JP5228867B2

JP5228867B2 - 送信機および送信方法

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Publication number: JP5228867B2
Application number: JP2008315899A
Authority: JP
Inventors: 貴志武藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: JP2010141590A

Description

本発明は、送信機および送信方法に係り、特に、スイッチング電源から電源が供給される増幅器を備える送信機およびその送信方法に係る。

携帯型の通信機器等において、電池などの電源の電圧を変換し各部に供給するスイッチング電源（ＤＣ−ＤＣコンバータ）が用いられることが多い。スイッチング電源におけるスイッチング周波数をｆｓｗとすると、送信機を含む場合、スイッチングによって送信機の電源には、図３（ａ）に示す様に電源電圧に周期１／ｆｓｗのリップルとして重畳される。このリップルに対応したノイズが、送信機の電力増幅器から出力されうる。この場合、図３（ｂ）に示す様に送信の中心周波数ｆｃとすると、ｆｃから±ｆｓｗ分離れた位置にスプリアスＰｓａ、Ｐｓｂとして出力されてしまう。

このようなスプリアスによって、通信品質が劣化しないようにする技術が開示されている。例えば、特許文献１には、無線通信装置の通信品質の測定を行ない、得られた通信品質測定結果に応じてスイッチングレギュレータのスイッチング周波数を変更する方法が記載されている。具体的には、通信用周波数帯域にスイッチング周波数の高周波ノイズが含まれないようにスイッチング周波数を変更する。

また、特許文献２には、スイッチング方式の電源から電力供給される位相変調方式の無線送信機が記載されている。この無線送信機において、電源のスイッチング周波数が無線送信機側の周波数に基づくものである。

特開２００４−３６４３９４号公報特開２００３−１３３９７２号公報

以下の分析は本発明において与えられる。

通信方式がＷＣＤＭＡの様に、送信帯域幅が４ＭＨｚ程度で固定され、かつ要求Ｃ／Ｎが低い通信方式であれば、スイッチング周波数を送信帯域幅の１／２（２ＭＨｚ）以下の固定値とし、スプリアスを送信帯域内に入れ込んでしまうことで自送信帯域外にスイッチングスプリアスが発生することを回避することが可能である。このようにすることで、周辺の他ユーザの送信帯域に対して影響を与えないことになる。

また、携帯電話等の高速なデータ通信の仕様の一つであるＬＴＥ（Long Term Evolution）の様に帯域幅が可変である通信方式において、広帯域送信を行なう場合には、図４（ａ）に示すように、上記と同様にスプリアスＰｓ１ａ、Ｐｓ１ｂを送信帯域Ｐｗ内に入れ込んでしまうことで問題が起こらない。

ところで、送信機の電力増幅器における消費電流量、負荷変動への追従性や、リップルノイズ低減を考慮した場合、スイッチング電源のスイッチング周波数は、あまり低くは出来ないという制約がある。

このため、ＬＴＥで狭帯域送信を行う場合には、上述の様にスイッチング電源のスイッチング周波数を低く出来ないという制約から、図４（ｂ）に示す様に送信帯域Ｐｎの近傍にスプリアスＰｓ１ａ、Ｐｓ１ｂが発生してしまう可能性が有る。

この場合、スイッチング周波数を高くすれば、図５に示す様に送信帯域Ｐｗ、Ｐｎの近傍にスプリアスＰｓ２ａ、Ｐｓ２ｂが発生することを回避することができる。しかし、スイッチング電源は、電力変換効率を上げる為にサイズの大きいＦＥＴを備えるので、高速に駆動させる為にはＦＥＴを駆動するプリドライバ部における消費電流が増加してしまう。

したがって、本発明の目的は、送信波帯域外にスイッチングスプリアスが重畳されることを回避すると共に、可能な限り消費電流の低減を図る送信機および送信方法を提供することにある。

本発明の１つのアスペクト（側面）に係る送信機は、送信信号の帯域幅が変更可能とされる無線による送信機であって、送信信号の帯域幅に基づいてスイッチング周波数を変更するスイッチング電源回路と、スイッチング電源回路から供給される電源で動作し、送信信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力信号に対し帯域制限を行う帯域制限フィルタと、を備える。スイッチング電源回路は、送信信号の帯域幅が所定の値以上である場合にスイッチング周波数を第１の値とし、送信信号の帯域幅が所定の値未満である場合にスイッチング周波数を第１の値より高い第２の値とする。

本発明の他のアスペクト（側面）に係る送信方法は、送信信号の帯域幅が変更可能とされる無線による送信方法であって、送信信号の帯域幅に基づいてスイッチング電源回路のスイッチング周波数を変更するステップと、スイッチング電源回路から電源を供給するステップと、供給される電源で動作し、送信信号を増幅するステップと、増幅された出力信号に対し帯域制限を行うステップと、を含む。スイッチング周波数を変更するステップにおいて、送信信号の帯域幅が所定の値以上である場合にスイッチング周波数を第１の値とし、送信信号の帯域幅が所定の値未満である場合にスイッチング周波数を第１の値より高い第２の値とする。

本発明によれば、無線区間で使用する送信周波数帯域幅に応じてスイッチング周波数を可変とすることで、送信波帯域外にスイッチングスプリアスが重畳されることを回避すると共に、可能な限り消費電流の低減を図ることができる。

本発明の実施形態に係る送信機は、送信信号の帯域幅が変更可能とされる無線による送信機であって、送信信号の帯域幅に基づいてスイッチング周波数を変更するスイッチング電源回路と、スイッチング電源回路から供給される電源で動作し、送信信号を増幅する増幅器と、増幅器の出力信号に対し帯域制限を行う帯域制限フィルタと、を備える。

スイッチング電源回路は、送信信号の帯域幅が所定の値以上である場合にスイッチング周波数を第１の値とし、送信信号の帯域幅が所定の値未満である場合にスイッチング周波数を第１の値より高い第２の値とすることが好ましい。

帯域制限フィルタは、スイッチング電源回路によって増幅器で発生する第２の値のスイッチング周波数に係るスプリアスを所望の値以下に抑制することが好ましい。

スイッチング電源回路によって増幅器で発生する第１の値のスイッチング周波数に係るスプリアス中の所定量が送信信号の帯域中に含まれることが好ましい。

こうような送信機は、送信信号の帯域幅が可変であり、かつ要求Ｃ／Ｎが低い無線通信システムに適用される。

以上のように送信機は、狭帯域での送信を行う場合には、スイッチングスプリアスが帯域制限フィルタの通過帯域外になる様に増幅器用のスイッチング電源回路の動作周波数を上げる。また、広帯域での送信を行う場合には、送信信号の帯域内にスイッチングスプリアスが入り込む様に増幅器用のスイッチング電源回路の動作周波数を下げる。このように送信信号の帯域幅に応じてスイッチング周波数を可変とすることで、送信波帯域外にスイッチングスプリアスが重畳されることを回避すると共に、可能な限り消費電流の低減を図ることができる。

以下、実施例に即し、図面を参照して詳しく説明する。

図１は、本発明の第１の実施例に係る送信機の構成を示すブロック図である。図１において、送信機は、発振器１１、スイッチング周波数生成部１２、ＰＷＭ波形生成部１３、プリドライバ１４と、電源駆動部１５、電力増幅器１６、帯域制限フィルタ１７、アンテナ１８、制御部１９を備える。

スイッチング周波数生成部１２は、制御部１９からの設定により複数のスイッチング周波数の信号出力が可能であり、発振器１１の発振周波数に対し、例えば、分周器のみ、ＰＬＬのみ、或いはＰＬＬ＋分周器のいずれかによって構成される。

ＰＷＭ波形生成部１３は、スイッチング周波数生成部１２で設定されたスイッチング周波数の三角波と基準電圧源の合成波との出力電圧の比較を行い、両者の差分量に応じてプリドライバ１４を駆動する。また、プリドライバ１４は、電源駆動部１５を駆動する。

電源駆動部１５は、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１、ＭＮ２、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１、ＭＰ２、インダクタＬ、キャパシタＣを備える。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ１は、電源Ｖｂａｔと接地間に直列接続され、両者の接続点をインダクタＬの一端に接続する。ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２、ＮＭＯＳトランジスタＭＮ２は、電力増幅器１６の電源と接地間に直列接続され、両者の接続点をインダクタＬの他端に接続する。キャパシタＣは、電力増幅器１６の電源と接地間に接続される。

プリドライバ１４は、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ１およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ２と、ＰＭＯＳトランジスタＭＰ２およびＮＭＯＳトランジスタＭＮ１とを排他的に時間的に交互にオンオフするように駆動する。電源駆動部１５は、このようなＭＯＳトランジスタのオンオフ動作によって、電源Ｖｂａｔの電圧を変換した電圧を電力増幅器１６の電源として与える。すなわち、発振器１１、スイッチング周波数生成部１２、ＰＷＭ波形生成部１３、プリドライバ１４、電源駆動部１５は、ＤＣ−ＤＣコンバータとして機能する。

電力増幅器１６は、電源駆動部１５によって与えられる電源で動作し、送信信号Ｓｔを電力増幅し、帯域制限フィルタ１７を介して帯域制限し、アンテナ１８から送信電波として送出する。この時、電力増幅器１６は、電源駆動部１５から電源が与えられるため、電力増幅器１６の出力信号は、スイッチング周波数に係るスプリアスを含むこととなる。

次に、送信帯域が可変の無線通信システムとして、１．４ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、３．０ＭＨｚ、５．０ＭＨｚ、１０．０ＭＨｚ、２０．０ＭＨｚの帯域を持つＬＴＥである場合について送信機の動作を説明する。この時、帯域制限フィルタ１７は、２０．０ＭＨｚ帯域幅に合わせて通過特性が設計されているものとする。図２は、送信機の各部の周波数特性を模式的に示す図である。

広帯域（５．０ＭＨｚ、１０．０ＭＨｚ、２０．０ＭＨｚ）の送信を行う際には、制御部１９は、図２（ａ）に示すように、スイッチング周波数生成部１２におけるスイッチング周波数をｆｓｗ１（一例として、ｆｓｗ１＝２．０ＭＨｚ）に設定する。この時、送信信号の中心周波数をｆｃとすると、ｆｃ±ｆｓｗ１の位置にスイッチングスプリアスＰｓ１ａ、Ｐｓ１ｂが発生する。スイッチングスプリアスＰｓ１ａ、Ｐｓ１ｂの周波数成分は、自身の送信帯域Ｐｗ内に含まれるので、周辺の他ユーザの送信帯域に対して、影響を与えることは無い。なお、送信帯域Ｐｗ内に含まれることによって送信波のＣ／Ｎが劣化するが、ＬＴＥシステムは要求されるＣ／Ｎが低いため、大幅な送信性能の劣化とはならない。

一方、狭帯域（１．４ＭＨｚ、１．６ＭＨｚ、３．０ＭＨｚ）の送信を行う際には、制御部１９は、図２（ｂ）に示すように、スイッチング周波数生成部１２におけるスイッチング周波数をｆｓｗ２（一例として、ｆｓｗ２＝１２．０ＭＨｚ）に設定する。この時、送信信号の中心周波数をｆｃとすると、ｆｃ±ｆｓｗ２の位置にスイッチングスプリアスＰｓ２ａ、Ｐｓ２ｂが発生する。スイッチングスプリアスＰｓ２ａ、Ｐｓ２ｂの周波数成分は、帯域制限フィルタ１７（周波数特性Ｐｂ）によって減衰されるため、周辺の他ユーザの送信帯域に対して影響を与えることは無い。

このように狭帯域の送信を行う際には、ＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数をｆｓｗ２に上げ、帯域制限フィルタ１７の減衰領域を利用してスプリアスを減衰させる。

また、広帯域の送信を行う際にはＤＣ−ＤＣコンバータのスイッチング周波数をｆｓｗ１に下げ、送信帯域Ｐｗ内にスプリアスを入れ込むことで、送信帯域Ｐｗ外にスプリアスが発生することを回避すると共に、ＤＣ−ＤＣコンバータでの消費電流が不要に増大することを防止する。広帯域の通信を行う場合には、制御部１９や、不図示のデジタルベースバンド部で高速信号処理が行われるので、狭帯域時に比べ、これらの消費電流が増大することになる。このため、広帯域通信時だけであってもＤＣ−ＤＣコンバータの消費電流を低減することは、携帯電話装置全体の消費電流の増加を抑えるのに有効である。

なお、発振器１１、スイッチング周波数生成部１２の代わりに、ＤＣ−ＤＣコンバータの外部からクロック信号を供給するような構成とし、このクロック信号の周波数を送信帯域幅に応じて切り替えることによっても、同様な効果を得ることが出来る。

また、周波数切替を行う判断を、送信帯域幅ではなく、ＬＴＥ送信で使用されるリソースブロック数によって行い、自送信波とその近傍（±５〜１０ＭＨｚ離調）にスイッチングスプリアスが発生することを回避するようにしてもよい。

なお、前述の特許文献等の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

本発明の第１の実施例に係る送信機の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施例に係る送信機の各部の周波数特性を模式的に示す図である。リップルおよびスプリアスの発生を模式的に示す図である。スイッチング周波数を低く設定した場合の周波数特性を模式的に示す図である。スイッチング周波数を高く設定した場合の周波数特性を模式的に示す図である。

符号の説明

１１発振器
１２スイッチング周波数生成部
１３ＰＷＭ波形生成部
１４プリドライバ
１５電源駆動部
１６電力増幅器
１７帯域制限フィルタ
１８アンテナ
１９制御部
Ｃキャパシタ
Ｌインダクタ
ＭＮ１、ＭＮ２ＮＭＯＳトランジスタ
ＭＰ１、ＭＰ２ＰＭＯＳトランジスタ

Claims

送信信号の帯域幅が変更可能とされる無線による送信機であって、
前記送信信号の帯域幅に基づいてスイッチング周波数を変更するスイッチング電源回路と、
前記スイッチング電源回路から供給される電源で動作し、前記送信信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器の出力信号に対し帯域制限を行う帯域制限フィルタと、
を備え、
前記スイッチング電源回路は、前記送信信号の帯域幅が所定の値以上である場合に前記スイッチング周波数を第１の値とし、前記送信信号の帯域幅が所定の値未満である場合に前記スイッチング周波数を第１の値より高い第２の値とすることを特徴とする送信機。
前記帯域制限フィルタは、前記スイッチング電源回路によって前記増幅器で発生する前記第２の値のスイッチング周波数に係るスプリアスを所望の値以下に抑制することを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記スイッチング電源回路によって前記増幅器で発生する前記第１の値のスイッチング周波数に係るスプリアス中の所定量が前記送信信号の帯域中に含まれることを特徴とする請求項１記載の送信機。
請求項１乃至３のいずれか一に記載の送信機を含む無線通信システム。
送信信号の帯域幅が変更可能とされる無線による送信方法であって、
前記送信信号の帯域幅に基づいてスイッチング電源回路のスイッチング周波数を変更するステップと、
前記スイッチング電源回路から電源を供給するステップと、
前記供給される電源で動作し、前記送信信号を増幅するステップと、
前記増幅された出力信号に対し帯域制限を行うステップと、
を含み、
前記スイッチング周波数を変更するステップにおいて、前記送信信号の帯域幅が所定の値以上である場合に前記スイッチング周波数を第１の値とし、前記送信信号の帯域幅が所定の値未満である場合に前記スイッチング周波数を第１の値より高い第２の値とすることを特徴とする送信方法。
前記増幅するステップにおいて、発生する前記第２の値のスイッチング周波数に係るスプリアスを、前記帯域制限を行うステップにおいて、所望の値以下に抑制することを特徴とする請求項５記載の送信方法。
前記増幅するステップにおいて、発生する前記第１の値のスイッチング周波数に係るスプリアス中の所定量が前記送信信号の帯域中に含まれることを特徴とする請求項５記載の送信方法。