(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無線通信システムのための一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャであって、
伝送するデータを受信する入力手段と、受信したデータから同相変調成分および直交変調成分を有する変調信号を生成する差分エンコーダと、前記変調信号に基づいて振幅包絡線信号を生成する振幅包絡線信号生成手段と、前記変調信号に基づいて位相情報を抽出する位相情報抽出手段とを含む一定包絡線変調装置と、
前記位相情報に基づいて一定包絡線位相変調信号を生成するディジタルシンセサイザーと、
前記一定包絡線位相変調信号を伝送のための所望の電力レベルに増幅する電力増幅器とを含み、
前記一定包絡線位相変調信号が増幅された後で、前記電力増幅器において、前記振幅包絡線信号は増幅後の一定包絡線位相変調信号と合成され、
前記合成とは、前記振幅包絡線信号と前記増幅後の一定包絡線位相変調信号とを合わせることによって、当該振幅包絡線信号を当該増幅後の一定包絡線位相変調信号に再び組み込むことである
ことを特徴とする一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャ。
【請求項２】
前記一定包絡線変調装置はさらに、前記差分エンコーダと、前記振幅包絡線信号生成手段および前記位相情報抽出手段との間に接続されている、前記変調信号に所定の形を与える一対のディジタルフィルタを含み、
前記変調信号の同相変調成分および直交変調成分はそれぞれ、前記一対のディジタルフィルタのうちの１つを通過する
ことを特徴とする請求項１記載の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャ。
【請求項３】
前記一定包絡線変調装置は、ディジタル信号を変調する
ことを特徴とする請求項１記載の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャ。
【請求項４】
前記一定包絡線変調装置は、π／４ＤＱＰＳＫ変調装置である
ことを特徴とする請求項３記載の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャ。
【請求項５】
前記電力増幅器は非線形である
ことを特徴とする請求項１記載の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャ。
【請求項６】
前記電力増幅器は、Ｃ級またはＤ級の電力増幅器である
ことを特徴とする請求項５記載の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャ。
【請求項７】
改良された、信号を無線通信システム内で変調および伝送する方法であって、
伝送されるデータを、同相変調成分および直交変調成分を有する変調信号に符号化し、前記変調信号が位相情報および振幅信号を含むステップと、
前記変調信号に基づいて振幅包絡線信号を生成するステップと、
前記変調信号に基づいて位相情報を抽出するステップと、
前記位相情報に基づいて、一定包絡線位相変調信号を伝送のための周波数にディジタルシンセサイザーによりディジタル的に合成するステップと、
前記一定包絡線位相変調信号を伝送のための所望の電力レベルに増幅するステップと、
前記一定包絡線位相変調信号が増幅された後で、前記振幅包絡線信号を、増幅後の一定包絡線位相変調信号に再び組み込むステップとを含む
ことを特徴とする信号を無線通信システム内で変調および伝送する方法。
【請求項８】
前記信号を無線通信システム内で変調および伝送する方法は、さらに、前記変調信号に所定の形を与えるために、前記振幅包絡線信号を生成し、前記位相情報を抽出する前に前記変調信号をフィルタリングするステップを含む
ことを特徴とする請求項７記載の信号を無線通信システム内で変調および伝送する方法。
【請求項９】
前記一定包絡線位相変調信号は、非線形電力増幅器を用いて増幅される
ことを特徴とする請求項７記載の信号を無線通信システム内で変調および伝送する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して無線通信システムに関するものであり、特に無線通信システムのための非線形一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯無線電話機は世界中で広く普及してきた。携帯無線電話機は一般に、例えばＰＨＳ（パーソナルハンディフォンシステム）のようなセルラネットワークシステムを利用する。このセルラネットワークシステムは、所定のエリアまたはセルを提供する基地局を有し、このセルラネットワークシステムにおいて、各基地局はそのセル内で電話機と通信するための一定の数のチャネルを有する。
【０００３】
伝送信号は所定のセル内の利用可能なチャネル上で信号を伝送するためにある方式の変調を受け、変調された信号は伝送に適した電力レベルになるまで増幅される。電話機が伝送する信号の電力レベルは、他の電話機から受信した信号を有する基地局での信号妨害の発生を防ぐために、電力増幅器によって精密に制御される一方で、高品質の信号が伝送されるようにする。
【０００４】
ディジタル変調装置、例えばπ／４差分直交位相（ＤＱＰＳＫ）変調装置、が一般的にＰＨＳ電話機および他のディジタル無線電話機に使用されている。π／４ＤＱＰＳＫ変調信号は、位相および振幅の情報を含み、隣接するチャネル電力と伝送精度のシステム要件を満たすために電話機の一連の伝送がある水準の線形性を保つことを必要とする。
【０００５】
電力増幅器についての線形性の要件は、電力増幅器が中級の線形電力モード、例えばＡＢモードで操作されることを必要とする。中級の線形電力モードは、高級非線形電力モードより効率が悪く、動作の際により多くの電流を消費する。したがって、線形電力増幅器を使用する電話機によって消費される大量の電流によって、通話時間が短くなる、または大型電池が必要とされる。
【０００６】
ここで、無線電話機のための、従来型の変調装置および伝送アーキテクチャを示す図１を参照されたい。この電話機によって伝送される情報は、差分エンコーダ１０に入力される。ここで、伝送される変調信号の同相成分（Ｉ）および直交成分（Ｑ）が生成される。次に、このＩ成分およびＱ成分は、変調にある特定の形を与えるディジタルフィルタ１２を通過する。結果として生じたＩおよびＱのフィルタリングされた信号は、次にミキサ１６での伝送のために、ある無線周波数に変調され、π／４ＤＱＰＳＫ変調信号として合成される。このπ／４ＤＱＰＳＫ変調信号は、伝送のための望ましい電力レベルをもたらすように増幅される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示す従来型の変調装置および伝送アーキテクチャは、線形性の必要なレベルを保つために必ず中級の線形電力増幅器を用いて動作するが、この線形性は、望ましくないことに、電話機を非効率的なモードで操作する。より効率の良い、非線形の電力増幅器が伝送アーキテクチャにおいて使用されたならば、電話機の通話時間を長くすることができる。
【０００８】
しかし、変調信号の同相成分および直交成分、従って位相変調信号は、位相成分および振幅変調（ＡＭ）成分を有するであろう。よって、信号位相成分および振幅変調成分は、電力増幅器を通して供給される。振幅変調包絡線信号が非線形電力増幅器で増幅される場合は、電力増幅器内にが発生する振幅変調信号のスペクトル拡張のために増幅器の出力の振幅変調包絡線にひずみが生じる。その結果、非線形電力増幅器は、電流変調装置および伝送アーキテクチャと共に使用されると、スペクトル拡張を生じ、チャネル電力基準に違反する。
【０００９】
そこで、信号を所望の電力レベルにまで増幅するために、効率的な非線形電力増幅器が使用されることを可能とする一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャが必要である。さらに、変調信号についての振幅情報の増幅の結果として生じるスペクトル拡張を防ぐために変調信号を所望の電力レベルにまで増幅する場合に、変調信号についての振幅情報を増幅しない一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャが必要である。
【００１０】
本発明の第１の目的は、先に述べた先行技術の欠点を克服することである。
本発明の他の目的は、通話時間を長くするために効率を向上した無線電話機用の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャを提供することである。
本発明のもう一つの目的は、非線形電力増幅器を用いて動作することによって、消費電流のより低い無線電話機用の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャを提供することである。
【００１１】
本発明のさらにもう一つの目的は、変調信号の一定包絡線位相変調成分を増幅をすることだけによって、伝送信号のひずみを減少する無線電話機用の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の目的と、他の目的および本発明の効果は、無線電話機から伝送される信号用の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャを提供することによって実現される。
一定包絡線変調装置は、伝送されるデータから変調信号の同相成分および直交成分を生成する差分エンコーダを含む。同相成分および直交成分は、変調にある特定の形を与えるためにディジタルフィルタを通過する。変調信号の同相成分および直交成分は共に、変調についての位相情報および振幅情報を有する。
【００１３】
次に、一定包絡線変調装置は、一定包絡線同相変調信号および直交信号、および付随するＡＭ包絡線信号を出力するために、振幅変調（ＡＭ）の成分を信号から取り除く。残りの一定包絡線同相変調信号および直交信号は、伝送のための無線周波数で合成され、一定包絡線位相変調信号となる。
一定包絡線位相変調信号は、変調信号が変調のための望ましい電力レベルを持つように、非線形電力増幅器を通過する。次に、変調信号のＡＭ成分は、変調信号を再生するために、一定包絡線位相変調信号の増幅が終わった後に、非線形電力増幅器において再び一定包絡線位相変調信号に組み込まれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下の記述は、当業者がだれでも本発明を製造し、使用し、かつ発明者によって考案された発明実施の最良の形態を公開することができるように、ということを目的としている。しかし、本発明の基本原理は、無線通信システムにおいて信号を変調および伝送するのためのシステムを具体的に示すためにここで限定されているにすぎないのであり、様々な変形例は、当業者にとって明らかであろう。
【００１５】
ここで、図２（Ａ）を参照されたい。図２（Ａ）には、本発明の好ましい実施例に基づいて作成した一定包絡線変調装置２０の概略図が図示されている。一定包絡線変調装置２０は、好ましくは、例えば、ＰＨＳ電話機や他の同様の無線データ伝送装置といった、通信データの無線システムにおいて利用される。
一定包絡線変調装置２０は、電話機から伝送されるデータ２２を受信し、そのデータは、電話機によって伝送される変調信号の同相成分２６および直交成分２８を生成するために差分エンコーダ２４を通過する。同相成分２６および直交成分２８は、変調にある特定の形を与えるために、それぞれディジタルフィルタ３０ａ、３０ｂを通過する。時間依存同相成分３２、Ｉtおよび時間依存直交成分３４、Ｑtは、それぞれディジタルフィルタ３０ａおよびディジタルフィルタ３０ｂによって出力される。
【００１６】
ディジタルフィルタ３０ａおよびディジタルフィルタ３０ｂにおいて、ＩtおよびＱtは、位相情報および振幅情報を含む。振幅情報を変調信号から除去するために、同相成分３２および直交成分３４は、アプリケーションスペシフィックＩＣ（ＡＳＩＣ）３６、または変調信号から振幅包絡線を除去するように設計された他の同様の装置を通過する。
【００１７】
ＡＳＩＣ３６は、同相変調信号３８、Ｉpおよび直交変調信号４０、Ｑpを供給するために、振幅変調（ＡＭ）情報を同相成分３２および直交成分３４から除去する。ここで、Ｉp信号３８およびＱp信号４０は、一定包絡線および位相情報のみを有する。ＡＳＩＣ３６はまた、変調信号から除去された振幅情報を含む、付随する振幅（ＡＭ）包絡線信号４２を出力する。ここで、信号ＡＭ、Ｉp、およびＱpは、以下の式によってあらわされる。
【００１８】
ＡＭ＝（Ｉt2＋Ｑt2）1/2（１）
Ｉp＝Ｉt／ＡＭ                    （２）
Ｑp＝Ｑt／ＡＭ                    （３）
このように、一定包絡線変調装置２０は、変調装置２０に入力されたデータ２２を、一定包絡線同相変調信号３８、一定包絡線直交変調信号４０、および振幅包絡線信号４２に変換する。
【００１９】
ここで、図２（Ｂ）を参照されたい。図２（Ｂ）には、一定包絡線変調装置２０に接続された無線電話機のための伝送アーキテクチャの残りの構成要素が概略図に図示されている。
一定包絡線同相変調信号３８および一定包絡線直交変調信号４０は、それぞれミキサ４６ａおよびミキサ４６ｂを通過する。ここで各信号の周波数は、伝送のために望ましい無線周波数Ｆcに逓倍される。周波数逓倍同相信号４８ａおよび周波数逓倍直交信号４８ｂは、それぞれミキサ４６ａおよびミキサ４６ｂによって出力される。ここで周波数逓倍同相信号４８ａおよび周波数逓倍直交信号４８ｂは、合成されて、一定包絡線位相変調信号５０となる。
【００２０】
一定包絡線位相変調信号５０は、一定包絡線位相変調信号５０の出力電力レベルを伝送に望ましい値にするために、非線形電力増幅器５２を通過する。次に、一定包絡線位相変調信号５０の増幅の後で、変調信号４２および変調信号５０を掛けあわせることによって、変調信号の振幅包絡線信号４２は、非線形電力増幅器５２内で、一定包絡線位相変調信号５０に再び組み込まれる。その結果、電力増幅器５２から出力される変調信号５４を再生する。
【００２１】
非線形電力増幅器は、一定包絡線信号を伴うスペクトル拡張を引き起こさないので、一定包絡線を有する信号は、非線形電力増幅器によるひずみを受けることなく増幅されることができる。
このように、非線形電力増幅器５２は、本発明の好ましい実施例の伝送アーキテクチャ４４と共に利用され、一定包絡線位相変調信号５０を、ひずみを生じることなく増幅する。次に、変調信号の振幅包絡線信号４２は、増幅の後に電力増幅器５２に再び組み込まれるので、振幅包絡線信号４２は電力増幅器５２によって増幅されない。
【００２２】
ここで、図３（Ａ）を参照されたい。図３（Ａ）には、第２の実施例である、一定包絡線変調装置６０の概略図が示されている。図３（Ａ）中で、図２（Ａ）中と同様の番号がつけられた構成要素は、一定包絡線変調装置２０について説明された構成要素と同等の機能を有する。
専用集積回路（ＡＳＩＣ）は、変調信号の同相成分３２および直交成分３４から振幅変調（ＡＭ）情報を取り除き、変調信号から取り除かれた振幅情報を含む振幅（ＡＭ）包絡線信号４２を供給する。ＡＳＩＣ６２は、デカルト座標から極座標への変換を行うことによって、さらに位相変調（ＰＭ）情報を同相成分３２および直交成分３４から抽出する。ＡＳＩＣ６２は、このＰＭ情報をＰＭ信号６４上に出力する。ここで、ＰＭ＝∠（Ｉt，Ｑt）である。
【００２３】
図３（Ｂ）には、一定包絡線変調装置６０に接続された無線電話機のための伝送アーキテクチャ６６の残りの構成要素が概略図に図示されている。
ＰＭ信号６４は、ダイレクトディジタルシンセザイザー（ＤＤＳ）６８を制御するために使用され、一定包絡線位相信号５０がＤＤＳ６８から出力される。ＤＤＳ６８は、１）その中でＰＭ信号６４が位相変調を制御する位相変調装置のすぐ前に位置する発振器や、２）電圧制御発振器（ＶＣＯ）のすぐ前に位置する微分器に取って代わられることもできる。しかし、ＤＤＳ６８は、好ましくは、ディジタルソリューションの精度および耐性を向上させるために利用される。次に、一定包絡線位相変調信号５０は、非線形電力増幅器によって増幅され、伝送アーキテクチャ４４について説明された方法と同様の方法で信号包絡線４２と合成される。
【００２４】
本発明の一定包絡線変調器および伝送アーキテクチャによって、電力増幅器を非線形で高効率のモード内で動作させながらも、線形モード内で動作する変調装置および伝送アーキテクチャによって生成された変調信号に相当する変調信号を生成することが可能となる。
電力増幅器５２は、Ｃ級またはＤ級の電力増幅器であることが望ましい。しかし、どのような非線形電力増幅器でも電力増幅器５２として用いることができるようである。線形電力増幅器を動作する場合に較べて、非線形電力モード内で動作することにより、電力増幅器５２による電流消費量は著しく削減される。電流消費量が少なくなることによって、線形電力増幅器を備える電話機に使用される電池に類似した電池を使用しながらも、無線電話機の通話時間が増える。または、本発明の非線形電力増幅器の電流消費量が少なくなることによって、線形電力増幅器を備える電話機と同じ通話時間を維持しながらも、電池の大きさが小さくなる。
【００２５】
ここで、図４を参照されたい。振幅成分を含む、一定包絡線位相変調信号５０およびπ／４ＤＱＰＳＫ信号５６の拡張スペクトルが比較のために図示されている。
変調信号５０の合成されたスペクトル電力は、２．５デシベルであり、π／４ＤＱＰＳＫ信号５６より大きいことがわかる。生成された一定包絡線位相変調信号５０の拡張スペクトルは、広帯域拡張信号であり、位相情報および振幅情報を持つ従来のπ／４ＤＱＰＳＫ信号５６に較べて広い帯域幅を必要とする。しかし、振幅情報信号４２がいったん一定包絡線位相変調信号に再び組み込まれると、すべての電力はバンド内電力に変換され、クリーンスペクトルを生成する。
【００２６】
電話機によって転送された、再構成された出力信号５４のバンド内スペクトルが、図４の破線に挟まれた部分に示されている。さらに、再構成された出力信号５４は、隣接チャネル電力成分を有しないので、特定の基地局が制御する電話機の送信機の数に悪影響を及ぼさない。
上記のことからわかるように、本発明に基づいて形成される一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャは、無線電話機がより効率の高い、非線形モードで動作することを可能とする。さらに、本発明に基づいて形成される一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャにより、無線電話機は、より少ない電流で動作することができ、通話時間の増加、または電池のサイズを小さくすることを可能にする。
【００２７】
上記の各実施例において、本発明である、無線通信システムのための一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャの構造は、それぞれ各実施例で説明されている。しかし、ここで説明されている各実施例の各側面を、ここで説明されている他の実施例と組み合わせることができることは言うまでもない。当業者であれば、たった今説明された好ましい実施例の様々な構造および変形例が、本発明の範囲と意図から離れることなく形成されうることがわかるだろう。よって、本発明が、本発明の請求項の範囲内で、ここで説明された実施例以外の方法で実施されうることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的と特徴は、新規性があると確信するが、請求項に記載された通りである。なお、本発明の構成および動作方法の両方については、さらなる目的および効果と共に、前記発明の詳細な説明を参照し、同じ参照番号が同様の部材を示す添付の図面を参照することにより、充分に理解することが可能となる。
【図１】電話機のための、従来のπ／４ＤＱＰＳＫ変調装置および伝送アーキテクチャの概略図である。
【図２】（Ａ）は、本発明の好ましい実施例に基づいて形成される一定包絡線変調装置の概略図である。（Ｂ）は、電話機のための一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャの、本発明の好ましい実施例の概略図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の別の好ましい実施例に基づいて形成される一定包絡線変調装置の概略図である。（Ｂ）は、一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャの、本発明の別の好ましい実施例の概略図である。この一定包絡線変調装置は、図３（Ａ）の一定包絡線変調装置である。
【図４】本発明の一定包絡線変調装置および伝送アーキテクチャの一定包絡線同相直交変調信号のＲＦスペクトルのグラフである。
【図１】
0004362161.tif 000002
【図２】
0004362161.tif 000003
【図３】
0004362161.tif 000004
【図４】
0004362161.tif 000005