(57)【要約】【課題】本発明の目的は、複数の無線システムが混在する環境において、使用する周波数帯を適応的に選択できる多周波帯用フィードフォワード増幅器を提供することである。【解決手段】本発明のフィードフォワード増幅器は、歪検出回路と歪除去回路を備え、それぞれのベクトル調整経路２１ａ，２１ｂに直列に第１，第２可変周波数帯抽出器２５ａ，２５ｂを設ける。また、可変周波数帯抽出器２５ａ，２５ｂの周波数帯を可変する周波数帯制御器とを備え、外部からの周波数帯切替要求に応じて第１，第２可変周波数帯抽出器２５ａ，２５ｂの周波数帯を可変することで歪補償を行う周波数帯を適応的に制御出来るようにした。【選択図】図２
2007013945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歪検出回路と歪除去回路を有するフィードフォワード増幅器であって、
Ｎは２以上の整数であり、
前記歪検出回路は、
第１遅延手段により構成された第１線形信号経路と、
Ｎ個の第１ベクトル調整経路と、
入力信号を前記第１線形信号経路と前記Ｎ個の第１ベクトル調整経路に分配する第１分配部と、
前記第１ベクトル調整経路ごとに設けられ、互いに離散的な周波数帯の信号を抽出するＮ個の第１可変周波数帯抽出器と、
前記第１ベクトル調整経路ごとに設けられ、位相と振幅を調整するＮ個の第１ベクトル調整器と、
前記第１ベクトル調整経路の各第１ベクトル調整器の出力を増幅する第１多周波帯増幅部と、
前記第１線形信号経路の出力と前記第１多周波帯増幅部の出力との和成分と差成分とを出力する合成分配器とを備え、
前記歪除去回路は、
第２遅延手段により構成され、前記和成分が入力される第２線形信号経路と、
前記差成分が入力されるＮ個の第２ベクトル調整経路と、
前記第２ベクトル調整経路ごとに設けられ、前記Ｎ個の第１可変周波数帯抽出器とそれぞれ同じ周波数帯の信号を抽出するＮ個の第２可変周波数帯抽出器と
前記第２ベクトル調整経路ごとに設けられ、位相と振幅を調整するＮ個の第２ベクトル調整器と、
前記第２ベクトル調整経路の第２ベクトル調整器の出力を増幅する第２多周波帯増幅部と、
前記第２線形信号経路の出力と前記第２多周波帯増幅部の出力を合成して出力する第２合成部とを備え、
前記Ｎ個の第１可変周波数帯抽出器及び前記Ｎ個の第２可変周波数帯抽出器を制御する周波数帯制御器を有している
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項２】
請求項１記載のフィードフォワード増幅器において、
前記第１多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第１ベクトル調整経路の各第１ベクトル調整器の出力をそれぞれ個別に増幅するＮ個の第１増幅器と、前記Ｎ個の第１増幅器の出力を合成し、前記第１多周波帯増幅部の出力とする第１出力合成器とを含み、
前記第２多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第２ベクトル調整経路の各第２ベクトル調整器の出力をそれぞれ個別に増幅するＮ個の第２増幅器と、前記Ｎ個の第２増幅器の出力を合成し、前記第２多周波帯増幅部の出力とする第２出力合成器とを含む
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項３】
請求項１記載のフィードフォワード増幅器において、
前記第１多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第１ベクトル調整経路の各第１ベクトル調整器の出力を合成する第１出力合成器と、前記第１出力合成器の出力を増幅し、前記第１多周波帯増幅部の出力とする共通の第１増幅器とを含み、
前記第２多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第２ベクトル調整経路の各第２ベクトル調整器の出力をそれぞれ個別に増幅するＮ個の第２増幅器と、前記Ｎ個の第２増幅器の出力を合成し、前記第２多周波帯増幅部の出力とする第２出力合成器とを含む
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項４】
請求項１記載のフィードフォワード増幅器において、
前記第１多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第１ベクトル調整経路の各第１ベクトル調整器の出力をそれぞれ個別に増幅するＮ個の第１増幅器と、前記Ｎ個の第１増幅器の出力を合成し、前記第１多周波帯増幅部の出力とする第１出力合成器とを含み、
前記第２多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第２ベクトル調整経路の各第２ベクトル調整器の出力を合成する第２出力合成器と、前記第２出力合成器の出力を増幅し、前記第２多周波帯増幅部の出力とする共通の第２増幅器とを含む
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項５】
請求項１記載のフィードフォワード増幅器において、
前記第１多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第１ベクトル調整経路の各第１ベクトル調整器の出力を合成する第１出力合成器と、前記第１出力合成器の出力を増幅し、前記第１多周波帯増幅部の出力とする共通の第１増幅器とを含み、
前記第２多周波帯増幅部は、前記Ｎ個の第２ベクトル調整経路の各第２ベクトル調整器の出力を合成する第２出力合成器と、前記第２出力合成器の出力を増幅し、前記第２多周波帯増幅部の出力とする共通の第２増幅器とを含む
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のフィードフォワード増幅器において、
帯域検出器も備え、
前記第１分配部は、入力信号の一部を前記帯域検出器へも配分し、
前記帯域検出器は、
局部発振器と、
前記局部発振器の周波数を制御する局部発振器周波数制御部と、
前記第１配分部からの入力信号と前記局部発振器からの信号とを乗算するミキサと、
前記ミキサの出力の低周波成分のみを通過させる低域通過フィルタと、
前記局部発振器周波数制御部が局部発信器を制御する信号と前記低域通過フィルタの出力信号から前記入力信号の周波数帯を検出し、前記周波数帯制御器への制御信号を出力する分析部とを有する
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載のフィードフォワード増幅器において、
前記Ｎ個の各第１可変周波数帯抽出器は、残りのＮ−１個の第１可変周波数帯抽出器のそれぞれの抽出周波数帯をそれぞれ阻止するＮ−１個の縦続接続された第１可変帯域阻止フィルタで構成されており、
前記Ｎ個の各第２可変周波数帯抽出器は、残りのＮ−１個の第２可変周波数帯抽出器のそれぞれの抽出周波数帯をそれぞれ阻止するＮ−１個の縦続接続された第２可変帯域阻止フィルタで構成されている
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項８】
請求項１から６のいずれかに記載のフィードフォワード増幅器において、
前記Ｎ個の第１可変周波数帯抽出器は、それぞれの抽出周波数帯の中心周波数を中心周波数とする第１可変帯域通過フィルタで構成され、
前記Ｎ個の第２可変周波数帯抽出器は、それぞれの抽出周波数帯の中心周波数を中心周波数とする第２可変帯域通過フィルタで構成されている
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項９】
請求項１から６のいずれかに記載のフィードフォワード増幅器において、
前記Ｎ個の各第１可変周波数帯抽出器または前記Ｎ個の各第２可変周波数帯抽出器は、それぞれの中心周波数を前記周波数帯制御器により制御される
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【請求項１０】
請求項１から６のいずれかに記載のフィードフォワード増幅器において、
前記Ｎ個の各第１可変周波数帯抽出器または前記Ｎ個の各第２可変周波数帯抽出器は、それぞれの帯域幅を前記周波数帯制御器により制御される
ことを特徴とする多周波帯用フィードフォワード増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の周波数帯を適応的に変更する無線通信用送信増幅器に関する。特に、複数の周波数帯を一括して増幅する多周波帯用フィードフォワード増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から用いられているフィードフォワード増幅器の基本構成を図１に示す。フィードフォワード増幅器は、２つの信号処理回路を含む。１つは歪検出回路１５０であり、もう１つは歪除去回路１５１である。歪検出回路１５０は、主増幅器信号経路１５３と線形信号経路１５４で構成される。歪除去回路１５１は、主信号経路１５８と歪注入経路１５９で構成される。主増幅器信号経路１５３（ベクトル調整経路とも呼ぶ）は、ベクトル調整器１５５と主増幅器１５６で構成される。ベクトル調整器１５５は、可変位相器１５５ａと可変減衰器１５５ｂで構成される。線形信号経路１５４は、遅延線路で構成される。また、主信号経路１５８は、遅延線路で構成される。歪注入経路１５９（ベクトル調整経路とも呼ぶ）は、ベクトル調整器２００と補助増幅器２０１から構成される。ベクトル調整器２００は、可変位相器２００ａと可変減衰器２００ｂで構成される。ここで、分配器１５２、電力合成・分配器１５７、および合成器２０２は、トランス回路やハイブリット回路等で構成される単純な無損失電力分配器及び電力合成器である。
【０００３】
まず、フィードフォワード増幅器の基本的な動作について説明する。フィードフォワード増幅器に入力された信号は、分配器１５２により主増幅器信号経路１５３と線形信号経路１５４に分配される。このとき主増幅器信号経路１５３と線形信号経路１５４の信号を、等振幅、かつ逆位相になるように主増幅器信号経路１５３の可変位相器１５５ａと可変減衰器１５５ｂを調整する。逆位相にする方法としては、分配器１５２もしくは電力合成・分配器１５７が入出力端子間の移相量を適当に設定する方法や、主増幅器１５６が位相を反転する方法などがある。
【０００４】
歪検出回路１５０がこのように構成されているから、電力合成・分配器１５７は、主増幅器信号経路１５３を通過した信号と線形信号経路１５４を通過した信号の差成分を出力できる。この差成分が、まさに主増幅器１５６で発生する歪成分である。このことから、図１に示す分配器１５２から電力合成・分配器１５７までのブロックは、歪検出回路と呼ばれる。
【０００５】
次に、歪除去回路１５１について説明する。歪検出回路１５０の出力は、電力合成・分配器１５７を介して、主信号経路１５８と歪注入経路１５９に分配される。主信号経路１５８には、主増幅器信号経路１５３の主増幅器１５６の出力（主増幅器信号経路１５３を通過した信号）が入力される。また、歪注入経路１５９には、歪検出回路１５０で検出された主増幅器１５６の歪成分（主増幅器信号経路１５３を通過した信号と線形信号経路１５４を通過した信号の差成分）が入力される。歪注入経路１５９の可変位相器２００ａと可変減衰器２００ｂは、主信号経路１５８を通過した信号の歪成分と歪注入経路１５９を通過した信号が、等振幅、かつ逆位相になるように調整される。このように調整することで、合成器２０２は、主増幅器信号経路１５３を通過した信号に、等振幅かつ逆位相の主増幅器１５６の歪成分を合成することができる。そして、合成器２０２は、増幅回路全体の歪成分を相殺した信号を出力する。なお、周知の事項ではあるが、フィードフォワード増幅器に用いられる主増幅器で発生する歪成分を除去する為に、補助増幅器には線形増幅器が用いられる。以上が、理想的なフィードフォワード増幅器の動作である。実際には、歪検出回路及び歪除去回路の平衡性を完全に保持することは容易ではない。また、仮に初期設定が完全であっても、周囲温度、電源等の変動により増幅器の特性が変化するため、時間的に安定して良好な平衡性を維持することはきわめて困難である。
【０００６】
このフィードフォワード増幅器の歪検出回路及び歪除去回路の平衡性を高精度に保持する方法として、パイロット信号を用いた自動調整方法が知られている。たとえば、特許文献１がある。これらを実用化した装置として、非特許文献１が知られている。これらのフィードフォワード増幅器はＰＤＣ（Personal Digital Cellular）方式の８００ＭＨｚ帯、１．５ＧＨｚ帯で実用化されている。このようなフィードフォワード増幅器は、一般に増幅する周波数帯ごとに設計され、調整されている。
【０００７】
特許文献２及び特許文献３のフィードフォワード増幅器は、単一の送信帯域、例えば２ＧＨｚ帯域内の２０ＭＨｚを複数のバンドパスフィルタで細分化し、細分化して抽出した信号を増幅する。そして、そのフィードフォワード増幅器は、細分化した周波数ごとに増幅器で発生する振幅ずれや位相ずれを補償し、歪補償精度を高める。
【０００８】
これまでの無線システムでは、PDC、GSM(Global System for Mobile Communications)、IMT-2000(International Mobile Telecommunication 2000)などのいずれかの規格に従った単一のシステムが使用されていた。これに対して、単一のハードウェアで複数の無線システムに対応できるように、無線機のソフトウェア化を行なう技術がある。単一ハードウェアで複数の無線システムに対応できれば、利用者は、無線システムやその背景にあるコアネットワークをなんら意識することなく移動通信環境を利用できる。しかし、現実には複数の無線システムに対応した単一のハードウェアは実現に至っていない。
【０００９】
また、地域またはオペレータごとに、無線システムで提供するサービスが異なるようになり、無線システムも多様化していくと考えられる。このため、将来的には、同時期かつ同じ場所において、目的ごとに最適な無線システムを混在させる必要が生じると考えられる。
【００１０】
これら複数の無線システムを用いる方法として、マルチバンド無線システムがある。この無線システムは、伝搬環境やトラフィク状況に応じて使用する周波数帯域または周波数帯域数を適応的に変更する。また、所定の伝送品質または伝送量を確保するためには、使用されていない周波数帯域を用いたマルチバンド伝送が有効である。したがって、マルチバンド無線システムでは、その無線システムが保証すべき伝送品質や伝送量を確保するために、周波数帯域数を変更する。また、同一帯域内でも同様に変更される。さらに、マルチバンド無線システムは、複数の事業者の使用する周波数帯が混在している場合に、干渉認知技術、周波数共用技術、干渉キャンセル技術、与干渉低減回避技術、マルチバンド制御技術等によって、空いている周波数帯域を用いる適応制御を行なうことで、周波数利用効率を高めることができる。
【００１１】
フィードフォワード増幅器は、このようなマルチバンド無線システムに対応した基地局用線形増幅器として使用される。しかし、増幅すべき複数の周波数帯が、各周波数帯の帯域幅に比べて大きく離れている場合、各周波数帯用の遅延線の電気長が異なることなどから、歪検出回路と歪除去回路の平衡度を所定の範囲にするための可変位相器と可変減衰器の調整量は、増幅すべき周波数帯によって異なる。
【００１２】
具体的に述べると、すべての周波数帯で共通した遅延線路を用いた場合、入力信号の周波数差により、ベクトル調整器の設定値は、常に周波数差の角速度で回転する信号に追従する必要がある。しかし、これまでのベクトル調整器ではそのような高速に回転する信号に追従できなかった。また、これまでのベクトル調整器は、構造上の理由により、複数の入力信号に対して、同時に最適な振幅と位相を設定できなかった。
【００１３】
例えば、８００ＭＨｚ帯と１．５ＧＨｚ帯の信号が同一のベクトル調整器に入力される場合、いずれかの周波数帯に対して最適なベクトル調整を行なうことはできる。しかし、周波数差７００ＭＨｚに追従する最適なベクトル調整を行なうことができない。したがって、従来のフィードフォワード増幅器は、８００ＭＨｚ帯の信号と１．５ＧＨｚ帯の信号を、同時に所定の歪補償量以下で増幅することができなかった。
【００１４】
これを解決する方法として、非特許文献２に、デュアルバンドフィードフォワード増幅器が提案されている。この構成では、周波数帯ごとに、帯域抽出手段を持つベクトル調整器を備える。つまり、このデュアルバンドフィードフォワード増幅器は、ベクトル調整器の前段に設けられているフィルタによって、入力された二つの周波数帯の信号から、ベクトル調整する周波数帯の信号を抽出する。そして、周波数帯ごとにベクトル調整する。このデュアルバンドフィードフォワード増幅器構成は、複数の周波数帯での歪補償が可能である。なお、補償する帯域はフィルタによって固定されている。
【特許文献１】特開平１−１９８８０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３９６１号公報
【特許文献３】特開２００１−２８４９７５号公報
【非特許文献１】野島俊雄、楢橋祥一、「移動通信用超低歪多周波数共通増幅器----自己調整フィードフォワード増幅器（SAFF−A）----」、電子情報通信学会、無線通信システム研究会、RCS90-4、1990.
【非特許文献２】鈴木恭宜，楢橋祥一，「デュアルバンドフィードフォワード増幅器」，2005年電子情報通信学会総合大会，C-2-2，2005年3月．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
複数の送信帯域を持つマルチバンド無線システムでは、無線システムのサービス状況、他無線システムへの干渉等により周波数帯域を変更することが考えられる。しかし、上述したように、フィードフォワード増幅器の歪補償の帯域幅は、歪検出回路と歪除去回路の各ループの調整精度により決まる。したがって、従来のフィードフォワード増幅器では、歪補償の調整を、周波数帯域の変更に対応させることができなかった。また、歪補償する周波数帯域が固定している従来のデュアルバンドフィードフォワード増幅器は、動作周波数の適応的な変更もできなかった。長期間に渡り使用されるフィードフォワード増幅器にとって、周波数帯域の変更は、基地局でのフィードフォワード増幅器の改修や変更を伴う。したがって、数多くのフィードフォワード増幅器を再調整するには多大の労力と時間が必要になる。このような労力と時間を不要にできるフィードフォワード増幅器構成が必要であった。
【００１６】
例えば、周波数帯域ｆ１の信号と周波数帯域ｆ２の信号とを同時に歪補償するデュアルバンドフィードフォワード増幅器は、周波数帯域ｆ２からｆ３に変更された場合に、周波数帯域ｆ１の信号と周波数帯域ｆ３の信号とを同時に歪補償することができなかった。これは、従来のデュアルバンドフィードフォワード増幅器の動作帯域が固定されていること、上述したように、ｆ１とｆ３の周波数差によってループ調整ができないことによった。
【００１７】
また、将来サービスされると思われる全ての周波数帯に対応した固定フィルタとベクトル調整器を、デュアルバンドフィードフォワード増幅器に備えさせる方法も考えられる。しかし、全ての周波数帯に対応できる固定フィルタとベクトル調整器を持つことは、使用されない固定フィルタとベクトル調整器も持つことであり、経済的なフィードフォワード増幅器を構成することに反する。このように周波数帯域の変更または搬送波の増減に伴い、構成部の交換が不要であり、かつ構成が冗長でないフィードフォワード増幅器が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、歪検出回路と歪除去回路を備えるフィードフォワード増幅器に関する。歪検出回路のＮ個の第１ベクトル調整経路のそれぞれに、特定の周波数帯を抽出する第１可変周波数帯抽出器と第１ベクトル調整器とが設けられる。また、歪除去回路のＮ個の第２ベクトル調整経路のそれぞれに、特定の周波数帯を抽出するＮ個の第２可変周波数帯抽出器と第２ベクトル調整器とが設けられる。そして、Ｎ個の第１可変周波数帯抽出器及びＮ個の第２可変周波数帯抽出器で抽出される周波数帯は、周波数制御部により適応的に制御される。
【００１９】
さらに、本発明のフィードフォワード増幅器は、局部発振器と、局部発振器の周波数を制御する局部発振器周波数制御部と、第１配分部からの入力信号と局部発振器からの信号とを乗算するミキサと、ミキサの出力の低周波成分のみを通過させる低域通過フィルタと、局部発振器周波数制御部が局部発信器を制御する信号と低域通過フィルタの出力信号から入力信号の周波数帯を検出し、周波数帯制御器への制御信号を出力する分析部とを有する帯域検出器も備える。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の周波数帯の変更に対しても適応的な歪補償を可能にするフィードフォワード増幅器を実現できる。複数の周波数帯を一括して増幅するフィードフォワード増幅器の構成を簡易化し、低消費電力化が実現できる。本発明の構成によれば、線形信号経路を構成する遅延線路の電気長差によらず、周波数帯ごとに所定の歪補償量に調整できる。周波数帯抽出器の中心周波数または帯域幅を変更できることより、周波数帯ごとに所定の歪補償量に調整できる。
【００２１】
このように本発明のフィードフォワード増幅器は、無線システムのサービス状況に対応した周波数帯域を線形増幅できる。したがって、本発明は、周波数帯域の変更や搬送波の増加に伴う追加設備を不要にできる。
【００２２】
また、本発明は、周波数帯域の変更を容易かつ安価にするために、フィードフォワード増幅器に可変フィルタを用いている。また、可変フィルタの通過帯域は、使用する帯域に合うように制御される。したがって、１つのフィードフォワード増幅器でも、無線システムの周波数変更に対応できる。また、本発明のフィードフォワード増幅器は、オペレーションセンタからの周波数帯を切り替える指令によって動作帯域を切り替えることもできるので、無線システムの調整に多大の労力をかける必要がなくなる。さらに、本発明のフィードフォワード増幅器は、送信機側が周波数帯を変更した場合にも、受信した信号の周波数帯を検出し、自動的に周波数帯を切り替えることができるので、周波数帯を動的に変更することもできる。また、周波数帯ごとにフィードフォワード増幅器を構成するよりも、単一のフィードフォワード増幅器で実現する場合の方が装置規模や消費電力の点で有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図２に、本発明のフィードフォワード増幅器の多周波帯信号処理回路の原理を示す。この多周波帯信号処理回路は、遅延線で構成された線形信号経路２０と、それぞれの可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂと、それぞれの可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂの信号を増幅する多周波帯増幅部２２ａ，２２ｂと、線形信号経路とそれぞれの可変周波数帯ベクトル調整経路に入力信号を分配する分配部２３と、多周波帯増幅部２２ａ，２２ｂの出力と線形信号経路２０の出力を合成する合成部２４を含む。
【００２４】
第１可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａは、中心周波数ｆ１の第１周波数帯信号を抽出する第１可変周波数帯抽出器２５ａと、第１周波数帯信号の振幅と位相を調整するベクトル調整器２６ａとを含む。第２可変周波数帯ベクトル調整経路２１ｂは、中心周波数ｆ２の第２周波数帯信号を抽出する第２可変周波数帯抽出器２５ｂと、第２周波数帯信号の振幅と位相を調整するベクトル調整器２６ｂを含む。これらベクトル調整器２６ａ，２６ｂの出力は、多周波帯増幅部２２ａ，２２ｂで増幅される。
【００２５】
図２では、さらに他の可変周波数帯ベクトル調整経路を設けてもよいことを示している。各ベクトル調整器は図示してないが、可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂと同じように、可変周波数帯抽出器、ベクトル調整器、多周波帯増幅部の直列接続で構成される。分配部２３は、入力信号を、線形信号経路２０と、第１及び第２可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂ・・・に分配する。合成部２４は、それらの経路の出力を合成する。図２に示す多周波帯信号処理回路を、図１で説明したフィードフォワード増幅器の歪検出回路１５０と歪除去回路１５１に適用してこの発明のフィードフォワード増幅器を構成することができる。
【００２６】
例えば、周波数帯ｆ１が８００ＭＨｚ帯、周波数帯ｆ２が１．５ＧＨｚ帯に対応し、更に周波数帯ｆ３として２ＧＨｚ帯、周波数帯ｆ４として５ＧＨｚ帯を使用した場合について説明する。これらの周波数帯は、各周波数帯の帯域幅に比べて十分離れており、周波数帯ごとに可変周波数帯抽出器が設けられる。可変周波数帯抽出器２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄは、各周波数帯の信号を抽出する。ベクトル調整器２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄは、各周波数帯の信号をベクトル調整する。多周波帯増幅部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄは、各周波数帯の信号を増幅する。合成部２４は、多周波帯増幅部２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄからの出力と線形信号経路２０の出力とを合成する。
【００２７】
図３に第１及び第２可変周波数帯抽出器を可変帯域通過フィルタで構成した場合の歪補償の概念的に示す。中心周波数がそれぞれｆ１，ｆ２の周波数帯はそれぞれ十分に離れており、それぞれの周波数帯にて歪補償を可能にしている。
【００２８】
第１及び第２可変周波数帯抽出器２５ａ，２５ｂは、それぞれ中心周波数をｆ１，ｆ２にて所望の帯域幅を有するように、それぞれ第１周波数帯及び第２周波数帯の信号を抽出する。このような各可変周波数帯抽出器は例えば可変帯域通過フィルタ（バンドバスフィルタ：ＢＰＦ）で構成してもよいし、あるいは可変帯域阻止フィルタ（バンドエリミネーションフィルタ：ＢＥＦ）で構成してもよい。
【００２９】
図４は、第１可変周波数帯抽出器を可変帯域阻止フィルタで構成した場合の減衰量の周波数特性の例を示す。この例は、図２の多周波帯信号処理回路に周波数帯ｆ３，ｆ４も追加されている場合に、第１可変周波数帯抽出器２５ａに要求される特性を概念的に示している。この特性は、図５に示すように、第１周波数帯以外の周波数帯である第２、第３及び第４周波数帯を阻止する３つの帯域阻止フィルタＢＥＦ２，ＢＥＦ３，ＢＥＦ４により形成することができる。各帯域阻止フィルタは、その帯域で十分な帯域阻止特性を有し、かつそれ以外の帯域で十分に低損失な通過特性を有することが望ましい。そのような帯域阻止フィルタは、例えばノッチフィルタで構成できる。誘電体共振器を用いるノッチフィルタ、マイクロストリップラインによるスタブを用いたノッチフィルタなどがある。同様に、第２可変周波数帯抽出器２５ｂは、第１、第３及び第４周波数帯を阻止する３つの帯域阻止フィルタで形成することができる。第３及び第４周波数帯抽出器についても同様である。このように、この発明で使用される多周波帯信号処理回路は、対象とする周波数帯の数を２つに限るものではないが、以下では説明を簡素にするために、周波数帯の数が２つの場合を説明する。
【００３０】
周波数帯抽出器を帯域通過フィルタで構成する利点は、中心周波数の帯域周辺を抽出しやすく、また中心周波数からのアイソレーションが比較的取りやすいことである。しかし、中心周波数がバンドバスフィルタの共振周波数となるため、信号の遅延が大きくなる。したがって、その遅延量に合わせて図２の線形信号経路２０を構成する遅延線を長くする必要があり、減衰量も大きくなる欠点がある。周波数帯抽出器を帯域阻止フィルタで構成する場合は、抽出する周波数帯域は、帯域阻止フィルタの中心周波数ではない。したがって、抽出される周波数帯域での遅延が小さい。よって、線形信号経路２０の線路長は短く、低損失になる利点がある。更に、帯域阻止フィルタの設計も容易である。
【００３１】
可変帯域通過フィルタや可変帯域阻止フィルタは、その中心周波数または帯域幅を変更できる。マイクロストリップラインでのノッチフィルタの場合には、共振器長をダイオードやMEMS等のスイッチによって、中心周波数を変更する方法がある。帯域通過フィルタの帯域幅の可変方法としては、中心周波数の異なるフィルタバンクのバンクを切り替える方法がある。図６に、４つのフィルタを有するフィルタバンクの構成例を示す。周波数帯制御器３２は、フィルタの前後にあるスイッチ３０，３１のON/OFFによって、動作させるフィルタ数を制御する。図７に、フィルタ(BPF1)のみ動作した場合のフィルタバンクの周波数特性を示す。図８に、フィルタ(BPF1)とフィルタ(BPF2)を動作した場合のフィルタバンクの周波数特性を示す。BPF1とBPF2は近接した周波数特性であり、フィルタバンクの周波数特性はBPF1とBPF2の合成した周波数特性となる。このように、フィルタバンクを用いることにより、通過帯域幅を変更できる。帯域阻止フィルタの帯域幅の可変方法としては、マイクロストリップラインによる共振器を、ダイオードまたはMEMS等でスイッチする方法がある。
【００３２】
線形信号経路２０の線路長は、合成部２４の入力側で、線形信号経路２０による信号遅延量と、可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂによる遅延量とが等しくなるように、設計される。第１ベクトル調整器２６ａは、線形信号経路２０の出力信号の第１周波数帯ｆ１の成分と、多周波帯増幅部２２ａの出力が等振幅、逆位相となるように、第１可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａの信号の位相と振幅を制御する。同様に、第２ベクトル調整器２６ｂは、線形信号経路２０の出力信号の第２周波数帯ｆ２の成分と、多周波帯増幅部２２ｂの出力が等振幅、逆位相となるように、第２可変周波数帯ベクトル調整経路２１ｂの信号の位相と振幅を制御する。この調整により、合成部２４は、線形信号経路２０の出力と、各可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂの出力との差成分と和成分を出力することができる。
【００３３】
図２の多周波帯信号処理回路の第１及び第２可変周波数帯ベクトル調整経路２１ａ，２１ｂのベクトル調整器２６ａ，２６ｂは、それぞれ線形信号経路２０を基準として調整される。これにより、周波数帯ｆ１と周波数帯ｆ２に対して、ベクトル調整を独立に行なうことができる。
【００３４】
以下に、多周波帯信号処理回路のより具体的な例を説明する。なお、以下の説明中で、器と称する部分は物理的な回路で構成できることは無論のこと、演算処理装置とソフトウェアによっても実現可能である。
【００３５】
図９は、図２に示した多周波帯信号処理回路の具体的な第１の構成例である。この第１の構成例は、図２の多周波帯増幅部２２を、それぞれの周波数帯用の個別増幅器８０ａ，８０ｂと、それらの増幅器の出力を合成して多周波帯増幅部の出力とする合成器８１により構成されている。また、分配器８２は、分配器８２ａと分配器８２ｂとで構成されている。分配器８２ａは、入力信号を２つに分配し、一方を線形信号経路２０に分配し、他方を、分配器８２ｂに分配する。分配器８２ｂは、分配器８２ａから分配された信号を、さらに可変周波数帯ベクトル調整経路ごとに分配する。各可変周波数帯のベクトル調整経路による信号ベクトルの調整と、それによって合成器２４の出力端子に得られる差成分と和成分は図２の場合と同様であり、説明を省略する。合成器２４は、方向性結合器、ウィルキンソン形電力合成器などを用いることができる。周波数帯制御器３２は、オペレーションセンタや帯域検出器からの制御信号によって、可変帯域通過フィルタ２５ａ，２５ｂを制御する。
【００３６】
図１０に、多周波帯信号処理回路の第２の構成例を示す。図１０と図９との違いは、ベクトル調整器２６ａ，２６ｂの出力を合成器９０で合成した後で、共通増幅器９１で増幅することである。他の部分は図９の対応する部分と同様であり、説明を省略する。
【００３７】
例えば、周波数帯ｆ１からｆ２に周波数帯を変更する場合には、オペレーションセンタや帯域検出器からの制御信号によって、周波数帯制御器３２は、可変帯域通過フィルタ２５ａの通過帯域をｆ１からｆ２に変更する。このとき可変通過帯域フィルタ２５ａは、共振器構造の変更により中心周波数を変更する。このようにして、一度設置した送信増幅器の動作帯域を適応的に変更できる。つまり、本発明の送信増幅器構成は周波数帯の変更に伴う新規設備投資を不要にできる。
【００３８】
複数の無線システムに対応する基地局は、複数の無線システムに対応した送信機及び受信機を備える。複数の送信機の出力信号は、本発明のマルチバンドフィードフォワード増幅器により電力増幅される。基地局が移動通信サービスを提供するエリア内で、加入者が増えるなどの理由によりセル干渉が増大する場合には、当該基地局を監視しているオペレーションセンタは、一部の無線システムを変更する指令を当該基地局に行なう。
【００３９】
また、周波数帯ｆ１で使用する搬送波数の増加または減少に伴い、周波数帯制御器３２は、オペレーションセンタや帯域検出器からの制御信号に基づいて可変帯域通過フィルタ２５ａ、２５ｂの通過帯域幅を増加または減少する。このような通過帯域幅の増減は、図６に示したように、可変通過帯域フィルタ２５ａ，２５ｂのフィルタバンク数を変更することで実現できる。このように、通信トラフィクの変動に応じて搬送波数の増減を行なう場合にも、増加した搬送波によって生じるセル干渉を最小限に抑えることが可能になる。
【００４０】
［第１実施形態］
図１１に本発明によるフィードフォワード増幅器の第１実施形態を示す。以降のすべての実施形態においても図と説明を簡単にするため、使用周波数帯の数を２として説明するが、一般に２以上の周波数帯を使用してもよい。
以下の説明では、歪検出回路を形成する多周波帯信号処理回路の参照符号の先頭に１-を、歪除去回路を形成する多周波帯信号処理回路の参照符号の先頭に２-を付ける。但し、固有の番号の場合はその表記をしない。
【００４１】
歪検出回路１５０を構成する多周波帯信号処理回路の合成器１-２４は、歪除去回路１５１を構成する多周波帯信号処理回路の分配器２-２３とともに、合成分配器１００として機能する。また、歪検出回路１５０の個別増幅器１-８０ａ，１-８０ｂにより構成された多周波帯増幅部は、フィードフォワード増幅器における主増幅器１-１５６を構成する。各個別増幅器１−８０ａ、１−８０ｂは、電力増幅器である。歪除去回路１５１の多周波帯増幅部は、フィードフォワード増幅器の補助増幅器１０１を構成する。個別増幅器２−８０ａ、２−８０ｂは、線形増幅器である。
【００４２】
合成分配器１００は、その出力端子に線形信号経路１-２０の出力とベクトル調整経路１-２１の合成出力との差成分を求め、歪除去回路１５１の分配器１０２に出力する。また、合成分配器１００は、線形信号経路１−２０の出力と合成器１−２４の出力の和成分を求め、歪除去回路１５１の線形信号経路２-２０に出力する。個別増幅器１-８０ａ，１-８０ｂで構成する主増幅器１-１５６は、信号の増幅時に相互変調歪を生成するので、合成分配器１００が分配器１０２側に出力する差成分は、個別増幅器１-８０ａ，１-８０ｂによって生じた歪成分となる。一方、合成分配器１００が線形信号経路２−２０（主信号経路）側に出力する和成分は、多周波数帯の入力信号と個別増幅器の出力信号の合成信号が出力される。
【００４３】
歪除去回路１５１の合成器１０４は、線形信号経路２-２０の出力と、それぞれの周波数帯のベクトル調整経路の合成出力との差成分を出力する。従って、線形信号経路の出力に含まれる主増幅器により生成された歪成分が、ベクトル調整経路２−２６ａ、２−２６ｂの合成出力と相殺され、多周波数帯の信号成分が端子に出力される。
このような歪除去回路１５１での歪除去量を実現するには、歪検出回路１５０と歪除去回路１５１は、図２で説明した多周波帯信号処理回路によるベクトル調整を行えばよい。
【００４４】
第１実施形態のフィードフォワード増幅器は、周波数帯ごとにベクトル調整器を用いる。したがって、周波数帯ごとに独立して歪補償を行なうことができる。ベクトル調整器は、歪検出回路１５０及び歪除去回路１５１の遅延線路に対して等振幅、逆位相、等遅延になるように各ベクトル調整器を通る信号の振幅と位相を調整する。 
【００４５】
２つの周波数帯の信号を図１１のフィードフォワード増幅器により増幅した場合の歪補償量は、図３に示した特性となる。この発明のフィードフォワード増幅器では、増幅した中心周波数ｆ１とｆ２の各周波数帯の信号に含まれる主増幅器の歪成分が、それぞれ所定の値（目標値）以下となるように、周波数帯ごとに歪検出回路１５０及び歪除去回路１５１のベクトル調整器を調整する。各ベクトル調整経路のアイソレーションが十分にとれていれば、一つの周波数帯のベクトル調整器を調整しても、他方の周波数帯のベクトル調整器に影響を与えない。つまり、複数の周波数帯のベクトル調整器を独立に調整できる。また、ベクトル調整経路の追加により、フィードフォワード増幅器の歪補償する周波数帯を柔軟に追加することができる。
【００４６】
第１実施形態で示したフィードフォワード増幅器の第１可変周波数帯抽出手段１−２５ａ、２−２５ａ及び第２可変周波数帯抽出手段１−２５ｂ、２−２５ｂのうち、いずれか一方を可変周波数抽出手段とし、他方は周波数を変更しない周波数抽出手段でもよい。
【００４７】
第一及び第二可変周波数帯抽出手段１−２５ａ、１−２５ｂ、２−２５ａ、２−２５ｂは、周波数帯制御器３２の指示により中心周波数または通過帯域幅を変更する。周波数制御器３２は、オペレーションセンタからの制御信号によって、フィードフォワード増幅器で増幅する周波数帯の中心周波数または帯域幅を変更する。これらの制御周期または制御速度は、それぞれの無線システムによって異なる。フィードフォワード増幅器の歪補償に係わる初期引き込み動作が高速であることから、少なくとも初期引き込み動作時間以上の制御周期または制御速度であれば、第１実施形態にて第一及び第二可変周波数帯抽出手段の設定を変更できる。
【００４８】
［第２実施形態］
図１２に第２実施形態を示す。第２実施形態は、歪除去回路１５１として、図１０に示した多周波帯信号処理回路を適用したものである。第２実施形態のフィードフォワード増幅器でも、周波数帯ごとにベクトル調整器１−２６ａ、１−２６ｂ、２−２６ａ、２−２６ｂを用いてベクトル調整する。ベクトル調整経路間のアイソレーションが十分にとれていれば、１つの周波数帯のベクトル調整器を調整しても、他方の周波数帯のベクトル調整器に影響を与えない。したがって、周波数帯ごとに独立して歪補償を行なうことができる。また、ベクトル調整経路を追加すれば、歪補償する周波数帯を柔軟に追加することもできる。
歪除去回路の補助増幅器２−１５６は、図１０で示したように複数の周波数帯を同時に増幅する１つの共通増幅器２-９１を有する。したがって、増幅器の使用個数低減による装置構成の簡易化を可能にし，低消費電力化が期待できる。
【００４９】
［第３実施形態］
図１３に第３実施形態を示す。第３実施形態は、歪検出回路１５０として図１０に示した多周波帯信号処理回路を用いた例である。第３実施形態のフィードフォワード増幅器も、周波数帯ごとにベクトル調整器１−２６ａ、１−２６ｂ、２−２６ａ、２−２６ｂを用いてベクトル調整する。ベクトル調整経路間のアイソレーションが十分にとれていれば、１つの周波数帯のベクトル調整器を調整しても、他方の周波数帯のベクトル調整器に影響を与えない。したがって、周波数帯ごとに独立して歪補償を行なうことができる。また、ベクトル調整経路を追加すれば、歪補償する周波数帯を柔軟に追加することもできる。
歪検出回路の主増幅器１−１５６は、図１０で示したように複数の周波数帯を同時に増幅する１つの共通増幅器１-９１を有する。したがって、増幅器の使用個数低減による装置構成の簡易化を可能にし，低消費電力化が期待できる。
【００５０】
［第４実施形態］
図１４に第４実施形態を示す。第４実施形態は、歪検出回路１５０と歪除去回路１５１の両方に、図１０の多周波帯信号処理回路を適用したものである。歪検出回路１５０の主増幅器１−１５６は複数の周波数帯を同時に増幅する１つの共通増幅器１−９１で構成され、また、歪除去回路１５１の補助増幅器２−１５６も複数の周波数帯を同時に増幅する１つの共通増幅器２−９１を有する。したがって、増幅器の使用個数低減による装置の簡易化を可能にし，低消費電力化が期待できる。
【００５１】
［第５実施形態］
図１５に第５実施形態を示す。第５実施形態は、図１１の構成に、帯域検出器３３を付加した構成である。この構成の場合、分配器１−８２ａは、入力信号の一部を帯域検出器３３にも分配する。帯域検出器３３は、以下に示す方法により、入力信号の周波数帯域を検出し、周波数帯制御器３２に制御信号を出力する。その他の構成部の動作は第１実施形態と同じである。
【００５２】
図１６に、帯域検出器３３の機能構成例を示す。帯域検出器３３は、局部発振器周波数制御部３３１、局部発振器３３２、ミキサ３３３、低域通過フィルタ３３４、分析部３３５から構成される。局部発振器周波数制御部３３１は、入力信号の下限の周波数から上限の周波数まで周波数を連続的に掃引するように、局部発振器３３２を制御する。局部発振器３３２は、局部発振器周波数制御部３３１の指示に従って、発振する。ミキサ３３３は、分配器１−８２ａから分配された入力信号と局部発振器３３２からの信号を乗算する。ミキサ３３３からの出力信号は、入力信号の周波数と局部発振器３３２からの信号の周波数の差の周波数成分を含む。つまり、入力信号の周波数と局部発振器３３２からの信号の周波数とが非常に近い場合には、ミキサ３３３からの出力に直流付近の成分（低周波の成分）が含まれる。低域通過フィルタ３３４は、ミキサ３３３からの出力の低周波成分のみを通過させる。したがって、入力信号の周波数と局部発振器３３２からの信号の周波数とが非常に近い場合にのみ、低域通過フィルタ３３４から、帯域検出器出力信号が得られる。分析部３３５は、局部発振器周波数制御部３３１からの周波数掃引信号と低域通過フィルタ３３４からの帯域検出器出力信号を比較し、入力信号の周波数帯域を検出し、周波数帯制御器３２への制御信号を出力する。
【００５３】
図１７に、フィードフォワード増幅器の入力信号のスペクトルの例を示す。第１の周波数帯の中心周波数をｆ１、下限周波数をｆ１Ｌ、上限周波数をｆ１Ｈとする。第２の周波数帯の中心周波数をｆ２、下限周波数をｆ２Ｌ、上限周波数をｆ２Ｈとする。図１８に、掃引周波数と入力信号の周波数との関係を示す。横軸が掃引周波数、縦軸が入力信号の周波数である。この図は、掃引周波数が、周波数ｆ１Ｌから周波数ｆ１Ｈ、および周波数ｆ２Ｌから周波数ｆ２Ｈの場合に、低域通過フィルタ３３４から直流付近の信号が出力されることを示している。図１９に、局部発振器３３２から出力される信号の時間的な変化を示す。横軸は時間であり、縦軸は局部発振器３３２からの出力である。図２０に、低域通過フィルタ３３４からの出力の時間的な変化を示す。横軸は時間であり、縦軸は低域通過フィルタ３３４からの出力である。図２０に示すように、局部発振器３３２からの出力の周波数が、周波数ｆ１Ｌから周波数ｆ１Ｈ、および周波数ｆ２Ｌから周波数ｆ２Ｈに該当する場合に、低域通過フィルタ３３４からの出力が得られる。
【００５４】
なお、低域通過フィルタ３３４からの出力にしきい値を設定すると、図２１に示すように周波数帯の帯域幅が狭くなる。したがって、分析部３３５では、得られた下限周波数ｆ１Ｌ、ｆ２Ｌ、および上限周波数ｆ１Ｈ、ｆ２Ｈに、あらかじめ定めた係数を乗算することで、各周波数を補正すればよい。
また、局部発振器周波数制御部３３１と分析部３３５は、アナログ／デジタル変換器とマイクロプロセッサで実現できる。局部発振器３３２は、一般的に使用されている信号発振器等を用いればよい。ミキサ３３３と低域通過フィルタ３３４は、ＬＣフィルタやオペアンプを用いたアクティブフィルタで実現できる。
【００５５】
帯域検出器３３はこのように動作するので、入力信号が動的に変更される場合にも、フィードフォワード増幅器は、適応的に対応できる。フィードフォワード増幅器が処理する周波数帯を変更するために必要な時間は、局部発振器３３２が掃引する信号の周期に依存する。高速での周波数変更が必要な場合は、局部発振器３３２が掃引する信号の周期を短くすればよい。
【００５６】
［第６実施形態］
図２２に第６実施形態を示す。第６実施形態は、図１２の構成に、帯域検出器３３を付加した構成である。帯域検出器３３の構成と動作は、第５実施形態と同じであり、その他は、第２実施形態と同じである。
【００５７】
［第７実施形態］
図２３に第７実施形態を示す。第７実施形態は、図１３の構成に、帯域検出器３３を付加した構成である。帯域検出器３３の構成と動作は、第５実施形態と同じであり、その他は、第３実施形態と同じである。
【００５８】
［第８実施形態］
図２４に第８実施形態を示す。第８実施形態は、図１４の構成に、帯域検出器３３を付加した構成である。帯域検出器３３の構成と動作は、第５実施形態と同じであり、その他は、第４実施形態と同じである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
この発明の多周波帯信号処理回路を用いる多周波帯用フィードフォワード増幅器は、複数の周波数帯の信号を同時送信する移動通信用送信増幅器に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】従来のフィードフォワード増幅器の基本構成を示す図である。
【図２】本発明のフィードフォワード増幅器に用いる多周波帯信号処理回路の構成例を示す図である。
【図３】可変周波数帯抽出器を可変帯域通過フィルタで構成した場合の歪補償の概念図を示す図である。
【図４】可変周波数帯抽出器を可変帯域阻止フィルタで構成した場合の減衰量の周波数特性の例を示す図である。
【図５】帯域阻止フィルタの縦続接続を示す図である。
【図６】４つのフィルタによるフィルタバンク構成例を示す図である。
【図７】フィルタバンクの周波数特性を示す図である。
【図８】フィルタバンクの周波数特性を示す図である。
【図９】多周波帯信号処理回路の具体的な構成例を示す図である。
【図１０】多周波帯信号処理回路の第２の構成例を示す図である。
【図１１】本発明によるフィードフォワード増幅器の第１実施形態を示す図である。
【図１２】本発明によるフィードフォワード増幅器の第２実施形態を示す図である。
【図１３】本発明によるフィードフォワード増幅器の第３実施形態を示す図である。
【図１４】本発明によるフィードフォワード増幅器の第４実施形態を示す図である。
【図１５】本発明によるフィードフォワード増幅器の第５実施形態を示す図である。
【図１６】帯域検出器の機能構成例を示す図である。
【図１７】フィードフォワード増幅器の入力信号のスペクトルの例を示す図である。
【図１８】掃引周波数と入力信号の周波数との関係を示す図である。
【図１９】局部発振器から出力される信号の時間的な変化を示す図である。
【図２０】低域通過フィルタから出力される信号の時間的な変化を示す図である。
【図２１】低域通過フィルタからの出力にしきい値を設定した場合に、検出される周波数帯の帯域幅が狭くなることを示した図である。
【図２２】本発明によるフィードフォワード増幅器の第６実施形態を示す図である。
【図２３】本発明によるフィードフォワード増幅器の第７実施形態を示す図である。
【図２４】本発明によるフィードフォワード増幅器の第８実施形態を示す図である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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