(57)【要約】【課題】送信信号の包絡線振幅に応じて電力増幅器の電圧制御を行う送信装置において、電圧制御のタイミング調整を正確かつ自動的に行うことを目的とする。【解決手段】電力増幅器の出力の一部を分配器および周波数変換器によりフィードバックして送信信号帯域外の電力を計算し、その帯域外電力の値が最小になるように遅延回路の遅延量を調整することにより電圧制御タイミングの調整を行う。【選択図】　図１
2004128933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信信号の包絡線振幅に応じて電力増幅手段の電圧制御を行う送信方法であって、前記電力増幅手段の出力信号をフィードバックして帯域外電力を計算し、その帯域外電力値が最小になるように電力増幅手段の電圧制御のタイミングを自動的に制御する送信方法。
【請求項２】
電圧制御のタイミング調整を行う遅延手段と、前記電力増幅手段の出力を分配しフィードバックするための分配器と、前記フィードバックされた信号を利用して送信信号帯域外の歪成分の電力を計算し、その帯域外電力が最小になるように前記遅延手段の遅延量を自動的に調整する帯域外電力計算手段と、を有することを特徴とする送信装置。
【請求項３】
送信ベースバンド信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段の出力に遅延を与える第１の遅延手段と、前記第１の遅延手段の出力に基づいて電力増幅手段に与えるバイアスを制御する電圧制御手段と、前記送信ベースバンド信号の出力に遅延を与える第２の遅延手段と、前記第２の遅延手段の出力をＲＦ信号に変換する第１の周波数変換手段と、前記第１の周波数変換手段の出力を増幅する電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力を分配する分配器と、前記分配器の出力の一方をベースバンド信号もしくはＩＦ信号に変換する第２の周波数変換手段と、前記第２の周波数変換手段の出力に基づいて帯域外電力を計算する帯域外電力計算手段と、前記帯域外電力計算手段の出力に基づいて前記第１の遅延手段および第２の遅延手段で与える遅延量を計算し、前記遅延量は前記帯域外電力計算手段で計算された帯域外電力が最小になるように調整する遅延量計算手段を備えたことを特徴とする送信装置。
【請求項４】
送信ベースバンド信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段の出力に遅延を与える第３の遅延手段と、前記第３の遅延手段の出力に基づいて電力増幅手段に与えるバイアスを制御する電圧制御手段と、前記送信ベースバンド信号の位相を計算する位相計算手段と、前記位相計算手段の出力に遅延を与える第４の遅延手段と、前記第４の遅延手段の出力に基づいて位相変調信号を出力する電圧制御発振手段と、前記電圧制御発振手段の出力をＲＦ信号に変換する第３の周波数変換手段と、前記第３の周波数変換手段の出力を増幅する電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力を分配する分配器と、前記分配器の出力の一方をベースバンド信号もしくはＩＦ信号に変換する第４の周波数変換手段と、前記第４の周波数変換手段の出力に基づいて帯域外電力を計算する帯域外電力計算手段と、前記帯域外電力計算手段の出力に基づいて前記第３の遅延手段および第４の遅延手段で与える遅延量を計算し、前記遅延量は前記帯域外電力計算手段で計算された帯域外電力が最小になるように調整する遅延量計算手段を備えたことを特徴とする送信装置。
【請求項５】
前記帯域外電力計算手段では隣接チャネル漏洩電力比を計算して出力することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の送信装置。
【請求項６】
前記帯域外電力計算手段の出力が異常となった場合には本送信装置の動作を停止することを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の送信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は無線通信システムにおける電力増幅器の線形性および電力効率を向上させるための送信方法及び送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムにおける送信装置において電力増幅器は装置全体の中で最も電力を消費する回路でありその電力効率の向上が望まれている。一般にＣ級やＤ級といった非線形増幅器のほうが電力効率は高いが、近年の無線通信システムでは大容量のデータ伝送を行うために高速広帯域な線形変調信号が使用される傾向にあるため、電力効率に劣るＡ級やＡＢ級といった線形増幅器をある程度のバックオフを持たせた状態で使用するのが一般的である。この場合電力効率を改善させるためにバックオフを小さくとった場合には若干の歪が発生してしまい、スペクトルの拡がりとして隣接の通信チャネルに対して妨害を与えてしまう。このような歪を抑圧する方法としてフィードフォワードやプリディストーションといった各種歪補償回路が用いられている。
【０００３】
以上のように電力増幅器における電力効率の向上と線形性の確保は大きな課題であるが、この課題を解決するための方法の一つに、包絡線除去および復元法（ＥＥＲ：Ｅｎｖｅｌｏｐｅ　Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ）が既知の技術として知られている（例えば、非特許文献１参照）。この方法は送信信号を振幅成分と位相成分に分解することで、定包絡線信号となる位相成分は電力効率の高い非線形増幅器で増幅を行い、振幅成分によりその増幅器の電源をコントロールすることで振幅成分と位相成分の再構成を行う。
【０００４】
図３に従来の包絡線除去および復元法による送信装置の構成例を示す。３０１は送信ＲＦ信号、３０２は分配器、３０３は振幅制限回路、３０４は遅延回路、３０５は電力増幅器、３０６は包絡線検波回路、３０７は電圧制御ＤＣ変換器、３０８はアンテナである。送信ＲＦ信号３０１はまず分配器３０２に入力される。分配器３０２の出力の一方は振幅制限回路３０３に入力され振幅制限を受けることで送信ＲＦ信号３０１の位相成分が得られる。振幅制限回路３０３の出力は遅延回路３０４において適切な遅延が与えられ、電力増幅器３０５において所望の電力値にまで増幅される。一方、分配器３０２のもう一方の出力は包絡線検波回路３０６に入力されることで送信ＲＦ信号３０１の振幅成分が得られる。そして包絡線検波回路３０６から出力された信号に基づいて電圧制御ＤＣ変換器３０７からは電力増幅器３０５を制御する電圧が出力される。例えば電力増幅器３０５がＦＥＴ（電界効果トランジスタ）の場合にはそのドレイン電圧が電圧制御ＤＣ変換器３０７からの電圧によって制御されることで振幅変調が行われる。以上ような動作により電力増幅器３０５の出力には振幅成分と位相成分が再構成された信号が現れ、アンテナ３０８より送信される。
【０００５】
電力効率の向上と線形性の確保の課題を両立する方法のもう一つに、包絡線追跡法も既知の技術として知られている（例えば、非特許文献２参照）。この方法は送信ＲＦ信号の振幅成分を包絡線検波器により検出し、その振幅成分に応じて電力増幅器に与える電圧を制御するものであるが、電力増幅器には位相成分のみではなく振幅変動も有する元の送信ＲＦ信号が入力されるため、電力増幅器としては線形増幅器が使用される。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｋａｈｎ著「Ｓｉｎｇｌｅ−ｓｉｄｅｂａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｂｙ　ｅｎｖｅｌｏｐｅ　ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃ．　ＩＲＥ，　１９５２年７月、ｐｐ．８０３〜８０６
【非特許文献２】
Ｒａａｂ著「Ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ」、ＩＥＥＥ　Ｃｉｒｃｕｉｔｓ　ａｎｄ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｊｏｕｒｎａｌ、１９７５年１２月、ｐｐ．３〜１１
【０００７】
【発明の解決しようとする課題】
従来の送信信号の包絡線振幅に応じて電力増幅器の電圧制御を行う送信装置では、その制御タイミングを遅延回路によって正確に合わせる必要がある。図４にタイミング誤差がある場合（図４（ａ））とない場合（図４（ｂ））との送信信号のスペクトルを示す。タイミングに誤差がある場合には図４（ａ）に示す４０１のような歪成分が生じてしまい、送信信号の性能劣化および隣接チャネルへの干渉を引き起こすが、タイミングを正確に合わせた場合には図４（ｂ）に示す４０２のような歪のない送信信号が得られる。
【０００８】
しかし、このタイミング調整をアナログの遅延回路で行った場合には手動による調整作業が必要となると同時に、温度変化や経年変化等に対する装置の特性変動に追従することができないという課題があった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、電圧制御のタイミング調整を行う遅延手段をディジタル化するとともに、電力増幅手段の出力に分配器を設けてその出力をフィードバックするような構成とする。そしてフィードバック信号を利用して送信信号帯域外の歪成分の電力を計算し、その帯域外電力が最小になるように遅延手段の遅延量を自動的に調整することで正確なタイミング調整を実現する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、送信信号の包絡線振幅に応じて電力増幅手段の電圧制御を行う送信方法であって、前記電力増幅手段の出力信号をフィードバックして帯域外電力を計算し、その帯域外電力値が最小になるように電力増幅手段の電圧制御のタイミングを自動的に制御する送信方法である。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、送信ベースバンド信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段の出力に遅延を与える第１の遅延手段と、前記第１の遅延手段の出力に基づいて電力増幅手段に与えるバイアスを制御する電圧制御手段と、前記送信ベースバンド信号の出力に遅延を与える第２の遅延手段と、前記第２の遅延手段の出力をＲＦ信号に変換する第１の周波数変換手段と、前記第１の周波数変換手段の出力を増幅する電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力を分配する分配器と、前記分配器の出力の一方をベースバンド信号もしくはＩＦ信号に変換する第２の周波数変換手段と、前記第２の周波数変換手段の出力に基づいて帯域外電力を計算する帯域外電力計算手段と、前記帯域外電力計算手段の出力に基づいて前記第１の遅延手段および第２の遅延手段で与える遅延量を計算し、前記遅延量は前記帯域外電力計算手段で計算された帯域外電力が最小になるように調整する遅延量計算手段を備えたことを特徴とする送信装置であり、前記電圧制御手段から前記電力増幅手段に与える電圧のタイミング調整を正確に行うことができる作用を有する。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、送信ベースバンド信号の振幅を計算する振幅計算手段と、前記振幅計算手段の出力に遅延を与える第３の遅延手段と、前記第３の遅延手段の出力に基づいて電力増幅手段に与えるバイアスを制御する電圧制御手段と、前記送信ベースバンド信号の位相を計算する位相計算手段と、前記位相計算手段の出力に遅延を与える第４の遅延手段と、前記第４の遅延手段の出力に基づいて位相変調信号を出力する電圧制御発振手段と、前記電圧制御発振手段の出力をＲＦ信号に変換する第３の周波数変換手段と、前記第３の周波数変換手段の出力を増幅する電力増幅手段と、前記電力増幅手段の出力を分配する分配器と、前記分配器の出力の一方をベースバンド信号もしくはＩＦ信号に変換する第４の周波数変換手段と、前記第４の周波数変換手段の出力に基づいて帯域外電力を計算する帯域外電力計算手段と、前記帯域外電力計算手段の出力に基づいて前記第３の遅延手段および第４の遅延手段で与える遅延量を計算し、前記遅延量は前記帯域外電力計算手段で計算された帯域外電力が最小になるように調整する遅延量計算手段を備えたことを特徴とする送信装置であり、請求項１と同様の作用を有する。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、請求項２から請求項４までに記載の送信装置において、帯域外電力計算手段では隣接チャネル漏洩電力比を計算して出力することを特徴とする送信装置であり、隣接チャネル漏洩電力比を計測することにより送信装置が与えられた仕様を満たしているかどうかを常時監視できる作用を有する。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、請求項２から請求項５までに記載の送信装置において、帯域外電力計算手段の出力が異常となった場合には本送信装置の動作を停止することを特徴とする送信装置であり、電力増幅手段が故障して異常な信号を出力した場合には、送信装置の動作を停止することで異常な信号がアンテナからの送信されないようにする作用を有する。
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図１、図２、図４を用いて説明する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態における送信装置のブロック図である。１０１は送信ベースバンド信号、１０２は遅延回路、１０３はＤＡ変換器、１０４は周波数変換回路、１０５は電力増幅器、１０６は振幅計算回路、１０７は遅延回路、１０８はＤＡ変換器、１０９は電圧制御ＤＣ変換器、１１０は分配器、１１１はアンテナ、１１２は周波数変換回路、１１３はＤＡ変換器、１１４は帯域外電力計算回路、１１５は遅延量計算回路である。
【００１７】
以上のように構成された送信装置について図１を用いてその動作を説明する。まず送信ベースバンド信号１０１は遅延回路１０２に入力されて適切な遅延量が与えられ、遅延回路１０２の出力はＤＡ変換器１０３においてアナログ信号に変換される。ＤＡ変換器１０３の出力は周波数変換器１０４において所望のＲＦ信号にアップコンバートされ、さらに周波数変換器１０４の出力は電力増幅器１０５において所望の電力値にまで増幅される。電力増幅器１０５に入力される信号は包絡線振幅変動を伴う線形変調信号であるため、電力増幅器としてはＡ級やＡＢ級等の線形増幅器が使用される。一方、送信ベースバンド信号１０１は振幅計算回路１０６に入力されて振幅成分が計算され、振幅計算回路１０６から出力される振幅成分は遅延回路１０７において適切な遅延量が与えられた後、ＤＡ変換器１０８においてアナログ信号に変換される。そしてＤＡ変換器１０８から出力された信号に基づいて電圧制御ＤＣ変換器１０９からは電力増幅器１０５を制御する電圧が出力される。例えば電力増幅器１０５がＦＥＴの場合にはそのドレイン電圧もしくはゲート電圧が電圧制御ＤＣ変換器１０９からの電圧によって制御される。電圧制御ＤＣ変換器１０９の制御を受けた電力増幅器１０５からの出力は分配器１１０に入力され、分配器１１０の出力の一方はアンテナ１１１より送信される。
【００１８】
分配器１１０のもう一方の出力は周波数変換回路１１２によりベースバンド信号もしくはＩＦ信号にダウンコンバートされ、ＡＤ変換器１１３によりディジタル信号に変換される。ＡＤ変換器１１３の出力は帯域外電力計算回路１１４に入力され送信信号の帯域外の電力４０２（図４（ｂ）参照）が計算される。帯域外電力計算回路１１４では隣接チャネル漏洩電力比を計算しても良い。電力増幅器１０５の故障等で隣接チャネル漏洩電力比が規定の値を超えてしまうような場合には送信装置の動作を停止することで異常な信号がアンテナ１１１より送信されることを防止する。帯域外電力計算回路１１４の出力は遅延量計算回路１１５に入力されて帯域外電力４０２が小さくなる方向に遅延量を計算して遅延回路１０２、１０７へ出力する。
【００１９】
以上のような動作により遅延回路１０２、１０７における遅延量が設定されることで、電圧制御ＤＣ変換器１０９による電力増幅器１０５の制御タイミング調整が自動的に行われ、結果として歪が少なく且つ電力効率の高い送信装置が得られる。なお遅延回路１０２、１０７の実現手段としては、必要な遅延単位でのバッファメモリもしくはタップ付き遅延線による構成が考えられる。遅延量を変更する場合には前者はバッファ量の変更、後者はタップ係数の変更により行う。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態における送信装置のブロック図である。２０１は送信ベースバンド信号、２０２は振幅計算回路、２０３は位相計算回路、２０４は遅延回路、２０５はＤＡ変換器、２０６は電圧制御発振器、２０７は周波数変換回路、２０８は電力増幅器、２０９は遅延回路、２１０はＤＡ変換器、２１１は電圧制御ＤＣ変換器、２１２は分配器、２１３はアンテナ、２１４は周波数変換回路、２１５はＡＤ変換器、２１６は帯域外電力計算回路、２１７は遅延量計算回路である。
【００２１】
以上のように構成された送信装置について図２を用いてその動作を説明する。まず送信ベースバンド信号２０１は振幅計算回路２０２および位相計算回路２０３に入力され、それぞれ振幅成分、位相成分が計算される。位相計算回路２０３から出力される位相成分は遅延回路２０４において適切な遅延量が与えられた後、ＤＡ変換器２０５においてアナログ信号に変換される。そしてＤＡ変換器２０５から出力された信号に基づいて電圧制御発振器２０６では位相変調が行われ、電圧制御発振器２０６の出力は周波数変換回路２０７によりＲＦ信号にアップコンバートされる。電力増幅器２０８では周波数変換回路２０７の出力を所望の電力値にまで増幅する。電力増幅器２０８に入力される信号は定包絡線信号であるため、電力増幅器としては電力効率に優れたＣ級やＤ級等の非線形増幅器が使用できる。一方、振幅計算回路２０２から出力される振幅成分は遅延回路２０９において適切な遅延量が与えられた後、ＤＡ変換器２１０においてアナログ信号に変換される。そしてＤＡ変換器２１０から出力された信号に基づいて電圧制御ＤＣ変換器２１１からは電力増幅器２０８を制御する電圧が出力される。例えば電力増幅器２０８がＦＥＴの場合にはそのドレイン電圧が電圧制御ＤＣ変換器２１１からの電圧によって制御されることで振幅変調が行われる。電圧制御ＤＣ変換器２１１の制御により振幅変調を受けた電力増幅器２０８の出力は分配器２１２に入力され、分配器２１２の出力の一方はアンテナ２１３より送信される。
【００２２】
分配器２１２のもう一方の出力は周波数変換回路２１４によりベースバンド信号もしくはＩＦ信号にダウンコンバートされ、ＡＤ変換器２１５によりディジタル信号に変換される。ＡＤ変換器２１５の出力は帯域外電力計算回路２１６に入力され送信信号の帯域外の電力４０２（図４（ｂ）参照）が計算される。帯域外電力計算回路２１６では隣接チャネル漏洩電力比を計算しても良い。電力増幅器２０８の故障等で隣接チャネル漏洩電力比が規定の値を超えてしまうような場合には送信装置の動作を停止することで異常な信号がアンテナ２１３より送信されることを防止する。帯域外電力計算回路２１６の出力は遅延量計算回路２１７に入力されて帯域外電力４０２が小さくなる方向に遅延量を計算して遅延回路２０４、２０９へ出力する。
【００２３】
以上のような動作により遅延回路２０４、２０９における遅延量が設定されることで、電圧制御ＤＣ変換器２１１による電力増幅器１０５の制御タイミング調整が自動的に行われ、結果として歪が少なく且つ電力効率の高い送信装置が得られる。なお遅延回路２０４、２０９の実現手段としては、必要な遅延単位でのバッファメモリもしくはタップ付き遅延線による構成が考えられる。遅延量を変更する場合には前者はバッファ量の変更、後者はタップ係数の変更により行う。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、送信信号の包絡線振幅に応じて電力増幅手段の電圧制御を行う送信装置は、電力増幅手段の出力信号をフィードバックして帯域外電力を計算し、その帯域外電力値が最小になるように電力増幅手段の電圧制御タイミングを自動的に制御することにより、送信信号の歪の低減および電力増幅手段の電力効率向上を同時に実現することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における第１の実施の形態による送信装置のブロック図
【図２】本発明における第２の実施の形態による送信装置のブロック図
【図３】従来の電圧制御型送信装置のブロック図
【図４】電力増幅器の電圧制御のタイミング誤差がある場合とない場合との送信信号のスペクトルの特性を示した図
【符号の説明】
１０１　送信ベースバンド信号
１０２　遅延回路
１０３　ＤＡ変換器
１０４　周波数変換回路
１０５　電力増幅器
１０６　振幅計算回路
１０７　遅延回路
１０８　ＤＡ変換器
１０９　電圧制御ＤＣ変換器
１１０　分配器
１１１　アンテナ
１１２　周波数変換回路
１１３　ＡＤ変換器
１１４　帯域外電力計算回路
１１５　遅延量計算回路
２０１　送信ベースバンド信号
２０２　振幅計算回路
２０３　位相計算回路
２０４　遅延回路
２０５　ＤＡ変換器
２０６　電圧制御発振器
２０７　周波数変換回路
２０８　電力増幅器
２０９　遅延回路
２１０　ＤＡ変換器
２１１　電圧制御ＤＣ変換器
２１２　分配器
２１３　アンテナ
２１４　周波数変換回路
２１５　ＡＤ変換器
２１６　帯域外電力計算回路
２１７　遅延量計算回路
【図１】
2004128933.tif 000003
【図２】
2004128933.tif 000004
【図３】
2004128933.tif 000005
【図４】
2004128933.tif 000006