(57)【要約】【課題】広帯域かつ高ダイナミックな信号を用いる通信システムにも適用可能な電力増幅回路を提供すること。【解決手段】直交座標系の入力信号を極座標系の振幅信号と位相信号とに変換した後、位相信号を直交座標系の直交座標位相信号に変換し、振幅信号と直交座標位相信号とを出力する信号変換部２０と、直交座標位相信号を直交変調して、非線形電力増幅器２へ出力する変調部３０と、非線形電力増幅器２の利得制御信号を出力する補正部４０とを備え、補正部４０は、非線形電力増幅器２の出力信号と直交座標系の入力信号とに基づいて作成される補正ＬＵＴを有し、振幅信号に基づき補正ＬＵＴを参照して利得制御信号を出力する。【選択図】  図１
2005012540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形電力増幅器を用いて線形増幅を行う電力増幅装置であって、
直交座標系の入力信号を極座標系の振幅信号と位相信号とに変換した後、前記位相信号を直交座標系の直交座標位相信号に変換し、前記振幅信号と前記直交座標位相信号とを出力する信号変換部と、
前記直交座標位相信号を直交変調して、前記非線形電力増幅器へ出力する変調部と、
前記非線形電力増幅器の利得制御信号を出力する補正部とを備え、
前記補正部は、前記非線形電力増幅器の出力信号と前記直交座標系の入力信号とに基づいて作成される補正テーブルを有し、前記振幅信号に基づき前記補正テーブルを参照して前記利得制御信号を出力するものである電力増幅装置。
【請求項２】
非線形電力増幅器を用いて線形増幅を行う電力増幅装置であって、
直交座標系の入力信号を極座標系の振幅信号と位相信号とに変換した後、前記位相信号を補正し、前記補正された位相信号を直交座標系の直交座標位相信号に変換し、前記振幅信号と前記直交座標位相信号とを出力する信号変換部と、
前記補正直交座標位相信号を直交変調して、前記非線形電力増幅器へ出力する変調部と、
前記非線形増幅器の利得制御信号と、前記変換部での前記位相信号の補正に利用される位相補正信号を出力する補正部とを備え、
前記補正部は、前記非線形電力増幅器の出力信号と前記直交座標系の入力信号とに基づいて作成される補正テーブルを有し、前記振幅信号に基づき前記補正テーブルを参照して前記利得制御信号と前記位相補正信号を出力するものである電力増幅装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電力増幅装置であって、前記信号変換部、前記変調部、前記補正部のうち、少なくとも一つは１チップに集積化されている電力増幅装置。
【請求項４】
請求項１ないし記載の電力増幅装置であって、前記補正テーブルはは、ＬＭＳアルゴリズムを用いて算出された前記非線形性増幅特性の逆特性を示すデータを記憶するものである電力増幅装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信装置等に使用される電力増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電力増幅装置の概略構成図を図４に示す。同図に示すように、電力増幅装置は、ＲＣ（Ｒａｉｓｅｄ  Ｃｏｓｉｎｅ）フィルタ１１０と、ＤＡコンバータ（以下、ＤＡＣ）１２０ｉ、１２０ｑと、スムージングフィルタ（以下、ＳＭＦ）１３０ｉ、１３０ｑと、直交変調部１４０と、および線形電力増幅器１５０とを有して構成される。
【０００３】
ディジタルＲＣフィルタ１１０は、入力信号の同相成分（以下、Ｉ信号）および直交成分（以下、Ｑ信号）のそれぞれに対してベースバンド帯域制限を行う。
ＤＡ変換器１２０ｉ、１２０ｑは、ディジタルＲＣフィルタ１１０の出力のＩ信号、Ｑ信号に対してそれぞれディジタル信号へ変換する。ＳＭＦ１３０ｉ、１３０ｑは、それぞれ、ＤＡＣ１２０ｉ、１２０ｑから出力された信号に対してエイリアスを除去する。
【０００４】
直交変調部１４０は、ＳＭＦ１３０ｉ、１３０ｑの出力を直交変調し、ＲＦ信号にアップコンバートする。なお、直交変調の方式としては、直交変調器とミキサを利用したスーパーヘテロダイン方式や、直接変調方式等が用いられる。線形電力増幅器１５０は、直交変調部１４０からの変調信号を増幅する。このようにして、電力増幅装置の出力が得られる。
【０００５】
図４に示した電力増幅装置では、増幅器１５０として、線形電力増幅器が用いられるため、入力信号に対する出力信号の効率が低くなってしまうという事情があった。
【０００６】
そこで、非線形電力増幅器を用いて、線形増幅を行うＬＩＮＣ（Ｌｉｎｅａｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）方式が注目されている。ＬＩＮＣ方式では、非線形電力増幅器を用いるため、入力信号に対する出力信号の効率を高めることができる。
【０００７】
図５に、ＬＩＮＣ方式を用いた電力増幅装置を示す。同図に示すように、ＬＩＮＣ方式を用いた電力増幅装置は、信号変換回路２１０と、電圧制御発信器（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ：以下、ＶＣＯ）２２０と、非線形電力増幅器２３０とを有して構成される。
【０００８】
信号変換回路２１０は、入力信号のＩ信号、Ｑ信号を直交座標系から極座標系に変換し、極座標系信号の振幅成分Ａ（ｔ）、位相成分θ（ｔ）を出力する。ここで、直交座標系から極座標系への変換は数１により示される。
【０００９】
【数１】
Ｉ（ｔ）＋ｊＱ（ｔ）＝Ａ（ｔ）ｅｘｐ（ｊθ（ｔ））
【００１０】
また、信号変換回路２１０は、位相成分θ（ｔ）をもちいて、ＶＣＯ２２０に対して、直接、変調をかける。ＶＣＯ２２０は、θ（ｔ）に基づいて位相変調を行い、変調信号を出力する。ＶＣＯ２２０により変調された信号は非線形電力増幅器２３０に入力されるとともに、ＶＣＯ制御信号を補償するために信号変換部２１０にも入力される。
【００１１】
さらに、信号変調回路２１０は、振幅成分Ａ（ｔ）に基づき、非線形電力増幅器２３０の利得制御を行う。
【００１２】
非線形電力増幅器２３０は、信号変換部２１０から出力された振幅成分Ａ（ｔ）に基づき、信号変換部２１０から出力された振幅成分Ａ（ｔ）およびＶＣＯ２１０から出力された変調信号を増幅する。
【００１３】
図５に示された構成によれば、位相変調を行った信号はピーク平均電力比（Ｐｅａｋ  Ａｖｅｒａｇｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ：以下、ＰＡＲ）が極端に低いため、非線形電力増幅器を使用しても歪まない。従って、非線形電力増幅器を用いることが可能となり、線形電力増幅器を用いた場合よりも、入力信号に対する出力信号の効率を高めることが出来る。さらに、信号変換部２１０を１チップに集積化することが可能であり、電力増幅装置や、この電力増幅装置を搭載する通信端末装置等の小型化、低コスト化を図ることができる。
【００１４】
【発明が解決使用とする課題】
しかしながら、図５に示す構成の電力増幅装置を、高ダイナミックレンジを有する信号に適用する場合には、利得制御の線形性を保つことができない。したがって、このような電力増幅装置を、高ダイナミックレンジの信号を必要とするＣＤＭＡ方式等を用いた第三世代通信システムにおける基地局や、第四世代通信システム（ＯＦＤＭ方式等を用いた）における基地局や移動局に適用することができないという事情があった。
【００１５】
さらに、第三世代通信システムにおける基地局や、第四世代通信システムの基地局や移動局のように、広帯域化するシステムに適用する場合には、ＶＣＯの応答速度を追従させることができない。そのため、位相変調信号が歪み、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ：Ａｄｊａｃｅｎｔ  Ｃｈａｎｎｅｌ  Ｌｏｃｋａｇｅ  ｐｏｗｅｒ  Ｒａｔｉｏ）特性等の歪み特性の劣化を招くという事情があった。
【００１６】
本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、広帯域かつ高ダイナミックな信号を用いる通信システムにも適用可能な電力増幅回路を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力増幅装置は、非線形電力増幅器を用いて線形増幅を行う電力増幅装置であって、直交座標系の入力信号を極座標系の振幅信号と位相信号とに変換した後、前記位相信号を直交座標系の直交座標位相信号に変換し、前記振幅信号と前記直交座標位相信号とを出力する信号変換部と、前記直交座標位相信号を直交変調して、前記非線形電力増幅器へ出力する変調部と、前記非線形増幅器の利得制御信号を出力する補正部とを備え、前記補正部は、前記非線形電力増幅器の出力信号と前記直交座標系の入力信号とに基づいて作成される補正テーブルを有し、前記振幅信号に基づき前記補正テーブルを参照して前記利得制御信号を出力するものである。
【００１８】
この構成により、広帯域化した通信システムに適応することができるとともに、高ダイナミックレンジを有する信号に適用した場合にも高い線形性を保った利得制御ができ、更に高効率な電力増幅装置を提供することができる。
【００１９】
また、本発明の電力増幅装置は、非線形電力増幅器を用いて線形増幅を行う電力増幅装置であって、直交座標系の入力信号を極座標系の振幅信号と位相信号とに変換した後、前記位相信号を補正し、前記補正された位相信号を直交座標系の直交座標位相信号に変換し、前記振幅信号と前記直交座標位相信号とを出力する信号変換部と、前記補正直交座標位相信号を直交変調して、前記非線形電力増幅器へ出力する変調部と、前記非線形増幅器の利得制御信号と、前記変換部での前記位相信号の補正に利用される位相補正信号を出力する補正部とを備え、前記補正部は、前記非線形電力増幅器の出力信号と前記直交座標系の入力信号とに基づいて作成される補正テーブルを有し、前記振幅信号に基づき前記補正テーブルを参照して前記利得制御信号と前記位相補正信号を出力するものである。
【００２０】
この構成により、広帯域化した通信システムに適応することができるとともに、高ダイナミックレンジを有する信号に適用した場合にも高い線形性を保った利得制御ができ、更に高効率な電力増幅装置を提供することができる。また、位相成分の歪みを補償することも可能である。
【００２１】
更に、本発明の電力増幅装置において、前記信号変換部、前記変調部、前記補正部のうち、少なくとも一つは１チップに集積化されている。
【００２２】
この構成により、電力増幅器の小型化を図ることができる。
【００２３】
また、本発明の電力増幅装置において、前記補正テーブルはは、ＬＭＳアルゴリズムを用いて算出された前記非線形性増幅特性の逆特性を示すデータを記憶するものである電力増幅装置。
【００２４】
この構成により、安定した高い線形性を有する電力増幅装置を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態を説明するための電力増幅装置の概略構成を示す図である。同図に示すように、第１の実施形態の電力増幅装置は、ベースバンド部１０、信号変換部２０、直交変調部３０、および補正部４０を有する増幅制御／変調部１と、増幅部２と、信号処理部３とを備える。本実施形態の電力増幅装置は、増幅部２に非線形電力増幅器を用いたＬＩＮＣ方式の電力増幅装置である。
【００２６】
ベースバンド部１０は、ディジタルＲＣフィルタ等により構成され、入力信号の同相成分（以下、Ｉ信号）および直交成分（以下、Ｑ信号）のそれぞれに対してベースバンド帯域制限を行い、同相成分および直交成分それぞれの信号Ｉｄ、Ｑｄを出力する。ここで、ディジタルＲＣフィルタ１の出力信号Ｉｄ、Ｑｄは、直交座標系の信号である。
【００２７】
信号変換部２０は、第１変換部２１と、位相補正部２２と、第２変換部２３とを備える。
【００２８】
第１の変換部２１は、ベースバンド部１０から出力された信号Ｉｄ、Ｑｄについて、極座標系の振幅信号Ａおよび位相信号θに変換する。ここで、この変換は、数２ないし数４により示される。
【００２９】
【数２】
Ｉｄ＋ｊＱｄ＝Ａ・ｅｘｐ（ｊθ）
【数３】
Ａ＝（Ｉｄ＋Ｑｄ）１／２
【数４】
θ＝ａｒｇ（Ｑｄ／Ｉｄ）
【００３０】
第１変換部２１により出力された振幅成分Ａは補正部４０に入力され、位相成分θは、後述する補正部４０からの位相補正信号ＰＣとともに、位相補正部２２に入力される。
【００３１】
位相補正部２２は、第１変換部２１から出力された位相信号θと、補正部４０から出力された位相補正信号ＰＣに基づいて、補正された位相信号θＰＣを第２変換部２３へ出力する。
【００３２】
第２変換部２３は、位相部２２から出力された位相信号θＰＣを、再び直交座標系に変換し、Ｉθ、Ｑθを直交変調部３０へ出力する。
【００３３】
直交変調部３０は、ＤＡコンバータ（以下、ＤＡＣ）３１ｉ、３１ｑと、スムージングフィルタ（以下、ＳＭＦ）３２ｉ、３２ｑと、第１直交変調器３３と、局部発信器３４と、第２直交変調器３５と、ＡＤコンバータ（以下、ＡＤＣ）３６ｉ、３６ｑとを備える。
【００３４】
ＤＡＣ３１ｉ、３１ｑは、信号変換部２０から出力された信号Ｉθ、Ｑθに対して、それぞれアナログ信号へ変換し、ＳＭＦ３２ｉ、３２ｑは、ＤＡＣ３１ｉ、３１ｑからの出力された信号のエイリアスを除去する。
【００３５】
第１直交変調器３３および局部発信器３４は、ＳＭＦ３２ｉ、３２ｑから出力された信号に対して、直接直交変調方式にて直交変調を行う。直交変調された信号は、ｅｘｐ（ｊθ＋ＰＣ）で表される。直交変調された信号は、第１直交変調器３３から、増幅部２へ出力される。
【００３６】
ここで、第１直交変調器３３として、直交変調ＬＳＩ等が用いられる。直接直交変調方式の発展により、３００ＭＨｚを超えるベースバンド変調帯域を有する直交変調ＬＳＩが開発されている。このような直交変調ＬＳＩ等を用いることにより、広帯域のシステムに適応することが可能となる。このように、位相成分を直交座標系に再変換することで直交変調することができるため、ＶＣＯを直接位相変調する必要がなく、かつ、広帯域のシステムに適応することが可能となる。
【００３７】
また、直交変調された変調信号は位相成分のみであるため、増幅部２には、非線形増幅器を用いることが可能となる。したがって、広帯域のシステムに適用可能なＬＩＮＣ方式の増幅装置を提供することができる。更に、入力信号に対する出力信号の効率の高い非線形増幅器を用いることにより、消費電力を減少させることができる。特に、移動端末装置にこの増幅装置を適用した場合には、電池寿命を伸ばすことが可能となる。
【００３８】
第２直交変調器３５および局部発信器３４は、電力増幅部２から出力信号をフィードバックするために、直接直交変調方式にて直交変調を行い、監視信号の同相成分ＩＯＢＳ、直交成分ＱＯＢＳを出力する。ここで、フィードバック用の監視信号ＩＯＢＳ、ＱＯＢＳを得るための直交変調に用いられる局部発信器３４は、増幅用の位相信号を直交変調するための局部発信器３４と共用することができる。また、第２直交変調器３５として、第１直交変調器３３と同様に、直交変調ＬＳＩ等が用いられる。
【００３９】
第２直交変調器３５から出力された監視信号ＩＯＢＳ、ＱＯＢＳは、ＡＤＣ３６ｉ、３６ｑにより、ディジタル信号に変換され、補正部４０へ入力される。
【００４０】
補正部４０は、メモリ４１と、補正ルックアップテーブル（以下、補正ＬＵＴ）４２とを備え、アダプティブプレディストーション（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｐｒｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ：以下、ＡＰＤ）のようなフィードバック制御を行い、入力信号に対する出力信号のＡＭ−ＡＭ特性およびＡＭ−ＰＭ特性等の非線形性増幅特性である歪みを補償するものである。なお、メモリ４１および補正ＬＵＴ４２は、ＲＡＭ等により構成される。
【００４１】
ここで、本実施形態では、フィードバック制御による歪み補償の方法として、ＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕｉｒｅ）アルゴリズムを用い、ＡＭ−ＡＭ特性およびＡＭ−ＰＭ特性の逆特性を推定する方法を例にとって説明する。ＬＭＳアルゴリズムは、安定性があり、演算量が少ないという利点がある。
【００４２】
メモリ４１は、ベースバンド部１０から出力された信号ＩｄおよびＱｄと、信号変換部２０から出力された信号ＩＯＢＳおよびＱＯＢＳとを蓄積する。
【００４３】
補正ＬＵＴ４２は、第１変換部２１から出力された振幅信号ＡをＬＵＴアドレスとし、メモリ４１に蓄積されたＩｄおよびＱｄならびにＩＯＢＳおよびＱＯＢＳに基づいて信号処理部３によって演算された補正データを格納する。信号処理部３は、ＩｄおよびＱｄと、ＩＯＢＳおよびＱＯＢＳとを比較し、ＬＭＳアルゴリズムを用いて最小二乗誤差が最小となるような補正データを算出する。
【００４４】
補正データは、増幅部２へ出力される補正利得制御信号ＣＡＧＣと、信号変換部２０へ出力する位相補正信号ＰＣとを含む。補正利得制御信号ＣＡＧＣはＡＭ−ＡＭ特性の逆特性に、位相補正信号ＰＣはＡＭ−ＰＭ特性の逆特性にそれぞれ対応する。図２は、ＡＭ−ＡＭ特性およびその逆特性を示し、図３は、ＡＭ−ＰＭ特性およびその逆特性を示す。
【００４５】
増幅部２には、補正利得制御信号ＣＡＧＣと、直交変調部３０から出力された信号ｅｘｐ（ｊθ＋ＰＣ）とが入力され、これらの信号に基づいて増幅処理がなされ、電力増幅装置の出力信号が得られる。
【００４６】
このような本発明の実施形態の電力増幅装置によれば、信号変換部２へ入力信号を振幅信号および位相信号に変換し、位相信号を直交座標系に再変換することで、位相信号の直接直交変調が可能となる。ところで、直接直交変調方式の発展により、３００ＭＨｚを超えるベースバンド変調帯域を有する直交変調ＬＳＩが開発されている。したがって、制御応答速度の高いＶＣＯを新たに開発することなく、広帯域化したシステムにＬＩＮＣ方式の増幅装置を適用することができる。
【００４７】
また、振幅信号Ａに対しては、ＡＰＤなどのフィードバック制御をかけることで、高ダイナミックレンジを有するシステムに適用した場合においても、利得制御の線形性を保たれたＬＩＮＣ方式の増幅装置を提供することが可能となる。
【００４８】
更に、補正部４０によって位相補正信号ＰＣを作成することにより、位相信号の再変換に起因する歪みを解消することが可能となる。ただし、利得制御の線形性を保つという点では、位相補正信号ＰＣによる歪み補償を行わなくても構わない。
【００４９】
また、信号変換部２０や、直交変調部３０はそれぞれ１チップに集積化することが可能であり、更には、電力制御部１全体を１チップに集積化することも可能である。したがって、送信回路の小型化が可能となる。
【００５０】
このような本発明の実施形態の電力増幅装置は、直交座標系の入力信号を極座標系の振幅信号と位相信号とに変換した後、位相信号を直交座標系の直交座標位相信号に変換し、振幅信号と直交座標位相信号とを出力する信号変換部２０と、直交座標位相信号を直交変調して、非線形電力増幅器２へ出力する変調部３０と、非線形電力増幅器２の利得制御信号を出力する補正部４０とを備えた、補正部４０は、非線形電力増幅器２の出力信号と直交座標系の入力信号とに基づいて作成される補正ＬＵＴを有し、振幅信号に基づき補正ＬＵＴを参照して利得制御信号を出力する。この構成により、広帯域化した通信システムに適応することができるとともに、高ダイナミックレンジを有する信号に適用した場合にも高い線形性を保った利得制御が可能となる。
【００５１】
なお、上述した増幅装置は、たとえば、ＣＤＭＡ方式等の第三世代通信方式における基地局、ＯＦＤＭ方式等の第四世代通信方式の基地局や移動局、無線ＬＡＮ等の送信系に適用可能である。
【００５２】
また、本実施形態では、フィードバック制御による歪み補償の方法として、ＬＭＳアルゴリズムを用いた場合について説明したが、これに限られるものではなく、種々の適応型アルゴリズム等を用いてもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る電力増幅装置によれば、広帯域かつ高ダイナミックな信号を用いる通信システムにも適用可能な電力増幅回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を説明するための送信回路の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施形態に係るＡＭ−ＡＭ特性補正の例を示す図
【図３】本発明の実施形態に係るＡＭ−ＰＭ特性補正の例を示す図
【図４】従来の電力増幅装置を示す図
【図５】従来のＬＩＮＣ方式における電力増幅装置を示す図
【符号の説明】
１  増幅制御／変調部
２  増幅部
３  信号処理部
１０  ベースバンド部
２０  信号変換部
２１  第１変換部
２２  位相補正部
２３  第２変換部
３０  直交変調部
３１ｉ、３１ｑ  ＤＡコンバータ
３２ｉ、３２ｑ  スムージングフィルタ
３３  第１の直交変調器
３４  局部発信器３４
３５  第２の直交変調器
３６ｉ、３６ｑ  ＡＤコンバータ
４０  補正部
４１  メモリ
４２  補正テーブル
【図１】
2005012540.tif 000003
【図２】
2005012540.tif 000004
【図３】
2005012540.tif 000005
【図４】
2005012540.tif 000006
【図５】
2005012540.tif 000007