JP4469347B2 - 極座標変調装置 - Google Patents

Description

本発明は極座標変調装置に関し、特に、無線通信装置に用いられて入力信号を振幅信号と位相信号に分けて変調する極座標変調装置に関する。

従来、ＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）のような広いダイナミックレンジを有する信号を振幅変調する場合に、その振幅成分を予め振幅制限することにより必要なダイナミックレンジを少なくする方式が提案されている（例えば、特許文献１）。

このような振幅制限を行う変調回路装置の例を図１５に示す。図１５に示す変調回路装置１０１は、角度変調器１０２、電圧制御回路１０３、振幅変調器１０４及び振幅制限手段１０９から構成される。

角度変調器１０２は、第２の入力端子１０６から入力される位相信号により搬送波を角度変調する回路である。

電圧制御回路１０３は、振幅変調器１０４に安定した電源を供給するために用いられ、第１の入力端子１０５から入力される振幅信号を増幅する回路である。

振幅変調器１０４は、角度変調器１０２から入力される信号を、電圧制御回路１０３から入力される信号により振幅変調する回路である。

振幅制限手段１０９は、第１の入力端子１０５から入力される振幅信号の上側波形の大きさが第１の所定値より大きくなった場合、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の上側波形を整形し、及び／または入力される振幅信号の上側波形の大きさが第１の所定値より大きく、その振幅信号の下側波形の大きさが第２の所定値より小さくなった場合、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の下側波形を整形する回路である。

次に、図１５の変調回路装置１０１の動作を説明する。

図示しないデータ生成器では、入力された信号から振幅信号と位相信号が生成される。データ生成器で生成された振幅信号は、第１の入力端子１０５に入力され、データ生成器で生成された位相信号は、第２の入力端子１０６に入力される。電圧制御回路１０３では、電源端子１０７から電源電圧が供給されている。

第１の入力端子１０５に入力された振幅信号は、振幅制限手段１０９において第１の所定値及び／または第２の所定値に応じた振幅成分が制限され、その振幅制限された信号が電圧制御回路１０３に出力される。電圧制御回路１０３では、振幅制限手段１０９から入力された信号が増幅された後、振幅変調器１０４に出力される。この電圧制御回路１０３を用いることにより、振幅変調器１０４に対して安定した電圧を供給することができる。すなわち、振幅変調器１０４の入力インピーダンスの変化等による電圧変化を回避することができる。

また、第２の入力端子１０６に入力された位相信号は、角度変調器１０２に入力される。角度変調器１０２は、入力された位相信号を搬送波で角度変調して、振幅変調器１０４に出力する。この角度変調された信号は、図中に示すように定包絡線の角度変調波となる。そして、振幅変調器１０４では、入力された角度変調信号を、電圧制御回路１０３から供給される電圧により振幅変調されて出力端子１０８から出力される。
特開２００５−４５７８２号公報

しかしながら、上記のような変調回路装置が搭載される実際の無線通信装置では、出力信号の電力値を制御することが不可欠である。上記変調回路装置において、出力信号の電力値を持った信号に対して振幅制限を行おうとすると、出力信号の電力値の大きさに応じて、上記第１の所定値及び第２の所定値を変化させる必要がある。

上記従来の変調回路装置では、電力値を制御することが考慮されておらず、実際の無線通信装置に適用することはできない。

本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、電力制御手段を備える無線通信装置に対して最適な電力制限を行うことにより、電力効率が良好であり、送信信号の出力電力の制御範囲を広くすることができる極座標変調装置を提供することを目的とする。

本発明の極座標変調装置は、入力された振幅信号の振幅を、第１の所定値以下、かつ、前記第１の所定値より小さい第２の所定値以上になるように振幅制限を行う振幅制限手段と、前記振幅制限手段により振幅制限されたデジタルの振幅信号をアナログ変換するデジタル／アナログ変換手段と、前記振幅制限されたアナログの振幅信号を、無線通信システムにより要求される出力電力に応じて電力制御を行う電力制御手段と、入力された位相信号に角度変調を行って角度変調信号を出力する角度変調手段と、前記電力制御された振幅信号を用いて前記角度変調信号を振幅変調する振幅変調手段と、前記振幅制限手段から出力された信号の平均値を前記第１の所定値、及び／または前記第２の所定値に応じて計算し、その計算値を元に前記出力信号を補正する平均出力補正手段と、を具備し、前記第１の所定値及び前記第２の所定値は、無線通信システムにより要求される出力電力の値が異なる場合でも共通の値を用いる、構成を採る。

この構成によれば、デジタル／アナログ変換を行う前に振幅制限処理を行うため、デジタル／アナログ変換器に要求されるダイナミックレンジも小さくなる。さらに、電力制御を行う前にデジタル／アナログ変換を行うことで、システムから要求される電力値によらずデジタル／アナログ変換が行えるため、デジタル／アナログ変換器のダイナミックレンジを最大限に利用することができる。また、振幅制限手段から出力された信号の平均値を計算し、その計算値を元に常に平均値が等しくなるように出力信号の補正を行うことにより、信号に振幅制限を行ったとしても要求された出力電流を安定して供給することが可能となり、信号品質の低下を回避することができる。

また、本発明の極座標変調装置は、請求項１記載の極座標変調装置において、前記振幅制限手段は、入力された振幅信号が第１の所定値より大きくなった場合、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の波形を整形する構成を採る。

この構成によれば、デジタル部での振幅制限処理が可能となり、回路規模の削減が可能になる。

また、本発明の極座標変調装置は、請求項１記載の極座標変調装置において、前記振幅制限手段は、入力された振幅信号が第２の所定値より小さくなった場合、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の波形を整形する構成を採る。

この構成によれば、デジタル部での振幅制限処理が可能となり、回路規模の削減が可能になる。

また、本発明の極座標変調装置は、請求項１記載の極座標変調装置において、前記振幅制限手段は、入力された振幅信号が第１の所定値より大きくなった場合、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の波形を整形し、入力された振幅信号が第２の所定値より小さくなった場合、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の波形を整形する構成を採る。

この構成によれば、振幅信号のボトムとピークを制限するため信号の振幅レンジが減り、振幅変調手段において広いダイナミックレンジを確保することができる。

また、本発明の極座標変調装置は、請求項１記載の極座標変調装置において、前記振幅変調手段から出力される出力信号の歪み成分を除去するために振幅信号を補正する補償手段を具備する構成を採る。

この構成によれば、補償手段の前に振幅制限を行うことにより、補正手段に入力される信号は、振幅制限手段において制限された第１の所定値より大きな値、あるいは第２の所定値より小さな値をとらないため、補正を行う範囲を少なくすることができる。

本発明によれば、電力制御手段を備える無線通信装置に対して最適な電力制限を行うことにより、電力効率が良好であり、送信信号の出力電力の制御範囲を広くすることができる。

以下、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。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１における極座標変調装置１の構成を示すブロック図である。図１において、極座標変調装置１は、振幅信号の振幅成分を制限する振幅制限手段６と、入力されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器７と、入力された信号を電力制御信号に基づいた出力信号になるように電力制限を行う電力制御手段８と、電力制御手段８の出力信号に基づいて振幅変調器１１に電圧を供給する電圧制御回路９と、位相信号に基づいて角度変調を行う角度変調器１０と、角度変調された信号を電圧制御回路９からの供給電圧に基づいて振幅変調を行う振幅変調器１１と、から構成される。

振幅制限手段６は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の入力端子２から入力される振幅信号の上側波形が第１の所定値より大きくなった場合、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の上側波形を整形する。

また、振幅制限手段６は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の入力端子２から入力される振幅信号の下側波形が第２の所定値より小さくなった場合は、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の下側波形を整形する。

また、振幅制限手段６は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の入力端子２から入力される振幅信号の上側波形が第１の所定値より大きく、その下側波形が第２の所定値より小さくなった場合は、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の上側波形を整形し、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の下側波形を整形する。

Ｄ／Ａ変換器７では、振幅制限手段６からの出力信号が入力されてアナログ信号に変換されて、電力制御手段８に出力される。

電力制御手段８では、制御端子４に入力される極座標変調装置１が搭載される無線通信装置等のシステム（図示せず）から要求される出力電力値（大きさ）が設定された電力制御信号に基づいて、Ｄ／Ａ変換器７から入力される出力信号の電力が制御されて、その信号が電圧制御回路９に出力される。

電圧制御回路９では、電力制御手段８から入力される出力信号に応じた電源電圧が振幅変調器１１に供給される。

角度変調器１０では、第２の入力端子３から入力される位相信号が角度変調され、その角度変調信号が振幅変調器１１に出力される。

振幅変調器１１では、角度変調器１０から入力された角度変調信号が、電圧制御回路９から供給される電源電圧に応じて振幅変調されて出力端子５から出力される。

以上のように、極座標変調装置１を構成し、電力制御手段８において電力制御を行う前に振幅制限手段６において振幅制限処理を行うことにより、その振幅制限はシステムからの要求によらず一定に行うことができ、振幅変調処理が容易になる。

また、送信信号を振幅成分と位相成分に分けて処理を行う極座標変調を行うことで、振幅制限は振幅成分のみに適用すればよく（直交変調を適用する場合はＩＱ合成後のＲＦ信号（アナログ信号）に対して振幅制限を行わなければならない）、デジタル部での振幅制限処理が可能となり、回路規模の削減が可能になる。

さらに、Ｄ／Ａ変換を行う前に振幅制限処理を行うため、Ｄ／Ａ変換器に要求されるダイナミックレンジも小さくなる。また、電力制御を行う前にＤ／Ａ変換を行うことで、システムから要求される電力値によらずＤ／Ａ変換が行えるため、Ｄ／Ａ変換器のダイナミックレンジを最大限に利用することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２に係る極座標変調装置２０の構成を図５に示す。なお、図５では、上記図１に示した極座標変調装置１と同一の構成部分には同一符号を付しており、その構成説明を省略する。

本実施の形態２に係る極座標変調装置２０は、図５に示すように、実施の形態１の図１に示した構成に加えて、出力信号の歪み成分を除去するために振幅信号をテーブルを用いて補正する補償手段２１を備えている。

補償手段２１は、図６に示すように、複数の補償テーブルからなる補償テーブル２１Ａと、補償テーブル２１Ａを切り替えるテーブル切り替えスイッチ２１Ｂと、から構成される。補償テーブル２１Ａは、図７に示すように、電力制御信号に設定される出力電力値に応じた複数の補償テーブルを有している。この場合、出力電力値として「−２０ｄＢｍ，−１９ｄＢｍ，・・・，２７ｄＢｍ」用の補償テーブルを例示している。各補償テーブルでは、出力電力値に対応した入力値と出力値の関係が設定されている。これらのテーブルは一例であり、その設定内容やテーブル数等はシステムとの関係により適宜変更可能である。

テーブル切り替えスイッチ２１Ｂは、制御端子４から入力される電力制御信号に設定される出力電力値に応じて、補償テーブル２１Ａ内の補償テーブルを選択する。

次に、図５の極座標変調装置２０の動作について、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図５に示すように、補償手段２１には振幅制限手段６からの出力信号が入力される。補償手段２１内では、テーブル切り替えスイッチ２１Ｂにより電力制御信号に設定された電力値に応じて補償テーブル２１Ａ内の補償テーブルが選択され、選択された補償テーブルにより振幅制限された入力信号の入力値が対応する出力値の信号としてＤ／Ａ変換器７に出力される。

このように構成することで、補償手段２１に入力される信号は、振幅制限手段６において制限された上記第１の所定値より大きな値、あるいは上記第２の所定値より小さな値をとらないため、補償テーブル２１Ａが有する補償テーブルの規模を小さくすることができる。

なお、図５の振幅制限手段６と補償手段２１を一つにまとめて、図８に示す極座標変調装置３０のように振幅制限付き補償手段３１として構成するようにしてもよい。この振幅制限付き補償手段３１は、図９に示すように、複数の振幅制限付き補償テーブルを有する振幅制限付き補償テーブル３１Ａと、振幅制限付き補償テーブル３１Ａを切り替えるテーブル切り替えスイッチ３１Ｂと、から構成される。

振幅制限付き補償テーブル３１Ａは、図１０に示すように、電力制御信号に設定される出力電力値として「−２０ｄＢｍ，−１９ｄＢｍ，・・・，２７ｄＢｍ」に応じた複数の振幅制限付き補償テーブルを有している。各振幅制限付き補償テーブルでは、上記図７に示した入力値と出力値の設定に加えて、入力される振幅信号の振幅をボトムリミット（上記第２の所定値に対応）とピークリミット（上記第１の所定値に対応）で制限するための値が設定されている。

図９及び図１０のように振幅制限付き補償手段３１を構成することにより、振幅信号の補償と振幅制限を同時に行うことができ、振幅制限手段を削減することができ、回路規模を削減することができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３に係る極座標変調装置４０の構成を図１１に示す。なお、図１１では、上記図１に示した極座標変調装置１と同一の構成部分には同一符号を付しており、その構成説明を省略する。

本実施の形態３に係る極座標変調装置４０は、図１１に示すように、実施の形態１の図１に示した構成に加えて、出力信号の平均出力を補正する平均出力補正手段４１を備えている。

平均出力補正手段４１は、振幅制限手段６から出力された信号の平均値を、上記第１の所定値、及び／または上記第２の所定値に応じて計算し、その計算値を元に常に平均値が等しくなるように出力信号の補正を行う。

振幅制限手段６において振幅制限が行われると、図１２に示すように、信号の平均電力が変化して誤差が生じてしまう可能性があり、この場合には信号品質が低下してしまう。

そこで、振幅制限手段６の出力段に平均出力補正手段４１を接続し、平均出力補正手段４１において、振幅制限手段６から出力された信号の平均値を計算し、その計算値を元に常に平均値が等しくなるように出力信号の補正を行うことにより、信号品質の低下を回避することができる。

（他の実施の形態）
図１３に、上記実施の形態１〜３の極座標変調装置を搭載した無線送信装置の構成を示す。無線送信装置２００は、上記実施の形態１〜３のいずれかの極座標変調装置１，２０，３０，４０を備えた送信部２０１と、極座標変調装置１，２０，３０，４０により得られた振幅変調後のＲＦ位相変調信号を送信するアンテナ２０２と、から構成される。

この構成により、無線送信装置２００においては、極座標変調装置１，２０，３０，４０を適用することにより、Ｄ／Ａ変換器に要求されるダイナミックレンジも小さく、Ｄ／Ａ変換器のダイナミックレンジを最大限に利用すること、回路規模を削減することや、信号品質の低下を回避することができる。

図１４に、上記実施の形態１〜３の極座標変調装置を搭載した無線通信装置の構成を示す。無線通信装置３００は、上記実施の形態１〜３のいずれかの極座標変調装置１，２０，３０，４０を備えた送信部２０１と、受信信号に対して復調処理を含む所定の受信処理を施す受信部３０２と、送信信号と受信信号の切り替えを行う共用器３０３と、アンテナ２０２と、から構成される。

この構成により、無線通信装置３００においては、極座標変調装置１，２０，３０，４０を適用することにより、Ｄ／Ａ変換器に要求されるダイナミックレンジも小さく、Ｄ／Ａ変換器のダイナミックレンジを最大限に利用すること、回路規模を削減することや、信号品質の低下を回避することができる。

本発明は、電力制御手段を備える無線通信装置に対して最適な電力制限を行うことにより、電力効率が良好であり、送信信号の出力電力の制御範囲を広くできる点で無線通信装置等に用いられる極座標変調装置に適用可能である。

本発明の実施の形態１に係る極座標変調装置の構成を示すブロック図 本実施の形態１に係る（ａ）は振幅制限前の振幅信号の一例を示す図、（ｂ）は振幅制限後の振幅信号の一例を示す図 本実施の形態１に係る（ａ）は振幅制限前の振幅信号の一例を示す図、（ｂ）は振幅制限後の振幅信号の一例を示す図 本実施の形態１に係る（ａ）は振幅制限前の振幅信号の一例を示す図、（ｂ）は振幅制限後の振幅信号の一例を示す図 本発明の実施の形態２に係る極座標変調装置の構成を示すブロック図 本実施の形態２に係る補償手段の構成を示す図 本実施の形態２に係る補償テーブルの一例を示す図 本実施の形態２に係る極座標変調装置の他の構成を示すブロック図 本実施の形態２に係る振幅制限付き補償手段の構成を示す図 本実施の形態２に係る振幅制限付き補償テーブルの一例を示す図 本発明の実施の形態３に係る極座標変調装置の構成を示すブロック図 本実施の形態３に係る振幅制限された信号の平均電力変化の一例を示す図 本発明の他の実施の形態に係る無線送信装置の構成を示すブロック図 本他の実施の形態に係る無線通信装置の構成を示すブロック図 従来の変調回路装置の構成を示す図

符号の説明

１、２０、３０、４０ 極座標変調装置
２ 第１の入力端子
３ 第２の入力端子
４ 制御端子
５ 出力端子
６ 振幅制限手段
７ Ｄ／Ａ変換器
８ 電力制御手段
９ 電圧制御回路
１０ 角度変調器
１１ 振幅変調器
１２ 電源端子
２１ 補償手段
２１Ａ 補償テーブル
２１Ｂ、３１Ｂ テーブル切り替えスイッチ
３１ 振幅制限付き補償手段
３１Ａ 振幅制限付き補償テーブル
４１ 平均出力補正手段
２００ 無線送信装置
２０１ 送信部
２０２ アンテナ
３００ 無線通信装置
３０２ 受信部
３０３ 共用器

Claims (7)

1. 入力された振幅信号の振幅を、第１の所定値以下、かつ、前記第１の所定値より小さい第２の所定値以上になるように振幅制限を行う振幅制限手段と、
   前記振幅制限手段により振幅制限されたデジタルの振幅信号をアナログ変換するデジタル／アナログ変換手段と、
   前記振幅制限されたアナログの振幅信号を、無線通信システムにより要求される出力電力に応じて電力制御を行う電力制御手段と、
   入力された位相信号に角度変調を行って角度変調信号を出力する角度変調手段と、
   前記電力制御された振幅信号を用いて前記角度変調信号を振幅変調する振幅変調手段と、
   前記振幅制限手段から出力された信号の平均値を前記第１の所定値、及び／または前記第２の所定値に応じて計算し、その計算値を元に前記出力信号を補正する平均出力補正手段と、
   を具備し、
   前記第１の所定値及び前記第２の所定値は、無線通信システムにより要求される出力電力の値が異なる場合でも共通の値を用いることを特徴とする極座標変調装置。
2. 前記振幅制限手段は、入力された振幅信号が第１の所定値より大きくなった場合、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の波形を整形することを特徴とする請求項１記載の極座標変調装置。
3. 前記振幅制限手段は、入力された振幅信号が第２の所定値より小さくなった場合、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の波形を整形することを特徴とする請求項１記載の極座標変調装置。
4. 前記振幅制限手段は、入力された振幅信号が第１の所定値より大きくなった場合、その大きくなった部分の振幅信号の大きさが第１の所定値になるように振幅信号の波形を整形し、入力された振幅信号が第２の所定値より小さくなった場合、その小さくなった部分の振幅信号の大きさが第２の所定値になるように振幅信号の波形を整形することを特徴とする請求項１記載の極座標変調装置。
5. 入力された振幅信号の振幅を、第１の所定値以下、かつ、前記第１の所定値より小さい第２の所定値以上になるように振幅制限を行う振幅制限手段と、
   前記振幅制限手段により振幅制限されたデジタルの振幅信号をアナログ変換するデジタル／アナログ変換手段と、
   前記振幅制限されたアナログの振幅信号を、無線通信システムにより要求される出力電力に応じて電力制御を行う電力制御手段と、
   入力された位相信号に角度変調を行って角度変調信号を出力する角度変調手段と、
   前記電力制御された振幅信号を用いて前記角度変調信号を振幅変調する振幅変調手段と、
   前記振幅変調手段から出力される出力信号の歪み成分を除去するために振幅信号を補正する補償手段と、
   を具備し、
   前記第１の所定値及び前記第２の所定値は、無線通信システムにより要求される出力電力の値が異なる場合でも共通の値を用いることを特徴とし、
   前記補償手段は、要求された出力電力値に応じて前記振幅信号を補正するための複数の補償テーブルを有する補償テーブル手段と、要求された出力電力値に応じて前記補償テーブル手段の補償テーブルを選択するテーブル切り替え手段と、を具備する極座標変調装置。
6. 前記電力制御手段の出力信号に基づいて電圧を供給する電圧制御手段をさらに具備し、前記電圧制御手段から供給された前記電圧に基づいて前記振幅変調手段が前記角度変調信号を振幅変調することを特徴とする請求項１または５記載の極座標変調装置。
7. 入力された振幅信号の振幅を、第１の所定値以下、かつ、前記第１の所定値より小さい第２の所定値以上になるように振幅制限を行うとともに、出力信号の歪み成分を除去するために前記振幅信号を補正する補償手段と、
   前記補償手段により振幅制限されたデジタルの振幅信号をアナログ変換するデジタル／アナログ変換手段と、
   前記振幅制限されたアナログの振幅信号を、無線通信システムから要求された出力電力に応じて電力制御を行う電力制御手段と、
   前記電力制御手段の出力信号に基づいて電圧を供給する電圧制御手段と、
   入力された位相信号に角度変調を行って角度変調信号を出力する角度変調手段と、
   前記電圧制御手段から供給された前記電圧に基づいて電力制御された振幅信号を用いて前記角度変調信号を振幅変調する振幅変調手段と、
   を具備し、
   前記第１の所定値及び前記第２の所定値は、無線通信システムにより要求される出力電力の値が異なる場合でも共通の値を用いることを特徴とする極座標変調装置。

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