JP3348676B2 - Ofdm変調器及びこれを用いたデジタル放送装置 - Google Patents

Ofdm変調器及びこれを用いたデジタル放送装置

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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/32Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems
    • H04L27/36Modulator circuits; Transmitter circuits
    • H04L27/361Modulation using a single or unspecified number of carriers, e.g. with separate stages of phase and amplitude modulation
    • HELECTRICITY
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  • Amplifiers (AREA)
  • Amplitude Modulation (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はデジタル信号伝送装
置に関し、特に直交周波数分割多重(Orthogon
al Frequency Division Mul
tiplexing:OFDM)変調器及びこれを用い
たデジタル放送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のOFDMデジタル放送装置の構成
を図9に示す。図において、1は入力を受ける入力端
子、2は離散逆フーリエ変換器、10はD/A変換器、
11はローパスフィルタ、23は変調器、24は合成
器、25はA又はABクラス電力増幅器、26は0,9
0度移相分配器、9は搬送波発生器であり、これらの構
成によりOFDM変調器が構成される。図で、入力は例
えばMPEG2で符号化されたデジタル信号で、これを
受ける離散逆フーリエ変換器2からは、実軸成分である
Iデータと、虚軸成分であるQデータが出力され、それ
らをD/A変換器10でアナログ信号に変換した後、直
交変調し、A又はABクラスのリニア電力増幅器25で
信号を増幅し、アンテナ14より送信される。信号の周
波数スペクトルには、チャンネル帯域内に数百から数千
のキャリア信号が分布している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術による問題
点は、OFDM変調器からの出力信号であるマルチキャ
リア信号を、A又はABクラス電力増幅器を用いて増幅
するため、電力利用効率が低いことである。その理由を
図10を用いて説明する。マルチキャリア信号は、信号
のピークレベルと平均レベルとの差が大きい。これを歪
みを少なく増幅するにはA又はABクラスのリニア増幅
器を用いるが、増幅器の平均出力レベルは、ピーク出力
の1/10程度となる。A又はABクラス増幅器の効率
特性は、出力レベルが下がると、同様に下がる。このた
め、増幅器の平均動作効率も低い値となる。
【0004】本発明の目的は、このような従来の問題を
解決するためのものであり、OFDM変調器の出力のよ
うなマルチキャリア信号を、効率よく増幅できるデジタ
ル放送装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によるデジタル放
送装置は、離散逆フーリエ変換器の出力であるIデータ
(実軸データ)、Qデータ(虚軸データ)を、Iデータ
とQデータとを受け振幅データと位相データの極座標デ
ータに変換する手段と、位相データを基に搬送波を変調
する位相変調手段と、位相変調手段の出力を受けCクラ
ス等の増幅素子が飽和レベルで動作する効率の良い電力
増幅手段と、振幅データに応じてこの電力増幅器の出力
レベルを制御する手段を持ち、電力増幅手段に、複数の
効率の良い電力増幅ユニットと、前記電力増幅器に、複
数の効率の良い電力増幅ユニットと、ON/OFFの状
態により各電力増幅ユニットの出力信号のレベルを変化
させるスイッチ回路と、2個の3dB結合器と移相器を
含む構成を前記複数個もつ合成器を持ち、前記スイッチ
回路と移相器とを前記振幅データを基に制御することを
特徴とする。
【0006】本発明の作用について以下に説明する。例
えば、離散逆フーリエ変換器の出力をCOS(ωst)
=Iデータ及びSIN(ωst)=Qデータとした場
合、極座標データに変換すると、
【0007】
【数1】 となる。位相データで搬送波Vc*COS(ωct)を
位相変調すると、 Vc・COS(ωct−θ) となる。
【0008】この位相変調された搬送波を電力増幅器へ
入力し、極座標変換によって得られた振幅データを基に
電力増幅器の出力を制御し、振幅変調すると、これらの
信号の乗算回路として働き、出力信号は次のようにな
る。
【0009】 r・Vc・COS(ωc−θ)=1・Vc′COS(ωct−ωst) =Vc・COS{(ωc−ωs)・t} これは、シングルサイドバンド(SSB)の波形とな
り、 Iデータ:COS(ωst) Qデータ:SIN(ωst) をVc*COS(ωct)で直交変調した場合の以下の
波形と同じである。
【0010】COS(ωst)・Vc・COS(ωc
t)+SIN(ωst)・Vc・COS(ωct+π/
2)=Vc・COS{(ωc−ωs)t} 従って、振幅データと位相データに変換し、上記の手順
で出力波形を生成した場合でも、従来の技術による出力
波形と同じものとなる。
【0011】ここで、電力増幅器をCクラス動作させ、
振幅制御回路により常に飽和レベルでの動作するようし
ながら、出力振幅を制御する。この振幅制御回路によ
り、Cクラスの非線形な増幅器においても、出力は線形
出力となり、同時にCクラス動作の高効率を確保でき
る。
【0012】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【0013】図1は本発明の第1の実施の形態の回路構
成を示す図である。図で離散逆フーリエ変換器2からの
出力Iデータ3,Qデータ4は、極座標変換器5で振幅
データ6と位相データ7に変換される。Iデータ3,Q
データ4及び振幅データ6,位相データ7との関係は図
2のとおりである。搬送波発生器9からの搬送波信号を
この位相データ7により位相変調し、D/A変換器10
によるD/A変換、LPF11によるフィルター処理を
したあと、電力増幅器13への入力RF信号とする。
【0014】電力増幅器13はCクラス動作をさせ、入
力RF信号のレベルは一定とし、図3(a),(b)に
示すように増幅素子であるFET27又はパイポーラト
ランジスタ28のドレイン又はコレクタ電圧を変化させ
ることにより出力信号のレベル変化させる。この場合、
図4に示すようにドレイン又はコレクタ電圧出力レベル
がある値以上であれば出力信号レベルの変化に関係な
く、効率は一定値となる。この時の効率は、ABクラス
増幅器のピーク効率に等しい値となる。この増幅器の出
力レベルを前記振幅データに基ずき制御し、振幅変調を
かけることにより、OFDMデジタル変調波を得る。
【0015】次に、本発明の第2の実施の形態を図5を
参照して詳細に説明する。離散逆フーリエ変換器2から
の出力Iデータ3,Qデータ4は、第1の実施の形態と
同様に極座標変換回路5により振幅データ6と位相デー
タ7に変換され、その後、最終的に振幅データ6と位相
変調された搬送波が作られる。
【0016】第2の実施の形態における電力増幅部は入
力RF信号をN分配する分配回路21と、分配されたR
F信号をON/OFF制御するスイッチ回路22と、2
のN乗比の出力を持つN個のCクラス電力増幅器15
と、各増幅器の出力を合成する合成回路20と、この合
成回路20と前記スイッチ回路22を制御する振幅制御
回路12′から構成される。個々の電力増幅器15はそ
の出力の重み(出力)が異っており、例えば図6に示す
PA1,PA2,PA3,・・・のようになっている。
動作を説明すると、振幅データ6のデジタル信号を基に
スイッチ回路22によって入力RF信号をON/OFF
制御し、入力ON状態の電力増幅器の出力信号のみを合
成して、振幅データに応じた出力を得る。従って図7に
示すように、ON/OFFの状態により、出力信号のレ
ベルを変化させることができ、すなわち振幅データ6に
よって振幅変調をかけることになる(図6)。この場合
の効率は、NO状態の各電力増幅器15がCクラス動作
をしているため、常にピーク値となっている。
【0017】図8は第2の実施の形態の合成器20の構
成を示すものであって、(a)は基本部分、(b)は全
体の構成を示す。基本部分は2つの3dB結合器16,
18と移相器17から構成される。全体の構成は、
(b)に示すように基本部分が前記Cクラス電力増幅器
の数だけ直列的に接続されている。基本部分において、
電力レベルの異なる2つの信号を、等位相で第1の3d
B結合器16に入力すると、振幅は平均化され等振幅な
信号として現れる。位相は入力電力のレベル差により異
なるため、移相器17により90°の相対位相差をつ
け、第2の3dB結合器18へ入力する。すなわち、等
振幅で90°の位相差を持つ信号を第2の3dB結合器
18へ入力することにより、出力はすべて出力端子31
へ導かれる。従って、各電力増幅器15の出力信号の有
無により、合成器の各基本部分への入力信号レベルが変
化するが、移相器17を制御することにより損失無く電
力合成をすることができる。
【0018】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、入力信
号を振幅データと位相データの極座標形式に変換し、位
相データに応じて搬送波を変調し、振幅データに応じて
搬送波のレベルが変わるようにすることにより、従来の
OFDMデジタル放送装置と比べて、電力利用効率の良
い送信をする事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成図である。
【図2】Iデータ、Qデータを極座標表示した図であ
る。
【図3】第1の実施例における電力増幅器の構成例を示
す図である。
【図4】電圧制御Cクラス電力増幅器の効率特性を表す
図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態の回路図である。
【図6】第2の実施の形態における合成電力のイメージ
図である。
【図7】第2の実施の形態におけるN個合成Cクラス電
力増幅器効率特性を表す図である。
【図8】第2の実施の形態における合成器の構成を示す
図である。
【図9】従来の技術のOFDMデジタル放送装置の構成
図である。
【図10】従来技術に係わるABクラス電力増幅器の効
率特性を示す図である。
【符号の説明】
1 デジタル信号入力 2 離散逆フーリエ変換器 3 Iデータ 4 Qデータ 5 極座標変換器 6 振幅データ 7 位相データ 8 位相変調器 9 搬送波発生器 12,12′ 振幅制御回路 13 電力増幅器 14 アンテナ 15 Cクラス電力増幅器 16 第1の3dB結合器 17 移相器 18 第2の3dB結合器 19 ダミー負荷 20 合成器 21 分配器 22 スイッチ回路 23 変調器 25 ABクラス電力増幅器 26 位相分配器 27 FET 28 パイポーラトランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−152675(JP,A) 特開 平10−257111(JP,A) 特開 平6−224641(JP,A) 特開 平10−271170(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04J 11/00 H04L 27/00 - 27/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】離散逆フーリエ変換器の出力である実軸,
    虚軸のデータを極座標の振幅と位相のデータに変換する
    変換回路と、この位相データを基に搬送波を位相変調す
    る回路と、この振幅データによって振幅変調をかけるこ
    とができる電力増幅器とを具備し、 前記電力増幅器に、2にN乗比の出力を持つN個のCク
    ラス動作電力増幅ユニットを持ち、各電力増幅ユニット
    の入力をON/OFF制御するスイッチ回路と、2個の
    3dB結合器と移相器を含む構成をN個もつ合成器を持
    ち、前記スイッチ回路と移相器とを前記振幅データを基
    に制御する回路を持つ ことを特徴とするOFDMデジタ
    ル放送装置。
  2. 【請求項2】離散逆フーリエ変換器の出力である実軸,
    虚軸のデータを極座標の振幅と位相のデータに変換する
    変換回路と、この位相データを基に搬送波を位相変調す
    る回路と、この振幅データによって振幅変調をかけるこ
    とができる電力増幅器とを具備し、前記電力増幅器に、
    複数のCクラス動作電力増幅ユニットと、ON/OFF
    の状態により各電力増幅ユニットの出力信号のレベルを
    変化させるスイッチ回路と、2個の3dB結合器と移相
    器を含む構成を前記複数個もつ合成器を持ち、前記スイ
    ッチ回路と移相器とを前記振幅データを基に制御するこ
    とを特徴とするOFDMデジタル放送装置。
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