JP4913304B2 - Ｒｆパワーアンプの予歪み付与およびフィードフォワード線形化を制御するためのスペクトル歪みモニター - Google Patents
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Description
【０００１】
（発明の分野）
本発明は広くはラジオ周波数（ＲＦ）通信システムに関し、特にキャリア打ち消しコンバイナーの動作を最適化するように働くスペクトル歪み計測および差分結合手法を採用しているＲＦパワーアンプ線形化メカニズム、およびＲＦアンプの出力に生成される相互変調歪みが最小化されるようなＲＦパワーアンプの予歪み付与およびフィードフォワードループに向けられている。
【０００２】
（発明の背景）
連邦通信委員会（ＦＣＣ）の仕様および規制はライセンスを受けたチャンネルあるいは該当の帯域の外側に溢れ出るエネルギーの量が急峻に減衰すること（例えば、50dBのオーダーに）の要求を含む非常に厳格な帯域中の制限を通信サービス提供者が守ることを要求している。このような制限はＦＭのような伝統的な変調フォーマットについては即座に解決可能ではあるが、これらはＭアレー変調のような最新のディジタルベース変調フォーマットを使って達成することは困難である。
【０００３】
このような変調技術を使っている産業あるいは規制ベースのスタンダードに十分に合致する側帯波の減衰は直線性の高い信号処理システムおよび構成要素を必要としている。比較的直線性のある構成要素は電話回線網の比較的低い帯域中（ベース帯域）については合理的なコストで得ることが出来るが、ＲＦ周波数でのパワー増巾器のような線形化構成要素は実現不可能な程度に高価である。
【０００４】
ＲＦパワー増巾器を線形化する際の基本的な困難はそれは本質的に非線形の装置であり、かつ望んでいない相互変調歪み積（IMDs）を生成すると云う事実である。IMDsはＲＦ入力信号とは別個に増巾されたＲＦ出力信号に擬似信号として現われる。IMDのもう一つの出現はＲＦ入力信号によって占められてはいなかったスペクトル領域中へコンパクトなスペクトルのスペクトル再生あるいは拡張である。この歪みは増巾された出力信号の位相振巾を入力信号の位相振巾から遠ざける働きをし、かつこのＲＦ入力信号の偶発的な（そして望ましくない）増巾器を発生源とする変調と考えてもよい。
【０００５】
線形のＲＦパワー増巾器を構成するストレートな一つの方法は、線形ＲＦパワー増巾器を出来るだけ大きくそして高パワー装置として作り、しかし増巾器をそのＲＦ増巾器の伝達関数が比較的線形である低い電力レベルでのみ（即ちその定格出力パワーの小さなパーセンテージで）動作させることである。このアプローチの明らかな欠点は高価でかつサイズの大きいＲＦ装置の大部分を殺して使っていると云う問題である。このような問題点を解決しているその他の公知技術にはフィードバック修正技術、フィードフォワード修正技術および予歪み付与修正がある。フィードフォワードおよび予歪み付与修正はしかしこの点に関しての制限はない。
【０００６】
フィードバック修正技術は極エンベロープ修正（米国特許NO.5,742,201に述べられているような）、およびＲＦ増巾器の出力での歪み成分がリアルタイムでその増巾器への入力信号を直接変調するように使われるガウス座標系のフィードバックを含んでいる。フィードバック技術は他の設計領域におけるネガティブフィードバック技術がそうであるように自己収斂の利点を有している。しかしネガティブフィードバックを採用しているシステムは小さな帯域巾に渡っては安定した状態を維持するがしかし多重キャリアあるいはW-CDMAのような広帯域中の環境での適用は不可能である。
【０００７】
フィードフォワードのアプローチでは、ＲＦ増巾器の出力信号中に存在するエラー（歪み）が抽出され、適切なレベルに増巾され、そしてその次に同じ振巾でしかし逆位相で増巾器の出力通路に再注入される。したがって（理想的には）そのＲＦ増巾器の歪みは効果的に打ち消されることになる。
【０００８】
予歪み付与修正の場合には、信号はＲＦ増巾器の上流側のＲＦ入力信号通路上で変調される。理想的な予歪み付与信号はそのＲＦ増巾器の歪伝達関数に影響された時それが効果的にその歪み挙動を打ち消すように高パワーＲＦ増巾器の出力の所で期待されている歪の逆あるいは補完の特性を有している。
【０００９】
予歪み付与あるいはフィードフォワードのいずれもＲＦ増巾器の出力中のエラー信号成分を抽出しそしてそのＲＦ増巾器の抽出したエラーの挙動に従って増巾器出力中の歪みを効果的かつ連続的に最少化するようにその制御信号を調整することによって適応させることが出来る。
【００１０】
エラー信号成分を抽出する従来のメカニズムの１つは増巾器を通る信号通路中にパイロット（トーン）信号を注入しそしてその増巾器の応答を測定することである。パイロットトーンを使用することの本質的な欠点は専用のパイロット発生回路を必要とすることとそのパイロットトーンをその増巾器の信号帯域巾中に置くことの困難性である。
【００１１】
さらにパイロットトーンの注入は望ましくないピークの発生を引き起し；また同様にパイロットシステムと云うものはその制御器がパイロット上でそしてIMD上ではなく動作していると云う点でオープンループである。従って、このシステムは単にIMDが適切に打ち消されつつあることを推測するに過ぎない。
【００１２】
その他のアプローチは高パワーキャリアの存在下で低レベルの歪みを検出するため高い傍受受信器を使用すること、このことは相当な複雑さとコストを加えることになる、および広帯域のコーリレーターを使用することを含んでいる。後者のメカニズムはスペクトル歪み成分にではなくそれは広帯域のエネルギーの測定に依存するという事実の影響を受けることになる。
【００１３】
（発明の要約）
本発明によれば、キャリア打ち消しコンバイナーの動作、およびＲＦパワーアンプの予歪みおよびフォードフォワードループは、（ＲＦ入力信号と関連する）“参照”信号ポートにおける、および（そのアンプの種々のパラメーター調整位置と関連している）複数の“テスト”信号ポートにおいて（高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ベースの）スペクトルパワー測定を実行するスペクトル歪み測定手法によってＲＦアンプの出力におけるIMD成分を最少化するように制御される。この制御およびテストポートから引き出された信号はベース帯域にダウンコンバートされ、帯域パスフィルターがかけられ、サンプリングされそしてアンプの信号基礎構造の全帯域のスペクトルである“スナップショット”として格納される。
【００１４】
参照ポートから引き出されたデータおよびテストポートからのデータのディジタル信号処理ベースの制御器による平均値化されたFFTは各サンプルされた信号セットのスペクトル情報を与える。コントロールデータのFFTはベースラインを確立するためにプロセスされ、それとテストデータのFFTが比較され種々の制御パラメータのための調整信号が生成され、それを通してアンプによって導入されたIMDが最少化される。RFアンプの動作は継続的にモニターされそしてその制御パラメータはそのアンプの特性中におけるドリフトを補償するために必要に応じて修正される。
【００１５】
望ましい、しかし発明を限定するようには働かない一実施例によれば、本発明は、デジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路および主RFアンプへのRF入力信号通路中に持ち込まれたデジタル的に制御される予歪み付与ユニットを有している。この予歪み付与ユニットは制御器からの重み係数を受け取るように結合している仕事関数ベースのベクトル変調器を含んでいても良い。それはRFアンプによって導入されたあらゆる相互変調（スペクトル再生）歪み積（IMD）を含んでいるので、そのアンプの出力はコントローラーへのテスト入力の一つとしてモニターされる。
【００１６】
この主RFアンプの出力はさらにキャリア打ち消しコンバイナーに結合されており、その第2の入力はRF入力信号ポートからフィードフォワード通路に結合されている。このRF入力信号ポートからのフィードフォワード通路は固定の遅延および可変の遅延ユニットを有しており、そしてこの主RFアンプを通る信号通路の伝搬遅延を実質的に等しくするように働き、そしてそうすることによってこのキャリア打ち消しコンバイナーに加えられる信号の適切な位相整合を与える。このキャリア打ち消しコンバイナーの出力はフィードフォワードエラーアンプのゲインおよび位相調整回路に結合されており、その出力はフィードフォワードIMD打ち消しのためにRFアンプの出力通路に再注入される。
【００１７】
このDSPベースの制御器は種々のスペクトル歪み測定動作、およびこれに限定されるわけではないベキあるいは最少平均２乗最少化のようなエラー最少化アルゴリズムを実行し、RF出力ポートにおけるIMD成分を最適に打ち消す目的で主RFアンプおよびエラーアンプの両方における可変ゲインおよび位相シフト成分を制御する。これはまたRF入力信号の瞬時の振巾のそれぞれに異なる仕事関数から引き出される仕事関数ベースの予歪み付与制御信号を生成し、主RFアンプへのRF入力信号の位相および振巾成分に予歪みを与える。
【００１８】
このDSP制御器はコントロールおよびテストポートから引き出されたスペクトルデータサンプルを処理するように働き、そしてそれから主RFアンプの歪みを補償するために必要に応じて制御要素のパラメータを調整する。キャリアの打ち消しを最大にするため、この制御器はRF入力信号中に存在するあらゆるキャリアおよびノイズフロアーを特定するために制御データを（FFT）処理する。このデータのFFT処理はキャリア成分が位置しているスペクトル以外の部分の１ないしそれ以上の周波数ビン中のスペクトルエネルギーをこのキャリア打ち消しループに誤って影響を与えることを避けるために選択的に放棄することを可能としている。
【００１９】
キャリア成分の最適（最大）打ち消しは以下の式を最大にするように、RF入力信号通路中のゲインおよび位相調整回路および調整可能な遅延ユニットを調整することによって達成される：
ここでＮは全キャリアの数、
CiはNの内のキャリアiの平均パワー、およびRiはNの内残りのキャリアiの平均パワー。
【００２０】
この式を最大にすることは、キャリアを含んでいるそれら以外のビン中の周波数ピークの影響に最大化動作をさらすことなしに、キャリア打ち消しコンバイナーの出力における特定された残留キャリア成分中の平均エネルギーを出来るだけ０に近づけるように（最適キャリア打ち消し）低減する効果を有している。
【００２１】
主RFアンプへの入力における予歪み付与成分を最適に制御するために、主RFアンプのモニターされた出力のFFTからコントロールデータのFFTを差し引きIMD成分を得ている；
そうして予歪み付与ユニットのゲインおよび位相調整回路は次の式を最少化するように調整される：
ここでDiは上記の引き算の結果であるN個の検出されたスペクトル成分の内の歪み成分iである。
【００２２】
最適のフィードフォワード補償のために、コントロールデータのこのFFTはフィードフォワード再注入ポートの下流側でモニターされたRF出力信号のFFTから引き算される。フィードフォワードエラーアンプのゲインおよび位相調整回路は次の式を最少化するように調整される：
ここでDiは上の引き算の結果であるN個の検出されたスペクトル成分中の歪み成分iである。
【００２３】
（実施例の説明）
本発明による新規でかつ改良されたRFパワー増巾器スペクトル測定および歪み修正メカニズムを詳細に説明する前に、本発明は、主として従来のRF回路、関連するディジタル信号処理要素およびそのような回路および要素の動作を制御する付随する監視制御回路の所定の配置にあるという点に気付いてほしい。その結果として、そのような回路要素の構造およびそれらがその他の通信システム装置とインターフェースする方法はその大部分について直ぐに理解可能なブロック図で図示されており、そしてこれらのブロック図はこの中の記述の利益を受けるこの分野の当業者にとっては即座に明らかであるような点を詳細に述べて開示内容が不明瞭にならないように、本発明に関連のあるそれらの詳細な点だけを示している。従ってブロック図による図示は主としてそれらの構成要素を便利のいい機能ごとにグルーピングし、従って本発明が即座に理解出来るような形で示すことを意図している。
【００２４】
図１を参照すると、本発明によるRFアンプスペクトル測定および歪み修正方式の発明を限定するようには働かない実施例がブロック図で示されており、それはRF入力ポート11を有しており、そこには増巾されるべきRF信号RFinが、結合されている。このRF入力ポート11は入力信号通路13を通してその非線形のスペクトル歪み（IMD）導入挙動が補償される主RFパワーアンプ（あるいはベースパワーモジュール（BPM））20に結合されている。RFアンプ20へのこの入力信号通路13はそれぞれディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路14および15、およびディジタル的に制御される予歪み付与ユニット16を有している。
【００２５】
望ましいしかし発明を限定するようには働かない例として、このディジタル的に制御される予歪み付与ユニット16は動作モニタリングおよびパラメータ更新ディジタル信号プロセッサー（DSP）ベースのコントローラー50によって供給される一組の重み係数W0，W1，W2・・・Wnを受け取るように結合されている仕事関数ベースのベクトルモジュレータを含んでいてもよい。このDSPコントローラ50は予歪み付与ユニット16の予歪み付与特性を調整するためにスペクトル歪み測定およびエラー最少化アリゴリズム（以下で説明する）を実行し、そしてまた、以下で説明するが、入力信号通路のディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路14および15、エラーアンプ40へのフィードフォワードループ43のディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路44および45およびキャリア打ち消しコンバイナー60へのフィードフォワード通路23中に結合されている調整可能な遅延ユニット22を制御する（コントローラ50からの制御線51は制御されているそれぞれの構成要素と関連している下付き文字を付して示されている）。
【００２６】
RFパワーアンプ20の出力は下流側の遅延ユニット17および循環器18を介してRF出力ポートRFoutに結合されている。RF出力方向性カプラー19はフィードフォワード再注入方向性カプラー47の手段によってアンプの出力通路に結合されている。このRF出力方向性カプラー19はRFアンプによって導入された相互変調（スペクトル再生）歪み積（IMD）およびフィードフォワード注入によるそこでの減少分を含む合成の増巾されたRF信号を表わす（OUT）を引き出すために使われるテスト信号ポートとして働いている。
【００２７】
この引き出されたRF出力信号（OUT）はこの方向性カプラー19からDSP制御されるスイッチ30の第1の入力31に結合されている。DSPコントローラ50がRF入力信号RFinを参照あるいはコントロール信号“SRC”としてモニターすることを可能とするために、このRF入力ポート11は方向性カプラー21を介して制御されるスイッチ30の第2の入力32に結合されている。
【００２８】
スイッチ30の出力35はミキサー70の第1の入力71に結合されており、その入力72は局部発振器75によって与えられるIF周波数を受けるように結合されている。このミキサー70はスイッチ30の出力をベース帯域にダウンコンバートするように働いている。このベース帯域信号は、以下で説明するように、次に帯域フィルター76中でフィルターがかけられ、高速アナログディジタル変換器（ADC）77によってディジタル化され、そして次にDSPコントローラ50による分析のためにバッファーメモリー79中に格納される。スイッチ30の制御動作およびメモリ79の読み書き制御はDSPコントローラ50から制御リンク52によって制御される。
【００２９】
キャリア打ち消しコンバイナー60（これはウイルキンソンコンバイナーとして構成されてもよい）へのフィードフォワード通路23はRF入力通路13からキャリア打ち消しコンバイナー60の第1の入力61の間に可変遅延ユニット22と直列に結合された固定遅延線24を有している。キャリア打ち消しコンバイナー60の第2の入力ポート62は方向性カプラー25を介してRFアンプ20の出力に結合されている。この遅延はフィードフォワード通路の伝搬遅延をRFアンプを通るRFキャリア打ち消しコンバイナー60の第2の入力ポート62までのRF信号通路と実質的に等しくしかつこのコンバイナーに加えられる信号の位相整合を確実にするために採用される。
【００３０】
RFアンプ20の出力の所で方向性カプラー25によって引き出された分割されたRF出力信号をフィードフォワード通路23の分割されたRF参照あるいは入力信号RFinから引き算することによってこのキャリア打ち消しコンバイナー60はその出力端でRFキャリア成分を打ち消し、そしてRFアンプ20の出力のIMD部分を表わす信号“Eamp”を生成する。この信号Eampはそれぞれディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路44および45にそしてエラーアンプ40に結合されており、その出力は、上で説明したように、方向性カプラー19の上流側に設けられた方向性カプラー47によってRFアンプ20の出力通路に再注入されている。この信号Eampはキャリア打ち消しコンバイナー60の出力の所のフィードフォワードループ43と共に設けられ、そして被制御スイッチ30の第3の入力33に結合されているもう１つのテストポート方向性カプラー65を介して引き出されている。もう１つの方向性テストポートカプラー46は主RFアンプ20の出力の所の方向性カプラー25からの通路に結合されており、そしてアンプ20の増巾された出力を表わしているもう１つの信号“BPM”を被制御スイッチ30の第4の入力34に与えている。
【００３１】
上で簡単に説明したように、DSPベースのコントローラ50はRF出力ポートRFoutでIMD成分を最適に打ち消す目的で、種々のスペクトル歪み測定動作、および主RFアンプおよびエラーアンプの信号通路中における可変ゲインおよび位相シフト成分を制御するためのエラー最少化アルゴリズム（例えば、パワーあるいは最少平均2乗最少化）を利用している。それはまた主RFアンプへのRF入力信号の位相および振巾成分に予歪みを与えるためにRF入力信号の瞬時の振巾のそれぞれ異なる仕事関数から引き出される仕事関数ベースの予歪み制御信号を生成する。
【００３２】
本発明によれば、そして以下に図2〜5を参照して説明するように、DSPコントローラ50はベース帯域にダウンコンバートされ、帯域パスフィルターをかけられ、サンプリングされそして次に全帯域のスペクトル合成の画像あるいは“スナップショット”として格納されるモニターされた参照ポート信号“SRC”およびテストポート信号“OUT”,“Eamp”および“BPM”の各々の周波数スペクトルの部分あるいはビン中の実効的な（高速フーリエ変換（FFT）ベースの）スペクトルパワー測定を実行する。（SRCポートと関連した）参照データサンプルおよび（OUT，EampおよびBPMポートに関連した）テストデータサンプルのそれぞれの組みの平均化されたFFTはそれぞれのスペクトルスナップショットの各サンプルされた信号セットに対するスペクトル情報を得るために実行される。この制御（SRC）データはベースラインを確立するために処理され、そしてテストデータはこれと比較され様々のコントロールパラメータについての調整信号を生成しそしてそれによって主RFアンプによって導入されたIMDを最少化する。この最初に修正されたコントロールパラメータを使って、主RFアンプの動作がその後連続してモニターされそしてアンプ特性のドリフトを補償するため必要に応じてパラメータが調整される。
【００３３】
キャリア打ち消し（テストデータ：Eamp）
RFキャリア打ち消しコンバイナー60によるキャリア打ち消しを最大化するため、DSPコントローラはRF入力信号中にある、図２のスペクトル図中の201および202で示されているような、あらゆるキャリアおよびノイズフロアーを特定するためにSRCデータを（FFT）処理する。そのデータをキャリア成分が特定されたスペクトルのその部分にだけ制限することによって、興味の対象のキャリア周波数領域外のその他のスペクトルエネルギーが放棄され、そしてキャリア打ち消し動作に（誤って）影響を与えることがないようにしている。
【００３４】
キャリア打ち消しテストデータ（Eamp）のFFT処理は図3のスペクトル図に示すようなスペクトル分布を典型的に生成する、これは（それぞれ図2のキャリア201および203に関連している、そして振巾の低減された）残りのキャリア成分301および302を、同様にそのエネルギーがキャリアの打ち消しに寄与してはならないキャリアを含んでいるスペクトル領域の外側のスペクトル領域あるいはビン303および304中に示されている擬似の（IMD）成分を、含んでいる。キャリア成分の最適（最大）打ち消しは次の式（１）を最大化するようにゲインおよび位相調整回路14および15および調整可能な遅延ユニット22を調整することによって達成される：
ここでNは全キャリアの数、CiはNの内のキャリアiの平均パワー、そしてRiはNの内の残りのキャリアiの平均パワー。
【００３５】
図2及び図3のスペクトル図の比較から分かるように、式（１）を最大にするということは、これらキャリアを含んでいる以外の周波数ビン中の擬似成分中のエネルギーにこの最大化動作が影響を受けること無しに、キャリア打ち消しコンバイナー60の出力における特定された残りのキャリア成分の平均エネルギーを出来るだけ0に近づけるように低減する（最適キャリア打ち消し）効果を有する。このことは（IMDおよび同時に測定されるキャリアの両方に関して）キャリア打ち消しの直接の手段を与えるので、このシステムは、従来のコーリレーターベースあるいはパワー検出器によるエネルギー最少化アプローチでは達成出来なかった、そのシステムが適切に機能しているか否かを、実効的に“知る”ことになる。
【００３６】
さらにそのような従来のパワー検出器によるエネルギー最少化およびコーリレーターベースの方式は、入力駆動パワーの影響を受けそしてパワーがあるか無いかを判断することが出来ない。本発明はこのような状態下での制御ループを“中断する”ための追加の回路の必要を回避し、そしてゼロー入力ドリフトを排除している。さらに調整可能な遅延要素22の使用はこの発明があらゆる信号の誤調整による遅延を検出しそして最適に同調することを可能とし、従ってキャリア打ち消しを最大化する。
【００３７】
１つの代案として、キャリア打ち消しは次の最少化ルーチンに従って実行してもよい：
ここでNは全キャリアの数、そしてRiは参照ポート中で特定されたキャリアの残りのキャリアビンと等しい。全てのその他のビンは放棄される。
【００３８】
予歪み付与（テストデータ：BPM）
上で説明したキャリア打ち消しの場合と同様に、DSPコントローラ50は、図2のスペクトル図中に示されているようなRF入力信号中に存在するあらゆるキャリアおよびノイズフロアーを特定するためSRCデータを（FFT）処理する。予歪み付与テストデータ（BPM）のFFT処理は図4のスペクトル図に示すようなそれぞれ図2のキャリア201および202と関連している増巾されたキャリア成分401および402、同様にこのキャリアのスペクトル領域の外側に横たわっている領域403および404中に示されているIMD成分を有しているスペクトル分布を典型的に生成する。
【００３９】
最適な予歪み付与は、IMD成分（図4の領域403および404における）を得るために、まずテストデータ（BPM）のFFTBPMからまず制御データ（SRC）のFFTSRCを引き算し、そして次の式（２）を最少化するようにゲイン位相調整回路14および15および予歪み付与ユニット16を調整することによって達成される；
ここでDiはFFTBPM-FFTSRCの結果であるN個の検出されたスペクトル成分の内の歪み成分iである。
【００４０】
替りの予歪み付与方法として、それぞれは同じIMD情報を含んでいるので、EAMPがBPMポートの替りにテストポートとして採用されてもよい。
【００４１】
本発明は、キャリアが存在する状態でIMDを最少化することを可能とするので、予歪み回路における変化を検出するためある量のキャリアエネルギーの除去を必要とし従ってキャリアエネルギーが漏洩すれば漏洩する程性能モニターの能力の低減をもたらすキャリアエネルギー除去ベースのアプローチでの問題を回避する。
【００４２】
フィードフォワード修正（テストデータ：OUT）
上で説明したキャリア打ち消しおよび予歪み付与動作におけるように、DSPコントローラー50はRF入力信号中に存在するあらゆるキャリア（図2）およびそのノイズフロアーを特定するためのSRCデータを（FFT）処理する。フィードフォワードデータ（OUT）のFFT処理は図５のスペクトル図に示すような（それぞれ図2のキャリア201および202と関連している）増巾されたキャリア成分501および502、同様にキャリアのスペクトル領域の外側に横たわっている領域503および504中に示されている（低減した振巾を有する）IMD成分を含んでいるスペクトル分布を典型的に生成する。
【００４３】
最適のフィードフォワード補償はまず最初に（図5の領域503および504における）IMD成分を得るために、テストデータ（OUT）のFFTOUTから制御データ（SRC）のFFTSRCを引き算することによってそして次の式（3）を最少化するようにゲインおよび位相調整回路44および45を調整することによって達成される：
ここでDiはFFTOUT-FFTSRCの結果であるN個の検出されたスペクトル成分の内の歪み成分iである。
【００４４】
本発明のスペクトル低減メカニズムは出力遅延ラインおよびフィードフォワード通路の振巾および位相差を測定するパイロットトーンベースのシステムに関して特に有効である。この発明は、制御ループの“ターゲット”のドリフトを引き起こし（そしてパイロットトーンシステムの定期的な再較正を必要とする）アンプにおける変化を本質的に補償し、そして従って実効的に自己較正している。さらに、この発明は広帯域巾であり、一方パイロットトーンのアプローチは帯域の一部のみで動作するかあるいは帯域の外で動作しそして適切な打ち消しは興味対象の実際の帯域中で実行されることを単に想定しているものである。
【００４５】
また、パイロットトーンベースの受信器およびパイロットトーンのエネルギー低減方式はIMD性能を直接に測定することあるいはピーク部を測定することは不可能であり、そして従って“スペック外”であるピーク部をそのまま残すことになり、アンプの真の性能の観察を阻止している。他方、本発明はIMDを与えられたスペック内で最少化することが可能であり、そしてIMDの性能を直接測定することが出来る。
【００４６】
図1の構造の変形例として、予歪み付与およびフィードフォワード修正の両方について、FFT引き算動作はテストデータをコントロールポートによって使用されている信号キャリアに加えることによって置き替えてもよい。式（2）および（3）のそれぞれの加算動作はその場合コントロールポートで既に特定された信号を無視することになる。
【００４７】
以上本発明によるいくつかの実施例を示し説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく当業者にとって知られる種々の変更および修正が可能であり、従って本発明がここに示しかつ説明した詳細に限定されることを望むものではなく、当業者にとって容易に推考出来る全ての変更および修正をカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例によるRFパワーアンプスペクトル測定および歪み修正方式をブロック図で示したもの。
【図２】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
【図３】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
【図４】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
【図５】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
（発明の分野）
本発明は広くはラジオ周波数（ＲＦ）通信システムに関し、特にキャリア打ち消しコンバイナーの動作を最適化するように働くスペクトル歪み計測および差分結合手法を採用しているＲＦパワーアンプ線形化メカニズム、およびＲＦアンプの出力に生成される相互変調歪みが最小化されるようなＲＦパワーアンプの予歪み付与およびフィードフォワードループに向けられている。
【０００２】
（発明の背景）
連邦通信委員会（ＦＣＣ）の仕様および規制はライセンスを受けたチャンネルあるいは該当の帯域の外側に溢れ出るエネルギーの量が急峻に減衰すること（例えば、50dBのオーダーに）の要求を含む非常に厳格な帯域中の制限を通信サービス提供者が守ることを要求している。このような制限はＦＭのような伝統的な変調フォーマットについては即座に解決可能ではあるが、これらはＭアレー変調のような最新のディジタルベース変調フォーマットを使って達成することは困難である。
【０００３】
このような変調技術を使っている産業あるいは規制ベースのスタンダードに十分に合致する側帯波の減衰は直線性の高い信号処理システムおよび構成要素を必要としている。比較的直線性のある構成要素は電話回線網の比較的低い帯域中（ベース帯域）については合理的なコストで得ることが出来るが、ＲＦ周波数でのパワー増巾器のような線形化構成要素は実現不可能な程度に高価である。
【０００４】
ＲＦパワー増巾器を線形化する際の基本的な困難はそれは本質的に非線形の装置であり、かつ望んでいない相互変調歪み積（IMDs）を生成すると云う事実である。IMDsはＲＦ入力信号とは別個に増巾されたＲＦ出力信号に擬似信号として現われる。IMDのもう一つの出現はＲＦ入力信号によって占められてはいなかったスペクトル領域中へコンパクトなスペクトルのスペクトル再生あるいは拡張である。この歪みは増巾された出力信号の位相振巾を入力信号の位相振巾から遠ざける働きをし、かつこのＲＦ入力信号の偶発的な（そして望ましくない）増巾器を発生源とする変調と考えてもよい。
【０００５】
線形のＲＦパワー増巾器を構成するストレートな一つの方法は、線形ＲＦパワー増巾器を出来るだけ大きくそして高パワー装置として作り、しかし増巾器をそのＲＦ増巾器の伝達関数が比較的線形である低い電力レベルでのみ（即ちその定格出力パワーの小さなパーセンテージで）動作させることである。このアプローチの明らかな欠点は高価でかつサイズの大きいＲＦ装置の大部分を殺して使っていると云う問題である。このような問題点を解決しているその他の公知技術にはフィードバック修正技術、フィードフォワード修正技術および予歪み付与修正がある。フィードフォワードおよび予歪み付与修正はしかしこの点に関しての制限はない。
【０００６】
フィードバック修正技術は極エンベロープ修正（米国特許NO.5,742,201に述べられているような）、およびＲＦ増巾器の出力での歪み成分がリアルタイムでその増巾器への入力信号を直接変調するように使われるガウス座標系のフィードバックを含んでいる。フィードバック技術は他の設計領域におけるネガティブフィードバック技術がそうであるように自己収斂の利点を有している。しかしネガティブフィードバックを採用しているシステムは小さな帯域巾に渡っては安定した状態を維持するがしかし多重キャリアあるいはW-CDMAのような広帯域中の環境での適用は不可能である。
【０００７】
フィードフォワードのアプローチでは、ＲＦ増巾器の出力信号中に存在するエラー（歪み）が抽出され、適切なレベルに増巾され、そしてその次に同じ振巾でしかし逆位相で増巾器の出力通路に再注入される。したがって（理想的には）そのＲＦ増巾器の歪みは効果的に打ち消されることになる。
【０００８】
予歪み付与修正の場合には、信号はＲＦ増巾器の上流側のＲＦ入力信号通路上で変調される。理想的な予歪み付与信号はそのＲＦ増巾器の歪伝達関数に影響された時それが効果的にその歪み挙動を打ち消すように高パワーＲＦ増巾器の出力の所で期待されている歪の逆あるいは補完の特性を有している。
【０００９】
予歪み付与あるいはフィードフォワードのいずれもＲＦ増巾器の出力中のエラー信号成分を抽出しそしてそのＲＦ増巾器の抽出したエラーの挙動に従って増巾器出力中の歪みを効果的かつ連続的に最少化するようにその制御信号を調整することによって適応させることが出来る。
【００１０】
エラー信号成分を抽出する従来のメカニズムの１つは増巾器を通る信号通路中にパイロット（トーン）信号を注入しそしてその増巾器の応答を測定することである。パイロットトーンを使用することの本質的な欠点は専用のパイロット発生回路を必要とすることとそのパイロットトーンをその増巾器の信号帯域巾中に置くことの困難性である。
【００１１】
さらにパイロットトーンの注入は望ましくないピークの発生を引き起し；また同様にパイロットシステムと云うものはその制御器がパイロット上でそしてIMD上ではなく動作していると云う点でオープンループである。従って、このシステムは単にIMDが適切に打ち消されつつあることを推測するに過ぎない。
【００１２】
その他のアプローチは高パワーキャリアの存在下で低レベルの歪みを検出するため高い傍受受信器を使用すること、このことは相当な複雑さとコストを加えることになる、および広帯域のコーリレーターを使用することを含んでいる。後者のメカニズムはスペクトル歪み成分にではなくそれは広帯域のエネルギーの測定に依存するという事実の影響を受けることになる。
【００１３】
（発明の要約）
本発明によれば、キャリア打ち消しコンバイナーの動作、およびＲＦパワーアンプの予歪みおよびフォードフォワードループは、（ＲＦ入力信号と関連する）“参照”信号ポートにおける、および（そのアンプの種々のパラメーター調整位置と関連している）複数の“テスト”信号ポートにおいて（高速フーリエ変換（ＦＦＴ）ベースの）スペクトルパワー測定を実行するスペクトル歪み測定手法によってＲＦアンプの出力におけるIMD成分を最少化するように制御される。この制御およびテストポートから引き出された信号はベース帯域にダウンコンバートされ、帯域パスフィルターがかけられ、サンプリングされそしてアンプの信号基礎構造の全帯域のスペクトルである“スナップショット”として格納される。
【００１４】
参照ポートから引き出されたデータおよびテストポートからのデータのディジタル信号処理ベースの制御器による平均値化されたFFTは各サンプルされた信号セットのスペクトル情報を与える。コントロールデータのFFTはベースラインを確立するためにプロセスされ、それとテストデータのFFTが比較され種々の制御パラメータのための調整信号が生成され、それを通してアンプによって導入されたIMDが最少化される。RFアンプの動作は継続的にモニターされそしてその制御パラメータはそのアンプの特性中におけるドリフトを補償するために必要に応じて修正される。
【００１５】
望ましい、しかし発明を限定するようには働かない一実施例によれば、本発明は、デジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路および主RFアンプへのRF入力信号通路中に持ち込まれたデジタル的に制御される予歪み付与ユニットを有している。この予歪み付与ユニットは制御器からの重み係数を受け取るように結合している仕事関数ベースのベクトル変調器を含んでいても良い。それはRFアンプによって導入されたあらゆる相互変調（スペクトル再生）歪み積（IMD）を含んでいるので、そのアンプの出力はコントローラーへのテスト入力の一つとしてモニターされる。
【００１６】
この主RFアンプの出力はさらにキャリア打ち消しコンバイナーに結合されており、その第2の入力はRF入力信号ポートからフィードフォワード通路に結合されている。このRF入力信号ポートからのフィードフォワード通路は固定の遅延および可変の遅延ユニットを有しており、そしてこの主RFアンプを通る信号通路の伝搬遅延を実質的に等しくするように働き、そしてそうすることによってこのキャリア打ち消しコンバイナーに加えられる信号の適切な位相整合を与える。このキャリア打ち消しコンバイナーの出力はフィードフォワードエラーアンプのゲインおよび位相調整回路に結合されており、その出力はフィードフォワードIMD打ち消しのためにRFアンプの出力通路に再注入される。
【００１７】
このDSPベースの制御器は種々のスペクトル歪み測定動作、およびこれに限定されるわけではないベキあるいは最少平均２乗最少化のようなエラー最少化アルゴリズムを実行し、RF出力ポートにおけるIMD成分を最適に打ち消す目的で主RFアンプおよびエラーアンプの両方における可変ゲインおよび位相シフト成分を制御する。これはまたRF入力信号の瞬時の振巾のそれぞれに異なる仕事関数から引き出される仕事関数ベースの予歪み付与制御信号を生成し、主RFアンプへのRF入力信号の位相および振巾成分に予歪みを与える。
【００１８】
このDSP制御器はコントロールおよびテストポートから引き出されたスペクトルデータサンプルを処理するように働き、そしてそれから主RFアンプの歪みを補償するために必要に応じて制御要素のパラメータを調整する。キャリアの打ち消しを最大にするため、この制御器はRF入力信号中に存在するあらゆるキャリアおよびノイズフロアーを特定するために制御データを（FFT）処理する。このデータのFFT処理はキャリア成分が位置しているスペクトル以外の部分の１ないしそれ以上の周波数ビン中のスペクトルエネルギーをこのキャリア打ち消しループに誤って影響を与えることを避けるために選択的に放棄することを可能としている。
【００１９】
キャリア成分の最適（最大）打ち消しは以下の式を最大にするように、RF入力信号通路中のゲインおよび位相調整回路および調整可能な遅延ユニットを調整することによって達成される：
CiはNの内のキャリアiの平均パワー、およびRiはNの内残りのキャリアiの平均パワー。
【００２０】
この式を最大にすることは、キャリアを含んでいるそれら以外のビン中の周波数ピークの影響に最大化動作をさらすことなしに、キャリア打ち消しコンバイナーの出力における特定された残留キャリア成分中の平均エネルギーを出来るだけ０に近づけるように（最適キャリア打ち消し）低減する効果を有している。
【００２１】
主RFアンプへの入力における予歪み付与成分を最適に制御するために、主RFアンプのモニターされた出力のFFTからコントロールデータのFFTを差し引きIMD成分を得ている；
そうして予歪み付与ユニットのゲインおよび位相調整回路は次の式を最少化するように調整される：
【００２２】
最適のフィードフォワード補償のために、コントロールデータのこのFFTはフィードフォワード再注入ポートの下流側でモニターされたRF出力信号のFFTから引き算される。フィードフォワードエラーアンプのゲインおよび位相調整回路は次の式を最少化するように調整される：
【００２３】
（実施例の説明）
本発明による新規でかつ改良されたRFパワー増巾器スペクトル測定および歪み修正メカニズムを詳細に説明する前に、本発明は、主として従来のRF回路、関連するディジタル信号処理要素およびそのような回路および要素の動作を制御する付随する監視制御回路の所定の配置にあるという点に気付いてほしい。その結果として、そのような回路要素の構造およびそれらがその他の通信システム装置とインターフェースする方法はその大部分について直ぐに理解可能なブロック図で図示されており、そしてこれらのブロック図はこの中の記述の利益を受けるこの分野の当業者にとっては即座に明らかであるような点を詳細に述べて開示内容が不明瞭にならないように、本発明に関連のあるそれらの詳細な点だけを示している。従ってブロック図による図示は主としてそれらの構成要素を便利のいい機能ごとにグルーピングし、従って本発明が即座に理解出来るような形で示すことを意図している。
【００２４】
図１を参照すると、本発明によるRFアンプスペクトル測定および歪み修正方式の発明を限定するようには働かない実施例がブロック図で示されており、それはRF入力ポート11を有しており、そこには増巾されるべきRF信号RFinが、結合されている。このRF入力ポート11は入力信号通路13を通してその非線形のスペクトル歪み（IMD）導入挙動が補償される主RFパワーアンプ（あるいはベースパワーモジュール（BPM））20に結合されている。RFアンプ20へのこの入力信号通路13はそれぞれディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路14および15、およびディジタル的に制御される予歪み付与ユニット16を有している。
【００２５】
望ましいしかし発明を限定するようには働かない例として、このディジタル的に制御される予歪み付与ユニット16は動作モニタリングおよびパラメータ更新ディジタル信号プロセッサー（DSP）ベースのコントローラー50によって供給される一組の重み係数W0，W1，W2・・・Wnを受け取るように結合されている仕事関数ベースのベクトルモジュレータを含んでいてもよい。このDSPコントローラ50は予歪み付与ユニット16の予歪み付与特性を調整するためにスペクトル歪み測定およびエラー最少化アリゴリズム（以下で説明する）を実行し、そしてまた、以下で説明するが、入力信号通路のディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路14および15、エラーアンプ40へのフィードフォワードループ43のディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路44および45およびキャリア打ち消しコンバイナー60へのフィードフォワード通路23中に結合されている調整可能な遅延ユニット22を制御する（コントローラ50からの制御線51は制御されているそれぞれの構成要素と関連している下付き文字を付して示されている）。
【００２６】
RFパワーアンプ20の出力は下流側の遅延ユニット17および循環器18を介してRF出力ポートRFoutに結合されている。RF出力方向性カプラー19はフィードフォワード再注入方向性カプラー47の手段によってアンプの出力通路に結合されている。このRF出力方向性カプラー19はRFアンプによって導入された相互変調（スペクトル再生）歪み積（IMD）およびフィードフォワード注入によるそこでの減少分を含む合成の増巾されたRF信号を表わす（OUT）を引き出すために使われるテスト信号ポートとして働いている。
【００２７】
この引き出されたRF出力信号（OUT）はこの方向性カプラー19からDSP制御されるスイッチ30の第1の入力31に結合されている。DSPコントローラ50がRF入力信号RFinを参照あるいはコントロール信号“SRC”としてモニターすることを可能とするために、このRF入力ポート11は方向性カプラー21を介して制御されるスイッチ30の第2の入力32に結合されている。
【００２８】
スイッチ30の出力35はミキサー70の第1の入力71に結合されており、その入力72は局部発振器75によって与えられるIF周波数を受けるように結合されている。このミキサー70はスイッチ30の出力をベース帯域にダウンコンバートするように働いている。このベース帯域信号は、以下で説明するように、次に帯域フィルター76中でフィルターがかけられ、高速アナログディジタル変換器（ADC）77によってディジタル化され、そして次にDSPコントローラ50による分析のためにバッファーメモリー79中に格納される。スイッチ30の制御動作およびメモリ79の読み書き制御はDSPコントローラ50から制御リンク52によって制御される。
【００２９】
キャリア打ち消しコンバイナー60（これはウイルキンソンコンバイナーとして構成されてもよい）へのフィードフォワード通路23はRF入力通路13からキャリア打ち消しコンバイナー60の第1の入力61の間に可変遅延ユニット22と直列に結合された固定遅延線24を有している。キャリア打ち消しコンバイナー60の第2の入力ポート62は方向性カプラー25を介してRFアンプ20の出力に結合されている。この遅延はフィードフォワード通路の伝搬遅延をRFアンプを通るRFキャリア打ち消しコンバイナー60の第2の入力ポート62までのRF信号通路と実質的に等しくしかつこのコンバイナーに加えられる信号の位相整合を確実にするために採用される。
【００３０】
RFアンプ20の出力の所で方向性カプラー25によって引き出された分割されたRF出力信号をフィードフォワード通路23の分割されたRF参照あるいは入力信号RFinから引き算することによってこのキャリア打ち消しコンバイナー60はその出力端でRFキャリア成分を打ち消し、そしてRFアンプ20の出力のIMD部分を表わす信号“Eamp”を生成する。この信号Eampはそれぞれディジタル的に制御されるゲインおよび位相調整回路44および45にそしてエラーアンプ40に結合されており、その出力は、上で説明したように、方向性カプラー19の上流側に設けられた方向性カプラー47によってRFアンプ20の出力通路に再注入されている。この信号Eampはキャリア打ち消しコンバイナー60の出力の所のフィードフォワードループ43と共に設けられ、そして被制御スイッチ30の第3の入力33に結合されているもう１つのテストポート方向性カプラー65を介して引き出されている。もう１つの方向性テストポートカプラー46は主RFアンプ20の出力の所の方向性カプラー25からの通路に結合されており、そしてアンプ20の増巾された出力を表わしているもう１つの信号“BPM”を被制御スイッチ30の第4の入力34に与えている。
【００３１】
上で簡単に説明したように、DSPベースのコントローラ50はRF出力ポートRFoutでIMD成分を最適に打ち消す目的で、種々のスペクトル歪み測定動作、および主RFアンプおよびエラーアンプの信号通路中における可変ゲインおよび位相シフト成分を制御するためのエラー最少化アルゴリズム（例えば、パワーあるいは最少平均2乗最少化）を利用している。それはまた主RFアンプへのRF入力信号の位相および振巾成分に予歪みを与えるためにRF入力信号の瞬時の振巾のそれぞれ異なる仕事関数から引き出される仕事関数ベースの予歪み制御信号を生成する。
【００３２】
本発明によれば、そして以下に図2〜5を参照して説明するように、DSPコントローラ50はベース帯域にダウンコンバートされ、帯域パスフィルターをかけられ、サンプリングされそして次に全帯域のスペクトル合成の画像あるいは“スナップショット”として格納されるモニターされた参照ポート信号“SRC”およびテストポート信号“OUT”,“Eamp”および“BPM”の各々の周波数スペクトルの部分あるいはビン中の実効的な（高速フーリエ変換（FFT）ベースの）スペクトルパワー測定を実行する。（SRCポートと関連した）参照データサンプルおよび（OUT，EampおよびBPMポートに関連した）テストデータサンプルのそれぞれの組みの平均化されたFFTはそれぞれのスペクトルスナップショットの各サンプルされた信号セットに対するスペクトル情報を得るために実行される。この制御（SRC）データはベースラインを確立するために処理され、そしてテストデータはこれと比較され様々のコントロールパラメータについての調整信号を生成しそしてそれによって主RFアンプによって導入されたIMDを最少化する。この最初に修正されたコントロールパラメータを使って、主RFアンプの動作がその後連続してモニターされそしてアンプ特性のドリフトを補償するため必要に応じてパラメータが調整される。
【００３３】
キャリア打ち消し（テストデータ：Eamp）
RFキャリア打ち消しコンバイナー60によるキャリア打ち消しを最大化するため、DSPコントローラはRF入力信号中にある、図２のスペクトル図中の201および202で示されているような、あらゆるキャリアおよびノイズフロアーを特定するためにSRCデータを（FFT）処理する。そのデータをキャリア成分が特定されたスペクトルのその部分にだけ制限することによって、興味の対象のキャリア周波数領域外のその他のスペクトルエネルギーが放棄され、そしてキャリア打ち消し動作に（誤って）影響を与えることがないようにしている。
【００３４】
キャリア打ち消しテストデータ（Eamp）のFFT処理は図3のスペクトル図に示すようなスペクトル分布を典型的に生成する、これは（それぞれ図2のキャリア201および203に関連している、そして振巾の低減された）残りのキャリア成分301および302を、同様にそのエネルギーがキャリアの打ち消しに寄与してはならないキャリアを含んでいるスペクトル領域の外側のスペクトル領域あるいはビン303および304中に示されている擬似の（IMD）成分を、含んでいる。キャリア成分の最適（最大）打ち消しは次の式（１）を最大化するようにゲインおよび位相調整回路14および15および調整可能な遅延ユニット22を調整することによって達成される：
【００３５】
図2及び図3のスペクトル図の比較から分かるように、式（１）を最大にするということは、これらキャリアを含んでいる以外の周波数ビン中の擬似成分中のエネルギーにこの最大化動作が影響を受けること無しに、キャリア打ち消しコンバイナー60の出力における特定された残りのキャリア成分の平均エネルギーを出来るだけ0に近づけるように低減する（最適キャリア打ち消し）効果を有する。このことは（IMDおよび同時に測定されるキャリアの両方に関して）キャリア打ち消しの直接の手段を与えるので、このシステムは、従来のコーリレーターベースあるいはパワー検出器によるエネルギー最少化アプローチでは達成出来なかった、そのシステムが適切に機能しているか否かを、実効的に“知る”ことになる。
【００３６】
さらにそのような従来のパワー検出器によるエネルギー最少化およびコーリレーターベースの方式は、入力駆動パワーの影響を受けそしてパワーがあるか無いかを判断することが出来ない。本発明はこのような状態下での制御ループを“中断する”ための追加の回路の必要を回避し、そしてゼロー入力ドリフトを排除している。さらに調整可能な遅延要素22の使用はこの発明があらゆる信号の誤調整による遅延を検出しそして最適に同調することを可能とし、従ってキャリア打ち消しを最大化する。
【００３７】
１つの代案として、キャリア打ち消しは次の最少化ルーチンに従って実行してもよい：
【００３８】
予歪み付与（テストデータ：BPM）
上で説明したキャリア打ち消しの場合と同様に、DSPコントローラ50は、図2のスペクトル図中に示されているようなRF入力信号中に存在するあらゆるキャリアおよびノイズフロアーを特定するためSRCデータを（FFT）処理する。予歪み付与テストデータ（BPM）のFFT処理は図4のスペクトル図に示すようなそれぞれ図2のキャリア201および202と関連している増巾されたキャリア成分401および402、同様にこのキャリアのスペクトル領域の外側に横たわっている領域403および404中に示されているIMD成分を有しているスペクトル分布を典型的に生成する。
【００３９】
最適な予歪み付与は、IMD成分（図4の領域403および404における）を得るために、まずテストデータ（BPM）のFFTBPMからまず制御データ（SRC）のFFTSRCを引き算し、そして次の式（２）を最少化するようにゲイン位相調整回路14および15および予歪み付与ユニット16を調整することによって達成される；
【００４０】
替りの予歪み付与方法として、それぞれは同じIMD情報を含んでいるので、EAMPがBPMポートの替りにテストポートとして採用されてもよい。
【００４１】
本発明は、キャリアが存在する状態でIMDを最少化することを可能とするので、予歪み回路における変化を検出するためある量のキャリアエネルギーの除去を必要とし従ってキャリアエネルギーが漏洩すれば漏洩する程性能モニターの能力の低減をもたらすキャリアエネルギー除去ベースのアプローチでの問題を回避する。
【００４２】
フィードフォワード修正（テストデータ：OUT）
上で説明したキャリア打ち消しおよび予歪み付与動作におけるように、DSPコントローラー50はRF入力信号中に存在するあらゆるキャリア（図2）およびそのノイズフロアーを特定するためのSRCデータを（FFT）処理する。フィードフォワードデータ（OUT）のFFT処理は図５のスペクトル図に示すような（それぞれ図2のキャリア201および202と関連している）増巾されたキャリア成分501および502、同様にキャリアのスペクトル領域の外側に横たわっている領域503および504中に示されている（低減した振巾を有する）IMD成分を含んでいるスペクトル分布を典型的に生成する。
【００４３】
最適のフィードフォワード補償はまず最初に（図5の領域503および504における）IMD成分を得るために、テストデータ（OUT）のFFTOUTから制御データ（SRC）のFFTSRCを引き算することによってそして次の式（3）を最少化するようにゲインおよび位相調整回路44および45を調整することによって達成される：
【００４４】
本発明のスペクトル低減メカニズムは出力遅延ラインおよびフィードフォワード通路の振巾および位相差を測定するパイロットトーンベースのシステムに関して特に有効である。この発明は、制御ループの“ターゲット”のドリフトを引き起こし（そしてパイロットトーンシステムの定期的な再較正を必要とする）アンプにおける変化を本質的に補償し、そして従って実効的に自己較正している。さらに、この発明は広帯域巾であり、一方パイロットトーンのアプローチは帯域の一部のみで動作するかあるいは帯域の外で動作しそして適切な打ち消しは興味対象の実際の帯域中で実行されることを単に想定しているものである。
【００４５】
また、パイロットトーンベースの受信器およびパイロットトーンのエネルギー低減方式はIMD性能を直接に測定することあるいはピーク部を測定することは不可能であり、そして従って“スペック外”であるピーク部をそのまま残すことになり、アンプの真の性能の観察を阻止している。他方、本発明はIMDを与えられたスペック内で最少化することが可能であり、そしてIMDの性能を直接測定することが出来る。
【００４６】
図1の構造の変形例として、予歪み付与およびフィードフォワード修正の両方について、FFT引き算動作はテストデータをコントロールポートによって使用されている信号キャリアに加えることによって置き替えてもよい。式（2）および（3）のそれぞれの加算動作はその場合コントロールポートで既に特定された信号を無視することになる。
【００４７】
以上本発明によるいくつかの実施例を示し説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく当業者にとって知られる種々の変更および修正が可能であり、従って本発明がここに示しかつ説明した詳細に限定されることを望むものではなく、当業者にとって容易に推考出来る全ての変更および修正をカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例によるRFパワーアンプスペクトル測定および歪み修正方式をブロック図で示したもの。
【図２】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
【図３】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
【図４】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
【図５】 図１のRFパワーアンプ構造の動作に関連するそれぞれのスペクトル図である。
Claims (16)
- RF入力信号が加えられるRF入力ポート；
そこから増巾されたRF出力信号が取り出されるRF出力ポート；
上記RF入力および出力ポート間に結合されたRF信号処理通路，そしてこれはRFパワーアンプおよび上記RFパワーアンプによって導入された歪みを補償するように上記RF信号処理通路の1ないしそれ以上のパラメータを調節するように制御可能に動作するRF歪み修正ユニットを有している；
上記RF入力ポートおよび上記RFパワーアンプの出力に結合されている入力を有するキャリア打ち消しコンバイナーであって、そしてこれはフィードフォワード通路を介しそして再注入通路のエラーアンプを通して上記RF出力ポートに結合している出力を有しており；
上記RF入力ポートに結合された参照信号ポート；
上記RF出力ポートに結合された第１のテスト信号ポート；
上記RFパワーアンプの上記出力ポートに結合された第2のテスト信号ポート；
上記キャリア打ち消しコンバイナーの上記出力に結合された第3のテスト信号ポート；および
上記参照信号ポートおよび上記第１、第２および第３テスト信号ポートでモニターされた上記信号の全てによって与えられる上記RFパワーアンプの信号内部構造の全帯域の信号合成を表わしている一組のデータを取り出し、かつ上記RFパワーアンプによって増巾されたRF出力信号中に導入された歪みを最少化するように上記RF信号処理通路による上記RF入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御する制御信号を生成するため上記一組のデータを処理するように、結合されているFFTベースの信号プロセッサーを有するRFパワーアンプ。 - 上記FFTベースの信号プロセッサーは、上記一組のデータの周波数内容を分析し、上記一組のデータの分析された周波数内容の選択された部分中の所定の関係に従って、上記RF信号処理通路による上記RF入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナー出力の修正を制御する制御信号を生成するように動作する請求の範囲第１項に記載のRFパワーアンプ。
- 上記FFTベースの信号プロセッサーは上記参照信号ポートおよび上記第２のテスト信号ポートと関連する上記一組のデータのその部分の周波数内容の選択されたスペクトル成分間の違いに従って上記RF信号処理通路の上記RF歪み修正ユニットによる上記RF入力信号の修正を制御するように働く請求の範囲第２項に記載のRFパワーアンプ。
- 上記FFTベースの信号プロセッサーは上記参照信号ポートおよび上記第３のテスト信号ポートの周波数内容と関連する上記一組のデータの選択されたスペクトル成分間の違いに従って上記RF信号処理通路による上記RF入力信号の修正を制御するように働く請求の範囲第２項に記載のRFパワーアンプ。
- さらに、上記RF入力ポートおよび上記キャリア打ち消しコンバイナーへの入力間に結合された調整可能な遅延要素を含んでおり、そして上記FFTベースの信号プロセッサーは上記キャリア打ち消しコンバイナーによるキャリア打ち消しを最大とするように上記参照信号ポートおよび上記第３のテスト信号ポートの周波数内容と関連する上記一組のデータの選択されたスペクトル成分間の相違に従って上記遅延要素を調整するように動作する請求の範囲第４項に記載のRFパワーアンプ。
- 上記FFTベースの信号プロセッサーは上記参照信号ポートおよび上記第１のテスト信号ポートの周波数内容と関連する上記一組のデータの選択されたスペクトル成分間の相違に従って上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記RF入力信号の修正を制御するように働く請求の範囲第２項に記載のRFパワーアンプ。
- 上記FFTベースの信号プロセッサーは上記参照信号ポートおよび上記第１、第２および第３のテスト信号ポートでモニターされた信号のそれぞれの平均化フーリエ変換に従って上記一組のデータを取り出すように、そして上記平均化フーリエ変換の中の所定の関係に従って上記RF信号処理通路による上記RF入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しの出力の修正を制御するように働く請求の範囲第１項に記載のRFパワーアンプ。
- そこにRF入力信号が結合されているRF入力ポートおよびそこから増巾されたRF出力信号が取り出されるRF出力ポート間の信号処理通路中に結合されたRFパワーアンプにおける歪みを測定しかつ補償する方法であって、この方法は以下のようなステップを有する：
（ａ）上記RF信号処理通路の１ないしそれ以上のパラメータを調整しそして上記RFパワーアンプによって導入された歪みを補償するように制御可能に動作する歪み修正ユニットを与えること；
（ｂ）上記RF入力ポートおよび上記RFパワーアンプの出力を、フィードフォワード通路を介し再注入通路のエラーアンプを通して上記RF出力ポートに結合される出力を有するキャリア打ち消しコンバイナーに結合すること；
（ｃ）上記RF入力ポートに参照信号ポートを結合すること；
（ｄ）上記RF出力ポートに第１のテスト信号ポートを結合すること；
（ｅ）上記RFパワーアンプの出力に第２のテスト信号ポートを結合すること；
（ｆ）上記キャリア打ち消しコンバイナーの上記出力に第３のテスト信号ポートを結合すること；
（ｇ）上記参照信号ポートおよび上記第１、第２および第３のテスト信号ポートにおける信号をモニターすること；
（ｈ）ステップ（ｇ）でモニターされた上記信号の全てによって与えられた上記RFパワーアンプの信号内部構造の全帯域の信号合成を表わしている一組のデータを取り出すこと、および上記RFパワーアンプによって増巾されたRF出力信号中に導入された歪みを最少化するように上記RF信号処理通路によるRF入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打消しコンバイナーの出力の修正を制御するための制御信号を生成するよう上記データをFFTベースで処理すること；および
（ｉ）上記RFパワーアンプによって増巾されたRF出力信号中に導入された歪みを最少化するようにステップ（ｈ）で生成された上記制御信号に従って上記RF信号処理通路による上記RF入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御することを含む方法。 - ステップ（ｈ）は、上記一組のデータの周波数内容を分析することおよび上記参照信号ポートおよび上記第１、第２および第３のテスト信号ポートでモニターされた上記信号のそれぞれと関連する上記一組のデータの分析された周波数内容の選択された部分中の所定の関係に従って上記制御信号を生成する請求の範囲第８項に記載の方法。
- ステップ（ｈ）は、上記参照信号ポートおよび上記第２のテスト信号ポートの周波数内容と関連する上記一組のデータのその部分の選択されたスペクトル成分間の相違に従って上記信号処理通路の上記歪み修正ユニットによって上記RF入力信号を修正する制御信号を生成する請求の範囲第９項に記載の方法。
- ステップ（ｈ）は、上記参照信号ポートおよび第３のテスト信号ポートと関連する上記一組のデータのその部分の周波数内容の選択されたスペクトル成分間の違いに従って上記RF信号処理通路によって上記RF入力信号を修正するための制御信号を生成する請求の範囲第９項に記載の方法。
- さらに上記ＲＦ入力ポートおよび上記キャリア打ち消しコンバイナーへの入力間に結合された調整可能な遅延要素を含み、そしてここでステップ（ｈ）は、上記キャリア打ち消しコンバイナーによるキャリアの打ち消しを最大化するように上記参照信号ポートおよび上記第３のテスト信号ポートの周波数内容と関連する上記一組のデータのその部分の選択されたスペクトル成分間の違いに従って上記遅延要素を調整する制御信号を発生することを含む請求の範囲第１１項に記載の方法。
- ステップ（ｈ）は、上記参照信号ポートおよび上記第１のテスト信号ポートの周波数内容に関連する上記一組のデータのその部分の選択されたスペクトル成分間の相違に従って上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路によって上記ＲＦ入力信号を修正するための制御信号を発生することを含む請求の範囲第９項に記載の方法。
- ステップ（ｈ）は、上記参照信号ポートおよび上記第１，第２および第３のテスト信号ポートでモニターされた上記信号のそれぞれの平均化フーリエ変換に従って上記一組のデータを取り出すこと、および上記平均化フーリエ変換中の所定の関係に従って上記ＲＦ信号処理通路による上記ＲＦ入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御するための制御信号を発生することを含む請求の範囲第８項に記載の方法。
- そこにＲＦ入力信号が加えられるＲＦ入力ポート；
そこから増巾されたＲＦ入力信号が取り出されるＲＦ出力ポート；
上記ＲＦ入力およびＲＦ出力ポート間に結合されたＲＦ信号処理通路、そしてこれはＲＦパワーアンプおよび上記ＲＦパワーアンプによって導入される歪みを補償するように上記ＲＦ信号処理通路の１ないしそれ以上のパラメーターを調節するように制御可能に動作するＲＦ歪み修正ユニットを有しており；
上記ＲＦ入力ポートおよび上記ＲＦパワーアンプの出力に結合された入力および再注入通路のエラーアンプを通るフィードフォワード通路を介して上記ＲＦ出力ポートに結合された出力を有するキャリア打ち消しコンバイナー；
上記ＲＦ入力ポートに結合された参照信号ポート；
上記ＲＦ出力ポートに結合された第１のテスト信号ポート；
上記ＲＦパワーアンプの出力に結合された第２のテスト信号ポート；
上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力に結合された第３のテスト信号ポート；
および
その信号間の所定のスペクトル内容の関係に従って上記参照信号ポートおよび上記第１、第２および第３のテスト信号ポートでモニターされた信号をプロセスし、そして上記ＲＦパワーアンプによって増巾されたＲＦ出力信号中に導入された歪みを最少化するように上記ＲＦ信号処理通路によって上記ＲＦ入力信号の修正をそして上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路によって上記キャリア打ち消しコンバイナーの上記出力の修正を制御するように結合された信号プロセッサー；
およびここで上記信号プロセッサーは上記参照信号ポートおよび上記第１，第２および第３のテスト信号ポートでモニターされた上記信号のそれぞれの平均化フーリエ変換を生成し、そして上記平均化フーリエ変換中の所定の関係に基づいて上記ＲＦ信号処理通路による上記ＲＦ入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御するように動作する、ＲＦパワーアンプ。 - そこへＲＦ入力信号が結合されるＲＦ入力ポートおよびそこから増巾されたＲＦ出力信号が取り出されるＲＦ出力ポート間のＲＦ信号処理通路に結合されたＲＦパワーアンプにおける歪みを測定し補償する方法であって、その方法は次のステップを有する：
（ａ）上記ＲＦパワーアンプによって導入された歪みを補償するため上記ＲＦ信号処置通路の１ないしそれ以上のパラメータを調節するように制御可能に動作する歪み修正ユニットを与えること；
（ｂ）上記ＲＦ入力ポートおよび上記ＲＦパワーアンプの出力を、再注入通路のエラーアンプを通るフィードフォワード通路を介して上記ＲＦ出力ポートに結合される出力を有するキャリア打ち消しコンバイナーに結合すること；
（ｃ）上記ＲＦ入力ポートに参照信号ポートを結合すること；
（ｄ）上記ＲＦ出力ポートに第１のテスト信号ポートを結合すること；
（ｅ）上記ＲＦパワーアンプの出力に第２のテスト信号ポートを結合すること；
（ｆ）上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力に第３のテスト信号ポートを結合すること；
（ｇ）上記参照信号ポートおよび上記第１，第２および第３のテスト信号ポートにおける信号をモニターすること；
（ｈ）ステップ（ｇ）でモニターされた信号をその中の所定のスペクトル内容の関係に従って処理し、かつ上記ＲＦ信号処理通路による上記ＲＦ入力信号を修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御するための制御信号を生成すること；および
（ｉ）上記ＲＦパワーアンプによって増巾されたＲＦ出力信号中に導入された歪みを最少にするようにステップ（ｈ）で生成された上記制御信号に従って上記ＲＦ信号処理通路による上記ＲＦ入力信号の修正および上記エラーアンプを通るフィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御することを含み；そしてここで
ステップ（ｈ）は、上記参照信号ポートおよび上記第１，第２，および第３のテスト信号ポートでモニターされた上記信号のそれぞれの平均化フーリエ変換を生成し、そしてその平均化フーリエ変換中の所定の関係に従って上記ＲＦ信号処理通路による上記ＲＦ入力信号の修正および上記エラーアンプを通る上記フィードフォワード通路による上記キャリア打ち消しコンバイナーの出力の修正を制御するための制御信号を発生する方法。
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