JP6481618B2 - 送信装置および送信方法 - Google Patents
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Description
まず、本発明の実施形態の説明に先立って本発明の概要について説明する。図1〜図3には、本発明の概要に関する図面を示す。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る送信装置の機能構成を示すブロック図である。また、図5は、本発明の第1の実施形態に係る送信装置が処理する信号波形の一例を示す概念図である。
バンドi(i=1〜N)におけるRF変調信号118−iをSi(t)、一定振幅のRF信号115−iおよび116−iをそれぞれSai(t)およびSbi(t)としたとき、各信号は以下の式1〜式3のように表される。
Si(t)=Ai(t)cos(2πfcit+θi(t))・・・(1)
Sai(t)=GiAmax(i)cos(2πfcit+θi(t)+αi(t))・・・(2)
Sbi(t)=GiAmax(i)cos(2πfcit+θi(t)−αi(t))・・・(3)
本実施形態の各バンドiにおいて、第1の定包絡線信号に相当するRF信号115−i(式2のSai(t))は合成器121に供給され、第2の定包絡線信号に相当するRF信号116−i(式3のSbi(t))は合成器122に供給される。
αi(t)=cos-1[Ai(t)/GiAmax(i)]・・・(4)
その結果、各バンドにおいて、一定振幅のRF信号115−iおよび116−iを合成して得られるRF変調信号118−iの振幅を、搬送すべきベースバンドの振幅Ai(t)に設定することが可能になる。
[G1Amax(1)]2+[G2Amax(2)]2+・・・+[GNAmax(N)]2=Psat・・・(5)
ここで、Psatは、電力増幅器113および114の飽和電力によって決まる定数である。したがって本実施形態においては、バンドi(i=1〜N)における一定振幅のRF信号115−iおよび116−iの振幅Amax(i)は、式5を満たすように決定する事が望ましい。式5が示すように、バンドi(i=1〜N)における一定振幅のRF信号115−iおよび116−iの振幅Amax(i)の設定は、電力増幅器113および114のバンドiにおける利得Giと、飽和電力によって決まる定数Psatに基づいて決定される。
本実施形態において、合成器117は、マルチバンドまたは広帯域の特性を持ち、複数バンドのRF信号115−iおよび116−i(i=1〜N)を合成できる機能を持つ事が望ましい。上記の特性を持つ合成器117の例について、関連技術と比較しながら説明する。
ここで、図7に示す合成器117の変形例について図11〜図13を用いて説明する。
図11および図12に示す変形例の合成器117(117−2、117−3)では、トランス素子141を用いて合成を行っている。
図13には、長さが互いに異なる伝送線路151および152で構成された合成器117−4によって、電力増幅器113および114の出力合成を行う例を示す。
図14は、本発明の第2の実施形態に係る送信装置の機能構成を示すブロック図である。また、図15は、図14の第2の実施形態に係る送信装置において処理される信号の波形の推移を説明するための図である。
まず、あるバンドkにおいてアウトフェージング動作を行う場合について説明する。この場合、kは1、2、・・・、Nのいずれかであり、図14および図15に図示した例において、kは1とNに相当する。
次に、あるバンドmにおいて、RF変調信号を線形増幅する動作を行う場合について説明する。この場合、mは1、2、・・・、Nのいずれかであり、図14および図15で図示した例においてmは2に相当する。このとき、バンドmに対応するモード切替器123−mは、バンドmに対応するベースバンド信号発生器111−mから出力されたベースバンド信号を、直交変調器124−mに出力する。
上記のように、本発明の第2の実施形態では、バンド毎にアウトフェージング動作と線形増幅動作とのいずれかを切り替える。モード切替器123は、例えば、アウトフェージング動作と線形増幅動作とを、以下に示すように設定された判定基準(閾値)に基づいて切り替える。なお、以下の判定基準(閾値)の例は一例であって、モード切替器123の切り替え動作を以下の手法に限定するわけではない。
ここで、モード切替器123によるモード選択を含めた動作について説明する。
Ak(t)<GkAin(k)(t)・・・(7)
本実施形態の場合、バンドmにおける電力増幅器113(114)に入力されるRF信号115−m(116−m)の振幅Ain(m)(t)の時間変動に対し、バンドkにおけるRF信号115−k(116−k)の振幅Ain(k)(t)を時間変動させてもよい。なお、バンドkにおけるRF信号115−k(116−k)の振幅Ain(k)(t)を時間変動させる場合は、式6の飽和動作の条件を満たすようにする。
第3の実施形態は、図14に示す第2の実施形態と同一構成の送信機により実現される。第3の実施形態においては、低出力のバンドm(m=B(Q+1)、・・・、BN)において線形増幅動作を行い、高出力のバンドk(k=B1、B2、・・・、BQ)においてアウトフェージング動作を行う事も、第2の実施形態と同一である。
図19および図20は、本発明の第4の実施形態に係る送信装置の機能構成を示すブロック図である。本実施形態の一形態においては、図19のように、合成器117と出力端子204との間のインピーダンス整合を取るために、合成器117と出力端子204との間に整合回路201を挿入する。また、本実施形態の別の一形態においては、図20のように、電力増幅器113および114と合成器117の間のインピーダンス整合を取るために、電力増幅器113および114と合成器117の間にそれぞれ整合回路202を挿入する。
図21および図22は、本発明の第5の実施形態に係る送信装置の機能構成を示すブロック構図である。本実施形態に係る送信装置は、複数バンドのRF変調信号を送信するアンテナ(送信手段)を備える。送信手段は、少なくとも一つのバンド(帯域とも呼ぶ)のRF信号を送信可能である。
ここで、アウトフェージング技術の詳細について図16を用いて説明する。アウトフェージング技術は、LINC技術とも呼ばれる(LINC:LInear amplification with Nonlinear Components)。
S(t)=A(t)cos(2πfct+θ(t))・・・(9)
Sa(t)=GAmaxcos(2πfct+θ(t)+α(t))・・・(10)
Sb(t)=GAmaxcos(2πfct+θ(t)−α(t))・・・(11)
ここで、A(t)とθ(t)は、それぞれRF変調信号に搬送されるベースバンド信号の振幅と位相である。Amaxは、二つの一定振幅のRF信号の振幅を示す定数となる。Gは電力増幅器113および114の利得である。電力増幅器113および114から出力されるRF信号の振幅GAmaxは、電力増幅器113および114が飽和する値に取られる。α(t)はアウトフェージング角と呼ばれる位相である。アウトフェージング角α(t)は、二つの一定振幅のRF信号を合成した時に得られる信号Sa(t)+Sb(t)の振幅を制御する役割を果たす。特に、アウトフェージング角α(t)を以下の式12で与えられる値に設定する事により、一定振幅のRF信号を合成して得られるRF変調信号の振幅を、搬送すべきベースバンド信号の振幅A(t)に設定する事が可能になる。
α(t)=cos-1[A(t)/GAmax]・・・(12)
図23および図24は、二つの一定振幅のRF信号Sa(t)およびSb(t)とRF変調信号S(t)に搬送されたベースバンド信号をベクトル図で示す図である。図23および図24に示すように、Sa(t)とSb(t)を表すベクトルの加算がS(t)の振幅と位相を表すベクトルとなる。また、アウトフェージング角α(t)を、図23の角度から図24の角度に広げる事によって、S(t)の振幅を小さくできる。
(付記)
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
複数の帯域のRF信号を送信する送信装置であって、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号から位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を生成する変調手段と、
前記変調手段によって生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅する電力増幅手段と、
前記電力増幅手段によって増幅された前記第1および第2の定包絡線信号を合成して前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成する合成手段とを備えることを特徴とする送信装置。
(付記2)
前記変調手段は、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号を生成する複数のベースバンド信号発生手段と、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に基づいて前記複数の帯域毎に前記第1および第2の定包絡線信号を生成する複数の定包絡線信号生成手段とを有し、
前記電力増幅手段は、
前記第1の定包絡線信号を増幅する第1の電力増幅手段と、
前記第2の定包絡線信号を増幅する第2の電力増幅手段とを有し、
前記合成手段は、
前記第1および第2の電力増幅手段によって増幅された複数のRF信号を合成して前記複数の帯域に対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成することを特徴とする付記1に記載の送信装置。
(付記3)
前記変調手段は、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号を前記複数の帯域毎の搬送波に搬送させたRF信号である直交変調信号に変調して前記第1および第2の電力増幅手段に出力する直交変調手段と、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号の出力先を設定された判定基準に基づいて前記定包絡線信号生成手段および前記直交変調手段のいずれか一方に切り替えるモード切替手段とを有する付記2に記載の送信装置。
(付記4)
前記モード切替手段は、
前記判定基準未満の帯域のベースバンド信号を前記直交変調手段に出力し、
前記判定基準以上の帯域のベースバンド信号を前記定包絡線信号生成手段に出力するように切り替える付記3に記載の送信装置。
(付記5)
前記モード切替手段は、
前記複数の帯域毎に設定された電力閾値に基づいて、
前記合成手段から出力されるRF信号の電力が前記電力閾値未満である帯域に対応するベースバンド信号を前記直交変調手段に出力し、
前記合成手段から出力されるRF信号の電力が前記電力閾値以上である帯域に対応するベースバンド信号を前記定包絡線信号生成手段に出力するように切り替える付記3または4に記載の送信装置。
(付記6)
前記モード切替手段は、
前記合成手段から出力されるRF信号の電力の大きさの順に前記複数の帯域のそれぞれに対して順位付けを行って帯域数閾値を設定し、
前記帯域数閾値未満の順位となる帯域の前記ベースバンド信号を前記直交変調手段に出力し、
前記帯域数閾値以上の順位となる帯域の前記ベースバンド信号を前記定包絡線信号生成手段に出力するように切り替える請求項3乃至5のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記7)
前記変調手段は、
前記第1および第2の電力増幅手段から出力されるRF信号の全帯域に亘る電力総和を一定値に制御することによって、前記第1および第2の電力増幅手段に出力するRF信号の振幅を設定する付記2乃至6のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記8)
前記変調手段は、
前記第1および第2の電力増幅手段を飽和動作させることによって、前記第1および第2の電力増幅手段に出力するRF信号の振幅を設定する付記2乃至7のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記9)
前記合成手段の入出力の少なくとも一方にインピーダンス整合を行う整合回路を備える付記1乃至8のいずれかに記載の送信装置。
(付記10)
前記合成手段の出力信号に対してインピーダンス整合を行う整合回路を有する付記1乃至9のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記11)
前記第1または第2の電力増幅手段の出力信号のいずれかを入力としてインピーダンス整合を行い、前記インピーダンス整合を行った信号を前記合成手段に向けて出力する整合回路を有する付記2乃至10のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記12)
少なくとも一つの帯域のRF信号を送信可能な送信手段を備え、
前記送信手段は、
前記合成手段によって生成された前記RF信号を送信する付記1乃至11のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記13)
帯域毎にRF信号を分離する分波手段と、
前記分波手段の出力を送信する複数のアンテナとを備え、
前記分波手段は、
前記合成手段から出力された前記複数の帯域のRF信号を周波数帯毎に分離して前記複数のアンテナのそれぞれに出力し、
前記複数のアンテナは、
前記分波手段から出力されたRF信号を送信する付記1乃至12のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記14)
前記合成手段は、
前記第1の電力増幅手段の出力を入力とする第1のリアクタンス素子回路と、
前記第1のリアクタンス素子回路の出力を入力として出力端子に接続された第1の伝送路と、
前記第2の電力増幅手段の出力を入力とする第2のリアクタンス素子回路と、
前記第2のリアクタンス素子回路の出力を入力として前記出力端子に接続された第2の伝送路とを有し、
前記第1および第2の伝送線路は、
それぞれ前記複数の帯域において四分の一波長の電気長を持つ伝送線路に等価な特性を持ち、
前記第1および第2のリアクタンス素子回路は、
それぞれ前記複数の帯域において互いに絶対値が同じで正負の符号が異なるリアクタンス値を持つ付記2乃至13のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記15)
前記合成手段はトランス素子で構成され、
前記第1および第2の電力増幅手段の出力端子はそれぞれ前記トランス素子の異なる端部に接続され、
前記トランス素子の残りの2つの端部はそれぞれ送信装置の出力端子または接地端子に接続される付記2乃至14のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記16)
前記合成手段はトランス素子で構成され、
前記トランス素子の1次側の2つの端部にはそれぞれ前記第1または第2の電力増幅手段の出力端子が接続され、
前記トランス素子の2次側の2つの端部にはそれぞれ送信装置の出力端子または接地端子が接続される付記2乃至15のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記17)
前記合成手段はトランス素子で構成され、
前記トランス素子の1次側および2次側の一方の端部にはそれぞれ前記第1または第2の電力増幅手段の出力端子が接続され、
前記トランス素子の1次側および2次側の他方の端部にはそれぞれ送信装置の出力端子または接地端子が接続される付記2乃至15のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記18)
前記合成手段は長さが異なる2つの伝送線路で構成され、
前記2つの伝送線路の一端は互いに送信装置の出力端子に接続され、他端はそれぞれ前記第1または第2の電力増幅手段のいずれかの出力端子に接続される付記2乃至17のいずれか一項に記載の送信装置。
(付記19)
複数の帯域のRF信号を送信する送信方法であって、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号から位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を生成し、
前記変調手段によって生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅し、
前記電力増幅手段によって増幅された前記第1および第2の定包絡線信号を合成して前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成することを特徴とする送信方法。
(付記20)
複数の帯域のRF信号を送信する送信方法であって、
設定された判定基準以上の帯域のベースバンド信号に対しては、
前記複数の帯域に対応するベースバンド信号から位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を前記複数の帯域毎に生成し、前記複数の帯域毎に生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅し、前記複数の帯域毎に増幅された前記第1および第2の定包絡線信号を合成することによって前記複数の帯域毎に生成された前記第1および第2の2つの定包絡線信号間の位相差に応じて前記複数の帯域のベースバンド信号のそれぞれに含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成するアウトフェージング動作を選択し、
設定された判定基準未満の帯域のベースバンド信号に対しては、
前記複数の帯域毎の搬送波に搬送させたRF信号である直交変調信号を生成し、前記複数の帯域毎に生成された直交変調信号のそれぞれを増幅し、前記増幅された直交変調信号を合成することによって前記複数の帯域毎に生成された直交変調信号に応じて前記複数の帯域のベースバンド信号のそれぞれに含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成する線形増幅動作を選択することを特徴とする送信方法。
10 変調手段
11 ベースバンド信号発生手段
12 定包絡線信号生成手段
13 モード切替手段
14 直交変調手段
21 第1の合成器
22 第2の合成器
30 電力増幅手段
31 第1の電力増幅手段
32 第2の電力増幅手段
50 合成手段
101 変調器
110 変調器
111 ベースバンド信号発生器
112 アウトフェージング信号生成器
113、114 電力増幅器
115、116 RF信号
117 合成器
118 RF変調信号
121、122 合成器
123 モード切替器
124 直交変調器
131、151、161 伝送線路
133、134 リアクタンス素子回路
141 トランス素子
143 接地端子
144、204 出力端子
171、173 容量素子
172、174 インダクタ素子
201、202 整合回路
211 マルチバンドアンテナ
212 アンテナ
213 分波器
Claims (10)
- 複数の帯域のRF信号を送信する送信装置であって、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号を生成し、生成した前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号から前記複数の帯域毎に位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を生成する変調手段と、
前記変調手段によって生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅する電力増幅手段と、
前記電力増幅手段によって増幅された複数の前記第1および第2の定包絡線信号を合成して前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成する合成手段とを備えることを特徴とする送信装置。 - 複数の帯域のRF信号を送信する送信装置であって、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号から位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を生成する変調手段と、
前記変調手段によって生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅する電力増幅手段と、
前記電力増幅手段によって増幅された前記第1および第2の定包絡線信号を合成して前記複数の帯域に対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成する合成手段とを備え、
前記変調手段は、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号を生成する複数のベースバンド信号発生手段と、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に基づいて前記複数の帯域毎に前記第1および第2の定包絡線信号を生成する複数の定包絡線信号生成手段とを有し、
前記電力増幅手段は、
前記第1の定包絡線信号を増幅する第1の電力増幅手段と、
前記第2の定包絡線信号を増幅する第2の電力増幅手段とを有し、
前記合成手段は、
前記第1および第2の電力増幅手段によって増幅された複数のRF信号を合成して前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成することを特徴とする送信装置。 - 前記変調手段は、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号を前記複数の帯域毎の搬送波に搬送させたRF信号である直交変調信号に変調して前記第1および第2の電力増幅手段に出力する直交変調手段と、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号の出力先を設定された判定基準に基づいて前記定包絡線信号生成手段および前記直交変調手段のいずれか一方に切り替えるモード切替手段とを有する請求項2に記載の送信装置。 - 前記モード切替手段は、
前記複数の帯域毎に設定された電力閾値に基づいて、
前記合成手段から出力されるRF信号の電力が前記電力閾値未満である帯域に対応するベースバンド信号を前記直交変調手段に出力し、
前記合成手段から出力されるRF信号の電力が前記電力閾値以上である帯域に対応するベースバンド信号を前記定包絡線信号生成手段に出力するように切り替える請求項3に記載の送信装置。 - 前記モード切替手段は、
前記合成手段から出力されるRF信号の電力の大きさの順に前記複数の帯域のそれぞれに対して順位付けを行って帯域数閾値を設定し、
前記帯域数閾値未満の順位となる帯域の前記ベースバンド信号を前記直交変調手段に出力し、
前記帯域数閾値以上の順位となる帯域の前記ベースバンド信号を前記定包絡線信号生成手段に出力するように切り替える請求項3または4に記載の送信装置。 - 前記変調手段は、
前記第1および第2の電力増幅手段から出力されるRF信号の全帯域に亘る電力総和を一定値に制御することによって、前記第1および第2の電力増幅手段に出力するRF信号の振幅を設定する請求項2乃至5のいずれか一項に記載の送信装置。 - 前記変調手段は、
前記第1および第2の電力増幅手段を飽和動作させることによって、前記第1および第2の電力増幅手段に出力するRF信号の振幅を設定する請求項2乃至6のいずれか一項に記載の送信装置。 - 少なくとも一つの帯域のRF信号を送信可能な送信手段を備え、
前記送信手段は、
前記合成手段によって生成された前記RF信号を送信する請求項1乃至7のいずれか一項に記載の送信装置。 - 複数の帯域のRF信号を送信する送信方法であって、
前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号を生成し、
生成した前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号から前記複数の帯域毎に位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を生成し、
生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅し、
増幅された複数の前記第1および第2の定包絡線信号を合成して前記複数の帯域のそれぞれに対応するベースバンド信号に含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成することを特徴とする送信方法。 - 複数の帯域のRF信号を送信する送信方法であって、
設定された判定基準以上の帯域のベースバンド信号に対しては、
前記複数の帯域に対応するベースバンド信号から位相が異なる第1および第2の定包絡線信号を前記複数の帯域毎に生成し、前記複数の帯域毎に生成された前記第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅し、前記複数の帯域毎に増幅された前記第1および第2の定包絡線信号を合成することによって前記複数の帯域毎に生成された前記第1および第2の2つの定包絡線信号間の位相差に応じて前記複数の帯域のベースバンド信号のそれぞれに含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成するアウトフェージング動作を選択し、
設定された判定基準未満の帯域のベースバンド信号に対しては、
前記複数の帯域毎の搬送波に搬送させたRF信号である直交変調信号を生成し、前記複数の帯域毎に生成された直交変調信号のそれぞれを増幅し、前記増幅された直交変調信号を合成することによって前記複数の帯域毎に生成された直交変調信号に応じて前記複数の帯域のベースバンド信号のそれぞれに含まれる振幅情報が再生されたRF信号を生成する線形増幅動作を選択することを特徴とする送信方法。
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