(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振幅成分と位相成分を含む入力信号を増幅して送信する送信装置であって、
前記入力信号の振幅成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じて当該パルスの高さを離散的に変化させることによりパルス変調信号を生成するパルス変調信号生成手段と、
当該パルス変調信号と前記入力信号の位相成分とを積算することにより、前記パルス変調信号のパルスの高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号の離散的な振幅レベルの数以上の数の増幅手段を有し、前記増幅手段のうち前記変調信号を増幅する動作増幅手段の数が、前記変調信号の振幅レベルが高くなるにつれて増えていき、前記動作増幅手段の出力を合成して出力する電力増幅手段と、
前記電力増幅手段の出力から矩形波成分を除去するフィルタ手段と、を含み、
前記増幅手段のそれぞれは、前記離散的な振幅レベルと１対１で対応し、また、前記変調信号を受け付けると、当該変調信号を増幅し、
前記電力増幅手段は、前記増幅手段のそれぞれに、前記変調信号のうち、当該増幅手段に対応する振幅レベル以上の信号を、前記変調信号として供給する供給手段を含む、送信装置。
【請求項２】
互いに直交するＩ成分およびＱ成分を含み当該Ｉ成分およびＱ成分にて振幅成分が規定される入力信号を増幅して送信する送信装置であって、
前記Ｉ成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じて当該パルスの高さを離散的に変化させることによりＩ成分のパルス変調信号を生成し、前記Ｑ成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じて当該パルスの高さを離散的に変化させることによりＱ成分のパルス変調信号を生成するパルス変調信号生成手段と、
振幅レベルがａ（ａは正数）、０、−ａ、０の順番で繰り返し変化するクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、
前記クロック信号と前記Ｉ成分のパルス変調信号とを積算することにより第１積算信号を生成し、前記クロック信号を１クロック遅延させた信号と前記Ｑ成分のパルス変調信号とを積算することにより第２積算信号を生成する積算信号生成手段と、
前記第１積算信号と前記第２積算信号とを加算することにより、前記Ｉ成分およびＱ成分のパルス変調信号のパルス高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する変調信号生成手段と、
前記変調信号を入力とし、また、前記変調信号の離散的な振幅レベルの数以上の数の増幅手段を有し、前記複数の増幅手段のうち、前記変調信号を増幅する動作増幅手段の数が、前記変調信号の振幅レベルが高くなるにつれて増えていき、前記動作増幅手段の出力を合成して出力する電力増幅手段と、
前記電力増幅手段の出力から矩形波成分を除去するフィルタ手段と、を含み、
前記増幅手段のそれぞれは、前記離散的な振幅レベルと１対１で対応し、また、前記変調信号を受け付けると、当該変調信号を増幅し、
前記電力増幅手段は、前記増幅手段のそれぞれに、前記変調信号のうち、当該増幅手段に対応する振幅レベル以上の信号を、前記変調信号として供給する供給手段を含む、送信装置。
【請求項３】
前記増幅手段のそれぞれは、Ｄ級増幅器である、請求項１または２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記パルス変調信号生成手段は、
前記入力信号の振幅成分が小さくなるにつれて利得が離散的に大きくなり、当該利得で前記入力信号の振幅成分を増幅する第１利得可変増幅手段と、
前記第１利得可変増幅手段の出力を、デルタシグマ変調またはパルス幅変調することにより、１ビット信号を生成する変調手段と、
前記１ビット信号を前記利得の逆数に相当する利得で増幅することにより、前記パルス変調信号を生成する第２利得可変増幅手段と、を含む、請求項１記載の送信装置。
【請求項５】
前記パルス変調信号生成手段は、
前記入力信号の振幅成分が小さくなるにつれて利得が離散的に大きくなり、当該利得で前記Ｉ成分を増幅する第１利得可変増幅手段と、
前記第１利得可変増幅手段の出力を、デルタシグマ変調またはパルス幅変調することにより、第１の１ビット信号を生成する第１変調手段と、
前記第１の１ビット信号を、前記第１利得可変増幅手段が当該第１の１ビット信号の元となったＩ成分を増幅した際に用いた利得の逆数に相当する利得で増幅することにより、前記Ｉ成分のパルス変調信号を生成する第２利得可変増幅手段と、
前記入力信号の振幅成分が小さくなるにつれて利得が離散的に大きくなり、当該利得で前記Ｑ成分を増幅する第３利得可変増幅手段と、
前記第３利得可変増幅手段の出力を、デルタシグマ変調またはパルス幅変調することにより、第２の１ビット信号を生成する第２変調手段と、
前記第２の１ビット信号を、前記第３利得可変増幅手段が当該第２の１ビット信号の元となったＱ成分を増幅した際に用いた利得の逆数に相当する利得で増幅することにより、前記Ｑ成分のパルス変調信号を生成する第４利得可変増幅手段と、を含む、請求項２記載の送信装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の増幅器を有する送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、無線ＬＡＮ（Local  Area  Network）やデジタルテレビ放送などの無線通信では、ＱＰＳＫ（Quadrature  Phase  Shift  Keying）や多値ＱＡＭ（Quadrature  Amplitude  Modulation）などの変調方式が採用されている。【０００３】
このような変調方式では、ピーク電力と平均電力との比を示すＰＡＰＲ（Peak-to-Average  Power  Ratio）が大きい変調信号が生成される。ＰＡＰＲが大きい変調信号を増幅器で増幅する場合は、増幅器の入出力特性に高い線形性を確保するために、平均出力電力が増幅器の飽和電力よりも十分低くなる動作領域で増幅器を動作させる必要がある。すなわち、増幅器の飽和電力からバックオフを十分に確保する必要がある。【０００４】
一方、電界効果ドランジスタなどにより構成される増幅器においては、その出力電力が小さいほど電力効率が低くなるため、大きなバックオフを取ることにより、増幅器の平均電力効率は低下してしまう。【０００５】
さらに、次世代携帯電話、無線ＬＡＮやデジタルテレビ放送などでは、直交波周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal  Frequency  Division  Multiplexing）方式が採用されているため、ＰＡＰＲはさらに大きくなる傾向にある。【０００６】
このため、変調信号のＰＡＰＲがさらに大きくなると、増幅器の平均電力効率はさらに低下してしまう。これに対し、バックオフの大きな動作領域においても、高い電力効率を実現する増幅装置として、ドハティ型増幅装置が考案されている。【０００７】
図１は、ドハティ型増幅装置８２０の一構成例を示すブロック図である。【０００８】
ドハティ型増幅装置８２０において、増幅器８２２は、その入力端が信号線８１２を介して電力分配器８２１に接続され、その出力端が１／４波長伝送線路８２３に接続されている。伝送線路８２４は、その一端が信号線８１３を介して電力分配器８２１に接続され、その他端が増幅器８２５に接続されている。１／４波長伝送線路８２３は、その他端が増幅器８２５および負荷抵抗８２６に接続されている。【０００９】
入力端子８１１は、変調信号８９１を受け付ける。電力分配器８２１は、入力端子８１１からの変調信号８９１の電力を２つに分配する。電力分配器８２１は、変調信号８９１を分配して、その分配された変調信号の一方を、信号線８１２を介して増幅部８２２に供給するとともに、他方の変調信号を、信号線８１３を介して伝送線路８２４に供給する。【００１０】
増幅器８２２は、Ｂ級にバイアスされたメイン増幅器である。１／４波長伝送線路８２３および８２４は、特性インピーダンスＺ０を有する１／４波長インピーダンス変成器である。増幅器８２５は、Ｃ級にバイアスされたピーク増幅器である。負荷抵抗８２６は、負荷インピーダンスＺ０／２を有する。【００１１】
次に、ドハティ型増幅装置８２０の基本的な動作について図面を参照して説明する。【００１２】
図２は、ドハティ型増幅装置８２０の理想的な電力効率特性を示す図である。図２には、実線により表わされた電力効率特性８０１と、点線により表わされた確率密度特性８０９と、が示されている。【００１３】
電力効率特性８０１は、変調信号の最大振幅に基づいて規格化された規格化振幅と、ドハティ型増幅装置８２０の電力効率と、の関係を示す。確率密度特性８０９は、典型的な無線通信における変調信号の振幅分布であり、８ｄＢバックオフにピークを持つレイリー分布に基づく確率密度特性である。【００１４】
電力効率特性８０１において、ドハティ型増幅装置８２０は、規格化振幅が「０．５」以下の場合には、増幅器８２２のみが動作する。この場合において、増幅器８２２は、規格化振幅が「０．５」のときに、その電力効率が最大となり、７８．５%となる。このとき、増幅器８２２の出力端から負荷抵抗８２６側を見た負荷インピーダンスは、１／４波長伝送線路８２３のインピーダンス変換特性により「２Ｚ０」となる。【００１５】
このため、規格化振幅が「０．５」のときにおけるドハティ型増幅装置８２０の出力電力Ｐ１／２は、次式により表わすことができる。なお、ＶＤＤは、増幅器８２２の電源電圧であり、Ｐｍａｘは、ＶＤＤ２／（２Ｚ０）である。【００１６】
Ｐ１／２  ＝  ＶＤＤ２／（４Ｚ０）  ＝  ０．５・Ｐｍａｘ
また、規格化振幅が「０．５」を超える場合には、増幅器８２２と共に増幅器８２５が動作する。この場合、増幅器８２５から負荷抵抗８２６に電流が供給されるため、ロードプル効果によって、等価的な増幅器８２５の出力端から見た負荷インピーダンスは、「Ｚ０／２」から「Ｚ０」に大きくなる。【００１７】
このため、増幅器８２２の出力端から負荷抵抗８２６を見た負荷インピーダンスは、１／４波長伝送線路８２３のインピーダンス変換特性により、「２Ｚ０」から「Ｚ０」に変化する。【００１８】
このため、規格化振幅が「１．０」のときにおける増幅器８２２および８２５の両者の出力電力は、最大Ｐｍａｘとなり、効率も最大になる。したがって、規格化振幅が「１．０」のときにおけるドハティ型増幅装置８２０の出力電力は、２Ｐｍａｘとなる。【００１９】
このとき、ドハティ型増幅装置８２０の全体の電力効率は、増幅器８２２および８２５が共に飽和レベルで動作するため、７８．５％となる。また、確率密度特性８０９に基づいて重み付けされた平均電力効率は、６４％となる。【００２０】
また、バックオフの大きい動作領域において、高い電力効率を実現する他の増幅装置としては、Ｄ級増幅装置が挙げられる。【００２１】
図３は、電圧モードＤ級増幅装置の一構成例を示す図である。図３には、Ｄ級増幅器８３０と、出力フィルタ８４０と、が示されている。【００２２】
Ｄ級増幅器８３０において、スイッチング素子８３２は、その制御端子がインバータ８３１の出力端に接続され、その一端が電源電圧ＶＤＤに接続され、その他端がスイッチング素子８３３の一端および出力フィルタ８４０の入力端に接続されている。スイッチング素子８３３は、その制御端子が入力端子８１４に接続され、その他端が接地されている。【００２３】
インバータ８３１は、変調信号であるパルス信号を反転させる。スイッチング素子８３２および８３３は、接続の有無を切り替える。スイッチング素子８３２および８３３は、例えば、電界効果トランジスタにより実現される。【００２４】
出力フィルタ８４０は、Ｄ級増幅器８３０により増幅された変調信号の矩形波成分を除去する。出力フィルタ８４０は、直列に接続されたインダクタ８４１および容量８４２により構成される。【００２５】
このＤ級増幅装置の構成において、スイッチング素子８３３には、入力端子８１４に入力される入力パルス信号８９３が供給され、スイッチング素子８３２には、入力パルス信号８９３がインバータ８３１により反転されて供給される。したがって、スイッチング素子８３２および８３３は、逆相で動作する。【００２６】
具体的には、スイッチング素子８３２が導通（オン）状態のとき、電源電圧ＶＤＤから、スイッチング素子８３２を介して出力フィルタ８４０に電流が流れる。これに対し、スイッチング素子８３３がオン状態のとき、グランド（接地）から出力フィルタ８４０に電流が流れる。【００２７】
このようなスイッチング素子８３２および８３３の動作では、例えば、スイッチング素子８３２が導通（オン）状態にあり、スイッチング素子８３２に電流が流れているときには、スイッチング素子８３２の両端に電圧が発生しない。逆にスイッチング素子８３２が非導通（オフ）状態にあり、スイッチング素子８３２の両端に電圧が発生しているときには、スイッチング素子８３２自体に電流が流れない。スイッチング素子８３３の動作も同様である。【００２８】
このため、スイッチング素子８３２および８３３には、電流と電圧とのオーバーラップ積が生じない。これにより、Ｄ級増幅器８３０は、理想的には１００％の電力効率により入力パルス信号を増幅することができる。そして、出力フィルタ８４０によって矩形波成分を除去することにより元信号８９４が再生される。【００２９】
図３に示したＤ級増幅装置が用いられる場合には、Ｄ級増幅装置の入力端子８１４に供給する入力信号レベルを、オンとオフの２値（１ビット）のパルス列信号にする必要がある。入力信号をパルス列信号にするためには、パルス変調技術を用いて、入力信号に位相変調や振幅変調に関する情報を重畳する必要がある。【００３０】
図４は、Ｄ級増幅装置を用いた送信装置８５０の一構成例を示す図である。送信装置８５０は、信号変調部８６０と、Ｄ級増幅器８３０と、出力フィルタ８４０と、アンテナ８５６と、を備える。なお、Ｄ級増幅器８３０および出力フィルタ８４０は、図３に示したものと同様のものである。【００３１】
信号変調部８６０は、信号生成部８６１と、極座標変換部８６２と、デルタシグマ変調器８６３と、周波数変換部８６４と、積算部８６５と、周波数発振部８６９と、を備える。【００３２】
信号生成部８６１は、送信すべきデータに基づいて入力信号を、互いに直交するＩ（同相）成分およびＱ（直交）成分により表現されるＩ信号およびＱ信号にそれぞれ変換する。極座標変換部８６２は、信号生成部８６１により変換されたＩ成分およびＱ成分に基づいて、入力信号の振幅成分および位相成分を生成する。【００３３】
デルタシグマ変調器８６３は、極座標変換部８６２からの振幅成分を、１ビット（パルス）信号であるパルス変調信号に変換する。周波数変換部８６４は、極座標変換部８６２からの位相信号を、周波数発振部８６９により生成された搬送波信号に乗算する。【００３４】
積算部８６５は、周波数変換部８６４からの位相変調信号と、デルタシグマ変調器８６３からのパルス変調信号と、を積算する。これにより、積算部８６５は、位相変調信号８５３が、デルタシグマ変調器８６３の出力パルス変調信号８５２によってオン／オフ制御された変調信号８５４を生成する。【００３５】
Ｄ級増幅器８３０は、変調信号８５４を受け付けると、パルス変調信号８５２がオンの間は、Ｄ級増幅器の理想効率１００％で変調信号８５４を増幅し、パルス変調信号８５２がオフの間は電力を消費しない。このため、Ｄ級増幅器８３０は、理想的には１００％の効率で変調信号８５４を増幅する。【００３６】
出力フィルタ８４０は、Ｄ級増幅器８３０により増幅された変調信号のスイッチング成分を除去し、高効率に増幅された元信号である出力信号８５５を、アンテナ８５６を介して出力する。【００３７】
また、Ｄ級増幅装置を用いた送信装置の他の例として、Ｉ成分およびＱ成分の両者にデルタシグマ変調を行う送信装置が非特許文献１に記載されている。ここで、非特許文献１に記載の送信装置の一例について図面を参照して簡単に説明する。【００３８】
図５は、Ｉ成分およびＱ成分をデルタシグマ変調する送信装置８７０の一構成例を示すブロック図である。送信装置８７０は、信号変調部８８０と、Ｄ級増幅器８３０と、出力フィルタ８４０と、アンテナ８５６と、を備える。なお、Ｄ級増幅器８３０、出力フィルタ８４０、アンテナ８５６は、図３に示したものと同様のものである。【００３９】
信号変調部８８０は、デルタシグマ変調器８８１および８８４と、積算器８８２および８８６と、クロック信号生成器８８３と、遅延器８８５と、変調信号生成部８８７と、を備える。【００４０】
入力端子８１６および８１７には、互いに直交するＩ信号およびＱ信号がそれぞれ供給される。デルタシグマ変調器８８１および８８４は、入力端子８１６および８１７からの信号をそれぞれデルタシグマ変調することによって、１ビット信号であるパルス信号列８７１および８７２をそれぞれ生成する。【００４１】
クロック信号生成器８８３は、搬送波周波数の４倍の周波数からなるクロック信号を生成する。クロック信号生成器８８３は、振幅レベルが「１」、「０」、「−１」、「０」の順番に繰り返される３値のクロック信号を生成する。すなわち、クロック信号生成器８８３は、ａ（ａは正数）、０、−ａ、０の順番で繰り返し値が変化するクロック信号を生成する。また、クロック信号生成器８８３は、その生成されたクロック信号を、積算器８８２および遅延器８８５に供給する。【００４２】
遅延器８８５は、クロック信号生成器８８３からのクロック信号を１クロック分遅延させる。【００４３】
積算器８８２は、デルタシグマ変調器８８１から出力される１ビット信号であるパルス信号列８７１に、クロック信号生成器８８３からのクロック信号を積算する。【００４４】
積算器８８６は、デルタシグマ変調器８８４から出力される１ビット信号であるパルス信号列８７２に、遅延器８８５からの１クロック分遅延されたクロック信号を積算する。これにより、Ｉ信号およびＱ信号の直交関係が維持される。【００４５】
変調信号生成部８８７は、積算器８８２および８８６からの信号を加算する。これにより、信号変調部８８０は、Ｉ信号およびＱ信号が、「Ｉ」、「Ｑ」、「−Ｉ」、「−Ｑ」の順番にクロック信号に重畳されたパルス信号列８７３を、変調信号として生成することができる。【００４６】
このように、送信装置８５０および８７０は、デルタシグマ変調器によりパルス信号列を生成することによって、Ｄ級増幅器８３０において変調信号を高い電力効率で増幅することができる。【００４７】
また、デルタシグマ変調を行う送信装置の他の例として、特許文献１には、パルス変調信号のパルスの高さを変化させる送信装置が記載されている。この送信装置は、デルタシグマ変調を行うことにより発生する量子化雑音を低減する。【００４８】
特許文献１に記載の送信装置は、振幅演算部と、割算部と、デルタシグマ変調部と、可変利得増幅部と、振幅増幅部と、を含む。【００４９】
振幅演算部は、入力信号の振幅成分である振幅信号の大きさに応じて複数の離散値信号を出力する。割算部は、離散値信号により振幅信号を割り算した振幅信号を出力する。デルタシグマ変調部は、その振幅信号をデルタシグマ変調する。【００５０】
そして、可変利得増幅部は、デルタシグマ変調部からの出力信号を、離散値信号に応じた利得により増幅する。振幅増幅部は、その増幅された出力信号の大きさに応じた電圧を振幅変調部に供給する。振幅増幅部は、例えば、スイッチングレギュレータおよびスイッチレギュレータにより構成されるＤ級増幅器である。【００５１】
これにより、特許文献１に記載の送信装置は、振幅信号が小さいときであっても、デルタシグマ変調部が飽和レベル付近で動作するため、量子化雑音を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５２】
【特許文献１】特開２００８−１０４１６０号公報
【非特許文献】
【００５３】
【非特許文献１】Antoine  Frappe,  Bruno  Stefanelli,  Axel  Flament,  Andreas  Kaiser  and  Andreia  Cathelin、Proceedings  of  the  2008  IEEE  Radio  Frequency  Integrated  Circuits  Symposium、pp．13‐16
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５４】
送信装置８５０および８７０は、デルタシグマ変調を行うため、量子化雑音による信号対雑音比（Signal  to  noise  ratio：ＳＮ比）が劣化するという問題点があった。【００５５】
また、送信装置８５０および８７０では、Ｄ級増幅器８３０のオン／オフのスイッチングなどに起因する固定的な電力損失（以下、「スイッチング損失」と称する）が生じる。このため、入力信号の振幅が小さくなるにつれて、Ｄ級増幅器８３０の出力電力に対するスイッチング損失の割合が大きくなってしまう。このため、振幅の小さい入力信号を増幅する場合には、電力効率が低下してしまうという問題があった。【００５６】
また、特許文献１に記載の送信装置では、デルタシグマ変調に伴う量子化雑音を低減することはできるが、振幅増幅部がＤ級増幅器により構成されるため、上述のとおり、入力信号が小さい範囲では、電力効率が低下してしまうという問題があった。【００５７】
本発明の目的は、上記した課題を解決する送信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００５８】
本発明の送信装置は、振幅成分と位相成分を含む入力信号を増幅して送信する送信装置であって、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じて当該パルスの高さを離散的に変化させることによりパルス変調信号を生成するパルス変調信号生成手段と、当該パルス変調信号と前記入力信号の位相成分とを積算することにより、前記パルス変調信号のパルスの高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する変調信号生成手段と、前記変調信号の離散的な振幅レベルの数以上の数の増幅手段を有し、前記増幅手段のうち前記変調信号を増幅する動作増幅手段の数が、前記変調信号の振幅レベルが高くなるにつれて増えていき、前記動作増幅手段の出力を合成して出力する電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力から矩形波成分を除去するフィルタ手段と、を含み、前記増幅手段のそれぞれは、前記離散的な振幅レベルと１対１で対応し、また、前記変調信号を受け付けると、当該変調信号を増幅し、前記電力増幅手段は、前記増幅手段のそれぞれに、前記変調信号のうち、当該増幅手段に対応する振幅レベル以上の信号を、前記変調信号として供給する供給手段を含む。 
【００５９】
本発明の送信装置は、互いに直交するＩ成分およびＱ成分を含み当該Ｉ成分およびＱ成分にて振幅成分が規定される入力信号を増幅して送信する送信装置であって、前記Ｉ成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じて当該パルスの高さを離散的に変化させることによりＩ成分のパルス変調信号を生成し、前記Ｑ成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、前記入力信号の振幅成分の大きさに応じて当該パルスの高さを離散的に変化させることによりＱ成分のパルス変調信号を生成するパルス変調信号生成手段と、振幅レベルがａ（ａは正数）、０、−ａ、０の順番で繰り返し変化するクロック信号を生成するクロック信号生成手段と、前記クロック信号と前記Ｉ成分のパルス変調信号とを積算することにより第１積算信号を生成し、前記クロック信号を１クロック遅延させた信号と前記Ｑ成分のパルス変調信号とを積算することにより第２積算信号を生成する積算信号生成手段と、前記第１積算信号と前記第２積算信号とを加算することにより、前記Ｉ成分およびＱ成分のパルス変調信号のパルス高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する変調信号生成手段と、前記変調信号を入力とし、また、前記変調信号の離散的な振幅レベルの数以上の数の増幅手段を有し、前記複数の増幅手段のうち、前記変調信号を増幅する動作増幅手段の数が、前記変調信号の振幅レベルが高くなるにつれて増えていき、前記動作増幅手段の出力を合成して出力する電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力から矩形波成分を除去するフィルタ手段と、を含み、前記増幅手段のそれぞれは、前記離散的な振幅レベルと１対１で対応し、また、前記変調信号を受け付けると、当該変調信号を増幅し、前記電力増幅手段は、前記増幅手段のそれぞれに、前記変調信号のうち、当該増幅手段に対応する振幅レベル以上の信号を、前記変調信号として供給する供給手段を含む。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、入力電力のバックオフの大きな動作領域においても高い電力効率を有し、かつ、波形歪みの小さい出力信号を生成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】ドハティ型増幅器８２０の一構成例を示すブロック図である。
【図２】ドハティ型増幅器８２０の電力効率特性を例示する図である。
【図３】Ｄ級増幅装置の一構成例を示すブロック図である。
【図４】送信装置８５０の一構成例を示すブロック図である。
【図５】送信装置８７０の一構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施形態における送信装置の構成例を示すブロック図である。
【図７ａ】振幅変調部２３０に供給される振幅信号の一例を示す図である。
【図７ｂ】振幅信号に基づいて生成されたパルス変調信号を示す図である。
【図７ｃ】周波数変換部２４０から出力される位相変調信号の一例を示す図である。
【図７ｄ】変調信号と位相変調信号とに基づいて生成された変調信号を示す図である。
【図７ｅ】出力フィルタ４１０にて矩形波成分が除去された変調信号を示す図である。
【図８】振幅変調部２３０の構成例を示すブロック図である。
【図９ａ】一般的な２値（０、１）のパルス変調信号の波形を示す図である。
【図９ｂ】振幅変調部２３０にて生成された３値のパルス変調信号の波形を示す図である。
【図１０ａ】パルス変調信号のパルス高さが「０．５」のときの変調信号を増幅する電力増幅部３００の動作を示す図である。
【図１０ｂ】パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を増幅する電力増幅部３００の動作を示す図である。
【図１０ｃ】電力増幅部３００に供給される変調信号の一例を示す図である。
【図１１】送信装置１００の電力効率特性を例示する図である。
【図１２】第１の実施形態の変形例としての信号変調部６００の構成例を示すブロック図である。
【図１３ａ】振幅算出部６２０から出力される振幅信号の一例を示す図である。
【図１３ｂ】信号生成部６１０から出力されるＩ信号の一例を示す図である。
【図１３ｃ】Ｉ信号と振幅信号とに基づいて生成されたパルス同相信号を示す図である。
【図１３ｄ】信号生成部６１０から出力されるＱ信号の一例を示す図である。
【図１３ｅ】Ｑ信号と振幅信号とに基づいて生成されたパルス直交信号を示す図である。
【図１３ｆ】変調信号生成部６９０にて生成された変調信号を示す図である。
【図１４】第２の実施形態における送信装置１１０の構成例を示すブロック図である。
【図１５ａ】振幅変調部２３０に供給される振幅信号の一例を示す図である。
【図１５ｂ】振幅信号に基づいて生成されたパルス変調信号を示す図である。
【図１５ｃ】周波数変換部２４０から出力される位相変調信号の一例を示す図である。
【図１５ｄ】パルス変調信号と位相変調信号とに基づいて生成された変調信号を示す図である。
【図１５ｅ】出力フィルタ４１０にて矩形波成分が除去された変調信号を示す図である。
【図１６】送信装置１１０の電力効率特性を例示する図である。
【図１７】第３の実施形態における送信装置１２０の構成例を示すブロック図である。
【図１８】第４の実施形態における送信装置１３０の構成例を示すブロック図である。
【図１９ａ】増幅器７３１に供給される変調信号の一例を示す図である。
【図１９ｂ】増幅器７３２に供給される変調信号の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。  
図６は、本発明の第１の実施形態における送信装置の一構成例を示すブロック図である。送信装置１００は、振幅成分と位相成分とを含む入力信号を増幅して送信する送信装置である。送信装置１００は、信号変調部２００、電力増幅部３００と、出力フィルタ４１０と、アンテナ４２０と、を備える。
【００６３】
信号変調部２００は、入力信号の振幅成分の大きさを、パルスの幅またはパルスの密度と離散的な複数のパルスの高さとで表現したパルス変調信号と、入力信号の位相成分と、を積算することによって、変調信号を生成する。信号変調部２００は、パルス変調信号生成部２０１と、変調信号生成部２０２と、を備える。
【００６４】
パルス変調信号生成部２０１は、信号生成部２１０と、極座標変換部２２０と、振幅変調部２３０と、を備える。変調信号生成部２０２は、周波数変換部２４０と、積算部２５０と、周波数発振部２９０と、を備える。
【００６５】
パルス変調信号生成部２０１は、入力信号の振幅成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、その入力信号の振幅成分の大きさに応じてパルスの高さを離散的に変化させることにより、パルス変調信号を生成するパルス変調信号生成手段である。
【００６６】
このパルス変調信号は、パルスの幅またはパルスの密度が変化するパルス信号であって、パルスの高さが、零（所定値）を示す振幅レベルと、零よりも大きい値を示すＮ（Ｎは２以上の整数）個の振幅レベル（以下、「飽和レベル」と称する）と、を有するパルス信号である。
【００６７】
信号生成部２１０は、送信すべきデータに基づいて入力信号を生成する。この入力信号は、デジタルベースバンド信号であり、互いに直交するＩ（同相）成分およびＱ（直交）成分により表現される信号である。また、信号生成部２１０は、その生成された入力信号のＩ成分およびＱ成分を、信号線２１８および２１９を介してそれぞれ極座標変換部２２０に供給する。
【００６８】
極座標変換部２２０は、信号生成部２１０からのＩ成分およびＱ成分に基づいて、入力信号の振幅成分および位相成分を算出する。極座標変換部２２０は、例えば、次式に基づいて、振幅成分ｒおよび位相成分θを算出する。
【００６９】
ｒ  ＝  （  Ｉ２  ＋  Ｑ２  ）０．５                  ・・・式１
θ  ＝  ｔａｎ−１（  Ｑ／Ｉ  ）
極座標変換部２２０は、信号線２２９を介して、その算出された振幅成分を、振幅信号として振幅変調部２３０に供給する。これとともに、極座標変換部２２０は、その算出された位相成分を、位相信号として周波数変換部２４０に供給する。
【００７０】
振幅変調部２３０は、振幅信号をパルス変調信号に変換する。振幅変調部２３０は、振幅信号の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、その振幅信号の大きさに応じてパルスの高さを離散的に変化させることによって、パルス変調信号を生成する。
【００７１】
振幅変調部２３０は、予め定められたＮ個のパルスの高さ（零を除く）のうち、極座標変換部２２０からの振幅信号の大きさに応じたパルスの高さで、そのパルスの幅またはパルスの密度を振幅信号の大きさに応じて変調する。
【００７２】
振幅変調部２３０は、例えば、予め定められたＮ−１個の振幅閾値と、極座標変換部２２０からの振幅信号の大きさと、に基づいて定まる飽和レベルで、その振幅信号にデルタシグマ変調（パルス密度変調）処理、または、パルス幅変調処理を施す。
【００７３】
第１の実施形態では、振幅変調部２３０は、振幅変調部２３０の出力パルスの最大の高さを「１．０」に規格化した場合において、「０．０」、「０．５」および「１．０」の振幅レベル（パルス高さ）を有するパルス変調信号を、振幅信号の大きさに基づいて生成する。
【００７４】
振幅変調部２３０は、例えば、振幅信号の最大値を「１．０」として振幅信号を規格化して、その規格化された振幅（以下「規格化振幅」と称する）と、「０．５」に設定された振幅閾値と、を比較する。そして、振幅変調部２３０は、規格化振幅が「０．５」以下である場合には、振幅変調部２３０の飽和レベルを「０．５」にし、規格化振幅が「０．５」を超える場合には、振幅変調部２３０の飽和レベルを「１．０」にする。
【００７５】
これにより、振幅変調部２３０は、「０．５」および「１．０」の２値の飽和レベルを有するパルス変調信号を生成する。
【００７６】
振幅変調部２３０は、その生成されたパルス変調信号を、信号線２３９を介して、積算部２５０に供給する。ここで、振幅変調部２３０により、振幅信号に基づいて生成されたパルス変調信号の一例を図７に示す。
【００７７】
図７ａは、信号線２２９に供給される振幅信号の一例を示す図である。図７ｂは、図７ａに示された振幅信号に基づいて生成されたパルス変調信号の一例を示す図である。なお、図７ａおよび７ｂでは、横軸を時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【００７８】
変調信号生成部２０２は、パルス変調信号生成部２０１から供給されるパルス変調信号と、極座標変換部２２０から供給される位相成分とに基づいて、変調信号を生成する変調信号生成手段である。変調信号生成部２０２は、パルス変調信号と位相成分とを積算することにより、そのパルス変調信号のパルスの高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する。
【００７９】
周波数変換部２４０は、極座標変換部２２０からの位相信号を、周波数発振部２９０により生成された搬送波信号に乗算する乗算器である。これにより、周波数変換部２４０は、位相信号の周波数成分に、搬送波信号の周波数が加算（アップコンバート）された位相変調信号を生成する。周波数変換部２４０は、その生成された位相変調信号を、信号線２４９を介して積算部２５０に供給する。
【００８０】
積算部２５０は、周波数変換部２４０からの位相変調信号と、振幅変調部２３０からのパルス変調信号と、を積算する。これにより、積算部２５０は、パルス変調信号のパルスの高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する。
【００８１】
この変調信号は、２値の飽和レベル（パルス高さ）を有するパルス変調信号で位相変調信号がオン／オフ制御されたバースト状の信号であり、２値の離散的な振幅レベルを有する。
【００８２】
また、積算部２５０は、その生成された変調信号を、信号線２０９を介して電力増幅部３００に供給する。ここで、積算部２５０において、パルス変調信号と位相変調信号とに基づいて生成された変調信号の一例を図７に示す。
【００８３】
図７ｃは、信号線２４９から供給される位相変調信号の一例を示す図である。図７ｄは、積算部２５０により、図７ｂおよび７ｃにそれぞれ示されたパルス変調信号および位相変調信号に基づいて生成された変調信号の一例を示す図である。図７ｄには、変調信号が実線により示され、変調信号の包絡線が点線により示されている。なお、図７ｃおよび７ｄでは、横軸を時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【００８４】
電力増幅部３００は、変調信号生成部２０２により生成される変調信号を増幅する電力増幅手段である。電力増幅部３００は、変調信号の離散的な振幅レベルの数、すなわち、パルス変調信号の飽和レベルの数の増幅器（増幅器３２０および３５０）を有する。
【００８５】
また、電力増幅部３００は、増幅器３２０および３５０のうち、変調信号を増幅する増幅器（以下「動作増幅器」と称する）の数が、その変調信号の振幅レベルが高くなるにつれて増えていき、その動作増幅器の出力を合成して出力する。なお、動作増幅器は、一般的に動作増幅手段と呼ぶことができる。
【００８６】
第１の実施形態では、電力増幅部３００が、パルス変調信号のパルス高さ「０．５」に対応する振幅レベルの変調信号を受け付けると、１つの動作増幅器（増幅器３２０）が動作する。
【００８７】
また、電力増幅部３００が、パルス変調信号のパルス高さ「１．０」に対応する振幅レベルの変調信号を受け付けると、２つの動作増幅器（増幅器３２０および３５０）が動作して、電力増幅部３００は、これらの出力を合成して出力する。
【００８８】
なお、電力増幅器３００が、パルス変調信号のパルス高さ「０．０」に対応する振幅レベルの変調信号を受け付けると、増幅器３２０および３５０は動作しない。このため、電力増幅器３００は、変調信号がオフの期間では電力を消費しない。
【００８９】
電力増幅部３００は、増幅器３２０および３５０に加えて、電力分配器３１０と、１／４波長伝送線路３３０および３４０と、を備える。
【００９０】
電力増幅部３００において、増幅器３２０は、その入力端が信号線３１８を介して電力分配器３１０に接続され、その出力端が１／４波長伝送線路３３０に接続されている。１／４波長伝送線路３４０は、その一端が信号線３１９を介して電力分配器３１０に接続され、その他端が増幅器３５０に接続されている。１／４波長伝送線路３３０は、その他端が増幅器３５０および合成部３６０に接続されている。
【００９１】
電力増幅部３００は、増幅器３２０および１／４波長伝送線路３３０と、１／４波長伝送線路３４０および増幅器３５０と、が並列に接続されたドハティ型増幅器である。
【００９２】
電力分配器３１０は、信号線２０９からの変調信号の電力を２つに分配する。電力分配器３１０は、その分配された変調信号の一方を、信号線３１８を介して増幅部３２０に供給するとともに、他方の変調信号を、信号線３１９を介して１／４波長伝送線路３４０に供給する。
【００９３】
増幅器３２０は、Ｂ級にバイアスされたメイン増幅器（もしくは、キャリア増幅器）である。増幅器３２０は、例えば、図３に示したＤ級増幅器８３０のように、スイッチング素子であるトランジスタなどにより構成される。
【００９４】
また、増幅器３２０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号が信号線２０９から供給された場合に動作するようにバイアスされる。さらに、増幅器３２０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号を受け付けたときに、増幅器３２０の電力効率が最大となるように設定される。
【００９５】
したがって、増幅器３２０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」、「１．０」のときの変調信号を、最大の電力効率により増幅する。
【００９６】
また、増幅器３２０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」、「１．０」のときの変調信号に対して動作し（オン期間）、パルス変調信号のパルス高さが「０．０」のときの変調信号に対しては動作しない（オフ期間）。
【００９７】
増幅器３２０としては、例えば、スイッチングモード増幅器（例えばＤ級増幅器）が用いられてもよい。
【００９８】
また、増幅器３２０は、１／４波長伝送線路３３０を介して、その増幅された変調信号を出力フィルタ４１０に出力する。なお、増幅器３２０は、一般的に増幅手段または動作増幅手段と呼ぶことができる。
【００９９】
１／４波長伝送線路３３０は、特性インピーダンスＺ０を有する１／４波長インピーダンス変成器である。１／４波長伝送線路３３０は、増幅器３２０からの変調信号を、合成部３６０を介して出力フィルタ４１０に出力する。
【０１００】
１／４波長伝送線路３４０は、特性インピーダンスＺ０を有する１／４波長インピーダンス変成器である。１／４波長伝送線路３４０は、信号線３１９からの変調信号を増幅器３５０に出力する。
【０１０１】
増幅器３５０は、Ｃ級にバイアスされたピーク増幅器（ピークアンプ）である。増幅器３５０は、例えば、スイッチング素子であるトランジスタなどにより構成される。
【０１０２】
また、増幅器３５０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号が、信号線２０９から供給された場合に動作するようにバイアスされる。さらに、増幅器３５０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を受け付けたときに、電力効率が最大となるように設定される。
【０１０３】
したがって、増幅器３５０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を１／４波長伝送線路３４０から受け付けたときにのみ、最大の電力効率により増幅する。
【０１０４】
また、増幅器３５０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号に対して動作し、パルス変調信号のパルス高さが「０．０」または「０．５」のときの変調信号に対しては動作しない。
【０１０５】
増幅器３５０としては、例えば、スイッチングモード増幅器が用いられてもよい。
【０１０６】
また、増幅器３５０は、その増幅された変調信号を、合成部３６０を介して出力フィルタ４１０に出力する。増幅器３５０は、一般的に増幅手段または動作増幅手段と呼ぶことができる。
【０１０７】
合成部３６０は、１／４波長伝送線路３３０からの変調信号と、増幅器３５０からの変調信号と、を合成する。
【０１０８】
出力フィルタ４１０は、電力増幅部３００の出力から矩形波成分を除去することによって、入力信号の波形に近似する変調信号を、出力信号としてアンテナ４２０に出力する。なお、出力フィルタ４１０は、一般的にフィルタ手段と呼ぶことができる。
【０１０９】
図７ｅは、図７ｄに示された変調信号が電力増幅部３００により増幅された後に、出力フィルタ４１０によって矩形波成分が除去された変調信号の一例を示す図である。ここでは、変調信号が実線により示され、パルス変調信号の波形に相当する変調信号の包絡線が点線により示されている。
【０１１０】
このように、図７ａに示された振幅信号の波形と、図７ｅにおいて点線により示された変調信号の包絡線の波形と、が近似することが分かる。なお、図７ｅでは、横軸を時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【０１１１】
アンテナ４２０は、出力フィルタ４１０からの変調信号である電気信号を、電波（電磁波）に変換する。
【０１１２】
図８は、振幅変調部２３０の一構成例を示すブロック図である。
【０１１３】
振幅変調部２３０は、利得設定部２３１と、利得乗算部２３２および２３３と、デルタシグマ変調器２６０と、を備える。デルタシグマ変調器２６０は、加算器２６１および２６３と、積分器２６２および２６４と、量子化器２６５と、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２６６と、乗算器２６７および２６８と、を備える。
【０１１４】
この例では、デルタシグマ変調器２６０から出力されるパルスの高さ、すなわち、デルタシグマ変調器２６０の飽和レベルを「１．０」に規格化して説明する。
【０１１５】
利得設定部２３１は、信号線２２９からの振幅信号の大きさに基づいて、予め定められたＮ個の利得係数のうちいずれかを利得乗算部２３２および２３３に設定する。利得設定部２３１は、予め定められたＮ−１個の振幅閾値に基づいて、Ｎ個の利得係数のうちいずれかの利得係数Ａを選択する。また、利得設定部２３１は、その選択された利得係数Ａを利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数Ａ−１を利得乗算部２３３に設定する。
【０１１６】
利得設定部２３１は、例えば、振幅信号の最大レベルを「１．０」として振幅信号を規格化して、その規格化された振幅（以下「規格化振幅」と称する）の大きさと、「０．５」に設定された振幅閾値と、を比較する。そして、利得設定部２３１は、規格化振幅の大きさが「０．５」以下である場合には、「２．０」の利得係数Ａを選択する。
【０１１７】
この場合において、利得設定部２３１は、その選択された利得係数として、「２．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数Ａ−１として、「０．５」を利得乗算部２３３に設定する。すなわち、利得設定部２３１は、振幅変調部２３０の内部において、デルタシグマ変調器２６０に供給される最大「０．５」の振幅信号を「１．０」まで拡大して処理し、その後、利得乗算部２３３にて、飽和レベルを「０．５」に設定する。
【０１１８】
一方、利得設定部２３１は、規格化振幅の大きさが「０．５」を超える場合には、「１．０」の利得係数を選択する。この場合において、利得設定部２３１は、その選択された利得係数Ａとして、「１．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数Ａ−１として、「１．０」を利得乗算部２３３に設定する。
【０１１９】
利得乗算部２３２は、利得設定部２３１により設定された利得係数Ａと、信号線２２９からの振幅信号と、を乗算することによって、振幅信号の大きさを増減する。
【０１２０】
利得乗算部２３２は、入力信号の振幅成分が小さくなるにつれて利得が離散的に大きくなり、その利得で入力信号の振幅成分を増幅する第１利得可変増幅手段である。
【０１２１】
利得乗算部２３２は、例えば、利得係数Ａとして「２．０」が設定された場合には、振幅信号の大きさを２倍にする。また、利得乗算部２３２は、その乗算された振幅信号を加算器２６１に供給する。
【０１２２】
利得乗算部２３３は、利得設定部２３１により設定された利得係数の逆数Ａ−１と、量子化器２６５からの信号と、を乗算することによって、量子化器２６５からの信号のレベルを、信号線２２９からの振幅信号に対応するレベルに設定する。
【０１２３】
利得乗算部２３３は、デジタルシグマ変調器２６０から出力される１ビット信号を、利得乗算部２３２に設定された利得の逆数に相当する利得で増幅して、パルス変調信号を生成する第２利得可変増幅手段である。
【０１２４】
利得乗算部２３３は、例えば、利得係数の逆数Ａ−１として「０．５」が設定された場合には、量子化器２６５からの信号の大きさを０．５倍にする。また、利得乗算部２３３は、信号線２３９を介して、その乗算された信号を、パルス変調信号として信号線２３９に出力する。
【０１２５】
デルタシグマ変調器２６０は、利得乗算部２３２の出力をデルタシグマ変調して、２値の１ビット信号を生成する変調手段である。デルタシグマ変調器２６０は、例えば、利得乗算部２３２からの信号にパルス変調処理を施す２次のデルタシグマ変調器である。
【０１２６】
加算器２６１は、利得乗算部２３２から出力される信号から、乗算器２６７からのフィードバック信号を減算する。加算器２６１は、その減算された信号を、積分器２６２に出力する。
【０１２７】
積分器２６２は、加算器２６１からの出力信号を積分する。積分器２６２は、その積分された信号を加算器２６３に出力する。
【０１２８】
加算器２６３は、積分器２６２から出力される信号から、乗算器２６８からのフィードバック信号を減算する。加算器２６３は、その減算された信号を、積分器２６４に出力する。
【０１２９】
積分器２６４は、加算器２６３からの出力信号を積分する。積分器２６４は、その積分された信号を、量子化器２６５に出力する。
【０１３０】
量子化器２６５は、積分値２６４から出力される信号の大きさに基づいて、１ビット（２値）の信号を生成する。量子化器２６５は、「１」または「０」を示す量子化信号を生成する。また、量子化器２６５は、その生成された量子化信号を、利得乗算部２３３に出力するとともに、デジタルアナログ変換器２６６にフィードバック信号として出力する。
【０１３１】
デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２６６は、量子化器２６５からのフィードバック信号である１ビットの信号を、アナログ信号である振幅信号に対応する数値に変換する。デジタルアナログ変換器２６６は、その変換されたフィードバック信号を、乗算器２６７および２６８に出力する。
【０１３２】
乗算器２６７は、予め定められた重み係数ａ１を、デジタルアナログ変換器２６６からのフィードバック信号に乗算する。乗算器２６７は、その乗算されたフィードバック信号を、加算器２６１に出力する。
【０１３３】
乗算器２６８は、予め定められた重み係数ａ２を、デジタルアナログ変換器２６６からのフィードバック信号に乗算する。乗算器２６８は、その乗算されたフィードバック信号を、加算器２６３に出力する。
【０１３４】
このように、利得設定部２３１が、振幅信号の大きさに応じて利得係数を設定することによって、利得乗算部２３２からの信号レベルが、デルタシグマ変調器２６０の飽和レベルに近づく。このため、振幅変調部２３０は、デルタシグマ変調により生じる量子化雑音を低減することができる。
【０１３５】
なお、振幅変調部２３０のパルス変調方式は、図８に示される構成に限られるものではない。また、デルタシグマ変調器２６０の次数およびパラメータは、本実施形態を適用するシステムに応じて、適宜、変更するようにしてもよい。また、デルタシグマ変調器２６０に代えてパルス幅変調器などが用いられてもよい。
【０１３６】
また、第１の実施形態では、振幅閾値を「０．５」に設定する例について説明したが、他の値に設定してもよい。この場合には、利得設定部２３１の利得係数Ａ、または、増幅器３２０および３５０の回路規模（サイズ）を調整してもよい。
【０１３７】
図９は、振幅変調部２３０により生成されるパルス変調信号のシミュレーション結果に関する図である。
【０１３８】
図９ａは、一般的な２値（０、１）のパルス変調信号の波形を示す図である。図９ｂは、振幅変調部２３０により生成された３値のパルス変調信号の波形を例示する図である。図９では、振幅信号を２ＭＨｚの正弦波とし、振幅変調部２３０のサンプリングクロック信号の周波数を２００ＭＨｚとしている。
【０１３９】
図９ｂに示すように、振幅信号２２８の規格化振幅が「０．５」より大きく、かつ、「１．０」以下の範囲では、パルス変調信号２３８の飽和レベルは「１．０」となる。
【０１４０】
また、振幅信号２２８の規格化振幅が「０．５」以下の範囲では、パルス変調信号２３８の飽和レベルは「０．５」となる。この期間では、図９ａに示したパルス変調信号８９１と比較して、パルス変調信号２３８の方が、「０．５」の振幅レベルの領域において、平均的なデューティ比が大きいことがわかる。
【０１４１】
したがって、図９ａに比べてパルス変調信号２３８のデューティ比が大きくなる。このため、パルス変調信号２３８の飽和レベルが「０．５」となる期間では、デルタシグマ変調器２６０が飽和レベル付近で動作することから、高いＳＮ比を確保することができる。
【０１４２】
次に、電力増幅部３００の動作について図面を参照して説明する。
【０１４３】
図１０は、電力増幅部３００の動作に関する概念図である。ここでは、信号線２０９から変調信号３０１が供給されることを想定している。図１０ｃは、信号線２０９から電力増幅部３００に供給される変調信号３０１の一例を示す図である。変調信号３０１には、実線によりパルス信号列が示され、点線により変調信号の包絡線が示されている。この変調信号の包絡線は、パルス変調信号のパルス高さに対応する。
【０１４４】
図１０ａは、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」のときの変調信号３０１を増幅する電力増幅部３００の動作を示す図である。パルス変調信号のパルス高さが「０．５」のときの変調信号３０１が電力増幅部３００に供給されると、図１０ａに示すように、増幅器３５０は動作せず、増幅器３２０のみが動作する。
【０１４５】
さらに、振幅信号の規格化振幅が「０．５」のときには、変調信号の包絡線に相当するパルス変調信号のデューティ比が１００％になる。このため、増幅器３２０の出力電力は、図２で述べたとおり、０．５・Ｐｍａｘとなる。
【０１４６】
一方、図１０ｂは、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号３０１を増幅する電力増幅部３００の動作を示す図である。パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号３０１が電力増幅部３００に供給されると、図１０ｂに示すように、増幅器３２０および３５０の両者が動作する。
【０１４７】
また、振幅信号の規格化振幅が「１．０」のときには、パルス変調信号のデューティ比が１００％となる。このため、電力増幅部３００の出力電力は、飽和電力２・Ｐｍａｘとなる。
【０１４８】
図１１は、送信装置１００における規格化振幅に対する電力効率の特性を示す図である。図１１には、送信装置１００の電力効率特性１０１と、従来のドハティ増幅器の電力効率特性８０１と、確率密度特性８０９と、が示されている。ここでは、横軸を入力信号の規格化振幅とする。この規格化振幅は、振幅信号の最大振幅により振幅信号を除算した値である。
【０１４９】
また、電力効率特性８０１および確率密度特性８０９は、図２に示したものと同様のものであるため、同一符号を付してここでの説明を省略する。
【０１５０】
電力効率特性１０１は、送信装置１００における振幅信号の規格化振幅に対する電力効率の特性を示す。また、電力効率特性１０１は、電力効率特性８０１との比較上、最大効率を７８．５％と仮定し、さらに、増幅部３２０および３５０の各々がＤ級増幅器である場合における各飽和出力電力に対するスイッチング損失を２０％と仮定した場合における電力効率特性である。
【０１５１】
電力効率特性１０１は、規格化振幅が「０．５」以下の範囲では、増幅器３２０のみが動作するため、ドハティ型増幅器８２０の効率よりも高い効率を示す。また、電力効率特性１０１は、スイッチング損失を２０％と仮定しているため、規格化振幅が小さくなる程、徐々に電力効率が低下し、「０．１」付近から急峻に低下する。これは、規格化振幅が小さくなる程、パルス変調信号のデューティ比が小さくなるため、電力増幅部３００の出力電力に対する増幅器３２０のスイッチング損失の比率が大きくなるからである。
【０１５２】
さらに、規格化振幅が「０．５（電力換算で６ｄＢバックオフ）」のときは、パルス変調信号のデューティ比が１００％となる。このため、電力増幅部３００の出力電力は０．５・Ｐｍａｘとなり、その電力効率は最大になる。
【０１５３】
これに対し、規格化振幅が「０．５」よりも大きく、かつ、「１．０」以下の範囲では、増幅器３２０および３５０の両方が最大電力効率で動作する。また、規格化振幅が「１．０」のときは、パルス変調信号のデューティ比が１００％となり、電力増幅部３００では、飽和電力２・Ｐｍａｘに達するため、その電力効率も最大になる。
【０１５４】
また、確率密度特性８０９に基づく平均電力効率は、７２％であり、図１で述べたドハティ型増幅器８２０の平均電力効率（６４％）に比べて、きわめて高くなる。これは、出現頻度の高い規格化振幅に対応する電力効率が向上したためである。
【０１５５】
第１の実施形態によれば、パルス変調信号生成部２０１が、入力信号の振幅成分に応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、その振幅成分に応じてパルスの高さを離散的に変化させることにより、パルス変調信号を生成する。
【０１５６】
これにより、パルス変調信号生成部２０１は、パルス変調信号を生成する際に生じる量子化雑音を低減することができ、ＳＮ比の高い出力信号となるパルス変調信号を生成することができる。すなわち、送信装置１００は、入力信号を広いダイナミックレンジにわたり高いＳＮ比の出力信号を生成することができる。
【０１５７】
第１の実施形態では、パルス変調信号生成部２０１は、入力信号の規格化振幅が「０．５」以下の範囲では、振幅変調部２３０の飽和レベルを「１．０」から「０．５」に下げる。このため、送信装置１００は、ＳＮ比の高い条件で振幅信号を変調することができる。これにより、送信装置１００は、図４に示したデルタシグマ変調器８６３と比較して、規格化振幅が「０．５」以下の範囲でも良好なＳＮ比の出力信号を出力することができる。
【０１５８】
また、第１の実施形態では、パルス変調信号生成部２０１は、パルス高さが「０．０」、「０．５」、「１．０」の３値を有するパルス変調信号を生成する。このため、送信装置１００は、図４に示したデルタシグマ変調器８６３に比べて、振幅信号の分解能を１．０ビットから１．５ビット相当に向上させることができる。
【０１５９】
すなわち、送信装置１００は、送信装置１００から出力する出力信号のＳＮ比を３ｄＢ程度改善することができる。したがって、送信装置１００は、デルタシグマ変調器２６０に供給するサンプリングクロックの周波数を半分に下げても、図４に示したデルタシグマ変調器８６３と同じＳＮ比を確保することができ、送信装置１００の消費電力を抑制することができる。
【０１６０】
また、第１の実施形態では、さらに電力増幅部３００が、変調信号の離散的な振幅レベルの数の増幅器（増幅器３２０および３５０）を有し、増幅器３２０および３５０のうち変調信号を増幅する動作増幅器の数が、変調信号の振幅レベルが大きくなるにつれて増えていく。
【０１６１】
これにより、電力増幅部３００は、複数の増幅器３２０および３５０を有することにより、電力増幅部３００の全体に生じるスイッチング損失などに起因する固定的な電力損失を、２つの増幅器に分散させることができる。そして、電力増幅部３００は、変調信号の離散的な振幅レベルが小さくなるにつれて、動作増幅器の数を減らすことにより、電力増幅部３００の電力損失を低減することができる。
【０１６２】
第１の実施形態では、電力増幅部３００は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」のときの変調信号を受け付けると、増幅器３２０のみでその変調信号を増幅する。したがって、電力増幅部３００では、規格化振幅が「０．５」以下のときの変調信号を増幅器３２０のみが増幅する。このため、電力増幅部３００は、電力増幅部３００の電力効率を改善することができる。よって、送信装置１００は、入力信号の規格化振幅が小さい範囲であっても、高い電力効率で電力増幅部３００を動作させることができる。
【０１６３】
これにより、送信装置１００は、電力増幅部３００におけるバックオフの大きい動作領域において高い電力効率を有し、かつ、波形の歪の小さい出力信号を生成することができる。
【０１６４】
また、電力増幅部３００は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を受け付けると、増幅器３２０に加えて、増幅器３５０でその変調信号を増幅する。これにより、送信装置１００は、入力信号の規格化振幅が大きい範囲においても、高い電力効率で電力増幅部３００を動作させることができる。よって、送信装置１００は、入力信号を、広いダイナミックレンジにわたり高い効率で増幅することができる。
【０１６５】
また、第１の実施形態では、利得乗算部２３２が、入力信号の振幅成分が小さくなるにつれて利得が大きくなり、その利得で入力信号の振幅成分を増幅する。そして、デルタシグマ変調器２６０は、利得乗算部２３２の出力をデルタシグマ変調またはパルス幅変調して、１ビット信号を生成する。
【０１６６】
さらに、利得乗算部２３３が、デルタシグマ変調器２６０の出力である１ビット信号を、利得乗算部２３２の利得の逆数に相当する利得で増幅して、パルス変調信号を生成する。
【０１６７】
これにより、振幅変調部２３０は、入力信号の振幅成分が小さくても、デルタシグマ変調器２６０を飽和レベル付近で動作させることが可能となる。このため、デルタシグマ変調部２６０により生じる量子化雑音を抑制することができる。
【０１６８】
次に、本発明の第１の実施形態の送信装置１００における信号変調部２００の変形例について説明する。
【０１６９】
図１２は、本発明の第１の実施形態における信号変調部２００の変形例を示すブロック図である。
【０１７０】
第１の実施形態の変形例における送信装置１００は、互いに直交するＩ成分およびＱ成分を含み、当該Ｉ成分およびＱ成分が規定される入力信号を増幅して送信する送信装置である。
【０１７１】
信号変調部６００は、パルス変調信号生成部６０１と、クロック信号生成器６５０と、積算信号生成部６０２と、変調信号生成部６９０と、を備える。パルス変調信号生成部６０１は、信号生成部６１０と、振幅算出部６２０と、同相成分変調部６３０と、直交成分変調部６６０と、を備える。積算信号生成部６０２は、積算器６４０および６７０と、遅延器６８０と、を備える。
【０１７２】
パルス変調信号生成部６０１は、入力信号に含まれるＩ成分およびＱ成分のそれぞれの大きさを、パルスの幅またはパルスの密度と、離散的なパルスの高さと、で表現したパルス変調信号をそれぞれ生成するパルス変調信号生成手段ある。
【０１７３】
パルス変調信号生成部６０１は、Ｉ成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、入力信号の振幅成分の大きさに応じてパルスの高さを離散的に変化させることにより、Ｉ成分のパルス変調信号を生成する。
【０１７４】
これとともに、パルス変調信号生成部６０１は、Ｑ成分の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、入力信号の振幅成分の大きさに応じてパルスの高さを離散的に変化させることにより、Ｑ成分のパルス変調信号を生成する。
【０１７５】
なお、積算器６４０および６７０と、クロック信号生成器６５０と、遅延器６８０と、変調信号生成部６９０とは、図５に示した積算器８８２および８８６と、クロック信号生成器８８３と、遅延器８８５と、変調信号生成部８８７と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。なお、クロック信号生成器６５０は、一般的にクロック信号生成手段と呼ぶことができる。また、変調信号生成部６９０は、一般的に変調信号生成手段と呼ぶことができる。
【０１７６】
信号生成部６１０は、図６に示した信号生成部２１０と同様のものである。信号生成部６１０は、入力信号のＩ成分であるＩ信号を、信号線６１８を介して、振幅算出部６２０および同相成分変調部６３０に供給する。また、信号生成部６１０は、入力信号のＱ成分であるＱ信号を、信号線６１９を介して、振幅算出部６２０および直交成分変調部６６０に供給する。
【０１７７】
振幅算出部６２０は、信号生成部６１０からのＩ成分およびＱ生成にて規定される入力信号の振幅成分を算出する。振幅算出部６２０は、例えば、式１に基づいて、入力信号の振幅成分を算出する。また、振幅算出部６２０は、その算出された振幅成分を、振幅信号として同相成分変調部６３０および直交成分変調部６６０に供給する。
【０１７８】
同相成分変調部６３０は、信号生成部６１０から供給されるＩ信号をパルス変調信号に変換するものである。同相成分変調部６３０は、図６に示した振幅変調部２３０と同様のものである。
【０１７９】
同相成分変調部６３０は、Ｉ信号の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、振幅算出部６２０から供給される振幅成分の大きさに応じてパルスの高さを離散的に変化させることにより、パルス変調信号であるパルス同相信号を生成する。
【０１８０】
例えば、同相成分変調部６３０は、振幅信号の大きさに応じた飽和レベルで、Ｉ信号に対しデルタシグマ変調処理、または、パルス幅変調処理を施すことにより、パルス同相信号を生成する。
【０１８１】
同相成分変調部６３０は、例えば、図８に示した振幅変調部２３０と同様の構成により実現することができる。この場合において、信号線６２９からの振幅信号が、利得設定部２３１に供給され、信号線６１８からのＩ信号が、利得乗算部２３２に供給される。
【０１８２】
利得設定部２３１は、振幅信号の最大レベルを「１．０」として振幅信号を規格化した規格化振幅の大きさと、「０．５」に設定された振幅閾値と、を比較する。そして、利得設定部２３１は、規格化振幅が「０．５」以下である場合には、「２．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、「０．５」を利得乗算部２３３に設定する。
【０１８３】
一方、利得設定部２３１は、規格化振幅の大きさが「０．５」を超える場合には、「１．０」の利得係数を選択する。この場合において、利得設定部２３１は、その選択された利得係数として、「１．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数として、「１．０」を利得乗算部２３３に設定する。
【０１８４】
なお、同相成分変調部６３０における利得設定部２３１以外の構成は、図８に示したものと同様であるため、ここでの説明を省略する。この場合において、利得乗算部２３２および２３３は、一般的に第１利得可変増幅手段および第２利得可変増幅手段と呼ぶことができる。また、デルタシグマ変調器２６０は、一般的に第１変調手段と呼ぶことができる。ここで、同相成分変調部６３０によって、振幅信号に基づいて生成されたパルス同相信号の一例を図１３に示す。
【０１８５】
図１３ａは、信号線６２９に供給される振幅信号の一例を示す図である。なお、この振幅信号は、図７ａに示した振幅信号と同一の波形を示す。
【０１８６】
図１３ｂは、信号線６１８に供給されるＩ信号の一例を示す図である。図１３ｃは、図１３ｂに示されたＩ信号と、図１３ａに示された振幅信号と、に基づいて生成されたパルス同相信号の一例を示す図である。なお、図１３ａから１３ｃでは、横軸を時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【０１８７】
直交成分変調部６６０は、信号生成部６１０から供給されるＱ信号を、パルス変調信号に変換する。直交成分変調部６６０は、図６に示した振幅変調部２３０と同様のものである。
【０１８８】
直交成分変調部６６０は、Ｉ信号の大きさに応じてパルスの幅またはパルスの密度を変化させつつ、振幅算出部６２０から供給される振幅成分の大きさに応じてパルスの高さを離散的に変化させることにより、パルス変調信号であるパルス直交信号を生成する。
【０１８９】
例えば、直交成分変調部６６０は、振幅信号の大きさに応じた飽和レベルで、Ｑ信号に対しデルタシグマ変調処理、または、パルス幅変調処理を施すことにより、パルス直交信号を生成する。
【０１９０】
また、直交成分変調部６６０は、例えば、図８に示した振幅変調部２３０と同様の構成により実現することができる。この場合において、信号線６２９からの振幅信号が、利得設定部２３１に供給され、信号線６１９からの直交信号が、利得乗算部２３２に供給される。
【０１９１】
直交成分変調部６６０の動作は、上述の同相成分変調部６３０と同様であるため、ここでの説明を省略する。なお、直交成分変調部６６０を構成する利得乗算部２３２および２３３は、一般的に第３利得可変増幅手段および第４利得可変増幅手段と呼ぶことができる。また、デルタシグマ変調器２６０は、一般的に第２変調手段と呼ぶことができる。ここで、直交成分変調部６６０によって、振幅信号に基づいて生成されたパルス直交信号の一例を図１３に示す。
【０１９２】
図１３ｄは、信号線６１９に供給されるＱ信号の一例を示す図である。図１３ｅは、図１３ｄに示されたＱ信号と、図１３ａに示された振幅信号と、に基づいて生成されたパルス直交信号の一例を示す図である。また、図１３ｆは、変調信号生成部６９０により生成される変調信号を示す図である。なお、図１３ｄおよび１３ｆでは、横軸を時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【０１９３】
積算信号生成部６０２は、クロック信号生成部６５０からのクロック信号と同相成分変調部６３０からのパルス同相信号とを積算して第１積算信号を生成し、クロック信号生成部６５０からのクロック信号を１クロック遅延させた信号と直交成分変調部６６０からのパルス直交信号とを積算して第２積算信号を生成する積算信号生成手段である。
【０１９４】
変調信号生成部６９０は、積算信号生成部６０２からの第１積算信号と第２積算信号とを加算して、Ｉ成分およびＱ成分のパルス変調信号のパルス高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を生成する。
【０１９５】
信号変調部６００では、同相成分変調部６３０および直交成分変調部６６０が、振幅信号の大きさに基づいてパルス同相信号およびパルス直交信号を生成する。これにより、信号変調部６００は、２値の離散的な振幅レベルを有する変調信号を生成することができる。
【０１９６】
信号変調部６００は、Ｉ信号およびＱ信号が、「Ｉ」、「Ｑ」、「−Ｉ」、「−Ｑ」の順序にクロックに重畳され、かつ、離散的な２値の振幅レベルを有する変調信号を生成することができる。
【０１９７】
第１の実施形態の変形例における信号変調部６００によれば、変調信号生成部６９０が、積分信号生成部６０２からの第１積算信号と第２積算信号とを加算することにより、２値の離散的な振幅レベルを有するパルス変調信号を生成することができる。
【０１９８】
これにより、変調信号生成部６９０は、パルス変調信号を生成する際に生じる量子化雑音を低減することができ、ＳＮ比の高い変調信号を生成することができる。
【０１９９】
次に、本発明の第２の実施形態における送信装置について図面を参照して説明する。
【０２００】
図１４は、送信装置１１０の構成例を示すブロック図である。送信装置１１０は、図６に示した送信装置１００における電力増幅部３００に代えて、電力増幅部５００を備える。
【０２０１】
第２の実施形態では、振幅変調部２３０は、デジタルシグマ変調器２６０の飽和レベルを「１．０」に規格化した場合において、「０．０」、「０．２５」、「０．５」および「１．０」の４つの振幅レベルを有するパルス変調信号を、振幅信号の大きさに基づいて生成する。
【０２０２】
すなわち、振幅変調部２３０は、「０．２５」、「０．５」および「１．０」の３値の飽和レベルを有するパルス変調信号を、振幅信号の大きさに応じて生成する。
【０２０３】
振幅変調部２３０は、例えば、図８に示した構成により実現することができる。この場合において、利得設定部２３１は、振幅信号の最大レベルを「１．０」に規格化して、その規格化された規格化振幅の大きさと、「０．２５」および「０．５」の２つの振幅閾値と、を比較する。
【０２０４】
そして、利得設定部２３１は、規格化振幅の大きさが「０．２５」以下である場合には、「４．０」の利得係数を選択する。利得設定部２３１は、その選択された利得係数「４．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数「０．２５」を利得乗算部２３３に設定する。
【０２０５】
一方、利得設定部２３１は、規格化振幅の大きさが「０．２５」よりも大きく、かつ、「０．５」以下の場合には、「０．５」の利得係数を選択する。利得設定部２３１は、その選択された利得係数「２．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数「０．５」を利得乗算部２３３に設定する。
【０２０６】
また、利得設定部２３１は、規格化振幅の大きさが「０．５」を超える場合には、「１．０」の利得係数を選択する。利得設定部２３１は、その選択された利得係数「１．０」を利得乗算部２３２に設定するとともに、その利得係数の逆数「１．０」を利得乗算部２３３に設定する。
【０２０７】
なお、利得設定部２３１以外の構成は、図８で述べた機能と同様であるため、ここでの説明を省略する。
【０２０８】
電力増幅部５００は、変調信号生成部２０２からのパルス変調信号の有する３値の飽和レベルに応じて振幅レベルが離散的に変化する変調信号を増幅する電力増幅手段である。電力増幅部３００は、変調信号の離散的な振幅レベルの数、すなわち、パルス変調信号の飽和レベルの数の３個の増幅器５２０、５５０および５７０を有する。
【０２０９】
また、電力増幅部５００は、増幅器５２０、５５０および５７０のうち、変調信号を増幅する動作増幅器の数が、その変調信号の振幅レベルが高くなるにつれて増えていき、その動作増幅器の出力を合成して出力する。
【０２１０】
第２の実施形態では、電力増幅部５００が、パルス変調信号のパルス高さ「０．２５」に対応する振幅レベルの変調信号を受け付けると、１つの動作増幅器（増幅器５２０）が動作する。
【０２１１】
また、電力増幅部５００は、パルス変調信号のパルス高さ「０．５」に対応する振幅レベルの変調信号を受け付けると、２つの動作増幅器（増幅器５２０および５５０）が動作して、これらの出力を合成して出力する。
【０２１２】
さらに、電力増幅部５００は、パルス変調信号のパルス高さ「１．０」に対応する振幅レベルの変調信号を受け付けると、３つの動作増幅器（増幅器５２０、５５０および５７０）が動作して、これらの出力を合成して出力する。
【０２１３】
また、電力増幅部５００は、増幅器５２０、５５０および５７０に加えて、電力分配器５１０と、１／４波長伝送線路５３０、５４０および５８０と、１／２波長伝送線路５６０と、を備える。
【０２１４】
電力増幅部５００において、増幅器５２０は、その入力端が電力分配器５１０に接続され、その出力端子が１／４波長伝送線路５３０の一端に接続される。１／４波長伝送線路５４０は、その一端が電力分配器５１０に接続され、その他端が増幅器５５０の入力端に接続される。
【０２１５】
また、１／２波長伝送線路５６０は、その一端が電力分配器５１０に接続され、その他端が増幅器５７０の入力端に接続される。１／４波長伝送線路５８０は、その一端が合成部５９１を介して１／４波長伝送線路５３０の他端および増幅器５５０の出力端に接続され、その他端が合成部５９０を介して増幅器５７０の出力端および出力フィルタ４１０に接続される。
【０２１６】
電力増幅部５００は、３ウェイ・ドハティ型増幅器である。なお、増幅器５２０および５５０と、１／４波長伝送線路５３０および５４０と、合成部５９１とは、図６に示した増幅器３２０および３５０と、１／４波長伝送線路３３０および３４０と、合成部３６０と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０２１７】
なお、第２の実施形態では、増幅器５２０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．２５」以上のときの変調信号が、信号線２０９から供給された場合に動作するようにバイアスされる。また、増幅器５２０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．２５」以上のときの変調信号を受け付けたときに、その電力効率が最大となるように設定される。
【０２１８】
また、増幅器５５０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号が信号線２０９から供給された場合に動作するようにバイアスされる。また、増幅器５５０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号が供給されたときに、電力効率が最大となるように設定される。
【０２１９】
電力分配器５１０は、信号線２０９からの変調信号の電力を３つに分配するものである。電力分配器５１０は、その分配された３つの変調信号をそれぞれ信号線５１７から５１９を介して、増幅器５２０と、１／４波長伝送線路５４０および１／２波長伝送線路５６０と、に供給する。
【０２２０】
１／２波長伝送線路５６０は、１／２波長インピーダンス変成器である。伝送線路５６０は、信号線５１９からの変調信号を増幅器５７０に出力する。１／４波長伝送線路５８０は、１／４波長インピーダンス変成器である。伝送線路５８０は、信号線５１７および５１８からの変調信号を、合成部５９０を介して出力フィルタ４１０に出力する。
【０２２１】
増幅器５７０は、Ｃ級にバイアスされたピーク増幅器（ピークアンプ）である。増幅器５７０は、増幅器３５０と同様の構成である。また、増幅器５７０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号が信号線２０９から供給された場合に動作するようにバイアスされる。
【０２２２】
また、増幅器５７０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を受け付けたときに、電力効率が最大となるように設定される。したがって、増幅器５７０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を最大の電力効率により増幅する。
【０２２３】
また、増幅器５７０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号に対して動作し、パルス変調信号のパルス高さが「０．０」、「０．２５」または「０．５」のときの変調信号に対しては動作しない。
【０２２４】
増幅器５７０としては、例えば、スイッチングモード増幅器が用いられてもよい。
【０２２５】
また、増幅器５７０は、その増幅された変調信号を、合成部５９０を介して出力フィルタ４１０に出力する。なお、増幅器５７０は、一般的に増幅手段または動作増幅手段と呼ぶことができる。
【０２２６】
合成部５９０は、１／４波長伝送線路５８０からの変調信号と、増幅器５７０からの変調信号と、を合成する。
【０２２７】
図１５は、送信装置１１０により生成される信号の波形の一例を示す図である。ここでは、横軸を時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【０２２８】
図１５ａは、信号線２２９に供給される振幅信号の一例を示す図である。図１５ｂは、図１５ａに示された振幅信号に基づいて生成されたパルス変調信号の一例を示す図である。
【０２２９】
図１５ｃは、信号線２４９から供給される位相変調信号の一例を示す図である。図１５ｄは、積算部２５０において、図１５ｂおよび１５ｃにそれぞれ示されたパルス変調信号および位相変調信号に基づいて生成された変調信号の一例を示す図である。図１５ｄには、変調信号が実線により示され、変調信号の包絡線が点線により示されている。
【０２３０】
図１５ｅは、図１５ｄに示された変調信号が増幅部５００により電力増幅された後に、出力フィルタ４１０によって矩形波成分が除去された変調信号の一例を示す図である。ここでは、変調信号が実線により示され、変調信号の包絡線が点線により示されている。
【０２３１】
このように、図１５ａに示された振幅信号の波形と、図１５ｅにおいて点線により示された変調信号の包絡線の波形と、が近似することが分かる。
【０２３２】
図１６は、送信装置１１０における振幅信号の規格化振幅に対する電力効率の特性を示す図である。図１６には、送信装置１１０の電力効率特性１１１と、電力効率特性１１１との比較のための従来の３ウエイ・ドハティアンプの電力効率特性８０２と、確率密度特性８０９と、が示されている。
【０２３３】
なお、確率密度特性８０９は、図２と同様のものであるため、図２と同一符号を付してここでの説明を省略する。電力効率特性８０２は、包絡線が連続して変化する変調信号を増幅する３ウエイ・ドハティ型増幅器における電力効率の特性を示す。
【０２３４】
電力効率特性１１１は、送信装置１１０における振幅信号の規格化振幅に対する電力効率の特性を示す。電力効率特性１１１は、電力効率特性８０２との比較上、送信装置１１０の最大効率を７８．５％と仮定し、さらに、増幅器５２０、５５０および５７０の各々がＤ級増幅器である場合における各飽和出力電力に対するスイッチング損失を２０％と仮定した場合における電力効率特性である。
【０２３５】
電力効率特性１１１において、規格化振幅が「０．００」以上、かつ、「０．２５」以下の範囲における電力効率は、電力効率特性８０２よりも高い。規格化振幅が「０．２５（電力換算で１２ｄＢバックオフ）」のときには、パルス変調信号のパルス高さが「０．２５」のパルス変調信号のデューティ比は１００％になる。このため、送信装置１１０の電力効率は、最大（７８．５％）になる。
【０２３６】
また、規格化振幅が「０．２５」よりも大きく、かつ、「０．５」以下の範囲では、パルス変調信号のパルス高さは「０．５」に設定される。この範囲では、増幅器５２０および５５０の両方が動作する。
【０２３７】
このため、増幅器５２０および５５０がＤ級増幅器である場合におけるスイッチング損失を２０％と仮定しても、送信装置１１０は、電力効率特性８０２よりも高い電力効率を得ることができる。さらに、規格化振幅が「０．５（電力換算で６ｄＢバックオフ）」のときには、パルス変調信号のデューティ比は１００％になるため、電力効率も最大（７８．５％）になる。
【０２３８】
また、規格化振幅が「０．５」よりも大きい範囲では、パルス変調信号のパルス高さは「１．０」に設定され、増幅器５２０、５５０および５７０の全てが動作する。このため、増幅器５２０、５５０および５７０がＤ級増幅器である場合におけるスイッチング損失を２０％と仮定しても、送信装置１１０は、電力効率特性８０２よりも高い電力効率を確保することができる。
【０２３９】
さらに、規格化振幅が「１．０」のときには、パルス変調信号のデューティ比は１００％になり、電力効率も最大（７８．５％）になる。
【０２４０】
第２の実施形態によれば、パルス変調信号生成部２０１が、振幅信号に基づいて３値の飽和レベルを有するパルス変調信号を生成することによって、第１の実施形態に比べて、振幅変調部２３０におけるデルタシグマ変調に伴う量子化雑音をさらに抑制することができる。よって、送信装置１１０は、アンテナ４２０から出力する出力信号のＳＮ比をさらに向上させることができる。
【０２４１】
また、第２の実施形態では、パルス変調信号生成部２０１は、入力信号の規格化振幅が「０．５」以下の範囲では、振幅変調部２３０の飽和レベルを「０．２５」または「０．５」に下げるため、ＳＮ比の高い条件で振幅信号を変調することができる。これにより、送信装置１１０は、図４に示したデルタシグマ変調器８６３と比較して、規格化振幅が「０．５」以下の範囲でも良好なＳＮ比の出力信号を出力することができる。
【０２４２】
具体的には、振幅変調部２３０が、パルス高さ「０．００」、「０．２５」、「０．５０」、「１．００」の４値を有するパルス変調信号を生成する場合、デルタシグマ変調器８６３に比べて、振幅信号の分解能を１ビットから２ビット相当に向上させることができる。
【０２４３】
すなわち、送信装置１１０は、出力信号のＳＮ比を６ｄＢ程度改善することができる。したがって、デルタシグマ変調器２６０に供給するサンプリングクロックの周波数を１／４に設定しても、図４に示したデルタシグマ変調器８６３と同じＳＮ比を確保することができ、送信装置１１０の消費電力を抑制することができる。
【０２４４】
また、第２の実施形態では、さらに電力増幅部５００が、３つの増幅器５２０、５５０および５７０を有することにより、電力増幅部５００のスイッチング損失などに起因する出力電力損失をさらに分散することができる。よって、送信装置１１０は、第１の実施形態に比べて、規格化振幅が「０．０」から「０．５」の範囲における電力効率をさらに改善することができる。
【０２４５】
これにより、送信装置１１０は、第１の実施形態に比べて、電力増幅部５００におけるバックオフの大きい動作領域においてさらに高い電力効率を有し、かつ、波形歪がさらに小さい出力信号を生成することができる。
【０２４６】
次に、本発明の第３の実施形態における送信装置について図面を参照して説明する。
【０２４７】
図１７は、本発明の第３の実施形態における送信装置１２０の一構成例を示すブロック図である。送信装置１２０は、図６に示した送信装置１００における電力増幅部３００に代えて、電力増幅部７００を備える。なお、出力フィルタ４１０およびアンテナ４２０は、図６に示したものと同様のものでるため、同一符号を付して、ここでの説明を省略する。
【０２４８】
信号変調部２００は、図６で述べたとおり、２値の飽和レベルのうち入力信号の振幅成分に応じた飽和レベルでその振幅成分にデルタシグマ変調を施したパルス変調信号と、位相変調信号とを乗算することにより、変調信号を生成する。この変調信号は、パルス変調信号の有する「０．５」および「１．０」の２値のパルス高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する信号である。
【０２４９】
なお、信号変調部２００の構成は、図６に示したものと同様であるため、図６と同一符号を付してここでの説明を省略する。
【０２５０】
電力増幅部７００は、信号変調部２００により生成された変調信号を増幅する電力増幅手段である。電力増幅部７００は、信号切替部４３０と、電力分配器７１０と、供給部７２０と、増幅器７３１および７３２と、電力合成器７４０と、を備える。供給部７２０は、スイッチ７２１および７２２を備える。なお、電力分配器７１０は、図６に示した電力分配器３１０と同様のものであるため、ここでの説明を省略する。
【０２５１】
信号切替部４３０は、増幅器７３１および７３２のそれぞれについて、増幅器により変調信号を増幅するか否かを、変調信号の離散的な振幅レベルに相当するパルス変調信号のパルス高さ（振幅レベル）に基づいて制御する制御手段である。
【０２５２】
信号切替部４３０は、スイッチ７２１および７２２の接続の有無を切り替えるための制御信号を、信号線２３９からのパルス変調信号のパルス高さに基づいて生成する。すなわち、信号切替部４３０は、パルス変調信号のパルス高さに相当する変調信号の振幅レベルに基づいて、制御信号を生成する。
【０２５３】
信号切替部４３０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」である場合には、スイッチ７２１を導通状態にするための導通信号と、スイッチ７２２を非導通状態にするための非導通信号とを、制御信号としてスイッチ７２１および７２２にそれぞれ供給する。
【０２５４】
一方、信号切替部４３０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」である場合には、スイッチ７２１を導通状態にするための導通信号と、スイッチ７２２を導通状態にするための導通信号とを、制御信号としてスイッチ７２１および７２２にそれぞれ供給する。
【０２５５】
供給部７２０は、信号切替部４３０からの制御信号に従って、増幅器７３１および７３２に変調信号を供給する。
【０２５６】
スイッチ７２１は、電力分配器７１０と増幅器７３１との間を接続の有無を切り替える。スイッチ７２１は、信号切替部４３０から導通信号を受け付けた場合には、電力分配器７１０と増幅器７３１との間を接続する。すなわち、スイッチ７２１は、信号切替部４３０から導通信号を受け付けた場合には、信号線７１８からの変調信号を増幅器７３１に供給する。
【０２５７】
また、スイッチ７２１は、信号切替部４３０から非導通信号を受け付けた場合には、電力分配器７１０と増幅器７３１との間の接続を切断する。すなわち、スイッチ７２１は、信号切替部４３０から非導通信号を受け付けた場合には、信号線７１８からの変調信号を増幅器７３１に供給することを抑制する。
【０２５８】
スイッチ７２２は、電力分配器７１０と増幅器７３２との間を接続の有無を切り替える。スイッチ７２２は、信号切替部４３０から導通信号を受け付けた場合には、電力分配器７１０と増幅器７３２との間を接続する。すなわち、スイッチ７２１は、信号切替部４３０から導通信号を受け付けた場合には、信号線７１９からの変調信号を増幅器７３２に供給する。
【０２５９】
また、スイッチ７２２は、信号切替部４３０から非導通信号を受け付けた場合には、電力分配器７１０と増幅器７３２との間の接続を切断する。すなわち、スイッチ７２２は、信号切替部４３０から非導通信号を受け付けた場合には、信号線７１９からの変調信号を増幅器７３２に供給することを抑制する。
【０２６０】
増幅器７３１および７３２は、スイッチ７２１および７２２からそれぞれ供給される変調信号を増幅する増幅手段または動作増幅手段である。増幅器７３１および７３２は、例えば、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」のときの変調信号が供給された場合に、電力効率がそれぞれ最大となるように設定される。
【０２６１】
増幅器７３１および７３２は、例えば、Ｄ級増幅器により実現される。増幅器７３１および７３２は、それぞれの増幅後の変調信号を電力合成器７４０に供給する。
【０２６２】
電力合成器７４０は、増幅器７３１および７３２からの変調信号を合成する。電力合成器７４０は、その電力が合成された変調信号を、出力フィルタ４１０に出力する。
【０２６３】
このように、信号切替部４３０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」である場合には、スイッチ７２１にのみ導通信号を供給することによって、増幅器７３１のみに変調信号を増幅させることができる。
【０２６４】
また、信号切替部４３０は、パルス変調信号パルス高さが「１．０」である場合には、スイッチ７２１および７２２の両者に導通信号を供給することによって、増幅器７３１および７３２の両者により変調信号を増幅させることができる。
【０２６５】
本発明の第３の実施形態によれば、信号切替部４３０が、変調信号の離散的な振幅レベルに相当するパルス変調信号のパルス高さに基づいて、増幅器７３１および７３２への変調信号の供給を制御する。このため、電力増幅部７００は、パルス変調信号のパルス高が「０．５」のときの変調信号を受け付けると、１個の動作増幅器（増幅器７３１）だけで変調信号を増幅することができる。
【０２６６】
これにより、電力増幅部７００は、図４および図５に示した送信装置８５０および８７０のように、１つのＤ級増幅器で変調信号を増幅する場合に比べて、入力信号の振幅成分が小さい領域であっても、電力効率を改善することができる。
【０２６７】
これは、送信装置８５０および８７０では、入力信号の振幅成分が大きい領域から小さい領域まで１つのＤ級増幅器８３０で変調信号を増幅するため、振幅成分が小さくなるにつれて固定的な電力損失の影響が相対的に大きくなって、効率が顕著に低下するからである。よって、第３の実施形態における送信装置１２０では、入力信号の振幅成分が小さい領域では、片側の増幅器７３１しか動作しないため、固定的な電力損失を小さくすることができる。
【０２６８】
また、電力増幅部７００は、１つのＤ級増幅器により変調信号を増幅する場合に比べて、確率密度特性８０９に基づいて重みを付けられた平均電力効率を改善することができる。
【０２６９】
なお、第３の実施形態では、２値の離散的な振幅レベルを有する変調信号について説明したが、この実施形態を適用するシステムに応じて、変調信号の離散的な振幅レベルを３値以上に設定してもよい。この場合、電力増幅部７００には、離散的な振幅レベルの数に応じて、増幅器およびスイッチが追加される。
【０２７０】
次に、本発明の第４の実施形態における送信装置について図面を参照して説明する。
【０２７１】
図１８は、本発明の第４の実施形態における送信装置１３０の一構成例を示すブロック図である。送信装置１３０は、図６に示した送信装置１００における電力増幅部３００に代えて、信号切替部４４０を有する電力増幅部７５０を備える。なお、出力フィルタ４１０およびアンテナ４２０は、図６に示したものと同様のものでるため、同一符号を付して、ここでの説明を省略する。
【０２７２】
信号変調部２００は、図６で述べたとおり、２値の飽和レベルのうち入力信号の振幅成分に応じた飽和レベルでその振幅成分にデルタシグマ変調を施したパルス変調信号と、位相変調信号とを乗算することにより、変調信号を生成する。この変調信号は、パルス変調信号の「０．５」および「１．０」の２値のパルス高さに応じて振幅レベルが離散的に変化する信号である。
【０２７３】
なお、信号変調部２００の構成は、図６に示したものと同様であるため、図６と同一符号を付してここでの説明を省略する。
【０２７４】
電力増幅部７５０は、信号変調部２００により生成された変調信号を増幅する電力増幅手段である。電力増幅部７５０は、信号切替部４４０と、増幅器７３１および７３２と、電力合成器７４０と、を備える。電力合成器７４０は、図１７に示したものと同様のものであるため、同一符号を付してここでの説明を省略する。
【０２７５】
また、増幅器７３１および７３２は、図１７に示したものと同様の増幅手段または動作増幅手段である。増幅器７３１は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号を増幅する。増幅器７３１は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号に対応する増幅器である。
【０２７６】
増幅器７３２は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を増幅する。増幅器７３２は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」以上のときの変調信号に対応する増幅器である。
【０２７７】
信号切替部４４０は、信号線２０９からの変調信号の振幅レベルに基づいて、増幅器７３１および７３２にそれぞれ供給する信号を生成する供給手段である。信号切替部４４０は、信号線４４８を介して、信号線２０９からの変調信号を増幅器７３１に供給する。
【０２７８】
また、信号切替部４４０は、信号線４４９を介して、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号のみを抽出して、その抽出された変調信号を、増幅器７３２に供給する。
【０２７９】
第４の実施形態では、信号切替部４４０は、例えば、信号線２０９からの変調信号の振幅レベルを検出する。そして、信号切替部４４０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．０」または「０．５」のときの変調信号が供給された場合には、パルス変調信号のパルス高さが「０．０」のときの変調信号を増幅器７３２に供給する。
【０２８０】
一方、信号切替部４４０は、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号が供給された場合には、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」のときの変調信号を増幅器７３２に供給する。
【０２８１】
信号切替部４４０は、パルス変調信号のパルス高さが「０．５」以上のときの変調信号を増幅器７３１に供給し、パルス変調信号のパルス高さが「１．０」以上のときの変調信号を増幅器７３２に供給する。ここで、信号切替部４４０から信号線４４８および４４９に供給される変調信号の一例を図１９に示す。
【０２８２】
図１９ａは、信号切替部４４０から信号線４４８に供給された変調信号の一例を示す図である。図１９ｂは、信号切替部４４０から信号線４４９に供給された変調信号の一例を示す図である。なお、図１９ａおよび１９ｂは、横軸を共通の時間軸とし、縦軸を振幅の大きさとしている。
【０２８３】
本発明の第４の実施形態によれば、信号切替部４４０が、変調信号の離散的な振幅レベルと１対１で対応する増幅器７３１および７３２に対し、その対応する振幅レベル以上の変調信号を、それぞれの増幅器７３１および７３２に供給する。これにより、送信装置１３０は、第３の実施形態と同様に、１つのＤ級増幅器により変調信号を増幅する場合に比べて、入力信号の振幅成分が小さい領域では、片側の増幅器７３１しか動作しないため、固定的な電力損失が小さくなり、高い電力効率を得ることができる。
【０２８４】
また、第４の実施形態では、第３の実施形態に比べて、スイッチ７２１および７２２を設ける必要がないため、電力増幅部７５０の回路規模を抑制することができる。すなわち、大きなバックオフを取っても、高い電力効率を維持することができる。
【０２８５】
このように、本発明の各実施形態における送信装置は、入力信号の振幅の大きさに応じて動作する増幅器の数を変化させ、入力信号の振幅が小さいときは１つの増幅器のみを動作させ、入力信号の振幅が大きくなるにつれて動作する増幅器の数を増やすことができる。これにより、入力信号の振幅の大きさに応じて電力増幅部全体の飽和出力電力（あるいは電力増幅部全体のサイズ）を最適に切り替えることができる。
【０２８６】
また、本発明の各実施形態における送信装置では、増幅器に入力される信号が、入力信号の振幅情報をオンの期間とオフの期間とのデューティ比で表現されるので、個々の増幅器がＤ級増幅器の場合、Ｄ級増幅器は、入力信号がオンの期間は、理想的には効率１００％で変調信号を増幅し、オフの期間は消費電力を消費しない。よって、送信装置は、送信装置全体としても、理想的には、常に効率１００％で動作する。
【０２８７】
また、各実施形態における送信装置は、Ｄ級増幅器に有限の損失があっても、入力信号の振幅に応じて動作増幅器の数を最適に変えるため、入力信号が小さい領域でもスイッチング損失の影響を相対的に小さくすることができる。
【０２８８】
なお、本実施形態では、信号変調部２００および６００が、入力信号の振幅成分に基づいて、２値および３値の離散的な振幅レベルを有する変調信号を生成する例について説明したが、４値以上の離散的な振幅レベルを有する変調信号を生成してもよい。これにより、アンテナ４２０から出力される出力信号の波形歪みをさらに低減することができる。
【０２８９】
なお、本実施形態では、電力増幅部が、変調信号の離散的な振幅レベルの数と等しい増幅器を有する例について説明したが、電力増幅部は、変調信号の離散的な振幅レベルの数以上の数の増幅器を有してもよい。この場合においても、電力増幅部は、入力信号が小さくなるにつれて、動作増幅器の数を減らすことにより、電力増幅部における増幅器のスイッチングに起因する電力損失を低減することができる。このため、送信装置は、電力増幅部の電力効率の低下を抑制することができる。
【０２９０】
以上説明した各実施形態において、図示した構成は単なる一例であって、本発明はその構成に限定されるものではない。
【０２９１】
この出願は、２００９年１２月８日に出願された日本出願特願２００９−２７８３９９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。
【符号の説明】
【０２９２】
１００、１１０、１２０、１３０  送信装置
２００、６００  信号変調部
２０１、６０１  パルス変調信号生成部
２０２、６９０  変調信号生成部
２１０、６１０  信号生成部
２２０  極座標変換部
２３０  振幅変調部
２３１  利得設定部
２３２、２３３  利得乗算部
２４０  周波数変換部
２５０  積算部
２６０  デルタシグマ変調器
２６１、２６３  加算器
２６２、２６４  積分器
２６５  量子化器
２６６  デジタルアナログ変換器
２６７、２６８  乗算器
３００、５００、７００、７５０  電力増幅部
３１０、５１０、７１０  電力分配器
３２０、３５０、５２０、５５０、５７０、７３１、７３２  増幅器
３３０、３４０、５３０、５４０、５８０  １／４波長伝送線路
３６０、５９０、５９１  合成部
４１０  出力フィルタ
４２０  アンテナ
４３０、４４０  信号切替部
５６０  １／２波長伝送線路
６０２  積算信号生成部
６２０  振幅算出部
６３０  同相成分変調部
６４０、６７０  積算器
６５０  クロック信号生成部
６６０  直交成分変調部
６８０  遅延器
７２０  供給部
７２１、７２２  スイッチ
７４０  電力合成器
【図１】
0005609890.tif 000002
【図２】
0005609890.tif 000003
【図３】
0005609890.tif 000004
【図４】
0005609890.tif 000005
【図５】
0005609890.tif 000006
【図６】
0005609890.tif 000007
【図７ａ】
0005609890.tif 000008
【図７ｂ】
0005609890.tif 000009
【図７ｃ】
0005609890.tif 000010
【図７ｄ】
0005609890.tif 000011
【図７ｅ】
0005609890.tif 000012
【図８】
0005609890.tif 000013
【図９ａ】
0005609890.tif 000014
【図９ｂ】
0005609890.tif 000015
【図１０ａ】
0005609890.tif 000016
【図１０ｂ】
0005609890.tif 000017
【図１０ｃ】
0005609890.tif 000018
【図１１】
0005609890.tif 000019
【図１２】
0005609890.tif 000020
【図１３ａ】
0005609890.tif 000021
【図１３ｂ】
0005609890.tif 000022
【図１３ｃ】
0005609890.tif 000023
【図１３ｄ】
0005609890.tif 000024
【図１３ｅ】
0005609890.tif 000025
【図１３ｆ】
0005609890.tif 000026
【図１４】
0005609890.tif 000027
【図１５ａ】
0005609890.tif 000028
【図１５ｂ】
0005609890.tif 000029
【図１５ｃ】
0005609890.tif 000030
【図１５ｄ】
0005609890.tif 000031
【図１５ｅ】
0005609890.tif 000032
【図１６】
0005609890.tif 000033
【図１７】
0005609890.tif 000034
【図１８】
0005609890.tif 000035
【図１９ａ】
0005609890.tif 000036
【図１９ｂ】
0005609890.tif 000037