WO2010007721A1 - 電力増幅器、電力増幅器の非線形歪補正方法、無線通信装置 - Google Patents

電力増幅器、電力増幅器の非線形歪補正方法、無線通信装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power amplifier for amplifying a transmission signal in a transmission unit of a wireless communication device, and in particular, a power amplifier having a function of correcting nonlinear distortion of an amplifier, a nonlinear distortion correction method for a power amplifier, and a wireless communication device About.
  • the spectrum mask standard of the transmission output differs depending on the modulation method, and generally, the tolerance for nonlinear distortion is large for low multivalue (QPSK, BPSK, etc.), and the tolerance for high multivalue (128QAM, 256QAM, etc.). Is small. That is, distortion can be allowed to be large and transmission power can be increased with low multivalue, but transmission power cannot be increased due to distortion with high multilevel.
  • a plurality of amplifiers are connected in multiple stages, and the output power is adjusted by changing the operating point of each amplifier.
  • the operating points of the amplifiers at the front and rear stages are set higher to obtain a higher output.
  • the amplification factor of the front-stage amplifier is set to a low value, and the subsequent-stage amplifier amplifies to the required output.
  • a nonlinear correction circuit (hereinafter referred to as a linearizer) is used in order to suppress out-of-band components generated by nonlinear distortion of the amplifier.
  • a feedforward type that does not use feedback from the transmission output is used.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 as documents disclosing the technology related to the amplifier and the linearizer described above.
  • a feed-forward linearizer that does not use feedback from a transmission output used to suppress nonlinear distortion of an amplifier
  • the inverse characteristics of the amplifier are expressed using approximations such as polynomials.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the purpose thereof is to correct distortion correctly by a linearizer corresponding to each amplifier, regardless of the operating point at which a plurality of amplifiers are used.
  • An object of the present invention is to provide a power amplifier, a nonlinear distortion correction method for a power amplifier, and a wireless communication apparatus.
  • a power amplifier according to the present invention includes a plurality of amplifiers connected in multiple stages, and a plurality of linearizers connected in multiple stages for performing nonlinear correction of the amplifier, and a configuration in which distortion correction of the amplifier in the preceding stage is performed by a linearizer in the subsequent stage, did.
  • a plurality of amplifiers for amplifying power are connected in multiple stages, a plurality of linearizers for performing nonlinear correction of the amplifiers are connected in multiple stages, and distortion correction of a preceding amplifier is further performed in a subsequent stage.
  • a linearizer for performing nonlinear correction of the amplifiers.
  • a wireless communication apparatus includes a plurality of amplifiers connected in multiple stages and a plurality of linearizers connected in multiple stages for performing nonlinear correction of the amplifiers, and a configuration in which distortion correction of the amplifiers in the earlier stage is performed by a linearizer in the subsequent stage Including a power amplifier.
  • the distortion can be corrected correctly by the linearizer corresponding to each amplifier.
  • FIG. 1 shows a configuration example of a power amplifier when two amplifiers that generate distortion according to the embodiment of the present invention are connected.
  • the power amplifier according to the present embodiment includes linearizers 10 and 20, an amplifier circuit 30, inverse characteristic coefficient storage units 40 and 50, and operating point control units 60 and 70.
  • Linearizers 10 and 20 add the inverse characteristic of nonlinear distortion generated by the amplifier to the input signal.
  • a detailed configuration of the linearizers 10 and 20 is shown in FIG.
  • the type of configuration in which the inverse characteristics of the nonlinear distortion are divided into amplitude characteristics and phase characteristics and each characteristic is approximated by a polynomial.
  • the linearizers 10 and 20 include a power calculator 11, a multiplier 12, an amplitude inverse characteristic calculator 13, a phase inverse characteristic calculator 14, a ROM 15, a multiplier 16, and a delay unit 17. And a complex multiplier 18.
  • the power calculator 11 is a circuit for squaring the input signal and calculating the power of the input signal.
  • the multiplier 12 is a part for determining the strength of the non-linear correction, and multiplies the correction amount from the operating point control unit 60 or 70 by the output from the power calculator 11 and the result is an amplitude inverse characteristic calculator. 13 and the phase inverse characteristic calculator 14.
  • the inverse amplitude characteristic calculator 13 is a part that calculates an amplitude correction value for the signal input from the multiplier 12.
  • the amplitude correction value calculated by the amplitude inverse characteristic calculator 13 is output to the multiplier 16.
  • the phase inverse characteristic calculator 14 is a part that calculates a phase correction value for the signal input from the multiplier 12. Similar to the amplitude inverse characteristic calculator 13, an approximate expression coefficient for obtaining the phase inverse characteristic is input from the inverse characteristic coefficient storage unit 40 or 50. The phase correction value calculated by the phase inverse characteristic calculator 14 is input to the ROM 15.
  • the ROM 15 Since the ROM 15 outputs the complex number cos ⁇ + j sin ⁇ corresponding to the angle signal ⁇ , which is the phase correction value output from the phase inverse characteristic calculator 14, as the phase rotation signal, the ROM 15 associates the angle signal ⁇ with the complex number cos ⁇ + j sin ⁇ . ROM for storing data. This value is used by the complex multiplier 18 to phase rotate the input signal by an angle ⁇ .
  • the multiplier 16 is a part that generates a signal for performing amplitude correction by the complex multiplier 18 by multiplying the phase rotation signal output from the ROM 15 by the amplitude correction value output from the amplitude inverse characteristic calculator 13. The calculation result by the multiplier 16 is output to the complex multiplier 18.
  • the delay unit 17 delays a signal to be corrected by the delay from the power calculator 11 to the multiplier 16 to adjust the correction time.
  • the signals input to the linearizers 10 and 20 are delayed by the delay unit 17 and output to the complex multiplier 18.
  • the complex multiplier 18 performs complex multiplication of the input from the delay unit 17 and the input from the multiplier 16.
  • a signal for correcting the amplitude and phase is input from the multiplier 16 to the complex multiplier 18.
  • the complex multiplier 18 corrects the amplitude and phase of the signal input from the delay unit 17.
  • the baseband signal input to the linearizer shown in the present embodiment is connected to the input of the linearizer 10.
  • the output of the linearizer 10 is connected to the input of the linearizer 20.
  • the output of the linearizer 20 is connected to the variable attenuator 31.
  • the variable attenuator 31 changes the gain according to the gain adjustment signal from the operating point control unit 60 and outputs it to the amplifier 32.
  • the amplifier 32 is an amplifier having a fixed gain.
  • the output of the variable attenuator 31 is amplified and output to the variable attenuator 33.
  • variable attenuator 33 changes the gain according to the gain adjustment signal from the operating point control unit 70 and outputs it to the amplifier 34.
  • the amplifier 34 is an amplifier having a fixed gain, like the amplifier 32.
  • the signal from the variable attenuator 33 is amplified and output.
  • the inverse characteristic coefficient storage unit 40 stores a coefficient of a polynomial representing an inverse characteristic of the input power versus output amplitude and phase characteristics of the amplifier 34.
  • the inverse characteristic coefficient storage unit 50 stores polynomial coefficients representing the inverse characteristic of the input power versus output amplitude and phase characteristics of the amplifier 34.
  • the inverse characteristic coefficient storage unit 40 supplies polynomial coefficients to be stored to the linearizer 10 and the inverse characteristic coefficient storage unit 50 to the linearizer 20, respectively.
  • the operating point control units 60 and 70 are parts for setting the correction amounts of the linearizers 10 and 20 and the attenuation amounts of the variable attenuators 31 and 33.
  • the operating point controllers 60 and 70 adjust the gain of the amplifier circuit 30 including the variable attenuators 31 and 33 and the amplifiers 32 and 34 so as to obtain a predetermined output power.
  • it has a function of setting the nonlinear correction amount at that time to each linearizer.
  • the operating point control unit 60 sets the correction amount of the linearizer 20 and the attenuation amount of the variable attenuator 31, and the operating point control unit 70 sets the correction amount of the linearizer 10 and the attenuation amount of the variable attenuator 33.
  • the linearizer 10 corrects the nonlinear distortion of the amplifier 34
  • the linearizer 20 corrects the nonlinear distortion of the amplifier 32.
  • a polynomial coefficient that gives the inverse characteristic of the nonlinear characteristic of each amplifier is obtained in advance, and the obtained polynomial coefficient is set in the inverse characteristic coefficient storage unit 40 and the inverse characteristic coefficient storage unit 50.
  • the instantaneous power P of the input signal is obtained, and the correction amount at that moment is obtained.
  • the inverse amplitude characteristic A (P) and the inverse phase characteristic ⁇ (P) are obtained by an approximate expression.
  • This correction amount is a value for adjusting the difference between the operating point of the amplifier when the coefficient of the approximate expression is obtained and the operating point in the currently used state. For example, when the correction amount is set to 1.0 and the coefficient of the approximate expression is adjusted by setting the amplifier to the maximum output, when the amplifier output is used at half the maximum value, the correction amount is also reduced to 0.5, which is half. By doing so, it is possible to perform nonlinear correction in accordance with a change in the operating point of the amplifier.
  • the coefficient stored in the inverse characteristic coefficient storage unit 50 is correctly distorted when the correction amount is 1.0 and the attenuation amount of the variable attenuator 31 is such that the output of the amplifier 32 becomes the maximum output. It is adjusted as a value to be corrected.
  • the attenuation amount of the variable attenuator 31 is doubled and the correction amount to the linearizer 20 is halved to 0.5.
  • the nonlinear distortion generated by the amplifier 32 whose output power is halved from the linearizer 20 can be corrected correctly. That is, when it is desired to multiply the output of the amplifier 32 by X, the attenuation amount of the variable attenuator 31 should be multiplied by 1 / X and the correction amount to the linearizer 20 should be multiplied by X.
  • the attenuation amount of the variable attenuator 33 may be multiplied by 1 / Y and the correction amount to the linearizer 10 may be multiplied by Y.
  • the output of the amplifier 32 can have the same amplitude / phase characteristics as the output of the linearizer 10 by nonlinear distortion correction in the linearizer 20. That is, the distortion of the amplifier 32 can be corrected.
  • the equivalent output of the amplifier 32 is input to the amplifier 34 through the variable attenuator 33, whereby the nonlinear distortion in the output of the amplifier 34 is corrected.
  • the spectrum mask standard of the transmission output may differ for each modulation scheme.
  • the output power can be raised because the restrictions on the spectrum mask are loose, and there are cases where the output power cannot be raised too much because the spectrum mask is severe, so the level diagram inside the amplifier can be changed depending on the conditions. Used under optimum conditions.
  • FIGS. 3A and 3B An example of the input / output characteristics of each amplifier 32, 34 is shown in FIGS. 3A and 3B.
  • 3A shows the input / output characteristics of the first-stage amplifier 32
  • FIG. 3B shows the input / output characteristics of the second-stage amplifier 34.
  • FIG. 3A shows the input / output characteristics of the first-stage amplifier 32
  • FIG. 3B shows the input / output characteristics of the second-stage amplifier 34.
  • the operating point of the first-stage amplifier 32 is set to point A in FIG. 3A.
  • the operating point of the second-stage amplifier 34 is set to the range A in FIG. 3B reflecting the variable range of the variable attenuator 33.
  • the output power is reduced, but the nonlinear distortion generated at the first stage is small, and only the nonlinear distortion of the amplifier 34 at the second stage is dominant, and it can be sufficiently corrected even by a feedforward type linearizer according to the related art.
  • the operating point of the first-stage amplifier 32 is set to point B in FIG. 3A.
  • the operating point of the amplifier 34 at the second stage is set in the range B in FIG. 3B, and the output power increases, but the generated nonlinear distortion also increases. Nonlinear distortion also occurs to some extent in the first stage amplifier 32.
  • FIG. 4A to FIG. 4C are a summary of the above-described states in a spectrum state. 4A to 4C show the spectrum of the first stage amplifier 32 output (linearizer off), the second stage amplifier 34 output (linearizer off), and the second stage amplifier 34 output (linearizer on) in order from the left. ing.
  • FIG. 4A shows a state in which distortion is generated only in the second-stage amplifier 34 and a linearizer according to the related art adapted to the second-stage amplifier 34 is used.
  • FIG. 4B shows two amplifiers 32
  • FIG. 4C shows a state in which the two amplifiers 32 and 34 are each distorted, and the linearizer according to the embodiment of the present invention is distorted. The state when applied is shown.
  • the linearizer according to the related art can suppress the nonlinear distortion by providing a coefficient whose characteristics are matched to the amplifier 34. it can.
  • Such a method is used when a linearizer according to the related art is used and the spectrum mask is severely limited. However, in this case, the output power cannot be increased too much.
  • the usage of raising the operating point of the first-stage amplifier 32 to some extent and further amplifying with the second-stage amplifier 34 is set when the restriction of the spectrum mask is relatively loose.
  • the linearizer according to the related art is adapted to the characteristics of the amplifier 34, the first stage amplifier 32 is not corrected. Therefore, the distortion generated by the first-stage amplifier 32 remains in the final output spectrum.
  • each of the amplifiers 32 and 34 is used in a state of generating distortion.
  • distortion generated in the amplifier 32 is corrected by the linearizer 20, and distortion generated in the amplifier 34 is corrected by the linearizer 10.
  • the output power can be increased while correcting the nonlinear distortion. That is, distortion correction of the preceding stage amplifier 32 is performed by the subsequent stage linearizer 20, and distortion correction of the subsequent stage amplifier 34 is performed by the preceding stage linearizer 10. This can be explained as follows.
  • the transfer function of the amplifier 32 at the previous stage is aG1 (x)
  • the transfer function of the linearizer 20 that corrects it is G1 ′ (x)
  • the transfer function of the amplifier 34 at the second stage is bG2 (x)
  • the transfer function of the linearizer 10 be G2 ′ (x).
  • a represents the amplification factor of the amplifier 32
  • b represents the amplification factor of the amplifier 34
  • x represents the input signal.
  • the non-linear distortion of the amplifier 32 at the front stage by the linearizer 20 at the rear stage, the non-linear distortion of each amplifier can be corrected by an individual linearizer.
  • the output of the amplifier 32 at the first stage is a signal including the correction of the amplifier 34 generated by the linearizer 10.
  • First stage linearizer 10 output: G1 '(x) Second stage linearizer 20 output: G2 '(G1' (x)) First stage amplifier 32 output: aG1 (G2 '(G1' (x)) Second stage amplifier 34 output: bG2 (aG1 (G2 '(G1' (x)))
  • the distortion correction of the amplifier in the earlier stage is configured to be performed in the linearizer in the subsequent stage, and by performing nonlinear correction in accordance with the amplifier in each stage, even if a plurality of amplifiers are used at any operating point, It can be seen that the distortion can be correctly corrected by the linearizer corresponding to each amplifier.
  • FIG. 5 shows a configuration example of another embodiment in the case where m (m is an integer of 3 or more) amplifiers are arranged in series.
  • the principle is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and a linearizer that performs nonlinear distortion correction of the amplifier in the previous stage is arranged later.
  • the (mn + 1) th linearizer corrects the n (n ⁇ m) th amplifier 32-n. This is because, as described above, the output of the front-stage amplifier also includes the nonlinear correction component of the rear-stage amplifier, so the predistortion for the front-stage amplifier must be performed in a form that also includes the correction component of the rear-stage amplifier. Because it must.
  • the present invention can be applied to a power amplifier for amplifying a transmission signal in a transmission unit of a wireless communication device, and in particular, a power amplifier having a function of correcting nonlinear distortion of an amplifier, a nonlinear distortion correction method for a power amplifier, and wireless Applicable to communication devices.

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Abstract

　複数の増幅器がいかなる動作点で使用されたとしても、各増幅器に対応したリニアライザによって正しく歪補正することができる電力増幅器を提供することを目的とする。本発明にかかる電力増幅器は、多段接続された複数の増幅器３２、３４と、増幅器３２、３４の非線形補正を行うための多段接続された複数のリニアライザ１０、２０を備える。そして、本発明にかかる電力増幅器では、より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う。

Description

電力増幅器、電力増幅器の非線形歪補正方法、無線通信装置
　本発明は、無線通信装置の送信部にて、送信信号を増幅するための電力増幅器に関し、特に、増幅器の非線形歪を補正する機能を有する電力増幅器、電力増幅器の非線形歪補正方法、無線通信装置に関する。
　さらに、マイクロ波固定デジタル無線通信装置の送信機において使用される変調方式にはさまざまなものがあり、装置によってはいくつかの変調方式を切り替えて使用できるようになっている。このとき、送信出力のスペクトラムマスクの規格は変調方式ごとに異なっており、一般に低多値(QPSK,BPSKなど)では非線形歪の許容量が大きく、高多値(128QAM,256QAMなど)では許容量が小さい。すなわち、低多値では歪を許容して大きな送信電力にすることができるが、高多値では歪の影響で送信電力を大きく取れない。
　スペクトラムマスクによって送信電力の最大値を変えるため、複数の増幅器を多段接続し、それぞれの増幅器の動作点を変化させることにより出力電力を調節することが行われている。低多値である程度の歪が許される場合は、前段、後段それぞれの増幅器の動作点を高めに設定し、高出力を得る。高多値で歪量がそれほど許されない場合は、前段の増幅器の増幅率は低めに設定し、後段の増幅器で所要の出力まで増幅するような使用方法が想定される。
　上記のように、無線通信装置の送信機において、１つの増幅器で所望の出力電力が得られない場合、増幅器を多段接続して必要な電力を得ることが行われる。また、増幅器の非線形歪により発生する帯域外成分を抑制するために、非線形補正回路（以下リニアライザ）が用いられる。このリニアライザとしては、例えば、送信出力からのフィードバックを用いないフィードフォワード型のものが使用される。
　上述した増幅器とリニアライザに関する技術を開示する文献としては、例えば、特許文献１及び特許文献２等が存在する。
特開平６－０６９７３１号公報 特開平１１－２３９１９０号公報
　増幅器の非線形歪の抑制に使用される送信出力からのフィードバックを用いないフィードフォワード型のリニアライザでは、増幅器の逆特性を多項式などによる近似を用いて表現している。しかし、表現できる歪特性は一種類であり、多段接続された増幅器を使用する場合、歪がもっとも支配的となる最終段の増幅器の歪のみしか補正することができなかった。
　上述したように、多段接続した複数の増幅器の動作点が異なる値に設定される場合、一種類だけの逆特性を持つフィードフォワード型のリニアライザでは全ての状況に対応した補正を行なうことができず、特に高出力を得ようとすると出力信号に歪が残るという問題があった。
（発明の目的）
　本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、その目的は、複数の増幅器がいかなる動作点で使用されたとしても、各増幅器に対応したリニアライザによって正しく歪補正することができる電力増幅器、電力増幅器の非線形歪補正方法、無線通信装置を提供することにある。
　本発明による電力増幅器は、多段接続された複数の増幅器と、増幅器の非線形補正を行うための多段接続された複数のリニアライザを備え、より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う構成とした。
　本発明による電力増幅器の非線形歪補正方法は、電力を増幅する複数の増幅器を多段接続し、増幅器の非線形補正を行うための複数のリニアライザを多段接続し、より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う。
　本発明による無線通信装置は、多段接続された複数の増幅器と、増幅器の非線形補正を行うための多段接続された複数のリニアライザを備え、より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う構成とした電力増幅器を含む。
　本発明によれば、複数の増幅器がいかなる動作点で使用されたとしても、各増幅器に対応したリニアライザによって正しく歪補正することができる。
本発明の第１の実施の形態による電力増幅器の構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による電力増幅器に備えられるリニアライザの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態による電力増幅器の各増幅器の入出力特性を説明する図である。 本発明の第１の実施の形態による電力増幅器の各増幅器の入出力特性を説明する図である。 本発明の実施例における増幅器の出力スペクトラムの様子を示す図である。 本発明の実施例における増幅器の出力スペクトラムの様子を示す図である。 本発明の実施例における増幅器の出力スペクトラムの様子を示す図である。 本発明の他の実施の形態による電力増幅器の構成例を示すブロック図である。
（第１の実施の形態）
　図１には本発明の実施の形態による歪を発生する増幅器を２台接続した場合の電力増幅器の構成例を示す。
　本実施の形態による電力増幅器は、リニアライザ１０、２０と、増幅回路３０と、逆特性係数記憶部４０、５０と、動作点制御部６０、７０とを含む。
　リニアライザ１０、２０は、増幅器で発生する非線形歪の逆特性を入力信号に対して付加するものである。リニアライザ１０、２０の詳細な構成を図２に示す。ここで示すリニアライザ１０、２０としては、非線形歪の逆特性を振幅特性と位相特性に分けて、それぞれの特性を多項式で近似するタイプの構成を用いている。
　図２を参照すると、リニアライザ１０、２０は、電力計算器１１と、乗算器１２と、振幅逆特性計算器１３と、位相逆特性計算器１４と、ＲＯＭ１５と、乗算器１６と、遅延器１７と、複素乗算器１８とを備える。
　電力計算器１１は、入力信号を二乗して入力信号の電力を算出するための回路である。
　乗算器１２は、非線形補正の強さを決めるための部分であり、動作点制御部６０または７０からの補正量と電力計算器１１からの出力を乗算して、その結果を振幅逆特性計算器１３及び位相逆特性計算器１４に出力する。
　振幅逆特性計算器１３は、乗算器１２から入力された信号に対して振幅補正値を計算する部分である。本発明の実施の形態では多項式近似で逆特性を計算する例を示しているため、逆特性係数記憶部４０もしくは５０から逆特性を求める近似式の係数が入力されている。振幅逆特性計算器１３で計算した振幅補正値は、乗算器１６に出力する。
　位相逆特性計算器１４は、乗算器１２から入力された信号に対して位相補正値を計算する部分である。振幅逆特性計算器１３と同様に逆特性係数記憶部４０もしくは５０から位相逆特性を求める近似式の係数が入力されている。位相逆特性計算器１４で計算した位相補正値は、ＲＯＭ１５に入力する。
　ＲＯＭ１５は、位相逆特性計算器１４が出力した位相補正値である角度信号θに対応した複素数cosθ + j sinθを位相回転信号として出力するため、角度信号θと複素数cosθ + j sinθとを対応付けたデータを格納するＲＯＭである。この値は、複素乗算器１８にて、入力信号を角度θだけ位相回転するのに使用される。
　乗算器１６は、ＲＯＭ１５が出力した位相回転信号に、振幅逆特性計算器１３が出力した振幅補正値を掛けることにより、複素乗算器１８で振幅補正を行うための信号を生成する部分である。乗算器１６による計算結果は複素乗算器１８に出力される。
　遅延器１７は、電力計算器１１から乗算器１６までの遅延分だけ、補正をおこなう信号を遅延させて補正時刻を合わせるためのものである。リニアライザ１０、２０に入力した信号を遅延器１７によって遅延させ、複素乗算器１８に出力する。
　複素乗算器１８は、遅延器１７からの入力と乗算器１６からの入力を複素乗算するものである。複素乗算器１８には、乗算器１６からは振幅と位相を補正するための信号が入力される。これにより、複素乗算器１８は、遅延器１７から入力された信号の振幅と位相を補正する。
　本実施の形態で示されるリニアライザへ入力されるベースバンド信号は、リニアライザ１０の入力に接続される。リニアライザ２０の入力へは、リニアライザ１０の出力が接続される。
　可変減衰器３１にはリニアライザ２０の出力が接続される。可変減衰器３１は、動作点制御部６０からの利得調整信号に応じて利得を変化させ増幅器３２に出力する。
　増幅器３２は、利得が固定の増幅器である。可変減衰器３１の出力を増幅し、可変減衰器３３に出力する。
　可変減衰器３３は、可変減衰器３１と同じように、動作点制御部７０からの利得調整信号に応じて利得を変化させ、増幅器３４に出力する。
　増幅器３４は、増幅器３２と同じように、利得が固定の増幅器である。可変減衰器３３からの信号を増幅して出力する。
　逆特性係数記憶部４０は、増幅器３４の入力電力対出力振幅及び位相の特性の逆特性を表す多項式の係数を記憶している。また、逆特性係数記憶部５０は、増幅器３４の入力電力対出力振幅及び位相の特性の逆特性を表す多項式の係数を記憶している。
　逆特性係数記憶部４０はリニアライザ１０に対して、逆特性係数記憶部５０はリニアライザ２０に対して、それぞれ記憶する多項式の係数を供給する。
　動作点制御部６０及び７０は、リニアライザ１０、２０の補正量と、可変減衰器３１、３３の減衰量を設定する部分である。動作点制御部６０及び７０は、出力電力が指定されたときに、可変減衰器３１、３３及び増幅器３２、３４で構成される増幅回路３０の利得を調節して所定の出力電力となるようにし、またそのときの非線形補正量を各リニアライザに設定する機能を有する。
　動作点制御部６０はリニアライザ２０の補正量と、可変減衰器３１の減衰量を設定し、動作点制御部７０はリニアライザ１０の補正量と、可変減衰器３３の減衰量を設定する。
（第１の実施の形態の動作）
　次いで、上記のように構成される本実施の形態による動作について説明する。
　まず、個々のリニアライザ１０及び２０についてその動作を説明する。リニアライザ１０は増幅器３４の非線形歪を、リニアライザ２０は増幅器３２の非線形歪をそれぞれ補正する。
　ここでは、予め各増幅器の非線形特性の逆特性を与える多項式の係数を求め、求めた多項式の係数を逆特性係数記憶部４０、逆特性係数記憶部５０に設定しておく。
　リニアライザでは、入力した信号の瞬時電力Ｐを求め、その瞬間の補正量を求める。本実施の形態では、振幅の逆特性Ａ（Ｐ）と位相の逆特性θ（Ｐ）を近似式によって求めている。
　この補正量は、近似式の係数を求めたときの増幅器の動作点と、現在使用している状態での動作点の差を調整するための値である。例えば、補正量を１．０に設定し、かつ増幅器を最大出力にして近似式の係数を調整した場合、増幅器の出力を最大値の半分で使用するときには、補正量も半分の０．５にすることにより、増幅器の動作点変化に合わせた非線形補正を行うことができる。
　このように近似式により求めた振幅の逆特性Ａ（Ｐ）と位相の逆特性θ（Ｐ）を使用して、以下の式１で表される方法で入力信号に振幅及び位相のプリディストーションを加える。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　次に、動作点制御部６０から可変減衰器３１に設定する値について説明する。
　まず、逆特性係数記憶部５０に記憶される係数は、例えば、補正量が１．０で、増幅器３２の出力が最大出力になるような可変減衰器３１の減衰量のときに、正しく歪が補正されるような値として調整される。このような状態で、増幅器３２の出力電力を半分にしたい場合は、可変減衰器３１の減衰量を２倍にし、リニアライザ２０への補正量は半分の０．５にする。これにより、リニアライザ２０からは出力電力が半分になった増幅器３２で発生する非線形歪を正しく補正することができる。つまり、増幅器３２の出力をＸ倍したいときは、可変減衰器３１の減衰量を１／Ｘ倍し、またリニアライザ２０への補正量をＸ倍すればよい。
　リニアライザ１０に関しても同様に、増幅器３４の出力電力をＹ倍したいときは、可変減衰器３３の減衰量を１／Ｙ倍し、リニアライザ１０への補正量をＹ倍すればよい。
　これら２つのリニアライザ１０、２０を直列に繋ぐことによってそれぞれの増幅器３２、３４の非線形歪を補正することが可能となる。
　増幅器３２の出力は、リニアライザ２０での非線形歪補正によって、リニアライザ１０の出力と同じ振幅/位相特性を持たせることができる。すなわち増幅器３２の歪は補正された状態にすることができる。
　リニアライザ１０の出力が増幅器３４の非線形歪補正を行うため、それと等価な増幅器３２の出力が可変減衰器３３を通して増幅器３４に入力されることにより、増幅器３４の出力における非線形歪が補正される。
（第１の実施の形態による効果）
　本実施の形態によれば、各段の増幅器３２、３４に合わせた非線形補正を行うことにより、複数の増幅器がいかなる動作点で使用されたとしても、各増幅器に対応したリニアライザによって正しく歪補正することができる。これにより、今まで非線形歪が大きくなり送信電力を低くして使用せざるをえなかった場合でも大電力を使用できるようになり、増幅器の能力を有効に使用できるほか、装置の性能向上にも寄与する。
　多数の変調方式を扱うことのできる無線通信装置では、変調方式ごとに送信出力のスペクトラムマスクの規格が異なる場合がある。このとき、スペクトラムマスクの制限が緩いため出力電力を上げることができる場合や、スペクトラムマスクが厳しいため、あまり出力電力を上げることができない場合などがあり、条件によって増幅器内部のレベルダイヤグラムを変更して最適な条件で使用している。
　本実施例では、一例として、図１に示すように増幅器が２段接続されており、２段目の増幅器３４の入力にある可変減衰器３３で送信電力制御を行う場合を想定して説明する。
　それぞれの増幅器３２、３４の入出力特性の一例を図３Ａ及び図３Ｂに示す。図３Ａは１段目の増幅器３２の入出力特性、図３Ｂは２段目の増幅器３４の入出力特性を示している。
　スペクトラムマスクの制限が厳しいために、増幅回路３０での歪がそれほど許されないときには、１段目の増幅器３２の動作点を図３ＡのＡ点に設定する。このとき、２段目の増幅器３４の動作点は可変減衰器３３の可変範囲が反映されて図３ＢのＡの範囲に設定される。
　このような場合、出力電力は小さくなるが１段目で発生する非線形歪は小さく、２段目の増幅器３４の非線形歪のみが支配的となり、関連技術によるフィードフォワード形のリニアライザでも十分補正できる。
　一方、スペクトラムマスクの制限が緩い場合であって、多少の歪みを許容しても送信電力を上げたい場合は、１段目の増幅器３２の動作点を図３ＡのＢ点に設定する。このとき、２段目の増幅器３４の動作点は図３ＢのＢの範囲に設定され、出力電力は大きくなるが発生する非線形歪みも大きくなる。また非線形歪みは１段目の増幅器３２でもある程度発生する。
　上述した状態をスペクトラムの状態でまとめたものが図４Ａ～図４Ｃである。図４Ａ～図４Ｃでは、左から順に、１段目の増幅器３２出力(リニアライザOff)、２段目の増幅器３４出力(リニアライザOff)、２段目の増幅器３４出力(リニアライザOn)のスペクトラムを示している。
　また、図４Ａは２段目の増幅器３４のみで歪が発生している状態で、２段目の増幅器３４に合わせた関連技術によるリニアライザを使用したときの様子、図４Ｂは２つの増幅器３２、３４で各々歪みが発生し、２段目の増幅器３４に合わせた関連技術によるリニアライザを使用したときの様子、図４Ｃが２つの増幅器３２，３４が各々歪み、本発明の実施の形態によるリニアライザを適用したときの様子を示している。
　図４Ａに示すように、２段目の増幅器３４のみで歪が発生している状態では、関連技術によるリニアライザでも、その特性を増幅器３４に合わせた係数を持たせることで非線形歪みを抑えることができる。関連技術によるリニアライザを使用し、かつスペクトラムマスクの制限が厳しい場合においては、このような方法が用いられる。ただし、この場合、出力電力をあまり大きくすることができない。
　図４Ｂに示すように、１段目の増幅器３２の動作点をある程度高くし、２段目の増幅器３４でさらに増幅するという使い方は、スペクトラムマスクの制限が比較的緩い場合に設定される。しかし、この場合、関連技術によるリニアライザが増幅器３４の特性に合わせてあるため、１段目の増幅器３２に対しては補正を行わない。従って、最終的な出力スペクトラムには１段目の増幅器３２で発生する歪がそのまま残ってしまう。
　このように、各増幅器の動作点が別々に設定されるように設計されている増幅器に、一種類の逆特性のみを持つ関連技術によるリニアライザを適用する場合では、もっとも歪が支配的となる増幅器（通常最終段の増幅器）の非線形歪を打ち消すようにリニアライザの係数を設定せざるをえないが、これでは他の増幅器の非線形歪が全く補正されないままとなってしまう。
　このような場合、本実施の形態のように、各々の増幅器に対応したリニアライザを直列に接続し、それぞれのリニアライザには独立した補正量を設定できるようにすれば、各々の増幅器に対応した歪み補正が可能になる。
　図４Ｃでは、各々の増幅器３２，３４はそれぞれ歪を発生する状態で使用されているが、増幅器３２で発生する歪みはリニアライザ２０で、増幅器３４で発生する歪みはリニアライザ１０でそれぞれ補正されることにより、非線形歪を補正しつつ出力電力を大きくすることができる。つまり、前段の増幅器３２の歪補正は、後段のリニアライザ２０で行い、後段の増幅器３４の歪補正は前段のリニアライザ１０で行う。これは次のように説明できる。
　前段の増幅器３２の伝達関数をaG1(x)、それを補正するリニアライザ２０の伝達関数をG1’(x)、また、２段目の増幅器３４の伝達関数をbG2(x)、それを補正するリニアライザ１０の伝達関数をG2’(x)とする。ここで、aは増幅器３２の増幅率、bは増幅器３４の増幅率、xは入力信号を示している。また、リニアライザの逆特性G1’,G2’は増幅器の非線形歪を完全に補正するものとし、aG1(G1’(x)) = ax, bG2(aG2’(x))= abxが成り立つものとする。
　各部分での信号を次に示す。
　１段目のリニアライザ１０出力:　G2’(x)
　２段目のリニアライザ２０出力:　G1’(G2’(x))
　１段目の増幅器３２出力　　　:　aG1(G1’(G2’(x)) = aG2’(x)
　２段目の増幅器３４出力　　　:　bG2(aG2’(x)) = abx
　以上のように、前段の増幅器３２の非線形歪を後段のリニアライザ２０で補正することにより、それぞれの増幅器の非線形歪を個別のリニアライザで補正することができる。ここで重要な点は、１段目の増幅器３２の出力が、リニアライザ１０で生成された増幅器３４の補正を含んだ信号になっていることである。
　もし、前段の増幅器３２の非線形補正を前段のリニアライザ１０で行った場合、次の式のように非線形補正が成り立たない。
　１段目のリニアライザ１０出力:　G1’(x)
　２段目のリニアライザ２０出力:　G2’(G1’(x))
　１段目の増幅器３２出力　　　:　aG1(G2’(G1’(x)) 
　２段目の増幅器３４出力　　　:　bG2(aG1(G2’(G1’(x)))
　上記実施例から、より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う構成とし、各段の増幅器に合わせた非線形補正を行うことにより、複数の増幅器がいかなる動作点で使用されたとしても、各増幅器に対応したリニアライザによって正しく歪補正することができることが分かる。
（他の実施の形態）
　上述した実施の形態では、２つの増幅器３２、３４が直列につなげられた場合のリニアライザの非線形歪補正を説明したが、３つ以上の増幅器が直列に接続された場合でも本発明を適用することが可能である。
　図５に、ｍ（ｍは３以上の整数）個の増幅器を直列に配置した場合の他の実施の形態の構成例を示す。原理的には、図１に示した第１の実施の形態と同じであり、より前段の増幅器の非線形歪補正を行うリニアライザは後のほうに配置されることを特徴としている。
　すなわち、ｎ（ｎ≦ｍ）番目の増幅器３２－ｎの補正を行うのは（ｍ－ｎ＋１）番目のリニアライザである。これは、前記で説明したとおり、前段の増幅器出力は、後段の増幅器の非線形補正成分も含んでいるため、前段の増幅器のためのプレディストーションは後段の増幅器の補正成分も含んだ形で行わなければならないからである。
　以上好ましい実施の形態と実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも、上記実施の形態及び実施例に限定されるものでなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
　この出願は、２００８年７月１５日に出願された日本出願特願２００８－１８３６９９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　本発明は、無線通信装置の送信部にて、送信信号を増幅するための電力増幅器に適用でき、特に、増幅器の非線形歪を補正する機能を有する電力増幅器、電力増幅器の非線形歪補正方法、無線通信装置に適用できる。
　　１０、２０：リニアライザ
　　１１：電力計算器
　　１２：乗算器
　　１３：振幅逆特性計算器
　　１４：位相逆特性計算器
　　１５：ＲＯＭ
　　１６：乗算器
　　１７：遅延器
　　１８：複素乗算器
　　３０：増幅回路
　　３１、３３：可変減衰器
　　３２、３４：増幅器
　　４０、５０：逆特性係数記憶部
　　６０、７０：動作点制御部

Claims (23)

  1. 　多段接続された複数の増幅器と、
    　前記増幅器の非線形補正を行うための多段接続された複数のリニアライザとを備え、
    　より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う構成としたことを特徴とする電力増幅器。
  2. 　各前記リニアライザの補正量を、各前記増幅器の動作点に合わせることにより、任意のレベルダイヤグラムに対応可能としたことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
  3. 　複数の前記リニアライザに対してそれぞれ補正量を設定する複数の動作点制御部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力増幅器。
  4. 　複数の前記増幅器の前段にそれぞれ接続された複数の可変減衰器を備え、
    　前記可変減衰器は、複数の前記動作点制御部から設定された減衰量に応じて利得を変化させ前記増幅器に出力することを特徴とする請求項３に記載の電力増幅器。
  5. 　前記リニアライザは、非線形歪の逆特性を振幅特性と位相特性に分け、それぞれの特性を多項式で近似する構成であることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の電力増幅器。
  6. 　複数の前記リニアライザに対して供給する前記増幅器の入力電力対出力振幅及び位相の特性の逆特性を表す多項式の係数を格納する複数の逆特性係数記憶部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電力増幅器。
  7. 　複数の前記増幅器は、利得が固定の増幅器であることを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の電力増幅器。
  8. 　前記リニアライザは、
    　入力信号の電力を算出する電力計算器と、
    　前記動作点制御部からの補正量と前記電力計算器の出力を乗算し、非線形補正の強さを求める第１の乗算器と、
    　前記逆特性係数記憶部からの係数に基づき前記第１の乗算器からの信号に対して振幅補正値を算出する振幅逆特性計算器と、
    　前記逆特性係数記憶部からの係数に基づき前記第１の乗算器からの信号に対して位相補正値を算出する位相逆特性計算器と、
    　前記位相特性計算器が出力した位相補正値に対応する複素数としての位相回転信号を記憶する記憶部と、
    　前記記憶部からの位相回転信号と前記振幅補正値を乗算する第２の乗算器と、
    　入力信号と前記第２の乗算器からの出力を複素乗算し、前記入力信号の振幅と位相を補正する複素乗算器と
    　を備えることを特徴とする請求項５から請求項７の何れかに記載の電力増幅器。
  9. 　電力を増幅する複数の増幅器を多段接続し、
    　前記増幅器の非線形補正を行うための複数のリニアライザを多段接続し、
    　より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行うことを特徴とする電力増幅器の非線形歪補正方法。
  10. 　各前記リニアライザの補正量を、各前記増幅器の動作点に合わせることにより、任意のレベルダイヤグラムに対応可能としたことを特徴とする請求項９に記載の電力増幅器の非線形歪補正方法。
  11. 　複数の前記リニアライザに対してそれぞれ複数の動作点制御部から補正量を設定することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の電力増幅器の非線形歪補正方法。
  12. 　複数の前記増幅器の前段にそれぞれ複数の可変減衰器を接続し、
    　前記可変減衰器が、複数の前記動作点制御部から設定された減衰量に応じて利得を変化させ前記増幅器に出力することを特徴とする請求項１１に記載の電力増幅器の非線形歪補正方法。
  13. 　前記リニアライザが、非線形歪の逆特性を振幅特性と位相特性に分け、それぞれの特性を多項式で近似して補正を行なうことを特徴とする請求項９から請求項１２の何れかに記載の電力増幅器の非線形歪補正方法。
  14. 　複数の逆特性係数記憶部から、前記増幅器の入力電力対出力振幅及び位相の特性の逆特性を表す多項式の係数を複数の前記リニアライザに対して供給することを特徴とする請求項９から請求項１３の何れかに記載の電力増幅器の非線形歪補正方法。
  15. 　複数の前記増幅器は、利得が固定の増幅器であることを特徴とする請求項９から請求項１４の何れかに記載の電力増幅器の非線形歪補正方法。
  16. 　多段接続された複数の増幅器と、前記増幅器の非線形補正を行うための多段接続された複数のリニアライザを備え、より前段の増幅器の歪補正をより後段のリニアライザで行う構成とした電力増幅器を備えることを特徴とする無線通信装置。
  17. 　前記電力増幅器の各前記リニアライザの補正量を、各前記増幅器の動作点に合わせることにより、任意のレベルダイヤグラムに対応可能としたことを特徴とする請求項１６に記載の無線通信装置。
  18. 　前記電力増幅器が、複数の前記リニアライザに対してそれぞれ補正量を設定する複数の動作点制御部を備えることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の無線通信装置。
  19. 　前記電力増幅器が、複数の前記増幅器の前段にそれぞれ接続された複数の可変減衰器を備え、
    　前記可変減衰器は、複数の前記動作点制御部から設定された減衰量に応じて利得を変化させ前記増幅器に出力することを特徴とする請求項１８に記載の無線通信装置。
  20. 　前記電力増幅器の前記リニアライザは、非線形歪の逆特性を振幅特性と位相特性に分け、それぞれの特性を多項式で近似する構成であることを特徴とする請求項１６から請求項１９の何れかに記載の無線通信装置。
  21. 　前記電力増幅器が、複数の前記リニアライザに対して供給する前記増幅器の入力電力対出力振幅及び位相の特性の逆特性を表す多項式の係数を格納する複数の逆特性係数記憶部を備えることを特徴とする請求項１６から請求項２０の何れかに記載の無線通信装置。
  22. 　前記電力増幅器の複数の前記増幅器は、利得が固定の増幅器であることを特徴とする請求項１６から請求項２１の何れかに記載の無線通信装置。
  23. 　前記電力増幅器の前記リニアライザは、
    　入力信号の電力を算出する電力計算器と、
    　前記動作点制御部からの補正量と前記電力計算器の出力を乗算し、非線形補正の強さを求める第１の乗算器と、
    　前記逆特性係数記憶部からの係数に基づき前記第１の乗算器からの信号に対して振幅補正値を算出する振幅逆特性計算器と、
    　前記逆特性係数記憶部からの係数に基づき前記第１の乗算器からの信号に対して位相補正値を算出する位相逆特性計算器と、
    　前記位相特性計算器が出力した位相補正値に対応する複素数としての位相回転信号を記憶する記憶部と、
    　前記記憶部からの位相回転信号と前記振幅補正値を乗算する第２の乗算器と、
    　入力信号と前記第２の乗算器からの出力を複素乗算し、前記入力信号の振幅と位相を補正する複素乗算器と
    　を備えることを特徴とする請求項２０から請求項２２の何れかに記載の無線通信装置。
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