JP3761076B2 - フィードフォワード方式歪補償増幅器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主に共通増幅装置に関するものであり、特にフィードフォワード方式における自動歪制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
移動通信用の基地局・中継局では所定の周波数間隔を有し、それぞれ適宜変調されている多数の搬送波を含むマルチキャリア信号を高周波増幅し、その後無線送信を行う。高周波増幅に用いる増幅器の線形性が十分良好でないと、相互変調歪等の歪が発生する。この歪は、正常且つ高品質な通信を実現する上で支障となるものである。そのため、マルチキャリア信号の増幅に用いる増幅器に対してはマルチキャリア信号が属する周波数帯域全体にわたり良好な線形性 が要求される。
【０００３】
それを実現する方法の一つとしてとしてフィードフォワード方式による歪補償方式がある。まず信号入力端から主増幅器を経て信号出力端に至る信号経路、すなわち増幅すべき信号及び増幅した信号を伝送するための信号経路を本線と呼ぶこととする。
フィードフォワード方式では本線上で主増幅器より後段にある点から分岐した信号と、本線上で主増幅器より前段にある点から分岐した信号とを結合させる歪検出ループを設ける。両信号が経由した信号経路の電気長が互いに等しく、かつ両信号が互いに同振幅・逆位相になっていれば、上述した信号結合動作によって搬送波成分を打ち消し、主増幅器及びその周辺回路にて生じた歪に相当する信号を取り出すことが出来る。
【０００４】
フィードフォワード方式ではさらに歪補償ループを設け、歪検出ループにて取り出された信号、すなわち歪に相当する信号を本線上の信号に再結合させる。歪補償ループにおける信号遅延が本線上で補償されており、且つ本線上の信号に含まれる歪成分と歪補償ループから得られる信号とが互いに同振幅・逆位相になるように歪補償ループ又は本線に適宜振幅や位相の調整を行い、上述した信号再結合動作によって、主増幅器にて発生した歪を補償することが出来る。
【０００５】
図１１を用いてフィードフォワード方式の歪補償の具体的な動作を説明する。
図１１では、方向性結合器１、位相器２、振幅器３、パイロット信号出力器４、カプラー５、主増幅器６から構成される歪検出ループと、カプラー８、検波器９、位相器１０、振幅器１１、エラー増幅器１２から構成される歪補償ループの二つのブロックに分けられる。さらに、分配器７、分配器１３、歪終端器１４、カプラー１５、各種構成を制御する制御部１８よりフィードフォワード方式増幅器は構成される。
【０００６】
歪検出ループでは、ａ→ｃ→ｅ→ｇ経由の無歪ルートとａ→ｂ→ｄ→ｆの歪ルートがある。ｇ点ではそれぞれの伝達関数の符号を反転し歪成分のみ抜き取る。その時位相器２と振幅器３の制御を行い、歪補償ループの検波器９によって信号レベルが最小となるように自動制御を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年携帯電話の需要は著しい増加傾向にあり、それに伴い基地局の需要も増えている。そのため、基本的維持費は増加の一途をたどっている。それに対して、各基地局メーカーでは様々な方法でコストの削減を謀っている。
【０００８】
コスト削減の一つとして、「電力消費を抑える」という方法がある。例えば、それは特開平 11-289577 に記載されている。ＣＤＭＡ移動通信システムにおいては、近距離、或いは遠方の移動局からそれぞれ伝送される電力が制御される。このような電力制御は、遠近効果、即ち近距離の移動局からの強い信号が遠方の移動局からの弱い信号を圧倒する現象、を克服するために行われる。移動局の出力電力レベルは、移動局内の受信信号幅と基地局から受信する微調整メッセージとの組み合わせにより調整される。
【０００９】
ＣＤＭＡシステムは、パイロットチャネル、同期化チャネル、ページング(paging)チャネル、及び接続チャネル等を含む複数のコード化チャネルを制御チャネルとして使用する。稼動中の移動局は、登録メッセージを送出してから基地局との通信リンクを形成するためにパイロット、ページング及び同期化チャネルを監視する。
【００１０】
パイロット信号は、基地局により一定の電力で送信される。移動局は始動時、基地局に対する相対的な位置に応じて、より強いか、又はより弱いパイロット信号を取り扱う。移動局は、最初に選択された伝送信号レベルで基地局に接続しようとする。しかしこの接続に失敗すると、移動局はより高い伝送信号レベルで再度接続しようとする。このような過程は移動局が動作を一時的に中止するか、或いは基地局に接続するまで続けられる。
【００１１】
移動局が基地局に接続されると、移動局は基地局により実現する正常な電力レベルの伝送信号で音声及び／又はデータ信号を伝送し始める。そして、基地局は移動局にアップ／ダウンビットを含む信号を伝送し、アップ／ダウンビットが設定される場合には移動局の電力が少量増加（アップ）し、アップ／ダウンビットが設定されていない場合には移動局の電力が少量減少（ダウン）する。このようにして基地局から移動局それぞれに伝送される分離されたアップ／ダウン制御信号により、近距離の移動局の電力は減少し遠方の移動局の電力は増加する。このような過程は、上記の二つの信号がほぼ同一の電力レベルで基地局に伝送されるようになるまで多数のメッセージフレーム内で繰り返される。
【００１２】
ＣＤＭＡシステムでは、基地局により伝送されるＲＦ（無線周波数）信号に対する電力制御も行う。この種の電力制御は、隣接セル内の伝送干渉を最少化するために行われる。そのために、数個の移動局に対して、基地局は通話チャネル内のＲＦ出力電力レベルを自動的に所定の減分△１づつ減少させる。この減分△１は、多数のメッセージフレームに対して基地局の伝送するＲＦ信号の出力電力レベルが徐々に減少するように十分に小さいレベルに設定される。そして、例えば移動局が五つの連続的な不良フレームを検出すると、基地局からの信号が受信不能な程度に微弱であると移動局が判断し、この移動局は基地局が所定の増分△２だけ電力レベルを増加させるように電力制御信号を基地局に伝送する。
【００１３】
基地局送信機の電力増幅器は、伝送される出力信号の相対的な強度に関わらず、相当量の一定の電力を消費する。例えば、昼間の正常な通話負荷でＲＦ出力電力レベルは約１０ワットであり、送信機の電力増幅器により消費される一次ＤＣ電力は約８０〜１００ワット（即ち、８〜１０ｄＢ程度高い）となる。しかし通話負荷が小さい夜間の場合、送信器のＲＦ出力電力レベルは、上述したようにＲＦ出力信号に対して電力制御が行われることにより約１ワット減少する。にもかかわらず、従来技術では電力増幅器の作動バイアスポイントは固定されているため、昼間と同様に約８０〜１００ワット程度の一次ＤＣ電力が送信機により消費される。このように従来のシステムでは、送信機電力増幅器の消費ＤＣ電力の低減は図られてきたが、出力ＲＦ電力レベルが定常的に保持される点に関して留意されていない。
【００１４】
従って、ＣＤＭＡ移動通信システムでは、基地局送信機の電力増幅器内で電力制御を実施する技術が求められる。このようなシステムは、ＲＦ出力信号の発生に必要なＤＣ電力レベルを減少させるが、同時に増幅器のＲＦ出力信号のレベルを監視及び維持することが必要となる。
【００１５】
本発明の目的は上記の問題である出力レベルの低い場合でも消費電力増大を抑えることを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明によれば、第１の位相器と第１の振幅器と主増幅器からなる歪検出ループと第２の位相器と第２の振幅器とエラー増幅器からなる歪補償ループと歪検出ループの歪を歪補償ループの逆歪により相殺し、信号を出力するフィードフォワード方式歪補償増幅器において、前記出力された信号のレベルに従って主増幅器とエラー増幅器にバイアス制御を行うことを特徴としたフィードフォワード方式歪補償増幅器を提供する。
【００１７】
さらに、上記問題を解決するために、第１の位相器と第１の振幅器と主増幅器からなる歪検出ループと第２の位相器と第２の振幅器とエラー増幅器からなる歪補償ループと歪検出ループ の歪を歪補償ループの逆歪により相殺し、信号を出力するフィードフォワード方式歪補償増幅器において、前記出力された信号のレベルに従って主増幅器にバイアス制御をかける第１のバイアス制御部と、前記出力された信号のレベルに従ってエラー増幅器にバイアス制御を行う第２のバイアス制御部を設けたことを特徴としたフィードフォワード方式歪補償増幅器を提供する。
【００１８】
さらに、上記問題を解決するために、請求項１乃至２記載のフィードフォワード方式歪補償増幅器において、前記出力された信号を複数のレベルに分け、前記レベルに応じたバイアス制御を行うことを特徴としたフィードフォワード方式歪補償増幅器を提供する。
【００１９】
上記問題を解決するために、第１の位相器と第１の振幅器と少なくとも一つ以上の増幅部から構成される増幅器からなる歪検出ループと第２の位相器と第２の振幅器と少なくとも一つ以上の増幅部から構成される増幅器からなる歪補償ループと歪検出ループの歪を歪補償ループの逆歪により相殺し、信号を出力するフィードフォワード方式歪補償増幅器において、前記出力された信号のレベルに従って増幅部にバイアス制御をかける少なくとも一つの第１のバイアス制御回路群と、前記出力された信号のレベルに従ってエラー増幅部にバイアス制御を行う少なくとも一つの第２のバイアス制御回路群を設けたことを特徴としたフィードフォワード方式歪補償増幅器を提供する。
【００２０】
上記問題を解決するために、請求項４記載のフィードフォワード方式歪補償増幅器において、各種増幅部に対応したバイアス制御回路を設けたことを特徴とするフィードフォワード方式歪補償増幅器を提供する。
【００２１】
上記問題を解決するために、請求項５記載のフィードフォワード方式歪補償増幅器において、各種複数の増幅部に対し一つのバイアス制御回路を設けたことを特徴とするフィードフォワード方式歪補償増幅器。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明のブロック図であり、図２は増幅装置の出力レベルと装置電力の関係図であり、図３は無線特性を表した図、図４はバイアス変更フローチャート、図５は図４のＳ３に対する制御値メモリーテーブル、図６は図５における出力レベルに対するバイアスレベル値及びエラー増幅器消費電流の関係図、図７は図５における出力レベルに対するバイアスレベル値及び主増幅器消費電流の関係図、図８は図５におけるバイアス制御時のＡＣＬＲ及びＡＭＰ装置消費電力の関係図、図９、図１０は増幅器バイアス制御図である。詳細は後述する。
【００２３】
尚、以下で説明する機能実現手段は、当該機能を実現できる手段であれば、どのような回路または装置であっても構わず、また機能の一部または全部をソフトウェアで実現することも可能である。さらに、機能実現手段を複数の回路によって実現してもよく、複数の機能実現手段を単一の回路で実現してもよい。
【００２４】
フィードフォワード方式歪補償増幅器では、増幅素子の動向により図２のようなＡＢ級、Ｂ級の増幅素子を使用していることから出力レベルが下がるに従って消費電力が下がる傾向にある。しかしながら、増幅素子にアイドル電流を設定しなくてはならず、それによって低出力レベルにおいて増幅装置の消費電力は増幅素子のアイドル電流より下がらないような構成となっている。
【００２５】
また、無線特性に関しては、例えばＣＤＭＡ信号時のＡＣＲＬ(Adjacent Channel Leakage power Ratio：隣ｃｈ漏洩電力)等があるが、従来の主増幅器及びエラー増幅器の固定バイアスにおいては図３に示すように低出力レベルにおいて実線のようにマージンが多いことがわかる。増幅器においては無線特性を満足すればよいため、特に低出力レベルに移行するに従って主増幅器及びエラー増幅器のバイアス制御をそれぞれ行う。以下にその詳細な説明を行う。
【００２６】
第１の実施例を図１を用いて説明する。尚、図１１と同様の番号は、従来と同様であるので、説明を省略する。
主アンプバイアス制御回路１６は主アンプ６をバイアス制御するものである。また、エラーアンプバイアス制御回路１７はエラーアンプ１２のバイアスを制御するものである。
【００２７】
本発明の動作は図４のようになる。増幅器の出力レベルを検出し、その後、カプラー１５より制御部１８に出力レベル報告が行われる（Ｓ１）。制御部１８には図５のような出力レベルに応じた各増幅器のバイアス制御値が記憶されており、その出力レベルに応じて、バイアス制御値を読み込む（Ｓ３）。次に、読み込まれた制御値により回路１６が主増幅器のバイアス制御を行う（Ｓ４）。次に、読み込まれた制御値によりバイアス制御回路エラー１７が出力レベルに応じて増幅器のバイアス制御を行う（Ｓ５）。
【００２８】
図５の出力レベルとバイアス制御値の関係を表したメモリーテーブルでは、出力レベル、主増幅器バイアス値、エラー増幅器バイアス制御値をそれぞれＡ，Ｂ，Ｃの３段階に分けている。出力レベルとバイアス制御値の関係については図６、図７、図８に詳細を記載する。
【００２９】
まず、出力レベル値と主増幅器バイアス制御値の関係を図７を用いて説明する。横軸が出力レベルであり、縦軸には主増幅器バイアス制御値（上部のグラフ）とし増幅器の消費電流値（下部のグラフ）を記している。点線はバイアス制御をかけていない場合であり、実線がバイアス制御をかけた場合となる。
主アンプバイアス制御値は、出力レベルの高い場合（Ａ）では、バイアス制御をかけない場合と同様の値（Ａ’）である。このとき、主アンプの消費電力は通常どおりとなる。出力レベルがＢの場合はバイアス制御値（Ｂ’）をかける。このとき、主アンプの消費電力は出力レベル（Ａ）の場合に比べて低くなる。さらに、出力レベルがＣのときは、バイアス制御値（Ｃ’）をかけ、消費電力をさらに抑える。
【００３０】
次に、出力レベル値とエラー増幅器バイアス制御値の関係を図６を用いて説明する。横軸が出力レベルであり、縦軸には主増幅器バイアス制御値（上部のグラフ）とし増幅器の消費電流値（下部のグラフ）を記している。点線はバイアス制御をかけていない場合であり、実線がバイアス制御をかけた場合となる。
主アンプバイアス制御値は、出力レベルの高い場合（Ａ）では、バイアス制御をかけない場合と同様の値、（Ａ”）である。このとき、主アンプの消費電力は通常どおりとなる。出力レベルが（Ｂ）の場合はバイアス制御値（Ｂ”）をかける。このとき、主アンプの消費電力は出力レベル（Ａ）の場合に比べて低くなる。さらに、出力レベルが（Ｃ）のときは、バイアス制御値（Ｃ”）をかけ、消費電力をさらに抑える。
【００３１】
図５はバイアス制御時のＡＣＬＲ値と増幅装置消費電力の関係を表している。次に、横軸が出力レベルであり、縦軸にはＡＣＬＲ（上部のグラフ）と増幅器の消費電力値（下部のグラフ）を記している。点線はバイアス制御をかけていない場合であり、実線がバイアス制御をかけた場合となる。
図５からもわかるように、出力レベルに応じてバイアス制御をかけることにより、無線特性を満足した状態で増幅装置全体の消費電力を抑えることが可能であることがわかる。
【００３２】
図６、図７より出力レベルに応じてバイアス制御を行うことによって、全体の消費電力を抑えることができる。
ここでは、出力レベルを（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３段階に分けたが、それに限るものではなく、時間帯等に応じて、より細かく設定することが可能である。この場合、例えば図２、図３の点線グラフと同様になる。
【００３３】
次に、増幅器バイアス制御回路について図９、図１０を用いて説明する。これは図１の点線枠部分、つまり主増幅器６またはエラー増幅器１２それぞれのバイアス制御回路、制御部とに相当するものである。ここで記載されている増幅器は、主増幅器またはエラー増幅器を複数の構成にしたものである。
【００３４】
図９では、増幅器を１つのバイアス制御回路で制御を行っている。増幅器は小電力増幅部９１、中電力増幅部９２、大電力増幅部９３より構成されている。この場合は、出力に応じたバイアスを１つの回路で同時に行うことが出来る。
【００３５】
さらに、図１０では各増幅部とバイアス制御回路が対応しているものである。増幅器は小電力増幅部１０１、中電力増幅部１０２、大電力増幅部１０３より構成されている。この場合、個別に増幅素子のバイアス制御を行えることから、バイアス制御に必要な増幅素子とバイアス制御に必要ではない増幅素子をわけてバイアス制御を行えることが可能となる。大電力増幅部と中電力増幅部に対する消費電力は増幅装置としての消費電力を左右することから、主に小電力増幅部のバイアスを固定化し、中電力増幅部１０２、大電力増幅部１０３のバイアス制御を行う。これにより、効率の良い消費電力化が可能となる。
【００３６】
ここでは、増幅部とバイアス制御回路が複数対１、もしくは１対１の関係となっているが、それに限定するものではなく、それらを組み合わせて増幅器のバイアス制御を行ってもよい。
【００３７】
以上はＣＤＭＡを中心に説明を行ったが、それに限定するものではなく、ＴＤＭＡ等電力を通常電力を消費してしまう基地局を利用したシステムに関するものであればよい。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、フィードフォワード方式歪補償増幅器に於いて、無線特性を満足しつつ、増幅装置全体の電力を抑える効果がある。
【００３９】
請求項２記載の発明によれば、出力レベルに従って主増幅器とエラー増幅器をバイアス制御するので、無線特性を満足しつつより細かい電力制御を行うことが出来る効果がある。
【００４０】
請求項３記載の発明によれば、出力レベルを複数のレベルにわけて、制御を行うことが出来るので、主増幅器とエラー増幅器とをそれぞれ複数レベルでの電力制御に対応することが可能であり、ソフト制御が簡素化される効果がある。
【００４１】
請求項４にの発明によれば、少なくとも１つの増幅部から構成される増幅器を有する増幅装置全体に於いて、増幅装置全体の電力を抑えることができ、またソフト制御が簡素化される効果がある。
【００４２】
請求項５記載の発明によれば、増幅部に対応したバイアス制御回路を有しているので、増幅部単位で電力を制御でき、より細かい電力制御を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のブロック図
【図２】本実施例の増幅器 出力レベルと装置電力の関係図
【図３】本実施例の無線特性図
【図４】本実施例のバイアス変更フローチャート図
【図５】図４における制御値メモリーテーブル
【図６】図５における出力レベルに対するバイアスレベル値及びエラー増幅器消費電流
【図７】図５における出力レベルに対するバイアスレベル値及び主増幅器消費電流
【図８】図５におけるバイアス制御時にＡＣＬＲ及び増幅器消費出力関係図
【図９】本実施例における増幅器バイアス制御図
【図１０】本実施例における増幅器バイアス制御図
【図１１】従来のフィードフォワード方式歪補償増幅器
【符号の説明】
１、５、７、８、１３、１５…カプラー ２、１０…位相器 ３、１１…振幅器
４…パイロット信号
６…主増幅器 ９…検波器 １４…歪吸収終端器 １２…エラー増幅器
１６…主増幅器バイアス制御回路 １７…エラー増幅器バイアス制御回路
１８…制御部
９１、１０１…省電力増幅器 ９２、１０２…中電力増幅器
９３、１０３…第電力増幅器
９４、１０４、１０５、１０６…バイアス制御回路

Claims (1)

1. 第１の位相器と第１の振幅器と複数の増幅素子から構成される第一の増幅器からなる歪検出ループと、第２の位相器と第２の振幅器と複数の増幅素子から構成される第二の増幅器からなる歪補償ループと、各構成を制御し、また出力信号レベル値それぞれに対応した各増幅素子へのバイアス値を格納しているテーブルを記憶する制御部と、出力信号レベルを検出する検出部と、
   前記歪検出ループの歪を前記歪補償ループの逆歪により相殺し、信号を出力するフィードフォワード方式歪補償増幅器であって、前記制御部は、前記検出部により検出された出力信号レベル値を前記テーブルにて比較し、前記検出された出力信号レベル値に対応したバイアス制御値に対応したバイアス制御値を読み込み、前記読み込んだバイアス制御値により、前記第一及び第二の増幅器の増幅素子個別にバイアス制御を行うことを特徴としたフィードフォワード歪補償増幅器。

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