JP2000261251A - 歪み補償非線形回路およびそれを用いた通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 比較的容易に相互変調歪み成分を除去するこ
とのできる歪み補償非線形回路を提供する。 【解決手段】 ２つのスペクトル成分を有する信号を信
号分配回路２３で互いにレベルの異なる２つの信号に分
配し、それを非線形回路２４の特性の等しい２つの非線
形デバイスであるパワーアンプ１６、１８にそれぞれ通
過させ、信号合成回路２５で２つの経路の信号を、非線
形デバイスで発生した相互変調歪みの３次成分のレベル
が互いに一致するとともに位相が互いに反転するように
合成する。 【効果】 相互変調歪みのなかでレベルの高い３次成分
が打ち消されることによって、信号の歪みを補償するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歪み補償非線形回
路およびそれを用いた通信装置、特に相互変調歪み成分
が雑音となる通信機器における歪み補償非線形回路およ
びそれを用いた通信装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、パワーアンプのような結果的
に非線形特性を有する回路やミキサのような非線形特性
を利用する回路においては、信号に含まれる２つのスペ
クトル成分による相互変調歪み（Ｉｎｔｅｒ−Ｍｏｄｕ
ｌａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ、ＩＭＤ）成分
が、通信機器における信号劣化の原因になるという問題
がある。

【０００３】図６に、従来の相互変調歪み成分に対する
対策を行った増幅回路を示す。図６において、増幅回路
１は、入力端子２と、その出力に接続されたパワーアン
プ３と、その出力に接続された帯域通過フィルタ４と、
その出力に接続された出力端子５から構成されている。

【０００４】図７に、増幅回路１に入力され、出力され
る信号の周波数特性を示し、これを併用して増幅回路１
の動作を説明する。

【０００５】まず、増幅回路１の入力端子２には図７
（ａ）に示すような２つの互いに周波数の近接したスペ
クトル成分ｍ１を持つ信号ｓ０が入力される。すると、
パワーアンプ３からは、図７（ｂ）に示すようにスペク
トル成分ｍ１が増幅されるとともに、その非線形特性に
より、２つのスペクトル成分ｍ１によって作られた相互
変調歪みの３次成分ｍ３、５次成分ｍ５、７次成分ｍ７
などが出力された信号ｓ１が出力される。これらの相互
変調歪み成分ｍ３、ｍ５、ｍ７は本来不必要なものであ
る。そこで、増幅回路１においては、基本のスペクトル
成分ｍ１のみを通し、相互変調歪み成分ｍ３、ｍ５、ｍ
７を通さないような狭帯域の帯域通過フィルタ４をパワ
ーアンプ３の出力に接続している。図７（ｃ）に帯域通
過フィルタ４の通過特性を示す。このような帯域通過フ
ィルタ４を通過することによって、出力端子５には図７
（ｄ）に示すように増幅されたスペクトル成分ｍ１のみ
の信号ｓ２が出力される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、増幅回
路１においては帯域通過フィルタ４の通過帯域を非常に
狭帯域に作る必要があり、急峻な減衰特性が必要となる
が、フィルタにおいて急峻な減衰特性を実現するのは非
常に難しいという問題がある。特に信号の２つのスペク
トル成分の間隔が狭くなるほど相互変調歪み成分の周波
数が基本の信号の周波数に近づき、急峻な減衰特性の実
現はさらに困難になる。

【０００７】そこで、本発明は、比較的容易に相互変調
歪み成分を除去することのできる歪み補償非線形回路お
よびそれを用いた通信装置を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の歪み補償非線形回路は、２つのスペクトル
成分を有する信号を互いにレベルの異なる２つの信号に
分配する信号分配回路と、該信号分配回路で分配された
前記２つの信号を特性の等しい２つの非線形デバイスに
それぞれ通過させる非線形回路と、該非線形回路から出
力された前記２つの信号を前記非線形回路において発生
した前記２つのスペクトル成分による相互変調歪み成分
のレベルを互いに一致させるとともに位相を互いに反転
させて合成する信号合成回路とを備えることを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明の歪み補償非線形回路は、前
記信号合成回路において、前記２つの信号の相互変調歪
みの３次成分を互いに一致させることを特徴とする。

【００１０】また、本発明の歪み補償非線形回路は、前
記入力信号のレベルを検出し調整する信号レベル調整回
路を設けたことを特徴とする。

【００１１】また、本発明の通信装置は、上記の歪み補
償非線形回路を用いたことを特徴とする。

【００１２】このように構成することにより、本発明の
歪み補償非線形回路においては、相互変調歪み成分を小
さくすることができる。

【００１３】また、本発明の通信装置においては、通信
品質の劣化を防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の歪み補償非線形回
路の一実施例を示す。図１はパワーアンプを用いた増幅
回路の例である。

【００１５】図１において、歪み補償非線形回路１０
は、入力端子１１、増幅率可変アンプ１２、レベル検出
器１３、信号分配器１４、減衰器１５、パワーアンプ１
６、移相器１７、パワーアンプ１８、減衰器１９、信号
合成器２０、出力端子２１で構成されている。ここで、
入力端子１１は増幅率可変アンプ１２に接続され、増幅
率可変アンプ１２の出力は信号分配器１４に接続される
とともに、一部はレベル検出器１３を介して増幅率可変
アンプ自身の増幅率制御端子に接続されている。信号分
配器１４の一方の出力は減衰器１５、パワーアンプ１
６、移相器１７を順に介して信号合成器２０の一方の入
力に接続されている。また、信号分配器１４の他方の出
力はパワーアンプ１８と減衰器１９を順に介して信号合
成器２０の他方の入力に接続されている。信号合成器２
０の出力は出力端子２１に接続されている。

【００１６】このうち、増幅率可変アンプ１２とレベル
検出器１３は信号レベル調整回路２２を構成している。
また、信号分配器１４と減衰器１５は、１入力２出力の
信号分配回路２３を構成している。また、パワーアンプ
１６と１８はそれぞれ同じ特性になるように構成されて
おり、２入力２出力の非線形回路２４を構成している。
そして、移相器１７と減衰器１９と信号合成器２０は、
２入力１出力の信号合成回路２５を構成している。

【００１７】ここで、図２に、歪み補償非線形回路１０
の各部に流れる信号の周波数特性を示し、これを併用し
て歪み補償非線形回路１０の動作を説明する。なお、図
２において、グラフの縦軸の信号レベルはｄＢ表示して
いる。

【００１８】まず、歪み補償非線形回路１０の入力端子
１１に入力された、２つの互いに周波数の近接したスペ
クトル成分ｍ１を持つ信号ｓ３は、信号レベル調整回路
２２の増幅率可変アンプ１２で適正なレベルに調整さ
れ、信号ｓ４として信号分配回路２３の信号分配器１４
に入力される。ここで適正なレベルとは、後段の減衰器
１５や１９のあらかじめ設定された減衰量に合う相互変
調歪みがパワーアンプ１６、１８で発生するような値の
ことである。

【００１９】信号分配回路２３においては、信号分配器
１４に入力された信号ｓ４が２分配され、第１の経路ｐ
１では信号ｓ５として減衰器１５に、第２の経路ｐ２で
は信号ｓ８として非線形回路２４のパワーアンプ１８に
それぞれ入力される。図２（ａ）に示すように、信号ｓ
５と信号ｓ８は信号レベルがａ０の同じスペクトルとな
る。第１の経路ｐ１において、信号ｓ５は減衰器１５で
減衰され信号ｓ６として非線形回路２４のパワーアンプ
１６に入力される。図２（ｂ）に示すように、信号ｓ６
においては信号ｓ５やｓ８よりも２つのスペクトル成分
ｍ１のピークが下がって、信号レベルがａ１になってい
る。

【００２０】非線形回路２４においては、信号ｓ６はパ
ワーアンプ１６で増幅され、信号ｓ７として信号合成回
路２５の移相器１７に入力される。このとき、パワーア
ンプ１６が非線形特性を有するため、図２（ｃ）に示す
ように、信号ｓ７としては２つのスペクトル成分ｍ１に
よって作られた相互変調歪みの３次成分ｍ３、５次成分
ｍ５なども出力される。ここで、信号ｓ７の基本のスペ
クトル成分ｍ１の信号レベルａ２は信号ｓ６の場合の信
号レベルａ１より大きくなっている。また、相互変調歪
みの３次成分ｍ３の信号レベルはそれより低いｂ２とな
っている。また、信号ｓ８はパワーアンプ１８で増幅さ
れ、信号ｓ９として信号合成回路２５の減衰器１９に入
力される。このとき、パワーアンプ１８が非線形特性を
有するため、図２（ｄ）に示すように、信号ｓ９として
は２つのスペクトル成分ｍ１によって作られた相互変調
歪みの３次成分ｍ３、５次成分ｍ５なども出力される。
ここで、信号ｓ９の基本のスペクトル成分ｍ１の信号レ
ベルａ３は信号ｓ８の場合の信号レベルａ０より大きく
なっている。また、相互変調歪みの３次成分ｍ３の信号
レベルはそれより低いｂ３となっている。そして、図２
（ｃ）と図２（ｄ）を比較して分かるように、基本のス
ペクトル成分ｍ１や相互変調歪み成分ｍ３、ｍ５のレベ
ルはパワーアンプ１６や１８に入力される信号のレベル
の違いから信号ｓ９の方が高くなっている。また、基本
のスペクトル成分ｍ１と相互変調ひずみの３次成分ｍ３
とのレベル差は、相互変調ひずみの性質から、入力され
た信号のレベルの低い信号ｓ７の方（ａ２−ｂ２）が信
号ｓ９の方（ａ３−ｂ３）より大きくなっている。

【００２１】信号合成回路２５においては、まず信号ｓ
９が減衰器１９で、相互変調歪みの３次成分ｍ３のレベ
ルｂ３が信号ｓ７の相互変調歪みの３次成分ｍ３のレベ
ルｂ２と一致するように減衰されて、信号ｓ１０として
信号合成器２０に入力される。図２（ｅ）に示すよう
に、信号ｓ１０の相互変調歪みの３次成分ｍ３のレベル
ｂ４は信号ｓ７の相互変調歪みの３次成分ｍ３のレベル
ｂ２と一致している。このとき、信号ｓ１０の基本のス
ペクトル成分ｍ１のレベルａ４は減衰されて信号ｓ７の
基本のスペクトル成分ｍ１のレベルａ２よりレベルが低
くなっている。一方、信号ｓ７は移相器１７で信号ｓ１
０と逆位相になるように位相シフトされ、信号合成器２
０に入力される。信号合成器２０では２つの信号が互い
に逆位相で足し合わされることになるため、レベルが一
致している相互変調歪みの３次成分ｍ３は相殺されてほ
とんどなくなる。しかしながらレベルが一致していない
基本のスペクトル成分ｍ１や相互変調歪みの５次成分ｍ
５などは、いずれか高い方のレベルより少し低くなる程
度で残り、信号ｓ１１として出力される。図２（ｆ）に
示すように、信号ｓ１１においては相互変調歪みの中で
最もレベルの高い３次成分ｍ３が無くなり、基本のスペ
クトル成分ｍ１のレベルａ５と残った相互変調歪みの中
で最もレベルの高い５次成分ｍ５とのレベル差が大きく
なっている。

【００２２】このようにして、歪み補償非線形回路１０
においては、相互変調歪みを低減し、歪みによる信号の
劣化を補償することができる。

【００２３】なお、歪み補償非線形回路１０において、
移相器１７を設ける位置はパワーアンプ１６の次段に限
るものではなく、第１の経路ｐ１と第２の経路ｐ２を通
る信号の位相を逆相にするものであれば、２つの経路の
どこに設けても構わないものである。また、移相器１７
の位相シフト量は必ずしも１８０度に設定するものでは
なく、第１の経路ｐ１と第２の経路ｐ２の各部の位相遅
延量や配線における位相のズレを考慮して、２つの経路
全体として最終的に逆相になるようにその値が決められ
るものである。また、信号分配器１４や信号合成器２０
に、方向性結合器のような自分自身に位相をずらす機能
のあるものを使う場合には、その分も考慮して位相シフ
ト量を設定するもので、条件によっては単体としての移
相器が不要になる場合も考えられるものである。

【００２４】また、歪み補償非線形回路１０において
は、第１の経路ｐ１に減衰器１５を設け、第２の経路ｐ
２に減衰器１９を設けている。しかし、例えば方向性結
合器のように信号分配器１４自身に信号ｓ５のレベルを
信号ｓ８のレベルより低くなるように分配できる機能が
あったり、あるいは信号合成器２０自身に信号ｓ９のレ
ベルを信号ｓ７のレベルより下げて合成できる機能があ
れば、単体としての減衰器１５や１９が不要になる場合
も考えられるものである。

【００２５】図３に、本発明の歪み補償非線形回路の別
の実施例を示す。図３は狭帯域干渉波制限装置の例で、
図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、そ
の説明を省略する。

【００２６】図３において、歪み補償非線形回路３０
は、第１の経路ｐ１の減衰器１５と移相器１７の間に、
飽和レベル以上のレベルの信号を周波数選択的に制限す
るリミッタ型の静磁波フィルタ３１を接続し、第２の経
路ｐ２の信号分配器１４の他方の出力と減衰器１９の間
に同じくリミッタ型の静磁波フィルタ３２を接続して構
成されている。ここで、静磁波フィルタ３１と静磁波フ
ィルタ３２はそれぞれ同じ特性になるように構成されて
おり、両者を合わせて２入力２出力の非線形回路３３を
構成している。

【００２７】このように構成された歪み補償非線形回路
３０は、例えばレベルが低く広帯域に広がったスペクト
ル拡散信号の占有周波数帯域内に混入したレベルの高い
狭帯域干渉波の制限に利用される。歪み補償非線形回路
３０において、２つの静磁波フィルタ３１と３２は飽和
レベル以上のレベルの信号を周波数選択的に制限する。
そこで、静磁波フィルタ３１と３２の飽和レベルは、ス
ペクトル拡散信号のレベルより高く、狭帯域干渉波のレ
ベルより低くなるようにあらかじめ設定してある。その
結果、静磁波フィルタ３１や３２を通過するときに狭帯
域干渉波が飽和レベルまで制限される。

【００２８】そして、例えばスペクトル拡散信号の占有
周波数帯域内に少しだけ周波数の異なる狭帯域干渉波が
２つ存在する場合には、静磁波フィルタ３１、３２は非
線形特性を持っているために、これを通過する際に、２
つの狭帯域干渉波による相互変調歪みが発生し、狭帯域
干渉波を制限する効果を相殺してしまうという問題があ
る。

【００２９】しかしながら、歪み補償非線形回路３０に
おいては、歪み補償非線形回路１０と同様の作用によ
り、相互変調歪みの３次成分を取り除き、狭帯域干渉波
の制限を効果的に行うことができ、相互変調歪みによる
拡散信号の劣化を補償することができる。

【００３０】図４に、本発明の歪み補償非線形回路のさ
らに別の実施例を示す。図４は狭帯域干渉波制限装置の
例で、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付
し、その説明を省略する。

【００３１】図４において、歪み補償非線形回路４０
は、第１の経路ｐ１の減衰器１５と移相器１７の間に、
ミキサ４１を接続し、第２の経路ｐ２の信号分配器１４
の他方の出力と減衰器１９の間に同じくミキサ２を接続
し、さらにミキサ４１と４２の両者に接続して発振器４
３を設けて構成されている。ここで、ミキサ４１とミキ
サ４２はそれぞれ同じ特性になるように構成されてお
り、２つのミキサ４１、４２と発振器４３で２入力２出
力の非線形回路４４を構成している。

【００３２】このように構成された歪み補償非線形回路
４０は、入力端子１１から入力される２つのスペクトル
成分を持つＲＦ信号と発振器４３から出力されるローカ
ル信号をミックスして、その非線形特性を利用して、そ
の差の周波数のＩＦ信号を出力するミキサ回路として機
能するとともに、歪み補償非線形回路１０と同様に、出
力されるＩＦ信号に近接して発生する相互変調歪みを部
分的に削除することによって、歪みによる信号の劣化を
補償することができる。

【００３３】図５に、本発明の通信装置の一実施例を示
す。図５において、通信装置５０は、変調器５１および
５４、発振器５２および５５、ミキサ５３および５６、
信号合成器５７、図１に示した本発明の歪み補償非線形
回路１０、アンテナ５８で構成されている。ここで、変
調器５１は発振器５２とともにミキサ５３に接続されて
いる。また、変調器５４は発振器５５とともにミキサ５
６に接続されている。そして、ミキサ５３と５６の出力
は信号合成器５７に接続され、信号合成器５７の出力は
歪み補償非線形回路１０を介してアンテナ５８に接続さ
れている。

【００３４】このように構成された通信装置５０におい
て、送信すべき信号の１つは変調器５１で変調され、ミ
キサ５３で周波数ｆ１のＲＦ信号に周波数変換されて信
号合成器５７に入力される。また、送信すべき信号の他
の１つは変調器５４で変調され、ミキサ５６で周波数ｆ
２のＲＦ信号に周波数変換されて信号合成器５７に入力
される。ここで、２つのＲＦ信号の周波数ｆ１とｆ２は
かなり接近しているものとする。信号合成器５７に入力
された２つのＲＦ信号は合成されて２つのスペクトル成
分を持つ１つの信号となり、歪み補償非線形回路１０の
パワーアンプで増幅され、アンテナ５８から放射され
る。

【００３５】このとき、２つのＲＦ信号の周波数ｆ１と
ｆ２が接近しているため、通常のパワーアンプを使って
増幅すると多数の相互変調歪み成分が発生して、それら
がノイズとなって送信信号を劣化させるが、本発明の歪
み補償非線形回路１０を用いて増幅しているために相互
変調歪み成分の中でも最もＲＦ信号の周波数に近く、し
かも最もレベルの高い３次成分を除去することができ
る。そのため、送信信号の通信品質の劣化を防止するこ
とができる。

【００３６】なお、通信装置５０においては歪み補償非
線形回路１０を用いたが、図３に示した歪み補償非線形
回路３０や図４に示した歪み補償非線形回路４０を用い
て通信装置を構成しても構わないもので、この場合も歪
み補償非線形回路１０を用いた場合と同様の作用効果を
奏するものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明の歪み補償非線形回路によれば、
２つのスペクトル成分を有する信号を互いにレベルの異
なる２つの信号に分配する信号分配回路と、信号分配回
路で分配された２つの信号を特性の等しい２つの非線形
デバイスにそれぞれ通過させる非線形回路と、非線形回
路から出力された２つの信号を、非線形回路において発
生した２つのスペクトル成分による相互変調歪み成分の
レベルを互いに一致させるとともに位相を互いに反転さ
せて合成する信号合成回路とを備えてなることによっ
て、相互変調歪み成分を小さくすることができる。

【００３８】また、特に信号合成回路において、２つの
信号の相互変調歪みの３次成分を互いに一致させること
によって、相互変調歪みの中でもレベルの高い３次成分
を小さくすることができる。

【００３９】また、信号分配回路の前に、入力信号のレ
ベルを検出し調整する信号レベル調整回路を設けること
によって、信号レベルを相互変調歪みをキャンセルする
のに最適な条件に設定することができる。

【００４０】また、本発明の通信装置においては、本発
明の歪み補償非線形回路を用いることによって、通信品
質の劣化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の歪み補償非線形回路の一実施例を示す
ブロック図である。

【図２】図１の歪み補償非線形回路の各部における信号
の周波数特性を示す図である。

【図３】本発明の歪み補償非線形回路の別の実施例を示
すブロック図である。

【図４】本発明の歪み補償非線形回路のさらに別の実施
例を示すブロック図である。

【図５】本発明の通信装置の一実施例を示すブロック図
である。

【図６】従来の歪み補償非線形回路を示すブロック図で
ある。

【図７】図６の歪み補償非線形回路の各部における信号
の周波数特性を示す図である。

【符号の説明】

１０、３０、４０…歪み補償非線形回路 １１…入力端子 １２…増幅率可変アンプ １３…レベル検出器 １４…信号分配器 １５、１９…減衰器 １６、１８…パワーアンプ １７…移相器 ２０…信号合成器 ２１…出力端子 ２２…信号レベル調整回路 ２３…信号分配回路 ２４、３３、４４…非線形回路 ２５…信号合成回路 ３１、３２…静磁波フィルタ ４１、４２…ミキサ ４３…発振器 ５０…通信装置 ｓ３、ｓ４、ｓ５、ｓ６、ｓ７、ｓ８、ｓ９、ｓ１０、
ｓ１１…信号 ｐ１…第１の経路 ｐ２…第２の経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中西 基 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 田中 裕明 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 Ｆターム(参考） 5J090 AA04 AA21 AA41 CA27 FA08 FA19 GN02 GN07 HN03 HN16 KA16 KA23 KA32 KA44 KA53 SA14 TA01 TA03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つのスペクトル成分を有する信号を互
   いにレベルの異なる２つの信号に分配する信号分配回路
   と、 該信号分配回路で分配された前記２つの信号を特性の等
   しい２つの非線形デバイスにそれぞれ通過させる非線形
   回路と、 該非線形回路から出力された前記２つの信号を前記２つ
   のスペクトル成分によって前記非線形回路において発生
   した相互変調歪み成分のレベルを互いに一致させるとと
   もに位相を互いに反転させて合成する信号合成回路とを
   備えることを特徴とする歪み補償非線形回路。
2. 【請求項２】 前記信号合成回路において、前記２つの
   信号の相互変調歪みの３次成分を互いに一致させること
   を特徴とする、請求項１に記載の歪み補償非線形回路。
3. 【請求項３】 前記入力信号のレベルを検出し調整する
   信号レベル調整回路を設けたことを特徴とする、請求項
   １または２に記載の歪み補償非線形回路。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の歪
   み補償非線形回路を用いたことを特徴とする通信装置。