JP5525735B2

JP5525735B2 - 電力増幅器、移動通信端末装置及び電力増幅器出力制御方法

Info

Publication number: JP5525735B2
Application number: JP2009017176A
Authority: JP
Inventors: 泰雄本間; 智之小川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2009-01-28
Filing date: 2009-01-28
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2029-01-28
Also published as: JP2010177944A

Description

本発明は、電力増幅器、移動通信端末装置及び増幅器出力制御方法に関し、より詳しくは、無線通信装置の送信電力を増幅する電力増幅器、この電力増幅器を用いた移動通信端末装置、及び無線通信装置の送信電力を増幅する可変利得増幅器の出力を制御する増幅器出力制御方法に関する。

従来から携帯電話やパーソナルコンピュータをはじめとする移動通信端末装置が広く普及している。この移動通信端末装置は、固定的に設置された基地局装置と双方向の無線通信を行うことにより、音声や電子ファイルのデータの送受信をおこなうことが可能である。このような双方向の無線通信を、限られた周波数の範囲で実現する方法として、周波数分割複信（ＦＤＤ：Frequency Division Duplex）及び時分割複信（ＴＤＤ：Time Division Duplex）等が知られている。ＦＤＤのシステムでは、上り通信（移動通信端末装置から基地局装置への通信）と下り通信（基地局装置から移動通信端末装置への通信）で異なる周波数を利用することにより、双方向の通信を実現している。一方、ＴＤＤのシステムでは、上り通信と下り通信で同じ周波数帯域を使用し、所定時間（スロット）ごとに上り通信と下り通信を切り替えることにより、双方向の通信を実現している。このため、ＴＤＤのシステムの端末装置及び基地局装置は、このスロットごとに受信と送信を切り替える必要がある。

ここで、近年の移動通信端末装置では、使用する周波数が大きくなっており、通信品質を維持するための高出力化から、ＴＤＤシステムでは、送信系で発生した周波数の信号が、受信系に入力され、受信スロットの受信性能に与える影響が無視できなくなっている。また、この高出力化により、電力増幅器（パワーアンプ）の消費電力が増大するため、無線通信時における電力消費を抑えたいという要請もある。このため、送信スロット以外では、送信系の電力増幅器を停止させる技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００７−３２９６４４号公報

しかしながら、上述したように、送信系の電力増幅器の出力を、送信スロット以外で停止させる際、出力の急激な立下りによって発生するノイズ（電波）が入力信号となり、発振を起こす場合がある。

図８には、この電力増幅器の出力を停止した際に発生する周波数成分の様子が示されている。この図では、Ｘで示される必要なキャリア周波数成分の他に、Ｙで示される不要な周波数成分（スプリアス成分）の発生が観察されている。このＹで示されるスプリアス成分は、回路の発振により発生しているものと考えられる。そのため、送信系の電力増幅器の出力を停止させる場合に発生するスプリアス成分の存在は、受信スロットにおける受信信号を妨害し、受信性能を劣化させるものであると共に、法律上の規格を満たさないことに繋がる恐れもがある。

本発明は、上述の事情を鑑みてされたものであり、無線通信装置の送信電力を増幅する増幅器の出力を停止する際に、発振を回避し、スプリアス成分を発生させないことを目的とする。

本発明の電力増幅器は、無線通信装置の送信電力を増幅するための電力増幅器であって、入力された信号を可変利得で増幅し、出力する増幅手段と、前記増幅手段の出力の開始及び停止を制御すると共に、前記可変利得をいずれかの利得に設定する利得設定手段と、前記増幅手段の出力を停止させる際に、前記利得設定手段に対して、設定されている利得より低い利得の設定を指令し、その後出力の停止を指令する増幅制御手段と、を備える電力増幅器である。

ここで、可変利得とは、例えば、増幅器のバイアス抵抗を可変抵抗とすることにより、増幅率を変更できることを意味し、予め定められた複数の利得をスイッチにより選択的に変更する場合や、所定の範囲で連続的に変化させることのできる場合を含むものとする。また、出力の停止には、可変利得を調整することにより、実質的に出力していない状態を含むものとする。例えば、利得がほぼ０のバイアス抵抗に切り替えることにより、実質的に出力の停止を実現する場合である。

また、本発明の電力増幅器は、前記無線通信装置は、時分割複信による通信を行う装置であり、前記増幅手段は、前記時分割複信の送信区間において出力を行い、前記増幅制御手段は、前記送信区間から前記時分割複信の受信区間に移行する際に、前記利得設定手段に対して、設定されている利得より低い利得の設定を指令し、前記増幅手段が、信号の送信を行わない、前記低い利得による出力を行った後、出力の停止を指令する、とすることができる。

この場合には、ＴＤＤ（時分割複信）のシステムにおける送信スロットから受信スロットに切り替えの際の電力増幅器の出力停止において、データ信号の送信を行わない低い利得による出力を行った後に、出力を停止する。

また、本発明の電力増幅器は、前記低い利得による出力は、前記送信区間から前記受信区間の間のガードタイム内において行われる、とすることができる。

この場合には、１ミリ秒以上である一般的なＴＤＤのスロットより極めて短時間、例えば、０．５マイクロ秒以下で、低い利得の指令から、出力の停止までを行ってもよい。

また、本発明の電力増幅器は、前記増幅制御手段は、前記受信区間から前記送信区間に移行する際に、前記利得設定手段に対して、出力開始を指令すると共に、前記設定されている利得の設定を指令する、とすることができる。

また、本発明の電力増幅器は、前記増幅手段及び前記利得設定手段は、前記増幅制御手段とは異なる一の半導体集積回路に含まれる回路である、とすることができる。

本発明の移動通信端末装置は、上述の電力増幅器のいずれかの電力増幅器を備える移動通信端末装置である。

本発明の増幅器電力制御方法は、可変利得を有し、無線通信装置の送信電力を増幅する可変利得増幅器の出力を制御する増幅器出力制御方法であって、所定の利得を設定し、出力の開始を指令する出力開始指令工程と、前記出力開始指令工程により開始された出力を停止する際に、前記所定の利得より低い利得による出力を指令する低利得出力指令工程と、前記低利得出力指令工程による前記低い利得による出力を停止する出力停止行程と、を備える増幅器出力制御方法である。

本発明の一実施形態であるパーソナルコンピュータが、基地局装置を介して通信する様子を示す図である。図１の無線通信部の構成を概略的に示す図である。図２の電力増幅器の構成を概略的に示す図である。本発明の一実施形態である電力増幅器の出力ゲインの時間的変化を示すグラフである。図４のＡで示された部分を拡大して示したグラフである。ゲイン制御部の制御の流れを示すフローチャートである。本発明の電力増幅器を用いた場合における、電力増幅器の停止時に発生する周波数成分を示すグラフである。従来の電力増幅器を用いた場合における、電力増幅器の停止時に発生する周波数成分を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図７を参照しつつ説明する。

図１には、本発明の電力増幅器を備えるパーソナルコンピュータ１００が、基地局装置２００を介して通信する様子が示されている。図１に示されるように、通信端末であるパーソナルコンピュータ１００は、ＴＤＤ方式で無線通信を行う無線通信部１１０を備え、この無線通信部１１０を介して、基地局装置２００と双方向の通信を行う。基地局装置２００はインターネット３００に接続され、これにより、パーソナルコンピュータ１００の利用者は、インターネット３００に接続されたサーバ装置４００等から、マルチメディアファイル等の情報を入手することができる。

図２には、図１に示された無線通信部１１０の構成が概略的に示されている。無線通信部１１０は、送信する情報の符号化や、受信した信号の復号化等を行う信号処理部１０と、信号処理部１０から出力された信号の変調及び増幅を行う無線送信部２０と、無線電波から電気信号を取得したり、電気信号を無線電波に変換するアンテナ３０と、アンテナ３０から取得した電気信号の復調等を行う無線受信部４０と、送信スロットにおいて、アンテナ３０と無線送信部２０とを接続し、受信スロットでは、アンテナ３０と無線受信部４０とを接続する送受信切替スイッチ５０と、を備えている。ここで、無線送信部２０は、変調された送信信号を増幅する電力増幅器６０を有する。

図３には、電力増幅器６０の構成が概略的に示されている。電力増幅器６０は、（ｉ）入力された送信信号６５を増幅する増幅部６１と、（ii）増幅部６１が、高いゲインである高ゲインＨＧ、及び低いゲインである低ゲインＬＧのいずれかを出力するためのバイアス抵抗を設定すると共に、増幅部６１の出力の開始又は停止を行うバイアス設定部６２と、（iii）制御信号６４のタイミングにより、バイアス設定部６２に対して、高ゲインＨＧ及び低ゲインＬＧのいずれを設定するかを指令すると共に、増幅部６１の出力の開始又は停止を指令するゲイン制御部６３と、により構成されている。ここで、バイアス抵抗の設定は、２種類のバイアス抵抗をスイッチにより切りかえることにより行われる。

ここで、本実施形態においては、低ゲインＬＧは、高ゲインＨＧの十分の一程度の増幅率に設定（高ゲインＨＧよりも低ゲインＬＧは１０ｄＢ程度低い値に設定）されている。また、本実施形態において、増幅部６１及びバイアス設定部６２は、ひとつの半導体集積回路７０から成り、ゲイン制御部６３は、プログラムを解析して動作する不図示のプログラム処理装置、及びそのプログラムが記録された不図示の記憶装置により実現されている。

図４は、電力増幅器６０の出力ゲインの時間的変化を示すグラフである。このグラフに示されるように、本実施形態における送信スロットは１．６ｍｓであり、受信スロットは３．２ｍｓである。ここで、電力増幅器６０は、受信スロットにおいて、省電力の観点、及び無線受信部４０への妨害排除の観点から、機能を停止するように制御される。したがって、電力増幅器６０は、送信スロットの開始時点Ｔ０において、高ゲインＨＧで出力を行うが、受信スロットの開始時点Ｔ４では出力を行なわないように制御する必要がある。具体的には、バイアス設定部６２は、時点Ｔ０において、増幅部６１に対して出力の開始と、高ゲインＨＧとなるバイアス抵抗の設定を行い、また、時点Ｔ４では、出力の停止を行っている。制御の詳細は、後述の図６の説明において解説する。

図５には、電力増幅器６０の出力ゲインの時間的変化のうち、図４のＡで示された部分を拡大したグラフが示されている。ここでは、電力増幅器６０の出力を停止する際に、入力信号に雑音電力が入り込んで発振することによるスプリアス成分の発生を回避するために、２段階に分けて増幅部６１の出力を停止している。具体的には、バイアス設定部６２が、時点Ｔ２〜Ｔ３の間を低ゲインＬＧでの出力を行うように、バイアス抵抗を設定し、その後、出力を停止にすることにより、スプリアス成分の発生を防いでいる。ここで、期間Ｔ１からＴ４は、受信スロットから送信スロットに切り替わるガードタイムの範囲内に含まれる。そして、期間Ｔ１からＴ４の処理時間は、各スロットの受信性能、送信性能に対して影響を及ぼすことのない、十分に短い時間に設定すればよい。本実施形態においては、ガードタイムを１０マイクロ秒とし、期間Ｔ１からＴ４の処理時間は約０．５マイクロ秒と設定する。

図６は、ゲイン制御部６３の制御の流れをまとめたフローチャートである。このフローチャートに示されるように、ゲイン制御部６３は、入力された制御信号６４から、送信スロットでの無線電波の送信終了（時点Ｔ０）を検知すると（ステップＳ１）、バイアス設定部６２に出力開始を指令する（ステップＳ２）と共に、高ゲインＨＧで増幅部６１から出力するように指令する（ステップＳ３）。これによりバイアス設定部６２は、増幅部６１の出力を開始させると共に、高ゲインＨＧで出力されるようにバイアス抵抗を設定する。引き続き、電力増幅器６０からは高ゲインＨＧにより出力される（図４参照）。

次に、ゲイン制御部６３は、入力された制御信号６４から時点Ｔ１を検知すると（ステップＳ４）、バイアス設定部６２に、低ゲインＬＧで増幅部６１から出力するように指令する（ステップＳ５）。これにより、電力増幅器６０のバイアス抵抗は、バイアス設定部６２により、高ゲインＨＧで出力する抵抗から低ゲインＬＧで出力する抵抗へ変更され、増幅部６１の出力は低下し、時点Ｔ２となったときに、低ゲインＬＧによる出力となる（図５参照）。

次に、ゲイン制御部６３は、制御信号６４から時点Ｔ３を検知すると（ステップＳ６）、バイアス設定部６２に、出力停止を指令する（ステップＳ７）。これによりバイアス設定部６２は、増幅部６１の出力を停止させる。引き続き、電力増幅器６０の出力は低下し、時点Ｔ４において出力は停止する（図５参照）。以後、入力された制御信号６４から再び時点Ｔ０検知すると、図６のステップＳ１からの動作を繰り返す。以上のように、受信スロット及び送信スロットにおける電力増幅器６０の出力は、ゲイン制御部６３により、制御される。

図７には、本発明の電力増幅器を用いた実施例における、電力増幅器の出力停止時に発生する周波数成分の様子が示されている。これによると、Ｘで示されるキャリア周波数成分のみが観察され、図８に示されたようなスプリアス成分は発生していないことが観察される。

したがって、上述の本発明の電力増幅器及び移動通信端末装置による一実施形態によれば、電力増幅器の出力を切り替える際に、発振を回避し、スプリアス成分を発生させないことができる。

また、上述の一実施形態によれば、電力増幅器は、ＴＤＤシステムにおける受信スロットにおいて出力を停止しているため、装置全体の消費電力を抑えることができる。

また、上述の一実施形態によれば、ＴＤＤシステムにおける送信スロットから受信スロットの間のガードタイムに極短時間で、電力増幅器の出力を停止しているため、送信スロット及び受信スロットにおける通信に影響を与えずに、電力増幅器を停止することができる。

なお、上述の実施形態においては、電力増幅器は、通常の出力ゲインから、一旦低いゲインで出力した後に、出力を停止することとしたが、２回以上に渡り、ゲイン低く変更して、出力を停止したとしても、本発明の技術的思想を変更するものではない。

また、上述の実施形態においては、電力増幅器６０のうち、増幅部６１及びバイアス設定部６２がひとつの半導体集積回路７０から成ることとし、ゲイン制御部６３は、別の構成部分であることとしたが、電力増幅器６０のすべての構成要素（増幅部６１、バイアス設定部６２及びゲイン制御部６３）がひとつの半導体集積回路から成るものであってもよい。

また、上述の実施形態においては、本発明の電力増幅器を備える通信装置を、移動通信端末装置であるパーソナルコンピュータとしたが、基地局装置においても、同様に、本発明の電力増幅器を適用することができる。特に、小型の基地局装置に搭載される電力増幅器としては有効である。

また、上述の実施形態においては、本発明の電力増幅器を備える移動通信端末装置をパーソナルコンピュータであるとしたが、パーソナルコンピュータ以外の無線通信機能を備えた携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、カーナビゲーション装置、ゲーム機器等の移動通信端末装置であってもよい。

１００パーソナルコンピュータ、１１０無線通信部、２００基地局装置、３００
インターネット、４００サーバ装置、１０信号処理部、２０無線送信部、３０アンテナ、４０無線受信部、５０送受信切替スイッチ、６０電力増幅器、６１増幅部、６２バイアス設定部、６３ゲイン制御部、６４制御信号、６５送信信号、７０半導体集積回路。

Claims

無線通信装置の送信電力を増幅するための電力増幅器であって、
入力された信号を可変利得で増幅し、出力する増幅手段と、
前記増幅手段の出力の開始及び該出力の停止を制御すると共に、前記増幅手段の前記可変利得をいずれかの利得に設定する利得設定手段と、
前記増幅手段の出力を停止させる際に、前記利得設定手段に対して、前記いずれかの利得に設定されている利得より低い利得の設定を指令し、一旦、前記低い利得での出力を維持した後、前記増幅手段の出力の停止を指令する増幅制御手段と、を備える電力増幅器。
前記無線通信装置は、時分割複信による通信を行う装置であり、
前記増幅手段は、前記時分割複信の送信区間において出力を行い、
前記増幅制御手段は、前記送信区間から前記時分割複信の受信区間に移行する際に、前記利得設定手段に対して、前記いずれかの利得に設定されている利得より低い利得の設定を指令し、前記増幅手段が、信号の送信を行わない、前記低い利得による出力を行った後、前記増幅手段出力の停止を指令する、ことを特徴とする請求項１に記載の電力増幅器。
前記低い利得による出力は、前記送信区間から前記受信区間の間のガードタイム内において行われる、ことを特徴とする請求項２に記載の電力増幅器。
前記増幅制御手段は、前記受信区間から前記送信区間に移行する際に、前記利得設定手段に対して、出力開始を指令すると共に、前記設定されている利得の設定を指令する、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の電力増幅器。
前記増幅手段及び前記利得設定手段は、前記増幅制御手段とは異なる一の半導体集積回路に含まれる回路である、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力増幅器。
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力増幅器を備える移動通信端末装置。
可変利得を有し、無線通信装置の送信電力を増幅する電力増幅器の出力を制御する電力増幅器出力制御方法であって、
所定の利得を設定し、出力の開始を指令する出力開始指令工程と、
前記出力開始指令工程により開始された前記出力を停止する際に、前記所定の利得より低い利得による出力を指令する低利得出力指令工程と、
一旦、前記低利得出力指令工程による前記低い利得による出力が維持された後、前記電力増幅器の出力を停止する出力停止行程と、を備える電力増幅器出力制御方法。