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JP4513219B2 - Prefix nonlinear distortion compensator - Google Patents

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JP4513219B2
JP4513219B2 JP2001061347A JP2001061347A JP4513219B2 JP 4513219 B2 JP4513219 B2 JP 4513219B2 JP 2001061347 A JP2001061347 A JP 2001061347A JP 2001061347 A JP2001061347 A JP 2001061347A JP 4513219 B2 JP4513219 B2 JP 4513219B2
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  • Transmitters (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前置型非線形歪補償器に関し、特に、サポートベクトルマシン(以下「SVM」という)を回帰分析に用いた前置型非線形歪補償器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、通信系の非線形歪補償を実現するために、各種デジタル回路による前置型非線形歪補償器が作成されている。デジタル回路による前置型非線形歪補償器として代表的なものにルックアップテーブルを用いたものと、増幅器の逆関数を推定するものとがある。
【0003】
ルックアップテーブルを用いた前置型非線形歪補償器は、増幅器の特性を入力信号の振幅値に対して微小区間に分け、その区間の代表値をテーブルに格納しておき、送信信号とそれに対応するテーブルの補償値を乗算して出力信号とするものである。
【0004】
一方、増幅器の逆関数を推定する前置型非線形歪補償器として、pth−order−predistorterと呼ばれるものがある。この前置型非線形歪補償器は、信号変換器の逆関数を複素多項式近似するものである。複素多項式は、非線形関数の表現形式として最も一般的なボルテラ級数より導出され、歪補償が行なわれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ルックアップテーブルを用いた前置型非線形歪補償器では、テーブル内の値は離散値をとるため、値の不連続性により、フロアノイズが上昇する。フロアノイズを解消するためには、データ数を増やす必要があるが、データ数を増やすとメモリ容量が多くなるという問題がある。
【0006】
pth−order−predistorterでは、計算精度を上げるために複素多項式の次数を増やす必要がある。このため、計算時間がかかり、解が収束しにくいという問題がある。
【0007】
さらに、広帯域信号に対しては、ルックアップテーブル、pth−order−predistorterともに、信号帯域内の各周波数ごとに振幅、位相の非線形性を補償する必要があるため、ハードウェア化が困難であるという問題がある。
【0008】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、簡単な構成で広帯域な歪補償が可能な前置型非線形歪補償器を提供することである。
【0009】
本発明の他の目的は、ノイズフロアを低く押さえることができる前置型非線形歪補償器を提供することである。
【0010】
本発明のさらに他の目的は、高速処理が可能な前置型非線形歪補償器を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のある局面に従う前置型非線形歪補償器は、信号変換器の逆特性を用いて、入力信号を変換し、変換後の信号を信号変換器に供給する変換用サポートベクトルマシンと、信号変換器で変換された変換出力信号を受け、変換出力信号列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号列により構成される信号ベクトルとに基づいて、変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の入力信号を推定する推定用サポートベクトルマシンと、変換用サポートベクトルマシンおよび推定用サポートベクトルマシンに接続され、変換用サポートベクトルマシンの出力および推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、変換用サポートベクトルマシンおよび推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための係数更新手段とを含む。
【0012】
推定用サポートベクトルマシンを用いて、信号変換器の逆特性を推定する。信号変換器の出力信号と、変換用サポートベクトルマシンより出力される信号とに基づいて、係数更新手段において、変換用サポートベクトルマシンおよび推定用サポートベクトルマシンの係数が更新される。この構成では、ルックアップテーブルを必要としないため、ノイズフロアを低く押さえることができ、簡単な構成で前置型非線形歪補償器を提供することができる。また、サポートベクトルマシンは、pth−order−predistorterに比べて、計算が簡単で収束時間が早い。このため、高速処理が可能な前置型非線形歪補償器を提供することができる。さらに、広帯域信号に対しても特別な回路(システム)を必要とせず、歪補償が可能である。
【0013】
好ましくは、係数更新手段は、変換出力信号を受け、新たに受けた変換出力信号列により構成されるベクトルに対して係数を計算し、過去に入力された変換出力信号列により構成されるベクトルに対する係数に対しては、摂動分のみを計算し、過去に入力された変換出力信号列により構成されるベクトルに対する係数を更新する。
【0014】
さらに好ましくは、係数更新手段は、変換用サポートベクトルマシンに接続され、変換用サポートベクトルマシンの出力の実数部を抽出するための第1の実数部抽出手段と、信号変換器に接続され、信号変換器の出力の実数部を抽出するための第2の実数部抽出手段と、第1および第2の実数部抽出手段に接続され、第1および第2の実数部抽出手段の出力に基づいて、変換用サポートベクトルマシンおよび推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための手段とを含む。
【0015】
さらに好ましくは、前置型非線形歪補償器は、さらに、係数更新手段に接続され、入力信号の信号列と変換出力信号列とに基づいて、信号ベクトルおよびサポートベクトルのサイズと信号変換器による遅延時間とを算出するための手段を含む。
【0016】
さらに好ましくは、変換用サポートベクトルマシンは、信号変換器の逆特性を用いて、入力信号の実数部を変換し、変換後の信号を信号変換器に供給する実数部変換用サポートベクトルマシンと、信号変換器の逆特性を用いて、入力信号の虚数部を変換し、変換後の信号を信号変換器に供給する虚数部変換用サポートベクトルマシンとを含む。推定用サポートベクトルマシンは、信号変換器で変換された変換出力信号の実数部を受け、変換出力信号列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号列により構成される信号ベクトルとに基づいて、実数部変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の入力信号を推定する実数部推定用サポートベクトルマシンと、信号変換器で変換された変換出力信号の虚数部を受け、変換出力信号列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号列により構成される信号ベクトルとに基づいて、虚数部変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の入力信号を推定する虚数部推定用サポートベクトルマシンとを含む。係数更新手段は、実数部変換用サポートベクトルマシンおよび実数部推定用サポートベクトルマシンに接続され、実数部変換用サポートベクトルマシンの出力および実数部推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、実数部変換用サポートベクトルマシンおよび実数部推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための実数部係数更新手段と、虚数部変換用サポートベクトルマシンおよび虚数部推定用サポートベクトルマシンに接続され、虚数部変換用サポートベクトルマシンの出力および虚数部推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、虚数部変換用サポートベクトルマシンおよび虚数部推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための虚数部係数更新手段とを含む。
【0017】
さらに好ましくは、変換用サポートベクトルマシンは、入力信号の振幅を計算する第1の振幅計算部と、入力信号の位相を計算する第1の位相計算部と、第1の振幅計算部に接続され、入力信号の振幅を変換後の信号の振幅に変換する振幅変換用サポートベクトルマシンと、第1の振幅計算部および第1の位相計算部に接続され、前期第1の振幅計算部および第1の位相計算部の出力に基づいて、変換後の信号の位相を求める位相変換用サポートベクトルマシンと、振幅変換用サポートベクトルマシンおよび位相変換用サポートベクトルマシンに接続され、振幅変換用サポートベクトルマシンおよび位相変換用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、変換後の信号を求める複素ベースバンド信号化部とを含む。推定用サポートベクトルマシンは、信号変換器で変換された変換出力信号の振幅を計算する第2の振幅計算部と、信号変換器で変換された変換出力信号の位相を計算する第2の位相計算部と、第2の振幅計算部に接続され、第2の振幅計算部の出力を受け、変換出力信号の振幅列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号の振幅列により構成される信号ベクトルとに基づいて、振幅変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の信号の振幅を推定する振幅推定用サポートベクトルマシンと、第2の振幅計算部および第2の位相計算部に接続され、第2の振幅計算部および第2の位相計算部の出力を受け、変換出力信号の位相列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号の位相列により構成される信号ベクトルとに基づいて、位相変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の信号の位相を推定する位相推定用サポートベクトルマシンとを含む。係数更新手段は、振幅変換用サポートベクトルマシンおよび振幅推定用サポートベクトルマシンに接続され、振幅変換用サポートベクトルマシンの出力および振幅推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、振幅変換用サポートベクトルマシンおよび振幅推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための振幅係数更新手段と、位相変換用サポートベクトルマシンおよび位相推定用サポートベクトルマシンに接続され、位相変換用サポートベクトルマシンの出力および位相推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、位相変換用サポートベクトルマシンおよび位相推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための位相係数更新手段とを含む。
【0018】
さらに好ましくは、入力信号、変換用サポートベクトルマシンの出力および信号変換器の出力は、中間周波数信号である。
【0019】
さらに好ましくは、信号変換器は、増幅器である。
【0020】
【発明の実施の形態】
[実施の形態1]
図1を参照して、本発明の実施の形態に係る前置型非線形歪補償器は、無線周波数信号SINを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ2と、ダウンコンバータ2に接続され、ダウンコンバータ2の出力する中間周波数信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換器4と、A/D変換器4に接続され、サンプリングされた中間周波数信号をベースバンド信号x(t)に変換する直交検波器6と、直交検波器6に接続され、増幅器16の逆特性を用いて、ベースバンド信号x(t)をベースバンド信号y(t)に変換するSVM(サポートベクトルマシン)8と、SVM8に接続され、変換後のベースバンド信号y(t)を中間周波数信号に変換する直交変調器10と、直交変調器10に接続され、直交変調器10の出力する中間周波数信号をアナログ信号に変換するD/A変換器12とを含む。
【0021】
前置型非線形歪補償器は、さらに、D/A変換器12に接続され、アナログの中間周波数信号を無線周波数信号S0に変換し、増幅器16に供給するアップコンバータ14と、増幅器16に接続され、増幅器16の出力する出力信号SOUTを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ18と、ダウンコンバータ18に接続され、中間周波数信号をデジタル信号に変換するA/D変換器20と、A/D変換器20に接続され、デジタル信号をベースバンド信号z(t)に変換する直交検波器22と、直交検波器22に接続され、ベースバンド信号z(t)の実数部Re{z(t)}を抽出する実数部抽出器24とを含む。
【0022】
前置型非線形歪補償器は、さらに、実数部抽出器24および後述する係数更新部32に接続され、実数部抽出器24の出力する実数部Re{z(t)}と、学習に用いたベースバンド信号ベクトルzi(i=1,...,n)とに基づいて、SVM8より出力されるベースバンド信号の実数部の推定値Re{y′(t)}を出力するSVM26と、SVM8に接続され、ベースバンド信号y(t)の実数部Re{y(t)}を抽出する実数部抽出器28と、実数部抽出器28およびSVM26に接続され、ベースバンド信号の実数部の推定値Re{y′(t)}と、ベースバンド信号y(t)の実数部Re{y(t)}との差分を計算する減算器30と、減算器30、実数部抽出器28、SVM8、SVM26および実数部抽出器24に接続され、減算器30の出力、SVM26の出力、実数部抽出器28の出力および実数部抽出器24の出力に基づいて、増幅器16の逆特性を実現するSVM8およびSVM26の係数を更新する係数更新部32とを含む。
【0023】
なお、直交検波器6をアナログで実現し、ダウンコンバータ2の出力を直交検波器6で受け、直交検波器6の出力をA/D変換器4でデジタルに変換し、その出力をSVM8に供給する構成であっても構わない。また、直交変調器10をアナログで実現し、SVM8の出力をD/A変換器12が受け、D/A変換器12の出力を直交変調器10で受け、直交変調器10の出力をアップコンバータ12に供給する構成であっても構わない。さらに、直交検波器22をアナログで実現し、ダウンコンバータ18の出力を直交検波器22で受け、直交検波器22の出力をA/D変換器20で受け、A/D変換器20の出力を実数部抽出器24に供給する構成であっても構わない。
【0024】
IN、S0およびSOUTは、式(1)〜(3)でそれぞれ表わされる。

Figure 0004513219
x(t)、y(t)およびz(t)は、それぞれ帯域信号SIN、S0およびSOUTの複素包絡線 (ベースバンド信号)である。jは虚数を表わす。fRFは無線周波数(Radio Frequency)を表わす。tは時刻を表わす。
【0025】
[非線形歪補償器の動作原理]
P=|y(t)|2/2として、増幅器16のベースバンド領域における入出力特性をfを複素関数としてf(P)と置くと、ベースバンド信号y(t)およびz(t)の関係は、次式(4)のようにあらわすことができる。
【0026】
一般に、非線形歪補償器では、f(P)に対し、次式(5)の関係を満たす入出力特性g(P)を求めることを目的とする。仮に、入出力特性g(P)を得ることができれば、次式(6)および(7)が成立ち、SINに対してSOUTを線形化することができる。
【0027】
【数1】
Figure 0004513219
【0028】
本実施の形態では、g(P)をSVM26および係数更新部32にて推定する。具体的には、y(t)とz(t)より推定したy′(t)との誤差e(t)が最小になるようにSVM26の関数の係数を更新する。この計算が収束すれば、SVM26は増幅器16の逆特性を有することとなる。このため、SVM8にSVM26と同じ係数を与えることにより、増幅器16の非線形性を補償することができる。
【0029】
[逆関数の計算]
本実施の形態では、増幅器16の入出力特性の逆特性g(P)をサポートベクトルマシンを用いて推定する。サポートベクトルマシン自体はこれまで主にパターン認識の分野など分類問題に適用する事例について広く研究されており、周知の技術である。しかし、本発明のようにサポートベクトルマシンを回帰問題に適用している事例はない。
【0030】
計算のための条件を以下に整理しておく。
・非線形の歪補償のための計算は時間連続信号ではなく離散信号に対して行なわれる。ハードウェア化の際は、A/D変換器を使用し、連続信号を離散信号に変換し、計算後、離散信号を連続信号にA/D変換器により復元する。
・信号処理は帯域系ではなくベースバンド系または中間周波数信号にて行なわれる。ベースバンド系の場合には、増幅器16は等価的にベースバンド信号y(t)を受け、z(t)を出力する系と見なすことができる。
【0031】
[SVM26の動作説明]
時刻kT(T:A/D変換およびD/A変換のサンプリング間隔)のときのSVM26の出力y′s(kT)は、次式(8)により得られる。
【0032】
【数2】
Figure 0004513219
【0033】
ここで、mは信号ベクトルおよび後述するサポートベクトルのサイズ、nは学習に用いたデータベクトルの数、piはi番目の学習データベクトルを取得した時間である。学習データの取得タイミングpiはシステムのパフォーマンスより実験的に決定する。zi(i=1,...,n)は増幅器16の入出力特性を学習するためのデータベクトルである。αiはziに対応した重み係数(実数)である。一般に、αiが零の時、対応するziは計算に加える必要がなく廃却しても構わない。逆に、αiが非零の時、対応するziはサポートベクトルと呼ばれる。また、非零のαiの個数をサポートベクトルマシンの次元と呼ぶ。例えば、非零のαiの個数が73であればサポートベクトルマシンの次元数は73である。さらに、この次元数は学習データを増やしても一定値以上に増えることがない。この上界値のことをVC(Vapnik and Chervonenkis)次元と呼ぶ。
【0034】
K(V_x,V_y)は内積カーネルと呼ばれる関数であり、本実施の形態では、内積カーネルの線形和である式(8)を、適切なαiを選択することにより、増幅器16の入出力特性の逆特性g(P)に適合させることを目標とする。変数の接頭辞”V_”は、その変数がベクトルであることを表わす。このように未知の関数にシステムの入出力関数を適合させるような問題全般を総称して「回帰問題」という。次式(12)〜(14)は、一般的に用いられる内積カーネルの例である。
【0035】
【数3】
Figure 0004513219
【0036】
どの内積カーネルが逆関数を表現するのに最も適しているかはシステムにより異なり、実際には動作前に何度か試験をした上で最も特性のよいものを選択する。もちろん、上記以外の関数でも逆関数g(P)をよりよく推定でき、かつ期待する効果が得られるのであれば、その関数を使用してもよい。
【0037】
また、式(8)において、複素数の実数部のみを抽出して、SVM26の出力の計算が行なわれる。これは、サポートベクトルマシンが複素数を取り扱うことができないという問題を解消するためである。
【0038】
[係数更新部32の動作説明]
係数更新部32は、Re{y(t)}とRe{y′(t)}との誤差e(t)が最小になるようにαiを制御する。αiは次式(15)および(16)で表わされる最適化問題を解くことにより得られる。
【0039】
【数4】
Figure 0004513219
【0040】
ただし、正の値Cは制約を破ったサンプルに対するペナルティに対応する定数である。εは雑音に対するマージンである。通常、両定数は実験的に求められる。
【0041】
増幅器16の入出力特性は周囲の環境に応じて変動すると考えられる。このため、入出力特性の変動に追従できるよう適応的にαiの値を更新する必要がある。
【0042】
係数更新部32は、以下のようにしてαiの値を更新する。
(1) 係数更新部32は、n−1組のデータV_ziおよび係数αiを入手しているものとする。
(2) 係数更新部32は、n個目のデータV_znを入手する。
(3) α1,...,αn-1に関しては係数を固定し、αnのみについて式(15)で表わされる最適化問題を解く。
(4) αnが加わったことによる最適解からのずれ(摂動)を補正するため、αi,(i=1,...,n)に関して誤差分(摂動分)Δαiを計算する。
【0043】
上述のように新たにデータが加わったことによる係数の摂動分のみを計算することにより、すべての係数を計算し直す場合に比べ、計算量を削減することができる。
【0044】
係数の更新方法の具体例を以下に示す。ただし、この具体例は実現の一例であって、必ずしもこの通りである必要はない。また以下では、表記を簡単にするためT=1としている。このようにしても一般性を失うことはない。
【0045】
図2を参照して、係数更新部32は、n=1,αn=1,y′(pn)=0とおく(S2)。学習データV_znとys(pn)とを入手する(S4)。ただし、V_znおよびys(pn)は以下のように表わされる。ここで、dは増幅器16による遅延時間を表わす。
【0046】
【数5】
Figure 0004513219
【0047】
減算器30は、推定誤差e(pn)を次式(19)に従い計算する(S6)。
e(pn)=Re{ys(pn)}−Re{y′s(pn)} …(19)
係数更新部32は、e(pn)と雑音に対するマージンε(式(15)を参照)とを比較する(S8)。e(pn)≦εであれば(S8でYES)、αnに0を代入し、nを1つインクリメントする(S10)。その後、S4に戻る。
【0048】
e(pn)>εであれば(S8でNO)、係数αnを次式(20)にしたがって計算する(S12)。
【0049】
【数6】
Figure 0004513219
【0050】
次に、係数更新部32は、次式(21)に従い、係数αi,i=1,...,nの摂動分を計算する(S14)。ただし、αi=0である係数については、摂動分の計算は行なわない。
【0051】
Δαi=ηi{ei−εsign(αi)} …(21)
iは前回計算した値を以下のルール(1)〜(2)により更新して用いる。
【0052】
(1)eiの初期値はys(pi)とする。
Figure 0004513219
また、ηiは、以下の式(23)に従い求められる。係数更新部32は、以下の式(24)を計算する(S16)。
【0053】
【数7】
Figure 0004513219
【0054】
式(24)の計算の結果、Wn>Wn-1であれば(S18でYES)、係数αiに摂動分Δαiを加算し、係数αiを更新する(S20)。Wn≦Wn-1であれば(S18でNO)、αnに0を代入し、WnにWn-1を代入する(S22)。S20またはS22の処理の後、係数更新部32は、nを1つインクリメントし、S4に処理の制御を戻す。
【0055】
[SVM8の動作説明]
SVM8は、係数更新部32で更新された係数αiを用いて、次式(25)および(26)に従い、ベースバンド信号x(t)をベースバンド信号y(t)に変換する。なお、Im(V_x)は、ベクトルV_xの複素数表示の虚数部を表わす。
【0056】
【数8】
Figure 0004513219
【0057】
上述の例では、入出力特性が不明な、非線形の入出力特性を有する増幅器16の出力の補正に対して、サポートベクトルマシンを用いたが、本発明は増幅器16に対してのみ適用可能なわけではない。一般的に、入出力特性が不明な信号の変換回路に対しても本発明を適用することが可能である。
【0058】
以上説明したように、本実施の形態によると、SVM26を用いて、増幅器16の逆特性を有する信号を推定する。その信号とSVM8より出力される信号とに基づいて、係数更新部32において、増幅器16の逆特性を有する関数の係数が更新される。この構成では、ルックアップテーブルを必要としないため、ノイズフロアを低く押さえることができ、簡単な構成で前置型非線形歪補償器を提供することができる。また、サポートベクトルマシンは、pth−order−predistorterに比べて、計算が簡単で収束時間が早い。このため、高速処理が可能な前置型非線形歪補償器を提供することができる。
【0059】
また、広帯域信号が入力された場合、増幅器の非線形性が信号帯域に比較して狭帯域の場合にもデータベクトルのサイズmを適切に設定することにより補償することが可能である。
【0060】
[実施の形態2]
図3を参照して、本発明の実施の形態2に係る前置型非線形歪補償器は、図1を参照して説明した実施の形態1に係る前置型非線形歪補償器において、m・d決定部44を付加し、係数更新部32の代わりに係数更新部42を用いたものである。その他の構成部品は、実施の形態1と同様である。このため、それらの説明はここでは繰り返さない。
【0061】
m・d決定部44は、直交検波部6および22に接続されている。係数更新部は、SVM8、実数部抽出部28、減算器30、SVM26、実数部抽出器24およびm・d決定部44に接続されている。
【0062】
m・d決定部44は、次式(27)で示される評価関数er(k)が最小となるような、信号ベクトルおよびサポートベクトルのサイズmと増幅器16による遅延時間dとを求める。係数更新部42は、m,d決定部44で決定されたmおよびdを用いて、係数αnの更新を行なう。係数更新部42の動作は、実施の形態1で示したものと同様である。このため、その詳細な説明はここでは繰返さない。
【0063】
r(k)=|z(t)−kx(t)|2 …(27)
SVM8は、次式(28)に従って、ベースバンド信号y(kT)を求める。
【0064】
【数9】
Figure 0004513219
【0065】
[実施の形態3]
図4を参照して、本発明の実施の形態3に係る前置型非線形歪補償器は、無線周波数信号SINを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ2と、ダウンコンバータ2に接続され、ダウンコンバータ2の出力する中間周波数信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換器4と、A/D変換器4に接続され、サンプリングされた中間周波数信号をベースバンド信号x(t)に変換する直交検波器6と、直交検波器6に接続され、ベースバンド信号x(t)の実数部Re{x(t)}を抽出する実数部抽出器52と、直交検波器6に接続され、ベースバンド信号x(t)の虚数部Im{x(t)}を抽出する虚数部抽出器56と、虚数部抽出器52に接続され、Re{x(t)}を、後述する増幅器16の逆特性を用いて、ベースバンド信号y(t)の実数部Re{y(t)}に変換するSVM54と、虚数部抽出器56に接続され、Im{x(t)}を、増幅器16の逆特性を用いて、ベースバンド信号y(t)の虚数部Im{y(t)}に変換するSVM58と、SVM54および58に接続され、変換後のベースバンド信号y(t)を中間周波数信号に変換する直交変調器10と、直交変調器10に接続され、直交変調器10の出力する中間周波数信号をアナログ信号に変換するD/A変換器12とを含む。
【0066】
前置型非線形歪補償器は、さらに、D/A変換器12に接続され、アナログの中間周波数信号を無線周波数信号S0に変換し、増幅器16に供給するアップコンバータ14と、増幅器16に接続され、増幅器16より出力される出力信号SOUTを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ18と、ダウンコンバータ18に接続され、中間周波数信号をデジタル信号に変換するA/D変換器20と、A/D変換器20に接続され、デジタル信号をベースバンド信号z(t)に変換する直交検波器22と、直交検波器22に接続され、ベースバンド信号z(t)の実数部Re{z(t)}を抽出する実数部抽出器24と、直交検波器22に接続され、ベースバンド信号z(t)の虚数部Im{z(t)}を抽出する虚数部抽出器60とを含む。
【0067】
前置型非線形歪補償器は、さらに、実数部抽出器24および後述する係数更新部42に接続され、実数部抽出器24の出力する実数部Re{z(t)}と、学習に用いたベースバンド信号ベクトルzi(i=1,...,n)とに基づいて、SVM54より出力されるベースバンド信号の実数部の推定値Re{y′(t)}を出力するSVM26と、虚数部抽出器60および後述する係数更新部66に接続され、虚数部抽出器60の出力する虚数部Im{z(t)}と、ベースバンド信号ベクトルzi(i=1,...,n)とに基づいて、SVM58より出力されるベースバンド信号の虚数部の推定値Im{y′(t)}を出力するSVM62と、SVM54およびSVM26に接続され、ベースバンド信号の実数部の推定値Re{y′(t)}と、ベースバンド信号y(t)の実数部Re{y(t)}との差分を計算する減算器30と、SVM58およびSVM62に接続され、ベースバンド信号の虚数部の推定値Im{y′(t)}と、ベースバンド信号y(t)の虚数部Im{y(t)}との差分を計算する減算器64と、直交検波部6および22に接続され、信号ベクトルおよびサポートベクトルのサイズmと増幅器16による遅延時間dとを求めるm・d決定部44と、減算器30、SVM54、SVM26、実数部抽出器24およびm・d決定部44に接続され、減算器30の出力、SVM26の出力、SVM54の出力、実数部抽出器24の出力およびm・d決定部44の出力に基づいて、SVM54における、増幅器16の逆特性を有する関数の係数を更新する係数更新部42と、減算器64、SVM58、SVM62、実数部抽出器60およびm・d決定部44に接続され、減算器64の出力、SVM62の出力、SVM58の出力、実数部抽出器60の出力およびm・d決定部44の出力に基づいて、SVM58における、増幅器16の逆特性を有する関数の係数を更新する係数更新部66とを含む。
【0068】
SVM54およびSVM58は、SVM8の演算のうち、実数部および虚数部についての演算のみをそれぞれ行なう。SVM8の演算は、実施の形態1で説明したのと同様である。このため、その詳細な説明はここでは繰返さない。
【0069】
SVM62は、SVM26でベースバンド信号の実数部の推定値Re{y′(t)}のと同様の方法に従い、ベースバンド信号の虚数部の推定値Im{y′(t)}を求める。SVM26における処理は実施の形態1で説明した通りである。
【0070】
係数更新部66は、係数更新部32がRe{y(t)}とRe{y′(t)}との誤差e(t)が最小になるようにαiを制御するのと同様に、Im{y(t)}とIm{y′(t)}との誤差が最小になるようにαiを制御する。係数更新部32における処理は実施の形態1で説明した通りである。
【0071】
上述のように、本実施の形態の前置型非線形歪補償器によると、入力信号の実数部分の補正については増幅器ベースバンド出力の実数部分を、虚数部分の補正については増幅器ベースバンド出力の虚数部分を、それぞれ用いて別々のサポートベクトルマシンによって逆関数を推定し、入力信号の実数部分と虚数部分とを別々に補正する。このような構成にすることにより、補償精度が向上する。
【0072】
SVM54は、次式(29)に従って、ベースバンド信号y(kT)の実数部を求め、SVM58は、次式(30)に従って、ベースバンド信号y(kT)の虚数部を求める。
【0073】
【数10】
Figure 0004513219
【0074】
[実施の形態4]
図5を参照して、本発明の実施の形態4に係る前置型非線形歪補償器は、無線周波数信号SINを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ2と、ダウンコンバータ2に接続され、ダウンコンバータ2の出力する中間周波数信号をサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D変換器4と、A/D変換器4に接続され、サンプリングされた中間周波数信号をベースバンド信号x(t)に変換する直交検波器6と、直交検波器6に接続され、ベースバンド信号x(t)を極座標表現した際の振幅Ax(t)を出力する振幅計算部92と、直交検波器6に接続され、ベースバンド信号x(t)を極座標表現した際の位相φx(t)を出力する位相計算部98と、振幅計算部92に接続され、後述する増幅器16の逆特性を用いて、ベースバンド信号x(t)をベースバンド信号y(t)に変換するした際に、ベースバンド信号x(t)を極座標表現した際の振幅Ax(t)からベースバンド信号y(t)を極座標表現した際の振幅Ay(t)を導出するSVM94と、振幅計算部92に接続され、増幅器16の逆特性を用いて、ベースバンド信号x(t)をベースバンド信号y(t)に変換するした際に、ベースバンド信号y(t)を極座標表現した際の位相φy(t)からベースバンド信号x(t)を極座標表現した際の位相φx(t)を減じた値Δφxを導出するSVM96と、SVM96および位相計算部98に接続され、SVM96の出力Δφxおよび位相計算部98の出力φx(t)を入力として受け、位相φy(t)を出力する加算器102と、SVM94および加算器102に接続され、振幅Ay(t)および位相φy(t)より複素ベースバンド信号y(t)を生成する複素ベースバンド信号化部100と、複素ベースバンド信号化部100に接続され、ベースバンド信号y(t)を中間周波数信号に変換する直交変調器10と、直交変調器10に接続され、直交変調器10の出力する中間周波数信号をアナログ信号に変換するD/A変換器12とを含む。
【0075】
前置型非線形歪補償器は、さらに、D/A変換器12に接続され、アナログの中間周波数信号を無線周波数信号S0に変換するアップコンバータ14と、アップコンバータ14に接続され、無線周波数信号S0を増幅して、出力信号SOUTを得る増幅器16と、増幅器16に接続され、出力信号SOUTを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ18と、ダウンコンバータ18に接続され、中間周波数信号をデジタル信号に変換するA/D変換器20と、A/D変換器20に接続され、デジタル信号をベースバンド信号z(t)に変換する直交検波器22と、直交検波器22に接続され、ベースバンド信号z(t)を極座標表現した際の振幅Az(t)を計算する振幅計算部118と、直交検波器22に接続され、ベースバンド信号z(t)を極座標表現した際の位相φz(t)を計算する位相計算部120とを含む。
【0076】
前置型非線形歪補償器は、さらに、振幅計算部118に接続され、振幅Az(t)から、ベースバンド信号y(t)を極座標表現した際の振幅Ay(t)の推定値A′y(t)を計算するSVM112と、振幅計算部118に接続され、振幅Az(t)から、ベースバンド信号y(t)を極座標表現した際の位相φy(t)の推定値φ′y(t)から位相φz(t)を減算した値Δφzを計算するSVM114と、SVM112に接続され、振幅Ay(t)から振幅A′y(t)を減算した値を求める減算器106と、SVM114および位相計算部120に接続され、位相φz(t)と値Δφz(t)とを加算して、位相φ′y(t)を求める加算器116と、加算器102および加算器116に接続され、位相φy(t)から位相φ′y(t)を減じた値を求める減算器110と、直交検波器6に接続され、信号ベクトルおよびサポートベクトルのサイズmと増幅器16による遅延時間dとを求めるm・d決定部44と、m・d決定部44、減算器106および振幅計算部118に接続され、m・d決定部44の出力、減算器106の出力および振幅Az(t)に基づいて、SVM94の係数を更新する係数更新部104と、m・d決定部44、減算器110および位相計算部120に接続され、m・d決定部44の出力、減算器110の出力および位相φz(t)に基づいて、SVM96の係数を更新する係数更新部108とを含む。
【0077】
実施の形態1と同一の構成部品には同一の参照符号を付している。その動作も同一であるため、ここでは説明を繰返さない。
【0078】
直交検波器6より出力されるベースバンド信号x(t)、振幅計算部92より出力される振幅Ax(t)および位相計算部98より出力される位相φx(t)との間には、次式(31)に示される関係が成立する。振幅計算部92は、次式(32)により振幅Ax(t)を算出し、位相計算部98は、次式(33)により位相φx(t)を算出する。
【0079】
複素ベースバンド信号化部100は、次式(34)に従い、ベースバンド信号y(t)を計算する。
【0080】
直交検波器22より出力されるベースバンド信号z(t)、振幅計算部118より出力される振幅Az(t)および位相計算部120より出力される位相φz(t)との間には、次式(35)に示される関係が成立する。振幅計算部118は、次式(36)により振幅Az(t)を算出し、位相計算部120は、次式(37)により位相φz(t)を算出する。
【0081】
【数11】
Figure 0004513219
【0082】
SVM94は、次式(38)および(39)に従って、ベースバンド信号y(kT)の振幅を求める。
【0083】
【数12】
Figure 0004513219
【0084】
振幅に関しては、実施の形態1と同様の処理を行なう。
SVM112は、次式(40)〜(43)に従って、A′ys(kT)を出力する。また、係数更新部104は、Ays(t)とA′ys(t)との誤差が最小になるようにαiを制御する。αiは次式(44)および(45)で表わされる最適化問題を解くことにより得られる。
【0085】
【数13】
Figure 0004513219
【0086】
位相に関しては、以下に示すような処理が行なわれる。SVM114は、次式(46)〜(49)に従って、Δφz(kT)を出力する。また、係数更新部108は、φys(t)とφ′ys(t)との誤差が最小になるように、βiを制御する。
【0087】
【数14】
Figure 0004513219
【0088】
βiは以下に示す更新手順(Step0)〜(Step5)に従って、係数更新部108で求められる。
【0089】
(Step0)
n=1、βn=1,φ′y(pi)=0,Δφz=0とおく。
【0090】
(Step1)
学習データV_Aznおよびφs(pn)を入手する。ただし、V_Aznおよびφs(pn)は、次式(50)および(51)で表わされる。
【0091】
【数15】
Figure 0004513219
【0092】
(Step2)
推定誤差e(pn)が、減算器110において、次式(52)および(53)にしたがって計算される。
【0093】
e(pn)=φys(pn)−φ′ys(pn) …(52)
φ′ys(pn)=φz(pn)+Δφz …(53)
e(pn)≦εであれが、βn=0,n←n+1として(Step1)に戻る。それ以外の場合には、(Step3)に進む。
【0094】
(Step3)
係数βnが次式(54)に従って計算される。
【0095】
【数16】
Figure 0004513219
【0096】
(Step4)
係数βi,i=1,...,nの摂動分を次式(55)に従い計算する。ただし、βi=0のデータは更新しない。
【0097】
Δβi=ηi{ei−εsign(βi)} …(55)
iは前回計算した値を以下のルールで更新して用いる。
【0098】
iの初期値はys(pi)とする。
i←ei−βiK(Z_Azi,Z_Azi), i=1,...,n
…(56)
ηi=1/K(Re{V_Azi,V_Azi}) (57)
(Step5)
次式(58)を計算する。
【0099】
【数17】
Figure 0004513219
【0100】
式(58)の計算の結果、Wn>Wn-1であれば、係数βiに摂動分Δβiを加算し、係数βiを更新し、nを1つインクリメントし、(Step1)に戻る。それ以外の場合には、係数βiを更新することなく、係数βiに0を代入し、WnにWn-1を代入し、nを1つインクリメントして(Step1)に戻る。
【0101】
SVM96は、以上の処理により得られた係数βiを用いて、次式(59)の計算を行なう。
【0102】
【数18】
Figure 0004513219
【0103】
[実施の形態5]
図6を参照して、本発明の実施の形態5に係る前置型非線形歪補償器は、無線周波数信号SINを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ2と、ダウンコンバータ2に接続され、ダウンコンバータ2の出力する中間周波数信号をサンプリングしてデジタル信号(中間周波数信号X(t))に変換するA/D変換器4と、A/D変換器4に接続され、後述する増幅器16の逆特性を有する関数を用いて、中間周波数信号X(t)を中間周波数信号Y(t)に変換する72と、SVM72に接続され、変換後の中間周波数信号Y(t)をアナログ信号に変換するD/A変換器12とを含む。
【0104】
前置型非線形歪補償器は、さらに、D/A変換器12に接続され、アナログの中間周波数信号を無線周波数信号S0に変換するアップコンバータ14と、アップコンバータ14に接続され、無線周波数信号S0を増幅して、出力信号SOUTを得る増幅器16と、増幅器16に接続され、出力信号SOUTを中間周波数信号に変換するダウンコンバータ18と、ダウンコンバータ18に接続され、中間周波数信号をデジタル信号(中間周波数信号Z(t))に変換するA/D変換器20とを含む。
【0105】
前置型非線形歪補償器は、さらに、A/D変換器20および後述する係数更新部78に接続され、A/D変換器20の出力する中間周波数信号Z(t)と、学習に用いた中間周波数信号ベクトルZi(i=1,...,n)とに基づいて、SVM72より出力される中間周波数信号Y′s(t)を出力するSVM74と、SVM72およびSVM74に接続され、中間周波数信号Y′s(t)と中間周波数信号Y(t)との差分を計算する減算器76と、A/D変換器4およびA/D変換器20に接続され、中間周波数信号X(t)およびZ(t)に基づいて、信号ベクトルおよびサポートベクトルのサイズmと増幅器16による遅延時間dとを求めるm・d決定部80と、減算器76、SVM72、A/D変換器20およびSVM74に接続され、減算器76の出力、SVM72の出力、および中間周波数信号Z(t)に基づいてSVM72における、増幅器16の逆特性を有する関数の係数を更新する係数更新部78とを含む。
【0106】
ここで、中間周波数信号X(t)、Y(t)およびZ(t)は、中間周波数をfIFとしたとき、次式(60)〜(62)で表わされる。ここで、x(t)、y(t)およびz(t)は、実施の形態1で説明したベースバンド信号に相当する。
【0107】
X(t)=Re{x(t)exp(j2πfIFt)} …(60)
Y(t)=Re{y(t)exp(j2πfIFt)} …(61)
Z(t)=Re{z(t)exp(j2πfIFt)} …(62)
実施の形態1に係る前置型非線形歪補償器は、中間周波数信号を直交変調し、ベースバンド信号に変換した後、ベースバンド信号に基づいて処理を行なっている。本実施の形態に係る前置型非線形歪補償器は、直交変調は行なわず、中間周波数信号のまま取扱いを行なうものである。しかし、その基本となる考え方は実施の形態1と同様である。このため、式の違いのみを説明し、その他の詳細な説明はここでは繰り返さない。
【0108】
SVM74は、以下の式(63)〜(66)に従って、Y′s(t)を出力する。また、更新係数部78は、Ys(t)とY′s(t)との誤差が最小になるようにαiを制御する。αiは次式(67)および(68)で表わされる最適化問題を解くことにより得られる。
【0109】
【数19】
Figure 0004513219
【0110】
SVM72は、次式(69)に従って、中間周波数信号Y(kT)は計算される。
【0111】
【数20】
Figure 0004513219
【0112】
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説明ではなくて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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0113】
【発明の効果】
ノイズフロアが低く、簡単な構成で高速処理可能な前置型非線形歪補償器を提供することができる。また、広帯域信号の補償も可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施の形態1に係る前置型非線形歪補償器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図2】 係数更新部における処理のフローチャートである。
【図3】 実施の形態2に係る前置型非線形歪補償器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図4】 実施の形態3に係る前置型非線形歪補償器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図5】 実施の形態4に係る前置型非線形歪補償器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【図6】 実施の形態5に係る前置型非線形歪補償器のハードウェア構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
2,18 ダウンコンバータ、4,20 A/D変換器、6,22 直交検波器、8,28 SVM、10 直交変調器、12 D/A変換器、14 アップコンバータ、16 増幅器、24,28 実数部抽出器、30 減算器、32 係数更新部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a front-end nonlinear distortion compensator, and more particularly to a front-end nonlinear distortion compensator using a support vector machine (hereinafter referred to as “SVM”) for regression analysis.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to realize nonlinear distortion compensation of a communication system, a pre-type nonlinear distortion compensator using various digital circuits has been created. There are two types of predistortion type non-linear distortion compensators using digital circuits, one using a look-up table and one estimating an inverse function of an amplifier.
[0003]
A pre-distortion distortion compensator using a look-up table divides the amplifier characteristics into small intervals with respect to the amplitude value of the input signal, and stores the representative values in the interval in a table to correspond to the transmission signal The output value is multiplied by the compensation value of the table to be output.
[0004]
On the other hand, a pre-linear distortion compensator that estimates the inverse function of an amplifier is called a pth-order-predistorter. This front-end nonlinear distortion compensator approximates the inverse function of a signal converter with a complex polynomial. The complex polynomial is derived from the most common Volterra series as a non-linear function expression format, and distortion compensation is performed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the front-end nonlinear distortion compensator using a look-up table, the values in the table take discrete values, and the floor noise increases due to the discontinuity of the values. In order to eliminate the floor noise, it is necessary to increase the number of data. However, there is a problem that increasing the number of data increases the memory capacity.
[0006]
In the pth-order-predistorter, it is necessary to increase the order of the complex polynomial in order to increase the calculation accuracy. For this reason, there is a problem that it takes time to calculate and the solution is difficult to converge.
[0007]
Furthermore, for a wideband signal, both the look-up table and the pth-order-predistorter need to compensate for the nonlinearity of the amplitude and phase for each frequency in the signal band, so that hardware implementation is difficult. There's a problem.
[0008]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a front-end non-linear distortion compensator capable of wide-band distortion compensation with a simple configuration.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a front-end nonlinear distortion compensator that can keep the noise floor low.
[0010]
Still another object of the present invention is to provide a pre-set nonlinear distortion compensator capable of high-speed processing.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A non-linear distortion compensator according to an aspect of the present invention includes a conversion support vector machine that converts an input signal using an inverse characteristic of a signal converter and supplies the converted signal to the signal converter; In the support vector machine for conversion based on the signal vector constituted by the conversion output signal sequence received from the conversion output signal converted by the converter and the signal vector constituted by the conversion output signal sequence extracted in the past. A support vector machine for estimation that estimates the input signal after conversion, and connected to the support vector machine for conversion and the support vector machine for estimation, and converted based on the output of the support vector machine for conversion and the output of the support vector machine for estimation Coefficient updater for updating coefficients of support vector machine for estimation and support vector machine for estimation Including the door.
[0012]
The inverse characteristics of the signal converter are estimated using an estimation support vector machine. Based on the output signal of the signal converter and the signal output from the conversion support vector machine, the coefficient updating means updates the coefficients of the conversion support vector machine and the estimation support vector machine. Since this configuration does not require a look-up table, the noise floor can be kept low, and a front-end nonlinear distortion compensator can be provided with a simple configuration. Further, the support vector machine is simpler to calculate and has a faster convergence time than the pth-order-predistorter. Therefore, it is possible to provide a front-end nonlinear distortion compensator capable of high-speed processing. Furthermore, distortion compensation is possible without requiring a special circuit (system) for a broadband signal.
[0013]
Preferably, the coefficient updating unit receives the conversion output signal, calculates a coefficient for a vector configured by the newly received conversion output signal sequence, and calculates the coefficient for the vector configured by the conversion output signal sequence input in the past. For the coefficient, only the perturbation is calculated, and the coefficient for the vector constituted by the conversion output signal sequence input in the past is updated.
[0014]
More preferably, the coefficient updating means is connected to the conversion support vector machine, and is connected to the first real part extraction means for extracting the real part of the output of the conversion support vector machine and the signal converter, and the signal A second real part extracting means for extracting the real part of the output of the converter, connected to the first and second real part extracting means, and based on the outputs of the first and second real part extracting means; And means for updating the coefficients of the transform support vector machine and the estimation support vector machine.
[0015]
More preferably, the pre-linear distortion compensator is further connected to the coefficient updating means, and based on the signal sequence of the input signal and the converted output signal sequence, the size of the signal vector and the support vector and the delay by the signal converter Means for calculating the time.
[0016]
More preferably, the support vector machine for conversion uses the inverse characteristic of the signal converter to convert the real part of the input signal and supplies the converted signal to the signal converter. An imaginary part conversion support vector machine that converts the imaginary part of the input signal using the inverse characteristics of the signal converter and supplies the converted signal to the signal converter. The support vector machine for estimation receives a real part of the converted output signal converted by the signal converter, and a signal vector constituted by a converted output signal sequence and a signal vector constituted by a converted output signal sequence extracted in the past. Based on the above, a support vector machine for real part estimation for estimating the input signal after conversion in the support vector machine for real part conversion, and an imaginary part of the conversion output signal converted by the signal converter, and receiving a conversion output signal sequence An imaginary part estimation support vector that estimates an input signal after conversion in an imaginary part conversion support vector machine based on a signal vector composed of the above and a signal vector composed of a conversion output signal sequence extracted in the past Including machines. The coefficient updating means is connected to the support vector machine for real part conversion and the support vector machine for real part estimation, and based on the output of the support vector machine for real part conversion and the output of the support vector machine for real part estimation, the real part conversion Real number coefficient updating means for updating the coefficients of the support vector machine and the real part estimation support vector machine, and the support vector machine for imaginary part conversion and the support vector machine for imaginary part estimation and support for imaginary part conversion Imaginary part coefficient updating means for updating the coefficients of the imaginary part conversion support vector machine and the imaginary part estimation support vector machine based on the vector machine output and the imaginary part estimation support vector machine output.
[0017]
More preferably, the conversion support vector machine is connected to the first amplitude calculator that calculates the amplitude of the input signal, the first phase calculator that calculates the phase of the input signal, and the first amplitude calculator. , Connected to the amplitude conversion support vector machine for converting the amplitude of the input signal into the amplitude of the signal after conversion, the first amplitude calculation unit and the first phase calculation unit, and the first amplitude calculation unit and the first phase Is connected to a support vector machine for phase conversion for obtaining the phase of the signal after conversion based on the output of the phase calculation unit, a support vector machine for amplitude conversion and a support vector machine for phase conversion, and a support vector machine for amplitude conversion and And a complex baseband signal converting unit for obtaining a converted signal based on the output of the support vector machine for phase conversion. The estimation support vector machine includes a second amplitude calculation unit for calculating the amplitude of the converted output signal converted by the signal converter, and a second phase calculation for calculating the phase of the converted output signal converted by the signal converter. And a signal vector that is connected to the second amplitude calculation unit and receives the output of the second amplitude calculation unit and is composed of the amplitude sequence of the converted output signal, and the amplitude sequence of the converted output signal extracted in the past And connected to an amplitude estimation support vector machine for estimating an amplitude of a signal after conversion in the amplitude conversion support vector machine, a second amplitude calculation unit, and a second phase calculation unit based on the configured signal vector. Receiving the outputs of the second amplitude calculation unit and the second phase calculation unit, the signal vector composed of the phase sequence of the converted output signal and the phase sequence of the converted output signal extracted in the past. That signal based on the vector, and a phase estimation support vector machines for estimating the phase of the signal after conversion in the phase conversion support vector machine. The coefficient updating means is connected to the support vector machine for amplitude conversion and the support vector machine for amplitude estimation, and based on the output of the support vector machine for amplitude conversion and the output of the support vector machine for amplitude estimation, Amplitude coefficient updating means for updating the coefficient of the support vector machine for amplitude estimation, and the support vector machine for phase conversion and the support vector for phase estimation connected to the support vector machine for phase conversion and the support vector machine for phase estimation Phase coefficient updating means for updating the coefficients of the phase conversion support vector machine and the phase estimation support vector machine based on the output of the machine.
[0018]
More preferably, the input signal, the output of the conversion support vector machine, and the output of the signal converter are intermediate frequency signals.
[0019]
More preferably, the signal converter is an amplifier.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
Referring to FIG. 1, a pre-linear distortion compensator according to an embodiment of the present invention includes a radio frequency signal S. IN Is converted to an intermediate frequency signal, an A / D converter 4 connected to the down converter 2 for sampling the intermediate frequency signal output from the down converter 2 and converting it into a digital signal, and an A / D converter 4 and a quadrature detector 6 for converting the sampled intermediate frequency signal to a baseband signal x (t), and a quadrature detector 6 connected to the quadrature detector 6, and using the inverse characteristic of the amplifier 16, the baseband signal x ( an SVM (support vector machine) 8 that converts t) into a baseband signal y (t), a quadrature modulator 10 that is connected to the SVM 8 and converts the converted baseband signal y (t) into an intermediate frequency signal; A D / A converter 12 connected to the quadrature modulator 10 and converting an intermediate frequency signal output from the quadrature modulator 10 into an analog signal.
[0021]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to the D / A converter 12 and converts the analog intermediate frequency signal to the radio frequency signal S. 0 And an output signal S output from the amplifier 16 and connected to the amplifier 16. OUT Is converted to an intermediate frequency signal, a down converter 18 connected to the down converter 18, an A / D converter 20 converting the intermediate frequency signal into a digital signal, and an A / D converter 20 connected to A quadrature detector 22 for converting to a band signal z (t), and a real part extractor 24 connected to the quadrature detector 22 for extracting a real part Re {z (t)} of the baseband signal z (t). Including.
[0022]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to a real part extractor 24 and a coefficient updating part 32 described later, and used for learning, a real part Re {z (t)} output from the real part extractor 24. Based on the baseband signal vector zi (i = 1,..., N), the SVM 26 that outputs the estimated value Re {y ′ (t)} of the real part of the baseband signal output from the SVM 8, and the SVM 8 To the real part extractor 28 for extracting the real part Re {y (t)} of the baseband signal y (t), and connected to the real part extractor 28 and the SVM 26 to estimate the real part of the baseband signal A subtractor 30 for calculating a difference between the value Re {y ′ (t)} and the real part Re {y (t)} of the baseband signal y (t), a subtractor 30, a real part extractor 28, and SVM8. , Connected to SVM 26 and real part extractor 24 A coefficient updating unit that updates the coefficients of the SVM 8 and the SVM 26 that realize the inverse characteristics of the amplifier 16 based on the output of the subtracter 30, the output of the SVM 26, the output of the real part extractor 28, and the output of the real part extractor 24. 32.
[0023]
The quadrature detector 6 is realized in analog, the output of the down converter 2 is received by the quadrature detector 6, the output of the quadrature detector 6 is converted to digital by the A / D converter 4, and the output is supplied to the SVM 8. You may be the structure to do. Further, the quadrature modulator 10 is realized in analog, the output of the SVM 8 is received by the D / A converter 12, the output of the D / A converter 12 is received by the quadrature modulator 10, and the output of the quadrature modulator 10 is up-converted. 12 may be provided. Further, the quadrature detector 22 is realized in analog, the output of the down converter 18 is received by the quadrature detector 22, the output of the quadrature detector 22 is received by the A / D converter 20, and the output of the A / D converter 20 is received. The configuration may be such that the real part extractor 24 is supplied.
[0024]
S IN , S 0 And S OUT Are represented by formulas (1) to (3), respectively.
Figure 0004513219
x (t), y (t) and z (t) are respectively the band signals S IN , S 0 And S OUT The complex envelope (baseband signal). j represents an imaginary number. f RF Represents a radio frequency. t represents time.
[0025]
[Operation principle of nonlinear distortion compensator]
P = | y (t) | 2 Assuming that the input / output characteristics in the baseband region of the amplifier 16 is f (P) with f being a complex function, the relationship between the baseband signals y (t) and z (t) is expressed by the following equation (4). Can be expressed as follows.
[0026]
In general, a nonlinear distortion compensator aims to obtain an input / output characteristic g (P) that satisfies the relationship of the following expression (5) with respect to f (P). If the input / output characteristic g (P) can be obtained, the following equations (6) and (7) hold, and S IN Against S OUT Can be linearized.
[0027]
[Expression 1]
Figure 0004513219
[0028]
In the present embodiment, g (P) is estimated by SVM 26 and coefficient updating unit 32. Specifically, the coefficient of the function of the SVM 26 is updated so that the error e (t) between y (t) and y ′ (t) estimated from z (t) is minimized. If this calculation converges, the SVM 26 has the inverse characteristics of the amplifier 16. For this reason, the nonlinearity of the amplifier 16 can be compensated by giving the same coefficient to the SVM 8 as the SVM 26.
[0029]
[Inverse function calculation]
In the present embodiment, the inverse characteristic g (P) of the input / output characteristic of the amplifier 16 is estimated using a support vector machine. The support vector machine itself is a well-known technique that has been extensively studied mainly in the case of application to classification problems such as the field of pattern recognition. However, there is no case where the support vector machine is applied to the regression problem as in the present invention.
[0030]
The conditions for calculation are summarized below.
Calculations for nonlinear distortion compensation are performed on discrete signals rather than time continuous signals. When hardware is used, an A / D converter is used to convert a continuous signal into a discrete signal, and after the calculation, the discrete signal is restored to a continuous signal by the A / D converter.
・ Signal processing is performed not on the band system but on the baseband system or the intermediate frequency signal. In the case of the baseband system, the amplifier 16 can be regarded as a system that receives the baseband signal y (t) equivalently and outputs z (t).
[0031]
[Description of operation of SVM 26]
Output y ′ of SVM 26 at time kT (T: sampling interval of A / D conversion and D / A conversion) s (KT) is obtained by the following equation (8).
[0032]
[Expression 2]
Figure 0004513219
[0033]
Here, m is the size of a signal vector and a support vector described later, n is the number of data vectors used for learning, and p i Is the time when the i-th learning data vector is acquired. Learning data acquisition timing p i Is determined experimentally from system performance. z i (I = 1,..., N) is a data vector for learning the input / output characteristics of the amplifier 16. α i Is z i Is a weighting coefficient (real number) corresponding to. In general, α i When is zero, the corresponding z i Does not need to be added to the calculation and can be discarded. Conversely, α i When is non-zero, the corresponding z i Is called a support vector. Also, non-zero α i Is called the dimension of the support vector machine. For example, non-zero α i If the number of is 73, the number of dimensions of the support vector machine is 73. Furthermore, the number of dimensions does not increase beyond a certain value even if the learning data is increased. This upper bound value is called a VC (Vapnik and Chervonenkis) dimension.
[0034]
K (V_x, V_y) is a function called an inner product kernel. In the present embodiment, Equation (8), which is a linear sum of inner product kernels, is expressed as an appropriate α. i Is selected to meet the inverse characteristic g (P) of the input / output characteristic of the amplifier 16. The variable prefix “V_” indicates that the variable is a vector. Such general problems that fit the input / output functions of the system to unknown functions are collectively called “regression problems”. The following equations (12) to (14) are examples of commonly used inner product kernels.
[0035]
[Equation 3]
Figure 0004513219
[0036]
Which inner product kernel is most suitable for expressing the inverse function varies depending on the system. In practice, the best characteristic is selected after performing several tests before operation. Of course, the function other than the above can be used as long as the inverse function g (P) can be estimated better and the expected effect can be obtained.
[0037]
Further, in equation (8), only the real part of the complex number is extracted, and the output of the SVM 26 is calculated. This is to solve the problem that the support vector machine cannot handle complex numbers.
[0038]
[Description of operation of coefficient updating unit 32]
The coefficient updating unit 32 determines that the error e (t) between Re {y (t)} and Re {y ′ (t)} is minimized. i To control. α i Is obtained by solving the optimization problem expressed by the following equations (15) and (16).
[0039]
[Expression 4]
Figure 0004513219
[0040]
However, a positive value C is a constant corresponding to a penalty for a sample that violates the constraint. ε is a margin for noise. Usually, both constants are obtained experimentally.
[0041]
The input / output characteristics of the amplifier 16 are considered to vary depending on the surrounding environment. For this reason, adaptively α i Needs to be updated.
[0042]
The coefficient updating unit 32 performs α as follows: i Update the value of.
(1) The coefficient updating unit 32 generates n-1 sets of data V_z. i And coefficient α i Suppose you have
(2) The coefficient updating unit 32 generates the nth data V_z. n Get
(3) α 1 ,. . . , Α n-1 For, the coefficient is fixed and α n Only the optimization problem expressed by the equation (15) is solved.
(4) α n To correct the deviation (perturbation) from the optimal solution due to the addition of i , (I = 1,..., N), error (perturbation) Δα i Calculate
[0043]
As described above, by calculating only the perturbation of the coefficient due to the addition of new data, the amount of calculation can be reduced compared to the case where all the coefficients are recalculated.
[0044]
A specific example of the coefficient updating method is shown below. However, this specific example is an example of realization and does not necessarily have to be this way. In the following, T = 1 is set for the sake of simplicity. Even in this way, generality is not lost.
[0045]
Referring to FIG. 2, coefficient updating unit 32 calculates n = 1, α n = 1, y ′ (p n ) = 0 (S2). Learning data V_z n And y s (P n ) Is obtained (S4). However, V_z n And y s (P n ) Is expressed as follows: Here, d represents a delay time by the amplifier 16.
[0046]
[Equation 5]
Figure 0004513219
[0047]
The subtractor 30 calculates the estimation error e (p n ) Is calculated according to the following equation (19) (S6).
e (p n ) = Re {y s (P n )}-Re {y ′ s (P n )} ... (19)
The coefficient updating unit 32 uses e (p n ) And a margin ε for noise (see equation (15)) (S8). e (p n ) ≦ ε (YES in S8), α n 0 is substituted into n and n is incremented by 1 (S10). Thereafter, the process returns to S4.
[0048]
e (p n )> Ε (NO in S8), the coefficient α n Is calculated according to the following equation (20) (S12).
[0049]
[Formula 6]
Figure 0004513219
[0050]
Next, the coefficient updating unit 32 calculates the coefficient α according to the following equation (21). i , I = 1,. . . , N are calculated (S14). Where α i For the coefficient where = 0, the perturbation is not calculated.
[0051]
Δα i = Η i {E i -Εsign (α i )} ... (21)
e i Uses the previously calculated value updated by the following rules (1) to (2).
[0052]
(1) e i The initial value of is y s (P i ).
Figure 0004513219
And η i Is obtained according to the following equation (23). The coefficient updating unit 32 calculates the following equation (24) (S16).
[0053]
[Expression 7]
Figure 0004513219
[0054]
As a result of the calculation of Expression (24), W n > W n-1 If so (YES in S18), the coefficient α i Perturbation component Δα i And add coefficient α i Is updated (S20). W n ≦ W n-1 If (NO in S18), α n Substitute 0 for W n To W n-1 Is substituted (S22). After the process of S20 or S22, the coefficient updating unit 32 increments n by one and returns the process control to S4.
[0055]
[Description of SVM8 operation]
The SVM 8 uses the coefficient α updated by the coefficient updating unit 32. i Is used to convert the baseband signal x (t) to the baseband signal y (t) according to the following equations (25) and (26). Im (V_x) represents the imaginary part of the complex number representation of the vector V_x.
[0056]
[Equation 8]
Figure 0004513219
[0057]
In the above example, the support vector machine is used for correcting the output of the amplifier 16 having a nonlinear input / output characteristic whose input / output characteristic is unknown. However, the present invention is applicable only to the amplifier 16. is not. Generally, the present invention can be applied to a signal conversion circuit whose input / output characteristics are unknown.
[0058]
As described above, according to the present embodiment, a signal having the inverse characteristic of the amplifier 16 is estimated using the SVM 26. Based on the signal and the signal output from the SVM 8, the coefficient updating unit 32 updates the coefficient of the function having the inverse characteristic of the amplifier 16. Since this configuration does not require a look-up table, the noise floor can be kept low, and a front-end nonlinear distortion compensator can be provided with a simple configuration. Further, the support vector machine is simpler to calculate and has a faster convergence time than the pth-order-predistorter. Therefore, it is possible to provide a front-end nonlinear distortion compensator capable of high-speed processing.
[0059]
When a wideband signal is input, it is possible to compensate by appropriately setting the data vector size m even when the nonlinearity of the amplifier is narrower than the signal band.
[0060]
[Embodiment 2]
Referring to FIG. 3, the pre-linear distortion compensator according to Embodiment 2 of the present invention is the same as the pre-linear distortion compensator according to Embodiment 1 described with reference to FIG. The d determining unit 44 is added, and the coefficient updating unit 42 is used instead of the coefficient updating unit 32. Other components are the same as those in the first embodiment. For this reason, those descriptions are not repeated here.
[0061]
The m · d determination unit 44 is connected to the quadrature detection units 6 and 22. The coefficient updating unit is connected to the SVM 8, the real part extracting unit 28, the subtracter 30, the SVM 26, the real part extracting unit 24, and the m · d determining unit 44.
[0062]
The m · d determining unit 44 uses the evaluation function e represented by the following equation (27). r The size m of the signal vector and the support vector and the delay time d by the amplifier 16 are obtained so that (k) is minimized. The coefficient updating unit 42 uses the m and d determined by the m, d determining unit 44 to use the coefficient α. n Update. The operation of the coefficient updating unit 42 is the same as that shown in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
[0063]
e r (K) = | z (t) −kx (t) | 2 ... (27)
The SVM 8 obtains the baseband signal y (kT) according to the following equation (28).
[0064]
[Equation 9]
Figure 0004513219
[0065]
[Embodiment 3]
Referring to FIG. 4, the front-end nonlinear distortion compensator according to Embodiment 3 of the present invention includes a radio frequency signal S. IN Is converted to an intermediate frequency signal, an A / D converter 4 connected to the down converter 2 for sampling the intermediate frequency signal output from the down converter 2 and converting it into a digital signal, and an A / D converter 4 and a quadrature detector 6 for converting the sampled intermediate frequency signal to a baseband signal x (t), and a quadrature detector 6 connected to the quadrature detector 6 and the real part Re {x ( t)} to extract a real part extractor 52, an imaginary part extractor 56 connected to the quadrature detector 6 to extract an imaginary part Im {x (t)} of the baseband signal x (t), and an imaginary part An SVM 54 connected to the extractor 52 for converting Re {x (t)} into a real part Re {y (t)} of the baseband signal y (t) using an inverse characteristic of the amplifier 16 described later; In the imaginary part extractor 56 Connected to SVMs 58 and 58, which convert Im {x (t)} into an imaginary part Im {y (t)} of the baseband signal y (t) using the inverse characteristics of the amplifier 16. A quadrature modulator 10 that converts the converted baseband signal y (t) into an intermediate frequency signal, and a D / D that is connected to the quadrature modulator 10 and converts the intermediate frequency signal output from the quadrature modulator 10 into an analog signal. A converter 12.
[0066]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to the D / A converter 12 and converts the analog intermediate frequency signal to the radio frequency signal S. 0 And an output signal S output from the amplifier 16 and connected to the amplifier 16. OUT Is converted to an intermediate frequency signal, a down converter 18 connected to the down converter 18, an A / D converter 20 converting the intermediate frequency signal into a digital signal, and an A / D converter 20 connected to A quadrature detector 22 that converts to a band signal z (t); a real part extractor 24 that is connected to the quadrature detector 22 and extracts a real part Re {z (t)} of the baseband signal z (t); And an imaginary part extractor 60 that is connected to the quadrature detector 22 and extracts the imaginary part Im {z (t)} of the baseband signal z (t).
[0067]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to a real part extractor 24 and a coefficient updating unit 42 described later, and is used for learning with a real part Re {z (t)} output from the real part extractor 24. Based on the baseband signal vector zi (i = 1,..., N), the SVM 26 that outputs the estimated value Re {y ′ (t)} of the real part of the baseband signal output from the SVM 54, and the imaginary number Imaginary part Im {z (t)} output from the imaginary part extractor 60 and the baseband signal vector zi (i = 1,..., N). Are connected to the SVM 62 that outputs the estimated value Im {y '(t)} of the imaginary part of the baseband signal output from the SVM 58, and the estimated value Re of the real part of the baseband signal. {Y '( )} And a subtractor 30 for calculating the difference between the real part Re {y (t)} of the baseband signal y (t), and the estimated value Im {of the imaginary part of the baseband signal, connected to the SVM 58 and SVM 62. y ′ (t)} and a subtractor 64 for calculating the difference between the imaginary part Im {y (t)} of the baseband signal y (t) and the quadrature detectors 6 and 22 to be connected to the signal vector and support The m · d determining unit 44 for obtaining the vector size m and the delay time d by the amplifier 16 is connected to the subtractor 30, SVM 54, SVM 26, the real part extractor 24 and the m · d determining unit 44. Based on the output, the output of the SVM 26, the output of the SVM 54, the output of the real part extractor 24 and the output of the m · d determining unit 44, the coefficient of the function having the inverse characteristic of the amplifier 16 in the SVM 54 is updated. The number update unit 42 is connected to the subtractor 64, SVM 58, SVM 62, real part extractor 60, and m · d determination unit 44, and the output of the subtractor 64, the output of SVM 62, the output of SVM 58, and the real part extractor 60 Based on the output and the output of the m · d determining unit 44, a coefficient updating unit 66 that updates the coefficient of the function having the inverse characteristic of the amplifier 16 in the SVM 58 is included.
[0068]
The SVM 54 and the SVM 58 perform only the calculation for the real part and the imaginary part, respectively, among the calculations of the SVM 8. The calculation of SVM8 is the same as that described in the first embodiment. Therefore, detailed description thereof will not be repeated here.
[0069]
The SVM 62 obtains the estimated value Im {y ′ (t)} of the imaginary part of the baseband signal according to the same method as the estimated value Re {y ′ (t)} of the real part of the baseband signal in the SVM 26. The processing in the SVM 26 is as described in the first embodiment.
[0070]
The coefficient updating unit 66 determines that the coefficient updating unit 32 minimizes the error e (t) between Re {y (t)} and Re {y ′ (t)}. i Is controlled so that the error between Im {y (t)} and Im {y ′ (t)} is minimized. i To control. The processing in the coefficient updating unit 32 is as described in the first embodiment.
[0071]
As described above, according to the non-linear distortion compensator of this embodiment, the real part of the amplifier baseband output is corrected for the real part of the input signal, and the imaginary number of the amplifier baseband output is corrected for the imaginary part. Each part is used to estimate the inverse function with a separate support vector machine, and the real and imaginary parts of the input signal are corrected separately. With such a configuration, the compensation accuracy is improved.
[0072]
The SVM 54 obtains the real part of the baseband signal y (kT) according to the following equation (29), and the SVM 58 obtains the imaginary part of the baseband signal y (kT) according to the following equation (30).
[0073]
[Expression 10]
Figure 0004513219
[0074]
[Embodiment 4]
Referring to FIG. 5, the front-end nonlinear distortion compensator according to Embodiment 4 of the present invention includes a radio frequency signal S. IN Is converted to an intermediate frequency signal, an A / D converter 4 connected to the down converter 2 for sampling the intermediate frequency signal output from the down converter 2 and converting it into a digital signal, and an A / D converter 4 and a quadrature detector 6 for converting the sampled intermediate frequency signal to a baseband signal x (t), and an amplitude when the baseband signal x (t) is expressed in polar coordinates by being connected to the quadrature detector 6. A x The phase φ when the baseband signal x (t) is expressed in polar coordinates by being connected to the amplitude calculation unit 92 that outputs (t) and the quadrature detector 6. x The baseband signal x (t) is converted into the baseband signal y (t) using the inverse characteristic of the amplifier 16 described later, which is connected to the phase calculation unit 98 that outputs (t) and the amplitude calculation unit 92. The amplitude A when the baseband signal x (t) is expressed in polar coordinates. x Amplitude A when the baseband signal y (t) is expressed in polar coordinates from (t) y When the baseband signal x (t) is converted into the baseband signal y (t) using the inverse characteristic of the amplifier 16 connected to the SVM 94 for deriving (t) and the amplitude calculator 92, the baseband Phase φ when signal y (t) is expressed in polar coordinates y Phase φ when the baseband signal x (t) is expressed in polar coordinates from (t) x Value obtained by subtracting (t) Δφ x Is connected to the SVM 96 and the phase calculation unit 98, and the output Δφ of the SVM 96 is derived. x And output φ of the phase calculation unit 98 x (T) as input, phase φ y An adder 102 that outputs (t), and is connected to the SVM 94 and the adder 102, and the amplitude A y (T) and phase φ y A complex baseband signal generating unit 100 that generates a complex baseband signal y (t) from (t) and an orthogonal unit that is connected to the complex baseband signal converting unit 100 and converts the baseband signal y (t) into an intermediate frequency signal. A modulator 10 and a D / A converter 12 connected to the quadrature modulator 10 and converting an intermediate frequency signal output from the quadrature modulator 10 into an analog signal are included.
[0075]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to the D / A converter 12 and converts the analog intermediate frequency signal to the radio frequency signal S. 0 An up-converter 14 for conversion into a radio frequency signal S connected to the up-converter 14 0 Output signal S OUT And an output signal S connected to the amplifier 16. OUT Is converted to an intermediate frequency signal, a down converter 18 connected to the down converter 18, an A / D converter 20 converting the intermediate frequency signal into a digital signal, and an A / D converter 20 connected to A quadrature detector 22 for converting to a band signal z (t) and an amplitude A when connected to the quadrature detector 22 and representing the baseband signal z (t) in polar coordinates. z An amplitude calculation unit 118 that calculates (t) and a phase φ when the baseband signal z (t) is expressed in polar coordinates by being connected to the quadrature detector 22. z And a phase calculation unit 120 that calculates (t).
[0076]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to the amplitude calculation unit 118, and the amplitude A z From (t), the amplitude A when the baseband signal y (t) is expressed in polar coordinates. y Estimated value A ′ of (t) y The SVM 112 that calculates (t) and the amplitude calculation unit 118 are connected to the amplitude A z From (t), the phase φ when the baseband signal y (t) is expressed in polar coordinates y Estimated value φ ′ of (t) y From (t) to phase φ z A value Δφ obtained by subtracting (t) z Is connected to the SVM 112 and the amplitude A y From (t), amplitude A ′ y The subtractor 106 for obtaining a value obtained by subtracting (t) is connected to the SVM 114 and the phase calculation unit 120, and the phase φ z (T) and the value Δφ z (T) and the phase φ ′ y The adder 116 for obtaining (t) is connected to the adder 102 and the adder 116, and the phase φ y From (t), phase φ ′ y A subtractor 110 for obtaining a value obtained by subtracting (t); an m · d determining unit 44 connected to the quadrature detector 6 for obtaining the size m of the signal vector and the support vector and the delay time d by the amplifier 16; The d determination unit 44, the subtractor 106, and the amplitude calculation unit 118 are connected, and the output of the m · d determination unit 44, the output of the subtractor 106, and the amplitude A z Based on (t), the coefficient updating unit 104 that updates the coefficient of the SVM 94, the m · d determining unit 44, the subtractor 110, and the phase calculating unit 120 are connected, and the output of the m · d determining unit 44, the subtracter 110 Output and phase φ z And a coefficient updating unit 108 that updates the coefficient of the SVM 96 based on (t).
[0077]
The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Since the operation is the same, the description will not be repeated here.
[0078]
Baseband signal x (t) output from the quadrature detector 6 and amplitude A output from the amplitude calculator 92 x (T) and the phase φ output from the phase calculation unit 98 x The relationship shown in the following equation (31) is established between (t) and (t). The amplitude calculation unit 92 calculates the amplitude A by the following equation (32). x (T) is calculated, and the phase calculation unit 98 calculates the phase φ by the following equation (33). x (T) is calculated.
[0079]
The complex baseband signal converting unit 100 calculates the baseband signal y (t) according to the following equation (34).
[0080]
Baseband signal z (t) output from the quadrature detector 22, amplitude A output from the amplitude calculator 118 z (T) and the phase φ output from the phase calculation unit 120 z The relationship shown in the following equation (35) is established between (t) and (t). The amplitude calculator 118 calculates the amplitude A by the following equation (36). z (T) is calculated, and the phase calculation unit 120 calculates the phase φ by the following equation (37). z (T) is calculated.
[0081]
## EQU11 ##
Figure 0004513219
[0082]
The SVM 94 obtains the amplitude of the baseband signal y (kT) according to the following equations (38) and (39).
[0083]
[Expression 12]
Figure 0004513219
[0084]
For the amplitude, the same processing as in the first embodiment is performed.
The SVM 112 performs A ′ according to the following equations (40) to (43). ys (KT) is output. In addition, the coefficient update unit 104 ys (T) and A ' ys Α so that the error from (t) is minimized. i To control. α i Is obtained by solving the optimization problem expressed by the following equations (44) and (45).
[0085]
[Formula 13]
Figure 0004513219
[0086]
For the phase, the following processing is performed. The SVM 114 uses Δφ according to the following equations (46) to (49). z (KT) is output. In addition, the coefficient updating unit 108 ys (T) and φ ' ys Β so that the error from (t) is minimized. i To control.
[0087]
[Expression 14]
Figure 0004513219
[0088]
β i Is obtained by the coefficient updating unit 108 according to the following update procedures (Step 0) to (Step 5).
[0089]
(Step 0)
n = 1, β n = 1, φ ' y (P i ) = 0, Δφ z = 0.
[0090]
(Step 1)
Learning data V_A zn And φ s (P n ). However, V_A zn And φ s (P n ) Is expressed by the following equations (50) and (51).
[0091]
[Expression 15]
Figure 0004513219
[0092]
(Step 2)
Estimated error e (p n ) Is calculated in the subtractor 110 according to the following equations (52) and (53).
[0093]
e (p n ) = Φ ys (P n ) −φ ′ ys (P n ... (52)
φ ′ ys (P n ) = Φ z (P n ) + Δφ z ... (53)
e (p n ) ≦ ε, β n = 0, n ← n + 1, and return to (Step 1). In other cases, the process proceeds to (Step 3).
[0094]
(Step 3)
Coefficient β n Is calculated according to the following equation (54).
[0095]
[Expression 16]
Figure 0004513219
[0096]
(Step 4)
Coefficient β i , I = 1,. . . , N are calculated according to the following equation (55). However, β i Data of = 0 is not updated.
[0097]
Δβ i = Η i {E i -Εsign (β i )}… (55)
e i Uses the previously calculated value updated with the following rules.
[0098]
e i The initial value of is y s (P i ).
e i ← e ii K (Z_A zi , Z_A zi ), I = 1,. . . , N
... (56)
η i = 1 / K (Re {V_A zi , V_A zi }) (57)
(Step 5)
The following equation (58) is calculated.
[0099]
[Expression 17]
Figure 0004513219
[0100]
As a result of the calculation of Expression (58), W n > W n-1 Then the coefficient β i Perturbation component Δβ i And add the coefficient β i Is updated, n is incremented by 1, and the process returns to (Step 1). Otherwise, the coefficient β i Without updating the coefficient β i Substitute 0 for W n To W n-1 Is substituted, n is incremented by 1, and the process returns to (Step 1).
[0101]
The SVM 96 uses the coefficient β obtained by the above processing. i The following equation (59) is calculated using
[0102]
[Formula 18]
Figure 0004513219
[0103]
[Embodiment 5]
Referring to FIG. 6, the pre-linear nonlinear distortion compensator according to the fifth embodiment of the present invention includes a radio frequency signal S. IN Is converted to an intermediate frequency signal, and A / D conversion is connected to the down converter 2 and samples the intermediate frequency signal output from the down converter 2 and converts it into a digital signal (intermediate frequency signal X (t)). The intermediate frequency signal X (t) is converted to an intermediate frequency signal Y (t) using a function connected to the converter 4 and the A / D converter 4 and having an inverse characteristic of the amplifier 16 described later, and an SVM 72 And a D / A converter 12 for converting the converted intermediate frequency signal Y (t) into an analog signal.
[0104]
The front-end nonlinear distortion compensator is further connected to the D / A converter 12 and converts the analog intermediate frequency signal to the radio frequency signal S. 0 An up-converter 14 for conversion into a radio frequency signal S connected to the up-converter 14 0 Output signal S OUT And an output signal S connected to the amplifier 16. OUT Is converted to an intermediate frequency signal, and an A / D converter 20 is connected to the down converter 18 and converts the intermediate frequency signal into a digital signal (intermediate frequency signal Z (t)).
[0105]
The front-end non-linear distortion compensator is further connected to the A / D converter 20 and a coefficient updating unit 78 described later, and is used for the intermediate frequency signal Z (t) output from the A / D converter 20 and learning. The intermediate frequency signal Y ′ output from the SVM 72 based on the intermediate frequency signal vector Zi (i = 1,..., N). s The SVM 74 that outputs (t) and the intermediate frequency signal Y ′ connected to the SVM 72 and the SVM 74 s (T) is connected to a subtractor 76 for calculating the difference between the intermediate frequency signal Y (t) and the A / D converter 4 and the A / D converter 20, and the intermediate frequency signals X (t) and Z (t ) To determine the size m of the signal vector and the support vector and the delay time d by the amplifier 16, and is connected to the subtractor 76, the SVM 72, the A / D converter 20 and the SVM 74 for subtraction. And a coefficient updating unit 78 for updating the coefficient of the function having the inverse characteristic of the amplifier 16 in the SVM 72 based on the output of the generator 76, the output of the SVM 72, and the intermediate frequency signal Z (t).
[0106]
Here, the intermediate frequency signals X (t), Y (t) and Z (t) IF Is expressed by the following equations (60) to (62). Here, x (t), y (t), and z (t) correspond to the baseband signals described in the first embodiment.
[0107]
X (t) = Re {x (t) exp (j2πf IF t)} (60)
Y (t) = Re {y (t) exp (j2πf IF t)} (61)
Z (t) = Re {z (t) exp (j2πf IF t)} (62)
The front-end nonlinear distortion compensator according to Embodiment 1 performs an orthogonal frequency modulation on an intermediate frequency signal and converts it into a baseband signal, and then performs processing based on the baseband signal. The front-end nonlinear distortion compensator according to the present embodiment is not subjected to quadrature modulation, but is handled as an intermediate frequency signal. However, the basic idea is the same as in the first embodiment. For this reason, only the difference in the equations will be described, and other detailed description will not be repeated here.
[0108]
The SVM 74 determines Y ′ according to the following equations (63) to (66): s (T) is output. In addition, the update coefficient unit 78 s (T) and Y ' s Α so that the error from (t) is minimized. i To control. α i Is obtained by solving the optimization problem expressed by the following equations (67) and (68).
[0109]
[Equation 19]
Figure 0004513219
[0110]
The SVM 72 calculates the intermediate frequency signal Y (kT) according to the following equation (69).
[0111]
[Expression 20]
Figure 0004513219
[0112]
The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[0113]
【The invention's effect】
A pre-linear distortion compensator having a low noise floor and capable of high-speed processing with a simple configuration can be provided. In addition, broadband signal compensation is also possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a hardware configuration of a front-end nonlinear distortion compensator according to a first embodiment.
FIG. 2 is a flowchart of processing in a coefficient updating unit.
FIG. 3 is a block diagram showing a hardware configuration of a front-end nonlinear distortion compensator according to the second embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a hardware configuration of a front-end nonlinear distortion compensator according to a third embodiment.
FIG. 5 is a block diagram illustrating a hardware configuration of a front-end nonlinear distortion compensator according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a block diagram showing a hardware configuration of a front-end nonlinear distortion compensator according to a fifth embodiment.
[Explanation of symbols]
2,18 down converter, 4,20 A / D converter, 6,22 quadrature detector, 8,28 SVM, 10 quadrature modulator, 12 D / A converter, 14 up converter, 16 amplifier, 24, 28 real number Part extractor, 30 subtractor, 32 coefficient update part.

Claims (8)

信号変換器の逆特性を用いて、入力信号を変換し、変換後の信号を信号変換器に供給する変換用サポートベクトルマシンと、
前記信号変換器で変換された変換出力信号を受け、前記変換出力信号列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号列により構成される信号ベクトルとに基づいて、前記変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の入力信号を推定する推定用サポートベクトルマシンと、
前記変換用サポートベクトルマシンおよび前記推定用サポートベクトルマシンに接続され、前記変換用サポートベクトルマシンの出力および前記推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、前記変換用サポートベクトルマシンおよび前記推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための係数更新手段とを含む、前置型非線形歪補償器。
A conversion support vector machine that converts the input signal using the inverse characteristics of the signal converter and supplies the converted signal to the signal converter;
The conversion output signal converted by the signal converter is received, and based on the signal vector configured by the conversion output signal sequence and the signal vector configured by the conversion output signal sequence extracted in the past, the conversion output signal A support vector machine for estimation for estimating the input signal after conversion in the support vector machine;
The support vector machine for conversion and the support vector for estimation are connected to the support vector machine for conversion and the support vector machine for estimation, and based on the output of the support vector machine for conversion and the output of the support vector machine for estimation, And a coefficient non-linear distortion compensator including coefficient updating means for updating a coefficient of the machine.
前記係数更新手段は、前記変換出力信号を受け、新たに受けた前記変換出力信号列により構成されるベクトルに対して前記係数を計算し、過去に入力された前記変換出力信号列により構成されるベクトルに対する前記係数に対しては、摂動分のみを計算し、過去に入力された前記変換出力信号列により構成されるベクトルに対する前記係数を更新する、請求項1に記載の前置型非線形歪補償器。The coefficient updating means receives the converted output signal, calculates the coefficient for a vector constituted by the newly received converted output signal string, and is constituted by the converted output signal string input in the past 2. The pre-linear distortion compensation according to claim 1, wherein only the perturbation component is calculated for the coefficient for the vector, and the coefficient for the vector configured by the converted output signal sequence input in the past is updated. vessel. 前記係数更新手段は、
前記変換用サポートベクトルマシンに接続され、前記変換用サポートベクトルマシンの出力の実数部を抽出するための第1の実数部抽出手段と、
前記信号変換器に接続され、前記信号変換器の出力の実数部を抽出するための第2の実数部抽出手段と、
前記第1および第2の実数部抽出手段に接続され、前記第1および第2の実数部抽出手段の出力に基づいて、前記変換用サポートベクトルマシンおよび前記推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための手段とを含む、請求項1に記載の前置型非線形歪補償器。
The coefficient updating means includes
A first real part extracting means connected to the conversion support vector machine for extracting a real part of the output of the conversion support vector machine;
A second real part extraction means connected to the signal converter for extracting the real part of the output of the signal converter;
Connected to the first and second real part extraction means, and updates the coefficients of the conversion support vector machine and the estimation support vector machine based on the outputs of the first and second real part extraction means And a non-linear distortion compensator according to claim 1.
さらに、前記係数更新手段に接続され、前記入力信号の信号列と前記変換出力信号列とに基づいて、信号ベクトルおよびサポートベクトルのサイズと前記信号変換器による遅延時間とを算出するための手段を含む、請求項1に記載の前置型非線形歪補償器。And means for calculating the size of the signal vector and the support vector and the delay time by the signal converter based on the signal sequence of the input signal and the converted output signal sequence, connected to the coefficient updating means. The front-end nonlinear distortion compensator according to claim 1, comprising: 前記変換用サポートベクトルマシンは、
信号変換器の逆特性を用いて、前記入力信号の実数部を変換し、変換後の信号を前記信号変換器に供給する実数部変換用サポートベクトルマシンと、
信号変換器の逆特性を用いて、前記入力信号の虚数部を変換し、変換後の信号を前記信号変換器に供給する虚数部変換用サポートベクトルマシンとを含み、
前記推定用サポートベクトルマシンは、
前記信号変換器で変換された変換出力信号の実数部を受け、前記変換出力信号列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号列により構成される信号ベクトルとに基づいて、前記実数部変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の入力信号を推定する実数部推定用サポートベクトルマシンと、
前記信号変換器で変換された変換出力信号の虚数部を受け、前記変換出力信号列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号列により構成される信号ベクトルとに基づいて、前記虚数部変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の入力信号を推定する虚数部推定用サポートベクトルマシンとを含み、
前記係数更新手段は、
前記実数部変換用サポートベクトルマシンおよび前記実数部推定用サポートベクトルマシンに接続され、前記実数部変換用サポートベクトルマシンの出力および前記実数部推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、前記実数部変換用サポートベクトルマシンおよび前記実数部推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための実数部係数更新手段と、
前記虚数部変換用サポートベクトルマシンおよび前記虚数部推定用サポートベクトルマシンに接続され、前記虚数部変換用サポートベクトルマシンの出力および前記虚数部推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、前記虚数部変換用サポートベクトルマシンおよび前記虚数部推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための虚数部係数更新手段とを含む、請求項1に記載の前置型非線形歪補償器。
The support vector machine for conversion is
Using the inverse characteristics of the signal converter, the real part of the input signal is converted, and a support vector machine for real part conversion that supplies the converted signal to the signal converter;
An imaginary part conversion support vector machine that converts the imaginary part of the input signal using the inverse characteristics of the signal converter and supplies the converted signal to the signal converter;
The estimation support vector machine is
The real part of the converted output signal converted by the signal converter is received, based on the signal vector configured by the converted output signal sequence and the signal vector configured by the converted output signal sequence extracted in the past, A support vector machine for real part estimation for estimating an input signal after conversion in the support vector machine for real part conversion;
The imaginary part of the converted output signal converted by the signal converter is received, based on the signal vector configured by the converted output signal sequence, and the signal vector configured by the converted output signal sequence extracted in the past, An imaginary part estimation support vector machine for estimating an input signal after conversion in the imaginary part conversion support vector machine,
The coefficient updating means includes
The real part conversion is connected to the real part conversion support vector machine and the real part estimation support vector machine and based on the output of the real part conversion support vector machine and the output of the real part estimation support vector machine Real part coefficient update means for updating the coefficients of the support vector machine for use and the support vector machine for estimating the real part,
The imaginary part conversion is connected to the support vector machine for imaginary part conversion and the support vector machine for imaginary part estimation, and based on the output of the support vector machine for imaginary part conversion and the output of the support vector machine for imaginary part estimation, the imaginary part conversion 2. The pre-linear distortion compensator according to claim 1, further comprising: an imaginary part coefficient updating unit for updating a coefficient of the imaginary part estimation support vector machine and the imaginary part estimation support vector machine.
前記変換用サポートベクトルマシンは、
前記入力信号の振幅を計算する第1の振幅計算部と、
前記入力信号の位相を計算する第1の位相計算部と、
前記第1の振幅計算部に接続され、前記入力信号の振幅を前記変換後の信号の振幅に変換する振幅変換用サポートベクトルマシンと、
前記第1の振幅計算部および前記第1の位相計算部に接続され、前期第1の振幅計算部および前記第1の位相計算部の出力に基づいて、前記変換後の信号の位相を求める位相変換用サポートベクトルマシンと、
前記振幅変換用サポートベクトルマシンおよび前記位相変換用サポートベクトルマシンに接続され、前記振幅変換用サポートベクトルマシンおよび前記位相変換用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、前記変換後の信号を求める複素ベースバンド信号化部とを含み、
前記推定用サポートベクトルマシンは、
前記信号変換器で変換された変換出力信号の振幅を計算する第2の振幅計算部と、
前記信号変換器で変換された変換出力信号の位相を計算する第2の位相計算部と、
前記第2の振幅計算部に接続され、前記第2の振幅計算部の出力を受け、前記変換出力信号の振幅列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号の振幅列により構成される信号ベクトルとに基づいて、前記振幅変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の信号の振幅を推定する振幅推定用サポートベクトルマシンと、
前記第2の振幅計算部および前記第2の位相計算部に接続され、前記第2の振幅計算部および前記第2の位相計算部の出力を受け、前記変換出力信号の位相列により構成される信号ベクトルと、過去に抽出された変換出力信号の位相列により構成される信号ベクトルとに基づいて、前記位相変換用サポートベクトルマシンにおける変換後の信号の位相を推定する位相推定用サポートベクトルマシンとを含み、
前記係数更新手段は、
前記振幅変換用サポートベクトルマシンおよび前記振幅推定用サポートベクトルマシンに接続され、前記振幅変換用サポートベクトルマシンの出力および前記振幅推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、前記振幅変換用サポートベクトルマシンおよび前記振幅推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための振幅係数更新手段と、
前記位相変換用サポートベクトルマシンおよび前記位相推定用サポートベクトルマシンに接続され、前記位相変換用サポートベクトルマシンの出力および前記位相推定用サポートベクトルマシンの出力に基づいて、前記位相変換用サポートベクトルマシンおよび前記位相推定用サポートベクトルマシンの係数を更新するための位相係数更新手段とを含む、請求項1に記載の前置型非線形歪補償器。
The support vector machine for conversion is
A first amplitude calculator for calculating the amplitude of the input signal;
A first phase calculator for calculating the phase of the input signal;
An amplitude conversion support vector machine connected to the first amplitude calculator for converting the amplitude of the input signal into the amplitude of the converted signal;
A phase that is connected to the first amplitude calculator and the first phase calculator, and obtains the phase of the converted signal based on the outputs of the first amplitude calculator and the first phase calculator in the previous period A support vector machine for conversion,
A complex baseband that is connected to the support vector machine for amplitude conversion and the support vector machine for phase conversion, and obtains the converted signal based on outputs of the support vector machine for amplitude conversion and the support vector machine for phase conversion Including a signaling unit,
The estimation support vector machine is
A second amplitude calculator for calculating the amplitude of the converted output signal converted by the signal converter;
A second phase calculator for calculating the phase of the converted output signal converted by the signal converter;
A signal vector connected to the second amplitude calculation unit, receiving the output of the second amplitude calculation unit and configured by an amplitude sequence of the converted output signal, and an amplitude sequence of the converted output signal extracted in the past A support vector machine for amplitude estimation that estimates the amplitude of the signal after conversion in the support vector machine for amplitude conversion based on a configured signal vector;
Connected to the second amplitude calculation unit and the second phase calculation unit, receives outputs of the second amplitude calculation unit and the second phase calculation unit, and is constituted by a phase sequence of the converted output signal A phase estimation support vector machine for estimating a phase of a signal after conversion in the phase conversion support vector machine based on a signal vector and a signal vector constituted by a phase sequence of a conversion output signal extracted in the past; Including
The coefficient updating means includes
Connected to the support vector machine for amplitude conversion and the support vector machine for amplitude estimation, and based on the output of the support vector machine for amplitude conversion and the output of the support vector machine for amplitude estimation, the support vector machine for amplitude conversion and Amplitude coefficient updating means for updating coefficients of the support vector machine for amplitude estimation;
The phase conversion support vector machine and the phase estimation support vector machine connected to the phase conversion support vector machine and based on the output of the phase conversion support vector machine and the output of the phase estimation support vector machine, and 2. The pre-linear distortion compensator according to claim 1, further comprising phase coefficient updating means for updating a coefficient of the support vector machine for phase estimation.
前記入力信号、前記変換用サポートベクトルマシンの出力および前記信号変換器の出力は、中間周波数信号である、請求項1に記載の前置型非線形歪補償器。2. The pre-linear distortion compensator according to claim 1, wherein the input signal, the output of the conversion support vector machine, and the output of the signal converter are intermediate frequency signals. 前記信号変換器は、増幅器である、請求項1〜7のいずれかに記載の前置型非線形歪補償器。The pre-linear distortion compensator according to claim 1, wherein the signal converter is an amplifier.
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