(57)【要約】包絡線被変調電源を備える包絡線追跡増幅段を制御する方法が開示され、方法は、増幅器の出力電力が供給電圧に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を決定するステップと、増幅器の出力電力が増幅器への入力電力に依存する増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を決定するステップとを備える。【選択図】図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
包絡線被変調電源を備える包絡線追跡増幅段を制御する方法であって、
ａ．増幅器の出力電力が供給電圧に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して前記包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を決定するステップと、
ｂ．前記増幅器の出力電力が前記増幅器への入力電力に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を決定するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
前記歪補償関数は前記シェーピング関数が決定された後に決定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記線形性目的は高電力線形性目的であり、前記別の線形性目的は低電力線形性目的である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記被変調電源の最低電圧は平均電力レベルに依存して変動する、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記被変調電源の最低電圧は前記平均電力レベルが低減されると、低減される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
包絡線追跡増幅段を制御する方法であって、
ａ．増幅される信号の包絡線を表す包絡線信号を生成するステップと、
ｂ．増幅器の出力電力が供給電圧に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して前記包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を決定するステップと、
ｃ．整形された包絡線信号を生成するために前記包絡線信号に決定されたシェーピング関数を適用するステップと、
ｄ．前記増幅段の増幅器のための包絡線被変調電源への入力信号として前記整形された包絡線信号を提供するステップと、
ｅ．前記増幅器の出力電力が入力電力に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を決定するステップと、
ｆ．前記増幅器への入力信号パスにおいて増幅される信号を歪補償するステップと、
を備える方法。
【請求項７】
包絡線被変調電源および増幅器を備える包絡線追跡増幅段であって、
ａ．増幅器の出力電力が供給電圧に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して前記包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を記憶するよう適合された整形テーブルと、
ｂ. 前記増幅器の出力電力が前記増幅器への入力電力に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を記憶するよう適合された歪補償ブロックと、
をさらに備える包絡線追跡増幅段。
【請求項８】
前記歪補償関数は、前記シェーピング関数が決定された後に決定される、請求項７に記載の包絡線追跡増幅段。
【請求項９】
前記線形性目的は高電力線形性目的であり、前記別の線形性目的は低電力線形性目的である、請求項７または８に記載の包絡線追跡増幅段。
【請求項１０】
包絡線追跡増幅段であって、
ａ．増幅される信号の包絡線を表す包絡線信号を生成するための包絡線信号生成器と、
ｂ．前記増幅器の出力電力が供給電圧に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して前記包絡線信号を整形するための整形テーブルと、
ｃ．前記整形された包絡線信号を受取り、供給電圧を生成するための包絡線被変調電源と、
ｄ．前記供給電圧を受け取るための電力増幅器と、
ｅ．前記増幅器の出力電力が入力電力に依存する前記増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して増幅される入力信号を歪補償するための歪補償ブロックと、を備え、
ｆ．前記歪補償された信号は、前記増幅器への入力として提供される、
包絡線追跡増幅段。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非定包絡線信号の効率的な増幅を達成するための技術に関する。本発明は詳細には、包絡線信号を整形するためにシェーピング関数を組み込んだ、増幅用包絡線追跡電源の使用に関する。
【０００２】
本発明は詳細には、但し限定はされないが、高周波（ＲＦ）信号の増幅に関する。
【背景技術】
【０００３】
現代の通信システムの多くは通常、高いスペクトル効率を達成するために非定包絡線変調技術を用いる。隣接する通信チャネルへのスペクトル拡散を避けるために、高線形性のＲＦ増幅が要求される。従来の固定バイアス増幅器は、それのピーク電力能力よりはるかに小さい電力で正常に動作するように、その増幅器を「バックオフする」ことによって要求される線形性を達成できるにすぎない。残念なことに、この領域におけるＤＣ―ＲＦ電力変換効率は非常に低い。結果として、これらの設計は、かなりの熱を放散し、移動式用途で使用されるとバッテリーの駆動時間を短くする。
【０００４】
バッテリーの駆動時間を最長化することは、例えば移動式無線機器において極めて重要である。多くの高スペクトル効率の通信基準では、移動式送信機はほとんどの時間、最大電力よりかなり小さい電力で動作する。これには２つの理由がある。第１には、電力制御は一般に、確実な通信に要求される最小レベルまで平均送信電力を低減するために使用されるからであり、第２には、多くの新しい変調方式は高いピーク対平均電力比を有するからである。したがって、電力増幅器がほとんど常に動作する場合には、電力増幅器が最大電力よりかなり小さい電力で高効率を維持することが重要である。
【０００５】
増幅器効率を向上させるための公知の技術である「包絡線追跡」（ＥＴ）は、入力ＲＦ信号の包絡線に実質的に沿った供給電圧を変調するために電源変調器（ｓｕｐｐｌｙ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を使用する。最高の全体効率を達成するためには、電源変調器自体の効率も高くなければならず、変調器にはスイッチング方式のＤＣ−ＤＣコンバータの使用が要求される。電源変調器の設計は、増幅器のシステム性能にとって極めて重要である。変調器はまた、高効率を達成することに加えて、高帯域幅のＣＤＭＡ（符号分割多重アクセス）またはＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）変調方式を通常使用しかつまた高い変調精度が要求される現代の通信用途において有益であるよう、高帯域幅、高線形性および低ノイズを呈示しなければならない。
【０００６】
改良された線形化アプローチは、ＲＦ増幅器から定ゲインを得るよう電圧マッピング（またはシェーピング）関数を実行するために包絡線電圧を使用し、これにより歪補償またはフィードバックの必要性を低減する。包絡線電圧と供給電圧の間のマッピング（またはシェーピング）関数は、連続関数を使用することができ、包絡線電圧は供給電圧の情報から一意的に算出されうる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の１つの目的は、ＲＦパス内の歪補償を併用して被変調電源に提供された包絡線信号を整形するためにシェーピング関数が使用される改良された包絡線追跡電力増幅器配置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、包絡線被変調電源を備える包絡線追跡増幅段を制御する方法が提供され、本方法は、増幅器の出力電力が供給電圧に依存する増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を決定するステップと、増幅器の出力電力が増幅器への入力電力に依存する増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を決定するステップとを備える。
【０００９】
歪補償関数は、シェーピング関数が決定された後に決定されうる。
【００１０】
線形性目的は高電力線形性目的であり得、別の線形性目的は低電力線形性目的である。
【００１１】
被変調電源の最低電圧は、平均電力レベルに依存して変動しうる。
【００１２】
被変調電源の最低電圧は、平均電力レベルが低減されると、低減されうる。
【００１３】
本発明はまた、包絡線追跡増幅段を制御する方法を提供し、本方法は、増幅される信号の包絡線を表す包絡線信号を生成するステップ、増幅器の出力電力が供給電圧に依存する増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を決定するステップ、整形された包絡線信号を生成するために包絡線信号に決定されたシェーピング関数を適用するステップ、増幅段の増幅器のための包絡線被変調電源への入力信号として整形された包絡線信号を提供するステップ、増幅器の出力電力が入力電力に依存する増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を決定するステップ、および増幅器への入力信号パス内で増幅される信号を歪補償するステップを備える。
【００１４】
本発明はまた、包絡線被変調電源および増幅器を備える包絡線追跡増幅段を提供し、本増幅段はさらに、増幅器の出力電力が供給電圧に依存する増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して包絡線被変調電源を制御するために包絡線信号に適用されるシェーピング関数を記憶するよう適合された整形テーブル、および増幅器の出力電力がその増幅器への入力電力に依存する増幅器の動作領域において、システムの別の線形性目的に依存して増幅される入力信号に適用される歪補償関数を記憶するよう適合された歪補償ブロックを備える。
【００１５】
歪補償関数は、シェーピング関数が決定された後に決定されうる。
【００１６】
線形性目的は高電力線形性目的であり得、別の線形性目的は低電力線形性目的である。
【００１７】
本発明にあっては包絡線追跡増幅段がさらに提供され、本増幅段は、増幅される信号の包絡線を表す包絡線信号を生成するための包絡線信号生成器、増幅器の出力電力が供給電圧に依存する増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して包絡線信号を整形するための整形テーブル、整形された包絡線信号を受け取り供給電圧を生成するための包絡線被変調電源、供給電圧を受け取るための電力増幅器、および増幅器の出力電力が入力電力に依存する増幅器の動作領域において、システムの線形性目的に依存して増幅される入力信号を歪補償するための歪補償ブロックを備え、歪補償された信号は増幅器への入力として提供される。
本発明はここで、添付の図面を参照して記述される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による改良およびそれの実施形態が実施されうる１つの例示的な増幅システムを示す。
【図２】ＲＦ入力パス内に歪補償ブロックを組み込んだ、本発明の１つの実施形態による改良された増幅システムを示す。
【図３】増幅器の動作領域を示す。
【図４】１つの例示的な配置における入力電力に対する供給電圧のプロットを示す。
【図５】１つの例示的な配置における出力電力に対するゲインのプロットを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、ここに例示的な配置を参照して実施例として記述される。本発明は、別段の表示がない限り、任意の記述された配置の詳細に限定されない。例示的な配置の態様は異なる組合せにおいて実施可能であり、本発明は、説明のために例示的に提示された特徴の特定の組合せに限定されない。
【００２０】
図１は、本発明の実施形態による改良が実施されうる１つの例示的な包絡線追跡高周波(ＲＦ)電力増幅器システム１００を示す。包絡線追跡電力増幅器システム１００は、電力増幅器１０２、アップコンバータ１０４、包絡線検波器１０６、整形テーブル１０８、および包絡線被変調電源１１０を含む。
【００２１】
ライン１１２上の入力Ｉ／Ｑ信号は、アップコンバータ１０４への入力を形成し、アップコンバータ１０４はライン１２２上にＲＦ電力増幅器用のＲＦ入力信号を生成する。入力Ｉ／Ｑ信号の瞬時電力は、ＰＩＮで示される。ライン１１２上の入力Ｉ／Ｑ信号はまた、包絡線検波器１０６への入力を形成し、包絡線検波器１０６は、ライン１１６上にそれの出力において入力Ｉ／Ｑ信号の包絡線を表す包絡線信号を生成する。包絡線検波器１０６はさらに、図１の配置に示されるように、１０７上に整形テーブル１０８への制御信号をライン１０７上に生成しうる。他の配置では、整形テーブル用のこの制御信号は、ベースバンド処理回路（図示せず）から直接提供されうる。ライン１１６上の包絡線信号は、整形テーブル１０８への入力として提供される。ライン１１８上の整形テーブルの出力は、包絡線被変調電源への入力を提供し、包絡線被変調電源はその入力に依存してライン１２０上にＲＦ電力増幅器への供給電圧を提供する。ＲＦ電力増幅器は、ライン１１４上にそれの出力において増幅されたＲＦ出力信号を生成する。ＲＦ出力信号の瞬時電力は、Ｐｏｕｔで示される。
【００２２】
アップコンバータ１０４は、ライン１１２上の入力Ｉ／Ｑ信号を増幅用ＲＦ信号に変換する。包絡線検波器は、ライン１１２上のＩ／Ｑ信号を受け取り、それの出力において入力信号の包絡線を表す包絡線信号を生成、すなわち、包絡線信号の振幅を表す信号を提供する。
【００２３】
包絡線被変調電源１１０の実施は本発明の範囲外であり、当業者はそれが種々の方法で実施されうることを理解するであろう。通常、包絡線被変調電源１１０は、整形テーブルによって提供された包絡線信号の瞬時値に依存して複数の供給電圧のうちの１つが選択されうるスイッチング式電圧供給を含む。効率的な増幅方式では、選択された供給電圧は次に、瞬時包絡線信号がより正確に表されて提供されるようさらに調整された後、供給電圧としてＲＦ電力増幅器に提供される。本発明は、包絡線被変調電源の任意特定の実施に限定されない。
【００２４】
電力増幅器１０２は、単段増幅器として、または多段増幅器として実施されうる。
【００２５】
整形テーブル１０８は、包絡線信号を整形するための機能ブロックであり、ライン１１８上に整形された包絡線信号を提供するために、ライン１１６上の包絡線信号にシェーピング関数を適用する。適用されるシェーピング関数は、図の例示的な配置では、ライン１０７上の包絡線検波器から受取った制御信号によって決定される。制御信号は、複数のシェーピング関数のうちどのシェーピング関数が包絡線信号に適用されるか決定しうる。制御信号は単に、ライン１１２上のＩ／Ｑ入力信号の平均電力を表す信号でありうる。包絡線信号の整形は、電力増幅器１０２の効率および線形性に影響を及ぼす。
【００２６】
増幅段１００は、特定のシステムの目的に合わせるために、所与の入力（Ｉ／Ｑ）信号レベルに対して最適な瞬時供給電圧レベルを決定するよう前動作局面（ｐｒｅ−ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｈａｓｅ）において特性化される。
【００２７】
増幅段１００のこの特性化は、増幅段の複数のパワー掃引を要求しうる。この特性化は、供給電圧、バイアス電圧、ＲＦゲイン、ＲＦ位相、供給電流、ＲＦ入力電力、およびＲＦ出力電力を含む、種々の電力増幅器パラメータの測定を含みうる。
【００２８】
一般に、特定の性能特性または目的を決定するために必要な、装置のパラメータが測定される。例えば、増幅段のゲインを最適化することが所望される場合には、ゲインを決定するために必要なパラメータが異なる入力（包絡線）信号と供給電圧の組合せに対して測定される。  
【００２９】
所与の増幅段に対する測定データベースは、したがって特性化処理の後に確立されうる。もたらされた測定データベースは、瞬時入力パラメータおよびシェーピング関数の選択に基づいて、装置の動作可能なシステム性能を予測するために使用されうる。使用時には、増幅器への入力信号の平均電力のような増幅器への入力信号の特性に依存して、特性化動作において取得されたデータは問合せされて（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｅｄ）、包絡線被変調電源への整形された包絡線信号が決められた性能特性を満たすために確実に最適化されるよう、入力信号に適用するための最適なシェーピング関数を決定する。
【００３０】
増幅器段の特性化は、多くの方法で実行されうるものであり、本発明は特定の特性化技術に限定されない。最も都合よくは、特性化は自動試験装置を使用して実行されうる。
【００３１】
図２は、本発明による図１の例示的な電力増幅システムの修正を示す。システムは、アップコンバータ１０４の前に、ＲＦパス内に歪補償ブロック１０３を含むよう修正される。ライン１１２上の入力Ｉ／Ｑ信号は、歪補償ブロック１０３への入力を提供し、歪補償ブロック１０３は、アップコンバータ１０４への入力を形成する出力信号をライン１２１上に提供する。歪補償ブロック１０３は、包絡線検波器１０６から、ライン１０９上の入力信号の平均電力を表す制御信号を受け取る。他の配置では、歪補償ブロックのためのこの制御信号は、ベースバンド処理回路（図示せず）から直接提供されうる。他の配置では、包絡線検波器ブロック１０６への入力は、入力Ｉ／Ｑ信号より直接提供されるのではなく、歪補償ブロック１０３の出力から得られうる。
【００３２】
図３は、包絡線追跡モードで動作時の電力増幅器の動作領域、すなわち線形領域５０２、移行領域５０４、および圧縮領域５０６を示す。線形領域５０２では、電力増幅器の出力電力は入力電力によって決定され、供給電圧はほとんど影響を及ぼさない。圧縮領域５０６では、出力電力は供給電圧によって決定され、入力電力はほとんど影響を及ぼさない。移行領域５０４では、出力電力は供給電圧と入力電圧の両方によって決定される。
【００３３】
歪補償ブロックは、増幅段に導入された歪を補償するよう増幅器への入力信号を歪補償するために、アップコンバージョンの前に入力Ｉ／Ｑ信号に振幅および位相補正を適用するよう構成される。さらに詳細には、歪補償ブロック１０３は、低瞬時電力において生じる振幅および位相歪を補償するよう増幅器への入力信号を歪補償するために、アップコンバージョンの前にＩ／Ｑ信号を適合させるよう構成される。
【００３４】
このように歪補償は図１のアップコンバータ１０４の前に適用されており、入力電力は出力電力に対してほとんどあるいは全く影響を及ぼさないため、圧縮領域で歪に対処することはできない。しかし、入力電力は移行および線形領域で出力電力に影響を及ぼすため、アップコンバータの前に適用された歪補償は、それらの領域で歪を補正することができる。
【００３５】
したがって、歪補償ブロック１０３は、線形および移行領域で歪および線形性を制御するために使用されうる。
【００３６】
同時に、本発明によれば、整形テーブルは、圧縮領域で線形性および歪を制御するために使用される。
【００３７】
このように、（ｉ）整形テーブルは、高瞬時電力における効率および線形性（すなわち圧縮領域での歪）のために配置され、（ｉｉ）歪補償ブロックは、移行および線形領域での線形化のために使用されうる。
【００３８】
本発明は、携帯電話の実施において特に有利な利用可能性を有する。
【００３９】
本発明はこのように、包絡線パス内の整形テーブルおよびＲＦパス内の歪補償段であり、整形テーブルは特定のシステムの目的を最適化するように選択され、次に歪補償はシステムを線形化するよう調整される。
【００４０】
歪補償ブロック１０３を配置することで、全ての振幅線形化が包絡線パスの整形テーブルによって実行されるシステム全体にわたって、効率の改善がもたらされうる。これは、高電力領域においてのみ効率および線形性を最適化するよう変調器のスイング幅（ｓｗｉｎｇ  ｒａｎｇｅ）が設定されうるからである。
【００４１】
電源スイング幅が効率のみを考慮して設定される場合には、最大電圧は要求される最大ピーク電力によって決定され、最小電圧は信号電力の大部分がその最小電圧に対応する電力を越えるように設定されるべきである。
【００４２】
これは、シェーピング関数５０７および信号５０８の確率密度を示す図４において示される。信号の電力の大部分は、信号の包絡線が追跡される移行および圧縮領域にあることがわかる。電力増幅器効率の観点からすれば、電力確率密度関数の低電力の「テール部（ｔａｉｌ）」におけるエネルギーが小さいため、より低電圧にスイングすることにはほとんど利点がない。
【００４３】
スイング幅が増大すると変調器効率は低減するため、スイング幅が過度であると全体解決効率（すなわち、電力増幅器と変調器の組合せの効率）は低減する。
【００４４】
線形化が包絡線パス内のみで実施される場合には、要求されるスイング幅は効率のみを考慮して設定される場合より大きくなるであろう。
【００４５】
大きなスイングの電圧で実施されるイソゲイン（ｉｓｏｇａｉｎ）シェーピング関数と関連する電力増幅器ゲインは、図５の６０２で示される。スイング幅が最適効率に要求される幅まで低減されると、トレース６０１で示されるように、低電力においてゲインは増大する。ＲＦパス内での歪補償の使用は、この低電力における非線形性を補償するために利用されて、効率と線形性の改善を同時にもたらす。
【００４６】
したがって１つの実施形態では、本発明は、低瞬時電力におけるシステムの線形性に及ぼされた不利な影響を補償するために歪補償ブロック１０３を使用して、供給電圧のスイング幅を低減させることができる。
【００４７】
整形テーブル１０８および歪補償ブロック１０３用のデータを決定するために電力増幅器を特性化するために設定された１つの例示的なシステムでは、移行および圧縮領域での効率および線形性の目的を考慮して整形テーブルが最初に決定される。シェーピング関数が決定されると、低瞬時電力における線形性補正のために適切なＩ／Ｑパス歪補償が決定されうる。
【００４８】
上述のように、本発明は、電力増幅器が特性化される方法に関するものではなく、整形テーブル１０８および歪補償ブロック１０３のための値の選択方法に関する。ＰＡ特性化データを生成する技術は、当業者によく知られているであろう。
【００４９】
入力信号の平均電力に依存して、動作時の整形テーブル１０８内のシェーピング関数および／またはＲＦパス歪補償を変化させるために制御信号に関して許容（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎ）が設けられうる。
【００５０】
本発明は、任意の包絡線追跡増幅器アーキテクチャにおいて実施されうる。このようなアーキテクチャは、移動通信システムにおいて、無線インフラにおいて、または移動電話装置（携帯電話）において見受けられうる。
【００５１】
本発明は、特定の実施例および実施形態を参照してここに記述され、その記述は本発明の理解および好ましい実施の理解に対して有益である。しかし、本発明は、任意の所与の実施形態および任意の実施形態の詳細に相互排他的に限定されない。本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【符号の説明】
【００５２】
１００・・・包絡線追跡電力増幅器システム
１０２・・・電力増幅器
１０３・・・歪補償ブロック
１０４・・・アップコンバータ
１０６・・・包絡線検波器
１０８・・・整形テーブル
１１０・・・包絡線被変調電源
１０７、１０９、１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、１２１、１２２・・・ライン
５０２・・・線形領域
５０４・・・移行領域
５０６・・・圧縮領域
５０７・・・シェーピング関数
５０８・・・確率密度
６０１、６０２・・・トレース
【図１】
2015504286.tif 000003
【図２】
2015504286.tif 000004
【図３】
2015504286.tif 000005
【図４】
2015504286.tif 000006
【図５】
2015504286.tif 000007
【国際調査報告】
2015504286.tif 000008
2015504286.tif 000009
2015504286.tif 000010