JP2008098830A - 送信回路及び携帯端末装置 - Google Patents

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Kazuhiro Kosaka
和裕 小坂
Toshio Obara
敏男 小原
Masamichi Tate
政道 館
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Abstract

【課題】電力増幅器の電力効率の向上が可能な送信回路及び携帯端末装置を提供すること。
【解決手段】検波器25は、電力増幅器23から出力される出力信号の包絡線波形を検出する。BPF26は、少なくとも送信周波数が阻止帯域となる特性を有し、検波器25により検波された信号の隣接チャネル周波数成分を抽出する。ADC28bは、BPF26から出力された信号をディジタル信号へ変換する。これにより、ADC28bからは隣接チャネル漏洩電力の測定値が出力される。歪特性制御部16は、隣接チャネル漏洩電力の測定値に基づいて電力増幅器23の電源電圧を制御する。
【選択図】図1

Description

本発明は、送信回路及び携帯端末装置に関する。
送信回路を備えた無線機等における送信電力制御方法の一例としては、送信電力を測定してその結果をもとにフィードバック制御する方法がある。
例えば特許文献1には、可変利得駆動増幅器と電力増幅器とで構成された可変利得電力増幅器を有する送信回路において、出力信号レベルを小さくした場合に消費電流をより削減し、電力効率の劣化を抑えることを目的とした送信回路が記載されている。
この送信回路は、可変利得電力増幅器の出力信号の一部を抽出、直流平滑して出力する信号抽出検波回路と、可変利得電力増幅器の消費電流が常に最小となるように、可変利得電力増幅器の出力信号レベルを決める基準電圧に応じて電圧源制御信号を発生する制御回路と、制御回路から出力される電圧源制御信号に応じて電源電圧及びバイアス電圧を電力増幅器に供給する可変電圧電源とを備えるものである。
特開平7−170202号公報
例えば、携帯電話端末のように無線機を大量に製造する場合、電力増幅器をはじめとした各デバイスの個体差により、個々の無線機の歪特性にばらつきが発生してしまう。製造時には歩留まりが考慮されるので、100%に非常に近い無線機が、歪特性の仕様を満足しなければならない。例えば、送信回路における電力増幅器の動作点が、送信回路の個体ごとの特性ばらつきを考慮して設定される。
上述したばらつきにより、平均より歪特性が劣る無線機においても仕様を満足するためには、歪特性の平均値が、本来必要な値に対して十分なマージンを持つように設計される必要がある。したがって、無線機によっては過剰なマージンを持つこととなり、この過剰なマージンに対応して、電力増幅器の最適な動作点を設定することができない場合がある。送信回路の電力増幅器は、無線機の中では消費電力の高い部分であるため、動作点の最適化が十分でないことは、無線機の消費電力の増加につながり、通話時間の低下等が引き起こされてしまう事情がある。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、電力増幅器の電力効率の向上が可能な送信回路及び携帯端末装置を提供することを目的とする。
本発明は、第1に、所定の送信周波数の送信信号を増幅して出力する電力増幅器と、前記電力増幅器から出力される出力信号の包絡線波形を検出する検波器と、前記検波器からの出力に基づいて、前記送信周波数帯域外の電力を示す隣接チャネル漏洩電力を測定する隣接チャネル漏洩電力測定部と、前記測定された隣接チャネル漏洩電力に基づいて、前記電力増幅器の電源電圧を制御する歪特性制御部とを備え、前記隣接チャネル漏洩電力測定部は、少なくとも前記送信周波数が阻止帯域となる特性を有し、前記検波器から出力された信号から隣接チャネル周波数成分を抽出する帯域通過フィルタと、前記帯域通過フィルタから出力された信号をディジタル信号へ変換して出力する第一のA/D変換器と、前記第一のA/D変換器から出力された信号を隣接チャネル漏洩電力の測定値に変換する電力値変換回路とを有する送信回路が提供されるものである。
本発明は、第2に、上記第1に記載の送信回路であって、前記検波器から出力された信号瞬時電力を示す波形を平滑化する低域通過のフィルタと、前記低域通過フィルタから出力された信号をディジタル信号へ変換して出力する第二のA/D変換器と、前記第二のA/D変換器から出力された信号を平均送信電力の測定値へ変換する第二の電力値変換回路を有する平均電力測定部を更に備え、前記歪特性制御部は、前記隣接チャネル漏洩電力の測定値から前記平均電力の測定値を減算して隣接チャネル漏洩電力比を求める機能を有する送信回路が提供されるものである
この構成により、隣接チャネル漏洩電力比を測定して電力増幅器の電源電圧を制御することにより、送信回路の個体毎における歪特性のばらつきを抑えることができる。したがって、歪特性の設定マージンを小さくしても仕様を満たすことが可能となるので、マージン低減により電力増幅器の動作点を上げることも可能となり、電力効率が改善し、送信回路の消費電力を削減することができる。
本発明は、第3に、上記第2に記載の送信回路であって、前記低域通過フィルタの出力に接続された第一の入力部及び前記帯域通過フィルタの出力に接続された第二の入力部のうちのいずれか一方を選択して、前記第一のA/D変換器の入力に接続する第一の切替部と、前記第一の切替部が前記第一の入力部を選択したときに第一の電力値変換回路の入力に接続された第一の出力部を選択し、前記第一の切替部が前記第二の入力部を選択したときに第二の電力値変換回路の入力に接続された第二の出力部を選択して、前記第一のA/D変換器の出力に接続される第二の切替部と、前記第一のA/D変換器の出力から隣接チャネル漏洩電力の測定値へ変換して出力する第一の電力値変換回路と、前記第一のA/D変換器の出力から平均電力の測定値へ変換して出力する第二の電力値変換回路とを備え、前記歪特性制御部は、前記隣接チャネル漏洩電力の測定値から前記平均電力の測定値を減算して隣接チャネル漏洩電力比を求め、当該隣接チャネル漏洩電力比に応じて前記電力増幅器の電源電圧を制御する送信回路が提供されるものである。
この構成により、第一のA/D変換器を隣接チャネル漏洩電力と平均電力との測定について時分割で共用することが可能となるので、送信回路の小型化を図ることができる。
本発明は、第4に、上記第2ないし第3のいずれかに記載の送信回路であって、前記電力増幅器の前段に接続された可変利得増幅器と、前記可変利得増幅器の利得を制御する送信電力制御部とを更に備え、前記送信電力制御部は、前記平均電力の測定値と所定の設定値との差に基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する送信回路が提供されるものである。
この構成により、送信回路における送信電力を、所望の設定値に近づくように制御することができる。
本発明は、第5に、上記第1ないし第4のいずれかに記載の送信回路であって、前記歪特性制御部は、隣接チャネル漏洩電力比に応じた制御信号を生成する制御信号生成回路と、前記制御信号に基づいて前記電力増幅器へ供給する電源電圧を変化させるDC/DC変換器とを有する送信回路が提供されるものである。
この構成により、DC/DC変換器を用いて電力増幅器の電源電圧を制御することができる。
本発明は、第6に、上記第5に記載の送信回路であって、前記歪特性制御部は、前記制御信号生成回路の出力信号をアナログ信号へ変換するD/A変換器を更に有し、前記DC/DC変換器は、前記D/A変換器の出力に基づいて、前記電力増幅器へ供給する電源電圧を変化させるDC/DC変換器を有する送信回路が提供されるものである。
この構成により、アナログ制御により、電力増幅器に任意の電源電圧を供給することができる。
本発明は、第7に、上記第5に記載の送信回路であって、前記DC/DC変換器は、ディジタル信号により制御可能なDC/DC変換器を有し、前記制御信号生成回路からの制御信号に基づいて前記電力増幅器へ供給する電源電圧を変化させる送信回路が提供されるものである。
この構成により、制御信号生成回路からの制御信号をD/A変換する必要なく、電力増幅器に任意の電源電圧を供給することができる。
本発明は、第8に、上記第6または第7に記載の送信回路であって、前記DC/DC変換器は、昇降圧型DC/DC変換器を有する送信回路が提供されるものである。
この構成により、昇降圧型DC/DC変換器により、電力増幅器に任意の電圧を供給することができる。
本発明は、第9に、上記第6または第7に記載の送信回路であって、前記DC/DC変換器は、降圧型DC/DC変換器を有する送信回路が提供されるものである。
この構成により、DC/DC変換器に、比較的簡素な構成を有する降圧型DC/DC変換器が適用されることにより、送信回路の小型化を図ることができる。
本発明は、第10に、上記第1ないし第9のいずれかに記載の送信回路を備えた携帯端末装置が提供されるものである。
この構成により、隣接チャネル漏洩電力を測定して電力増幅器の電源電圧を制御することにより、送信回路の個体毎における歪特性のばらつきを抑えることができる。したがって、歪特性の設定マージンを小さくしても仕様を満たすことが可能となるので、マージン低減により電力増幅器の動作点を上げることも可能となり、電力効率が改善し、送信回路の消費電力を削減することができる。
本発明によれば、電力増幅器の電力効率の向上が可能な送信回路及び携帯端末装置を提供することができる。
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る送信回路の主要な構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態の送信回路は、ベースバンド信号処理部10と無線信号処理部20とを有する。
ベースバンド信号処理部10は、信号処理部11と、出力電力設定部12と、送信電力制御回路13と、目標ACPR設定部14と、演算器15と、歪特性制御回路16と、電力値変換回路17a,17bとを備える。
また、無線信号処理部20は、変調器21と、可変利得増幅器22と、電力増幅器23と、カプラ24と、検波器25と、帯域通過フィルタ(以下、BPFという)26と、低域通過フィルタ(以下、LPFという)27と、A/D変換器(以下、ADCという)28a,28bと、D/A変換器(以下、DACという)29と、昇降圧型DC/DC変換器(以下、DC/DCという)30とを有する。
信号処理部11は、送信すべき情報を処理し、ベースバンド信号を出力する。変調器21は、信号処理部11から出力されたベースバンド信号を変調して所定の送信周波数帯(無線周波数帯)の送信信号を出力する。
可変利得増幅器22は、送信電力制御回路13からの制御信号に基づいて利得が制御され、変調器21から出力された送信信号を制御された利得にて増幅する。電力増幅器23は、可変利得増幅器22から出力された信号を所定の利得で増幅して出力する。
カプラ24は、電力増幅器23から出力された信号の一部を抽出する。検波器25は、カプラ24から抽出された信号の包絡線波形を検出する。
LPF27は低域通過フィルタの一例として機能するものであり、検波器25から出力された信号の瞬時電力を示す波形を平滑化する。ADC28aは第二のA/D変換器の一例として機能するものであり、LPF27から出力された信号をディジタル信号へ変換して出力する。電力値変換回路17aは第二の電力値変換回路の一例として機能するものであり、ADC28aから出力された信号を変換して平均電力の測定値を出力する。なお、LPF27、ADC28a及び電力値変換回路17aは、平均電力測定部の一例として機能する。
BPF26は、少なくとも送信周波数が阻止帯域となり、隣接チャネル周波数帯域が通過帯域となる特性を有し、検波器25から出力された信号から隣接チャネル周波数成分を抽出する。ADC28bは第一のA/D変換器の一例として機能するものであり、BPF26から出力された信号をディジタル信号へ変換する。電力値変換回路17bは第一の電力値変換回路の一例として機能するものであり、ADC28bから出力された信号を変換して隣接チャネル漏洩電力の測定値を出力する。なお、BPF26、ADC28b及び電力値変換回路17bは、検波器25からの出力に基づいて、隣接チャネル漏洩電力を測定する隣接チャネル漏洩電力測定部の一例として機能する。
出力電力設定部12は、送信回路の送信電力の設定値を格納する。送信電力制御部13は、ADC28aから出力された平均電力の測定値と、出力電力設定部12に格納された設定値とに基づいて制御信号を生成して可変電力増幅器22へ出力し、可変電力増幅器22の利得を制御する。例えば、送信電力制御部13は、ADC28aからの測定値が得られるまでは、出力電力設定部13に格納された設定値を参照して、予め定められた変換法則にしたがって制御信号を生成する。そして、ADC28aからの測定値が得られた後は、測定値と設定値との差が最小になるように、可変電力増幅器22の利得を制御する制御信号を生成する。
目標ACPR設定部14は、隣接チャネル漏洩電力比の目標値を格納する。演算器15は、電力値変換回路17bから出力された隣接チャネル漏洩電力の測定値から、電力値変換回路17aから出力された平均電力の測定値を減算する。この演算により、隣接チャネル漏洩電力比が求められる。
歪特性制御部16は、演算器15から出力された隣接チャネル漏洩電力比の測定値と、目標ACPR設定部14に格納された目標値とに基づいて制御信号を生成してDC/DC30に出力し、電力増幅器23の電源電圧を制御する。例えば、歪特性制御部16は、演算器15からの測定値が得られるまでは、出力電力設定部12及び目標ACPR設定部14に格納された目標値を参照し、予め定められた変換法則にしたがって制御信号を生成する。そして、演算器15からの測定値が得られた後は、測定値と目標値との差が最小になるように制御信号を生成する。
DAC29は、歪特性制御部16から出力されたディジタルの制御信号をアナログ信号に変換してDC/DC30に出力する。DC/DC30は、DAC29から出力されたアナログの制御信号に基づいて、不図示の電源部から供給された直流電圧Vbatを制御し、電力増幅器23の電源電圧を出力する。
尚、電力値変換回路17a、17bによって行われる処理は、この回路によらずに、例えば送信電力制御部13、演算器15、歪特性制御部16の内部において処理が行われるようにすることも可能である。
図2は本発明の第1の実施形態に係る送信回路の動作を示す説明図であり、図2(A)は検波器及び低域通過フィルタによる信号変換前後の時間波形を示す図、図2(B)は検波器による信号変換前後の周波数スペクトル波形を示す図である。
図2(A)に示すように、電力増幅器23の出力信号101は、検波器25によって瞬時電力を示す包絡線信号102に変換される。この部分を周波数スペクトルで表すと、図2(B)に示すように、無線周波数帯域にある電力増幅器23の出力信号スペクトル111が、検波器25による検波後の包絡線信号では、直流周波数帯域のスペクトル112となる。その中で、BPF26は、隣接チャネル帯域成分112bを取り出すために、特性126に示すような周波数特性を有する。
このような本発明の第1の実施形態によれば、フィードバックループにより、隣接チャネル漏洩電力比の測定値と目標値との差が最小となるように電力増幅器の動作点を制御することにより、隣接チャネル漏洩電力比が、個体差ばらつきによらず一定の値を保たれる。
すなわち、隣接チャネル漏洩電力を測定して電力増幅器の電源電圧を制御することにより、送信回路の個体毎における歪特性のばらつきを抑えることができる。したがって、歪特性の設定マージンを小さくしても仕様を満たすことが可能となるので、マージン低減により電力増幅器の動作点を上げることも可能となり、電力効率が改善し、送信回路の消費電力を削減することができる。
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態に係る送信回路の主要な構成を示すブロック図である。図3において、第1の実施形態で説明した図1と重複する部分については同一の符号を付す。
図3に示すように、本実施形態の送信回路は、ベースバンド信号処理部50と無線信号処理部60とを備える。ベースバンド信号処理部50は、信号処理部11、出力電力設定部12、送信電力制御部13、目標ACPR設定部14、演算器15、歪特性制御部16、電力値変換回路17a,bのほか、切替回路51を有する。また、無線信号処理部60は、変調器21、可変利得増幅器22、電力増幅器23、カプラ24、検波器25、BPF26、LPF27、DAC29、DC/DC30のほか、切替回路61と、ADC62とを有する。
切替回路61は第一の切替部の一例として機能するものであり、第一の入力部の一例である端子aと第二の入力部の一例である端子bとのうちのいずれか一方を選択して、ADC62の入力に接続する。なお、端子aにはLPF27が、端子bにはBPF26が接続される。なお、切替回路61は、例えば不図示の制御部からの制御信号に基づいて切り替えられる。この制御部は、本実施形態の送信回路に設けられてもよいし、本実施形態の送信回路が携帯端末装置等に適用されるときには、その携帯端末装置の動作を制御する制御部に含まれていてもよい。
ADC62は、第1の実施形態にて説明したADC28aおよびADC28bと同様の機能を有し、切替回路61から出力された信号をディジタル信号へ変換して送信電力および隣接チャネル漏洩電力の測定値を出力する。
切替回路51は第二の切替部の一例として機能するものであり、ADC62からの出力と、端子c及び端子dのうちのいずれか一方を選択して出力する。なお、端子cは、電力値変換回路17aを介して送信電力制御部及び演算器15の一方の入力に接続され、端子dは電力値変換回路17bを介して演算器15の他方の入力に接続される。また、切替回路51は、切替回路61と同期して動作するものであり、切替回路61において端子aが選択されているときの測定値がADC62から出力されるタイミングでは端子cが選択され、切替回路61において端子bが選択されているときの測定値がADC62から出力されるタイミングでは端子dが選択される。
すなわち、切替回路51は、切替回路61において端子aが選択されているときには、検波器25から出力された信号が、LPF27及びADC62を介した経路を通ることにより得られる平均電力の測定値を端子cから出力する。また、切替回路61において端子bが選択されているときには、検波器25から出力された信号が、BPF26、ADC62を介した経路を通ることにより得られる隣接チャネル漏洩電力の測定値を端子dから出力する。
このような本発明の第2の実施形態によれば、このようにして、切替回路51,61が時分割で切り替えられることにより、平均電力と、隣接チャネル漏洩電力とを、ADC62を共用して測定することが可能となる。
なお、上記第1及び第2の実施形態では、送信回路に用いられるDC/DC30の一例として、昇降圧型DC/DC変換器が用いられた場合について説明した。昇降圧型DC/DC変換器は、電力増幅器23に任意の電圧を供給することができる。ただし、送信回路に用いられるDC/DC30は昇降圧型DC/DC変換器に限られるものではない。
例えば、DC/DC30には、降圧型DC/DC変換器が用いられてもよい。降圧型DC/DC変換器は、比較的簡素な構成を有するので、送信回路の小型化を図ることができる。
また、DC/DC30には、ディジタル信号により制御可能な昇降圧型(又は降圧型)DC/DC変換器が用いられてもよい。そして、このDC/DC変換器が、歪特性制御部16からの制御信号に基づいて電力増幅器23へ供給する電源電圧を変化させる。この構成により、歪特性制御部16からの制御信号をD/A変換する必要なく、電力増幅器23に任意の電源電圧を供給することができる。したがって、DAC29が不要となり、送信回路の小型化を図ることができる。
本発明の送信回路及び携帯端末装置は、電力増幅器の電力効率の向上が可能な効果を有し、携帯端末装置等に有用である。
本発明の第1の実施形態に係る送信回路の主要な構成を示すブロック図 本発明の第1の実施形態に係る送信回路の動作を示す説明図 本発明の第2の実施形態に係る送信回路の主要な構成を示すブロック図
符号の説明
10,50 ベースバンド信号処理部
11 信号処理部
12 出力電力設定部
13 送信電力制御部
14 目標ACPR設定部
15 演算器
16 歪特性制御部
17a,17b 電力値変換回路
20,60 無線信号処理部
21 変調器
22 可変利得増幅器
23 電力増幅器
24 カプラ
25 検波器
26 帯域通過フィルタ(BPF)
27 低域通過フィルタ(LPF)
28a,28b,62 A/D変換器(ADC)
29 D/A変換器(DAC)
30 昇降圧型DC/DC変換器(DC/DC)
51,61 切替回路
101 検波前の無線周波数帯信号の時間波形
102 検波後の無線周波数帯信号の時間波形
111 検波前の無線周波数帯信号のスペクトル波形
112 検波後の無線周波数帯信号のスペクトル波形
112a スペクトル波形のうちの送信周波数帯
112b スペクトル波形のうちの隣接チャネル周波数帯
126 帯域通過フィルタの周波数特性

Claims (10)

  1. 所定の送信周波数の送信信号を増幅して出力する電力増幅器と、
    前記電力増幅器から出力される出力信号の包絡線波形を検出する検波器と、
    前記検波器からの出力に基づいて、前記送信周波数帯域外の電力を示す隣接チャネル漏洩電力を測定する隣接チャネル漏洩電力測定部と、
    前記測定された隣接チャネル漏洩電力に基づいて、前記電力増幅器の電源電圧を制御する歪特性制御部と
    を備え、
    前記隣接チャネル漏洩電力測定部は、
    少なくとも前記送信周波数が阻止帯域となる特性を有し、前記検波器から出力された信号から隣接チャネル周波数成分を抽出する帯域通過フィルタと、
    前記帯域通過フィルタから出力された信号をディジタル信号へ変換して出力する第一のA/D変換器と、
    前記第一のA/D変換器から出力された信号を電力値に変換して隣接チャネル漏洩電力を得る第一の電力値変換手段と
    を有する送信回路。
  2. 請求項1に記載の送信回路であって、
    前記検波器から出力された信号瞬時電力を示す波形を平滑化する低域通過のフィルタと、前記低域通過フィルタから出力された信号をディジタル信号へ変換して出力する第二のA/D変換器と、前記第二のA/D変換器から出力された信号を電力値に変換して平均送信電力を得る第二の電力値変換手段とを有する平均電力測定部を更に備え、
    前記歪特性制御部は、前記隣接チャネル漏洩電力の測定値から前記平均電力の測定値を減算して隣接チャネル漏洩電力比を求め、当該隣接チャネル漏洩電力比に応じて前記電力増幅器の電源電圧を制御する送信回路。
  3. 請求項1に記載の送信回路であって、
    前記低域通過フィルタの出力に接続された第一の入力部及び前記帯域通過フィルタの出力に接続された第二の入力部のうちのいずれか一方を選択して、前記第一のA/D変換器の入力に接続する第一の切替部と、
    前記第一の切替部が前記第一の入力部を選択したときに第一のA/D変換器から得られる出力を平均電力測定時の信号として出力し、前記第一の切替部が前記第二の入力部を選択したときに第一のA/D変換器から得られる出力を前記隣接チャネル漏洩電力測定時の信号として出力する第二の切替部と
    を更に備え、
    前記歪特性制御部は、前記第一のA/D変換器から出力され前記第一の電力値変換手段にて変換された隣接チャネル漏洩電力の測定値から、前記第一のA/D変換器から出力され前記第二の電力値変換手段にて変換された平均電力の測定値を減算して隣接チャネル漏洩電力比を求め、当該隣接チャネル漏洩電力比に応じて前記電力増幅器の電源電圧を制御する送信回路。
  4. 請求項2ないし3のいずれかに記載の送信回路であって、
    前記電力増幅器の前段に接続された可変利得増幅器と、
    前記可変利得増幅器の利得を制御する送信電力制御部と
    を更に備え、
    前記送信電力制御部は、前記平均電力の測定値と所定の設定値との差に基づいて、前記可変利得増幅器の利得を制御する送信回路。
  5. 請求項1ないし4のいずれかに記載の送信回路であって、
    前記歪特性制御部は、
    隣接チャネル漏洩電力比に応じた制御信号を生成する制御信号生成回路と、
    前記制御信号に基づいて前記電力増幅器へ供給する電源電圧を変化させるDC/DC変換器と
    を有する送信回路。
  6. 請求項5に記載の送信回路であって、
    前記歪特性制御部は、前記制御信号生成回路の出力信号をアナログ信号へ変換するD/A変換器を更に有し、
    前記DC/DC変換器は、前記D/A変換器の出力に基づいて、前記電力増幅器へ供給する電源電圧を変化させるDC/DC変換器を有する送信回路。
  7. 請求項5に記載の送信回路であって、
    前記DC/DC変換器は、ディジタル信号により制御可能なDC/DC変換器を有し、前記制御信号生成回路からの制御信号に基づいて前記電力増幅器へ供給する電源電圧を変化させる回路。
  8. 請求項6または7に記載の送信回路であって、
    前記DC/DC変換器は、昇降圧型DC/DC変換器を有する送信回路。
  9. 請求項6または7に記載の送信回路であって、
    前記DC/DC変換器は、降圧型DC/DC変換器を有する送信回路。
  10. 請求項1ないし9のいずれかに記載の送信回路を備えた携帯端末装置。
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