(57)【要約】【課題】コンポーネントモードでの動作と複合モードでの動作の間で切替えを行う増幅アーキテクチャまたはシステム。コンポーネントモードでは、入力信号の再構成増幅表示を提供するように、入力信号のコンポーネントを１つまたは複数の増幅器に提供する。複合モードでは、入力信号の増幅表示を提供するように入力信号を増幅させる。【解決手段】しきい値レベルを基準とした入力信号の特性に基づいて増幅システムの動作をコンポーネントモードと複合モードの間で制御しているモードセレクタ１４と、入力信号の再構成増幅表示を提供するようにコンポーネントモードにおいて入力信号のコンポーネントを協働して増幅している複数の増幅器、および入力信号の増幅表示を提供するように入力信号を増幅している単一の増幅器を有する増幅器システム１８と、を備える増幅システム。【選択図】図１
2005020694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
しきい値レベルを基準とした入力信号の特性に基づいて増幅システムの動作をコンポーネントモードと複合モードの間で制御しているモードセレクタと、
入力信号の再構成増幅表示を提供するようにコンポーネントモードにおいて入力信号のコンポーネントを協働して増幅している複数の増幅器、および入力信号の増幅表示を提供するように入力信号を増幅している単一の増幅器を有する増幅器システムと、
を備える増幅システム。
【請求項２】
前記増幅器システムは、複合モードにおいて入力信号を複合信号パスに沿って受け取っている１つの線形増幅器と、コンポーネントモードにおいて入力信号のコンポーネントを複合信号パスと異なる少なくとも１つのパスに沿って受け取っている少なくとも１つの別の増幅器と、を備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記線形増幅器はさらに、コンポーネントモードにおいて入力信号のコンポーネントの少なくとも一部分を複合信号パスに沿って受け取っている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
さらに、入力信号のコンポーネントのディジタル表示およびモードセレクタから受け取った入力信号のディジタル表示を、入力信号のコンポーネントおよび前記増幅器システムに提供するための入力信号のアナログ表示に変換しているディジタル対アナログ変換システムを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記入力信号のコンポーネントは入力信号の位相変調コンポーネントおよび入力信号の振幅変調コンポーネントを含んでいる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記入力信号の振幅変調コンポーネントは電力増幅器の給電端子に提供されており、かつ前記位相変調コンポーネントがコンポーネントモードの間に電力増幅器の入力端子に提供されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記入力信号の振幅変調コンポーネントはドーハティ増幅器の給電端子の１つまたは複数に提供され、かつ前記位相変調コンポーネントがコンポーネントモードの間にドーハティ増幅器の入力端子に提供されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記ドーハティ増幅器はピーク増幅器および主増幅器を備えており、コンポーネントモードでは前記振幅変調コンポーネントが該ピーク増幅器および実質的に固定の給電を有する該主増幅器を変調させており、複合モードでは該ピーク増幅器と該主増幅器の両者が実質的に固定の給電を有しており、これにより前記入力信号を複合信号パスに沿って複合モードで主増幅器に提供している、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
さらに、多重増幅器システムの出力ひずみを緩和させるように入力信号と入力信号のコンポーネントのうちの１つを修正している事前ひずみコンポーネントを備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
さらに、多重増幅器システムの所望の出力信号に対応した基準信号を発生させるディジタル相互キャンセレイションコンポーネントを備えており、前記クリーンな基準信号は誤差信号を決定するために多重増幅器システムからの出力信号の一部分と合成させており、前記誤差信号は反転させて多重増幅器システムの遅延バージョンの出力信号と合成させて最終の出力信号を生成させている、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には電子デバイスに関し、さらに詳細には、多重モードで動作する増幅器システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
スペクトル効率の良い変調形式を有するワイヤレス通信送信機に使用されるＲＦ電力増幅器では、変調精度を保持しかつスペクトル再生を制限するために高い直線性が必要である。典型的には、入力信号を忠実に再生しかつ増幅器出力を厳密な放射マスク内に制限するために、クラスＡタイプ、クラスＡＢタイプまたはクラスＢの線形増幅器が利用される。線形増幅器は飽和時の動作の５０％を超える電気的（ＤＣパワーイン対ＲＦパワーアウトまたはＤＣ−ＲＦ）効率が可能である。しかし線形増幅器は、高い直線性の提供が必要であるため、一般に高効率で動作できない。一定の包絡線波形を得るには、その線形形態の動作を提供できるように線形増幅器を飽和以下で動作させることが多い。時間変動する包絡線では、さらに別の問題が提起される。一般的な解決法は、波形のピークを飽和の近傍で増幅し、これによってその波形の平均電力が飽和から十分にバックオフさせたレベルで増幅されるようにすることである。このバックオフレベルは、出力電力バックオフ（ＯＰＢＯ）とも云い、線形増幅器の電気的効率を決定している。
【０００３】
たとえば、クラスＡタイプ増幅器の効率はそのピーク値に対する出力電力（ＥＦＦ＝ＰOUT／ＰPEAK）に従って減少する。さらに、クラスＢタイプ増幅器の効率も、そのピーク値に対する出力電力（ＥＦＦ＝（ＰOUT／ＰPEAK）1/2）に従って減少し、クラスＡＢタイプ増幅器はこれらの値の中間にある出力電力変動を有する。したがって、増幅器設計において直線性と効率の間で本来的なトレードオフが存在するのが通例である。
【０００４】
携帯通信、パーソナル通信、衛星通信などの用途のための最近の送信機では、４相位相偏移変調（ＱＰＳＫ）などのディジタル変調技法を符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信と組み合わせて利用している。データパルスを成形すると、隣接するチャンネル内に帯域外放射が生じることが軽減されるが、時間変動する包絡線を生成させる。多くの送信機（特に、基地局内の送信機）は、時間変動する包絡線によって個々の波形を増幅する以外に、複数のキャリアを増幅するように構成させている。マルチキャリア信号は、大きなピーク対平均比（ＰＡＲ）が得られるような極めて広い分布の電力レベルを有する。したがって、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、というのは、これらの増幅器では、その信号は全期間のかなりの部分で大きなピーク電圧よりかなり小さいが、その給電電圧をこの大きなピーク電圧を扱えるような大きさとしなければならないためである。さらに、電力増幅器のサイズおよびコストは、一般に増幅器に要求されるピーク出力電力に比例する。
【０００５】
広帯域符号分割多重アクセス（ＷＣＤＭＡ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、グローバル・スタンダード・フォー・モバイル通信（ＧＳＭ）や符号分割多重アクセス２０００（ＣＤＭＡ２０００）のマルチキャリアバージョンは、利用が増加しているワイヤレス用標準および用途である。これらの各々では、いくつかの場合で１０ｄＢを超えるような高いＰＡＲレベルを有する波形の増幅が必要である。地上ワイヤレス通信に割り当てられたスペクトル量は希薄であるため、送信で帯域外（ｏｕｔ−ｏｆ−ｂａｎｄ：ＯＯＢ）放射を最小にし、干渉環境を最小化することが必要である。１０ｄＢ以上のＰＡＲを有する波形の増幅に使用する線形増幅器は、５〜１０％のＤＣ−ＲＦ効率しか提供できない。この増幅器のピーク出力電力はピーク波形によって大きさが決まる。この増幅器のコストはそのピークパワーに従ったサイズになる。ヒートシンクやＤＣ−ＤＣ電源を含むいくつかの別の回路コストは、ピークパワーおよび消費熱（電気的非効率性に起因する）と逆の規模となる。ＡＣ−ＤＣ電源、バックアップバッテリ、冷却および回路遮断器からなる関連する基地局コストも、電気的動作コストの場合と同様に効率と逆の規模になる。ＤＣ−ＲＦ効率を改善させると製作および動作の両方に関して大きなコスト削減となることは明らかである。非線形クラスのＲＦ電力増幅器（たとえば、クラスＣ、Ｄ、ＥおよびＦタイプの増幅器）は、飽和または飽和近傍においてＲＦデバイスのオンオフを切替えており、これらは、ＲＦサイクルの少なくとも半分の間で実施され、かつ圧縮によって十分にバックオフされているようなクラスＡ、クラスＡＢまたはクラスＢタイプなど線形クラスの動作と比べてより効率が良い。しかし、非線形増幅器は、周波数変調（ＦＭ）やある種の形態をした位相変調（ＰＭ）など一定の包絡線信号と一緒にしか利用することができず、変調された振幅を有する信号ではこれらのクラスの増幅器からの出力に極度のひずみを生じさせる。利用されている効率増強技法の１つは、Ｋａｈｎ技法または包絡線消去および再生（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ  Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒｅｓｔｏｒａｔｉｏｎ：ＥＥＲ）技法と呼ぶものである。このＥＥＲ技法では、ベースバンド振幅変調された（ＡＭ）信号を生成させるように着信する信号の包絡線を検出している。このＥＥＲ技法では、一定の包絡線を有する位相変調された（ＰＭ）コンポーネントを生成させるようにその入力信号を制限している。このＰＭ信号は、ＰＭパスに沿って電力増幅器の入力に提供されており、また振幅変調したコンポーネントはＡＭパスに沿って電力増幅器の給電を変調するために利用されている。最終のＲＦ電力増幅器の振幅変調によってこの包絡線を位相変調したキャリアまで復元させ、これによって増幅バージョンの入力信号を生成させている。電力増幅器に入力される信号は一定の包絡線振幅を有しているため、入力信号を増幅するのに、より効率の良いクラスの電力増幅器（たとえば、クラスＣタイプの増幅器）を利用することができる。さらに、給電信号は振幅変調されているため、この増幅器は、増幅器の効率に対する圧縮増強において動作している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＥＥＲ技法を利用する増幅器は、極増幅器（ｐｏｌａｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）と呼んでいる。極増幅器は、極めて高い効率を示すが、信号を歪ませ、多量のＯＯＢ放射を生じさせる可能性がある。従来の実現形態では、２つの信号パス（ＡＭおよびＰＭ）の極度に十分な同期が必要である。この２つのパスはそれぞれ、元の信号と比べて実質的により広いバンド幅コンポーネントを必要とすることがある。その信号がゼロ振幅点と交差すると、これにより極増幅器をカットオフさせる、かつ／または一定の包絡線（ＰＭ）パス内に極度に高速で困難な位相変化が必要となることがある。信号が広いダイナミックレンジにわたって変動すると、これによりさらに信号ひずみを生じさせるような極めて低い給電（たとえば、ドレイン）電圧で極増幅器を動作させることがあり、また給電電圧が低くなりすぎると増幅器をしゃ断させる可能性がある。その結果、極増幅器は限定された範囲の波形でしか利用することができていない。従来のＥＥＲシステムでは、信号の復元を同期させるようにその遅延を２つのパスに沿って較正すること、ならびに出力の包絡線を検出し包絡線を増幅するパス（ＡＭパス）にフィードバックを供給すること、によってＯＯＢ放射を制御している。
【０００７】
以下では、本発明のいくつかの態様に関する基本的理解を提供するために本発明の簡単な要約を提示する。この要約は、本発明に関する広範な概要ではない。この要約の目的は、本発明の主要なまたは決定的な要素を特定することではなく、また本発明の範囲を示すことでもない。その唯一の目的は、後で提示するより詳細な記載に対する導入として、本発明のいくつかの概念を簡略な形式で提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、コンポーネントモードでの動作と複合モードでの動作の間で切替えを行う増幅アーキテクチャまたはシステムに関する。コンポーネントモードでは、入力信号の再構成増幅表示を提供するように、入力信号のコンポーネントを１つまたは複数の増幅器に提供する。複合モードでは、入力信号の増幅表示を提供するように入力信号を増幅させる。
【０００９】
本発明の一態様では、しきい値レベル（たとえば、包絡線振幅しきい値レベル、信号レベルのディジタルカウント表示、電力増幅器電力レベルなど）を基準とした入力信号の特性に基づいて、モードセレクタによって増幅システムの動作を制御している。このモードセレクタは、コンポーネントモードにおいて入力信号のコンポーネントを１つまたは複数の増幅器に提供している。次いで、この１つまたは複数の増幅器は、そのコンポーネントに基づいて入力信号の再構成増幅表示を提供する。このモードセレクタは、複合モードでは入力信号（たとえば、複合信号）を増幅させるためその入力信号を増幅器（たとえば、線形増幅器）に提供している。ディジタル対アナログ変換システムは、増幅に先だって、モードセレクタから受け取ったコンポーネントのディジタル表示および入力信号のディジタル表示を、そのコンポーネントのアナログ表示およびその入力信号のアナログ表示に変換するために利用することができる。
【００１０】
本発明の別の態様では、その増幅システムは、第１の増幅器、第２の増幅器および第３の増幅器を含んでいる。その入力信号のコンポーネントは、コンポーネントモードでは第１および第２の増幅器に提供され、これらは協働して入力信号の再構成増幅表示を提供している。入力信号は複合モードでは第３の増幅器に提供され、複合モードにおいて入力信号の増幅表示を提供している。入力信号のコンポーネントは振幅変調コンポーネントと位相変調コンポーネントとを含むことができる。別法として、その入力信号のコンポーネントは、第１の位相変調コンポーネントと第２の位相変調コンポーネントとを含むことができる。
【００１１】
上述の目的および関連する目的の実現に対して、本明細書では、本発明のある種の例示的態様について以下の説明および添付の図面に関連して記載している。しかし、これらの態様は、本発明の原理を利用することができるさまざまな方法のうちのほんのいくつかに関して示しただけであり、また本発明はこうした態様のすべてならびにこれらの等価態様を含ませることを目的としている。本発明のその他の利点ならびに新規の特徴は、本発明に関する以下の詳細な説明を図面と共に検討することによって明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、遷移点またはしきい値レベル（たとえば、包絡線振幅レベル、信号レベルのディジタルカウント表示、電力増幅器電力レベル）を基準とした入力信号の特性に基づいて、コンポーネントモードでの動作と複合モードでの動作との間で切替えを行う増幅システムまたはアーキテクチャに関する。コンポーネントモードでは、入力信号を２つ以上のコンポーネントに分離させ、１つまたは複数の増幅器に伝送している。複合モードでは、複合信号を１つの増幅器（たとえば、線形増幅器）を介して増幅している。モードセレクタは、信号のコンポーネントを１つまたは複数の増幅器に提供するか否か（「コンポーネントモード」）、または複合信号を増幅器に提供するか否か（「複合モード」）を制御している。
【００１３】
図１は、本発明の一態様に従った増幅システムまたはアーキテクチャ１０を表している。増幅システム１０は、しきい値レベル（たとえば、包絡線振幅レベル、信号レベルのディジタルカウント表示、電力増幅器電力レベル）を基準とした入力信号の特性に基づいて、コンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えている。たとえば、このしきい値レベルは、信号包絡線レベルに対応した選択した包絡線振幅レベルまたはディジタルカウントとすることができる。次いで、増幅システム１０は包絡線ピーク電圧としきい値レベルの間の包絡線振幅レベルに対してはコンポーネントモードで動作することができ、またしきい値レベルであるか該レベル未満の包絡線振幅レベルに対しては複合モードで動作することができる。
【００１４】
コンポーネントモードでは、入力信号を２つ以上の信号コンポーネントに分離させ、またこの２つ以上のコンポーネントを２つ以上のパスを介してマルチ増幅器システム１８内の１つまたは複数の増幅器２２に伝送している。極モードは可能なコンポーネントモードのうちの１つである。これらの増幅器のうちの１つまたはいくつかは、高い効率を得るように飽和で動作させることができる。増幅器が２つ以上ある場合、その１つまたはいくつかはより高い効率のクラスの増幅器（たとえば、クラスＢ、クラスＣ、適当に修正した入力クラスＤ、Ｅ、Ｆ、Ｓまたはその他の切替え式増幅器構成による）とすることができる。複合モードでは、複合入力信号を複合信号パスを介してマルチ増幅器システム１８に伝送する。次いでこの複合入力信号は、しきい値レベルまたは該レベル未満の増幅信号に対して動作させる増幅器２０（たとえば、線形増幅器）によって増幅することができる。これによって、複合入力信号の増幅のために、より小さく（たとえば、より電力が低く）、より廉価で、かつより効率の良い増幅器を選択し、典型的な増幅システムと比較して全体的に改善させた効率および直線性によって増幅システム１０を動作させることができる。増幅器２０は１つまたは複数の線形増幅器から形成させることができることを理解すべきである。
【００１５】
増幅システム１０のしきい値レベルは、増幅器システム１０に関する所望の効率、直線性、ひずみおよび受容可能な帯域外（ＯＯＢ）放射に基づいてその入力信号に関連づけした１つまたは複数の特性とすることができる。さらに、このしきい値レベルは、増幅器システム製作テクノロジ（たとえば、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化インジウム（ＩｎＰ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、シリコン（Ｓｉ）、水平拡散金属酸化物半導体（ＬＤＭＯＳ））に関連する１つまたは複数の特性による影響を受ける可能性がある。本発明に関する多くの例示的実施形態について、例示目的のために選択した包絡線振幅レベルであるとしたしきい値レベルを基準として記載することにする。しかし、コンポーネント動作モードと複合動作モードの間での増幅システム１０の切替えを制御するために、その入力信号、マルチ増幅器システム１８および／または製作テクノロジに関連するその他の特性（たとえば、周波数、位相、あるいは容易に定量化できるその他の任意の特性）を利用することもできる。
【００１６】
増幅システム１０は、プログラム可能な論理デバイス、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、あるいはディジタル式ハードウェアおよび／またはソフトウェアのコンポーネントの組合せなどのディジタルコンポーネント１２を含む。このディジタルコンポーネント１２は、しきい値レベルを基準とした入力信号の１つまたは複数の特性の変化に基づいてコンポーネントモードと複合モードの間で増幅システム１０を連続的に（たとえば、リアルタイムで）切替えるモードセレクタ１４を含んでいる。このモードセレクタ１４は、典型的には位相および振幅変調した信号であるような入力信号を受け取る。この入力信号はさまざまな異なる振幅および／または位相変調とした形態とすることができる。たとえば、この信号はＷＣＤＭＡ、マルチキャリアＧＳＭ、ＯＦＤＭまたは高いピーク対平均電力比（ＰＡＲ）を有するその他の信号に準拠した信号とすることができる。
【００１７】
この入力信号は、入力信号を２つ以上のコンポーネントに変換し、これによりこの２つ以上のコンポーネントを増幅させて複合入力信号の増幅表示を形成させるように再合成できるようにしているコンポーネント変換器（図示せず）に提供することができる。別法として、その入力信号をコンポーネントの形態でモードセレクタ１４に直接提供することができる。モードセレクタ１４はさらに、その入力信号に関連づけされている選択可能またはプログラム可能であるような１つまたは複数の固定の特性（たとえば、包絡線振幅レベル）とすることができる１つまたは複数のしきい値レベルも受け取る。このモードセレクタ１４は１つまたは複数のしきい値レベルを受け取るものとして図示しているが、モードセレクタ１４が利用するこの１つまたは複数のしきい値レベルは、プログラムすることができる（すなわち、プログラマブルである）、あるいはその入力信号に関連した特性の変化に関連づけされた知見に基づくことができることを理解すべきである。さらに、この１つまたは複数のしきい値レベルは、固定とすることも、可変とすることも可能である。
【００１８】
モードセレクタ１４からの複数の出力は、ディジタル対アナログ変換（ＤＡＣ）システム１６に提供される。この複数の出力はコンポーネントモードにおいて、コンポーネント＃１〜コンポーネント＃Ｎと名称を付けておりこれらコンポーネント＃１からコンポーネント＃Ｎまでを再合成させることによって複合信号が形成されるような一組のコンポーネントを提供する出力を含んでいる（ここで、Ｎは２に等しいか２を超える整数である）。この複数の出力はさらに、複合モードにおいて複合信号をＤＡＣシステム１６に提供している複合信号出力も含んでいる。ＤＡＣシステム１６はこれらのコンポーネントまたは複合信号をディジタル領域からアナログ領域に変換する。このアナログコンポーネント信号は増幅させるため、パス＃１〜パス＃Ｍ（ここで、Ｍは２に等しいか２を超える整数）と名称付けした１つまたは複数のパスを介してマルチ増幅器システム１８内の１つまたは複数の増幅器２２に提供される。この１つまたは複数の増幅器は増幅器２０を含む場合も含まない場合もある。
【００１９】
このアナログ複合信号は、複合モードでは、増幅させるため複合信号パスを介して増幅器２０に提供される。典型的には、この複合信号パスは単一のパスとするが、アナログ複合信号を増幅させるために複数パス構成を利用することもできる。増幅器２０は線形増幅器タイプ（クラスＡ、クラスＡＢまたはクラスＢタイプ）とするように選択することができる。線形増幅器２０のサイズは所定のしきい値レベル未満の信号を扱えるように選択することができる。したがって、この線形増幅器２０は、マルチ増幅器システム１８内の該１つまたは複数の増幅器２２と比べてかなり小さい増幅器とすることができる。線形増幅器２０は典型的には単一の線形増幅器であるが、所望する効率、コストおよび直線性に基づいて、極増幅器、および／または極増幅器とこれより小さい線形増幅器（最小の信号を増幅する）の組合せを含む多重増幅器システムを利用して複合信号を増幅することができる。増幅器２０は、その他の増幅器と同じ材料によるデバイスから構成させる必要はない。
【００２０】
図２は、本発明の別の態様に従ってコンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えている増幅器システム３０を表している。コンポーネントモードでは、入力信号の極コンポーネントを増幅しアナログ領域で再構成させている。複合モードでは、複合入力信号をアナログ領域で増幅している。増幅器システム３０は、コンポーネントモードと複合モードの間での切替えを、しきい値レベルを基準とした入力信号の特性に基づいて行っている。たとえば、このしきい値レベルは、選択した包絡線振幅レベルまたは包絡線振幅レベルに対応したディジタルカウントとすることができる。次いで増幅器システム３０は、しきい値レベルを超える包絡線振幅レベルではコンポーネントモードで動作し、またしきい値レベル未満の包絡線振幅レベルでは複合モードで動作することができる。
【００２１】
この増幅器システム３０は、しきい値レベルを基準とした入力信号の１つまたは複数の特性の変化に基づいてコンポーネントモードと複合モードの間で増幅器システム３０を連続的に切替えているモードセレクタ３２を含む。このモードセレクタ３２は入力信号の極表示であるような複合信号を受け取っている。この入力信号は典型的には、次式によって極形式で表示できるような、位相および振幅変調した信号である。
【００２２】
Ａ（ｔ）ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））                                  式１
上式において、Ａ（ｔ）は振幅変調コンポーネントであり、またＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））は位相変調コンポーネントで、Φ（ｔ）は位相コンポーネントまたωC（ｔ）はキャリア周波数である。この入力信号は振幅および／または位相変調させたさまざまな異なる形式とすることができる。上述の式は、実際の信号をマルチキャリア信号とすることが可能な場合で、単一のキャリア入力信号に対する１つの極表示を例示していることを理解すべきである。マルチキャリアの場合では、ωCは存在するキャリアの加重平均であるような１つの仮想的キャリアを意味している。たとえば、この信号はＷＣＤＭＡ、マルチキャリアＧＳＭ、ＯＦＤＭ、あるいはピーク対平均電力比（ＰＡＲ）を有するその他の信号に準拠した信号とすることができる。
【００２３】
この入力信号は、入力信号を極複合信号に変換している極変換器３４（随意選択による）に提供することができる。別法として、その入力信号を極形態で直接モードセレクタ３２に提供することもできる。モードセレクタ３２または極変換器３４は、複合信号を別々の位相変調コンポーネントと振幅変調されたコンポーネントとに分離させるように動作させることができる。モードセレクタ３２はさらに、その入力信号に関連づけさせた選択可能またはプログラム可能とした１つまたは複数の固定の特性（たとえば、包絡線振幅レベル）であるようなしきい値レベルＴ1を受け取る。
【００２４】
この増幅器システム３０は、入力端子（ＩＮ）と給電端子（ＳＵＰＰＬＹ）を含んでいる電力増幅器３８を含む。モードセレクタ３２は、第１のパス（ＰＡＴＨ１）に沿った第１のディジタル対アナログ変換器（ＤＡＣ）３６を介して電力増幅器３８の入力端子と結合させている第１の出力を有する。この電力増幅器３８の入力は実質的に一定の包絡線を有するように位相変調された信号であるため、電力増幅器３８は、高効率で非線形のタイプ（たとえば、クラスＣ、クラスＤ、クラスＥ、クラスＦ）の増幅器を含め任意の増幅器タイプとすることができる。さらに、この電力増幅器３８は所望するバンド幅および受容可能なひずみ限界に基づいてその他の効率がより低いタイプの増幅器とすることもできることを理解すべきである。しかし、非線形増幅器を利用するとＤＣ−ＲＦ効率に関してより望ましい解決法が提供される。
【００２５】
モードセレクタ３２は、第２のパス（ＰＡＴＨ２）に沿った第２のＤＡＣ４２を介して変調増幅器４４と結合させている第２の出力を有する。この変調増幅器４４の出力は、電力増幅器３８の給電端子（ＳＵＰＰＬＹ）と結合させている。変調増幅器４４は典型的には、ＤＣ結合のまたは音声周波数の増幅器である。変調増幅器４４は、所望するバンド幅および受容可能なひずみ限界に基づいて、パルス幅変調器、スイッチング増幅器、ＬＩＮＣ増幅器（典型的には、増幅器２個と混成カプラ１個）、または線形増幅器とすることができることを理解すべきである。
【００２６】
モードセレクタ３２は、第３のパス（ＰＡＴＨ３）に沿った第３のＤＡＣ４６を介して増幅器４８に結合させた第３の出力を有する。この増幅器４８は典型的には、線形増幅器タイプ（たとえば、クラスＡ、クラスＡＢまたはクラスＢタイプ）である。この増幅器４８のサイズは、所定のしきい値レベル未満の信号を扱えるように選択する。したがって、増幅器４８は電力増幅器３８と比べてかなり小さい（たとえば、パワーがより小さい）増幅器とすることができる。増幅器４８は典型的には単一の線形増幅器であるが、所望する効率、コストおよび直線性に基づいて複合信号を増幅するためには、極増幅器、および／または極増幅器とこれより小さい線形増幅器（最小の信号を増幅する）の組合せを含む多重増幅器システムを利用することができる。増幅器４８はシステム３０内のこれ以外の増幅器と同じ材料によるデバイスから構成させる必要はない。
【００２７】
コンポーネントモードでは、モードセレクタ３２は、複合信号の位相変調コンポーネントＢ＊ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））をディジタル形式で第１のパス（ＰＡＴＨ１）に沿った第１のＤＡＣ３６に伝送する（ここで、Ｂは一定値）。この位相変調コンポーネントは実質的に一定の包絡線を有する。第１のＤＡＣ３６は複合信号の位相変調コンポーネントをアナログ領域に変換しており、これをさらに電力増幅器３８の入力端子に提供している。モードセレクタ３２は同時に、複合信号の振幅変調コンポーネントＡ（ｔ）をディジタル形式で第２のパス（ＰＡＴＨ２）に沿った第２のＤＡＣ４２に伝送している。第２のＤＡＣ４２は振幅変調コンポーネントＡ（ｔ）をディジタル領域からアナログ領域に変換している。次いでこのアナログ振幅変調コンポーネントは、電力増幅器３８の給電端子に対する振幅変調を行う変調増幅器４４に提供される。電力増幅器３８の出力は複合信号の再構成増幅表示である。
【００２８】
次いで増幅した複合信号は、所望の送信帯域の外にある残りのあらゆる不要な信号をフィルタ除去している随意選択の帯域通過フィルタコンポーネント４０に提供される。この帯域通過フィルタコンポーネント４０は、入力信号の瞬時値に応じて電力増幅器３８または４８によって提供される信号を選択しているようなスイッチを含むことができる。さらに、モードセレクタ３２は指定された信号を出力するように、ゼロまたは極めて低い振幅信号を任意のまたはすべての増幅器の入力に提供することが可能である。この帯域通過フィルタ／スイッチコンポーネント４０は、モードセレクタ３２が現在のモード（複合モード、コンポーネントモード）に対応して提供する制御信号（図示せず）の状態に基づいて電力増幅器３８または線形増幅器４８によって提供される信号を選択することができる。別法として、この帯域通過フィルタ／スイッチコンポーネントは、電力増幅器３８と線形増幅器４８のうちの一方からの存在する信号を検知することによって、電力増幅器３８または線形増幅器４８が提供する信号を選択することができる。
【００２９】
複合モードでは、モードセレクタ３２は複合信号Ａ（ｔ）ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））をディジタル形式で第３のＤＡＣ４６に伝送する。この第３のＤＡＣ４６は複合信号をアナログ領域に変換しており、これをさらに増幅器４８の入力端子に提供している。本発明の一態様では、その増幅器４８は複合モードにおいて実質的に固定の給電を有している。次いでこの複合信号は、所望の送信帯域の外にある残りのあらゆる不要信号をフィルタ除去すると共に、線形増幅器４８からの出力信号を選択している帯域通過フィルタ／スイッチ４０に提供される。
【００３０】
本発明の別の態様では、第１のＤＡＣ４２、第２のＤＡＣ３６および第３のＤＡＣ４６のうちの１つまたはいくつかは、デルタ−シグマ変調のＤＡＣである。デルタ−シグマ変調とは、少ない数の量子化レベルおよび極めて高いサンプリングレートを用いて信号の大まかな推定値を生成させるために使用される一技法である。限定された数の離散的振幅レベルを使用しているため、システム内に「量子化」ノイズが導入される。過剰サンプリングの効果、およびデルタ−シグマ変調において積分器フィードバックループを使用していることは、ノイズを帯域外周波数にシフトさせる際に有効である。このノイズのシフト特性および量子化誤差の導入によって、後続のフィルタ処理段の効率の良い使用が可能となり、ノイズが低下すると共に、入力のより精細な表示をさらに高い周波数で生成させることができる。このデルタ−シグマＤＡＣは、従来のアナログ混合器を介した信号の追加的周波数変換が必要ないように、入力信号を無線送信周波数に直接ディジタル混合させるために利用することができる。この無線送信周波数は、無線周波数（ＲＦ）レンジ（たとえば、メガヘルツレンジ）とすることや、マイクロ波周波数レンジ（たとえば、ギガヘルツレンジ）とすることができる。
【００３１】
図３は、本発明の一態様に従ったドーハティ（Ｄｏｈｅｒｔｙ）増幅器デバイスを利用している増幅器システム６０を表している。この増幅器システム６０は、しきい値レベルを基準とした入力信号の特性に基づいてコンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えている。この増幅器システム６０は、入力端子（ＩＮ）と少なくとも１つの給電端子（ＳＵＰＰＬＹ）と含んだドーハティ増幅器７０を含む。このドーハティ増幅器７０は、第１のパス（ＰＡＴＨ１）に沿ったピーク増幅器７４と、第２のパス（ＰＡＴＨ２）に沿った主増幅器７６と、を含む。このピーク増幅器の出力は、λ／４導波路７５によって主増幅器７６の出力に結合させている。入力端子から入力信号を受け取り、かつこの入力信号を入力信号の振幅レベルに基づいてピーク増幅器７４と主増幅器７６のうちの少なくとも一方に提供しているような切替え制御システム７２を設けている。この切替え制御システムは、分割器デバイスと、包絡線検出器と、ドライブ制御デバイスと、適当な伝送線と、制御信号および／またはピーク増幅器７４に対する給電の変更を介してピーク増幅器７４を「ＯＮ」状態と「ＯＦＦ」状態の間で切替えているその他のデバイスと、を含むことができる。
【００３２】
典型的な増幅器構成では、その主増幅器は期間のすべてにわたって完全な信号を受け取っているが、ある種の飽和振幅レベルまでの信号を出力するように動作する。このピーク増幅器は、飽和振幅レベルを超えるピークレベル信号の間でその信号負荷を主増幅器と共有している。したがって、ピーク増幅器は期間の一部で動作してのみであるが、主増幅器はその期間のすべてにわたって動作している。ドーハティ増幅器は比較的効率が良いが、その提供する直線性特性は貧弱である。本発明は、しきい値レベルを超える入力信号に関しては、そのピーク増幅器が飽和で動作するようにコンポーネント（極）モードでドーハティ増幅器を動作させており、またしきい値レベルまたは該レベル未満の信号に関しては複合モードで動作させている。典型的には、本発明のピーク増幅器は、高効率タイプの増幅器とすることになり、また主増幅器は線形タイプの増幅器となる。ピーク増幅器および主増幅器は同じサイズとする必要はなく、また最大電力出力とする必要もない。飽和で動作させるピーク増幅器を主増幅器と比べて極めて大きくすると効率がより良くなる。したがって、このシステム６０は、典型的な構成で動作しているドーハティ増幅器と比較して改良させた効率ならびに改良させた直線性で動作している。
【００３３】
システム６０は、入力信号およびしきい値レベル（Ｔ2）を受け取っているモードセレクタ６２を含む。このモードセレクタ６２は、第１のディジタル対アナログ変換器（ＤＡＣ）６４を介してドーハティ増幅器７０の入力端子に結合させた第１の出力を有する。このモードセレクタ６２は、第３のパス（ＰＡＴＨ３）に沿った第２のＤＡＣ６６を介して変調増幅器６８に結合させた第２の出力を有する。変調増幅器６８の出力は、ドーハティ増幅器７０の給電端子に結合させている。この給電端子は、ピーク増幅器７４の給電に結合させており、また破線で表示したように主増幅器７６の給電に結合させることができる。別法として、主増幅器７６の給電は固定とすることができる。変調増幅器６８は典型的には、ＤＣ結合の、または音声周波数の増幅器である。この変調増幅器６８は、所望するバンド幅および受容可能なひずみ限界に基づいて、パルス幅変調器、スイッチング増幅器、ＬＩＮＣ増幅器（典型的には、増幅器２個とカプラ１個）、または線形増幅器とすることができることを理解すべきである。
【００３４】
コンポーネントモードでは、モードセレクタ６２は入力信号の位相変調コンポーネントＢ＊ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））をディジタル形式で第１のＤＡＣ６４に伝送している（ここで、Ｂは一定値）。この位相変調コンポーネントは実質的に一定の包絡線振幅を有する。この第１のＤＡＣ６４は複合信号の位相変調コンポーネントをアナログ領域に変換しており、これをさらにドーハティ増幅器７０の入力端子に提供している。モードセレクタ６２は同時に、複合信号の振幅変調されたコンポーネントＡ（ｔ）をディジタル形式で第２のＤＡＣ６６に伝送している。この第２のＤＡＣ６６は振幅変調されたコンポーネントＡ（ｔ）をディジタル領域からアナログ領域に変換している。次いでこのアナログの振幅変調コンポーネントは、ドーハティ増幅器７０の給電端子またはピーク増幅器７４の給電端子を振幅変調している変調増幅器６８に提供している。主増幅器７６は、振幅変調されたコンポーネントによる供給を受けることや、固定の給電レベルで供給を受けることができる。ドーハティ増幅器７０の出力は、主増幅器７６とピーク増幅器７４の両方からの寄与を受けているような複合信号の再構成増幅表示である。次いでこの増幅した複合信号は、所望の送信帯域の外にある残りのあらゆる不要信号をフィルタ除去している随意選択の帯域通過フィルタ７８に提供される。
【００３５】
複合モードでは、このモードセレクタ６２は複合信号Ａ（ｔ）ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））をディジタル形式でＤＡＣ６４に伝送している。このＤＡＣ６４は、複合信号をアナログ領域に変換しており、これをさらに、ドーハティ増幅器７０の入力端子に提供している。モードセレクタ６２は同時に、実質的に固定振幅の信号をディジタル形式でＤＡＣ６６に伝送しており、これによってピーク増幅器７４と主増幅器７６のうちの一方または両者に対して変調増幅器６８を介して実質的に固定の給電が設定される。ピーク増幅器７４および主増幅器７６は、ピーク増幅器７４が「ＯＦＦ」となり、主増幅器７６が複合信号全体を受け取るような給電レベルを有する。次いでこの増幅した複合信号は、所望の送信帯域の外にある残りのあらゆる不要信号をフィルタ除去している随意選択の帯域通過フィルタ７８に提供される。
【００３６】
本発明の一態様では、第１のＤＡＣ６４と第２のＤＡＣ６６のうちの一方または両方はデルタ−シグマ変調のＤＡＣである。このデルタ−シグマＤＡＣは、従来のアナログ混合器を介した信号の追加的周波数変換が必要ないように、入力信号を無線送信周波数に直接ディジタル混合させるために利用することができる。
【００３７】
図４は、本発明のさらに別の態様に従った増幅器システム９０を表している。この増幅器システム９０は、しきい値レベルを基準とした入力信号の特性に基づいてコンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えている。この増幅器システム９０は、入力信号およびしきい値レベルＴ3を受け取っているモードセレクタ９２を含むと共に、しきい値レベルＴ3に関する入力信号の評価に基づいて第１および第２の位相変調コンポーネントと複合信号との提供の間で選択を行っている。このしきい値レベルは、その入力信号に関連づけさせた選択可能またはプログラム可能とした１つまたは複数の固定の特性（たとえば、包絡線振幅レベル）とすることができる。
【００３８】
モードセレクタ９２は、第１のパス（ＰＡＴＨ１）に沿った第１のディジタル対アナログ変換器（ＤＡＣ）９４を介して第１の増幅器９６の入力端子と結合させている第１の出力を有する。このモードセレクタ９２は、第２のパス（ＰＡＴＨ２）に沿った第２のＤＡＣ９８を介して第２の増幅器１００に結合させた第２の出力を有する。第１の増幅器９６および第２の増幅器１００は、コンポーネントモードにおいてそれぞれ第１および第２の位相変調コンポーネントを受け取っている。第１の増幅器９６および第２の増幅器１００は、任意のタイプの増幅器とすることができる。しかし、第１の増幅器９６および第２の増幅器１００の入力は実質的に一定の包絡線振幅を有する位相変調した信号であるため、第１の増幅器９６および第２の増幅器１００は高効率の非線形タイプ（たとえば、クラスＣ、クラスＤ、クラスＥ、クラスＦ）の増幅器とすることができる。さらに、第１の増幅器９６および第２の増幅器１００は、所望するバンド幅および受容可能なひずみ限界に基づいて効率がより低い別のタイプの増幅器とすることができることを理解すべきである。しかし、非線形増幅器を利用するとＤＣ−ＲＦ効率に関してより望ましい解決法が得られる。
【００３９】
このモードセレクタ９２は、第３のパス（ＰＡＴＨ３）に沿った第３のＤＡＣ１０４を介して第３の増幅器１０６と結合させた第３の出力を有する。この第３の増幅器１０６は複合モードにおいて複合入力信号を受け取っており、またコンポーネントモードでは位相変調コンポーネントに比例した信号を受け取っている。増幅器１０６は線形増幅器、ドーハティ増幅器とすることができ、また、多重増幅器システムを示させることもできる。
【００４０】
コンポーネントモードでは、その入力信号は第１の位相変調コンポーネント、第２の位相変調コンポーネントおよび第３の位相変調コンポーネントに分離させる。この第１の位相変調コンポーネントと第２の位相変調コンポーネントは、次式のように、複合信号の振幅変調部分を意味しており、また第３の位相変調コンポーネントは複合信号の位相変調コンポーネントを意味している。
【００４１】
Ａ（ｔ）ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））＝（Ａ1ＣＯＳ（ωAM（ｔ）＋Φ1（ｔ））＋Ａ2ＣＯＳ（ωAM（ｔ）＋Φ2（ｔ）））＊Ａ3ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））  式２
上式において、Ａ1、Ａ2およびＡ3はそれぞれの信号の振幅であり、Φ1（ｔ）およびΦ2（ｔ）はその総和が信号の包絡線またはＡＭ情報を表しているような変調であり、またωAM（ｔ）はＡＭコンポーネントのバンド幅範囲内にある１つの周波数である。モードセレクタ９２は、第１の位相変調コンポーネントＡ1ＣＯＳ（ωAM（ｔ）＋Φ1（ｔ））をディジタル形式で第１のパス（ＰＡＴＨ１）に沿った第１のＤＡＣ９４に提供している。この第１のＤＡＣ９４は複合信号の第１の位相変調コンポーネントをアナログ領域に変換しており、これはさらに第１の増幅器９６の入力端子に提供されている。モードセレクタ９２は同時に、複合信号の第２の位相変調コンポーネントＡ2ＣＯＳ（ωAM（ｔ）＋Φ2（ｔ））をディジタル形式で第２のパス（ＰＡＴＨ２）に沿った第２のＤＡＣ９８に伝送している。この第２のＤＡＣ９８は第２の位相変調コンポーネントをディジタル領域からアナログ領域に変換している。
【００４２】
第１の位相変調コンポーネントおよび第２の位相変調コンポーネントのアナログ信号は第１の増幅器９６および第２の増幅器１００の出力位置においてカプラ１０８を介して合成させている。第１増幅器９６および第２の増幅器１００のこの合成出力によって電力増幅器１０６の給電端子を変調させている。第３の位相変調コンポーネントは、ＤＡＣ１０４を介して第３の増幅器１０６の入力に提供される。第３の増幅器１０６の出力は、増幅器システム９０がコンポーネントモードにおいて極タイプ増幅器として動作するような再構成増幅バージョンの複合信号である。増幅器９６および１００は、後で合成させて高効率のＡＭ変調を提供するような非線形増幅器とすることができる。このように線形増幅の生成に非線形増幅器を利用することは、ＲＦにおける場合と比べてさらにより簡単明瞭である。この用途において、これらのＡＭ周波数は所望する信号キャリア周波数と比べてはるかに低く、またその供給電圧はＯＯＢ放射に対して比較的不感応性である。
【００４３】
複合モードでは、このモードセレクタ９２は複合信号Ａ（ｔ）ＣＯＳ（ωC（ｔ）＋Φ（ｔ））をディジタル形式で第３のＤＡＣ１０４に伝送しており、ＰＡＴＨ１および／またはＰＡＴＨ２に実質的に一定の波形が供給される。この第３のＤＡＣ１０４は複合信号をアナログ領域に変換しており、これはさらに第３の増幅器１０６の入力端子に提供される。本発明の一態様では、第１のＤＡＣ９４、第２のＤＡＣ９８および第３のＤＡＣ１０４のうちの一方またはいくつかはデルタ−シグマ変調のＤＡＣである。
【００４４】
このしきい値レベルは、所望の効率、直線性および増幅器システムコストを達成できるように選択することができることを理解すべきである。図５は、図２〜３に示すような増幅器システムに提供している例示的な複合入力信号１２２の電圧を時間に対して表したグラフ１２０を表している。このしきい値レベルは、包絡線振幅電圧しきい値レベルＴとなるように選択している。このしきい値レベルは、増幅器システムがコンポーネントモード（たとえば、極モード）と比べて複合モード（たとえば、線形モード）において実質的により長く動作するように、信号１２２の包絡線振幅電圧レベルがしきい値レベルＴまたは該レベル未満となる期間が該信号がこのしきい値レベルを超える期間と比べて実質的により長くなるように選択している。実質的に高いピーク対平均比を有する信号では、その信号は、増幅器システム内の残りの増幅器と比べて線形増幅器に対して実質的により長く提供されている。したがって、この線形増幅器は、高いピーク対平均比を有する信号を利用しているような典型的な増幅器システムと比べてより効率の良い動作とするように選択することができる。
【００４５】
本発明の増幅器システムでは、増幅器システムにおいて変数を生成する機能の多くをディジタル領域で実行することによって、所与の入力信号を増幅するのに必要となる回路の複雑性を最小限にしている。これによればさらに、従来のコンポーネント信号増幅器に関連した遅延の多くが軽減されるため、コンポーネントモードにおけるコンポーネント変調の同期が容易となる。さらに、線形化技法をディジタル領域で利用することによってこの増幅器システムの動作を一層改良することができる。
【００４６】
図６は、本発明の一態様に従った事前ひずみ線形化技法を利用している増幅器システム１４０を表している。事前ひずみによって増幅器チェーン内、ならびに複合出力信号内で予測されるひずみを減少させるようにその信号を修正している。所望の事前ひずみの決定は、典型的にはオフラインで実行させる。本発明の事前ひずみ技法は、ディジタル対アナログ変換に先だってディジタル入力信号を修正するようにディジタル領域において使用している。事前ひずみは複合信号を振幅および位相変調したコンポーネントに分離させる前に、複合信号に対して実行することができる。別法として、事前ひずみは選択した動作モード（たとえば、コンポーネントモード、複合モード）に従って複合信号と信号コンポーネントに対して別々に実行することができる。
【００４７】
増幅器システム１４０は、たとえば、振幅および位相変調を有する入力信号を受信しているモードセレクタ１４４を含む。このモードセレクタ１４４は、包絡線振幅などしきい値レベルＴ4に対する入力信号の特性に基づいて増幅器システム１４０の動作モード（たとえば、複合または線形モード、コンポーネントまたは極モード）を決定している。コンポーネントモードでは、モードセレクタ１４４は、入力信号の振幅変調（ＡＭ）コンポーネントと位相変調（ＰＭ）コンポーネントを事前ひずみコンポーネント１４６に伝送している。複合モードでは、モードセレクタ１４４は入力信号（ＣＯＭＰ）を事前ひずみコンポーネント１４６に伝送している。モードセレクタ１４４はさらに、事前ひずみコンポーネント１４６にモードライン（Ｍ）を介してモード情報を提供している。
【００４８】
事前ひずみコンポーネント１４６はこのモード情報を利用し、複合モードでは複合入力信号に対して、またコンポーネントモードではＰＭコンポーネントおよびＡＭコンポーネントに対して、足したり引いたりさせる所望の事前ひずみを決定している。複合信号、ＰＭコンポーネントおよびＡＭコンポーネントに対しては、異なる事前ひずみが足したり引いたりされる。この事前ひずみコンポーネント１４６およびモードセレクタ１４４は、１つまたは複数のディジタルハードウェアコンポーネントおよび／またはソフトウェアアルゴリズムとすることができることを理解すべきである。
【００４９】
この事前ひずみコンポーネント１４６は、ＡＭパスに沿ってＡＭコンポーネントをアナログ信号に変換しているディジタル対アナログ変換器（ＤＡＣ）１６０と結合させた第１の出力を有する。アナログＡＭコンポーネントに対するバッファリングおよびゲインの付加のために随意選択のドライバ１６２を設けており、このアナログＡＭコンポーネントは次いで、パルス幅変調器１６４（あるいは、別の高効率の増幅器）に提供されている。このパルス幅変調器１６４は低域通過フィルタ１６６と協働し、クラスＳタイプまたはクラスＧタイプの増幅器／変調器を提供している。パルス幅変調器１６４のパルスは、低域通過フィルタ１６６を介して統合し、パルス幅変調器１６４のパルスの幅の関数であるような出力を提供している。低域通過フィルタ１６６の出力はＰＭパス内の電力増幅器１５６の給電端子に結合させている。
【００５０】
事前ひずみコンポーネント１４６は、ＰＭパスに沿った遅延コンポーネント１４８を介してデルタ−シグマＤＡＣ１５０と結合させた第２の出力を有する。遅延コンポーネント１４８は、コンポーネントモード動作の間におけるＰＭコンポーネントとＡＭコンポーネントの同期を容易にしている。このデルタ−シグマＤＡＣ１５０は、ＤＡＣ１５１と結合させたデルタ−シグマ変調器１４９を含む。このＤＡＣ１５１はマルチビットのＤＡＣとすることや、単一ビットのＤＡＣとすることができる。デルタ−シグマＤＡＣ１５０の出力は帯域通過フィルタ１５３と結合させている。デルタ−シグマ変調器１４９は、入力信号に対してディジタル対ディジタル変換または量子化を実行し、より高い周波数においてより分解能が低い信号を提供している。次いでＤＡＣ１５１は、この量子化された信号をディジタル領域からアナログ領域に変換している。帯域通過フィルタ１５３は入力信号の量子化に関連するノイズをフィルタ除去している。
【００５１】
デルタ−シグマＤＡＣ１５０は、アナログ混合器を不要にするようにその信号をディジタル混合させる、または変換して無線送信周波数にしている。次いで帯域通過フィルタ１５３の出力は入力信号に対して何らかの追加的なゲインを提供しているドライバ１５４に提供される。次いでドライバ１５４の出力は、増幅のため電力増幅器１５６の入力端子に提供される。この増幅器出力は、所望の送信帯域の外にある残りのあらゆる不要信号をフィルタ除去しており、またコンポーネントモードにおいて電力増幅器１５６によって提供させる信号を選択している帯域通過フィルタ／スイッチコンポーネント１５８に提供されている。
【００５２】
電力増幅器１５６に対する入力信号は実質的に一定の包絡線を有する位相変調信号であると共に、その給電は飽和において動作するような変調を受けているため、この電力増幅器１５６は非線形タイプの増幅器（たとえば、クラスＣ、クラスＤ、クラスＥ、クラスＦ）とすることができる。しかし、電力増幅器１５６は所望のパフォーマンス、受容可能な効率および受容可能なＯＯＢ放射に基づいて線形の増幅器（たとえば、クラスＡ、クラスＡＢ、クラスＢ）とすることもできる。
【００５３】
事前ひずみコンポーネント１４６は、線形パスに沿った遅延コンポーネント１７４を介してデルタ−シグマＤＡＣ１７７と結合させた第３の出力を有する。このデルタ−シグマＤＡＣ１７７は、ＤＡＣ１７８と結合させたデルタ−シグマ変調器１７６を含む。このＤＡＣ１７８はマルチビットのＤＡＣとすることや、単一ビットのＤＡＣとすることができる。デルタ−シグマＤＡＣの出力は帯域通過フィルタ１８０と結合させている。デルタ−シグマ変調器１７６は、入力信号に対してディジタル対ディジタル変換または量子化を実行し、より高い周波数においてより分解能が低い信号を提供している。次いでＤＡＣ１７８は、この量子化された信号をディジタル領域からアナログ領域に変換している。帯域通過フィルタ１８０は入力信号の量子化に関連するノイズをフィルタ除去している。次いで帯域通過フィルタ１８０の出力は入力信号に対して何らかの追加的なゲインを提供しているドライバ１８２に提供される。次いでこの随意選択のドライバ１８２の出力は、増幅のため線形増幅器１８４の入力端子に提供される。次いで線形増幅器１８４の出力は、スイッチ１５８に提供される。このスイッチ１５８は、線形増幅器１８４と電力増幅器１５６との出力の間での選択のために設けている。スイッチ１５８の出力は、帯域通過フィルタ１５９に結合させており、これに対しては、１つの入力をゼロまたはゼロ近くにさせることによって出力を最終的に制御している出力を結合または付加させている。１６８へのフィードバックはＢＰＦ１５９の前とすることも、ＢＰＦ１５９の後にすることも可能である。このＢＰＦ１５９は送信帯域の外側にある放射を減少させている。
【００５４】
増幅器システム１４０は、システム内の変動を補償するために出力信号から事前ひずみコンポーネント１４６への随意選択のフィードバック（ＦＢ）パスを含んでいる。この随意選択のフィードバック経路には、混合器１６８および局部発振器１７０が含まれる。この出力信号は、ダウンコンバートしダイナミックレンジが広く線形性の高いＡＤＣ１７２を用いてディジタル化する。このディジタル化した値は信号パラメータの期待値と比較する。この計測値と期待値との差は、事前ひずみコンポーネント１４６が使用する値を適応させるために用いられる。この適応はその信号と比べて実質的により低速であり、また主にシステム１４０内の温度変化および経年変化に備えるためのものである。
【００５５】
電力増幅器１５６のゲート入力およびドレイン入力の位置には、その相対的遅延を較正しかつ同期させるために随意選択のタップ（図示せず）を設けることができることを理解すべきである。さらに、ＡＭパスに対しても増幅器出力１５６から随意選択のフィードバック経路（図示せず）を設けることができる。この随意選択のフィードバック経路では、電力増幅器１５６の出力はアナログ包絡線検出器を通過させ、またＡＭパスのＤＡＣ１６０の後にある小誤差の増幅器に送りそのＡＭ信号内の誤差を除去している。ＡＭパスのＤＡＣ１６０の出力上には、利用するＤＡＣのタイプ（たとえば、デルタ−シグマＤＡＣ）に応じて必要となることがあるような随意選択のフィルタ（図示せず）を設けることができる。
【００５６】
コンポーネントモードでは、事前ひずみコンポーネント１４６は複合信号の事前ひずみ処理済みのＰＭコンポーネントをＰＭパスを介して、また複合信号の事前ひずみ処理済みのＡＭコンポーネントをＡＭパスを介して、伝送している。このＰＭコンポーネントとＡＭコンポーネントは、事前ひずみコンポーネント１４６によりディジタル形式で提供されており、電力増幅器１５６の入力端子および給電端子のそれぞれに合わせてアナログ形式に変換している。この電力増幅器１５６の出力はスイッチ１５８に提供される。複合モードでは、事前ひずみコンポーネント１４６は事前ひずみ処理済みの複合信号を線形パスを介して伝送している。この複合信号は事前ひずみコンポーネント１４６によりディジタル形式で提供されており、線形増幅器１８４の入力端子に合わせてアナログ形式に変換している。この線形増幅器１８４の出力はスイッチ１５８に提供される。
【００５７】
図７は、本発明の一態様に従った代替的な線形化技法を利用している増幅器システム２００を表している。この代替的技法は、ディジタル相互キャンセレイション（ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｒｏｓｓ−ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ）と呼ばれるもので、単独で、あるいは図６に示した事前ひずみ技法と組み合わせて実施することができる。このディジタル相互キャンセレイション技法は、「クリーン」バージョンの所望する信号を発生させる単独のＤＡＣに対して所望する信号のディジタル基準を提供する。このクリーンバージョンの所望信号は反転させて、電力増幅器からの出力信号の一部分と合成させ、出力信号の不要部分を決定している。この入力信号の不要部分とは、ひずみおよび望ましくない帯域外（ＯＯＢ）放射である。次いで入力信号の不要部分を反転させて出力信号と合成させ、出力信号から不要部分を相殺させている。典型的には、信号をコンポーネントに分離させる増幅器システムは単一の基準信号を有しない。しかし、本発明では、クリーン基準信号または反転バージョンのクリーン基準信号をディジタル領域で発生させることができる。
【００５８】
コンポーネント変換器／モードセレクタ２０８は、たとえば振幅および位相変調を有する入力信号を受け取っている。このコンポーネント変換器／モードセレクタ２０８は、包絡線振幅などしきい値レベルＴ5に対する入力信号の特性に基づいて、増幅器システム２００の動作モード（たとえば、複合または線形モード、コンポーネントまたは極モード）を決定している。コンポーネントモードでは、コンポーネント変換器／モードセレクタ２０８は入力信号の振幅変調された（ＡＭ）コンポーネントと位相変調された（ＰＭ）コンポーネントをＰＡＲ低減コンポーネント２０９に伝送している。複合モードでは、コンポーネント変換器／モードセレクタ２０８は入力信号（ＣＯＭＰ）をＰＡＲ低減コンポーネント２０９に伝送している。ＰＡＲ低減コンポーネント２０９は、クリッピングまたは信号の追加の包含を通じてピーク信号レベルを低下させることができる。さらに、複合信号および／または振幅・位相項に事前ひずみを適用し、予測されるひずみに対処することができる。次いでＰＡＲ低減コンポーネント２０９は、この選択した信号をディジタル相互キャンセレイション（ＤＣＣ）コンポーネント２１０に渡している。このＤＣＣコンポーネント２１０は第１および第２のディジタル出力に対して信号の付加および除去を行い、増幅器システム２００のパフォーマンスを改善させることができる。ＤＣＣコンポーネント２１０はさらに、ＰＡＲ低減前の元の入力信号、ならびにモード情報を含んだモード信号（Ｍ）を受け取っている。
【００５９】
ＤＣＣコンポーネント２１０は、コンポーネントモード動作の間では第１のディジタル出力信号を発生させる。この第１のディジタル出力信号は、遅延コンポーネント２１２を介してデルタ−シグマ変調器２１４に伝送される。この遅延コンポーネント２１２は、最終の出力信号の相互キャンセレイションを容易にするのに加えて、コンポーネントモード動作におけるＰＭコンポーネントとＡＭコンポーネントの同期を容易にしている。デルタ−シグマ変調器２１４はＤＡＣ２１６および帯域通過フィルタ２１８に結合させている。デルタ−シグマ変調器２１４、ＤＡＣ２１６および帯域通過フィルタ２１８は協働して、無線送信周波数への直接のディジタル対アナログ変換を実行している。次いで帯域通過フィルタ２１８の出力は、アナログ入力信号に対して何らかの追加的なゲインを提供しているドライバ２２２に提供される。次いでドライバ２２２の出力は、増幅のため電力増幅器２２４の入力端子に提供される。電力増幅器２２４は、所望のパフォーマンス、受容可能な効率および受容可能なＯＯＢ放射に基づいて、線形の増幅器（たとえば、クラスＡ、クラスＡＢ、クラスＢ）、あるいは非線形タイプの増幅器（たとえば、クラスＣ、クラスＤ、クラスＥ、クラスＦ）とすることができる。次いで電力増幅器２２４の出力は、コンポーネントモード動作の間において電力増幅器２２４が提供する信号の選択を行っているスイッチコンポーネント２５４に提供される。
【００６０】
さらに、コンポーネントモード動作では、第２のディジタル出力信号が伝送される。この第２のディジタル出力信号は、デルタ−シグマ変調器２２６に伝送されている。デルタ−シグマ変調器２２６はＤＡＣ２２８および帯域通過フィルタ２３０と結合させている。デルタ−シグマ変調器２２６、ＤＡＣ２２８および帯域通過フィルタ２３０は協働して、無線送信周波数への直接のディジタル対アナログ変換を実行している。次いで帯域通過フィルタ２３０の出力は、変調増幅器２３２（たとえば、クラスＳ、クラスＧ）に提供される。変調増幅器２３２の出力は、コンポーネントモードにおいて所望の振幅変調を提供するように電力増幅器２２４の給電端子に結合させている。
【００６１】
ＤＣＣコンポーネント２１０は、複合モード動作において第３のディジタル出力を発生させている。この第３のディジタル出力は、線形パスに沿った遅延コンポーネント２５６を介してデルタ−シグマ変調器２５８と結合させている。デルタ−シグマ変調器２５６はＤＡＣ２６０および帯域通過フィルタ２６２と結合させている。デルタ−シグマ変調器２５８、ＤＡＣ２６０および帯域通過フィルタ２６２は協働して、無線送信周波数への直接のディジタル対アナログ変換を実行している。次いで帯域通過フィルタ２６６の出力は、入力信号に対して何らかの追加的なゲインを提供しているドライバ２６４に提供される。次いでドライバ２６４の出力は、増幅のため線形増幅器２６６の入力端子に提供される。次いで線形増幅器１６６の出力は、複合モード動作の間において線形増幅器２６６が提供する信号の選択を行っているスイッチコンポーネント２５４に提供される。
【００６２】
ＤＣＣコンポーネント２１０は第４のディジタル信号をＤＣＣパスに沿ってディジタル反転器２３６に提供している。この第４のディジタル信号は、任意の修正をする前の所望の増幅出力信号に対応した基準バージョン（ＲＥＦ）の入力信号である。別法では、このディジタル反転器２３６を除くことができ、ＤＣＣコンポーネント２１０によって反転バージョンのクリーン基準信号を提供させることができる。この反転させたクリーン基準信号は、デルタ−シグマ変調器２３８に伝送される。デルタ−シグマ変調器２３８はＤＡＣ２４０および帯域通過フィルタ２４２と結合させている。デルタ−シグマ変調器２３８、ＤＡＣ２４０および帯域通過フィルタ２４２は協働して、反転バージョンのクリーン基準信号（ＲＥＦ）の無線送信周波数への直接のディジタル対アナログ変換を実行している。
【００６３】
スイッチ２５４の出力のある小部分を減衰器２３４を通してカプラにより分離させ、これに加算器２４４を通じて反転させたクリーン基準信号を加算する。加算器２４４の出力は信号ひずみおよびＯＯＢ放射である。この加算器２４４の出力は誤差増幅器２４６によって増幅し、誤差信号（ε）を生成させる。この誤差信号は、反転誤差信号を提供するように反転器２４８を通して反転させている。この反転させた誤差信号は、加算器２５０を通して遅延バージョンの（遅延デバイス２５１を介する）スイッチ２５４の出力と再合成させて、ＯＯＢ放射を除去しひずみレベルを低下させている。次いでこの加算器２５０の出力は、所望の送信帯域の外にある残りのあらゆる不要信号をフィルタ除去している帯域通過フィルタ２５２に提供される。
【００６４】
本発明の一態様に従ったディジタル相互キャンセレイション技法は、増幅器ひずみに対する補正を供給でき、また増幅器のサイズ低減を可能にする（たとえば、ＡＭおよびＰＭパス内の増幅器をそのピーク信号に従ったサイズにする）ような実行を受ける所望の信号に対する意図的なクリッピングに起因して生じるような隣接するチャンネル内へのスペクトルリークを補正することができる。さらに、ディジタルのクリーン基準信号を用いて出力位置における所望の補正を決定できるため、増幅処理の間で追加的な補正情報を必要とせずに、信号に対する任意の修正を最終の出力段位置で補正することができる。
【００６５】
図６〜７に示した線形化技法は、図２に示したものと同様の増幅器システムに適用されるが、上述の線形化技法は図３に示したものを含めその他の増幅器システムに適用することができることを理解すべきである。
【００６６】
本発明の増幅器システムは、多くの用途で利用することができる。この増幅器システムは、基地局に関するワイヤレス送信機用途（たとえば、衛星、携帯）、ハンドセット、ならびにその他の移動通信デバイスで利用することができる。図８は、本発明の一態様に従ったマルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２（コンポーネント／複合デュアルモード動作）を利用した送信機２９０を備えた基地局２８２を有する通信システム２８０を表している。このマルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２は、包絡線信号がしきい値レベルであるか該レベル未満である場合には複合モードで、また包絡線信号がしきい値レベルを超える場合にはコンポーネントモードで動作する。
【００６７】
マルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２には中央演算処理装置（ＣＰＵ）２８６を結合させている。このＣＰＵ２８６によって、マルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２の制御およびしきい値選択を容易にすることができる。たとえば、ＣＰＵ２８６は送信させる信号のタイプ（たとえば、ＷＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＯＦＤＭ）を生成させ、マルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２をコンポーネントモードと複合モードの間で切替える際のしきい値レベルを選択している。基地局２８２は、ＭＣＵ２９４および２９６から構成される一群の移動通信ユニット（ＭＣＵ）と通信している。これらのＭＣＵ２９４および２９６は例示を目的としたものであって、この一群のＭＣＵは出力信号のキャリア数に基づいてこれ以上の数のＭＣＵを含むことができることを理解すべきである。
【００６８】
基地局２８２はさらに、冷却デバイス２８４および電力デバイス２８８を含む。この電力デバイス２８８は、電源断障害から基地局２８２を保護しているＡＣ−ＤＣパワー変換器、ヒューズ、バッテリバックアップデバイスを含むことができる。本発明のマルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２は従来の増幅器システムと比べて実質的により効率良く動作しているため、この電力デバイス２８８および冷却デバイス２８４では、従来のデバイスと比較して実質的にサイズおよびコストを削減することができる。この基地局２８２は単一の送信機２９０を有するように図示しているが、基地局２８２は、同じ通信信号標準または異なる通信信号標準に及ぶそれぞれ異なるＭＣＵ群と通信している複数の送信機を有することができる。さらに、ＭＣＵ２９４および２９６は、送信機２９０に関して記載したのと同様に複合モードとコンポーネントモードで動作するようなマルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム２９２を備えた送信機も含むことができる。
【００６９】
上述した構造的および機能的な特徴を考慮して、図９を参照すると本発明のさまざまな態様に従った方法についてより十分な理解が得られよう。説明を簡略とするため、図９の方法では順次処理されるものとして図示し説明しているが、本発明は図示した順序に限定されるものではなく、いくつかの態様では、本発明に従って、異なる順序および／または本明細書に図示し記載した態様と別の態様と同時に実施される可能性もあることを理解すべきである。さらに、本発明の一態様に従った方法を実施するためには、図示した特徴のすべてを必要としないことがある。
【００７０】
図９は、本発明の一態様に従ってコンポーネントモードと複合モードのうちの一方で増幅器システムを動作させるための方法を表している。本方法はしきい値レベルを選択する３００で開始される。しきい値レベルはたとえば、このしきい値レベルを超える包絡線振幅レベルでは増幅器システムをコンポーネントモードで、またそのしきい値レベルにあるか該レベル未満の包絡線振幅レベルでは増幅器システムを複合モードで動作させているような包絡線振幅レベルとすることができる。３１０では、入力信号をしきい値レベルと比較している。この比較は、信号の監視、あるいは入力信号の振幅レベルに関連する知見によってモード動作を切替えているアルゴリズムの適用によって実施している。この入力信号は、単一キャリアまたはマルチキャリアの振幅および位相変調した多くのさまざまな信号形式（たとえば、ＷＣＤＭＡ、ＧＳＭ、ＯＦＤＭ）とすることができる。
【００７１】
３２０では、増幅器システムによってその入力信号がしきい値レベルを超えるか否かを判定している。このしきい値レベルは信号の振幅レベルとすることができ、またコンポーネントモードは、選択した包絡線振幅しきい値レベルを超えるか、該レベルまたは該レベル未満であるような入力信号レベルの包絡線振幅に対して選択を受ける。入力信号のどの部分において増幅器システムがコンポーネントモードで動作し、また入力信号のどの部分において増幅器システムが複合モードで動作するかを決定するためには、別の信号特性を利用することもできることを理解すべきである。
【００７２】
入力信号がしきい値レベルを超える（ＹＥＳ）場合、方法は３３０に進む。３３０では、入力信号のコンポーネントに事前ひずみを適用する。事前ひずみでは、予期される不要なひずみを除去するような入力信号の一部分の追加または除去を行っている。たとえば、入力信号が極コンポーネントに分離されている場合、その事前ひずみは振幅変調コンポーネントと実質的に一定の包絡線位相変調コンポーネントとで別々に合成させている。本方法は次いで３４０に進む。３４０では、増幅させるため信号コンポーネントを１つまたは複数の増幅器に伝送している。この１つまたは複数の増幅器からの出力は、３５０において、たとえばスイッチを介して選択している。本方法は次いで３９０に進む。
【００７３】
３２０において入力信号がしきい値レベルを超えない（ＮＯ）場合、本方法は３６０に進む。３６０では、複合入力信号に事前ひずみを適用している。事前ひずみでは、予期される不要なひずみを除去するような入力信号の一部分の追加または除去を行っている。この事前ひずみは、信号コンポーネントとは別に複合入力信号に適用している。本方法は次いで３７０に進む。３７０では、増幅させるため複合入力信号を単一の増幅器に伝送している。この単一増幅器からの出力は、３８０において、たとえばスイッチを介して選択している。本方法は次いで３９０に進む。
【００７４】
３９０では、選択した増幅器の出力に対してディジタル相互キャンセレイションを実行している。このディジタル相互キャンセレイション技法は、「クリーンな」無ひずみバージョンの所望信号を発生させる独立のＤＡＣにディジタル基準を提供している。このクリーンバージョンの所望信号は反転させ、選択した増幅器からの減衰バージョンの実際の出力信号と合成させて、出力信号の不要部分を決定している。次いでこの入力信号の不要部分は反転させ、遅延バージョンの電力増幅器の出力と合成させて、出力信号から不要部分を相殺させている。４００では、この事前ひずみ処理済みのディジタル相互キャンセレイションした選択出力信号を目標の１つまたは複数の受信器に送信している。本方法は次いで３１０に戻り、しきい値レベルに対する入力信号の比較を継続する。
【００７５】
上述した内容は本発明の例示的な実現形態を含む。もちろん、本発明の説明を目的としてコンポーネントや方法に関する考え得るあらゆる組合せを記載することは不可能であるが、当業者であれば、本発明に関して別の多くの組合せおよび置換が可能であることを理解するであろう。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲の精神および趣旨の域内にあるようなこうしたすべての代替形態、修正形態および変形形態を包含するように意図したものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の一態様に従ったマルチモード多重増幅システムのブロック概要図である。
【図２】本発明の一態様に従ってコンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えている増幅器システムの１つの図である。
【図３】本発明の一態様に従ってコンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えている別の増幅器システムの図である。
【図４】本発明の一態様に従ってコンポーネントモードと複合モードの間で動作を切替えているさらに別の増幅器システムの図である。
【図５】図２〜３に示すような増幅器システムに提供される例示的な入力信号の電圧を時間に対して表したグラフである。
【図６】本発明の一態様に従った事前ひずみ線形化技法を利用している増幅器システムのブロック概要図である。
【図７】本発明の一態様に従った代替的な線形化技法を利用している増幅器システムのブロック概要図である。
【図８】本発明の一態様に従った通信システムのブロック図である。
【図９】本発明の一態様に従ってコンポーネントモードと複合モードのうちの一方で増幅器システムを動作させるための方法の図である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  増幅システム
１２  ディジタルコンポーネント
１４  モードセレクタ
１８  マルチ増幅器システム
２０  線形増幅器
３０  増幅器システム
３２  モードセレクタ
３４  極変換器
３８  電力増幅器
４４  変調増幅器
６０  増幅器システム
６２  モードセレクタ
６８  変調増幅器
７０  ドーハティ増幅器
７２  切替え制御システム
７４  ピーク増幅器
７６  主増幅器
９２  モードセレクタ
９６  第１の増幅器
１００  第２の増幅器
１０６  増幅器
１４０  増幅器システム
１４４  モードセレクタ
１４６  事前ひずみコンポーネント
１５６  電力増幅器
１６４  パルス幅変調器
１７０  局部発振器
１８４  線形増幅器
２００  増幅器システム
２０８  コンポーネント変換器／モードセレクタ
２０９  ＰＡＲ低減コンポーネント
２１０  ディジタル相互キャンセレイション（ＤＣＣ）コンポーネント
２２４  電力増幅器
２３２  変調増幅器
２４６  誤差増幅器
２６６  線形増幅器
２８０  通信システム
２８２  基地局
２８４  冷却デバイス
２８８  電力デバイス
２９０  送信機
２９２  マルチモードマルチ増幅器アーキテクチャシステム
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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