JP2006115218A - 無線送信機、送信信号電力調整装置および送信信号電力調整方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1ビットのデータに対応して2以上の矩形波信号を生成し送信アンテナ3に供給する矩形波信号生成部102を備える。送信アンテナ3から出力される信号は、それぞれの矩形波信号に基づく高周波パルス信号の重ね合わせとなる。したがって、矩形波信号を生成する時間間隔を調整することにより、重ね合わされた高周波パルス信号の電力が加算され、送信信号電力が増幅される。
【選択図】 図7
Description
また、搬送波を用いない従来の無線送信機では、パワーアンプの帯域が非常に広いため、パワーアンプの設計が更に複雑になり実装が難しく、コストがかかるという問題があった。加えて、パワーアンプの帯域を広く保ちつつゲインを調節することは更に難しく、コストがかかるという問題があった。
ここで、前記調整手段は、前記時間間隔を前記矩形波信号のパルス幅の2×n/X倍(Xは前記矩形波信号の高調波成分の次数、nはX/2よりも大きい整数)に調整することができる。
また、前記矩形波信号生成手段は、前記複数の矩形波信号生成回路の出力信号の何れかを選択して前記アンテナに出力するスイッチを更に備えるようにしてもよい。
ここで、前記送信信号電力を調整するステップは、前記矩形波信号のパルス幅の2×n/X倍(Xは前記矩形波信号の高調波成分の次数、nはX/2よりも大きい整数)の時間間隔で前記矩形波信号を生成するようにしてもよい。
また、前記矩形波信号を生成するステップは、前記ディジタル信号における2状態何れかのビットに基づき前記矩形波信号を生成するようにしてもよい。
一方、本発明の各手段は簡単なディジタル回路で実現でき、図13に示したような高周波アナログ回路からなる従来のパワーアンプを用いる必要がない。したがって、設計が簡易になり、低コストで送信信号電力を調整することが可能となる。
また、複数の矩形波信号生成回路の出力信号の何れかを選択することにより、1ビットのデータに基づく矩形波信号の数が決定する。この矩形波信号の数、すなわち電力加算に寄与する高周波パルス信号の数により、送信信号電力を調整することができる。
図1に示す無線送信機は、データが「1」と「0」の状態にコード化されたディジタル信号(以下「データ信号」という)をそのデータ信号の状態「1」のビットに対応して状態遷移する信号S1に変換する信号変換部1と、信号変換部1から入力される信号S1の状態遷移に同期して矩形波信号S2を生成する矩形波信号生成部2と、矩形波信号生成部2から供給される矩形波信号S2により励振される送信アンテナ3とから構成される。なお、「矩形波信号」とは、電圧の立ち上がりから立ち下がりまで(場合によっては、立ち下がりから立ち上がりまで)の電圧変化をいう。
したがって、信号S1は図2(D)に示すように、データ信号の状態「1」のビットに対応して状態遷移する。より具体的には、状態「1」のビットのDuty50%(中央)の位置で状態遷移する。言い換えれば、信号S1の立ち上がりおよび立ち下がりが、データ信号の状態「1」にビットに対応することになる。
遅延回路21は、図4(A)に示すようなDFF41で実現することができる。遅延回路21をDFF41で実現する場合には、DFF41に供給するクロック信号Cの周波数によってDFF41の遅延量が決まり、矩形波信号S2のパルス幅Tが決まる。したがって、クロック制御回路51を用いてDFF41に供給するクロック信号Cの周波数を可変とすることにより、矩形波信号S2のパルス幅Tを動的に変化させることができる。
インバータ回路42,45は、例えば図4(C)に示すように、電圧源vddと接地との間に直列に接続されたPMOS61およびNMOS62から実現することができる。
また、MOSスイッチ43,46の代わりに抵抗を用いて遅延回路21を実現してもよい。この場合にもRC時定数により遅延量を調整できる。いずれにせよ、遅延回路21は、図4に示した構成には限定されない。
2n+1次高調波成分の信号振幅は、図5に示すように矩形波信号の信号振幅に比べ1/(2n+1)になる(3次高調波では1/3、5次高調波では1/5)。したがって、高次の高調波成分を送信する場合ほど、送信信号電力が小さくなる。
なお、矩形波信号S2のパルス幅Tは、送信アンテナ3の中心周波数が(2n+1)/2Tとなるように決めることができる。
このRFパルス信号のパルス幅は、送信アンテナ3のインパルス応答およびアンテナ帯域で決まる。アンテナ帯域が広い場合にはこのパルス幅は短くなり、逆にアンテナ帯域が狭い場合にはこのパルス幅は長くなる。
矩形波信号S2のスペクトルが示されている図3を参照すると、矩形波信号S2の3次高調波成分の周波数は3/2Tに相当するから、3次高調波成分を送信アンテナ3から出力する場合には、図3に示すような帯域の送信アンテナ3を用意すればよい。
さらに、遅延量が小さいほど、矩形波信号S2を出力する排他的論理和回路22も高速に動作する必要がある。遅延量が大きければ、排他的論理和回路22に要求される動作速度は緩和される。
また、規制値に対応した高次高調波成分を利用することで、基本波成分を利用する場合に必要となる減衰器を用いる必要がなくなるといった効果も得られる。
図7は、本発明の一実施の形態に係る送信信号電力調整装置が適用される無線送信機の構成を示すブロック図である。この図7では、図1に示した構成要素と同一の構成要素に対しては、図1と同一符号を用いている。また、図8は、図7に示す無線送信機の各部の信号波形および信号スペクトルの一例を示す図である。
図7に示す無線送信機は、図1に示した無線送信機の矩形波信号生成部2に代えて、信号変換部1から入力される信号S1の状態遷移に同期して1つまたは2つの矩形波信号を選択的に出力することにより送信信号電力の調整を行う送信信号電力調整部102を用いるものである。
図9(A)〜(C)は、単一の矩形波信号を送信アンテナ3に供給し、その3次高調波成分を送信する場合の信号波形であり、矩形波信号S3を送信アンテナ3に供給する場合に相当する。送信アンテナ3から出力される信号は図9(C)に示すようなRFパルス信号になり、このRFパルス信号のパルス幅はアンテナ帯域等に依存して変化する(帯域が広い場合にはパルス幅は短く、狭い場合には長くなる)。
以上のように、矩形波信号S3を送信するときよりも矩形波信号S4を送信するときの方が送信信号電力が大きくなるので、送信信号として矩形波信号S3,S4の何れを選択するかにより、送信信号電力を調整することが可能となる。
一般化すれば、X次高調波成分(Xは正の奇数)を送信する場合には、T2=2×T1×n/X(nはX/2よりも大きい整数)とすればよい。
したがって、矩形波信号の生成時間間隔T2を2×T1×n/Xとし、それぞれの矩形波信号の高調波成分の位相関係を同位相とすることにより、送信信号電力を調整することが可能となる。
図1における遅延回路21と同様に、遅延回路21a,21bは図10(A)に示すようなDFF41a,41bで実現することができる。
遅延回路21aをDFF41aで実現する場合には、DFF41aに供給するクロック信号C1の周波数によってDFF41aの遅延量が決まり、矩形波信号S3のパルス幅T1が決まる。したがって、クロック制御回路51aを用いてクロック信号C1の周波数を可変とすることにより、矩形波信号S3のパルス幅T1を動的に変化させることができる。この場合には、クロック制御回路51aが、矩形波信号S3のパルス幅T1を調整する調整手段として機能する。
図10(B)に示す例では、インバータ回路42a,45a,42b,45bの出力端子がMOSスイッチ43a,46a,43b,46bおよび容量44a,47a,44b,47bを介して接地されている。MOSスイッチ43a,46aのゲート端子電圧V1によってインバータ回路42a,45aの出力のRC時定数が決まり、MOSスイッチ43b,46bのゲート端子電圧V2によってインバータ回路42b,45bの出力のRC時定数が決まり、それぞれの遅延量が決まる。
また、電圧制御回路52bを用いてMOSスイッチ43b,46bのゲート端子電圧V2を可変とすることにより、矩形波信号の生成時間間隔T2を動的に変化させることができる。この場合には、電圧制御回路52bが、矩形波信号の生成時間間隔T2を調整する調整手段として機能する。
なお、送信信号電力調整部においてデータ信号の同一ビットに対応して生成される矩形波信号の数の上限は、これらの矩形波信号がそのビットの時間内に生成されるように決められる。
なお、本実施の形態に係る送信信号電力調整部102,202が適用された無線送信機に対応する無線受信機は、例えば、送信信号を受信する受信アンテナと、受信された信号を増幅するローノイズアンプと、増幅された信号を検波する包絡線検波器と、検波された信号をカウントすることにより図1における信号S1を復元する2進カウンタと、信号S1の立ち上がりまたは立ち下がりに同期して状態「1」を出力することにより図1におけるデータ信号を復元する信号変換器とから構成することができる。
Claims (9)
- 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信機であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して2以上の矩形波信号を生成し出力する矩形波信号生成手段と、
前記矩形波信号により励振されるアンテナとを備え、
前記矩形波信号生成手段は、前記矩形波信号を生成する時間間隔を調整する調整手段を含むことを特徴とする無線送信機。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する無線送信機の送信信号電力調整装置であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して2以上の矩形波信号を生成しアンテナに供給する矩形波信号生成手段を備え、
この矩形波信号生成手段は、前記矩形波信号を生成する時間間隔を調整する調整手段を含むことを特徴とする送信信号電力調整装置。 - 請求項2に記載の送信信号電力調整装置において、
前記調整手段は、前記時間間隔を前記矩形波信号のパルス幅の2×n/X倍(Xは前記矩形波信号の高調波成分の次数、nはX/2よりも大きい整数)に調整することを特徴とする送信信号電力調整装置。 - 請求項2または3に記載の送信信号電力調整装置において、
前記矩形波信号生成手段は、縦続接続された複数の矩形波信号生成回路を備え、
前記矩形波信号生成回路は、入力信号を遅延させる遅延回路と、前記入力信号の状態と前記遅延回路の出力信号の状態とが互いに同じか異なるかで出力電圧を変えることにより矩形波信号を生成する演算回路とを備え、
前記調整手段は、2段目以降の矩形波信号生成回路に対し前記遅延回路の遅延量を調整することを特徴とすることを特徴とする送信信号電力調整装置。 - 請求項4に記載の送信信号電力調整装置において、
前記矩形波信号生成手段は、前記複数の矩形波信号生成回路の出力信号の何れかを選択して前記アンテナに出力するスイッチを更に備えることを特徴とする送信信号電力調整装置。 - 請求項2〜5の何れか1項に記載の送信信号電力調整装置において、
前記ディジタル信号をこのディジタル信号における2状態何れかのビットに対応して状態遷移する信号に変換し前記矩形波信号生成手段に出力する信号変換手段を更に備えることを特徴とする送信信号電力調整装置。 - 入力されたディジタル信号を無線送信する際の送信信号電力調整方法であって、
前記ディジタル信号の1ビットのデータに対応して2以上の矩形波信号を生成しアンテナに供給するステップと、
前記矩形波信号を生成する時間間隔により送信信号電力を調整するステップと
を備えることを特徴とする送信信号電力調整方法。 - 請求項7に記載の送信信号電力調整方法において、
前記送信信号電力を調整するステップは、前記矩形波信号のパルス幅の2×n/X倍(Xは前記矩形波信号の高調波成分の次数、nはX/2よりも大きい整数)の時間間隔で前記矩形波信号を生成することを特徴とする送信信号電力調整方法。 - 請求項7または8に記載の送信信号電力調整方法において、
前記矩形波信号を生成するステップは、前記ディジタル信号における2状態何れかのビットに基づき前記矩形波信号を生成することを特徴とする送信信号電力調整方法。
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