JP2011517215A - 無線パワー・アンプのフィードフォワード線形化 - Google Patents

Abstract

ＲＦ増幅器システム（２００）は、フィードフォワード線形化を組み込んでいる。当該システムは、少なくとも１つのアナログ信号を表すデジタル・データｓ（ｔ）を生成するデジタル波形源（２０２）を有する。当該システムは、ＲＦパワー・アンプ（２１２）の歪みを低減するフィードフォワード線形化回路も有する。フィードフォワード線形化回路は、エラー信号を生成するようにされた差動増幅器（２３０）を有する。エラー信号は、歪んだＲＦ出力信号とデジタル・データから生成されたアナログＲＦ基準信号（２２９）との間の差に基づき決定される。

Description

本発明は、ＲＦパワー・アンプを線形化する方法に関し、より詳細には線形性の向上されたエンベロープの除去及び回復（ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ：ＥＥＲ）増幅器を提供する方法に関する。

放送及び他の通信産業の複雑なデジタル波形への移行は、未曾有の増幅器の線形性の程度を必要としている。現在、より効率的に動作し低電力消費の増幅器への継続的な需要が存在する。大規模な送信機の設置の場合には、廃熱及びコストを低減するために、更なる効率が重要である。携帯型通信機器を含むような他の用途では、大きさ、重さ及びバッテリ消費を低減するために、効率は重要である。

効率の向上された他の種類のＲＦパワー・アンプは、エンベロープ除去及び回復（ＥＥＲ）増幅器である。ＥＥＲ増幅器は、従来良く知られており、変化するエンベロープを有する複合波形に対して、非常に高い効率でＤＣエネルギのＲＦエネルギへの変換を達成できる。それらのＥＥＲ増幅器は、エンベロープと変調入力信号に含まれる位相情報を別個に処理することにより動作する。位相情報は、パワー・アンプへ伝達され、一定のエンベロープ信号として増幅される。これは、このような位相情報を、高い効率の非線形増幅器を用いて増幅させる。入力信号に含まれるエンベロープ情報は、該信号が増幅された後に位相情報に回復される。

効率は高いが、クラスＥトポロジを用いたＥＥＲ増幅器は、粗悪な線形性を有することが知られている。この粗悪な線形性は、有意な量の信号歪みを生じる。例えば、このような歪みは、屡々、出力エンベロープ電圧を制御するために用いられるパルス幅変調回路から、及び位相情報を増幅するために用いられる回路内に存在する非線形の切り替えから生じる。非線形性は、スペクトルの再増大（帯域外雑音）を生じ、隣接するチャネルに干渉をもたらす。また、非線形性は、帯域内歪みを生じ、デジタル変調波形のビット誤り率（ＢＥＲ）性能を劣化させる。ＦＣＣスペクトル・マスクに従い、ＢＥＲを低下させ、許容可能な増幅器の効率を達成するために、線形化が必要である。

ＲＦパワー・アンプに関連する歪みは、屡々、振幅−振幅（ＡＭ−ＡＭ）変調曲線及び振幅−位相（ＡＭ−ＰＭ）変調曲線を用いて特徴付けられる。ＡＭ−ＡＭ変調曲線は、ＲＦパワー・アンプの利得を入力電力の関数として示す。ＡＭ−ＰＭ変調曲線は、ＲＦパワー・アンプの出力位相変化を入力電力の関数として示す。理解されるべき点は、ＡＭ−ＡＭ歪み及びＡＭ−ＰＭ歪みが、ＲＦ通信システムの性能に悪影響を与えうるということである。例えば、このような歪みは、通信リンクの受信端でシンボルを回復させるのを困難にしうる。

ＲＦパワー・アンプの線形性を向上させる１つの良く知られた方法は、フィードフォワード線形化として知られている。フィードフォワード線形化では、ＲＦスプリッタは、一般的にソース信号を２つの別個の信号に分離するために用いられる。これらの２つの信号は、増幅器の入力信号と基準信号を含む。増幅器の入力信号は、増幅器へ入力信号として提供される。指向性ＲＦカプラは、歪んだ出力信号のサンプルをＲＦパワー・アンプから得るために用いられる。基準信号及びサンプリングされた指向性カプラからの出力は、１８０度のハイブリッドＲＦ信号結合器の入力を分離するために伝達される。１８０度のハイブリッドＲＦ信号結合器は、基準信号を歪んだ増幅器の出力から差し引く。結果として生じた結合器からの出力はエラー信号である。次に、ＲＦパワー・アンプからの歪んだ入力信号に含まれるどんな歪みの電力レベルにも、エラー信号が等しくなるように、エラー信号は増幅される。次に、エラー信号は、ＲＦパワー・アンプの歪んだ出力信号から差し引かれ、出力信号から歪みを除去する。

フィードフォワード線形化は、増幅器の線形性を向上させるのに効果的である。しかしながら、フィードフォワード線形化は、特定の増幅器の用途については特に実用的であるとはいえない。例えば、非線形性の大きい増幅器の線形性を向上させるために必要な比較的大きいエラー信号は、エラー信号を拡大縮小するために比較的高いパワーのＲＦ増幅器を必要としうる。このようなエラー信号を拡大縮小する比較的高いパワーのＲＦ増幅器の必要性は、増幅システムの全体の効率を低下させうる。従って、フィードフォワード線形化は、ＥＥＲ型増幅器のような非線形性の高い増幅器に適用されるときに実用性に関して制限される。

フィードフォワード線形化の別の制限は帯域幅に関する。フィードフォワード線形化システムでは、エラー信号がＲＦパワー・アンプにより生成された実際の歪みを非常に正確に表現することが重要である。歪んだエラー信号は、増幅器の出力から非線形性を正しく除去しない。しかしながら、増幅されるべき信号が広帯域のＲＦ信号である場合には、不正確なエラー信号が生じうる。例えば、不正確さは、エラー信号を形成し処理するために用いられるＲＦ成分の動作帯域に渡って存在する振幅及び位相変動から生じうる。上述のように、このようなＲＦ成分は、ＲＦ信号スプリッタ及び１８０度のＲＦハイブリッド結合器回路を有しうる。

本発明は、フィードフォワード線形化を組み込んだＲＦ増幅システムに関する。

システムは、デジタル波形源に結合されたデジタル・マルチプレクサを有する。デジタル・マルチプレクサは、第１及び第２のデジタル・データを生成するように構成される。第１のデータ変換サブシステムは、デジタル・マルチプレクサに結合され、第１のデジタル・データをアナログ信号を定める同様の大きさ及び位相信号に変換する。ＲＦ増幅器は、第１のデータ変換サブシステムに結合され、大きさ及び位相信号に応答して１又は複数の大きさ及び位相信号により変調された歪んだＲＦ出力信号を生成する。第２のデータ変換サブシステムは、第２のデジタル・データをデジタル・マルチプレクサから受信し、第２のデジタル・データをアナログＲＦ基準信号に変換する。

フィードフォワード線形化回路は、ＲＦ増幅器の歪みを低減するために設けられる。歪んだＲＦ出力信号及びアナログＲＦ基準信号は、フィードフォワード線形化回路へ伝達される。フィードフォワード線形化回路は、歪んだＲＦ出力信号とアナログＲＦ基準信号との間の差を表すエラー信号を生成するよう構成された差動増幅器を有する。フィードフォワード線形化回路は、歪んだＲＦ出力信号の歪んだ部分を除去するために、エラー信号を歪んだＲＦ出力信号と結合する結合器も有する。

ＲＦ増幅システムは、有利なことに、デジタル・マルチプレクサに結合されたデジタル・データ時間遅延装置を有する。デジタル時間遅延装置は、第２のデジタル・データを選択的に遅延させ、歪んだＲＦ出力信号とアナログＲＦ基準信号が差動増幅器に伝達されるときに時間的に揃えられるようにするよう構成される。

本発明は、ＲＦ増幅器の出力信号を線形化する方法も有する。方法は、デジタル・マルチプレクサを用いて第１及び第２のデジタル・データｓ（ｔ）を生成する段階を有する。方法は、第２のデジタル・データをアナログの振幅及び位相の信号に変換する段階を更に有する。

歪んだＲＦ出力信号は、振幅及び位相信号に応答してＲＦ増幅器により生成される。歪んだＲＦ出力信号は、振幅及び位相信号の少なくとも１つにより変調される。方法は、第２のデジタル・データをアナログのＲＦ基準信号に変換する段階を更に有する。方法は、フィードフォワード線形化回路を用いて、歪んだＲＦ出力信号の歪みを低減することにより続く。エラー信号は、フィードフォワード線形化回路により生成される。エラー信号は、歪んだＲＦ出力信号とアナログのＲＦ基準信号との間の差を表す。方法は、歪んだＲＦ出力信号の歪んだ部分を除去するために、エラー信号を歪んだＲＦ出力信号と結合する段階で継続する。

実施例は、以下の図面を参照して記載される。図中の類似の番号は、全ての図を通じて類似の項目を表す。

ＲＦパワー・アンプの線形性を向上させるフィードフォワード・システムを組み込んだ従来のＲＦパワー・アンプの構成のブロック図である。 ＲＦパワー・アンプの出力の非線形性を補正する改良されたフィードフォワード・システムを組み込んだ従来のＲＦパワー・アンプの構成を理解するのに有用なブロック図である。

本発明は、本発明の説明のための実施形態が示される添付の図面を参照し、以下により詳細に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で実施されてもよく、本願明細書に説明される実施形態に限定されるとみなされるべきではない。例えば、本発明は、方法、データ処理システム、又はコンピュータ・プログラムとして実施されうる。従って、本発明は、全体がハードウェアの実施形態、全体がソフトウェアの実施形態、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせの実施形態の何れの形式でもよい。

本願明細書に記載されるシステムは、ＲＦパワー・アンプの線形性を向上させること、より詳細にはブロードバンド信号を増幅するために用いられるＲＦパワー・アンプの線形性を向上させることを目的とする。本願明細書で用いられるように、用語「線形」及び／又は「線形性」は、ＲＦ増幅器が、該ＲＦ増幅器の所定の動的動作範囲に渡り特定の一定の倍率で該ＲＦ増幅器の入力信号に関連する振幅を有する増幅された出力信号を生成できる程度を記述するために用いられる。同様に、位相に関して、用語「線形」及び／又は「線形性」は、ＲＦ増幅器が、該ＲＦ増幅器の所定のダイナミック動作範囲に渡り特定の定数で該ＲＦ増幅器の入力信号に関連する位相を有する増幅された出力信号を生成できる程度を記述するために用いられる。ダイナミック動作範囲は、本願明細書で用いられるように、信号振幅の期待範囲及び期待信号帯域幅を有する。

従来にない線形性のレベルでより効率的に動作する増幅器への継続的な需要が存在する。エンベロープ除去及び回復（ＥＥＲ）増幅器のような特定の種類の増幅器は、非常に高い動作効率を有することが知られている。しかしながら、これらの増幅器は、粗悪な線形性を有することも知られている。本発明の実施形態によると、このような増幅器の線形性は、改良されたフィードフォワード線形化技術を用いることにより改善されうる。

図１を参照すると、線形性を向上させるフィードフォワード・システムを組み込んだＲＦパワー・アンプ・システム１００の概略ブロック図が示されている。ＲＦパワー・アンプ・システム１００において、波形源１０２は、ＲＦパワー・ディバイダ１０４にソースのＲＦ信号を送信する。ＲＦパワー・ディバイダは、通常、ＲＦソース信号を２つの別個の信号に分離するために用いられる。一般的に、それらの信号は、ソースＲＦ信号のほぼ半分のＲＦ電力を有している。このようにして生成された２つの信号は、増幅器の入力信号と基準信号を含む。増幅器の入力信号は、ＲＦパワー増幅器１０６へ入力信号として提供される。指向性カプラ１０８は、通常、歪んだ出力信号の低電力サンプルをＲＦパワー・アンプ１０６から得るために用いられる。

基準信号及びサンプリングされた指向性カプラ１０８からの出力信号は、１８０度のハイブリッドＲＦ信号結合器１１４の入力を分離するために伝達される。従来の１８０度のハイブリッドＲＦ信号結合器は、基準信号を歪んだ増幅器の出力信号から差し引く。結果として生じた１８０度のハイブリッドＲＦ信号結合器１１４からの出力はエラー信号である。次に、エラー信号をスケーリングするために、エラー信号は、線形エラー増幅器１１６で増幅される。特に、エラー信号の電力レベルが適正にスケーリングされ、ＲＦパワー・アンプ１０６からの歪んだ出力信号に含まれる如何なる歪みの電力レベルにも等しくなるように、エラー信号は増幅される。指向性カプラからの歪んだ出力信号は、第２の指向性カプラ１１０へも伝えられる。第２の指向性カプラ１１０で、エラー信号は、減算操作で歪んだ出力信号と結合される。特に、ＲＦエラー信号は、ＲＦパワー・アンプの歪んだ出力信号から差し引かれ、出力信号から歪みを除去する。

図２は、アンプ出力の非線形性を除去するためのフィードフォワード構成を組み込んだフィードフォワード線形化ＲＦパワー・アンプ・システム２００の簡略化されたブロック図を示す。示した構成は、特に広帯域のＲＦ信号への使用を目的とするＲＦパワー・アンプに有用である。

図２を参照すると、ＲＦパワー・アンプ・システム２００は、デジタル・データ信号ｓ（ｔ）を生成するデジタル波形源２０２を含む。デジタル・データ信号ｓ（ｔ）は、従来の複合ソース信号でもよい。本願明細書で用いられるように、複合信号は、実及び虚信号成分で表される任意の信号である。本発明の説明の便宜上、デジタル・データ信号は、同相（Ｉ）及び直交位相（Ｑ）成分ベクトル(Ｉ／Ｑ成分信号)を有するアナログ信号を表すデジタル・データを有すると理解されうる。この種のデジタル・データは良く知られているので本願明細書に詳細に記載されない。更に、本発明は、この点に限定されないことが理解されるべきである。

代わりに、複雑な時間変動アナログ信号の他のデジタル表現も使われうる。ｓ（ｔ）のために選ばれた特定の形式にかかわらずデジタル波形源２０２は、それが所望のアナログ信号の正確なデジタル表現であるという点で理想的と考えられうる信号を生成することが理解されるべきである。特に、デジタル・データ信号ｓ（ｔ）には、従来のアナログ信号処理に関連する如何なる歪みも存在しない。

デジタル波形源２０２は、コンピュータ・ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウェアとの組み合わせで実現されてもよい。この点で、デジタル波形源は、ひとつのデジタル処理システムでも、異なる処理構成要素がいくつかの相互接続されたシステムに散在する分散型システムでも生成されうることが理解されるべきである。本願明細書で説明された方法を実行するのに適合された如何なるコンピュータ・システム又は他の装置でも適している。ハードウェアとソフトウェアとの標準的な組み合わせは、コンピュータ・システムがＩ及びＱ信号成分の時間変化するデジタル表現を生成するように該コンピュータ・システムを制御するコンピュータ・プログラムをロードされた汎用目的のコンピュータ・プロセッサ又はデジタル信号プロセッサでありうる。本願明細書の文脈では、コンピュータ・プログラム又はアプリケーションは、すぐに又は以下のａ）、ｂ）のいずれか又は両方を行った後で、システムに特定の機能を実行させる情報処理能力を持たせることを目的とした命令のセットの如何なる言語、コード又は表記法での如何なる表現も意味する。ａ）別の言語、コード、又は表記法への変換；ｂ）異なる素材形式での複製。

再び図２を参照すると、デジタル・データ信号ｓ（ｔ）は、基準信号発生器ブロック２０３に伝達される。基準信号発生器ブロック２０３は、１つのデジタル・データ信号ｓ（ｔ）入力から、デジタル・データ信号ｓ（ｔ）を有する２つの同一の出力を供給することができる少なくとも１つのデジタル回路を含む。当業者に直ちに理解されるように、多種多様のデジタル回路が、この目的のために使われうる。例えば、デジタル・マルチプレクサ又はデジタル・データ・バッファは、この目的のために使われうる。便宜上、デジタル回路は、デジタル・マルチプレクサ２０４であると示されている。しかし、本発明は、この点に限定するものではない。必要なのは、何らかの手段が、２つの同一のデジタル・データ信号ｓ（ｔ）を生成するために設けられていることである。

デジタル・データ信号ｓ（ｔ）は、増幅器２１２への入力として使われるアナログ信号を生成するために用いられる。使用される増幅器２１２の種類に従って、デジタル・データ信号を異なる形式に変換することが望ましい。第１のデータ変換サブシステム２１３は、この目的のために設けられる。例えば、ＥＥＲ型増幅器は、位相及び振幅情報のための別個の処理経路を有している。これらの型の増幅器のために、Ｉ／Ｑ成分信号をそれぞれ振幅と位相情報を表す２つのアナログ信号に変換することが必要である。この振幅及び位相情報は、従来よく知られているように、入力信号として、ＥＥＲ増幅器に伝達される。本発明の装置が、ＥＥＲ型アンプでの使用を目的としている場合、デジタル・データ信号ｓ（ｔ）は、信号形式コンバータ２０６を含む第１のデータ変換サブシステム２１３に伝達される。示された実施例では、信号形式コンバータは、Ｉ／Ｑ−振幅/位相(Ｉ／Ｑ−Ａ／Ｐ)コンバータであることが望ましい。信号形式コンバータ２０６は、Ｉ及びＱ成分を有するデジタル・データ信号ｓ（ｔ）を異なる形式の同等の信号ｓ’（ｔ）に変換する。この場合の同等の信号ｓ’（ｔ）は、時間変動振幅信号Ａ（ｔ）を有する第１構成要素及び時間変動位相角Φ（ｔ）を含む搬送波信号を有する第２構成要素によって定義される。この種のコンバータは、従来良く知られている。従って、信号形式コンバータ２０６は、本願明細書に詳細に記載されない。

当業者は、各種のＲＦパワー・アンプが、ＥＥＲ型アンプによって要求される信号形式以外の信号形式を要求しうることを、直ちに理解するだろう。従って、本発明が、そのような他の型の増幅器に用いられることを目的とする場合は、Ｉ／Ｑ−Ａ／Ｐコンバータの代わりに異なる型の信号形式コンバータで代用することが必要となりうる。従って、本発明は、Ｉ／ＱからＡ／Ｐコンバータの使用に限定されないことが理解されるべきである。代わりに、任意の他の適したコンバータが、特定の増幅器用途のために使われうる。そして、このような代替のコンバータの全ては、本発明の範囲内に含まれていることが意図されている。振幅及び位相の成分Ａ（ｔ）及びΦ（ｔ）は、デジタル形式でありうることが、理解されるべきである。そのような信号は、ＲＦパワー・アンプ２１２に伝達される前に、アナログ形式に変換されなければならない。この目的のために、第１データ変換サブシステム２１３は、デジタル−アナログ・コンバータも含まれうる。例えば、振幅及び位相成分Ａ（ｔ）及びΦ（ｔ）は、有利なことに、デジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータ２０８、２１０に伝達される。この種のＤ／Ａコンバータは良く知られているので本願明細書に詳細に記載されない。

デジタル−アナログ・コンバータ２０８、２１０からのアナログ出力は、パワー・アンプ２１２へ伝達され、そこで信号が増幅される。本発明の一実施形態によると、パワー・アンプ２１２は、しばしばクラスD増幅器としても参照されるスイッチング・アンプでありうる。パワー・アンプ２１２では、「振幅」入力は、ベースバンド・アナログ信号である。伝送されるＲＦ信号は、パワー・アンプ２１２で生成され、その振幅変調は、振幅入力信号によって制御される。パワー・アンプ２１２への「位相」入力信号は、パワー・アンプ２１２によって生成されるＲＦ信号の位相変調を制御する。本願明細書に記載するスイッチング・アンプは、いくつかの有利な点を有しているが、このようなパワー・アンプに存在する非線形性によって、出力は非常に歪んだものに成りうる。このような非線形性は、パワー・アンプがＥＥＲ型であるときに、特に大きな影響を与えうる。

パワー・アンプ２１２からの歪んだＲＦ出力信号は、指向性カプラ２１８へと伝達される。指向性カプラ２１２８は、パワー・アンプ２１２に接続された入力ポート、遅延線２２０に接続された送信ポート、終端抵抗２２４に接続された絶縁ポート、及び差動増幅器２３０に接続された結合ポートを有する。指向性カプラ２１８は、歪んだＲＦ出力信号のほとんどをパワー・アンプ２１２から時間遅延装置２２０へ伝達する。

一般に、歪んだＲＦ出力信号の少なくとも約９０%が時間遅延装置２２０へ伝達されることが、望ましい。一実施形態によると、指向性カプラ２１８は、５０ｄＢ指向性カプラが選ばれうる。そのようなカプラで、時間遅延装置２２０へ伝達された歪んだＲＦ出力信号は、通常、パワー・アンプ２１２で生成された歪んだ出力信号の電力レベルより、わずか約１ｄＢ低いだけである。更に、本発明は、この点に限定されないことが理解されるべきである。より高い又はより低い電力レベルが、差動増幅器２３０及び時間遅延装置２２０へ伝達されうる。時間遅延装置２２０は、差動増幅器２３０、時間遅延装置２３２及びエラー増幅器２３４を通した時間遅延を補償する。時間遅延装置２２０は、時間遅延装置を横断する信号の時間遅延を生み出す能力のある任意の装置でありうる。例えば、時間遅延装置２３２は、ある長さのＲＦ伝送線から成る単なるＲＦ遅延線でありうる。時間遅延装置２２０は、時間遅延装置２２０によって生成される時間遅延を変動させるための時間遅延制御信号２２１に応答する時間遅延制御回路（示されていない）も有しうる。このような時間遅延制御回路は、時間遅延２３２内に設けられる時間遅延制御回路（示されていない）の代わりに又はそれに追加され、時間遅延制御信号２３３に応答する。時間遅延装置２２０の出力は、指向性カプラ２２２へ伝達される。時間遅延制御信号２１５、２２１及び２３３は、カプラ２２２からの線形化出力を有する信号のタイミング調整を保証するために１つ以上の信号を監視する調整処理装置２３５によって、生成されうる。或いは、適切な時間遅延制御信号２１５、２２１、２３３は、最初の調整処理のときに手動で又は自動的に決定され、その後にメモリ装置に格納される。

再び指向性カプラ２１８を参照すると、パワー・アンプ２１２からの歪んだＲＦ出力信号の一部が、差動アンプ２３０の負入力に結合されていることが、図２において、観察されうる。この信号は、本願明細書では、結合信号２１９として参照される。結合信号２１９は、一般的には、パワー・アンプ２１２から該カプラ２１８に伝達された全ＲＦ入力電力と比較して有意に引き下げられた電力レベルを有している。結合信号２１９の実際の電力レベルは、種々の設計要素に依存する。しかしながら、結合信号２１９の電力レベルは、一般的に、パワー・アンプ２１２で生成された歪んだ出力信号の電力レベルのわずか約１０%にすぎない。例えば、指向性カプラ２１８は、結合信号がパワー・アンプ２１２からの歪んだＲＦ出力信号の電力レベルより約５０ｄＢ低い電力レベルを有するように、５０ｄＢ型指向性カプラでありうる。更に、本発明は、この点に限定されないことが理解されるべきである。

基準信号２２９は、差動増幅器２３０の正入力に伝達される。この基準信号２２９は、基準信号発生器２０３で生成される。これは以下に詳細に説明される。デジタル・マルチプレクサから与えられたデジタル・データ信号ｓ（ｔ）は、デジタル信号を選択的に遅延させるのに適したデジタル・データ時間遅延装置２０５へ伝達される。これに関して、理解されるべき点は、デジタル・データ時間遅延装置は、デジタル領域で動作することが望ましいということである。デジタル・データ時間遅延装置２０５は、固定遅延型でありうる。しかしながら、デジタル・データ時間遅延装置２０５は、デジタル・データ信号ｓ（ｔ）に適用される遅延量の選択的可変制御を可能とする時間遅延制御回路（示されていない）も含みうる。時間遅延制御回路は、示された時間遅延制御信号２１５によって制御されうる。デジタル時間遅延装置２０５は、基準信号２２９が結合信号２１９に時間的に正確に揃っていることを保証するのに十分な時間遅延を与える。これは、デジタル・マルチプレクサ２０４から差動増幅器２３０への経路遅延が、基準信号２２９及び結合信号２１９に等しくされていることを意味する。特に、結合信号２１９は、信号形式コンバータ２０６、Ｄ／Ａコンバータ２０８、２１０及びパワー・アンプ２１２によって遅延される。その一方、基準信号は、Ｄ／Ａコンバータ２０７、２０９及びＲＦ変調器２１１によって遅延される。各々の信号に生じた各々の遅延量は、異なりうる。従って、結合信号２１９と基準信号２２９を正確に比較するためには、それらの信号は、時間的に揃えられなければならない。この時間調整は、遅延装置２０５によって実行される。

デジタル信号ｓ（ｔ）がデジタル・データ時間遅延装置２０５によって処理された後、その出力は、１つ以上のＤ／Ａコンバータ２０７、２０９に伝達される。Ｄ／Ａコンバータ２０７、２０９は、デジタル信号ｓ（ｔ）からアナログ・ベースバンド信号への変換を行う。例えば、これらの信号は、アナログ・ベースバンドＩ及びＱ信号でありうる。続いて、これらの信号は、これらのアナログ・ベースバンド信号をアナログＲＦ基準信号２２９へと変換するＲＦ変調器２１１に伝達される。便宜上、Ｄ／Ａコンバータ２０７、２０９及びＲＦ変調器２１１は、本願明細書では第２のデータ変換サブシステムとして参照される。或いは、ＲＦ変調器２１１は、Ｄ／Ａコンバータが２倍のＲＦ周波数でサンプリングできるならば、デジタル領域に実装されうる。ＲＦ変調器がデジタル領域に実装されているとき、必要となるＤ／Ａコンバータは１つのみである。

アナログＲＦ基準信号２２９は、デジタル波形源２０２からの所望のソース信号ｓ（ｔ）の正確なデジタル表現に基づいてＲＦ変調２１１によって生成されたという点で理想的な基準信号である。また、アナログＲＦ基準信号２２９は、正しい時間調整が与えられるように、デジタル処理で遅延されている。また、アナログＲＦ基準信号２２９は、パワー・アンプ２１２によって引き起こされる歪みのような有意な歪みがない。

結合信号２１９及びＲＦ基準信号２２９の電力レベルは、それらが等しくなるように選ばれるのが望ましい。例えば、パワー・アンプ２１２が＋５３ｄＢｍの出力電力を有しており、指向性カプラが５０ｄＢ指向性カプラである場合、結合信号２１９は、＋３ｄＢｍの電力レベルを有する。この場合、アナログＲＦ基準信号２２９も、＋３ｄＢｍの電力レベルを有するように選ばれる。もちろん、他の電力レベルも使われうる。しかし、アナログＲＦ基準信号２２９の電力レベルと結合信号電力レベル２１９が等しいことが有利である。電力レベルが、このように構成されたとき、差動増幅器２３０の出力は、パワー・アンプ２１２に導入された歪みを表す反転エラー信号になる。

差動増幅器２３０からの反転エラー信号出力は、時間遅延装置２３２へ伝達される。例えば、時間遅延装置２３２は、ある長さのＲＦ伝送線から成る固定式ＲＦ遅延線でありうる。しかしながら、本発明の好適な実施形態によると、時間遅延装置２３２は、選択的に可変でありうる。例えば、可変長の伝送線は、この目的に使用されうる。しかしながら、他のタイプの遅延線も可能であり、本発明は、この点に限定することを意図していない。例えば、種々の市販の可変アナログ遅延線装置のうちの任意のものが使われうる。この点に関し、理解されるべきことは、時間遅延装置２３２は、時間遅延装置２３２により利用される時間遅延量を選択的に変化させるための少なくとも１つの時間遅延制御回路を含みうることである。図２に示すように、時間遅延制御信号２３３は、選択的に時間遅延を変化させるために時間遅延装置への入力として与えられうる。特に、時間遅延装置２３２を有することは、必須ではない。有利なことに、時間遅延装置２３２は、時間遅延制御がより低い出力信号に対して動作することを可能にし、一方、固定型時間遅延２２０は、高出力信号に対して動作する。或いは、時間遅延装置２３２を取り去ることが可能であり、時間遅延制御が、時間遅延２２０に与えられうる。時間遅延装置２３２を取り去ることによって、装置２２０が必要とする時間遅延が少なくなる。

遅延装置２３２の反転エラー信号出力は、少なくとも１つのエラー増幅器２３４に伝達される。エラー増幅器２３４は、反転エラー信号を線形に増幅する線形増幅器である。本発明の実施例によると、エラー増幅器のゲインは、ゲイン調整制御信号によって調整可能となりうる。エラー増幅器２３４は、反転エラー信号の電力レベルが、指向性カプラ２２２に伝達された歪んだアンプ出力信号に含まれる歪みの電力レベルに等しくなるように、反転エラー信号の電力レベルを有利に増加させる。増幅後、反転エラー信号は、エラー増幅器２３４の出力から指向性カプラ２２２の入力に伝達される。上述のように、指向性カプラは、従来よく知られている。

一実施形態によると、指向性カプラ２２２は、１５ｄＢ指向性カプラであることを選ばれうる。この点に関し理解されるであろうことは、指向性カプラ２２２に対する１５ｄＢの連結比は、終端抵抗２２６に伝達されるパワー・アンプ２１２からのＲＦ電力の必要最低限量となる。しかしながら、結合は、大幅に歪みを減らすために、指向性カプラ２２２からの線形化出力信号にエラー増幅器２３４からの十分な量の電力を供給するのに十分である。更に、指向性カプラ２２２への特定の結合比は、設計者によって選ばれうることが理解されるべきである。もちろん、エラー増幅器２３４からの出力電力は、エラー増幅器によって生成されたエラー信号が、パワー・アンプ２１２の出力信号に含まれる歪みを補償するために十分な大きさこと有することを保証するために選ばれるべきである。

上述の説明から、指向性カプラ２２２へ与えられる２つの信号があることが理解される。１つの信号は、パワー・アンプ２１２の歪んだ出力信号であり、もう１つの信号は、エラー増幅器２３４からの増幅された反転エラー信号である。指向性カプラ２２２は、４つのポートを有したエラー増幅器２３４からの反転エラー信号を歪んだ出力信号に結合する装置である。この点に関して理解されるべきことは、指向性カプラ２２２は、歪んだ出力信号と反転エラー信号の和である出力ポートに線形化された出力信号を生成する。エラー信号は、反転しているので、加算演算は、歪んだ出力信号からエラー信号を減算することを含む演算として考えられうる。反転エラー信号は、歪んだ出力信号に存在する歪みの反転表現なので、この減算演算は、歪んだ出力信号に存在する歪みを除去する。その結果が、線形化された出力である。本発明は、図１に示された従来の典型的なフィードフォワード型アンプ・システムの重要な発展をともに表すいつくかの特徴を含んでいる。そのような特徴のひとつは、基準信号２２９が処理される方法に関する。図１に示されたものと同様な従来のフィードフォワード型アンプ・システムは、基準信号２２９を生成するために、アナログＲＦ信号スプリッタ１０４を用いる。しかしながら、フィードフォワード線形化システムに適用されるとき、そのような従来型アナログＲＦ信号スプリッタ１０４は、いくつかの望ましくない特性を有する。最も重大なことに、典型的なアナログＲＦ信号スプリッタは、周波数依存の位相及び振幅変動を示しうる。別の言い方をすれば、これは、信号スプリッタ１０４の伝達特性は、入力信号の帯域幅に位相及び振幅変動を導入しうることを意味する。フィードフォワード線形化の用途に使われるとき、そのようなＲＦ信号スプリッタは、基準信号の位相及び振幅変動を引き起こしうる。結果として、基準信号は、理想的なものではなくなる。従って、そのような場合のエラー信号は、不正確になるので、エラー信号は、アンプからの出力信号の線形性を適切に向上できない。

一方、本発明は、デジタル入力信号ｓ（ｔ）がデジタル領域にある間に、その信号を分配することによって、基準信号を形成する。この機能は、デジタル・マルチプレクサ２０４内で実行される。この手法の利点は、従来型ＲＦスプリッタを用いたときに、アンプ入力信号の帯域幅で一般的に生じる位相及び振幅変動の問題を回避できることである。このような変動は、入力信号が、広帯域信号であるときに特に問題となりうる。

本願明細書に記載された手法の別の利点は、デジタル領域で動作するデジタル・データ時間遅延装置２０５の使用を容易にすることである。フィードフォワード線形化の用途でのデジタル・データ時間遅延装置２０５の使用は、いくつかの理由で有利である。デジタル・データ時間遅延装置２０５は、デジタル領域で動作し、さもなければアナログ遅延装置が用いられた場合に生じうる基準信号の歪みの可能性を回避する。次に、デジタル領域での可変時間遅延装置は、比較的安価であり、容易に実装され、デジタル処理で制御される。これは、ＲＦ信号の可変アナログ時間遅延装置に対する利点である。特に、デジタル・データ時間遅延装置２０５の使用は、線形化システムが、異なる種類のアンプ２１２の使用に対して素早く再構成されうることを意味する。

異なるアンプ２１２は、該アンプ２１２に関連付けられた異なる時間遅延を有しうる。基準信号へのデジタル・データ時間遅延装置２０５の使用は、図２に示す線形化システムが、大きな設計変更なしに、２つ以上のアンプとともに用いられうることを意味する。その代わり、従来のデジタル制御信号は、特定の用途のために、必要に応じ、時間遅延を制御するためにデジタル遅延装置２０５に伝達されうる。例えば、そのような制御信号は、適切な一体化回路コントローラ又はプログラマブルROMによって与えられうる。

本発明の別の重要な特徴は、結合信号２１９が基準信号２２９から減算される方法に関する。特に、本発明は、図１に示されたような従来の１８０°ハイブリッド・カプラ１１４の代わりに差動増幅器２３０を使用している。従来の１８０°ハイブリッド・カプラは２つの起こりうる問題に悩まされる。先ず、１８０°ハイブリッド結合は、周波数依存の位相及び振幅変動を示しうるし、実際に示す。そのような変動は、１８０°ハイブリッド・カプラが比較的広帯域を有する信号の処理に使われるときに、特に問題となりうる。周波数依存の位相及び振幅変動は、不正確な反転エラー信号を作り出してしまう歪みを生み出しうることは、当業者によって理解される。このような場合、エラー信号が正確にエラーを表さないために、エラー信号は、パワー・アンプ２１２の出力信号の線形性を適切に向上させることができない。

一方、市販の高精度集積回路の差動増幅器は、非常に改善された性能を提供しうる。現在市販の高精度集積回路の差動増幅器は、高周波数で動作するよう設計されている。このような増幅器は、１８０°ハイブリッド・カプラと比較して飛躍的に改善された線形性を有している。特に、入力信号が比較的広帯域のときは、そうである。従って、そのような差動増幅器は、エラー信号のより正確な表現を供給できる。

１８０°ハイブリッド・カプラの別の問題は、同相信号除去比（ＣＭＲＲ）に関する。装置の同相信号除去比（ＣＭＲＲ）は、その装置の両方の入力に共通する入力信号を除去する傾向の指標である。この例では、ＣＭＲＲは、基準信号と歪んだアンプ出力信号との間の差を完全に及び正確に定める１８０°ハイブリッド・カプラ（又は、差動増幅器２３０）の能力を表す。高いＣＭＲＲは、フィードフォワード線形化の用途にとって重要である。何故なら、歪んだアンプ出力信号に存在する歪みは、しばしば、歪んだアンプ出力信号の振幅と比較して比較的小さな電圧でありうるからである。一般に、１８０°ハイブリッド・カプラの設計で、約５０ｄＢを超えるＣＭＲＲを達成することは難しい。一方、現在市販の差動増幅器集積回路は、１００ｄＢ以上のＣＭＲＲを達成できる。現在利用可能な差動増幅器の広範な動作帯域幅のために、そのような集積回路の使用は、現在、多くのＲＦ用途で可能となっている。これらの特徴の組合せは、高い線形性の差動増幅器が、フィードフォワード線形化において従来の１８０°ハイブリッド・カプラの代わりに利用されうること、及び性能の点で有意な向上を提供できることを意味する。

一般に、差動増幅器２３０は、少なくとも約５０ｄＢの同相信号除去比（ＣＭＲＲ）となる設計にすべきである。差動増幅器は、望ましくは、基準信号２２９に含まれる入力周波数の範囲に適した帯域幅を有しているべきである。例えば、アンプ・システム２００が、AM又はFMの放送帯域での従来の放送信号への使用を目的とするならば、１０ＭＨｚから２００ＭＨｚの帯域を有した線形差動増幅器が使われうる。特に、差動増幅器２３０に要求される線形性の程度の正確な規格は、パワー・アンプ２１２から除去される歪みのレベルに依存する。差動増幅器２３０は、基準信号２２９と結合信号２１９の差に基づいて、増幅器が正確にエラー信号を生成できるように、歪みが十分に無いものでなければならない。差動増幅器２３０を実装するために使うことが可能な種々の市販製品がある。

特に、本願明細書に記載されるアンプ・システムは、広帯域データ信号を含む多種多様な信号に用いられうる。しかし、広帯域データ信号では、差動増幅器２３０及びエラー増幅器２３４が適切に広い動作帯域幅を有していることが、重要である。この点に関して、理解されるべきは、作動増幅器２３０は、従来の集積回路装置、ハイブリッド回路設計、又はＲＦ型差動増幅器でありうることである。特定の型の回路構成は、特定の型の広帯域信号を処理する特定の用途で要求されるＣＭＲＲ及び帯域能力によって決定される。

Claims (10)

1. フィードフォワード線形化を組み込んだＲＦ増幅システムであって：
   デジタル波形源からデジタル・データを受信し、該デジタル・データの第１及び第２のインスタンスを生成するよう構成されたデジタル・マルチプレクサ；
   該デジタル・マルチプレクサに結合され、前記デジタル・データの第１のインスタンスを、アナログ信号を定めるアナログの振幅及び位相の信号に変換する第１の変換手段；
   該第１の変換手段に結合され、該アナログの振幅及び位相の信号に応答し、少なくとも１つの該アナログの振幅及び位相の信号により変調された歪んだＲＦ出力信号を生成するよう構成されたＲＦ増幅器；
   前記デジタル・マルチプレクサから前記デジタル・データの第２のインスタンスを受信し、該デジタル・データの第２のインスタンスを、アナログＲＦ基準信号に変換するよう構成された第２の変換手段；
   前記歪んだＲＦ出力信号と前記アナログＲＦ基準信号との間の差を表すエラー信号を生成するようにされた差動増幅器を有し、前記ＲＦ増幅器の歪みを低減するフィードフォワード線形化回路；及び
   前記歪んだＲＦ出力信号の歪んだ部分を除去するために、該エラー信号を前記歪んだＲＦ出力信号と結合する結合手段；
   を有するＲＦ増幅システム。
2. 前記デジタル・データは、デジタルＩ／Ｑ成分信号であり、
   前記第１の変換手段は、該デジタルＩ／Ｑ成分信号を、位相及び振幅の情報を有する少なくとも１つのデジタル・データ信号に変換するようにされた信号形式コンバータを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ増幅システム。
3. 前記第１の変換手段は、記信号形成コンバータに結合された少なくとも１つのデジタル−アナログ・コンバータを更に有し、
   該前デジタル−アナログ・コンバータは、前記少なくとも１つのデジタル・データ信号を、位相及び振幅の情報を有する前記アナログの振幅及び位相の信号に変換するよう構成される、
   ことを特徴とする請求項２に記載のＲＦ増幅システム。
4. 前記デジタル・データの前記第２のインスタンスを選択的に遅延するよう構成された前記デジタル・マルチプレクサに結合されたデジタル・データ時間遅延装置；
   を更に有する請求項１に記載のＲＦ増幅システム。
5. 前記第２の変換手段は、前記デジタル・データの前記第２のインスタンスからアナログ・ベースバンドのＩ及びＱ成分を生成するよう構成された少なくとも１つのデジタル−アナログ・コンバータを有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＲＦ増幅システム。
6. 前記第２の変換手段は、前記少なくとも１つのデジタル−アナログ・コンバータに結合されたＲＦ変調器を更に有し、前記アナログＲＦ基準信号を生成するために前記アナログ基準信号の前記ベースバンドのＩ及びＱ成分に応答する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のＲＦ増幅システム。
7. 前記エラー信号を前記差動増幅器から受信する入力と、前記結合手段に結合された出力とを有し、前記エラー信号を増幅するよう構成されたエラー増幅器；
   を更に有する請求項１に記載のＲＦ増幅器。
8. 少なくとも１つの前記差動増幅器及び前記エラー増幅器に結合され、前記エラー信号を選択的に遅延するよう構成されたアナログ時間遅延装置；
   を更に有する請求項１に記載のＲＦ増幅システム。
9. 前記ＲＦ増幅器は、ＥＥＲ型増幅器である、
   ことを特徴とする請求項１記載のＲＦ増幅システム。
10. ＲＦ増幅器の出力信号を線形化する方法であって：
    デジタル・マルチプレクサを用いてデジタル・データの第１及び第２のインスタンスを生成する段階；
    該デジタル・データの第１のインスタンスをアナログの振幅及び位相の信号に変換する段階；
    該振幅及び位相の信号に応答するＲＦ増幅器を用いて、少なくとも１つの該振幅及び位相の信号により変調された歪んだＲＦ出力信号を生成する段階；
    前記デジタル・データの前記第２のインスタンスをアナログＲＦ基準信号に変換する段階；
    フィードフォワード線形化回路を用いて前記歪んだＲＦ出力信号の歪みを低減する段階；
    を有し、
    前記フィードフォワード線形化回路は、前記歪んだＲＦ出力信号と前記アナログＲＦ基準信号との間の差を表すエラー信号を生成し、前記歪んだＲＦ出力信号の歪んだ部分を除去するために該エラー信号を前記歪んだＲＦ出力信号と結合する、
    ことを特徴とする方法。

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