JP2008016966A - 歪補償増幅器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な回路構成で入力信号の周波数を検知して歪補償を確実に行うことができる広帯域な歪補償増幅器を提供する。
【解決手段】入力端子１１に入力された信号は、方向性結合器１２で信号の一部が取り出されてミキサ１７に入力される。ミキサ１７は、入力信号と局部発振信号とを混合して中間周波信号ＩＦに変換する。中間周波信号ＩＦは、傾斜特性を持つハイパスフィルタ１８を介して取り出され、周波数によって振幅に差を生じた信号となり、検波回路１９で検波されて制御回路２０に入力される。制御回路２０は、検波回路１９で検波された信号のレベルによって入力の周波数を特定し、最適の歪補償を行うパラメータＰａを歪補償増幅回路１３へ出力する。歪補償増幅回路１３は、入力端子１１から方向性結合器１２を介して入力される信号に対し、制御回路２０からのパラメータＰａによって歪補償を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の周波数帯域の信号が入力される広帯域な歪補償増幅器に係り、特にそれぞれの周波数帯域毎に適した歪補償を行う歪補償増幅器に関する。

移動体通信用の基地局・中継局では、所定の周波数間隔を有し、それぞれ適宜変調されている多数の搬送波を含むマルチキャリア信号を高周波増幅した後、無線送信する。高周波増幅に用いる増幅器は、線形性が十分良好でないと例えば相互変調歪等、各種の歪が発生する。この歪は、正常かつ高品質な通信を実現する上で支障になるので、マルチキャリア信号の増幅に用いる増幅器に対しては、マルチキャリア信号が属する周波数帯域全体に亘り、良好な線形性が要求される。このため従来では一般に歪補償増幅器を使用して歪補償を行っている。

上記従来の歪補償増幅器は、各通信事業者の周波数帯域である約２０ＭＨｚの帯域について歪補償を行うものであり、広帯域に亘って歪補償を行うことが困難である。このため移動体通信の基地局では、通信事業者毎に歪補償増幅器を設けて歪補償を行っている。

しかし、最近、３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project：第三世代携帯電話の標準化プロジェクト）等で世界的に規格の統一が行われ、増幅器においても広帯域に歪補償を行う必要がでてきている。Ｗ−ＣＤＭＡでは、２１１０ＭＨｚ〜２１７０ＭＨｚ、ＧＳＭ（Global System for Mobile communications：デジタル携帯電話方式の一つ）では１９３０ＭＨｚ〜１９９０ＭＨｚの６０ＭＨｚの帯域のうち、どこかで２０ＭＨｚ若しくは４０ＭＨｚの帯域を使用する場合がある。

上記のように広帯域の歪補償を行う場合、通信事業者から基地局側に予め入力信号の周波数情報が提供される場合には、その周波数情報を歪補償増幅器に与えることにより最適な歪補償を行うことが可能である。しかし、通信事業者側から周波数情報が提供されない場合もあるので、その場合には歪補償増幅器において入力信号の周波数を検知し、それに合うように歪補償を行う必要がある。

歪補償増幅器において入力信号の周波数を検知し、それに合うように歪補償を行う方法としては、従来、入力信号の周波数帯域毎にそれぞれバンドパスフィルタを設け、信号が通過したバンドパスフィルタの帯域によって入力信号の周波数帯域を特定し、その特定した周波数帯域に対して歪補償を行うようにした歪補償装置が考えられている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１２０６７４号公報

しかし、従来の歪補償装置では、入力信号の周波数帯域毎にそれぞれバンドパスフィルタを設けているので、複数のフィルタを必要とし、回路構成が非常に複雑になるという問題がある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、簡易な回路構成で入力信号の周波数を検知して歪補償を確実に行うことができる広帯域な歪補償増幅器を提供することを目的とする。

第１の発明は、複数の周波数帯域の信号が歪補償の対象として入力される歪補償増幅器において、前記歪補償対象として入力される信号の一部を取り出す結合手段と、前記結合手段により取り出された信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、前記中間周波信号が入力され、各周波数における出力信号に振幅差が生じるように傾斜特性を持たせた回路素子と、前記回路素子から出力される信号を検波する検波手段と、前記検波手段で検波された信号のレベルによって入力信号の周波数を特定し、該特定された周波数に対応する歪補償用パラメータを出力する制御手段と、前記制御手段から出力される歪補償用パラメータにより前記入力信号の歪補償を行う歪補償増幅回路とを具備することを特徴とする。

第２の発明は、複数の周波数帯域の信号が歪補償の対象として入力される歪補償増幅器において、前記歪補償対象として入力される信号の一部を取り出す第１の結合手段と、前記第１の結合手段を介して入力される信号を歪補償用パラメータに基づいて歪補償する歪補償増幅回路と、前記第１の結合手段により取り出された信号が入力され、出力端子側が平坦な周波数特性を持ち、結合端子側が傾斜した周波数特性を持つように設定された第２の結合手段と、前記第２の結合手段の出力端子側から出力される信号を検波する第１の検波手段と、前記第２の結合手段の結合端子側から出力される信号を検波する第２の検波手段と、前記第１の検波手段及び第２の検波手段により検波された信号のレベルを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて入力信号の周波数を特定し、該特定された周波数に対応する歪補償用パラメータを前記歪補償増幅回路に出力する制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、入力信号を傾斜特性を持つ回路素子を介して取り出すことで、各入力信号の周波数に応じて出力信号に振幅差を持たせ、その信号レベルよって入力信号の周波数を特定しているので、フィルタを複数用意する必要がなく、簡易な構成で入力信号の周波数を特定して歪補償用パラメータを求めることができ、入力信号の歪補償を確実に行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る歪補償増幅器１０の構成図である。図１において、１１は歪補償増幅器１０の入力端子で、この入力端子１１から入力された送信高周波信号は方向性結合器１２を通り、増幅器及び歪補償回路からなる歪補償増幅回路１３に入力されて増幅される。この歪補償増幅回路１３で増幅された信号は、出力端子１４から出力される。上記歪補償増幅回路１３としては、例えばフィードフォワード増幅器やデジタルプリディストーション増幅器等を使用でき、更にはアナログプリディストーション増幅器でも差し支えない。

一方、上記方向性結合器１２によって一部取り出された信号は、周波数変換器を構成するミキサ１７に入力される。方向性結合器１２は、信号の一部を取り出すことができるのであれば、他の部品でも代用が可能である。局部発振器１５で発振された信号は、ローカルアンプ１６で増幅されてミキサ１７に入力される。ミキサ１７は、これら２つの信号を混合して中間周波信号ＩＦを生成する。

ミキサ１７で生成された中間周波信号ＩＦは、通過する信号の振幅に周波数によって差が生じる傾斜特性を持つ素子例えばハイパスフィルタ（ＨＰＦ）１８を介して取り出され、例えばダイオード等の検波回路１９により検波されて制御回路２０へ送られる。

上記制御回路２０は、検波回路１９で検波された信号のレベルによって入力信号の周波数を特定し、その周波数の信号に対して最適の歪補償を行う歪補償パラメータＰａを歪補償増幅回路１３へ出力する。歪補償増幅回路１３は、入力端子１１から方向性結合器１２を介して入力される信号に対し、上記制御回路２０から送られてくる歪補償パラメータＰａによって歪補償を行う。

次に上記第１実施形態の動作を説明する。
入力端子１１から入力された信号は、方向性結合器１２を介して歪補償増幅回路１３へ送られると共に、上記方向性結合器１２で信号の一部が取り出されてミキサ１７に入力される。ミキサ１７は、方向性結合器１２により取り出された信号と局部発振器１５からローカルアンプ１６を介して入力される信号とを混合し、方向性結合器１２により取り出された信号を中間周波信号ＩＦに変換する。

上記ミキサ１７によって周波数変換された中間周波信号ＩＦは、周波数によって殆ど振幅の差はない。図２（ａ）はミキサ１７から出力される中間周波信号ＩＦが一番低い周波数ｆｌの場合の振幅、図３（ａ）は中間周波信号ＩＦが一番高い周波数ｆｈの場合の振幅を示している。なお、ｆｃはｆｌとｆｈの中間の周波数を示している。また、図２（ｂ）、図３（ｂ）はハイパスフィルタ１８の周波数特性を示し、図２（ｃ）、図３（ｃ）は検波回路１９の入出力における信号レベル（振幅）を示している。

入力端子１１から方向性結合器１２を介してミキサ１７に入力された信号が一番低い周波数帯域の信号であった場合、ミキサ１７からは図２（ａ）に示すように一番低い中間周波数ｆｌに変換された信号が出力される。この中間周波数ｆｌの信号は、ハイパスフィルタ１８を介して検波回路１９へ送られる。ハイパスフィルタ１８は、図２（ｂ）に示すようにミキサ１７から出力される中間周波信号ＩＦの一番低い周波数ｆｌから一番高い周波数ｆｈを含む範囲において傾斜特性を有している。すなわち、ハイパスフィルタ１８は、低い周波数では出力信号の振幅が小さく、周波数が高くなるに従って出力信号の振幅が大きくなるような傾斜特性を有している。このためミキサ１７により一番低い中間周波数ｆｌに変換された信号は、ハイパスフィルタ１８から出力される際に図２（ｃ）に示すように一番低いレベルの信号となり、検波回路１９により検波されて制御回路２０へ送られる。

また、入力端子１１から方向性結合器１２を介してミキサ１７に入力された信号が一番高い周波数帯域の信号であった場合、ミキサ１７からは図３（ａ）に示すように一番高い中間周波数ｆｈに変換された信号が出力され、ハイパスフィルタ１８へ送られる。ハイパスフィルタ１８は、上記したように低い周波数では出力信号の振幅レベルが小さく、周波数が高くなるに従って出力信号の振幅が大きくなるような傾斜特性を有しているので（図３（ｂ）参照）、上記ミキサ１７により一番高い中間周波数ｆｈに変換された信号は、ハイパスフィルタ１８から出力される際に図３（ｃ）に示すように一番大きい振幅の信号となり、検波回路１９により検波されて制御回路２０へ送られる。

上記のようにミキサ１７で周波数変換された中間周波信号ＩＦの周波数に応じてハイパスフィルタ１８から出力される信号の振幅に差を生じ、検波回路１９で検波されて制御回路２０に入力される。制御回路２０は、検波回路１９で検波された信号のレベルを検知し、その検知した信号レベルによって入力の周波数を特定し、更に、上記特定した周波数の信号に対して最適の歪補償を行う歪補償パラメータＰａを歪補償増幅回路１３へ出力する。歪補償増幅回路１３は、入力端子１１から方向性結合器１２を介して入力される信号に対し、上記制御回路２０から送られてくる歪補償パラメータＰａによって歪補償を行う。

上記歪補償パラメータＰａは、例えば歪補償増幅回路１３としてフィードフォワード増幅器を用いている場合は歪除去ループで必要なパイロット周波数を設定し、また、歪補償増幅回路１３としてプリディストーションを用いている場合は歪の位相や振幅のオフセットを周波数によって可変させ、最適になるように設定する。

上記実施形態によれば、入力端子１１に入力された信号をミキサ１７によって中間周波信号ＩＦに変換し、傾斜特性を持つハイパスフィルタ１８を通すことで各入力信号の周波数に応じて振幅差を持たせ、そのレベルを測定することにより入力信号の周波数を特定するようにしているので、フィルタを複数用意する必要がなく、簡易な構成で入力信号の周波数を特定でき、この特定した周波数に対する歪補償パラメータＰａを求めて歪補償を確実に行うことができる。

なお、上記実施形態では、上記傾斜特性を持つ素子としては、ハイパスフィルタ１８を用いた場合について説明したが、ハイパスフィルタに限らず、通過する信号の振幅に周波数によって大きく差が生じるものであれば、その他、例えばカプラ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）、増幅器等の回路素子を使用することができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について説明する。

図４は、本発明の第２実施形態に係る歪補償増幅器３０の構成図である。図４において、１１は歪補償増幅器３０の入力端子で、この入力端子１１から入力された送信高周波信号は第１の方向性結合器１２を通り、増幅器及び歪補償回路からなる歪補償増幅回路１３に入力されて増幅される。この歪補償増幅回路１３に入力された信号は、所望の出力電力に増幅され、且つ最適な歪補償が行われて出力端子１４から出力される。

また、上記入力端子１１に入力された高周波信号は、第１の方向性結合器１２により信号の一部が取り出され、第２の方向性結合器３１、振幅レベル調整用の可変減衰器３２及び第１の検波回路３３を介して制御部４０に入力される。また、第２の方向性結合器３１の結合端子から取り出される信号は、第２の検波回路３４を介して制御部４０に入力される。

ここで、第２の方向性結合器３１は、詳細を後述するように、主線路側で平坦な周波数特性を有し、結合端子側で傾斜した周波数特性を有している。
上記制御部４０は、比較回路４１、制御回路４２及び周波数帯域毎のパラメータテーブル４３を備え、上記第１の検波回路３３及び第２の検波回路３４で検波された信号が比較回路４１に入力される。比較回路４１は、第１の検波回路３３及び第２の検波回路３４で検波された信号の電圧レベルの大小を比較し、その比較結果を制御回路４２へ出力する。上記パラメータテーブル４３には、周波数帯域毎の最適な歪補償パラメータが予め設定されている。制御回路４２は、比較回路４１の比較結果に基づいてパラメータテーブル４３から最適な歪補償パラメータＰａを読出し、制御信号として歪補償増幅回路１３へ出力して歪制御を行う。

上記第２の方向性結合器３１は、図５に示すような特性、すなわち第２の方向性結合器３１の入力端子１から主線路側の可変減衰器３２を含む出力端子２への周波数特性は、同図（ａ）に示すように送信周波数帯（Ｘ〜Ｚ）に亘って振幅が例えばＢのレベルで一定な特性を持ち、入力端子１から結合端子３への周波数特性は、同図（ｂ）に示すように送信周波数帯（Ｘ〜Ｚ）に亘って振幅が例えばＡ＜Ｂ＜Ｃの関係を持つ特性を有している。このような特性を持つ方向性結合器は、方向性結合器の中心周波数を送信周波数帯とは大きく異なる周波数帯のものを選択することで、容易に得ることができる。なお、第２の方向性結合器３１における入力端子１から結合端子３への周波数特性は、振幅がＡ＞Ｂ＞Ｃの関係を持つ特性を持つものであっても良い。

そして、第２の方向性結合器３１は、入力端子１から出力端子２へ出力される信号の振幅レベルと入力端子１から結合端子３へ出力される信号の振幅レベルが、図５に示すように送信帯域の中心周波数Ｙにおいて同一となるように可変減衰器３２によって調整する。

上記の構成において、第２の方向性結合器３１によって分配された信号は、それぞれ上述のような特性をもって、第１の検波回路３３及び第２の検波回路３４へ入力され、それぞれ平均電力検波されて制御部４０へ入力される。制御部４０は、第１の検波回路３３と第２の検波回路３４から出力される検波電圧の大小を比較回路４１にて比較し、入力信号の周波数帯域を判別する。制御回路４２は、比較回路４１により判別された周波数帯域に基づいてパラメータテーブル４３から最適な歪補償パラメータＰａを読出し、歪補償増幅回路１３へ出力して歪制御を行う。

以下、図６及び図７を参照し、具体例を交えて上記歪補償増幅器３０の動作を説明する。図６は各部の信号入力波形を示すもので、（ａ）は入力端子１１への信号入力波形、（ｂ）は第１の検波回路３３への信号入力波形、（ｃ）は第２の検波回路３４への信号入力波形である。図７は制御部４０におけるパラメータテーブル４３のパラメータ設定例を示している。

入力端子１１への入力信号波形が図６（ａ）に示すようにｆ１〜ｆ２に集中しているような場合、第２の方向性結合器３１によって分配された信号は、第１の検波回路３３への入力波形は図６（ｂ）に示すように振幅レベルＸにて振幅の周波数特性がほぼ一定となっている。

一方、第２の検波回路３４への入力波形は、図６（ｃ）に示すように傾斜した周波数特性、この場合の例では周波数ｆ１側で小さく、周波数ｆ２側で大きくなるような傾斜した周波数特性を有しており、その平均入力電力レベルはＹとなっている。

上記第１の検波回路３３及び第２の検波回路３４によって平均電力検波された信号をそれぞれＶ（Ｘ）、Ｖ（Ｙ）とすると、この信号Ｖ（Ｘ）、Ｖ（Ｙ）は制御部４０の比較回路４１にて比較され、その比較結果が制御回路４２へ送られる。このときの検波出力信号Ｖ（Ｘ）、Ｖ（Ｙ）は、図６（ｃ）に示すようにＶ（Ｘ）＞Ｖ（Ｙ）であるので、制御回路４２は入力信号の周波数帯域はｆ１であると判断し、図７に示すようにパラメータテーブル４３から周波数帯域ｆ１に対する歪補償パラメータａ、ｄ、ｇ、…を読出して歪補償増幅回路１３へ出力する。歪補償増幅回路１３は、上記制御部４０から送られてくる歪補償パラメータａ、ｄ、ｇ、…に基づいて歪制御を行う。

また、上記制御回路４２は、第１の検波回路３３及び第２の検波回路３４により検波された信号Ｖ（Ｘ）、Ｖ（Ｙ）を比較回路４１にて比較した際、その比較結果がＶ（Ｘ）＜Ｖ（Ｙ）であれば入力信号の周波数帯域はｆ３であると判定し、Ｖ（Ｘ）≒Ｖ（Ｙ）であれば入力信号の周波数帯域はｆ２であると判定し、その判定結果に基づいてパラメータテーブル４３から最適の歪補償パラメータを読出して歪補償増幅回路１３へ出力する。

上記のように制御回路４２は、比較回路４１の比較結果に基づいて入力信号の周波数帯域を判定し、その周波数帯域に応じてパラメータテーブル４３から最適の歪補償パラメータＰａを読出して歪補償増幅回路１３へ出力する。

上記第２実施形態では、方向性結合器の傾斜特性を利用して入力信号の周波数帯域を判定するようにしているので、第１実施形態と同様にフィルタを複数用意する必要がなく、簡易な構成で入力信号の周波数帯域を特定でき、この特定した周波数帯域に対する歪補償パラメータを求めて歪補償増幅回路１３の歪補償を確実に行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。

本発明の第１実施形態に係る歪補償増幅器の構成を示すブロック図である。 同実施形態において、周波数変換された中間周波信号の周波数が低い場合における周波数によるレベル差検出動作を説明するための図である。 同実施形態において、周波数変換された中間周波信号の周波数が高い場合における周波数によるレベル差検出動作を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る歪補償増幅器の構成を示すブロック図である。 同実施形態における第２の方向性結合器の周波数特性を示す図である。 同実施形態における各部の信号入力波形を示す図である。 同実施形態におけるパラメータテーブルのパラメータ設定例を示す図である。

符号の説明

１０…歪補償増幅器、１１…入力端子、１２…方向性結合器、１３…歪補償増幅回路、１４…出力端子、１５…局部発振器、１６…ローカルアンプ、１７…ミキサ、１８…ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）、１９…検波回路、２０…制御回路、３０…歪補償増幅器、３１…方向性結合器、３２…可変減衰器、３３…第１の検波回路、３４…第２の検波回路、４０…制御部、４１…比較回路、４２…制御回路、４３…パラメータテーブル

Claims (2)

1. 複数の周波数帯域の信号が歪補償の対象として入力される歪補償増幅器において、
   前記歪補償対象として入力される信号の一部を取り出す結合手段と、
   前記結合手段により取り出された信号を中間周波信号に変換する周波数変換手段と、
   前記中間周波信号が入力され、各周波数における出力信号に振幅差が生じるように傾斜特性を持たせた回路素子と、
   前記回路素子から出力される信号を検波する検波手段と、
   前記検波手段で検波された信号のレベルによって入力信号の周波数を特定し、該特定された周波数に対応する歪補償用パラメータを出力する制御手段と、
   前記制御手段から出力される歪補償用パラメータにより前記入力信号の歪補償を行う歪補償増幅回路と、
   を具備することを特徴とする歪補償増幅器。
2. 複数の周波数帯域の信号が歪補償の対象として入力される歪補償増幅器において、
   前記歪補償対象として入力される信号の一部を取り出す第１の結合手段と、
   前記第１の結合手段を介して入力される信号を歪補償用パラメータに基づいて歪補償する歪補償増幅回路と、
   前記第１の結合手段により取り出された信号が入力され、出力端子側が平坦な周波数特性を持ち、結合端子側が傾斜した周波数特性を持つように設定された第２の結合手段と、
   前記第２の結合手段の出力端子側から出力される信号を検波する第１の検波手段と、
   前記第２の結合手段の結合端子側から出力される信号を検波する第２の検波手段と、
   前記第１の検波手段及び第２の検波手段により検波された信号のレベルを比較する比較手段と、
   前記比較手段の比較結果に基づいて入力信号の周波数を特定し、該特定された周波数に対応する歪補償用パラメータを前記歪補償増幅回路に出力する制御手段と、
   を具備することを特徴とする歪補償増幅器。

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