JP2009278225A - 無線通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信電力増幅器出力側のアイソレータを取り除いた無線通信装置に関し、相互変調歪みにより受信周波数帯に影響を与える妨害波が入力された場合、送信電力増幅器から発生する相互変調歪み成分を抑え、ブロッキング性能を維持する。
【解決手段】送信信号と受信信号とを分離する共用器５−１０と、送信電力増幅器５−６との間に配置され、送信電力モニタ用に送信信号の一部を取り出す分配器５−７から出力される信号をバンドパスフィルタ１−２に入力する。バンドパスフィルタ１−２は受信周波数帯域を通過させ、バンドパスフィルタ１−２を通過した信号のレベルを検波回路１−３で検出し、該信号レベルと所定の閾値とを比較回路１−４で比較し、比較回路１−４の比較結果に応じ、信号レベルが閾値より大きい場合に、送電力増幅器５−６の電源電圧を昇圧するよう電圧制御回路１−５により制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は無線通信装置に関し、特に、送信と受信とに異なる周波数を用い、送信信号の電力増幅器と受信信号の高周波増幅器とを、共用器（デュープレクサ）を介して共通のアンテナに接続した無線通信装置に関する。

従来のＷ−ＣＤＭＡ（Wideband Code Division Multiple Access）方式の無線通信装置の無線部の構成例を図５に示す。この無線通信装置は、一つのアンテナで送信と受信とを行い、送信と受信とに異なる周波数を割り当てて全二重通信を行う、所謂、周波数分割複信（Frequency Division Duplex）方式の無線通信装置の構成例である。

上記無線通信装置の無線部は、ディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）５−１から出力されるディジタル送信信号を、ディジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）５−２によりアナログ信号に変換し、変調器（ＭＯＤ）５−３により送信周波数帯の信号に変調し、可変利得増幅器５−４及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５−５を通し、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６で送信信号の電力を増幅した後、分配器（ＣＵＰ）５−７、アイソレータ（ＩＳＯ）５−９、共用器（ＤＵＰ）５−１０、バンド切り替えスイッチ（ＳＷ）５−１１及びアンテナ（ＡＮＴ）５−１２を介して送信する。

分配器（ＣＵＰ）５−７は、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６から出力される送信信号の一部を取り出し、送信電力のレベル制御を行うためのもので、該分配器（ＣＵＰ）５−７の出力信号を検波回路（ＤＥＴ）５−８に入力し、検波回路（ＤＥＴ）５−８により送信信号の出力レベルを測定する。そして該出力レベルをディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）５−１に帰還し、ディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）５−１を介して送信電力のレベル制御を行う。

アイソレータ（ＩＳＯ）５−９は、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６を含む送信系から出力される送信信号が、共用器（ＤＵＰ）５−１０を通して受信系に混入するのを防ぎ、また、受信信号が送信系に混入するのを防ぐよう、送信信号と受信信号とを分離する機能を有する。

共用器（ＤＵＰ：Duplexer）５−１０は、周波数分割複信（ＦＤＤ）方式の通信装置において、一つのアンテナを送信系と受信系とで共用するために、送信信号と受信信号とを分離する機能を有する。また、バンド切り替えスイッチ（ＳＷ）５−１１は、マルチバンドの無線通信装置において、送受信信号の周波数帯（バンド）を切り替えるスイッチである。

また、上記無線通信装置の無線部は、アンテナ（ＡＮＴ）５−１２から入力される受信信号を、バンド切り替えスイッチ（ＳＷ）５−１１、共用器（ＤＵＰ）５−１０、低雑音増幅器（ＬＮＡ）５−１３、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５−１４、可変利得増幅器５−１５を介して受信し、復調器（ＤＥＭ）５−１６によりベースバンド帯域の信号に復調し、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）５−１７によりディジタル信号に変換し、ディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）５−１に入力する。

携帯電話機等の無線通信装置は、マルチバンド化／マルチモード化といった多機能化が進み、多くの機能を実現するための回路の実装スペースが益々必要となっているが、携帯電話機等の無線通信装置では、形状を大きくすることができないために、無線部に使用されているアイソレータ（ＩＳＯ）５−９やフィルタ等を削除する方向で検討が進められている。

アイソレータ（ＩＳＯ）５−９は、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の負荷変動を抑える役割を有する一方、アンテナ（ＡＮＴ）５−１２側から入力される妨害波を抑圧する機能を有する。アイソレータ（ＩＳＯ）５−９を取り除いた場合、妨害波の抑圧を共用器（ＤＵＰ）５−１０のみで行おうとしても、共用器（ＤＵＰ）５−１０に要求される性能が厳しいものとなり、その実現化は困難である。

アイソレータ（ＩＳＯ）５−９を取り除いた場合、アンテナ（ＡＮＴ）５−１２側から受信される妨害波が、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６に抑圧されずに回り込んで入力される。そのため、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の妨害波に対する相互変調歪み（送信ＩＭ）特性を向上させることが要求される。

相互変調歪み（送信ＩＭ）は、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６が出力する送信周波数帯（ＴＸ）の信号（送信信号）と妨害波との相互変調歪みにより発生し、例えば、アンテナ（ＡＮＴ）５−１２側から送信周波数帯（ＴＸ）と受信周波数帯（ＲＸ）とを加算した周波数帯（ＴＸ＋ＲＸ）の妨害波が送信系に入力された場合、送信系の相互変調歪みにより、その差分である受信周波数帯（ＲＸ）と重なる妨害波を発生させてしまう。

その結果、無線通信装置のブロッキング特性（妨害波に対する耐力）が劣化する。送信系の相互変調歪み（送信ＩＭ）を抑圧し、ブロッキング性能を維持する技術は、例えば、下記の特許文献１、２等によっても知られている。
特開２００１−２６７９５５号公報 特開平６−２８４０３９号公報

前述の従来の構成例では、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の出力側に、アイソレータ（ＩＳＯ）５−９を設けているため、妨害波はこのアイソレータ（ＩＳＯ）５−９及び共用器（ＤＵＰ）５−１０で抑圧される。その結果、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６では、妨害波との相互変調歪み（送信ＩＭ）は発生せず、ブロッキング特性の劣化は問題とならない。

しかし、アイソレータ（ＩＳＯ）５−９を取り除いた場合、図６に示す構成例となる。この構成例において、アンテナ（ＡＮＴ）５−１２側から受信される妨害波が、共用器（ＤＵＰ）５−１０で十分抑圧されずに、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６に回り込み入力される。

この場合、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の相互変調歪み（送信ＩＭ）特性が良好でないと、前述したように妨害波と送信周波数帯（ＴＸ）の信号との相互変調歪み（送信ＩＭ）が発生し、その結果、受信周波数帯（ＲＸ）と重なる妨害波を発生させてしまう場合がある。

これを回避する対策を共用器（ＤＵＰ）５−１０のみで講じようとすると、共用器（ＤＵＰ）５−１０に対する妨害波減衰量及び送受信信号アイソレーションの要求性能は、実現不可能なほど厳しいものになってしまう。また、妨害波は、ＲＸ−ＴＸ，２ＴＸ−ＲＸ，ＴＸ＋ＲＸ，２ＴＸ＋ＲＸ等の広い帯域に亘って存在し、従来の相互変調歪み（送信ＩＭ）抑圧の手法は、特定周波数に限定される歪み改善の手法であるため、広帯域の妨害波に対する相互変調歪み（送信ＩＭ）による影響を解決することができない。

本発明は、送信電力増幅器（ＰＡ）出力側のアイソレータ（ＩＳＯ）を取り除いても、相互変調歪みにより受信周波数帯に影響を与える妨害波が入力された場合、送信電力増幅器（ＰＡ）から発生する相互変調歪み成分を抑え、ブロッキング性能を維持することを目的とする。

上記課題を解決するため、この無線通信装置は、送信と受信に異なる周波数を割り当て、一つのアンテナで送信と受信を行う無線通信装置において、送信信号の電力増幅を行う送信電力増幅器と、送信信号と受信信号とを分離する共用器と、前記送信電力増幅器と前記共用器との間に配置され、送信電力のモニタ用に送信信号を取り出す分配器と、前記分配器で取り出された信号を入力し、当該無線通信装置の受信周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタと、前記バンドパスフィルタを通過した信号を入力し、該信号のレベルを検出する検波回路と、前記検波回路で検出した信号レベルと所定の閾値とを比較し、比較結果を出力する比較回路と、前記比較回路の比較結果に応じ、前記信号レベルが前記閾値より大きい場合に、前記送信電力増幅器の電源電圧を昇圧するよう制御する電圧制御回路と、を備えたものである。

この無線通信装置によれば、相互変調歪みにより受信周波数帯に影響を与える妨害波が入力されたとき、送信電力増幅器（ＰＡ）から発生する相互変調歪み成分を抑えることにより、送信電力増幅器（ＰＡ）出力側のアイソレータ（ＩＳＯ）を取り除いても、ブロッキング性能を維持することができ、また、広帯域の妨害波に対してブロッキング性能を維持することができる。

また、妨害波による相互変調歪みの発生時のみに、送信電力増幅器（ＰＡ）の電源電圧を昇圧させ、歪み成分を抑えるため、送信電力増幅器（ＰＡ）の消費電力を効率良く制御することができる。

図１にこの無線通信装置の第１の構成例を示す。この構成例は、図５に示した構成例と同様に、一つのアンテナ（ＡＮＴ）５−１２で送信と受信とを行う周波数分割複信（Frequency Division Duplex）方式の無線通信装置において、送信用のアイソレータアイソレータ（ＩＳＯ）５−９を取り除き、上記の手段を備えた第１の構成例である。なお、以下において、図５に示した構成要素と同一のものには同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

第１の構成例は、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６と送受信信号を分離する共用器（ＤＵＰ）５−１０との間に配置した分配器（ＣＵＰ）５−７から取り出した送信電力モニタ用の信号を、分岐回路（ＨＹＢ）１−１により二つに分岐する。該分岐した第１の信号をバンドパスフィルタ（ＲＸ−ＢＰＦ）１−２に入力する。

該分岐した第２の信号は、検波回路（ＤＥＴ）５−８に入力する。検波回路（ＤＥＴ）５−８は従来の構成例と同様に、送信信号の出力レベルを測定し、該出力レベルをディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）５−１に帰還し、ディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）５−１により送信電力のレベル制御がわれる。

バンドパスフィルタ（ＲＸ−ＢＰＦ）１−２は、この無線通信装置の受信周波数帯域（ＲＸ）を通過させ、その出力信号を検波回路（ＤＥＴ）１−３に入力する。検波回路（ＤＥＴ）１−３は、該信号のレベルを検出し、該レベル値を比較回路１−４に出力する。比較回路１−４は、検波回路（ＤＥＴ）１−３で検出された信号レベルと所定の閾値とを比較し、比較結果を電圧制御回路１−５に出力する。電圧制御回路１−５は、上記信号レベルが上記閾値より大きい場合に、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を昇圧するよう制御する。

この構成により、送信信号に含まれる受信周波数帯域の相互変調歪み成分の電力レベルをモニタし、該相互変調歪み成分の電力レベルを比較回路１−４により閾値と比較し、該相互変調歪み成分の電力レベルが閾値以上となったときに、電圧制御回路１−５により送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を昇圧させ、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の歪み特性を改善させる。

その結果、無線通信装置のブロッキング性能を維持することが可能となる。なお、比較回路１−４における上記の閾値として、一定値とする構成のものでも、受信系から入手した受信信号レベルと比較して決定する構成としてもよく、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を昇圧させる手段は、一段階のものでも、閾値とのレベル差に応じた複数段階のものとしてもよい。

次にこの無線通信装置の第２の構成例を図２に示す。この構成例は、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の出力側に配置している送信電力モニタ用の分配器（ＣＵＰ）５−７の出力信号を分岐回路（ＨＹＢ）１−１で分岐し、分岐した第１の信号の受信周波数帯域（ＲＸ）をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１−２により通過させ、該受信周波数帯域（ＲＸ）の相互変調歪み成分の電力レベルを検波回路（ＤＥＴ）１−３により測定するところまでは、前述の第１の構成例と同様である。

但し、この第２の構成例では、受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）を図示省略の測定手段により測定し、該受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）を比較回路２−１に入力する。比較回路２−１は、該受信信号レベル（ＲＳＳＩレベル）に応じた閾値と、検波回路（ＤＥＴ）１−３で検出した信号レベルとを比較し、該比較の結果を電圧制御回路１−５に出力する。該閾値は、受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）が高いときには高い値にし、受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）が低いときには低い値にする。

基地局等の通信相手装置と近い距離で通信を行っている場合には、受信信号の電界強度が強く、相互変調歪み成分の電力レベルが少々高くても、受信信号そのものが大きいために受信には支障を生じない。従って、検波回路（ＤＥＴ）１−３で検出した信号レベル、即ち相互変調歪み成分の電力レベルに対して、受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）が相対的に高いときには、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を昇圧させることなく、受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）が相対的に低いときに、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を昇圧させる。

このように受信信号が強電界のときには、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の歪改善を必要以上に行わないようにすることにより、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を第１の構成例に比べて更に効率良く制御することが可能となる。

次にこの無線通信装置の第３の構成例を図３に示す。この構成例は、前述の第２の構成例と同様に、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の出力側に配置している送信電力モニタ用の分配器（ＣＵＰ）５−７の出力信号を分岐回路（ＨＹＢ）１−１で分岐し、分岐した第１の信号の受信周波数帯域（ＲＸ）をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１−２により通過させ、該受信周波数帯域（ＲＸ）の相互変調歪みの電力レベルを検波回路（ＤＥＴ）１−３により測定し、該測定の結果を比較回路２−１に入力する。

また、比較回路２−１は、受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）を入力し、該受信信号の電界強度（ＲＳＳＩレベル）に応じた閾値と、相互変調歪み成分の電力レベルとを比較し、そのレベル差情報をディジタルベースバンド処理部５−１に入力する。ディジタルベースバンド処理部５−１は、レベル差情報に応じて、電圧制御回路３−１により送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を段階的に昇圧させ、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の歪み特性を段階的に改善させる。

こうすることにより、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の歪制御をより細かく行うことができ、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を必要以上に昇圧することを防ぐことができ、前述の第２の構成例より更に効率良く送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧を制御することが可能となる。

次にこの無線通信装置の第４の構成例を図４に示す。この構成例は、第３の構成例において、送信電力制御用の検波回路（ＤＥＴ）５−８の前段に、受信周波数帯域の信号成分を除去するバンド阻止フィルタ４−１を設け、これにより、受信周波数帯域の相互変調歪み（送信ＩＭ）成分による送信電力制御の精度の劣化を抑止する。

相互変調歪み（送信ＩＭ）が大きくなると、送信電力制御用の検波回路（ＤＥＴ）５−８には、本来入力されるべき送信信号電力に加え、相互変調歪み（送信ＩＭ）成分の電力が入力されるため、送信電力制御の精度を劣化させてしまう。送信電力のモニタ用に取り出した信号の受信周波数帯の成分は、相互変調歪み（送信ＩＭ）により生じた成分であり、この成分を除去することにより、送信電力制御用の検波回路（ＤＥＴ）５−８における送信電力レベルの検出精度が向上する。それによって、相互変調歪み（送信ＩＭ）による送信電力制御の精度の劣化送信電力制御の精度の劣化を抑止することが可能となる。

上述の開示の無線通信装置は、無線部の送信系が自身の受信系へ与える干渉に対して、その影響を低減するようにしたものであり、送信系の受信周波数帯に発生する相互変調歪み成分のレベルをモニタして対処するように構成した点で、前述の特許文献１及び２に記載したものと異なるものである。

このため、アウトバンドブロッキングを想定した受信周波数帯に影響を与えるあらゆる周波数帯の妨害波に対応可能であり、また、相互変調歪みが発生した場合のみ、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の電源電圧制御するため、送信電力増幅器（ＰＡ）５−６の消費電力を効率良く制御することができる。

また、妨害波は、ＲＸ−ＴＸ，２ＴＸ−ＲＸ，ＴＸ＋ＲＸ，２ＴＸ＋ＲＸ等の広帯域に存在する。開示の無線通信装置では、送信出力の受信周波数帯域に発生する相互変調歪みを検波して歪みを抑制するため、広帯域の妨害波との相互変調歪みに対応可能となる。なお、前述の特許文献１及び２に記載のものは、特定の周波数又は限られた周波数帯の相互変調歪みに対処するものである。

無線通信装置の第１の構成例を示す図である。 無線通信装置の第２の構成例を示す図である。 無線通信装置の第３の構成例を示す図である。 無線通信装置の第４の構成例を示す図である。 従来の無線通信装置の無線部の構成例を示す図である。 アイソレータを取り除いた無線通信装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１−１ 分岐回路（ＨＹＢ）
１−２ バンドパスフィルタ（ＲＸ−ＢＰＦ）
１−３ 検波回路（ＤＥＴ）
１−４ 比較回路
１−５ 電圧制御回路
２−１ 比較回路
３−１ 電圧制御回路
４−１ バンド阻止フィルタ
５−１ ディジタルベースバンド処理部（ＤＢＢ）
５−２ ディジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）
５−３ 変調器（ＭＯＤ）
５−４ 可変利得増幅器
５−５ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
５−６ 送信電力増幅器（ＰＡ）
５−７ 分配器（ＣＵＰ）
５−８ 検波回路（ＤＥＴ）
５−９ アイソレータ（ＩＳＯ）
５−１０ 共用器（ＤＵＰ）
５−１１ バンド切り替えスイッチ（ＳＷ）
５−１２ アンテナ（ＡＮＴ）
５−１３ 低雑音増幅器（ＬＮＡ）
５−１４ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
５−１５ 可変利得増幅器
５−１６ 復調器（ＤＥＭ）
５−１７ アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ）

Claims (4)

1. 送信と受信に異なる周波数を割り当て、一つのアンテナで送信と受信を行う無線通信装置において、
   送信信号の電力増幅を行う送信電力増幅器と、
   送信信号と受信信号とを分離する共用器と、
   前記送信電力増幅器と前記共用器との間に配置され、送信電力のモニタ用に送信信号を取り出す分配器と、
   前記分配器で取り出された信号を入力し、当該無線通信装置の受信周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタを通過した信号を入力し、該信号のレベルを検出する検波回路と、
   前記検波回路で検出した信号レベルと所定の閾値とを比較し、比較結果を出力する比較回路と、
   前記比較回路の比較結果に応じ、前記信号レベルが前記閾値より大きい場合に、前記送信電力増幅器の電源電圧を昇圧するよう制御する電圧制御回路と、
   を備えた無線通信装置。
2. 前記比較回路は、前記受信信号の電界強度に応じ、該電界強度が高いときには高い値、該電界強度が低いときには低い値となる閾値と、前記検波回路で検出した信号レベルとを比較し、該比較の結果を前記電圧制御回路に出力する構成を有する請求項１に記載の無線通信装置。
3. 前記電圧制御回路は、前記比較回路からの比較の結果に基づいて、前記検波回路で検出した信号レベルと前記閾値とのレベル差に応じて、段階的に前記送信電力増幅器の電源電圧の昇圧を制御する構成を有する請求項１又は２に記載の無線通信装置。
4. 前記送信電力のモニタ用に送信信号を取り出す分配器から分岐した信号に含まれる受信周波数帯域の相互変調歪み成分の通過を阻止するフィルタを配置し、該フィルタを通した信号を送信電力制御用の検波回路に入力し、該送信電力制御用の検波回路の出力を基に送信電力をモニタすることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の無線通信装置。

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