JP4669513B2 - 送信回路及び通信機器 - Google Patents

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Description

本発明は、携帯電話や無線LAN等の通信機器に用いられる送信回路に関し、より特定的には、高効率かつ低歪みで動作する送信回路、及びそれを用いた通信機器に関する。
携帯電話や無線LAN等の通信機器は、広いパワー増幅の範囲で送信信号の線形性を確保しつつ、かつ低消費電力で動作することが求められている。そして、このような通信機器には、高効率かつ低歪みで動作する送信回路が用いられる。以下に、従来の送信回路について説明する。
従来の送信回路としては、変調信号の包絡線の大きさに応じて、増幅部に供給する電圧を制御する送信回路が開示されている(例えば、非特許文献1参照)。図29は、従来の送信回路900の構成の一例を示すブロック図である。従来の送信回路900おいて、信号生成部901は、直交信号であるI、Q信号を生成する。I、Q信号は、ベクトル変調部902に入力される。ベクトル変調部902は、I、Q信号をベクトル変調して変調信号として出力する。ベクトル変調部902としては、典型的には、直交変調器が用いられる。ベクトル変調部902から出力された変調信号は、分配器903を介して、検波部904及び増幅部906に入力される。
検波部904は、変調信号の包絡線の大きさを検波してレギュレータ905に出力する。レギュレータ905には、電源端子907から直流電圧が供給されている。レギュレータ905は、検波部904で検波された変調信号の包絡線の大きさに応じた電圧を増幅部906に供給する。増幅部906は、変調信号をレギュレータ905から供給された電圧に応じて増幅する。増幅部906で増幅された変調信号は、送信信号として出力端子908から出力される。このように、従来の送信回路900は、変調信号の包絡線の大きさに応じて増幅部906に供給する電圧を制御することで、特にベクトル変調部902から出力される変調信号の包絡線が大きい場合に増幅部906での歪み特性が劣化することを防いでいた。
また、従来の送信回路としては、基地局との交信に必要な送信電力をW−CDMA方式に従ってスロット時間毎に制御する送信回路が開示されている(例えば、特許文献1参照)。図30は、従来の送信回路910の構成の一例を示すブロック図である。従来の送信回路910において、テーブル参照部913には、送信電力の大きさに対応して、増幅部916が常に最大効率で動作するような電源電圧の情報が格納されている。レギュレータ914には、入力端子911及びテーブル参照部913を介して、スロット時間毎に送信電力が平均化された平均電力に対応した電圧が入力される。また、レギュレータ914には、電源端子915から直流電圧が供給されている。
レギュレータ914は、入力された平均電力に対応した電源電圧の情報をテーブル参照部913から読み出して、増幅部916に供給する電圧を制御する。増幅部916は、入力端子912を介して入力された変調信号をレギュレータ914から供給された電圧に応じて増幅する。増幅部916で増幅された変調信号は、送信信号として出力端子917から出力される。このように、従来の送信回路910は、送信電力のスロット時間毎の平均電力に基づいて、増幅部916に供給する電圧を制御することで高効率かつ低歪みな動作を実現していた。
また、従来の送信回路としては、例えば、直交変調等の変調方式を利用して、送信信号を生成する送信回路(以下、直交変調回路と記す)があった。なお、直交変調回路については、広く知られているため説明を省略する。また、直交変調回路よりも高効率に線形性の高い送信信号を出力する従来の送信回路としては、非特許文献2に開示されている送信回路があった。図31は、非特許文献2に開示されている従来の送信回路920の構成の一例を示すブロック図である。図31において、従来の送信回路920は、信号生成部921、角度変調部922、電源端子923、レギュレータ924、振幅変調部925、及び出力端子926を備える。
信号生成部921は、振幅信号及び位相信号を生成する。振幅信号は、レギュレータ924に入力される。レギュレータ924には、電源端子923から直流電圧Vbが供給されている。レギュレータ924は、入力された振幅信号に応じて制御された電圧Vcを振幅変調部925に供給する。また、位相信号は、角度変調部922に入力される。角度変調部922は、入力された位相信号を角度変調して角度変調信号を出力する。角度変調信号は、振幅変調部925に入力される。振幅変調部925は、角度変調信号をレギュレータ924から供給された電圧Vcで振幅変調して、角度変調及び振幅変調された変調信号として出力する。この変調信号が、送信信号として出力端子926から出力される。なお、このような送信回路920をポーラ変調回路という。
特開平11−251934号公報 米国特許第6636112号明細書 ピー.ビー.ケニングトン(P.B.Kenington)、「ハイ リニアリティ アールエフ アムプリファイア デザイン(High Linearity Rf Amplifier Design)」、アーチ ハウス マイクロウェーブ ライブラリ(Artch House Microwave Library)、米国、2000年1月、p426−512 エフ・エッチ・ラーブ(F.H.Raab)他、「ハイ−エフィシェンシー エル−バンド カーン−テクニック トランスミッター(High−efficiency L−band Kahn−technique transmitter)」、1998年 アイトリプルイー・エムティティ−エス イント・マイクロウェーブ・シンポ・ディグ(1998 IEEE MTT−S Int.Microwave Symp.Dig.)
しかしながら、従来の送信回路900(図29参照)には、ベクトル変調部902でベクトル変調された信号の包絡線によって増幅部906に供給される電圧が連続的に変化するため、増幅部906が線形領域だけでなく非線形領域(飽和領域)においても動作する可能性があった。例えば、増幅部906は、送信信号の線形性を保つためには一定以上の電圧が常に供給される必要があるため、仮に一定以上の電圧が供給されなかった場合には出力信号の線形性を保つことができなかった。あるいは、従来の送信回路900は、一時的にベクトル変調された信号の包絡線が増幅部906の線形領域を超えて大きくなったときも、出力信号の線形性を保つことができなかった。
また、従来の送信回路910(図30参照)は、スロット時間毎の平均電力を用いて増幅部916に供給する電圧を制御しているので、急な送信信号の電力変化には対応できずに、必ずしも高効率かつ低歪みな動作を実現できない可能性があった。例えば、従来の送信回路910は、スロット時間における平均電力は高いがそれよりも短い時間においては平均電力が低いような場合も、スロット時間で平均化された平均電力に対応した電圧を増幅部916に供給する可能性があった。このため増幅部916において無駄な電力が発生し、必ずしも高効率な動作を行なうことができなかった。逆に、スロット時間の平均電力は低いがそれより短い時間においては平均電力が高いような場合は、増幅部916に供給される電圧が不足し、送信信号が歪む可能性があった。
また、従来の送信回路920(図31参照)においては、レギュレータ924が出力する電圧Vcを振幅信号で制御していたため、振幅信号が小さいときには、レギュレータ924での損失が大きくなり、送信回路としての効率が低下していた。図32は、従来の送信回路920の問題点を説明する図である。図32を参照して、電源端子923がレギュレータ924に供給する電圧Vbと、レギュレータ924が振幅変調部925に供給する電圧Vcとの差がレギュレータ924での損失である。そして、振幅信号が小さいときに、このVbとVcとの差が大きくなり、送信回路としての効率が低下していた。
このような損失を低減するために、特許文献2には、レギュレータをシリーズレギュレータとスイッチングレギュレータとで構成する従来の送信回路930が開示されている。図33は、特許文献2に開示されている従来の送信回路930の構成の一例を示すブロック図である。図33において、従来の送信回路930は、レギュレータ931と、振幅変調部932とを備える。レギュレータ931は、スイッチングレギュレータ933と、シリーズレギュレータ934とで構成されている。図34は、従来の送信回路930におけるレギュレータ931の動作を説明する図である。図34を参照して、スイッチングレギュレータ933には、出力すべき送信信号の電力の大きさを示す電力情報が入力される。
スイッチングレギュレータ933は、電力情報によって制御された電圧Vsをシリーズレギュレータ934に供給する。スイッチングレギュレータ933は、電力情報の周波数が振幅信号と比べて低いため、高効率に動作することができる。シリーズレギュレータ934は、振幅信号の大きさによって制御された電圧Vcを振幅変調部932に供給する。このように、従来の送信回路930によれば、スイッチングレギュレータ933が電力情報によって制御された電圧Vsをシリーズレギュレータ934に供給することで、レギュレータ931での損失を低減していた。
しかしながら、従来の送信回路930(図33参照)においては、電力情報の周波数が振幅信号と比べて低いため、スイッチングレギュレータ933の動作が振幅信号の変化に追随できずに、シリーズレギュレータ934の損失を十分には低減することができなかった。図35は、従来の送信回路930の問題点を説明する図である。図35に示すように、従来の送信回路930は、スイッチングレギュレータ933がシリーズレギュレータ934に供給する電圧Vsと、シリーズレギュレータ934が振幅変調部932に供給する電圧Vcとの差が依然として存在していた。このため、従来の送信回路930は、シリーズレギュレータ934での損失を十分には低減することができずに、送信回路としての効率が低下していた。
それ故に、本発明の目的は、上記課題を解決し、広い出力電力の範囲に渡って、高効率かつ低歪みに動作する送信回路、及びそれを用いた通信機器を提供することである。
本発明は、入力データに基づいて送信信号を生成して出力する送信回路に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の送信回路は、入力データに基づいて、I,Q信号から構成されるベクトル信号と、ベクトル信号の大きさを示す振幅信号とを生成する信号生成部と、ベクトル信号をベクトル変調するベクトル変調部と、ベクトル変調部でベクトル変調された信号を増幅する増幅部と、振幅信号に所定の信号処理を施して出力する信号処理部と、信号処理部から出力された信号の大きさに基づいて、増幅部に供給する電圧を制御するレギュレータとを備える。信号処理部は、少なくとも1つ以上のしきい値と、当該しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、所定の時間毎に振幅信号がしきい値を超えるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を出力する。
好ましくは、所定の時間は、送信回路の平均出力電力を制御する時間よりも短い。
好ましくは、信号処理部は、少なくとも1つ以上のしきい値と、しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、所定の時間毎に振幅信号がしきい値を超えるか否かを判定し、判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、選択した離散値を有する信号を出力する判定量子化部とを含む。
判定量子化部は、所定の時間毎に振幅信号の最大値を検出する最大振幅検出部と、所定の時間毎に振幅信号の最大値がしきい値を超えるか否かを判定し、判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、選択した離散値を有する信号を出力する量子化部とを有する。
また、信号生成部は、送信信号の送信電力の大きさを示す電力情報をさらに出力してもよい。このような場合、送信回路は、ベクトル変調部でベクトル変調された信号を電力情報に応じた利得で増幅する可変利得増幅部をさらに備える。信号処理部は、電力情報と振幅信号とを掛け算することで、電力情報に応じて大きさが制御された振幅信号を判定量子化部に出力する掛け算部をさらに備える。あるいは、信号処理部は、電力情報に基づいて、しきい値及び離散値の大きさを変更してもよい。
好ましくは、信号処理部は、送信電力の大きさの2乗根に反比例するように、しきい値及び離散値の大きさを変更する。あるいは、信号処理部は、しきい値及び離散値が送信電力の大きさに対応して最適に設定されたテーブル情報を参照して、しきい値及び離散値の大きさを変更してもよい。また、送信回路は、信号生成部によって生成されたベクトル信号を、増幅部で発生する歪みが抑圧されるように補償する歪み補償部をさらに備えてもよい。レギュレータは、シリーズレギュレータあるいはスイッチングレギュレータである。
好ましくは、レギュレータは、信号処理部が出力した信号の大きさに応じて制御された電圧を増幅部に供給するシリーズレギュレータと、信号処理部が出力した信号に所定の演算処理を施して出力する演算部と、演算部が出力した信号の大きさに応じて制御された電圧をシリーズレギュレータに供給するスイッチングレギュレータとを含む。演算部は、スイッチングレギュレータが出力する電圧が、シリーズレギュレータが出力する電圧よりも大きくなるように、信号処理部から出力された信号に演算処理を施こす。
また、送信回路は、以下の構成を備えていてもよい。送信回路は、入力データに基づいて、I,Q信号から構成されるベクトル信号を生成する信号生成部と、ベクトル信号をベクトル変調するベクトル変調部と、ベクトル変調部でベクトル変調された信号を分波する分波部と、分波部で分波された一方の信号を増幅する増幅部と、分波部で分波された他方の信号の包絡線の大きさを検波して振幅信号として出力する検波部と、振幅信号に所定の信号処理を施して出力する信号処理部と、信号処理部から出力された信号の大きさに基づいて、増幅部に供給する電圧を制御するレギュレータとを備える。信号処理部は、少なくとも1つ以上のしきい値と、しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、所定の時間毎に振幅信号がしきい値を超えるか否かを判定し、判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、選択した離散値を有する信号を出力する。
また、本発明は、上述した送信回路を備える通信機器にも向けられている。通信機器は、送信信号を生成する送信回路と、送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備える。また、通信機器は、アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、送信回路で生成された送信信号をアンテナに出力し、アンテナから受信した受信信号を受信回路に出力するアンテナ共用部とをさらに備えてもよい。
以上のように本発明においては、増幅部に入力される変調信号の包絡線が大きい場合には、増幅部に供給するコレクタ電圧、またはドレイン電圧を高くすることで増幅部の非線形性を改善することができる。また、必要な時間のみコレクタ電圧を高くするので、高い効率を実現することができる。さらに、増幅部に入力される変調信号の包絡線が小さい場合にもコレクタ電圧を一定に保つことで増幅部の非線形性を改善することができる。このため増幅部で増幅される信号は、変調信号の包絡線の大きさにかかわらず低歪みとなる。上述したように、送信回路は、増幅部に供給する電圧を最適なレベルに制御することで、高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
また、本発明の送信回路によれば、基地局との交信に必要な送信電力の大きさを示す電力情報に基づいて、可変利得増幅部の利得を変更してベクトル変調部が出力する変調信号を増幅し、かつ信号処理部が出力する信号の大きさを制御してレギュレータが増幅部に供給する電圧を増幅部にとって最適なレベルに調整する。これによって、送信回路は、さらに高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
また、本発明の送信回路は、増幅部で発生する歪みを補償するための歪み補償部をさらに備えることで、より低歪みな動作を実現することができる。さらに、通信機器は、上述した送信回路を用いることで、広いパワー増幅の範囲で送信信号の線形性を確保しつつ、かつ消費電力を低減することができる。
また、本発明の送信回路は、信号生成部が出力する振幅信号が大きい場合には、レギュレータから、振幅変調部に供給するコレクタ電圧、またはドレイン電圧を高くすることで、振幅変調部の非線形性を改善することができる。また、必要な時間のみ振幅変調部に供給する電圧を高くするので、高い効率を実現することができる。さらに、振幅信号が小さい場合にも振幅変調部に供給する電圧を一定に保つことで、振幅変調部の非線形性を改善することができる。このため振幅変調部が出力する変調信号は、振幅信号の大きさにかかわらず低歪みとなる。このように、送信回路は、振幅変調部に供給する電圧を最適なレベルに制御することで、高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
また、本発明の送信回路によれば、基地局との交信に必要な送信電力の大きさを示す電力情報に基づいて、振幅信号の大きさを変更して、レギュレータが振幅変調部に供給する電圧を振幅変調部にとって最適なレベルに調整する。これによって、送信回路は、さらに高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
また、本発明の送信回路は、信号処理部の後段に、タイミング制御部を備えることで、スイッチングレギュレータの立ち上がりの不安定さを解消し、さらに低歪みな動作を実現することができる。
また、本発明の送信回路は、振幅変調部で発生する歪みを補償するための歪み補償部をさらに備えることで、より低歪みな動作を実現することができる。さらに、通信機器は、上述した送信回路を用いることで、広いパワー増幅の範囲で送信信号の線形性を確保しつつ、かつ消費電力を低減することができる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る送信回路1の構成の一例を示すブロック図である。図1において、送信回路1は、信号生成部11、信号処理部12、ベクトル変調部13、レギュレータ14、増幅部15、電源端子16、及び出力端子17を備える。信号生成部11は、入力データの所定の信号処理を施して、I,Q信号から構成されるベクトル信号と、ベクトル信号の大きさ(すなわち、I,Q信号の大きさ)を示す振幅信号M(t)とを生成し出力する。振幅信号M(t)は、(I2+Q21/2で表される。ベクトル信号は、ベクトル変調部13に入力される。ベクトル変調部13は、ベクトル信号をベクトル変調して変調信号として出力する。ベクトル変調部13には、例えば、直交変調器が用いられる。ベクトル変調部13から出力された変調信号は、増幅部15に入力される。
一方、振幅信号M(t)は、信号処理部12に入力される。信号処理部12は、振幅信号M(t)に所定の信号処理を施して出力する。レギュレータ14には、電源端子16から直流電圧が供給されている。レギュレータ14は、信号処理部12で信号処理が施された信号の大きさに応じて制御された電圧を増幅部15に供給する。典型的には、レギュレータ14は、信号処理部12で信号処理が施された信号の大きさに比例した電圧を増幅部15に供給する。増幅部15は、ベクトル変調部13から出力された変調信号をレギュレータ14から供給された電圧に応じて増幅する。増幅部15で増幅された信号は、出力端子17から送信信号として出力される。
図2は、信号処理部12の構成の一例を示すブロック図である。図2において、信号処理部12は、判定量子化部12a及びDAコンバータ123を含む。判定量子化部12aには、信号生成部11から振幅信号M(t)が入力される。判定量子化部12aは、少なくとも1つ以上のしきい値と、しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持している。判定量子化部12aは、所定の時間毎に振幅信号M(t)の最大値がしきい値を超えるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、選択した離散値を有する信号を出力する。
なお、判定量子化部12aは、所定の時間毎に振幅信号M(t)の最大値がしきい値を超えるか否かを判定すると説明したが、必ずしも振幅信号M(t)の最大値がしきい値を超えるか否かを判定する必要はない。すなわち、判定量子化部12aは、所定の時間毎に振幅信号M(t)に含まれるいずれかの値がしきい値を超えるか否かを判定し、その判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、選択した離散値を有する信号を出力してもよい。
例えば、判定量子化部12aは、最大振幅検出部121と量子化部122とを有する構成であってもよい。このような場合、最大振幅検出部121には、信号生成部11から振幅信号M(t)が入力される。最大振幅検出部121は、所定の検出時間T毎に、振幅信号M(t)の最大値を検出する。図3Aは、最大振幅検出部121に入力される振幅信号M(t)の波形の一例を示す図である。図3Aを参照して、検出時間Tは、振幅信号M(t)の波形の変動する時間(すなわち、シンボル時間)よりも長く、かつ送信回路1の平均出力電力を制御する時間(以下、スロット時間と記す)よりも短い時間に設定される。例えば、検出時間Tをシンボル時間の16倍とし、サンプリング時間をシンボル時間の8倍とすると、検出時間Tにおいては、1024のサンプリング点が存在することになる。最大振幅検出部121は、検出時間T毎にサンプリング点の最大値を検出する。
量子化部122は、少なくとも1つ以上のしきい値と、しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持している。量子化部122は、サンプリング点の最大値がしきい値以上であるかどうかを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択する。これによって、量子化部122は、振幅信号M(t)を2つ以上の離散値によって離散化された信号に変換し出力する。図3Bは、量子化部122が出力する信号の波形の一例を示す図である。図3Bに示すように、量子化部122は、サンプリング点の最大値の大きさが、しきい値A以上のときは離散値B1を、それ以外のときは離散値B2を出力する。ここで、B1>B2である。量子化部122が出力した信号は、DAコンバータ123でアナログ信号に変換され、離散値V(t)として出力される。
なお、上述した説明では、量子化部122が1つのしきい値Aを設定して、2つの離散値B1,B2を出力する場合を示したが、量子化部122は、2つのしきい値を設定して3つの離散値を出力してもよいし、更に多くのしきい値を設定して多くの離散値を出力してもよい。
また、信号処理部12は、DAコンバータ123を含まない構成であってもよい。このような場合、信号処理部12は、判定量子化部12aが出力した信号をデジタル信号のまま出力し、デジタル信号でレギュレータ14を制御する。
図4は、振幅信号M(t)と離散値V(t)との関係を示す図である。図4に示すように、信号処理部12は、振幅信号M(t)に上述した信号処理を施して、検出時間T毎に、振幅信号M(t)の大きさに応じて制御された離散値V(t)を出力する。また、点線は、検出時間Tの代わりに、スロット時間を用いた場合に出力される離散値を表している。
図4に示すように、信号処理部12は、検出時間Tをスロット時間よりも短い時間に設定することで、スロット時間よりも短い時間毎に、振幅信号M(t)の大きさに応じて制御された離散値V(t)を出力することができる。これによって、送信回路1は、スロット時間よりも短い時間毎に送信信号の電力を制御することができ、スロット時間毎に送信信号の電力を制御する場合よりも、消費電力を低減することができる。
ここで、第1の実施形態に係る送信回路1において、検出時間Tを決定する方法についてもう少し詳しく説明する。上述したように、検出時間Tは、振幅信号M(t)の波形のシンボル時間よりも長く、かつスロット時間よりも短い時間に設定される。なお、W−CDMAシステムの場合、シンボル時間は、0.26μs(1/3.84MHz)に、スロット時間は666μsに設定される。
送信回路1は、検出時間Tを、振幅信号M(t)の波形のシンボル時間よりも長く、かつスロット時間よりも短い時間を満たす範囲において、長めに設定したとき、レギュレータ14に求められる速度が低速となるため、レギュレータ14の効率が高くなるという利点が生じる。ただし、検出時間Tを長めに設定することで、振幅信号M(t)が小さくても、レギュレータ14の出力電圧が高いままの区間が大きくなるので、送信回路1としての損失は増すことになる。
一方、送信回路1は、検出時間Tを、振幅信号M(t)の波形のシンボル時間よりも長く、かつスロット時間よりも短い時間を満たす範囲において、短めに設定したとき、レギュレータ14の出力電圧が、振幅信号M(t)の大きさに応じて細かく制御されるので、送信回路1としての損失は低減される。ただし、検出時間Tを短めに設定することで、レギュレータ14に求められる速度が大きくなり、レギュレータ14の効率が低下することになる。すなわち、検出時間Tは、これらトレードオフの関係を考慮して、送信回路1が最も効率良く動作するように設定される。
次に、レギュレータ14の詳細について説明する。レギュレータ14には、増幅部15に安定した電圧を供給するため、シリーズレギュレータ、あるいはスイッチングレギュレータが用いられる。図5Aは、シリーズレギュレータ14aの構成の一例を示すブロック図である。図5Aにおいて、シリーズレギュレータ14aは、入力端子141a、比較器142、電源端子143a、トランジスタ144、及び出力端子145aを含む。ここでは、トランジスタ144を電界効果トランジスタとする。入力端子141aには、信号処理部12から離散値V(t)が入力される。離散値V(t)は、比較器142を介してトランジスタ144のゲート端子に入力される。トランジスタ144のドレイン端子には、電源端子143aから直流電圧が供給されている。
トランジスタ144は、入力された離散値V(t)の大きさに比例した電圧をソース端子から出力する。トランジスタ144のソース端子から出力された電圧は、比較器142にフィードバックされる。比較器142は、フィードバックされた電圧に基づいて、トランジスタ144のゲート端子に入力される離散値V(t)の大きさを調整する。このようにして、シリーズレギュレータ14aは、離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧を出力端子145aから安定して供給することができる。なお、トランジスタ144は、バイポーラトランジスタであっても同様の効果が得られる。
図5Bは、スイッチングレギュレータ14bの構成の一例を示すブロック図である。図5Bにおいて、スイッチングレギュレータ14bは、入力端子141b、信号変換部146、電源端子143b、増幅器147、ローパスフィルタ148、及び出力端子145bを含む。入力端子141bには、信号処理部12から離散値V(t)が入力される。離散値V(t)は、信号変換部146に入力される。信号変換部146は、入力された離散値V(t)をPWMやデルタシグマ変調された信号に変換する。信号変換部146で変換された信号は、増幅器147に入力される。増幅器147は、入力された信号を増幅して出力する。なお、増幅器147には、電源端子143bから直流電圧が供給されている。増幅器147には、D級アンプなどの高効率スイッチングアンプが用いられる。
増幅器147が出力した信号は、ローパスフィルタ148に入力される。ローパスフィルタ148は、増幅器147が出力した信号から量子化雑音やスイッチング雑音などのスプリアス成分を除去する。ローパスフィルタ148でスプリアス成分が除去された信号は、離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧として、出力端子145bから出力される。なお、スイッチングレギュレータ14bは、出力する電圧を安定化させるために、ローパスフィルタ148から出力される信号を、信号変換部146にフィードバックしてもよい。
なお、レギュレータ14には、電流駆動型のレギュレータが用いられてもよい。図5Cは、電流駆動型のレギュレータ14cの構成の一例を示すブロック図である。図5Cにおいて、電流駆動型のレギュレータ14cは、入力端子141c、電源端子143c、可変電流源149、トランジスタ144x、トランジスタ144y、及び出力端子145cを含む。入力端子141cには、信号処理部12を介して離散値V(t)が入力される。電源端子143cには、直流電圧が供給されている。入力端子141cから入力された離散値V(t)は、可変電流源149、トランジスタ144x、及びトランジスタ144yを介して、離散値V(t)の大きさに応じて制御された電流として、出力端子145cから出力される。このような電流駆動型のレギュレータ14cは、増幅部15がバイポーラトランジスタで構成されているときに有用である。なお、トランジスタ144x、及びトランジスタ144yは、電界効果トランジスタであっても、バイポーラトランジスタであっても同様の効果が得られる。
図6Aは、増幅部15の構成の一例を示すブロック図である。図6Aにおいて、増幅部15は、入力端子151、整合回路152、バイアス回路153、電源端子154、電源端子155、バイアス回路156、トランジスタ157、整合回路158、及び出力端子159を含む。ここでは、トランジスタ157をバイポーラトランジスタとする。入力端子151には、ベクトル変調部13から変調信号が入力される。変調信号は、整合回路152を介して、トランジスタ157のベース端子に入力される。
また、電源端子154には、直流電圧が印加されている。すなわち、トランジスタ157のベース端子には、電源端子154、及びバイアス回路153を介して、バイアス電圧が供給される。電源端子155には、レギュレータ14から離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧が供給される。離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧は、バイアス回路156を介して、トランジスタ157のコレクタ端子に供給される。トランジスタ157は、変調信号を離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧で増幅して出力する。
トランジスタ157から出力された変調信号は、整合回路158を介して、出力端子159から送信信号として出力される。なお、トランジスタ157は、電界効果トランジスタであっても同様の効果が得られる。また、増幅部15aは、電源端子154と、電源端子155とに入力される電圧を入替えてもよく、この場合も、同様の効果を得ることができる。また、レギュレータ14が電流駆動型のレギュレータ14cである場合、電源端子155には、電流駆動型のレギュレータ14cから離散値V(t)の大きさに応じて制御された電流が入力される。
なお、増幅部15は、上述した増幅部15aとは異なる構成であってもよい。図6Bは、増幅部15bの構成の一例を示すブロック図である。図6Bにおいて、増幅部15bは、基本的には、上述した増幅部15aを直列に2つ接続した構成である。ここでは、トランジスタ157、及びトランジスタ161をバイポーラトランジスタとする。トランジスタ157のベース端子には、バイアス回路153を介して、電源端子154からバイアス電圧が供給される。トランジスタ161のベース端子には、バイアス回路165を介して、電源端子160からバイアス電圧が供給される。
トランジスタ157のコレクタ端子には、電源端子164、及びバイアス回路156を介して、レギュレータ14から離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧が供給される。また、トランジスタ161のコレクタ端子には、電源端子164、及びバイアス回路162を介して、レギュレータ14から離散値V(t)の大きさに応じて制御された電圧が供給される。このような構成によって、増幅部15bは、図6Aに示した増幅部15aと比較して、より大きなダイナミックレンジを有する変調信号を出力することができる。なお、トランジスタ157、及びトランジスタ161を電界効果トランジスタとしても同様の効果が得られる。また、レギュレータ14が電流駆動型のレギュレータ14cである場合、電源端子155及び電源端子164には、電流動型のレギュレータ14cから離散値V(t)の大きさに応じて制御された電流が入力される。
なお、送信回路としては、上述した構成(すなわち、図1の構成)を変形することもできる。図7は、変形した送信回路1aの構成の一例を示すブロック図である。図7において、送信回路1aは、信号生成部11a、ベクトル変調部13、分配器18a、検波部18b、信号処理部12、レギュレータ14、増幅部15、電源端子16、及び出力端子17を備える。信号生成部11aは、I,Q信号を生成して出力する。分配器18aは、ベクトル変調部13でベクトル変調された変調信号を増幅部15及び検波部18bに出力する。検波部18bは、変調信号の包絡線を検波して検波した信号(すなわち、変調信号の振幅成分)を信号処理部12に出力する。以降の動作(すなわち、信号処理部12、レギュレータ14及び増幅部15の動作)は、上述した動作と同一である。
以上のように、本発明の第1の実施形態に係る送信回路1によれば、増幅部15に入力される変調信号の包絡線が大きい場合には、増幅部15に供給するコレクタ電圧、またはドレイン電圧を高くすることで増幅部15の非線形性を改善することができる。また、必要な時間のみ増幅部15に供給する電圧を高くするので、高い効率を実現することができる。さらに、増幅部15に入力される変調信号の包絡線が小さい場合にも増幅部15に供給する電圧を一定に保つことで、増幅部15の非線形性を改善することができる。このため増幅部15で増幅される信号は、変調信号の包絡線の大きさにかかわらず低歪みとなる。このように、送信回路1は、増幅部15に供給する電圧を最適なレベルに制御することで、高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
(第2の実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態に係る送信回路2の構成の一例を示すブロック図である。図8において、送信回路2は、信号生成部21、信号処理部22、ベクトル変調部13、可変利得増幅部28、レギュレータ14、増幅部15、電源端子16、及び出力端子17を備える。なお、第2の実施形態においては、第1の実施形態と同一の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
信号生成部21は、ベクトル信号であるI,Q信号と、振幅信号M(t)と、基地局との交信に必要な送信電力の大きさを示す電力情報Pとを出力する。I,Q信号は、ベクトル変調部13に入力される。ベクトル変調部13は、I,Q信号をベクトル変調して変調信号として出力する。ベクトル変調部13から出力された変調信号は、可変利得増幅部28に入力される。可変利得増幅部28は、所定の利得を用いて変調信号を増幅する。可変利得増幅部28で増幅された変調信号は、増幅部15に入力される。
一方、振幅信号M(t)は、信号処理部22に入力される。振幅信号M(t)は、信号処理部22で所定の信号処理が施された後、レギュレータ14に入力される。レギュレータ14には、電源端子16から直流電圧が供給されている。レギュレータ14は、信号処理部22で信号処理が施された信号の大きさに応じた電圧を増幅部15に供給する。典型的には、レギュレータ14は、信号処理部22で信号処理が施された信号の大きさに比例した電圧を増幅部15に供給する。レギュレータ14から出力された電圧は、増幅部15に供給される。増幅部15で増幅された信号は、出力端子17から出力される。
また、信号生成部21から出力された電力情報Pは、信号処理部22及び可変利得増幅部28に入力される。可変利得増幅部28は、入力された電力情報Pに応じた利得を用いて、変調信号を増幅する。例えば、可変利得増幅部28は、送信回路2が出力すべき電力の大きさが1dB大きくなったときに利得を1dB大きくする。ここで、可変利得増幅部28が出力する変調信号は、G(I・cosωt―Q・sinωt)と記述できる。ただし、Gは電力情報Pによって制御されるパラメータである。つまり、振幅信号M(t)の大きさが同じであっても、パラメータGが異なると増幅部15に入力される変調信号の大きさは異なることになる。このため、信号処理部22は、出力する離散値V(t)の大きさを電力情報Pによって制御して、レギュレータ14が増幅部15に供給する電圧を最適なレベルに調整する必要がある。
このような信号処理部22の構成としては、例えば、以下に示す信号処理部22aが考えられる。図9は、信号処理部22aの構成の一例を示すブロック図である。図9において、信号処理部22aは、入力端子221、入力端子222、出力端子223、掛け算部224、判定量子化部12a、及びDAコンバータ123を含む。なお、判定量子化部12aは、第1の実施形態で説明した最大振幅検出部121と量子化部122とを有する構成である。また、信号処理部22aは、DAコンバータ123を含まない構成であってもよい。このような場合、信号処理部22aは、判定量子化部12aが出力した信号をデジタル信号のまま出力し、デジタル信号でレギュレータ14を制御する。
以下、図10に示す(a)〜(c)を用いて、信号処理部22aでの信号処理について説明する。図10(a)は、信号生成部21から出力された電力情報Pの波形の一例を示す図である。図10(b)は、掛け算部224が出力する振幅信号Mp(t)の波形の一例を示す図である。図10(c)は、信号処理部22aが出力する離散値Vp(t)の波形の一例を示す図である。
掛け算部224には、入力端子222を介して電力情報P(図10(a)参照)と、入力端子221を介して振幅信号M(t)とが入力される。掛け算部224は、振幅信号M(t)と電力情報Pとを掛け算して、電力情報Pに応じて大きさが制御された振幅信号Mp(t)を出力する(図10(b)参照)。掛け算部224から出力された振幅信号Mp(t)は、判定量子化部12aに入力される。
判定量子化部12aにおいて、最大振幅検出部121は、第1の実施形態と同様の処理を行なって、所定の検出時間T毎に、振幅信号Mp(t)の最大値を検出する。量子化部122は、少なくとも1つ以上のしきい値と、しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持している。図10(c)を参照して、量子化部122は、第1の実施形態と同様の処理を行なって、振幅信号Mp(t)の最大値が所定のしきい値以上であるかどうかを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択する。量子化部122が出力した信号は、DAコンバータ123でアナログ信号に変換され、離散値Vp(t)として出力される。
このように、信号処理部22aは、出力する離散値Vp(t)の大きさを電力情報Pによって制御し、レギュレータ14が増幅部15に供給する電圧を最適なレベルに調整する。なお、この例では、信号処理部22aは、3つのしきい値と、4つの離散値とを保持しているものとする。また、掛け算部224は、必ずしも信号処理部22に含まれていなくてもよい。このような場合は、送信回路2は、掛け算部224を、信号生成部21と信号処理部22との間に備えていてもよい。
また、信号処理部22の構成しては、例えば、以下に示す信号処理部22bが考えられる。図11は、信号処理部22bの構成の一例を示すブロック図である。図11において、信号処理部22bは、入力端子221、入力端子222、出力端子223、判定量子化部12b、DAコンバータ123、及び乗算型DAコンバータ226を含む。判定量子化部12bは、最大振幅検出部121及び量子化部122bを有する。
以下、図12に示す(a)〜(d)を用いて、信号処理部22bでの信号処理について説明する。図12(a)は、信号生成部21から出力された電力情報Pの波形の一例を示す図である。図12(b)は、判定量子化部12bに入力される振幅信号M(t)の波形の一例を示す図である。図12(c)は、量子化部122bが出力する出力信号の波形の一例を示す図である。図12(d)は、乗算型DAコンバータ226の出力信号の波形の一例を示す図である。
判定量子化部12bには、入力端子222を介して電力情報P(図12(a)参照)と、入力端子221を介して振幅信号M(t)(図12(b)参照)とが入力される。判定量子化部12bにおいて、最大振幅検出部121は、第1の実施形態と同様の処理を行なって、所定の検出時間T毎に、振幅信号M(t)の最大値を検出する。量子化部122bは、少なくとも1つ以上のしきい値と、しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持している。量子化部122bは、入力される電力情報Pの大きさに応じて、しきい値及び離散値の大きさを変更する。
具体的には、量子化部122bは、電力情報Pの2乗根の大きさに反比例するようにしきい値及び離散値の大きさを変更する。図13は、量子化部122bが変更するしきい値と、離散値との関係を示す図である。図13を参照して、例えば、量子化部122bは、電力情報Pの大きさが4倍になったとき、しきい値及び離散値を1/2の大きさに変更する。なお、量子化部122bは、しきい値及び離散値の大きさを上述したように電力情報Pの2乗根の大きさに反比例するような関係からではなく、予め最適な関係が設定されたテーブル情報を用いて変更してもよい。
図12(b)を参照して、量子化部122bは、入力される電力情報Pが大きい場合にしきい値を小さくし、電力情報Pが小さい場合にしきい値を大きくする。図12(c)を参照して、量子化部122bは、振幅信号M(t)の最大値がしきい値以上であるかどうかを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択する。判定量子化部12bから出力された信号は、DAコンバータ123にてアナログ信号に変換され、乗算型DAコンバータ226に入力される。また、乗算型DAコンバータ226には、入力端子222を介して電力情報Pが入力される。図12(d)を参照して、乗算型DAコンバータ226は、電力情報Pに応じて出力信号の大きさを調整する。乗算型DAコンバータ226が出力した信号は、離散値Vp(t)として出力端子223から出力される。このように、信号処理部22bは、出力する離散値Vp(t)の大きさを電力情報Pによって制御して、レギュレータ14が増幅部15に供給する電圧を最適なレベルに調整する。
さらに、第2の実施形態に係る送信回路2は、消費電力を低減するために、図14に示す構成の信号処理部22c及びレギュレータ14dを備えてもよい。図14は、信号処理部22c及びレギュレータ14dの構成の一例を示すブロック図である。図14において、信号処理部22cは、最大振幅検出部121及び量子化部122を含む。レギュレータ14dは、演算部14d1、DAコンバータ14d2、DAコンバータ14d3、スイッチングレギュレータ14d4、及びシリーズレギュレータ14d5を含む。なお、スイッチングレギュレータ14d4は、図5Bに示すスイッチングレギュレータ14bと同様の構成である。また、シリーズレギュレータ4d5は、図5Aに示すシリーズレギュレータ14aと同様の構成である。
信号処理部22cにおいて、最大振幅検出部121及び量子化部122は、第1の実施形態と同様の処理を行なう。量子化部122の出力信号は、演算部14d1及びDAコンバータ14d3に入力される。このとき、量子化部122の出力信号がB1、B2の2値に量子化されており、この2値に対応する出力端子223からの出力電圧の大きさがV1、V2だったとする。ただし、V1>V2で、かつB1対B2の比と、V1対V2の比とは等しいものとする。図15は、スイッチングレギュレータ14d4及びシリーズレギュレータ14d5の出力電圧を示す図である。ただし、破線がスイッチングレギュレータ14d4、実線がシリーズレギュレータ14d5の出力電圧を示している。
このような場合、スイッチングレギュレータ14d4の出力電圧は、V1より少し高い電圧V3であればよい。もしもV1より非常に大きな電圧をシリーズレギュレータ14d5に供給した場合、シリーズレギュレータ14d5での熱損失が大きくなってしまう。演算部14d1は、スイッチングレギュレータ14d4がシリーズレギュレータ14d5にV1より少し高い電圧V3を供給するように、量子化部122から入力される信号を演算処理する。
すなわち、スイッチングレギュレータ14d4からの出力電圧は、送信回路2の出力電力が変化するときのみ変化するので、振幅信号M(t)の変化と比べると変化の速度が遅く、スイッチング周波数あるいはクロック周波数を低くすることができる。このため、スイッチングレギュレータ14d4は、高効率に動作する。また、シリーズレギュレータ14d5における熱損失も小さくなるので、レギュレータ14dの消費電力が小さくなり、その結果、送信回路2全体の消費電力を低減することができる。なお、DAコンバータ14d2、14d3としては、乗算型DAコンバータを用いてもよい。この場合、DAコンバータ14d2、14d3には、入力端子222から電力情報Pが入力される。
また、第2の実施形態に係る送信回路2は、図16に示す信号処理部22及びレギュレータ14eを備えていてもよい。図16は、信号処理部22及びレギュレータ14eの構成の一例を示すブロック図である。図16において、信号処理部22は、最大振幅検出部121、量子化部122、及びDAコンバータ123を含む。レギュレータ14eは、演算部14d1、スイッチングレギュレータ14d4、及びシリーズレギュレータ14d5を含む。演算部14d1は、所定の時間毎に入力信号の最大値に所定の値をオフセットした信号を出力する。なお、信号処理部22及びレギュレータ14eにおいて、上述した構成と同一の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
以上のように、本発明の第2の実施形態に係る送信回路2によれば、基地局との交信に必要な送信電力の大きさを示す電力情報Pに基づいて、可変利得増幅部28の利得を制御して変調信号を増幅し、かつ信号処理部22が出力する信号の大きさを制御してレギュレータ14が増幅部15に供給する電圧を増幅部15にとって最適なレベルに調整する。これによって、送信回路2は、第1の実施形態と比較して、さらに高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
(第3の実施形態)
図17は、本発明の第3の実施形態に係る送信回路3の構成の一例を示すブロック図である。図17において、第3の実施形態に係る送信回路3は、第1の実施形態に係る送信回路1と比較して、歪み補償部19をさらに備えている。歪み補償部19は、増幅部15で発生する歪みを補償するために、ベクトル変調部13に入力するI,Q信号をあらかじめ歪ませる。歪み補償部19には、振幅信号M(t)に対して、I,Q信号の大きさ及び位相をどの程度歪ませるかを決定するためのテーブルが格納されている。歪み補償部19は、I,Q信号を歪ませてI2,Q2信号を出力する。I2,Q2信号は、(式2)を用いて表すことができる。ただし、a(M)及びθ(M)は、テーブルに格納されている振幅信号Mに対する補正値である。
I2+jQ2=a(M)(I+jQ)exp(jθ(M))・・・(式2)
さらに、第2の実施形態に係る送信回路(図8参照)にも歪み補償部を適用することができる。図18は、第2の実施形態に係る送信回路に歪み補償部を適用した場合の送信回路3aの構成を示すブロック図である。図18において、送信回路3aは、第2の実施形態に係る送信回路2と比較して、歪み補償部19aをさらに備えている。歪み補償部19aは、電力情報Pに基づいて、増幅部15で発生する歪みを補償するために、ベクトル変調部13に入力するI,Q信号をあらかじめ歪ませる。歪み補償部19aは、I,Q信号を歪ませてI2,Q2信号を出力する。I2,Q2信号は、(式3)を用いて表すことができる。
I2+jQ2=a(M、P)(I+jQ)exp(jθ(M、P))・・・(式3)
このように第3の実施形態に係る送信回路は、第1及び第2の実施形態に係る送信回路と比較して、増幅部15で発生する歪みを補償するための歪み補償部をさらに備える。これによって、送信回路は、第1及び第2の実施形態に係る送信回路よりも、低歪みな動作を実現することができる。
(第4の実施形態)
図19は、本発明の第4の実施形態に係る送信回路4の構成の一例を示すブロック図である。図19において、送信回路4は、信号生成部41、信号処理部42、角度変調部43、レギュレータ44、振幅変調部45、電源端子46、及び出力端子47を備える。レギュレータ44は、シリーズレギュレータ44aと、スイッチングレギュレータ44bとを含む。
信号生成部41は、入力データに所定の信号処理を施して、振幅信号M(t)と、位相信号とを生成する。振幅信号M(t)は、信号処理部42及びシリーズレギュレータ44aに入力される。信号処理部42は、第1の実施形態と同様の処理を行なって、所定の時間毎に、振幅信号M(t)の最大値に応じた離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を離散値V(t)として出力する。離散値V(t)は、スイッチングレギュレータ44bに入力される。スイッチングレギュレータ44bには、電源端子46から直流電圧が供給されている。スイッチングレギュレータ44bは、入力された離散値V(t)に応じて制御された電圧をシリーズレギュレータ44aに供給する。
シリーズレギュレータ44aは、入力された振幅信号M(t)をスイッチングレギュレータ44bから供給された電圧で増幅することで、振幅信号M(t)の大きさに応じて制御された電圧を振幅変調部45に供給する。シリーズレギュレータ44aは、スイッチングレギュレータ44bから供給される電圧が離散値V(t)によって制御されているため、高効率に動作することができる。
一方、位相信号は、角度変調部43に入力される。角度変調部43は、位相信号を角度変調して、角度変調信号を出力する。角度変調信号は、振幅変調部45に入力される。振幅変調部45は、角度変調信号をシリーズレギュレータ44aから供給された電圧で振幅変調して、角度変調及び振幅変調された変調信号として出力する。この変調信号が、送信信号として出力端子47から出力される。
スイッチングレギュレータ44bは、図5Bに示すスイッチングレギュレータ14bと同様の構成である。シリーズレギュレータ4aは、図5Aに示すシリーズレギュレータ14aと同様の構成である。また、振幅変調部45は、図6Aに示す増幅部15a、または図6Bに示す増幅部15bと同様の構成である。
なお、送信回路4は、図19とは異なる構成であってもよい。図20Aは、本発明の第4の実施形態に係る送信回路4xの構成の一例を示すブロック図である。図20Aにおいて、送信回路4xは、信号生成部41x、信号処理部42、レギュレータ44、振幅変調部45、電源端子46、及び出力端子47を備える。なお、送信回路4xにおいて、送信回路4と同一の構成については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図20Aにおいて、信号生成部41xは、振幅信号M(t)と、角度変調信号とを出力する。図20Bは、信号生成部41xの構成の一例を示すブロック図である。図20Bにおいて、信号生成部41xは、直交信号生成部413、ベクトル変調部414、包絡線検波部415、及びリミッタ416を含む。直交信号生成部413は、入力データを信号処理して、直交信号であるI,Q信号を生成する。I,Q信号は、ベクトル変調部414に入力される。
ベクトル変調部414は、I,Q信号をベクトル変調する。ベクトル変調部414には、例えば、直交変調器が用いられる。ベクトル変調部414から出力された信号は、包絡線検波部415及びリミッタ416に入力される。包絡線検波部415は、ベクトル変調部414から出力された信号の包絡線成分を検波し、検波した包絡線成分を振幅信号M(t)として出力する。リミッタ416は、ベクトル変調部414から出力された信号の包絡線成分を一定の大きさに制限し、大きさを制限した信号を角度変調信号として出力する。
以上のように、本発明の第4の実施形態に係る送信回路4によれば、信号生成部41が出力する振幅信号M(t)が大きい場合には、レギュレータ44から、振幅変調部45に供給するコレクタ電圧、またはドレイン電圧を高くすることで、振幅変調部45の非線形性を改善することができる。また、必要な時間のみ振幅変調部45に供給する電圧を高くするので、高い効率を実現することができる。さらに、振幅信号M(t)が小さい場合にも振幅変調部45に供給する電圧を一定に保つことで、振幅変調部45の非線形性を改善することができる。このため振幅変調部45が出力する変調信号は、振幅信号M(t)の大きさにかかわらず低歪みとなる。このように、送信回路4は、振幅変調部45に供給する電圧を最適なレベルに制御することで、高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
(第5の実施形態)
図21は、本発明の第5の実施形態に係る送信回路5の構成の一例を示すブロック図である。図21において、第5の実施形態に係る送信回路5は、第4の実施形態に係る送信回路4と比較して、信号生成部41の後段に掛け算部48を備える。以下、図22(a)〜(c)を用いて、送信回路5の動作について説明する。図22(a)は、掛け算部48に入力される電力情報Pの波形の一例を示す図である。図22(b)は、掛け算部48が出力する振幅信号Mp(t)の波形の一例を示す図である。図22(c)は、信号処理部42が出力する離散値Vp(t)の波形の一例を示す図である。
掛け算部48には、基地局との交信に必要な送信電力の大きさを示す電力情報Pが入力される(図22(a)参照)。電力情報Pは、例えば、W−CDMAシステムの場合、基地局によって制御され、基地局との間の送信電力制御はスロット時間毎に行なわれる。なお、送信回路5は、基地局からの情報に基づいて、信号生成部41が電力情報Pを出力する構成であっても構わない。
掛け算部48は、電力情報Pと振幅信号M(t)とを掛け算し、振幅信号Mp(t)として出力する(図22(b)参照)。信号処理部42は、第1の実施形態と同様の処理を行なって、所定の時間毎に、振幅信号Mp(t)の最大値に応じた離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を離散値Vp(t)として出力する(図22(c)参照)。なお、信号処理部42は、この例では、3つのしきい値と、4つの離散値とを持っているものとする。送信回路5の以降の動作は、第4の実施形態と同様であるので省略する。
また、第5の実施形態に係る送信回路5は、図23に示すような構成であってもよい。図23は、本発明の第5の実施形態に係る送信回路5bの構成の一例を示すブロック図である。図23において、送信回路5bは、第4の実施形態に係る送信回路4と比較して、スイッチングレギュレータ44b及びシリーズレギュレータ44aの前段に、掛け算部49及び掛け算部50をさらに備える。掛け算部49は、離散値V(t)と電力情報Pとを掛け算し、離散値Vp(t)として出力する。掛け算部50は、振幅信号M(t)と電力情報Pとを掛け算し、振幅信号Mp(t)として出力する。以降の動作は、第4の実施形態と同様である。
以上のように、本発明の第5の実施形態に係る送信回路5によれば、基地局との交信に必要な送信電力の大きさを示す電力情報Pに基づいて、振幅信号M(t)の大きさを変更して、レギュレータ44が振幅変調部45に供給する電圧を振幅変調部45にとって最適なレベルに調整する。これによって、送信回路5は、さらに高効率かつ低歪みな動作を実現することができる。
(第6の実施形態)
図24は、本発明の第6の実施形態に係る送信回路6の構成の一例を示すブロック図である。図24において、第6の実施形態に係る送信回路6は、第4及び第5の実施形態に係る送信回路と比較して、信号処理部42の後段にタイミング制御部51をさらに備える。タイミング制御部51は、信号処理部42が出力した離散値V(t)をスイッチングレギュレータ44bに入力するタイミングを変更する。
図25は、送信回路6が扱う信号のタイミングチャートの一例を示す図である。以下、第6の実施形態に係る送信回路6について、図25を参照しながら説明する。信号処理部42には、信号生成部41から振幅信号M(t)が入力される(図25(a)参照)。信号処理部42は、第1の実施形態と同様の処理を行なって、離散値V(t)を出力する(図25(b)参照)。離散値V(t)は、タイミング制御部51に入力される。
タイミング制御部51は、スイッチングレギュレータ44bの立ち上がりを補償するために、離散値V(t)を出力するタイミングをΔtxだけ進めて、離散値Vx(t)として出力する(図25(c)参照)。なお、タイミング制御部51が、離散値V(t)を出力するタイミングをΔtxだけ進める代わりに、信号生成部41がシリーズレギュレータ44aに入力する振幅信号M(t)と、角度変調部43に入力する位相信号とをΔtxだけ遅らせてもよい。
離散値Vx(t)は、スイッチングレギュレータ44bへ入力される。スイッチングレギュレータ44bは、離散値Vx(t)によって制御された電圧Vy(t)を出力する(図25(d)参照)。スイッチングレギュレータ44bが出力した電圧Vy(t)は、シリーズレギュレータ44aに供給される。シリーズレギュレータ44aは、スイッチングレギュレータ44bから供給された電圧Vy(t)に基づいて、振幅信号M(t)に応じて制御された電圧Vz(t)を出力する(図25(e)参照)。シリーズレギュレータ44aが出力した電圧Vz(t)は、振幅変調部45に供給される。
以上にように、本発明の第6の実施形態に係る送信回路6によれば、信号処理部42の後段に、タイミング制御部51を備えることで、スイッチングレギュレータ44bの立ち上がりの不安定さを解消し、さらに低歪みな動作を実現することができる。
なお、上述した第4〜6の実施形態に係る送信回路において、信号処理部42は、送信回路の消費電力をより低減させるために、送信信号の変調モードによって、所定時間Tの長さを変化させてもよい。図26は、所定時間Tの長さを変化させた場合の消費電力の低減効果を説明する図である。図26(a)に示すように、送信信号の包絡線の変動が少ない場合、信号処理部42は、所定時間Tを短くしても消費電力の低減効果は少ない。このため、信号処理部42は、所定時間Tを長めに変化させる。一方、図26(b)に示すように、送信信号の包絡線の変動が大きい場合、信号処理部42は、所定時間Tを短くすることによって、消費電力の低減効果を大きくすることができる。例えば、信号処理部42は、QPSK変調モードよりも、16QAM変調モードの方が包絡線の変動が大きいので、16QAM変調モードのときに所定時間Tを短くする。これによって、信号処理部42は、送信回路の消費電力をより低減させることができる。
また、上述した第4〜6の実施形態に係る送信回路は、角度変調部43、レギュレータ44、及び振幅変調部45の少なくともいずれかの非線形性を補償するために、信号生成部41の出力に、振幅信号および/または位相信号の歪みを補償する歪み補償部52をさらに備えてもよい。図27は、歪み補償部52を備える送信回路4bの構成の一例を示すブロック図である。図27において、歪み補償部52は、信号生成部41で生成された振幅信号、および/または位相信号を、角度変調部43、レギュレータ44、及び振幅変調部45の少なくともいずれかで発生する歪みが抑圧されるように補償する。これによって、送信回路4bは、上述した第4〜6の実施形態に係る送信回路よりも、送信信号の線形性を高めることができる。
(第7の実施形態)
図28は、本発明の第7の実施形態に係る通信機器の構成の一例を示すブロック図である。図28を参照して、第7の実施形態に係る通信機器200は、送信回路210、受信回路220、アンテナ共用部230、及びアンテナ240を備える。送信回路210は、上述した第1〜6のいずれかに記載の送信回路である。アンテナ共用部230は、送信回路210から出力された送信信号をアンテナ240に伝達し、受信回路220に送信信号が漏れるのを防ぐ。また、アンテナ共用部230は、アンテナ240から入力された受信信号を受信回路220に伝達し、受信信号が送信回路210に漏れるのを防ぐ。
従って、送信信号は、送信回路210から出力され、アンテナ共用部230を介してアンテナ240から空間に放出される。受信信号は、アンテナ240で受信され、アンテナ共用部230を介して受信回路220で受信される。第7の実施形態に係る通信機器200は、第1〜6の実施形態に係る送信回路を用いることで、送信信号の線形性を確保しつつ、かつ無線装置としての低歪みを実現することができる。また、送信回路210の出力に方向性結合器などの分岐がないため、送信回路210からアンテナ240までの損失を低減することが可能であり、送信時の消費電力を低減することができ、無線通信機器として、長時間の使用が可能となる。なお、通信機器200は、送信回路210とアンテナ240とのみを備えた構成であってもよい。
本発明に係る送信回路は、携帯電話や無線LANなどの通信機器等に適用することができる。
本発明の第1の実施形態に係る送信回路1の構成の一例を示すブロック図 信号処理部12の詳細な構成の一例を示すブロック図 最大振幅検出部121に入力される振幅信号M(t)の波形の一例を示す図 量子化部122が出力する信号の波形の一例を示す図 振幅信号M(t)と離散値V(t)との関係を示す図 シリーズレギュレータ14aの構成の一例を示すブロック図 スイッチングレギュレータ14bの構成の一例を示すブロック図 電流駆動型のレギュレータ14cの構成の一例を示すブロック図 増幅部15の構成の一例を示すブロック図 増幅部15bの構成の一例を示すブロック図 変形した送信回路1aの構成の一例を示すブロック図 本発明の第2の実施形態に係る送信回路2の構成の一例を示すブロック図 信号処理部22aの構成の一例を示すブロック図 信号処理部22aでの信号処理について説明する図 信号処理部22bの構成の一例を示すブロック図 信号処理部22bでの信号処理について説明する図 量子化部122bが変更するしきい値と離散値との関係を示す図 信号処理部22c及びレギュレータ14dの構成の一例を示すブロック図 スイッチングレギュレータ14d4及びシリーズレギュレータ14d5の出力電圧を示す図 信号処理部22及びレギュレータ14eの構成の一例を示すブロック図 本発明の第3の実施形態に係る送信回路3の構成の一例を示すブロック図 第2の実施形態に係る送信回路に歪み補償部を適用した場合の送信回路3aの構成を示すブロック図 本発明の第4の実施形態に係る送信回路4の構成の一例を示すブロック図 本発明の第4の実施形態に係る送信回路4xの構成の一例を示すブロック図 信号生成部41xの構成の一例を示すブロック図 本発明の第5の実施形態に係る送信回路5の構成の一例を示すブロック図 本発明の第5の実施形態に係る送信回路5の動作を説明する図 本発明の第5の実施形態に係る送信回路5bの構成の一例を示すブロック図 本発明の第6の実施形態に係る送信回路6の構成の一例を示すブロック図 送信回路6が扱う信号のタイミングチャートの一例を示す図 所定時間Tの長さを変化させた場合の消費電力の低減効果を説明する図 歪み補償部52を備える送信回路4bの構成の一例を示すブロック図 本発明の第7の実施形態に係る通信機器の構成の一例を示すブロック図 従来の送信回路900の構成の一例を示すブロック図 従来の送信回路910の構成の一例を示すブロック図 従来の送信回路920の構成の一例を示すブロック図 従来の送信回路920の問題点を説明する図 従来の送信回路930の構成の一例を示すブロック図 従来の送信回路930におけるレギュレータ931の動作を説明する図 従来の送信回路930の問題点を説明する図
符号の説明
1〜6、900〜930 送信回路
11、21、41、901 信号生成部
12、22、42 信号処理部
13、902 ベクトル変調部
14、44、905 レギュレータ
14a、14d5、44a シリーズレギュレータ
14b、14d4、44b スイッチングレギュレータ
14c 電流駆動型レギュレータ
15 増幅部
141、151、221、222 入力端子
16、46、143、154、155、164 電源端子
17、47、145、159、223 出力端子
18a 分配器
18b 検波部
19、19a、52 歪み補償部
28 可変利得増幅部
413 直交信号生成部
414 ベクトル変調部
415 包絡線検波部
416 リミッタ
43 角度変調部
45 振幅変調部
48、49、50、224 掛け算部
51 タイミング制御部
121 最大振幅検出部
122 量子化部
123、14d2、14d3 DAコンバータ
142 比較器
144、157、161 トランジスタ
146 信号変換部
147 増幅部
148 ローパスフィルタ
14d1 演算部
152、158、163 整合回路
153、156、162、165 バイアス回路
12a、12b 判定量子化部
226 乗算型DAコンバータ
210 送信回路
220 受信回路
230 アンテナ共用部
240 アンテナ

Claims (18)

  1. 入力データに基づいて送信信号を生成して出力する送信回路であって、
    前記入力データに基づいて、I,Q信号から構成されるベクトル信号と、前記ベクトル信号の大きさを示す振幅信号とを生成する信号生成部と、
    前記ベクトル信号をベクトル変調するベクトル変調部と、
    前記ベクトル変調部でベクトル変調された信号を増幅する増幅部と、
    前記振幅信号に所定の信号処理を施して出力する信号処理部と、
    前記信号処理部から出力された信号の大きさに基づいて、前記増幅部に供給する電圧を制御するレギュレータとを備え、
    前記信号処理部は、
    少なくとも1つ以上のしきい値と、当該しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、
    所定の時間毎に前記振幅信号が前記しきい値を超えるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を出力し、
    前記所定の時間は、前記送信信号の変調モードによって長さが変更されることを特徴とする、送信回路。
  2. 前記所定の時間は、送信回路の平均出力電力を制御する時間よりも短いことを特徴とする、請求項1に記載の送信回路。
  3. 前記信号処理部は、少なくとも1つ以上のしきい値と、当該しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、前記所定の時間毎に前記振幅信号が当該しきい値を超えるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を出力する判定量子化部とを含むことを特徴とする、請求項1に記載の送信回路。
  4. 前記判定量子化部は、
    前記所定の時間毎に前記振幅信号の最大値を検出する最大振幅検出部と、
    前記所定の時間毎に前記振幅信号の最大値が前記しきい値を超えるか否かを判定し、
    当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を出力する量子化部とを有することを特徴とする、請求項3に記載の送信回路。
  5. 前記信号生成部は、前記送信信号の送信電力の大きさを示す電力情報をさらに出力し、
    前記ベクトル変調部でベクトル変調された信号を前記電力情報に応じた利得で増幅する可変利得増幅部をさらに備え、
    前記信号処理部は、前記電力情報と前記振幅信号とを掛け算することで、前記電力情報に応じて大きさが制御された振幅信号を前記判定量子化部に出力する掛け算部をさらに備えることを特徴とする、請求項3に記載の送信回路。
  6. 前記信号生成部は、前記送信信号の送信電力の大きさを示す電力情報をさらに出力し、
    前記ベクトル変調部でベクトル変調された信号を前記電力情報に応じた利得で増幅する可変利得増幅部をさらに備え、
    前記信号処理部は、前記電力情報に基づいて、前記しきい値及び前記離散値の大きさを変更することを特徴とする、請求項3に記載の送信回路。
  7. 前記信号処理部は、前記送信電力の大きさの2乗根に反比例するように、前記しきい値及び前記離散値の大きさを変更することを特徴とする、請求項6に記載の送信回路。
  8. 前記信号処理部は、前記しきい値及び前記離散値が前記送信電力の大きさに対応するように予め設定されたテーブル情報を参照して、前記しきい値及び前記離散値の大きさを変更することを特徴とする、請求項6に記載の送信回路。
  9. 前記信号生成部によって生成された前記ベクトル信号を、前記増幅部で発生する歪みが抑圧されるように補償する歪み補償部をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の送信回路。
  10. 前記レギュレータは、シリーズレギュレータであることを特徴とする、請求項1に記載の送信回路。
  11. 前記レギュレータは、スイッチングレギュレータであることを特徴とする、請求項1に記載の送信回路。
  12. 前記レギュレータは、
    前記信号処理部が出力した信号の大きさに応じて制御された電圧を前記増幅部に供給するシリーズレギュレータと、
    前記信号処理部が出力した信号に所定の演算処理を施して出力する演算部と、
    前記演算部が出力した信号の大きさに応じて制御された電圧を前記シリーズレギュレータに供給するスイッチングレギュレータとを含み、
    前記演算部は、前記スイッチングレギュレータが出力する電圧が、前記シリーズレギュレータが出力する電圧よりも大きくなるように、前記信号処理部から出力された信号に演算処理を施こすことを特徴とする、請求項1に記載の送信回路。
  13. 入力データに基づいて送信信号を生成して出力する送信回路であって、
    前記入力データに基づいて、I,Q信号から構成されるベクトル信号を生成する信号生成部と、
    前記ベクトル信号をベクトル変調するベクトル変調部と、
    前記ベクトル変調部でベクトル変調された信号を分波する分波部と、
    前記分波部で分波された一方の信号を増幅する増幅部と、
    前記分波部で分波された他方の信号の包絡線の大きさを検波して振幅信号として出力する検波部と、
    前記振幅信号に所定の信号処理を施して出力する信号処理部と、
    前記信号処理部から出力された信号の大きさに基づいて、前記増幅部に供給する電圧を制御するレギュレータとを備え、
    前記信号処理部は、
    少なくとも1つ以上のしきい値と、当該しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、
    所定の時間毎に前記振幅信号が前記しきい値を超えるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を出力し、
    前記所定の時間は、前記送信信号の変調モードによって長さが変更されることを特徴とする、送信回路。
  14. 入力データに基づいて送信信号を生成して出力する送信回路であって、
    前記入力データに基づいて、位相信号と振幅信号とを生成する信号生成部と、
    前記位相信号を角度変調する角度変調部と、
    前記角度変調部で角度変調された信号を振幅変調する振幅変調部と、
    前記振幅信号に所定の信号処理を施して出力する信号処理部と、
    前記信号処理部から出力された信号の大きさに基づいて、前記振幅変調部に供給する電圧を制御するレギュレータとを備え、
    前記信号処理部は、
    少なくとも1つ以上のしきい値と、当該しきい値に対応した2つ以上の離散値とを保持し、
    所定の時間毎に前記振幅信号が前記しきい値を超えるか否かを判定し、当該判定結果に基づいて出力する離散値を選択し、当該選択した離散値を有する信号を出力し、
    前記所定の時間は、前記送信信号の変調モードによって長さが変更されることを特徴とする、送信回路。
  15. 前記所定の時間は、前記送信信号の包絡線の変動が大きい場合は、前記送信信号の包絡線の変動が小さい場合に比べて短くなるよう変更される、請求項1、13、または14に記載の送信回路。
  16. QPSK変調モードと16QAM変調モードを有する送信回路であって、
    前記16QAM変調モード時は、前記QPSK変調モード時よりも、前記所定の時間を短くする、請求項15に記載の送信回路。
  17. 通信機器であって、
    送信信号を生成する送信回路と、
    前記送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナとを備え、
    前記送信回路は、請求項1、13、または14に記載の送信回路であることを特徴とする、通信機器。
  18. 前記アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、
    前記送信回路で生成された送信信号を前記アンテナに出力し、前記アンテナから受信した受信信号を前記受信回路に出力するアンテナ共用部とをさらに備えることを特徴とする、請求項17に記載の通信機器。
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