JP2000068958A - 無線送信装置 - Google Patents

無線送信装置

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JP2000068958A JP10240731A JP24073198A JP2000068958A JP 2000068958 A JP2000068958 A JP 2000068958A JP 10240731 A JP10240731 A JP 10240731A JP 24073198 A JP24073198 A JP 24073198A JP 2000068958 A JP2000068958 A JP 2000068958A
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博幸 加屋野
Yasuo Suzuki
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のキャリア周波数を用いて無線通信を行
う無線送信装置において、増幅器でのチャネル間での相
互干渉を回避できるとともに、隣接チャネルへの漏洩電
力を削減して増幅器の高効率動作を可能とする無線送信
装置を提供する。 【解決手段】 一つのキャリア周波数の信号を発生する
信号発生器１０１と、信号発生器より発生された信号を
増幅する増幅器１０２と、増幅器の出力信号から指示さ
れた一つのキャリア周波数の信号のみ通過させる帯域可
変フィルタ１０３とをそれぞれ備えた複数の信号処理系
と、各信号処理系の各帯域可変フィルタ１０３よりそれ
ぞれ出力された信号を合成する合成器１０４と、各信号
処理系の帯域可変フィルタよりそれぞれ任意のキャリア
周波数の信号のみ通過させるように各帯域可変フィルタ
の通過帯域を可変制御する制御部１０５とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチキャリア方
式の無線送信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】複数のキャリア周波数の信号を合成して
送信するマルチキャリア無線送信装置の増幅方式には個
別増幅方式と一括増幅方式がある。
【０００３】個別増幅方式では、図１１に示すように、
使用するキャリア周波数の数（チャネルの数）分の増幅
器１１０２が用いられる。これらの増幅器１１０２に入
力される信号はチャネル１つ分の信号のみであるため、
他のチャネルの信号との相互干渉を引き起こす心配がな
く、個々の増幅器１１０２を高効率に動作させることが
できる。また、増幅器１１０２がチャネル数分に分かれ
ていることは放熱性において有利である。
【０００４】しかし、この個別増幅方式では、フィルタ
１１０３を通過した増幅信号を電力合成器１１０５にて
電力合成するために、増幅信号をアイソレータ１１０４
に入力して各チャネル間のアイソレーションを保つ処理
を行う必要がある。その際大きな損失が生じて多量の発
熱を起こすという問題がある。
【０００５】また、電力合成器１１０５の構成を簡単化
するためにはチャネルの選択性が良いフィルタ１１０３
が望まれるものの、一般にフィルタ１１０３の１チャネ
ル分の通過帯域はその中心周波数と帯域幅が固定である
ことから、使用するキャリア周波数やその帯域幅が特定
されない通信システムで個別増幅方式を適用することは
できない。
【０００６】一方、一括増幅方式は、図１２に示すよう
に、各信号発生器１２０１より出力されたキャリア周波
数の信号（チャネル信号）を電力合成器１２０２で合成
後、増幅器１２０３で一括増幅する方式である。この一
括増幅方式では増幅器１２０３に複数のチャネル信号が
同時に入力されるため、チャネル間の信号の相互干渉を
回避する意味において増幅器１２０３の線形性が重要と
なるが、近年、様々な技術的改良により線形増幅器の高
効率動作が可能となり、この点において一括増幅方式の
効率面な優位性が認識されつつある。
【０００７】しかし、一括増幅方式では許容可能な最大
チャネル収容時には最大４０％程度の効率を達成できる
が、実使用時の空きチャネルを見込んだときの効率は逆
に低下する。これは、増幅器１２０３への入力電力が使
用チャネル数によって変わる（使用チャネル数が少ない
ときには増幅器１２０３を効率の低い部分で動作させな
ければならない）ことによる。また、一括増幅方式で
は、発熱点が増幅器１２０３一点に集中するので大がか
りな放熱対策を講じる必要も出てくる。さらに、収容チ
ャネルの数は増幅器１２０３の許容最大チャネル数とフ
ィルタ１２０４の許容最大電力の値によって決まること
から、収容チャネル数を増やすことは困難であるという
問題があり、またさらに、多くのチャネルを扱うにはフ
ィルタ１２０４のスペックとして大きな許容電力が必要
となるという問題もある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような課
題を解決するためのもので、増幅器でのチャネル間での
相互干渉を回避できるとともに、隣接チャネルへの漏洩
電力を削減して増幅器の高効率動作を可能とする無線送
信装置の提供を目的とする。
【０００９】また、本発明は、放熱性に優れ、チャネル
の利用率に拠らない高効率動作を可能とする無線送信装
置の提供を目的とする。
【００１０】また、本発明は、収容チャネル数の増減に
対する柔軟性に富んだ無線送信装置の提供を目的とす
る。
【００１１】さらに、本発明は、伝送レートの違いに柔
軟に対応することのできる無線送信装置の提供を目的と
する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の無線送信装置は、複数のキャリア周波数
を用いて無線通信を行う無線送信装置において、一つの
キャリア周波数の信号を発生する信号発生器と、前記信
号発生器より発生された信号を増幅する増幅器と、前記
増幅器の出力信号から指示された一つのキャリア周波数
の信号のみ通過させる帯域可変フィルタとをそれぞれ備
えた複数の信号処理系と、前記複数の信号処理系の前記
各帯域可変フィルタよりそれぞれ出力された信号を合成
する合成器と、前記複数の信号処理系の前記各帯域可変
フィルタよりそれぞれ任意のキャリア周波数の信号のみ
通過させるように前記各帯域可変フィルタの通過帯域を
可変制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１３】本発明においては、一つの信号処理系を構
成する信号発生器、増幅器および帯域可変フィルタを通
る信号が１つのキャリア周波数の信号のみになることか
ら、各キャリア周波数の信号どうしが増幅器内で相互干
渉を引き起こすことがなくなる。また、１つのキャリア
周波数の信号のみフィルタを通過させるので、隣接チャ
ネルへの漏洩電力が抑圧され、チャネル間の信号の相互
変調歪みが生じにくくなる。このため、個々の増幅器を
高効率で動作させることができる。さらに、増幅器がチ
ャネル毎に分散されたことによって、放熱性が改善さ
れ、大かがりな放熱構造を必要としなくなる。
【００１４】また、本発明において、制御手段は、複数
の信号処理系の各帯域可変フィルタの通過帯域として、
信号処理系毎にそれぞれ異なるキャリア周波数に対応す
る帯域を選択するように制御を行うことで、他のキャリ
ア周波数の信号の回り込みによる干渉も防止できる。こ
のため、各チャネルの信号を合成器で容易に電力合成す
ることが可能となり、無線送信装置の省電力化に寄与す
ることができる。
【００１５】さらに、本発明では、１つのチャネルの信
号の電力に耐え得る耐性を有するフィルタで済むので、
超伝導体フィルタを無線送信装置のフィルタとして利用
することができる。
【００１６】さらに、本発明において、制御手段は、各
フィルタ手段の通過帯域の中心周波数および帯域幅を制
御するようにしてもよい。たとえば、信号の伝送レート
に応じて、各帯域可変フィルタの通過帯域の帯域幅を決
定することによって、音声のような比較的低レートのデ
ータ伝送から動画のように高レートのデータ伝送に対応
することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
【００１８】図１は本発明に係る無線送信装置の第１の
実施形態を示す図である。
【００１９】同図に示すように、本実施形態の無線送信
装置は、信号発生器１０１、増幅器１０２、フィルタ１
０３、電力合成器１０４および制御部１０５の各機器の
組み合わせによって構成されている。
【００２０】信号発生器１０１は一つのキャリア周波数
の信号を発生する。この信号発生器１０１は、たとえ
ば、送信するデータ信号を所望のディジタル変調信号に
変換するベースバンド信号処理部と、そのディジタル変
調信号をアナログの変調信号に変換するＤ／Ａコンバー
タと、そのアナログ変調信号を無線通信用のキャリア周
波数帯域の信号に変換する変調器とで構成される。
【００２１】増幅器１０２は、信号発生器１０１により
発生されたキャリア周波数信号を所定の送信電力レベル
まで増幅してフィルタ１０３に出力する。
【００２２】フィルタ１０３は、制御部１０５からの制
御信号に応じて、一定の帯域幅を持つ（固定帯域幅の）
通過帯域の中心周波数をシフトさせる機能を有する。制
御部１０５は、送信に使用できる複数のキャリア周波数
のうちの１つの所望のキャリア周波数の信号のみフィル
タ１０３を通過させるよう、フィルタ１０３の通過帯域
の中間周波数を制御信号により選択する。
【００２３】これら信号発生器１０１、増幅器１０２お
よびフィルタ１０３からなる一連の機器（信号処理系）
は、この無線送信装置で使用することのできるキャリア
周波数の数だけ電力合成器１０４に並列に接続されてい
る。そして各フィルタ１０３の通過帯域は互いに異なる
キャリア周波数に対応している。
【００２４】各フィルタ１０３をそれぞれ通過した信号
は電力合成器１０４によって電力合成され、図示しない
アンテナを通じて送信される。
【００２５】携帯電話などの無線通信システムでは、個
々の基地局で使用できるキャリア周波数の数がその基地
局がカバーするセル内で発生する呼の数に応じて変わ
る。そこで制御部１０５は、基地局で使用されるキャリ
ア周波数の数が変化したとき、必要に応じて、各フィル
タの１０３の通過帯域の変更も行う。図２は、このよう
な場合の各フィルタ１０３の通過帯域の変更例を示して
おり、あるフィルタの通過帯域を２０１の帯域から２０
２の帯域に切り替えた様子を示している。なお、２０３
は他のフィルタの通過帯域、２０４は当該無線送信装置
に割り当てられたチャネル、２０５は当該無線送信装置
以外の装置に割り当てられたチャネルである。
【００２６】このように本実施形態では、一連の信号処
理系である信号発生器１０１、増幅器１０２およびフィ
ルタ１０３を通る信号が１つのキャリア周波数の信号の
みになることから、従来の一括増幅方式の抱える問題を
解消することができる。すなわち、一括増幅方式では複
数のキャリア周波数の信号が同時に一つの増幅器に入る
ため、増幅器の非線形性によって各キャリア周波数の信
号どうしが相互干渉を引き起こし、この相互干渉によっ
て発生した歪み信号の電力が他のキャリア周波数の信号
に干渉して悪影響を与えていた。これに対し本実施形態
によれば、一つの増幅器１０２に入る信号は一つのキャ
リア周波数の信号のみであるから、各キャリア周波数の
信号どうしが相互干渉を引き起こすことはなくなる。
【００２７】また、本実施形態においては、各系のフィ
ルタ１０３の通過帯域をそれぞれ別々のキャリア周波数
に対応する帯域に設定することによって、他のキャリア
周波数の信号の回り込みによる干渉も防止できる。この
ため、各チャネルの信号を電力合成器１０４で容易に電
力合成することが可能となる。
【００２８】また一般に、増幅器においては、図３に示
すように、変調信号３０１を増幅した際に変調歪み３０
３が発生し、隣のチャネルに電力が漏れて該チャネルの
信号３０４との間で干渉を引き起こす恐れがあるとされ
ている。そこで仕様上、隣接チャネルへの漏洩電力３０
５の上限値が決められている。たとえば、ＱＰＳＫなど
の振幅成分に信号成分を含む変調方式では、電力増幅器
の線形性を確保するためにバックオフさせて増幅器を低
効率で動作させることを行っている。これに対して本実
施形態では、１つのキャリア周波数の信号のみフィルタ
１０３を通過させるので、隣接チャネルへの漏洩電力が
抑圧され、チャネル間の信号の相互変調歪みが生じにく
くなる。このため、増幅器１０２を高効率で動作させる
ことができる。一般的に、無線送信装置全体で増幅器の
消費電力が占める割合は非常に大きいことから、こうし
た増幅器の高効率化は無線送信装置の省電力化に大きく
寄与する。
【００２９】また、各基地局では、たとえば図４に示す
ように、すべての時間ですべてのチャネルが使われるこ
とは希であり、時間帯によっては１つのチャネルしか使
われない状況すら起こる。このとき、一括増幅方式では
１つでもチャネルが使用されている場合には全てのチャ
ネルが使用されているときと同程度の電力が必要とな
り、電力効率はさらに低くなる。これに対して本実施形
態では、使用されていないチャネルの増幅器１０２のみ
電源を切って、使用しているチャネルだけを有効にする
ことができる。これにより、より一層の省電力化を実現
することができる。
【００３０】また、放熱に関して、一括増幅方式では１
つの増幅器に熱源が集中し、その放熱対策が重要な課題
となっていたが、本実施形態では、増幅器１０２をチャ
ネル毎に分散させることによって、全体の熱源が複数の
小さな熱源に分散され、したがって放熱性が改善され、
大かがりな放熱構造を必要としなくなる。
【００３１】また、一括増幅方式では、各チャネルの信
号の電力合成によって増幅器の後段に接続されたフィル
タなどに大きな耐電力性が要求されていた。フィルタは
共振器から構成されており、共振器は共振周波数で電力
を集中させる働きがある。よって、このフィルタを超伝
導材料で構成する場合、超伝導体が持つ臨界電流密度を
超えない電力レベルでの運用に限られていた。すなわ
ち、一括増幅方式に超伝導フィルタを用いる場合、超伝
導体フィルタに大きな耐電力特性が求められ、実用上そ
のような耐電力特性を持つ超伝導体フィルタを実現する
ことは困難であった。これに対し、本実施形態では、１
つのチャネルの信号の電力に耐え得る耐性を有するフィ
ルタで済むので、超伝導体フィルタを用いた場合でのそ
の低損失特性を損うことがない。
【００３２】また、図５は、以上の無線送信装置の送信
部に、各チャネルの信号発生器５０１、増幅器５０２お
よびフィルタ５０３のうちのいずれかの機器で不具合が
発生した場合にこれを検出する手段５０６，５０７，５
０８を付加したものである。制御部５０５は、検出手段
５０６，５０７，５０８の検出結果に基づいて、不具合
のある機器を含むチャネルの系の動作を切って残りのチ
ャネルの系で運用を継続するように制御を行う。一括増
幅方式では増幅器などの故障によってシステム全体が使
用不可に陥ってしまうのに対し、本実施形態では、不具
合が解消されるまでの間も正常なチャネルの系での動作
が可能であるため、信頼性の高い無線送信装置を実現で
きる。
【００３３】また、フィルタとして超伝導体フィルタ６
０３を用いた場合、図６に示すように、各超伝導体フィ
ルタ６０３を複数のグループに分割し、グループ毎に別
々の冷凍機６０６で超伝導体フィルタ６０３の冷却を行
うように構成することが好ましい。このように構成する
ことにより、一部の冷凍機６０６の不具合時も無線送信
装置全体の動作を停止させることなく、不具合解消作業
を行うことができる。
【００３４】次に、本発明に係る無線送信装置の第２の
実施形態について説明する。
【００３５】図７に、この第２の実施形態の無線送信装
置の構成を示す。本実施形態は、制御部７０５からの制
御信号に基づいてフィルタ７０３の中心周波数と帯域幅
を可変するように構成されたものである。フィルタ７０
３は、中心周波数と帯域幅をいずれも自在に変更できる
機能を持ったフィルタであることが前提となる。
【００３６】たとえば、音声のような比較的低レートの
データから動画のように比較的高レートのデータの伝送
が行われる場合、伝送レートに合わせて個々のキャリア
の拡散帯域幅を可変制御するように構成する。図２は、
このような場合の各フィルタの通過帯域の変更例を示し
ており、あるフィルタの通過帯域を８０１の帯域から８
０２のより帯域幅の大きい帯域に切り替えた様子を示し
ている。なお、８０３は他のフィルタの通過帯域、８０
４は当該無線送信装置に割り当てられたチャネル、８０
５は当該無線送信装置以外の装置に割り当てられたチャ
ネルである。
【００３７】次に、本発明に係る無線送信装置の第３の
実施形態について説明する。
【００３８】図９に、この第３の実施形態の無線送信装
置の構成を示す。本実施形態は、個々のキャリア周波数
の信号の電力を測定する電力測定手段９０５と、各フィ
ルタ（超伝導体フィルタ）９０３の温度を監視する温度
監視手段９０９とを備えて構成される。制御部９０７は
電力測定手段９０５の電力測定結果９１０および温度監
視手段９０９の温度監視結果９１１に基づいて、各フィ
ルタ（超伝導体フィルタ）９０３を冷却する冷凍機９０
６の動作効率を可変制御する。
【００３９】前述したように、使用されるキャリア周波
数の数や送信電力は時間によって変わり、各フィルタ９
０３の発熱量も違ってくる。そこで、フィルタ９０３の
発熱量に応じて冷凍機９０６の能力を可変することによ
って冷凍機９０６を効率的に動作させる。これによって
省電力化が可能となる。
【００４０】また、フィルタ９０３の発熱と温度確認タ
イミングとの間には、熱伝導による若干の時間差があ
る。この時間差に起因して一定の温度制御が達成され
ず、これが周波数のゆらぎの原因となることが考えられ
る。そこで前述したようにフィルタ９０３を通過する電
力を測定し、その測定結果９１０に応じて冷凍機９０６
の能力を可変させ、周波数の安定化を図る。
【００４１】また、図１０に示すように、制御部１００
６で予め送信電力が分かっている場合、信号発生器１０
０１およびフィルタ１００３の各出力タイミングに合わ
せて冷凍機１００５の能力を可変させる制御を行うよう
にしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一連の信号発生器、増幅器および帯域可変フィルタを通
る信号が１つのキャリア周波数の信号のみであるため、
各キャリア周波数の信号どうしが増幅器内で相互干渉を
引き起こすことがなくなる。また、１つのキャリア周波
数の信号のみフィルタを通過させるので、隣接チャネル
への漏洩電力が抑圧され、チャネル間の信号の相互変調
歪みが生じにくくなる。このため、個々の増幅器を高効
率で動作させることができる。さらに、増幅器がチャネ
ル毎に分散されたことによって、放熱性が改善され、大
かがりな放熱構造を必要としなくなる。
【００４３】また、本発明によれば、複数の信号処理系
の各帯域可変フィルタの通過帯域として信号処理系毎に
それぞれ異なるキャリア周波数に対応する帯域を選択す
るように制御を行うことで、他のキャリア周波数の信号
の回り込みによる干渉も防止できる。このため、各チャ
ネルの信号を合成器で容易に電力合成することが可能と
なり、無線送信装置の省電力化に寄与することができ
る。
【００４４】さらに、本発明によれば、１つのチャネル
の信号の電力に耐え得る耐性を有するフィルタで済むの
で、超伝導体フィルタを無線送信装置のフィルタとして
利用することができる。
【００４５】さらに、本発明によれば、信号の伝送レー
トに応じて、各帯域可変フィルタの通過帯域の帯域幅を
決定することによって、音声のような比較的低レートの
データ伝送から動画のように高レートのデータ伝送に対
応することができる。
【００４６】また、本発明によれば、超伝導体フィルタ
を冷却する冷凍機の動作効率を改善でき、無線送信装置
の省電力化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の無線送信装置の構成
を示す図である。
【図２】図１に示した無線送信装置におけるフィルタの
通過帯域の変更列を示す図である。
【図３】無線送信装置における増幅器の歪みを示す図で
ある。
【図４】無線送信装置における呼数の時間変化を示す図
である。
【図５】図１に示した第１の実施形態の無線送信装置に
機器の不具合検出機構を付加した例を示す図である。
【図６】図１に示した第１の実施形態の無線送信装置に
フィルタとして超伝導体フィルタを用いた例を示す図で
ある。
【図７】本発明の第２の実施形態の無線送信装置の構成
を示す図である。
【図８】図７に示した無線送信装置におけるフィルタの
通過帯域幅の変更列を示す図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の無線送信装置の構成
を示す図である。
【図１０】図９に示した無線送信装置における冷凍機能
力の可変制御方式の変形例を示す図である。
【図１１】従来の個別増幅方式の無線送信装置の構成を
示す図である。
【図１２】従来の一括増幅方式の無線送信装置の構成を
示す図である。
【符号の説明】
１０１，５０１，６０１，７０１，９０１・・・信号発
生器 １０２，５０２，６０２，７０２，９０２・・・増幅器 １０３，５０３，６０３，７０３，９０３・・・フィル
タ １０４，５０４，６０４，７０４，９０４・・・電力合
成器 １０５，５０５，７０５，９０７・・・制御部 ５０６，５０７，５０８・・・不具合検出手段 ６０６，９０６・・・冷凍機 ９０５・・・電力測定手段 ９０９・・・温度監視手段

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のキャリア周波数を用いて無線通信
    を行う無線送信装置において、 一つのキャリア周波数の信号を発生する信号発生器と、
    前記信号発生器より発生された信号を増幅する増幅器
    と、前記増幅器の出力信号から一つのキャリア周波数の
    信号のみ通過させる帯域可変フィルタとをそれぞれ備え
    た複数の信号処理系と、 前記複数の信号処理系の前記各帯域可変フィルタよりそ
    れぞれ出力された信号を合成する合成器と、 前記複数の信号処理系の前記各帯域可変フィルタよりそ
    れぞれ任意のキャリア周波数の信号のみ通過させるよう
    に前記各帯域可変フィルタの通過帯域を可変制御する制
    御手段とを具備することを特徴とする無線送信装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の無線送信装置において、 前記制御手段は、前記複数の信号処理系の各帯域可変フ
    ィルタの通過帯域として、前記信号処理系毎に異なるキ
    ャリア周波数に対応する帯域を選択することを特徴とす
    る無線送信装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２記載の無線送信装置に
    おいて、 前記帯域可変フィルタが、超伝導体フィルタであること
    を特徴とする無線送信装置。
  4. 【請求項４】 請求項１または２記載の無線送信装置に
    おいて、 前記制御手段は、前記各帯域可変フィルタの通過帯域の
    中心周波数および帯域幅を可変制御することを特徴とす
    る無線送信装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の無線送信装置において、 前記制御手段は、信号の伝送レートに応じて、前記各帯
    域可変フィルタの通過帯域の帯域幅を決定することを特
    徴とする無線送信装置。
  6. 【請求項６】 請求項３記載の無線送信装置において、 前記超伝導体フィルタを冷却する冷却機と、 前記増幅器より出力された信号の電力を測定する電力測
    定手段と、 前記超伝導体フィルタの温度を監視する温度監視手段
    と、 前記電力測定手段により得られた電力測定結果および前
    記温度監視手段により得られたフィルタ温度に基づいて
    前記冷凍機の動作効率を可変制御する制御手段とを具備
    することを特徴とする無線送信装置。
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