(57)【要約】【課題】電力増幅器に改良を加えずに、送信信号の出力電力の急激な立ち上げに伴うオーバーシュートを抑制することが可能になる技術を提供する。【解決手段】ベースバンド信号発生器１から発生されるベースバンド信号Ｄ１を包絡線波形生成器５から生成される整形用信号Ｄ２（送信電力増幅器３の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ整形用信号）と乗算して波形整形し、波形整形後のベースバンド信号Ｄ３を周波数変換器２で高周波信号Ｄ４に周波数変換して送信電力増幅器３に入力し、電力増幅させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線により信号を送信する無線通信装置において、
入力された送信信号の電力を増幅して出力する電力増幅回路を備え、
前記電力増幅回路に送信信号を入力する前に、当該送信信号を所定の整形用信号に基づいて波形整形することを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
送信信号の立ち上がり時における前記電力増幅回路の出力電力の波形が指数関数の形状となるように、前記電力増幅回路に入力する送信信号の波形整形を行うことを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
【請求項３】
前記整形用信号は、前記電力増幅回路の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ信号であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無線通信装置。
【請求項４】
前記電力増幅回路の応答特性の変化に応じて前記整形用信号を切り替えることを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記整形用信号は、シンボル長より短いダミー信号を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バースト通信等における送信信号の出力電力の立ち上がり時間を短縮しつつ、立ち上がり時間の短縮によるオーバーシュートなどの過度なピーク電圧を抑圧する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、無線通信装置における自動電力制御（ＡＰＣ；Automatic Power Control）では、送信信号を増幅して出力する電力増幅器とその出力電力の一部を帰還して出力電力の制御に用いる帰還回路により、出力電力が目標値で安定するように制御していた。
【０００３】
ここで、バースト通信を行う場合には、出力電力の立ち上がり時間が速く、しかも速やかに目標値で安定することが要求される。しかしながら、通常は立ち上がりを速くすると、出力電力の立ち上がり直後に、出力電力が目標値を超えるオーバーシュートが起きてしまう。特に、帯域が広い通信系では、オーバーシュート時の出力電力は目標値の６ｄＢ程度以上になることもあり、このオーバーシュートの反動で、その後に出力電力が目標値より下がるアンダーシュートが発生してしまい、場合によってはリリース時間が長くなることもある。
【０００４】
このオーバーシュート、アンダーシュート等は、受信系のＡＧＣ（Automatic Gain Control；自動利得制御）にも悪影響を与える。すなわち、受信電力を一定に抑えるのに時間が掛かってしまい、受信動作に遅延が起きる。その結果、通信システム全体のリアルタイム性が劣化することになる。また、半二重のバースト通信では、それらのオーバーシュート分の電力が受信系の低雑音増幅器に入り、受信系にも支障（場合によっては破損）を与えるため、その対策への負担も大きい。
【０００５】
特に、半二重のバースト通信を行うＴＤＭＡ−ＴＤＤ（Time Division Multiple Access-Time Division Duplex）方式の無線通信システムの場合に、上記のような問題が発生する。また、半二重のバースト通信を行う周波数ホッピング方式の無線通信システムの場合には、送信立ち上がり、受信立ち上がり等に余分なガード時間が必要で、ホッピング速度に大きく影響があり、耐妨害性能に劣化を引き起こす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２５２１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来の事情に鑑みて為されたものであり、電力増幅回路に改良を加えずに、送信信号の出力電力の急激な立ち上げに伴うオーバーシュートを抑制することが可能になる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、上記の目的を達成するために、無線通信装置を以下のように構成した。
すなわち、無線により信号を送信する無線通信装置において、入力された送信信号の電力を増幅して出力する電力増幅回路を備え、電力増幅回路に送信信号を入力する前に、当該送信信号を所定の整形用信号に基づいて波形整形することを特徴としている。
【０００９】
このような構成によれば、電力増幅回路に入力する送信信号の波形を整形するだけで、送信信号の出力電力（電力増幅回路からの出力電力）の波形を調整することができる。そして、整形用信号の波形次第で、送信信号の出力電力の急激な立ち上げに伴うオーバーシュートを抑制することが可能となる。このため、送信信号の出力電力のオーバーシュートを低減しつつ、出力電力を短時間で目標値に制御することが可能になり、通信システム全体のリアルタイム性を向上させることができる。
【００１０】
ここで、送信信号の立ち上がり時における電力増幅回路の出力電力の波形が指数関数の形状となるように、電力増幅回路に入力する送信信号の波形整形を行うことが好ましい。
また、電力増幅回路の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ整形用信号を用いて、電力増幅回路に入力する送信信号の整形を行うことが好ましく、この場合には、電力増幅回路の応答特性の変化に応じて整形用信号を切り替えるようにしてもよい。
また、整形用信号は、シンボル長より短いダミー信号を含むものであってもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力増幅回路に改良を加えずに、送信信号の出力電力の急激な立ち上げに伴うオーバーシュートを抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る無線通信装置の送信系の構成例を示す図である。
【図２】図１の無線通信装置による出力電力の波形を示す図である。
【図３】図１の無線通信装置による出力電力の波形の立ち上がり時を示す図である。
【図４】図１の無線通信装置で用いる整形用信号の例を示す図である。
【図５】一般的な無線通信装置の送信系の構成例を示す図ある。
【図６】一般的な無線通信装置の送信系の他の構成例を示す図である。
【図７】図６の無線通信装置による出力電力の波形の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る無線通信装置について、一般的な無線通信装置と比較しつつ説明する。
図５には、一般的な無線通信装置の送信系の構成例を示してある。
この無線通信装置の送信系には、ベースバンド信号発生器１と、周波数変換器２と、送信電力増幅器３とが設けられている。
【００１４】
ベースバンド信号発生器１は、送信対象のディジタル信号を通信系の変調信号に変換して、ベースバンド信号を発生する。変調信号としては、例えば、２相、４相、１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）、６４ＱＡＭのＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）信号等を用いることができる。
周波数変換器２は、ベースバンド信号発生器１から発生されたベースバンド信号を、通信系で指定された高周波信号に周波数変換する。
送信電力増幅器３は、周波数変換器２で周波数変換された高周波信号を、その電力値が目標値になるように増幅して出力する。
送信電力増幅器３で電力増幅された高周波信号は、その後段に接続されたアンテナを通して空間に放射される。
【００１５】
図６には、一般的な無線通信装置の送信系の他の構成例を示してある。
この無線通信装置の送信系には、ベースバンド信号発生器１と、周波数変換器２と、送信電力増幅器３及び自動電力制御回路４を有する電力増幅回路５とが設けられている。ここで、ベースバンド信号発生器１と、周波数変換器２と、送信電力増幅器３は、図５の無線通信装置と同様であるため、具体的な説明を省略する。
【００１６】
自動電力制御回路４は、送信電力増幅器３の出力電力（つまり、電力増幅回路５の出力電力）を一定の電力値に安定させる動作を行う。すなわち、自動電力制御回路４は、送信電力増幅器３の出力電力の一部を用いて帰還動作を行って、出力電力の電力値が目標値に近づくように制御する。より具体的には、出力電力の電力値が目標値より高い場合には電力値が低くなるように、出力電力の電力値が目標値より低い場合には電力値が高くなるように送信電力増幅器３を制御する。
【００１７】
図７には、図６の無線通信装置による自動電力制御の出力電力の波形の例を示してる。同図では、ダンピングファクタが大きい場合の例を（ａ）に示してあり、ダンピングファクタが小さい場合の例を（ｂ）に示してある。また、横軸は時間の経過を表し、縦軸は出力電力の電力値を表している。
【００１８】
ダンピングファクタが大きい場合には、図７（ａ）に示すように、出力電力の立ち上がりが遅く、出力電力の電力値が目標値Ｖｔに到達するのに時間が掛かってしまうが、オーバーシュートは発生しない。しかしながら、無線系の動作として、帯域が広く、データレートが高速なバースト通信では、先頭の情報（出力電力の立ち上がり時の信号）が欠落してしまうため、使用できない。
【００１９】
ダンピングファクタが小さい場合には、図７（ｂ）に示すように、出力電力の立ち上がりは急峻であるが、出力電力の立ち上がり直後に、出力電力が目標値Ｖｔを超えるオーバーシュートＶ１’が発生しており、その後に出力電力が目標値Ｖｔより下がるアンダーシュートＶ２’も発生している。このように大きなオーバーシュートが発生すると、回路の負担が大きくなり（余裕あるデバイスの使用が必須）、場合によっては素子の破損が生じる。また、受信系の自動利得制御にも悪影響を与える。
【００２０】
そこで、本発明では、無線通信装置を以下のように構成した。
すなわち、図１に本発明の一実施形態に係る無線通信装置の構成例を示すように、本例の無線通信装置の送信系には、ベースバンド信号発生器１と、周波数変換器２と、送信電力増幅器３及び自動電力制御回路４を有する電力増幅回路５と、包絡線波形生成器６と、乗算器７とが設けられている。ここで、ベースバンド信号発生器１と、周波数変換器２と、送信電力増幅器３と、自動電力制御回路４は、図５，６の無線通信装置と基本的に同様である。
【００２１】
ベースバンド信号発生器１は、送信対象のディジタル信号を通信系の変調信号に変換して、ベースバンド信号Ｄ１を発生する。
包絡線波形生成器６は、ベースバンド信号Ｄ１を波形整形するための整形用信号Ｄ２を生成する。本例では、整形用信号Ｄ２として、電力増幅回路５の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ整形用信号を生成する。
乗算器７は、ベースバンド信号発生器１から発生されたベースバンド信号Ｄ１と、包絡線波形生成器６から生成された整形用信号Ｄ２とを乗算する。すなわち、ベースバンド信号Ｄ１を整形用信号Ｄ２で波形整形してベースバンド信号Ｄ３を得る。
【００２２】
周波数変換器２は、乗算器７による波形整形後のベースバンド信号Ｄ３を、通信系で指定された周波数の高周波信号Ｄ４に周波数変換する。
送信電力増幅器３は、周波数変換器２で周波数変換された高周波信号Ｄ４を、その電力値が目標値になるように増幅して出力する。
【００２３】
送信電力増幅器３で電力増幅された高周波信号Ｄ５は、その後段に接続されたアンテナを通して空間に放射される。
また、自動電力制御回路４は、送信電力増幅器３で電力増幅された高周波信号Ｄ５の一部を分岐した帰還信号Ｄ６を取り込み、この帰還信号Ｄ６の電力値に応じた制御信号Ｄ７を送信電力増幅器３に出力する帰還動作を行って、送信電力増幅器３の出力電力（つまり、電力増幅回路５の出力電力）が目標値に近づくように制御することで、出力電力を一定の電力値に安定させる動作を行う。より具体的には、出力電力の電力値が目標値より高い場合には電力値が低くなるように、出力電力の電力値が目標値より低い場合には電力値が高くなるように送信電力増幅器３を制御して、出力電力の電力値を目標値に近づける。
【００２４】
ここで、本例の無線通信装置では、ベースバンド信号発生器１から発生されるベースバンド信号Ｄ１を包絡線波形生成器６から生成される整形用信号Ｄ２（電力増幅回路６の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ整形用信号）と乗算して波形整形し、波形整形後のベースバンド信号Ｄ３を周波数変換器２で高周波信号Ｄ４に周波数変換して送信電力増幅器３に入力し、電力増幅させるようにしている。
これにより、送信信号の出力電力を急激に立ち上げてもオーバーシュートを抑制することができるようになる。
【００２５】
図２には、本例の無線通信装置による出力電力の波形の例を示してある。同図では、ダンピングファクタが小さい場合の例を示してあり、横軸は時間の経過を表し、縦軸は出力電力の電力値を表している。
図２に示すように、本例の無線通信装置による出力電力の波形は、出力電力の立ち上がりが急峻でありながら、出力電力の立ち上がり直後のオーバーシュートＶ１とその後のアンダーシュートＶ２が低く抑えられている。従来例と同じ条件で比較すると、従来例では約６ｄＢのオーバーシュートＶ１’が発生していたが、本例の無線通信装置では約０．５ｄＢのオーバーシュートＶ１に低減された。また、従来例では約２ｄＢのアンダーシュートＶ２’が発生していたが、本例の無線通信装置では０．２ｄＢのアンダーシュートＶ２に低減された。
【００２６】
また、図３には、出力電力の立ち上がり時（図２の破線による楕円部分）の波形Ｌを示してある。また、比較対象として、従来例による出力電力の立ち上がり時の波形Ｌ’も示してある。
図３に示すように、本例の無線通信装置による出力電力の立ち上がり時の波形Ｌは、従来例の波形Ｌ’とは全く異なり、指数関数状に増加する特徴的な形状となっている。これにより、従来例では、出力電力の立ち上がりの開始時Ｔ０からピークに達するまでにＴ２の時間を要していたものが、本例の無線通信装置では、Ｔ２より短いＴ１の時間で済むように短縮できる。
【００２７】
図４には、本例の無線通信装置で用いる整形用信号（包絡線波形生成器６から発生する整形用信号Ｄ２）の例を示してある。
本例の無線通信装置では、整形用信号として、送信信号の出力電力の立ち上がりから所定期間の領域Ｒ１について、電力増幅回路５の応答特性の逆特性に対応する包絡線状の波形形状とし、その後の領域Ｒ２については一定にしたもの（つまり、波形整形しない）を用いている。この領域Ｒ１の波形形状は、予め電力増幅回路５の応答特性を測定しておくことで得ることができる。
【００２８】
また、本例の無線通信装置では、電力増幅回路５の応答特性の逆特性に対応する波形形状に沿った複数の変曲点のデータをメモリに保持しており、包絡線波形生成器６が、変曲点間の波形を補間して整形用信号を生成している。つまり、電力増幅回路５の応答特性やその逆特性を表す関数の値を厳密に保持せずに、各変曲点のデータに基づいて折れ線グラフ状の整形用信号を生成している。
【００２９】
また、本例の無線通信装置では、従来例でオーバーシュート後のアンダーシュートが発生するまでの期間Ｔ０〜Ｔ３に相当する期間を領域Ｒ１とし、その期間について、電力増幅回路５の応答特性の逆特性に対応する包絡線状の波形形状を持つ整形用信号で波形整形することで、オーバーシュートの改善（約６ｄＢ→約０．５ｄＢ）だけでなく、アンダーシュートの改善（約２ｄＢ→約０．２ｄＢ）も実現している。
【００３０】
ここで、出力電力の目標値を複数段階に切り替え可能な無線通信装置では、出力電力の電力値の切り替えに伴って電力増幅回路５の応答特性も変化する。そこで、電力増幅回路５の応答特性の変化に応じて整形用信号を切り替えるようにしてもよい。
この場合には、例えば、出力電力の目標値の各段階に対応させて複数の整形用信号を用意しておき、図１中に破線で示すように、ベースバンド発生器１が自動制御回路４に出力電力の目標値を指示する制御信号Ｄ８を送信すると共に包絡線波形生成部６にも制御用信号Ｄ９を送信し、包絡線波形生成部６が制御用信号Ｄ９に応じて（出力電力の目標値に応じて）整形用信号を切り替えるようにすればよい。
【００３１】
以上のように、本例の無線通信装置では、電力増幅回路５に入力する信号の立ち上がり時の波形を、電力増幅回路５の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ整形用信号で波形整形することで、出力電力の立ち上がり時間が改善（短縮）されることに加え、オーバーシュートとアンダーシュートも改善できる。特に、出力電力の立ち上がり時間の改善は顕著である。
【００３２】
また、立ち上がり時間の短縮は、受信側の自動利得制御のアタック時間の短縮にも寄与するため、種々のガード時間を短縮でき、通信システムの通信効率を図ることができる。
また、上記のような整形用信号に基づく波形整形は、例えば、２相、４相、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭのＯＦＤＭ信号など、多種多様の変調信号に対して適用することができる。
【００３３】
また、オーバーシュートを低減できるので、電力増幅回路５の出力電力の最大値の余裕度を下げた安価なものを用いることができる。また、出力電力のピークが抑えられるため、高周波回路の破損の防止にもつながる。このため、無線通信装置の製造コストを抑えることができる。
【００３４】
また、電力増幅回路５の応答特性を測定した結果から整形用信号を生成できるため、整形用信号の生成が簡単である。このため、電力増幅回路５の応答特性は設定電圧の種類や温度特性などに左右され易いが、設定電圧の種類の変更や温度特性の変化などによって応答特性が変化しても、容易に対応することができる。また、電力増幅回路５の応答特性を複数パターン想定しておき、応答特性の各パターンに対応させて整形用信号を用意しておくことで、電力増幅回路５の応答特性の変化に応じて整形用信号を切り替えることができる。
【００３５】
また、整形用信号の生成は、電力増幅回路５の応答特性の逆特性に対応する波形形状に沿った複数の変曲点をポイントとし、その間を演算により補間（例えば、折れ線（直線）で近似）するため、整形用信号の生成用のデータが少なくて済む。
また、波形整形用の回路素子（包絡線波形生成器６や乗算器７）は、電力増幅回路５の外部に設けられるため、装置内に簡単に組み込むことができる。
【００３６】
ここで、本発明は、上記のような処理を実行する方法や方式、このような方法や方式を実現するためのプログラムや当該プログラムを記憶する記憶媒体などとして提供することも可能である。
また、本発明に係るシステムや装置などの構成としては、必ずしも以上に示したものに限られず、種々な構成が用いられてもよい。
【００３７】
例えば、整形用信号に、シンボル長より短いダミー信号を含める構成が挙げられる。これは、通常はシンボルレートの極めて短い時間を整形するので、そのためのダミー信号は必要としないが、特殊な場合には、システム性能に影響しない程度のダミー信号を整形用信号に追加することで、性能の向上を図るものである。具体的には、通常のスループットや同期の確立時間などに影響を与えないように、シンボルレートの１／４程度以下のダミー信号（例えば、ベースバンド信号の一部をコピーしたもの）を、本来の信号の先頭に付加（プリアンブル信号の前に追加）する。
【００３８】
また、例えば、電力制御のための帰還回路（自動電力制御回路４）を持たない電力増幅回路を備えた無線通信装置に適用する構成が挙げられる。この場合でも、電力増幅回路に送信信号を入力する前に、電力増幅回路の応答特性の逆特性に対応する波形形状を持つ整形用信号で波形整形しておくことで、所要の性能を得ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、無線により信号を送信する種々の形式の無線通信装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１：ベースバンド信号発生器、  ２：周波数変換器、  ３：送信電力増幅器、  ４：自動電力制御回路、  ５：電力増幅回路、  ６：包絡線波形生成器、  ７：乗算器
【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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