JP3851976B2 - Ｒｆアンプの拡散スペクトルパイロットを抽出する方法および装置 - Google Patents

Description

発明の属する技術分野
本発明は、ＲＦアンプに関し、特に、フィードフォワードＲＦアンプのための拡散スペクトルパイロット信号抽出方式に関する。
従来の技術
多くの入力パターンを有するようなアンプの線形性を改善するために現代のアンプではフィードフォワード訂正がよく用いられている。フィードフォワード訂正は、アンプが発生した相互変調（ＩＭＤ:intermodulation）成分を操作し、最終加算点において、訂正パスからのＩＭＤ成分がメインパス上のＲＦ（無線周波数）信号のＩＭＤ成分を相殺（キャンセル）するようにされる。入力ＲＦ搬送パターンとともに得られるＩＭＤ成分の位置の予測不能性のため、公知の周波数成分（即ち、パイロット）がメインループにおいて注入され、増幅プロセスが発生するＩＭＤ成分を擬態するようにされる。
パイロットを検出し相殺するように制御回路を設計することによって、ＩＭＤ成分もまた除去することができる。一般的なフィードフォワード訂正方式は、連続波（ＣＷ）周波数パイロットをＲＦ信号へと注入することによってＩＭＤ成分を除去するように試みる。しかし、ＣＷパイロットフィードフォワード訂正方式は、パイロットを配置するためにスペクトルにおいて比較的静かな位置を常に探すような比較的洗練されたアルゴリズムを必要としてしまう。
この方式はまた、出力カプラーにおいてパイロットのパワーを判断するため正確な同期パワー検出器を必要とする。出力におけるパイロットの振幅は、いずれのＩＭＤ成分よりも高くなければならない。そうでなければ、パイロットは残りのＩＭＤ成分のような望ましくない歪み成分となってしまう。結果的に、この方式のダイナミックレンジは制限されてしまう。なぜなら、もしＣＷパイロットのレベルが高すぎれば、それが、搬送波と干渉してしまうからである。
拡散スペクトル（ＳＳ:spread spectrum）パイロットを発生するためにＣＷ周波数を拡散することは、相殺制御回路を単純化し、パイロット相殺ダイナミックレンジを拡大させる。拡散スペクトルパイロットは、ＣＷパイロットよりも広いバンド幅にわたって拡散され、これにより、より広いバンド幅内のいずれの１つの周波数におけるパイロットの平均振幅を減らすことになる。
ＳＳパイロットのパワーレベルを、出力パスから結合をはずされた後に検出する必要がある場合、このＳＳパイロットを元のＣＷ周波数パイロットを抽出するように逆拡散(despread)することができる。従って、パイロットを検出するのが容易となる。なぜなら、ＳＳパイロットは逆拡散され、これによって周囲の搬送波やＳＳパイロットの逆拡散時に拡散されたＩＭＤ成分よりもはるかに高い振幅を有するからである。また、ＩＭＤ相殺が増強される。なぜなら、より広いダイナミックレンジにわたってパイロットレベルをより正確にモニタリングすることができるからである。
ＳＳパイロットが広いバンドにわたって拡散されるので、スペクトルにおける「静かな」位置へと正確な同調をする必要がなくなる。従来の拡散スペクトルパイロット回復方式の１つの欠点として、パイロットが逆拡散される際に、ＲＦ搬送波やＩＭＤ成分のような残りの周波数スペクトルが拡散されて、ノイズの底値(noise floor)を上昇させてしまうことがある。拡散されるＲＦ搬送波（エネルギーリッチ状態）およびＩＭＤ成分は、ノイズの底値を上昇させ、逆拡散パイロットの検出レンジを実際に減らしてしまう。
このように、現在の方式に伴う欠点を減らすようなパイロットの抽出方式の必要性がある。
課題を解決するための手段
本発明は、ＳＳパイロットが逆拡散されＲＦ搬送波が拡散される前にＲＦ搬送波をクリッピングするような拡散スペクトル（ＳＳ）パイロット抽出システムに関する。ＲＦ搬送波のクリッピングによって、スペクトルにおけるノイズレベルは上昇する。しかし、このクリッピングによるインバンドノイズレベルにおける小さな上昇は、クリッピングの後に搬送波を拡散することによるインバンドＲＦノイズの減少と比べると大したことはなくなる。
結果として、クリッピングの後に搬送波の拡散によってインバンドノイズが減少したことにより、逆拡散されたパイロットの検出レンジが拡張する。これによって、制御回路はパイロットとＩＭＤ成分の更なる相殺をすることができる。従って、フィードフォワードＲＦアンプに対するＳＳパイロット抽出システムは、最終出力カプラーにおける拡散スペクトルパイロットの抽出および検出を改善し、パイロットおよびＩＭＤの相殺を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の原理に従うフィードフォワードＳＳパイロット抽出方式を用いたＲＦアンプのブロック図である。
図２は、図１のＲＦアンプ方式における様々な位置における搬送波、ＩＭＤおよびパイロット信号の例を示す図であり、本発明の原理に従う図１のＲＦアンプ方式の動作を説明するためのものである。
図３は、本発明の原理に従うフィードフォワードパイロット抽出方式を用いるＲＦアンプのブロック図である。
図４は、本発明の原理に従うフィードフォワードパイロット抽出方式を用いるＲＦアンプのブロック図である。
発明の実施の形態
本発明の原理に従うフィードフォワードＲＦアンプにおいて用いるＳＳパイロット抽出システムの実施例を下で説明するが、このシステムはＩＭＤ成分の増強した相殺を行うことができる。ＳＳパイロット抽出システムはパイロット相殺を増強することを試み、これによりＩＭＤ相殺を改善させる。パイロットの相殺を改善するため、本発明のパイロット抽出システムはパイロット検出を改善する。ＳＳパイロット抽出システムは、結合ＲＦ信号の少なくとも１つの搬送波をクリッピングし、そのクリッピングした搬送波を拡散しパイロットを逆拡散するＳＳパイロット抽出回路を用いて、パイロットの正確な検出を可能にする。
搬送波を拡散することにより、特定の周波数帯（例えば、２０ＭＨｚ）にわたって搬送波のエネルギーの大部分を分配することとなる。ＲＦ搬送波のクリッピングがスペクトルにおいて広帯域（例えば、２０ＭＨｚよりもはるかに大きい）ＲＦノイズを生成するが、このクリッピングによってインバンドノイズレベルが小さく増えることは、エネルギーリッチなクリッピングされてない搬送波を拡散することによって発生するインバンドＲＦノイズよりもはるかに小さい。結果として、逆拡散されたパイロットの検出レンジは非常に拡大され、このことは、パイロットおよびＩＭＤ成分の大きな相殺を達成することができることを意味する。
従って、ＩＭＤ相殺が改善したので、出力における搬送波／ＩＭＤの比(carrier-to-IMD ratio)が改善する。例えば、もしパイロット検出レンジが１０〜１５ｄＢ改善すると、搬送波／ＩＭＤの比を１０〜１５ｄＢ改善することができる。なぜなら、本発明の原理によりＳＳパイロット抽出システムが更なる１０〜１５ｄＢのＩＭＤ相殺を与えるからである。
図１は、本発明の原理に従うフィードフォワードパイロット抽出ループ１２を有する無線周波数（ＲＦ）アンプ構成１０のブロック図であり、ＲＦ出力からＩＭＤ成分を除去する。特に図１と図２を参照すると、点ａにおけるＲＦ出力信号は、搬送波１４，１６とともに拡散スペクトルパイロット１８（図２Ａ）およびＩＭＤ２０（図２Ａ）を含む。本発明の原理に従い、カプラー２２は、ＲＦ出力信号をパイロット抽出パス２４上へと結合する。結合したＲＦ信号は、クリッピング回路２８に与えられる。
この特定の実施例において、クリッピング回路２８は、結合したＲＦ信号の搬送波１４，１６をクリッピングする。このエネルギーリッチな搬送波をクリッピングすることにより、スペクトルにわたってノイズがばらまかれ、図２Ｂに示すようにスペクトルにわたって１または２ｄＢのオーダーでノイズのレベルが上昇しうる。搬送波がクリッピングされた信号は、スプレッダー／デスプレッダー（拡散／逆拡散器）３０へと与えられ、これは、パイロット１８を逆拡散しつつクリッピングされた搬送波１４，１６とともにＩＭＤ２０を拡散する。
パイロット１８を逆拡散しつつクリッピングされた搬送波１４，１６を拡散することにより、クリッピングされていない搬送波の拡散によって発生するノイズレベルの上昇を減らすことができ、パイロット検出レンジを改善することができる。例えば、搬送波の拡散の前に搬送波１４，１６のクリッピングがなければ、逆拡散されたパイロットは通常１０ｄＢｍレベルのパワーレベルを有し、拡散されたクリッピングされていない搬送波はノイズレベルを約５ｄＢｍ上昇させる。従って、拡散されたパイロットは、拡散された搬送波より約５ｄＢ上であり、制御回路３２はパイロットを約５ｄＢのパイロットを検出することができる。
パイロット１８の逆拡散および搬送波１４，１６、ＩＭＤ２０の拡散の前に搬送波１４，１６をクリッピングすることにより、制御回路３２は逆拡散パイロット１８をより多く検出することができ、拡散されたパイロット１８の相殺が増強する。例えば、搬送波１４，１６の拡散の前に搬送波１４，１６から約２０ｄＢクリッピングすることにより、逆拡散されたパイロット１８（図２Ｃ）のパワーレベルは１０ｄＢｍにとどまり、クリッピングされた拡散された搬送波１４，１６（図２Ｃ）は約−５ｄＢｍのノイズレベルを発生する。このように、搬送波１４，１６をクリッピングすることにより、パイロット検出レンジを５ｄＢから１５ｄＢへと改善することができる。
制御回路３２は、点ｃにて逆拡散されたパイロット１８を検出し、制御信号を位相および減衰調整器（Ｐ／Ａ）３８へと与え、点ｃにて逆拡散されたパイロット１８を減少させる。点ｃにて逆拡散されたパイロット１８を減らすことは、点ａにおける拡散されたパイロット１８の相殺が増えたことを示す。ＳＳパイロット１８はＩＭＤ成分２０を擬態(mimic)するように設計されているので、ＳＳパイロット１８の相殺が改善することは、点ａにおけるＩＭＤ２０の相殺の改善へとつながる。
特定の実施例において、ＳＳパイロット１８のパワーレベルは、ＩＭＤ成分２０に追随するようにＲＦ出力信号のパワーレベルに従って調整される。あるＲＦ出力信号のＩＭＤ成分２０のレベルは、特定のアンプ５４の特定の動作特性を知ることにより予測することができる。従って、ＳＳパイロットはＩＭＤ成分をより正確に擬態することができる。代わりに、ＳＳパイロット１８のパワーレベルは、最悪の場合のＩＭＤ成分を擬態するように調整することができる。
このＳＳパイロット抽出システム１２の実施例は、図１に示すフィードフォワードＲＦアンプ構成１０とともに用いる。例えば、中心がそれぞれ１９５５ＭＨｚ，１９６５ＭＨｚである隣接ＲＦ搬送波１４，１６（図２Ｄ）を含むＲＦ入力信号は、信号カプラー４０へと与えられる。この特定の実施例において、信号カプラー４０は、１：２スプリッターである。このカプラー４０は、ＲＦ信号を２つのパス４２、４４上へと分割する。パス４２上のＲＦ信号は、位相／減衰調整器（Ｐ／Ａ）４６へと与えられ、これは、制御回路４８からの制御信号に従ってＲＦ信号の位相およびパワーレベルを変える。
代わりに、Ｐ／Ａ４６は、下側のパス４４上のＲＦ信号の位相およびパワーレベルを調整するように下側のパス４４上に位置していてもよい。Ｐ／Ａ４６を上側のパス４４上に位置させることにより、Ｐ／Ａ４６は、上側のパス４４上のゲインをアクティブに保持することができる。Ｐ／Ａを両方のパス４２と４４上に配置するような実施例も可能である。
点ｅにおいて、カプラー５０はＲＦ信号にＳＳパイロット１８（図２Ｅ）を加える。このＳＳパイロットは、ＣＷパイロット（例えば、１９６０ＭＨｚが中心）を擬似ランダムノイズ（ＰＮ）コード（２０ＭＨｚ周波数を有する）と混合するようにミキサー５２を用いて生成される。
従って、この特定の実施例において、ＳＳパイロットは２０ＭＨｚバンド幅で１９６０ＭＨｚを中心とする。ＳＳパイロット抽出パス２４上のスプレッダー／デスプレッダー３０は、ミキサー５２が受信するＰＮコードと合致するように遅延されたＲＦ信号およびＰＮコードを受信するミキサーを備える。この遅延は大まかに、ＲＦ信号が点ｅ〜ｆ〜ａ〜ｂと移動するのにかかる時間に対応する。搬送波１４，１６およびＳＳパイロット３０を含んだミキサー５２からの得られるＲＦ信号は、ＲＦアンプ５４へと与えられる。
ＲＦアンプ５４は搬送波１４，１６およびＳＳパイロット１８を増幅しつつ、点ｆにてＩＭＤ成分２０（図２Ｆ）を発生する。カプラー５８は、結合したＲＦ信号を可変減衰器６０へと与える。この可変減衰器６０は、結合信号の振幅を調整し、下側のパス４４上のＲＦ信号の振幅と合致させる。
点ｇにおいて、結合信号の搬送波１４，１６（図２Ｇ）は、点ｈにおける搬送波１４，１６（図２Ｈ）の振幅に合致し、且つ点ｈにおける搬送波１４，１６（図２Ｈ）と位相が１８０°ずれているように調整されている。従ってＲＦ信号が点ｉにて同じ時間で１８０°位相が外れているように到着するようないずれの適切な遅延６２の後、搬送波１４，１６は点ｉにて相殺され、図２Ｉの波形を得る。
カプラー６４は、図２Ｉの波形を制御回路４８へと与える。制御回路４８はこの波形をモニタリングし、点ｉにて搬送波１４，１６の相殺を改善しょうとするためＰ／Ａ４６へ制御信号を与える。相殺された搬送波１４，１６（図２Ｉ）を含むＲＦ信号がＰ／Ａ３８へ与えられる。
Ｐ／Ａ３８は制御回路３２からの制御信号に従って点ｉにおける搬送話なしＲＦ信号の位相および減衰を調整し、パイロット相殺を改善する。調整されたＲＦ信号は、それを増幅する最終訂正アンプ（ＦＣＡ：final correction amplifier）６６へ与えられる。点ｊ（図２Ｊ）におけるＲＦ信号は、カプラー６８により上側のパス４２上へとつながれ、ＳＳパイロット１８およびＩＭＤの２０を相殺し、点ａにおけるＲＦ出力（図２Ａ）を発生する。
クリッピング回路６０の特定の実施例において、クリッピング回路６０は、いかなる出力のパワーレベルの搬送波パワーの同じパーセンテージをクリッピングする。例えば、クリッピング回路６０は搬送波パワーレベルから一定の２０ｄＢをクリッピングすることができる。図３は、図１のフィードフォワードＲＦアンプ構成で示したクリッピング回路６０の特定の実施例を示す。この実施例において、クリッピング回路６０は、自動ゲイン制御回路の形態であり、これは、クリッピング回路６０の前で出力パワーレベルに関わらず比較的一定に搬送波パワーレベルを保持する。
ＲＦ検出器回路７０は、クリッピング回路７２へと入るＲＦエネルギーレベルを検出する。エラーアンプ７４は検出器回路７０からの出力を定基準電圧Ｖ_refと比較する。エラーアンプ７４の出力は、基準電圧Ｖ_refと一致するＲＦ検出器回路７０の出力にて定検出電圧を保持するように電圧制御減衰器（ＶＣＡ）７６を継続的に調整し、これにより、クリッピング回路６０へと一定のパワーが入ることを確実にする。
このように、いずれの出力パワーレベルにてクリッピング回路７２に入る搬送波支配的(carrier-dominant)スペクトル信号は同じ搬送波パワーレベルを有する。搬送波パワーレベルを保持することにより、特定のダイオード導電電圧を有する１つのダイオードをクリッピング回路７２として用いることが可能になる。クリッピング回路７２，あるいは全体のクリッピング回路６０に対して他の構成も可能である。
上のアプローチは結合信号のパワーレベルを調整して、比較的一定のパーセンテージのクリッピングを与えるようにパワーレベルを保持しているが、変化するパワーレベルに従ってクリッピングをする別のアプローチがある。例えば、図４は、本発明の原理に従うＳＳパイロット抽出システム１２（図１）のクリッピング回路６０の別の実施例を示す。ＲＦ検出器回路８０は、カプラー８２を用いてパイロット抽出パス５８から結合した信号のパワーを検出する。
ＤＣ電圧はＮステージコンパレーター回路８４へと供給され、これは、ＲＦ検出器回路８０からの電圧に従って１つの出力８６ａ〜ｎを接地へと短絡する。この接地に短絡される出力８６ａ〜ｎは対応するダイオード８８ａ〜ｎが導電を始めさせ、これにより、結合信号のパワーレベルに従って、信号のエネルギーリッチな搬送波をパイロット抽出パス５８上にクリッピングする。
この特定の実施例において、クリッピング回路６０は複数のダイオード８８ａ〜ｎを用いている。各ダイオード８８ａ〜ｎは、パイロット抽出パス５８上の搬送波支配的信号に対する特定のパワーレンジの下でクリッピングするように意図されている。各ダイオード８８ａ〜ｎは、異なる出力パワーレンジを取り扱うため異なるダイオード導電電圧を有し、これにより、全てのパワーレンジにて比較的一定のパーセンテージのクリッピングをすることができる。
上で説明した実施例の他に、構成要素を追加あるいは省いたり、説明したＳＳパイロットシステムの一部を変形したりするような本発明の原理に従う別の構成のＳＳパイロット抽出システムも可能である。例えば、クリッピング回路６０は離散的構成要素の異なる構成要素を用いるように示したが、ＳＳパイロット抽出システムおよびその一部は、当業者により理解されるように、ＡＳＩＣ、ソフトウェアドリブンプロセッシング回路、ファームウェア、別の離散的構成要素の構成にて実装することができることに留意されたい。また、クリッピング回路はクリッピングのパーセンテージを変えることができるように設計することができる。
ＳＳパイロット抽出システムの実施例を特定のフィードフォワードＲＦアンプ構成に基づいて説明したが、他のフィードフォワードＲＦアンプ構成にて用いることができる。また、ＳＳパイロット相殺システムは、ＳＳパイロットを２つの搬送波を有するＲＦ信号から相殺するように説明したが、ＳＳパイロット抽出システムは少なくとも１の搬送波あるいは２以上の搬送波を含むＲＦ信号上で動作することができる。また図２Ａ〜Ｇにおいて、拡散信号を垂直線で、逆拡散信号を矩形で示したが、拡散信号と逆拡散信号の両方はよりガウス的形態であってもよい。

Claims (9)

1. 少なくとも１つの搬送波信号を含むＲＦ信号を送信する方法であって、
   第１の結合ステップとして、ＲＦ信号に拡散スペクトルパイロット信号を加えるステップであって、前記拡散スペクトルパイロット信号の振幅が前記ＲＦ信号の振幅よりも小さい、ステップ、
   第２の結合ステップとして、該ＲＦ信号に拡散スペクトル相殺信号を加えるステップであって、該相殺信号が可変の振幅及び位相を有するとともに該拡散スペクトルパイロット信号から導出されるものである、ステップ、
   該第１及び第２の結合ステップの後に、該ＲＦ信号の一部分を分岐するステップ、
   分岐された該ＲＦ信号の一部分から少なくとも１つの搬送波信号をクリッピングするステップであって、これによりクリッピングされた信号を形成する、ステップ、
   少なくとも１つのクリッピングされた搬送波信号が拡散される一方で、該拡散スペクトルパイロット信号が逆拡散されて逆拡散パイロット信号を生成するように、該クリッピングされた信号と拡散コードとを結合するステップ、及び
   該逆拡散パイロット信号を検出して、該ＲＦ信号からの該拡散スペクトルパイロット信号を少なくとも部分的に相殺するために該相殺信号の振幅及び位相を調整する制御信号を生成する、ステップ
   からなる方法。
2. 請求項１記載の方法であって、さらに、
   前記第１の結合ステップの後であって第２の結合ステップの前に、前記ＲＦ信号を増幅するステップ
   からなる方法。
3. 請求項１記載の方法において、前記クリッピングするステップが、前記少なくとも１つの搬送波信号から比較的一定のパーセンテージのパワーをクリッピングするステップからなる方法。
4. 請求項１記載の方法において、前記クリッピングするステップが、
   前記少なくとも１つの搬送波信号を検出して検出信号を生成するステップ、
   基準信号及び該検出信号から得られる比較信号に従って前記搬送波信号を調整するステップ、及び
   該調整するステップの後に前記少なくとも１つの搬送波信号をクリッピングするステップ
   からなる方法。
5. 請求項１記載の方法において、前記クリッピングするステップが、
   前記少なくとも１つの搬送波信号を検出して検出信号を生成するステップ、及び
   該検出信号に従って前記少なくとも１つの搬送波信号をクリッピングするステップ
   からなる方法。
6. ＲＦ信号を発生するＲＦアンプシステムであって、
   該ＲＦ信号に拡散スペクトルパイロット信号を加えるように構成された第１の結合回路であって、前記拡散スペクトルパイロット信号の振幅が前記ＲＦ信号の振幅よりも小さい、第１の結合回路、
   該第１の結合回路の後段に位置し、前記ＲＦ信号を増幅するよう構成された増幅器、
   該ＲＦ信号に拡散スペクトル相殺信号を加えるように構成された第２の結合回路であって、該相殺信号が可変の振幅及び位相を有するとともに該拡散スペクトルパイロット信号から導出される、第２の結合回路、
   該第１及び第２の結合回路を通過した後のＲＦ信号の一部分を受信し、該ＲＦ信号の一部分から得られる少なくとも１つの搬送波信号をクリッピングするように構成されたクリッピング回路、
   該クリッピング回路から該クリッピングされた信号を受信するように構成され、かつ、該少なくとも１つのクリッピングされた搬送波信号を拡散しつつ該拡散スペクトルパイロット信号を逆拡散して逆拡散パイロット信号を生成するように構成された拡散／逆拡散回路、及び
   該逆拡散パイロット信号を検出し、該ＲＦ信号からの該拡散スペクトルパイロット信号を少なくとも部分的に相殺するために該相殺信号の振幅及び位相を調整する制御信号を供給するように構成された制御回路
   からなるＲＦアンプシステム。
7. 請求項６記載のシステムにおいて、前記クリッピング回路が、前記少なくとも１つの搬送波信号から比較的一定のパーセンテージのパワーをクリッピングするように構成されたシステム。
8. 請求項６記載のシステムにおいて、前記クリッピング回路が、前記少なくとも１つの搬送波信号を所定のレベルに調整し、その後前記少なくとも１つの搬送波信号を比較的一定のパーセンテージでクリッピングするように構成されたシステム。
9. 請求項６記載のシステムにおいて、前記クリッピング回路が、前記少なくとも１つの搬送波信号のレベルを検出し、該レベルに従って前記少なくとも１つの搬送波信号を減衰しクリッピングするように構成されたシステム。

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