JP2006148781A - High frequency power amplifying device and its distortion compensation method - Google Patents

High frequency power amplifying device and its distortion compensation method Download PDF

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昌宏 木野村
Hideo Nagata
秀夫 永田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high frequency power amplifying device having a simpler configuration, excellent in lower power consumption, and capable of compensating nonlinear distortion satisfactorily. <P>SOLUTION: In a high frequency power amplifying device of an EER (Envelope Elimination and Restoration) system, gain adjustment for distortion compensation is not performed, but only phase adjustment is performed. To perform phase adjustment, an analog phase shifter 17 is provided at the prestage of a power amplifier 18. A phase control signal (Vcont) is generated for adjusting the phase-shift amount of the phase shifter, based on a voltage level of a magnitude signal acquired from an audio band amplifier 12. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高周波電力増幅装置及びその歪補償方法に関する。   The present invention relates to a high frequency power amplifier and a distortion compensation method thereof.

電力増幅器、特に、高周波増幅器は、近年、各種携帯機器等に使用されている。これらの機器で消費電力が最も高いのは、電力増幅器であり、電力増幅器の効率は携帯機器の電池寿命に大きく影響を及ぼす。したがって、電力増幅器の高効率化と低歪化の両立が望まれている。   In recent years, power amplifiers, particularly high frequency amplifiers, have been used in various portable devices. Among these devices, the power consumption is highest in the power amplifier, and the efficiency of the power amplifier greatly affects the battery life of the portable device. Therefore, it is desired to achieve both high efficiency and low distortion of the power amplifier.

効率の高い電力増幅器としては、C級、D級、E級、F級等の電力増幅器があるが、これらは非線形アンプであるため一定振幅の信号しか増幅することができない。   As power amplifiers with high efficiency, there are power amplifiers of class C, class D, class E, class F, etc., but these are non-linear amplifiers, and can only amplify signals with a constant amplitude.

携帯電話等の分野では、データ伝送速度を向上させるために多値変調方式が採用されており、例えば、16QAMのような変調方式では、位相変調と振幅変調が併用される。   In the field of mobile phones and the like, a multi-level modulation method is adopted to improve the data transmission speed. For example, in a modulation method such as 16QAM, phase modulation and amplitude modulation are used in combination.

PSKのような位相変調のみの方式では、位相情報さえ伝達できればよく、振幅情報は不要であるため、飽和型の非線形の電力増幅器を使用することもできる。しかし、振幅変調信号について、増幅器の特性が非線形であると、信号の欠落が生じる。したがって、振幅変調を伴い、信号波形の包絡線が変化する場合には、線形の電力増幅器を使用する必要がある。   In a phase modulation only method such as PSK, it is sufficient that even phase information can be transmitted, and amplitude information is unnecessary. Therefore, a saturation type non-linear power amplifier can also be used. However, with respect to the amplitude-modulated signal, signal loss occurs when the characteristics of the amplifier are nonlinear. Therefore, when the envelope of the signal waveform changes with amplitude modulation, it is necessary to use a linear power amplifier.

また、データ伝送速度の向上に共ない、ベースバンド信号の帯域は広帯域化される傾向にある。   In addition, the baseband signal band tends to be widened not with the improvement in data transmission speed.

広帯域かつ線形性をもつ増幅器としては、例えば、GaAsFET(ガリウム砒素電界効果トランジスタ)等を使用できることが知られているが、A級増幅器は効率が悪く、消費電力が大きい。線形の電力増幅器においては、効率と線形性はトレードオフの関係にある。   It is known that, for example, a GaAsFET (gallium arsenide field effect transistor) can be used as an amplifier having a wide band and linearity. However, a class A amplifier is inefficient and consumes a large amount of power. In a linear power amplifier, efficiency and linearity are in a trade-off relationship.

この改善策として、極変調方式(極性変調方式)があり、この方式ならば、一応、効率と線形性を同時に両立することが可能であるといわれている。極変調方式は、一般的にEER(Envelope Elimination and Restoration)として知られている(例えば、非特許文献1参照)。   As an improvement measure, there is a polar modulation method (polarity modulation method). With this method, it is said that it is possible to achieve both efficiency and linearity at the same time. The polar modulation method is generally known as EER (Envelope Elimination and Restoration) (for example, see Non-Patent Document 1).

本方式は、変調信号(振幅変調と位相変調が併用された変調方式による変調信号)を、極性成分である位相信号と振幅信号に分離し、一定包絡の(つまり、振幅を制限することによって振幅情報が除去された)位相信号を電力増幅器の入力信号とし、一方、振幅信号を別途振幅成分増幅器で増幅し、その振幅信号に基づいて電力増幅器の電源電圧を変調し、その結果、その電力増幅器の出力波形の包絡線を変化させ、入力信号と同様の振幅成分を復元し、これによって位相成分と振幅成分を再結合させ、増幅された線形信号を得る方式である。   This method separates the modulation signal (modulation signal based on a modulation method in which amplitude modulation and phase modulation are combined) into a phase signal and an amplitude signal, which are polar components, and has a constant envelope (that is, amplitude is limited by limiting the amplitude). The phase signal from which the information has been removed is used as the input signal of the power amplifier, while the amplitude signal is separately amplified by the amplitude component amplifier, and the power supply voltage of the power amplifier is modulated based on the amplitude signal. The output waveform envelope is changed to restore the same amplitude component as the input signal, thereby recombining the phase component and the amplitude component to obtain an amplified linear signal.

上記のようなEER方式においても電力増幅器には、一般的なバイポーラトランジスタやFET(電界効果トランジスタ)を用いることになる。これらの一般的な増幅素子は、高周波数域の高レベル信号域で非線形特性を示すことが知られており、したがって、単純にEER方式を適用しただけでは十分な線形特性が得られない。   In the EER system as described above, a general bipolar transistor or FET (field effect transistor) is used as the power amplifier. These general amplifying elements are known to exhibit nonlinear characteristics in a high-level signal region in a high frequency region, and therefore, a sufficient linear property cannot be obtained simply by applying the EER method.

すなわち、極性成分のうちの振幅信号にて電力増幅器の電源電圧を変調したときに、その出力波形が高レベルの信号域で鈍り、十分な線形性が得られないという課題がある。これは、上記のとおり、電力増幅器を構成する増幅素子の利得特性または位相特性、あるいはその両方が、電源電圧(コレクタ電圧、ドレイン電圧など)に対し、十分に線形でないという特性を有するためである。   That is, when the power supply voltage of the power amplifier is modulated by the amplitude signal of the polar component, there is a problem that the output waveform becomes dull in a high-level signal region and sufficient linearity cannot be obtained. This is because, as described above, the gain characteristic and / or phase characteristic of the amplifying element constituting the power amplifier has a characteristic that it is not sufficiently linear with respect to the power supply voltage (collector voltage, drain voltage, etc.). .

電力増幅器を構成する増幅素子の、非線形性に起因する出力信号の歪を軽減する技術の代表的なものの一つに、いわゆる、プリディストーション(前置歪)方式の歪補償技術がある。この方式は、電力増幅器において生じる歪みを補正するために、電力増幅器の入力信号に対し、その歪みとは逆特性の歪みを予め与える方式である。   One of the typical techniques for reducing distortion of an output signal caused by nonlinearity of an amplification element constituting a power amplifier is a so-called predistortion type distortion compensation technique. In this method, in order to correct distortion generated in the power amplifier, a distortion having a characteristic opposite to that of the distortion is given in advance to the input signal of the power amplifier.

プリディストーション方式には、フィードバック型と、フィードフォワード型があるが、ここでは、後者の方式を、EER方式の電力増幅装置に適用した場合の構成について、図面を参照して考察する。   There are two types of predistortion methods, a feedback type and a feedforward type. Here, the configuration when the latter method is applied to an EER type power amplifying apparatus will be considered with reference to the drawings.

図14は、歪補償機能をもつ電力増幅装置の構成の一例(従来技術の考察のために、本発明前に、本発明の発明者によって検討された一例)を示すブロック図である。   FIG. 14 is a block diagram showing an example of a configuration of a power amplifying apparatus having a distortion compensation function (an example studied by the inventor of the present invention before the present invention for consideration of the prior art).

図示されるように、RF(高周波信号)入力は、カプラ15により二分され、一方の信号は包絡線検波回路110に導かれて包絡線情報(振幅信号)が取得され、その包絡線情報(振幅信号)は、遅延回路260を経由して電力増幅器180に与えられ、その包絡線情報(振幅信号)に基づいて電源電圧が変調され、これにより、包絡線情報(振幅信号)が復元される。   As shown in the figure, the RF (high frequency signal) input is bisected by the coupler 15, and one signal is guided to the envelope detection circuit 110 to obtain envelope information (amplitude signal), and the envelope information (amplitude) Signal) is applied to the power amplifier 180 via the delay circuit 260, and the power supply voltage is modulated based on the envelope information (amplitude signal), thereby restoring the envelope information (amplitude signal).

一方、二分された他方の信号は、遅延回路210、位相調整回路240、ゲイン調整器250を経由して出力段の電力増幅器180に入力され、増幅される。   On the other hand, the other half signal is input to the power amplifier 180 in the output stage via the delay circuit 210, the phase adjustment circuit 240, and the gain adjuster 250, and is amplified.

位相調整回路240の位相回転量及びゲイン調整回路250のゲイン調整量は各々、非線形位相マッパー220及び非線形ゲインマッパー230から出力される制御信号によって決定される。この制御信号のレベルは、包絡線検波回路110から出力される包絡線情報(振幅信号)の電圧レベルに応じて適宜、変化する。   The phase rotation amount of the phase adjustment circuit 240 and the gain adjustment amount of the gain adjustment circuit 250 are determined by control signals output from the nonlinear phase mapper 220 and the nonlinear gain mapper 230, respectively. The level of this control signal changes appropriately according to the voltage level of the envelope information (amplitude signal) output from the envelope detection circuit 110.

この結果、電力増幅器180の入力信号には、電源電圧の変調に起因して生じる出力信号の非線形性を打ち消すような歪が事前に付与されていることになり、したがって、電力増幅器180からは、線形性の高い出力信号が得られる。   As a result, the input signal of the power amplifier 180 is preliminarily imparted with distortion that cancels out the nonlinearity of the output signal caused by the modulation of the power supply voltage. An output signal with high linearity can be obtained.

この例のように、従来の歪補償回路では、位相特性の他に、利得特性についても補正を行っており、さらに、より高精度の補償を行うために、ディジタル信号処理が利用されるのが主流となっている。   As in this example, the conventional distortion compensation circuit corrects not only the phase characteristic but also the gain characteristic, and digital signal processing is used to perform more accurate compensation. It has become mainstream.

例えば、特許文献1(歪補償装置及び歪補償方法)においては、振幅と位相の双方の補償を、ルックアップテーブルを用いて行っている。   For example, in Patent Document 1 (distortion compensation apparatus and distortion compensation method), both the amplitude and the phase are compensated using a lookup table.

特許文献2(振幅位相変化装置)でも、ディジタル制御の下で、位相と振幅の双方の制御を実施している。   Patent Document 2 (amplitude phase change device) also controls both phase and amplitude under digital control.

したがって、この従来技術の傾向を考慮すれば、EER方式のような高周波電力増幅装置においても同様に、電力増幅器の電源電圧(振幅信号)に対する位相、利得特性の双方の補正を行なうことが望ましいということになり、かつ、ディジタル制御を実施することにより、制御精度を向上させることができる、という結論になる。   Therefore, in consideration of the tendency of this prior art, it is desirable to correct both the phase and the gain characteristic with respect to the power supply voltage (amplitude signal) of the power amplifier in the high frequency power amplifying apparatus such as the EER system as well. The conclusion is that the control accuracy can be improved by performing digital control.

しかし、本発明の発明者が、さらに検討した結果、電力増幅器のデバイスによっては、電力増幅器の電源電圧(振幅信号)に対する利得特性の線形性が非常に高く、補正の必要が生じない場合があることがわかった。   However, as a result of further investigation by the inventor of the present invention, the linearity of the gain characteristic with respect to the power supply voltage (amplitude signal) of the power amplifier may be very high depending on the power amplifier device, and correction may not be necessary. I understood it.

すなわち、GaAsFET、HBT(ヘテロバイポーラトランジスタ)、MOSFET等の各種電力増幅器の電源電圧に対する位相、利得特性を測定し、EER方式の高周波電力増幅装置を評価したところ、以下のことが明らかとなった。   That is, the phase and gain characteristics of various power amplifiers such as GaAsFET, HBT (heterobipolar transistor), and MOSFET with respect to the power supply voltage were measured, and the EER type high frequency power amplifier was evaluated.

つまり、電力増幅器の電源電圧に対する利得と位相特性を考察すると、電源電圧に対し利得は、ほぼ線形特性を有しているが、その一方で、位相特性は一定とならず回転しており、その回転量は、各デバイスにより大きく異なり、その位相回転量は、40度以上となることがあることがわかった。   In other words, when considering the gain and phase characteristics with respect to the power supply voltage of the power amplifier, the gain with respect to the power supply voltage has a substantially linear characteristic, but on the other hand, the phase characteristics are not constant and rotate. It was found that the amount of rotation varies greatly depending on each device, and the amount of phase rotation may be 40 degrees or more.

そして、電力増幅器の電源電圧に対する位相の回転量が大きい素子では、歪特性が大きく劣化することが確認された。図15は、電力増幅器の、電源電圧に対する利得特性と位相特性の具体例を示す図であり、(a)は、利得特性を示す図であり、(b)は、位相特性を示す図である。   It was confirmed that the distortion characteristics of the element having a large amount of phase rotation with respect to the power supply voltage of the power amplifier are greatly deteriorated. 15A and 15B are diagrams illustrating specific examples of gain characteristics and phase characteristics with respect to the power supply voltage of the power amplifier. FIG. 15A is a diagram illustrating gain characteristics, and FIG. 15B is a diagram illustrating phase characteristics. .

図15(a)から明らかなように、電源電圧に対し利得は、ほぼ、線形特性を有している。その一方で、図15(b)から明かなように、位相特性は一定とならず回転しており、回転量は40度以上であることがわかる。このような素子においては、利得補正は特に必要なく、位相特性のみの制御により大きな補正効果が得られることが確認できている。   As is clear from FIG. 15A, the gain has a substantially linear characteristic with respect to the power supply voltage. On the other hand, as is clear from FIG. 15B, it can be seen that the phase characteristic does not become constant and rotates, and the rotation amount is 40 degrees or more. In such an element, gain correction is not particularly required, and it has been confirmed that a large correction effect can be obtained by controlling only the phase characteristics.

また、従来技術のように位相、振幅共に補正を行う場合、要求される補正の精度が非常に高く、実際には、その制御が非常に困難であるという現実がある。例えば、EER方式の場合、電源電圧に振幅信号を対応させることになるが、電源電圧(振幅)に対する直線性のずれが1%程度であっても5dB程度の歪劣化が発生してしまう。また、位相信号と振幅信号間の遅延のずれも歪特性などの無線特性に大きな影響を与えてしまう。   Further, when both the phase and amplitude are corrected as in the prior art, there is a reality that the required correction accuracy is very high, and that the control is actually very difficult. For example, in the case of the EER method, an amplitude signal is made to correspond to a power supply voltage, but distortion deterioration of about 5 dB occurs even if the linearity deviation with respect to the power supply voltage (amplitude) is about 1%. In addition, a delay shift between the phase signal and the amplitude signal greatly affects the wireless characteristics such as the distortion characteristics.

このため、十分な精度を確保した上で、補正を行わなければ十分な歪改善が行えないばかりか、場合によっては、特性の劣化や補正による回路規模やディジタル演算量の増大によって消費電力が増加し、電力増幅器単体では効率が改善されても、装置全体としての高効率化が達成できない場合もあり得る。   For this reason, sufficient distortion cannot be improved if correction is not performed with sufficient accuracy secured, and in some cases, power consumption increases due to deterioration of characteristics and increase in circuit scale and digital operation amount due to correction. However, even if the efficiency of the power amplifier alone is improved, it may not be possible to achieve high efficiency as the entire apparatus.

例えば、特許文献3(周波数変換器及びこれを用いた無線通信装置)には、動作電流を大きく増加させることなく歪みを低減する具体的なミキサ回路の例が紹介されているが、この例からみても、歪みを低減するための具体的な回路は、かなり複雑な構成とならざるを得ないということがわかる。   For example, Patent Document 3 (a frequency converter and a wireless communication apparatus using the frequency converter) introduces a specific example of a mixer circuit that reduces distortion without greatly increasing the operating current. Even if it sees, it turns out that the concrete circuit for reducing distortion must be a quite complicated structure.

特開2002−26665号公報JP 2002-26665 A 特開2001−326541号公報JP 2001-326541 A 特開2003−17944号公報JP 2003-17944 A L. R. Kahn、「Single sideband transmission by envelope elimination and restoration」、Proc.IRE、VOL40、No.7、p803〜806、1952年7月L. R. Kahn, “Single sideband transmission by envelope elimination and restoration”, Proc. IRE, VOL40, No. 7, p803-806, July 1952

本発明の発明者によってなされた上記の考察によって、EER方式の電力増幅装置の電力増幅器における、電源電圧(振幅信号)に依存する非線形性歪の補正においては、以下の事項が明らかとなった。   From the above consideration made by the inventors of the present invention, the following matters have been clarified in the correction of nonlinear distortion depending on the power supply voltage (amplitude signal) in the power amplifier of the EER type power amplifier.

すなわち、ディジタル技術を用いた、利得と位相の双方の制御が必ず必要というものではない。また、ディジタル技術を用いた、利得と位相の双方の制御を実施すると、十分な歪み補償効果が簡単に得られるというわけではなく、現実には、回路の複雑化、消費電力の増大といった問題が生じ得、消費電力を不必要に消費している場合もあり得る。また、無駄な制御を実施することは、かえって、歪が拡大される危険性を増すことにもなりかねない。   That is, it is not always necessary to control both gain and phase using digital technology. Also, if both gain and phase control using digital technology is performed, a sufficient distortion compensation effect cannot be easily obtained. In reality, there are problems such as circuit complexity and increased power consumption. It may occur, and power consumption may be consumed unnecessarily. In addition, performing useless control may increase the risk of distortion being expanded.

本発明はこのような考察に基づいてなされたものであって、簡易な構成で、低消費電力性に優れ、かつ、非線形歪を十分に補償し得る高周波電力増幅装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made based on such considerations, and an object thereof is to provide a high-frequency power amplifying apparatus that has a simple configuration, is excellent in low power consumption, and can sufficiently compensate for nonlinear distortion. To do.

本発明の高周波電力増幅装置は、入力信号を、その極性成分である位相信号と振幅信号に分岐するカプラと、前記分岐された一方の信号の振幅を制限して位相信号を出力するリミッタと、前記分岐された他方の信号の振幅を検波して振幅信号を出力する検波器と、前記振幅信号を電源電圧として、前記移相信号を増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の前段に設けられ、電源電圧に対する前記電力増幅器の位相特性を補償する移相器と、前記振幅信号の電圧レベルに応じて前記移相器の移相量を調整するための位相制御信号を生成する位相制御信号生成部と、を備え、前記位相信号は利得調整が行われることなく前記電力増幅器に入力される。   The high-frequency power amplifying device of the present invention includes a coupler that branches an input signal into a phase signal and an amplitude signal, which are polar components, a limiter that limits the amplitude of one of the branched signals and outputs a phase signal; A detector that detects an amplitude of the other branched signal and outputs an amplitude signal; a power amplifier that amplifies the phase-shifted signal using the amplitude signal as a power supply voltage; and a front stage of the power amplifier; A phase shifter that compensates for phase characteristics of the power amplifier with respect to a power supply voltage, and a phase control signal generator that generates a phase control signal for adjusting the amount of phase shift of the phase shifter according to the voltage level of the amplitude signal The phase signal is input to the power amplifier without gain adjustment.

この構成により、電力増幅器の電源電圧により変動する位相特性のみに着目し、余分な利得制御を実施しないために構成が簡素化され、消費電力の削減も図ることができる。また、制御系の構成が簡単であり、実現が容易となり、この点でも、回路の複雑化の防止、消費電力の削減効果が得られる。また、余分な制御を実施しないことにより、誤った補正による歪拡大の危険性も軽減される。   With this configuration, paying attention only to the phase characteristics that vary depending on the power supply voltage of the power amplifier, the configuration is simplified because unnecessary gain control is not performed, and power consumption can also be reduced. Further, the configuration of the control system is simple and easy to implement, and in this respect also, the effect of preventing the circuit from becoming complicated and reducing the power consumption can be obtained. Also, by not performing extra control, the risk of distortion expansion due to erroneous correction is also reduced.

また、本発明の高周波電力増幅装置は、前記位相制御信号生成部は、前記位相制御信号として、直交信号及び同相信号を出力し、前記移相器は前記位相信号を直交変調する直交変調器を有し、前記直交信号及び同相信号により、前記直交変調器の位相回転量が決定される。   In the high frequency power amplifier according to the present invention, the phase control signal generator outputs a quadrature signal and an in-phase signal as the phase control signal, and the phase shifter is a quadrature modulator that quadrature modulates the phase signal. The phase rotation amount of the quadrature modulator is determined by the quadrature signal and the in-phase signal.

直交変調器にアナログ方式のものを用いれば、その構成が簡易であり、また、通信機器等の分野においては従来から利用されている実績のある回路であり、広帯域の変調波にも十分に追従可能である。そして、I/Q信号の値を変化させることにより、入力信号の位相を全位相範囲で回転させることができる。よって、安価に高速な移相器を実現でき、この移相器を用いることによって、高速な変調信号に対して線形補償が可能な高周波電力増幅装置を、容易に実現することができる。   If an analog type is used for the quadrature modulator, the configuration is simple, and it is a circuit with a proven track record that has been used in the field of communication equipment, etc., and sufficiently follows a wideband modulated wave. Is possible. Then, by changing the value of the I / Q signal, the phase of the input signal can be rotated in the entire phase range. Therefore, a high-speed phase shifter can be realized at low cost, and by using this phase shifter, a high-frequency power amplifying apparatus capable of linear compensation for a high-speed modulation signal can be easily realized.

また、本発明の高周波電力増幅装置は、前記位相制御信号生成部から出力される直交信号及び同相信号に対して、利得調整および直流オフセット調整の少なくとも一方を実施し、前記直交変調器に出力する位相制御信号調整部を更に備える。   The high frequency power amplifying apparatus of the present invention performs at least one of gain adjustment and DC offset adjustment on the quadrature signal and the in-phase signal output from the phase control signal generation unit, and outputs to the quadrature modulator. And a phase control signal adjusting unit.

正確な位相回転補正を行うためには、移相器にI/Q信号が理想的に入力される必要がある。しかし、何らかの理由でI/Q信号の値にずれが生じる場合があり得るため、そのずれを補正するために、I/Q信号に対して、利得調整及び直流オフセット調整の少なくとも一つを実施し得るようにしたものである。これにより、高精度の歪補償が、常に担保される。   In order to perform accurate phase rotation correction, an I / Q signal needs to be ideally input to the phase shifter. However, there may be a deviation in the value of the I / Q signal for some reason. Therefore, in order to correct the deviation, at least one of gain adjustment and DC offset adjustment is performed on the I / Q signal. It ’s what you get. Thereby, highly accurate distortion compensation is always ensured.

また、本発明の高周波電力増幅装置は、前記入力信号として、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex;直交周波数分割多重)変調器によって変調された変調信号を用いる。   In addition, the high frequency power amplifying apparatus of the present invention uses a modulated signal modulated by an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) modulator as the input signal.

OFDMでは、サブキャリアの重ねあわせによって、瞬間的に、全くランダムに大きな電力が発生し、そのような大きな電力を有する高周波信号も線形に増幅できるよう、常に大きな直流電力を保持している必要がある。OFDM変調器(逆高速フーリエ変換器)による変調信号を入力信号として、本発明の高周波電力増幅器による電力増幅を実施することにより、効率の高い線形増幅が実現し、無駄な電力消費がないため、携帯電話機等における電池寿命の長寿命化も達成できる。   In OFDM, superposition of subcarriers generates a large amount of power instantaneously at random, and it is necessary to always maintain a large DC power so that a high-frequency signal having such a large power can be linearly amplified. is there. By implementing power amplification by the high-frequency power amplifier of the present invention using the modulation signal from the OFDM modulator (inverse fast Fourier transformer) as an input signal, high-efficiency linear amplification is realized, and there is no wasteful power consumption. Longer battery life in mobile phones and the like can also be achieved.

また、本発明は、上記の高周波電力増幅器を搭載する送信機を提供する。   The present invention also provides a transmitter equipped with the above high-frequency power amplifier.

この構成により、簡易な構成により、低ノイズかつ電池寿命の長い送信機を実現することができる。   With this configuration, a transmitter with low noise and a long battery life can be realized with a simple configuration.

また、本発明の歪補償方法は、高周波電力増幅装置における電力増幅器の歪補償方法であって、入力信号を、その極性成分である位相信号と振幅信号に分岐するステップと、前記分岐された一方の信号の振幅を制限して位相信号を出力するステップ、前記分岐された他方の信号の振幅を検波して振幅信号を出力するステップと、前記位相信号に対して前記振幅信号の電圧レベルに応じて移相量を調整し、前記電力増幅器の電源電圧に対する位相特性を補償するステップと、前記振幅信号を前記電力増幅器の電源電圧として、利得調整が行われることなく、位相特性が補償された位相信号を増幅するステップと、を有する。   The distortion compensation method of the present invention is a distortion compensation method for a power amplifier in a high-frequency power amplifying device, the step of branching an input signal into a phase signal and an amplitude signal that are polar components thereof, Output the phase signal by limiting the amplitude of the signal, detecting the amplitude of the other branched signal and outputting the amplitude signal, and depending on the voltage level of the amplitude signal with respect to the phase signal Adjusting the phase shift amount and compensating the phase characteristic with respect to the power supply voltage of the power amplifier, and using the amplitude signal as the power supply voltage of the power amplifier, the phase characteristics are compensated without performing gain adjustment. Amplifying the signal.

この方法により、利得制御を行わず、アナログ的な位相制御のみで、EER方式の高周波電力増幅装置の歪補償を行うので、簡易に、高効率な線形歪補償を実現することができる   According to this method, the distortion compensation of the EER type high frequency power amplifying apparatus is performed only by analog phase control without performing gain control, so that highly efficient linear distortion compensation can be realized easily.

本発明によれば、簡易な構成で、低消費電力性に優れ、かつ、非線形歪を十分に補償し得る高周波電力増幅装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a high-frequency power amplifying apparatus that has a simple configuration, is excellent in low power consumption, and can sufficiently compensate for nonlinear distortion.

次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本発明の実施形態の高周波電力増幅装置は、電源電圧に対する電力増幅器の位相特性を補償する移相器を、電力増幅器の前段に挿入し、変調信号の振幅信号レベルに応じて位相量をアナログ的に変化させることにより、歪特性の改善を実現するものである。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the high frequency power amplifier according to the embodiment of the present invention, a phase shifter that compensates for the phase characteristic of the power amplifier with respect to the power supply voltage is inserted in the previous stage of the power amplifier, and the phase amount is analogized according to the amplitude signal level of the modulation signal. By changing to, the distortion characteristics are improved.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図である。図示されるように、高周波電力増幅装置は、包絡線検波回路11と、オーディオ帯増幅器12と、電流増幅器13と、コンバータ等の位相制御信号生成部14と、カプラ15と、リミッタ16と、アナログ式の移相器17と、電力増幅器18と、を有する。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a high-frequency power amplifying apparatus according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the high frequency power amplifier includes an envelope detection circuit 11, an audio band amplifier 12, a current amplifier 13, a phase control signal generator 14 such as a converter, a coupler 15, a limiter 16, an analog A phase shifter 17 and a power amplifier 18.

RF入力(16QAMのような多値変調方式により変調された信号)は、カプラ15を介して包絡線検波回路11とリミッタ16とに入力される。   An RF input (a signal modulated by a multi-level modulation method such as 16QAM) is input to the envelope detection circuit 11 and the limiter 16 via the coupler 15.

包絡線検波回路11は、入力された変調信号の包絡線情報(振幅信号)を検出する。リミッタ16は、入力された変調信号の振幅を制限する。これにより、振幅情報が失われ位相情報のみの高周波信号が得られる。   The envelope detection circuit 11 detects envelope information (amplitude signal) of the input modulation signal. The limiter 16 limits the amplitude of the input modulation signal. As a result, the amplitude information is lost and a high-frequency signal having only phase information is obtained.

包絡線検波回路11により検出された包絡線情報(振幅信号)は、オーディオ帯増幅器12により所望の振幅に増幅される。増幅された振幅信号は、電流増幅を行う電流増幅器13及び位相制御信号生成部14に入力される。   The envelope information (amplitude signal) detected by the envelope detection circuit 11 is amplified to a desired amplitude by the audio band amplifier 12. The amplified amplitude signal is input to the current amplifier 13 and the phase control signal generator 14 that perform current amplification.

電流増幅器13の出力は、電力増幅器18の電源電圧の変調信号となる。また、位相制御信号生成部14は、入力信号の電圧レベルを、移相器17の制御信号に適したレベルに変換する、例えばレベル変換器(コンバータ)を有して構成される。また、このコンバータは、オペアンプ等の線形増幅器により構成することが可能である。   The output of the current amplifier 13 becomes a modulation signal of the power supply voltage of the power amplifier 18. Further, the phase control signal generation unit 14 is configured to have, for example, a level converter (converter) that converts the voltage level of the input signal into a level suitable for the control signal of the phase shifter 17. The converter can be constituted by a linear amplifier such as an operational amplifier.

移相器17は、高周波回路に使用されるアナログ式の位相調整器であり、例えば、カプラと可変容量ダイオード等を用いて構成される(具体的な構成は後述する)。
この移相器17の移相量(位相回転量)は、位相制御信号生成部14から出力される位相制御信号(Vcont)によって制御される。すなわち、その位相回転量が、電力増幅器18における電源電圧に対する位相回転量を打ち消すような位相回転量となるように制御される。
The phase shifter 17 is an analog phase adjuster used in a high-frequency circuit, and is configured using, for example, a coupler and a variable capacitance diode (specific configuration will be described later).
The phase shift amount (phase rotation amount) of the phase shifter 17 is controlled by a phase control signal (Vcont) output from the phase control signal generation unit 14. That is, the amount of phase rotation is controlled to be a phase rotation amount that cancels the phase rotation amount with respect to the power supply voltage in the power amplifier 18.

電力増幅器18は、移相器17によって位相が制御された位相変調信号を増幅する。また、この電力増幅器18は、例えば、電源電圧を生成するスイッチングレギュレータを内蔵している(スイッチングレギュレータは不図示)。   The power amplifier 18 amplifies the phase modulation signal whose phase is controlled by the phase shifter 17. The power amplifier 18 includes a switching regulator that generates a power supply voltage, for example (the switching regulator is not shown).

その内蔵されるスイッチングレギュレータを、電流増幅器13の出力信号によって切替制御することによって、包絡線情報(振幅信号)のレベルに応じて、電力増幅器18の電源電圧を変調することができる。この電源電圧の変調によって、電力増幅器18の出力波形の包絡線が変化し、振幅情報が復元される。すなわち、位相信号と振幅信号とが合成されて、線形補正された入力変調信号が得られる。   By switching and controlling the built-in switching regulator according to the output signal of the current amplifier 13, the power supply voltage of the power amplifier 18 can be modulated in accordance with the level of the envelope information (amplitude signal). Due to the modulation of the power supply voltage, the envelope of the output waveform of the power amplifier 18 changes and the amplitude information is restored. That is, the phase signal and the amplitude signal are combined to obtain an input modulated signal that has been linearly corrected.

次に、移相器17の具体的な構成について説明する。図2は、第1の実施形態の移相器の具体的な構成とその特性の一例を示す図であり、図2(a)は回路構成を示す図、図2(b)はその特性を示す図である。   Next, a specific configuration of the phase shifter 17 will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a specific configuration and characteristics of the phase shifter according to the first embodiment. FIG. 2A illustrates a circuit configuration, and FIG. 2B illustrates the characteristics. FIG.

図2(a)に示されるように、移相器17は、ハイブリッド構成のカプラ19と、可変容量ダイオードD1,D2と、入力抵抗R1,R2とを有して構成されている。また、図2(b)に示されるように、位相制御信号(Vcont)のレベルを変化させることによって、移相器17の位相回転量(Phase)は、ほぼ線形に変化する。その一方、利得の変動量(Gain’)は、略同一である。   As shown in FIG. 2A, the phase shifter 17 includes a coupler 19 having a hybrid configuration, variable capacitance diodes D1 and D2, and input resistors R1 and R2. As shown in FIG. 2B, the phase rotation amount (Phase) of the phase shifter 17 changes substantially linearly by changing the level of the phase control signal (Vcont). On the other hand, the amount of gain variation (Gain ') is substantially the same.

厳密にいえば、移相器17の位相特性は、位相制御信号(Vcont)に対し、80度以上の範囲に渡って、ほぼ線形であり、一方、利得については若干の変動が生じるものの、その値は0.1dB程度であり、ほぼ無視できる値であることがわかる。   Strictly speaking, the phase characteristic of the phase shifter 17 is almost linear over a range of 80 degrees or more with respect to the phase control signal (Vcont). On the other hand, although the gain slightly fluctuates, It can be seen that the value is about 0.1 dB, which is almost negligible.

なお、図1の電力増幅器18の位相回転特性と、移相器17の移相回転特性は既知であるから、オーディオ帯増幅器12の出力信号レベルと位相制御信号(Vcont)との間の関係式は、簡単に求めることができる。そして、移相器17と電力増幅器18の電源電圧に対する位相特性の回転方向が同一であることから、位相制御信号生成部14として反転利得増幅器を用いれば、電力増幅器18の位相回転量を補正するために必要な位相制御信号(Vcont)を簡単に得ることができる。   Since the phase rotation characteristic of the power amplifier 18 in FIG. 1 and the phase rotation characteristic of the phase shifter 17 are known, the relational expression between the output signal level of the audio band amplifier 12 and the phase control signal (Vcont). Can be easily obtained. Since the rotation direction of the phase characteristic with respect to the power supply voltage of the phase shifter 17 and the power amplifier 18 is the same, if an inverting gain amplifier is used as the phase control signal generation unit 14, the phase rotation amount of the power amplifier 18 is corrected. Therefore, the phase control signal (Vcont) necessary for this can be easily obtained.

上記説明では、振幅信号の生成は包絡線検波回路11で、位相信号はリミッタ16により行なったが、ベースバンド部においてあらかじめ分離した信号を生成してオーディオ帯増幅器12、移相器17に入力する構成としてもよい。   In the above description, the amplitude signal is generated by the envelope detection circuit 11 and the phase signal is generated by the limiter 16. However, a signal separated in advance in the baseband unit is generated and input to the audio band amplifier 12 and the phase shifter 17. It is good also as a structure.

上述のとおり、簡単な構成により線形補償が可能である。線形補償された信号波形は入力されたRF信号と同程度の低歪なものとなり、不要な歪成分が発生しないことから高効率化が達成できる。   As described above, linear compensation is possible with a simple configuration. The linearly compensated signal waveform has the same low distortion as that of the input RF signal, and unnecessary distortion components are not generated, so that high efficiency can be achieved.

図3は、第1の実施形態の高周波電力増幅装置における歪補償効果を示す図であり、図3(a)は歪補償を行う前の特性を示す図、図3(b)は歪補償後の特性を示す図である。図3において、横軸は周波数帯域であり、縦軸は歪みのレベルを示す。図3に示されるように、図3(b)の特性の方が、(a)に比べ、全周波数帯域に渡り、全体的に低歪な特性となっていることがわかる。   3A and 3B are diagrams showing distortion compensation effects in the high-frequency power amplification device according to the first embodiment. FIG. 3A is a diagram showing characteristics before performing distortion compensation, and FIG. 3B is a diagram after distortion compensation. It is a figure which shows the characteristic. In FIG. 3, the horizontal axis represents the frequency band, and the vertical axis represents the distortion level. As shown in FIG. 3, it can be seen that the characteristic shown in FIG. 3B is a low distortion characteristic as a whole over the entire frequency band as compared with FIG.

このような本発明の第1の実施形態の高周波電力増幅装置によれば、電力増幅器における電源電圧 (振幅信号)を基に、位相特性位相特性の線形補償を、テーブルデータ等を用いることなくアナログ回路のみで行うことにより、歪特性を大幅に改善することができるという効果が得られる。また、電源電圧(振幅信号)に対する電力増幅器の利得制御を行なわないことにより、回路規模と消費電力が減少でき、かつ、補正精度の低下のおそれを軽減するという効果を得ることもできる。   According to the high frequency power amplifying apparatus of the first embodiment of the present invention as described above, linear compensation of the phase characteristic phase characteristic is performed without using table data or the like based on the power supply voltage (amplitude signal) in the power amplifier. By using only the circuit, an effect that the distortion characteristic can be greatly improved is obtained. Further, by not performing the gain control of the power amplifier with respect to the power supply voltage (amplitude signal), it is possible to reduce the circuit scale and power consumption and to reduce the possibility of a reduction in correction accuracy.

(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図である。図4の高周波電力増幅器の基本構成は、図1の高周波電力増幅装置と同じである。但し、移相器17の構成が異なる(また、これに対応して、位相制御信号生成部14から出力される位相制御信号Vcontは、2系統の信号(I,Q)となる)。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the high-frequency power amplifying apparatus according to the second embodiment of the present invention. The basic configuration of the high frequency power amplifier of FIG. 4 is the same as that of the high frequency power amplifier of FIG. However, the configuration of the phase shifter 17 is different (and correspondingly, the phase control signal Vcont output from the phase control signal generation unit 14 becomes two systems of signals (I, Q)).

図5は、第2の実施形態の移相器17の具体的な構成を示す回路図である。図5に示される移相器17は、直交変調器を有して構成される。この直交変調器は、ミキサ(乗算器)26a,26bと、90°移相器27と、加算器28とを有する。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a specific configuration of the phase shifter 17 of the second embodiment. The phase shifter 17 shown in FIG. 5 includes a quadrature modulator. This quadrature modulator includes mixers (multipliers) 26 a and 26 b, a 90 ° phase shifter 27, and an adder 28.

上記のとおり、位相制御信号(Vcont)は、同相信号(I信号)とI信号と直交する直交信号(Q信号)の2つの信号を有し、このI/Q信号に、cosθ、sinθなる電圧を印加することにより、RF出力信号は、RF入力信号に対し、θだけ位相回転した信号となる。   As described above, the phase control signal (Vcont) has two signals, an in-phase signal (I signal) and a quadrature signal (Q signal) orthogonal to the I signal, and these I / Q signals are cos θ and sin θ. By applying a voltage, the RF output signal becomes a signal whose phase is rotated by θ with respect to the RF input signal.

図6は、直交変調器の制御設定値に対する位相出力の特性の例を示す図である。また、図7は、直交変調器の周波数応答特性の例を示す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the characteristic of the phase output with respect to the control set value of the quadrature modulator. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of frequency response characteristics of the quadrature modulator.

図6から、位相は移相器17への設定値I/Qの値により全位相範囲で回転させることが可能であることがわかる。I/Q信号を用いた線形補償のアルゴリズムは後述する。また、図7では、I/Q信号に対する周波数特性は測定器の都合上20MHzまでの測定としているが、実際は、数百MHz以上の帯域を有しており、広帯域の変調波に対する追従性も十分であることが確認できる。   From FIG. 6, it can be seen that the phase can be rotated in the entire phase range by the value of the set value I / Q to the phase shifter 17. An algorithm for linear compensation using the I / Q signal will be described later. In FIG. 7, the frequency characteristic for the I / Q signal is measured up to 20 MHz for the convenience of the measuring instrument. However, in actuality, it has a band of several hundreds of MHz or more, and the followability to a wideband modulated wave is sufficient. It can be confirmed that

上記のような動作を介して、移相器17が、電力増幅器18の電源電圧に対応する位相回転量を打ち消すように位相変調信号の位相を調整する。これにより、電力増幅器の出力信号の線形性を向上させることができる。   Through the operation as described above, the phase shifter 17 adjusts the phase of the phase modulation signal so as to cancel the phase rotation amount corresponding to the power supply voltage of the power amplifier 18. Thereby, the linearity of the output signal of a power amplifier can be improved.

このように、簡単な構成により、本発明の高周波電力増幅器では、高速な変調信号に対して線形補償が可能である。補正された信号波形は、入力されたRF信号と同程度の低歪なものとなり、不要な歪成分が発生しないことから高効率化が達成できる。また、移相器としてI/Q直交変調器を用いることにより、安価に高速な移相器を実現することができる。   Thus, with a simple configuration, the high-frequency power amplifier according to the present invention can linearly compensate for a high-speed modulated signal. The corrected signal waveform has the same low distortion as that of the input RF signal, and an unnecessary distortion component is not generated, so that high efficiency can be achieved. Further, by using an I / Q quadrature modulator as a phase shifter, a high-speed phase shifter can be realized at a low cost.

次に、本実施形態の補償アルゴリズムについて説明する。EER方式の高周波電力増幅装置における電力増幅器18から出力される位相回転量θは、その電力増幅器18の位相伝達関数をfとすると、θ=f(amp)と表せる。ここで「amp」は電力増幅器18に印加される電源電圧である。   Next, the compensation algorithm of this embodiment will be described. The phase rotation amount θ output from the power amplifier 18 in the EER type high frequency power amplifier can be expressed as θ = f (amp), where f is the phase transfer function of the power amplifier 18. Here, “amp” is a power supply voltage applied to the power amplifier 18.

電力増幅器18の位相伝達関数は、実測により求められる。ampは入力される信号値であるので、θを決定することができる。位相制御信号生成部14は、このθを打ち消すように、I/Q信号(Vcont)を作成する。   The phase transfer function of the power amplifier 18 is obtained by actual measurement. Since amp is an input signal value, θ can be determined. The phase control signal generator 14 creates an I / Q signal (Vcont) so as to cancel out this θ.

また、I/Q信号の電圧レベルに対する位相回転量は、実測することにより知ることができる。   Further, the phase rotation amount with respect to the voltage level of the I / Q signal can be known by actual measurement.

位相回転量yを変調器の位相設定値xに対する関数とすれば、
y = C×x + C×x(n−1)+ ・・・ + C(n−1)式(1)
で表される。なお、式(1)は位相回転量yの近似式であり、C及びnは、位相設定値x(電力増幅器のドレイン電圧)に対する電力増幅器の位相回転量yの近似式を表す式の係数Cと次数nを示す。
If the phase rotation amount y is a function of the phase setting value x of the modulator,
y = C 1 × x n + C 2 × x (n-1) + ··· + C (n-1) Equation (1)
It is represented by Expression (1) is an approximate expression of the phase rotation amount y, and C and n are coefficients C of an expression representing an approximate expression of the phase rotation amount y of the power amplifier with respect to the phase setting value x (drain voltage of the power amplifier). And the order n.

位相設定値xに対する位相回転量は、電力増幅器の特性をネットワークアナライザ等により測定することが可能であるので、その値に基づいて最小二乗法等を用いて係数Cを算出することができる。また、次数nは、その数が大きいほど、近似式の精度が上がる一方、演算時間が多くなる傾向があり、上記の近似式の算出結果を鑑みて増減させることができる。このように、次数nを決定し、Cが算出されることにより、各位相設定値xにおける位相回転量yを算出することが可能となる。   Since the phase rotation amount with respect to the phase setting value x can measure the characteristics of the power amplifier with a network analyzer or the like, the coefficient C can be calculated using the least square method or the like based on the value. Further, the order n tends to increase the accuracy of the approximate expression as the number increases, and the calculation time tends to increase. The order n can be increased or decreased in view of the calculation result of the approximate expression. In this way, by determining the order n and calculating C, the phase rotation amount y at each phase setting value x can be calculated.

y値が電力増幅器18の回転量θと回転角が同値で、符号が反対であれば位相回転を打ち消すことができる。位相設定値xが求まれば、移相器17のI/Q信号入力電圧は、
I = cos(−θ)、Q = sin(−θ)
となる。
If the y value is the same as the rotation amount θ of the power amplifier 18 and the rotation angle is opposite, the phase rotation can be canceled. If the phase setting value x is obtained, the I / Q signal input voltage of the phase shifter 17 is
I = cos (−θ), Q = sin (−θ)
It becomes.

本アルゴリズムをCPU等の演算装置で行なう場合、遅延時間が発生する恐れがある場合は、参照テーブルを作成し、振幅信号に対応したI/Q信号(位相制御信号Vcont)を発生させてもよい。また、本実施形態の説明では、信号振幅を元に位相の補償を行ったが、入力電力に対しても同様な補償を行うことができる、   When this algorithm is executed by an arithmetic unit such as a CPU, if there is a possibility that a delay time may occur, a reference table may be created and an I / Q signal (phase control signal Vcont) corresponding to the amplitude signal may be generated. . In the description of the present embodiment, the phase compensation is performed based on the signal amplitude, but the same compensation can be performed for the input power.

このような本発明の第2の実施形態の高周波電力増幅装置によれば、移相器としてアナログ方式の直交変調器を使用することにより、安価に高速な移相器を実現でき、この移相器を用いることによって、高速な変調信号に対して線形補償が可能な高周波電力増幅装置を容易に実現することができる。   According to such a high frequency power amplifying device of the second embodiment of the present invention, a high-speed phase shifter can be realized at low cost by using an analog quadrature modulator as a phase shifter. By using this device, it is possible to easily realize a high-frequency power amplifying apparatus capable of linear compensation with respect to a high-speed modulation signal.

(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図である。図8の高周波電力増幅器の基本的構成は、前掲の実施形態と同じである。但し、位相制御信号生成部14の前段に、ゲイン・オフセット調整回路21が設けられている点で異なる。
(Third embodiment)
FIG. 8 is a block diagram showing a schematic configuration of a high-frequency power amplifying device according to the third embodiment of the present invention. The basic configuration of the high-frequency power amplifier of FIG. 8 is the same as that of the above-described embodiment. However, the difference is that a gain / offset adjustment circuit 21 is provided in the previous stage of the phase control signal generation unit 14.

移相器17に入力されるI/Q信号(位相制御信号Vcont)は、その利得と直流オフセットが正確に制御されている必要がある。図9は、I/Q信号の利得及び直流オフセットの調整の必要性を説明するための図であり、図9(a)は、I/Q信号の理想的な位相特性を示す図、図9(b)は、I/Q信号の誤差を含む特性を示す図である。   The I / Q signal (phase control signal Vcont) input to the phase shifter 17 needs to have its gain and DC offset accurately controlled. FIG. 9 is a diagram for explaining the necessity of adjusting the gain and DC offset of the I / Q signal, and FIG. 9A is a diagram showing ideal phase characteristics of the I / Q signal. (B) is a figure which shows the characteristic containing the error of I / Q signal.

振幅信号に対して正確に位相回転を行なうためには、移相器17へのI/Q信号の利得と直流オフセットが理想的に調整されている必要がある。しかし、何らかの理由で、利得と直流オフセットに誤差が生じる場合があり得る。この場合には、本来、設定すべき位相回転量θ1(図9(a)参照)に対し、誤った位相回転量θ2(図9(b)参照)が設定されてしまう。これでは、十分な歪補正を行うことができない。   In order to accurately perform phase rotation on the amplitude signal, the gain and DC offset of the I / Q signal to the phase shifter 17 must be ideally adjusted. However, for some reason, an error may occur between the gain and the DC offset. In this case, an incorrect phase rotation amount θ2 (see FIG. 9B) is set with respect to the phase rotation amount θ1 (see FIG. 9A) to be originally set. With this, sufficient distortion correction cannot be performed.

そこで、図8の高周波電力増幅装置では、ゲイン・オフセット調整回路21を設ける。ゲイン・オフセット調整回路21を挿入することにより、より正確な位相補償を行なうことが可能となり、さらなる歪特性の改善を図ることが可能となる。   Therefore, in the high frequency power amplifier of FIG. 8, a gain / offset adjustment circuit 21 is provided. By inserting the gain / offset adjustment circuit 21, more accurate phase compensation can be performed, and further improvement in distortion characteristics can be achieved.

図10は、第3の実施形態のゲイン・オフセット調整回路の具体的な構成の一例を示す図である。図示されるように、ゲイン・オフセット調整回路は、前段のゲイン調整アンプ(抵抗R3,R4と、オペアンプOP1とにより構成される)と、オフセット調整アンプ(可変抵抗R5と、オペアンプOP2とにより構成される)と、を有する構成である。   FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of the gain / offset adjustment circuit according to the third embodiment. As shown in the figure, the gain / offset adjustment circuit is composed of a gain adjustment amplifier (resistors R3, R4 and an operational amplifier OP1) and an offset adjustment amplifier (variable resistor R5 and an operational amplifier OP2) in the previous stage. And).

このような本発明の第3の実施形態の高周波電力増幅装置によれば、I/Q信号に対して、利得調整及び直流オフセット調整の少なくとも一つを実施し得るようにすることにより、高精度の歪補償が、常に担保される。   According to the high frequency power amplifying apparatus of the third embodiment of the present invention, it is possible to perform high precision by enabling at least one of gain adjustment and DC offset adjustment to the I / Q signal. Is always guaranteed.

(第4の実施形態)
図11は、本発明の第4の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図である。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 is a block diagram showing a schematic configuration of a high-frequency power amplifying device according to the fourth embodiment of the present invention.

基本的な構成は、前掲の実施形態と同じであるが、本実施形態では、高周波電力増幅装置の入力信号として、逆高速フーリエ変換器(IFFT)を用いたOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex;直交周波数分割多重)変調器による変調信号を用いる点に特徴がある。   The basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, but in this embodiment, an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) using an inverse fast Fourier transformer (IFFT) as an input signal of the high-frequency power amplifier is used. It is characterized in that it uses a modulation signal from a (division multiplexing) modulator.

OFDMでは、サブキャリアの重ねあわせによって、瞬間的に、全くランダムに大きな電力が発生し、そのような大きな電力を有する高周波信号も線形に増幅できるよう、常に大きな直流電力を保持している必要がある。   In OFDM, superposition of subcarriers generates a large amount of power instantaneously at random, and it is necessary to always maintain a large DC power so that a high-frequency signal having such a large power can be linearly amplified. is there.

OFDM変調器(逆高速フーリエ変換器)による変調信号を入力信号として、本発明の高周波電力増幅器による電力増幅を実施することにより、効率の高い線形増幅が実現し、無駄な電力消費がないため、携帯電話機等における電池寿命の長寿命化も達成できる。   By implementing power amplification by the high-frequency power amplifier of the present invention using the modulation signal from the OFDM modulator (inverse fast Fourier transformer) as an input signal, high-efficiency linear amplification is realized, and there is no wasteful power consumption. Longer battery life in mobile phones and the like can also be achieved.

図11に示されるように、高周波電力増幅装置にはn(図11の例ではn=2)系統の入力信号経路がある。各信号経路には、OFDM変調器22(n個(図11の例ではn=2)のIFFT(逆高速フーリエ変換器)20A,20Bを備える)によるOFDM方式の変調信号が入力される。   As shown in FIG. 11, the high-frequency power amplifier has n (n = 2 in the example of FIG. 11) input signal paths. OFDM signal modulated by an OFDM modulator 22 (including n (in the example of FIG. 11, n = 2) IFFTs (Inverse Fast Fourier Transformers) 20A and 20B) is input to each signal path.

リミッタ、移相器も各々n(=2)個用意されている(リミッタ16A,16Bと、移相器17A,17B)。各サブキャリアは、合成器(AD)により合成され、電力増幅器18により増幅される。   There are also n (= 2) limiters and phase shifters (limiters 16A and 16B and phase shifters 17A and 17B). The subcarriers are combined by a combiner (AD) and amplified by a power amplifier 18.

図12は、電力増幅器の、電源電圧(Vdd)に対する位相特性を示す図である。図示されるように、電力増幅器18の位相特性は、周波数f1〜fnにより位相回転の特性が異なる。無線通信においてデータ伝送速度が高速化されると信号帯域幅は広帯域化される。   FIG. 12 is a diagram illustrating phase characteristics of the power amplifier with respect to the power supply voltage (Vdd). As shown in the figure, the phase characteristics of the power amplifier 18 differ in phase rotation characteristics depending on the frequencies f1 to fn. When the data transmission speed is increased in wireless communication, the signal bandwidth is widened.

このため、送信周波数ポイントにおける位相特性の歪補償を行ったとしても、信号の帯域幅が広い場合、十分な補償特性を得ることができない。したがって、OFDM変調信号を増幅する場合に、最良の歪特性を得るためには、信号帯域幅内の全ての周波数に渡って各々の位相補正を行う必要がある。   For this reason, even if phase characteristic distortion compensation at the transmission frequency point is performed, if the signal bandwidth is wide, sufficient compensation characteristics cannot be obtained. Therefore, in order to obtain the best distortion characteristics when amplifying an OFDM modulated signal, it is necessary to correct each phase over all frequencies within the signal bandwidth.

これを実現するために、図11の高周波電力増幅装置では、位相回転量の異なる複数個の移相器を挿入することにより補償を行う。又は、感度特性の異なる位相制御信号生成部14と同一の特性を有する移相器を挿入することにより補償を行ってもよい。   In order to realize this, in the high frequency power amplifier of FIG. 11, compensation is performed by inserting a plurality of phase shifters having different phase rotation amounts. Or you may compensate by inserting the phase shifter which has the same characteristic as the phase control signal generation part 14 from which a sensitivity characteristic differs.

次に、図11の高周波電力増幅装置の具体的動作を説明する。OFDM変調器22では、I/Q信号をIFFT(逆高速フーリエ変換)することにより変調する。OFDM変調では、変調信号を任意の数のサブキャリアに分割することができる。また、例えば全サブキャリア数が52本であるOFDM変調波で、キャリア列を1〜13、14〜26、27〜39、40〜52のように4つのキャリアグループにまとめた場合、任意のキャリアグループのみを変調することも可能である。このため周波数軸上で信号帯域幅を任意の帯域幅に分割し、送信することが可能となる。   Next, the specific operation of the high-frequency power amplifier of FIG. 11 will be described. The OFDM modulator 22 modulates the I / Q signal by performing IFFT (Inverse Fast Fourier Transform). In OFDM modulation, a modulated signal can be divided into an arbitrary number of subcarriers. Further, for example, in the case of an OFDM modulated wave having a total number of subcarriers of 52, when carrier sequences are grouped into four carrier groups such as 1 to 13, 14 to 26, 27 to 39, and 40 to 52, any carrier It is also possible to modulate only the group. For this reason, the signal bandwidth can be divided into arbitrary bandwidths on the frequency axis and transmitted.

図13は、OFDM変調の対象となるデータ列の構成の一例を示す図である。ここでは、説明の便宜のために、入力されたデータ列を、A,Bの2系列に分ける場合を考える。データ列は、逆高速フーリエ変換器(IFFT)20A,20Bに入力された際、データ列AではB1〜B20における値を0にし、データ列Bでは、A1〜A20における値を0とする。データ列A、Bを、逆高速フーリエ変換すると、図13の右側に示すように、周波数帯域を分割することができる。   FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of a data string to be subjected to OFDM modulation. Here, for convenience of explanation, consider a case where an input data string is divided into two series of A and B. When the data string is input to the inverse fast Fourier transformers (IFFT) 20A and 20B, the value in B1 to B20 is set to 0 in the data string A, and the value in A1 to A20 is set to 0 in the data string B. When the data sequences A and B are subjected to inverse fast Fourier transform, the frequency band can be divided as shown on the right side of FIG.

周波数軸上で分割された信号は、それぞれリミッタ(16A,16B)、移相器(17A,17B)に入力され、前掲の実施形態と同様に、振幅信号を基に位相特性が補償される。   The signals divided on the frequency axis are respectively input to the limiter (16A, 16B) and the phase shifter (17A, 17B), and the phase characteristics are compensated based on the amplitude signal as in the above-described embodiment.

補償された信号は、合成器(AD)により合成され、元の周波数帯域幅を有するデータ列信号の位相のみの信号が生成される。一方、周波数軸上で分割された信号は、カプラ15により一部が取り出され、包絡線検波回路11の前段で再度結合され元の信号情報が再生される。   The compensated signal is synthesized by a synthesizer (AD), and a signal having only the phase of the data string signal having the original frequency bandwidth is generated. On the other hand, a part of the signal divided on the frequency axis is taken out by the coupler 15 and recombined in the previous stage of the envelope detection circuit 11 to reproduce the original signal information.

このため振幅信号を検出するループにおいては、元の信号情報の振幅情報が生成されることとなる。生成された振幅信号情報は、電力増幅器18において位相信号と合成されOFDM変調信号として再生される。再生された信号は、位相補償されているため、良好な歪特性を有することになる。   Therefore, in the loop for detecting the amplitude signal, the amplitude information of the original signal information is generated. The generated amplitude signal information is combined with the phase signal in the power amplifier 18 and reproduced as an OFDM modulated signal. Since the reproduced signal is phase-compensated, it has good distortion characteristics.

このような本発明の第4の実施形態によれば、OFDM変調信号を入力信号とすることにより、高効率かつ線形性の高い増幅が実現され、携帯機器等の電池寿命を長寿命化することもできる。   According to the fourth embodiment of the present invention, by using an OFDM modulated signal as an input signal, high-efficiency and highly linear amplification is realized, and the battery life of a portable device or the like is extended. You can also.

以上、本発明の実施形態の高周波装置は、振幅変調及び位相変調の双方を実施する変調方式を採用した、高速、広帯域の無線データ通信装置等に利用可能であり、移動体通信基地局、端末局、地上波ディジタル送受信機、無線LAN基地局、端末局等において低ノイズ化、低消費電力化を図ることができる。   As described above, the high-frequency device according to the embodiment of the present invention can be used for a high-speed, wide-band wireless data communication device or the like that employs a modulation scheme that performs both amplitude modulation and phase modulation. Stations, terrestrial digital transceivers, wireless LAN base stations, terminal stations, etc. can achieve low noise and low power consumption.

本発明の高周波電力増幅装置は、簡易な構成で、低消費電力性に優れ、かつ、非線形歪を十分に補償し得る効果を有し、振幅変調及び位相変調の双方を実施する変調方式を採用した、高速及び広帯域の無線データ通信装置等、例えば、移動体通信基地、端末局、地上波ディジタル送受信機、無線LAN基地局、端末局等に有用である。   The high frequency power amplifying apparatus of the present invention employs a modulation scheme that performs both amplitude modulation and phase modulation with a simple configuration, excellent in low power consumption, and capable of sufficiently compensating for nonlinear distortion. It is useful for high-speed and wide-band wireless data communication devices, such as mobile communication bases, terminal stations, terrestrial digital transceivers, wireless LAN base stations, terminal stations, and the like.

本発明の第1の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図1 is a block diagram showing a schematic configuration of a high-frequency power amplifying device according to a first embodiment of the present invention. 第1の実施形態の移相器の具体的な構成とその特性の一例を示す図The figure which shows an example of the concrete structure of the phase shifter of 1st Embodiment, and its characteristic 第1の実施形態の高周波電力増幅装置における歪補償効果を示す図The figure which shows the distortion compensation effect in the high frequency power amplifier of 1st Embodiment 本発明の第2の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the high frequency power amplifier which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 第2の実施形態の移相器17の具体的な構成を示す回路図The circuit diagram which shows the concrete structure of the phase shifter 17 of 2nd Embodiment. 直交変調器の制御設定値に対する位相出力の特性の例を示す図The figure which shows the example of the characteristic of the phase output with respect to the control setting value of a quadrature modulator 直交変調器の周波数応答特性の例を示す図Diagram showing examples of frequency response characteristics of quadrature modulator 本発明の第3の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the high frequency power amplifier which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. I/Q信号の利得及び直流オフセットの調整の必要性を説明するための図The figure for demonstrating the necessity of adjustment of the gain of an I / Q signal, and DC offset 第3の実施形態のゲイン・オフセット調整回路の具体的な構成の一例を示す図The figure which shows an example of the specific structure of the gain / offset adjustment circuit of 3rd Embodiment. 本発明の第4の実施形態に係る高周波電力増幅装置の概略構成を示すブロック図The block diagram which shows schematic structure of the high frequency power amplifier which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 電力増幅器の、電源電圧(Vdd)に対する位相特性を示す図The figure which shows the phase characteristic with respect to power supply voltage (Vdd) of a power amplifier OFDM変調の対象となるデータ列の構成の一例を示す図The figure which shows an example of a structure of the data sequence used as the object of OFDM modulation 歪補償機能をもつEER方式の電力増幅装置の構成の一例を示すブロック図A block diagram showing an example of a configuration of an EER system power amplifier having a distortion compensation function 電力増幅器の、電源電圧に対する利得特性と位相特性の具体例を示す図The figure which shows the concrete example of the gain characteristic and the phase characteristic with respect to the power supply voltage of the power amplifier

符号の説明Explanation of symbols

11 包絡線検波回路
12 オーディオ帯増幅器
13 電流増幅器
14 位相調整信号生成部
15 カプラ
16 リミッタ
17 移相器(位相調整器)
18 電力増幅器
19 カプラ
20 逆高速フーリエ変換器
21 ゲイン・オフセット調整回路
22 OFDM変調器
26a,26b ミキサ
28 加算器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Envelope detection circuit 12 Audio band amplifier 13 Current amplifier 14 Phase adjustment signal generation part 15 Coupler 16 Limiter 17 Phase shifter (phase adjuster)
18 Power Amplifier 19 Coupler 20 Inverse Fast Fourier Transformer 21 Gain / Offset Adjustment Circuit 22 OFDM Modulator 26a, 26b Mixer 28 Adder

Claims (6)

入力信号を、その極性成分である位相信号と振幅信号に分岐するカプラと、
前記分岐された一方の信号の振幅を制限して位相信号を出力するリミッタと、
前記分岐された他方の信号の振幅を検波して振幅信号を出力する検波器と、
前記振幅信号を電源電圧として、前記移相信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器の前段に設けられ、電源電圧に対する前記電力増幅器の位相特性を補償する移相器と、
前記振幅信号の電圧レベルに応じて前記移相器の移相量を調整するための位相制御信号を生成する位相制御信号生成部と、
を備え、
前記位相信号は利得調整が行われることなく前記電力増幅器に入力される高周波電力増幅装置。
A coupler that branches an input signal into a phase signal and an amplitude signal, which are polar components,
A limiter that limits the amplitude of one of the branched signals and outputs a phase signal;
A detector for detecting an amplitude of the other branched signal and outputting an amplitude signal;
A power amplifier that amplifies the phase-shifted signal using the amplitude signal as a power supply voltage;
A phase shifter provided in a preceding stage of the power amplifier to compensate for a phase characteristic of the power amplifier with respect to a power supply voltage;
A phase control signal generator for generating a phase control signal for adjusting the amount of phase shift of the phase shifter according to the voltage level of the amplitude signal;
With
A high-frequency power amplifying apparatus in which the phase signal is input to the power amplifier without gain adjustment.
請求項1記載の高周波電力増幅装置であって、
前記位相制御信号生成部は、前記位相制御信号として、直交信号及び同相信号を出力し、
前記移相器は前記位相信号を直交変調する直交変調器を有し、前記直交信号及び同相信号により、前記直交変調器の位相回転量が決定される高周波電力増幅装置。
The high-frequency power amplifying device according to claim 1,
The phase control signal generation unit outputs a quadrature signal and an in-phase signal as the phase control signal,
The phase shifter includes a quadrature modulator that quadrature modulates the phase signal, and a phase rotation amount of the quadrature modulator is determined by the quadrature signal and the in-phase signal.
請求項2記載の高周波電力増幅装置であって、
前記位相制御信号生成部から出力される直交信号及び同相信号に対して、利得調整および直流オフセット調整の少なくとも一方を実施し、前記直交変調器に出力する位相制御信号調整部を更に備える高周波電力増幅装置。
A high-frequency power amplifying device according to claim 2,
A high-frequency power further comprising a phase control signal adjustment unit that performs at least one of gain adjustment and DC offset adjustment on the quadrature signal and the in-phase signal output from the phase control signal generation unit and outputs them to the quadrature modulator Amplification equipment.
請求項1ないし3のいずれか一項記載の高周波電力増幅装置であって、
前記入力信号として、OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex;直交周波数分割多重)変調器によって変調された変調信号を用いる高周波電力増幅装置。
A high-frequency power amplifying device according to any one of claims 1 to 3,
A high-frequency power amplifying apparatus that uses a modulation signal modulated by an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) modulator as the input signal.
請求項1ないし4のいずれか一項記載の高周波電力増幅器を搭載する送信機。   A transmitter equipped with the high-frequency power amplifier according to any one of claims 1 to 4. 高周波電力増幅装置における電力増幅器の歪補償方法であって、
入力信号を、その極性成分である位相信号と振幅信号に分岐するステップと、
前記分岐された一方の信号の振幅を制限して位相信号を出力するステップ、
前記分岐された他方の信号の振幅を検波して振幅信号を出力するステップと、
前記位相信号に対して前記振幅信号の電圧レベルに応じて移相量を調整し、前記電力増幅器の電源電圧に対する位相特性を補償するステップと、
前記振幅信号を前記電力増幅器の電源電圧として、利得調整が行われることなく、位相特性が補償された位相信号を増幅するステップと、
を有する歪補償方法。
A method for compensating for distortion of a power amplifier in a high-frequency power amplifier,
Branching the input signal into a phase signal and an amplitude signal which are polar components;
Limiting the amplitude of one of the branched signals and outputting a phase signal;
Detecting the amplitude of the other branched signal and outputting an amplitude signal;
Adjusting a phase shift amount according to a voltage level of the amplitude signal with respect to the phase signal, and compensating a phase characteristic with respect to a power supply voltage of the power amplifier;
Using the amplitude signal as a power supply voltage of the power amplifier, amplifying the phase signal with compensated phase characteristics without performing gain adjustment;
A distortion compensation method comprising:
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