JP2007081801A

JP2007081801A - 歪補償装置

Info

Publication number: JP2007081801A
Application number: JP2005266546A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Kawada; 雅史河田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-29

Abstract

【課題】周波数特性に起因する振幅差や位相差により発生していた送信信号の残留成分を取り除き、歪レベル検出を最適に行う歪補償装置を提供する。
【解決手段】入力信号を２つに分配する第一の分配部と、増幅器出力信号を２つに分配する第二の分配部と、前記増幅器出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成部と、周波数特性に起因する振幅差分および位相差分を補正する周波数特性補正部と、周波数特性が補正された信号と前記増幅器の出力信号とを合成する合成部と、前記合成部の出力信号より歪信号のレベルを検出する歪信号レベル検出部と、前記歪レベル検出信号に基づいて、前記歪信号のレベル及び残留送信信号レベルが最小になるように、前記周波数特性補正部の動作を制御する制御部と、を具備することを特徴とする構成を採る。
【選択図】図1

Description

本発明は、高周波信号増幅装置の入出力特性の非線形性により生じる歪信号を抑圧する歪補償装置に関するものである。

従来の歪補償装置の構成を図１４に示す。

図１４に示すように、従来の歪補償装置は、入力信号が入力される入力端子１０９と、入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器１００と、出力信号が出力される出力端子１１０と、増幅器１００で発生する歪成分の抑圧に用いられる歪補償部１０１とを具備している。
この従来の歪補償装置の動作を図１５を用いて示す。

図１５は図１４のキャリア信号及び歪信号の周波数特性を示したものである。図１５に示すように、増幅器１００の入出力の非線形増幅特性により、相互変調歪（以下、歪）信号Ｈ１,Ｈ２が発生する。歪補償部１０１は増幅器１００の歪信号Ｈ１,Ｈ２に対し、同じ振幅で且つ逆位相特性の歪信号成分Ｈ’１,Ｈ’２を増幅器の前段部にて発生させ、その信号を増幅器に入力することで、歪のベクトル合成により歪を抑圧することに用いられている。

さらに歪信号の抑圧を最大限に調整し、その歪信号レベルが最小になるように歪補償部を制御する構成が提案されている（特許文献１）。この代表図を図２に示す。

図２は、入力信号を増幅して増幅信号を生成して出力する増幅器１００と、前記増幅信号の歪成分を抑圧する歪補償部２０１と、前記出力信号を２つに分配する分配部１０２と、前記入力信号を２つに分配する分配部１０３と、増幅器１００出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成回路１０４と、変換信号生成回路１０４と増幅器１００との出力を合成する合成回路１０６と、送信信号成分が抑圧された歪信号合成回路１０６出力より歪レベル検出信号を生成する歪信号レベル検出回路２０７と、歪レベル検出信号より歪補償部２０１を制御する制御回路２０８を有する構成を採る。

既に図１５に示したように、増幅器１００により増幅されるときに、歪が発生する。この歪信号をもつ増幅器１００からの増幅信号と、変換信号生成回路１０４出力信号とを合成する場合、変換信号生成回路１０４出力信号が増幅器出力信号に対して同振幅および逆位相特性とを有するため、合成回路１０６の出力信号には歪信号のみが残る。

歪信号レベル検出回路２０７は、合成回路１０６からの歪信号のレベルを検出して歪信号レベル信号を生成する。制御回路２０８は、歪信号レベルのレベルが最小になるように歪補償部２０１の動作を制御する。

この動作を図２乃至図４を用いて説明する。図２におけるＡ〜Ｆのポイントの送信信号及び歪信号波形を図３乃至図４に示す。

図３の信号Ａは歪み補償制御が不十分な状態である。信号Ｂは入力信号Ｄが入力されたときの増幅器１００の出力信号である。信号Ｅは信号Ｄが入力されたときの変換信号生成回路１０４出力信号である。信号Ｃは信号Ａが入力されたときの増幅器１００の出力信号、信号Ｆは信号Ｃと信号Ｅの合成信号である。この信号Ｆが歪み検出信号となる。

図３の信号Ｆで示すように、歪み補償制御が不十分な場合、歪補償部２０１の出力信号は信号Ａとなるため、歪み成分が検出できる。

図４は検出された歪み成分より高精度の歪み補償制御が実現できた後の信号波形である。この場合図３の信号Ａは図４の信号Ｇとなり、図３の信号Ｃに対応するその増幅器出力信号は信号Ｈとなる。

従って、図３の信号Ｆに対応する信号Ｉが得られるので、制御部２０８は歪検出レベルが許容範囲内となるため、その状態を維持するように動作する。
特開２００４-４０６６３号公報

しかしながら、広帯域信号（送信信号が多数あるマルチ信号も含む）に対しては、次に説明する課題が生じる。

以下、図５及び図６を用いて説明する。図５は図２中の分配部１０３から合成回路１０６までの経路である経路１、及び分配部１０３から合成回路１０６までの経路である経路２における周波数特性に対する振幅あるいは位相特性を示している。

図６は図１のＣ,Ｅ,Ｆ点における送信信号及び歪信号を示している。経路１と経路２間で図５に示すように広帯域信号に対しては周波数に対する振幅差や位相差が生じる。従って、歪信号レベル検出回路２０７出力にて、その送信信号の残留分が生じる。つまり、図６のＦに示した様に、周波数に対する振幅差や位相差により送信信号は同振幅・逆位相の関係が成立出来なくなるため、送信信号が正しく抑圧されない。

その送信信号の残留分が歪抑圧時の歪レベルの値として制御部にて認識され、実際には歪抑圧されていない状態でも、制御部２０８にて最小であると誤認識される。これは、歪が最小になるように歪補償部２０１を制御しても、送信信号の残留分は変化しないため、その影響で正しく歪検出ができないためである。

本発明は、この従来の問題を解決するためになされたもので、高周波信号増幅装置出力信号の歪成分を、広帯域に渡って周波数に対する振幅差、位相差を正確に検出することで、広帯域の歪抑圧を実現することのできる歪補償装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の歪補償装置は、入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器出力信号の歪成分を抑圧する歪補償装置において、入力信号を２つに分配する第一の分配部と、増幅器出力信号を２つに分配する第二の分配部と、増幅器出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成部と、変換信号生成部で生成された信号と増幅器出力信号との間で生じる周波数特性に起因する振幅差分および位相差分を補正する周波数特性補正部と、周波数特性補正部にて周波数特性が補正された信号と増幅器の出力信号とを合成する合成部と、合成部の出力信号より歪信号のレベルを検出して歪レベル検出信号を生成する歪信号レベル検出部と、歪レベル検出信号に基づいて、歪信号のレベル及び残留送信信号レベルが最小になるように、周波数特性補正部の動作を制御する制御部と、を具備することを特徴とする構成を採る。

この構成により、増幅器１００出力信号と同振幅の逆位相信号を生成し、この信号と増幅器１００出力信号を合成して歪信号を取得し、この歪信号のレベルに基づいて歪補償部１０１を制御し、且つ周波数特性補正回路１０５により歪信号生成時に発生する周波数特性起因による残留送信信号レベルを最小にするように制御している。従って、広帯域に渡り歪信号の抑圧量を最大限に調整することができる。

また、入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器出力信号の歪成分を抑圧する歪補償装置において、増幅器出力信号を２つに分配する分配部と、入力信号より増幅器出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成部と、変換信号生成部で生成された信号と増幅器出力信号との間で生じる周波数特性に起因する振幅差分および位相差分を補正する周波数特性補正部と、周波数特性補正部にて周波数特性が補正された信号と増幅器の出力信号とを合成する合成部と、合成部の出力信号より歪信号のレベルを検出して歪レベル検出信号を生成する歪信号レベル検出部と、歪レベル検出信号に基づいて、歪信号のレベル及び残留送信信号レベルが最小になるように、周波数特性補正部の動作を制御する制御部と、を具備することを特徴とする構成を採る。

この構成により、増幅器１００出力信号と同振幅の逆位相信号を生成し、この信号と増幅器１００出力信号を合成して歪信号を取得し、この歪信号のレベルに基づいて歪補償部１０１を制御し、且つ周波数特性補正回路１０５により歪信号生成時に発生する周波数特性起因による残留送信信号レベルを最小にするように制御している。従って、広帯域で歪信号の抑圧量を最大限に調整することができ、回路特性の温度変動又は経年変化に影響されることがない。また、変換信号生成回路は入力信号すなわちベースバンド部などから生成する事が可能であるため、高周波信号処理部との分離、ベースバンド信号処理LSＩとの統合などの回路設計の柔軟化を図る事が出来る。

また、本発明の歪補償装置は、歪の振幅成分と位相成分とを独立して制御できる手段を具備することを特徴とする構成を採る。従って、この構成により、歪抑圧をより効果的に行うことができる。

本発明は、周波数特性補正器１０５を設けることにより、歪検出時に、周波数特性に起因する振幅差や位相差により発生していた送信信号の残留成分を取り除き、歪レベル検出を最適に行うことで、広帯域に歪抑圧することができる効果を有する歪補償装置を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態の歪補償装置について、図面を用いて説明する。
本発明の第１の実施の形態の歪補償装置を図１に示す。

図１において、入力信号を増幅して増幅信号を生成して出力する増幅器１００と、前記増幅信号の歪成分を抑圧する歪補償部１０１と、前記出力信号を２つに分配する分配部１０２と、前記入力信号を２つに分配する分配部１０３と、前記入力信号と前記増幅器１００により増幅された出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成回路１０４と、前記変換信号生成回路１０４で生成された信号と前記増幅器１００出力信号間の周波数特性による振幅差分や位相差分を補正する周波数特性補正回路１０５と、前記周波数特性補正回路１０５にて周波数特性が補正された信号と出力信号とを合成することで送信信号成分が抑圧されて歪成分のみになった歪信号を出力する合成回路１０６と、前記歪信号レベルを検出して歪レベル検出信号を生成する歪信号レベル検出回路１０７と、前記歪レベル信号に基づいて前記合成手段での前記歪信号のレベル及び送信信号が抑圧されず残留する残留送信信号レベルが最小になるように、前記歪補償部及び前記周波数特性補正回路の動作を制御する制御回路１０８を有する構成を採る。

以上のように構成された歪補償装置について、図１を用いてその動作を説明する。
図１は、本発明の１実施の形態に係る歪補償部の構成を示すブロック図である。
本発明の１実施の形態に係る歪補償部１０１は、入力端子１０９と、出力端子１１０と、入力端子側の分配部１０３と、出力端子側の分配器１０２と、変換信号生成回路１０４と、周波数特性補正器回路１０５と、合成回路１０６と、歪信号レベル検出回路１０７と、制御回路１０８を具備している。分配器１０３は、入力端子１０９からの入力信号を２つに分配して歪補償部１０１及び変換信号生成回路１０４に与える。増幅器１００は、歪補償部１０１で歪み補償制御された分配器１０１からの入力信号を増幅して増幅信号を生成し、出力端子１１０に出力する。歪補償部１０１は、制御回路１０８からの制御信号に基づいて増幅器１００で発生する歪成分を抑圧する。変換信号生成回路１０４は、分配部１０３からの入力信号に基づいて増幅器１００からの増幅信号と同振幅の逆位相信号を生成する。周波数特性補正器１０５は、経路１と経路２間の振幅と位相の周波数特性の差分を補正する。合成回路１０６は、増幅器１００からの増幅信号と、変換信号生成回路１０４出力信号が周波数特性補正器１０５で補正された信号とを合成して歪信号を出力する。

本構成において、入力信号が増幅器１００により増幅されるときに、増幅器１００の入出力の非線形特性により歪が発生する。この歪信号をもつ増幅器１００からの増幅信号と、周波数特性補正器１０５出力信号とを合成する場合、周波数特性補正器１０５出力信号は増幅信号と同振幅かつ逆位相であり、且つ周波数特性による振幅差や位相差がない。

従って広帯域信号の場合でも、送信信号の残留成分が発生しないため、合成回路１０６の出力信号は補償対象である歪信号のみとなる。歪信号レベル検出回路１０７は、合成回路１０６からの歪信号のレベルを検出して歪信号レベル信号を生成する。制御回路１０８は、歪信号レベルが最小になるように歪補償部１０１の動作を制御する。周波数特性補正器１０５は、例えば周波数特性の振幅特性を調整する場合は、図８に示した方向性結合器１１１とバリキャップダイオード１１２にて構成する。

通常、方向性結合器１１１の４方向の端子を５０オームで接続すると、図８中に示すように方向性結合器１１１の端子Ａと端子Ｃ間の振幅特性、端子Ｂと端子Ｄ間の振幅特性は図９中のＣ,Ｄのような特性となる。

また、端子Ａと端子Ｂ間の振幅特性は図１０中のＥのようになり、送信信号Ｆ１,Ｆ２間の周波数による振幅差はない。

しかし、例えば端子Ｂと端子Ｄに異なる容量性のコンデンサや誘導性のインダクタンスなどを接続すると、方向性結合器１１１の端子Ｃと端子Ｄ間の振幅特性は図１１中のＦのような特性となる。

従って、端子Ａと端子Ｂ間の振幅特性は図１２で示すとおり、送信信号Ｆ１,Ｆ２間の周波数による振幅差が発生する。

この特性を補正するために使用されるバリキャップダイオード１１２は、印加電圧により容量値が変化する特性を持つ。制御回路１０８によりバリキャップダイオード１１２に印加する電圧を変化させ、前記の送信信号Ｆ１,Ｆ２間の周波数による振幅差を発生させることで、この周波数特性を補正する。

位相の周波数特性についても、同様に補正する事が可能である。

ここでは一例を明示したが、ここに図示していない振幅及び位相の周波数特性の補正方法は種々存在しており、その様な方式を用いても本発明は実現できる。

また、振幅と位相を独立して制御を行う事も可能である。これは例えば、（特許文献２）で開示されているように振幅成分と位相成分を分離して、それぞれについて同様の手順で補正を行えばよい。

このように、本発明の第１の実施の形態の歪補償装置によれば、周波数特性補正器１０５を設けることにより、経路１と経路２間の周波数特性の差分を修正することで、歪検出時において、周波数特性に起因する振幅差や位相差により発生していた送信信号の残留成分を取り除くことが出来る。

この結果、図７に示す通り、周波数ｆ１からｆ２の帯域に渡り平坦な差分特性が得られる。

従って、残留成分に影響されずに歪レベルを検出することが可能となるため、広い帯域で歪抑圧することができる効果を有する歪補償装置を提供することができる。

また、図１と同様に周波数特性補正回路１０５を歪補償部１０１の前段部または後段部に配置する構成としても良く、更に、増幅器１００から分配回路１０２により分配された部分に配置する構成も可能である。
特願平１１−５０９７７９本発明の第２の実施の形態の歪補償装置を図１３に示す。

図１と同一符号のものは、同一の構成および動作を示している。相違点は増幅器１００出力信号と同振幅の逆位相信号すなわち変換信号を、ベースバンド部などで生成する変換信号生成回路１１３を有する構成である。

この変換信号をベースバンド部で生成するためには、増幅器１００出力信号を変換信号生成回路１１３へフィードバックし、その信号を同振幅の逆位相信号に変換する事で可能となる。例えば、ベースバンドのアナログ信号処理であれば増幅率１の反転増幅器を用いれば実現できる。

デジタル信号処理であればアナログからデジタル信号への変換後、前記反転増幅器と同じ機能を持つデジタル演算処理を行ない、更にデジタルからアナログ信号への変換処理を行なえば実現できる。

また入力信号レベルに応じた変換信号データを変換信号生成回路１１３で予め具備し、検波した入力信号レベルに応じた変換信号を算出して出力することも可能である。

本発明では上記手段に限定されず、他にもベースバンド部などで変換信号を生成する手段であれば、その手段を使用して実現してももちろん構わない。

このような本発明の第２の実施の形態の歪補償装置によれば、変換信号生成回路１１３の高周波信号処理部との分離、あるいはベースバンド信号処理ＬＳＩとの統合などの回路設計の柔軟化を図る事が出来る。

また、振幅または位相単独で周波数補正を行う事も可能である。これは例えば、前記（特許文献２）で開示されているように振幅成分と位相成分を分離して、それぞれについて同様の手順で補正を行えばよい。

以上のように、本発明にかかる歪補償装置は、高周波信号増幅器の入出力特性の非線形特性により生じる歪を広帯域で補償できるため、特にＣＤＭＡ通信方式に使用される送信装置の送信信号増幅器に有用である。

本発明の第１の実施の形態における歪補償装置の構成を示すブロック図従来の歪補償装置の構成を示すブロック図従来の歪補償装置の動作を示し、事前状態のブロック図従来の歪補償装置の動作を示し、事後状態のブロック図従来の歪補償装置の広帯域信号に対する経路１と経路２間の差分を示す図従来の歪補償装置の図５の特性を持つ場合の合成時の歪特性を示す図本発明の第１の実施の形態における経路１と経路２間の周波数特性の差分を示す図本発明における周波数特性補正回路の一例を示す図本発明における周波数特性補正回路に用いられる方向性結合器の事前通過振幅特性を示す図本発明における周波数特性補正回路に用いられる方向性結合器の事前通過振幅特性を示す図本発明における周波数特性補正回路に用いられいる方向性結合器の事後通過振幅特性を示す図本発明における周波数特性補正回路に用いられいる方向性結合器の事後通過振幅特性を示す図本発明の第２の実施の形態における歪補償装置の構成を示すブロック図従来の歪補償装置の構成を示すブロック図従来の歪補償装置の送信信号と歪を示す模式図

符号の説明

１００増幅器
１０１歪補償部
１０２分配器（出力側）
１０３分配器（入力側）
１０４変換信号生成回路
１０５周波数特性補正回路
１０６合成回路
１０７歪信号レベル検出回路
１０８制御回路
１０９入力端子
１１０出力端子
１１１方向性結合器
１１２バリキャップダイオード
１１３変換信号生成回路
２０１歪補償部
２０７歪信号レベル検出回路
２０８制御回路

Claims

入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器出力信号の歪成分を抑圧する歪補償装置において、
入力信号を２つに分配する第一の分配部と、
増幅器出力信号を２つに分配する第二の分配部と、
前記増幅器出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成部と、
前記変換信号生成部で生成された信号と前記増幅器出力信号との間で生じる周波数特性に起因する振幅差分および位相差分を補正する周波数特性補正部と、
前記周波数特性補正部にて周波数特性が補正された信号と前記増幅器の出力信号とを合成する合成部と、
前記合成部の出力信号より歪信号のレベルを検出して歪レベル検出信号を生成する歪信号レベル検出部と、
前記歪レベル検出信号に基づいて、前記歪信号のレベル及び残留送信信号レベルが最小になるように、前記周波数特性補正部の動作を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする歪補償装置。
入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器出力信号の歪成分を抑圧する歪補償装置において、
増幅器出力信号を２つに分配する分配部と、
入力信号より前記増幅器出力信号と同振幅の逆位相信号を生成する変換信号生成部と、
前記変換信号生成部で生成された信号と前記増幅器出力信号との間で生じる周波数特性に起因する振幅差分および位相差分を補正する周波数特性補正部と、
前記周波数特性補正部にて周波数特性が補正された信号と前記増幅器の出力信号とを合成する合成部と、
前記合成部の出力信号より歪信号のレベルを検出して歪レベル検出信号を生成する歪信号レベル検出部と、
前記歪レベル検出信号に基づいて、前記歪信号のレベル及び残留送信信号レベルが最小になるように、前記周波数特性補正部の動作を制御する制御部と、
を具備することを特徴とする歪補償装置。
歪の振幅成分と位相成分とを独立して制御できる手段を具備することを特徴とする請求項１記載の歪補償装置。
歪の振幅成分と位相成分とを独立して制御できる手段を具備することを特徴とする請求項２記載の歪補償装置。