JP2013143637A - 送受共用無線回路、受信信号増幅方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク信号の流入による受信側電力増幅器の飽和現象の発生防止を図る送受共用無線技術を提供する。
【解決手段】送受共用無線回路１００は、デュプレクサ３と、受信側電力増幅器５と、送信側電力増幅器７と、送信側電力増幅器７のバイアス電圧を制御する送信側バイアス制御部１１と、送信側バイアス制御部１１によって制御されたバイアス電圧を特定する情報に基づいて、受信側電力増幅器５が飽和しないように受信側電力増幅器５のバイアス電圧を制御する受信側バイアス制御部１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、送受共用型の無線回路において送信信号の流入による受信側電力増幅器の飽和現象の発生防止を図る送受共用無線技術に関する。

近年、移動通信システムにおいて、FDD(Frequency Division Duplex)に例示されるように、一つのアンテナを送信アンテナと受信アンテナとして共用する送受共用無線回路(Duplex radio circuit)が用いられるようになっている。送受共用無線回路において送信経路と受信経路を電気的に分けるためデュプレクサ(Duplexer)が用いられる。

デュプレクサは、アンテナと、送信回路部と、受信回路部との間に接続される部品である（例えば、特許文献１参照）。送信回路部は、送信経路上の回路であり、電力増幅器（PA：Power Amplifier）を含み、受信回路部は、受信経路上の回路であり、低雑音電力増幅器（LNA：Low Noise amplifier）を含む。LNAは受信信号を増幅するために用いられるが、受信信号は非常に弱いため、高い線形性を保ちつつ低雑音で増幅する必要がある。このため、フィルタ機能を持つデュプレクサによって、強力な送信信号が受信回路部へ流れ込む量を低減している。

ところで、携帯電話などの小型移動通信端末の使用時間の観点から、無線機器の低消費電力化は重要な課題である。無線回路の中で最も電力消費が大きいPAの電力利用効率を高めるための技術としてEV（Envelope Tracking）法やDVC（Drain Voltage Control）法がある。これらの方法によると、PAのバイアス電圧を適応的に設定することでPAを高効率動作させている。

特開２０１１−１１９９８０号公報

デュプレクサの分離特性が良好でない場合、受信回路部へ流れ込む送信信号（PAの出力信号の一部であり、以下、リーク信号という）が増加し、LNAが飽和することが懸念される。LNAが飽和すると、受信信号の歪みや雑音成分の増加を引き起こし、受信信号が劣化する。特に、EV法やDVC法によってPAのバイアス電圧を制御する場合、PAの出力電力が変化するから、リーク信号の強さも変化することになる。

このような考察に基づき、本発明は、リーク信号の流入による受信側電力増幅器の飽和現象の発生防止を図る送受共用無線技術を提供することを目的とする。

本発明の送受共用無線回路は、デュプレクサと、受信側電力増幅器と、送信側電力増幅器と、送信側電力増幅器のバイアス電圧を制御する送信側バイアス制御部と、送信側バイアス制御部によって制御されたバイアス電圧を特定する情報に基づいて、受信側電力増幅器が飽和しないように受信側電力増幅器のバイアス電圧を制御する受信側バイアス制御部とを備えている。

また、本発明の受信信号増幅方法は、デュプレクサと、受信側電力増幅器と、送信側電力増幅器と、送信側バイアス制御部と、受信側バイアス制御部とを備えた送受共用無線回路において、送信側バイアス制御部が、送信側電力増幅器のバイアス電圧を制御し、受信側バイアス制御部が、送信側バイアス制御部によって制御されたバイアス電圧を特定する情報に基づいて、受信側電力増幅器が飽和しないように受信側電力増幅器のバイアス電圧を制御する。

本発明によると、送信側バイアス制御部が、送信側電力増幅器のバイアス電圧を制御し、受信側バイアス制御部が、送信側バイアス制御部によって制御されたバイアス電圧を特定する情報に基づいて、受信側電力増幅器が飽和しないように受信側電力増幅器のバイアス電圧を制御するから、リーク信号の流入の影響で受信側電力増幅器が飽和することを防ぐことができる。また、受信側電力増幅器のバイアス電圧が固定電圧ではない、つまり、送信側電力増幅器のバイアス電圧に応じて受信側電力増幅器のバイアス電圧が適応的に変化するから、受信側電力増幅器のバイアス電圧が低下することがある。このため、受信側電力増幅器の消費電力を減らすことができる。

実施形態１の送受共用無線回路を示す図。 実施形態２の送受共用無線回路を示す図。 実施形態３の送受共用無線回路を示す図。 実施形態４の送受共用無線回路を示す図。 実施形態５の送受共用無線回路を示す図。 実施形態６の送受共用無線回路を示す図。 受信側バイアス制御部が、電圧制御情報に追従して受信側電力増幅器に印加するバイアス電圧を制御する方法を説明する図。 図７に示す制御方法の変形例を示す図。

図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

〈実施形態１〉
図１に、本発明の実施形態１（送受共用無線回路１００）を示す。送受共用無線回路１００は、送信アンテナと受信アンテナとして共用されるアンテナ１と、送受共用無線回路１００において送信経路と受信経路を電気的に分けるデュプレクサ３と、送信回路部と、受信回路部とを含む。

送信回路部は、送信経路上の回路であり、少なくとも送信側電力増幅器７（PA：Power Amplifier）を含む。受信回路部は、受信経路上の回路であり、例えば、受信側電力増幅器５（好ましくは、高い線形性を保ちつつ低雑音で受信信号を増幅する低雑音電力増幅器５（LNA：Low Noise amplifier）とされる）とフィルタ９とを含む。

アンテナ１はデュプレクサ３に接続されており、送信回路部の一端と受信回路部の一端はそれぞれデュプレクサ３に接続されている。送信回路部の他端と受信回路部の他端はそれぞれ任意の無線回路１５（RF-IC）に接続されている。

送受共用無線回路１００は、さらに、PA７のバイアス電圧を制御する送信側バイアス制御部１１（PA-V-Ctrl）と、PA-V-Ctrl１１によって制御されたバイアス電圧を特定する情報に基づいて、LNA５が飽和しないようにLNA５のバイアス電圧を制御する受信側バイアス制御部１３（LNA-V-Ctrl）とを含む。ここで、バイアス電圧は、増幅器に含まれる増幅素子が例えば電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)である場合には、ドレインやゲートに印加されるバイアス電圧であり、増幅素子が例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT:Heterojunction Bipolar Transistor)である場合には、コレクタやベースに印加されるバイアス電圧である。

PA-V-Ctrl１１がPA７のバイアス電圧を制御する方法は例えばEV法やDVC法であり、PA-V-Ctrl１１はPA７の入力または出力に応じてPA７のバイアス電圧を可変制御する。この制御によって、従来技術と同様に、PA７を高効率動作させることが可能である。

さらに、LNA-V-Ctrl１３は、PA-V-Ctrl１１によって制御されたバイアス電圧を特定する情報（以下、電圧制御情報という）に基づいて、LNA５が飽和しないようにLNA５のバイアス電圧を制御する。具体的には、LNA-V-Ctrl１３は、PA７の出力が大きいほどLNA５のバイアス電圧が大きくなるように制御し、PA７の出力が小さいほどLNA５のバイアス電圧が小さくなるように制御する。この制御によって、LNA５の飽和が防止されるとともに、PA7のバイアス電圧に応じてLNA5のバイアス電圧が適応的に変化するからLNA5への不必要な大きいバイアス電圧の印加を避けることができる。このため、固定バイアス電圧をLNA5に印加する場合と比較して、LNA5の消費電力を減らすことができる。

図１では、LNA-V-Ctrl１３が用いる電圧制御情報がPA-V-Ctrl１１からLNA-V-Ctrl１３に入力される構成を示している。しかし、このような構成に限定されず、例えば、図示しないメモリにPA-V-Ctrl１１からの電圧制御情報が蓄積され、LNA-V-Ctrl１３がメモリから電圧制御情報を読み込む構成であってもよい。

〈実施形態２〉
図２に、本発明の実施形態２を示す。以下、実施形態１を具体化した事項または実施形態１と異なる事項について説明する。

PA-V-Ctrl１１は、スイッチ部１１１と振幅増幅器１１２と二つの異なるバイアス電源（バイアス電圧はそれぞれVd1,Vd2である）とを含む。送信用の入力信号は、図示しない信号分配器（図２では、信号分配器はRF-IC１５に含まれる）によって、振幅成分（包絡成分ともいう）と、振幅成分と位相成分の混合成分とに分配され、振幅成分は振幅増幅器１１２に入力され、混合成分はPA7に入力される。振幅増幅器１１２は所定の電源電圧で動作し、スイッチ部１１１は振幅増幅器１１２の出力に従って二つのバイアス電源電圧Vd1,Vd2のいずれかを選択するように動作する。選択されたバイアス電源の電圧はPA7に印加される。

LNA-V-Ctrl１３は、スイッチ部１３１と二つの異なるバイアス電源（バイアス電圧はそれぞれVd1L,Vd2Lである）とを含む。スイッチ部１３１は振幅増幅器１１２の出力に従ってバイアス電源電圧Vd1L,Vd2Lのいずれかを選択するように動作する。選択されたバイアス源の電圧はLNA5に印加される。Vd1＜Vd2，Vd1L＜Vd2Lとすると、スイッチ部１１１によってバイアス電圧Vd1が選択された場合、スイッチ部１３１によってバイアス電圧Vd1Lが選択され、スイッチ部１１１によってバイアス電圧Vd2が選択された場合、スイッチ部１３１によってバイアス電圧Vd2Lが選択される。

実施形態２では、電圧制御情報は振幅増幅器１１２の出力である。バイアス電源の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。

〈実施形態３〉
図３に、本発明の実施形態３を示す。以下、実施形態２と異なる事項について説明する。

LNA-V-Ctrl１３は、さらに、振幅増幅器１３２を含む。PA-V-Ctrl１１の振幅増幅器１１２に入力される送信用入力信号の振幅成分は振幅増幅器１３２にも入力される。振幅増幅器１３２は所定の電源電圧で動作し、スイッチ部１１１は振幅増幅器１３２の出力に従って二つのバイアス電源電圧Vd1L,Vd2Lのいずれかを選択するように動作する。選択されたバイアス源の電圧はLNA5に印加される。

実施形態３では、電圧制御情報は振幅増幅器１１２の入力である。

〈実施形態４〉
図４に、本発明の実施形態４を示す。以下、実施形態１を具体化した事項または実施形態１と異なる事項について説明する。

PA-V-Ctrl１１は、スイッチ部１１１と振幅増幅器１１２と二つの異なるバイアス電源（バイアス電圧はそれぞれVd1,Vd2である）とを含む。送信用の入力信号は、図示しない信号分配器（図４では、信号分配器はRF-IC１５に含まれる）によって、振幅成分（包絡成分ともいう）と、振幅成分と位相成分の混合成分とに分配され、振幅成分は振幅増幅器１１２に入力され、混合成分はPA7に入力される。振幅増幅器１１２は所定の電源電圧で動作し、スイッチ部１１１は振幅増幅器１１２の出力に従って二つのバイアス電源電圧Vd1,Vd2のいずれかを選択するように動作する。選択されたバイアス電源の電圧はPA7に印加される。

PA7の出力は、LNA-V-Ctrl１３に入力される。LNA-V-Ctrl１３は、例えば、PA7の出力をLNA５の動作バイアス電圧に昇圧または降圧させる昇圧回路または降圧回路である。LNA-V-Ctrl１３の出力（つまり、昇圧または降圧されたPA7の出力）はLNA５のバイアス電圧としてLNA５に印加される。

実施形態４では、電圧制御情報はPA7の出力である。バイアス電源の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。

〈実施形態５〉
図５に、本発明の実施形態５を示す。以下、実施形態１を具体化した事項または実施形態１と異なる事項について説明する。

PA-V-Ctrl１１は振幅増幅器１１２とカプラ１１３とを含む。送信用の入力信号は、図示しない信号分配器（図５では、信号分配器はRF-IC１５に含まれる）によって、振幅成分（包絡成分ともいう）と、振幅成分と位相成分の混合成分とに分配され、振幅成分は振幅増幅器１１２に入力され、混合成分はPA7に入力される。振幅増幅器１１２は所定の電源電圧で動作し、振幅増幅器１１２の出力は、PA7のバイアス電圧としてPA7に印加される。

カプラ１１３によって分岐された振幅増幅器１１２の出力はLNA-V-Ctrl１３に入力される。LNA-V-Ctrl１３は、例えば、PA7の出力をLNA５の動作バイアス電圧に増幅させる増幅器や、PA7の出力をLNA５の動作バイアス電圧に昇圧または降圧させる昇圧回路または降圧回路である。LNA-V-Ctrl１３の出力はLNA５のバイアス電圧としてLNA５に印加される。

実施形態５では、電圧制御情報は振幅増幅器１１２の出力である。バイアス電源の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。

〈実施形態６〉
図６に、本発明の実施形態６を示す。以下、実施形態１を具体化した事項または実施形態１と異なる事項について説明する。

PA-V-Ctrl１１は振幅増幅器１１２を含む。送信用の入力信号は、図示しない信号分配器（図５では、信号分配器はRF-IC１５に含まれる）によって、振幅成分（包絡成分ともいう）と、振幅成分と位相成分の混合成分とに分配され、振幅成分は振幅増幅器１１２に入力され、混合成分はPA7に入力される。振幅増幅器１１２は所定の電源電圧で動作し、振幅増幅器１１２の出力は、PA7のバイアス電圧としてPA7に印加される。

振幅増幅器１１２の入力はLNA-V-Ctrl１３にも入力される。LNA-V-Ctrl１３は、例えば、PA7の出力をLNA５の動作バイアス電圧に増幅させる増幅器である。LNA-V-Ctrl１３の出力はLNA５のバイアス電圧としてLNA５に印加される。

実施形態６では、電圧制御情報は振幅増幅器１１２の入力である。バイアス電源の数は、２に限定されず、３以上であってもよい。

各実施形態では、電圧制御情報として電圧値や振幅成分を例示したが、このような値に対応する数値情報を電圧制御情報として用いてもよい。例えばLNA-V-Ctrl１３が図示しない振幅検出器で離散的に検出した送信用入力信号の振幅成分をDC-DC変換して得た電圧をLNA５のバイアス電圧としてLNA５に印加する構成でもよい。また、メモリにPA-V-Ctrl１１からの電圧制御情報が蓄積される構成の場合、電圧制御情報とLNA５に印加されるバイアス電圧値との対応関係を記述したルックアップテーブルをメモリに記憶しておいてもよい。この場合、実際に得られた電圧制御情報に対応するバイアス電圧値をルックアップテーブルに基づいて特定し、LNA-V-Ctrl１３が当該バイアス電圧をLNA５に印加する。

LNA-V-Ctrl１３は、得られた電圧制御情報に追従してLNA５に印加するバイアス電圧を制御する。この制御方法について、図７と図８を参照して説明を加える。

図７は、二つの閾値を用いた制御方法を示している。二つの閾値をTh1，Th2とし、Th2>Th1とする。電圧制御情報αが、例えばα≦Th1の場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をa、Th1＜α≦Th2の場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をb、Th2＜αの場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をcとする。ただし、a＜b＜cである。

図８は、図７に示した制御方法の変形例であり、予め定められた制御遅延時間Δtを用いて、LNA５に印加されるバイアス電圧が頻繁に変更されないように制御する制御方法を示している。

電圧制御情報αが閾値Th1を上回った時点t1から制御遅延時間Δtが経過した時点t2で電圧制御情報αが閾値Th1を下回っている場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をaとする。

電圧制御情報αが閾値Th1を上回った時点t1から制御遅延時間Δtが経過した時点t2で電圧制御情報αが閾値Th1を上回っている場合、時点t2にて、Th1＜α≦Th2ならばLNA５に印加されるバイアス電圧をb、Th2＜αの場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をcとする。

電圧制御情報αが閾値Th2を上回った時点t3から制御遅延時間Δtが経過した時点t4で電圧制御情報αが閾値Th2を上回っている場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をcとする。

電圧制御情報αが閾値Th2を上回った時点t3から制御遅延時間Δtが経過した時点t4で電圧制御情報αが閾値Th2を下回っている場合、時点t4にて、Th1＜α≦Th2ならばLNA５に印加されるバイアス電圧をb、α≦Th1の場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をaとする。

電圧制御情報αが閾値Th1を下回った時点t5から制御遅延時間Δtが経過した時点t6で電圧制御情報αが閾値Th1を下回っている場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をaとする。

電圧制御情報αが閾値Th1を下回った時点t5から制御遅延時間Δtが経過した時点t6で電圧制御情報αが閾値Th1を上回っている場合、時点t6にて、Th1＜α≦Th2ならばLNA５に印加されるバイアス電圧をb、Th2＜αの場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をcとする。

電圧制御情報αが閾値Th2を下回った時点t7から制御遅延時間Δtが経過した時点t8で電圧制御情報αが閾値Th2を上回っている場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をcとする。

電圧制御情報αが閾値Th2を下回った時点t7から制御遅延時間Δtが経過した時点t8で電圧制御情報αが閾値Th2を下回っている場合、時点t8にて、Th1＜α≦Th2ならばLNA５に印加されるバイアス電圧をb、α≦Th1の場合にはLNA５に印加されるバイアス電圧をaとする。

ただし、「電圧制御情報αが閾値Th1を上回る」、「電圧制御情報αが閾値Th1を下回る」、「電圧制御情報αが閾値Th2を上回る」、「電圧制御情報αが閾値Th2を下回る」のいずれかのイベントが発生した時点から制御遅延時間Δtが経過した時点までの間に、「電圧制御情報αが閾値Th1を上回る」、「電圧制御情報αが閾値Th1を下回る」、「電圧制御情報αが閾値Th2を上回る」、「電圧制御情報αが閾値Th2を下回る」のいずれかのイベントが発生しても、上述の判断処理を行わない。

このような制御によると、PA7の出力が大きいと判断される場合は受信回路部へのリーク信号も大きくなることから、LNA5のバイアス電圧を上げることでLNA5の飽和を防ぎ、逆にPA7の出力が小さいと判断される場合はリーク信号が小さくなるため、LNA5が飽和しない程度までLNA5のバイアス電圧を下げることで電力利用効率の高い動作点でLNA5を動作させることができる。

Claims (5)

1. デュプレクサと受信側電力増幅器と送信側電力増幅器とを備えた送受共用無線回路であって、
   上記送信側電力増幅器のバイアス電圧を制御する送信側バイアス制御部と、
   上記送信側バイアス制御部によって制御された上記バイアス電圧を特定する情報に基づいて、上記受信側電力増幅器が飽和しないように上記受信側電力増幅器のバイアス電圧を制御する受信側バイアス制御部と
   を備えた送受共用無線回路。
2. 請求項１に記載の送受共用無線回路において、
   上記受信側バイアス制御部は、上記送信側電力増幅器の出力が大きいほど上記受信側電力増幅器のバイアス電圧が大きくなるように制御し、上記送信側電力増幅器の出力が小さいほど上記受信側電力増幅器のバイアス電圧が小さくなるように制御する
   ことを特徴とする送受共用無線回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の送受共用無線回路において、
   上記送信側バイアス制御部は、上記送信側電力増幅器の出力に応じて上記バイアス電圧を可変制御する
   ことを特徴とする送受共用無線回路。
4. 請求項１または請求項２に記載の送受共用無線回路において、
   上記送信側バイアス制御部は、上記送信側電力増幅器の入力に応じて上記バイアス電圧を可変制御する
   ことを特徴とする送受共用無線回路。
5. デュプレクサと、受信側電力増幅器と、送信側電力増幅器と、送信側バイアス制御部と、受信側バイアス制御部と
   を備えた送受共用無線回路における受信信号増幅方法であって、
   上記送信側バイアス制御部が、上記送信側電力増幅器のバイアス電圧を制御するステップと、
   上記受信側バイアス制御部が、上記送信側バイアス制御部によって制御された上記バイアス電圧を特定する情報に基づいて、上記受信側電力増幅器が飽和しないように上記受信側電力増幅器のバイアス電圧を制御するステップ
   を有する受信信号増幅方法。

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