JP4071391B2 - フィードフォワード歪補償回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主増幅器にて発生した歪成分を抽出するための歪抽出ループ及びこの歪成分を除去するための歪除去ループを備えたフィードフォワード歪補償回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地上波ディジタルテレビジョン放送やディジタル移動体通信等のシステムでは、送信回路にて高周波（ＲＦ）電力増幅用の増幅器等として用いるため、広い周波数帯域に亘り良好な線形性を呈する増幅器が要求されている。増幅器の線形性を改善するための回路上の工夫としては、フィードフォワード方式の歪補償回路即ちフィードフォワード歪補償回路を使用する方法が従来から知られている。
【０００３】
図５に、主増幅器ＭＡＩＮにフィードフォワード歪補償回路を付加した回路構成を示す。図中、入力端子ＩＮから入力された信号は主増幅器ＭＡＩＮにて増幅され出力端子ＯＵＴを介し後段の回路例えば出力フィルタやその先のアンテナに供給される。主増幅器ＭＡＩＮには、通常、ある程度の非線形性がある。ディジタル地上波テレビジョン放送で使用予定のＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplex)方式等のように多数のキャリアを小さな周波数間隔で並べる多重化方式を採用する場合、主増幅器ＭＡＩＮの非線形性により、キャリア同士の相互変調が生じ、その結果歪が発生する。この相互変調歪をはじめ各種の歪成分を補償すべく、フィードフォワード方式では歪抽出ループＬ１及び歪除去ループＬ２という２種類のフィードフォワードループを用いる。
【０００４】
歪抽出ループＬ１は、入力端子ＩＮから入力される信号を変調器ＭＯＤ１及び主増幅器ＭＡＩＮを介しハイブリッドＨＹＢ２に供給する一方で、変調器ＭＯＤ１及び主増幅器ＭＡＩＮに前置されているハイブリッドＨＹＢ１にてこの入力信号の一部を分岐し歪抽出用フィードフォワード信号として遅延回路ＤＬ１を介しハイブリッドＨＹＢ２に供給し、ハイブリッドＨＹＢ２において主増幅器ＭＡＩＮの出力信号の一部と歪抽出用フィードフォワード信号とを結合させることにより抽出歪信号を生成する構成を有している。変調器ＭＯＤ１は遅延回路ＤＬ１側の信号経路上に配置してもよい。
【０００５】
他方、歪除去ループＬ２は、主増幅器ＭＡＩＮの出力信号をハイブリッドＨＹＢ２及び遅延回路ＤＬ２を介しハイブリッドＨＹＢ３に供給する一方で、歪抽出信号を変調器ＭＯＤ２及び補助増幅器ＳＵＢを介し歪除去用フィードフォワード信号としてハイブリッドＨＹＢ３に供給し、ハイブリッドＨＹＢ３にて主増幅器ＭＡＩＮの出力信号に歪除去用フィードフォワード信号を結合させることにより生成した低歪出力信号を出力端子ＯＵＴから後段に出力する構成を有している。変調器ＭＯＤ２は遅延回路ＤＬ２側の信号経路上に配置してもよい。
【０００６】
遅延回路ＤＬ１における遅延時間は変調器ＭＯＤ１及び主増幅器ＭＡＩＮにおける遅延時間と一致するよう設定されており、また遅延回路ＤＬ２における遅延時間は変調器ＭＯＤ２及び補助増幅器ＳＵＢにおける遅延時間と一致するよう設定されている。変調器ＭＯＤ１及びＭＯＤ２は、可変減衰器若しくは可変利得増幅器と可変移相器との組合せ又は直交変調器として実現される回路であり、制御部ＣＯＮＴにより制御される。
【０００７】
例えば変調器ＭＯＤ１は、ハイブリッドＨＹＢ２にて抽出歪信号生成のため結合の対象となる２種類の信号中のキャリア分の振幅及び位相を一致させ、それによって、抽出歪信号へのキャリア分のリークを抑え主増幅器ＭＡＩＮにて発生する歪成分のみを抽出歪信号として取り出せるようにするための回路であり、ハイブリッドＨＹＢ１から主増幅器ＭＡＩＮを経てハイブリッドＨＹＢ２に到る信号経路上に設けられる。また、変調器ＭＯＤ２は、ハイブリッドＨＹＢ３にて低歪出力信号生成のため結合の対象となる２種類の信号中の歪成分の振幅及び位相を一致させ、それによって、低歪出力信号への歪成分のリークを抑えるための回路であり、ハイブリッドＨＹＢ２から補助増幅器ＳＵＢを経てハイブリッドＨＹＢ３に到る信号経路上に設けられる。
【０００８】
制御部ＣＯＮＴは、図示しないが、回路各所でパイロット信号の挿入・検出を行いその結果に基づき変調器ＭＯＤ１及びＭＯＤ２を制御する。或いは、本願出願人が先の特許出願にて開示した如く、直交検波器によりキャリア分或いは歪成分のリークを検出しその結果に基づき変調器ＭＯＤ１及びＭＯＤ２を制御する。なお、図中のＲはハイブリッドＨＹＢ１及びＨＹＢ３の端子のうち信号入出力に使用しない端子を終端するためのインピーダンス即ちダミーロードである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
フィードフォワード歪補償回路をＲＦ電力増幅等で使用する場合、低歪出力信号を生成するための方向性結合器における損失による電力効率の低下が問題になる。図５に示した回路を例としていえば、低歪出力信号を生成するための方向性結合器即ちハイブリッドＨＹＢ３にて損失が発生するため、その分、低歪出力信号のパワーが落ちる。ハイブリッドＨＹＢ３が結合度＝１０ｄＢのハイブリッドであるならば、０．５ｄＢの損失が生じる。この損失を埋めるには、主増幅器ＭＡＩＮの出力を増加させることが必要であり、主増幅器ＭＡＩＮと歪補償回路の全体で見た場合、主増幅器ＭＡＩＮの出力増加分は電力効率の効率となって現れる。
【００１０】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、比較的簡単な回路変形で或いは回路変形なしに、低歪出力信号生成の際の損失を抑え、主増幅器及び歪補償回路を併せた全体の電力効率を改善することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明においては、主増幅器への入力信号の一部を、歪抽出ループを迂回して歪除去ループに供給し、それにより生じる歪除去用フィードフォワード信号中のキャリア分の増加を以て、低歪出力信号生成の際の損失を補い低歪出力信号のパワーを増大させるようにしている。この動作を実現するため本発明で採用している方法には、大きく分けて、歪抽出ループの制御状態を若干崩す方法と、フィードフォワードループを一つ追加する方法とがある。
【００１２】
まず、歪抽出ループの制御状態を若干崩す方法の前提となるのは、制御部による歪抽出ループ及び歪除去ループの制御が、主増幅器にて発生した歪成分を示す抽出歪信号が得られかつ当該歪成分が抑圧又は低減された信号が低歪出力信号として得られるよう、行われていることである。ここでいう歪抽出ループは、主増幅器への入力信号の一部を分岐することにより生成した歪抽出用フィードフォワード信号と主増幅器からの出力信号の一部とを結合させることにより抽出歪信号を生成するフィードフォワードループであり、歪除去ループは、抽出歪信号に基づき生成した歪除去用フィードフォワード信号と主増幅器からの出力信号とを結合させることにより低歪出力信号を生成するフィーフォワードループである。歪抽出ループの制御状態を“若干崩す”動作は、より厳密には、主増幅器にて発生した歪成分に加え主増幅器への入力信号の一部（主としてキャリア分）も抽出歪信号中に入り込むよう、歪抽出ループの制御状態をオフセットさせることによって、低歪出力信号のパワーを増大させる動作である。
【００１３】
この動作を実現する際には、新たなフィードフォワードループの追加は特に必要でない。従って、新規回路追加等の変形なしに、電力効率を改善できる。また、制御部の実現形態には、ソフトウエア的に実現する形態と、本願出願人が先の特許出願で開示した如く直交検波器等のハードウエアで実現する形態とがある。前者の形態では、歪抽出ループの制御状態を“若干崩す”動作は、ソフトウエアの変形のみで即ち比較的簡便に実現できる。後者の形態では、歪抽出ループの制御状態を“若干崩す”動作は、検波器のオフセット調整によりやはり簡便に実現できる。なお、ここでいう検波器は、抽出歪信号又は歪除去用フィードフォワード信号における入力信号の残留分を検出しその結果である入力信号残留分検出値を示す信号を変調器に与える回路である。ここでいう変調器は、歪抽出用フィードフォワード信号を生成するための分岐点から抽出歪信号を生成するための結合点に到る信号経路上に設けられ検波器による入力信号残留分検出値がより小さくなるよう主増幅器に係る信号の振幅及び位相を調整する回路である。制御部は、低歪出力信号のパワーを直接又は間接検出しその結果に応じかつ低歪出力信号のパワーが増大するよう検波器における入力信号残留分検出値をオフセットさせる。
【００１４】
次に、フィードフォワードループを一つ追加する方法では、制御部が、低歪出力信号のパワーがより大きくなるよう出力補充ループを制御する。ここでいう出力補充ループは、主増幅器への入力信号の一部を分岐することにより出力補充用フィードフォワード信号を生成し抽出歪信号又は歪除去用フィードフォワード信号に結合させるフィードフォワードループである。従って、この方法を用いる場合にも、歪抽出ループの制御状態を“若干崩す”方法と同じく低歪出力新合成性の際の損失を補い電力効率を改善することができる。また、出力補充ループの追加が必要にはなるものの、これは大規模な回路変形乃至追加ではなく、比較的簡便かつ安価に実施できる。
【００１５】
そして、歪抽出ループの制御状態を“若干崩す”方法を実行する際にもフィードフォワードループを一つ追加する方法を実行する際にも、低歪出力信号のパワーを増大させる方向への制御を行うために、低歪出力信号のパワーを直接又は間接的にモニターする必要がある。直接的な方法、即ち低歪出力信号のパワーを検出し、検出値が増大するように制御を行う方法によっても、本発明を実施できるが、より簡便な方法としては、歪除去ループにて歪除去用フィードフォワード信号と主増幅器の出力信号とを結合させる際に発生する損失を検出し、検出した損失がより小さくなるよう歪抽出ループを制御する、という間接的な方法がある。自明な如く、パワーが最大になったことを検出するのに比べパワーが零であることを検出する方が精度よい検出を行うことができる。更に、低歪出力信号を生成する際にハイブリッド等の方向性結合器を用いる場合、低歪出力信号を生成する際の損失をモニターする上で当該方向性結合器の端子を有効活用できる。例えば、図５中のハイブリッドＨＹＢ３の端子のうち一つはダミーロードＲで終端されており、ハイブリッドＨＹＢ３における損失はこのダミーロードＲで消費される電力又は電流として検出できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態に関し図面に基づき説明する。なお、図５に示した従来技術と同様の又は対応する構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１７】
図１に、本発明の第１実施形態に係る歪補償回路を備えた増幅回路の構成を示す。この図に示した回路が図５に示した従来回路と相違する点は、ハイブリッドＨＹＢ３のダミーロードＲにおける消費電力を検出するため、カプラＣを設け、このカプラＣの出力を制御部ＣＯＮＴに供給している点にある。更に、制御部ＣＯＮＴの動作のうち、歪抽出ループＬ１の最適化のための動作、即ち変調器ＭＯＤ１の制御手法は、従来のものと異なっている。
【００１８】
図２に示すように、制御部ＣＯＮＴは、歪抽出ループＬ１及び歪除去ループＬ２を制御する際、まず、これらのループＬ１及びＬ２に係る制御量を演算する（１００）。即ち、変調器ＭＯＤ１及びＭＯＤ２における減衰量及び移相量又はＩ，Ｑ各成分値を決定する。これらの制御量を決定するに際しては、例えば、従来行われていた如く抽出歪信号へのキャリア分の漏れ及び低歪出力信号への歪成分の漏れをパイロット信号を利用して検出し、その検出の結果に基づき制御量を決定する、といった手法を用いてもよいし、或いは、本願出願人が先に提案している如く、パイロット信号を用いた制御の代わりに抽出歪信号や低歪出力信号の直交検波を行いその結果に基づき制御量を決定する方法を、用いるようにしてもよい。
【００１９】
制御部ＣＯＮＴは、決定した制御量を対応するループＬ１又はＬ２中の変調器ＭＯＤ１又はＭＯＤ２に出力する（１０３）。本実施形態においては、この出力に先立ち、歪抽出ループＬ１について調整量を演算し（１０１）、この調整量に基づきループＬ１に係る制御量を調整するようにしている（１０２）。即ち、制御部ＣＯＮＴは、カプラＣを用いて得られる情報特にダミーロードＲにおける消費電力が、ループＬ１に対する制御量の出力によってより小さくなるよう（好ましくは０になるよう）ループＬ１に係る調整量の決定及びその結果に基づく制御量の調整を行う。
【００２０】
ここに、主増幅器ＭＡＩＮの出力及び歪除去用フィードフォワード信号から低歪出力信号を生成する方向性結合器であるハイブリッドＨＹＢ３では、専ら、ダミーロードＲにて電力が消費される。この電力消費は、遅延回路ＤＬ２側からダミーロードＲ側へと回り込む信号と、補助増幅器ＳＵＢ側からダミーロードＲ側へと回り込む信号によって、決定される。従って、補助増幅器ＳＵＢ側からダミーロードＲ側へと回り込む信号に調整を加え、ダミーロードＲにおける電力消費を抑えることが可能である。ダミーロードＲにおける電力消費は、ハイブリッドＨＹＢ３における損失でもあるから、これを抑えれば、低歪出力信号のパワーの増大乃至回路全体の電力効率の改善となる。
【００２１】
本実施形態では、変調器ＭＯＤ１の動作状態を若干崩すことによって、これを達成している。まず、従来は、主増幅器ＭＡＩＮにて発生した歪成分のみが補助増幅器ＳＵＢ側に供給されるよう、言い換えれば抽出歪信号にキャリア分が漏れ出さないよう変調器ＭＯＤ１が制御されていた。本実施形態も、主増幅器ＭＡＩＮにて発生した歪成分を表す信号たる抽出歪信号を生成する点では、従来と同様である。しかし、本実施形態では、キャリア分の漏れ出し＝０の状態を、厳密に実現するのではなく、ハイブリッドＨＹＢ３における歪成分補償の支障とならずかつ低歪出力信号のパワー増大に寄与できる限りにおいて、歪抽出信号へとキャリア分を意図的に漏洩させている。これによって、本実施形態においては、キャリア分を含む補助増幅器ＳＵＢからの出力をもって低歪出力信号のパワーを増大させ、ひいては電力効率の改善を達成している。
【００２２】
図３に、本発明の第２実施形態に係る回路、特に歪抽出ループＬ１の構成を示す。この実施形態においては、少なくとも歪抽出ループＬ１に関し、復調器ＤＥＭ１を用いて変調器ＭＯＤ１における制御量を発生させている。より詳細には、復調器ＤＥＭ１は、カプラＣ１により検出され自動レベル制御回路ＡＬＣ１により定レベル化された歪抽出用フィードフォワード信号を、基準信号として入力する一方で、カプラＣ２により検出された抽出歪信号を、誤差信号として入力する。復調器ＤＥＭ１は、基準信号に基づき誤差信号を検波することによって、変調器ＭＯＤ１に供給すべき制御量を発生させる。図中、ＡＭＰ１は、復調器ＤＥＭ１の出力を増幅して変調器ＭＯＤ１に供給する増幅器である。
【００２３】
この実施形態においては、前述した如く歪抽出ループＬ１の制御状態を若干崩す動作を、復調器ＤＥＭ１のオフセット電圧の調整によって実行している。即ち、カプラＣにより得られる情報に基づき復調器ＤＥＭ１におけるオフセット電圧を調整し、これによって、復調器ＤＥＭ１の出力をずらすことにより、歪抽出ループＬ１の制御状態を若干崩すことが可能である。
【００２４】
図４に、本発明の第３実施形態に係る回路の構成を示す。この実施形態においては、カプラＣ１１によりハイブリッドＨＹＢ１への入力信号の一部を分岐し、可変減衰器ＡＴＴ１及び可変遅延回路ＤＬ３を介してカプラＣ１２により抽出歪信号（又は歪除去用フィードフォーワード信号）にこれを結合させる出力補充ループＬ３が設けられている。即ち、歪抽出ループＬ１の制御状態を崩すのではなく、ハイブリッドＨＹＢ１への入力信号即ちキャリア分を含み歪成分を含まない信号を、歪除去ループＬ２へとフィードフォワードすることによって、補助増幅器ＳＵＢのキャリア出力を増大させひいてはハイブリッドＨＹＢ３における損失の発生を抑えている。
【００２５】
出力補充ループＬ３に設けられている可変減衰器ＡＴＴ１及び可変遅延回路ＤＬ３は、手動調整としてもよいし自動調整としてもよい。手動調整とする場合、制御部ＣＯＮＴの動作手順乃至構成は、図５に示した従来技術と同様のものとすることができる。自動調整とする場合、図１に示した第１実施形態と同様、カプラＣを設け、制御部ＣＯＮＴが、カプラＣを用いて得られる情報に従い可変減衰器ＡＴＴ１及び可変遅延回路ＤＬ３を制御することによって、ダミーロードＲにおける消費電力を抑えることとする。
【００２６】
なお、以上の説明では、カプラＣをダミーロードＲに設けていたが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではない。例えば、出力端子ＯＵＴ近傍にカプラＣを設け、低歪出力信号のパワーが最大になるように制御乃至調整を施すようにした構成も、本発明に包含されるものとする。また、ハイブリッドＨＹＢ３の結合度により、本願各実施形態における出力増加又は電力効率改善の効果は異なるものとなる。例えば、図５に示した回路においてハイブリッドＨＹＢ３の結合度は１０ｄＢでありその損失が０．５ｄＢであるとする。同じハイブリッドを図１中のハイブリッドＨＹＢ３として用い、補助増幅器ＳＵＢのキャリア出力を主増幅器ＭＡＩＮのそれの−１０ｄＢとすると、出力端子ＯＵＴに現れる出力は、主増幅器ＭＡＩＮの出力に対して−０．５ｄＢから＋０．５ｄＢへと、即ち１ｄＢ、増加する。この増加量は、ハイブリッドＨＹＢ３の結合度に依存している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態に係る回路の構成を示すブロック図である。
【図２】 この実施形態における制御部の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】 本発明の第２実施形態に係る回路の一部構成を示すブロック図である。
【図４】 本発明の第３実施形態に係る回路の構成を示すブロック図である。
【図５】 従来技術に係る回路を示すブロック図である。
【符号の説明】
ＡＴＴ１ 可変減衰器、Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１１，Ｃ１２ カプラ、ＤＥＭ１復調器、ＣＯＮＴ 制御部、ＤＬ１，ＤＬ２ 遅延回路、ＤＬ３ 可変遅延回路、ＨＹＢ１，ＨＹＢ２，ＨＹＢ３ ハイブリッド、Ｌ１ 歪抽出ループ、Ｌ２歪除去ループ、Ｌ３ 出力補充ループ、ＭＡＩＮ 主増幅器、ＭＯＤ１，ＭＯＤ２ 変調器、Ｒ ダミーロード、ＳＵＢ 補助増幅器。

Claims (4)

1. 主増幅器への入力信号の一部を分岐することにより生成した歪抽出用フィードフォワード信号と主増幅器からの出力信号の一部とを結合させることにより抽出歪信号を生成する歪抽出ループと、抽出歪信号に基づき生成した歪除去用フィードフォワード信号と主増幅器からの出力信号とを結合させることにより低歪出力信号を生成する歪除去ループと、主増幅器にて発生した歪成分を示す抽出歪信号が得られかつ当該歪成分が抑圧又は低減された信号が低歪出力信号として得られるよう歪抽出ループ及び歪除去ループを制御する制御部と、を備えるフィードフォワード歪補償回路において、
   制御部が、主増幅器にて発生した歪成分に加え主増幅器への入力信号の一部も抽出歪信号中に入り込むよう、歪抽出ループの制御状態をオフセットさせることによって、低歪出力信号のパワーを増大させ、
   歪抽出ループが、歪抽出用フィードフォワード信号を生成するための分岐点から抽出歪信号を生成するための結合点に到る信号経路上に設けられた変調器を備え、
   制御部が、定レベル化された歪抽出用フィードフォワード信号が基準信号として入力され、抽出歪信号が誤差信号として入力される検波器であって、基準信号に基づき誤差信号を検波することによって変調器に供給すべき制御量を出力する検波器を備え、検波器におけるオフセット電圧の調整により検波器が出力する制御量をずらすことで、歪抽出ループの制御状態をオフセットさせることを特徴とするフィードフォワード歪補償回路。
2. 請求項１記載のフィードフォワード歪補償回路において、
   制御部が、歪除去ループにて歪除去用フィードフォワード信号と主増幅器の出力信号とを結合させる際に発生する損失を検出し、検出した損失に基づき検波器におけるオフセット電圧を調整することを特徴とするフィードフォワード歪補償回路。
3. 主増幅器への入力信号の一部を分岐することにより生成した歪抽出用フィードフォワード信号と主増幅器からの出力信号の一部とを結合させることにより抽出歪信号を生成する歪抽出ループと、抽出歪信号に基づき生成した歪除去用フィードフォワード信号と主増幅器からの出力信号とを結合させることにより低歪出力信号を生成する歪除去ループと、主増幅器にて発生した歪成分を示す抽出歪信号が得られかつ当該歪成分が抑圧又は低減された信号が低歪出力信号として得られるよう歪抽出ループ及び歪除去ループを制御する制御部と、を備えるフィードフォワード歪補償回路において、
   主増幅器への入力信号の一部を分岐することにより出力補充用フィードフォワード信号を生成し抽出歪信号又は歪除去用フィードフォワード信号に結合させる出力補充ループを備え、
   制御部が、低歪出力信号のパワーがより大きくなるよう出力補充ループを制御することを特徴とするフィードフォワード歪補償回路。
4. 請求項１乃至３のいずれか記載のフィードフォワード歪補償回路において、
   制御部が、歪除去ループにて歪除去用フィードフォワード信号と主増幅器の出力信号とを結合させる際に発生する損失を検出し、検出した損失がより小さくなるよう歪抽出ループを制御することにより、低歪出力信号のパワーを増大させることを特徴とするフィードフォワード歪補償回路。

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