JP2940840B2 - フィードフォワード干渉回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はフィードフォワード歪
補償回路を構成する基本回路である歪検出回路、除去回
路に代表されるフィードフォワード干渉回路（インター
フェロメトリック干渉抑圧回路とも呼ばれる）におい
て、その干渉回路の平衡状態を検出するためにパイロッ
ト信号を用いるフィードフォワード干渉回路に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯等の高周波帯で有効な増幅
器の入出力非線型補償法として、図４に示すフィードフ
ォワード形歪補償回路がある（以下この補償回路を具備
する増幅器をフィードフォワード増幅器と称する）。フ
ィードフォワード形歪補償回路は基本的に二つの干渉回
路より構成される。一つは歪検出回路３であり、他の一
つは歪除去回路４である。歪検出回路３は、主増幅器の
信号伝達経路５と線形信号伝達経路６とから構成され、
また、歪除去回路４は、主増幅器の出力信号を線形に伝
達する主信号伝達経路７と歪注入経路８とから構成され
る。さらに、主増幅器の信号伝達経路５は、主増幅器９
と、この経路５の振幅及び位相伝達特性をそれぞれ調節
する可変減衰器１０及び可変位相器（一般的には可変遅
延線路が用いられる）１１との直列接続から構成され、
線形信号伝達経路６は遅延線路１２と位相反転回路１３
との直列接続から構成される。主信号伝達経路７は遅延
線路１４からなり、歪注入経路８は可変減衰器１５と、
可変位相器１６と、補助増幅器１７との直列接続から構
成される。補助増幅器１７には位相反転回路を含むこと
ができる。ここで、特性的に大きな違いが生ずることが
ないため、歪検出回路３に含まれる可変減衰器１０と可
変位相器１１は、両方共またはいずれか一方だけの形
で、線形信号伝達経路６に具備される場合もある。同様
に、歪除去回路４においても可変減衰器１５と可変移相
器１６とは、場合によっては主信号伝達経路７に具備さ
れることもある。また入力端子１と主増幅器の信号伝達
経路５及び線形信号伝達経路６とを結合する。電力分配
器１８と、歪検出回路３及び歪除去回路４を結合する電
力合成／分配器１９、主信号伝達経路７及び歪注入経路
８と出力端子２とを結合する電力合成器２０はトランス
回路、方向性結合器等で構成した単純な無損失電力分配
器・電力合成器である。

【０００３】まず、この動作について説明する。入力端
子１に入力された入力信号は、電力分配器１８により二
つの出力に分配され、経路５と経路６とに供給され、経
路５及び６の両出力は電力合成／分配器１９により電力
合成される。ここで、歪検出回路３に含まれる可変減衰
器１０及び可変移相器１１は、電力合成／分配器１９か
ら歪注入経路８側に出力される信号成分に関して、二つ
の信号伝達経路５と６の伝送特性が互いに振幅、遅延量
が等しくかつ位相が逆相となるように調整される。但
し、逆相の条件は、分配器１８と電力合成／分配器１９
とにおける入出力端子間の移相量を適当に設定すること
により実現するか、もしくは主増幅器９に入出力の位相
反転特性をもたせるか、もしくは図５に示すようにサー
キュレータ２１の一つの端子に短絡終端２２を具備した
位相反転回路を経路５か６のいずれかに挿入することに
より実現する。この際に入力端子１から主増幅器の信号
伝達経路５、電力合成／分配器１９、主信号伝達経路７
と電力合成器２０を経て出力端子２に至る経路の伝送損
失に関しては、極力それが小さくなって主増幅器９での
電力利得及び出力が低下しないように各回路素子のパラ
メータが設定される。

【０００４】このように歪検出回路３が構成されている
から、電力合成／分配器１９の経路８側の端子１９ｄの
出力として、二つの経路５と６の二つの信号の入力に線
形に比例する成分は互いに相殺されて、主増幅器９が発
生する非線形な成分が二信号の差成分として検出され
る。このことからこの干渉回路は歪検出回路と呼ばれ
る。

【０００５】さて次に、歪注入経路８に具備される可変
減衰器１５と可変移相器１６は、電力合成／分配器１９
の主増幅器信号伝達経路５に接続される端子１９ａから
合成器２０の出力端子２０ｃに至る二つの経路７と８の
伝達関数が、互いに振幅と遅延量とに関して等しくかつ
位相に関して逆相となるように調整される。ここで歪注
入経路８の入力信号は、歪検出回路３で検出された主増
幅器９の歪成分であるから、経路８は、電力合成器２０
の出力端子２０ｃ、すなわちフィードフォワード増幅器
の出力端子２において、主増幅器９の出力信号に、同じ
主増幅器９の発生した歪成分を逆相等振幅で注入するこ
とになり、結局、回路全体の出力における歪成分の相殺
が実現される。以上がフィードフォワード増幅器の動作
原理である。

【０００６】このようにフィードフォワード増幅器は信
号相殺及び歪相殺のための二つの干渉回路から構成さ
れ、それらは原理的に図６に示すように単純なフィード
フォワード干渉回路としてモデル化できる。同図に示さ
れるように、この干渉回路は入力端子２３の入力信号を
二つの電力に分配する電力分配器２４と、その分配出力
が供給される二つの信号伝達経路２５及び２６と、それ
ら二つの信号伝達経路２５，２６の出力を電力合成して
出力端子２７へ供給する電力合成器２８とよりなり、信
号伝達経路２５は可変減衰器２９、可変移相器３０、増
幅器３１よりなり、信号伝達経路２６は遅延線路３２、
位相反転回路３３よりなる。ここで増幅器３１は歪検出
回路３の場合には主増幅器９と、歪除去回路４の場合に
は補助増幅器１７とにそれぞれ対応する。

【０００７】このフィードフォワード干渉回路の最適動
作は、前述のようにこれを構成する二つの経路２５，２
６の伝達関数が互いに等振幅、等遅延特性でかつ位相関
係において逆相の条件で平衡することであり、この平衡
状況を検出し、回路を最適な平衡状態に自動的に設定す
る方法として特願平３−４９６８８「フィードフォワー
ド増幅器」に述べられているようなパイロット信号を用
いる方法がある。この方法を実現する回路の基本構成を
図７に示す。パイロット発生器３５からのパイロット信
号は、主増幅器９の回路内に装備されたパイロット注入
回路３６で経路５に注入される。電力合成器２０の出力
側に挿入された方向性結合器等を用いるパイロット抽出
回路３７でパイロット信号が抽出され、その抽出出力は
受信機等で構成するパイロットレベル検出回路３８でレ
ベルが検出されてマイクロコンピュータ等で構成する制
御回路３９へ供給される。各回路素子間を結ぶ線におい
て実線は信号線を、また破線は制御のためのデータ線を
意味する。

【０００８】この動作について説明すると、パイロット
信号は特定周波数の連続波であり、パイロットレベル検
出回路３８として狭帯域特性を有する振幅検波器やホモ
ダイン検波器を用いることにより出力端子２におけるパ
イロット信号のレベルが検出される。歪除去回路４を構
成する二つの信号経路７，８が上述した最適動作状態に
あれば必然的に検出されるパイロット信号のレベルもゼ
ロとなる。そこで、このレベルに比例するパイロットレ
ベル検出回路３８の出力をモニタしながら、例えば摂動
法を適用して歪除去回路４の可変減衰器１５と可変移相
器１６の設定値をわずかずつ変化させて、パイロットレ
ベル検出回路３８の出力が最小となる点を検出してその
動作点に設定すれば歪除去回路４の最適動作状態を実現
することができる。

【０００９】このような自動制御はマイクロコンピュー
タを用いて容易に達成できる。以上は歪除去回路４につ
いて説明したが、歪検出回路３についても、パイロット
注入回路を入力端子１と電力分配器１８との間に設け、
かつパイロット抽出回路を電力合成／分配回路１９の出
力端１９ｄと補助増幅器１７の入力側の可変減衰器１５
との間に設けることにより同様な動作を達成できる。す
なわち、これら二つの回路の基本動作は同一なので、基
本的なフィードフォワード干渉回路を用いて図８に示す
ように回路を単純化して記述することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このような自動調整回
路におけるパイロット信号の処理法としては従来より単
純な単一周波数パイロットを用いる方法が用いられてお
り、回路構成が簡潔な利点がある反面、パイロット信号
の検出レベルが最小となる場合が最適動作点となるため
検出感度を増大するためには注入するパイロット信号の
電力レベルを高めることが必要であり、またパイロット
信号の検出帯域に他装置の漏洩電波や雑音等の干渉信号
が混入すると検出レベルに誤差が生じ高精度な制御動作
を達成できなくなる欠点があった。

【００１１】この発明の目的は、雑音等の干渉の影響を
受けにくくかつ検出感度の高いパイロット検出を可能に
するフィードフォワード干渉回路を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明によればパイロ
ット信号は変調手段により周波数スペクトラム拡散され
て注入され、検出された信号は復調手段により逆周波数
スペクトラム拡散されてパイロット信号が取出される。
スペクトラム拡散は直接周波数拡散方式、周波数ホッピ
ング方式、チャープ方式及びそれらを複合したハイブリ
ッド方式により行われる。

【００１３】このようにして周波数帯域幅当たりについ
ては電力レベルを増加させることなく、フィードフォワ
ード干渉回路に注入するパイロット信号の電力レベルを
飛躍的に増大させることができるとともに雑音等の干渉
に対する耐力のより優れたパイロット検出を行うことが
できる。

【００１４】

【実施例】図１にフィードフォワード干渉回路の基本モ
デルに適用したこの発明の第１実施例を示し、図８と対
応する部分に同一符号を付けてある。この例では直接周
波数拡散方式をパイロット信号の変復調方式として適用
しているが、周波数ホッピング方式、チャープ方式及び
それらを複合して用いるハイブリッド方式を用いても全
く同様の動作と効果が期待できる。パイロット発生器３
５からのパイロット信号は変調部４１で周波数拡散され
てパイロット注入回路３６へ供給される。パイロット抽
出回路３７の抽出出力は復調部４２で逆周波数拡散され
てパイロットレベル検出回路３８へ供給される。変調部
４１は、位相変調器４３（これは２相変調器や４相変調
器を用いるが、振幅変調器でも同様に使用できる）と、
帯域ろ波器４４で構成される。また復調部４２は、帯域
ろ波器４５と、局部発振器４６と、位相変調器４７と、
ミクサ４８と、パイロット帯域ろ波器４９で構成され
る。さらに擬似雑音符号（ＰＮ）発生器５１からのＰＮ
信号が変調部４１、復調部４２へそれぞれに注入され、
その両注入ＰＮ信号の同期をとるため位相調整器５２が
付加されている。以下この動作を図２に示すスペクトラ
ム図を参照して説明する。

【００１５】まずパイロット発生器３５は図２Ａに示す
ような周波数ｆ_P でレベルがＬ₁ ｄＢ／Ｈｚの連続波の
パイロット信号を発生し、これを位相変調器４３に入力
する。位相変調器４３ではＰＮ信号でパイロット信号が
位相変調されるので図２Ｂに示されるようにスペクトラ
ムの拡散された信号Ｓ_P が得られる。この際例えばＰＮ
信号の速度が５００ｋｂｐｓでレベルが０ｄＢ、位相変
調器４３の変換理利得が０ｄＢとすれば周波数拡散され
たパイロット信号Ｓ_P のＨｚ当たりのレベルは、Ｌ₁ に
対して理想的には５０ｄＢ以上低減される。逆にいえば
干渉回路に入力できるパイロットのＨｚ当たりのレベル
を一定値に設定できる場合、５００ｋｂｐｓのＰＮ信号
で連続波のパイロット信号を周波数拡散することによっ
てその電力を分散できるのでもともとのパイロット信号
レベルを５０ｄＢ以上増大できることになる。

【００１６】つぎに復調部４２にはフィードフォワード
干渉回路でそのレベル分布は変化して周波数成分は信号
Ｓ_P と同一な図２Ｃに示す信号Ｓ_P ′が入力されるの
で、変調に用いられたと同一のＰＮ信号による相関検出
によって図２Ｄに示すように周波数ｆ_P ′のパイロット
信号が再生される。このパイロット信号はパイロットレ
ベル検出器３８に入力されその電力レベルが特定され
る。パイロットレベル検出器３８は図７で説明した検出
器と同様に同調受信器等を用いて構成できるので、これ
を用いてパイロットのレベルを正確に検出できる。ここ
でｆ_P ′はパイロット発生器３５の発振周波数ｆ_P と局
部発振器４６での発振周波数との差周波数であり、パイ
ロット帯域ろ波器４９の通過周波数並びにパイロットレ
ベル検出器３８の同調周波数はこれに一致させる。

【００１７】このようにすることにより周波数帯域当た
りの電力は変えずにパイロット信号の注入レベルを等価
的に高めることができるからパイロットの検出感度を大
幅に高めることができる。さらに、よく知られているよ
うにパイロット信号に対してこの相関復調の処理は拡散
されたパイロットの電力は収束させるが、逆にＰＮ信号
と相関が全くない干渉波に対してはその電力を拡散させ
るのでパイロット信号の検出精度を高める効果が生じ
る。従って、フィードフォワード干渉回路の二つの経路
の平衡性が極めて良好となって電力合成器２８の出力端
でのパイロット信号のレベルが低下する場合においても
誤差が少なく確実なレベル検出を行うことが可能であ
る。

【００１８】以上の説明はフィードフォワード干渉回路
の基本モデルにこの発明を適用した場合の動作について
行ったが、このフィードフォワード干渉回路は、前述し
たようにフィードフォワード増幅器を構成する歪検出回
路と歪除去回路とのいずれとも基本動作が全く同一なの
で、フィードフォワード増幅器を構成する二つの干渉回
路の自動調整回路として利用できる。この際の制御動作
としては図７について説明したものと全く同様のものを
利用でき、しかも、従来と比較して飛躍的に高精度で各
種妨害波の影響を受けにくいパイロット信号の検出が可
能となる。従ってフィードフォワード増幅器における歪
補償の最適動作点の設定と増幅動作の高安定化に関する
自動調整を高精度かつ高信頼に行うことが可能である。

【００１９】図３は変調部でパイロット信号を発生し、
そのパイロット信号を周波数ホッピング方式で周波数拡
散する例を示す。この回路の変調部５３では、周波数シ
ンセサイザ５４の発振周波数をＰＮ発生器５１の出力に
より制御して周波数拡散されたパイロット信号を得る。
帯域ろ波器４４は周波数シンセサイザ出力のうち不要な
高調波成分を除去するために挿入されるのでそのレベル
が小さい場合には削除することもできる。復調部４２側
ではフィードフォワード干渉回路の出力信号からパイロ
ット信号を帯域ろ波器４５で分離した後ミクサ４８によ
り周波数シンセサイザ５５の出力とこのパイロット信号
を周波数ミキシングする。この際変調部５３と復調部４
２のそれぞれの周波数シンセサイザ５４，５５の発振周
波数の周波数のホッピング周波数は同一のＰＮ発生器５
１の出力で与えられ、しかも位相調整器５２により完全
に同期されるので、それら二つの周波数シンセサイザの
発振周波数にオフセットを持たせることで復調部４２に
入力されるパイロット信号の電力レベルに比例した周波
数が、オフセット周波数の連続波を検出できる。このレ
ベルをレベル検出器３８で検出することにより図１に示
した直接周波数拡散方式を用いる方法と同様の効果を達
成できる。同様にして周波数拡散にはチャープ方式やこ
れらの方法を複合的に用いるハイブリッド方式を用いる
ことが可能であるが、これらの構成については例えば
『最新スペクトラム拡散通信方式：Ｒ．Ｃ．Ｄｉｘｏｎ
著、立野、片岡、飯田訳ジャテック出版、昭和５３年』
等の各種の書物に掲載されており、またそれらの回路を
フィードフォワード干渉回路に適用するための接続方法
については図１、図３におけると同様であるので省力す
る。

【００２０】以上述べた構成では周波数拡散の処理を行
った信号を直接パイロット信号として用いている。さら
に、一度周波数拡散された信号を生成した後これを周波
数変換してフィードフォワード干渉回路に注入して、復
調側においては変調側で用いたと同じ局部搬送波を用い
てパイロット信号の周波数をもとにもどして復調するよ
うな構成を適用することも可能であるが、このような構
成は各種の通信機回路でよく用いられるので詳細説明は
省略する。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明により、
フィードフォワード干渉回路の最適動作点検出のための
パイロットの検出を高精度かつ高信頼に行うことが可能
となるから、フィードフォワード増幅器の自動調整回路
に適用することによって線形性に極めて優れたフィード
フォワード増幅器を実現することができ、無線通信、放
送等はもとより有線通信中継器、オーディオ機器等に用
いる線形増幅器の高性能化を達成するための方法として
適用できる。また、この発明による上述のようなフィー
ドフォワード干渉回路により構成されたフィードフォワ
ード増幅器を複数並列接続して出力電力を増大する場合
に、それぞれのＰＮ発生器における初期値を互いに異な
らせることによりフィードフォワード増幅器間の干渉を
防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直接周波数拡散方式を用いるこの発明の実施例
を示すブロック図。

【図２】図１の実施例の動作を説明するためのパイロッ
トスペクトラムを示す図。

【図３】周波数ホッピング方式を用いるこの発明の実施
例の要部を示すブロック図。

【図４】フィードフォワード形歪補償回路の基本構成例
を示すブロック図。

【図５】サーキュレータを用いた位相反転回路を示す
図。

【図６】フィードフォワード干渉回路の基本構成を示す
ブロック図。

【図７】従来のパイロットを用いるフィードフォワード
増幅器の自動調整回路の構成例を示すブロック図。

【図８】フィードフォワード干渉回路として単純化した
従来の自動調整回路の基本構成例を示すブロック図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 誠 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 室田 和昭 東京都千代田区内幸町一丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H03F 1/32 H04J 13/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号を二つに分配する分配手段と、
   その分配された二つの信号がそれぞれ供給される二つの
   経路と、それら二つの経路の出力を合成して信号を出力
   する合成手段と、上記二つの経路の伝送特性を調整する
   手段とから構成され、上記分配手段の入力側にパイロッ
   ト信号を注入し、上記合成手段の出力側において上記パ
   イロット信号を検出するようにされたフィードフォワー
   ド干渉回路において、上記入力側で注入する上記パイロ
   ット信号を周波数拡散する変調手段と、上記出力側で信
   号を周波数逆拡散して上記パイロット信号を復調する復
   調手段とを設けたことを特徴とするフィードフォワード
   干渉回路。