WO2006118055A1

WO2006118055A1 - 無線送信装置、ポーラ変調送信装置及び無線通信装置

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Publication number: WO2006118055A1
Application number: PCT/JP2006/308440
Authority: WO
Inventors: Yoshihiro Hara; Shigeru Morimoto; Toru Matsuura; Hisashi Adachi; Kaoru Ishida
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2006-11-09
Also published as: CN101167256A; US20060293005A1; JPWO2006118055A1; EP1865606A1

Abstract

　電力効率が良好なマルチモード動作の無線送信装置を提供する。高周波信号処理回路１０１の無線ＧＳＭ／ＥＤＧＥ（ＵＢ）信号形成回路１０１－３から出力された変調信号は、ＧＳＭ変調信号出力時は高周波電力増幅器１０４に、ＥＤＧＥ変調信号出力時は高周波電力増幅器１０５に出力されるようにスイッチ１１５、１１７を切り替える。これにより、ＥＤＧＥ変調信号を、ＥＤＧＥ変調信号と最大出力電力や包絡線変動の有無に関して親和性のあるＵＭＴＳ変調信号用の高周波電力増幅器１０５を使用して電力増幅するので、ＥＤＧＥ変調方式の無線信号を高効率で電力増幅できるようになる。

Description

明細書

無線送信装置、ポーラ変調送信装置及び無線通信装置

技術分野

[0001] 本発明は、 GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式のような複数方式の無線信号を送信可能な無線送信装置、ポーラ変調送信装置及び無線通信装置に関する。

背景技術

[0002] 従来、携帯電話の通信方式として世界中でいくつかの異なる通信方式が存在しているが、昨今の携帯電話の世界レベルでの爆発的な普及を背景として、単一の通信方式ではなく複数の通信方式に対応する、いわゆるマルチモード端末への要求が急激に高まってきている。

[0003] マルチモード通信方式の一例として、 UMTS変調方式と GSM— EDGE変調方式の両方の通信を可能としたマルチモード通信方式がある。 UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)方式は、第 3世代（3G)の移動体通信システムのひとつであり、主としてヨーロッパや日本 (W— CDMA)で採用されて、る通信方式である。また、 GSM (Global System for Mobile Communications)方式は、ヨーロッパやアジアを中心に 100ケ国以上で利用されており、ディジタル携帯電話の事実上の世界標準方式であり、周波数帯としては 850MHz帯、 900MHz帯、 1. 8GHz帯、 1. 9GHz 帯などを利用する。また、 EDGE (Enhanced Data GSM Environment)変調方式は、 GSM方式の携帯電話網を使ったデータ伝送技術であり、 GPRS (General Packet R adio Service)変調方式の後継技術に当たり、 3Gのひとつとして扱われている。

[0004] 上述の UMTS変調方式と GSM— EDGE変調方式の両方の変調方式で通信可能なマルチモード携帯端末は既に製品化されており、例えば非特許文献 1に記載されている。

[0005] 図 1に、従来の UMTS方式 ZGSM— EDGE方式対応のマルチモード携帯電話機の送信系の構成例を示す。マルチモード携帯電話機 100は、ベースバンド信号処理回路 120のベースバンド GSM信号形成回路 120— 1、ベースバンド EDGE信号形成回路 120— 2、ベースバンド UMTS信号形成回路 120— 3において、各方式に対応したディジタル変調処理やフレーム組立てを行うことにより、ベースバンドの GS M信号、 EDGE信号、 UMTS信号を形成し、これらを高周波信号処理回路 101に送出する。

[0006] 高周波信号処理回路 101は、ベースバンドの GSM信号、 EDGE信号、 UMTS信号により高周波搬送信号を変調することにより、無線信号を形成する。具体的には、高周波信号処理回路 101は、無線 GSMZEDGE (LB)信号形成回路 101— 1、無線 UMTS (LB)信号形成回路 101— 2、無線 GSMZEDGE (UB)信号形成回路 1 01 - 3,無線 UMTS (UB)信号形成回路 101— 4を有し、各回路 101— 1〜： L01— 4の名前に対応したベースバンド信号を用いて異なる周波数の高周波搬送信号を変調するようになっている。この変調としては例えば直交変調が行われる。ここでベースバンド信号処理回路 120から高周波信号処理回路 101への 1本の信号線はそれぞれ I信号 (同相信号)と Q信号 (直交信号)力構成されて、る。各回路 101— 1〜10 1—4で直交変調を行う場合には、 I信号 (同相信号)と Q信号によってそれぞ; ^立相が互いに 90度異なる搬送波を変調後に加算する。なお、 LBは低周波帯を示し、 UB は高周波帯を示す。

[0007] 無線 GSMZEDGE (LB)信号 151、無線 UMTS (LB)信号 152、無線 GSMZE DGE (UB)信号 153、無線 UMTS (UB)信号 154は、それぞれ、対応する高周波電力増幅器 102、 103、 104、 105によって電力増幅される。

[0008] ここで各高周波電力増幅器 102、 103、 104、 105は入力される無線信号の変調方式や動作周波数に最適化した設計が個々になされている。つまり、高周波電力増幅器 102は GSM— EDGE変調方式低周波帯 (LB)用、高周波電力増幅器 103は UMTS変調方式低周波帯 (LB)用、高周波電力増幅器 104は GSM— EDGE変調方式高周波帯 (UB)用、高周波電力増幅器 105は UMTS変調方式高周波帯 (UB) 用に最適設計されている。

[0009] 無線 UMTS (LB)信号形成回路 101— 2と高周波電力増幅器 103との間、無線 U MTS (UB)信号形成回路 101— 4と高周波電力増幅器 105との間には、バンドパスフィルタ 106、 107が設けられており、各バンドパスフィルタ 106、 107によって UMT s変調方式の受信帯域のノイズをカットオフするようになっている。因みに、これと同様の目的のバンドパスフィルタは GSM変調方式では、無線 GSMZEDGE信号形成回路 101— 1、 101— 3の回路形式によっては不要となる。

[0010] GSMZEDGE変調方式用の高周波電力増幅器 102、 104の出力側には高周波のスプリアス成分を抑制するためにローパスフィルタ 108、 110が設けられている。 G SMZEDGE変調方式では、送信 (Tx)と受信 (Rx)はアンテナスィッチ 112によって時間的に切り替えられる (TDD方式)。

[0011] 一方、 UMTS変調方式では、送信と受信が同時に行われる符号多重 (CDMA)方式であり、送信と受信は周波数によって分離される (FDD方式)。このため、送受それぞれの帯域に対応した 2つのバンドパスフィルタから構成されるデュプレクサ 109、 1 11がそれぞれ高周波電力増幅器 103、 105の後段に設けられている。デュプレクサ 109、 111はアンテナスィッチ 112を介してアンテナ 113と接続されて!、る。

[0012] 上述したように、 EDGE変調方式を用いたデータ通信は携帯電話方式の GSM変調方式に付随したものであり、このため、 EDGE変調方式では GSM変調方式と同一の高周波電力増幅器 102、 104を共用している。

非特許文献 1 :ノキア'ジャパン株式会社 2004年 10月 19日プレスリリース

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0013] し力しながら、上記従来の無線送信装置においては、 EDGE変調方式に対する電力効率の観点力も以下に述べるような課題があった。

[0014] まず、第 1に、 GSM変調方式は周波数 (位相）変調方式であり、高周波変調波の包絡線が（同一の出力電力設定において）時間的に変化しない変調方式であるのに対して、 EDGE変調方式はベクトル (IQ)変調方式であり、高周波変調波の包絡線が（同一の出力電力設定においても）時間的に変化する変調方式である。このように包絡線が時々刻々と変化する高周波変調波を歪みなく増幅するためには高周波電力増幅器 102、 104を線形動作させる必要があり、そのためには高周波電力増幅器を V、わゆる A級動作させる必要がある。 A級動作では増幅の線形性は優れて、るが、バイアス電流による電力を常時消費するため電力効率としては低いものになってしま [0015] また、第 2に、 EDGE変調方式においてはその出力電力レベルの最大値 (例えば 8 50MHz帯、パワークラス： E2では 27dBm)が GSM変調方式での出力電力レベルの最大値（例えば 850MHz帯、パワークラス： 4では 33dBm) (3GPP (3rd Generatio n Partnership Project)の標準規格参照）と比較して大幅に小さぐしたがって高周波電力増幅器の設計は、高周波電力増幅器の飽和電力が GSM変調方式における最大電力程度になるように設計されることになる。

[0016] 図 2に、高周波電力増幅器における出力電力と電力効率の特性の一例を示す。このように、電力効率は出力電力の増加と共に高くなり、飽和電力付近で最大効率を示す。

[0017] 図 2を用いて EDGEで電力効率が低くなる理由を説明する。 GSM方式においては、最大出力が大きいため高効率のポイント (Pg及び r? g)で使用することになる（変調波が定包絡の信号であるため上記の図において 1ポイントで使用）。一方、 EDGE方式においては、最大出力が GSMに比べて小さぐかつ、変調波の包絡線が変動するため、相対的に低効率のポイント（Peu〜Pel及び r? eu〜 r? el)で使用することになり、このために電力効率が低下してしまう。

[0018] 以上に述べた 2つの理由により、従来の技術では、 EDGE変調方式では電力効率は 20%台の低、値し力得られな、と、う課題を有して、た。

[0019] 本発明の目的は、 GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の信号を電力増幅して無線送信するマルチモード対応の無線送信装置、ポーラ変調送信装置及び無線通信装置にぉ、て、 EDGE変調方式信号の送信時におヽても電力効率を向上させることである。

課題を解決するための手段

[0020] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、 GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の信号を電力増幅して無線送信する無線送信装置であって、 GS M変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の無線信号を形成する高周波信号処理回路と、 GSM変調方式の無線信号を電力増幅する第 1の高周波電力増幅器と、 UMTS変調方式及び EDGE変調方式の無線信号を電力増幅する第 2の高周波電力増幅器と、を具備する構成を採る。

[0021] この構成によれば、 EDGE変調方式の無線信号を、 EDGE変調方式の無線信号と最大出力電力や包絡線変動の有無に関して親和性のある UMTS変調方式の無線信号用の高周波電力増幅器を使用して電力増幅するので、 EDGE変調方式の無線信号を高効率で電力増幅できるようになる。

[0022] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、第 1の高周波電力増幅器を非線形領域で増幅動作させると共に、第 2の高周波電力増幅器を線形領域で増幅動作させる構成を採る。

[0023] この構成によれば、包絡線が変動しない GSM変調方式の無線信号は高周波電力増幅器を非線形領域 (飽和領域)で動作させる一方、包絡線が変動する UMTS変調方式及び EDGE変調方式の無線信号は高周波電力増幅器を線形領域で動作させるので、各変調方式に適した高効率の電力増幅を行うことができるようになる。

[0024] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、第 2の高周波電力増幅器力出力する E DGE変調方式の無線信号の出力電力レベルに応じて、 EDGE変調方式の無線信号を電力増幅する高周波電力増幅器を、第 2の高周波電力増幅器から第 1の高周波電力増幅器に切り替える構成を採る。

[0025] この構成によれば、第 2の高周波電力増幅器の最大出力電力レベルが、 UMTS変調方式の無線信号の最大出力電力レベルに合うように、第 2の高周波電力増幅器が設計されている場合でも、第 1の高周波電力増幅器を使って EDGE変調方式の無線信号を形成できるようになる。

[0026] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、高周波信号処理回路の高周波変調信号出力端子は、 EDGE変調信号と UMTS変調信号で出力端子を共用し、 GSM変調信号は別の出力端子力出力する構成を採る。

[0027] この構成によれば、高周波信号処理回路の外付けのスィッチが不要となるので、装置サイズを小さくすることができ、また低コストィ匕が可能となる。

[0028] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、高周波信号処理回路の高周波変調信号出力端子は、 GSM変調信号と EDGE変調信号で出力端子を共用し、 UMTS変調信号は別の出力端子から出力する構成とされており、無線送信装置は、さらに、 G SM変調信号と EDGE変調信号との共用出力端子力出力される信号を入力し、 G SM変調信号を第 1の高周波電力増幅器側に出力すると共に EDGE変調信号を第 2の高周波電力増幅器側に出力する第 1のスィッチと、共用出力端子とは別の出力端子から出力される UMTS変調信号、及び第 1のスィッチから出力される EDGE変調信号を入力し、いずれか一方の変調信号を選択して第 2の高周波電力増幅器に出力する第 2のスィッチと、を具備する構成を採る。

[0029] この構成によれば、 UMTS変調方式の無線信号と EDGE変調方式の無線信号に対して高周波電力増幅器を共用することができ、 EDGE変調方式の無線信号に対する電力効率を向上させることができる。

[0030] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、高周波信号処理回路の高周波変調信号出力端子は、 GSM変調信号と EDGE変調信号で出力端子を共用し、 UMTS変調信号は別の出力端子から出力する構成とされており、無線送信装置は、さらに、 G SM変調信号と EDGE変調信号との共用出力端子力出力される信号を入力し、 G SM変調信号を第 1の高周波電力増幅器側に出力すると共に、 EDGE変調信号を第 1の高周波電力増幅器側又は第 2の高周波電力増幅器側に選択的に出力する第 1のスィッチと、共用出力端子とは別の出力端子力出力される UMTS変調信号、及び第 1のスィッチから出力される EDGE変調信号を入力し、いずれか一方の変調信号を選択して第 2の高周波電力増幅器に出力する第 2のスィッチと、を具備する構成を採る。

[0031] この構成によれば、 UMTS変調方式の無線信号と EDGE変調方式の無線信号に対して高周波電力増幅器を共用することができ、 EDGE変調方式の無線信号に対する電力効率を向上させることができる。カロえて、第 1のスィッチによって、 EDGE変調信号を第 1の高周波電力増幅器側又は第 2の高周波電力増幅器側に選択的に出力するようにしたので、 EDGE変調信号を第 2の高周波電力増幅器により増幅することによる電力効率向上分と、 EDGE変調信号を第 2のスィッチを通過させることによる電力損失分とを加味して、 EDGE変調信号を第 1の高周波電力増幅器で増幅するか又は第 2の高周波電力増幅器で増幅するかを選択できるようになるので、一段と消費電流を少なくすることができる。 [0032] 本発明の無線送信装置の一つの態様は、第 1と第 2の高周波電力増幅器の後段に接続された出力切替用スィッチと、出力切替用スィッチの後段に接続されたデュプレクサと、出力切替用スィッチの後段に接続されたローパスフィルタと、を具備し、出力切替用スィッチは、第 1及び第 2の高周波電力増幅器の出力信号を入力し、当該出力信号の変調方式に応じて、当該出力信号をデュプレクサ又はローパスフィルタへ出力する構成を採る。

[0033] この構成によれば、 EDGE変調方式の無線信号と UMTS変調方式の無線信号で高周波電力増幅器を共用した場合、これらの変調方式間で周波数帯が異なる場合でも高周波電力増幅器の後段のデュプレクサ又はローパスフィルタを増やす必要がなくなり、装置サイズやコストの増大を防ぐことができる。

[0034] 本発明のポーラ変調送信装置の一つの態様は、 GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式のベースバンド信号から、当該各変調方式の信号につ!ヽての振幅信号及び高周波位相変調信号を形成する高周波信号処理回路と、 GSM変調方式の信号の振幅信号に応じた電圧を電源電圧として、 GSM変調方式の信号の高周波位相変調信号を電力増幅する第 1の高周波電力増幅器と、 UMTS変調方式及び EDGE変調方式の信号の振幅信号に応じた電圧を電源電圧として、 UMTS変調方式及び EDGE変調方式の信号の高周波位相変調信号を電力増幅する第 2の高周波電力増幅器とを具備する構成を採る。

[0035] この構成によれば、 UMTS変調方式及び EDGE変調方式の信号の電力増幅も非線形の高周波電力増幅器を用いて行うことができるようになるので、上記無線送信装置よりも一段と電力効率を向上させることができるようになる。また、 GSM変調方式専用の高周波電力増幅器に対しては電源電圧を送信電力に応じた固定値とすることができ、ポーラ変調方式における振幅信号増幅器を狭帯域にできると、う利点も有している。

[0036] 本発明のポーラ変調送信装置の一つの態様は、第 2の高周波電力増幅器から出力する EDGE変調方式の高周波位相変調信号の出力電力レベルに応じて、 EDGE 変調方式の高周波位相変調信号を電力増幅する高周波電力増幅器を、第 2の高周波電力増幅器から第 1の高周波電力増幅器に切り替える構成を採る。 [0037] この構成によれば、第 2の高周波電力増幅器の最大出力電力レベルが、 UMTS変調方式の無線信号の最大出力電力レベルに合うように、第 2の高周波電力増幅器が設計されている場合でも、第 1の高周波電力増幅器を使って EDGE変調方式の無線信号を形成できるようになる。

[0038] 本発明の無線通信装置の一つの態様は、上記いずれかの無線送信装置と、受信信号を復調する受信装置と、アンテナと、無線送信装置からアンテナへの送信信号の供給と、アンテナ力受信装置への受信信号の供給とを切り替える送受切替部と、を具備する構成を採る。また本発明の無線通信装置の一つの態様は、上記ポーラ変調送信装置と、受信信号を復調する受信装置と、アンテナと、無線送信装置からアンテナへの送信信号の供給と、アンテナから受信装置への受信信号の供給とを切り替える送受切替部と、を具備する構成を採る。

[0039] この構成によれば、送信装置の電力効率が高!ヽため、搭載して!/ヽる電池電源の使用期間を延ばすことができると共に、送信装置の高周波電力増幅器を小型にできるため、無線通信装置のより一層の小型化を図ることができる。

発明の効果

[0040] このように本発明によれば、 EDGE変調信号送信時にぉヽても電力効率が良好な無線送信装置、ポーラ変調送信装置及び無線通信装置を実現できる。

図面の簡単な説明

[0041] [図 1]従来の UMTS変調方式と GSM— EDGE変調方式の両方の変調方式で送信可能な無線送信装置の構成例を示すブロック図

[図 2]高周波電力増幅器の出力電力と電力効率の関係を示す図

[図 3]本発明の実施の形態 1に係る無線送信装置の構成を示すブロック図

[図 4]高周波信号処理回路の構成を示すブロック図

[図 5]実施の形態 1の無線送信装置に設けられたスィッチの動作状態を示す図

[図 6]実施の形態 2に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図

[図 7]高周波信号処理回路の構成を示すブロック図

[図 8]無線通信装置の概略構成を示すブロック図

発明を実施するための最良の形態 [0042] 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。

[0043] (実施の形態 1)

図 3に、本発明の実施の形態 1に係る無線送信装置の構成を示す。なお、図 3中で

、図 1と同一の機能を有するブロックには同一の符号を付しており、これらに対する説明は省略する。

[0044] 無線送信装置 200は、 GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の信号を無線送信するいわゆるマルチモード対応の無線送信装置である。

[0045] 本実施の形態の無線送信装置 200の送信周波数範囲は、低周波帯 (LB)では GS MZEDGE及び UMTS変調方式いずれにおいても 824— 849MHzであるが、高周波帯（UB)では GSM— EDGE変調方式が 1710— 1785MHz、 UMTS変調方式が 1850— 1910MHz (3GPPの標準規格参照）である。

[0046] 無線送信装置 200は、無線 GSMZEDGE (LB)信号形成回路 101— 1から出力された無線 GSMZEDGE (LB)信号 151のうち、無線 GSM (LB)信号を高周波電力増幅器 102に、無線 EDGE (LB)信号を高周波電力増幅器 103に振り分ける 1入力 2出力の切替スィッチ 114を有する。

[0047] また無線送信装置 200は、無線 GSMZEDGE (UB)信号形成回路 101— 3から出力された無線 GSMZEDGE (UB)信号 153のうち、無線 GSM (UB)信号を高周波電力増幅器 104に、無線 EDGE (UB)信号を高周波電力増幅器 105に振り分ける 1入力 2出力の切替スィッチ 115を有する。

[0048] さらに無線送信装置 200は、切替スィッチ 114により振り分けられた無線 EDGE (L B)信号と、無線 UMTS (LB)信号形成回路 101— 2により形成された無線 UMTS ( LB)信号 152とを入力とし、そのうちの一方を選択して高周波電力増幅器 103に出力する切替スィッチ 116と、切替スィッチ 115により振り分けられた無線 EDGE (UB) 信号と、無線 UMTS (UB)信号形成回路 101— 4により形成された無線 UMTS (U B)信号 154とを入力とし、そのうちの一方を選択して高周波電力増幅器 105に出力する切替スィッチ 117とを有する。

[0049] さらに無線送信装置 200は、高周波電力増幅器 104の出力信号 157と、高周波電力増幅器 105の出力信号 158とを入力とし、これらの経路を切り換えてローパスフィルタ 110とデュプレクサ 111に出力するスィッチ 119を有する。

[0050] 本実施の形態の場合、高周波信号処理回路 101中の無線 GSMZEDGE (LB) 信号形成回路 101— 1、無線 UMTS (LB)信号形成回路 101— 2、無線 GSMZE DGE(UB)信号形成回路 101— 3、無線 UMTS (UB)信号形成回路 101— 4は、それぞれ、直交変調方式によって無線信号を形成するようになって!/ヽる。

[0051] 図 4に、各回路 101— 1〜101— 4の構成を示す。各回路 101— 1〜101— 4の構成は同様なので、ここでは代表して無線 GSMZEDGE (LB)信号形成回路 101— 1 について説明する。 EDGE信号を送信する場合、無線 GSMZEDGE (LB)信号形成回路 101— 1は、ベースバンド EDGE信号形成回路 120— 2からのベースバンド E DGE信号の I信号と Q信号を入力し、これらに発振器 211を用、て発生させた互、に 90° 位相が異なる 2つの搬送波 212、 213を乗算器 214、 215でそれぞれ乗算した後、これらを加算器 216で加え合わせて、可変増幅器 217で増幅することで無線 G SMZEDGE(LB)信号 151を得る。無線 GSMZEDGE (LB)信号形成回路 101 1は、ベースバンド GSM信号形成回路 120—1からのベースバンド GSM信号に対しても同様の処理を行う。

[0052] なお、図 3では、各回路 101— 1〜101—4を別々のブロックで示している力基本的に各回路 101— 1〜： L01— 4は同様の直交変調器構成なので、異なる変調方式間においても例えば周波数帯毎等で適当に共用することが可能である。また、 GSM 変調方式は、包絡線が一定の位相変調信号なので、 PLLを用いた位相変調回路により構成してちょい。

[0053] 次に、本実施の形態の無線送信装置 200の動作について説明する。まず、高周波帯 (UB)側の動作につ!、て説明する。

[0054] 無線 GSMZEDGE (UB)信号形成回路 101— 3から出力された無線 GSMZED GE(UB)信号 153は、スィッチ 115によって、 GSM信号出力時には高周波電力増幅器 104に、 EDGE信号出力時は高周波電力増幅器 105に供給される。また、スィツチ 117は、無線 EDGE信号又は無線 UMTS信号のうちいずれかを選択出力する。また、スィッチ 119は、 GSM信号出力時は高周波電力増幅器 104から出力される無線 GSM信号をローパスフィルタ 110に出力し、 EDGE信号出力時は高周波電力増幅器 105から出力される無線 EDGE信号をローパスフィルタ 110に出力し、 UMT S信号出力時は高周波電力増幅器 105から出力される無線 UMTS信号をデュプレクサ 111に出力する。

[0055] このように EDGE信号出力時に、高周波電力増幅器 105から出力される無線 EDG E信号を高周波電力増幅器 105側から高周波電力増幅器 104側の経路に戻すのは、 EDGE変調方式と UMTS変調方式の周波数帯域が異なるからであり、これらを同じ周波数帯域で使用する場合にはこのように経路を戻すことは必ずしも必要でない。

[0056] 図 5に、以上に述べた各変調方式の信号を出力（送信)する際のスィッチ 115、 11 7、 119の切替の状態をまとめて示す。

[0057] 次に、低周波帯 (LB)側の動作について説明する。低周波帯 (LB)側では、上述の高周波帯 (UB)側と比較して、切替スィッチ 119に相当する切替スィッチが無、ところが異なっており、それ以外の部分は上述した高周波帯 (UB)側の構成と同じである。低周波帯 (LB)側では、 EDGE変調方式と UMTS変調方式で周波数帯域が全く同じであるため、このような場合は EDGE変調方式の送受切替スィッチとしてデュプレクサ 109を使用することができ、このようにスィッチ 119に相当する切替スィッチを不要とすることができる。

[0058] 3GPPの標準規格によれば、各変調方式における出力電力は周波数帯により異なるが、例えば 850MHz帯における EDGE変調方式（パワークラス： E2)、 850MHz 帯における GSM変調方式 (パワークラス: 4)、全ての周波数帯での UMTS変調方式（パワークラス： 3)における最大出力はそれぞれ 27dBm、 33dBm、 24dBmであり、 EDGE変調方式の最大出力は GSM変調方式の最大出力よりも UMTS変調方式の最大出力の方に近い。

[0059] さらに、 EDGE変調方式の最大出力は UMTS変調方式よりも大きいため、 EDGE 変調方式と UMTS変調方式で同一の高周波電力増幅器 103を使用することにより、 EDGE信号出力時の方が高周波電力増幅器 103の飽和出力により近い状態で使用することになり、図 2を用いて上述した理由により電力効率を高くすることができる。

[0060] また、 EDGE変調方式は UMTS変調方式と同様に包絡線が時々刻々と変化する変調方式であるので、例えば A級増幅器のような線形増幅器を使用することが望ましい。

[0061] 本実施の形態の無線送信装置 200においては、このような点に着目して、 EDGE 変調信号を、 GSM変調信号に合わせて最適設計された高周波電力増幅器 102によって電力増幅するのではなく、 EDGE変調信号と UMTS変調信号との間で線形の高周波電力増幅器 103、 105を共用するようにした。これにより、歪みが少なぐかつ、電力効率的にも最適設計された高周波電力増幅器を使用することができる。因みに、 GSM変調信号用の高周波電力増幅器 102、 104は飽和領域で動作するように設計されており、電力効率が非常に良い。

[0062] 以上述べたように、本実施の形態によれば、 GSM変調方式の無線信号を電力増幅する第 1の高周波電力増幅器 102 (104)と、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の無線信号を電力増幅する第 2の高周波電力増幅器 103 (105)とを設け、 EDG E変調方式の無線信号と UMTS変調方式の無線信号を同一の高周波電力増幅器 103 (105)で電力増幅するようにしたことにより、 EDGE変調方式信号の送信時においても電力効率を向上させることができる無線送信装置 200を実現できる。

[0063] 実際上、本実施の形態の構成の無線送信装置 200にお、ては、 EDGE変調信号に対する高周波電力増幅器 103、 105の電力を 40%程度に高くすることが可能であり、高周波帯における後段のスィッチ 114、 116、 115、 117、 119における電力損失を考慮しても従来の方式と比較して、 EDGE変調信号出力時の電力効率を著しく高くすることができる大変有用なものである。

[0064] また、高周波電力増幅器 102、 104を GSM変調方式専用に用いることになるので、高周波電力増幅器 102、 104を非線形領域 (飽和領域)でのみ使用することができる。これにより、特に線形領域での動作時に必要となる、電力増幅器の負荷変動の影響を抑制するアイソレータを削減できる。この結果、その分だけ、装置を小型化できると共にコストを削減できる。

[0065] なお、上述した実施の形態では、 EDGE変調信号をスィッチ 114、 116 (スィッチ 1 15、 117)を介して高周波電力増幅器 103 (105)に供給する場合について述べたが、 EDGE変調信号の出力電力レベルに応じて、 EDGE変調信号を増幅する高周波電力増幅器を切り替える構成とすることも好適である。これは、高周波電力増幅器 10 3 (105)の構成条件によっては、所望の出力電力レベルの EDGE変調方式の無線信号を形成できなくなってしまうためである。また、これは、出力電力レベルによっては、スィッチ 116、 117による電力損失力 ¾DGE変調信号を高周波電力増幅器 103 (105)によって増幅することによる電力効率の向上分よりも大きい場合があるためである。このような場合は、 EDGE変調信号をスィッチ 114 (115)を介して高周波電力増幅器 102 (104)側に出力するようにすることが望ま U、。

[0066] その理由について説明する。通常は UMTSの最大出力は EDGEの最大出力よりも小さいため、 UMTSの電力効率を EDGEの電力効率よりも重視する場合は、高周波電力増幅器 103 (105)の最大出力が UMTSの最大出力に合うように、高周波電力増幅器 103 (105)を設計するようになる。この場合、 UMTSの最大出力以上の E DGE信号出力に対しては、高周波電力増幅器 103 (105)では所望の出力電力レベルの EDGE変調方式の無線信号を得ることができな、ので、高周波電力増幅器 1 02 (104)を使用する。これにより、高周波電力増幅器 103 (105)の最大出力電力レベルが、 UMTS変調方式の無線信号の最大出力電力レベルに合うように、高周波電力増幅器 103 (105)が設計されている場合でも、高周波電力増幅器 102 (104) を使って EDGE変調方式の無線信号を形成できるようになる。

[0067] (実施の形態 2)

図 3との対応部分に同一符号を付して示す図 6に、実施の形態 2に係るポーラ変調送信装置の構成を示す。

[0068] 本実施の形態のポーラ変調送信装置 300が、実施の形態 1の無線送信装置 200と異なる点は以下の 2点である。

[0069] 1点目は、実施の形態 1では高周波信号処理回路 101で直交変調を行ったのに対して、本実施の形態では高周波信号処理回路 310がポーラ変調方式に基づく信号処理を行う点である。

[0070] 2点目は、本実施の形態における送信周波数範囲は、 GSMZEDGE及び UMTS 変調方式いずれにおいても、低周波帯 (LB)が 824— 849MHz、高周波帯 (UB)が 1850- 1910MHz (3GPPの標準規格参照）である点である。

[0071] ポーラ変調方式は、ベースバンドの I信号と Q信号よりベースバンドの振幅信号と位相信号を抽出し、位相信号に基づ、て搬送波を変調して得た高周波位相変調信号に振幅成分を乗算することによって振幅変調を加える方式であり、高周波電力増幅器を飽和モードで動作させることができるため、高電力効率でかつ線形性に優れた変調が可能な変調方式である。本実施の形態では、高周波位相変調信号と振幅成分との乗算は、高周波電力増幅器 102、 103、 104、 105で行われる。

[0072] 高周波信号処理回路 310は、複数の処理ユニット 310— 1〜310—4を有する。各処理ユニット 310—1〜310—4の構成を、図 7に示す。各処理ユニット 310—1〜31 0—4の構成は同様なので、ここでは代表して処理ユニット 310— 2について説明する。

[0073] 処理ユニット 310— 2は、振幅位相分離部 21と、位相変調部 22と、可変利得増幅器 23とを有する。 EDGE信号を送信する場合、振幅位相分離部 21は、ベースバンド EDGE信号形成回路 120— 2からのベースバンド EDGE信号の I信号と Q信号を入力し、この I信号と Q信号とからその振幅成分である振幅信号 162と位相成分である位相信号 204を形成する。位相変調部 22は、搬送波周波数信号を位相信号 204で変調することにより、高周波位相変調信号 152を形成する。位相変調部 22は可変制御発信器 (VCO)、位相比較器、低域通過フィルタカゝら成る PLL回路等によって構成されている。

[0074] GSM変調方式は、周波数 (位相）変調方式であるので高周波変調信号の包絡線のレベルすなわち振幅信号（GSM (LB)_PC、 GSM (UB)_PC) 161、 163の大きさは一定値である力 EDGE変調方式及び UMTS変調方式では包絡線のレベルすなわち振幅信号（UMTSZEDGE (LB)— AM、 UMTS/EDGE (UB) _AM) 162、 164の大きさは時々刻々変化する。

[0075] EDGE変調信号及び UMTS変調信号については、この振幅信号 (UMTSZED GE (LB)_AM、 UMTSZEDGE (UB)_AM) 162、 164が高周波信号処理回路 31 0の出力端子力出力される。本実施の形態では、周波数帯毎に EDGE変調信号と UMTS変調信号で振幅信号の出力端子を共用しており、図 6及び図 7中の振幅信号（UMTSZEDGE (LB)— AM) 162、振幅信号（UMTSZEDGE (UB)— AM) 16 4がそれぞれ同一の端子力も出力される。 [0076] 高周波信号処理回路 310から出力された振幅信号 162、 164は、振幅信号増幅器 121、 122によって送信電力制御信号に応じて増幅された後、高周波電力増幅器 1 03、 105の電源端子に入力される。これにより、高周波電力増幅器 103、 105にて、高周波位相変調信号 152、 154とベースバンドの振幅信号 162、 164との乗算が行われる。

[0077] また、 GSM変調信号については、高周波信号処理回路 310から一定値の振幅信号（GSM (LB)_PC、 GSM (UB)_PC) 161、 163力出力され、この一定値の振幅信号 161、 163が DC (直流)増幅器 123、 124によって送信電力制御信号に応じて増幅された後、高周波電力増幅器 102、 104の電源端子に入力される。これにより、高周波電力増幅器 102、 104にて、高周波位相変調信号 151、 153と振幅信号 161、 163との乗算が行われる。

[0078] なお、上述した送信電力制御（具体的にはベースバンド振幅信号 161〜164と送信電力制御信号との乗算）はベースバンド信号処理回路 120からの制御信号に基づいて、高周波信号処理回路 310で行ってもよい。

[0079] 本実施の形態におけるポーラ変調方式の高周波信号処理回路 310においては、 GSM変調信号の出力端子を EDGE変調信号及び UMTS変調信号の出力端子と分離したことにより、増幅器 123、 124を直流増幅器とすることができる。これにより、増幅器 123、 124を狭帯域なものにすることができるために設計が容易になる、というポーラ変調特有の効果をもたらすことになる。

[0080] また高周波位相変調信号 151、 152、 153、 154は、高周波信号処理回路 310の出力端力周波数及び変調方式毎 (EDGE変調信号と UMTS変調信号は出力端子を共用）に出力される。

[0081] ポーラ変調方式においては、受信帯域のノイズが、上述した位相変調部 22の低域通過フィルタ等で帯域制限されるため、バンドパスフィルタ 106、 107を削除する構成としてもよい。また、本実施の形態では、送信周波数範囲が低周波帯 (LB)及び高周波帯 (UB)共に同じであるため、実施の形態 1で用、たような切替スィッチ 119は不要となる。

[0082] 次に、本実施の形態のポーラ変調送信装置 300の動作について、数式を用いて詳細に説明する。

[0083] ベースバンド信号を複素表示で Si (t)とすると、ベースバンド信号 Si (t)は、次式で表される。

Si (t) =a (t) exp [j (t) ] (1)

但し、 a (t)は振幅データ、 exp [j φ (t) ]は位相データをそれぞれ示す。

[0084] 振幅位相分離部 21により Si (t)力振幅データ a (t)と位相データ exp [j φ (t) ]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信号 162 (161、 163、 164 )【こ、位ネ目データ exp [j φ (t) ] iまベースノンド位ネ目信号 152 (151、 153、 154)【こ、それぞれ対応する。

[0085] 振幅データ a (t)は、 EDGE変調信号及び UMTS変調信号に関して、振幅信号増幅器 121、 122で増幅されて高周波電力増幅器 103、 105〖こ与えられる。これにより、高周波電力増幅器 103、 105の電源電圧値が振幅データ a (t)に基づいて設定される。一方、 GSM変調信号に関しては、高周波変調信号の包絡線のレベルすなわち振幅信号の大きさが一定なので、高周波電力増幅器 102、 104の電源端子はそれぞれの送信電力に応じた固定電圧値で駆動される。

[0086] 位相変調部 22は、搬送波角周波数 ω cを位相データ exp [j φ (t) ]で変調した高周波位相変調信号 152 (151、 153、 154)を生成する。そして、この高周波位相変調信号 151〜154が高周波電力増幅器 102〜105に入力される。ここで、高周波位相変調信号 151〜154を信号 Scとすると、高周波位相変調信号 Scは、次式で表される。

Sc = exp [ o ct+ φ (t) ] (2)

[0087] そして、高周波電力増幅器 102〜105によって、高周波電力増幅器 102〜105の電源電圧値 a (t)と高周波位相変調信号 151〜154とを掛け合わせた送信出力信号が高周波電力増幅器 102〜105から出力される。

[0088] ここで、送信出力信号を RF信号 Srfとすると、 Srfは次式で表すことができる。

Srf=a (t) Sc = a (t) exp [ o ct+ φ (t) ] (3)

[0089] 以上のように、ポーラ変調送信装置 300においては、高周波電力増幅器 102〜： LO 5に入力される信号は、振幅方向の変動成分を持たない高周波位相変調信号 151 〜 154であるため定包絡線信号となる。したがって、高周波電力増幅器 102〜105として効率の良い非線形増幅器を使用できるので、電力効率を向上させることができる

[0090] 実施の形態 1の無線送信装置 200と本実施の形態のポーラ変調送信装置 300を電力効率の点で比較すると、 GSM変調信号を電力増幅する高周波電力増幅器 10 2、 104につ、ては無線送信装置 200でも飽和領域で動作させるので本実施の形態と同程度の電力効率を得ることができる。一方、 UMTS変調信号及び EDGE変調信号を電力増幅する高周波電力増幅器 103、 105については、無線送信装置 200では線形動作させて、たのに対して、本実施の形態のポーラ変調送信装置 300では飽和動作 (非線形動作)させて、るので、本実施の形態のポーラ変調送信装置 300 の方が電力効率が良い。したがって、本実施の形態のポーラ変調送信装置 300は、実施の形態 1の無線送信装置 200よりも一段と電力効率を向上させることができる。

[0091] また、本実施の形態では、高周波信号処理回路 310の高周波変調信号出力端子は、 EDGE変調信号と UMTS変調信号で出力端子を共用し、 GSM変調信号は別の出力端子から出力して!/、るので、図 3の切替スィッチ 114〜117を設ける必要がない。この結果、装置構成を簡単化でき、低コストの装置を実現できる。

[0092] なお、 GSM変調信号については、図 7に示したようにベースバンドの I信号と Q信号力も振幅位相分離部 21を経由して位相信号を抽出するのではなぐベースバンド GSM信号形成回路 120— 1から直接位相信号を受け取って振幅位相分離部 21を介さずにそのまま位相変調部 22に入力して位相変調を加える構成も考えられる。この場合、図 7中の振幅信号 161、 163は一定値となる力この場合においても上述した本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

[0093] なお、図 6では、各回路 310—1〜310—4を別々のブロックで示しているが、基本的に各回路 310— 1〜310— 4は同様のポーラ変調器構成なので、異なる変調方式間においても例えば周波数帯毎等で適当に共用することが可能である。

[0094] (他の実施の形態）

なお、実施の形態 1の無線送信装置 200や、実施の形態 2のポーラ変調送信装置 300を無線通信装置に適用することも可能である。図 8に、無線送信装置 200ゃポーラ変調送信装置 300を搭載した無線通信装置 30の概略構成を示す。無線通信装置 30は、無線送信装置 200やポーラ変調送信装置 300を搭載した送信装置 31と、受信装置 32とを有し、これらは送受切替部 33を介してアンテナ 34と接続されて、る。ここで、無線通信装置 30は、例えば携帯電話機や、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、無線基地局等である。

[0095] 無線通信装置 30は、送信時には、送信装置 31によって電力増幅した送信出力信号を生成し、これを送受切替部 33を介してアンテナ 34から放射する。一方、受信時には、アンテナ 34で受信した受信信号を送受切替部 33を介して受信装置 32に入力し、受信装置 32によって受信信号を復調する。

[0096] このように、実施の形態 1の無線送信装置 200又は実施の形態 2のポーラ変調送信装置 300を搭載した無線通信装置 30によれば、 EDGE変調方式と UMTS変調方式で高周波電力増幅器を共用することにより、 EDGE変調方式における電力効率を向上させることができるようになる。この結果、携帯無線端末装置等においては電池の消耗を防止でき、その分、送信装置や通信装置の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、小型化でき、また、発熱量も低減できるため、これを搭載する無線通信装置の小型化を図ることができる。

[0097] また、本発明の無線送信装置又はポーラ変調送信装置を、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ため、高周波電力増幅器を小型にできると共に発熱量を低減できる。この結果、設備の大型化を防止でき、省スペース性を向上させることができる。

[0098] なお、上記実施の形態では、 EDGE変調方式、 UMTS変調方式及び GSM変調方式の場合について述べた力本発明の効果はこれら特定の変調方式にのみ奏されるものではない。最大出力電力値の大小関係と変調方式による包絡線変動の有無の関係が上述したような関係を有している場合は、上述した実施形態の変調方式に限定されず、本発明を適用することができる。

[0099] また、各変調方式の周波数帯も本実施の形態で述べた帯域に限定されるものではなぐ UMTS変調方式と EDGE変調方式で高周波電力増幅器を共用することにより、同様の効果を得ることができる。

[0100] なお、本発明は上記実施形態に限定されることなぐその要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施することができる。

[0101] 本明糸田書 ίま、 2005年 4月 27日出願の特願 2005— 130538に基づく。その内容【ま、全てここに含めておく。

産業上の利用可能性

[0102] 本発明は、マルチモードの送信装置において電力効率を向上させる効果を有し、携帯電話機や携帯情報端末等の携帯端末装置や、無線基地局等の無線通信装置等に有用である。

Claims

請求の範囲

[1] GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の信号を電力増幅して無線送信する無線送信装置であって、

GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式の無線信号を形成する高周波信号処理回路と、

前記 GSM変調方式の無線信号を電力増幅する第 1の高周波電力増幅器と、前記 UMTS変調方式及び前記 EDGE変調方式の無線信号を電力増幅する第 2 の高周波電力増幅器と、

を具備する無線送信装置。

[2] 前記第 1の高周波電力増幅器を非線形領域で増幅動作させると共に、前記第 2の高周波電力増幅器を線形領域で増幅動作させる

請求項 1に記載の無線送信装置。

[3] 前記第 2の高周波電力増幅器から出力する前記 EDGE変調方式の無線信号の出力電力レベルに応じて、前記 EDGE変調方式の無線信号を電力増幅する高周波電力増幅器を、前記第 2の高周波電力増幅器から前記第 1の高周波電力増幅器に切り替える

請求項 1に記載の無線送信装置。

[4] 前記高周波信号処理回路の高周波変調信号出力端子は、 GSM変調信号と EDG E変調信号で出力端子を共用し、 UMTS変調信号は別の出力端子力出力する請求項 1に記載の無線送信装置。

[5] 前記高周波信号処理回路の高周波変調信号出力端子は、 GSM変調信号と EDG E変調信号で出力端子を共用し、 UMTS変調信号は別の出力端子力出力する構成とされており、

前記無線送信装置は、さらに、

GSM変調信号と EDGE変調信号との前記共用出力端子から出力される信号を入力し、 GSM変調信号を前記第 1の高周波電力増幅器側に出力すると共に EDGE変調信号を第 2の高周波電力増幅器側に出力する第 1のスィッチと、

前記共用出力端子とは別の出力端子から出力される UMTS変調信号、及び前記第 1のスィッチ力出力される EDGE変調信号を入力し、いずれか一方の変調信号を選択して前記第 2の高周波電力増幅器に出力する第 2のスィッチと、

を具備する請求項 1に記載の無線送信装置。

[6] 前記高周波信号処理回路の高周波変調信号出力端子は、 GSM変調信号と EDG E変調信号で出力端子を共用し、 UMTS変調信号は別の出力端子力出力する構成とされており、

前記無線送信装置は、さらに、

GSM変調信号と EDGE変調信号との前記共用出力端子から出力される信号を入力し、 GSM変調信号を前記第 1の高周波電力増幅器側に出力すると共に、 EDGE 変調信号を前記第 1の高周波電力増幅器側又は前記第 2の高周波電力増幅器側に選択的に出力する第 1のスィッチと、

を具備する請求項 3に記載の無線送信装置。

[7] 前記第 1と第 2の高周波電力増幅器の後段に接続された出力切替用スィッチと、前記出力切替用スィッチの後段に接続されたデュプレクサと、

前記出力切替用スィッチの後段に接続されたローパスフィルタと、

を具備し、

前記出力切替用スィッチは、前記第 1及び第 2の高周波電力増幅器の出力信号を入力し、当該出力信号の変調方式に応じて、当該出力信号を前記デュプレクサ又は前記ローパスフィルタへ出力する

請求項 1に記載の無線送信装置。

[8] GSM変調方式、 EDGE変調方式及び UMTS変調方式のベースバンド信号から、当該各変調方式の信号についての振幅信号及び高周波位相変調信号を形成する高周波信号処理回路と、

前記 GSM変調方式の信号の振幅信号に応じた電圧を電源電圧として、前記 GS M変調方式の信号の高周波位相変調信号を電力増幅する第 1の高周波電力増幅器と、

前記 UMTS変調方式及び前記 EDGE変調方式の信号の振幅信号に応じた電圧を電源電圧として、前記 UMTS変調方式及び前記 EDGE変調方式の信号の高周波位相変調信号を電力増幅する第 2の高周波電力増幅器と、

を具備するポーラ変調送信装置。

[9] 前記第 2の高周波電力増幅器から出力する前記 EDGE変調方式の高周波位相変調信号の出力電力レベルに応じて、前記 EDGE変調方式の高周波位相変調信号を電力増幅する高周波電力増幅器を、前記第 2の高周波電力増幅器から前記第 1の高周波電力増幅器に切り替える

請求項 8に記載のポーラ変調送信装置。

[10] 請求項 1に記載の無線送信装置と、

受信信号を復調する受信装置と、

アンテナと、

前記無線送信装置から前記アンテナへの送信信号の供給と、前記アンテナから前記受信装置への受信信号の供給とを切り替える送受切替部と、

を具備する無線通信装置。

[11] 請求項 8に記載のポーラ変調送信装置と、

受信信号を復調する受信装置と、

アンテナと、

を具備する無線通信装置。