(57)【要約】本発明は、無線周波数信号を増幅する方法と、モード切り替え形の電力増幅デバイスと、このような電力増幅デバイスを備えた無線送信デバイスとに関する。モード切り替え形の電力増幅デバイス（１０）は、包絡線信号入力部（Ｅｌ）と、算術合成ユニット（ＳＵＢ）と、増幅ユニット（ＰＡ）と、帰還パスとを備える。算術合成ユニット（ＳＵＢ）は、包絡線信号入力部と変調ユニット（ＰＷＭ）との間に接続される。変調ユニット（ＰＷＭ）は、算術合成ユニットから出力される変形包絡線信号（Ｅ’）で搬送波（Ｃ）を変調して変調信号を得るように構成される。増幅ユニット（ＰＡ）は、変調ユニットに接続され、出力信号（Ｏ）を生成する。帰還パスは、増幅ユニット（ＰＡ）と算術合成ユニット（ＳＵＢ）との間に接続される。帰還パスは、出力信号（Ｏ）のフィルタリングを行うための低域通過フィルタ（ＬＰＦ）と、フィルタリングした信号（Ｖｆ）を処理し、無線周波数振幅の推定値（ＡＥ）を得てそれを算術合成ユニットに供給するための信号処理ユニット（ＤＳＰ）とを備える。
2009543433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を増幅する方法であって、
包絡線信号（Ｅ）を受信するステップ（１４）と、
修正された包絡線信号（Ｅ’）を取得するために、前記包絡線信号（Ｅ）と、推定された無線周波数振幅（ＡＥ）とを算術的に合成するステップ（１６）と、
変調された信号を取得するために、搬送波（Ｃ）と、前記修正された包絡線信号（Ｅ’）とを変調するステップ（２０）と、
出力信号（Ｏ）を取得するために、前記変調された信号を増幅するステップ（２２）と、
前記出力信号（Ｏ）をローパスフィルタリングするステップ（２６）と、
前記推定された無線周波数振幅（ＡＥ）を取得するために、前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップは、前記出力信号（０）の振幅を基礎として実行される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記出力信号の振幅は、前記変調された信号を増幅するために使用される供給電圧（Ｖｄｄ）として設定される
ことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップは、前記推定された無線周波数振幅のフーリエ展開に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記推定された無線周波数振幅は、次式を通して取得され、
ＡＥ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｆ／Ｖｄｄ）
ここで、Ｖｆはローパスフィルタリングされた信号であり、Ｖｄｄは前記出力信号の振幅であり、ＡＥは前記推定された無線周波数振幅である
ことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップは、デジタル信号について実行され、
前記変調された信号と前記出力信号とは、アナログ信号である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記包絡線信号と前記変調された包絡線信号とを処理するステップは、前記搬送波（Ｃ）を使用して該信号をパルス幅変調するステップを含む
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
モード切り替え形の電力増幅デバイスであって、
包絡線信号の入力部（ＥＩ）と
前記包絡線信号の入力部（ＥＩ）に接続された第１の入力部を備え、修正された包絡線信号（Ｅ’）を提供する算術的合成ユニット（ＳＵＢ）と、
前記修正された包絡線信号（Ｅ’）を受信し、受信した該修正された包絡線信号（Ｅ’）を搬送波（Ｃ）と変調して、変調された信号を生成する変調ユニット（ＰＷＭ）と、
前記変調ユニットに接続され、前記変調された信号を増幅して出力信号（Ｏ）を生成する増幅ユニット（ＰＡ）と、
前記増幅ユニット（ＰＡ）の出力部と、前記算術的合成ユニット（ＳＵＢ）が備える第１の入力部との間に接続された帰還パスと
を備え、
前記帰還パスは、
前記出力信号をローパスフィルタリングするローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、
前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理して、推定された無線周波数振幅（ＡＥ）を生成し、前記算術的合成ユニットの前記第２の入力部へ供給する少なくとも１つの信号処理ユニット（ＤＳＰ）と
を備えることを特徴とする電力増幅デバイス。
【請求項９】
前記信号処理ユニットは、前記出力信号（Ｏ）の振幅を受信し、該振幅を基礎として前記推定された無線周波数振幅を生成する
ことを特徴とする請求項８に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１０】
前記信号処理ユニットは、
前記出力信号（Ｏ）の振幅として、前記増幅ユニット（ＰＡ）によって使用される供給電圧（Ｖｄｄ）を受け入れる
ことを特徴とする請求項９に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１１】
前記ローパスフィルタリングされた信号の処理は、前記推定された無線周波数振幅についてのフーリエ展開に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１２】
前記推定された信号パルス振幅は、次式を通して取得され、
ＡＥ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｆ／Ｖｄｄ）
ここで、Ｖｆはローパスフィルタリングされた信号であり、Ｖｄｄは前記出力信号の振幅であり、ＡＥは前記推定された無線周波数振幅である
ことを特徴とする請求項９または１１に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１３】
前記帰還パス内に設けられ、前記信号処理ユニットへデジタル信号を供給する少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２）と、
前記変調ユニットがアナログ信号を受信することになるようにするＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）と
をさらに備え、
前記信号処理ユニットは、デジタル信号処理ユニット（ＤＳＰ）である
ことを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか１項に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１４】
前記Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）は、前記帰還パス内であって、前記信号処理ユニットと前記算術的合成ユニットとの間に接続されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１５】
前記Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）は、前記算術的合成ユニットと前記変調ユニットとの間に接続されている
ことを特徴とする請求項１３に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１６】
前記変調ユニット（ＰＷＭ）は、パルス幅変調ユニットである
ことを特徴とする請求項８ないし１５のいずれか１項に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１７】
無線送信装置であって、
請求項８ないし１６のいずれか１項に記載の電力増幅デバイス
を備えたことを特徴とする無線送信装置。
【請求項１８】
前記無線送信装置は基地局である
ことを特徴とする請求項１７に記載の無線送信装置。
【請求項１９】
前記無線送信装置は移動局である
ことを特徴とする請求項１７に記載の無線送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチモード（モード切り替え）形の無線周波数電力増幅器の分野に関する。より詳細に、本発明は、無線周波数信号を増幅する方法と、モード切り替え形の電力増幅デバイスと、このような電力増幅デバイスを備えた無線送信デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ（無線周波数）電力増幅器には、効率と線形性との間の兼ね合いが存在する。もし高い線形性が要求されるならば、低い効率という犠牲の下にＡ級増幅器を使用することができる。一定包絡線の信号が送信されるとし、線形性が決定的要因でない場合には、効率の高いモード切り替え形の（Ｄ級、Ｅ級、または、Ｆ級）増幅器を使用することができる。
【０００３】
一定でない包絡線の信号を増幅するモード切り替え形の電力増幅器の使用を可能にする多くの技術が存在する。このような技術は、移動電話システムにおける基地局に、また、第２．５世代およびそれ以降のシステムで動作するセルラ電話機において使用されている。非特許文献１に記述されている技術は、一例としてあげることができ、包絡線除去および復元（ＥＥＲ、ｅｎｖｅｌｏｐｅ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ）の技術である。これは、モード切り替え形の電力増幅器は一定包絡線の信号で動作し、ＤＣ−ＤＣ変換器を使用して電源電圧（ｓｕｐｐｌｙ  ｖｏｌｔａｇｅ）の変調を行うことにより振幅変調を実現する。この技術の主な欠点は、高効率で寄生信号発生量が少ない高速なＤＣ−ＤＣ変換器が必要であるという点である。増幅器の位相シフトが電圧に依存し、出力振幅が電源電圧に正確には比例しないので、システムの線形性もまた問題点として残る。信号が大きな振幅変動を伴うときには、この問題点が強調される。この場合は、プリディストーション等の線形化技術を適用して線形性を改善することができる。
【非特許文献１】Ｌ．Ｒ．Ｋａｈｎ、「Ｓｉｎｇｌｅ  ｓｉｄｅｂａｎｄ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｂｙ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ  ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＩＲＥ、第４０巻、８０３〜８０６ページ、１９５２年７月
【非特許文献２】Ｊ．Ｋｅｔｏｌａ、他、「Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｕｔｉｌｉｓｉｎｇ  Ｂａｎｄｐａｓｓ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｍｏｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ＩＳＣＡＳ２００４、Ｉ−６３３〜６３６ページ、
【非特許文献３】Ｊ．Ｓｏｍｍａｒｅｋ、他、「Ａ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｂａｎｄｐａｓｓ  Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＥＳＳＣＩＲＣ２００４、１５９〜１６２ページ
【非特許文献４】Ｙ．Ｗａｎｇ、「Ａ  Ｃｌａｓｓ−Ｓ  ＲＦ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ａｒｃｈｔｅｃｔｕｒｅ  ｗｉｔｈ  ｅｎｖｅｌｏｐｅ  ｄｅｌｔａ−ｓｉｇｍａ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ＲＡＷＣＯＮ２００２、１７７−１７９ページ
【非特許文献５】Ｙ．Ｓ．Ｊｅｏｎ、他、「Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｌｉｎｅａｒ  ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  ｕｓｉｎｇ  ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ−ｌｏｃｋｅｄ  ｐｕｌｓｅｄ  ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ」、ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１５巻、第４号、２１４−２１６ページ、２００５年４月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現行の解決策に関する主な問題点は、第２．５世代およびそれ以降のシステムに対する必要な線形性に関する要求条件は満足するものの、高効率を得ることができない点である。効率を改善する１つの手法は、ＥＥＲにおけるＤＣ−ＤＣ変換器を取り除くことであろう。これは、モード切り替え形の電力増幅器の前にデルタシグマ変調器を使用することにより達成することができる。これは、例えば、非特許文献２および非特許文献３に述べられている。いくつかの場合には、変調器の効果は、出力フィルタを用いずに単に電源電圧を開閉（オンオフ）するだけのＤＣ−ＤＣ変換器を使用していると見なすことができる。例えば、非特許文献４および非特許文献５を参照されたい。これらの方法では、多くの量の寄生信号が発生するであろうから、強い寄生信号が送信されないようにし、寄生信号が他のチャネルで受信されるのを防ぐことを保証できる変調器とアンテナフィルタを、いかにして実現するかが必須な課題である。どのように変調器が動作するかによって、非線形性を引き起こす種々の異なる機構が存在するであろう。従って、線形性を改善する技術が必須である。
【０００５】
従って、モード切り替え形の電力増幅器の線形性を改善する必要がある。
【０００６】
本発明は、よい線形動作を行う、電力効率のよい無線周波数信号の送信技術の提供を可能にすることを目的としている。
【０００７】
本発明の一つの目的は、無線周波数信号を増幅する方法を提供することであり、これにより、よい線形動作を示す、電力効率のよい無線周波数信号の送信技術を提供することが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の視点に従えば、これは、無線周波数信号を増幅する方法であって、
包絡線信号を受信するステップと、
無線周波数信号の振幅推定値と包絡線信号とを算術的に合成し、変形された包絡線信号（変形包絡線信号）を取得するステップと、
変形包絡線信号で搬送波を変調し変調信号を得るステップと、
前記変調信号を増幅し出力信号を取得するステップと、
出力信号を低域通過フィルタでフィルタリングするステップと、
フィルタリングした信号を処理し無線周波数信号の振幅推定値を取得するステップと
を備える方法によって達成される。
【０００９】
本発明の別の目的は、よい線形動作を示すモード切り替え形の電力増幅デバイスを提供することである。
【００１０】
本発明の第２の視点に従えば、これは、モード切り替え形の電力増幅デバイスであって、
包絡線信号入力と、
包絡線信号入力に接続された第１の入力を有し、変形包絡線信号を出力する算術合成（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ）ユニットと、
変形包絡線信号を受信し、この信号で搬送波を変調し変調信号を取得するように構成された変調ユニットと、
変調ユニットに接続され、前記変調信号を増幅し出力信号を取得するための増幅ユニットと、
増幅ユニットの出力と算術合成ユニットの第２の入力とに接続された帰還パスであって、
出力信号を低域通過フィルタリングする低域通過フィルタと、
フィルタリングした信号を処理し、無線周波数信号の振幅推定値を取得して、それを算術合成ユニットの第２の入力に供給する、少なくとも１つの信号処理ユニットと
を備える帰還パスと
を備えるモード切り替え形の電力増幅デバイスによって達成される。
【発明の効果】
【００１１】
電力増幅デバイスは、基地局または移動局等の無線送信デバイスに提供することができれば利点が得られる。
【００１２】
本発明は以下の利点を有する。本発明は、より線形性の高い動作モードを提供する。同時に、高い効率を有する。本発明に従えば、出力信号の低周波数成分を測定する。その測定値はＲＦ出力に関連しており、その測定値からＲＦ振幅を算出することができ、それが帰還される。帰還構造はさらに簡単であり、ＲＦ出力自体ではなくて、ＲＦ出力信号の低周波成分を測定することにより達成される。これにより電力消費を低減することができる。帰還は、低い出力振幅の時に生成される非常に短いパルスに対して完全には導通状態にならないスイッチによって生ずる歪を抑圧することに対し、特に有効であろう。
【００１３】
本明細書において使用する「備える／備えている」という用語は、言及する特徴、ステップ、または要素の存在を規定するために使用されるが、１つ以上の他の特徴、ステップ、要素、またはそれらの組み合わせの存在または追加を排除するものではない、という点が強調されるべきである。
【００１４】
本発明は添付の図面に関連して、以下により詳細に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、例えば、第２．５世代およびそれ以降のネットワーク等の、無線ネットワークにおける通信において、有利に使用することができるモード切り替え形のＲＦ（無線周波数）電力増幅器に関する。ＲＦ電力増幅器には、高い効率が要求された場合にはよい線形性が得られないという問題がある。本発明は、このような増幅器の線形性を改善することを目的とする。同時に高い効率も確保される。
【００１６】
図１のブロック図は、このようなモード切り替え形の電力増幅デバイス１０を示す。電力増幅デバイス１０は、点線の箱の中に示され、この中には多くの異なるユニットが含まれる。電力増幅デバイス１０には、包絡線信号入力部Ｅｌを備え、包絡線信号入力部Ｅｌは算術合成ユニットの第１の入力部に接続されている。算術合成ユニットは、本実施形態では減算ユニットＳＵＢである。減算ユニットＳＵＢは、増幅段ＡＶの入力部に接続された出力部を有し、増幅段ＡＶは変調ユニットＰＷＭの入力部に接続された出力部を有する。変調ユニットＰＷＭは、本実施形態ではパルス幅変調ユニットであり、第２の入力部を介して、搬送波Ｃも入力される。搬送波Ｃは、送信されるべき無線周波数と等しい周波数を有し、位相情報の成分を持つ。変調ユニットＰＷＭは、また、増幅ユニットＰＡの入力部に接続された出力部を有し、増幅ユニットＰＡはこのデバイスの電力増幅段である。増幅ユニットＰＡは、電源電圧Ｖｄｄが入力され、帯域通過フィルタＢＰＦの入力部に接続された出力部を有する。帯域通過フィルタＢＰＦは、続いて、アンテナ１２に接続された出力部を有する。帯域通過フィルタＢＰＦおよびアンテナ１２は、ここでは電力増幅デバイス１０の一部分ではない。減算ユニットＳＵＢは第２の入力部を有し、帰還パスは増幅ユニットＰＡの出力部と減算ユニットＳＵＢの第２の入力部との間に接続される。この帰還パスは低域通過フィルタＬＰＦを含み、低域通過フィルタＬＰＦは、増幅ユニットＰＡの出力部に接続される入力部と、第１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１の入力部に接続された出力部とを有する。第１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１の出力部は、信号処理ユニットＤＳＰの第１の入力部に接続される。さらに第２のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２があり、その入力部には同じ電源電圧Ｖｄｄが入力される。第２のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２は、信号処理ユニットＤＳＰの第２の入力部に接続される出力部を有する。信号処理ユニットＤＳＰは、本実施形態ではデジタル信号処理ユニットである。信号処理ユニットＤＳＰは、Ｄ／Ａ変換器Ｄ／Ａの入力部に接続された出力部を有する。Ｄ／Ａ変換器Ｄ／Ａは、続いて、減算ユニットＳＵＢの第２の入力部に接続される。
【００１７】
以下では、操作の方法を記述するフローチャートを示す図２を参照して、モード切り替え形の電力増幅デバイス１０の機能を説明する。
【００１８】
全てがステップ１４から開始され、ステップ１４において、本実施形態ではアナログ形式の包絡線信号Ｅが包絡線信号入力部Ｅｌで受信される。ステップ１６において、この包絡線信号Ｅは算術合成ユニットＳＵＢに供給され、算術合成ユニットＳＵＢでは包絡線信号Ｅを、無線周波数振幅の推定値ＡＥと算術的に合成する。本実施形態では、包絡線信号Ｅから無線周波数振幅の推定値ＡＥを減算して変形した包絡線信号（変形包絡線信号）Ｅ’を得る。この変形包絡線信号Ｅ’は、包絡線誤差信号と見ることもできる。どのようにして無線周波数振幅の推定値ＡＥを導出するかは、後に記述することにする。ステップ１８において、変形包絡線信号Ｅ’は増幅段ＡＶに供給され、そこで利得ＡＶにて増幅される。その結果得られた信号はその後に変調ユニットＰＷＭに供給され、そこで、搬送波Ｃに変調が加えられる。本実施形態では、ステップ２０において、変調はパルス幅変調により実行される。搬送波Ｃは、電力増幅デバイス１０を使用して送信されるべきデータで位相変調される。ここでは、位相情報はパルスの位置を変調することにより加えられる。そして、ステップ２２において、パルス幅変調された信号は増幅ユニットＰＡに供給され、ＰＷＭ信号の増幅が行われる。このユニットＰＡは、電源電圧Ｖｄｄで給電され、従って、Ｖｄｄの振幅を有するＰＷＭパルスを出力する。増幅されたＰＷＭ信号は、ステップ２４において、出力信号Ｏとして出力され、帯域通過フィルタＢＰＦによりフィルタリングが行われ、アンテナ１２に導かれて受信デバイスに送信される。ステップ２６においては、出力信号は、また、低域通過フィルタＬＰＦに供給され、出力信号Ｏの低周波成分が抽出される。このようにして、フィルタリングされた信号Ｖｆが得られる。フィルタリングされた信号Ｖｆは、さらに第１のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ１に供給され、そこで、フィルタリングされたアナログ形式の信号Ｖｆはデジタル形式に変換される。デジタル形式のフィルタリングされた信号Ｖｆは、さらに信号処理ユニットＤＳＰに供給される。また信号処理ユニットＤＳＰには、第２のＡ／Ｄ変換器Ａ／Ｄ２を介してデジタル形式の電源電圧Ｖｄｄが入力される。ステップ２８において、信号処理ユニットＤＳＰはフィルタリングされた信号Ｖｆを電源電圧と共に処理し、無線周波数振幅の推定値ＡＥ、すなわち、アンテナのＲＦ振幅を得る。また、この無線周波数振幅の推定値ＡＥは、出力信号Ｏの包絡線の推定値と見ることができる。処理がどのように行われるかの詳しい説明を簡潔に述べる。信号処理ユニットＤＳＰは振幅の推定値ＡＥをＤ／Ａ変換器Ｄ／Ａに供給し、振幅の推定値ＡＥはアナログ形式に変換される。振幅の推定値ＡＥはその後、ステップ１６において減算ユニットＳＵＢに供給される。減算ユニットＳＵＢは振幅の推定値ＡＥを使用して包絡線信号Ｅを変形し、変形包絡線信号Ｅ’を得る。そして、帰還ループは閉じられる。これにより出力信号Ｏをより線形にすることができる。
【００１９】
どのようにして無線周波数振幅の推定値を得ることができるかに関し、以下に記述する。
【００２０】
最初に、増幅ユニットＰＡからの出力信号Ｏについて、パルス幅は固定値ｔｐ、パルス周期は固定値Ｔｐｅｒである理想的な周期信号であると仮定する。従って、もし、電力増幅ユニットＰＡがＰＷＭ信号を最大Ｖｄｄのレベルまで増幅するとすれば、それぞれのパルスはＶｄｄに等しい振幅を有するであろうから、増幅ユニットＰＡからの出力信号のＤＣレベルは、次式で求めることができる。
Ｖｄｃ＝Ｖｄｄ＊（ｔｐ／Ｔｐｅｒ）
無線周波数の基本周波数成分の振幅Ａは、フーリエ展開を使用して次式のように求めることができる。
Ａ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊ｔｐ／Ｔｐｅｒ）
従ってこれは、基本周波数では、
Ａ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｄｃ／Ｖｄｄ）
と表されることを意味する。
【００２１】
上式から分かるように、もし、ＤＣ出力電圧Ｖｄｃと電源電圧Ｖｄｄとを知ることができれば、基本周波数の振幅は計算することができる。高周波で動作している実際のモード切り替え形の電力増幅デバイスでは、出力電圧は理想状態ではないが、それでも、無線周波数の基本周波数成分の振幅は、出力ＤＣ電圧から推定することが可能である。変調信号を使用する場合には、ＲＦ振幅は、上記で述べた低域通過フィルタを使用して出力信号から導出した低周波出力Ｖｆに基づいて推定することができる。
【００２２】
従って、理想値より低い出力電圧に対しては、無線周波数振幅の推定値は次式より求めることができる。
ＡＥ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｆ／Ｖｄｄ）
出力信号の振幅がＶｄｄと異なる場合には、上式では、その振幅が代わりに使用されなければならない。モード切り替え形の電力増幅デバイスの中での非線形のメカニズムに対する修正を行うために、上記の表現の中で修正項を使用することができる。信号処理ユニットは、信号の変調帯域幅に関連した帯域幅を有する信号を処理するので、振幅の推定はデジタル回路を使用して実行するのが有利である。
【００２３】
しかしながら、ＲＦ振幅の推定はアナログ信号を使用して実行することもできると理解されるべきである。この場合は、Ｄ／Ａ変換ユニットとＡ／Ｄ変換ユニットとは必要ではないであろう。また、デジタル値の包絡線信号を使用することも可能であり、この場合には、Ｄ／Ａ変換ユニットは減算ユニットＳＵＢと増幅段ＡＶとの間に移動させることができる。
【００２４】
ＤＳＰに出力信号の低周波数成分と電源電圧との両方に関する情報を供給することにより、ＤＳＰは、電源電圧の変動によらずにＲＦ出力振幅を推定することができる。増幅段ＡＶの利得ＡＶは、十分に高いループ利得が達成できるように設定されるが、安定に関する問題が生ずるほどには高く設定はされない。低域通過フィルタは、（周波数依存性のある）増幅段ＡＶとともに動作し、例えばドミナントポールを導入することにより、利得を整形して安定性を保証する役割を果たす。
【００２５】
パルス幅変調ユニット（ＰＷＭ）は多くの異なる方法によって実現することができる。１つの方法では、搬送波周波数での（位相変調された）三角波を生成する積分器を使用する方法である。さらに、比較器がこの三角波を増幅段ＡＶからの信号と比較するのに使用される。比較器の出力はＰＷＭ信号である。別の代替的方法は、位相変調された搬送波を、増幅段ＡＶからの信号によって制御される２つの時間遅延ユニットに供給する方法である。もし、２つの時間遅延が反対の特性を有するならば、すなわち、制御信号の変化に対して、一方の時間遅延が増加し他方の時間遅延が減少し、その量が同じであれば、その２つの遅延信号をＡＮＤゲートに通すことによりＰＷＭ信号が生成される。
【００２６】
電力増幅デバイス１０の上記で述べた動作は、いくつかの利点を有する。それは、より線形性の良い動作モードを提供する。同時に高い効率を有する。従って、良い線形動作を行う電力効率の高い無線周波数送信技術を提供することが可能になる。この構成では、ＲＦ出力に関連する、出力信号の低周波成分が測定され、そして、その測定値からＲＦ振幅を算出し、それを帰還することができる。帰還構造はさらに簡単であり、帰還は、ＲＦ出力そのものを測定するのではなくて、出力信号の低周波成分を測定することにより達成される。それは、結果として、電力消費を低減することになる。帰還は、低い出力振幅のときに生成される非常に短いパルスに対しては完全には導通状態にならないスイッチによって生ずる歪を抑圧することに対し、特に有効であろう。
【００２７】
デルタシグマ変調（ＤＳＭ）の代わりにパルス幅変調（ＰＷＭ）を使用することにより、多量の量子化雑音と帯域内寄生信号（干渉）の発生が回避される。デルタシグマ変調器では多量の量子化雑音が発生し、それは非常に高いクロック周波数を使用することによってのみ抑圧することができるが、本質的に電力が必要である。パルス幅変調は、その簡単さ故に、非常に電力効率がよい。さらに、変調が簡単なので、出力段のスイッチ遷移の数は非常に少なくて済む。これは、また、アンテナの前に配置される帯域通過フィルタの設計を簡単にし、費用と電力消費との両方を低減することができる。
【００２８】
本発明に従った電力増幅デバイスは、基地局と移動局とのいずれか、または両方に設備することができる。図３はこのような基地局３２の一例を示す。基地局３２は広域ネットワークＮの中で移動局３４と通信を行っている。ここでは、これら双方に、本発明に従った電力増幅デバイスが設備されている。移動局は、図４に示されるセルラ電話機であってよい。
【００２９】
本発明には、これまでに挙げた形態に加えて、多くの更なる変形を与えることができる。増幅段ＡＶを取り除くこともできる。算術合成ユニットは、本明細書では減算ユニットとして記述された。それは、また、加算ユニットの形で設備されてもよい。変調ユニットはＰＷＭ変調ユニットであることに限定されず、例えば、デルタシグマ変調ユニットであってもよい。上記で記述した実施形態では、電源電圧が信号振幅の推定の際に使用された。これは殆ど余分の回路素子が必要ないので有利である。しかしながら、他の方法によって出力信号の振幅を求めることも可能である。あるいは、もし、電源電圧が十分に安定であれば、それを測定する必要はない。このことは、電源電圧に関する情報をデジタル信号処理ユニットの中に記憶しておき、それにより第２のＡ／Ｄ変換器の必要性を除去することができることを意味している。
【００３０】
本発明は特定の実施形態に関連づけて記述されてきたが、本明細書に記載された特定な形式に限定することは意図しない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に従ったモード切り替え形の電力増幅デバイスのブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に従った、無線周波数信号を増幅する方法のフローチャートである。
【図３】相互に通信を行っている２つの無線送信デバイスを示す図である。ここに、２つの無線送信デバイスは１つの基地局と１つの移動局であり、それぞれは本発明に従った電力増幅デバイスを含むことができる。
【図４】セルラ電話機の形をした移動局の正面図である。
【図１】
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【図２】
2009543433.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月14日(2008.4.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線周波数信号を増幅する方法であって、
包絡線信号（Ｅ）を受信するステップ（１４）と、
修正された包絡線信号（Ｅ’）を取得するために、前記包絡線信号（Ｅ）と、推定された無線周波数振幅（ＡＥ）とを算術的に合成するステップ（１６）と、
変調された信号を取得するために、搬送波（Ｃ）と、前記修正された包絡線信号（Ｅ’）とを変調するステップ（２０）と、
出力信号（Ｏ）を取得するために、前記変調された信号を増幅するステップ（２２）と、
前記出力信号（Ｏ）をローパスフィルタリングするステップ（２６）と、
前記算術的に合成するステップ（１６）において使用されることになる前記推定された無線周波数振幅（ＡＥ）を取得するために、前記出力信号（０）の振幅も基礎として前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記出力信号の振幅は、前記変調された信号を増幅するために使用される供給電圧（Ｖｄｄ）として設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップは、前記推定された無線周波数振幅のフーリエ展開に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記推定された無線周波数振幅は、次式を通して取得され、
ＡＥ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｆ／Ｖｄｄ）
ここで、Ｖｆはローパスフィルタリングされた信号であり、Ｖｄｄは前記出力信号の振幅であり、ＡＥは前記推定された無線周波数振幅である
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理するステップは、デジタル信号について実行され、
前記変調された信号と前記出力信号とは、アナログ信号である
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記包絡線信号と前記変調された包絡線信号とを処理するステップは、前記搬送波（Ｃ）を使用して該信号をパルス幅変調するステップを含む
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
モード切り替え形の電力増幅デバイスであって、
包絡線信号の入力部（ＥＩ）と
前記包絡線信号の入力部（ＥＩ）に接続された第１の入力部を備え、修正された包絡線信号（Ｅ’）を提供する算術的合成ユニット（ＳＵＢ）と、
前記修正された包絡線信号（Ｅ’）を受信し、受信した該修正された包絡線信号（Ｅ’）を搬送波（Ｃ）と変調して、変調された信号を生成する変調ユニット（ＰＷＭ）と、
前記変調ユニットに接続され、前記変調された信号を増幅して出力信号（Ｏ）を生成する増幅ユニット（ＰＡ）と、
前記増幅ユニット（ＰＡ）の出力部と、前記算術的合成ユニット（ＳＵＢ）が備える第１の入力部との間に接続された帰還パスと
を備え、
前記帰還パスは、
前記出力信号をローパスフィルタリングするローパスフィルタ（ＬＰＦ）と、
前記出力信号（Ｏ）の振幅を受信し、該振幅を基礎として前記ローパスフィルタリングされた信号（Ｖｆ）を処理して、推定された無線周波数振幅（ＡＥ）を生成し、該推定された無線周波数振幅（ＡＥ）を前記算術的合成ユニットの前記第２の入力部へ供給する少なくとも１つの信号処理ユニット（ＤＳＰ）と
を備えることを特徴とする電力増幅デバイス。
【請求項８】
前記信号処理ユニットは、
前記出力信号（Ｏ）の振幅として、前記増幅ユニット（ＰＡ）によって使用される供給電圧（Ｖｄｄ）を受け入れる
ことを特徴とする請求項７に記載の電力増幅デバイス。
【請求項９】
前記ローパスフィルタリングされた信号の処理は、前記推定された無線周波数振幅についてのフーリエ展開に基づいて実行される
ことを特徴とする請求項７または８に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１０】
前記推定された信号パルス振幅は、次式を通して取得され、
ＡＥ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｆ／Ｖｄｄ）
ここで、Ｖｆはローパスフィルタリングされた信号であり、Ｖｄｄは前記出力信号の振幅であり、ＡＥは前記推定された無線周波数振幅である
ことを特徴とする請求項７または９に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１１】
前記帰還パス内に設けられ、前記信号処理ユニットへデジタル信号を供給する少なくとも１つのＡ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ１、Ａ／Ｄ２）と、
前記変調ユニットがアナログ信号を受信することになるようにするＤ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）と
をさらに備え、
前記信号処理ユニットは、デジタル信号処理ユニット（ＤＳＰ）である
ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１２】
前記Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）は、前記帰還パス内であって、前記信号処理ユニットと前記算術的合成ユニットとの間に接続されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１３】
前記Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）は、前記算術的合成ユニットと前記変調ユニットとの間に接続されている
ことを特徴とする請求項１２に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１４】
前記変調ユニット（ＰＷＭ）は、パルス幅変調ユニットである
ことを特徴とする請求項７ないし１３のいずれか１項に記載の電力増幅デバイス。
【請求項１５】
無線送信装置であって、
請求項７ないし１４のいずれか１項に記載の電力増幅デバイス
を備えたことを特徴とする無線送信装置。
【請求項１６】
前記無線送信装置は基地局である
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線送信装置。
【請求項１７】
前記無線送信装置は移動局である
ことを特徴とする請求項１５に記載の無線送信装置。
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月27日(2009.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項６】
前記変調するステップ（２０）は、前記搬送波（Ｃ）を使用して該信号をパルス幅変調するステップを含む
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
前記推定された無線周波数振幅は、次式を通して取得され、
ＡＥ＝（２／π）＊Ｖｄｄ＊ｓｉｎ（π＊Ｖｆ／Ｖｄｄ）
ここで、Ｖｆはローパスフィルタリングされた信号であり、Ｖｄｄは前記出力信号の振幅であり、ＡＥは前記推定された無線周波数振幅である
ことを特徴とする請求項７または９に記載の電力増幅デバイス。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）は、前記帰還パス内であって、前記信号処理ユニットと前記算術的合成ユニットとの間に接続されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電力増幅デバイス。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
前記Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）は、前記算術的合成ユニットと前記変調ユニットとの間に接続されている
ことを特徴とする請求項１１に記載の電力増幅デバイス。
【国際調査報告】
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