JP2004120545A - フィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源投入時の消費電力を抑制し、動作を安定化することができるようにする。
【解決手段】歪検出ループＬ１では、主増幅器５で発生してその出力信号（マルチキャリア信号）Ｂに混入する歪成分が、分配器７において、差分信号Ｅとして検出される。この差分信号Ｅはベクトル調整器９で振幅，位相が調整され、誤差増幅器１０で増幅されて分配器１１に供給され、遅延線８からのマルチキャリア信号に混入している歪信号をキャンセルする。分配器７からの差信号Ｅのレベルが所定の値よりも大きくなる電源投入後の起動期間では、制御部１４により、誤差増幅器１０の電源電圧の供給を禁止し、歪検出ループＬ１が最適化すると、誤差増幅器１０に電源電圧の供給を開始して、歪除去ループＬ２が最適化するようにする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号を増幅する主増幅器と、この主増幅器で発生する歪、例えば、該入力信号をマルチキャリア信号とした場合などでの相互変調歪を補償するフィードフォワード（Ｆｅｅｄ　Ｆｏｒｗａｒｄ：以下、ＦＦという）ループを備えた歪補償増幅器に係り、特に、そのＦＦループを最適化するための制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
移動体通信用の基地局・中継局では、所定の周波数間隔で夫々適宜変調された複数の搬送波からなるマルチキャリア信号を、高周波増幅した後、無線送信するが、この高周波増幅に用いる増幅器の線形性が充分良好でないと、例えば、相互変調歪などの各種の歪が発生する。このため、マルチキャリア信号などの異なる周波数の複数搬送波からなる信号を増幅する増幅器に対しては、かかる信号の周波数帯域全体に亘って良好な線形性が要求される。
【０００３】
いま、マルチキャリア信号を例として、マルチキャリア信号の増幅に適する超低歪増幅器を実現する手法の１つに、従来、ＦＦ増幅方式が知られている。これは、入力したマルチキャリア信号を主増幅器で増幅して出力する本線と、この主増幅器で増幅されたマルチキャリア信号からこの主増幅器で発生した歪成分を検出するＦＦループの歪検出ループと、この歪検出ループで検出された歪成分を用いて主増幅器で増幅されたマルチキャリア信号から歪成分を除去するＦＦループの歪補償ループとから構成されるものである。
【０００４】
かかるＦＦ増幅方式による歪補償増幅器（即ち、ＦＦ型歪補償増幅器）の従来例が、例えば、特開平７ー３０３０５０号公報や特開平８ー３０７１６１号公報に開示されているが、図５により、かかる従来のＦＦ型歪補償増幅器の基本的な構成及びその動作について説明する。なお、１は入力端子、２は前置増幅器、３は分配器、４はベクトル調整器、５は主増幅器、６は遅延線、７は分配器、８は遅延線、９はベクトル調整器、１０は誤差増幅器、１１，１２は分配器、１３は出力端子、１４は制御回路、１５は検波器、１６はパイロット信号送受信部である。
【０００５】
同図において、入力端子１から前置増幅器２，分配器３，主増幅器５，分配器７，遅延線８，分配器１１を通って出力端子１３に至る信号経路が本線を形成するものである。この本線では、入力端子１からの入力信号（以下では、マルチキャリア信号とする）は、前置増幅器２で増幅され、分配器３で一部分配された後、可変減衰器と可変移相器とからなるベクトル調整器４を経由して主増幅器５に供給される。この主増幅器５で高周波増幅されたマルチキャリア信号は、分配器７で一部分配された後、遅延線８で所定の遅延量だけ遅延され、分配器１１を通って出力端子１３から出力される。
【０００６】
かかる本線において、主増幅器５で良好な線形性が得られない場合、マルチキャリア信号で、例えば、相互変調が生じ、これによる歪（相互変調歪）などといった各種の歪が発生してマルチキャリア信号に混入する。かかる歪を除去するために、かかるＦＦ型歪補償増幅器では、いずれもＦＦループの歪検出ループＬ１と歪除去ループＬ２とが設けられ、歪検出ループＬ１により、主増幅器５で発生してマルチキャリア信号に混入した歪成分を検出し、歪除去ループＬ２により、検出したかかる歪成分を用いて、マルチキャリア信号に混入している歪成分を除去するようにしている。
【０００７】
歪検出ループＬ１は、本線でのベクトル調整器４及び主増幅器５と、遅延線６と、分配器３，７とから構成される。かかる構成の歪検出ループＬ１では、入力端子１から入力された図示する周波数スペクトルａのマルチキャリア信号Ａが前置増幅器２で増幅されて分配器３に供給され、その一部が分配されて残りが本線に供給される。この分配された信号は、遅延線６で所定の遅延量だけ遅延された後、分配信号Ｃとして分配器７に供給される。この分配信号Ｃは、入力信号Ａと同じ周波数スペクトルｃを有している。
【０００８】
この分配器７は、主増幅器５の歪成分が混入した図示するスペクトルｂの出力信号Ｂを、その一部を分配して残りを本線の遅延線８に供給する分配機能とともに、この主増幅器５の出力信号Ｂの分配信号から遅延線６からの分配信号Ｃを互いに逆位相で加算する減算機能をも有している。そこで、分配器７では、主増幅器５の出力信号Ｂから分配されて信号（図示しないが、これを、以下、分配信号Ｄという）から遅延線６からの分配信号Ｃが減算される。この減算処理によって得られる差信号Ｅは歪除去ループＬ２の可変減衰器と可変移相器とからなるベクトル調整器９に供給される。
【０００９】
ここで、分配器７から出力される差信号Ｅは検波器１５でレベル検波され、制御部１４はこの検波器１５の検波出力を取り込んで、この検波出力レベルが最小となるように、ベクトル調整器４の減衰量や位相量を制御する。これにより、主増幅器５の出力信号Ｂからの分配器７による分配信号Ｄと遅延線６からの分配信号Ｃとが等しい振幅でかつ逆位相の関係となり、従って、分配器７から出力される差信号Ｅは、主増幅器５で発生する相互変調歪などの歪成分となる（かかる状態を、以下、歪検出ループＬ１が最適化されている、という）。
【００１０】
歪除去ループＬ２は、本線での遅延線８と、ベクトル調整器９及び誤差増幅器１０と、分配器７，１１とから構成されるものである。かかる構成の歪除去ループＬ２では、分配器７で主増幅器５の出力信号Ｂのうちの分配信号Ｄ以外の信号、即ち、マルチキャリア信号Ｆが、遅延線８で所定の遅延量だけ遅延された後、分配器１１に供給される。また、分配器７で得られた歪成分Ｅは、ベクトル調整器９を経由して誤差増幅器１０に供給される。誤差増幅器１０で増幅された図示する周波数スペクトルｄの歪成分Ｇは分配器１１に供給される。この分配器１１は減算機能を有しており、遅延線８からのマルチキャリア信号Ｆから誤差増幅器１０からの歪成分Ｇを減算する。これにより、主増幅器５で生じた歪を除去されたマルチキャリア信号Ｇが得られ、出力端子１３から出力される。
【００１１】
ここで、パイロット信号送受信部１６は、上記のマルチキャリア信号とは異なる周波数帯のパイロット信号▲１▼を主増幅器５の出力端子に供給する。このパイロット信号▲１▼は分配器７で分配され、その一方は遅延線８を介して分配器１１に供給され、他方はベクトル調整器９及び誤差増幅器１０で処理されて分配器１１に供給される。この分配器１１では、遅延線８からのパイロット信号▲１▼と誤差増幅器１０からのパイロット信号▲１▼とが減算処理される。分配器１１の出力信号は、また、分配器１２で一部分配され、これがパイロット信号送受信部１６に供給される。このパイロット信号送受信部１６では、分配器１２からの信号からパイロット信号▲１▼が抽出され、そのレベルが検波される。制御部１４は、この検波レベルを取り込んで、この検波レベルがゼロとなるように、ベクトル調整器９の減衰量と位相量とを制御する。
【００１２】
かかる制御部１４によるベクトル調整器９の制御により、遅延線８から分配器１１に供給されるパイロット信号▲１▼と誤差増幅器１０から分配器１１に供給されるパイロット信号▲１▼とが等しい振幅で互いに逆位相の関係となるように、従って、誤差増幅器１０から出力される歪成分Ｇと遅延線８からのマルチキャリア信号中の歪成分とが等しい振幅で互いに逆位相の関係となるように、ベクトル調整器９の減衰量及び位相量が設定されたことになり、出力端子１３には、精度良く歪成分が除かれたマルチキャリア信号Ｈが得られることになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上の構成の従来のＦＦ型歪補償増幅器では、起動に際しては、電源の投入とともに、前置増幅器２や主増幅器５，誤差増幅器１０に電源電圧が供給されるのであるが、かかる電源投入時では、ベクトル調整器４，９での減衰量や位相量はそのときの状況に応じた正しい値に設定されておらず、歪検出ループＬ１では、正常な歪検出動作が行われない。その後、制御部１４が、検波器１５の検波出力やパイロット信号送受信部１６でのパイロット信号▲１▼の検波レベルに応じて、ベクトル調整器４での減衰量や位相量を制御するにつれて、歪検出ループＬ１が正常な歪検出を行なうようになり（即ち、歪検出ループＬ１が最適化されていき）、出力端子１３から歪成分が除去されたマルチキャリア信号Ｈが得られるようになる。即ち、電源が投入されると、ベクトル調整器４，９での減衰量や位相量が所定の値に設定されるまでは、分配器１１で歪成分を精度良く除去する正常動作が行なわれないことになる。この電源投入から歪検出ループＬ１が最適化するまでの期間を、以下、電源投入後の起動期間という。
【００１４】
このような電源投入後の起動期間では、分配器７での分配信号Ｄと遅延線６からの分配信号Ｃとが同振幅，逆位相の関係とはならないため、分配器７からは歪成分にマルチキャリア信号が混入した大きな振幅の信号が出力されることになり、これがベクトル調整器９を介して誤差増幅器１０に供給されることになる。このため、誤差増幅器１０では、大振幅の信号が入力され、振幅が大きい分この誤差増幅器１０での消費電力が増大化する。
【００１５】
図６は従来のＦＦ型歪補償増幅器の電源投入時からの消費電力の時間的変化を示す図であって、電源が投入されると（ｔ＝０）、消費電力が急激に増加し、しかる後、時間経過とともに減少していって、制御部１４の制御により、ベクトル調整器４，９の減衰量や位相量が所定の値となっていって歪検出ループＬ１が最適化されるようになるにつれて、定常の消費電力に収束していく。
【００１６】
このように、従来のＦＦ型歪補償増幅器では、電源の投入とともに、消費電力が定常時よりも急激に増加するという問題があった。
【００１７】
また、かかる電源投入後の起動期間では、誤差増幅器１０からは、遅延線８からのマルチキャリア信号とは位相が正常でない大振幅の信号が出力されるので、歪補償が安定しないという問題もあった。
【００１８】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、電源投入時の消費電力を抑制し、動作を安定化することができるようにしたフィードフォワード型歪補償増幅器を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入力信号を主増幅器で増幅し、該主増幅器の出力信号から該主増幅器で生じた歪成分を検出する歪検出ループと、減衰量と位相量とを可変とするベクトル調整器で該歪成分の振幅と位相を調整し、該ベクトル調整器から出力される該歪成分を誤差増幅器で増幅し、該誤差増幅器から出力される該歪成分で該主増幅器の出力信号の歪成分を除去する歪除去ループとからなるフィードフォワード型歪補償増幅器であって、電源を投入してから該歪検出ループが最適化するまでの起動期間、該歪除去ループでの該誤差増幅器の動作を停止させるものである。
【００２０】
また、同様のフィードフォワード型歪補償増幅器において、電源を投入してから歪検出ループが最適化するまでの起動期間、誤差増幅器の構成素子のバイアスを抑え、該誤差増幅器を流れる電流を抑制するものである。
【００２１】
このように、電源を投入してから起動期間、誤差増幅器の動作を抑制することにより、誤差増幅器が高レベルの信号を増幅する動作をしなくなり、この誤差増幅器での高レベルの信号入力による消費電力の増大化を回避できるし、また、かかる高レベルの信号による歪補償動作の不安定化も回避できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は本発明によるフィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法の第１の実施形態を示すブロック図であって、１４ａは電源部、１４ｂはメモリ部であり、図５に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００２３】
同図において、起動時には、電源が投入されるとともに、制御部１４がその電源部１４ａから前置増幅器２や主増幅器５に電源電圧を供給し、これらを動作状態にする。しかし、このとき、制御部１４は、検波器１５の検波レベルによって歪検出ループＬ１が最適化されてないと判定し、電源部１４ａからの誤差増幅器への電源電圧を禁止する。このため、誤差増幅器１０は動作しない。
【００２４】
即ち、電源の投入とともに、入力端子１から入力されるマルチキャリア信号Ａは、前置増幅器２で増幅されて分配器３に供給され、図５に示した従来のフィードフォワード型歪補償増幅器と同様にして、分配器７からは、その減算処理動作により、差信号Ｅが出力される。しかし、このときには、分配器７での主増幅器５の出力信号Ｂからの分配信号Ｄと遅延線６からの分配信号Ｃとが等振幅，逆位相の関係となっておらず、歪検出ループＬ１が最適化されていないので、この差信号Ｅは主増幅器５で発生する歪成分以外の信号成分を含んでおり、高レベルの信号となっている。制御部１４は、電源投入とともに、検波器１５からのこの差信号Ｅの検波レベルをメモリ部１４ｂに格納されている閾値と比較し、この比較の結果、差信号Ｅの検波レベルがこの閾値以下のときには、歪検出ループＬ１が最適化されていると判定するが、差信号Ｅの検波レベルがこの閾値を越えるときには、歪検出ループＬ１が最適化されていないと判定する。
【００２５】
そこで、電源が投入されて歪検出ループＬ１が起動したときには、これが最適化されていないので、検波器１５からの差信号Ｅの検波レベルがこの閾値を越えることになり、制御部１４は歪検出ループＬ１が最適化されてないと判定して、電源部１４ａからの誤差増幅器１０への電源電圧の供給を禁止する。
【００２６】
制御部１４は、また、電源の投入とともに、検波器１５の検波出力レベルをもとに、これが最小となるように、ベクトル調整器４の減衰量や位相量を制御する。この制御により、ベクトル調整器４の減衰量や位相量が夫々所望とする値に近づいていき、これにより、検波器１５の検波出力レベルも小さくなっていき、遂には、歪検出ループＬ１が最適化されてメモリ部１４ｂに格納されている上記の閾値以下となる。
【００２７】
そこで、制御部１４は、歪検出ループＬ１が最適化されたと判定し、電源部１４ａから誤差増幅器１０への電源電圧の供給を開始させる。これにより、誤差増幅器１０は動作を開始する。
【００２８】
ここで、電源投入から歪検出ループＬ１が最適化した誤差増幅器１０に電源電圧が供給開始されるまでの期間を起動期間ということにすると、この起動期間では、誤差増幅器１０の出力信号Ｇはゼロもしくはほぼゼロのレベルの信号となるから、分配器１１では、上記の減算処理がほとんど行なわれず、ほぼ遅延線８からのマルチキャリア信号Ｆが出力端子１３に得られることになる。
【００２９】
このようにして、この第１の実施形態では、電源投入後の起動期間では、誤差増幅器１０に電源電圧を供給せずに動作をさせないものであるから、この期間での誤差増幅器１０の消費電力をなくすことができ、図２に実線で示すように、破線で示す従来のＦＦ型歪補償増幅器に比べて、消費電力を大幅に低減することが可能となる。また、歪検出ループＬ１が最適化されていないかかる電源投入後の起動期間では、歪除去ループＬ２での分配器１１への差信号Ｇの供給が遮断されるので、従来のＦＦ型歪補償増幅器のようなかかる差信号Ｇを用いた減算処理に伴う歪補償動作の不安定化を回避することができ、電源投入時から歪補償動作の安定化を図ることができる。勿論、この起動期間では、分配器１１で歪成分の減算処理が行なわれないから、歪補償は行なわれないことになるが、歪成分以外も含む大きなレベルの差信号Ｇを用いて減算処理がなされる場合よりも、動作が安定していることになり、より良好な出力マルチキャリア信号が出力端子１３に得られることになる。
【００３０】
なお、歪検出ループＬ１が最適化されていない電源投入後の起動期間でも、入力端子１からの入力マルチキャリア信号Ａのレベルが充分低く、入力レベル検波器１７の検波出力レベルが上記の閾値以下の場合には、誤差増幅器１０への電源電圧の供給が、主増幅器５や前置増幅器２と同時に、電源投入とともに行なわれる。
【００３１】
図３は図１における誤差増幅器１０の電源電圧供給制御手段の一具体例を示す回路図であって、１７はＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）、１８は制御端子、１９は出力端子である。
【００３２】
同図において、この具体例はＦＥＴ１７をスイッチング素子として用いたものであって、そのゲートが制御端子１８に接続され、検波器１５（図１）の検波出力が制御信号としてこの制御端子１８に供給される。このＦＥＴ１７のドレインには、電源部１４ａ（図１）から誤差増幅器１０用の電源電圧Ｖｃｃが供給され、ＦＥＴ１７のソースが出力端子１９に接続されている。この出力端子１９の出力電圧が、誤差増幅器１０の電源電圧となる。
【００３３】
かかる構成においては、ゲート・ドレイン間の抵抗２０ａとゲート・制御端子１８間の抵抗２０ｂとがメモリ部１４ｂの一部に相当し、これら抵抗２０ａ，２０ｂにより、制御端子１８の入力制御電圧（検波器１５の検波出力）が上記閾値以下のとき、ＦＥＴ１７がオンし、制御端子１８の入力制御電圧が上記閾値を越えるとき、ＦＥＴ１７がオフする。
【００３４】
そこで、歪検出ループＬ１が最適化されず、制御端子１８の入力制御電圧が上記閾値を越えるときには、ＦＥＴ１７がオフし、その出力端子１９での出力電圧はゼロとなり、この結果、誤差増幅器１０は、電源電圧が供給されず、動作しない。また、歪検出ループＬ１が最適化され、制御端子１８の入力制御電圧が上記閾値以下となると、ＦＥＴ１７がオンし、電源部１４ａ（図１）からの電源電圧ＶｃｃがＦＥＴ１７を通り、その出力端子１９から誤差増幅器１０にその電源電圧として供給される。これにより、誤差増幅器１０が動作開始する。
【００３５】
なお、ＦＥＴ１７の代わりに、バイポーラトランジスタやリレースイッチなどのスイッチング機能を持つ素子を用いてもよい。
【００３６】
また、かかる電源電圧供給制御手段は、制御部１４内に設けられるが、誤差増幅器１０内に設けるようにしてもよい。
【００３７】
以上のように、この第１の実施形態では、起動期間、誤差増幅器１０への電源電圧の供給を禁止してその動作を停止させるものであるから、起動期間に生じていた誤差増幅器１０での大きな消費電力をなくすことができ、装置全体での消費電力の変動を抑えることができるし、歪検出ループＬ１が最適化しないときの歪補償制御動作を安定化することができる。
【００３８】
図４は本発明によるフィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法の第２の実施形態を示すブロック図であって、１４ｃはＤ／Ａ（デジタル／アナログ）コンバータであり、図１に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【００３９】
同図において、この第２の実施形態では、制御部１４が、電源投入とともに、電源部１４ａから前置増幅器２，主増幅器５，誤差増幅器１０に電源電圧を供給するものであるが、誤差増幅器１０では、この電源電圧が供給されただけでは、誤差増幅器１０を構成するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：モノリシックマイクロ波集積回路）やＦＥＴなどの増幅素子のバイアス電圧が所定値に設定されず、検出部１５の検出出力レベルをもとに、起動期間では、誤差増幅器１０をこの状態にして電流がほとんど流れないようにする。
【００４０】
検出部１５の検出出力レベルがメモリ部１４ｂに記憶されている上記の閾値以下になると、制御部１４は歪検出ループＬ１が最適化されたと判定し、メモリ部１４ｂに記憶されている所定のバイアス値を読み取り、これをＤ／Ａコンバータ１４ｃでアナログバイアス値に変換させて誤差増幅器１０に供給する。このアナログバイアス値により、電源部１４ａからの電源電圧とともに、誤差増幅器１０を構成する上記のＭＭＩＣやＦＥＴに所定値のバイアス電圧を設定することになり、この誤差増幅器１０が動作状態となる。
【００４１】
これにより、歪除去ループＬ２も歪補償動作を開始し、正常の歪補償が行なわれる。このようにして、この第２の実施形態においても、図２に示すように、起動期間での消費電力の低減を実現でき、上記第１の実施形態と同様の効果が得られることになる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源投入から歪検出ループの最適化までの起動期間では、高レベルの差信号が供給される誤差増幅器の動作を禁止するものであるから、該起動時での消費電力を大幅に低減することができて消費電力の安定化が図れ、また、かかる高レベルの差信号を歪補償に用いないようにしたものであるから、かかる差信号による歪補償動作の不安定化を防止することができ、電源投入時から動作の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法の第１の実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す実施形態の消費電力の時間経過による変化を示す図である。
【図３】図１における誤差増幅器の電源電圧供給制御手段の一具体例を示す回路図である。
【図４】本発明によるフィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法の第２の実施形態を示すブロック図である。
【図５】フィードフォワード型歪補償増幅器の一従来例を示すブロック図である。
【図６】図５に示す従来例の消費電力の時間経過による変化を示す図である。
【符号の説明】
１　入力端子
２　前置増幅器
３　分配器
４　ベクトル調整器
５　主増幅器
６　遅延線
７　分配器
８　遅延線
９　ベクトル調整器
１０　誤差増幅器
１１，１２　分配器
１３　出力端子
１４　制御部
１４ａ　電源部
１４ｂ　メモリ部
１４ｃ　Ｄ／Ａコンバータ
１５　検波器
１６　パイロット信号送受信部

Claims (2)

1. 入力信号を主増幅器で増幅し、該主増幅器の出力信号から該主増幅器で生じた歪成分を検出する歪検出ループと、減衰量と位相量とを可変とするベクトル調整器で該歪成分の振幅と位相を調整し、該ベクトル調整器から出力される該歪成分を誤差増幅器で増幅し、該誤差増幅器から出力される該歪成分で該主増幅器の出力信号の歪成分を除去する歪除去ループとからなるフィードフォワード型歪補償増幅器において、
   電源を投入してから該歪検出ループが最適化するまでの起動期間、該歪除去ループでの該誤差増幅器の動作を停止させることを特徴とするフィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法。
2. 入力信号を主増幅器で増幅し、該主増幅器の出力信号から該主増幅器で生じた歪成分を検出する歪検出ループと、減衰量と位相量とを可変とするベクトル調整器で該歪成分の振幅と位相を調整し、該ベクトル調整器から出力される該歪成分を誤差増幅器で増幅し、該誤差増幅器から出力される該歪成分で該主増幅器の出力信号の歪成分を除去する歪除去ループとからなるフィードフォワード型歪補償増幅器において、
   電源を投入してから該歪検出ループが最適化するまでの起動期間、該誤差増幅器への構成素子のバイアスを抑え、該誤差増幅器を流れる電流を抑制することを特徴とするフィードフォワード型歪補償増幅器の制御方法。

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