JP4540510B2

JP4540510B2 - 送信装置及び無線通信装置

Info

Publication number: JP4540510B2
Application number: JP2005067597A
Authority: JP
Inventors: 昌治宇田川; 護荒屋敷; 義博原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-03-10
Also published as: JP2005295533A

Description

本発明は、特にポーラ変調方式を用いた送信装置及び無線通信装置に関する。

従来、包絡線変動成分を含む変調信号を増幅する高周波電力増幅器には、包絡線変動成分を線形に増幅するためにＡ級またはＡＢ級の線形増幅器が用いられてきた。このような線形増幅器は、線形性には優れている反面、常時直流バイアス成分に伴う電力を消費しているために、Ｃ級ないしＥ級等の非線形増幅器に比べて電力効率が低い。このため、このような高周波電力増幅器を、電池を電源とする携帯型の無線機に適用した場合、高周波電力増幅器の電力消費量が多いため使用時間が短くなってしまう事情があった。また、大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置に適用した場合においては、装置の大型化や発熱量の増大を招いてしまう事情があった。

そこで、高効率の送信装置として、ポーラ変調方式を用いた送信装置が提案されている。図７に示すように、ポーラ変調方式を用いた送信装置は、振幅位相分離部１０と、振幅変調信号増幅器１１と、周波数シンセサイザ１２と、非線形増幅器である高周波電力増幅器１３とを有する。

振幅位相分離部１０はベースバンド変調信号Ｓ１を入力し、これをベースバンド振幅変調信号Ｓ２とベースバンド位相変調信号Ｓ３に分離する。ベースバンド振幅変調信号Ｓ２は振幅変調信号増幅器１１を介して高周波電力増幅器１３の電源電圧として非線形の高周波電力増幅器１３に供給される。ベースバンド位相変調信号Ｓ３は周波数シンセサイザ１２に入力される。周波数シンセサイザ１２はベースバンド位相変調信号Ｓ３で搬送波信号を位相変調することにより高周波位相変調信号Ｓ４を得、これを高周波電力増幅器１３に送出する。これにより、高周波電力増幅器１３は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２に応じた電源電圧で高周波位相変調信号Ｓ４を増幅し、これを送信出力信号Ｓ５として出力する。

次に、このポーラ変調方式を用いた送信装置の動作を説明する。まず、ベースバンド変調信号Ｓ１をＳｉ（ｔ）とすると、Ｓｉ（ｔ）は次式で表すことができる。

ここで、ａ（ｔ）は振幅データ、ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］は位相データをそれぞれ示す。

振幅位相分離部１０によりＳｉ（ｔ）から振幅データａ（ｔ）と位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］が抽出される。ここで、振幅データａ（ｔ）はベースバンド振幅変調信号Ｓ２に、位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］はベースバンド位相変調信号Ｓ３に、それぞれ対応する。振幅データａ（ｔ）は振幅変調信号増幅器１１で増幅されて高周波電力増幅器１３に与えられる。これにより、高周波電力増幅器１３の電源電圧値が振幅データａ（ｔ）に基づいて設定される。

周波数シンセサイザ１２は搬送波角周波数ωｃを位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］で変調した高周波位相変調信号Ｓ４を生成し、これが高周波電力増幅器１３に入力される。ここで、高周波位相変調信号Ｓ４をＳｃとすると、Ｓｃは次式で表すことができる。

そして、高周波電力増幅器１３に非線形増幅器を用いることで、この高周波電力増幅器１３の電源電圧値ａ（ｔ）と周波数シンセサイザ１２の出力信号とを掛け合わせた信号が高周波電力増幅器１３の利得Ｇだけ増幅された送信出力信号Ｓ５が得られる。ここで、送信出力信号Ｓ５をＲＦ信号Ｓｒｆとすると、ＲＦ信号Ｓｒｆは次式で表すことができる。

高周波電力増幅器１３に入力される信号は、振幅方向の変動成分を持たない位相変調信号であるため定包絡線信号となる。したがって、高周波電力増幅器１３として効率の良い非線形増幅器を使用できるので、高効率の送信装置を提供することができる。この種のポーラ変調を用いた技術は、例えば特許文献１や特許文献２に記載されている。
特許第３２０７１５３号公報特開２００１−１５６５５４号公報

しかしながら、ポーラ変調方式を用いた従来の送信装置にあっては、高周波電力増幅器１３の出力電力を制御する場合、高周波電力増幅器１３は非線形増幅器のため入力信号に対して出力信号は線形に変化しない。したがって、送信電力制御信号（以下これを利得制御信号と呼ぶ）による平均信号レベルの制御も、ベースバンド振幅変調信号による瞬時振幅制御と同様に電源電圧を変化させて行う必要がある。この場合、出力電力の制御範囲がリーク電力や電源電圧に対するトランジスタの動作限界等によって制限されるという事情があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、電力効率が良好で、かつ送信出力電力の制御範囲が広い送信装置及び無線通信装置を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため本発明の送信装置の一つの態様においては、ポーラ変調方式を用いた送信装置であって、ベースバンド変調データをベースバンド振幅変調信号とベースバンド位相変調信号に分離する振幅位相分離手段と、前記ベースバンド位相変調信号に基づいて高周波搬送波信号を変調して高周波位相変調信号を形成する位相変調手段と、前記位相変調手段の後段側に設けられ、前記高周波位相変調信号を増幅する可変利得増幅手段と、前記可変利得増幅手段の後段側に設けられ、前記可変利得増幅手段によって増幅された高周波位相変調信号の電力を増幅する高周波電力増幅器と、を具備し、前記可変利得増幅手段は、前記ベースバンド振幅変調信号をリニア−ｌｏｇ変換するリニア−ｌｏｇ変換回路と、前記リニア−ｌｏｇ変換されたベースバンド振幅変調信号と、利得制御信号とに基づいて、前記高周波位相変調信号を増幅する可変利得増幅器と、を具備する構成を採る。

この構成によれば、可変利得増幅手段を設けたので、高周波位相変調信号の増幅処理を全て高周波電力増幅器に受け持たせる場合と比較して、高周波電力増幅器と可変利得増幅手段との増幅処理の組み合わせによって、高周波電力増幅器の性能を加味した増幅処理を行うことができ、ダイナミックレンジの広い送信出力電力を得ることができるようになる。つまり、可変利得増幅手段の利得を制御することで、高周波電力増幅器に入力させる高周波位相変調信号のレベルを制御することにより、リーク電力を低減させることが可能となる。この結果、高周波電力増幅器において、電源電圧による出力電力の制御範囲を拡大させることができる。

加えて、可変利得増幅手段を、ベースバンド振幅変調信号をリニア−ｌｏｇ変換するリニア−ｌｏｇ変換回路と、リニア−ｌｏｇ変換されたベースバンド振幅変調信号と、利得制御信号とに基づいて、高周波位相変調信号を増幅する可変利得増幅器と、を備える構成としたので、高周波位相変調信号に対する、利得制御信号による平均信号レベル制御と、ベースバンド振幅変調信号に基づく瞬時振幅制御の両方を、可変利得増幅器によって行うことができるようになり、高周波位相変調信号を増幅する信号ライン上の構成を簡単化できる。例えば、可変利得増幅器を複数段設ける、又は同一の可変利得増幅器を共用する、といった簡易な構成で、利得制御信号に基づく平均信号レベルの制御と、ベースバンド振幅変調信号に基づく瞬時振幅変動の両方を、高周波位相変調信号に付与することができるようになる。

本発明の送信装置の一つの態様においては、可変利得増幅手段は、リニア−ｌｏｇ変換回路によってリニア−ｌｏｇ変換されたベースバンド振幅変調信号と、利得制御信号とを加算する加算回路を、さらに具備し、可変利得増幅器は、加算回路による加算後の信号に基づいて、高周波位相変調信号を増幅する構成を採る。

この構成によれば、平均信号レベル制御と瞬時振幅制御を同一の可変利得増幅器で行うことができるようになるので、そのぶん可変利得増幅器の段数を減らすことができ、回路規模を削減できる。

本発明の送信装置の一つの態様においては、高周波電力増幅器に、ベースバンド振幅変調信号及び利得制御信号に応じた電源電圧または所定の固定電源電圧を、第１及び第２の動作モードに応じて選択的に供給する電源電圧供給手段を、さらに具備し、第１の動作モード時には、高周波電力増幅器にベースバンド振幅変調信号及び利得制御信号に応じて変化させた電源電圧を供給して高周波電力増幅器を非線形増幅器として動作させることにより、高周波電力増幅器によって、ベースバンド振幅変調信号及び利得制御信号に応じた振幅変調を行い、第２の動作モード時には、高周波電力増幅器に固定電源電圧を供給して高周波電力増幅器を線形増幅器として動作させ、可変利得増幅手段によって、ベースバンド振幅変調信号及び利得制御信号に応じた振幅変調を行う構成を採る。

この構成によれば、第１の動作モード時（例えば高レベルの送信出力電力を得る場合）には、高周波電力増幅器を非線形増幅器として動作させることで、電力効率を著しく高めることができる。また第２の動作モード時（例えば低レベルの送信出力電力を得る場合）には、高周波電力増幅器を線形増幅器として動作させつつ、可変利得増幅手段でベースバンド振幅変調信号及び利得制御信号による振幅制御を行う。この結果、高周波電力増幅器による電力効率を高く保ちつつ、高周波位相変調信号に対して、広いレベルに亘って、利得制御信号による平均信号レベル制御とベースバンド振幅変調信号による瞬時振幅制御とを良好に施すことができるようになる。

本発明の無線通信装置の一つの態様においては、上記いずれかの送信装置を有する送信処理部と、受信信号を復調する受信処理部と、アンテナと、送信処理部からアンテナへの送信信号の供給とアンテナから受信処理部への受信信号の供給とを切り替える送受切替部とを具備する構成を採る。

この構成によれば、送信装置の電力効率が高いため、搭載している電池電源の使用時間を延ばすことができると共に、送信装置の高周波電力増幅器を小型にできるため、無線通信装置の一層の小型化を図ることができる。また、送信装置の送信出力電力の制御範囲が広いため、通信環境に応じてより高品質の送信信号を形成することもでき、通信品質も改善できる。

このように本発明によれば、電力効率が良好で、かつ送信出力電力の制御範囲が広い送信装置及び無線通信装置を実現することができる。

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、本発明の実施の形態を説明するための送信装置の概略構成を示すブロック図である。送信装置１００は、ベースバンド変調信号Ｓ１をポーラ変調方式を用いて送信するようになっている。

送信装置１００は、ベースバンド変調信号Ｓ１を振幅位相分離部１０１に入力する。振幅位相分離部１０１はベースバンド変調信号Ｓ１をベースバンド振幅変調信号Ｓ２とベースバンド位相変調信号Ｓ３に分離する。

ベースバンド振幅変調信号Ｓ２は掛算器１０２に入力される。掛算器１０２はベースバンド振幅変調信号Ｓ２と利得制御信号Ｓ１２を掛け算し、掛算結果をスイッチ１０３の端子ａに送出する。またスイッチ１０３の端子ｂには直流電圧値Ｓ１１が与えられており、スイッチ１０３はモード切換信号Ｓ１０に応じて、利得が掛けられたベースバンド振幅変調信号Ｓ２又は直流電圧値Ｓ１１を続く振幅変調信号増幅器１０４に出力する。振幅変調信号増幅器１０４は、スイッチ１０３から入力された信号から、高周波電力増幅器１０５の電源電圧を生成し、これを高周波電力増幅器１０５に供給する。ここで、振幅変調信号増幅器１０４は電源電圧をベースバンド振幅変調信号Ｓ２のレベルに応じて高効率に変化させるために、パルス幅で振幅情報を表すＤ級増幅器を用いることが好ましい。

これにより、送信装置１００においては、高周波電力増幅器１０５に、利得制御されたベースバンド変調信号Ｓ２に基づく電源電圧を供給するか、または直流電圧値Ｓ１１に基づく固定電源電圧を供給するかを、モード切換信号Ｓ１０に応じて選択することができるようになる。すなわち、モード切換信号Ｓ１０に応じて、高周波電力増幅器１０５を非線形動作させるか、または線形動作させるかを選択できるようになる。すなわち、スイッチ１０３は、高周波電力増幅器１０５に、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２に応じた電源電圧、または所定の固定電源電圧を選択的に供給する電源電圧供給手段として機能する。

一方、ベースバンド位相変調信号Ｓ３は先ず周波数シンセサイザ１０６に入力される。周波数シンセサイザ１０６は、搬送波周波数をベースバンド位相変調信号Ｓ３で位相変調することにより高周波位相変調信号Ｓ４を得、これを可変利得増幅部２０１に送出する。

可変利得増幅部２０１は、２つの可変利得増幅器２０２、２０３と、リニア−ｌｏｇ変換部２０６と、ディジタル−アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）２０４、２０７と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０５、２０８とを有する。

可変利得増幅部２０１は、スイッチ１１１から出力されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２をリニア−ｌｏｇ変換部２０６に入力する。リニア−ｌｏｇ変換部２０６は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２をｌｏｇ変換して出力する。このリニア−ｌｏｇ変換の仕方については詳述しないが既知のディジタル信号処理回路により容易に実現できる。ｌｏｇ変換されたベースバンド振幅変調信号は、ディジタル−アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）２０７及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０８を介して可変利得増幅器２０３の利得制御信号として可変利得増幅器２０３に入力される。

また可変利得増幅部２０１は、利得制御信号Ｓ２１をディジタル−アナログ変換回路（Ｄ／Ａ）２０４及びローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０５を介して可変利得増幅器２０２の利得制御信号として可変利得増幅器２０２に与える。

利得制御信号Ｓ２１は利得制御信号Ｓ１２に加算器１１０によって利得オフセット信号Ｓ２０ぶんだけオフセットを加えたものである。この利得オフセット信号Ｓ２０は、高周波電力増幅器１０５を飽和動作あるいはスイッチング動作領域の非線形増幅器として動作させるのに適したレベルの信号を得ることができるように可変利得増幅器２０２に対して設定されるものである。可変利得増幅器２０２は、利得制御信号Ｓ２１に応じて高周波位相変調信号Ｓ４を増幅し、増幅後の信号を可変利得増幅器２０３に送出する。

リニア−ｌｏｇ変換部２０６には、スイッチ１１１を介して、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２又は下限値制限回路１１２によって下限値が制限されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２のいずれかが入力される。なお、下限値制限回路１１２は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２の振幅変動の下限値を制限する。これにより、可変利得増幅器２０３は、下限値制限されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２又は下限値制限されないベースバンド振幅変調信号Ｓ２のいずれかに基づいて可変利得増幅器２０２の出力信号に対して振幅変調を行い高周波電力増幅器１０５に送出する。

高周波電力増幅器１０５は、可変利得増幅部２０１から出力された高周波位相変調信号を、振幅変調信号増幅器１０４から供給された電源電圧値を用いて増幅することにより、送信出力信号Ｓ３０を得る。

次に、送信装置１００の動作を説明する。図１において、高周波電力増幅器１０５の動作モードは、たとえば、無線基地局から送信装置１００への送信電力レベル指定、あるいは送信装置１００の受信信号の状態に基づく送信電力レベルに応じて決定される。

送信出力信号Ｓ３０のレベルを大きくする場合は、高周波電力増幅器１０５が非線形増幅器となる動作モードが電力効率の観点から望ましい。一方、送信出力信号Ｓ３０のレベルが低くなり高周波電力増幅器１０５が非線形増幅器として動作可能な範囲から外れる場合には、高周波電力増幅器１０５を線形増幅器として動作させた方が望ましい。

この点に着目し、送信装置１００では、モード切換信号Ｓ１０を用意し、高周波電力増幅器１０５の動作モードを非線形増幅器として動作させるモードと、線形増幅器として動作させるモードとで切り換える。モード切換信号Ｓ１０は、所望の送信電力レベルと高周波電力増幅器１０５の特性とに基づいて設定される。

なお、送信装置１００に入力されるモード切換信号Ｓ１０、直流電圧値Ｓ１１、利得制御信号Ｓ１２、利得オフセット信号Ｓ２０は、たとえば、図示しない制御部により設定される。

図１のスイッチ１０３、１１１の接続は、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的大きい場合を示すものである。先ずこの送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的大きい場合について説明する。この場合、高周波電力増幅器１０５は飽和動作あるいはスイッチング動作領域の非線形増幅器として動作する。この場合には、高周波電力増幅器１０５で高周波位相変調信号の振幅変調が行われる。具体的には、モード切換信号Ｓ１０によりスイッチ１０３の端子ａと端子ｃが接続されることにより、スイッチ１０３の端子ｃから出力されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２と利得制御信号Ｓ１２の掛算値が、振幅変調信号増幅器１０４で増幅されてから高周波電力増幅器１０５の電源電圧として高周波電力増幅器１０５に印加される。この結果、高周波電力増幅器１０５が振幅変調動作する。

一方、高周波位相変調信号Ｓ４については、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的大きい場合、モード切換信号Ｓ１０によりスイッチ１１１の端子ａと端子ｃが接続される。この結果、下限値制限回路１１２によってベースバンド振幅変調信号Ｓ２の振幅変動の下限値を制限された信号が、スイッチ１１１を介して可変利得増幅部２０１のリニア−ｌｏｇ変換部２０６に入力される。これによって、下限値制限されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２に基づいて可変利得増幅器２０２の出力信号に対して可変利得増幅器２０３で振幅変調が行われ、高周波電力増幅器１０５に送出される。

ここで、一般に可変利得増幅器は、入力−出力間の電圧利得Ｖ_ｏｕｔ／Ｖ_ＩＮが利得制御信号の指数関数となる。これを考慮して、この実施の形態では、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２をリニア−ｌｏｇ変換部２０６でｌｏｇ変換してから可変利得増幅器２０３の利得制御信号として供給することにより、可変利得増幅器２０３をベースバンド振幅変調信号Ｓ２に対して線形動作させるようになされている。換言すれば、リニア−ｌｏｇ変換部２０６を設けたことにより、可変利得増幅器２０３を用いて、高周波位相変調信号Ｓ４とベースバンド振幅変調信号Ｓ２との掛算を実現できるようになる。

このように、可変利得増幅器２０３によってベースバンド振幅変調信号Ｓ２を利得とする掛算を行うようにしたことにより、利得制御信号Ｓ１２による平均信号レベル制御と、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅制御とを、同様の構成の可変利得増幅器を用いて行うことができるようになる。これにより、増幅器の製造が容易になる。

また、本発明の可変利得増幅部は、実際には、図１のように単純に２つのブロックに分かれた構成となっているのではなく、例えば３つの従属接続された可変利得増幅器の２つを平均信号レベルを制御するための可変利得増幅器２０２として用い、残りの１つを瞬時振幅制御を行うための可変利得増幅器２０３として用いるようになる。この場合、本実施の形態のように、平均信号レベルの制御と瞬時振幅の制御を同様の可変利得増幅器に行うことができると、仕様に応じて、各制御に割り当てる可変利得増幅器の個数を容易に変更できるようになる。この結果、汎用性が増し、使い勝手も向上する。

図２に、可変利得増幅器の構成例を示す。図中、Ｖinは差動入力信号、Ｖoutは差動出力信号、Ｖ_ｄは(差動)利得制御信号、Ｖccは電源電圧を示す。Ｒ_Ｅはエミッタ抵抗、Ｒ_Ｌは負荷抵抗である。差動入力信号Ｖinが入力される入力端子に接続されたトランジスタＴＲ５、ＴＲ６はエミッタ接地されており、コレクタに差動電流Ｇm・Ｖinが流れる。ここで、Ｇmは次式で表すことができる。

さらに利得制御信号Ｖ_ｄが入力される入力端子に接続されたトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２、Ｔｒ３、Ｔｒ４によって、この電流がＶ_ｄに応じて分割され、負荷抵抗Ｒ_Ｌで電圧降下が発生する。その結果、入出力の関係は次式のように表すことができる。

Ｖ_ｄ＝−∞のときは、負荷抵抗Ｒ_Ｌがつながっていない方(I_x0の方)に全電流が流れてしまうので、次式となる。

逆にＶ_ｄ＝＋∞のときは、負荷抵抗Ｒ_Ｌがつながっている方(I_L0の方)に全電流が流れるので、次式となる。

また、Ｖ_ｄ／Ｖ_Ｔ＜＜−１(入力が十分小さいとき)は、次式のように近似できる。

すなわち入力−出力間の電圧利得Ｖout／Ｖin(＝出力振幅に比例)が利得制御信号（または振幅制御信号）Ｖ_ｄの指数関数になっている（＝ログリニアになっている）。

本実施の形態では、リニア−ｌｏｇ変換部２０６でｌｏｇ変換した後に、可変利得増幅器２０３で指数を掛けることになるので、結果として線形となる。リニア−ｌｏｇ変換部２０６で行うリニア−ｌｏｇ変換を（５）式の逆関数にすれば、可変利得増幅器２０３で正確な線形増幅を行うことができる。また入力が十分小さいときは、リニア−ｌｏｇ変換部２０６で行うリニア−ｌｏｇ変換を（８）式の近似式の逆関数にすれば、実用上問題ない。

因みに、（５）式の逆関数は次式で表される。

ここで、Ａは振幅信号を示す。

また（８）式の逆関数は次式で表される。

このように本実施の形態によれば、リニア−ｌｏｇ変換部２０６と可変利得増幅器２０３とを設け、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２をｌｏｇ変換し、ｌｏｇ変換後の信号を可変利得増幅器２０３の利得制御信号としたことにより、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅変動を可変利得増幅器２０３で与えることができるようになる。この結果、高周波位相変調信号Ｓ４に対する、利得制御信号Ｓ１２による平均信号レベルの制御とベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅変動の両方を可変利得増幅器で行うことができるようになるので、高周波位相変調信号Ｓ４を増幅する信号ライン上の構成を簡単化できるとともに、汎用性を増すことができ、使い勝手も向上させることができる。

また、リニア−ｌｏｇ変換した値をディジタル−アナログ変換して可変利得増幅器２０３に与えることになるので、真数をディジタル−アナログ変換する場合よりも、Ｄ／Ａ２０７で必要なビット数が削減され、この結果Ｄ／Ａ２０７の構成を簡単化したり、処理時間を短くすることができる。

さらに、本実施の形態においては、高周波電力増幅器１０５の前段側に、可変利得増幅部２０１を設け、第１の動作モード時には、高周波電力増幅器１０５にベースバンド振幅変調信号Ｓ２及び利得制御信号Ｓ１２に応じて変化させた電源電圧を供給して高周波電力増幅器１０５を非線形増幅器として動作させることにより、高周波電力増幅器１０５によって、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２及び利得制御信号Ｓ１２に応じた振幅変調を行い、第２の動作モード時には、高周波電力増幅器１０５に固定電源電圧を供給して高周波電力増幅器１０５を線形増幅器として動作させ、可変利得増幅部２０１によって、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２及び利得制御信号Ｓ１２に応じた振幅変調を行うようにしたことにより、高周波電力増幅器１０５による電力効率を高く保ちつつ、高周波位相変調信号Ｓ４に対して、広いレベルに亘って、利得制御信号Ｓ１２による平均信号レベル制御とベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅制御とを良好に施すことができるようになる。

以下、このことについて詳しく説明する。

図３は非線形増幅器として用いた場合の高周波電力増幅器１０５の回路構成、図４は非線形増幅器として用いた場合の高周波電力増幅器１０５の動作を示す図である。図３に示すように、高周波電力増幅器１０５は、非線形増幅器１２０と、その入力側と出力側間に接続された寄生容量１２１とで表すことができる。

図４は非線形増幅器１２０の電源電圧と出力電力の関係を示している。図４に示すように、非線形増幅器１２０では、電源電圧の二乗と出力電力とが比例する。ここで、リーク電力の大きさは、寄生容量１２１と非線形増幅器１２０の入力信号のレベル（可変利得増幅部２０１の出力信号のレベル）とにより定まる。

ここで、可変利得増幅部２０１を設けない場合について考えると、周波数シンセサイザ１０６の出力はほぼ一定であるからリーク電力も一定となる。その場合、送信出力信号Ｓ３０のレベルを下げるためは、非線形増幅器１２０の電源電圧を下げればよいが、リーク電力に制限され、一定値より出力レベルを下げることができない。

これに対して、本実施の形態では、利得制御信号Ｓ１２により可変利得増幅器２０２の利得を制御することで、高周波電力増幅器１０５に入力させる高周波位相変調信号のレベルを制御したことにより、リーク電力を低減させることが可能となる。したがって、高周波電力増幅器１０５において、電源電圧による出力電力の制御範囲を拡大させることができる。

さらに、可変利得増幅器２０３によって可変利得増幅器２０２の出力信号に対してベースバンド振幅変調信号Ｓ２に基づいて振幅変調を行うようにしたことにより、高周波電力増幅器１０５の入力レベルはベースバンド振幅変調信号Ｓ２の瞬時レベル変動に追従しかつリーク電力も低減するので、瞬時レベル変動の再現性を向上させることができる。すなわち、高周波電力増幅器１０５の入力を瞬時出力電力に応じて制御することができる。

ここで、高周波電力増幅器１０５の入力レベルを下げすぎると、飽和動作あるいはスイッチング動作領域から外れ、電源電圧の変化に対する線形性が悪化する。そこで、この実施の形態では下限値制限回路１１２を設けることにより、高周波電力増幅器１０５の入力レベルを一定値以上に保っている。

次に、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的小さい場合について説明する。先ず、スイッチ１０３において、モード切換信号Ｓ１０により端子ｂと端子ｃとが接続される。これにより、振幅変調信号増幅器１０４にスイッチ１０３を介して直流電圧値Ｓ１１が入力され、高周波電力増幅器１０５には振幅変調信号増幅器１０４から一定の電源電圧が印加される。この結果、高周波電力増幅器１０５は入出力関係が線形な線形増幅器として動作する。

一方、高周波位相変調信号Ｓ４については、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的小さい場合、モード切換信号Ｓ１０によりスイッチ１１１の端子ｂと端子ｃが接続され、下限値が制限されていないベースバンド振幅変調信号Ｓ２がリニア−ｌｏｇ変換部２０６に入力され、このベースバンド振幅変調信号Ｓ２に基づいて可変利得増幅器２０２の出力信号に対して可変利得増幅器２０３で振幅変調が行われ、高周波電力増幅器１０５に送出される。

また、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的小さい場合には、利得オフセット信号Ｓ２０はゼロに設定され、可変利得増幅器２０２には、オフセットされていない利得制御信号Ｓ２１が入力される。高周波電力増幅器１０５は、振幅変調信号増幅器１０４から供給された固定電源電圧の基で可変利得増幅器２０３の出力を線形増幅して、送信出力信号Ｓ３０を得る。

このように、本実施の形態の送信装置１００においては、送信出力信号Ｓ３０のレベルが小さく、高周波電力増幅器１０５において飽和動作あるいはスイッチング動作領域から外れる可能性がある場合、すなわち、電源電圧の変化に対する出力電力の線形性が悪化する可能性がある場合においても、高周波電力増幅器１０５を線形増幅器として動作させることにより、入力信号に対する出力信号の線形性を保ちつつ、出力電力制御範囲を広げることができる。

つまり、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的大きい場合は、高周波電力増幅器１０５を非線形増幅器として用いて高周波電力増幅器１０５に印加される電源電圧でベースバンド振幅変調信号Ｓ２に基づく瞬時振幅制御と利得制御信号Ｓ１２に基づく平均出力レベル制御を行い、送信出力信号Ｓ３０のレベルが比較的小さい場合は、高周波電力増幅器１０５を線形増幅器として用い、かつ高周波電力増幅器１０５の前段に設けられた可変利得増幅部２０１で瞬時振幅制御および平均出力レベル制御を行うようにしたことにより、広い範囲にわたって送信出力信号Ｓ３０のレベルを制御することができる。

また、高周波電力増幅器１０５が非線形動作時に、利得制御信号Ｓ１２に応じて可変利得増幅器２０２の利得を制御して高周波位相変調信号Ｓ４のレベルを可変させたことにより、高周波電力増幅器１０５でのリーク電力を低減させることができるので、電源電圧による出力電力の制御範囲を拡大することができる。

（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、可変利得増幅器２０３によって、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅変動のみを与える場合について述べたが、本実施の形態では、可変利得増幅器２０３でベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅変動に加えて平均信号レベルの制御を行う。

これを実現するための構成例を、図５に示す。図１との対応部分に同一符号を付して示す図５において、可変利得増幅部２１０は、加算器２１１でｌｏｇ変換後のベースバンド振幅変調信号と利得制御信号２を加算する。これにより、可変利得増幅器２０３では、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２による瞬時振幅変動と、利得制御信号２による平均信号レベル変動を与えることができる。このようにすると、平均信号レベル制御を可変利得増幅器２０２と可変利得増幅器２０３に割り振ることができるので、可変利得増幅器２０２の段数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。また利得制御信号に対して各可変利得増幅器の性能が限られている場合でも、利得制御信号に応じた十分にダイナミックレンジの広い増幅処理を行うことができるようになる。

また、図５では、可変利得増幅器２０２でも利得制御信号１に応じた平均信号レベル制御を行っているが、場合によっては可変利得増幅器２０３だけで、瞬時振幅制御と平均信号レベル制御を行うことができるようになるので、一段と回路規模を削減できる。

また実施の形態１及び本実施の形態では、Ｄ／Ａ２０７によるディジタル−アナログ変換の前にリニア−ｌｏｇ変換を行う場合について述べたが、ディジタル−アナログ変換の後にリニア−ｌｏｇ変換を行うようにしてもよい。

（実施の形態３）
図６に、上述した実施の形態１、２の送信装置を適用した無線通信装置の構成を示す。無線通信装置３００は、実施の形態１、２の送信装置を備えた送信処理部３０１と、受信信号に対して復調処理を含む受信処理を施す受信処理部３０２と、アンテナ３０４と、送信処理部３０１からアンテナ３０４へ送信信号を供給する状態とアンテナ３０４から受信処理部３０２への受信信号を供給する状態を切り替える送受切替部３０３と、を有する。

無線通信装置３００は、例えば携帯電話機や、通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や、無線基地局等である。

無線通信装置３００は、実施の形態１、２で示した送信装置１００を送信処理部３０１に適用したことにより、携帯無線端末装置である場合には、高周波電力増幅器１０５が高出力電力時には非線形増幅器として動作することにより、電力効率が向上し、その分電池の消耗を防止でき、使用時間を延ばすことができる。また、高周波電力増幅器１０５は電力効率が向上された分、小型化でき、また、発熱量も低減できるため、これを搭載する携帯無線端末装置を小型化することもできる。

また、無線通信装置３００は、大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置である場合には、高周波電力増幅器１０５の高出力電力時の電力効率が向上するため、高周波電力増幅器１０５を小型にできると共に発熱量を低減でき、この結果、設備の大型化を防止でき、スペース性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

本発明の送信装置及び無線通信装置は、電力効率が良好で、かつ送信出力電力の制御範囲が広い送信装置を実現することができ、携帯情報端末や無線基地局等の無線通信装置に適用して好適なものである。

本発明の実施の形態１に係る送信装置の概略構成を示すブロック図可変利得増幅器の構成例を示す接続図図１に示した高周波電力増幅器を非線形増幅器として用いた場合の回路構成を示す図図１に示した高周波電力増幅器を非線形増幅器として用いた場合の動作を説明する図実施の形態２の可変利得増幅部の構成を示すブロック図本発明の送信装置を搭載した無線通信装置の構成を示すブロック図従来の送信装置の構成例を示すブロック図

符号の説明

１００送信装置
１０１振幅位相分離部
１０２掛算器
１０３、１１１スイッチ
１０５高周波電力増幅器
１１２下限値制限回路
２０１可変利得増幅部
２０２、２０３可変利得増幅器
２０６リニア−ｌｏｇ変換部
Ｓ１ベースバンド変調信号
Ｓ２ベースバンド振幅変調信号
Ｓ３ベースバンド位相変調信号
Ｓ４高周波位相変調信号
Ｓ１０モード切換信号
Ｓ１１直流電圧値
Ｓ１２利得制御信号
Ｓ３０送信出力信号

Claims

ポーラ変調方式を用いた送信装置であって、
ベースバンド変調データをベースバンド振幅変調信号とベースバンド位相変調信号に分離する振幅位相分離手段と、
前記ベースバンド位相変調信号に基づいて高周波搬送波信号を変調して高周波位相変調信号を形成する位相変調手段と、
前記位相変調手段の後段側に設けられ、前記高周波位相変調信号を増幅する可変利得増幅手段と、
前記可変利得増幅手段の後段側に設けられ、前記可変利得増幅手段によって増幅された高周波位相変調信号の電力を増幅する高周波電力増幅器と、
を具備し、
前記可変利得増幅手段は、
前記ベースバンド振幅変調信号をリニア−ｌｏｇ変換するリニア−ｌｏｇ変換回路と、
前記リニア−ｌｏｇ変換回路によってリニア−ｌｏｇ変換されたベースバンド振幅変調信号と、利得制御信号とを加算する加算回路と、
前記加算回路によって加算された信号に基づいて、前記高周波位相変調信号を増幅する可変利得増幅器と、
を具備することを特徴とする送信装置。
前記高周波電力増幅器に、前記ベースバンド振幅変調信号及び前記利得制御信号に応じた電源電圧または所定の固定電源電圧を、第１及び第２の動作モードに応じて選択的に供給する電源電圧供給手段を、さらに具備し、
前記第１の動作モード時には、前記高周波電力増幅器に前記ベースバンド振幅変調信号及び前記利得制御信号に応じて変化させた電源電圧を供給して前記高周波電力増幅器を非線形増幅器として動作させることにより、前記高周波電力増幅器によって、前記ベースバンド振幅変調信号及び前記利得制御信号に応じた振幅変調を行い、
前記第２の動作モード時には、前記高周波電力増幅器に前記固定電源電圧を供給して前記高周波電力増幅器を線形増幅器として動作させ、前記可変利得増幅手段によって、前記ベースバンド振幅変調信号及び前記利得制御信号に応じた振幅変調を行う
ことを特徴とする請求項１に記載の送信装置。
請求項１又は請求項２に記載の送信装置を有する送信処理部と、
受信信号を復調する受信処理部と、
アンテナと、
前記送信処理部から前記アンテナへの送信信号の供給と、前記アンテナから前記受信処理部への受信信号の供給とを切り替える送受切替部と、
を具備することを特徴とする無線通信装置。