JP6707642B2 - 電力増幅装置、エンベロープ追跡型の増幅装置、および信号を増幅する方法 - Google Patents

Description

本発明は、電力増幅装置であって、たとえば主要線形増幅器サブ回路と補助線形増幅器サブ回路とを有するタイプの、電力増幅装置に関するものである。本発明はまた、エンベロープ追跡型の増幅装置であって、たとえば入力信号のエンベロープの変化に追従するタイプの、エンベロープ追跡型の増幅装置にも関するものである。本発明はさらに、信号を増幅する方法であって、たとえば主要線形増幅器サブ回路と補助線形増幅器サブ回路とを提供する工程を含むタイプの、信号を増幅する方法にも関するものである。

電力増幅器には、電気工学および電子工学の分野において多くの用途がある。たとえば、音響増幅回路、サーボモータのコントローラ、および無線デジタル通信に関連して使用されるような無線周波数（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＲＦ）システム等において、電力増幅器を見つけることができる。

この点に関連し、現行、多くの国では、多世代の無線通信システム、たとえば多世代のセルラー通信システムが、併用されて運用されている。たとえば、いわゆる４Ｇ、すなわちＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）通信システムは、既存の２Ｇおよび３Ｇ通信システムの後継システムであるが、類似の地理的領域をカバーする通信網を提供している。一般的には、これらの無線通信システムは、ネットワークのインフラと、たとえば携帯型通信機器である使用者端末（ｕｓｅｒ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）とを含む。かかる通信機器は、典型的には、同一の単数または複数のアンテナを介して、信号を受信および送信する。送信信号に対しては、アンテナに適用されるＲＦ信号は、典型的には、同信号のアンテナへの適用前に、電力増幅器により増幅される。

しかしながら、電力増幅器からアンテナへの効率的な電力伝達を実現できる無線モデムを設計することは、何世代ものシステムに亘る通信機器に共通の課題である。この点に関し、ＲＦ電力増幅器は、通常は５０オームである標準的な負荷インピーダンスに接続されるように設計され、この負荷に最大の効率で必要な電力を供給するように最適化される。精確でない表現ではあるが、このことは、電力増幅器が５０オームに「整合される（ｍａｔｃｈｅｄ）」と言われている。５０オームという値は、ＲＦテスト機器のためのユニバーサルインターフェースのインピーダンスであるために、典型的に選択されている。しかしながら、この文脈における「整合される（ｍａｔｃｈｅｄ）」との言い方は、伝統的な「整合インピーダンス（ｍａｔｃｈｅｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）」の意味においては間違った用法である。

多世代の通信システムをサポートする必要性を含む多くの理由のため、セルラー通信機器のためのほとんどのモデムは、いまや広範な周波数域で動作しなくてはならない。たとえば、欧州では、組込ＬＴＥ通信機器は、７００ＭＨｚから２５００ＭＨｚに亘るライセンスされた周波数帯で動作する必要があるかもしれず、アンテナは、この範囲内のすべての周波数帯に亘って満足のいく程度の効率を示さなくてはならない。多くの用途はサイズに敏感であるので、アンテナは同時にごく小さなサイズでなくてはならず、このことは、とりわけカバレージの観点において最も有用な周波数帯である１ＧＨｚ未満の周波数帯にとって、効率を犠牲とするものである。携帯型通信機器、とりわけスマートフォンに関しては、かかる通信機器の長さが、最も低い動作周波数において概ね波長の１／４であるため、これらの機器の一般的なフォームファクターは機器の無線設計者にとって助けとなる。しかしながら、「標準的な」フォームファクターというものはなく、したがってＯＥＭ（Ｏｒｉｇｉｎａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ）は、自分たちの機器に組み入れる通信モジュールとして可能な限り占有スペースの小さい通信モジュールを自由に設計しようとしてよく、その際、可能な限り小さくなくてはならないアンテナについては、あまり考慮されないことが多い。

アンテナに払われる考慮が限られている点に鑑みた、電気的に小さなアンテナの性能を改善するための１つの一般的なアプローチは、アンテナチューニングユニットを用いたアプローチである。アンテナが短くされると、アンテナの共振インピーダンスはリアクティブ性（たとえば容量性）となり、このリアクタンスはインダクタを追加することにより相殺することができる。したがって、そのアンテナが接続された５０オームの信号源に対して示されるインピーダンスを修正して、その信号源に対して５０オームの抵抗性インピーダンスが示されるようにするために、アンテナ整合回路網が提供されてもよく、それにより、信号源からの利用可能な電力のすべてが、アンテナに伝達されることが可能となる。アンテナおよび整合回路網が無損失である場合には、アンテナに送られた電力はすべて放射されるが、当然ながら典型的には非効率性が存在する。

アンテナ整合回路網に関しては、かかる回路をチューニング可能として、使用されている動作周波数帯および／またはその他の変化（たとえばアンテナ近くに使用者の手があることにより生じるアンテナの離調）に応じて、信号源からの電力伝達を最適化するようにそれらの回路を調節可能とすることが望ましい。しかしながら、実用上は、利用可能なチューニング可能な整合回路網、典型的にはスイッチドキャパシタ回路網は、望ましくない損失を伴い、これにより送信機経路の全体の効率が低減させられる。結果として、アンテナのチューニングは、最適な長さよりも短いアンテナの使用に起因するインピーダンス関連の非効率性を修正するために、通信機器の比較的低い動作周波数帯（すなわち比較的長い波長）に関して、主として適用される。

さらに、このアプローチは、２つの「整合」回路網の使用を伴う場合がある。すなわち、テスト機器とのインターフェースのために電力増幅器を５０オームに「整合」させる目的で第１の回路網が使用され、アンテナのインピーダンスを５０オームに変換するために第２の回路網が使用される場合がある。

インピーダンスに影響を与える別の既知の技術は、いわゆる「アクティブ・ロードプル」を利用した技術であって、これはたとえば、ドハティ増幅器として知られるタイプの電力増幅器に適用される。ドハティ増幅器の一例は、非特許文献１に記載されている。ドハティ型の増幅器は、主要電力増幅器と、補助的な（ピーキング用の）Ｃ級電力増幅器とを含んでおり、低い電力レベルにおいては補助電力増幅器がバイアスされて外されるが、より高い電力レベル（たとえば６ｄＢからその上のピークより下までの入力信号電力）においては、補助電力増幅器が「ベースライン」ロードの供給を高い効率で引き受け始める一方、主要電力増幅器が入力信号のピークについての増幅を行うように、それら２つの増幅器が組み合わされている。

増幅器設計に関連して考慮する必要のある無線デジタル通信の別の側面として、変調信号が有することのある高いピーク対平均電力比（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ａｖｅｒａｇｅ Ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ；ＰＡＰＲ）が挙げられる。この点に関し、通信機器のためのＲＦ電力増幅器として、広範な出力パワーに亘って高い効率を実現することのできるＲＦ電力増幅器を設計することは困難であり、とりわけその通信機器がバッテリーにより電力供給されるものである場合には、バッテリーの性質上利用可能な電力が限られている一方で、通信機器が必要とする実際の送信電力はネットワークのインフラによって決定される広い範囲に亘って変化するので、特に困難である。実際、スペクトル効率のよい通信システム、たとえばＬＴＥ規格に準拠して動作しＳＣ−ＦＤＭＡ（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｃａｒｒｉｅｒ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ；シングルキャリア周波数分割多元接続）変調方式を採用するスペクトル効率のよい通信システムに関していえば、送信される信号のＰＡＰＲは、信号が占有する帯域幅とその時々で選択される変調パラメータの詳細とに応じて、１０ｄＢを超えることもある。従前より、信号がそのような高いＰＡＰＲを有する状況では、送信される信号を増幅する役割を担う電力増幅器は、厳しい線形性の必要条件が満たされなくてはならない場合には、多大なバックオフをもって動作する必要がある。比較的高い出力パワーバックオフをもって電力増幅器を動作させることは、ＬＴＥ信号のエンベロープがそのピークに近いときでもそのＬＴＥ信号が大きくは歪められないことを保障するが、適用される出力パワーバックオフ量の増加に従って、電力増幅器の効率は減少してしまう。

電力増幅器をバックオフ領域で動作させる必要性のために生じる、電力増幅器の低い動作効率を保障する１つの方法として、電力増幅器の供給電圧が、その電力増幅器に適用されるＲＦ駆動信号のエンベロープの強度を追跡することを可能とする技術である、いわゆるエンベロープ追跡（Ｅｎｖｅｌｏｐｅ Ｔｒａｃｋｉｎｇ；ＥＴ）を利用する方法がある。この点に関し、ＲＦ駆動信号のエンベロープの強度が低い場合には、電力増幅器がその最適効率点近くで動作するように、供給電圧が減少させられる。そのようにして、各瞬間において電力増幅器のトランジスタが所望のパワー出力にちょうど十分である程度の電圧ヘッドルームを有するように、すなわち同トランジスタが常にほぼ圧縮状態で動作するように、電力増幅器のトランジスタへの供給電圧が変化させられる。

しかしながら、エンベロープ追跡は、使用されるＲＦ電力増幅器回路に、技術的な要求を突き付ける。エンベロープ追跡は、たとえば２０ＭＨｚのＬＴＥキャリア信号に対して約１００ＭＨｚといったような、増幅対象のＲＦ駆動信号の帯域幅の数倍の帯域幅を有するＲＦ駆動信号のエンベロープに追従することのできる出力電圧を有する、高効率のための切替モード電力供給源を含む変調器を必要とする。加えて、エンベロープ追跡を実装するためには、ＲＦ電力増幅器回路の供給電圧は、瞬間的なエンベロープ振幅に応答して、追跡テーブルを参照しながら、固定の供給電圧を、可変の電圧値に落とさなくてはならない。さらに、あらゆるノイズ、たとえば変調器の出力における切替ノイズ等は、キャリア信号の振幅変調として直接現れ、帯域外ノイズを増大させるため、ノイズは最小限に抑えられなくてはならない。変調器は、低いノイズおよび高い効率を実現することに加えて、低コストで供給されることも必要である。したがって、エンベロープ追跡型の電力増幅器の設計および統合プロセスは、複雑なプロセスである。

Ｈｏｎｅ他、「Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ａｃｔｉｖｅ Ｌｏａｄ−Ｐｕｌｌ ｉｎ ａ Ｄｕａｌ−Ｉｎｐｕｔ Ｉｎｖｅｒｓｅ Ｌｏａｄ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｄｏｈｅｒｔｙ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ（２入力反転負荷変調型のドハティ・アーキテクチャにおけるアクティブ・ロードプルの制御）」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、第６０巻、２０１２年６月、第１７９７−１８０４頁

本発明の第１の態様によれば、増幅装置であって：主要駆動信号入力端子と、主要増幅器出力端子とを有する、主要線形増幅器サブ回路；補助駆動信号入力端子と、補助増幅器出力端子とを有する、補助線形増幅器サブ回路；および、上記の主要増幅器出力端子と上記の補助増幅器出力端子との間に動作可能に接続された統合ネットワークであって、主要部側端子と補助部側端子とを有する統合ネットワーク；を備え；上記の主要線形増幅器サブ回路が、使用時において、主要駆動信号入力端子に適用された主要駆動信号に応答して、主要増幅信号を発生させるように構成されており；上記の補助線形増幅器サブ回路が、使用時において、補助駆動信号に応答して、かつ主要線形増幅器サブ回路が主要増幅信号を発生させるのと実質的に同時に、上記の補助部側端子においてインピーダンス修正信号を発生させるように構成されており、さらに、上記の補助線形増幅器サブ回路は、補助駆動信号の各波形サイクルの実質的に半分より多くを増幅するように構成されている、増幅装置が提供される。

補助線形増幅器サブ回路は、使用時において、主要線形増幅器サブ回路に提供されるインピーダンスを修正するために、複素スケーリング因子によって主要駆動信号と関連付けられている補助駆動信号に応答して、上記のインピーダンス修正信号を発生させるように構成されてもよく、それにより、主要増幅器出力端子からの電力の伝達が最大化される。

補助部側端子におけるインピーダンス値の修正が、主要線形増幅器サブ回路に提供される予め決められた負荷インピーダンス値を維持するために行われるように、上記のインピーダンス修正信号が発生させられてもよい。

主要線形増幅器サブ回路は、Ａ級、Ｂ級またはＡ／Ｂ級増幅器として構成されてもよい。補助線形増幅器サブ回路は、Ａ級、Ｂ級またはＡ／Ｂ級増幅器として構成されてもよい。

主要線形増幅器サブ回路と補助線形増幅器サブ回路との両方が、同一等級の増幅器としてそれぞれ構成されてもよい。

統合ネットワークは、アドミタンスインバータであってもよい。そのアドミタンスインバータは、複数の周波数不変サセプタンスのπ型ネットワークであってもよい。

主要線形増幅器サブ回路、補助線形増幅器サブ回路および統合ネットワークは、ドハティ増幅器構成として構成されてもよい。

統合ネットワークは、直交ハイブリッド結合であってもよい。

装置は、補助線形増幅器サブ回路に動作可能に接続された駆動信号発生器をさらに備えたものとされてもよい。

駆動信号発生器は、複素スケーリング因子の適用により補助駆動信号を発生させるように構成されてもよい。

上記の複素スケーリング因子の適用は、デジタル信号処理演算であってもよい。

本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に関連して上記で規定した増幅装置を含む、無線周波数処理リソースが提供される。

本発明の第３の態様によれば、本発明の第２の態様に関連して上記で規定した無線周波数処理リソース、および、統合ネットワークの補助部側端子に動作可能に接続された負荷、を含む通信装置が提供される。

補助部側端子に適用される上記のインピーダンス修正信号は、主要線形増幅器サブ回路に対する上記の負荷のインピーダンス値を修正するように構成されてもよく、それにより、主要線形増幅器サブ回路から上記の負荷への電力伝達が最大化される。

上記の負荷は、アンテナを含むものであってもよい。

装置は、主要信号経路と補助信号経路とを含むベースバンド処理リソースをさらに含み、主要信号経路と補助信号経路とが、それぞれ共通の送信信号源に接続されており、上記の複素スケーリング因子が、補助信号経路において適用されるものとされてもよい。

上記の複素スケーリング因子をαとすると、

であり、ここで、Ｚ₀は、主要線形増幅器サブ回路に提供される負荷のインピーダンス値であり、ｋは、複数の周波数不変サセプタンスのπ型ネットワークの、個々のサセプタンスの各々のサセプタンス値であり、Ｙ_lは、上記の負荷のアドミタンス値である。

本発明の第４の態様によれば、エンベロープ追跡型の増幅装置であって：本発明の第１の態様に関連して上記で規定した電力増幅装置；および、上記の主要線形増幅器サブ回路のバイアスを制御し、上記の複素スケーリング因子を生成するように構成された、エンベロープ応答プロセッサ；を含む増幅装置が提供される。

エンベロープ応答プロセッサは、バイアス成形器と、インピーダンス成形器とを含むものとされてもよい。

エンベロープ応答プロセッサは、使用時においてエンベロープ検出信号を発生させるように構成された、エンベロープ検出器を含むものとされてもよい。

上記のバイアス成形器は、エンベロープ検出信号を受信し、そのエンベロープ検出信号に応答して、バイアスネットワーク制御信号を発生させるように構成されてもよい。

主要線形増幅器サブ回路は、バイアスネットワーク回路を含むものとされてもよく、そのバイアスネットワーク回路は、バイアス成形器に動作可能に接続されたものであってもよい。

主要線形増幅器サブ回路は、主要駆動回路を含むものとされてもよい。主要駆動回路は、上記のバイアスネットワーク回路を含むものとされてもよい。

装置は、信号スケーリングモジュールをさらに含むものとされてもよく、インピーダンス成形器は、エンベロープ検出信号を受信し、そのエンベロープ検出信号と上記の統合ネットワークのインピーダンスの情報とに応答して複素スケーリング因子を生成するために、信号スケーリングモジュールと協働するように構成されてもよい。

補助線形増幅器サブ回路は、補助駆動回路を含むものとされてもよい。補助駆動回路は、駆動信号発生器に動作可能に接続されてもよい。

本発明の第５の態様によれば、本発明の第１の態様に関連して上記で規定した増幅装置を含む、電力増幅装置が提供される。

本発明の第６の態様によれば、本発明の第１の態様に関連して上記で規定した増幅装置を含む、通信装置が提供される。

本発明の第７の態様によれば、主要駆動信号を増幅する方法であって：主要駆動信号入力端子と、主要増幅器出力端子とを有する、主要増幅器サブ回路を提供する工程；補助駆動信号入力端子と、補助増幅器出力端子とを有する、補助増幅器サブ回路を提供する工程；上記の主要増幅器出力端子と上記の補助増幅器出力端子との間に、統合ネットワークを動作可能に接続する工程；上記の主要駆動信号を主要駆動信号入力端子に適用し、主要線形増幅器サブ回路が、上記の主要駆動信号に応答して主要増幅信号を生成するようになす工程；補助駆動信号を補助駆動信号入力端子に適用し、補助線形増幅器サブ回路が、上記の補助駆動信号に応答して、かつ主要線形増幅器サブ回路と実質的に同時に、インピーダンス修正信号を生成するようになす工程；および、上記の補助線形増幅器サブ回路が、上記の補助駆動信号の各波形サイクルの実質的に半分より多くを増幅する工程；を含む方法が提供される。

本発明の第８の態様によれば、増幅装置であって：主要駆動信号入力端子と、主要増幅器出力端子とを有する、主要線形増幅器サブ回路；補助駆動信号入力端子と、補助増幅器出力端子とを有する、補助線形増幅器サブ回路；および、上記の主要増幅器出力端子と上記の補助増幅器出力端子との間に動作可能に接続された統合ネットワークであって、主要部側端子と補助部側端子とを有する統合ネットワーク；を備え；上記の主要線形増幅器サブ回路が、使用時において、主要駆動信号入力端子に適用された主要駆動信号に応答して、主要増幅信号を発生させるように構成されており；上記の補助線形増幅器サブ回路が、使用時において、複素スケーリング因子によって主要駆動信号と関連付けられている補助駆動信号に応答して、上記の補助部側端子において補助増幅信号を発生させ、それにより、主要増幅器出力端子からの電力の伝達を最大化するように構成されている、増幅装置が提供される。

本発明の第９の態様によれば、増幅器回路を駆動する方法であって：主要駆動信号入力端子と、主要増幅器出力端子とを有する、主要増幅器サブ回路を提供する工程；補助駆動信号入力端子と、補助増幅器出力端子とを有する、補助増幅器サブ回路を提供する工程；上記の主要増幅器出力端子と上記の補助増幅器出力端子との間に、統合ネットワークを動作可能に接続する工程；主要駆動信号を主要駆動信号入力端子に適用する工程；および、補助駆動信号を補助駆動信号入力端子に適用する工程；を含み；上記の補助駆動信号が、複素スケーリング因子によって上記の主要駆動信号と関連付けられているものである；方法が提供される。

このようにして、増幅器サブ回路から、たとえばアンテナである負荷への、最適な電力伝達を可能とする装置および方法を提供することが可能となる。この装置および方法は、最適な電力伝達を実現するにあたり、可変の受動素子の使用を回避し、それにより電力の損失を軽減する。さらに、電力伝達を最適となすための適合化は、デジタル領域内、たとえばベースバンド集積回路内において、適用することができる。

使用者端末ユニットが通信ネットワークの一部において動作している様子を示した模式図 図１の使用者端末機器の模式図 図１の使用者端末機器のトランシーバの一部をより詳細に示した模式図 図３のトランシーバの増幅装置であって、本発明の１つの実施形態を構成する増幅装置の模式図 図４の増幅装置の統合ネットワークの模式図 本発明の別の１つの実施形態を構成する、信号を増幅する方法のフローチャート 本発明のさらに別の１つの実施形態を構成する、変更例に係る駆動信号発生器であって、図４の増幅装置と組み合わせてエンベロープ追跡のために用いられる駆動信号発生器の模式図 本発明のさらに別の１つの実施形態を構成する、信号を増幅する別の方法のフローチャート 本発明のさらに別の１つの実施形態を構成する、直交ハイブリッド結合から形成された統合ネットワークの模式図

以下、本発明の少なくとも１つの実施形態を、添付の図面を参照しながら説明するが、これは単なる例示である。以下の説明全体を通して、類似の部分を特定するのに同一の参照番号が使用される。疑念を避けるために述べると、ここでいう「線形増幅器」は、線形動作モードで動作する増幅器、または線形動作モードで動作するように設計された増幅器を意味するものとして理解されるべきである。

図１を参照すると、無線通信システム、たとえばＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）通信システム１００において、ある地理的領域をカバーする無線通信アクセスを提供するように配置された複数のセルにより、通信ネットワークがサポートされている。この例では、説明を単純かつ簡潔にするために、１つのセルのみが示されている。しかしながら、当業者であれば、通常は、通信ネットワーク全体に亘って、より多くの数のセルが敷設されていることを理解するであろう。ここで、セル１０２は、ＬＴＥ通信システム１００においてはｅＮｏｄｅＢ（ｅｖｏｌｖｅｄ Ｎｏｄｅ Ｂ）１０４と呼ばれる、基地局によりサポートされている。ｅＮｏｄｅＢ １０４は、大気インターフェースを介して、通信装置、たとえばＵＥ（Ｕｓｅｒ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；使用者端末）ユニット１０６と無線通信することができる。ｅＮｏｄｅＢ １０４は、ＥＰＣ（Ｅｖｏｌｖｅｄ Ｐａｃｋｅｔ Ｃｏｒｅ）１０８に、動作可能に接続されている。しかしながら、ここで説明する例はＵＥユニット１０６に関するものであるので、説明を明確かつ簡潔にするために、無線通信ネットワークのインフラに関するさらなる詳細は、ここでは説明しない。

図２に移ると、ＬＴＥ通信システム内で動作する使用者端末（ＵＥ）機器１０６／２００は、処理リソース２０２を含んでおり、この処理リソース２０２は、この例では、セルラー通信端末のチップセットである。処理リソース２０２は、送信機チェーン２０４と受信機チェーン２０６とを含むトランシーバに接続されており、これらの送信機チェーン２０４および受信機チェーン２０６は、以下では「デュプレクサ」２０８と呼ぶ、双方向通信化要素２０８に接続されている。デュプレクサ２０８は、アンテナ２１０に接続されている。

ＵＥユニット２００はまた、たとえばＲＡＭ ２１２である揮発性メモリと、たとえばデジタルメモリ２１４である不揮発性メモリとを有しており、これらはそれぞれ処理リソース２０２に接続されている。処理リソース２０２はさらに、マイク２１６、スピーカーユニット２１８、キーパッド２２０およびディスプレイ２２２にも接続されている。当業者であれば、上記で述べたＵＥユニット２００のアーキテクチャは、たとえば複数のアンテナといった他の要素も含んでいるが、それらの追加の要素は、説明を明確かつ簡潔に維持するために、ここでは詳細に説明しなかったことを理解するであろう。

送信機チェーン２０４および受信機チェーン２０６は、ハードウェアサブシステムによりサポートされている。送信機チェーン２０４および受信機チェーン２０６はトランシーバの一部であり、さらにそのトランシーバはＵＥユニット２００のモデムの一部である。モデムは、たとえばＬＴＥ規格で規定されているＳＣ−ＦＤＭＡ上りリンク通信方式に準拠する無線ネットワークアクセスのような、無線ネットワークアクセスを提供するように構成されている。しかしながら、ここで説明する例は、特記した規格および通信システムに限定されるとみなされるべきものではない点を理解されたい。ここで説明する例では、モデムとの用語は、あらゆる適切な信号変調および／または復調装置を包含するものと理解されるべきである。ハードウェアサブシステムは、他のサブシステムと共に送信機チェーン２０４および／または受信機チェーン２０６に寄与する、ハードウェアおよび／またはソフトウェア要素の集合である。

図３を参照すると、その一部が示されているハードウェアサブシステム３００は、ＳＣ−ＦＤＭＡ通信方式に準拠して構成されており、ベースバンド処理要素と、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；無線周波数）処理要素とを含んでいる。これら処理要素の一部または全部は、それぞれベースバンドＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）３０２およびＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；無線周波数）ＩＣ３０４によってサポートされ得る。ＲＦ処理要素は、送信機チェーン２０４および受信機チェーン２０６をサポートするために、ＲＦ処理リソースを構成している。この例では２つの別個のＩＣ、すなわちベースバンドＩＣ ３０２とＲＦ ＩＣ ３０４とが採用されているが、当業者であれば、ＲＦおよびベースバンド処理要素が単一のＩＣとして実装されるような、他の実装形態も可能であることを理解するであろう。ＲＦ処理要素は、複数のステージに構成された機能要素を含む。送信機チェーン２０４に関していえば、ＲＦ処理要素は、周波数のベースバンド域周辺（すなわちゼロ周波数）を中心とする受信されたデジタル信号を、キャリア信号上に変調するように構成された機能要素である。

ベースバンド処理要素は、複数のステージに構成された機能要素を含む。送信機チェーン２０４に関していえば、ベースバンド処理要素は、周波数のベースバンド域内の信号がアナログ領域に移行されキャリア周波数上に上方変換されるのに先立って、その周波数のベースバンド域内の信号を処理するように構成されている。ここで説明する例は受信機チェーン２０６には関係しないので、説明を簡潔に維持するため、ここでの説明は送信機チェーン２０４の説明に留める。

ベースバンド処理要素の一部は、同相（Ｉ）信号入力部ならびに直交（Ｑ）信号入力部および信号スケーリングモジュール３０７を有する、駆動信号発生器３０６をサポートしている。この例および本明細書で説明する他の例においては、ベースバンド処理の一部のみが説明されるが、これは、ベースバンド処理の他の要素は、当業者であれば容易に理解するものであるところ、ここで説明する例において詳述される独創的な概念の理解には関連しないものであるためである。したがって、そのような他の要素は、ここではより詳しく説明せず、よって、本明細書に含まれる例は、ベースバンド処理要素により既に生成されたＩ信号およびＱ信号であって、ＲＦ処理要素による電力増幅をサポートするために後でさらなる処理を受けることとなるＩ信号およびＱ信号に関連してのみ、説明される。

駆動信号発生器３０６の第１の出力部３０８、および駆動信号発生器３０６の第２の出力部３１０は、ＲＦ処理要素によりサポートされているトランシーバの送信機チェーン２０４の、一部に接続されている。この例では、送信機チェーン２０４は、主要上方変換チェーン３１２と、補助上方変換チェーン３１４とをサポートしている。この点に関し、主要なＩおよびＱ信号の信号経路が第１の出力部３０８から主要上方変換チェーン３１２へと延び、補助的なＩおよびＱ信号の信号経路が第２の出力部３１０から補助上方変換チェーン３１４へと延びた構成となるように、第１の出力部３０８は主要上方変換チェーン３１２に動作可能に接続されており、第２の出力部３１０は補助上方変換チェーン３１４に動作可能に接続されている。

まず主要上方変換チェーン３１２を参照すると、第１の出力部３０８は、主要デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ；Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇｕｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）要素３２０の入力部に接続されており、その主要ＤＡＣ要素３２０のアナログＩ出力およびアナログＱ出力は、主要送信信号ミキサ要素３２２のＩおよびＱ送信信号入力部に動作可能に接続されている。主要送信信号ミキサ要素３２２は、二位相送信局部発振器からの信号を受信するための、主要二位相送信局部発振器入力部３２４を有する。主要送信信号ミキサ要素３２２の出力部は、詳細については後で詳しく述べる、電力増幅装置３３２の主入力部３３１に動作可能に接続されている。電力増幅装置３３２は、ハードウェアサブシステムの一部として実装されており、ハードウェアサブシステムの一構成要素であると捉えることができる。当業者であれば、電力増幅要素３３２は、必ずしもＲＦ ＩＣ ３０４の一部として実装される必要はなく、ＲＦ ＩＣ ３０４によりサポートされる送信機チェーンの各部とは別個に設けられてもよいが、送信機チェーン２０４内の適切な点において送信機チェーン２０４に接続されることを理解するであろう。電力増幅要素３３２の出力部は、デュプレクサ２０８の送信側ポート３３８に動作可能に接続されている。デュプレクサ２０８のアンテナ側ポート３４０は、アンテナ２１０に動作可能に接続されている。デュプレクサ２０８の受信側ポート３４２は、受信機チェーン２０６に動作可能に接続されているが、既に述べた理由により、受信機チェーン２０６のさらなる詳細についてはここでは説明しない。

補助上方変換チェーン３１４の説明に移ると、第２の出力部３１０は、補助デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ；Ｄｉｇｉｔａｌ−ｔｏ−Ａｎａｌｏｇｕｅ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）要素３４８の入力部に接続されており、その補助ＤＡＣ要素３４８の出力部は、補助送信信号ミキサ要素３５０のＩおよびＱ補助送信信号入力部に動作可能に接続されている。補助送信信号ミキサ要素３５０は、上記の（同一の）二位相送信局部発振器からの信号を受信するための、補助二位相送信局部発振器入力部３５２を有する。補助送信信号ミキサ要素３５０の出力部は、電力増幅要素３３２の補助入力部３５７に動作可能に接続されている。

図３に示すように、主要なＩならびにＱ信号の信号経路、および補助的なＩならびにＱ信号の信号経路は、駆動信号発生器３０６から、電力増幅要素３３２により増幅される信号への上方変換のために用いられる、主要送信信号ミキサ要素３２２および補助送信信号ミキサ要素３５０へと延びている。当業者であれば、当然ながら、上方変換は、たとえば複数のステージで実装するといった、多数の異なる方法で実装可能であることを理解するであろう。

主要上方変換チェーン３１２と補助上方変換チェーン３１４とはいずれも、必要な増幅を実現するために、追加のアナログゲイン段を含んでいてもよい点に留意されたい。これらのゲイン段は、制御可能なゲイン段であってもよい。加えて、当業者であれば、それぞれのチェーン内における種々のステージ（段）における信号は、選択された実装形態に応じて、シングルエンド信号であってもよいし、差分信号であってもよいことを理解するであろう。

アナログ領域またはデジタル領域で補助駆動信号を発生させるためのサポート構成を含む図４を参照すると、電力増幅要素３３２の主入力部３３１および電力増幅要素３３２の補助入力部３５７は、上記で述べたように、主要送信信号ミキサ要素３２２の出力部、および補助送信信号ミキサ要素３５０の出力部に、それぞれ接続されている。１つの実施形態では、ＲＦ信号源が主入力部３３１および補助入力部３５７に接続されていると考えることもできるが、補助入力部３５７に関していえば、信号源の出力は、補助入力部に適用されるのに先立って、概念上、複素スケーリングαにかけられる。複素スケーリング因子αの適用を担う処理要素は、図３に関連して上記で説明した。実際には、信号スケーリングモジュール３０７を含まない駆動信号発生器３０６と、主要上方変換チェーン３１２とが、信号源を構成し、一方、駆動信号発生器３０６と、信号スケーリングモジュール３０７と、補助上方変換チェーン３１４とが、修正された信号源を提供する。この例では、信号スケーリングモジュール３０７はベースバンド処理要素によりサポートされており、したがって、複素スケーリング因子の計算および適用は、デジタル信号処理演算となる。しかしながら、当業者であれば、他の実装形態ではアナログ領域において複素スケーリングを適用することも可能である点を理解するであろう。

電力増幅要素３３２は、主要駆動信号入力端子を構成する主入力部３３１を有する、主要線形増幅器サブ回路４０２を含んでいる。電力増幅要素３３２はまた、補助駆動信号入力端子を構成する補助入力部３５７を有する、補助線形増幅器サブ回路４０４も含んでいる。主要線形増幅器サブ回路４０２はまた、主要増幅器出力端子４０６を含んでおり、補助線形増幅器サブ回路４０４は、補助増幅器出力端子４０８を含んでいる。電力増幅要素３３２は、主要増幅器出力端子４０６と補助増幅器出力端子４０８との間に動作可能に接続された、統合ネットワーク４１０を含んでいる。

この例では、主要線形増幅器サブ回路４０２は、主入力部３３１に動作可能に接続された入力部と、主要増幅デバイス（たとえば、主要ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；電界効果トランジスタ）４１４等の主要トランジスタ）に動作可能に接続された出力部とを有する、主要駆動ネットワーク４１２を含んでいる。ここで、主要駆動ネットワーク４１２の出力部は、主要ＦＥＴ ４１４のゲート端子に接続されている。主要ＦＥＴ ４１４のドレイン端子は、主要増幅器出力端子４０６と供給レール４１６との間に接続された主インダクタンス４１８を介して、供給レール４１６に動作可能に接続されている。主コンデンサ４２０が、主要増幅器出力端子４０６と接地電位４２２との間に接続されている。主インダクタンス４１８と主コンデンサ４２０とが協働して、主要「タンク」サブ回路を構成する。したがって、主コンデンサ４２０の１つの端子と、主インダクタンス４１８の１つの端子と、主要増幅器出力端子４０６とは、統合ネットワーク４１０の主要部側端子４２４に接続される。主要ＦＥＴ ４１４のソース端子は、接地電位４２２に接続されている。当業者であれば理解するように、主要駆動ネットワーク４１２は、主要ＦＥＴ ４１４の動作と関連付けられたパラメータ（たとえば、動作点およびバイアス電圧といった、主要ＦＥＴ ４１４の増幅等級）を設定するように構成されている。主要駆動ネットワーク４１２はまた、電力増幅要素３３２の用途により要求される態様で適用される信号を、主要ＦＥＴ ４１４が増幅することを可能とするために、主入力部３３１において適用される信号を調整する役割も担う。

同様に、補助線形増幅器サブ回路４０４は、補助入力部３５７に動作可能に接続された入力部と、補助増幅デバイス（たとえば、補助ＦＥＴ ４２８等の補助トランジスタ）に動作可能に接続された出力部とを有する、補助駆動ネットワーク４２６を含んでいる。ここで、補助駆動ネットワーク４２６の出力部は、補助ＦＥＴ ４２８のゲート端子に接続されている。補助ＦＥＴ ４２８のドレイン端子は、補助増幅器出力端子４０８と供給レール４１６との間に接続された補助インダクタンス４３０を介して、供給レール４１６に動作可能に接続されている。補助ＦＥＴ ４２８のソース端子は、接地電位４２２に接続されている。補助コンデンサ４３２が、補助増幅器出力端子４０８と接地電位４２２との間に接続されている。補助インダクタンス４３０と補助コンデンサ４３２とが協働して、補助「タンク」サブ回路を構成する。補助コンデンサ４３２の１つの端子と、補助インダクタンス４３０の１つの端子と、補助増幅器出力端子４０８とは、統合ネットワーク４１０の補助部側端子４３４に接続される。負荷を構成するアンテナ２１０も、統合ネットワーク４１０の補助部側端子に動作可能に接続されている。当業者であれば理解するように、補助駆動ネットワーク４２６は、補助ＦＥＴ ４２８の動作と関連付けられたパラメータ（たとえば、動作点およびバイアス電圧といった、補助ＦＥＴ ４２８の増幅等級）を設定するように構成されている。補助駆動ネットワーク４２６はまた、電力増幅要素３３２の用途により要求される態様で適用される信号を、補助ＦＥＴ ４２８が増幅することを可能とするために、補助入力部３５７において適用される信号を調整する役割も担う。

上記の例では、主要線形増幅器サブ要素４０２と、補助線形増幅器サブ要素４０４とは、それぞれが１つのＦＥＴを含み、Ａ級増幅器として構成されていた。しかしながら、上記の例では当然ながら増幅器同士は同一等級のものであるが、当業者であれば、主要線形増幅器サブ要素４０２および補助線形増幅器サブ要素４０４はいずれも、互いに同一の等級でなくてもよい別の等級の増幅器として構成されてもよい点を理解するであろう。主要線形増幅器サブ要素４０２は、Ａ級、Ａ／Ｂ級またはＢ級増幅器として構成されてもよい。同様に、補助増幅器サブ要素４０４も、Ａ級、Ａ／Ｂ級またはＢ級増幅器として構成されてもよい。また、本明細書で説明する例は電界効果デバイスを採用しているが、たとえばバイポーラトランジスタのような、他のデバイス技術を採用してもよい点を理解されたい。

当業者であれば、増幅装置３３２の構成は、いわゆるドハティ増幅器構成に類似の点があることに気付くであろう。しかしながら、上記で述べたように、補助増幅器サブ要素が、既知のドハティ構成とは異なる態様で構成および駆動されており、とりわけ、補助増幅器サブ要素がＣ級ではなく線形モードで動作する点において、既知のドハティ構成とは異なる。

最後に、電力増幅要素は、この例では主要駆動ネットワーク４１２と補助駆動ネットワーク４２６とのバイアスパラメータを設定するためのバイアス制御入力部である、増幅器制御入力部３３４も含む点に留意されたい。この点に関し、図４には図示されていないが、主要駆動ネットワークは、主要ＦＥＴ ４１４をバイアスするためのバイアスネットワークを含んでおり、補助駆動ネットワーク４２６は、補助ＦＥＴ ４２８をバイアスするための別のバイアスネットワークを含んでいる。しかしながら、実装態様の好みに応じて、増幅器制御入力部３３４は、上記に加えてまたは上記に代えて、他の制御データ（たとえば増幅器のゲイン）を増幅要素３３２に伝達するために使用されてもよい。この例ではバイアスパラメータは変化しないが、後述する例では、信号のエンベロープに応答してバイアスパラメータが変化させられる。

図５に移ると、統合ネットワーク４１０は、この例ではアドミタンスインバータ５００である。アドミタンスインバータ４１０は、第１のサセプタンス５０２、第２のサセプタンス５０４および第３のサセプタンス５０６を含む、複数の周波数不変サセプタンスのπ型ネットワークとして実装される。第１および第３のサセプタンスの値は−ｊｋであり、第２のサセプタンスの値はｊｋである。

統合ネットワーク４１０のπ型ネットワークのアドミタンス行列Ｙ_invは、

と表すことができる。

しかしながら、測定により特定可能な負荷２１０のアドミタンスＹ_lの存在のため、上記のアドミタンス行列は、以下の「拡大された」アドミタンス行列Ｙ_augになるように修正することができる。

補助部側端子４３４における電圧変化の影響を特定できるようにするため、アドミタンスとインピーダンスとの間の逆数関係に基づき、等価インピーダンス行列Ｚ_augを以下のように記述することができる。

したがって、統合ネットワーク４１０のポートにおける電圧は、オームの法則を用いて、

により導き出すことができる。

上記式より、ポートにおける電圧は、

と表すことができる。

すなわち、主要線形増幅器サブ回路４０２に提供される入力インピーダンスＺ₁は、

である。

また、補助線形増幅器サブ回路４０４に提供される入力インピーダンスＺ₂は、

である。

上記から看取できるように、補助線形増幅器サブ回路４０４には固定のリアクタンスが提供され、この固定のリアクタンスは、実質的に統合ネットワーク４１０の特性インピーダンスである。

主要線形増幅器サブ回路４０２には、負荷線路インピーダンスＺ₀が提供されなくてはならないので、負荷２１０への最適な電力伝達については、

である。

この数式表現を整理すると、複素スケーリング因子αを表す式として、

が導かれ、この式は、必要に応じて複素スケーリング因子αを計算するために、駆動信号発生器３０６によって使用される。

実際の動作においては（図６）、駆動信号発生器３０６は、予め規定されたインピーダンスＺ₀により予めプログラムされ、この予め規定されたインピーダンスＺ₀は、アンテナ２１０のアドミタンスＹ_lが付与された状況で主要線形増幅器サブ回路４０２からアンテナ２１０への電力伝達を最大限に高めるため、主要線形増幅器サブ回路４０２に提供される必要がある。この情報を利用して、信号スケーリングモジュール３０７は、上記で導出された式（１）を用いて、複素スケーリング因子αを計算する（ステップ６００）。

駆動信号発生器３０６は、アンテナ２１０からの放射のために意図されたデジタル送信信号の、同相成分および直交位相成分を受信する（ステップ６０２）。説明を明確および簡潔にするため、デジタル送信信号は、他のすべての必要な点において、当業者には容易に理解されるようにしてベースバンド処理要素により既に処理されているものとする。事実上、ベースバンド処理要素内の共通の送信信号源（たとえば上記で述べた他の先行するベースバンド処理ステージを完了した後の出力）に由来して供給された同相成分および直交位相成分を、主要信号経路および補助信号経路にそれぞれ供給するために、駆動信号発生器３０６は、デジタル送信信号を複製する（ステップ６０４）。駆動信号発生器３０６は、上記で計算した複素スケーリング因子αを用いて、デジタル領域内において上記のデジタル送信信号の複製されたＩ成分およびＱ成分に複素スケーリング因子αを適用する（ステップ６０６）ことにより、複製されたデジタル送信信号のスケーリングおよび位相シフトを行う。以下、デジタル送信信号と、そのスケーリングされた複製とを、それぞれ主要駆動信号および補助駆動信号と呼ぶ。

その後、主要駆動信号と補助駆動信号とは、駆動信号発生器３０６により、ＲＦ処理要素へと、具体的にはそれぞれ主要上方変換チェーン３１２および補助上方変換チェーン３１４へと出力され（ステップ６０８）、そこで、主要駆動信号と補助駆動信号とがそれぞれ電力増幅要素３３２の主入力部３３１および補助入力部３５７に適用されるのに先立って、主要駆動信号および補助駆動信号が上方変換される（ステップ６１０）。主要上方変換チェーン３１２および補助上方変換チェーン３１４の構造の動作は当業者にはよく知られた事項であるので、説明を明確かつ簡潔にするため、これらの要素の動作については、本明細書ではさらに詳しくは説明しない。

主要駆動信号および補助駆動信号は、この段階ではアナログ領域内にあるが、上記で述べたように主要線形増幅器サブ回路４０２および補助線形増幅器サブ回路４０４にそれぞれ適用される。主要線形増幅器サブ回路４０２および補助線形増幅器サブ回路４０４への主要駆動信号および補助駆動信号の適用は、実質的に同時に行われ、その結果（ステップ６１２、６１４）、主要駆動信号を増幅する主要増幅器サブ回路４０２の主要ＦＥＴ ４１４は、増幅された主要信号を生成し、補助駆動信号を増幅する補助増幅器サブ回路４０４の補助ＦＥＴ ４２８は、スケーリングされた主要駆動信号である補助駆動信号を、増幅する。補助増幅器サブ回路４０４は、線形増幅器（たとえばＡ級増幅器）として構成されているので、補助駆動信号の各波形サイクルの実質的に半分より多くを増幅する。補助線形増幅器サブ回路４０４は、補助駆動信号に応答して、統合ネットワーク４１０の補助部側端子４３４においてインピーダンス修正信号を発生させ、このインピーダンス修正信号は、アンテナ２１０のアドミタンスＹ_lとの組合せにより、上記の式（１）に従って、最適なインピーダンスＺ₀を主要線形増幅器サブ回路４０２に提供する。インピーダンス修正信号は、実際には、主要線形増幅器サブ回路４０２に提供されるインピーダンスを修正し、それにより、主要線形増幅器サブ回路４０２の主要出力端子４０６からの電力伝達を最大化する。したがって、アンテナ２１０に電力が伝達される効率が改善される。

図３に戻って参照すると、上記の増幅装置３３２の性能は、エンベロープ追跡を実装することにより改善することができる。この例では、駆動信号発生器３０６は、この例ではバイアス制御入力部である増幅器制御入力部３３４を介して、増幅装置３３２に動作可能に接続される。しかしながら、実装態様の好みに応じて、増幅器制御入力部３３４は、上記に加えてまたは上記に代えて、他の制御データ（たとえば増幅器のゲイン）を増幅要素３３２に伝達するために使用されてもよい。

図７に移ると、電力増幅装置３３２がいわゆるエンベロープ追跡をサポートすることを可能とするために、駆動信号発生器３０６は、信号スケーリングモジュール３０７に加えて、駆動信号発生器３０６の同相入力および直交入力に動作可能に接続されたエンベロープ検出器４４０を含むものとされている。エンベロープ検出器４４０の出力部は、バイアス成形器４４２の入力部と、インピーダンス成形器４４４の入力部とに接続されている。インピーダンス成形器４４４の出力部は、信号スケーリングモジュール３０７に動作可能に接続されている。エンベロープ検出器４４０、バイアス成形器４４２、およびインピーダンス成形器４４４は、協働してエンベロープ応答プロセッサを構成する。バイアス成形器４４２は、予め規定されたバイアス成形データ（たとえばバイアス成形テーブルのデータ）を含んでおり、インピーダンス成形器４４４は、予め規定されたインピーダンス成形データ（たとえばインピーダンス成形テーブルのデータ）を含んでいる。

この例では、バイアス成形器４４２の出力部は、主要駆動ネットワーク４１２のバイアスネットワークをプログラムするために、主要駆動ネットワーク４１２に動作可能に接続されている。

実際の動作においては（図８）、駆動信号発生器３０６は、アンテナ２１０からの放射のために意図されたデジタル送信信号の、同相成分および直交位相成分を、一次信号源を構成するベースバンド処理要素内の共通の送信信号源から受信する（ステップ７００）。説明を明確および簡潔にするため、デジタル送信信号は、他のすべての必要な点において、当業者には容易に理解されるようにしてベースバンド処理要素により既に処理されているものとする。エンベロープ検出器４４０は、同相および直交信号成分に応答して、任意の適切な既知の技術（たとえば同相および直交成分の自乗、加算および平滑化）を用いて、エンベロープ検出信号を生成する（ステップ７０２）。デジタル送信信号のエンベロープの尺度であるエンベロープ検出信号は、バイアス成形器４４２およびインピーダンス成形器４４４に伝達される。

エンベロープ追跡を実行するために、この例では、主要線形増幅器サブ回路４０２への供給電圧が、固定の最大供給電圧値に設定される。負荷２１０に供給される電力を変化させるために、補助駆動信号を修正するべく、信号スケーリングモジュール３０７により設定される複素スケーリング因子αを用いて、負荷線路インピーダンスが修正される。しかしながら、主要ＦＥＴ ４１４のドレインにおける電圧の振れ、したがって主要増幅器出力端子４０６における電圧の振れが、装置の動作閾値と、サポートされている全電力レベルのための供給電圧値の約２倍までの値との、間の範囲内となるよう保障することが必要である。当業者であれば理解するように、このことは、たとえば、主要ＦＥＴ ４１４のバイアスを、検出されたエンベロープを追跡するように設定することにより達成され得る。バイアスの変更は、主要駆動ネットワーク４１２のバイアスネットワークによりもたらされる。必要とされるバイアスは、増幅器の実装形態に依存するものであり、上記で述べたバイアス成形テーブル内に記憶され得る点に留意されたい。当業者であれば、主要駆動ネットワーク４１２を用いて、主要ＦＥＴ ４１４の動作点を設定することも可能である点を理解するであろう。

したがって、バイアス成形器４４２は、予め記憶されたバイアス成形テーブルのデータを用いて、所望の装置バイアス電流を実現するためのバイアスネットワーク制御信号を生成する（ステップ７０４）。インピーダンス成形器４４４は、エンベロープの測定に応答して、補助駆動信号を発生させるために適用される複素スケーリング因子αを生成する（ステップ７０６）ために、予め記憶されたインピーダンス成形テーブルのデータを使用して、信号スケーリングモジュール３０７と協働する。この点に関し、インピーダンス成形データは上記の式（１）から導出され、ここで、予め規定されたインピーダンスＺ₀は、所望の電力レベルに依存して変化するものと想定される。

駆動信号発生器３０６は、デジタル送信信号を複製する（ステップ７０８）。駆動信号発生器３０６の信号スケーリングモジュール３０７は、上記で計算した複素スケーリング因子αを用いて、複製されたデジタル送信信号のＩ成分およびＱ成分に複素スケーリング因子αを適用する（ステップ７１０）ことにより、複製されたデジタル送信信号のスケーリングを行う。以下、デジタル送信信号と、そのスケーリングされた複製とを、それぞれ主要駆動信号および補助駆動信号と呼ぶ。

その後、主要駆動信号と補助駆動信号とは、駆動信号発生器３０６により、ＲＦ処理要素へと、具体的にはそれぞれ主要上方変換チェーン３１２および補助上方変換チェーン３１４へと出力され（ステップ７１２）、そこで、主要駆動信号と補助駆動信号とがそれぞれ電力増幅要素３３２の主入力部３３１および補助入力部３５７に適用されるのに先立って、主要駆動信号および補助駆動信号が上方変換される（ステップ７１４）。主要上方変換チェーン３１２および補助上方変換チェーン３１４の構造の動作は当業者にはよく知られた事項であるので、説明を明確かつ簡潔にするため、これらの要素の動作については、本明細書ではさらに詳しくは説明しない。

上記で生成されたバイアスネットワーク制御信号はまた、主要線形増幅器サブ回路４１２のバイアスネットワークに、同調して適用される（ステップ７１６）。主要駆動信号および補助駆動信号は、この段階ではアナログ領域内にあるが、上記で述べたように主要線形増幅器サブ回路４０２および補助線形増幅器サブ回路４０４にそれぞれ適用される。主要線形増幅器サブ回路４０２および補助線形増幅器サブ回路４０４への主要駆動信号および補助駆動信号の適用は、実質的に同時に行われ、その結果（ステップ７１８、７２０）、主要駆動信号を増幅する主要増幅器サブ回路４０２の主要ＦＥＴ ４１４は、増幅された信号を生成し、補助駆動信号を増幅する補助増幅器サブ回路４０４の補助ＦＥＴ ４２８は、スケーリングされた主要駆動信号である補助駆動信号を、増幅する。しかしながら、主要線形増幅器サブ回路４０２のバイアス電圧は、バイアスネットワーク制御信号により修正され、これは、エンベロープと実質的に同調した態様で、主要ＦＥＴ ４１４のバイアス電流を修正する。こうして、上記したように、主要ＦＥＴ ４１４のドレイン端子における電圧の振れは一定のままとなるが、装置はその閾値近くにおいて動作している状態となる。しかしながら、主要線形増幅器サブ回路４０２に提供されるインピーダンスを変化させることにより、アンテナ２１０に伝達される電力は変化させられる。

ここで、補助増幅器サブ回路４０４は、線形増幅器（たとえばＡ級増幅器）として構成されているので、補助駆動信号の各波形サイクルの実質的に半分より多くを増幅する。補助線形増幅器サブ回路４０４は、補助駆動信号に応答して、統合ネットワーク４１０の補助部側端子４３４においてインピーダンス修正信号を発生させ、このインピーダンス修正信号は、アンテナ２１０のアドミタンスＹ_iとの組合せにより、インピーダンス成形データの内容に従って、所望のインピーダンスを主要線形増幅器サブ回路４０２に提供する。インピーダンス修正信号は、実際には、主要線形増幅器サブ回路４０２に提供されるインピーダンスを、エンベロープの変化に同調させて修正し、それにより、主要線形増幅器サブ回路４０２の主要出力端子４０６からの電力伝達を、所望のレベルにおいて最適化する。したがって、アンテナ２１０に電力が伝達される効率が改善される。主要増幅器サブ回路４０２による電力使用量が、増幅され放射される信号のエンベロープを追跡するように、上記の処理ステップ（ステップ７００から７２０）が繰り返される。

別の例では、統合ネットワーク４１０は、直交ハイブリッド結合を用いて形成することができる。図９を参照すると、直交ハイブリッド結合５１０は、第１のポート５１２、第２のポート５１４、第３のポート５１６および第４のポート５１８を含んでいる。第１のポート５１２と第２のポート５１４とは、第１の共役ポート対を構成し、第３のポート５１６と第４のポート５１８とは、第２の共役ポート対を構成する。当業者であれば、直交ハイブリッド結合のすべてのポートが整合させられている場合には、１つのポートに入射する信号は、共役ポートから隔絶され、他の２つのポート間において位相が直交するように等しく分割されることを理解するであろう。直交ハイブリッド結合は、たとえば結合された複数の送信線路構造または集中素子ネットワークを用いて、形成することができる。この例では、主要線形増幅器サブ回路４０２の出力は第１のポート５１２に適用され、補助線形増幅器サブ回路４０４の出力は第２のポート５１４に適用される。第３のポート５１６は開放回路の状態のままとされ、第４のポート５１８はアンテナ２１０に接続される。たとえば標準的なインピーダンス行列計算方法を適用することにより、主要線形増幅器サブ回路４０２により看取されるインピーダンスを、必要な負荷線路インピーダンスＺ₀に設定するための、スケーリング因子αの表現が導出可能であることが示され、

である。ここで、Ｙ_Lはアンテナ２１０の負荷アドミタンスであり、Ｚ_Cは、ハイブリッド結合５１０の特性インピーダンスである。

当業者であれば、上記で説明した実装形態は、添付の特許請求の範囲の技術的範囲内において考えられる様々な実装形態の、いくつかの例に過ぎないことを理解するであろう。実際、上記の説明全体を通して、デジタル領域内における複素スケーリング因子の適用について言及してきた。しかしながら、上記でも示したように、複素スケーリング因子は、アナログ領域内において適用されてもよい。また、当業者であれば、上記で説明したアーキテクチャは単純化された形式のものであり、図示され説明された回路構成は、所望の増幅用途のための他の要素および技術を採用したものであってもよく、また通常はそのような他の要素および技術を採用したものである点も理解するであろう。しかしながら、必要な要素および技術は当業者であれば容易に理解するものであるところ、ここで説明する例において詳述される独創的な概念の理解には関連しないものであるためであるので、説明を明確および簡潔にするため、そのような要素については、さらに詳しくは説明しなかった。

増幅装置およびそれに関連する方法の用途は、通信装置に限定されるとみなされるべきではなく、当業者であれば、増幅装置および／またはそれに関連する方法は、あらゆる他の適切な増幅用途のためにも用いられ得る点を理解するであろう。実際、上記の例は、３ＧＰＰ ＬＴＥ通信規格、とりわけＳＣ−ＦＤＭＡ変調方式との関連で説明してきたが、当業者であれば、増幅装置およびそれに関連する方法については、たとえば、他のセルラー通信規格や、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）規格のような短距離無線接続規格や、放送用送信器といった、多くの他の通信装置、方式および規格に関連する用途も見出すことができる点を理解するであろう。

上記の実施形態のシステムおよび方法は、説明したような構造的要素およびユーザインタラクションに加えて、コンピュータシステム（とりわけコンピュータハードウェア）内や、特定用途向けに製造または適合化された集積回路内にも、実装することができる。

「コンピュータ読取可能な媒体」との用語は、これに限定されるものではないが、コンピュータまたはコンピュータシステムにより直接的に読取りおよびアクセスを行うことができる、任意の媒体を含むものである。媒体は、これに限定されるものではないが、
− フロッピーディスク、ハードディスク記憶媒体、ならびに磁気テープのような、磁気記憶媒体、
− 光ディスクもしくはＣＤ−ＲＯＭのような光記憶媒体、
− ＲＡＭ、ＲＯＭならびにフラッシュメモリを含むメモリのような、電気記憶媒体、および
− 磁気／光記憶媒体のような、上記の各媒体のハイブリッドもしくは組合せ、
を含み得る。

以上、本発明の具体的な例を説明してきたが、当業者であれば、多くの等価な変更形態およびバリエーションが可能である点を理解するであろう。したがって、上記で説明した本発明の例示的な実施形態は、説明目的のものであり、限定目的のものではないと捉えられる。本発明の精神および技術的範囲から逸脱することなく、説明した実施形態に様々な変更を加えることができる。

１００ ＬＴＥ通信システム
１０６、２００ ＵＥユニット
２０２ 処理リソース
２０４ 送信機チェーン
２０６ 受信機チェーン
２０８ デュプレクサ
２１０ アンテナ
３００ ハードウェアサブシステム
３０２ ベースバンドＩＣ
３０４ 無線周波数ＩＣ
３０６ 駆動信号発生器
３０７ 信号スケーリングモジュール
３１２ 主要上方変換チェーン
３１４ 補助上方変換チェーン
３２０ 主要デジタル−アナログ変換器
３２２ 主要送信信号ミキサ要素
３３１ 主要駆動信号入力端子
３３２ 電力増幅装置／電力増幅要素
３３４ 増幅器制御入力部
３４８ 補助デジタル−アナログ変換器
３５０ 補助送信信号ミキサ要素
３５７ 補助駆動信号入力端子
４０２ 主要線形増幅器サブ回路
４０４ 補助線形増幅器サブ回路
４０６ 主要増幅器出力端子
４０８ 補助増幅器出力端子
４１０ 統合ネットワーク
４２４ 主要部側端子
４３４ 補助部側端子

Claims (20)

1. 主要駆動信号入力端子と、主要増幅器出力端子とを有する、主要線形増幅器サブ回路、
   補助駆動信号入力端子と、補助増幅器出力端子とを有する、補助線形増幅器サブ回路、および
   前記主要増幅器出力端子と前記補助増幅器出力端子との間に動作可能に接続された統合ネットワークであって、主要部側端子と補助部側端子とを有する統合ネットワーク、
   を備えた増幅装置であって、
   前記主要線形増幅器サブ回路が、使用時において、前記主要駆動信号入力端子に適用された主要駆動信号に応答して、主要増幅信号を発生させるように構成されており、
   前記補助線形増幅器サブ回路が、使用時において、補助駆動信号に応答して、かつ前記主要線形増幅器サブ回路が前記主要増幅信号を発生させるのと実質的に同時に、前記補助部側端子においてインピーダンス修正信号を発生させるように構成されており、さらに、前記補助線形増幅器サブ回路は、前記補助駆動信号の各波形サイクルの実質的に半分より多くを増幅するように構成されており、
   前記補助線形増幅器サブ回路が、使用時において、前記主要線形増幅器サブ回路に提供されるインピーダンスを修正するために、複素スケーリング因子によって前記主要駆動信号と関連付けられている前記補助駆動信号に応答して、前記インピーダンス修正信号を発生させるように構成されており、それにより、前記主要増幅器出力端子からの電力の伝達が最大化され、
   前記補助線形増幅器サブ回路に動作可能に接続された駆動信号発生器をさらに備えており、
   前記駆動信号発生器が、前記複素スケーリング因子の適用により前記補助駆動信号を発
   生させるように構成されており、
   前記増幅装置がエンベロープ追跡型であり、
   前記主要線形増幅器サブ回路のバイアスを制御し、前記複素スケーリング因子を生成するように構成された、エンベロープ応答プロセッサを含み、
   前記エンベロープ応答プロセッサが、バイアス成形器と、インピーダンス成形器とを含み、使用時においてエンベロープ検出信号を発生させるように構成された、エンベロープ検出器を含んでおり、
   信号スケーリングモジュールをさらに含み、
   前記インピーダンス成形器が、前記エンベロープ検出信号を受信し、該エンベロープ検出信号と前記統合ネットワークのインピーダンスの情報とに応答して前記複素スケーリング因子を生成するために、前記信号スケーリングモジュールと協働するように構成されていることを特徴とする増幅装置。
2. 前記補助部側端子におけるインピーダンス値の修正が、前記主要線形増幅器サブ回路に提供される予め決められた負荷インピーダンス値を維持するために行われるように、前記インピーダンス修正信号が発生させられることを特徴とする、請求項１に記載の増幅装置。
3. 前記主要線形増幅器サブ回路が、Ａ級、Ｂ級またはＡ／Ｂ級増幅器として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の増幅装置。
4. 前記補助線形増幅器サブ回路が、Ａ級、Ｂ級またはＡ／Ｂ級増幅器として構成されていることを特徴とする、請求項３に記載の増幅装置。
5. 前記主要線形増幅器サブ回路と前記補助線形増幅器サブ回路との両方が、同一等級の増幅器としてそれぞれ構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の増幅装置。
6. 前記統合ネットワークが、アドミタンスインバータであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の増幅装置。
7. 前記アドミタンスインバータが、複数の周波数不変サセプタンスのπ型ネットワークであることを特徴とする、請求項６に記載の増幅装置。
8. 前記統合ネットワークが、直交ハイブリッド結合であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の増幅装置。
9. 前記複素スケーリング因子の適用が、デジタル信号処理演算であることを特徴とする、請求項１に記載の増幅装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項に記載の増幅装置を含むことを特徴とする無線周波数処理リソース。
11. 請求項１０に記載の無線周波数処理リソース、および
    前記統合ネットワークの前記補助部側端子に動作可能に接続された負荷、
    を含むことを特徴とする通信装置。
12. 前記補助部側端子に適用される前記インピーダンス修正信号が、前記主要線形増幅器サブ回路に対する前記負荷のインピーダンス値を修正するように構成されており、それにより、前記主要線形増幅器サブ回路から前記負荷への電力伝達が最大化されることを特徴とする、請求項１１に記載の通信装置。
13. 前記負荷がアンテナを含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の通信装置。
14. 主要信号経路と補助信号経路とを含むベースバンド処理リソース、
    をさらに含み、
    前記主要信号経路と前記補助信号経路とは、それぞれ共通の送信信号源に接続されており、
    前記複素スケーリング因子が、前記補助信号経路において適用される、
    ことを特徴とする、請求項２に従属する、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の通信装置。
15. 前記複素スケーリング因子をαとすると、
    

    

    であり、ここで、Ｚ0は、前記主要線形増幅器サブ回路に提供される前記負荷のインピーダンス値であり、ｋは、複数の周波数不変サセプタンスの前記π型ネットワークの、個々のサセプタンスの各々のサセプタンス値であり、Ｙlは、前記負荷のアドミタンス値であることを特徴とする、請求項１および７に従属する、請求項１１に記載の通信装置。
16. 前記バイアス成形器が、前記エンベロープ検出信号を受信し、該エンベロープ検出信号に応答して、バイアスネットワーク制御信号を発生させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の増幅装置。
17. 前記主要線形増幅器サブ回路が、前記バイアス成形器に動作可能に接続されたバイアスネットワーク回路を含んでいることを特徴とする、請求項１６に記載の増幅装置。
18. 請求項１から１７のいずれか１項に記載の増幅装置を含む、電力増幅装置。
19. 請求項１から１８のいずれか１項に記載の増幅装置を含む、通信装置。
20. 主要駆動信号を増幅する方法であって、
    主要駆動信号入力端子と、主要増幅器出力端子とを有する、主要増幅器サブ回路を提供する工程、
    補助駆動信号入力端子と、補助増幅器出力端子とを有する、補助増幅器サブ回路を提供する工程、
    前記主要増幅器出力端子と前記補助増幅器出力端子との間に、統合ネットワークを動作可能に接続する工程、
    前記主要駆動信号を前記主要駆動信号入力端子に適用し、前記主要線形増幅器サブ回路が、前記主要駆動信号に応答して主要増幅信号を生成するようになす工程、
    補助駆動信号を前記補助駆動信号入力端子に適用し、前記補助線形増幅器サブ回路が、前記補助駆動信号に応答して、かつ前記主要線形増幅器サブ回路と実質的に同時に、インピーダンス修正信号を生成するようになす工程、および
    前記補助線形増幅器サブ回路が、前記補助駆動信号の各波形サイクルの実質的に半分より多くを増幅する工程、
    を含み、
    前記補助線形増幅器サブ回路が、使用時において、前記主要線形増幅器サブ回路に提供されるインピーダンスを修正するために、複素スケーリング因子によって前記主要駆動信号と関連付けられている前記補助駆動信号に応答して、前記インピーダンス修正信号を発生させるように構成されており、それにより、前記主要増幅器出力端子からの電力の伝達が最大化され、
    前記補助線形増幅器サブ回路に動作可能に接続された駆動信号発生器をさらに備えており、
    前記駆動信号発生器が、前記複素スケーリング因子の適用により前記補助駆動信号を発
    生させるように構成されており、
    前記増幅装置がエンベロープ追跡型であり、
    前記主要線形増幅器サブ回路のバイアスを制御し、前記複素スケーリング因子を生成するように構成された、エンベロープ応答プロセッサを含み、
    前記エンベロープ応答プロセッサが、バイアス成形器と、インピーダンス成形器とを含み、使用時においてエンベロープ検出信号を発生させるように構成された、エンベロープ検出器を含んでおり、
    信号スケーリングモジュールをさらに含み、
    前記インピーダンス成形器が、前記エンベロープ検出信号を受信し、該エンベロープ検出信号と前記統合ネットワークのインピーダンスの情報とに応答して前記複素スケーリング因子を生成するために、前記信号スケーリングモジュールと協働するように構成されていることを特徴とする方法。

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