JPWO2006082894A1 - 送信装置及び無線通信装置 - Google Patents
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Abstract
送信出力信号（Ｓ６）の電力レベルが大きくなる第１モードでは、掛算器（２）の出力が振幅変調信号増幅器（４）へ入力され、振幅変調信号増幅器（４）からの電源電圧によって高周波電力増幅器（５）で非線形領域を用いた高周波位相変調信号（Ｓ４）の振幅変調が行われる。送信出力信号（Ｓ６）の電力レベルが小さくなる第２モードでは、掛算器（２）の出力が可変利得増幅器（７）へ入力され、可変利得増幅器（７）において高周波位相変調信号（Ｓ４）の振幅変調が行われる。振幅変調された信号は、高周波電力増幅器（５）を通過することなく出力される。
Description
本発明は、送信信号を電力増幅して出力する送信装置、及びこの送信装置を用いた無線通信装置に関する。
従来、包絡線変動成分を含む変調信号を増幅する高周波電力増幅器には、包絡線変動成分を線形に増幅するために、Ａ級又はＡＢ級の線形増幅器が用いられてきた。このＡ級又はＡＢ級の線形増幅器は、線形性に優れている反面、直流バイアス成分に伴う電力を常時消費しているために、Ｃ級〜Ｅ級等の非線形増幅器に比べて電力効率が低い。このため、このような電力消費量が多い高周波電力増幅器を、電池を電源とする携帯型の無線機に適用した場合、使用時間が短くなってしまうという問題があった。また、大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置に適用した場合においては、装置の大型化や発熱量の増大を招いていた。
そこで、ポーラ変調を用いて高効率化を図る方法が従来より提案されている。図１１は、ポーラ変調方式を用いた従来の送信装置の構成を示すブロック図である。図１１において、この従来の送信装置は、振幅位相分離部６１と、振幅変調信号増幅器６２と、周波数シンセサイザ６３と、非線形増幅器である高周波電力増幅器６４とを備える。
振幅位相分離部６１は、入力されるベースバンド変調信号Ｓ１０を、ベースバンド振幅変調信号Ｓ１１とベースバンド位相変調信号Ｓ１２とに分離する。振幅変調信号増幅器６２は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ１１に所定の増幅を行った後、電源電圧として高周波電力増幅器６４に供給する。周波数シンセサイザ６３は、ベースバンド位相変調信号Ｓ１２で搬送波信号を位相変調することによって得られる高周波位相変調信号Ｓ１３を、高周波電力増幅器６４に送出する。これにより、高周波電力増幅器６４は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ１１に応じた電源電圧のもとで、高周波位相変調信号Ｓ１３を増幅して送信出力信号Ｓ１４として出力する。
次に、このポーラ変調方式を用いた送信装置の動作を説明する。まず、ベースバンド変調信号Ｓ１０をＳｉ（ｔ）とすると、Ｓｉ（ｔ）は、次式（１）で表される。なお、ａ（ｔ）は振幅データを、ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］は位相データを、それぞれ示す。
Ｓｉ（ｔ）＝ａ（ｔ）ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］ … （１）
Ｓｉ（ｔ）＝ａ（ｔ）ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］ … （１）
振幅位相分離部６１によって、Ｓｉ（ｔ）から振幅データａ（ｔ）と位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］とが抽出される。ここで、振幅データａ（ｔ）はベースバンド振幅変調信号Ｓ１１に、位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］はベースバンド位相変調信号Ｓ１２に、それぞれ対応する。振幅データａ（ｔ）は、振幅変調信号増幅器６２で増幅されて高周波電力増幅器６４に与えられる。これにより、高周波電力増幅器６４の電源電圧値が、振幅データａ（ｔ）に基づいて設定される。
周波数シンセサイザ６３は、搬送波角周波数ωｃを位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］で変調した高周波位相変調信号Ｓ１３を生成し、これが高周波電力増幅器６４に入力される。ここで、高周波位相変調信号Ｓ１３を信号Ｓｃとすると、信号Ｓｃは次式（２）で表される。
Ｓｃ＝ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （２）
Ｓｃ＝ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （２）
そして、高周波電力増幅器６４に非線形増幅器を用いることで、この高周波電力増幅器６４の電源電圧値ａ（ｔ）と周波数シンセサイザ６３の出力信号とを掛け合わせた信号が利得Ｇだけ増幅されて生成される送信出力信号Ｓ１４が、高周波電力増幅器６４から出力される。ここで、送信出力信号Ｓ１４をＲＦ信号Ｓｒｆとすると、ＲＦ信号Ｓｒｆは次式（３）で表される。
Ｓｒｆ＝Ｇａ（ｔ）Ｓｃ＝Ｇａ（ｔ）ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （３）
Ｓｒｆ＝Ｇａ（ｔ）Ｓｃ＝Ｇａ（ｔ）ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （３）
この高周波電力増幅器６４に入力される信号は、振幅方向の変動成分を持たない位相変調信号であるため定包絡線信号となる。従って、高周波電力増幅器６４として効率の良い非線形増幅器を使用できるので、高効率の送信装置を提供することができる。この種のポーラ変調方式を用いた技術は、例えば特許文献１又は特許文献２に記載されている。
特許第３２０７１５３号明細書 特開２００１−１５６５５４号公報 米国特許第６１９１６５３号明細書
しかしながら、上述したポーラ変調方式を用いた従来の送信装置では、高周波電力増幅器６４を非線形増幅器として使用し、電源電圧に応じた出力飽和状態で使用するため、高周波電力増幅器６４の入力レベルをある程度大きくする必要がある。しかし、入力レベルを大きくした場合、高周波電力増幅器６４の入力から出力にリークする電力や、低い電源電圧でのトランジスタの動作限界等により、特に低出力レベルの送信出力信号を得ることが困難になるという課題があった。
それ故に、本発明の目的は、電力効率が良好で、かつ、低出力レベルから高出力レベルまで送信出力レベルの制御範囲が広い、送信装置及びこの送信装置を用いた無線通信装置を提供することである。
本発明は、ポーラ変調を用いた送信装置、及び送信信号をアンテナから送信する無線通信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の送信装置は、振幅位相分離部、周波数シンセサイザ、掛算器、第１〜第４の切り替え部、振幅変調信号増幅器、可変利得増幅器、及び高周波電力増幅器を備えている。また、本発明の無線通信装置は、上記送信装置を備え、送信信号を電力増幅してアンテナに出力することを特徴とする。
振幅位相分離部は、入力するベースバンド変調信号を、ベースバンド振幅変調信号とベースバンド位相変調信号とに分離する。周波数シンセサイザは、ベースバンド位相変調信号によって高周波搬送信号に位相変調を施し、高周波位相変調信号を生成する。掛算器は、ベースバンド振幅変調信号に所定の値を掛ける。第１及び第２の切り替え部は、掛算器から出力される掛算されたベースバンド振幅変調信号と所定の直流電圧信号とをそれぞれ入力し、いずれか１つの信号を切り替えて出力する。振幅変調信号増幅器は、第１の切り替え部から出力される信号に基づいた電源電圧を供給する。可変利得増幅器は、第２の切り替え部から出力される信号に応じて、周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する。高周波電力増幅器は、可変利得増幅器で増幅された高周波位相変調信号を、振幅変調信号増幅器から供給される電源電圧を用いて電力増幅する。第３及び第４の切り替え部は、高周波電力増幅器の前後に配置され、可変利得増幅器で増幅された高周波位相変調信号を、高周波電力増幅器を通過させて出力させるか、通過させないで出力させるかを、切り替える。そして、これらの構成を用いて、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルに応じて、第１〜第４の切り替え部の切り替えを制御する。
典型的には、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第１の所定値より大きくなる第１モードの場合には、第１の切り替え部が掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、第２の切り替え部が直流電圧信号の出力に、かつ第３及び第４の切り替え部が高周波電力増幅器を通過させて出力させる経路に、それぞれ切り替える。また、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第２の所定値より小さくなる第２モードの場合には、第１の切り替え部が直流電圧信号の出力に、第２の切り替え部が掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、かつ第３及び第４の切り替え部が高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路に、それぞれ切り替える。
好ましくは、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第１の所定値以下かつ第２の所定値以上になる第３モードの場合には、第１の切り替え部が直流電圧信号の出力に、第２の切り替え部が掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、かつ第３及び第４の切り替え部が高周波電力増幅器を通過させて出力させる経路に、それぞれ切り替える。
なお、上述した可変利得増幅器は、周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する増幅器と、増幅器で増幅された高周波位相変調信号と第２の切り替え部から出力される信号とを乗算する掛算器とで、構成されてもよい。
また、モードの切り替え時に、信号位相及び信号振幅を連続的に変化させるための位相補正情報及び振幅補正情報を、第１〜第３モード毎に保持する位相補正部及び振幅補正部をさらに備えて、周波数シンセサイザにおいて位相補正情報に基づいた高周波位相変調信号の位相補正を、可変利得増幅器において振幅補正情報に基づいた高周波位相変調信号の振幅補正を行ってもよい。
また、モードの切り替えに、ヒステリシスを持たせて行ってもよい。
さらには、第３及び第４の切り替え部によって形成される、高周波位相変調信号を高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路上に、減衰器を挿入してもよい。
また、モードの切り替え時に、信号位相及び信号振幅を連続的に変化させるための位相補正情報及び振幅補正情報を、第１〜第３モード毎に保持する位相補正部及び振幅補正部をさらに備えて、周波数シンセサイザにおいて位相補正情報に基づいた高周波位相変調信号の位相補正を、可変利得増幅器において振幅補正情報に基づいた高周波位相変調信号の振幅補正を行ってもよい。
また、モードの切り替えに、ヒステリシスを持たせて行ってもよい。
さらには、第３及び第４の切り替え部によって形成される、高周波位相変調信号を高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路上に、減衰器を挿入してもよい。
本発明の送信装置によれば、高周波電力増幅器の出力電力レベルに応じて複数の動作モードの中から最適な動作モードを選択し、高周波電力増幅器の入力から出力へのリークを最適に制御する。これにより、電力効率及び線形性の優れた電力増幅を行うことができ、送信出力電力の制御範囲を高レベルから低レベルまで広くとることができる。また、動作モードの切り替えに伴う出力信号の振幅及び位相の不連続変化を防いで連続的に変化させるので、切り替えに伴う過渡的なスペクトルの拡がり等の弊害を抑制することができる。
１、６１ 振幅位相分離部
２、１７ 掛算器
３、８、９、１４ 切り替え部
４、６２ 振幅変調信号増幅器
５、６４ 高周波電力増幅器
６、６３ 周波数シンセサイザ
７ 可変利得増幅器
１１ 位相補正部
１２ 振幅補正部
１５ 制御部
１６ 増幅器
２０ 無線通信装置
２１ 送信装置
２２ 受信装置
２３ 送受切り替え部
２４ アンテナ
５０ 非線形増幅器
５１ 寄生容量
２、１７ 掛算器
３、８、９、１４ 切り替え部
４、６２ 振幅変調信号増幅器
５、６４ 高周波電力増幅器
６、６３ 周波数シンセサイザ
７ 可変利得増幅器
１１ 位相補正部
１２ 振幅補正部
１５ 制御部
１６ 増幅器
２０ 無線通信装置
２１ 送信装置
２２ 受信装置
２３ 送受切り替え部
２４ アンテナ
５０ 非線形増幅器
５１ 寄生容量
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調方式を用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係る送信装置は、振幅位相分離部１と、掛算器２と、振幅変調信号増幅器４と、高周波電力増幅器５と、周波数シンセサイザ６と、可変利得増幅器７と、制御部１５と、第１〜第４の切り替え部３、８、９及１４とを備えている。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調方式を用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係る送信装置は、振幅位相分離部１と、掛算器２と、振幅変調信号増幅器４と、高周波電力増幅器５と、周波数シンセサイザ６と、可変利得増幅器７と、制御部１５と、第１〜第４の切り替え部３、８、９及１４とを備えている。
振幅位相分離部１は、入力するベースバンド変調信号Ｓ１を、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２とベースバンド位相変調信号Ｓ３とに分離する。掛算器２は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２と、制御部１５から与えられる平均出力レベル指定信号ＳＬとを、乗算する。第１の切り替え部３は、制御部１５から与えられるモード切替信号ＳＭに基づいて、掛算器２の出力信号又は制御部１５の直流電圧信号ＳＶのいずれかを選択して、振幅変調信号増幅器４へ出力する。振幅変調信号増幅器４は、第１の切り替え部３で選択された信号に応じた電源電圧を、高周波電力増幅器５へ供給する。周波数シンセサイザ６は、搬送波信号をベースバンド位相変調信号Ｓ３で位相変調して、高周波位相変調信号Ｓ４を生成する。第２の切り替え部８は、モード切替信号ＳＭに基づいて、掛算器２の出力信号又は制御部１５の直流電圧信号ＳＶのいずれかを選択して、利得制御信号Ｓ５として可変利得増幅器７へ出力する。可変利得増幅器７は、第２の切り替え部８が出力する利得制御信号Ｓ５に応じて、周波数シンセサイザ６で生成された高周波位相変調信号Ｓ４の利得制御を行う。高周波電力増幅器５は、振幅変調信号増幅器４から与えられる電源電圧に従って、可変利得増幅器７から入力する信号を電力増幅して、送信出力信号Ｓ６として出力する。第３及び第４の切り替え部９及び１４は、モード切替信号ＳＭに基づいて、可変利得増幅器７の出力信号を高周波電力増幅器５へ入力するか、入力せずに通過させるかを切り替える。この第４の切り替え部１４は、スイッチ機能を有してさえいればその形態は問わない。例えば、ＦＥＴスイッチやダイオードスイッチ等の他、分岐点から見たインピーダンスが高くなる伝送線路であってもよい。
制御部１５は、高周波電力増幅器５の動作モードを決定し、この決定した動作モードに対応した回路になるように接続状態を制御する。この動作モードは、例えば無線基地局から指定される又は送信装置における受信信号の状態に基づく送信電力レベルと、高周波電力増幅器５の特性とに、応じて決定される。典型的には、電力効率の観点から、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大きくなる場合は、高周波電力増幅器５が非線形増幅器となる動作モードが、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小さくなる場合（高周波電力増幅器５が非線形増幅器として動作可能な範囲から外れる場合）は、高周波電力増幅器５が線形増幅器となる動作モードが、それぞれ望ましい。この動作モードを切り替えるための信号が、モード切替信号ＳＭである。例えば、２ビットのモード切替信号を用いて、送信電力レベルが大である場合には「０１」、送信電力レベルが小である場合には「１０」を出力することが考えられる。平均出力レベル指定信号ＳＬは、送信装置から出力される信号の平均電力レベルを指定するための信号である。直流電圧信号ＳＶは、振幅変調信号増幅器４及び可変利得増幅器７の利得を制御するための固定電圧である。なお、この制御部１５は、送信装置の内部又は外部のいずれに設けてもよい。
以下、上記構成による第１の実施形態に係る送信装置の動作を、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大（第１モード）、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中（第３モード）、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小（第２モード）の３つの動作モードがある場合を一例に挙げて、説明する（図２を参照）。
（１）第１モード
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大きくなる場合には、高周波電力増幅器５を飽和動作領域又はスイッチング動作領域の非線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第１モードが選択される。この第１モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ｂ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第１モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大きくなる場合には、高周波電力増幅器５を飽和動作領域又はスイッチング動作領域の非線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第１モードが選択される。この第１モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ｂ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第１モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
まず、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２は、掛算器２において平均出力レベル指定信号ＳＬと掛け合わされる。この掛け合わされた乗算信号は、第１の切り替え部３を通って振幅変調信号増幅器４へ出力される。振幅変調信号増幅器４は、入力される乗算信号を増幅した後、電源電圧として高周波電力増幅器５へ出力する。高周波電力増幅器５は、この電源電圧を用いて、入力される位相変調信号の振幅変調を行う。なお、高周波電力増幅器５に与える電源電圧をベースバンド振幅変調信号Ｓ２のレベルに応じて高効率に生成するためには、振幅変調信号増幅器４は、パルス幅で振幅情報を表すＤ級増幅器を用いることが好ましい。
一方、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド位相変調信号Ｓ３は、周波数シンセサイザ６において搬送波信号を位相変調するために用いられる。この位相変調によって生成された高周波位相変調信号Ｓ４は、可変利得増幅器７へ出力される。可変利得増幅器７は、利得制御信号Ｓ５に基づいて、高周波位相変調信号Ｓ４を増幅（又は減衰）する。この利得制御信号Ｓ５は、第２の切り替え部８を介して供給される固定の直流電圧信号ＳＶであるため、可変利得増幅器７から出力される信号は、振幅方向の変動成分を持たない位相変調信号である定包絡線信号となる。そして、この定包絡線信号は、第３の切り替え部９を通って、高周波電力増幅器５にて電源電圧による振幅変調が施された後、第４の切り替え部１４を通って送信出力信号Ｓ６として出力される。
図３及び図４は、非線形増幅器として用いた高周波電力増幅器５の回路構成及び動作を説明する図である。図３に示すように、高周波電力増幅器５は、入出力間に寄生容量５１が接続された非線形増幅器５０と捉えることができる。この非線形増幅器５０では、所定の電源電圧を越えると、電源電圧の二乗と出力電力とが比例することがわかる（横軸は対数軸である）。そして、この図３及び図４から、リーク電力の大きさが、寄生容量５１と非線形増幅器５０の入力信号のレベル（可変利得増幅器７の出力信号のレベル）とによって定められることが分かる。
ここで、可変利得増幅器７を設けない場合について考えると、周波数シンセサイザ６の出力はほぼ一定であるから、リーク電力も一定となる。その場合、送信出力信号Ｓ６のレベルを下げるためには、非線形増幅器５０の電源電圧を下げればよいが、リーク電力に制限され、一定値よりレベルを下げることができない。
これに対して、第１の実施形態では、利得制御信号Ｓ５によって可変利得増幅器７の利得を制御して、高周波電力増幅器５に入力される位相変調信号のレベルを制御する。これにより、リーク電力を低減させることが可能となる。従って、高周波電力増幅器５において、電源電圧による出力電力の制御範囲（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。
これに対して、第１の実施形態では、利得制御信号Ｓ５によって可変利得増幅器７の利得を制御して、高周波電力増幅器５に入力される位相変調信号のレベルを制御する。これにより、リーク電力を低減させることが可能となる。従って、高周波電力増幅器５において、電源電圧による出力電力の制御範囲（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。
（２）第２モード
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小さくなる場合には、高周波電力増幅器５を非飽和動作領域の線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第２モードが選択される。この第２モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ａ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ｂ」に接続される。また、掛算器２には、第２モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小さくなる場合には、高周波電力増幅器５を非飽和動作領域の線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第２モードが選択される。この第２モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ａ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ｂ」に接続される。また、掛算器２には、第２モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
振幅位相分離部１において分離されたベースバンド位相変調信号Ｓ３は、周波数シンセサイザ６において搬送波信号を位相変調するために用いられる。この位相変調によって生成された高周波位相変調信号Ｓ４は、可変利得増幅器７へ出力される。また、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２は、掛算器２において平均出力レベル指定信号ＳＬと掛け合わされる。この掛け合わされた乗算信号、すなわちベースバンド振幅変調信号Ｓ２と平均出力レベル指定信号ＳＬとの乗算値に比例した包絡線成分（振幅信号）を有する信号は、第２の切り替え部８を通って利得制御信号Ｓ５として可変利得増幅器７へ出力される。可変利得増幅器７は、この利得制御信号Ｓ５に基づいて、高周波位相変調信号Ｓ４を振幅変調する。そして、可変利得増幅器７で振幅変調された信号は、第３及び第４の切り替え部９及び１４を通って、高周波電力増幅器５を通過せずにそのまま送信出力信号Ｓ６として出力される。
この第２モードでは、高周波電力増幅器５による増幅を行わないため、振幅変調信号増幅器４から高周波電力増幅器５へ電源供給を行わないようにして、消費電力を抑制させている。よって、消費電力を大幅に減少させつつ、特に低電力レベルの送信出力信号Ｓ６を出力でき、低レベルまで出力電力の制御範囲の広い送信装置を提供することができる。なお、消費電力抑制の方法としては、０Ｖの直流電圧信号ＳＶを第１の切り替え部３を介して振幅変調信号増幅器４へ与えることや、振幅変調信号増幅器４と高周波電力増幅器５との間に第５の切り替え部（図示せず）を設けて、その間を非導通に切り替えること等が考えられる。
（３）第３モード
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中程度になる場合には、制御部１５によって第３モードが選択される。この第３モードでは、第１〜第４の切り替え部３、８、９及び１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第３モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。この第３モードでは、高周波電力増幅器５は、入出力関係が線形な線形増幅器として動作する。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中程度になる場合には、制御部１５によって第３モードが選択される。この第３モードでは、第１〜第４の切り替え部３、８、９及び１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第３モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。この第３モードでは、高周波電力増幅器５は、入出力関係が線形な線形増幅器として動作する。
まず、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２は、掛算器２において平均出力レベル指定信号ＳＬと掛け合わされる。この掛け合わされた信号は、第２の切り替え部８を通って利得制御信号Ｓ５として可変利得増幅器７へ出力される。振幅変調信号増幅器４は、第１の切り替え部３を介して直流電圧信号ＳＶを入力し、一定の電源電圧を高周波電力増幅器５へ出力する。
一方、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド位相変調信号Ｓ３は、周波数シンセサイザ６において搬送波信号を位相変調するために用いられる。この位相変調によって生成された高周波位相変調信号Ｓ４は、可変利得増幅器７へ出力される。可変利得増幅器７は、上述した利得制御信号Ｓ５に基づいて、高周波位相変調信号Ｓ４を振幅変調する。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中程度の場合、高周波電力増幅器５の動作が非線形動作領域から外れる可能性がある、すなわち電源電圧の変化に対する出力電力の線形性が悪化する可能性がある。しかし、このような場合においても、第３モードでは、高周波電力増幅器５を線形増幅器として動作させることにより、入力信号に対する出力信号の線形性を保つと共に、出力電力レベルの制御範囲を広げることができる。
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る送信装置によれば、高周波電力増幅器の出力電力レベルに応じて複数の動作モードの中から最適な動作モードを選択し、高周波電力増幅器の入力から出力へのリークを最適に制御する。これにより、電力効率及び線形性の優れた電力増幅を行うことができ、送信出力電力の制御範囲を高レベルから低レベルまで広くとることができる。
なお、上記第１の実施形態では、第１モードにおいて、可変利得増幅器７への利得制御信号Ｓ５は、固定の直流電圧信号ＳＶであるとした。しかし、高周波電力増幅器５を非線形増幅器として動作させれば、第２又は第３のモードと同様に、振幅変調信号に応じて変化させて、高周波電力増幅器５の入力を瞬時出力電力に応じて変化させても同様の効果が得られる。
また、可変利得増幅器７が、利得制御信号Ｓ５に対して非線形に変化する（例えば、入出力特性が指数特性になる）タイプの増幅器である場合には、この非線形を線形へ補正する機能を持った構成（図示せず）を、可変利得増幅器７の前後に挿入することになる。
また、可変利得増幅器７が、利得制御信号Ｓ５に対して非線形に変化する（例えば、入出力特性が指数特性になる）タイプの増幅器である場合には、この非線形を線形へ補正する機能を持った構成（図示せず）を、可変利得増幅器７の前後に挿入することになる。
また、出力電力レベルが低い第２モードでの動作時に切り替えられる、第３及び第４の切り替え部９及び１４の両方の端子ｂを繋いだ伝送線路に、減衰器を挿入してもよい。減衰器を用いた構成により、送信出力信号のレベルをさらに減衰させて極めて低レベルの出力信号を送信することができ、送信電力の制御範囲をさらに広げることができる。
また、第２の切り替え部８の出力端子ｃと可変利得増幅器７との間、すなわち利得制御信号Ｓ５が流れるパス上に、振幅変調信号増幅器４と同等の増幅器が挿入されていても構わない。
さらに、第１モード（高周波電力増幅器５で振幅変調）と第２モード及び第３モード（可変利得増幅器７で振幅変調）とでは、振幅経路と位相経路の間の遅延差が異なるので、この遅延差を補正するための機能ブロックを必要に応じて適宜追加することになる（図示せず）。
また、第２の切り替え部８の出力端子ｃと可変利得増幅器７との間、すなわち利得制御信号Ｓ５が流れるパス上に、振幅変調信号増幅器４と同等の増幅器が挿入されていても構わない。
さらに、第１モード（高周波電力増幅器５で振幅変調）と第２モード及び第３モード（可変利得増幅器７で振幅変調）とでは、振幅経路と位相経路の間の遅延差が異なるので、この遅延差を補正するための機能ブロックを必要に応じて適宜追加することになる（図示せず）。
〔第２の実施形態〕
上述した３つの動作モードは、高周波送信信号の経路がそれぞれ異なるので、各経路の利得及び位相特性も異なる。このため、動作モード切り換え時に、送信出力信号の振幅や位相に急激な変化が生じる。例えば、第３モードから第２モードに動作モードが切り換わる場合、第３モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過するが、第２モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過しない（第３の切り替え部の端子ｂ〜第４の切り替え部の端子ｂ間の伝送線路を通過する）ので、この２経路の通過特性の違いにより送信出力信号の振幅及び位相が急激に変化するのである。
上述した３つの動作モードは、高周波送信信号の経路がそれぞれ異なるので、各経路の利得及び位相特性も異なる。このため、動作モード切り換え時に、送信出力信号の振幅や位相に急激な変化が生じる。例えば、第３モードから第２モードに動作モードが切り換わる場合、第３モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過するが、第２モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過しない（第３の切り替え部の端子ｂ〜第４の切り替え部の端子ｂ間の伝送線路を通過する）ので、この２経路の通過特性の違いにより送信出力信号の振幅及び位相が急激に変化するのである。
そこで、本第２の実施形態では、動作モードの切り替え時に、信号の急激な変化が生じないように（信号の連続性が確保されるように）、送信出力信号の振幅及び位相を補正することを行う。また、基準位相の連続性やＡＣＬＲ特性が３ＧＰＰ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ Ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ Ｐｒｏｊｅｃｔ）の標準規格を満足するように、送信出力信号の振幅及び位相を補正することを行う。この第２の実施形態で説明する送信出力信号の振幅及び位相の補正処理は、ポーラ変調方式に必要不可欠である周知の歪み補償処理（特許文献３を参照）と並行して行われるものである。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るポーラ変調方式を用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、第２の実施形態に係る送信装置は、振幅位相分離部１と、掛算器２と、振幅変調信号増幅器４と、高周波電力増幅器５と、周波数シンセサイザ６と、可変利得増幅器７と、位相補正部１１と、振幅補正部１２と、制御部１５と、第１〜第４の切り替え部３、８、９及１４とを備えている。図５で示すように、第２の実施形態に係る送信装置は、上記第１の実施形態に係る送信装置に位相補正部１１及び振幅補正部１２を加えた構成である。
以下、この位相補正部１１及び振幅補正部１２を中心に第２の実施形態に係る送信装置を説明する。
以下、この位相補正部１１及び振幅補正部１２を中心に第２の実施形態に係る送信装置を説明する。
位相補正部１１には、周波数シンセサイザ６においてベースバンド位相変調信号Ｓ３の位相を補正するための位相補正情報が、各動作モードに対応させて格納されている。また、振幅補正部１２には、可変利得増幅器７において高周波位相変調信号Ｓ４の振幅を補正するための振幅補正情報が、各動作モードに対応させて格納されている。なお、この位相補正情報及び振幅補正情報は、テーブル形式で持たせることが考えられる。
図６は、第２の実施形態に係る送信装置が、上記第１の実施形態で説明した３つの動作モード（図２）を切り替える方法を示すフローチャートである。
ポーラ変調送信処理を開始すると、制御部１５に平均出力レベル指定信号ＳＬが入力される（ステップＳ１１）。次に、制御部１５は、この平均出力レベル指定信号ＳＬをチェックして、動作モードの切り替えが必要か否かを判断する（ステップＳ１２）。この時、動作モードの切り替えポイントは、平均出力レベルの値だけで決まるのではなく、平均出力レベルが増加するのか減少するのかによって異なる。すなわち、動作モードの切り換えポイントはヒステリシスを有している。
ポーラ変調送信処理を開始すると、制御部１５に平均出力レベル指定信号ＳＬが入力される（ステップＳ１１）。次に、制御部１５は、この平均出力レベル指定信号ＳＬをチェックして、動作モードの切り替えが必要か否かを判断する（ステップＳ１２）。この時、動作モードの切り替えポイントは、平均出力レベルの値だけで決まるのではなく、平均出力レベルが増加するのか減少するのかによって異なる。すなわち、動作モードの切り換えポイントはヒステリシスを有している。
図７は、第２モード〜第３モード〜第１モードの遷移時におけるヒステリシス特性を示す図である。平均出力レベルが低出力レベルから中出力レベルに変化するときは、動作モードは図のＢ点において第２モードから第３モードに遷移し、逆に平均出力レベルが中出力レベルから低出力レベルに変化するときは、動作モードは図のＡ点において第３モードから第２モードに遷移する。このようなヒステリシス特性を持たせることにより、動作モードの切り替えポイント付近で平均出力レベルが頻繁に変化する場合でも、動作モードの切り替え回数を最小限に抑制し、振幅や位相の連続性をより確実に実現することができる。このことは、第３モードから第１モードへの遷移時においても同様である（Ｄ点及びＥ点）。
ステップＳ１２において動作モードの切り換えが必要と判断した場合、制御部１５は、位相補正部１１及び振幅補正部１２へモード切替信号ＳＭを出力する。位相補正部１１は、このモード切替信号ＳＭに従って、対応する位相補正情報を選択して周波数シンセサイザ６へ出力する（ステップＳ１３）。また、振幅補正部１２は、このモード切替信号ＳＭに従って、対応する振幅補正情報を選択して可変利得増幅器７へ出力する（ステップＳ１３）。そして、周波数シンセサイザ６及び可変利得増幅器７では、これらの補正情報を用いて処理動作が行われる。
この補正情報を用いた処理動作によって、動作モードの切り換えの前後で送信出力信号の振幅や位相の急激な変化を生じさせることなく、振幅及び位相を連続的に変化させることが可能となる。図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の送信装置によって実現される、送信出力信号の振幅及び位相の連続的な変化を説明するための図である。
そして、ステップＳ１３におけるモード切り替え処理が終了するか、ステップＳ１２において動作モードの切り替えが不要と判断された場合には、送信を終了するか否かが判断される（ステップＳ１４）。ここで、送信を終了しない場合は、次の信号送信の開始でステップＳ１１に戻り、ステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返し行われる。
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る送信装置によれば、高周波電力増幅器の出力電力レベルに応じて複数の動作モードの中から最適な動作モードを選択し、高周波電力増幅器の入力から出力へのリークを最適に制御する。これにより、電力効率及び線形性の優れた電力増幅を行うことができ、送信出力電力の制御範囲を高レベルから低レベルまで広くとることができる。また、動作モードの切り替えに伴う出力信号の振幅及び位相の不連続変化を防いで連続的に変化させるので、切り替えに伴う過渡的なスペクトルの拡がり等の弊害を抑制することができる。
なお、上記第２の実施形態では、位相補正部１１及び振幅補正部１２が、位相補正情報及び振幅補正情報を周波数シンセサイザ６及び可変利得増幅器７へそれぞれ出力する場合を説明した。しかし、これらの位相補正情報及び振幅補正情報を制御部１５が持つ場合には、制御部が周波数シンセサイザ６及び可変利得増幅器７を直接制御する構成にしても構わない。また、高周波電力増幅器５の送信出力信号Ｓ６を検波して、検波の結果を制御部１５にフィードバックさせれば、送信出力信号の振幅及び位相の連続性をより正確に実現させることができる。
また、上記第２の実施形態で説明した可変利得増幅器７は、図９Ａに示すように増幅器１６と掛算器１７とに分けて構成することも可能である。この場合には、第２の切り替え部８から出力される利得制御信号Ｓ５は、掛算器１７に入力される。さらに、図９Ｂに示すように、第２の切り替え部８の端子ａに、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２と平均出力レベル指定信号ＳＬとの乗算値ではなく、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２を直接入力する構成にすることも可能である。この構成では、第２モード及び第３モードの場合、増幅器１６で振幅補正情報に基づいた平均出力レベルの制御が行われ、掛算器１７で振幅変調が行われる。掛算器１７で振幅変調を行うことにより、振幅信号に対して出力信号の包絡線を線形に変化させることができる。
なお、平均出力レベルの制御は、次のような様々な位置で行うことが可能である。例えば、平均出力レベルの制御を第２の切り替え部８の出力で行う場合には、平均出力レベル指定信号ＳＬとベースバンド振幅変調信号Ｓ２との乗算値を、入力信号Ｓ５として掛算器１７へ入力すればよい。また、平均出力レベルの制御を掛算器１７の後段で行う場合には、別の可変利得増幅器を新たに設けて行えばよい。また、高周波電力増幅器５で振幅変調を行う場合は、第２の切り替え部８の端子ｂを選択して、端子ｂに印加される直流電圧信号ＳＶを掛算器１７へ出力してもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態では、掛算器２を構成に含む送信装置を説明した。しかし、平均出力レベル指定信号ＳＬに基づいた平均出力レベル制御がなされたベースバンド振幅変調信号Ｓ２が、振幅位相分離部１から出力できるのであれば、掛算器２を省略することができる。
〔本発明の送信装置を含む無線通信装置の実施例〕
図１０は、上述した第１及び第２の実施形態に係る送信装置を含む無線通信装置２０の概略構成を示したブロック図である。図１０において、無線通信装置２０は、送信装置２１と受信装置２２とから構成され、送信装置２１及び受信装置２２は送受切り替え部２３を介してアンテナ２４と接続されている。送信装置２１には、第１及び第２の実施形態に係る送信装置が用いられる。この無線通信装置２０には、携帯電話機や通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や無線基地局等が含まれる。
図１０は、上述した第１及び第２の実施形態に係る送信装置を含む無線通信装置２０の概略構成を示したブロック図である。図１０において、無線通信装置２０は、送信装置２１と受信装置２２とから構成され、送信装置２１及び受信装置２２は送受切り替え部２３を介してアンテナ２４と接続されている。送信装置２１には、第１及び第２の実施形態に係る送信装置が用いられる。この無線通信装置２０には、携帯電話機や通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や無線基地局等が含まれる。
この無線通信装置２０では、送信時には、送信装置２１が、送信出力信号Ｓ６を送受切り替え部２３を介してアンテナ２４から放射し、受信時には、受信装置２２が、送受切り替え部２３を介してアンテナ２４から受信信号を入力して復調する。送信装置２１内の高周波電力増幅器が高出力電力時には非線形増幅器として動作することにより、電力効率を向上させることができる。よって、携帯無線端末装置等においては、電池の消耗速度が遅くなるので使用時間を延ばすことができる。また、高周波電力増幅器は、電力効率が向上された分だけ小型化が可能で、また発熱量も低減できる。このため、この高周波電力増幅器を搭載する無線通信装置は、小型化を図ることができる。また、低出力電力時には高周波電力増幅器を線形増幅器として使用するか、又は高周波電力増幅器を使用せずに伝送線路や減衰器を通過させることにより、低出力側の出力レベルの範囲を拡大することができる。
また、本発明の送信装置を、大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置に適用すれば、高周波電力増幅器の高出力電力時の電力効率が向上する。これにより、高周波電力増幅器の小型化、発熱量の低減、設備の小型化、及び省スペース性の向上を実現することができる。
本発明は、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯端末装置及び無線基地局等の無線通信装置等に利用可能であり、電力効率が良好でかつ広い範囲にわたって送信出力電力を制御したい場合等に有用である。
本発明は、送信信号を電力増幅して出力する送信装置、及びこの送信装置を用いた無線通信装置に関する。
従来、包絡線変動成分を含む変調信号を増幅する高周波電力増幅器には、包絡線変動成分を線形に増幅するために、Ａ級又はＡＢ級の線形増幅器が用いられてきた。このＡ級又はＡＢ級の線形増幅器は、線形性に優れている反面、直流バイアス成分に伴う電力を常時消費しているために、Ｃ級〜Ｅ級等の非線形増幅器に比べて電力効率が低い。このため、このような電力消費量が多い高周波電力増幅器を、電池を電源とする携帯型の無線機に適用した場合、使用時間が短くなってしまうという問題があった。また、大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置に適用した場合においては、装置の大型化や発熱量の増大を招いていた。
そこで、ポーラ変調を用いて高効率化を図る方法が従来より提案されている。図１１は、ポーラ変調方式を用いた従来の送信装置の構成を示すブロック図である。図１１において、この従来の送信装置は、振幅位相分離部６１と、振幅変調信号増幅器６２と、周波数シンセサイザ６３と、非線形増幅器である高周波電力増幅器６４とを備える。
振幅位相分離部６１は、入力されるベースバンド変調信号Ｓ１０を、ベースバンド振幅変調信号Ｓ１１とベースバンド位相変調信号Ｓ１２とに分離する。振幅変調信号増幅器６２は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ１１に所定の増幅を行った後、電源電圧として高周波電力増幅器６４に供給する。周波数シンセサイザ６３は、ベースバンド位相変調信号Ｓ１２で搬送波信号を位相変調することによって得られる高周波位相変調信号Ｓ１３を、高周波電力増幅器６４に送出する。これにより、高周波電力増幅器６４は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ１１に応じた電源電圧のもとで、高周波位相変調信号Ｓ１３を増幅して送信出力信号Ｓ１４として出力する。
次に、このポーラ変調方式を用いた送信装置の動作を説明する。まず、ベースバンド変調信号Ｓ１０をＳｉ（ｔ）とすると、Ｓｉ（ｔ）は、次式（１）で表される。なお、ａ（ｔ）は振幅データを、ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］は位相データを、それぞれ示す。
Ｓｉ（ｔ）＝ａ（ｔ）ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］ … （１）
Ｓｉ（ｔ）＝ａ（ｔ）ｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］ … （１）
振幅位相分離部６１によって、Ｓｉ（ｔ）から振幅データａ（ｔ）と位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］とが抽出される。ここで、振幅データａ（ｔ）はベースバンド振幅変調信号Ｓ１１に、位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］はベースバンド位相変調信号Ｓ１２に、それぞれ対応する。振幅データａ（ｔ）は、振幅変調信号増幅器６２で増幅されて高周波電力増幅器６４に与えられる。これにより、高周波電力増幅器６４の電源電圧値が、振幅データａ（ｔ）に基づいて設定される。
周波数シンセサイザ６３は、搬送波角周波数ωｃを位相データｅｘｐ［ｊφ（ｔ）］で変調した高周波位相変調信号Ｓ１３を生成し、これが高周波電力増幅器６４に入力される。ここで、高周波位相変調信号Ｓ１３を信号Ｓｃとすると、信号Ｓｃは次式（２）で表される。
Ｓｃ＝ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （２）
Ｓｃ＝ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （２）
そして、高周波電力増幅器６４に非線形増幅器を用いることで、この高周波電力増幅器６４の電源電圧値ａ（ｔ）と周波数シンセサイザ６３の出力信号とを掛け合わせた信号が利得Ｇだけ増幅されて生成される送信出力信号Ｓ１４が、高周波電力増幅器６４から出力される。ここで、送信出力信号Ｓ１４をＲＦ信号Ｓｒｆとすると、ＲＦ信号Ｓｒｆは次式（３）で表される。
Ｓｒｆ＝Ｇａ（ｔ）Ｓｃ＝Ｇａ（ｔ）ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （３）
Ｓｒｆ＝Ｇａ（ｔ）Ｓｃ＝Ｇａ（ｔ）ｅｘｐ［ωｃｔ＋φ（ｔ）］ … （３）
この高周波電力増幅器６４に入力される信号は、振幅方向の変動成分を持たない位相変調信号であるため定包絡線信号となる。従って、高周波電力増幅器６４として効率の良い非線形増幅器を使用できるので、高効率の送信装置を提供することができる。この種のポーラ変調方式を用いた技術は、例えば特許文献１又は特許文献２に記載されている。
特許第３２０７１５３号明細書
特開２００１−１５６５５４号公報
米国特許第６１９１６５３号明細書
しかしながら、上述したポーラ変調方式を用いた従来の送信装置では、高周波電力増幅器６４を非線形増幅器として使用し、電源電圧に応じた出力飽和状態で使用するため、高周波電力増幅器６４の入力レベルをある程度大きくする必要がある。しかし、入力レベルを大きくした場合、高周波電力増幅器６４の入力から出力にリークする電力や、低い電源電圧でのトランジスタの動作限界等により、特に低出力レベルの送信出力信号を得ることが困難になるという課題があった。
それ故に、本発明の目的は、電力効率が良好で、かつ、低出力レベルから高出力レベルまで送信出力レベルの制御範囲が広い、送信装置及びこの送信装置を用いた無線通信装置を提供することである。
本発明は、ポーラ変調を用いた送信装置、及び送信信号をアンテナから送信する無線通信装置に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の送信装置は、振幅位相分離部、周波数シンセサイザ、掛算器、第１〜第４の切り替え部、振幅変調信号増幅器、可変利得増幅器、及び高周波電力増幅器を備えている。また、本発明の無線通信装置は、上記送信装置を備え、送信信号を電力増幅してアンテナに出力することを特徴とする。
振幅位相分離部は、入力するベースバンド変調信号を、ベースバンド振幅変調信号とベースバンド位相変調信号とに分離する。周波数シンセサイザは、ベースバンド位相変調信号によって高周波搬送信号に位相変調を施し、高周波位相変調信号を生成する。掛算器は、ベースバンド振幅変調信号に所定の値を掛ける。第１及び第２の切り替え部は、掛算器から出力される掛算されたベースバンド振幅変調信号と所定の直流電圧信号とをそれぞれ入力し、いずれか１つの信号を切り替えて出力する。振幅変調信号増幅器は、第１の切り替え部から出力される信号に基づいた電源電圧を供給する。可変利得増幅器は、第２の切り替え部から出力される信号に応じて、周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する。高周波電力増幅器は、可変利得増幅器で増幅された高周波位相変調信号を、振幅変調信号増幅器から供給される電源電圧を用いて電力増幅する。第３及び第４の切り替え部は、高周波電力増幅器の前後に配置され、可変利得増幅器で増幅された高周波位相変調信号を、高周波電力増幅器を通過させて出力させるか、通過させないで出力させるかを、切り替える。そして、これらの構成を用いて、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルに応じて、第１〜第４の切り替え部の切り替えを制御する。
典型的には、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第１の所定値より大きくなる第１モードの場合には、第１の切り替え部が掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、第２の切り替え部が直流電圧信号の出力に、かつ第３及び第４の切り替え部が高周波電力増幅器を通過させて出力させる経路に、それぞれ切り替える。また、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第２の所定値より小さくなる第２モードの場合には、第１の切り替え部が直流電圧信号の出力に、第２の切り替え部が掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、かつ第３及び第４の切り替え部が高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路に、それぞれ切り替える。
好ましくは、第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第１の所定値以下かつ第２の所定値以上になる第３モードの場合には、第１の切り替え部が直流電圧信号の出力に、第２の切り替え部が掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、かつ第３及び第４の切り替え部が高周波電力増幅器を通過させて出力させる経路に、それぞれ切り替える。
なお、上述した可変利得増幅器は、周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する増幅器と、増幅器で増幅された高周波位相変調信号と第２の切り替え部から出力される信号とを乗算する掛算器とで、構成されてもよい。
また、モードの切り替え時に、信号位相及び信号振幅を連続的に変化させるための位相補正情報及び振幅補正情報を、第１〜第３モード毎に保持する位相補正部及び振幅補正部をさらに備えて、周波数シンセサイザにおいて位相補正情報に基づいた高周波位相変調信号の位相補正を、可変利得増幅器において振幅補正情報に基づいた高周波位相変調信号の振幅補正を行ってもよい。
また、モードの切り替えに、ヒステリシスを持たせて行ってもよい。
さらには、第３及び第４の切り替え部によって形成される、高周波位相変調信号を高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路上に、減衰器を挿入してもよい。
また、モードの切り替え時に、信号位相及び信号振幅を連続的に変化させるための位相補正情報及び振幅補正情報を、第１〜第３モード毎に保持する位相補正部及び振幅補正部をさらに備えて、周波数シンセサイザにおいて位相補正情報に基づいた高周波位相変調信号の位相補正を、可変利得増幅器において振幅補正情報に基づいた高周波位相変調信号の振幅補正を行ってもよい。
また、モードの切り替えに、ヒステリシスを持たせて行ってもよい。
さらには、第３及び第４の切り替え部によって形成される、高周波位相変調信号を高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路上に、減衰器を挿入してもよい。
本発明の送信装置によれば、高周波電力増幅器の出力電力レベルに応じて複数の動作モードの中から最適な動作モードを選択し、高周波電力増幅器の入力から出力へのリークを最適に制御する。これにより、電力効率及び線形性の優れた電力増幅を行うことができ、送信出力電力の制御範囲を高レベルから低レベルまで広くとることができる。また、動作モードの切り替えに伴う出力信号の振幅及び位相の不連続変化を防いで連続的に変化させるので、切り替えに伴う過渡的なスペクトルの拡がり等の弊害を抑制することができる。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調方式を用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係る送信装置は、振幅位相分離部１と、掛算器２と、振幅変調信号増幅器４と、高周波電力増幅器５と、周波数シンセサイザ６と、可変利得増幅器７と、制御部１５と、第１〜第４の切り替え部３、８、９及１４とを備えている。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調方式を用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、第１の実施形態に係る送信装置は、振幅位相分離部１と、掛算器２と、振幅変調信号増幅器４と、高周波電力増幅器５と、周波数シンセサイザ６と、可変利得増幅器７と、制御部１５と、第１〜第４の切り替え部３、８、９及１４とを備えている。
振幅位相分離部１は、入力するベースバンド変調信号Ｓ１を、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２とベースバンド位相変調信号Ｓ３とに分離する。掛算器２は、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２と、制御部１５から与えられる平均出力レベル指定信号ＳＬとを、乗算する。第１の切り替え部３は、制御部１５から与えられるモード切替信号ＳＭに基づいて、掛算器２の出力信号又は制御部１５の直流電圧信号ＳＶのいずれかを選択して、振幅変調信号増幅器４へ出力する。振幅変調信号増幅器４は、第１の切り替え部３で選択された信号に応じた電源電圧を、高周波電力増幅器５へ供給する。周波数シンセサイザ６は、搬送波信号をベースバンド位相変調信号Ｓ３で位相変調して、高周波位相変調信号Ｓ４を生成する。第２の切り替え部８は、モード切替信号ＳＭに基づいて、掛算器２の出力信号又は制御部１５の直流電圧信号ＳＶのいずれかを選択して、利得制御信号Ｓ５として可変利得増幅器７へ出力する。可変利得増幅器７は、第２の切り替え部８が出力する利得制御信号Ｓ５に応じて、周波数シンセサイザ６で生成された高周波位相変調信号Ｓ４の利得制御を行う。高周波電力増幅器５は、振幅変調信号増幅器４から与えられる電源電圧に従って、可変利得増幅器７から入力する信号を電力増幅して、送信出力信号Ｓ６として出力する。第３及び第４の切り替え部９及び１４は、モード切替信号ＳＭに基づいて、可変利得増幅器７の出力信号を高周波電力増幅器５へ入力するか、入力せずに通過させるかを切り替える。この第４の切り替え部１４は、スイッチ機能を有してさえいればその形態は問わない。例えば、ＦＥＴスイッチやダイオードスイッチ等の他、分岐点から見たインピーダンスが高くなる伝送線路であってもよい。
制御部１５は、高周波電力増幅器５の動作モードを決定し、この決定した動作モードに対応した回路になるように接続状態を制御する。この動作モードは、例えば無線基地局から指定される又は送信装置における受信信号の状態に基づく送信電力レベルと、高周波電力増幅器５の特性とに、応じて決定される。典型的には、電力効率の観点から、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大きくなる場合は、高周波電力増幅器５が非線形増幅器となる動作モードが、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小さくなる場合（高周波電力増幅器５が非線形増幅器として動作可能な範囲から外れる場合）は、高周波電力増幅器５が線形増幅器となる動作モードが、それぞれ望ましい。この動作モードを切り替えるための信号が、モード切替信号ＳＭである。例えば、２ビットのモード切替信号を用いて、送信電力レベルが大である場合には「０１」、送信電力レベルが小である場合には「１０」を出力することが考えられる。平均出力レベル指定信号ＳＬは、送信装置から出力される信号の平均電力レベルを指定するための信号である。直流電圧信号ＳＶは、振幅変調信号増幅器４及び可変利得増幅器７の利得を制御するための固定電圧である。なお、この制御部１５は、送信装置の内部又は外部のいずれに設けてもよい。
以下、上記構成による第１の実施形態に係る送信装置の動作を、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大（第１モード）、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中（第３モード）、送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小（第２モード）の３つの動作モードがある場合を一例に挙げて、説明する（図２を参照）。
（１）第１モード
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大きくなる場合には、高周波電力増幅器５を飽和動作領域又はスイッチング動作領域の非線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第１モードが選択される。この第１モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ｂ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第１モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが大きくなる場合には、高周波電力増幅器５を飽和動作領域又はスイッチング動作領域の非線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第１モードが選択される。この第１モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ｂ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第１モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
まず、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２は、掛算器２において平均出力レベル指定信号ＳＬと掛け合わされる。この掛け合わされた乗算信号は、第１の切り替え部３を通って振幅変調信号増幅器４へ出力される。振幅変調信号増幅器４は、入力される乗算信号を増幅した後、電源電圧として高周波電力増幅器５へ出力する。高周波電力増幅器５は、この電源電圧を用いて、入力される位相変調信号の振幅変調を行う。なお、高周波電力増幅器５に与える電源電圧をベースバンド振幅変調信号Ｓ２のレベルに応じて高効率に生成するためには、振幅変調信号増幅器４は、パルス幅で振幅情報を表すＤ級増幅器を用いることが好ましい。
一方、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド位相変調信号Ｓ３は、周波数シンセサイザ６において搬送波信号を位相変調するために用いられる。この位相変調によって生成された高周波位相変調信号Ｓ４は、可変利得増幅器７へ出力される。可変利得増幅器７は、利得制御信号Ｓ５に基づいて、高周波位相変調信号Ｓ４を増幅（又は減衰）する。この利得制御信号Ｓ５は、第２の切り替え部８を介して供給される固定の直流電圧信号ＳＶであるため、可変利得増幅器７から出力される信号は、振幅方向の変動成分を持たない位相変調信号である定包絡線信号となる。そして、この定包絡線信号は、第３の切り替え部９を通って、高周波電力増幅器５にて電源電圧による振幅変調が施された後、第４の切り替え部１４を通って送信出力信号Ｓ６として出力される。
図３及び図４は、非線形増幅器として用いた高周波電力増幅器５の回路構成及び動作を説明する図である。図３に示すように、高周波電力増幅器５は、入出力間に寄生容量５１が接続された非線形増幅器５０と捉えることができる。この非線形増幅器５０では、所定の電源電圧を越えると、電源電圧の二乗と出力電力とが比例することがわかる（横軸は対数軸である）。そして、この図３及び図４から、リーク電力の大きさが、寄生容量５１と非線形増幅器５０の入力信号のレベル（可変利得増幅器７の出力信号のレベル）とによって定められることが分かる。
ここで、可変利得増幅器７を設けない場合について考えると、周波数シンセサイザ６の出力はほぼ一定であるから、リーク電力も一定となる。その場合、送信出力信号Ｓ６のレベルを下げるためには、非線形増幅器５０の電源電圧を下げればよいが、リーク電力に制限され、一定値よりレベルを下げることができない。
これに対して、第１の実施形態では、利得制御信号Ｓ５によって可変利得増幅器７の利得を制御して、高周波電力増幅器５に入力される位相変調信号のレベルを制御する。これにより、リーク電力を低減させることが可能となる。従って、高周波電力増幅器５において、電源電圧による出力電力の制御範囲（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。
これに対して、第１の実施形態では、利得制御信号Ｓ５によって可変利得増幅器７の利得を制御して、高周波電力増幅器５に入力される位相変調信号のレベルを制御する。これにより、リーク電力を低減させることが可能となる。従って、高周波電力増幅器５において、電源電圧による出力電力の制御範囲（ダイナミックレンジ）を拡大させることができる。
（２）第２モード
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小さくなる場合には、高周波電力増幅器５を非飽和動作領域の線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第２モードが選択される。この第２モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ａ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ｂ」に接続される。また、掛算器２には、第２モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが小さくなる場合には、高周波電力増幅器５を非飽和動作領域の線形増幅器として動作させるために、制御部１５によって第２モードが選択される。この第２モードでは、第１及び第２の切り替え部３及び８がそれぞれ「端子ａ」に、第３及び第４の切り替え部９及１４がそれぞれ「端子ｂ」に接続される。また、掛算器２には、第２モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。
振幅位相分離部１において分離されたベースバンド位相変調信号Ｓ３は、周波数シンセサイザ６において搬送波信号を位相変調するために用いられる。この位相変調によって生成された高周波位相変調信号Ｓ４は、可変利得増幅器７へ出力される。また、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２は、掛算器２において平均出力レベル指定信号ＳＬと掛け合わされる。この掛け合わされた乗算信号、すなわちベースバンド振幅変調信号Ｓ２と平均出力レベル指定信号ＳＬとの乗算値に比例した包絡線成分（振幅信号）を有する信号は、第２の切り替え部８を通って利得制御信号Ｓ５として可変利得増幅器７へ出力される。可変利得増幅器７は、この利得制御信号Ｓ５に基づいて、高周波位相変調信号Ｓ４を振幅変調する。そして、可変利得増幅器７で振幅変調された信号は、第３及び第４の切り替え部９及び１４を通って、高周波電力増幅器５を通過せずにそのまま送信出力信号Ｓ６として出力される。
この第２モードでは、高周波電力増幅器５による増幅を行わないため、振幅変調信号増幅器４から高周波電力増幅器５へ電源供給を行わないようにして、消費電力を抑制させている。よって、消費電力を大幅に減少させつつ、特に低電力レベルの送信出力信号Ｓ６を出力でき、低レベルまで出力電力の制御範囲の広い送信装置を提供することができる。なお、消費電力抑制の方法としては、０Ｖの直流電圧信号ＳＶを第１の切り替え部３を介して振幅変調信号増幅器４へ与えることや、振幅変調信号増幅器４と高周波電力増幅器５との間に第５の切り替え部（図示せず）を設けて、その間を非導通に切り替えること等が考えられる。
（３）第３モード
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中程度になる場合には、制御部１５によって第３モードが選択される。この第３モードでは、第１〜第４の切り替え部３、８、９及び１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第３モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。この第３モードでは、高周波電力増幅器５は、入出力関係が線形な線形増幅器として動作する。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中程度になる場合には、制御部１５によって第３モードが選択される。この第３モードでは、第１〜第４の切り替え部３、８、９及び１４がそれぞれ「端子ａ」に接続される。また、掛算器２には、第３モードに応じた平均出力レベル指定信号ＳＬが出力される。この第３モードでは、高周波電力増幅器５は、入出力関係が線形な線形増幅器として動作する。
まず、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド振幅変調信号Ｓ２は、掛算器２において平均出力レベル指定信号ＳＬと掛け合わされる。この掛け合わされた信号は、第２の切り替え部８を通って利得制御信号Ｓ５として可変利得増幅器７へ出力される。振幅変調信号増幅器４は、第１の切り替え部３を介して直流電圧信号ＳＶを入力し、一定の電源電圧を高周波電力増幅器５へ出力する。
一方、振幅位相分離部１において分離されたベースバンド位相変調信号Ｓ３は、周波数シンセサイザ６において搬送波信号を位相変調するために用いられる。この位相変調によって生成された高周波位相変調信号Ｓ４は、可変利得増幅器７へ出力される。可変利得増幅器７は、上述した利得制御信号Ｓ５に基づいて、高周波位相変調信号Ｓ４を振幅変調する。
送信出力信号Ｓ６の電力レベルが中程度の場合、高周波電力増幅器５の動作が非線形動作領域から外れる可能性がある、すなわち電源電圧の変化に対する出力電力の線形性が悪化する可能性がある。しかし、このような場合においても、第３モードでは、高周波電力増幅器５を線形増幅器として動作させることにより、入力信号に対する出力信号の線形性を保つと共に、出力電力レベルの制御範囲を広げることができる。
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る送信装置によれば、高周波電力増幅器の出力電力レベルに応じて複数の動作モードの中から最適な動作モードを選択し、高周波電力増幅器の入力から出力へのリークを最適に制御する。これにより、電力効率及び線形性の優れた電力増幅を行うことができ、送信出力電力の制御範囲を高レベルから低レベルまで広くとることができる。
なお、上記第１の実施形態では、第１モードにおいて、可変利得増幅器７への利得制御信号Ｓ５は、固定の直流電圧信号ＳＶであるとした。しかし、高周波電力増幅器５を非線形増幅器として動作させれば、第２又は第３のモードと同様に、振幅変調信号に応じて変化させて、高周波電力増幅器５の入力を瞬時出力電力に応じて変化させても同様の効果が得られる。
また、可変利得増幅器７が、利得制御信号Ｓ５に対して非線形に変化する（例えば、入出力特性が指数特性になる）タイプの増幅器である場合には、この非線形を線形へ補正する機能を持った構成（図示せず）を、可変利得増幅器７の前後に挿入することになる。
また、可変利得増幅器７が、利得制御信号Ｓ５に対して非線形に変化する（例えば、入出力特性が指数特性になる）タイプの増幅器である場合には、この非線形を線形へ補正する機能を持った構成（図示せず）を、可変利得増幅器７の前後に挿入することになる。
また、出力電力レベルが低い第２モードでの動作時に切り替えられる、第３及び第４の切り替え部９及び１４の両方の端子ｂを繋いだ伝送線路に、減衰器を挿入してもよい。減衰器を用いた構成により、送信出力信号のレベルをさらに減衰させて極めて低レベルの出力信号を送信することができ、送信電力の制御範囲をさらに広げることができる。
また、第２の切り替え部８の出力端子ｃと可変利得増幅器７との間、すなわち利得制御信号Ｓ５が流れるパス上に、振幅変調信号増幅器４と同等の増幅器が挿入されていても構わない。
さらに、第１モード（高周波電力増幅器５で振幅変調）と第２モード及び第３モード（可変利得増幅器７で振幅変調）とでは、振幅経路と位相経路の間の遅延差が異なるので、この遅延差を補正するための機能ブロックを必要に応じて適宜追加することになる（図示せず）。
また、第２の切り替え部８の出力端子ｃと可変利得増幅器７との間、すなわち利得制御信号Ｓ５が流れるパス上に、振幅変調信号増幅器４と同等の増幅器が挿入されていても構わない。
さらに、第１モード（高周波電力増幅器５で振幅変調）と第２モード及び第３モード（可変利得増幅器７で振幅変調）とでは、振幅経路と位相経路の間の遅延差が異なるので、この遅延差を補正するための機能ブロックを必要に応じて適宜追加することになる（図示せず）。
〔第２の実施形態〕
上述した３つの動作モードは、高周波送信信号の経路がそれぞれ異なるので、各経路の利得及び位相特性も異なる。このため、動作モード切り換え時に、送信出力信号の振幅や位相に急激な変化が生じる。例えば、第３モードから第２モードに動作モードが切り換わる場合、第３モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過するが、第２モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過しない（第３の切り替え部の端子ｂ〜第４の切り替え部の端子ｂ間の伝送線路を通過する）ので、この２経路の通過特性の違いにより送信出力信号の振幅及び位相が急激に変化するのである。
上述した３つの動作モードは、高周波送信信号の経路がそれぞれ異なるので、各経路の利得及び位相特性も異なる。このため、動作モード切り換え時に、送信出力信号の振幅や位相に急激な変化が生じる。例えば、第３モードから第２モードに動作モードが切り換わる場合、第３モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過するが、第２モードでは高周波送信信号が高周波電力増幅器５を通過しない（第３の切り替え部の端子ｂ〜第４の切り替え部の端子ｂ間の伝送線路を通過する）ので、この２経路の通過特性の違いにより送信出力信号の振幅及び位相が急激に変化するのである。
そこで、本第２の実施形態では、動作モードの切り替え時に、信号の急激な変化が生じないように（信号の連続性が確保されるように）、送信出力信号の振幅及び位相を補正することを行う。また、基準位相の連続性やＡＣＬＲ特性が３ＧＰＰ(3rd Generation Partnership Project)の標準規格を満足するように、送信出力信号の振幅及び位相を補正することを行う。この第２の実施形態で説明する送信出力信号の振幅及び位相の補正処理は、ポーラ変調方式に必要不可欠である周知の歪み補償処理（特許文献３を参照）と並行して行われるものである。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るポーラ変調方式を用いた送信装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、第２の実施形態に係る送信装置は、振幅位相分離部１と、掛算器２と、振幅変調信号増幅器４と、高周波電力増幅器５と、周波数シンセサイザ６と、可変利得増幅器７と、位相補正部１１と、振幅補正部１２と、制御部１５と、第１〜第４の切り替え部３、８、９及１４とを備えている。図５で示すように、第２の実施形態に係る送信装置は、上記第１の実施形態に係る送信装置に位相補正部１１及び振幅補正部１２を加えた構成である。
以下、この位相補正部１１及び振幅補正部１２を中心に第２の実施形態に係る送信装置を説明する。
以下、この位相補正部１１及び振幅補正部１２を中心に第２の実施形態に係る送信装置を説明する。
位相補正部１１には、周波数シンセサイザ６においてベースバンド位相変調信号Ｓ３の位相を補正するための位相補正情報が、各動作モードに対応させて格納されている。また、振幅補正部１２には、可変利得増幅器７において高周波位相変調信号Ｓ４の振幅を補正するための振幅補正情報が、各動作モードに対応させて格納されている。なお、この位相補正情報及び振幅補正情報は、テーブル形式で持たせることが考えられる。
図６は、第２の実施形態に係る送信装置が、上記第１の実施形態で説明した３つの動作モード（図２）を切り替える方法を示すフローチャートである。
ポーラ変調送信処理を開始すると、制御部１５に平均出力レベル指定信号ＳＬが入力される（ステップＳ１１）。次に、制御部１５は、この平均出力レベル指定信号ＳＬをチェックして、動作モードの切り替えが必要か否かを判断する（ステップＳ１２）。この時、動作モードの切り替えポイントは、平均出力レベルの値だけで決まるのではなく、平均出力レベルが増加するのか減少するのかによって異なる。すなわち、動作モードの切り換えポイントはヒステリシスを有している。
ポーラ変調送信処理を開始すると、制御部１５に平均出力レベル指定信号ＳＬが入力される（ステップＳ１１）。次に、制御部１５は、この平均出力レベル指定信号ＳＬをチェックして、動作モードの切り替えが必要か否かを判断する（ステップＳ１２）。この時、動作モードの切り替えポイントは、平均出力レベルの値だけで決まるのではなく、平均出力レベルが増加するのか減少するのかによって異なる。すなわち、動作モードの切り換えポイントはヒステリシスを有している。
図７は、第２モード〜第３モード〜第１モードの遷移時におけるヒステリシス特性を示す図である。平均出力レベルが低出力レベルから中出力レベルに変化するときは、動作モードは図のＢ点において第２モードから第３モードに遷移し、逆に平均出力レベルが中出力レベルから低出力レベルに変化するときは、動作モードは図のＡ点において第３モードから第２モードに遷移する。このようなヒステリシス特性を持たせることにより、動作モードの切り替えポイント付近で平均出力レベルが頻繁に変化する場合でも、動作モードの切り替え回数を最小限に抑制し、振幅や位相の連続性をより確実に実現することができる。このことは、第３モードから第１モードへの遷移時においても同様である（Ｄ点及びＥ点）。
ステップＳ１２において動作モードの切り換えが必要と判断した場合、制御部１５は、位相補正部１１及び振幅補正部１２へモード切替信号ＳＭを出力する。位相補正部１１は、このモード切替信号ＳＭに従って、対応する位相補正情報を選択して周波数シンセサイザ６へ出力する（ステップＳ１３）。また、振幅補正部１２は、このモード切替信号ＳＭに従って、対応する振幅補正情報を選択して可変利得増幅器７へ出力する（ステップＳ１３）。そして、周波数シンセサイザ６及び可変利得増幅器７では、これらの補正情報を用いて処理動作が行われる。
この補正情報を用いた処理動作によって、動作モードの切り換えの前後で送信出力信号の振幅や位相の急激な変化を生じさせることなく、振幅及び位相を連続的に変化させることが可能となる。図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の送信装置によって実現される、送信出力信号の振幅及び位相の連続的な変化を説明するための図である。
そして、ステップＳ１３におけるモード切り替え処理が終了するか、ステップＳ１２において動作モードの切り替えが不要と判断された場合には、送信を終了するか否かが判断される（ステップＳ１４）。ここで、送信を終了しない場合は、次の信号送信の開始でステップＳ１１に戻り、ステップＳ１２〜Ｓ１４を繰り返し行われる。
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る送信装置によれば、高周波電力増幅器の出力電力レベルに応じて複数の動作モードの中から最適な動作モードを選択し、高周波電力増幅器の入力から出力へのリークを最適に制御する。これにより、電力効率及び線形性の優れた電力増幅を行うことができ、送信出力電力の制御範囲を高レベルから低レベルまで広くとることができる。また、動作モードの切り替えに伴う出力信号の振幅及び位相の不連続変化を防いで連続的に変化させるので、切り替えに伴う過渡的なスペクトルの拡がり等の弊害を抑制することができる。
なお、上記第２の実施形態では、位相補正部１１及び振幅補正部１２が、位相補正情報及び振幅補正情報を周波数シンセサイザ６及び可変利得増幅器７へそれぞれ出力する場合を説明した。しかし、これらの位相補正情報及び振幅補正情報を制御部１５が持つ場合には、制御部が周波数シンセサイザ６及び可変利得増幅器７を直接制御する構成にしても構わない。また、高周波電力増幅器５の送信出力信号Ｓ６を検波して、検波の結果を制御部１５にフィードバックさせれば、送信出力信号の振幅及び位相の連続性をより正確に実現させることができる。
また、上記第２の実施形態で説明した可変利得増幅器７は、図９Ａに示すように増幅器１６と掛算器１７とに分けて構成することも可能である。この場合には、第２の切り替え部８から出力される利得制御信号Ｓ５は、掛算器１７に入力される。さらに、図９Ｂに示すように、第２の切り替え部８の端子ａに、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２と平均出力レベル指定信号ＳＬとの乗算値ではなく、ベースバンド振幅変調信号Ｓ２を直接入力する構成にすることも可能である。この構成では、第２モード及び第３モードの場合、増幅器１６で振幅補正情報に基づいた平均出力レベルの制御が行われ、掛算器１７で振幅変調が行われる。掛算器１７で振幅変調を行うことにより、振幅信号に対して出力信号の包絡線を線形に変化させることができる。
なお、平均出力レベルの制御は、次のような様々な位置で行うことが可能である。例えば、平均出力レベルの制御を第２の切り替え部８の出力で行う場合には、平均出力レベル指定信号ＳＬとベースバンド振幅変調信号Ｓ２との乗算値を、入力信号Ｓ５として掛算器１７へ入力すればよい。また、平均出力レベルの制御を掛算器１７の後段で行う場合には、別の可変利得増幅器を新たに設けて行えばよい。また、高周波電力増幅器５で振幅変調を行う場合は、第２の切り替え部８の端子ｂを選択して、端子ｂに印加される直流電圧信号ＳＶを掛算器１７へ出力してもよい。
また、上記第１及び第２の実施形態では、掛算器２を構成に含む送信装置を説明した。しかし、平均出力レベル指定信号ＳＬに基づいた平均出力レベル制御がなされたベースバンド振幅変調信号Ｓ２が、振幅位相分離部１から出力できるのであれば、掛算器２を省略することができる。
〔本発明の送信装置を含む無線通信装置の実施例〕
図１０は、上述した第１及び第２の実施形態に係る送信装置を含む無線通信装置２０の概略構成を示したブロック図である。図１０において、無線通信装置２０は、送信装置２１と受信装置２２とから構成され、送信装置２１及び受信装置２２は送受切り替え部２３を介してアンテナ２４と接続されている。送信装置２１には、第１及び第２の実施形態に係る送信装置が用いられる。この無線通信装置２０には、携帯電話機や通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や無線基地局等が含まれる。
図１０は、上述した第１及び第２の実施形態に係る送信装置を含む無線通信装置２０の概略構成を示したブロック図である。図１０において、無線通信装置２０は、送信装置２１と受信装置２２とから構成され、送信装置２１及び受信装置２２は送受切り替え部２３を介してアンテナ２４と接続されている。送信装置２１には、第１及び第２の実施形態に係る送信装置が用いられる。この無線通信装置２０には、携帯電話機や通信機能を備えた携帯情報端末等の携帯無線端末装置や無線基地局等が含まれる。
この無線通信装置２０では、送信時には、送信装置２１が、送信出力信号Ｓ６を送受切り替え部２３を介してアンテナ２４から放射し、受信時には、受信装置２２が、送受切り替え部２３を介してアンテナ２４から受信信号を入力して復調する。送信装置２１内の高周波電力増幅器が高出力電力時には非線形増幅器として動作することにより、電力効率を向上させることができる。よって、携帯無線端末装置等においては、電池の消耗速度が遅くなるので使用時間を延ばすことができる。また、高周波電力増幅器は、電力効率が向上された分だけ小型化が可能で、また発熱量も低減できる。このため、この高周波電力増幅器を搭載する無線通信装置は、小型化を図ることができる。また、低出力電力時には高周波電力増幅器を線形増幅器として使用するか、又は高周波電力増幅器を使用せずに伝送線路や減衰器を通過させることにより、低出力側の出力レベルの範囲を拡大することができる。
また、本発明の送信装置を、大電力の送信装置を複数設置する無線システムの基地局装置に適用すれば、高周波電力増幅器の高出力電力時の電力効率が向上する。これにより、高周波電力増幅器の小型化、発熱量の低減、設備の小型化、及び省スペース性の向上を実現することができる。
本発明は、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯端末装置及び無線基地局等の無線通信装置等に利用可能であり、電力効率が良好でかつ広い範囲にわたって送信出力電力を制御したい場合等に有用である。
１、６１ 振幅位相分離部
２、１７ 掛算器
３、８、９、１４ 切り替え部
４、６２ 振幅変調信号増幅器
５、６４ 高周波電力増幅器
６、６３ 周波数シンセサイザ
７ 可変利得増幅器
１１ 位相補正部
１２ 振幅補正部
１５ 制御部
１６ 増幅器
２０ 無線通信装置
２１ 送信装置
２２ 受信装置
２３ 送受切り替え部
２４ アンテナ
５０ 非線形増幅器
５１ 寄生容量
２、１７ 掛算器
３、８、９、１４ 切り替え部
４、６２ 振幅変調信号増幅器
５、６４ 高周波電力増幅器
６、６３ 周波数シンセサイザ
７ 可変利得増幅器
１１ 位相補正部
１２ 振幅補正部
１５ 制御部
１６ 増幅器
２０ 無線通信装置
２１ 送信装置
２２ 受信装置
２３ 送受切り替え部
２４ アンテナ
５０ 非線形増幅器
５１ 寄生容量
Claims (9)
- ポーラ変調を用いた送信装置であって、
入力するベースバンド変調信号を、ベースバンド振幅変調信号とベースバンド位相変調信号とに分離する振幅位相分離部と、
前記ベースバンド位相変調信号によって高周波搬送信号に位相変調を施し、高周波位相変調信号を生成する周波数シンセサイザと、
前記ベースバンド振幅変調信号に所定の値を掛ける掛算器と、
前記掛算器から出力される掛算されたベースバンド振幅変調信号と所定の直流電圧信号とをそれぞれ入力し、いずれか１つの信号を切り替えて出力する第１及び第２の切り替え部と、
前記第１の切り替え部から出力される信号に基づいた電源電圧を供給する振幅変調信号増幅器と、
前記第２の切り替え部から出力される信号に応じて、前記周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する可変利得増幅器と、
前記可変利得増幅器で増幅された高周波位相変調信号を、前記振幅変調信号増幅器から供給される電源電圧を用いて電力増幅する高周波電力増幅器と、
前記高周波電力増幅器の前後に配置され、前記可変利得増幅器で増幅された高周波位相変調信号を、前記高周波電力増幅器を通過させて出力させるか、通過させないで出力させるかを、切り替える第３及び第４の切り替え部とを備え、
前記第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルに応じて、前記第１〜第４の切り替え部の切り替えを制御することを特徴とする、送信装置。 - 前記第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第１の所定値より大きくなる第１モードの場合には、前記第１の切り替え部が前記掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、前記第２の切り替え部が前記直流電圧信号の出力に、かつ前記第３及び第４の切り替え部が前記高周波電力増幅器を通過させて出力させる経路に、それぞれ切り替え、
前記第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、第２の所定値より小さくなる第２モードの場合には、前記第１の切り替え部が前記直流電圧信号の出力に、前記第２の切り替え部が前記掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、かつ前記第３及び第４の切り替え部が前記高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路に、それぞれ切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。 - 前記第４の切り替え部から出力される信号の電力レベルが、前記第１の所定値以下かつ前記第２の所定値以上になる第３モードの場合には、前記第１の切り替え部が前記直流電圧信号の出力に、前記第２の切り替え部が前記掛算されたベースバンド振幅変調信号の出力に、かつ前記第３及び第４の切り替え部が前記高周波電力増幅器を通過させて出力させる経路に、それぞれ切り替えることを特徴とする、請求項２に記載の送信装置。
- 前記可変利得増幅器が、
前記周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された高周波位相変調信号と前記第２の切り替え部から出力される信号とを乗算する掛算器とで、構成されることを特徴とする、請求項２に記載の送信装置。 - 前記可変利得増幅器が、
前記周波数シンセサイザで生成された高周波位相変調信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器で増幅された高周波位相変調信号と前記第２の切り替え部から出力される信号とを乗算する掛算器とで、構成されることを特徴とする、請求項３に記載の送信装置。 - モードの切り替え時に信号位相を連続的に変化させるための位相補正情報を、前記第１〜第３モード毎に保持する位相補正部と、
モードの切り替え時に信号振幅を連続的に変化させるための振幅補正情報を、前記第１〜第３モード毎に保持する振幅補正部とをさらに備え、
前記周波数シンセサイザは、前記位相補正情報に基づいて前記高周波位相変調信号の位相を補正し、
前記可変利得増幅器は、前記振幅補正情報に基づいて前記高周波位相変調信号の振幅を補正することを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。 - モードの切り替えが、ヒステリシスを持たせて行われることを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
- 前記第３及び第４の切り替え部によって形成される、前記高周波位相変調信号を高周波電力増幅器を通過させないで出力させる経路上に、減衰器を挿入したことを特徴とする、請求項１に記載の送信装置。
- 送信信号をアンテナから送信する無線通信装置であって、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の送信装置を備え、前記送信信号を電力増幅して前記アンテナに出力することを特徴とする、無線通信装置。
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