(57)【要約】【課題】高い電力利用効率が得られ、かつ、歪補償回路が不要な高効率デジタル変調送信機を提供する。【解決手段】入力されたデジタル変調ベースバンド信号を位相情報信号と振幅情報信号とに分ける極座標変換部３と、位相情報信号を高周波に変換するミキサー４２と、高周波と振幅情報信号に基づいて相対的な位相差を加えたデューティー比５０％の２系統の高周波矩形波を生成するＰＴＡＭ変調器４３と、該２系統の矩形波をスイッチング電力増幅して合成し、高調波を除去して位相変調および振幅変調した高周波信号を発生させる増幅処理部と、を備える。【選択図】  図１
2018093399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたデジタル変調ベースバンド信号を位相情報信号と振幅情報信号とに分ける変換部と、
前記位相情報信号を高周波に変換するミキサーと、
前記高周波と前記振幅情報信号に基づいて相対的な位相差を加えたデューティー比５０％の２系統の高周波矩形波を生成するＰＴＡＭ変調器と、
該２系統の矩形波をスイッチング電力増幅して合成し、高調波を除去して位相変調および振幅変調した高周波信号を発生させる増幅処理部と、
を備えることを特徴とする高効率デジタル変調送信機。
【請求項２】
前記増幅処理部を複数備え、前記２系統の高周波矩形波を対にして該複数増幅処理部に入力し、各増幅処理部で発生された高周波信号を合成する電力合成部を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の高効率デジタル変調送信機。
【請求項３】
前記デジタル変調ベースバンド信号には、ＯＦＤＭ方式を含む方式によるマルチキャリアの信号、ＱＰＳＫ方式およびＱＡＭ方式を含む方式によるシングルキャリアの信号を含む、ことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の高効率デジタル変調送信機。
【請求項４】
前記ＰＴＡＭ変調器で生成する２系統の高周波は正弦波である、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高効率デジタル変調送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＦＤＭ（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式やＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）方式などのマルチキャリアやシングルキャリアのデジタル変調方式による送信機に関し、特に、電力増幅器に高い直線性が要求される高効率デジタル変調送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、現在のＧＭＤＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｍａｒｉｔｉｍｅ  Ｄｉｓｔｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｓｙｓｔｅｍ、全世界的な海上遭難・安全システム）は、数十年前の技術を前提に構築されており、衛星通信技術等の発達を考慮して、システム全体の見直しがなされている。そのひとつとして、テキスト配信のみが可能なＮＡＶＴＥＸ放送から、デジタル方式でのデータ配信が可能なＮＡＶＤＡＴ放送に移行（または並列運用）することが検討されている。
【０００３】
そして、ＮＡＶＤＡＴ放送では、ＯＦＤＭ方式の変調方式が検討中であるが、一般的なＯＦＤＭ方式やＱＰＳＫ方式などの送信機では、電力増幅器に高い直線性・リニアリティが要求される。このため、図６に示すように、電力増幅器にリニアアンプを使用するとともに、さらに直線性を確保するために歪補償回路を設ける必要がある（例えば、特許文献１）。すなわち、ベースバンド信号を生成した後に、歪補償を行ってリニアアンプでパワー増幅することで、高い直線性を確保していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−０９８４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このように、従来の送信機では、リニアアンプを使用するため、電力利用効率が低く（例えば、５０％以下）、大電力化には大形化してしまう問題があった。また、リニアアンプだけでは高い直線性を確保できないため、歪補償回路を設ける必要があり構成が複雑になる、という問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、高い電力利用効率が得られ、かつ、歪補償回路が不要な高効率デジタル変調送信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、入力されたデジタル変調ベースバンド信号を位相情報信号と振幅情報信号とに分ける変換部と、前記位相情報信号を高周波に変換するミキサーと、前記高周波と前記振幅情報信号に基づいて相対的な位相差を加えたデューティー比５０％の２系統の高周波矩形波を生成するＰＴＡＭ変調器と、該２系統の矩形波をスイッチング電力増幅して合成し、高調波を除去して位相変調および振幅変調した高周波信号を発生させる増幅処理部と、を備えることを特徴とする高効率デジタル変調送信機である。
【０００８】
この発明によれば、入力されたベースバンド信号から変換部によって位相情報信号と振幅情報信号とが生成・抽出され、ＰＴＡＭ（Ｐｈａｓｅ  Ｔｏ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調器と増幅処理部によって、この位相情報信号と振幅情報信号とに基づいて位相変調および振幅変調された高周波信号が生成される。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の高効率デジタル変調送信機において、前記増幅処理部を複数備え、前記２系統の高周波矩形波を対にして該複数増幅処理部に入力し、各増幅処理部で発生された高周波信号を合成する電力合成部を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の高効率デジタル変調送信機において、前記デジタル変調ベースバンド信号には、ＯＦＤＭ方式等によるマルチキャリアの信号、ＱＰＳＫ方式およびＱＡＭ方式等によるシングルキャリアの信号を含む、ことを特徴とする。また、請求項４に記載の発明は、請求項１から３に記載の高効率デジタル変調送信機において、前記ＰＴＡＭ変調器で生成する２系統の高周波は正弦波である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、デューティー比が５０％の２系統の矩形波の位相差を変え、この２系統の矩形波をスイッチング増幅して合成し、高調波を除去して高周波信号を生成するため、リニアアンプを使用せずにスイッチングアンプを使用することができる。この結果、高い電力利用効率が得られ、大電力に適用することが容易である。
しかも、２系統の矩形波の相対的な位相差により振幅変調を実現させているため、高い直線性が得られ、歪補償回路が不要となる。この結果、構成が簡易となって高信頼性化や低コスト化を図ることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、複数の増幅処理部で発生された高周波信号が電力合成部で合成されるため、より大電力化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る高効率デジタル変調送信機を示す概略構成ブロック図である。
【図２】ＰＴＡＭ方式の振幅変調送信機の概念を示すブロック図である。
【図３】図２のＰＴＡＭ方式送信機による各部の波形を示す図である。
【図４】図２のＰＴＡＭ方式送信機によるパルス幅変調原理を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る高効率デジタル変調送信機を示す概略構成ブロック図である。
【図６】従来のデジタル変調送信機を示す概略構成ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に係る高効率デジタル変調送信機１を示す概略構成ブロック図である。この高効率デジタル変調送信機１は、ＯＦＤＭ方式やＱＰＳＫ方式などのデジタル変調方式による送信機であり、この実施の形態では、ＯＦＤＭ方式の場合について主として説明する。高効率デジタル変調送信機１は、主として、極座標変換部（変換部）３とＰＴＡＭ変調部４とを備える。
【００１６】
極座標変換部３は、入力されたデジタル変調信号を位相情報信号と振幅情報信号Ｖ２とに分ける変換部である。すなわち、変調用デジタル信号がＯＦＤＭ変調器２に入力され、ＯＦＤＭ変調器２でＯＦＤＭ変調されて出力されたベースバンド信号（デジタル信号）が、極座標変換部３に入力される。そして、極座標変換部３は、ベースバンド信号を信号処理つまり極座標変換して位相情報信号（位相成分）と振幅情報信号（振幅成分）Ｖ２とに分ける。
【００１７】
ＰＴＡＭ変調部４は、極座標変換部３による位相情報信号と振幅情報信号Ｖ２とに基づいて、デューティー比が５０％の２系統の矩形波の位相差を変え、この２系統の矩形波をスイッチング増幅して合成し、高調波を除去して位相変調および振幅変調した高周波信号を生成するものである。具体的には、キャリア信号発生器４１と、相関器（ミキサー）４２と、ＰＴＡＭ変調器４３と、スイッチングアンプ４４、４５と、出力トランス４６と、ローパスフィルタ４７とを備える。ここで、スイッチングアンプ４４、４５と出力トランス４６とローパスフィルタ４７で、増幅処理部が構成されている。
【００１８】
キャリア信号発生器４１は、高周波ＲＦのキャリア信号を生成し、相関器４２は、入力された極座標変換部３からの位相情報信号とキャリア信号発生器４１からのキャリア信号とを相関処理して、ＲＦ搬送波Ｖ１を出力する。ここで、ＲＦ搬送波Ｖ１は、マルチキャリアの正弦波が位相変調された波形となる。
【００１９】
ここで振幅変調の核となる、ＰＴＡＭ方式について説明する。その基本ブロック図は図２に示す通りであり、その基本動作波形を図３に示す。
【００２０】
ＰＴＡＭ変調器４３は、入力された相関器４２からのＲＦ搬送波Ｖ１と極座標変換部３からの振幅情報信号Ｖ２とに基づいて、デューティー比が５０％の２系統のＲＦ矩形波の位相差を変え、ＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２を生成する。すなわち、振幅情報信号Ｖ２の振幅に応じて、デューティー比が５０％の２つのＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２の位相差を変える。具体的には、図３に示すように、ＲＦ搬送波Ｖ１と振幅情報信号Ｖ２とを重ね、その交点において交互に矩形波を立ち下げ立ち上げて（Ｖ１の下降時の交点ではＷ１を立ち下げ、Ｖ１の上昇時の交点ではＷ２を立ち上げて）、位相が異なる２つＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２を生成する。
【００２１】
上記の処理は、遅延回路を多数用意しておいて、２系統において使用する遅延回路の数を変えてもよい。
【００２２】
このようなＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２の生成からＷ４の生成までは、次の原理に基づいている。まず、図４に示すように、周期２π、パルス幅２θの矩形波の基本波成分の振幅Ｅ´は、次式のように求められる。
【数１】
2018093399.tif 000003
【００２３】
この式から、基本波の振幅Ｅ´は、パルス幅θのサイン（ｓｉｎ）に比例することがわかる。そこで、パルス幅θを変調信号のアークサインに比例して変化させれば、基本波の振幅も変調信号に比例して変化し、振幅変調されたことになる。パルス幅θと変調角周波数ｐとの関係を次式のように表し、
【数２】
2018093399.tif 000004
これを（数１）に代入すると、
【数３】
2018093399.tif 000005
であるから、基本波ｅは、ｘ＝ωｔとして
【数４】
2018093399.tif 000006
となり、振幅変調されていることがわかる。
【００２４】
このようにして求められるＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２は、変調信号の増減によって元のＲＦ搬送波Ｖ１に対して、図３に示すように、第１のＲＦ矩形波Ｗ１がθだけ位相が進み、第２のＲＦ矩形波Ｗ２がθだけ位相が遅れるように動作する。この変調信号ｇ（ｐｔ）とθとの関係は、
【数５】
2018093399.tif 000007
となり、θは変調信号ｇのアークサインになる。
【００２５】
スイッチングアンプ４４、４５は、電力効率が高いＤ級のパワーアンプで、第１のスイッチングアンプ４４は、ＰＴＡＭ変調器４３からの第１のＲＦ矩形波Ｗ１をスイッチング増幅し、第２のスイッチングアンプ４５は、ＰＴＡＭ変調器４３からの第２のＲＦ矩形波Ｗ２をスイッチング増幅する。ここで、ＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２のデューティー比が５０％に設定されているのは、増幅が容易だからである。
【００２６】
出力トランス４６は、スイッチングアンプ４４、４５で増幅されたＲＦ矩形波Ｗ１、Ｗ２を合成するものである。すなわち、第１のＲＦ矩形波Ｗ１と第２のＲＦ矩形波Ｗ２との差を取って、図３に示すようなＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、パルス幅変調）波Ｗ３を生成する。ここで、ＰＷＭ波Ｗ３のパルス幅Ｈは、振幅情報信号Ｖ２の振幅に応じて大きくなっている。
【００２７】
ローパスフィルタ４７は、出力トランス４６から入力されたＰＷＭ波Ｗ３の高調波成分を除いて基本波成分のみを取り出し、振幅変調された高周波信号Ｗ４を生成、出力するものである。
【００２８】
以上のＰＴＡＭ変調部４を組み込んだ構成の高効率デジタル変調送信機１（図１）によれば、ＯＦＤＭ変調器２でＯＦＤＭ変調されたベースバンド信号が、極座標変換部３によって位相情報信号と振幅情報信号Ｖ２とに分けられる。次に、この位相情報信号とキャリア信号とが相関器４２によって相関処理されてＲＦ搬送波Ｖ１が出力され、ＰＴＡＭ変調器４３の搬送波入力は位相変調された波形となる。ＰＴＡＭ変調器４３において、ＲＦ搬送波Ｖ１と振幅情報信号Ｖ２とに基づいて、デューティー比が５０％で位相が異なる２つのＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４が生成される。なお、位相情報に基づいて、ＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４の位相が同時に変化することになる。
【００２９】
続いて、スイッチングアンプ４４、４５によってＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４がそれぞれスイッチング増幅され、出力トランス４６によって２つのＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４が合成されて、ＰＷＭ波Ｖ５が生成される。そして、ローパスフィルタ４７によってＰＷＭ波Ｖ５の高調波成分が除去されて、位相変調および振幅変調された高周波信号Ｖ６が生成、出力される。
【００３０】
このように、この高効率デジタル変調送信機１によれば、デューティー比が５０％の２系統のＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４の位相差を変え、この２系統のＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４をスイッチング増幅して合成し、高周波信号Ｖ６を生成するため、リニアアンプを使用せずにスイッチングアンプ４４、４５を使用することができる。この結果、高い電力利用効率（例えば約８０％）が得られ、大電力に適用することが容易である。殊に、増幅する前の低電力段のＰＴＡＭ変調器４３（位相変調）により振幅変調を行うため、大電力化に適しており、大電力変調器が不要となる。
【００３１】
しかも、ＰＴＡＭ方式は（数１）から（数４）よりわかるように、出力振幅はＶ３、Ｖ４の位相差により決まり、スイッチング電力増幅器のデバイス特性にはほとんど依存しないため、高い直線性が得られ、歪補償回路が不要となる。この結果、構成が簡易となって高信頼性化や低コスト化を図ることができる。
【００３２】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２に係る高効率デジタル変調送信機を示す概略構成ブロック図である。この実施の形態では、増幅処理部を複数備え、各増幅処理部で発生された高周波信号を合成する電力合成部５を備える点で、実施の形態１と構成が異なり、実施の形態１と同等の構成については、同一符号を付することでその説明を省略する。
【００３３】
すなわち、増幅処理部を構成するスイッチングアンプ４４、４５と出力トランス４６とローパスフィルタ４７を複数組備え、ＰＴＡＭ変調器４３からのＲＦ矩形波Ｖ３、Ｖ４が各増幅処理部において、それぞれ電力増幅、合成および高調波除去され、位相変調および振幅変調した高周波信号が発生される。そして、これらの高周波信号が電力合成部５で合成されるため、より大電力化することができるものである。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ＯＦＤＭ方式のマルチキャリアの場合について説明したが、ＱＰＳＫ方式やＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式などのシングルキャリアのデジタル変調方式であってもよい。また、２系統の矩形波をスイッチング電力増幅する場合について説明したが、２系統の正弦波をスイッチング電力増幅してもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１        高効率デジタル変調送信機
２        ＯＦＤＭ変調器
３        極座標変換部（変換部）
４        ＰＴＡＭ変調部
４１      キャリア信号発生器
４２      相関器（ミキサー）
４３      ＰＴＡＭ変調器
４４、４５  スイッチングアンプ
４６      出力トランス
４７      ローパスフィルタ
５        電力合成部
Ｖ１      ＲＦ搬送波（位相変調波）
Ｖ２      振幅情報信号
【図１】
2018093399.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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