(57)【要約】  簡潔に述べると、少なくとも第１および第２アウトフェイズ信号を電力増幅器に提供するアウトフェイズ変調器を有する装置が示される。アウトフェイズ変調器は、電力増幅器の所要の出力電力レベルに基づいて、第１および第２制御信号の振幅レベルを変える振幅変調制御器によって、第１および第２アウトフェイズ信号の振幅を制御することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１および第２アウトフェイズ信号を電力増幅器に提供するアウトフェイズ変調器を含む装置であって、前記第１および第２アウトフェイズ信号の振幅は、選択された変調方法に従って、第１および第２制御信号の振幅レベルをそれぞれ変えることができる振幅変調制御器によって少なくとも部分的に制御される、アウトフェイズ変調器、
を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１および第２制御信号は、前記電力増幅器の所要の出力電力レベルを提供するために、前記第１および第２アウトフェイズ信号をそれぞれ変調することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記選択された変調方法は、複素平面上の前記第１および第２アウトフェイズ信号の位置に従って選択されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記アウトフェイズ変調器は、
前記第１制御信号の電圧レベルに従って位相変調信号を変調するミキサを含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記アウトフェイズ変調器は、
前記第２制御信号によって制御される可変利得増幅器を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記アウトフェイズ変調器は、
少なくとも第１および第２の位相シフトされた位相変調信号、および、前記位相変調信号を生成する多相フィルタと、
前記第１の位相シフトされた信号、および前記ミキサによって提供された前記位相変調信号の振幅に変調されたバージョンを組み合わせる第１コンバイナと、
前記第２の位相シフトされた信号、および前記位相変調信号の振幅に変調されたバージョンを組み合わせる第２コンバイナと、
を含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
【請求項７】
前記可変利得増幅器は、少なくとも第１および第２可変利得増幅器を含み、第１および第２アウトフェイズ信号をそれぞれ増幅することを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
複素平面上のアウトフェイズ信号の位置に基づいて２つまたはそれ以上の変調方法のセットから変調方法を選択する段階であって、前記アウトフェイズ信号の前記位置は所要の出力電力レベルに基づいて決定される、段階、
ことを含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
選択する段階は、前記変調方法のセットから前記複素平面の第１領域のために第１変調方法を、および、前記複素平面の第２領域のために第２変調方法を選択する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
選択する段階は、前記変調方法のセットから前記複素平面の第１領域のために第１変調方法を、前記複素平面の第２領域のために第２変調方法を、および、前記複素平面の第３領域のために第３変調方法を選択する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
第１制御信号をミキサに適用することにより、前記第１変調方法を使用して、前記アウトフェイズ信号を生成する段階と、
前記第１制御信号をミキサに適用しかつ第２制御信号を可変利得増幅器に適用するにより、前記第２変調方法を使用して、前記アウトフェイズ信号を生成する段階と、
前記第２制御信号を前記可変利得増幅器に適用することにより、前記第３変調方法を使用して、前記アウトフェイズ信号を生成する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
電力増幅器に動作可能に結合されたダイポールアンテナと、
少なくとも第１および第２アウトフェイズ信号を電力増幅器に提供するアウトフェイズ変調器であって、前記第１および第２アウトフェイズ信号の振幅は、選択された変調方法に従って、第１および第２制御信号の振幅レベルをそれぞれ変えることができる振幅変調制御器によって少なくとも部分的に制御される、アウトフェイズ変調器と、
を含むことを特徴とするワイヤレスに通信装置。
【請求項１３】
前記第１および第２制御信号は、前記電力増幅器の所要の出力電力レベルを提供するために、前記第１および第２アウトフェイズ信号をそれぞれ変調することを特徴とする請求項１２記載のワイヤレス通信装置。
【請求項１４】
前記選択された変調方法は、複素平面上の前記第１および第２アウトフェイズ信号の位置に従って選択されることを特徴とする請求項１２記載のワイヤレス通信装置。
【請求項１５】
前記アウトフェイズ変調器は、
前記第１制御信号の電圧レベルに従って位相変調信号を変調するミキサを含むことを特徴とする請求項１２記載のワイヤレス通信装置。
【請求項１６】
前記アウトフェイズ変調器は、
前記第２制御信号によって制御される可変利得増幅器を含むことを特徴とする請求項１２記載のワイヤレス通信装置。
【請求項１７】
前記アウトフェイズ変調器は、
少なくとも第１および第２の位相シフトされた位相変調信号、および、前記位相変調信号を生成する多相フィルタと、
前記第１の位相シフトされた信号、および前記ミキサによって提供された前記位相変調信号の振幅に変調されたバージョンを組み合わせる第１コンバイナと、
前記第２の位相シフトされた信号、および前記位相変調信号の振幅に変調されたバージョンを組み合わせる第２コンバイナと、
を含むことを特徴とする請求項１５記載のワイヤレス通信装置。
【請求項１８】
前記可変利得増幅器は、少なくとも第１および第２可変利得増幅器を含み、第１および第２アウトフェイズ信号をそれぞれ増幅することを特徴とする請求項１６記載のワイヤレス通信装置。
【請求項１９】
少なくとも第１および第２アウトフェイズ信号を電力増幅器に提供するアウトフェイズ変調器を含む装置であって、前記第１および第２アウトフェイズ信号の振幅は、選択された変調方法に従って、第１および第２制御信号の振幅レベルをそれぞれ変えることができる振幅変調制御器によって少なくとも部分的に制御される、アウトフェイズ変調器を含む移動局、
からなることを特徴とするワイヤレス通信システム。
【請求項２０】
前記第１および第２制御信号は、前記電力増幅器の所要の出力電力レベルを提供するために、前記第１および第２アウトフェイズ信号をそれぞれ変調することを特徴とする請求項１９記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２１】
前記選択された変調方法は、複素平面上の前記第１および第２アウトフェイズ信号の位置に従って選択されることを特徴とする請求項１９記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２２】
前記アウトフェイズ変調器は、
前記第１制御信号の電圧レベルに従って位相変調信号を変調するミキサを含むことを特徴とする請求項１９記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２３】
前記アウトフェイズ変調器は、
前記第２制御信号によって制御される可変利得増幅器を含むことを特徴とする請求項１９記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２４】
前記アウトフェイズ変調器は、
少なくとも第１および第２の位相シフトされた位相変調信号、および、前記位相変調信号を生成する多相フィルタと、
前記第１の位相シフトされた信号、および前記ミキサによって提供された前記位相変調信号の振幅に変調されたバージョンを組み合わせる第１コンバイナと、
前記第２の位相シフトされた信号、および前記位相変調信号の振幅に変調されたバージョンを組み合わせる第２コンバイナと、
を含むことを特徴とする請求項２２記載のワイヤレス通信システム。
【請求項２５】
前記可変利得増幅器は、少なくとも第１および第２可変利得増幅器を含み、第１および第２アウトフェイズ信号をそれぞれ増幅することを特徴とする請求項２３記載のワイヤレス通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アウトフェイズ変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
アウトフェイズ送信機（outphasing transmitter）は、必要であれば、例えば基地局、セルラー方式の移動局のようなワイヤレス通信システムのステーション、および／または、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク（ＷＬＡＮ）、および／または、ワイヤレス通信システム中のモバイル・ユニットおよびアクセス・ポイント、および／または、他のタイプの通信システムで使用される。
【０００３】
アウトフェイズ技術は、２つの非線形無線周波数（ＲＦ）電力増幅器（ＰＡ）を線形電力増幅器システムへ組み合わせる。２つのＰＡは、振幅変調（ＡＭ）信号、位相変調（ＰＭ）信号、および／または、振幅および位相変調信号で駆動される。また、振幅および／または位相変調信号は、アウトフェイズ変調器（outphasing modulator）によって線形電力増幅器システムに提供される。
【０００４】
本発明と考えられる主題は、本明細書の結論部において特に指摘され明確に要求される。しかしながら、本発明は、動作の構成および方法の両方に関して、その目的、機能および利点と共に、添付の図面と共に下記詳細な説明を参照することにより理解されるであろう。
【０００５】
図示の単純化および明瞭化のために、図面中で示される要素は、必ずしも実際の寸法どおりではないと認識するであろう。例えば、いくつかの要素の寸法は、明瞭化のための他の要素に比べて誇張されている。さらに、適切であると考えられる場合、参照番号は、対応または類似した要素を示すために図面中において繰り返されるであろう。
【発明の開示】
【０００６】
以下の詳細な説明では、多数の特定の詳細事項が、本発明についての完全な理解を提供するために述べられる。しかしながら、本発明はこれらの特定の詳細事項がなくても実施され得ることを、当業者は理解するであろう。他の実施例では、周知の方法、手順、コンポーネントおよび回路は、本発明を不明瞭にしないため詳細には説明されていない。
【０００７】
後続の詳細な説明のいくつかの部分は、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットまたは２進デジタル信号に対する動作アルゴリズムおよび記号表現によって示される。これらのアルゴリズムの記述および表現は、他の当業者に作業結果を伝えるためにデータ処理技術の当業者よって使用される技術である。
【０００８】
本発明は、多様なアプリケーションの中で使用されることを理解されるであろう。ここに示される回路と技術は、無線システムの送信機のような多くの装置で使用されてもよいが、本発明はこの点に制限されることはない。本発明の範囲内に含まれると意図される送信機は、実施例のみからすると、セルラー無線電話送信機、双方向無線送信機、デジタル・システム送信機、ワイヤレス・ローカル・エリア・ネットワーク送信機、広帯域送信機、超広帯域送信機、および同種のものを含む。
【０００９】
本発明の範囲内に含まれると意図されるセルラー無線電話送信機のタイプは、スペクトラム拡散信号を受信する符号分割多重接合（ＣＤＭＡ）、ＣＤＭＡ−２０００および広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）セルラー無線電話送信機、移動通信のためのグローバル・システム（ＧＳＭ）のための送信機、第３世代セルラー・システムのための送信機（３Ｇ）、直交周波数分割多重化（ＯＦＤＭ）送信機、および同種のものを含むが、これらに制限されるものではない。
【００１０】
まず、図１に移って、本発明の典型的な実施例によるワイヤレス通信システム１００の概要図が示される。ワイヤレス通信システム１００は、少なくとも１つの基地局１１０および少なくとも１つの移動局１４０を含むが、本発明の範囲はこの実施例に制限されることはない。本発明のいくつかの実施例では、基地局１１０は送信機１２０を含み、また、移動局１４０は送信機１５０を含む。送信機１２０，１５０の少なくとも１つは、反応終了（reactive termination）を具備するアウトフェイズ送信機である。例えば、反応終了は、分路抵抗（shunt register）を備えるライン・カップラの形で実施されるが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。
【００１１】
基地局１００は、所要の電力レベルで送信することを移動局に要求するが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。本発明のいくつかの実施例では、所要の電力レベルは、例えば、基地局１１０から移動局１４０までの距離に依存する。例えば、移動局１４０が基地局１１０から遠い場合、基地局１１０は出力電力を高めるように要求し、移動局１４０が基地局１１０に接近するにつれて、移動局１４０の出力電力を弱めるように要求する。本発明の他の実施例では、所要の電力レベルは、ワイヤレス通信システム１００の標準規格に従って決定される。所要の電力レベルは、標準規格ごとに、および／または、システムごとに変化する。
【００１２】
本発明のいくつかの実施例では、ワイヤレス通信システム１００はセルラー通信方式であるが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。すなわち、基地局１１０および移動局１４０は、セルラー方式の基地局と移動局をそれぞれ含む。本発明の他の実施例では、ワイヤレス通信システム１００は、ＷＬＡＮ通信システムであってもよい。そのような実施例では、基地局１１０はアクセス・ポイント（ＡＰ）であり、また、移動局１４０は例えばラップトップ・コンピュータ、タブレット・コンピュータ、携帯装置および同種のモバイル・ユニットである。
【００１３】
図２に移って、本発明の典型的な実施例によるアウトフェイズ送信機２００のブロック図が示される。本発明のいくつかの実施例では、アウトフェイズ送信機２００は、変調器２１０、アウトフェイズ変調器２２０、以下に説明されるように、１つまたはそれ以上の電力増幅器を含む電力増幅器（ＰＡ）ユニット２３０、および少なくとも１つのアンテナ２５０を含むが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。
【００１４】
変調器２１０は、複流式送信機（polar transmitter）に含められ、アウトフェイズ変調器２２０に位相変調（ＰＭ）信号２１４および振幅変調（ＡＭ）信号の包絡線であるアナログ信号２１８を提供するが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。本発明のいくつかの実施例では、変調器２１０は、シンセサイザ（ＳＹＮ）２１２、および、デジタル・アナロク変換器（ＤＡＣ）２１６を含む。例えば、ＳＹＮ２１２は、ＲＦ信号（図示せず）の位相を変調し、ＰＭ信号２１４を生成する。ＤＡＣ２１６は、ＡＭ信号を受信し、それをデジタル信号（図示せず）に変換する。本発明のいくつかの実施例では、ＤＡＣ２１６は、デジタル信号を変換し、ＡＭ信号の包絡線であるアナログ信号２１８を提供する。
【００１５】
アウトフェイズ変調器２２０は、多相フィルタ２２２、ＡＭ制御器（ＣＯＮＴ）２２３、ミキサ２２４、コンバイナ２２５，２２６、可変利得増幅器（ＶＧＡ）２２７，２２８を含むが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。多相フィルタ２２２はＰＭ信号２１４を受信し、ＰＭ信号２１４の位相を、例えば、＋９０°だけ、および／または、−９０°だけ、および／または、０°だけ修正するが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。本発明のいくつかの実施例では、多相フィルタ２２２は、ＰＭ＋９０°の信号をコンバイナ２２５に提供し、ＰＭ−９０°の信号をコンバイナ２２６に提供し、そしてＰＭ＋０°の信号をミキサ２２４に提供する。
【００１６】
以下に説明されるように、ミキサ２２４は、同相ＡＭ変調信号をコンバイナ２２５，２２６に提供するが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。本発明の実施例では、ＡＭ制御器２２３は、ミキサ２２４によって行なわれる変調を制御するためにＡＭＨＩＧＨ制御信号を使用する。必要ならば、ミキサ２２４によって適用される変調方法は、ＡＭＨＩＧＨ制御信号の振幅によって決定される。この典型的な実施例では、コンバイナ２２５，２２６は、アウトフェイズ信号（outphase signal）をＶＧＡ２２７，２２８にそれぞれ提供する。ＡＭ制御器２２３は、ＡＭＬＯＷ制御信号に応じてＶＧＡ２２７，２２８のゲインを変える。本発明のいくつかの実施例では、ＡＭＬＯＷ制御信号の振幅は、ＰＡユニット２３０の所要の出力電力に従って決定される。
【００１７】
アウトフェイズ変調器２２０は、少なくとも２つのアウトフェイズ信号（例えば、Ｓ１，Ｓ２）をＰＡユニット２３０に提供するが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。ＲＦ信号２３５の包絡線および／または位相は、一対の複素結合したアウトフェイズ信号Ｓ１，Ｓ２に対応し、それは、必要であれば、ＰＡユニット２３０へ入力される。複素平面上のアウトフェイズ信号Ｓ１，Ｓ２の位置は、ここでアウトフェイズ・ルートと呼ばれる。いくつかの実施例では、少なくとも１つのアウトフェイズ・ルートは、ＰＡユニット２３０のコンポーネントの効率および／または最適化基準、例えば、線形最適化プロセスに基づいて決定される。例えば、アウトフェイズ・ルートは、アウトフェイズ変調器２２０によって生成される。変調器２１０のＡＭ信号２１８およびＰＭ信号２１４は、所要のアウトフェイズ・ルートに従って変調器２２０の変調を変更するために使用されてもよい。
【００１８】
いくつかの典型的な実施例では、ＰＡユニット２３０は、少なくとも２つの電力増幅器および反応終了を備える１つのコンバイナを含むが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。本発明の実施例では、ＰＡユニット２３０は、アウトフェイズ信号Ｓ１，Ｓ２を組み合わせかつ増幅し、ＲＦ信号２３５をアンテナ２５０に提供する。
【００１９】
アンテナ２５０に使用されるアンテナのタイプは、内部アンテナ、ダイポールアンテナ、無指向性アンテナ、モノポールアンテナ、エンド・フィード・アンテナ、円極性アンテナ、マイクロ・ストリップ・アンテナ、ダイバーシティ・アンテナおよび同種のアンテナを含むが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。
【００２０】
アウトフェイズ変調器２２０の動作は、図３、図４、図５および図６に関連して詳細に説明される。図３、図４および図５は、本発明の典型的な実施例に従って、複素平面３００上の３つの各変調信号の概要例を示し、アウトフェイズ変調器２２０の動作を説明するために役立つ。図６は、本発明の典型的な実施例に従って、ＡＭ信号２１８の機能としてＡＭ制御器２２３の制御信号の概要例を示し、アウトフェイズ変調器２２０の動作説明するために役立つ。
【００２１】
アウトフェイズ変調器２２０は、複素平面３００、例えば、図３、図４、図５によって描かれた位置上のＲＦ信号２３５の位置に従って、ＲＦ信号２３５を合成するために異なる方法を使用するが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。本発明のいくつかの実施例では、ＲＦ信号２３５の振幅は、アウトフェイズ・ルート３２０上のアウトフェイズ信号Ｓ１，Ｓ２の位置の調整することにより制御される。
【００２２】
本発明のいくつかの実施例では、図６に概略的に描かれているように、ＡＭ制御器２２３はアナログ信号２１８を受信し、少なくとも２つの制御信号ＡＭＨＩＧＨ６２０およびＡＭＬＯＷ６１０を提供し、それはアウトフェイズ信号を変調するために使用される。本発明の典型的な実施例では、少なくとも３つの異なる変調方法が使用されてもよい。その変調方法は、複素平面３００上のＲＦ信号の位置に従って、および／または、アウトフェイズ信号のＡＭレベルに従って選択される。いくつかの実施例では、複素平面３００は、例えば、高電力領域３１０（図３で示される）、低電力領域４１０（図４で示される）、および、中間電力領域５１０（図５の中で示される）のような３つの領域に分割される。
【００２３】
まず、高電力領域３１０のために使用される変調方法へ向けて、アウトフェイズ・ルートの高電力領域３１０は、例えばＰＭ＋９０°信号およびＰＭ−９０°信号のような一定の直角成分を含むが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。高電力領域３１０は、固定の振幅直角成分３３０，３４０のベクトル和、および、変調同相成分３５０からなる。図６中の「高電力」領域によって示されるように、ＡＭ制御器２２３は、例えば、一定のＡＭＬＯＷ信号６１０および非一定のＡＭＨＩＧＨ信号６２０を出力する。この変調モードにおいて、ミキサ２２４は、ＡＭＨＩＧＨ信号のレベルに従ってＰＭ＋０°信号を変調し、また、ＶＧＡ２２７，２２８の利得は一定に維持される。
【００２４】
低電力領域４１０のために使用される変調方法へ移ると、低電力領域４１０は、直角位相（Ｑ）コンポーネント４２０，４３０および同相（Ｉ）コンポーネント４４０の線形動作によって特徴づけられるが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。この変調モードにおいて、図６中の「低電力」領域によって示されるように、ＡＭＬＯＷ制御信号６１０はＶＧＡ２２７，２２８の利得を変え、また、ＡＭＨＩＧＨ制御信号６２０は一定に維持する。このように、この典型的な変調方法では、ミキサ２２４はＰＭ＋０°信号を変調しなくてもよい。コンバイナ２２５，２２６は、一定信号ＰＭ＋９０°、ＰＭ−９０°およびスケールされたＰＭ＋０°信号をそれぞれＶＧＡ２２７，２２８に適用する。
【００２５】
中間電力領域５１０のために使用される変調方法へ移って、中間電力領域５１０はアウトフェイズ信号の遷移領域にあるが、本発明の範囲はこの点に制限されることはない。この典型的な変調方法のために、図６中の「中間電力」領域によって示されるように、ＡＭ制御器２２３は、ＡＭＨＩＧＨ制御信号６２０およびＡＭＬＯＷ制御信号６１０のレベルを本質的に同時に変化することができる。いくつかの実施例中で、電力が減少するにつれて、ミキサ２２４はその最小変調振幅に達し、また、ＶＧＡ２２７，２２８はターンオンされる。例えば、必要な場合、ミキサ２２４は、ＡＭＨＩＧＨ制御信号６２０の電圧レベルに従ってＰＭ＋０°信号を変調し、また、ＶＧＡ２２７，２２８の利得は、ＡＭＬＯＷ制御信号６１０の電圧レベルに従って変化する。
【００２６】
本発明のある特徴がここに図示され説明される一方、多くの修正、代替、変更および均等が当業者に想起されるであろう。したがって、添付の請求項は、本発明の思想の範囲内にある修正、代替、変更および均等をすべてカバーするように意図されると理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の典型的な実施例によるワイヤレス通信システムの概略図である。
【図２】本発明の典型的な実施例によるアウトフェイズ送信機のブロック図である。
【図３】本発明の典型的な実施例によるアウトフェイズ変調器の動作を説明するための複素平面における変調信号の例である。
【図４】本発明の典型的な実施例によるアウトフェイズ変調器の動作を説明するための複素平面における変調信号の例である。
【図５】本発明の典型的な実施例によるアウトフェイズ変調器の動作を説明するための複素平面における変調信号の例である。
【図６】本発明の典型的な実施例によるアウトフェイズ変調器の動作を説明するための制御信号の概略図である。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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2007512768.tif 000010
2007512768.tif 000011