(57)【要約】【課題】小型・低コストで消費電力を低減したマルチバンド送信に対応した装置を実現すること。【解決手段】本発明にかかる送信装置は、複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器１００１と、変調器１００１から出力された複数のＲＦ信号を増幅し、増幅したＲＦ信号を出力する電力増幅器１００２と、電力増幅器１００２へ電源を供給する可変電源１００４と、変調器１００４から出力させるＲＦ信号の数を切り替えるとともに、変調器１００１から出力させるＲＦ信号の数に応じて可変電源１００４から電力増幅器１００２へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器１００３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器と、
前記変調器から出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力する電力増幅器と、
前記電力増幅器へ電源を供給する可変電源と、
前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数に応じて前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器と、を備える送信装置。
【請求項２】
前記モード制御器は、前記変調器から出力される前記ＲＦ信号の数を増やす場合には前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を増加させ、前記変調器から出力される前記ＲＦ信号の数を減らす場合には前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を減少させる、請求項１に記載の送信装置。
【請求項３】
前記電力増幅器から出力されるＲＦ信号を検出するカプラをさらに備え、
前記モード制御器は、前記カプラにおいて検出された前記ＲＦ信号の信号歪を検出し、前記ＲＦ信号の数を切り替える際に、前記ＲＦ信号の信号歪を通信規格で定められた条件を満たすように、電力増幅器へ供給される電源の前記電圧値もしくは電流値を制御する、請求項１又は２に記載の送信装置。
【請求項４】
前記可変電源は、複数の電源と、複数の前記電源の内一つを前記電力増幅器の電源端子に接続するスイッチとを備えており、
前記モード制御器は、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えた際に、複数の前記電源の内所望のものを選択して前記電力増幅器の電源端子に接続するように前記スイッチを制御する、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項５】
前記可変電源は、パルス信号を出力するパルス変調器と、前記パルス信号を増幅するスイッチングアンプと、前記スイッチングアンプから出力されるパルス信号を平滑化して直流電圧もしくは直流電流を生成するローパスフィルタと、を備えたスイッチングレギュレータであり、
前記モード制御器は、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えた際に、前記パルス変調器から出力されるパルス信号のデューティを制御して、前記可変電源から電力増幅器へ供給される電源の直流電圧もしくは直流電流を所望値に切り替える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項６】
前記可変電源は、直流電源と、トランジスタと、前記トランジスタに印加するバイアスを制御するバイアス制御器とを備えたリニアレギュレータであり、
前記モード制御器は、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えた際に、前記トランジスタに印加するバイアスを前記バイアス制御器で制御して、前記可変電源か電力増幅器へ供給される電源の直流電圧もしくは直流電流を所望値に切り替える、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
【請求項７】
複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器と、
前記変調器から出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力する電力増幅器と、
前記電力増幅器へ電源を供給する可変電源と、
前記変調器から出力される複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えるとともに、切り替えた前記通信規格に応じて前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器と、を備える送信装置。
【請求項８】
複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、
出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、
増幅した前記ＲＦ信号を出力し、
複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、出力する前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、出力する前記ＲＦ信号の数に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を制御する送信方法。
【請求項９】
複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、
出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、
増幅した前記ＲＦ信号を出力し、
前記複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えるとともに、切り替えた前記通信規格に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を制御する送信方法。
【請求項１０】
複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、
出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、
増幅した前記ＲＦ信号を出力し、
複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、出力する前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、出力する前記ＲＦ信号の数に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を制御することを送信装置のコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信装置および送信方法に関し、主として、無線通信で使用され、複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を送信する送信装置および送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信で使用される送信装置においては、送信するＲＦ（Radio Frequency）信号を増幅する電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）が、送信装置の構成要素の中でも特に電力を消費する。そのため、送信装置の開発においては、電力増幅器（ＰＡ）の電力効率改善が重要課題とされている。近年の通信規格は、スペクトル効率改善のために線形変調が主流になっている。この線形変調は、信号歪に対する要求が厳しい。
【０００３】
そこで、電力増幅器（ＰＡ）においては、線形性を維持するために、瞬時最大出力（ピーク）電力が飽和出力電力以下になるように、平均出力電力が設定される。すなわち、電力増幅器（ＰＡ）においては、増幅する信号のピーク電力と平均電力との比（Peak-to-Average Ratio、以下、ＰＡＲと略称する）が大きい値を持つ場合ほど、線形性維持のために、平均出力電力を飽和出力電力から一層低く設定することが必要である。
【０００４】
しかしながら、一般に、電力増幅器（ＰＡ）は、平均出力電力を飽和出力電力から低い比率に下げるほど、電力増幅器（ＰＡ）へ供給される供給電力と電力増幅器（ＰＡ）から取り出される出力電力との比（電力効率）が低下する性質を持つ。電力効率の低下は、省エネルギー化に反する問題である。
【０００５】
ＲＦ信号のＰＡＲは、通信規格毎に固有の値を有している。近年用いられているＣＤＭＡ（Code Division Multiple Access）、ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network）、地上デジタル放送、ＬＴＥ（Long Term Evolution）などの高速無線通信においては、ＰＡＲはおよそ数ｄＢから十数ｄＢという大きな値となる。このようなＰＡＲの大きさが、電力増幅器（ＰＡ）の電力効率を大きく低下させる要因となっている。
【０００６】
電力増幅器（ＰＡ）において、平均出力電力を低く設定した場合の電力効率の低下の問題を解決するため、ポーラ変調技術が近年盛んに研究されている。
【０００７】
図２１は、ポーラ変調技術の一種であるＥｎｖｅｌｏｐｅ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ（ＥＴ）方式の電力増幅器の例である。
【０００８】
ＥＴ方式では、ポーラ変調器４１１の入力端子４０１に送信信号データが入力される。ポーラ変調器４１１の出力端子４０２に送信信号データの振幅成分信号４０３が出力される。ポーラ変調器４１１の出力端子４０７にＲＦ変調信号４０８が出力される。ＲＦ変調信号４０８は、送信信号データの振幅成分及び位相成分を搬送波に載せた信号である。ポーラ変調器４１１は、振幅成分信号４０３とＲＦ変調信号４０８の出力タイミングを個別に所望値に設定できる機能も備えている。
【０００９】
電源変調器４０４は、振幅成分信号４０３を増幅した振幅成分信号４０５を出力し、振幅成分信号４０５を用いてＲＦ−ＰＡ（Radio Frequency Power Amplifier）４０６の電源端子４０９の変調を行う。ポーラ変調器４１１の出力端子４０７に出力されたＲＦ変調信号４０８は、ＲＦ−ＰＡ４０６に入力される。ＲＦ−ＰＡ４０６の出力端子４１２には、送信信号データの振幅成分及び位相成分が搬送波に載り且つ増幅されたＲＦ変調信号４１０が出力される。
【００１０】
上記のＥＴ方式では、電源変調器４０４は、ＲＦ変調信号４１０の振幅に合わせてＲＦ−ＰＡ４０６の電源端子４０９の電圧を制御する。特にＲＦ変調信号４１０が低出力電力である場合は、電源変調器４０４は、それに合わせてＲＦ−ＰＡ４０６の電源端子４０９の電圧を低下させる。そのため、電力増幅器（ＰＡ）は、低出力時に電源変調器４０４からＲＦ−ＰＡ４０６への供給電力を必要最低限の量に抑制することによって電力効率が低下することを防止し、さらに無駄な消費電力を抑制する事ができる。
【００１１】
特許文献１の特開２００４−２６０５０９号公報において、ＥＴ方式を適用した送信機の例が開示されている。図２２は、特許文献１において開示された従来技術による送信機の構成図である。図２２で開示された送信機は、インターフェース部２０１と、ＲＦ−ＩＣ２０７と、電力増幅器２０９と、ＥＥＲ制御部２１０と、アップコンバータ２１１と、降圧素子２１２と、直流電源２１３とで構成されている。ＲＦ−ＩＣ２０７は、インターフェース部２０１から出力されたベースバンド信号を周波数変換してＲＦ信号を発生させ、前記ＲＦ信号を電力増幅器２０９へと出力する。電力増幅器２０９は前記ＲＦ信号を増幅し、増幅されたＲＦ信号はアンテナから送信される。直流電源２１３とアップコンバータ２１１を経由して、降圧素子２１２から電力増幅器２０９へと電力が供給される。
【００１２】
図２３において、降圧素子２１２から電力増幅器２０９へと供給される電圧は、図２３内の降圧素子の出力波形５０４で図示されている。降圧素子の出力波形５０４が電力増幅器２０９に入力されるＲＦ信号の振幅に沿った波形となるように、降圧素子２１２はＥＥＲ制御部２１０により制御される。降圧素子２１２の出力電圧（すなわち降圧素子２１２から電力増幅器２０９への供給電力）が前記ＲＦ信号の振幅に沿った波形になるように制御される事で、電力増幅器２０９の消費電力が抑制される。
【００１３】
特許文献１において、アップコンバータ２１１から降圧素子２１２に向けて出力される電圧は、図２３内のアップコンバータの出力波形５０３により示されている。アップコンバータ２１１の出力波形５０３は、降圧素子２１２の出力波形５０４の変動に応じて制御される。この制御により、降圧素子２１２で必要とされる電力に応じて、アップコンバータ２１１から降圧素子２１２への供給電力が制御されるため、降圧素子２１２の消費電力が抑制される。すなわち特許文献１では、電力増幅器２０９に加えて、降圧素子２１２の消費電力も抑制するという工夫が加えられている。
【００１４】
電力増幅器（ＰＡ）において、平均出力電力を低く設定した場合の電力効率の低下の問題を解決する他の方法として、ＰＡの出力電力に応じて電源を切り替える方式(電源切替方式)がある。
【００１５】
図２４は、特許文献２において無線通信機として開示された送信装置の機能構成図である。図２４の送信装置では、電源切替方式が適用されている。図２４の送信装置は、電力増幅器１１０と、ＤＣ/ＤＣコンバータ１３０と１４０及び１５０と、振幅検出器１２０と、歪補償器１６０とで構成されている。
【００１６】
電力増幅器１１０は、歪補償器から出力されたＲＦ信号を増幅し、送信信号をＲＦｏｕｔ端子に出力する。振幅検出器１２０は、歪補償器１６０から出力されたＲＦ信号の振幅を検出する。ＤＣ/ＤＣコンバータ１３０及び１５０から出力される直流電圧の値は、振幅検出器１２０において検出されたＲＦ信号の振幅に基づいて制御される。ＤＣ/ＤＣコンバータ１４０は、ＤＣ/ＤＣコンバータ１３０に必要な電圧を供給している。
【００１７】
図２５は、図２４内のＤＣ/ＤＣコンバータ１３０の内部構成を示す回路ブロック図である。図２５で示すように、ＤＣ/ＤＣコンバータ１３０は、複数の電圧源Ｖ１ないしＶ３及びＴ１ないしＴ２と、スイッチＳ１ないしＳ３と、論理ユニット１３２とで構成されている。
【００１８】
論理ユニット１３２は、振幅検出器１２０で検出された前記振幅（エンベロープ信号）と閾値Ｔ１ないしＴ２とを比較し、その比較結果に基づいてスイッチＳ１ないしＳ３を切り替えて、電圧源Ｖ１ないしＶ３の内一つを選択して電力増幅器１１０への電力供給に用いる。この方式により、ＰＡの出力電力に応じて所望の電圧値を持つ電源に切り替えて電力供給を行う事が実現されている。
【００１９】
図２１のポーラ変調技術では電源変調器４０４から電力増幅器４０６に供給される電圧値が連続的に制御されるのに対し、図２４の電源切替方式ではスイッチＳ１ないしＳ３により電力増幅器１１０に供給される電圧値が離散値で制御される。図２１のポーラ変調技術は、変調信号に連動して高速に変動する電圧値を電源変調器４０４から出力させることが困難であるのに対し、図２４の電源切替方式は、スイッチ切替という簡易な方式により電圧値が高速に変動する場合でも実現が比較的容易という利点がある。
【００２０】
無線通信の他の重要な課題として、マルチバンド化が挙げられる。マルチバンド化した通信の例として、非特許文献１に記載の、断片化した複数の帯域を集めて利用するCarrier Aggregation（ＣＡ）技術が挙げられる。このＣＡ技術においては、複数の帯域を束ねることによって、広帯域を確保し、伝送速度を高速化することができる。
【００２１】
また、各キャリア周波数が大きく離れた（各キャリア周波数の差Δｆが各キャリアのＲＦ信号の変調帯域幅ｆＢＢよりも十分に大きい）Inter-band Non-contiguous ＣＡモードにおいては、伝播特性の異なる複数のキャリア周波数を用いて同時に通信することによって、通信の安定性を向上させることができる。また、ＣＡ技術を適用することによって、複数の事業者が断続的に帯域を割り当る場合や、複数の事業者が帯域を共用する場合にも、これに対応した通信を行うことができる。
【００２２】
上記ＣＡ技術を用いた無線通信システムでは、複数の帯域（バンド）のＲＦ信号を送信する送信装置および送信方法が必要となる。そのような送信装置においても、電力効率の改善が求められる。
【００２３】
図２６は、特許文献３において無線通信機として開示された送信装置の機能構成図である。図２６の送信装置は、複数の帯域のＲＦ信号を送信する機能とともに、ポーラ変調技術の適用により電力効率を改善する機能も備えている。
【００２４】
具体的には、図２６に示された送信装置においては、変調信号発生器２６１により発生させた変調信号は、ポーラ制御部２６２において直交座標系の信号から極座標系の信号に変換され、位相情報を持つＰＭ信号と振幅情報を持つＡＭ信号とに分離される。分離されたＰＭ信号は、ＰＭ制御部２６３により、周波数発生器２１１に対する位相変調に用いられる。同様にＡＭ信号は、電源変調器２６４により、ＰＡ２２１及び２３１に対する電源変調に用いられる。すなわち、ＰＡ２２１及びＰＡ２３１の出力電力の増減に応じて、電源変調器２６４からＰＡ２２１及びＰＡ２３１への供給電力も増減させるポーラ変調技術が適用される。これにより、平均出力電力を低く取った高バックオフ状態においても電力効率の低下が抑制される。
【００２５】
また、図２６に示された送信装置においては、ＰＡ３２１が設けられたＧＳＭ（登録商標）（Global System for Mobile Communications）信号経路３２０と、ＰＡ３３１が設けられたＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）信号経路３３０と、を切り替えるパス選択スイッチ３１４および３４１が備えられている。ＰＡ３２１は、キャリア周波数ｆｃ１の無線通信システム（ＧＳＭ）のＲＦ信号を、ＰＡ３３１は、キャリア周波数ｆｃ２の無線通信システム（ＵＭＴＳ）のＲＦ信号を、それぞれ増幅する。キャリア周波数ｆｃ１の無線通信システムで通信を行なう場合は、コントローラ３１５からの制御信号により、ＰＡ３２１が、ＲＦ信号を入力及び出力するようにパス選択スイッチ３１４及び３４１が切り替えられる。また、キャリア周波数ｆｃ２の無線通信システムで通信を行なう場合は、コントローラ３１５からの制御信号により、ＰＡ３３１が、ＲＦ信号を入力及び出力するようにパス選択スイッチ３１４及び３４１が切り替えられる。
【００２６】
図２６に示された送信装置は、２つの所望周波数成分ｆｃ１及びｆｃ２を同時に出力するＣＡ技術に対応していないが、時間的に周波数成分ｆｃ１及びｆｃ２を切り替えて片方の周波数に対する動作を行うマルチバンド動作の機能を備えている。
【００２７】
図２６に示された送信装置と同様の内容は、特許文献４ないし７においても開示されている。つまり、特許文献４ないし７は、使用バンド数と同数のＰＡを用意し、バンド毎に各ＰＡを割り当てる構成が開示されている。さらに、特許文献４ないし７は、ＰＡの入力側もしくは出力側にバンド選択スイッチを設置し、使用中のバンドに対応するＰＡがＲＦ信号を入力ないし出力するようにバンド選択スイッチを切り替え、各ＰＡに電源からの供給電力を制御するポーラ変調技術を適用し、平均出力電力を低く設定した場合でも電力効率を高く維持する技術が開示されている。
【００２８】
図２７は、特許文献８において無線通信機として開示された送信装置の機能構成図である。図２７の送信装置も、図２６の送信装置と同じく、複数の帯域のＲＦ信号を送信する機能とともに、ポーラ変調技術の適用により電力効率を改善する機能も備えている。
【００２９】
図２７で示した送信装置は、ポーラ変調器６０１と、電源変調器６０２と、電力増幅器６０３と、カプラ６０４と、を少なくとも含んで構成される。ポーラ変調器６０１と電源変調器６０２とは、端子６０７を介して接続されている。電源変調器６０２と電力増幅器６０３とは、端子６０８を介して接続されている。ポーラ変調器６０１と電力増幅器６０３とは、端子６０５を介して接続されている。カプラ６０４は、電力増幅器６０３の出力側に設置されている。カプラ６０４とポーラ変調器６０１は、端子６０９を介して接続されている。
【００３０】
ポーラ変調器６０１は、互いに異なるキャリア周波数ｆ１、ｆ２、・・・ｆｎをそれぞれ有するＲＦ信号６２１１、６２１２、…、６２１ｎを同時に発生させ、端子６０５に出力する。ＲＦ信号６２１１、６２１２、…、６２１ｎは、端子６０５を介して電力増幅器６０３に入力される。電力増幅器６０３は、入力されたＲＦ信号６２１１、６２１２、…、６２１ｎを増幅し、キャリア周波数ｆ１、ｆ２、・・・ｆｎのＲＦ信号６２２１、６２２２、…、６２２ｎとして、カプラ６０４を経由して端子６０６に出力する。電力増幅器６０３は、複数のキャリア周波数ｆ１、ｆ２、・・・ｆｎに対応して設計された、マルチバンド電力増幅器である。
【００３１】
図２７で示した送信装置では、単一の電力増幅器６０３において複数バンドのＲＦ信号を一括で増幅しつつ、電源変調器６０２による電力供給の制御で、平均出力電力を低く設定した場合でも電力効率を高く維持する事ができる。図２６で示した送信装置に比べ、図２７で示した送信装置は、少ない数の電力増幅器で複数バンドのＲＦ信号を送信する事が可能なため、装置のコストとサイズを低減する事ができる。
【００３２】
特許文献９には、複数の帯域のＲＦ信号を送信する機能とともに、電源切替方式の適用により消費電力を低減する機能も備える送信装置の構成が開示されている。
【００３３】
具体的には、特許文献９に開示された送信装置においては、複数のパワーアンプはそれぞれ異なる周波数のＲＦ信号を増幅する機能を持つ。さらに、特許文献９には、複数のパワーアンプのうち使用するバンドのパワーアンプの電源をオンにし、使用しないバンドのパワーアンプの電源をオフ状態にする機能が開示されている。前記機能により、通信に使用しないパワーアンプの消費電力を抑制できるという効果が得られる。
【００３４】
特許文献９に開示された送信装置と同じく、使用バンド数と同数となる複数ＰＡを用意し、バンド毎に各ＰＡを割り当て、使用するＰＡは電源をオンにし、使用しないＰＡの電源をオフにする事で消費電力を抑制する技術は、特許文献１０においても開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開２００４−２６０５０９号公報
【特許文献２】特表２００５−５１３９４３号公報
【特許文献３】特開２００６−３２４８７８号公報
【特許文献４】特表２０１１−５１２０９８号公報
【特許文献５】特開２００５−２４４８２６号公報
【特許文献６】特開２００６−２７０９２３号公報
【特許文献７】特開２００８−２０５８２１号公報
【特許文献８】特願２０１２−０５４３９８号公報
【特許文献９】特許第４４８７６９５号公報
【特許文献１０】特開平５−３３５９７５号公報
【非特許文献】
【００３６】
【非特許文献１】三木信彦他、“ＬＴＥ-Advancedにおける広帯域化を実現するCarrier Aggregation”,NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル，Vol．１８No．２
【非特許文献２】P．Colantonio，et.al. ，“A Design Technique for Concurrent Dual-Band Harmonic Tuned Power Amplifier，” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，VOL．５６，NO．１１，NOVEMBER ２００８，pp．２５４５−２５５５
【非特許文献３】S．Kousai，et.al. ，“An Octave-Range，Watt-Level，Fully-Integrated CMOS Switching Power Mixer Array for Linearization and Back-Off-Efficiency Improvement，” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS，VOL．４４，NO．１２，DECEMBER ２００９，pp．３３７６−３３９２
【非特許文献４】P．Saad，et.al. ，“Design of a Highly Efficient ２−４-GHz Octave Bandwidth ＧａＮ-ＨＥＭＴ Power Amplifier，” IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES， VOL．５８， NO．７，JULY ２０１０ ｐｐ．１６７７−１６８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３７】
以下の分析は本発明において与えられる。
【００３８】
特許文献１ないし２に記載の送信装置は、１バンドのみに対応しており、マルチバンドの通信に用いる事ができない。特に、マルチバンドの通信に対応した電力増幅器の消費電力を抑制する方法は特許文献１ないし２には記載されていない。これに対して、特許文献３ないし１０に記載の送信装置は、マルチバンド通信に対応している。しかしながら、特許文献４ないし７及び９ないし１０に記載の送信装置の場合、使用バンド数と同数の電力増幅器を設置する必要がある。また、各電力増幅器に電源を備える必要があるため、使用バンド数と同数の電源も必要となる。この事は、特に使用バンド数の多い無線通信システムにおいて、送信装置のサイズとコストが増大するという問題の原因となる。
【００３９】
特許文献１ないし８に記載の送信装置は、電力増幅器から出力されるＲＦ信号の振幅変化に応じて、電力増幅器の電力供給を高速に変動させる制御が必要となる。このため、ＲＦ信号の変調帯域幅が広く、ＲＦ信号の振幅変化が高速な場合は、実現が難しくなる。具体的には、ＲＦ信号の振幅変化が高速な場合、電源変調器の電力効率が低下し消費電力が増大すると同時に、電源変調器および電力増幅器の出力信号の誤差が増大するという問題がある。
【００４０】
そこで、本発明の目的は、上述の課題を解決することができる送信装置、送信方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００４１】
本発明の第１の態様にかかる送信装置は、複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器と、前記変調器から出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力する電力増幅器と、前記電力増幅器へ電源を供給する可変電源と、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数に応じて前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器と、を備えるものである。
【００４２】
本発明の第２の態様にかかる送信方法は、複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力し、複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、出力する前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、出力する前記ＲＦ信号の数に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を切り替えるものである。
【発明の効果】
【００４３】
本発明による送信装置および送信方法によれば、単一の電力増幅器で複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を同時に増幅し、かつ単一の電源で電力増幅器への供給電力をバンド数ないし通信規格の変更に応じて最適化するため、小型・低コストで消費電力を低減したマルチバンド送信に対応した装置を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明による第一の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２】図１の電力増幅器の一例としたデュアルバンド電力増幅器（ＰＡ）の電力効率を示す特性図である。
【図３】図１の可変電源の出力電圧の切替がない場合の、送信装置の状態の時間変化を示した図である。
【図４】図１の電力増幅器の一例としたデュアルバンド電力増幅器（ＰＡ）の電力効率を示す特性図である。
【図５】図１の電力増幅器の一例としたデュアルバンド電力増幅器（ＰＡ）の電力効率を示す特性図である。
【図６】図１の可変電源の出力電圧の切替を行った場合の、送信装置の状態の時間変化を示した図である。
【図７】図１の電力増幅器の一例としたデュアルバンド電力増幅器（ＰＡ）の電力効率を示す特性図である。
【図８】本発明による第二の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図９】本発明による第二の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図１０】本発明による第三の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図１１】本発明による第三の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図１２】本発明による第四の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図１３】本発明による第四の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図１４】本発明による第五の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図１５】本発明による第五の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図１６】本発明による第五の実施の形態の送信装置の使用方法を示す概念図である。
【図１７】本発明による第六の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図１８】本発明による第七の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図１９】本発明による第八の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２０】本発明による第九の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２１】関連技術に基づく、ポーラ変調技術を適用した電力増幅器を備えた送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２２】特許文献１に記載の送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２３】特許文献１に記載の送信装置内のアップコンバータおよび降圧素子の出力電圧の波形を示す図である。
【図２４】特許文献２に記載の送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２５】特許文献２に記載のＤＣ/ＤＣコンバータの内部構成を示すブロック構成図である。
【図２６】特許文献３に記載の送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【図２７】特許文献８に記載の送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以下、本発明による送信装置および送信方法の好適な実施形態について添付図を参照して説明する。なお、以降に示す各図面において、同一または相当部分の部位については、同一符号を付して示すこととし、その説明は繰り返さないことにする。
【００４６】
（本発明の概要）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の概要をまず説明する。本発明は、信号発生器により発生された複数の周波数の信号を同時に増幅することが可能なＣＡ（Carrier Aggregation）技術に対応した電力増幅器を備えた送信装置を実現することを特徴の一つとしている。
【００４７】
すなわち、本発明の送信装置は、複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器と、前記変調器から出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力する電力増幅器と、前記電力増幅器へ電源を供給する可変電源と、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数に応じて前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器と、を備えることを特徴の一つとしている。
【００４８】
このように、本発明の送信装置においては、一つの電力増幅器で複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を増幅するため、増幅するキャリア周波数のＲＦ信号の数によらず、電力増幅器の数は一つでよい。さらに、本発明の送信装置においては、一つの電力増幅器しか用いないため、制御する電源も一つで良い。したがって、本発明の送信装置においては、特許文献１〜７および特許文献９〜１０に記載の送信装置に比べて、より少ない数の電力増幅器および電源によって省電力のマルチバンド送信装置を構成することができるため、装置のサイズとコストを削減することができる。
【００４９】
また、本発明の送信装置においては、ＲＦ信号の振幅に応じて電源の出力を制御せず、送信するバンド数もしくは通信規格の変化に応じて電源出力を制御する。このため、特許文献１〜８に記載の送信装置のようにＲＦ信号の振幅に応じて電源の出力を制御する場合と異なり、ＲＦ信号の振幅が高速に変動する場合においても本発明を適用できる。
【００５０】
また、本発明の送信装置においては、複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を同時に増幅し同時に出力することが可能である。したがって、本発明の送信装置においては、ＣＡ技術への対応が可能である。
【００５１】
（第一の実施の形態）
図１は、本発明による第一の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。図１に示す第一の実施の形態における送信装置は、変調器１００１と、電力増幅器（ＰＡ）１００２と、モード制御器１００３と、可変電源１００４と、を少なくとも含んで構成される。
【００５２】
変調器１００１は、互いに異なるキャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２、…、ｆｃｎをそれぞれ有するＲＦ信号１００５１、１００５２、…、１００５ｎを発生させる。ここで、ｎは非負の整数であり、送信するバンドの数を表す。ＲＦ信号１００５１、１００５２、…、１００５ｎは、電力増幅器１００２に入力される。ＲＦ信号１００５１、１００５２、…、１００５ｎは、電力増幅器１００２において増幅された後、電力増幅器１００２からＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎとして出力される。電力増幅器１００２から出力されたＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎは、送信信号として通信に用いられる。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、電力増幅器１００２として、複数のキャリア周波数ｆｃ１、ｆｃ２、…、ｆｃｎに対応して設計された、マルチバンド電力増幅器を用いることが望ましい。例えば、電力増幅器１００２には、前述の非特許文献の項に記載の非特許文献２において開示されているような、２つ以上の周波数で入出力の整合設計を行った電力増幅器を用いても良い。
【００５４】
もしくは、電力増幅器１００２には、キャリア周波数ｆｃ１からｆｃｎまでの周波数範囲をカバーするような広帯域の電力増幅器を用いても良い。広帯域の電力増幅器の構成は、例えば、前述の非特許文献の項に記載の非特許文献３または非特許文献４等に開示されている構成を採用しても良い。
【００５５】
モード制御器１００３は、変調器１００１から出力されるＲＦ信号１００５１、１００５２、…、１００５ｎのバンド数ｎを切り替えるとともに、可変電源１００４から電力増幅器１００２に向けて供給する電力を切り替える機能を備える。
【００５６】
モード制御器１００３は、変調器１００１へ送信するバンドの数を指示するバンド数指示情報を出力する。さらに、モード制御器１００３は、変調器１００１から出力されるＲＦ信号のバンド数に応じて、電力増幅器１００２へ供給する電力を示す電力指示情報を可変電源１００４へ出力する。ここで、モード制御器１００３は、変調器１００１及び可変電源１００４へ、同時にバンド数指示情報及び電力指示情報を出力してもよく、バンド数指示情報を変調器１００１へ出力した後に、電力指示情報を可変電源１００４へ出力してもよい。
【００５７】
モード制御器１００３は、例えば、変調器１００１から出力されるＲＦ信号のバンド数を減少させた場合、電力増幅器１００２へ供給する電力も減少させる。モード制御器１００３は、例えば、変調器１００１から出力されるＲＦ信号のバンド数を増加させた場合、電力増幅器１００２から供給する電力を増加させる。
【００５８】
可変電源１００４は、電圧源もしくは電流源のいずれでもよく、可変電源１００４の電圧値ＶＤＣもしくは電流値ＩＤＣがモード制御器１００３により制御される。このモード制御器１００３の機能により、ＲＦ信号のバンド数の変化に応じて可変電源１００４から供給される電力が最適化され、消費電力を低減できるという利点が得られる。
【００５９】
次に、本実施の形態における、可変電源１００４が電圧源である場合における出力電圧ＶＤＣの望ましい設定手法について、以下に説明する。なお、説明の簡略化のため、キャリア周波数がｆｃ１とｆｃ２との２つである場合について最初に説明する。
【００６０】
電力増幅器１００２として、８００ＭＨｚ／２ＧＨｚの両キャリア周波数に対応したデュアルバンド電力増幅器（ＰＡ）を用いる場合を例にとって説明する。
【００６１】
図２は、図１の電力増幅器１００２の一例としたデュアルバンド電力増幅器（ＰＡ）の電力効率の出力電力依存性を示す特性図である。なお、ここでは、バンド１のキャリア周波数ｆｃ１を８００ＭＨｚ、バンド２のキャリア周波数ｆｃ２を２ＧＨｚとしている。また、電力増幅器１００２の電源電圧（＝可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣ）は、１．８Ｖに設定されている。図２では、横軸をバンド２の出力電力に取り、バンド１の送信がオン状態（バンド１出力電力＝１０ｄＢｍ）の場合と、バンド１の送信がオフ状態の場合における電力効率が図示されている。図２では、電力効率の実際の値と理論値が示されている。電力増幅器１００２がＢ級動作を行う場合、電力効率は、以下の式（１）に従う。
【００６２】
【数１】
2015050646.tif 000003
【００６３】
ここでηは、電力増幅器１００２の電力効率、Ｐｔｏｔａｌは、電力増幅器１００２から出力される全てのバンドに渡る電力の総和、ＶＤＣは、可変電源１００４の出力電圧である。
【００６４】
図２で示すように、バンド２の出力電力を一定に保ったままバンド１のオン状態(Ａ)からオフ状態（Ｂ）に遷移させると、電力効率が低下する。図２では、一例としてバンド２の出力電力が５ｄＢｍである場合を示している。また、図２で示す場合において、バンド１のオン状態とオフ状態のいずれにおいても可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣは一定値１．８Ｖに固定されている。式（１）が示すように電力増幅器１００２の電力効率は全てのバンドの電力の総和の単調増加関数であるため、バンド１がオン状態からオフ状態に遷移すると、電力総和の低下に起因して電力効率も低下する。
【００６５】
図３は、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替がない場合の、バンド１の状態の時間変化を示した図である。バンド１がオン状態(Ａ)からオフ状態（Ｂ）に遷移した前後において、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣは変化していない。図３には、結果として電力増幅器１００２の電力効率が低下している様子が示されている。
【００６６】
図４は、電力増幅器１００２の電力効率の出力電力依存性を示す特性図である。ここではバンド１をオフ状態にして、横軸をバンド２の出力電力として、電力増幅器１００２の電力効率を示している。図４で示すように、バンド２の出力電力を一定に保ったまま可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣを１．８Ｖから０．９Ｖに引き下げると、電力効率が改善する。図４においても、一例としてバンド２の出力電力が５ｄＢｍである場合を示している。式（１）が示すように電力増幅器１００２の電力効率は、電源電圧ＶＤＣに反比例するため、電源電圧を下げる事で電力効率が向上する。
【００６７】
図５は、図２で示したバンド１がオン状態かつ電源電圧ＶＤＣが１．８Ｖの場合（Ａ）における電力効率と、図４で示したバンド１がオフ状態かつ電源電圧ＶＤＣが０．９Ｖの場合（Ｂ）における電力効率を組み合わせて図示したものである。図５で示すように、バンド２の出力電力が５ｄＢｍである場合において、両者の電力効率は変化していない。バンド１がオン状態からオフ状態に変化した事による電力効率の低下と、電源電圧を１．８Ｖから０．９Ｖに低下させた事による電力効率の向上が釣り合い、電力効率の維持が実現されている。式（１）に従えば、バンド数を切り替える前の出力電力総和ＰＯＵＴと電源電圧ＶＤＣ、バンド数を切り替えた後の出力電力総和ＰＯＵＴ’と電源電圧ＶＤＣ’に対し、以下の式（２）のように電源電圧ＶＤＣ’を定めれば、バンド数の切替前後で電力効率を同じ値に維持できる。
【００６８】
【数２】
2015050646.tif 000004
【００６９】
ここでは、バンド数が減少した場合、出力電力総和ＰＯＵＴも減少し、バンド数が増加した場合、出力電力総和ＰＯＵＴも増加する関係にある。そのため、モード制御器１００３は、バンド数と出力電力総和との対応関係を予め定めることによって、切り替え前後のバンド数から出力電力総和を特定することができる。そのため、モード制御器１００３は、切り替え前後のバンド数を特定することによって、電源電圧ＶＤＣ’を定めることができる。
【００７０】
式（２）で与えられた電源電圧ＶＤＣ’は目安値である。信号歪が所望値以下に収まるのであれば、電源電圧ＶＤＣ’を式（２）で与えられた値よりも低く設定して電力効率を向上させてもよい。
【００７１】
図６は、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替が行われる場合の、バンド１の状態の時間変化を示した図である。バンド１がオン状態(Ａ)からオフ状態（Ｂ）に遷移した前後において、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣが低い値に切り替えられている。電源電圧ＶＤＣの切替により、バンド１がオン状態からオフ状態に切り替えられた後でも電力効率が維持される様子が図示されている。
【００７２】
上記のように、複数バンドの送信信号を一つの電力増幅器で一括増幅する場合であって、電源電圧ＶＤＣが固定された状態において、複数バンドのうちのあるバンドのＲＦ信号の送信を止めた場合、電力増幅器の電力効率が低下するという問題があった。本発明では、複数バンドの送信信号を一つの電力増幅器で一括増幅する場合において、送信バンドの数の増減に応じて電源電圧ＶＤＣの値を切り替える事で、電力増幅器の電力効率の低下を回避するという効果が得られる。
【００７３】
図７では、図２と同じく、横軸をバンド２の出力電力に取り、バンド１の送信がオン状態（バンド１出力電力＝１０ｄＢｍ）の場合と、バンド１の送信がオフ状態の場合における電力増幅器１００２の電力効率が図示されている。図７で示すように、バンド１をオン状態（Ａ）からオフ状態（Ｂ）に遷移させると同時に、バンド２の出力電力を上げる事で、電力増幅器１００２の電力効率を維持する事は可能である。しかし、図７で示した状態遷移は、以下の観点で実用的とは言えない。まず、出力電力は、通信状態の要求に応じて設定されるべきものであって、電力効率の向上を目的として出力電力を変化させる事は望ましい事ではない。例えば、不必要に出力電力を引き上げる事は、他の通信装置への干渉問題を引き起こす。また、消費電力＝出力電力/電力効率の関係から考えると、図７で示した例のように電力効率を一定値に維持したまま出力電力を引き上げた場合、消費電力は増大する事になる。図５及び図６で示した本発明の実施例の場合、出力電力の引き上げを行わず電力効率を維持しているので、図７で示した例に比べて消費電力は低減されている。
【００７４】
ここで、本発明で開示されている電源切替の方法と、特許文献１ないし特許文献８で開示されている送信装置の違いについて説明する。特許文献１ないし特許文献８で開示されている送信装置の場合、電力増幅器に入力されたＲＦ信号の振幅の変動に応じて電力増幅器に接続された電源の出力電圧を制御する必要がある。しかしながら、ＲＦ信号の変調帯域幅が数十ＭＨｚのオーダーまで広くなると、電力増幅器に接続された電源は、高速に（数十ＭＨｚのオーダーで）変動する電圧を出力しなければならないが、これは実現困難である。
【００７５】
一方、本発明の場合は、可変電源１００４の出力電圧は、ＲＦ信号の振幅変動とは無関係に常に一定の電圧を出力する。したがって本発明は、特許文献１ないし特許文献８の送信装置と異なり、ＲＦ信号の変調帯域幅が数十ＭＨｚのオーダーまで広くなった場合においても適用可能である。本発明において、可変電源１００４の出力電圧の切替を行うのは、送信するバンド数が変化した場合である。通信システムの仕様上、送信バンド数の切替は、通常は数秒以上の期間を開けて行われる。そのため、特許文献１ないし特許文献８の送信装置で実施されるような電源電圧の高速制御は、本発明において必要とされない。
【００７６】
（第二の実施の形態）
本発明による第二の実施の形態は、第一の実施の形態の応用事例を示している。図８及び図９は、本発明による第二の実施の形態における送信装置の使用方法を示す概念図である。図８及び図９で示した本発明による第二の実施の形態において、端末１１０１には図１で示した送信装置が搭載されている。
【００７７】
図８において、端末１１０１は、基地局１１０２に対してＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎを送信して通信を行っている。図８で示すように、基地局と通信を行える範囲であるセル１１０３の中に存在する端末数が少ない場、端末１１０１は、多くのバンドを占有した通信が可能である。すなわち、図８で示した例では、端末１１０１は、ｎ個のバンドのＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎを使用して基地局１１０２と通信を行っている。一方、図９で示すように、セル１１０３に存在する端末数が多い場合、端末１１０１は、他の端末１１０４とバンドを分け合って通信を行う事になる。すなわち、図９で示した例では端末１１０１は、ｎ個未満のバンドのＲＦ信号１００６１、１００６２、…、を使用して基地局１１０２と通信を行う。端末１１０４は、一つ以上のバンドのＲＦ信号１００６ｎ、…、を用いて基地局１１０２と通信を行う。
【００７８】
図８及び図９で示した第二の実施の形態のように、セル１１０３内に存在する端末数の多寡によって、端末１１０１が使用できるバンドの数は変動する。基地局１１０２は、ネットワークパラメータ（例えばセル１１０３内の端末の数）を端末１１０１に送信する。端末１１０１は、基地局１１０２から送信されたネットワークパラメータに応じて使用バンド数を制御する。端末１１０１が使用できるバンドの数の変化に伴い、端末１１０１内に搭載された第一の実施の形態の送信装置（図１）内における可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣが切替わる。この可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替により、端末内１１０１内に搭載された送信装置（特に電力増幅器１００２）における消費電力の低減が実現される。
【００７９】
なお、端末１１０４は、第一の実施の形態の送信装置（図１）を搭載していてもよく、もしくは搭載していなくてもよい。すなわち、第一の実施の形態の送信装置（図１）を搭載した端末と搭載していない端末が同じセル１１０３内に混在していても、端末１１０１は、出力電圧ＶＤＣの切替による消費電力を実現できる。
【００８０】
なお、上記では端末１１０１は、ＲＦ信号１００６１、１００６２、…、を送信し、端末１１０４は、ＲＦ信号１００６ｎ、…、を送信するとしたが、端末１１０１と端末１１０４が上記以外の組み合わせのＲＦ信号を送信する場合においても同様の処理が行われる。
【００８１】
上記のように、本発明による第二の実施の形態では、通信状況すなわちセル１１０３内の端末数の多寡の変動に応じて、端末１１０１内部に搭載された送信装置内の可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣが切替制御される点に特徴がある。
【００８２】
（第三の実施の形態）
本発明による第三の実施の形態は、第一の実施の形態の応用事例を示すものである。図１０及び図１１は、本発明による第三の実施の形態における送信装置の使用方法を示す概念図である。図１０及び図１１で示した本発明による第三の実施の形態において、基地局１１０２には図１で示した送信装置が搭載されている。
【００８３】
図１０において、基地局１１０２は、ｎ個のバンドのＲＦ信号１００６１、１００６２、・・・、１００６ｎを送信している。また図１０において、端末１１０１ｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）は、基地局１１０２から送信されるＲＦ信号１００６ｉ（ｉ＝１、２、・・・、ｎ）をそれぞれ受信する機能を持つ。図１１では、セル内１１０３内にＲＦ信号１００６ｎを受信する機能を持つ端末１１０１ｎが存在しなくなった場合を図示している。図１１の場合、基地局１１０２はＲＦ信号１００６ｎを送信する必要がなく、（ｎ−１）個のバンドのＲＦ信号１００６１、１００６２、・・・のみを送信している。図１０及び図１１の例で示すように、セル１１０３内の端末の存在状況（特にセル１１０３内に存在している端末が受信できるバンドの数）に応じて、基地局１１０２が送信すべきバンド数は変動する。基地局１１０２は、セル１１０３内の端末の存在状況を検知して、基地局１１０２が送信すべきバンド数を制御する。基地局１１０２が送信すべきバンドの数の変化に伴い、基地局１１０２内に搭載された第一の実施の形態の送信装置（図１）内における可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣが切替わる。この可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替により、基地局内１１０２内に搭載された送信装置（特に電力増幅器１００２）の消費電力の低減が実現される。
【００８４】
なお、上記では基地局１１０２は、ＲＦ信号１００６ｎの送信を止める場合について記述したが、ＲＦ信号１００６ｎ以外のＲＦ信号１００６１、１００６２、・・・、についても同様の処理が行われる。
【００８５】
上記のように、本発明による第三の実施の形態では、セル１１０３内の端末の存在状況に応じて、基地局１１０２内部に搭載された送信装置内の可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣが切替制御される点に特徴がある。
【００８６】
（第四の実施の形態）
図１２及び図１３は、本発明による第四の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。図１２及び図１３に示す第四の実施の形態における送信装置は、第一の実施の形態と同じく、変調器１００１と、電力増幅器１００２と、モード制御器１００３と、可変電源１００４と、を少なくとも含んで構成される。
【００８７】
第一の実施の形態では、送信するＲＦ信号のバンドの数が変化する場合において、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替制御を行っていた。第四の実施の形態では、送信する信号の通信規格が変化する場合において、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替制御を行う。図１２は、送信する信号の通信規格が変化する前の送信装置を示している。図１３は、送信する信号の通信規格が変化した後の送信装置を示している。
【００８８】
具体的には、電力増幅器１００２に入力される信号が、図１２ではＲＦ信号１００５１であるのに対し図１３ではＲＦ信号１００７１に変更されている。図１２ではＲＦ信号１００５１は、電力増幅器１００２で増幅されてＲＦ信号１００６１として出力され、図１３ではＲＦ信号１００７１は、電力増幅器１００２で増幅されてＲＦ信号１００８１として出力される。ＲＦ信号１００５１及びＲＦ信号１００７１は、互いに異なる通信規格の信号であるとする。モード制御器１００３は、変調器１００１から出力されるＲＦ信号をＲＦ信号１００５１からＲＦ信号１００７１に切り替えるとともに、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替制御を行う。
【００８９】
異なる通信規格の場合、送信される信号（ここではＲＦ信号１００６１とＲＦ信号１００８１）の電力は、通常異なる。例えば、携帯電話の送信電力は、無線ＬＡＮの送信電力より大きい。すなわち、通信規格を切り替えた前後で、電力増幅器１００２から出力されるＲＦ信号の電力総和は、変化する。そこで、通信規格を切り替える前の出力電力総和ＰＯＵＴ及び電源電圧ＶＤＣ、通信規格を切り替えた後の出力電力総和ＰＯＵＴ’ 及び電源電圧ＶＤＣ’に対し、第一の実施例と同じく式（２）でに電源電圧ＶＤＣ’を定めれば、通信規格の切替前後で電力効率を同じ値に維持できる。
【００９０】
例えば、モード制御器１００３は、通信規格毎の送信電力に関する情報を予め保持していてもよい。これによって、モード制御器１００３は、変調器１００１から出力されるＲＦ信号の通信規格を切り替える前後における、電力増幅器１００２から出力されるＲＦ信号の電力総和を特定することができる。
【００９１】
第四の実施の形態においても式（２）で与えられた電源電圧ＶＤＣ’は目安値である。信号歪が所望値以下に収まるのであれば、電源電圧ＶＤＣ’を式（２）で与えられた値よりも低く設定して電力効率を向上させてもよい。
【００９２】
なお、上記ではＲＦ信号１００６１を別の通信規格のＲＦ信号に切り替える場合について記述したが、ＲＦ信号１００６１以外のＲＦ信号１００６１、１００６２、・・・、１００６ｎのいずれかを別の通信規格のＲＦ信号に切り替える場合についても同様の処理が行われる。
【００９３】
（第五の実施の形態）
本発明による第五の実施の形態は、第四の実施の形態の応用事例を示すものである。図１４ないし図１６は、本発明による第二の実施の形態における送信装置の使用方法を示す概念図である。図１４ないし図１６で示した本発明による第五の実施の形態において、端末１１１１には図１２ないし図１３で示した第四の実施の形態における送信装置が搭載されている。
【００９４】
図１４において、端末１１１１は、基地局１１１２に対してＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎを送信して通信を行っている。セル１１１３は、端末１１１１が基地局１１１２と通信できる範囲を示している。一方、図１５において、基地局１１１２と別の通信規格の基地局１１１４が存在する場合、端末１１１１は、基地局１１１２に送信していたＲＦ信号の一つ、例えばＲＦ１００６１を停止し、代わりにＲＦ信号１００８１を基地局１１１４に送信してよい。ＲＦ信号１００６１からＲＦ信号１００８１への切替に際し、第四の実施の形態に記載されているとおり、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替が行われる。これにより、通信の状態に応じた可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替が最適化され、端末１１１１の省電力化が実現される。
【００９５】
図１６において、端末１１１１は、ＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎを基地局１１１２に対して送信しながら、同時にＲＦ信号１００８１を基地局１１１４に送信している。図１４の状態から図１６の状態に遷移する場合、送信する通信規格を変化させると同時に、バンド数の切替も行われている。この場合においても、通信規格の変化およびバンド数の切替を行う際に、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替が行われる。すなわち、通信規格の変化とバンド数の切替を組み合わせた場合においても本発明を適用してよい。このような場合、モード制御器１００３は、バンド数に対応する出力電力総和に関する情報と、通信規格毎の送信電力に関する情報とを予め保持していてもよい。第五の実施の形態において、基地局１１１２は、例として携帯電話用の基地局であり、基地局１１１４は、例として無線ＬＡＮの基地局であってもよい。
【００９６】
（第六の実施の形態）
図１７は、本発明による第六の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。第六の実施の形態では、第一の実施の形態（図１）もしくは第四の実施の形態（図１２ないし図１３）の送信装置に、以下の構成要素と機能が追加される。すなわち、第六の実施の形態では、電力増幅器１００２の出力にカプラ１００９が追加される。
【００９７】
カプラ１００９は、電力増幅器１００２から出力されるＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎないし１００８１を検出して、検出された前記ＲＦ信号をモード制御器１００３に送信する。モード制御器１００３は、カプラ１００９で検出された前記ＲＦ信号から、ＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎないし１００８１の信号歪を検出する。信号歪の指標としては、隣接チャネル漏洩電力（ＡＣＰＲ）、ＥＶＭ（Error Vector Magnitude）、ＩＭＤ（Inter-modulation distortion：相互変調歪)、ＭＥＲ（Modulation Error Ratio）等を用いても良い。
【００９８】
モード制御器１００３は、検出されたＲＦ信号１００６１、１００６２、…、１００６ｎないし１００８１の信号歪が通信規格で定められた条件を満たすように、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの値を設定する。これにより、通信規格で定められた信号歪の条件下において、電力効率を最大化して省電力化を実現する事ができる。第六の実施の形態においても、第一ないし第五の実施の形態と同じく、バンド数もしくは通信規格の変化に伴い、又は、バンド数及び通信規格の変換に伴い、可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣの切替が行われる。
【００９９】
（第七の実施の形態）
図１８は、本発明による第七の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。第七の実施の形態では、第一ないし第六の実施の形態において説明された送信装置における、可変電源１００４の内部構成を詳細に説明する。図１８の送信装置において、可変電源１００４は、少なくともｍ個（ｍは２以上の整数）の電源１０１１１、…、１０１１ｍと、スイッチ１０１２とを含んで構成される。電源１０１１１、…、１０１１ｍの数ｍと、送信するバンドの数ｎの組み合わせは任意で良い。
【０１００】
電源１０１１１、…、１０１１ｍは、それぞれ異なる値の直流電圧Ｖ１、…、Ｖｍを出力する。スイッチ１０１２は、電源１０１１１、…、１０１１ｍの内一つを選択し、その選択された電源を電力増幅器１００２の電源端子に接続する機能を持つ。モード制御器１００３は、バンド数ないし通信規格を切り替えた際に最適な電源電圧を出力する電源を、電源１０１１１、…、１０１１ｍから選択して電力増幅器１００２に接続するように、スイッチ１０１２を制御する機能を持つ。上記の可変電源１００４の内部構成により、本発明で必要とされる可変電源１００４の機能が実現される。
【０１０１】
（第八の実施の形態）
図１９は、本発明による第八の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。第八の実施の形態では、第一ないし第六の実施の形態において説明された送信装置における、可変電源１００４の内部構成を詳細に説明する。図１９の送信装置において、可変電源１００４は、パルス変調器１０２１と、スイッチングアンプ１０２２と、ローパスフィルタ１０２３とを少なくとも含むスイッチングレギュレータにより構成される。パルス変調器１０２１は、一定デューティのパルス波をスイッチングアンプ１０２２に出力する。スイッチングアンプ１０２２は、入力されたパルス波を増幅してローパスフィルタ１０２３に出力する。
【０１０２】
ローパスフィルタ１０２３は、スイッチングアンプ１０２２から出力されたパルス波を平滑化して、直流電圧ＶＤＣを電力増幅器１００２の電源端子に向けて出力する。パルス変調器１０２１から出力されるパルス波のデューティによって、可変電源１００４から出力される直流電圧ＶＤＣが制御される。モード制御器１００３は、バンド数ないし通信規格を切り替えた際に可変電源１００４が最適な電源電圧を出力するように、パルス変調器１０２１から出力されるパルス波のデューティを設定する機能を持つ。上記の可変電源１００４の内部構成により、本発明で必要とされる可変電源１００４の機能が実現される。
【０１０３】
（第九の実施の形態）
図２０は、本発明による第九の実施の形態における送信装置のブロック構成を示すブロック構成図である。第九の実施の形態では、第一ないし第六の実施の形態において説明された送信装置における、可変電源１００４の内部構成を詳細に説明する。図２０の送信装置において、可変電源１００４は、バイアス制御器１０３１と、トランジスタ１０３２と、電源１０３３とを少なくとも含むリニアレギュレータにより構成される。トランジスタ１０３２は、バイポーラトランジスタないし電界効果トランジスタのいずれでもよい。可変電源１００４の出力電圧ＶＤＣは、バイアス制御器１０３１から出力されるトランジスタ１０３２の入力電圧によって制御される。モード制御器１００３は、バンド数ないし通信規格を切り替えた際に可変電源１００４が最適な電源電圧を出力するように、バイアス制御器１０３１から出力されるトランジスタ１０３２の入力電圧を設定する機能を持つ。上記の可変電源１００４の内部構成により、本発明で必要とされる可変電源１００４の機能が実現される。
【０１０４】
以上説明したように、本発明では、マルチバンド通信に対応した送信装置において、バンド数もしくは通信規格が変化した場合に電力増幅器の電源電圧の制御を行う事で、電力増幅器の消費電力を抑制し送信装置の省電力化が実現されるという効果がある。さらに本発明における送信装置は、上記特許文献１ないし特許文献１０において開示されている送信装置に比べて、以下の改善効果がある。
【０１０５】
特許文献１ないし３に記載の送信装置は、１バンドのみに対応しており、マルチバンドの通信に用いる事ができない。その一方で本発明の場合、マルチバンドの通信への適用が可能であるという改善効果がある。
【０１０６】
特許文献４ないし１０に記載の送信装置は、マルチバンド通信に対応している。しかしながら、特許文献４ないし７及び９ないし１０に記載の送信装置の場合、使用バンド数と同数の電力増幅器を設置する必要がある。また、各電力増幅器に電源を備える必要があるため、使用バンド数と同数の電源も必要となる。この事は、特に使用バンド数の多い無線通信システムにおいて、送信装置のサイズとコストの増大という問題の原因となる。本発明の場合、単一の電力増幅器および電源でマルチバンド通信に対応しているため、使用バンド数が多い場合においても送信装置のサイズとコストの増大を回避できるという改善効果がある。
【０１０７】
特許文献１ないし８に記載の送信装置は、電力増幅器から出力されるＲＦ信号の振幅変化に応じて、電力増幅器の電力供給を高速に変動させる制御が必要となる。このため、ＲＦ信号の変調帯域幅が広く、ＲＦ信号の振幅変化が高速な場合は、実現が難しくなる。具体的には、ＲＦ信号の振幅変化が高速な場合、電源変調器の電力効率が低下し消費電力が増大すると同時に、電源変調器および電力増幅器の出力信号の誤差が増大するという問題がある。本発明の場合、バンド数もしくは通信規格が変化した場合のみ電源電圧の制御を行う。すなわち、ＲＦ信号の振幅変化に応じて電源電圧の制御を行う訳ではないので、ＲＦ信号の振幅変化が高速な場合においても本発明を適用できるという改善効果がある。
【０１０８】
以上、本発明の好適な実施形態の構成を説明した。しかし、前述の各特許文献等に開示されている内容は、本発明に引用をもって繰り込むことも可能とする。本発明の全開示（特許請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施の形態の変更・調整が可能である。また、本発明の特許請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせあるいは選択も可能である。すなわち、本発明は、特許請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって、当業者であればなし得ることが可能な各種変形、修正を含むことは勿論である。
【０１０９】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【０１１０】
（付記１）複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器と、前記変調器から出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力する電力増幅器と、前記電力増幅器へ電源を供給する可変電源と、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数に応じて前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器と、を備える送信装置。
（付記２）前記モード制御器は、前記変調器から出力される前記ＲＦ信号の数を増やす場合には前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を増加させ、前記変調器から出力される前記ＲＦ信号の数を減らす場合には前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を減少させる、付記１に記載の送信装置。
（付記３）前記電力増幅器から出力されるＲＦ信号を検出するカプラをさらに備え、
前記モード制御器は、前記カプラにおいて検出された前記ＲＦ信号の信号歪を検出し、前記ＲＦ信号の数を切り替える際に、前記ＲＦ信号の信号歪を通信規格で定められた条件を満たすように、電力増幅器へ供給される電源の前記電圧値もしくは電流値を制御する、付記１又は２に記載の送信装置。
（付記４）前記可変電源は、複数の電源と、複数の前記電源の内一つを前記電力増幅器の電源端子に接続するスイッチとを備えており、前記モード制御器は、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えた際に、複数の前記電源の内所望のものを選択して前記電力増幅器の電源端子に接続するように前記スイッチを制御する、付記１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
（付記５）前記可変電源は、パルス信号を出力するパルス変調器と、前記パルス信号を増幅するスイッチングアンプと、前記スイッチングアンプから出力されるパルス信号を平滑化して直流電圧もしくは直流電流を生成するローパスフィルタと、を備えたスイッチングレギュレータであり、前記モード制御器は、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えた際に、前記パルス変調器から出力されるパルス信号のデューティを制御して、前記可変電源から電力増幅器へ供給される電源の直流電圧もしくは直流電流を所望値に切り替える、付記１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
（付記６）前記可変電源は、直流電源と、トランジスタと、前記トランジスタに印加するバイアスを制御するバイアス制御器とを備えたリニアレギュレータであり、前記モード制御器は、前記変調器から出力させる前記ＲＦ信号の数を切り替えた際に、前記トランジスタに印加するバイアスを前記バイアス制御器で制御して、前記可変電源か電力増幅器へ供給される電源の直流電圧もしくは直流電流を所望値に切り替える、付記１ないし３のいずれか１項に記載の送信装置。
（付記７）複数のキャリア周波数帯のＲＦ（Radio Frequency）信号を出力する変調器と、前記変調器から出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力する電力増幅器と、前記電力増幅器へ電源を供給する可変電源と、前記変調器から出力される複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えるとともに、切り替えた前記通信規格に応じて前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御するモード制御器と、を備える送信装置。
（付記８）前記モード制御器は、前記変調器から出力される複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えた際に、前記電力増幅器から出力されるＲＦ信号の電力総和が増加する場合には前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を増加させ、前記電力増幅器から出力されるＲＦ信号の電力総和が減少する場合には前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を減少させる、付記７に記載の送信装置。
（付記９）前記電力増幅器から出力されるＲＦ信号を検出するカプラをさらに備え、前記モード制御器は、前記カプラにおいて検出された前記ＲＦ信号の信号歪を検出し、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えた際に、前記ＲＦ信号の信号歪を通信規格で定められた条件を満たすように、前記電力増幅器へ供給される電源の電圧値もしくは電流値を制御する、付記７又は請求項８記載の送信装置。
（付記１０）前記可変電源は、複数の電源と、前記電源の内一つを前記電力増幅器の電源端子に接続するスイッチとを備えており、前記モード制御器は、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えた際に、複数の前記電源の内所望のものを選択して前記電力増幅器の電源端子に接続するように前記スイッチを制御する、付記７ないし９のいずれか１項に記載の送信装置。
（付記１１）前記可変電源は、パルス信号を出力するパルス変調器と、前記パルス信号を増幅するスイッチングアンプと、前記スイッチングアンプから出力されるパルス信号を平滑化して直流電圧もしくは直流電流を生成する機能を持つローパスフィルタと、を備えたスイッチングレギュレータであり、前記モード制御器は、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えた際に、前記パルス変調器から出力されるパルス信号のデューティを制御して、前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される直流電圧もしくは直流電流を所望値に切り替える、付記７ないし９のいずれか１項に記載の送信装置。
（付記１２）前記可変電源は、直流電源と、トランジスタと、前記トランジスタに印加するバイアスを制御するバイアス制御器とを備えたリニアレギュレータであり、前記モード制御器は、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えた際に、前記トランジスタに印加するバイアスを前記バイアス制御器で制御する事により、前記可変電源から前記電力増幅器へ供給される直流電圧もしくは直流電流を所望値に切り替える、付記７ないし９のいずれか１項に記載の送信装置。
（付記１３）付記１ないし６のいずれか１項に記載の送信装置を有する端末装置。
（付記１４）付記１ないし６のいずれか１項に記載の送信装置を有する基地局。
（付記１５）付記７ないし１２のいずれか１項に記載の送信装置を有する端末装置。
（付記１６）複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力し、複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、出力する前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、出力する前記ＲＦ信号の数に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を切り替える送信方法。
（付記１７）複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力し、前記複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えるとともに、切り替えた前記通信規格に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を切り替える送信方法。
（付記１８）複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力し、複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、出力する前記ＲＦ信号の数を切り替えるとともに、出力する前記ＲＦ信号の数に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を切り替えることを送信装置のコンピュータに実行させるプログラム。
（付記１９）複数のキャリア周波数帯のＲＦ信号を出力し、出力された複数の前記ＲＦ信号を増幅し、増幅した前記ＲＦ信号を出力し、前記複数キャリア周波数帯のＲＦ信号を出力する際に、複数の前記ＲＦ信号の内、少なくとも一つのＲＦ信号に適用される通信規格を切り替えるとともに、切り替えた前記通信規格に応じて複数の前記ＲＦ信号を増幅する電力増幅器へ供給する電源の電圧値もしくは電流値を切り替えることを送信装置のコンピュータに実行させるプログラム。
【符号の説明】
【０１１１】
１００１  変調器
１００２  電力増幅器
１００３  モード制御器
１００４  可変電源
１００５、１００６、１００７、１００８  ＲＦ信号
１００９  カプラ
１０１１、１０３３  電源
１０１２  スイッチ
１０２１  パルス変調器
１０２２  スイッチングアンプ
１０２３  ローパスフィルタ
１０３１  バイアス制御器
１０３２  トランジスタ
１１０１、１１０４、１１１１  端末
１１０２、１１１２、１１１４  基地局
１１０３、１１１３  セル
【図１】
2015050646.tif 000005
【図２】
2015050646.tif 000006
【図３】
2015050646.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015050646.tif 000010
【図７】
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【図８】
2015050646.tif 000012
【図９】
2015050646.tif 000013
【図１０】
2015050646.tif 000014
【図１１】
2015050646.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
2015050646.tif 000017
【図１４】
2015050646.tif 000018
【図１５】
2015050646.tif 000019
【図１６】
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【図１７】
2015050646.tif 000021
【図１８】
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【図１９】
2015050646.tif 000023
【図２０】
2015050646.tif 000024
【図２１】
2015050646.tif 000025
【図２２】
2015050646.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
2015050646.tif 000028
【図２５】
2015050646.tif 000029
【図２６】
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【図２７】
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