JPH11501796A - 非線形装置の帯域外補償のためのシステムと方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 相互変調の結果のような非線形ひずみを実質的に取り除くためのシステムは信号が非線形装置（１０６）により処理される時に導入される。該システムは帯域外信号（１１１）を入力信号（１０１）に加えられ，非線形装置（１０６）のノーミナル動作点電力に実質的に等しい電力を有する結合信号を形成する。この好ましくは，帯域外信号（１１１）の瞬間電力は自動利得増幅器（１２０）により調整される。結合信号（１０５）は非線形装置（１０６）に入力され，出力を形成する。フィルタ（１０８）は非線形装置（１０６）の出力を処理し，非線形装置（１０６）による処理後で当初の信号（１０１）の情報内容を回復する。例えば，非線形装置（１０６）が電力増幅器であれば，フィルタの出力（１０９）は入力信号（１０１）の増幅された信号である。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 非線形装置の帯域外補償のためのシステムと方法 発明の背景 Ｉ．発明の分野 本発明は，一般に通信システム分野に関する。さらに，本発明は信号を送信す るのに使用される電力増幅器における非直線性を減ずる又は除くことに関する。 II．関連技術の説明 高度の相互変調レベルで動作する通信システムにおける電力増幅器は，一般に それらの飽和点の近くで動作する。飽和点は増幅器の出力電力が入力電力の増加 に伴ってもはや増加しない点である。すなはち，飽和点に到達した以降は，電力 増幅器の出力電力は入力に拘らず実質的に一定である。このように，電力増幅器 は，飽和点近くで非直線性の動作を示す。該飽和領域は，またゲイン圧縮領域と しても参照される。 相互変調は，非直線性を説明するのに使用される用語である。例えば，非線形 装置が多重スペクトラル成分(muitiple spectral components)を有する信号に関 して動作して，出力信号を生起する際は，その出力信号は当初の入力信号にない スペクトラル成分を備えている。幾つかの成分は，濾波することにより除くこと ができ，重要なひずみを生起しない。しかし，他の成分は濾波することにより除 くことはできない。濾波することにより除くことができない成分は，非線形のひ ずみを引き起こす。それらの成分は，相互変調積として共通に参照される。 この相互変調は，多くの通信システムにおいて望ましくないひずみを引き起こ す。例えば，通信システムが符号分割，多重アクセス（ＣＤＭＡ）変調を実行す ることを想定する。さらに，ＣＤＭＡ信号が通信チャネルにより送信される前に 増幅されることを想定する。非線形電力増幅器は共通して増幅機能を供するため に使用される。現実の通信システムで送信されたＣＤＭＡ信号はしばしば一定で ない包絡線をしめす。共通の原因は，複数のＣＤＭＡ信号は一緒に多重化されて 一つの多重化されたＣＤＭＡ信号を形成する。そのような信号は，結果としてＣ ＤＭＡチャネルを形成する単一の搬送波に結合される幾つかのＣＤＭＡ信号とな るか，又は送信のための信号に結合される異なる周波数のいくつかのＣＤＭＡチ ャネルとなる。この多重ＣＤＭＡ信号は，一定しない包絡線を示す。他のよく知 られている原因は，一定しない包絡線現象を引き起こす。結果として，非線形増 幅器への入力電力は非線形電力増幅器の入力電力レンジを横断する。非線形増幅 器はその入力レンジを横切って非直線であるが故に，その出力信号は相互変調積 のような望ましくない非直線作用を示す。 ＣＤＭＡは多数の通信システム利用者へのサービスを供する通信システムにお いて共通に使用されるスペクトラム拡散変調技術である。ＣＤＭＡのような拡散 スペクトラム技術は，他の変調機構に，特に多数の通信システム利用者向けにサ ービスを供する時に，重要な利点を供する。ＣＤＭＡシステムにおいて，１以上 の利用者向けを意図した多重信号は，単一周波数バンドで，又はウオールシュ符 号のような直交チャネル化符号の適当な割当を介して，又は各利用者へ非相関拡 散符号の割当を介して，ＣＤＭＡチャネルで送信される。多元アクセス通信シス テムにおけるＣＤＭＡ技術の使用は，１９９０年２月１３日発行で，名称が「衛 星又は地上リピータを使用したスペクトラム拡散多元接続通信システム(Spread Spectrum Multiple Access Communication System Using Satellite Or Terrest rial Repeaters)」の米国特許第４９０１３０７号，及び１９９５年１月４日出 願の，名称が「個々の受け取り人位相時刻及びエネルギーをトラッキングするた めの，スペクトラム拡散通信システムにおけるフルスペクトラム送信電力を使用 するための方法と装置(Method and Apparatus for using full spectrum trans- -mitted power in a spread spectrum communication system for tracking ind ividual recipient phase time and energy)で，出願番号が０８／３６８５７０ に開示されている。これら両者は本発明の譲渡人に譲渡されており，引用するこ とによりここに取り込まれる。 相互変調により生起されたもののように，非線形ひずみは好ましくない作用で あって，通信システムの中で信号の情報内容を破壊する。このように，相互変調 積により再現されるような非線形ひずみを減少させ，除くためのシステムが求め られている。 発明の概要 本発明は，非線形装置により生起される信号ひずみによる有害な作用を実質的 に除くためのシステムと方法である。このシステムは，増幅された信号を帯域外 信号と結合する。該帯域外信号が増幅されるべき該信号と（一つの結合信号を形 成するために）結合される時，該帯域外信号は調整される。結合信号は非線形装 置のための所定のノーミナ(moninal，公称)動作点に実質的に等しい電力を持っ ている。非線形装置は結合信号に対して動作し，出力信号を形成する。フイルタ は，出力信号に対して動作し，帯域外信号を取り除く。非線形装置が常に，非線 形装置の所定のノーミナル動作点で動作するように前処理されている信号に対し て動作する故に，非線形ひずみは実質的に取り除かれる。非線形装置が実質的に 一定の電力(power)を有する信号をみていることから，非線形装置は実質的に一 定の出力を出力する。重大なことであるが，出力は線形特性を有する。このよう に，本発明は非線形装置の非線形装置の出力を線形化する望ましい効果を有する 。 本発明無しでは，入力電力が非線形増幅器の入力電力レンジを横切る時，非線 形装置の出力は厳しい非線形ひずみを示すであろう。しかし，本発明によって， 入力電力は一定レベル，所定のノーミナル動作点に維持される。そのようにする ことにより，電力増幅器は一定の出力電力及び一定の位相で出力する。このよう に，ひずみは存在しない。本発明のシステムに入力される信号の情報内容はその 帯域外信号を取り除くことにより回復される。 本発明のさらなる特徴と利点は，本発明の種々の実施の形態に関する構造と動 作と同様に，添付した図面を参照しつつ以下に詳細に説明される。図面において ，同様の参照番号は一般に機能的に類似の，及び／又は構造的に類似の要素を特 定する。要素が最初に現れる図面は対応する参照番号の中の二つの左側数字の中 の左の数字により表されている。 本発明は，添付された図面を参照しつつ説明される。 図１は，本発明の好ましい実施の形態に従って設計されたシステムである。 図２は，従前の電力増幅器の出力の大きさと位相を示している。 図３は，本発明の好ましい実施の形態に従って設計されたシステムの電力増幅 器の出力の大きさと位相を示している。 図４は，本発明の好ましい実施の形態に従った方法を示している。 図５は，所定のノーミナル(nominal)動作点に信号を維持するための方法を示 している。 好ましい実施の形態の詳細な説明 本発明は，信号が非線形装置により処理される時に生じる，相互変調積のよう な非線形ひずみを実質的に除くためのシステムと方法に関する。該システムは， 帯域外信号に入力信号を加え，非線形装置のためのノーミナル(nominal)動作点 電力に実質的に等しい電力を有する結合信号を生成する。該結合信号は，出力を 生成する非線形装置への入力である。フイルタは非線形装置の出力を処理し，非 線形装置による処理の後に当初の信号の情報内容を回復する。例えば，もしも非 線形装置が電力増幅器である場合，濾波された出力は入力信号の増幅信号である 。 図２において，従前の非線形電力増幅器の出力電力及び位相特性が示されてい る。曲線２０２は従前の非線形電力増幅器の入力正弦波の位相に対する出力の位 相を示している。このような曲線は，”ＡＭ−ＰＭ“プロットとして共通して参 照される。曲線２０４は従前の非線形電力増幅器への正弦波入力である入力電力 に対する出力電力の大きさを示している。そのような曲線は”ＡＭ−ＡＭ“プロ ットとして共通して参照される。曲線２０２は入力電力に対する出力電力の位相 が従前の非線形電力増幅器のほとんどの動作領域に渡って一定ではない。同様に ，曲線２０４は出力電力の大きさが飽和領域２０６の近くで非線形であることを 示している。図２示された電力増幅器の場合，飽和領域２０６は約４ｄＢｍで始 まっている。該飽和領域は異なる領域値に渡って拡大し得ることは，当該分野の 当業者には自明である。 本発明の好ましい実施の形態は，実質的に一定の信号包絡線を有する信号を非 線形装置に供することにより非線形動作を実質的に減じる。すなはち，入力の瞬 間電力が実質的に一定値に維持される。選ばれる値は所定のノーミナル動作点で ある。本発明の好ましい実施の形態において，所定の通常の動作点は飽和領域２ ０６の開始点に選ばれる。他のノーミナル動作点が選ばれることができることは 当該分野の当業者には自明である。 図１は，本発明の好適な実施の形態に従って設計されたシステムを図示してい る。該システムは，発信器（オシレータ）１１０，自動利得制御（ＡＧＣ）回路 １２０，結合器１０４，及びバンドパスフイルタ（ＢＰＦ）１０８を具備してい る。ＡＧＣ回路は可変利得増幅器１１２，パワー検波器１１８，加算器１１６， 及びフイルタ１１４を具備する。 動作において，本発明の好適な実施の形態に従って設計されたシステムは，線 １０２より一定でない包絡線入力信号１０１を入力せしめる。一定でない包絡線 信号の例は，他のＣＤＭＡ信号と結合したＣＤＭＡ信号である。結合器１０４は 可変利得増幅器１１２により調整された利得を有する帯域外信号１１１と入力信 号１０１とを結合する。結合器１０４の出力は結合信号１０５である。帯域外信 号１１１は好ましくは発信器１１０により生成された連続波（ＣＷ）トーンであ る。結合信号１０５は非線形電力増幅器１０６に入力される。非線形電力増幅器 １０６は結合信号１０５を増幅する。バンドパスフイルタ（ＢＰＦ）１０８は非 線形電力増幅器１０６の出力を濾波して，入力信号１０１に印加された帯域外信 号１１１を取り除く。この結果の信号は増幅された入力信号１０１である。非線 形増幅器１０６の入力電力が実質的に一定に保持される故に，該増幅された信号 は非線形ひずみを受けない。 本発明の好ましい実施の形態において，非線形増幅器１０６への入力電力は以 下のようにして，実質的に一定である。ＡＧＣ回路１２０は帯域外信号１１１の 瞬間電力を調整するために使用される。ＡＧＣ回路１２０は帯域外信号１１１と 入力信号１０１との結合の結果である信号の電力が実質的に一定になるように， 帯域外信号１１１の利得を制御する。 図１を参照して，ＡＧＣ回路の動作を説明する。結合器１０４は帯域外信号１ １１を入力信号１０１と結合して，結合信号１０５を形成する。結合信号１０５ は非線形増幅器１０６に入力される。結合信号はまたＡＧＣ回路１２０に入力さ れる。 ＡＧＣ回路１２０はまず結合信号１０５の瞬間電力を検波する。本発明の好ま しい実施の形態において，検波器１１８が結合信号の１０５の瞬間電力を検波す る。例えば，検波器は結合信号１０５の包絡線の瞬間値を検波する。検波器１１ ８の出力は，ｄＢｍでの検波された電力に比例する電圧である。 検波された瞬間電力が，所定のノーミナル動作点の値に対応した値から減算さ れるか，又は検波された電力の負の値(the negative)が該対応した値に加算され る。この値は，図１におけるノーミナル値１２２に指定される。加算器１１６の 出力は電力差信号である。 フイルタ１１４は所定のノーミナル動作点からの結 合信号１０５の瞬間電力の変化を追跡する。本発明の好適な実施の形態において ，フイルタ１１４は積分フイルタ(an integrating filter)であることから，メ モリ回路を使用するようにして，入力値を蓄積するか，塁算するように配列され る。このように，フイルタ１１４は結合信号１０５とノーミナル値１２２との間 の増分差を追跡する。フイルタ１１４の出力は，可変利得増幅器１１２を制御す る。 可変利得増幅器１１２は，結合信号１０５の瞬間電力がノーミナル動作点に実 質的に等しくなるように帯域外信号１１１を調整する。該調整は一定でない包絡 線における変化を追跡するように相当に急速になされなければならない。例えば ，１ＭＨｚの帯域幅を有する単一チャンネルＣＤＭＡ信号において，０．２マイ クロ秒又はそれ以下の閉ループ時定数が一般に要求される。多重化ＣＤＭＡ信号 （単一の多重化ＣＤＭＡ信号に多重化された複数のＣＤＭＡ信号を有するＣＤＭ Ａ信号）のケースにおいて，該包絡線は該多重化ＣＤＭＡ信号の帯域幅の関数と して変化する。このように，１ＭＨｚ帯域幅の単−ＣＤＭＡ信号のために，ＡＧ Ｃ１２０はマイクロ秒以下の中で更新(update)されねばならない。本発明の好ま しい実施の形態において，ＡＧＣ１２０は２００ナノ秒以下において応答する。 好ましい実施の形態におけるＣＤＭＡ信号は１ＧＨｚ以上の周波数を持つ搬送波 上で変調されることから，２００ナノ秒は，検波器１１８が瞬間電力を測定する ことができるところの少なくとも２００サイクルの搬送信号のための充分な継続 期間である。 図３を参照して，本発明の好ましい実施の形態に従って設計されたシステムの ための”ＡＭ−ＡＭ“及び”ＡＭ−ＰＭ“プロットを説明する。前述したように ，動作において，結合信号１０５すなわち非線形電力増幅器１０６への入力は実 質 的に一定の瞬間電力を有している。該瞬間電力レベルは実質的にノーミナル動作 点に等しい。好ましい実施の形態において，非線形電力増幅器のノーミナル動作 点は−４ｄＢｍに選ばれる。このように，結合信号の瞬間電力は実質的に−４ｄ Ｂｍに等しく維持される。その結果として，非線形増幅器１０６の出力の位相は 実質的に一定値を有する。出力位相はノーミナル動作点に実質的に等しい入力を 有する非線形電力増幅器１０６により形成される値に実質的に等しい値を有する 。好ましい実施の形態において，一定の位相値は線３０２により表せれる。図３ にみられるように，線３０２は−４０度の値を有する。これはノーミナル動作点 −４ｄＢｍの出力位相の値である。 図３は，また好ましい実施の形態に従って設計されたシステムが非線形増幅器 １０６の電力利得を線形化することを示している。曲線３０４は図１(ＰA)にお ける点１０３での電力と図１(ＰB)における点１０９における電力との間におけ る関係を示している。すなわち，フイルタ１０８の出力は入力信号１０２の増幅 された信号である。入力信号が増幅されるのみでなく，曲線３０４に示されるよ うに，入力信号１０２は実質的に線形的に増幅される。 このように，本発明の好ましい実施の形態に従って設計されたシステムは，非 線形電力増幅器１０６の出力の大きさを線形化し，および該位相出力を実質的な 一定値に強制的にする。このように，本発明の好ましい実施の形態に従って設計 されたシステムは，相互変調積のような非線形ひずみにより生起された有害な影 響を除くか減ずる。 図４は，相互変調積のような，非線形電力増幅器１０６により生起される非線 形ひずみを実質的に除く方法を示している。ステップ４０２において，帯域外信 号が入力信号と結合される。該結合は所定のノーミナル動作点に実質的に等しい 瞬間電力を有する結合信号を形成する。ステップ４０２において，結合信号の電 力は所定のノーミナル動作点に維持される。ステップ４０４は図５を参照して以 下にさらに説明される。 ステップ４０６において，結合信号は非線形装置を介して，または非線形装置 により処理される。好ましい実施の形態において，非線形装置は非線形増幅器１ ０６のような非線形電力増幅器である。上述したように，非線形装置の入力を所 定のノーミナル動作点に実質的に等しいように強制的にすることは，非線形装置 の動作の実質的線形化に帰結する。この結果，該方法は従前の非線形装置に現れ る有害な非線形ひずみを実質的に減じるか，取り除く。 最後に，ステップ４０８において，非線形装置の出力は濾波される。該濾波の ステップは帯域外信号を取り除く。濾波の後，入力信号の増幅された信号が残る 。非線形装置の動作の線形化の故に，入力信号の増幅された信号は非線形装置の 非線形化によってはひずまない。 図５を参照して，ステップ４０４をさらに説明する。ステップ５０２において ，結合信号の瞬間電力が検波される。ステップ５０４において，検波された瞬間 電力はノーミナル動作点と比較される。好ましい実施の形態において，該比較ス ップは本質的に減算動作である。すなわち，検波された瞬間電力がノーミナル動 作点から減算されるか，又は検波された瞬間電力の負の値がノーミナル動作点と 加算される。該減算の結果は電力差信号である。該電力差信号は，その瞬間電力 をノーミナル動作点に等しくなるよう強制的にするために，いかほどの電力が結 合信号に加えられねばならないかを示している。ステップ５０６において，電力 差信号はそれから濾波される。好ましい実施の形態において，濾波することは積 分処理により実施される。このように，濾波することは，帯域外信号及び入力信 号が実質的にノーミナル動作点に等しいように，いかほどの帯域外信号が入力信 号に充分な電力を供給するために変えられねばならないかを，追跡する。最後に ，ステップ５０８において，可変利得増幅器の利得は帯域外信号に要求利得を供 するために変えられる。 好ましい実施の形態に関する前述の説明は，当業者が本発明を作り，利用する るために供される。これらの実施の形態の種々の変更は当業者には既に自明であ って，ここに一般的に定義された原理は発明的な困難性無しに他の実施の形態に 適用されることができる。このように，本発明はここに示された実施の形態に限 る意図はなく，ここに開示された原理的かつ新規な特徴に伴った最も広い範囲を 与えられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，Ｇ Ｅ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ， ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，Ｐ Ｌ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．所定のノーミナル動作点を有する非線形装置； 帯域外信号を形成する信号源； 前記帯域外信号を第二の信号と結合し，結合信号を形成する結合器であって ，ここにおいて，前記結合信号の電力は前記非線形装置の前記ノーミナル線形動 作点に実質的に等しい，結合器；及び 前記非線形装置の出力から前記帯域外信号を取り除くために前記非線形装置 の前記出力に連結されたフイルタ； とを具備するシステム。 ２．請求項１に記載されたシステムにおいて，さらに 前記ノーミナル動作点に実質的に等しいレベルに前記結合信号の電力を維持 するために前記結合器に連結された自動利得制御（ＡＧＣ）回路， を具備する上記システム。 ３．請求項２に記載されたシステムにおいて，前記自動利得制御（ＡＧＣ）回路 が， 前記結合信号を検波し，そして検波された電力信号を形成するために前記結 合器に連結された検波器； 電力差信号を形成するために，前記検波された電力信号の負の信号を前記ノ ーミナル動作点に実質的に等しい値を有する信号と加算するための前記検波器の 出力に連結された加算器； 利得更新信号を生成するために前記電力差信号を濾波するための前記加算器 の出力に連結された第二のフィルタ；及び 前記ノーミナル動作点に実質的に等しい電力を有する前記結合信号を生起す るために前記利得更新信号に従って前記帯域外信号を増幅するための前記第二の フィルタの出力に連結された可変利得増幅器； を具備する上記システム。 ４．請求項１に記載されたシステムにおいて，前記信号源は発信器であり，そし て前記帯域外信号は連続波信号である，前記システム。 ５．請求項１に記載されたシステムにおいて，前記非線形装置は非線形電力増幅 器である，上記システム。 ６．請求項３に記載されたシステムにおいて，前記第二のフィルタは積分フィル タである，上記システム。 ７．（ａ）非線形装置のノーミナル線形動作点に実質的に等しい電力を有する結 合信号を形成するために帯域外信号を入力信号と結合させるステップ； （ｂ）前記ノーミナル動作点に実質的に等しいレベルに前記結合信号の電力 を維持するステップ； （ｃ）出力を形成するために，前記非線形装置において前記結合信号を処理 するステップ；及び （ｄ）前記帯域外信号を取り除くために前記出力を濾波するステップ； とを具備している方法。 ８．請求項７に記載された方法において，ステップ（ｂ）はさらに， （ｅ）検波された電力信号を形成するために，前記結合信号の電力を検波す るステップ； （ｆ）電力差信号を形成するために，前記検波された電力信号の負の信号を 前記ノーミナル線形動作点に実質的に等しい電力を有する信号と加算するステッ プ； （ｇ）利得更新信号を形成するために前記電力差信号を濾波するステップ； 及び （ｈ）前記結合信号が前記ノーミナル線形動作点に実質的に等しいように， 前記利得更新信号に従って前記帯域外信号の利得を変更するステップ； を具備した前記方法。 ９．請求項８に記載された方法において，ステップ（ｄ）が，帯域濾波するステ ップである，前記方法。 １０．請求項９に記載された方法において，ステップ（ｇ）は積分するステップ である，前記方法。