JP2005524323A - 無線周波数信号用の増幅器を備える無線装置、無線周波数信号用の増幅器、及び無線周波数信号を増幅するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高周波信号増幅器を備える装置に係る。この高周波信号増幅器は、入来信号のための入力端子と、増幅された信号のための出力端子と、利得制御端子とを有する主電力段（３０）を含む。この高周波信号増幅器は、更に、入来信号と増幅された信号との間のある歪みレベルを有する信号を生成するための第一の比較器（４９）と、増幅された信号から歪み信号を除去するための差分要素（４５）を備える。更に、歪みを表す信号のレベルを主電力段に起因する歪みと同一レベルに維持するために、相殺ループ内に第二の増幅器段（５３）が挿入され、これによってこの出力信号の電力が一定に維持される。この相殺ループは、補助増幅器段の出力電力を測定するための測定回路と、この電力を参照値（６１）と比較するための比較回路と、利得制御（３７）に影響を与えるための処理回路（５８）とから構成される。
用途：移動無線電話機用の増幅器

Description

本発明は、高周波信号増幅器を備える装置に係る。この高周波信号増幅器は、入来信号のための入力と、増幅された信号のための出力を有する主電力段と、利得制御とを備え、更に、入来信号と増幅された信号との間のある歪みレベルを有する信号を生成するための第一の比較器と、増幅された信号から歪み信号を除去するための差分要素とを備える。

本発明は、更に、無線周波数信号を増幅するための方法、及び無線周波数信号を増幅するための増幅器にも関する。

本発明は、移動無線電話機の分野に重要な用途を有する。

上述のような装置が欧州特許文献EP WO 01/50594号において知られている。この文献は、LDMOS技術によって達成される増幅器の線形性に係る。この増幅器のバイアス点はこの増幅器によって生成される歪みが最小となるように設定される。

本発明は冒頭のパラグラフにおいて言及されたタイプの装置であって、別のアプローチに基づき、LDMOS以外の技術に適用できる装置に係る。

この目的を達成するために、そのような装置は、差分要素が、相殺ループ内に挿入された補助増幅器段と協力して、一定な電力の歪み相殺信号を生成することに特徴付けられる。

これら及びその他の点が、制限を意図するものでなく、単に一例として以下に示される実施例を参照することで、一層明白となるものである。

図１には、本発明による装置が参照符号１として示されている。この装置は、ここに説明される実施例の枠組みにおいては、セルラ網に対する移動無線電話機である。この装置は、電子アセンブリ５を備え、この電子アセンブリは、一方においては、マン・マシーンデバイス（man-machine devices）に接続され、他方においては、無線部分に接続されたる。マン・マシーンデバイスは、マイクロホン１０、ラウドスピーカ１１、スクリーン１２、及びキーボード１３から構成される。無線部分は、入力端子１９と出力端子２１とを有する高周波増幅器２０から構成される。この高周波増幅器は、波を、ウェーブデカップラ（送受切換え器）２２を介してアンテナ２４に供給する。アンテナによって受信された信号は、このデカップラ２２を介してアセンブリ５内に戻ってくる。

図２は本発明による増幅器２０をより詳細に示す。これは、主電力段３０を含み、この入力は電力配分器３５を介して入力端子１９に接続される。この増幅器３０は、利得制御入力３７を有する。この利得制御は、この段に設けられたトランジスタのバイアスを変化させる。増幅器３０の出力端子は、電力カップラ３９に接続され、電力カップラは、この電力の一部を取り出し、これを減衰器４１に向ける。増幅器３０によって生成された電力は、遅延要素４７を介して電力コンバイナ（power combiner）４５に送られる。減算要素（subtraction element）４９は、増幅器３０に起因する歪みを、カップラ３９によって取り出された信号の電圧を入力端子１９に供給された信号の電圧と比較することで、決定する。これは、参照レベルを調節することによって可能となる。この目的に対しては、参照レベルは、一度のみ、減衰器４１に起因する全ての減衰を考慮する目的で調節され、加えて、増幅器３０に起因する遅延を補償するために、遅延要素５１による遅延が追加される。こうして、遅延要素５１と減衰器４１は、いかなる歪みも誘発しないものと想定すると、減算要素４９の出力端子の信号は、増幅器３０の歪みに起因する寄生信号（parasitic signals）のみを表すこととなる。この出力信号は、増幅器段５３によって増幅され、最終的には、カップラ５５を介して電力コンバイナ４５に供給され、この結果として出力２１の所の歪みは大幅に抑圧される。

本発明によると、増幅器５３の出力端子で測定された歪み電力のレベルは、ある一定レベルにロックオンされる。この目的のために、この増幅器５３の電力の一部がカップラ５５によってタップされ、こうしてタップされた電力がレベル測定回路５７を介して測定される。この測定回路５７によって生成された信号は処理回路５８によって処理されるが、この処理回路５８は、主として積分器・比較器の機能を有する。処理回路５８は、測定回路５７によって生成された信号と電圧発生器６１によって表される参照マグネチュードとを比較するための比較器５９を備える。比較器５９の出力信号は、好ましくはヒステリシスを示す、増幅器６５に供給される。この増幅器６５の、回路５８の出力を形成する出力信号は、最終的には、増幅器３０の利得制御入力に供給される。こうして、補助増幅器５３の電力制御ループが形成され、これによって主増幅器３０の利得が制御される。

図３には、本発明による増幅器のもう一つの変形例が示される。この変形例は、より具体的には、積分・比較回路５８に係る。図３において、先行する図面と共通する要素は同一の参照符号を有する。この変形例においては、処理回路５８の入力は、アナログ・デジタル変換器７２から成り、この後に、とりわけ所望のヒステリシス効果を生成するための、デジタル処理回路７４が配置される。このデジタル処理回路７４の後に、デジタル・アナログ変換器７６を配置することで、最終的な、増幅器３０の制御入力端子の制御信号が生成される。このようにデジタル処理回路５８を設けることで、増幅器を様々な構成に適合化させるためのより大きな柔軟性が得られる。例えば、増幅器の利得制御３７を、これは実際にはこの増幅器のバイアス制御ステップから成るが、不安定性を回避しながら調節することが可能となる。増幅器５３の出力の所の電力レベルが最大となった場合に警告信号（ALRT）を生成することもできるが、この場合は、デジタル処理回路７４内にこれらパラメータが組み込まれるため停止した制御入力３７に影響を与えることは不可能となる。

本発明は以下の考察に基づく。ここでの説明の適用の枠組みにおいては、これは、ETSIによって規定されるUMTS-FDD要件を満たすことができる無線伝送、つまり、無線電力を供給する最終増幅器が、広い電力レンジに渡って良好な性能を維持できる要件に係る。例えば、この要件によると、
クラス４については、−４４ｄBmから＋２４ｄBmまでの電力、つまり６８ｄBなるダイナミックレンジに渡って、そして、
クラス３については、−４４ｄBmから＋２１ｄBmまでの電力、つまり６５ｄBなるダイナミックレンジに渡って、
良好な性能を維持できることが要求される。

本発明による方策が講じられない場合は、低い電力レベル、かつ、良好な電力効率にて動作することは困難となる。増幅器３０の電力消費を低減するために、増幅器３０のバイアスを先験的な推定に基づいて制御するやり方では、この増幅器３０は、長期間に渡ってサービスから外された状態に放置される、或いは不十分なレベルにバイアスされる危険を冒すこととなる。つまり、補助増幅器５３は、大きさが小さなためにすぐに飽和状態に達し、このため、より多くの電力が急に必要となった場合、完全な増幅を提供するには不十分であったり、或いは歪みの補償を完全に行うことは不可能であったりする。本発明の方策によると、結果として、主増幅器３０と補助増幅器５３は、非零ではあるが、エネルギーの大きな節約が得られるのに十分に低いレベルにて動作することとなる。

図４には本発明の重要性を図解する曲線が示される。これら曲線は、本発明による手段のために、UMTS-FDD規格の要件を満たし得る十分な性能が得られることを実証する。実線の曲線C1、C2及びC３は、本発明に従って得られる高周波増幅器２０の特性を出力電圧Poutの関数として示す。これら曲線は、曲線C1及びC2についてはパラメータACPRのパラメータの値を与え、曲線C3についてはEVMの値を与える。パラメータACPRは隣接電力比（adjacent power ratio）と関連し、パラメータEVMはエラーベクトルと関連する。これらパラメータEVM及びACPRの意味については、上述のUMTS-FDD規格に与えられている。隣接チャネルと関連する曲線C1は、補助増幅器が歪みの相殺を開始すると、０ｄBmなる電力レベルから上昇しはじめ、その後、このパラメータは＋１２ｄBmから＋２６ｄBmの間のレンジにおいては一定にとどまるが、これは、制御ループによる増幅器５３の出力電力を一定に維持するためにもたらされる効果に対応する。その後、この曲線は、このバイアス能力の限界、従って、増幅器３０に供給される制御入力電力の限界のために、上昇を見せる（−３３ｄB）。このため、この補助増幅器５３は、もはや歪みを補償することはできなくなる。この状況は、従来の増幅器に係る曲線D1とは比較にならない。曲線D1は、高々Pout＝＋２０ｄBmまでは低レベルにとどまり、その後、増幅器が非線形となり、歪みの補償ができなくなると、急激に上昇する。最後に、レベル（−３３ｄBm ACPR）については、＋２６から＋２６．５ｄBmなる出力電圧の間では、曲線C1とほぼ同一となる。

本発明を用いる曲線C２と用いない曲線D2の、それぞれ、代替チャネル（N-2）及び（N+2）との関係についても検討されたが、結果はほぼ同一であり、特に問題は認められなかった。

ベクトルエラーEVMを考慮する曲線C3及びD3は、曲線C2及びD2と類似する挙動を示す。UMTS規格は、送信機については、この装置が含む様々なデジタル・アナログ変換器の非線形性を考慮して、１７％なるEVMを規定する。このため、増幅器は、この歪みに対する電力寄与を、数パーセントだけ低減することを要求される。３％を基準として比較した場合、両解決手段はほぼ同一となる。

図５は本発明に従って製造された増幅器の効率EFTを曲線E1として示す。曲線F1は、上述の手段が全く講じられてない増幅器の効率を示す。

本発明による増幅器２０（図１）は、とりわけ集積化に適し、集積回路の形態にて提供することができる。

本発明による装置を示す図である。 本発明の第一の実施例を示す図である。 本発明の第二の実施例を示す図である。 本発明によって得られる利点を図解する曲線を示す図である。 本発明によって推奨される手段の有効性を図解する曲線を示す図である。

符号の説明

５：電子アセンブリ
２０：高周波増幅器
３０：主電力段
３７：利得制御入力
４１：減衰器
４５：電力コンバイナ
５７：レベル測定回路
５８：処理回路
５３：補助増幅器
７４：デジタル処理回路

Claims (10)

1. 入来信号用入力端子、増幅された信号のための出力端子、および利得制御端子を有する主電力段によって形成された高周波増幅器を備え、前記高周波増幅器は、更に前記入来信号と前記増幅された信号との間のある歪みレベルを有する信号を生成するための第一の比較器と、前記増幅された信号から前記歪み信号を除去するための差分要素とを備え、
   前記差分要素は、相殺ループ内に挿入された補助増幅器段と協力して、一定電力の歪み相殺信号を生成することを特徴とする装置。
2. 前記相殺ループは、前記補助増幅器段の出力電力を測定する測定回路と、この電力をある設定された値と比較するための比較回路と、前記利得制御に影響を与えるための処理回路と、から構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記相殺ループは、前記補助増幅段の出力電力値或いは前記主電力段の制御信号の振幅の少なくとも一つが停止したとき、警告信号を生成するための手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の装置。
4. 前記増幅器の出力電力は、もっぱら前記補助増幅段によって生成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載の装置内で実行される無線信号を増幅するための方法であって、
   増幅されるべき信号を主電力段によって増幅するステップと、
   前記主電力段の歪みを決定するために、その入力信号と出力信号とを比較するステップと、
   前記比較の結果を表す信号を補助増幅器段を介して増幅するステップと、
   前記補助増幅器段の出力信号を前記主電力段の出力信号から減算するステップと、
   前記補助増幅器段の出力電圧を制御ループを用いて一定に維持するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
6. 更に、前記増幅器への入力信号を前記補助増幅器段によって増幅するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
7. 請求項１乃至３のいずれかに記載の装置に適する信号増幅器であって、
   入来信号用入力端子、増幅された信号のための出力端子、および利得制御端子を有する主電力段と、
   前記入来信号と前記増幅された信号との間のある歪みレベルを有する信号を生成するための第一の比較器と、
   前記増幅された信号から前記歪み信号を除去するための差分要素とを備え、
   前記差分要素は、相殺ループ内に挿入された補助増幅器段と協力して、一定の電力の歪みを相殺するための相殺信号を生成することを特徴とする信号増幅器。
8. 前記相殺ループは、前記補助増幅器段の出力電力を測定するための測定回路と、この電力をある設定された値と比較するための比較回路と、前記利得制御に影響を与えるための処理回路と、から構成されることを特徴とする請求項７記載の増幅器。
9. 前記増幅器の出力電力は、もっぱら前記補助段によって生成されることを特徴とする請求項７または８に記載の増幅器。
10. 集積回路の形態にて提供されることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の増幅器。

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