(57)【要約】【課題】フィードフォワード増幅器回路で汎用されているプリディストーション（前置歪補償）回路では増幅器で発生する歪周波数の変化には対応できないのでマルチキャリア通信などで周波数変動が大きい場合は適応できない。クローズループ型のプリディストーションをフィードフォワード増幅器に組込、増幅器の歪の周波数の大きな変化に対しても対応させ、歪を効果的に低減させる。【解決手段】フィードフォワード増幅器回路の歪抽出ループから得た、歪信号を増幅し、歪除去ループの補助増幅器１１２の出力の一部を主増幅器１０５の入力にフィードバックさせる。この時、フィードバック線路に新たに第３ベクトル調整器１２１を設置しパイロット信号を利用して最適制御電圧で調整する。この調整された歪信号をプリディストーション信号とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号の位相と振幅を調整する第１ベクトル調整器と、前記第１ベクトル調整器の出力を増幅する主増幅器と、前記主増幅器の出力と前記入力信号とを逆位相で合成することで入力信号の歪成分を抽出する歪抽出回路と、前記歪抽出回路の出力の位相と振幅を調整する第２ベクトル調整器と、前記第２ベクトル調整器の出力を増幅する補助増幅器と、前記補助増幅器の出力と前記主増幅器の出力とを逆位相で合成することで前記主増幅器の出力に含まれる歪成分を除去する歪除去回路と、前記歪抽出回路で抽出した歪成分の検波レべルに基づいて前記第１ベクトル調整器を調整するための制御電圧を供給する制御手段と、前記歪除去回路の出力信号に含まれるパイロット信号を用いて前記パイロット信号の検波レベルに基づいて前記第２ベクトル調整器を調整するための制御電圧を供給する制御手段を有し、補助増幅器の出力の一部を位相調整用位相器と振幅調整用減衰器を介して主増幅器の入力側に接続したことを特徴とするフィードフォワード増幅器。
【請求項２】
位相調整用位相器及び振幅調整用減衰器はパイロット信号の検波レベルに基づいて調整されることを特徴とする請求項１記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項３】
位相調整用位相器及び振幅調整用減衰器はベクトル調整器であることを特徴とする請求項１又は２記載のフィードフォワード増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信基地局や放送局装置に用いられる歪補償機能を備えたフィードフォワード増幅器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信システムでは、音声データだけでなく静止画や動画などの大容量データの送受信が求められている。このような通信システムで用いられる増幅器は、多数のキャリアを同時に増幅するマルチキャリア増幅器が用いられる。マルチキャリア増幅器には、隣接チャネル漏洩電力を押さえる必要があり、低歪な性能が要求される。この低歪な性能を実現する増幅器において、従来から利用されているフィードフォワード歪補償制御では、歪抽出回路と歪除去回路から得られた信号に基づく制御電圧によりベクトル調整器内の減衰器や位相器の振幅と位相を制御することで、出力信号の歪補償を行ってきた。
【０００３】
例えば特開平８−５６１２４号公報図１には従来のフィードフォワード回路のブロック図が記載されている。１は方向性結合器、２はベクトル調整器、３は主増幅器、４は方向性結合器、５，６は遅延線、７はベクトル調整器、８は補助増幅器、９は方向性結合器、１０は増幅器、１１はパイロット信号発生器、１２は検波器、１３は受信器、１４は制御回路、１５，１６はＡ／Ｄ変換器、１７，１８はＤ／Ａ変換器、である。
【０００４】
次に動作について説明する。上記フィードフォワード回路では主増幅器３で増幅した時に生じる出力信号の歪成分を除去するため、入力信号をベクトル調整器２を介して主増幅器３で増幅した歪成分を含む信号と入力信号を遅延線５に通した逆位相の信号とを合成することで歪成分を検出する歪検出ループを有する。また歪検出ループから得られた歪成分のみの信号をベクトル調整器７と補助増幅器８で得た信号を主増幅器３で増幅し遅延線６を通して逆位相で合成し歪を除去する歪除去ループを有する。そして検波器１２で得られた検波出力や受信機１３でパイロット信号を制御回路１４に入力し、ベクトル調整器２を自動調整し歪を補償する。
【０００５】
また、特開平８−５６１２４号公報図２には歪補償の最適点を決定するための時間短縮方法として検出値の検出順序が開示されている。
【０００６】
また、特開２００２−２３７７２７号公報図１には前置歪補償（プリディストーション）回路６を歪が発生する主増幅器７の前に設置し、あらかじめ主増幅器７で発生する歪成分と同じ周波数成分を持つ歪発生回路７２を備えたものが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−５６１２４号公報
【特許文献２】
特開平２００２−２３７７２７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−５６１２４号公報に記載のフィードフォワード増幅器は通常のフィードフォワード増幅の基本回路構成であり、フィードフォワード増幅器の歪補償のための自己調整するための時間短縮方法が開示されているが歪そのものを改善することには触れていない。また、特開平２００２−２３７７２７号公報に記載のフィードフォワード増幅器はフィードフォワード増幅器はプリディストーション回路を主増幅器の前に設置しており、あらかじめ主増幅器の歪周波数成分の設定が必要であり、歪周波数成分の周波数変動や多重（マルチキャリヤ）通信による相互変調による新たに発生する増幅器からの歪に対しては全く効果が無い。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解消することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係わるフィードフォワード回路は、増幅器で増幅した出力信号の歪成分を除去するため、入力信号の位相と振幅を調整する第１ベクトル調整器と、前記第１ベクトル調整器の出力を増幅する主増幅器と、前記主増幅器の出力と前記入力信号とを逆位相で合成することで入力信号の歪成分を抽出する歪抽出回路と、前記歪抽出回路の出力の位相と振幅を調整する第２ベクトル調整器と、前記第２ベクトル調整器の出力を増幅する補助増幅器と、前記補助増幅器の出力と前記主増幅器の出力とを逆位相で合成することで前記主増幅器の出力に含まれる歪成分を除去する歪除去回路と、前記歪抽出回路で抽出した歪成分の検波レべルに基づいて前記第１ベクトル調整器を調整するための制御電圧を供給する制御手段と、前記歪除去回路の出力信号に含まれるパイロット信号を用いて前記パイロット信号の検波レベルに基づいて前記第２ベクトル調整器を調整するための制御電圧を供給する制御手段を有し、補助増幅器の出力の一部を位相器と減衰器を介して主増幅器の入力側に接続したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明におけるフィードフォーワード増幅器の実施の形態を図１に示す。
図１において１０１は基地局送信機の高周波入力信号の入力端子、１０２は第１分配器、１０３は第１の方向性結合器、１０４は高周波入力信号の位相と電力を調整する第１ベクトル調整器、１０５は高周波信号を増幅する主増幅器、１０６は歪抽出回路の遅延器、１０７は第２分配器、１０８は第１の結合器、１０９は第３分配器、１１０は制御回路、１１１は高周波入力信号の歪成分の位相と電力を調整する第２ベクトル調整器、１１２は高周波信号の歪成分を増幅する補助増幅器、１１３は第４分配器、１１４は歪除去回路の遅延器、１１５は第２の方向性結合器、１１６は歪成分を除去した高周波信号を出力する出力端子、１１７は第２の結合器、１１８は高周波入力信号およびその歪信号の帯域外に設定されたパイロット信号入力端子、１１９は第３の方向性結合器、１２０は増幅後の高周波信号のうち、パイロット信号を抽出するための帯域フィルタ（ＢＰＦ）、１２１は第３ベクトル調整器、１２２は第５分配器、１２３は高周波出力信号出力のうちパイロット信号を抽出するための帯域フィルタ（ＢＰＦ）である。
【００１２】
次に動作について説明する。図１において入力端子１０１から入力された信号は、第１分配器１０２で分配され、方向性結合器１０３を介して第１ベクトル調整器１０４で位相と振幅を調整した後、主増幅器１０５にて信号が増幅される。分配器１０２で分配されたもう一方の信号は、遅延器１０６でタイミング遅延させた後、主増幅器１０５で増幅され第２分配器１０７で分岐出力された信号と逆位相で第１の結合器１０８で結合される。これにより抽出された増幅器出力信号の歪成分を第３分配器１０９で分配し、一方の信号は歪抽出回路（ループ）で得た歪成分の検波情報（レベル）として第１ベクトル調整器１０４の調整に使用するため制御回路１１０に送出し、他方の信号は第２ベクトル調整器１１１に入力する。
【００１３】
第２ベクトル調整器１１１では位相と振幅を調整した後、補助増幅器１１２で歪成分の信号を増幅し第４分配器１１３で分岐した一方の信号と主増幅器１０５にて増幅し第２分配器１０７の出力信号を遅延器１１４でタイミング遅延させた信号とを第２の方向性結合器１１５で結合し、主増幅器１０５で発生した歪成分を除去し、歪の無い高周波出力信号として出力端子１１６から出力する。この一連のループを歪除去回路（ループ）と称す。
【００１４】
第１ベクトル調整器１０４の出力である増幅前信号は第２の結合器１１７でパイロット信号入力端子１１８から入力されたパイロット信号と共に主増幅器１０５に送られる。主増幅器１０５の出力は第２分配器１０７に入力される前に第３の方向性結合器１１９で増幅後の信号の一部を分岐し帯域フィルタ（ＢＰＦ）１２０を介してパイロット信号だけを抽出し、この信号は増幅後のパイロット信号の検波情報（レベル）として第３ベクトル調整器１２１の調整に使用するため制御回路１１０に送出される。
【００１５】
第２の方向性結合器１１５の出力である歪の無い高周波出力信号の一部を第５分配器１２２で分岐させた信号を帯域フィルタ（ＢＰＦ）１２３を介してパイロット信号だけを抽出し、この信号は出力部のパイロット信号の検波情報（レベル）として第２ベクトル調整器１１１の調整に使用するため制御回路１１０に送出される。
【００１６】
次に制御回路１１０について説明する。図２は制御回路１１０とその入出力部周辺との関係を示したものである。制御回路１１０には各ベクトル調整器を制御するための制御ループがあり、歪抽出回路の歪出力の場合、高周波（キャリア）信号を直接制御回路１１０の検波器で検波し、そのアナログ電圧をＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）でアナログ・デジタル変換してＣＰＵで処理する。ＣＰＵでは通常のフィードフォワード自動制御の処理から最終的に第１ベクトル調整器１０４に制御電圧（Ｖ１）を送出する。ＣＰＵでの処理はデジタル方式なのでデジタル信号をＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）でデジタル・アナログ変換し、アナログ信号を送る。このアナログ信号をベクトル調整器に対する制御電圧と呼び通常、０〜８Ｖのパルス信号でベクトル調整器を制御する。
【００１７】
パイロット信号を含む増幅後の高周波信号の分岐信号（増幅Ｐ）は帯域フィルタ（ＢＰＦ）１２０でパイロット信号を抽出し、制御回路１１０の検波器に入力し最終的に第３ベクトル調整器の調整（Ｖ３）を行う。同様にパイロット信号を含む高周波信号出力の分岐信号（出力Ｐ）は帯域フィルタ（ＢＰＦ）１２３でパイロット信号を抽出し、制御回路１１０の検波器に入力し最終的に第２ベクトル調整器１１１の調整（Ｖ２）を行う。
【００１８】
フィードフォワード自動制御では制御回路１１０から送出する制御電圧で各ベクトル調整器を調整するが通常は制御回路１１０の検波器のレベルを検波レベルが最小になるように各ベクトル調整器を調整する。検波器としては高周波用パワーレベル検出ＩＣなどが適当である。また、ダイオードとＲＣ積分回路を組込んだバッファ回路を介してアナログ検波信号として取り出しても良い。
【００１９】
図３は図１で示したフィードフォワード増幅器の回路構成で各部の入出力波形を示したものである。図３では２波の入力（キャリア）信号で説明する。（網点信号で表示）。主増幅器１０５で発生する歪（歪信号）は２波のキャリア信号の上限帯域と下限帯域のそれぞれ１波で代表させる。（斜線の網点信号で表示）。また、パイロット信号は上記キャリア信号および歪信号の帯域外下限で代表させる。（黒塗り信号で表示）。
【００２０】
入力端子１０１のキャリア信号（波形１）は第１の方向性結合器１０３の出力ポートから第１ベクトル調整器１０４に入力されるがこの時、第１の方向性結合器１０３の分岐ポートからの入力信号（３）が重畳される。入力信号（３）については後述する。この第１ベクトル調整器１０４に入力される入力信号（２）はパイロット信号入力端子１１８から入力されるパイロット信号（９）と共に主増幅器１０５に送られ信号増幅される。この時、主増幅器１０５で発生した歪信号が加味され第３の方向性結合器１１９に入力される。これらの信号は第３の方向性結合器１１９の出力ポートから入力信号（８）として第２分配器１０７に入力される。
【００２１】
第２分配器１０７から分岐された信号（８）の一部は第１の結合器１０８で入力信号（１）の分岐出力と結合され、第２ベクトル調整器の入力信号（５）となる。これはフィードフォワード増幅回路の歪抽出回路（ループ）を構成しており、この入力信号（５）は本来、主増幅器１０５で発生した歪信号だけを抽出した波形であり、帯域外のパイロット信号を除く２波のキャリア増幅信号を除去したものである。第２ベクトル調整器１１１で調整された歪信号（５）は補助増幅器１１２で増幅され、一方は第４分配器１１３を介して第２分配器１０７の出力ポートから出力された増幅後の信号（８）と逆位相で合成され、歪の無い出力信号（１０）として出力される。
【００２２】
本実施例では第４分配器１１３に入力され分岐された他方の信号（６）を第１の方向性結合器１０３と結合させ、入力端子からの入力信号（１）に重畳させた信号（２）として主増幅器１０５の増幅前信号として入力することを特徴とする。通常、この種のフィードフォワード増幅器の構成では主増幅器で発生する歪信号を想定して増幅前に歪信号の歪周波数とその振幅量をプリディストーション回路を設置して歪信号をキャンセルするのに対して本実施例では歪抽出ループで得られた歪信号を歪除去ループの補助増幅器１１２の出力の一部を増幅前の入力にフィードバックさせる。この時、フィードフォワード伝送線路の歪信号の位相量と振幅をあらたに追加した第３ベクトル調整器１２１で調整する。調整は制御回路１１０からの制御電圧で行うが、第２ベクトル調整器１１１を調整するパイロット信号入力端子１１８から入力されるパイロット信号（９）を利用する。
【００２３】
第２ベクトル調整器１１１を調整するためのパイロット信号（９）の役目は制御回路１１０においてはその検波電圧が最小になるように動作するのに対して、第３の方向性結合器１１９から分岐された高周波信号を含むパイロット信号は帯域フィルタ（ＢＰＦ）１２０を介してパイロット信号を抽出し制御回路１１０で検波されるが制御回路１１０ではパイロット信号の検波電圧の最小点を探索し、それに対応する制御電圧を送出するのでは無く、まずパイロット信号のレベルをあらかじめ想定している歪信号のレベルと相対的に合わせておく。次に制御回路１１０では制御電圧の最適値をあらかじめ規定しておく。すなわち補助増幅器１１２から出力し歪除去回路から分岐するフィードバックされた歪信号の周波数はその周波数が変化しても主増幅器１０５から発生するものと同一なので主増幅器１０５から発生する歪信号の大きさと逆位相で調整し歪信号をキャンセルさせるためにフィードバックされた歪信号の振幅範囲を規定し、制御回路１１０はその範囲のパイロット信号の検波電圧に相当する制御電圧を第３ベクトル調整器１２１に対して自動でフローティング掃引する。
【００２４】
本実施例では帯域外に設定されたパイロット信号（９）の増幅後の信号電力を主増幅器１０５で発生すると予想される歪とほぼ等しい電力レベルで設定する。なぜならばパイロット信号が増幅器１０５で発生する歪（歪レベル）より大きいと検波電圧のダイナミックレンジは本実施例では０〜３．０Ｖなので調整精度が低下する。またパイロット信号が歪レベルより小さいと最適な検波電圧が特定できない場合があるためである。
【００２５】
次にパイロット信号（９）を増幅器１０５で発生すると予想される歪レベルで設定した場合について説明する。歪抽出ループの出力である信号（５）では入力信号（１）の分岐信号と第２分配器１０７の分岐出力であり第１の結合器１０８の入力でもある歪を含む増幅信号（４）とが逆位相で打ち消し合うので逆位相の歪信号（５）だけが出力される。この調整は主として第１ベクトル調整器１０４で行われる。歪信号よりレベルの高い入力信号を使用するのでパイロット信号を含む歪信号（５）のみが出力される。この信号（５）の補助増幅器１１２で増幅され分岐された信号（３）が増幅器１０５で発生する歪レベルを除去するが、パイロット信号入力端子１１８から入力されるパイロット信号（９）の分岐信号は第１の方向性結合器１０３から出力されるフィードバックされたパイロット信号よりも少し大きくしておく。すなわちフィ−ドバックされたパイロット信号は第３ベクトル調整器１２１の減衰器調整でパイロット信号を含む歪信号を減衰させておく。そうすることにより主増幅器１０５の入力では図３の波形（７）で示すようにパイロット信号は増幅信号と同相のほぼ零に近い信号を得る。
【００２６】
以上から第３ベクトル調整器１２１は第１ベクトル調整器１０４や第２ベクトル調整器１１１とは異なり、パイロット信号の検波電圧は最小値を求めるのではなく、予想される歪レベルに合った規定値を設定しておく。すなわち規定値に近づくように制御回路１１０は制御電圧を送出する。そして検波器の検波電圧が規定値より大きい場合は制御電圧のステップを順次電圧の漸増方向に操作し減衰量を大きくする。また、検波器の検波電圧が規定値より小さい場合は制御電圧のステップを順次電圧の漸減方向に操作し減衰量を小さくする。本実施例では第３ベクトル調整器１２１の減衰器にこれを適用する。
【００２７】
第３ベクトル調整器１２１の位相器も同様な手段で調整するが第３ベクトル調整器１２１はフィードフォワード増幅回路のフィードバックループの単一伝送線路に挿入しているため、伝送線路長や位相変化量は設計的にはあらかじめ一義的に決まっているので通常の遅延線（遅延器）をベクトル調整器１２１の位相器の代わりに使用しても良い。
【００２８】
以上から主増幅器１０５で発生した歪信号を、歪除去回路（ループ）から分岐させた歪信号を取り出し、その信号を主増幅器１０５の入力側にフィードバックしてその信号を利用して歪成分を除去するため、あらかじめ主増幅器１０５の歪周波数成分を見込んだキャリアの設定が不要である。すなわち第３ベクトル調整器１２１を使用して、歪成分のレベルを参照したパイロット信号の検波電圧に基づきその最適値を設定しているので、補助増幅器１１２から分岐させた歪信号を利用して主増幅器１０５から発生する歪成分を効果的にキャンセルすることができる。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１ではベクトル調整器を使用して位相量や減衰量を調整したがベクトル調整器は位相器と減衰器の組合せを総称したものであるため、ベクトル調整器の位相器相当部分、ベクトル調整器の減衰器相当部分は通常の位相変更可能な位相器、振幅変更可能な可変減衰器などを使用しても実施例１と同様な効果を奏する。
【００３０】
【効果の説明】
本発明においては、主増幅器で発生した歪信号を歪除去回路（ループ）から歪信号を取り出し、その信号を利用して歪成分を除去するため、あらかじめ主増幅器の歪周波数成分を見込んだキャリアの設定が不要である。特に歪周波数成分の周波数変動や多重（マルチキャリヤ）通信による相互変調による新たに発生する増幅器からの歪に対しては大きな効果を奏する。また、第３ベクトル調整器の位相器で微調整した信号を逆位相で入力信号にフィードバックさせ、歪相殺信号とするが、第３ベクトル調整器の減衰器の制御電圧をパイロット信号の検波電圧に基づき最適（規定）値に設定することにより、増幅歪を確実に除去できるため、歪の無い安定した出力信号を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係わるフィードフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態１に係わる制御回路周辺のブロック図である。
【図３】本発明の実施形態１に係わるフィードフォワード増幅器の各構成部における入出力波形を示す図である。
【符号の説明】
１０１  入力端子、  １０２  第１分配器、  １０３  第１の方向性結合器、１０４  第１ベクトル調整器、  １０５  主増幅器、  １０６  遅延器、  １０７  第２分配器、  １０８  第１の結合器、  １０９  第３分配器、  １１０制御回路、  １１１  第２ベクトル調整器、  １１２  補助増幅器、  １１３第４分配器、  １１４  遅延器、  １１５  第２の方向性結合器、  １１６出力端子、  １１７  第２の結合器、  １１８  パイロット信号入力端子、  １１９  第３の方向性結合器、  １２０  帯域フィルタ（ＢＰＦ）、  １２１  第３ベクトル調整器、  １２２  第５分配器、  １２３  帯域フィルタ（ＢＰＦ）。
【図１】
2004289573.tif 000003
【図２】
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【図３】
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