JP4448676B2 - フィードフォワード歪補償増幅器 - Google Patents

Description

本発明は、歪検出ループと歪除去ループを有したフィードフォワード歪補償増幅器に関し、特に、歪検出ループにおける信号の振幅や位相の制御を効果的に行うフィードフォワード歪補償増幅器に関する。

例えば、ＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）方式などを採用する移動無線通信システムの基地局装置では、送信対象となる信号を増幅器で増幅して無線により送信することが行われる。
また、このような増幅では、増幅器において非線形歪が発生することがあるため、歪を低減させるために、フィードフォワード（ＦＦ）歪補償増幅器などが用いられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−１５１２９４号公報

しかしながら、従来のフィードフォワード歪補償増幅器では、例えば、増幅器により増幅する対象となる信号のレベルにピークが生じるような場合に、高精度な歪補償を行うことが困難であるといった不具合があった。

本発明は、このような従来の事情に鑑み為されたもので、例えば、増幅器により増幅する対象となる信号のレベルにピークが生じるような場合においても、歪検出ループにおける信号の振幅や位相の制御を効果的に行うことができるフィードフォワード歪補償増幅器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るフィードフォワード歪補償増幅器では、歪検出ループと歪除去ループを有した構成において、次のような処理を行う。
すなわち、歪検出ループでは、入力信号を分配し、一方の分配信号の振幅と位相の一方又は両方を信号変化手段により変化させ、信号変化手段による変化後の信号を増幅器により増幅し、増幅器による増幅信号と他方の分配信号から当該増幅信号に含まれる歪成分を検出する。
また、歪除去ループでは、歪検出ループの増幅器による増幅信号から、歪検出ループにより検出された歪成分を除去する。

このような処理において、入力信号レベル変動成分値検出手段が、歪検出ループに入力される信号のレベルの変動成分に関する値を検出する。また、歪成分レベル平均値検出手段が、歪検出ループにより検出される歪成分のレベルの平均に関する値を検出する。そして、歪検出ループ信号変化制御手段が、入力信号レベル変動成分値検出手段による検出値及び歪成分レベル平均値検出手段による検出値に基づいて、歪検出ループの信号変化手段による信号変化を制御する。

従って、歪検出ループに入力される信号のレベルの変動成分に関する値及び歪検出ループにより検出される歪成分のレベルの平均に関する値に基づいて歪検出ループにおける信号の振幅や位相の変化が制御されるため、例えば、増幅器により増幅する対象となる信号のレベルにピークが生じるような場合においても、歪検出ループにおける信号の振幅や位相の制御を効果的に行うことができ、高精度な歪補償を行うことができる。

ここで、歪検出ループや、歪除去ループとしては、それぞれ、種々な構成のものが用いられてもよい。
また、増幅器により増幅する対象となる信号（入力信号）としては、種々な信号が用いられてもよく、例えば、複数のキャリアの周波数信号が多重された信号や、周波数帯域が広帯域である信号などが用いられてもよい。

また、信号変化手段では、例えば、信号の振幅と位相の両方を変化させることが可能な構成が用いられてもよく、或いは、信号の振幅のみを変化させることが可能な構成が用いられてもよく、或いは、信号の位相のみを変化させることが可能な構成が用いられてもよい。

また、信号変化手段としては、例えば、信号の振幅と位相の両方を変化させることが可能なベクトル調整器を用いて構成することや、或いは、信号の振幅を変化させることが可能な振幅変化手段と信号の位相を変化させることが可能な位相変化手段を組み合わせて構成することなどができる。
振幅変化手段としては、例えば、信号の振幅を可変な減衰量で減衰させることが可能な可変減衰器や、信号の振幅を可変な増加量で増加させることが可能な可変増幅器を用いて構成することができる。
位相変化手段としては、例えば、信号の位相を可変な変化量で変化させることが可能な可変位相器（可変移相器）を用いて構成することができる。

また、増幅器としては、種々な構成のものが用いられてもよく、例えば、単数の増幅器が用いられてもよく、或いは、複数の増幅器の組み合わせが用いられてもよい。
また、信号のレベルや、歪成分のレベルとしては、種々なものが用いられてもよく、例えば、振幅のレベルや、電力のレベルを用いることができる。

また、信号のレベルの変動成分に関する値としては、例えば、信号のレベルの変動成分の値が用いられるが、それに関する他の値が用いられてもよく、一例として、所定の特性や所定の条件に基づいて信号のレベルの変動成分の値に対応した値が用いられてもよい。なお、信号のレベルの変動成分としては、例えば、信号のレベルが変動（変化）した量を用いることができ、一例として、信号のレベルが平均値などの所定の値から変動（変化）した量を用いることができ、つまり、平均値などの所定の値とのずれの量を用いることができる。

また、歪成分のレベルの平均に関する値としては、例えば、歪成分のレベルの平均の値が用いられるが、それに関する他の値が用いられてもよい。なお、平均としては、例えば、時間的な平均を用いることができる。

また、入力信号レベル変動成分値検出手段としては、例えば、オフセット回路を用いて構成することができる。
また、歪検出ループ信号変化制御手段により歪検出ループの信号変化手段による信号変化を制御する態様としては、種々な態様が用いられてもよい。
また、歪検出ループ信号変化制御手段では、例えば、信号の振幅と位相の両方の変化を制御する構成が用いられてもよく、或いは、信号の振幅の変化のみを制御する構成が用いられてもよく、或いは、信号の位相の変化のみを制御する構成が用いられてもよい。

一構成例として、入力信号レベル変動成分値検出手段は、歪検出ループに入力される信号のレベルの変動成分の値を検出する。また、歪成分レベル平均値検出手段は、歪検出ループにより検出される歪成分のレベルの平均の値を検出する。そして、歪検出ループ信号変化制御手段は、入力信号レベル変動成分値検出手段による検出値と歪成分レベル平均値検出手段による検出値との加算結果に基づいて、歪検出ループの信号変化手段による信号変化を制御する。

このように、本発明に係るフィードフォワード歪補償増幅器では、歪検出ループにおいて、入力信号を分配し、一方の分配信号の振幅や位相を信号変化機能により変化させ、信号変化機能による変化後の信号を増幅器により増幅し、増幅器による増幅信号と他方の分配信号から当該増幅信号に含まれる歪成分を検出し、また、歪除去ループにおいて、歪検出ループの増幅器による増幅信号から歪検出ループにより検出された歪成分を除去するに際して、歪検出ループに入力される信号のレベルの変動成分に関する値を検出し、歪検出ループにより検出される歪成分のレベルの平均に関する値を検出し、これらの検出値に基づいて歪検出ループの信号変化機能による信号変化を制御するようにしたため、例えば、増幅器により増幅する対象となる入力信号のレベルにピークが生じるような場合においても、歪検出ループにおける信号の振幅や位相の変化の制御を効果的に行うことができ、高精度な歪補償を行うことができる。

本発明に係る一実施例を図面を参照して説明する。
図1には、本発明の一実施例に係るフィードフォワード型の歪補償増幅器（フィードフォワード歪補償増幅器）の構成例を示してある。
本例のフィードフォワード歪補償増幅器には、第1の方向性結合器１と、第1のベクトル調整器2と、主増幅器３と、第1の遅延線４と、第2の方向性結合器５と、第2の遅延線６と、第2のベクトル調整器7と、補助増幅器8と、第３の方向性結合器９が備えられている。

また、本例のフィードフォワード歪補償増幅器には、歪検出器（ＤＥＴ）１１と、制御部（ＣＯＮＴＲＯＬ）１２と、第４の方向性結合器１３と、オフセット回路１４が備えられている。
また、ベクトル調整を行う第１のベクトル調整器２や、ベクトル調整を行う第２のベクトル調整器７は、例えば、可変減衰器と可変位相器（可変移相器）から構成されている。

ここで、本例では、第１の方向性結合器１と、第１のベクトル調整器２と、入力信号を増幅する主増幅器３と、第１の遅延線４と、第２の方向性結合器５から、歪検出ループが構成されている。
また、本例では、第２の方向性結合器５と、第２の遅延線６と、第２のベクトル調整器７と、補助増幅器８から、歪除去ループが構成されている。

本例のフィードフォワード歪補償増幅器により行われる動作の一例を示す。
主増幅器３により増幅する対象となる信号が、第１の方向性結合器１に入力される。
第１の方向性結合器１では、入力信号が分配されて、一方の分配信号が第１のベクトル調整器２へ出力され、他方の分配信号が第１の遅延線４へ出力される。

第１のベクトル調整器２では、加算器１５から入力される制御信号Ｖｃにより制御される態様で、第１の方向性結合器１から入力される一方の分配信号の振幅や位相が変化させられ、当該変化後の信号が主増幅器３へ出力される。
主増幅器３では、第１のベクトル調整器２から入力される信号が増幅されて第２の方向性結合器５へ出力される。これに際して、主増幅器３では、例えば入力信号のレベルが大きい場合に歪が発生して、出力される増幅信号に歪の成分が含まれる。

第１の遅延線４では、第１の方向性結合器１から入力される他方の分配信号が遅延させられて第２の方向性結合器５へ出力される。
第２の方向性結合器５では、主増幅器３から入力される増幅信号が第２の遅延線６へ出力されるとともに、当該増幅信号の一部と第１の遅延線４から入力される信号とが結合されて当該結合結果が第２のベクトル調整器７へ出力される。

第２の方向性結合器５から第２のベクトル調整器７へ出力される信号（結合結果）は、主増幅器３で発生した歪の成分とみなされる。つまり、本例では、第２の方向性結合器５による結合において、主増幅器３による増幅信号の一部から他方の分配信号の成分（入力信号の成分）が除去されるように、歪検出ループにおける第１のベクトル調整器２による振幅や位相の調整量や第１の遅延線４による遅延量が制御される。
このように、歪検出ループでは、入力される信号を主増幅器３により増幅して出力するとともに、歪検出ループの平衡を保つことによって増幅信号中の入力信号成分（基本信号の成分）を抑圧して、例えば、歪の成分のみを抽出する。

第２の遅延線6では、第２の方向性結合器５から入力される増幅信号が遅延させられて第３の方向性結合器9へ出力される。
第２のベクトル調整器７では、第２の方向性結合器５から入力される歪成分の信号の振幅や位相が変化させられ、当該変化後の信号が補助増幅器８へ出力される。
補助増幅器８では、第２のベクトル調整器７から入力される歪成分の信号が増幅されて第３の方向性結合器９へ出力される。

第３の方向性結合器９では、第2の遅延線6から入力される入力信号の増幅信号と補助増幅器８から入力される歪成分の増幅信号とが結合されて、当該結合結果が、歪成分が低減させられた入力信号の増幅信号として出力される。

第３の方向性結合器９から出力される信号（結合結果）は、主増幅器３で発生した歪の成分が補償された主増幅器３による増幅信号とみなされる。つまり、本例では、第３の方向性結合器９による結合において、主増幅器３による増幅信号から歪成分が除去されるように、歪除去ループにおける第２のベクトル調整器７による振幅や位相の調整量や第２の遅延線６による遅延量が制御される。
このように、歪除去ループでは、歪除去ループの平衡を保つことによって増幅信号中の歪成分を抑圧して、例えば、入力信号の増幅信号のみを出力する。

歪検出器１１では、歪検出ループにおける歪成分の検出結果の一部つまり第２の方向性結合器５から第２のベクトル調整器７へ出力される信号の一部が例えば方向性結合器の機能により入力され、入力される信号に含まれる歪成分に関する情報が検出されて、当該検出結果が経路ａ１を介して制御部１２へ出力される。なお、歪成分は、例えば所定の周波数の信号成分を抽出することにより、検出される。
本例では、歪検出器１１により歪成分のレベルの時間的な平均値ＡＶＧが検出されて、当該検出結果が制御部１２に入力される。

制御部１２では、歪検出器１１から入力される検出結果に基づいて、例えば、歪検出器１１により検出される値（歪成分のレベルの時間的な平均値ＡＶＧ）が小さくなるように、第１のベクトル調整器２を制御するための制御信号が経路ａ２を介して加算器１５へ出力される。

なお、歪検出器１１により検出される値を小さくすることは、歪検出器１１による検出結果により特定される基本信号の抑圧量を大きくすることに相当し、つまり、歪検出ループにより検出される歪成分とみなされる信号に含まれる入力信号（基本信号）の成分を小さくすることに相当し、好ましくは、歪検出器１１により検出される値を最小にする態様を用いることができる。

また、本例では、制御部１２から出力される制御信号が加算器１５を介して第１のベクトル調整器２に入力されるが、制御部１２では、歪検出器１１による検出結果に基づいて、当該制御部１２から出力される制御信号が直接的に第１のベクトル調整器２に入力される場合と同じ値を有する制御信号を出力する。

第４の方向性結合器１３では、歪検出ループの第１の方向性結合器１に入力される信号の一部が取得（抽出）されて経路ａ３を介してオフセット回路１４へ出力される。
オフセット回路１４では、入力される信号の変動分が検出されて、当該検出結果が制御信号Ｖｏｆｆとして加算器１５へ出力される。なお、オフセット回路１４は、入力信号の変動分を電圧値へ変換する変換回路である。また、入力信号の変動分としては、例えば、入力信号のレベルの平均値からの変動分が用いられる。

加算器１５では、制御部１２から入力される制御信号とオフセット回路１４から入力される制御信号Ｖｏｆｆとが加算されて、当該加算結果が制御信号Ｖｃとして第１のベクトル調整器２へ出力される。第１のベクトル調整器２では、加算器１５から入力される制御信号Ｖｃに基づく振幅変化や位相変化が信号に対して施される。

本例では、ループの制御用の制御部１２から出力される制御信号の電圧値とオフセット回路１４から出力される制御信号の電圧値（入力信号の変動分の電圧値）Ｖｏｆｆとが加算器１５により加算され、当該加算結果が第１のベクトル調整器２に対する制御信号Ｖｃの電圧値（制御電圧値）となる。これにより、第１のベクトル調整器２では、歪検出ループにおける入力信号の変動に伴って状態が変化する。

具体的には、歪検出器１１及び制御部１２からは歪検出ループにより検出される歪成分信号の平均レベルＡＶＧに対応した制御信号値が出力され、オフセット回路１４からは例えば入力信号の平均レベルからのずれに対応した制御信号値が出力され、そして、これら２つの制御信号値の加算結果が第１のベクトル調整器２の可変位相器や可変減衰器において入力信号のレベルに適した位相変化（位相歪）や振幅変化（振幅歪）を発生する値となるように、オフセット回路１４の入出力の特性が設定されている。

次に、本例のフィードフォワード歪補償増幅器において歪検出ループの第１のベクトル調整器２を制御する処理について、詳しく説明する。
図２には、信号の時間変化の一例として、ＣＤＭＡ方式などに対応した広帯域信号或いは多周波信号の時系列特性の一例を示してある。同図の横軸は時刻（Ｔｉｍｅ）を示しており、縦軸は信号のレベル（ＭＡＧ）を示している。
同図に示されるように、このような信号では、平均電力（平均値）が一定である場合においても、ピーク成分を有しており、信号源を時系列的に見ると図示されるように振幅が変動している。

図３には、一般的な増幅器の入出力特性の一例及び信号の時間変化の一例を示してある。増幅器の入出力特性では、横軸は増幅器の入力信号Ｐｉｎのレベルを示しており、縦軸は増幅器の出力信号Ｐｏｕｔの振幅Ｐｏ及び位相Ｐｈａｓｅを示している。
同図に示されるように、一般的に、増幅器では、入力信号のレベルが非線形領域に近くなると、振幅歪や、位相歪が発生する。一般的に、振幅歪と比べて位相歪の方が対レベル的に早く（低レベルで）生じ、増幅器が有する飽和電力が大きいほど振幅歪及び位相歪は高いレベルで発生する。

ここで、上記図３に示した増幅器における位相の特性が非線形となる位相歪に着目する。
本例では、第１のベクトル調整器２や第２のベクトル調整器７は、減衰器と位相器（移相器）から構成される。

図４には、一般的な位相器の特性の一例を示してあり、本例では、第１のベクトル調整器２の位相器として一般的なものを用いている。同図の横軸は第１のベクトル調整器２の位相器に入力される制御電圧Ｖｃ［Ｖ］を示しており、縦軸は当該位相器から出力される信号の位相［ｄｅｇ］を示している。
同図に示されるように、当該位相器では、制御電圧Ｖｃを変化させることにより、信号の位相が変化する。

位相器における位相の変化の傾きは、位相器の構成方法によって異なる。
一例として、上記図４に示されるように位相特性が一次関数の変化をする位相器を使用する場合を想定する。

図５には、オフセット回路１４への入力信号のレベルが小さい場合における、（ａ）オフセット電圧の波形の一例と、（ｂ）オフセット回路の特性の一例と、（ｃ）入力信号の波形の一例を示してある。
同図（ａ）及び同図（ｃ）では、横軸は時刻（Ｔｉｍｅ）を示しており、縦軸は信号のレベルを示している。
同図（ｂ）では、横軸はオフセット回路１４への入力信号のレベルＰｉｎ［ｄＢ］を示しており、縦軸はオフセット回路１４から出力される制御信号Ｖｏｆｆの電圧値を示している。

同図（ａ）には、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の動きが示されている。この例では、オフセット回路１４の入力が小さい場合を示してあり、線Ａ’から線Ｐ’までの間でオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）が変化する。
同図（ｂ）に示される点線が位相歪の領域を表しており、同図（ｂ）に示される実線が当該位相歪に近似した特性を有するオフセット回路１４の特性を表している。
なお、ここでは、近似式として、指数関数の式を用いている。

同図（ｃ）に示されるようにピーク成分を含んだ信号が、オフセット回路１４に入力される。
入力信号のレベルの平均時には線Ａ（平均値）で示したような電力が入力され、入力信号のレベルのピーク時には線Ｐ（ピーク時）で示したような電力が入力される。このような入力電力に応じて、オフセット回路１４ではオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）が出力される。

図６には、オフセット回路１４への入力信号のレベルが大きい場合における、（ａ）オフセット電圧の波形の一例と、（ｂ）オフセット回路の特性の一例と、（ｃ）入力信号の波形の一例を示してある。
同図（ａ）及び同図（ｃ）では、横軸は時刻（Ｔｉｍｅ）を示しており、縦軸は信号のレベルを示している。
同図（ｂ）では、横軸はオフセット回路１４への入力信号のレベルＰｉｎ［ｄＢ］を示しており、縦軸はオフセット回路１４から出力される制御信号Ｖｏｆｆの電圧値（オフセット電圧の値）を示している。

同図（ａ）には、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の動きが示されている。この例では、オフセット回路１４の入力が大きい場合を示してあり、線Ａ’から線Ｐ’までの間でオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）が変化する。
同図（ｂ）に示される点線が位相歪の領域を表しており、同図（ｂ）に示される実線が当該位相歪に近似した特性を有するオフセット回路１４の特性を表している。
なお、ここでは、近似式として、指数関数の式を用いている。

同図（ｃ）に示されるようにピーク成分を含んだ信号が、オフセット回路１４に入力される。
入力信号のレベルの平均時には線Ａ（平均値）で示したような電力が入力され、入力信号のレベルのピーク時には線Ｐ（ピーク時）で示したような電力が入力される。このような入力電力に応じて、オフセット回路１４ではオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）が出力される。

上記図５に示したように入力信号が小さい場合と、上記図６に示したように入力信号が大きい場合とでは、ピーク平均電力比（ＰＡＲ）［ｄＢ］は変化せず、入力信号の大きさが大きくなると平均電力のみ増加する。
そして、上記図５や上記図６に示されるように、入力信号は線Ａから線Ｐの間で変動し、また、ＰＡＲの変動によってオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）は線Ａ’から線Ｐ’の間の範囲で推移する。

このように、オフセット回路１４では、平均電力に応じて、ピーク分のオフセット量を推移させることが可能である。
つまり、平均電力が小さくてピーク成分が増幅器の非線形領域にわずかに届くようなときには、ピークに応じたオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の変動は小さく、一方、平均電力が大きくてピーク成分が非線形領域にまで到達するようなときには、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の変動を大きくすることが可能である。これにより、ピーク成分による位相歪に応じて、位相器を調整することができる。

ここで、上記のようなオフセット回路１４における近似曲線（指数曲線）は、例えば、一般的なダイオード検波器や、対数−常数（ｄＢｍ−Ｖｏｌｔ）変換の検波ＩＣなどを用いて実現することが可能である。
図７には、一般的なダイオード検波器の特性の一例を示してある。同図の横軸は入力信号のレベルＰｉｎ［ｄＢ］を示しており、縦軸は検波される電圧Ｖｄｅｔ［Ｖ］を示している。

これらの方法では、入力信号の平均成分は例えば上記図６（ａ）に示されるような線Ａ’の直流に近い電圧成分を有するが、一例として、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）のピーク成分を平滑しない程度の小さな容量を介することにより、ピーク成分を抽出することができる。

また、対数−常数変換の検波ＩＣが用いられる場合には、平均電力の大きさにかかわらず、出力電圧の変動は変化がない。
このような場合には、例えば、検波ＩＣの平均値について設けられる閾値によって、検波ＩＣの検出電圧を任意の倍数へ変換する回路を介して、オフセット電圧（Ｖｏｆｆ）を出力する構成を用いることができる。

ここで、このようなオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の近似方法の一例を示す。
図８には、閾値オフセット回路の入出力特性の一例を示してある。
同図の横軸は入力信号のレベルＰｉｎ［ｄＢｍ］を示しており、縦軸は出力されるオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の大きさを示している。また、縦軸には、位相歪に係る位相（Ｐｈａｓｅ）の一例を示している。なお、点線は位相歪を示しており、実線はオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）を示している。

同図に示されるように、入力レベルＰｉｎが小さくて例えば第１の閾値Ｐ１以下（又は、未満）である場合には、平均電力が小さく、直線Ｏ−Ａのように、検波ＩＣの倍率は０となる。
入力レベルＰｉｎが例えば第１の閾値Ｐ１を超えると（又は、以上となると）、つまり点Ａの領域になると、位相歪が発生し始めるため、入力電力点Ａを閾値として、入力レベルに応じた倍率（この例では、線Ａ−Ｂの傾きの値）を検波ＩＣの検波電圧に乗じて、当該乗算結果をオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の値とする。

同様に、入力レベルＰｉｎが例えば第２の閾値Ｐ２を超えると（又は、以上となると）、つまり点Ｂの領域になると、位相歪の傾きの増加に合わせるために、入力電力点Ｂを閾値として、入力レベルに応じた更に大きな倍率（この例では、線Ｂ−Ｃの傾きの値）を検波ＩＣの検波電圧に乗じて、当該乗算結果をオフセット電圧（Ｖｏｆｆ）の値とする。

このような閾値オフセット回路の方法によっても、位相歪を補正することが可能である。
また、例えば、位相器を制御するのと同様な方法などを用いて、減衰器を制御することにより、増幅器の非線形領域の振幅歪について補正することが可能である。

以上に説明したように、本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、歪検出ループが入力信号の変動に追従するように制御され、例えば、瞬時的なピークに平衡した場合においても、補助増幅器８における消費電力の増加につながらない。このため、高効率で歪特性に有利なフィードフォワード増幅が可能となる。

なお、本例では、所望の入力信号に対して、入力が第４の方向性結合器１３から検出器１４を経由して第１のベクトル調整器２を制御するまでの時間と、入力が第１のベクトル調整器１４に到達するまでの時間とを等しくすることが必要となる。このような時間の調整は、例えば、経路ａ３の長さを調整することなどにより可能である。

また、本例では、第４の方向性結合器１３により入力部から信号を抽出する構成を示したが、他の構成例として、第１のベクトル調整器２の手前のところから信号を抽出してオフセット回路１４に入力してもよい。例えば、オフセット回路１４により変動分を抽出する位置により、経路ａ３の長さを短くすることが可能である。

以上のように、本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、入力波に応じてオフセット回路１４の出力を変化させ、オフセット回路１４の出力により歪検出ループにおけるベクトル調整を行うことにより、瞬時ピーク電力に対応することが可能である。

例えば、本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、時系列的に振幅が瞬時変化する多周波信号や広帯域信号や多周波広帯域信号などを効果的に増幅するための歪補償機能を有している。これらの信号は、時系列的に高レベルのピーク成分を有し、また、平均電力に近い時があり、振幅は変動している。本例では、このような時系列に応じて入力される信号の振幅変化に応じて、歪検出ループの第１のベクトル調整器２を自動的に調整することが可能である。

従って、本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、今後に益々行われる無線通信の大容量化による広帯域或いは多周波信号のように時系列に変動する信号を増幅するような場合において、高効率で歪特性の良い増幅器を提供することができる。具体的には、主増幅器３と補助増幅器８の低電力化を図ってコストダウンすることができ、或いは、逆に、フィードフォワード歪補償増幅器の高出力化が可能となり、実用上の効果は極めて大きい。

そして、本例では、フィードフォワード歪補償増幅器が多周波信号や広帯域信号や多周波広帯域信号のように瞬時的に振幅が変動する信号を増幅するような場合に、高レベルなピーク成分が主増幅器３における位相歪の発生するレベルに達するときにおいても、入力信号の振幅変動に応じて歪検出ループの平衡点をずらすことにより、常に、歪検出ループが不平衡になることを防止することができる。

このように、本例では、例えば、フィードフォワード歪補償増幅器の歪特性と消費電力特性のいずれを優先的に選択するかという特性の板ばさみを解決することができ、双方の特性を満足させることができる。

なお、本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、主増幅器３により歪補償の対象となる増幅器が構成されており、歪検出ループの第１のベクトル調整器２の機能により信号変化手段が構成されており、オフセット回路１４の機能により入力信号レベル変動成分値検出手段が構成されており、歪検出器１１の機能や制御部１２の機能により歪成分レベル平均値検出手段が構成されており、加算器１５の機能により歪検出ループ信号変化制御手段が構成されている。

以下で、本発明に関する技術の背景を示す。なお、ここで記載する事項は、必ずしも全てが従来の技術であるとは限定しない。
図９には、フィードフォワード歪補償増幅器の一般的で基本的な構成例を示してある。
本例のフィードフォワード歪補償増幅器の構成は、例えば上記図１に示したものと比べて、第４の方向性結合器１３とオフセット回路１４と加算器１５が備えられておらず、制御部１２からの出力が第１のベクトル調整器２に入力される点を除いては、同様な構成を有している。なお、上記図１と同様な構成部分については、上記図１と同一の符号を付して示してある。

本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、歪検出器１１によって入力信号（基本信号）の抑圧量を検出しており、この抑圧量が最大となるように（歪検出ループにより検出される歪成分信号が最小となるように）、第１のベクトル調整器2を制御部１２により自動的に制御している。

ここで、入力信号のピーク成分が主増幅器３において振幅歪や位相歪の発生するレベルに達している場合について、次の（１）、（２）の構成を考える。
（１）歪検出器１１が平均検出を行う構成について説明する。
このような構成では、歪検出器１１が歪検出ループにより検出される歪成分信号のレベルの平均値を検出し、入力信号のレベルの平均値（例えば、上記図３中の点Ａ）に合わせて歪検出ループが平衡を保つように制御される。

すると、入力信号のピーク成分は主増幅器３における位相歪の領域に入り、これにより、位相の平衡が崩れ、抑圧されないピーク成分が補助増幅器８に入力される。そして、この抑圧されないピーク成分は平衡時における補助増幅器８の入力レベルより高いレベルであるため、補助増幅器８が歪み、フィードフォワード歪補償増幅器の歪として見えてしまう。このような歪を発生させないためには、主増幅器３と補助増幅器８の大電力化が必要となり、必然的にフィードフォワード歪補償増幅器の電力効率が低下してしまう。

（２）歪検出器１１がピーク検出を行う構成について説明する。
このような構成では、歪検出器１１が歪検出ループにより検出される歪成分信号のレベルのピーク値を検出し、主増幅器３が発生する歪量が大きい高レベルでの歪検出が可能となる。しかしながら、入力信号のピーク成分の領域すなわち位相歪が発生する領域（例えば、上記図３中の点Ｐ）に合わせて歪検出ループが平衡するため、平均値部分における位相が一致せずに、平均値部分が抑圧されない。

このため、抑圧されない平均値成分が補助増幅器８に入力され、例えば、補助増幅器８の動作点がＡＢクラス又はＢクラスであるような場合には、補助増幅器８の消費電流が増加して、フィードフォワード歪補償増幅器における全体的な電力効率の劣化の原因となってしまう。

これに対して、本例のフィードフォワード歪補償増幅器では、以上のような問題を解消することができ、上記で説明したように、例えば、主増幅器３により増幅する対象となる入力信号のレベルにピークが生じるような場合においても、歪検出ループにおける信号の振幅や位相の変化の制御を効果的に行うことができ、高精度な歪補償を行うことができる。

ここで、本発明に係るフィードフォワード歪補償増幅器などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。また、本発明は、例えば、本発明に係る処理を実行する方法或いは方式や、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記録する記録媒体などとして提供することも可能であり、また、種々な装置やシステムとして提供することも可能である。
また、本発明の適用分野としては、必ずしも以上に示したものに限られず、本発明は、種々な分野に適用することが可能なものである。

また、本発明に係るフィードフォワード歪補償増幅器などにおいて行われる各種の処理としては、例えばプロセッサやメモリ等を備えたハードウエア資源においてプロセッサがＲＯＭ（Read Only Memory）に格納された制御プログラムを実行することにより制御される構成が用いられてもよく、また、例えば当該処理を実行するための各機能手段が独立したハードウエア回路として構成されてもよい。
また、本発明は上記の制御プログラムを格納したフロッピー（登録商標）ディスクやＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ等のコンピュータにより読み取り可能な記録媒体や当該プログラム（自体）として把握することもでき、当該制御プログラムを当該記録媒体からコンピュータに入力してプロセッサに実行させることにより、本発明に係る処理を遂行させることができる。

本発明の一実施例に係るフィードフォワード歪補償増幅器の構成例を示す図である。 信号の時間変化の一例を示す図である。 増幅器の入出力特性の一例を示す図である。 位相器の特性の一例を示す図である。 小信号時におけるオフセット回路の操作の一例を示す図である。 大信号時におけるオフセット回路の操作の一例を示す図である。 ダイオード検波器の特性の一例を示す図である。 閾値オフセット回路の特性の一例を示す図である。 フィードフォワード歪補償増幅器の構成例を示す図である。

符号の説明

１、５、９、１３・・方向性結合器、 ２、７・・ベクトル調整器、
３・・主増幅器、 ４、６・・遅延線、 ８・・補助増幅器、
１１・・歪検出器、 １２・・制御部、 １４・・オフセット回路、
１５・・加算器、

Claims (1)

1. 歪検出ループと歪除去ループを有し、
   歪検出ループでは、入力信号を分配し、一方の分配信号の振幅と位相の一方又は両方を信号変化手段により変化させ、信号変化手段による変化後の信号を増幅器により増幅し、増幅器による増幅信号と他方の分配信号から当該増幅信号に含まれる歪成分を検出し、
   歪除去ループでは、歪検出ループの増幅器による増幅信号から歪検出ループにより検出された歪成分を除去するフィードフォワード歪補償増幅器において、
   歪検出ループに入力される信号のレベルの変動成分に関する制御信号値を出力する入力信号レベル変動成分値出力手段と、
   歪検出ループにより検出される歪成分のレベルの平均に関する値を検出する歪成分レベル平均値検出手段と、
   歪成分レベル平均値検出手段により検出された歪成分のレベルの平均に関する値に基づいて信号変化手段を制御するための制御信号値を出力する制御手段と、
   入力信号レベル変動成分値出力手段による制御信号値と制御手段による制御信号値とを加算して当該加算結果に相当する制御信号値を出力する加算手段と、を備え、
   加算手段により出力された制御信号値により歪検出ループの信号変化手段による信号変化を制御する、
   ことを特徴とするフィードフォワード歪補償増幅器。

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