JP2006140911A

JP2006140911A - Ｅｅｒシステム及びｅｅｒシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法

Info

Publication number: JP2006140911A
Application number: JP2004330543A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Uchiyama; 和弘内山; Hideo Nagata; 秀夫永田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-15
Also published as: JP4549163B2

Abstract

【課題】高周波増幅部の高周波飽和増幅器が常に最適な効率で動作するＥＥＲシステム及びＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法を提供する。
【解決手段】外部より減衰量の制御が可能な可変減衰器８と、外部より出力電圧の制御が可能な電圧増幅部９と、可変減衰器８の減衰量と電圧増幅部９の出力電圧を制御する制御部１０とを備え、制御部１０が、高周波増幅部４から所望の出力レベルが得られるように、電圧増幅部９における出力電圧を制御すると同時に、その電圧に対して高周波増幅部４の高周波飽和増幅器が最適な効率ηａｄｄ１を得る入力レベルとなるように可変減衰器８の減衰量を制御する。これにより、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器が常に最適な効率ηａｄｄ１で動作するＥＥＲシステムを提供することが可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＥＥＲ（Envelope Elimination and Restoration）システム及びＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法に関する。

従来、ディジタル変調方式の携帯電話に用いられる送信用の高周波増幅部は、広帯域・高ダイナミックレンジの信号を低歪で増幅する線形性と、装置の消費電力を低減するための高い電力効率が求められる。線形性と電力効率を両立させる方法の１つとして、電力効率の良い飽和動作で使用することができるＥＥＲシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図５は、従来のＥＥＲシステムの回路構成を示すブロック図である。この図に示す従来のＥＥＲシステムは、高周波信号入力端子１、カプラ２、振幅リミッタ３、高周波増幅部４、高周波信号出力端子５、包絡線検波部６及び電圧増幅部７から構成される。

高周波信号入力端子１からカプラ２に入力された高周波変調信号が振幅リミッタ３と包絡線検波部６それぞれに入力される。振幅リミッタ３では、高周波変調信号の位相成分を取り出し、包絡線検波部６では、高周波変調信号の振幅成分を取り出す。振幅リミッタ３で取り出された位相成分が高周波増幅部４に入力される。高周波増幅部４に入力される信号は位相成分であるので、高周波増幅部４には振幅増幅器を必要としない。したがって、高周波増幅部４には効率の優れた飽和増幅器が用いられる。振幅リミッタ３で取り出された位相成分と包絡線検波部６で取り出された振幅成分が互いに独立した経路で増幅された後、高周波増幅部４で再構成されて、入力された高周波変調信号を電力増幅した高周波変調信号が得られる。

位相成分に対する振幅成分の合成は、図６に示すように、高周波増幅部４の電源電圧を変化させることで、高周波増幅部４の出力レベルが変化する特性を用いたものである。図６は、一般的な高周波増幅器の入出力特性を示したものであり、電源電圧の大きさをＶｄ１＞Ｖｄ２＞Ｖｄ３として、Ｐｉｎ１入力時の各電源電圧におけるＰｏｕｔを示している。電源電圧が大きくなるに従ってＰｏｕｔも大きくなっているのが分かる。すなわち、Ｐｏｕｔ１＞Ｐｏｕｔ２＞Ｐｏｕｔ３となっている。

ＥＥＲシステムに対する数々の手法は、古くは、カーン著「包絡線除去及び復元による単側波帯送信」（１９５２年７月発行、８０３〜８０６頁）などで示され、さらなる高効率化に対しては、高周波変調信号の振幅成分を電圧増幅する電圧増幅部をＳ級増幅器などで構成した提案がある。またその一方で、ＥＥＲシステムにおける出力レベルは、高周波増幅部４の飽和増幅器が飽和動作する必要があるため、通常の線形増幅器のような入力レベルによる調整はできず、高周波増幅部４に供給する電源電圧で調整する。

特開２００１−１５６５５４号公報

しかしながら、従来のＥＥＲシステムにおいては、高周波増幅部４に供給する電源電圧を調整する際に、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器の動作効率を最適に維持することができず、その分、省電力化が図れないという問題がある。

すなわち、高周波増幅部４には、Ｃ級、Ｄ級、Ｅ級といった動作級で動作する理想的な高周波飽和増幅器を使用することを前提としているが、該高周波飽和増幅器の実動作についてまでは熟慮されていない。ところが、実際の高周波飽和増幅器例えばＬＤＭＯＳ（Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor）を用いて構成された高周波増幅部では、図６に示すように、入力レベルが一定の条件下で電源電圧を変化させると、効率特性が変動して必ずしも最適値にはならない。図２の例では、入力レベルＰｉｎ１において電源電圧をＶｄ１からＶｄ３へ下げて出力レベルをＰｏｕｔ１からＰｏｕｔ３へ調整するときに、効率はηａｄｄ１からηａｄｄ３に低下する。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、高周波増幅部の高周波飽和増幅器が常に最適な効率で動作するＥＥＲシステム及びＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法を提供することを目的とする。

本発明の目的は、下記構成及び方法により達成される。

（１）入力された高周波変調信号の位相成分を抽出する位相成分抽出手段と、前記高周波変調信号の振幅成分を抽出する振幅成分抽出手段と、前記位相成分抽出手段からの位相成分信号を増幅する高周波飽和増幅手段と、前記振幅成分抽出手段からの振幅成分信号に対応した電圧を生成する電圧生成手段と、前記高周波飽和増幅手段に入力される前記位相成分信号のレベルを調整する可変減衰手段と、必要とする出力レベルの情報の入力により、該出力レベルが得られるように前記電圧生成手段の出力電圧を調整すると同時に該出力電圧に対して前記高周波飽和増幅手段が最適な効率で動作する入力レベルとなるように前記可変減衰手段の減衰量を制御する制御手段と、を備える。

（２）上記（１）に記載のＥＥＲシステムにおいて、前記高周波飽和増幅手段の出力レベルを検出する出力検出手段を備え、前記制御手段は、前記出力検出手段で検出された前記高周波飽和増幅手段の出力レベルを加味して前記電圧生成手段の出力電圧と前記可変減衰手段の減衰量を制御する。

（３）上記（２）に記載のＥＥＲシステムにおいて、前記電圧生成手段から前記高周波飽和増幅手段に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、前記制御手段は、さらに、前記電流検出手段で検出された電流値も加味して前記電圧生成手段の出力電圧と前記可変減衰手段の減衰量を制御する。

（４）移動局装置において、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＥＥＲシステムを備える。

（５）基地局装置において、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＥＥＲシステムを備える。

（６）無線通信装置において、上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＥＥＲシステムを備える。

（７）高周波飽和増幅器を有し高周波変調信号の位相成分を増幅する高周波増幅部と、前記高周波変調信号の振幅成分に対応した前記高周波増幅部の電源電圧を生成する電圧増幅部とを備えたＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法であって、必要とする出力レベルに応じて、前記電圧増幅部の出力電圧を調整すると同時に該出力電圧に対して前記高周波飽和増幅器が最適な効率で動作する入力レベルとなるように前記高周波増幅部に入力される位相成分信号のレベルを調整する。

（８）上記（７）に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法において、前記高周波増幅部の出力レベルを加味して前記電圧増幅部の出力電圧と前記高周波増幅部に入力される位相成分信号のレベルを調整する。

（９）上記（８）に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法において、前記電圧増幅部から前記高周波増幅部に流れる電流も加味して前記電圧増幅部の出力電圧と前記高周波増幅部に入力される位相成分信号のレベルを調整する。

上記（１）に記載のＥＥＲシステムによれば、高周波飽和増幅手段の電源電圧と同時に、高周波飽和増幅手段の入力レベルを調整するので、高周波飽和増幅手段が常に最適な効率で動作し、これにより省電力化が図れる。

上記（２）に記載のＥＥＲシステムによれば、高周波飽和増幅手段の電源電圧と入力レベルの調整の際に、高周波飽和増幅手段の出力レベルを加味して行うので、経年変化、電源電圧変動及び出力負荷変動などによって高周波飽和増幅手段の特性（例えば利得特性）が初期設定から変動した場合でも、必要とする出力レベルを常に維持し、さらには効率を最適にすることができる。

上記（３）に記載のＥＥＲシステムによれば、高周波飽和増幅手段の電源電圧と入力レベルの調整の際に、高周波飽和増幅手段の出力レベルに加えて、電圧生成手段から高周波飽和増幅手段に流れる電流も加味して行うので、経年変化、電源電圧変動及び出力負荷変動などによって高周波飽和増幅手段の特性（例えば利得特性）が初期設定から変動した場合でも、必要とする出力レベルを常に維持し、さらには効率を最適にすることができる。

上記（４）に記載の移動局装置によれば、高周波飽和増幅手段が常に最適な効率で動作するので、省電力化が図れる。

上記（５）に記載の基地局装置によれば、高周波飽和増幅手段が常に最適な効率で動作するので、省電力化が図れる。

上記（６）に記載の無線通信装置によれば、高周波飽和増幅手段が常に最適な効率で動作するので、省電力化が図れる。

上記（７）に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法によれば、高周波飽和増幅器の電源電圧と同時に、高周波飽和増幅器の入力レベルを調整するので、高周波飽和増幅器が常に最適な効率で動作し、これにより省電力化が図れる。

上記（８）に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法によれば、高周波飽和増幅器の電源電圧と入力レベルの調整の際に、高周波飽和増幅器の出力レベルを加味して行うので、経年変化、電源電圧変動及び出力負荷変動などによって高周波飽和増幅器の特性（例えば利得特性）が初期設定から変動した場合でも、必要とする出力レベルを常に維持し、さらには効率を最適にすることができる。

上記（９）に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法によれば、高周波飽和増幅器の電源電圧と入力レベルの調整の際に、高周波飽和増幅器の出力レベルに加えて、電圧増幅器から高周波飽和増幅器に流れる電流も加味して行うので、経年変化、電源電圧変動及び出力負荷変動などによって高周波飽和増幅器の特性（例えば利得特性）が初期設定から変動した場合でも、必要とする出力レベルを常に維持し、さらには効率を最適にすることができる。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図である。なお、この図において、上述した図５のＥＥＲシステムと共通する部分には同じ符号を付けてその説明を省略する。

図１において、本実施の形態のＥＥＲシステムは、外部より減衰量の制御が可能な可変減衰器８と、外部より出力電圧の制御が可能な電圧増幅部９と、可変減衰器８の減衰量と電圧増幅部９の出力電圧を制御する制御部１０とを備えている点が、上述した従来のＥＥＲシステムと異なっている。なお、従来のＥＥＲシステムも電圧増幅部７を備えているが、出力電圧を制御できるようにはなっていない。

可変減衰器８は、振幅リミッタ３と高周波増幅部４との間に介挿入され、高周波増幅部４に入力される高周波変調信号の位相成分のレベルを調整する。制御部１０は、必要な出力レベルの情報に従って可変減衰器８の減衰量を調整すると同時に、電圧増幅部９の出力電圧を調整する。

なお、振幅リミッタ３は位相成分抽出手段に対応し、包絡線検波部６は振幅成分抽出手段に対応し、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器は高周波飽和増幅手段に対応する。また、電圧増幅部９は電圧生成手段に対応し、可変減衰器８は可変減衰手段に対応し、制御部１０は制御手段に対応する。

次に、上記構成のＥＥＲシステムの動作について説明する。図２は、高周波増幅部４の入力レベルに対する効率特性を示す図である。ここで、前述した図６の一般的な高周波増幅部４の入出力特性図も参照する。図２及び図６中に記したＶｄ１〜Ｖｄ３は、高周波増幅部４の電源電圧を示し、Ｖｄ１＞Ｖｄ２＞Ｖｄ３となっている。Ｐｏｕｔは高周波増幅部４の出力レベル、Ｐｉｎは高周波増幅部４の入力レベルである。また、Ｐｉｎ１、Ｐｉｎ２、Ｐｉｎ３は、各電源電圧Ｖｄ１、Ｖｄ２、Ｖｄ３に対する効率が最大となる入力レベルである。

図２に示すように、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器は、高周波増幅部４の電源電圧をＶｄ１としたときには、Ｐｉｎ１の入力レベルのときに最大効率ηａｄｄ１で動作する。また、電源電圧をＶｄ２としたときには、Ｐｉｎ２の入力レベルのときに最大効率ηａｄｄ１で動作する。また、電源電圧をＶｄ３としたときには、Ｐｉｎ３の入力レベルのときに最大効率ηａｄｄ１で動作する。言い換えれば電源電圧Ｖｄ１に対してはＰｉｎ１の入力レベル、Ｖｄ２に対してはＰｉｎ２の入力レベル、Ｖｄ３に対してはＰｉｎ３の入力レベルとなるように、電源電圧Ｖｄに応じて入力レベルを調整することで、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器を常に最大の効率ηａｄｄ１で動作させることが可能となる。

制御部１０は、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器が常に最大の効率ηで動作するように、電源電圧と入力レベルを調整する。このため、電圧増幅部９の出力電圧を制御し、可変減衰器８の減衰量を制御する。すなわち、制御部１０は、外部より必要な出力レベルの情報が入力されると、該出力レベルが得られるように、電圧増幅部９の出力電圧を制御すると同時に、その電圧に対して高周波飽和増幅器が最適な効率を得る入力レベルとなるように可変減衰器８の減衰量を制御する。このようにすることにより、高周波増幅部４の出力レベルを変えるために電源電圧を変化させたとしても、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器が常に最適な効率で動作するＥＥＲシステムを実現できる。

このように本実施の形態のＥＲＲシステムによれば、外部より減衰量の制御が可能な可変減衰器８と、外部より出力電圧の制御が可能な電圧増幅部９と、可変減衰器８の減衰量と電圧増幅部９の出力電圧を制御する制御部１０とを備え、制御部１０が、高周波増幅部４から所望の出力レベルが得られるように、電圧増幅部９における出力電圧を制御すると同時に、その電圧に対して高周波増幅部４の高周波飽和増幅器が最適な効率ηａｄｄ１を得る入力レベルとなるように可変減衰器８の減衰量を制御する。これにより、高周波増幅部４の高周波飽和増幅器が常に最適な効率ηａｄｄ１で動作するので、省電力化が図れる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図である。なお、この図において、上述した図１と同一のものについては同じ符号を付けてその説明を省略する。

図３において、本実施の形態のＥＥＲシステムは、実施の形態１の制御部１０に替わる比較制御部１１と、高周波増幅部４の出力を検出して比較制御部１１にフィードバックする出力カプラ（出力検出手段）１２とを備えている。比較制御部１１は、必要とする出力レベルの情報と出力カプラ１２で検出された高周波増幅部４の出力レベルとを比較して可変減衰器８及び電圧増幅部９に与える制御信号を生成する。すなわち、必要とする出力レベルの情報のみから制御信号を生成するのではく、高周波増幅部４の出力レベルを加味して制御信号を生成する。

このように本実施の形態のＥＲＲシステムによれば、可変減衰器８と電圧増幅部９の制御に、高周波増幅部４の出力を用いるので、経年変化、電源電圧変動及び出力負荷変動などによって高周波増幅部４の高周波飽和増幅器の特性（例えば利得特性）が初期設定から変動した場合でも、高周波増幅部４への入力レベルと電圧増幅部９の出力電圧とを制御して、必要とする高周波増幅部４の出力レベルを常に維持し、さらには効率を最適にすることが可能となる。

（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係るＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図である。なお、この図において、上述した図１及び図３と同一のものについては同じ符号を付けてその説明を省略する。

図４において、本実施の形態のＥＥＲシステムは、実施の形態２のＥＥＲシステムにさらに電圧増幅部９の出力電流を監視する電流モニタ（電流検出手段）１４を設けたものである。この電流モニタ１４で検出された電圧増幅部９の出力電流が比較制御部１３に入力される。比較制御部１３は、必要とする出力レベルの情報と出力カプラ１２で検出された高周波増幅部４の出力レベルと電流モニタ１４で検出された電圧増幅部９の出力電流とを比較して、可変減衰器８及び電圧増幅部９に与える制御信号を生成する。

ここで、高周波増幅部４の効率ηｄは、供給電圧Ｖｄと供給電流Ｉｄと出力レベルＰｏｕｔで計算することができる。
ηｄ＝（Ｐｏｕｔ／（Ｖｄ×Ｉｄ））×１００％
ＥＥＲシステムでは、供給電圧Ｖｄはベースバンド信号により一義的に決められ、そのときの出力レベルもＶｄ（ｔ）に１対１に対応する。一方、高周波飽和増幅器は、入力レベルを変えても出力レベルが変わらずに、効率ηｄだけが変わる領域がある。本発明では、その領域を用いている点に特徴がある。ここでいう効率が変わるとは、電流が変わることを意味する。したがって、出力レベルＰｏｕｔと供給電圧Ｖｄが固定値となるので、入力レベルを調整して電流Ｉｄが最適となるようにすることで、効率ηｄを最適に調整することができる。

このように本実施の形態のＥＲＲシステムによれば、可変減衰器８と電圧増幅部９の制御に、高周波増幅部４の出力と電圧増幅部９の出力電流を用いるので、経年変化、電源電圧変動及び出力負荷変動などによって高周波増幅部４の高周波飽和増幅器の特性（例えば、利得特性や効率特性）が初期設定から変動した場合でも、入力レベルと電圧増幅部とを調整して、必要とする高周波増幅部４の出力レベルを常に維持し、さらには効率を最適にすることが可能なＥＥＲシステムを実現できる。

また、変調信号の位相成分と振幅成分の分離抽出は、実施の形態に示した方法以外にも、予めベースバンド信号からデータを生成して、その生成した信号をそれぞれの増幅経路へ入力してもよい。

なお、上記各実施の形態のＥＥＲシステムは、移動体通信システムの移動局装置（携帯電話等）や基地局装置、あるいはディジタル放送の無線通信装置などの無線通信装置に用いて好適である。

本発明は、ＥＥＲシステムの高周波増幅部の高周波飽和増幅器を常に最適な効率で動作させることができるといった効果を有し、移動通信システムの移動局装置、基地局装置の他、ディジタル放送の無線通信装置などへの適用が可能である。

本発明の実施の形態１に係るＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図高周波増幅部の入力レベルに対する効率特性を示す図本発明の実施の形態２に係るＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図本発明の実施の形態３に係るＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図従来のＥＥＲシステムの概略構成を示すブロック図高周波増幅部の入出力特性を示す図

符号の説明

１高周波信号入力端子
２カプラ
３振幅リミッタ
４高周波増幅部
５高周波信号出力端子
６包絡線検波部
８可変減衰器
９電圧増幅部
１０制御部
１１、１３比較制御部
１２出力カプラ
１４電流モニタ

Claims

入力された高周波変調信号の位相成分を抽出する位相成分抽出手段と、
前記高周波変調信号の振幅成分を抽出する振幅成分抽出手段と、
前記位相成分抽出手段からの位相成分信号を増幅する高周波飽和増幅手段と、
前記振幅成分抽出手段からの振幅成分信号に対応した電圧を生成する電圧生成手段と、
前記高周波飽和増幅手段に入力される前記位相成分信号のレベルを調整する可変減衰手段と、
必要とする出力レベルの情報の入力により、該出力レベルが得られるように前記電圧生成手段の出力電圧を調整すると同時に該出力電圧に対して前記高周波飽和増幅手段が最適な効率で動作する入力レベルとなるように前記可変減衰手段の減衰量を制御する制御手段と、
を備えるＥＥＲシステム。
前記高周波飽和増幅手段の出力レベルを検出する出力検出手段を備え、
前記制御手段は、前記出力検出手段で検出された前記高周波飽和増幅手段の出力レベルを加味して前記電圧生成手段の出力電圧と前記可変減衰手段の減衰量を制御する請求項１に記載のＥＥＲシステム。
前記電圧生成手段から前記高周波飽和増幅手段に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記制御手段は、さらに、前記電流検出手段で検出された電流値も加味して前記電圧生成手段の出力電圧と前記可変減衰手段の減衰量を制御する請求項２に記載のＥＥＲシステム。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＥＥＲシステムを備える移動局装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＥＥＲシステムを備える基地局装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＥＥＲシステムを備える無線通信装置。
高周波飽和増幅器を有し高周波変調信号の位相成分を増幅する高周波増幅部と、前記高周波変調信号の振幅成分に対応した前記高周波増幅部の電源電圧を生成する電圧増幅部とを備えたＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法であって、
必要とする出力レベルに応じて、前記電圧増幅部の出力電圧を調整すると同時に該出力電圧に対して前記高周波飽和増幅器が最適な効率で動作する入力レベルとなるように前記高周波増幅部に入力される位相成分信号のレベルを調整するＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法。
前記高周波増幅部の出力レベルを加味して前記電圧増幅部の出力電圧と前記高周波増幅部に入力される位相成分信号のレベルを調整する請求項７に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法。
前記電圧増幅部から前記高周波増幅部に流れる電流も加味して前記電圧増幅部の出力電圧と前記高周波増幅部に入力される位相成分信号のレベルを調整する請求項８に記載のＥＥＲシステムにおける高周波飽和増幅器の効率最適化調整方法。