JPWO2009025021A1 - 送信回路、無線基地局装置、及び無線端末装置 - Google Patents

Abstract

高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路。この送信回路（１００）は、基本周波数設定時には、変調信号生成部（１１０）は、入力のベースバンド信号（Ｓｉ、Ｓｑ）を定包絡線信号生成部（１１１）に入力して、変調信号生成部（１１０）にて、ベクトル合成したときに入力信号（Ｓｉ、Ｓｑ）が周波数（ωａ）の搬送波周波数で直交変調した信号と等価になる第１定包絡線信号（Ｓωａ１）及び第２定包絡線信号（Ｓωａ２）を生成し、これらをアナログ回路部（１２０、１３０）にそれぞれ出力するＬＩＮＣ増幅動作を行う。一方、基本周波数以外の場合には、変調信号生成部（１１０）にて、ベースバンド信号（Ｓｉ、Ｓｑ）を直交変調部（１１２）に入力し、直交変調部（１１２）で直交変調した直交変調信号を、アナログ回路部（１２０、１３０）にそれぞれ出力する直交変調増幅器として動作する。

Description

本発明は、無線信号を増幅して送信する送信回路等に関し、特に、無線通信に用いられる送信装置において出力信号を複数の帯域に切り替え可能な送信回路、この送信回路を備える無線基地局、及び無線端末装置に関する。

従来、この種の送信回路では、送信電力のダイナミックレンジを大きく保ちながら、増幅器の電力効率の劣化を防ぐために、例えば、送信電力に応じて可変利得器の利得と増幅器のバイアス電流を制御する手法が提案されている（特許文献１参照）。

近年、無線通信や放送などの送信装置においては、ディジタル変調信号を送信する場合が多くなっている。このような送信装置では、送信信号の多値化が進み、送信信号の振幅方向に情報を載せることが可能になった。このため、この種の送信装置に用いる増幅器では、送信信号の増幅時に振幅方向の歪みが生じないようにする必要があり、線形性が求められている。一方で、送信回路の増幅器には、その消費電力を削減するために、高い電力効率が要求されている。このようなことから、この種の送信回路では、増幅器の線形性及び高い電力効率を確保するために、歪み補償や効率改善のための様々な手法が提案されている。

このような増幅器の線形性及び高い電力効率を確保する手法の１つに、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Components）方式と呼ばれるものがある。このＬＩＮＣ方式による増幅器（以下、「ＬＩＮＣ増幅器」という）では、送信信号を２つの定包絡線信号に分岐し、分岐した２つの定包絡線信号を増幅した後に合成するようにしている。このＬＩＮＣ増幅器では、送信信号が振幅情報の乗っていない２つの定包絡線信号に分岐されるので、これらの定包絡線信号を電力効率が高い非線形増幅器で増幅することができる。従って、このようなＬＩＮＣ方式による増幅器（ＬＩＮＣ増幅器）においては、出力信号の線形性の確保と電力効率の向上との両立を図りながら送信信号を増幅することが可能となる。
特開２００３−３３２８５９号公報

ところで、日本では、８００ＭＨｚ帯を使用するＰＤＣ（Personal Digital Cellular）と２ＧＨｚ帯を使用するＷ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code division Multiple Access）とを併用する携帯無線機が発売されている。一方、海外でも、９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）、１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ（Digital Communication System）、１．９ＧＨｚ帯を使用するＰＣＳ（Personal Communication Services）、２ＧＨｚ帯を使用するＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）を併用する携帯無線機が発売されており、その送信回路にはマルチバンド化の要望が高まっている。

ＬＩＮＣ増幅器では、その出力信号の周波数を切り替える方法として、ローカル周波数を変更して出力周波数を切り替える方法がある。しかし、ローカル周波数のみを変更する方式のＬＩＮＣ増幅器では、ローカル周波数を設計周波数から大きく切り替えると、合成器の周波数特性のため、出力レベルが低下すると共に、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ：Adjacent Channel Leakage power Ratio）が劣化するという課題がある。そこで、このようなＬＩＮＣ増幅器においては、周波数を大きく切り替える場合に、ローカル周波数と当該ローカル周波数に対応した合成器とを同時に切り替える方法を採っている。

しかしながら、この種の出力周波数切り換え型のＬＩＮＣ増幅器では、使用する複数の出力周波数のそれぞれに対応する複数の合成器を設ける必要がある。一般に、合成器は、電気長が１／２λの線路を２本必要としている。このため、従来のこのようなＬＩＮＣ増幅器を備えた送信回路では、合成器を複数設けた場合、その回路規模が大きくなるという課題があった。

本発明は、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路、この送信回路を備える無線基地局、及び無線端末装置を提供する。

本発明の送信回路は、入力信号から複数の定包絡線信号又は直交変調信号を生成する変調信号生成手段と、前記変調信号生成手段により生成された前記複数の定包絡線信号又は直交変調信号のレベルを制御する複数系統の可変利得手段と、前記複数系統の可変利得手段から出力された各信号をそれぞれ増幅する複数の終段増幅手段と、前記複数の終段増幅手段によって増幅された各信号を合成する合成手段と、出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、前記変調信号生成手段よって前記複数の定包絡線信号を生成し、前記複数の終段増幅手段のバイアスを制御することにより前記合成手段の出力レベルを制御し、前記出力周波数が前記基本周波数以外の場合には、前記変調信号生成手段よって前記直交変調信号を生成し、生成した前記直交変調信号の出力レベルを前記複数系統の可変利得手段で制御する制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、２つの終段増幅手段を非線形動作させながら送信電力制御を行うことができるので、高効率動作が可能となる。一方、出力周波数が基本周波数以外の場合には、合成手段に同位相・同振幅の直交変調信号が入力されるので、２つの終段増幅手段の出力インピーダンスが一定となり、２つの終段増幅手段の負荷が同じになるので容易に高効率の負荷を取ることができ、高効率で動作するようになる。また、出力周波数が基本周波数以外の場合には、歪み補償を行う必要がないので、ルックアップテーブル情報を格納しておく必要がなく、ＬＵＴのメモリが小さくて済み、回路規模の小型化・低コスト化が実現できる。このように、本発明によれば、出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、ＬＩＮＣ方式で非線形増幅するＬＩＮＣ増幅器として動作し、出力周波数が基本周波数以外の場合には、直交変調信号を線形増幅する直交変調増幅器として動作するので、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現することができる。

本発明の実施の形態１に係る送信回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る送信回路の合成器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る送信回路の合成器の２つの入力信号が同相入力の場合の入力インピーダンス特性を示すグラフ 本発明の実施の形態１に係る送信回路の合成器の２つの入力信号に位相差がある場合の入力インピーダンス特性を示すグラフ 本発明の実施の形態２に係る送信回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る送信回路のアンプ切り換え部の構成例を示す概略構成図 本発明の実施の形態２に係る送信回路のアンプ切り換え部の他の構成例を示す概略構成図 本発明の実施の形態２に係る送信回路のアンプ切り換え部のさらに他の構成例を示す概略構成図 本発明の実施の形態３に係る送信回路の構成を示すブロック図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態に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。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係る送信回路１００の構成を示す。本例の送信回路１００は、変調信号生成部１１０と、２系統の可変利得手段としてのアナログ回路部１２０，１３０と、２つの終段増幅手段としてのパワーアンプ（ＰＡ）１４０，１５０と、合成器１６０と、制御部１７０と、電圧制御部１８０と、局部発振器１９０と、を備えている。

変調信号生成部１１０は、定包絡線信号生成部１１１と、直交変調部１１２と、メモリ１１３と、を備えた構成となっている。アナログ回路部１２０は、Ｄ／Ａ変換器１２１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２２と、ミキサ１２３と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１２４と、で構成されている。アナログ回路部１３０は、Ｄ／Ａ変換器１３１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３２と、ミキサ１３３と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１３４と、で構成されている。

本例の送信回路１００においては、出力周波数が基本周波数の場合には、変調信号生成部１１０は、入力のベースバンド信号（入力信号）Ｓｉ、Ｓｑを定包絡線信号生成部１１１に入力する。そして、変調信号生成部１１０は、ベクトル合成したときに入力信号Ｓｉ、Ｓｑが周波数ωａの搬送波周波数で直交変調した信号と等価になる２つの定包絡線信号、すなわち、第１定包絡線信号Ｓωａ１及び第２定包絡線信号Ｓωａ２を生成し、これらをアナログ回路部１２０、１３０にそれぞれ出力する。なお、このとき定包絡線信号生成部１１０は、メモリ１１３に予め格納されているルックアップテーブル（ＬＵＴ）情報を参照して歪み補償を行う。

一方、送信回路１００の出力レベルが所定の値以下で送信する場合には、変調信号生成部１１０は、ベースバンド信号Ｓｉ、Ｓｑを直交変調部１１２に入力する。そして、変調信号生成部１１０は、直交変調部１１２で直交変調した直交変調信号を、アナログ回路部１２０、１３０にそれぞれ出力する。

２つのアナログ回路部１２０、１３０は、入力したディジタル信号をＤ／Ａ変換器１２１、１３１にてアナログ変換する。そして、アナログ回路部１２０、１３０は、ＬＰＦ１２２、１３２にてＤ／Ａ変換器１２１、１３１からのサンプリング周波数及び折り返し雑音成分を除去する。また、アナログ回路部１２０、１３０は、ミキサ１２３、１３３にて信号をアップコンバートし、ＧＣＡ１２４、１３４にて信号の振幅レベルを可変する。

局部発振器１９０は、例えば、位相負帰還制御系（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）で制御される電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を用いた周波数シンセサイザ等の発振回路であり、局部発振信号をミキサ１２３、１３３に出力する。なお、この局部発振器１９０は、外部の制御信号により周波数を切り替えることが可能であり、切り替え範囲が１つのＶＣＯで対応が難しい場合には複数個のＶＣＯを備えてもよい。

パワーアンプ１４０、１５０は、アナログ回路部１２０、１３０からの出力信号を増幅して合成器１６０へ出力する。合成器１６０は、例えば図２に示されるような無損失合成器、あるいはシレックス型合成器であり、パワーアンプ１４０、１５０で増幅された信号を合成して送信回路１００の出力信号を得る。ここで、合成器１６０は、図３に示すように２つの入力信号が同相入力の場合は、入力インピーダンスが一定であり、入力信号に位相差がある場合はインピーダンスが変動する特徴を持つ。例えば６０度の位相差を持った場合の入力インピーダンス特性を図４に示す。

電圧制御部１８０は、入力される制御信号Ｃ１に応じてパワーアンプ１４０、１５０の電源電圧を切り換える。

制御部１７０は、送信信号情報（主に周波数情報）に応じて、制御信号Ｃ１により電圧制御部１８０を制御してパワーアンプ１４０、１５０の電源電圧を切り換える。また、制御部１７０は、送信信号情報に応じて、制御信号Ｃ２、Ｃ３によりＧＣＡ１２４、１３４のゲイン（Ｇａｉｎ）を制御する。さらに、制御部１７０は、送信信号情報に応じて、制御信号Ｃ４を変調信号生成部１１０に送出する。これにより、変調信号生成部１１０は、定包絡線信号生成部１１１、直交変調部１１２の切り換え制御、出力レベル制御、歪み補償制御等を行う。

ここで、変調信号生成部１１０、制御部１７０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されるディジタル信号処理回路であり、それぞれの回路で行われる動作はディジタル信号の演算により処理される。

次に、図１のように構成された送信回路１００の全体的な動作の流れについて説明する。この送信回路１００は、例えば出力周波数に応じて送信方法を切り替えるように動作する。

すなわち、送信回路１００は、出力周波数が基本周波数に設定されている場合においては、定包絡線信号生成部１１１が第１定包絡線信号Ｓωａ１及び第２定包絡線信号Ｓωａ２を出力してＬＩＮＣ増幅動作を行う。

一方、出力周波数が基本周波数以外の場合においては、局部発振器１９０の周波数を切り替えると共に、直交変調部１１２が２つのアナログ回路部１２０、１３０に直交変調信号を出力する。

また、送信回路１００は、ＬＩＮＣ増幅動作（ＬＩＮＣ増幅モード）時と直交変調動作（直交変調モード）時とで、同じＧＣＡ値でも送信回路出力値は異なるので、Ｇａｉｎテーブルのオフセット（OFFSET）制御を行う。この直交変調動作時においては、電圧制御部１８０はパワーアンプ１４０、１５０を線形動作状態とする。この場合には、合成器１６０には同位相・同振幅の直交変調信号が入力されるので、パワーアンプ１４０、１５０の出力インピーダンスは一定となる。また、両モード時においてパワーアンプ１４０、１５０の負荷は同じなので、容易に高効率の負荷を取ることができる。

従って、この直交変調動作時においては、歪み補償を行う必要がないため、メモリ１１３に歪み補償を行うためのＬＵＴ情報を予め格納しておく必要がない。これにより、本例の送信回路１００においては、メモリ１１３を小さくすることができ、回路規模の小型化・低コスト化を実現することができる。

以上のように、本発明の送信回路１００によれば、基本周波数設定時には、変調信号生成部１１０は、入力のベースバンド信号（入力信号）Ｓｉ、Ｓｑを定包絡線信号生成部１１１に入力して、変調信号生成部１１０にて、ベクトル合成したときに入力信号Ｓｉ、Ｓｑが周波数ωａの搬送波周波数で直交変調した信号と等価になる２つの定包絡線信号である第１定包絡線信号Ｓωａ１及び第２定包絡線信号Ｓωａ２を生成し、これらをアナログ回路部１２０と１３０とにそれぞれ出力するＬＩＮＣ増幅動作を行う。一方、基本周波数以外の場合には、変調信号生成部１１０にて、ベースバンド信号Ｓｉ、Ｓｑを直交変調部１１２に入力し、直交変調部１１２で直交変調した直交変調信号を、アナログ回路部１２０と１３０とにそれぞれ出力する直交変調増幅器として動作する。これにより、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る送信回路の構成を示すブロック図である。本例の送信回路２００は、図１に示す実施の形態１の送信回路１００に対して電源制御部２１０、切り換え部２２０を付加した構成となっている。また、この送信回路２００では、電圧制御部１８０としてＤＣＤＣコンバータを用いている。

電源制御部２１０は、制御部２３０から入力される制御信号Ｃ５によりアナログ回路１３０の電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

切り換え部２２０は、２つのスイッチ２２１、２２２を有している。これらのスイッチ２２１、２２２は、制御部２３０から入力される制御信号Ｃ６により、各アナログ回路１２０、１３０とパワーアンプ１４０、１５０との接続を切り換える。つまり、切り換え部２２０は、アナログ回路部１２０、１３０をそれぞれパワーアンプ１４０、１５０に接続するか、アナログ回路部１２０の出力をパワーアンプ１４０、１５０に接続するかの切り換えを、２つのスイッチ２２１、２２２で行う。

本例の送信回路２００においては、基本周波数設定時には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＮして、アナログ回路部１３０を動作状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路１２０、１３０の各々の出力端子をパワーアンプ１４０、１５０の入力端子にそれぞれ接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

その他の動作は、実施の形態１に係る送信装置１００の基本周波数設定時と同じであるので、その説明は省略する。

一方、基本周波数以外の場合には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＦＦして、アナログ回路部１３０を休止状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路部１２０の出力端子を各パワーアンプ１４０、１５０の入力端子に接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

図６に、切り換え部２２０の一例を示す。図６に示す２つのスイッチ２２１、２２２は、ＰＩＮ Ｄｉｏｄｅ等を用いた半導体スイッチであり、２２１はＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２２２は単極双投スイッチ（ＳＰＤＴ：Single Pole Double Throw）である。

図６に示すＩｎ１は、アナログ回路部１２０からの出力の入力端であり、Ｉｎ２は、アナログ回路部１３０からの出力の入力端である。また、Ｏｕｔ１は、パワーアンプ１４０への出力端であり、Ｏｕｔ２は、パワーアンプ１５０への出力端である。

ここで、アナログ回路部１２０からの入力端Ｉｎ１からスイッチ２２１までの線路距離をａ［ｍｍ］、スイッチ２２１からパワーアンプ１４０への出力端Ｏｕｔ１までの線路距離をｂ［ｍｍ］とする。また、アナログ回路部１３０からの入力端Ｉｎ２からスイッチ２２２までの線路距離をｂ［ｍｍ］、スイッチ２２２からパワーアンプ１５０への出力端Ｏｕｔ２までの線路距離をａ［ｍｍ］とする。

このように構成した切り換え部２２０は、スイッチ２２１とスイッチ２２２の線路距離をｂ−ａ［ｍｍ］とすることで、ＬＩＮＣ増幅モード、直交変調モードのどちらの状態でも、アナログ回路部１２０、１３０からの入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２からパワーアンプ１４０、１５０への出力端Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２までの距離が同じになる。

この切り換え部２２０を用いた場合の動作は、実施の形態１に係る送信装置１００の基本周波数以外の場合と同じであるので、その説明は省略する。

以上のように、本発明の送信回路２００によれば、制御部２３０からの制御信号Ｃ６により切り換え部２２０の各スイッチ２２１、２２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、基本周波数設定時にはアナログ回路部１２０、１３０がそれぞれパワーアンプ１４０、１５０に接続されてＬＩＮＣ増幅モードで動作し、基本周波数以外の場合にはアナログ回路部１２０のみがパワーアンプ１４０、１５０に接続されて直交変調増幅器として動作する。これにより、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現できる。

なお、この切り換え部２２０の２つのスイッチ２２１、２２２としてのＰＩＮ Ｄｉｏｄｅ等を用いた半導体スイッチには、ロスや電気長がある。そこで、この切り換え部２２０としては、例えば図７に示すように、スイッチ２２１とパワーアンプ１４０への出力端Ｏｕｔ１との間に整合部２２３を設け、ＬＩＮＣ増幅モードと直交変調モードとの切り換えによって生じる半導体スイッチのロスや電気長の誤差を、整合部２２３で吸収するように構成してもよい。

また、このアンプ切り換え部２２０としては、図８に示すように、３つのスイッチ２２２，２２４，２２５を用いて、ＬＩＮＣ増幅モードと直交変調モードとのとのどちらの状態でも、アナログ回路部１２０、１３０からの入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２からパワーアンプ１４０，１５０への出力端Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２までの距離が同じになるように構成してもよい。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る送信回路の構成を示すブロック図である。本例の送信回路３００は、図５に示した実施の形態２に係る送信回路２００の入力段に、システム１回路部３１０と、システム２回路部３２０とを付加した構成となっている。

本例の送信回路３００においては、例えば、ＯＦＤＭ変調部からなるシステム１回路部３１０は基本周波数で動作し、ＣＤＭＡ変調部からなるシステム２回路部３２０は、基本周波数設定以外で動作する。

本例の送信回路３００は、周波数帯が異なる複数のシステムを搭載した場合に、使用するシステムの切り替えに応じて、実施の形態２に係る送信回路２００の場合と同様に、局部発振器１９０の周波数及び送信動作を切り替える。

すなわち、本例の送信回路３００においては、基本周波数で使用するシステム１回路部３１０の動作時には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＮして、アナログ回路部１３０を動作状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路１２０、１３０の各々の出力端子をパワーアンプ１４０、１５０の入力端子にそれぞれ接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

その他の動作は、実施の形態２に係る送信装置２００の基本周波数設定時と同じであるので、その説明は省略する。

一方、基本周波数以外の周波数で使用するシステム２回路部３２０の動作時には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＦＦして、アナログ回路部１３０を休止状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路部１２０の出力端子を各パワーアンプ１４０、１５０の入力端子に接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

以上のように、本発明の送信回路３００によれば、基本周波数で使用するシステム１回路部３１０の動作時には、制御部２３０からの制御信号Ｃ６により切り換え部２２０の各スイッチ２２１、２２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、基本周波数設定時にはアナログ回路部１２０、１３０がそれぞれパワーアンプ１４０、１５０に接続されてＬＩＮＣ増幅モードで動作し、基本周波数以外で動作するシステム２動作時には、アナログ回路部１２０のみの片系がパワーアンプ１４０、１５０に接続されて直交変調増幅器として動作する。これにより、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現できる。

本発明に係る送信回路は、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現することができるので、無線通信や放送等に用いられる送信装置において送信電力制御を行いながら信号を増幅して出力する送信回路、この送信回路を備える無線基地局、及び無線端末装置として有用である。

本発明は、無線信号を増幅して送信する送信回路等に関し、特に、無線通信に用いられる送信装置において出力信号を複数の帯域に切り替え可能な送信回路、この送信回路を備える無線基地局、及び無線端末装置に関する。

従来、この種の送信回路では、送信電力のダイナミックレンジを大きく保ちながら、増幅器の電力効率の劣化を防ぐために、例えば、送信電力に応じて可変利得器の利得と増幅器のバイアス電流を制御する手法が提案されている（特許文献１参照）。

近年、無線通信や放送などの送信装置においては、ディジタル変調信号を送信する場合が多くなっている。このような送信装置では、送信信号の多値化が進み、送信信号の振幅方向に情報を載せることが可能になった。このため、この種の送信装置に用いる増幅器では、送信信号の増幅時に振幅方向の歪みが生じないようにする必要があり、線形性が求められている。一方で、送信回路の増幅器には、その消費電力を削減するために、高い電力効率が要求されている。このようなことから、この種の送信回路では、増幅器の線形性及び高い電力効率を確保するために、歪み補償や効率改善のための様々な手法が提案されている。

このような増幅器の線形性及び高い電力効率を確保する手法の１つに、ＬＩＮＣ（Linear Amplification with Nonlinear Components）方式と呼ばれるものがある。このＬＩＮＣ方式による増幅器（以下、「ＬＩＮＣ増幅器」という）では、送信信号を２つの定包絡線信号に分岐し、分岐した２つの定包絡線信号を増幅した後に合成するようにしている。このＬＩＮＣ増幅器では、送信信号が振幅情報の乗っていない２つの定包絡線信号に分岐されるので、これらの定包絡線信号を電力効率が高い非線形増幅器で増幅することができる。従って、このようなＬＩＮＣ方式による増幅器（ＬＩＮＣ増幅器）においては、出力信号の線形性の確保と電力効率の向上との両立を図りながら送信信号を増幅することが可能となる。
特開２００３−３３２８５９号公報

ところで、日本では、８００ＭＨｚ帯を使用するＰＤＣ（Personal Digital Cellular）と２ＧＨｚ帯を使用するＷ−ＣＤＭＡ（Wideband-Code division Multiple Access）とを併用する携帯無線機が発売されている。一方、海外でも、９００ＭＨｚ帯を使用するＧＳＭ（Global System for Mobile Communications）、１．８ＧＨｚ帯を使用するＤＣＳ（Digital Communication System）、１．９ＧＨｚ帯を使用するＰＣＳ（Personal Communication Services）、２ＧＨｚ帯を使用するＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）を併用する携帯無線機が発売されており、その送信回路にはマルチバンド化の要望が高まっている。

ＬＩＮＣ増幅器では、その出力信号の周波数を切り替える方法として、ローカル周波数を変更して出力周波数を切り替える方法がある。しかし、ローカル周波数のみを変更する方式のＬＩＮＣ増幅器では、ローカル周波数を設計周波数から大きく切り替えると、合成器の周波数特性のため、出力レベルが低下すると共に、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ：Adjacent Channel Leakage power Ratio）が劣化するという課題がある。そこで、このようなＬＩＮＣ増幅器においては、周波数を大きく切り替える場合に、ローカル周波数
と当該ローカル周波数に対応した合成器とを同時に切り替える方法を採っている。

しかしながら、この種の出力周波数切り換え型のＬＩＮＣ増幅器では、使用する複数の出力周波数のそれぞれに対応する複数の合成器を設ける必要がある。一般に、合成器は、電気長が１／２λの線路を２本必要としている。このため、従来のこのようなＬＩＮＣ増幅器を備えた送信回路では、合成器を複数設けた場合、その回路規模が大きくなるという課題があった。

本発明は、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路、この送信回路を備える無線基地局、及び無線端末装置を提供する。

本発明の送信回路は、入力信号から複数の定包絡線信号又は直交変調信号を生成する変調信号生成手段と、前記変調信号生成手段により生成された前記複数の定包絡線信号又は直交変調信号のレベルを制御する複数系統の可変利得手段と、前記複数系統の可変利得手段から出力された各信号をそれぞれ増幅する複数の終段増幅手段と、前記複数の終段増幅手段によって増幅された各信号を合成する合成手段と、出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、前記変調信号生成手段よって前記複数の定包絡線信号を生成し、前記複数の終段増幅手段のバイアスを制御することにより前記合成手段の出力レベルを制御し、前記出力周波数が前記基本周波数以外の場合には、前記変調信号生成手段よって前記直交変調信号を生成し、生成した前記直交変調信号の出力レベルを前記複数系統の可変利得手段で制御する制御手段と、を具備する構成を採る。

本発明によれば、出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、２つの終段増幅手段を非線形動作させながら送信電力制御を行うことができるので、高効率動作が可能となる。一方、出力周波数が基本周波数以外の場合には、合成手段に同位相・同振幅の直交変調信号が入力されるので、２つの終段増幅手段の出力インピーダンスが一定となり、２つの終段増幅手段の負荷が同じになるので容易に高効率の負荷を取ることができ、高効率で動作するようになる。また、出力周波数が基本周波数以外の場合には、歪み補償を行う必要がないので、ルックアップテーブル情報を格納しておく必要がなく、ＬＵＴのメモリが小さくて済み、回路規模の小型化・低コスト化が実現できる。このように、本発明によれば、出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、ＬＩＮＣ方式で非線形増幅するＬＩＮＣ増幅器として動作し、出力周波数が基本周波数以外の場合には、直交変調信号を線形増幅する直交変調増幅器として動作するので、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施の形態に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。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施の形態１に係る送信回路１００の構成を示す。本例の送信回路１００は、変調信号生成部１１０と、２系統の可変利得手段としてのアナログ回路部１２０，１３０と、２つの終段増幅手段としてのパワーアンプ（ＰＡ）１４０，１５０と、合成器１６０と、制御部１７０と、電圧制御部１８０と、局部発振器１９０と、を備えている。

変調信号生成部１１０は、定包絡線信号生成部１１１と、直交変調部１１２と、メモリ１１３と、を備えた構成となっている。アナログ回路部１２０は、Ｄ／Ａ変換器１２１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１２２と、ミキサ１２３と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１２４と、で構成されている。アナログ回路部１３０は、Ｄ／Ａ変換器１３１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１３２と、ミキサ１３３と、ゲインコントロールアンプ（ＧＣＡ）１３４と、で構成されている。

本例の送信回路１００においては、出力周波数が基本周波数の場合には、変調信号生成部１１０は、入力のベースバンド信号（入力信号）Ｓｉ、Ｓｑを定包絡線信号生成部１１１に入力する。そして、変調信号生成部１１０は、ベクトル合成したときに入力信号Ｓｉ、Ｓｑが周波数ωａの搬送波周波数で直交変調した信号と等価になる２つの定包絡線信号、すなわち、第１定包絡線信号Ｓωａ１及び第２定包絡線信号Ｓωａ２を生成し、これらをアナログ回路部１２０、１３０にそれぞれ出力する。なお、このとき定包絡線信号生成部１１０は、メモリ１１３に予め格納されているルックアップテーブル（ＬＵＴ）情報を参照して歪み補償を行う。

一方、送信回路１００の出力レベルが所定の値以下で送信する場合には、変調信号生成部１１０は、ベースバンド信号Ｓｉ、Ｓｑを直交変調部１１２に入力する。そして、変調信号生成部１１０は、直交変調部１１２で直交変調した直交変調信号を、アナログ回路部１２０、１３０にそれぞれ出力する。

２つのアナログ回路部１２０、１３０は、入力したディジタル信号をＤ／Ａ変換器１２１、１３１にてアナログ変換する。そして、アナログ回路部１２０、１３０は、ＬＰＦ１２２、１３２にてＤ／Ａ変換器１２１、１３１からのサンプリング周波数及び折り返し雑音成分を除去する。また、アナログ回路部１２０、１３０は、ミキサ１２３、１３３にて信号をアップコンバートし、ＧＣＡ１２４、１３４にて信号の振幅レベルを可変する。

局部発振器１９０は、例えば、位相負帰還制御系（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）で制御される電圧制御発振器（ＶＣＯ：Voltage Controlled Oscillator）を用いた周波数シンセサイザ等の発振回路であり、局部発振信号をミキサ１２３、１３３に出力する。なお、この局部発振器１９０は、外部の制御信号により周波数を切り替えることが可能であり、切り替え範囲が１つのＶＣＯで対応が難しい場合には複数個のＶＣＯを備えてもよい。

パワーアンプ１４０、１５０は、アナログ回路部１２０、１３０からの出力信号を増幅して合成器１６０へ出力する。合成器１６０は、例えば図２に示されるような無損失合成
器、あるいはシレックス型合成器であり、パワーアンプ１４０、１５０で増幅された信号を合成して送信回路１００の出力信号を得る。ここで、合成器１６０は、図３に示すように２つの入力信号が同相入力の場合は、入力インピーダンスが一定であり、入力信号に位相差がある場合はインピーダンスが変動する特徴を持つ。例えば６０度の位相差を持った場合の入力インピーダンス特性を図４に示す。

電圧制御部１８０は、入力される制御信号Ｃ１に応じてパワーアンプ１４０、１５０の電源電圧を切り換える。

制御部１７０は、送信信号情報（主に周波数情報）に応じて、制御信号Ｃ１により電圧制御部１８０を制御してパワーアンプ１４０、１５０の電源電圧を切り換える。また、制御部１７０は、送信信号情報に応じて、制御信号Ｃ２、Ｃ３によりＧＣＡ１２４、１３４のゲイン（Ｇａｉｎ）を制御する。さらに、制御部１７０は、送信信号情報に応じて、制御信号Ｃ４を変調信号生成部１１０に送出する。これにより、変調信号生成部１１０は、定包絡線信号生成部１１１、直交変調部１１２の切り換え制御、出力レベル制御、歪み補償制御等を行う。

ここで、変調信号生成部１１０、制御部１７０は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、又はＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等で構成されるディジタル信号処理回路であり、それぞれの回路で行われる動作はディジタル信号の演算により処理される。

次に、図１のように構成された送信回路１００の全体的な動作の流れについて説明する。この送信回路１００は、例えば出力周波数に応じて送信方法を切り替えるように動作する。

すなわち、送信回路１００は、出力周波数が基本周波数に設定されている場合においては、定包絡線信号生成部１１１が第１定包絡線信号Ｓωａ１及び第２定包絡線信号Ｓωａ２を出力してＬＩＮＣ増幅動作を行う。

一方、出力周波数が基本周波数以外の場合においては、局部発振器１９０の周波数を切り替えると共に、直交変調部１１２が２つのアナログ回路部１２０、１３０に直交変調信号を出力する。

また、送信回路１００は、ＬＩＮＣ増幅動作（ＬＩＮＣ増幅モード）時と直交変調動作（直交変調モード）時とで、同じＧＣＡ値でも送信回路出力値は異なるので、Ｇａｉｎテーブルのオフセット（OFFSET）制御を行う。この直交変調動作時においては、電圧制御部１８０はパワーアンプ１４０、１５０を線形動作状態とする。この場合には、合成器１６０には同位相・同振幅の直交変調信号が入力されるので、パワーアンプ１４０、１５０の出力インピーダンスは一定となる。また、両モード時においてパワーアンプ１４０、１５０の負荷は同じなので、容易に高効率の負荷を取ることができる。

従って、この直交変調動作時においては、歪み補償を行う必要がないため、メモリ１１３に歪み補償を行うためのＬＵＴ情報を予め格納しておく必要がない。これにより、本例の送信回路１００においては、メモリ１１３を小さくすることができ、回路規模の小型化・低コスト化を実現することができる。

以上のように、本発明の送信回路１００によれば、基本周波数設定時には、変調信号生成部１１０は、入力のベースバンド信号（入力信号）Ｓｉ、Ｓｑを定包絡線信号生成部１１１に入力して、変調信号生成部１１０にて、ベクトル合成したときに入力信号Ｓｉ、Ｓ
ｑが周波数ωａの搬送波周波数で直交変調した信号と等価になる２つの定包絡線信号である第１定包絡線信号Ｓωａ１及び第２定包絡線信号Ｓωａ２を生成し、これらをアナログ回路部１２０と１３０とにそれぞれ出力するＬＩＮＣ増幅動作を行う。一方、基本周波数以外の場合には、変調信号生成部１１０にて、ベースバンド信号Ｓｉ、Ｓｑを直交変調部１１２に入力し、直交変調部１１２で直交変調した直交変調信号を、アナログ回路部１２０と１３０とにそれぞれ出力する直交変調増幅器として動作する。これにより、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現することができる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２に係る送信回路の構成を示すブロック図である。本例の送信回路２００は、図１に示す実施の形態１の送信回路１００に対して電源制御部２１０、切り換え部２２０を付加した構成となっている。また、この送信回路２００では、電圧制御部１８０としてＤＣＤＣコンバータを用いている。

電源制御部２１０は、制御部２３０から入力される制御信号Ｃ５によりアナログ回路１３０の電源のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。

切り換え部２２０は、２つのスイッチ２２１、２２２を有している。これらのスイッチ２２１、２２２は、制御部２３０から入力される制御信号Ｃ６により、各アナログ回路１２０、１３０とパワーアンプ１４０、１５０との接続を切り換える。つまり、切り換え部２２０は、アナログ回路部１２０、１３０をそれぞれパワーアンプ１４０、１５０に接続するか、アナログ回路部１２０の出力をパワーアンプ１４０、１５０に接続するかの切り換えを、２つのスイッチ２２１、２２２で行う。

本例の送信回路２００においては、基本周波数設定時には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＮして、アナログ回路部１３０を動作状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路１２０、１３０の各々の出力端子をパワーアンプ１４０、１５０の入力端子にそれぞれ接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

その他の動作は、実施の形態１に係る送信装置１００の基本周波数設定時と同じであるので、その説明は省略する。

一方、基本周波数以外の場合には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＦＦして、アナログ回路部１３０を休止状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路部１２０の出力端子を各パワーアンプ１４０、１５０の入力端子に接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

図６に、切り換え部２２０の一例を示す。図６に示す２つのスイッチ２２１、２２２は、ＰＩＮ Ｄｉｏｄｅ等を用いた半導体スイッチであり、２２１はＯＮ／ＯＦＦスイッチ、２２２は単極双投スイッチ（ＳＰＤＴ：Single Pole Double Throw）である。

図６に示すＩｎ１は、アナログ回路部１２０からの出力の入力端であり、Ｉｎ２は、アナログ回路部１３０からの出力の入力端である。また、Ｏｕｔ１は、パワーアンプ１４０への出力端であり、Ｏｕｔ２は、パワーアンプ１５０への出力端である。

ここで、アナログ回路部１２０からの入力端Ｉｎ１からスイッチ２２１までの線路距離をａ［ｍｍ］、スイッチ２２１からパワーアンプ１４０への出力端Ｏｕｔ１までの線路距離をｂ［ｍｍ］とする。また、アナログ回路部１３０からの入力端Ｉｎ２からスイッチ２
２２までの線路距離をｂ［ｍｍ］、スイッチ２２２からパワーアンプ１５０への出力端Ｏｕｔ２までの線路距離をａ［ｍｍ］とする。

このように構成した切り換え部２２０は、スイッチ２２１とスイッチ２２２の線路距離をｂ−ａ［ｍｍ］とすることで、ＬＩＮＣ増幅モード、直交変調モードのどちらの状態でも、アナログ回路部１２０、１３０からの入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２からパワーアンプ１４０、１５０への出力端Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２までの距離が同じになる。

この切り換え部２２０を用いた場合の動作は、実施の形態１に係る送信装置１００の基本周波数以外の場合と同じであるので、その説明は省略する。

以上のように、本発明の送信回路２００によれば、制御部２３０からの制御信号Ｃ６により切り換え部２２０の各スイッチ２２１、２２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、基本周波数設定時にはアナログ回路部１２０、１３０がそれぞれパワーアンプ１４０、１５０に接続されてＬＩＮＣ増幅モードで動作し、基本周波数以外の場合にはアナログ回路部１２０のみがパワーアンプ１４０、１５０に接続されて直交変調増幅器として動作する。これにより、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現できる。

なお、この切り換え部２２０の２つのスイッチ２２１、２２２としてのＰＩＮ Ｄｉｏｄｅ等を用いた半導体スイッチには、ロスや電気長がある。そこで、この切り換え部２２０としては、例えば図７に示すように、スイッチ２２１とパワーアンプ１４０への出力端Ｏｕｔ１との間に整合部２２３を設け、ＬＩＮＣ増幅モードと直交変調モードとの切り換えによって生じる半導体スイッチのロスや電気長の誤差を、整合部２２３で吸収するように構成してもよい。

また、このアンプ切り換え部２２０としては、図８に示すように、３つのスイッチ２２２，２２４，２２５を用いて、ＬＩＮＣ増幅モードと直交変調モードとのとのどちらの状態でも、アナログ回路部１２０、１３０からの入力端Ｉｎ１、Ｉｎ２からパワーアンプ１４０，１５０への出力端Ｏｕｔ１，Ｏｕｔ２までの距離が同じになるように構成してもよい。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３に係る送信回路の構成を示すブロック図である。本例の送信回路３００は、図５に示した実施の形態２に係る送信回路２００の入力段に、システム１回路部３１０と、システム２回路部３２０とを付加した構成となっている。

本例の送信回路３００においては、例えば、ＯＦＤＭ変調部からなるシステム１回路部３１０は基本周波数で動作し、ＣＤＭＡ変調部からなるシステム２回路部３２０は、基本周波数設定以外で動作する。

本例の送信回路３００は、周波数帯が異なる複数のシステムを搭載した場合に、使用するシステムの切り替えに応じて、実施の形態２に係る送信回路２００の場合と同様に、局部発振器１９０の周波数及び送信動作を切り替える。

すなわち、本例の送信回路３００においては、基本周波数で使用するシステム１回路部３１０の動作時には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＮして、アナログ回路部１３０を動作状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路１２０、１３０の各々の出力端子をパワーアンプ１４０、１５０の入力端子にそれぞれ接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

その他の動作は、実施の形態２に係る送信装置２００の基本周波数設定時と同じであるので、その説明は省略する。

一方、基本周波数以外の周波数で使用するシステム２回路部３２０の動作時には、電源制御部２１０によりアナログ回路部１３０の電源をＯＦＦして、アナログ回路部１３０を休止状態に設定する。また、この場合には、切り換え部２２０は、アナログ回路部１２０の出力端子を各パワーアンプ１４０、１５０の入力端子に接続するように、２つのスイッチ２２１、２２２を切り換える。

以上のように、本発明の送信回路３００によれば、基本周波数で使用するシステム１回路部３１０の動作時には、制御部２３０からの制御信号Ｃ６により切り換え部２２０の各スイッチ２２１、２２２をＯＮ／ＯＦＦ制御することで、基本周波数設定時にはアナログ回路部１２０、１３０がそれぞれパワーアンプ１４０、１５０に接続されてＬＩＮＣ増幅モードで動作し、基本周波数以外で動作するシステム２動作時には、アナログ回路部１２０のみの片系がパワーアンプ１４０、１５０に接続されて直交変調増幅器として動作する。これにより、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現できる。

本発明に係る送信回路は、高効率（低消費電力）、小型及び低コストで、複数の周波数に対応可能な送信回路を実現することができるので、無線通信や放送等に用いられる送信装置において送信電力制御を行いながら信号を増幅して出力する送信回路、この送信回路を備える無線基地局、及び無線端末装置として有用である。

本発明の実施の形態１に係る送信回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る送信回路の合成器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態１に係る送信回路の合成器の２つの入力信号が同相入力の場合の入力インピーダンス特性を示すグラフ 本発明の実施の形態１に係る送信回路の合成器の２つの入力信号に位相差がある場合の入力インピーダンス特性を示すグラフ 本発明の実施の形態２に係る送信回路の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２に係る送信回路のアンプ切り換え部の構成例を示す概略構成図 本発明の実施の形態２に係る送信回路のアンプ切り換え部の他の構成例を示す概略構成図 本発明の実施の形態２に係る送信回路のアンプ切り換え部のさらに他の構成例を示す概略構成図 本発明の実施の形態３に係る送信回路の構成を示すブロック図

Claims (6)

1. 入力信号から複数の定包絡線信号又は直交変調信号を生成する変調信号生成手段と、
   前記変調信号生成手段により生成された前記複数の定包絡線信号又は直交変調信号のレベルを制御する複数系統の可変利得手段と、
   前記複数系統の可変利得手段から出力された各信号をそれぞれ増幅する複数の終段増幅手段と、
   前記複数の終段増幅手段によって増幅された各信号を合成する合成手段と、
   出力周波数が基本周波数に設定されている場合には、前記変調信号生成手段よって前記複数の定包絡線信号を生成し、前記複数の終段増幅手段のバイアスを制御することにより前記合成手段の出力レベルを制御し、前記出力周波数が前記基本周波数以外の場合には、前記変調信号生成手段よって前記直交変調信号を生成し、生成した前記直交変調信号の出力レベルを前記複数系統の可変利得手段で制御する制御手段と、を具備する送信回路。
2. 前記複数系統の可変利得手段のうちの１つ以外の系統の可変利得手段の動作を停止する電源制御手段と、
   前記複数系統の可変利得手段の各出力を前記複数の終段増幅手段にそれぞれ入力するか、前記複数系統の可変利得手段のうちの１つの系統の可変利得手段のみの出力を前記複数の終段増幅手段にそれぞれ入力するかの切り換えを行う切り換え手段と、をさらに備え、
   前記基本周波数以外の場合には、前記電源制御手段により前記複数系統の可変利得手段のうちの１つ以外の系統の可変利得手段の動作を停止し、かつ前記切り換え手段により前記１つの系統の可変利得手段のみの出力を前記複数の終段増幅手段にそれぞれ入力するように切り換える
   請求項１に記載の送信回路。
3. 前記切り換え手段は、
   前記複数系統の可変利得手段の各出力を前記複数の終段増幅手段にそれぞれ入力するように、前記複数系統の可変利得手段と前記複数の終段増幅手段との接続を継断する切り換えスイッチと、
   前記複数系統の可変利得手段のうちの１つの系統の可変利得手段のみの出力を前記複数の終段増幅手段にそれぞれ入力するように、前記複数系統の可変利得手段のうちの１つの系統の可変利得手段と、前記複数の終段増幅手段との接続を継断する接続スイッチと、で構成され、
   前記接続スイッチ及び前記切り換えスイッチは、前記基本周波数の設定時と前記基本周波数以外の場合とで、前記複数の終段増幅手段への入力信号が同位相になるような線路長を保つように配置されている
   請求項２に記載の送信回路。
4. 前記変調信号生成手段の入力段に、前記基本周波数で動作する第１のシステムの回路部と、前記基本周波数以外の周波数で動作する第２のシステムの回路部と、
   をさらに具備する請求項２に記載の送信回路。
5. 請求項１に記載の送信回路を備えた無線基地局装置。
6. 請求項１に記載の送信回路を備えた無線端末装置。
   

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