JPWO2008044276A1 - Power amplifier - Google Patents
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Abstract
多様な変調方式に対応するマルチモード端末でも適用することが可能な高効率かつ低歪な電力増幅装置。この電力増幅装置では、RF帯域のベースバンド信号がカプラ(101)に入力されると、包絡線検波器(102)がカプラ(101)から絶縁してベースバンド信号の包絡線情報を検出する。ピーク検出部(104)が包絡線情報からピーク電力を求め、平均処理部(103)が包絡線情報から所定時間内の平均電力を求める。アンプ制御部(109)は、ピーク電力と平均電力とに基づいてトランジスタ(107)の電源電圧と出力整合回路(108)から出力側を見た負荷インピーダンスを変化させる。さらに、平均電力に基づいて、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ(107)の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器の利得を調整する。A high-efficiency and low-distortion power amplifier that can be applied to multi-mode terminals that support various modulation systems. In this power amplification device, when a baseband signal in the RF band is input to the coupler (101), the envelope detector (102) is insulated from the coupler (101) and detects the envelope information of the baseband signal. The peak detection unit (104) calculates peak power from the envelope information, and the average processing unit (103) calculates average power within a predetermined time from the envelope information. The amplifier control unit (109) changes the power supply voltage of the transistor (107) and the load impedance viewed from the output matching circuit (108) based on the peak power and the average power. Further, based on the average power, the gain of the variable gain amplifier is adjusted in accordance with the variation of the amplification factor of the transistor (107) so that the total gain as the power amplifier becomes constant.
Description
本発明は、移動通信端末などに適用され、RF(Radio Frequency:無線周波数)信号を電力増幅する電力増幅装置に関する。 The present invention relates to a power amplifying apparatus that is applied to a mobile communication terminal or the like and amplifies an RF (Radio Frequency) signal.
従来より、送信電力制御を行う移動通信端末で用いられる増幅器において、歪が少なく、かつ広いダイナミックレンジで高効率を実現する方法として、増幅器の電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を併せて行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。図1は従来の電力増幅装置の一例を示す構成図である。図1に示すように、この電力増幅装置は、主に、入力電力センサ1、カプラ2、可変利得増幅器3、入力整合回路4、トランジスタ5、出力整合回路6、及び電源回路7を含んだ構成となっている。
Conventionally, in amplifiers used in mobile communication terminals that perform transmission power control, a method of performing power supply voltage control and load impedance control of an amplifier together as a method of realizing high efficiency with low distortion and a wide dynamic range. (For example, refer to Patent Document 1). FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional power amplifier. As shown in FIG. 1, this power amplifying apparatus mainly includes an
この電力増幅装置では、入力電力センサ1が、可変利得増幅器3へ供給されるRF(Radio Frequency)帯の入力信号の平均電力を検知し、その平均電力が小さいと判定したときは、電源回路7からトランジスタ5へ供給する直流電圧を下げ、同時に、負荷インピーダンスが大きくなるように、電源回路7から出力整合回路6へ負荷インピーダンス制御信号を送信してインピーダンス制御を行う。このようにして、負荷インピーダンスを大きくすることによって出力電圧の振幅を大きくとることができ、その結果、歪特性を良好にすることができる。
In this power amplification device, when the
一方、入力電力センサ1が、可変利得増幅器3へ供給される入力信号の平均電力が大きいと判定した場合は、電源回路7からトランジスタ5へ供給する直流電圧を高くし、かつ負荷インピーダンスを小さくすることにより、大電力時においても出力電圧の振幅をトランジスタ5のブレークダウン電圧より小さくすることができ、信頼性を高めたまま、歪も少なく、かつ高効率な電力増幅を行うことが可能となる。
On the other hand, when the
ここで、トランジスタ増幅器の電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を併せて行うことによって低歪化及び高効率化を実現することができる理由について説明する。図2は、トランジスタ増幅器の電圧−電流特性と負荷特性を示す特性図であり、(a)は入力信号の平均電力が大きいときに電源電圧制御を行った場合、(b)は入力信号の平均電力が小さいとき電源電圧制御を行った場合、(c)は入力信号の平均電力が小さいときに電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を行った場合、のそれぞれの特性を示している。なお、いずれの特性図も横軸はトランジスタ増幅器のドレイン電圧(vd)を表わし、縦軸はドレイン電流(id)を表わしている。 Here, the reason why low distortion and high efficiency can be realized by performing power supply voltage control and load impedance control of the transistor amplifier together will be described. FIG. 2 is a characteristic diagram showing voltage-current characteristics and load characteristics of a transistor amplifier. FIG. 2A shows the case where power supply voltage control is performed when the average power of the input signal is large, and FIG. 2B shows the average of the input signal. When the power supply voltage control is performed when the power is low, (c) shows the respective characteristics when the power supply voltage control and the load impedance control are performed when the average power of the input signal is small. In each characteristic diagram, the horizontal axis represents the drain voltage (vd) of the transistor amplifier, and the vertical axis represents the drain current (id).
図2(a)に示すように、入力信号の平均電力が大きいときに電源電圧制御を行った場合は、負荷線(A)のように増幅特性は良好な線形性が得られる。しかし、入力信号の平均電力が小さいときに電源電圧制御を行った場合は、図2(b)に示す負荷線(B)のような負荷特性となるので、電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域で線形性が失われて歪特性が劣化してしまう。つまり、入力信号の平均電力の大小(あるいは、出力電力の大小)に応じて単純に電源電圧制御を行うだけでは線形性が劣化してしまう。 As shown in FIG. 2A, when the power supply voltage control is performed when the average power of the input signal is large, a good linearity is obtained for the amplification characteristic as in the load line (A). However, when the power supply voltage control is performed when the average power of the input signal is small, load characteristics such as the load line (B) shown in FIG. 2B are obtained, so that voltage (vd) -current (id) The linearity is lost in the rising region, and the distortion characteristics deteriorate. That is, the linearity is deteriorated simply by controlling the power supply voltage according to the average power of the input signal (or the output power).
そこで、図2(c)に示すように、入力信号の平均電力が小さくなったときには、負荷線(B)から負荷線(C)のよう負荷インピーダンスを大きくする(つまり、id−vd特性の傾き小さくする)ことによって、負荷線(C)が占める電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域の割合を少なくして線形性を向上させる。つまり、電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を併せて行うことによって歪特性の改善と高効率化を実現することができる。なお、このときの利得の変化はドライバ段のVGAで補償する。
しかしながら、上記の特許文献1に記載された従来の電力増幅装置においては、変調方式が変化した場合、入力信号のピーク電力対平均電力比(PAPR)が変わって想定した以上の出力電圧の振幅が発生するため、歪特性が劣化するなどの不具合が生じる。例えば、マルチモード端末において同じ周波数帯域を使った通信においても、WCDMA、HSDPA、3.9Gなどいうように通信モードの種類によってPAPRが異なる。したがって、従来の電力増幅装置のように、入力信号の平均電力だけで負荷インピーダンス制御を行っていたのでは、変調方式が変化した場合に歪特性が劣化してしまうおそれがある。特に、PAPRの異なる変調信号では歪特性の劣化は著しくなる。さらには、バックオフが必要となるため送信機の効率が劣化してしまうおそれがある。
However, in the conventional power amplifying device described in
本発明の目的は、多様な変調方式に対応するマルチモード端末でも適用することが可能な高効率かつ低歪な電力増幅装置、及びこの電力増幅装置を用いた無線送信装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high-efficiency and low-distortion power amplifying apparatus that can be applied to a multimode terminal that supports various modulation schemes, and a radio transmission apparatus using the power amplifying apparatus. .
本発明の電力増幅装置は、RF信号の電力を増幅する電力増幅装置であって、前記RF信号の電力を可変増幅する可変利得増幅器と、電源電圧の大きさに基づいて前記RF信号を増幅するトランジスタと、前記RF信号の負荷インピーダンスを調整するインピーダンス整合回路と、前記RF信号のピーク電力に基づいて前記トランジスタの飽和電圧と前記ピーク電力とが等しくなるように前記電源電圧制御し、前記RF信号のピーク電力に基づいて前記トランジスタが最大電力を出力できる整合条件となるように前記インピーダンス整合回路の負荷インピーダンスを制御し、前記RF信号の平均電力に基づいてトータルの利得が一定となるように前記可変利得増幅器の利得を制御する制御手段と、を備える構成を採る。 The power amplifying apparatus of the present invention is a power amplifying apparatus for amplifying the power of the RF signal, and a variable gain amplifier for variably amplifying the power of the RF signal, and amplifies the RF signal based on the magnitude of the power supply voltage. A transistor, an impedance matching circuit for adjusting a load impedance of the RF signal, and the power supply voltage control so that a saturation voltage and the peak power of the transistor are equal based on a peak power of the RF signal, and the RF signal The load impedance of the impedance matching circuit is controlled based on the peak power of the transistor so that the transistor can output the maximum power, and the total gain is constant based on the average power of the RF signal. And a control means for controlling the gain of the variable gain amplifier.
本発明によれば、変調モードに対応したRF信号のピーク電力と平均電力とに基づいてトランジスタの電源電圧と負荷インピーダンスを変化させている。これによって、変調モードごとに対応した最適な状態でトランジスタに電力増幅を行わせることができる。したがって、変調モードの方式が多様に変わるマルチモード携帯端末においても、高効率かつ低歪でRF信号の電力増幅を行うことができる。その結果、無線送信装置から高効率かつ低歪な無線信号を送信することができる。 According to the present invention, the power supply voltage and load impedance of the transistor are changed based on the peak power and average power of the RF signal corresponding to the modulation mode. This allows the transistor to perform power amplification in an optimum state corresponding to each modulation mode. Therefore, even in a multi-mode portable terminal in which the modulation mode system is variously changed, power amplification of the RF signal can be performed with high efficiency and low distortion. As a result, a wireless signal with high efficiency and low distortion can be transmitted from the wireless transmission device.
〈発明の概要〉
本発明の電力増幅装置は、電力増幅装置に入力されるRF信号の平均電力だけではなく、RF信号のピーク電力を用いてトランジスタの電源電圧と負荷インピーダンスを制御している。これによって、ピーク電力に歪が発生することなく電力が増幅されることが補償されるため歪特性に劣化が生じない。また、本発明の電力増幅装置は、電源電圧制御と負荷インピーダンス制御による増幅率の変動を平均電力に基づいて補償している。これによって、増幅率が変動しても電源電圧と負荷インピーダンスに対応した正確な電力レベルの送信電力を実現することができる。さらに、本発明の電力増幅装置は、平均電力としてTPC(送信電力制御)情報を用い、ピーク電力としてTPC情報+PAPR(ピーク電力対平均電力比)情報を用いている。これによって、変調モードごとのPAPR値をあらかじめ保持することで、マルチモード端末においても低歪かつ高効率な増幅を行うことができる。<Summary of invention>
In the power amplifying device of the present invention, not only the average power of the RF signal input to the power amplifying device but also the peak power of the RF signal is used to control the power supply voltage and load impedance of the transistor. As a result, it is compensated that the power is amplified without generating distortion in the peak power, so that the distortion characteristics do not deteriorate. In addition, the power amplifying device of the present invention compensates for variations in amplification factor due to power supply voltage control and load impedance control based on average power. As a result, even if the amplification factor fluctuates, it is possible to realize transmission power with an accurate power level corresponding to the power supply voltage and the load impedance. Furthermore, the power amplifying apparatus of the present invention uses TPC (transmission power control) information as average power, and uses TPC information + PAPR (peak power to average power ratio) information as peak power. Thus, by holding the PAPR value for each modulation mode in advance, it is possible to perform amplification with low distortion and high efficiency even in a multimode terminal.
ここで、本発明の電力増幅装置に適用される増幅用トランジスタにおける電源電圧制御と負荷インピーダンス制御の概念について説明する。図3は、本発明の電力増幅装置に適用される増幅用トランジスタの電圧−電流特性と負荷特性を示す特性図であり、横軸はドレイン電圧(vd)を表わし、縦軸はドレイン電流(id)を表わしている。 Here, the concept of power supply voltage control and load impedance control in an amplifying transistor applied to the power amplifying device of the present invention will be described. FIG. 3 is a characteristic diagram showing voltage-current characteristics and load characteristics of an amplifying transistor applied to the power amplifying device of the present invention, where the horizontal axis represents the drain voltage (vd) and the vertical axis represents the drain current (id). ).
図3において、負荷線(A)は電力が大きいときの電流のスイングを示し、負荷線(B)は電力が小さいときの電流のスイングを示している。また、電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域(C)は増幅用トランジスタの線形性が失われて歪特性が劣化する領域を示している。すなわち、電力の大きさに合わせて、電流のスイングが増幅用トランジスタの飽和ぎりぎりとなるようにドレイン電圧(vd)を調整することにより、電力が大きい負荷線(A)のときでも、電力が小さい負荷線(B)ときでも良好な線形性を保持しながら高効率な増幅を行うことができる。 In FIG. 3, a load line (A) shows a current swing when the power is large, and a load line (B) shows a current swing when the power is small. A rising region (C) of voltage (vd) -current (id) indicates a region where the linearity of the amplifying transistor is lost and the distortion characteristic is deteriorated. That is, by adjusting the drain voltage (vd) so that the current swing is just below the saturation of the amplifying transistor in accordance with the magnitude of the power, the power is small even when the load line (A) has a large power. Even when the load line (B) is used, high-efficiency amplification can be performed while maintaining good linearity.
図4は、本発明の電力増幅装置において、変調モードが変わって入力信号のピーク電力が変化する場合の増幅用トランジスタの電圧−電流特性と負荷特性を示す特性図であり、横軸はドレイン電圧(vd)を表わし、縦軸はドレイン電流(id)を表わしている。なお、変調モードとは、変調方式、コード多重数、チャネル構成、ピーク抑圧パラメータなどである。図4に示すように、ピーク電力が大きい場合は負荷線(A)のように電流のスイングを大きくし(つまり、負荷線の傾斜を大きくし)、ピーク電力が小さい場合は負荷線(B)のように電流のスイングを小さく、つまり、負荷線の傾斜を緩やかにする。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the voltage-current characteristic and load characteristic of the amplifying transistor when the modulation mode changes and the peak power of the input signal changes in the power amplification device of the present invention, and the horizontal axis indicates the drain voltage. (Vd), and the vertical axis represents the drain current (id). Note that the modulation mode includes a modulation scheme, the number of code multiplexes, a channel configuration, a peak suppression parameter, and the like. As shown in FIG. 4, when the peak power is large, the current swing is increased as in the load line (A) (that is, the slope of the load line is increased), and when the peak power is small, the load line (B). As shown, the current swing is reduced, that is, the slope of the load line is made gentle.
このようにして、変調モードに応じて負荷インピーダンスの大きさを制御することで電流のスイングを変えれば、電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域(C)を使用することがなくなるので、電力が大きいときでも小さいときでも良好な線形性を維持することができる。つまり、ピーク電力の大きさに応じて負荷線を変えることにより、マルチモード端末でも入力信号を歪ませることなく高効率な電力増幅を行うことができる。 Thus, if the swing of the current is changed by controlling the magnitude of the load impedance according to the modulation mode, the rising region (C) of voltage (vd) -current (id) is not used. Good linearity can be maintained whether the power is large or small. That is, by changing the load line according to the magnitude of the peak power, it is possible to perform highly efficient power amplification without distorting the input signal even in a multimode terminal.
つまり、本発明の電力増幅装置は、基本形は電力の大きさに応じて電源電圧を制御することで、低電力でも効率をよく増幅を行うことができる。また、ピーク電力の大きさに応じて負荷インピーダンスの大きさを変えることで、良好な線形性を確保しながら高効率を維持することができる。なお、このときの制御方法としては、変調方式に関係なく電力対電源電圧の対応テーブルを1つ持てばよい。また、本発明の電力増幅装置では、ピーク電力に応じて負荷インピーダンスを制御しているが、負荷インピーダンスを変えることによる電力増幅装置全体の利得が変化しないように、入力側の可変利得増幅器によって増幅率を微調整している。 That is, the power amplification device of the present invention can efficiently amplify even with low power by controlling the power supply voltage according to the magnitude of power in the basic form. Moreover, by changing the magnitude of the load impedance according to the magnitude of the peak power, it is possible to maintain high efficiency while ensuring good linearity. As a control method at this time, it is only necessary to have one power-to-power voltage correspondence table regardless of the modulation method. In the power amplifying apparatus of the present invention, the load impedance is controlled according to the peak power, but is amplified by the variable gain amplifier on the input side so that the gain of the entire power amplifying apparatus is not changed by changing the load impedance. The rate is fine-tuned.
次に、本発明に係る電力増幅装置の具体的な実施の形態の幾つかについて詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態で用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。 Next, some specific embodiments of the power amplifying device according to the present invention will be described in detail. Note that, in the drawings used in the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as much as possible.
〈実施の形態1〉
まず、本発明の実施の形態1に係る電力増幅装置の構成について説明する。図5は、本発明の実施の形態1に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図5に示す実施の形態1の電力増幅装置は、カプラ101、包絡線検波器102、平均処理部103、ピーク検出部104、可変利得増幅器105、入力整合回路106、増幅用のトランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109を備えた構成になっている。<
First, the configuration of the power amplifying apparatus according to
カプラ101は、RF帯域の信号を入力し、そのRF信号の一部を抽出する機能を備えている。包絡線検波器102は、カプラ101から抽出されたRF変調波から包絡線情報を抽出する機能を備えている。平均処理部103は、包絡線検波器102が抽出した包絡線情報からRF信号の平均電力を求める機能を備えている。ピーク検出部104は、包絡線検波器102が抽出した包絡線情報からあらかじめ規定された時間区間内のピーク電力を検出する機能を備えている。
The coupler 101 has a function of inputting an RF band signal and extracting a part of the RF signal. The
可変利得増幅器105は、入力されたRF信号の電力増幅率をトランジスタ107の増幅率の変動に合わせて所望の値に可変する機能を備えている。入力整合回路106は、電力増幅器の入力側のインピーダンスをマッチングさせる機能を備えている。増幅用のトランジスタ107は、アンプ制御部109から入力された電源電圧の大きさに応じて飽和電力を変化させる機能を備えている。出力整合回路108は、インピーダンス可変回路(図示せず)を含んでいて、アンプ制御部109からの制御信号に基づいて負荷インピーダンスを変化させる機能を備えている。アンプ制御部109は、平均処理部103で求められた平均電力とピーク検出部104で求められたピーク電力とを入力して、可変利得増幅器105の増幅率とトランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスとを変化させる機能を備えている。
The
このような構成において、図5に示す電力増幅装置は、ピーク検出部104が求めたピーク電力と平均処理部103が求めた平均電力とに基づいて、トランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスを変化させ、さらに、平均処理部103が求めた平均電力に基づいて、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ107の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器105の利得を調整することができる。
In such a configuration, the power amplifying apparatus shown in FIG. 5 changes the power supply voltage and the load impedance of the
次に、図5に示す実施の形態1に係る電力増幅装置の動作について説明する。RF入力ラインにおいて、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、及び出力整合回路108を備える電力増幅装置の入力段にカプラ101を設け、入力されたRF信号(以下、入力信号という)の一部をカプラ101によって取り出す。そして、カプラ101によって取り出された入力信号は、包絡線検波器102によってRF変調波の包絡線情報として抽出され、平均処理部103とピーク検出部104へ入力される。
Next, the operation of the power amplifying apparatus according to
平均処理部103は抽出された包絡線情報から平均電力を出力し、ピーク検出部104はあらかじめ規定された時間区間内のピーク電力を検出する。平均処理部103とピーク検出部104は、いずれもアナログ処理を行ってもディジタル処理を行ってもよい。ディジタル処理を行う場合は、必要に応じて、A/D変換器などによってアナログの包絡線検波器102の出力をディジタル信号に変換すればよい。また、あらかじめ規定された時間区間の長さは、平均電力の変動が生じない最大の時間が望ましい。例えば、送信電力制御(TPC)の制御周期や無線送信信号の1フレームの時間などを用いることが望ましい。
The
平均処理部103の出力である平均電力とピーク検出部104の出力である最大電力(ピーク電力)は共にアンプ制御部109へ入力される。すると、アンプ制御部109は、入力された平均電力とピーク電力に基づいて、可変利得増幅器105の増幅率とトランジスタ107の電源電圧を調整すると共に、入力整合回路106と出力整合回路108の少なくとの一方のインピーダンスを調整する。通常は、入力整合回路106と出力整合回路108の両方のインピーダンスを調整する。
Both the average power output from the
このときのアンプ制御部109による調整手順について説明する。先ず、アンプ制御部109は、入力されたピーク電力値Pin_peakと平均電力値Pin_avgから、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakと平均電力値Pout_avgを計算する。ここで、期待される出力の平均電力値Pout_avgが既知の場合は、次の式(1)が成立する。
Pout_peak=Pin_peak+(Pout_ave−Pin_avg) (1)An adjustment procedure by the
Pout_peak = Pin_peak + (Pout_ave−Pin_avg) (1)
また、トランジスタ107の増幅器のゲインGが既知の場合は、トランジスタ107の増幅器の出力として期待される平均電力値Pout_avgとピーク電力値Pout_peakは、それぞて、次の式(2)及び式(3)で求められる。
Pout_avg=Pin_avg+G (2)
Pout_peak=Pin_peak+G (3)In addition, when the gain G of the amplifier of the
Pout_avg = Pin_avg + G (2)
Pout_peak = Pin_peak + G (3)
次に、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakがトランジスタ107の最大出力電力と等しい場合は、トランジスタ107の定格電圧と等しくなるように電源電圧を調整し、トランジスタ107の増幅器が最大電力を出力できる整合条件となるように出力整合回路108の出力インピーダンスを調整する。
Next, when the peak power value Pout_peak expected as the output of the amplifier of the
また、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakがトランジスタ107の最大出力電力よりも小さい場合は、電源電圧をトランジスタ107の定格電圧より低くし、出力整合回路108の出力インピーダンスを高くする。つまり、電源電圧を低くすること及び出力インピーダンスを高くすることにより、トランジスタ107の増幅器の実質的な飽和電力がトランジスタ107の最大出力電力よりも低くなり、入力されたピーク電力値とトランジスタ107の増幅器の実質的な飽和電力とが等しくなるようにすることができる。また、飽和電力に近いところでトランジスタ107の増幅器が動作するため、トランジスタ107は高効率な動作を行うことが可能となる。さらに、ピーク電力が実質的な飽和電力と等しくなるため、ピーク電力に歪が生じないのでトランジスタ107の増幅器を低歪化することができる。
When the peak power value Pout_peak expected as the output of the amplifier of the
また、負荷インピーダンスを制御することにより、トランジスタ107の増幅器のゲインG(=Pout_avg−Pin_avg)を大きくすることができる。さらに、電源電圧を変えることによってもトランジスタ107の増幅器のゲインGを変化させることができる。これらの変化(つまり、ゲインGの変化)によって、期待した出力電力が得られるように可変利得増幅器105の増幅率を調整し、適切な電力をトランジスタ107の入力整合回路106に入力する。言い換えると、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ107の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器105の利得を調整する。
Further, the gain G (= Pout_avg−Pin_avg) of the amplifier of the
図6は、図5に示す電力増幅装置の出力整合回路108が備える負荷インピーダンス可変回路の一例を示す回路図である。また、図7は、図6に示す負荷インピーダンス可変回路の動作を示す特性図である。なお、図7において、横軸は図6に示す負荷インピーダンス調整端子電圧Vz(V)、縦軸は図6に示す負荷インピーダンス可変回路の入力側から見た負荷インピーダンスZ(Ω)である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a load impedance variable circuit included in the
図6に示す負荷インピーダンス可変回路は、T型LC回路とアイソレータ110が直列に接続された構成において、並列側のコンデンサとバラクタダイオードによって容量可変キャパシタC110が形成されている。図6の容量可変キャパシタC110の負荷インピーダンス調整端子電圧Vzを、図5のアンプ制御部109の制御電圧によって変化させることにより、容量可変キャパシタC110の容量を変化させて負荷インピーダンスを可変させることができる。つまり、図6の容量可変キャパシタC110の負荷インピーダンス調整端子電圧Vzを制御させることによって、例えば、図7のように負荷インピーダンスZを50Ωから150Ωの範囲で任意に変えることができる。
The load impedance variable circuit shown in FIG. 6 has a configuration in which a T-type LC circuit and an
すなわち、図5に示す電力増幅装置では、入力されたRF信号における包絡線の所定区間のピーク電力によって、トランジスタ107の電源電圧を制御すると共に負荷インピーダンスも制御している。また、トランジスタ107の増幅率の変動は平均電力とピーク電力によって補償している。このとき、平均電力とピーク電力の算出区間はある一定時間(例えば、バースト区間)で保持するようにしている。
That is, in the power amplifying apparatus shown in FIG. 5, the power supply voltage of the
〈実施の形態2〉
図8は、本発明の実施の形態2に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図8に示す実施の形態2の電力増幅装置は、図5に示す実施の形態1の電力増幅装置から、カプラ101、包絡線検波器102、平均処理部103、及びピーク検出部104を取り除いた構成となっている。すなわち、図8に示す実施の形態2の電力増幅装置は、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109aを備えた構成になっている。<
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the power amplifying apparatus according to
このような構成において、アンプ制御部109aは、平均電力値とピーク電力値の情報がない代わりに、入力信号の情報としてTPC信号とPAPR信号を入力している。アンプ制御部109aは、入力されたTPC信号とPAPR信号に基づいて、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakと平均電力値Pout_avgを次の式(4)及び式(5)によって計算する。なお、その他の処理は実施の形態1と同じである。
In such a configuration, the
Pout_peak=TPC値+PAPR値 (4)
Pout_avg=TPC値 (5)Pout_peak = TPC value + PAPR value (4)
Pout_avg = TPC value (5)
すなわち、トランジスタ107の増幅器の出力として期待される平均電力値Pout_avgの情報は、TPC信号(つまり、TPCコマンド)から算出し、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakの情報は、TPC信号とPAPR信号とによって算出する。
That is, information on the average power value Pout_avg expected as the output of the amplifier of the
なお、PAPR値は、ディジタルのベースバンド信号から抽出したPAPR信号から算出してもよいし、あらかじめテーブルに保持された変調モードごとの理論的な最大電力値でもよいし、固定モード端末の場合は、アンプ制御部109aの内部でPAPR情報をROMなどで保持していてもよい。
The PAPR value may be calculated from a PAPR signal extracted from a digital baseband signal, or may be a theoretical maximum power value for each modulation mode stored in advance in a table. In the case of a fixed mode terminal, The PAPR information may be held in a ROM or the like inside the
このようにして、アンプ制御部109aがTPC信号とPAPR信号を入力することにより、アナログ部の構成を複雑にすることなく平均電力とピーク電力を求めることができる。そして、平均電力とピーク電力に基づいて、トランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスを変化させ、さらに、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ107の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器の利得を調整することができる。これによって、マルチモード端末においても低歪化及び高効率な増幅を実現することが可能となる。
In this manner, when the
〈実施の形態3〉
図9は、本発明の実施の形態3に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図9に示す実施の形態3の電力増幅装置は、図5に示す実施の形態1の電力増幅装置からピーク検出部104を取り除いた構成になっている。すなわち、図9に示す実施の形態3の電力増幅装置は、カプラ101、包絡線検波器102、平均処理部103、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109bを備えた構成になっている。<
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a power amplifying apparatus according to
つまり、実施の形態3の電力増幅装置はピーク検出部を持たないので、アンプ制御部109bにはピーク電力の情報が入力されない。そこで、アンプ制御部109bに対しては、外部からのPAPR信号と平均処理部103からの平均電力の情報とが入力されるようになっている。
That is, since the power amplifying apparatus of the third embodiment does not have a peak detection unit, information on peak power is not input to the
アンプ制御部109bは、平均処理部103から入力された平均電力Pin_avgと外部から入力されたPAPR信号から、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakと平均電力値Pout_avgを、次の式(6)及び式(7)によって計算する。なお、その他の処理は実施の形態1と同じである。
Pout_avg=Pin_avg+G (6)
Pout_peak=Pin_avg+G+PAPR値 (7)The
Pout_avg = Pin_avg + G (6)
Pout_peak = Pin_avg + G + PAPR value (7)
実施の形態3の電力増幅装置においては、平均電力の情報は、包絡線検波器102の出力を平均処理部103によって平均化した値から算出し、ピーク電力の情報は、ベースバンド信号から求められたPAPR信号と平均電力値の情報から算出している。
In the power amplifying apparatus of the third embodiment, the average power information is calculated from a value obtained by averaging the output of the
なお、PAPR値は、ディジタルのベースバンド信号から抽出したPAPR信号から算出してもよいし、あらかじめテーブルに保持された変調モードごとの理論的な最大電力値でもよいし、固定モード端末の場合は、アンプ制御部109bの内部でPAPR情報をROMなどで保持していてもよい。
The PAPR value may be calculated from a PAPR signal extracted from a digital baseband signal, or may be a theoretical maximum power value for each modulation mode stored in advance in a table. In the case of a fixed mode terminal, The PAPR information may be held in a ROM or the like inside the
実施の形態3の電力増幅装置では、実際に観測された平均電力を用いているので、より高精度に負荷インピーダンス制御を行うことができるため、マルチモード端末においても低歪かつ高効率な電力増幅を行うことが可能となる。 In the power amplifying apparatus according to the third embodiment, since the actually observed average power is used, load impedance control can be performed with higher accuracy. Therefore, low-distortion and high-efficiency power amplification can be performed even in a multimode terminal. Can be performed.
〈実施の形態4〉
図10は、本発明の実施の形態4に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図10に示す実施の形態4の電力増幅装置が、図5に示す実施の形態1の電力増幅装置と異なるところは、平均処理部103とピーク検出部104が存在していない代わりに、PAPR計算部112を設けると共にアンプ制御部109cにTPC信号を入力している点である。すなわち、図10に示す実施の形態4の電力増幅装置は、カプラ101、包絡線検波器102、PAPR計算部112、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109cを備えた構成になっている。<
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a power amplifying apparatus according to
つまり、RF入力側にカプラ101を設けて、入力されたRF信号の一部を取り出し、包絡線検波器102がRF信号の包絡線を検波する。そして、包絡線が検波された結果情報から、PAPR計算部112がPAPR(ピーク電力対平均電力比)を求める。PAPR計算部112によって求められたPAPRは、アンプ制御部109cのPAPR情報として用いられる。一方、外部(ベースバンド部)からTPC信号が抽出されてアンプ制御部109cに入力される。その他の処理は実施の形態2と同じである。
That is, the coupler 101 is provided on the RF input side, a part of the input RF signal is taken out, and the
実施の形態4の電力増幅装置によれば、実際に観測されたPAPRを用いているので、ディジタルとアナログのPAPRの差異による影響を受けることなく、より高精度にトランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスの制御を行うことができる。また、入力側のベースバンド部(図示せず)がマルチモードになっても、アナログ部の構成を変えることなく、マルチモード時においても低歪化と高効率な増幅を行うことが可能となる。
According to the power amplifying apparatus of the fourth embodiment, since the actually observed PAPR is used, the power supply voltage and the load impedance of the
〈実施の形態5〉
実施の形態5では、上記の実施の形態2の電力増幅装置を備えた無線送信装置について説明する。図11は、本発明の実施の形態5に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。この無線送信装置は、図8に示す実施の形態2の電力増幅装置を構成するアンプ部113に加えて、変調部121、変調モード制御部122、D/A変換部123、周波数変換部124、PAPR測定部125、PAPR遅延部126、送信電力制御部127、及びTPC遅延部128を備えた構成となっている。つまり、図11の無線送信装置は、マルチモード端末のベースバンド部と電力増幅装置を含めた全体構成を示している。<Embodiment 5>
In the fifth embodiment, a radio transmission apparatus provided with the power amplification apparatus of the second embodiment will be described. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. This wireless transmission device includes a
変調部121は、送信データからディジタルのベースバンド信号(変調信号)を生成する機能を備えている。変調モード制御部122は、変調部121に対して所望の変調モードへの切り替え指示を行う機能を備えている。例えば、変調モード制御部122は、変調方式、コード多重数、チャネル構成、ピーク抑圧パラメータなどへの切り替え指示を行うことができる。D/A変換部123は、変調部121で生成されたディジタルのベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換する機能を備えている。周波数変換部124は、アナログのベースバンド信号をRF帯域の信号に周波数変換する機能を備えている。
The
PAPR測定部125は、ディジタルのベースバンド信号の平均電力とピーク電力の比であるPAPR値を測定して、PAPR遅延部126に入力する機能を備えている。PAPR遅延部126は、PAPR測定部125からアンプ部113のアンプ制御部109aに入力されるPAPR信号と、D/A変換部123から周波数変換部124を経由してアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差を調整する機能を備えている。送信電力制御部127は、RF信号の平均電力情報を含むTPC信号を生成してTPC遅延部128に入力する機能を備えている。TPC遅延部128は、送信電力制御部127からアンプ部113のアンプ制御部109a入力されるTPC信号と、D/A変換部123から周波数変換部124を経由してアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差を調整する機能を備えている。
The
次に、図11に示す実施の形態5に係る無線送信装置の動作について説明する。変調部121によって送信データが受信されると、その送信データは、変調モード制御部122からの指示に基づいて変調部121で所望のモードに変調され、変調部121からディジタルのベースバンド信号として出力される。そして、変調部121から出力されたディジタルのベースバンド信号は、分配されてPAPR測定部125とD/A変換部123に入力される。
Next, the operation of the radio transmission apparatus according to Embodiment 5 shown in FIG. 11 will be described. When transmission data is received by the
PAPR測定部125に入力されたディジタルのベースバンド信号は、PAPR測定部125によって平均電力とピーク電力の比であるPAPR値が測定される。そして、PAPR値に対応したPAPR信号は、PAPR遅延部126に入力されてアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差が調整され、アンプ制御部109aに入力される。
The digital baseband signal input to the
一方、D/A変換器123に入力されたディジタルのベースバンド信号はアナログのベースバンド信号に変換され、さらに、アナログのベースバンド信号は、周波数変換部124によってRF信号に変換されてアンプ部113の可変利得増幅器105に入力される。また、送信電力制御部127から出力されたTPC信号は、TPC遅延部128に入力されてアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差が調整され、アンプ制御部109aに入力される。
On the other hand, the digital baseband signal input to the D /
このようにして、PAPR信号とTPC信号は、PAPR遅延部126とTPC遅延部128によって、変調部121、D/A変換部123、及び周波数変換部124からなるディジタル部とアナログ部において変調信号が受けた遅延時間分だけ遅延させ、変調信号に同期したタイミングでアンプ制御部109aに入力される。また、アンプ部113の出力であるRF出力は、図示しないアンテナへ無線信号として送信される。なお、マルチモード端末からのRF信号とPAPR信号及びTPC信号を受信するアンプ部113の動作は、実施の形態2で説明した動作と同じであるので重複説明は省略する。
In this way, the PAPR signal and the TPC signal are modulated by the
このような構成により、変調モード制御部122によるWCDMAやHSDPAなどの切り替えによって、変調部121の動作を所望のモードに変更させる。このとき、変調信号のPAPRが変わっても、その都度、PAPR測定部125が変調信号のPAPRの測定し、送信電力制御部127からのTPC信号と共にPAPR信号をアンプ制御部109aへ送信するので、変調モードが変わっても歪特性を劣化させることなく高い効率で無線信号を送信することができる。
With such a configuration, the operation of the
〈実施の形態6〉
図12は、本発明の実施の形態6に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。図12に示す実施の形態6の無線送信装置が図11に示す実施の形態5の無線送信装置と異なる点は、PAPR測定部125が無い代わりに、変調モードごとのPAPR値を格納するPAPRテーブル129を設けた点である。すなわち、変調モード制御部122から出力されるモード信号をPAPRテーブル129に入力し、あらかじめ格納された変調モードごとのPAPR値をモード信号に対応してPAPRテーブル129から選択する。そして、選択されたPAPR値に対応するPAPR信号は、PAPR遅延部126aで遅延調整された後にアンプ制御部109に入力される。それ以降の動作は実施の形態2で説明した動作と同じであるので重複説明は省略する。<Embodiment 6>
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The wireless transmission device of the sixth embodiment shown in FIG. 12 is different from the wireless transmission device of the fifth embodiment shown in FIG. 11 in that a PAPR table that stores PAPR values for each modulation mode instead of having the
すなわち、実施の形態6の無線送信装置においては、PAPR値を直接測定するのではなく、変調モード制御部122が送信するモード情報に基づいてPAPRテーブル129を参照してPAPR値を求めている。そして、PAPR値に対応するPAPR信号をTPC信号と共にアンプ部113のアンプ制御部109aに入力している。これによって、変調モードが変わっても歪特性を劣化させることなく高い効率で無線信号を送信することができる。なお、アンプ部113以降の動作は実施の形態5と同じである。
That is, in the wireless transmission device of the sixth embodiment, the PAPR value is not directly measured, but the PAPR value is obtained by referring to the PAPR table 129 based on the mode information transmitted by the modulation
〈まとめ〉
すなわち、本発明の電力増幅装置は、平均電力とピーク電力とを用いて負荷インピーダンス制御とトランジスタ107の電源電圧制御を行っている。このとき、平均電力はトランジスタ107の利得の変動を補償するために用い、ピーク電力はトランジスタ107の出力電圧スイングの大きさを最適化するために用いている。<Summary>
That is, the power amplifying device of the present invention performs load impedance control and power supply voltage control of the
トランジスタ107の電源電圧や負荷インピーダンスを制御するために利用する情報としては、包絡線検波器102によってRF信号の瞬時電力を検出し、これを平均処理部103とピーク検出部104によって平均電力とピーク電力とに分けて抽出した情報を用いている。なお、包絡線検波器102を用いないで、平均電力センサとピーク電力センサを用いてRF信号から平均電力とピーク電力を直接求めるようにしてもよい。さらに、TPC情報とPAPR情報は、アナログ段でPAPR検出を行って取得してもよいし、ディジタル段でPAPR検出を行って取得してもよい。また、直接、PAPR情報を検出するのではなく、変調モードごとにPAPRテーブルを持ち、そのPAPRテーブルから変調モードに対応するPAPR情報を取得してもよい。
As information used for controlling the power supply voltage and load impedance of the
なお、電力増幅装置の制御方法としては、ピーク電力の大きさに対応して負荷インピーダンスの大きさを決める制御方法と、基本となるモードからのPAPRの差分から負荷インピーダンスの増減を制御する方法とがある。 As a control method for the power amplifying device, a control method for determining the magnitude of the load impedance corresponding to the magnitude of the peak power, and a method for controlling the increase / decrease in the load impedance from the difference in PAPR from the basic mode, There is.
本発明の電力増幅装置及び無線送信装置によれば、変調モードに対応させて電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を行うことによって高効率化と低歪化を実現することができるので、マルチモードの携帯端末などに有効に利用することが可能である。 According to the power amplifying device and the wireless transmission device of the present invention, high efficiency and low distortion can be realized by performing power supply voltage control and load impedance control corresponding to the modulation mode. It can be used effectively for terminals and the like.
本発明は、移動通信端末などに適用され、RF(Radio Frequency:無線周波数)信号を電力増幅する電力増幅装置に関する。 The present invention relates to a power amplifying apparatus that is applied to a mobile communication terminal or the like and amplifies an RF (Radio Frequency) signal.
従来より、送信電力制御を行う移動通信端末で用いられる増幅器において、歪が少なく、かつ広いダイナミックレンジで高効率を実現する方法として、増幅器の電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を併せて行う方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。図1は従来の電力増幅装置の一例を示す構成図である。図1に示すように、この電力増幅装置は、主に、入力電力センサ1、カプラ2、可変利得増幅器3、入力整合回路4、トランジスタ5、出力整合回路6、及び電源回路7を含んだ構成となっている。
Conventionally, in amplifiers used in mobile communication terminals that perform transmission power control, a method of performing power supply voltage control and load impedance control of an amplifier together as a method of realizing high efficiency with low distortion and a wide dynamic range. (For example, refer to Patent Document 1). FIG. 1 is a block diagram showing an example of a conventional power amplifier. As shown in FIG. 1, this power amplifying apparatus mainly includes an
この電力増幅装置では、入力電力センサ1が、可変利得増幅器3へ供給されるRF(Radio Frequency)帯の入力信号の平均電力を検知し、その平均電力が小さいと判定したときは、電源回路7からトランジスタ5へ供給する直流電圧を下げ、同時に、負荷インピーダンスが大きくなるように、電源回路7から出力整合回路6へ負荷インピーダンス制御信号を送信してインピーダンス制御を行う。このようにして、負荷インピーダンスを大きくすることによって出力電圧の振幅を大きくとることができ、その結果、歪特性を良好にすることができる。
In this power amplification device, when the
一方、入力電力センサ1が、可変利得増幅器3へ供給される入力信号の平均電力が大きいと判定した場合は、電源回路7からトランジスタ5へ供給する直流電圧を高くし、かつ負荷インピーダンスを小さくすることにより、大電力時においても出力電圧の振幅をトランジスタ5のブレークダウン電圧より小さくすることができ、信頼性を高めたまま、歪も少なく、かつ高効率な電力増幅を行うことが可能となる。
On the other hand, when the
ここで、トランジスタ増幅器の電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を併せて行うことによって低歪化及び高効率化を実現することができる理由について説明する。図2は、トランジスタ増幅器の電圧−電流特性と負荷特性を示す特性図であり、(a)は入力信号の平均電力が大きいときに電源電圧制御を行った場合、(b)は入力信号の平均電力が小さいとき電源電圧制御を行った場合、(c)は入力信号の平均電力が小さいときに電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を行った場合、のそれぞれの特性を示している。なお、いずれの特性図も横軸はトランジスタ増幅器のドレイン電圧(vd)を表わし、縦軸はドレイン電流(id)を表わしている。 Here, the reason why low distortion and high efficiency can be realized by performing power supply voltage control and load impedance control of the transistor amplifier together will be described. FIG. 2 is a characteristic diagram showing voltage-current characteristics and load characteristics of a transistor amplifier. FIG. 2A shows the case where power supply voltage control is performed when the average power of the input signal is large, and FIG. 2B shows the average of the input signal. When the power supply voltage control is performed when the power is low, (c) shows the respective characteristics when the power supply voltage control and the load impedance control are performed when the average power of the input signal is small. In each characteristic diagram, the horizontal axis represents the drain voltage (vd) of the transistor amplifier, and the vertical axis represents the drain current (id).
図2(a)に示すように、入力信号の平均電力が大きいときに電源電圧制御を行った場合は、負荷線(A)のように増幅特性は良好な線形性が得られる。しかし、入力信号の平均電力が小さいときに電源電圧制御を行った場合は、図2(b)に示す負荷線(B)のような負荷特性となるので、電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域で線形性が失われて歪特性が劣化してしまう。つまり、入力信号の平均電力の大小(あるいは、出力電力の大小)に応じて単純に電源電圧制御を行うだけでは線形性が劣化してしまう。 As shown in FIG. 2A, when the power supply voltage control is performed when the average power of the input signal is large, a good linearity is obtained for the amplification characteristic as in the load line (A). However, when the power supply voltage control is performed when the average power of the input signal is small, load characteristics such as the load line (B) shown in FIG. 2B are obtained, so that voltage (vd) -current (id) The linearity is lost in the rising region, and the distortion characteristics deteriorate. That is, the linearity is deteriorated simply by controlling the power supply voltage according to the average power of the input signal (or the output power).
そこで、図2(c)に示すように、入力信号の平均電力が小さくなったときには、負荷線(B)から負荷線(C)のよう負荷インピーダンスを大きくする(つまり、id−vd特性の傾き小さくする)ことによって、負荷線(C)が占める電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域の割合を少なくして線形性を向上させる。つまり、電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を併せて行うことによって歪特性の改善と高効率化を実現することが
できる。なお、このときの利得の変化はドライバ段のVGAで補償する。
しかしながら、上記の特許文献1に記載された従来の電力増幅装置においては、変調方式が変化した場合、入力信号のピーク電力対平均電力比(PAPR)が変わって想定した以上の出力電圧の振幅が発生するため、歪特性が劣化するなどの不具合が生じる。例えば、マルチモード端末において同じ周波数帯域を使った通信においても、WCDMA、HSDPA、3.9Gなどいうように通信モードの種類によってPAPRが異なる。したがって、従来の電力増幅装置のように、入力信号の平均電力だけで負荷インピーダンス制御を行っていたのでは、変調方式が変化した場合に歪特性が劣化してしまうおそれがある。特に、PAPRの異なる変調信号では歪特性の劣化は著しくなる。さらには、バックオフが必要となるため送信機の効率が劣化してしまうおそれがある。
However, in the conventional power amplifying device described in
本発明の目的は、多様な変調方式に対応するマルチモード端末でも適用することが可能な高効率かつ低歪な電力増幅装置、及びこの電力増幅装置を用いた無線送信装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high-efficiency and low-distortion power amplifying apparatus that can be applied to a multimode terminal that supports various modulation schemes, and a radio transmission apparatus using the power amplifying apparatus. .
本発明の電力増幅装置は、RF信号の電力を増幅する電力増幅装置であって、前記RF信号の電力を可変増幅する可変利得増幅器と、電源電圧の大きさに基づいて前記RF信号を増幅するトランジスタと、前記RF信号の負荷インピーダンスを調整するインピーダンス整合回路と、前記RF信号のピーク電力に基づいて前記トランジスタの飽和電圧と前記ピーク電力とが等しくなるように前記電源電圧制御し、前記RF信号のピーク電力に基づいて前記トランジスタが最大電力を出力できる整合条件となるように前記インピーダンス整合回路の負荷インピーダンスを制御し、前記RF信号の平均電力に基づいてトータルの利得が一定となるように前記可変利得増幅器の利得を制御する制御手段と、を備える構成を採る。 A power amplifying apparatus according to the present invention is a power amplifying apparatus for amplifying the power of an RF signal, and a variable gain amplifier that variably amplifies the power of the RF signal, and amplifies the RF signal based on the magnitude of a power supply voltage. A transistor, an impedance matching circuit for adjusting a load impedance of the RF signal, and the power supply voltage control so that a saturation voltage and the peak power of the transistor are equal based on a peak power of the RF signal, and the RF signal The load impedance of the impedance matching circuit is controlled based on the peak power of the transistor so that the transistor can output the maximum power, and the total gain is constant based on the average power of the RF signal. And a control means for controlling the gain of the variable gain amplifier.
本発明によれば、変調モードに対応したRF信号のピーク電力と平均電力とに基づいてトランジスタの電源電圧と負荷インピーダンスを変化させている。これによって、変調モードごとに対応した最適な状態でトランジスタに電力増幅を行わせることができる。したがって、変調モードの方式が多様に変わるマルチモード携帯端末においても、高効率かつ低歪でRF信号の電力増幅を行うことができる。その結果、無線送信装置から高効率かつ低歪な無線信号を送信することができる。 According to the present invention, the power supply voltage and load impedance of the transistor are changed based on the peak power and average power of the RF signal corresponding to the modulation mode. This allows the transistor to perform power amplification in an optimum state corresponding to each modulation mode. Therefore, even in a multi-mode portable terminal in which the modulation mode system is variously changed, power amplification of the RF signal can be performed with high efficiency and low distortion. As a result, a wireless signal with high efficiency and low distortion can be transmitted from the wireless transmission device.
〈発明の概要〉
本発明の電力増幅装置は、電力増幅装置に入力されるRF信号の平均電力だけではなく、RF信号のピーク電力を用いてトランジスタの電源電圧と負荷インピーダンスを制御している。これによって、ピーク電力に歪が発生することなく電力が増幅されることが補償されるため歪特性に劣化が生じない。また、本発明の電力増幅装置は、電源電圧制御と負荷インピーダンス制御による増幅率の変動を平均電力に基づいて補償している。これによって、増幅率が変動しても電源電圧と負荷インピーダンスに対応した正確な電力レベルの送信電力を実現することができる。さらに、本発明の電力増幅装置は、平均電力としてTPC(送信電力制御)情報を用い、ピーク電力としてTPC情報+PAPR(ピーク電力対平均電力比)情報を用いている。これによって、変調モードごとのPAPR値をあらかじめ保持することで、マルチモード端末においても低歪かつ高効率な増幅を行うことができる。
<Summary of invention>
In the power amplifying device of the present invention, not only the average power of the RF signal input to the power amplifying device but also the peak power of the RF signal is used to control the power supply voltage and load impedance of the transistor. As a result, it is compensated that the power is amplified without generating distortion in the peak power, so that the distortion characteristics do not deteriorate. In addition, the power amplifying device of the present invention compensates for variations in amplification factor due to power supply voltage control and load impedance control based on average power. As a result, even if the amplification factor fluctuates, it is possible to realize transmission power with an accurate power level corresponding to the power supply voltage and the load impedance. Furthermore, the power amplifying apparatus of the present invention uses TPC (transmission power control) information as average power, and uses TPC information + PAPR (peak power to average power ratio) information as peak power. Thus, by holding the PAPR value for each modulation mode in advance, it is possible to perform amplification with low distortion and high efficiency even in a multimode terminal.
ここで、本発明の電力増幅装置に適用される増幅用トランジスタにおける電源電圧制御と負荷インピーダンス制御の概念について説明する。図3は、本発明の電力増幅装置に適用される増幅用トランジスタの電圧−電流特性と負荷特性を示す特性図であり、横軸はドレイン電圧(vd)を表わし、縦軸はドレイン電流(id)を表わしている。 Here, the concept of power supply voltage control and load impedance control in an amplifying transistor applied to the power amplifying device of the present invention will be described. FIG. 3 is a characteristic diagram showing voltage-current characteristics and load characteristics of an amplifying transistor applied to the power amplifying device of the present invention, where the horizontal axis represents the drain voltage (vd) and the vertical axis represents the drain current (id). ).
図3において、負荷線(A)は電力が大きいときの電流のスイングを示し、負荷線(B)は電力が小さいときの電流のスイングを示している。また、電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域(C)は増幅用トランジスタの線形性が失われて歪特性が劣化する領域を示している。すなわち、電力の大きさに合わせて、電流のスイングが増幅用トランジスタの飽和ぎりぎりとなるようにドレイン電圧(vd)を調整することにより、電力が大きい負荷線(A)のときでも、電力が小さい負荷線(B)ときでも良好な線形性を保持しながら高効率な増幅を行うことができる。 In FIG. 3, a load line (A) shows a current swing when the power is large, and a load line (B) shows a current swing when the power is small. A rising region (C) of voltage (vd) -current (id) indicates a region where the linearity of the amplifying transistor is lost and the distortion characteristic is deteriorated. That is, by adjusting the drain voltage (vd) so that the current swing is just below the saturation of the amplifying transistor in accordance with the magnitude of the power, the power is small even when the load line (A) has a large power. Even when the load line (B) is used, high-efficiency amplification can be performed while maintaining good linearity.
図4は、本発明の電力増幅装置において、変調モードが変わって入力信号のピーク電力が変化する場合の増幅用トランジスタの電圧−電流特性と負荷特性を示す特性図であり、横軸はドレイン電圧(vd)を表わし、縦軸はドレイン電流(id)を表わしている。なお、変調モードとは、変調方式、コード多重数、チャネル構成、ピーク抑圧パラメータなどである。図4に示すように、ピーク電力が大きい場合は負荷線(A)のように電流のスイングを大きくし(つまり、負荷線の傾斜を大きくし)、ピーク電力が小さい場合は負荷線(B)のように電流のスイングを小さく、つまり、負荷線の傾斜を緩やかにする。 FIG. 4 is a characteristic diagram showing the voltage-current characteristic and load characteristic of the amplifying transistor when the modulation mode changes and the peak power of the input signal changes in the power amplification device of the present invention, and the horizontal axis indicates the drain voltage. (Vd), and the vertical axis represents the drain current (id). Note that the modulation mode includes a modulation scheme, the number of code multiplexes, a channel configuration, a peak suppression parameter, and the like. As shown in FIG. 4, when the peak power is large, the current swing is increased as in the load line (A) (that is, the slope of the load line is increased), and when the peak power is small, the load line (B). As shown, the current swing is reduced, that is, the slope of the load line is made gentle.
このようにして、変調モードに応じて負荷インピーダンスの大きさを制御することで電流のスイングを変えれば、電圧(vd)−電流(id)の立ち上り領域(C)を使用することがなくなるので、電力が大きいときでも小さいときでも良好な線形性を維持することができる。つまり、ピーク電力の大きさに応じて負荷線を変えることにより、マルチモード端末でも入力信号を歪ませることなく高効率な電力増幅を行うことができる。 Thus, if the swing of the current is changed by controlling the magnitude of the load impedance according to the modulation mode, the rising region (C) of voltage (vd) -current (id) is not used. Good linearity can be maintained whether the power is large or small. That is, by changing the load line according to the magnitude of the peak power, it is possible to perform highly efficient power amplification without distorting the input signal even in a multimode terminal.
つまり、本発明の電力増幅装置は、基本形は電力の大きさに応じて電源電圧を制御することで、低電力でも効率をよく増幅を行うことができる。また、ピーク電力の大きさに応じて負荷インピーダンスの大きさを変えることで、良好な線形性を確保しながら高効率を
維持することができる。なお、このときの制御方法としては、変調方式に関係なく電力対電源電圧の対応テーブルを1つ持てばよい。また、本発明の電力増幅装置では、ピーク電力に応じて負荷インピーダンスを制御しているが、負荷インピーダンスを変えることによる電力増幅装置全体の利得が変化しないように、入力側の可変利得増幅器によって増幅率を微調整している。
That is, the power amplification device of the present invention can efficiently amplify even with low power by controlling the power supply voltage according to the magnitude of power in the basic form. Moreover, by changing the magnitude of the load impedance according to the magnitude of the peak power, it is possible to maintain high efficiency while ensuring good linearity. As a control method at this time, it is only necessary to have one power-to-power voltage correspondence table regardless of the modulation method. In the power amplifying apparatus of the present invention, the load impedance is controlled according to the peak power, but is amplified by the variable gain amplifier on the input side so that the gain of the entire power amplifying apparatus is not changed by changing the load impedance. The rate is fine-tuned.
次に、本発明に係る電力増幅装置の具体的な実施の形態の幾つかについて詳細に説明する。なお、以下の各実施の形態で用いる図面において、同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。 Next, some specific embodiments of the power amplifying device according to the present invention will be described in detail. Note that, in the drawings used in the following embodiments, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted as much as possible.
〈実施の形態1〉
まず、本発明の実施の形態1に係る電力増幅装置の構成について説明する。図5は、本発明の実施の形態1に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図5に示す実施の形態1の電力増幅装置は、カプラ101、包絡線検波器102、平均処理部103、ピーク検出部104、可変利得増幅器105、入力整合回路106、増幅用のトランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109を備えた構成になっている。
<
First, the configuration of the power amplifying apparatus according to
カプラ101は、RF帯域の信号を入力し、そのRF信号の一部を抽出する機能を備えている。包絡線検波器102は、カプラ101から抽出されたRF変調波から包絡線情報を抽出する機能を備えている。平均処理部103は、包絡線検波器102が抽出した包絡線情報からRF信号の平均電力を求める機能を備えている。ピーク検出部104は、包絡線検波器102が抽出した包絡線情報からあらかじめ規定された時間区間内のピーク電力を検出する機能を備えている。
The coupler 101 has a function of inputting an RF band signal and extracting a part of the RF signal. The
可変利得増幅器105は、入力されたRF信号の電力増幅率をトランジスタ107の増幅率の変動に合わせて所望の値に可変する機能を備えている。入力整合回路106は、電力増幅器の入力側のインピーダンスをマッチングさせる機能を備えている。増幅用のトランジスタ107は、アンプ制御部109から入力された電源電圧の大きさに応じて飽和電力を変化させる機能を備えている。出力整合回路108は、インピーダンス可変回路(図示せず)を含んでいて、アンプ制御部109からの制御信号に基づいて負荷インピーダンスを変化させる機能を備えている。アンプ制御部109は、平均処理部103で求められた平均電力とピーク検出部104で求められたピーク電力とを入力して、可変利得増幅器105の増幅率とトランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスとを変化させる機能を備えている。
The
このような構成において、図5に示す電力増幅装置は、ピーク検出部104が求めたピーク電力と平均処理部103が求めた平均電力とに基づいて、トランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスを変化させ、さらに、平均処理部103が求めた平均電力に基づいて、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ107の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器105の利得を調整することができる。
In such a configuration, the power amplifying apparatus shown in FIG. 5 changes the power supply voltage and the load impedance of the
次に、図5に示す実施の形態1に係る電力増幅装置の動作について説明する。RF入力ラインにおいて、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、及び出力整合回路108を備える電力増幅装置の入力段にカプラ101を設け、入力されたRF信号(以下、入力信号という)の一部をカプラ101によって取り出す。そして、カプラ101によって取り出された入力信号は、包絡線検波器102によってRF変調波の包絡線情報として抽出され、平均処理部103とピーク検出部104へ入力される。
Next, the operation of the power amplifying apparatus according to
平均処理部103は抽出された包絡線情報から平均電力を出力し、ピーク検出部104はあらかじめ規定された時間区間内のピーク電力を検出する。平均処理部103とピーク
検出部104は、いずれもアナログ処理を行ってもディジタル処理を行ってもよい。ディジタル処理を行う場合は、必要に応じて、A/D変換器などによってアナログの包絡線検波器102の出力をディジタル信号に変換すればよい。また、あらかじめ規定された時間区間の長さは、平均電力の変動が生じない最大の時間が望ましい。例えば、送信電力制御(TPC)の制御周期や無線送信信号の1フレームの時間などを用いることが望ましい。
The
平均処理部103の出力である平均電力とピーク検出部104の出力である最大電力(ピーク電力)は共にアンプ制御部109へ入力される。すると、アンプ制御部109は、入力された平均電力とピーク電力に基づいて、可変利得増幅器105の増幅率とトランジスタ107の電源電圧を調整すると共に、入力整合回路106と出力整合回路108の少なくとの一方のインピーダンスを調整する。通常は、入力整合回路106と出力整合回路108の両方のインピーダンスを調整する。
Both the average power output from the
このときのアンプ制御部109による調整手順について説明する。先ず、アンプ制御部109は、入力されたピーク電力値Pin_peakと平均電力値Pin_avgから、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakと平均電力値Pout_avgを計算する。ここで、期待される出力の平均電力値Pout_avgが既知の場合は、次の式(1)が成立する。
Pout_peak=Pin_peak+(Pout_ave−Pin_avg) (1)
An adjustment procedure by the
Pout_peak = Pin_peak + (Pout_ave−Pin_avg) (1)
また、トランジスタ107の増幅器のゲインGが既知の場合は、トランジスタ107の増幅器の出力として期待される平均電力値Pout_avgとピーク電力値Pout_peakは、それぞて、次の式(2)及び式(3)で求められる。
Pout_avg=Pin_avg+G (2)
Pout_peak=Pin_peak+G (3)
When the gain G of the amplifier of the
Pout_avg = Pin_avg + G (2)
Pout_peak = Pin_peak + G (3)
次に、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakがトランジスタ107の最大出力電力と等しい場合は、トランジスタ107の定格電圧と等しくなるように電源電圧を調整し、トランジスタ107の増幅器が最大電力を出力できる整合条件となるように出力整合回路108の出力インピーダンスを調整する。
Next, when the peak power value Pout_peak expected as the output of the amplifier of the
また、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakがトランジスタ107の最大出力電力よりも小さい場合は、電源電圧をトランジスタ107の定格電圧より低くし、出力整合回路108の出力インピーダンスを高くする。つまり、電源電圧を低くすること及び出力インピーダンスを高くすることにより、トランジスタ107の増幅器の実質的な飽和電力がトランジスタ107の最大出力電力よりも低くなり、入力されたピーク電力値とトランジスタ107の増幅器の実質的な飽和電力とが等しくなるようにすることができる。また、飽和電力に近いところでトランジスタ107の増幅器が動作するため、トランジスタ107は高効率な動作を行うことが可能となる。さらに、ピーク電力が実質的な飽和電力と等しくなるため、ピーク電力に歪が生じないのでトランジスタ107の増幅器を低歪化することができる。
When the peak power value Pout_peak expected as the output of the amplifier of the
また、負荷インピーダンスを制御することにより、トランジスタ107の増幅器のゲインG(=Pout_avg−Pin_avg)を大きくすることができる。さらに、電源電圧を変えることによってもトランジスタ107の増幅器のゲインGを変化させることができる。これらの変化(つまり、ゲインGの変化)によって、期待した出力電力が得られるように可変利得増幅器105の増幅率を調整し、適切な電力をトランジスタ107の入力整合回路106に入力する。言い換えると、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ107の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器105の利得を調整する。
Further, the gain G (= Pout_avg−Pin_avg) of the amplifier of the
図6は、図5に示す電力増幅装置の出力整合回路108が備える負荷インピーダンス可変回路の一例を示す回路図である。また、図7は、図6に示す負荷インピーダンス可変回路の動作を示す特性図である。なお、図7において、横軸は図6に示す負荷インピーダンス調整端子電圧Vz(V)、縦軸は図6に示す負荷インピーダンス可変回路の入力側から見た負荷インピーダンスZ(Ω)である。
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a load impedance variable circuit included in the
図6に示す負荷インピーダンス可変回路は、T型LC回路とアイソレータ110が直列に接続された構成において、並列側のコンデンサとバラクタダイオードによって容量可変キャパシタC110が形成されている。図6の容量可変キャパシタC110の負荷インピーダンス調整端子電圧Vzを、図5のアンプ制御部109の制御電圧によって変化させることにより、容量可変キャパシタC110の容量を変化させて負荷インピーダンスを可変させることができる。つまり、図6の容量可変キャパシタC110の負荷インピーダンス調整端子電圧Vzを制御させることによって、例えば、図7のように負荷インピーダンスZを50Ωから150Ωの範囲で任意に変えることができる。
The load impedance variable circuit shown in FIG. 6 has a configuration in which a T-type LC circuit and an
すなわち、図5に示す電力増幅装置では、入力されたRF信号における包絡線の所定区間のピーク電力によって、トランジスタ107の電源電圧を制御すると共に負荷インピーダンスも制御している。また、トランジスタ107の増幅率の変動は平均電力とピーク電力によって補償している。このとき、平均電力とピーク電力の算出区間はある一定時間(例えば、バースト区間)で保持するようにしている。
That is, in the power amplifying apparatus shown in FIG. 5, the power supply voltage of the
〈実施の形態2〉
図8は、本発明の実施の形態2に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図8に示す実施の形態2の電力増幅装置は、図5に示す実施の形態1の電力増幅装置から、カプラ101、包絡線検波器102、平均処理部103、及びピーク検出部104を取り除いた構成となっている。すなわち、図8に示す実施の形態2の電力増幅装置は、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109aを備えた構成になっている。
<
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a power amplifying apparatus according to
このような構成において、アンプ制御部109aは、平均電力値とピーク電力値の情報がない代わりに、入力信号の情報としてTPC信号とPAPR信号を入力している。アンプ制御部109aは、入力されたTPC信号とPAPR信号に基づいて、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakと平均電力値Pout_avgを次の式(4)及び式(5)によって計算する。なお、その他の処理は実施の形態1と同じである。
In such a configuration, the
Pout_peak=TPC値+PAPR値 (4)
Pout_avg=TPC値 (5)
Pout_peak = TPC value + PAPR value (4)
Pout_avg = TPC value (5)
すなわち、トランジスタ107の増幅器の出力として期待される平均電力値Pout_avgの情報は、TPC信号(つまり、TPCコマンド)から算出し、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakの情報は、TPC信号とPAPR信号とによって算出する。
That is, information on the average power value Pout_avg expected as the output of the amplifier of the
なお、PAPR値は、ディジタルのベースバンド信号から抽出したPAPR信号から算出してもよいし、あらかじめテーブルに保持された変調モードごとの理論的な最大電力値でもよいし、固定モード端末の場合は、アンプ制御部109aの内部でPAPR情報をROMなどで保持していてもよい。
The PAPR value may be calculated from a PAPR signal extracted from a digital baseband signal, or may be a theoretical maximum power value for each modulation mode stored in advance in a table. In the case of a fixed mode terminal, The PAPR information may be held in a ROM or the like inside the
このようにして、アンプ制御部109aがTPC信号とPAPR信号を入力することに
より、アナログ部の構成を複雑にすることなく平均電力とピーク電力を求めることができる。そして、平均電力とピーク電力に基づいて、トランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスを変化させ、さらに、電力増幅装置としてのトータルの利得が一定になるように、トランジスタ107の増幅率の変動に合わせて可変利得増幅器の利得を調整することができる。これによって、マルチモード端末においても低歪化及び高効率な増幅を実現することが可能となる。
In this manner, when the
〈実施の形態3〉
図9は、本発明の実施の形態3に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図9に示す実施の形態3の電力増幅装置は、図5に示す実施の形態1の電力増幅装置からピーク検出部104を取り除いた構成になっている。すなわち、図9に示す実施の形態3の電力増幅装置は、カプラ101、包絡線検波器102、平均処理部103、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109bを備えた構成になっている。
<
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a power amplifying apparatus according to
つまり、実施の形態3の電力増幅装置はピーク検出部を持たないので、アンプ制御部109bにはピーク電力の情報が入力されない。そこで、アンプ制御部109bに対しては、外部からのPAPR信号と平均処理部103からの平均電力の情報とが入力されるようになっている。
That is, since the power amplifying apparatus of the third embodiment does not have a peak detection unit, information on peak power is not input to the
アンプ制御部109bは、平均処理部103から入力された平均電力Pin_avgと外部から入力されたPAPR信号から、トランジスタ107の増幅器の出力として期待されるピーク電力値Pout_peakと平均電力値Pout_avgを、次の式(6)及び式(7)によって計算する。なお、その他の処理は実施の形態1と同じである。
Pout_avg=Pin_avg+G (6)
Pout_peak=Pin_avg+G+PAPR値 (7)
The
Pout_avg = Pin_avg + G (6)
Pout_peak = Pin_avg + G + PAPR value (7)
実施の形態3の電力増幅装置においては、平均電力の情報は、包絡線検波器102の出力を平均処理部103によって平均化した値から算出し、ピーク電力の情報は、ベースバンド信号から求められたPAPR信号と平均電力値の情報から算出している。
In the power amplifying apparatus of the third embodiment, the average power information is calculated from a value obtained by averaging the output of the
なお、PAPR値は、ディジタルのベースバンド信号から抽出したPAPR信号から算出してもよいし、あらかじめテーブルに保持された変調モードごとの理論的な最大電力値でもよいし、固定モード端末の場合は、アンプ制御部109bの内部でPAPR情報をROMなどで保持していてもよい。
The PAPR value may be calculated from a PAPR signal extracted from a digital baseband signal, or may be a theoretical maximum power value for each modulation mode stored in advance in a table. In the case of a fixed mode terminal, The PAPR information may be held in a ROM or the like inside the
実施の形態3の電力増幅装置では、実際に観測された平均電力を用いているので、より高精度に負荷インピーダンス制御を行うことができるため、マルチモード端末においても低歪かつ高効率な電力増幅を行うことが可能となる。 In the power amplifying apparatus according to the third embodiment, since the actually observed average power is used, load impedance control can be performed with higher accuracy. Therefore, low-distortion and high-efficiency power amplification can be performed even in a multimode terminal. Can be performed.
〈実施の形態4〉
図10は、本発明の実施の形態4に係る電力増幅装置の構成を示すブロック図である。図10に示す実施の形態4の電力増幅装置が、図5に示す実施の形態1の電力増幅装置と異なるところは、平均処理部103とピーク検出部104が存在していない代わりに、PAPR計算部112を設けると共にアンプ制御部109cにTPC信号を入力している点である。すなわち、図10に示す実施の形態4の電力増幅装置は、カプラ101、包絡線検波器102、PAPR計算部112、可変利得増幅器105、入力整合回路106、トランジスタ107、出力整合回路108、及びアンプ制御部109cを備えた構成になっている。
<
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a power amplifying apparatus according to
つまり、RF入力側にカプラ101を設けて、入力されたRF信号の一部を取り出し、包絡線検波器102がRF信号の包絡線を検波する。そして、包絡線が検波された結果情報から、PAPR計算部112がPAPR(ピーク電力対平均電力比)を求める。PAPR計算部112によって求められたPAPRは、アンプ制御部109cのPAPR情報として用いられる。一方、外部(ベースバンド部)からTPC信号が抽出されてアンプ制御部109cに入力される。その他の処理は実施の形態2と同じである。
That is, the coupler 101 is provided on the RF input side, a part of the input RF signal is taken out, and the
実施の形態4の電力増幅装置によれば、実際に観測されたPAPRを用いているので、ディジタルとアナログのPAPRの差異による影響を受けることなく、より高精度にトランジスタ107の電源電圧と負荷インピーダンスの制御を行うことができる。また、入力側のベースバンド部(図示せず)がマルチモードになっても、アナログ部の構成を変えることなく、マルチモード時においても低歪化と高効率な増幅を行うことが可能となる。
According to the power amplifying apparatus of the fourth embodiment, since the actually observed PAPR is used, the power supply voltage and the load impedance of the
〈実施の形態5〉
実施の形態5では、上記の実施の形態2の電力増幅装置を備えた無線送信装置について説明する。図11は、本発明の実施の形態5に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。この無線送信装置は、図8に示す実施の形態2の電力増幅装置を構成するアンプ部113に加えて、変調部121、変調モード制御部122、D/A変換部123、周波数変換部124、PAPR測定部125、PAPR遅延部126、送信電力制御部127、及びTPC遅延部128を備えた構成となっている。つまり、図11の無線送信装置は、マルチモード端末のベースバンド部と電力増幅装置を含めた全体構成を示している。
<Embodiment 5>
In the fifth embodiment, a radio transmission apparatus provided with the power amplification apparatus of the second embodiment will be described. FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 5 of the present invention. This wireless transmission device includes a
変調部121は、送信データからディジタルのベースバンド信号(変調信号)を生成する機能を備えている。変調モード制御部122は、変調部121に対して所望の変調モードへの切り替え指示を行う機能を備えている。例えば、変調モード制御部122は、変調方式、コード多重数、チャネル構成、ピーク抑圧パラメータなどへの切り替え指示を行うことができる。D/A変換部123は、変調部121で生成されたディジタルのベースバンド信号をアナログのベースバンド信号に変換する機能を備えている。周波数変換部124は、アナログのベースバンド信号をRF帯域の信号に周波数変換する機能を備えている。
The
PAPR測定部125は、ディジタルのベースバンド信号の平均電力とピーク電力の比であるPAPR値を測定して、PAPR遅延部126に入力する機能を備えている。PAPR遅延部126は、PAPR測定部125からアンプ部113のアンプ制御部109aに入力されるPAPR信号と、D/A変換部123から周波数変換部124を経由してアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差を調整する機能を備えている。送信電力制御部127は、RF信号の平均電力情報を含むTPC信号を生成してTPC遅延部128に入力する機能を備えている。TPC遅延部128は、送信電力制御部127からアンプ部113のアンプ制御部109a入力されるTPC信号と、D/A変換部123から周波数変換部124を経由してアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差を調整する機能を備えている。
The
次に、図11に示す実施の形態5に係る無線送信装置の動作について説明する。変調部121によって送信データが受信されると、その送信データは、変調モード制御部122からの指示に基づいて変調部121で所望のモードに変調され、変調部121からディジタルのベースバンド信号として出力される。そして、変調部121から出力されたディジタルのベースバンド信号は、分配されてPAPR測定部125とD/A変換部123に入力される。
Next, the operation of the radio transmission apparatus according to Embodiment 5 shown in FIG. 11 will be described. When transmission data is received by the
PAPR測定部125に入力されたディジタルのベースバンド信号は、PAPR測定部
125によって平均電力とピーク電力の比であるPAPR値が測定される。そして、PAPR値に対応したPAPR信号は、PAPR遅延部126に入力されてアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差が調整され、アンプ制御部109aに入力される。
The digital baseband signal input to the
一方、D/A変換器123に入力されたディジタルのベースバンド信号はアナログのベースバンド信号に変換され、さらに、アナログのベースバンド信号は、周波数変換部124によってRF信号に変換されてアンプ部113の可変利得増幅器105に入力される。また、送信電力制御部127から出力されたTPC信号は、TPC遅延部128に入力されてアンプ部113の可変利得増幅器105に入力されるRF信号との遅延時間差が調整され、アンプ制御部109aに入力される。
On the other hand, the digital baseband signal input to the D /
このようにして、PAPR信号とTPC信号は、PAPR遅延部126とTPC遅延部128によって、変調部121、D/A変換部123、及び周波数変換部124からなるディジタル部とアナログ部において変調信号が受けた遅延時間分だけ遅延させ、変調信号に同期したタイミングでアンプ制御部109aに入力される。また、アンプ部113の出力であるRF出力は、図示しないアンテナへ無線信号として送信される。なお、マルチモード端末からのRF信号とPAPR信号及びTPC信号を受信するアンプ部113の動作は、実施の形態2で説明した動作と同じであるので重複説明は省略する。
In this way, the PAPR signal and the TPC signal are modulated by the
このような構成により、変調モード制御部122によるWCDMAやHSDPAなどの切り替えによって、変調部121の動作を所望のモードに変更させる。このとき、変調信号のPAPRが変わっても、その都度、PAPR測定部125が変調信号のPAPRの測定し、送信電力制御部127からのTPC信号と共にPAPR信号をアンプ制御部109aへ送信するので、変調モードが変わっても歪特性を劣化させることなく高い効率で無線信号を送信することができる。
With such a configuration, the operation of the
〈実施の形態6〉
図12は、本発明の実施の形態6に係る無線送信装置の構成を示すブロック図である。図12に示す実施の形態6の無線送信装置が図11に示す実施の形態5の無線送信装置と異なる点は、PAPR測定部125が無い代わりに、変調モードごとのPAPR値を格納するPAPRテーブル129を設けた点である。すなわち、変調モード制御部122から出力されるモード信号をPAPRテーブル129に入力し、あらかじめ格納された変調モードごとのPAPR値をモード信号に対応してPAPRテーブル129から選択する。そして、選択されたPAPR値に対応するPAPR信号は、PAPR遅延部126aで遅延調整された後にアンプ制御部109に入力される。それ以降の動作は実施の形態2で説明した動作と同じであるので重複説明は省略する。
<Embodiment 6>
FIG. 12 is a block diagram showing a configuration of a radio transmission apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. The wireless transmission device of the sixth embodiment shown in FIG. 12 is different from the wireless transmission device of the fifth embodiment shown in FIG. 11 in that a PAPR table that stores PAPR values for each modulation mode instead of having the
すなわち、実施の形態6の無線送信装置においては、PAPR値を直接測定するのではなく、変調モード制御部122が送信するモード情報に基づいてPAPRテーブル129を参照してPAPR値を求めている。そして、PAPR値に対応するPAPR信号をTPC信号と共にアンプ部113のアンプ制御部109aに入力している。これによって、変調モードが変わっても歪特性を劣化させることなく高い効率で無線信号を送信することができる。なお、アンプ部113以降の動作は実施の形態5と同じである。
That is, in the wireless transmission device of the sixth embodiment, the PAPR value is not directly measured, but the PAPR value is obtained by referring to the PAPR table 129 based on the mode information transmitted by the modulation
〈まとめ〉
すなわち、本発明の電力増幅装置は、平均電力とピーク電力とを用いて負荷インピーダンス制御とトランジスタ107の電源電圧制御を行っている。このとき、平均電力はトランジスタ107の利得の変動を補償するために用い、ピーク電力はトランジスタ107の出力電圧スイングの大きさを最適化するために用いている。
<Summary>
That is, the power amplifying device of the present invention performs load impedance control and power supply voltage control of the
トランジスタ107の電源電圧や負荷インピーダンスを制御するために利用する情報としては、包絡線検波器102によってRF信号の瞬時電力を検出し、これを平均処理部103とピーク検出部104によって平均電力とピーク電力とに分けて抽出した情報を用いている。なお、包絡線検波器102を用いないで、平均電力センサとピーク電力センサを用いてRF信号から平均電力とピーク電力を直接求めるようにしてもよい。さらに、TPC情報とPAPR情報は、アナログ段でPAPR検出を行って取得してもよいし、ディジタル段でPAPR検出を行って取得してもよい。また、直接、PAPR情報を検出するのではなく、変調モードごとにPAPRテーブルを持ち、そのPAPRテーブルから変調モードに対応するPAPR情報を取得してもよい。
As information used for controlling the power supply voltage and load impedance of the
なお、電力増幅装置の制御方法としては、ピーク電力の大きさに対応して負荷インピーダンスの大きさを決める制御方法と、基本となるモードからのPAPRの差分から負荷インピーダンスの増減を制御する方法とがある。 As a control method for the power amplifying device, a control method for determining the magnitude of the load impedance corresponding to the magnitude of the peak power, and a method for controlling the increase / decrease in the load impedance from the difference in PAPR from the basic mode, There is.
本発明の電力増幅装置及び無線送信装置によれば、変調モードに対応させて電源電圧制御と負荷インピーダンス制御を行うことによって高効率化と低歪化を実現することができるので、マルチモードの携帯端末などに有効に利用することが可能である。 According to the power amplifying device and the wireless transmission device of the present invention, high efficiency and low distortion can be realized by performing power supply voltage control and load impedance control corresponding to the modulation mode. It can be used effectively for terminals and the like.
Claims (5)
前記RF信号の電力を可変増幅する可変利得増幅器と、
電源電圧の大きさに基づいて前記RF信号を増幅するトランジスタと、
前記RF信号の負荷インピーダンスを調整するインピーダンス整合回路と、
前記RF信号のピーク電力に基づいて前記トランジスタの飽和電圧と前記ピーク電力とが等しくなるように前記電源電圧制御し、前記RF信号のピーク電力に基づいて前記トランジスタが最大電力を出力できる整合条件となるように前記インピーダンス整合回路の負荷インピーダンスを制御し、前記RF信号の平均電力に基づいてトータルの利得が一定となるように前記可変利得増幅器の利得を制御する制御手段と、を備える電力増幅装置。A power amplification device for amplifying the power of an RF signal,
A variable gain amplifier that variably amplifies the power of the RF signal;
A transistor that amplifies the RF signal based on the magnitude of the power supply voltage;
An impedance matching circuit for adjusting a load impedance of the RF signal;
The power supply voltage is controlled so that the saturation voltage of the transistor is equal to the peak power based on the peak power of the RF signal, and the matching condition is such that the transistor can output the maximum power based on the peak power of the RF signal; And a control means for controlling the load impedance of the impedance matching circuit to control the gain of the variable gain amplifier so that the total gain is constant based on the average power of the RF signal. .
前記RF信号のピーク電力を検出するピーク電力算出手段と、を備える請求項1記載の電力増幅装置。Average power calculating means for calculating the average power of the RF signal;
The power amplification device according to claim 1, further comprising: a peak power calculation unit that detects a peak power of the RF signal.
前記制御手段は、前記平均電力及びピーク電力対平均電力比に基づいて前記RF信号のピーク電力を求める請求項1記載の電力増幅装置。Comprising an average power calculating means for calculating an average power of the RF signal;
The power amplifying apparatus according to claim 1, wherein the control unit obtains a peak power of the RF signal based on the average power and a peak power to average power ratio.
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