JP2007019598A - プリディストーション歪補償増幅装置及びプリディストーション歪補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】主増幅器と歪発生器との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することができるプリディストーション歪補償増幅装置及びプリディストーション歪補償方法を提供する。
【解決手段】疑似歪発生部４の入力側に可変減衰器１３を設けて、この可変減衰器１３を主増幅器８の出力信号及び環境温度値を基に制御して、歪発生器４１への入力信号レベルを調整できるようにした。これにより、主増幅器８と歪発生器４１との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することが可能となり、より高いダイナミックレンジでの歪補償効果を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話等の移動体通信システムの基地局送信装置に用いて好適なプリディストーション歪補償増幅装置及びプリディストーション歪補償方法に関する。

従来、携帯電話等の移動体通信システムの基地局送信装置用として、多数の信号チャネルを一括して増幅する高効率で且つ線形性の高い増幅装置が開発されている。この種の増幅装置では、プリディストーション歪補償方式を採用して高い直線性を実現している（例えば、特許文献１参照）。

図３は、一般的なプリディストーション歪補償増幅装置の動作原理を説明するためのブロック図である。この図において、分配器１で入力信号としての搬送波を２分配して、その一方を遅延素子２経由で合成器３に入力し、他方を疑似歪発生部４に入力して主増幅器８で発生する相互変調歪成分を抑圧するための疑似歪信号を生成する。疑似歪発生部４では、歪発生器４１にて相互変調歪を発生して搬送波を抑圧し、歪信号のみを抽出する。疑似歪発生部４で発生した疑似歪信号を、主増幅器８で発生する相互変調歪（ＩＭ）と同振幅で且つ逆位相となるように、可変減衰器６で振幅の調整を、可変位相器７で位相の調整を行う。そして、振幅及び位相調整した疑似歪信号と遅延素子２を経由してくる搬送波とを合成器３で合成し主増幅器８に入力する。主増幅器８では上述の如く相互変調歪が発生するが、この主増幅器８に入力する信号には主増幅器８で発生する相互変調歪と逆位相の歪成分が含まれるので、結果的に主増幅器８で発生する相互変調歪が抑圧される。

特開２００２―３７４１２９号公報

しかしながら、従来のプリディストーション歪補償増幅装置においては、次のような問題がある。すなわち、歪発生器４１及び主増幅器８が動作点に対して固有のばらつきを有しており、特に主増幅器８に非線形な増幅器を用いた場合、出力レベル対３次相互変調歪が直線的な特性にならず、動作点毎に歪の振幅誤差、位相誤差を発生する。従来のプリディストーション歪補償増幅装置では、これら歪ばらつきの要因に対して完全に補正しきることが困難なため、動作点変化が発生した場合に歪抑圧量が劣化する。この問題は、歪発生器４１と主増幅器８の組み合わせ毎に可変減衰器６と可変位相器７を調整して最適化することで解決可能であるが、このようにすると多くの手間がかかり生産性が悪化することになる。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、主増幅器と歪発生器との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することができるプリディストーション歪補償増幅装置及びプリディストーション歪補償方法を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成又は方法により達成される。
（１） プリディストーション歪補償増幅装置において、入力信号から主増幅手段で発生する相互変調歪成分を抑圧するための疑似歪信号を発生する疑似歪発生手段と、前記疑似歪発生手段が発生した疑似歪信号を、前記主増幅手段で発生する相互変調歪成分と同振幅で且つ逆位相となるように調整する調整手段と、前記入力信号と振幅及び位相が調整された疑似歪信号とを合成して前記主増幅手段に入力する合成手段と、前記疑似歪発生手段への入力信号レベルを調整するための第１の入力信号レベル調整手段と、前記主増幅手段の出力信号に基づいて前記第１の入力信号レベル調整手段を制御し、前記主増幅手段と前記疑似歪発生手段との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正する補正手段と、を備える。

（２） 上記（１）に記載のプリディストーション歪補償増幅装置において、前記主増幅手段への入力信号レベルを調整するための第２の入力信号レベル調整手段を備え、前記補正手段は、前記第２の入力信号レベル調整手段を制御して、前記第１の入力信号レベル調整手段を制御することで変動した装置利得を補正する。

（３） 上記（１）又は（２）に記載のプリディストーション歪補償増幅装置において、環境温度を検出する温度検出手段を備え、前記補正手段は、前記主増幅手段の出力信号と前記温度検出手段により検出された環境温度値とに基づいて制御を行う。

（４） 移動体通信システムの基地局送信装置において、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のプリディストーション歪補償増幅装置を備える。

（５） 歪発生器を用いて、入力信号から主増幅器で発生する相互変調歪成分と同振幅で且つ逆位相の疑似歪信号を生成し、生成した前記疑似歪信号を前記入力信号と合成して前記主増幅器に入力し、前記主増幅器で発生する相互変調歪成分を抑圧するプリディストーション歪補償方法において、前記主増幅器の出力信号に基づいて前記歪発生器への入力信号レベルを調整して、前記主増幅器と前記歪発生器との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正する。

（６） 上記（５）に記載のプリディストーション歪補償方法において、前記入力信号レベルを調整し２分配して、その一方の入力信号を前記歪発生器に供給し、他方の入力信号を前記疑似歪信号との合成に用いる場合、前記歪発生器への入力信号レベルの調整を行うことで変動した装置利得を、前記主増幅器への入力信号レベルの調整を行うことで補正する。

（７） 上記（５）又は（６）に記載のプリディストーション歪補償方法において、前記主増幅器の出力信号に基づく制御に環境温度値に基づく制御を含める。

上記（１）に記載のプリディストーション歪補償増幅装置では、主増幅手段の出力信号に基づく、疑似歪発生手段への入力信号レベルの調整を可能としたので、主増幅手段と疑似歪発生手段との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することが可能となり、より高いダイナミックレンジの実現が可能となる。

上記（２）に記載のプリディストーション歪補償増幅装置では、主増幅手段への入力信号のレベル調整を可能としたので、疑似歪発生手段への入力信号レベルの調整によって生ずる装置利得の変動を補正することが可能となる。

上記（３）に記載のプリディストーション歪補償増幅装置では、主増幅手段の出力信号に加えて環境温度も考慮して制御を行うので、温度変化による歪のばらつきを最小限に抑えることができる。

上記（４）に記載の移動体通信システムの基地局送信装置では、上記（１）乃至（３）に記載のプリディストーション歪補償増幅装置を備えるので、より高いダイナミックレンジを持つ高性能な基地局送信装置を提供できる。

上記（５）に記載のプリディストーション歪補償方法では、主増幅器の出力信号に基づく、歪発生器への入力信号レベルの調整を可能としたので、主増幅器と歪発生器との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することが可能となり、より高いダイナミックレンジでの歪補償効果を得ることが可能となる。

上記（６）に記載のプリディストーション歪補償方法では、主増幅器への入力信号レベルの調整を可能としたので、歪発生器への入力信号レベルの調整によって生ずる装置利得の変動を補正することが可能となる。

上記（７）に記載のプリディストーション歪補償方法では、主増幅器の出力信号に加えて環境温度も考慮して制御を行うので、温度変化による歪のばらつきを最小限に抑えることができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るプリディストーション歪補償増幅装置の概略構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態のプリディストーション歪補償増幅装置は、携帯電話等の移動体通信システムの基地局送信装置に用いたものであり、分配器１及び９、遅延素子２、合成器３、疑似歪発生部４、可変減衰器６、可変位相器７、主増幅器８、検波回路１０、温度検出回路１１及び制御回路１２に加え、可変減衰器１３を備えている。分配器１は、入力信号である搬送波信号を適切な分配比で遅延素子２側と疑似歪発生部４側に分配する。可変減衰器１３は、疑似歪発生部４の信号入力側の前段にて入力信号のレベル調整（振幅の調整）に用いられ、制御回路１２によって制御される。

遅延素子２は、分配器１からの搬送波信号を遅延させて、疑似歪発生部４が発生する疑似歪信号と同じ遅延量で合成器３に入力する。疑似歪発生部４は、主増幅器８で発生する相互変調歪（ＩＭ）成分を抑圧するための疑似歪信号を発生するものであり、歪発生器４１、分配器４２、遅延素子４３、合成器４４、可変減衰器４５、可変位相器４６から構成される。分配器４２は、分配器１で分配され、可変減衰器１３でレベル調整された搬送波信号を２分配して、その一方を遅延素子４３に入力し、他方を歪発生器４１に入力する。

歪発生器４１は、トランジスタやダイオード等の能動素子を備え、相互変調歪を発生する。歪発生器４１で発生した相互変調歪を持った信号（以後、相互変調歪信号と呼ぶ）は可変減衰器４５、可変位相器４６を通過して合成器４４に入力されて、遅延素子４３を通過した搬送波信号と合成される。疑似歪発生部４で発生した疑似歪信号は、可変減衰器６で振幅調整され、さらに可変位相器７で位相調整されて合成器３に入力される。合成器３は、疑似歪発生部４からの疑似歪信号と遅延素子２で遅延量調整された搬送波信号とを合成する。この場合、疑似歪発生部４からの疑似歪信号と遅延素子２で遅延量調整された搬送波信号とを合成するのは、歪発生器４１からの相互変調歪信号に歪の無い搬送波信号を等振幅で且つ逆位相で加算することで抑圧し、歪信号を抽出するためである。合成器３からの「搬送波＋疑似歪」信号は主増幅器８に入力される。分配器９は、主増幅器８の出力信号を２分配して、その一方を出力し、他方を検波回路１０に入力する。検波回路１０は、分配器９で分配された主増幅器８の出力レベルを検波し、その結果を制御回路１２に入力する。

温度検出回路１１は環境温度を検出する。制御回路１２は、図示せぬＣＰＵ（中央処理装置）と、ＣＰＵを制御するプログラムが書き込まれたプログラムメモリと、ＣＰＵの動作において使用されるワークメモリ、Ａ／Ｄ変換器等を備えて構成され、検波回路１０で検出された主増幅器８の出力レベルを示す信号と温度検出回路１１で検出された環境温度を示す信号を基に、可変減衰器６及び１３と可変位相器７を出力動作点や環境温度の変化に適応的に制御して歪の抑圧を行う。この場合、疑似歪信号の振幅を可変減衰器６で調整し、位相を可変位相器７で調整して、主増幅器８で発生する相互変調歪を抑圧する。

なお、疑似歪発生部４は疑似歪発生手段に対応する。また、可変減衰器６、可変位相器７及び制御回路１２は調整手段を構成する。また、合成器３は合成手段に対応し、可変減衰器１３は第１の入力信号レベル調整手段に対応する。また、検波回路１０及び制御回路１２は補正手段を構成する。また、温度検出回路１１は温度検出手段に対応する。

このような構成のプリディストーション歪補償増幅装置において、入力信号である搬送波信号が分配器１にて２分配されて、その一方が遅延素子２を経由して合成器３に入力される。また、分配器１で２分配された他方の搬送波信号が可変減衰器１３でレベル調整された後、疑似歪発生部４に入力される。疑似歪発生部４では、主増幅器８で発生する相互変調歪成分を抑圧するための疑似歪信号が発生する。疑似歪発生部４で発生した疑似歪信号は、可変減衰器６で振幅調整され、可変位相器７で位相調整された後、合成器３に入力されて、遅延素子２で遅延量調整された搬送波信号と合成されて「搬送波＋疑似歪」信号が生成される。そして、合成器３で生成された「搬送波＋疑似歪」信号が主増幅器８に入力される。これにより、主増幅器８から相互変調歪成分が抑圧された搬送波信号が出力される。

制御回路１２は、疑似歪発生部４で発生した疑似歪信号が主増幅器８で発生する相互変調歪成分と同振幅で且つ逆位相となるように、主増幅器８の出力を基に可変減衰器６及び可変位相器７を制御して振幅及び位相調整を行うが、この際、主増幅器８で発生する相互変調歪成分を最大限抑圧するように疑似歪信号の振幅及び位相を調整する。さらに、主増幅器８と歪発生器４１との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正するために（すなわち主増幅器８と歪発生器４１の動作点に対する固有のばらつきによる歪の振幅誤差及び位相誤差を最小限に抑えるために）、可変減衰器１３を制御して疑似歪発生部４の歪発生器４１への入力信号レベルを調整する。

このように、本実施の形態のプリディストーション歪補償増幅装置によれば、疑似歪発生部４の入力側に可変減衰器１３を設けて、この可変減衰器１３を、主増幅器８の出力信号及び環境温度値を基に制御して歪発生器４１への入力信号レベルを調整するので、主増幅器８と歪発生器４１との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することが可能となる。これにより、より高いダイナミックレンジでの歪補償効果を得ることが可能となる。

なお、実施の形態１では、歪発生器４１に対する入力信号のレベル調整に可変減衰器１３を用いたが、利得を可変できる増幅器（利得可変増幅器）を用いることも可能である。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２に係るプリディストーション歪補償増幅装置の概略構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態のプリディストーション歪補償増幅装置は、可変減衰器１３を分配器１の入力側に配置する一方、新たな可変減衰器１４を用いてそれを主増幅器８の入力側に配置したものであり、その他の部分については実施の形態１のプリディストーション歪補償増幅装置と同様になっている。可変減衰器１３は、入力信号である搬送波信号のレベル調整に用いられ、制御回路１２によって制御される。可変減衰器１４は、主増幅器８の入力信号である合成信号（「搬送波＋疑似歪」信号）のレベル調整に用いられ、制御回路１２によって制御される。

制御回路１２は、検波回路１０で検出された主増幅器８の出力レベルを示す信号と温度検出回路１１で検出された環境温度を示す信号を基に、可変減衰器６、１３及び１４と可変位相器７を、出力動作点や環境温度の変化に適応的に制御して歪の抑圧を行う。この際、疑似歪信号の振幅を可変減衰器６及び１３で調整し、位相を可変位相器７で調整して主増幅器８で発生する相互変調歪を抑圧する。また、可変減衰器１３を調整することで変動した装置利得を可変減衰器１４の調整により補正する。

なお、可変減衰器１４は第２の入力信号レベル調整手段に対応する。

このような構成のプリディストーション歪補償増幅装置において、入力信号である搬送波信号が可変減衰器１３でレベル調整された後、分配器１で２分配されて、その一方が遅延素子２を経由して合成器３に入力され、他方が疑似歪発生部４に入力されて主増幅器８で発生する相互変調歪成分を抑圧するための疑似歪信号が発生する。そして、可変減衰器６と可変位相器で振幅と位相が調整された疑似歪信号が合成器３に入力されて、遅延素子２で遅延量調整された搬送波信号と合成されて「搬送波＋疑似歪」信号が生成される。そして、合成器３で生成された「搬送波＋疑似歪」信号が可変減衰器１４でレベル調整された後、主増幅器８に入力される。これにより、主増幅器８から相互変調歪成分が抑圧された搬送波信号が出力される。

制御回路１２は、主増幅器８と歪発生器４１との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正するため（すなわち主増幅器８と歪発生器４１の動作点に対する固有のばらつきによる歪の振幅誤差及び位相誤差を最小限に抑えるため）に、可変減衰器１３を制御して疑似歪発生部４の歪発生器４１への入力信号レベルを調整し、さらに可変減衰器１３を制御することで生ずる装置利得の変動を補正するために可変減衰器１４を制御して主増幅器８の入力信号レベルを調整する。

このように、本実施の形態のプリディストーション歪補償増幅装置によれば、分配器１の入力側に疑似歪発生部４の歪発生器４１の入力信号レベルを調整するための可変減衰器１３を設けて、この可変減衰器１３を、主増幅器８の出力信号及び環境温度値を基に制御して歪発生器４１への入力信号レベルを調整するので、主増幅器８と歪発生器４１との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することが可能となり、より高いダイナミックレンジでの歪補償効果を得ることが可能となる。また、主増幅器８の入力側に、主増幅器８の入力信号レベルを調整するための可変減衰器１４を設けて、主増幅器８への入力信号レベルを調整するので、歪発生器４１への入力信号レベル調整によって生ずる装置利得の変動を補正することが可能となる。

なお、実施の形態２では、歪発生器４１に対する入力信号のレベル調整と主増幅器８に対する入力信号のレベル調整に可変減衰器１３及び１４を用いたが、利得を可変できる増幅器（利得可変増幅器）を用いることも可能である。

また、実施の形態１及び２では、温度検出回路１１を設けたが、環境温度が一定しているような場所では省くことも可能であり、その分コストダウンが図れる。

また、実施の形態１及び２では、携帯電話等の移動体通信システムの基地局送信装置に用いたが、この基地局送信装置に限定されるものではなく、プリディストーション歪補償方式の全ての増幅装置への適用が可能である。

本発明は、主増幅器と歪発生器との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正することができるといった効果を有し、携帯電話等の移動体通信システムの基地局送信装置などへの適用が可能である。

本発明の実施の形態１に係るプリディストーション歪補償増幅装置の概略構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係るプリディストーション歪補償増幅装置の概略構成を示すブロック図 従来のプリディストーション歪補償増幅装置の動作原理を説明するためのブロック図

符号の説明

１、９、４２ 分配器
２、４３ 遅延素子
３、４４ 合成器
４ 疑似歪発生部
６、１３、１４、４５ 可変減衰器
７、４６ 可変位相器
８ 主増幅器
１０ 検波回路
１１ 温度検出回路
１２ 制御回路
４１ 歪発生器

Claims (7)

1. 入力信号から主増幅手段で発生する相互変調歪成分を抑圧するための疑似歪信号を発生する疑似歪発生手段と、
   前記疑似歪発生手段が発生した疑似歪信号を、前記主増幅手段で発生する相互変調歪成分と同振幅で且つ逆位相となるように調整する調整手段と、
   前記入力信号と振幅及び位相が調整された疑似歪信号とを合成して前記主増幅手段に入力する合成手段と、
   前記疑似歪発生手段への入力信号レベルを調整するための第１の入力信号レベル調整手段と、
   前記主増幅手段の出力信号に基づいて前記第１の入力信号レベル調整手段を制御し、前記主増幅手段と前記疑似歪発生手段との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正する補正手段と、
   を備えるプリディストーション歪補償増幅装置。
2. 前記主増幅手段への入力信号レベルを調整するための第２の入力信号レベル調整手段を備え、
   前記補正手段は、前記第２の入力信号レベル調整手段を制御して、前記第１の入力信号レベル調整手段を制御することで変動した装置利得を補正する請求項１に記載のプリディストーション歪補償増幅装置。
3. 環境温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記補正手段は、前記主増幅手段の出力信号と前記温度検出手段により検出された環境温度値とに基づいて制御を行う請求項１又は請求項２に記載のプリディストーション歪補償増幅装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のプリディストーション歪補償増幅装置を備える移動体通信システムの基地局送信装置。
5. 歪発生器を用いて、入力信号から主増幅器で発生する相互変調歪成分と同振幅で且つ逆位相の疑似歪信号を生成し、生成した前記疑似歪信号を前記入力信号と合成して前記主増幅器に入力し、前記主増幅器で発生する相互変調歪成分を抑圧するプリディストーション歪補償方法において、
   前記主増幅器の出力信号に基づいて前記歪発生器への入力信号レベルを調整して、前記主増幅器と前記歪発生器との間で発生する動作点での歪特性の差分を補正するプリディストーション歪補償方法。
6. 前記入力信号レベルを調整し２分配して、その一方の入力信号を前記歪発生器に供給し、他方の入力信号を前記疑似歪信号との合成に用いる場合、前記歪発生器への入力信号レベルの調整を行うことで変動した装置利得を、前記主増幅器への入力信号レベルの調整を行うことで補正する請求項５に記載のプリディストーション歪補償方法。
7. 前記主増幅器の出力信号に基づく制御に環境温度値に基づく制御を含める請求項５又は請求項６に記載のプリディストーション歪補償方法。

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