JP3894478B2 - 送信機用増幅装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、増幅装置に関し、より特定的には、送信出力を変化させる機能を持った無線送信機(例えばW−CDMA方式による移動体通信システムの端末側に設けられる無線送信機)に用いられ、その送信機が送信しようとする信号を増幅する増幅装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、携帯電話などの移動体通信システムの端末側に設けられる無線送信機には、低歪みで高効率な増幅装置が求められる。従来、このような増幅装置としては、EE&R(Envelope Elimination and Restoration)と呼ばれる増幅方法を用いたものが知られている。EE&R増幅の原理は、要するに、信号を振幅変調成分と角度変調成分とに分離して2つの増幅器で別々に増幅し、振幅変調成分と、角度変調成分とを合成することにより、増幅された信号を得るというものである。以下、従来のEE&R増幅装置について詳しく説明する。
【0003】
図9は、従来のEE&R増幅装置の構成例を示すブロック図である。図9において、従来のEE&R増幅装置は、入力端子701と、包絡線検波回路702と、振幅制限回路703と、2つの増幅器704および705と、出力端子707とを備えている。入力端子701は、包絡線検波回路702を介して増幅器704の入力側と接続され、また振幅制限回路703を介して増幅器705と接続される。増幅器704の出力側は、増幅器705のコレクタまたはドレイン(CorD)と接続され、増幅器705の出力側が出力端子707と接続される。増幅器704(のコレクタまたはドレイン)には、常時一定の電源電圧が印加されている。
【0004】
ここで、入力端子701に入力される信号は、振幅および角度の両変調成分を含むような信号である。増幅器704としては、振幅変調成分を増幅するのに適したスイッチングアンプ(例えばD級やS級などのアンプ)が用いられる。増幅器704には、角度変調成分をPWM(Pulse Width Modulation)信号に変換するためのPWM回路と、スイッチング増幅時に発生する不要高調波成分をカットするためのフィルタとが含まれている。一方、増幅器705としては、角度変調成分を増幅するのに適したB級またはC級アンプが用いられる。
【0005】
上記のように構成されたEE&R増幅装置では、入力端子701に信号が入力されると、その信号が2分岐されて、包絡線検波回路702と、振幅制限回路703とに与えられる。すると包絡線検波回路702からは、振幅変調成分(すなわち信号の包絡線)だけが出力され、振幅制限回路703からは、角度変調成分(すなわち振幅を一定化した信号)だけが出力される。
【0006】
振幅変調成分は、増幅器704に入力され、そこでPWM信号に変換されてスイッチング増幅された後、フィルタを経て増幅器705のコレクタまたはドレイン(CorD)に電源電圧として与えられる。このとき増幅器705に角度変調成分が入力され、増幅器705において角度変調成分のB級またはC級増幅動作、および振幅変調成分と角度変調成分との乗算処理が同時的に行われる。こうして、増幅器705からは、増幅された信号、すなわち増幅された振幅変調成分および増幅された角度変調成分を含んだ信号が出力される。
【0007】
このように、従来のEE&R増幅装置では、入力信号中の振幅変調成分をPWM信号に変換してスイッチングアンプで、入力信号中の角度変調成分をB級またはC級アンプで別々に増幅し、低歪みで高効率な増幅動作が可能となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、移動体通信システムの次世代標準方式として、同じ帯域により多くのチャンネルを収容可能なW−CDMA(Wideband−Code Division Multiple Access)方式が注目されている。W−CDMA方式では、送信機が無線基地局までの距離に応じて送信出力を変化させるような制御が行われる。
【0009】
従来のEE&R増幅装置をW−CDMA方式に対応させて上記のような送信出力制御を行う場合、例えば、入力端子701の前段に入力信号のレベルを予め調整するための回路が設けられる。または、包絡線検波回路702と増幅器704との間に振幅変調成分のレベル調整回路を設けたり、振幅制限回路703と増幅器705との間に角度変調成分のレベル調整回路を設けても、上記のような送信出力制御を行うことができる。
【0010】
しかしながら、増幅器704への角度変調成分だけをレベル調整する場合はよいが、増幅器704への振幅変調成分がレベル調整の対象に含まれている(すなわち振幅変調成分および角度変調成分を含んだ原信号をレベル調整するか、あるいは振幅変調成分だけをレベル調整する)場合には、送信出力を低下させた時、増幅器704で無駄に電力が消費される結果となる。つまり、従来のEE&R増幅装置では、送信機の送信出力が変化するのに伴って増幅器704の効率が低下する問題があった。
【0011】
ここで、上記の問題について詳しく説明する。増幅器704がスイッチングアンプである場合、入力信号のレベルによらずほぼ100%の高効率増幅が可能であるものと従来は考えられていた。ところが最近、スイッチングアンプの動作が飛躍的に高速化されてきており、そのためスイッチングアンプにおいても同様に増幅効率の低下が問題となっている。スイッチング周波数が高速になると効率が低下してくるのは、増幅対象であるPWM信号が完全な方形波でない(つまり所定の立ち上がり時間および立ち下がり時間が存在する)ことによる。
【0012】
加えて、従来のEE&R増幅装置には、次のような別の問題点もあった。すなわち、送信出力が低下した時、増幅器705への電源電圧が不足するために、増幅器705において角度変調成分に十分な変化幅を持った振幅変調成分を付加することができなくなり、その結果、増幅後の信号のダイナミックレンジが狭くなって歪みが増えるという問題点である。
【0013】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、送信出力を変化させる機能を持った送信機に設けられ、その送信機が送信しようとする信号を低歪みで高効率に増幅できるような増幅装置を提供することである。
【0036】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第1の発明は、送信出力を変化させる機能を持った送信機に設けられ、当該送信機が送信しようとする信号を増幅する増幅装置であって、
信号には、振幅および角度の両変調成分が含まれており、
送信機は、当該増幅装置の前段において予め信号または当該信号中の振幅変調成分のレベルを調整することにより送信出力を変化させるように構成されており、
信号を振幅変調成分と角度変調成分とに分離する分離手段、
分離手段が分離して得られた振幅変調成分を増幅する第1の増幅器、
第1の増幅器から出力される増幅後の振幅変調成分が電源電圧として印加され、分離手段が分離して得られた角度変調成分を増幅すると同時に、振幅変調成分と角度変調成分とを合成する第2の増幅器、
第2の増幅器から出力される増幅後の信号の電力を計測する出力電力計測回路、および、
出力電力計測回路の計測結果が所定のしきい値を跨いで変化したときに、第2の増幅器に電源電圧として印加している増幅後の振幅変調成分を直流電圧に切り替え、かつ第1の増幅器に入力されている角度変調成分を信号に切り替える切替手段を備え、
切替手段は、しきい値を跨ぐような出力電力変化か一定期間以上起こらない場合、当該しきい値を変更する。
【0037】
上記第1の発明では、入力信号中の振幅変調成分は第1の増幅器で、角度変調成分は第2の増幅器で、それぞれ別々に低歪みかつ高効率に増幅する(すなわちEE&R増幅する)。その際、送信機の送信出力が低下すると、第2の増幅器に電源電圧として印加されている増幅後の振幅変調成分が直流電圧に、第2の増幅器に入力されている角度変調成分が分離前の原信号(振幅および角度の両変調成分を含む)に、それぞれ切り替わる。つまり、送信機の送信出力が大きい場合には、幅変調成分および角度変調成分を第1および第2の増幅器で別々に増幅するEE&Rモードで動作するが、送信出力が低下した場合には、原信号を(2成分に分離せずに)第2の増幅器で線形増幅する線形モードで動作する。これにより、送信出力低下時に増幅後の信号のダイナミックレンジが狭くなって歪みが増える問題が解消される。
なお、上記のモード切替は、第2の増幅器から出力される増幅後の信号の電力を計測する出力電力計測回路により送信出力をモニタして、第2の増幅器の出力電力が低下して所定のしきい値を下回った瞬間、EE&Rモードから線形モードへの移行が実行される。
なお、上記切替手段は、しきい値を跨ぐような出力電力変化か一定期間以上起こらない場合、当該しきい値を変更する。
例えば、比較的低レベルの信号が長時間続く場合、線形増幅だけが行われる状態となるが、上記第1の発明によれば、そのような状態が解消され、線形増幅とEE&R増幅とをバランスよく行わせることが可能となる。
【0050】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。全ての実施形態(およびそこで参照される全図面)を通じ、同様の構成要素には同一の参照番号を付与して、重複する説明を適宜省略している。各実施の形態に係るEE&R増幅装置について詳細な説明を始める前に、EE&R増幅装置が用いられる共通の環境を説明しておく。
【0051】
各実施の形態に共通して、EE&R増幅装置は、移動体通信システムの端末(移動体)側送信機(以下、単に送信機と呼ぶ)に設けられ、送信機が無線基地局へ送信しようとする信号の増幅を行う。信号には、振幅変調成分と角度変調成分とが含まれている。送信機は、無線基地局までの距離(あるいは伝搬状態)に応じて送信出力を制御する(具体的には無線基地局が近ければ出力を下げ、遠ければ出力を上げる)機能を持っている。この送信出力制御は、EE&R増幅装置の前段において、同装置に入力されようとする信号のレベルを予め調節することにより行われる。
【0052】
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係るEE&R増幅装置の構成を示すブロック図である。図1において、第1の実施形態に係るEE&R増幅装置は、入力端子101と、包絡線検波回路102と、振幅制限回路103と、2つの増幅器104および105と、出力端子107と、出力電力計測部108と、電源電圧制御部109とを備えている。
【0053】
入力端子101は、包絡線検波回路102を介して増幅器104の入力側と接続され、また振幅制限回路103を介して増幅器105と接続される。増幅器104の出力側は、増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)と接続され、増幅器105の出力側が出力端子107と接続される。増幅器104のコレクタまたはドレイン(CorD)には、当初一定の電源電圧が印加され、以降電源電圧制御部109を通じ、送信機の送信出力に応じた電源電圧が印加される。
【0054】
出力電力計測部108は、増幅器105の出力側と接続されており、増幅器105から出力される信号の電力を計測する。電源電圧制御部109は、出力電力計測部108の計測結果を受け、増幅器104に印加されている電源電圧を、出力電力の変動に追従させるように制御する。
【0055】
ここで、入力端子101に入力される信号には、振幅および角度の両変調成分が含まれており、増幅器104は、例えば図2(a)に示すように、振幅変調成分をPWM信号に変換するPWM回路104aと、PWM信号を増幅するのに適したスイッチングアンプ(例えばD級やS級などのアンプなど)104bと、スイッチング増幅時に発生する不要高調波成分をカットするためのフィルタ104cとを含んでいる。一方、増幅器105は、例えば図2(b)に示すように、角度変調成分を増幅するのに適したC級(またはB級)アンプ105aを含んでいる。
【0056】
上記のように構成されたEE&R増幅装置では、送信出力が一定に保たれている場合、以下のような増幅動作が行われる。入力端子101に信号が入力されると、その信号が2分岐されて、包絡線検波回路102と、振幅制限回路103とに与えられる。すると包絡線検波回路102からは、振幅変調成分(すなわち信号の包絡線)だけが出力され、振幅制限回路103からは、角度変調成分(すなわち振幅を一定化した信号)だけが出力される。
【0057】
振幅変調成分は、増幅器104に入力され、そこでPWM信号に変換されてスイッチング増幅された後、フィルタを経て増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)に与えられる(すなわち電源電圧として印加される)。このとき増幅器105に角度変調成分が入力され、増幅器105において、角度変調成分のC級(またはB級)増幅動作、および振幅変調成分と角度変調成分との乗算処理が同時的に行われる。こうして、増幅器105からは、増幅された信号、すなわち増幅された振幅変調成分および増幅された角度変調成分を含んだ信号が出力される。
【0058】
以上のような増幅動作を行っている状態において、送信機の送信出力に変化があった場合には、増幅器104に対し、以下のような電源電圧制御が実行される。すなわち、増幅動作中、出力電力計測部108は、増幅器105の出力電力を計測しており、この計測結果が電源電圧制御部109へと伝えられる。電源電圧制御部109は、出力電力が変化すると、それに応じて電源電圧を制御する。この電源電圧制御は、出力電力が小さくなると電源電圧を降下させ、出力電力が大きくなると電源電圧を上昇させるような制御である。
【0059】
ここで、電源電圧制御の具体例を説明する。図3は、図1の電源電圧制御部109の構成例を示す図である。図3において、電源電圧制御部109は、制御回路109aと、テーブル109bとで構成される。制御回路109aは、CPUとメモリとを含み、メモリには、制御手順を記述したプログラムが格納されている。テーブル109bには、n個(nは2以上の任意の整数)の異なる出力電力値と、それぞれに最適な電源電圧値とが対応付けて記載されている。テーブル109bに記載される最適電源電圧値は、増幅器104および105の特性をもとに算出するか、あるいは実験により求められる。
【0060】
図4は、図1の電源電圧制御部109の動作例を示すフローチャートである。図4において、動作が開始されると、出力電力計測部108から電源電圧制御部109(の制御回路109a)へ、計測された出力電力値が定期的に通知される。制御回路109aは、出力電力値の通知を受け(ステップS101)、その値を前回の値と比較することにより、増幅器105の出力電力に変化があるか否かを判定する(ステップS102)。
【0061】
ステップS102の判定の結果、出力電力に変化がなければ、増幅器104の電源電圧値を現在の値のまま保持させ(ステップS103)、その後ステップS106に進む。一方、出力電力に変化があれば、テーブル109bを参照して、ステップS101で通知された出力電力値と対応する電源電圧値をそこから読み出す(ステップS104)。そして、増幅器104の電源電圧を、読み出した値へと変化させ(ステップS105)、その後ステップS106に進む。
【0062】
ステップS106では、動作を継続するか否かの判断が行われ、継続する場合はステップS101へ戻って、上記と同様の処理が繰り返される。継続しない場合は、動作が終了される。
【0063】
なお、ここではテーブルを参照して精密な制御を行う例を説明したが、これに限らず、例えばただ1個のしきい値を決めておき、電源電圧を2段階に切り換えるといった、より簡易な制御を行うこともできる。
【0064】
このように、第1の実施形態に係るEE&R増幅装置では、入力信号中の振幅変調成分はPWM信号に変換してスイッチングアンプで、角度変調成分はB級またはC級アンプで、それぞれ低歪みかつ高効率に増幅する。その際、増幅器105の出力電力を計測して、計測結果に応じて増幅器104の電源電圧を制御するので、送信機の送信出力が低下するのに伴って生じるスイッチングアンプの効率低下を回避することが可能となる。
【0065】
なお、第1の実施形態では、増幅器105の出力電力をモニタしながら増幅器104の電源電圧制御を行っているが、モニタの対象は、送信機の送信出力の変化が反映される物理量や情報であれば何でもよい。例えば、増幅器104の出力電力をモニタしたり、送信機の送信出力を変化させるための制御信号をモニタするなどの方法がある。制御信号のモニタは、例えば次のようにして行う。送信機において、本EE&R増幅装置の前段には、送信機の出力を変化させるための可変利得アンプと、この可変利得アンプに制御信号を送るベースバンド部とが設けられており、電源電圧制御部109は、ベースバンド部から可変利得アンプに送られる制御信号を参照する。あるいは、電源電圧制御部109がベースバンド部から振幅データを取得することも考えられる。
【0066】
これに関連して、無線LANでは、信号の伝搬状態によって、使用する変調方式が変更される。例えば、伝搬状態が良好な場合には、高速伝送が可能な16QAMが、そうでない場合には、エラーの起こりにくいQPSKが、変調方式として用いられる。16QAMとQPSKとでは、前者の方がピークファクタ(ピーク電力/平均電力)が大きく、そのため出力を一定とすると16QAMを用いているときの方が、送信機のピーク時の送信出力は大きくなる。そこで、例えば入力信号や、変調方式を変更するための制御信号などをモニタして、使用されている変調方式を検出し、変調方式によって増幅器104の電源電圧を変更するような制御を行うことも考えられる。
【0067】
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係るEE&R増幅装置の構成を示すブロック図である。図5において、第2の実施形態に係るEE&R増幅装置は、入力端子101と、包絡線検波回路102と、振幅制限回路103と、2つの増幅器104および105と、出力端子107と、出力電力計測部108と、増幅モード切替部110とを備えている。
【0068】
増幅モード切替部110は、2つのスイッチ110aおよび110bと、制御回路110cとで構成される。制御回路110cには、出力電力計測部108の計測結果が与えられる。制御回路110cは、与えられた測定結果(増幅器105の出力電力)に基づいてEE&Rモードおよび線形モードの2種類の増幅モードのどちらかを選択し、選択したモードで増幅が行われるようにスイッチ110aおよび110bを制御する。
【0069】
スイッチ110aは、EE&Rモード時、入力端子101を包絡線検波回路102および振幅制限回路103の両回路に接続し、線形モード時、入力端子101を増幅器105に接続する。スイッチ110bは、EE&Rモード時、増幅器104の出力を増幅器105に接続し、線形モード時、直流電源を増幅器105に接続する。
【0070】
従って、EE&Rモード時には、第1の実施形態と同様、入力端子101は、包絡線検波回路102を介して増幅器104の入力側と接続され、また振幅制限回路103を介して増幅器105と接続される。増幅器104の出力側は、増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)と接続され、増幅器105の出力側が出力端子107と接続される。ただし、第1の実施形態とは異なり、増幅器104のコレクタまたはドレイン(CorD)には、常時一定の電源電圧が印加される。
【0071】
一方、線形モード時には、入力端子101は、増幅器105の入力側と直接接続され、増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)には直流電源が接続されることになる。
【0072】
入力端子101に入力される信号には、振幅および角度の両変調成分が含まれており、各増幅器104,105は、第1の実施形態と同様の構成を有する(図2(a),(b)を参照)。
【0073】
上記のように構成されたEE&R増幅装置では、EE&Rモード時、以下のような増幅動作が行われる。入力端子101に信号が入力されると、その信号が2分岐されて、包絡線検波回路102と、振幅制限回路103とに与えられる。すると包絡線検波回路102からは、振幅変調成分(すなわち信号の包絡線)だけが出力され、振幅制限回路103からは、角度変調成分(すなわち振幅を一定化した信号)だけが出力される。
【0074】
振幅変調成分は、増幅器104に入力され、そこでPWM信号に変換されてスイッチング増幅された後、フィルタを経て増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)に与えられる(すなわち電源電圧として印加される)。このとき増幅器105に角度変調成分が入力され、増幅器105において、角度変調成分のC級(またはB級)増幅動作、および振幅変調成分と角度変調成分との乗算処理が同時的に行われる。こうして、増幅器105からは、増幅された信号、すなわち増幅された振幅変調成分および増幅された角度変調成分を含んだ信号が出力される。
【0075】
一方、線形モード時には、以下のような増幅動作が行われる。入力端子101に信号が入力されると、その信号が直接(つまり振幅変調成分と角度変調成分とを含んだ状態で)、増幅器105に入力される。このとき増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)には直流電圧が印加されており、増幅器105では、入力された信号を線形増幅する動作が行われる。こうして、増幅器105からは、増幅された信号、すなわち増幅された振幅変調成分および増幅された角度変調成分を含んだ信号が出力される。
【0076】
EE&Rモードと線形モードとの切り替えは、例えば以下のようにして行われる。図5の増幅モード切替部110の制御回路110cは、CPUとメモリと含み、メモリには、制御手順を記述したプログラムと、所定のしきい値とが格納されている。しきい値は、増幅器104および105の特性をもとに算出するか、あるいは実験により求められる。
【0077】
図6は、図5の増幅モード切替部110の動作例を示すフローチャートである。図6において、動作が開始されると、出力電力計測部108から増幅モード切替部110(の制御回路110c)へ、計測された出力電力が定期的に通知される。制御回路110cは、初回の出力電力値の通知を受け(ステップS201)、その値がしきい値以上であるか否かを判定する(ステップS202)。
【0078】
ステップS202の判定結果が肯定の場合、制御回路110cは、スイッチ110a,110bへ制御信号を送ることによりEE&Rモード側に初期設定して(ステップS203)、ステップS205に進む。一方、否定の場合には、スイッチ110a,110bへ制御信号を送ることにより線形モード側に初期設定して(ステップS204)、ステップS205に進む。
【0079】
次いで、制御回路110cは、次の出力電力値の通知を受け(ステップS205)、その値を、前回の値およびしきい値と比較することにより、増幅器105の出力電力がしきい値を跨いで変化したか否かを判定する(ステップS206)。
【0080】
ステップS206の判定の結果、出力電力にしきい値を跨ぐような変化がなければ、現在の増幅モードを維持し(ステップS207)、その後ステップS211に進む。一方、もしそのような変化があれば、それが低下方向への変化であるか否かを判定する(ステップS208)。ステップS208の判定結果が肯定の場合、制御回路110cは、スイッチ110a,110bへ制御信号を送ることにより、EE&Rモードから線形モードへの切り替えを指示し(ステップS209)、その後ステップS211へ進む。
【0081】
ステップS208の判定結果が否定の場合、制御回路110cは、スイッチ110a,110bへ制御信号を送ることにより、線形モードからEE&Rモードへの切り替えを指示し(ステップS210)、その後ステップS211へ進む。
ステップS211では、動作を継続するか否かの判断が行われ、継続する場合はステップS205へ戻って、上記と同様の処理が繰り返される。継続しない場合は、動作が終了される。
【0082】
なお、ここでは出力電力が小さくなると直流電源を増幅器105に接続したが、これに限らず、例えば図7に示すように、増幅器104の後段にスイッチ110dを介して時定数の大きなキャパシタを設け、出力電力が小さくなるとこのスイッチ110dをONにすることによっても、増幅器105に直流電圧(すなわち振幅変動の十分小さな電圧)が印加されるようにすることができる。
【0083】
このように、第2の実施形態に係るEE&R増幅装置では、送信機の送信出力が大きい場合(例えば増幅器105の出力電力を計測して、計測結果がしきい値以上であるとき)、入力信号中の振幅変調成分はPWM信号に変換してスイッチングアンプで、角度変調成分はB級またはC級アンプで、それぞれ低歪みかつ高効率に増幅(すなわちEE&R増幅)する。一方、送信機の送信出力が小さい場合(上記の計測結果がしきい値より小さいとき)には、上記のようなEE&R増幅を止めて入力信号を線形増幅するので、低出力時であっても広いダイナミックレンジを保った低歪みの増幅動作が可能となる。
【0084】
なお、第2の実施形態では、増幅器105の出力電力をモニタしながら増幅モードの切り替えを行っているが、モニタの対象は、送信機の送信出力の変化が反映される物理量や情報であれば何でもよい。例えば、増幅器104の出力電力をモニタしたり、送信機の送信出力を変化させるための制御信号をモニタする(第1の実施形態を参照)などの方法がある。
【0085】
また、第2の実施形態では、増幅器105の出力電力が所定のしきい値を跨いで変化するとき増幅モードの切り替えを実行しているが、このしきい値が固定でなく変更可能であってもよい。例えば、図5のEE&R増幅装置において、増幅モード切替用しきい値の変更を行う場合、モード切替制御部は、増幅器105の出力電力をモニタして、しきい値を跨ぐような出力電力変化が一定期間以上起こらなければ、そのしきい値を変更する。比較的低レベルの信号が長時間続く場合、線形増幅だけが行われる状態となるが、しきい値をより小さな値に変更することによってその状態が解消され、EE&R増幅と線形増幅とをバランスよく行わせることが可能となる。なお、しきい値を変更する方法としては、異なる複数のしきい値を予め準備しておいてその中から1つを選択する方法と、値を連続的に変化させる方法とがある。
【0086】
(第3の実施形態)
図8は、本発明の第3の実施形態に係るEE&R増幅装置の構成を示すブロック図である。図8において、第3の実施形態に係るEE&R増幅装置は、入力端子101と、包絡線検波回路102と、振幅制限回路103と、2つの増幅器104および105と、出力端子107と、出力電力計測部108と、電源電圧制御部109と、増幅モード切替部110とを備えている。
【0087】
増幅モード切替部110は、2つのスイッチ110aおよび110bと、制御回路110cとで構成される。制御回路110cには、出力電力計測部108の計測結果が与えられる。制御回路110cは、与えられた測定結果(増幅器105の出力電力)に基づいてEE&Rモードおよび線形モードの2種類の増幅モードのどちらかを選択し、選択したモードで増幅が行われるようにスイッチ110aおよび110bを制御する。
【0088】
スイッチ110aは、EE&Rモード時、入力端子101を包絡線検波回路102および振幅制限回路103の両回路に接続し、線形モード時、入力端子101を増幅器105に接続する。スイッチ110bは、EE&Rモード時、増幅器104の出力を増幅器105に接続し、線形モード時、直流電源を増幅器105に接続する。
【0089】
従って、EE&Rモード時には、第1の実施形態と同様、入力端子101は、包絡線検波回路102を介して増幅器104の入力側と接続され、また振幅制限回路103を介して増幅器105と接続される。増幅器104の出力側は、増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)と接続され、増幅器105の出力側が出力端子107と接続される。また、第1の実施形態と同様、増幅器104のコレクタまたはドレイン(CorD)には、当初一定の電源電圧が印加され、以降電源電圧制御部109を通じ、送信機の送信出力に応じた電源電圧が印加される。
【0090】
一方、線形モード時には、入力端子101は、増幅器105の入力側と直接接続され、増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)には直流電源が接続されることになる。
【0091】
入力端子101に入力される信号には、振幅および角度の両変調成分が含まれており、各増幅器104,105は、第1の実施形態と同様の構成を有する(図2(a),(b)を参照)。
【0092】
上記のように構成されたEE&R増幅装置では、EE&Rモード時、以下のような増幅動作が行われる。入力端子101に信号が入力されると、その信号が2分岐されて、包絡線検波回路102と、振幅制限回路103とに与えられる。すると包絡線検波回路102からは、振幅変調成分(すなわち信号の包絡線)だけが出力され、振幅制限回路103からは、角度変調成分(すなわち振幅を一定化した信号)だけが出力される。
【0093】
振幅変調成分は、増幅器104に入力され、そこでPWM信号に変換されてスイッチング増幅された後、フィルタを経て増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)に与えられる(すなわち電源電圧として印加される)。このとき増幅器105に角度変調成分が入力され、増幅器105において、角度変調成分のC級(またはB級)増幅動作、および振幅変調成分と角度変調成分との乗算処理が同時的に行われる。こうして、増幅器105からは、増幅された信号、すなわち増幅された振幅変調成分および増幅された角度変調成分を含んだ信号が出力される。
【0094】
以上のようなEE&R増幅動作を行っている状態において、送信機の送信出力に変化があった場合には、増幅器104に対し、以下のような電源電圧制御が実行される。増幅動作中、出力電力計測部108は、増幅器105の出力電力を計測しており、この計測結果が電源電圧制御部109へと伝えられる。電源電圧制御部109は、出力電力が変化すると、それに応じて電源電圧を制御する。この電源電圧制御は、出力電力が小さくなると電源電圧を降下させ、出力電力が大きくなると電源電圧を上昇させるような制御である。この電源電圧制御の具体例については、先に図3,図4を用いて説明した(第1の実施形態を参照)。
【0095】
一方、線形モード時には、以下のような増幅動作が行われる。入力端子101に信号が入力されると、その信号が直接(つまり振幅変調成分と角度変調成分とを含んだ状態で)、増幅器105に入力される。このとき増幅器105のコレクタまたはドレイン(CorD)には直流電圧が印加されており、増幅器105では、入力された信号を線形増幅する動作が行われる。こうして、増幅器105からは、増幅された信号、すなわち増幅された振幅変調成分および増幅された角度変調成分を含んだ信号が出力される。
【0096】
EE&Rモードと線形モードとの切り替えは、第2の実施形態と同様にして行われる。すなわち、図8の増幅モード切替部110の制御回路110cは、図5の増幅モード切替部110の制御回路110cと同様、CPUとメモリと含み、メモリには、制御手順を記述したプログラムと、所定のしきい値とが格納されている。しきい値は、増幅器104および105の特性をもとに算出するか、あるいは実験により求められる。増幅モード切替部110の動作例については、先に図6を用いて説明した(第2の実施形態を参照)。
【0097】
なお、ここでは出力電力が小さくなると直流電源を増幅器105に接続したが、これに限らず、例えば図7に示すように、増幅器104の後段にスイッチ110dを介して時定数の大きなキャパシタを設け、出力電力が小さくなるとこのスイッチ110dをONにすることによっても、増幅器105に直流電圧が印加されるようにすることができる。
【0098】
このように、第3の実施形態に係るEE&R増幅装置では、送信機の送信出力が大きい場合(例えば増幅器105の出力電力を計測して、計測結果がしきい値以上であるとき)、入力信号中の振幅変調成分はPWM信号に変換してスイッチングアンプで、角度変調成分はB級またはC級アンプで、それぞれ低歪みかつ高効率に増幅(すなわちEE&R増幅)する。一方、送信機の送信出力が小さい場合(増幅器105の出力電力がしきい値より小さいとき)には、上記のようなEE&R増幅を止めて入力信号を線形増幅するので、低出力時であっても広いダイナミックレンジを保った低歪みの増幅動作が可能となる。
【0099】
また、EE&R増幅時には、増幅器105の出力電力を計測して、計測結果に応じて増幅器104の電源電圧を制御するので、送信機の送信出力が低下するのに伴って生じるスイッチングアンプの効率低下を回避することが可能となる。
【0100】
なお、第3の実施形態では、増幅器105の出力電力をモニタしながら、増幅器104の電源電圧制御と、増幅モードの切り替えとを行っているが、モニタの対象は、送信機の送信出力の変化が反映される物理量や情報であれば何でもよい。例えば、増幅器104の出力電力をモニタしたり、送信機の送信出力を変化させるための制御信号をモニタする(第1の実施形態を参照)などの方法がある。
【0101】
なお、上記第1〜第3の実施形態では、振幅変調成分と角度変調成分とを含んだ信号が入力端子101からEE&R増幅装置に入力され、EE&R増幅装置内において包絡線検波回路102および振幅制限回路103を通じて信号を振幅変調成分と角度変調成分とに分離しているが、これに限らず、例えばEE&R増幅装置の前段において予め信号を上記2成分に分離しておき、これら振幅変調成分と角度変調成分とを2つの端子から別々にEE&R増幅装置内に入力するようにしてもよい。この場合には、送信機が、EE&R増幅装置の前段において原信号(振幅および角度の両変調成分を含む)のレベルを調整する代わりに、振幅変調成分についてのみレベル調整を行うような構成であっても、第1〜第3の実施形態で述べたものと同様の効果が得られる。
【0102】
また、上記第1〜第3の実施形態では、EE&R増幅装置がW−CDMA方式による移動体通信システムの端末側送信機に設けられているとしたが、送信出力制御を行う機能を持った送信機であれば、どのような送信機に設けられても、第1〜第3の実施形態で述べたものと同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係るEE&R増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図2】図1の増幅器104の構成例(a)および増幅器105の構成例(b)を示す図である。
【図3】図1の電源電圧制御部109の構成例を示す図である。
【図4】図1の電源電圧制御部109の動作例を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第2の実施形態に係るEE&R増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図6】図5の増幅モード切替部110の動作例を示すフローチャートである。
【図7】 図5において、直流電源の代わりに、時定数の大きなキャパシタを用いて直流電圧を印加する例を示した図ある。
【図8】本発明の第3の実施形態に係るEE&R増幅装置の構成を示すブロック図である。
【図9】従来のEE&R増幅装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
101 入力端子
102 包絡線検波回路
103 振幅制限回路
104 振幅変調成分用の増幅器(第1の増幅器)
105 角度変調成分用の増幅器(第2の増幅器)
107 出力端子
108 出力電力計測部
109 電源電圧制御部
110 増幅モード切替部
Claims (1)
- 送信出力を変化させる機能を持った送信機に設けられ、当該送信機が送信しようとする信号を増幅する増幅装置であって、
前記信号には、振幅および角度の両変調成分が含まれており、
前記送信機は、当該増幅装置の前段において予め前記信号または当該信号中の振幅変調成分のレベルを調整することにより送信出力を変化させるように構成されており、
前記信号を振幅変調成分と角度変調成分とに分離する分離手段、
前記分離手段が分離して得られた振幅変調成分を増幅する第1の増幅器、
前記第1の増幅器から出力される増幅後の振幅変調成分が電源電圧として印加され、前記分離手段が分離して得られた角度変調成分を増幅すると同時に、振幅変調成分と角度変調成分とを合成する第2の増幅器、
前記第2の増幅器から出力される増幅後の信号の電力を計測する出力電力計測回路、および、
前記出力電力計測回路の計測結果が所定のしきい値を跨いで変化したときに、前記第2の増幅器に電源電圧として印加している増幅後の振幅変調成分を直流電圧に切り替え、かつ前記第1の増幅器に入力されている角度変調成分を前記信号に切り替える切替手段を備え、
前記切替手段は、前記しきい値を跨ぐような出力電力変化か一定期間以上起こらない場合、当該しきい値を変更する、送信機用増幅装置。
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