JP2005269350A - フィードフォワード増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】 入力信号の周波数帯域が広帯域である場合や、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合でも、高い精度で歪補償を行えるフィードフォワード増幅器を提供する。
【解決手段】 第１および第２のパイロット信号生成器２２、２３は、それぞれ、異なる信号レベルに設定された第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２を生成する。２つのパイロット信号は、主増幅器７の入力部に供給される。パイロット信号検波器２０は、電力合成器４より出力される信号に含まれる第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルを検出する。ベクトル調整器１２は、検出された残留信号レベルに応じて、電力合成器１０から出力された信号の振幅および位相を調整する。信号レベルが高い方の歪信号に、信号レベルが相対的に高いパイロット信号が割り当てられているので、高い精度で歪信号を抑圧できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、フィードフォワード増幅器に関し、より特定的には、移動体通信機器の基地局に設けられる送信電力増幅器などに用いられるフィードフォワード増幅器に関する。

近年、移動体通信機器の基地局に設けられる送信電力増幅器として、フィードフォワード方式による歪補償を行う高出力線形電力増幅器が用いられている。また、近年、帯域幅の広いＣＤＭＡ（Ｃｏｄｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ）方式が携帯電話の変調方式として採用されるなど、広帯域にわたる歪補償が必要とされる場合が増加している。

図６は、移動体通信機器の基地局の一例を示すブロック図である。図６において、送受信アンテナ６０１は、電波の送信および受信を行うアンテナである。送受信共用器６０２は、送信電力増幅器ＦＦＡＭＰから出力されたＲＦ送信信号を送受信アンテナ６０１へ供給する機能と、送受信アンテナ６０１から入力されたＲＦ受信信号を受信増幅器６０３へ供給する機能とを有する。受信増幅器６０３はＲＦ受信信号を増幅し、送信電力増幅器ＦＦＡＭＰはＲＦ送信信号を増幅する。無線回路部６０４は、受信増幅器６０３から出力された信号を準同期検波し、Ａ／Ｄ変換してベースバンド信号処理部６０５へ伝送する機能と、ベースバンド信号処理部６０５から拡散された信号をＤ／Ａ変換し、直交変調によりＲＦ信号に変換する機能とを有する。ベースバンド信号処理部６０５は、送信データの拡散および受信信号の逆拡散などの処理を行う。有線インターフェース部６０６は、外部に設けられた機器（例えば、交換機）との間で有線通信を行うためインターフェースを提供する。送信電力増幅器ＦＦＡＭＰには、従来から、フィードフォワード増幅器が用いられる。

図７は、従来のフィードフォワード増幅器の一例を示すブロック図である。図７に示すフィードフォワード増幅器は、信号の増幅機能に加えて、増幅によって発生する歪信号の抑圧機能を有している。これにより、送信信号の広帯域化が実現されている。

図７に示すフィードフォワード増幅器は、概ね以下のように動作する。入力端子１からは、複数のキャリア信号を含んだ入力信号が入力され、この入力信号は主増幅器７で増幅される。主増幅器７で信号を増幅すると、増幅された信号には、複数のキャリア信号を含むことに起因する相互変調歪が発生する。この歪信号は、歪信号検出ブロック１４で検出され、歪信号除去ブロック１５で除去される。

歪信号検出ブロック１４は、電力分配器３、ベクトル調整器５、電力合成器６、主増幅器７、遅延回路８、電力分配器９および電力合成器１０を含んでいる。電力分配器３および９によって、入力信号の一部と増幅された信号の一部とが抽出され、これら２つの信号は、電力合成器１０で合成される。また、ベクトル調整器５および遅延回路８は、これら２つの信号に含まれるキャリア信号成分を同振幅かつ逆位相になるように設定される。これにより、電力合成器１０では、これら２つの信号に含まれるキャリア信号成分同士が相殺される。したがって、電力分配器９のポートｅからは、主増幅器７で増幅された信号が出力され、電力合成器１０のポートｉからは、主増幅器７で発生した歪信号成分のみが出力される。

歪信号除去ブロック１５は、電力合成器４、電力分配器９、電力合成器１０、遅延回路１１、ベクトル調整器１２および補助増幅器１３を含んでいる。遅延回路１１およびベクトル調整器１２は、主増幅器７で増幅された信号に含まれる歪信号成分と歪信号検出ブロック１４で検出された歪信号とが同振幅かつ逆位相になるように設定される。また、電力合成器４では、遅延回路１１から出力された信号と補助増幅器１３から出力された信号とが合成される。このようにして、歪信号除去ブロック１５では、主増幅器７で増幅された信号と歪信号検出ブロック１４で検出された歪信号とを合成することにより、主増幅器７で増幅された信号から主増幅器７で発生した歪信号成分が除去される。

温度変化や経年変化に対して、歪信号除去ブロック１５を最適状態に制御するために、図７に示すフィードフォワード増幅器には、第１のパイロット信号生成器１６、第２のパイロット信号生成器１７、電力分配器１９およびパイロット信号検波器２０を含む制御ブロック２１が設けられている。制御ブロック２１では、第１および第２のパイロット信号生成器１６、１７により、周波数が異なり、信号レベルが等しい２つのパイロット信号が生成される。生成された２つのパイロット信号は、電力合成器１８で合成され、合成されたパイロット信号は、電力合成器６を経由して主増幅器７の入力部に供給される。また、電力分配器１９およびパイロット信号検波器２０により、増幅された信号に残留している第１および第２のパイロット信号の信号レベル（以下、残留信号レベルという）が検出され、検出された残留信号レベルに応じて、ベクトル調整器１２を制御する制御信号が出力される。

ベクトル調整器１２は、制御信号に基づき、第１および第２のパイロット信号成分の残留信号レベルが同時に最小になるように、電力合成器１０から出力された信号の振幅および位相を調整する。第１および第２のパイロット信号成分が十分抑圧されていれば、第１および第２のパイロット信号成分に近い周波数で発生する歪信号成分も十分抑圧されているとみなされる。

上述したように、従来のフィードフォワード増幅器では、第１および第２のパイロット信号として、周波数が異なり、信号レベルが等しい２つのパイロット信号が使用される。第１のパイロット信号Ｐ７１は、入力信号の周波数帯域より低い周波数ｆｐ１を有する信号であり、第２のパイロット信号Ｐ７２は、入力信号の周波数帯域より高い周波数ｆｐ２を有する信号である。典型的には、周波数ｆｐ１には、入力信号の周波数帯域より低い周波数で発生する最大レベルの歪信号（以下、低周波側最大歪信号という）の近傍の周波数が選択され、周波数ｆｐ２には、入力信号の周波数帯域より高い周波数で発生する最大レベルの歪信号（以下、高周波側最大歪信号という）の近傍の周波数が選択される。例えば、入力信号に２つのキャリア信号が含まれている場合には、３次相互変調歪ＩＭ３が低周波側最大歪信号および高周波側最大歪信号となる。したがって、この場合、３次相互変調歪ＩＭ３の近傍の周波数が、周波数ｆｐ１およびｆｐ２として選択される。

図８は、第１および第２のパイロット信号成分が同時に最小になるように、ベクトル調整器１２が制御された場合の信号抑圧量の周波数特性の一例を示す図である。図８に示されるように、第１のパイロット信号の周波数（ｆｐ１）の近傍と、第２のパイロット信号の周波数の近傍（ｆｐ２）とでは、信号抑圧量は同程度になる。

近年、基地局に設けられる送信電力増幅器の動作効率を上げるために、フィードフォワード増幅器の主増幅器としてＡＢ級増幅器を使用する場合が多くなっている。図９は、入力信号が２つのキャリア信号を含み、主増幅器がＡＢ級動作するフィードフォワード増幅器において、主増幅器で発生する３次相互変調歪の特性の一例を示す図である。図９に示されるように、主増幅器がＡＢ級動作する場合、２つのキャリア信号の周波数帯域より低い周波数に発生する３次相互変調歪（ＩＭ３Ｌｏｗｅｒ）の信号レベルと、２つのキャリア信号の周波数帯域より高い周波数に発生する３次相互変調歪（ＩＭ３Ｕｐｐｅｒ）の信号レベルとが異なる場合が多い。以下、このように、キャリア信号の周波数帯域より低い周波数と高い周波数とで信号レベルが異なる歪信号を「非対称な歪信号」と呼ぶ。

主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合に、フィードフォワード増幅器における歪補償を行う方法の一つとして、特許文献１に記載されている方法が知られている。この方法では、ただ１つのパイロット信号が使用され、主増幅器で発生する歪信号成分の周波数分布に基づき、歪信号成分の信号レベルがより大きい周波数側にパイロット信号の周波数を変化させることにより歪補償が行われる。
特開２００１−３５８５３８号公報

しかしながら、入力信号の周波数が広帯域である場合、あるいは、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合には、特許文献１に記載された方法では、パイロット信号が入力信号の周波数帯域より低い側または高い側のどちらか一方にだけ挿入されるため、パイロット信号が挿入された側の周波数で発生する歪信号は抑圧されるが、パイロット信号が挿入されない側の周波数に発生する歪信号は十分に抑圧されず、スプリアスとして外部に出力されるという問題がある。これに加えて、特許文献１に記載された方法には、パイロット信号の周波数を変化させる手段が必要であるという問題がある。

また、図７に示す従来のフィードフォワード増幅器では、同じ信号レベルを有する２つのパイロット信号が使用されるため、第１および第２のパイロット信号の近傍の周波数では、信号抑圧量は等しくなる（図８を参照）。このため、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合には、歪信号の信号レベルが大きい側の周波数（例えば、図９では、ＩＭ３Ｌｏｗｅｒ）では、歪信号は十分に抑圧されず、抑圧できなかった歪信号は、スプリアスとして外部に出力される。

図１０（ａ）〜（ｅ）に、図７に示すフィードフォワード増幅器の各ポートにおける信号の周波数スペクトルの一例を示す。図１０（ａ）〜（ｅ）は、入力信号が２つのキャリア信号を含み、主増幅器７で非対称な歪信号が発生する場合について、ポートａ、ｎ、ｄ、ｉおよびｍにおける信号の周波数スペクトルを描いたものである。図１０では、ポートａから入力される信号（図１０（ａ））には、２つのキャリア信号、すなわち、キャリア信号１００１（周波数ｆｃ１）およびキャリア信号１００２（周波数ｆｃ２）が含まれているとする。電力合成器６で第１および第２のパイロット信号を合成することにより、ポートｎから出力される信号（図１０（ｂ））には、同じ信号レベルを有する第１のパイロット信号Ｐ１０１と第２のパイロット信号Ｐ１０２とが含まれる。この信号を主増幅器７で増幅することにより、ポートｄに入力される信号（図１０（ｃ））には、歪信号として、低周波側３次相互変調歪ＤＬ１０を含む低周波側歪信号成分１００３と、高周波側３次相互変調歪ＤＵ１０を含む高周波側歪信号成分１００４とが発生する。主増幅器７で非対称な歪信号が発生するために、低周波側歪信号成分１００３の信号レベルと高周波側歪信号成分１００４の信号レベルとは異なっている。

歪信号検出ブロック１４ではキャリア信号成分が相殺されるので、ポートｉから出力される信号（図１０（ｄ））には、歪信号成分と第１および第２のパイロット信号成分とが含まれる。歪信号除去ブロック１５では、第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルに基づき歪信号成分を除去するが、主増幅器７で非対称な歪信号が発生し、かつ、第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルが同時に最小となるように制御されるので、信号レベルが高い側の歪信号成分は十分に抑圧されない。このため、ポートｍから出力される信号（図１０（ｅ））には、スプリアス１００５が含まれる。このように、従来のフィードフォワード増幅器では、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合には、抑圧できなかった歪信号がスプリアスとして出力されることがある。

それ故に、本発明は、入力信号が広帯域である場合、あるいは、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合においても、高い精度で歪補償を行えるフィードフォワード増幅器を提供することを目的とする。

本発明のフィードフォワード増幅器は、入力信号を増幅する増幅手段と、入力信号の一部と増幅手段において増幅された信号の一部とを合成することにより、増幅手段において発生する歪信号を検出する歪信号検出手段と、歪信号検出手段において検出された歪信号と増幅手段において増幅された信号とを合成することにより、増幅手段において増幅された信号から増幅手段において発生する歪信号を除去する歪信号除去手段と、異なる信号レベルを有する第１および第２のパイロット信号を生成し、増幅手段の入力部または出力部に供給するパイロット信号生成手段と、歪信号除去手段から出力された信号に含まれる第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルを検出する残留パイロット信号検出手段と、残留パイロット信号検出手段において検出された残留信号レベルに応じて、歪信号検出手段から出力された信号の振幅および位相を調整する調整手段とを備える。

この場合、調整手段は、残留パイロット信号検出手段において検出された残留信号レベルが最小となるように、歪信号検出手段から出力された信号の振幅および位相を調整することが好ましい。

また、第１のパイロット信号の周波数は入力信号の周波数より低く、第２のパイロット信号の周波数は入力信号の周波数より高く設定されることが好ましい。

さらに、増幅手段において発生する歪信号のうち、入力信号の周波数より低い側に発生する歪信号の信号レベルが、入力信号の周波数より高い側に発生する歪信号の信号レベルより高い場合には、第１のパイロット信号の信号レベルは、第２のパイロット信号の信号レベルよりも高く設定されることが好ましい。歪信号の信号レベルの大小関係が逆である場合には、パイロット信号の信号レベルの大小関係を逆にすることが好ましい。

また、第１のパイロット信号の信号レベルは、増幅手段において発生する歪信号のうち、入力信号の周波数より低い側に発生する歪信号の最大信号レベル以上であり、かつ、第２のパイロット信号の信号レベルは、増幅手段において発生する歪信号のうち、入力信号の周波数より高い側に発生する歪信号の最大信号レベル以上であることが好ましい。

あるいは、入力信号が複数のキャリア周波数帯域を含む全周波数帯域から選択された一つのキャリア周波数帯域に含まれる複数のキャリア信号を含む場合には、第１のパイロット信号の周波数は全周波数帯域より低い周波数に固定され、第２のパイロット信号の周波数は全周波数帯域より高い周波数に固定されることが好ましい。

特に、増幅手段において発生する歪信号のうち、全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルが、全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルより高い場合には、第１のパイロット信号の信号レベルは、第２のパイロット信号の信号レベルよりも高く設定されることが好ましい。歪信号の信号レベルの大小関係が逆である場合には、パイロット信号の信号レベルの大小関係を逆にすることが好ましい。

本発明のフィードフォワード増幅器によれば、歪信号の信号レベルが高い側に、信号レベルが相対的に高いパイロット信号が割り当てられているので、入力信号の周波数帯域が広帯域である場合や、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合でも、高い精度でフィードフォワード増幅を行うことができる。

また、第１および第２のパイロット信号の周波数を固定することにより、パイロット信号の周波数を変化させる必要がなくなるので、フィードフォワード増幅器の構成が容易となる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフィードフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。図１に示すフィードフォワード増幅器は、入力端子１、出力端子２、電力分配器３、９、１９、電力合成器４、６、１０、１８、ベクトル調整器５、１２、主増幅器７、遅延回路８、１１、補助増幅器１３、第１のパイロット信号生成器２２、第２のパイロット信号生成器２３およびパイロット信号検波器２０を備えている。このうち、電力分配器３、ベクトル調整器５、電力合成器６、主増幅器７、遅延回路８、電力分配器９および電力合成器１０は、歪信号検出ブロック１４を構成する。また、電力合成器４、電力分配器９、電力合成器１０、遅延回路１１、ベクトル調整器１２および補助増幅器１３は、歪信号除去ブロック１５を構成する。さらに、第１のパイロット信号生成器２２、第２のパイロット信号生成器２３、電力合成器１８、電力分配器１９およびパイロット信号検波器２０は、制御ブロック２４を構成する。電力分配器３、９および電力合成器４、６、１０に付された記号ａ〜ｋ、ｍおよびｎは、入力ポートまたは出力ポートを表す。

入力端子１には、複数のキャリア信号を含んだ入力信号が入力される。電力分配器３は、ポートａに入力された信号を２つに分配し、入力信号の一部をポートｃから、残りの信号をポートｂから出力する。ベクトル調整器５は、ポートｂから出力された信号の位相および振幅を調整し、電力合成器６に出力する。第１のパイロット信号生成器２２は、第１のパイロット信号Ｐ１１（周波数ｆｐ１）を生成し、第２のパイロット信号生成器２３は、第２のパイロット信号Ｐ１２（周波数ｆｐ２）を生成する。電力合成器１８は、第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２を合成し、合成後の信号を電力合成器６に出力する。電力合成器６は、ベクトル調整器５から出力された信号に、第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２の合成結果をさらに合成し、合成後の信号をポートｎから出力する。主増幅器７は、ポートｎから出力された信号を増幅し、増幅後の信号を電力分配器９に出力する。電力分配器９は、主増幅器７で増幅された信号を分配し、増幅された信号の一部をポートｆから、残りの信号をポートｅから出力する。遅延回路８は、ポートａ、ｂ、ｄ、ｆおよびｈを通る信号経路における遅延時間と、ポートａ、ｃおよびｇを通る信号経路における遅延時間とが等しくなるように、電力分配器３から出力された信号を遅延させる。

電力分配器９のポートｆから出力された信号は、電力合成器１０のポートｈに入力され、遅延回路８から出力された信号は、電力合成器１０のポートｇに入力される。電力合成器１０は、ポートｈとポートｇに入力された信号を合成し、合成後の信号をポートｉから出力する。ベクトル調整器１２は、パイロット信号検波器２０で検出された残留信号レベルに基づき、ポートｉから出力された信号の振幅および位相を調整する。補助増幅器１３は、ベクトル調整器１２から出力された信号を増幅する。遅延回路１１は、ポートｄ、ｆ、ｈ、ｉおよびｋを通る信号経路における遅延時間と、ポートｄ、ｅおよびｊを通る信号経路における遅延時間とが等しくなるように、電力分配器９から出力された信号を遅延させる。

遅延回路１１から出力された信号は、電力合成器４のポートｊに入力され、補助増幅器１３から出力された信号は、電力合成器４のポートｋに入力される。電力合成器４は、ポートｊとポートｋに入力された信号を合成し、合成後の信号をポートｍから出力する。電力分配器１９は、ポートｍから出力された信号の一部をパイロット信号検波器２０に出力し、残りの信号を出力端子２経由で外部に出力する。パイロット信号検波器２０は、電力分配器１９から出力された信号に含まれる第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルを検出する。ベクトル調整器１２は、これら２つの信号の残留信号レベルが同時に最小になるように、電力合成器１０から出力された信号の振幅および位相を調整する。

本実施形態に係るフィードフォワード増幅器では、従来のフィードフォワード増幅器（図７）と同様、２つのパイロット信号が使用される。第１のパイロット信号Ｐ１１は、入力信号の周波数帯域より低い周波数ｆｐ１を有する信号であり、第２のパイロット信号Ｐ１２は、入力信号より高い周波数ｆｐ２を有する信号である。また、典型的には、周波数ｆｐ１には、低周波側最大歪信号（入力信号の周波数帯域より低い周波数で発生する最大レベルの歪信号）の近傍の周波数が選択され、周波数ｆｐ２には、高周波側最大歪信号（入力信号の周波数帯域より高い周波数で発生する最大レベルの歪信号）の近傍の周波数が選択される。

一方、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器では、従来のフィードフォワード増幅器とは異なり、第１のパイロット信号Ｐ１１の信号レベルと、第２のパイロット信号Ｐ１２の信号レベルとは、異なっている。ここでは、図１に示されるように、第１のパイロット信号Ｐ１１の信号レベルは、第２のパイロット信号の信号レベルよりΔＬ１だけ大きいとする。

以下、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器の動作を詳細に説明する。入力端子１には、複数のキャリア信号を含んだ入力信号が入力される。この入力信号は、電力分配器３において２つの信号に分配され、分配された信号は、電力分配器３のポートｂおよびポートｃからそれぞれ出力される。

電力分配器３のポートｂから出力された信号は、ベクトル調整器５を通過し、電力合成器６において、異なる信号レベルに設定された第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２と合成される。合成後の信号は、主増幅器７において増幅され、電力分配器９のポートｄに入力される。主増幅器７において信号が増幅されると、増幅された信号には、複数のキャリア信号を含むことに起因する相互変調歪が発生する。電力分配器９のポートｄに入力された信号は、２つの信号に分配され、分配された信号は、電力分配器９のポートｆおよびポートｅからそれぞれ出力される。

一方、電力分配器３のポートｃから出力された信号は、遅延回路８を通過し、電力合成器１０のポートｇに入力される。また、電力分配器９のポートｆから出力された信号は、電力合成器１０のポートｈに入力される。電力合成器１０は、ポートｇに入力された信号とポートｈに入力された信号とを合成し、合成後の信号をポートｉから出力する。ここで、ベクトル調整器５は、ポートｇおよびポートｈに入力される信号のキャリア信号成分が同振幅かつ逆位相になるように、電力分配器３から出力される信号の振幅および位相を調整する。また、遅延回路８は、ポートａ、ｂ、ｄ、ｆおよびｈを通る信号経路における遅延時間と、ポートａ、ｃおよびｇを通る信号経路における遅延時間とが等しくなるように、電力分配器３から出力された信号を遅延させる。これらベクトル調整器５および遅延回路８の作用によりキャリア信号成分が相殺されるので、電力合成器１０のポートｉからは、歪信号成分と第１および第２のパイロット信号成分とを含む信号が出力される。

このように、歪信号検出ブロック１４は、ポートａ、ｂ、ｄ、ｆおよびｈを通る信号と、ポートａ、ｃおよびｇを通る信号とを合成することにより、歪信号成分と第１および第２のパイロット信号成分とを含む信号を出力する。

電力分配器９のポートｅから出力された信号は、遅延回路１１を通過し、電力合成器４のポートｊに入力される。また、電力合成器１０のポートｉから出力された信号は、ベクトル調整器１２を通過し、補助増幅器１３で増幅され、電力合成器４のポートｋに入力される。ベクトル調整器１２は、電力合成器４のポートｊに入力される信号に含まれる歪信号成分と、電力合成器４のポートｋに入力される信号とが同振幅かつ逆位相になるように、電力合成器１０から出力された信号の振幅および位相を調整する。また、遅延回路１１は、ポートｄ、ｆ、ｈ、ｉおよびｋを通る信号経路における遅延時間と、ポートｄ、ｅおよびｊを通る信号経路における遅延時間とが等しくなるように、電力分配器９から出力される信号を遅延させる。これらベクトル調整器１２および遅延回路１１の作用により、歪信号成分並びに第１および第２のパイロット信号成分が相殺されるので、電力合成器４のポートｍからはキャリア信号のみが出力される。

このように、歪信号除去ブロック１５は、ポートｄ、ｆ、ｈ、ｉおよびｋを通る信号と、ポートｄ、ｅおよびｊを通る信号とを合成することにより、歪信号成分並びに第１および第２のパイロット信号成分を除去して、キャリア信号のみを出力する。

歪信号除去ブロック１５において、電力合成器４のポートｊに入力される信号に含まれる歪信号成分と、ポートｋに入力される信号に含まれる歪信号成分とが同振幅かつ逆位相でなくなると、歪信号成分は完全に相殺されなくなり、相殺されなかった歪信号成分はスプリアスとして外部に出力される。この点は、第１および第２のパイロット信号成分も同じである。そこで、電力分配器１９は、電力合成器４のポートｍから出力される信号の一部を抽出し、パイロット信号検波器２０は、電力分配器１９から出力された信号に含まれる第１および第２のパイロット信号成分の残留信号レベルを検出する。ベクトル調整器１２は、検出された残留信号レベルに応じて、２つのパイロット信号成分が同時に最小になるように、電力合成器１０から出力された信号の振幅および位相を調整する。第１および第２のパイロット信号成分が十分抑圧されていれば、第１および第２のパイロット信号成分に近い周波数で発生する歪信号成分も十分抑圧されているとみなされる。

本実施形態に係るフィードフォワード増幅器では、異なる信号レベルを有する第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２が使用されるので、入力レベルが高い方のパイロット信号に近い周波数の信号が、より大きく抑圧される（後述する図２を参照）。また、第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２の周波数は、それぞれ、低周波側最大歪信号および高周波側最大歪信号の周波数の近傍に設定されている。したがって、入力レベルが高い方のパイロット信号に近い周波数の歪信号は、入力レベルが低い方のパイロット信号に近い周波数の歪信号よりも大きく抑圧される。よって、信号レベルが高い方の歪信号には、信号レベルが相対的に高いパイロット信号を割り当て、信号レベルが低い方の歪信号には、信号レベルが相対的に低いパイロット信号を割り当てることにより、従来のフィードフォワード増幅器よりも高い精度で歪補償を行うことができる。

図２は、第１および第２のパイロット信号成分が同時に最小になるように、ベクトル調整器１２が制御された場合の信号抑圧量の周波数特性の一例を示す図である。図２に示されるように、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器では、第１のパイロット信号の周波数（ｆｐ１）の近傍と、第２のパイロット信号の周波数（ｆｐ２）の近傍とでは、前者のほうが信号抑圧量は大きくなる。

以下、例として、主増幅器７で発生する歪信号のうち、低周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｌｏｗｅｒ）の信号レベルが、高周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｕｐｐｅｒ）の信号レベルより高い場合について説明する。主増幅器７が上記特性を有する場合、第１のパイロット信号Ｐ１１の信号レベルは、第２のパイロット信号Ｐ１２の信号レベルよりも高く設定される。これに加えて、第１のパイロット信号Ｐ１１の信号レベルは、低周波側最大歪信号である低周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｌｏｗｅｒ）の信号レベル以上に設定され、第２のパイロット信号の信号レベルは、高周波側最大歪信号である高周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｕｐｐｅｒ）の信号レベル以上に設定される。

図３（ａ）〜（ｅ）に、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器の各ポートにおける信号の周波数スペクトルの一例を示す。図３（ａ）〜（ｅ）は、入力信号が２つのキャリア信号を含み、主増幅器７で非対称な歪信号が発生する場合について、ポートａ、ｎ、ｄ、ｉおよびｍにおける信号の周波数スペクトルを描いたものである。図３では、ポートａから入力される信号（図３（ａ））には、２つのキャリア信号、すなわち、キャリア信号３０１（周波数ｆｃ１）およびキャリア信号３０２（周波数ｆｃ２）が含まれているとする。

上述したように、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器では、信号レベルの異なる第１および第２のパイロット信号Ｐ１１、Ｐ１２が使用される。このため、ポートｎから出力される信号（図３（ｂ））には、第１のパイロット信号Ｐ１１と、これよりもΔＬ１だけ信号レベルが低い第２のパイロット信号Ｐ１２とが含まれる。この信号を主増幅器７で増幅することにより、ポートｄに入力される信号（図３（ｃ））には、歪信号として、低周波側３次相互変調歪ＤＬ３を含む低周波側歪信号成分３０３と、高周波側３次相互変調歪ＤＵ３を含む高周波側歪信号成分３０４とが発生する。主増幅器７で非対称な歪信号が発生するために、低周波側歪信号成分３０３の信号レベルと高周波側歪信号成分３０４の信号レベルとは異なっている。

歪信号検出ブロック１４ではキャリア信号成分が相殺されるので、ポートｉから出力される信号（図３（ｄ））には、歪信号成分並びに第１および第２のパイロット信号成分のみが含まれる。歪信号除去ブロック１５では、第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルに基づき歪信号成分を除去する。この際、信号レベルが高い方の歪信号成分には信号レベルが相対的に高いパイロット信号が割り当てられ、信号レベルが低い方の歪信号成分には信号レベルが相対的に低いパイロット信号が割り当てられているので、主増幅器７で非対称な歪信号が発生する場合でも、信号レベルが高い方の歪信号成分も十分に抑圧することができる。このため、ポートｍから出力される信号（図３（ｅ））は、スプリアスを含まず、増幅されたキャリア信号３０５および３０６だけを含む信号となる。

なお、低周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｌｏｗｅｒ）の信号レベルが、高周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｕｐｐｅｒ）の信号レベルより高い場合については、以上のとおりであるが、低周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｌｏｗｅｒ）の信号レベルが、高周波側３次相互変調歪（ＩＭ３Ｕｐｐｅｒ）の信号レベルよりも低い場合には、第１のパイロット信号の信号レベルを第２のパイロット信号の信号レベルより低くすることにより、同様の歪補償を行うことができる。

また、図１に示すフィードフォワード増幅器では、２つのパイロット信号を合成した信号を主増幅器７の入力部に供給することとしたが、２つのパイロット信号を合成した信号を主増幅器７の出力部に供給しても、同様の歪補償を行うことができる。

以上に示すように、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器によれば、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合でも、スプリアスを含まない、増幅された信号を出力することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るフィードフォワード増幅器の構成は、第１の実施形態と同じであるので、ここでは説明を省略する（図１を参照）。本実施形態では、複数の周波数帯域（以下、キャリア周波数帯域という）が予め定められており、入力信号が、複数のキャリア周波数帯域から選択された一つのキャリア周波数帯域に含まれる複数のキャリア信号を含む場合について説明する。以下、キャリア周波数帯域の全体を、全周波数帯域と呼ぶ。

図４は、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器における全周波数帯域とパイロット信号との関係の一例を示す図である。図４に示す全周波数帯域には、３つのキャリア周波数帯域が含まれており、このうち第１のキャリア周波数帯域には、４つのキャリア信号４０１が含まれている。フィードフォワード増幅器を第１のキャリア周波数帯域で使用する場合、入力信号には、４つのキャリア信号４０１のうちから選択された１以上のキャリア信号が含まれる。

本実施形態では、図４に示すように、第１のパイロット信号Ｐ４１は、全周波数帯域より低い周波数ｆｐ１に固定された信号であり、第２のパイロット信号Ｐ４２は、全周波数帯域より高い周波数ｆｐ２に固定された信号である。このように２つのパイロット信号の周波数を固定することにより、パイロット信号検波器２０で検波されるパイロット信号の周波数が固定されるので、パイロット信号検波器２０の構成が容易となる。

フィードフォワード増幅器に入力される入力信号が、第１のキャリア周波数帯域から選択された２つのキャリア信号を含む場合には、図５に示されるように、全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルは、全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルよりも大きくなる。このため、第１のパイロット信号Ｐ４１の信号レベルは、第２のパイロット信号Ｐ４２の信号レベルよりも高く設定される。歪補償は、第１の実施形態で述べた方法で行われる。

一方、フィードフォワード増幅器に入力される入力信号が、第３のキャリア周波数帯域から選択された２つのキャリア信号を含む場合には、全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルは、全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルよりも低くなる。このため、第１のパイロット信号Ｐ４１の信号レベルは、第２のパイロット信号Ｐ４２の信号レベルよりも低く設定される。この場合も、歪補償は、第１の実施形態で述べた方法で行われる。

以上の説明を一般的に言うと、主増幅器７で発生する発生する歪信号のうち、全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルが、全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルより高い場合には、第１のパイロット信号の信号レベルは、第２のパイロット信号の信号レベルより高く設定される。これとは逆に、全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルが、全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルより低い場合には、第１のパイロット信号の信号レベルは、第２のパイロット信号の信号レベルより低く設定される。歪補償は、どちらの場合も、第１の実施形態で述べた方法で行われる。

以上に示すように、本実施形態に係るフィードフォワード増幅器によれば、パイロット信号の周波数を変化させることなく、広帯域にわたって歪補償を行うことができる。

以上に述べたように、本発明のフィードフォワード増幅器は、入力信号が広帯域である場合や、主増幅器で非対称な歪信号が発生する場合でも、高い精度で歪補償を行えるので、移動体通信機器の基地局に設けられる送信電力増幅器に利用することができる。

本発明の第１および第２の実施形態に係るフィードフォワード増幅器のブロック図 本発明の第１および第２の実施形態に係るフィードフォワード増幅器における信号抑圧量の周波数特性を示す図 本発明の第１および第２の実施形態に係るフィードフォワード増幅器に含まれる各ポートにおける信号の周波数スペクトルの一例を示す図 本実施形態に係るフィードフォワード増幅器における全周波数帯域とパイロット信号との関係の一例を示す図 本発明の第２の実施形態に係るフィードフォワード増幅器における、歪信号とパイロット信号とを示す図 フィードフォワード増幅器を含む移動体通信機器の基地局の一例を示すブロック図 従来のフィードフォワード増幅器のブロック図 従来のフィードフォワード増幅器における信号抑圧量の周波数特性を示す図 ＡＢ級の主増幅器に２つのキャリア信号を入力した場合における、３次相互変調歪の特性の一例を示す図 従来のフィードフォワード増幅器に含まれる各ポートにおける信号の周波数スペクトルの一例を示す図

符号の説明

１ 入力端子
２ 出力端子
３、９、１９ 電力分配器
４、６、１０、１８ 電力合成器
５、１２ ベクトル調整器
７ 主増幅器
８、１１ 遅延回路
１３ 補助増幅器
１４ 歪信号検出ブロック
１５ 歪信号除去ブロック
１６、２２ 第１のパイロット信号生成器
１７、２３ 第２のパイロット信号生成器
２０ パイロット信号検波器
２１、２４ 制御ブロック

Claims (9)

1. 入力信号を増幅するフィードフォワード増幅器であって、
   前記入力信号を増幅する増幅手段と、
   前記入力信号の一部と前記増幅手段において増幅された信号の一部とを合成することにより、前記増幅手段において発生する歪信号を検出する歪信号検出手段と、
   前記歪信号検出手段において検出された歪信号と前記増幅手段において増幅された信号とを合成することにより、前記増幅手段において増幅された信号から前記増幅手段において発生する歪信号を除去する歪信号除去手段と、
   異なる信号レベルを有する第１および第２のパイロット信号を生成し、前記増幅手段の入力部または出力部に供給するパイロット信号生成手段と、
   前記歪信号除去手段から出力された信号に含まれる前記第１および第２のパイロット信号の残留信号レベルを検出する残留パイロット信号検出手段と、
   前記残留パイロット信号検出手段において検出された残留信号レベルに応じて、前記歪信号検出手段から出力された信号の振幅および位相を調整する調整手段とを備える、フィードフォワード増幅器。
2. 前記調整手段は、前記残留パイロット信号検出手段において検出された残留信号レベルが最小となるように、前記歪信号検出手段から出力された信号の振幅および位相を調整することを特徴とする、請求項１に記載のフィードフォワード増幅器。
3. 前記第１のパイロット信号の周波数は前記入力信号の周波数より低く、前記第２のパイロット信号の周波数は前記入力信号の周波数より高いことを特徴とする、請求項２に記載のフィードフォワード増幅器。
4. 前記増幅手段において発生する歪信号のうち、前記入力信号の周波数より低い側に発生する歪信号の信号レベルが、前記入力信号の周波数より高い側に発生する歪信号の信号レベルより高く、かつ、前記第１のパイロット信号の信号レベルが前記第２のパイロット信号の信号レベルよりも高いことを特徴とする、請求項３に記載のフィードフォワード増幅器。
5. 前記増幅手段において発生する歪信号のうち、前記入力信号の周波数より低い側に発生する歪信号の信号レベルが、前記入力信号の周波数より高い側に発生する歪信号の信号レベルより低く、かつ、前記第１のパイロット信号の信号レベルが前記第２のパイロット信号の信号レベルよりも低いことを特徴とする、請求項３に記載のフィードフォワード増幅器。
6. 前記第１のパイロット信号の信号レベルが、前記増幅手段において発生する歪信号のうち、前記入力信号の周波数より低い側に発生する歪信号の最大信号レベル以上であり、かつ、前記第２のパイロット信号の信号レベルが、前記増幅手段において発生する歪信号のうち、前記入力信号の周波数より高い側に発生する歪信号の最大信号レベル以上であることを特徴とする、請求項３に記載のフィードフォワード増幅器。
7. 前記入力信号が、複数のキャリア周波数帯域を含む全周波数帯域から選択された一つのキャリア周波数帯域に含まれる複数のキャリア信号を含み、前記第１のパイロット信号が前記全周波数帯域より低い周波数に固定された信号であり、かつ、前記第２のパイロット信号が前記全周波数帯域より高い周波数に固定された信号であることを特徴とする、請求項１に記載のフィードフォワード増幅器。
8. 前記増幅手段において発生する歪信号のうち、前記全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルが、当該全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルより高く、かつ、前記第１のパイロット信号の信号レベルが前記第２のパイロット信号の信号レベルよりも高いことを特徴とする、請求項７に記載のフィードフォワード増幅器。
9. 前記増幅手段において発生する歪信号のうち、前記全周波数帯域より低い周波数に発生する歪信号の信号レベルが、当該全周波数帯域より高い周波数に発生する歪信号の信号レベルより低く、かつ、前記第１のパイロット信号の信号レベルが前記第２のパイロット信号の信号レベルよりも低いことを特徴とする、請求項７に記載のフィードフォワード増幅器。
   
   

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