(57)【要約】【課題】歪除去量を広帯域に亘り確保する。【解決手段】入力信号を２分岐し、一方を増幅して主増幅信号として出力するとともに、入力信号と主増幅信号とを逆相等振幅等遅延で合成して主増幅信号中の歪成分を抽出する歪検出ループと、主増幅信号を遅延するともに、前記歪成分を増幅して前記遅延された主増幅信号中の歪成分と逆相等振幅等遅延で合成して、残留歪量を最小にする歪除去ループと、を有するフィードフォワード方式の歪補償増幅器において、発振したパイロット信号を複数に分配しそれぞれの位相を線形に変調させて周波数をシフトしてから合成した、複数トーンの複合パイロット信号をカプラにより歪検出ループに注入し、歪除去ループの出力信号から検出した複数のパイロット信号のレベル、及び歪検出ループで検出された歪のレベルが最小となるように、歪除去ループ及び歪検出ループの位相及び振幅をそれぞれ制御する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を２分岐し、一方を増幅して主増幅信号として出力するとともに、前記入力信号と前記主増幅信号とを実質的に逆相等振幅等遅延で合成して主増幅信号中の歪成分を抽出する歪検出ループと、前記歪検出ループからの主増幅信号を遅延するともに、前記歪成分を増幅して前記遅延された主増幅信号中の歪成分と実質的に逆相等振幅等遅延で合成して、主増幅信号の歪量を最小にする歪除去ループと、を有するフィードフォワード方式の歪補償増幅器において、
発振したパイロット信号を３以上に分配し、それぞれの位相を線形に変調させて周波数をシフトした後合成して得た、複数のパイロット信号をカプラにより歪検出ループに注入し、増幅信号から検出した複数のパイロット信号のレベルに基づいて歪除去ループにおける歪成分信号の位相及び振幅の調整、又は前記歪検出のレベルが最小となるように歪検出ループにおける入力信号の位相及び振幅の調整若しくは双方の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする歪補償増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイロット信号を用いる歪補償増幅器に関し、特に広帯域な入力信号に対しても歪補償を行うことのできる歪補償増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来のフィードフォワード方式の歪補償増幅器の構成図である。図１の歪補償増幅器は、例えば携帯電話等の無線基地局において広帯域なマルチキャリアの入力信号を増幅するために用いられ、入力信号を２つに分岐し、一方はベクトル可変部により位相及び振幅を調整し、歪成分信号を除去するためのパイロット信号を前記入力信号に合成して増幅出力する。もう一方は、入力信号を遅延し、両方の信号を逆位相で合成して、増幅部の歪成分の検出を行う。増幅出力した信号は、遅延するルートと、歪検出信号の位相及び振幅を調整して増幅するルートがあり、両方の信号を逆位相で合成して歪成分を除去して出力する歪除去ループがある。歪除去ループや歪検出ループにおける位相及び振幅の調整は、パイロット信号のレベルに基づいて、例えばパイロット信号を含む検出レベルが最小となるように各ループの制御を行う。
【０００３】
パイロット信号を注入することで、無信号状態でも各ループの位相及び振幅の制御を収束させ平衡を保つことができる。増幅信号のレベル変動によりループ制御が乱れることがないように、パイロット信号は通常、入力信号の帯域外の静かな周波数に設定される。一例として、パイロット周波数を直接人手により設定する方法や、キャリア配置が決められている場合は使用キャリア情報の入力を受け、パイロット周波数を自動的に計算して設定する方法がある。
【０００４】
また、主増幅器において、発生する振幅や位相及び遅延量の周波数特性が遅延するルートの特性と異なるため、広帯域に歪補償を行うことは困難であることが知られていた。このため広帯域に安定した歪補償を行うことを目的として、パイロット信号の周波数を調整するいくつかの方法が考えられている（例えば特許文献１及び２参照。）。
例えば、広帯域な歪補償増幅器において、入力信号の周波数情報を歪補償増幅器に取り込み、パイロット周波数を入力信号の近傍に配置して制御を行う方法や、入力信号を最初に分岐させ入力信号の帯域を検波することによりその周波数情報を事前に取得してパイロット周波数配置を変更する方法などがある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５７７６３号公報
【特許文献２】特開平１１−３５５０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来の歪補償増幅器は、主増幅器の増幅できる帯域に対して、周波数特性が平坦とみなせる範囲の狭帯域な入力信号を想定しており、増幅器の周波数特性の影響は限定的であった。一方、第３あるいは第４世代の高速化した携帯電話用の基地局増幅器等に要求される、数１０MHｚのより広い帯域に対して、十分に歪を補償できないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、広帯域の入力信号に対しても安定して歪補償を行うことのできる歪補償増幅器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】
【０００８】
入力信号を２分岐し、一方を増幅して主増幅信号として出力するとともに、入力信号と主増幅信号とを実質的に逆相等振幅等遅延で合成して主増幅信号中の歪成分を抽出する歪検出ループと、歪検出ループからの主増幅信号を遅延するともに、前記歪成分を増幅して前記遅延された主増幅信号中の歪成分と実質的に逆相等振幅等遅延で合成して、主増幅信号の歪量を最小にする歪除去ループと、を有するフィードフォワード方式の歪補償増幅器において、
発振したパイロット信号を３以上に分配し、それぞれの位相を線形に変調させて周波数をシフトした後合成して得た、複数のパイロット信号をカプラにより歪検出ループに注入し、増幅信号から検出した複数のパイロット信号のレベルに基づいて歪除去ループにおける歪成分信号の位相及び振幅の調整、又は前記歪検出のレベルが最小となるように歪検出ループにおける入力信号の位相及び振幅の調整若しくは双方の制御を行う制御手段とを備えたことを特徴とする歪補償増幅器。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、複数のパイロット信号を使用するにしたので、マルチキャリア信号のような広帯域の入力信号に対しても安定して歪補償を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下本発明を実施例を通じて図面を参照しながら説明するが、実施例で説明する構成の全ての組み合わせが本発明に必須であるとは限らない。また各実施例の特徴の任意の組み合わせや、引用した従来技術との組み合わせも本発明に含まれうる。
【実施例１】
【００１１】
本実施例では、基本パイロット信号を分配器により分割し、各信号を位相変調器により位相を時間変化させて、任意周波数の複数のパイロット信号を生成することを１つの特徴とする。すなわち、位相の２πの周期性を利用し、分配信号に与える位相変化量を制御することにより、等価的にパイロット周波数を変化させる。そして、得られた複数の異なるパイロット周波数を合成して歪検出ループに注入し、前記増幅信号から検出した複数のパイロット信号のレベルに基づいて、前記レベルが最小となるように歪検出ループや歪除去ループの位相及び振幅を制御する制御手段を有するこもを特徴でする。
【００１２】
図２は本実施例の歪補償増幅器の構成図である。一般的なフィードフォワード増幅器と同等な構成であり、特に言及しない構成は図１と同じとする。本実施例は、少なくともパイロット信号として複数の異なる周波数信号を用いる点で従来と相違している。
【００１３】
図３は、複合パイロット信号発生部１３の構成図である。
基本パイロット発生源１３１は、周波数ｆの基本パイロット信号を連続的に発生するものであって、例えば、ＰＬＬで周波数制御され周波数ｆを直接発振するＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）である。基本パイロット信号にはある程度の低雑音性つまり電力スペクトル密度が高いことが要求されるが、周波数ｆは、例えば予め想定される歪補償増幅器への入力信号の帯域の中心付近に固定値として設定すればよいので、ＶＣＯの周波数可変範囲は狭くてよく、ＰＬＬの分周比も固定でよいので、安価に構成できる。
分配器１３２は、基本パイロット発生源１３１からの信号を所望する個数ｎの複数パイロット信号に分割する。その分割されたパイロット信号をＦi(ｔ)とすると、次式で表すことができる。
Ｆi(ｔ)＝Ａsin（２πｆｔ＋α）
ただし、Ａは振幅、ｆは基本パイロット周波数、αは初期位相、i＝１..ｎである。
【００１４】
位相変調器１３３〜１３５は、分配器１３２で分配された各パイロット信号Ｆi(ｔ)に位相変調量Φi(ｔ)を与え、以下の式で表される位相変調後の信号Ｆ’i(ｔ)を出力する。
Ｆ’i(ｔ)＝Ａ’sin（２πｆｔ＋α＋Φi(ｔ)）
ただし、Ａ’は変調後の振幅である。
一例として位相変調器に１３３〜１３５に、入力電圧に対して少なくとも３６０度の範囲で線形の位相シフト（若しくは遅延）が発生するようなの回路を用いる場合、Φi(ｔ)に相当する印加電圧には図４に表す周期Ｔ’iの鋸歯状電圧信号を用いる。周波数シフトしたい周波数変化量をｆ’iとし、各印加電圧の振幅は、各位相変調器の位相シフト量が−π〜πとなるように設定し、周期Ｔ’i＝１／ｆ’iの関係があるとすると、位相の２πの周期性により、位相変調量Φi(t)は下記の様に表すことができる。
Φi(ｔ)＝2πｆ’i・ｔ＋βi
ただし、βiは各位相変調器の初期位相である。
従って、各位相変調器通過後のパイロット信号は、基本周波数数ｆよりｆ’i周波数を増加した下記信号になる。
Ｆ’i(ｔ)＝Ａ’sin（２πｆｔ＋α＋２πｆ’iｔ＋βi）＝Ａ’sin（２πｆi・ｔ＋γi）
ただし、ｆi＝ｆ＋ｆ’iは変調後パイロット信号の周波数、γi＝α＋βiは変調後パイロット信号の初期位相である。
【００１５】
このような鋸歯状の電圧変化を位相変調器１３３等に印加する際に、負の傾きで印加することにより、周波数シフトを低周波側に行うことも可能である。また、１個の位相変調器による位相変化量が２πに足りない場合は、複数個の位相変調器を直列に繋ぐことで補うこともできる。印加電圧の周波数は高々１０数ＭＨｚであり、ＯＰアンプ回路や専用アナログＩＣあるいはデジタルダイレクトシンセサイザ等で容易に発生させることができ、周期Ｔ’を制御することによりパイロット周波数の周波数変化量ｆ’nを任意に設定することが可能である。
【００１６】
図３に戻り、合成器１３６は、各位相変調器１３３等から出力された位相変調後のパイロット信号を合成し、複合パイロット信号として出力する。複合パイロット信号は、従来同様、方向性結合器３により主増幅部３への入力信号に合成され、主増幅器で発生する歪等と一緒に、結合器６から歪検出ループの成果物として出力され、方向性結合器８により取り出され、レベル検出器１４で検出される。また、歪除去ループでキャンセルし切れずに最終的に出力される成分も、方向性結合器１２により取り出され、複合パイロットレベル検出部１５で検出される。
【００１７】
図５は、広帯域入力信号に対する複合パイロット周波数配置の一例を示す図である。破線で仕切られた２つの帯域が、増幅対象となる入力信号の帯域（広帯域共通増幅帯域）であり、その帯域の外側及び両側及び２つの帯域に挟まれた帯域（帯域外）には入力信号は周波数成分を持たない。この様な広帯入力信号が増幅器に入力された場合、制御回路１６は、複合パイロット信号の各周波数が、広帯域共通増幅帯域の近傍の帯域外であるｆ1からｆnで示される周波数になるように、複合パイロット信号発生１３を制御する。
【００１８】
図２に戻り、複合パイロットレベル検出部１５は、入力された増幅器出力信号中の、複合パイロット信号と同じ周波数成分のレベルを検出する。一例として、入力を、数ｋＨｚ程度の周波数オフセットｆoを与えた複合パイロット信号と混合し、ｆoを中心周波数とする帯域通過フィルタで濾波し、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、ｆoで同期検波し、電力化することで検出する。この場合、検出値は増幅器出力信号中に残留する複合パイロット信号の全てのパイロット信号ｆ1からｆnのレベル（電力）の和として検出される。
一方、レベル検出部１４は、周波数によらず単に入力された全信号のレベルを検出するものであって、例えばＲＳＳＩ検出等で一般的な対数検波器である。
【００１９】
制御回路１６は、複合パイロットレベル検出部１５で検出されたレベルが最小になるように、歪除去ループのベクトル可変部９の減衰量及び位相量を制御する。
図６は歪除去量の周波数特性を示す図であり、縦軸は、主増幅部１４の出力に含まれる歪を０dBとして歪除去ループによる歪の減衰を表している。所望する必要な共通増幅帯域が広帯域の場合、従来は１つのパイロット信号により歪除去を行っていたために、（ａ）のようにパイロット周波数より離れるに従って、徐々に歪除去量が小さくなり、共通増幅帯域内の歪除去量の最悪値は良くない。これは、ベクトル可変部２、９の制御量が全て、１つのパイロット周波数において歪が最小になるように収束しており、そのパイロット周波数では最高の歪除去量が得られるものの、パイロット周波数からずれると、増幅部などの振幅／位相の周波数特性によりベクトル可変部２、９の制御量が適切ではなくなるからである。
一方、（ｂ）は本実施例の歪除去量を模式的に示しており、制御回路１６が、複数のｆiパイロット信号レベルがバランスよく最小となるように歪除去ループのベクトル可変部（振幅、位相）の制御を行う歪除去を行うので、共通増幅帯域内の歪除去量の最悪値は改善される。このとき、ベクトル可変部２、９の制御量は、いずれの周波数に対しても最適値にはなっていない可能性はあるが、歪検出ループや歪除去ループは平衡から多少ずれても有効に動作するので、歪除去量が規定内に収まっていれば問題ない。
【００２０】
本実施例に拠れば、共通増幅の帯域が広範囲に離散している場合でも、その近傍に複数のパイロット信号を配置することで安定した歪制御動作を行うことができる。また位相変調を用いたことで、イメージ抑圧のための高周波回路を用いずとも任意周波数のパイロットトーンを容易に発生させることができる。
なお、パイロット信号は、複数の発信器又はシンセサイザー、ＰＬＬとＶＣＯを用いて発生させてもよく、逓倍してもよい。また複合パイロットレベル検出部１５における検出方法は従来の種々の方法を用いてよく、例えば、パイロット周波数を個々に検波した後にそのレベルを合成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のフィードフォワード方式の歪補償増幅器の構成図
【図２】実施例１の歪補償増幅器の構成図
【図３】実施例１の複合パイロット信号発生部１３の構成図
【図４】実施例１の位相変調器１３３等への印加電圧波形図
【図５】実施例１の広帯域入力信号に対する複合パイロット周波数配置図
【図６】従来及び実施例１の歪除去量の周波数特性を示す図
【符号の説明】
【００２２】
１、３、６、８、１１、１２…方向性結合器（カプラ）
２、９…ベクトル可変部
４…主増幅部
５、７…遅延部
１０…副増幅部
１３…複合パイロット信号発生部
１４…レベル検出部
１５…複合パイロット信号検出部
１６…制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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