JP3169803B2 - 電力増幅器の非線形補償回路 - Google Patents

電力増幅器の非線形補償回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、負帰還法により電
力増幅器の非線形歪を補償する非線形補償回路に関し、
特に、無線機における電力増幅器の非線形補償回路の改
良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、QPSKや多値QAMのような
線形変調方式を使用するディジタル化無線機、特に移動
通信用においてはその目的からくる条件ゆえに、電力増
幅器の非線形歪により、隣接チャネルへの妨害が発生す
るため、電力増幅器の出力が線形化するように補償をす
る必要がある。従来の電力増幅器の非線形補償回路を使
用した直交変調による無線機の送信部の回路ブロック図
を図3に示し、従来技術の説明をする。図3は、同相信
号と直交信号とにより増幅器に帰還を行なうカーテシア
ン型負帰還増幅器を使用している一例である。図3にお
いて、1、2は信号入力端子、3、4は加算器、5、6
は増幅器、7、8は変調器、9はπ/2移相器、10
は、変調器7、8からの変調信号を加算する加算器、2
1は、変調器7、8とπ/2移相器9と加算器10とか
らなる直交変調器、11は不要成分を除去するフィル
タ、12は電力増幅器、13はアンテナ、14は、電力
増幅器12の出力から帰還信号を取り出すための方向性
結合器、15、16は復調器、17はπ/2移相器、2
2は、復調器15、16とπ/2移相器17とからなる
直交復調器、18は搬送波発振器(局部発振器)、20
は入力信号と帰還信号との位相差を検出する位相差検出
器、19は、搬送波発振器18から出力された搬送波の
位相を移相差検出器20の検出出力で移相する可変位相
器を示す。
【0003】信号入力端子1より印加された直交成分信
号(Q)は、加算器3と位相差検出器20に入力され、
信号入力端子2より印加された同相成分信号(I)は、
加算器4と位相差検出器20に入力される。加算器3に
入力された直交成分信号は、加算器3に別途入力される
帰還直交成分信号(Qr)を加算され、帰還信号により
歪を補正された直交成分信号となり、増幅器5へ出力さ
れ、増幅器5で所要のレベルまで増幅されてから直交変
調器21の変調器7へ出力される。加算器4に入力され
た同相成分信号は、加算器4に別途入力される帰還同相
成分信号(Ir)を加算され、帰還信号により歪を補正
された同相成分信号となり、増幅器6へ出力され、増幅
器6で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器21
の変調器8へ出力される。
【0004】一方、搬送波発振器18では、所要周波数
の搬送波が発振されており、直交変調器21の変調器
8、π/2移相器9および可変位相器19へ出力されて
いる。π/2移相器9に入力した搬送波は、位相がπ/
2だけ移相され、直交変調器21の変調器7へ出力され
る。また、可変位相器19に入力した搬送波は、直交復
調器22の復調器16、π/2移相器17へ出力され、
さらにπ/2移相器17に入力した搬送波は、位相がπ
/2だけ移相され、直交復調器22の復調器15へ出力
される。
【0005】前記変調器7に入力した所要レベルの歪補
正された直交成分信号は、変調器7に別途入力される前
記π/2移相器9でπ/2移相された所要周波数の搬送
波を変調する。そして変調器7は、直交成分信号による
変調信号を加算器10へ出力する。前記変調器8に入力
した所要レベルの歪補正された同相成分信号は、変調器
8に別途入力される前記所要周波数の搬送波を変調す
る。そして変調器8は、同相成分信号による変調信号を
加算器10へ出力する。直交成分信号による変調信号と
同相成分信号による変調信号とは、加算器10で加算さ
れ、歪補正された直交変調信号としてフィルタ11へ出
力される。フィルタ11に入力した歪補正された直交変
調信号は、不要成分を除去された後、電力増幅器12へ
出力される。電力増幅器12に入力した歪補正された直
交変調信号は、所要電力まで増幅され、電力増幅器12
の非直線歪と相殺補償され、歪のない直交変調信号がア
ンテナ13より送信される。
【0006】電力増幅器12で所要電力まで増幅された
送信出力の一部は、方向性結合器14で取り出され、直
交復調器22の復調器15、16に帰還入力される。復
調器15に帰還入力した帰還直交変調信号は、復調器1
5に別途入力される前記π/2移相器17でπ/2移相
された所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号(Q
r)を復調する。そして復調器15は、復調した帰還直
交成分信号を加算器3および位相差検出器20へ出力す
る。復調器16に帰還入力した帰還直交変調信号は、復
調器16に別途入力される前記所要周波数の搬送波によ
り帰還同相成分信号(Ir)を復調する。そして復調器
16は、復調した帰還同相成分信号を加算器4および位
相差検出器20へ出力する。
【0007】この直交復調器22で復調のために使用さ
れる搬送波は、可変位相器19から出力され直交復調器
22に入力されているが、直交変調信号と帰還直交変調
信号との間に発生している位相差Θを位相補正するよう
な位相の搬送波を出力するように、可変位相器19を制
御する。この可変位相器19の制御は位相差検出器20
からの出力信号により行なわれるが、位相差検出器20
は、入力した前記直交成分信号(Q)および同相成分信
号(I)と、前記帰還直交成分信号(Qr)および帰還
同相成分信号(Ir)とにより、直交変調器21から直
交復調器22までのフィルタ11、電力増幅器12、方
向性結合器14等による遅延時間等による位相差Θを検
出し、直交復調器22から加算器3、4へ正しい帰還が
行なわれるように補正をしている。
【0008】図4、図5に、従来より使用されている可
変位相器の例を示し説明をする。図4に示す可変位相器
は、移相器60が複数段接続された構成であり、移相器
60は、コンデンサ52と直列に接続された可変容量ダ
イオード54、インダクタンス51、コンデンサ53で
π型の移相器を構成しており、コンデンサ52と可変容
量ダイオード54との接続点に、可変容量ダイオード5
4の容量を変えるための電圧を供給するD/A変換器5
5の出力が接続されている。この可変位相器は、複数の
移相器60の各D/A変換器55に入力する補正位相情
報を変えることにより、各D/A変換器55から出力す
る電圧を変化させ、可変容量ダイオード54の端子電圧
を変化させて容量を変え、移相量を変化させている。
【0009】図5に示す可変位相器は、直交変調器を使
用した移相器であり、サイン・コサインROM71、二
つのD/A変換器72、73、直交変調器74で構成さ
れている。この可変位相器は、サイン・コサインROM
71に入力する補正位相情報を変えることにより、サイ
ン・コサインROM71から出力されるSINΘ、CO
SΘデータを変化させ、D/A変換器72、73により
アナログ信号に変換して、直交変調器74に入力し、直
交変調器74に別途入力する搬送波発振器出力信号に位
相変調をかけ、位相Θ分の移相を行なっている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来技術による電力増
幅器の非線形補償回路においては、直交変調信号から不
要成分を除去するためのフィルタ、所要電力まで電力増
幅する電力増幅器等の遅延時間のばらつき、温度による
特性の変化等に対応するために、可変位相器は広範囲な
位相可変範囲が必要である。特に無線機は搬送波発振器
の発振周波数が高く、遅延時間等の変動に比べ1周期の
時間が短いため、位相補正を行なうためには、1周期分
である2πの位相可変範囲が必要となり、このため広範
囲に位相を変化させることが可能な移相器が必要とな
る。
【0011】しかしながら、図4に示す構成の可変位相
器を使用した場合、1つの移相器の電圧に対して直線的
に変化する位相可変範囲が小さいため、制御が難しく、
かつ、位相の可変範囲が小さいため多段接続する必要が
あり、回路規模が大きくなるという欠点がある。また、
図5に示す直交変調器を使用した可変位相器は、2πの
位相可変範囲を直線的に変化させることが可能である
が、そのためのデータ量が多くなり、ROM容量が増加
するという欠点がある。本発明は、前記欠点を解決する
ために、補正位相Θを大きな角度n・π/2分と残りの
小さな角度Φ分とに分け、n・π/2分の位相補正を信
号の入替えと反転操作により行ない、残りのπ/2より
小さな位相補正を可変位相器で行なう方法を使用するよ
うにし、帰還側の位相を調整するための可変位相器の回
路規模を小さくするようにした電力増幅器の非線形補償
回路を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による電力増幅器の非線形補償回路は、所定
周波数の搬送波を発生する搬送波発振器と、入力信号に
より前記搬送波を変調し変調信号を出力する変調器と、
前記変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器と、前
記電力増幅器の出力信号の一部を帰還変調信号として取
り出す帰還路と、前記搬送波発振器からの搬送波の位相
を補正する移相器と、前記帰還路からの帰還復調信号を
前記移相器で位相補正した搬送波により復調し帰還復調
信号を出力する復調器とを有し、前記帰還復調信号によ
り前記入力信号を補正し、前記電力増幅器の非線形歪を
補償するようにした電力増幅器の非線形補償回路におい
て、前記搬送波の位相補正量第1の位相量と第2の位
相量Φとに分け、前記第1の位相量の移相手段と、前記
第2の位相量Φの移送手段とにより、それぞれ位相補正
するようにしたものである。また更に、第1の位相量の
移相手段が所定の位相角度ごとに移相する移送手段であ
って、第2の位相量Φの移送手段が所定の位相角度より
小さい第2の位相量Φを補正するか、または第2の位相
量Φ移送手段が搬送波の位相量から第1の位相量を
いた残りの補正位相角を移相するようにしたものであ
る。更に詳しくは、第1の位相量をn・π/2(n=
0,1,2,3)としたものであり、また、第1の位相
n・π/2(n=0,1,2,3)の移相手段を、帰
還復調信号および反転した前記帰還復調信号の組合わせ
と選択により行うものである。また、第2の位相量Φ
0≦Φ≦π/2としたものである。復調帰還信号により
入力信号を補正し、補正した入力信号で搬送波を変調し
て電力増幅器の非線形歪を補償するようにした無線機で
あって、復調器で帰還変調信号を復調する搬送波の位相
補正の移相量を、第1の位相量と第2の位相量Φとに分
け、位相補正の移相手段を、第1の位相量n・π/2
(n=0,1,2,3)ごとに移相する移相手段と、
2の移相量Φ(0≦Φ≦π/2)を移相する移相手段と
し、それぞれ位相補正するようにしている。第1の位相
n・π/2(n=0,1,2,3)の移相手段は、帰
還復調信号および反転した前記帰還復調信号の組合せと
選択で簡単なものであり、第2の移相量Φ(0≦Φ≦π
/2)の移相手段は、従来の1/4以下のもである。
【0013】
【発明の実施の形態】まず、本発明における位相補正に
ついて基本原理を説明する。直交復調信号の補正すべき
位相角をΘとして、位相角Θを、n・π/2(n=0,
1,2,3)という区切りが良く扱い易い大きな角度
と、残りの小さな角度Φ(0≦Φ<π/2)とに分ける
と、補正すべき位相角は、 Θ=n・π/2+Φ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) となる。ここで、直交復調信号を複素信号として扱い、
DEM =IDEM +j・QDEM(Rは複素信号、jは複素
数を表す。)とすると、位相の補正は、 RDEM ・exp(jΘ)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) で表される。ただし、 exp(jΘ)=exp(j・n・π/2+j・Φ) =exp(j・n・π/2)・exp(j・Φ)・・(3) ここで、exp(j・n・π/2)をA項、exp(j
・Φ)をB項とする。
【0014】いま、可変位相器で小さな角度であるB項
の位相補正を行なわせるものとすると、残りの補正分
は、区切りが良く扱い易い大きな角度のA項となる。A
項においては、n=0,1,2,3なので、A項はnに
応じそれぞれ1、j、−1、−jとなり、位相補正後の
出力Ir、Qrは、表1に示す値となる。
【表1】 表1から、信号の反転、同相成分、直交成分の入れ替え
だけで、n・π/2(n=0,1,2,3)の位相補正
を行なうことが可能なことが分かる。
【0015】つぎに、本発明による実施の形態を、図
1、図2を使用して説明する。図1は、本発明による非
線形補償回路を使用した直交変調による無線機の送信部
を示す回路ブロック図である。図1において、1は直交
成分信号入力端子、2は同相成分信号入力端子、3は入
力直交成分信号と帰還直交成分信号とを加算する加算
器、4は入力同相成分信号と帰還同相成分信号とを加算
する加算器、5は加算補正された直交成分信号を増幅す
る増幅器、6は加算補正された同相成分信号を増幅する
増幅器、7は直交成分信号で搬送波を変調する変調器、
8は同相成分信号で搬送波を変調する変調器、9は搬送
波の位相をπ/2移相するπ/2移相器、10は、変調
器7、8からの変調信号を加算する加算器、21は、変
調器7、8とπ/2移相器9と加算器10とからなる直
交変調器、11は直交変調信号の不要成分を除去するフ
ィルタ、12は直交変調信号を所要電力まで増幅する電
力増幅器、13はアンテナ、14は、電力増幅器12の
出力から帰還信号を取り出すための方向性結合器、15
は帰還直交変調信号から直交成分信号を復調する復調
器、16は帰還直交変調信号から同相成分信号を復調す
る復調器、17は搬送波の位相をπ/2移相するπ/2
移相器、22は、復調器15、16とπ/2移相器17
とからなる直交復調器、18は搬送波発振器(局部発振
器)、23は、入力信号と帰還信号との位相差を検出し
補正データおよび信号選択信号を出力する位相差検出/
補正器、19は、搬送波発振器18から出力された搬送
波の位相を位相差検出/補正器23の補正データで小さ
な角度0≦Φ<π/2だけ移相する可変位相器、24
は、直交復調器22から出力された復調直交成分信号お
よび復調同相成分信号の位相を位相差検出/補正器23
の信号選択信号で選択移相するn・π/2移相器を示
す。
【0016】直交成分信号入力端子1より印加された直
交成分信号(Q)は、加算器3と位相差検出/補正器2
3に入力され、同相成分信号入力端子2より印加された
同相成分信号(I)は、加算器4と位相差検出/補正器
23に入力される。加算器3に入力された直交成分信号
は、加算器3に別途入力される帰還直交成分信号(Q
r)を加算され、帰還信号により電力増幅器の歪分を補
正された補正直交成分信号となり、増幅器5へ出力さ
れ、増幅器5で所要のレベルまで増幅されてから直交変
調器21の変調器7へ出力される。加算器4に入力され
た同相成分信号は、加算器4に別途入力される帰還同相
成分信号(Ir)を加算され、帰還信号により電力増幅
器の歪分を補正された補正同相成分信号となり、増幅器
6へ出力され、増幅器6で所要のレベルまで増幅されて
から直交変調器21の変調器8へ出力される。
【0017】一方、搬送波発振器18では、所要周波数
の搬送波が発振されており、直交変調器21の変調器
8、π/2移相器9および可変位相器19へ出力されて
いる。π/2移相器9に入力した搬送波は、位相がπ/
2だけ移相され、直交変調器21の変調器7へ出力され
る。また、可変位相器19に入力した搬送波は、直交復
調器22の復調器16、π/2移相器17へ出力され、
さらにπ/2移相器17に入力した搬送波は、位相がπ
/2だけ移相され、直交復調器22の復調器15へ出力
される。
【0018】前記変調器7に入力した所要レベルの歪補
正された補正直交成分信号は、変調器7に別途入力され
る前記π/2移相器9でπ/2移相された所要周波数の
搬送波を変調する。そして、変調器7は、補正直交成分
信号による変調信号を、加算器10へ出力する。前記変
調器8に入力した所要レベルの歪補正された補正同相成
分信号は、変調器8に別途入力される前記所要周波数の
搬送波を変調する。そして、変調器8は、補正同相成分
信号による変調信号を、加算器10へ出力する。
【0019】補正直交成分信号による変調信号と補正同
相成分信号による変調信号とは、加算器10で加算さ
れ、歪補正された直交変調信号としてフィルタ11へ出
力される。フィルタ11に入力した歪補正された直交変
調信号は、不要成分を除去された後、電力増幅器12へ
出力される。電力増幅器12に入力した歪補正された直
交変調信号は、所要電力まで増幅され、電力増幅器12
の非直線歪と相殺補償され、歪のない直交変調信号がア
ンテナ13より送信される。
【0020】電力増幅器12で所要電力まで増幅された
送信出力の一部は、方向性結合器14で取り出され、帰
還直交変調信号として直交復調器22の復調器15、1
6に入力される。復調器15に入力した帰還直交変調信
号は、復調器15に別途入力される、前記可変位相器1
9での移相に加えπ/2移相器17でπ/2移相された
所要周波数の搬送波により帰還直交成分信号(QDEM
を復調する。そして復調器15は、復調した帰還直交成
分信号(QDEM )をn・π/2移相器24へ出力する。
【0021】復調器16に入力した帰還直交変調信号
は、復調器16に別途入力される前記可変位相器19で
の移相を加えた所要周波数の搬送波により帰還同相成分
信号(IDEM )を復調する。そして復調器16は、復調
した帰還同相成分信号(IDEM )をn・π/2移相器2
4へ出力する。前記帰還直交成分信号(QDEM )および
帰還同相成分信号(IDEM )は、可変位相器19での位
相補正が、小さな角度Φの位相補正であるため、まだ完
全な位相補正がされていない。n・π/2移相器24に
入力した帰還直交成分信号(QDEM )および帰還同相成
分信号(IDEM )は、別途入力される信号選択信号によ
り大きな角度n・π/2を選択され、完全に位相補正を
された、帰還直交成分信号(Qr)を加算器3および位
相差検出/補正器23へ出力し、帰還同相成分信号(I
r)を加算器4および位相差検出/補正器23へ出力す
る。
【0022】直交復調器22で復調のために使用される
搬送波は、可変位相器19から入力されているが、直交
変調信号と帰還直交変調信号との間に発生している位相
差Θの内の小さな位相差Φを位相補正するように、可変
位相器19を制御する。この可変位相器19の制御は位
相差検出/補正器23から出力される補正データにより
行なわれるが、位相差検出/補正器23は、前記入力直
交成分信号(Q)および入力同相成分信号(I)と、前
記帰還直交成分信号(Qr)および帰還同相成分信号
(Ir)とにより、直交変調器21から直交復調器22
までのフィルタ11、電力増幅器12、方向性結合器1
4等の遅延時間等による位相差Θを検出し、直交復調器
22から加算器3、4へ正しい位相の信号帰還が行なわ
れるように補正をしている。位相差検出/補正器23で
は、補正すべき位相角Θを検出し、n・π/2を除いた
補正位相角Φの補正位相データ、およびn・π/2移相
器24の信号選択信号を生成し、位相角Φの補正データ
は可変位相器19へ、信号選択信号はn・π/2移相器
24へ出力する。
【0023】図2は、n・π/2移相器24の一実施例
を示す具体的な回路図である。復調器15からの帰還直
交成分信号(QDEM )は、スイッチ107のSW1−a
端子、および抵抗101、102、演算増幅器105よ
り構成される反転増幅器に入力され、反転増幅器の出力
である反転帰還直交成分信号(−QDEM )を、スイッチ
107のSW1−b端子へ出力している。同様に、復調
器16からの帰還同相成分信号(IDEM )は、スイッチ
108のSW2−c端子、および抵抗103、104、
演算増幅器106より構成されるに入力され、反転増幅
器の出力である反転帰還同相成分信号(−IDEM )を、
スイッチ108のSW2−d端子へ出力している。スイ
ッチ107の選択出力は、スイッチ109のSW3−e
端子、SW4−g端子へ出力され、スイッチ108の選
択出力は、スイッチ110のSW3−f端子、SW4−
h端子へ出力されている。
【0024】位相差検出/補正器23から出力される信
号選択信号により、n・π/2移相器24の各スイッチ
を表2に示すスイッチ位置に選択することにより、大き
な角度n・π/2分の位相補正を行なう。
【表2】 なお、上述の説明は、反転出力信号を求めた後、信号の
入替え/選択を行なう方法であるが、信号の入替えを行
なった後、反転/選択を行なっても効果としてなんら変
わりは無い。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、補正位相Θを大きな角
度n・π/2分と残りの小さな角度Φ分とに分け、n・
π/2分の位相補正を信号の入替えと反転操作により行
ない、残りのπ/2より小さな位相補正を可変位相器で
行なう方法を使用するようにし、帰還側の位相を調整す
るための可変位相器の回路規模を小さくするようにした
電力増幅器の非線形補償回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力増幅器の非線形補償回路を使
用した無線機の送信部を示す回路ブロック図。
【図2】本発明による電力増幅器の非線形補償回路を使
用した無線機の送信部に使用するn・π/2移相器を示
す回路図。
【図3】従来の電力増幅器の非線形補償回路を使用した
無線機の送信部を示す回路ブロック図。
【図4】従来の電力増幅器の非線形補償回路を使用した
無線機の送信部に使用する可変位相器回路図。
【図5】従来の電力増幅器の非線形補償回路を使用した
無線機の送信部に使用する可変位相器回路図。
【符号の説明】
1、2…信号入力端子、3、4…加算器、5、6…増幅
器、7、8…変調器、9、17…π/2移相器、10…
加算器、11…フィルタ、12…電力増幅器、13…ア
ンテナ、14…方向性結合器、15、16…復調器、1
8…搬送波発振器、19…可変位相器、20…位相差検
出器、21、74…直交変調器、22…直交復調器、2
3…位相差検出/補正器、24…n・π/2移相器、5
1…インダクタンス、52、53…コンデンサ、54…
可変容量ダイオード、55、72、73…D/A変換
器、60…移相器、71…サイン・コサインROM、1
01〜104…抵抗、105、106…演算増幅器、1
07〜110…スイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04L 27/36 H03F 1/32 H04B 1/04 H04L 27/20

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定周波数の搬送波を発生する搬送波発振
    器と、 入力信号により前記搬送波を変調し変調信号を発生する
    変調器と、 前記変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器と、 前記電力増幅器の出力信号の一部を帰還変調信号として
    取り出す帰還路と、 前記搬送波発振器からの搬送波の位相を補正する移相器
    と、 前記帰還路からの帰還変調信号を前記移相器で位相補正
    した搬送波により復調し帰還復調信号を出力する復調器
    とを有し、 前記帰還変調信号により前記入力信号を補正し、前記電
    力増幅器の非線形歪を補償するようにした電力増幅器の
    非線形補償回路において、 前記搬送波の位相補正量を、前記帰還変調信号および反
    転した前記帰還変調信号の組み合わせと選択によりn・
    π/2(n=0,1,2,3)ごとに移相する第1の位
    相量とにより0≦Φ<π/2である第2の位相量Φとに
    わけ、 前記第1の位相量の移相手段と、前記第2の位相量Φの
    手段とにより、それぞれ位相補正するように構成し
    たことを特徴とする電力増幅器の非線形補償回路。
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