JP2010183525A - Predistorter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、電力増幅器(PA:Power Amplifier)で発生する非線形歪を補償するプリディストーション技術に関し、特に、2次高調波注入増幅器で発生する歪を補償するプリディストータに関する。 The present invention relates to a predistortion technique that compensates for non-linear distortion generated in, for example, a power amplifier (PA), and more particularly, to a predistorter that compensates for distortion generated in a second-order harmonic injection amplifier.
近年、デジタル移動通信の電力増幅器に対し、高い電力効率を得るための技術開発の要求が加速している。例えば、ドハティ増幅器やLINC(Linear Amplification using Nonlinear Components)など、様々な方式について研究、開発が行われており、これらの方式の一つに2次高調波注入方式がある(例えば、非特許文献1参照。)。
2次高調波注入方式では、増幅器の入力に、振幅と位相を調整した2次高調波を注入することで入力波形処理を行い、スイッチングモードであるF級動作の一部を行うことにより、電力効率を高くすることができる。
In recent years, demand for technological development for obtaining high power efficiency has been accelerated for power amplifiers for digital mobile communications. For example, various methods such as Doherty amplifier and LINC (Linear Amplifying using Nonlinear Components) have been researched and developed, and one of these methods is a second harmonic injection method (for example, Non-Patent Document 1). reference.).
In the second harmonic injection method, input waveform processing is performed by injecting a second harmonic whose amplitude and phase are adjusted to the input of an amplifier, and by performing a part of the class F operation that is a switching mode, Efficiency can be increased.
図1には、2次高調波注入増幅器の構成例を示してある。
本例の2次高調波注入増幅器は、カプラ1と、遅延素子(例えば、遅延線:Delay line)2と、2次高調波生成部3と、合成器4と、例えば電力増幅器から構成される増幅器(メインアンプ)5を備えている。2次高調波生成部3には、二乗回路11と、増幅器12と、可変移相器3と、可変減衰器14を備えている。
FIG. 1 shows a configuration example of a second harmonic injection amplifier.
The second-order harmonic injection amplifier of this example includes a coupler 1, a delay element (for example, delay line: Delay line) 2, a second-order harmonic generation unit 3, a combiner 4, and a power amplifier, for example. An amplifier (main amplifier) 5 is provided. The second harmonic generation unit 3 includes a
入力信号は周波数f0の無線周波数(RF:Radio Frequency)信号であり、基本波と呼ぶ。基本波の一部をカプラ1で分配して、遅延素子2と2次高調波生成部3に入力する。2次高調波生成部3では、入力された信号について、二乗回路11で2次高調波を発生させる。二乗回路11からの出力信号は、周波数2f0の信号(2次高調波)となる。次に、この2次高調波を増幅器12で増幅する。そして、F級動作が行われるようにするために、この増幅信号について、可変位相器13で位相を調整し、可変減衰器14で振幅を調整する。
ここで、二乗回路11からの出力信号の振幅が十分に大きい場合には、増幅器12は不要であり備えられなくてよい。また、可変位相器13と可変減衰器14とは、これらによりベクトル調整の機能を有しており、構成順序が入れ替わっても、同等の効果を得ることができる。
また、二乗回路11の代わりに、例えば、2次高調波を発生させるダイオード或いは電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)等を使用した構成が用いられてもよい。
The input signal is a radio frequency (RF) signal having a frequency f0 and is called a fundamental wave. A part of the fundamental wave is distributed by the coupler 1 and input to the delay element 2 and the second harmonic generation unit 3. In the second harmonic generation unit 3, a second harmonic is generated by the
Here, when the amplitude of the output signal from the
Further, instead of the
遅延素子2では、入力信号(基本波)の遅延時間を調整する。合成器4では、遅延素子2によりタイミング調整された基本波と2次高調波生成部3(可変減衰器14)からの2次高調波とを合成し、そして、当該合成信号について、メインアンプ5で電力を増幅する。このとき、基本波はメインアンプ(増幅器)5から出力され、2次高調波は反射してF級動作されるため、電力効率が向上する。 The delay element 2 adjusts the delay time of the input signal (fundamental wave). The synthesizer 4 synthesizes the fundamental wave whose timing is adjusted by the delay element 2 and the second harmonic from the second harmonic generation unit 3 (variable attenuator 14), and the main amplifier 5 To amplify the power. At this time, the fundamental wave is output from the main amplifier (amplifier) 5 and the second harmonic is reflected and operated in class F, so that the power efficiency is improved.
一方、電力増幅器には高い線形性、すなわち、低非線形歪であることも要求される。バックオフ法は、動作点を下げて線形領域を使用する方法であるが、低い動作点では電力効率が下がってしまうため採用できない。フィードフォワード(Feed Forward)方式は、高い線形性を得ることができるが、誤差増幅器を備える必要があり、消費電力が増加してしまう。プリディストーション(PD:Pre−Distortion)方式は、増幅器の入力信号に予め非線形特性の逆特性を与えておくことで、非線形特性を補償する方式であり、特に、デジタル信号処理によってPD方式を実現するDPD(Digital PD)方式は、電力をほとんど消費しないため、現在の主流となっている。 On the other hand, the power amplifier is also required to have high linearity, that is, low nonlinear distortion. The back-off method is a method in which the operating point is lowered and the linear region is used, but it cannot be adopted at a low operating point because power efficiency is lowered. The feed forward method can obtain high linearity, but it is necessary to provide an error amplifier, and power consumption increases. The pre-distortion (PD: Pre-Distortion) method is a method for compensating a nonlinear characteristic by giving an inverse characteristic of the nonlinear characteristic to an input signal of an amplifier in advance. In particular, the PD method is realized by digital signal processing. The DPD (Digital PD) method is currently mainstream because it consumes little power.
図2には、DPD付き電力増幅器の構成例を示してある。
本例のDPD付き電力増幅器は、デジタルプリディストーション(DPD)部21と、D/A(Digital to Analog)変換器22と、アップコンバータ23と、電力増幅器(PA)24と、方向性結合器25と、ダウンコンバータ26と、A/D(Analog to Digital)変換器27と、制御部28を備えている。
FIG. 2 shows a configuration example of a power amplifier with DPD.
The power amplifier with DPD of this example includes a digital predistortion (DPD) unit 21, a D / A (Digital to Analog) converter 22, an up converter 23, a power amplifier (PA) 24, and a
DPD部21は、電力増幅器24よりも前段であるデジタル部に配置され、入力信号にプリディストーション処理を行い、D/A変換器22へ出力する。D/A変換器22は、デジタル信号であるDPD部21からの出力信号をアナログ信号へ変換して出力する。アップコンバータ23は、D/A変換器22からの出力信号を無線周波数の信号へ変換して出力する。電力増幅器24は、アップコンバータ23からの出力信号について電力増幅を行って出力する。このとき、電力増幅器24では非線形歪が発生するが、DPD部21で予め信号に非線形特性の逆特性を与えているため、電力増幅器24からの出力信号は歪が補償された信号となる。
The DPD unit 21 is disposed in a digital unit that is upstream of the
電力増幅器24からの出力信号の一部は方向性結合器25で分配されて、ダウンコンバータ26で周波数変換され、A/D変換器27でデジタル信号へ変換され、制御部28に入力(フィードバック)される。制御部28は、例えば、A/D変換器27からの信号(フィードバック信号)の歪電力測定や、入力信号とフィードバック信号との波形比較(この場合には、入力信号を制御部28に入力する構成とする)を行って、DPD部21に対して非線形特性の逆特性を更新し、これにより、温度変化や経年変化などに追従して、常に良好な線形性が得られるようにDPD部21を制御することを行う。
Part of the output signal from the
図3には、メモリレスDPDの構成例を示してある。
本例のメモリレスDPDは、メモリレスプリディストータ(メモリレスPD)31の処理部として、エンベロープ検出部41と、メモリなどで構成され例えばLUT(Look Up Table)として構成される歪補償テーブル42と、PD実行部43を備えている。
ここで、メモリレスPDとは、メモリ効果を含まないAM−AM変換及びAM−PM変換を補償する、一般的なPD方式を用いるものである。メモリレスPD31の入力信号はI相、Q相のデジタル信号であり、ベースバンド信号である。
FIG. 3 shows a configuration example of the memoryless DPD.
The memoryless DPD of this example includes an
Here, the memoryless PD uses a general PD method that compensates for AM-AM conversion and AM-PM conversion that do not include a memory effect. Input signals of the memoryless PD 31 are I-phase and Q-phase digital signals, which are baseband signals.
入力信号はエンベロープ検出器41で振幅が計算(検出)され、その結果が歪補償テーブル42に入力される。歪補償テーブル42では、エンベロープ検出器41で計算される振幅を参照引数として出力値が対応付けられており、当該振幅に対応した出力値が出力される。具体的には、歪補償テーブル42には、補償対象となる増幅器の非線形特性の逆特性の情報が格納されており、一般的に、入力信号の振幅を指標とするAM−AM特性(振幅)、AM−PM特性(位相)に関する情報が格納されている。PD実行部43は、複素乗算器などで構成され、歪補償テーブル42の参照結果(出力値)に従って、入力信号の振幅、位相を補償する。
The amplitude of the input signal is calculated (detected) by the
また、図示を省略するが、PD実行部43からの出力信号はD/A変換器でアナログ信号へ変換され、アップコンバータで無線周波数の信号へ変換される。PD方式で予め非線形特性の逆特性を与えられた信号では、増幅器で増幅される際に、増幅器で発生する歪と逆特性で与えられた歪とが相殺されるため、増幅器からの出力信号は歪が補償された信号となる。一般的には、更に、フィードバック部を備え、増幅器からの出力信号の一部をフィードバックして、歪補償テーブル42を更新することにより、温度変化及び経年変化などに適応することによって歪補償性能を維持する。
Although not shown, the output signal from the
上述のように、高い電力効率と低非線形歪を達成するために、その両面から検討が行われ、技術が進歩している。
しかしながら、電力効率が良い2次高調波注入方式を用いたPAの非線形歪に対して、従来のDPD方式では十分な歪補償性能が得られないという問題があった。具体的には、このようなPAの入力信号は基本波にアナログ部で2次高調波が加えられた信号であることから、2次高調波の振幅を含んだAM−AM変換及びAM−PM変換が生じるが、DPDを実現するデジタル部では、基本波のみの信号を処理し、2次高調波の影響によって発生する歪を補償することができないため、このような問題が起きる。
As described above, in order to achieve high power efficiency and low nonlinear distortion, studies have been made from both sides, and the technology has advanced.
However, there is a problem in that sufficient distortion compensation performance cannot be obtained with the conventional DPD method against nonlinear distortion of PA using the second harmonic injection method with good power efficiency. Specifically, since the input signal of such a PA is a signal obtained by adding the second harmonic in the analog part to the fundamental wave, AM-AM conversion and AM-PM including the amplitude of the second harmonic. Although conversion occurs, the digital unit that realizes DPD processes such a problem as it cannot process only the fundamental wave signal and compensate for distortion caused by the influence of the second harmonic.
本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、2次高調波注入増幅器で発生する歪を効果的に補償することができるプリディストータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a conventional situation, and an object thereof is to provide a predistorter capable of effectively compensating for distortion generated in a second harmonic injection amplifier.
上記目的を達成するため、本発明では、2次高調波注入増幅器で発生する歪を補償するプリディストータにおいて、次のような構成とした。
すなわち、振幅値検出手段が、入力信号に基づく振幅とその2次高調波信号(当該入力信号の2次高調波信号)に基づく振幅を加算した結果の値を検出する。歪補償処理実行手段が、前記振幅値検出手段により検出された値に基づいて、前記2次高調波注入増幅器で発生する歪を補償するための処理を実行する。
従って、プリディストーション方式により、2次高調波注入増幅器で発生する歪を効果的に補償することができる。
In order to achieve the above object, in the present invention, a predistorter for compensating for distortion generated in the second harmonic injection amplifier has the following configuration.
In other words, the amplitude value detection means detects a value obtained by adding the amplitude based on the input signal and the amplitude based on the second harmonic signal (second harmonic signal of the input signal). A distortion compensation processing execution unit executes a process for compensating for distortion generated in the second harmonic injection amplifier based on the value detected by the amplitude value detection unit.
Therefore, the distortion generated in the second harmonic injection amplifier can be effectively compensated by the predistortion method.
ここで、歪補償の対象となる2次高調波注入増幅器としては、種々なものが用いられてもよい。なお、歪補償の対象となる2次高調波注入増幅器は、プリディストータの後段(他の回路を介してもよい)に配置される。
また、プリディストータとしては、種々なものが用いられてもよく、例えば、増幅器で発生するAM−AM特性(振幅)やAM−PM特性(位相)の歪を補償するものや、増幅器で発生するメモリ効果の歪を補償するものや、或いは、これら両方の歪を補償するものを用いることができる。
また、増幅器で発生する歪を補償するための処理としては、種々な処理が用いられてもよく、一例として、振幅値検出手段により検出された値に対応した信号値又は当該信号値から得られる値を用いて入力信号に所定の演算(例えば、乗算や加算など)を施すような処理を用いることができる。
Here, various types of second harmonic injection amplifiers to be subjected to distortion compensation may be used. It should be noted that the second harmonic injection amplifier to be subjected to distortion compensation is arranged at a stage subsequent to the predistorter (may be via another circuit).
Various predistorters may be used. For example, the predistorter compensates for distortion of the AM-AM characteristic (amplitude) and AM-PM characteristic (phase) generated in the amplifier, or is generated in the amplifier. It is possible to use one that compensates for the distortion of the memory effect, or one that compensates for both of these distortions.
Various processes may be used as a process for compensating for distortion generated in the amplifier. For example, a signal value corresponding to a value detected by the amplitude value detecting means or obtained from the signal value is used. Processing that performs a predetermined operation (for example, multiplication or addition) on the input signal using the value can be used.
一構成例として、本発明に係るプリディストータでは、次のような構成とした。
すなわち、前記振幅値検出手段は、前記2次高調波信号の振幅を前記2次高調波注入増幅器(そのメインの増幅器)で増幅される基本波と2次高調波の振幅比に基づいて調整する振幅調整手段を有しており、
前記入力信号に基づく振幅として、前記入力信号の振幅が用いられ、
前記2次高調波信号に基づく振幅として、前記振幅調整手段により調整された振幅が用いられる。
従って、振幅調整手段により、更に、効果的な歪補償を行うことができる。
As one configuration example, the predistorter according to the present invention has the following configuration.
That is, the amplitude value detecting means adjusts the amplitude of the second harmonic signal based on the amplitude ratio between the fundamental wave amplified by the second harmonic injection amplifier (its main amplifier) and the second harmonic. Having amplitude adjusting means,
As the amplitude based on the input signal, the amplitude of the input signal is used,
As the amplitude based on the second harmonic signal, the amplitude adjusted by the amplitude adjusting means is used.
Therefore, more effective distortion compensation can be performed by the amplitude adjusting means.
以上説明したように、本発明に係るプリディストータによると、入力信号の振幅及びその2次高調波信号の振幅を考慮した歪補償を行うことにより、2次高調波注入増幅器で発生する歪を効果的に補償することができる。 As described above, according to the predistorter according to the present invention, by performing distortion compensation in consideration of the amplitude of the input signal and the second harmonic signal, distortion generated in the second harmonic injection amplifier is reduced. It can compensate effectively.
本発明に係る実施例を図面を参照して説明する。
本実施例に係るプリディストータは、2次高調波注入増幅器を対象としたものであり、プリディストータで参照する入力側信号の振幅値として、入力信号の振幅とその2次高調波信号の振幅を加算した値を用いる。また、更なる構成例として、前記した加算される2次高調波信号の振幅値を、メインアンプ(メイン増幅器)で増幅される基本波と2次高調波の振幅比αに従って適切に調整する。
ここで、本実施例に係るプリディストータは、種々な2次高調波注入増幅器に適用することができ、例えば、図1や図11や図12に示されるものなどに適用することが可能である。
Embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
The predistorter according to the present embodiment is intended for a second harmonic injection amplifier. As the amplitude value of the input side signal referred to by the predistorter, the amplitude of the input signal and the second harmonic signal thereof are used. A value obtained by adding the amplitude is used. As a further configuration example, the amplitude value of the added second harmonic signal is appropriately adjusted according to the amplitude ratio α of the fundamental wave and the second harmonic amplified by the main amplifier (main amplifier).
Here, the predistorter according to the present embodiment can be applied to various second harmonic injection amplifiers, and can be applied to, for example, those shown in FIG. 1, FIG. 11, and FIG. is there.
本実施例に係るプリディストータでは、入力信号の振幅と前記入力信号の2次高調波の振幅とを加えた値を元にして、プリディストーションで調整する振幅及び位相の量を決定する。
また、本実施例に係るプリディストータでは、2次高調波の振幅を調整する機能を備える。
In the predistorter according to the present embodiment, the amount of amplitude and phase to be adjusted by predistortion is determined based on a value obtained by adding the amplitude of the input signal and the amplitude of the second harmonic of the input signal.
Further, the predistorter according to the present embodiment has a function of adjusting the amplitude of the second harmonic.
本実施例では、例えば、電力増幅器に2次高調波が入力されることを考慮した振幅検出部(エンベロープ検出部)を有するDPDを提供する。また、2次高調波を含んだ振幅で歪補償テーブルを参照することによって実現する。また、電力増幅器の特性や整合回路によって、基本波と2次高調波のゲインが異なる場合においてもDPDの性能を維持するために、2次高調波の振幅を調整する機能を有する。 In this embodiment, for example, a DPD having an amplitude detection unit (envelope detection unit) that takes into account that a second harmonic is input to a power amplifier is provided. Further, it is realized by referring to the distortion compensation table with the amplitude including the second harmonic. Also, depending on the characteristics of the power amplifier and the matching circuit, it has a function of adjusting the amplitude of the second harmonic in order to maintain the DPD performance even when the gain of the fundamental wave and the second harmonic is different.
本発明の第1実施例を説明する。
本例では、本発明の一実施例に係るプリディストータの振幅検出部の一構成例を示す。
図4には、振幅検出部の構成例を示してある。
本例の振幅検出部は、基本波振幅検出部51と、2次高調波振幅検出部52と、乗算器53と、加算器54を備えている。
A first embodiment of the present invention will be described.
In this example, a configuration example of the amplitude detector of the predistorter according to an embodiment of the present invention is shown.
FIG. 4 shows a configuration example of the amplitude detector.
The amplitude detection unit of this example includes a fundamental wave
基本波振幅検出部51は、(式1)により、基本波の振幅A1を計算する。(式1)において、sqrtは、平方根(ルート:√)を表している。また、Iは入力信号のI成分を表しており、Qは入力信号のQ成分を表している。
(数1)
A1=sqrt(I2+Q2) ・・(式1)
The fundamental wave
(Equation 1)
A1 = sqrt (I 2 + Q 2 ) (1)
2次高調波振幅検出部52は、(式2)により、2次高調波の振幅A2を計算する。
(数2)
A2=I2+Q2 ・・(式2)
The second
(Equation 2)
A2 = I 2 + Q 2 .. (Formula 2)
乗算器53は、2次高調波振幅検出部52により計算された2次高調波の振幅に、基本波と2次高調波との振幅調整比αを乗算する。この乗算結果A3は(式3)により示される。
(数3)
A3=α・(I2+Q2) ・・(式3)
The
(Equation 3)
A3 = α · (I 2 + Q 2 ) (Equation 3)
ここで、振幅調整比αは、メインアンプ(例えば、図1に示されるメインアンプ5)で増幅される信号の基本波と2次高調波の振幅比であり、非線形歪の発生(AM/AM特性、AM/PM特性、など)に寄与する振幅の比率である。この振幅比率(振幅調整比)αは、電力増幅素子によって、また、メインアンプへ入力される基本波と2次高調波との振幅比率によって、異なる値となるため、メインアンプでF級動作が良好に行われるように調整する。
一例として、振幅調整比αは、予めPDなどのメモリに設定されて記憶される、他の一例として、振幅調整比αが自動又は手動により変更することが可能な構成が用いられてもよい。
Here, the amplitude adjustment ratio α is the amplitude ratio between the fundamental wave and the second harmonic of the signal amplified by the main amplifier (for example, the main amplifier 5 shown in FIG. 1), and generates nonlinear distortion (AM / AM Characteristic, AM / PM characteristic, etc.). The amplitude ratio (amplitude adjustment ratio) α varies depending on the power amplification element and the amplitude ratio between the fundamental wave and the second harmonic input to the main amplifier. Adjust for good performance.
As an example, the amplitude adjustment ratio α is previously set and stored in a memory such as a PD. As another example, a configuration in which the amplitude adjustment ratio α can be changed automatically or manually may be used.
加算器54は、基本波の振幅と振幅調整した2次高調波の振幅を加算する。加算器54からの出力信号A4は(式4)により示される。
(数4)
A4=sqrt(I2+Q2)+α・(I2+Q2) ・・(式4)
The
(Equation 4)
A4 = sqrt (I 2 + Q 2 ) + α · (I 2 + Q 2 ) (Formula 4)
この加算された値A4によって歪補償テーブル(例えば、ルックアップテーブル:LUT)を参照することにより、2次高調波が入力されることによって生じる非線形性を補償することができる。 By referring to a distortion compensation table (for example, look-up table: LUT) by the added value A4, it is possible to compensate for nonlinearity caused by the input of the second harmonic.
以上のように、本例のプリディストータでは、一例として、振幅調整を行わない(乗算器53を備えない場合の)振幅調整部として、入力信号の振幅を計算する基本波振幅検出部51と、入力信号の2次高調波の振幅を計算する2次高調波振幅検出部52と、基本波振幅検出部51の出力と2次高調波振幅検出部52の出力とを加算する加算器54を備えた。
また、本例のプリディストータでは、他の一例として、振幅調整を行う振幅調整部として、入力信号の振幅を計算する基本波振幅検出部51と、入力信号の2次高調波の振幅を計算する2次高調波振幅検出部52と、2次高調波振幅検出部52の出力の振幅を調整するための乗算器53と、基本波振幅検出部51の出力と乗算器53の出力とを加算する加算器54を備えた。
従って、本例のプリディストータでは、2次高調波注入PAの非線形歪の歪補償性能を向上することができ、これにより、電力増幅器の高い電力効率と低非線形歪を達成することができる。
As described above, in the predistorter of this example, as an example, the amplitude adjustment unit that does not perform amplitude adjustment (when the
In addition, in the predistorter of this example, as another example, as an amplitude adjustment unit that performs amplitude adjustment, a fundamental wave
Therefore, in the predistorter of this example, the distortion compensation performance of the nonlinear distortion of the second harmonic injection PA can be improved, thereby achieving high power efficiency and low nonlinear distortion of the power amplifier.
本発明の第2実施例を説明する。
本例では、本発明の一実施例に係るプリディストータの振幅検出部の一構成例を示す。
図5には、振幅検出部の構成例を示してある。
本例の振幅検出部は、2次高調波振幅検出部61と、平方根計算部62と、乗算器63と、加算器64を備えている。
A second embodiment of the present invention will be described.
In this example, a configuration example of the amplitude detector of the predistorter according to an embodiment of the present invention is shown.
FIG. 5 shows a configuration example of the amplitude detection unit.
The amplitude detection unit of this example includes a second harmonic
2次高調波振幅検出部61は、(式5)により、2次高調波の振幅A5を計算する。ここで、Iは入力信号のI成分を表しており、Qは入力信号のQ成分を表している。
(数5)
A5=I2+Q2 ・・(式5)
The second
(Equation 5)
A5 = I 2 + Q 2 .. (Formula 5)
平方根計算部62は、(式6)により、2次高調波振幅A5の平方根をとり、基本波の振幅A6を計算する。(式6)において、sqrtは、平方根(ルート:√)を表している。
(数6)
A6=sqrt(I2+Q2) ・・(式6)
The square
(Equation 6)
A6 = sqrt (I 2 + Q 2 ) (Expression 6)
乗算器63は、2次高調波振幅検出部61により計算された2次高調波の振幅に、基本波と2次高調波との振幅調整比αを乗算する。この乗算結果A7は(式7)により示される。
(数7)
A7=α・(I2+Q2) ・・(式7)
The multiplier 63 multiplies the amplitude of the second harmonic calculated by the second
(Equation 7)
A7 = α · (I 2 + Q 2 ) (Equation 7)
加算器64は、基本波の振幅と振幅調整した2次高調波の振幅を加算する。加算器64からの出力信号A8は(式8)により示される。
(数8)
A8=sqrt(I2+Q2)+α・(I2+Q2) ・・(式8)
The
(Equation 8)
A8 = sqrt (I 2 + Q 2 ) + α · (I 2 + Q 2 ) (Equation 8)
この加算された値A8によって歪補償テーブル(例えば、ルックアップテーブル:LUT)を参照することにより、2次高調波が入力されることによって生じる非線形性を補償することができる。
ここで、図4に示される振幅検出部と、図5に示される振幅検出部は、結果としては、同じ機能を有している。なお、振幅検出部としては、図4や図5に示されるもの以外に、他の方法によって実現しても良く、例えば、振幅検出部が基本波の振幅に振幅調整した2次高調波の振幅を加算した値を出力する機能を有するものは、本願の技術思想に含まれる。
By referring to a distortion compensation table (for example, look-up table: LUT) with the added value A8, it is possible to compensate for nonlinearity caused by the input of the second harmonic.
Here, the amplitude detector shown in FIG. 4 and the amplitude detector shown in FIG. 5 have the same function as a result. The amplitude detector may be realized by other methods other than those shown in FIGS. 4 and 5. For example, the amplitude of the second harmonic whose amplitude is adjusted to the amplitude of the fundamental wave by the amplitude detector. Those having the function of outputting a value obtained by adding are included in the technical idea of the present application.
以上のように、本例のプリディストータでは、一例として、振幅調整を行わない(乗算器63を備えない場合の)振幅調整部として、入力信号の2次高調波の振幅を計算する2次高調波振幅検出部61と、2次高調波振幅検出部61の出力の平方根を計算する平方根計算部62と、2次高調波振幅検出部61の出力と平方根計算部の出力とを加算する加算器64を備えた。
また、本例のプリディストータでは、他の一例として、振幅調整を行う振幅調整部として、入力信号の2次高調波の振幅を計算する2次高調波振幅検出部61と、2次高調波振幅検出部61の出力の平方根を計算する平方根計算部62と、2次高調波振幅検出部61の出力の振幅を調整するための乗算器63と、乗算器63の出力と平方根計算部62の出力とを加算する加算器64を備えた。
従って、本例のプリディストータでは、2次高調波注入PAの非線形歪の歪補償性能を向上することができ、これにより、電力増幅器の高い電力効率と低非線形歪を達成することができる。
As described above, in the predistorter of the present example, as an example, a secondary that calculates the amplitude of the second harmonic of the input signal as an amplitude adjusting unit that does not perform amplitude adjustment (when the multiplier 63 is not provided).
Moreover, in the predistorter of this example, as another example, as an amplitude adjustment unit that performs amplitude adjustment, a second harmonic
Therefore, in the predistorter of this example, the distortion compensation performance of the nonlinear distortion of the second harmonic injection PA can be improved, thereby achieving high power efficiency and low nonlinear distortion of the power amplifier.
本発明の第3実施例を説明する。
図6には、本発明の一実施例に係るメモリレスプリディストータ(メモリレスPD)31aの構成例を示してある。なお、本例のメモリレスPD31aは、DPDからなる。
ここで、本例のメモリレスPD31aの構成は一例であり、これに限られず、種々なメモリレスPDに適用されてもよい。
A third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 6 shows a configuration example of a memoryless predistorter (memoryless PD) 31a according to an embodiment of the present invention. Note that the
Here, the configuration of the
本例のメモリレスPD31aは、全体的には図3に示されるものと同様な構成を有しており、エンベロープ検出部41aと、歪補償テーブル42と、PD実行部43(例えば、複素乗算器)を備えている。本例では、エンベロープ検出部41aとしては、図4に示される振幅検出部と同一のものが用いられている。
The
本例では、図4に示される構成を有するエンベロープ検出部41aにより検出された振幅を、歪補償テーブル42の参照引数とする。なお、入力信号は、I成分及びQ成分からなる。
PD実行部43は、入力信号と歪補償テーブル42からの出力信号とを乗算して、その結果を、メモリレスのプリディストーション後の信号として出力する。
従って、本例のメモリレスPD31aでは、2次高調波注入増幅器の歪補償性能を向上することができる。
ここで、他の構成例として、エンベロープ検出部として、図5に示されるものを用いた構成においても、同等な機能を実現することができる。
In this example, the amplitude detected by the
The
Therefore, in the
Here, as another configuration example, an equivalent function can be realized even in a configuration using the envelope detection unit shown in FIG.
以上のように、本例のメモリレスPD31aでは、図4や図5に示されるようなエンベロープ検出部(振幅検出部)からの出力信号を参照引数として、参照したメモリに記憶されているデータを出力する歪補償テーブル42と、入力信号と歪補償テーブル42からの出力を乗算するPD実行部43を備えた。
As described above, in the
なお、本例のメモリレスPD31a(プリディストータの一例)では、基本波振幅検出部51、2次高調波振幅検出部52、振幅調整手段を構成する乗算器53、加算器54からなるエンベロープ検出部(振幅検出部)41aにより振幅値検出手段が構成されており、歪補償テーブル42やPD実行部43により歪補償処理実行手段が構成されている。
また、図5に示される構成が振幅値検出手段として用いられる場合には、乗算器63により振幅調整手段が構成される。
In the
When the configuration shown in FIG. 5 is used as the amplitude value detecting means, the multiplier 63 constitutes an amplitude adjusting means.
本発明の第4実施例を説明する。
図7には、本発明の一実施例に係るメモリ効果を補償するメモリプリディストータ(メモリPD)71の構成例及び加算器72を示してある。なお、本例のメモリPD71は、DPDからなる。
ここで、本例のメモリPD71の構成は、例えば、特許文献1に記載された一例であり、これに限られず、種々なメモリPDに適用されてもよい。
A fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 7 shows a configuration example of a memory predistorter (memory PD) 71 and an
Here, the configuration of the
本例のメモリPD71は、エンベロープ検出部81と、メモリなどで構成される歪補償テーブル(例えば、LUT)82と、1サンプル分の遅延部83と、加算器84と、乗算器85を備えている。本例では、エンベロープ検出部81としては、図4に示される振幅検出部と同一のものが用いられている。
The
エンベロープ検出部81は、I成分及びQ成分からなる入力信号について、2次高調波を考慮した振幅を計算し、その結果を歪補償テーブル82へ出力する。
歪補償テーブル82では、エンベロープ検出器81で計算される振幅が参照引数とされて、メモリ効果を補償するための出力値が対応付けられており、当該振幅に対応した出力値が出力される。
The
In the distortion compensation table 82, the amplitude calculated by the
遅延部83は、歪補償テーブル82からの出力信号を1サンプル周期遅延させて、加算器84へ出力する。
加算器84は、歪補償テーブル82からの出力信号から、遅延部83からの1サンプル周期遅延した信号を減算して、その結果を乗算器85へ出力する。
乗算器85は、入力信号と加算器84からの出力信号とを乗算して、その結果を加算器72へ出力する。
加算器72は、入力信号と乗算器85からの出力信号とを加算して、その結果を、メモリ効果に関するプリディストーション後の信号として出力する。
The
The
The
従って、本例のメモリPD71では、2次高調波注入増幅器のメモリ効果によって発生する非線形歪を効果的に補償することができる。
ここで、他の構成例として、エンベロープ検出部として、図5に示されるものを用いた構成においても、同等な機能を実現することができる。
Therefore, in the
Here, as another configuration example, an equivalent function can be realized even in a configuration using the envelope detection unit shown in FIG.
以上のように、本例のメモリPD71では、図4や図5に示されるようなエンベロープ検出部(振幅検出部)からの出力信号を参照引数として、参照したメモリに記憶されているデータを出力する歪補償テーブル82と、歪補償テーブル82からの出力を遅延させる遅延部83と、歪補償テーブル82からの出力信号から遅延部83からの出力信号を減算する加算器(減算器でもよい)84と、入力信号と加算器84からの出力信号とを乗算する乗算器(複素乗算器)85を備え、更に、メモリPD71からの出力を入力信号に反映させるための処理部として、入力信号と乗算器85からの出力信号とを加算する加算器72を備えた。
As described above, the
なお、本例のメモリPD71(プリディストータの一例)では、基本波振幅検出部51、2次高調波振幅検出部52、振幅調整手段を構成する乗算器53、加算器54からなるエンベロープ検出部(振幅検出部)81により振幅値検出手段が構成されており、歪補償テーブル82や遅延部83や加算器84や乗算器85(なお、更に、加算器72の機能がプリディストータに含められてもよい)により歪補償処理実行手段が構成されている。
In the memory PD 71 (an example of a predistorter) of this example, an envelope detection unit including a fundamental wave
本発明の第5実施例を説明する。
図8には、本発明の一実施例に係るメモリレスPDとメモリPDが直列に配列されたプリディストータの構成例を示してある。
本例のプリディストータは、例えば、図6に示されるものと同様なメモリレスPD31aと、図7に示されるものと同様なメモリPD71及び加算器72を備えている。
A fifth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 8 shows a configuration example of a predistorter in which a memoryless PD and a memory PD according to an embodiment of the present invention are arranged in series.
The predistorter of this example includes, for example, a
メモリレスPD31aは、I成分及びQ成分からなる入力信号について、歪補償対象となる後段の2次高調波注入増幅器(図示せず)に関するAM−AM変換及びAM−PM変換を補償するための処理を行い、当該処理後の信号をメモリPD71及び加算器72へ出力する。
メモリPD71は、メモリレスPD31aからの入力信号について、歪補償対象となる後段の2次高調波注入増幅器(図示せず)に関するメモリ効果を補償するための処理を行い、当該処理後の信号を加算器72へ出力する。
加算器72は、メモリレスPD31aからの信号とメモリPD71からの信号を加算して、その結果を出力する。この出力信号は、例えば、D/A変換器やアップコンバータを介して、歪補償対象となる後段の2次高調波注入増幅器に入力されて増幅される。
The
The
The
従って、本例のプリディストータでは、AM−AM変換及びAM−PM変換とメモリ効果を補償することができる。例えば、メモリレスPD31aの歪補償テーブルの値やメモリPD71の歪補償テーブルの値を適切に学習させることにより、非線形歪を効果的に補償することができる。
Therefore, the predistorter of this example can compensate for the AM-AM conversion, AM-PM conversion, and memory effect. For example, nonlinear distortion can be effectively compensated by appropriately learning the value of the distortion compensation table of the
本発明の第6実施例を説明する。
図9には、本発明の一実施例に係るメモリレスPDとメモリPDが並列に配列されたプリディストータの構成例を示してある。
本例のプリディストータは、例えば、図6に示されるものと同様なメモリレスPD31aと、図7に示されるものと同様な構成を有するメモリPD71a及び加算器72を備えている。
A sixth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 9 shows a configuration example of a predistorter in which memoryless PDs and memory PDs according to an embodiment of the present invention are arranged in parallel.
The predistorter of this example includes, for example, a
メモリレスPD31aは、I成分及びQ成分からなる入力信号について、歪補償対象となる後段の2次高調波注入増幅器(図示せず)に関するAM−AM変換及びAM−PM変換を補償するための処理を行い、当該処理後の信号を加算器72へ出力する。
メモリPD71aは、入力信号について、歪補償対象となる後段の2次高調波注入増幅器(図示せず)に関するメモリ効果を補償するための処理を行い、当該処理後の信号を加算器72へ出力する。
加算器72は、メモリレスPD31aからの信号とメモリPD71aからの信号を加算して、その結果を出力する。この出力信号は、例えば、D/A変換器やアップコンバータを介して、歪補償対象となる後段の2次高調波注入増幅器に入力されて増幅される。
The
The
The
従って、本例のプリディストータでは、AM−AM変換及びAM−PM変換とメモリ効果を補償することができる。例えば、メモリレスPD31aの歪補償テーブルの値やメモリPD71aの歪補償テーブルの値を適切に学習させることにより、非線形歪を効果的に補償することができる。
Therefore, the predistorter of this example can compensate for the AM-AM conversion, AM-PM conversion, and memory effect. For example, nonlinear distortion can be effectively compensated by appropriately learning the value of the distortion compensation table of the
ここで、以上の実施例では、歪補償テーブル(例えば、LUT)を用いるDPDの例を示したが、例えば、その代わりに、デジタル回路により計算する構成が用いられてもよい。
また、メモリレスDPDやメモリDPDとしては、他の種々な構成(例えば、公知の種々な構成)が用いられてもよい。
また、以上の実施例に係る処理は、例えば、ソフトウエアを用いて実現されてもよい。
Here, in the above embodiment, an example of DPD using a distortion compensation table (for example, LUT) has been shown, but instead, for example, a configuration in which calculation is performed by a digital circuit may be used.
Further, various other configurations (for example, various known configurations) may be used as the memoryless DPD and the memory DPD.
The processing according to the above embodiments may be realized using software, for example.
(以下、2次高調波注入増幅器の説明)
以下で、2次高調波注入増幅器について説明する。
まず、図10(a)、(b)、(c)を参照して、F級増幅器について説明する。
図10(a)には、F級増幅器の構成例を示してある。
本例のF級増幅器は、入力端子101と、出力端子102と、入力整合回路103と、電界効果トランジスタ(FET)104と、出力整合回路105と、高調波反射回路106から構成されている。
(Hereinafter, description of the second harmonic injection amplifier)
Hereinafter, the second harmonic injection amplifier will be described.
First, a class F amplifier will be described with reference to FIGS. 10 (a), 10 (b), and 10 (c).
FIG. 10A shows a configuration example of a class F amplifier.
The class F amplifier of this example includes an
入力整合回路103は、インピーダンス変換回路であり、入力信号について、FET104の入力インピーダンスと特性インピーダンスZ0とのインピーダンス整合を実現する。出力整合回路105は、インピーダンス変換回路であり、基本波周波数f0について、FET104の出力インピーダンスと特性インピーダンスZ0とのインピーダンス整合を実現する。
The
FET104は、入力信号を増幅して出力する能動素子であり、ゲート端子に入力信号が印加され、ソース端子は接地されている。ここで、能動素子としては、例えば、FETの代わりにバイポーラトランジスタや電子管が用いられてもよい。
高調波反射回路106は、FET104のドレイン端子に接続されており、基本波周波数及び奇数次高調波周波数に対して開放し、偶数次高調波周波数に対して短絡となるインピーダンス特性を有している。これにより、FET104の出力端子(ドレイン端子)における負荷のインピーダンス周波数特性は、基本波周波数で整合となり、偶数次高調波周波数で短絡となり、奇数次高調波周波数で開放となる。
The
The
入力信号は、入力端子101から入力整合回路103を介してFET104のゲート端子に入力される。FET104で増幅された信号は、ドレイン端子から出力整合回路105を介して出力端子102から出力される。FET104で発生した奇数次高調波は、高調波反射回路106で反射されてFET104に入力されて、更に増幅される。
An input signal is input from the
図10(c)には、F級増幅器における電圧及び電流の理論上の波形の一例を示してある。
図10(c)に示されるように、図10(a)に示される増幅器のFET104をB級バイアス条件で動作させて基本波周波数の正弦波を入力すると、理論上、ドレイン端子とソース端子との間の電圧の時間波形は、基本波と奇数次高調波成分のみを有する矩形波となる。また、ドレイン端子とソース端子との間の電流の時間波形は、基本波と偶数次高調波成分のみを有する半波形となる。
FIG. 10 (c) shows an example of theoretical waveforms of voltage and current in the class F amplifier.
As shown in FIG. 10C, when the
このときにおけるFET104の動作では、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆に、ドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるため、ドレイン端子とソース端子との間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。すなわち、図10(c)に示されるように、電圧及び電流の時間波形が重なっていない状態では、FET104で消費される電力をゼロにすることができ、内部損失を抑えることができる。
In the operation of the
また、上記したF級増幅器とは逆に、基本波周波数で整合となり、偶数次高調波周波数で開放となり、奇数次高調波周波数で短絡となり、図10(c)に示される波形とは逆の波形が得られる増幅器もある。このような増幅器では、高調波反射回路は偶数次の高調波を反射する。この場合についても、ドレイン電流が流れているときにドレイン電圧がゼロとなり、逆に、ドレイン電圧が印加されているときにドレイン電流がゼロとなるため、ドレイン端子とソース端子との間の消費電力を常にゼロの状態にすることができる。 Contrary to the class F amplifier described above, matching is performed at the fundamental frequency, open at the even harmonic frequency, and shorted at the odd harmonic frequency, which is the reverse of the waveform shown in FIG. Some amplifiers can obtain waveforms. In such an amplifier, the harmonic reflection circuit reflects even-order harmonics. Also in this case, the drain voltage becomes zero when the drain current is flowing, and conversely, the drain current becomes zero when the drain voltage is applied, so the power consumption between the drain terminal and the source terminal Can always be zero.
なお、パッケージの外に高調波反射回路を挿入した高周波帯のF級増幅器を構成する場合には、基本波周波数だけでなく、2次高調波周波数についても、FETパッケージやワイヤボンディング等の影響によるリアクタンスや、FETチップ自体のインピーダンスの存在を考慮した回路構成が必要になる。 When configuring a high-frequency class F amplifier with a harmonic reflection circuit inserted outside the package, not only the fundamental frequency but also the secondary harmonic frequency is affected by the effects of the FET package, wire bonding, etc. A circuit configuration that takes into account the presence of reactance and the impedance of the FET chip itself is required.
ここで、2次高調波周波数を利用して、FETやそのパッケージの存在に起因する各種の浮遊リアクタンスの影響を回避し、効率の向上を図るF級増幅器(上記のものとは異なる構成を有するF級増幅器)がある。
図10(b)には、このようなF級増幅器の構成例を示してある。
本例のF級増幅器は、入力端子111と、出力端子112と、入力整合回路113と、FET114と、出力整合回路115と、高調波反射回路116から構成されている。
Here, a second-order harmonic frequency is used to avoid the effects of various stray reactances due to the presence of the FET and its package, and to improve efficiency (class F amplifier having a configuration different from the above) Class F amplifier).
FIG. 10B shows a configuration example of such a class F amplifier.
The class F amplifier of this example includes an
高調波反射回路116は、出力整合回路115と出力端子112との間に並列に接続された終端回路であり、入力信号の周波数に対して高入力インピーダンスであり、その2次高調波周波数に対して低入力インピーダンスである。
入力整合回路113は、入力信号の周波数とその2次高調波周波数の両方について、FET114の入力インピーダンスと共役整合するインピーダンス特性を有している。出力整合回路115は、入力信号の周波数とその2次高調波周波数の両方について、FET114の出力インピーダンスと共役整合するインピーダンス特性を有している。
これらの点が図10(a)に示される増幅器とは異なっている。
そして、終端にある高調波反射回路116で、FET114のドレイン端子に発生した2倍波信号(2次高調波)をFET114に反射させることにより、電圧波形を矩形波に近付け、高効率動作に必要なスイッチング動作を実現することができる。
The
The
These points are different from the amplifier shown in FIG.
Then, the second harmonic signal (second harmonic) generated at the drain terminal of the
次に、図10(a)に示されるF級増幅器を使用した高周波電力増幅器(2次高周波注入増幅器の一例)について説明する。
本例の高周波電力増幅器は、概略的には、図1に示される増幅器と同様な構成を有している。なお、増幅器12は備えられなくてもよい。また、図1に示されるメインアンプ5として、図10(a)に示されるF級増幅器が用いられる。ここでは、図1に示される各処理部の符号を用いて説明する。
Next, a high frequency power amplifier (an example of a secondary high frequency injection amplifier) using the class F amplifier shown in FIG. 10A will be described.
The high-frequency power amplifier of this example has a configuration similar to that of the amplifier shown in FIG. The
増幅器5の高調波反射回路105は、基本波の周波数に対して高入力インピーダンスで、且つ、その2次高調波周波数に対して低入力インピーダンスとなる高周波終端回路である。高調波反射回路105を挿入する位置としては、線路の損失を考慮すると増幅素子に近い方がよいが、従来のF級増幅器ほどにはこだわらなくてもよい。また、高出力増幅素子を用いる場合には、内部整合回路の2次高調波反射特性を利用してもよい。
The
本例の増幅器の特徴部分である高調波発生回路は、増幅器5で発生する高調波を増幅する回路である。本例では、高調波発生回路は、構成の簡単なアナログ回路から成り、基本波と2次高調波との位相のずれ及び必要な振幅レベルの比を調整するベクトル調整回路を備えているため、増幅器5に必要な高調波の出力レベル及び位相を正確に調整することができ、増幅器5における増幅動作を高効率で行うことができる。
特に、本例の増幅器では、発生する高調波の中でもレベルが高い2次高調波に着目して、増幅器の入力に2次高調波を注入した上、出力では高調波反射回路で無駄なく2次高調波を反射させる構成としているため、効率向上の効果が大きくなる。
The harmonic generation circuit that is a characteristic part of the amplifier of this example is a circuit that amplifies the harmonic generated by the amplifier 5. In this example, the harmonic generation circuit is composed of an analog circuit with a simple configuration, and includes a vector adjustment circuit that adjusts the phase shift between the fundamental wave and the second harmonic and the required amplitude level ratio. The output level and phase of the harmonics necessary for the amplifier 5 can be accurately adjusted, and the amplification operation in the amplifier 5 can be performed with high efficiency.
In particular, in the amplifier of this example, paying attention to the second-order harmonic having a high level among the generated harmonics, the second-order harmonic is injected into the input of the amplifier, and the second-order harmonic is efficiently output by the harmonic reflection circuit. Since it is the structure which reflects a harmonic, the effect of an efficiency improvement becomes large.
本例の増幅器では、合成信号中には2次高調波が含まれるため、FET104のドレイン端子において発生する2次高調波は従来よりも高レベルとなり、FETが高調波に対する利得が少ないものであったり、また、高調波が少ない低出力時であっても、効率よく動作することができる。
更に、高調波反射回路106は、基本波周波数に対しては作用せず、2次高調波周波数は反射するため、出力の高調波反射レベルを一層大きくして、電圧電流波形の重なりを減らすことができ、効率を向上させることができる。
In the amplifier of this example, since the second harmonic is included in the synthesized signal, the second harmonic generated at the drain terminal of the
Furthermore, since the
ここで、上記では、増幅器5として図10(a)に示されるものを用いた場合を示したが、他の構成例として、増幅器5として図10(b)に示されるものを用いることも可能である。この場合、FET114の入力段に設けられた入力整合回路113は、基本波と、その2次高調波周波数の両方に対して、FET114の入力インピーダンスと共役整合するインピーダンス特性を備えており、また、FET114の出力段に設けられた出力整合回路115は、基本波と、その2次高調波周波数の両方に対して、FET114の出力インピーダンスと共役整合するインピーダンス特性を備えている。このように、増幅器5として図10(b)に示されるものを用いた場合には、入力整合回路113が基本波だけでなく2次高調波にも整合しているため、高調波発生回路からの2次高調波の注入量はより小さくて済み、一層の高効率を図ることができる。
Here, the case where the amplifier 5 shown in FIG. 10A is used as the amplifier 5 is described above. However, as another configuration example, the amplifier 5 shown in FIG. 10B can also be used. It is. In this case, the
なお、以上では、2次高調波を注入するための構成について説明したが、更に、4次以上の偶数次高調波を注入することで、電流と電圧の波形の重なりを一層小さくすることも可能である。この場合には、例えば、4次以上の高調波を発生する高調波発生回路を2次高調波発生回路に並列に設ければよい。各々の高調波発生回路の構成としては、例えば、2次の場合と同様なものを用いることができ、発生する高調波の周波数を変えればよい。 In the above description, the configuration for injecting the second harmonic has been described. However, it is also possible to further reduce the overlapping of the current and voltage waveforms by injecting the fourth and higher even harmonics. It is. In this case, for example, a harmonic generation circuit that generates higher harmonics of the fourth order may be provided in parallel with the second harmonic generation circuit. As the configuration of each harmonic generation circuit, for example, the same one as in the second-order case can be used, and the frequency of the generated harmonics may be changed.
以上のように、本例の高周波電力増幅器では、入力された高周波信号を増幅する増幅素子と、前記増幅素子から出力される高調波周波数を反射する高調波反射回路とを備えた高周波電力増幅器であって、
前記増幅器の入力段に、
基本波周波数の入力信号を分配する分配器と、
前記分配された一方の基本波信号から2次高調波を発生する高調波発生器と、
前記高調波発生器で発生した2次高調波の位相及び振幅を調整する調整器と、
位相及び振幅が調整された2次高調波と前記分配された他方の基本波信号とを合成して前記増幅器に出力する合成器とを有する回路を備え、
前記高調波反射回路が、2次高調波周波数を反射する特性を有する。
従って、増幅素子から出力される2次高調波の出力レベル及び高調波反射回路で反射される2次高調波の反射レベルを増大させて、電圧電流波形を最適化することができ、電力効率を向上させることができる。
As described above, the high-frequency power amplifier of this example is a high-frequency power amplifier that includes an amplifying element that amplifies an input high-frequency signal and a harmonic reflection circuit that reflects a harmonic frequency output from the amplifying element. There,
In the input stage of the amplifier,
A distributor for distributing an input signal having a fundamental frequency;
A harmonic generator for generating a second harmonic from the one of the distributed fundamental signals;
A regulator for adjusting the phase and amplitude of the second harmonic generated by the harmonic generator;
A circuit having a synthesizer that synthesizes the second harmonic wave whose phase and amplitude are adjusted and the other distributed fundamental wave signal and outputs the synthesized signal to the amplifier;
The harmonic reflection circuit has a characteristic of reflecting a second harmonic frequency.
Therefore, it is possible to optimize the voltage / current waveform by increasing the output level of the second harmonic output from the amplifying element and the reflection level of the second harmonic reflected by the harmonic reflection circuit, thereby improving the power efficiency. Can be improved.
次に、ドハティ増幅器を使用した高周波電力増幅器(2次高周波注入増幅器の一例)について説明する。
図11には、ドハティ増幅器を使用した高周波電力増幅器の構成例を示してある。
本例の高周波電力増幅器では、ドハティ増幅器においてキャリア増幅回路126とピーク増幅回路127に2次高調波を反射する高調波反射回路144、154を備えており、ドハティ増幅器の前段に入力信号に2次高調波を注入する高調波発生回路123を設けてある。
Next, a high frequency power amplifier (an example of a secondary high frequency injection amplifier) using a Doherty amplifier will be described.
FIG. 11 shows a configuration example of a high frequency power amplifier using a Doherty amplifier.
In the high frequency power amplifier of this example, in the Doherty amplifier, the
具体的には、本例の高周波電力増幅器は、入力端子121と、出力端子122と、高調波発生回路123と、分配器124と、移相器125と、キャリア増幅回路126と、ピーク増幅回路127と、伝送線路128と、合成点129と、伝送線路130から構成されている。
キャリア増幅回路126は、入力整合回路141と、FET142と、出力整合回路143と、高調波反射回路144から構成されており、ピーク増幅回路127は、入力整合回路151と、FET152と、出力整合回路153と、高調波反射回路154から構成されている。
Specifically, the high frequency power amplifier of this example includes an
The
ここで、高調波発生回路123としては、例えば、図1に示されるようなものと同様なものを用いることができる。
具体的には、高調波発生回路123は、入力信号の基本波から2次高調波を生成して、生成した2次高調波の位相及び振幅の調整を行って基本波と合成して、2次高調波を多く含む合成信号を分配器124へ出力する。高調波発生回路123は、ドハティ増幅器で発生する2次高調波を増幅するものであり、高調波発生回路123で注入される2次高調波の位相及び振幅が、ドハティ増幅器で発生する2次高調波の位相及び振幅と最適な関係となるように、可変移相器及び可変減衰器でベクトル調整を行うようになっている。
Here, as the
Specifically, the
高調波発生回路123からの出力信号は、分配器124で分配され、一方の分配信号はキャリア増幅回路126に入力されて、FET142で増幅され、出力整合回路143を介して伝送線路128でインピーダンス変換され、また、他方の分配信号は、移相器125で位相をキャリア増幅回路126に合わせて調整された後に、ピーク増幅回路127に入力されて、FET152で増幅され、出力整合回路153でインピーダンス変換されて出力される。
The output signal from the
キャリア増幅回路126の高調波反射回路144と、ピーク増幅回路127の高周波反射回路154は、基本波に影響を与えず、2次高調波を反射するインピーダンス特性を有する。高調波反射回路144、154を挿入する位置としては、線路の損失を考慮すると、増幅素子に近い方が良いが、従来のF級増幅器ほどにはこだわらなくてもよい。また、高出力増幅素子を用いる場合には、内部整合回路の2次高調波反射特性を利用してもよい。
The harmonic reflection circuit 144 of the
合成点129では伝送線路128からの出力とピーク増幅回路127からの出力が合成され、更に、伝送線路130で出力負荷(図示せず)に整合するためにインピーダンス変換されて、出力端子122から出力され、出力負荷に接続される。
At the
ここで、キャリア増幅回路126のFET142はAB級にバイアスされ、ピーク増幅回路127のFET152はB級又はC級にバイアスされる。このため、入力レベルが低くFET152が動作しないうちはFET142が単独で動作する。そして、FET142が飽和領域に入る、つまりFET142の線形性が崩れ始めると、FET152が動作し始め、FET152の出力が負荷に供給され、FET142と共に負荷を駆動する。これにより、ドハティ増幅器では、出力レベルが最大出力レベルよりも低い場合でも、高い効率が得られる。
Here, the
本例の増幅器では、ドハティ増幅器のキャリア増幅回路126及びピーク増幅回路127に入力される信号は、2次高調波を多く含むものであるため、2次高調波の出力レベルが増大し、キャリア増幅器126及びピーク増幅器127の高調波反射回路144、154によってFET142、152に反射される2次高調波反射レベルを一層大きくすることができ、電圧電流波形の重なりを減らして、電力効率を向上させることができる。
In the amplifier of this example, since the signals input to the
また、従来は、2次高調波の位相及び振幅を調整するためには、高調波反射回路を調整しなければならず、それと共に出力整合回路も調整する必要があり、基本波整合と2次高調波整合を同時に合わせることは困難であったが、本例の増幅器によれば、入力信号に2次高調波を加え、且つ可変位相器及び可変減衰器で2次高調波の位相及び振幅を調整することにより、基本波と2次高調波の整合を同時に合わせることが容易になる。
更に、4次以上の偶数次高調波を発生する高調波発生回路を高調波発生回路123に並列に設け、ドハティ増幅器の入力に、4次以上の偶数次高調波を注入する構成とすれば、より効率を向上させることができる。
Conventionally, in order to adjust the phase and amplitude of the second harmonic, the harmonic reflection circuit must be adjusted, and the output matching circuit must be adjusted at the same time. Although it was difficult to match the harmonic matching at the same time, according to the amplifier of this example, the second harmonic is added to the input signal, and the phase and amplitude of the second harmonic are adjusted by the variable phase shifter and the variable attenuator. By adjusting, it becomes easy to match the matching of the fundamental wave and the second harmonic at the same time.
Furthermore, if a harmonic generation circuit that generates even-order harmonics of the fourth or higher order is provided in parallel with the
次に、ドハティ増幅器を使用した高周波電力増幅器(2次高周波注入増幅器の一例)について、他の構成例を説明する。
図12には、ドハティ増幅器を使用した高周波電力増幅器の他の構成例を示してある。
本例の高周波電力増幅器では、図11に示される増幅器と比べて、キャリア増幅回路166の入力にのみ2次高調波を注入する構成となっている。
Next, another configuration example of a high frequency power amplifier (an example of a secondary high frequency injection amplifier) using a Doherty amplifier will be described.
FIG. 12 shows another configuration example of the high-frequency power amplifier using the Doherty amplifier.
In the high frequency power amplifier of this example, the second harmonic is injected only into the input of the
具体的には、本例の高周波電力増幅器は、入力端子161と、出力端子162と、分配器163と、高調波発生回路164と、移相器165と、キャリア増幅回路166と、ピーク増幅回路167と、伝送線路168と、合成点169と、伝送線路170から構成されている。
キャリア増幅回路166は、入力整合回路181と、FET182と、出力整合回路183と、高調波反射回路184から構成されており、ピーク増幅回路167は、入力整合回路191と、FET192と、出力整合回路193から構成されている。
Specifically, the high-frequency power amplifier of this example includes an
The
本例の増幅器の高調波発生回路164は、例えば、図11に示される増幅器の高調波発生回路123と同様な構成を有しており、キャリア増幅回路166への入力信号に2次高調波を注入する。本例の増幅器の高調波発生回路164では、高調波発生回路164で注入される2次高調波の位相及び振幅が、キャリア増幅回路166で発生する2次高調波の位相及び振幅と最適な関係となるように、注入される2次高調波の位相及び振幅を可変移相器及び可変減衰器で調整する。
The amplifier
ドハティ増幅器では、ピーク増幅回路167が動作する領域では元々効率が高く、また、ピーク増幅回路167が動作する時間が短いため、ピーク増幅回路167の効率が全体に与える影響はそれほど大きくない。本例の増幅器では、このことを利用して、キャリア増幅回路166のみに2次高調波を注入する構成として、ピーク増幅回路167の高調波反射回路を不要とし、また、例えば、図11に示される増幅器に比べて2次高調波の注入に要する電力を低減することができる。
なお、高調波の注入をキャリア増幅回路166のみとした場合に、ピーク増幅回路167に高調波反射回路を備えても構わない。
In the Doherty amplifier, the efficiency is originally high in the region where the
In the case where only the
図11に示される増幅器や図12に示される増幅器では、いずれも、入力電力が低い所から高い所まで広範囲にわたって、従来のドハティ増幅器よりも高い効率が得られる。特に、図12に示される増幅器では、キャリア増幅回路166のみが動作する入力レベルにおいて、図11に示される増幅器よりも高い効率となる。ピーク増幅回路167が動作を開始するレベルになると、幾分効率は低下するものの、全体的な影響は少ない。
Both the amplifier shown in FIG. 11 and the amplifier shown in FIG. 12 can achieve higher efficiency than the conventional Doherty amplifier over a wide range from low to high input power. In particular, the amplifier shown in FIG. 12 has higher efficiency than the amplifier shown in FIG. 11 at the input level where only the
ここで、更に他の構成例として、キャリア増幅回路とピーク増幅回路の両方に高調波を注入する場合に、図12に示される構成に加えて、移相器165とピーク増幅回路167との間に別の高調波発生回路を挿入した構成とし(図示せず)、キャリア増幅回路166とピーク増幅回路167にそれぞれ注入レベルを変えた高調波を注入して、一層の高効率を図ることも可能である。
Here, as still another configuration example, when harmonics are injected into both the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit, in addition to the configuration shown in FIG. 12, the
以上のように、ドハティ増幅器を使用した高周波電力増幅器として、AB級で動作する第1の増幅素子を有するキャリア増幅回路と、B級又はC級で動作する第2の増幅素子を有するピーク増幅回路とを備え、 前記キャリア増幅回路と前記ピーク増幅回路の出力を合成して出力するドハティ増幅器を有しており、
前記キャリア増幅回路の入力段に、
基本波周波数の入力信号を分配する分配器と、
前記分配された一方の基本波信号から2次高調波を発生する高調波発生器と、
前記高調波発生器で発生した2次高調波の位相及び振幅を調整する調整器と、
位相及び振幅が調整された2次高調波と前記分配された他方の基本波信号とを合成して前記キャリア増幅回路に出力する合成器とを有する回路を備え、
前記キャリア増幅回路に、前記第1の増幅素子から出力される2次高調波周波数を反射する高調波反射回路を備えた。
従って、キャリア増幅素子から出力される2次高調波の出力レベル及び高調波反射回路で反射される2次高調波の反射レベルを増大させて、キャリア増幅回路の電圧電流波形を最適化することができ、特にキャリア増幅素子のみが動作する広い入力レベル領域において、ドハティ増幅器全体の電力効率を大幅に向上させることができる。
(以上、2次高調波注入増幅器の説明)
As described above, as a high-frequency power amplifier using a Doherty amplifier, a carrier amplifier circuit having a first amplifier element operating in class AB and a peak amplifier circuit having a second amplifier element operating in class B or class C And a Doherty amplifier that combines and outputs the outputs of the carrier amplifier circuit and the peak amplifier circuit,
In the input stage of the carrier amplifier circuit,
A distributor for distributing an input signal having a fundamental frequency;
A harmonic generator for generating a second harmonic from the one of the distributed fundamental signals;
A regulator for adjusting the phase and amplitude of the second harmonic generated by the harmonic generator;
A circuit having a synthesizer that synthesizes the second harmonic wave whose phase and amplitude are adjusted and the other distributed fundamental wave signal and outputs the synthesized signal to the carrier amplifier circuit;
The carrier amplification circuit includes a harmonic reflection circuit that reflects the second harmonic frequency output from the first amplification element.
Therefore, it is possible to optimize the voltage / current waveform of the carrier amplifier circuit by increasing the output level of the second harmonic output from the carrier amplifier and the reflection level of the second harmonic reflected by the harmonic reflection circuit. In particular, the power efficiency of the entire Doherty amplifier can be greatly improved in a wide input level region in which only the carrier amplification element operates.
(End of description of second harmonic injection amplifier)
ここで、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々なシステムや装置として提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。
また、本発明に係るシステムや装置などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがROM(Read Only Memory)に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー(登録商標)ディスクやCD(Compact Disc)−ROM等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム(自体)として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。
Here, the configuration of the system and apparatus according to the present invention is not necessarily limited to the configuration described above, and various configurations may be used. The present invention can also be provided as, for example, a method or method for executing the processing according to the present invention, a program for realizing such a method or method, or a recording medium for recording the program. It is also possible to provide various systems and devices.
The application field of the present invention is not necessarily limited to the above-described fields, and the present invention can be applied to various fields.
In addition, as various processes performed in the system and apparatus according to the present invention, for example, the processor executes a control program stored in a ROM (Read Only Memory) in hardware resources including a processor and a memory. A controlled configuration may be used, and for example, each functional unit for executing the processing may be configured as an independent hardware circuit.
The present invention can also be understood as a computer-readable recording medium such as a floppy (registered trademark) disk or a CD (Compact Disc) -ROM storing the control program, and the program (itself). The processing according to the present invention can be performed by inputting the program from the recording medium to the computer and causing the processor to execute the program.
1・・カプラ、 2・・遅延素子、 3・・2次高調波生成部、 4・・合成器、 5・・メインアンプ(増幅器)、 11・・二乗回路、 12・・増幅器、 13・・可変位相器、 14・・可変減衰器、 21・・デジタルプリディストーション部、 22・・D/A変換器、 23・・周波数変換部(アップコンバータ)、 24・・電力増幅器、 25・・方向性結合器、 26・・周波数変換部(ダウンコンバータ)、 27・・A/D変換器、 28・・制御部、 31、31a・・メモリレスプリディストータ、 41、41a、81・・エンベロープ検出部(振幅検出部)、 42、82・・歪補償テーブル、 43・・PD実行部(乗算器)、 51・・基本波振幅検出部、 52、61・・2次高調波振幅検出部、 53、63、85・・乗算器、 54、64、72、84・・加算器、 62・・平方根計算部、 71、71a・・メモリプリディストータ、 83・・遅延部、
101、111、121、161・・入力端子、 102、112、122、162・・出力端子、 103、113、141、151、181、191・・入力整合回路、 104、114、142、152、182、192・・FET、 105、115、143、153、183、193・・出力整合回路、 106、116、144、154、184・・高調波反射回路、 123、164・・高調波発生回路、 124、163・・分配器、 125、165・・移相器、 126、166・・キャリア増幅回路、 127、167・・ピーク増幅回路、 128、130、168、170・・伝送線路、 129、169・・合成点、
1 ·· Coupler, 2 ·· Delay element 3 ·· Second harmonic generation unit 4 ·· Synthesizer 5 · Main amplifier (amplifier) 11 ··
101, 111, 121, 161 ...
Claims (1)
入力信号に基づく振幅とその2次高調波信号に基づく振幅を加算した結果の値を検出する振幅値検出手段と、
前記振幅値検出手段により検出された値に基づいて前記2次高調波注入増幅器で発生する歪を補償するための処理を実行する歪補償処理実行手段と、
を備えたことを特徴とするプリディストータ。 A predistorter that compensates for distortion generated in a second harmonic injection amplifier,
An amplitude value detecting means for detecting a value obtained by adding the amplitude based on the input signal and the amplitude based on the second harmonic signal;
Distortion compensation processing execution means for executing processing for compensating for distortion generated in the second harmonic injection amplifier based on the value detected by the amplitude value detection means;
A predistorter characterized by comprising:
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