数字预失真与接收机非线性补偿技术博士论文

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1、THEUNIVERSITYOFELECTRO-COMMUNICATIONSAdvancedDigitalSignalProcessingTechnologyforNonlinearCompensationinWirelessCommunicationSystemsDepartmentofCommunicationEngineeringandInformaticsYuelinMa2015/2/6AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyMarc

2、h2015AdvancedDigitalSignalProcessingTechnologyforNonlinearCompensationinWirelessCommunicationSystemsSUPERVISORYCOMMITTEE:ProfessorYasushiYamaoProfessorKazuhikoHonjoProfessorYoshioKarasawaProfessorTakeoFujiiAssociateProfessorToshiharuKojimaCopyright©2015byYuelinMaAllrightsreservedSummary

3、i概要一般に電子デバイスを用いた無線回路は非線形特性を有するため，信号にひずみが生じる．特に送信機および受信機のフロントエンドの非線形はシステムの性能に大きな影響を与えるため，非線形補償技術が極めて重要である．本研究は，高度なディジタル信号処理を含む非線形補償のための適応信号処理技術の理論的検討とその実現に関する研究である．理論解析および汎用測定器による実験に加えて，高速DA／AD変換器も含めた実際の回路(FPGA，DSPなど)での広帯域信号処理実装を研究対象に含む．本論文の主な貢献は以下のとおりである：１）マイクロ波電力増幅器の非線形補償は携帯電話基地局装置の電力効

4、率向上の面から重要な課題である．特にピーク電力の大きなマルチキャリア信号の増幅では，電力効率の面からドハティ増幅器が有効であるが，複雑な非線形特性を有するドハティ増幅器に対して安定かつ高精度な非線形補償を可能とすることは困難であり，特に隣接チャネル漏洩電力規格の厳しいGSMシステム送信機用へのデジタルプリディストーション（DigitalPredistortion;DPD）方式の適用はこれまで報告されていない．本文ではこの非線形補償を実現するため，新しいアルゴリズムを考案し，0.2ms以下の収束速度を実現した．またメモリ効果を有する複雑な非線形を補償するために複数の非線

5、形補償テーブルを用いつつ，アルゴリズムの最適化によって回路規模を抑え，FPGAへの簡易な実装を可能とし，基地局装置のコスト低減を可能した．２）DPDは送信回路と受信回路が含まれ，受信回路は一般に送信回路より重要である．受信回路はひずみによって帯域幅の広くなった非線形信号を受信するため，帯域幅が十分大きい必要がある．そのため，高速ADCと高速信号処理が必要になり，コストが非常に高くなるという問題がある．今後の導入が期待される第５世代（5G）無線通信で必要となる，超広帯域信号用DPDの性能向上とコストの低減を同時に満たすため，非線形信号の帯域幅に比べて狭帯域のAD変換器を

6、用いて信号を処理する技術を提案した．この手法により，標本化周波数が200MHzのAD変換器を用いながら，800MHz以上の非線形信号帯域幅を有する信号の非線形補償を実現した．３）無線通信のトラフィックの増大は著しく，第４世代の移動通信システムLTE-Advancedでは複数の帯域を同時に使用するCarrierAggregationの導入が決定されている．この場合，送信機と受信機は異なる帯域にある複数キャリアを同時に送信・受信することになる．第４世代以降で本格導入される同時複数帯域iiAdvancedDigitalSignalProcessingTechnologyfo

7、rNonlinearCompensationinWirelessCommunicationSystems（concurrentmulti-band）送受信技術では，フロントエンドが複数帯域で共有されるので，回路の非線形性による相互変調ひずみの影響が複雑かつ顕著となる．本研究では，送信機と受信機に対して，それぞれ効果的にひずみを低減できる複数帯域同時非線形補償技術を提案し，その効果を実験により実証している．キーワード:非線形ひずみ，線形化，非線形補償，ディジタルプリディストータ，ADC，FPGA，LTE，LTE-Advanced，GSM，フロントエンド