JPH05505296A - 電力増幅回路の性能を最適化するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電力増幅回路の性能を最適化するための方法および装置 発明の分野 本発明は一般的には電力増幅器に関し、かつより詳細には電力増幅回路の直線性 性能を最適化するための方法および装置に関する。

発明の背景 電力増幅器は広範囲の通信および他の電子的な用途に使用されている。これらの 増幅器は１一つまたはそれ以上の縦属接続された（ｃａｓｃａｄｅｄ）増幅器段 からなり、その各々はその回路段の入力に印加された信号のレベルを回路段利得 志（、て知られている量たけ増大する。理想的には各回路段の入力から出力への 伝達は直線的であり、振幅か増大した入力信号の完全な複製が増幅器の出力に現 われる。

しかしながら、現実にはすべてのリニア増幅器はそれらの伝達特性にある程度の 非直線性を何する。この非直線性は出力信号の歪みを生ずる結果となり、従って 、出力信号はもはや入力信号の完全な複製ではない。この歪みは相互変調積（ｉ ｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔＳ）としで知られるスプリア信 号成分を生成する。相互変調積はそれらが妨害、クロストーク、および他の有害 な影響を電力増幅器を使用するシステムの性能に及はずから望ましくない。従っ て、従来技術は電力増幅器の回路の動作の間に生成される歪みを低減するよう設 計された種々の方法および装置を案出する。通常知られている２つの方法はブリ デイストーンヨン（ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔ　１ｏｎ）およびフィードフ号ワード である。二わらの方法はともに技術的によく知られており、従ってこれ以上の説 明はしない。

電力増幅器回路の設計において使用され又いる歪み低減の形式に拘らず、回路の 相互変調性能を評価し、か一つそれに応して、電力増幅器回路の性能を最適化す るために種々の動作パラメータを調整するための方法および装置を提供すること は極めて好都合である。

発明の概要 要約すると、本発明は電力増幅器回路の性能を最適化するための方法および装置 である。このため、電力増幅器の動作の間に発生された相互変調積の内の少なく とも１．つが識別される（ｉｄｅｎｔ　ｉ　ｆ　１ｅｄ）。この識別は相互変調 積の振幅に基ついている。典型的には、最大の振幅を有するものと認識された相 互変調積が選択される。次に、その相互変調積の振幅が所定のしきい値と比較さ れる。この比較に基づき、種々の動作パラメータが変更されて電力増幅器回路の 性能を最適化する。

本発明の１つの態様によれば、前記識別プロセスは複数の相互変調積（ｉｎｔｅ ｒｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒ。

ｄｕｃｔｓ）からなる合計の相互変調積信号エネルギを分離しかつ複数の内から 最大の振幅を有する１つの相互変調積を決定することによって達成される。

本発明の他の態様によれば、前記識別プロセスは個々の相互変調積を検出するた めに予め規定された周波数範囲を走査しかつ最大の振幅を有する１つの相互変調 積を選択することによって達成される。

本発明の他の態様によれば、前記識別プロセスは最大の振幅を有する前記１つの 相互変調積の選択を可能にする経験的なデータを集めることによって達成される 。

本発明のさらに他の態様によれば、識別された相互変調積は最も大きな振幅のキ ャリア信号と比較されてキャリア対歪の比を決定する。得られた比率に応じて、 種々の動作パラメータか変更され回路の相互変調性能を改善しあるいは電力増幅 回路の動作容量を最大に［７、それにより回路性能を最適化する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明による直線性監視を導入した回路を示すブロック図である。

第２図は、第１図の電力増幅回路の詳細なプロ・・ツク図である。

第３図は、本発明に係わる直線性監視の詳細を示すブロック図である。

第４図は、本発明に係わる直線性監視の他の実施例を示す。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図を参照すると、ブロック図によって本発明に係わる直線性監視装置１３０ を導入した回路が示されている。

複数のＲＦキャリアからなるものとすることかできる、複合入力信号］、０５が 調整可能な減衰器１１０に入力される。

当業者には調整可能な減衰器は入力信号１０５の信号レベルを、電力増幅回路１ ２０に提供する前に、調整するために使用されていることが理解できるであろう 。

電力増幅回路１２０は入力信号を増幅しかつ次にリード１−１７に増幅された出 力信号を提供するよう設計されている。前に述べたように、歪みおよび相互変調 積はこの増幅の間に導入される。従って、第１図の電力増幅回路は出力１、１． ７の前にすべての歪みおよび相互変調を実質的に除去するよう設計されている。

第２図は、第１図の電力増幅回路の詳細なブロック図を示す。この回路の動作の 詳細な説明は本件出願の譲受人に譲渡され、１９９０年１２月１７日に出願され かつここに参照のため導入される米国特許出願に見ることができる。

第２図は、電力増幅回路の１つの実施例を示しているが、当業者（Ｊこの構成は 例示のために提案されておりかつここに開示された直線性監視装置の範囲を制限 するものでないことを理解するであろう。

開示された直線性監視装置から利益を得ることかできる電力増幅回路のさらに詳 細については米国特許第４，５８０．１０５号、Ｍｅｖｅｒ１米国特許第４．　 ８８５．　５５１　Ｌ、Ｍｅｙｅｒ、および米国特許第３，８１５．０４０号Ｓ ｅ　ｉｄｅ　１を参照することかてきる。

電力増幅回路１２０の性能を最適化するため、本発明は直線性監視装置１３０を 使用する。この装置は電力増幅回路の出力内の相互変調積を識別しく１ｄｅｎｔ ｉｆｙ）、最大の信号振幅を有するその相互変調積を選択し７、か一つその振幅 を所定のＬ７きい値と比較するよう設計されている。

この比較に基づき、種々の動作パラメータが変更されて回路の相互変調性能を改 善Ｌ２あるいは回路の動作容量を最大にする。

たとズば、直線性監視装置は電力増幅回路に与えられる入力信号の電力レベルを 制御するこたができる。第１図に示された実施例によれば、も］８８選された相 互変調積の大きさが所定のしきい値を超えれば、直線性監視装置１−３０は警報 を開始する。この信号、および関連する回路、はリード１５０を介して調整可能 な減衰器１１０の減衰度を制御し、増幅器の入力電力を低減する。増幅器の入力 電力の低減は出力１１７に現れる相互変調積の振幅を低減するように計算される 。増幅器回路の出力における相互変調のＬ／ヘルを低減することにより、直線性 監視装置は電力増幅器回路１２０の相互変調性能を改善するよう作用する。

これに対し７、もし選択された相互変調積の振幅が所定のしきい値に到達しなけ れば、増幅回路は低レベル士動作している（ｕｎｄｅｒｕｔ　ｉ　ｌ　１ｚｅｄ ）ことを示す。これに応じて、直線性監視装置は調整可能な減衰器１１−０の減 衰度を、出力信号１１７に現れる相互変調積が受入れ可能なレベルより低い状態 にある限り、入力信号１０５の入力電力を増大するよう調整することかできる。

制御できる他の動作パラメータは、これらに限定されるものではないが、電力増 幅器の供給電圧およびバイアスを含む。

入力信号電力、供給電圧、およびバイアス制御に関連Ｉ。

て、直線性監視装置は電力増幅回路に与えられるキャリアの数を制御することか できる。従って、選択された相互変調積の振幅が所定のしきい値を超えたとき、 動作パラメータの幾つかまたはすべてを変更することに加えて、電力増幅回路に 提供される何らかの付加的なキャリアを阻止してそれ以上の増幅器の使いすぎ（ ｏｖｅｒｕｓｅ）を防止することができる。定義によれば、増幅器の使いすぎま たは酷使は増幅回路がそれが計画されていたより多くのキャリアをサポートしよ うとするとき、あるい予期されたレベルの相互変調排除を達成できないときに生 ずる。いずれの場合も、入力信号電力を低減することと付加的なキャリアの阻止 との組合わせは回路の相互変調性能を改善しかつ復元を可能にする。逆に、電力 増幅回路の最大能力を最大にするために、直線性監視装置は増幅器の使いすぎが 避けられる限り電力増幅回路に付加的なキャリアを提供することができる。

第３図を参照すると、本発明による直線性監視装置の詳細なブロック図が示され ている。動作においては、該直線性監視装置は電力増幅回路１２０からの出力信 号１１７の一部を受入れる。この信号はキャリア成分および相互変調積の双方か らなる。さらに、直線性監視装置は入力信号１０５から入力を受入れ、該入力信 号１０５はキャリア成分のみを有する。両方の入力は第１のキャリア打消し回路 ３００に与えられる。当業者はもし回路３００への２つの入力信号の位相、利得 および遅延か適切に調整されておれば、１１７からの信号のキャリア成分および １０５からの信号のキャリア成分は実質的に打消し合ってリード３０１上にエラ ー信号を生成することを理解するであろう。このエラー信号は次にキャリア打消 し回路３０２に導かれ、該キャリア打消し回路３０２はキャリア打消し回路３０ ０と同じ動作を行う。

キャリア打消し回路３００および３０２のこれ以上の詳細については、本件出願 の譲受人に譲渡され、１９９０年１２月丁７日に出願されかつここに参照のため 導入される米国特許出願を参照することかできる。

１つのキャリア打消し動作の後におけるたいていの場合に、エラー信号スペクト ルのキャリアエネルギは依然として相互変調積の信号エネルギを上回っている（ ｏｖｅｒｐｏｗｅｒｓ）。従って、相互変調積をキャリア信号から完全に分離す るためには、キャリア信号エネルギを少なくとも相互変調積のエネルギのレベル に低減する第２のキャリア打消し動作が行われる。

キャリア打消し回路３０２からの出力はリード３０３１のエラー信号である。こ のエラー信号はバンドパスフィルタ３０４に導かれ該バンドパスフィルタ３０４ は１組の望ましくない周波数を除去する。実際には、該バンドパスフィルタは電 力増幅器の帯域幅を中心としかつ少なくとも電力増幅器の帯域幅の３倍大きな帯 域幅を有する。バンドパスフィルタ３０４の主たる目的は増幅器の帯域幅の十分 外側に存在し得るスプリアス信号を除去することであるから、当業者はこのバン ドパスろ波は常に必要なものではないことを理解するであろう。典型的には、増 幅器の帯域幅の十分外側にある信号は一貫して問題になるには小さすぎ、従って バンドパスろ波は本発明の精神から離れることなく省略することができる。

バンドパスフィルタ３０４から、ろ波されたエラー信号は検出器３０５に導かれ る。好ましい実施例においては、検出器３０５は、たとえば、エラー信号に応じ て直流電圧を提供する単純なショットキー型ダイオード検出器のような、ダイオ ード検出器である。実際には、検出器３０５は、複数の相互変調積を含む、エラ ー信号の合計の相互変調積エネルギを検出する任意の検出器でよい。別の検出器 としては、たとえば、増幅検出器、直流電流検出器およびＲＦ電圧検出器か含ま れる。この点において、直線性監視装置は合計の相互変調積エネルギを分離して いる。次に、検出器３０５の出力はコントローラ３０６に導かれ、該コントロー ラ３０６は最大の振幅を有する合計の相互変調エネルギスペクトル内から個々の 相互変調積を選択する。

第３図によれば、コントローラ３０６はアナログ−デジタルコンバータ３１０お よびプロセッサユニット３２０を含み、該プロセッサユニット３２０はルックア ップテーブル３３０を含む。動作においては、検出器３０５の出力はアナログ− デジタルコンバータ３１０に導かれ、そこでデジタル値に変換されてプロセッサ ３２０に導かれる。プロセッサ３２０はＥ　Ｅ　Ｐ　ＲＯＭルックアップテーブ ル３３０を使用するマイクロプロセッサ装置である。そのような装置は技術的に よく知られている。

第３図によれば、プロセッサは選択処理を可能にする付加的な入力を受ける。リ ード３４０から、プロセッサは電力増幅回路に与えられるキャリアに関する情報 を受信する。

そのような情報は典型的には提供されるキャリアの数、通過帯域内のこれらのキ ャリアの間隔または位置、および各キャリアの振幅を含む。これらの情報によっ て、プロセッサは、知られた数学的方程式を使用し、合１４の相互変調積エネル ギスペクトル内のすべての他の積のそれと少なくとも等しい振幅を有する少なく とも１つの相互変調積の大きさを決定する。

相互変調積の振幅を計算するプロセスについてのこれ以上の説明については“Ｉ ｎｔｅｒｍｏｄｕｌａｔ　１ｏｎＥｆｆｅｃｔｓ　ｉｎ　Ｌｉｍ１ｔｅｒ　Ａｍ ｐｌｉｆｉｅｒ　Ｒｅｐｅａｔｅｒｓ”、Ｆｒｅｄｅｒｉｅｋ　Ｂ。

ｎｄ　ａｎｄ　Ｈａｒｏｌｄ　Ｆ、Ｍｅｙｅｒ、ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏ ｎｓ　ｏｎ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、Ｖｏｌ、Ｃ ｏｍ−１８゜Ｎｏ、２．１９７９年４月、１２７−１３５ページ、“■ｎｔｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　Ｉｎ　Ｒａｄｉｏ　Ｓｙｓ ｔｅｍｓ”、Ｗａｌｌａｃｅ　Ｃ，Ｂａｂｃｏｃｋ、Ｔｈｅ　Ｂｅ１ｌ　Ｓｙｓ ｔｅｍｓ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ、１９５３年１月、６３−７３ ページ、および“Ｃｏｎ５ｉｄｅｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｏｎ１ｉｎｅａｒ　Ｎ ｏ１ｓｅ　ａｎｄＩｔｓ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉ ｓｉｏｎ　Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ　Ｖｏｉｃｅ　ＵＨＦ　Ｒａｄｉｏ　Ｃｏｍｍｕ ｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ”、Ｌｅａｎｇ　Ｐ、Ｙｅｈ、ＩＲＥ　Ｔｒ ａｎｓａｅｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓ　ｔｅｍｓ、 １．９６１年６月、１１５−１２９ページを参照することができ、これらの文献 はここに参照のため導入される。

当業者は、プロセッサ３２０によって行われる数学的計算はキャリア情報かガウ スまたはガウスに近いキャリア分布パターンを示すときに最も正確になることを 理解するであろう。そのような分布は等しいキャリア振幅とともに受信キャリア の等距離の間隔によって特徴付けられる。しかしながら、キャリア間隔および振 幅が一様でない場合には、相互変調積の振幅を決定するこの方法は信頼性がより 低くなる。これに応じて、プロセッサはルックアップテーブル３３０を使用し、 該ルックアップテーブル３３０は特定の一様でないキャリア分布パターンに対す る最大相互変調積の振幅に関する経験的データを含む。

従って、リード３４０に現れるキャリア情報がガウスまたは一様なキャリア分布 を示している場合には、プロセッサ３２０は最も高い振幅を有する相互変調積に 対する値を計算する。前に述へたように、この計算はキャリア情報および合計の 相互変調積エネルギの双方から振幅を引出す知られた技術に基づいている。しか しながら、キャリア情報が一様でない分布を示している場合には、プロセッサは 受信されたキャリア情報をルックアップテーブル３３０に記憶された同様の記述 と整合するために検索を行う。従って、各ルックアップテーブルのエントリは受 信キャリアの数、各キャリアの位１亙、各キャリアの振幅、合計相互変調積のス ペクトルエネルギに対する値、および選択された相互変調積についての振幅に関 する情報を含む。受信情報を前に記憶された記述と整合することにより、プロセ ッサは計算が実際的でない状況において相互変調積の振幅に対する値を提供する ことができる。

相互変調の振幅に対する値の決定に応じて、プロセッサは決定された値を所定の しきい値と比較する。前に述べた　。

ように、この比較に応じて、種々の動作パラメータに対する変更が行われて相互 変調性能を改善しあるいは電力増幅回路の動作容量を最大にする。

第４図を参照すると、本発明に係わる直線性監視装置の別の実施例が示されてい る。第４図によれば、第３図の説明に従って動作する第１および第２のキャリア 打消し回路４００および４０２が示されている。リード４０３におけるエラー信 号は周波数走査計測受信機４０４に供給され、該周波数走査計測受信４０４は予 め定められた周波数範囲にわたりエラー信号を走査して個々の相互変調積を検出 する。さらに、周波数走査計測受信機４０４は検出された情報積から最大の振幅 を有する単一の積を選択することができる。その後、該相互変調積の振幅レベル はコントローラ４０６のアナログ−デジタルコンバータ４１０に導かれ、デジタ ル値に変換されプロセッジ４２０に導かれ、そして所定のしきい値と比較される 。再び、この比較に応じて、種々のシステムパラメータに対する変更が行われて 電力増幅回路の性能を最適化する。

さらに他の実施例によれば、キャリア情報には最も高い振幅のキャリア信号の表 示または識別子か含まれている。

所望の相互変調積振幅の選択の後、プロセッサユニツトはその相互変調積振幅を 識別された振幅と比較しキャリア対歪み比を計算する。その後、前に述べた動作 パラメータがこの比率に応１７て変更され再び電力増幅回路の性能を最適化する 。

以にの説明から、開示された直線性監視装置の主たる目的は電力増幅回路の出力 内の合計の相互変調積エネルギを適切に確認（−５かつ分離し、最大の振幅を有 する少なく六も１つの相互変調積を選択し、その相互変調積の振幅を所定のしき い値、あるいは選択されたキャリア信号、と比較し、かつそれに応じて種々の動 作パラメータを調整して電力増幅回路の性能を最適化するこ七であることが理解 される。

］０５から　１０５から 要約書 電力増幅回路（１２０）の性能を最適化するための方法および装置、（１００） は出力信号（１１７）を受けかつ前記電力増幅器（１２０）によって発生される 相互変調積を選択する直線性監視装置（１３０）を含む。この選択は相互変調積 の振幅に基づく。次に、前記相互変調積の振幅が所定のしきい値と比較される。

この比較に基つき、種々の動作パラメータが変更されて回路（１２０）の相互変 調性能を改善する。たとえば、調整可能な減衰器（１１，、Ｏ）は入力信号（１ ０５）をそれを電力増幅器（１２０）に与える前に受信する。直線性監視装置（ １３０）から受信された制御信号（１，５０）に応じて、調整可能な減衰器（１ １０）は入力信号のレベルを調整する。

国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の動作パラメータを有する電力増幅回路の性能を最適化するための方法 であって、前記回路はその中に少なくとも１つのキャリアを有する入力信号を増 幅し、前記方法は、 電力増幅器の動作の間に発生されるすべての他の相互変調積の振幅と少なくとも 等しい振幅を有する単一の相互変調積を分離する段階、 前記分離された相互変調積の振幅を所定のしきい値と比較する段階、そして 前記比較に応じて前記動作パラメータの内の少なくとも１つを変更して電力増幅 回路の性能を最適化する段階、を具備する電力増幅回路の性能を最適化するため の方法。
2. ２．前記単一の相互変調積を分離する段階は、さらに、複数の相互変調積を含む 合計の相互変調積信号のエネルギを検出する段階、 前記検出された信号内のすべての他の相互変調積の振幅に少なくとも等しい振幅 を有する単一の相互変調積を識別する段階、を具備する請求の範囲第１項に記載 の方法。
3. ３．前記単一の相互変調積を分離する段階は、さらに、予め規定された周波数範 囲を走査して個々の相互変調積を検出する段階、および 最大の振幅を有する前記１つの相互変調積を選択する段階、 を具備する請求の範囲第１項に記載の方法。
4. ４．１つの相互変調積を識別する前記段階は、さらに、前記電力増幅回路に提供 されるキャリアの数を決定する段階、 通過帯域内の各キャリアの位置を確立する段階、各キャリアの振幅を確立する段 階、 キャリア位置および振幅の関数として相互変調積の電力スペクトル密度を計算す る段階、そして前記電力スペクトルの密度計算に基づき前記１つの相互変調積の 振幅を見積もる段階、 を具備する請求の範囲第２項に記載の方法。
5. ５．前記動作パラメータを変更する段階は、限定的にではなく、 前記入力信号に付加的なキャリアを加える段階、前記入力信号からキャリアを削 除する段階、前記電力増幅器の入力電力を増大する段階、前記電力増幅器の入力 電力を低減する段階、前記電力増幅器の供給電圧を変更する段階、そして前記電 力増幅器のバイアスを調整する段階、の内の少なくとも１つを含む、請求の範囲 第１項に記載の方法。
6. ６．複数の動作パラメータを有する電力増幅回路の性能を最適化するための直線 性監視装置であって、電力増幅器の動作の間に発生されるすべての他の相互変調 積の振幅と少なくとも等しい振幅を有する単一の相互変調積を分離するための手 段、 前記分離された相互変調積を所定のしきい値と比較するための手段、そして 前記比較に応じて前記電力増幅回路の動作パラメータの内の少なくとも１つを変 更して前記電力増幅回路の性能を最適化するための手段、 を具備する電力増幅回路の性能を最適化するための直線性監視装置。
7. ７．単一の相互変調積を分離するための前記手段はさらに、 複数の相互変調積を含む合計の相互変調積のスペクトル電力レベルを検出するた めの手段、そして最も高い振幅を有する単一の相互変調積を識別するための手段 、 を具備する請求の範囲第６項に記載の直線性監視装置。
8. ８．単一の相互変調積を分離するための前記手段は、さらに 予め規定された周波数範囲を走査して個々の相互変調積を検出するための手段、 そして 最も高い振幅を有する前記１つの相互変調積を選択するための手段、 を具備する、請求の範囲第６項に記載の直線性監視装置。
9. ９．単一の相互変調積を分離するための前記手段は、さらに、 前記電力増幅回路に提供されるキャリアに関する情報を集めるための手段、 前記集められたキャリア情報に基づき相互変調積の電力スペクトル密度を計算す るための手段、そして前記電力スペクトルの密度計算に基づき前記相互変調積の 振幅を見積もるための手段、 を具備する、請求の範囲第６項に記載の直線性監視装置。
10. １０．複数の動作パラメータを有する電力増幅回路の性能を最適化するための方 法であって、前記回路は少なくとも１つのキャリアをその中に有する入力信号を 増幅し、前記方法は、 前記電力増幅器の動作の間に発生されるすべての他の相互変調積の振幅と少なく とも等しい振幅を有する単一の相互変調積を分離する段階、 前記分離された相互変調積を前記入力信号内の少なくとも１つのキャリアと比較 する段階、 前記比較に基づきキャリア対歪み比を計算する段階、そして これに応じて少なくとも１つの前記動作パラメータを調整して電力増幅回路の性 能を最適化する段階、を具備する電力増幅回路の性能を最適化するための方法。