JP2024056181A - Transmission circuit, communication device, communication method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、送信回路、通信装置、通信方法、及びプログラムに関する。 The present disclosure relates to a transmission circuit, a communication device, a communication method, and a program.
関連技術として、特許文献１は、電力増幅器（ＰＡ：Power Amplifier）を開示する。特許文献１において、電力増幅器は、時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）方式で無線信号の送信及び受信を行う無線通信基地局において、送信用ハイパワーアンプとして使用される。高効率な増幅器を実現するために、送信用ハイパワーアンプの信号増幅用トランジスタには、窒化ガリウム（ＧａＮ）－高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）が使用される。送信用ハイパワーアンプにおいて、ＧａＮ－ＨＥＭＴには、所定の繰返し周期で間欠的に高周波信号が供給される。すなわち、送信期間においてＧａＮ－ＨＥＭＴに高周波信号が供給され、受信期間においてはＧａＮ－ＨＥＭＴには高周波信号が供給されない。 As a related technique, Patent Document 1 discloses a power amplifier (PA). In Patent Document 1, the power amplifier is used as a high-power transmitting amplifier in a wireless communication base station that transmits and receives wireless signals using a time division duplex (TDD) system. In order to realize a highly efficient amplifier, a gallium nitride (GaN) high electron mobility transistor (HEMT) is used as the signal amplifying transistor of the high-power transmitting amplifier. In the high-power transmitting amplifier, a high-frequency signal is intermittently supplied to the GaN-HEMT at a predetermined repetition period. That is, a high-frequency signal is supplied to the GaN-HEMT during the transmission period, and a high-frequency signal is not supplied to the GaN-HEMT during the reception period.
ＧａＮ－ＨＥＭＴなどのＧａＮデバイスは、送信と受信との切替えにおいて、高周波信号が供給される状態から、高周波信号が供給されない状態に切り替わると、ドレイン電流の低下が起こり、利得低下などが発生する。ドレイン電流の過渡応答は、Ｉｄｑドリフトとも呼ばれる。特許文献１に記載の送信用ハイパワーアンプは、ＧａＮ－ＨＥＭＴのゲート端子に印加されるゲートバイアス電圧を、高周波信号が供給されない期間、つまり受信期間において一時的に浅く設定する。このようにすることで、出力信号に影響を与えずに、ＧａＮ－ＨＥＭＴをＩｄｑドリフト状態から回復させることができる。 When switching between transmission and reception, GaN devices such as GaN-HEMTs experience a drop in drain current and a drop in gain when switching from a state in which a high-frequency signal is supplied to a state in which no high-frequency signal is supplied. The transient response of the drain current is also known as Idq drift. The high-power transmitting amplifier described in Patent Document 1 temporarily sets the gate bias voltage applied to the gate terminal of the GaN-HEMT to a shallow voltage during the period in which no high-frequency signal is supplied, that is, during the reception period. In this way, the GaN-HEMT can be restored from the Idq drift state without affecting the output signal.
特許文献１では、ＧａＮ－ＨＥＭＴをＩｄｑドリフト状態から回復させるために、高周波信号が供給されない受信期間において、ゲート端子に印加されるゲートバイアス電圧が一時的に浅く設定される。しかしながら、Ｉｄｑドリフト状態から通常状態への回復に要する時間はデバイスごとに異なり得る。従って、特許文献１において、Ｉｄｑドリフトを抑制できない場合があり得る。Ｉｄｑドリフトが発生した場合、利得低下や無線信号の位相の変動が発生し、無線特性が低下する。 In Patent Document 1, in order to recover the GaN-HEMT from the Idq drift state, the gate bias voltage applied to the gate terminal is temporarily set to a shallow value during a reception period in which no high-frequency signal is supplied. However, the time required to recover from the Idq drift state to the normal state may differ for each device. Therefore, there may be cases in which the Idq drift cannot be suppressed in Patent Document 1. When Idq drift occurs, a decrease in gain and fluctuations in the phase of the wireless signal occur, degrading the wireless characteristics.
本開示は、上記事情に鑑み、データ送信が間欠的に実施される場合において、送信時の無線特性の低下を抑制することができる送信回路、通信装置、通信方法、及びプログラムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present disclosure aims to provide a transmission circuit, a communication device, a communication method, and a program that can suppress degradation of wireless characteristics during transmission when data transmission is performed intermittently.
上記目的を達成するために、本開示は、第１の態様として、送信回路を提供する。送信回路は、第１の発振信号、及び該第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号が選択的に入力され、前記入力された前記第１の発振信号又は前記第２の発振信号を使用して、ベースバンド信号を無線周波数信号に変換する周波数変換部と、増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含み、前記無線周波数信号を増幅する増幅器と、前記増幅器で増幅された無線周波数信号が入力され、所定の通過帯域内の信号を通過させる帯域通過フィルタとを含む。前記周波数変換部には、データが無線送信される期間は前記第１の発振信号が入力され、データが無線送信されない期間は前記第２の発振信号が入力される。前記周波数変換部は、前記第１の発振信号が入力される場合は前記ベースバンド信号を第１の無線周波数信号に変換し、前記第２の発振信号が入力される場合は前記ベースバンド信号を第２の無線周波数信号に変換する。前記第１の無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域内の帯域の信号であり、前記第２の無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域外の帯域の信号である。 In order to achieve the above object, the present disclosure provides a transmission circuit as a first aspect. The transmission circuit includes a frequency conversion unit that selectively receives a first oscillation signal and a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal, and converts a baseband signal into a radio frequency signal using the input first oscillation signal or the second oscillation signal, an amplifier that includes a gallium nitride device as an amplifying element and amplifies the radio frequency signal, and a band pass filter that receives the radio frequency signal amplified by the amplifier and passes signals within a predetermined pass band. The first oscillation signal is input to the frequency conversion unit during a period when data is wirelessly transmitted, and the second oscillation signal is input during a period when data is not wirelessly transmitted. The frequency conversion unit converts the baseband signal into a first radio frequency signal when the first oscillation signal is input, and converts the baseband signal into a second radio frequency signal when the second oscillation signal is input. The first radio frequency signal is a signal in a band within the pass band of the band pass filter, and the second radio frequency signal is a signal in a band outside the pass band of the band pass filter.
本開示は、第２の態様として、通信装置を提供する。通信装置は、送信ベースバンド信号の生成、及び受信ベースバンド信号に対する信号処理を実施するベースバンド部と、第１の発振信号を出力する第１の発振器と、前記第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号を出力する第２の発振器と、前記送信ベースバンド信号を送信無線周波数信号に変換する送信回路と、前記送信無線周波数信号を送信し、受信無線周波数信号を受信するアンテナと、前記受信無線周波数信号を前記受信ベースバンド信号に変換する受信回路とを含む。前記送信回路は、前記第１の発振信号、及び前記第２の発振信号が選択的に入力され、前記入力された前記第１の発振信号又は前記第２の発振信号を使用して、前記送信ベースバンド信号を送信無線周波数信号に変換する周波数変換部と、増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含み、前記送信無線周波数信号を増幅する増幅器と、前記増幅器で増幅された送信無線周波数信号が入力され、所定の通過帯域内の信号を通過させる帯域通過フィルタとを含む。前記周波数変換部には、データが無線送信される期間は前記第１の発振信号が入力され、データが無線送信されない期間は前記第２の発振信号が入力される。前記周波数変換部は、前記第１の発振信号が入力される場合は前記送信ベースバンド信号を第１の送信無線周波数信号に変換し、前記第２の発振信号が入力される場合は前記送信ベースバンド信号を第２の送信無線周波数信号に変換する。前記第１の送信無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域内の帯域の信号であり、前記第２の送信無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域外の帯域の信号である。 The present disclosure provides a communication device as a second aspect. The communication device includes a baseband unit that generates a transmission baseband signal and performs signal processing on a reception baseband signal, a first oscillator that outputs a first oscillation signal, a second oscillator that outputs a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal, a transmission circuit that converts the transmission baseband signal into a transmission radio frequency signal, an antenna that transmits the transmission radio frequency signal and receives a reception radio frequency signal, and a reception circuit that converts the reception radio frequency signal into the reception baseband signal. The transmission circuit includes a frequency conversion unit that selectively inputs the first oscillation signal and the second oscillation signal and converts the transmission baseband signal into a transmission radio frequency signal using the input first oscillation signal or the second oscillation signal, an amplifier that includes a gallium nitride device as an amplifying element and amplifies the transmission radio frequency signal, and a bandpass filter that inputs the transmission radio frequency signal amplified by the amplifier and passes signals within a predetermined passband. The frequency conversion unit receives the first oscillation signal during a period when data is wirelessly transmitted, and receives the second oscillation signal during a period when data is not wirelessly transmitted. When the first oscillation signal is input, the frequency conversion unit converts the transmission baseband signal to a first transmission radio frequency signal, and when the second oscillation signal is input, the frequency conversion unit converts the transmission baseband signal to a second transmission radio frequency signal. The first transmission radio frequency signal is a signal in a band within the pass band of the band pass filter, and the second transmission radio frequency signal is a signal in a band outside the pass band of the band pass filter.
本開示は、第３の態様として、通信方法を提供する。データが無線送信される期間において、第１の発振信号を使用して、ベースバンド信号を、帯域通過フィルタの通過帯域幅内の信号である第１の無線周波数信号に変換し、前記第１の無線周波数信号を、増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含む増幅器で増幅し、前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第１の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタを通過した第１の無線通信信号をアンテナに向けて出力し、データが無線送信されない期間において、前記第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号を使用し、ベースバンド信号を、前記帯域通過フィルタの通過帯域外の信号である第２の無線周波数信号に変換し、前記第２の無線周波数信号を、前記増幅器で増幅し、前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第２の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタにおいて第２の無線通信信号を全反射させることを含む。 The present disclosure provides a communication method as a third aspect. During a period when data is wirelessly transmitted, a first oscillation signal is used to convert a baseband signal into a first radio frequency signal that is a signal within the passband width of a bandpass filter, the first radio frequency signal is amplified by an amplifier including a gallium nitride device as an amplifying element, the first radio frequency signal is input to the bandpass filter, and the first wireless communication signal that has passed through the bandpass filter is output toward an antenna, and during a period when data is not wirelessly transmitted, a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal is used to convert the baseband signal into a second radio frequency signal that is a signal outside the passband width of the bandpass filter, the second radio frequency signal is amplified by the amplifier, the second radio frequency signal is input to the bandpass filter, and the second wireless communication signal is totally reflected by the bandpass filter.
本開示は、第４の態様として、プログラムを提供する。プログラムは、データが無線送信される期間において、第１の発振信号を使用して、ベースバンド信号を、帯域通過フィルタの通過帯域幅内の信号である第１の無線周波数信号に変換し、前記第１の無線周波数信号を、増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含む増幅器で増幅し、前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第１の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタを通過した第１の無線通信信号をアンテナに向けて出力し、データが無線送信されない期間において、前記第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号を使用し、ベースバンド信号を、前記帯域通過フィルタの通過帯域外の信号である第２の無線周波数信号に変換し、前記第２の無線周波数信号を、前記増幅器で増幅し、前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第２の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタにおいて第２の無線通信信号を全反射させる処理をプロセッサに実行させるためのものである。 The present disclosure provides a program as a fourth aspect. The program causes a processor to execute the following processes during a period when data is wirelessly transmitted: using a first oscillation signal, converting a baseband signal into a first radio frequency signal that is a signal within the passband width of a bandpass filter; amplifying the first radio frequency signal with an amplifier including a gallium nitride device as an amplifying element; inputting the first radio frequency signal amplified by the amplifier to the bandpass filter; outputting the first wireless communication signal that has passed through the bandpass filter toward an antenna; and during a period when data is not wirelessly transmitted, using a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal, converting the baseband signal into a second radio frequency signal that is a signal outside the passband width of the bandpass filter; amplifying the second radio frequency signal with the amplifier; inputting the second radio frequency signal amplified by the amplifier to the bandpass filter; and totally reflecting the second wireless communication signal at the bandpass filter.
本開示に係る送信回路、通信装置、通信方法、及びプログラムは、データ送信が間欠的に実施される場合において、送信時の無線特性の低下を抑制することができる。 The transmission circuit, communication device, communication method, and program disclosed herein can suppress degradation of wireless characteristics during transmission when data transmission is performed intermittently.
本開示の実施の形態の説明に先立って、本開示の概要を説明する。図１は、本開示に係る通信装置の概略的な構成例を示す。通信装置１０は、ベースバンド部１１、少なくとも１つの第１の発振器１２、第２の発振器１３、アンテナ１４、送信回路２０、及び受信回路３０を有する。ベースバンド部１１は、送信ベースバンド信号の生成、及び受信ベースバンド信号に対する信号処理を実施する。第１の発振器１２は、第１の発振信号を出力する。第２の発振器１３は、第２の発振信号を出力する。第２の発振信号の周波数は、第１の発振信号の周波数とは異なる。送信回路２０は、送信ベースバンド信号を送信無線周波数信号に変換する。アンテナ１４は、送信無線周波数信号を送信し、受信無線周波数信号を受信する。受信回路３０は、受信無線周波数信号を受信ベースバンド信号に変換する。
Prior to describing the embodiments of the present disclosure, an overview of the present disclosure will be described. FIG. 1 shows a schematic configuration example of a communication device according to the present disclosure. The
送信回路２０は、周波数変換部２１、増幅器２２、及び帯域通過フィルタ２３を有する。周波数変換部２１には、第１の発振信号、及び第２の発振信号が選択的に入力される。周波数変換部２１は、入力された第１の発振信号又は第２の発振信号を使用して、送信ベースバンド信号を送信無線周波数信号に変換する。
The
周波数変換部２１には、データが無線送信される期間は第１の発振信号が入力され、データが無線送信されない期間は第２の発振信号が入力される。周波数変換部２１は、第１の発振信号が入力される場合は送信ベースバンド信号を第１の送信無線周波数信号に変換する。周波数変換部２１は、第２の発振信号が入力される場合は送信ベースバンド信号を第２の送信無線周波数信号に変換する。第１の送信無線周波数信号は、帯域通過フィルタ２３の通過帯域内の帯域の信号である。一方、第２の送信無線周波数信号は、帯域通過フィルタ２３の通過帯域外の帯域の信号である。
The
増幅器２２は、増幅素子として窒化ガリウムデバイス（ＧａＮデバイス）を含む。増幅器２２は、周波数変換部２１で生成された無線周波数信号を増幅する。
The
帯域通過フィルタ２３には、増幅器２２で増幅された送信無線周波数信号が入力される。帯域通過フィルタ２３は、所定の通過帯域の信号を通過させ、通過帯域外の信号を通過させない。増幅器２２が第１の送信無線周波数信号を増幅する場合、帯域通過フィルタ２３は、第１の送信無線周波数信号をアンテナ１４側に通過させる。この場合、第１の送信無線周波数信号はアンテナ１４に供給され、第１の送信無線周波数信号がアンテナ１４から送信される。
The
一方、増幅器２２が第２の送信無線周波数信号を増幅する場合、帯域通過フィルタ２３は、第２の送信無線周波数信号をアンテナ１４側に通過させない。このため、第２の送信無線周波数信号は、アンテナ１４には供給されない。増幅器２２は、データが無線送信されない期間に第２の送信無線周波数信号を帯域通過フィルタ２３に出力しており、受信回路３０は、その期間において、アンテナ１４から受信無線周波数信号を受信できる。
On the other hand, when the
本開示では、周波数変換部２１は、データが無線送信される期間は、送信ベースバンド信号を、帯域通過フィルタ２３の通過帯域内の信号である第１の送信無線周波数信号に変換する。周波数変換部２１は、データが無線送信されない期間は、送信ベースバンド信号を、帯域通過フィルタ２３の通過帯域外の信号である第２の送信無線周波数信号に変換する。第２の送信無線周波数信号は、帯域通過フィルタ２３の通過帯域外の信号であるため、帯域通過フィルタ２３を通過できず、従って、アンテナ１４に供給されない。このため、データが送信されない期間において、増幅器２２が第２の送信無線周波数信号を増幅しても、受信には影響を与えない。本開示では、増幅器２２は、データが送信されない期間においても増幅を停止しない。このようにすることで、データが送信されない期間からデータが送信される期間に切り替わった直後でも、増幅器２２において、ＧａＮデバイスに特有のＩｄｑドリフトを発生させずに、第１の送信無線周波数信号を増幅することができる。従って、本開示は、データ送信が間欠的に実施される場合において、データ送信における無線特性の劣化を抑制できる。
In the present disclosure, the
以下、図面を参照し、本開示の実施の形態を詳細に説明する。図２は、本開示の一実施形態に係る通信装置を示す。通信装置１００は、ベースバンド部１０１、第１の発振器１０２、第２の発振器１０３、第１のスイッチ１０４、第１のミキサ１０５、第１の増幅器１０６、第２の増幅器１０７、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ：Band Pass Filter）１０８、サーキュレータ１０９、アンテナ１１０、第２のスイッチ１１１、第３の増幅器１１２、第２のミキサ１１３、及び制御部１２０を有する。
Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows a communication device according to an embodiment of the present disclosure. The
本実施形態において、通信装置１００は、他の装置との間で、ＴＤＤ方式で無線信号の送信及び受信を行うものとする。通信装置１００は、例えば、携帯電話通信網の無線基地局において使用される。通信装置１００は、図１に示される通信装置１０に対応する。
In this embodiment, the
ベースバンド部１０１は、デジタル信号の変調及び復調を行う。ベースバンド部１０１は、信号送信時に、送信ベースバンド信号（以下、単にベースバンド信号とも呼ぶ）を生成する。ベースバンド部１０１は、データ送信に関連する部分として、例えば送信されるデータを符号化する符号化器、及び符号化されたデータを所定の変調方式で変調する変調器を含む。ベースバンド部１０１は、信号受信時は、送信されたデータを生成する。ベースバンド部１０１は、データ受信に関連する部分として、例えば受信された信号を復調する復調器、及び送信されたデータを復号化する復号器を含む。ベースバンド部１０１は、ハードウェア的には、プロセサ及びメモリと、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）とを含み得る。ベースバンド部１０１は、図１に示されるベースバンド部１１に対応する。
The
第１の発振器１０２及び第２の発振器１０３は、局部発振器（ＬＯ：Local Oscillator）であり、それぞれ所定周波数の発振信号（以下、ＬＯ信号とも呼ぶ）を出力する。以下では、第１の発振器１０２が出力するＬＯ信号を第１のＬＯ信号と呼び、第２の発振器が出力するＬＯ信号を第２のＬＯ信号と呼ぶ。第１のスイッチ１０４は、切替スイッチであり、第１のＬＯ信号又は第２のＬＯ信号を選択する。第１のスイッチ１０４は、選択した第１のＬＯ信号又は第２のＬＯ信号を、第１のミキサ１０５に出力する。第１の発振器１０２は、図１に示される第１の発振器１２に対応する。第２の発振器１０３は、図１に示される第２の発振器１３に対応する。
The
第１のミキサ１０５は、ベースバンド部１０１が出力するベースバンド信号と、第１のスイッチ１０４を介して入力される第１のＬＯ信号又は第２のＬＯ信号とをミキシングする。第１のミキサ１０５は、ベースバンド信号と、第１のＬＯ信号又は第２のＬＯ信号とを乗算し、ベースバンド信号を無線周波数（ＲＦ：Radio Frequency）信号にアップコンバートする。第１のミキサ１０５は、図１に示される周波数変換部２１に対応する。
The
以下の説明において、第１のＬＯ信号とベースバンド信号とをミキシングして得られるＲＦ信号を第１の送信ＲＦ信号と呼ぶ。第１の送信ＲＦ信号は、無線通信において使用される周波数の信号である。第１の送信ＲＦ信号は、第２の増幅器１０７の増幅帯域内で、かつＢＰＦ１０８の通過帯域内の信号である。また、以下の説明において、第２のＬＯ信号とベースバンド信号とをミキシングして得られるＲＦ信号を第２の送信ＲＦ信号と呼ぶ。第２の送信ＲＦ信号は、ＢＰＦ１０８の通過帯域外の信号である。送信ＲＦ信号は、単にＲＦ信号とも呼ばれる。
In the following description, the RF signal obtained by mixing the first LO signal and the baseband signal is referred to as the first transmission RF signal. The first transmission RF signal is a signal of a frequency used in wireless communication. The first transmission RF signal is a signal within the amplification band of the
第１の増幅器１０６は、第１のミキサ１０５から出力されるＲＦ信号を増幅する。第２の増幅器１０７は、第１の増幅器１０６から出力されるＲＦ信号を増幅する。第２の増幅器１０７は、パワーアンプであり、ＲＦ信号を所定電力まで増幅する。第２の増幅器１０７は、増幅素子、すなわち信号増幅用のデバイスとして、ＧａＮ－ＨＥＭＴなどのＧａＮデバイスを含む。一方、第１の増幅器１０６は、ＧａＮデバイス以外のデバイスを用いて構成される。なお、図２では第１の増幅器１０６が１つだけ図示されているが、本実施形態はこれには限定されない。通信装置１００は、互いに直列に接続される複数の第１の増幅器１０６を含み得る。第２の増幅器１０７は、図１に示される増幅器２２に対応する。第１の増幅器１０６は、増幅器２２の前段に配置される別の増幅器に対応する。
The
本実施形態において、第１のＬＯ信号の周波数、及び第２のＬＯ信号の周波数は、第１のＲＦ信号の信号帯域と第２のＲＦ信号の信号帯域とが分離した信号帯域になるように設定される。別の言い方をすると、第１のＬＯ信号の周波数、及び第２のＬＯ信号の周波数は、第１のＲＦ信号の信号帯域と第２のＲＦ信号の信号帯域とが互いに重複しないように設定される。第２のＲＦ信号の信号帯域は、第２の増幅器１０７の増幅帯域外の信号帯域に設定されてもよい。その場合、第２の増幅器１０７は、入力される第２のＲＦ信号を、増幅器を飽和させることができるレベルまで増幅してもよい。つまり、第２の増幅器１０７は、飽和状態で第２のＲＦ信号を増幅してもよい。
In this embodiment, the frequency of the first LO signal and the frequency of the second LO signal are set so that the signal band of the first RF signal and the signal band of the second RF signal are separate signal bands. In other words, the frequency of the first LO signal and the frequency of the second LO signal are set so that the signal band of the first RF signal and the signal band of the second RF signal do not overlap with each other. The signal band of the second RF signal may be set to a signal band outside the amplification band of the
ＢＰＦ１０８には、第２の増幅器１０７で増幅された第１のＲＦ信号又は第２のＲＦ信号が入力される。ＢＰＦ１０８は、所定周波数帯のＲＦ信号を透過し、所定周波数帯から外れた周波数帯のＲＦ信号を透過させない。より詳細には、ＢＰＦ１０８は、第１のＲＦ信号を透過させ、第２のＲＦ信号を全反射する。ＢＰＦ１０８は、図１に示される帯域通過フィルタ２３に対応する。通信装置１００において、第１のミキサ１０５、第１の増幅器１０６、第２の増幅器１０７、及びＢＰＦ１０８は、信号送信に関連する送信回路を構成する。この送信回路は、図１に示される送信回路２０に対応する。
The first RF signal or the second RF signal amplified by the
サーキュレータ１０９は、ＢＰＦ１０８から出力されるＲＦ信号をアンテナ１１０に出力する。アンテナ１１０は、信号送信時は、電気信号であるＲＦ信号の電気エネルギーを電磁波エネルギーに変換し、電磁波エネルギーを空中に放射する。アンテナ１１０は、信号受信時は、電磁波エネルギーを吸収して電気エネルギーに変換し、電気信号、すなわち受信ＲＦ信号をサーキュレータ１０９に出力する。アンテナ１１０は、図１に示されるアンテナ１４に対応する。
The
第２のスイッチ１１１は、第３の増幅器１１２又は終端器を、サーキュレータ１０９から出力されるＲＦ信号の出力先として選択する。第２のスイッチ１１１は、信号送信時は、終端器を選択する。終端器は終端抵抗を含み、終端抵抗は信号送信時にＢＰＦ１０８から出力されるＲＦ信号を終端する。第２のスイッチ１１１は、信号受信時は、第３の増幅器１１２を選択する。信号受信時にサーキュレータ１０９から出力されるＲＦ信号、すなわち受信ＲＦ信号は、第３の増幅器１１２に出力される。
The
第３の増幅器１１２は、受信ＲＦ信号を増幅する。第３の増幅器１１２は、例えば低雑音増幅器（ＬＮＡ：Low Noise Amplifier）であり、アンテナ１１０で受信された微弱な受信ＲＦ信号を増幅する。第２のミキサ１１３は、受信側の周波数変換部であり、第３の増幅器１１２で増幅された受信ＲＦ信号と、第１の発振器１０２が出力する第１のＬＯ信号とをミキシングする。第２のミキサ１１３は、受信ＲＦ信号と第１のＬＯ信号と乗算し、受信ＲＦ信号を受信ベースバンド信号にダウンコンバートする。第２のミキサ１１３は、ダウンコンバートした受信ベースバンド信号を、ベースバンド部１０１に出力する。通信装置１００において、第３の増幅器１１２及び第２のミキサ１１３は、信号受信に関連する受信回路を構成する。この受信回路は、図１に示される受信回路３０に対応する。
The
制御部１２０は、通信装置１００の各部を制御するコントローラである。制御部１２０は、ハードウェア的には、例えばプロセサ及びメモリを含む。制御部１２０は、ＴＤＤ方式における信号送信と信号受信とに合わせて、第１のスイッチ１０４、及び第２のスイッチ１１１を制御する。制御部１２０は、信号送信時、すなわちデータが無線送信される期間は、第１のスイッチ１０４に第１のＬＯ信号を選択させ、第２のスイッチ１１１に終端器を選択させる。信号送信時、第１のミキサ１０５はベースバンド信号を第１のＲＦ信号にアップコンバートする。第１の増幅器１０６及び第２の増幅器１０７は第１のＲＦ信号を増幅し、ＢＰＦ１０８は、第１のＲＦ信号をアンテナ１１０に出力する。
The
制御部１２０は、信号受信時、すなわちデータが無線送信されない期間は、第１のスイッチ１０４に第２のＬＯ信号を選択させ、第２のスイッチ１１１に第３の増幅器１１２を選択させる。信号受信時、第１のミキサ１０５はベースバンド信号を第２のＲＦ信号にアップコンバートする。第１の増幅器１０６及び第２の増幅器１０７は第２のＲＦ信号を増幅する。ＢＰＦ１０８は、第２のＲＦ信号を全反射し、アンテナ１１０側に通過させない。アンテナ１１０が受信した受信ＲＦ信号は、第２のスイッチ１１１を介して第３の増幅器１１２に入力され、第３の増幅器１１２で増幅される。受信ＲＦ信号は、第２のミキサ１１３で受信ベースバンド信号にダウンコンバートされ、受信ベースバンド信号がベースバンド部１０１に入力される。
When receiving a signal, that is, during a period when data is not being transmitted wirelessly, the
次いで、動作手順を説明する。図３は、通信装置１００の動作手順を示す。通信装置１００の動作手順は、通信方法に対応する。通信装置１００の動作手順は、ＴＤＤ方式における送信のタイムスロットの期間、すなわち送信期間における動作手順と、受信のタイムスロットの期間、すなわち受信期間における動作手順とを含む。
Next, the operation procedure will be described. FIG. 3 shows the operation procedure of the
１つ前の受信期間が終わり、タイムスロットが送信期間に切り替わると、制御部１２０は、第１のスイッチ１０４に、第１の発振器１０２が出力する第１のＬＯ信号を選択させる（ステップＳ１１）。また、制御部１２０は、受信回路側へのＲＦ信号の回り込みを防ぐために、第２のスイッチ１１１に終端器を選択させる。
When the previous reception period ends and the time slot switches to the transmission period, the
ベースバンド部１０１は、送信されるデータに応じたベースバンド信号、すなわち送信ベースバンド信号を生成する（ステップＳ１２）。第１のミキサ１０５は、第１のスイッチ１０４を介して入力される第１のＬＯ信号と送信ベースバンド信号とをミキシングし、送信ベースバンド信号を第１のＲＦ信号に変換する（ステップＳ１３）。
The
第１のＲＦ信号は、第１の増幅器１０６で増幅された後、ＧａＮデバイスを含む第２の増幅器１０７に入力される。第２の増幅器１０７は、第１のＲＦ信号を増幅する（ステップＳ１４）。ＢＰＦ１０８は、第２の増幅器１０７で増幅された第１のＲＦ信号をサーキュレータ１０９側に通過させる（ステップＳ１５）。第１のＲＦ信号は、サーキュレータ１０９を介してアンテナ１１０に入力され、アンテナ１１０から出力される（ステップＳ１６）。ステップＳ１１からＳ１６までの動作は、通信装置１００の送信期間における動作に対応する。
The first RF signal is amplified by the
送信期間が終わり、タイムスロットが受信期間に切り替わると、制御部１２０は、第１のスイッチ１０４に、第２の発振器１０３が出力する第２のＬＯ信号を選択させる（ステップＳ１７）。また、制御部１２０は、第２のスイッチ１１１に、第３の増幅器１１２を選択させる。
When the transmission period ends and the time slot switches to the reception period, the
ベースバンド部１０１は、信号受信時は、例えば送信データなしに対応するベースバンド信号を出力する。第１のミキサ１０５は、第１のスイッチ１０４を介して入力される第２のＬＯ信号とベースバンド信号とをミキシングし、ベースバンド信号を第２のＲＦ信号に変換する（ステップＳ１８）。第２のＲＦ信号は、第１の増幅器１０６で増幅された後、ＧａＮデバイスを含む第２の増幅器１０７に入力される。第２の増幅器１０７は、第２のＲＦ信号を増幅する（ステップＳ１９）。
When receiving a signal, the
ＢＰＦ１０８には、第２の増幅器１０７で増幅された第２のＲＦ信号が入力される。第２のＲＦ信号はＢＰＦ１０８の通過帯域から外れているため、ＢＰＦ１０８は、第２のＲＦ信号を全反射する（ステップＳ２０）。このため、第２のＲＦ信号は、アンテナ１１０には出力されない。
The second RF signal amplified by the
第３の増幅器１１２には、サーキュレータ１０９及び第２のスイッチ１１１を介して、アンテナ１１０で受信されたＲＦ信号、すなわち受信ＲＦ信号が入力される。第３の増幅器１１２は、受信ＲＦ信号を増幅する（ステップＳ２１）。第２のミキサ１１３は、第１の発振器１０２が出力する第１のＬＯ信号と、第３の増幅器１１２で３増幅された受信ＲＦ信号をミキシングし、受信ＲＦ信号を受信ベースバンド信号にダウンコンバートする（ステップＳ２２）。ベースバンド部１０１は、受信ベースバンド信号に対して復調及び復号化などを行い、送信されたデータを復号化する（ステップＳ２３）。ステップＳ１７からＳ２３までの動作は、通信装置１００の受信期間における動作に対応する。通信装置１００は、送信期間の動作と、受信期間の動作とを、交互に繰り返し実行する。
The
ここで、比較例として、通信装置１００において受信時に第２の増幅器１０７の増幅動作を停止する場合を考える。図４は、比較例における、第２の増幅器１０７に含まれる信号増幅用トランジスタのドレイン電流を示す。図４において、横軸は時間を表し、縦軸はドレイン電流を表す。また、Ｒｘは受信を表し、Ｔｘは送信を表す。図４において、実線で示される波形はＩｄｑドリフトが発生した時の波形を示し、点線で示される波形は理想的な波形を示す。
As a comparative example, consider a case where the amplification operation of the
ＴＤＤ方式において、送信期間と受信期間とは交互に切り替えられる。受信期間において第２の増幅器１０７が増幅動作を停止する場合、ドレイン電流は、あるレベルでほぼ一定の電流となる。タイムスロットが受信期間から送信期間に切り替わり、第２の増幅器１０７が増幅動作を開始すると、ドレイン電流は受信期間におけるドレイン電流から増加する。しかしながら、Ｉｄｑドリフトの影響で、送信期間において、ドレイン電流はすぐには理想的なドレイン電流まで上がらず、図４に示されるように、徐々に理想的なドレイン電流に近付いていく。
In the TDD system, the transmission period and the reception period are alternately switched. When the
図５は、本実施形態における第２の増幅器１０７に含まれる信号増幅用トランジスタのドレイン電流を示す。図５において、横軸は時間を表し、縦軸はドレイン電流を表す。本実施形態では、受信期間において、第２の増幅器１０７には、ＢＰＦ１０８の通過帯域外の信号である第２のＲＦ信号が入力される。第２のＲＦ信号は、第２の増幅器１０７で増幅された場合でも、ＢＰＦ１０８で全反射し、サーキュレータ１０９側に出力されない。このため、本実施形態では、受信期間において、第２の増幅器１０７の増幅動作を停止させずに継続することができ、ドレイン電流を、送信期間と受信期間とで一定に保つことができる。なお、ドレイン電流は、送信期間と受信期間とで厳密に同一である必要はなく、ほぼ一定であればよい。
Figure 5 shows the drain current of the signal amplification transistor included in the
本実施形態では、受信期間と送信期間とで、第２の増幅器１０７に入力される無線周波数信号の周波数が切り替えられ、受信期間では、第２の増幅器１０７に、ＢＰＦ１０８の通過帯域外の信号である第２のＲＦ信号が入力される。ＢＰＦ１０８は、受信期間において第２のＲＦ信号を全反射し、受信期間において第２のＲＦ信号はアンテナ１１０には供給されない。このため、本実施形態では、受信期間において送信回路からアンテナ１１０へのＲＦ信号の出力を抑制しつつ、第２の増幅器１０７の増幅動作を維持することができ、受信期間において、第２の増幅器１０７を送信期間と同様な条件で動作させることができる。このようにすることで、受信期間から送信期間に切り替わるときに、第２の増幅器１０７のドレイン電流が大きく変化することを抑制でき、Ｉｄｑドリフトの発生を抑制できる。本実施形態では、Ｉｄｑドリフトの発生を抑制できるため、増幅動作停止から増幅動作開始への切替えに伴うＧａＮデバイスに特有の線形性の変動を抑制した状態で、第２の増幅器１０７を使用することができる。従って、本実施形態は、送信される無線周波数信号の利得が低下することを抑制でき、また、無線周波数信号の歪みを抑制することができる。
In this embodiment, the frequency of the radio frequency signal input to the
なお、上記実施形態では、通信装置１００が、ＴＤＤ方式で無線通信を行う装置である例を説明した。しかしながら、本開示において、通信方式はＴＤＤ方式には限定されない。本開示は、送信回路が無線送信を実施する期間と無線送信を実施しない期間とを含む通信方式で通信を行う通信装置に適用することができる。本開示において、送信回路が無線送信を実施しない期間において、受信回路が無線周波数信号を受信することは、必ずしも必要はない。
In the above embodiment, an example has been described in which the
また、上記実施形態では、ベースバンド信号をＲＦ信号に直接変換する例を説明した。しかしながら、本開示は、これには限定されない。本開示において、ベースバンド信号を所定の中間周波数のＩＦ信号に変換し、ＩＦ信号をＲＦ信号に変換してもよい。その場合、第２の増幅器１０７は、第１のＲＦ信号、又は第２のＲＦ信号を増幅する。ＩＦ信号を用いる場合でも、ＢＰＦ１０８において、第２の増幅器１０７から出力される第１のＲＦ信号を通過させ、第２の増幅器１０７から出力される第２のＲＦ信号を全反射させることで、上記で説明した効果と同様な効果が得られる。
In the above embodiment, an example in which a baseband signal is directly converted into an RF signal has been described. However, the present disclosure is not limited to this. In the present disclosure, a baseband signal may be converted into an IF signal of a predetermined intermediate frequency, and the IF signal may be converted into an RF signal. In this case, the
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に対して変更や修正を加えたものも、本開示に含まれる。 Although the embodiments of the present disclosure have been described in detail above, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and the present disclosure also includes changes and modifications to the above-described embodiments that do not deviate from the spirit of the present disclosure.
１０：通信装置
１１：ベースバンド部
１２：第１の発振器
１３：第２の発振器
１４：アンテナ
２１：周波数変換部
２２：増幅器
２３：帯域通過フィルタ
３０：受信回路
１００：通信装置
１０１：ベースバンド部
１０２：第１の発振器
１０３：第２の発振器
１０４：第１のスイッチ
１０５：第１のミキサ
１０６：第１の増幅器
１０７：第２の増幅器
１０８：ＢＰＦ
１０９：サーキュレータ
１１０：アンテナ
１１１：第２のスイッチ
１１２：第３の増幅器
１１３：第２のミキサ
１２０：制御部
10: Communication device 11: Baseband section 12: First oscillator 13: Second oscillator 14: Antenna 21: Frequency conversion section 22: Amplifier 23: Bandpass filter 30: Receiving circuit 100: Communication device 101: Baseband section 102: First oscillator 103: Second oscillator 104: First switch 105: First mixer 106: First amplifier 107: Second amplifier 108: BPF
109: circulator 110: antenna 111: second switch 112: third amplifier 113: second mixer 120: control section
Claims (14)
増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含み、前記無線周波数信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された無線周波数信号が入力され、所定の通過帯域内の信号を通過させる帯域通過フィルタとを備え、
前記周波数変換部には、データが無線送信される期間は前記第１の発振信号が入力され、データが無線送信されない期間は前記第２の発振信号が入力され、
前記周波数変換部は、前記第１の発振信号が入力される場合は前記ベースバンド信号を第１の無線周波数信号に変換し、前記第２の発振信号が入力される場合は前記ベースバンド信号を第２の無線周波数信号に変換し、
前記第１の無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域内の帯域の信号であり、前記第２の無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域外の帯域の信号である、送信回路。 a frequency conversion unit to which a first oscillation signal and a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal are selectively input, and which converts a baseband signal into a radio frequency signal by using the input first oscillation signal or the input second oscillation signal;
an amplifier including a gallium nitride device as an amplifying element for amplifying the radio frequency signal;
a band pass filter to which the radio frequency signal amplified by the amplifier is input and which passes signals within a predetermined pass band;
the first oscillation signal is input to the frequency conversion unit during a period in which data is wirelessly transmitted, and the second oscillation signal is input to the frequency conversion unit during a period in which data is not wirelessly transmitted;
the frequency conversion unit converts the baseband signal into a first radio frequency signal when the first oscillation signal is input, and converts the baseband signal into a second radio frequency signal when the second oscillation signal is input;
A transmitting circuit, wherein the first radio frequency signal is a signal in a band within a pass band of the band pass filter, and the second radio frequency signal is a signal in a band outside the pass band of the band pass filter.
前記第２の無線周波数信号は、前記帯域通過フィルタの通過帯域外の帯域の信号、かつ前記増幅器の増幅帯域外の信号である、請求項１から３何れか１項に記載の送信回路。 the first radio frequency signal is a signal in a band within a pass band of the band pass filter and an amplification band of the amplifier;
4. The transmission circuit according to claim 1, wherein the second radio frequency signal is a signal in a band outside the pass band of the band-pass filter and outside the amplification band of the amplifier.
送信ベースバンド信号の生成、及び受信ベースバンド信号に対する信号処理を実施するベースバンド部と、
第１の発振信号を出力する第１の発振器と、
前記第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号を出力する第２の発振器と、
前記送信ベースバンド信号を送信無線周波数信号に変換する送信回路と、
前記送信無線周波数信号を送信し、受信無線周波数信号を受信するアンテナと、
前記受信無線周波数信号を前記受信ベースバンド信号に変換する受信回路とを備え、
前記送信回路は、
前記第１の発振信号、及び前記第２の発振信号が選択的に入力され、前記入力された前記第１の発振信号又は前記第２の発振信号を使用して、前記送信ベースバンド信号を送信無線周波数信号に変換する周波数変換部と、
増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含み、前記送信無線周波数信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された送信無線周波数信号が入力され、所定の通過帯域内の信号を通過させる帯域通過フィルタとを有し、
前記周波数変換部には、データが無線送信される期間は前記第１の発振信号が入力され、データが無線送信されない期間は前記第２の発振信号が入力され、
前記周波数変換部は、前記第１の発振信号が入力される場合は前記送信ベースバンド信号を第１の送信無線周波数信号に変換し、前記第２の発振信号が入力される場合は前記送信ベースバンド信号を第２の送信無線周波数信号に変換し、
前記第１の送信無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域内の帯域の信号であり、前記第２の送信無線周波数信号は前記帯域通過フィルタの通過帯域外の帯域の信号である、通信装置。 1. A communication device, comprising:
a baseband unit that generates a transmission baseband signal and performs signal processing on a reception baseband signal;
a first oscillator that outputs a first oscillation signal;
a second oscillator that outputs a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal;
a transmitter circuit for converting the transmit baseband signal into a transmit radio frequency signal;
an antenna for transmitting the transmit radio frequency signal and for receiving the receive radio frequency signal;
a receiving circuit for converting the received radio frequency signal into the received baseband signal;
The transmission circuit includes:
a frequency conversion unit to which the first oscillation signal and the second oscillation signal are selectively input, and which converts the transmission baseband signal into a transmission radio frequency signal by using the input first oscillation signal or the input second oscillation signal;
an amplifier including a gallium nitride device as an amplifying element for amplifying the transmitted radio frequency signal;
a band pass filter to which the transmission radio frequency signal amplified by the amplifier is input and which passes signals within a predetermined pass band;
the first oscillation signal is input to the frequency conversion unit during a period in which data is wirelessly transmitted, and the second oscillation signal is input to the frequency conversion unit during a period in which data is not wirelessly transmitted;
the frequency conversion unit converts the transmission baseband signal into a first transmission radio frequency signal when the first oscillation signal is input, and converts the transmission baseband signal into a second transmission radio frequency signal when the second oscillation signal is input;
A communications device, wherein the first transmit radio frequency signal is a signal in a band within a pass band of the band pass filter, and the second transmit radio frequency signal is a signal in a band outside the pass band of the band pass filter.
前記受信回路は、前記受信無線周波数信号を増幅する第３の増幅器と、該第３の増幅器で増幅された受信無線周波数信号と前記第１の発振信号とをミキシングする第２のミキサとを含む、請求項９又は１０に記載の通信装置。 the frequency conversion unit includes a changeover switch that switches between the first oscillation signal or the second oscillation signal and outputs the signal, and a first mixer that mixes the first oscillation signal or the second oscillation signal output from the changeover switch with a transmission baseband signal,
11. The communication device according to claim 9, wherein the receiving circuit includes a third amplifier that amplifies the received radio frequency signal, and a second mixer that mixes the received radio frequency signal amplified by the third amplifier with the first oscillation signal.
前記第１の無線周波数信号を、増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含む増幅器で増幅し、
前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第１の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタを通過した第１の無線通信信号をアンテナに向けて出力し、
データが無線送信されない期間において、前記第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号を使用し、ベースバンド信号を、前記帯域通過フィルタの通過帯域外の信号である第２の無線周波数信号に変換し、
前記第２の無線周波数信号を、前記増幅器で増幅し、
前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第２の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタにおいて第２の無線通信信号を全反射させる、通信方法。 converting a baseband signal into a first radio frequency signal, which is a signal within a passband width of a bandpass filter, using a first oscillation signal during a period when data is wirelessly transmitted;
amplifying the first radio frequency signal with an amplifier including a gallium nitride device as an amplifying element;
inputting a first radio frequency signal amplified by the amplifier to the band pass filter, and outputting the first wireless communication signal that has passed through the band pass filter toward an antenna;
during a period when data is not wirelessly transmitted, a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal is used to convert a baseband signal into a second radio frequency signal that is a signal outside a passband of the bandpass filter;
amplifying the second radio frequency signal with the amplifier;
A communication method comprising: inputting a second radio frequency signal amplified by the amplifier to the bandpass filter; and totally reflecting the second wireless communication signal at the bandpass filter.
前記第１の無線周波数信号を、増幅素子として窒化ガリウムデバイスを含む増幅器で増幅し、
前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第１の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタを通過した第１の無線通信信号をアンテナに向けて出力し、
データが無線送信されない期間において、前記第１の発振信号の周波数とは周波数が異なる第２の発振信号を使用し、ベースバンド信号を、前記帯域通過フィルタの通過帯域外の信号である第２の無線周波数信号に変換し、
前記第２の無線周波数信号を、前記増幅器で増幅し、
前記帯域通過フィルタに前記増幅器で増幅された第２の無線周波数信号を入力し、前記帯域通過フィルタにおいて第２の無線通信信号を全反射させる処理をプロセッサに実行させるためのプログラム。 converting a baseband signal into a first radio frequency signal, which is a signal within a passband width of a bandpass filter, using a first oscillation signal during a period when data is wirelessly transmitted;
amplifying the first radio frequency signal with an amplifier including a gallium nitride device as an amplifying element;
inputting a first radio frequency signal amplified by the amplifier to the band pass filter, and outputting the first wireless communication signal that has passed through the band pass filter toward an antenna;
during a period when data is not wirelessly transmitted, a second oscillation signal having a frequency different from that of the first oscillation signal is used to convert a baseband signal into a second radio frequency signal that is a signal outside a passband of the bandpass filter;
amplifying the second radio frequency signal with the amplifier;
A program causing a processor to execute a process of inputting a second radio frequency signal amplified by the amplifier to the band pass filter and totally reflecting the second wireless communication signal at the band pass filter.
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