WO2014185459A1 - 送信装置及び送信方法 - Google Patents

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慎吾 山之内
篤史 本田
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    • H03F2203/7236—Indexing scheme relating to gated amplifiers, i.e. amplifiers which are rendered operative or inoperative by means of a control signal the gated amplifier being switched on or off by putting into parallel or not, by choosing between amplifiers by (a ) switch(es)

Definitions

  • the present invention is based on the priority claim of Japanese patent application: Japanese Patent Application No. 2013-103931 (filed on May 16, 2013), the entire contents of which are incorporated herein by reference. Shall.
  • the present invention relates to a transmission device and a transmission method.
  • the present invention relates to a transmission apparatus and a transmission method for transmitting RF (Radio Frequency) signals used in wireless communication and arranged in a plurality of bands.
  • RF Radio Frequency
  • the power amplifier (PA; Power Amp) of the transmission signal used in the wireless communication device has high power consumption among the components of the wireless communication device. Therefore, improving the power efficiency of the power amplifier is a high priority requirement in the development of wireless communication devices.
  • linear modulation is mainly used to improve spectrum efficiency. Linear modulation has a high demand for signal distortion. Therefore, in order to maintain the linearity in the power amplifier, the average output power is set to a value lower than the saturated output power so that the instantaneous maximum output (peak) power becomes equal to or lower than the saturated output.
  • the ratio (power efficiency) between the DC (direct current) supply power to the power amplifier and the extracted transmission power decreases.
  • the reduction in power efficiency is not acceptable from the viewpoint of power saving.
  • Patent Literature 1 and Non-Patent Literature 1 among the plurality of power amplifiers, the amplitude of the RF signal input to the power amplifier bearing the least significant bit (LSB) is continuously (analogously) controlled.
  • a control method for correcting a quantization error generated from another power amplifier is disclosed.
  • Patent Document 2 by continuously controlling the power supply voltage of the power amplifier responsible for LSB (analog), the output power of the power amplifier is continuously adjusted so as to correct the quantization error generated from other power amplifiers.
  • a technique for controlling in an analog manner is disclosed.
  • Non-Patent Document 2 discloses a transmission device that digitally controls transmission power of a power amplifier using a ⁇ / 4 line.
  • Non-Patent Document 3 discloses a ⁇ / 4 line that can be used as an output combining element.
  • the transmitting apparatus 200-1 shown in FIG. 20 transmits an RF signal 34 of band 1 (carrier frequency f1).
  • the transmitting apparatus 200-2 transmits an RF signal 35 of band 2 (carrier frequency f2).
  • FIG. 20 by using two transmission apparatuses 200-1 and 200-2, it is possible to cope with dual band (two-band transmission).
  • the number of bands that can be handled in proportion to the number of transmission apparatuses increases, so if three or more transmission apparatuses are arranged, transmission of three or more bands is possible.
  • an output combining element (for example, for example) that synthesizes waveforms output from a plurality of power amplifiers arranged therein in proportion to the number of bands (that is, the number of transmission devices).
  • the number of transformer elements increases.
  • the number of output combining elements that are twice the number of output combining elements included in one transmission device is required for the entire apparatus.
  • the number of necessary power amplifiers also increases in proportion to the number of bands.
  • the size of the output combining element is large, and problems occur when the transmission device is multibanded.
  • the output combining element is mounted as a discrete component, the size of the transmission apparatus increases as the number of output combining elements increases.
  • the output synthesis element is mounted on an IC (IntegratedIntegrCircuit), the area and cost of the IC increase as the number of output synthesis elements increases.
  • the present invention provides a transmission apparatus and a transmission method that contribute to realizing power saving while suppressing an increase in the number of output combining elements when the transmission apparatus is multiband. With the goal.
  • a plurality of amplifying units for amplifying RF signals arranged in at least two or more bands, and a plurality of amplifying units according to the total power of the RF signals to be transmitted In accordance with the power ratio for each band of the RF signal to be transmitted and the first control unit that selects the amplification unit that performs the amplification operation, the total power of the input RF signal is constant in each of the selected amplification units And a second control unit that changes the power ratio of the RF signal for each band, and a synthesis unit that synthesizes the RF signal output from the selected amplification unit.
  • Amplifying step for amplifying a signal a first control step for selecting an amplifying unit for performing an amplifying operation among the plurality of amplifying units according to the total power of the RF signal to be transmitted, A second control step of changing the power ratio of the RF signal for each band while keeping the power sum of the input RF signal constant in each of the selected amplifiers according to the power ratio of And a synthesizing step of synthesizing the RF signals output from the selected amplifying unit.
  • this method is linked to a specific machine called an amplification unit that amplifies an RF signal.
  • a transmission apparatus and a transmission method that contribute to realizing power saving while suppressing an increase in the number of output combining elements when a transmission apparatus is multibanded.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of an operation of a transmission device 10.
  • 6 is a diagram illustrating an example of a voltage amplitude waveform of band 1 output to a load 15 of the transmission device 10.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the number n of power amplifiers 11 to be operated and the amount of signal distortion of band 1 output to a load 15 when a WCDMA (registered trademark) -DL signal is transmitted in band 1.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the number n of power amplifiers 11 to be operated and the amount of signal distortion in band 2 output to a load 15 when a WCDMA-DL signal is transmitted in band 2.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the circuit structure of the transmitter 200 which digitally controls the transmission power of a power amplifier.
  • 6 is a diagram illustrating an example of a voltage amplitude waveform output to a load 15 of a transmission device 200.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating the number n of power amplifiers 11 to be operated and the amount of signal distortion of a signal output to a load 15 when a transmitting apparatus 200 transmits a WCDMA-DL signal.
  • the transmission apparatus 100 shown in FIG. 1 performs an amplification operation among the plurality of amplification units 101 that amplifies the RF signals arranged in at least two or more bands and the total power of the RF signals to be transmitted.
  • the power sum of the input RF signal is held constant in each of the selected amplification units 101.
  • the second control unit 103 that changes the power ratio of the RF signal for each band, and the synthesis unit 104 that synthesizes the RF signal output from the selected amplification unit 101 are provided.
  • the transmission apparatus 100 uses the first control unit 102 to control the output power sum of the RF signals to be transmitted discretely (digitally), thereby reducing power consumption. Further, the second control unit 103 performs control to keep the total power of the input RF signal constant so that each of the selected amplification units 101 performs a saturation operation.
  • the RF signals can be amplified with high power efficiency in each amplifying unit 101. That is, in each amplification unit 101, the power sum of the RF signals arranged in a plurality of bands is set to a constant value (for example, saturated output power), so that the power consumption of the transmission device 100 is kept low while the transmission device 100 Multibanding can be realized.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of the transmission apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the transmission apparatus 10 includes a plurality of power amplifiers 11-1 to 11-n, a plurality of switches 12-1 to 12-n, a plurality of transformer elements 13-1 to 13-n, and a filter. 14, a load 15, and a signal generation control unit 16.
  • n is a positive integer, and the same applies in the following description.
  • the outputs of the plurality of power amplifiers 11 are combined by the transformer element 13.
  • the combined output of the power amplifier 11 combined by the transformer element 13 is output from the antenna as the load 15 via the filter 14.
  • the transmission apparatus 10 includes a combining unit including a plurality of power amplifiers 11 and the same number of transformer elements 13. The primary side of each transformer element 13 and the corresponding power amplifier 11 are connected, and the secondary side of the transformer element 13 is connected in series.
  • the signal generation control unit 16 serves as a modulation unit that modulates transmission data supplied from a higher-level signal source (not shown) connected to the transmission apparatus 10 using carrier waves included in two bands. , RF signals arranged in a plurality of bands are generated.
  • the signal generation control unit 16 outputs RF signals included in two bands to each of the power amplifiers 11.
  • Each RF signal is amplified by the power amplifier 11 and output to the corresponding transformer element 13. That is, the transmission device 10 includes a plurality of power amplifiers 11 that amplify RF signals arranged in at least two bands.
  • the RF signal 20-i of band 1 (carrier frequency f1) and the RF signal of band 2 (carrier frequency f2) are transmitted from the power amplifier 11-i (i is an integer from 1 to n, the same applies hereinafter). Signals 21-i are respectively output.
  • the band 1 RF signal 20-i output from the power amplifier 11-i is combined with another RF signal in the transformer element 13, and is output to the load 15 as a combined RF signal 31 of band 1 through the filter 14. .
  • the band 2 RF signal 21-i output from the power amplifier 11-i is combined with another RF signal in the transformer element 13 and output to the load 15 as a combined RF signal 32 of band 2 via the filter 14. Is done.
  • each power amplifier 11 is always controlled to be in an on state in which saturated output power is output or in an off state in which power is not output. That is, the signal generation control unit 16 controls the output power to the load 15 discretely (digitally) by selecting the power amplifier 11 to be operated from the plurality of power amplifiers 11.
  • a switch 12 installed between the signal generation control unit 16 and the input terminal of the power amplifier 11 is used.
  • the signal generation control unit 16 and the switch 12 are connected by a control line (not shown), and the on / off state of the switch 12 can be switched from the signal generation control unit 16.
  • the signal generation control unit 16 selects a power amplifier 11 that performs an amplification operation from among the plurality of power amplifiers 11 by switching on / off of the switch 12 according to the total power of the RF signal to be transmitted. Take control. In addition, the signal generation control unit 16 keeps the total power of the input RF signal constant in each of the selected power amplifiers 11 according to the power ratio of each RF signal to be transmitted for each band, Second control for changing the power ratio of the RF signal is performed. The signal generation control unit 16 combines the first control and the second control, thereby suppressing the quantization error to a desired value or less while supporting multiband wireless communication, and reducing the power consumption of the transmission device 10. Is realized.
  • the signal generation control unit 16 has two outputs, that is, discrete output power control by selecting the power amplifier 11 to be operated, and continuous power ratio control for each band according to the output power ratio for each band. Implement power control. As described above, the signal generation control unit 16 includes the first control unit and the second control unit.
  • the signal generation control unit 16 performs control related to ON / OFF of each switch 12 in association with the binary code.
  • the LSB of the binary code is made to correspond to the switch 12-1 (the power amplifier 11-1 carries the LSB), and the MSB is made to correspond to the switch 12-3.
  • the switch 12-1 is turned on, “001” is set in the binary code, and the on state of the switch 12-1 is controlled and managed.
  • the signal generation control unit 16 may output an RF signal to the power amplifier 11 that is turned on among the power amplifiers 11, and may not output the RF signal to the power amplifier 11 that is turned off. .
  • the signal generation control unit 16 includes a gain or attenuator that adjusts the amplitude of the RF signal for each band for each power amplifier 11, and individually varies the output voltage (output power) of the RF signal.
  • the circumference shown in FIG. 3 represents a state in which the total output power for each band is maintained at a constant value while changing the output power ratio of each band.
  • the intersection of the circumference 41-1 and the horizontal axis in FIG. 3 means that the load voltage Vout (2) of band 2 is not output.
  • the intersection 42-1 between the circumference 41-1 and the straight line 43-1 when the angle ⁇ in FIG. 3 is 45 ° is the output power of the band 1 RF signal and the output of the band 2 RF signal. It means that the power matches (output power ratio is 0.5).
  • the presence of a plurality of circumferences in FIG. 3 indicates that the total output power of each band takes a plurality of discrete values. That is, in FIG. 3, the longer the radius of each circumference, the greater the total output power of each band.
  • the target value 40-1 is the total output power of the combined RF signals in band 1 and band 2 and the target value of the output power ratio of each band.
  • a combination of load voltages (Vout (1)) that can be expressed by a circle 41-1 closest to the target point 40-1 and an intersection 42-1 that is an intersection of a straight line 43-1 connecting the origin and the target point 40-1.
  • Vout (2) is output from the transmitter 10.
  • the power amplifier 11-i when the sum of the output power of the band 1 RF signal 20-i and the output power of the band 2 RF signal 21-i reaches the saturation output power of the power amplifier 11-i, The power amplifier 11-i is saturated. That is, when the sum of the output power of each band reaches a certain value (saturated output power) specific to the power amplifier 11, the power amplifier 11 is saturated. Therefore, in each of the power amplifiers 11 to be operated, high power can be obtained by changing the power ratio of the RF signal for each band while maintaining the power sum of the RF signals of each band input to a constant value (saturated output power). The power amplifier can be operated in a saturated state where efficiency can be obtained, and the output power of each band can be continuously changed.
  • the signal generation control unit 16 holds the total power of the input RF signal at a constant value (saturated output power) and transmits each band of the RF signal to be transmitted.
  • the second control for changing the power ratio of the RF signal for each band is performed in each of the selected power amplifiers 11 according to the power ratio. For example, as described above, when the angle ⁇ shown in FIG. 3 is 45 °, the output power of the RF signal arranged in the band 1 is equal to the output power of the RF signal arranged in the band 2.
  • the amplitude of the RF signal output to the power amplifier 11 is controlled. Note that such second control in the signal generation control unit 16 corresponds to setting the power of the RF signal of each band input to each power amplifier 11 according to the angle ⁇ , with reference to FIG. .
  • the load impedance that can be seen from the output terminal of each power amplifier 11 changes depending on the on / off state of the other power amplifiers 11. Since the change in the load impedance may cause the power efficiency of each power amplifier 11 to deteriorate, the load impedance viewed from one of the power amplifiers 11 among the power amplifiers 11 is turned on by the other power amplifier 11. Even if / off is switched, it is desirable to change the power efficiency so as not to deteriorate. Therefore, the signal generation control unit 16 performs control so that the output power ratio of each band output by each power amplifier 11 is made uniform in each power amplifier 11. That is, the signal generation control unit 16 outputs the RF signal for each band so that the power ratio of the RF signal for each band output from each of the selected power amplifiers 11 is the same in each power amplifier 11. Control to change the power ratio.
  • the transmission device 10 selects the power amplifier 11 to be operated from the plurality of power amplifiers 11, thereby combining the load voltages (Vout (1) and Vout (2)) output from the transmission device 10.
  • the circumference where the intersection 42-1 exists is switched.
  • the magnitude of the total output power of the RF signal to be transmitted is controlled (the first control is performed).
  • the output power ratio of the RF signal for each band is controlled by continuously changing the output power ratio of the RF signal for each band while maintaining the saturation state of each power amplifier 11 (second control is performed). carry out).
  • the operation of the signal generation control unit 16 described with reference to FIG. 3 selects the power amplifier 11 to be operated from the plurality of power amplifiers 11 based on the radius r, and the RF in each band based on the angle ⁇ . It can be explained that the output power ratio of the signal is continuously changed.
  • the transmission apparatus 10 executes a transmission method of amplifying an RF signal by a plurality of power amplifiers 11 and transmitting the RF signal.
  • the transmitting apparatus 10 amplifies RF signals arranged in at least two or more bands in the plurality of power amplifiers 11 (step S101).
  • the transmission device 10 executes first control for selecting the power amplifier 11 that performs an amplification operation from among the plurality of power amplifiers 11 in accordance with the total power of the RF signals to be transmitted (step S102). After that, the transmission device 10 maintains the total power of the input RF signal constant in each of the selected power amplifiers 11 according to the power ratio of the RF signal to be transmitted for each band, and the RF signal for each band.
  • Second control for changing the power ratio is executed (step S103). Thereafter, the transmission device 10 combines the RF signal output from the selected power amplifier 11 using the transformer element 13 (step S104).
  • the transmission method according to the flowchart shown in FIG. 4 is an example, and is not intended to limit the order of processing to be executed.
  • the order of the first control (step S102) and the second control (step S103) may be switched.
  • step S101 may be executed after step S103.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a voltage amplitude waveform of band 1 (carrier frequency f1) output to the load 15 of the transmission apparatus 10.
  • the solid line in FIG. 5 indicates the voltage amplitude waveform of the transmission apparatus 10, and the broken line indicates a voltage amplitude waveform (target waveform) without error. Since the transmitter 10 performs the two-dimensional quantization (output is limited on a discrete circumference) shown in FIG. 3, the output waveform shown in FIG. 5 is quantized with respect to the target waveform. An error has occurred.
  • a WCDMA-DL Wideband Code Division Multiple Access-Down Link
  • the result of FIG. 5 is acquired under the following conditions.
  • the device size of each power amplifier 11 is a ratio of 2 0 : 2 1 :...: 2 N ⁇ 1 .
  • the voltage amplitude output to the secondary side of the transformer element 13 during operation of the power amplifier 11 is a ratio of 2 0 : 2 1 :...: 2 N ⁇ 1 .
  • Control of transmission power by turning on / off the power amplifier 11 is performed using a binary code.
  • the sampling rate for controlling on / off of the power amplifier 11 is 30.72 MHz.
  • the transmission apparatus 10 can obtain a voltage waveform close to a desired amplitude.
  • FIG. 6 is a diagram showing the number n of power amplifiers 11 to be operated and the amount of signal distortion (ACPR: Adjacent Channel Power Ratio) output to the load 15 when a WCDMA-DL signal is transmitted in band 1. It is.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating the number n of power amplifiers 11 to be operated and the amount of signal distortion (ACPR) of band 2 output to the load 15 when a WCDMA-DL signal is transmitted in band 2. Note that the number n of the power amplifiers 11 matches the number of bits of the binary code used by the signal generation control unit 16.
  • each power amplifier 11 is a ratio of 2 0 : 2 1 :...: 2 N ⁇ 1 .
  • the voltage amplitude output to the secondary side of the transformer element 13 during operation of the power amplifier 11 is a ratio of 2 0 : 2 1 :...: 2 N ⁇ 1 .
  • Control of transmission power by turning on / off the power amplifier 11 is performed using a binary code.
  • the sampling rate (SR: Sampling Rate) when controlling on / off of the power amplifier 11 is two types of 30.72 MHz and 122.88 MHz.
  • the signal distortion amount is calculated using a high band (dotted line in FIGS. 6 and 7) and a low band (circled solid line in FIGS. 6 and 7).
  • the transmission apparatus 10 has substantially the same amount of signal distortion in the two bands.
  • Comparative example Next, a comparative example compared with the transmission device 10 according to the first embodiment will be described.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the transmission apparatus 200 that digitally controls the transmission power of the power amplifier.
  • the difference between the transmission apparatus 10 and the transmission apparatus 200 shown in FIG. 2 is that the signal generation control unit 17 does not support multiband communication.
  • the transmission device 200 controls the output power to the load 15 by selecting the power amplifier 11 to be operated from the plurality of power amplifiers 11.
  • the output power Pout output to the load 15 is given by the following equation (1).
  • Pout ⁇ 1Psat (1) +... + ⁇ NPsat (n)
  • Psat (i) is a saturation output of the power amplifier 11-i.
  • (I) 0 ”is set.
  • the signal generation control unit 17 of the transmission apparatus 200 determines the setting of the coefficient ⁇ (i) so that the output power Pout shown in Expression (1) becomes a desired value (approaching the desired value). In other words, the signal generation control unit 17 controls on / off of the power amplifier 11 so that the output power Pout becomes a desired value.
  • the signal generation control unit 17 outputs an RF signal having an amplitude for causing each of the plurality of power amplifiers 11 to perform a saturation operation, and outputs the RF signal to each power amplifier 11.
  • the power amplifier 11 may be controlled by output / non-output of the RF signal from the signal generation control unit 17 instead of the control for turning on / off the plurality of switches 12.
  • each power amplifier 11 is always operated with a saturated output capable of obtaining high power efficiency, or is controlled in an off state in which no power consumption occurs, so that power saving can be realized.
  • the load impedance that can be seen from the output terminal of each power amplifier 11 changes depending on on / off of the other power amplifiers 11.
  • the output of each power amplifier 11 is combined in series using the transformer element 13 as in the transmission device 200 shown in FIG. 8, the load impedance seen from one of the plurality of power amplifiers 11 Even if ON / OFF is switched, the power efficiency changes so as not to deteriorate. Therefore, the transmission apparatus 200 illustrated in FIG. 8 is advantageous from the viewpoint of power consumption.
  • the output power Pout is a discrete value generated from the plurality of power amplifiers 11. Therefore, a quantization error occurs between the desired output power value and the actual output power Pout.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a voltage amplitude waveform output to the load 15 of the transmission device 200.
  • a voltage amplitude waveform (target waveform) without error is shown.
  • the voltage amplitude waveform of the transmission apparatus 200 can take only a discrete constant value, a quantization error occurs with respect to the target waveform.
  • the conditions for acquiring the voltage amplitude waveform shown in FIG. 9 are the same as the conditions for acquiring the voltage amplitude waveform shown in FIG.
  • a method of increasing the number of power amplifiers can be considered as a method of reducing the influence of quantization error.
  • the dynamic range of the output signal is expanded and the influence of quantization error can be reduced.
  • FIG. 10 is a diagram showing the number n of power amplifiers 11 to be operated and the amount of signal distortion (ACPR) of the signal output to the load 15 when a WCDMA-DL signal is transmitted. Note that the conditions for acquiring the signal distortion amounts shown in FIG. 10 are the same as the conditions for acquiring the signal distortion amounts shown in FIGS. Referring to FIG. 10, it can be seen that the signal distortion amount (ACPR) is reduced by increasing the number of power amplifiers 11 (number of binary bits).
  • the amount of signal distortion can also be reduced by increasing the sampling rate for controlling on / off of the power amplifier 11.
  • the sampling rate for controlling on / off of the power amplifier 11 is 30.72 MHz
  • the power distortion can be reduced to satisfy the standard amount of signal distortion (ACPR ⁇ 44.2 dBc) of WCDMA-DL.
  • the number of amplifiers 11 (the number of binary bits) needs to be 7 or more.
  • the sampling rate is set to 122.88 MHz, it is understood that the number of power amplifiers 11 may be five or more in order to satisfy the standard amount of signal distortion of WCDMA-DL.
  • Non-Patent Document 2 the transmission device disclosed in Non-Patent Document 2 will be outlined.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of a transmission device 200a that digitally controls the transmission power of the power amplifier.
  • the difference between the transmission device 200 and the transmission device 200a is that the outputs of the power amplifier 11 are combined using ⁇ / 4 lines 18-1 to 18-n instead of the transformer elements 13-1 to 13-n. is there.
  • the outputs of the plurality of power amplifiers 11 are serially combined by the transformer element 13, but in the transmission device 200a, the outputs of the plurality of power amplifiers 11 are combined in parallel by the ⁇ / 4 line 18. Excluding this difference, the transmission device 200 and the transmission device 200a perform the same operation.
  • the load impedance seen from one of the power amplifiers 11 is degraded in power efficiency even when the other power amplifiers 11 are switched on / off. It changes so as not to.
  • the transmission apparatus illustrated in FIG. 20 uses the two transmission apparatuses 200 to realize multiband communication.
  • Transmitting apparatus 200-1 transmits RF signal 34 of band 1 (carrier frequency f1).
  • Transmitting apparatus 200-2 transmits RF signal 35 of band 2 (carrier frequency f2).
  • FIG. 20 by installing two transmission devices 200-1 and 200-2, it is possible to cope with dual band (two-band transmission).
  • the combination of the load voltages (Vout (1), Vout (2)) is selected as shown in FIG. 21 by selecting the power amplifier 11 to be operated from among the power amplifiers 11. Among the indicated discrete points, the one closest to the target point is selected and output.
  • a combination of load voltages (Vout (1), Vout (2)) represented by a discrete point 42-2 which is a discrete point closest to the target point 40-2 is the transmission device 200-1 and 200-2.
  • all the power amplifiers 11 included in the transmission apparatus 200-1 that transmits the band 1 signal are turned on. It becomes a state.
  • Vout (2) is lower than the maximum amplitude by one quantization interval, and thus the power amplifier of transmitting apparatus 200-2 that transmits a band 2 signal 11, only the power amplifier 11 responsible for the LSB is turned off, and the other power amplifiers 11 are turned on.
  • multiband communication can be realized by using the transmission device 200 a instead of the transmission device 200.
  • multiband communication can be realized using the two transmission devices 200.
  • FIG. 5 showing the voltage amplitude waveform of the transmission apparatus 10
  • FIG. 9 showing the voltage amplitude waveform of the transmission apparatus 200
  • Multiband communication using two transmission devices 200 has a problem that the number of devices and output combining elements (for example, transformer elements 13) increases in proportion to the number of bands.
  • the number of output combining elements for example, transformer elements 13
  • the number of output combining elements does not increase.
  • FIGS. 6 and 7 show that in the transmission apparatus 10, if the sampling rate of the power amplifier 11 is 122.88 MHz, the standard amount of signal distortion of WCDMA-DL (ACPR ⁇ 44) in both band 1 and band 2. .2 dBc) indicates that the number n of the power amplifiers 11 required to satisfy 5 is required. That is, FIG. 6 and FIG. 7 show that if one transmission device 10 including five power amplifiers 11 is used, multiband communication using two bands is possible.
  • FIG. 10 showing characteristics relating to the signal distortion amount of the transmission apparatus 200 shows the standard amount of signal distortion of WCDMA-DL in one band (ACPR ⁇ 44.2 dBc) when the sampling rate of the power amplifier 11 is 122.88 MHz.
  • the quantization error is suppressed to a desired value or less to realize power saving, and a necessary power amplifier and output.
  • the number of synthesis elements can be reduced. This is advantageous when an increase in the size of the device when the output combining element is mounted with discrete components can be suppressed. Further, when the output synthesis element is mounted on an IC, it is possible to suppress an increase in the area and cost of the IC when it is multibanded.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the transmission device 10a.
  • the transmission device 10a supports transmission of a 3-band signal.
  • the number of RF signals input to each power amplifier 11 is different between the transmission device 10 and the transmission device 10a.
  • the transmission device 10a realizes multiband communication by inputting a 3-band RF signal to each power amplifier 11.
  • the RF signals 20-i, 21-i, and 23-i output from the power amplifiers 11-i are combined for each carrier frequency in the transformer element 13, and are loaded via the filter 14 to the load 15 Is output.
  • the transformer element usually has a wide band characteristic, and it is easy to synthesize a plurality of RF signals distributed over a wide frequency range. Also in the transmission apparatus 10a shown in FIG. 12, two output power controls, namely, discrete output power control by selecting the power amplifier 11 to be operated and continuous output power control by changing the output power ratio of each band. carry out. As a result, similarly to the transmission device 10, it is possible to suppress an increase in the number of transformer elements 13 when the multiband configuration is used.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the transmission device 10b.
  • a ⁇ / 4 line 18 is used instead of the transformer element 13. That is, the transmission device 10b includes a combining unit including the same number of transmission line elements ( ⁇ / 4 lines) as the plurality of power amplifiers 11. One end of the ⁇ / 4 line 18 is connected to the corresponding power amplifier 11, and the other end of the plurality of ⁇ / 4 lines 18 is connected in parallel.
  • the ⁇ / 4 line 18 included in the transmission device 10b needs to correspond to a plurality of bands to be transmitted.
  • the band of the ⁇ / 4 line is usually narrow. Making the ⁇ / 4 line 18 correspond to a plurality of bands can be realized by the following description.
  • Non-Patent Document 3 discloses a ⁇ / 4 line that can be used as an output combining element.
  • Non-Patent Document 3 discloses that a circuit corresponding to a ⁇ / 4 line 18 corresponding to two bands includes a transmission line 301 having a characteristic impedance Z1 and an electric length ⁇ 1, and transmission lines 302 and 303 having a characteristic impedance Z2 and an electric length ⁇ 2. It is disclosed that it can be configured by (see FIG. 14).
  • a circuit corresponding to the ⁇ / 4 line 18 corresponding to two bands is constituted by transmission lines 304 and 305 having a characteristic impedance Z1 and an electric length ⁇ 1, and a transmission line 306 having a characteristic impedance Z2 and an electric length ⁇ 2.
  • the ⁇ / 4 line 18 for three or more bands can be realized by connecting a plurality of circuits shown in FIG. 14 or 15 in series and increasing the number of design parameters (characteristic impedance and electrical length).
  • the transmission lines 301 to 306 can be composed of lumped constant elements shown in FIG. That is, the transmission lines 301 to 306 can be configured by lumped constant elements using the inductance element 307 and the capacitive elements 308 and 309 as in the circuit configuration shown in FIG. Also in the transmission device 10b shown in FIG. 13, two output power controls, namely, discrete output power control by selecting the power amplifier 11 to be operated and continuous output power control by changing the output power ratio of each band. carry out. As a result, similarly to the transmission device 10, it is possible to suppress an increase in the number of ⁇ / 4 lines 18 when multibanding is performed.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the transmission device 40 according to the second embodiment.
  • the difference between the transmission device 10 and the transmission device 40 according to the first embodiment is that the control of the signal generation control unit 19 is different from the signal generation control unit 16.
  • the transmission device 40 causes the power amplifier 11-1 to perform an analog operation.
  • the power amplifiers 11-2 to 11n other than the power amplifier 11-1 operate in a saturated state or perform an on / off operation (digital control) in which the operation state is turned off.
  • the transmission device 40 The operation of the transmission device 40 will be described with reference to FIG.
  • the combined outputs of the power amplifiers 11-2 to 11-n that perform the on / off operation (digital operation) take values on the circumference shown in FIG. 18 depending on the selection of the power amplifier to be operated.
  • a desired output voltage is expressed as a target point 40-3.
  • a circle 41-2 having a radius shorter than the position of the target point 40-3 and closest to the target point 40-3, a straight line 43-2 connecting the target point 40-3 and the origin, and a circle 41-2. Let the intersection point be 42-2. At this time, on / off of the power amplifiers 11-2 to 11-n is controlled so that the combined output of the power amplifiers 11-2 to 11-n becomes the intersection point 42-2.
  • the signal generation control unit 19 performs control so that the output power of the power amplifier 11-1 performing the analog operation becomes an output voltage corresponding to the difference between the target point 40-3 and the intersection 42-2.
  • the signal generation control unit 19 uses the power amplifier so that the power of the RF signal after signal amplification in the power amplifier 11-1 corresponds to the power difference between the target point 40-3 and the intersection 42-2.
  • the amplitude of the RF signal supplied to 11-1 is controlled.
  • a radius 41-3 that is longer than the position of the target point 40-3 and closest to the target point 40-3, a straight line 43-2 that connects the target point 40-3 and the origin, and a circumference 41- The intersection of 3 is defined as an intersection 42-3.
  • the signal generation control unit 19 can set the range of the output voltage of the transmission device 40 between the intersection point 42-2 and the intersection point 42-3 by controlling the power amplifier 11-1 that performs the analog operation.
  • the signal generation control unit 19 performs analog control on the amplitude of the RF signal output to the power amplifier 11-1, thereby increasing the power consumption of the power amplifier 11-1.
  • the transmission device 40 has a substantial error. A signal corresponding to the target point 40-3 not to be output can be output.
  • the same number of transmission devices 200 as the number of bands to be supported are prepared to realize multiband communication, and the case where multiband communication is realized by one transmission device 10. Then, the quantization error (that is, the difference between the combined output and the target point) is almost the same. Therefore, the power consumption is almost the same when the power amplifier 11-1 is operated in an analog manner in the transmission device 200 and when the power amplifier 11-1 is operated in an analog manner in the transmission device 40.
  • the transmission apparatus 200 increases the number of output combining elements (for example, transformer elements) in proportion to the number of bands, whereas the transmission apparatus 40 outputs even if the number of bands increases.
  • the number of synthesis elements does not increase. That is, the transmitter 40 is more advantageous in terms of the trade-off relationship between the number (n ⁇ 1) of the power amplifiers 11 that perform the on / off operation and the power consumption of the power amplifier that performs the analog operation. Furthermore, the superiority of the transmitter 40 increases as the number of corresponding bands increases.
  • the error can be reduced by analog control of the power amplifier 11-1.
  • the transmission device 40 has a predetermined power amplifier (for example, the power amplifier 11-1) among the plurality of power amplifiers 11 according to the total power of the RF signals to be transmitted.
  • the total power of the RF signal input to is changed as a continuous value, and the other power amplifiers 11-2 to 11-n are operated in saturation.
  • the transmission device 40 can output a signal that is substantially free of quantization error.
  • the transmitter 40a is implemented by mounting the power amplifiers 11-1 to 11-n included in the transmitter 40 as analog amplifiers that perform analog operations. Further, the power amplifiers to be operated are selected from the power amplifiers 11-1 to 11-n by the switches 12-1 to 12-n.
  • the k + 1 power amplifiers 11 reduce the output power from the saturated output at the same ratio (backoff is performed).
  • the output amplitude of the RF signal is set so as to output a desired signal (target point 40-3).
  • the transmitter 40a sets the output amplitude of the RF signal so as to output a desired signal (target point 40-3).
  • the number of output combining elements does not increase even if the corresponding number of bands increases.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the transmission device 40b.
  • the difference between the transmission device 40 and the transmission device 40b shown in FIG. 17 is that a power control unit 50 is connected to the power amplifier 11-1.
  • the power supply control unit 50 controls the power supply voltage of the power amplifier 11-1.
  • the power supply controller 50 changes the power supply voltage of the power amplifier 11-1 in which the total power of the input RF signal is changed as a continuous value.
  • the power amplifier 11-1 performs a saturation operation.
  • the saturation output of the power amplifier 11-1 (the total power of the RF signal 20-1 and the RF signal 21-1) is continuously (analog-like) in proportion to the square of the power supply voltage of the power amplifier 11-1. ) Can be changed. That is, in the transmission device 40 according to the second embodiment, the amplitude of the output signal of the power amplifier 11-1 is controlled by the amplitude of the RF signal input to the power amplifier 11-1, whereas the transmission device 40b The amplitude of the output signal of the power amplifier 11-1 is controlled by changing the power supply voltage of the amplifier 11-1.
  • a ⁇ / 4 line can be used as the output combining element shown in FIG. 19 instead of the transformer element 13.
  • the power amplifier 11-1 since the power amplifier 11-1 itself performs a saturation operation, the power consumption of the power amplifier 11-1 performing an analog operation can be suppressed to a low level.
  • the number of output combining elements does not increase even if the corresponding number of bands increases.
  • [Appendix 1] This is the same as the transmission apparatus according to the first aspect described above.
  • [Appendix 2] The transmission apparatus according to supplementary note 1, wherein the second control unit changes a power ratio of an RF signal for each band in each of the selected amplification units so that each of the selected amplification units performs a saturation operation.
  • [Appendix 3] The second control unit changes, as a continuous value, the total power of the RF signal input to a predetermined amplification unit among the plurality of amplification units according to the total power of the RF signal to be transmitted.
  • the transmitter according to appendix 1 or 2 wherein the amplifying unit is operated in saturation.
  • the transmission apparatus according to appendix 3, further comprising a power supply control unit that changes a power supply voltage of the predetermined amplification unit.
  • the second control unit changes the power ratio of the RF signal for each band so that the power ratio of the RF signal for each band output from each of the selected amplifiers is the same in each amplifier.
  • the transmitting device according to any one of appendices 1 to 4.
  • the combining unit is configured by the same number of transformer elements as the plurality of amplifiers, and the primary side of the transformer elements and the corresponding amplifier are connected, The transmission device according to any one of appendices 1 to 5, wherein secondary sides of the plurality of transformer elements are connected in series.
  • the combining unit includes the same number of transmission line elements as the plurality of amplifiers, and one end of the transmission line element is connected to the corresponding amplifier, and the other end of the plurality of transmission line elements is in parallel.
  • the transmitting device according to any one of appendices 1 to 5, which is connected.
  • [Appendix 8] The transmission device according to appendix 7, wherein the transmission line element includes a lumped constant element.
  • [Appendix 9] This is the same as the transmission method according to the second viewpoint described above.
  • Appendix 10 The transmission method according to appendix 9, wherein in the second control step, the power ratio of the RF signal for each band is changed in each of the selected amplifiers so that each of the selected amplifiers performs a saturation operation. .

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Abstract

　送信装置をマルチバンド化した場合において、出力合成素子の個数増加を抑制すると共に、省電力化を実現する送信装置を提供する。送信装置は、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する、複数の増幅部と、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、複数の増幅部のうち、増幅動作を行う増幅部を選択する第１の制御部と、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、選択された増幅部のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御部と、選択された増幅部が出力するＲＦ信号を合成する合成部と、を備える。

Description

送信装置及び送信方法
　（関連出願についての記載）
　本発明は、日本国特許出願：特願２０１３－１０３９３１号（２０１３年０５月１６日出願）の優先権主張に基づくものであり、同出願の全記載内容は引用をもって本書に組み込み記載されているものとする。
　本発明は、送信装置及び送信方法に関する。特に、無線通信で使用され、複数のバンドに配置されたＲＦ（Radio Frequency）信号を送信する送信装置及び送信方法に関する。
　無線通信機に用いられる送信信号の電力増幅器（ＰＡ；Power Amp）は、無線通信機の構成要素の中でも消費電力が高い。そのため、電力増幅器の電力効率改善が、無線通信機の開発において優先度の高い要求事項である。近年の無線通信規格（例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）規格）では、スペクトル効率改善のために線形変調が主として用いられる。線形変調は、信号歪に対する要求が高い。そこで、電力増幅器における線形性を維持するために、瞬時最大出力（ピーク）電力が飽和出力以下になるように、平均出力電力が飽和出力電力から下げた値に設定される。しかし、電力増幅器は、平均出力電力を飽和出力電力から低い比率に下げるほど、電力増幅器へのＤＣ（直流）供給電力と取り出される送信電力との比（電力効率）が低下する。電力効率の低下は、省電力化の観点から許容できない。
　このような問題の解決のため、電力増幅器の送信電力をデジタル的に制御する種々の方法が存在する。しかし、送信電力をデジタル的に制御すると、量子化誤差が生じるという問題が生じる。
　特許文献１及び非特許文献１において、複数の電力増幅器のうち、最小下位ビット（ＬＳＢ；Least Significant Bit）を担う電力増幅器に入力するＲＦ信号の振幅を連続的（アナログ的）に制御することで、他の電力増幅器から発生する量子化誤差を補正する制御方式が開示されている。
　特許文献２において、ＬＳＢを担う電力増幅器の電源電圧を、連続的（アナログ的）に制御することで、他の電力増幅器から発生する量子化誤差を補正するように、電力増幅器の出力電力を連続的（アナログ的）に制御する技術が開示されている。
　非特許文献２において、λ／４線路を使用し、電力増幅器の送信電力をデジタル的に制御する送信装置が開示されている。また、非特許文献３において、出力合成素子として使用可能なλ／４線路が開示されている。
特開平５－６３４５８号公報 特開平４－３２１３０５号公報
Gang Liu、 Peter Haldi、Tsu-Jae King Liu and Ali M. Niknejad "Fully Integrated CMOS Power Amplifier With Efficiency Enhancement at Power Back-Off" IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS、 VOL. 43 NO. 3 pp.600-609 MARCH 2008 Alireza Shirvani、David K. Su and Bruce A. Wooley "A CMOS RF Power Amplifier With Parallel Amplification for Efficient Power Control" IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS、 VOL. 37 NO. 6 pp.684-693 JUNE 2002 Paul Saad、 Paolo Colantonio、 Luca Piazzon、 Franco Giannini、 Kristoffer Andersson and Christian Fager "Design of a Concurrent Dual-Band 1.8-2.4-GHz GaN-HEMT Doherty Power Amplifier" IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES、 VOL. 60 NO. 6 pp.1840-1849 JUNE 2012
　なお、上記先行技術文献の各開示を、本書に引用をもって繰り込むものとする。以下の分析は、本発明者らによってなされたものである。
　近年の無線通信規格では、複数のバンドを信号の送受信に用いるマルチバンド化が要求される。送信装置をマルチバンド化することで、通信の高速化や通信断の無い高い信頼性を備えた通信が実現できるためである。送信装置のマルチバンド化を実現する方法には、例えば、図２０に示すように、単一のバンドを送信する送信装置を個別に設置する方法が考えられる。
　図２０に示す送信装置２００－１は、バンド１（キャリア周波数ｆ１）のＲＦ信号３４を送信する。また、送信装置２００－２は、バンド２（キャリア周波数ｆ２）のＲＦ信号３５を送信する。図２０に示すように、２つの送信装置２００－１及び２００－２を用いることで、デュアルバンド（２バンド送信）に対応できる。また、送信装置の数に比例して対応できるバンド数も増えるので、送信装置を３つ以上並べれば３バンド以上の送信も可能である。
　しかし、図２０に示す送信装置では、概ねバンドの数（即ち、送信装置の数）に比例して、その内部に配置された複数の電力増幅器が出力する波形を合成する出力合成素子（例えば、トランス素子）の数が増加する。例えば、図２０の場合、装置全体としては、送信装置１つあたりに含まれる出力合成素子の２倍の数の出力合成素子が必要となる。さらに、バンドの数に比例して送信装置の数も増えるため、必要な電力増幅器の個数もまたバンドの数に比例して増加する。
　さらに、出力合成素子のサイズは大きく、送信装置をマルチバンド化した際に問題が生じる。例えば、上記の出力合成素子をディスクリート部品で実装した場合は、出力合成素子の数が増えた分、送信装置のサイズが大きくなる。あるいは、出力合成素子をＩＣ（Integrated Circuit）上に実装した場合は、出力合成素子の数が増えた分、ＩＣの面積とコストが増大する。
　以上の事情を鑑み、本発明は、送信装置をマルチバンド化した場合において、出力合成素子の個数増加を抑制すると共に、省電力化を実現することに寄与する送信装置及び送信方法を提供することを目的とする。
　本発明の第１の視点によれば、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する、複数の増幅部と、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、増幅動作を行う増幅部を選択する第１の制御部と、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御部と、前記選択された増幅部が出力するＲＦ信号を合成する合成部と、を備える送信装置が提供される。
　本発明の第２の視点によれば、複数の増幅部によりＲＦ信号を増幅して、ＲＦ信号を送信する送信方法であって、複数の増幅部において、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する増幅工程と、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、増幅動作を行う増幅部を選択する第１の制御工程と、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御工程と、前記選択された増幅部が出力するＲＦ信号を合成する合成工程と、を含む送信方法が提供される。
　なお、本方法は、ＲＦ信号を増幅する増幅部という特定の機械に結びつけられている。
　本発明の各視点によれば、送信装置をマルチバンド化した場合において、出力合成素子の個数増加を抑制すると共に、省電力化を実現することに寄与する送信装置及び送信方法が、提供される。
一実施形態の概要を説明するための図である。 第１の実施形態に係る送信装置１０の回路構成を示す図である。 送信装置１０の出力電力を決定する際の制御を説明するための図である。 送信装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。 送信装置１０の負荷１５に出力されるバンド１の電圧振幅波形の一例を示す図である。 バンド１においてＷＣＤＭＡ（登録商標）－ＤＬ信号を送信した場合における、動作させる電力増幅器１１の個数ｎと、負荷１５に出力されるバンド１の信号歪量を示す図である。 バンド２においてＷＣＤＭＡ－ＤＬ信号を送信した場合における、動作させる電力増幅器１１の個数ｎと、負荷１５に出力されるバンド２の信号歪量を示す図である。 電力増幅器の送信電力をデジタル的に制御する送信装置２００の回路構成の一例を示す図である。 送信装置２００の負荷１５に出力される電圧振幅波形の一例を示す図である。 送信装置２００において、ＷＣＤＭＡ－ＤＬ信号を送信した場合における、動作させる電力増幅器１１の個数ｎと、負荷１５に出力される信号の信号歪量を示す図である。 電力増幅器の送信電力をデジタル的に制御する送信装置２００ａの回路構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の第１の変形例に係る送信装置１０ａの回路構成の一例を示す図である。 第１の実施形態の第２の変形例に係る送信装置１０ｂの回路構成の一例を示す図である。 λ／４線路の回路構成の一例を示す図である。 λ／４線路の回路構成の一例を示す図である。 伝送線路の回路構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る送信装置４０の回路構成の一例を示す図である。 送信装置４０の出力電力を決定する際の制御を説明するための図である。 第２の実施形態の第２の変形例に係る送信装置４０ｂの回路構成の一例を示す図である。 ２つの送信装置を使用するマルチバンド対応の送信装置の一例を示す図である。 図２０に示す送信装置の制御を説明するための図である。
　初めに、図１を用いて一実施形態の概要について説明する。なお、この概要に付記した図面参照符号は、理解を助けるための一例として各要素に便宜上付記したものであり、この概要の記載はなんらの限定を意図するものではない。
　上述のように、送信装置をマルチバンド化した場合において、出力合成素子の個数増加を抑制すると共に、省電力化を実現する送信装置が望まれる。換言するならば、送信装置の消費電力を低く抑えながら、送信装置のマルチバンド化を実現することが望まれる。　
　そこで、一例として図１に示す送信装置１００を提供する。送信装置１００は、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する、複数の増幅部１０１と、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、複数の増幅部１０１のうち、増幅動作を行う増幅部１０１を選択する第１の制御部１０２と、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、選択された増幅部１０１のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御部１０３と、選択された増幅部１０１が出力するＲＦ信号を合成する合成部１０４と、を備える。
　送信装置１００は、第１の制御部１０２により、送信するＲＦ信号の出力電力総和の大きさを離散的（デジタル的）に制御することで、消費電力を低減する。さらに、第２の制御部１０３により、選択された増幅部１０１のそれぞれが飽和動作を行うように、入力されるＲＦ信号の電力総和を一定に保持する制御を行う。増幅部１０１が飽和動作することで、それぞれの増幅部１０１において高い電力効率により、ＲＦ信号の増幅を行うことができる。即ち、各増幅部１０１において、複数のバンドに配置されたＲＦ信号の電力総和を一定値（例えば、飽和出力電力）にすることで、送信装置１００の消費電力を低く抑えながら、送信装置１００のマルチバンド化を実現できる。
　以下に具体的な実施の形態について、図面を参照してさらに詳しく説明する。
［第１の実施形態］
　第１の実施形態について、図面を用いてより詳細に説明する。
　なお、以降に示す各図面において、同一又は相当部分の部位については、同一符号を付して示すこととし、その説明は繰り返さないことにする。
　図２は、第１の実施形態に係る送信装置１０の回路構成を示す図である。図２を参照すると、送信装置１０は、複数の電力増幅器１１－１～１１－ｎと、複数のスイッチ１２－１～１２－ｎと、複数のトランス素子１３－１～１３－ｎと、フィルタ１４と、負荷１５と、信号発生制御部１６と、を少なくとも含んで構成される。但し、ｎは正の整数であって、以降の説明においても同様とする。
　また、以降の説明において、電力増幅器１１－１～１１－ｎを区別する特別な理由がないときは、「電力増幅器１１」と表記する。スイッチ１２－１～１２－ｎ及びトランス素子１３－１～１３－ｎについても同様に、「スイッチ１２」や「トランス素子１３」と表記する。さらに、後述するλ／４線路１８－１～１８－ｎについても同様に、「λ／４線路１８」と表記する。
　送信装置１０において、複数の電力増幅器１１の出力がトランス素子１３により合成される。トランス素子１３により合成された電力増幅器１１の合成出力は、フィルタ１４を介して、負荷１５であるアンテナから出力される。このように、送信装置１０は、複数の電力増幅器１１と同数のトランス素子１３からなる合成部を備える。各トランス素子１３の１次側と、対応する電力増幅器１１と、が接続されると共に、トランス素子１３の２次側は直列に接続される。
　信号発生制御部１６は、送信装置１０に接続された上位の信号源（図示せず）から供給される送信データを、２つのバンドに含まれる搬送波を用いて変調する変調部としての役割を担い、複数バンドに配置されたＲＦ信号を生成する。第１の実施形態においては、信号発生制御部１６は、電力増幅器１１のそれぞれに対し、２つのバンドに含まれるＲＦ信号を出力する。各ＲＦ信号は、それぞれ、電力増幅器１１において増幅され、対応するトランス素子１３に出力される。即ち、送信装置１０は、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する電力増幅器１１を複数、備える。
　図２において、電力増幅器１１－ｉ（ｉは１～ｎのいずれかの整数、以下同じ）から、バンド１（キャリア周波数ｆ１）のＲＦ信号２０－ｉと、バンド２（キャリア周波数ｆ２）のＲＦ信号２１－ｉと、がそれぞれ出力される。電力増幅器１１－ｉから出力されるバンド１のＲＦ信号２０－ｉは、トランス素子１３において他のＲＦ信号と合成され、フィルタ１４を介してバンド１の合成ＲＦ信号３１として負荷１５に出力される。
　また、電力増幅器１１－ｉから出力されるバンド２のＲＦ信号２１－ｉは、トランス素子１３において他のＲＦ信号と合成され、フィルタ１４を介してバンド２の合成ＲＦ信号３２として負荷１５に出力される。
　送信装置１０において、各電力増幅器１１は、常時、飽和出力電力を出力するオン状態か、又は、電力を出力しないオフ状態に制御される。即ち、信号発生制御部１６は、複数の電力増幅器１１の中から動作させる電力増幅器１１を選択することで、負荷１５に対する出力電力を離散的（デジタル的）に制御する。電力増幅器１１のオン／オフの状態を切り替える手段として、信号発生制御部１６と電力増幅器１１の入力端子との間に設置されたスイッチ１２を用いる。なお、信号発生制御部１６とスイッチ１２は図示しない制御線により接続されており、信号発生制御部１６からスイッチ１２のオン／オフの状態を切り替えることができる。
　信号発生制御部１６は、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、スイッチ１２のオン／オフを切り替えることで、複数の電力増幅器１１のうち、増幅動作を行う電力増幅器１１を選択する第１の制御を行う。また、信号発生制御部１６は、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、選択された電力増幅器１１のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御を行う。信号発生制御部１６は、第１の制御と第２の制御を組み合わせることで、無線通信のマルチバンド化に対応しつつ、量子化誤差を所望値以下に抑制し、送信装置１０の省電力化を実現する。即ち、信号発生制御部１６は、動作させる電力増幅器１１の選択による離散的な出力電力の制御と、バンドごとの出力電力比に応じて、バンドごとの連続的な電力比の制御という２つの出力電力制御を実施する。このように、信号発生制御部１６は、第１の制御部と、第２の制御部と、を含んで構成される。
　信号発生制御部１６は、各スイッチ１２のオン／オフに係る制御を、バイナリコードに関連付けて行う。例えば、図２において、電力増幅器１１及びスイッチ１２の個数が３（ｎ＝３）であって、３桁のバイナリコード（０００～１１１）を用いてスイッチ１２のオン／オフを制御する場合を考える。この場合、バイナリコードのＬＳＢをスイッチ１２－１に対応させ（電力増幅器１１－１にＬＳＢを担わせ）、ＭＳＢをスイッチ１２－３に対応させる。その上で、スイッチ１２－１をオンする場合には、バイナリコードに「００１」を設定し、スイッチ１２－１のオン状態を制御し、管理する。なお、信号発生制御部１６は、電力増幅器１１のうち、オン状態とする電力増幅器１１に対してＲＦ信号を出力し、オフ状態とする電力増幅器１１に対してはＲＦ信号を非出力としてもよい。
　信号発生制御部１６は、電力増幅器１１ごとに、バンドごとのＲＦ信号の振幅を調整するゲイン又はアッテネータを備え、ＲＦ信号の出力電圧（出力電力）を個別に可変する。
　信号発生制御部１６の出力電力制御において、例えば、バンド数が２の場合を考える。送信装置１０の負荷１５におけるバンド１の負荷電圧Ｖｏｕｔ（１）と、バンド２の負荷電圧Ｖｏｕｔ（２）の組み合わせは、図３に示す複数の円周上に量子化される。なお、図３において、負荷電圧Ｖｏｕｔ（１）及びＶｏｕｔ（２）の最大値は１に規格化（正規化）して表示している。また、図３では、一例として、３ビットのバイナリコードで量子化した場合、即ち、振幅範囲を８分割（２３＝８）した場合を示す。
　図３に示す円周は、各バンドの出力電力比を変化させつつ、各バンドごとの出力電力総和を一定値に保つ状態を表現している。例えば、円周４１－１と図３の横軸との交点は、バンド２の負荷電圧Ｖｏｕｔ（２）は非出力とすることを意味する。あるいは、円周４１－１と、図３の角度θが４５°とした場合の直線４３－１と、の交点４２－１は、バンド１のＲＦ信号の出力電力とバンド２のＲＦ信号の出力電力が一致する（出力電力比が０．５）ことを意味する。
　図３における円周が複数存在することは、各バンドの出力電力総和が、複数の離散的な値を取ることを表す。つまり、図３において、各円周の半径が長くなればなるほど、各バンドの出力電力総和が増加していることを意味する。
　図３において、例えば、バンド１及びバンド２における合成ＲＦ信号の出力電力総和と、各バンドの出力電力比の目標値が目標点４０－１である場合を考える。この場合、目標点４０－１に最も近い円周４１－１と、原点と目標点４０－１を結ぶ直線４３－１の交点である交点４２－１により表せる負荷電圧の組み合わせ（Ｖｏｕｔ（１）、Ｖｏｕｔ（２））が送信装置１０から出力される。
　その際、信号発生制御部１６は、図３の円周４１－１を実現するスイッチ１２のオン／オフを制御する。より具体的には、図３の円周４１－１はバイナリコード「１０１＝５」で実現できるので、スイッチ１２－１とスイッチ１２－３をオン、スイッチ１２－２はオフに制御する。
　また、電力増幅器１１－ｉにおいて、バンド１のＲＦ信号２０－ｉの出力電力と、バンド２のＲＦ信号２１－ｉの出力電力の和が、電力増幅器１１－ｉの飽和出力電力に達すると、電力増幅器１１－ｉは飽和状態となる。即ち、各バンドの出力電力の総和が、電力増幅器１１固有の一定値（飽和出力電力）に達すると、電力増幅器１１は飽和状態となる。従って、動作させる電力増幅器１１のそれぞれにおいて、入力される各バンドのＲＦ信号の電力総和を一定値（飽和出力電力）に保ちながら、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変化させることで、高い電力効率が得られる飽和状態にて電力増幅器を動作させ、且つ、各バンドの出力電力を連続的に変更できる。信号発生制御部１６は、第１の制御により選択された電力増幅器１１のそれぞれおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定値（飽和出力電力）に保持しつつ、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、選択された電力増幅器１１のそれぞれにおいて、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変化させる第２の制御を実施する。例えば、上述のように、図３に示す角度θが４５°であれば、バンド１に配置されたＲＦ信号の出力電力と、バンド２に配置されたＲＦ信号の出力電力と、が等しくなるように、電力増幅器１１に出力するＲＦ信号の振幅を制御する。なお、このような信号発生制御部１６における第２の制御は、図３を参照すると、角度θに応じて、各電力増幅器１１に入力する各バンドのＲＦ信号の電力を設定することに相当する。
　ここで、送信装置１０において、各電力増幅器１１の出力端子から見える負荷インピーダンスは、他の電力増幅器１１のオン／オフにより変化する。負荷インピーダンスの変化は、各電力増幅器１１の電力効率の悪化を招来する可能性があることから、各電力増幅器１１のうちの１つの電力増幅器１１から見る負荷インピーダンスを、他の電力増幅器１１のオン／オフが切り替わったとしても、電力効率が劣化しないように、変化させることが望まれる。そこで、信号発生制御部１６は、各電力増幅器１１が出力する各バンドの出力電力比を、それぞれの電力増幅器１１において揃えるように制御する。即ち、信号発生制御部１６は、選択された電力増幅器１１のそれぞれから出力される、バンドごとのＲＦ信号の電力比が、それぞれの電力増幅器１１において同一となるように、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する制御を行う。
　このように、送信装置１０は、複数の電力増幅器１１から、動作させる電力増幅器１１を選択することにより、送信装置１０が出力する負荷電圧の組み合わせ（Ｖｏｕｔ（１）、Ｖｏｕｔ（２））である交点４２－１が存在する円周を切り替える。交点４２－１が存在する円周を切り替えることで、送信するＲＦ信号の出力電力総和の大きさを制御する（第１の制御を実施する）。また、各電力増幅器１１の飽和状態を維持しながら、バンドごとのＲＦ信号の出力電力比を連続的に変化させることで、バンドごとのＲＦ信号の出力電力比を制御する（第２の制御を実施する）。
　なお、図３を用いて説明した信号発生制御部１６の動作は、半径ｒに基づいて、複数の電力増幅器１１から、動作させる電力増幅器１１を選択し、角度θに基づいて、各バンドにおけるＲＦ信号の出力電力比を連続的に変化させていると説明できる。
　ここで、以上の説明した送信装置１０の動作は、図４に示すフローチャートのように概説できる。
　図４を参照すると、送信装置１０は、複数の電力増幅器１１によりＲＦ信号を増幅して、ＲＦ信号を送信する送信方法を実行する。送信装置１０は、複数の電力増幅器１１において、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する（ステップＳ１０１）。さらに、送信装置１０は、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、複数の電力増幅器１１のうち、増幅動作を行う電力増幅器１１を選択する第１の制御を実行する（ステップＳ１０２）。その後、送信装置１０は、送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、選択された電力増幅器１１のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御を実行する（ステップＳ１０３）。その後、送信装置１０は、選択された電力増幅器１１が出力するＲＦ信号を、トランス素子１３を用いて合成する（ステップＳ１０４）。なお、図４に示すフローチャートによる送信方法は、例示であって、実行する処理の順序等を限定する趣旨ではない。例えば、第１の制御（ステップＳ１０２）と第２の制御（ステップＳ１０３）の順序を入れ替えてもよい。あるいは、ステップＳ１０３の後にステップＳ１０１を実行してもよい。
　図５は、送信装置１０の負荷１５に出力されるバンド１（キャリア周波数ｆ１）の電圧振幅波形の一例を示す図である。なお、図５の実線は送信装置１０の電圧振幅波形を示し、破線は誤差のない電圧振幅波形（目標波形）を示している。送信装置１０では、図３に示す２次元的な量子化（離散的な円周上に出力が限定される）が実施されるため、図５に示す出力波形には目標波形に対して量子化誤差が発生している。なお、図５において、送信信号はＷＣＤＭＡ－ＤＬ（Wideband Code Division Multiple Access－Down Link）信号を用いた。
　図５の結果は、以下の条件の下で取得される。
・各電力増幅器１１のデバイスサイズは、２０：２１：・・・：２Ｎ－１の比率とする。
・電力増幅器１１の動作時にトランス素子１３の２次側に出力される電圧振幅は、２０：２１：・・・：２Ｎ－１の比率とする。
・電力増幅器１１のオン／オフによる送信電力の制御を、バイナリコードを用いて行う。
・電力増幅器１１のオン／オフを制御する際のサンプリングレートは、３０．７２ＭＨｚとする。
　なお、電力増幅器１１及びトランス素子１３の個数ｎは、送信装置１０の制御に用いられるバイナリコードのビット数（桁数）に等しく、図３においては「ｎ＝３」とする。
　図５を参照すると、量子化誤差が存在するものの、送信装置１０は、所望の振幅に近い電圧波形を得ることができる。
　図６は、バンド１においてＷＣＤＭＡ－ＤＬ信号を送信した場合における、動作させる電力増幅器１１の個数ｎと、負荷１５に出力されるバンド１の信号歪量（ＡＣＰＲ；Adjacent Channel Power Ratio）を示す図である。図７は、バンド２においてＷＣＤＭＡ－ＤＬ信号を送信した場合における、動作させる電力増幅器１１の個数ｎと、負荷１５に出力されるバンド２の信号歪量（ＡＣＰＲ）を示す図である。なお、電力増幅器１１の個数ｎは、信号発生制御部１６の使用するバイナリコードのビット数に一致する。
　図６及び図７の結果は、以下の条件の下で取得される。
・各電力増幅器１１のデバイスサイズは、２０：２１：・・・：２Ｎ－１の比率とする。
・電力増幅器１１の動作時にトランス素子１３の２次側に出力される電圧振幅は、２０：２１：・・・：２Ｎ－１の比率とする。
・電力増幅器１１のオン／オフによる送信電力の制御を、バイナリコードを用いて行う。
・電力増幅器１１のオン／オフを制御する際のサンプリングレート（ＳＲ；Sampling Rate）は、３０．７２ＭＨｚ、１２２．８８ＭＨｚの２種とする。
・信号歪量の算出は、高域側のバンド（図６及び図７の三角付の点線）と低域側のバンド（図６及び図７の丸付の実線）にて行う。
　図６及び図７を参照すると、送信装置１０は、２つのバンドにおいて、ほぼ同程度の信号歪量を持つことがわかる。
［比較例］
　次に、第１の実施形態に係る送信装置１０と比較する比較例について説明する。
　図８は、電力増幅器の送信電力をデジタル的に制御する送信装置２００の回路構成の一例を示す図である。図２に示す送信装置１０と送信装置２００の相違点は、信号発生制御部１７がマルチバンド通信に対応していない点である。
　送信装置２００は、複数の電力増幅器１１の中から動作させる電力増幅器１１を選択することで、負荷１５に対する出力電力を制御する。負荷１５に出力される出力電力Ｐｏｕｔは、以下の式（１）により与えられる。

　Ｐｏｕｔ＝α１Ｐｓａｔ（１）＋・・・＋αＮＰｓａｔ（ｎ）　・・・（１）

　なお、Ｐｓａｔ（ｉ）は電力増幅器１１－ｉの飽和出力である。また、係数α（ｉ）は、電力増幅器１１－ｉを動作させる場合に「α（ｉ）＝１」と設定され、電力増幅器１１－ｉをオフにして電力を非出力とさせる場合に「α（ｉ）＝０」と設定される。
　送信装置２００の信号発生制御部１７は、式（１）に示す出力電力Ｐｏｕｔが、所望の値となるように（所望の値に近づくように）、係数α（ｉ）の設定を決定する。換言するならば、信号発生制御部１７は、出力電力Ｐｏｕｔが所望の値となるように、電力増幅器１１のオン／オフを制御する。信号発生制御部１７からは、複数の電力増幅器１１の各々を飽和動作させる振幅を持つＲＦ信号が出力され、各電力増幅器１１に出力される。なお、複数のスイッチ１２をオン／オフする制御に代えて、信号発生制御部１７からのＲＦ信号の出力／非出力により電力増幅器１１を制御してもよい。
　送信装置２００では、各電力増幅器１１は、常時、高い電力効率が得られる飽和出力で動作するか、又は、消費電力が生じないオフ状態として制御されるので、省電力化が実現できる。
　ここで、各電力増幅器１１の出力端子から見える負荷インピーダンスは、他の電力増幅器１１のオン／オフにより変化する。図８に示す送信装置２００のように、トランス素子１３を用いて、各電力増幅器１１の出力を直列合成した場合、複数の電力増幅器１１の１つから見える負荷インピーダンスは、他の電力増幅器１１のオン／オフが切り替わったとしても、電力効率が劣化しないように変化する。そのため、図８に示す送信装置２００は消費電力の観点から有利である。
　なお、送信装置２００において、出力電力Ｐｏｕｔは、複数の電力増幅器１１から生成される離散値となる。従って、所望の出力電力値と実際の出力電力Ｐｏｕｔとの間には、量子化誤差が生じる。
　図９は、送信装置２００の負荷１５に出力される電圧振幅波形の一例を示す図である。図９では、図５と同様に、誤差の無い電圧振幅波形（目標波形）を示す。図９を参照すると、送信装置２００の電圧振幅波形は離散的な一定の値しか取れないため、目標波形に対して量子化誤差が生じている。なお、図９に示す電圧振幅波形を取得する際の条件は、図５に示す電圧振幅波形を取得する際の条件と同一とする。
　量子化誤差の影響を低減する方法として、電力増幅器の個数を増やす手法が考えられる。電力増幅器の個数を増やすことで、出力信号のダイナミックレンジが拡張され、量子化誤差の影響が低減できる。
　図１０は、ＷＣＤＭＡ－ＤＬ信号を送信した場合における、動作させる電力増幅器１１の個数ｎと、負荷１５に出力される信号の信号歪量（ＡＣＰＲ）を示す図である。なお、図１０に示す信号歪量を取得する際の条件は、図６及び７に示す信号歪量を取得する際の条件と同一とする。図１０を参照すると、電力増幅器１１の個数（バイナリビット数）を増やすことにより、信号歪量（ＡＣＰＲ）が低減することがわかる。
　電力増幅器１１のオン／オフを制御するサンプリングレートを高めることでも、信号歪量は低減できる。図１０を参照すると、電力増幅器１１をオン／オフする制御するサンプリングレートを、３０．７２ＭＨｚとする場合、ＷＣＤＭＡ－ＤＬの信号歪の規格量（ＡＣＰＲ＜－４４．２ｄＢｃ）を満たすには、電力増幅器１１の個数（バイナリビット数）を７以上とする必要がある。一方、サンプリングレートを１２２．８８ＭＨｚとする場合、ＷＣＤＭＡ－ＤＬの信号歪の規格量を満たすには、電力増幅器１１の個数は５以上であればよいことがわかる。
　なお、特許文献１、特許文献２及び非特許文献１が開示する量子化誤差を低減する手法について、電力増幅器１１－１がＬＳＢを担う場合を想定し、説明する。この場合、式（１）において、係数α（１）が０から１の間の連続値とし、係数α（１）を除く他の係数α（ｉ）は０又は１の離散値とする制御に相当する。しかし、このような電力増幅器１１の出力電力を連続的（アナログ的）に制御する方式では、量子化誤差が補正できるが、アナログ動作を行う電力増幅器の消費電力が増大する問題がある。
　次に、非特許文献２が開示する送信装置について概説する。
　図１１は、電力増幅器の送信電力をデジタル的に制御する送信装置２００ａの回路構成の一例を示す図である。送信装置２００と送信装置２００ａの相違点は、トランス素子１３－１～１３－ｎに代えて、λ／４線路１８－１～１８－ｎを用いて、電力増幅器１１の出力を合成する点である。送信装置２００では、複数の電力増幅器１１の出力がトランス素子１３により直列合成されているが、送信装置２００ａでは、複数の電力増幅器１１の出力がλ／４線路１８により並列合成される。この相違点を除ければ、送信装置２００と送信装置２００ａは同等の動作を行う。
　なお、図１１に示す送信装置２００ａにおいても、送信装置２００と同様に、電力増幅器１１の１つから見える負荷インピーダンスは、他の電力増幅器１１のオン／オフが切り替わったとしても、電力効率が劣化しないように変化する。
　次に、送信装置２００や送信装置２００ａを用いたマルチバンド通信について説明する。上述のように、図２０に示す送信装置は、２つの送信装置２００を用いることで、マルチバンド通信を実現している。送信装置２００－１は、バンド１（キャリア周波数ｆ１）のＲＦ信号３４を送信する。送信装置２００－２は、バンド２（キャリア周波数ｆ２）のＲＦ信号３５を送信する。図２０に示すように、２つの送信装置２００－１及び２００－２を設置することで、デュアルバンド（２バンド送信）に対応できる。
　図２０に示すマルチバンド対応の送信装置において、送信装置２００－１の負荷１５におけるバンド１の負荷電圧Ｖｏｕｔ（１）と、送信装置２００－２の負荷１５におけるバンド２の負荷電圧Ｖｏｕｔ（２）と、の組み合わせは、図２１に示す離散点に量子化される。なお、図２１において、負荷電圧Ｖｏｕｔ（１）及びＶｏｕｔ（２）の最大値は１に規格化して表示している。また、図２１では、一例として、３ビットのバイナリコードで量子化した場合、即ち、振幅範囲を８（２３=８）分割した場合を示す。
　送信装置２００－１及び２００－２の各々において、電力増幅器１１のなかから動作させる電力増幅器１１を選択することで、負荷電圧の組み合わせ（Ｖｏｕｔ（１）、Ｖｏｕｔ（２））は、図２１に示す離散点のなかで目標点に最も近接するものが選択され、出力される。例えば、図２１において、目標点４０－２に最も近い離散点である離散点４２－２で表される負荷電圧の組み合わせ（Ｖｏｕｔ（１）、Ｖｏｕｔ（２））が、送信装置２００－１及び２００－２から出力される。また、離散点４２－２の信号を出力する場合、Ｖｏｕｔ（１）は最大振幅（＝１）であるので、バンド１の信号を送信する送信装置２００－１に含まれる電力増幅器１１は全てオン状態となる。同様に、離散点４２－２の信号を出力する場合、Ｖｏｕｔ（２）は、最大振幅から１つ分の量子化間隔だけ低いので、バンド２の信号を送信する送信装置２００－２の電力増幅器１１から、ＬＳＢを担う電力増幅器１１に限りオフし、他の電力増幅器１１はオンとなる。
　なお、図２０において、送信装置２００に代えて送信装置２００ａを用いて、通信のマルチバンド化を実現することもできる。
　以上のように、２つの送信装置２００を使用してマルチバンド通信を実現することができる。しかし、このような方法による通信のマルチバンド化には、必要な電力増幅器１１やトランス素子１３の数が増加する問題点があるのは上述のとおりである。
　次に、第１の実施形態に係る送信装置１０と送信装置２００の量子化誤差について比較する。
　送信装置１０の電圧振幅波形を示す図５と、送信装置２００の電圧振幅波形を示す図９を比較すると、送信装置１０と送信装置２０では、ほぼ同等の量子化誤差が生じていることがわかる。換言するならば、マルチバンド通信に対応したとしても、送信装置１０の量子化誤差に関する性能は、送信装置２００に対して劣化しない。
　２つの送信装置２００を用いるマルチバンド通信には、バンドの数に比例して装置及び出力合成素子（例えば、トランス素子１３）の数が増えるという問題がある。一方、第１の実施形態に係る送信装置１０では、バンドの数が増加したとしても、出力合成素子（例えば、トランス素子１３）の数は増加しない。
　さらに、図６及び図７は、送信装置１０において、電力増幅器１１のサンプリングレートを１２２．８８ＭＨｚとすれば、バンド１及びバンド２の両者でＷＣＤＭＡ－ＤＬの信号歪の規格量（ＡＣＰＲ＜－４４．２ｄＢｃ）を満たすために必要な電力増幅器１１の個数ｎは５以上必要であることを示す。即ち、図６及び図７は、５つの電力増幅器１１を含む送信装置１０を１つ使用すれば、２つのバンドを使用したマルチバンド通信が可能であることを示す。
　送信装置２００の信号歪量に関する特性を示す図１０は、電力増幅器１１のサンプリングレートを１２２．８８ＭＨｚとした場合、１つのバンドでＷＣＤＭＡ－ＤＬの信号歪の規格量（ＡＣＰＲ＜－４４．２ｄＢｃ）を満たすには、電力増幅器１１の個数ｎは５以上必要であることを示している。必要な電力増幅器１１の個数ｎは同じであるが、２つのバンドに対応させる場合、送信装置２００を２つ用意する必要があるため、必要な電力増幅器１１の個数はｎ＝５の２倍にあたる１０以上となる。さらに、トランス素子１３の個数もまたバンドの数に比例して増大する。
　以上のように、第１の実施形態に係る送信装置１０では、マルチバンド通信に対応する際、量子化誤差を所望値以下に抑制し、省電力化を実現すると共に、必要な電力増幅器及び出力合成素子の数を低減できる。この事は、出力合成素子をディスクリート部品で実装する場合において、マルチバンド化した際の装置サイズの増大を抑制できると利点がある。また、出力合成素子をＩＣ上に実装する場合においては、マルチバンド化した際のＩＣの面積とコストの増大を抑制できる。
　次に、第１の実施形態に係る送信装置１０の変形例について説明する。
［第１の変形例］
　図１２は、送信装置１０ａの回路構成の一例を示す図である。送信装置１０ａは、３バンドの信号の送信に対応している。送信装置１０と送信装置１０ａでは、各電力増幅器１１に入力するＲＦ信号の数が相違する。
　図１２に示すように、送信装置１０ａでは、各電力増幅器１１に３バンドのＲＦ信号を入力することで、通信のマルチバンド化を実現している。図１２を参照すると、各電力増幅器１１－ｉから出力されるＲＦ信号２０－ｉ、２１－ｉ及び２３－ｉは、トランス素子１３において、キャリア周波数ごとに合成され、フィルタ１４を介して負荷１５に出力される。
　トランス素子は、通常、広帯域特性を備えており、広い周波数範囲に分布した複数のＲＦ信号の合成を行うことが容易である。図１２に示す送信装置１０ａにおいても、動作させる電力増幅器１１の選択による離散的な出力電力の制御と、各バンドの出力電力比の変更による連続的な出力電力の制御という２つの出力電力制御を実施する。その結果、送信装置１０と同様に、マルチバンド化した際のトランス素子１３の数の増大を抑制できる。
［第２の変形例］
　図１３は、送信装置１０ｂの回路構成の一例を示す図である。送信装置１０と送信装置１０ｂでは、トランス素子１３に代えて、λ／４線路１８を使用する。つまり、送信装置１０ｂは、複数の電力増幅器１１と同数の伝送線路素子（λ／４線路）からなる合成部を備える。λ／４線路１８の一端は、対応する電力増幅器１１に接続されると共に、複数のλ／４線路１８の他の一端は並列に接続される。
　図１３に示す送信装置１０ｂのように、トランス素子１３に代えて、λ／４線路１８を使用したとしても、送信装置１０と同一の制御を実施することで、マルチバンド化した際に出力合成素子の数の増大を抑制できる。
　ここで、送信装置１０ｂに含まれるλ／４線路１８は、送信する複数のバンドに対応する必要がある。しかしながら、広帯域特性が得られるトランス素子と異なり、λ／４線路の帯域は狭いのが通常である。λ／４線路１８を複数のバンドに対応させることは、以下の説明により実現できる。
　上述のように、非特許文献３は、出力合成素子として使用可能なλ／４線路を開示する。非特許文献３は、２バンドに対応するλ／４線路１８に相当する回路が、特性インピーダンスＺ１と電気長θ１を持つ伝送線路３０１と、特性インピーダンスＺ２と電気長θ２を持つ伝送線路３０２及び３０３と、により構成できることを開示する（図１４参照）。あるいは、２バンドに対応したλ／４線路１８に相当する回路は、特性インピーダンスＺ１と電気長θ１を持つ伝送線路３０４及び３０５と、特性インピーダンスＺ２と電気長θ２を持つ伝送線路３０６と、により構成できることが、非特許文献３において開示されている（図１５参照）。なお、３バンド以上に対するλ／４線路１８は、図１４又は図１５に示す回路を複数、直列接続し、設計パラメータ（特性インピーダンスと電気長）の数を増やすことで実現できる。
　伝送線路３０１～３０６は、図１６に示す集中定数素子により構成できる。即ち、伝送線路３０１～３０６は、図１６に示す回路構成のように、インダクタンス素子３０７と容量素子３０８及び３０９を用いた集中定数素子により構成できる。図１３に示す送信装置１０ｂにおいても、動作させる電力増幅器１１の選択による離散的な出力電力の制御と、各バンドの出力電力比の変更による連続的な出力電力の制御という２つの出力電力制御を実施する。その結果、送信装置１０と同様に、マルチバンド化した際のλ／４線路１８の数の増大を抑制できる。
［第２の実施形態］
　続いて、第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１７は、第２の実施形態に係る送信装置４０の回路構成の一例を示す図である。第１の実施形態に係る送信装置１０と送信装置４０の相違点は、信号発生制御部１９の制御が信号発生制御部１６とは異なる点である。
　送信装置４０は、電力増幅器１１－１にアナログ動作させる。電力増幅器１１－１以外の電力増幅器１１－２～１１ｎは、第１の実施形態と同様に、飽和状態で動作するか、動作状態がオフとされるオン／オフ動作（デジタル制御）を行う。
　送信装置４０の動作を、図１８を参照しつつ、説明する。送信装置４０は、オン／オフ動作（デジタル動作）を行う電力増幅器１１－２～１１－ｎの合成出力は、動作させる電力増幅器の選択により、図１８に示す円周上の値を取る。
　図１８において、所望の出力電圧を、目標点４０－３と表記する。目標点４０－３の位置よりも半径が短く、かつ、目標点４０－３に最も近い円周４１－２と、目標点４０－３と原点を結ぶ直線４３－２と円周４１－２の交点を４２－２とする。この時、電力増幅器１１－２～１１－ｎの合成出力が、交点４２－２となるように、電力増幅器１１－２～１１－ｎのオン／オフが制御される。
　信号発生制御部１９は、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１の出力電力が、目標点４０－３と交点４２－２の差分に相当する出力電圧となるように制御する。換言するならば、信号発生制御部１９は、電力増幅器１１－１における信号増幅後のＲＦ信号の電力が、目標点４０－３と交点４２－２の差分の電力に相当するように、電力増幅器１１－１に供給するＲＦ信号の振幅を制御する。
　一方、目標点４０－３の位置よりも半径が長く、かつ、目標点４０－３に最も近い円周４１－３と、目標点４０－３と原点を結ぶ直線４３－２と円周４１－３の交点を交点４２－３とする。信号発生制御部１９は、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１を制御することで、送信装置４０の出力電圧の範囲を、交点４２－２から交点４２－３の間に設定できる。信号発生制御部１９は、電力増幅器１１－１に出力するＲＦ信号の振幅をアナログ制御することで、電力増幅器１１－１の消費電力が増加するが、送信装置４０は、誤差が実質的に存在しない目標点４０－３に相当する信号が出力できる。
　ここで、オン／オフ制御（デジタル制御）を行う電力増幅器１１－２～１１－ｎの合成出力（点４２－２）と、目標点４０－３の差分が大きくなると、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１の消費電力も増加する。一方で、上述したように、オン／オフ動作行う電力増幅器１１－２～１１－ｎの数（ｎ－１）を増やすほど、合成出力と理想信号の差分が減少するため、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１の消費電力も低下する。換言するならば、オン／オフ動作（デジタル制御）を行う電力増幅器の個数と、アナログ制御を行う電力増幅器の消費電力と、の間にはトレードオフの関係がある。
　第１の実施形態において説明したように、対応しようとするバンド数と同数の送信装置２００を用意し、マルチバンド通信を実現する場合と、１つの送信装置１０によりマルチバンド通信を実現する場合とでは、量子化誤差（即ち、合成出力と目標点の差分）はほぼ一致する。そのため、送信装置２００において電力増幅器１１－１をアナログ動作させる場合と、送信装置４０において電力増幅器１１－１をアナログ動作させる場合と、消費電力はほぼ同一となる。
　消費電力が同じ状況下において、送信装置２００ではバンドの数に比例して、出力合成素子（例えば、トランス素子）の数が増えるのに対して、送信装置４０ではバンドの数が増えても出力合成素子の数は増えないという利点がある。即ち、オン／オフ動作を行う電力増幅器１１の数（ｎ－１個）と、アナログ動作を行う電力増幅器の消費電力のトレードオフの関係は、送信装置４０の方が有利となる。さらに、この送信装置４０の優位性は、対応するバンドの数が増加するほどに高まる。なお、図１２及び図１３を用いて説明した送信装置１０ａ及び１０ｂにおいて、電力増幅器１１－１をアナログ制御することで、誤差を低減することができる。
　以上のように、第２の実施形態に係る送信装置４０は、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、複数の電力増幅器１１のうち、予め定めた電力増幅器（例えば、電力増幅器１１－１）に入力されるＲＦ信号の電力総和を連続値として変更し、他の電力増幅器１１－２～１１－ｎは飽和動作させる。その結果、送信装置４０は、量子化誤差が実質的に存在しない信号を出力できる。
　次に、第２の実施形態に係る送信装置４０の変形例について説明する。
［第１の変形例］
　送信装置４０に含まれる電力増幅器１１－１～１１－ｎを、アナログ動作を行うアナログアンプとして実装するのが、送信装置４０ａである。また、スイッチ１２－１～１２－ｎにより、電力増幅器１１－１～１１－ｎのなかで動作させる電力増幅器が選択される。
　図１８を用いて、送信装置４０ａの動作について説明する。送信装置４０ａにおいて、ｋ（ｋは２以上ｎ未満の整数、以下同じ）個の電力増幅器１１－ｉ（ｉ＝２～ｋ）が飽和状態で動作することで、交点４２－２の信号が負荷１５に出力され、ｋ＋１個の電力増幅器１１－ｉ（ｉ＝２～ｋ＋１）が飽和状態で動作することで交点４２－３の信号が、負荷１５に出力されるものとする。
　所望する信号が、交点４２－２と交点４２－３の間に存在する目標点４０－３である時、ｋ＋１個の電力増幅器１１が同じ比率で出力電力を飽和出力から下げる（バックオフをとる）ことで、所望する信号（目標点４０－３）を出力するように、ＲＦ信号の出力振幅を設定する。
　所望する信号が円周４１－３と円周４１－４の間にある場合には、動作する電力増幅器１１の数をｋ＋２個に増やし、同じ電力増幅器１１－ｉ（ｉ＝２～ｋ＋２）が同じ比率でバックオフを取ることで、送信装置４０ａは所望する信号（目標点４０－３）を出力するように、ＲＦ信号の出力振幅を設定する。
　送信装置４０ａにおいても、送信装置４０と同様に、対応するバンド数が増加しても、出力合成素子数が増加することがない。
［第２の変形例］
　図１９は、送信装置４０ｂの回路構成の一例を示す図である。図１７に示す送信装置４０と送信装置４０ｂの相違点は、電力増幅器１１－１に電源制御部５０が接続されている点である。電源制御部５０は、電力増幅器１１－１の電源電圧を制御する。電源制御部５０は、入力されるＲＦ信号の電力総和が連続値として変更される電力増幅器１１－１の電源電圧を変更する。
　送信装置４０ｂにおいて、電力増幅器１１－１は飽和動作を行う。この時、電力増幅器１１－１の飽和出力（ＲＦ信号２０－１とＲＦ信号２１－１の電力合計値）は、電力増幅器１１－１の電源電圧の２乗に比例して連続的（アナログ的）に変化させることができる。即ち、第２の実施形態に係る送信装置４０では、電力増幅器１１－１に入力するＲＦ信号の振幅により電力増幅器１１－１の出力信号の振幅を制御するのに対し、送信装置４０ｂでは、電力増幅器１１－１の電源電圧に変化により電力増幅器１１－１の出力信号の振幅を制御する。
　なお、図１９に示す出力合成素子として、トランス素子１３に代えて、λ／４線路を使用することができる。
　第２の実施形態に係る送信装置４０と異なり、送信装置４０ｂでは、電力増幅器１１－１自身は飽和動作を行うので、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１の消費電力を低く抑えることができる。ただし、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１の出力電力が大きいと、電源制御部５０の消費電力が増加する。そのため、アナログ動作を行う電力増幅器１１－１の出力電力の増加要因となる、オン／オフ動作（デジタル動作）を行う電力増幅器１１－ｉ（ｉ＝２～ｎ）の合成出力の誤差は小さい方が望ましい。
　送信装置４０ｂにおいても、送信装置４０と同様に、対応するバンド数が増加しても、出力合成素子数が増加することがない。
　上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
　［付記１］
　上述の第１の視点に係る送信装置のとおりである。
　［付記２］
　前記第２の制御部は、前記選択された増幅部のそれぞれが飽和動作を行うように、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する付記１の送信装置。
　［付記３］
　前記第２の制御部は、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、予め定めた増幅部に入力されるＲＦ信号の電力総和を連続値として変更し、他の増幅部を飽和動作させる付記１又は２の送信装置。
　［付記４］
　前記予め定めた増幅部の電源電圧を変更する電源制御部をさらに備える付記３の送信装置。
　［付記５］
　前記第２の制御部は、前記選択された増幅器のそれぞれから出力される、バンドごとのＲＦ信号の電力比が、それぞれの増幅器において同一となるように、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する付記１乃至４のいずれか一に記載の送信装置。
　［付記６］
　前記合成部は、前記複数の増幅器と同数のトランス素子により構成され、前記トランス素子の１次側と、対応する前記増幅器と、が接続されると共に、
　前記複数のトランス素子の２次側は直列に接続される、付記１乃至５のいずれか一に記載の送信装置。
　［付記７］
　前記合成部は、前記複数の増幅器と同数の伝送線路素子により構成され、前記伝送線路素子の一端は、対応する前記増幅器に接続されると共に、前記複数の伝送線路素子の他の一端は並列に接続される、付記１乃至５のいずれか一に記載の送信装置。
　［付記８］
　前記伝送線路素子は、集中定数素子から構成される付記７の送信装置。
　［付記９］
　上述の第２の視点に係る送信方法のとおりである。
　［付記１０］
　前記第２の制御工程は、前記選択された増幅部のそれぞれが飽和動作を行うように、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する付記９の送信方法。
　［付記１１］
　前記第２の制御工程は、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、予め定めた増幅部に入力されるＲＦ信号の電力総和を連続値として変更し、他の増幅部を飽和動作させる付記９又は１０の送信方法。
　［付記１２］
　前記予め定めた増幅部の電源電圧を変更する工程をさらに含む付記１１の送信方法。
　なお、引用した上記の特許文献等の各開示は、本書に引用をもって繰り込むものとする。本発明の全開示（請求の範囲を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の全開示の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施形態ないし実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせ、ないし、選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。特に、本書に記載した数値範囲については、当該範囲内に含まれる任意の数値ないし小範囲が、別段の記載のない場合でも具体的に記載されているものと解釈されるべきである。
１０、１０ａ、１０ｂ、４０、４０ａ、４０ｂ、１００、２００、２００ａ、２００－１、２００－２　送信装置
１１、１１－１～１１－ｎ　電力増幅器（ＰＡ；Power Amp）
１２、１２－１～１２－ｎ　スイッチ
１３、１３－１～１３－ｎ　トランス素子
１４　フィルタ
１５　負荷
１６、１７、１９　信号発生制御部
１８、１８－１～１８－ｎ　λ／４線路
２０－１～２０－ｎ、２１－１～２１－ｎ、２２－１～２２－ｎ、２３－１～２３－ｎ　ＲＦ信号
３１～３５　合成ＲＦ信号
４０－１～４０－３　目標点
４１－１～４１－４　円周
４２－１、４２－３　交点
４２－２　離散点
４３－１、４３－２　直線
５０　電源制御部
１０１　増幅部
１０２　第１の制御部
１０３　第２の制御部
１０４　合成部
３０１～３０６　伝送線路
３０７　インダクタンス素子
３０８、３０９　容量素子

Claims (10)

  1. 　少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する、複数の増幅部と、
    　送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、増幅動作を行う増幅部を選択する第１の制御部と、
    　送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御部と、
    　前記選択された増幅部が出力するＲＦ信号を合成する合成部と、
    　を備える送信装置。
  2. 　前記第２の制御部は、前記選択された増幅部のそれぞれが飽和動作を行うように、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する請求項１の送信装置。
  3. 　前記第２の制御部は、送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、予め定めた増幅部に入力されるＲＦ信号の電力総和を連続値として変更し、他の増幅部を飽和動作させる請求項１又は２の送信装置。
  4. 　前記予め定めた増幅部の電源電圧を変更する電源制御部をさらに備える請求項３の送信装置。
  5. 　前記第２の制御部は、前記選択された増幅器のそれぞれから出力される、バンドごとのＲＦ信号の電力比が、それぞれの増幅器において同一となるように、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の送信装置。
  6. 　前記合成部は、前記複数の増幅器と同数のトランス素子により構成され、前記トランス素子の１次側と、対応する前記増幅器と、が接続されると共に、
    　前記複数のトランス素子の２次側は直列に接続される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送信装置。
  7. 　前記合成部は、前記複数の増幅器と同数の伝送線路素子により構成され、前記伝送線路素子の一端は、対応する前記増幅器に接続されると共に、前記複数の伝送線路素子の他の一端は並列に接続される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の送信装置。
  8. 　前記伝送線路素子は、集中定数素子から構成される請求項７の送信装置。
  9. 　複数の増幅部によりＲＦ信号を増幅して、ＲＦ信号を送信する送信方法であって、
    　複数の増幅部において、少なくとも２以上のバンドに配置されたＲＦ信号を増幅する増幅工程と、
    　送信するＲＦ信号の電力総和に応じて、前記複数の増幅部のうち、増幅動作を行う増幅部を選択する第１の制御工程と、
    　送信するＲＦ信号のバンドごとの電力比に応じて、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、入力するＲＦ信号の電力総和を一定に保持しつつ、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する第２の制御工程と、
    　前記選択された増幅部が出力するＲＦ信号を合成する合成工程と、
    　を含む送信方法。
  10. 　前記第２の制御工程は、前記選択された増幅部のそれぞれが飽和動作を行うように、前記選択された増幅部のそれぞれにおいて、バンドごとのＲＦ信号の電力比を変更する請求項９の送信方法。
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