JP2010157836A - 歪補償増幅装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力レベルが変動しても増幅部で発生する歪を歪検出回路にて適切に検出でき、より精度の高い歪補償制御を行うことができる。
【解決手段】ＡＰＤ方式を用いた歪補償増幅装置において、データ処理部１０は、電力測定器６によって得られた電力値に基づいて記憶回路１５ａ、１５ｂをアクセスし、Ｄ／Ａ変換器１６ａ、１６ｂを介して利得制御回路３の利得制御及び位相制御回路４の位相制御を行う。また、データ処理部１０は、電力測定器６により測定した入力電力値に応じて記憶回路２２をアクセスし、Ｄ／Ａ変換器２３を介して可変減衰器２１の減衰量を制御し、電力増幅器５で発生する歪を歪検出回路１３が適切に検出できるようにする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高周波の歪補償増幅装置に関し、特に移動通信の無線基地局などに用いられるプリディストーション歪補償増幅装置に関する。

ＣＤＭＡ（Code division Multiple Access）方式などを採用した移動通信システムの基地局等に用いられる増幅装置は、低歪性、高効率化が要求されている。このような特性を実現するための技術の一つとして、アダプティブプリディストーション方式（以下、ＡＰＤ方式という）の歪補償技術が知られている。また、このＡＰＤ方式には、無線信号入力方式とベースバンド信号入力方式がある。

図５は、上記無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた従来の歪補償増幅装置の構成を示すブロック図である。図５において、１は無線信号（高周波信号）が入力される入力端子で、この入力端子１に入力された無線信号は、遅延回路２、利得制御回路３及び位相制御回路４を介して電力増幅器５に入力され、この電力増幅器５で増幅された信号が送信出力として取出される。

また、上記入力端子１に入力された無線信号は、電力測定器６に入力されて入力信号レベルが測定される。電力測定器６は、ログ・アンプ（対数増幅器）７及びＡ／Ｄ変換器８により構成され、ログ・アンプ７の出力信号をＡ／Ｄ変換器８によりデジタル信号に変換し、データ処理部１０へ出力する。

また、上記電力増幅器５から出力される送信信号の一部は、乗算回路１１の一方の入力端子に入力される。この乗算回路１１の他方の入力端子には、局部信号発生器１２から出力される局部周波数信号が入力される。上記局部信号発生器１２は、データ処理部１０により動作制御される。上記電力増幅器５から乗算回路１１に入力された信号は、局部信号発生器１２から出力される局部周波数信号に応じて周波数変換され、歪検出回路１３を介して取出される。歪検出回路１３は、乗算回路１１から出力される信号を帯域制限し、検波及び平滑化して出力する。上記歪検出回路１３で検出された信号は、Ａ／Ｄ変換器１４に入力され、デジタル信号に変換されてデータ処理部１０へ送られる。データ処理部１０は、歪検出回路１３で検出された信号のレベル、すなわち電力増幅器５の非線形歪により発生した帯域外スペクトル成分を最小にするようなアルゴリズムによって動作する。

また、データ処理部１０には、記憶回路１５ａ、１５ｂが接続される。データ処理部１０は、電力測定器６で得られた値を参照して記憶回路１５ａ、１５ｂのアドレスを指定し、Ｄ／Ａ変換器１６ａ、１６ｂを通して利得制御回路３及び位相制御回路４をそれぞれ制御する。

また、本発明に関連する公知技術として、上記図５に示した歪補償増幅装置において、電力増幅器５を並列に配置された複数の増幅素子によって構成し、データ処理部１０は電力測定器６で測定した入力信号レベルが予め設定した閾値を超えているか否かを判断し、入力信号レベルが閾値を超えているときは電力増幅器５を構成する全ての増幅素子を選択して入力信号を増幅し、入力信号レベルが閾値より小さいときは一部の増幅素子を選択し、他の増幅素子の電源を遮断することにより、低出力時であっても電力効率の低下を防止するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１７２５１１号公報

上記図５に示したＡＰＤ方式を用いた従来の歪補償増幅装置において、歪検出回路１３に使用する検出器の入力ダイナミックレンジについては、一般に起こり得る最大入力レベルと最小入力レベルを考慮して設計される。また、分解のステップ幅については、一般に所要の精度（歪抑圧量）を得るために十分に狭いステップ幅が採用される。

上記の検出器において、その入力レベルは電力増幅器５の入力レベルが最大でかつ歪が全く抑圧されていない状態において最大になり、電力増幅器５の入力レベルが最小でかつ歪が最大に抑圧された状態において最小となる。例えば入力レベルのダイナミックレンジが２０ｄＢ、要求される歪抑圧量が３０ｄＢとすると、検出器には５０ｄＢ以上のダイナミックレンジが要求される。ここで、従来のように起こり得る最大レベル及び最小レベルを考慮して検出器の入力ダイナミックレンジを決めると、入力レベルが最小でかつ歪が最大に抑圧された状態において歪のレベルが検出器の検出限界値以下となり、所定の歪抑圧量を充分にとれないという問題がある。逆に、最小入力レベルにおける精度を優先して入力レンジを決めるとすれば電力増幅器５の入力レベルが最大でかつ歪が全く抑圧されていない状態においては検出器が飽和して制御が不安定になる。分解のステップ幅については、精度を優先して狭く設定すると制御を開始してから収束するまでに時間がかかってしまうという問題が生じる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、高精度、高応答速度で安定に動作する歪補償増幅装置提供することを目的とする。

本発明は、アダプティブプリディストーション歪補償方式を用いた歪補償増幅装置において、入力信号のレベルを検出する信号レベル検出部と、前記入力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部より出力される信号の歪レベルを検出する歪検出回路と、前記歪検出回路の前段に設けられた可変減衰器と、前記信号レベル検出部により検出された入力信号のレベルに応じて前記可変減衰器の減衰量を制御する制御手段とを具備し、前記入力信号のレベルに応じて前記可変減衰器の減衰量を制御することにより、前記歪検出回路の検出ダイナミックレンジを広くすることを特徴とする。

本発明によれば、歪検出回路の検出ダイナミックレンジを広くすることができ、入力レベルが変動しても増幅部で発生する歪を歪検出回路にて適切に検出でき、より精度の高い歪補償制御を可能として安定した増幅動作を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第施形態を説明する。 １実施形態に係る無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた歪補償増幅装置の基本構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る歪る無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた歪補償増補償増幅装置は、図５に示したＡＰＤ方式による歪補償増幅装置において、電力増幅器５と乗算回路１１との間に可変減衰器２１を付加すると共に、可変減衰器２１の減衰量を制御する制御値を記憶する記憶回路２２及び該記憶回路２２に記憶された制御値（デジタル信号）をアナログ信号に変換して可変減衰器２１に供給するＤ／Ａ変換器２３を付加したものである。データ処理部１０は、電力測定器６によって測定された電力値に基づいて記憶回路２２への読出しアクセスを行う。記憶回路２２には、可変減衰器２１の減衰量制御用の制御値が、電力値に対応付けて記憶されている。上記記憶回路２２に記憶する減衰量制御用の制御値は、入力信号のレベルに応じて歪検出回路１３が電力増幅器５で発生する歪を適切に検出できる減衰量となるように選択される。その他の構成は、図５に示した歪補償増幅装置と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

次に上記歪補償増幅装置の動作を説明する。
図１に示すように入力端子１に入力された無線信号は、遅延回路２で遅延された後、利得制御回路３によりレベル制御され、更に位相制御回路４により位相制御された後に電力増幅器５にて増幅されて出力される。この電力増幅器５で増幅された無線信号は、例えばアンテナを介して移動局に送信される。

また、入力端子１に入力された無線信号は、電力測定器６に入力される。電力測定器６は、入力された無線信号をログ・アンプ７により増幅した後、Ａ／Ｄ変換器８によってデジタル値に変換することにより、入力信号レベル（無線信号の電力値）を測定し、その測定値をデータ処理部１０へ出力する。

データ処理部１０は、電力測定器６により測定された値に基づいて記憶回路１５ａへの読出しアクセスを行う。記憶回路１５ａには、利得制御用の制御値が電力値に対応付けて（例えば電力値に対応するアドレス）記憶されている。記憶回路１５ａから読出された制御値は、Ｄ／Ａ変換器１６ａによりアナログ信号に変換されて利得制御回路３に供給される。利得制御回路３は、与えられた制御値に基づいて信号のレベル制御を行う。

同様に、データ処理部１０は、電力測定器６により測定された電力値に基づいて記憶回路１５ｂへの読出しアクセスを行う。記憶回路１５ｂには、位相制御用の制御値が電力値に対応付けて記憶されている。記憶回路１５ｂから読出された制御値は、Ｄ／Ａ変換器１６ｂによりアナログ値に変換されて位相制御回路４に供給される。位相制御回路４は、与えられた制御値に基づいて信号の位相制御を行う。

また、上記電力増幅器５から出力される送信信号の一部は、可変減衰器２１を介して乗算回路１１に入力され、局部信号発生器１２によって発生された局部周波数信号と乗算（混合）される。乗算回路１１の乗算結果は、歪検出回路１３を介して取出される。歪検出回路１３は、帯域通過フィルタ、検波器及び平滑回路からなり、乗算回路１１から出力される信号を帯域制限し、検波及び平滑化して出力する。上記歪検出回路１３で検出された信号は、Ａ／Ｄ変換器１４によりデジタル値に変換された後、データ処理部１０に取り込まれる。なお、歪検出回路１３における通過帯域は、電力増幅器５における非線形歪により発生する帯域外スペクトル成分を通過させるためのものである。また、局部信号発生器１２は、上記帯域外スペクトル成分を検出できるような周波数の信号を発生するようにデータ処理部１０によって制御される。

また、データ処理部１０は、電力測定器６によって得られた電力値に基づいて記憶回路２２への読出しアクセスし、この記憶回路２２に記憶されている制御値により可変減衰器２１の減衰量を制御し、電力増幅器５で発生する歪を歪検出回路１３が適切に検出できるようにする。

図２は可変減衰器２１の減衰量の変化を示すグラフであり、横軸は電力増幅器５の入力電力値を示し、右側の縦軸は可変減衰器２１の減衰量、左側の縦軸は歪検出回路１３に入力される電力増幅器５の歪レベルを示している。ここでは歪抑圧量を一定とした場合を想定している。また、同図において、１０１は可変減衰器２１の減衰量、１０２は可変減衰器２１の制御を行った場合の歪検出回路１３への入力電力、１０３は可変減衰器２１の制御を行わなかった場合の歪検出回路１３への入力電力を示している。

図２に示すように可変減衰器２１の減衰量は、入力電力値がＣ→Ｂ→Ａと増加するにつれて階段状に増加するように制御される。すなわち、入力電力値が小さい場合は、可変減衰器２１の減衰量が小さくなるように制御される。具体的には、入力電力値が小レベル範囲Ｃにあるときは、可変減衰器２１の減衰量はｃ（小）となり、入力電力値が中レベル範囲Ｂ（Ｂ＞Ｃ）にあるときは可変減衰器２１の減衰量はｂ（ｂ＞ｃ）となり、入力電力値が大レベル範囲Ａ（Ａ＞Ｂ）にあるときは、可変減衰器２１の減衰量はａ（ａ＞ｂ）となる。なお、このような電力増幅器５の入力電力値と可変減衰器２１の減衰量との対応関係は、前述したように記憶回路２２に設定される。

また、図２に示すように可変減衰器２１の減衰量を制御することにより、歪検出回路１３への入力電力１０２は、減衰量制御を行わない場合、すなわち減衰量が常に一定（＝ａ）の場合の入力電力量１０３に比較してある値に抑えることができる。つまり、歪検出回路１３に関して検出レベルのダイナミックレンジを広げることができる。

なお、ここでは、電力増幅器５の入力電力値を３つの範囲Ａ、Ｂ、Ｃに分けて各範囲Ａ、Ｂ、Ｃ毎に可変減衰器２１の減衰量を変更するようにしているが、例えば入力電力値の範囲の区分をより細かくすることにより、歪検出回路１３の入力レベルの範囲を狭めることができる。

図３は、可変減衰器２１の減衰量を変更する処理、及び利得・位相制御処理を示すフローチャートである。可変減衰器２１の減衰量を設定する場合には、まず、入力端子１に入力された無線信号の入力電力を電力測定器６により測定し（ステップＡ１）、測定した入力電力値に応じて記憶回路２２をアクセスして可変減衰器２１の減衰量を決定する（ステップＡ２）。また、上記電力測定器６により測定した入力電力値に応じて記憶回路１５ａ、１５ｂをアクセスし、利得制御回路３の利得制御及び位相制御回路４の位相制御を行う（ステップＡ３）。

以上のような処理を行うことにより、歪検出回路１３の検出ダイナミックレンジを広くすることができ、入力信号のレベルが変動しても電力増幅器５で発生する歪を歪検出回路１３にて適切に検出でき、より精度の高い歪補償制御を可能として安定した増幅動作を行うことができる。

（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実施形態に係る無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた歪補償増幅装置の構成を示すブロック図である。この第２実施形態に係る歪補償増幅装置は、図１に示した第１実施形態に係る歪補償増幅装置において、可変減衰器２１に代えてＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路３１を使用したもので、その他の構成は第１実施形態と同様の構成であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

ＡＧＣ回路３１の制御は、次のようにして行われる。
データ処理部１０は、電力測定器６によって得られた電力値に基づいて記憶回路２２へのアクセスを行い、Ｄ／Ａ変換器２３を介してＡＧＣ回路３１を制御する。記憶回路２２にはＡＧＣ回路３１の利得制御用の制御値が、電力値に対応付けて記憶されている。記憶回路２２に記憶される利得制御用の制御値は、入力信号のレベルに応じて歪検出回路１３が電力増幅器５で発生する歪を適切に検出できる減衰量となるように選択される。

上記第２実施形態に係る歪補償増幅装置において、データ処理部１０は、電力測定器６によって得られた電力値に基づいて記憶回路１５ａ、１５ｂをアクセスし、利得制御回路３の利得制御及び位相制御回路４の位相制御を行う。また、データ処理部１０は、電力測定器６により測定した入力電力値に応じて記憶回路２２をアクセスし、Ｄ／Ａ変換器２３を介してＡＧＣ回路３１の利得を制御し、電力増幅器５で発生する歪を歪検出回路１３が適切に検出できるようにする。

ＡＧＣ回路３１の詳細な制御動作及びフローチャートについては第１実施形態で示した図２、図３と同様であるので、ここでは省略する。
上記第２実施形態で示したようにＡＧＣ回路３１を用いて歪検出回路１３への入力制御を行った場合においても、第１実施形態と同様に歪検出回路１３の検出ダイナミックレンジを広くすることができ、入力信号のレベルが変動しても電力増幅器５で発生する歪を歪検出回路１３にて適切に検出でき、より精度の高い歪補償制御を可能として安定した増幅動作を行うことができる。

なお、上記各実施形態では、無線信号入力によるＡＰＤ方式のプリントディストーション歪補償増幅装置について説明したが、ベースバンド信号入力によるＡＰＤ方式（ＤＰＤ方式とも呼ばれる）においても適用可能である。
また、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実施形態に係る無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた歪補償増幅装置の基本構成を示すブロック図である。 同実施形態における可変減衰器の減衰量の変化を示す特性図である。 同実施形態における可変減衰器の減衰量を変更する処理、及び利得・位相制御処理を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた歪補償増幅装置の構成を示すブロック図である。 従来の無線信号入力によるＡＰＤ方式を用いた歪補償増幅装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１…入力端子、２…遅延回路、３…利得制御回路、４…位相制御回路、５…電力増幅器、６…電力測定器、７…ログ・アンプ、８…Ａ／Ｄ変換器、１０…データ処理部、１１…乗算回路、１２…局部信号発生器、１３…歪検出回路、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５ａ、１５ｂ…記憶回路、１６ａ、１６ｂ…Ｄ／Ａ変換器、２１…可変減衰器、２２…記憶回路、２３…Ｄ／Ａ変換器、３１…ＡＧＣ回路。

Claims (1)

1. アダプティブプリディストーション歪補償方式を用いた歪補償増幅装置において、
   入力信号のレベルを検出する信号レベル検出部と、前記入力信号を増幅する増幅部と、前記増幅部より出力される信号の歪レベルを検出する歪検出回路と、前記歪検出回路の前段に設けられた可変減衰器と、前記信号レベル検出部により検出された入力信号のレベルに応じて前記可変減衰器の減衰量を制御する制御手段とを具備し、
   前記入力信号のレベルに応じて前記可変減衰器の減衰量を制御することにより、前記歪検出回路の検出ダイナミックレンジを広くすることを特徴とする歪補償増幅装置。

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