JP2005045471A - 高周波電力増幅回路および通信システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】所定の利得を有し入出力特性がほぼ直線的である電力増幅回路(110)の少なくとも前段または後段に増幅器または減衰器(120)を設けるとともに、電力増幅回路の入力と出力のレベルを比較する比較回路(160)を設け、該比較回路の比較結果に応じて前記増幅器または減衰器の利得を変化させることによって前記電力増幅回路の利得の誤差を補正するようにした高周波電力増幅回路において、他の回路もしくは装置から供給される利得制御信号(VPC)と前記比較回路の比較結果とに応じて前記増幅器または減衰器の利得を制御するようにした。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電力増幅回路およびこの高周波電力増幅回路を組み込んだ無線通信装置に適用して有効な技術に関し、特に位相成分のシフトと振幅成分のシフトを行なう変調方式により変調された高周波信号を電力増幅する例えば無線LAN(ローカルエリアネットワーク)のような通信システムに用いられる高周波電力増幅回路に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
携帯電話機等の無線通信装置(移動体通信装置)の送信側出力部には、MOSFET(電界効果トランジスタ)やGaAs−MESFET等の半導体増幅素子を用いた高周波電力増幅回路(一般には多段構成にされる)が組み込まれている。
【0003】
ところで、近年のGSM(Global System for Mobile Communication)方式等の携帯電話機においては、90°位相制御により搬送波を変調するGMSK変調を行なうGMSKモードの他に、位相制御と振幅制御により搬送波を変調する3π/8rotating8−PSK(Phase Shift Keying)変調を行なうEDGE(Enhanced Data Rates for GMS Evolution)モードを有するものが実用化されつつある。1シンボル当たり1ビットの情報を送るGMSK変調に対し、3π/8rotating8−PSK(以下、8−PSKと称する)変調では1シンボル当たり3ビットの情報を送ることができるため、EDGEモードはGMSKモードに比べて高い伝送レート(384kbps)による通信が可能である。この8−PSK変調は、それぞれのシンボルの振幅の大きさは同じであるが、あるシンボルから他のシンボルへ移行する時に振幅の小さいところを通過するため、振幅制御が必要になる。
【0004】
また、GMSKモードの通信では位相変調された信号を要求出力レベルに応じて増幅して出力すれば良いので高周波電力増幅回路を飽和領域で動作させることができるが、EDGEモードの通信では、振幅制御を行なう必要があるため高周波電力増幅回路を非飽和領域で線形動作させなければならない。そのため、EDGEモードの通信が可能な無線通信システムに使用される高周波電力増幅回路は入出力特性が線形であることが望まれる。
【0005】
さらに、近年においては、多重化方式として複数の搬送波を用いるOFDM(直交周波数分割多重)方式を用いたより高速なデータ通信が可能な無線LANシステムが実用化されている。無線LANシステムでは、各搬送波の変調方式として16QAM(Quadrature Amplitude Moduration)または64QAMが用いられる。この16QAMや64QAMは、シンボル自身が2段階以上の振幅値を有するので、EVM(Error Vector Magnitude)を下げてデータの精度を高めるためにも高周波電力増幅回路の入出力特性がより良好な線形性を有することが望まれる。
【0006】
【特許文献1】
特開平6−196939号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
従来、高周波電力増幅回路の入出力特性の線形性の向上は、主としてデバイスを改良することにより達成しようとする傾向が強かった。しかしながら、EDGEモードを有するGSM方式の携帯電話機においては、デバイスの改良である程度所望の線形特性を得ることができるが、無線LAN用の高周波電力増幅回路においてはデバイスの改良のみで所望の線形特性を得ることは非常に困難であることが明らかになった。
【0008】
なお、高周波電力増幅回路における非線形歪みを低減するための発明として、例えば特許文献1に開示されているものがある。特許文献1の発明は、高周波パワーアンプの前段に可変利得アンプを設けるとともに、増幅前の入力信号と増幅後の出力信号を比較してパワーアンプの利得を検出する回路を設け、この利得検出回路の出力信号をループフィルタで制御電圧に変換してパワーアンプの前段の可変利得アンプに供給して利得を制御することで、パワーアンプの利得誤差を補正して線形特性を向上させるものである。
【0009】
この先願の発明は、パワーアンプの利得誤差を補正することはできるが、パワーアンプ自身は固定利得であり、システム全体として利得制御信号によってどのように利得を制御するのかその仕組みが開示されていない。そのため、ある所定の利得で高周波信号を増幅する場合には非線形歪みを低減させることはできるが、平均電力値の利得を広範囲にわたって変化させるような制御を行なうようなシステムに利用する場合にはパワーアンプの非線形歪みを補償することができないという課題がある。
【0010】
本発明の目的は、利得を広範囲にわたって変化させる場合においても入出力特性が良好な線形性を有する高周波電力増幅回路およびそれによってデータエラーの少ない無線通信システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、振幅の小さい信号も振幅の大きい信号もほとんど歪みを生じさせることなく増幅することができる高周波電力増幅回路およびそれによってデータエラーの少ない無線通信システムを提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、所定の利得を有し入出力特性がほぼ直線的である電力増幅回路の少なくとも前段または後段に増幅器または減衰器を設けるとともに、電力増幅回路の入力と出力のレベルを比較する比較回路を設け、該比較回路の比較結果に応じて前記増幅器または減衰器の利得を変化させることによって前記電力増幅回路の利得の誤差を補正するようにした高周波電力増幅回路において、他の回路もしくは装置から供給される利得制御信号と前記比較回路の比較結果とに応じて前記増幅器または減衰器の利得を制御するようにしたものである。
【0012】
上記した手段によれば、電力増幅回路の入出力特性が線形からずれていても、比較回路の比較結果に応じて電力増幅回路の前段または後段の増幅器または減衰器の利得が変化されることによって、電力増幅回路の入出力特性の線形性が補償されるようになる。しかも、利得制御信号と比較回路の比較結果とに応じて電力増幅回路の前段または後段の増幅器または減衰器の利得が制御されるため、入力と出力との誤差分に利得制御信号によるバイアス分が付加されて利得が制御されるようになり、これにより利得を広範囲にわたって変化させる場合にも、電力増幅回路の入出力特性の線形性が補償されるようになる。
【0013】
また、電力増幅回路の入出力特性の非線形歪みはこれを予め測定してテーブルデータ等としてメモリに保持させておいたり適当なトリミング回路に設定しておくことで補正することも可能であるが、上記した手段によれば、電力増幅回路の入力と出力を比較して利得を補正するため、電力増幅回路の利得誤差をリアルタイムで補正することができ、これによって素子の特性が経時的に変化して利得誤差が生じるようになったとしても補正することができるようになる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明に係る高周波電力増幅回路の第1の実施例の概略構成を示す。
図1の実施例の高周波電力増幅回路は、所定の利得を有するパワーアンプ110と、該パワーアンプ110の前段に設けられた利得調整可能なプリアンプ120と、入力高周波信号を分岐、転写ないしは抽出する入力信号抽出手段131と、パワーアンプ110の出力信号を分岐、転写ないしは抽出する出力信号抽出手段132と、入力信号抽出手段131により抽出された信号(入力モニタ信号)の変調成分を取り出す第1の信号受動素子141と、出力信号抽出手段132により抽出された信号(出力モニタ信号)の変調成分を取り出す第2の信号受動素子142と、信号受動素子141,142の出力を対数圧縮する対数圧縮回路151,152と、対数圧縮回路151,152の出力V(t):c1,V(t):c2を比較し出力差V(t):c1−V(t):c2に応じた信号Vgc(=Vpc+V(t):c1−V(t):c2)を出力する信号比較回路160とを備え、該信号比較回路160の出力Vgcにより前記プリアンプ120の利得が制御されるように構成されている。
【0015】
プリアンプ120は利得を制御できるものであれば、増幅回路であっても良いし、減衰回路であっても良い。利得を「1」以上および「1」以下のいずれにも制御可能であればなお良い。
【0016】
さらに、この実施例の高周波電力増幅回路では、前記信号比較回路160が外部からの利得制御信号(パワーコントロール信号)VPCに応じて入力電位差をレベルシフトした出力信号Vgcを出力するように構成されている。また、この実施例の高周波電力増幅回路では、出力側の信号受動素子142または対数圧縮回路152のいずれかがパワーアンプ110の有する増幅率の逆数に相当する減衰率を有するように構成されている。
【0017】
これにより、信号比較回路160への入力信号をほぼ同一レベルの信号として与えることができるようにされる。パワーアンプ110は通常数10dBmの利得を有するように設計されるため、入力信号と出力信号を直接比較して利得誤差を検出できるように信号比較回路160を設計するのは困難であるためである。
【0018】
出力側の信号受動素子142または対数圧縮回路152のいずれかをパワーアンプ110の有する増幅率の逆数に相当する減衰率を有するように構成する代わりに、両方の回路にそれぞれ減衰特性を与えてトータルでパワーアンプ110の有する増幅率の逆数に相当する減衰率が得られるように構成しても良い。
【0019】
なお、図1に示されている回路は、特に制限されるものでないが、複数の半導体チップと容量などのディスクリート部品がセラミック基板のような絶縁基板上に実装され、基板の表面や内部に形成されたプリント配線やボンディングワイヤで各部品が所定の役割を果たすように結合されたモジュール(RFパワーモジュール)として構成することができる。ただし、複数の半導体チップとディスクリート部品で構成する代わりに1つの半導体集積回路と若干の外付け部品で構成することも可能である。本明細書においては、かかる半導体集積回路と上記モジュールを総称して高周波電力増幅回路と称する。
【0020】
前記入力信号抽出手段131および出力信号抽出手段132は、各々絶縁基板の表面や内部に形成されたプリント配線パターンからなる入力線および出力線とそれぞれ並行に配設された導電体との間に形成される容量素子からなるカプラにより構成することができる。ただし、前記入力信号抽出手段131および出力信号抽出手段132は、カプラに限定されるものでなく、入力線および出力線により伝達される信号に影響を与えることなく信号を検出できる手段であればどのようなものであってもよい。
【0021】
例えば入力高周波信号Pinを生成する回路やパワーアンプ110の最終段の増幅用トランジスタの制御端子に印加される信号を制御端子に受け増幅用トランジスタに流れる電流に比例した電流を流す電流検出用トランジスタを設けて、入力信号と出力信号の変調成分の平均電力値を検出するようにしてもよい。
【0022】
前記第1の信号受動素子141と第2の信号受動素子142は、ロウパスフィルタなどから構成され、信号抽出手段131,132からの信号からキャリア(搬送波)を除去し全波整流して変調成分の平均電力値を検出するように機能する。信号受動素子141,142の代わりに、入力信号および出力信号のエンベロープ波形(包絡線)を検出するエンベロープ検波回路を用いても良い。前記信号抽出手段131および132が電流検出用トランジスタにより構成される場合、信号受動素子141および142を省略して、検出された電流を電圧に変換して対数圧縮回路151,152に直接入力するように構成することも可能である。
【0023】
対数圧縮回路151,152は、例えばトランジスタのベース・エミッタ間電圧とコレクタ電流の間の対数特性を利用したログ・アンプと呼ばれる回路により構成することができる。対数圧縮回路151,152を設けることにより、入力信号のレンジが広い場合においても比較的変化の少ない信号に変換することができる。また、対数圧縮を行なうことで信号のレベルが小さい領域での制御精度を高めることができる。
【0024】
パワーアンプ110は、特に制限されるものでないが例えばFETのような増幅用素子を有する3段の増幅段と、各増幅段のFETのゲート端子にバイアス電圧を印加するバイアス回路などから構成される。該パワーアンプ110の最終段のFETを除く他のFETとバイアス回路および前記プリアンプ120、対数圧縮回路151,152、信号比較回路160は1つの半導体チップ上に半導体集積回路として構成することが可能である。少なくとも対数圧縮回路151,152と信号比較回路160は、1つの半導体チップ上に半導体集積回路として構成するのが部品点数を減らす上で望ましい。
【0025】
信号比較回路160に供給される利得制御信号VPCは、例えば携帯電話機では基地局から供給される出力要求レベルに応じた出力レベル指示信号Vrampあるいはこの信号とカプラ等で検出した出力検出信号との誤差信号に応じたフィードバック制御信号Vapcとすることができる。
【0026】
図2は、実施例の高周波電力増幅回路を構成する信号比較回路160の具体的な回路例を示す。
この実施例の信号比較回路160は、減算回路161とバッファ回路162と加算回路163とから構成されている。このうち、減算回路161は、オペアンプAMP1とその入力端子にそれぞれ接続された入力抵抗R1,R2、非反転入力端子と接地点との間に接続された抵抗R3および出力端子と非反転入力端子との間に接続された帰還抵抗R4からなり入力端子IN1,IN2に入力される信号V(t):c1,V(t):c2の電位差に相当する信号V(t):c1−V(t):c2を出力する。
【0027】
バッファ回路162は、例えばバイポーラ・トランジスタQ0とコレクタ抵抗Rc,ベース抵抗Rb,エミッタ抵抗Reとからなるエミッタフォロワ回路で構成され、利得制御信号VPCを加算回路162の入力バイアス点に適したレベルの信号Vpcにレベル変換するとともに、オペアンプAMP2の他方の入力(AMP1の出力)が変化しても信号Vpcが影響を受けないようにインピーダンス変換する。
【0028】
加算回路163は、オペアンプAMP2とその入力端子にそれぞれ接続された入力抵抗R5,R6、反転入力端子と接地点との間に接続された抵抗R7および出力端子と反転入力端子との間に接続された帰還抵抗R8からなり入力抵抗R5とR6を介してアンプAMP2の入力端子にそれぞれ入力される信号Vpcと上記減算回路161の出力V(t):c1−V(t):c2とを加算した電位に相当する信号V(t):c1−V(t):c2+Vpcを出力する。
【0029】
この加算回路163すなわち信号比較回路160の出力V(t):c1−V(t):c2+Vpcが、図1のプリアンプ120に利得制御信号Vgcとして供給されることにより、プリアンプ120の利得が制御される。これによって、図1の実施例の高周波電力増幅回路は、パワーアンプ110の利得誤差(非線形歪み)を補正するとともに利得制御信号VPCに応じた増幅率で高周波信号Pinを増幅した信号Poutを出力することができる。
【0030】
図3には、上記信号比較回路160の変形例を示す。この実施例の回路は、オペアンプAMP2を有する加算回路163が前段に、また後段に減算回路161が設けられ、入力信号を減算してから加算する代わりに、加算してから減算した信号Vpc+V(t):c1−V(t):c2を出力するように構成したものである。Vpc+V(t):c1−V(t):c2を変形するとV(t):c1−V(t):c2+Vpcとなるので、図3のような回路であっても図2の回路と同じ信号を出力することができることが分かる。
【0031】
図4は、実施例の高周波電力増幅回路を構成するプリアンプ120の具体的な回路例を示す。
この実施例のプリアンプ120は、上記信号比較回路160の出力Vgcを当該プリアンプにとって最適なレベルおよび最適なレンジを有する信号に変換する信号変換回路121と、該信号変換回路121の出力端子と接地点との間に直列に接続された2個のダイオード接続のバイポーラ・トランジスタQ1,Q2と、Q1とカレントミラーをなすトランジスタQ3と、該トランジスタQ3のエミッタと接地点との間に接続された増幅用トランジスタQ4と、該トランジスタQ4と前記トランジスタQ2のベース端子間に接続された抵抗R11,R12と、トランジスタQ4のエミッタと接地点との間に接続された抵抗R13と、トランジスタQ3のコレクタと電源電圧端子Vdcとの間に接続された抵抗R14と、入力端子IN0と前記トランジスタQ4のベース端子との間に接続された直流成分を遮断する容量素子C1と、トランジスタQ3のコレクタと出力端子OUT0との間に接続された直流成分を遮断する容量素子C2とから構成されている。
【0032】
増幅用トランジスタQ4とトランジスタQ2のベース端子間に抵抗R11,R12が接続されているのは、入力高周波信号Pinの交流成分が信号変換回路121やトランジスタQ2のベース端子側に漏れて、Q1,Q2に流れる電流に影響を与えるのを防止するためである。
【0033】
この実施例のプリアンプ120は、高周波増幅回路において用いられているカレントミラー回路でバイアス電流を増幅用トランジスタに流す方式に類似した回路構成とされており、カレントミラーをなすトランジスタQ1,Q3により、増幅用トランジスタQ4のアイドル電流を制御することで利得を制御することができる。具体的には、高周波信号Pinが入力端子IN0から容量C1を介してトランジスタQ4のベースに入力され、Q4により電流増幅され、抵抗R14により電流変化が電圧変化に変換されて出力端子OUT0より出力される。この実施例のプリアンプ120は、信号変換回路121に入力される電圧Vgcによって増幅率すなわち利得を変化させることができる。図1のプリアンプ120としては、図4に示されているものの他、一般にロウノイズアンプと呼ばれるものやアッテネータを用いることも可能である。
【0034】
次に、本発明の他の実施例を説明する。
図5は、本発明を適用した高周波電力増幅回路の第2の実施例を示す。この実施例の高周波電力増幅回路は、パワーアンプ110の出力信号を分岐、転写ないしは抽出する出力信号抽出手段132と該出力信号抽出手段132により抽出された信号の変調成分を取り出す第2の信号受動素子142との間に信号減衰手段170を設けたものである。この信号減衰手段170の減衰率Cは、パワーアンプ110の有する増幅率Gの逆数に相当する、つまりC*G=1となるような減衰率とされる。信号減衰手段170は例えば容量素子と抵抗素子とからなるπ型アッテネータ等により構成することができる。
【0035】
図1の実施例の高周波電力増幅回路においては、出力側の信号受動素子142または対数圧縮回路152のいずれかがパワーアンプ110の有する増幅率の逆数に相当する減衰率を有するように構成されているとしたが、第2の実施例のような信号減衰手段170を設けることにより出力側の信号受動素子142または対数圧縮回路152に減衰率を持たせる必要がなくなる。これにより、出力側の信号受動素子142および対数圧縮回路152として、入力側の信号受動素子141および対数圧縮回路151と同一の回路を用いることができ、設計に対する負担が軽くなるという利点がある。
【0036】
ここで、図5の実施例の高周波電力増幅回路における利得制御について詳しく説明する。理解を容易にするため、図5に示されている回路において、パワーアンプ110の利得をG、プリアンプ120の利得をα’(=α*x)、減衰手段170の利得をC、信号受動素子141,142の利得をD、対数圧縮回路151,152の利得をE、信号比較回路160の利得をF、利得制御信号VPCの利得換算値をBとおく。また、入力高周波信号Pinの振幅変調成分をA(t)、搬送波成分をcos(ωt)とおくと、入力高周波信号Pinは、
V(t)=A(t)cos(ωt)
で表わされる。α’=α*xにおけるxは、信号比較回路160からの利得制御電圧Vgcによって変化する変数である。また、対数圧縮回路151,152で行なわれる処理内容と、信号比較回路160で行なわれる処理内容をそれぞれ演算式で表わすと、
E’=E*logx
F’=F(V1−V2)+B
となる。
【0037】
信号受動素子141では、サンプリングされた入力高周波信号Pinから位相成分が除去され振幅変調成分のみが取り出されるため、高周波信号Pinに対して、以下の式で示されるような処理が行なわれることになる。なお、式(1)は信号受動素子141の入力側の信号、式(2)は信号受動素子141の出力側の信号である。
V(t):a1=A(t)cos(ωt) ……(1)
V(t):b1=D*A(t) ……(2)
【0038】
一方、信号受動素子142では、サンプリングされた出力高周波信号Poutに対して、以下の式で示されるように処理することでから位相成分が除去され振幅変調成分のみが取り出される。なお、式(3)は信号受動素子142の入力側の信号、式(4)は信号受動素子142の出力側の信号である。
【0039】
信号受動素子141,142で振幅変調成分のみにされた信号V(t):b1,V(t):b2は、次の対数圧縮回路151,152により、以下のように対数化処理される。
【0040】
その後、対数圧縮された信号V(t):c1,V(t):c2が信号比較回路160で差分を取られた後、利得制御信号VPCのバイアス分が加算されることで、以下のように変化される。
【0041】
さらに、説明の簡易化のため、信号比較回路160に対数圧縮回路151,152と逆関数特性を持たせたとすると、F*E=1となるので、上式は、
と整理される。上記式(8)で示される電圧が利得制御電圧Vgcとしてプリアンプ120に与えられ、利得が制御される。ここで、G*Cは高周波電力増幅回路の入力信号と出力信号との誤差量であり、対数化処理により広いレンジに対応できることが分かる。また、「B」は利得制御信号VPCの利得換算値である。これより、図5の実施例の高周波電力増幅回路は、利得制御信号VPCにより利得を制御することができることが分かる。
【0042】
また、図1の実施例においては、減衰手段170を設ける代わりに、出力側の信号受動素子142または対数圧縮回路152のいずれかがパワーアンプ110の有する増幅率の逆数に相当する減衰率を有するように構成しているため、減衰手段170がなくても図5の実施例の高周波電力増幅回路を用いて説明したのと同様な利得制御動作が行なえることが分かる。
【0043】
具体的には、減衰手段170がない場合には、式(6)において“C”の項がなくなるが、例えば対数圧縮回路151と152の利得をそれぞれE1,E2のように異ならしめると、式(5),(6)は次のようになる。
【0044】
ここで、E2=E1{1+logC/log[α*x*G*D*A(t)]}とすれば、式(6)’は式(6)と同じになることが分かる。対数圧縮回路151と152の利得を異ならせる代わりに、信号受動素子141と142の利得を異ならせるようにしても同様である。
【0045】
次に、本発明の高周波電力増幅回路におけるパワーアンプの入出力特性の線形化つまり利得誤差の補正および利得制御信号VPCによる利得制御の原理を、図11を用いて説明する。
図11において、一点鎖線はパワーアンプ110の本来のゲイン特性で、実線は理想のゲイン特性である。横軸は入力信号Pinの電力、縦軸は出力信号Poutの電力である。図11において、入力信号Pinが−5dBmのポイントに着目すると、このときパワーアンプ110の出力電力は理想特性からΔPだけずれている。本発明の高周波電力増幅回路においては、パワーアンプ110の入力電力Pinを矢印Hのように補正することにより、このずれを補償してパワーアンプ110の出力電力は理想特性に近付けるものである。これにより、パワーアンプ110の入出力特性の線形性が向上される。
【0046】
以上は、式(8)におけるBを「0」と仮定した時の動作であり、上述した補正動作に、利得制御信号VPCによるバイアスが加わると、パワーアンプ110の見かけ上の平均電力値が上昇し、図11に破線で示すように、理想特性が並行移動したような特性が得られる。具体的には、上述した補正動作に利得制御信号VPCによるバイアスが加わると、図11において、矢印Bのようにさらにバイアス点が移動して理想特性が破線のようにシフトする。
【0047】
図6は、本発明を適用した高周波電力増幅回路の第3の実施例を示す。この実施例の高周波電力増幅回路は、入力高周波信号Pinを分岐、転写ないしは抽出する出力信号抽出手段131と該出力信号抽出手段131により抽出された信号の変調成分を取り出す信号受動素子141との間に位相調整回路180を設けたものである。
【0048】
図1を参照すると明らかなように信号比較回路160までの信号経路の途中には、出力信号側の方が色々な回路が介在しておりその分位相が遅くなるので、この位相調整回路180により入力と出力の各サンプリング信号の位相を合わせることができ、それによって、より精度の高い比較が行なえるという利点がある。位相調整回路180は、公知の位相シフト回路と同様の構成を有する回路を用いることができるので、具体的な回路の図示と説明は省略する。
【0049】
図7は、本発明を適用した高周波電力増幅回路の第4の実施例を示す。この実施例の高周波電力増幅回路は、信号比較回路160とプリアンプ120との間に信号比較回路160から出力される式(5)で表わされるような利得制御電圧Vgcを、プリアンプ120の制御電圧−利得特性に適した電圧に変換する電圧変換回路190を設けるようにしたものである。この電圧変換回路190は、対数圧縮回路151,152で行なわれる対数圧縮と逆の変換を行なう回路としてもよい。さらに、この電圧変換回路190を、プリアンプ120の特性のばらつきを補正するような信号を出力したり、温度変化により変動する特性を補償するような信号を出力できるように構成してもよい。
【0050】
図8は、本発明を適用した高周波電力増幅回路の第5の実施例を示す。この実施例の高周波電力増幅回路は、パワーアンプ110の前段に信号比較回路160から出力される利得制御信号Vgcにより利得制御されるプリアンプ120を設ける代わりに、パワーアンプ110の前段に信号比較回路160から出力される利得制御信号Vgcにより利得制御される可変利得アンプもしくはアッテネータからなる増幅/減衰器120’を設けるようにしたものである。
【0051】
この増幅/減衰器120’は、図4に示すプリアンプと同様な回路により構成しても良いし、差動アンプの定電流源の電流値を変化させることで利得を変化させるような一般的な回路によって構成するようにしてもよい。また、パワーアンプ110の前段にプリアンプ120を設け、かつパワーアンプ110の後段に増幅/減衰器120’を設けるようにしても良い。これにより、ノイズの増加を抑えることができる。
【0052】
図9には、本発明に係る高周波電力増幅回路を、IEEE802.11a規格に従った無線LANシステムに適用した場合の一構成例が示されている。
図9の無線LANシステムは、送信信号を電力増幅してアンテナANTを駆動するモジュール化された高周波電力増幅回路(PA)100と、送信信号の変復調機能を有する高周波IC200と、ベースバンド処理を行なうベースバンドLSI300と、受信信号から不要波を除去するバンドパスフィルタ400とから構成されている。
【0053】
高周波IC200は、アンテナANTより受信した信号を直交復調するとともに周波数の低いベースバンド信号に変換する復調器&ダウンコンバート回路210と、ベースバンドLSI300より供給される送信用ベースバンド信号を直交変調するとともに周波数の高いRF信号に変換しアンテナANTより送信させる変調器&アップコンバート回路220を有する。
【0054】
ベースバンドLSI300は、送信データに伝送誤りを訂正するためのCRCコードを付加するFECエンコーダ381、連続する送信データのうち隣同士のデータを隣接する副搬送波(サブキャリア)に配置しないようにするインタリーブ処理や送信データを変調信号の各シンボルに対応付けるマッピング処理を行なうインタリーブ&マッピング処理回路382、周波数軸情報を時間軸情報に変換するためのIFFT(逆高速フーリエ変換)回路383、各シンボル間に時間的な緩衝領域(ガード・インターバル)を挿入するガード・インターバル挿入回路384、ディジタル信号をアナログベースバンド信号に変換するDA変換回路312、復調された受信ベースバンド信号(アナログ信号)をディジタル信号に変換するAD変換回路311、受信信号からガード・インターバルを除去するガード・インターバル除去回路385、時間軸情報を周波数軸情報に変換するためのFFT(高速フーリエ変換)回路386、インタリーブ&マッピング処理回路382と逆の処理を行なうデマッピング&デインタリーブ回路387、復元されたCRCコードを用いて受信データの誤りを訂正するFECデコーダ回路388、チップ全体を制御するシステム制御回路370などを備える。
【0055】
OFDM変調では、多数の副搬送波を用い全搬送波に対して逆フーリエ変換で一括して変調処理を行なうが、伝送中、特定の周波数帯域に発生する雑音波は送信データにバースト誤りを生じさせるので、この特定周波数帯の雑音波によるバースト誤りを回避するため、上記インタリーブ&マッピング処理回路382において、連続する送信データのうち隣同士のデータを隣接する副搬送波に配置しないようにするインタリーブ処理が行なわれる。
【0056】
また、高いビルなどの障害物が多い都会ではビル壁面の反射などによりマルチパスが発生し受信信号は遅延時間の異なる複数の信号(いわゆるゴースト)が加算された信号になるため、上記ガード・インターバル挿入回路384において、送信信号の各有効シンボル間に1シンボル信号の末尾の部分を緩衝領域として付け加える処理が行なわれる。
【0057】
この実施例の無線LANシステムにおいては、高周波電力増幅回路100に対する利得制御信号VPCはベースバンドLSI300から与えるように構成することができる。あるいは、図10に示すように、高周波電力増幅回路100の出力側に出力電力を検出するカプラCPLを設けるとともに、該カプラにより検出された出力レベルとベースバンドLSI300から供給される出力レベル指示信号Vrampとを比較して誤差に応じた利得制御信号VPCを生成する自動パワー制御回路(APC回路)500を設けるようにしても良い。
【0058】
無線LANシステムを構成する高周波電力増幅回路100として前記実施例のような入出力特性の線形性が良好な高周波電力増幅回路を使用することにより、EVM(エラー・ベクトル・マグニチュード)を小さくしてデータのエラー率を低減することが可能となる。むしろ、5GHzの周波数帯の信号を使用してデータを64QAMで変調して送信を行なう無線LANにおいては、前記実施例のような入出力特性の線形性が良好な高周波電力増幅回路を使用しないと無線LANの規格を満足するような特性のシステムを構築することが困難であるということができる。
【0059】
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、前記実施例では、利得制御信号VPCがアナログ信号として与えられる場合について説明したが、利得制御信号VPCがディジタル信号として与えられる場合にも、その信号をDA変換して信号比較回路160へ供給するDA変換回路を設けることにより、前記実施例をそのまま適用することができる。
【0060】
また、前記実施例では、パワーアンプ110の前段または後段に利得誤差を補正するためのプリアンプ120または増幅/減衰器120’を設けて信号比較回路160からの利得制御信号Vgcで利得を制御するようにしているが、パワーアンプ110に利得制御信号Vgcを供給してパワーアンプ110内のバイアス回路等によって利得誤差を補正するように構成することも可能である。
【0061】
以上、主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である無線LANシステム適用した場合について説明したが、本発明はそれに限定されるものでなく、位相制御と振幅制御を行なうEDGEモードを有するGSM方式やDCS(Digital Cellular System)方式の携帯電話機のような無線通信装置の他、位相変調と振幅変調を行なう光伝送システムやADSL、ISDN等の有線伝送システムの送信部に設けられる電力増幅部に適用することができる。
【0062】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、利得を広範囲にわたって変化させる場合においても良好な線形特性を有し、振幅の小さい信号も振幅の大きい信号もほとんど歪みを生じさせることなく増幅することができる高周波電力増幅回路を実現することができる。また、それによって、本発明の高周波電力増幅回路を使用した無線LANのような無線通信システムにおいてはデータエラーを低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高周波電力増幅回路の第1の実施例を示す回路構成図である。
【図2】実施例の高周波電力増幅回路を構成する信号比較回路の具体例を示す回路図である。
【図3】実施例の高周波電力増幅回路を構成する信号比較回路の他の具体例を示す回路図である。
【図4】実施例の高周波電力増幅回路を構成するプリアンプの具体例を示す回路図である。
【図5】本発明に係る高周波電力増幅回路の第2の実施例を示す回路構成図である。
【図6】本発明に係る高周波電力増幅回路の第3の実施例を示す回路構成図である。
【図7】本発明に係る高周波電力増幅回路の第4の実施例を示す回路構成図である。
【図8】本発明に係る高周波電力増幅回路の第5の実施例を示す回路構成図である。
【図9】実施例の高周波電力増幅回路を使用して好適な無線LANシステムの構成例を示すブロック図である。
【図10】実施例の高周波電力増幅回路を使用して好適な無線LANシステムの他の構成例を示すブロック図である。
【図11】実施例の高周波電力増幅回路におけるパワーアンプの入出力特性と理想の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
100 高周波電力増幅回路
110 パワーアンプ部
120 プリアンプ
120’ 増幅/減衰器
131,132 信号抽出手段
141,141 振幅検波回路
151,152 対数圧縮回路
160 信号比較回路
170 減衰手段
180 位相調整回路
190 電圧変換回路
200 高周波IC
300 ベースバンドLSI
400 バンドパスフィルタ
500 自動パワー制御回路
Claims (11)
- 所定の利得を有する電力増幅回路と、該電力増幅回路の少なくとも前段または後段に設けられた増幅器または減衰器と、前記電力増幅回路の入力と出力を比較する比較回路とを備え、該比較回路の比較結果に応じて前記増幅器または減衰器の利得を変化させることによって前記電力増幅回路の利得の誤差を補正する高周波電力増幅回路であって、
他の回路もしくは装置から供給される利得制御信号と前記比較回路の比較結果とに応じて前記増幅器または減衰器の利得を制御するようにされてなることを特徴とする高周波電力増幅回路。 - 入力の変調成分の平均電力を検出する第1の検波手段と出力の変調成分の平均電力を検出する第2の検波手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の高周波電力増幅回路。
- 前記比較回路の前段には、前記第1の検波手段により検波された信号を圧縮する第1の圧縮回路と、前記第2の検波手段により検波された信号を圧縮する第2の圧縮回路とが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の高周波電力増幅回路。
- 前記第1および第2の圧縮回路は対数圧縮回路であることを特徴とする請求項3に記載の高周波電力増幅回路。
- 前記第1の圧縮回路の利得をE、前記電力増幅回路の利得をGとすると、前記第2の圧縮回路はE/Gの利得を有するようにされていることを特徴とする請求項3または4に記載の高周波電力増幅回路。
- 前記電力増幅回路の出力側には、前記電力増幅回路の増副率の逆数に相当する減衰率を有し抽出された信号を減衰する減衰手段が設けられていることを特徴とする求項1〜5のいずれかに記載の高周波電力増幅回路。
- 前記比較回路と、前記第1の圧縮回路と、前記第2の圧縮回路は1つの半導体チップ上に半導体集積回路として形成されていることを特徴とする請求項3〜6のいずれかに記載の高周波電力増幅回路。
- 前記電力増幅回路の入力側には抽出された信号の位相を調整する位相調整回路が設けられていることを特徴とする求項1〜7のいずれかに記載の高周波電力増幅回路。
- 前記比較回路の後段には、該比較回路から出力される信号を、前記増幅器または減衰器の制御信号−利得特性に合致した信号に変換する信号変換手段が設けられていることを特徴とする求項1〜8のいずれかに記載の高周波電力増幅回路。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の高周波電力増幅回路と、送受信データのベースバンド処理を行なうベースバンド回路と、受信信号を復調し送信信号を変調する変復調回路とからなり、前記利得制御信号は前記ベースバンド回路から前記高周波電力増幅回路に供給されることを特徴とする通信システム。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の高周波電力増幅回路と、送受信データのベースバンド処理を行なうベースバンド回路と、受信信号を復調し送信信号を変調する変復調回路と、前記高周波電力増幅回路の出力レベルを検出する手段と、該検出手段からの検出信号と前記ベースバンド回路から供給される出力レベル指示信号との差に応じた信号を生成する誤差検出回路とを備え、該誤差検出回路により生成された前記信号が前記利得制御信号として前記高周波電力増幅回路に供給されることを特徴とする通信システム。
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JP2006303850A (ja) * | 2005-04-20 | 2006-11-02 | Renesas Technology Corp | 高周波電力増幅回路および無線通信端末 |
US7683712B2 (en) | 2007-03-23 | 2010-03-23 | Panasonic Corporation | Wireless frequency power amplifier, semiconductor device, and wireless frequency power amplification method |
JP2010268397A (ja) * | 2009-05-18 | 2010-11-25 | Icom Inc | 送信電力制御装置及び送信電力制御方法 |
US9300253B2 (en) | 2013-11-08 | 2016-03-29 | Socionext Inc. | Amplifier |
JPWO2017187767A1 (ja) * | 2016-04-25 | 2019-02-28 | 株式会社日立国際電気 | 電力増幅装置 |
-
2003
- 2003-07-28 JP JP2003202149A patent/JP2005045471A/ja active Pending
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