JP4931551B2

JP4931551B2 - 歪み補償装置、増幅装置、歪み補償方法及び増幅方法

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Publication number: JP4931551B2
Application number: JP2006293180A
Authority: JP
Inventors: 雅史河田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-10-27
Filing date: 2006-10-27
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2026-10-27
Also published as: JP2008113077A

Description

本発明は、歪み補償装置、増幅装置、歪み補償方法及び増幅方法に関し、特に高周波増幅回路の入出力特性の非線形性により生じる相互変調歪を抑圧する歪み補償装置、増幅装置、歪み補償方法及び増幅方法に関する。

従来、移動体通信用基地局装置には、効率の良い増幅と高い歪み抑圧性能を有する増幅器が要求されている。しかしながら、効率の良い増幅と高い歪み抑圧性能とは、一般的にトレードオフの関係にある。そこで、効率の良い増幅で且つ高い歪み抑圧性能を実現するために、例えばプリディストーション方式により、効率良く動作させながら、且つ高い歪み抑圧性能を実現している。

図５は、従来の歪み補償装置１の構成を示す図である。図５に示すように、従来の歪み補償装置１は、入力信号が入力される入力端子１０と、入力信号を増幅して増幅信号を出力する増幅器１２と、出力信号が出力される出力端子１３と、増幅器１２で発生する歪成分の抑圧に用いられる歪み補償回路１１とを具備している。

図６（ａ）〜図６（ｃ）は、図５のキャリア信号及び歪み信号をベクトル的に表現した図である。図６（ａ）は、歪み補償回路１１の出力波形を示す図であり、図６（ｂ）は、歪み補償しない場合の増幅器１２の出力波形を示す図であり、図６（ｃ）は、歪み補償した場合の増幅器１２の出力波形を示す図である。

図６（ｂ）に示すように、増幅器１２は、増幅器１２の入出力の非線形増幅特性により発生する相互変調歪み（以下「歪み」と記載する）信号ｈ１、ｈ２を発生する。歪み補償回路１１は、図６（ａ）に示すように、増幅器１２の歪み信号ｈ１、ｈ２に対し、同じ振幅で且つ逆位相特性の歪み信号成分ｈ′１、ｈ′２を増幅器１２の前段部にて発生させる。歪補償回路１１は、図６（ａ）に示す信号を増幅器１２に入力することにより、図６（ｃ）に示すように、歪みのベクトル合成により歪みを抑圧することができる。

また、従来、歪み発生回路で発生する歪みの低域側のＩＭ３Ｌと高域側のＩＭ３Ｕとのレベル差と、電力増幅器で発生する歪みの低域側のＩＭ３Ｌと高域側のＩＭ３Ｕとのレベル差とを互いに等しくして、広帯域に歪み抑圧をする構成が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の歪み補償回路の動作原理を図７を用いて説明する。図７は、従来の歪み補償回路１１の構成を示すブロック図である。

図７において、歪み補償回路１１は、入力信号が入力される入力端子２０と、入力信号を分配する第１の分配器２１と、第１の分配器２１により分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第１の遅延回路２２と、第１の分配器２１により分配された他方の出力信号をさらに分配する第２の分配器２３と、第２の分配器２３により分配された一方の出力信号の伝播時間を遅延させる第２の遅延回路２４と、第２の分配器２３により分配された他方の信号を入力し、歪み信号を発生する歪み発生素子２６の入力整合を調整する入力回路２５と、歪み成分を発生する歪み発生素子２６と、歪み発生素子２６の出力整合を調整する出力回路２７で構成される歪み発生回路５０と、歪み発生素子２６が発生させた歪み成分を含んだ信号の振幅成分を調整する第１の可変減衰器２８と、歪み発生素子２６の歪み成分を含んだ信号の位相成分を調整する第１の可変位相器２９と、第１の可変位相器２９からの出力信号と第２の遅延回路２４からの出力信号を合成する第１の合成器３０と、第１の合成器３０からの信号の振幅成分を調整する第２の可変減衰器３１と、第２の可変減衰器３１からの信号の位相成分を調整する第２の可変位相器３２と、第１の遅延回路２２からの信号と第２の可変位相器３２からの信号を合成する第２の合成器３３と、第２の合成器３３で合成した信号を出力する出力端子３４とを有する構成である。

この構成により、入力端子２０から入力した入力信号は、第１の分配器２１により分配される。第１の分配器２１によって二系統に分配された一方の入力信号は、第２の分配器２３によりさらに分配される。第１の分配器２１により分配された一方の入力信号は、歪み発生素子２６の非線形性により、入力端子２０に入力した入力信号とは別の歪み信号が発生する。歪み信号が発生した一方の入力信号は、第１の可変減衰器２８及び第１の可変位相器２９により振幅及び位相のベクトル調整が行われ、第１の合成器３０に入力される。第２の分配器２３によって二系統に分配された他方の送信信号は、第２の遅延回路２４を通って第１の合成器３０に入力する。歪み補償回路５０は、経路２と経路３は同じ減衰特性を持ち、且つ逆位相の関係となるように調整することで、送信信号成分を抑圧する。これにより、第１の合成器３０は、歪み成分のみを抽出することが可能である。第１の合成器３０によって合成された信号は、第２の可変減衰器３１及び第２の可変位相器３２を通って位相及び振幅のベクトル調整が行われて第２の合成器３３に入力する。第２の合成器３３では、経路１の送信信号成分と、経路２と経路３との合成により歪み成分を抽出し且つベクトル調整された経路４の信号とを合成することで、歪み成分が独自に制御可能な歪み補償回路１１を構成することができる。

図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図５のキャリア信号及び歪信号をベクトル的に表現した図である。図８（ａ）は、歪み補償回路１１の出力波形を示す図であり、図８（ｂ）は、歪み補償しない場合の増幅器１２の出力波形を示す図であり、図８（ｃ）は、歪み補償した場合の増幅器１２の出力波形を示す図である。また、図９は、歪み補償回路１１の信号における振幅位相特性を示す図である。

図８（ａ）〜図８（ｃ）に示すように、入力される信号（図８（ａ）〜図８（ｃ）ではｆ１とｆ２の２つの信号）の周波数間隔が大きい広帯域信号になると、増幅器１２により増幅されるときに発生する歪み成分には、図８（ｂ）に示すように、歪み成分ｈ１のレベルと歪み成分ｈ２のレベルとの間にアンバランスが生じる。しかし、小電力で動作し且つ高いインピーダンスのデバイスを用いた歪み発生素子２６が発生する歪み成分には、図８（ａ）に示すように、アンバランスが生じない。そのため、図８（ａ）の信号を増幅器１２に入力すると、図８（ｃ）に示すように、歪み補償回路１１で生成する歪み成分と増幅器１２で発生する歪み成分とのベクトル差分だけ歪み補償が行えないので、歪み補償回路１１からは残留した歪み成分ｈ３が出力されてしまう。そこで、歪み発生素子２６の出力回路２７を調整し、図９に示すように、経路３に高域側の信号成分を減衰させる周波数特性を持たせる。

図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、図５のキャリア信号及び歪信号をベクトル的に表現した図である。図１０（ａ）は、歪み補償回路１１の出力波形を示す図であり、図１０（ｂ）は、歪み補償しない場合の増幅器１２の出力波形を示す図であり、図１０（ｃ）は、歪み補償した場合の増幅器１２の出力波形を示す図である。

経路３に高域側の信号成分を減衰させる周波数特性を持たせることにより、図１０（ａ）に示すように、歪み信号成分ｈ′１、ｈ′２のようなレベルがアンバランスな信号が生成され、図１０（ａ）の信号を、アンバランスなレベルの歪み成分を発生する増幅器１２に入力することで、図１０（ｃ）に示すように、歪みが抑圧された信号が得られる。
特開２００３−３３２８５２号公報

しかしながら、従来の装置においては、図７の経路３で歪み信号成分のアンバランスを調整しているが、図７の経路２と経路３との間では、広帯域信号に対しては周波数特性による振幅差及び位相差が生じる。図１１は、周波数特性により経路２と経路３との間に生じる振幅差及び位相差を示す図である。

図１２（ａ）は、図７のａ点における信号の信号波形を示すものであり、図１２（ｂ）は、図７のｂ点における信号の出力波形を示すものであり、図１２（ｃ）は、図７のｃ点における信号の出力波形を示すものであり、図１２（ｄ）は、図７のｄ点における信号の出力波形を示すものである。つまり、図１３（ｃ）に示すように、周波数に対する振幅差や位相差により送信信号にアンバランスが生じるため、送信信号が正しく送信されない。

従って、例えば、経路２における信号と経路３における信号との振幅が異なり且つ位相が逆位相の関係であれば、経路２における信号と経路３における信号とを合成した際に、入力信号の残留分ｈ５が生じる。また、経路２における信号と経路３における信号との振幅が同じで且つ位相が逆位相の関係にならない場合も同様である。

図１３（ａ）〜図１３（ｃ）は、図５のキャリア信号及び歪信号をベクトル的に表現した図である。図１３（ａ）は、歪み補償回路１１の出力波形を示す図であり、図１３（ｂ）は、歪み補償しない場合の増幅器１２の出力波形を示す図であり、図１３（ｃ）は、歪み補償した場合の増幅器１２の出力波形を示す図である。

即ち、図１３（ｃ）に示すように、周波数特性による振幅差または位相差により入力信号ｆ１及び入力信号ｆ２との間の振幅または位相にアンバランスが生じるため、入力信号を増幅して送信する際に正しく送信されないという問題がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、広帯域で且つ広いダイナミックレンジでも精度良く歪みを抑圧することができるとともに、低消費電力で歪み補償を行うことができ、容易に調整することができる歪み補償装置、増幅装置、歪み補償方法及び増幅方法を提供することを目的とする。

本発明の歪み補償装置は、複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配手段と、前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配手段と、前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生手段と、前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整手段と、前記周波数調整手段で調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成手段と、前記第一信号と前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分とを合成する第二合成手段と、前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出手段と、検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整手段における振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明の増幅装置は、複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配手段と、前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配手段と、前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生手段と、前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整手段と、前記周波数調整手段で調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成手段と、前記第一信号と前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分とを合成することにより歪み成分を含む合成信号を生成する第二合成手段と、前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出手段と、検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整手段における振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御手段と、前記合成信号を増幅するとともに前記増幅の際に生じる歪み成分を前記合成信号に含まれる歪み成分で抑圧する増幅手段と、を具備する構成を採る。

本発明の歪み補償方法は、複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配ステップと、前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配ステップと、前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生ステップと、前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整ステップと、前記周波数調整ステップで調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成ステップと、前記第一信号と前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分とを合成する第二合成ステップと、前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出ステップと、検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整ステップにおける振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御ステップと、を具備するようにした。

本発明の増幅方法は、複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配ステップと、前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配ステップと、前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生ステップと、前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整ステップと、前記周波数調整ステップで調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成ステップと、前記第一信号と前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分とを合成することにより歪み成分を含む合成信号を生成する第二合成ステップと、前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出ステップと、検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整ステップにおける振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御ステップと、前記合成信号を増幅するとともに前記増幅の際に生じる歪み成分を前記合成信号に含まれる歪み成分で抑圧する増幅ステップと、を具備するようにした。

本発明によれば、広帯域で且つ広いダイナミックレンジでも精度良く歪みを抑圧することができるとともに、低消費電力で歪み補償を行うことができ、容易に調整することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る歪み補償装置１００の構成を示すブロック図である。図１において、入力回路１０６と、歪み発生素子１０７と、出力回路１０８は、歪み発生回路１２５を構成する。また、第１の分配器１０２の出力端から第１の遅延回路１０３を経由して第２の合成器１１５の入力端まで達する経路を経路１とする。また、第２の分配器１０４の出力端から第２の遅延回路１０５を経由して第１の合成器１１１の入力端まで達する経路を経路２とする。また、第２の分配器１０４の出力端から歪み発生回路１２５と第１の可変減衰器１０９と第１の可変位相器１１０を経由して第１の合成器１１１の入力端に達する経路を経路３とする。また、第１の合成器１１１の出力端から第２の可変減衰器１１２と第２の可変位相器１１３と周波数調整回路１１４を経由して第２の合成器１１５の入力端に達する経路を経路４とする。

入力端子１０１は、入力信号が入力した場合に、入力した入力信号を第１の分配器１０２へ出力する。

第１の分配器１０２は、入力端子１０１から入力した入力信号を二系統の信号に分配し、分配した二系統の入力信号の内、一方の入力信号（第一信号）を第１の遅延回路１０３へ出力するとともに他方の入力信号（第二信号）を第２の分配器１０４へ出力する。

第１の遅延回路１０３は、第１の分配器１０２から入力した入力信号の伝搬時間を遅延させて第２の合成器１１５へ出力する。

第２の分配器１０４は、第１の分配器１０２から入力した入力信号をさらに二系統の信号に分配する。そして、第２の分配器１０４は、分配した二系統の入力信号の内、一方の入力信号（第三信号）を第２の遅延回路１０５へ出力するとともに他方の入力信号（第四信号）を入力回路１０６へ出力する。

第２の遅延回路１０５は、第２の分配器１０４から入力した入力信号の伝搬時間を遅延させて第１の合成器１１１へ出力する。

入力回路１０６は、第２の分配器１０４から入力した入力信号に対して歪み発生素子１０７の入力整合を調整して歪み発生素子１０７へ出力する。

歪み発生素子１０７は、入力回路１０６から入力した入力信号に歪み成分を発生させる。そして、歪み発生素子１０７は、歪み成分を含む入力信号を出力回路１０８へ出力する。

出力回路１０８は、歪み発生素子１０７の出力整合を調整して、歪み発生素子１０７から入力する歪み成分を含む入力信号を第１の可変減衰器１０９へ出力する。なお、出力回路１０８は、上記の特許文献１と異なり、第１の合成器１１１から出力される歪み成分がアンバランスになるような調整は行わない。

第１の可変減衰器１０９は、出力回路１０８から入力した歪み成分を含む入力信号の振幅成分を調整する。そして、第１の可変減衰器１０９は、振幅成分を調整した歪み成分を含む入力信号を第１の可変位相器１１０へ出力する。

第１の可変位相器１１０は、第１の可変減衰器１０９から入力した歪み成分を含む入力信号の位相成分を調整する。そして、第１の可変位相器１１０は、位相成分を調整した歪み成分を含む入力信号を第１の合成器１１１へ出力する。

第１の合成器１１１は、第２の遅延回路１０５から入力した入力信号と第１の可変位相器１１０から入力した歪み成分を含む入力信号とを合成することにより歪み成分を抽出し、抽出した歪み成分を第２の可変減衰器１１２へ出力する。

第２の可変減衰器１１２は、第１の合成器１１１から入力した歪み成分の振幅成分を調整して第２の可変位相器１１３へ出力する。

第２の可変位相器１１３は、第２の可変減衰器１１２から入力した歪み成分の位相成分を調整して周波数調整回路１１４へ出力する。

周波数調整回路１１４は、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、増幅器１２で増幅する際に生じる周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分を抑圧するために、第２の位相器１１３から入力した歪み成分の周波数毎のレベルがアンバランスになるようにする。例えば、周波数調整回路１１４は、入力信号が低域側である周波数ｆ１と高域側である周波数ｆ２からなる場合に、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、周波数ｆ１の入力信号に対する周波数が低域側の歪み成分と周波数ｆ２の入力信号に対する周波数が高域側の歪み成分との間に所定の振幅差または位相差を設けて、歪み成分の周波数毎のレベルがアンバランスになるようにする。そして、周波数調整回路１１４は、周波数毎のレベルをアンバランスにした歪み成分を第２の合成器１１５へ出力する。

第２の合成器１１５は、第１の遅延回路１０３から入力した入力信号と周波数調整回路１１４から入力した歪み成分とを合成した合成信号を出力端子１１６へ出力する。

出力端子１１６は、第２の合成器１１５から入力した歪み成分を含む合成信号を出力信号として出力する。

図２は、周波数調整回路１１４の構成を示すブロック図である。

周波数調整回路１１４は、図２に示すように、方向性結合器２０１と、制御電圧により容量を変化させることが可能な可変負荷調整回路２０２と、固定負荷回路２０３にて構成する。また、端子２０４は、入力端子であり、第２の可変位相器１１３に接続される。また、端子２０５は、出力端子であり、第２の合成器１１５に接続される。また、端子２０６は、可変負荷調整回路２０２と接続し、端子２０７は、固定負荷回路２０３と接続している。

次に、歪み補償装置１００における歪み補償方法について、図１及び図２を用いて説明する。

歪み補償装置１００は、入力端子１０１から入力信号が入力すると、第１の分配器１０２で二系統の信号に入力信号を分配する。第１の遅延回路１０３は、第１の分配器１０２で二系統に分配した入力信号の一方の伝搬時間を遅延させる。一方、第２の分配器１０４は、第１の分配器１０２で二系統に分配した入力信号の内、他方の入力信号をさらに二系統の入力信号に分配する。

次に、第２の遅延回路１０５は、第２の分配器１０４で二系統に分配した入力信号の一方の伝搬時間を遅延させる。一方、入力回路１０６は、歪み発生素子１０７の入力整合を調整し、歪み発生素子１０７は、入力信号に歪みを発生させる。そして、出力回路１０８は、歪み発生素子１０７の出力整合を調整する。

次に、第１の可変減衰器１０９は、歪み成分を含む入力信号の振幅成分を調整し、第１の可変位相器１１０は、歪み成分を含む入力信号の位相成分を調整する。

次に、第１の合成器１１１は、第２の遅延回路１０５から入力した入力信号と第１の可変位相器１１０から入力した歪み成分を含む入力信号とを合成して歪み成分のみを抽出する。

次に、第２の可変減衰器１１２は、歪み成分の振幅成分を調整し、第２の可変位相器１１３は、歪み成分の位相成分を調整する。

次に、周波数調整回路１１４は、入力した信号の周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分を生成する。

次に、第２の合成器１１５は、第１の遅延回路１０３から入力した入力信号と周波数調整回路１１４から入力した信号とを合成した合成信号を出力端子１１６へ出力する。

ここで、図２の方向性結合器２０１の４方向の端子を５０オームで接続すると、方向性結合器２０１の端子２０４と端子２０７との間の振幅特性、及び端子２０５と端子２０６との間の振幅特性は、図３（ａ）のａ及びｂに示すように、周波数ｆ１から周波数ｆ２までの周波数帯域Ｆ１では振幅特性が平らな特性になる。これにより、端子２０４と端子２０５間の振幅特性は図３（ｂ）のｃのような、平らな通過特性となる。この時には、周波数ｆ１の送信信号と周波数ｆ２の送信信号との間の周波数による振幅差はない。しかし、例えば、端子２０６に異なる容量性のコンデンサや誘導性のインダクタンスなどを接続すると、方向性結合器２０１の端子２０５と端子２０６との間の振幅特性は、図３（ｃ）のｄのように、周波数帯域Ｆ１において傾きを持った通過特性となる。この場合、端子２０４と端子２０５との間の振幅特性は図３（ｄ）のｅのようになり、周波数ｆ１の送信信号と周波数ｆ２の送信信号との間の周波数特性による振幅差が発生する。なお、位相についても振幅と同様に変化させることができる。

また、可変負荷調整回路２０２は、印加電圧により容量値が変化する特性を持っているので、周波数調整回路１１４は、図示しない制御回路により可変負荷調整回路２０２に印加する電圧を変化させることにより、周波数ｆ１の送信信号と周波数ｆ２の送信信号との間の周波数特性による振幅差を発生させることができる。このように、周波数調整回路１１４は、可変負荷調整回路２０２に印加する電圧を変化させることにより、周波数特性による振幅の変化量を補正する機能を具備している。即ち、周波数調整回路１１４は、第２の可変位相器１１３から入力した歪み成分を、増幅器１２で発生する歪みのアンバランスな振幅と同じ振幅で、且つ増幅器１２で発生する歪みの位相と逆位相に調整することができる。このように周波数調整回路１１４で調整することにより、周波数調整回路１１４から第２の合成器１１５に入力する歪み成分には、図１２（ｃ）に示すような入力信号の残留分ｈ５が生じることがないので、第２の合成器１１５から出力される信号は、図１０（ａ）のようになる。

なお、図２以外の振幅及び位相の周波数特性に基づいた補正方法は種々存在しており、それらの方式を用いても本発明を実現できることは言うまでも無い。また、振幅の周波数特性と位相の周波数特性との双方を調整する場合に限らず、振幅の周波数特性のみを調整すること及び位相の周波数特性のみを調整することも可能である。

また、図１の歪み補償装置１００を図５の歪み補償回路１１の代わりに用いることにより、歪み補償装置１００と増幅器１２とで増幅装置を構成することができる。この場合、歪み補償装置１００の出力端子１１６から出力された歪み成分を含む合成信号を増幅器１２で増幅することにより、増幅器１２で合成信号を増幅することにより生じる歪み成分を、合成信号に含まれている歪み成分で抑圧することができる。この結果、増幅器１２からは、歪みが抑圧された信号が出力される。

このように、本実施の形態１によれば、歪み成分抽出後の経路４に設けた周波数調整回路１１４で、周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分を生成するので、広帯域内で且つ広いダイナミックレンジ内でも精度良く歪みを抑圧することができるとともに、低消費電力で歪み補償が可能であり、調整を容易にすることができる。

なお、本実施の形態１において、周波数調整回路１１４を経路４内に設けたが、これに限らず、周波数調整回路１１４と同様の機能を有する周波数調整回路を、経路１、経路２または経路３に設けても良く、周波数調整回路を設ける位置は、上記に記述した箇所に限定されるものではなく、同じ効果が得られることは言うまでも無い。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る歪み補償装置４００の構成を示すブロック図である。

本実施の形態２に係る歪み補償装置４００は、図１に示す実施の形態１に係る歪み補償装置１００において、図４に示すように、周波数調整回路１１４を除き、第１の周波数調整回路４０１と第２の周波数調整回路４０２と検波回路４０３と制御回路４０４を追加する。なお、図４においては、図１と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明は省略する。

図４において、第１の分配器１０２の出力端から第１の遅延回路１０３を経由して第２の合成器１１５の入力端まで達する経路を経路１とする。また、第２の分配器１０４の出力端から第２の遅延回路１０５と第１の周波数調整回路４０１を経由して第１の合成器１１１の入力端まで達する経路を経路２とする。また、第２の分配器１０４の出力端から歪み発生回路１２５と第１の可変減衰器１０９と第１の可変位相器１１０と第２の周波数調整回路４０２を経由して第１の合成器１１１の入力端まで達する経路を経路３とする。また、第１の合成器１１１の出力端から第２の可変減衰器１１２と第２の可変位相器１１３を経由して第２の合成器１１５の入力端まで達する経路を経路４とする。

第２の遅延回路１０５は、第２の分配器１０４から入力した入力信号の伝搬時間を遅延させて第１の周波数調整回路４０１へ出力する。

第１の周波数調整回路４０１は、制御回路４０４の制御に従って、第２の遅延回路１０５から入力した入力信号における、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整して第１の合成器１１１へ出力する。具体的には、第１の周波数調整回路４０１は、第２の周波数調整回路４０２で調整した際に生じる入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスと同一のレベルのアンバランスになるように、第２の遅延回路１０５から入力した入力信号における、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整する。

第１の可変位相器１１０は、第１の可変減衰器１０９から入力した歪み成分を含む入力信号の位相成分を調整する。そして、第１の可変位相器１１０は、位相成分を調整した歪み成分を含む入力信号を第２の周波数調整回路４０２へ出力する。

第２の周波数調整回路４０２は、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、増幅器１２で増幅する際に生じる周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分を抑圧するために、第１の可変位相器１１０から入力した歪み成分及び入力信号の周波数毎のレベルがアンバランスになるようにする。例えば、第２の周波数調整回路４０２は、入力信号が低域側である周波数ｆ１と高域側である周波数ｆ２からなる場合に、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、周波数ｆ１の入力信号及び周波数ｆ１の入力信号の歪み成分と、周波数ｆ２の入力信号及び周波数ｆ２の入力信号の歪み成分との間に所定の振幅差または位相差を設けて、歪み成分の周波数毎のレベルがアンバランスになるようにする。そして、第２の周波数調整回路４０２は、周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに第１の周波数調整回路４０１から出力される入力信号とは同一振幅で且つ逆位相である入力信号と、この入力信号の歪み成分とを第１の合成器１１１へ出力する。

第１の合成器１１１は、第１の周波数調整回路４０１から入力した入力信号と第２の周波数調整回路４０２から入力した歪み成分を含む入力信号とを合成することにより歪み成分を抽出し、抽出した歪み成分を第２の可変減衰器１１２及び検波回路４０３へ出力する。

検波回路４０３は、第１の合成器１１１から入力した歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検波して、検波結果を制御回路４０４へ出力する。

制御回路４０４は、検波回路４０３から入力した検波結果に基づいて、第１の周波数調整回路４０１を制御する。具体的には、制御回路４０４は、検波回路４０３で検波した残留している入力信号成分のレベルが最小になるように第１の周波数調整回路４０１における振幅の変化量または位相の変化量を調整する制御を行う。

次に、歪み補償装置４００における歪み補償方法について、図４を用いて説明する。

歪み補償装置４００は、入力端子１０１から入力信号が入力すると、第１の分配器１０２で二系統の信号に入力信号を分配する。第１の遅延回路１０３は、第１の分配器１０２で二系統に分配した入力信号の一方の伝搬時間を遅延させる。一方、第２の分配器１０４は、第１の分配器１０２で二系統に分配した入力信号の内、他方の入力信号をさらに二系統の入力信号に分配する。

次に、第１の可変減衰器１０９は、歪みを含む入力信号の振幅成分を調整し、第１の可変位相器１１０は、歪みを含む入力信号の位相成分を調整する。

次に、第１の周波数調整回路４０１は、制御回路４０４の制御に従って、第２の遅延回路１０５から入力した入力信号における、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、第２の周波数調整回路４０２から出力される周波数毎のレベルがアンバランスな入力信号と同一のアンバランスなレベルの入力信号を生成する。また、第２の周波数調整回路４０２は、第１の可変位相器１１０から入力した歪み成分を含む入力信号における、周波数特性による振幅の変化量及び位相の変化量を調整することにより、増幅器１２で増幅する際に生じる周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分を抑圧するために、周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分及び入力信号を生成する。

次に、第１の合成器１１１は、第１の周波数調整回路４０１から入力した入力信号と第２の周波数調整回路４０２から入力した歪み成分を含む入力信号とを合成して歪み成分を抽出する。

次に、第２の合成器１１５は、第１の遅延回路１０３から入力した入力信号と第２の可変位相器１１３から入力した歪み成分とを合成した合成信号を出力端子１１６へ出力する。

一方、検波回路４０３は、第１の合成器１１１から入力した歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検波し、制御回路４０４は、検波回路４０３で検波した信号のレベルが最小になるように第１の周波数調整回路４０１を制御する。

このように、本実施の形態２によれば、周波数毎のレベルがアンバランスな歪み成分を生成する際に生じる、周波数毎のレベルがアンバランスな入力信号と同一のアンバランスなレベルの入力信号を生成して歪み成分を抽出するので、広帯域内で且つ広いダイナミックレンジ内でも精度良く歪みを抑圧することができるとともに、低消費電力で歪み補償が可能であり、調整を容易にすることができる。また、本実施の形態２によれば、抽出した歪み成分における入力信号の残留分を検波し、検波した入力信号の残留分のレベルが最小になるようにするので、経年変化による歪み補償機能の低下を防ぐことができる。

上記実施の形態１の歪み補償装置１００及び実施の形態２の歪み補償装置４００を、図５の歪み補償回路１１の代わりに適用した増幅装置１は、通信端末装置及び基地局装置等の通信装置に適用することができる。この場合、出力端子１３から出力された増幅信号は送信信号として通信装置から送信される。

本発明にかかる歪み補償装置、増幅装置、歪み補償方法及び増幅方法は、特に高周波増幅回路の入出力特性の非線形性により生じる相互変調歪を抑圧するのに好適である。

本発明の実施の形態１に係る歪み補償装置の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１に係る周波数調整回路の構成を示すブロック図本発明の実施の形態１に係る周波数調整回路に用いられる方向性結合器の振幅位相特性を示す図本発明の実施の形態２に係る歪み補償装置の構成を示すブロック図従来の増幅装置の構成を示す図従来の歪み補償装置における信号をベクトル的に表現した図従来の歪み補償装置の構成を示すブロック図従来の歪み補償装置における信号をベクトル的に表現した図従来の歪み補償回路の信号における振幅位相特性を示す図従来の歪み補償装置における信号をベクトル的に表現した図従来の歪み補償回路の信号における振幅位相特性を示す図従来の歪み補償装置における信号をベクトル的に表現した図従来の歪み補償装置における信号をベクトル的に表現した図

符号の説明

１００歪み補償装置
１０１入力端子
１０２第１の分配器
１０３第１の遅延回路
１０４第２の分配器
１０５第２の遅延回路
１０６入力回路
１０７歪み発生素子
１０８出力回路
１０９第１の可変減衰器
１１０第１の可変位相器
１１１第１の合成器
１１２第２の可変減衰器
１１３第２の可変位相器
１１４周波数調整回路
１１５第２の合成器
１２５歪み発生回路

Claims

複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配手段と、
前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配手段と、
前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生手段と、
前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整手段と、
前記周波数調整手段で調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成手段と、
前記第一信号と前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分とを合成する第二合成手段と、
前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出手段と、
検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整手段における振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御手段と、
を具備する歪み補償装置。
複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配手段と、
前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配手段と、
前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生手段と、
前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整手段と、
前記周波数調整手段で調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成手段と、
前記第一信号と前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分とを合成することにより歪み成分を含む合成信号を生成する第二合成手段と、
前記第一合成手段で抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出手段と、
検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整手段における振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御手段と、
前記合成信号を増幅するとともに前記増幅の際に生じる歪み成分を前記合成信号に含まれる歪み成分で抑圧する増幅手段と、
を具備する増幅装置。
請求項２記載の増幅装置を具備する通信装置。
複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配ステップと、
前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配ステップと、
前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生ステップと、
前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整ステップと、
前記周波数調整ステップで調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成ステップと、
前記第一信号と前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分とを合成する第二合成ステップと、
前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出ステップと、
検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整ステップにおける振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御ステップと、
を具備する歪み補償方法。
複数の周波数からなる入力信号を第一信号と第二信号の二系統に分配する第一分配ステップと、
前記第二信号をさらに第三信号と第四信号の二系統に分配する第二分配ステップと、
前記第四信号に歪み成分を発生させる歪み発生ステップと、
前記第四信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記歪み成分の周波数毎のレベルをアンバランスにするとともに、前記第三信号の周波数毎の振幅及び位相の調整により前記第三信号と前記第四信号との入力信号の周波数毎のレベルのアンバランスを同一にする周波数調整ステップと、
前記周波数調整ステップで調整した前記第三信号と前記歪み成分を含む前記第四信号とを合成することにより前記歪み成分を抽出する第一合成ステップと、
前記第一信号と前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分とを合成することにより歪み成分を含む合成信号を生成する第二合成ステップと、
前記第一合成ステップで抽出した前記歪み成分に残留している入力信号成分のレベルを検出するレベル検出ステップと、
検出した前記レベルが最小になるように前記周波数調整ステップにおける振幅または位相を調整する際の調整量を制御する制御ステップと、
前記合成信号を増幅するとともに前記増幅の際に生じる歪み成分を前記合成信号に含まれる歪み成分で抑圧する増幅ステップと、
を具備する増幅方法。