JP2017123584A

JP2017123584A - 無線送信装置及び無線送信方法

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Publication number: JP2017123584A
Application number: JP2016002152A
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Inventors: 隆士太矢; Takashi Taya
Original assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Lapis Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2016-01-08
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2017-07-13
Anticipated expiration: 2036-01-08
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Abstract

【課題】回路規模及び消費電力を抑えつつＡＳＫ変調方式及びＢＰＳＫ変調方式のいずれにも対応した無線送信を行うことが可能な無線送信装置及び無線送信方法を提供する。
【解決手段】２値の信号レベルの系列からなるデータ信号を振幅シフト変調又は位相シフト変調により変調して送信する無線送信装置であって、振幅シフト変調を指定する振幅シフト変調指定又は位相シフト変調を指定する位相シフト変調指定を受ける変調指定受付部と、搬送波信号を生成する信号生成回路と、振幅制御信号生成回路と、極性反転回路と、位相シフト変調指定を受けたときは振幅制御信号に応じた増幅率で極性反転信号を増幅して位相シフト変調信号を得、振幅シフト変調指定を受けたときは振幅制御信号に応じた増幅率で搬送波信号を振幅変調して振幅シフト変調信号を得る増幅回路と、振幅シフト変調信号又は前記位相シフト変調信号を送信する送信部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線送信装置及び無線送信方法、特にＡＳＫ変調方式及びＢＰＳＫ変調方式に対応した無線送信を行う無線送信装置及び無線送信方法に関する。

近年、無線通信において、サブギガと呼ばれる３００ＭＨｚ〜９００ＭＨｚ帯の電磁波を用いた特定小電力無線通信が広く行われている。特定小電力無線通信では、伝送距離を延ばすため、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４ｋ規格で規定される符号拡散技術が用いられ、変調方式として、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）等のＰＳＫ変調方式（位相シフト変調：Phase Sift Keying）が用いられている。また、簡素な回路で変調、復調を行うことができるＡＳＫ変調方式（振幅シフト変調：Amplitude Shift Keying）も用いられている。そこで、ＰＳＫ及びＡＳＫの２種類の変調方式に対応した変調手段を有する無線装置が考えられた（例えば、特許文献１）。

特開２００４−２００９３０号公報

無線送信では、理論的に定められる周波数帯域の出力信号以外に、設計上意図しない不要な信号成分からなるスプリアス発射が生じる。スプリアス発射は電波障害の原因となるため、電波法によりその強度が制限されている。このため、無線送信を行う際の変調は、スプリアス発射の発生を抑えるべく、振幅を滑らかに変化させつつ行う必要がある。例えば、ＡＳＫ変調を用いた無線送信では、通常、送信データをアナログ信号に変換した後に、搬送波と混合して振幅変調を行う。このため、送信データをアナログ信号に変換するためのＤ／Ａ変換器や、変換したアナログ信号を搬送波と混合するための混合器（乗算器）が必要となる。

また、ＰＳＫ変調を用いた無線送信では、送信データをＩ（In-phase）信号（同相信号）及びＱ（Quadrature）信号（直交信号）に変換し、夫々についてアナログ信号への変換及び搬送波との混合を行った後、これらを加算して変調波を生成する。このため、Ｉ信号及びＱ信号に対応した２つの系を設ける必要があり、２つの信号を加算する加算器が必要となる。従って、ＡＳＫ変調方式及びＢＰＳＫ変調方式の両方に対応した無線送信を行うためには、回路規模の大きな送信回路が必要になるという問題があった。

また、かかる無線送信装置では、搬送波を変調して変調波を生成した後、増幅して送信する。変調波はアナログ信号であるため、増幅時に信号波形に歪みが生じないよう、無線送信装置は線形性の高い増幅回路を備えることが望ましい。従って、Ａ級増幅回路やＢ級増幅回路等の電力効率の低い線形増幅回路が必要となり、送信回路の消費電力が大きいという問題があった。

上記課題を解決するため、本発明は、回路規模及び消費電力を抑えつつＡＳＫ変調方式及びＢＰＳＫ変調方式のいずれにも対応した無線送信を行うことが可能な無線送信装置及び無線送信方法を提供することを目的とする。

本発明に係る無線送信装置は、２値の信号レベルの系列からなるデータ信号を振幅シフト変調又は位相シフト変調により変調して送信する無線送信装置であって、前記振幅シフト変調を指定する振幅シフト変調指定又は前記位相シフト変調を指定する位相シフト変調指定を受ける変調指定受付部と、搬送波信号を生成する信号生成回路と、前記データ信号の前記信号レベルの変化に対応した振幅を有する振幅制御信号を生成する振幅制御信号生成回路と、前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルに応じて前記搬送波信号の極性を反転させた極性反転信号を生成する極性反転回路と、前記位相シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記極性反転信号を増幅して位相シフト変調信号を得、前記振幅シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記搬送波信号を振幅変調して振幅シフト変調信号を得る増幅回路と、前記振幅シフト変調信号又は前記位相シフト変調信号を送信する送信部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る無線送信方法は、２値の信号レベルの系列からなるデータ信号を振幅シフト変調又は位相シフト変調により変調して送信する無線送信方法であって、前記振幅シフト変調を指定する振幅シフト変調指定又は前記位相シフト変調を指定する行う位相シフト変調指定を受けるステップと、搬送波信号を生成するステップと、前記データ信号の前記信号レベルの変化に対応した振幅を有する振幅制御信号を生成するステップと、前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルに応じて前記搬送波信号の極性を反転させた極性反転信号を生成するステップと、前記位相シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記極性反転信号を増幅して位相シフト変調信号を得、前記振幅シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記搬送波信号を振幅変調して振幅シフト変調信号を得るステップと、前記振幅シフト変調信号又は前記位相シフト変調信号を送信するステップと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、回路規模及び消費電力を抑えつつＡＳＫ変調方式及びＢＰＳＫ変調方式のいずれにも対応した無線送信を行うことが可能となる。

本発明の無線通信装置の構成を示すブロック図である。本発明のデジタルフィルタ回路の構成を示す図である。振幅制御回路及び電力増幅回路の構成例を示す図である。振幅制御回路及び電力増幅回路の他の構成例を示す図である。振幅制御回路及び電力増幅回路の他の構成例を示す図である。ＡＳＫモードにおいて生成される各信号の波形を示すタイムチャートである。ＢＰＳＫモードにおいて生成される各信号の波形を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、本発明にかかる無線通信装置１０の構成を示すブロック図である。無線通信装置１０は、送信回路１１、受信回路１２、アンテナ１３及びスイッチＳＷ１を含む。無線通信装置１０は、スイッチＳＷ１を切り替えて送信回路１１とアンテナ１３とを接続することにより、無線送信装置として送信動作を行う。また、無線通信装置１０は、スイッチＳＷ１を切り替えて受信回路１２とアンテナ１３とを接続することにより、無線受信装置として受信動作を行う。

また、無線通信装置１０は、第１の変調方式であるＡＳＫ（Amplitude Shift Keying）方式及び第２の変調方式であるＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）のいずれの変調方式にも対応した無線送信を行うことが可能に構成されている。無線通信装置１０は、ＢＰＳＫ変調方式による変調を行う送信モード（以下、ＢＰＳＫモードと称する）又はＡＳＫ変調方式による変調を行う送信モード（以下、ＡＳＫモードと称する）を指定するモード指定信号ＭＯＤの入力を受け、これに応じて送信モードを切り替えつつ無線信号の送信を行う。

送信回路１１は、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路１４、極性反転回路１５、デジタルフィルタ回路１６、振幅制御回路１７、電力増幅回路１８、データ入力端子Ｔ１及びスイッチＳＷ２を含む。

データ入力端子Ｔ１は、送信対象であるデータ信号（以下、送信データ信号ＤＳと称する）の入力を受ける。送信データ信号ＤＳは、論理値‘０’及び‘１’の２値の信号レベルの系列からなるデジタル信号である。

スイッチＳＷ２は、ＡＳＫモード又はＢＰＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤの入力を受ける変調指定受付部であり、送信回路１１の外部から供給されたモード指定信号ＭＯＤに応じて、極性反転回路１５の接続先をデータ入力端子Ｔ１又は接地電位ＧＮＤに切り替える。

スイッチＳＷ２は、ＢＰＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤ信号（すなわち、ＢＰＳＫ変調指定）が供給された場合、極性反転回路１５とデータ入力端子Ｔ１とを接続する。これにより、送信データ信号ＤＳが極性制御信号ＰＳとして極性反転回路１５に供給される。

一方、ＡＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤ（すなわち、ＡＳＫ変調指定）が供給された場合は、スイッチＳＷ２は、極性反転回路１５をインバータＮ２を介して接地電位ＧＮＤに接続する。これにより、論理値‘１’の一定の信号レベルを有する信号が極性制御信号ＰＳとして極性反転回路１５に供給される。

ＰＬＬ回路１４は、ＶＣＯ（電圧制御発振器）、ループフィルタ、位相比較器、分周器等から構成される位相同期ループ回路であり、例えば９００ＭＨｚの搬送波信号ＣＳを生成する。

極性反転回路１５は、インバータＮ１及びスイッチＳＷ３から構成されている。インバータＮ１は、ＰＬＬ回路１４から供給された搬送波信号ＣＳの論理レベルを反転させる。スイッチＳＷ３は、極性制御信号ＰＳに応じて接続を切り替え、電力増幅回路１８とＰＬＬ回路１４とを直接又はインバータＮ１を介して接続する。具体的には、極性制御信号ＰＳの信号レベルが論理値‘１’である間はＰＬＬ回路１４と電力増幅回路１８とを直接接続し、極性制御信号ＰＳの信号レベルが論理値‘０’である間はインバータＮ１を介してＰＬＬ回路１４と電力増幅回路１８とを接続する。これにより、極性制御信号ＰＳの信号レベルが‘１’である間は搬送波信号ＣＳと同じ論理レベル（正極性）を有し、極性制御信号ＰＳの信号レベルが‘０’である間は搬送波信号ＣＳの極性を反転（すなわち、搬送波信号ＣＳの位相を１８０度変化）させた論理レベル（負極性）を有する極性反転信号ＲＳが生成される。すなわち、極性反転信号ＲＳは、極性制御信号ＰＳの信号レベルが論理値‘１’である間は搬送波信号ＣＳと同位相、極性制御信号ＰＳの信号レベルが論理値‘０’である間は搬送波信号ＣＳと逆位相の信号となる。

なお、上記の通り、ＢＰＳＫモードでは送信データ信号ＤＳが極性制御信号ＰＳとして極性反転回路１５のスイッチＳＷ３に供給される。従って、ＢＰＳＫモードにおいて、極性反転回路１５は、送信データ信号ＤＳの信号レベルに応じて搬送波信号ＣＳの極性を反転させた極性反転信号ＲＳを生成し、これを電力増幅回路１８に供給する。

一方、ＡＳＫモードでは論理値‘１’の一定の信号レベルを有する信号が極性制御信号ＰＳとして極性反転回路１５のスイッチＳＷ３に供給される。従って、極性反転回路１５は、ＡＳＫモードにおいて、搬送波信号ＣＳの極性を反転させず、搬送波信号ＣＳをそのまま電力増幅回路１８に供給する。

デジタルフィルタ回路１６は、送信データ信号ＤＳにフィルタリング処理を施し、送信データ信号ＤＳの信号レベルの変化に対応した振幅を有する振幅制御信号ＡＣＳを生成する振幅制御信号生成回路である。デジタルフィルタ回路１６は、例えばガウシアン特性やナイキストフィルタ特性等、送信信号の帯域制限に従ったフィルタ特性を有する。デジタルフィルタ回路１６には、動作クロック信号ＣＬＫ１及びモード指定信号ＭＯＤが供給されている。

デジタルフィルタ回路１６は、例えば図２に示すようなトランスバーサル型のフィルタにより構成され、縦列接続されたｎ個（ｎは２以上の整数）のフリップフロップＦＦ₁〜ＦＦ_nと、ｎ個の係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nと、加算器ＡＤとを含む。フリップフロップＦＦ₁〜ＦＦ_nは、データ入力端子Ｔ１から供給された送信データ信号ＤＳを、動作クロック信号ＣＬＫ１の立ち上がりタイミングで順次シフトしつつ取り込む。なお、動作クロック信号ＣＬＫ１は、送信データ信号ＤＳのデータ遷移に同期したクロック信号（データクロック信号ＣＬＫ２）よりも高速であるため、動作クロック信号ＣＬＫ１の立ち上がりタイミング毎に同じデータ値が複数取り込まれる。係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nは、フリップフロップＦＦ₁〜ＦＦ_nの各々の出力に、夫々フィルタ係数Ｋ₁〜Ｋ_nを乗算する。加算器ＡＤは、係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_n各々の乗算結果を全て加算して得られた加算結果を、振幅制御信号ＡＣＳとして出力する。

また、デジタルフィルタ回路１６は、モード指定信号ＭＯＤに応じて係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nにおけるフィルタ係数の設定を切り替えるフィルタ係数設定部２１を有する。すなわち、フィルタ係数設定部２１は、モード指定信号ＭＯＤの供給を受け、当該モード指定信号ＭＯＤがＡＳＫモードを指定するものかＢＰＳＫモードを指定するものかに応じて、フィルタ係数Ｋ₁〜Ｋ_nを変更する。これにより、ＡＳＫモードとＢＰＳＫモードとで、異なるフィルタ係数Ｋ₁〜Ｋ_nが設定される。従って、例えば同じ波形の送信データ信号ＤＳが入力された場合であっても、ＡＳＫモードの場合とＢＰＳＫモードの場合とで夫々異なる波形の振幅制御信号ＡＣＳが生成される。

振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳに基づいて、電力増幅回路１８の増幅率を制御する。例えば、振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳの振幅に応じた電源電圧ＶＤＤ、振幅制御信号ＡＣＳの振幅に応じたゲートバイアス電圧ＶＧ、電力増幅回路１８における増幅段の段数等を変化させるスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４等（以下、これらをまとめて増幅率制御信号ＧＳとも称する）を電力増幅回路１８に供給して、電力増幅回路１８の増幅率を制御する。

電力増幅回路１８は、振幅制御信号ＡＣＳに応じた増幅率で、極性反転回路１５から供給された信号（極性反転信号ＲＳ又は搬送波信号ＣＳ）の増幅を行う。例えば、ＢＰＳＫモードでは、極性反転回路１５から極性反転信号ＲＳが供給されるため、電力増幅回路１８は、ＢＰＳＫモードにおいて、振幅制御信号ＡＣＳに応じた増幅率で極性反転信号ＲＳを増幅してＢＰＳＫ変調信号を得る。

一方、ＡＳＫモードでは、極性反転回路１５から搬送波信号ＣＳが供給されるため、電力増幅回路１８は、振幅制御信号ＡＣＳに応じた増幅率で搬送波信号ＣＳに対して振幅変調を行い、ＡＳＫ変調信号を得る。

図３は、振幅制御回路１７が振幅制御信号ＡＣＳの振幅に応じた電源電圧ＶＤＤを電力増幅回路１８に供給する場合における、振幅制御回路１７及び電力増幅回路１８の構成例を示す図である。振幅制御回路１７は、電圧可変電源回路２２から構成され、振幅制御信号ＡＣＳの信号レベルに応じた電圧値の電源電圧ＶＤＤを生成して、電力増幅回路１８に供給する。

電力増幅回路１８は、極性反転信号ＲＳの増幅又は搬送波信号ＣＳの振幅変調を行う増幅回路であり、例えばＣ級増幅回路として構成されている。電力増幅回路１８は、例えばコイル型の抵抗Ｌ１（以下、コイル抵抗Ｌ１と称する）、トランジスタＴＲ１、第１のキャパシタＣ１、第２のキャパシタＣ２及び抵抗Ｒ１を含む。

トランジスタＴＲ１は、例えば第１導電型であるｎ型のＭＯＳトランジスタである。トランジスタＴＲ１のソースは、接地電位に接続されている。トランジスタＴＲ１のドレインは、コイル抵抗Ｌ１の他端及び第２のキャパシタＣ２に接続されている。トランジスタＴＲ１のゲートは、第１のキャパシタＣ１及び抵抗Ｒ１に接続されている。

トランジスタＴＲ１のゲートには、第１のキャパシタＣ１を介して極性反転信号ＲＳ又は搬送波信号ＣＳが供給される。また、トランジスタＴＲ１のゲートには、抵抗Ｒ１を介してゲートバイアス電圧ＶＧが印加される。トランジスタＴＲ１のドレインには、コイル抵抗Ｌ１を介して、電源電圧ＶＤＤがドレイン電圧として供給される。

電力増幅回路１８は、極性反転信号ＲＳ又は搬送波信号ＣＳを増幅して、変調信号ＭＳを得る。すなわち、電力増幅回路１８は、ＢＰＳＫモードにおいて極性反転回路１５から供給される極性反転信号ＲＳを増幅することにより、変調信号ＭＳ（すなわち、ＢＰＳＫ変調信号）を得る。一方、電力増幅回路１８は、ＡＳＫモードにおいて極性反転回路１５から供給される搬送波信号ＣＳを増幅して振幅変調を行うことにより、変調信号ＭＳ（すなわち、ＡＳＫ変調信号）を得る。電力増幅回路１８は、変調信号ＭＳをトランジスタＴＲ１のドレインとコイル抵抗Ｌ１との接続端から、第２のキャパシタＣ２を介して出力する。

電力増幅回路１８の増幅率は、トランジスタＴＲ１のドレインに供給されるドレイン電圧、すなわち電源電圧ＶＤＤの値に応じて変化する。このため、変調信号ＭＳは、電源電圧ＶＤＤの値に応じて増幅（又は振幅変調）された振幅を有する信号となる。すなわち、図３に示す振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳに基づいて電源電圧ＶＤＤの値を変化させることによって、変調信号ＭＳの振幅を変化させる。

図４は、振幅制御回路１７が振幅制御信号ＡＣＳの信号レベルに応じたゲートバイアス電圧ＶＧを電力増幅回路１８に供給する場合における、振幅制御回路１７及び電力増幅回路１８の構成例を示す図である。振幅制御回路１７は、ＤＡＣ（デジタル−アナログ変換回路：Digital Analog Converter）２３から構成され、振幅制御信号ＡＣＳの振幅に応じた電圧値のゲートバイアス電圧ＶＧを電力増幅回路１８のトランジスタＴＲ１のゲートに印加する。

電力増幅回路１８の構成は、図３に示したものと同様であるため説明を省略する。電力増幅回路１８は、極性反転信号ＲＳを増幅又は搬送波信号ＣＳを振幅変調することにより、変調信号ＭＳを得る。

電力増幅回路１８における増幅率は、トランジスタＴＲ１に供給されるゲートバイアス電圧ＶＧの値に応じて変化する。このため、変調信号ＭＳは、トランジスタＴＲ１に供給されるゲートバイアス電圧ＶＧの値に応じて増幅（又は振幅変調）された振幅を有する信号となる。すなわち、図４に示す振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳに基づいてゲートバイアス電圧ＶＧの値を変化させることによって、変調信号ＭＳの振幅を変化させる。

図５は、電力増幅回路１８が複数のトランジスタからなる増幅段を有し、振幅制御回路１７が振幅制御信号ＡＣＳの振幅に応じて電力増幅回路１８の増幅段の段数（並列接続されるトランジスタの個数）を切り替える場合における、振幅制御回路１７及び電力増幅回路１８の構成例を示す図である。

振幅制御回路１７は、例えば振幅制御信号ＡＣＳを復号するデコード論理回路２４から構成される。デコード論理回路２４は、振幅制御信号ＡＣＳを復号してスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４を生成し、これを電力増幅回路１８に供給する。スイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４は、論理値‘１’又は‘０’の信号レベルを有する２値の信号である。

電力増幅回路１８は、図３及び図４に示す回路とは異なり、第１トランジスタＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２、第３トランジスタＴＲ３及び第４トランジスタＴＲ４と、第１〜第４トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４及び接地電位を切り替え可能に接続するスイッチ切替部２５と、を含む。

第１〜第４トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４は、例えば第１導電型であるｎ型のＭＯＳトランジスタから構成され、切り替え可能に並列接続されている。第１〜第４トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の各々のドレインは、コイル抵抗Ｌ１の他端及び第２のキャパシタＣ２に接続されている。第１〜第４トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の各々のゲートは、第１のキャパシタＣ１及び抵抗Ｒ１に接続されている。第１〜第４トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４の各々のソースは、スイッチ切替部２５を介して接地電位に接続されている。

スイッチ切替部２５は、振幅制御回路１７（デコード論理回路２４）から供給されたスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４に基づいて、第１〜第４トランジスタＴＲ１〜ＴＲ４と接地電位との間の接続を切り替える。

例えば、振幅制御回路１７から論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ１が供給された場合、スイッチ切替部２５は、第１トランジスタＴＲ１のソースを接地電位に接続する。これにより、電力増幅回路１８において増幅動作を行う増幅段を構成するトランジスタとして、第１トランジスタＴＲ１が設定される。一方、論理値‘０’のスイッチ制御信号Ｓ１が供給された場合、スイッチ切替部２５は、第１トランジスタＴＲ１のソースを接地電位と切り離す。これにより、第１トランジスタＴＲ１は、電気的にフローティング状態となるため、電力増幅回路１８の増幅段を構成しない。

同様に、論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ２〜Ｓ４が供給された場合、スイッチ切替部２５は、夫々第２〜第４トランジスタＴＲ２〜ＴＲ４のソースを接地電位に接続する。論理値‘０’のスイッチ制御信号Ｓ２〜Ｓ４が供給された場合、スイッチ切替部２５は、夫々第２〜第４トランジスタＴＲ２〜ＴＲ４のソースを接地電位と切り離す。

これにより、論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ２が供給された場合、第２トランジスタＴＲ２が増幅段を構成するトランジスタとして設定される。また、論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ３が供給された場合、第３トランジスタＴＲ３が増幅段を構成するトランジスタとして設定される。また、論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ４が供給された場合、第４トランジスタＴＲ４が増幅段を構成するトランジスタとして設定される。

かかる切替動作により、例えば論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ１及びＳ２が供給された場合、電力増幅回路１８において増幅動作を行う増幅段の段数は２段（第１トランジスタＴＲ１及び第２トランジスタＴＲ２）となる。また、論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ３が供給された場合、電力増幅回路１８において増幅動作を行う増幅段の段数は３段（第１トランジスタＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２及び第３トランジスタＴＲ３）となる。また、論理値‘１’のスイッチ制御信号Ｓ１〜Ｓ４が供給された場合、電力増幅回路１８において増幅動作を行う増幅段の段数は４段（第１トランジスタＴＲ１、第２トランジスタＴＲ２、第３トランジスタＴＲ３及び第４トランジスタＴＲ４）となる。

電力増幅回路１８における増幅率は、増幅段の段数、すなわち増幅動作を行うトランジスタの並列接続数に応じて変化する。このため、変調信号ＭＳは、トランジスタの並列接続数に応じた振幅を有する信号となる。すなわち、図５に示す振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳに基づいて電力増幅回路１８におけるトランジスタの並列接続数を変化させることによって、変調信号ＭＳの振幅を変化させる。

なお、トランジスタの数及び増幅段の段数は４つに限られない。電力増幅回路１８は、切り替え可能に並列接続された複数のトランジスタからなり、段数を１〜ｎ段（ｎは２以上の整数）に設定可能な増幅段を有し、増幅段は複数のトランジスタのうち並列接続されたトランジスタの個数ｋ（１≦ｋ≦ｎ）に応じて段数がｋ段に設定されるものであれば良い。この構成によれば、振幅制御回路１７が振幅制御信号ＡＣＳの振幅に応じて複数のトランジスタの接続を切り替えることにより、増幅段の段数が設定され、電力増幅回路１８の増幅率が制御される。上記説明は、かかる構成について、ｎ＝４の場合を例として説明したものである。

アンテナ１３は、送信動作時にはスイッチＳＷ１を介して送信回路１１の電力増幅回路１８と接続され、変調信号ＭＳを無線送信する。また、アンテナ１３は、受信動作時にはスイッチＳＷ１を介して受信回路１２に接続され、受信した受信信号ＪＳを受信回路１２に供給する。受信回路１２は、受信信号ＪＳに復調処理を施し、受信データ信号ＲＤを得る。

次に、ＡＳＫモードでの無線送信における送信回路１１の各部の動作及び生成される各信号の信号波形について、図６のタイムチャートを参照して説明する。ここでは、送信データ信号ＤＳが、‘０１０１１０…’のデータ系列からなる場合の例を示している。すなわち、送信データ信号ＤＳは、データクロック信号ＣＬＫ２の立ち上がりタイミング（クロック期間ＣＰ）に同期して信号レベルが‘０１０１１０…’と遷移する信号である。

データ入力端子Ｔ１には、送信データ信号ＤＳが入力される。送信回路１１のスイッチＳＷ２は、ＡＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤの供給を受け、極性反転回路１５をインバータＮ２を介して接地電位ＧＮＤに接続する。これにより、論理値‘１’の一定の信号レベルを有する信号が極性制御信号ＰＳとして極性反転回路１５のスイッチＳＷ３に供給される。

デジタルフィルタ回路１６は、動作クロック信号ＣＬＫ１及びＡＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤの供給を受ける。デジタルフィルタ回路１６のフィルタ係数設定部２１は、ＡＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤに応じて、係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nにおけるフィルタ係数を設定する。具体的には、図６に示すように、送信データ信号ＤＳが‘１’の期間で信号レベルがハイレベルとなり、送信データ信号ＤＳが‘０’の期間で信号レベルがローレベルとなるように、送信データ信号ＤＳの信号レベルに応じて振幅が段階的に変化する波形となる振幅制御信号ＡＣＳが生成されるように、フィルタ係数設定部２１は、係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nのフィルタ係数を設定する。

ＰＬＬ回路１４は、連続した正弦波の波形を有する９００ＭＨｚの搬送波信号ＣＳを生成し、極性反転回路１５に供給する。極性反転回路１５のスイッチＳＷ３には一定の信号レベルである論理値‘１’の極性制御信号ＰＳが供給されているため、スイッチＳＷ３は、ＰＬＬ回路１４と電力増幅回路１８とを直接接続した状態（すなわち、インバータＮ１を介さずに接続した状態）を維持する。従って、極性反転回路１５は、ＰＬＬ回路１４から供給された搬送波信号ＣＳをそのまま電力増幅回路１８に供給する。

振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳに基づいて、電力増幅回路１８の増幅率を制御する増幅率制御信号ＧＳを電力増幅回路１８に供給する。電力増幅回路１８は、増幅率制御信号ＧＳに応じた増幅率、すなわち振幅制御信号ＡＣＳに応じた増幅率で搬送波信号を振幅変調し、変調信号ＭＳ（すなわち、ＡＳＫ変調信号）を生成する。従って、変調信号ＭＳは、送信データ信号ＤＳの信号レベルに応じた増幅率で搬送波信号ＣＳを振幅変調した信号となる。

次に、ＢＰＳＫモードでの無線送信における送信回路１１の各部の動作及び生成される各信号の信号波形について、図７のタイムチャートを参照して説明する。ここでは、図６のタイムチャートと同様、送信データ信号ＤＳが、‘０１０１１０…’のデータ系列からなる場合の例を示している。

データ入力端子Ｔ１には、送信データ信号ＤＳが入力される。送信回路１１のスイッチＳＷ２は、ＢＰＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤの供給を受け、データ入力端子Ｔ１を極性反転回路１５と接続する。これにより、送信データ信号ＤＳが極性制御信号ＰＳとして極性反転回路１５のスイッチＳＷ３に供給される。

デジタルフィルタ回路１６は、動作クロック信号ＣＬＫ１及びＢＰＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤの供給を受ける。デジタルフィルタ回路１６のフィルタ係数設定部２１は、ＢＰＳＫモードを指定するモード指定信号ＭＯＤに応じて、係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nにおけるフィルタ係数を設定する。具体的には、図７に示すように、送信データ信号ＤＳの信号値が‘０’から‘１’又は‘１’から‘０’へと遷移するタイミングで一時的に低振幅（すなわち、極小値）となる波形を有する振幅制御信号ＡＣＳが生成されるように、フィルタ係数設定部２１は、係数乗算器Ｍ₁〜Ｍ_nのフィルタ係数を設定する。なお、ここで「一時的に」とは、データクロック信号ＣＬＫ２の１クロック期間ＣＰよりも短い期間を指す。

ＰＬＬ回路１４は、連続した正弦波の波形を有する９００ＭＨｚの搬送波信号ＣＳを生成し、極性反転回路１５に供給する。極性反転回路１５のスイッチＳＷ３には、送信データ信号ＤＳが極性制御信号ＰＳとして供給されているため、スイッチＳＷ３は、送信データ信号ＤＳの信号レベルに応じて接続を切り替え、極性制御信号ＰＳの信号値が‘１’である期間でＰＬＬ回路１４と電力増幅回路１８とを直接接続し、極性制御信号ＰＳの信号値が‘０’である期間ではインバータＮ１を介してＰＬＬ回路１４と電力増幅回路１８とを接続する。これにより、極性反転回路１５は、極性制御信号ＰＳの信号値が‘１’である期間において搬送波信号ＣＳと同じ極性（正極性）となり、極性制御信号ＰＳの信号値が‘０’である期間において搬送波信号ＣＳの論理レベルを反転させた反対極性（負極性）となる波形を有する極性反転信号ＲＳを生成する。すなわち、極性反転信号ＲＳは、極性制御信号ＰＳの信号値が‘１’である期間において搬送波信号ＣＳと同位相であり、極性制御信号ＰＳの信号値が‘０’である期間において位相が搬送波信号ＣＳと１８０度異なる逆位相の信号となる。

振幅制御回路１７は、振幅制御信号ＡＣＳに基づいて、電力増幅回路１８の増幅率を制御する増幅率制御信号ＧＳを電力増幅回路１８に供給する。電力増幅回路１８は、増幅率制御信号ＧＳに応じた増幅率、すなわち振幅制御信号ＡＣＳに応じた増幅率で極性反転信号ＲＳを増幅し、変調信号ＭＳ（すなわち、ＢＰＳＫ変調信号）を得る。従って、変調信号ＭＳは、送信データ信号ＤＳの信号レベルが遷移するタイミングで一時的に低増幅率（すなわち、極小値）となり、送信データ信号ＤＳの信号レベルが遷移しない期間では一定の高増幅率となる増幅率で極性反転信号ＲＳを増幅した信号となる。

上記の通り、極性反転信号ＲＳは、送信データ信号ＤＳの信号値が‘１’の期間において搬送波信号ＣＳと同位相であり、送信データ信号ＤＳの信号値が‘０’の期間において位相が搬送波信号ＣＳと１８０度異なる逆位相の信号である。すなわち、極性反転信号ＲＳは、搬送波信号ＣＳに対して送信データ信号ＤＳに基づいて１８０度の位相偏移を行った信号となる。従って、変調信号ＭＳは、位相が偏移するタイミング（すなわち、送信データ信号ＤＳの信号レベルが遷移するタイミング）の前後で減少及び増加して一時的に低増幅率（すなわち、極小値）となり、位相が偏移しない期間では一定の高増幅率となる増幅率で、極性反転信号ＲＳを増幅した信号となる。

このように、本発明の送信回路１１における電力増幅回路１８は、ＢＰＳＫモードにおいて、位相が反転するタイミングでは最小の増幅率で極性反転信号ＲＳを増幅し、位相が維持されている期間においては大きい増幅率で極性反転信号ＲＳを増幅する。これにより、ＢＰＳＫ変調における位相偏移時に生じるスプリアス発射の発生を抑えつつ、信号増幅を行うことができる。

以上のように、本発明の送信回路１１は、ＡＳＫモードにおいて、送信データ信号ＤＳの信号レベルに応じて電力増幅回路１８の増幅率を変化させる振幅制御信号ＡＣＳを生成し、かかる増幅率で搬送波信号ＣＳを増幅（すなわち、振幅変調）することによって、変調信号ＭＳを得る。従って、送信データ信号ＤＳをアナログ信号に変換して搬送波信号ＣＳと混合する処理を経る必要がないため、Ｄ／Ａ変換器や混合器が不要となる。よって、回路規模の増大を抑えつつＡＳＫ変調方式に対応した無線送信を行うことができる。

また、本発明の送信回路１１は、ＢＰＳＫモードにおいて、送信データ信号ＤＳの信号レベルに応じて搬送波信号ＣＳの極性を反転させた極性反転信号ＲＳを生成することにより、位相偏移を行う。従って、Ｉ信号（同相信号）及びＱ信号（直交信号）に変換して処理を行う必要がないため、Ｉ信号及びＱ信号に対応した２つの系を設ける必要がなく、Ｉ信号及びＱ信号を加算するための加算器も不要となる。よって、回路規模の増大を抑えつつＢＰＳＫ変調方式に対応した無線送信を行うことができる。

また、本発明の送信回路１１では、ＡＳＫモードであるかＢＰＳＫモードであるかにかかわらず、電力増幅回路１８において振幅制御信号ＡＣＳの信号レベルに応じた増幅率で増幅（振幅変調）を行う。すなわち、電力増幅回路１８がＡＳＫモードにおける振幅変調手段と両モードにおける信号増幅手段とを兼ねているため、従来の構成とは異なり、変調後の信号をあらためて増幅する必要がない。従って、変調後の信号を線形増幅する必要がないため、Ａ級増幅回路やＢ級増幅回路のような電力効率の低い線形増幅回路が不要となる。よって、より電力効率の高いＣ級増幅回路等を電力増幅回路１８として用いることができるため、消費電力を抑えつつ無線送信を行うことができる。

また、本発明の送信回路１１では、デジタルフィルタ回路１６は、モード指定信号ＭＯＤに応じてフィルタ係数の設定を切り替えて送信データ信号ＤＳにフィルタリング処理を行い、ＡＳＫモードとＢＰＳＫモードとで異なる波形の振幅制御信号ＡＣＳを生成する。従って、各モードに対応したデジタルフィルタを別個に設ける必要がないため、回路規模の増大を抑えつつ変調及び無線送信を行うことができる。

従って、本発明によれば、回路規模及び消費電力を抑えつつＢＰＳＫ及びＡＳＫの２種類の変調方式のいずれにも対応した無線送信を行うことが可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、極性反転回路１５がインバータＮ１及びスイッチＳＷ３から構成される例について説明した。しかし、極性反転回路１６の構成はこれに限られず、例えばスイッチＳＷ３の代わりにセレクタを用いても良い。また、差動信号の反転を用いて極性反転を行っても良く、エクスクルーシブオアゲート回路や乗算回路を用いて極性反転回路１６を構成しても良い。

また、上記実施形態では、ＰＬＬ回路１４が９００ＭＨｚの搬送波信号ＣＳを生成する例について説明した。しかし、搬送波信号ＣＳの周波数はこれに限られない。

また、上記実施例では、外部から供給されるモード指定信号ＭＯＤに基づいてスイッチＳＷ２及びデジタルフィルタ回路１６がＡＳＫモード及びＢＰＳＫモードの切り替えを行う例について説明した。しかし、データ入力端子Ｔ１に入力される送信データ信号ＤＳのデータ速度に応じてＡＳＫ変調を行うかＢＰＳＫ変調を行うかを判定し、送信モードの切り替えを行う構成であっても良い。

また、上記実施例では、電力増幅回路１８がＣ級増幅回路から構成される例について説明した。しかし、Ｄ級増幅回路やＥ級増幅回路を用いて電力増幅回路１８を構成しても良い。

１０無線通信装置
１１送信回路
１２受信回路
１３アンテナ
１４ＰＬＬ回路
１５極性反転回路
１６デジタルフィルタ回路
１７振幅制御回路
１８電力増幅回路
２１フィルタ係数設定部
２２電圧可変電源回路
２３ＤＡＣ
２４デコード論理回路

Claims

２値の信号レベルの系列からなるデータ信号を振幅シフト変調又は位相シフト変調により変調して送信する無線送信装置であって、
前記振幅シフト変調を指定する振幅シフト変調指定又は前記位相シフト変調を指定する位相シフト変調指定を受ける変調指定受付部と、
搬送波信号を生成する信号生成回路と、
前記データ信号の前記信号レベルの変化に対応した振幅を有する振幅制御信号を生成する振幅制御信号生成回路と、
前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルに応じて前記搬送波信号の極性を反転させた極性反転信号を生成する極性反転回路と、
前記位相シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記極性反転信号を増幅して位相シフト変調信号を得、前記振幅シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記搬送波信号を振幅変調して振幅シフト変調信号を得る増幅回路と、
前記振幅シフト変調信号又は前記位相シフト変調信号を送信する送信部と、
を備えることを特徴とする無線送信装置。
前記振幅制御信号生成回路は、
前記振幅シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルに応じて前記増幅回路の前記増幅率を変化させる前記振幅制御信号を生成し、
前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルが遷移するタイミングで前記増幅回路の前記増幅率を低増幅率とする前記振幅制御信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の無線送信装置。
前記振幅制御信号生成回路は、前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルが遷移するタイミングの前後で前記増幅回路の前記増幅率を低減及び増加させて前記増幅率を前記低増幅率とする前記振幅制御信号を生成することを特徴とする請求項２に記載の無線送信装置。
前記振幅制御信号生成回路は、前記データ信号にフィルタリング処理を行って前記振幅制御信号を生成するフィルタ回路からなり、
前記フィルタ回路は、前記振幅シフト変調指定を受けたときと前記位相シフト変調指定を受けたときとで異なるフィルタ係数を用いて前記フィルタリング処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の無線送信装置。
前記振幅制御信号の前記振幅に応じた電圧値を有する電源電圧を前記増幅回路に供給して前記増幅回路の前記増幅率を制御する振幅制御回路を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の無線送信装置。
前記振幅制御信号に基づいて前記増幅回路の前記増幅率を制御する振幅制御回路を備え、
前記増幅回路は、前記極性反転信号を増幅し又は前記搬送波信号を振幅変調するＭＯＳトランジスタを備え、
前記振幅制御回路は、前記振幅制御信号の振幅に応じた電圧値を有するバイアス電圧を前記ＭＯＳトランジスタのゲートに供給して前記増幅回路の前記増幅率を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の無線送信装置。
前記振幅制御信号に基づいて前記増幅回路の前記増幅率を制御する振幅制御回路を備え、
前記増幅回路は、切り替え可能に並列接続された複数のトランジスタからなり、段数を１〜ｎ段（ｎは２以上の整数）に設定可能な増幅段を有し、
前記増幅段は、前記複数のトランジスタのうち並列接続されたトランジスタの個数ｋ（１≦ｋ≦ｎ）に応じて前記段数がｋ段に設定され、
前記振幅制御回路は、前記振幅制御信号の振幅に応じて前記複数のトランジスタの接続を切り替え、前記増幅段の前記段数を設定して前記増幅回路の前記増幅率を制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の無線送信装置。
２値の信号レベルの系列からなるデータ信号を振幅シフト変調又は位相シフト変調により変調して送信する無線送信方法であって、
前記振幅シフト変調を指定する振幅シフト変調指定又は前記位相シフト変調を指定する行う位相シフト変調指定を受けるステップと、
搬送波信号を生成するステップと、
前記データ信号の前記信号レベルの変化に対応した振幅を有する振幅制御信号を生成するステップと、
前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルに応じて前記搬送波信号の極性を反転させた極性反転信号を生成するステップと、
前記位相シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記極性反転信号を増幅して位相シフト変調信号を得、前記振幅シフト変調指定を受けたときは前記振幅制御信号に応じた増幅率で前記搬送波信号を振幅変調して振幅シフト変調信号を得るステップと、
前記振幅シフト変調信号又は前記位相シフト変調信号を送信するステップと、
を備えることを特徴とする無線送信方法。
前記振幅制御信号を生成するステップは、
前記振幅シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルに応じて前記増幅率を変化させる前記振幅制御信号を生成するステップと、
前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルが遷移するタイミングで前記増幅率を低増幅率とする前記振幅制御信号を生成するステップと、を含むことを特徴とする請求項８に記載の無線送信方法。
前記振幅制御信号を生成するステップは、前記位相シフト変調指定を受けたとき、前記データ信号の前記信号レベルが遷移するタイミングの前後で前記増幅率を低減及び増加させて前記増幅率を前記低増幅率とする前記振幅制御信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の無線送信方法。
前記振幅制御信号を生成するステップは、前記データ信号にフィルタリング処理を行うステップを含み、
前記フィルタリング処理を行うステップは、前記振幅シフト変調指定を受けたときと前記位相シフト変調指定を受けたときとで異なるフィルタ係数を用いて前記フィルタリング処理を行うステップを含むことを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１に記載の無線送信方法。
前記振幅制御信号の前記振幅に応じた電圧値を有する電源電圧を増幅回路に供給して前記増幅率を制御するステップを含むことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の無線送信方法。
前記振幅制御信号の前記振幅に応じた電圧値を有するゲートバイアス電圧を増幅回路のＭＯＳトランジスタに供給して前記増幅率を制御するステップを含むことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の無線送信方法。
前記振幅制御信号の振幅に応じて増幅回路のトランジスタの接続を切り替え、前記増幅回路の増幅段の段数を設定して前記増幅率を制御するステップを含むことを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１に記載の無線送信方法。