JP4149666B2 - 電力増幅器および増幅方法 - Google Patents
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Description
(発明の分野)
本発明は電力増幅器に関するものであって、更にそこにおける電力増幅の方法に関する。更に詳細には、本発明は少なくとも2つの被変調搬送波を含む複合無線信号の電力増幅に関する。
【0002】
(発明の背景)
例えば移動電話システムでは、基地局から複数の移動局に情報が転送される。この情報は異なる搬送波に乗せて送信されるので、同一の電力増幅器の中でいくつかの搬送波を同時に電力増幅できることがコスト的に望ましい。
【0003】
従来のフィードフォーワード技術に基づく電力増幅器では少なくとも2つの被変調搬送波(modulated carrier waves)を含む無線信号は第1の非線形増幅器で増幅されるため、これによって第1増幅器の出力信号には相互変調積が生ずる。第1増幅器からの出力信号の小部分が、第1増幅器の入力信号のフィードフォーワードされた部分に対して逆位相あるいは反対の位相で加えられる。ここにおいて、逆位相の加算によって、先に述べた相互変調積のみを含む信号が得られる。この最後に述べた信号を線形増幅器で適当な電力レベルにまで増幅することによって補償信号が得られる。電力増幅器の出力信号は、第1増幅器からの出力信号に対して補償信号を逆位相で加算し、それによって、電力増幅器からの出力信号中の相互変調積を抑制することによって生成される。
【0004】
従来のフィードフォーワードに基づく電力増幅での1つの問題点は、電力損失を引き起こし、それとともに電力増幅器の効率を損なう多数の部品が第1増幅器の出力につながることに関連して生ずる。
【0005】
ドイツ国特許明細書第DE 27 18 172号は、いくつかの周波数を含む入力信号を増幅する時に、増幅器出力信号中の相互変調積を抑制する増幅器を開示している。この増幅器は内部で第1と第2の経路に分割されている。第1信号経路は第1の非線形増幅器を、また第2信号経路は減衰器と直列に接続された第2の非線形増幅器を含んでいる。この増幅器は入力信号を2つの信号経路上に分割する。それとともに、第1および第2増幅器はいずれも出力信号を発生し、それらは入力信号に対応する所望の信号成分と、増幅の過程で生ずる相互変調積の両方を含んでいる。第2増幅器での入力信号の増幅度が大きいために、第2増幅器からの出力信号は第1増幅器からの出力信号よりもずっと強い相互変調積を含む。第2増幅器からの出力信号は減衰器で減衰するので、減衰信号中の相互変調積は第1増幅器からの出力信号中の相互変調積と同じ程度に大きい。増幅器出力信号は、第2増幅器からの減衰した出力信号に対して第1増幅器からの出力信号を逆位相で加算することによって生成される。
【0006】
第DE 27 18 172号に開示される増幅器に関する1つの問題点は、電力損失が大きいことである。そのような電力損失が発生する1つの理由は、第1増幅器よりも第2増幅器での入力信号の増幅度が大きいため、第2増幅器からの出力信号が減衰して、後続の逆位相での加算によって第1および第2の信号経路で発生する相互変調積が互いに打ち消しあうであろうことである。
【0007】
電力損失はまた、第2信号経路中で減衰後に得られる信号には所望の信号成分の比較的大きい部分が含まれているため、前記信号のこの部分が前記逆位相での加算過程で増幅器から所望の出力信号の電力減衰をもたらすであろうことからも引き起こされよう。
【0008】
(発明の概要)
本発明は、少なくとも2つの被変調搬送波を含む無線信号を、非線形増幅器の助けによって増幅し、同時に、増幅された信号中の相互変調積の発生を抑制するという問題に取り組む。
【0009】
この問題は主として、電力増幅器が、少なくとも2つの被変調搬送波(modulated carrier waves)を含む無線信号をそれぞれ第1および第2の非線形増幅器で増幅される2つの無線信号に分割するようになった方法によって解決される。相互変調積は増幅過程においてそれぞれの増幅器で発生する。補償信号は第2増幅器の出力信号から得られ、それとともに被変調搬送波の選択的抑制が起こる。電力増幅器出力信号は第1増幅器からの出力信号に対して補償信号を逆位相で加算することによって生成される。本発明はこのように上述の方法に関連しており、また本方法を実行するために必要な手段を含む電力増幅器に関連する。
【0010】
更に詳細には、この問題は、少なくとも2つの被変調搬送波を含む第1の複合無線信号を電力増幅器中で第2および第3の無線信号に分割することによって解決される。第2無線信号は第1増幅器で増幅されて第4の無線信号を供給する。第4の無線信号は増幅された被変調搬送波を含むことに加えて第1増幅器で生成される相互変調積を含む。増幅された被変調搬送波を含むことに加えて第2増幅器で発生した相互変調積を含む第6無線信号を得るために、第2増幅器で第3無線信号を増幅することによって第5無線信号が得られる。この第5無線信号は第6無線信号から得られ、それによって被変調搬送波の選択的抑制が起こる。出力信号は、第4および第5無線信号を逆位相で加算することにより電力増幅器から生成され、それとともに出力信号中の相互変調積を抑制する。
【0011】
本発明の1つの実施の形態に従えば、被変調搬送波の選択的抑制は、帯域消去フィルタで被変調搬送波を濾波消去することによって実行される。
【0012】
本発明の別の実施の形態に従えば、選択的抑制は第2増幅器からの出力信号の一部に対して第3無線信号の一部を逆位相で加算することによって実行される。
【0013】
本発明の1つの目的は、少なくとも2つの被変調搬送波を含む無線信号の増幅を、増幅された信号中の相互変調積を同時に抑制しながら行うための方法および電力増幅器を提供することである。より詳細な目的は低い電力損失を有する電力増幅器を提供することである。
【0014】
本発明によって実現する1つの特長は、低い電力損失を有する線形な電力増幅器が実現することである。
【0015】
ここで、添付図面を参照しながら、また本発明の好適な実施の形態を引用しながら本発明についてより詳細に説明しよう。
【0016】
(好適な実施の形態の詳細な説明)
図1は無線通信網100の一部を示しており、そこでは基地局101がコードレス端末102、例えば移動電話と無線信号を介して通信している。基地局101は典型的には複数の搬送波C1−C2を同時に送信できる機器を備えている。搬送波C1−C2の各々は別々の電力増幅器の助けによって増幅されるのが普通であった。基地局ハードウエアのコストは、すべての搬送波あるいは前記搬送波の少なくともいくつかを同時増幅するための単一の電力増幅器を使用することによって削減できる。
【0017】
従来の増幅器は非線形であり、いくつかの周波数の信号を同時に増幅する時にはいわゆる相互変調積を生ずる。これらの相互変調積はそのままだと無線通信網100または何らかのその他の通信網/システムで擾乱および干渉を引き起こすので、低レベルに抑制する必要がある。
【0018】
相互変調積、従って主としていわゆる3次の相互変調積は、従来は何らかのフィードフォーワード線形化の助けによって電力増幅器の出力信号から除去されてきた。
【0019】
図2は従来のフィードフォーワード技術に基づく電力増幅器200の構造を示す。電力増幅器200は、受信した入力信号を増幅することによって出力信号を発生する第1の非線形増幅器201を含む。第1の方向性結合器202は入力信号の一部を第2の方向性結合器204と直列になった第1の位相シフタ210へ、第1の遅延線203を介してフィードフォーワードする。第3の方向性結合器205は第1の非線形増幅器201からの出力信号の小部分を第2の方向性結合器204のほうへ向ける。第1の位相シフタ210と第2の方向性結合器204とが一緒に逆位相加算手段として機能して、第1増幅器201へフィードフォーワードされた入力信号を、同じ増幅器201から取り出された出力信号に対して逆位相で加算する。第1遅延線203と方向性結合器202、204、205とが正しく設定されていれば、この逆位相での加算によって得られる信号は第1増幅器201の非線形性によって引き起こされる相互変調積のみを含むはずである。それらの相互変調積は第2の線形増幅器206で増幅される。第1増幅器201からの出力信号は第2の遅延線207を介して第4の方向性結合器208の入力へ与えられる。更に、第2増幅器からの出力信号は第2の位相シフタ209を介して第4の方向性結合器208の第2入力へ与えられる。これらの入力信号は第4の方向性結合器208中で一緒に加算される。これは無視し得る3次の相互変調積を含む電力増幅器出力信号を発生する意図で行われる。電力増幅器200からの出力信号中の3次の相互変調積を打ち消すためには、第2増幅器206からの相互変調積は、第4の方向性結合器208中で信号の加算を行う時に、第1増幅器201からの出力信号中の相互変調積と同じ電力レベルでしかも逆位相になっている必要がある。電力レベルは第2増幅器206と方向性結合器208を調節することによって調節でき、また位相調節は第2位相シフタ209を調節することによって行われる。
【0020】
図6A−図6Cは、図1に関連して説明したいくつかの信号の周波数スペクトルの原理的な外観を示す簡略化した周波数スペクトルを示す。
【0021】
図6Aは図2の電力増幅器200に対する仮想の入力信号を示す。この入力信号は、それぞれ異なる搬送波周波数F1およびF2を有する2つの搬送波C1およびC2を含む複合無線信号を含んでいる。図6Aは実際の複合無線信号を簡略化したものである。2つの被変調搬送波を含む実際の無線信号の周波数スペクトルは、単に2つの分離したトーン(tones)を含むだけでなく、それぞれの搬送波周波数の周りに広がりを有するであろう。図6Aはまた、電力増幅器200からの原理的な出力信号を示す。しかし注意すべき点は、電力増幅器200からの出力信号の電力レベルは入力信号の電力レベルよりもかなり高いということである。
【0022】
図6Bには図2の第1増幅器201からの出力信号が示されている。この出力信号は増幅された搬送波C1およびC2のほかに、第1増幅器201中で発生した3次の相互変調積IM1およびIM2を含んでいる。
【0023】
図6Cは第2増幅器206からの出力信号を示す。この信号は相互変調積IM1およびIM2のみを含んでいる。
【0024】
図2に示される電力増幅器200に関する1つの問題点は、第1増幅器201よりも下流に位置するすべての部品、すなわち第3の方向性結合器205、第2の遅延線206および第4の方向性結合器208が電力増幅器200から発生する信号中に大きな電力損失を引き起こすことである。
【0025】
図3はドイツ国特許明細書第DE 27 18 172号に述べられた増幅器300を示している。増幅器300は第1信号経路301および第2信号経路302を含んでいる。第1信号経路は、第1増幅器304と直列につながれた第1減衰器303を含む。第2信号経路302は、第2減衰器306と直列につながれた第2増幅器305を含む。増幅器300はまた、分割手段302および加算手段308を含む。分割手段307はそれぞれ第1および第2の信号経路301および302の先頭へ接続された2つの出力と、入力とを有する。加算手段308はそれぞれ第1および第2の信号経路301および302の末端へ接続された2つの入力と、出力とを有する。
【0026】
2つの被変調搬送波を含む複合無線信号を含む第1信号RF31が増幅器300に入力して分割手段の入力に受信される。分割手段は受信した信号RF31を第2信号RF32と第3信号RF33とに分割し、その後これらの2つの信号を第1信号経路301と第2信号経路302とにそれぞれ分配する。第2信号RF32は第1信号経路301中の第1減衰器303で減衰し、その後に第1増幅器304で増幅される。増幅された被変調搬送波に加えて、第1増幅器304からの出力信号RF34もまた、第1増幅器304の非線形性の結果として生ずる相互変調積を含んでいる。後者の出力信号RF34は被変調搬送波と信号に含まれる相互変調積のレベル間に第1の関係を有する。第3信号RF33は第2信号経路中の第2増幅器305で増幅されて、それによって第2増幅器からの出力信号RF36中の増幅された被変調搬送波は第1増幅器304からの出力信号RF34中の被変調搬送波よりも強くなろう。相互変調積は非線形増幅器からの出力電圧が上昇するにつれて指数関数的に増大する。これは、第2増幅器305からの出力信号RF36中に生ずる相互変調積が、同じ信号RF36中の増幅された被変調搬送波に対して、第1増幅器304からの出力信号RF34中の相互変調積と増幅された被変調搬送波との場合よりもかなり強いことを意味する。
【0027】
第2増幅器305からの出力信号RF36は第2減衰器306中で減衰して信号RF35が得られる。ここで、第1増幅器304からの出力信号RF34と減衰した信号RF35中の相互変調積のレベルは互いに対応している。ここで述べた信号RF35およびRF34は加算手段308中で逆位相で互いに加算される。そして相互変調積は互いに打ち消し合って、結果の信号RF37が加算手段308および増幅器300から出力される。
【0028】
図3に示される増幅器300は、損失を起こす部品を第1増幅器304の下流にほとんど接続されていない。しかし、全体的に眺めるとき、この増幅器300は大きな電力損失をもたらし、従って電力増幅器として使用するには適していない。これは部分的には、第2信号経路302中で発生する、後に減衰を伴う高い増幅度のせいである。それはまた、第2減衰器306から出力される信号RF35中に残存する被変調搬送波が無視できないせいでもある。これは逆位相加算過程で、第1増幅器304からの出力信号RF34中の被変調搬送波の対応する成分を打ち消して、それによって増幅器300からの出力信号RF37の電力を低減する。
【0029】
本発明は、図2および図3に示される既知の増幅器よりも効率的な電力増幅器を提供することを目的とする。
【0030】
図4は本発明の第1の実施の形態に従う電力増幅器400を示している。電力増幅器400は、少なくとも2つの被変調搬送波を含む第1の複合無線信号RF41を増幅するためのものである。電力増幅器400は第1信号経路402および第2信号経路403を含む。第1信号経路402は第1増幅器405と直列につながれた遅延線410を含む。第2信号経路403は第1の帯域消去フィルタ408および第2の帯域消去フィルタ409と直列につながれた第2増幅器406を含んでおり、その後には第3線形増幅器407と位相シフタ411が続いている。電力増幅器400はまた、第1の方向性結合器401と第2の方向性結合器404を含んでいる。第1の方向性結合器401は1つの入力と2つの出力とを持ち、ここでそれらの出力は第1信号経路402の遅延線410の入力と、第2信号経路403の第2増幅器406の入力へつながれている。第2の方向性結合器404は2つの入力と1つの出力とを持ち、ここでそれらの入力は第1信号経路402の第1増幅器405からの出力と、第2信号経路403の位相シフタ411からの出力へつながれている。
【0031】
電力増幅器400への入力信号を構成する第1の複合無線信号RF41は第1の方向性結合器401の入力に受信される。第1の方向性結合器401は分割手段として機能し、第1無線信号RF41を第2無線信号RF42と第3無線信号RF43とに分割する。それらはそれぞれ信号経路402、403に分配される。図6Aは無線信号RF41−RF43のそれぞれの周波数スペクトルの原理的な外観を示している。これらの無線信号はすべて2つの被変調搬送波C1およびC2を含む。しかし、注意すべき点は、第1無線信号RF41を分割したせいで、その他の2つの信号RF42およびRF43の電力のほうが低いことである。第1無線信号RF41は、第2無線信号RF42と第3無線信号RF43の電力が等しい大きさで、かつそれぞれが第1無線信号RF41の電力のほぼ半分になるように都合よく分割される。
【0032】
第2無線信号RF42は第1信号経路402の遅延線410中で遅延されて、その後第1増幅器405で増幅されて第4無線信号RF44を得る。第1増幅器405の非線形性のせいで第4無線信号RF44中には相互変調積が現れる。図6Bは第4無線信号RF44の周波数スペクトルの原理的外観を示す。
【0033】
第3無線信号RF43は第2信号経路の第2増幅器406で増幅されて、第6無線信号RF46を得る。第2増幅器406の非線形性のせいで、第6の無線信号RF46中に相互変調積が現れる。図6Bは第6無線信号RF46の周波数スペクトルの原理的外観を示す。
【0034】
第2信号経路403は第6無線信号RF46から第5無線信号RF45を形成するように機能する。このことは、被変調搬送波をそれぞれの帯域消去フィルタ408および409で濾波消去し、その後濾波消去した信号を第3増幅器407で増幅することによって行われる。図6Cは第5無線信号RF45の周波数スペクトルの原理的外観を示す。
【0035】
第4無線信号RF44と第5無線信号RF45との逆位相での加算によって、第2の方向性結合器404の出力上に電力増幅器400からの出力信号RF47が生成される。それとともに、出力信号RF47中の相互変調積は抑制される。図6Aは、理想的な状態において、すなわち相互変調積が完全に排除された時に、電力増幅器400からの出力信号RF47の周波数スペクトルの原理的外観を示す。出力信号RF47の周波数スペクトルは第1無線信号RF41と同じ周波数成分、すなわち被変調搬送波C2およびC2を含んでいるが、第1無線信号RF41よりもずっと高い電力レベルにある。
【0036】
逆位相での加算は、第5無線信号RF45を位相シフタ411中で位相シフトして、前記信号の位相が第4無線信号RF44の位相と逆、すなわち反対になるようにし、その後位相シフトした第5無線信号RF45と第4無線信号RF44とを第2の方向性結合器404中で加算することによって実行される。
【0037】
位相シフタ411および第2の方向性結合器404は一緒になって、第4無線信号RF44と第5無線信号RF45との逆位相加算を実行するための加算手段を形成すると考えることができる。遅延線410は、第4無線信号RF44と第5無線信号RF45が前記逆位相加算時に同じ時間位置を有するように、すなわち第1の方向性結合器401から第2の方向性結合器404まで信号が伝搬するのに要する時間が信号経路402と403とで同じになるような寸法とされる。
【0038】
第3増幅器407は、第5無線信号RF45中の相互変調積の電力および電圧レベルを調節または適合化して、これらの値が第4無線信号RF44のレベル値に対応するようにするための手段と考えることができる。
【0039】
2つの帯域消去フィルタ408−409は一緒になって、第6無線信号RF46中の被変調搬送波を選択的に抑制するための手段と考えることができる。電力増幅器400は好ましくは消去帯域の中心周波数を、濾波消去すべき被変調搬送波の搬送波周波数F1およびF2(図6B参照)と電気的に一致させられる帯域消去フィルタの助けで以って、異なる搬送波周波数に適合化できる。使用する帯域消去フィルタ408−409は、第1の帯域消去フィルタ408と第2の帯域消去フィルタの消去帯域の中心周波数がそれぞれの周波数F1およびF2に設定されるように電気的に設定できるし、そのようにされている。例えば、帯域消去フィルタ408−409は、基地局を稼動させる前に制御ユニットへダウンロードした構成パラメータに基づいて基地局の制御ユニット412から設定されよう。しかし、搬送波周波数を変更する必要がない場合には、永久的に設定された帯域消去フィルタを使用できることを理解されよう。
【0040】
図4の電力増幅器400は、更に第2信号経路403に別の帯域消去フィルタを追加することによって2つよりも多い被変調搬送波を含む複合無線信号の増幅に適合化できる。
【0041】
図5は本発明の第2の実施の形態に従う電力増幅器500を示す。電力増幅器500は少なくとも2つの被変調搬送波を含む第1の複合無線信号RF51を増幅するためのものである。電力増幅器500は第1の方向性結合器501、第2の方向性結合器502、第1信号経路503、および第2信号経路504を含む。第1信号経路503は第1増幅器506と直列につながれた第1遅延線505を含む。第2信号経路504は1つの入力と2つの出力とを有する第3の方向性結合器507を含む。第3の方向性結合器507からの1つの出力は第2増幅器508の入力につながれている。第3の方向性結合器507からの第2出力は第2遅延線509につながれ、第2遅延線509は第2の位相シフタ510と直列につながれている。第4の方向性結合器511は2つの入力と1つの出力とを持ち、その入力の1つは第2増幅器508の出力につながれ、また他方の入力は第2の位相シフタ510の出力につながれている。第4の方向性結合器511からの出力は第3の線形増幅器512につながれ、第3の線形増幅器512は第1の位相シフタ513と直列につながれている。第1の方向性結合器501は1つの入力と2つの出力とを持ち、前記出力は第1信号経路503の第1遅延線505の入力につながれ、また第2信号経路504の第3の方向性結合器507の入力へ、それぞれつながれている。第2の方向性結合器502は2つの入力と1つの出力とを持ち、それら入力は第1信号経路502の第1増幅器506からの出力と、第2信号経路504の第1の位相シフタ513からの出力とにそれぞれつながれている。
【0042】
第1の複合無線信号RF51は電力増幅器500への入力信号を構成し、第1の方向性結合器501の入力に受信される。第1の方向性結合器501は第1無線信号RF51を第2無線信号RF52と第3無線信号RF53とに分割するための手段として機能する。これらの無線信号はそれぞれの信号経路503、504に分配される。
【0043】
第2無線信号RF52は第1信号経路503の第1遅延線505で遅延されて、その後第1増幅器506で増幅されて第4無線信号RF54を得る。第1増幅器506の非線形性のために第4無線信号RF54は相互変調積を含むであろう。
【0044】
第3無線信号RF53は第2信号経路の第2増幅器508で増幅されて第6無線信号RF56を得る。第2増幅器508の非線形性のために第6無線信号RF56中に相互変調積が現れよう。
【0045】
第2信号経路504は第6無線信号RF56から第5無線信号RF55を形成するように適合化される。本発明のこの実施の形態の場合には、信号発生は、一緒になって第3無線信号RF53の一部を第2の位相シフタ510へフィードフォーワードするための手段として機能する第3の方向性結合器507と第2遅延線509によって実行される。第2の位相シフタ510および第4の方向性結合器511は一緒になって、第6無線信号RF56と第3無線信号RF53のフィードフォーワードされた部分とを逆位相で加算するための第2の手段として機能する。これに関して、第2遅延線509は第2増幅器508で発生する時間遅延を補償するように設定され、また第2の位相シフタ510は上述の信号加算が逆位相で行われるように設定され、更に第3の方向性結合器507と第4の方向性結合器511はそれぞれ被変調搬送波が前記信号加算時に打ち消されるように設定される。最後に、第4の方向性結合器511からの出力信号を第3増幅器512で増幅することによって第5無線信号RF55が生成される。
【0046】
第4無線信号RF54と第5無線信号RF55を逆位相で加算することによって、第2の方向性結合器502の出力に電力増幅器からの出力信号RF57が生成される。この逆位相加算過程は、位相シフタ513で第5無線信号RF55を位相シフトして、第5信号を第4無線信号RF54に対して逆、あるいは反対位相とし、その後、位相シフトした第5無線信号RF55と第4無線信号RF54とを第2の方向性結合器502で一緒に加算することによって実行される。
【0047】
位相シフタ513と第2の方向性結合器502は一緒になって、第4無線信号RF54と第5無線信号RF55を逆位相で加算するための加算手段を形成すると考えることができる。第1遅延線の寸法は、逆位相加算時に第4無線信号RF54と第5無線信号RF55が互いに同じ時間位置を有するように、すなわち第1の方向性結合器501から第2の方向性結合器502まで信号が伝搬するために要する時間が信号経路503と504とで同じになるようなものとなっている。
【0048】
第3増幅器512は第5無線信号RF55中の相互変調積の電力および電圧レベルを調節して、それらのレベルが第4無線信号RF54のレベルに対応するように調節するための手段と考えることができる。
【0049】
この第2の実施の形態の場合には、第3の方向性結合器507と第2遅延線509とを含むフィードフォーワード手段は、第2の位相シフタ510と第4の方向性結合器511を含む第2の加算手段と一緒になって、第6無線信号RF56中の被変調搬送波の選択的抑制を行うための手段を構成すると考えることができる。
【0050】
第2の実施の形態では、無線信号RF51−RF57は第1の実施の形態の無線信号RF41−RF47と直接的な対応関係を有する。第2の実施の形態でのそれぞれの無線信号RF51−RF57に関する周波数スペクトルの原理的外観は第1の実施の形態での対応する無線信号RF41−RF47の周波数スペクトルと同じであり、このことは図6A−図6Cから明らかである。
【0051】
これらの2つの実施の形態は、被変調搬送波の選択的抑制の発生の仕方が異なる。図5の実施の形態が優れている点は、増幅する複合無線信号中の搬送波の数を増やした時に電力増幅器500の複雑さが増えないことである。
【0052】
相互変調積が発生する第1および第2増幅器は類似の非線形特性を有することが好ましい。これら2つの増幅器は、与えられた入力信号に対して、第2増幅器が第1増幅器からの対応する出力信号の電力よりもずっと低い電力の出力信号を生成するように選ばれることが有利である。従って、第5無線信号、RF45およびRF55はそれぞれ、まず低電力レベルにおいて相互変調積を生成し、それを被変調搬送波の選択的抑制の後で、第3の線形増幅器407および512でそれぞれ増幅して、第5無線信号が正しい電力レベルを得るようにすることによって生成される。このように達成される効率は図3に示される増幅器によって達成される効率よりもずっと高い。更に、図4の第2増幅器からの電力出力レベルをより低くすることによって、第2増幅器406および帯域消去フィルタ408−409を低電力用の寸法とすることができ、それとともにこれらの部品をより小型でより安価なものに作ることができる。
【0053】
図7Aおよび図7Bは図4に示される第1増幅器405および第2増幅器406を実現する適当なやり方を示している。
【0054】
図7Aから明らかなように、図4の第1増幅器405は第1の複数個の増幅要素71を含み、それらは増幅器405が要求される電力を供給できるように並列に接続されている。
【0055】
図7Bから明らかなように、図4の第2増幅器406は第1増幅器405のものと同じタイプの増幅要素71を1つだけ含んでいる。
【0056】
例えば、GSM基地局では、第1増幅器405はエリクソン社の電力用製品のうちのモデル名PTB20219を有するいわゆるRFパワー・トランジスタを出発点として構成することができる。第2増幅器406は電力に関してスケール・ダウンした、すなわち、図7Aおよび図7Bに関して説明したことに従って、PTB20219の製品を出発点として構成することができる。
【0057】
第2増幅器のほうが第1増幅器と同じタイプの並列接続された増幅要素を数少なく含んでおり、第2増幅器406と第1増幅器405とは両方とも類似した非線形特性を有する一方で、同時に、第2増幅器406は第1増幅器405よりも低い電力レベルで動作するであろう。
【0058】
本発明に従う電力増幅器は1つのMMIC(モノリシック・マイクロ波集積回路)中に実現することが有利である。本発明の電力増幅器を単一のMMICで実現する時の付加的な利点は、半導体材料およびチップ製造に使用するプロセスの違いによる増幅器特性の変動を最小化できることである。これは第1および第2の増幅器が両方ともに同じチップ上に位置するという事実による。
【0059】
図8は本発明に従う方法を示すフローチャートである。本方法について、次に図8、図4、および図6A−図6Cを同時に参照しながら説明することにしよう。工程801では、第1の複合無線信号RF41が第2無線信号RF42と第3無線信号RF43とに分割される。
【0060】
工程801の後で、フローチャートは工程802を含む分岐と、工程803−805を含む分岐とに分かれる。ここでそれぞれの分岐はそれぞれ第1信号経路402と第2信号経路403とで並列的に行われる信号処理について記述する。
【0061】
工程802では第2無線信号RF42が第1増幅器で増幅されて第4無線信号RF44を得る。ここで第4無線信号RF44中には相互変調積IM1、IM2が発生する。
【0062】
工程803−805では、第3無線信号RF43を処理することによって第5無線信号RF45が発生する。工程803では、第3無線信号RF43が第2増幅器RF406で増幅されて第6無線信号RF46を得る。ここで第6無線信号RF46中には相互変調積IM1、IM2が発生する。工程804で第6無線信号RF46中の被変調搬送波C1、C2の選択的抑制によって、第6無線信号RF46から第5無線信号RF45が形成される。その後、工程804の結果の信号の電力を工程805で調節して、第5無線信号RF45中の相互変調積IM1、IM2の電力レベルが第4無線信号RF44中の相互変調積IM1、IM2の電力レベルに対応するように適合化される。
【0063】
最後に、第4無線信号RF44と第5無線信号RF45との逆位相加算によって、工程806で電力増幅器からの出力信号RF47を生成する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 無線通信網の一部を示す図。
【図2】 従来のフィードフォーワード法に従う電力増幅器を示す模式的ブロック図。
【図3】 ドイツ国特許明細書第DE 27 18 172号に従う電力増幅器を示す模式的ブロック図。
【図4】 本発明の第1の実施の形態に従う電力増幅器を示す模式的ブロック図。
【図5】 本発明の第2の実施の形態に従う電力増幅器の模式的ブロック図。
【図6A】 異なる無線信号に関する簡略化した周波数スペクトルを示すグラフ。
【図6B】 異なる無線信号に関する簡略化した周波数スペクトルを示すグラフ。
【図6C】 異なる無線信号に関する簡略化した周波数スペクトルを示すグラフ。
【図7A】 図4および図5で使用される増幅器の内部構造を示すブロック図。
【図7B】 図4および図5で使用される増幅器の内部構造を示すブロック図。
【図8】本発明の方法を示すフローチャート。
Claims (9)
- 少なくとも2つの被変調搬送波(C1、C2)を含む第1の複合無線信号(RF41)を電力増幅器(400)で増幅するための方法であって、
a)第1無線信号(RF41)を第2無線信号(RF42)と第3無線信号(R
F43)とに分割する工程(801)、
b)第1信号経路(402)に属する第1増幅器(405)で第2無線信号(RF42)を増幅して第4無線信号(RF44)を生成する工程(802)であって、ここで第4無線信号(RF44)中に相互変調(IM1、IM2)が生ずる増幅工程(802)、
c)第3無線信号(RF43)を第2信号経路で信号処理して第5無線信号(RF45)を生成する工程(803−805)、
d)第5無線信号(RF45)に対して第4無線信号(RF44)を逆位相で加
算することによって、電力増幅器(400)から出力信号(RF47)を生成する工程(806)、
を含み、ここにおいて、工程c)の信号処理が、
e)第3無線信号(RF43)を第2増幅器(406)で増幅して第6無線信号(RF46)を生成する工程(803)であって、ここにおいて第6無線信号(RF46)中に相互変調(IM1、IM2)が生ずる増幅工程(803)、
f)第6無線信号(RF46)から第5無線信号(RF45)を生成する工程(804−805)、
を含んでおり、ここにおいて本方法が、工程f)が
g)第6無線信号(RF46)中の被変調搬送波(C1、C2)を選択的に抑制する工程(804)、
を含んでおり、
抑制する工程(804)は、前記被変調搬送波(C1−C2)を濾波消去するように構成された帯域消去フィルタ(408、409)によって実行される
ことを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法であって、工程f)が
h)第5無線信号(RF45)中の相互変調積(IM1、IM2)の電力レベルを適合化して、前記電力レベルが第4信号(RF44)中の相互変調積(IM1、IM2)の電力レベルに対応するようにする適合化工程(805)、
を含んでいることを特徴とする方法。 - 請求項1又は2に記載の方法であって、第1増幅器(405)と第2増幅器(406)が類似した非線形特性を有することを特徴とする方法。
- 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の方法であって、与えられた入力信号に対して、第1増幅器(405)からの対応する出力信号(RF44)よりも低い電力を有する出力信号(RF46)を第2増幅器(406)から生成することを特徴とする方法。
- 2つの被変調搬送波(C1、C2)を含む第1複合無線信号(RF41)、第1無線信号(RF41)を増幅するための電力増幅器(400)であって、
−第1無線信号(RF41)を第2無線信号(RF42)と第3無線信号(RF43)とに分割するための手段(401)、
−第4無線信号(RF44)を生成するように適合化された第1信号経路(402)、
−第5無線信号(RF45)を生成するように適合化された第2信号経路(403)、
−第5無線信号(RF45)に対して第4無線信号(RF44)を逆位相加算することによって、電力増幅器(400)から出力信号(RF47)を生成するための第1の加算手段(404、411)、
を含み、ここにおいて、
−分割手段(401)が第1信号経路(402)と第2信号経路(403)の両方につながれて、それぞれの信号経路(402、403)に対して第2無線信号(RF42)と第3無線信号(RF43)とをそれぞれ分配するように適合化されており、
ここにおいて、
−第1信号経路(402)が、第2無線信号(RF42)を第1増幅器(405)で増幅することによって第4無線信号(RF44)を生成するように適合化されており、それとともに第4無線信号(RF44)中に相互変調積(IM1、IM2)が発生し、
ここにおいて、
−第2信号経路(403)が、第3無線信号(RF43)を第2増幅器(406)で増幅することによって第6無線信号(RF46)を生成するように適合化されており、それとともに第6無線信号(RF46)中に相互変調積(IM1、IM2)が発生し、
ここにおいて、
−第2信号経路(403)が更に、第6無線信号(RF46)から第5無線信号(RF45)を生成するように適合化されており、前記第2信号経路(403)が、第6無線信号(RF46)中の被変調搬送波(C1、C2)を選択的に抑制するように適合化された抑制手段(408、409)を含んでおり、
前記抑制手段は、前記被変調搬送波(C1−C2)を濾波消去するように構成された帯域消去フィルタ(408、409)を含んでいる
いることを特徴とする電力増幅器(400)。 - 請求項5に記載の電力増幅器(400)であって、第2信号経路(403)が、第5無線信号(RF45)中の相互変調積(IM1、IM2)の電力レベルを、第4無線信号(RF44)中の相互変調積(IM1、IM2)のレベルに対応するようにするための適合化手段(407)を含んでいることを特徴とする電力増幅器(400)。
- 請求項5又は6に記載の電力増幅器(400)であって、第1増幅器(405)と第2増幅器(406)とが類似した非線形特性を有することを特徴とする電力増幅器(400)。
- 請求項5乃至7のいずれか1項に記載の電力増幅器(400)であって、第2増幅器(406)が、与えられた入力信号に対して、第1増幅器(405)からの対応する出力信号(RF44)の電力よりも大幅に低い電力を有する出力信号(RF46)を生成するように適合化されていることを特徴とする電力増幅器(400)。
- 請求項8に記載の電力増幅器(400)であって、第1増幅器(405)が所定のタイプの並列接続された増幅要素(71)を第1の複数個含んでおり、また第2増幅器(406)が第1増幅器(405)のそれらと同じタイプの増幅要素(71)をより少ない第2の複数個含んでいることを特徴とする電力増幅器(400)。
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