(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅器と、
増幅器の入力の一部と増幅器の出力の一部とを、主信号について相互に逆相等振幅となるようにそれらの一方の振幅と位相を調整して合成することによって、実質的に増幅器が発生する歪のみを出力する歪検出ループであって、位相と振幅の調整を行なうためにその出力に含まれる主信号を検出する検出器を備えるものと、
歪検出ループの出力と増幅器の出力の他の部分とを、歪について相互に逆相等振幅となるようにそれらの一方の振幅と位相を調整して合成することによって、増幅器の出力から歪を実質的に除去する歪除去ループであって、位相と振幅の調整を行なうためにループの平衡を検出する検出器を備えるものと、
歪検出ループ及び歪除去ループの少なくとも一方のループにおいて検出器の前段に設けられた可変減衰器と、
ループの制御状態に応じて対応する可変減衰器の減衰量を変える制御回路とを具備するフィードフォワード増幅器。
【請求項２】
前記制御回路は、最初に可変減衰器に第１の減衰量を設定し、その後、ループの制御が安定したと判断するとき対応する可変減衰器の減衰量を第１の減衰量よりも小さい第２の減衰量に変更する請求項１記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項３】
前記制御回路は、増幅器の電源の投入後において可変減衰器に第１の減衰量を設定し、検出器の検出出力が第１の閾値以下となったとき対応する可変減衰器の減衰量を第１の減衰量から第２の減衰量へ変更する請求項２記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項４】
前記制御回路は、可変減衰器に第２の減衰量が設定されているときで対応する検出器の検出出力が第２の閾値以上になったとき対応する可変減衰器の減衰量を第２の減衰量から第１の減衰量へ変更する請求項３記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項５】
前記制御回路は、可変減衰器の出力が一定となるように対応するループの時定数よりも遅い時定数で可変減衰器の減衰量を連続的に制御する請求項１記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項６】
増幅器と、
増幅器の入力の一部と増幅器の出力の一部とを、それらの一方の振幅と位相を所定の摂動幅で変化させて最適値を見い出して、主信号について相互に逆相等振幅で合成することによって実質的に増幅器が発生する歪のみを出力する歪検出ループと、
歪検出ループの出力と増幅器の出力の他の部分とを、それらの一方の振幅と位相を所定の摂動幅で変化させて最適値を見い出して、歪について相互に逆相等振幅で合成することによって増幅器の出力から歪を実質的に除去する歪除去ループと、
ループの制御状態に応じて歪検出ループ及び歪除去ループの少なくとも一方の摂動幅を変える制御回路とを具備するフィードフォワード増幅器。
【請求項７】
前記制御回路は最初に第１の摂動幅を設定し、その後、ループの制御が安定したと判断するとき対応する摂動幅を第１の摂動幅よりも小さい第２の摂動幅に変更する請求項６記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項８】
前記歪検出ループ及び歪除去ループは出力に含まれる主信号及びループの平衡をそれぞれ検出する検出器を備え、
前記制御回路は増幅器の電源の投入後において第１の摂動幅を設定し、検出器の検出出力が第１の閾値以下となったとき対応するループの摂動幅を第１の摂動幅から第２の摂動幅へ変更する請求項７記載のフィードフォワード増幅器。
【請求項９】
前記制御回路は、ループに第２の摂動幅が設定されているときで対応する検出器の検出出力が第２の閾値以上になったとき摂動幅を第２の摂動幅から第１の摂動幅へ変更する請求項８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、増幅器の非線形性によって生じる歪を歪検出ループで検出してこれを用いて歪除去ループで歪をキャンセルするフィードフォワード増幅器に関する。この種の増幅器は、例えばディジタル移動電話システムの基地局の送信増幅器のように複数のキャリアを１つの増幅器で一括して増幅するマルチキャリア増幅器において発生する歪の除去に特に有効である。
【０００２】
【従来の技術】
歪検出ループ及び歪除去ループを有するフィードフォワード増幅器の歪検出ループにおいては、増幅器の入力の一部と増幅器の出力の一部を主信号について相互に逆相等振幅になるようにして合成することによって歪成分が検出され、歪除去ループにおいては歪検出ループの出力と増幅器の出力を歪について相互に逆相等振幅になるように合成することによって増幅器の出力に含まれる歪成分が除去される。また、逆相等振幅とするための可変減衰器及び可変移相器における減衰量及び移相量の経時変化に対応するため、歪検出ループの出力及び歪除去ループの出力についてそれぞれ主信号及びループの平衡の検出のために適切な個所に注入されたパイロット信号が検出されそれらが最小となるように各ループの可変減衰器及び可変移相器が自動制御される。各ループにおける減衰量及び移相量の自動制御のためには、所定の周期及び所定の摂動幅で各パラメータを段階的に変更し、改善がみられたらさらに同じ方向へ変更し、悪化したら逆方向へ変更することによって最適値を見い出す摂動法が採用される。
【０００３】
歪検出ループにおける主信号の検出及び歪除去ループにおけるループの平衡の検出のための検出器の入力ダイナミックレンジについては、一般に起こり得る最大入力レベルと最小入力レベルを考慮して設計される。また、摂動のステップ幅については、一般に、所要の精度（キャンセル量）を得るために充分に狭いステップ幅が採用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の検出器のうち、例えば歪検出ループにおける主信号の検出のための検出器については、その入力レベルは増幅器の入力に含まれるキャリアの数が最大でかつ各キャリアの電力が最大であり増幅器の入力と出力が主信号について同相で合成されるときに最大になり、キャリア数及びキャリア電力が最小で主信号について逆相等振幅となったときに最小となるために、検出器の入口のダイナミックレンジが広く、例えば５０dB以上になる。従って、従来のように起こり得る最大レベル及び最小レベルを考慮して入力ダイナミックレンジを決めると、キャリア数が少なくてキャリア電力が小さいときに最適値の近傍において検出量の微少な変化をとらえることができなくなって、振幅及び位相の最適値からの偏差が大きくなってキャンセル量を充分にとれないという問題がある。仮に最小入力レベルにおける精度を優先して入力レンジを決めるとすればキャリア数が多く各キャリアの電力が大きいときに検出器が飽和して制御が不安定になる。
【０００５】
摂動のステップ幅については、精度を優先して従来のように狭く設定すると制御を開始してから制御が収束するまでに時間がかかるという問題がある。また、摂動幅が小さいと変調による入力信号の変動や雑音等のために摂動の方向を誤まってしまい、制御が不安定になるという問題もある。
上記のような問題点は歪除去ループにおいても同様に存在する。
【０００６】
したがって本発明の目的は、上記の問題点を解決し、高精度、高応答速度で安定に動作するフィードフォワード増幅器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、増幅器と、増幅器の入力の一部と増幅器の出力の一部とを、主信号について相互に逆相等振幅となるようにそれらの一方の振幅と位相を調整して合成することによって、実質的に増幅器が発生する歪のみを出力する歪検出ループであって、位相と振幅の調整を行なうためにその出力に含まれる主信号を検出する検出器を備えるものと、歪検出ループの出力と増幅器の出力の他の部分とを、歪について相互に逆相等振幅となるようにそれらの一方の振幅と位相を調整して合成することによって、増幅器の出力から歪を実質的に除去する歪除去ループであって、位相と振幅の調整を行なうためにループの平衡を検出する検出器を備えるものと、歪検出ループ及び歪除去ループの少なくとも一方のループにおける検出器の前段に設けられた可変減衰器と、該ループの制御状態に応じて対応する可変減衰器の減衰量を変える制御回路とを具備するフィードフォワード増幅器が提供される。
【０００８】
本発明によれば、増幅器と、増幅器の入力の一部と増幅器の出力の一部とを、それらの一方の振幅と位相を所定の摂動幅で変化させて最適値を見い出して、主信号について相互に逆相等振幅で合成することによって実質的に増幅器が発生する歪のみを出力する歪検出ループと、歪検出ループの出力と増幅器の出力の他の部分とを、それらの一方の振幅と位相を所定の摂動幅で変化させて最適値を見い出して、歪信号について相互に逆相等振幅で合成することによって増幅器の出力から歪を実質的に除去する歪除去ループと、ループの制御状態に応じて歪検出ループ及び歪除去ループの少なくとも一方の摂動幅を変える制御回路とを具備するフィードフォワード増幅器もまた提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１はフィードフォワード増幅器の一例のブロック図である。図中の各信号線の近傍に２キャリアの場合の各所の周波数スペクトルを示す。
増幅器１０の入力側の信号および出力側の信号は方向性結合器１２および１４により一部がそれぞれ分岐される。入力側の分岐信号は、方向性結合器１６において出力側の分岐信号と合成されたとき主信号について逆相等振幅となるように、ベクトル調整器１８においてその振幅と位相が調整され、方向性結合器１６において出力側の分岐信号と合成することにより、増幅器１０の非線形性によって生じた歪成分を得る。
【００１０】
得られた歪成分は、補助増幅器２０で増幅され方向性結合器２２で増幅器１０の出力信号に合成されたとき逆相等振幅となるように、ベクトル調整器２４において振幅と位相が調整され、補助増幅器２０で増幅され、方向性結合器２２において増幅器１０の出力に合成される。これにより、増幅器１０の非線形特性によって生じた歪が除去された出力が得られる。
【００１１】
ベクトル調整器１８を含むループは歪検出ループと呼ばれ、ベクトル調整器２４を含むループは歪除去ループと呼ばれる。ベクトル調整器１８，２４は可変減衰器と可変移相器の直列接続で構成される。歪検出ループにおいて合成される信号が逆相等振幅であるか否かの判断は、主信号検出器２６により歪検出ループの出力から主信号の周波数の信号が検出されるか否かで行なわれ、歪除去ループにおける逆相等振幅の判断は、増幅器１０の入力又は出力にパイロット信号を注入し歪検出器２８により歪除去ループの出力から歪検出ループの平衡状態を示すパイロット信号が検出されるか否かで行なわれる。所定の時間間隔で所定の摂動幅でベクトル調整器１８，２４における減衰量と移相量を独立に変更し、検出量が減少したらさらに同じ方向へ変更し、増加したら逆方向へ変更し、減少から増加へ転じるところを最適値とする。
【００１２】
以下歪検出ループ（主信号検出器）に絞って本発明のフィードフォワード増幅器を説明するが、歪除去ループ（歪検出器）に対しても説明は同様である。したがって以下の説明は歪検出ループまたは歪除去ループ単独および両方に適用する場合を含む。
図２は本発明のフィードフォワード増幅器の第１の例のブロック図である。図１と同一の構成要素には同一の参照番号が付されている。図２において、ベクトル調整器１８は増幅器１０の側に設けられている。制御部４０は主信号検出器２６の検出出力に応じて摂動法により可変減衰器３０及び可変移相器３２を調整する。歪検出器２８の検出出力に応じて摂動法により可変減衰器３４及び可変移相器３６を調整する部分は簡単化のため図示が省略されている。
【００１３】
本発明のフィードフォワード増幅器の第１の例においては、歪検出ループの出力に含まれる主信号を検出する主信号検出器２６の前段に可変減衰器３８が設けられ、制御部４０は、増幅器１０へ電源を供給する電源回路４１からの電源のＯＮを検出する増幅器電源ＯＮ検出回路４２、入力信号の有無を検出する入力信号検出回路４４及び主信号検出器２６の検出出力に応じて可変減衰器３８の減衰量を変える。
【００１４】
図３は制御部４０の動作を示すフローチャートである。ステップ１０００において、増幅器電源ＯＮ検出回路４２の出力に基づき、増幅器１０の電源がＯＮになったか否かが判断される。増幅器１０の電源がＯＮになったと判断されるときは、次に、ステップ１００１において、入力信号検出回路４４の出力に基づき、増幅器１０へ信号が入力されたか否かが判断される。増幅器１０へ信号が入力されたと判断されるときは、ステップ１００２において、可変減衰器３８に、より大きな減衰量を設定する。この状態で、ステップ１００３において摂動法により可変減衰器３０および可変移相器３２が制御される。可変減衰器３０及び可変移相器３２の設定値が最適値に近づくにつれ主信号検出器２６の検波電圧Ｖａが低下する。ステップ１００４において検波電圧Ｖａが閾値Ｖａ１以下になったら、ステップ１００６において可変減衰器３８に、より小さな減衰量を設定し、この値のもとでステップ１００８において振幅及び位相の制御が行なわれる。
【００１５】
図４は検波電圧が下がっても減衰器３８の減衰量を変更しない場合（従来技術に相当）の、可変移相器３２の移相量θの変化に対する検波電圧（（ａ）欄；電圧目盛）及び歪検出ループにおける主信号キャンセル量（（ｂ）欄；デシベル目盛）の変化を示す。振幅については、可変減衰器３２の減衰量は最適値にあるものとする。図４からわかるように、減衰器３８の減衰量を変更しない場合には、キャンセル量がβデシベル以上になると検波電圧が最低検出レベルのＢボルト以下になるので変化を検出することができない。従ってキャンセル量を安定的にβ以上にすることはできない。なお、最低検出レベルはたとえばＡ／Ｄ変換器の最小分解能で決まる。
【００１６】
これに対して、本発明により、検波電圧ＶａがＶａ１以下になったら可変減衰器３８の減衰量をより小さい値に変更すると、図５に示すように検出限界のＢボルトに対応するキャンセル量はβよりも大きいαになる。従って、より大きなキャンセル量αを安定的に達成することができる。これらのことは振幅の調整についても同様である。
【００１７】
図２及び図３を参照して説明した本発明のフィードフォワード増幅器の具体例及び以下に説明する具体例において、入力信号検出回路４４における増幅器入力信号の立ち上がりの検出は、例えば図２に示すように増幅器１０の入力側で入力信号の一部を分岐し、検波回路へ入力することにより実現される。入力信号の検出の代わりに増幅器の出力信号を検出しても良い。また、初期状態では可変減衰器３０及び可変移相器３２の調整が不充分であるので入力信号が立ち上がると主信号検出器２６の出力が増加することが期待できるので主信号検出器２６で入力信号の立ち上がりを検出することもできる。また増幅器の電源がＯＮとなると同時に又はその以前から増幅器の入力信号が立ち上がっていることが期待される場合には、入力信号検出回路４４及びステップ１００１の処理は不要である。さらにその他の変形として、増幅器の電源及び入力信号が立ち上がった後所定時間経過したらループの制御が安定して振幅及び位相が最適値に近づいていることが期待できるので、検出電圧Ｖａが閾値Ｖａ１以下になったときに可変減衰器３８の減衰量を変更する代わりに、増幅器の電源及び入力信号が立ち上がってから所定時間経過後に減衰量を変更するようにしても良い。図２に示した例では、可変減衰器３８は歪検出ループの調整のための主信号検出器２６の前段のみに設けられているが、前述したように、これに代えて、又はこれに追加して、歪除去ループ調整のための歪検出器２８の前段に設けても良い。
【００１８】
図６は本発明のフィードフォワード増幅器の他の例における制御部４０の動作を示すフローチャートである。ステップ１１００〜１１０６の処理は図３のステップ１０００〜１００６の処理と同様である。ステップ１１０６において可変減衰器３８の減衰量を小さい値に設定した後、ステップ１１０８において検波電圧Ｖａが第２の閾値Ｖａ２を超えるか否かを判断する。ＶａがＶａ２を超えたと判断されるときは、ステップ１１１０において、可変減衰器３８の減衰量をより大きい値に戻し、ステップ１１０４に戻る。
【００１９】
図７は本発明のフィードフォワード増幅器の他の例を示す。図７のフィードフォワード増幅器において、主信号検出器２６の前段にＡＧＣ回路４６が設けられる。ＡＧＣ回路４６は好ましくは可変減衰器と減衰器の直列接続を含み、その出力電圧が一定となるように可変減衰器の減衰量が連続的に制御される。ただし、ＡＧＣ回路４６の時定数は、摂動法による主信号検出電圧の変化が検知できる程度に長く設定される。
【００２０】
図８は本発明のフィードフォワード増幅器の他の具体例のブロック図である。図２と同一の構成要素には同一の参照番号が付されている。摂動制御部４８は図２及び図７では図示が省略されているが、主信号検出器２６の出力に基いて摂動法により歪検出ループにおける位相と振幅の調整を達成する部分である。制御部５０は増幅器電源ＯＮ検出回路４２、入力信号検出回路４４及び主信号検出器２６の検出出力に応じて摂動制御部４８における摂動幅を変える。
【００２１】
図９は制御部５０の動作を示すフローチャートである。ステップ１２００において、増幅器電源ＯＮ検出回路４２の出力に基づき、増幅器１０の電源がＯＮになったか否かが判断される。増幅器１０の電源がＯＮになったと判断されるときは、次に、ステップ１２０１において、入力信号検出回路４４の出力に基づき、増幅器１０へ信号が入力されたか否かが判断される。増幅器１０へ信号が入力されたと判断されるときは、ステップ１２０２において、摂動制御部４８に、より大きな摂動幅を設定する。この状態で、ステップ１２０３において摂動法により位相と振幅が制御される。可変減衰器３０及び可変移相器３２の設定値が最適値に近づくにつれ主信号検出器２６の検波電圧Ｖａが低下する。ステップ１２０４において検波電圧Ｖａが閾値Ｖａ１以下になったら、ステップ１２０６において摂動制御部４８に、より小さな摂動幅を設定し、この値のもとでステップ１２０８において位相と振幅の制御が行なわれる。
【００２２】
このように、振幅及び位相が最適値に近づいて検波電圧ＶａがＶａ１以下になるまでは、摂動幅が広く設定されるのでより速く収束させることができる。また、図４から明らかなように、摂動幅が広ければキャンセル量の変化もそれだけ大きくなるので、変調による入力信号の変動や雑音等の影響による制御の不安定性を軽減することができる。
【００２３】
図１０は本発明のフィードフォワード増幅器のさらに他の例における制御部５０の動作を示すフローチャートである。ステップ１３００〜１３０６の処理は図９のステップ１２００〜１２０６の処理と同様である。ステップ１３０６において摂動制御部４８の摂動幅を小さい値に設定した後、ステップ１３０８において検波電圧Ｖａが第２の閾値Ｖａ２を超えるか否かを判断する。ＶａがＶａ２を超えたと判断されるときは、ステップ１３１０において、摂動制御部４８の摂動幅をより大きい値に戻し、ステップ１３０４に戻る。
【００２４】
図１０の具体例では、定常状態においてもなんらかの原因により、摂動の中心値がループの最良点からずれたことを検出して、摂動幅の可変を行うため、ループ制御の安定化が図れる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、制御の過渡応答動作や入力信号のレベル変動に対してループ制御を最適にすることができ、フィードフォワード増幅器の安定動作に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】フィードフォワード増幅器のブロック図である。
【図２】本発明のフィードフォワード増幅器の一具体例のブロック図である。
【図３】図２の制御部４０の動作のフローチャートである。
【図４】従来のフィードフォワード増幅器における移相量の変化に対する検波電圧及びキャンセル量のグラフである。
【図５】図２及び図３のフィードフォワード増幅器における移相量の変化に対する検波電圧及びキャンセル量のグラフである。
【図６】本発明のフィードフォワード増幅器の他の具体例における制御部４０の動作のフローチャートである。
【図７】本発明のフィードフォワード増幅器のさらに他の具体例のブロック図である。
【図８】本発明のフィードフォワード増幅器のさらに他の具体例のブロック図である。
【図９】図８の制御部５０の動作のフローチャートである。
【図１０】本発明のフィードフォワード増幅器のさらに他の具体例における制御部５０の動作のフローチャートである。
【符号の説明】
１０…増幅器
１２，１４，１６，２２…方向性結合器
２０…補助増幅器
３０，３４，３８…可変減衰器
３２，３６…可変移相器
【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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