JP2012209783A

JP2012209783A - 電力増幅回路及び無線通信装置

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Publication number: JP2012209783A
Application number: JP2011074164A
Authority: JP
Inventors: Umi Sho; 海肖
Original assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Current assignee: NEC Casio Mobile Communications Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2012-10-25

Abstract

【課題】簡単な構成により、高効率に電力増幅を行いつつ歪み成分を低減させる電力増幅技術を提供する。
【解決手段】電力増幅回路は、第１の電源ラインを介して印加される基準電圧及び第２の電源ラインを介して印加される電源電圧に応じて、入力信号を増幅するパワーアンプと、第１の電源ラインを介してパワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第１フィルタと、第２の電源ラインを介してパワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第２フィルタと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力増幅技術に関する。

近年、無線通信方式は、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）からＬＴＥ（Long Term Evolution）へと進化を遂げている。これに伴い、デジタル無線通信機器に対して、マルチ通信方式やマルチキャリア伝送の対応が求められている。ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）等を用いたマルチキャリア伝送では、各キャリア（各サブキャリア）に対して異なる変調方式が利用される。

このようなマルチキャリア信号を増幅するパワーアンプには、高い線形性が要求される。パワーアンプの線形性が低下すると、出力信号の線形性が劣化し、出力信号内の歪み成分が増大するからである。このような歪み成分は、非線形歪みとも呼ばれる。パワーアンプの線形性の劣化は、エラーベクトル振幅（ＥＶＭ）や隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）の悪化に繋がる。

一方で、当該パワーアンプには、消費電力を削減するために高効率化が求められる。高効率で動作するためには、パワーアンプは、非線形領域で動作することになり、結果、パワーアンプの歪み特性が劣化することに繋がる。従って、高効率でパワーアンプを動作させる上で、歪み成分（非線形歪み）を除去することは、大変重要である。

そこで、このような歪み成分を低減させる手法として、線形補償と呼ばれる手法がいくつか提案されている。この手法は、フィードバック、フィードフォワード、プリディストーションの３つの方式に分類される。

線形補償は、パワーアンプで生じた歪みを打ち消すことで実現される。フィードバック方式及びフィードフォワード方式は、パワーアンプで生じた歪み成分を利用して線形補正を行う。プリディストーション方式は、パワーアンプで生じる歪みの逆の成分を前もって発生させておき、この成分によりパワーアンプにより生じる歪み成分を相殺する。

同様に、下記特許文献１には、フィードフォワード方式の利点を活かしつつ、低歪みかつ高効率の電力増幅装置が提案されている。

特開２００７−２１５２４８号公報

しかしながら、上述の従来手法では、回路部品数が増加するという問題がある。回路部品の増加は、回路を複雑にし、回路面積を増大させ、回路コストを高価にするという問題を生ずる。

本発明の目的は、簡単な構成により、高効率に電力増幅を行いつつ歪み成分を低減させる電力増幅技術を提供することにある。

本発明の各態様では、上述した課題を解決するために、それぞれ以下の構成を採用する。

第１の態様は、電力増幅回路に関する。第１の態様に係る電力増幅回路は、第１の電源ラインを介して印加される基準電圧及び第２の電源ラインを介して印加される電源電圧に応じて、入力信号を増幅するパワーアンプと、第１の電源ラインを介してパワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第１フィルタと、第２の電源ラインを介してパワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第２フィルタと、を備える。

なお、本発明の別態様としては、上記第１の態様に係る電力増幅回路を含む無線通信装置であってもよい。

上記各態様によれば、簡単な構成により、高効率に電力増幅を行いつつ歪み成分を低減させる電力増幅技術を提供することができる。

第１実施形態における無線通信装置の送受信回路の構成例を概念的に示す図。第１実施形態における無線通信装置の送信回路の一部の構成例を概念的に示す図。フィルタの実施例を示す図。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に挙げる実施形態は例示であり、本発明は以下の実施形態の構成に限定されない。

本実施形態における電力増幅回路は、第１の電源ラインを介して印加される基準電圧及び第２の電源ラインを介して印加される電源電圧に応じて、入力信号を増幅するパワーアンプと、第１の電源ラインを介してパワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第１フィルタと、第２の電源ラインを介してパワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第２フィルタと、を備える。

各電源ラインを介してパワーアンプへ入力される低周波ノイズは、パワーアンプの非線形動作によって歪み成分を生じさせ、この歪み成分によってパワーアンプからの出力信号のＡＬＣＲ特性を劣化させる。本実施形態では、このようなノイズ成分を、基準電圧をパワーアンプに印加する第１の電源ライン上で第１フィルタにより低減し、同様に、電源電圧をパワーアンプに印加する第２の電源ライン上で第２フィルタにより低減する。

従って、本実施形態によれば、各電源ラインを介してパワーアンプに入るノイズ成分を低減させることができるため、そのノイズから歪みを生じさせることを防ぐことができる。

更に、本実施形態における電力増幅回路では、上記第１フィルタ及び上記第２フィルタの少なくとも一方は、入力信号の増幅のためのパワーアンプの非線形動作により生じた歪み成分を第１の電源ライン上及び第２の電源ライン上の少なくとも一方で減衰させる。このような態様によれば、入力信号が増幅される際のパワーアンプの非線形動作により生じる歪み成分を減衰させることができる。

更に、上記第１フィルタ及び上記第２フィルタの少なくとも一方は、パワーアンプの非線形動作により生じ、第１の電源ライン及び第２の電源ラインの少なくとも一方を経由してパワーアンプに戻る歪み成分を減衰させる。これにより、当該歪み成分がパワーアンプへ戻ることを防止できるため、この歪み成分のパワーアンプへの戻りに応じて生じる歪み成分をなくすことができる。

このように、本実施形態によれば、各電源ラインを介してパワーアンプに入るノイズ成分、及び、パワーアンプへの入力信号から生じる歪み成分を低減させることができると共に、当該ノイズ成分及び当該歪み成分がパワーアンプの非線形動作の影響を受けることで生じる歪み成分をなくすことができる。結果、高効率で動作するパワーアンプからの出力信号のＡＣＬＲ特性の劣化を防ぐことができる。

本実施形態によれば、第１フィルタ及び第２フィルタのような簡単な構成を設けることで、上述のような歪み成分の低減効果を得ることができる。

以下、上述の実施形態について更に詳細を説明する。以下の実施形態は、上述の電力増幅回路をマルチキャリア通信方式に対応した無線通信装置の送信回路に適用した場合の例である。なお、上述の電力増幅回路は、マルチキャリア通信方式を用いる無線通信装置への適用に限定されるものではなく、様々な態様の無線通信装置の送信回路に適用可能である。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態における無線通信装置の送受信回路の構成例を概念的に示す図である。第１実施形態における無線通信装置の送受信回路は、アンテナ素子１、アンテナスイッチ２、ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Access）送受信回路３、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）送受信回路４、無線周波数集積回路（以降、ＲＦＩＣと表記する）５等から構成される。なお、第１実施形態では、マルチキャリア通信方式として、ＷＣＤＭＡ方式及びＧＳＭ方式が利用される例を示すが、本発明はこのような通信方式に限定されない。ＯＦＤＭ等のような他の通信方式が利用されることも可能である。

アンテナスイッチ２は、アンテナ素子１から放射させる信号、及び、アンテナ素子１で受信された信号を処理させる回路を切り替える。アンテナスイッチ２は、通信方式をＷＣＤＭＡ方式とＧＳＭ方式との間で切り替える。更に、アンテナスイッチ２は、通信帯域をＷＣＤＭＡ送受信回路３内、又は、ＧＳＭ送受信回路４内で切り替える。ＷＣＤＭＡ送受信回路３及びＧＳＭ送受信回路４は、複数の通信帯域に関しそれぞれ動作する。

ＷＣＤＭＡ送受信回路３では、ＢＡＮＤ１、ＢＡＮＤ９及びＢＡＮＤ６の送信時に、各通信帯域に応じたパワーアンプ１０、１１及び１２のいずれか１つが使用される。即ち、各通信帯域に対応する送信回路には、パワーアンプ１０、１１及び１２が設けられている。また、ＦＤＤ（Frequency Division Duplex）のＷＣＤＭＡ方式は、送信動作と受信動作とを同時に行うため、高電力の送信信号が受信回路に入力されないように、デュプレクサ２０、２１及び２２が設けられている。

ＧＳＭ送受信回路４では、各通信帯域に応じて、ＥＧＳＭ９００に対応する送信回路、ＤＣＳ１８００及びＰＣＳ１９００に対応する送信回路、ＥＧＳＭ９００に対応する受信回路、ＤＣＳ１８００に対応する受信回路、ＰＣＳ１９００に対応する受信回路が設けられている。ＧＳＭ送受信回路４では、各通信帯域の信号の送信時に、各通信帯域に応じた、パワーアンプ１３及び１４のいずれか一方が利用される。

図２は、第１実施形態における無線通信装置の送信回路の一部の構成例を概念的に示す図である。第１実施形態における送信回路は、ＲＦＩＣ５、パワーアンプ１０、パワーアンプ用電源ライン（以降、単に電源ラインと表記する）Ｖｒｅｆ及びＶｃｃ、フィルタ３１及び３２等から構成される。なお、図２では、説明の便宜のため、各処理部（各回路）はそれぞれ、１つの構成要素として表記されるが、複数のハードウェア構成要素で実現されてもよい。

ＲＦＩＣ５は、マルチキャリア変調された高周波信号をパワーアンプ１０へ送る。パワーアンプ１０へ入力される高周波信号は、本来、或る帯域の変調波として１つの信号であるが、図２には、説明の便宜のために、２つの信号ｆ１及びｆ２が示される。これらは、マルチキャリア変調された各キャリア（サブキャリア）信号を意図する。

電源ラインＶｒｅｆは、図示しない電源回路により生成された基準電圧をパワーアンプ１０の入力端子に印加する。電源ラインＶｃｃは、図示しない電源回路により生成された電源電圧をパワーアンプ１０の出力端子に印加する。

パワーアンプ１０は、電源ラインＶｒｅｆ及びＶｃｃを介して印加される基準電圧及び電源電圧に応じて、ＲＦＩＣ５から送られる高周波信号（入力信号）を増幅し、増幅された出力信号を出力する。

フィルタ３１は電源ラインＶｒｅｆ上に設けられ、フィルタ３２は電源ラインＶｃｃ上に設けられる。フィルタ３１及び３２は、パワーアンプ１０の非線形動作により生じた２次歪み成分、及び、電源ラインＶｒｅｆ及びＶｃｃを介してパワーアンプ１０へ入力される各ノイズ成分を減衰させる。即ち、フィルタ３１及び３２には、パワーアンプ１０の非線形動作により生じた２次歪み成分の周波数、及び、電源ラインＶｒｅｆ及びＶｃｃを介してパワーアンプ１０へ入力される各ノイズ成分の周波数に対応する遮断周波数が設定される。

〔第１実施形態における作用及び効果〕
以下、第１実施形態における無線通信装置の送信回路における作用及び効果について図２を用いて説明する。

ＲＦＩＣ５からマルチキャリア変調された高周波信号が出力されると、この高周波信号が入力信号として、パワーアンプ１０に入力される。当該入力信号はパワーアンプ１０により増幅され、増幅された信号が出力信号として出力される。このとき、上述したように、パワーアンプ１０では、入力信号の増幅のための非線形動作に応じて、入力信号から２次歪み成分及び３次歪み成分が生ずる。入力信号の周波数がｆ１及びｆ２と表記される場合、２次歪み成分の周波数は（ｆ１−ｆ２）及び（ｆ２−ｆ１）と表記され、３次歪み成分の周波数は（２ｆ１−ｆ２）及び（２ｆ２−ｆ１）と表記される。

第１実施形態では、フィルタ３１及び３２には、パワーアンプ１０の非線形動作により生じた２次歪み成分の周波数に対応する遮断周波数が設定されている。よって、上記２次歪み成分は、電源ラインＶｃｃ上のフィルタ３２の作用により減衰する。これにより、第１実施形態によれば、上記２次歪み成分がパワーアンプ１０へ戻ることを防ぐことができる。結果として、従来、上記２次歪み成分がパワーアンプ１０へ戻ることで生じていた新たな歪み成分を本実施形態ではなくすことができる。

一方、電源ラインＶｒｅｆ及びＶｃｃには、図示しない電源回路等により生じ、当該２次歪み成分の周波数に対応する周波数を持つノイズ成分が存在する。図２では、このノイズ成分の周波数がｆ３と表記される。２次歪み成分の周波数が（ｆ１−ｆ２）及び（ｆ２−ｆ１）と表記される場合、ノイズ成分の周波数ｆ３は、（ｆ１−ｆ２）或いは（ｆ２−ｆ１）と表記することができる。

第１実施形態では、フィルタ３１及び３２には、電源ラインＶｒｅｆ及びＶｃｃを介してパワーアンプ１０へ入力される各ノイズ成分の周波数に対応する遮断周波数が設定される。よって、電源ラインＶｒｅｆ及びＶｃｃに存在する各ノイズ成分は、フィルタ３１及び３２により減衰する。これにより、従来、当該ノイズ成分がパワーアンプ１０へ入力されることにより生じていた歪み成分を本実施形態ではなくすことができる。

以上のように、第１実施形態によれば、パワーアンプ１０の非線形動作により入力信号から生じる２次歪み成分、この２次歪み成分がパワーアンプ１０へ戻ることで生じる歪み成分、及び、電源ラインからのノイズ成分がパワーアンプ１０へ入力されることで生じる歪み成分を低減させることができる。結果、本実施形態によれば、パワーアンプ１０からの出力信号に含まれる歪み成分を低減することができるため、出力信号のＡＣＬＲ特性の劣化を防ぐことができる。

第１実施形態によれば、このような歪み成分の低減効果を、フィルタ３１及び３２といった簡単な構成により得ることができる。よって、第１実施形態では、複雑な線形補償方法、及び、それに関する補正回路は不要となり、無線通信回路の簡素化、回路面積の削減、部品数の削減を実現することができる。

なお、上述の説明において、周波数と周波数との関係を示すために用いている文言「対応する」は、２つの周波数が完全に一致すること、又は、２つの周波数が所定誤差範囲内で近似することを意味する。所定誤差範囲とは、フィルタ３１及び３２に設定された遮断周波数により減衰させることができる周波数の範囲を意味する。

［フィルタの実施例］
図３は、フィルタ３１及び３２の実施例を示す図である。上述の実施形態で示されたフィルタ３１及び３２は、図３に示すように、コンデンサとインダクタ（コイル）とを直列に接続したＬＣ型フィルタとして実現することができる。フィルタ３１は、コンデンサ５１及び５２、並びにコイル４１から構成され、フィルタ３２は、コンデンサ５６及び５７、並びにコイル４２から構成される。なお、本実施形態は、フィルタ３１及び３２の構成をこのようなＬＣ型に制限しない。

１アンテナ素子
２アンテナスイッチ
３ＷＣＤＭＡ（Wideband Code Division Access）送受信回路
４ＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）送受信回路
５無線周波数集積回路（ＲＦＩＣ）
１０、１１、１２、１３、１４パワーアンプ
２０、２１、２２デュプレクサ
３１、３２フィルタ
４１、４２インダクタ（コイル）
５１、５２、５６、５７コンデンサ

Claims

第１の電源ラインを介して印加される基準電圧及び第２の電源ラインを介して印加される電源電圧に応じて、入力信号を増幅するパワーアンプと、
前記第１の電源ラインを介して前記パワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第１フィルタと、
前記第２の電源ラインを介して前記パワーアンプへ入力されるノイズ成分を減衰させる第２フィルタと、
を備えることを特徴とする電力増幅回路。
前記第１フィルタ及び前記第２フィルタの少なくとも一方は、前記入力信号の増幅のための前記パワーアンプの非線形動作により生じた歪み成分を前記第１の電源ライン上及び前記第２の電源ライン上の少なくとも一方で減衰させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅回路。
前記第１フィルタ及び前記第２フィルタの少なくとも一方は、前記パワーアンプの非線形動作により生じ、前記第１の電源ライン及び前記第２の電源ラインの少なくとも一方を経由して前記パワーアンプに戻る歪み成分を減衰させる、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力増幅回路。
前記第１フィルタ及び前記第２フィルタには、前記パワーアンプの非線形動作により生じた歪み成分の周波数、及び、前記第１の電源ライン及び前記第２の電源ラインを介して前記パワーアンプへ入力される各ノイズ成分の周波数に対応する遮断周波数が設定されることを特徴とする請求項２又は３に記載の電力増幅回路。
前記第１の電源ラインは、前記入力信号が入力される前記パワーアンプの入力端子に前記基準電圧を印加し、前記第２の電源ラインは、前記パワーアンプにより増幅された出力信号が出力される前記パワーアンプの出力端子に前記電源電圧を印加することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電力増幅回路。
請求項１から５のいずれか１項に記載の電力増幅回路と、
マルチキャリア変調された高周波信号を前記電力増幅回路への前記入力信号として出力する無線周波数集積回路と、
前記電力増幅回路から出力された出力信号を放射するアンテナ素子と、
を含むことを特徴とする無線通信装置。