(57)【要約】【課題】送信信号の変調精度を向上することである。【解決手段】増幅装置１０は、信号処理部１１と増幅部１４２と増幅部１４１と反射係数算出部１６２と振幅可変部１３とを有する。信号処理部１１は、入力信号を第１信号と第２信号とに分解する。増幅部１４２は、上記第１信号を増幅して出力する。増幅部１４１は、上記第２信号を増幅して出力する。反射係数算出部１６２は、増幅部１４２からの出力と増幅部１４１からの出力とにより定まる反射係数を算出する。振幅可変部１３は、反射係数算出部１６２により算出された反射係数と基準値とを用いて、増幅部１４１の入力信号の振幅を低下させる。【選択図】図１
2015146529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号を第１信号と第２信号とに分解する分解部と、
前記第１信号を増幅して出力する第１増幅部と、
前記第２信号を増幅して出力する第２増幅部と、
前記第１増幅部からの出力と、前記第２増幅部からの出力とにより定まる反射係数を算出する算出部と、
前記算出部により算出された反射係数と基準値とを用いて、前記第２信号の振幅を低下させる制御部と
を有することを特徴とする増幅装置。
【請求項２】
前記基準値は、前記第２増幅部側の反射係数であり、
前記制御部は、前記第１増幅部側の反射係数と前記第２増幅部側の反射係数とが同一となる様に、前記第２信号の振幅を低下させることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項３】
前記基準値は、所定値であり、
前記制御部は、前記第１増幅部側の反射係数が前記所定値未満となる様に、前記第２信号の振幅を低下させることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項４】
前記基準値は、所定値であり、
前記制御部は、前記第１増幅部側の反射係数が前記所定値と同一となる様に、前記第２信号の振幅を低下させることを特徴とする請求項１に記載の増幅装置。
【請求項５】
増幅装置が、
入力信号を第１信号と第２信号とに分解し、
前記第１信号を増幅して出力し、
前記第２信号を増幅して出力し、
前記第１信号の出力と前記第２信号の出力とにより定まる反射係数を算出し、
算出された前記反射係数と基準値とを用いて、前記第２信号の振幅を低下させる
ことを特徴とする増幅方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、増幅装置、及び増幅方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、移動通信システムの基地局を始めとする種々の電子機器において、送信電力を増幅する増幅装置が用いられている。特に近年では、通信の高速化に伴い、消費電力の抑制等の観点から、より高い効率で送信電力を増幅することが望まれている。増幅装置の効率は、出力飽和状態（非線形状態）において、最も高いことが知られており、これに対応した増幅装置として、アウトフェージング方式の増幅装置（以下、「アウトフェージング増幅装置」と記す。）が提案されている。アウトフェージング増幅装置に用いられる合成器として、例えば、シレー合成器がある。シレー合成器は、出力バックオフ電力点での電力効率特性を向上するため、非対称な構成（例えば、ＴＬ（Transmission  Line）＝９０±θdeg）を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７４１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のアウトフェージング増幅装置では、シレー合成器からの出力振幅が大きいことに起因して、２つの増幅器から見たシレー合成器の入力インピーダンスが非対称なため、出力電力のダイナミックレンジが狭くなるという問題があった。すなわち、アウトフェージング増幅装置は、ＲＦ（Radio  Frequency）信号を増幅して送信するが、送信信号の再現性は、ダイナミックレンジの大小に依存するため、ダイナミックレンジの減少（例えば、約２０ｄＢ）は、送信信号の再現性を低下させる要因となる。かかる再現性の低下は、変調精度の向上を阻害する。また、アウトフェージング増幅装置は、シレー合成器の前段に、２つの増幅器を有するため、ダイナミックレンジの減少ひいては変調精度の劣化は、これら各増幅器の入力位相差が大きい時（すなわち、合成後の振幅が小さい時）に特に顕著となる。
【０００５】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、送信信号の変調精度を向上することのできる増幅装置、及び増幅方法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】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本願の開示する増幅装置は、一つの態様において、分解部と第１増幅部と第２増幅部と算出部と制御部とを有する。前記分解部は、入力信号を第１信号と第２信号とに分解する。前記第１増幅部は、前記第１信号を増幅して出力する。前記第２増幅部は、前記第２信号を増幅して出力する。前記算出部は、前記第１増幅部からの出力と、前記第２増幅部からの出力とにより定まる反射係数を算出する。前記制御部は、前記算出部により算出された反射係数と基準値とを用いて、前記第２信号の振幅を低下させる。
【発明の効果】
【０００７】
本願の開示する増幅装置の一つの態様によれば、送信信号の変調精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施例に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、各増幅部の入力振幅が等しい場合における反射係数の軌跡を示す図である。
【図３】図３は、各増幅部の入力振幅が異なる場合における反射係数の軌跡を示す図である。
【図４】図４は、変形例に係る増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、増幅装置により、各増幅部の負荷が変化する様子を示す図である。
【図６】図６は、増幅装置により、出力電力のダイナミックレンジが改善する様子を示す図である。
【図７】図７は、実施例及び変形例に係る増幅装置の適用例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願の開示する増幅装置、及び増幅方法の実施例を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施例により本願の開示する増幅装置、及び増幅方法が限定されるものではない。
【００１０】
まず、本願の開示する一実施例に係る増幅装置の構成を説明する。図１は、実施例に係る増幅装置１０の構成を示すブロック図である。図１に示す様に、増幅装置１０は、信号処理部１１と振幅位相変換部１２と振幅可変部１３と増幅部１４１、１４２と方向性結合部１５１、１５２と反射係数算出部１６１、１６２と比較部１７と合成部１８とを有する。これら各構成部分は、一方向又は双方向に、信号やデータの入出力が可能な様に接続されている。
【００１１】
信号処理部１１は、入力信号を、所定の振幅値をそれぞれ有する２つの信号に分解する。また、信号処理部１１は、振幅可変部１３に対し、増幅部１４１への入力信号の振幅（入力振幅）を、どの程度低下させるかを指示することで、振幅可変部１３を制御する。信号処理部１１は、送信信号の波形整形、ピーク処理等を行う。例えば、信号処理部１１は、後述するｃの値が１となる様に、入力振幅の低下を振幅可変部１３に指示する。
【００１２】
振幅位相変換部１２は、送信信号を、振幅が一定で位相の異なる２つの信号に分離し、該分離により得られた各々の信号を、上下の系（増幅部１４１の系、増幅部１４２の系）にそれぞれ出力する。
【００１３】
振幅可変部１３は、信号処理部１１からの上記指示に従い、振幅位相変換後の入力信号の振幅を調整（例えば、低下）する。
【００１４】
増幅部１４１は、入力整合部１４１ａと増幅素子１４１ｂと出力整合部１４１ｃとを有する。入力整合部１４１ａは、増幅素子１４１ｂの入力側インピーダンスを整合する。増幅素子１４１ｂは入力信号を増幅する。出力整合部１４１ｃは、増幅素子１４１ｂの出力側インピーダンスを整合する。また、増幅部１４２は、増幅部１４１と同様の構成を有する。従って、増幅部１４２において、増幅部１４１と共通する構成要素には、末尾が同一の参照符号を用いると共に、その説明は省略する。具体的には、増幅部１４２の入力整合部１４２ａと増幅素子１４２ｂと出力整合部１４２ｃとは、増幅部１４１の入力整合部１４１ａと増幅素子１４１ｂと出力整合部１４１ｃとにそれぞれ対応する。
【００１５】
方向性結合部１５１は、上の系（増幅部１４１）からの出力を進行波として、所定の結合量（例えば、３０ｄＢ）で、信号線１５１ａから出力すると共に、下の系（増幅部１４２）からの出力を反射波として、信号線１５１ｂから出力する。反対に、方向性結合部１５２は、下の系（増幅部１４２）からの出力を進行波として、所定の結合量（例えば、３０ｄＢ）で、信号線１５２ａから出力すると共に、上の系（増幅部１４１）からの出力を反射波として、信号線１５２ｂから出力する。
【００１６】
反射係数算出部１６１は、方向性結合部１５１から入力される反射波を、方向性結合部１５１から入力される進行波により除算した値を、反射係数ｂ／ａとして比較部１７に出力する。同様に、反射係数算出部１６２は、方向性結合部１５２から入力される反射波を、方向性結合部１５２から入力される進行波により除算した値を、反射係数ｂ’／ａ’として比較部１７に出力する。
【００１７】
比較部１７は、反射係数算出部１６１から入力される反射係数ｂ／ａを、反射係数算出部１６２から入力される反射係数ｂ’／ａ’により除算した値であるｃ（＝ａｂ’／ａ’ｂ）を、信号処理部１１に出力する。なお、上記ｃは、合成部１８の構成によっては、反射係数ｂ’／ａ’を反射係数ｂ／ａにより除算した値であってもよい。信号処理部１１は、上記ｃの値が１となる様に、入力振幅の低下を振幅可変部１３に指示する。
【００１８】
合成部１８は、上の系のＴＬ１８１から出力される信号と下の系のＴＬ１８２から出力される信号とをベクトル合成し、増幅された送信信号を再生する。
【００１９】
図２は、各増幅部１４１、１４２の入力振幅Ａ１が等しい場合における反射係数Ｒ１の軌跡を示す図である。図２において、上側の図は、振幅位相変換部１２による振幅位相変換後の信号の振幅Ａ１（電圧）と位相とを極座標表示した図である。下側の図は、各増幅部１４１、１４２の出力側から合成部１８の入力側をみた場合の反射係数Ｒ１（負荷）の軌跡を示すスミスチャートである。図２に示す様に、各増幅部１４１、１４２の入力が任意の位相差（０〜±９０ｄｅｇ）で等振幅である場合には、反射係数Ｒ１は、２つの系間でアンバランスな状態となる。具体的には、例えば、位相差が±６０ｄｅｇを超える領域において、反射係数Ｒ１は非対称となる。
【００２０】
図３は、各増幅部１４１、１４２の入力振幅Ａ２が異なる場合における反射係数Ｒ２の軌跡を示す図である。振幅可変部１３は、双方の系の反射係数Ｒ２が等しくなるまで、片方の系（図１の増幅部１４１側の系）の振幅を下げる。振幅可変部１３は、この処理を各位相毎に、繰り返し実行する。このとき、振幅可変部１３は、信号処理部１１からの指示に従い、反射係数の軌跡が交差する位相差Ｐ１、Ｐ２（図３では６０ｄｅｇ）よりも大きい位相差領域Ｓ１、Ｓ２で、増幅部１４１の入力振幅を制御する。その結果、位相差領域Ｓ１内の入力振幅Ａ２に示す振幅制御情報が得られ、その時の各増幅部１４１、１４２における負荷インピーダンスは、反射係数Ｒ２に示す値となる。
【００２１】
以上説明した様に、増幅装置１０は、信号処理部１１と増幅部１４２と増幅部１４１と反射係数算出部１６２と振幅可変部１３とを有する。信号処理部１１は、入力信号を第１信号と第２信号とに分解する。増幅部１４２は、上記第１信号を増幅して出力する。増幅部１４１は、上記第２信号を増幅して出力する。反射係数算出部１６２は、増幅部１４２からの出力（進行波）と増幅部１４１からの出力（反射波）とにより定まる反射係数を算出する。例えば、反射係数算出部１６２は、増幅部１４２からの出力（進行波）と増幅部１４１からの出力（反射波）とにより定まる、増幅部１４２の出力から合成部１８を見たときの反射係数を算出する。該反射係数は、例えば、増幅部１４２からの出力（進行波）に対する増幅部１４１からの出力（反射波）の反射係数である。振幅可変部１３は、反射係数算出部１６２により算出された反射係数と基準値とを用いて、増幅部１４１の入力信号（上記第２信号）の振幅を低下させる。また、増幅装置１０において、上記基準値は、増幅部１４１側の反射係数であってもよい。この場合、振幅可変部１３は、増幅部１４２側の反射係数と増幅部１４１側の反射係数とが同一となる様に、増幅部１４１の入力信号の振幅を低下させる。
【００２２】
上述した様に、増幅装置１０は、各増幅部１４１、１４２の入力位相差が大きい場合、各増幅部１４１、１４２の負荷インピーダンス（反射係数）がバランスした状態となる様に、片方の系のみ入力振幅を低下させる。これにより、入力位相差が大きい場合にも、増幅装置１０の出力振幅は十分に小さくなり、ダイナミックレンジが拡大する。従って、送信信号の再現性が向上する。その結果、変調精度が向上する。
【００２３】
（変形例）
次に、変形例について説明する。図４は、変形例に係る増幅装置１０の構成を示すブロック図である。図４に示す様に、変形例に係る増幅装置１０は、方向性結合部１５１に代わり電気長線路１９を有する点を除き、図１に示した実施例に係る増幅装置１０と同様の構成を有する。従って、変形例では、実施例と共通する構成要素には、同一の参照符号を用いると共に、その詳細な説明は省略する。
【００２４】
変形例が実施例と異なる点は、反射係数ｂ’／ａ’との比較対象となる値（以下、「基準値」と記す。）である。具体的には、上記実施例では、基準値は相対値（対向する系の反射係数ｂ／ａ）とし、振幅可変部１３は、下の系の反射係数ｂ’／ａ’と上の系の反射係数ｂ／ａとが同一（１：１の比率）となる様に、上の系の入力振幅を低下させるものとした。これに対し、変形例では、基準値は絶対値（例えば、１未満、設定値）とし、振幅可変部１３は、下の系の反射係数ｂ’／ａ’が、例えば１未満となる様に、上の系の入力振幅を低下させる方法を採る。以下においては、この様な変形例に係る増幅装置１０の構成及び動作を、実施例との相違点を中心として説明する。
【００２５】
増幅装置１０は、方向性結合部１５２と反射係数算出部１６２とを片系にのみ設け、反対側の系には、方向性結合部１５２と同等の電気長を有する電気長線路１９を挿入する。なお、図４では、方向性結合部と反射係数算出部とが下側の系に設けられる態様を例示したが、設計によっては、上側の系に設けられるものとしてもよい。
【００２６】
比較部１７には、基準値としての絶対値が設定される。信号処理部１１は、比較部１７に設定された値を参照し、例えば、反射係数ｂ’／ａ’が１未満となる様に、振幅可変部１３に対し、増幅部１４１の入力振幅の低下を指示する。振幅可変部１３は、信号処理部１１からの指示に従い、例えば、反射係数ｂ’／ａ’が１未満となる様に、片系の上記入力振幅を低下させる制御を行う。
【００２７】
あるいは、信号処理部１１は、比較部１７に設定された値を参照し、例えば、反射係数ｂ’／ａ’が所定値となる様に、振幅可変部１３に対し、増幅部１４１の入力振幅の低下を指示する。振幅可変部１３は、信号処理部１１からの指示に従い、例えば、反射係数ｂ’／ａ’が上記所定値となる様に、片系の上記入力振幅を低下させる制御を行う。
【００２８】
なお、上記所定値は、設計時等に事前に決定されるが、必ずしも固定的な値でなくてもよく、例えば、位相差によって変動する値（可変値）であってもよい。
【００２９】
上述した様に、増幅装置１０において、上記基準値は、例えば１であってもよい。この場合、振幅可変部１３は、増幅部１４２側の反射係数が上記所定値未満となる様に、増幅部１４１の入力信号の振幅を低下させる。また、上記基準値は、例えば設計時の設定値であってもよい。この場合、振幅可変部１３は、増幅部１４２側の反射係数が上記所定値と同一となる様に、増幅部１４１の入力信号の振幅を低下させる。
【００３０】
続いて、図５、図６を参照し、上記実施例及び変形例に係る増幅装置１０の効果を説明する。図５は、増幅装置１０により、各増幅部１４１、１４２の負荷が変化する様子を示す図である。図５に示す様に、増幅装置１０による振幅制御により、各増幅部１４１、１４２の負荷インピーダンスがバランスのとれた状態となり、アウトフェージング制御された増幅装置１０のダイナミックレンジが大幅に改善される。
【００３１】
図６は、増幅装置１０により、出力電力ＰＯＵＴのダイナミックレンジが改善する様子を示す図である。図６では、ｘ軸に位相Ｐ（単位はｄｅｇ）が規定され、ｙ軸に出力電力ＰＯＵＴ（単位はｄＢｍ）が規定されている。図６に示す様に、上記振幅制御の前後における最大電力ＰＭＡＸは、何れも約５２ｄＢｍであるが、増幅装置１０による振幅制御により、ダイナミックレンジは、従前のダイナミックレンジＤ１（約２０ｄＢ）から、ダイナミックレンジＤ２（約５０ｄＢ）に拡大している。これにより、増幅装置１０の送信する信号の再現性、ひいては変調精度が向上する。
【００３２】
実施例及び変形例で説明した増幅装置１０は、例えば、基地局等の通信装置に適用することができる。図７は、実施例及び変形例に係る増幅装置１０の適用例を説明するための図である。図７に示す様に、基地局１００は、制御装置１０１と送信装置１０２と受信装置１０３とを有する。制御装置１０１は、送信装置１０２へ送信信号を出力する。送信装置１０２は、入力された送信信号に対し、変調、アップコンバート、増幅等を行い、アンテナＡを介して送信する。送信装置１０２は、上述した増幅装置１０を有し、増幅装置１０が上記送信信号の増幅を行う。受信装置１０３は、アンテナＡを介して受信した信号に対して所定の処理を施し、処理後の受信信号を制御装置１０１へ出力する。
【００３３】
なお、上記実施例及び変形例に係る増幅装置１０では、送信信号の変調方式として、直角位相振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature  Amplitude  Modulation）を想定したが、他の振幅変調であってもよい。
【００３４】
また、反射係数算出部１６１、１６２は、必ずしも反射係数の全部分を算出しなくてもよく、反射係数の実部のみを算出するものとしてもよい。同様に、比較部１７は、反射係数の全部分を基準値と比較しなくてもよく、実部のみを基準値と比較するものとしてもよい。
【００３５】
更に、増幅装置１０の各構成要素は、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的態様は、図示のものに限らず、その全部又は一部を、各種の負荷や使用状況等に応じて、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することもできる。例えば、信号処理部１１と比較部１７、あるいは、反射係数算出部１６１、１６２と比較部１７を、それぞれ１つの構成要素として統合してもよい。反対に、信号処理部１１に関し、入力信号を、所定の振幅値をそれぞれ有する２つの信号に分解する部分と、増幅部１４１の入力振幅の低下を指示する部分とに分散してもよい。更に、後者の指示する部分に関し、両系の反射係数の比が所定値となる様に指示する部分と、増幅部１４２の反射係数自体が所定値となる様に指示する部分とに分散してもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０  増幅装置
１１  信号処理部
１２  振幅位相変換部
１３  振幅可変部
１７  比較部
１８  合成部
１９  電気長線路
１００  基地局
１０１  制御装置
１０２  送信装置
１０３  受信装置
１４１、１４２  増幅部
１４１ａ、１４２ａ  入力整合部
１４１ｂ、１４２ｂ  増幅素子
１４１ｃ、１４２ｃ  出力整合部
１５１、１５２  方向性結合部
１５１ａ、１５１ｂ、１５２ａ、１５２ｂ  信号線
１６１、１６２  反射係数算出部
１８１、１８２  ＴＬ（Transmission  Line）
Ａ  アンテナ
Ａ１  入力振幅（制御前）
Ａ２  入力振幅（制御後）
Ｄ１  ダイナミックレンジ（制御前）
Ｄ２  ダイナミックレンジ（制御後）
Ｐ  位相
ＰＭＡＸ  最大電力
ＰＯＵＴ  出力電力
Ｐ１、Ｐ２  反射係数の交差する位相差
Ｐ３  出力電力（制御前）
Ｐ４  出力電力（制御後）
Ｒ１、Ｒ３  反射係数（制御前）
Ｒ２、Ｒ４  反射係数（制御後）
Ｓ１、Ｓ２  位相差領域
【図１】
2015146529.tif 000003
【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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【図７】
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