JP3953452B2 - 非線形回路、無線通信装置及び非線形増幅方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信装置及び無線通信装置に具備される非線形回路、並びにこの非線形回路等により実施される非線形増幅方法に関する。

従来、無線通信装置に具備される増幅器や変調器等には、トランジスタやダイオード等の印加電圧又は印加電流の変化とそれにより生ずる変化とが正比例しない非線形素子が使用されている。一般に電源電圧が一定であれば、非線形素子を具備する非線形回路は、図５に示すように出力電力が高くなるに従って高歪で高効率となり、一方で出力電力が低くなるに従って低歪で低効率となる。また図５から明らかなように、出力電力が一定であれば、非線形回路は電源電圧が低くなるに従って高歪で高効率となり、一方で電源電圧が高くなるに従って低歪で低効率となる。

ここで、非線形回路を具備する無線通信装置、特に携帯電話等の移動体通信端末装置には、電力消費を抑制して通信時間及び待ち受け時間を延長することと、通信品質の改善と、が共に要求される。これは、送受信信号を高効率、かつ、低歪で増幅することが無線通信装置に要求されていることと同義である。しかし、図５から明らかなように、高効率と低歪とは、非線形回路にとって相反する特性であるため、これらの特性を同時に満足する無線通信装置を得ることは困難である。さらには、送受信信号の変調方式やその信号レベル（電力レベル）等によっても送受信信号を増幅する際に生じる歪の量が変化するため、無線通信装置では、これら非線形回路等の動作条件の変化に応じて増幅器に提供される印加電圧又は印加電流を、或いは増幅器における利得等を適応的に調節する必要がある。

そこで、従来の無線通信装置では、送受信信号を高効率、かつ、低歪で増幅するために、非線形回路で生じる歪を無線通信システムの規定値上限まで許容すると伴に、印加される電源電圧を低下させる技術が一般的に採用されている。例えば、非線形回路に提供される電源電圧の設定基準をこの非線形回路からの出力電力又はこの非線形回路への入力電力とする技術や、非線形回路へ入力される送受信信号の信号レベルを監視して、その送受信信号のピーク電力対平均電力比、その変調方式又はその変調速度に応じて印加電圧を適応的に調節する技術が知られている（特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。

図６は、従来の一般的な非線形回路１０の構成を示すブロック図である。この非線形回路１０は、送受信信号入力端子１１、増幅器１２、送受信信号出力端子１３、電源設定値入力端子１４及び電源制御部１５を具備する。

図７は、非線形回路１０の送受信信号入力端子１１から増幅器１２にラインＬ７０１に示すスロット（ａｉ−１，ａｉ，ａｉ＋１，ａｉ＋２）が入力された場合において、非線形回路１０の各構成部における電圧等を示すタイミング図である。図７において、ラインＬ７０２は増幅器１２におけるスロット毎の出力電力の目標値（Ｐｉ−１，Ｐｉ，Ｐｉ＋１，Ｐｉ＋２）を、ラインＬ７０３は電源制御部１５のスロット毎の印加電圧設定値（Ｖｉ−１，Ｖｉ，Ｖｉ＋１，Ｖｉ＋２）を、ラインＬ７０４は電源制御部１５から増幅器１２に実際に提供される印加電圧を、それぞれ示す。また、電源制御部１５はラインＬ７０３に示す印加電圧の設定値を実際の印加電圧として増幅器１２に提供することが理想であるが、電源制御部１５がＤＣ／ＤＣコンバータ等を含んで構成される場合には、ラインＬ７０４に示すように、実際の印加電圧がその設定値の遷移に追随できないため、タイムラグの期間（Ｔｒｅｓｐ，ｉ、Ｔｒｅｓｐ，ｉ＋１、Ｔｒｅｓｐ，ｉ＋２）が生じる。

また、図８に、増幅器１２についての出力電力と印加電圧との関係の一例を示す。一般的に増幅器１２では、その出力信号こそが無線通信システムで許容される歪を満足しつつ高効率動作するための動作条件であることから、その出力電力が高くなるに従って、印加しなければならない電源電圧も高くなる傾向にある。

次いで、非線形回路１０の動作について、図６、図７及び図８を適宜参照しつつ説明する。送受信信号入力端子１１に入力された送受信信号は、増幅器１２で増幅された後に送受信信号出力端子１３に出力される。一方で、増幅器１２が出力しようとする電力の情報（増幅器１２の出力電力の目標値を含む）は、電源設定値入力端子１４から電源制御部１５に入力される。電源制御部１５は、入力されてきた増幅器１２の出力電力の目標値に基づき、図８に示す特性を勘案した上で、増幅器１２に印加する電源電圧を調節する。ここで、増幅器１２に入力される送受信信号の信号レベルはラインＬ７０１に示すスロット毎に変化するため、増幅器１２の出力電力の目標値も入力される送受信信号の信号レベルの遷移に応じて逐次変化することになる。そして、この増幅器１２の出力電力の遷移に応じて電源制御部１５が増幅器１２に印加する電源電圧を調節することになるが、電源制御部１５に具備されるＤＣ／ＤＣコンバータの特性によって、ラインＬ７０４に示すような印加電圧変化のライムラグ期間（Ｔｒｅｓｐ，ｉ、Ｔｒｅｓｐ，ｉ＋１、Ｔｒｅｓｐ，ｉ＋２）が生じることになる。

このラインＬ７０４に示すような印加電圧の設定値の遷移に実際の印加電圧が追随でないことに起因して生じるライムラグ期間（以下、「過渡期間」と称することがある）では、当然ながら電源制御部１５から増幅器１２に実際に提供される印加電圧がラインＬ７０３に示す印加電圧の設定値とずれてしまうため、増幅器１２の出力電力について送受信信号の歪が増大するおそれがある。しかし、増幅器１２での増幅に起因して生じた送受信信号の歪は、ラインＬ７０１に示す送受信信号のスロット単位で時間平均化されるため、過渡期間が短ければ、送受信信号の歪の増大は軽微となり、非線形回路１０を用いた通信品質を著しく劣化させることはない。ちなみに、この過渡期間におけるラインＬ７０４に示す電源制御部１５の実際の印加電圧とラインＬ７０３に示す電源制御部１５の印加電圧の設定値との差は、実際の印加電圧がその設定値より低い場合に顕在化し易い。
特開昭６３−１５５９０４号公報 特開２００１−２４４８２８号公報 特開２００１−３２０２８８号公報

ところが、従来の非線形回路１０では、電源設定値入力端子１４から電源制御部１５に増幅器１２の出力電圧の目標値に関する新たな情報が入力されてくる毎に、ラインＬ７０３に示す電源制御部１５の印加電圧の設定値が遷移することになる。電源制御部１５で使用される印加電圧の設定値が頻繁に遷移すれば、即ち個々の印加電圧の設定値の有効期間が短ければ、過渡期間が多発することになるため、増幅器１２の出力電力について送受信信号の歪の増大が顕在化することになり、非線形回路１０を具備する無線通信装置の通信品質が著しく劣化することになる。

図９は、ラインＬ９０１に示すチャネルＡのスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）とラインＬ９０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）とが符号分割多重されて送受信信号入力端子１１から増幅器１２に入力された場合において、非線形回路１０の各構成部における電圧等を示すタイミング図である。図９から明らかなように、チャネルＡ、Ｂにおけるスロット間の境界は、時間経過方向で一致していない。ラインＬ９０３は増幅器１２の出力電力の目標値（Ｐｉ−１，ｊ−１、Ｐｉ，ｊ−１、Ｐｉ，ｊ、Ｐｉ＋１，ｊ、Ｐｉ＋１，ｊ＋１、Ｐｉ＋２，ｊ＋１、Ｐｉ＋２，ｊ＋２）を示し、ラインＬ９０４は電源制御部１５から増幅器１２への印加電圧の設定値（Ｖｉ−１，ｊ−１、Ｖｉ，ｊ−１、Ｖｉ，ｊ、Ｖｉ＋１，ｊ、Ｖｉ＋１，ｊ＋１、Ｖｉ＋２，ｊ＋１、Ｖｉ＋２，ｊ＋２）を示し、ラインＬ９０５は電源制御部１５から増幅器１２に実際に提供される印加電圧を示す。

図９では、チャネルＡのスロット間の境界とチャネルＢのスロット間の境界とが時間経過方向で一致していないため、ラインＬ９０５における電源制御部１５から増幅器１２に実際に提供される印加電圧は、単一のチャネルの場合即ちラインＬ７０４と比較すると、その変化量が大きく、かつ、過渡期間が長くなっている。その結果、増幅器１２の出力電力について送受信信号の歪が増大し、非線形回路１０を具備する無線通信装置の通信品質が劣化する問題が生じる。なお、図９では、２つのチャネルが符号分割多重される場合について記載したが、多重されるチャネル数がさらに増えれば、増幅器１２の出力電力について送受信信号の歪が一層増大し、非線形回路１０を具備する無線通信装置の通信品質が劣化する問題がより顕在化し易くなる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、スロット間の境界の到来時刻が一致しない複数のチャネルが多重された送受信信号を非線形素子によって増幅するに際して、非線形素子に提供される印加電圧又は印加電流の設定値を遷移させるタイミングを取捨選択することにより、その設定値を遷移させる回数を削減し、さらには非線形素子に実際に提供される印加電圧又は印加電流を選択された設定値により早く到達させて、送受信信号の増幅に起因する歪の発生を抑制する非線形回路、非線形増幅方法及びこの非線形回路を具備する無線通信装置を提供することを目的とする。

本発明に係る非線形回路は、スロット間の境界の到来時刻が一致しない複数のチャネルが多重された入力信号を増幅する非線形素子と、前記非線形素子に提供される電圧又は電流を制御する制御手段と、複数の前記チャネルにおけるいずれかのスロット間の境界の到来時刻に同期して、前記制御手段が前記電圧又は前記電流の設定値を遷移させるタイミングを選択すると伴に、前記タイミングが選択された時刻とその次に前記タイミングが選択される時刻との間における前記設定値の最高値を予測し、予測された前記最高値を前記制御手段に通知して前記設定値を前記最高値に遷移させる選択手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、制御手段で使用される印加電圧又は印加電流の設定値が常に最高値に維持されるため、非線形素子による入力信号（送受信信号）の増幅において、歪の発生を効果的に抑制することができる。

本発明に係る非線形回路は、前記発明において、前記選択手段は、前記非線形素子に実際に提供される前記電圧又は前記電流が前記設定値に到達するまでの過渡期間において、前記設定値を遷移させる前記タイミングを選択しない構成を採る。

この構成によれば、過渡期間中に到来する前記設定値を遷移させるタイミングが選択手段によって選択されないため、ある過渡期間が終了する前に次の過渡期間が始まる状況を回避でき、過渡期間が連続的に長期間生じる状況を回避することができる。

本発明に係る非線形回路は、前記発明において、前記選択手段に前記タイミングを選択させるトリガを生成する生成手段と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、前記発明による効果に加えて、生成手段によるトリガの生成が選択手段におけるタイミングの選択の前提条件となるため、生成手段が非線形回路に入力されてくる送受信信号の態様に応じたトリガを生成することにより、制御手段による印加電圧又は印加電流の制御に関する設定の自由度が増し、非線形回路での送受信信号の増幅におけるその歪と効率との設定範囲を拡げることができ、非線形回路の動作を最適化することができる。

本発明に係る無線通信装置は、前記発明に係る非線形回路を具備する構成を採る。

この構成によれば、前記発明に係る非線形回路が具備されるため、無線通信における通信品質を改善することができる。

本発明に係る非線形増幅方法は、スロット間の境界の到来時刻が一致しない複数のチャネルが多重された入力信号を増幅する増幅ステップと、複数の前記チャネルにおけるいずれかのスロット間の境界の到来時刻に同期して、前記増幅ステップでの増幅に使用される電圧又は電流の設定値を遷移させるタイミングを選択する選択ステップと、前記タイミングが選択された時刻とその次に前記タイミングが選択される時刻との間における前記設定値の最高値を予測する予測ステップと、前記選択ステップで選択されたタイミングで、前記増幅ステップでの増幅に使用される電圧又は電流の設定値を、前記予測ステップで予測された最高値に遷移させる制御を行う制御ステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、制御ステップにおいて印加電圧又は印加電流の設定値を遷移させるタイミングが選択ステップで取捨選択されるため、制御ステップで印加電圧又は印加電流の設定値を遷移させる回数を削減できることから、非線形増幅によって送受信信号に生じる歪を低減することができる。

本発明に係る非線形増幅方法は、前記発明において、前記選択ステップで前記タイミングを選択させるトリガを生成する生成ステップと、を具備するようにした。

この方法によれば、前記発明による効果に加えて、生成ステップにおけるトリガの生成が選択ステップにおけるタイミングの選択の前提条件となるため、生成ステップで非線形回路に入力されてくる送受信信号の態様に応じたトリガを生成することにより、制御ステップでの印加電圧又は印加電流の制御に関する設定の自由度が増し、非線形回路での送受信信号の増幅におけるその歪と効率との設定範囲を拡げることができ、非線形回路の動作を最適化することができる。

本発明によれば、制御手段によって非線形素子に提供される印加電圧又は印加電流について、その設定値を遷移させるタイミングが選択手段によって取捨選択されるため、制御手段がその設定値を遷移させる回数を削減できることから、非線形回路における増幅によって送受信信号に生じる歪を低減することができる。さらに、本発明によれば、前記タイミングが適宜取捨選択されるため、過渡期間の発生回数が削減され、かつ、個々の過渡期間が短縮されることから、非線形回路における増幅によって送受信信号に生じる歪を一層低減することができる。

本発明の骨子は、非線形回路を用いて送受信信号を増幅するに際して、複数のチャネルが多重されていること等に起因して送受信信号の信号レベルが短期間で変化する場合において、その送受信信号に印加される電源電圧又は電源電流の設定値を遷移させるタイミングを非線形回路に入力されてくる送受信信号の態様に応じて選択することである。

以下、本発明の実施の形態について、図を適宜参照しつつ具体的に説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る非線形回路１００の構成を示すブロック図である。非線形回路１００は、送受信信号入力端子１０１、増幅器１０２、送受信信号出力端子１０３、動作条件入力端子１０４、電源制御部１０５、タイミング信号入力端子１０６及び操作部１１０を具備する。非線形回路１００は、携帯電話等の移動局や基地局等の無線通信装置に搭載されて、その送信信号乃至受信信号を増幅する。

操作部１１０は、動作判定部１１１及びタイミング選択部１１２を具備し、電源制御部１０５の動作を操作する。

送受信信号入力端子１０１には、スロット間の境界が時間経過方向で一致しないチャネルＡとチャネルＢとの符号分割多重された送受信信号が図示しない信号処理部から入力される。送受信信号入力端子１０１に入力された送受信信号は、増幅器１０２に入力される。

増幅器１０２は、汎用の低雑音アンプ等で構成される非線形増幅器であり、送受信信号入力端子１０１から入力されてくる符号分割多重された送受信信号を予め設定された利得で増幅した後に送受信信号出力端子１０３に出力する。なお、増幅器１０２は、その利得を適宜調節できるが、本実施の形態では、利得を固定したままとする。

送受信信号出力端子１０３には、図示しない信号処理部が接続される。送受信信号出力端子１０３から信号処理部に入力される増幅された送受信信号は、所定の信号処理を施された後に、無線送信されたり、データ信号に復号されたりする。

動作条件入力端子１０４は複数設置され、そのいずれかの端子にチャネルＡの信号レベルを示す情報とチャネルＢの信号レベルを示す情報とがそれぞれ入力される。そして、これらのチャネル別の信号レベルを示す情報は、電源制御部１０５及び動作判定部１１１にそれぞれ入力される。

電源制御部１０５は、図示しない電源部から常時電力を提供されており、動作条件入力端子１０４から入力されてくるチャネルＡの信号レベルを示す情報とチャネルＢの信号レベルを示す情報とに基づいて、これらのチャネルの送受信信号を符号分割多重した場合における送受信信号の信号レベルを算出する。また、電源制御部１０５は、この算出された信号レベルを増幅器１０２に印加する電源電圧の設定値として使用して、その設定値を使用した印加電圧を増幅器１０２に提供する。また、電源制御部１０５は、増幅器１０２に提供する印加電圧について、算出された前記信号レベルと異なる設定値を使用するようにタイミング選択部１１２から通知されたときには、その通知に従ってタイミング選択部１１２から通知された設定値を使用した印加電圧を増幅器１０２に提供する。なお、電源制御部１０５においても、印加電圧の設定値が遷移した場合には、従来の増幅器１２と同様に過渡期間が発生する。

タイミング信号入力端子１０６は複数設置され、その一の端子には、チャネルＡの送受信信号についてスロット間の境界が到来したことを示すタイミング信号Ａが入力され、また他の端子には、チャネルＢの送受信信号についてスロット間の境界が到来したことを示すタイミング信号Ｂが入力される。また、タイミング信号入力端子１０６の各端子に入力されたタイミング信号Ａ、Ｂは、それぞれタイミング選択部１１２に入力される。なお、タイミング信号Ａ及びタイミング信号Ｂと、送受信信号入力端子１０１から増幅器１０２に入力されるチャネルＡ及びチャネルＢの符号分割多重された送受信信号と、動作条件入力端子１０４から電源制御部１０５及び動作判定部１１１に入力されるチャネルＡの送受信信号の信号レベルを示す情報及びチャネルＢの送受信信号の信号レベルを示す情報と、はそれぞれ連動している。従って、タイミング信号Ａ及びタイミング信号Ｂを観察することにより、操作部１１０は、増幅器１０２及び電源制御部１０５に入力されている送受信信号等の態様を把握することができる。

動作判定部１１１は、動作条件入力端子１０４から入力されてくるチャネル別の信号レベルを示す情報を時系列で蓄積して観察し、そのチャネル別の信号レベルの周期を判定する。また、動作判定部１１１は、判定したチャネル別の信号レベルの周期に基づいて、動作条件入力端子１０４から入力されているチャネルＡ又はチャネルＢのいずれか一方の信号レベルが遷移した後の信号レベルを予測する。そして、動作判定部１１１は、その予測された遷移後の信号レベルで符号分割多重された送受信信号の信号レベルを算出し、この算出された遷移後の送受信信号の信号レベルを随時タイミング選択部１１２に入力する。

タイミング選択部１１２は、タイミング信号入力端子１０６から入力されてくるタイミング信号Ａ及びタイミング信号Ｂを時系列に蓄積して観察することにより、各チャネルの送受信信号を符号分割多重した場合における送受信信号の信号レベルが遷移するタイミングを予測する。また、タイミング選択部１１２は、この予測された遷移するタイミングと、動作判定部１１１から入力されてくる遷移後の送受信信号の信号レベルと、に基づいて、タイミング信号Ａが入力された直後の符号分割多重された送受信信号の信号レベルと、タイミング信号Ａの次に入力されてくるタイミング信号Ｂが入力された直後の符号分割多重された送受信信号の信号レベルと、を算出する。そして、タイミング選択部１１２は、タイミング信号Ａとタイミング信号Ｂとの入力間隔、並びにタイミング信号Ａが入力された後の信号レベルとタイミング信号Ｂが入力された後の信号レベルを勘案して、送受信信号の信号レベルを調節するためにより適切な方のタイミング信号Ａ又はタイミング信号Ｂを選択する。さらに、タイミング選択部１１２は、選択されなかった方のタイミング信号がタイミング信号入力端子１０６から入力されてきた時に、その後に入力されてくる選択された方のタイミング信号が入力された後の送受信信号の信号レベルの設定値を使用するように、電源制御部１０５に通知する。

次いで、非線形回路１００の動作について、図２を参照しつつ具体的に説明する。図２は、ラインＬ２０１に示すチャネルＡのスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）とラインＬ２０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）とが符号分割多重された後に送受信信号入力端子１０１から増幅器１０２に入力された場合において、非線形回路１００の各構成部における電圧の設定値や実際の印加電圧を示すタイミング図である。

ラインＬ２０１に示すチャネルＡのスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）は、図９に示すラインＬ９０１のスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）と同一であり、同様にラインＬ２０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）は、ラインＬ９０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）と同一である。従って、図２では、図９に示す送受信信号を非線形回路１００で増幅する場合において、非線形回路１００の各構成部における印加電圧の設定値等を示すことになる。

図２において、チャネルＡ、Ｂそれぞれのスロット間の境界は、時間経過方向で一致していない。また、図２において、ラインＬ２０３では、タイミング信号入力端子１０６からタイミング選択部１１２に入力されるチャネルＡのスロット間の境界が到来したことを通知するタイミング信号Ａを示し、ラインＬ２０４では、同チャネルＢのスロット間の境界が到来したことを通知するタイミング信号Ｂを示す。

ラインＬ２０５には、増幅器１０２の出力電力の目標値を示す。ラインＬ２０５では、ラインＬ２０１に示すチャネルＡのスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）とラインＬ２０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）との重畳態様によって増幅器１０２の出力電力の目標値が異なることから、増幅器１０２の出力電力の目標値をそれぞれ「Ｐｋ−１、Ｐｋ、Ｐｋ＋１、Ｐｋ＋２、Ｐｋ＋３、Ｐｋ＋４、Ｐｋ＋５」と表記する。

ラインＬ２０６には、電源制御部１０５が増幅器１０２に提供する印加電圧の設定値を示す。ラインＬ２０６でも、ラインＬ２０１に示すチャネルＡのスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）とラインＬ２０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）との重畳態様によって電源制御部１０５の印加電圧の設定値が異なることから、電源制御部１０５の印加電圧の設定値をそれぞれ「Ｖｋ−１、Ｖｋ、Ｖｋ＋１、Ｖｋ＋２、Ｖｋ＋３、Ｖｋ＋４、Ｖｋ＋５」と表記する。なお、ラインＬ２０６における印加電力の設定値Ｖｋ、Ｖｋ＋２及びＶｋ＋５は、それぞれ点線で示されている。また、印加電力の設定値Ｖｋ、Ｖｋ＋２及びＶｋ＋５は、図９のラインＬ９０４における印加電力の設定値Ｖｉ，ｊ−１、Ｖｉ＋１，ｊ及びＶｉ＋２，ｊ＋２とそれぞれ同一である。

ラインＬ２０７には、電源制御部１０５から増幅器１０２に実際に提供される印加電圧が示されている。またラインＬ２０７には、過渡期間Ｔｒｅｓｐ，ｋ、Ｔｒｅｓｐ，ｋ＋２、Ｔｒｅｓｐ，ｋ＋４が示されており、さらに図９のラインＬ９０４における印加電圧が点線で示されている。また、ラインＬ２０７では、図９のラインＬ９０４で示される過渡期間を基準として、それより短縮された期間が「Ｔｓｈｏｒｔ，ｋ、Ｔｓｈｏｒｔ，ｋ＋２、Ｔｓｈｏｒｔ，ｋ＋４」と表記されている。

ここで、図２のラインＬ２０１におけるスロットａｉ＋１の区間を例に、図９を適宜参照しつつ、非線形回路１００の各構成部の動作について説明する。

チャネルＡの送受信信号のスロットがスロットａｉからスロットａｉ＋１に遷移する時刻において、動作条件入力端子１０４から電源制御部１０５及び動作判定部１１１にスロットａｉ＋１の信号レベルを示す情報が入力され、同時にタイミング信号入力端子１０６からタイミング選択部１１２にタイミング信号Ａｉ＋１が入力される。

電源制御部１０５では、動作条件入力端子１０４からスロットａｉ＋１の信号レベルを示す情報が入力されると、増幅器１０２に提供する印加電圧の設定値Ｖｋ＋２が算出される。

一方で、動作判定部１１１では、動作条件入力端子１０４からスロットａｉ＋１の信号レベルを示す情報が入力されると、それまでに蓄積されたチャネルＡのスロット毎の信号レベルとチャネルＢのスロット毎の信号レベルとを参照して、次に到来するはずのスロットｂｊ＋１の信号レベルを予測し、この予測値に基づいてスロットａｉ＋１とスロットｂｊ＋１とを符号分割多重した場合の送受信信号の信号レベルを算出する。そして、動作判定部１１１は、この算出したスロットａｉ＋１とスロットｂｊ＋１とを符号分割多重した場合の送受信信号の信号レベルを直ちにタイミング選択部１１２に入力する。なお、スロットｂｊ＋１の信号レベルの予測値やスロットａｉ＋１とスロットｂｊ＋１とを符号分割多重した場合の送受信信号の信号レベルの計算値等は、動作判定部１１１以外の構成部で生成されたり、予め設定されたりして、動作条件入力端子１０４から動作判定部１１１に入力されてもよい。

そのため、タイミング選択部１１２には、タイミング信号Ａｉ＋１と、スロットａｉ＋１及びスロットｂｊ＋１を符号分割多重した場合の送受信信号の信号レベルと、がそれぞれ入力されてくることになる。タイミング選択部１１２は、タイミング信号入力端子１０６から入力されてくるタイミング信号Ａ、Ｂ及びそれらの入力時刻と、動作判定部１１１から入力されてくる送受信信号の信号レベルと、を時系列に蓄積し、この蓄積されたタイミング信号Ａ、Ｂの時刻を参照することによって、次に入力されてくるはずのタイミング信号Ｂｊ＋１の入力時刻を予測する。そして、タイミング選択部１１２は、タイミング信号Ａｉ＋１が入力された直後におけるスロットａｉ＋１及びスロットｂｊを符号分割多重した場合の送受信信号の信号レベルと、タイミング信号Ｂｊ＋１が入力された直後におけるスロットａｉ＋１及びスロットｂｊ＋１を符号分割多重した場合の送受信信号の信号レベルと、を比較して、さらにタイミング信号Ａｉ＋１が入力されてからタイミング信号Ｂｊ＋１が入力されてくるまでの期間と、タイミング信号Ｂｊ＋１が入力されてからタイミング信号Ａｉ＋２が入力されてくるまでの期間と、を比較して、信号レベルがより高い方の（最高値の）、かつ、より長い期間の方のタイミング信号Ｂｊ＋１からタイミング信号Ａｉ＋２までの期間を適切な期間として選択する。続いて、タイミング選択部１１２は、選択された期間における送受信信号の信号レベルの設定値を使用するように電源制御部１０５に通知する。なお、本実施の形態では、信号レベルの高い方の期間がより長い期間となっているが、例えば信号レベルが高く、かつ、より短い期間と、信号レベルが低く、かつ、より長い区間と、が比較される場合には、信号レベルが高く、かつ、より短い期間が適切な期間として選択される。信号レベルが高く、かつ、より短い期間を適切な期間として選択すれば、増幅器１０２における送受信信号の増幅において、その増幅効率は低下するものの、歪の発生が軽減されるからである。

印加電圧の設定値Ｖｋ＋３を使用するように通知された電源制御部１０５は、その通知に従って印加電圧の設定値Ｖｋ＋２を排して、チャネルＡでスロットａｉとスロットａｉ＋１との境界が到来した直後から印加電圧の設定値Ｖｋ＋３を使用する。従って、過渡期間Ｔｒｅｓｐ，ｋ＋２において、電源制御部１０５から増幅器１０２に実際に提供される印加電圧は低下することなく上昇し続けるため、増幅器１０２での送受信信号の増幅による歪は抑制される。さらに、電源制御部１０５から増幅器１０２に提供される実際の印加電圧は、その設定値であるＶｋ＋３に短期間で到達することができる。即ち、非線形回路１００を用いれば、従来の非線形回路１０を用いた場合と比較して、図２のラインＬ２０７におけるＴｓｈｏｒｔ，ｋ＋２の期間だけ早く電源制御部１０５による印加電圧を設定値Ｖｋ＋３に到達させることができる。

このように、本実施の形態に係る非線形回路１００によれば、スロット間の境界の到来時刻が一致しないチャネルＡ及びチャネルＢを符号分割多重した送受信信号を非線形素子である増幅器１０２で増幅する場合であっても、増幅器１０２に提供される印加電圧の設定値を遷移させる回数を削減しつつ、より適切な印加電圧の設定値を選択することにより、増幅器１０２での増幅に依拠する送受信信号の歪の発生を抑制することができると伴に、選択された印加電圧の設定値に実際の印加電圧をより短期間に到達させることができる。従って、本実施の形態に係る非線形回路１００を具備する無線通信装置であれば、劣悪な通信環境下であっても、より良い通信品質を維持することができる。

なお、本実施の形態に係る非線形回路１００について、次のように変形したり、応用したりしてもよい。

本実施の形態に係る非線形回路１００では、増幅器１０２において送受信信号の電圧を増幅する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば増幅器１０２にトランジスタ等の非線形回路素子を使用して、送受信信号の電流を増幅してもよい。また、増幅器１０２において、送受信信号の電圧と電流とを共に増幅してもよい。

また、本実施の形態に係る非線形回路１００では、増幅器１０２に入力される送受信信号の信号レベルが各チャネルのスロットの重畳態様に依拠して遷移する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば送受信信号で多重されているチャネル数が増減すること、或いは送受信信号のピーク電力対平均電力比の変化、その変調方式の変更又はその変調速度の変化に依拠して送受信信号の信号レベルが遷移する場合でもよい。このような場合でも、非線形回路１００であれば、上述の作用及び効果を奏することができる。

また、本実施の形態では、チャネルＡでスロットａｉとスロットａｉ＋１との境界が到来した直後からタイミング選択部１１２が電源制御部１０５に印加電圧の設定値Ｖｋ＋３を使用するように通知する場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えばタイミング信号Ａ又はタイミング信号Ｂのいずれか一方が入力されてきたときにだけタイミング選択部１１２が電源制御部１０５に印加電圧の設定値を遷移させ、他方のタイミング信号が入力されてきたときには、印加電圧の設定値を遷移させないようにしてもよい。具体的には、図２において、タイミング信号Ａｉが入力されてきた時に、タイミング選択部１１２が電源制御部１０５に印加電圧の設定値Ｖｋを使用するように通知し、かつ、タイミング信号Ｂｊが入力されてきた時には、タイミング選択部１１２が電源制御部１０５に印加電圧の設定値Ｖｋを引き続き使用するように通知してもよい。このようにすれば、タイミング選択部１１２は、タイミング信号Ａ又はタイミング信号Ｂを区別するだけでよいため、操作部１１０の構成及び動作を簡素化できると伴に、増幅器１０２に実際に印加される電源電圧を短期間にその設定値に到達させ安定化させることができる。しかしながら、図２において、タイミング信号Ａｉ＋１が入力されてきた時に、タイミング選択部１１２が電源制御部１０５に印加電圧の設定値Ｖｋ＋２を使用するように通知し、かつ、タイミング信号Ｂｊ＋１が入力されてきた時には、タイミング選択部１１２が電源制御部１０５に印加電圧の設定値Ｖｋ＋２を引き続き使用するように通知した場合には、タイミング信号Ａｉ＋１からタイミング信号Ａｉ＋２までの期間における印加電圧の設定値が低い状態で維持されるため、増幅器１０２での送受信信号の増幅による歪が増大する問題がある。従って、このような問題に対処するため、印加電圧の設定値に下限を設ける等の手段を講じることが好ましい。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る非線形回路３００の構成を示すブロック図である。非線形回路３００は、実施の形態１における非線形回路１００にトリガ生成部３１１を新たに付加したものである。従って、非線形回路３００の構成要素の殆どは、非線形回路１００の構成要素と同様の機能を発揮するため、このような同様の機能を発揮する構成要素については、重複を避けるため、説明を省略する。

トリガ生成部３１１は、タイミング信号入力端子１０６からタイミング信号Ａ及びタイミング信号Ｂを入力されたときに、予め設定されたタイミングでタイミング選択部１１２にトリガを入力する。

また、タイミング選択部１１２は、トリガ生成部３１１からトリガが入力されてくることを条件として、実施の形態１で説明した動作と同様の動作を行い、電源制御部１０５に印加電圧の設定値やその設定値を遷移させるタイミングを通知する。

次いで、本実施の形態に係る非線形回路３００の動作、特にトリガ生成部３１１及びタイミング選択部１１２の動作について、図４を参照しつつ、具体的に説明する。

図４は、ラインＬ４０１に示すチャネルＡのスロット（ａｉ−１、ａｉ、ａｉ＋１、ａｉ＋２）とラインＬ４０２に示すチャネルＢのスロット（ｂｊ−１、ｂｊ、ｂｊ＋１、ｂｊ＋２）とが符号分割多重された後に非線形回路３００の送受信信号入力端子１０１から増幅器１０２に入力された場合において、非線形回路３００の各構成部における電圧の設定値や実際の印加電圧等を示すタイミング図である。

図４は図２と対応しており、ラインＬ４０１はラインＬ２０１と、ラインＬ４０２はラインＬ２０２と、ラインＬ４０３はラインＬ２０３と、ラインＬ４０４はラインＬ２０４と、ラインＬ４０６はラインＬ２０５と、同一である。また、図４と図２とでは、図４のラインＬ４０５に対応するものが図２には記載されていないこと、図４のラインＬ４０７の印加電圧の設定値Ｖ’ｋ＋３が図２のラインＬ２０６では設定値Ｖｋ＋３であること、図４のラインＬ４０８では図２のラインＬ２０６における過渡期間Ｔｒｅｓｐ，ｋ＋２が生じていないこと、で相違する。また、図４のラインＬ４０５では、トリガ生成部３１１からタイミング選択部１１２に入力されるトリガを示す。

ラインＬ４０３とラインＬ４０５とを対比すれば明らかなように、トリガ生成部３１１は、タイミング信号Ａが２回入力される毎に１回トリガをタイミング選択部１１２に入力するように設定されている。トリガ生成部３１１からトリガを入力されたタイミング選択部１１２は、実施の形態１における動作と同様に、次の動作を行う。即ち、タイミング選択部１１２は、タイミング信号入力端子１０６から入力されてくるタイミング信号Ａ及びタイミング信号Ｂを時系列に蓄積して観察することにより、各チャネルの送受信信号を符号分割多重した場合における送受信信号の信号レベルが遷移するタイミングを予測する。また、タイミング選択部１１２は、この予測された遷移するタイミングと、動作判定部１１１から入力されてくる遷移後の送受信信号の信号レベルと、に基づいて、タイミング信号Ａが入力された直後の符号分割多重された送受信信号の信号レベルと、タイミング信号Ａの次に入力されてくるタイミング信号Ｂが入力された直後の符号分割多重された送受信信号の信号レベルと、を算出する。そして、タイミング選択部１１２は、タイミング信号Ａとタイミング信号Ｂとの入力間隔、並びにタイミング信号Ａが入力された後の信号レベルとタイミング信号Ｂが入力された後の信号レベルを勘案して、送受信信号の信号レベルを調節するためにより適切な方のタイミング信号Ａ又はタイミング信号Ｂを選択する。さらに、タイミング選択部１１２は、選択されなかった方のタイミング信号がタイミング信号入力端子１０６から入力されてきた時に、その後に入力されてくる選択された方のタイミング信号が入力された後の送受信信号の信号レベルの設定値とするように、電源制御部１０５に通知する。

トリガ生成部３１１からトリガＴｋがタイミング選択部１１２に入力されることにより、チャネルＡでスロットａｉ−１とスロットａとの境界が到来した直後からラインＬ４０７の印加電圧の設定値はＶｋ＋１となる。続いて、チャネルＡでスロットａｉとスロットａｉ＋１との境界が到来した時にはトリガ生成部３１１ではトリガが生成されないため、ラインＬ４０７の印加電圧の設定値はＶ’ｋ＋３＝Ｖｋ＋１のまま維持される。続いて、チャネルＡでスロットａｉ＋１とスロットａｉ＋２との境界が到来した直後にはトリガ生成部３１１ではトリガＴｋ＋４が生成されるため、ラインＬ４０７の印加電圧の設定値はＶｋ＋４に遷移される。そして、本実施の形態では、ラインＬ４０８において、図２のラインＬ２０６における過渡期間Ｔｒｅｓｐ，ｋ＋２が生じておらず、電源制御部１０５における印加電圧の設定値の遷移回数が削減されたことが判る。

このように、本実施の形態に係る非線形回路３００によれば、トリガ生成部３１１におけるトリガの生成が電源制御部１０５での印加電圧の設定値の遷移の前提条件となるため、トリガ生成部３１１によるトリガの生成タイミングを調整することにより、増幅器１０２に実際に提供される印加電圧について過渡期間の発生数を削減できる。その結果、増幅器１０２での増幅に起因する送受信信号の歪の発生を一層抑制することができる。

また、本実施の形態に係る非線形回路３００によれば、トリガ生成部３１１が具備されるため、タイミング選択部１１２や電源制御部１０５について設計や設定の自由度が増し、非線形回路３００での送受信信号の増幅に関して、歪と効率とを一層広範囲に設定できるようになる。

ちなみに、トリガ生成部３１１をＯＲ回路やＡＮＤ回路等の論理積回路を組み合わせて構成すれば、種々のトリガを生成できるようになることから、トリガ生成部３１１の動作をさらに詳細に条件付けすることができる。

本発明に係る非線形回路、無線通信装置及び非線形増幅方法は、制御手段によって非線形素子に提供される印加電圧又は印加電流について、その設定値を遷移させるタイミングが選択手段によって取捨選択されるため、制御手段がその設定値を遷移させる回数を削減できることから、非線形回路における増幅によって送受信信号に生じる歪を低減することができるという効果を有し、無線通信システムにおける移動局や基地局等として有用である。

本発明の実施の形態１に係る非線形回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る非線形回路の動作を説明するタイミング図 本発明の実施の形態２に係る非線形回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る非線形回路の動作を説明するタイミング図 従来の一般的な非線形回路で生じる歪やその効率を示す図 従来の一般的な非線形回路の構成を示すブロック図 従来の一般的な非線形回路の動作を説明するタイミング図 従来の一般的な非線形増幅器における電源電圧と出力電力との関係を示す図 従来の一般的な非線形回路の動作を説明するタイミング図

符号の説明

１００、３００ 非線形回路
１０１ 送受信信号入力端子
１０２ 増幅器
１０３ 送受信信号出力端子
１０４ 動作条件入力端子
１０５ 電源制御部
１０６ タイミング信号入力端子
１１０ 操作部
１１１ 動作判定部
１１２ タイミング選択部
３１１ トリガ生成部

Claims (6)

1. スロット間の境界の到来時刻が一致しない複数のチャネルが多重された入力信号を増幅する非線形素子と、
   前記非線形素子に提供される電圧又は電流を制御する制御手段と、
   複数の前記チャネルにおけるいずれかのスロット間の境界の到来時刻に同期して、前記制御手段が前記電圧又は前記電流の設定値を遷移させるタイミングを選択すると伴に、前記タイミングが選択された時刻とその次に前記タイミングが選択される時刻との間における前記設定値の最高値を予測し、予測された前記最高値を前記制御手段に通知して前記設定値を前記最高値に遷移させる選択手段と、
   を具備することを特徴とする非線形回路。
2. 前記選択手段は、前記非線形素子に実際に提供される前記電圧又は前記電流が前記設定値に到達するまでの過渡期間において、前記設定値を遷移させる前記タイミングを選択しないことを特徴とする請求項１記載の非線形回路。
3. 前記選択手段に前記タイミングを選択させるトリガを生成する生成手段と、を具備することを特徴とする請求項１記載の非線形回路。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の非線形回路を具備することを特徴とする無線通信装置。
5. スロット間の境界の到来時刻が一致しない複数のチャネルが多重された入力信号を増幅する増幅ステップと、
   複数の前記チャネルにおけるいずれかのスロット間の境界の到来時刻に同期して、前記増幅ステップでの増幅に使用される電圧又は電流の設定値を遷移させるタイミングを選択する選択ステップと、
   前記タイミングが選択された時刻とその次に前記タイミングが選択される時刻との間における前記設定値の最高値を予測する予測ステップと、
   前記選択ステップで選択されたタイミングで、前記増幅ステップでの増幅に使用される電圧又は電流の設定値を、前記予測ステップで予測された最高値に遷移させる制御を行う制御ステップと、
   を具備することを特徴とする非線形増幅方法。
6. 前記選択ステップで前記タイミングを選択させるトリガを生成する生成ステップと、を具備することを特徴とする請求項５記載の非線形増幅方法。

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