JP4709446B2 - フィードフォワード非線型歪補償増幅器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力信号を増幅する主増幅器と、この主増幅器で発生する歪、例えば、該入力信号をマルチキャリア信号とした場合などでの相互変調歪を補償するフィードフォワード(Feed Forward:以下、FFという)ループを備えた非線型歪補償増幅器に係り、特に、そのFFループを最適化するための制御方法や主増幅器で発生する歪の補償方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
移動体通信用の基地局・中継局では、所定の周波数間隔で夫々適宜変調された複数の搬送波からなるマルチキャリア信号を、高周波増幅した後、無線送信するが、この高周波増幅に用いる増幅器の線型性が充分良好でないと、例えば、相互変調歪などの各種の歪が発生する。このため、マルチキャリア信号などの異なる周波数の複数搬送波からなる信号を増幅する増幅器に対しては、かかる信号の周波数帯域全体に亘って良好な線型性が要求される。
【0003】
いま、マルチキャリア信号を例として、マルチキャリア信号の増幅に適する超低歪増幅器を実現する手法の1つに、従来、FF増幅方式が知られている。これは、入力したマルチキャリア信号を主増幅器で増幅して出力する本線と、この主増幅器で増幅されたマルチキャリア信号からこの主増幅器で発生した歪成分を検出するFFループの歪検出ループと、この歪検出ループで検出された歪成分を用いて主増幅器で増幅されたマルチキャリア信号から歪を除去するFFループの歪補償ループとから構成されるものである。
【0004】
かかるFF増幅方式による非線型歪補償増幅器の従来例が、例えば、特開平7ー303050号公報や特開平8ー307161号公報に開示されているが、まず、図3により、かかるFF増幅方式による非線型歪補償増幅器の基本的な構成及びその動作について説明する。なお、1は入力端子、2は分配器、3は可変減衰器、4は可変移相器、5は主増幅器、6は同軸遅延線、7は分配器、8は同軸遅延線、9は可変減衰器、10は可変移相器、11は補助増幅器、12は分配器、13は出力端子、14は制御回路、15は制御信号発生回路である。
【0005】
同図において、入力端子1から分配器2,主増幅器5,分配器7,同軸遅延線8,分配器12を通って出力端子13に至る信号経路が本線を形成するものである。この本線では、入力端子1からの入力信号(ここでは、マルチキャリア信号とする)は、分配器2で一部分配された後、可変減衰器3及び可変移相器4を経由して主増幅器5に供給される。主増幅器5で高周波増幅されたマルチキャリア信号は、分配器7で一部分配された後、同軸遅延線8で所定の遅延量だけ遅延され、分配器12を通って出力端子13から出力される。
【0006】
かかる本線において、主増幅器5で良好な線型性が得られない場合、マルチキャリア信号で、例えば、相互変調が生じ、これによる歪(相互変調歪)などといった各種の歪が発生してマルチキャリア信号に混入する。かかる歪を除去するために、かかる非線型歪補償増幅器では、いずれもFFループの歪検出ループL1と歪補償ループL2とが設けられ、歪検出ループL1により、主増幅器5で発生してマルチキャリア信号に混入した歪成分を検出し、歪補償ループL2により、検出したかかる歪成分を用いて、マルチキャリア信号に混入している歪成分を除去するようにしている。
【0007】
歪検出ループL1は、本線での可変減衰器3,可変移相器4及び主増幅器5と、同軸遅延線6と、分配器2,7とから構成される。かかる構成の歪検出ループL1では、入力端子1から入力されたマルチキャリア信号が分配器2に供給され、その一部が分配されて残りが本線に供給される。この分配された信号は、同軸遅延線6で所定の遅延量だけ遅延された後、分配信号Bとして分配器7に供給される。
【0008】
この分配器7は、主増幅器5の出力信号Aを、その一部を分配して残りを本線の同軸遅延線8に供給する分配機能とともに、この主増幅器5の出力信号Aの分配信号から同軸遅延線6からの分配信号Bを減算する減算機能をも有している。そこで、分配器7では、主増幅器5の出力信号Aから分配されて信号(図示しないが、これを、以下、分配信号Cという)から同軸遅延線6からの分配信号Bが減算される。この減算処理によって得られる差信号Dは歪補償ループL2の可変減衰器9に供給される。
【0009】
ここで、同軸遅延線6の遅延量は、本線での可変減衰器3,可変移相器4及び主増幅器5の遅延量の合計に等しく設定される。可変減衰器3の減衰量は、主増幅器5の出力信号Aからの分配器7による分配信号Cと同軸遅延線6からの分配信号とが等しい振幅となるように設定され、また、可変移相器4の位相量は、同じく分配信号B,Cの位相が一致するように設定されている。従って、分配器7から出力される差信号Dは、主増幅器5で発生する相互変調歪などの歪成分である。可変減衰器3の減衰量や可変移相器4の位相量は、かかる差信号Dが歪成分として精度良く得られるようにするように、制御回路14の制御信号発生回路15で発生される制御信号G1,θ1によって制御される。
【0010】
歪補償ループL2は、本線での同軸遅延線8と、可変減衰器9,可変移相器10及び補助増幅器11と、分配器7,12とから構成されである。かかる構成の歪補償ループL2では、分配器7で主増幅器5の出力信号Aのうちの分配信号C以外の信号、即ち、マルチスキャン信号Eが、同軸遅延線8で所定の遅延量だけ遅延された後、分配器12に供給される。また、分配器7で得られた歪成分Dは、可変減衰器9及び可変移相器10を経由して補助増幅器11に供給される。補助増幅器11で増幅された歪成分Fは分配器12に供給される。この分配器12は減算機能を有しており、同軸遅延線8からのマルチスキャン信号Eから補助増幅器11からの歪成分Fを減算する。これにより、主増幅器5で生じた歪を除去されたマルチスキャン信号Gが得られ、出力端子13から出力される。
【0011】
ここで、同軸遅延線8の遅延量は、可変減衰器9,可変移相器10及び補助増幅器11の遅延量の合計に等しく設定される。可変減衰器9の減衰量は、分配器7から出力されるマルチスキャン信号Eに混入している歪成分と補助増幅器11からの歪成分Fとが等しい振幅となるように設定され、また、可変移相器10の位相量は、これら歪成分の位相が一致するように設定されている。従って、このように精度良く設定されると、分配器12からは歪成分が精度良く除かれたマルチスキャン信号Gが得られる。可変減衰器3の減衰量や可変移相器4の位相量は、かかる歪成分の除去が精度良くなされるようにするように、制御回路14の制御信号発生回路15で発生される制御信号G2,θ2によって制御される。
【0012】
上記の特開平8ー307161号公報には、かかるFF増幅器において、可変減衰器3,9の減衰量や可変移相器4,10の位相量を電源投入時に設定する一手段が開示されている。これによると、分配器12の出力Gを検波する検波器と、温度検出器と、これら検波器の検波出力と温度検出器の検出温度とに応じた可変減衰器3,9の減衰量や可変移相器4,10の位相量の制御信号を有するメモリテーブルとを用い、検波出力と検出温度とに応じた制御信号をメモリテーブルから読み取って可変減衰器3,9の減衰量や可変移相器4,10の位相量を制御し、これにより、特に、電源投入時での歪成分を最小に抑圧できるようにするとともに、定常動作時において、主増幅器5や補助増幅器11の故障による利得低下が生じた場合、そのときに用いられている制御信号と、そのときの検波出力と検出温度とに応じたメモリテーブルでの制御信号との不一致を検出し、この検出によって警報信号を出力してかかる故障を発見できるようにしている。
【0013】
また、上記の特開平7ー303050号に記載の従来技術は、パイロット信号を用いて可変減衰器3,9の減衰量や可変移相器4,10の位相量(ここでは、可変減衰器と可変移相器とをまとめてベクトル変調器としている)を設定するものである。即ち、図3において、入力端子1から第1のパイロット信号を入力し、また、主増幅器5の出力側から分配器7に第2のパイロット信号を入力する。そして、分配器7からの差信号Dから第1のパイロット信号を検出して歪検出ループL1をチェックし、かかる第1のパイロット信号が検出されないように、歪検出ループL1のベクトル変調器、即ち、可変減衰器3と可変移相器4とを設定制御する。また、分配器12の出力Gから第2のパイロット信号を検出し、これが検出されないように、歪補償ループL2のベクトル変調器、即ち、可変減衰器9と可変移相器10との設定値を補償する。
【0014】
かかる特開平7ー303050号に記載の従来技術において、上記の補償がなされれば、検出器の第1または第2のパイロット信号の検出レベルはほぼ0となるが、主増幅器5が故障するなどしてほぼ0となり得ず、所定レベル以上の検出レベルが得られた場合には、このことを表示して操作者や保守者に知らせるとともに、電源を遮断するようにしている。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、図3に示すような従来のFF増幅器では、主増幅器5が正常に動作しているときに、分配器7から出力される差信号Dが歪成分のみからなるように、可変減衰器3の減衰量や可変移相器4の位相量を設定できるものである。しかし、主増幅器5での増幅素子などが破損などして主増幅器5の利得が減少する場合があり、このような場合には、可変減衰器3の減衰量でもってかかる主増幅器5の利得低下を補償することができない場合もある。即ち、可変減衰器3の減衰量の調整可能範囲を越えて、主増幅器5の利得が減少してしまう場合もあるのである。
【0016】
このような場合、上記特開平8ー307161号公報に記載の従来技術では、これを検出すると、警報を発するものであり、また、上記の特開平7ー303050号に記載の従来技術では、これを表示するとともに、電源を遮断するようにしていた。
【0017】
しかし、主増幅器が故障すると同時に電源を遮断してしまうと、かかるFF増幅回路は、従って、このFF増幅回路を使用した移動通信用の基地局・中継局は動作が停止してしまい、移動通信ができなくなってしまう。また、上記の特開平8ー307161号公報に記載のように、警報を発しながらそのままFF増幅回路を動作状態にしておくと、主増幅器5の出力信号Aの分配信号Cと同軸遅延線6からの分配信号Bとで振幅が一致しなくなるので、分配器7から出力される差信号Dには、歪成分ばかりでなく、マルチキャリア信号の搬送波も含まれることになり、補助増幅器11の出力信号Fでの歪成分と同軸遅延線8からのマルチキャリア信号E中の歪成分との振幅が一致しなくなり、分配器12の出力信号Gに歪成分が残留することになる。
【0018】
本発明の目的は、かかる問題を解消し、主増幅器がその増幅素子が破損するなどして故障しても、該主増幅器で発生する歪成分を効果的に抑圧した状態で動作を続けることができるようにしたフィードフォワード非線型歪補償増幅器を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、入力信号を第1,第2の2系統の信号に分配する第1の分配手段と、該第1の分配手段で分配された該第1の系統の信号を減衰処理する第1の可変減衰手段と、該第1の可変減衰手段からの第1の系統の信号を移相処理する可変移相手段と、該第1の可変減衰手段の減衰量と該可変移相手段の移相量とを制御する制御手段と、該可変移相手段からの第1の系統の信号を増幅する主増幅器と、該第1の分配手段で分配された該第2の系統の信号を、該第1の系統の信号の遅れを補償するように、遅延する遅延手段と、該主増幅器の出力信号を第3,第4の2系統の信号に分配し、該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号とを減算処理して該主増幅器で混入された歪成分を抽出する第2の分配手段と、該第2の分配手段で抽出された該歪成分を用いて該第2の分配手段で分配された該第4の系統の信号から該主増幅器で混入された歪成分を除去する歪補償手段とを備えたフィードフォワード非線型歪補償増幅器であって、該制御手段によって減衰量が制御され、該第1の分配手段で分配された該第2の系統の信号を減衰処理して該遅延手段に供給する第2の可変減衰手段を設け、該制御手段は、該第2の可変手段の減衰量を小さい値の初期値に設定して、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致するように、該第1の可変減衰手段の減衰量を制御し、該第1の可変減衰手段の減衰量を制御しても、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致しないときには、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致するように、該第2の可変減衰手段の減衰量を制御し、該第2の可変減衰手段の減衰量を制御しても、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致しないときには、該主増幅器の増幅動作を停止させる構成とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図1は本発明によるフィードフォワード非線型歪補償増幅器の一実施形態を示すブロック図であって、16は可変減衰器であり、図3に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【0021】
同図において、歪検出ループL1における分配器2と同軸遅延線6との間に可変減衰器16を設けており、これ以外の構成は、図3に示した従来例と同様である。この可変減衰器16は、主増幅器5がその増幅素子が破損するなどして故障し、主増幅器5の利得が可変減衰器3で補償できない程度に低下しても、主増幅器5の出力信号Aからの分配器7による分配信号Cと同軸遅延線6からの分配信号Bとがほぼ等しい振幅となるようにするものである。
【0022】
分配器2により、入力端子1からの入力マルチスキャン信号から分配された分配信号B’は、可変減衰器16で減衰された後、図3に示した従来例と同様、同軸遅延線6で遅延され、分配信号Bとして分配器7に供給される。これ以降の処理は、図3に示した従来例と同様である。
【0023】
この可変減衰器16では、制御回路14からの制御信号G3により、その減衰量として、それを増加できるように、所定の初期値(例えば、最小減衰量)が設定されており、かかる状態で、分配器7による主増幅器5の出力信号Aからの分配信号Cと同軸遅延線6からの分配信号Bとの振幅が一致するように、制御回路14が、制御信号G1,θ1により、可変減衰器3の減衰量と可変移相器4の位相量とを制御する。
【0024】
制御回路14は、例えば、分配器7から分配信号B,Cを取り込み、これらを振幅比較することにより、これらの振幅を監視しており、これらが不一致となると、制御信号G1により、可変減衰器3の減衰量を制御して、これら分配信号B,Cの振幅が一致するようにしている。
【0025】
そこで、いま、主増幅器5の増幅素子が破損するなどしてその利得が減少すると、制御回路14は、制御信号G1により、可変減衰器3の減衰量を制御して分配信号B,Cの振幅が一致するようにするが、この減衰量を最小にしても、分配信号B,Cの振幅を一致させることができない場合には、制御回路14は、制御信号G3により、可変減衰器16の減衰量を制御し(増加させ)、分配信号Bの方の振幅を小さくする。これにより、分配信号B,Cの振幅を一致させることができる。
【0026】
この場合、出力端子13に得られるマルチスキャン信号Gの振幅が減少するが、このマルチスキャン信号Gでは、主増幅器5で発生する歪が効果的に抑圧されたおり、増幅動作を停止させることなく、歪が効果的に抑圧されたマルチスキャン信号を出力することができる。
【0027】
なお、可変減衰器16の減衰量がその上限に達しても、分配信号Cの振幅を分配信号Bの振幅に一致させることができない場合には、歪が効果的に抑圧されたマルチスキャン信号を得ることができないから、制御回路14は、これを検出することにより、図示しない手段によって電源を切って増幅動作を停止させる。
【0028】
図2は本発明によるフィードフォワード非線型歪補償増幅器の他の実施形態を示すブロック図であって、17はパイロット信号発生回路、18は混合器、19はパイロット信号発生回路、20は混合器、21,22はパイロット検出器であり、図1に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。
【0029】
この実施形態は、上記の特開平7ー303050号公報に記載の従来技術のように、パイロット信号を用いて主増幅器の利得を監視するものである。
【0030】
図2において、パイロット発生器17では、周波数f1のパイロット信号P1を発生し、混合器18で入力端子1からのマルチスキャン信号と混合されて歪検出ループL1に供給される。ここでは、勿論このパイロット信号P1の周波数f1は、入力端子1から入力されるマルチスキャン信号の搬送周波数のいずれとも異なるものである。歪検出ループL1では、このパイロット信号P1がマルチスキャン信号とともに、図1に示した実施形態と場合と同様に処理される。従って、分配器7では、分配信号C中のパイロット信号P1と分配信号B中のパイロット信号P1とが減算処理され、分配信号Cと分配信号Bとの振幅が等しいときには、分配器7からの差信号Dには、パイロット信号P1は含まれない。
【0031】
パイロット検出回路21はこの差信号Dからパイロット信号P1を検出するものであって、その検出結果が制御回路14に供給される。パイロット検出回路21でパイロット信号P1が検出されないときには、制御回路14は、各制御信号G1,θ1,G3により、歪検出ループL1での各回路の設定値をそのままの値に保持するが、パイロット検出回路21でパイロット信号P1が検出されると(即ち、その振幅≠0)、制御回路14は、制御信号G1により、パイロット検出回路21でのパイロット信号P1の検出振幅が0となるように、可変減衰器3の減衰量を制御する。
【0032】
しかし、かかる可変減衰器3の減衰量の制御にかかわらず、パイロット検出回路21でのパイロット信号P1の検出振幅が0とならない場合には、可変減衰器3の減衰量を下限に維持したまま(即ち、主増幅器5の出力信号Aに混合されているパイロット信号P1の振幅を最大にする)、制御信号G3により、可変減衰器16の減衰量を増加させる。これにより、パイロット検出回路21でのパイロット信号P1の検出振幅を0にすることができる。
【0033】
勿論、これでも、この検出振幅を0にできない場合には、図1に示した実施形態と同様、図示しない手段によって電源を切って増幅動作を停止させる。
【0034】
なお、歪補償ループL2を調整可能とするためには、パイロット信号P1やマルチキャリア信号の搬送周波数とは異なる周波数f2のパイロットP2を発生するパイロット発生器19を設け、このパイロット信号P2を、混合器20により、主増幅器5の出力信号Aに混合して歪補償ループL2の分配器7に供給し、また、分配器12の出力信号からパイロット検出器22でこのパイロット信号P2を検出するようにする。制御回路14は、このパイロット検出回路22の検出出力を取り込んでその振幅を判定し、この振幅が0となるように、制御信号G2,θ2により、可変減衰器9の減衰量と可変移相器10の位相量とを制御する。
【0035】
分配器7から出力される差信号Dにマルチスキャン信号が含まれていないときには、差信号Dは主増幅器5による歪成分とパイロット信号P2とからなり、また、このとき、分配器7からの出力信号Eに含まれる歪成分と補助増幅器11から出力される歪成分との振幅,位相が一致しているときには、この出力信号Eと歪信号Fとに含まれるパイロット信号P2は振幅,位相が一致しており、これらパイロット信号P2が分配器12で減算処理されることにより、パイロット検出器22でパイロット信号P2は検出されない。
【0036】
なお、この実施形態でも、パイロット検出器21でパイロット信号P1が検出されないように、歪検出ループL1での可変減衰器3,16の減衰量や可変移相器4の位相量が設定された後、パイロット検出器22でパイロット信号P2が検出されないように、歪補償ループL2での可変減衰器9の減衰量や可変移相器10の位相量が設定される。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、主増幅器が故障してその利得が低下しても、主増幅器で発生する歪を効果的に低減した状態で増幅動作を継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるフィードフォワード非線型歪補償増幅器の一実施形態を示すブロック図である。
【図2】本発明によるフィードフォワード非線型歪補償増幅器の他の実施形態を示すブロック図である。
【図3】フィードフォワード非線型歪補償増幅器の一従来例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 入力端子
2 分配器
3 可変減衰器
4 可変移相器
5 主増幅器
6 同軸遅延線
7 分配器
8 同軸遅延線
9 可変減衰器
10 可変移相器
11 補助増幅器
12 分配器
13 出力端子
14 制御回路
15 制御信号発生回路
16 可変減衰器
17 パイロット発生器
18 混合器
19 パイロット発生器
20 混合器
21,22 パイロット検出器
Claims (1)
- 入力信号を第1,第2の2系統の信号に分配する第1の分配手段と、
該第1の分配手段で分配された該第1の系統の信号を減衰処理する第1の可変減衰手段と、
該第1の可変減衰手段からの第1の系統の信号を移相処理する可変移相手段と、
該第1の可変減衰手段の減衰量と該可変移相手段の移相量とを制御する制御手段と、
該可変移相手段からの第1の系統の信号を増幅する主増幅器と、
該第1の分配手段で分配された該第2の系統の信号を、該第1の系統の信号の遅れを補償するように、遅延する遅延手段と、
該主増幅器の出力信号を第3,第4の2系統の信号に分配し、該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号とを減算処理して該主増幅器で混入された歪成分を抽出する第2の分配手段と、
該第2の分配手段で抽出された該歪成分を用いて該第2の分配手段で分配された該第4の系統の信号から該主増幅器で混入された歪成分を除去する歪補償手段とを備えたフィードフォワード非線型歪補償増幅器であって、
該制御手段によって減衰量が制御され、該第1の分配手段で分配された該第2の系統の信号を減衰処理して該遅延手段に供給する第2の可変減衰手段を設け、
該制御手段は、
該第2の可変減衰手段の減衰量を小さい値の初期値に設定して、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致するように、該第1の可変減衰手段の減衰量を制御し、
該第1の可変減衰手段の減衰量を制御しても、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致しないときには、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致するように、該第2の可変減衰手段の減衰量を制御し、
該第2の可変減衰手段の減衰量を制御しても、該第2の分配手段による該第3の系統の信号と該遅延手段からの該第2の系統の信号との振幅が一致しないときには、該主増幅器の増幅動作を停止させる
ことを特徴とするフィードフォワード非線型歪補償増幅器。
Priority Applications (6)
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