JP3171924B2 - フィードフォワード増幅器 - Google Patents

フィードフォワード増幅器

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義保 鶴岡
利昭 鈴木
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は超高周波を扱う装置、特
に準マイクロ波及びマイクロ波帯の多重無線装置、衛星
通信装置、及び移動無線装置に用いられるものであっ
て、増幅器で発生する混変調歪等の歪を抽出して除去す
るフィードフォワード増幅器に関する。
【0002】近年、前記した各無線装置は、回線コスト
を低減するため、小型化及び低コスト化できるようなも
のが要求されており、それに伴って低歪で且つ低消費電
力タイプの増幅器が望まれている。
【0003】特に、回線品質向上のためのマルチキャリ
ア化、周波数有効利用のための多値化等を実現するため
に、低歪で且つ低消費電力タイプの準マイクロ波及びマ
イクロ波帯の線型増幅器が要望されている。
【0004】
【従来の技術】従来の準マイクロ波及びマイクロ波帯の
高出力タイプの増幅器は、歪特性改善のため、Aクラス
バイアス増幅器を用い、その使用平均電力に比べ増幅器
の飽和出力を、飽和出力による信号のピークファクタに
よる値の分だけ大きく取って歪を低減していた。
【0005】更に、低歪化が必要な場合は、プリディス
トーション法、フィードバック法、及びフィードフォワ
ード法等により歪補償を行っている。特に、フィードフ
ォワード法は回路が複雑になるが、高精度な歪補償が可
能なため、低歪化が必要な場合に用いられている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したフィードフォ
ワード法による増幅器は、広帯域に歪補償を可能にする
ものであり、そのような歪補償を可能とするために、歪
を検出したり、パイロット信号を通信信号に挿入し、こ
の挿入されたパイロット信号を検出することにより歪の
検出を行っている。
【0007】しかし、パイロット信号を用いた場合、パ
イロット信号のレベルを検出し、それが最小となるよう
に、位相及び振幅を制御するが、パイロット信号が不用
波であるために、図6に示すように、パイロット信号f
P を挿入する際、周波数fl〜fU の通信信号帯域の近
傍に挿入する必要がある。
【0008】しかし、このようにパイロット信号fP
挿入した場合、同図に示すように、通信信号帯域の中心
周波数fC1と、歪補償帯域の中心周波数fC2とがずれて
しまうために、広帯域に歪補償を行えないと言った問題
があった。
【0009】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、通信信号帯域の中心と、補償帯域の中心と
を一致させることができると共に、広帯域に歪補償を行
うことができるフィードフォワード増幅器を提供するこ
とを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】図1は本発明のフィード
フォワード増幅器の原理図である。このフィードフォワ
ード増幅器は、各々異なるキャリア周波数f1 〜f4
複数の通信信号F1〜F4が合成された主信号S1を増
幅して出力するものである。
【0011】図中、Y1は歪抽出手段であり、前記した
主信号S1を分岐し、この分岐された一方の主信号S1
を増幅し、且つ前記した通信信号F1〜F4の最も低い
周波数よりも小さい第1パイロット信号P1の周波数と
前記した最も低い周波数との差を第1周波数差、通信信
号F1〜F4の最も高い周波数よりも大きい第2パイロ
ット信号P2の周波数と前記した最も高い周波数との差
を第2周波数差としたとき、該第1及び第2周波数差が
概ね同じである第1及び第2パイロット信号P1,P2
を合成し、この合成信号S3中の通信信号F1〜F4と
逆相で且つ同レベルとなるように制御手段16で位相増
幅制御された、先に分岐された他方の主信号S1で、合
成信号S3中の通信信号F1〜F4を打ち消すことによ
って歪並びに第1及び第2パイロット信号P1,P2か
らなる歪信号S6を抽出するものである。
【0012】Y2は歪除去手段であり、歪抽出手段Y1
により抽出されされた歪信号S6の位相及びレベルが前
記した合成信号S3中の歪並びに第1及び第2パイロッ
ト信号と逆相で且つ同レベルとなるように制御手段16
で位相増幅制御した後、合成信号S3と合成し、この合
成により得られる主信号S9中の第1及び第2パイロッ
ト信号P1,P2を検波手段で検波し、この検波された
第1及び第2パイロット信号P1,P2に応じて制御手
段16が主信号S9中の第1及び第2パイロット信号P
1,P2並びに歪を除去するように、前記した双方の位
相増幅制御を行うものである。
【0013】また、前記した第1及び第2パイロット信
号P1,P2が、前記した増幅後の主信号S1に同時間
間隔で交互に合成されるように構成してもよい。第1及
び第2パイロット信号P1,P2の各周波数が、前記し
た通信信号F1〜F4の最も低い周波数と最も高い周波
数から同周波数離れるようにするのが望ましい。
【0014】
【作用】上述した本発明によれば、増幅された通信信号
F1〜F4を含む主信号S9から第1及び第2パイロッ
ト信号P1,P2及び歪が除去されるように、検波手段
(45)で検波された第1及び第2パイロット信号P1,P
2に応じて制御手段16が位相増幅制御を行うことによ
って、主信号S9から第1及び第2パイロット信号P
1,P2及び歪が除去されるので、歪の無い増幅された
通信信号F1〜F4が出力される。
【0015】また、図4に示すように、第1及び第2パ
イロット信号P1,P2の周波数が、各通信信号F1〜
F4帯域fl 〜fU の両側近傍で、かつ両端から等しく
離れた値に定められているので、歪補償帯域の中心周波
数fC2を、通信信号F1〜F4帯域の中心周波数fC1
一致させることができ、この一致によって、広帯域に通
信信号の歪補償を行うことができる。
【0016】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図2は本発明の第1実施例によるフィード
フォワード増幅器のブロック構成図である。
【0017】図2において、401 〜404 は、各々変
調器(MOD)であり、それぞれ異なる周波数f1 〜f
4 のキャリアで変調された通信信号F1〜F4を出力す
る。41は変調信号合成部であり、各変調信号F1〜F
4を合成し、合成信号S1としてフィードフォワード増
幅器50へ出力する。
【0018】6はハイブリッド回路であり、変調信号合
成部41から出力される合成信号S1を2方路へ出力す
る。7は主アンプであり、ハイブリッド回路6から出力
される一方の合成信号S1を所定利得増幅し、合成信号
S2として出力する。
【0019】8で示すハイブリッド回路は、合成信号S
2と、第1及び第2局部発振器43,44から出力され
る周波数fP1,fP2の第1及び第2パイロット信号P
1,P2とを合成し、合成信号S3として出力する。
【0020】つまり、合成信号S3には、各通信信号F
1〜F4の他に、第1及び第2パイロット信号P1,P
2と、アンプ7で増幅された際に発生した歪とが存在す
ることになる。
【0021】また、パイロット信号P1,P2の周波数
P1,fP2は、図3に示すように、通信信号F1〜F4
の周波数帯域fl 〜fU の両端近傍の周波数とする。例
えば通信信号F1の周波数fl が790MHz、通信信
号F4の周波数fUが810MHzであり、第1パイロ
ット信号P1の周波数fP1が785MHz、第2パイロ
ット信号P2の周波数fP2が815MHz、また、各通
信信号F1〜F4の中心周波数fC1は800MHzであ
る。
【0022】つまり、第1及び第2パイロット信号P
1,P2の周波数fP1,fP2は、通信信号F1〜F4の
周波数帯域fl 〜fU の両端から等しく離れていること
を条件とする。
【0023】11で示すハイブリッド回路は、合成信号
S3を2方路へ出力する。14は可変位相器、15は第
1補助アンプであり、矢印Y1で示す歪抽出ループの構
成要素となるものである。可変位相器14は、ハイブリ
ッド回路6から出力され、且つ遅延回路13を介して送
られて来る合成信号S1の位相を、制御部16から出力
される制御信号C1に応じて変化させ、第1補助アンプ
15は、可変位相器14から出力される信号を制御部1
6から出力される制御信号C2に応じて増幅する。
【0024】18で示すハイブリッド回路は、第1補助
アンプ15から出力される合成信号S5と、ハイブリッ
ド回路11から出力される合成信号S3とを合成し、合
成信号S6として出力する。
【0025】例えば、合成信号S5のレベル及び位相
が、合成信号S3のレベルと同レベルであり、かつ位相
が180度ずれているとすれば、双方の信号S5,S3
の通信信号F1〜F4同士が打ち消し合うので、合成信
号S6は歪と第1及び第2パイロット信号P1,P2の
成分によるものとなる。
【0026】しかし、合成信号S5と合成信号S3との
レベルが異なり、かつ位相が逆相でない場合は、合成信
号S6に通信信号F1〜F4成分が残ることになる。2
2は可変位相器、23は第2補助アンプであり、矢印Y
2で示す歪除去ループの構成要素となるものである。
【0027】可変位相器22は、ハイブリッド回路18
から出力される合成信号S6を、制御部16から出力さ
れる制御信号C3の位相を制御信号C3に応じて変化さ
せ、第2補助アンプ23は、可変位相器22から出力さ
れる信号を制御部16から出力される制御信号C4に応
じて増幅する。
【0028】33で示すハイブリッド回路は、ハイブリ
ッド回路11から出力され、且つ遅延回路32を介して
送られてくる合成信号S3と、補助アンプ23から出力
される合成信号S7とを合成し、合成信号S9として出
力する。
【0029】例えば、合成信号S3の第1及び第2パイ
ロット信号P1,P2及び歪と、合成信号S7の第1及
び第2パイロット信号P1,P2及び歪とが同レベルで
あり、かつ位相が180度ずれているとすれば、双方の
パイロット信号P1,P2同士及び歪同士が打ち消し合
うので、合成信号S9は、アンプ7によって増幅された
通信信号F1〜F4のみによるものとなる。
【0030】合成信号S3の第1及び第2パイロット信
号P1,P2及び歪と、合成信号S7の第1及び第2パ
イロット信号P1,P2及び歪とのレベルが異なり、か
つ位相が逆相でない場合は、合成信号S9に第1及び第
2パイロット信号P1,P2及び歪成分が残ることにな
る。
【0031】35で示すハイブリッド回路は、合成信号
S9を2方路へ出力する。45は検波器(DET)であ
り、第1及び第2パイロット信号P1,P2を検出して
制御部16へ出力する。
【0032】制御部16は、マイコン等の演算処理手段
によるものであり、検波器45から出力される第1及び
第2パイロット信号P1,P2に応じた各制御信号C1
〜C4を出力する。
【0033】制御部16に第1及び第2パイロット信号
P1,P2が入力されるということは、出力信号となる
合成信号S9中に歪成分が残っていることなので、この
場合、その歪成分が残らないように各制御信号C1〜C
4によって各可変位相器14,22、及び第1及び第2
補助アンプ15,23を制御する。
【0034】この制御によって、歪成分が合成信号S9
から除去されるので、ハイブリッド回路35から出力端
子37へはアンプ7によって増幅された各通信信号F1
〜F4のみが出力されることになる。
【0035】以上説明したフィードフォワード増幅器に
おいては、出力される各通信信号F1〜F4から歪をほ
ぼ完全に除去することができる。また、第1及び第2パ
イロット信号P1,P2の周波数fP1,fP2を、各通信
信号F1〜F4帯域fl 〜fU の両側近傍で、かつ両端
から等しく離れた値に定めたので、図4に示すように、
歪補償帯域の中心周波数fC2を、通信信号F1〜F4帯
域の中心周波数fC1に一致させることができる。
【0036】また、この一致することによって、広帯域
に通信信号の歪補償を行うことができる。次に、第2実
施例によるフィードフォワード増幅器を図5を参照して
説明する。但し、図5において、図2に示した第1実施
例の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。
【0037】図3に示す第2実施例が第1実施例と異な
る点は、第1及び第2パイロット信号P1,P2の挿入
方法であり、ハイブリッド回路8に第1及び第2パイロ
ット信号P1,P2を一定時間間隔で交互に出力するシ
ンセサイザ47を接続したことである。
【0038】シンセサイザ47は、周波数fP1にロック
するPLL回路と、周波数fP2にロックするPLL回路
と、各PLL回路を一定時間間隔に電圧制御発振器に接
続する切り替えを行う切替回路とを具備して構成されて
いる。
【0039】つまり、シンセサイザ47からは、各周波
数fP1及びfP2に固定された第1及び第2パイロット信
号P1,P2が交互に出力され、アンプ7から出力され
る合成信号S2に合成されることになる。
【0040】また、検波器45′は、その交互に出力さ
れる第1及び第2パイロット信号P1,P2を検波し、
この検波されたパイロット信号P1又はP2を制御部1
6へ出力する。
【0041】このような第2実施例においても、第1実
施例と同様な効果を得ることが出来る。発振器が1つで
済むので第1実施例よりも小型化、及び低コスト化を図
ることができる。
【0042】また、シンセサイザ47の代わりに、電圧
制御発振器のみを用い、その周波数制御電圧を、出力信
号周波数がfP1、fP2となるように交互に切り替えるよ
うにしてもよい。
【0043】更には、周波数fP1、fP2の信号を出力す
る2つの発振器を用い、それら発振器の出力信号を交互
に選択する選択回路を各発振器とハイブリッド回路8と
の間に接続する構成としてもよい。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のフィード
フォワード増幅器によれば、通信信号帯域の中心と、補
償帯域の中心とを一致させることができると共に、広帯
域に歪補償を行うことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理図である。
【図2】本発明の第1実施例によるフィードフォワード
増幅器のブロック構成図である。
【図3】図2に示す各通信信号と第1及び第2パイロッ
ト信号との周波数の関係を示す図である。
【図4】通信信号帯域と歪補償帯域との中心周波数の一
致を示す図である。
【図5】本発明の第2実施例によるフィードフォワード
増幅器のブロック構成図である。
【図6】通信信号帯域と歪補償帯域との中心周波数のズ
レを示す図である。
【符号の説明】
16 制御手段 Y1 歪抽出手段 Y2 歪除去手段 F1〜F4 通信信号 S1 通信信号F1〜F4を合成した主信号 P1,P2 第1及び第2パイロット信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 利昭 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 長谷川 淳一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特表 平6−507538(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03F 1/32

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々異なるキャリア周波数の複数の通信
    信号が合成された主信号を増幅して出力するフィードフ
    ォワード増幅器において、 前記主信号を分岐し、この分岐された一方の主信号を増
    幅し、且つ前記通信信号の最も低い周波数よりも小さい
    第1パイロット信号の周波数と前記最も低い周波数との
    差を第1周波数差、前記通信信号の最も高い周波数より
    も大きい第2パイロット信号の周波数と前記最も高い周
    波数との差を第2周波数差としたとき、該第1及び第2
    周波数差が同じである第1及び第2パイロット信号を合
    成し、この合成信号中の通信信号と逆相で且つ同レベル
    となるように制御手段で位相増幅制御された、先に分岐
    された他方の主信号で、該合成信号中の通信信号を打ち
    消すことによって歪並びに第1及び第2パイロット信号
    からなる歪信号を抽出する歪抽出手段と、 該歪抽出手段により抽出された歪信号の位相及びレベル
    が前記合成信号中の歪並びに第1及び第2パイロット信
    号と逆相で且つ同レベルとなるように前記制御手段で位
    相増幅制御した後、前記合成信号と合成し、この合成に
    より得られる主信号中の第1及び第2パイロット信号を
    検波手段で検波し、この検波された第1及び第2パイロ
    ット信号に応じて該制御手段が該主信号中の第1及び第
    2パイロット信号並びに歪を除去するように、前記双方
    の位相増幅制御を行う歪除去手段とを具備したことを特
    徴とするフィードフォワード増幅器。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2パイロット信号を同時
    間間隔で交互に出力するシンセサイザを具備し、第1及
    び第2パイロット信号が前記増幅後の主信号に同時間間
    隔で交互に合成されるようにしたことを特徴とする請求
    項1記載のフィードフォワード増幅器。
  3. 【請求項3】 2種類の周波数可変電圧を印加すること
    により前記第1及び第2パイロット信号を同時間間隔で
    交互に出力する電圧制御発振手段を具備し、第1及び第
    2パイロット信号が前記増幅後の主信号に同時間間隔で
    交互に合成されるようにしたことを特徴とする請求項1
    記載のフィードフォワード増幅器。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2パイロット信号を出力
    する第1及び第2発振手段と、この第1及び第2発振手
    段から出力される第1及び第2パイロット信号を同時間
    間隔で交互に選択して出力する選択手段とを具備し、
    1及び第2パイロット信号が前記増幅後の主信号に同時
    間間隔で交互に合成されるようにしたことを特徴とする
    請求項1記載のフィードフォワード増幅器。
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