(57)【要約】【課題】  増幅器出力の分配による周波数特性の劣化を防止でき、且つ平坦な周波数特性でのフィードバックが可能な歪み補償型増幅回路を提供すること。【解決手段】  増幅器１２は、入力信号を所望の電力まで増幅する。フィードバック回路１３は、増幅器１２の出力信号をＤＰＤ回路１０にフィードバックする。フィードバック回路１３は、出力信号を少なくともフィードバック信号を含む複数の系統に分配する第１のカプラ２１と第２のカプラ２２を備えており、第１のカプラ２１におけるフィードバック信号の経路の周波数特性と、第２のカプラにおけるフィードバック信号の経路の周波数特性とは互いに逆の特性となる。ＤＰＤ回路１０は、フィードバック回路１３によってフィードバックされたフィードバック信号に基づいて、増幅器１２の出力に生じる非線形歪みを補償するよう入力信号を制御する。【選択図】      図１
2011009855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を所望の電力まで増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号の一部を抽出してフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、
前記フィードバック信号に基づいて、前記増幅器の出力に生じる非線形歪みを補償するよう前記入力信号を制御する信号処理回路を具備し、
前記フィードバック回路は、
互いに同構成で逆特性の分配経路を有する第１の分配器及び第２の分配器を備え、
前記第１の分配器は、前記出力信号の一部を抽出した信号を複数の系統に分配し、
前記第２の分配器は、前記第１の分配器の１つの分配出力を取り込んで複数系統に分配し、前記第１の分配器とは逆特性を与える経路を通過した１つの分配出力を前記フィードバック信号とする歪み補償型増幅回路。
【請求項２】
前記第１の分配器は第１の方向性結合器であり、
前記第２の分配器は第２の方向性結合器であり、
前記第１の方向性結合器及び前記第２の方向性結合器のそれぞれは、入力する信号を、逆の周波数特性を有する第１の経路と第２の経路に分配し、
前記第１の方向性結合器においては第１の経路と第２の経路のうちの一方を通過し、前記第２の方向性結合器においては第１の経路と第２の経路のうちの他方を通過した前記出力信号が、前記フィードバック信号としてフィードバックされる請求項１記載の歪み補償型増幅回路。
【請求項３】
前記信号処理回路は、デジタルプリディストーション処理によって、前記増幅器の出力信号に生じる非線形歪みと逆の特性をもつ信号を前記入力信号に加える、請求項１記載の歪み補償型増幅回路。
【請求項４】
増幅器の出力信号の一部を抽出して複数系統に分配する分配回路であって、
２つの入力ポートと２つの出力ポートの４つのポートをそれぞれ有する第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器を具備し、
前記第１の方向性結合器の一方の入力ポートに前記増幅器の出力信号の一部が入力し、当該出力信号は前記第１の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、
前記第１の方向性結合器の一方の出力ポートに分配された信号が、前記第２の方向性結合器の一方の入力ポートに入力し、前記第２の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、
前記第２の方向性結合器の一方の出力ポートからの出力信号は、フィードバック信号としてフィードバックされ、
前記第１の方向性結合器の前記一方の入力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の入力ポートとは互いに異なる入力ポートであり、
前記第１の方向性結合器の前記一方の出力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の出力ポートは同じ出力ポートである分配回路。
【請求項５】
前記第１の方向性結合器の前記一方の入力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の入力ポートとは同じ入力ポートであり、
前記第１の方向性結合器の前記一方の出力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の出力ポートは互いに異なる出力ポートである、請求項４記載の分配回路。
【請求項６】
２つの入力ポートと２つの出力ポートの４つのポートをそれぞれ有する第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器を具備し、増幅器の出力信号の一部を抽出して複数系統に分配する分配回路の周波数特性改善方法であって、
前記第１の方向性結合器の一方の入力ポートに前記増幅器の出力信号の一部が入力し、当該入力信号は前記第１の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、
前記第１の方向性結合器の一方の出力ポートに分配された信号が、前記第２の方向性結合器の一方の入力ポートに入力し、前記第２の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、
前記第２の方向性結合器の一方の出力ポートからの出力信号は、フィードバック信号としてフィードバックされ、
前記第１の方向性結合器の前記一方の入力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の入力ポートとは互いに異なる入力ポートであり、
前記第１の方向性結合器の前記一方の出力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の出力ポートは同じ出力ポートである周波数特性改善方法。
【請求項７】
前記第１の方向性結合器の前記一方の入力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の入力ポートとは同じ入力ポートであり、
前記第１の方向性結合器の前記一方の出力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の出力ポートは互いに異なる出力ポートである請求項６記載の周波数特性改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅器の持つ非線形性等によって出力信号に生じる歪みを補償する歪み補償型増幅回路と、増幅器の出力の一部を抽出して複数系統に分配する分配回路と、その分配回路の周波数特性を改善する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体通信システムでは、基地局送信機向けに用いられる高出力ＲＦ増幅器を小型化、且つ高効率化することが重要な課題となっている。従来、この増幅器の高効率化のため、増幅器の非線形性等によって生じる歪みを補償する方法が用いられている。
【０００３】
その補償方法の１つとして、特許文献１には、群遅延特性の中心周波数の異なった複数の凸型群遅延回路を組み合わせた帯域内群遅延平坦回路が記載されている。この帯域内群遅延平坦回路によれば、所定周波数帯域内で群遅延時間の平坦な特性が得られる。また、この帯域内群遅延平坦回路を用いて構成される歪み補償型増幅器によって、歪みが検出されて抑圧される。
【０００４】
特許文献２に記載の電力制御方法では、変換周波数及び周囲温度に対応付けてベースバンド信号の電力を制御する電力制御情報を予め記憶しておき、出力信号の変換周波数の情報と検出された周囲温度の情報とにより特定される電力制御情報を取得し、当該電力制御情報に従う電力のベースバンド信号を生成する。これによって、出力電圧の周波数特性の劣化を回避し、安定した増幅出力を得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６４４０４号公報（段落００５８、００６１、図１３）
【特許文献２】特開２００３−２４３９９５号公報（段落００３１、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
増幅器の出力に生じる歪みを低減させる方法の１つにＤＰＤ（ディジタルプリディストーション）があるが、ＤＰＤでは、フィードバック回路の周波数特性が歪み改善量に大きく影響するため、周波数特性、特に周波数に対する振幅損失特性（振幅特性）をフラットにする必要がある。また、近年のモバイル通信の大容量化により広帯域の信号が採用されており、フィードバック回路の周波数特性も、広帯域にわたって平坦であることが求められている。しかしながら、特許文献１に記載の歪み補償型増幅器では、群遅延時間を平坦化しているのみであり、フィードバック回路の振幅特性を平坦化することはできない。また、特許文献２に記載の電力制御方法では、周囲温度の検出が必要とされるため、増幅回路の構成が複雑化する。
【０００７】
更に、出力レベルの監視や出力波形の確認のために増幅器の出力が用いられる場合は、フィードバック用以外にも当該出力を分配する必要があるが、この分配を行う回路の周波数特性によって、フィードバック回路の周波数特性が劣化するおそれもある。
【０００８】
本発明は前記のような問題に鑑みなされたもので、増幅器出力を分配することによる周波数に対する振幅特性が平坦な周波数特性でのフィードバックが可能な歪み補償型増幅回路と、この回路のフィードバック回路に用いて好適な分配回路及びその周波数特性改善方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る歪み補償型増幅回路は、入力信号を所望の電力まで増幅する増幅器と、前記増幅器の出力信号の一部を抽出してフィードバック信号を生成するフィードバック回路と、前記フィードバック信号に基づいて、前記増幅器の出力に生じる非線形歪みを補償するよう前記入力信号を制御する信号処理回路を具備し、前記フィードバック回路は、互いに同構成で逆特性の分配経路を有する第１の分配器及び第２の分配器を備え、前記第１の分配器は、前記出力信号の一部を抽出した信号を複数の系統に分配し、前記第２の分配器は、前記第１の分配器の１つの分配出力を取り込んで複数系統に分配し、前記第１の分配器とは逆特性を与える経路を通過した１つの分配出力を前記フィードバック信号とする。
【００１０】
本発明の一実施形態に係る分配回路は、増幅器の出力信号の一部を抽出して複数系統に分配する分配回路であって、２つの入力ポートと２つの出力ポートの４つのポートをそれぞれ有する第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器を具備し、前記第１の方向性結合器の一方の入力ポートに前記増幅器の出力信号の一部が入力し、当該出力信号は前記第１の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、前記第１の方向性結合器の一方の出力ポートに分配された信号が、前記第２の方向性結合器の一方の入力ポートに入力し、前記第２の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、前記第２の方向性結合器の一方の出力ポートからの出力信号は、フィードバック信号としてフィードバックされ、前記第１の方向性結合器の前記一方の入力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の入力ポートとは互いに異なる入力ポートであり、前記第１の方向性結合器の前記一方の出力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の出力ポートは同じ出力ポートである。
【００１１】
本発明の一実施形態に係る周波数特性改善方法は、２つの入力ポートと２つの出力ポートの４つのポートをそれぞれ有する第１の方向性結合器及び第２の方向性結合器を具備し、増幅器の出力信号の一部を抽出して複数系統に分配する分配回路の周波数特性改善方法であって、前記第１の方向性結合器の一方の入力ポートに前記増幅器の出力信号の一部が入力し、当該入力信号は前記第１の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、前記第１の方向性結合器の一方の出力ポートに分配された信号が、前記第２の方向性結合器の一方の入力ポートに入力し、前記第２の方向性結合器の２つの出力ポートに分配され、前記第２の方向性結合器の一方の出力ポートからの出力信号は、フィードバック信号としてフィードバックされ、前記第１の方向性結合器の前記一方の入力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の入力ポートとは互いに異なる入力ポートであり、前記第１の方向性結合器の前記一方の出力ポートと、前記第２の方向性結合器の前記一方の出力ポートは同じ出力ポートである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による歪み補償型増幅回路と分配回路及びその周波数特性改善方法によれば、増幅器出力を分配することによる周波数に対する振幅特性が平坦な周波数特性でのフィードバックが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る歪み補償型増幅回路の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すフィードバック回路に用いられるカプラの信号分配経路を概略的に示す図。
【図３】図２に示すカプラの通過ポートに応じた周波数特性と２つのカプラを組み合わせて得られる周波数特性を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明による歪み補償型増幅回路の実施形態を説明する。
【００１５】
この歪み補償型増幅回路は、例えば移動体通信システムの基地局用送信機において電力増幅器として用いられるものである。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る歪み補償型増幅回路の電気的構成を示すブロック図である。
【００１７】
ＤＰＤ回路１０は、入力されたデジタル信号に対して、デジタルプリディストーション(digital pre-distortion)処理を行うデジタル信号処理ＩＣである。デジタルプリディストーションは、増幅器出力の非線形歪みを補償する方法の一つであり、増幅器で発生する非線形歪みを予測して、歪みの逆特性を持つ信号を増幅器への入力信号に加える処理である。
【００１８】
デジタルアナログ変換器１１は、ＤＰＤ回路１０からのデジタル出力をアナログ信号に変換し、増幅器１２に出力する。電力増幅器１２は、デジタルアナログ変換器１１からのアナログ信号を所望の電力まで増幅する。
【００１９】
フィードバック回路１３は、増幅器１２の出力をＤＰＤ回路１０にフィードバックする回路である。アナログデジタル変換器１４は、フィードバック回路１３から送られるアナログ信号をデジタル変換してＤＰＤ回路１０に出力する。
【００２０】
ＤＰＤ回路１０は、フィードバック回路１３によってフィードバックされた増幅器１２の出力に基づいて、当該増幅器出力に生じている歪みをデジタルプリディストーション処理によって補償する。増幅器１２で生じる歪みを正しく伝達するため、フィードバック回路１３の周波数特性はフラットであることが望ましい。
【００２１】
また、増幅器１２の出力信号は、フィードバックだけでなく出力レベル監視、出力波形確認用のモニタ等にも用いられるため、フィードバック回路１３へ入力する増幅器１２の出力を例えばカプラ（方向性結合器）等の分配器によって分配する必要がある。この分配を行う回路の周波数特性が増幅器１２の出力に加算されてしまうと、増幅器１２で生じた歪みが正しくＤＰＤ回路１０に伝達されない。従って、フィードバック回路１３には、分配を行う回路によって生じる周波数特性の劣化を打ち消すことも望まれる。
【００２２】
すなわち、フィードバック回路１３は、分配による影響を打ち消すことができ、かつフラットな周波数特性をもつよう構成する必要がある。
【００２３】
そこで、本実施形態によるフィードバック回路１３は、増幅器１２の出力を分配することができ、かつ平坦な周波数特性が得られるよう、図１に示すように、第１のカプラ２１と第２のカプラ２２を備えている。この第１のカプラ２１と第２のカプラ２２は、同様の構成を有し、それぞれ２つの入力ポート（ポート＃１及びポート＃２）と２つの出力ポート（ポート＃３とポート＃４）を備えている。後述するが、第１のカプラ２１と第２のカプラ２２の通過特性が互いの逆特性になるよう配線しているため、カプラの周波数特性による影響を打ち消すことができる。
【００２４】
図２は、カプラ２１及び２２による信号の分配の概略を示す図である。
【００２５】
図２に示すように、第１及び第２のカプラ２１、２２はそれぞれポート＃１〜＃４の４つのポートを有する。図２の実線の矢印で示すように、ポート＃１から入力された信号はポート＃３とポート＃４へ分配されて出力される。ここでは図示しないが、この際にポート＃２は終端抵抗に接続されていてもよい。また、破線の矢印に示すように、ポート＃２から入力された信号もポート＃３とポート＃４へ分配されて出力される。ここでは図示しないが、この際にポート＃１は終端抵抗に接続されていてもよい。このように、カプラは１つの入力ポートに入力した信号を二つの出力ポートに分配する。
【００２６】
図３は、カプラを通過する信号の周波数特性の一般的な概形を示す図である。図３のグラフの横軸は周波数を、縦軸は振幅のロス（損失の大きさ）を示す。
【００２７】
図３に示すように、ポート＃１から入力し、ポート＃３から出力される信号の通過特性は、右上がりのカーブを描く。すなわち、周波数が高いほど振幅のロスも大きくなる。一方、ポート＃１から入力し、ポート＃４から出力される信号の通過特性は、右下がりのカーブとなる。すなわち、周波数が高いほど振幅のロスが小さい。
【００２８】
このように、ポート＃１−ポート＃３通過特性と、ポート＃１−ポート＃４通過特性は互いの逆特性をとる。
【００２９】
また、ポート＃２から入力し、ポート＃４から出力される信号の通過特性も、ポート＃１−ポート＃３通過特性と同様の右上がりのカーブを描く。すなわち、周波数が高いほど振幅のロスも大きくなる。一方、ポート＃２から入力し、ポート＃３から出力される信号の通過特性は、ポート＃１−ポート＃４通過特性と同様の右下がりのカーブとなる。すなわち、周波数が高いほど振幅のロスが小さい。
【００３０】
このように、ポート＃２−ポート＃４通過特性はポート＃１−ポート＃３通過特性と一致し、ポート＃２−ポート＃３通過特性はポート＃１−ポート＃４通過特性と一致する。また、ポート＃２−ポート＃４通過特性とポート＃２−ポート＃３通過特性とは、互いの逆特性をとる。
【００３１】
従って、ポート＃１−ポート＃３通過特性（ポート＃２−ポート＃４通過特性）とポート＃１−ポート＃４通過特性（ポート＃２−ポート＃３通過特性）を合成した周波数特性は、図３の破線で示すように、広い周波数帯にわたってほぼ平坦な形状となる。
【００３２】
図１に示すように、増幅器１２からの出力信号は、第１のカプラ２１の入力ポート＃１に入力する。この信号は、第１のカプラ２１のポート＃３とポート＃４に分配される。第１のカプラ２１のポート＃２は、図示しない終端抵抗に接続される。
【００３３】
第１のカプラ２１のポート＃４から出力される信号は、レベル検波に用いられる。ポート＃４からの出力信号は、図示しない検波ＩＣに直接入力され、出力信号の絶対値が監視される。この検波ＩＣによって、増幅器１２の出力レベルが監視され、異常が検出されれば警報などでユーザに知らせることもできる。
【００３４】
第１のカプラ２１のポート＃３から出力される信号は、第２のカプラ２２のポート＃２に入力する。この信号は、第２のカプラ２２のポート＃３とポート＃４に分配される。第２のカプラのポート＃１は、図示しない終端抵抗に接続される。
【００３５】
第２のカプラ２２のポート＃４からの出力は、波形モニタ用に用いられる。ポート＃４からの出力は、オシロスコープ等に送られ、増幅器１２の出力信号の波形が監視される。オシロスコープにおいて出力波形の異常が検出されれば、警報などでユーザに知らせることができる。
【００３６】
そして、第２のカプラ２２のポート＃３から出力される信号が、アナログデジタル変換器１４を介してＤＰＤ回路１０にフィードバックされる。
【００３７】
すなわち、ＤＰＤ回路１０にフィードバックされるのは、フィードバック回路１３において第１のカプラ２１のポート＃１からポート＃３を通り、第２のカプラ２２のポート＃２からポート＃３を通った信号である。上述の通り、第１のカプラ２１のポート＃１−ポート＃３通過特性と、第２のカプラ２２のポート＃２−ポート＃３通過特性とは互いに逆の特性となる。この両通過特性を合成した周波数特性は、図３の破線で示すように、広い周波数帯にわたってほぼフラットな形状をもつ。
【００３８】
従って、フィードバック回路１３によれば、レベル検波用と波形モニタ用に信号を分配しながら、フラットな周波数特性を確保することができる。
【００３９】
図１では、フィードバック信号は、第１のカプラ２１のポート＃１からポート＃３を通り、第２のカプラ２２のポート＃２からポート＃３を通過しているが、フィードバック信号の通過経路はこれに限定されず、第１のカプラ２１における経路と第２のカプラ２２における経路が互いに逆特性を持てばよい。
【００４０】
第１のカプラ２１においてフィードバック信号がポート＃１からポート＃４を通り、第２のカプラにおいてポート＃２からポート＃４を通過してもよい。あるいは、フィードバック信号は、第１のカプラ２１においてポート＃２から入力してポート＃３から出力され、第２のカプラ２２においてポート＃１からポート＃３を通過してもよい。また、フィードバック信号が、第１のカプラにおいてポート＃２からポート＃４を通過し、第２のカプラ２２においてポート＃１からポート＃４を通過するよう構成されてもよい。
【００４１】
すなわち、第１のカプラ２１と第２のカプラ２２で入力に使用するポートが異なり、出力に使用するポートが同じであれば、第１のカプラ２１におけるフィードバック信号の経路と第２のカプラ２２におけるフィードバック信号の経路が互いに逆特性をもつ。
【００４２】
あるいは、フィードバック信号の入力に使用するポートが第１のカプラ２１と第２のカプラ２２で同じであり、出力に使用するポートが異なる場合も、第１のカプラ２１におけるフィードバック信号の経路と第２のカプラ２２におけるフィードバック信号の経路が互いに逆特性をもつ。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係る歪み補償型増幅回路においては、増幅器１２によって入力信号が所望の電力まで増幅され、フィードバック回路１３によって増幅器１２の出力信号がＤＰＤ回路１０にフィードバックされる。このフィードバック回路１３は、出力信号を、フィードバック信号を含む複数の系統に分配するため第１のカプラ２１と第２のカプラ２２を備えるが、これらのカプラ２１，３３はこの第１のカプラ２１におけるフィードバック信号の通過特性と第２のカプラ２２におけるフィードバック信号の通過特性が互いに逆特性となるように配線される。このため、フィードバック回路１３では、分配の影響を受けずに平坦な振幅特性が確保される。ＤＰＤ回路１０は、フィードバック回路１３によってフィードバックされたフィードバック信号に基づいて、増幅器１２の出力に生じる非線形歪みを補償するよう入力信号を制御する。このため、より正確に増幅器出力の歪みを補償することができるようになる。
【００４４】
なお上述の実施形態では、フィードバック用、レベル検波用、及び波形モニタ用の３つの用途のために、フィードバック回路１３によって増幅器１２の出力信号を３系統に分配したが、さらにカプラの数を増やして分配可能な系統の数を増やすこともできる。この際に、カプラの数を２の倍数（偶数）個ずつ増やし、対をなすカプラを互いの周波数特性が相殺されるように配線する。このようにすることで、信号振幅のロスは増大するが、フラットな周波数特性は確保しつつ、分配可能な系統の数を２ずつ増加させることができる。
【００４５】
また、上述のフィードバック回路１３は、増幅器１２の出力信号をＤＰＤ回路１０にフィードバックするために用いられたが、本発明はこれに限定されない。ＤＰＤ回路１０以外の回路へのフィードバックのために、カプラ２つを組み合わせたフィードバック回路１３が用いられてもよい。
【００４６】
上述のフィードバック回路１３では、増幅器１２の出力信号の分配のために方向性結合器（カプラ）を用いたが、その他の分配器が２個組み合わされて用いられてもよい。この際、２個の分配器は、互いの周波数特性を打ち消すよう構成される必要がある。
【００４７】
この歪み補償型増幅回路が携帯電話基地局用の送信機で用いられる場合、ＤＰＤ回路１０には、基地局から送信されるベースバンド信号が入力される。ＤＰＤ回路１０は、ピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）を低減するピークリミッタ部を備えていてもよい。あるいは、ピークリミッタ部によってピーク電力圧縮された信号がＤＰＤ回路１０に入力されてもよい。
【００４８】
本願発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、前記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、１つの実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されたり、幾つかの実施形態に示される構成要件が組み合わされても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除されたり組み合わされた構成が発明として抽出され得るものである。
【符号の説明】
【００４９】
１０…ＤＰＤ回路、１１…デジタルアナログ変換器、１２…増幅器、１３…フィードバック回路、１４…アナログデジタル変換器、２１、２２…カプラ。
【図１】
2011009855.tif 000003
【図２】
2011009855.tif 000004
【図３】
2011009855.tif 000005