JP2004356729A

JP2004356729A - 高周波回路および通信装置

Info

Publication number: JP2004356729A
Application number: JP2003149337A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Itagaki; 芳夫板垣; Keiichi Yamaguchi; 恵一山口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】信号の増幅に関わる電力効率の向上を図りながら、増幅後の信号の電力レベルの安定化を図ることにある。
【解決手段】ディジタル変調部１１および直交変調部１４は、ＣＣＫ方式またはＯＦＤＭ方式から選択された一の変調方式に従って変調信号を生成する。変調信号を、可変利得回路１６，１９を介して電力増幅器２０に入力し、増幅する。制御部２１は、電力増幅器２０のバイアス点を、選択された変調方式に対応して制御する。かつ制御部２１は、電力増幅器２０のバイアス点を制御することに伴う電力増幅器２０の利得変化を補償するように、可変利得回路１６，１９の利得を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の変調方式を選択的に使用することが可能で、かつ各変調方式の変調信号を単一の増幅器で増幅するようにした高周波回路および通信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
異なる変調方式の変調信号を単一の増幅器回路で増幅する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１においては、増幅器回路へと与える制御信号ＢＩＡＳおよび制御信号Ｖｃｃを変調方式に応じて変化させて、増幅器回路を変調方式毎に予め定められた無信号時動作点に設定することが示されている。これにより変調方式の違いに対応して増幅器回路の動作パラメータを変化させ、電力効率の向上を図っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２１６６９０公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来技術では、増幅器回路へ入力される信号の電力レベルの違いを考慮することなく、増幅器回路の動作パラメータを変化させている。この動作パラメータを変化させると、増幅器回路の動作級が変化し、その電力利得が変化する。このため、増幅器回路で増幅した後の信号の電力レベルが各変調方式において満足すべき基準値に対して過不足の状態となるおそれがあった。
【０００６】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、信号の増幅に関わる電力効率の向上を図りながら、増幅後の信号の電力レベルの安定化を図ることができる高周波回路および通信装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明は、複数の変調方式から選択された一の変調方式に従って変調信号を生成する変調手段と、前記変調信号を増幅する電力増幅器と、前記選択された変調方式に応じて前記電力増幅器のバイアス点を変化せしめるとともに、前記変調信号の出力信号レベルを変化せしめる制御手段とを備えた。
【０００８】
このような手段を講じたことにより、複数の変調方式から選択された一の変調方式に従って生成された変調信号は電力増幅器で増幅される。電力増幅器のバイアス点は、変調信号を生成する際に用いられる変調方式に対応して制御される。また、例えば電力増幅器のバイアス点が制御されることに伴う電力増幅器の利得変化を補償し、電力増幅器の出力信号のひずみを基準値以下に抑えるように、変調信号の出力信号レベルが制御される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態につき説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ規格（以下、１１ｂ規格と称する）およびＩＥＥＥ８０２．１１ｇ規格（以下、１１ｇ規格と称する）の双方に対応する無線ＬＡＮ機器に好適な高周波回路について述べる。
【００１１】
図１は第１の実施形態に係る高周波回路１のブロック図である。
【００１２】
図１に示す高周波回路１は、ディジタル変調部１１、Ｄ／Ａ変換部１２，１３、直交変調部１４、発振器１５，１８、可変利得回路１６，１９、ミキサ１７、電力増幅器２０、制御部２１およびテーブル２２を含み、これらを組合わせて１つのモジュールを構成している。
【００１３】
ディジタル変調部１１へは、高周波回路１の外部から端子Ｔ１を介してデータが入力される。ディジタル変調部１１は、上記データを変調し、Ｉ系列およびＱ系列のデータを出力する。ディジタル変調部１１は、１１ｂ規格で採用されるＣＣＫ（ＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙＣｏｄｅＫｅｙｉｎｇ）方式および１１ｇ規格で採用されるＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）方式を選択的に用いることができる。ディジタル変調部１１は、端子Ｔ２を介して入力される変調方式指示信号に基づいて、ＣＣＫ方式またはＯＦＤＭ方式を選択する。
【００１４】
Ｄ／Ａ変換部１２，１３は、上記Ｉ系列およびＱ系列のデータをそれぞれアナログ信号に変換する。
【００１５】
直交変調部１４は、ミキサ１４ａ，１４ｂ、移相器１４ｃおよび加算器１４ｄを含んでおり、周知の構成を持つ。直交変調部１４は、Ｄ／Ａ変換部１２，１３のそれぞれの出力信号を、発振器１５が出力する中間周波帯のローカル信号を用いて直交変調し、１系列の変調信号を得る。
【００１６】
可変利得回路１６は、直交変調部１４の出力信号の電力レベルを変化させる。可変利得回路１６は、制御部２１から出力される第１レベル制御信号に応じて利得を定める。
【００１７】
ミキサ１７は、発振器１８が出力する無線周波帯のローカル信号を用いて、可変利得回路１６の出力信号を無線周波帯にアップコンバートする。
【００１８】
可変利得回路１９は、ミキサ１７の出力信号の電力レベルを変化させる。可変利得回路１９は、制御部２１から出力される第２レベル制御信号のレベルに応じて利得を定める。
【００１９】
電力増幅器２０は、可変利得回路１９の出力信号を無線送信するための電力レベルまで電力増幅する。電力増幅器２０の出力信号は、端子Ｔ３より高周波回路１の外部へ出力される。電力増幅器２０は、制御部２１から出力されるバイアス制御信号のレベルに応じてバイアス点が変化する。
【００２０】
制御部２１は、第１レベル制御信号、第２レベル制御信号およびバイアス制御信号を生成し、出力する。制御部２１は、変調方式指示信号に基づいて、ディジタル変調部１１が使用する変調方式を判定する。制御部２１は、判定した変調方式についてテーブル２２に記憶された情報を取得し、第１レベル制御信号、第２レベル制御信号およびバイアス制御信号を上記取得した情報が示すレベルとする。
【００２１】
テーブル２２は、ディジタル変調部１１でＣＣＫ方式が用いられる場合と、ＯＦＤＭ方式が用いられる場合とのそれぞれついて、第１レベル制御信号、第２レベル制御信号およびバイアス制御信号のそれぞれのレベルを示した情報を記憶する。
【００２２】
図２はテーブル２２に記憶された情報を示す図である。
【００２３】
この図２に示すようにテーブル２２は、バイアス制御信号、第１レベル制御信号および第２レベル制御信号のそれぞれのレベルを、ＣＣＫ方式が用いられる場合にはＬ１１、Ｌ２１、Ｌ３１とし、ＯＦＤＭ方式が用いられる場合にはＬ１２、Ｌ２２、Ｌ３２とすることを記述した情報を記憶する。
【００２４】
次に以上のように構成された高周波回路１の動作につき説明する。
【００２５】
端子Ｔ１からデータが入力されたならば、ディジタル変調部１１がＣＣＫ方式またはＯＦＤＭ方式を用いて上記のデータを変調する。これによりディジタル変調部１１からは、Ｉ系列およびＱ系列の信号がそれぞれ出力される。この２系列の信号は、Ｄ／Ａ変換部１２，１３によりアナログ信号に変換された後、直交変調部１４により直交変調される。
【００２６】
この直交変調の結果として直交変調部１４から出力される信号は、可変利得回路１６によりレベルが調整された上で、発振器１８が出力するローカル信号がミキサ１７にて合成されることにより、無線周波帯にアップコンバートされる。ミキサ１７が出力する信号は、可変利得回路１９によりレベルが調整された上で、電力増幅器２０により無線送信レベルまで増幅される。
【００２７】
ところでテーブル２２に記憶されるレベルＬ１１の値は、電力増幅器２０のバイアス点をＢ級動作点に相当する第１バイアス点に設定するためのバイアス制御信号のレベルとする。テーブル２２に記憶されるレベルＬ１２の値は、電力増幅器２０のバイアス点を第１バイアス点よりもＡ級動作点寄りのＡＢ級動作点に相当する第２バイアス点に設定するためのバイアス制御信号のレベルとする。これらのレベルＬ１１，Ｌ１２の値は、電力増幅器２０の特性などを考慮して予め定める。
【００２８】
制御部２１は、変調方式指示信号に基づいて、ディジタル変調部１１が使用する変調方式がＣＣＫ方式およびＯＦＤＭ方式のいずれであるかを判定する。制御部２１は、ＣＣＫ方式であると判定したならば上記のレベルＬ１１をテーブル２２から取得し、バイアス制御信号をレベルＬ１１とする。また制御部２１は、ＯＦＤＭ方式であると判定したならば上記のレベルＬ１２をテーブル２２から取得し、バイアス制御信号をレベルＬ１２とする。かくして、ディジタル変調部１１がＣＣＫ方式を用いて変調しているときには、電力増幅器２０のバイアス点がＢ級動作点に相当した第１バイアス点に設定される。これに対して、ディジタル変調部１１がＯＦＤＭ方式を用いて変調しているときには、電力増幅器２０のバイアス点が第１バイアス点よりもＡ級動作点寄りのＡＢ級動作点に相当する第２バイアス点に設定される。ただし、第１バイアス点および第２バイアス点は、各変調方式毎の歪みの基準値を満たす範囲内とする。
【００２９】
具体的には、電力増幅器２０は、バックオフ量を変更することで、バイアス点を変更できる。バックオフ量は、電力増幅器２０に内蔵されているトランジスタ（図示せず）のベース部分に流れる電流を制御し、ベース−エミッタ間の電圧を変化させることによって変更できる。そして例えば、ベース−エミッタ間の電圧を２．９Ｖとしてバックオフ量を１０ｄＢとすることで、バイアス点がＡＢ級動作点となる。また、ベース−エミッタ間の電圧を２．７Ｖとしてバックオフ量を３ｄＢとすることで、バイアス点がＢ級動作点となる。
【００３０】
さて、以上のように電力増幅器２０のバイアス点を変更すると、電力増幅器２０での電力利得は、例えばバックオフ量が１０ｄＢであるときに２２ｄＢになるのに対して、バックオフ量が３ｄＢであるときに１７ｄＢになるといった具合に変化する。そこで、各変調方式に対応する送信電力の基準値を満たす為、電力増幅器２０での電力利得の変化分を補償するように、制御部２１が可変利得回路１６，１９の利得を調整する。
【００３１】
制御部２１は、ディジタル変調部１１が使用する変調方式がＣＣＫ方式であると判定しているならば、上記のレベルＬ２１，Ｌ３１をテーブル２２から取得し、第１レベル制御信号をレベルＬ２１とし、第２レベル制御信号をレベルＬ３１とする。また制御部２１は、ＯＦＤＭ方式であると判定しているならば上記のレベルＬ２２，Ｌ３２をテーブル２２から取得し、第１バイアス制御信号をレベルＬ２２とし、第２レベル制御信号をレベルＬ３２とする。レベルＬ２１，Ｌ３１は、ＣＣＫ方式に対応する送信電力の基準値、ＣＣＫ方式の時の電力増幅器２０の電力利得、あるいは可変利得回路１６，１９の特性などを考慮して予め定める。レベル２２，３２は、ＯＦＤＭ方式に対応する送信電力の基準値、ＯＦＤＭ方式の時の電力増幅器２０の電力利得、あるいは可変利得回路１６，１９の特性などを考慮して予め定める。例えば、ＣＣＫ方式時およびＯＦＤＭ方式時の送信電力の基準値が１９ｄＢｍおよび２２ｄＢｍであり、電力増幅器２０の電力利得が１７ｄＢおよび２２ｄＢであるとするならば、電力増幅器２０に入力される信号の電力を２ｄＢｍおよび０ｄＢｍとするように可変利得回路１６，１９のそれぞれの利得を定める。そして可変利得回路１６，１９を上記の定めた利得に制御するためのレベルにレベルＬ２１，Ｌ２２，Ｌ３１，Ｌ３２をそれぞれ定める。
【００３２】
このように第１の実施形態によれば、電力増幅器２０のバイアス点を適応的に変化させて電力効率の向上を図りながら、バイアス点の変化にともなう電力増幅器２０の電力利得の変化を補償するように電力増幅器２０へ入力される信号のレベルが増減され、この結果、電力増幅器２０が出力する信号の各変調方式に対応する送信電力の基準値との差は小さく抑えられる。
【００３３】
なお、各変調方式においても送信出力がそれぞれの基準値を満たすという条件の下で、可変利得回路１６，１９および電力増幅器のそれぞれのバイアス点に対応する、入力電力、電力利得および出力電力のうち少なくとも二つの情報を測定することで得られる値に基づいてテーブル２２の情報を適切に設定するようにすれば、２つの変調方式のいずれが用いられる場合でも、高周波回路１の出力信号の電力レベルをほぼ各変調方式における基準値に調整することが可能である。
【００３４】
ところで、電力増幅器２０のバイアス点を変更すると、入力電力が大きい場合に出力信号に歪（電力増幅器２０から出力される不要波成分と所望波成分との比率）が大きくなってしまうことがある。例を挙げると、電力増幅器２０のバイアス点がＡＢ級動作点からＢ級動作点に変更された場合、入力信号が大き過ぎると出力信号で大きな歪を生じる場合がある。そこで、電力増幅器２０から出力される信号の不要波と所望信号成分との比率が歪み基準値以下、という条件を満たす範囲内でテーブル２２の情報を適切に設定するようにすれば、高周波回路１の出力信号の歪みも小さく抑えることが可能である。
【００３５】
（第２の実施形態）
以上のような高周波回路１を通信装置に組み込むに当っては、第１実施形態に示されるようなユニット構成とする必要はなく、以下に説明するような配置としても良い。
【００３６】
図３は第２の実施形態に係る通信装置のブロック図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
図３に示す通信装置は、ディジタル変調部１１、Ｄ／Ａ変換部１２，１３、直交変調部１４、発振器１５，１８、可変利得回路１６，１９、ミキサ１７、電力増幅器２０、制御部２１、テーブル２２、データ生成部２３、変調方式判断部２４、変調方式決定部２５、アンテナ共用器２６、アンテナ２７およびディジタル復調部２８を含む。これらの各部のうち、ディジタル変調部１１、Ｄ／Ａ変換部１２，１３、制御部２１、データ生成部２３、変調方式判断部２４、変調方式決定部２５およびディジタル復調部２８は、ＢＢ−ＬＳＩ１０１として集積化されている。なお、テーブル２２は、ＢＢ−ＬＳＩ１０１の外部に設けることも可能である。また直交変調部１４、発振器１５，１８、可変利得回路１６，１９およびミキサ１７は、ＲＦ−ＩＣ１０２として集積化されている。
【００３８】
データ生成部２３は、送信対象となるデータを生成する。このデータ生成部２３で生成されるデータが、ディジタル変調部１１に入力される。
【００３９】
変調方式判断部２４は、例えばユーザによりなされるモード指定や通信可能なアクセスポイントが対応している通信方式などに基づいて変調方式を判断する。
【００４０】
変調方式決定部２５は、変調方式判断部２４の判断結果に基づいて、ディジタル変調部１１に使用させる変調方式を決定する。変調方式決定部２５は、決定した変調方式を示した変調方式指示信号を出力する。
【００４１】
アンテナ共用器２６は、電力増幅器２０が出力する信号をアンテナ２７へ供給する。アンテナ共用器２６は、アンテナ２７により受信された信号をＲＦ−ＩＣ１０２へ与える。
【００４２】
ディジタル復調部２８は、ＲＦ−ＩＣ１０２から与えられる信号を復調する。
【００４３】
次に以上のように構成された通信装置の動作につき説明する。
【００４４】
データ生成部２３で生成されたデータを、ディジタル変調部１１がＣＣＫ方式またはＯＦＤＭ方式を用いて上記のデータを変調する。これによりディジタル変調部１１からは、Ｉ系列およびＱ系列の信号がそれぞれ出力される。この２系列の信号は、Ｄ／Ａ変換部１２，１３によりアナログ信号に変換された後、直交変調部１４により直交変調される。
【００４５】
この直交変調の結果として直交変調部１４から出力される信号は、可変利得回路１６によりレベルが調整された上で、発振器１８が出力するローカル信号がミキサ１７にて合成されることにより、無線周波帯にアップコンバートされる。ミキサ１７が出力する信号は、可変利得回路１９によりレベルが調整された上で、電力増幅器２０により無線送信レベルまで増幅される。電力増幅器２０の出力信号は、アンテナ共用器２６を介してアンテナ２７へ供給され、無線送信される。
【００４６】
ディジタル変調部１１が用いる変調方式は、変調方式判断部２４および変調方式決定部２５により決定される。制御部２１は、変調方式決定部２５が出力する変調方式指示信号に基づいて、第１の実施形態と同様にして電力増幅器２０のバイアス点と、可変利得回路１６，１９の利得とをそれぞれ制御する。
【００４７】
このように第２の実施形態によれば、電力増幅器２０のバイアス点を適応的に変化させて電力効率の向上を図りながら、バイアス点の変化にともなう電力増幅器２０の電力利得の変化を補償するように電力増幅器２０へ入力される信号のレベルが増減され、この結果、無線送信に係る送信電力のレベルの各変調方式における基準値に対する変動が小さく抑えられる。
【００４８】
各実施形態は、次のような種々の変形実施が可能である。
【００４９】
２つの変調方式のいずれか一方、あるいは双方が別の方式であっても良い。また３つ以上の変調方式を選択的に用いることを可能としても良い。
【００５０】
制御部２１は、バイアス制御信号、第１レベル制御信号および第２レベル制御信号のレベルを、その決定の条件判断などを含んで作成されたソフトウェアプログラムに基づくソフトウェア処理により決定するようにしても良い。
【００５１】
制御部２１は、バイアス制御信号、第１レベル制御信号および第２レベル制御信号のレベルを、ロジック回路などのようなハードウェアによりアナログ的に出力するようにしても良い。
【００５２】
ディジタル変調部１１が用いる変調方式に対応して利得を制御する対象を、可変利得回路１６，１９のいずれか一方のみとしても良い。
【００５３】
通信装置は、無線通信を行うものには限らず、有線通信を行うものとしても実現可能である。
【００５４】
前記各実施形態はスーパーへテロダイン方式となっているが、ダイレクトコンバージョン方式などの他の方式でも良い。
【００５５】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、電力増幅器のバイアス点を適宜変更することによって、信号の増幅に関わる電力効率の向上を図りながら、電力増幅器の利得変化を変調信号の出力信号レベルを制御することで補償することによって、増幅後の信号の電力レベルの安定化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る高周波回路１のブロック図。
【図２】テーブル２２に記憶された情報を示す図。
【図３】第２の実施形態に係る通信装置のブロック図。
【符号の説明】
１…高周波回路、１１…ディジタル変調部、１２，１３…Ｄ／Ａ変換部、１４…直交変調部、１５，１８…発振器、１６，１９…可変利得回路、１７…ミキサ、２０…電力増幅器、２１…制御部、２２…テーブル、２３…データ生成部、２４…変調方式判断部、２５…変調方式決定部、２６…アンテナ共用器、２７…アンテナ、２８…ディジタル復調部。

Claims

複数の変調方式から選択された一の変調方式に従って変調信号を生成する変調手段と、
前記変調信号を増幅する電力増幅器と、
前記選択された変調方式に応じて前記電力増幅器のバイアス点を変化せしめるとともに、前記変調信号の出力信号レベルを変化せしめる制御手段とを具備したことを特徴とする高周波回路。
変調方式に対応付けて前記電力増幅器のバイアス点および前記変調信号の出力信号レベル値を記述したテーブルをさらに備え、
前記制御手段は前記テーブルを参照して前記電力増幅器のバイアス点および前記変調信号の出力信号レベルを変化せしめることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路。
前記変調手段は、変調信号生成部と、前記変調信号生成部の変調出力信号が入力され前記電力増幅器へ変調信号を出力する可変利得部とを含み、
前記可変利得部は、前記制御手段によりその利得が制御されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高周波回路。
前記可変利得部は、前記変調信号生成部の変調出力信号を周波数変換するミキサ部を備えていることを特徴とする請求項３に記載の高周波回路。
前記ミキサ部の入力段および／または出力段に可変利得回路を具備したことを特徴とする請求項４に記載の高周波回路。
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の高周波回路と、
この高周波回路からの信号を出力するアンテナ部とを具備したことを特徴とする通信装置。