JPH10511534A - 無線周波数通信システムにおいて使用する増幅回路および増幅器の制御方法 - Google Patents

無線周波数通信システムにおいて使用する増幅回路および増幅器の制御方法

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JPH10511534A JP9515793A JP51579397A JPH10511534A JP H10511534 A JPH10511534 A JP H10511534A JP 9515793 A JP9515793 A JP 9515793A JP 51579397 A JP51579397 A JP 51579397A JP H10511534 A JPH10511534 A JP H10511534A
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Abstract

(57)【要約】 無線周波数システムにおいて使用するための増幅回路(100)。この回路は、第1信号(16)を受信する第1入力(20)および第1出力(24)を有する第1増幅器(22)を備えている。第1カプラ(18)が第1増幅器(22)の第1入力(20)をサンプルし、第2カプラ(26)が第1増幅器(22)の第1出力(24)をサンプルする。次に、第3カプラ(36)が第2カプラ(28)の出力および第1カプラ(34)の出力を比較し、第1入力(20)および第1出力(24)間の差を実質的に表わす誤差信号(38)を生成する。第4カプラ(44)は、誤差信号(38)を第2信号(48)と結合し、複合信号(50)を生成する。第2信号(48)は、第1増幅器の第1入力(20)によって受信される第1信号(16)と少なくとも部分的に相関関係がある。第2増福器(52)は、複合信号(50)に応答し、第2出力(54)を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】 無線周波数通信システムにおいて使用する 増幅回路および増幅器の制御方法 発明の分野 本発明は、一般的に増幅回路に関し、更に特定すれば、無線周波数通信システ ムにおいて使用する増幅回路に関するものである。 発明の背景 従来のフィード・フォーワード増幅器は、フィード・フォーワード・ループを 構成する種々の増幅器およびカプラを通じて所望の信号および誤差信号を分配す る方法により、概略的に、タイプI,II,IIIとして識別される様々な種類 に分類されている。従来のタイプIフィード・フォーワード増幅器は、典型的に 約20dBという、高水準の相互変調歪(IM)低減度が得られるが、効率は低 い。従来のタイプIフィード・フォーワード増幅器は、約5%の効率を有するに 過ぎず、このため動作コストが高いものとなる。 従来のタイプIIフィード・フォーワード増幅器は、タ イプI増幅器と比較すると、効率は改善されているがタイプII増幅器は、IM の低減に限界があるという欠点がある。また、従来のタイプII増幅器は、シス テム利得が少なく、典型的に約4dBである。タイプIIIフィード・フォー・ ワード増幅器は、効率およびIMの改善(約20dB)の間の折衷案を提示する が、システム利得は約7dBと更に低下する。加えて、タイプIIIフィード・ フォーワード増幅器では、その複雑さのために、最適なIMの低減を達成するよ うにこれらの増幅器を制御することが困難である。 したがって、効率を改善し、制御が容易で、望ましくないシステム利得の低下 を発生せずにIMの低減を可能にする、改良された増幅器が必要とされている。 更に、フィード・フォーワード増幅器を制御する改良された方法も必要とされて いる。 発明の概要 本発明の一態様は、無線周波数システムにおいて使用するための増幅回路に関 連する。この回路は、第1信号を受信する第1入力および第1出力を有する第1 増幅器を備えている。第1カプラが第1増幅器の第1入力をサンプルし、第2カ プラが第1増幅器の第1出力をサンプルする。第3カプラは、第2カプラの出力 および第1カプラの出力に応 答する。第3カプラは、第1入力および第1出力間の差を実質的に表わす誤差信 号を生成する。第4カプラは、この誤差信号を第2信号と結合し、複合信号を生 成する。第2信号は、第1増幅器の第1入力によって受信される第1信号と少な くとも部分的に相関関係にある。第2増幅器は、複合信号に応答し、第2出力を 生成する。 本発明の第2の態様は、第1入力および第1出力を有する第1増幅器を備えた 回路に関する。第2増幅器は、第1増幅器の第1出力に応答する。第2増幅器は 、第1信号を受信する第2入力を有し、第2出力も有する。第1カプラが第2増 幅器の第2入力をサンプルし、第2カプラが第2増幅器の第2出力をサンプルす る。第3増幅器は、第2カプラの出力に応答し、更に第1カプラの出力に応答し て、第2入力および第2出力間の差を実質的に表わす誤差信号を生成する。第4 カプラは、第1増幅器の第1出力をサンプルする。第5カプラは、第4カプラお よび誤差信号に応答し、複合信号を生成する。複合信号は第6カプラに渡され、 第6カプラも第2増幅器の第2出力に応答する。 本発明の最初の2つの態様を組み合わせることによって、フィード・フォーワ ード補正網を用いて、増幅器および前置増幅器の歪みレベルを低減させる、他の 態様が得られる。増幅器における誤差を低減させる方法は、前置増幅器が並列増 幅器に分割信号(split signal)を注入する。並列増幅器の一方の入力および出力 のサンプルを比較して、誤差 信号を発生する。この信号は、第2増幅器を予め歪ませる(predistort)ようなレ ベルで、第2の並列増幅器の入力に注入される。更に、この誤差信号のレベルは 、並列増幅器を再結合したときに、第1の並列増幅器から発生する誤差を大幅に 低減し、前置増幅器によって混入される誤差も大幅に低減するように設定する。 本発明の他の態様は、上述の増幅回路を制御する方法に関連する。この方法は : (a)信号強度を複数回測定し、測定周波数帯の異なる周波数で各測定を行う 段階; (b)各測定値を所定のしきい値と比較する段階; (c)しきい値を超過した測定値を破棄する段階; (d)残りの測定値から最大測定値を抽出することにより、第1最大測定値を 選択する段階;および (e)第1最大測定値に基づき、増幅回路に結合されている回路の振幅および 位相調節を行う段階; から成る。 図面の簡単な説明 第1図ないし第4図は、増幅器構成の好適実施例のブロック回路図である。 第5図は、増幅回路を制御する方法の好適実施例のフロー・チャートである。 第6図は、増幅回路の他の好適実施例のブロック図である。 第7図は、特定の好適な増幅回路の更に詳細な回路構成図である。 実施例の詳細な説明 第1図に本発明の好適実施例を示す。増幅器40,遅延素子32,およびカプ ラ18,26,36は、増幅器22内で発生する誤差信号を抽出し、この誤差信 号を適正なレベルでカプラ44に再度注入可能な回路を構成する。これにより、 入力信号12の成分には独立して、カプラ44に誤差信号を注入可能となる。 増幅器22および増幅器52から成る増幅器対、ならびにカプラ14およびカ プラ62は、並列増幅器網を形成する。この場合、カプラ14およびカプラ62 は、90°3dBカプラであり、増幅器22,52間で電力を分割し、その後増 幅器22,52の出力を再結合し、出力64において結合電力を生成する。 第1図の回路において、信号12をカプラ14に通し、信号16および信号4 5を生成する。好適実施例では、これらの信号16,45は、振幅がほぼ同様で あり、約90°の位相差を有する。信号16をカプラ18に通し、信号16のサ ンプルを、信号30および増幅器22への入力2 0として生成する。信号30は遅延素子32を通過し、信号34を生成する。こ うして、信号34は、入力信号12の成分から成る信号を与える。入力信号12 の成分のことを、以下では所望の信号成分と呼ぶ。信号20は増幅器22を通過 し、所望の信号成分および増幅器22内で発生した誤差信号の複合信号24を生 成する。増幅器22内で発生した誤差信号のことを、以下では第1誤差信号と呼 ぶ。カプラ26は、複合信号24のサンプルを信号28として供給する。信号2 4もカプラ26および遅延素子58を通過し、信号60を生成する。信号60は カプラ62に渡される。信号60は、所望の信号成分および第1誤差信号成分か ら成る。 複合信号28も、所望の信号成分および第1誤差信号成分から成る。遅延素子 32は、遅延素子32を通じたカプラ18からカプラ36への群遅延が、増幅器 22およびカプラ26を通じたカプラ18からカプラ36への群遅延とほぼ等し くなるように設定する。カプラ18,26,36および遅延素子32による損失 は、カプラ36を通過した後の信号34の所望の信号成分が、カプラ36を通過 した後の複合信号28の所望の信号成分に対して、振幅がほぼ同様で、位相が1 80°ずれるように設定する。すると、所望の信号成分はカプラ36によって大 きく低減され、第1誤差信号成分が残るので、その結果信号38が発生する。こ うして得られた信号38は次に増幅器40によって増幅 されて、信号42を生成し、カプラ44に渡される。信号45は、遅延素子46 によって遅延され、信号48を生成し、これもカプラ44に渡される。 この時点において、カプラ44は信号48および信号42を結合して、所望の 信号成分および第1誤差信号成分から成る信号50を生成する。遅延素子46は 、遅延素子46を通じたカプラ14からカプラ44への群遅延が、カプラ18, 遅延素子32,カプラ36および増幅器40を通じたカプラ14からカプラ44 への群遅延とほぼ等しくなるように、更にこれら2経路の位相差がほぼゼロとな るように設定する。増幅器100の残りの部分を好適実施例のように構成するこ とにより、フィード・フォーワード補正をカプラ62において行うことができる ように、カプラ36で抽出し増幅器40を通過させた第1誤差信号成分を整合す る。 信号50は、増幅器52によって増幅され、信号54を生成する。信号54は 、所望の信号成分,第1誤差信号成分,および増幅器52において発生した誤差 信号から成る。増幅器52において発生した誤差信号のことを、以下では第2誤 差信号と呼ぶ。信号54はカプラ62に入力される。 好適実施例では、信号20内にある所望の信号成分は、信号50内にある所望 の信号成分とほぼ同様である。また、好適実施例では、増幅器22および増幅器 52は、同一またはほぼ同様の増幅器である。したがって、信号24内に ある第1誤差信号は、信号54内にある第2誤差信号とほぼ同様である。第1誤 差信号成分をカプラ36において抽出し、増幅器40および増幅器52を通過さ せた場合、信号54内にある第2誤差信号とは、位相が約180°ずれる。 信号60内にある所望の信号成分がカプラ62を通過したとき、カプラ62を 通過した後の信号54内にある所望の信号成分と、振幅がほぼ同様で、位相がほ ぼ等しくなるように、遅延素子58を設定する。この条件を満たせば、カプラ6 2を通過した後の信号60内にある第1誤差信号成分は、カプラ62を通過した 後の信号54内にある第1誤差信号成分に対して、位相が約180°ずれる。 好適実施例では、信号42内にある第1誤差信号成分が信号54内にある第2 誤差信号を大幅に低減し、カプラ62を通過した後の信号60内にある第1誤差 信号成分が大幅に低減するのに十分となるように、カプラ44を設定する。 この構成の利点の1つは、並列増幅器網の構築が容易なことにある。第2の利 点は、所望の信号成分とは独立して、カプラ44において注入される第1誤差信 号から得られる。増幅器全体を制御する場合、IM性能を改善するために行われ る調節は、増幅器22,52による所望の信号成分の電力結合から事実上分離さ れている。 この構成による第3の利点は、前置増幅器66を図1の 増幅器100に追加したときに理解することができる。従来のフィード・フォー ワード増幅器の殆どは、出力IM性能が増幅器66のIM性能に制限される。し かしながら、増幅器22の伝達特性と同様の伝達特性を有するように増幅器66 を選択することによって、増幅器200の構成は、増幅器66内で発生する誤差 信号を補正する可能性を提供する。この増幅器66内で発生する誤差信号のこと を、以下では初期誤差信号と呼ぶ。初期誤差信号は、増幅器66の出力から、増 幅器20全体を通過して、カプラ62に伝搬する。増幅器22および増幅器66 の伝達特性は同様であるので、これらの増幅器によって発生される誤差信号は、 増幅器200の出力においてはほぼ同様である。これは第2図に示す好適実施例 における場合であるので、信号50内にある第1誤差信号の成分をより高いレベ ルに調節することにより、信号64内にある初期誤差信号成分を大幅に低減する ことが可能となる。このように、増幅器200は、増幅器66に対して後歪み補 正機構(postdistortion correction mechanism)として機能する。 別の後歪み補正回路を第3図に示す。この回路300では、増幅器52がない ので、カプラ44において注入される信号42内にある第1誤差信号成分の量は 、信号64内にある第1誤差信号成分および初期誤差信号成分を大幅に低減させ るために必要な量である。この構成300の初期誤差信号を補正する能力は、初 期誤差信号および第1誤差 信号の類以性によって異なる。これらの増幅器66,22の伝達関数が密接な程 、回路300によって得られる増幅器66の後歪み補正は良化する。 本発明の他の好適実施例を第4図に示す。図示した増幅器400は、能動的な コントローラ80を用いて、増幅器52の予備歪み補正(predistortion correc tion),増幅器66の後歪み補正,および増幅器22のフィード・フォーワード 補正を行うフィード・フォーワード増幅器である。振幅および位相調節回路70 ,83,電力検出器78,受信機88,カプラ76,84,およびコントローラ 80の組み合わせを追加することによって、増幅器400を連続的に監視し、増 幅器400がほぼその最適動作点で動作し続けるように調節を行うシステムを提 供する。 減衰器90を用いてカプラ26からのサンプル信号28の振幅を設定すること によって、減衰器90の出力は、信号72内に含まれる所望の信号成分の振幅と ほぼ同様の振幅の所望の信号成分を有する信号82となる。典型的に、カプラ3 6を通過したときの信号92内にある所望の信号成分の振幅が、振幅および位相 調節回路70およびカプラ36を通過したときの信号72内に含まれる所望の信 号成分の可調節振幅範囲のほぼ中心にくるように減衰値を設定する。所望の信号 成分の振幅は、振幅および位相調節回路70内の振幅シフタ(amplitude shifte r)によって調節可能である。遅延素子32ならびに振幅および位相調節回 路70に内蔵された位相シフタ素子は、カプラ36を通過した後の信号72,9 2内にある所望の信号成分の位相が約180°ずれるように、カプラ36への入 来信号を設定する。カプラ76を用いて信号38をサンプルし、サンプルを電力 検出器78に渡す。電力検出器78は、コントローラ80と共に、振幅および位 相調節回路70を調節し、信号38内にある所望の信号成分を相殺して残留する ものを最少に抑える。 増幅器400の動作において重要な点は、信号42内にある第1誤差信号成分 をどれ位カプラ44に注入すべきを判断することにある。好ましくは、信号54 内にある第2誤差信号を大幅に低減し、更に信号64内にある第1誤差信号成分 および初期誤差信号成分を大幅に低減するのに十分な信号があるべきであろう。 注入される第1誤差信号の量は、受信機88から集められた情報によって、コン トローラ80が決定する。この情報を用いて、振幅および位相調節回路83を調 節し、信号64内にある誤差信号の低減を図る。 尚、このフィード・フォーワード・システムの制御は、好ましくは、出力歪み に直接関係する方法を用いることも理解されよう。かかる制御方法を用いると、 第4図に示す好適実施例は構成が容易となり、制御も容易となる。この増幅器4 00の重要な利点は、増幅器66のようなより効率的な前置増幅器が使用可能と なることである。従来のフィー ド・フォーワード増幅器では、増幅器400の全体的な線形性の要件を満たすた めにはこのような増幅器の線形性が通常必要であるので、前置増幅器は典型的に 効率の低い増幅器である。好適実施例では、増幅器22のフィード・フォーワー ド補正、および増幅器52の予備歪み補正と共に、増幅器66の後歪み補正を構 成しているので、前置増幅器66はクラスABまたはクラスC増幅器のような、 より効率的なものとすることができ、これによって、増幅器システム400全体 の効率改善が可能となる。増幅器66の後歪み補正機能により、前置増幅器66 は、あらゆるクラスの増幅器とすることができるが、クラスAの増幅器は効率的 でないので、クラスAは除かれる。 増幅器400を制御するためには、まず、振幅および位相調節回路70の現設 定値を読み取る。次に、振幅および位相調節回路70内に内蔵されている位相シ フタの値を進ませて、新たな測定値を記録する。この新たな測定値を現測定値と 比較する。新たな測定値が現測定値よりも小さい場合、位相シフタを新たな設定 値のままにして、このプロセスを繰り返す。新たな測定値が現測定値よりも大き い場合、位相シフタをその以前の設定に戻し、進ませる方向を逆転し、方向の変 更を示す。このプロセスは、方向の変更が3回記録されるまで、繰り返される。 次に、振幅および位相調節回路70に内蔵されている位相シフタをこの設定値の ままとし、振幅および位相調節回路70内の振幅シフ タを、同様のプロセスによって調節する。次に、別の対象測定値を用いて、振幅 および位相調節回路83に対して上述のプロセスを繰り返す。このように、振幅 および位相調節回路70,83の対象測定値が大幅に減少するように、これらの 設定を行う。 振幅および位相調節回路70では、測定対象は電力検出器78の電力測定であ る。振幅および位相調節回路83では、第5図に詳細を纏めた測定は、受信機8 8の受信信号強度インディケータ(RSSI:received singal strength ind icator)に関連する。振幅および位相調節回路83に対する測定対象のために、 まず502において受信機88を進ませる。次に、504において、受信信号強 度インディケータ(RSSI)の測定を行う。506において、現読み取り値お よび以前のRSSI読み取り値間の比較を行う。現読み取り値が最後の読み取り 値よりも大きい場合、次に処理は502に戻る。しかしながら、現読み取り値が 最後の読み取り値よりも大きくない場合、処理はステップ508に進み、ここで 現読み取り値を最大読み取り値として格納する。最大読み取り値のことを、以下 では、新最大値と呼ぶ。 次に、510において、受信機88を再び進ませ、512において再度RSS I測定を行う。514において、現RSSI読み取り値および最後の読み取り値 間で比較を行う。現読み取り値が最後の読み取り値よりも小さい場合、 次に処理は510に戻る。しかしながら、現読み取り値が最後の読み取り値より も小さくない場合、516において比較を行い、新たな最大値が所定のスレシホ ルド値よりも大きいか否かを判定する。大きい場合、新たな最大値を518にお いて破棄する。しかしながら、新たな最大値がスレシホルド値よりも大きくない 場合、処理は520に続く。520において、新たな最大値および記録されてい る最も大きな最大値間の比較を行う。新たな最大値が記緑されている最も大きな 最大値よりも大きい場合、524において、新たな最大値を最も大きな最大値と してセーブする。そうでなければ、ステップ522において新たな最大値を破棄 する。 上述のステップは、対象となる周波数帯域全体にわたって受信機88を進ませ 終わるまで続けられる。このようにして、好適な方法500は、所定のスレシホ ルド値を超過しない、最高の局所最大値の位置を突き止める。コントローラ80 は、スレシホルドを超過しない最大の測定値に基づいて、この情報を用い、この 局所最大RSSI値の最小化を試みることによって、振幅および位相調節回路8 3を調節する。 振幅および位相調節回路70,83は、周期的に調節され、第5図を参照して 説明した方法によって決定される最大値と比較される。好適実施例では、振幅お よび位相調節回路70,83の位相設定および振幅設定は、対象測定値 を最小化するように調節される。 第3図に示すように構成された増幅器300は、所望の動作条件における重要 な補止のために全ての値を固定する。いくつかの素子を追加することにより、多 くの動作条件に対する能動的な補止(active correction)の達成が可能となる。 このような構成の一例を第6図に示す。 振幅および位相調節回路70,83,電力検出器78,受信機88,コントロ ーラ80の追加、およびカプラ76,84の追加によって、後歪み補正増幅器の ための制御システムを構成する。 このフィード・フォーワード増幅回路を制御する方法は多くの利点を有する。 例えば、増幅回路400の出力に現れるIMに直接応答する制御方法を提供する 。これは、増幅器66に対する後歪み補正構成および増幅器52の予備歪み補正 を利用したものである。また、この方法は、大量のスペクトル情報を記憶するこ となく、所望の信号から歪みを分離する方法も提供する。また、この方法は、処 理資源を殆ど必要とせず、第2図に示す構成および第5図に示す構成双方に適用 可能である。 第7図に特定実施例の別の例を示す。具体的な素子に関する更なる詳細は、M otorola Supercell SCTM 9600基地局を参照することによって、また、Mot orola,Inc.,Cellular Publishing Services(1501 W.Shure Dr ive,Arlington Heights,Illinois 600 04)から入手可能な、”Linear Power Amplifier Equipment Descripti on”を参照することによって得ることができる。 上述の装置および方法の更に別の利点および変更も、当業者には容易に想起さ れよう。したがって、本発明は、そのより広い態様においては、先に示し説明し た具体的な詳細,代表的な装置,および図示した例に限定されるものではない。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.無線周波数システムにおいて使用する増幅回路であって: 第1信号を受信する第1入力および第1出力を有する第1増幅器; 前記第1増幅器の前記第1入力をサンプルする第1カプラ; 前記第1増幅器の前記第1出力をサンプルする第2カプラ; 前記第2カプラの出力に応答し、前記第1カプラの出力に応答する第3カプラ であって、前記第1入力および前記第1出力間の差を実質的に表わす誤差信号を 生成する第3カプラ; 前記誤差信号に応答し、かつ前記第2信号に応答し、複合信号を生成する第4 カプラであって、前記第2信号は、前記第1増幅器の前記第1入力によって受信 される前記第1信号と少なくとも部分的に相関関係を有する、第4カプラ;およ び 前記複合信号に応答する第2入力および第2出力を有する第2増幅器; から成ることを特徴とする増幅回路。 2.前記第2増幅器は、前記第4カプラに結合された第2入力を有することを特 徴とする請求項1記載の回路。 3.前記第1カプラに結合されたスプリッタであって、前記第1信号および前記 第2信号を生成する前記スプリッタを更に含むことを特徴とする請求項1記載の 回路。 4.前記スプリッタに応答する遅延回路であって、前記スプリッタの出力を受信 し、前記第2信号を生成する遅延回路を更に含むことを特徴とする請求項3記載 の回路。 5.前記第1増幅器の前記第1出力および前記第2増幅器の前記第2出力に応答 する第5カプラを更に含むことを特徴とする請求項1記載の回路。 6.振幅および位相調節回路を更に含み、前記カプラの少なくとも1つは該振幅 および位粗調節回路に応答することを特徴とする請求項1記載の回路。 7.フィード・フォーワード増幅回路に結合された振幅および位相調節回路を調 節する方法であって: (a)複数の信号強度測定を行う段階であって、測定周波数帯域内の異なる周 波数で各測定を行い、局所最大値を判定する段階; (b)前記局所最大値を所定のキャリアしきい値と比較する段階; (c)前記しきい値を超過する測定値を破棄する段階; (d)残りの局所最大値から最高測定値を抽出することによって、第1最大測 定値を選択する段階;および (e)前記第1最大測定値に基づいて、前記振幅および位相調節回路を調節す る段階; から成ることを特徴とする方法。 8.無線周波数システムにおいて使用する増幅回路であって: 第1入力および第1出力を有する第1増幅器; 前記第1増幅器の前記第1出力に応答する第2増幅器であって、第1信号を受 信する第2入力および第2出力を有する前記第2増幅器; 前記第2入力をサンプルする第1カプラ; 前記第2増幅器の前記第2出力をサンプルする第2カプラ; 前記第2カプラの出力に応答し、かつ前記第1カプラの出力に応答する第3カ プラであって、前記第2入力および前記第2出力間の差を実質的に表わす誤差信 号を生成する前記第3カプラ; 前記第1増幅器の前記第1出力をサンプルする第4カプラ; 前記第4カプラおよび前記誤差信号に応答して、複合信号を生成する第5カプ ラ;および 前記第2増幅器の前記第2出力に応答し、かつ前記誤差信号に応答する第6カ プラ; から成ることを特徴とする増幅回路。 9.前記第5カプラに応答する第3振幅器を更に含むことを特徴とする請求項8 記載の増幅回路。 10.増幅回路内の誤差を低減する方法であって: 前置増幅器からの分割信号を第1および第2増幅器に注入する段階であっで、 ほぼ並列に配列された前記第1および第2増幅器に注入する前記段階; 前記第1増幅器の入力および出力をサンプルする段階; 前記入力のサンプルおよび前記出力のサンプルを比較することによって、誤差 信号を発生する段階;および 前記誤差信号を、前記第2増幅器の入力において、前記第2増幅器を予め歪ま せるレベルで注入する段階であって、前記レベルは、前記第1増幅器からの誤差 を大幅に低減し、前記第1および第2増幅器の結合出力において前記前置増幅器 からの誤差を低減するのに十分なレベルとする前記段階; から成ることを特徴とする方法。
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