JP3562472B2

JP3562472B2 - フィードフォワード増幅器

Info

Publication number: JP3562472B2
Application number: JP2001020675A
Authority: JP
Inventors: 敏雄中村
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: JP2002223131A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、増幅器で発生した歪みを抽出し、これを増幅器の出力に注入することにより歪みを除去するフィードフォワード増幅器に関し、特に入力信号が配置される帯域に合わせて増幅するフィードフォワード増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話あるいは自動車電話システムなどにおける基地局及び無線中継装置には、高周波帯の多周波の入力信号を同時に増幅する多周波共通増幅器が設けられている。この多周波共通増幅器は、隣接チャネルへ妨害を与える相互変調歪を極力小さくするため直線性を十分良くする必要があり、小形で高直線性の増幅器が用いられている。その一つとして、フィードフォワード増幅器があり、すべての相互変調歪と雑音を自己調整によって補償する多周波共通増幅器である。
【０００３】
このフィードフォワード増幅器は、歪み成分検出ループと歪み成分除去ループと制御回路とを含んで構成され、補償対象増幅器である主増幅器を含む歪み成分検出ループで入力信号以外の歪み成分を検出し、検出された歪み成分（誤差成分）を補助増幅器（誤差増幅器）を含む歪み成分除去ループに入力して歪み成分を増幅した後、多周波入力信号と逆相合成して歪み成分の相殺を図るように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、フィードフォワード増幅器において、歪み成分を３０ｄＢ以上相殺させるには、振幅及び位相の偏差がそれぞれ±０．５ｄＢ以内、±１度以内でなければならない。従って、フィードフォワード増幅器の歪み補償帯域をより広帯域にするためには、広域で振幅及び位相の偏差がそれぞれ±０．５ｄＢ以内、±１度以内になるように調整する必要がある。
【０００５】
しかし、従来のフィードフォワード増幅器においては、図１３（調整振幅と基準振幅との偏差）及び図１４（調整位相と基準位相との偏差）に示すように基準の振幅、基準の位相に対し、製造時の調整振幅と調整位相にはトランジスタの特性バラツキや製造バラツキにより傾きなどがフィードフォワード増幅器個々に発生し、個々に異なった値の基準との偏差が生じる。これを振幅及び位相の偏差が±０．５ｄＢ以内、±１度以内になるよう調整するには時間がかかり生産性が悪いという課題があった。
【０００６】
また、どの帯域を使用するかを事前にスイッチなどでパイロット信号の周波数を設定して対応していたが、それでは、異なる帯域を使いたい場合にスイッチを再設定してから入力信号の帯域を変える必要があり、設定を間違えた場合には特性が取れない場合が生じてしまうという課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係わる発明は、入力信号を増幅する主増幅器において発生する歪み成分を検出する歪み成分検出ループと、検出された前記歪み成分を補助増幅器を用いて増幅し、増幅された前記歪み成分と前記主増幅器の出力とを合成することにより、前記歪み成分を除去する歪み成分除去ループとを含んでなるフィードフォワード増幅器であって、前記入力信号を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された前記入力信号を基に前記入力信号が配置されている複数の帯域を検出する帯域検出器と、前記帯域の中にパイロット信号の周波数を設定するパイロット信号発振器と、前記パイロット信号発振器の周波数と前記歪み成分検出ループと前記歪み成分除去ループとを制御する制御回路と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、この発明の請求項２に係わる発明は、前記請求項１記載の前記帯域検出器が、前記複数の帯域の１つに配置された前記入力信号の属する帯域を検出することを特徴とする。
【０００９】
さらに、この発明の請求項３に係わる発明は、前記請求項１、２記載の前記複数の帯域が、低域、中域、高域であることを特徴とする。
【００１０】
さらに、この発明の請求項４に係わる発明は、前記請求項１記載の前記パイロット信号が、前記主増幅器の直後に注入されることを特徴とする。
【００１１】
さらに、この発明の請求項５に係わる発明は、前記請求項１記載の前記パイロット信号の周波数が、前記複数の帯域のそれぞれの中央部の周波数に設定されることを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明の請求項６に係わる発明は、前記請求項１記載の前記帯域検出器が、前記分岐手段で取り出された入力信号を三分配する分配器と、前記三分配されたそれぞれの信号を受け取る並列に配置されたハイパスフィルターとローパスフィルターと減衰器と、前記ハイパスフィルターに直列に接続する第１の検波器と、前記ローパスフィルターに直列に接続する第２の検波器と、前記減衰器に直列に接続する第３の検波器と、前記第３の検波器の検波レベルを基準に前記第１の検波器の検波レベルを比較する第１の比較器と、前記第３の検波器の検波レベルを基準に前記第２の検波器の検波レベルを比較する第２の比較器と、前記第３の検波器の検波レベルと比較する基準レベルを発生する基準レベル発生器と、前記第３の検波器の検波レベルと前記基準レベルとを比較する第３の比較器と、前記第１の比較器と前記第２の比較器と前記第３の比較器のそれぞれの出力をもとに前記入力信号が配置されている帯域の区分を判断する判別器と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
さらに、この発明の請求項７に係わる発明は、前記請求項６記載の前記第１の検波器と前記第２の検波器と前記第３の検波器とが、共に同じ特性をもった検波器であることを特徴とする。
【００１４】
さらに、この発明の請求項８に係わる発明は、前記請求項６記載の前記帯域検出器が、前記第２の検波器で前記低域に配置された前記入力信号を検出し、前記第３の検波器で前記中域に配置された前記入力信号を検出し、前記第１の検波器で前記高域に配置された前記入力信号を検出することを特徴とする。
【００１５】
さらに、この発明の請求項９に係わる発明は、前記請求項１記載の前記主増幅器が、前記帯域に合わせた複数の主増幅器で構成され、前記補助増幅器が前記帯域に合わせた複数の補助増幅器で構成され、さらに、前記複数の主増幅器を切換える第１のスイッチと、前記複数の補助増幅器を切換える第２のスイッチとを備え、前記制御回路が前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを前記帯域検出器で判別した帯域に合わせて切換制御することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）次に、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、この発明のフィードフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。その構成を作用とともに説明する。
【００１７】
入力端１に入力された入力信号（多周波の入力信号）１０１は、方向性結合器２（分岐手段）において一部が取り出され、帯域検出器３に入力される。帯域検出器３では入力信号１０１が配置されている周波数帯域（帯域）を検出し、制御回路２１に情報（入力信号１０１の属する帯域）を送出する。
【００１８】
一方、方向性結合器２を通った入力信号１０１は、２分配器４により二分配された後、信号の一方は可変位相器および可変減衰器からなるベクトル調整器５で振幅と位相を調整された後、主増幅器６へ送出される。主増幅器６の出力信号は、遅延器１０を通り出力端１３から出力信号１０２として出力されると共に、一部は方向性結合器９により取り出される。
【００１９】
２分配器４で二分配された入力信号１０１の他方は、遅延器１４において、２分配器４の入力から主増幅器６を経由して方向性結合器９から方向性結合器１５へ至る経路と同等の遅延が与えられた後、主増幅器６の出力信号から取り出された信号と方向性結合器１５で合成される。
【００２０】
２分配器４の入力から主増幅器６を経由して方向性結合器９から方向性結合器１５へ至る経路の伝達関数と、２分配器４の入力から遅延器１４を経由して方向性結合器１５へ至る経路の伝達関数とは等振幅で位相が反転するように、ベクトル調整器５において調整されているので、方向性結合器１５の出力にて主信号（歪んいでない出力すべき信号）は相殺され、歪み成分のみが出力される。ここで、ベクトル調整器５、主増幅器６、遅延器１４及び方向性結合器１５等が歪み成分検出ループを形成している。
【００２１】
この歪み成分は、可変位相器および可変減衰器からなるベクトル調整器１６により振幅と位相が調整された後、補助増幅器１７により増幅される。方向性結合器１８によって補助増幅器１７の出力信号を取り出し、検出器１９に入力することにより、検出器１９において補助増幅器１７の出力信号強度が検出される。制御回路２１は、検出器１９の検出値により、ベクトル調整器５の通過損失・移相量を決定する。
【００２２】
主増幅器６の出力信号は、方向性結合器８においてパイロット信号発振器７のパイロット信号を注入された後、遅延器１０を通過することによって、方向性結合器９から補助増幅器１７を経由して方向性結合器１１に至る経路と同等の遅延を加えられた後、方向性結合器１１で補助増幅器１７の出力信号と合成される。パイロット信号は、主増幅器６の後に注入されているが、主増幅器６の前であってもかまわない。
【００２３】
主増幅器６から遅延器１０を経由し出力端１３に至る経路の伝達関数とは、等振幅で位相が反転するようにベクトル調整器１６によって調整されているので、主増幅器６を経由する経路で発生した誤差成分（歪み信号、雑音）は出力端１３の出力信号１０２には現れない。方向性結合器８から注入されるパイロット信号も誤差成分（歪み信号、雑音）と同様に主増幅器６を経由する経路のみ存在する。従って、歪み補償すなわち歪み成分が相殺されていれば出力端１３にパイロット信号は漏洩しない。
【００２４】
方向性結合器１１により歪み補償が行われたのち、方向性結合器１２ならびに検出器２０にて、出力信号１０２中のパイロット信号の強度が検出される。制御回路２１は、第２の検出器２０の検出値により、ベクトル調整器１６の通過損失・移相量を決定する。ここで、ベクトル調整器１６、補助増幅器１７、遅延器１０及び方向性結合器１１等が歪み成分除去ループを形成している。
【００２５】
制御回路２１は、帯域検出器３からの情報をもとにパイロット信号発振器７の発振周波数を変える（つまり、パイロット信号の周波数を変える）ことによって、入力信号１０１の帯域に合わせた歪み補償制御を行う。このパイロット信号は、増幅する必要のある入力信号１０１が複数本数、または、帯域を持つ信号の場合、周波数帯域の中央部に設定した周波数を入力し、周波数固定パイロット信号として注入してもよい。
【００２６】
次に、この発明の実施の形態の動作について図面を参照して説明する。図２は、帯域検出器３の回路の１例を示す図である。図１の方向性結合器２で取り出された入力信号１０１は、分配器３１で三分配され、ハイパスフィルター３２、ローパスフィルター３３、減衰器３４のそれぞれに同レベルで送られ、それぞれ検波器３５、３６、３７で検波される。検波器３５、３６、３７はともに同じ特性をもった広帯域な検波器である。
【００２７】
また、運用周波数（つまり、入力信号１０１の周波数）が、低域、中域、高域のどれか１つの帯域に配置されており、例えば低域であれば図８のように入力信号１０１が配置されるとすると帯域検出器３は機能する。
【００２８】
ハイパスフィルター３２、ローパスフィルター３３及び減衰器３４はフィードフォワード増幅器の帯域においてそれぞれ図３で示したような通過特性を備えている。ハイパスフィルター３２は、フィードフォワード増幅器の帯域の高い周波数領域で信号通過レベルが大きくなり、ローパスフィルター３３は、フィードフォワード増幅器の帯域内の低い周波数領域で信号通過レベルが小さくなる。減衰器３４は、フィードフォワード増幅器の帯域内で一定の信号通過レベルを示す。
【００２９】
すると、図４のように検波器３５、３６、３７の検波レベルも同様な特性で出力される。入力信号１０１の帯域により、図５で示したように検波器３６の検波レベルが一番大きくなる低域と、検波器３７の検波レベルが一番大きくなる中域と、検波器３５の検波レベルが一番大きくなる高域とに区分することができる。
【００３０】
検波器３７の検波レベルを基準に検波器３５の検波レベルを比較する比較器３９と、検波器３７の検波レベルを基準に検波器３６の検波レベルを比較する比較器４０とを設けることで、図１０のように低域、中域、高域を２ビット表現でリアルタイムに判別できる。
【００３１】
また、主増幅器６は図９で示すような特性であり、主増幅器６の歪みが、歪み補償を要求される値、すなわち歪みレベルＡより低い入力信号レベルでは歪み補償が必要ないので入力信号レベル１以下では帯域検出は必要ない。さらに、入力信号１０１が無い場合は比較器３９、４０による判別が不可能であるので、検波器３７の検波レベルと基準レベル発生器３８で設定したした基準レベルとを比較する比較器４１を設け、図１１に示す歪み補償の必要性の有無を判別するビット表現例のように、歪み補償の必要性の有無を判別する。つまり、比較記４１の出力が１であれば、歪み補償が必要であり、比較器４１の出力が０であれば、歪み補償は不要である。３つの比較器３９、４０、４１の出力情報をもとに判別器４２で帯域（低域、中域、高域）を判断し、情報を制御回路２１へ伝達する。
【００３２】
図６及び図７のように、制御回路２１では帯域検出器３からの情報をもとに低域、中域、高域に合わせてパイロット信号発振器７の発振周波数を変えることによってパイロット信号の周波数を変え、ベクトル調整器５およびベクトル調整器１６を制御し、歪み補償を行うことで帯域ごとの特性を最適化する。図６及び図７に示すように基準振幅と基準位相との偏差を小さくすることが可能となる。
【００３３】
（第２の実施の形態）第２の実施の形態は、主増幅器６や補助増幅器１７として、帯域検出器３が検出した各帯域ごとに合わせた主増幅器及び補助増幅器を備える構成である。
【００３４】
図１２は、この発明の第の２実施の形態によるフィードフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。主増幅器６に代えて、周波数帯域が高域である主増幅器６ａと、周波数帯域が中域である主増幅器６ｂと、周波数帯域が低域である主増幅器６ｃとが備えられ、補助増幅器１７に代えて、周波数帯域が高域である補助増幅器１７ａと周波数帯域が中域である補助増幅器１７ｂと周波数帯域が低域である補助増幅器１７ｃとが備えられ、さらに、主増幅器６ａ〜６ｃを切り換えるスイッチ２２、２３（第１のスイッチ）と、補助増幅器１７ａ〜１７ｃを切り換えるスイッチ２４、２５（第２のスイッチ）とが備えられている以外は、図１に示した第１の実施の形態と同じ構成である。
【００３５】
次に、この発明の第２の実施の形態の動作について図１２を参照して説明する。帯域検出器３が判別した帯域が高域であれば、制御回路２１はスイッチ２２〜２５を切換制御して、主増幅器６ａと補助増幅器１７ａとが動作するように切換える。また、帯域検出器３が判別した帯域が中域であれば、制御回路２１はスイッチ２２〜２５を切換制御して、主増幅器６ｂと補助増幅器１７ｂとが動作するように切換える。さらに、帯域検出器３が判別した帯域が低域であれば、制御回路２１はスイッチ２２〜２５を切換制御して、主増幅器６ｃと補助増幅器１７ｃとが動作するように切換える。
【００３６】
【発明の効果】
第１の効果は、入力信号が配置されている周波数帯域を瞬時に自動的に判別し、入力信号の帯域に合わせた歪み補償制御が行えることである。
【００３７】
第２の効果は、この発明の帯域検出器に用いられるハイパスフィルター及びローパスフィルターは緩やかな切れの周波数特性でよく、フィルター素子構成が少なくて済むので回路構成も簡単で安価に実現でき経済的なことである。
【００３８】
第３の効果は、この帯域検出器は、検波レベルの相対値で帯域を判別している為に入力レベルが変動しても判別が可能であり、入力レベルが一定でない入力信号例えばｃｄｍａ信号を用いる移動体通信システムのように運用状態により常に送信出力が変動（入力信号が変動）するものに使用できることである。
【００３９】
第４の効果は、フィードフォワード増幅器の全帯域内で、歪み成分を３０ｄＢ以上相殺させるために、振幅及び位相の偏差が±０．５ｄＢ以内、±１度以内に調整する必要が無く、各帯域の範囲で振幅及び位相の偏差が±０．５ｄＢ以内、±１度以内となればよく、基準の振幅及び位相との製造時の偏差のバラツキが小さくなり、調整に要する手間が少なくなり生産性が向上することである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態によるフィードフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明のフィードフォワード増幅器の帯域検出器３の回路の１例を示す図である。
【図３】この発明のフィードフォワード増幅器の帯域検出器３に用いられる、ハイパスフィルター３２、ローパスフィルター３３及び減衰器３４の信号通過特性である。
【図４】この発明のフィードフォワード増幅器の帯域検出器３に用いられる、検波器３５、３６、３７の検波レベルである。
【図５】この発明のフィードフォワード増幅器の帯域検出器３に用いられる、検波器３６の検波レベルが一番大きくなる低域と、検波器３７の検波レベルが一番大きくなる中域と、検波器３５の検波レベルが一番大きくなる高域とに分けられた帯域を示す図である。
【図６】この発明のフィードフォワード増幅器の低域、中域、高域に合わせてパイロット信号発振器７の周波数を変えた振幅特性である。
【図７】この発明のフィードフォワード増幅器の低域、中域、高域に合わせてパイロット信号発振器７の周波数を変えた位相特性である。
【図８】この発明のフィードフォワード増幅器の入力信号の配置を示す図である。
【図９】この発明のフィードフォワード増幅器に用いられる、主増幅器６の特性である。
【図１０】この発明のフィードフォワード増幅器の入力信号帯域の低域、中域、高域を判別するビット表現例である。
【図１１】この発明のフィードフォワード増幅器において、歪み補償の必要性の有無を判別するビット表現例である。
【図１２】この発明の第２の実施の形態によるフィードフォワード増幅器の構成を示すブロック図である。
【図１３】従来の技術による、基準振幅に対する調整振幅の偏差である。
【図１４】従来の技術による、基準位相に対する調整位相の偏差である。
【符号の説明】
１入力端
２、８、９、１１、１２、１５、１８方向性結合器
３帯域検出器
３１分配器
３２ハイパスフィルター
３３ローパスフィルター
３４減衰器
３５、３６、３７検波器
３８基準レベル発生器
３９、４０、４１比較器
４２判別器
４２分配器
５、１６ベクトル調整器
６、６ａ、６ｂ、６ｃ主増幅器
７パイロット信号発振器
１０、１４遅延器
１３出力端
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ補助増幅器
１９、２０検出器
２１制御回路
２２〜２５スイッチ
１０１入力信号
１０２出力信号

Claims

入力信号を増幅する主増幅器において発生する歪み成分を検出する歪み成分検出ループと、検出された前記歪み成分を補助増幅器を用いて増幅し、増幅された前記歪み成分と前記主増幅器の出力とを合成することにより、前記歪み成分を除去する歪み成分除去ループとを含んでなるフィードフォワード増幅器であって、
前記入力信号を分岐する分岐手段と、前記分岐手段で分岐された前記入力信号を基に前記入力信号が配置されている複数の帯域を検出する帯域検出器と、前記帯域の中にパイロット信号の周波数を設定するパイロット信号発振器と、前記パイロット信号発振器の周波数と前記歪み成分検出ループと前記歪み成分除去ループとを制御する制御回路と、を備えることを特徴とするフィードフォワード増幅器。
前記帯域検出器が、前記複数の帯域の１つに配置された前記入力信号の属する帯域を検出する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。
前記複数の帯域が、低域、中域、高域であることを特徴とする請求項１、２記載のフィードフォワード増幅器。
前記パイロット信号が、前記主増幅器の直後に注入される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。
前記パイロット信号の周波数が、前記複数の帯域のそれぞれの中央部の周波数に設定される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。
前記帯域検出器が、前記分岐手段で取り出された入力信号を三分配する分配器と、
前記三分配されたそれぞれの信号を受け取る並列に配置されたハイパスフィルターとローパスフィルターと減衰器と、
前記ハイパスフィルターに直列に接続する第１の検波器と、
前記ローパスフィルターに直列に接続する第２の検波器と、
前記減衰器に直列に接続する第３の検波器と、
前記第３の検波器の検波レベルを基準に前記第１の検波器の検波レベルを比較する第１の比較器と、
前記第３の検波器の検波レベルを基準に前記第２の検波器の検波レベルを比較する第２の比較器と、
前記第３の検波器の検波レベルと比較する基準レベルを発生する基準レベル発生器と、
前記第３の検波器の検波レベルと前記基準レベルとを比較する第３の比較器と、前記第１の比較器と前記第２の比較器と前記第３の比較器のそれぞれの出力をもとに前記入力信号が配置されている帯域の区分を判断する判別器と、を備える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。
前記第１の検波器と前記第２の検波器と前記第３の検波器とが、共に同じ特性をもった検波器であることを特徴とする請求項６記載のフィードフォワード増幅器。
前記帯域検出器が、前記第２の検波器で前記低域に配置された前記入力信号を検出し、前記第３の検波器で前記中域に配置された前記入力信号を検出し、前記第１の検波器で前記高域に配置された前記入力信号を検出することを特徴とする請求項６記載のフィードフォワード増幅器。
前記主増幅器が、前記帯域に合わせた複数の主増幅器で構成され、前記補助増幅器が前記帯域に合わせた複数の補助増幅器で構成され、さらに、前記複数の主増幅器を切換える第１のスイッチと、前記複数の補助増幅器を切換える第２のスイッチとを備え、前記制御回路が前記第１のスイッチと前記第２のスイッチとを前記帯域検出器で判別した帯域に合わせて切換制御する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。