JP2001217661A

JP2001217661A - 無線送信装置、無線送受信装置及び増幅装置

Info

Publication number: JP2001217661A
Application number: JP2000028938A
Authority: JP
Inventors: Seijiro Ishizuka; 誠次郎石塚
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-02-01
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2001-08-10

Abstract

(57)【要約】【課題】内蔵する電力増幅装置に無駄に電力を消費さ
せるのを防いで電力効率を挙げ、実使用通話時間を延ば
すことを可能とする。【解決手段】本発明の実施の形態となる携帯電話装置
は、増幅器３２及び増幅器３４とバイパススイッチ３３
及び３５を内蔵させた電力増幅器２６を一体型ＩＣとし
て備える。そして、電力増幅器２６の後段部（増幅器３
４）をスイッチ３３及びスイッチ３５によりオフすると
ともにバイパスさせる。バイパススイッチ３３及びスイ
ッチ３５の切り換えは制御部から制御入力端子３８を介
して供給される切り換え制御信号に基づく。制御部は受
信部から供給されたRSSI受信電力値に応じて切り換え制
御信号を生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多段の増幅器によ
り構成される電力増幅装置を備え、電力増幅装置の消費
電力を適宜に制御しながら基地局に無線信号を送信する
無線送信装置、基地局に無線信号を送信すると共に無線
信号を受信する無線送受信装置及び前記電力増幅装置の
ような増幅装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＤＭＡ（code division multiple acc
ess）方式の携帯電話装置（以下、端末という）では、
基地局に対する送信電力や受信電力を生成するために電
力増幅装置を内蔵しており、この電力増幅装置に対する
電力制御がきめ細かくなされている。これは、端末が動
き回ることにより、電波伝搬の状態が変わり、それに伴
って受信電界強度が時間的に変動して生じるフェージン
グ（fading）により引き起こされる電力変動を避けるた
めである。また、多くの端末が同じ周波数を使って通信
を行うので、特定の端末からの電波の電力が他の端末か
らの電力よりも強いと、電力の弱い方の電波の信号がマ
スクされてしまい受信できなくなることがあるのを避け
るためである。実際には、基地局において受信される各
端末からの電波の電力が等しくなるように、各端末の送
信電力を制御するものである。例えば、1.25msec毎に1d
Bの電力レベルを上げ下げしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記電力増
幅装置を内蔵した携帯電話装置に対して、米TIA標準規
格のIS-95や、ARIB STDT-53では、送信最大電力を200mW
と規定しているが、実使用時には、10mW前後であること
がテストの結果確認されており、送信電力200mWの電力
増幅装置でありながら実際は10dB程度低い出力の動作条
件で良いことになる。

【０００４】また、上記携帯電話装置の電力増幅装置は
0QPSK変調波を増幅するために線形性が重視されている
が、線形性が重視される増幅装置は何も信号を入れなく
てもバイアスに100mA程が必要となる。つまり、アイド
ルの電流が多くなる。

【０００５】例えば、上記携帯電話装置の電力増幅装置
としては図７に示すように、入力端子４１からの入力信
号を増幅する増幅器４２と、この増幅器４２の出力信号
を増幅する増幅器４３からなる、２段結合したものが使
用される。１段目の増幅器４２では例えば15dBmをまか
ない、２段目の増幅器４３で12.5dBmをまかなってい
る。実使用時には１段目の増幅器４２分の電力で十分で
あるので、アイドル電流100mA（at Vdd=3.5V）が、増幅
器１段分不必要な状況下では無駄な消費となってしま
う。

【０００６】しかし、現状は、いかなる出力電力範囲の
動作にあっても多段の増幅器の構成のままでありアイド
ル電流の浪費が目立っている。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、内蔵する電力増幅器に無駄に電力を消費させるの
を防いで電力効率を挙げ、実使用通話時間を延ばすこと
が可能な無線送信装置、無線送受信装置の提供を目的と
する。また、無駄な電力消費を防ぐことのできる電力増
幅装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る無線送信装
置は、上記課題を解決するために、基地局に対して信号
を無線送信する無線送信装置において、上記基地局に対
して信号を送信するための電力を生成する多段構成の電
力増幅手段を備え、上記電力増幅器の多段構成の一部を
上記基地局に対して信号を送信するために要求される送
信電力に応じて切り換える。つまり、上記基地局に対し
て信号を送信するために要求される送信電力に応じて上
記電力増幅手段の多段構成を切り換える。また、このと
き、上記電力増幅手段の多段構成の一部の電源を上記送
信電力に応じてオフしてから切り離す。

【０００９】また、本発明に係る無線送受信装置は、上
記課題を解決するために、基地局に対して信号を無線送
信するとともに無線受信する無線送受信装置において、
上記基地局に対して信号を送信するための電力を生成す
る多段構成の電力増幅手段を備え、上記電力増幅器の多
段構成の一部を上記基地局からの信号受信電力に応じて
切り換える。つまり、上記基地局からの信号受信電力に
応じて上記電力増幅手段の多段構成を切り換える。ま
た、このとき、上記電力増幅手段の多段構成の一部の電
源を上記送信電力に応じてオフしてから切り離す。

【００１０】また、本発明に係る増幅装置は、上記課題
を解決するために、複数の増幅手段によって構成される
増幅装置において、上記複数の増幅手段は、一部を切り
離すことができる構成とされ、制御信号に基づいて上記
多段構成の一部の電源をオフしてから切り離される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。この実施の形態は、本
発明の無線送信装置又は無線送受信装置の具体例となる
送信系、受信系を内蔵する携帯電話装置である。

【００１２】この携帯電話装置の受信系及び送信系につ
いて図１を用いて説明する。先ず、受信系について説明
する。アンテナ１により受信された信号がアンテナ共用
器１１を介して受信部２に供給される。受信部２には、
局部発振器３からの局部発振信号が供給される。受信部
２からの受信信号が変復調及びベースバンド処理部４に
供給され、復調、フィルタリング等の処理が受信信号に
対してなされる。変復調及びベースバンド処理部４から
の受信音声信号が音声処理部６に供給され、周波数特性
の補正、増幅などの処理を受けてスピーカ７に供給され
る。

【００１３】次ぎに、送信系について説明する。マイク
ロホン８の出力が音声処理部６を介して変復調及びベー
スバンド処理部４に供給される。そして、変復調及びベ
ースバンド処理部４からの変調出力が送信部１０に供給
される。送信部１０は後述するように多段構成の電力増
幅器等で構成される。送信部１０からの送信信号がアン
テナ共用器１１を介してアンテナ１に供給される。

【００１４】さらにこの携帯電話装置には、操作部１２
及び制御部１３が設けられている。操作部１２は、押し
釦、回転つまみ等を含む。制御部１３は、マイクロコン
ピュータで構成され、携帯電話装置全体の動作を制御す
るために、各種のコントロール信号を発生する。また、
受信部２から受信ＲＦ信号の検波レベル、すなわち、受
信信号の電界強度を示すデータ（Received signal stre
ngth indicator；RSSI）が制御部１３に供給される。制
御部１３は、このRSSIを見て送信部１０の電力増幅器の
送信電力を制御する。

【００１５】ＣＤＭＡ通信方式では、上記送信部１０の
電力増幅装置における送信電力は、RSSI受信電力値に対
して73dBm補正した電力を初期値とすることが決められ
ている。つまり、-(RSSI)-73=送信電力となる。例え
ば、RSSIが-73dBmであった場合、初期送信電力は、-(-7
3)-73=0dBmとなる。

【００１６】基地局との通信が開始された後の送信電力
制御は、基地局から適正な値の指示を受け、例えば1dBm
のステップで1.25msec毎に出力電力を上下に変更して、
基地局において受信される端末からの電波の電力が一定
の値になるように制御される。

【００１７】次ぎに、上記図１に示した送信系の詳細に
ついて図２を参照しながら説明する。上記図１に示した
変復調及びベースバンド処理部４から入力端子１８，１
９を介してＩ，Ｑ変調信号が供給され、変調器２０によ
り変調される。変調出力がＡＧＣ増幅器２１を介してミ
キサ２２に供給される。ＡＧＣ増幅器２１には上記図１
に示した制御部１３からゲイン制御信号が供給される。
ゲイン制御は、初期には上記RSSIを利用して行われる。
その後、上述したように基地局からの指示にしたがって
なされる。ミキサ２２には局部発振器３からの局部発振
信号が供給される。ミキサ２２からの出力信号がバンド
パスフィルタ（ＢＰＦ）２３に供給される。

【００１８】ＢＰＦ２３の出力信号は駆動増幅器２４に
供給される。駆動増幅器２４にも上記制御部１３からゲ
イン制御信号が供給される。駆動増幅器２４で駆動用に
増幅された信号はＢＰＦ２５でフィルタリングされた
後、本発明に係る増幅装置の具体例である多段構成の電
力増幅装置２６に供給される。

【００１９】電力増幅装置２６は、詳細について後述す
るが一部を切り換えることができる多段に構成した増幅
手段を備え、上記制御部１３からの制御信号に基づいて
多段構成の一部を切り換える。また、この電力増幅装置
２６は上記制御信号に基づいて多段構成の一部の電源を
オフする。この電力増幅装置２６で送信電力が増幅され
た送信信号はアイソレータ２７により一方向にのみ減衰
せずに伝送されアンテナ共用器１１を介してアンテナ１
に供給される。そして、アンテナ１からＲＦ無線信号と
して基地局に送信される。

【００２０】次ぎに、電力増幅装置２６の詳細について
説明する。一般的に携帯電話装置の電力増幅器では二つ
の増幅器を二段結合したものが使用されている。例え
ば、上記図７に示したように、増幅器４２と増幅器４３
を２段結合し、送信最大電力200mW（23dBm）を稼いでい
る。しかし、実際には図３及び図４に示す、都市部及び
郊外での出力電力分布調査によると、実使用時では送信
電力が10mW前後であることが確認されている。すなわ
ち、図３に示した都市部における出力電力分布調査で
は、22dBmを超える送信電力を使用する率は0.2%以下で
あり、平均的な出力は3.5mW（5.4dBm）である。また、
図４に示した郊外における出力電力分布調査において
も、平均的な出力は11.5mW（10.6dBm）である。したが
って、送信電力200mWの電力増幅装置でありながら実際
は10dB程度低い出力の動作条件での使用が多い。

【００２１】そこで、この実施の形態では、図５に示す
ように、増幅器３２及び増幅器３４と、バイパススイッ
チ３３及び３５を内蔵させた一体型ICとして電力増幅装
置２６を構成する。そして、電力増幅装置２６の後段部
（増幅器３４）をスイッチ３３及びスイッチ３５により
切り換える。バイパススイッチ３３及びスイッチ３５の
切り換えは上記図１に示した制御部１３から制御入力端
子３８を介して供給される切り換え制御信号に基づく。
制御部１３は受信部２から供給されたRSSI受信電力値に
応じて切り換え制御信号を生成する。また、電力増幅装
置２６にはVDD端子３７とGND端子３９が設けられ、それ
ぞれの増幅器３２及び増幅器３４には電源電圧ＶDDの供
給により例えば100mAのバイアス電流が流されるが上記
制御部１３からの制御信号に応じて電源電圧ＶDDの増幅
器３４への供給はオフされる。このため、制御部１３の
制御に応じて増幅器３４は電源がオフされるとともに多
段構成の電力増幅装置２６から切り離されることにな
る。

【００２２】電力増幅装置２６の１段目の増幅器３２は
13dBmをまかない、２段目の増幅器３４は12.5dBmをまか
なっているとする。増幅器３２には入力端子３１を介し
て上記ＢＰＦ２５からのフィルタ出力信号が供給され
る。また、増幅器３２又は増幅器３４の出力信号は出力
端子３６を介してアイソレータ２７に供給される。

【００２３】次ぎに、携帯電話装置を使用していると
き、制御部１３が上記RSSIを見ることにより、電力増幅
装置２６のスイッチ３３及び３５の切り換え、電源電圧
の供給を切り換えるながら、送信電力を制御する様子を
説明する。制御部１３はRSSI電力値に対して例えば-86d
Bmをしきい値とする。-(-86)-（73)＝13dBmとなり、も
し、上記RSSI電力値がしきい値（-86dBm）よりも小さい
ときには上記13dBmよりも大きな送信電力が必要となる
ので、図５においてスイッチ３３及びスイッチ３５を端
子ａに接続し、増幅器３４を切り離すことなく、増幅器
３２及び増幅器３４を２段で使用する。すると、入力端
子３１を介してＢＰＦ２５から供給された信号は増幅器
３２及び増幅器３４で共に増幅され、上記13dBmよりも
大きな送信電力とされて出力端子３６からアイソレータ
２７に供給される。一方、上記ＲＳＳＩ電力値がしきい
値（−８６ｄＢｍ）以上であるときには上記13dBm以下
の送信電力で済むので、上記スイッチ３３及びスイッチ
３５を端子ｂに接続し、増幅器３４を切り離し増幅器３
２のみを使用すると共に、増幅器３４の電源電圧の供給
をオフする。このため、入力端子３１を介してＢＰＦ２
５から供給された信号は増幅器３２のみで上記13dBm以
下で増幅され、出力端子３６からアイソレータ２７に供
給される。

【００２４】したがって、携帯電話装置では、上記RSSI
により電力増幅装置２６の２段構成の一部を切り換え、
かつ一部の電源をオフすることができるので、都市部や
郊外において送信電力が余り必要でない場合には、無駄
に電力を消費しなくなる。つまり、電力効率を挙げるこ
とができ、実使用通話時間を延ばすことができる。ま
た、バイパススイッチを内蔵させた一体型ICであり、基
板実装の無駄がない。さらに、電力増幅器と切り換えス
イッチは同一半導体プロセスで製造でき、一体型とする
ことで低価格化が実現できる。

【００２５】ここで、送信電力13dBm（20mW）における
効率を、本実施の形態と従来の例とで比較する。図６の
（ａ）には従来の２段構成の電力増幅器を、図６の
（ｂ）には本実施の形態で用いた２段構成の電力増幅器
の構成を示す。特に、図６の（ｂ）においてバイパスス
イッチ３３及び３５がそれぞれ端子ｂ側に接続されてい
れば、増幅器３２のみが使用されることになる。さら
に、制御部１３の制御により、増幅器３４の電源はオフ
される。

【００２６】図６の（ａ）に示した従来の２段構成の電
力増幅器では、電源電圧Ｖddが3.5Vのとき、バイアス電
流として消費される電流は二つの増幅器に流れる電流の
合計となりＩdd(1+2)＝80ｍＡとなる。したがって、従
来の２段構成の電力増幅器が送信電力13dBm（20mW）を
得るための効率ηは、Ｐin＝Ｖdd×Ｉdd(1+2)＝3.5×0.
08＝280mWで、送信電力20mWを除算した値×100［%]とな
り、η＝Ｐout／Ｐin＝20／280≒7%である。

【００２７】これに対して、図６の（ｂ）に示したよう
に、増幅器３４をスイッチ３３及び３５により切り離す
とともに、電源電圧Ｖddをオフとすると、電源電圧Ｖdd
＝3.5Vは破線で示すように増幅器３２にのみかけられ、
バイアス電流として消費される電流は増幅器３２に流れ
る電流のみとなりＩdd1＝15ｍＡとなる。したがって、
効率ηは、 η＝Ｐout／Ｐin＝20／(3.5×0．015）≒38% となる。

【００２８】つまり、電力増幅端で20mWの送信電力が必
要とされるときに、上記図６の(a)に示す従来の２段構
成では効率ηが7%であったのに対し、上記図６の（ｂ）
に示した本実施の形態で用いた電力増幅器では38%程度
改善される。消費電流としては、85-15＝70mA改善され
る。

【００２９】なお、上記実施の形態では、制御部１３が
受信部２から送られてくるRSSI送信電力値に基づいて電
力増幅装置２６の２段構成を切り換えたが、基地局から
送られてくる電力制御信号を用いて、制御部１３が電力
増幅装置２６の２段構成を切り換えても良い。

【００３０】また、一般的に増幅器入出力間は、効率の
良いインピーダンスで整合をとり一般的な５０Ωでは無
いが、本実施の形態では多段構成を切り換えても切り換
えなくてもインピーダンスが５０Ωとなるように構成し
ている。つまり、二段構成の増幅器３２，３４のインピ
ーダンスがそれぞれ５０Ωとなるように構成している。

【００３１】

【発明の効果】本発明に係る無線送信装置及び無線送受
信装置によれば、内蔵する電力増幅装置に無駄に電力を
消費させるのを防いで電力効率を挙げ、実使用通話時間
を延ばすことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態となる携帯電話装置の構成
を示すブロック図である。

【図２】上記携帯電話装置の送信系の詳細な構成を示す
ブロック図である。

【図３】都市部における携帯電話装置の送信電力分布図
である。

【図４】郊外における携帯電話装置の送信電力分布図で
ある。

【図５】上記図２に示した送信系で使用される電力増幅
器の詳細な構成を示す図である。

【図６】中電力送信の場合の従来例と本実施の形態での
効率の比較を説明するための図である。

【図７】携帯電話装置に使用されている従来の電力増幅
器の構成を示す図である。

【符号の説明】

２受信部、１０送信部、１３制御部、２６電力
増幅装置、３２増幅器、３３バイパススイッチ、３
４増幅器、３５バイパススイッチ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年４月１３日（２０００．４．１
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】ところで、上記電力増幅装置を内蔵した携
帯電話装置に対して、米TIA標準規格のIS-95や、ARIB S
TD-T53では、送信最大電力を200mWと規定しているが、
実使用時には、10mW前後であることがテストの結果確認
されており、送信電力200mWの電力増幅装置でありなが
ら実際は10dB程度低い出力の動作条件で良いことにな
る。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】例えば、上記携帯電話装置の電力増幅装置
としては図７に示すように、入力端子４１からの入力信
号を増幅する増幅器４２と、この増幅器４２の出力信号
を増幅する増幅器４３からなる、２段結合したものが使
用される。１段目の増幅器４２では例えば15dBの利得を
まかない、２段目の増幅器４３で12dBの利得をまかなっ
ている。実使用時には１段目の増幅器４２分の電力で十
分であるので、アイドル電流100mA（at Vdd=3.5V）が、
増幅器１段分不必要な状況下では無駄な消費となってし
まう。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】電力増幅装置２６の１段目の増幅器３２は
15dBの利得（0dBm＋15dB=15dBmの電力）をまかない、２
段目の増幅器３４は12dBの利得（15dBm＋12dB=27dBmの
電力）をまかなっているとする。増幅器３２には入力端
子３１を介して上記ＢＰＦ２５からのフィルタ出力信号
が供給される。また、増幅器３２又は増幅器３４の出力
信号は出力端子３６を介してアイソレータ２７に供給さ
れる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基地局に対して信号を無線送信する無線
送信装置において、上記基地局に対して信号を送信するための電力を生成す
る多段構成の電力増幅手段を備え、上記電力増幅手段の多段構成の一部を上記基地局に対し
て信号を送信するために要求される送信電力に応じて切
り換えることを特徴とする無線送信装置。
【請求項２】上記電力増幅手段の多段構成の一部の電
源を上記送信電力に応じてオフしてから切り離すことを
特徴とする請求項１記載の無線送信装置。
【請求項３】上記多段構成の電力増幅手段は、一段使
用時又は多段使用時においても入出力インピーダンスが
変動しないことを特徴とする請求項１記載の無線送信装
置。
【請求項４】基地局に対して信号を無線送信するとと
もに無線受信する無線送受信装置において、上記基地局に対して信号を送信するための電力を生成す
る多段構成の電力増幅手段を備え、上記電力増幅手段の多段構成の一部を、上記基地局から
の信号受信電力に応じて、切り換えることを特徴とする
無線送受信装置。
【請求項５】上記電力増幅手段の多段構成の一部の電
源を上記送信電力に応じてオフしてから切り離すことを
特徴とする請求項４記載の無線送受信装置。
【請求項６】上記基地局からの信号受信電力の電界強
度を所定のしきい値と比較した結果に基づいて上記電力
増幅手段の多段構成の一部を切り換えることを特徴とす
る請求項４記載の無線送受信装置。
【請求項７】上記電力増幅手段の多段構成の一部の電
源を上記比較結果に応じてオフしてから切り離すことを
特徴とする請求項６記載の無線送受信装置。
【請求項８】複数の増幅手段によって構成される増幅
装置において、上記複数の増幅手段は、一部を切り離すことができる構
成とされ、制御信号に基づいて上記多段構成の一部の電
源をオフしてから切り離されることを特徴とする増幅装
置。