JP2008005475A

JP2008005475A - 送信変調装置

Info

Publication number: JP2008005475A
Application number: JP2007128231A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Ikedo; 耐一池戸; Kaoru Ishida; 石田　　薫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-05-22
Filing date: 2007-05-14
Publication date: 2008-01-10
Also published as: WO2007135961A1; US7747230B2; US20070281637A1

Abstract

【課題】振幅ループを常時構成することなく、高周波電力増幅器の特性ばらつきに対応できる送信変調装置を提供すること。
【解決手段】送信変調装置１００は、レベル検出制御信号の入力を受けて高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出するレベル検出器１４０と、レベル検出器１４０の出力信号に基づいて電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめる第１ポイントと、出力電圧が最小になる第２ポイントとを含む直線近似によりオフセット電圧を補正するオフセット電圧補正部１５０とを備え、オフセット電圧補正を適応的に実行するとともに、ベースバンド振幅信号の電圧値が低いときにおけるベースバンド振幅信号の電圧値と高周波電力増幅器１３０の出力電圧との線形性を補償する。
【選択図】図１

Description

本発明は、送信変調装置に関し、特に、ポーラ変調方式を適用した送信変調装置に関する。

従来の送信変調装置の設計には、一般に効率と線形性との間にトレードオフの関係がある。しかし、最近では、ポーラ変調を用いることで送信変調装置において高効率と線形性とを両立可能とした技術が提案されている。

図１１は、ポーラ変調を適用した送信変調装置の構成例を示すブロック図である。

図１１において、送信変調装置１０は、位相変調高周波信号を増幅する高周波電力増幅器１１と、ベースバンド振幅信号に基づいて高周波電力増幅器１１の電源電圧を制御する電源電圧制御部１２とを備えて構成される。

高周波電力増幅器１１には、位相変調高周波信号１３が入力され、電源電圧制御部１２には、図示しない振幅／位相データ生成部によってベースバンド信号から生成されたベースバンド振幅信号（例えば√（Ｉ^２＋Ｑ^２））１４が入力される。

上記位相変調高周波信号１３は、先ずベースバンド信号の位相成分（例えば、変調シンボルとＩ軸のなす角度）を振幅／位相データ生成部（図示せず）によって生成し、この位相成分によってキャリア周波数信号を変調することにより得られる。また、電源電圧制御部１２により形成された電源電圧は、高周波電力増幅器１１に供給される。

これにより、高周波電力増幅器１１からは、電源電圧値と位相変調高周波信号１３を掛け合わされた信号が高周波電力増幅器１１の利得分だけ増幅された送信出力信号１５が出力される。送信出力信号１５はアンテナ（図示せず）から送信される。

このようにポーラ変調方式を用いると、高周波電力増幅器１１に入力される位相変調高周波信号１３を、振幅方向の変動成分をもたない定包絡線信号とすることができるため、高周波電力増幅器１１として高効率の非線形増幅器を用いることができるようになる。

ところで、このようなポーラ変調方式においては、ベースバンド振幅信号１４の電圧値と高周波電力増幅器１１の出力電圧（一般的に、出力電力を５０Ωにかかる電圧に換算して求める）とが比例関係になることを要求される。

高周波電力増幅器１１に使用される素子としては、ＦＥＴ系デバイスよりも高いゲインが得られ、小型化が容易なＨＢＴ（Hetro-junction Bipolar Transistor：ヘテロ接合バイポーラトランジスタ）系デバイスが使用されることが多いが、ＨＢＴ系デバイスには電源電圧値と出力電圧との間にオフセット電圧という特有のパラメータが存在する。

図１２は、上記高周波電力増幅器１１として、ＨＢＴ系デバイスを使用した場合の電源電圧値と出力電圧との関係を示す図である。図１２に示すように、電源電圧値と出力電圧とは直線的に変化しているが、その直線は原点を通過していないため、比例関係にはなっていないことがわかる。そのため高周波電力増幅器１１として、ＨＢＴ系デバイスを用いる場合には、オフセット電圧が必要となる。オフセット電圧は出力が立ち上がるときの電源電圧値であり、図１２では、電源電圧値と出力電圧との関係を直線近似して、その直線とｘ軸との交点をオフセット電圧と定義する。

ポーラ変調方式では、電源電圧制御部１２は、上記オフセット電圧をベースバンド振幅信号１４に加え、ベースバンド振幅信号１４の電圧値と出力電圧とが比例関係になるように補正することで歪みの発生を回避している。なお、図１２において、傾きが変化した場合は、電源電圧値に対する出力電圧のゲインが変化するだけであるため、歪みは発生しない。

ところが、高周波電力増幅器の電源電圧値と出力電圧との関係は高周波電力増幅器の入力電力や特性ばらつきによって変化するため、それに伴いオフセット電圧も変化する。特に、電源電圧値が低い領域では、高周波電力増幅器のリークの影響を強く受ける。図１２では、電源電圧が低い場合の出力電圧の非線形部分がリークの影響を表している。高周波電力増幅器のリーク量は素子の寄生容量などで決まることから、特性ばらつきの影響を受けやすく、非線形の要因も多くなる。

電源電圧値が低い領域はベースバンド振幅信号の電圧値が小さい場合に相当し、オフセット電圧の占める割合が多くなるため特性に影響しやすい。そのため、電源電圧値と出力電圧との関係を直線近似して、その直線とｘ軸との交点から得られるオフセット電圧で補正しても十分な効果が得られないという問題がある。

そこで、特許文献１には、高周波電力増幅器の出力をモニタしてベースバンド振幅信号の電圧値と出力電圧との線形性を補償する技術が開示されている。

図１３は、従来の振幅ループを構成して高周波電力増幅器の特性ばらつきに対処する送信変調装置の構成例を示すブロック図である。図１１と同一構成部分には同一符号を付している。図１３に示すように、高周波電力増幅器１１の出力をモニタして、高周波電力増幅器の特性ばらつきに対応した電源電圧値を設定するための振幅ループ１６を常時構成し、ベースバンド振幅信号の電圧値と出力電圧との線形性を補償する。
特開２００４−７４３４号公報

しかしながら、このような従来の送信変調装置にあっては、図１３に示すように振幅ループを常時形成する構成であったため、振幅ループを構成する回路に高い線形性や広帯域特性が必要になる。これは、回路規模やコストの増大につながり、さらに変調速度が高速になるとループ動作が追従できなくなってしまうという問題がある。

また、図１２に示すように電源電圧が低い場合には高周波電力増幅器のリークの影響により非線形部分が発生する。非線形部分は直線近似では足りないので全特性をＲＯＭ等に記憶しておきそれを読み出して補償する方法を採る。位相側についても同様である。当然のことながらメモリ使用量の増大はコストの増大につながることに加え、電源電圧が低い非線形部分において上述のような振幅ループによる動作を常時実行しなければならない。非線形部分において適切な補正を行わないと、理想特性からずれることになり、そのずれ分は歪成分として現れる。この場合、問題となるのは隣接チャネルへの影響であり、規格により厳格に規定されている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、振幅ループを常時構成することなく、高周波電力増幅器の特性ばらつきに対応できる送信変調装置を提供することを目的とする。

本発明の送信変調装置は、ベースバンド振幅信号とベースバンド位相信号を生成する振幅／位相データ生成部と、前記ベースバンド位相信号で高周波信号を位相変調する位相変調器と、電源電圧制御部からの出力信号に基づいて前記位相変調器の出力信号を増幅する高周波電力増幅器と、前記高周波電力増幅器の出力信号レベルを検出するレベル検出器と、前記ベースバンド振幅信号に基づいて前記高周波電力増幅器の電源電圧を制御する電源電圧値を算出し、該電源電圧値に所定のオフセット電圧を加算して出力信号として出力する電源電圧制御部と、前記オフセット電圧を補正するオフセット電圧補正の実行条件を判定する判定部と、前記判定部によりオフセット電圧補正の実行条件であることが判定されたとき、前記レベル検出器の出力信号レベルに基づいて前記オフセット電圧を補正するオフセット電圧補正部とを備える構成を採る。

本発明の送信変調装置は、ベースバンド振幅信号とベースバンド位相信号を生成する振幅／位相データ生成部と、前記ベースバンド位相信号により高周波信号を位相変調する位相変調器と、前記位相変調器の出力信号を増幅する高周波電力増幅器と、前記ベースバンド振幅信号に基づいて前記高周波電力増幅器の電源電圧を制御する電源電圧制御部と、前記高周波電力増幅器の出力信号の位相を検出する位相検出器と、前記ベースバンド位相信号の位相を補正する位相補正の実行条件を判定する判定部と、前記判定部により位相補正の実行条件であることが判定されたとき、前記位相検出器の出力信号に基づいて前記ベースバンド位相信号の位相を補正する位相補正部とを備える構成を採る。

本発明によれば、高周波電力増幅器のリーク量を測定することにより、特にベースバンド振幅信号の電圧値が低いときにおけるベースバンド振幅信号の電圧値と高周波電力増幅器の出力電圧との線形性を補償することで、振幅ループを常時構成することなく、高周波電力増幅器の特性ばらつきに対応できる。

以下、本発明の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に係る送信変調装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、高周波電力増幅器にＨＢＴを用いた例である。

図１において、送信変調装置１００は、ベースバンド振幅信号とベースバンド位相信号を生成する振幅／位相データ生成部１１０と、ベースバンド位相信号で高周波信号を位相変調する位相変調器１２０と、位相変調器１２０の出力信号を増幅する高周波電力増幅器１３０と、高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出するレベル検出器１４０と、レベル検出器１４０の出力信号に基づいて電源電圧制御部１６０で加算されるオフセット電圧を補正するオフセット電圧補正部１５０と、ベースバンド振幅信号に基づいて高周波電力増幅器１３０の電源電圧を制御する電源電圧制御部１６０とを備えて構成される。

振幅／位相データ生成部１１０は、ベースバンド変調信号１０１から振幅成分（例えば√（Ｉ^２＋Ｑ^２））であるベースバンド振幅信号１１１と位相成分（例えば、変調シンボルとＩ軸のなす角度）であるベースバンド位相信号１１２とを生成する。

位相変調器１２０は、ベースバンド位相信号１１２により高周波信号を位相変調して位相変調高周波信号１１３に変換する。

高周波電力増幅器１３０は、ＨＢＴ系デバイスにより構成され、位相変調器１２０の出力信号の位相変調高周波信号１１３を電源電圧制御部１６０の出力信号で振幅変調する。

レベル検出器１４０は、レベル検出制御信号を基に高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルをモニタする。レベル検出制御信号は、オフセット電圧補正の実行条件を判定するトリガ信号である。本実施の形態では、レベル検出器１４０がレベル検出制御信号の入力を受けたとき、高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出する。レベル検出制御信号は、以下の２系統から単独で、あるいは組み合わせで入力される。（１）高周波電力増幅器１３０の温度変化；高周波電力増幅器１３０を構成するパワーアンプは、温度の影響を受け易いので温度補償手段による温度補償を備えている。温度補償手段による温度検出方法には、温度センサをパワーアンプ近傍に設置する場合と、パワーアンプに組み込まれている温度補償手段を構成するトランジスタの電流値などから相対温度を推定する方法とがある。本実施の形態では、パワーアンプの温度変化が所定以上変化したとき、レベル検出制御信号をレベル検出器１４０に出力する。（２）使用条件の変化；送信変調装置１００の使用時間、通電時間、又は電源投入タイミングに合わせて、レベル検出制御信号をレベル検出器１４０に出力する。本実施の形態では、所定使用時間毎に、及び送信変調装置１００の起動時にレベル検出制御信号を出力する。

また、レベル検出器１４０は、レベル検出制御信号の入力を受けたとき、高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルが所定電圧以下、特に電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめる出力電圧を検出する。

オフセット電圧補正部１５０は、レベル検出器１４０の出力信号に基づいて電源電圧制御部１６０で加算されるオフセット電圧を補正する。具体的には、オフセット電圧補正部１５０は、電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめる第１ポイントと、出力電圧が最小になる第２ポイントとを含む直線近似によりオフセット電圧を補正する。

電源電圧制御部１６０は、ベースバンド振幅信号１１１に基づいて高周波電力増幅器１３０の電源電圧を制御する電源電圧値を算出し、算出した電源電圧値にオフセット電圧補正部１５０により補正されたオフセット電圧を加算して出力信号として出力する。

以下、上述のように構成された送信変調装置の動作について説明する。

ベースバンド変調信号１０１から、振幅／位相データ生成部１１０によりベースバンド振幅信号１１１とベースバンド位相信号１１２とに生成される。ベースバンド位相信号１１２は位相変調器１２０に入力され、ベースバンド振幅信号１１１は電源電圧制御部１６０に入力される。電源電圧制御部１６０によって形成された電源電圧は、高周波電力増幅器１３０に供給される。これにより、高周波電力増幅器１３０からは、電源電圧値と位相変調高周波信号１１３を掛け合わされた信号が高周波電力増幅器１３０の利得分だけ増幅されて出力される。

レベル検出器１４０では、レベル検出制御信号により指定されたときに高周波電力増幅器１３０の出力レベルを検出する。具体的には、高周波電力増幅器１３０に電源電圧制御部１６０からベースバンド振幅信号１１１に基づいた電源電圧が入力されると、その実効値に相当する値を電源電圧としたときの出力電圧を検出する。オフセット電圧補正部１５０では、レベル検出器１４０の出力信号に基づいて電源電圧制御部１６０で加算されるオフセット電圧を補正する。

上述したように、レベル検出器１４０は、レベル検出制御信号の入力を受けてはじめて高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出するので、レベル検出制御信号が入力されない限りは、高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出せず、従ってオフセット電圧補正部１５０によるオフセット電圧補正も行われない。すなわち、「高周波電力増幅器１３０⇒レベル検出器１４０⇒オフセット電圧補正部１５０⇒電源電圧制御部１６０」に至るオフセット電圧補正ループは形成されない。

まず、ベースバンド振幅信号１１１のレベルが比較的大きい場合、すなわち、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係がほぼ直線とみなせる領域でのオフセット電圧補正動作について説明する。

図２は、ベースバンド振幅信号が比較的大きい場合のオフセット電圧補正動作を説明する図、図３は、ベースバンド振幅信号が比較的大きい場合の簡易的なオフセット電圧補正動作を説明する図である。

図２において、レベル検出器１４０は、高周波電力増幅器１３０に電源電圧制御部１６０からベースバンド振幅信号１１１に基づいた電源電圧が入力されると、その実効値に相当する値を電源電圧としたときの出力電圧を検出し（図２のＡ点参照）、さらに、Ａ点を検出したときと異なるレベルのベースバンド振幅信号１１１に基づいた電源電圧が入力されると、その実効値に相当する値を電源電圧としたときの出力電圧を検出する（図２のＢ点参照）。オフセット電圧補正部１５０は、２点の情報から傾きを求め、修正すべきオフセット電圧を算出し、電源電圧制御部１６０で設定されているオフセット電圧を修正する。

ここでは便宜上、高周波電力増幅器の電源電圧値と出力電圧との関係を示す直線の傾きを２点の情報から算出する場合を想定したが、特性ばらつきによって直線の傾きがあまり変化しないようなデバイスを使用している場合は、図３に示すように、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係を示す代表的な特性（図３の破線参照）をあらかじめ把握しておき、１点の情報が代表的な特性からどれくらいずれているかを検出することで、直線の傾きから修正すべきオフセット電圧を算出することができる。

このように、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係がほぼ直線とみなせる領域では、直線の傾きを外挿した点を電源電圧のオフセット電圧とする補正を行えばよい。

次に、ベースバンド振幅信号１１１のレベルが比較的小さい場合、すなわち、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめる領域でのオフセット電圧補正動作について説明する。

電源電圧値が低い領域では、高周波電力増幅器のリークの影響を強く受け非線形となる。本実施の形態では、この電源電圧値が低い領域の非線形領域において、オフセット電圧を修正することを特徴の一つとする。

図４は、ベースバンド振幅信号が比較的小さい場合のオフセット電圧補正動作を説明する図である。

ベースバンド振幅信号１１１のレベルが比較的小さい場合の補正にあたっては、電源電圧値と出力電圧との関係が直線（線形）から非線形にずれはじめるポイント（図４のＡ点参照）と、出力電圧が最小になるポイント（図４のＢ点参照）から傾きを求め、この２つのポイントを含む直線１５１（破線）を用いて修正すべきオフセット電圧を算出する。上記出力電圧が最小になるポイントは、高周波電力増幅器１３０のリーク量に相当する。これら２つのポイントに対応する高周波電力増幅器１３０の電源電圧値については、電源電圧値と出力電圧との関係を示す代表的な特性（図４の破線参照）を想定し、その電源電圧値に相当するようなベースバンド振幅信号が入力されていることを基に設定する。

レベル検出器１４０は、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめる電源電圧としたときの出力電圧を検出し（図４のＡ点参照）、さらに、出力電圧が最小になるときの電源電圧としたときの出力電圧を検出する（図４のＢ点参照）。上記電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめる電源電圧と、出力電圧が最小になるときの電源電圧は、それぞれ代表的な特性から設定する。

オフセット電圧補正部１５０は、Ａ点及びＢ点の２点の情報から直線１５１の傾きを求め、修正すべきオフセット電圧を算出し（図４では、負の値となる）、電源電圧制御部１６０で設定されているオフセット電圧を修正する。

このように、高周波電力増幅器１３０のリーク量を測定しておくことで、特に電源電圧値が低いときにおける出力電圧との線形性を補償することが可能になる。なお、Ａ点及びＢ点はともに高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が非線形となる領域から抽出した例を挙げたが、ベースバンド振幅信号１１１のレベルが、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が線形となる領域と非線形となる領域をまたぐようなレベルである場合には、線形領域での出力電圧をＡ点として検出し、さらに、非線形領域での出力電圧に対応する出力位相をＢ点として抽出し、この２つのポイントを含む直線を用いて修正すべきオフセット電圧を算出してもよい。

ここでは、高周波電力増幅器１３０に電源電圧制御部１６０からベースバンド振幅信号１１１が入力されたときの出力電圧を検出する場合を例にして説明したが、ベースバンド振幅信号１１１を入力する必要はなく、固定電圧（ＤＣ電源電圧など）を入力しても同様な補正が可能である。また、２点の情報から傾きを求めているが、検出する点数を増やすほど、精度良く補償することが可能となる。この場合は回帰直線で近似することが望ましい。なお、一度補正しておけば、送信変調装置１００の使用条件が変化しない限り、さらに補正する必要はない。つまり、送信変調装置１００を製品出荷する時に補正しておけば、製品出荷時の使用条件で使用する限り、補正の必要はない。言い換えれば、送信変調装置１００を使用する直前（例えば、電源投入時など）に、この補正処理が実行されるようにしておけば、使用条件の変化（例えば、温度変化など）によって高周波電力増幅器１３０の特性が変動しても補正することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、送信変調装置１００は、レベル検出制御信号の入力を受けて高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出するレベル検出器１４０と、レベル検出器１４０の出力信号に基づいて電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめる第１ポイントと、出力電圧が最小になる第２ポイントとを含む直線近似によりオフセット電圧を補正するオフセット電圧補正部１５０とを備えて構成したので、レベル検出制御信号の入力を受けるレベル検出器１４０によって、上記オフセット電圧補正を適応的に実行することができ、またオフセット電圧補正部１５０によって、ベースバンド振幅信号の電圧値が低いときにおけるベースバンド振幅信号の電圧値と高周波電力増幅器１３０の出力電圧との線形性を補償することができる。これにより、振幅ループを常時構成することなく、ＨＢＴ系デバイスを用いる高周波電力増幅器１３０の特性ばらつきに対応できる送信変調装置を実現することができる。

また、本実施の形態では、高周波電力増幅器１３０のリークの影響による非線形部分を、２点の情報から直線の傾きにより修正すべきオフセット電圧を算出している。これは、非線形において全特性をＲＯＭ等に格納したテーブルを用いて補償する従来例に比べて、精度は悪くなるものの、制御は簡単で修正すべき演算量は格段に減少する。

また、本オフセット電圧補正は、製品出荷段階で一回行うことが望ましい。すなわち、内部条件が変化しなければ、１つのパワーアンプについては、最初に一回だけ計測し、オフセット電圧補正の修正をすればよい。その後は、送信変調装置１００の動作条件（特に、高周波電力増幅器１３０の動作特性）が変わる場合に、レベル検出制御信号を出力して「高周波電力増幅器１３０⇒レベル検出器１４０⇒オフセット電圧補正部１５０⇒電源電圧制御部１６０」に至るオフセット電圧補正ループをそのときのみ形成する。例えば、高周波電力増幅器１３０を構成するパワーアンプの温度が変わった場合、所定使用時間毎起動、端末の電源投入時などに実行する。

（実施の形態２）
実施の形態１は、出力電圧、すなわち振幅についてのオフセット電圧の修正について適用した。実施の形態２は、ベースバンド位相信号についても同様の考え方で位相を修正する場合の例である。

図５は、本発明の実施の形態２に係る送信変調装置の構成を示すブロック図である。図１と同一構成部分には、同一符号を説明して重複箇所の説明を省略する。

図５において、送信変調装置２００は、図１の送信変調装置１００の構成にさらに、高周波電力増幅器１３０の出力信号の位相を検出する位相検出器２１０と、位相検出器２１０の出力信号に基づいてベースバンド位相信号１１２を補正する位相補正部２２０とを備えて構成される。

位相補正部２２０は、位相検出器２１０の出力に基づいて位相変調器１２０に位相補正を加える。

位相検出器２１０は、位相検出制御信号により指定されたときに高周波電力増幅器１３０の出力位相を検出する。位相検出制御信号は、前述したレベル検出制御信号と同様に、位相補正の実行条件を判定するトリガ信号である。本実施の形態では、位相検出器２１０が位相検出制御信号の入力を受けたとき、高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出する。位相検出制御信号は、高周波電力増幅器１３０の温度変化のほか、使用時間、通電時間、又は電源投入タイミングで入力される。この位相検出制御信号は、レベル検出制御信号と兼用にしてもよい。このように構成すれば、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力位相との関係を補償する際に、高周波電力増幅器１３０の特性ばらつきに対応する場合に好適である。

ベースバンド振幅信号の電圧値と高周波電力増幅器の出力電圧との関係が比例関係になることを要求されるのと同様に、ベースバンド振幅信号の電圧値と高周波電力増幅器の出力位相との関係はベースバンド振幅信号の電圧値に対して高周波電力増幅器の出力位相が一定になることを要求される。

図６は、高周波電力増幅器１３０として、ＨＢＴ系デバイスを使用した場合の電源電圧値と出力位相との関係を示す図である。

図６に示すように、出力位相は電源電圧値が低いときに急激に位相が変化することがわかる。

高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力位相との関係は、高周波電力増幅器１３０の入力電力や特性ばらつきによって変化する。特に、電源電圧値が低い領域では、高周波電力増幅器１３０のリークの影響を強く受ける。高周波電力増幅器１３０のリーク量は、素子の寄生容量などで決まることから、特性ばらつきの影響を受けやすく、非線形の要因も多くなる。

まず、ベースバンド振幅信号１１１のレベルが比較的大きい場合、すなわち、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値に対して出力位相がほぼ一定とみなせる領域での位相補正動作について説明する。

図７は、ベースバンド振幅信号が比較的大きい場合の位相補正動作を説明する図である。

位相検出器２１０は、高周波電力増幅器１３０に電源電圧制御部１６０からベースバンド振幅信号１１１に基づいた電源電圧が入力されると、その実効値に相当する値を電源電圧としたときのときの出力位相を検出し（図７のＡ点参照）、さらに、Ａ点を検出したときと異なるレベルのベースバンド振幅信号１１１に基づいた電源電圧が入力されると、その実効値に相当する値を電源電圧としたときの出力位相を検出する（図７のＢ点参照）。位相補正部２２０は、２点の情報から傾きを求め、その傾きがなくなるように修正すべき位相を算出し、位相変調器１２０において、ベースバンド位相信号を修正する。

次に、ベースバンド振幅信号１１１のレベルが比較的小さい場合、すなわち、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値に対して出力位相が急激に変化する領域での位相補正動作について説明する。

図８は、ベースバンド振幅信号が比較的小さい場合の位相補正動作を説明する図である。

ベースバンド振幅信号１１１のレベルが比較的小さい場合の補正にあたっては、電源電圧値と出力電圧との関係が直線（線形）から非線形にずれはじめるポイント（図４のＡ点参照）に対応する出力位相（図８のＡ点参照）と、出力電圧が最小になるポイント（図４のＢ点参照）に対応する出力位相（図８のＢ点参照）から傾きを求め、この２つのポイントを含む直線２２１（破線）を用いて修正すべき位相を算出する。上記出力電圧が最小になるポイントは、高周波電力増幅器１３０のリーク量に相当する。これらのポイントに対応する高周波電力増幅器１３０の電源電圧値については、電源電圧値と出力電圧との関係を示す代表的な特性（図４の破線参照）から設定し、その電源電圧値に相当するようなベースバンド振幅信号が入力されているものとする。

位相検出器２１０は、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめる電源電圧としたときの出力位相を検出し（図８のＡ点参照）、さらに、出力電圧が最小になるときの電源電圧としたときの出力位相を検出する（図８のＢ点参照）。上記電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめる電源電圧と、出力電圧が最小になるときの電源電圧は、それぞれ代表的な特性から設定する。

位相補正部２２０は、２点の情報から傾きを求め、その傾きがなくなるように修正すべき位相を算出し、位相変調器１２０は、位相補正部２２０により算出された修正位相を基にベースバンド位相信号を修正する。

このように、高周波電力増幅器１３０のリーク量を測定しておくことで、特に電源電圧値が低いときにおける出力位相との関係を補償することが可能になる。なお、Ａ点及びＢ点はともに高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が非線形となる領域から抽出した例を挙げたが、ベースバンド振幅信号１１１のレベルが、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が線形となる領域と非線形となる領域をまたぐようなレベルである場合には、線形領域での出力電圧に対応する出力位相をＡ点として検出し、さらに、非線形領域での出力電圧をＢ点として抽出し、この２つのポイントを含む直線を用いて修正すべき位相を算出してもよい。

ここでは、高周波電力増幅器１３０に電源電圧制御部１６０からベースバンド振幅信号１１１が入力されたときの出力位相を検出する場合を例にして説明したが、ベースバンド振幅信号１１１を入力する必要はなく、固定電圧（ＤＣ電源電圧など）を入力しても同様な補正が可能である。また、２点の情報から傾きを求めているが、検出する点数を増やすほど、精度良く補償することが可能となる。この場合は回帰直線で近似することが望ましい。なお、一度補正しておけば、送信変調装置の使用条件が変化しない限り、さらに補正する必要はない。つまり、送信変調装置を工場から出荷する時に補正しておけば、工場出荷時の使用条件で使用する限り、補正の必要はない。言い換えれば、送信変調装置を使用する直前（例えば、電源投入時など）に、この補正処理が実行されるようにしておけば、使用条件の変化（例えば、温度変化など）によって高周波電力増幅器１３０の特性が変動しても補正することができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、さらに位相補正部２２０は、２点の情報から傾きを求め、その傾きがなくなるように修正すべき位相を算出し、位相変調器１２０は、位相補正部２２０により算出された修正位相を基にベースバンド位相信号を修正するので、実施の形態１と同様の効果に加えて、ベースバンド位相信号について、位相調整ループを常時構成することなく、高周波電力増幅器１３０の特性ばらつきに対応することができる。

なお、本実施の形態では、図１の送信変調装置１００の構成に、位相検出制御信号、位相検出器２１０、及び位相補正部２２０を追加して構成している。電源電圧値が低い領域はベースバンド振幅信号の電圧値が小さい場合に相当し、まずベースバンド振幅信号についてのオフセット電圧補正の修正が有効であるからである。しかし、位相検出器２１０、及び位相補正部２２０のみを備える構成であってもよいことは言うまでもない。

（実施の形態３）
電源電圧の高いところは線形であるが、低い電源電圧では複雑な挙動を示す。したがって、電源電圧が所定電圧より低いところでは、本ループを常動状態にしておくことで一層の精度向上を図ることが考えられる。実施の形態３では、レベル検出制御部３１０を設け、電源電圧の低いところで常動状態とする。

図９は、本発明の実施の形態３に係る送信変調装置の構成を示すブロック図である。図１と同一構成部分には、同一符号を説明して重複箇所の説明を省略する。

図９において、送信変調装置３００は、図１の送信変調装置１００の構成にさらに、ベースバンド振幅信号１１１に基づいてレベル検出器１４０を制御するレベル検出制御部３１０を備えて構成される。

レベル検出制御部３１０は、所定値以下の電源電圧に相当する実効値をもったベースバンド振幅信号１１１が入力されるときに、レベル検出器１４０を動作可能に制御する制御信号を出力する。

レベル検出器１４０は、レベル検出制御部３１０からの出力を基に高周波電力増幅器１３０の出力信号レベルを検出する。

図１０は、ベースバンド振幅信号が比較的小さい場合のオフセット電圧補正動作を説明する図である。

レベル検出制御部３１０は、ベースバンド振幅信号１１１がある値以下、具体的には高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめるときの電源電圧（代表的な特性から設定）以下に相当する実効値をもったベースバンド振幅信号１１１が入力されるときに、レベル検出器１４０を制御して、オフセット電圧を補正する。

レベル検出器１４０は、電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめる電源電圧以下に相当する実効値をもったベースバンド振幅信号１１１が入力されたときの出力電圧を検出する（太い実線の部分）。オフセット電圧補正部１５０は、太い実線の部分に相当するベースバンド振幅信号の電圧値と出力電圧とが比例関係になるための電圧を算出し、電源電圧制御部１６０で設定されているオフセット電圧を修正する。

このように高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係が直線からずれはじめるときの電源電圧以下における出力電圧を測定しておくことで、特に電源電圧値が低いときにおける出力電圧との関係を高精度に補償することが可能になる。

本実施の形態は、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値と出力電圧との関係を補償する際に、高周波電力増幅器１３０の特性ばらつきに高精度に対応する場合に好適である。その他は実施の形態１と同様である。

なお、本補償方法を、実施の形態２で詳述した位相信号の補正に適用してもよい。この場合、実施の形態１で説明した２点の情報から直線の傾きを求める方法とは異なり、図１０に示す太実線の部分における最大の傾きにあわせて線形化することが可能である。すなわち、高周波電力増幅器１３０の電源電圧値に対して出力電圧がほぼ一定とみなせる領域の傾きと同等の傾きで線形化することが可能となるため、電源電圧値に対する出力電圧のゲインも変化することもない。また、図９では、振幅ループを構成しているが、前記図１３の従来例のように常にループ動作させる場合とは異なり、低出力の領域だけで動作すればよいので、比較的容易に構成できる。

以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。その要旨を逸脱しない範囲において、他の種々の形態によっても実施することが可能である。

また、本実施の形態では、送信変調装置という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、パワーアンプ、送信装置、無線通信システム等であってもよい。

本発明に係る送信変調装置は、高周波電力増幅器のリーク量を測定することにより、特にベースバンド振幅信号の電圧値が低いときにおける出力電圧との線形性を補償することで、振幅ループを常時構成することなく、高周波電力増幅器の特性ばらつきに対応できる効果を有し、例えばポーラ変調方式の無線送信機等に適用して好適なものである。

本発明の実施の形態１に係る送信変調装置の構成を示すブロック図上記実施の形態１に係る送信変調装置のベースバンド振幅信号が比較的大きい場合のオフセット電圧補正動作を説明する図上記実施の形態１に係る送信変調装置のベースバンド振幅信号が比較的大きい場合の簡易的なオフセット電圧補正動作を説明する図上記実施の形態１に係る送信変調装置のベースバンド振幅信号が比較的小さい場合のオフセット電圧補正動作を説明する図本発明の実施の形態２に係る送信変調装置の構成を示すブロック図上記実施の形態２に係る送信変調装置の高周波電力増幅器としてＨＢＴ系デバイスを使用した場合の電源電圧値と出力位相との関係を示す図上記実施の形態２に係る送信変調装置のベースバンド振幅信号が比較的大きい場合の位相補正動作を説明する図上記実施の形態２に係る送信変調装置のベースバンド振幅信号が比較的小さい場合の位相補正動作を説明する図本発明の実施の形態３に係る送信変調装置の構成を示すブロック図上記実施の形態３に係る送信変調装置のベースバンド振幅信号が比較的小さい場合のオフセット電圧補正動作を説明する図従来のポーラ変調を適用した送信変調装置の構成例を示すブロック図従来の送信変調装置の高周波電力増幅器としてＨＢＴ系デバイスを使用した場合の電源電圧値と出力電圧との関係を示す図従来の振幅ループを構成して高周波電力増幅器の特性ばらつきに対処する送信変調装置の構成例を示すブロック図

符号の説明

１００，２００，３００送信変調装置
１１０振幅／位相データ生成部
１２０位相変調器
１３０高周波電力増幅器
１４０レベル検出器
１５０オフセット電圧補正部
１６０電源電圧制御部
２１０位相検出器
２２０位相補正部
３１０レベル検出制御部

Claims

ベースバンド振幅信号とベースバンド位相信号を生成する振幅／位相データ生成部と、
前記ベースバンド位相信号で高周波信号を位相変調する位相変調器と、
電源電圧制御部からの出力信号に基づいて前記位相変調器の出力信号を増幅する高周波電力増幅器と、
前記高周波電力増幅器の出力信号レベルを検出するレベル検出器と、
前記ベースバンド振幅信号に基づいて前記高周波電力増幅器の電源電圧を制御する電源電圧値を算出し、該電源電圧値に所定のオフセット電圧を加算して出力信号として出力する電源電圧制御部と、
前記オフセット電圧を補正するオフセット電圧補正の実行条件を判定する判定部と、
前記判定部によりオフセット電圧補正の実行条件であることが判定されたとき、前記レベル検出器の出力信号レベルに基づいて前記オフセット電圧を補正するオフセット電圧補正部と
を備える送信変調装置。
ベースバンド振幅信号とベースバンド位相信号を生成する振幅／位相データ生成部と、
前記ベースバンド位相信号により高周波信号を位相変調する位相変調器と、
前記位相変調器の出力信号を増幅する高周波電力増幅器と、
前記ベースバンド振幅信号に基づいて前記高周波電力増幅器の電源電圧を制御する電源電圧制御部と、
前記高周波電力増幅器の出力信号の位相を検出する位相検出器と、
前記ベースバンド位相信号の位相を補正する位相補正の実行条件を判定する判定部と、
前記判定部により位相補正の実行条件であることが判定されたとき、前記位相検出器の出力信号に基づいて前記ベースバンド位相信号の位相を補正する位相補正部と
を備える送信変調装置。
前記判定部は、前記高周波電力増幅器の出力信号レベルが所定電圧以下であることを判定する請求項１又は請求項２に記載の送信変調装置。
前記判定部は、前記電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめる出力電圧を判定する請求項１又は請求項２に記載の送信変調装置。
前記判定部は、前記高周波電力増幅器の温度変化を判定する請求項１又は請求項２に記載の送信変調装置。
前記判定部は、使用時間、通電時間、又は電源投入タイミングを判定する請求項１又は請求項２に記載の送信変調装置。
前記オフセット電圧補正部は、電源電圧値と出力電圧との関係が線形である領域から抽出される第１ポイントと、電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめてから出力電圧が最小になるまでの領域から抽出される第２ポイントとを含む直線近似により前記オフセット電圧を補正する請求項１記載の送信変調装置。
前記オフセット電圧補正部は、電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめる第１ポイントと、出力電圧が最小になる第２ポイントとを含む直線近似により前記オフセット電圧を補正する請求項１記載の送信変調装置。
前記位相補正部は、電源電圧値と出力電圧との関係が線形である領域から抽出された出力位相である第１ポイントと、電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめてから出力電圧が最小になるまでの領域から抽出された出力位相である第２ポイントとを含む直線近似により前記ベースバンド位相信号の位相を補正する請求項２記載の送信変調装置。
前記位相補正部は、電源電圧値と出力電圧との関係が線形から非線形にずれはじめるときの出力位相である第１ポイントと、出力電圧が最小になるときの出力位相である第２ポイントとを含む直線近似により前記ベースバンド位相信号の位相を補正する請求項２記載の送信変調装置。