JP5163527B2 - 増幅装置 - Google Patents

Description

本発明は増幅装置に関する。本発明は、例えば、複数の異なるキャリア周波数の信号をそれぞれ含む複数の無線周波数信号を増幅する共用の増幅装置に好適に適用される。

無線方式の異なる複数の無線周波数信号を増幅する共用の増幅装置では、複数の無線周波数の入力信号に対して電力調整を行い、複数の無線周波数の入力信号間のレベル調整や出力レベルの調整を行う。そうすることにより、無線周波数信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）の入力レベルが飽和レベルを超えない範囲で、各無線周波数信号の入力レベルを調整した後、各キャリア周波数の信号を合成して増幅信号を出力する。

下記の特許文献１には、マルチキャリア信号のキャリア数の検知数と増幅器の出力レベルの検出値とに基づき、増幅器の入力信号に対して可変減衰器により利得を制御する送信レベル制御方法等について記載されている。

また、下記の特許文献２には、マルチキャリア信号の分離前の信号と、各キャリアに分離して復調したデータとに対して、マルチキャリア信号の電力検出結果を帰還して利得制御を行う技術等について記載されている。

また、下記の特許文献３には、共通パイロット信号と個別データ信号の２系列の入力信号を分離して処理した後の合成の電力検出結果を帰還し、入力の２つの信号の利得を制御する自動利得制御方法等について記載されている。

また、下記の特許文献４には、マルチキャリア信号を合成した後の電力を検出して帰還し、入力のキャリア信号毎に利得を制御するマルチキャリア増幅装置等について記載されている。

特開平４−２９１８３２号公報 特開２００３−５２２４４０号公報 国際公開ＷＯ２００５／０１１１６５パンフレット 国際公開ＷＯ０１／９９３１６パンフレット

異なる複数の無線周波数信号を増幅する共用の増幅装置では、入力信号の周波数特性や妨害波がそのまま出力されるために、入力信号の周波数偏差や入力レベルの変動により、送信出力偏差が大きくなる問題がある。送信出力偏差は、各種無線規格（例えばＷＣＤＭＡ無線規格等）で規定されているため、共用の増幅装置における送信電力偏差が大きいと、当該増幅装置への入力信号を生成する装置側の信号出力規格を厳格なものとすることとなる。

また、異なる無線方式の無線周波数信号の間で電力差が大きいと、入力レベルの小さい方の信号は、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）のダイナミックレンジを十分に有効利用することができなくなり、量子化誤差やアナログデジタル変換ノイズ等の影響により信号品質が劣化する恐れがある。そこで、各キャリア周波数の出力レベル偏差を小さくすることができ増幅装置を提供する。

実施例の一態様によれば、増幅装置は、周波数帯の異なる複数のマルチキャリア信号を増幅する増幅装置において、第１の周波数帯に属する複数のキャリア周波数の信号を含む第１のマルチキャリア信号のレベル、及び、第２の周波数帯に属する複数のキャリア周波数の信号を含む第２のマルチキャリア信号のレベルをそれぞれ調整するレベル調整部と、前記レベル調整部から出力された前記第１のマルチキャリア信号と前記第２のマルチキャリア信号とを合成する合成部と、前記合成部から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部の出力信号から各キャリア周波数の信号を抽出するキャリア抽出部と、前記キャリア抽出部が抽出した各キャリア周波数の信号についてゲインを調整するゲイン調整部と、前記ゲイン調整部によりゲインが調整された前記各キャリア周波数の信号を増幅する増幅部と、前記ゲイン調整部によりゲインが調整された前記各キャリア周波数の信号の電力レベルに基づいて、前記レベル調整部及び前記ゲイン調整部のそれぞれの調整量を制御する制御部と、を備えたものである。

各キャリア周波数の出力レベル偏差を小さくすることができる。

増幅装置の構成例を示す図である。 各キャリア抽出部の構成例を示す図である。 レベル調整の具体例を示す図である。 稼動中にキャリブレーションが可能な増幅装置の構成例を示す図である。

図１は開示の増幅装置の構成例を示す。同図は、２つの異なる無線周波数（ＲＦ）の信号を出力する２系統合成構成の増幅装置の構成例を示している。２つの無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号は、それぞれ周波数変換部１−１，１−２に入力される。周波数変換部１−１，１−２は、各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号を、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６でサンプリング可能な中間周波数（ＩＦ）にダウンコンバートする。

周波数変換部１−１，１−２でダウンコンバートされたアナログ信号は、可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３，１−４によりレベルが調整され、合成部（ＨＹＢ）１−５で合成され、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６によりデジタル信号に変換される。

アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６の出力信号は、信号分配部（ＤＩＶ）１−７によりキャリア数分の複数の信号経路に分配される。信号分配部（ＤＩＶ）１−７の出力信号は、入力信号と同一の信号（複数の信号に複製したもの）である。信号分配部（ＤＩＶ）１−７の各出力信号は、それぞれキャリア抽出部１−８〜１−１１に入力される。

各キャリア抽出部１−８〜１−１１は、それぞれ数値制御オシレータ（ＮＣＯ）と低域通過フィルタ（ＬＰＦ）とにより、それぞれ所定の帯域幅を有するキャリア周波数の信号（以下、単にキャリアと表記する場合がある）を抽出する。図２に各キャリア抽出部の構成例を示す。各キャリア抽出部は、復調部２−１と、第１の周波数変換部（ＮＣＯ）２−２と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２−３と、第２の周波数変換部（ＮＣＯ）２−４とを含む。

各キャリア抽出部の入力信号は、復調部２−１により復調された後、第１の周波数変換部（ＮＣＯ）２−２により周波数変換され、各キャリア抽出部で抽出するキャリア周波数帯域が低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２−３の通過帯域となるように周波数をシフトする。

第１の周波数変換部（ＮＣＯ）２−２の出力信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２−３に入力し、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２−３を通すことにより、抽出対象キャリア周波数以外の信号がカットされる。低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２−３の出力信号を第２の周波数変換部（ＮＣＯ）２−３に入力する。第２の周波数変換部（ＮＣＯ）２−３は、入力信号を元のキャリア周波数の信号に周波数をシフトする。この動作により各キャリア抽出部で所望のキャリア周波数の信号を抽出することができる。

図１に戻り、各キャリア抽出部１−８〜１−１１で抽出された各キャリア周波数の信号は、ゲイン調整部１−１２〜１−１５によりそれぞれ所定のレベルに補正された後、合成部（ＭＵＸ）１−１６により合成される。ゲイン調整部１−１２〜１−１５としてデジタルゲインコントローラ（ＤＧＣ）を用いることができる。合成部（ＭＵＸ）１−１６の出力信号は、ピーク抑圧設定部（ＰＥＡＫ）１−１７へ入力される。

ピーク抑圧設定部（ＰＥＡＫ）１−１７は、信号レベルのピークが所定のレベルを超えないように抑圧した後、入力信号を歪補償部（ＤＰＤ）１−１８に出力する。歪補償部（ＤＰＤ）１−１８は、入力信号に対して歪補償を行い、変調部（ＱＭＯＤ）１−１９に出力する。変調部（ＱＭＯＤ）１−１９は入力信号を変調し、増幅部１−２０に出力する。増幅部１−２０は入力信号を電力増幅して送信する。

次にキャリブレーションについて説明する。アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６の動作点を最適にする手段、及び各キャリア抽出部１−８〜１−１１で抽出されたキャリア毎の電力調整を可能にする手段は、以下のように実現される。

（キャリブレーション前処理について）
制御部（ＣＰＵ）１−２２に対して予め、各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号についての入力レベル及び各キャリア周波数を設定する。制御部（ＣＰＵ）１−２２は、各キャリア抽出部１−８〜１−１１の数値制御オシレータ（ＮＣＯ）の設定を抽出キャリア毎に行う。このとき、ゲイン調整部１−１２〜１−１５のゲインを固定値の“０倍”に設定しておく。制御部（ＣＰＵ）１−２２は、可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３，１−４の初期値を最も減衰量が大きい最大減衰値（Ｖｍａｘ）に設定しておく。

最初のキャリブレーション処理として、各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号のキャリア毎の入力レベルが同等となるように、可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３，１−４の制御電圧を調整する。キャリア毎の入力レベルを同等とする理由は、各キャリアにおいてアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６の入力レンジを最大限に有効利用するためである。

アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６への入力レベルが高いほど、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６のダイナミックレンジを有効利用することができるが、入力レベルが飽和すると、入力信号に不連続点が発生し、その結果、出力信号のスペクトラムが発散する現象が発生する。

そこで、各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号におけるピーク電力の合計が、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６のダイナミックレンジの最大値となるように、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６への入力レベルを設定する。

ここで、第１の無線周波数（ＲＦ１）信号のキャリア数をＮａ、第２の無線周波数（ＲＦ２）信号のキャリア数をＮｂ、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６のダイナミックレンジを有効利用することができる積分値をＰｍａｘ（ｄＢｍ）とする。各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号の、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１−６への入力レベル最適値Ｐａ，Ｐｂは、以下の式１及び式２により決定される。なお、実際の計算は電圧換算値で算定されるが、ここでは簡単に表現するためデシベル表記で記載している。
Ｐａ（ｄＢｍ）＝Ｐｍａｘ×Ｎａ／（Ｎａ＋Ｎｂ）・・・（式１）
Ｐｂ（ｄＢｍ）＝Ｐｍａｘ×Ｎｂ／（Ｎａ＋Ｎｂ）・・・（式２）

（可変減衰部（ＶＡＴＴ）の減衰量電圧キャリブレーションについて）
上述の式１及び式２の入力レベル最適値Ｐａ，Ｐｂを基に、可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３，１−４の減衰量を設定する。初めに第１の無線周波数（ＲＦ１）信号側の可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３の減衰量の制御電圧を与える第１のデジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１−２３の出力電圧を、予め設定した値（Ｖｉｎｉ）に設定する。

このとき、第２の無線周波数（ＲＦ２）信号側の可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−４の減衰量を最大設定のままにしておく。更に第１の無線周波数（ＲＦ１）信号のキャリア用のゲイン調整部のゲイン設定値を“１倍”に設定する。第２の無線周波数（ＲＦ２）信号のキャリア用のゲイン調整部のゲイン設定値は“０倍”のままにしておく。

この状態で合成部（ＭＵＸ）１−１６から出力される各キャリアの電力の積分値を積分部１−２１で算出し、該積分値Ｐと入力レベル最適値Ｐａとから、可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３に設定する電圧値Ｖａを算出する。算出式は以下となる。なお、積分部１−２１は、合成部（ＭＵＸ）１−１６から出力される各キャリア周波数の信号の電力レベルを一定時間積分する。
Ｖａ＝Ｖｉｎｉ−（Ｐａ−Ｐ）／Ａ・・・（式３）
ここでＡ（ｄＢ／Ｖ）は、可変減衰部（ＶＡＴＴ）の電圧−減衰特性である。

同様の処理を第２の無線周波数（ＲＦ２）信号に対して実行する。これにより、キャリア毎の電力が等しく、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）のダイナミックレンジを最大限有効利用する入力レベル調整を行うことができる。

（キャリア毎キャリブレーションについて）
次にキャリア毎のキャリブレーションについて説明する。各キャリア抽出部１−８〜１−１１から抽出される各キャリア対応のゲイン調整部１−１２〜１−１５に対し、１つのキャリア毎に順に対応のゲイン調整部のみのゲインを“１倍”に設定し、他のゲイン調整部のゲインを“０倍”に設定する。

この状態で積分部１−２１から出力される積分値Ｐとキャリアの出力期待値Ｐｃａｒとを比較し、各キャリアの出力値が出力期待値Ｐｃａｒとなるように、当該ゲイン調整部のキャリアゲイン設定値Ｇｃａｒを決定する。キャリアゲイン設定値Ｇｃａｒは、以下の式４により算出される。
Ｇｃａｒ＝Ｐｃａｒ−Ｐ（ｄＢ）・・・（式４）
この処理により、各キャリアは入力レベルに関係なく、制御部（ＣＰＵ）１−２２により調整され、出力期待値Ｐｃａｒの出力レベルで送信される。

レベル調整の具体例を図３に示す。同図は第１及び第２の無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号として、それぞれ２つのキャリアＣ１，Ｃ２を含む場合のレベル調整の例を示している。同図の（ａ）は、周波数変換部１−１，１−２から出力される各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号の各キャリアＣ１，Ｃ２のレベルを表している。

同図の（ｂ）は、可変減衰部（ＶＡＴＴ）１−３，１−４によりレベルを調整した各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号の各キャリアＣ１，Ｃ２のレベルを表している。同図の（ｃ）はゲイン調整部１−１２〜１−１５によりレベルを調整した各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号の各キャリアＣ１，Ｃ２のレベルを表している。

同図（ａ）に示すように、第１及び第２の無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号の入力レベルに偏差が存在する場合でも、同図（ｂ）に示すように偏差を低減することにより、各無線周波数（ＲＦ１，ＲＦ２）信号に対して、それぞれアナログデジタル変換部（ＡＤＣ）のダイナミックレンジを有効利用することができる最適な動作点で動作するよう調整することができる。

また、同図（ｃ）に示すように、マルチキャリアの信号が入力される場合において、各キャリア周波数の信号毎にそれぞれの出力電力レベルの調整を行うことができ、出力レベル偏差を低減することができる。

（稼動中のキャリブレーションについて）
各キャリアの電力レベルの積分値を加算する構成を例えば図４の構成とすることにより、稼動中のキャリブレーションが可能となる。即ち、図１に示したゲイン調整部１−１２〜１−１５と合成部（ＭＵＸ）１−１６との間に、各キャリア周波数の信号の通過をスイッチングする測定スイッチ（ＳＷ）４−１〜４−４を備える。

また、各ゲイン調整部１−１２〜１−１５からの出力信号を、合成部（ＭＵＸ）１−１６’で合成し、合成部（ＭＵＸ）１−１６’の出力信号を、図１の構成と同様にピーク抑圧設定部（ＰＥＡＫ）１−１７へ入力する。

こうすることにより、調整対象のキャリアの測定スイッチ（ＳＷ）４−１〜４−４を導通状態にして合成部（ＭＵＸ）１−１６へ導き、該キャリアの電力レベルを積分部１−２１で算出し、該電力レベルと設定送信出力電力との比較により、当該キャリアのゲイン調整部を調整し、当該キャリアの送信出力レベルを適正に調整することができる。

（送信出力電力の変更について）
図４の構成例において、送信出力レベルが上位装置から設定された場合、増幅装置は全キャリアの測定スイッチ４−１〜４−４をオン状態にし、積分部１−２１により全キャリアの電力レベルの積分値を算出する。得られた積分値と予め設定された電力値との比較を行い、各ゲイン調整部１−１２〜１−１５の各キャリアゲイン設定値に比較結果を加算することにより、所望の送信出力電力が得られる。

各キャリアゲイン設定値の演算式は以下のように表される。この演算結果を全てのキャリアに対して反映させる。
Ｇｃａｒ＝（Ｐｓｅｔ−Ｐ）＋Ｇｃａｒ＿ｃ・・・（式５）
ここで、Ｇｃａｒはキャリアゲイン設定値、Ｐｓｅｔは設定された電力、Ｐは積分値、Ｇｃａｒ＿ｃは現在のキャリアゲイン設定値である。

（キャリア毎の送信電力の変更について）
図４の構成例において、各キャリアの送信出力電力が上位装置から設定された場合、増幅装置は設定されたキャリアの測定スイッチ（４−１〜４−４の何れか）を導通状態とし、それ以外のキャリアの測定スイッチを遮断状態にし、積分部１−２１により電力レベルの積分値を算出する。

得られた積分値と設定された電力レベルとの比較を行い、当該キャリアゲインに比較結果を加算することにより、所望の送信出力が得られる。各キャリアゲインの演算式は以下のように表される。
Ｇｃａｒ＝（Ｐｓｅｔ−Ｐ）＋Ｇｃａｒ＿ｃ・・・（式６）
ここでＧｃａｒはキャリアゲイン設定値、Ｐｓｅｔは設定された電力、Ｐは積分値、Ｇｃａｒ＿ｃは現在のキャリアゲイン設定値である。この処理により、設定電力に対して高精度のゲイン補正が可能となる。

このように、各キャリア周波数の信号を積分部へ送出する信号経路の導通状態をオン又はオフに切替える測定スイッチを具備することにより、調整対象とする任意のキャリア周波数の信号の電力レベルを演算部（ＣＰＵ）へ送出することができ、増幅装置の稼動中でもキャリブレーションを行うことが可能となる。

１−１，１−２ 周波数変換部
１−３，１−４ 可変減衰部（ＶＡＴＴ）
１−５ 合成部（ＨＹＢ）
１−６ アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）
１−７ 信号分配部（ＤＩＶ）
１−８〜１−１１ キャリア抽出部
１−１２〜１−１５ ゲイン調整部
１−１６ 合成部（ＭＵＸ）
１−１７ ピーク抑圧設定部（ＰＥＡＫ）
１−１８ 歪補償部（ＤＰＤ）
１−１９ 変調部（ＱＭＯＤ）
１−２０ 増幅部
１−２１ 積分部
１−２２ 制御部（ＣＰＵ）
１−２３，１−２４ デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）

Claims (4)

1. 周波数帯の異なる複数のマルチキャリア信号を増幅する増幅装置において、
   第１の周波数帯に属する複数のキャリア周波数の信号を含む第１のマルチキャリア信号のレベル、及び、第２の周波数帯に属する複数のキャリア周波数の信号を含む第２のマルチキャリア信号のレベルをそれぞれ調整するレベル調整部と、
   前記レベル調整部から出力された前記第１のマルチキャリア信号と前記第２のマルチキャリア信号とを合成する合成部と、
   前記合成部から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、
   前記アナログデジタル変換部の出力信号から各キャリア周波数の信号を抽出するキャリア抽出部と、
   前記キャリア抽出部が抽出した各キャリア周波数の信号についてゲインを調整するゲイン調整部と、
   前記ゲイン調整部によりゲインが調整された前記各キャリア周波数の信号を増幅する増幅部と、
   前記ゲイン調整部によりゲインが調整された前記各キャリア周波数の信号の電力レベルに基づいて、前記レベル調整部及び前記ゲイン調整部のそれぞれの調整量を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする増幅装置。
2. 前記ゲイン調整部から出力される各キャリア周波数の信号の電力レベルを積分する積分部を備え、該積分部は、前記各キャリア周波数の信号の電力レベルを一定時間積分した積分値を算出し、前記制御部は、該積分値と電力設定の期待値とを基に前記各キャリア周波数の信号のレベルを調整し、前記アナログデジタル変換部の動作点を調整することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
3. 前記ゲイン調整部から出力される各キャリア周波数の信号の電力レベルを積分する積分部を備え、該積分部は、前記各キャリア周波数の信号の電力レベルを一定時間積分した積分値を算出し、前記制御部は、該積分値と電力設定の期待値とを基に前記各キャリア周波数対応の前記ゲイン調整部のゲインを調整することを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
4. 前記ゲイン調整部から出力される前記各キャリア周波数の信号を前記積分部へ送出する信号経路を、導通状態又は遮断状態に切替える測定スイッチを備えたことを特徴とする請求項２又は３に記載の増幅装置。

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