JP2006086928A - Nonlinear distortion compensation circuit for power amplifier - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、負帰還法により電力増幅器の非線形歪を補償する非線形歪補償回路に関し、特に、無線機における電力増幅器の非線形歪補償回路の改良に関するものである。 The present invention relates to a non-linear distortion compensation circuit that compensates for non-linear distortion of a power amplifier by a negative feedback method, and more particularly to improvement of a non-linear distortion compensation circuit of a power amplifier in a radio device.
一般に、QPSKや多値QAMのような線形変調方式を使用するディジタル化無線機、特に移動通信用においては周波数有効利用の観点より厳しい隣接チャンネル漏洩電力が規定されている。このため、電力増幅器の非線形歪により発生する隣接チャネルへの妨害を補償する必要がある。 Generally, in a digitizing radio using a linear modulation system such as QPSK or multi-level QAM, particularly for mobile communication, strict adjacent channel leakage power is defined from the viewpoint of effective frequency utilization. For this reason, it is necessary to compensate for the interference to the adjacent channel caused by the nonlinear distortion of the power amplifier.
従来の電力増幅器の非線形補償回路を使用した直交変調による無線機の送信部の回路ブロック図を図3に示し、従来技術の説明をする。 FIG. 3 shows a circuit block diagram of a transmitter of a radio device using orthogonal modulation using a nonlinear compensation circuit of a conventional power amplifier, and the prior art will be described.
図3は、同相信号と直交信号とにより増幅器に帰還を行うカーテシアン型負帰還増幅器を使用している一例である(文献公知発明に係るものではない)。 FIG. 3 shows an example in which a Cartesian negative feedback amplifier that performs feedback to the amplifier using an in-phase signal and a quadrature signal is used (not related to a known document).
図3において、1,2は信号入力端子、3,4は加算器、5,6は増幅器、7,8は変調器、9は90°移相器、10は変調器7,8からの変調信号を加算する加算器、21は変調器7,8と90°移相器9と加算器10とからなる直交変調器、25はスイッチ付きコネクタ、26,27は可変減衰器、11は不要成分を除去するフィルタ、12は電力増幅器、13はアンテナである。
In FIG. 3, 1 and 2 are signal input terminals, 3 and 4 are adders, 5 and 6 are amplifiers, 7 and 8 are modulators, 9 is a 90 ° phase shifter, and 10 is a modulation from the
また、14は電力増幅器12の出力から帰還信号を取り出すための方向性結合器、15,16は復調器、17は90°移相器、22は、復調器15,16と90°移相器17とからなる直交復調器、18は搬送波発振器(局部発振器)、20は入力信号と帰還信号との位相差を検出する位相差検出器、19は搬送波発振器18から出力された搬送波の位相を移相差検出器20の検出出力で移相する可変位相器、23は検波器、24はCPUを示す。
Further, 14 is a directional coupler for extracting a feedback signal from the output of the
信号入力端子1より印加された直交成分信号(Q)は、加算器3と位相差検出器20に入力され、信号入力端子2より印加された同相成分信号(I)は、加算器4と位相差検出器20に入力される。
The quadrature component signal (Q) applied from the
加算器3に入力された直交成分信号は、加算器3に別途入力される帰還直交成分信号(Qr)の直交成分信号(Q)に対する最適位相差値を0°とすると、帰還直交成分信号(Qr)を減算された直交成分信号となり、増幅器5へ出力され、増幅器5で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器21の変調器7へ出力される。
The quadrature component signal input to the
加算器4に入力された同相成分信号は、加算器4に別途入力される帰還同相成分信号(Ir)を減算された同相成分信号となり、増幅器6へ出力され、増幅器6で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器21の変調器8へ出力される。
The in-phase component signal input to the
一方、搬送波発振器18では、所要周波数の搬送波が発振されており、直交変調器21の変調器8、90°移相器9および可変位相器19へ出力されている。90°移相器9に入力した搬送波は、位相が90°だけ移相され、直交変調器21の変調器7へ入力される。
On the other hand, the
また、可変位相器19に入力した搬送波は、直交復調器22の復調器16、90°移相器17へ入力され、さらに90°移相器17に入力した搬送波は、位相が90°だけ移相され、直交復調器22の復調器15へ入力される。
The carrier wave input to the
変調器7に入力された直交成分信号は、90°移相器9出力の搬送波を変調する。そして変調器7は、直交成分信号による変調信号を加算器10へ出力する。変調器8に入力された同相成分信号は、変調器8に別途入力される搬送波を変調する。そして変調器8は、同相成分信号による変調信号を加算器10へ出力する。
The quadrature component signal input to the
直交成分信号による変調信号と同相成分信号による変調信号とは、加算器10で加算され、スイッチ付きコネクタ25へ出力され、可変減衰器26を通過し、フィルタ11へ出力される。
The modulation signal based on the quadrature component signal and the modulation signal based on the in-phase component signal are added by the
フィルタ11に入力した直交変調信号は、不要成分を除去された後、電力増幅器12へ出力される。電力増幅器12に入力した直交変調信号は、所要電力まで増幅され、電力増幅器12の非線形歪と相殺補償され、歪のない直交変調信号がアンテナ13より送信される。
The quadrature modulation signal input to the
電力増幅器12で所要電力まで増幅された送信出力の一部は、方向性結合器14で取り出され、可変減衰器27を通過し、直交復調器22の復調器15,16に帰還入力される。
Part of the transmission output amplified to the required power by the
復調器15に帰還入力した帰還信号は、復調器15に別途入力される上記90°移相器17で90°移相された所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号(Qr)を復調する。そして復調器15は、復調した帰還直交成分信号を加算器3および位相差検出器20へ出力する。
The feedback signal fed back to the
復調器16に帰還入力した帰還信号は、復調器16に別途入力される上記所要周波数の搬送波により帰還同相成分信号(Ir)を復調する。そして復調器16は、復調した帰還同相成分信号を加算器4および位相差検出器20へ出力する。
The feedback signal fed back to the
直交復調器22に入力される搬送波は、帰還信号Ir,Qrが最適な位相となるよう可変位相器19で位相差φが補正される。この位相量の検出制御は位相差検出器20より行われる。位相差φは直交変調器21から直交復調器22までのスイッチ付きコネクタ25、可変減衰器26、フィルタ11、電力増幅器12、方向性結合器14、可変減衰器27等による遅延時間により決まる値で、入力した上記直交成分信号(Q)および同相成分信号(I)と、上記帰還直交成分信号(Qr)および帰還同相成分信号(Ir)より求める。この帰還ループによりフィードバックが構成され、電力増幅器12等により発生する非線形歪を補償することができる。
The carrier wave input to the
送信出力レベルの制御は可変減衰器27の減衰量を可変することにより行う。電力増幅器12の出力に接続された検波器23の検波電圧をCPU24が読み込み、規定の送信出力レベルが出力されている時の検波電圧になるように可変減衰器27の減推量をCPU24が制御することにより、規定の送信出力レベルを得ることができる。
The transmission output level is controlled by varying the attenuation amount of the
次に、図4を用いて、従来より行われているカーテシアン型負帰還増幅器のフォワード側RF部回路のゲインを調整する方法について説明をする。スイッチ付きコネクタ25に信号発生器30を接続する。この時、スイッチ付きコネクタ25のスイッチが切り替わり信号発生器30から出力される信号は、直交変調器21には入力されず、可変減衰器26のみに入力される。
Next, a method for adjusting the gain of the forward-side RF unit circuit of the Cartesian negative feedback amplifier, which has been conventionally performed, will be described with reference to FIG. The signal generator 30 is connected to the
信号発生器30より規定の出力レベル信号をスイッチ付きコネクタ25に入力し、可変減衰器26、フィルタ11、電力増幅器12を通過した信号レベルを、電力増幅器12に接続された電力計31で測定する。電力計31で測定する信号レベルが規定の送信出力レベルとなるように可変減衰器26の減衰量を調整することにより、フォワード側RF部回路のゲインを調整する。
A predetermined output level signal is input from the signal generator 30 to the
従来より行われているカーテシアン型負帰還増幅器のフォワード側RF部回路のゲインを調整する方法では、調整時に信号発生器が必要であり手間がかかり、調整の自動化ができない。また、調整後、温度変化によりフィルタ11、電力増幅器12のゲインが変化した場合にフォワード側RF部回路のゲインが変化してしまうという欠点がある。
In the conventional method of adjusting the gain of the forward side RF unit circuit of the Cartesian negative feedback amplifier, a signal generator is required at the time of adjustment, and it is troublesome and the adjustment cannot be automated. In addition, after adjustment, when the gains of the
本発明の目的は、カーテシアン型負帰還増幅器のフォワード側RF部回路のゲインを調整する方法を容易にし、常にフォワード側RF部回路のゲインを所定とするカーテシアン型負帰還増幅器を使用した電力増幅器を提供することにある。 An object of the present invention is to facilitate a method of adjusting the gain of a forward side RF unit circuit of a Cartesian type negative feedback amplifier, and to provide a power amplifier using a Cartesian type negative feedback amplifier which always has a predetermined gain of the forward side RF unit circuit. It is to provide.
上記目的を達成するため、本発明は、所定周波数の搬送波を発生する搬送波発振器と、入力信号により前記搬送波を変調し変調信号を出力する変調器と、前記変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器と、前記電力増幅器の出力信号の一部を帰還変調信号として取り出す帰還路と、前記帰還路からの帰還変調信号を前記搬送波により復調し帰還復調信号を出力する復調器とを有し、前記帰還復調信号を前記入力信号にフィードバックする前記電力増幅器の非線形歪を補償するようにした電力増幅器の非線形歪補償回路において、前記電力増幅器の出力に第1の検波器を設け、前記変調器の出力に第2の検波器を設け、前記変調器と前記電力増幅器の間に第1の可変減衰器を設け、前記電力増幅器の出力信号の一部を帰還変調信号として取り出す帰還路と前記復調器の間に第2の可変減衰器を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a carrier oscillator that generates a carrier wave having a predetermined frequency, a modulator that modulates the carrier wave by an input signal and outputs a modulated signal, and a power amplifier that amplifies the modulated signal to a required power. A feedback path that extracts a part of the output signal of the power amplifier as a feedback modulation signal; and a demodulator that demodulates the feedback modulation signal from the feedback path using the carrier wave and outputs a feedback demodulation signal; In a nonlinear distortion compensation circuit for a power amplifier that compensates for nonlinear distortion of the power amplifier that feeds back a demodulated signal to the input signal, a first detector is provided at the output of the power amplifier, and the output of the modulator is A second detector is provided, a first variable attenuator is provided between the modulator and the power amplifier, and a part of the output signal of the power amplifier is taken as a feedback modulation signal. Providing the second variable attenuator between the to return path of the demodulator and said.
また本発明は、電力増幅器の非線形歪補償回路において、前記第2の可変減衰器の減衰量を所定量として送信動作させ、前記第1の検波器の検波電圧値と、前記第2の検波器の検波電圧値によって、前記第1の可変減衰器の減衰量を調整することにより、フォワード側RF部回路のゲインを調整することを特徴とする。 According to the present invention, in a nonlinear distortion compensation circuit of a power amplifier, a transmission operation is performed with the attenuation amount of the second variable attenuator as a predetermined amount, and the detected voltage value of the first detector and the second detector The gain of the forward side RF section circuit is adjusted by adjusting the attenuation amount of the first variable attenuator according to the detected voltage value.
また本発明は、電力増幅器の非線形歪補償回路において、前記第1の検波器と、前記復調器の入力に設けた第3の検波器の検波電圧値によってバックワード側回路の異常検出動作を行うことを特徴とする。 Further, according to the present invention, in the nonlinear distortion compensation circuit of the power amplifier, the abnormality detection operation of the backward side circuit is performed by the detection voltage value of the first detector and the third detector provided at the input of the demodulator. It is characterized by that.
本発明によれば、カーテシアン型負帰還増幅器のフォワード側RF部回路のゲインを調整する方法を容易にし、常にフォワード側RF部回路のゲインを所定とするカーテシアン型負帰還増幅器を使用した電力増幅器を得ることができる。 According to the present invention, a method of adjusting the gain of the forward side RF unit circuit of the Cartesian type negative feedback amplifier is facilitated, and a power amplifier using a Cartesian type negative feedback amplifier that always sets the gain of the forward side RF unit circuit to a predetermined value is provided. Obtainable.
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態による電力増幅器の非線形補償回路を使用した無線機の送信部を示す回路ブロック図である。 FIG. 1 is a circuit block diagram showing a transmitter of a radio using a nonlinear compensation circuit for a power amplifier according to an embodiment of the present invention.
図1において、1は直交成分信号入力端子、2は同相成分信号入力端子、3は入力直交成分信号と帰還直交成分信号とを加算する加算器、4は入力同相成分信号と帰還同相成分信号とを加算する加算器、5は加算補正された直交成分信号を増幅する増幅器、6は加算補正された同相成分信号を増幅する増幅器、7は直交成分信号で搬送波を変調する変調器、8は同相成分信号で搬送波を変調する変調器、9は搬送波の位相を90°移相する90°移相器、10は変調器7,8からの変調信号を加算する加算器、21は変調器7,8と90°移相器9と加算器10とからなる直交変調器、11は直交変調信号の不要成分を除去するフィルタ、12は直交変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器、13はアンテナである。
In FIG. 1, 1 is a quadrature component signal input terminal, 2 is an in-phase component signal input terminal, 3 is an adder for adding an input quadrature component signal and a feedback quadrature component signal, and 4 is an input in-phase component signal and a feedback in-phase component signal. 5 is an amplifier that amplifies the addition-corrected quadrature component signal, 6 is an amplifier that amplifies the addition-corrected in-phase component signal, 7 is a modulator that modulates a carrier wave with the quadrature component signal, and 8 is an in-phase modulator. A modulator that modulates a carrier wave with a component signal, 9 is a 90 ° phase shifter that shifts the phase of the carrier by 90 °, 10 is an adder that adds modulation signals from the
また、14は電力増幅器12の出力から帰還信号を取り出すための方向性結合器、15は帰還直交変調信号から直交成分信号を復調する復調器、16は帰還直交変調信号から同相成分信号を復調する復調器、17は搬送波の位相を90°移相する90°移相器、22は復調器15,16と90°移相器17とからなる直交復調器、18は搬送波発振器(局部発振器)、20は入力信号と帰還信号との位相差を検出する位相差検出器である。
Further, 14 is a directional coupler for extracting a feedback signal from the output of the
また、23は電力増幅器12の出力に接続した検波器、28は直交変調器21の出力に接続した検波器、29は直交復調器22の入力に接続した検波器、24はCPU、26は直交変調器21と電力増幅器12の間に接続した可変減衰器、27は電力増幅器12の出力信号の一部を帰還変調信号として取り出す帰還路と直交復調器22の間に接続した可変減衰器である。
23 is a detector connected to the output of the
信号入力端子1より印加された直交成分信号(Q)は、加算器3と位相差検出器20に入力され、信号入力端子2より印加された同相成分信号(I)は、加算器4と位相差検出器20に入力される。
The quadrature component signal (Q) applied from the
加算器3に入力された直交成分信号は、加算器3に別途入力される帰還直交成分信号(Qr)の直交成分信号(Q)に対する最適位相差値を0°とすると、帰還直交成分信号(Qr)を減算された直交成分信号となり、増幅器5へ出力され、増幅器5で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器21の変調器7へ出力される。
The quadrature component signal input to the
加算器4に入力された同相成分信号は、加算器4に別途入力される帰還同相成分信号(Ir)を減算された同相成分信号となり、増幅器6へ出力され、増幅器6で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器21の変調器8へ出力される。
The in-phase component signal input to the
一方、搬送波発振器18では、所要周波数の搬送波が発振されており、直交変調器21の変調器8、90°移相器9および可変位相器19へ出力されている。90°移相器9に入力した搬送波は、位相が90°だけ移相され、直交変調器21の変調器7へ入力される。
On the other hand, the
また、可変位相器19に入力した搬送波は、直交復調器22の復調器16、90°移相器17へ入力され、さらに90°移相器17に入力した搬送波は、位相が90°だけ移相され、直交復調器22の復調器15へ入力される。
The carrier wave input to the
変調器7に入力された直交成分信号は、90°移相器9出力の搬送波を変調する。そして変調器7は、直交成分信号による変調信号を加算器10へ出力する。前記変調器8に入力された同相成分信号は、変調器8に別途入力される搬送波を変調する。そして変調器8は、同相成分信号による変調信号を加算器10へ出力する。
The quadrature component signal input to the
直交成分信号による変調信号と同相成分信号による変調信号とは、加算器10で加算され、可変減衰器26を通過し、フィルタ11へ出力される。
The modulation signal based on the quadrature component signal and the modulation signal based on the in-phase component signal are added by the
フィルタ11に入力した直交変調信号は、不要成分を除去された後、電力増幅器12へ出力される。電力増幅器12に入力した直交変調信号は、所要電力まで増幅され、電力増幅器12の非線形歪と相殺補償され、歪のない直交変調信号がアンテナ13より送信される。
The quadrature modulation signal input to the
電力増幅器12で所要電力まで増幅された送信出力の一部は、方向性結合器14で取り出され、可変減衰器27を通過し、直交復調器22の復調器15,16に帰還入力される。
Part of the transmission output amplified to the required power by the
復調器15に帰還入力した帰還信号は、復調器15に別途入力される前記90°移相器17で90°移相された所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号(Qr)を復調する。そして復調器15は、復調した帰還直交成分信号を加算器3および位相差検出器20へ出力する。
The feedback signal fed back to the
復調器16に帰還入力した帰還信号は、復調器16に別途入力される前記所要周波数の搬送波により帰還同相成分信号(Ir)を復調する。そして復調器16は、復調した帰還同相成分信号を加算器4および位相差検出器20へ出力する。
The feedback signal fed back to the
直交復調器22に入力される搬送波は、帰還信号Ir,Qrが最適な位相となるよう可変位相器19で位相差φが補正される。この位相量の検出制御は位相差検出器20より行われる。位相差φは直交変調器21から直交復調器22までの可変減衰器26、フィルタ11、電力増幅器12、方向性結合器14、可変減衰器27等による遅延時間により決まる値で、入力した上記直交成分信号(Q)および同相成分信号(I)と、上記帰還直交成分信号(Qr)および帰還同相成分信号(Ir)より求める。この帰還ループによりフィードバックが構成され、電力増幅器12等により発生する非線形歪を補償することができる。
The carrier wave input to the
送信出力レベルの制御は可変減衰器27の減衰量を可変することにより行う。電力増幅器12の出力に接続された検波器23の検波電圧V1をCPU24が読み込み、規定の送信出力レベルが出力されている時の検波電圧V1になるように可変減衰器27の減衰量をCPU24が制御することにより、規定の送信出力レベルを得ることができる。
The transmission output level is controlled by varying the attenuation amount of the
この時の可変減衰器27の減衰量をG1とする。また、この時、直交復調器22の入力に接続された検波器29の検波電圧V2と、直交変調器21の出力に接続された検波器28の検波電圧V3をCPU24が読み込み、規定の送信出力レベルが出力されている場合の各検波器の検波電圧V1,V2,V3を基準の電圧とする。
The amount of attenuation of the
次に、図2を用いて、カーテシアン型負帰還増幅器のフォワード側RF部回路のゲインを調整する方法について説明をする。電力増幅器12の出力に電力計31を接続し、可変減衰器27の減衰量をG1として送信動作させる。この時、規定の送信出力レベルが出力され、検波器23の検波電圧はV1、検波器29の検波電圧はV2となる。そして、検波器28の検波電圧が所定値V3となるようにCPU24が可変減衰器26の減衰量を可変させフォワード側RF部回路のゲインを調整する。
Next, a method for adjusting the gain of the forward side RF unit circuit of the Cartesian negative feedback amplifier will be described with reference to FIG. A
調整後、運用中に温度変化によりフィルタ11、電力増幅器12のゲインが変化した場合には、検波器28の検波電圧がV3となるようにCPU24が可変減衰器26の減衰量を可変させフォワード側RF部回路のゲインを随時調整する。
After the adjustment, when the gains of the
また、検波器23の検波電圧がV1で規定の送信出力レベルが送信されている場合は、バックワード側回路のトータルゲインは規定値となっているが、その時、検波器29の検波電圧がV2でない場合は、バックワード側回路のRF部回路及びベースバンド部回路のゲインが規定値とは異なっており、その結果、バックワード側部品の入出力特性(歪特性、雑音特性)が所定の設計値に対して変化するため、隣接チャンネル漏洩電力等の送信性能の劣化が生じる。
When the detection voltage of the
そこで、電力増幅器12の出力に接続した検波器23の検波電圧値と、直交復調器22の入力に接続した検波器29の検波電圧値をCPU24が読み込み監視することによりバックワード側回路の異常を検出する。
Therefore, the
1,2…信号入力端子、3,4…加算器、5,6…増幅器、7,8…変調器、9,17…90°移相器、10…加算器、11…フィルタ、12…電力増幅器、13…アンテナ、14…方向性結合器、15,16…復調器、18…搬送波発振器、19…可変位相器、20…位相差検出器、21…直交変調器、22…直交復調器、23,28,29…検波器、24…CPU、25…スイッチ付きコネクタ、26,27…可変減衰器、30…信号発生器、31…電力計。
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