JP2004247855A

JP2004247855A - プリディストーション回路付き電力増幅器

Info

Publication number: JP2004247855A
Application number: JP2003033879A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Chikusawa; 貴行築澤; Toshimitsu Matsuyoshi; 俊満松吉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】電力増幅器の飽和出力電力付近でも、大きな歪み抑圧量を得ることができ、高効率動作させることが可能なプリディストーション回路付き電力増幅器を提供すること。
【解決手段】ピークファクタ検波器１２２は、入力信号のＰＡＲを検出する。第２のレベル検波器１１９は、電力増幅器１１７の出力信号の瞬時電力および平均電力を検出する。第２の制御回路１２０は、ピークファクタ検波器１２２が検出したＰＡＲに基づいて、基準電力Ｂを求め、電力増幅器１１７の平均出力電力が基準電力Ｂ以上の場合、歪み抑圧量が最大となるように、最適条件に基づいて、可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として携帯電話等の移動体通信用基地局装置に用いられている電力増幅器に関し、より特定的には、電力増幅器の非線形歪みを抑圧し高効率動作が可能なプリディストーション回路付き電力増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話等の移動体通信用基地局装置には、高効率で低歪みな増幅器が要求される。従来、高効率かつ低歪みな増幅器の一例として、プリディストーション方式のような歪み補償型の電力増幅器が存在する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１０は、従来のプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。図１０において、プリディストーション回路付き電力増幅器は、入力端子２０１と、出力端子２０２と、電力分配器２０３と、遅延回路２０４と、電力合成器２０５と、電力分配器２０６と、遅延回路２０７と、電力合成器２０８と、歪み発生素子２０９と、可変位相器２１０と、可変減衰器２１１と、可変位相器２１２と、可変減衰器２１３と、方向性結合器２１４と、第１のレベル検波器２１５と、第１の制御回路２１６と、電力増幅器２１７と、方向性結合器２１８と、第２のレベル検波器２１９と、第２の制御回路２２０とを含む。入力端子２０１と電力増幅器２１７との間に、プリディストーション回路２２５が構成される。
【０００４】
次に、以上のように構成された従来のプリディストーション回路付き電力増幅器の動作について説明する。
入力端子２０１から入力された複数のキャリア周波数を持つ入力信号（キャリア信号）は、電力分配器２０３で２分配される。電力分配器２０３によって２分配された一方のキャリア信号は、遅延回路２０４によって遅延されて、電力合成器２０５に入力される。
【０００５】
電力分配器２０３によって２分配された他方のキャリア信号は、さらに、電力分配器２０６で２分配される。
【０００６】
電力分配器２０６によって２分配された一方のキャリア信号は、歪み発生素子２０９に入力される。歪み発生素子２０９は、非線形性を有しており、キャリア信号とは異なる周波数の歪み成分を発生する。したがって、歪み発生素子２０９からは、キャリア信号に歪み成分が付加された信号が出力され、可変位相器２１０および可変減衰器２１１によって、位相および振幅が調整され、電力合成器２０８に入力される。
【０００７】
電力分配器２０６によって２分配された他方のキャリア信号は、遅延回路２０７によって伝搬時間に遅延が加えられた後、電力合成器２０８に入力される。電力合成器２０８は、遅延回路２０７からの信号と可変減衰器２１１からの信号とを合成する。
【０００８】
電力合成器２０８によって合成された信号は、可変位相器２１２および可変減衰器２１３によって、位相および振幅が調整され、方向性結合器２１４によって２分配される。
【０００９】
方向性結合器２１４からの一方の信号は、第１のレベル検波器２１５に入力される。第１のレベル検波器２１５は、入力される信号を検波して平均電力レベルを検出する。第１の制御回路２１６は、第１のレベル検波器２１５によって検出される平均電力レベルに応じて、制御電圧を発生し、その制御電圧を可変位相器２１０および可変減衰器２１１に入力し、可変位相器２１０の位相量および可変減衰器２１１の減衰量を制御する。この際、第１の制御回路２１６は、遅延回路２０７から出力されるキャリア信号と可変減衰器２１１から出力される信号に含まれるキャリア周波数成分の信号との振幅および位相が、等振幅かつ逆位相となるように、可変位相器２１０および可変減衰器２１１を制御する。これによって、電力合成器２０８からは、歪み成分のみを含んだ信号が出力されることとなる。
【００１０】
方向性結合器２１４からの他方の信号は、電力合成器２０５に入力される。電力合成器２０５は、遅延回路２０４からの信号と方向性結合器２１４からの信号とを合成し、歪み成分とキャリア成分とを含んだ信号が電力増幅器２１７に入力される。電力増幅器２１７は、入力される信号を増幅して、方向性結合器２１８に入力する。方向性結合器２１８は、入力される信号を２分配して、一方を出力端子２０２から出力し、他方を第２のレベル検波器２１９に入力する。
【００１１】
第２のレベル検波器２１９は、入力される信号の平均電力レベルを検出し、第２の制御回路２２０に入力する。第２の制御回路２２０は、電力合成器２０５から出力される歪み信号が、電力増幅器２１７においてキャリア信号を増幅する際に発生する相互変調歪み（以下では、「歪み」という）信号と等振幅かつ逆位相となるように、可変位相器２１２、可変減衰器２１３を制御する。
【００１２】
このように、図１０に示す従来のプリディストーション回路付き電力増幅器は、電力増幅器２１７で発生する歪み信号と等振幅かつ逆位相の歪み信号成分を、キャリア信号に付加させて電力増幅器２１７に入力する。したがって、電力増幅器２１７は、歪み成分をキャンセルするように増幅するので、結果、発生する歪み信号の抑圧が可能となる。
【００１３】
また、電力増幅器２１７に入力される歪み信号成分の振幅および位相を制御する電力増幅器として、図１１に示すプリディストーション回路付き電力増幅器も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１４】
図１１において、図１０に示すプリディストーション回路付き電力増幅器と同一の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略する。図１１において、プリディストーション回路付き電力増幅器は、さらに、第２の制御回路２２０ａと、方向性結合器２２１と、第３のレベル検波器２２２と、誤差検出器２２３と、第２のレベル検波器２２４とを含む。なお、図１１に示す構成において、第２のレベル検波器２２４が第２のレベル検波器２１９に置き換わっており、第２の制御回路２２０ａが第２の制御回路２２０に置き換わっている。
【００１５】
入力端子２０１と電力分配器２０３との間には、方向性結合器２２１が挿入されている。入力端子２０１から入力されたキャリア信号は、方向性結合器２２１によって分岐され、第３のレベル検波器２２２に入力される。第３のレベル検波器２２２は、入力される信号について、包絡線の電力レベルを検出して、誤差検出器２２３に与える。
【００１６】
第２のレベル検波器２２４は、方向性結合器２１８から入力される信号について、包絡線の電力レベルを検出して、誤差検出器２２３に与える。
【００１７】
誤差検出器２２３は、第３のレベル検波器２２２で検波されたキャリア信号のみである無歪みの信号を基準信号とし、第２のレベル検波器２２４で検波されたキャリア信号成分および歪み信号成分を含む信号と当該基準信号とを比較して、これらの差である歪み信号成分を第２の制御回路２２０ａに入力する。
【００１８】
第２の制御回路２２０ａは、誤差検出器２２３から出力される信号の振幅がゼロとなるように、可変位相器２１２および可変減衰器２１３を制御する。これによって、電力増幅器２１７が発生する歪み成分は、抑圧されることとなる。
【００１９】
【特許文献１】
特開平１−２００８０７号公開特許公報（第７項、第５図（ａ））
【特許文献２】
特開２０００−２６１２５２号公開特許公報（第４項、図１）
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
近年、無線通信では、大容量化にともなって、Ｗ−ＣＤＭＡ（ＷｉｄｅｂａｎｄＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）やＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）に代表される変調方式が用いられている。図１２は、上記の変調方式における変調信号の包絡線の時間波形の変化を示す図である。これらの変調方式では、図１２に示すようにキャリア信号となる高周波信号の振幅、つまり包絡線が、変調波の変調速度（変調帯域）に応じて時間的に変化する。
【００２１】
また、Ｗ−ＣＤＭＡやＯＦＤＭ等の変調方式では、変調波の平均電力（図１２の点線参照）に比べ、ピーク時の瞬時電力（図１２の実線参照）が１０ｄＢ以上も大きな値となることがある。この平均電力とピーク時の瞬時電力との比を、ピーク電力比、ＰＡＲ（ＰｅａｋＡｖｅｒａｇｅＲａｔｉｏ）またはピークファクタという。
【００２２】
現在、増幅器の歪みを低減するために、図１０または図１１に示したようなプリディストーション回路付き増幅器を用いる。しかし、増幅器の飽和出力付近で、増幅器で発生する歪み信号と等振幅かつ逆位相の歪み信号成分が入力されたとしても、従来のプリディストーション回路付き増幅器は、ほとんど歪みを抑圧することができないことが実験的に分かってきた。
【００２３】
また、増幅器を高効率で動作させるためには、飽和電力付近で増幅器を動作させる必要があるが、一方、上記のように、飽和電力付近ではほとんど歪みを抑圧することができなかったので、低歪みな増幅器を実現するためには、ＰＡＲと同程度のバックオフをとって、増幅器を動作させる必要がある。このように、増幅器の効率を優先すれば、歪みの発生を抑圧することができず、一方、歪みの抑圧を優先すれば、増幅器の効率を高めることができないという問題があった。このことは、１０ｄＢ以上となるような大きなＰＡＲの信号を増幅する場合において顕著であり、高効率化は困難であった。
【００２４】
それゆえ、本発明の目的は、ＰＡＲが大きな信号を増幅する場合であっても、電力増幅器の飽和電力付近で大きな歪み抑圧量が得られ、高効率動作が可能なプリディストーション回路付き電力増幅器を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明は、信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を増幅する増幅部と、
入力信号が入力され、増幅部による増幅の際に発生する歪み信号と同一の周波数の歪み信号を発生し、増幅部に入力する歪み発生部と、
入力信号を検波して瞬時電力を検出する第１の検波部と、
増幅部からの出力信号を検波して瞬時電力および平均電力を検出する第２の検波部と、
歪み発生部が発生する歪み信号の振幅および位相を制御する制御部とを備え、
制御部は、第１の検波部が検出した瞬時電力に基づいて、制御切り替えの境界となる基準電力を求め、基準電力に比べ増幅部の平均出力電力が大きい場合、瞬時電力に基づいて歪み発生部を制御し、基準電力に比べ増幅部の平均出力電力が小さい場合、平均電力に基づいて歪み発生部を制御することを特徴とする。
【００２６】
上記第１の発明によれば、基準電圧を境界として、増幅部に入力する歪み信号の振幅および位相を、瞬時電力に基づいて調整するか、または平均電力に基づいて調整するかを区別することとなる。したがって、増幅器の飽和電力付近においては、増幅部に入力する歪み信号の振幅および位相を瞬時電力に基づいて調整することが可能となるので、飽和電力付近であっても大きな歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【００２７】
第２の発明は、第１の発明に従属する発明であって、第１の検波部は、入力信号を検波してピークファクタを検出し、
制御部は、増幅部の飽和出力電力からピークファクタを差し引いた値を基準電力とすることを特徴とする。
【００２８】
上記第２の発明によれば、飽和出力電力からピークファクタを差し引いた値を基準電力とするので、Ｗ−ＣＤＭＡやＯＦＤＭのように、ＰＡＲが大きな変調方式においても、飽和電力付近で大きな歪み抑圧量を得ることが可能となる。結果、歪み抑圧量が大きく、かつ高効率な電力増幅器が提供できる。
【００２９】
第３の発明は、第２の発明に従属する発明であって、制御部は、増幅部の平均出力電力が基準電力より大きい場合、歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相を、増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、増幅部からの出力信号の瞬時電力に応じて制御することを特徴とする。
【００３０】
上記第３の発明によれば、増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、増幅部からの出力信号の瞬時電力に応じて制御されることとなるので、飽和電力付近でも大きな歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【００３１】
第４の発明は、第２の発明に従属する発明であって、制御部は、増幅部の平均出力電力が基準電力より小さい場合、歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相が増幅部で発生する歪み信号と等振幅かつ逆位相となるように、増幅部からの出力信号の平均電力に応じて制御することを特徴とする。
【００３２】
上記第４の発明によれば、飽和電力付近以外の領域では、増幅部に入力される歪み信号を等振幅かつ逆位相とするだけでよいので、低速制御することが可能となる。
【００３３】
第５の発明は、第２の発明に従属する発明であって、制御部は、増幅部の平均出力電力が基準電力より小さい場合、歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相を、増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、増幅部からの出力信号の平均電力に応じて制御することを特徴とする。
【００３４】
上記第５の発明によれば、飽和電力付近以外の領域では、増幅部に入力される歪み信号を、平均電力に応じて制御することとなるので、低速制御することが可能となる。
【００３５】
第６の発明は、信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を分配する第１の電力分配器と、
第１の電力分配器の出力信号を分配する第２の電力分配器と、
第２の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路と、
第２の電力分配器によって分配された他方の出力信号をさらに分配する第３の電力分配器と、
第３の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路と、
第３の電力分配器によって分配された他方の出力信号を入力することで歪み信号を発生する歪み発生素子と、
歪み発生素子からの出力信号の位相を調整する第１の可変位相器と、
第１の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第１の可変減衰器と、
第１の可変減衰器からの出力信号と第２の遅延回路からの出力信号とを合成する第１の電力合成器と、
第１の電力合成器からの出力信号の位相を調整する第２の可変位相器と、
第２の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第２の可変減衰器と、
第２の可変減衰器からの出力信号を分配する第４の電力分配器と、
第４の電力分配器からの出力信号と第１の遅延回路からの出力信号とを合成する第２の電力合成器と、
第４の電力分配器からの出力信号のレベルを検出する第１のレベル検波器と、
第１のレベル検波器のレベル検出結果に基づいて制御信号を生成する第１の制御回路と、
第２の電力合成器からの出力信号を増幅する電力増幅器と、
電力増幅器の出力信号を分配する第５の電力分配器と、
第５の電力分配器からの出力信号を検波して瞬時電力レベルと平均電力レベルとを検出する第２のレベル検波器と、
第１の電力分配器によって分配された他方の出力信号を検波してピークファクタを検出するピークファクタ検波器と、
第２のレベル検波器による検出結果とピークファクタ検波器による検出結果とに基づいて制御信号を生成する第２の制御回路とを備え、
第１の制御回路からの制御信号によって、第１の可変位相器および第１の可変減衰器が制御され、
第２の制御回路からの制御信号によって、第２の可変位相器および第２の可変減衰器が制御されることを特徴とする。
【００３６】
第７の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルを検出する。
【００３７】
第８の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第１のレベル検波器は、平均電力レベルを検出する。
【００３８】
第９の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルおよび平均電力レベルを検出する。
【００３９】
第１０の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第１の制御回路は、第１の電力合成器からの出力信号のキャリア成分が最小となるように、第１の可変位相器および第１の可変減衰器を制御する。
【００４０】
第１１の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第２の制御回路は、第２のレベル検波器の検出結果から求められる平均出力電力の大きさに応じて、瞬時電力に基づいて制御するか、または平均電力に基づいて制御する。
【００４１】
第１２の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第２の制御回路は、第１の電力増幅器の飽和出力電力から第１のピークファクタ検波器で検出したピークファクタを引いた電力値に対し、第２のレベル検波器で検出した平均電力から求めた電力増幅器の平均出力電力がそれより大きい場合、電力増幅器から出力される歪み信号の抑圧量が最大となるように、電力増幅器からの出力信号の瞬時電力に応じて、第２の可変位相器および第２の可変減衰器を制御する。
【００４２】
第１３の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第２の制御回路は、第１の電力増幅器の飽和出力電力から第１のピークファクタ検波器で検出したピークファクタを引いた電力値に対し、第２のレベル検波器で検出した平均電力から求めた電力増幅器の平均出力電力がそれより小さい場合、電力増幅器に入力される歪み信号が電力増幅器で発生する歪み信号と等振幅かつ逆位相となるように、電力増幅器からの出力信号の平均電力に応じて、第２の可変位相器および第２の可変減衰器を制御する。
【００４３】
第１４の発明は、第６の発明に従属する発明であって、第２の制御回路は、第１の電力増幅器の飽和出力電力から第１のピークファクタ検波器で検出したピークファクタを引いた電力値に対し、第２のレベル検波器で検出した平均電力から求めた電力増幅器の平均出力電力がそれより小さい場合、電力増幅器から出力される歪み信号の抑圧量が最大となるように、電力増幅器からの出力信号の平均電力に応じて、第２の可変位相器および第２の可変減衰器を制御する。
【００４４】
上記第６〜第１４の発明によれば、第１〜第５の発明を実現するための回路構成が提供されることとなる。
【００４５】
第１５の発明は、信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を増幅する増幅部と、
入力信号が入力され、増幅部による増幅の際に発生する歪み信号と同一の周波数の歪み信号を発生し、増幅部に入力するする歪み発生部と、
入力信号を検波して瞬時電力を検出する検波部と、
検波器が検出した瞬時電力に基づいて、歪み発生部が発生する歪み信号の振幅および位相を制御する制御部とを備える。
【００４６】
上記第１５の発明によれば、入力信号の瞬時電力の検出結果に応じて、歪み信号の振幅および位相が制御されることとなるので、入力信号の包絡線が高速に変動する場合であっても、歪みの抑圧を追随して行うことが可能となる。また、瞬時電力に基づいて、歪み信号の振幅および位相が調整されるので、飽和電力付近においても、大きな歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【００４７】
第１６の発明は、第１５の発明に従属する発明であって、制御部は、増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相を制御することを特徴とする。
【００４８】
上記第１６の発明によれば、飽和電力付近において、最大の歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【００４９】
第１７の発明は、信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を分配する第１の電力分配器と、
第１の電力分配器によって分配された一方の出力信号をさらに分配する第２の電力分配器と、
第２の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路と、
第２の電力分配器によって分配された他方の出力信号をさらに分配する第３の電力分配器と、
第３の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路と、
第３の電力分配器によって分配された他方の出力信号を入力することで歪み信号を発生する歪み発生素子と、
歪み発生素子からの出力信号の位相を調整する第１の可変位相器と、
第１の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第１の可変減衰器と、
第１の可変減衰器からの出力信号と第２の遅延回路からの出力信号とを合成する第１の電力合成器と、
第１の電力合成器からの出力信号の位相を調整する第２の可変位相器と、
第２の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第２の可変減衰器と、
第２の可変減衰器からの出力信号を分配する第４の電力分配器と、
第４の電力分配器からの出力信号と第１の遅延回路からの出力信号とを合成する第２の電力合成器と、
第４の電力分配器からの出力信号のレベルを検出する第１のレベル検波器と、
第１のレベル検波器のレベル検出結果に基づいて出力信号をもとに制御信号を生成する第１の制御回路と、
第２の電力合成器からの出力信号を増幅する電力増幅器と、
第１の電力分配器からの出力信号の瞬時電力レベルを検出する第２のレベル検波器と、
第２のレベル検波器のレベル検出結果に基づいて制御信号を生成する第２の制御回路とを備え、
第１の制御回路からの制御信号によって、第１の可変位相器および第１の可変減衰器が制御され、
第２の制御回路からの制御信号によって、第２の可変位相器および第２の可変減衰器が制御されることを特徴とする。
【００５０】
第１８の発明は、第１７の発明に従属する発明であって、第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルを検出する。
【００５１】
第１９の発明は、第１７の発明に従属する発明であって、第１のレベル検波器は、平均電力レベルを検出する。
【００５２】
第２０の発明は、第１７の発明に従属する発明であって、第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルおよび平均電力レベルを検出する。
【００５３】
第２１の発明は、第１７の発明に従属する発明であって、第１の制御回路は、第１の電力合成器からの出力信号のキャリア成分が最小となるように、第１の可変位相器および第１の可変減衰器を制御する。
【００５４】
第２２の発明は、第１７の発明に従属する発明であって、第２の制御回路は、第２のレベル検波器が検出した瞬時電力レベルに基づいて、電力増幅器での歪み抑圧量が最大となるように、第２の可変位相器および第２の可変減衰器を制御する。
【００５５】
上記第１７〜第２２の発明によれば、第１５および第１６の発明を実現するための回路が提供されることとなる。
【００５６】
第２３の発明は、信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を分配する第１の電力分配器と、
第１の電力分配器によって分配された一方の出力信号をさらに分配する第２の電力分配器と、
第２の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路と、
第２の電力分配器によって分配された他方の出力信号をさらに分配する第３の電力分配器と、
第３の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路と、
第３の電力分配器によって分配された他方の出力信号を入力することで歪み信号を発生する歪み発生素子と、
歪み発生素子からの出力信号の位相を調整する第１の可変位相器と、
第１の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第１の可変減衰器と、
第１の可変減衰器からの出力信号と第２の遅延回路からの出力信号とを合成する第１の電力合成器と、
第１の電力合成器からの出力信号の位相を調整する第２の可変位相器と、
第２の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第２の可変減衰器と、
第２の可変減衰器からの出力信号と第１の遅延回路からの出力信号とを合成する第２の電力合成器と、
第２の電力合成器からの出力信号を増幅する電力増幅器と、
第１の電力分配器からの出力信号の瞬時電力レベルを検出するレベル検波器と、
レベル検波器からのレベル検出結果に基づいて、制御信号を生成する制御回路とを備え、
制御回路からの制御信号によって、第１および第２の可変位相器、ならびに第１および第２の可変減衰器が制御される。
【００５７】
第２４の発明は、第２３の発明に従属する発明であって、制御回路は、レベル検波器が検出した瞬時電力レベルに基づいて、電力増幅器での歪み抑圧量が最大となるように、第２の可変位相器および第２の可変減衰器を制御する。
【００５８】
上記第２３および第２４の発明によれば、第１５および第１６の発明を実現するための回路が提供されることとなる。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００６０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。図１において、プリディストーション回路付き電力増幅器は、入力端子１０１と、出力端子１０２と、電力分配器１０３と、遅延回路１０４と、電力合成器１０５と、電力分配器１０６と、遅延回路１０７と、電力合成器１０８と、歪み発生素子１０９と、可変位相器１１０と、可変減衰器１１１と、可変位相器１１２と、可変減衰器１１３と、方向性結合器１１４と、第１のレベル検波器１１５と、第１の制御回路１１６と、電力増幅器１１７と、方向性結合器１１８と、第２のレベル検波器１１９と、第２の制御回路１２０と、方向性結合器１２１と、ピークファクタ検波器１２２とを含む。
【００６１】
ここで、電力分配器１０３の入力端をポートａとし、電力合成器１０５の入力端をポートｂおよびポートｅとし、その出力端をポートｆとし、電力合成器１０８の入力端をポートｃおよびポートｄとし、方向性結合器１１８の出力端をポートｇとする。
【００６２】
入力端子１０１は、方向性結合器１２１に接続されている。方向性結合器１２１の一方の出力は、電力分配器１０３の入力に接続されている。
【００６３】
電力分配器１０３の一方の出力は、遅延回路１０４を介して、電力合成器１０５の一方の入力に接続されている。電力分配器１０３の他方の出力は、電力分配器１０６の入力に接続されている。
【００６４】
電力分配器１０６の一方の出力は、歪み発生素子１０９、可変位相器１１０、可変減衰器１１１を介して、電力合成器１０８の一方の入力に接続されている。電力分配器１０６の他方の出力は、遅延回路１０７を介して、電力合成器１０８の他方の入力に接続されている。
【００６５】
電力合成器１０８の出力は、可変位相器１１２、可変減衰器１１３を介して、方向性結合器１１４の入力に接続されている。方向性結合器１１４の一方の出力は、電力合成器１０５の他方の入力に接続されている。電力合成器１０５の出力は、電力増幅器１１７、方向性結合器１１８を介して、出力端子１０２に接続されている。
【００６６】
方向性結合器１１４の他方の出力は、第１のレベル検波器１１５、第１の制御回路１１６を介して、可変位相器１１０および可変減衰器１１１の制御端子に接続されている。方向性結合器１１８の他方の出力は、第２のレベル検波器１１９、第２の制御回路１２０を介して、可変位相器１１２および可変減衰器１１３の制御端子に接続されている。
【００６７】
方向性結合器１２１の他方の出力は、ピークファクタ検波器１２２、第２の制御回路１２０を介して、可変位相器１１２および可変減衰器１１３の制御端子に接続されている。
【００６８】
例えば、歪み発生素子１０９および電力増幅器１１７は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等のトランジスタである。
【００６９】
例えば、遅延回路１０４および１０７は、セミリジットケーブル等の同軸ケーブルである。
【００７０】
例えば、第１の制御回路１１６および第２の制御回路１２０は、マイクロプロセッサ等であって、記憶用の装置としてＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等のメモリを用いる。
【００７１】
図２は、図１に示したプリディストーション回路付き電力増幅器の主要部における信号の周波数スペクトラムを示す図である。以下、図１および図２を参照しながら、プリディストーション回路付き電力増幅器の動作について説明する。
【００７２】
入力端子１０１に入力される複数のキャリア周波数（ここでは、簡単のため、周波数をｆ１，ｆ２とする）を持つ入力信号は、方向性結合器１２１に入力される。方向性結合器１２１からの一方の信号は、電力分配器１０３に入力され、２分配される。図２（ａ）は、電力分配器１０３のポートａへの入力信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【００７３】
電力分配器１０３で２分配された一方の出力信号は、遅延回路１０４で遅延され、電力合成器１０５のポートｂに入力される。図２（ｂ）は、ポートｂへの入力信号の周波数スペクトラムを示す図である。ポートｂにおけるスペクトラムは、キャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）のみである。
【００７４】
電力分配器１０３で２分配された他方の出力信号は、電力分配器１０６で２分配される。電力分配器１０６で２分配された一方の出力信号は、遅延回路１０７で遅延され、電力合成器１０８のポートｃに入力される。図２（ｃ）は、ポートｃへの入力信号の周波数スペクトラムを示す図である。ポートｃにおけるスペクトラムは、キャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）のみである。
【００７５】
電力分配器１０６で２分配された他方の出力信号は、歪み発生素子１０９に入力される。歪み発生素子１０９は、その非線形性のため、キャリア周波数（ｆ１，ｆ２）の他にキャリア周波数の信号間の相互変調による歪み成分（ここではｆ３，ｆ４とする）を含んだ信号を出力する。この歪み成分ｆ３，ｆ４は、３次変調歪み（以下、ＩＭ３という）である。
【００７６】
歪み発生素子１０９の出力信号は、可変位相器１１０で位相が、可変減衰器１１１で振幅が調整され、電力合成器１０８のポートｄに入力される。図２（ｄ）は、ポートｄへの入力信号の周波数スペクトラムを示す図である。ポートｄにおけるスペクトラムは、キャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）と歪み成分（ｆ３，ｆ４）とを含んでいる。
【００７７】
第１の制御回路１１６は、ポートｃにおける信号のキャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）と、ポートｄにおける信号のキャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）とが、等振幅かつ逆位相となるように可変位相器１１０、可変減衰器１１１を制御する。結果、電力合成器１０８によって、キャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）が抑圧されるので、電力合成器１０８の出力信号は、歪み成分（ｆ３，ｆ４）のみとなる。
【００７８】
電力合成器１０８の出力信号は、可変位相器１１２で位相を、可変減衰器１１３で振幅を調整され、方向性結合器１１４で２分配される。
【００７９】
方向性結合器１１４は、入力する信号を２分配する。その一方の信号は、電力合成器１０５のポートｅに入力される。図２（ｅ）は、ポートｅへの入力信号の周波数スペクトラムを示す図である。このように、ポートｅには、歪み成分（ｆ３，ｆ４）のみの信号が入力される。
【００８０】
方向性結合器１１４で２分配された他方の信号は、第１のレベル検波器１１５によって、その平均電力レベルが検出され、第１の制御回路１１６に入力される。第１の制御回路１１６は、第１のレベル検波器１１５の検波結果に応じて制御電圧を発生し、可変位相器１１０、可変減衰器１１１の制御端子に入力して、可変位相器１１０の位相量と可変減衰器１１１の減衰量を制御する。第１の制御回路１１６は、ポートｃにおける信号のキャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）と、ポートｄにおける信号のキャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）とが、等振幅かつ逆位相となるように可変位相器１１０、可変減衰器１１１を制御する。
【００８１】
電力合成器１０５は、ポートｂへの信号とポートｅへの信号とを合成して、ポートｆから出力する。ポートｆからの信号は、電力増幅器１１７に入力される。図２（ｆ）は、ポートｆからの出力信号の周波数スペクトラムを示す図である。図２（ｆ）に示すように、ポートｆにおけるスペクトラムは、キャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）と歪み成分（ｆ３，ｆ４）とを含んでいる。
【００８２】
電力増幅器１１７は、複数のキャリア周波数（たとえば、（ｆ１，ｆ２））を持つ信号が入力されると、その非線形性のために、キャリア周波数の他にキャリア周波数の信号間の相互変調による歪み成分（たとえば、（ｆ３，ｆ４））を含んだ信号を出力する。図２（ｇ）は、歪み補償がなされない状況において、電力増幅器１１７から出力される信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【００８３】
電力増幅器１１７からの出力信号は、方向性結合器１１８によって２分配され、一方が第２のレベル検波器１１９に入力される。第２のレベル検波器１１９は、入力される信号を検波して、入力信号の瞬時電力レベルおよび平均電力レベルを検出し、第２の制御回路１２０に入力する。
【００８４】
一方、方向性結合器１２１によって２分配された他方の電気信号は、ピークファクタ検波器１２２に入力される。ピークファクタ検波器１２２は、入力される信号を検波してＰＡＲを検出し、第２の制御回路１２０に入力する。
【００８５】
第２の制御回路１２０は、ピークファクタ検波器１２２から入力されるＰＡＲに基づいて、可変位相器１１２および可変減衰器１１３の制御を切り替える基準電力を求め、第２のレベル検波器１１９から出力される平均電力レベルに応じて、予め設定されている最適条件に合致するように、可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を制御する。
【００８６】
方向性結合器１１８によって２分配された他方の信号が、出力端子１０２から出力される。図２（ｈ）は、出力端子１０２における信号の周波数スペクトラムを示す図である。図２（ｈ）に示すように、第２の制御回路１２０による制御によって、電力増幅器１１７からは、歪み成分が抑圧されたキャリア周波数成分のみの信号が出力されることとなる。
【００８７】
以下、第２の制御回路１２０による制御方法について詳しく説明する。図３は、電力増幅器１１７単体の歪み特性、および等振幅かつ逆位相の歪み信号を入力した場合の電力増幅器１１７の歪み特性を示す図である。図３に示すグラフの横軸は、電力増幅器１１７の平均出力電力を示す。縦軸は、電力増幅器１１７の出力する信号の歪み成分（ＩＭ３）のレベルを示す。
【００８８】
図３には、キャリア周波数（ｆ１，ｆ２）を持つ信号のみが入力された場合に電力増幅器１１７が発生する歪み信号（ＩＭ３）のキャリア信号に対する相対レベル（図３中、上側点線：増幅器単体と表記）、および、キャリア周波数（ｆ１，ｆ２）を持つ信号の他、発生する歪みと等振幅かつ逆位相の信号が入力された場合に電力増幅器１１７が発生する歪み信号（ＩＭ３）のキャリア信号に対する相対レベル（図３中、下側点線：等振幅・逆位相と表記）が示されている。
【００８９】
なお、本実施形態において、キャリア信号のみが入力された場合に電力増幅器１１７が発生する歪み信号と電力増幅器１１７に入力する歪み信号とが等振幅であるといった場合、電力増幅器１１７に入力する歪み成分（ｆ３，ｆ４）の振幅レベルが、図２（ｇ）に示す歪み成分（ｆ３，ｆ４）のキャリア成分（ｆ１，ｆ２）に対する相対レベルと等しいことを意味するものとする。以下では、簡単のために、単に、等振幅であるということにする。また、図３や図５（後述）に示す縦軸は、キャリア成分に対する相対レベル表記となっている。
【００９０】
図３に示すように、電力増幅器１１７が入力信号のＰＡＲより大きなバックオフで動作している場合、つまり、電力増幅器１１７の出力電力がＢ（＝飽和電力Ａ−ＰＡＲ）未満である場合（図３に示す第１の領域の場合）、電力増幅器１１７に入力する歪み信号の振幅および位相を、電力増幅器１１７が発生する歪み信号の振幅および位相と等振幅かつ逆位相とすることによって、電力増幅器１１７は、例えば、歪みを約２０ｄＢ以上の抑圧することができる。
【００９１】
ところが、電力増幅器１１７が入力信号のＰＡＲより小さなバックオフで動作している場合、つまり、電力増幅器１１７の出力電力がＢ（＝飽和電力Ａ−ＰＡＲ）以上である場合（図３に示す第２の領域の場合）、等振幅・逆位相という条件であっても、電力増幅器１１７による歪み抑圧量は激減してしまい、電力増幅器１１７は、歪み抑圧することができなくなる。
【００９２】
そこで、第１の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器は、図３に示した第２の領域において、電力増幅器１１７に入力される歪み信号の振幅および位相を、電力増幅器１１７で発生する歪み成分と等振幅かつ逆位相にするのではなく、予め求められている最適条件に合致した振幅および位相にすることによって、第１の領域での歪み抑圧量と同程度の歪み抑圧量を得る。
【００９３】
以下、図４および図５を参照して、歪み抑圧の原理について説明する。図４は、電力増幅器１１７で発生する歪み信号が最大に抑圧されるための最適条件を示した図である。図４において、横軸は、電力増幅器１１７の平均出力電力を示す。縦軸は、歪み信号の最大抑圧が可能な電力増幅器１１７に入力すべき歪み信号について、当該歪み信号の振幅および位相が、電力増幅器１１７に歪み信号を入力しなかった場合に発生する歪み信号の振幅および位相と比べどの程度の差があるかを示している。なお、縦軸に示す振幅差および位相差は、電力増幅器１１７に入力される歪み信号の振幅および位相から、電力増幅器１１７に歪み信号を入力しなかった場合に発生する歪み信号の振幅および位相を、それぞれ引いた値である。なお、電力増幅器１１７に歪み信号の入力がなかった場合に発生する歪み信号の振幅および位相は予め分かるので、当該振幅および位相に対して、どの程度の差があれば、最も歪み抑圧されるかを、具体的な値に基づいて一つ一つシミュレーションすることによって、図４に示す最適条件が求まることとなる。
【００９４】
図４に示すように、第１の領域における最適条件の変化は緩やかである。一方、第２の領域における最適条件の変化は急峻である。
【００９５】
図５は、図４に示す振幅差および位相差に基づいて歪み信号を入力した場合に電力増幅器１１７で発生する歪み信号のレベルを、図３のグラフに重ね合わせた図である。なお、図５において、実線で示す値が、最適条件で発生する歪み信号のレベルを示している。
【００９６】
図５に示すように、最適条件に合致する歪み信号が電力増幅器１１７に入力されると、電力増幅器１１７で発生する歪み信号は、他の場合と比べ最大に抑圧される。
【００９７】
図４に示すように、第１の領域において、電力増幅器１１７に入力すべき歪み信号の最適条件は、振幅差および位相差が共に約０ｄＢ、約１８０°となることである。この場合、図５に示すように、電力増幅器１１７で発生する歪み信号は、等振幅かつ逆位相の場合よりも若干抑圧される程度で、等振幅かつ逆位相の場合とほぼ同程度となる。
【００９８】
第１の領域において、電力増幅器１１７が入力信号を増幅する場合、入力信号の瞬時ピーク電力が増幅されても、その出力電力は、飽和電力以下となる。したがって、電力増幅器１１７に入力する歪み信号の振幅および位相を、電力増幅器１１７で発生する歪み信号の振幅および位相に対して、等振幅かつ逆位相となるようにしても、発生する歪み信号が期待通りにキャンセルされることとなる。ゆえに、図５に示すように、第１の領域では、入力する歪み信号の振幅および位相を最適条件にした場合（実線）と、入力する歪み信号を等振幅かつ逆位相にした場合（破線）とでは、同程度の大きな歪み抑圧量となる。
【００９９】
図４に示すように、第２の領域において、振幅差は最大で約３ｄＢ、位相差は最大で約−１７４°となる。この場合、図５に示すように、歪み抑圧量は、第１の領域と同程度の２０ｄＢ以上となる。
【０１００】
第２の領域において、入力信号の瞬時ピーク電力が増幅された場合、増幅後の電力は、電力増幅器１１７の飽和電力まで達し、理想通りに増幅されることなく飽和してしまう。そのため、電力増幅器１１７に入力する歪み信号を等振幅かつ逆位相となるようにしても、歪み成分はキャンセルされない。したがって、大きな歪み抑圧量は得られない。そこで、第２の領域においては、入力する歪み信号を等振幅かつ逆位相とするのではなく、図４に示すように等振幅かつ逆位相からずれている最適条件の歪み信号を電力増幅器１１７に入力することによって、第１の領域と同程度の歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【０１０１】
次に、図４に示す最適条件に合致した歪み信号を電力増幅器１１７に入力するための方法について説明する。
まず、ピークファクタ検波器１２２は、入力信号を検波してＰＡＲを検出し、そのＰＡＲに応じた信号を第２の制御回路１２０に入力する。第２のレベル検波器１１９は、電力増幅器１１７の出力信号の瞬時電力および平均電力を検出し、そのレベルに応じた信号を第２の制御回路１２０に入力する。
【０１０２】
ここで、たとえば、入力信号がＷ−ＣＤＭＡ方式で変調された信号であると想定して、ピークファクタ検波器１２２でＰＡＲを検出するための方法、およびレベル検波器１１９で瞬時電力を検出するための方法について、図６を用いて説明する。
【０１０３】
Ｗ−ＣＤＭＡ方式の変調速度（チップレート）は３．８４Ｍｃｐｓであるので、１周期の時間は、２６０ｎｓｅｃとなる。例えば、図６に示すように包絡線の１周期において、１６点のサンプル点を設けると、サンプル点間の時間間隔は、１６．３ｎｓｅｃとなる。つまり、包絡線の１周期で１６点の瞬時電力を検出するために、ピークファクタ検波器１２２および第２のレベル検波器１１９は、１６．３ｎｓｅｃ間隔で検波する必要がある。図６に示すように、１周期においてサンプル点を１６点以上設けることによって、ほぼ元の波形が再現される。
【０１０４】
第２の制御回路１２０は、ピークファクタ検波器１２２から出力された信号を用いて、あらかじめメモリに格納されている電力増幅器１１７の飽和出力電力（図３における電力Ａに相当）と入力信号のＰＡＲとの差を算出する。算出した差の値は、図３における電力Ｂに相当する数値であり、以下、これを基準電力Ｂという。
【０１０５】
次に、第２の制御回路１２０は、第２のレベル検波器１１９から出力された信号を用いて、基準電力Ｂと検出された平均出力電力とを比較する。電力増幅器１１７の平均出力電力が基準電力Ｂより小さい場合（図３における第１の領域に相当）、第２の制御回路１２０は、第２のレベル検波器１１９で検出した平均電力に対応する位相量および減衰量となるように、可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御する。
【０１０６】
一方、電力増幅器１１７の平均出力電力が基準電力Ｂより大きい場合（図３における第２の領域に相当）、第２の制御回路１２０は、第２のレベル検波器１１９で検出した瞬時電力に対応する振幅差および位相差で、可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御する。
【０１０７】
図７は、第２の制御回路１２０の動作を示すフローチャートである。以下、図７を参照しながら、第２の制御回路１２０の動作について詳しく説明する。図７において、Ｐｍは電力増幅器１１７の平均出力電力を示し、Ｐｓは電力増幅器１１７の瞬時出力電力を示す。また、Ｐｓａｔは電力増幅器１１７の飽和出力電力（図３の電力Ａに相当）を示し、Ｐは基準電力Ｂ（図３の電力Ｂに相当）を示す。
【０１０８】
まず、第２の制御回路１２０は、ピークファクタ検波器１２２が検波した入力信号のＰＡＲを取得する（ステップＳ１０１）。次に、第２の制御回路１２０は、第２のレベル検波器１１９が検出した信号の平均電力および瞬時電力を取得（ステップＳ１０２）。
【０１０９】
次に、第２の制御回路１２０は、取得した平均電力および瞬時電力に基づいて、電力増幅器１１７の平均出力電力Ｐｍおよび瞬時出力電力Ｐｓを算出する（ステップＳ１０３）。
【０１１０】
次に、第２の制御回路１２０は、予めメモリに格納されている電力増幅器１１７の飽和出力電力とピークファクタ検波器１２２から取得したＰＡＲとの差の電力値Ｐを求める（ステップＳ１０４）。この電力値Ｐが、基準電力Ｂに相当する。
【０１１１】
次に、第２の制御回路１２０は、電力増幅器１１７の平均出力電力Ｐｍが電力値Ｐ（基準電力Ｂ）よりも小さいか否かを判断する（ステップＳ１０５）。ＰｍがＰよりも小さい場合、第２の制御回路１２０は、平均出力電力Ｐｍに基づいて、最適条件にあった位相差および振幅差を求め、当該位相差および振幅差となるように、可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を制御し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１の動作に戻る。ＰｍがＰより小さいということは、平均出力電力が第１の領域であることを意味する。第１の領域の場合、瞬時電力のサンプリングタイミングで可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御しなくても、歪み信号を抑圧することが可能となるので、この場合、第２の制御回路１２０は低速制御となる。ステップＳ１０６において、第２の制御回路１２０は、メモリに格納されている最適条件を示したデータテーブル（以下、最適条件データテーブルという）を参照して、現在の平均電力に相当する振幅差および位相差となるように、可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を調整する。
【０１１２】
一方、ＰｍがＰ以上の場合、第２の制御回路１２０は、瞬時出力電力Ｐｓに基づいて、最適条件データテーブルを参照し、最適条件にあった位相差および振幅差を求め、当該位相差および振幅差となるように、可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を制御し（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１の動作に戻る。ＰｍがＰ以上であるということは、平均出力電力が第２の領域であることを意味する。第２の領域の場合、瞬時電力のタイミングで可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御することによって、歪み信号を抑圧することが可能となる。したがって、この場合、第２の制御回路１２０は、高速制御である必要がある。
【０１１３】
このように、第１の実施形態では、電力増幅器１１７に入力する歪み信号の位相および振幅を、第１の領域側では平均電力の値で調整し、第２の領域側では瞬時電力の値で調整するので、飽和電力付近においても、２０ｄＢ以上の歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【０１１４】
また、第１の実施形態では、電力増幅器１１７の出力電力のレベルに応じて、瞬時電力に基づく高速制御と、平均電力に基づく低速制御とを使い分けることとなるので、全ての電力レベルにおいて包絡線の瞬時電力に基づいて制御するのと比べ、制御回数を減少させることが可能となる。
【０１１５】
通常、電力増幅器１１７の出力信号の電力レベルが小さい場合、包絡線の瞬時電力レベルが非常に小さくなり、雑音に埋もれてしまい、正しくその電力レベルを検出できない場合がある。しかし、第１の実施形態では、平均電力を検出して、電力増幅器１１７に入力する歪み成分の位相および振幅を調整するので、電力増幅器１１７からの出力信号の電力レベルが小さい場合でも、正しい電力レベル値を検出することができ、結果、大きな歪み抑圧量を得ることが可能となる。
【０１１６】
なお、第１の実施形態において、第１のレベル検波器１１５は、瞬時電力を検出してもよい。また、第１のレベル検波器１１５は、瞬時電力と平均電力との両方を検出してもよい。このような場合でも、上記第１の実施形態の場合と同様の効果が得られる。
【０１１７】
なお、第１の実施形態において、第２のレベル検波器１１９は瞬時電力と平均電力との両方を検出するとしたが、ピークファクタ検波器１２２でも瞬時電力を検出しているので、第２のレベル検波器１１９は、平均電力のみを検出し、第２の制御回路１２０は、ピークファクタ検波器１２２が検出する瞬時電力を用いて制御するようにしてもよい。この場合、例えば、第２の制御回路１２０のデータテーブルは、ピークファクタ検波器１２２で検出したＰＡＲおよび瞬時電力と第２のレベル検波器１１９で検出した平均出力電力とを用いて構成される。第２の制御回路１２０は、歪み抑圧量が最大となるように可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を制御する。以上の場合でも、本実施形態と同様の効果が得られる。
【０１１８】
なお、第１の実施形態では、第１の制御回路１１６と第２の制御回路１２０とは別々のものと構成したが、一つの制御回路で実現してもよい。この場合、可変位相器１１０および可変減衰器１１１の制御について、図４に示す第１の領域においては平均電力を用いてキャリア信号の振幅および位相を制御し、第２の領域においては瞬時電力を用いてキャリア信号の振幅および位相制御してもよい。以上の場合でも、本実施形態と同様の効果が得られる。また、キャリア信号の振幅および位相を調整するためデータテーブルを共通化することができるので、データテーブルの量を削減できる効果も得られる。
【０１１９】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。図８において、第１の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器と同一の機能を有する部分については、同一の参照符号を付し、説明を省略することとする。以下、第１の実施形態と異なる箇所のみについて説明する。
【０１２０】
第１の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器において、方向性結合器１２１の出力端子の一方は、電力分配器１０３の入力端子であるポートａに接続され、その他方は、ピークファクタ検波器１２２に接続されていた。第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器では、方向性結合器１２１の出力端子の他方に、ピークファクタ検波器１２２の代わりに、第２のレベル検波器１３０が接続される。第２のレベル検波器１３０の出力端子は、第２の制御回路１４０に接続されている。
【０１２１】
また、第１の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器では、電力増幅器１１７の出力が方向性結合器１１８を介して第２のレベル検波器１１９に接続されていた。第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器では、電力増幅器１１７の出力は、直接出力端子１０２に接続されるのみである。
【０１２２】
以下、第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器の動作について説明する。
入力端子１０１に入力された信号は、方向性結合器１２１で２分配される。２分配された一方の信号は、第２のレベル検波器１３０に入力される。第２のレベル検波器１３０は、入力する信号の包絡線の瞬時電力レベルを検出し、検出結果を第２の制御回路１４０に入力する。
【０１２３】
第２の制御回路１４０は、第２のレベル検波器１３０からの検出結果に基づいて、最適条件データテーブルを参照し、可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を決定して、可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御する。
【０１２４】
Ｗ−ＣＤＭＡ方式で用いられる信号のように、包絡線が高速に変動する信号において、第１の実施形態のように、出力信号の瞬時電力レベルを検出し、検出結果に基づいて、可変位相器１１２および可変減衰器１１３を制御する場合、第２の制御回路１２０の制御速度が、包絡線の変動速度に追いついていけない場合がある。このような場合、第２の制御回路１２０の制御速度が、包絡線の変動速度と比べて充分高速でないと、充分大きな歪み抑圧量を得ることが困難となる。このことは、Ｗ−ＣＤＭＡやＯＦＤＭのような変調方式や、さらに変調速度が高速な変調方式においては、顕著な問題となる。
【０１２５】
第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器は、入力信号の一部を方向性結合器１２１で取り出し、第２のレベル検波器１３０によって瞬時電力レベルを検出する。したがって、第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器は、入力信号の瞬時電力レベルを検出し、検波した包絡線のその検波点で、歪み信号の位相および振幅を制御することとなる。
【０１２６】
第２の実施形態に係る第２の制御回路１４０は、第２のレベル検波器１３０から出力される瞬時電力レベルに基づいて、予めメモリに格納されている最適条件データテーブルを参照し、歪み抑圧量が最大となるように、可変位相器１１２の位相量および可変減衰器１１３の減衰量を制御する。つまり、第２の制御回路１４０は、図３に示す第１の領域および第２の領域共に、歪み抑圧量が２０ｄＢ以上となるように制御する。
【０１２７】
第２のレベル検波器１３０は、例えば、図６に示すように包絡線の１周期において、１６点以上のサンプル点で検波すれば、入力信号の包絡線を正確に検波することができる。
【０１２８】
このように、第２の実施形態では、入力信号の包絡線が高速に変動する信号においても、信号の包絡線が変動するよりも高速に信号の瞬時電力レベルを検出し、歪み抑圧量が最大となるように制御することができるので、電力増幅器１１７の飽和出力付近においても大きな歪み抑圧量を得ることが可能となる。したがって、高効率動作が可能なプリディストーション回路付き電力増幅器が提供されることとなる。
【０１２９】
なお、第２の実施形態では、可変位相器１１０および可変減衰器１１１は、第１のレベル検波器１１５および第１の制御回路１１６を用いて制御されることとし、可変位相器１１２および可変減衰器１１３は、第２のレベル検波器１３０および第２の制御回路１４０を用いて制御されることとした。ところが、これらは、一つの制御回路によって制御されてもよい。
【０１３０】
図９は、可変位相器１１０，１１２、可変減衰器１１１，１１３を一つの制御回路１６０によって制御する場合のプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。
【０１３１】
図９に示すプリディストーション回路付き電力増幅器では、図８に示す方向性結合器１１４、第１のレベル検波器１１５、第１の制御回路１１６を用いる必要がなく、回路の小型化が実現でき、キャリア信号の振幅および位相を調整するためのデータテーブルと歪み信号の振幅および位相を調整するためのデータテーブルとを共通化することができるので、必要なデータテーブルのサイズを削減することが可能となる。
【０１３２】
この場合、制御回路１６０は、レベル検波器１５０で検波した瞬時電力を用いて、電力合成器１０８のポートｃにおける信号のキャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）と、ポートｄにおける信号のキャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）とが、等振幅かつ逆位相となるように可変位相器１１０、可変減衰器１１１を調整する。結果、キャリア周波数成分（ｆ１，ｆ２）が抑圧され、電力合成器１０８の出力信号は、歪み成分（ｆ３，ｆ４）のみとなる。
【０１３３】
また、制御回路１６０は、レベル検波器１５０で検波した瞬時電力を用いて、電力増幅器１１７に入力される歪み信号を等振幅かつ逆位相とするのではなく、図４に示すように歪み抑圧量が最大となるように、最適条件に基づいて、可変位相器１１２、可変減衰器１１３の位相量と減衰量を制御する。図９に示すプリディストーション回路付き電力増幅器でも、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【０１３４】
なお、第１および第２の実施形態では、歪み発生素子１０９および電力増幅器１１７を電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）としたが、両者ともバイポーラトランジスタであるとしてもよい。また、歪み発生素子１０９は、ダイオードであってもよい。以上の場合でも、同様の効果が得られる。
【０１３５】
なお、第１および第２の実施形態では、遅延回路１０４，１０７は、セミリジットケーブル等の同軸ケーブルであるとしたが、遅延フィルタ、もしくは例えばマイクロストリップ線路のような伝送線路であるとしてもよい。また、例えば、遅延回路１０４，１０７は、可変遅延フィルタのように、遅延時間を変化させることができる遅延回路であるとしてもよい。以上の場合でも、同様の効果が得られる。
【０１３６】
なお、第１および第２の実施形態において、各制御回路は、最適条件が格納されたメモリを参照しながら、制御することとしたが、高速化を実現するために数値演算を用いて制御するようにしてもよい。以上の場合でも、同様の効果が得られる。
【０１３７】
以上述べたところから明らかなように、本発明は、電力増幅器の飽和出力付近においても、大きな歪み補償量を得ることが可能なプリディストーション回路付き電力増幅器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。
【図２】図１に示したプリディストーション回路付き電力増幅器の主要部における信号の周波数スペクトラムを示す図である。
【図３】電力増幅器１１７単体の歪み特性、および等振幅かつ逆位相の歪み信号を入力した場合の電力増幅器１１７の歪み特性を示す図である。
【図４】電力増幅器１１７で発生する歪み信号が最大に抑圧されるための最適条件を示した図である。
【図５】図４に示す振幅差および位相差に基づいて歪み信号を入力した場合に電力増幅器１１７で発生する歪み信号のレベルを、図３のグラフに重ね合わせた図である。
【図６】ピークファクタ検波器１２２でＰＡＲを検出するための方法、およびレベル検波器１１９で瞬時電力を検出するための方法を説明するための図である。
【図７】第２の制御回路１２０の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係るプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。
【図９】可変位相器１１０，１１２、可変減衰器１１１，１１３を一つの制御回路１６０によって制御する場合のプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。
【図１０】従来のプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。
【図１１】従来のプリディストーション回路付き電力増幅器の構成を示す図である。
【図１２】変調信号の包絡線の時間波形の変化を示す図である。
【符号の説明】
１０１入力端子
１０２出力端子
１０３，１０６電力分配器
１０４，１０７遅延回路
１０５，１０８電力合成器
１０９歪み発生素子
１１０，１１２可変位相器
１１１，１１３可変減衰器
１１４，１１８，１２１方向性結合器
１１５第１のレベル検波器
１１９，１３０第２のレベル検波器
１５０レベル検波器
１１６第１の制御回路
１２０，１４０第２の制御回路
１６０制御回路
１１７電力増幅器
１２２ピークファクタ検波器

Claims

信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を増幅する増幅部と、
前記入力信号が入力され、前記増幅部による増幅の際に発生する歪み信号と同一の周波数の歪み信号を発生し、前記増幅部に入力する歪み発生部と、
前記入力信号を検波して瞬時電力を検出する第１の検波部と、
前記増幅部からの出力信号を検波して瞬時電力および平均電力を検出する第２の検波部と、
前記歪み発生部が発生する歪み信号の振幅および位相を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第１の検波部が検出した瞬時電力に基づいて、制御切り替えの境界となる基準電力を求め、前記基準電力に比べ前記増幅部の平均出力電力が大きい場合、瞬時電力に基づいて前記歪み発生部を制御し、前記基準電力に比べ前記増幅部の平均出力電力が小さい場合、平均電力に基づいて前記歪み発生部を制御することを特徴とする、プリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１の検波部は、前記入力信号を検波してピークファクタを検出し、
前記制御部は、前記増幅部の飽和出力電力から前記ピークファクタを差し引いた値を前記基準電力とすることを特徴とする、請求項１に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記制御部は、前記増幅部の平均出力電力が前記基準電力より大きい場合、前記歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相を、前記増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、前記増幅部からの出力信号の瞬時電力に応じて制御することを特徴とする、請求項２に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記制御部は、前記増幅部の平均出力電力が前記基準電力より小さい場合、前記歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相が前記増幅部で発生する歪み信号と等振幅かつ逆位相となるように、前記増幅部からの出力信号の平均電力に応じて制御することを特徴とする、請求項２に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記制御部は、前記増幅部の平均出力電力が前記基準電力より小さい場合、前記歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相を、前記増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、前記増幅部からの出力信号の平均電力に応じて制御することを特徴とする、請求項２に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を分配する第１の電力分配器と、
前記第１の電力分配器の出力信号を分配する第２の電力分配器と、
前記第２の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路と、
前記第２の電力分配器によって分配された他方の出力信号をさらに分配する第３の電力分配器と、
前記第３の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路と、
前記第３の電力分配器によって分配された他方の出力信号を入力することで歪み信号を発生する歪み発生素子と、
前記歪み発生素子からの出力信号の位相を調整する第１の可変位相器と、
前記第１の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第１の可変減衰器と、
前記第１の可変減衰器からの出力信号と前記第２の遅延回路からの出力信号とを合成する第１の電力合成器と、
前記第１の電力合成器からの出力信号の位相を調整する第２の可変位相器と、
前記第２の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第２の可変減衰器と、
前記第２の可変減衰器からの出力信号を分配する第４の電力分配器と、
前記第４の電力分配器からの出力信号と前記第１の遅延回路からの出力信号とを合成する第２の電力合成器と、
前記第４の電力分配器からの出力信号のレベルを検出する第１のレベル検波器と、
前記第１のレベル検波器のレベル検出結果に基づいて制御信号を生成する第１の制御回路と、
前記第２の電力合成器からの出力信号を増幅する電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力信号を分配する第５の電力分配器と、
前記第５の電力分配器からの出力信号を検波して瞬時電力レベルと平均電力レベルとを検出する第２のレベル検波器と、
前記第１の電力分配器によって分配された他方の出力信号を検波してピークファクタを検出するピークファクタ検波器と、
前記第２のレベル検波器による検出結果と前記ピークファクタ検波器による検出結果とに基づいて制御信号を生成する第２の制御回路とを備え、
前記第１の制御回路からの制御信号によって、前記第１の可変位相器および前記第１の可変減衰器が制御され、
前記第２の制御回路からの制御信号によって、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器が制御されることを特徴とする、プリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルを検出する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１のレベル検波器は、平均電力レベルを検出する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルおよび平均電力レベルを検出する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１の制御回路は、前記第１の電力合成器からの出力信号のキャリア成分が最小となるように、前記第１の可変位相器および前記第１の可変減衰器を制御する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第２の制御回路は、前記第２のレベル検波器の検出結果から求められる平均出力電力の大きさに応じて、瞬時電力に基づいて制御するか、または平均電力に基づいて制御する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第２の制御回路は、前記第１の電力増幅器の飽和出力電力から前記第１のピークファクタ検波器で検出したピークファクタを引いた電力値に対し、前記第２のレベル検波器で検出した平均電力から求めた前記電力増幅器の平均出力電力がそれより大きい場合、前記電力増幅器から出力される歪み信号の抑圧量が最大となるように、前記電力増幅器からの出力信号の瞬時電力に応じて、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器を制御する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第２の制御回路は、前記第１の電力増幅器の飽和出力電力から前記第１のピークファクタ検波器で検出したピークファクタを引いた電力値に対し、前記第２のレベル検波器で検出した平均電力から求めた前記電力増幅器の平均出力電力がそれより小さい場合、前記電力増幅器に入力される歪み信号が前記電力増幅器で発生する歪み信号と等振幅かつ逆位相となるように、前記電力増幅器からの出力信号の平均電力に応じて、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器を制御する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第２の制御回路は、前記第１の電力増幅器の飽和出力電力から前記第１のピークファクタ検波器で検出したピークファクタを引いた電力値に対し、前記第２のレベル検波器で検出した平均電力から求めた前記電力増幅器の平均出力電力がそれより小さい場合、前記電力増幅器から出力される歪み信号の抑圧量が最大となるように、前記電力増幅器からの出力信号の平均電力に応じて、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器を制御する、請求項６に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を増幅する増幅部と、
前記入力信号が入力され、前記増幅部による増幅の際に発生する歪み信号と同一の周波数の歪み信号を発生し、前記増幅部に入力するする歪み発生部と、
前記入力信号を検波して瞬時電力を検出する検波部と、
前記検波器が検出した瞬時電力に基づいて、前記歪み発生部が発生する歪み信号の振幅および位相を制御する制御部とを備える、プリディストーション回路付き電力増幅器。
前記制御部は、前記増幅部での歪み抑圧量が最大となるように、前記歪み発生部で発生させる歪み信号の振幅および位相を制御することを特徴とする、請求項１５に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を分配する第１の電力分配器と、
前記第１の電力分配器によって分配された一方の出力信号をさらに分配する第２の電力分配器と、
前記第２の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路と、
前記第２の電力分配器によって分配された他方の出力信号をさらに分配する第３の電力分配器と、
前記第３の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路と、
前記第３の電力分配器によって分配された他方の出力信号を入力することで歪み信号を発生する歪み発生素子と、
前記歪み発生素子からの出力信号の位相を調整する第１の可変位相器と、
前記第１の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第１の可変減衰器と、
前記第１の可変減衰器からの出力信号と前記第２の遅延回路からの出力信号とを合成する第１の電力合成器と、
前記第１の電力合成器からの出力信号の位相を調整する第２の可変位相器と、
前記第２の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第２の可変減衰器と、
前記第２の可変減衰器からの出力信号を分配する第４の電力分配器と、
前記第４の電力分配器からの出力信号と前記第１の遅延回路からの出力信号とを合成する第２の電力合成器と、
前記第４の電力分配器からの出力信号のレベルを検出する第１のレベル検波器と、
前記第１のレベル検波器のレベル検出結果に基づいて出力信号をもとに制御信号を生成する第１の制御回路と、
前記第２の電力合成器からの出力信号を増幅する電力増幅器と、
前記第１の電力分配器からの出力信号の瞬時電力レベルを検出する第２のレベル検波器と、
前記第２のレベル検波器のレベル検出結果に基づいて制御信号を生成する第２の制御回路とを備え、
前記第１の制御回路からの制御信号によって、前記第１の可変位相器および前記第１の可変減衰器が制御され、
前記第２の制御回路からの制御信号によって、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器が制御されることを特徴とする、プリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルを検出する、請求項１７に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１のレベル検波器は、平均電力レベルを検出する、請求項１７に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１のレベル検波器は、瞬時電力レベルおよび平均電力レベルを検出する、請求項１７に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第１の制御回路は、前記第１の電力合成器からの出力信号のキャリア成分が最小となるように、前記第１の可変位相器および前記第１の可変減衰器を制御する、請求項１７に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
前記第２の制御回路は、前記第２のレベル検波器が検出した瞬時電力レベルに基づいて、前記電力増幅器での歪み抑圧量が最大となるように、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器を制御する、請求項１７に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。
信号を増幅すると共に、当該信号を増幅する際に発生する歪み信号を抑圧するためのプリディストーション回路付きの電力増幅器であって、
入力信号を分配する第１の電力分配器と、
前記第１の電力分配器によって分配された一方の出力信号をさらに分配する第２の電力分配器と、
前記第２の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路と、
前記第２の電力分配器によって分配された他方の出力信号をさらに分配する第３の電力分配器と、
前記第３の電力分配器によって分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路と、
前記第３の電力分配器によって分配された他方の出力信号を入力することで歪み信号を発生する歪み発生素子と、
前記歪み発生素子からの出力信号の位相を調整する第１の可変位相器と、
前記第１の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第１の可変減衰器と、
前記第１の可変減衰器からの出力信号と前記第２の遅延回路からの出力信号とを合成する第１の電力合成器と、
前記第１の電力合成器からの出力信号の位相を調整する第２の可変位相器と、
前記第２の可変位相器からの出力信号の振幅を調整する第２の可変減衰器と、
前記第２の可変減衰器からの出力信号と前記第１の遅延回路からの出力信号とを合成する第２の電力合成器と、
前記第２の電力合成器からの出力信号を増幅する電力増幅器と、
前記第１の電力分配器からの出力信号の瞬時電力レベルを検出するレベル検波器と、
前記レベル検波器からのレベル検出結果に基づいて、制御信号を生成する制御回路とを備え、
前記制御回路からの制御信号によって、前記第１および第２の可変位相器、ならびに前記第１および第２の可変減衰器が制御される、プリディストーション回路付き電力増幅器。
前記制御回路は、前記レベル検波器が検出した瞬時電力レベルに基づいて、前記電力増幅器での歪み抑圧量が最大となるように、前記第２の可変位相器および前記第２の可変減衰器を制御する、請求項２３に記載のプリディストーション回路付き電力増幅器。