JP2008219377A - Transmitting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、EER(Envelope Elimination and Restoration)方式の電力増幅器を用いた送信装置に関するものである。 The present invention relates to a transmission apparatus using an EER (Envelope Elimination and Restoration) type power amplifier.
例えば携帯電話器で代表される無線端末は、周知のように、デジタル技術の導入により、性能や携帯性が飛躍的に進歩して来た。このような無線端末では電源としてバッテリを使用するため、バッテリ寿命も重要な性能の1つとなっている。バッテリ寿命を伸ばすには電流ドレインを如何に少なくするかということになるが、携帯無線端末おいてバッテリ容量の大部分は電力増幅段で消費される。消費電力の低減のため電力増幅段の高効率化を図る方法としては、送信信号を振幅成分と位相成分に分離して、位相成分を増幅し、その際、増幅器のバイアスを振幅成分で変調することで振幅成分を再挿入するEERと呼ばれる方式がある。 For example, as is well known, the performance and portability of wireless terminals typified by cellular phones have dramatically improved with the introduction of digital technology. Since such a wireless terminal uses a battery as a power source, battery life is one of the important performances. In order to extend the battery life, it is necessary to reduce the current drain, but most of the battery capacity is consumed in the power amplification stage in the portable wireless terminal. As a method for improving the efficiency of the power amplification stage to reduce power consumption, the transmission signal is separated into an amplitude component and a phase component, and the phase component is amplified. At that time, the bias of the amplifier is modulated by the amplitude component. There is a method called EER that re-inserts the amplitude component.
このEER方式の電力増幅器を適用した送信装置の機能構成を図4に示す。図において、信号変換部1は、送信信号であるベースバンドのI信号(同相成分信号)とQ信号(直交成分信号)を、振幅成分信号Aと位相成分信号(同相成分信号θi、直交成分信号θq)に変換する。変換された位相成分信号θi,θqを、それぞれD/Aコンバータ2,3でアナログ信号IFW,QFWに変換する。直交変調部5では、このアナログ信号IFW,QFWについて直交変調を行う。アップコンバータ8は、直交変調により生成された位相信号を局部発振器9からの局部発信周波数(キャリア)と混合して高周波信号を生成し、電力増幅器6に与えて増幅する。一方、信号変換部1で変換された振幅成分の信号Aを、D/Aコンバータ4でアナログ信号A’に変換する。このアナログ信号A’をバイアス用増幅器18で増幅してバイアス電圧として電力増幅器6に与える。電力増幅器6では、高周波信号を増幅する際に、アナログの振幅成分で変調されたバイアス電圧により増幅するので、アンテナ11に対し振幅成分信号と位相信号成分を再合成した高周波信号を出力する。この制御により、電力増幅器6の電力効率は高く維持される。
FIG. 4 shows a functional configuration of a transmission apparatus to which this EER system power amplifier is applied. In the figure, a
ところで、現在の携帯無線端末の場合、複雑な変調、すなわちQPSK、HPSK、DQPSK等のデジタル変調方式を採用しており、信号品質の劣化、隣接チャネルへの妨害を起こさないようにするために、電力増幅器は極めて高い直線性が要求される。しかし、上記のようなEER方式の増幅器の場合、電力増幅効率は良い反面、増幅時に入力振幅に依存する歪み、すなわちAM/AM特性(振幅歪み)とAM/PM特性(位相歪み)が発生し、増幅器出力を非線形にするという問題がある。そのため、電力増幅段としては、高効率を維持したまま、直線性を高めることが必要となる。そのための技術として、EER方式の電力増幅器の歪み特性に対して逆歪み特性を持つ歪み補償手段を設け、その逆歪み特性を用いて、送信信号から変換された振幅成分信号と位相成分信号に歪み補償処理を行う方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。 By the way, in the case of the current portable radio terminal, a complex modulation, that is, a digital modulation scheme such as QPSK, HPSK, DQPSK, etc. is adopted, so as not to cause degradation of signal quality and interference with adjacent channels. The power amplifier is required to have extremely high linearity. However, in the case of the EER amplifier as described above, the power amplification efficiency is good, but distortion depending on the input amplitude during amplification, that is, AM / AM characteristics (amplitude distortion) and AM / PM characteristics (phase distortion) are generated. There is a problem of making the amplifier output non-linear. Therefore, it is necessary for the power amplification stage to improve linearity while maintaining high efficiency. For this purpose, a distortion compensation means having reverse distortion characteristics with respect to the distortion characteristics of the EER power amplifier is provided, and the inverse distortion characteristics are used to distort the amplitude component signal and the phase component signal converted from the transmission signal. A method for performing compensation processing has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
特許文献1に記載の送信装置で用いている歪補償方式では、電力増幅器の出力高周波信号をフィードバックする信号をデジタル信号に変換し、信号変換部で変換された振幅成分信号Aと位相成分信号θi、θqに対してデジタル信号処理により歪補償を行うようにしている。この場合、実際のフィードバック系は、直交復調部の後段に、A/D変換部を必要とし、また、信号変換部、誤差算出部、補償係数算出部、メモリなどを要するため、回路規模が増大し、小型化が進む携帯電話器のような無線端末には適さないという問題がある。
In the distortion compensation method used in the transmission device described in
この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、EER方式の電力増幅器の歪補償を行うフィードバック系の簡略化、省スペース化を可能にする送信装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a transmission apparatus that enables simplification and space saving of a feedback system that performs distortion compensation of an EER type power amplifier.
この発明に係る送信装置は、信号変換部により、送信信号の同相成分信号Iと直交成分信号Qを振幅成分信号Aと位相成分信号θi、θqに変換し、変換された位相成分信号θi、θqを対応するD/Aコンバータでそれぞれアナログ信号IFW、QFWに変換した後、直交変調部で直交変調し、この直交変調により生成された位相信号をアップコンバータにより局部発振周波数と混合して高周波信号を生成し、一方、信号変換部で変換された振幅成分信号AをD/Aコンバータでアナログ信号A’に変換した後、バイアス用増幅器で増幅して電力増幅器のバイアス電圧として生成し、電力増幅器は、前記アップコンバータの出力高周波信号を振幅成分のアナログ信号A’で変調されたバイアス電圧に基づいて増幅してアンテナに出力する送信装置において、電力増幅器の出力高周波信号の一部を、位相設定された局部発振周波数の信号と混合して直交変調部の出力位相信号と同じ周波数の信号を生成するダウンコンバータと、ダウンコンバータで生成された信号について直交復調を行い、同相成分信号IFBと直交成分信号QFBを生成する直交復調部と、直交変調部に入力する同相成分のアナログ信号IFWに直交復調部で生成された同相成分信号IFBを加算する第1の加算器と、直交変調部に入力する直交成分のアナログ信号QFWに直交復調部で生成された直交成分信号QFBを加算する第2の加算器と、第1の加算器で加算される同相成分の信号同士および第2の加算器で加算される直交成分の信号同士がそれぞれおいて逆位相関係を持つようにダウンコンバータに入力する局部発振周波数の信号の位相を設定する移相器とを備えたものである。 In the transmission apparatus according to the present invention, the signal conversion unit converts the in-phase component signal I and the quadrature component signal Q of the transmission signal into the amplitude component signal A and the phase component signals θi and θq, and the converted phase component signals θi and θq. Is converted into analog signals IFW and QFW by a corresponding D / A converter, respectively, and then quadrature modulated by a quadrature modulation unit, and a phase signal generated by this quadrature modulation is mixed with a local oscillation frequency by an up converter to generate a high frequency signal. On the other hand, after the amplitude component signal A converted by the signal converter is converted to the analog signal A ′ by the D / A converter, it is amplified by the bias amplifier and generated as the bias voltage of the power amplifier. Amplifying the output high-frequency signal of the up-converter based on the bias voltage modulated by the analog signal A ′ of the amplitude component, and outputting to the antenna In this configuration, a part of the output high-frequency signal of the power amplifier is mixed with a phase-set local oscillation frequency signal to generate a signal having the same frequency as the output phase signal of the quadrature modulation unit, and generated by the down-converter. A quadrature demodulator that performs quadrature demodulation on the received signal and generates an in-phase component signal IFB and a quadrature component signal QFB; and an in-phase component signal IFB that is generated by the quadrature demodulator from the analog signal IFW of the in-phase component that is input to the quadrature modulator A first adder that adds the quadrature component signal QFB generated by the quadrature demodulation unit to the quadrature component analog signal QFW input to the quadrature modulation unit, and a first adder The in-phase component signals to be added and the quadrature component signals to be added by the second adder are input to the down converter so that they have an opposite phase relationship. And a phase shifter for setting the phase of a signal having a local oscillation frequency.
この発明によれば、EER方式の電力増幅器の歪補償を行うフィードバック系において、電力増幅器の逆位相特性の信号をデジタル信号に変換することなく、アナログ信号のままで送信信号に加算して歪み補償するようにしたので、装置構成の簡略化、省スペース化を図ることができる。 According to the present invention, in a feedback system that performs distortion compensation of an EER type power amplifier, the signal having an antiphase characteristic of the power amplifier is added to the transmission signal as it is without converting it to a digital signal, and distortion compensation is performed. As a result, the apparatus configuration can be simplified and the space can be saved.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる送信装置の機能構成を示すブロック図である。
図において、この実施の形態1の送信装置は、前述した図4の基本機能構成に対して、ローパスフィルタ(LPF)7,16、バンドパスフィルタ(BPF)10、方向性結合器12、ダウンコンバータ14、移相器15、直交復調部17、加算器19,20を加えた構成を持つ。
ダウンコンバータ14は、電力増幅器6の出力高周波信号の一部を、位相調整された局部発振周波数の信号と混合して直交変調部5の出力位相信号と同じ周波数の信号を生成する手段である。直交復調部17は、ダウンコンバータ14で生成された信号について直交復調を行い、同相成分信号IFBと直交成分信号QFBを生成する手段である。加算器(第1の加算器)19は、直交変調部5に入力する同相成分のアナログ信号IFWに直交復調部17で生成された同相成分信号IFBを加算する手段である。加算器(第2の加算器)20は、直交変調部5に入力する直交成分のアナログ信号QFWに直交復調部17で生成された直交成分信号QFBを加算する手段である。移相器15は、加算器19で加算される同相成分の信号同士および加算器20で加算される直交成分の信号同士がそれぞれおいて逆位相関係を持つようにダウンコンバータ14に入力する局部発振周波数の信号の位相を調整する手段である。
FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a transmitting apparatus according to
In the figure, the transmitting apparatus according to the first embodiment has a low-pass filter (LPF) 7, 16, a band-pass filter (BPF) 10, a
The
次に動作について説明する。
信号変換部1は、送信信号のベースバンドの同相成分信号Iと直交成分信号Qを振幅成分信号Aと位相成分信号θi、θqに変換し、変換した振幅成分信号AをD/Aコンバータ4に、また位相成分信号(同相成分信号θi、直交成分信号θq)それぞれを対応するD/Aコンバータ2,3に出力する。D/Aコンバータ2では、同相成分信号θiをアナログ信号IFWに変換する。D/Aコンバータ3では、直交成分信号θqをアナログ信号QFWに変換する。また、D/Aコンバータ4では、振幅成分信号Aをアナログ信号A’に変換する。直交変調部5では、位相成分のアナログ信号IFW,QFWについて直交変調を行い、位相信号を生成する。ローパスフィルタ7では、直交変調部5で生成された位相信号の不要な高調波成分を制限してアップコンバータ8に出力する。アップコンバータ8では、ローパスフィルタ7の出力を局部発振器9からの局部発振周波数(キャリア)と混合することで周波数変換を行って高周波信号を出力する。バンドパスフィルタ10では、アップコンバータ8の出力高周波信号の帯域制限を行い電力増幅器6へ出力する。一方、D/Aコンバータ4で変換された振幅成分のアナログ信号A’は、バイアス用増幅器18により増幅され、その増幅出力は電力増幅器6へバイアス電圧として与えられる。電力増幅器6では、バイアス用増幅器18からの振幅成分のアナログ信号A’で変調されたバイアス電圧のレベルに応じて、バンドパスフィルタ10を介して入力される高周波信号を増幅する。電力増幅器6の出力は、振幅成分信号と位相信号成分を再合成した高周波信号となって方向性結合器12を介してアンテナ11に出力される。また、方向性結合器12では、電力増幅器6の出力高周波信号の一部を分離してフィードバック系のダウンコンバータ14に与える。
Next, the operation will be described.
The
ダウンコンバータ14では、方向性結合器12からフィードバックされる高周波信号と移相器15を介して与えられる局部発振器9の局部発振周波数と混合し、直交変調部5の出力位相信号と同じ周波数の信号を生成しローパスフィルタ16に出力する。ローパスフィルタ16では、ダウンコンバータ14の出力信号の不要な高調波成分を制限し直交復調部17に与える。直交復調部17では、ダウンコンバータ14の出力信号について直交復調を行い、同相成分信号QFWと直交成分信号QFBを生成し、対応する加算器19,20に出力する。加算器19では、直交変調部5に入力する同相成分のアナログ信号IFWに直交復調部17で生成された同相成分信号IFBを加算し、また、加算器20では、直交変調部5に入力する直交成分のアナログ信号QFWに直交復調部17で生成された直交成分信号QFBを加算する。ここで、移相器15では、同相成分のアナログ信号IFWと直交復調器17で生成される同相成分信号IFBが逆位相関係に、また直交成分のアナログ信号QFWと直交復調器17で生成される直交成分信号QFBが逆位相関係となるようにダウンコンバータ14へ与える局部発振周波数の信号の位相を調整する。
したがって、上記動作において、IFW、QFWIFBとQFBが電力増幅器6の歪成分を含んでいるとすると、これらと逆位相関系にあるIFBとQFBを生成して対応する信号に加算することで、電力増幅器6へ入力される高周波信号は電力増幅器6の逆歪特性を持つことになる。したがって、電力増幅器6の歪を補償し、その直線性を高めることができる。
In the
Therefore, in the above operation, if IFW, QFWIFB, and QFB include distortion components of the
以上のように、この実施の形態1によれば、EER方式の電力増幅器の歪補償を行うフィードバック系において、電力増幅器の逆位相特性の信号をデジタル信号に変換することなく、アナログ信号のままで送信信号に加算して歪み補償するようにしたので、装置構成の簡略化、省スペース化を図ることができる。 As described above, according to the first embodiment, in a feedback system that performs distortion compensation of an EER type power amplifier, an analog signal remains as it is without converting a signal having an antiphase characteristic of the power amplifier into a digital signal. Since the distortion is compensated by adding to the transmission signal, the apparatus configuration can be simplified and the space can be saved.
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2による送信装置の機能構成を示すブロック図である。図2において、図1と同じ部分には同一符号を付し、その説明は原則として省略する。この実施の形態2は、実施の形態1の構成に対して、位相比較器21を設けた構成である。
ここでは、位相比較器21により、D/Aコンバータ2で変換された同相成分のアナログ信号IFWと直交復調部17で生成された同相成分信号IFBの位相を比較し、その位相差に基づいた位相設定信号sinθおよびcosθを生成して移相器15に与える。移相器15では、位相比較器21から与えられた位相設定信号sinθおよびcosθに基づいて、IFWとIFBが、およびQFWがQFBが逆位相となるよう局部発振周波数の信号の位相を設定する。
これにより、回路の位相特性が変化した場合でも、常に位相成分のアナログ信号IFW、QFWに対して逆位相となる信号が加算されるので、正確な歪み補償を可能にする。なお、位相比較器21で比較する信号を、直交成分のアナログ信号QFWと直交成分信号QFBとしても、同様な位相設定を行うことができる。
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of a transmission apparatus according to
Here, the
As a result, even when the phase characteristics of the circuit change, signals having an opposite phase are always added to the analog signals IFW and QFW of the phase component, thereby enabling accurate distortion compensation. It should be noted that the same phase can be set even if the signals to be compared by the
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3による送信装置の機能構成を示すブロック図である。図3において、図1および図2と同じ部分には同一符号を付し、その説明は原則として省略する。この実施の形態3は、実施の形態2の構成に対して、ダウンコンバータ(第2のダウンコンバータ)21、ローパスフィルタ(LPF)22および加算器(第3の加算器)23を設けた構成である。
ここでは、ダウンコンバータ21は、直交変調部5の出力信号とダウンコンバータ14の出力信号を混合して、当該ダウンコンバータ14の出力信号に含まれる振幅成分の信号を生成する。ダウンコンバータ21の出力信号は、高調波をローパスフィルタ22で制限して加算器23に出力される。加算器23は、ローパスフィルタ22の出力信号をD/Aコンバータ4にて変換された振幅成分のアナログ信号A’に加算する。
したがって、高周波成分が同じ、直交変調部5の出力信号とダウンコンバータ14の出力信号をミキシングすることで、電力増幅器6の出力高周波信号の振幅成分を取り出すことができる。そして、この取り出した振幅成分をアナログ信号A’に加算して電力増幅器6のバイアス電圧に反映するようにしたので、電力増幅器6の振幅成分の歪をも補償することが可能となる。
FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of a transmission apparatus according to
Here, the
Therefore, by mixing the output signal of the
1 信号変換部、2〜4 D/Aコンバータ、5 直交変調部、6 電力増幅器、7,16,22 ローパスフィルタ(LPF)、8 アップコンバータ、9 局部発振器、10 バンドパスフィルタ(BPF)、11 アンテナ、12 方向性結合器、14,21 ダウンコンバータ、15 移相器、17 直交復調部、18 バイアス用増幅器、19,20,23 加算器。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電力増幅器の出力高周波信号の一部を、位相設定された前記局部発振周波数の信号と混合して前記直交変調部の出力位相信号と同じ周波数の信号を生成するダウンコンバータと、
前記ダウンコンバータで生成された信号について直交復調を行い、同相成分信号IFBと直交成分信号QFBを生成する直交復調部と、
前記直交変調部に入力する前記同相成分のアナログ信号IFWに前記直交復調部で生成された同相成分信号IFBを加算する第1の加算器と、
前記直交変調部に入力する前記直交成分のアナログ信号QFWに前記直交復調部で生成された直交成分信号QFBを加算する第2の加算器と、
第1の加算器で加算される同相成分の信号同士および第2の加算器で加算される直交成分の信号同士がそれぞれおいて逆位相関係を持つように前記ダウンコンバータに入力する局部発振周波数の信号の位相を設定する移相器とを備えたことを特徴とする送信装置。 The signal conversion unit converts the in-phase component signal I and the quadrature component signal Q of the transmission signal into an amplitude component signal A and phase component signals θi and θq, and the converted phase component signals θi and θq by a corresponding D / A converter. After conversion to analog signals IFW and QFW, respectively, quadrature modulation is performed by a quadrature modulation unit, and a phase signal generated by this quadrature modulation is mixed with a local oscillation frequency by an up-converter to generate a high-frequency signal. After the amplitude component signal A converted in the unit is converted into an analog signal A ′ by a D / A converter, it is amplified by a bias amplifier and generated as a bias voltage of the power amplifier. In the transmitter for amplifying the signal based on the bias voltage modulated by the analog signal A ′ having the amplitude component and outputting the amplified signal to the antenna,
A down converter that generates a signal having the same frequency as the output phase signal of the quadrature modulation unit by mixing a part of the output high-frequency signal of the power amplifier with a signal of the local oscillation frequency that has been phase-set,
A quadrature demodulation unit that performs quadrature demodulation on the signal generated by the down converter and generates an in-phase component signal IFB and a quadrature component signal QFB;
A first adder that adds the in-phase component signal IFB generated by the quadrature demodulation unit to the analog signal IFW of the in-phase component input to the quadrature modulation unit;
A second adder that adds the quadrature component signal QFB generated by the quadrature demodulation unit to the quadrature component analog signal QFW input to the quadrature modulation unit;
The local oscillation frequency input to the down-converter is such that the in-phase component signals added by the first adder and the quadrature component signals added by the second adder have an antiphase relationship with each other. And a phase shifter for setting a phase of the signal.
移相器は、前記位相設定信号に基づいて局部発振周波数の信号の位相を設定するようにしたことを特徴とする請求項1記載の送信装置。 Phase difference between the in-phase component analog signal IFW input to the quadrature modulation unit and the in-phase component signal IFB generated by the quadrature demodulation unit or the quadrature component analog signal QFW input to the quadrature modulation unit and the quadrature demodulation unit A phase comparator that outputs a phase setting signal corresponding to the phase difference of the quadrature component signal QFB;
2. The transmission apparatus according to claim 1, wherein the phase shifter sets a phase of a signal having a local oscillation frequency based on the phase setting signal.
バイアス用増幅器に入力する振幅成分のアナログ信号A’に第2のダウンコンバータで生成された前記振幅成分の信号を加算する第3の加算器とを備えたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の送信装置。 A second down converter that mixes the output phase signal of the quadrature modulation unit and the output signal of the down converter to generate a signal of an amplitude component included in the output signal of the down converter;
3. A third adder for adding the amplitude component signal generated by the second down converter to the amplitude component analog signal A ′ input to the bias amplifier. Item 3. The transmission device according to Item 2.
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