(57)【要約】【課題】線形モード、エンベロープ追跡モード、及び極性モードの間で動作モードが切り替えられるようにする。【解決手段】モードセレクタ１６は、入力信号が２つのスレショルドレベルＴL1、ＴL2よりも低い場合は線形モードで、高い場合は極性モードで、中間の場合はエンベロープ追跡モードで動作するよう、増幅器２２のモードを制御する。モード選択のため、エンベロープ追跡モードでは振幅変調した信号に可変ヘッドルーム電圧を加えたものを増幅器２２の電源供給端子に供給し、極性モードでは振幅変調した信号と位相変調した入力信号とを電源供給端子へ供給し、線形モードでは一定振幅の信号を電源供給端子へ供給する。【選択図】図１
2005020696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増幅システムにおいて、
入力信号を増幅する電力増幅器であって、入力端子と電源供給端子とを有する増幅器と、
入力信号の特性に基づいて、選択された入力信号を前記入力端子に供給し、かつ選択された電源供給信号を前記電源供給端子に提供することによって、前記増幅システムの動作を、エンベロープ追跡モード、極性モード及び線形モードの間で制御するモードセレクタと
を含むことを特徴とする増幅システム。
【請求項２】
請求項１記載の増幅システムにおいて、該増幅システムは、低レベルの入力信号に対しては線形モードで、ピークレベルの入力信号に対しては極性モードで、前記低レベル及びピークレベルの中間レベルの入力信号に対してはエンベロープ追跡モードで動作することを特徴とする増幅システム。
【請求項３】
請求項１記載の増幅システムにおいて、前記モードセレクタは、
線形モードで動作中、前記入力端子にコンポジット信号成分を、前記電源供給端子にほぼ一定のエンベロープ信号成分を提供し、
エンベロープ追跡モードで動作中、前記入力端子にはコンポジット信号成分を、前記電源供給端子には可変振幅信号を提供し、
極性モードで動作中、前記入力端子には前記入力信号の位相変調した信号成分を、前記電源供給端子には前記入力信号の振幅変調した信号成分を提供する
ことを特徴とする増幅システム。
【請求項４】
請求項１記載の増幅システムにおいて、前記モードセレクタは、
第１のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を介して前記入力端子に結合された第１の出力側と、第２のＤＡＣを介して前記電源供給端子に結合された第２の出力側とを有しており、
増幅器の入力端子への入力信号のデジタル表現と増幅器の電源供給端子への電源供給信号のデジタル表現とをそれぞれ第１及び第２のＤＡＣへ供給し、これらＤＡＣによってこれらデジタル表現をアナログ信号に変換することを特徴とする増幅システム。
【請求項５】
請求項４記載の増幅システムにおいて、前記第１及び第２のＤＡＣの少なくとも一方がデルタ−シグマ（Δ−Σ）ＤＡＣからなり、これにより、増幅器の入力信号成分と電源供給信号成分との少なくとも一方のデジタル表現が、所望の無線通信周波数でアナログドメインに直接変換されることを特徴とする増幅システム。
【請求項６】
請求項１記載の増幅システムにおいて、該システムはさらに、前記増幅器の出力歪みを緩和するために、前記入力端子及び電源供給端子へのデジタルドメインの信号の少なくとも一方を変調してプレディストーションを行う予歪要素を含むことを特徴とする増幅システム。
【請求項７】
請求項１記載の増幅システムにおいて、該システムはさらに、該システムの所望する出力信号に対応する基準信号を発生させるデジタル交差消去要素を含み、前記基準信号は、エラー信号を検出するために前記増幅器からの出力信号の一部と組み合わされ、前記エラー信号は、最終の出力信号を発生させるために、反転されかつ前記増幅器の出力信号を遅延させた信号と組み合わされることを特徴とする増幅システム。
【請求項８】
請求項１記載の増幅システムにおいて、該システムはさらに、前記増幅器の出力歪みを緩和するために、前記入力端子及び電源供給端子へのデジタルドメインの信号の少なくとも一方を変調する予歪要素と、前記増幅システムの所望の出力信号に対応する基準信号を発生させるデジタル交差消去要素とを含み、前記基準信号は、エラー信号を検出するために前記増幅器からの出力信号の一部と組み合わされ、前記エラー信号は、最終の出力信号を発生させるために、反転されかつ前記増幅器の出力信号を遅延させた信号と組み合わされることを特徴とする増幅システム。
【請求項９】
請求項８記載の増幅システムにおいて、該システムはさらに、入力信号からピーク信号をクリップ及び除去の少なくとも一方を実行するピーク−平均リダクション（ＰＡＲ）要素を含み、デジタル交差消去要素が最終の出力信号へ修正信号を提供することを特徴とする増幅システム。
【請求項１０】
請求項１記載の増幅システムにおいて、前記モードセレクタは、許容ヘッドルームを有する電源供給信号を発生させるために、エンベロープ追跡モードにおいて、増幅器の入力信号及び電源供給信号を遅延させるよう構成されていることを特徴とする増幅システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子装置に関し、より詳細には、マルチモード増幅システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スペクトル的に効率的な変調フォーマットを備え、無線通信の送信機用に使用されるＲＦ電力増幅器は、変調精度を保ちかつスペルトルの再拡散を制限するには、高度の線形性を必要とする。入力信号を忠実に再生し、厳密な放射マスク内に増幅器の出力を制限するために、典型的には、Ａ級タイプ、ＡＢ級タイプ、あるいはＢ級タイプの線形増幅器が採用されている。線形増幅器は、飽和状態で動作すると、５０％以上の電気的効率（ＲＦ電力出力に対するＤＣ電力入力すなわちＤＣ−ＲＦ）を可能とする。しかしながら、高度の線形性を提供することが必要であるため、一般に高効率では動作しない。一定のエンベロープ波形を達成するには、線形増幅器は、線形領域で動作するように、飽和状態以下で動作することが多い。時間変動するエンベロープが更に別の問題を提起する。一般的な解決方法は、波形のピークがほぼ飽和状態のレベルとなるように増幅することにより、飽和状態から十分バックオフされたレベルに波形の平均電力が増幅される。出力電力のバックオフ（ＯＰＢＯ）とも称されるバックオフレベルは、線形増幅器の電気的な効率を決めるものである。
【０００３】
例えば、Ａ級タイプの増幅器の効率は、そのピーク値に対する出力電力の割合と共に減少する（ＥＦＦ＝ＰOUT／ＰPEAK）。Ｂ級タイプの増幅器もまた、そのピーク値に対する出力電力の割合と共に減少する（ＥＦＦ＝（Ｐout／ＰPEAK）1/2）。ＡＢ級タイプの増幅器は、これらの値の中間で出力電力が変動している。従って、増幅器の設計においては、慣例的に線形性と効率との間で、固有の調整を行っている。
【０００４】
例えば、ゾーン方式通信、パーソナル通信、及び衛星通信のような用途のための近代的な送信機は、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信と組み合わせた位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）のようなデジタル変調技術を採用している。データパルスを整形することは帯域外放射が隣接するチャンネルへ発生するのを低減するが、しかしながら時間変動のエンベロープを生成する。時間変動エンベロープを有する個々の波形を増幅することに加えて、（特に基地局における）多くの送信機は、多重搬送波を増幅するように構成されている。多重搬送波信号は、高度に広範な電力レベルの分散があり、その結果、大きなピーク対平均比（ＰＡＲ）をもたらす。従って、これらのタイプの信号における線形増幅器の動作は、極めて非効率である。これは、増幅器が、大部分の時間において信号がはるかに小さいものであったとしても、電源供給電圧を大きなピーク電圧に対処するような大きさとする必要があるためである。さらに、電力増幅器のサイズとコストとは、一般に、該増幅器の必要なピーク出力電力と比例する。
【０００５】
広帯域符号分割多重アクセス(ＷＣＤＭＡ)、直交周波数分割多重デジタル変調方式（ＯＦＤＭ）、全世界基準の移動体通信（ＧＳＭ）の多重搬送波バージョン及び符号分割多重アクセス２０００（ＣＤＭＡ２０００）は、使用が広まっている無線基準及びアプリケーションである。各々は、ある場合には、１０ｄＢ以上である高度なＰＡＲレベルの波形の増幅を必要とする。地球上の無線通信に割り当てられている僅かな量のスペクトルは、干渉環境を最小化するために、帯域外放射（ＯＯＢ）を最小にする通信であることを必要としている。１０ｄＢあるいはそれ以上のＰＡＲを備えた波形を増幅するために使用される線形増幅器が提供する効率は、単に５−１０％のＤＣ−ＲＦにすぎない。増幅器のためのピーク出力電力は、ピーク波形によって大きさが決められる。そして増幅器のコストは、そのピーク電力に応じて変わる。ヒートシンクやＤＣ−ＤＣ電力供給を含むその他の数種の回路コストは、ピーク電力と（電気的な非効率さに関連する）消散した熱とに反比例する。関連する基地局のＡＣ−ＤＣ電力供給、バックアップバッテリ、冷却装置、及び回路遮断器のコストも、電気動作コストと同様に、効率に反比例する。ＤＣ−ＲＦの効率を改良することは、製造及び動作の双方に対して主要なコスト節約となることは明らかである。
【０００６】
線形増幅器の効率を高める一つの技術は、エンベロープトラッキングすなわちエンベロープ追跡として知られている。エンベロープ追跡において、線形電力増幅器に対する電源供給電圧は、振幅変調したエンベロープの振幅に応じて増減する。電力増幅器へ供給された電源供給電圧は、電力増幅に提供された入力信号の振幅変調したエンベロープに追従する。電源供給電圧は、飽和状態から脱して増幅器を確実に動作させるレベルに維持される。例えば、エンベロープの振幅がピークにあると、電源供給電圧はピーク電圧を上回る信号レベルにあり、エンベロープの振幅が最小レベルにあると、電源供給電圧はピーク電圧以下まで減少し、従って一定供給の線形増幅器よりも効率的な増幅器を提供する。しかしながら、エンベロープ追跡は、通常、高度の線形性を達成するためには（例えば、入力信号のピークが増幅器のゲイン圧縮によって歪まないよう保証するためには）、ピーク信号レベルと比較して、出力電力の大きなバックオフ（ＯＰＢＯ）レベルすなわち上方空間（ヘッドルーム）を必要とする。よって、必要なバックオフを提供するために、はるかに大型でよりコストの高い増幅器を必要とし、従って効率を低下させる。更に、信号が大きなダイナミックレンジ変動に亘って変動する場合には、エンベロープ追跡増幅器が極めて低いドレイン電圧によって動作するようにさせ、その結果、信号を更に歪ませ、最終的に増幅システムを停止させてしまう。
【０００７】
効率を高める第２の方法は、カーン（Ｋａｈｎ）すなわちエンベロープ消去及び回復（ＥＥＲ）技術として知られている。ＥＥＲ技術は、送入される信号のエンベロープを検出し、ベースバンドの振幅変調（ＡＭ）信号を発生させる。ＥＥＲ技術は、入力信号を制限し、一定のエンベロープ位相変調（ＰＭ）成分を生成する。ＰＭ信号が（典型的にはトランジスタのゲートあるいはベースに印加される）ＰＭ経路に沿って電力増幅器の入力側に提供され、ＡＭ経路に沿って（典型的にはドレインあるいはコレクタにおける）電力増幅器への供給を変調するために振幅変調した成分が採用されている。最終的なＲＦ増幅器の振幅変調によってエンベロープを位相変調搬送波に回復させ、元来の変調された入力信号の増幅バージョンを生成する。電力増幅器への信号入力は、全体的に一定のエンベロープ振幅を有しているので、入力信号を増幅するために、より効率的な等級の電力増幅器（例えば、Ｃ級タイプの増幅器）を採用することができる。更に、（電源）供給信号は振幅が変調されているので、増幅器は、該増幅器の全体の効率を高めることができる圧縮状態で動作する。ＥＥＲを使用する増幅器は、極性（ｐｏｌａｒ）増幅器として知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以下は、本発明のある局面を基本的に理解するために本発明の要約を提供するものである。この要約は、本発明の広範囲の概説ではない。本発明の枢要な、すなわち重要な要素を確認するものでも、また本発明の範囲を限定する意図のものでもない。その唯一の目的は、後で提供されるより詳しい説明に対する序論として、簡素化した形態で本発明のある概念を提供することである。
【０００９】
本発明の目的は、入力信号の特性（例えば、エンベロープ振幅のスレショルドレベル、信号レベルのデジタル計数表現、電力増幅器の電力レベルなど）に基づいて、エンベロープ追跡モード、極性モード及び線形モードの間で動作モードを切り替える増幅システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
エンベロープ追跡モードにおいて、コンポジット入力信号成分が電力増幅器の入力端子に伝送され、可変振幅の電源供給信号が電力増幅器の電源供給端子に伝送される。可変振幅の電源供給信号は、必ずしも情報を含んだ信号ではなく、単に入力信号の変調された振幅に対して所望のヘッドルームを維持するだけでよい。極性モードにおいては、入力信号はその積が入力信号に比例する二つの成分に変換される。入力信号のほぼ一定のエンベロープの位相変調された成分が電力増幅器の入力端子に伝送され、入力信号の振幅変調された成分が電力増幅器の電源供給端子に伝送される。線形モードにおいては、コンポジット信号成分が入力端子に伝送され、ほぼ一定の振幅信号が電源供給端子に伝送される。これらのモードを組み合わせて、増幅器のサイズ／コスト、効率、信号の歪み、及び（又は）ＯＯＢ放射を最適化するために使用することができる。
【００１１】
本発明の一局面においては、例えばモードセレクタのようなデジタル要素が、選択された増幅器入力端子信号及び増幅器電源供給端子信号を伝送することによって、増幅システムの動作モードを決める。モードセレクタは、例えばプログラム可能な論理装置、書き換え可能なゲートアレイ論理装置、離散型論理装置、あるいは、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）で実行されるアルゴリズム、制御装置、マイクロプロセッサなどのようなデジタルハードウエア装置で構成できる。モードセレクタは、広範囲の種々のハードウエア及び（又は）ソフトウエア要素で構成できる。入力信号は、それぞれのデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を介して、デジタルドメインからアナログドメインに変換される。ＤＡＣを、入力信号をデジタルドメインから直接無線伝送周波数のアナログドメインに変換するために、増幅システムに採用することができる。無線伝送周波数は、無線周波数（ＲＦ）範囲（例えば、キロヘルツ範囲、メガヘルツ範囲）あるいはマイクロ波周波数範囲（例えば、ギガヘルツ範囲）でありうる。本発明の別の局面においては、ＤＡＣの少なくとも１個は、Δ−Σ変調器ＤＡＣである。
【００１２】
本発明の更に別の局面においては、入力信号は、増幅システムの線形化を促進するためにプリディストーション技術により修正することができる。増幅器入力端子信号及び増幅器電源供給端子信号に個別のプリディストーションが適用される。このようにする代わりに、出力信号における歪みを計算し、それを修正するためにクリーンな基準信号を採用しているデジタル交差消去（クロスキャンセレーション）技術によっても、出力信号は修正することが可能である。デジタル交差消去技術は、電力増幅器の出力側において修正が可能である増幅器の性能を改良するために入力信号を修正できるようにする。プリディストーション技術と交差消去技術とは、組み合わせることにより線形化を促進し、増幅システムの帯域外放射を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、線形モード、エンベロープ追跡モード、及び極性モードの間で動作モードを切り替える増幅システムに関する。本増幅システムは、第１のスレショルドレベルと第２のスレショルドレベルとに関連する入力信号の特性（例えば、エンベロープ振幅レベル、信号レベルのデジタル計数表現、電力増幅器の電力レベル）に基いて、諸動作の間で切り替えられる。本増幅システムは、一定の等級の電力増幅器を採用することが可能である。しかしながら、一定の等級の電力増幅器が必要とされるわけではでない。
【００１４】
本発明の一局面において、増幅システムは、低振幅レベルと最高振幅レベルとの間の信号（例えば、入力信号、増幅器出力信号）に対して、エンベロープ追跡増幅器として動作する。本増幅システムは、低振幅レベル信号に対しては線形増幅システム（例えば、Ａ級、Ａ／Ｂ級、又はＢ級）として動作し、ピーク振幅レベル信号に対しては極性増幅器として動作する。電力増幅器の増幅器等級の構成は、全ての動作モードにおいて一定のままとしうる。低レベル信号は、エンベロープ追跡モードで動作する場合、電力増幅器が停止するか、あるいは許容し得ない歪みをもたらすレベル（あるいはその近傍）の増幅器電源供給レベルに関連した信号である。ピークレベル信号は、エンベロープ追跡モードで動作する場合、電力増幅器出力信号のピークレベルを上回るレベル（あるいはその近傍）の増幅器電源供給レベルに関連した信号である。
【００１５】
モードセレクタは、電力増幅器の電源供給入力側に伝送される信号振幅レベルを制御し、同時に、電力増幅器の入力端子に伝送される信号を制御する。線形モードにおいては、ほぼ一定の振幅レベルを有する電源供給電圧が電力増幅器に提供される。エンベロープ追跡モードにおいては、入力信号レベル以上のヘッドルーム振幅を維持し、ゲイン圧縮によって入力信号が歪むことがないようにする可変振幅の電源供給信号が電力増幅器に提供される。線形モードとエンベロープ追跡モードとの双方においては、コンポジット入力信号が電力増幅器の入力側に提供される。極性モードにおいては、信号の極性成分が、電力増幅器に供給される振幅変調信号と、電力増幅器の入力側に提供されるほぼ一定の振幅を有する位相変調入力信号と共に、電力増幅器まで送られる。
【００１６】
従来の極性増幅器においては、ＡＭ経路の帯域幅は、入力信号の帯域幅より大きいかあるいは等しい。従来のＥＴ増幅器においては、電源供給信号の帯域幅は、通常、入力信号の帯域幅と少なくとも匹敵する。本発明においては、モードの切り替えを行う電圧レベルを適正に選択することによって、共通のＡＭ経路あるいは電源供給経路の帯域幅を最小にすることができる。
【００１７】
図１は、本発明の一局面による増幅システム１０を示す。増幅システム１０は、第１のスレショルドレベル及び第２のスレショルドレベル（例えば、エンベロープ振幅レベル、信号レベルのデジタル計数表現、電力増幅器の電力レベル）に関連した入力信号の一つ以上の特性に基づいて、エンベロープ追跡モード、線形モード、及び極性モードの間で動作を切り替える。例えば、第１及び第２のスレショルドレベルは、選択されたエンベロープ振幅レベルあるいは入力信号のエンベロープ振幅レベルに対応するデジタル計数値である。増幅システム１０は、信号レベルの大部分に対してエンベロープ追跡増幅器として動作する。しかしながら、低い信号レベルに対しては、増幅システムは増幅器の低ドレイン、あるいは電源供給電圧に関わる問題を緩和するよう、線形モードへ遷移する。ピークレベル信号に対しては、増幅システムは飽和状態での動作を許容し、エンベロープ追跡増幅器に関連する「ヘッドルーム」を提供するする必要性を排除する極性モードへ遷移する。従って、電力増幅器２２への電源供給電圧は、増幅器の出力信号のピーク電圧を上回る必要はない。その結果、従来のＥＴ増幅器と比較して、より小型の電力増幅器を採用することができる。
【００１８】
増幅システムのスレショルドレベルは、増幅システム１０の所望の効率、線形性、歪み、及び許容されるＯＯＢ放射に基いた、入力信号に関連した一つ以上の特性でありうることを認識すべきである。更に、スレショルドレベルは、増幅システム製作技術に関わる一つ以上の特性（例えば、ガリウム砒素(ＧａＡｓ)、リン化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、横方向拡散酸化金属半導体（ＬＤＭＯＳ））によって影響を受ける。本発明の多くの典型的な実施例は、例示のためにエンベロープ振幅レベルとして選択されたスレショルドレベルに関連して説明される。更に、入力信号、出力信号、電力増幅器に関連した電力及び（又は）製作技術に関わるその他の特性も、エンベロープ追跡モード、線形モード及び極性モードでの動作の間での増幅システム１０の切り替え制御に対して影響する。
【００１９】
増幅システム１０は、例えば、プログラマブル論理装置、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、あるいはデジタルハードウエア及び（又は）ソフトウエア要素の組み合わせのような、デジタル要素１２を含む。デジタル要素１２は、入力信号を追跡して所望の供給信号を電力増幅器２２に提供するモードセレクタ１６を含む。モードセレクタ１６はまた、極性モードにおいて入力信号の極性成分を提供する。モードセレクタ１６は、増幅器をエンベロープ追跡モード、線形モード及び極性モードの間で切り替える。モードセレクタ１６は、入力信号の極性表現であるコンポジット信号成分を受け取る。入力信号は典型的に位相及び振幅変調信号であって、それは、以下の等式によって極性形態で表示することができる。
Ａ（ｔ）ｃｏｓ（ωｃ（ｔ）＋φ（ｔ））
但し、Ａ（ｔ）は振幅変調した成分であり、ｃｏｓ（ωｃ（ｔ）＋φ（ｔ））は位相変調した成分で、φ（ｔ）は位相成分であり、ωｃ（ｔ）は搬送波周波数である。入力信号は、広範囲の種々の振幅及び（又は）位相変調した形態としうる。前述の式は、単一搬送波入力信号の極性表現を示し、実際の信号は多重搬送波（マルチキャリヤ）信号でありうる。多重搬送波の場合、前記の式も有効であるが、その場合、ωｃは、存在する搬送波の加重平均である仮想搬送波周波数を表わす。
【００２０】
例えば、信号は、ＷＣＤＭＡ、多重搬送波ＧＳＭ、ＯＦＤＭあるいはピーク対平均比（ＰＡＲ）が高い類似の符号を有するその他の信号に一致する信号でありうる。入力信号は、該入力信号を極性コンポジット信号に変換する極性変換器（図示せず）に提供することができる。代替的に、入力信号は、極性形態でモードセレクタ１６に直接提供することができる。モードセレクタ１６は、極性動作のためにコンポジット信号を個別の位相変調成分ｃｏｓ（ωｃ（ｔ）＋φ（ｔ））及び振幅変調成分Ａ（ｔ）に分割するように動作可能である。
【００２１】
モードセレクタ１６は、第１のスレショルドレベルＴL1及び第２のスレショルドレベルＴP1を受け取る。それらのスレショルドレベルは、入力信号に関連した１個以上の固定されかｔ選択可能あるいはプログラム可能な特性（例えば、エンベロープ振幅レベル）である。例えば、第１のスレショルドレベルＴL1及び第２のスレショルドレベルＴP1が入力信号のエンベロープ振幅レベルに関連している場合、増幅システム１０は、第１のスレショルドレベルＴL1(例えば、低レベル信号)において、あるいはそれ以下における入力信号の振幅レベルに対して線形モードで動作する。増幅システム１０は、第１のスレショルドレベルＴL1及び第２のスレショルドレベルＴP1における、あるいはそれらの間における入力信号振幅レベルに関連してエンベロープ追跡モードで、第２のスレショルドレベルＴP1（例えば、ピークレベル信号）において、あるいはそのレベルでの入力信号振幅レベルに関連して極性モードで動作する。モードセレクタ１６はまた、エンベロープ追跡モードにおいて、高効率で増幅器を線形動作させるために採用されているエンベロープ追跡（ＥＴ）のためのヘッドルーム振幅レベル（Ｈ1）を受け取る。ヘッドルーム信号は、時間あるいは入力信号レベルによって変動しうる。
【００２２】
増幅システム１０は、入力端子（ＩＮ）と電源供給端子（ＳＵＰＰＬＹ）とを含む主電力増幅器２２を含む。モードセレクタ１６は、入力経路に沿って第１のデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）２０を介して電力増幅器２２の入力端子に結合されている第１の出力側を有している。モードセレクタ１６は、電源供給経路に沿って第２のＤＡＣ２６を介して変調増幅器２８に結合された第２の出力側を有している。変調増幅器２８の出力側は、主電力増幅器２２の電源供給端子に結合されている。変調増幅器２８は、効率のよいＳ級タイプあるいはＧ級タイプの変調器であるが、これらの級に限定されるものではない。変調増幅器２８は、全体効率がその効率に比例するので、比較的効率のよいものであるべきである。
【００２３】
変調増幅器２８は、所望する帯域幅及び許容される歪み限度に応じて、パルス幅変調器、スイッチング増幅器、あるいは線形増幅器とすることができる。極性モードにおいては、ＡＭ経路が情報を有する信号を搬送するので、低歪みが要求される。要求される帯域幅及びピーク対ピーク電圧のスイング幅は、モード切替レベルの関数であり、極性モードが開始する時の電圧レベルが高ければ高いほど、ＡＭ経路増幅器に対して要求される帯域幅と電圧のスイング幅とは低くなる。正に最高レベルの入力信号に対しての極性モードでの動作は、このモードが時間の数パーセントあるいはそれ以下において使用されることを意味する。このモードに対して要求される帯域幅は、従来の極性増幅器と対比して小さい。このモードにおいて発生するＯＯＢは、全体放射の小さい構成要素である。
【００２４】
線形モード及びエンベロープ追跡モードにおける線形増幅器への入力は、振幅及び（又は）位相変調信号であるので、電力増幅器２２は、典型的に線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）である。また、電力増幅器２２は、所望する帯域幅及び許容される歪み限度に応じて、その他のより効率的なタイプの増幅であってもよい。しかしながら、線形増幅器を採用することによって、より望ましい線形性及びコスト効果的な方法を提供することができる。
【００２５】
線形モードにおいて、モードセレクタは、デジタル形態で第１のＤＡＣ２０へ入力信号のコンポジット信号成分Ａ（ｔ）ｃｏｓ（ω（ｔ）＋φ（ｔ））を伝送する。第１のＤＡＣ２０は、コンポジット信号成分をアナログドメインへ変換し、該信号は主電力増幅器２２の入力端子に提供される。モードセレクタ１６は、同時にデジタル形態で一定振幅（例えば、Ｋ＊ＴL1）の信号を、第２のＤＡＣ２６に供給する。ＴL1は、第１のスレショルドレベルであり、Ｋは１以上の定数である。第２のＤＡＣ２６は、一定の振幅の信号をデジタルドメインからアナログドメインに変換し、一定振幅の信号の増幅バージョンを変調増幅器２８に提供する。変調増幅器２８は、一定振幅の増幅バージョンを電力増幅器２２の電源供給端子に提供する。電力増幅器２２の出力は、コンポジット信号の再構成された増幅バージョンである。コンポジット信号は、次いで、任意の帯域濾波器２４に提供され、該濾波器は所望の伝送帯域外に残存している何らかの不所望の信号をフィルタリングする。
【００２６】
エンベロープ追跡モードにおいて、モードセレクタ１６は、コンポジット信号成分Ａ（ｔ）ｃｏｓ（ω（ｔ）＋φ（ｔ））をデジタル形態で第１のＤＡＣ２０まで伝送する。第１のＤＡＣは、コンポジット信号成分をアナログドメインに変換し、それが主電力増幅器２２の入力端子に提供される。モードセレクタ１６は、同時にエンベロープ振幅信号にヘッドルーム振幅（Ａ（ｔ）＋Ｈ1（ｔ））を加えたものに等しいエンベロープ追跡電源供給信号を伝送し、それが電力増幅器２２の動作をその線形領域において維持する（ヘッドルーム信号は、効率及びＯＯＢ放射を最適化するために時間の経過と共に変動しうる）。モードセレクタ１６は、効率を高めるようにヘッドルーム振幅の選択を決めるため、「ルックアヘッド」アルゴリズムを採用しうる。第２のＤＡＣ２６は、エンベロープ追跡電源供給信号をデジタルドメインからアナログドメインに変換し、エンベロープ追跡電源供給信号のアナログバージョンを変調増幅器２８に提供する、変調増幅器２８は、エンベロープ追跡電源供給信号の増幅したアナログバージョンを電力増幅器２２の電源供給端子に提供する。次いで、コンポジット信号が帯域濾波器２４に提供され、該濾波器が所望する伝送帯域外に残存する何らかの不所望の信号をフィルタリングする。
【００２７】
極性モードにおいて、モードセレクタ１６は、コンポジット信号の位相変調した成分Ｂ＊ｃｏｓ（ω（ｔ）＋φ（ｔ））をデジタル形態で第１のＤＡＣ２０に伝送する。Ｂは定数である。位相変調した成分は一定のエンベロープ波形を有している。第１のＤＡＣ２０は、コンポジット信号の位相変調した成分をアナログ形態に変換し、それが主電力増幅器２２の入力端子に提供される。モードセレクタ１６は、同時に、コンポジット信号の振幅変調した成分Ａ（ｔ）をデジタル形態で第２のＤＡＣ２６に伝送する。第２のＤＡＣ２６は、振幅変調した成分Ａ（ｔ）をデジタルドメインからアナログドメインに変換する。次いで、アナログの振幅変調された成分は変調増幅器２８に提供され、電力増幅器２２の電源供給端子に振幅変調された信号を供給する。電力増幅器２２の出力は、コンポジット信号の再構築された増幅バージョンである。次いで、増幅されたコンポジット信号は、帯域濾波器２４に提供され、該濾波器が所望の伝送帯域外に残存している不所望の信号をフィルタリングする。
【００２８】
本発明の一局面において、第１のＤＡＣ２０及び第２のＤＡＣ２６の一方あるいは双方はΔ−Σ変調ＤＡＣである。Δ−Σ変調は、少数の量子化レベル及び極めて高いサンプリング率を使用して、信号の概略推定値を発生させるために使用される技術である。少数（１ビットの量子化器に対して２個）の量子化レベルが、当該システムに「量子化」雑音を導入してしまう。オーバサンプリングの効果及びΔ−Σ変調における積分器のフィードバックループの使用は、雑音を帯域外周波数へシフトする上で効果的である。雑音のシフト性及び量子化エラーの導入が、後続の濾過ステップの効率的な使用を可能として雑音を除去し、十分に高い周波数において入力をより正確に表すことができるようにする。Δ−Σ型ＤＡＣは、入力信号を無線伝送周波数に直接アップミキシングするために採用することが可能であり、そのため従来のアナログミキサを介して信号をそれ以上アップミキシングする必要がなくなる。無線伝送周波数は、無線周波数（ＲＦ）範囲（例えばメガヘルツ範囲）あるいはマイクロ波周波数範囲（例えば、ギガヘルツ範囲）としうる。
【００２９】
スレショルドレベルは、所望する効率、線形性、及び電力増幅器サイズを達成するために選択可能である。図２は、典型的なコンポジット入力信号４２の電圧対時間のグラフ４０を示す。第１のスレショルドレベルＴL及び第２のスレショルドレベルＴPは、エンベロープ振幅スレショルドレベルとなるように選択される。本発明の一局面においては、増幅システムは、第１のスレショルドレベルＴLにおける、あるいはそれ以下における入力振幅信号レベルに対しては線形モードで、スレショルドレベルＴL及びＴPの間の入力振幅信号レベルに対してはエンベロープ追跡モードで、第２のスレショルドレベルＴPにおける、あるいはそれ以上における振幅信号レベルに対しては極性モードで動作する。
【００３０】
第１及び第２のスレショルドレベルＴL及びＴPは、増幅器が時間の大部分においてエンベロープ追跡モードで動作するように選択される。しかしながら、ピーク信号レベルに対しては、増幅器は飽和状態で動作するように、極性モード動作に移行する。従って、十分なヘッドルームを確保するよう出力ピーク電圧レベル以上の供給電圧を必要とする従来のエンベロープ追跡型増幅器よりも小型でよりコストの低い電力増幅器を採用することが可能である。増幅システムは低レベルの供給信号による歪みや増幅器の停止が避けられるように、より低い振幅信号に対しては線形モードで動作する。
【００３１】
図３は、時間パーセント対本発明のある局面による典型的な電力増幅システムの動作モードのグラフ５０を示す。典型的な電力増幅システムにおいて、極性モードは、線５２によって示され、増幅システムが時間の１％だけ極性モードにあることを表している。線形モードは、増幅システムが時間の８％線形モードにあることに関連した線５４によって表示され、エンベロープ追跡モードは、増幅システムが時間の９１％エンベロープ追跡モードにあることに関連した線５６によって表示されている。グラフ５０は例示的なものであり、それぞれのモードにおいて増幅システムが動作する時間のパーセントは、増幅システムの効率、必要電力、帯域幅、及び許容しうるＯＯＢ放射によって変わることを認識すべきである。
【００３２】
典型的なシステムでは、極性モードにおいて５５％の効率（時間の１％）、ＥＴモードにおいて４０％の効率（時間の７５％）、及び線形モードにおいて２０％の効率を有している。３ｄＢのヘッドルームを維持しているＥＴシステムは、同じ範囲の効率を有するが、２倍大型の増幅器を使用する。極性モードは、ＥＴ増幅器に一つの動作モードを追加したものと同じ構成を使用している。極性モードにおける信号を限定された範囲にすることによって、ＥＴモード用のサイズとした高効率な低帯域幅のＡＭ経路によって動作できるようにする。
【００３３】
例えば、増幅された出力信号が２５ボルトのピーク電圧を有しているとすれば、増幅された入力信号に関連した第１のスレショルドレベルＴLが約３ボルトとなるように選択し、増幅された入力信号に関連した第２のスレショルドレベルＴPが約２２ボルトとなるように選択することができる。電圧供給ヘッドルームは、約３ボルトに選択することができる。それにより、増幅システムは約３ボルトから約２２ボルトまでのエンベロープ振幅出力レベルに対してはエンベロープ追跡モードで、約３ボルト以下のエンベロープ振幅出力レベルに対しては線形モードで、約２２ボルトから約２５ボルトまでのエンベロープ振幅レベルに対しては極性モードで動作する。実際のスレショルドレベルは第１及び第２のスレショルドレベルの予め増幅したバージョンであり、実際の比較は入力信号の振幅レベルに対してなされる。
【００３４】
線形モードにおける電力増幅器への電源供給信号は一定電圧に設定することが可能であり、そのため供給レベルは、例えば３−６ボルト以下になることは決してない。エンベロープ追跡モードにおける電源供給信号は約３ボルトから約２２ボルトまでのエンベロープ振幅レベルに対して約６から約２５ボルトまで変動し、そのため、３ボルトの電源供給電圧のヘッドルームが維持される。一旦、出力信号レベルが２２ボルトを上回ると、増幅システムは極性モードで動作し、そのため、増幅器への電源供給信号は出力信号のピーク電圧を上回らない。従来のエンベロープ追跡型増幅器においては、３ボルトの供給電圧ヘッドルームを備えた２５ボルトのピーク電圧における供給信号電圧は、２８ボルトの電源供給電圧信号を必要とする。従来の適用においては、前述のピーク電圧の電源供給電圧は追加の電源と大型の電力増幅器を必要とする。
【００３５】
図４は、一定の供給レベルに対する電力増幅器の出力電力（ＰOUT）対入力電力（ＰIN）のグラフ６０を示す。グラフ６０に示されているように、電力増幅器は、線形動作領域６２とゲイン圧縮領域６４とを有している。圧縮領域の終点は飽和点７０である。飽和領域７１を越えて入力信号を増大させれば、一般的に、図４に示すように動作出力電力が減少する。線形動作領域６２とゲイン圧縮領域６４とは、各々の選択された電源供給あるいはドレイン電圧における電力増幅器の特性に基づいて決められる。電源供給電圧が減少するにつれて、ゲイン圧縮が発生するときの入力電圧は比例的に減少する。第１のスレショルド電力レベルＰLは、線形動作領域６２の下部分６６に沿って最下方レベルの入力信号に対して電力増幅器が線形モード（ＬＭＯＤＥ）で動作するよう保証する、一定供給電力に対応するものが選択される。
【００３６】
第１のスレショルド電力レベルＰL以上で、かつ第２のスレショルド電力レベルＰP以下の信号に対しては、増幅器は、より高い部分６８に沿ってエンベロープ追跡モード（ＥＴＭＯＤＥ）で動作する。このモードにおいては、電源供給電圧は、増幅器が圧縮領域６４へ入らないようにヘッドルームを維持している。第２のスレショルド電力レベルＰPもまた、これよりも大きな入力信号は極性モードへ変換されるように選択される。増幅器が一定のエンベロープ入力信号により飽和点において、あるいはその近傍で動作している場合、ＡＭ成分が電源供給電圧を変調する。電力増幅器のサイズ、第１のスレショルド電力レベルＰL及び第２のスレショルド電力レベルＰPは、電力増幅システムの所望する効率、線形性、帯域幅、及び許容されるＯＯＢ放射を提供するように選択することができる。
【００３７】
本発明による増幅システムは、増幅システムにおいてデジタルドメインで変数を生成する多くの機能を実行することによって、所定の入力信号を増幅するのに必要な回路の複雑さを最小にする。このことはまた、従来の極性及びエンベロープ追跡型増幅器に関わる遅延を減少させるので、極性モードにおける振幅及び位相変調同期化及びエンベロープ追跡モードにおける電源供給信号の効率的な生成を促進させる。更に、増幅システムの動作は、デジタルドメインにおいて線形化技術を採用することによって更に改良することができる。
【００３８】
図５は、本発明の一局面によりプリディストーション（予歪：プリディストーション）線形化技術を採用している増幅システム８０を示す。プリディストーションは、増幅器チェインにおける歪み並びにコンポジット出力信号における歪みを低下させるよう、信号を修正する。所望するプリディストーションの決定は、典型的にはオフラインで実行される。プリディストーションは増幅器入力信号及び増幅器電源供給信号に対してデジタルドメインで実行することが可能であり、そのため、デジタルの入力及び電源供給信号は、デジタル−アナログ変換の前に修正される。
【００３９】
増幅システム８０は、増幅器の入力信号を入力ライン（Ｉ）を介してプリディストーション要素８８へ、かつ増幅器電源供給信号を供給ライン（Ｓ）を介してプリディストーション要素８６へ伝送することによって、増幅システム８０の動作モード（エンベロープ追跡モード、線形モード、極性モード）を決定するモードセレクタ８４を含む。
【００４０】
エンベロープ追跡モードにおいて、モードセレクタ８４は、入力ライン（Ｉ）を介してコンポジット入力信号を供給し、振幅変調した成分にヘッドルーム振幅（Ｈ2）を加えたものにほぼ等しいエンベロープ追跡供給信号を供給ライン（Ｓ）を介して伝送する。線形モードにおいて、モードセレクタ８４は、入力ライン（Ｉ）を介してコンポジット入力信号を供給し、電源供給ライン（Ｓ）を介してほぼ一定の振幅の電源供給信号を伝送する。極性モードにおいて、モードセレクタ８４は、入力ライン（Ｉ）を介してコンポジット入力信号の位相変調した成分を供給し、供給ライン（Ｓ）を介してコンポジット信号の振幅を変調した成分を伝送する。モードセレクタ８４は、第１のスレショルドレベルＴL2及び第２のスレショルドレベルＴP2に関して、例えばエンベロープ振幅のような入力信号の特性に基づいて、増幅システムのモードを決める。モードセレクタ８４はまた、モードライン（Ｍ）を介してプリディストーション要素８６にモード情報を提供する。
【００４１】
プリディストーション要素８６は、増幅器入力信号及び（又は）電源供給信号に追加したり、あるいはそこから除去する所望のプリディストーションを決定するために、モード情報を採用している。例えば、異なるプリディストーションが、コンポジット信号、位相変調した成分及び振幅変調した成分に追加されたり、あるいはそこから除去される。プリディストーション要素８６もまた、電源供給信号にプリディストーションを追加したり、あるいはそこから除去することができる。プリディストーション要素８６及びモードセレクタ８４は、１以上のデジタルハードウエア要素及び（又は）ソフトウエアアルゴリズムとすることができる。
【００４２】
プリディストーション要素８６は、第１の出力側が電源供給経路に沿って電源供給信号をアナログ信号に変換するデジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１００に結合されている。ゲインをバッファしてアナログ電源供給信号に追加するために、ドライバ１０２が設けられており、アナログ電源供給信号は、次いでパルス幅変調器１０４に提供される。パルス幅変調器１０４は、低域濾波器１０６と協働して、Ｓ級あるいはＧ級の増幅器／変調器を提供する。パルス幅変調器１０４のパルスは、低域濾波器１０６を介して積分され、パルス幅変調器１０４からのパルス幅の関数である出力を提供する。低域濾波器１０６の出力側は、電力増幅器９６の電源供給端子に結合されている。
【００４３】
プリディストーション要素８６は第２の出力側が入力経路に沿って遅延要素８８を介してΔ−ΣＤＡＣ９０に結合されている。遅延要素８８はデジタル論理によって容易に実行され、例えばモード遷移及び増幅システムの動作の間電力増幅器入力信号及び供給信号の同期化を促進する。Δ−ΣＤＡＣ９０はＤＡＣ９１に結合されたΔ−Σ変調器８９を含む。ＤＡＣ９１はマルチビットのＤＡＣあるいはシングルビットのＤＡＣとしうる。Δ−ΣＤＡＣの出力側は帯域濾波器９２に結合されている。Δ−Σ変調器８９はより高い周波数においてより解像度の低い信号を提供するために入力信号のデジタル−アナログ変換あるいは量子化を実行する。次いで、ＤＡＣ９１は量子化された信号をデジタルドメインからアナログドメインに変換する。帯域濾波器９２は入力信号の量子化に関連した雑音を濾過する。
【００４４】
Δ−Σ型ＤＡＣ９０を、信号を無線伝送周波数に対してアップミックスすなわち変換するために採用可能であり、そのためアナログあるいはデジタルミキサの必要性がなくなる。次いで、帯域濾波器９２の出力がドライバ９４に提供され、ドライバは入力信号に若干の追加のゲインを提供する。次いで、ドライバ９４の出力は、電力増幅器９６の入力端子に提供される。電力増幅器９６は、所望の性能、許容効率及び許容ＯＢＢ放射に基づいて線形増幅器（例えばＡ級、ＡＢ級、Ｂ級）としうる。
【００４５】
増幅システム８０は、当該システムにおける変動を補正するために、出力信号からプリディストーション要素８６までのフィードバック（ＦＢ）経路を含む。フィードバック経路は、ミキサ１０８とローカル発振器１１０とを含む。出力信号は、高ダイナミックレンジの高度に線形性のＡＤＣ１１２を使用してダウンコンバートされ、デジタル化される。デジタル化された値は、予測される信号のパラメータと比較される。測定された値と予測された値との差は、プリディストーション要素８６によって使用される値を適合させるために使用される。適合化は、信号よりも著しく遅く、主として当該システム８０における温度及び経年変化の原因となる可能性がある。
【００４６】
それらの相対的な遅延を較正し同期化するために、電力増幅器９６のゲート及びドレイン入力側にタップ(図示せず)を設けることができる。更に、増幅器９６の出力側からのフィードバック経路(図示せず)を電源供給経路のために設けることができる。フィードバック経路において、電力増幅器の出力はアナログエンベロープ検出器を通され、電源供給経路においてＤＡＣ１００の後にある小型のエラー増幅器まで送られて、電源供給信号におけるエラーを除去する。任意の濾波器(図示せず)が、使用されるＤＡＣのタイプ（例えば、Δ−Σ型ＤＡＣ）に応じて必要とされる電源供給経路のＤＡＣ１００の出力側に設けることができる。
【００４７】
エンベロープ追跡モードにおいて、プリディストーション要素８６は、プリディストーションしたコンポジット入力信号を入力経路を介して伝送し、そしてコンポジット信号のプリディストーションした振幅変調の成分に可変ヘッドルーム電圧（Ｈ2）を加えたものを供給経路を介して伝送する。線形モードにおいて、プリディストーション要素８６は、プリディストーションしたコンポジット信号を入力経路を介して伝送し、そして一定振幅の供給信号を供給経路を介して伝送する。極性モードにおいて、プリディストーション要素８６はコンポジット信号のプリディストーションした位相変調の成分を入力経路を介して伝送し、そしてプリディストーションした振幅変調の成分を供給経路を介して伝送する。増幅器の入力信号及び供給信号は、デジタル形態でプリディストーション要素８６によって提供され、アナログ形態に変換されて電力増幅器９６のそれぞれ入力端子及び電源供給端子まで伝送される。次いで、電力増幅器９６の出力は帯域濾波器９８によって濾過され、増幅され濾過された出力信号は、無線で、あるいは通信リンクによって有線で伝送することができる。
【００４８】
図６は、本発明のある局面による代替的な線形化技術を採用した増幅システム１２０を示す。この代替的な技術は、デジタル交差消去（クロスキャンセレーション）と称され、単独で、あるいは図５に示すプリディストーション技術と組み合わされて実行される。デジタル交差消去技術は、所望の信号の個別のＤＡＣに対するデジタル基準を提供し、所望の信号の「クリーン」なバージョンを生成する。所望の信号のクリーンなバージョンは、位相反転され、電力増幅器からの出力信号の一部と組み合わされて、出力信号のエラーあるいは不所望の部分を検出する。入力信号の不所望部分は歪みであり、望ましくないＯＯＢ放射である。次いで、入力信号の不所望部分は反転され、出力信号と組み合わされて出力信号から不所望部分を消去する。一般に、信号を成分に分離する増幅システム（例えば、極性増幅器）は、利用可能な基準信号は一つも有していない。しかしながら、本発明は、クリーンな基準信号あるいはデジタルドメインのクリーンな基準信号の反転バージョンを生成する。
【００４９】
本発明によるデジタル交差消去技術は、増幅システム１２０の所望の動作を達成するために、意識的に除去及び（又は）追加した信号のその後の修正及び信号の消去を行う。例えば、全体のピークレベルを下げるために、信号を付加することが可能であり、デジタル交差消去技術は出力信号を伝送する前、にこれらの追加した信号を除去することができる。従って、はるかに大型でありかつ効率のより低い電力増幅器を備えた増幅システムと比較して、より小型（ピーク電力がより低い）でコスト的により低い電力増幅器を採用して、同様の性能と、増幅システムの効率の改良とを達成することができる。
【００５０】
モードセレクタ１２８は、例えば振幅及び位相変調を有する入力信号を受け取る。モードセレクタ１２８は、第１のスレショルドレベルＴL3及び第２のスレショルドレベルＴP3とに基づいて、増幅システム１２０の動作モード（エンベロープ追跡モード、線形モード、極性モード）を決定する。モードセレクタ１２８は、入力ライン（Ｉ）を介して増幅器入力信号をＰＡＲ減少要素１２９へ供給し、電源供給ライン（Ｓ）を介して増幅器電源供給信号をＰＡＲ減少要素１２９へ供給することによって、増幅システム１２０の動作モード（エンベロープ追跡モード、線形モード、極性モード）を決定する。
【００５１】
エンベロープ追跡モードにおいて、モードセレクタ１２８は、入力ライン（Ｉ）を介してコンポジット入力信号を供給し、電源供給ライン（Ｓ）を介して、可変ヘッドルーム振幅（Ｈ3）を維持するエンベロープ追跡供給信号を供給する。線形モードにおいて、モードセレクタ１２８は、入力ライン（Ｉ）を介してコンポジット入力信号を供給し、そして電源供給ライン（Ｓ）を介して概ね一定の振幅の電源供給信号を伝送する。極性モードにおいて、モードセレクタ１２８は、入力ライン（Ｉ）を介してコンポジット入力信号を供給し、そして電源供給ライン（Ｓ）を介してコンポジット信号の振幅変調した成分を供給する。モードセレクタ１２は、第１のスレショルドレベルＴL3と第２のスレショルドレベルＴP3とに関連して、例えばエンベロープ振幅のような入力信号の特性に基づいて、増幅システムのモードを決定する。
【００５２】
ＰＡＲ減少要素１２９は、クリッピングによってピーク信号レベルを下げることができ、あるいは、予測される歪みに対抗するため、信号の追加並びにコンポジット信号及び（又は）振幅及び位相のプリディストーションを含めることができる。ＰＡＲ減少要素１２９は次いで、選択された信号を、デジタル交差消去要素１３０まで伝送する。
【００５３】
デジタル交差消去要素１３０は、入力経路に沿って第１のデジタル出力信号を、そして供給経路に沿って第２のデジタル出力信号を発生させる。第１のデジタル出力信号は、線形モード及びエンベロープ追跡モードにおけるコンポジット信号と、極性モードにおけるコンポジット信号の一定エンベロープ位相変調した成分との中の一つである。第２のデジタル出力信号は、線形モードにおけるほぼ一定の振幅の信号、エンベロープ追跡モードにおける振幅変調した成分とヘッドルーム電圧（Ｈ3）、及び極性モードにおける振幅変調した成分の中の一つである。デジタル交差消去要素１３０は、増幅システム１２０の性能を改良するために第１及び第２のデジタル出力に信号を追加したり、あるいはそこから除去することができる。
【００５４】
デジタル交差消去要素１３０はまた、ＰＡＲ減少の前に元の入力信号を受け取り、第１のデジタル出力信号及び第２のデジタル出力信号を何らか修正する前に、所望の出力に比例するクリーンな基準信号（ＲＥＦ）である第三の出力信号を発生させる。クリーンな基準信号は、所望する出力信号表現、あるいは所望する出力信号の反転表現とすることができる。
【００５５】
第１のデジタル出力信号は、遅延要素１３２を介してΔ−Σ変調器１３４まで伝送される。遅延要素１３２は、極性モード動作中の位相変調要素と振幅変調要素との同期化、エンベロープ追跡モード中のエンベロープ追跡供給信号の同期化、及び、モード遷移中の信号の同期化を促進し、最終の出力信号の交差消去を促進する。Δ−Σ変調器１３４は、１ビットのＤＡＣ１３６及び帯域濾波器１３８とに結合されている。Δ―Σ変調器１３４、１ビットのＤＡＣ１３６及び帯域濾波器１３８と協働して、無線伝送周波数に関してデジタル−アナログ変換を直接実行する。帯域濾波器１３８の出力は次いで、一対のドライバ１４０及び１４２に提供され、それらはアナログ入力信号に若干の追加のゲインを提供する。ドライバ１４２の出力は次いで、電力増幅器１４４の入力端子に提供される。電力増幅器１４４は、所望する性能、許容効率及び許容ＯＯＢ放射の観点から、線形増幅器（例えば、Ａ級、ＡＢ級、Ｂ級）としうる。Δ−Σ型ＤＡＣは、ＤＡＣ線形性がエラー信号を発生させるに十分低い歪みである可能性があるとすれば、従来のマルチビットＤＡＣに置き換えることができる。
【００５６】
第２のデジタル出力は、Δ−Σ変調器１４６まで伝送される。Δ−Σ変調器１４６は１ビットのＤＡＣ１４８及び帯域濾波器１５０に結合されている。Δ−Σ変調器１４６、１ビットのＤＡＣ１４８、及び帯域濾波器１５０は、協働して無線伝送周波数に関してデジタル−アナログ変換を直接実行する。帯域濾波器の出力は次いで、変調増幅器（例えば、Ｓ級、Ｇ級）に提供される。変調増幅器１５２の出力側は、電力増幅器１４４の電源供給端子に結合され、極性モード及びエンベロープ追跡モードにおいて所望の振幅変調を提供し、線形モードにおいてほぼ一定の電源供給電圧を提供する。
【００５７】
デジタル交差消去要素１３０は、ＤＣＣ経路に沿ってデジタルインバータ１５６に第３のデジタル信号を提供する。第３のデジタル信号は、何らかの修正以前の所望の増幅された出力信号に対応する入力信号のクリーンな基準バージョン（ＲＥＦ）である。代替的に、デジタルインバータ１５６を排除することが可能であり、クリーンな基準信号の反転バージョンを、デジタル交差消去要素１３０によって提供することができる。反転されたクリーンな基準信号は、Δ−Σ変調器１５８まで伝送される。Δ−Σ変調器１５８は、１ビットのＤＡＣ１６０と帯域濾波器１６２とに結合されている。Δ−Σ変調器１５８と、１ビットのＤＡＣ１６０と、帯域濾波器１６２とは、協働してクリーンな基準信号（ＲＥＦ）の反転バージョンの無線伝送周波数に関して、直接、デジタルーアナログ変換を実行する。より高い周波数が必要とされるのであれば、ミキサとローカル発振器とを適宜に挿入して周波数変換を行うことができる。
【００５８】
電力増幅器の出力の小部分が、減衰器１５４を通してカップラによって分割され、加算器１６４を通して反転されたクリーンな基準信号に加算される。加算器１６４の出力は、信号歪み及びＯＢＢ放射である。加算器１６４の出力は、エラー増幅器１６６によって増幅されエラー信号（ε）を発生させる。エラー信号は、インバータ１６８を通して反転されたエラー信号を提供する。主増幅器の出力は、例えば伝送ラインでよい遅延要素１７４を通して遅延される。反転されたエラー信号は、加算器１７０を通して遅延要素１７１を介して電力増幅器１４４の出力の遅延されたバージョンと組み合わされる。次いで、加算器１７０の出力は、帯域濾波器１７２に提供され、該濾波器は所望の伝送帯域外にある残存する不所望の信号をフィルタリングする。
【００５９】
本発明のある局面によるデジタル交差消去技術は、増幅器の歪み修正を行うことが可能で、本技術は、増幅器のサイズを小さくする（例えば、入力経路及び電源供給経路における増幅器は、ピーク信号に従ってサイズが決められる）ことができるようにするために、所望信号の意図的なクリッピングから生じる（ＯＢＢ放射の形態の）スペクトル漏洩を修正することができる。更に、出力側における所望の修正を決定するために、クリッピングされていないデジタル基準信号が採用されているので、信号の修正は、増幅段階の間に追加の修正情報を必要とすることなく、最終の出力段階において訂正することができる。
【００６０】
本発明による増幅システムを、多数の用途において採用可能である。本増幅システムは、基地局（例えば、衛星、ゾーン）用の無線送信機、ハンドセット、及びその他の移動通信装置に採用することが可能である。図７は、本発明のある局面による増幅システム２１４（マルチモード、極性動作／エンベロープ追跡動作／線形動作）を採用している送信機２１２を備えた基地局２０２を有する通信システム２００を示している。増幅システム２１４は、エンベロープ入力信号が第１のスレショルドレベルを下回る場合は線形モードで、エンベロープ入力信号が第１のスレショルドレベルと第２のスレショルドレベルとの間にある場合はエンベロープ追跡モードで、エンベロープ信号が第２のスレショルドレベルを上回る場合は極性モードで、増幅システム２１４を動作させるようＤＳＰを採用している。
【００６１】
中央処理装置（ＣＰＵ）２０６が増幅器２１４のＤＳＰに結合されている。ＣＰＵ２０６は、増幅システム２１４の制御とスレショルドレベル選択とを行うことができる。例えば、ＣＰＵ２０６は、伝送すべき信号のタイプ（例えば、ＷＣＤＭＡ、ＧＳＭ，、ＦＤＭ）やエンベロープ追跡モード、極性モード及び線形モードの間で増幅器が切り替わるスレショルドレベルを発生させることができる。基地局２０２は、ＭＣＵ２２０及び２２２からなる一群の移動通信装置（ＭＣＵ）に対して通信する。ＭＣＵ２２０及び２２２は例示であって、ＭＣＵの群は、出力信号における搬送波の数に基づいて、より多数のＭＣＵを含みうる。
【００６２】
基地局２０２はまた、冷却装置２０４及び電源装置２０８を含みうる。電源装置２０８は、ＡＣ−ＤＣ変換要素及び基地局２０２を停電から保護するバッテリバックアップ装置を含みうる。本発明による増幅システムは、従来のエンベロープ追跡増幅器よりも著しく小型の増幅器により、かつ従来の線形型増幅システムよりも著しく良好な効率で動作するので、電源装置２０８と冷却装置２０４とは従来の装置と比較して、サイズ及びコストを顕著に低減させることができる。基地局２０２は、単一の送信機２１２を有するものとして示されているが、同様の通信信号規格で、あるいは異なる通信信号規格で異なるそれぞれの群のＭＣＵと通信する複数の送信機を有するようにできる。更に、ＭＣＵ２２０及び２２２はまた、送信機２１２について説明したものと類似のエンベロープ追跡モード、線形モード及び極性モードで動作する増幅システムを備えた送信機を含むことも可能である。
【００６３】
前述した構造上及び機能上の特徴を鑑みれば、本発明の種々の局面による方法は、図８を参照することによってより良好に認識される。説明を判りやすくするために、図８に示す方法は順次実行するものとして示され、かつ説明されているが、本発明によれば、ある局面では図示した順序で、又は説明したもの以外とは異なる順序で、又は複数同時に実行可能であり、よって、本発明は図示した順序に限定されない。更に、本発明のある局面による方法を実行するのに、例示した全ての特徴が必要でないことも明らかであろう。
【００６４】
図８は、本発明のある局面による電源供給端子及び入力端子を備えた電力増幅器を有する増幅システムを動作させる方法を示す。該方法は、ブロック３００において開始され、そこではエンベロープ追跡モード、線形モード及び極性モードの間の切り替えを行うために第１及び第２のスレショルドレベルが選択される。スレショルドレベルは、例えば、増幅システムがピークレベルのエンベロープ振幅信号に対して極性モードで、低レベル信号においては線形モードで、中間レベルの信号に対してはエンベロープ追跡モードで動作するようなエンベロープ振幅レベルである。そして、ブロック３１０において、入力信号は極性コンポジット信号と、極性コンポジット信号の振幅及び位相変調した成分とに変換される。入力信号は単一搬送波あるいは多重搬送波の振幅及び位相変調した信号フォーマット（例えば、ＷＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＯＦＤＭ）でありうる。その後、ブロック３２０において、増幅システムは、入力信号を第１及び第２のスレショルドレベルと比較することにより、線形モード、エンベロープ追跡モード及び極性モードの間の動作を連続して選択する。
【００６５】
例えば、第１及び第２のスレショルドレベルは、入力信号と関連した信号振幅レベルである。線形モードは、第１のスレショルドレベル以下である入力信号のエンベロープ振幅に対して選択され、極性モードは、第２のスレショルドレベル以上のエンベロープ振幅レベルに対して選択される。エンベロープ追跡モードは、第１のスレショルドレベルと第２のスレショルドレベルとの間の入力信号のエンベロープ振幅に対して選択される。増幅システムが極性モード、エンベロープ追跡モードあるいは線形モードで動作するのが、入力信号のどの部分かを決定するために、その他の信号特性も採用することができる。
【００６６】
エンベロープ追跡モードの間、コンポジット信号の振幅変調した成分にヘッドルーム電圧を加えたものからなるエンベロープ追跡信号が電力増幅器の電源供給端子まで伝送され、コンポジット入力信号が電力増幅器の入力側に伝送される。線形モードの間、ほぼ一定の電圧振幅の信号が電力増幅器の電源供給端子に伝送され、コンポジット入力信号が電力増幅器の入力側に伝送される。極性モードの間、コンポジット入力信号の振幅変調成分が電力増幅器の電源供給端子に伝送され、一定のエンベロープ位相変調成分が電力増幅器の入力側に伝送される。電力増幅器入力信号及び電力増幅器電源供給信号はデジタル形態で伝送され、それぞれのＤＡＣ（例えば、Δ−Σ変調ＤＡＣｓ）によってアナログドメインに変換することができる。次いで、増幅器電源供給信号は、電力増幅器の電源供給端子に提供される前に、例えばＳ級あるいはＧ級の増幅器／変調器によって増幅される。
【００６７】
ブロック３３０において、電力増幅器電源供給信号及び電力増幅器入力信号は増幅器のモードに基づいてプリディストーションされる。プリディストーションにより、予期される望ましくない歪みに対抗するために、入力信号及び（又は）供給信号の振幅あるいは位相が調整される。次いで、信号は、ブロック３４０において、電力増幅器の出力側から伝送される。
【００６８】
ブロック３５０において、電力増幅器の出力側において、デジタル交差消去が実行される。デジタル交差消去技術は、所望する信号のデジタル基準を個別のＤＡＣに提供し、所望する信号の「クリーン」バージョンを生成する。所望する信号のクリーンなバージョンは、反転され、出力信号の不所望部分を検出するために、電力増幅器からの実際の出力信号と組み合わされる。次いで、入力信号の不所望部分は反転され、出力信号から不所望部分を消去するために、電力増幅器の出力の遅延したバージョンと組み合わされる。ブロック３６０において、デジタルで交差消去され、組み直しされた信号が、１つ以上の目的地の受信機まで伝送される。
【００６９】
前述の説明は、本発明の典型的な実施例を含むものである。本発明を説明するために、構成要素や方法の考えられる全ての組み合わせを説明することは不可能であるが、当該技術分野の専門家であれば本発明のその他の多くの組み合わせや置換が可能なることを認識することができるであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲に示す技術的範囲に入るそのようは全ての代替、修正及び変更を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施例による増幅システムの概略ブロック図である。
【図２】典型的な入力信号の電圧対時間のグラフを示す。
【図３】本発明の一実施例による時間パーセント対典型的な電力増幅システムのモードのグラフを示す。
【図４】本発明の一実施例による電力増幅システムの入力電力（ＰOUT）対入力電力（ＰIN）のグラフを示す。
【図５】本発明の一実施例によるプリエンファンシス線形化技術を採用している増幅システムの概略ブロック図である。
【図６】本発明の一実施例による代替的な線形化技術を採用している増幅システムの概略ブロック図である。
【図７】本発明の一実施例による通信システムのブロック図である。
【図８】本発明の一実施例による増幅システムを動作させる方法を示すフローチャートである。
【図１】
2005020696.tif 000003
【図２】
2005020696.tif 000004
【図３】
2005020696.tif 000005
【図４】
2005020696.tif 000006
【図５】
2005020696.tif 000007
【図６】
2005020696.tif 000008
【図７】
2005020696.tif 000009
【図８】
2005020696.tif 000010