(57)【要約】【課題】低消費電力化に適したマルチキャリア変調方式の無線通信装置および無線通信装置の送信制御方法を提供する。【解決手段】マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置において、変調信号を増幅可能な少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路Ａ１，Ａ２と、少なくとも二つの増幅経路Ａ１，Ａ２から一つの増幅経路を選択する選択手段１５，１６と、変調信号内のサブキャリア数に応じて、選択手段１５，１６により一つの増幅経路を選択して、該選択した増幅経路により変調信号を増幅するよう制御する制御手段３と、を備える。【選択図】図１
2009081692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置において、
前記変調信号を増幅可能な少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路と、
前記少なくとも二つの増幅経路から一つの増幅経路を選択する選択手段と、
前記変調信号内のサブキャリア数に応じて、前記選択手段により一つの増幅経路を選択して、該選択した増幅経路により前記変調信号を増幅するよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
【請求項２】
サブキャリア数に応じて使用する増幅経路を記憶する記憶手段を、さらに備え、
前記制御手段は、前記変調信号内のサブキャリア数に基づいて、前記記憶手段に記憶されている対応する増幅経路を前記選択手段により選択する、
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】
前記制御手段は、前記サブキャリア数および前記変調信号を送信する送信電力に応じて、前記選択手段により一つの増幅経路を選択する、
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４】
前記少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路のうち、使用電力の少ない増幅経路は、使用電力の多い増幅経路よりも直線性の低い増幅特性を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項５】
前記少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路のうち、使用電力の多い増幅経路は、使用電力の少ない増幅経路よりも直線性の高い増幅特性を有する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線通信装置。
【請求項６】
マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置の送信制御方法において、
前記変調信号内のサブキャリア数に応じて、該変調信号を一の増幅経路で増幅するか、または、当該一の増幅経路における使用電力よりも少ない使用電力となる他の増幅経路で増幅するかを選択する増幅経路選択ステップと、
選択された増幅経路で前記変調信号を増幅する変調信号増幅ステップと、
を含むことを特徴とする無線通信装置の送信制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置および無線通信装置の送信制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、無線通信システムにおいては、通信容量が大きい、いわゆるワイヤレスブロードバンドの検討が盛んに行われている。その一つに、例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers：電気電子学会）８０２．１６において標準規格が定められているＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）システムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
ＷｉＭＡＸシステムは、マルチキャリアを使用するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を変調方式として採用している。また、モビリティを持たせたＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格では、多元接続方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を採用している。
【０００４】
ここで、ＯＦＤＭ信号は、それぞれ正弦波からなるサブキャリア周波数の異なる複数のデジタル変調信号を重ね合わせて生成される。このため、ベースバンドのＯＦＤＭ信号波形は、例えば図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、サブキャリア数が多いほど不規則に変動する雑音のような波形になる。なお、図６（ａ）〜（ｄ）は、周波数の異なる正弦波のサブキャリアを足し合わせた場合の波形を示し、図６（ａ）はサブキャリア数Ｎが２の場合、図６（ｂ）はＮが４の場合、図６（ｃ）はＮが８の場合、図６（ｄ）はＮが１６の場合、をそれぞれ示している。
【０００５】
図６（ａ）〜（ｄ）から明らかなように、サブキャリア数が多いほど、合成される波形は複雑になるとともに、瞬時値も高くなり、信号のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）が大きくなる。実際のＯＦＤＭ信号は、変調方式により各サブキャリアは位相および／または振幅成分を持ち、さらに、帯域やＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）サイズによりサブキャリア数はさらに増えることから、ＰＡＰＲはさらに大きくなる。例えば、帯域が１０ＭＨｚで、ＦＦＴサイズが１０２４のシステムの場合には、ＰＡＰＲは、約１３ｄＢと高い値を示す。
【０００６】
このため、ＯＦＤＭ信号を送信するための電力増幅器は、出力信号が非線形性領域によって歪んだり、帯域外へスプリアスとして放射されて隣接チャネルや他システム等に干渉を与えたりしないように、高い線形性と大きなバックオフとを有する増幅特性を確保するように設計する必要がある。
【０００７】
【非特許文献１】服部武／藤岡雅宣共著「インプレス標準教科書シリーズ  改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書  高速ＩＰワイヤレス編」初版、株式会社インプレスＲ＆Ｄ、２００６年６月、ｐ．１９９−２１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、一般に、電力増幅器のバックオフと電力効率とは、相対関係にあり、バックオフを大きく取ると、電力効率が低くなる。すなわち、大きなバックオフを確保するには、実際に送信する電力（平均電力）に対して、バックオフに相当する領域まで線形性を保障する必要があり、そのためには、消費電力（以下、使用電力とも言う）の多い電力増幅器を使用しなければならないため、電力効率が悪くなる。
【０００９】
ところで、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅで採用されているＯＦＤＭＡの多元接続方式は、通信状況や用途等に応じて、使用する帯域および時間幅を適応に設定できる特徴を有している。したがって、アプリケーションやトラフィック等の条件によっては、使用するサブキャリア数が、最大サブキャリア数に対して少なくなる場合がある。
【００１０】
このように、使用サブキャリア数が少ない場合には、信号のＰＡＰＲも小さくなり、電力増幅器のバックオフが小さくても通信に支障がないので、電力増幅器の線形性を低くして省電力モードとすることが可能となる。
【００１１】
しかし、従来の無線通信装置は、ＯＦＤＭ信号が標準規格を満足するように、すなわち使用可能な最大サブキャリア数に対応するように、電力増幅器の線形性およびバックオフを固定的に設定している。
【００１２】
このため、使用するサブキャリア数が少ない場合も、電力増幅器の電力効率が悪いため、使用電力が増大し、特に、バッテリを電源とする携帯通信端末にあっては、バッテリの使用時間が短くなることが懸念される。
【００１３】
したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、低消費電力化に適したマルチキャリア変調方式の無線通信装置および無線通信装置の送信制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成する請求項１に係る発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置において、
前記変調信号を増幅可能な少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路と、
前記少なくとも二つの増幅経路から一つの増幅経路を選択する選択手段と、
前記変調信号内のサブキャリア数に応じて、前記選択手段により一つの増幅経路を選択して、該選択した増幅経路により前記変調信号を増幅するよう制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、
サブキャリア数に応じて使用する増幅経路を記憶する記憶手段を、さらに備え、
前記制御手段は、前記変調信号内のサブキャリア数に基づいて、前記記憶手段に記憶されている対応する増幅経路を前記選択手段により選択する、
ことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載の無線通信装置において、
前記制御手段は、前記サブキャリア数および前記変調信号を送信する送信電力に応じて、前記選択手段により一つの増幅経路を選択する、
ことを特徴とするものである。
【００１７】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路のうち、使用電力の少ない増幅経路は、使用電力の多い増幅経路よりも直線性の低い増幅特性を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１８】
請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の無線通信装置において、
前記少なくとも二つの使用電力の異なる増幅経路のうち、使用電力の多い増幅経路は、使用電力の少ない増幅経路よりも直線性の高い増幅特性を有する、
ことを特徴とするものである。
【００１９】
さらに、上記目的を達成する請求項６に係る発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置の送信制御方法において、
前記変調信号内のサブキャリア数に応じて、該変調信号を一の増幅経路で増幅するか、または、当該一の増幅経路における使用電力よりも少ない使用電力となる他の増幅経路で増幅するかを選択する増幅経路選択ステップと、
選択された増幅経路で前記変調信号を増幅する変調信号増幅ステップと、
を含むことを特徴とするものである無線通信装置の送信制御方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、マルチキャリアで変調された変調信号を、該変調信号内のサブキャリア数に応じて、一の増幅経路で増幅するか、または、当該一の増幅経路における使用電力よりも少ない使用電力となる他の増幅経路で増幅するかを選択して増幅するようにしたので、通信に悪影響を与えることなく、消費電力を効率よく低減できる、低消費電力化に適したマルチキャリア変調方式の無線通信装置および無線通信装置の送信制御方法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】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。
【００２２】
（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係る無線通信装置の要部の構成を示すブロック図である。この無線通信装置は、例えばバッテリを電源とする携帯通信端末を構成するもので、パワーアンプモジュール１、記憶部２および制御部３を有する。パワーアンプモジュール１は、増幅器１１〜１４と、選択手段であるスイッチ１５，１６とを有し、スイッチ１５，１６により最終段の増幅器１３，１４を切り替えることにより、３段の増幅器１１，１２，１３からなる第１増幅経路Ａ１と、３段の増幅器１１，１２，１４からなる第２増幅経路Ａ２とを選択的に構成する。
【００２３】
第１増幅経路Ａ１を構成する３段の増幅器１１，１２，１３、および、第２増幅経路Ａ２を構成する３段の増幅器１１，１２，１４は、それぞれ後段になるほど高い線形性の増幅特性を有するように構成する。また、第１増幅経路Ａ１の最終段の増幅器１３は、全サブキャリア数で通信を行っても歪み無く信号を増幅できるように、高い線形性とバックオフとを有するように構成する。これに対し、第２増幅経路Ａ２の最終段の増幅器１４は、第１増幅経路Ａ１の最終段の増幅器１３と比較して、利得は同等に構成するが、線形性およびバックオフについては、増幅器１３よりも低く構成する。したがって、増幅器１４は、増幅器１３と比較して、使用電力が少なくなる。
【００２４】
本実施の形態では、増幅器１１，１２，１３を有する第１増幅経路Ａ１による増幅モードを通常モード、増幅器１１，１２，１４を有する第２増幅経路Ａ２による増幅モードを省電力モードとする。
【００２５】
記憶部２には、サブキャリア数に応じて使用するパワーアンプモジュール１の増幅経路を記憶する。本実施の形態では、第１増幅経路Ａ１を使用するサブキャリア数の閾値（下限値）を記憶する。
【００２６】
また、制御部３には、図２に要部の構成を示すように、サブキャリア数情報受信部２１、増幅経路判定部２２および増幅経路制御部２３を設ける。サブキャリア数情報受信部２１は、トラフィック状況、無線伝播状況、通信用途（音声通話かデータ通信か）等により、図示しない上位の制御部や基地局によって割り当てられた送信に使用するサブキャリア数の情報、すなわちパワーアンプモジュール１に入力する変調信号内のサブキャリア数の情報を受信する。
【００２７】
増幅経路判定部２２は、サブキャリア数情報受信部２１が受信したサブキャリア数情報と、記憶部２の記憶情報とに基づいて増幅経路を判定する。また、増幅経路制御部２３は、増幅経路判定部２２による判定結果に基づいて、スイッチ１５，１６を制御して増幅器１３または増幅器１４を選択することにより、第１増幅経路Ａ１または第２増幅経路Ａ２を選択する。なお、制御部３は、スイッチ１５，１６により増幅器１３が選択された場合には、増幅器１４の動作を停止させ、逆に、増幅器１４が選択された場合には、増幅器１３の動作を停止させるように制御する。
【００２８】
以下、図３に示すフローチャートを参照して、本実施の形態に係る無線通信装置の動作を説明する。
【００２９】
先ず、通信開始直後は、制御部３は、パワーアンプモジュール１の第１増幅経路Ａ１をデフォルトとして選択する。すなわち、制御部３は、経路選択制御部２３により、スイッチ１５，１６を介して増幅器１３を選択し、これにより入力変調信号を、増幅器１１，１２，１３からなる第１増幅経路Ａ１を経て通常モードで電力増幅して送信する（ステップＳ１）。
【００３０】
その後、通信の状況や用途に応じて使用するサブキャリア数が割り当てられ（ステップＳ２）、その使用サブキャリア数、すなわち入力変調信号内のサブキャリア数の情報を、制御部３のサブキャリア数情報受信部２１が受信したら、増幅経路判定部２２により、使用サブキャリア数と記憶部２に記憶されている閾値とを比較して（ステップＳ３）、使用サブキャリア数が閾値以上か否かを判定する（ステップＳ４）。
【００３１】
その結果、使用サブキャリア数が閾値以上の場合には、増幅経路制御部２３は、パワーアンプモジュール１を第１増幅経路Ａ１のデフォルトのままとして、入力変調信号を通常モードで電力増幅して通信を継続する（ステップＳ５）。
【００３２】
これに対し、使用サブキャリア数が閾値未満の場合には、増幅経路制御部２３は、パワーアンプモジュール１を第２増幅経路Ａ２に切り替えて通信を継続する（ステップＳ６）。すなわち、使用サブキャリア数が閾値未満の場合には、経路選択制御部２３は、スイッチ１５，１６を介して増幅器１４を選択し、これにより入力変調信号を、増幅器１１，１２，１４からなる第２増幅経路Ａ２を経て省電力モードで電力増幅して送信する。
【００３３】
その後、制御部３は、サブキャリア数情報受信部２１が受信するサブキャリア数に基づいて、サブキャリア数の割り当てに変更が有るか否かを判定し（ステップＳ７）、変更があればステップＳ３に移行して上記の動作を繰り返し、変更がなければ、その時点の増幅モードを維持して通信を継続する（ステップＳ８）。その後は、ステップＳ９において、通信が終了するまで、ステップＳ７に戻りながら、通信を継続する。
【００３４】
このように、本実施の形態によれば、電力増幅する変調信号内のサブキャリア数が閾値以上の場合には、全サブキャリア数で通信を行っても歪み無く信号を増幅できる高い線形性とバックオフとを有する増幅器１３を含む第１増幅経路Ａ１により、入力変調信号を通常モードで増幅し、変調信号内のサブキャリア数が閾値未満の場合には、増幅器１３と比較して線形性およびバックオフの低い増幅器１４を含む第２増幅経路Ａ２により、入力変調信号を省電力モードで増幅するようにしたので、通信に悪影響を与えることなく、消費電力を効率よく低減することができる。したがって、特に、バッテリ寿命が問題となる携帯通信端末では、より効果的となる。また、変調信号内のサブキャリア数と閾値との比較のみで、第１増幅経路Ａ１または第２増幅経路Ａ２を選択するので、選択処理も容易にできる。
【００３５】
（第２実施の形態）
図４は、本発明の第２実施の形態に係る無線通信装置の要部の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、パワーアンプモジュール２５を、図２に示したパワーアンプモジュール１の構成において、増幅器１４を省略して構成する。すなわち、第１増幅経路Ａ１は、第１実施の形態と同様に、３段の増幅器１１，１２，１３で構成し、第２増幅経路Ａ２は、第１増幅経路Ａ１の終段の増幅器１３を、スイッチ１５，１６によりバイパスすることにより、２段の増幅器１１，１２で構成する。また、第１増幅経路Ａ１および第２増幅経路Ａ２を構成する初段の増幅器１１は、各経路における全体のゲインを調整可能とするため、可変利得機能を設けて構成する。
【００３６】
本実施の形態においても、第１実施の形態の場合と同様に、電力増幅する変調信号内のサブキャリア数が閾値以上の場合には、全サブキャリア数で通信を行っても歪み無く信号を増幅できる高い線形性とバックオフとを有する増幅器１３を含む第１増幅経路Ａ１により、入力変調信号を通常モードで増幅して送信する。これに対し、変調信号内のサブキャリア数が閾値未満の場合には、増幅器１３をバイパスして、２段の増幅器１１，１２からなる第２増幅経路Ａ２により、入力変調信号を省電力モードで増幅する。なお、この際、制御部３により、増幅器１３の動作を停止させるとともに、所望のゲインが得られるように、初段の増幅器１１の利得を制御する。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様である。
【００３７】
したがって、本実施の形態においても、第１実施の形態の場合と同様に、通信に悪影響を与えることなく、消費電力を効率よく低減することができる。また、本実施の形態では、第１増幅経路Ａ１の終段の増幅器１３をバイパスすることにより、第２増幅経路Ａ２を構成するようにしたので、第１実施の形態と比較して、パワーアンプモジュール２５を、より簡単かつ安価にできる利点がある。
【００３８】
（第３実施の形態）
図５は、本発明の第３実施の形態に係る無線通信装置の要部の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、パワーアンプモジュール３１を、３段の増幅器３２，３３，３４を有する第１増幅経路Ａ１と、３段の増幅器３５，３６，３７を有する第２増幅経路Ａ２と、これらを切り換える選択手段であるスイッチ３８，３９とを有して構成する。
【００３９】
ここで、第１増幅経路Ａ１は、全サブキャリア数で通信を行っても歪み無く信号を増幅できるように高い線形性およびバックオフを有するように設計し、第２増幅経路Ａ２は、第１増幅経路Ａ１よりも線形性およびバックオフを低く設計して、第１増幅経路Ａ１よりも低消費電力に構成する。また、スイッチ３８，３９は、デフォルトでは、第１増幅経路Ａ１を選択するように制御するとともに、第１増幅経路Ａ１および第２増幅経路Ａ２は、スイッチ３８，３９により選択されている場合に、対応する各増幅器が動作し、選択されていない場合には、動作しないように制御する。
【００４０】
本実施の形態においても、第１実施の形態の場合と同様に、電力増幅する変調信号内のサブキャリア数が閾値以上の場合には、高い線形性およびバックオフを有する第１増幅経路Ａ１により、入力変調信号を通常モードで増幅して送信し、変調信号内のサブキャリア数が閾値未満の場合には、スイッチ３８，３９により第２増幅経路Ａ２を選択して、入力変調信号を省電力モードで増幅する。その他の構成および動作は、第１実施の形態と同様である。したがって、本実施の形態においても、第１実施の形態の場合と同様に、通信に悪影響を与えることなく、消費電力を効率よく低減することができる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、第１増幅経路Ａ１または第２増幅経路Ａ２は、使用サブキャリア数のみに限らず、使用サブキャリア数に加えて、送信電力や変調クラスも考慮して、選択するように構成することもできる。例えば、使用サブキャリア数が閾値以上の場合には、送信電力に関係なく、入力変調信号を通常モードで増幅し、使用サブキャリア数が閾値未満の場合には、送信電力が所定値以上か否かによって、所定値以上の場合には通常モード、所定値未満の場合には省電力モードで増幅するように構成することもできる。また、使用電力の異なる増幅経路は、二つに限らず、三つ以上設けて、変調信号内のサブキャリア数に応じて、適切な一つの増幅経路を選択するように構成することもできる。さらに、本発明は、バッテリを電源とする携帯通信端末に、特に効果的で有るが、基地局等の固定の無線通信装置にも有効に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る無線通信装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す制御部の要部の構成を示す機能ブロック図である。
【図３】第１実施の形態に係る無線通信装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施の形態に係る無線通信装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施の形態に係る無線通信装置の要部の構成を示すブロック図である。
【図６】サブキャリア数の異なる４つのＯＦＤＭ信号波形を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１  パワーアンプモジュール
２  記憶部
３  制御部
１１，１２，１３，１４  増幅器
１５，１６  スイッチ
２１  サブキャリア数情報受信部
２２  増幅経路判定部
２３  増幅経路制御部
２５  パワーアンプモジュール
３１  パワーアンプモジュール
３２，３３，３４，３５，３６，３７  増幅器
３８，３９  スイッチ
Ａ１  第１増幅経路
Ａ２  第２増幅経路
【図１】
2009081692.tif 000003
【図２】
2009081692.tif 000004
【図３】
2009081692.tif 000005
【図４】
2009081692.tif 000006
【図５】
2009081692.tif 000007
【図６】
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