間的誤差，對用于補償在擴展功率放大器的飽和點時的功率放 大器的非線性特性的功率放大器特性補償數據表進行重寫。由于這種配 置，可以通過確定功率放大器特性補償數據表的值來獲得在擴展功率放大 器的飽和點時的補償值，以便誤差取最小值。
在上述的實施例內，當功率放大器的功率被降低時，功率放大器的功 率以在用于接收OFDM調制波的接收裝置內的增益控制的響應速度之內的 速率降低。由于這種配置，功率放大器的功率改變對于接收側的影響被抑 制到最小。
雖然已經參考示例實施例而具體示出和描述了本發明，但是本發明不 限于這些實施例和修改。本領域內的技術人員可以明白，在不脫離在權利 要求內所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以在其中進行各種改 變。
本申請基于在2007年3月8日提交的日本專利申請第2007-058565號 并要求其優先權，該在先申請的公開內容通過弓I用被整體包含在此。
1權利要求
1.一種使用預失真技術的OFDM調制波輸出裝置，包括幅度提取部分，其根據輸入數據提取OFDM調制波的幅度；功率放大器控制部分，其在由所述幅度提取部分提取的幅度大于特定幅度的情況下將放大所述OFDM調制波的功率放大器的供應功率設置為超過其額定功率，從而擴展所述功率放大器的飽和點；以及，補償值選擇控制部分，其當所述功率放大器控制部分擴展所述功率放大器的飽和點時，根據第一補償值數據表來確定在所述幅度的預失真中的加權因子，所述第一補償值數據表用于當擴展所述功率放大器的飽和點時補償所述功率放大器的非線性特性。
2. 根據權利要求1的OFDM調制波輸出裝置，其中，所述功率放大 器控制部分根據由所述幅度提取部分提取的幅度以步進的方式來提高所述 功率放大器的功率。
3. 根據權利要求2的OFDM調制波輸出裝置，其中，所述第一補償 值數據表包括與所述功率放大器的多個供應功率相對應的多個補償值數據 表，并且所述補償值選擇控制部分選擇與由所述功率放大器控制部分確定 的所述功率供應之一相對應的所述補償值數據表之一。
4. 根據權利要求1-3的任何一個的OFDM調制波輸出裝置，還包 括加權數模轉換器，其接收通過所述輸入數據的逆傅立葉變換而獲得的 數字值和由所述補償值選擇控制部分確定的加權因子，用于同時執行所述 數字值的數模轉換和預失真中的加權。
5. 根據權利要求1-4的任何一個的OFDM調制波輸出裝置，其中， 如果所述提取的幅度小于所述特定幅度，則所述補償值選擇控制部分根據 第二補償值數據表來確定預失真中的所述加權因子，所述第二補償值數據 表用于補償在正常狀態下的所述功率放大器的非線性特性。
6. 根據權利要求1-5的任何一個的OFDM調制波輸出裝置，還包括控制部分，其根據在將所述功率放大器的供應功率設置為超過所述額 定功率時的特定輸入數據和通過解調對應于所述特定輸入數據的OFDM調制波而獲得的數據之間的誤差來重寫所述第一補償值數據表。
7. 根據權利要求1-6的任何一個的OFDM調制波輸出裝置，還包 括持續峰值控制部分，其檢測所述OFDM調制波中的持續峰值，并且逐 漸地降低所述功率放大器的功率。
8. 根據權利要求7的OFDM調制波輸出裝置，其中，所述持續峰值 控制部分以在用于接收所述OFDM調制波的接收裝置的增益控制的響應速 度之內的速率來降低所述功率放大器的功率。
9. 一種在使用預失真技術的OFDM發送系統中的失真補償方法，包括根據輸入數據來提取OFDM調制波的幅度；如果所提取的幅度大于特定幅度，則將放大所述OFDM調制波的功率 放大器的供應功率設置為超過其額定功率，從而擴展所述功率放大器的飽 和點；并且，根據第一補償值數據表來確定在所述幅度的預失真中的加權因子，所 述第一補償值數據表用于當擴展所述功率放大器的飽和點時補償所述功率 放大器的非線性特性。
10. 根據權利要求9的失真補償方法，其中，所述將放大所述OFDM調制波的功率放大器的功率設置為超過所述功率放大器的額定功率根據所 提取的幅度以步進的方式提高所述功率放大器的功率。
11. 根據權利要求10的失真補償方法，其中，所述第一補償值數據 表包括與所述功率放大器的多個供應功率相對應的多個補償值數據表，并 且選擇與在所述功率放大器中設置的功率相對應的所述表之一。
12. 根據權利要求9-11的任何一個的失真補償方法，包括在加權數模轉換器中接收通過所述輸入數據的逆傅立葉變換而獲得的數字值和所確 定的加權因子，并且同時執行所述數字值的數模轉換和預失真中的加權。
13. 根據權利要求9-12的任何一個的失真補償方法，包括如果所述 提取的幅度小于所述特定幅度，則選擇第二補償值數據表，所述第二補償 值數據表用于補償在正常狀態下的所述功率放大器的非線性特性。
14. 根據權利要求9-13的任何一個的失真補償方法，包括根據在將所述功率放大器的供應功率設置為超過所述額定功率時的特定輸入數據和通過解調對應于所述特定輸入數據的OFDM調制波而獲得的數據之間的誤 差來重寫所述第二補償值數據表。
15. 根據權利要求9-14的任何一個的失真補償方法，包括檢測所述 OFDM調制波中的持續峰值，并且逐漸地降低所述功率放大器的功率。
16. 根據權利要求15的失真補償方法，其中，所述功率放大器的功 率的所述降低以在用于接收所述OFDM調制波的接收裝置的增益控制的響 應速度之內的速率來降低所述功率放大器的功率。
全文摘要
提供了OFDM(正交頻分復用)調制波輸出裝置。幅度提取電路(108)提取OFDM調制波的幅度。功率放大器控制電路(114)當所提取的幅度超過特定幅度時將功率放大器(113)的功率供應設置為超過額定功率，以擴展所述功率放大器的飽和點。補償值選擇控制電路(116)當所述功率放大器控制部分擴展所述功率放大器的飽和點時補償所述功率放大器的非線性特性。
文檔編號H04J11/00GK101542950SQ20088000034
公開日2009年9月23日 申請日期2008年3月6日 優先權日2007年3月8日
發明者藤本芳宣 申請人:日本電氣株式會社