JP6481618B2 - 送信装置および送信方法 - Google Patents

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Description

本発明は、送信装置および送信方法に関する。特に、複数のキャリア周波数帯のRF(Radio Frequency)信号を送信する送信装置および送信方法に関する。
無線通信で使用される送信装置においては、送信するRF信号を増幅する電力増幅器(PAとも呼ぶ)における電力消費量が大きい(PA:Power Amplifier)。そのため、送信装置の開発においては、電力増幅器の電力効率改善が重要課題とされている。また、近年の通信規格においては、スペクトル効率改善のために、信号歪に対する要求が厳しい線形変調が主流になっている。
電力増幅器においては、線形性を維持するため、瞬時最大出力電力(以下、ピーク電力)が飽和出力電力以下になるように平均出力電力が設定される。ピーク電力と平均出力電力との比はPARと呼ばれ、電力増幅器を制御する際の指標となる(PAR:Peak−to−Average Ratio)。一般に、電力増幅器においては、増幅する信号のPARが大きい値を持つ場合ほど、線形性維持のために平均出力電力を飽和出力電力から一層低く設定する(バックオフを取る)ことが必要となる。
しかしながら、一般的な電力増幅器では、平均出力電力を飽和出力電力から低い比率に下げるほど、電力増幅器へ供給される供給電力と、電力増幅器から取り出される出力電力との比である電力効率が低下するという問題点がある。
RF信号のPARは、通信規格毎に固有の値を有している。近年用いられている高速無線通信において、PARはおよそ数dBから十数dBという大きな値となる(dB:decibel)。なお、高速無線通信としては、CDMA(Code Division Multiple Access)、WLAN(Wireless Local Area Network)、地上デジタル放送、LTE(Long Term Evolution)などが挙げられる。これらの高速無線通信の通信規格におけるPARの大きさが、電力増幅器の電力効率を大きく低下させる要因となっている。
電力増幅器において、平均出力電力を低く設定した場合の電力効率の低下の問題を解決するため、アウトフェージング技術(Outphasing技術)が近年盛んに研究されている。
アウトフェージング技術では、送信信号を二つの定包絡線信号(アウトフェージング信号ともよぶ)に分離し、分離した二つの定包絡線信号を増幅し、増幅した二つの定包絡線信号を合成する。アウトフェージング技術によれば、振幅変動がなく、バックオフを取る必要がない二つの定包絡線信号に送信信号を分離できるため、定包絡線信号を電力効率の高い非線形増幅器を用いて増幅することができる。その結果、出力信号の線形性の確保と電力効率の向上との両立を図りつつ送信信号を増幅できる。
しかしながら、アウトフェージング技術には、低出力時に振幅誤差が大きくなるという問題点がある。このようなアウトフェージング型PAにおける問題点を解決する技術が特許文献1および2に開示されている。
特許文献1には、電力増幅器の前段に位相調整器を設置し、その位相調整器の位相調整機能によってアウトフェージング角αを補正する方法が開示されている。
特許文献2には、高出力時は一定振幅のRF信号を電力増幅器で増幅するアウトフェージング動作を行い、低出力時はアウトフェージング動作を行わずに振幅変動するRF変調信号をそのまま増幅するというモード切替を行う方法が開示されている。
また、無線通信の他の重要な課題として、マルチバンド化が挙げられる。マルチバンド化した通信の例として、断片化した複数の帯域を集めて利用するCarrier Aggregation技術(以下、CA技術)が非特許文献1に開示されている。CA技術においては、複数の帯域を束ねることによって広帯域を確保し、伝送速度を高速化することができる。例えば、各キャリア周波数が大きく離れたInter−band Non−contiguous CAモードにおいては、伝播特性の異なる複数のキャリア周波数で同時に通信することによって、通信の安定性を向上させることができる。CA技術を適用できれば、複数の事業者が断続的に帯域を割り当てる場合や、複数の事業者が帯域を共用する場合であっても、それぞれに対応した通信を行うことができる。
特開2013−046352号公報 国際公開第2008/093404号
三木信彦他、「LTE−Advancedにおける広帯域化を実現するCarrier Aggregation」、NTT DoCoMoテクニカルジャーナル、2010年7月、Vol.18、No.2、p.12−21
一般的なアウトフェージング型PAの特性は狭帯域であり、通常は1バンドのみに対応している。そのため、アウトフェージング型PAをCA技術に対応させるには、使用バンド数と同数の電力増幅器を設置する必要があった。そのため、使用バンド数の多い無線通信システムに対してアウトフェージング型PAを適用させる場合には、回路サイズとコストが増大するという問題点があった。また、CA技術を用いた無線通信システムにおいては、複数の帯域(バンド)のRF信号を送信する送信装置が必要となり、そのような送信装置においても電力効率の改善が求められるという課題があった。
また、特許文献1のように電力増幅器の前段に位相調整器を設置する方式では、位相調整器に高い精度が要求される。さらに、電力増幅器に入力されるRF信号と、位相調整器の制御信号とを同期させる必要があり、制御が難しくなるという問題点があった。
また、特許文献2のように高出力時と低出力時とでモード切替を行う方法では、低出力時にはアウトフェージング動作を行わないために電力効率が低下するという問題点があった。
本発明は、複数の帯域を使用するCarrier Aggregation技術に対応する省電力の電力増幅器を、振幅精度と電力効率の向上を図りながら小型・低コストで実現することができる送信装置および送信方法を提供することを目的とする。
本発明の送信装置は、複数の帯域のRF信号を送信する送信装置であって、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、変調手段によって生成された第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、電力増幅手段によって増幅された第1および第2の定包絡線信号を合成して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。
本発明の送信方法においては、複数の帯域のRF信号を送信する送信方法であって、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、変調手段によって生成された第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅し、電力増幅手段によって増幅された第1および第2の定包絡線信号を合成して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。
本発明の送信方法においては、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、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の定包絡線信号を複数の帯域毎に生成し、複数の帯域毎に生成された第1および第2の定包絡線信号のそれぞれを増幅し、複数の帯域毎に増幅された第1および第2の定包絡線信号を合成することによって複数の帯域毎に生成された第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、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、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、増幅された直交変調信号を合成することによって複数の帯域毎に生成された直交変調信号に応じて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。
本発明の送信装置によれば、複数の帯域を使用するCarrier Aggregation技術に対応する省電力の電力増幅器を、振幅精度と電力効率の向上を図りながら小型・低コストで実現することができる。
本発明の概要に係る送信装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の概要に係る送信装置の変調手段の内部構成を示すブロック図である。 本発明の概要に係る送信装置の変調手段の内部構成を示すブロック図である。 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。 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。 関連技術に係るアウトフェージング型電力増幅器を備えた送信装置内の合成器の内部構成例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る送信装置内の合成器の内部構成の例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る合成器内の伝送線路の内部構成の例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る合成器内のリアクタンス素子回路の内部構成の例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る合成器内のリアクタンス素子回路の内部構成の例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る送信装置内の合成器の内部構成例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る送信装置内の合成器の内部構成例を示す回路構成図である。 本発明の第1の実施形態に係る送信装置内の合成器の内部構成例を示す回路構成図である。 本発明の第2および第3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。 本発明の第2および第3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。 関連技術に係るアウトフェージング型電力増幅器を備える送信装置のブロック構成図である。 関連技術に係る送信装置の出力電力と電力効率との関係を示す特性図である。 本発明の第3の実施形態に係る送信装置の出力電力と電力効率との関係を示す特性図である。 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図である。 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図である。 関連技術に係るアウトフェージング型電力増幅器を備える送信装置においてRF信号に搬送されたベースバンド信号をベクトルで表すベクトル図である。 関連技術に係るアウトフェージング型電力増幅器を備える送信装置においてRF信号に搬送されたベースバンド信号をベクトルで表すベクトル図である。 関連技術に係るアウトフェージング型電力増幅器を備える送信装置における出力信号の振幅とアウトフェージング角との関係を示す特性図である。
以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。ただし、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がされているが、発明の範囲を以下に限定するものではない。
以下に示す各図面において、同一または相当部分の部位については同一符号を付して示すこととし、それらの説明を省略する場合がある。なお、以下の説明において、図面中に示すNは2以上の整数値を示す。また、同様の機能を有する構成要素については同一の符号の末尾に数字(Nを含む)で番号付けをしているが、説明中において符号の末尾の数字を省略する場合がある。
(本発明の概要)
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。
本発明は、変調手段(信号発生器)により発生された複数の周波数の信号を同時に増幅することが可能なCA技術に対応する電力増幅手段を備えた送信装置を実現することを主要な特徴としている(CA:Carrier Aggregation)。
図1のように、本発明の送信装置1は、変調手段10と、電力増幅手段30と、合成手段50とを備えている。電力増幅手段30は、第1および第2の電力増幅手段31、32を含む。
図2のように、変調手段10は、複数のベースバンド信号発生手段11(11−1〜N)、複数の定包絡線信号生成手段12(12−1〜N)、二つの合成器20(第1および第2の合成器21、22)を有している。なお、ベースバンド信号はBB信号とも呼ぶ(BB:Baseband)。
各ベースバンド信号発生手段11−i(i=1〜N)は、バンドiのRF信号に搬送するベースバンド信号を、定包絡線信号生成手段12−iに出力する。
定包絡線信号生成手段12−iは、ベースバンド信号発生手段11−iにおいて生成された各バンドのベースバンド信号に基づいて、二つの一定振幅のRF信号である第1および第2の定包絡線信号を生成する。第1および第2の定包絡線信号は、それぞれベースバンド信号に対して異なる位相となる。本実施形態においては、第1の定包絡線信号はベースバンド信号と比較して位相が進んでいるのに対し、第2の定包絡線信号はベースバンド信号と比較して位相が遅れている。
なお、後述するアウトフェージング信号は、定包絡線信号の下位概念である。定包絡線信号の場合は振幅が一定でさえあればよく、位相に制約が入らない。それに対し、アウトフェージング信号は振幅が一定であるとともに、後述する式4によって位相が与えられるという制約が入る。定包絡線信号をアウトフェージング信号とした場合、ベースバンド信号に対する第1および第2の定包絡線信号の位相差(アウトフェージング角)は等しくなる。また、アウトフェージング信号とは異なる定包絡線信号の場合は、第1および第2の定包絡線信号の位相差が必ずしも等しくなくてもよい。
各バンドの第1の定包絡線信号は、変調手段10内の第1の合成器21で合成された後、第1の電力増幅手段31に入力される。同様に、各バンドの第2の定包絡線信号は、変調手段10内の第2の合成器22で合成された後、第2の電力増幅手段32に入力される。
第1の電力増幅手段31で増幅された第1の定包絡線信号と、第2の電力増幅手段32で増幅された第2の定包絡線信号は、電力増幅手段30の出力に設置された合成手段50において合成され、各バンドのRF変調信号が再生される。再生された各バンドのRF変調信号は、送信信号として送信に用いられる。
上記の構成および動作により、少数の電力増幅手段によって複数バンドのRF信号を送信できるとともに、アウトフェージング動作によって電力増幅手段の高効率化が実現される。その結果、図2の構成をもつ本概要によれば、マルチバンド送信に対応しながら小型・低コストかつ省電力な送信装置を実現できる。なお、本実施形態におけるアウトフェージング動作については、後述する第1の実施形態の説明中で詳細に説明する。
また、図3のように、本概要の送信装置1は、変調手段10内に、複数のモード切替手段13(13−1〜N)と、複数の直交変調手段14(14−1〜N)とをさらに備えていてもよい。この場合、各モード切替手段13は、バンド毎のベースバンド信号を、定包絡線信号生成手段12と直交変調手段14のいずれで処理するかを選択する。
あるバンドにおいてベースバンド信号を定包絡線信号生成手段12で処理した場合、ベースバンド信号に基づいて二つの定包絡線信号が生成される。生成された二つの定包絡線信号は、それぞれ第1または第2の電力増幅手段31、32で増幅された後、第1および第2の電力増幅手段31、32の出力に設置された合成手段50で合成されて、RF変調信号が再生される。
また、あるバンドにおいてベースバンド信号を直交変調手段14で変調処理した場合、そのベースバンド信号を当該バンドのキャリア周波数に搬送したRF信号(直交変調信号)が生成される。直交変調信号は、第1および第2の電力増幅手段31、32で増幅された後、第1および第2の電力増幅手段31、32の出力に設置された合成手段50を経由して送信される。
第1および第2の電力増幅手段31、32は、定包絡線信号または直交変調信号を含む複数バンドのRF信号を増幅する。
モード切替手段13は、低出力で送信するバンドは直交変調手段14での処理を選択し、高出力で送信するバンドは定包絡線信号生成手段12での処理を選択する。
図3の構成をもつ本概要に係る送信装置は、電力増幅手段に入力されるRF信号の位相調整を行う位相調整手段が不要であるために回路が簡素化されるとともに、位相調整手段そのものに起因する振幅誤差が発生しないという効果が得られる。
また、図3の構成をもつ本概要に係る送信装置においては、低出力のバンドについては線形動作を行うのに対し、他の高出力のバンドについてはアウトフェージング動作を行う。その結果、電力増幅手段を常に飽和に近い状態で動作させることができ、電力効率を高く維持できる。すなわち、電力効率の維持と、低出力時の振幅誤差の抑制との両立が可能になるという効果が得られる。
本概要に係る送信装置においては、少数の電力増幅器で複数のキャリア周波数帯のRF信号を同時並行的に増幅するとともに、アウトフェージング動作によって電力増幅器の高効率化を実現する。その結果、小型・低コストで消費電力を低減したマルチバンド送信に対応する装置を実現できるという効果が得られる。
また、本概要に係る送信装置においては、さらに電力増幅器で同時並行的に増幅する複数バンドのうち、高出力のバンドではアウトフェージング動作を行うのに対し、低出力のバンドでは線形増幅動作を行う。その結果、制御が容易であるとともに、振幅精度と高電力効率とを両立する送信装置を実現できるという効果が得られる。
(第1の実施形態)
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。
図4に示す第1の実施形態に係る送信装置は、変調器110(信号発生器)と、二つの電力増幅器113および114と、合成器117とを備えている。
さらに、本実施形態に係る変調器110は、複数のベースバンド信号発生器111(111−1〜N)と、複数のアウトフェージング信号生成器112(112−1〜N)と、二つの合成器121および122とを有している。なお、Nは送信するバンドの数を表し、Nは2以上の整数となる。
図4に示す送信装置において、ベースバンド信号発生器111−i(i=1〜N)は、バンドiのRF信号に搬送するベースバンド信号を、アウトフェージング信号生成器112−iに出力する。
アウトフェージング信号生成器112−iは、ベースバンド信号発生器111−iにおいて生成されたベースバンド信号に基づいて、図5のように二つの一定振幅(定包絡線)のRF信号115−iおよび116−iを生成する(i=1〜N)。ここで、図5に示す一定振幅のRF信号115−iおよび116−i(i=1〜N)のキャリア周波数は、バンドiのキャリア周波数fciに設定される。
各バンドの一定振幅のRF信号115−i(i=1〜N)は、合成器121で合成された後、一括して電力増幅器113に入力される。同様に、各バンドの一定振幅のRF信号116−i(i=1〜N)は、合成器122で合成された後、一括して電力増幅器114に入力される。
電力増幅器113で増幅された一定振幅のRF信号115−i(i=1〜N)と、電力増幅器114で増幅された一定振幅のRF信号116−i(i=1〜N)は、合成器117において合成される。その結果、各バンドのRF変調信号118−i(i=1〜N)が再生される(図5)。再生された各バンドのRF変調信号118−i(i=1〜N)は送信信号として送信される。
(アウトフェージング動作)
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。
i(t)=Ai(t)cos(2πfcit+θi(t))・・・(1)
ai(t)=Gimax(i)cos(2πfcit+θi(t)+αi(t))・・・(2)
bi(t)=Gimax(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。
ここで、Ai(t)とθi(t)はそれぞれバンドiのRF変調信号118−iに搬送されるベースバンド信号の振幅と位相であり、時間tに依存する。
max(i)は、バンドiの一定振幅のRF信号115−iおよび116−iの振幅であり、定数である。Giは電力増幅器113および114のバンドiにおける利得である。αi(t)は、バンドiにおける一定振幅のRF信号115−iおよび116−iのアウトフェージング角である。
バンド毎にアウトフェージング角αi(t)を以下の式4で与えられる値に設定する。
α(t)=cos-1[A(t)/Gimax(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A(t)に設定することが可能になる。
高い電力効率を得るには、アウトフェージング型PAにおいて、電力増幅器113および114を飽和状態で動作させることが望ましい。
電力増幅器113および114は、複数バンドのRF信号を増幅する。複数バンドのRF信号を増幅する場合において、電力増幅器113および114を飽和状態で動作させる条件は、以下の式5で与えられる。
[G1max(1)2+[G2max(2)2+・・・+[GNmax(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。
(合成器)
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。
図6は、関連技術に係るアウトフェージング型PAにおける変調器101(信号発生器)から合成器107までの回路構成の一例である。図6の関連技術の合成器107は、λ/4線221および222(1/4波長伝送線)と、インダクタ素子223と、容量素子224とで構成される。λ/4線221または222を介して、電力増幅器113および114の出力が合成される。図6の例では、RF変調信号の振幅(すなわちアウトフェージング角α)が変化する際においても、電力増幅器113および114から見た負荷インピーダンスが最適な値を保つようにするため、インダクタ素子223と容量素子224が追加されている。このように、電力増幅器から見た負荷インピーダンスを最適な値に保つ合成法はChireix合成と呼ばれる。
図7は、本実施形態に係る合成器117の内部構成の一例を示す回路構成図である。図7に示す例において、合成器117は、伝送線路131および132と、リアクタンス素子回路133および134を有する。
図7に示す合成器117内の伝送線路131および132は、図6に示す関連技術に係る送信装置の合成器107内のλ/4線221および222に相当するものである。関連技術の合成器107内のλ/4線221および222は、単一のバンドで1/4波長の電気長を持つ。
一方、図7に示す本発明における合成器117内の伝送線路131および132は、複数のバンドで1/4波長の電気長を持つように構成される。図7に示す伝送線路131および132は、それぞれ3つの伝送線路(161−1、161−2、162−2)で構成することによって、二つのバンドでλ/4波長の電気長を持つようにすることができる。
また、図7に示す合成器117内のリアクタンス素子回路133および134は、図6に示す関連技術に係る送信装置の合成器107内のインダクタ素子223および容量素子224に相当するものである。
図6に示す関連技術に係る合成器107内のインダクタ素子223および容量素子224の値は、Chireix合成に必要なリアクタンスを与えるように設計される。ただし、関連技術におけるインダクタ素子223および容量素子224は、単一バンドにおいてのみ所望のリアクタンス値が与えられる。
一方、図7に示す本実施形態に係る合成器117内のリアクタンス素子回路133および134は、複数のバンドでChireix合成に必要なリアクタンス素子値を持つように設計される。図7に示すリアクタンス素子回路133および134は、それぞれ二つのリアクタンス素子(容量素子171とインダクタ素子172、容量素子173とインダクタ素子174)で構成される。そのため、二つのバンドで所望のリアクタンス素子値を持つように設計することができる。なお、本実施形態においては、送信する二つのバンドにおいて、リアクタンス素子回路133および134のリアクタンス値は、互いに絶対値が同じになり、正負の符号は異なるように設計することが望ましい。
図7に示す合成器117の構成は、2バンドに対応するChireix合成を実現する合成器の一例である。二つ以上のバンドに対応するChireix合成を実現するためには、例えば、伝送線路131および132は図8のように、リアクタンス素子回路133は図9のように、リアクタンス素子回路134は図10のように拡張すればよい。
図8において、伝送線路131および132は、伝送線路161−i(i=1〜N)および162−i(i=2、・・・、N)で構成される。図8で示す伝送線路131および132では、構成要素の伝送線路161−iおよび162−iの数を増やす事で、より多くのバンドでλ/4波長の電気長を持つように設計することができる。
図9に示すように、リアクタンス素子回路133は、容量素子171−i(i=1、2、・・・、R)およびインダクタ素子172−i(i=1、2、・・・、R)で構成される。同様に、図10で示すように、リアクタンス素子回路134は、容量素子173−i(i=1、2、・・・、R)およびインダクタ素子174−i(i=1、2、・・・、R)で構成される。
リアクタンス素子回路133および134は、構成要素となる容量素子およびインダクタ素子の数を増やすことによって、より多くのバンドでChireix合成に必要なリアクタンス素子値を持つように設計することができる。特に、リアクタンス素子回路133および134を構成する容量素子およびインダクタ素子の数RがN/2に等しい場合において、N個のバンドでChireix合成に必要なリアクタンス素子値を実現できる。なお、本実施形態においては、送信する複数のバンドにおいて、リアクタンス素子回路133および134のリアクタンス値は、互いに絶対値が同じで、正負の符号は異なるように設計する事が望ましい。
図6に示す関連技術のChireix合成を用いた場合、合成器107内部のλ/4線がPA特性を狭帯域にする要因になっている。したがって、関連技術のアウトフェージング型PAをCA技術に対応させる場合、使用バンド数と同数の電力増幅器を設置する必要がある。
それに対し、本実施形態に係る送信装置では、合成器117内部のλ/4線を使用するバンド数に応じて変更することができる。そのため、PA特性を広帯域化することができる。したがって、使用バンド数が増えても電力増幅器を増やす必要はないため、小型・低コスト化を実現するとともに、消費電力を低減したマルチバンド送信対応の装置を実現できる。
(変形例)
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。
(トランス素子)
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11の変形例1の合成器117−2においては、トランス素子141の1次側の二つの端子に電力増幅器113および114の出力が接続される。そして、トランス素子141の2次側の二つの端子には接地端子143と出力端子144とがそれぞれ接続される。
図12の変形例2の合成器117−3においては、電力増幅器113の出力がトランス素子141の1次側の一端に接続され、電力増幅器114の出力がトランス素子141の2次側の一端に接続される。そして、出力端子144がトランス素子141の1次側の他端に接続され、接地端子143がトランス素子141の2次側の他端に接続される。トランス素子141は、広帯域な特性を持つので、複数バンドのRF信号115−iおよび116−i(i=1〜N)を合成することが可能である。
一般に、トランス素子は入力側(一次側)および出力側(二次側)にそれぞれ二つの端子があるため、合計で四つの端子がある。本変形例では、電力増幅器113および114の出力端子はそれぞれトランス素子の異なる端部に接続され、残りの2つの端部は送信装置の出力端子または接地端子143に接続される。
図11または図12で示すトランス素子で構成された合成器117の構成によれば、広帯域でアウトフェージング動作を行う事が可能であり、電力増幅器から見た負荷インピーダンスが出力電力に応じて適切に変調される。複数バンドのRF信号115−iおよび116−iを単一の電力増幅器113または114で増幅する場合において、電力増幅器から見た負荷インピーダンスの変調は周波数毎に独立に行われる(i=1〜N)。そのため、図11および図12で示す合成器117によれば、複数バンドのRF信号115−iおよび116−iを単一の電力増幅器113または114で増幅する場合においても、高い電力効率を得る事ができる(i=1〜N)。
(伝送路)
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13の合成器117−4の構成によれば、アウトフェージング動作を行う事が可能であり、電力増幅器から見た負荷インピーダンスが出力電力に応じて適切に変調される。本変形例によれば、「伝送線路151および152の長さが互いに異なる」という条件は任意の周波数で成立するので、図13の合成器117−4は広帯域で使用する事が可能である。したがって、複数バンドのRF信号115−iおよび116−iを単一の電力増幅器113または114で増幅する場合においても、図13の合成器117−4によってアウトフェージング動作を行う事が可能である(i=1〜N)。
既に述べたように、電力増幅器から見た負荷インピーダンスの変調は周波数毎に独立に行われる。そのため、複数バンドのRF信号115−iおよび116−iを単一の電力増幅器113または114で増幅する場合においても、図13で示す合成器117−4により高い電力効率を得る事ができる(i=1〜N)。
以上のように、本発明の第1の実施形態によれば、送信するバンドの数によらず、二つの電力増幅器113および114によって複数バンドのRF信号を同時並行的に送信する事が可能である。すなわち、本実施形態においては、送信するバンドの数が増えても電力増幅器の数を増やす必要がない。
また、本実施形態によれば、送信バンド数と同数の電力増幅器が必要となる関連技術と比べて、必要な電力増幅器の数を減らす事ができる。その結果、本実施形態によれば、送信装置のコストとサイズを低減できるという利点が得られる。本実施形態による効果は、送信バンド数が多いほど大きい。そのため、本実施形態に係る送信装置は、CA技術に対応する通信装置として好適である。
(第2の実施形態)
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。
図14に示す第2の実施形態に係る送信装置は、変調器110(信号発生器)の内部に、モード切替器123−i(i=1〜N)および直交変調器124−i(i=1〜N)が追加されている点において第1の実施形態と異なる。モード切替器123−iと直交変調器124−iが追加された事を除けば、第2の実施形態に係る送信装置の構成は、第1の実施形態に係る送信装置の構成と同様である。
モード切替器123−iは、ベースバンド信号発生器111−iの出力信号を、直交変調器124−iまたはアウトフェージング信号生成器112−iのいずれかに入力されるように切り替える。なお、図14には、モード切替器123の切り替えの一例として、バンド1とバンドNによってアウトフェージング動作を行い、バンド2によってRF変調信号を線形増幅する図を示している。モード切替器123内部のスイッチを切り替えることによって、ベースバンド信号発生器111からの信号を、アウトフェージング信号生成器112または直交変調器124に入力させる。
直交変調器124−iは、ベースバンド信号発生器111−iから出力されたベースバンド信号をバンドiのキャリア周波数fcmに周波数変換して得られるRF変調信号を出力する。直交変調器124−iは、アウトフェージング動作を行わずに、振幅変動するRF変調信号をそのまま増幅する線形増幅動作を行う。すなわち、直交変調器124−iは、ベースバンド信号発生器111−iが生成するベースバンド信号を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する。
第2の実施形態では、モード切替器123−iおよび直交変調器124−iの追加により、アウトフェージング動作または線形増幅動作のいずれかをバンド毎に選択して実行する事ができる。
ここで、モード切替によって実行されるアウトフェージング動作と線形増幅動作について個別に説明を加える。
(モード切替:アウトフェージング動作)
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。
このとき、バンドkに対応するモード切替器123−kは、バンドkに対応するベースバンド信号発生器111−kから出力されたベースバンド信号を、アウトフェージング信号生成器112−kに出力する。この後の動作は、第1の実施形態と同一である。すなわち、第2の実施形態に係る送信器によれば、アウトフェージング信号生成器112−kから二つのアウトフェージング動作のRF信号115−kおよび116−kが生成される。後述するように、RF信号115−kおよび116−kは、電力増幅器113および114を飽和動作させるために必ずしも一定振幅に限定されない。
アウトフェージング動作のRF信号115−kおよび116−kは、合成器121または122を経由して電力増幅器113または114に入力される。RF信号115−kおよび116−kは、電力増幅器113または114において増幅された後、合成器117において合成されて、バンドkのRF変調信号118−kが再生される。
(モード切替:線形増幅動作)
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。
直交変調器124−mは、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バンドmのキャリア周波数fcmに周波数変換して得られるRF変調信号を出力する。
直交変調器124−mから出力されたRF変調信号は、合成器121および122の両者を経由して、電力増幅器113および114の両者へと入力される。電力増幅器113または114に入力されるRF変調信号115−mとRF変調信号116−mは同一の信号である。
直交変調器124−mから出力されたRF変調信号は、電力増幅器113および114において増幅された後、合成器117を経由して、バンドmのRF変調信号118−mとして出力される。直交変調器124−mから出力されたRF変調信号115−mおよび116−mは、バンドmのRF変調信号118−mと線形関係にある。
(モード切替の選択基準)
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。
動作の選択基準の一つ目の例においては、アウトフェージング動作を行うバンドの数Qを判定基準(帯域数閾値)として予め定めておく。そして、RF変調信号118−i(i=1〜N)の電力の大きい順からQ個のバンドはアウトフェージング動作を選択し、残りのバンドは全て線形動作を選択するというものである。すなわち、この例では、RF変調信号118−i(i=1〜N)の電力の大きさの順に複数の帯域に対して順位付けを行うことになる。
モード切替器123は、帯域数閾値未満の順位の帯域のベースバンド信号は直交変調器124に出力し、帯域数閾値以上の帯域のベースバンド信号はアウトフェージング信号生成器112に出力するように切り替えるように動作する。
動作の選択基準の二つ目の例においては、バンド毎に判定基準(電力閾値)を定めておく。そして、そのバンドにおけるRF変調信号118−i(i=1〜N)の電力と電力閾値との大小関係によって選択動作するものである。すなわち、そのバンドにおけるRF変調信号118−i(i=1〜N)の電力が所定の電力閾値以上になった場合はアウトフェージング動作を選択し、RF変調信号118−i(i=1〜N)の電力が所定の電力閾値未満になった場合は線形増幅動作を選択する。この例の場合、アウトフェージング動作を行うバンドの数Qは、RF変調信号118−i(i=1〜N)の電力に応じて変化する。
(動作)
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。
アウトフェージング動作を行うバンドの番号をB1、B2、・・・、BQとし、線形動作を行うバンドの番号をB(Q+1)、・・・、BNとする(QはNよりも小さい整数)。そして、電力増幅器113または114に入力されるバンドi(i=B1、B2、・・・、BQ、B(Q+1)、・・・、BN)のRF信号115−iおよび116−iの振幅をAin(i)(t)とする。
線形増幅動作を行うバンドmにおける、電力増幅器113または114に入力されるRF信号115−mおよび116−mの振幅Ain(m)(t)は、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の振幅で定められる。
一方、アウトフェージング動作を行うバンドkにおける、電力増幅器113または114に入力されるRF信号115−kおよび116−kの振幅Ain(k)(t)は、電力増幅器113および114が飽和動作するように設定される事が望ましい。
すなわち、RF信号115−kおよび116−kの振幅Ain(k)(t)は、以下の式6を満たすように設定する事が望ましい。
Figure 0006481618
アウトフェージング動作を行うバンドkにおいて、送信するRF変調信号118−kの振幅Ak(t)は、アウトフェージング角αk(t)の制御により、ベースバンド信号発生器111−kから出力されたベースバンド信号の振幅に比例するように定める。なお、アウトフェージング角αk(t)は、第1の実施形態で示す式1〜式4に基づいて制御する。したがって、RF信号115−kおよび116−kの振幅Ain(k)(t)は、以下の式7を満たす限りにおいて、ベースバンド信号発生器111−kから出力されたベースバンド信号の振幅と無関係に設定してよい。
k(t)<Gkin(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。
本発明の第2の実施形態によれば、出力振幅が低くなるバンドmにおいて、振幅誤差が問題になるアウトフェージング動作の代わりに線形増幅動作を行う事によって、振幅誤差を抑制できるという効果がある。
また、本発明の第2の実施形態によれば、特許文献1(特開2013−046352号公報)に記載された関連技術とは異なり、電力増幅器113および114に入力されるRF信号の位相調整を行う位相調整器が不要である。そのため、特許文献1の関連技術と比較して回路が簡素化され、位相調整器そのものに起因する振幅誤差も発生しないという効果がある。
また、特許文献2(国際公開第2008−093404号)に記載された関連技術においては、1バンドのみで動作し、高出力時はアウトフェージング動作を行い、低出力時は線形増幅動作する方式によって低出力時の振幅誤差を抑制できる。しかしながら、特許文献2の関連技術においては、低出力時にはアウトフェージング動作を行わないために電力効率が低下するという問題があった。
一方、本発明の第2の実施形態によれば、複数バンドのRF信号を単一の電力増幅器で増幅しつつ、低出力のバンドは線形動作を行うものの、他の高出力のバンドでアウトフェージング動作を行うことが可能となる。その結果、式6の条件を満たして電力増幅器を常に飽和動作させる事ができ、電力効率を高く維持できる。すなわち、特許文献2の関連技術と異なり、本発明の第2の実施形態においては、低出力時の振幅誤差の抑制と電力効率の維持との両立が可能という効果がある。
また、本発明の第2の実施形態では、第1の実施形態と同じく、関連技術に係る送信装置と比べて、特に送信バンド数が多い場合において、必要な電力増幅器の数を減らす事ができ、送信装置のコストとサイズを低減できるという効果が得られる。
(第3の実施形態)
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。
第3の実施形態では、アウトフェージング動作のRF信号115−kおよび116−kが一定振幅である点が第2の実施形態とは異なる(k=B1、B2、・・・、BQ)。この場合、アウトフェージング動作のRF信号115−kおよび116−kの振幅Ain(k)が満たす条件として、式6の代わりに以下の式8が用いられる。
Figure 0006481618
ここで、Max[Ain(B(m))(t)](m=B(Q+1)、・・・、BN)は、線形増幅動作を行うバンドのRF信号115−mおよび116−mの振幅Ain(B(m))(t)の最大値である。
式8の条件下においては、線形増幅動作を行うバンドmにおいて、RF信号115−mおよび116−mの振幅が全てのバンドで同時に最大値を取らないと、電力増幅器113および114は飽和動作を行わない。
しかしながら、複数バンドのRF信号を単一の電力増幅器で増幅する場合、その電力効率はアウトフェージング動作を行う高出力のバンドkにおけるRF信号115−kおよび116−kの振幅でほぼ決定される。そして、線形増幅動作を行う低出力のバンドmにおけるRF信号115−mおよび116−mの振幅は電力効率に影響をほとんど与えない。したがって、線形増幅動作を行うバンドmのRF信号115−mおよび116−mのバックオフを取り、式8の飽和条件から外れたとしても、式8の飽和条件を満たす状態から電力効率はほとんど変化せず高い電力効率が維持される。
このように、第3の実施形態においても、第2の実施形態と同一の利点が得られる。
ここで、第3の実施形態の効果(特に高い電力効率の実現)を明示するために、特許文献2(国際公開第2008−093404号)に基づく関連技術の送信装置の電力効率と、本発明の第3の実施形態における送信装置の電力効率について図面を用いて説明する。
図16は、アウトフェージング技術を用いた関連技術(特許文献2)に係る送信装置の構成図である。図16の送信器は、ベースバンド信号発生器111とアウトフェージング信号生成器112とで構成される変調器101、二つの電力増幅器113および114、合成器117で構成される。なお、図16の関連技術に係る送信装置については、後程詳細に説明する。
図17は、図16に示す関連技術の送信装置の電力効率(ドレイン効率)である。
図17の例において、送信装置は一つのバンド(800MHz)のRF信号のみを送信し、高出力時(15dBm以上)ではアウトフェージング動作を行い、低出力時(15dBm以下)では線形増幅動作を行う。図17においては、一点鎖線の左側が線形増幅動作、右側がアウトフェージング動作を行うことになる。
図17のように、アウトフェージング動作を行う高い出力電力時(15dBm以上)においては、B級PAの電力効率の理論値よりも電力効率が改善している。その一方で、線形増幅動作を行う低い出力電力時(15dBm以下)においては、電力効率はB級PAの理論値とほぼ同じになり、出力電力の低下につれて電力効率も低下していく。
図18は、本発明の第3の実施形態に基づく送信装置の電力効率(ドレイン効率)である。なお、比較のため、図18には、本発明に基づく送信装置の電力効率と、特許文献2の関連技術に基づく送信装置の電力効率を同じグラフにプロットしている。
ここで、本発明の第3の実施形態に基づく送信装置は、二つのバンド(800MHzと2GHz)のRF信号を同時並行的に送信している。2GHz帯(バンド2)ではアウトフェージング動作を行い、出力電力は16dBmで固定されている。一方、800MHz帯(バンド1)では線形増幅動作を行い、グラフの横軸に記載された値でスイープされている。
図18に示すように、本実施形態に係る送信装置においては、線形増幅動作を行っているバンド1の出力電力を下げていっても、送信装置の電力効率はほとんど低下していない。これは、前述のとおり、一つのバンドで低出力電力の動作を行ったとしても、他のバンドで高出力電力の動作を行う事で、電力増幅器113および114を飽和もしくはそれに近い状態に維持する事ができ、電力効率を高く維持できるためである。
(第4の実施形態)
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。
すなわち、第4の実施形態に係る送信装置は、合成器117の入出力のいずれかにインピーダンス整合を行う整合回路を備えることに特徴がある。
第4の実施形態に係る送信装置の構成および動作は、整合回路201または202のいずれかを挿入したことを除けば、第1〜第3の実施形態と同様である。本発明の第4の実施形態によれば、第1〜第3の実施形態と同一の利点が得られる。
(第5の実施形態)
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。
本実施形態の一形態においては、図21のように、合成器117の出力に設置されたマルチバンドアンテナ211を用いて、複数バンドのRF変調信号118−i(i=1〜N)を送信する。
また、本実施形態の別の一形態においては、図22のように、合成器117の出力に設置された分波器213においてRF変調信号118−iを周波数帯毎に分離した後、分波器213の出力に設置されたアンテナ212−iでRF変調信号118−iを送信する。なお、分波器213のことを分波手段とも呼ぶ。本形態においては、図22のように、一つのアンテナ212−iによって一つの周波数のRF変調信号118−iを送信するように構成している。
第5の実施形態に係る送信装置の構成および動作は、マルチバンドアンテナ211、アンテナ212−i(i=1〜N)、分波器213を設置した事を除けば、第1〜第3の実施形態と同様である。本発明の第5の実施形態においても、第1〜第3の実施形態と同様の効果が得られる。
以上のように、本発明の実施形態によれば、マルチバンド通信に対応する送信装置において、送信するバンドの数によらず、二つの電力増幅器で複数バンドのRF信号を同時並行的に送信する事が可能である。
すなわち、本発明の実施形態においては、送信するバンドの数が増えても電力増幅器の数を増やす必要がない。そのため、送信バンド数と同数の電力増幅器が必要になる関連技術による送信装置と比べて、本発明の実施形態に係る送信装置では、必要な電力増幅器の数を減らす事ができ、送信装置のコストとサイズを低減できるという効果がある。特に、送信バンド数が多い場合において本実施形態に係る送信装置の効果が発揮される。
さらに、本発明の実施形態に係る送信装置において、関連技術(特許文献1または2)において開示されている送信装置に比べて、以下の改善効果がある。
第1に、特許文献1に記載された関連技術と異なり、本発明の送信装置によれば、電力増幅器に入力されるRF信号の位相調整を行う位相調整器が不要である。そのため、回路が簡素化され、位相調整器そのものに起因する振幅誤差も発生しないという効果がある。
第2に、特許文献2に記載された関連技術と異なり、本発明の送信装置によれば、電力効率の維持と低出力時の振幅誤差の抑制の両立が可能という効果がある。
(アウトフェージング技術)
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)。
アウトフェージング信号生成器112は、ベースバンド信号発生器111から出力されるベースバンド信号から二つの一定振幅(定包絡線)のRF信号を生成する。二つの一定振幅のRF信号は、それぞれ電力増幅器113または114で増幅される。電力増幅器113または114で増幅されたRF信号は合成器117において合成される。合成器117における合成を通じて、二つの一定振幅のRF信号から、ベースバンド信号を搬送したRF変調信号が再生される。そして、RF変調信号は、送信信号として送信される。
RF変調信号をS(t)、二つの一定振幅のRF信号をそれぞれSa(t)およびSb(t)とする。このとき、各信号は、それぞれ以下の式9〜式11のように表される。
S(t)=A(t)cos(2πfct+θ(t))・・・(9)
a(t)=GAmaxcos(2πfct+θ(t)+α(t))・・・(10)
b(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。
図16で示すアウトフェージング型PAにおいて、電力増幅器113および114は、一定振幅のRF信号を増幅する。したがって、電力増幅器113および114はバックオフを取る事なく常に飽和動作を保つ事が可能であり、電力効率を高く維持する事が可能である。さらに、合成器117においてRF変調信号が再生されるので、線形性の維持も同時に実現されている。
図25に、RF変調信号の振幅(バックオフ量)と、二つの一定振幅のRF信号のアウトフェージング角αの関係を示す。図25の関係は式12に基づいて算出されている。図25によると、アウトフェージング角αを大きくする事によって、RF変調信号の振幅が低減される様子が見られる。ただし、アウトフェージング角αが大きい領域(80〜90度)では、αのわずかな変化で振幅が大きく変化する。この事は、低振幅時において、アウトフェージング角αのわずかな誤差で振幅に大きな誤差が生じる事を意味する。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
(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。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、2013年12月19日に出願された日本出願特願2013−261930を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
1 送信装置
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)

  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。
  2. 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。
  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請求項2に記載の送信装置。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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、
    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、
    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。
  10. 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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