JP2004128867A - 電力増幅器用歪補償装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＯＦＤＭ信号のような広帯域の信号を増幅する電力増幅器において広帯域化、低歪化、及び高能率化を可能とする歪補償装置を提供する。
【解決手段】基準信号となるＭＣＰＡの入力信号、及び比較信号となる増幅器４０の出力信号をそれぞれ帯域制限する帯域制限フィルタ３２、３５を設ける。この帯域制限された所定周波数帯域の基準信号と比較信号とを比較部３７で比較して差分を歪成分として出力し、推定部３８で予め歪成分情報が記憶された補償データテーブル４２を参照して歪成分から逆成分を生成し、加算部３９に出力する。算出した逆歪成分を加算部３９で入力信号に加えることにより、増幅器４０における歪成分を打ち消す。フィルタ制御部４１は、レベル検知部３３、３６での検知信号レベルが所定の管理値以下の場合は、帯域制限フィルタ３２、３５に制御信号を出力してフィルタの通過帯域を変更する。
【選択図】 図３
【解決手段】基準信号となるＭＣＰＡの入力信号、及び比較信号となる増幅器４０の出力信号をそれぞれ帯域制限する帯域制限フィルタ３２、３５を設ける。この帯域制限された所定周波数帯域の基準信号と比較信号とを比較部３７で比較して差分を歪成分として出力し、推定部３８で予め歪成分情報が記憶された補償データテーブル４２を参照して歪成分から逆成分を生成し、加算部３９に出力する。算出した逆歪成分を加算部３９で入力信号に加えることにより、増幅器４０における歪成分を打ち消す。フィルタ制御部４１は、レベル検知部３３、３６での検知信号レベルが所定の管理値以下の場合は、帯域制限フィルタ３２、３５に制御信号を出力してフィルタの通過帯域を変更する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力増幅器の非直線性により発生する歪補償（リニア補償）を行う歪補償装置に関し、特に、ＯＦＤＭ（ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）信号などの広帯域の信号を増幅する電力増幅器に用いる電力増幅器用歪補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ信号は、地上波デジタルテレビジョン放送などで使用され、多数のキャリアから構成される広帯域のマルチキャリア信号である。このＯＦＤＭ信号を用いることにより、キャリア１本あたりのデータ伝送量を低くすることができ、また、強力な誤り訂正を行うことでゴーストや移動受信時のマルチパスに対して強くすることができる。このようなＯＦＤＭ信号は、各キャリアの電力の変化が合成されるため信号全体の電力変動が大きくなり、図６に示すように、平均電力に対してときどき１０数ｄＢ高いピーク値が出現する。図６において、横軸が時間軸、縦軸が信号レベルであり、ＯＦＤＭ信号では時間経過により信号レベルが大きく変動することがわかる。
【０００３】
このようなＯＦＤＭ信号を用いたマルチキャリア送信を行う場合、電力増幅部において非線形特性があると、マルチキャリアによる相互変調歪がＣ／Ｎなどの特性の劣化として現れる。図７はＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルを模式的に示した説明図である。図７（Ａ）に示すような多数のキャリア５０１を等周波数間隔で有するマルチキャリア信号を増幅する場合に、増幅器の非線形性による相互変調が発生すると、図７（Ｂ）に示すように、各キャリア５０１及びキャリア５０１が存在する周波数帯域の上下に相互変調歪成分５０２が生じる。この相互変調歪成分５０２によって送受信におけるＣ／Ｎなどの特性が劣化する。したがって、ＯＦＤＭ信号の増幅においては、非直線性によって生じる相互変調歪成分によるＣ／Ｎの劣化を防止するため、直線性に優れたパワーアンプが要求される。
【０００４】
例えば、現在、送信機に使用されているパワーアンプはＡ級動作の電力増幅器が用いられ、しかもときどき現れるピーク成分に対応するため、平均電力に対して１０ｄＢ以上の高い電力を出力可能なパワーアンプが使用されている。言い換えれば、ＯＦＤＭ信号増幅用のパワーアンプは、その飽和電力に対して取り扱う平均電力は１０ｄＢ程度低域（これをバックオフ量という）させる必要がある。このため、空中線出力（平均電力）が１ｋＷしか必要でない送信機でも１０ｋＷ以上の出力を持つ送信機が使用されている。
【０００５】
これに加えて、よく知られているようにＡ級動作のパワーアンプでは、増幅器内部のデバイスの電源電圧（ドレイン電圧）、バイアス電圧、出力アイドル電流などは入力信号の波形および入力レベルにかかわらず常に一定であり、たまに出現するピーク値に備えて大きなアイドル電流を流し続けている。このため、電力増幅器の能率が低いのが現状である。そこで電力経費の低減のためにも、パワーアンプの能率の向上が望まれている。
【０００６】
電力増幅器の直線性を改善する第１の手段として、従来、図８に示すようなＰＤ（プリデストーション）方式の歪補償装置が提案されている。このＰＤ方式は、増幅器の非直線性をあらかじめ補正するもので、増幅器１０２で発生する歪成分の逆成分を増幅器１０２の前段に設けたプリディストータ（前置歪補償器）１０１で発生させ、出力における歪成分を打ち消すようになっている。
【０００７】
このＰＤ方式では、あらかじめ増幅器１０２で発生する歪発生量をプリディストータ１０１に記憶させておく必要がある。通常、増幅器は入力信号の周波数およびキャリア数によって歪の発生レベルが異なるので、ＯＦＤＭ信号を増幅するマルチキャリア電力増幅器（以下、ＭＣＰＡという）のように複数のキャリアが入力され、かつキャリア数が変化するものの場合には、プリディストータに記憶させる歪発生情報のパターンが非常に多くなる。また、ＰＤ方式は歪の補償量が６〜８ｄＢ程度と小さく、平均電力に対して１０ｄＢ以上の出力を持つ広いゲイン幅の増幅器には対応が困難である。したがって、広帯域のＯＦＤＭ信号を扱うＭＣＰＡにＰＤ方式を適用するのは現実的ではない。
【０００８】
また、電力増幅器の直線性を改善する第２の手段として、図９に示すようなＦＦ（フィードフォワード）方式の歪補償装置が提案されている。このＦＦ方式は、増幅器の歪成分を後段に伝送（フィード）して補正するもので、主増幅器２０２で発生する歪成分を減算器２０５で抽出して後段の減算器２０８で増幅器出力から減算することで、出力における歪成分を取り除くようになっている。入力信号は分配器２０１で分配され、主増幅器２０２と第１遅延素子２０３に入力される。主増幅器２０２では入力信号が所定の信号レベルまで増幅され、主増幅器２０２の出力が分配器２０４で分配される。また、第１遅延素子２０３により主増幅器２０２で発生する遅延が補償され、減算器２０５（Ａ点）において主増幅器２０２の出力から第１遅延素子２０３の出力が減算されて主増幅器２０２で発生する歪成分のみが摘出される。次いで、減算器２０５で摘出された歪成分は補助増幅器２０７で増幅され、第２遅延素子２０６により補助増幅器２０７で発生する遅延が補償されて、減算器２０８（Ｂ点）において第２遅延素子２０６の出力と補助増幅器２０７の出力とが減算されて主増幅器２０２で発生した歪成分が打ち消される（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
このＦＦ方式の場合はＰＤ方式と異なり、入力信号のキャリア数等が変化して主増幅器で発生する歪成分が変わっても、入力信号の変化に応じた歪成分が減算器２０５（Ａ点）で抽出され、減算器２０８（Ｂ点）で歪成分を打ち消すことは可能であるので、ＭＣＰＡには適している。しかし、ＦＦ方式は１５ｄＢ以上の歪補償量が確保できるが、補助増幅器が必要であるなどの理由で消費電力が大きく低能率であるので、高出力の送信機には適しない（非特許文献１参照）。
【００１０】
また、電力増幅器の直線性を改善する第３の手段として、図１０に示すようなＡＰＤ（アダプティブプリデストーション）方式の歪補償装置が提案されている。このＡＰＤ方式は、基準信号である入力信号と比較信号である出力信号との比較に基づいて適応的な歪補償を行うものである。入力信号は分配器３０１で分配され、一部が基準信号として比較部３０２に入力されると共に、加算部３０３を介して増幅器３０４に入力される。増幅器３０４では入力信号が所定の信号レベルまで増幅され、増幅器３０４の出力が分配器３０５で分配されて一部が比較信号として比較部３０２に入力される。比較部３０２では、増幅器３０４で使用する全帯域の信号について基準信号と比較信号を比較して、この差分を歪成分と認識し、あらかじめ歪成分情報が記憶された補償データテーブルを用いて演算処理を行って歪成分の逆成分を生成する。そして、加算部３０３で前記生成した歪成分の逆成分を入力信号に加えることにより、増幅器３０４における歪成分を打ち消すことができる（例えば、特許文献２及び３参照）。
【００１１】
しかし、従来より用いられている一般的なＡＰＤ方式では、ＯＦＤＭ信号のような広帯域なマルチキャリア信号を増幅するＭＣＰＡに適用する場合、入出力信号帯域が広帯域となるため、比較部における信号比較と逆歪成分推定の処理量が膨大となってしまう。この場合、逆歪成分の比較推定処理を入力信号の全帯域で行う必要があるため、広い帯域で精度を保つためには補償データテーブルのデータ量が増大し、演算処理量が膨大になるが、現在存在するデバイスでは全信号帯域にわたる高速演算を行って歪成分を算出することは実現困難である。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−５３５５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６８１４９号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６８１５０号公報
【非特許文献１】
映像情報メディア学会誌研究速報，社団法人映像情報メディア学会，１９９９年，第５３巻，第１１号，ｐ．１５９６−１５９９
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ＰＤ方式の歪補償装置では、歪補償量が６〜８ｄＢ程度と小さく、広帯域のＯＦＤＭ信号を増幅するＭＣＰＡのように平均電力に対して１０ｄＢ以上の出力を持つ広いゲイン幅の増幅器には対応が困難である。また、ＭＣＰＡに適用するには、広帯域をカバーするためにプリディストータに記憶させる歪発生情報のパターンが非常に多くなり、現実的でない。
【００１４】
一方、ＦＦ方式の歪補償装置は、ＭＣＰＡなどの広帯域の増幅器に対応可能であり、歪補償量は十分得られる。しかしながら、ＦＦ方式では補助増幅器が必要であるため、消費電力が大きくなって能率が低いので、ＯＦＤＭ信号用の送信機に搭載するＭＣＰＡなどの直線性と共に高能率が要求される増幅器には対応が難しい。また、装置が大型化する問題点もある。
【００１５】
また、従来のＡＰＤ方式の歪補償装置では、ＯＦＤＭ信号のような広帯域なマルチキャリア信号を増幅するＭＣＰＡに適用しようとすると、比較部において入出力信号帯域の全帯域にわたって歪成分を推定するための処理量が膨大となってしまい、高速な処理が必要となる。しかし、現状では広い信号帯域に対して十分な精度と処理速度を確保することは難しく、実現が困難である。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＯＦＤＭ信号のような広帯域の信号を増幅する電力増幅器において十分な歪補償が可能で直線性を確保できると共に、高能率な増幅器に対応でき、広帯域化、低歪化、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現できる歪補償装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力増幅器用歪補償装置は、広帯域信号を増幅する電力増幅器の歪補償を行う電力増幅器用歪補償装置であって、前記電力増幅器に対する入力信号による基準信号と前記電力増幅器の出力信号による比較信号のそれぞれの信号について、一部の周波数帯域を通過させる信号帯域制限手段と、前記帯域制限された基準信号と比較信号とを比較して前記電力増幅器における歪成分の補償量を推定する比較手段と、前記比較手段により得られた歪成分の補償量を前記電力増幅器に対する入力信号に加算する加算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成により、例えばＯＦＤＭ信号などのマルチキャリア信号を一括増幅するＭＣＰＡなど、広帯域信号を増幅する電力増幅器において、入力信号による基準信号（歪成分算出において基準となる信号）の周波数帯域と出力信号による比較信号（基準信号と比較して歪成分の補償量を決定する信号）の周波数帯域とを信号増幅する全ての周波数帯域としないで、一部の周波数帯域によって歪成分の補償量の演算処理を行う。これによって、信号帯域を制限することで歪成分を演算する処理量を低減させることができ、かつ、広帯域の電力増幅器に対しても十分な歪補償が可能で直線性を確保可能となる。また、上記構成のようなアダプティブプリデストーション方式の歪補償では、補助増幅器等が必要なく、高能率な増幅器に対応可能である。したがって、広帯域化、低歪化、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現可能である。
【００１９】
また、本発明は、前記信号帯域制限手段は、前記電力増幅器において増幅する全信号帯域のうち、前記基準信号及び前記比較信号について所定の信号レベルが得られる周波数帯域を通過させることを特徴とする。
【００２０】
上記構成により、歪成分の補償量を算出するための基準信号と比較信号のそれぞれの周波数帯域を、信号増幅する周波数帯域内の一部とし、帯域内の適切な部分の信号を用いて補償量の演算処理が可能である。これによって、演算処理量を少なくできるとともに、広帯域の電力増幅器に対しても十分な歪補償が可能となる。
【００２１】
また、本発明は、前記帯域制限された基準信号及び比較信号の信号レベルを検知し、この信号レベルが所定値以下の場合に前記信号帯域制限手段の通過帯域を変更する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成により、入力信号の周波数帯域に応じて、基準信号及び比較信号の信号レベルが低い場合は信号帯域制限手段の通過帯域を変更することで、基準信号及び比較信号を正常な信号レベルを持つ周波数帯域に変更して歪成分の補償量を算出することが可能となる。これによって、基準信号及び比較信号の信号レベルが変動したときに、適切な歪成分の補償量の算出が可能であり、より確実に精度の良い歪補償が可能となる。
【００２３】
また、本発明は、前記信号帯域制限手段は、前記電力増幅器で増幅する全信号帯域において前記入力信号に応じて選択的に設定可能な複数の通過帯域を有し、前記制御手段は、前記信号帯域制限手段で帯域制限された基準信号及び比較信号の信号レベルが所定値以下の場合に、前記信号帯域制限手段の通過帯域を他の通過帯域に切り替えることを特徴とする。
【００２４】
上記構成により、例えば地上波デジタルテレビジョン放送の中継放送機などに用いられる電力増幅器において、信号帯域制限手段の通過帯域として選択された所定のチャンネルの放送が停止した場合など、一部の周波数帯域の信号が存在しなくなった場合に、通過帯域を他の通過帯域に切り替える。これによって、基準信号及び比較信号を正常な信号レベルを持つ周波数帯域に変更して適切な歪成分の補償量を算出することができるため、正しく精度の良い歪補償動作を継続することが可能となる。
【００２５】
本発明の電力増幅器用歪補償装置は、広帯域信号を増幅する電力増幅器の歪補償を行う電力増幅器用歪補償装置であって、前記電力増幅器における入力信号と出力信号とを比較して歪成分の補償量を推定し、前記電力増幅器の歪補償を行うアダプティブプリデストーション方式の歪補償手段を備え、前記歪補償手段は、前記入力信号及び前記出力信号の信号帯域を、前記電力増幅器において増幅する信号帯域の一部として歪補償を行うことを特徴とする。
【００２６】
上記構成により、例えばＯＦＤＭ信号などのマルチキャリア信号を一括増幅するＭＣＰＡなど、広帯域信号を増幅する電力増幅器において、入力信号による基準信号の周波数帯域と出力信号による比較信号の周波数帯域とを信号増幅する全ての周波数帯域としないで、一部の周波数帯域によって歪成分の補償量の演算処理を行うアダプティブプリデストーション方式の歪補償手段を構成する。これによって、演算処理量を少なくでき、かつ、広帯域の電力増幅器に対しても十分な歪補償が可能で直線性を確保できるため、広帯域化、低歪化、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、広帯域信号の電力増幅器として、地上波デジタルテレビジョン放送などを送信する中継放送機などに用いられる、ＯＦＤＭ信号によるマルチキャリア信号を一括増幅するＭＣＰＡにおいて、非直線性により発生する歪補償（リニア補償）を行う歪補償装置の構成例を説明する。
【００２８】
まず、ＯＦＤＭ信号を取り扱う電力増幅器の概要を説明する。図１はＭＣＰＡを備えた送信機の主要部の概略構成を示すブロック図、図２はＭＣＰＡにおいて増幅するＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図である。送信機には、複数の周波数帯（以下、チャンネルともいう）の信号を出力する送信部１１、１２、１３、１４、１５と、複数の送信部１１〜１５の出力信号を合成する合成器２０と、合成器２０の出力信号を一括して増幅するＭＣＰＡ２１とを備えている。ここでは、図１のように送信部１１〜１５によってＡチャンネル（Ａｃｈ）、Ｂチャンネル（Ｂｃｈ）、Ｃチャンネル（Ｃｃｈ）、Ｄチャンネル（Ｄｃｈ）、Ｆチャンネル（Ｆｃｈ）の５つのチャンネルの送信信号を出力する構成例を示す。
【００２９】
ＭＣＰＡ２１に入力される送信信号は、図２に示すような広帯域のＯＦＤＭ信号となっている。このＯＦＤＭ信号は、広帯域にわたる多数のキャリア（デジタル波）からなるマルチキャリア信号であり、図の例ではＡｃｈ〜Ｆｃｈの複数のチャンネルを有する信号となっている。例えば地上波デジタルテレビジョン放送に用いるＯＦＤＭ信号では、各チャンネルにおいて、約５．６ＭＨｚの広い周波数幅の中に約１ｋＨｚごとの等間隔で５６１６本もの多数のキャリアが存在している。図２のＡｃｈにおいてチャンネル内に多数のキャリアが立っているイメージを示している。なお、各送信部１１〜１５のチャンネルは、周波数上で連続している場合、不連続の場合、さらにそれらの組み合わせの場合もある。
【００３０】
上記のようなＯＦＤＭ信号は、例えば平均電力に対して約１３ｄＢ程度大きなピーク電力を持つ場合もあり、このＯＦＤＭ信号を一括増幅するＭＣＰＡ２１においては、非直線性により生じる歪に対する歪補償を行って高い直線性を維持する必要がある。本実施形態では、ＡＰＤ方式の歪補償手段を利用して、広帯域のＯＦＤＭ信号に対応可能な電力増幅器の歪補償を行うようにする。
【００３１】
以下に、本実施形態に係る歪補償装置の構成及び動作を説明する。図３は本発明の実施形態に係る歪補償装置の機能的な概略構成を示すブロック図である。ここでは、図１に示したＭＣＰＡ２１における歪補償装置の概念的な構成を示す。
【００３２】
歪補償装置は、ＭＣＰＡの入力信号（ＯＦＤＭ信号）を分配する分配器３１、分配された入力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ３２、基準信号となる帯域制限フィルタ３２の出力信号のレベルを検知するレベル検知部３３を備えている。また、ＯＦＤＭ信号を一括して電力増幅する増幅器４０、増幅器４０の出力信号を分配する分配器３４、分配された出力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ３５、比較信号となる帯域制限フィルタ３５の出力信号のレベルを検知するレベル検知部３６を備えている。さらに、基準信号と比較信号とを比較してこれらの差分による歪成分を算出する比較部３７、比較部３７で算出された歪成分を基に、あらかじめ歪成分情報が記憶された補償データテーブル４２を用いて推定演算処理を行って歪成分の逆成分を生成する推定部３８、ＭＣＰＡの入力信号に推定部３８の出力を加算して増幅器４０に入力する加算部３９、レベル検知部３３、３６の検知出力に基づいて帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を制御するフィルタ制御部４１を備えている。
【００３３】
図１の構成において、入力信号は分配器３１で分配され、一部が帯域制限フィルタ３２に入力されて所定の周波数帯域、例えば任意のチャンネル１チャンネル分の周波数帯域の信号のみが通過してレベル検知部３３に入力される。そして、レベル検知部３３において帯域制限された所定周波数帯域のみの基準信号の信号レベルが検知され、この基準信号が比較部３７に入力される。
【００３４】
また、入力信号は分配器３１を経て加算部３９を介して増幅器４０に入力され、増幅器４０において所定の信号レベルまで増幅される。増幅器４０の出力は分配器３４で分配されて一部が帯域制限フィルタ３５に入力され、帯域制限フィルタ３２と同一の周波数帯域の信号のみが通過してレベル検知部３６に入力される。そして、レベル検知部３６において帯域制限された所定周波数帯域のみの比較信号の信号レベルが検知され、この比較信号が比較部３７に入力される。
【００３５】
比較部３７では、帯域制限フィルタ３２、３５で帯域制限された所定周波数帯域の信号について基準信号と比較信号とを比較して、この差分を歪成分として出力する。そして、推定部３８において、あらかじめ歪成分情報が記憶された補償データテーブル４２を参照して歪成分から逆成分を生成し、加算部３９に出力する。この逆歪成分を加算部３９で入力信号に加えることにより、増幅器４０における歪成分が打ち消される。
【００３６】
このとき、比較部３７及び推定部３８では、帯域制限された所定周波数帯域の信号についてのみ歪成分の算出を行うが、増幅器４０の周波数特性が増幅するＯＦＤＭ信号の全周波数帯域において特性変化が比較的少ないものと考えられるため、逆歪成分の推定処理において、歪成分を算出した制限周波数帯域外の周波数帯域についても同様にして歪成分から逆歪成分を求め、全信号帯域にわたって逆歪成分を得るようにする。その際、帯域制限した信号の差分を算出して得られた歪成分を他の周波数帯域にもコピーして補償データテーブル４２を参照したり、補償データテーブル４２において帯域制限した周波数帯域の歪成分データに対応して他の周波数帯域の歪成分データを記憶するようにしてもよい。
【００３７】
また、フィルタ制御部４１は、レベル検知部３３、３６で検知した信号レベル（信号電圧）をあらかじめ設定した管理値（管理値電圧）と比較し、基準信号側と比較信号側のどちらか一方でも管理値を下回った場合は帯域制限フィルタ３２、３５に制御信号を出力してフィルタの通過帯域を変更する。これにより、帯域制限した信号レベルが所定値以下の場合は、歪成分を演算するための基準信号及び比較信号として不適切であると判断し、適切な信号が得られる周波数帯域を選択する。なお、レベル検知部３３、３６は、基準信号側と比較信号側の両方に設けずにいずれか一方のみ設けるようにしてもよい。この場合、基準信号側に設ける方が好ましい。
【００３８】
次に、上述のように帯域制限する周波数帯域を可変とし、この制限周波数帯域の演算から全信号帯域の歪成分を求める処理手順を説明する。図４は本実施形態の歪補償装置における動作手順を示すフローチャートである。
【００３９】
電源投入後、まずフィルタ制御部４１によって帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域をＣｃｈに設定し、歪成分を演算するための帯域制限した入力信号の周波数帯域としてＣｃｈを選択する（ステップＳ１１）。なお、選択する周波数帯域は、使用する入力信号のチャンネルなどの周波数帯域に応じて適宜設定すればよい。次いで、レベル検知部３３、３６の出力に基づき、帯域制限フィルタ３２、３５を通過したＣｃｈの信号レベルが所定の管理値以上かどうかを判断する（ステップＳ１２）。
【００４０】
ここで、信号レベルが管理値以上の場合は、比較部３７においてＣｃｈの基準信号と比較信号によって比較処理を行い、歪成分を算出する（ステップＳ１３）。歪成分は上述したように基準信号と比較信号の差分により求められる。次いで、推定部３８において補償データテーブル４２を用いて、算出した歪成分から全信号帯域の歪成分を推定し、逆歪成分を生成する（ステップＳ１４）。そして、生成した逆歪成分を加算部３９において入力信号に加算することにより、増幅器４０における歪成分を補償して直線性を保持する。
【００４１】
一方、ステップＳ１２で信号レベルが管理値より小さい場合は、フィルタ制御部４１より制御信号を出力して帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を切り替えてＤｃｈに設定する（ステップＳ１５）。
【００４２】
そして、レベル検知部３３、３６の出力に基づき、帯域制限フィルタ３２、３５を通過したＤｃｈの信号レベルが所定の管理値以上かどうかを判断する（ステップＳ１６）。ここで、信号レベルが管理値以上の場合は、ステップＳ１７，Ｓ１８でＤｃｈの基準信号と比較信号を用いて上記ステップＳ１３，Ｓ１４と同様の歪補償処理を行う。
【００４３】
ステップＳ１６で信号レベルが管理値より小さい場合は、フィルタ制御部４１より制御信号を出力して帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を切り替える。以降、ステップＳ１９において上記と同様にしてＢｃｈ，Ｅｃｈ，Ａｃｈの順に各チャンネルの周波数帯域において同様の処理を繰り返す。なお、図１の構成ではＥｃｈは使用していないため、帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域が次のチャンネルに切り替わることになる。
【００４４】
Ａｃｈにおいて帯域制限フィルタ通過後の信号レベルが所定の管理値より小さい場合は、フィルタ制御部４１より制御信号を出力して帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を切り替えてＦｃｈに設定する（ステップＳ２０）。そして、レベル検知部３３、３６の出力に基づき、帯域制限フィルタ３２、３５を通過したＦｃｈの信号レベルが所定の管理値以上かどうかを判断する（ステップＳ２１）。ここで、信号レベルが管理値以上の場合は、ステップＳ２２，Ｓ２３でＦｃｈの基準信号と比較信号を用いて上記ステップＳ１３，Ｓ１４と同様の歪補償処理を行う。
【００４５】
一方、ステップＳ２１で信号レベルが管理値より小さい場合は、ステップＳ１１に戻って再びＤｃｈの周波数帯域から同様の処理を繰り返す。このような処理によって、適切な基準信号及び比較信号が得られる周波数帯域を選択して、歪成分の算出、全信号帯域における歪成分の推定、逆歪成分の生成を行うことができる。例えば、地上波デジタルテレビジョン放送に用いるＯＦＤＭ信号を増幅するＭＣＰＡにおいては、深夜時間帯の放送の停止などで現在使われていないチャンネルに帯域制限フィルタの通過帯域が設定されている場合は、他のチャンネルに切り替えて適切な歪補償処理を行うことが可能である。
【００４６】
図５は本発明の実施形態に係る歪補償装置の構成例を示すブロック図である。この図５の例は図１に示した歪補償装置の機能的構成の具体例を示したものである。
【００４７】
歪補償装置は、ＭＣＰＡの入力信号（ＯＦＤＭ信号）を分配する分配器５１、分配された入力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ５２、基準信号となる帯域制限フィルタ３２の出力信号をＲＦ帯（無線周波数帯）からＩＦ帯（中間周波数帯）に変換する周波数変換部５３を備えている。また、周波数変換部５３の出力信号のレベルを検知するレベル検知部５４、周波数変換部５３の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部５５、Ａ／Ｄ変換部５５の出力についてＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行って信号を時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴ部５６を備えている。
【００４８】
また、ＯＦＤＭ信号を一括して電力増幅する増幅器７０、増幅器７０の出力信号を分配する分配器５７、分配された出力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ５８、比較信号となる帯域制限フィルタ５８の出力信号をＲＦ帯からＩＦ帯に変換する周波数変換部５９を備えている。また、周波数変換部５９の出力信号のレベルを検知するレベル検知部６０、周波数変換部５９の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６１、Ａ／Ｄ変換部６１の出力についてＦＦＴを行って信号を時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴ部６２を備えている。
【００４９】
さらに、所定周波数帯域の基準信号と比較信号とを比較してこれらの差分による歪成分を算出し、この歪成分を基に補償データテーブルを用いて推定演算処理を行って歪成分の逆成分を生成する比較部６３、比較部６３の出力について逆ＦＦＴを行って逆歪成分を周波数領域から時間領域に変換するＩＦＦＴ部６４、ＭＣＰＡの入力信号にＩＦＦＴ部６４の出力を加算して増幅器７０に入力する加算部６５、レベル検知部５４、６０の検知出力に基づいて帯域制限フィルタ５２、５８の通過帯域を制御するフィルタ制御部６６を備えている。
【００５０】
図５の構成において、入力信号は分配器５１で分配されて一部が帯域制限フィルタ５２に入力され、所定の周波数帯域、例えば任意のチャンネル１チャンネル分の周波数帯域の信号のみが通過して周波数変換部５３に入力される。帯域制限フィルタ５２によって帯域制限された入力信号（基準信号）は、ＲＦ帯（例えば５００ＭＨｚ程度）であり、このまま信号処理するのは現実的でないので、周波数変換部５３によってＩＦ帯に周波数変換を行う。そして、デジタル信号で基準信号と比較信号との比較を行うために、Ａ／Ｄ変換部５５でＡ／Ｄ変換を行う。さらに、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号は時間領域の信号であるが、歪補償を行う場合は、どの周波数にどれだけの歪があるかを知る必要があるため、ＦＦＴ部５６によって周波数領域への変換を行う。
【００５１】
増幅器７０の出力信号は、分配器５７で分配されて一部が帯域制限フィルタ５８に入力され、所定の周波数帯域のみが通過される。この帯域制限された出力信号（比較信号）についても、上記と同様に周波数変換部５９でＩＦ帯に周波数変換し、Ａ／Ｄ変換部６１でデジタル信号に変換した後、ＦＦＴ部６２によって周波数領域への変換を行う。
【００５２】
ＦＦＴ部５６、６２の出力は比較部６３に入力されて歪成分を求める演算処理が行われる。比較部６３において両入力の差分をとることで、どの周波数にどの程度の歪が発生しているかが分かることになる。本実施形態の構成では、比較部６３における基準信号と比較信号との差分信号は帯域制限されているので、他の周波数帯域については補償データテーブルを用いた推定処理において補完する形で逆歪成分を生成する。この際、増幅器７０の周波数特性が増幅するＯＦＤＭ信号の全周波数帯域において特性変化が比較的少ないものと考え、他の周波数帯域は帯域制限して得られた差分信号をコピーする。これにより、増幅器７０で増幅する信号の全ての周波数帯域における歪成分が検出されることとなる。
【００５３】
比較部６３の出力はＩＦＦＴ部６４によって再度時間領域に変換され、加算部６５に入力される。加算部６５では、得られた逆歪成分を入力信号に加算することによって、増幅器７０における歪成分がキャンセルされる。この加算部６５における歪成分を打ち消す加算処理を行う手段としては、ＡＰＤ方式の歪補償装置における公知の構成を用いればよい。
【００５４】
このとき、レベル検知部５４、６０で帯域制限された基準信号と比較信号の信号レベルを検知する。この検知信号は直流電圧信号（ＤＣ信号）に変換され、フィルタ制御部６６に入力される。フィルタ制御部６６では、レベル検知部５４、６０で検知された信号レベルを比較し、どちらか一方があらかじめ設定した管理値よりも低くなった場合は、帯域制限された信号が正常に入力されていないと判断し、帯域制限フィルタ５２、５８に制御信号を送ってフィルタを通過する信号の周波数範囲を電子的に変更する。この帯域制限フィルタ５２、５８における通過帯域を電子的に変更する手段としては、種々の公知の構成を用いればよい。
【００５５】
上述したように、本実施形態では、ＭＣＰＡ等の広帯域の信号を増幅する増幅器において、増幅器の非直線性により発生する相互変調歪成分をアダプティブプリデストーション方式を利用して低減させることができる。このとき、歪補償の演算処理に必要な基準信号及び比較信号の周波数帯域を制限することで演算処理量を低減でき、処理の高速化を図れるので、広帯域の信号に対して十分な歪補償量と精度を得ることができる。これにより、広帯域化、低歪化、及び高能率化に対応可能な電力増幅器を実現できる。また、歪補償に関する演算処理量の低減、及び歪補償装置を含む増幅器の高能率化に伴い、装置の小型・軽量化、及び低コスト化を図ることができる。したがって、例えばＯＦＤＭ信号の電波を使用する地上デジタルテレビジョン放送の中継ネットワークを実現するために必須となる、高性能のＭＣＰＡが容易に実現可能となる。
【００５６】
なお、本発明は、ＯＦＤＭ信号を増幅するＭＣＰＡだけでなく、広帯域信号として、ＯＦＤＭ信号以外のマルチキャリア信号、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の通信装置で用いられるＣＤＭＡ信号などを増幅する増幅器にも適用可能である。特に、信号の周波数帯域がＭＨｚのオーダーのもので、入力信号の変化量が大きいものにおいて本発明は有効である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＯＦＤＭ信号のような広帯域の信号を増幅する電力増幅器において十分な歪補償が可能で直線性を確保できると共に、高能率な増幅器に対応でき、広帯域、低歪、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現できる歪補償装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＭＣＰＡを備えた送信機の主要部の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係るＭＣＰＡにおいて増幅するＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図
【図３】本発明の実施形態に係る歪補償装置の機能的な概略構成を示すブロック図
【図４】本実施形態の歪補償装置における動作手順を示すフローチャート
【図５】本発明の実施形態に係る歪補償装置の構成例を示すブロック図
【図６】ＯＦＤＭ信号の信号レベル変動の一例を示す説明図
【図７】ＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルを模式的に示した説明図であり、（Ａ）はＯＦＤＭ信号の周波数軸上でのスペクトル分布を示す図、（Ｂ）は相互変調歪が発生した場合の周波数スペクトルを示す図
【図８】従来例に係るＰＤ（プリデストーション）方式の歪補償装置の構成を示すブロック図
【図９】従来例に係るＦＦ（フィードフォワード）方式の歪補償装置の構成を示すブロック図
【図１０】従来例に係るＡＰＤ（アダプティブプリデストーション）方式の歪補償装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１、１２、１３、１４、１５ 送信部
２０ 合成器
２１ ＭＣＰＡ（マルチキャリア電力増幅器）
３１、３４ 分配器
３２、３５ 帯域制限フィルタ
３３、３６ レベル検知部
３７ 比較部
３８ 推定部
３９ 加算部
４０ 増幅器
４１ フィルタ制御部
４２ 補償データテーブル
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力増幅器の非直線性により発生する歪補償（リニア補償）を行う歪補償装置に関し、特に、ＯＦＤＭ（ Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：直交周波数分割多重）信号などの広帯域の信号を増幅する電力増幅器に用いる電力増幅器用歪補償装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＯＦＤＭ信号は、地上波デジタルテレビジョン放送などで使用され、多数のキャリアから構成される広帯域のマルチキャリア信号である。このＯＦＤＭ信号を用いることにより、キャリア１本あたりのデータ伝送量を低くすることができ、また、強力な誤り訂正を行うことでゴーストや移動受信時のマルチパスに対して強くすることができる。このようなＯＦＤＭ信号は、各キャリアの電力の変化が合成されるため信号全体の電力変動が大きくなり、図６に示すように、平均電力に対してときどき１０数ｄＢ高いピーク値が出現する。図６において、横軸が時間軸、縦軸が信号レベルであり、ＯＦＤＭ信号では時間経過により信号レベルが大きく変動することがわかる。
【０００３】
このようなＯＦＤＭ信号を用いたマルチキャリア送信を行う場合、電力増幅部において非線形特性があると、マルチキャリアによる相互変調歪がＣ／Ｎなどの特性の劣化として現れる。図７はＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルを模式的に示した説明図である。図７（Ａ）に示すような多数のキャリア５０１を等周波数間隔で有するマルチキャリア信号を増幅する場合に、増幅器の非線形性による相互変調が発生すると、図７（Ｂ）に示すように、各キャリア５０１及びキャリア５０１が存在する周波数帯域の上下に相互変調歪成分５０２が生じる。この相互変調歪成分５０２によって送受信におけるＣ／Ｎなどの特性が劣化する。したがって、ＯＦＤＭ信号の増幅においては、非直線性によって生じる相互変調歪成分によるＣ／Ｎの劣化を防止するため、直線性に優れたパワーアンプが要求される。
【０００４】
例えば、現在、送信機に使用されているパワーアンプはＡ級動作の電力増幅器が用いられ、しかもときどき現れるピーク成分に対応するため、平均電力に対して１０ｄＢ以上の高い電力を出力可能なパワーアンプが使用されている。言い換えれば、ＯＦＤＭ信号増幅用のパワーアンプは、その飽和電力に対して取り扱う平均電力は１０ｄＢ程度低域（これをバックオフ量という）させる必要がある。このため、空中線出力（平均電力）が１ｋＷしか必要でない送信機でも１０ｋＷ以上の出力を持つ送信機が使用されている。
【０００５】
これに加えて、よく知られているようにＡ級動作のパワーアンプでは、増幅器内部のデバイスの電源電圧（ドレイン電圧）、バイアス電圧、出力アイドル電流などは入力信号の波形および入力レベルにかかわらず常に一定であり、たまに出現するピーク値に備えて大きなアイドル電流を流し続けている。このため、電力増幅器の能率が低いのが現状である。そこで電力経費の低減のためにも、パワーアンプの能率の向上が望まれている。
【０００６】
電力増幅器の直線性を改善する第１の手段として、従来、図８に示すようなＰＤ（プリデストーション）方式の歪補償装置が提案されている。このＰＤ方式は、増幅器の非直線性をあらかじめ補正するもので、増幅器１０２で発生する歪成分の逆成分を増幅器１０２の前段に設けたプリディストータ（前置歪補償器）１０１で発生させ、出力における歪成分を打ち消すようになっている。
【０００７】
このＰＤ方式では、あらかじめ増幅器１０２で発生する歪発生量をプリディストータ１０１に記憶させておく必要がある。通常、増幅器は入力信号の周波数およびキャリア数によって歪の発生レベルが異なるので、ＯＦＤＭ信号を増幅するマルチキャリア電力増幅器（以下、ＭＣＰＡという）のように複数のキャリアが入力され、かつキャリア数が変化するものの場合には、プリディストータに記憶させる歪発生情報のパターンが非常に多くなる。また、ＰＤ方式は歪の補償量が６〜８ｄＢ程度と小さく、平均電力に対して１０ｄＢ以上の出力を持つ広いゲイン幅の増幅器には対応が困難である。したがって、広帯域のＯＦＤＭ信号を扱うＭＣＰＡにＰＤ方式を適用するのは現実的ではない。
【０００８】
また、電力増幅器の直線性を改善する第２の手段として、図９に示すようなＦＦ（フィードフォワード）方式の歪補償装置が提案されている。このＦＦ方式は、増幅器の歪成分を後段に伝送（フィード）して補正するもので、主増幅器２０２で発生する歪成分を減算器２０５で抽出して後段の減算器２０８で増幅器出力から減算することで、出力における歪成分を取り除くようになっている。入力信号は分配器２０１で分配され、主増幅器２０２と第１遅延素子２０３に入力される。主増幅器２０２では入力信号が所定の信号レベルまで増幅され、主増幅器２０２の出力が分配器２０４で分配される。また、第１遅延素子２０３により主増幅器２０２で発生する遅延が補償され、減算器２０５（Ａ点）において主増幅器２０２の出力から第１遅延素子２０３の出力が減算されて主増幅器２０２で発生する歪成分のみが摘出される。次いで、減算器２０５で摘出された歪成分は補助増幅器２０７で増幅され、第２遅延素子２０６により補助増幅器２０７で発生する遅延が補償されて、減算器２０８（Ｂ点）において第２遅延素子２０６の出力と補助増幅器２０７の出力とが減算されて主増幅器２０２で発生した歪成分が打ち消される（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
このＦＦ方式の場合はＰＤ方式と異なり、入力信号のキャリア数等が変化して主増幅器で発生する歪成分が変わっても、入力信号の変化に応じた歪成分が減算器２０５（Ａ点）で抽出され、減算器２０８（Ｂ点）で歪成分を打ち消すことは可能であるので、ＭＣＰＡには適している。しかし、ＦＦ方式は１５ｄＢ以上の歪補償量が確保できるが、補助増幅器が必要であるなどの理由で消費電力が大きく低能率であるので、高出力の送信機には適しない（非特許文献１参照）。
【００１０】
また、電力増幅器の直線性を改善する第３の手段として、図１０に示すようなＡＰＤ（アダプティブプリデストーション）方式の歪補償装置が提案されている。このＡＰＤ方式は、基準信号である入力信号と比較信号である出力信号との比較に基づいて適応的な歪補償を行うものである。入力信号は分配器３０１で分配され、一部が基準信号として比較部３０２に入力されると共に、加算部３０３を介して増幅器３０４に入力される。増幅器３０４では入力信号が所定の信号レベルまで増幅され、増幅器３０４の出力が分配器３０５で分配されて一部が比較信号として比較部３０２に入力される。比較部３０２では、増幅器３０４で使用する全帯域の信号について基準信号と比較信号を比較して、この差分を歪成分と認識し、あらかじめ歪成分情報が記憶された補償データテーブルを用いて演算処理を行って歪成分の逆成分を生成する。そして、加算部３０３で前記生成した歪成分の逆成分を入力信号に加えることにより、増幅器３０４における歪成分を打ち消すことができる（例えば、特許文献２及び３参照）。
【００１１】
しかし、従来より用いられている一般的なＡＰＤ方式では、ＯＦＤＭ信号のような広帯域なマルチキャリア信号を増幅するＭＣＰＡに適用する場合、入出力信号帯域が広帯域となるため、比較部における信号比較と逆歪成分推定の処理量が膨大となってしまう。この場合、逆歪成分の比較推定処理を入力信号の全帯域で行う必要があるため、広い帯域で精度を保つためには補償データテーブルのデータ量が増大し、演算処理量が膨大になるが、現在存在するデバイスでは全信号帯域にわたる高速演算を行って歪成分を算出することは実現困難である。
【００１２】
【特許文献１】
特開２００１−５３５５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６８１４９号公報
【特許文献３】
特開２００１−２６８１５０号公報
【非特許文献１】
映像情報メディア学会誌研究速報，社団法人映像情報メディア学会，１９９９年，第５３巻，第１１号，ｐ．１５９６−１５９９
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、ＰＤ方式の歪補償装置では、歪補償量が６〜８ｄＢ程度と小さく、広帯域のＯＦＤＭ信号を増幅するＭＣＰＡのように平均電力に対して１０ｄＢ以上の出力を持つ広いゲイン幅の増幅器には対応が困難である。また、ＭＣＰＡに適用するには、広帯域をカバーするためにプリディストータに記憶させる歪発生情報のパターンが非常に多くなり、現実的でない。
【００１４】
一方、ＦＦ方式の歪補償装置は、ＭＣＰＡなどの広帯域の増幅器に対応可能であり、歪補償量は十分得られる。しかしながら、ＦＦ方式では補助増幅器が必要であるため、消費電力が大きくなって能率が低いので、ＯＦＤＭ信号用の送信機に搭載するＭＣＰＡなどの直線性と共に高能率が要求される増幅器には対応が難しい。また、装置が大型化する問題点もある。
【００１５】
また、従来のＡＰＤ方式の歪補償装置では、ＯＦＤＭ信号のような広帯域なマルチキャリア信号を増幅するＭＣＰＡに適用しようとすると、比較部において入出力信号帯域の全帯域にわたって歪成分を推定するための処理量が膨大となってしまい、高速な処理が必要となる。しかし、現状では広い信号帯域に対して十分な精度と処理速度を確保することは難しく、実現が困難である。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ＯＦＤＭ信号のような広帯域の信号を増幅する電力増幅器において十分な歪補償が可能で直線性を確保できると共に、高能率な増幅器に対応でき、広帯域化、低歪化、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現できる歪補償装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の電力増幅器用歪補償装置は、広帯域信号を増幅する電力増幅器の歪補償を行う電力増幅器用歪補償装置であって、前記電力増幅器に対する入力信号による基準信号と前記電力増幅器の出力信号による比較信号のそれぞれの信号について、一部の周波数帯域を通過させる信号帯域制限手段と、前記帯域制限された基準信号と比較信号とを比較して前記電力増幅器における歪成分の補償量を推定する比較手段と、前記比較手段により得られた歪成分の補償量を前記電力増幅器に対する入力信号に加算する加算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
上記構成により、例えばＯＦＤＭ信号などのマルチキャリア信号を一括増幅するＭＣＰＡなど、広帯域信号を増幅する電力増幅器において、入力信号による基準信号（歪成分算出において基準となる信号）の周波数帯域と出力信号による比較信号（基準信号と比較して歪成分の補償量を決定する信号）の周波数帯域とを信号増幅する全ての周波数帯域としないで、一部の周波数帯域によって歪成分の補償量の演算処理を行う。これによって、信号帯域を制限することで歪成分を演算する処理量を低減させることができ、かつ、広帯域の電力増幅器に対しても十分な歪補償が可能で直線性を確保可能となる。また、上記構成のようなアダプティブプリデストーション方式の歪補償では、補助増幅器等が必要なく、高能率な増幅器に対応可能である。したがって、広帯域化、低歪化、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現可能である。
【００１９】
また、本発明は、前記信号帯域制限手段は、前記電力増幅器において増幅する全信号帯域のうち、前記基準信号及び前記比較信号について所定の信号レベルが得られる周波数帯域を通過させることを特徴とする。
【００２０】
上記構成により、歪成分の補償量を算出するための基準信号と比較信号のそれぞれの周波数帯域を、信号増幅する周波数帯域内の一部とし、帯域内の適切な部分の信号を用いて補償量の演算処理が可能である。これによって、演算処理量を少なくできるとともに、広帯域の電力増幅器に対しても十分な歪補償が可能となる。
【００２１】
また、本発明は、前記帯域制限された基準信号及び比較信号の信号レベルを検知し、この信号レベルが所定値以下の場合に前記信号帯域制限手段の通過帯域を変更する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２２】
上記構成により、入力信号の周波数帯域に応じて、基準信号及び比較信号の信号レベルが低い場合は信号帯域制限手段の通過帯域を変更することで、基準信号及び比較信号を正常な信号レベルを持つ周波数帯域に変更して歪成分の補償量を算出することが可能となる。これによって、基準信号及び比較信号の信号レベルが変動したときに、適切な歪成分の補償量の算出が可能であり、より確実に精度の良い歪補償が可能となる。
【００２３】
また、本発明は、前記信号帯域制限手段は、前記電力増幅器で増幅する全信号帯域において前記入力信号に応じて選択的に設定可能な複数の通過帯域を有し、前記制御手段は、前記信号帯域制限手段で帯域制限された基準信号及び比較信号の信号レベルが所定値以下の場合に、前記信号帯域制限手段の通過帯域を他の通過帯域に切り替えることを特徴とする。
【００２４】
上記構成により、例えば地上波デジタルテレビジョン放送の中継放送機などに用いられる電力増幅器において、信号帯域制限手段の通過帯域として選択された所定のチャンネルの放送が停止した場合など、一部の周波数帯域の信号が存在しなくなった場合に、通過帯域を他の通過帯域に切り替える。これによって、基準信号及び比較信号を正常な信号レベルを持つ周波数帯域に変更して適切な歪成分の補償量を算出することができるため、正しく精度の良い歪補償動作を継続することが可能となる。
【００２５】
本発明の電力増幅器用歪補償装置は、広帯域信号を増幅する電力増幅器の歪補償を行う電力増幅器用歪補償装置であって、前記電力増幅器における入力信号と出力信号とを比較して歪成分の補償量を推定し、前記電力増幅器の歪補償を行うアダプティブプリデストーション方式の歪補償手段を備え、前記歪補償手段は、前記入力信号及び前記出力信号の信号帯域を、前記電力増幅器において増幅する信号帯域の一部として歪補償を行うことを特徴とする。
【００２６】
上記構成により、例えばＯＦＤＭ信号などのマルチキャリア信号を一括増幅するＭＣＰＡなど、広帯域信号を増幅する電力増幅器において、入力信号による基準信号の周波数帯域と出力信号による比較信号の周波数帯域とを信号増幅する全ての周波数帯域としないで、一部の周波数帯域によって歪成分の補償量の演算処理を行うアダプティブプリデストーション方式の歪補償手段を構成する。これによって、演算処理量を少なくでき、かつ、広帯域の電力増幅器に対しても十分な歪補償が可能で直線性を確保できるため、広帯域化、低歪化、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
本実施形態では、広帯域信号の電力増幅器として、地上波デジタルテレビジョン放送などを送信する中継放送機などに用いられる、ＯＦＤＭ信号によるマルチキャリア信号を一括増幅するＭＣＰＡにおいて、非直線性により発生する歪補償（リニア補償）を行う歪補償装置の構成例を説明する。
【００２８】
まず、ＯＦＤＭ信号を取り扱う電力増幅器の概要を説明する。図１はＭＣＰＡを備えた送信機の主要部の概略構成を示すブロック図、図２はＭＣＰＡにおいて増幅するＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図である。送信機には、複数の周波数帯（以下、チャンネルともいう）の信号を出力する送信部１１、１２、１３、１４、１５と、複数の送信部１１〜１５の出力信号を合成する合成器２０と、合成器２０の出力信号を一括して増幅するＭＣＰＡ２１とを備えている。ここでは、図１のように送信部１１〜１５によってＡチャンネル（Ａｃｈ）、Ｂチャンネル（Ｂｃｈ）、Ｃチャンネル（Ｃｃｈ）、Ｄチャンネル（Ｄｃｈ）、Ｆチャンネル（Ｆｃｈ）の５つのチャンネルの送信信号を出力する構成例を示す。
【００２９】
ＭＣＰＡ２１に入力される送信信号は、図２に示すような広帯域のＯＦＤＭ信号となっている。このＯＦＤＭ信号は、広帯域にわたる多数のキャリア（デジタル波）からなるマルチキャリア信号であり、図の例ではＡｃｈ〜Ｆｃｈの複数のチャンネルを有する信号となっている。例えば地上波デジタルテレビジョン放送に用いるＯＦＤＭ信号では、各チャンネルにおいて、約５．６ＭＨｚの広い周波数幅の中に約１ｋＨｚごとの等間隔で５６１６本もの多数のキャリアが存在している。図２のＡｃｈにおいてチャンネル内に多数のキャリアが立っているイメージを示している。なお、各送信部１１〜１５のチャンネルは、周波数上で連続している場合、不連続の場合、さらにそれらの組み合わせの場合もある。
【００３０】
上記のようなＯＦＤＭ信号は、例えば平均電力に対して約１３ｄＢ程度大きなピーク電力を持つ場合もあり、このＯＦＤＭ信号を一括増幅するＭＣＰＡ２１においては、非直線性により生じる歪に対する歪補償を行って高い直線性を維持する必要がある。本実施形態では、ＡＰＤ方式の歪補償手段を利用して、広帯域のＯＦＤＭ信号に対応可能な電力増幅器の歪補償を行うようにする。
【００３１】
以下に、本実施形態に係る歪補償装置の構成及び動作を説明する。図３は本発明の実施形態に係る歪補償装置の機能的な概略構成を示すブロック図である。ここでは、図１に示したＭＣＰＡ２１における歪補償装置の概念的な構成を示す。
【００３２】
歪補償装置は、ＭＣＰＡの入力信号（ＯＦＤＭ信号）を分配する分配器３１、分配された入力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ３２、基準信号となる帯域制限フィルタ３２の出力信号のレベルを検知するレベル検知部３３を備えている。また、ＯＦＤＭ信号を一括して電力増幅する増幅器４０、増幅器４０の出力信号を分配する分配器３４、分配された出力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ３５、比較信号となる帯域制限フィルタ３５の出力信号のレベルを検知するレベル検知部３６を備えている。さらに、基準信号と比較信号とを比較してこれらの差分による歪成分を算出する比較部３７、比較部３７で算出された歪成分を基に、あらかじめ歪成分情報が記憶された補償データテーブル４２を用いて推定演算処理を行って歪成分の逆成分を生成する推定部３８、ＭＣＰＡの入力信号に推定部３８の出力を加算して増幅器４０に入力する加算部３９、レベル検知部３３、３６の検知出力に基づいて帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を制御するフィルタ制御部４１を備えている。
【００３３】
図１の構成において、入力信号は分配器３１で分配され、一部が帯域制限フィルタ３２に入力されて所定の周波数帯域、例えば任意のチャンネル１チャンネル分の周波数帯域の信号のみが通過してレベル検知部３３に入力される。そして、レベル検知部３３において帯域制限された所定周波数帯域のみの基準信号の信号レベルが検知され、この基準信号が比較部３７に入力される。
【００３４】
また、入力信号は分配器３１を経て加算部３９を介して増幅器４０に入力され、増幅器４０において所定の信号レベルまで増幅される。増幅器４０の出力は分配器３４で分配されて一部が帯域制限フィルタ３５に入力され、帯域制限フィルタ３２と同一の周波数帯域の信号のみが通過してレベル検知部３６に入力される。そして、レベル検知部３６において帯域制限された所定周波数帯域のみの比較信号の信号レベルが検知され、この比較信号が比較部３７に入力される。
【００３５】
比較部３７では、帯域制限フィルタ３２、３５で帯域制限された所定周波数帯域の信号について基準信号と比較信号とを比較して、この差分を歪成分として出力する。そして、推定部３８において、あらかじめ歪成分情報が記憶された補償データテーブル４２を参照して歪成分から逆成分を生成し、加算部３９に出力する。この逆歪成分を加算部３９で入力信号に加えることにより、増幅器４０における歪成分が打ち消される。
【００３６】
このとき、比較部３７及び推定部３８では、帯域制限された所定周波数帯域の信号についてのみ歪成分の算出を行うが、増幅器４０の周波数特性が増幅するＯＦＤＭ信号の全周波数帯域において特性変化が比較的少ないものと考えられるため、逆歪成分の推定処理において、歪成分を算出した制限周波数帯域外の周波数帯域についても同様にして歪成分から逆歪成分を求め、全信号帯域にわたって逆歪成分を得るようにする。その際、帯域制限した信号の差分を算出して得られた歪成分を他の周波数帯域にもコピーして補償データテーブル４２を参照したり、補償データテーブル４２において帯域制限した周波数帯域の歪成分データに対応して他の周波数帯域の歪成分データを記憶するようにしてもよい。
【００３７】
また、フィルタ制御部４１は、レベル検知部３３、３６で検知した信号レベル（信号電圧）をあらかじめ設定した管理値（管理値電圧）と比較し、基準信号側と比較信号側のどちらか一方でも管理値を下回った場合は帯域制限フィルタ３２、３５に制御信号を出力してフィルタの通過帯域を変更する。これにより、帯域制限した信号レベルが所定値以下の場合は、歪成分を演算するための基準信号及び比較信号として不適切であると判断し、適切な信号が得られる周波数帯域を選択する。なお、レベル検知部３３、３６は、基準信号側と比較信号側の両方に設けずにいずれか一方のみ設けるようにしてもよい。この場合、基準信号側に設ける方が好ましい。
【００３８】
次に、上述のように帯域制限する周波数帯域を可変とし、この制限周波数帯域の演算から全信号帯域の歪成分を求める処理手順を説明する。図４は本実施形態の歪補償装置における動作手順を示すフローチャートである。
【００３９】
電源投入後、まずフィルタ制御部４１によって帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域をＣｃｈに設定し、歪成分を演算するための帯域制限した入力信号の周波数帯域としてＣｃｈを選択する（ステップＳ１１）。なお、選択する周波数帯域は、使用する入力信号のチャンネルなどの周波数帯域に応じて適宜設定すればよい。次いで、レベル検知部３３、３６の出力に基づき、帯域制限フィルタ３２、３５を通過したＣｃｈの信号レベルが所定の管理値以上かどうかを判断する（ステップＳ１２）。
【００４０】
ここで、信号レベルが管理値以上の場合は、比較部３７においてＣｃｈの基準信号と比較信号によって比較処理を行い、歪成分を算出する（ステップＳ１３）。歪成分は上述したように基準信号と比較信号の差分により求められる。次いで、推定部３８において補償データテーブル４２を用いて、算出した歪成分から全信号帯域の歪成分を推定し、逆歪成分を生成する（ステップＳ１４）。そして、生成した逆歪成分を加算部３９において入力信号に加算することにより、増幅器４０における歪成分を補償して直線性を保持する。
【００４１】
一方、ステップＳ１２で信号レベルが管理値より小さい場合は、フィルタ制御部４１より制御信号を出力して帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を切り替えてＤｃｈに設定する（ステップＳ１５）。
【００４２】
そして、レベル検知部３３、３６の出力に基づき、帯域制限フィルタ３２、３５を通過したＤｃｈの信号レベルが所定の管理値以上かどうかを判断する（ステップＳ１６）。ここで、信号レベルが管理値以上の場合は、ステップＳ１７，Ｓ１８でＤｃｈの基準信号と比較信号を用いて上記ステップＳ１３，Ｓ１４と同様の歪補償処理を行う。
【００４３】
ステップＳ１６で信号レベルが管理値より小さい場合は、フィルタ制御部４１より制御信号を出力して帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を切り替える。以降、ステップＳ１９において上記と同様にしてＢｃｈ，Ｅｃｈ，Ａｃｈの順に各チャンネルの周波数帯域において同様の処理を繰り返す。なお、図１の構成ではＥｃｈは使用していないため、帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域が次のチャンネルに切り替わることになる。
【００４４】
Ａｃｈにおいて帯域制限フィルタ通過後の信号レベルが所定の管理値より小さい場合は、フィルタ制御部４１より制御信号を出力して帯域制限フィルタ３２、３５の通過帯域を切り替えてＦｃｈに設定する（ステップＳ２０）。そして、レベル検知部３３、３６の出力に基づき、帯域制限フィルタ３２、３５を通過したＦｃｈの信号レベルが所定の管理値以上かどうかを判断する（ステップＳ２１）。ここで、信号レベルが管理値以上の場合は、ステップＳ２２，Ｓ２３でＦｃｈの基準信号と比較信号を用いて上記ステップＳ１３，Ｓ１４と同様の歪補償処理を行う。
【００４５】
一方、ステップＳ２１で信号レベルが管理値より小さい場合は、ステップＳ１１に戻って再びＤｃｈの周波数帯域から同様の処理を繰り返す。このような処理によって、適切な基準信号及び比較信号が得られる周波数帯域を選択して、歪成分の算出、全信号帯域における歪成分の推定、逆歪成分の生成を行うことができる。例えば、地上波デジタルテレビジョン放送に用いるＯＦＤＭ信号を増幅するＭＣＰＡにおいては、深夜時間帯の放送の停止などで現在使われていないチャンネルに帯域制限フィルタの通過帯域が設定されている場合は、他のチャンネルに切り替えて適切な歪補償処理を行うことが可能である。
【００４６】
図５は本発明の実施形態に係る歪補償装置の構成例を示すブロック図である。この図５の例は図１に示した歪補償装置の機能的構成の具体例を示したものである。
【００４７】
歪補償装置は、ＭＣＰＡの入力信号（ＯＦＤＭ信号）を分配する分配器５１、分配された入力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ５２、基準信号となる帯域制限フィルタ３２の出力信号をＲＦ帯（無線周波数帯）からＩＦ帯（中間周波数帯）に変換する周波数変換部５３を備えている。また、周波数変換部５３の出力信号のレベルを検知するレベル検知部５４、周波数変換部５３の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部５５、Ａ／Ｄ変換部５５の出力についてＦＦＴ（高速フーリエ変換）を行って信号を時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴ部５６を備えている。
【００４８】
また、ＯＦＤＭ信号を一括して電力増幅する増幅器７０、増幅器７０の出力信号を分配する分配器５７、分配された出力信号について所定の周波数帯域のみを通過させる可変式の帯域制限フィルタ５８、比較信号となる帯域制限フィルタ５８の出力信号をＲＦ帯からＩＦ帯に変換する周波数変換部５９を備えている。また、周波数変換部５９の出力信号のレベルを検知するレベル検知部６０、周波数変換部５９の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部６１、Ａ／Ｄ変換部６１の出力についてＦＦＴを行って信号を時間領域から周波数領域に変換するＦＦＴ部６２を備えている。
【００４９】
さらに、所定周波数帯域の基準信号と比較信号とを比較してこれらの差分による歪成分を算出し、この歪成分を基に補償データテーブルを用いて推定演算処理を行って歪成分の逆成分を生成する比較部６３、比較部６３の出力について逆ＦＦＴを行って逆歪成分を周波数領域から時間領域に変換するＩＦＦＴ部６４、ＭＣＰＡの入力信号にＩＦＦＴ部６４の出力を加算して増幅器７０に入力する加算部６５、レベル検知部５４、６０の検知出力に基づいて帯域制限フィルタ５２、５８の通過帯域を制御するフィルタ制御部６６を備えている。
【００５０】
図５の構成において、入力信号は分配器５１で分配されて一部が帯域制限フィルタ５２に入力され、所定の周波数帯域、例えば任意のチャンネル１チャンネル分の周波数帯域の信号のみが通過して周波数変換部５３に入力される。帯域制限フィルタ５２によって帯域制限された入力信号（基準信号）は、ＲＦ帯（例えば５００ＭＨｚ程度）であり、このまま信号処理するのは現実的でないので、周波数変換部５３によってＩＦ帯に周波数変換を行う。そして、デジタル信号で基準信号と比較信号との比較を行うために、Ａ／Ｄ変換部５５でＡ／Ｄ変換を行う。さらに、Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号は時間領域の信号であるが、歪補償を行う場合は、どの周波数にどれだけの歪があるかを知る必要があるため、ＦＦＴ部５６によって周波数領域への変換を行う。
【００５１】
増幅器７０の出力信号は、分配器５７で分配されて一部が帯域制限フィルタ５８に入力され、所定の周波数帯域のみが通過される。この帯域制限された出力信号（比較信号）についても、上記と同様に周波数変換部５９でＩＦ帯に周波数変換し、Ａ／Ｄ変換部６１でデジタル信号に変換した後、ＦＦＴ部６２によって周波数領域への変換を行う。
【００５２】
ＦＦＴ部５６、６２の出力は比較部６３に入力されて歪成分を求める演算処理が行われる。比較部６３において両入力の差分をとることで、どの周波数にどの程度の歪が発生しているかが分かることになる。本実施形態の構成では、比較部６３における基準信号と比較信号との差分信号は帯域制限されているので、他の周波数帯域については補償データテーブルを用いた推定処理において補完する形で逆歪成分を生成する。この際、増幅器７０の周波数特性が増幅するＯＦＤＭ信号の全周波数帯域において特性変化が比較的少ないものと考え、他の周波数帯域は帯域制限して得られた差分信号をコピーする。これにより、増幅器７０で増幅する信号の全ての周波数帯域における歪成分が検出されることとなる。
【００５３】
比較部６３の出力はＩＦＦＴ部６４によって再度時間領域に変換され、加算部６５に入力される。加算部６５では、得られた逆歪成分を入力信号に加算することによって、増幅器７０における歪成分がキャンセルされる。この加算部６５における歪成分を打ち消す加算処理を行う手段としては、ＡＰＤ方式の歪補償装置における公知の構成を用いればよい。
【００５４】
このとき、レベル検知部５４、６０で帯域制限された基準信号と比較信号の信号レベルを検知する。この検知信号は直流電圧信号（ＤＣ信号）に変換され、フィルタ制御部６６に入力される。フィルタ制御部６６では、レベル検知部５４、６０で検知された信号レベルを比較し、どちらか一方があらかじめ設定した管理値よりも低くなった場合は、帯域制限された信号が正常に入力されていないと判断し、帯域制限フィルタ５２、５８に制御信号を送ってフィルタを通過する信号の周波数範囲を電子的に変更する。この帯域制限フィルタ５２、５８における通過帯域を電子的に変更する手段としては、種々の公知の構成を用いればよい。
【００５５】
上述したように、本実施形態では、ＭＣＰＡ等の広帯域の信号を増幅する増幅器において、増幅器の非直線性により発生する相互変調歪成分をアダプティブプリデストーション方式を利用して低減させることができる。このとき、歪補償の演算処理に必要な基準信号及び比較信号の周波数帯域を制限することで演算処理量を低減でき、処理の高速化を図れるので、広帯域の信号に対して十分な歪補償量と精度を得ることができる。これにより、広帯域化、低歪化、及び高能率化に対応可能な電力増幅器を実現できる。また、歪補償に関する演算処理量の低減、及び歪補償装置を含む増幅器の高能率化に伴い、装置の小型・軽量化、及び低コスト化を図ることができる。したがって、例えばＯＦＤＭ信号の電波を使用する地上デジタルテレビジョン放送の中継ネットワークを実現するために必須となる、高性能のＭＣＰＡが容易に実現可能となる。
【００５６】
なお、本発明は、ＯＦＤＭ信号を増幅するＭＣＰＡだけでなく、広帯域信号として、ＯＦＤＭ信号以外のマルチキャリア信号、Ｗ−ＣＤＭＡ方式の通信装置で用いられるＣＤＭＡ信号などを増幅する増幅器にも適用可能である。特に、信号の周波数帯域がＭＨｚのオーダーのもので、入力信号の変化量が大きいものにおいて本発明は有効である。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ＯＦＤＭ信号のような広帯域の信号を増幅する電力増幅器において十分な歪補償が可能で直線性を確保できると共に、高能率な増幅器に対応でき、広帯域、低歪、及び高能率化が可能な電力増幅器を実現できる歪補償装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るＭＣＰＡを備えた送信機の主要部の概略構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施形態に係るＭＣＰＡにおいて増幅するＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルの一例を示す説明図
【図３】本発明の実施形態に係る歪補償装置の機能的な概略構成を示すブロック図
【図４】本実施形態の歪補償装置における動作手順を示すフローチャート
【図５】本発明の実施形態に係る歪補償装置の構成例を示すブロック図
【図６】ＯＦＤＭ信号の信号レベル変動の一例を示す説明図
【図７】ＯＦＤＭ信号の周波数スペクトルを模式的に示した説明図であり、（Ａ）はＯＦＤＭ信号の周波数軸上でのスペクトル分布を示す図、（Ｂ）は相互変調歪が発生した場合の周波数スペクトルを示す図
【図８】従来例に係るＰＤ（プリデストーション）方式の歪補償装置の構成を示すブロック図
【図９】従来例に係るＦＦ（フィードフォワード）方式の歪補償装置の構成を示すブロック図
【図１０】従来例に係るＡＰＤ（アダプティブプリデストーション）方式の歪補償装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１、１２、１３、１４、１５ 送信部
２０ 合成器
２１ ＭＣＰＡ（マルチキャリア電力増幅器）
３１、３４ 分配器
３２、３５ 帯域制限フィルタ
３３、３６ レベル検知部
３７ 比較部
３８ 推定部
３９ 加算部
４０ 増幅器
４１ フィルタ制御部
４２ 補償データテーブル
Claims (5)
- 広帯域信号を増幅する電力増幅器の歪補償を行う電力増幅器用歪補償装置であって、
前記電力増幅器に対する入力信号による基準信号と前記電力増幅器の出力信号による比較信号のそれぞれの信号について、一部の周波数帯域を通過させる信号帯域制限手段と、
前記帯域制限された基準信号と比較信号とを比較して前記電力増幅器における歪成分の補償量を推定する比較手段と、
前記比較手段により得られた歪成分の補償量を前記電力増幅器に対する入力信号に加算する加算手段と、
を備えたことを特徴とする電力増幅器用歪補償装置。 - 前記信号帯域制限手段は、前記電力増幅器において増幅する全信号帯域のうち、前記基準信号及び前記比較信号について所定の信号レベルが得られる周波数帯域を通過させることを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器用歪補償装置。
- 前記帯域制限された基準信号及び比較信号の信号レベルを検知し、この信号レベルが所定値以下の場合に前記信号帯域制限手段の通過帯域を変更する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の電力増幅器用歪補償装置。
- 前記信号帯域制限手段は、前記電力増幅器で増幅する全信号帯域において前記入力信号に応じて選択的に設定可能な複数の通過帯域を有し、
前記制御手段は、前記信号帯域制限手段で帯域制限された基準信号及び比較信号の信号レベルが所定値以下の場合に、前記信号帯域制限手段の通過帯域を他の通過帯域に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の電力増幅器用歪補償装置。 - 広帯域信号を増幅する電力増幅器の歪補償を行う電力増幅器用歪補償装置であって、
前記電力増幅器における入力信号と出力信号とを比較して歪成分の補償量を推定し、前記電力増幅器の歪補償を行うアダプティブプリデストーション方式の歪補償手段を備え、
前記歪補償手段は、前記入力信号及び前記出力信号の信号帯域を、前記電力増幅器において増幅する信号帯域の一部として歪補償を行うことを特徴とする電力増幅器用歪補償装置。
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