(57)【要約】【課題】２本以上のキャリア(搬送波)を用いる無線通信装置において、小型で低コストな回路手段によって、高効率な電力増幅を実現できる無線通信装置を提供する。【解決手段】第１の変調波源回路１０１が出力した第１キャリア送信変調波は、第１のパワーアンプ回路１０３により増幅され、第１のデュプレクサ回路１０５を通じて、第１のアンテナ素子１０７から送出される。第２の変調波源回路１０２が出力した第２キャリア送信変調波は、第２のパワーアンプ回路１０４により増幅され、第２のデュプレクサ回路１０６を通じて、第２のアンテナ素子１０８から送出される。そうして、第１と第２のキャリアによる送信変調波が、ダイバーシティ受信が可能な２個のアンテナ素子１０７,１０８から送出された後に空間電力合成される。【選択図】図１
2005123788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個のデュプレクサ回路とを有し、周波数分割複信方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、
第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記デュプレクサ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出された後に空間電力合成され、
Ｍ個の前記アンテナ素子によってダイバーシティ受信が行われることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個の送受切り替えスイッチ回路とを有し、時分割複信方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、
第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記送受切り替えスイッチ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出された後に空間電力合成され、
Ｍ個の前記アンテナ素子によってダイバーシティ受信が行われることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無線通信装置において、
前記Ｍ個のアンテナ素子の偏波面が互いに概略９０度ずれた方向を向くように配置されていることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関し、特に２〜３本程度の少数のキャリア(搬送波)を用いるマルチキャリア信号を送信変調波とする場合の高効率な電力増幅法を用いた携帯電話等の無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年目覚しい技術進歩を続けている携帯電話であるが、過去においては、第１世代(アナログ携帯電話)、第２世代(ディジタル携帯電話)、第３世代(IMT−2000)と、順を追って段階的に進歩してきた。そして、現在では、２０１０年頃の実用化を目標に、次の第４世代(Beyond IMT−2000)の規格化作業や研究開発が既に始まっている。
【０００３】
無線通信装置のＲＦ(無線周波数)回路の構成は、その無線通信システムの規格で定められたＲＦ電気信号の変調方式によって影響を受ける。第４世代の規格化作業はまだ進んではいないが、そのアップリンク(携帯電話から基地局方向への通信(「上りリンク」や「Reverse Link」等と呼ばれる場合もある))の変調方式として、ＮＴＴ ＤｏＣｏＭｏ社が推すＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ(Multi Carrier/Direct Spread−Code Division Multiple Access)方式が有望視されている。
【０００４】
このＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式については、例えば、２００３年電子情報通信学会総合大会における論文番号Ｂ−５−７２「ブロードバンド無線アクセス実験装置の概要」、同じく論文番号Ｂ−５−７７「上りリンクマルチキャリア／ＤＳ−ＣＤＭＡブロードバンド無線アクセスにおけるスループット特性の室内実験結果」などにおいて開示されている。文献Ｂ−５−７２中の[表２]と文献Ｂ−５−７７中の[表１]に従えば、１キャリア(搬送波)当たり帯域幅２０ＭＨzのＤＳ−ＣＤＭＡ信号(直接拡散方式符号領域多重化信号)を、２キャリア分だけ周波数軸上で並べて、合計で占有帯域幅４０ＭＨzの変調信号としたものであることが分かる。これを模式的なスペクトル図で表したのが図５である。第１キャリアによる変調波５０１と第２キャリアによる変調波５０２とが、周波数軸上で隣接して配置されている。前記ＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式では、２本のキャリアはそれぞれ帯域幅２０ＭＨzの変調波であり、２本合計して４０ＭＨzの帯域幅を占めている。
【０００５】
このように、ＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式は、僅か２本とは言え、複数のキャリアを用いるマルチキャリア信号となっている。また、各キャリアはＤＳ−ＣＤＭＡ信号であるため、線形増幅が必要であることが分かる。
【０００６】
また、前記文献Ｂ−５−７２中の[図１(２)]は、このＭＣ/ＤＳ−ＣＤＭＡ方式を送信変調方式とする無線通信端末の概略のブロック図を示している。この文献中の図を、本発明の説明に不要な部分を省略して整理したものが、本明細書中の図７である。
【０００７】
図７において、変調波源回路７０１が生成した送信変調波は、ＲＦ送信回路７０２によって処理(増幅,周波数変換,帯域制限等)され、送信アンプ回路やデュプレクサ回路７０３を通って、アンテナ素子７０４あるいはアンテナ素子７０５から送出される。逆に、アンテナ素子７０４あるいはアンテナ素子７０５で受信された受信変調波は、受信アンプ回路やデュプレクサ回路７０３を通って、ＲＦ受信回路７０６によって処理(増幅,周波数変換,不要周波数成分除去等)され、復調回路７０７で復調される。
【０００８】
ところで、携帯電話等の無線通信端末においては、送信系のアンテナ直前で使用される送信アンプ回路、即ちパワーアンプ(電力増幅器)の消費電力は、極めて重大な問題である。パワーアンプとは、信号処理部が作り出したｍＷオーダの微小電力の変調信号を、一気にＷオーダの大電力にまで増幅し、送信アンテナに送り出す働きをする回路である。Ｗオーダの大電力を扱うが故に、一般的にパワーアンプは、全電子部品中でも突出して消費電力が大きな部品となる。そのため、無線通信端末の低消費電力化のためには、特にパワーアンプの低消費電力化,高効率化が極めて重要になってくる。
【０００９】
もしパワーアンプの効率が高ければ、同じ容量のバッテリーに対して、携帯電話の連続通話時間を長くすることができる。また、もしその結果として連続通話時間に余裕が生まれれば、バッテリーの容量を小さくすることができ、携帯電話全体の軽量化,小型化,低コスト化を図ることができる。このようにパワーアンプの高効率化は、携帯電話の商品性,利便性に直結する重大な問題である。
【００１０】
図５のようなマルチキャリア信号向けのパワーアンプの回路構成としては、図８に示す「一括増幅方式」と図９に示す「個別増幅方式」の２つの方法が知られている。この一括増幅方式と個別増幅方式の違いは、例えば特開２０００−６８９５８号公報(特許文献１)の[従来の技術]部分で詳述されている。
【００１１】
一括増幅方式である図８は、前記特許文献１中の[図１２]を、本発明の趣旨に関わらない部分を省略して整理したものである。複数の変調波源回路８０１〜８０４によって個別に生成された複数のキャリア(搬送波)は、まず電力合成回路８０５によって一本の信号線に束ねられ、パワーアンプ８０６で一括して増幅され、アンテナ素子８０７から送出される。一括増幅方式は、回路構成が単純で小型,低コストなため、家電製品で一般的に採用されている方式である。例えば、パソコン用のＩＥＥＥ８０２.１１a規格の無線ＬＡＮ製品では、代表的なマルチキャリア信号であるＯＦＤＭ信号を一括増幅方式で増幅している。
【００１２】
しかしながら、マルチキャリア信号を一括増幅方式で増幅する場合は、パワーアンプの効率が著しく劣化し、消費電力が増大する問題が広く知られている。複数のキャリアが瞬間的に合成されて強め合ったり、逆に打消しあったりするために、信号の振幅変動が顕著になることが原因である。この問題については、例えば特開平９−１４９０９０号公報の[従来の技術]部分をはじめ、多数の文献に記載されている。
【００１３】
そのため、パワーアンプの効率改善を目的に、図８の一括増幅方式に代わって、図９の個別増幅方式を使う試みもなされている。個別増幅方式である図９は、前記特許文献１中の[図１１]を、本発明の趣旨に関わらない部分を省略して整理したものである。複数の変調波源回路９０１〜９０４によって個別に生成された複数のキャリア(搬送波)は、そのまま個別に複数のパワーアンプ９０５〜９０８で夫々増幅され、その後に電力合成回路９１３によって一つのマルチキャリア信号に束ねられる。電力合成回路９１３は具体的には、信号反射によるパワーアンプ９０５〜９０８間の干渉を防止するためのアイサレータ回路９０９〜９１２や、抵抗整合回路等によって実現される。そうして電力合成されたマルチキャリア信号は、アンテナ素子９１４によって送出される。
【００１４】
図９のような個別増幅方式は、図８のような一括増幅方式と比べて、パワーアンプの高効率化の可能性があると考えられている。その理由は、個別増幅方式(図９)では、最終的な出力はマルチキャリア信号だとしても、個々のアンプ９０５〜９０８を通過する時点ではシングルキャリア信号に過ぎないため、振幅変動が小さく抑えられるためである。
【００１５】
しかしながら、実際に個別増幅方式(図９)を家電製品レベルで実現するには幾つか技術課題があり、中でも大きな課題が電力合成回路であった。例えば図９の電力合成回路９１３の場合は、多数のアイサレータ部品を使うことによるサイズ,コストの増大や、抵抗による電力ロスが避けられない。特に抵抗によるロスは、たとえパワーアンプ９０５〜９０８が高効率増幅できたとしても、せっかく増幅した電力の一部が無駄に消費されてしまうことを意味し、結局は逆に消費電力が増大してしまうことになりかねない。
【００１６】
このように電力合成回路９１３として抵抗によるロスを生じる回路を使わなければならない理由は、本発明が想定するマルチキャリア信号(図５)が、２本のキャリア５０１,５０２が全くガードバンド無しで周波数軸上で隣接しているという悪条件の信号であるためである。もし２本のキャリア５０１,５０２の間にガードバンドが存在し、互いに周波数帯が離れていれば、端子間のアイサレーションを確保して相互干渉を防ぎつつ、しかもロスレスで電力合成を実現できる手段が知られている。例えば、デュプレクサ回路は、このような好条件の場合のロスレス電力合成回路の代表例である。しかしながら、図５のようにガードバンドが無いに等しい悪条件の場合は、回路基板上で手軽に実現できるようなロスレス電力合成回路の実現方法は、知られていない。
【００１７】
この問題への従来技術の対策としては、例えば前記特許文献１は、可変フィルタ回路を使う等すれば、図９の電力合成回路９１３のうちアイサレータ回路９０９〜９１２を省略できると主張をしている。しかしながら、この特許文献１にしても、アイサレータ回路の次に位置する抵抗を用いた整合回路のロスレス化の手段までは提示できていない。
【００１８】
このように、個別増幅方式(図９)は、電力合成回路９１３に厳しい要求が課されるために、実際には実現が困難であった。
【特許文献１】特開２０００−６８９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、マルチキャリア信号を用いる無線通信システム、例えば「第４世代」携帯電話において、小型,軽量,長時間通話が可能な無線通信端末を実現することを目的としている。
【００２０】
そのために本発明が解決しようとする課題は、個別増幅方式によってマルチキャリア信号をキャリア毎に高効率電力増幅した後、低ロスで電力合成ができる小型で低コストな無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するため、第２の発明の無線通信装置は、Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個のデュプレクサ回路とを有し、周波数分割複信(ＦＤＤ；Frequency Division Duplex)方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記デュプレクサ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出された後に空間電力合成され、Ｍ個の前記アンテナ素子によってダイバーシティ受信が行われることを特徴とする。ここで、周波数分割複信方式(ＦＤＤ方式)とは、送受信に異なる周波数の2波を使用して同時送受信する通信方式のことである。
【００２２】
前記構成の無線通信装置によれば、ダイバーシティ受信が可能なＭ個のアンテナ素子は、一般的に相互の電磁結合が小さくなるように配置されているので、Ｍ個のアンテナ素子から送出されたＭ個のキャリア送信変調波は、互いに他のアンテナに電磁結合して進入するということがなく、空間中にスムーズに送出される。それによって、ロスを全く生じること無く電力合成ができる。しかも部品数,コストをさほど増やすことなく実現される。したがって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。また、部品数やコストの増加を最小にできる。
【００２３】
また、第２の発明の無線通信装置は、Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個の送受切り替えスイッチ回路とを有し、時分割複信(ＴＤＤ；Time Division Duplex)方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記送受切り替えスイッチ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出された後に空間電力合成され、Ｍ個の前記アンテナ素子によってダイバーシティ受信が行われることを特徴とする。ここで、時分割複信方式(ＴＤＤ方式)とは、送受信で同じ周波数を時間を区切って使用する通信方式のことである。
【００２４】
前記構成の無線通信装置によれば、ダイバーシティ受信が可能なＭ個のアンテナ素子は、一般的に相互の電磁結合が小さくなるように配置されているので、Ｍ個のアンテナ素子から送出されたＭ個のキャリア送信変調波は、互いに他のアンテナに電磁結合して進入するということがなく、空間中にスムーズに送出される。それによって、ロスを全く生じること無く電力合成ができる。しかも部品数,コストをさほど増やすことなく実現される。したがって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。また、部品数やコストの増加を最小にできる。
【００２５】
また、前記第１,第２の発明の無線通信装置において、前記Ｍ個のアンテナ素子の偏波面が互いに概略９０度ずれた方向を向くように配置されていることを特徴とする。
【００２６】
前記Ｍ個のアンテナ素子の偏波面が互いに概略９０度ずれた方向を向くように配置されることによって、アンテナ素子相互の電磁結合がより小さくなりロスのない電力合成が効果的に行われる。
【発明の効果】
【００２７】
以上より明らかなように、この発明の無線通信装置によれば、マルチキャリア信号を高効率で電力増幅できる小型で低コストな回路手段を提供できる。それによって、例えばＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ変調波の採用が見込まれている第４世代携帯電話システム等において、端末の小型化と軽量化を実現できると共に長時間通話を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の無線通信装置の実施の形態を、図面を用いてさらに具体的に詳細に説明する。
【００２９】
(第１実施形態)
図１は、本発明による第１実施形態の無線通信装置の模式的ブロック図である。この第１実施形態は、送信変調波が図５に示すように２本のキャリアから成る場合を想定しており、またＦＤＤ(Frequency Division Duplex)方式を採用している通信システムを想定している。前述のように、ＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式を採用する見込みの第４世代携帯電話等がこれに相当する。
【００３０】
図１において、図５に示す変調波のうちの第１のキャリア５０１は、第１の変調波源回路１０１によって生成され、第１のパワーアンプ１０３によって増幅され、第１のデュプレクサ回路１０５を通じ、第１のアンテナ素子１０７から送出される。一方、図５に示す変調波のうちの第２のキャリア５０２は、第２の変調波源回路１０２によって生成され、第２のパワーアンプ１０４によって増幅され、第２のデュプレクサ回路１０６を通じ、第２のアンテナ素子１０８から送出される。この結果、２本のキャリア成分５０１,５０２は、２個のアンテナ素子１０７,１０８から送出された後に、ほぼロスレスで空間電力合成される。
【００３１】
前記無線通信装置の回路動作の説明を補助するために、図１の中に、図５を簡略化した模式的なスペクトル図(１１３〜１１５)を描き込んでいる。パワーアンプ１０３の出力スペクトル１１３は、図５における第１キャリア成分５０１のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ１０４の出力スペクトル１１４は、図５における第２キャリア成分５０２のみから成るシングルキャリア信号である。これら信号が２個のアンテナ素子１０７,１０８を通じて空間電力合成された後のスペクトル１１５は、図５と同じマルチキャリア信号になる。
【００３２】
本発明の趣旨の一つは、送信系において２本のキャリア５０１,５０２を個別送出するための２個のアンテナ素子１０７,１０８が、受信系においてはダイバーシティ受信にも活用されるという点である。ダイバーシティ受信を目的とするアンテナ素子は、一般的に相互の電磁結合が小さくなるように配置される。例えば、偏波面を概略９０度ずらして配置して、偏波ダイバーシティ効果を高める等である。そのため、２個のアンテナ素子１０７,１０８から送出された２本のキャリア成分５０１,５０２は、互いに他方のアンテナに電磁結合して進入することなく、空間中にスムーズに送出される。これによって、図９における電力合成回路９１３に相当する機能が、抵抗成分等によるロスを全く生じること無く、しかも部品数,コストをさほど増やすことなく実現される。
【００３３】
以下、図１における受信系の動作について説明するが、この第１実施形態における受信系の趣旨は、２個のアンテナ素子１０７,１０８を用いたダイバーシティ受信を採用している点であり、それ以上に回路の実現方式の詳細にまで踏み込むものではない。図１における受信系の詳細は、あくまでこの趣旨に沿った一例であることを強調しておく。
【００３４】
第１のアンテナ素子１０７から第１のデュプレクサ回路１０５を通ってきた第１の受信信号と、第２のアンテナ素子１０８から第２のデュプレクサ回路１０６を通ってきた第２の受信信号とは、そのうち受信状態が良好な方が、ダイバーシティ用スイッチ回路１０９によって選択され、フィルタ回路１１０で不要周波数成分を除去された後にＬＮＡ回路１１１で増幅されて、復調回路１１２によって復調される。
【００３５】
このように、前記第２実施形態の無線通信装置によれば、個別増幅方式とロスレス電力合成によって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。その際、部品数やコストの増加は最小に抑えられており、特に、全部品中でもサイズが際立って大きな部品であるアンテナ素子については、ダイバーシティ受信を行う従来技術(図７)と比べて全く増やす必要が無い。
【００３６】
(第２実施形態)
図２は、本発明による第２実施形態の無線通信装置の模式的ブロック図である。第１実施形態の図１に示す無線通信装置は、２本のキャリアを用いた図５の変調波に対する実施形態であったが、この第２実施形態の図２に示す無線通信装置は、３本のキャリアを用いた図６の変調波に対する場合に拡張したものである。図６において、第１から第３までのキャリアによる３つの変調波６０１,６０２,６０３は、周波数軸上で隣接して配置されている。
【００３７】
図６に示す変調波のうちの第１のキャリア６０１は、第１の変調波源回路２０１によって生成され、第１のパワーアンプ２０４によって増幅され、第１のデュプレクサ回路２０７を通じ、第１のアンテナ素子２１０から送出される。図６に示す変調波のうちの第２のキャリア６０２は、第２の変調波源回路２０２によって生成され、第２のパワーアンプ２０５によって増幅され、第２のデュプレクサ回路２０８を通じ、第２のアンテナ素子２１１から送出される。さらに、図６に示す変調波のうちの第３のキャリア６０３は、第３の変調波源回路２０３によって生成され、第３のパワーアンプ２０６によって増幅され、第３のデュプレクサ回路２０９を通じ、第３のアンテナ素子２１２から送出される。この結果、３本のキャリア成分６０１,６０２,６０３は、３個のアンテナ素子２１０,２１１,２１２から送出された後に、ほぼロスレスで空間電力合成される。
【００３８】
前記無線通信装置の回路動作の説明を補助するために、図２の中に、図６を簡略化した模式的なスペクトル図(２１７〜２２０)を描き込んでいる。パワーアンプ２０４の出力スペクトル２１７は、図６における第１キャリア成分６０１のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ２０５の出力スペクトル２１８は、図６における第２キャリア成分６０２のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ２０６の出力スペクトル２１９は、図６における第３キャリア成分６０３のみから成るシングルキャリア信号である。これら信号が３個のアンテナ素子２１０〜２１２を通じて空間電力合成された後のスペクトル２２０は、図６と同じマルチキャリア信号になる。
【００３９】
受信系においては、第１のアンテナ素子２１０から第１のデュプレクサ回路２０７を通ってきた第１の受信信号と、第２のアンテナ素子２１１から第２のデュプレクサ回路２０８を通ってきた第２の受信信号と、第３のアンテナ素子２１２から第３のデュプレクサ回路２０９を通ってきた第３の受信信号とは、そのうち受信状態が良好な一つが、ダイバーシティ用スイッチ回路２１３によって選択され、フィルタ回路２１４で不要周波数成分を除去された後にＬＮＡ回路２１５で増幅されて、復調回路２１６によって復調される。
【００４０】
前記３個のアンテナ素子２１０,２１１,２１２は、ダイバーシティ受信を目的としているため、相互の電磁結合が小さくなるように配置される。一例として図４は、携帯電話において、３本のロッド型アンテナに偏波ダイバーシティ効果を持たせた場合の一例である。図４において、携帯電話の筐体４０１の外部のロッド型アンテナ４０２の１本と、筐体４０１内部に隠されたロッド型アンテナ４０３,４０４の２本とは、互いに概略９０度ずつ方向をずらして３次元的に配置されている。そのため、３本のアンテナ４０２,４０３,４０４は互いに９０度ずれた偏波面を持つようになり、相互の電磁結合が小さくなる。
【００４１】
このように、前記第２実施形態の無線通信装置によれば、個別増幅方式とロスレス電力合成によって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。また、部品数やコストの増加は最小に抑えられており、特に、全部品中でもサイズが際立って大きな部品であるアンテナ素子については、ダイバーシティ受信を行う従来と比べて全く増やす必要が無い。
【００４２】
(第３実施形態)
図３は、本発明による第３実施形態の無線通信装置の模式的ブロック図である。前記第１実施形態の図１の無線通信装置は、ＦＤＤ(Frequency Division Duplex)方式を採用した通信システムの場合であったが、この第３実施形態の図３に示す無線通信装置は、ＴＤＤ(Time Division Duplex)方式を採用した通信システムである。変調波としては、図１の場合と同様に、図５の模式図に示すスペクトルを想定している。
【００４３】
図５に示す変調波のうちの第１のキャリア５０１は、第１の変調波源回路３０１によって生成され、第１のパワーアンプ３０３によって増幅され、第１の送受切り替えスイッチ回路３０５を通じ、第１のアンテナ素子３０７から送出される。図５に示す変調波のうちの第２のキャリア５０２は、第２の変調波源回路３０２によって生成され、第２のパワーアンプ３０４によって増幅され、第２の送受切り替えスイッチ回路３０６を通じ、第２のアンテナ素子３０８から送出される。この結果、２本のキャリア成分５０１,５０２は、２個のアンテナ素子３０７,３０８から送出された後に、ほぼロスレスで空間電力合成される。
【００４４】
前記無線通信装置の回路動作の説明を補助するために、図３の中に、図５を簡略化した模式的なスペクトル図(３１３〜３１５)を描き込んだ。パワーアンプ３０３の出力スペクトル３１３は、図５における第１キャリア成分５０１のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ３０４の出力スペクトル３１４は、図５における第２キャリア成分５０２のみから成るシングルキャリア信号である。これら信号が２個のアンテナ素子３０７,３０８を通じて空間電力合成された後のスペクトル３１５は、図５と同じマルチキャリア信号になる。
【００４５】
受信系においては、第１のアンテナ素子３０７から第１の送受切り替えスイッチ回路３０５を通ってきた第１の受信信号と、第２のアンテナ素子３０８から第２の送受切り替えスイッチ回路３０６を通ってきた第２の受信信号とは、そのうち受信状態が良好な方が、ダイバーシティ用スイッチ回路３０９によって選択され、フィルタ回路３１０で不要周波数成分を除去された後にＬＮＡ回路３１１で増幅されて、復調回路３１２によって復調される。
【００４６】
このように、ＴＤＤ方式の場合でも、ＦＤＤ方式の場合と同様に、部品数,コストを最小に抑えたまま、パワーアンプの高効率化が実現できる。即ち、低消費電力な無線通信端末が実現できる。
【００４７】
前記第１〜第３実施形態では、中心周波数が異なる２本または３本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置について説明したが、中心周波数が異なる４本以上のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置についてこの発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は本発明による第１実施形態の無線通信装置のブロック図である。
【図２】図２は本発明による第２実施形態の無線通信装置のブロック図である。
【図３】図３は本発明による第３実施形態の無線通信装置のブロック図である。
【図４】図４は本発明による無線通信装置のアンテナ素子の配置の模式図である。
【図５】図５は本発明が対象とするマルチキャリア信号の模式図である。
【図６】図６は本発明が対象とするマルチキャリア信号の模式図である。
【図７】図７は従来技術による無線通信装置のブロック図である。
【図８】図８は従来技術(一括増幅方式)による無線通信装置の送信系のブロック図である。
【図９】図９は従来技術(個別増幅方式)による無線通信装置の送信系のブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１,１０２,２０１,２０２,２０３,３０１,３０２,７０１,８０１,８０２,８０３,８０４,９０１,９０２,９０３,９０４…変調波源回路
１０３,１０４,２０４,２０５,２０６,３０３,３０４,８０６,９０５,９０６,９０７,９０８…パワーアンプ回路
１０５,１０６,２０７,２０８,２０９…デュプレクサ回路
１０７,１０８,２１０,２１１,２１２,３０７,３０８,７０４,７０５,８０７,９１４…アンテナ素子
１０９,２１３,３０５,３０６,３０９…スイッチ回路
１１０,２１４,３１０…フィルタ回路
１１１,２１５,３１１…ＬＮＡ回路
１１２,２１６,３１２…復調回路
１１３,１１４,１１５,２１７,２１８,２１９,２２０,３１３,３１４,３１５…スペクトル
３０５,３０６…送受切り替えスイッチ回路
４０１…携帯電話の筐体
４０２,４０３,４０４…ロッド型アンテナ
５０１,６０１…第１キャリアによる変調波
５０２,６０２…第２キャリアによる変調波
６０３…第３キャリアによる変調波
７０２…ＲＦ送信回路
７０３…送信アンプ回路,受信アンプ回路およびデュプレクサ回路
７０６…ＲＦ受信回路
８０５,９１３…電力合成回路
９１３,９１４,９１５,９１６…アイサレータ回路
【図１】
2005123788.tif 000003
【図２】
2005123788.tif 000004
【図３】
2005123788.tif 000005
【図４】
2005123788.tif 000006
【図５】
2005123788.tif 000007
【図６】
2005123788.tif 000008
【図７】
2005123788.tif 000009
【図８】
2005123788.tif 000010
【図９】
2005123788.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成16年6月22日(2004.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個のデュプレクサ回路とを有し、周波数分割複信方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、
第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記デュプレクサ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個の送受切り替えスイッチ回路とを有し、時分割複信方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、
第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記送受切り替えスイッチ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出されることを特徴とする無線通信装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の無線通信装置において、
前記Ｍ個のアンテナ素子の偏波面が互いに概略９０度ずれた方向を向くように配置されていることを特徴とする無線通信装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の無線通信装置において、
Ｍ個の前記アンテナ素子によってダイバーシティ受信が行われることを特徴とする無線通信装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信装置に関し、特に２〜３本程度の少数のキャリア(搬送波)を用いるマルチキャリア信号を送信変調波とする場合の高効率な電力増幅法を用いた携帯電話等の無線通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年目覚しい技術進歩を続けている携帯電話であるが、過去においては、第１世代(アナログ携帯電話)、第２世代(ディジタル携帯電話)、第３世代(IMT−2000)と、順を追って段階的に進歩してきた。そして、現在では、２０１０年頃の実用化を目標に、次の第４世代(Beyond IMT−2000)の規格化作業や研究開発が既に始まっている。
【０００３】
無線通信装置のＲＦ(無線周波数)回路の構成は、その無線通信システムの規格で定められたＲＦ電気信号の変調方式によって影響を受ける。第４世代の規格化作業はまだ進んではいないが、そのアップリンク(携帯電話から基地局方向への通信(「上りリンク」や「Reverse Link」等と呼ばれる場合もある))の変調方式として、ＮＴＴ ＤｏＣｏＭｏ社が推すＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ(Multi Carrier/Direct Spread−Code Division Multiple Access)方式が有望視されている。
【０００４】
このＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式については、例えば、２００３年電子情報通信学会総合大会における論文番号Ｂ−５−７２「ブロードバンド無線アクセス実験装置の概要」、同じく論文番号Ｂ−５−７７「上りリンクマルチキャリア／ＤＳ−ＣＤＭＡブロードバンド無線アクセスにおけるスループット特性の室内実験結果」などにおいて開示されている。文献Ｂ−５−７２中の[表２]と文献Ｂ−５−７７中の[表１]に従えば、１キャリア(搬送波)当たり帯域幅２０ＭＨzのＤＳ−ＣＤＭＡ信号(直接拡散方式符号領域多重化信号)を、２キャリア分だけ周波数軸上で並べて、合計で占有帯域幅４０ＭＨzの変調信号としたものであることが分かる。これを模式的なスペクトル図で表したのが図５である。第１キャリアによる変調波５０１と第２キャリアによる変調波５０２とが、周波数軸上で隣接して配置されている。前記ＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式では、２本のキャリアはそれぞれ帯域幅２０ＭＨzの変調波であり、２本合計して４０ＭＨzの帯域幅を占めている。
【０００５】
このように、ＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式は、僅か２本とは言え、複数のキャリアを用いるマルチキャリア信号となっている。また、各キャリアはＤＳ−ＣＤＭＡ信号であるため、線形増幅が必要であることが分かる。
【０００６】
また、前記文献Ｂ−５−７２中の[図１(２)]は、このＭＣ/ＤＳ−ＣＤＭＡ方式を送信変調方式とする無線通信端末の概略のブロック図を示している。この文献中の図を、本発明の説明に不要な部分を省略して整理したものが、本明細書中の図７である。
【０００７】
図７において、変調波源回路７０１が生成した送信変調波は、ＲＦ送信回路７０２によって処理(増幅,周波数変換,帯域制限等)され、送信アンプ回路やデュプレクサ回路７０３を通って、アンテナ素子７０４あるいはアンテナ素子７０５から送出される。逆に、アンテナ素子７０４あるいはアンテナ素子７０５で受信された受信変調波は、受信アンプ回路やデュプレクサ回路７０３を通って、ＲＦ受信回路７０６によって処理(増幅,周波数変換,不要周波数成分除去等)され、復調回路７０７で復調される。
【０００８】
ところで、携帯電話等の無線通信端末においては、送信系のアンテナ直前で使用される送信アンプ回路、即ちパワーアンプ(電力増幅器)の消費電力は、極めて重大な問題である。パワーアンプとは、信号処理部が作り出したｍＷオーダの微小電力の変調信号を、一気にＷオーダの大電力にまで増幅し、送信アンテナに送り出す働きをする回路である。Ｗオーダの大電力を扱うが故に、一般的にパワーアンプは、全電子部品中でも突出して消費電力が大きな部品となる。そのため、無線通信端末の低消費電力化のためには、特にパワーアンプの低消費電力化,高効率化が極めて重要になってくる。
【０００９】
もしパワーアンプの効率が高ければ、同じ容量のバッテリーに対して、携帯電話の連続通話時間を長くすることができる。また、もしその結果として連続通話時間に余裕が生まれれば、バッテリーの容量を小さくすることができ、携帯電話全体の軽量化,小型化,低コスト化を図ることができる。このようにパワーアンプの高効率化は、携帯電話の商品性,利便性に直結する重大な問題である。
【００１０】
図５のようなマルチキャリア信号向けのパワーアンプの回路構成としては、図８に示す「一括増幅方式」と図９に示す「個別増幅方式」の２つの方法が知られている。この一括増幅方式と個別増幅方式の違いは、例えば特開２０００−６８９５８号公報(特許文献１)の[従来の技術]部分で詳述されている。
【００１１】
一括増幅方式である図８は、前記特許文献１中の[図１２]を、本発明の趣旨に関わらない部分を省略して整理したものである。複数の変調波源回路８０１〜８０４によって個別に生成された複数のキャリア(搬送波)は、まず電力合成回路８０５によって一本の信号線に束ねられ、パワーアンプ８０６で一括して増幅され、アンテナ素子８０７から送出される。一括増幅方式は、回路構成が単純で小型,低コストなため、家電製品で一般的に採用されている方式である。例えば、パソコン用のＩＥＥＥ８０２.１１a規格の無線ＬＡＮ製品では、代表的なマルチキャリア信号であるＯＦＤＭ信号を一括増幅方式で増幅している。
【００１２】
しかしながら、マルチキャリア信号を一括増幅方式で増幅する場合は、パワーアンプの効率が著しく劣化し、消費電力が増大する問題が広く知られている。複数のキャリアが瞬間的に合成されて強め合ったり、逆に打消しあったりするために、信号の振幅変動が顕著になることが原因である。この問題については、例えば特開平９−１４９０９０号公報の[従来の技術]部分をはじめ、多数の文献に記載されている。
【００１３】
そのため、パワーアンプの効率改善を目的に、図８の一括増幅方式に代わって、図９の個別増幅方式を使う試みもなされている。個別増幅方式である図９は、前記特許文献１中の[図１１]を、本発明の趣旨に関わらない部分を省略して整理したものである。複数の変調波源回路９０１〜９０４によって個別に生成された複数のキャリア(搬送波)は、そのまま個別に複数のパワーアンプ９０５〜９０８で夫々増幅され、その後に電力合成回路９１３によって一つのマルチキャリア信号に束ねられる。電力合成回路９１３は具体的には、信号反射によるパワーアンプ９０５〜９０８間の干渉を防止するためのアイサレータ回路９０９〜９１２や、抵抗整合回路等によって実現される。そうして電力合成されたマルチキャリア信号は、アンテナ素子９１４によって送出される。
【００１４】
図９のような個別増幅方式は、図８のような一括増幅方式と比べて、パワーアンプの高効率化の可能性があると考えられている。その理由は、個別増幅方式(図９)では、最終的な出力はマルチキャリア信号だとしても、個々のアンプ９０５〜９０８を通過する時点ではシングルキャリア信号に過ぎないため、振幅変動が小さく抑えられるためである。
【００１５】
しかしながら、実際に個別増幅方式(図９)を家電製品レベルで実現するには幾つか技術課題があり、中でも大きな課題が電力合成回路であった。例えば図９の電力合成回路９１３の場合は、多数のアイサレータ部品を使うことによるサイズ,コストの増大や、抵抗による電力ロスが避けられない。特に抵抗によるロスは、たとえパワーアンプ９０５〜９０８が高効率増幅できたとしても、せっかく増幅した電力の一部が無駄に消費されてしまうことを意味し、結局は逆に消費電力が増大してしまうことになりかねない。
【００１６】
このように電力合成回路９１３として抵抗によるロスを生じる回路を使わなければならない理由は、本発明が想定するマルチキャリア信号(図５)が、２本のキャリア５０１,５０２が全くガードバンド無しで周波数軸上で隣接しているという悪条件の信号であるためである。もし２本のキャリア５０１,５０２の間にガードバンドが存在し、互いに周波数帯が離れていれば、端子間のアイサレーションを確保して相互干渉を防ぎつつ、しかもロスレスで電力合成を実現できる手段が知られている。例えば、デュプレクサ回路は、このような好条件の場合のロスレス電力合成回路の代表例である。しかしながら、図５のようにガードバンドが無いに等しい悪条件の場合は、回路基板上で手軽に実現できるようなロスレス電力合成回路の実現方法は、知られていない。
【００１７】
この問題への従来技術の対策としては、例えば前記特許文献１は、可変フィルタ回路を使う等すれば、図９の電力合成回路９１３のうちアイサレータ回路９０９〜９１２を省略できると主張をしている。しかしながら、この特許文献１にしても、アイサレータ回路の次に位置する抵抗を用いた整合回路のロスレス化の手段までは提示できていない。
【００１８】
このように、個別増幅方式(図９)は、電力合成回路９１３に厳しい要求が課されるために、実際には実現が困難であった。
【特許文献１】特開２０００−６８９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、マルチキャリア信号を用いる無線通信システム、例えば「第４世代」携帯電話において、小型,軽量,長時間通話が可能な無線通信端末を実現することを目的としている。
【００２０】
そのために本発明が解決しようとする課題は、個別増幅方式によってマルチキャリア信号をキャリア毎に高効率電力増幅した後、低ロスで電力合成ができる小型で低コストな無線通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記目的を達成するため、第１の発明の無線通信装置は、Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個のデュプレクサ回路とを有し、周波数分割複信(ＦＤＤ；Frequency Division Duplex)方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記デュプレクサ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出されることを特徴とする。ここで、周波数分割複信方式(ＦＤＤ方式)とは、送受信に異なる周波数の2波を使用して同時送受信する通信方式のことである。
【００２２】
前記構成の無線通信装置によれば、Ｍ個のアンテナ素子は、一般的に相互の電磁結合が小さくなるように配置することを可能にしているので、Ｍ個のアンテナ素子から送出されたＭ個のキャリア送信変調波は、互いに他のアンテナに電磁結合して進入するということがなく、空間中にスムーズに送出される。それによって、ロスを全く生じること無く電力合成ができる。しかも部品数,コストをさほど増やすことなく実現される。したがって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。また、部品数やコストの増加を最小にできる。
【００２３】
また、第２の発明の無線通信装置は、Ｍ個(Ｍは２以上の自然数)のアンテナ素子と、Ｍ個の変調波源回路と、Ｍ個のパワーアンプ回路と、Ｍ個の送受切り替えスイッチ回路とを有し、時分割複信(ＴＤＤ；Time Division Duplex)方式を採用し、中心周波数が異なるＭ本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置であって、第Ｎ番目(Ｎ＝１,…,Ｍ)の前記変調波源回路により出力された第Ｎ番目のキャリアによる送信変調波が、第Ｎ番目の前記パワーアンプ回路により増幅され、第Ｎ番目の前記送受切り替えスイッチ回路を通じて、第Ｎ番目の前記アンテナ素子から送出されることによって、前記第１番目から第Ｍ番目までの合計Ｍ本のキャリアによる送信変調波がＭ個の前記アンテナ素子から夫々送出されることを特徴とする。ここで、時分割複信方式(ＴＤＤ方式)とは、送受信で同じ周波数を時間を区切って使用する通信方式のことである。
【００２４】
前記構成の無線通信装置によれば、Ｍ個のアンテナ素子は、一般的に相互の電磁結合が小さくなるように配置することを可能にしているので、Ｍ個のアンテナ素子から送出されたＭ個のキャリア送信変調波は、互いに他のアンテナに電磁結合して進入するということがなく、空間中にスムーズに送出される。それによって、ロスを全く生じること無く電力合成ができる。しかも部品数,コストをさほど増やすことなく実現される。したがって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。また、部品数やコストの増加を最小にできる。
【００２５】
また、前記第１,第２の発明の無線通信装置において、前記Ｍ個のアンテナ素子の偏波面が互いに概略９０度ずれた方向を向くように配置されていることを特徴とする。
【００２６】
前記Ｍ個のアンテナ素子の偏波面が互いに概略９０度ずれた方向を向くように配置されることによって、アンテナ素子相互の電磁結合がより小さくなりロスのない電力合成が効果的に行われる。
【００２７】
また、前記第１,第２の発明の無線通信装置において、Ｍ個の前記アンテナ素子によってダイバーシティ受信が行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
以上より明らかなように、この発明の無線通信装置によれば、マルチキャリア信号を高効率で電力増幅できる小型で低コストな回路手段を提供できる。それによって、例えばＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ変調波の採用が見込まれている第４世代携帯電話システム等において、端末の小型化と軽量化を実現できると共に長時間通話を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の無線通信装置の実施の形態を、図面を用いてさらに具体的に詳細に説明する。
【００３０】
(第１実施形態)
図１は、本発明による第１実施形態の無線通信装置の模式的ブロック図である。この第１実施形態は、送信変調波が図５に示すように２本のキャリアから成る場合を想定しており、またＦＤＤ(Frequency Division Duplex)方式を採用している通信システムを想定している。前述のように、ＭＣ／ＤＳ−ＣＤＭＡ方式を採用する見込みの第４世代携帯電話等がこれに相当する。
【００３１】
図１において、図５に示す変調波のうちの第１のキャリア５０１は、第１の変調波源回路１０１によって生成され、第１のパワーアンプ１０３によって増幅され、第１のデュプレクサ回路１０５を通じ、第１のアンテナ素子１０７から送出される。一方、図５に示す変調波のうちの第２のキャリア５０２は、第２の変調波源回路１０２によって生成され、第２のパワーアンプ１０４によって増幅され、第２のデュプレクサ回路１０６を通じ、第２のアンテナ素子１０８から送出される。この結果、２本のキャリア成分５０１,５０２は、２個のアンテナ素子１０７,１０８から送出された後に、ほぼロスレスで空間電力合成される。
【００３２】
前記無線通信装置の回路動作の説明を補助するために、図１の中に、図５を簡略化した模式的なスペクトル図(１１３〜１１５)を描き込んでいる。パワーアンプ１０３の出力スペクトル１１３は、図５における第１キャリア成分５０１のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ１０４の出力スペクトル１１４は、図５における第２キャリア成分５０２のみから成るシングルキャリア信号である。これら信号が２個のアンテナ素子１０７,１０８を通じて空間電力合成された後のスペクトル１１５は、図５と同じマルチキャリア信号になる。
【００３３】
本発明の趣旨の一つは、送信系において２本のキャリア５０１,５０２を個別送出するための２個のアンテナ素子１０７,１０８が、受信系においてはダイバーシティ受信にも活用されるという点である。ダイバーシティ受信を目的とするアンテナ素子は、一般的に相互の電磁結合が小さくなるように配置される。例えば、偏波面を概略９０度ずらして配置して、偏波ダイバーシティ効果を高める等である。そのため、２個のアンテナ素子１０７,１０８から送出された２本のキャリア成分５０１,５０２は、互いに他方のアンテナに電磁結合して進入することなく、空間中にスムーズに送出される。これによって、図９における電力合成回路９１３に相当する機能が、抵抗成分等によるロスを全く生じること無く、しかも部品数,コストをさほど増やすことなく実現される。
【００３４】
以下、図１における受信系の動作について説明するが、この第１実施形態における受信系の趣旨は、２個のアンテナ素子１０７,１０８を用いたダイバーシティ受信を採用している点であり、それ以上に回路の実現方式の詳細にまで踏み込むものではない。図１における受信系の詳細は、あくまでこの趣旨に沿った一例であることを強調しておく。
【００３５】
第１のアンテナ素子１０７から第１のデュプレクサ回路１０５を通ってきた第１の受信信号と、第２のアンテナ素子１０８から第２のデュプレクサ回路１０６を通ってきた第２の受信信号とは、そのうち受信状態が良好な方が、ダイバーシティ用スイッチ回路１０９によって選択され、フィルタ回路１１０で不要周波数成分を除去された後にＬＮＡ回路１１１で増幅されて、復調回路１１２によって復調される。
【００３６】
このように、前記第２実施形態の無線通信装置によれば、個別増幅方式とロスレス電力合成によって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。その際、部品数やコストの増加は最小に抑えられており、特に、全部品中でもサイズが際立って大きな部品であるアンテナ素子については、ダイバーシティ受信を行う従来技術(図７)と比べて全く増やす必要が無い。
【００３７】
(第２実施形態)
図２は、本発明による第２実施形態の無線通信装置の模式的ブロック図である。第１実施形態の図１に示す無線通信装置は、２本のキャリアを用いた図５の変調波に対する実施形態であったが、この第２実施形態の図２に示す無線通信装置は、３本のキャリアを用いた図６の変調波に対する場合に拡張したものである。図６において、第１から第３までのキャリアによる３つの変調波６０１,６０２,６０３は、周波数軸上で隣接して配置されている。
【００３８】
図６に示す変調波のうちの第１のキャリア６０１は、第１の変調波源回路２０１によって生成され、第１のパワーアンプ２０４によって増幅され、第１のデュプレクサ回路２０７を通じ、第１のアンテナ素子２１０から送出される。図６に示す変調波のうちの第２のキャリア６０２は、第２の変調波源回路２０２によって生成され、第２のパワーアンプ２０５によって増幅され、第２のデュプレクサ回路２０８を通じ、第２のアンテナ素子２１１から送出される。さらに、図６に示す変調波のうちの第３のキャリア６０３は、第３の変調波源回路２０３によって生成され、第３のパワーアンプ２０６によって増幅され、第３のデュプレクサ回路２０９を通じ、第３のアンテナ素子２１２から送出される。この結果、３本のキャリア成分６０１,６０２,６０３は、３個のアンテナ素子２１０,２１１,２１２から送出された後に、ほぼロスレスで空間電力合成される。
【００３９】
前記無線通信装置の回路動作の説明を補助するために、図２の中に、図６を簡略化した模式的なスペクトル図(２１７〜２２０)を描き込んでいる。パワーアンプ２０４の出力スペクトル２１７は、図６における第１キャリア成分６０１のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ２０５の出力スペクトル２１８は、図６における第２キャリア成分６０２のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ２０６の出力スペクトル２１９は、図６における第３キャリア成分６０３のみから成るシングルキャリア信号である。これら信号が３個のアンテナ素子２１０〜２１２を通じて空間電力合成された後のスペクトル２２０は、図６と同じマルチキャリア信号になる。
【００４０】
受信系においては、第１のアンテナ素子２１０から第１のデュプレクサ回路２０７を通ってきた第１の受信信号と、第２のアンテナ素子２１１から第２のデュプレクサ回路２０８を通ってきた第２の受信信号と、第３のアンテナ素子２１２から第３のデュプレクサ回路２０９を通ってきた第３の受信信号とは、そのうち受信状態が良好な一つが、ダイバーシティ用スイッチ回路２１３によって選択され、フィルタ回路２１４で不要周波数成分を除去された後にＬＮＡ回路２１５で増幅されて、復調回路２１６によって復調される。
【００４１】
前記３個のアンテナ素子２１０,２１１,２１２は、ダイバーシティ受信を目的としているため、相互の電磁結合が小さくなるように配置される。一例として図４は、携帯電話において、３本のロッド型アンテナに偏波ダイバーシティ効果を持たせた場合の一例である。図４において、携帯電話の筐体４０１の外部のロッド型アンテナ４０２の１本と、筐体４０１内部に隠されたロッド型アンテナ４０３,４０４の２本とは、互いに概略９０度ずつ方向をずらして３次元的に配置されている。そのため、３本のアンテナ４０２,４０３,４０４は互いに９０度ずれた偏波面を持つようになり、相互の電磁結合が小さくなる。
【００４２】
このように、前記第２実施形態の無線通信装置によれば、個別増幅方式とロスレス電力合成によって、パワーアンプの大幅な効率改善が実現でき、低消費電力な無線通信端末を実現することができる。また、部品数やコストの増加は最小に抑えられており、特に、全部品中でもサイズが際立って大きな部品であるアンテナ素子については、ダイバーシティ受信を行う従来と比べて全く増やす必要が無い。
【００４３】
(第３実施形態)
図３は、本発明による第３実施形態の無線通信装置の模式的ブロック図である。前記第１実施形態の図１の無線通信装置は、ＦＤＤ(Frequency Division Duplex)方式を採用した通信システムの場合であったが、この第３実施形態の図３に示す無線通信装置は、ＴＤＤ(Time Division Duplex)方式を採用した通信システムである。変調波としては、図１の場合と同様に、図５の模式図に示すスペクトルを想定している。
【００４４】
図５に示す変調波のうちの第１のキャリア５０１は、第１の変調波源回路３０１によって生成され、第１のパワーアンプ３０３によって増幅され、第１の送受切り替えスイッチ回路３０５を通じ、第１のアンテナ素子３０７から送出される。図５に示す変調波のうちの第２のキャリア５０２は、第２の変調波源回路３０２によって生成され、第２のパワーアンプ３０４によって増幅され、第２の送受切り替えスイッチ回路３０６を通じ、第２のアンテナ素子３０８から送出される。この結果、２本のキャリア成分５０１,５０２は、２個のアンテナ素子３０７,３０８から送出された後に、ほぼロスレスで空間電力合成される。
【００４５】
前記無線通信装置の回路動作の説明を補助するために、図３の中に、図５を簡略化した模式的なスペクトル図(３１３〜３１５)を描き込んだ。パワーアンプ３０３の出力スペクトル３１３は、図５における第１キャリア成分５０１のみから成るシングルキャリア信号である。パワーアンプ３０４の出力スペクトル３１４は、図５における第２キャリア成分５０２のみから成るシングルキャリア信号である。これら信号が２個のアンテナ素子３０７,３０８を通じて空間電力合成された後のスペクトル３１５は、図５と同じマルチキャリア信号になる。
【００４６】
受信系においては、第１のアンテナ素子３０７から第１の送受切り替えスイッチ回路３０５を通ってきた第１の受信信号と、第２のアンテナ素子３０８から第２の送受切り替えスイッチ回路３０６を通ってきた第２の受信信号とは、そのうち受信状態が良好な方が、ダイバーシティ用スイッチ回路３０９によって選択され、フィルタ回路３１０で不要周波数成分を除去された後にＬＮＡ回路３１１で増幅されて、復調回路３１２によって復調される。
【００４７】
このように、ＴＤＤ方式の場合でも、ＦＤＤ方式の場合と同様に、部品数,コストを最小に抑えたまま、パワーアンプの高効率化が実現できる。即ち、低消費電力な無線通信端末が実現できる。
【００４８】
前記第１〜第３実施形態では、中心周波数が異なる２本または３本のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置について説明したが、中心周波数が異なる４本以上のキャリアを用いたマルチキャリア信号を送信変調波とする無線通信装置についてこの発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は本発明による第１実施形態の無線通信装置のブロック図である。
【図２】図２は本発明による第２実施形態の無線通信装置のブロック図である。
【図３】図３は本発明による第３実施形態の無線通信装置のブロック図である。
【図４】図４は本発明による無線通信装置のアンテナ素子の配置の模式図である。
【図５】図５は本発明が対象とするマルチキャリア信号の模式図である。
【図６】図６は本発明が対象とするマルチキャリア信号の模式図である。
【図７】図７は従来技術による無線通信装置のブロック図である。
【図８】図８は従来技術(一括増幅方式)による無線通信装置の送信系のブロック図である。
【図９】図９は従来技術(個別増幅方式)による無線通信装置の送信系のブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０１,１０２,２０１,２０２,２０３,３０１,３０２,７０１,８０１,８０２,８０３,８０４,９０１,９０２,９０３,９０４…変調波源回路
１０３,１０４,２０４,２０５,２０６,３０３,３０４,８０６,９０５,９０６,９０７,９０８…パワーアンプ回路
１０５,１０６,２０７,２０８,２０９…デュプレクサ回路
１０７,１０８,２１０,２１１,２１２,３０７,３０８,７０４,７０５,８０７,９１４…アンテナ素子
１０９,２１３,３０５,３０６,３０９…スイッチ回路
１１０,２１４,３１０…フィルタ回路
１１１,２１５,３１１…ＬＮＡ回路
１１２,２１６,３１２…復調回路
１１３,１１４,１１５,２１７,２１８,２１９,２２０,３１３,３１４,３１５…スペクトル
３０５,３０６…送受切り替えスイッチ回路
４０１…携帯電話の筐体
４０２,４０３,４０４…ロッド型アンテナ
５０１,６０１…第１キャリアによる変調波
５０２,６０２…第２キャリアによる変調波
６０３…第３キャリアによる変調波
７０２…ＲＦ送信回路
７０３…送信アンプ回路,受信アンプ回路およびデュプレクサ回路
７０６…ＲＦ受信回路
８０５,９１３…電力合成回路
９１３,９１４,９１５,９１６…アイサレータ回路