JPH06507538A

JPH06507538A - 高ダイナミック・レンジ変調独立型フィード・フォーワード増幅器ネットワーク

Info

Publication number: JPH06507538A
Application number: JP5516529A
Authority: JP
Inventors: タッターサル，デレク・エル・ジュニア; ロング，ジェームス・エフ
Original assignee: モトローラ・インコーポレイテッド
Priority date: 1992-03-20
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-08-25
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: EP0585421A1; EP0585421A4; EP0585421B1; WO1993019524A1; KR970005293B1; CN1027478C; DE69327492D1; JP2543824B2; NZ247198A; US5307022A; AU650811B2; MY109303A; CA2109506C; CN1083986A; BR9305441A; DE69327492T2; AU3484693A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】高ダイナミツク・レンジ変調独立型フィード・フォーワード増幅器ネットワーク発明の分野本発明は、一般的に電力増幅器に関し、更に特定すればフィード・フォーワードを用いて、動作中に電力増幅器によって生じる歪みを低減させるようにした、電力増幅器ネットワークに関するものである。特に、本発明は、広範囲の変調フォーマットや信号入力レベルから信号を再生可能な、フィード・フォーワード増幅器ネットワークに関するものである。

発明の背景ＲＦ電力増幅器は、広範囲にわたる通信および他の電子用途において用いられている。これらの増幅器は、１つ以上の縦続接続された増幅器段で構成されており、各々が、当該段の入力に印加された信号のレベルを、増幅段利得として知られている量だけ上昇させるものである。理想的なのは、各段の入力から出力への転送は線型であり、振幅が増大された入力信号の完全な複製が、増幅器の出力に発生されることである。しかしながら実際は、全ての電力増幅器がその転送特性にある程度の非線型性を有する。この非線型性は出力信号の歪みとなるので、もはや入力の完全な複製ではなくなってしまう。この歪みは、相互変調積（Ｉｎ【ｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ）として知られるスプリアス信号成分を生成する。相互変調積は、干渉、クロストーク（Ｃｒｏｓｓ　ｔａｌｋ）　、および増幅器を用いたシステムの性能に対する他の悪影響の原因となるので、望ましくない。したがって、従来技術では、増幅器の動作中に生成される歪みを低減するように設計された種々の方法および装置が考えられている。一般的に示唆されている２つの方法は、逆歪み法（ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）とフィード′フォーワード（ｆｅｅｄ　ｆｏｒｗａｒｄ）である。

逆歪み法は、電力増幅器によって発生される歪みに類似した補助（ａｕｘｉｌｉａｒｙ）歪み信号を生成する補助歪み源を利用する。この補助歪み信号を、正確な利得および位相で電力増幅器の入力に加え、電力増幅器の出力において歪みの相殺を図るのである。この方法は、２つの異なる源の歪み特性を合わせる必要があるので、得ることができる補正量には限界がある。

フィード・フォーワード方法は、電力増幅器によって発生される歪みを分離し、最大に相殺されるように調整された利得、位相および遅延と共に、それを電力増幅器の出力に再度加えるので、先に述べた制限がない。フィード・フォーワードを用いて得られる歪みの減少量は、主に利得と位相の調整精度によって制限される。

第１図を参照すると、従来技術のフィード・フォーワード・システムがブロック図状で示されている。分割回路１２が、負荷ｌｌ上の入力信号を分割する。即ち、一方の部分は電力増幅器１４に、他方は経路１５を通じて相殺回路１８に送られる。電力増幅器１４からの出力は、入力信号の増幅に起因する歪み成分を含んでいる。電力増幅器１４からの出力信号の一部は、方向性結合器（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｕｐｌｅｒ）　ｌ　６から取られ、相殺回路１８に送られる。経路リード１５上の入力信号の利得、位相および遅延は、固定利得、位相および遅延調整器によって調整され、方向性結合器１６からの信号と組み合せられた時に入力信号の一部が相殺され、歪み成分がリード１９上に得られるようにしである。この歪み成分は、固定利得、位相および遅延調整器によって調整されて、歪み成分が電力増幅器の出力と方向性結合器１０において組み合せられる時、結果として得られた出力信号には歪みがない。しかしながら、この方法による問題は、固定利得、位相および遅延調整器の使用にあり、これは例えば入力信号のばらつき、電圧のばらつきおよび温度変動等のような動作点変化に応答して利得および位相パラメータを調整する機能（ａｂｉｌｉｔｙ）を排除してしまう。

第２図を参照すると、上述の欠点を克服するために試みた、フィード・フォーワード・システムの更に別の従来技術が示されている。検査信号即ちパイロットを、結合器３０を通じて、電力増幅器２４の主信号経路に導入する。増幅器出力において検出されるこのパイロットの強度を、自動制御回路３２を用いて、リード２９上の信号の利得および位相を調整し、パイロットと電力増幅器２４によって導入された歪みの双方を除去するようにしたものである。この手法の問題は、単一のパイロット・トーンの導入では、相互変調積の相殺に対して狭い帯域においてのみ解決が得られるに過ぎないことである。加えて、第２図の実施例も、キャリアを相殺するために、固定した利得、位相および遅延調整器の使用を教示している。

第３図を参照すると、ＲＦ電力増幅器の線型転送特性を改良するために設計された、フィード・フォーワード・システムの更に別の従来技術が示されている。これは、７で８および５からの入力および出力信号を比較して、１０で反転された歪み信号を得、１１で２６において増幅された信号と組み合せることによって実現されたものである。基準信号１３が、直接ＲＦ電力増増幅２に導入されるので、増幅された誘発歪みであるかのように、出力端子に現われる。モニタ回路１４は、出力端子３に現われる基準信号１３を監視し、端子３において増幅された出力信号から、導入された基準信号を除去するように、等化回路１５の特性を修正する。

基準信号１３は、所望の基準周波数に連続的に調整される単一の信号基準、或いは櫛状発生器（ｃｏｍｂ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）によって典型的に発生されるもののような櫛状の周波数（ａｃｏｍｂ　ｏｆ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）のいずれかであることを注記しておく。単一の基準信号については、モニタ１４が繰す返し等化器１５の適切な周波数帯域を各連続基準周波数に調整して、相殺を行うようにする。櫛状の基準については、モニタ１４は周波数選択型であるので、等化器１５の適切な帯域を調整しつつ、各特定の櫛状周波数に応答するように調整する。

これらの手法は、電力増幅器の動作帯域の広い範囲にわたって、相互変調積の相殺が行われるようにしたものであるが、これらは、所望の度合の相互変調相殺が達成される前に、等化器帯域の調整を数回行わなければならないという欠点がある。これらの連続調整を行うのに追加しなければならない時間は、システムのスループットに悪影響を与える。加えて、それらは混合変調フォーマントによって特徴づけられる環境、即ち増幅された入力信号のダイナミック・レンジが広い場合において、適当なＩＭ相殺を行う能力を設けることができない。

したがって、従来技術の欠点を回避する広帯域でダイナミック・レンジが広いフィード・フォーワード増幅器ネットワークを提供することができれば、非常に有益であろう。

発明の概要端的に述べると、本発明は、フィード・フォーワード増幅器ネットワークに関し、該ネットワークの電力増幅器によって発生される歪みを低減するために、周波数掃引（ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｗｅｐｔ）パイロット・トーン信号を用いたものである。まず最初に、広帯域の変調フォーマットと狭帯域の変調フォーマットの少なくとも１つを含む複合入力信号を、ネットワーク内に入力する。加えて、例えば可変周波散発振器によって発生された周波数掃引パイロット・トーン信号を、電力増幅器の入力経路に導入する。その後、歪み相殺を用いて、入力信号内のそれらを複製した出力成分を有する、増幅された出力信号を発生する。その後、出力成分がない増幅器の通過帯域内で、パイロット・トーン電力を検出し、増幅された出力信号内に残留する平均パイロット・トーン電力を確認する。この平均パイロット・トーン電力は、電力増幅器の動作帯域にわたって平均化された増幅出力信号間に見いだされる、パイロット・トーン電力量である。この検出に応答して、増幅器ネットワークの出力におけるパイロット・トーン量を低減するために、種々の増幅器ネットワーク特性を調整する。

本発明の第１の利点は、周波数掃引パイロット・トーン信号が、固定ステップまたは櫛状周波数とは異なり、可変周波数信号であることである。

本発明の第２の利点は、個々の周波数において電力を検出するのとは異なり、パイロット・トーン電力の検出が、電力増幅器の動作帯域間の平均電力を基にしていることである。

本発明の別の利点は、１箇所または多数箇所の固定周波数位置におけるパイロット・トーンの検出とは異なり、増幅器ネットワークの特性が、増幅器の帯域間の平均パイロット・トーン電力に基づいて調整されることである。

本発明の更に別の利点は、広帯域および狭帯域双方の歪みが、増幅器の動作帯域にわたって抑制されることである。

図面の簡単な説明第１図は、従来技術によるフィード・フォーワード増幅器ネットワークを示す。

第２図は、従来技術によるフィード・フォーワード増幅器ネットワークを示す。

第３図は、従来技術によるフィード・フォーワード増幅器ネットワークを示す。

第４図は、本発明によるフィード・フォーワード増幅器ネットワークを示す。

第５図は、本発明のフィード・フォーワード増幅器ネットワークの、通信環境の一例を示す。

好適実施例の詳細な説明第４図を参照すると、本発明によるフィード・フォーワード増幅器ネットワーク２００がブロック図状に示されている。このネットワークの通信環境の一例が、第５図に描かれている。図示のように、ネットワーク２００の通信は、広帯域に変調された信号５２０および狭帯域に変調された信号５１０の双方に対処するものである。多数の変調フォーマストを備えているのに加えて、提案した通信ネットワークは、広く変動する振幅を有する信号によって更に特徴付けられる。

このように、第４図に戻って、入力信号２１６は、例えば、周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）フォーマットおよび／またはコード分割多重（ＣＤＭＡ）フォーマットのような、狭帯域および／または広帯域変調フォーマットを有する、複数の成分を含むことができる。１本の信号経路、主信号経路では、入力信号が主増幅器２０２で増幅され、方向性結合器２０３、遅延２０４ならびに方向性結合器２０５および２０６を通じて出力に向けられる。先に述べたように、歪みおよび相互変調成分が主増幅器２０２によって導入される。狭いおよび広い帯域の信号が両方とも２１６において導入されるので、第２図の回路は、出力２１７の前に、主増幅器２０２によって導入された広帯域および狭帝域歪みおよび相互変調の実質的に全てを除去するように、設計されたものである。

この成果のために、入力信号２１６は、フィード・フォーワード信号経路の遅延回路２０７によって遅延され、歪みを全く導入することなく、位相および利得が位相および利得調整器２０８によって調整される。遅延２０７の時間遅延は、主増幅器２０２および方向性結合器２０３による信号遅延を補償するように設定される。次に、方向性結合器２０３および２０９は、歪み成分を有する信号の一部が、供給されたフィード・フォーワード信号（ｆｅｄ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｓｉｇｎａｌ）と結合することを可能にする。このフィード・フォーワード入力信号の振幅および位相が適正に調整されれば、方向性結合器２０３からの増幅信号のキャリア成分は、供給されたフォーワード入力信号のキャリア成分を相殺し、その結果方向性結合器２０９の出力に誤差信号を発生する。

このプロセスは、多くの場合キャリア相殺と呼ばれている。

その後、誤差信号の振幅および位相を、振幅および位相調整器２１０によって修正し、誤差増幅器２１１において増幅し、方向性結合器２０５に進ませ、ここで方向性結合器２０３および遅延２０４を通じた主増幅器の出力から、減算する。

遅延２０４の時間遅延は、方向性結合器２０９、利得および位相調整器２１０ならびに誤差増幅器２１１による信号遅延を補償するように設定される。誤差信号の振幅および位相が適正に調整されれば、主信号経路の歪み成分は相殺され、結果として主信号経路の出力２１７に歪みのない（ｃｌｅａｎ）信号が得られる。

最適な歪み相殺を達成するために、利得および位相調整器２０８および２１０を制御して、正しい出力信号、即ち、主増幅器２０２によって生じた歪みが実質的に含まれていないもの、を生成しなければならない。本発明によれば、パイロ７ト・トーン発生器２１３が、周波数掃引パイロット・トーン信号２１２を生成し、これを方向性結合器２１８を介して入力信号２１６の経路に導入し、主増幅器２１６に送る。パイロット・トーン信号の振幅は、主増幅器２０２によって発生された歪み成分のレベルと等しくなるように制御される。結果として、方向性結合器２０９の出力における誤差信号は、主増幅器２０２およびパイロット・トーン信号２１２によって導入された歪み成分を、実質的に表わすことになる。主増幅器出力経路内のパイロット・トーン信号２１２を適正に相殺することによって、等しい振幅のそれら歪み成分も同様に相殺され、２１７に歪みのない出力信号を発生する。

パイロット・トーンの相殺程度を判断するために、本発明はパイロット・トーン検出器２１５を利用する。好適実施例によれば、検出器２１５は、狭帯域パイロット・トーン受信機である。動作中、検出器２１５は位相ロックされる。即ち信号２１８によってパイロット・トーン発生器２１３と同期される。好適実施例によれば、パイロット・トーン発生器２１３は、可変周波数発振器である。この装置は、局所クロック（以後基準信号２１８と呼ぶ）即ちり。

Ｏ７によって動作し、ある範囲の周波数を発生することができる。パイロスト・トーン発生器２１３とパイロット・トーン検出器２１５は、同一基準２１８で動作するので、主増幅器の出力経路上に付加された信号があっても、検出器２１５は容易にパイロット・トーン信号を識別することができる。

従来技術によって教示されている、固定された階段状または櫛状周波数と異なり、周波数掃引パイロット・トーン信号２１２は、時間に対する周波数変化が一定の、連続変化周波数を有する信号として特徴付けられる。これによって、本発明のパイロット・トーン信号は、増幅器ネットワークの全動作帯域にわたって掃引可能となる。対照的に、固定周波数のパイロット・トーン信号は１つの周波数しか持たず、階段状パイロット・トーンは可変する周波数を有するが、時間に対する周波数の変化は階段状の関数となり、一方櫛状周波数は、多重固定周波数信号として最良に特徴付けられる。周波数掃引パイロット・トーンを用いることから得られる利点は、増幅器ネットワーク２００の動作帯域全体において、パイロット・トーンおよび歪み相殺の双方を得ることができる能力である。

動作中、方向性結合器２０５からの出力からのランダム・サンプルは、歪みとパイロット・トーンの双方が主増幅器の出力経路から相殺される点を表すが、それらは結合器２０６から得られ、検出器２１５に送られる。先に示唆したように、検出器２１５は、当技術では公知のものと同様の狭帯域受信機である。好適実施例によれば、この狭帯域受信機を、掃引パイロット・トーン発生器２１３の周波数に同調させ、１回の周波数掃引中に、複数の間隔でパイロット・トーン信号の強度を判定する。出力信号２１７内のパイロット・トーン信号２１２がキャリア信号と一致する場合、これは検出器２１５によって無視される。したがって、パイロット・トーン信号２１２は、キャリア信号の間にある時にのみ検出される。

好適実施例によれば、パイロット・トーン信号強度は、検出器２１５によって、各周波数に対して数回測定される。

各々個別の周波数に対する複数の測定値は共に平均化されて、その周波数における平均信号強度（パイロット・トーン電力）のサンプルを発生する。このようなサンプルを数個、１回の周波数掃引の間に、複数の間隔（頻度）で取る。これらのサンプルを共に平均化し、主増幅器出力経路内の平均パイロット・トーン電力レベルを判定する。前記検出に応答して、制御器２１４は利得および位相調整器２０８．２１０の利得および位相特性を調整し、電力増幅器２０２によって導入されたパイロット・トーン信号および歪みの双方を除去する。

好適実施例によれば、制御器２１４は、例えばデジタル・ボルトメータのようなアナログ／デジタル変換器で構成されており、利得および位相調整器２０８および２１０の利得および位相特性を調整するようにプログラムされたマイクロプロセッサが用いるために、検出されたパイロット・トーン電力レベルをデジタル表現に変換するものである。

この手法の下では、所望の相殺度合を得る前に、連続する周波数において何回も利得および位相の調整を行うことはもはや必要ではなくなる。代わりに、１回の周波数掃引の間に数回の間隔でパイロット・トーン電力レベルをサンプルすると共に、それらの値を共に平均化して掃引全体に対する平均パイロット・トーン電力レベルを判定することによって、増幅器ネットワークの動作帯域の全体にわたるパイロット・トーンと歪みとの双方の相殺が、同時に達成される。

本発明を例示的実施例を参照しながら説明してきた。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の変更が可能なことは、当業者には明白であろう。

例えば、第４図は単一のキャリア相殺ループを用いた回路を示す。ネスト（ｎｅｓ＋）状或は縦続接続されたキャリア相殺ループを用いてもよいことは、当業者によって詔められよう。加えて、制御器２１４は、マイクロプロセッサで制御する装置である必要はなく、一方検出器２１５はいくつかの既知の狭帯域ＲＦ検出器または周波数選択受信機のいずれでもよい。更に、パイロット・トーン信号２１２は、アナログまたはデジタル回路源のいずれが発生してもよいことも、当業者によって認められよう。そのほかの変更には、利得および位相調整器２１０を誤差増幅器２１１の出力に接続し、増幅された誤差信号の位相および振幅を調整し、主増幅器の動作帯域内の平均パイロット・トーン電力レベルを低下させるようにすることが含まれる。

々輌未膏檗摘周三皮牧ＦＩＣ−，５

Claims

【特許請求の範囲】

１．電力増幅器によって発生される歪みを低減するためのフィード・フォーワード増幅器ネットワークであって：広帯域変調フォーマット；および狭帯域変調フォーマット；の少なくとも一方を含む成分を有する入力信号を受信する手段；前記受信手段に結合されており、基準信号の関数として周波数掃引パイロット・トーンを発生し、該周波数掃引パイロット・トーンを電力増幅器の入力信号の入力経路に導入する手段；前記受信手段に結合されており：広帯域変調フォーマット；および狭帯域変調フォーマット；の少なくとも１つを含む成分を有する前記入力信号の増幅された出力を発生する回路手段；前記回路手段に結合されており、前記増幅された出力信号の成分の間にある、平均パイロット・トーン電力レベルを検出する手段；ならびに前記検出手段に結合されており、回路手段の特性を調整して、前記増幅器の動作帯域内の前記平均パイロット・トーン電力レベルの振幅を減少させる手段；から成ることを特徴とするフィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
２．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記周波数掃引パイロット・トーンを発生する前記手段は、可変周波数発振器であることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
３．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記基準信号は、前記可変周波数発振器の局所発振率であることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
４．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記周波数掃引パイロット・トーンは、単一または多重固定周波数信号とは異なる、可変周波数信号であることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
５．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記周波数掃引パイロット・トーン信号は：変調信号；および非変調信号；の少なくとも一方を含んでいることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
６．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記回路手段は更に：前記電力増幅器に結合されており、前記周波数掃引パイロット・トーンおよび前記電力増幅器によって発生された歪みを表わす誤差信号を発生する第１相殺手段；および前記第１相殺手段に結合されており、増幅された誤差信号を電力増幅器の出力信号と結合して、前記増幅された出力信号を発生する、第２相殺手段；から成ることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
７．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記検出手段は：周波数選択受信機；および狭帯域ＲＦ電力検出器；から成る検出器群から選択された装置であることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
８．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記検出手段は、前記基準信号に位相がロックされることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
９．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記調整手段は、前記増幅器の動作帯域内で検出された平均パイロット・トーン電力レベルに応答して、前記誤差信号の振幅と位相とを調整することを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
１０．請求項９記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記平均パイロット・トーン電力は、１回の周波数掃引の間に取られた複数のパイロット・トーン電力サンプルの関数として判定されることを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
１１．請求項１記載のフィード・フォーワード増幅器ネットワークにおいて、前記受信手段は、入力信号成分間に大きなダイナミック・レンジを有する入力信号を受信することを特徴とする、フィード・フォーワード増幅器ネットワーク。
１２．電力増幅器ネットワークによって発生される歪みを低減させる方法であって：広帯域の変調フォーマット；および狭帯域の変調フォーマット；の少なくとも一方を含む成分を有する入力信号を、前記電力増幅器に伝達する段階；周波数掃引パイロット・トーンを、前記電力増幅器の入力信号に導入する段階；広帯域の変調フォーマット；および狭帯域の変調フォーマット；の少なくとも一方を含む成分を有する、増幅された出力信号を発生する段階；前記増幅器の動作帯域にわたる増幅出力信号成分の間にある平均パイロット・トーン電力レベルを検出する段階；並びに前記平均パイロット・トーン電力レベルの検出に応答して、電力増幅器ネットワークの特性を調整し、前記増幅器の動作帯域にわたる前記パイロット・トーン電力の振幅を減少させ、広帯域および狭帯域双方の歪みを前記増幅器の動作帯域にわたって抑制する段階から構成されることを特徴とする方法。