(57)【要約】【課題】フィードフォワード方式の増幅装置の効率を上げる。【解決手段】メイン増幅器の出力に含まれる歪成分をサブ増幅器の出力で抑制するフィードフォワード方式の増幅装置であって、メイン増幅器の歪補償をデジタル信号処理によって行うデジタルプリディストーション部を備えている。前記デジタルプリディストーション部は、３次歪成分を抑制するために必要十分な低い処理速度に設定されており、３次歪成分だけを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メイン増幅器の出力に含まれる歪成分をサブ増幅器の出力で抑制するフィードフォワード方式の増幅装置であって、
メイン増幅器の歪補償をデジタル信号処理によって行うデジタルプリディストーション部を備え、
前記デジタルプリディストーション部は、前記増幅装置によって歪成分を抑制すべき帯域全体において歪成分を抑制するために必要とされる処理速度よりも低い処理速度に設定されており、前記増幅装置によって歪成分を抑制すべき帯域全体よりも狭帯域の歪成分を抑制するよう動作する
ことを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記デジタルプリディストーション部は、３次歪成分よりも高次の歪成分を抑制せずに、３次歪成分までを抑制する
請求項１記載の増幅装置。
【請求項３】
前記デジタルプリディストーション部によって歪補償される前の信号に対してベクトル調整を行う第１ベクトル調整器と、
前記デジタルプリディストーション部によって歪補償される前の信号に対してベクトル調整を行う第２ベクトル調整器と、
をさらに備え、
前記第１ベクトル調整器の出力信号と、前記メイン増幅器の出力から分配された出力信号とが合成されて、第１の合成信号が生成され、
第２ベクトル調整器の出力信号と、前記第１の合成信号とが合成されて、第２の合成信号が生成され、
前記第２の合成信号は、サブ増幅器側へ与えられる
請求項１又は２記載の増幅装置。
【請求項４】
前記メイン増幅器の出力を前記デジタルプリディストーション部へフィードバックさせるために、前記メイン増幅器の出力を抽出するカプラを備え、
前記カプラは、前記メイン増幅器の出力を前記サブ増幅器側に分配する分配器と、前記分配器の出力信号を前記デジタルプリディストーション部によって歪補償される前の信号と合成する合成器と、の間に設けられている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の増幅装置。
【請求項５】
請求項１記載の増幅装置を用いて信号を増幅する通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅装置及び通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高出力増幅器（High Power Amplifier、以下、「ＨＰＡ」という）などの増幅器を用いて、電力を増幅する場合、増幅器の非線形な歪特性のため、所望の入出力特性を得ることができないことがある。
【０００３】
増幅器の歪を補償する技術として、フィードフォワード方式が知られている。フィードフォワード方式では、メイン増幅器の出力に含まれる歪成分が抽出される。抽出された歪成分はサブ増幅器で増幅され、メイン増幅器の出力に含まれる歪成分を打ち消すために用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１２１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
フィードフォワード方式は、広帯域の歪補償が可能であるが、効率が低下するという問題を有している。つまり、フィードフォワード方式では、サブ増幅器によって生じる信号の遅延に合わせて、メイン増幅器の出力に遅延を発生させるため、メイン増幅器の出力側に遅延ライン又は遅延フィルタを設ける必要がある。遅延ライン等を設けると、それによってロスが生じ、効率が低下する。さらに、サブ増幅器の消費電力は直接的に効率を劣化させる。
【０００６】
そこで、本発明は、フィードフォワード方式における効率低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は、メイン増幅器の出力に含まれる歪成分をサブ増幅器の出力で抑制するフィードフォワード方式の増幅装置であって、メイン増幅器の歪補償をデジタル信号処理によって行うデジタルプリディストーション部を備え、前記デジタルプリディストーション部は、前記増幅装置によって歪成分を抑制すべき帯域全体において歪成分を抑制するために必要とされる処理速度よりも低い処理速度に設定されており、前記増幅装置によって歪成分を抑制すべき帯域全体よりも狭帯域の歪成分を抑制するよう動作することを特徴とする増幅装置である。
【０００８】
（２）前記デジタルプリディストーション部は、３次歪成分よりも高次の歪成分を抑制せずに、３次歪成分までを抑制するのが好ましい。
【０００９】
（３）前記デジタルプリディストーション部によって歪補償される前の信号に対してベクトル調整を行う第１ベクトル調整器と、前記デジタルプリディストーション部によって歪補償される前の信号に対してベクトル調整を行う第２ベクトル調整器と、をさらに備え、前記第１ベクトル調整器の出力信号と、前記メイン増幅器の出力から分配された出力信号とが合成されて、第１の合成信号が生成され、第２ベクトル調整器の出力信号と、前記第１の合成信号とが合成されて、第２の合成信号が生成され、前記第２の合成信号は、サブ増幅器側へ与えられるのが好ましい。
【００１０】
（４）前記メイン増幅器の出力を前記デジタルプリディストーション部へフィードバックさせるために、前記メイン増幅器の出力を抽出するカプラを備え、前記カプラは、前記メイン増幅器の出力を前記サブ増幅器側に分配する分配器と、前記分配器の出力信号を前記デジタルプリディストーション部によって歪補償される前の信号と合成する合成器と、の間に設けられているのが好ましい。
（５）他の観点からみた本発明は、前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の増幅装置を用いて信号を増幅する通信装置である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る増幅装置の回路図である。
【図２】第１実施形態に係る増幅装置の信号スペクトラムである。
【図３】第２実施形態に係る増幅装置の回路図である。
【図４】第２実施形態に係る増幅装置の信号スペクトラムである。
【図５】第３実施形態に係る増幅装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．増幅回路の全体構成］
図１は、実施形態に係る増幅装置１を示している。この増幅装置１は、例えば、ＬＴＥなどの通信規格に準拠した無線基地局装置又は無線端末装置などの通信装置に搭載され、信号（送信信号）の増幅を行うために用いられる。
【００１３】
増幅装置１は、フィードフォワード方式の増幅装置として構成されており、メイン増幅器２及びサブ増幅器３を備えている。本実施形態の増幅装置１は、フィードフォワード方式であるが、メイン増幅器２の歪をデジタルプリディストーション方式で補償するデジタルプリディストーション部（ＤＰＤ部）４を備えている。なお、以下では、理解の容易のため、ＤＰＤ部４を除いた構成について先に説明し、その後、ＤＰＤ部４に関する説明を行う。
【００１４】
メイン増幅器２に入力された信号には、歪成分が付加されて出力される。メイン増幅器２の出力信号は、合成器５にて、サブ増幅器３の出力信号と合成され、メイン増幅器２の出力信号に含まれる歪成分が抑制される。
【００１５】
メイン増幅器２の出力信号に含まれる歪成分を抑制するため、メイン増幅器２の出力信号の一部が、分配器（分波器）６によって分配される。分配器６によって取り出されたメイン増幅器２の出力信号の一部は、メイン増幅器２による増幅前（かつ後述のＤＰＤ部４による歪補償前の信号（主信号）と、合成器（合波器）７によって合成される。
合成器７によって合成される際には、歪成分のない主信号とメイン増幅器２の出力信号が、等振幅・逆位相となるように、主信号がベクトル調整器８にて調整される。なお、ベクトル調整器８は、メイン増幅器２の出力信号のベクトル調整（位相／振幅調整）を行うものであってもよい。
【００１６】
メイン増幅器２の出力信号は、増幅された主信号に歪成分が付加されたものであるから、逆位相の主信号が合成されることで、主信号が抑制され、メイン増幅器２の出力信号に含まれる歪成分が抽出される。合成器７の出力は、ベクトル調整器９を介して、サブ増幅器３によって増幅され、合成器５に与えられる。
【００１７】
合成器５には、メイン増幅器２の出力信号が、遅延ライン（遅延素子）１０を介して与えられる。遅延ライン１０は、サブ増幅器３等によって生じる信号の遅延分の遅延を、メイン増幅器２の出力信号にも生じさせるためのものである。合成器５には、メイン増幅器２の出力信号（主信号＋歪成分）とサブ増幅器３の出力信号（歪成分）とが逆位相で与えられる。この結果、合成器５からは、歪成分が抑制された主信号が出力される。
【００１８】
前記ＤＰＤ部４は、メイン増幅器２の歪補償（前置歪補償）を、デジタル信号処理によって行う。ＤＰＤ部４は、デジタルＩＱベースバンド信号ｘＩ，ｘＱに対して、歪補償を行い、歪補償後の信号をメイン増幅器２側へ出力する。
【００１９】
ＤＰＤ部４から出力された歪補償後のデジタル信号は、ＤＡＣ（ＤＡ変換器）３２によって、アナログ信号（アナログＩＱベースバンド信号）に変換される。ＤＡＣ３２から出力された信号は、直交変調器３３にて直交変調される。
【００２０】
直交変調後の信号は、周波数変換部３４によってアップコンバートされる。アップコンバート後の信号は、メイン増幅器２に与えられる。
【００２１】
メイン増幅器２の出力信号は、カプラ３６によって検出され、可変減衰器３７を介して、周波数変換部３８に与えられる。周波数変換部３８は、信号をダウンコンバートする。周波数変換後の信号は、フィルタ（ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ）３９を介して、ＡＤＣ（ＡＤ変換器）４０に与えられる。ＡＤＣ４０はアナログ信号をデジタル信号に変換し、その出力を信号処理部４１に与える。信号処理部４１は、デジタル直交復調などの信号処理を行い、デジタルＩＱベースバンド信号を、ＤＰＤ部４に与える。
【００２２】
ＤＰＤ部４では、メイン増幅器２の出力信号に基づき、メイン増幅器２の逆特性などを推定して、メイン増幅器２において発生する歪成分（の一部）を抑制するための歪補償を行う。
【００２３】
増幅装置１には、ＤＰＤ部４による歪補償前の本来の主信号を合成器７に与えるべく、ＤＰＤ部４への入力信号（主信号）ｘＩ，ｘＱに対するＤＡ変換、直交変調、周波数変換を行うＤＡＣ４２、直交変調器４３、周波数変換部４４を備えている。
【００２４】
ＤＰＤ部４は、歪成分を抑制すべき帯域全体よりも狭帯域の歪成分を抑制するよう動作する。一般に、増幅器における歪成分のうち、何次の歪成分までを打ち消すべきかは、通信規格が定められている。例えば、Ｗ−ＣＤＭＡ、ＬＴＥ、ＷｉＭＡＸでは、５次歪成分までを打ち消すことが求められている。したがって、これらの通信規格に準拠した通信装置に搭載される増幅装置では、５次までの歪成分、つまり３次及び５次の歪成分を除去する必要がある。
【００２５】
歪成分は、高次になるほどレベルは低下するものの、帯域が広くなる。したがって、高次の歪を補償しようとすると、広帯域で補償を行わなければならない。
デジタルブリディストーション方式だけで、広帯域に歪補償を行おうとすると、ＤＰＤ部４は非常に高い処理速度が要求されることなる。要求される処理速度は、場合によっては、その速度に対応したＤＰＤ部４やその周辺のデジタル部品（ＤＡＣ３２など）が存在しないほどの速度になる場合もある。
したがって、デジタルブリディストーション方式だけで、通信規格で要求される歪補償を行おうとすると、歪成分が処理可能な帯域に収まるように、主信号自体の帯域を狭くする必要がある。
【００２６】
これに対して、本実施形態の増幅装置１では、ＤＰＤ部４は、歪成分を抑制すべき帯域全体よりも狭帯域の歪成分を抑制する。つまり、通信規格において５次の歪を抑制すべきことが要求されている場合、増幅装置１が歪成分を抑制すべき帯域は、５次歪が存在する比較的広い帯域となる。しかし、ＤＰＤ部４では、３次歪（の全体又は一部）だけを抑制する。３次歪の帯域は、５次歪の帯域全体よりも狭い。したがって、ＤＰＤ部４及びその周辺のデジタル部品（ＤＡＣ３２など）の処理速度は、ＤＰＤ部４だけで５次歪まで抑制しようとする場合の速度よりも低くてよい。
【００２７】
例えば、ＤＰＤ部４による歪補償なしで、主信号をメイン増幅器２で増幅させると、メイン増幅器２の出力信号には、図２（ａ）に示すように、３次歪、５次歪が付加されている。なお、図示はしていないが７次歪、９次歪などの高次歪も存在する。
【００２８】
一方、メイン増幅器２の手前に３次歪を抑制するＤＰＤ部２を設けると、図２（ｂ）に示すように、メイン増幅器２の出力信号は、３次歪は抑制されているが、５次歪（及びより高次の歪）が残ったものとなる。ＤＰＤ部４を設けることで、メイン増幅器２の出力信号は、歪成分は残るものの、ＤＰＤ部４が無い場合に比べて、歪成分のレベルを抑えることができる。
【００２９】
図２（ｂ）に示す出力信号の一部と図２（ｃ）に示す主信号とを逆位相で合成すると、図２（ｄ）に示すように、５次歪（及びより高次の歪）だけを抽出することができる。図２（ｄ）の信号をサブ増幅器３にて増幅し、図２（ｂ）の信号と逆位相で合成することで、図２（ｅ）に示すように、５次以上の歪成分がほぼ抑制された主信号を得ることができる。
【００３０】
本実施形態の増幅装置１では、サブ増幅器３にて増幅すべき信号に３次歪が含まれていないため、歪成分のレベルが小さくなっている。このため、サブ増幅器３としては、比較的小電力用のものでよく、消費電力が小さくできる。しかも、サブ増幅器３にて増幅すべき歪成分が大きいと、大きな出力電力を可能とするサブ増幅器３が必要となり、結果、信号遅延が大きくなり、遅延ライン１０による遅延を大きくする必要があるが、本実施形態では、サブ増幅器３にて増幅すべき歪成分が小さいため、遅延ライン１０による遅延は小さくてよい。
この結果、フィードフォワード型増幅装置１全体としての効率が向上する。
【００３１】
また、ＤＰＤ部４としても、５次歪まで抑制する必要がないため、処理速度が比較的低速でもよい。あるいは、ＤＰＤ部４の処理速度に余裕がある場合には、主信号自体の帯域を広げることもできる。
【００３２】
図３は、第２の実施形態に係る増幅装置１を示している。
第２の実施形態に係る増幅装置１では、ＤＰＤ部４によって歪補償される前のデジタル信号をＤＡ変換したアナログ信号に対してベクトル調整を行うベクトル調整器８ａ，８ｂを複数備えている。第２の実施形態では、歪成分抽出のためのメイン増幅器２の出力信号と主信号との合成を複数回行うことで、メイン増幅器２の出力信号から主信号を適切に取り除くことができる。
【００３３】
第１のベクトル調整器８ａ及び第２のベクトル調整器８ｂは、それぞれ、ＤＰＤ部４によって歪補償される前のデジタル信号を、ＤＡＣ４２によってＤＡ変換したアナログ信号に対してベクトル調整を行う。
【００３４】
第１のベクトル調整器８ａは、図１におけるベクトル調整器８と同様に、ＤＰＤ部４によって歪補償される信号のベクトル調整を行う。第１のベクトル調整器８ａによってベクトル調整された主信号は、第１合成器７ａにおいて、メイン増幅器２の出力信号（図４（ａ）参照）と逆位相で合成され、主信号成分が低下する（図４（ｂ）参照）。ただし、この時点では、主信号成分は完全には取り除かれない。
【００３５】
続いて、第１合成器７ａの出力信号（図４（ｂ））は、第２合成器７ｂにおいて、第２のベクトル調整器８ａによってベクトル調整された主信号と、再び逆位相で合成される。
このように第２実施形態では、２段階（複数段階）の主信号成分除去によって、歪成分が抽出される。
【００３６】
ＤＰＤ部４によって低次（３次）の歪を除去すると、残った高次の歪は、レベルが低いものとなる。このため、歪成分の抽出の際には、ＤＰＤ部４が無い場合に比べて、主信号成分を大きく低下させる必要がある。しかし、主信号成分を大きく低下させるには、合成器７で合成される両信号の位相をより厳密に逆位相にする必要があり、主信号成分を除去するのが困難となる。
【００３７】
これに対し、第２実施形態のように、主信号の合成を複数回行うことで、段階的に主成分を低下させればよく、それぞれの合成時において厳密に逆位相になっていなくても、種信号成分を除去して、適切な歪成分を得ることが容易になる。
【００３８】
図５は、第３の実施形態に係る増幅装置１を示している。
第３の実施形態に係る増幅装置１では、メイン増幅器２の出力をＤＰＤ部４へフィードバックさせるためにメイン増幅器２の出力を分岐させて抽出するカプラ３６が、分配器６と合成器７（７ａ）との間の経路上に設けられている。カプラ３６を分配器６と合成器７（７ａ）との間に設けることで、メイン増幅器２から増幅装置１の出力に至るまでのメインラインの損失が軽減され効率が向上する。
【００３９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、図１，３，５の回路において、ＩＱベースバンド信号をＰＷＭ信号とした場合には、ＤＡＣ３２，４２を省略することが可能である。また、ＰＷＭ信号を使用する場合、高周波をカットするＬＰＦを設けるのが好適である。
【符号の説明】
【００４０】
１  増幅装置
２  メイン増幅器
３  サブ増幅器
４  ＤＰＤ（デジタルプリディストーション）部
５  合成器
６  分配器
７  合成器
７ａ  第１合成器
７ｂ  第２合成器
８  ベクトル調整器
８ａ  ベクトル調整器
８ｂ  ベクトル調整器
９  ベクトル調整器
１０  遅延ライン
３２  ＤＡ変換器
３３  直交変調器
３４  周波数変換部
３６  カプラ
３７  可変減衰器
３８  周波数変換部
３９  バンドパスフィルタ
４０  ＡＤ変換器
４１  信号処理部
４２  ＤＡ変換器
４３  直交変調器
４４  周波数変換部
【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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