JP4199185B2 - 送信装置及び無線通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、極座標変調を用いた送信電力増幅が可能な送信装置およびこの送信装置を用いた無線通信装置に関する。
移動体通信に用いられる送信装置では、装置の性能を図る指標として、送信機能における電力効率および線形性が評価されている。この送信機能における電力効率および線形性は、特に携帯電話等の高周波変調送信機器において、装置の性能を表す上で最も重要な指標となっている。
このような高周波変調送信機器の最終段の増幅器としては、いわゆるＡＢ級動作の増幅器が広く用いられている。このＡＢ級増幅器は、歪みが少ない、すなわち線形性には優れている反面、常時直流バイアス成分に伴う電力を消費するため電力効率は小さくなってしまうものである。
そこで、電力増幅器を高効率動作させる方法として、トランジスタの入出力特性の飽和領域を用いて、ドレイン電圧またはコレクタ電圧（電源電圧）をベースバンド信号の振幅成分に応じて変化させて増幅する極座標変調方式が考案されている。この種の装置として、例えば、特許第３０４４０５７号公報（特許文献１）に開示された出力可変送信装置がある。
図１２は、従来例の出力可変送信装置の構成を示すブロック図である。この出力可変送信装置は、変調入力端子１０１，１０２と、搬送波発振器１０４と、変調入力端子１０１，１０２の出力を搬送波発振器１０４の出力周波数にて直交変調する直交変調器１０３と、高周波電力増幅器１０５と、送信出力端子１０６と、変調入力端子１０１，１０２の出力から包絡線を生成する包絡線生成回路１０７と、指定信号入力端子１１２と、指定信号入力端子１１２からの電力増幅器１０５の平均出力レベルを設定する信号を入力としその入力値に対応する直流信号を発生する多値直流信号発生回路１０８と、多値直流信号発生回路１０８の出力を包絡線生成回路１０７の出力包絡線に乗算する乗算回路１０９と、乗算回路１０９の出力に応じて電力増幅器１０５のドレイン電圧を制御する電圧制御回路１１０と、電源端子１１１を備えた構成となっている。
直交変調器１０３は、変調入力端子１０１，１０２から入力されるＩ信号とこのＩ信号に直交するＱ信号とにより、搬送波発振器１０４から供給された搬送波を変調する。包絡線生成回路１０７は、前記Ｉ，Ｑ信号の振幅信号Ｒを算出する。指定信号入力端子１１２には、送信出力端子１０６に出力しようとする送信出力レベルに対応する出力レベル指定信号が入力される。多値直流信号発生回路１０８は、指定信号入力端子１１２からの出力レベル指定信号に従って直流信号を発生する。
乗算回路１０９は、包絡線生成回路１０７の出力と多値直流信号発生回路１０８の出力とを乗算する。これにより、乗算回路１０９の出力には変調波の包絡線に比例した信号が得られる。電圧制御回路１１０は、乗算回路１０９の出力に応じて、電力増幅器１０５のドレイン電圧Ｖｏを変化させる。この結果、電力増幅器１０５のドレイン電圧は、変調波の包絡線に比例する。したがって、上記のような極座標変調方式の構成を用いることによって、電力増幅器１０５は高効率の飽和状態を保ちながら線形増幅を行うことができる。
しかしながら、図１２に示す従来例の極座標変調方式の出力可変送信装置においては、必ず飽和出力からピーク電力と平均電力の比であるピークファクタの分だけ出力が低下し、結果として効率が低下してしまうという課題があった。
この課題を解決する手段として、振幅の瞬時値が一定値を超える場合にスケーリングファクタを乗算することで変調波のピークを低減する方式が考案されている。この種の装置として、例えば、特許第３０２４５１５号（特許文献２）に開示された送信波生成方法及び装置がある。
次の式（１），（２）は、従来例の送信波生成方法及び装置の動作を説明する数式である。
Ｉ(ｔ)＝Ｒmax ×Ｉｉｎ(ｔ)／Ｒｉｎ(ｔ) …（１）
Ｑ(ｔ)＝Ｒmax ×Ｑｉｎ(ｔ)／Ｒｉｎ(ｔ) …（２）
上記式において、Ｉｉｎ(ｔ)，Ｑｉｎ(ｔ)は直交変調入力信号、Ｒmax は振幅制限値、Ｒｉｎ(ｔ)はＩｉｎ(ｔ)，Ｑｉｎ(ｔ)から算出される推定振幅値である。
この従来例では、推定振幅値Ｒｉｎ(ｔ)と振幅制限値Ｒmax の大小を比較し、Ｒｉｎ(ｔ)がＲmax 未満の場合には、入力信号Ｉｉｎ(ｔ)，Ｑｉｎ(ｔ)をそのまま用い、Ｒｉｎ(ｔ)がＲmax 以上である場合は、式（１），（２）に従い、変調信号のピークを低下させる。
しかしながら、上記従来例の送信波生成方法及び装置においては、振幅の瞬時値が振幅制限値を超える場合にのみ振幅制限が行われることになり（ハードクリッピング動作）、振幅制限値付近での急激な変化が生じるため、結果として非線形歪の増加につながりやすいという課題を有していた。
特許第３０４４０５７号（第１−２０頁、図１） 特許第３０２４５１５号（第３頁、数３）
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、歪特性を良好に保ちながら、高効率な極座標変調を行うことが可能な送信装置及び無線通信装置を提供することを目的とする。
本発明の送信装置は、入力変調信号の振幅を算出する振幅算出手段と、前記入力変調信号に対する歪補償を行うための正特性または逆特性の歪データを格納する歪補償データ格納手段と、前記振幅算出手段の出力に基づいて前記歪補償データ格納手段から正特性または逆特性の歪データを読み取り、前記入力変調信号と前記歪データとを乗算または除算して歪補償を行う歪補償手段と、前記歪補償手段の出力により直交変調を行う直交変調手段と、前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、前記歪補償手段の出力の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備え、前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記正特性の歪データとの乗算または逆特性の歪データとの除算を行い、前記電力増幅手段を線形モードで動作させて線形増幅を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記正特性の歪データとの除算または逆特性の歪データとの乗算を行うものである。
この構成により、飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合は歪データが正特性である場合入力変調信号と歪データとを乗算し、逆特性である場合除算することにより、例えば線形モードで動作するときと同等の非線形歪を付加して歪補償を行うことが可能であり、変調信号のピークファクタを低減した状態で高効率な極座標変調を行える。また、線形モードで動作させて線形増幅を行う場合は歪データが正特性である場合入力変調信号と歪データとを除算し、逆特性である場合乗算することにより、例えば電力増幅手段の逆歪特性を付加して非線形歪補償を行うことが可能である。これにより、歪特性を良好に保ちながら、高効率な極座標変調を行うことが可能となる。
本発明の送信装置は、入力変調信号の振幅を算出する振幅算出手段と、前記入力変調信号に対する歪補償を行うための正特性及び逆特性の歪データを格納する正逆歪補償データ格納手段と、前記振幅算出手段の出力に基づいて前記正逆歪補償データ格納手段から正特性または逆特性の歪データを読み取り、前記入力変調信号と前記歪データとを乗算して歪補償を行う歪補償手段と、前記歪補償手段の出力により直交変調を行う直交変調手段と、前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、前記歪補償手段の出力の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備え、前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記正特性の歪データとの乗算を行い、前記電力増幅手段を線形モードで動作させて線形増幅を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記逆特性の歪データとの乗算を行うものである。
この構成により、飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合は入力変調信号と正特性の歪データとを乗算することにより、例えば線形モードで動作するときと同等の非線形歪を付加して歪補償を行うことが可能であり、変調信号のピークファクタを低減した状態で高効率な極座標変調を行える。また、線形モードで動作させて線形増幅を行う場合は入力変調信号と逆特性の歪データとを乗算することにより、例えば電力増幅手段の逆歪特性を付加して非線形歪補償を行うことが可能である。これにより、歪特性を良好に保ちながら、高効率な極座標変調を行うことが可能となる。また、歪補償手段をＡＳＩＣでは処理の重い多ビットの除算を用いずに乗算機能のみで構成でき、歪補償手段の構成の簡略化及び処理負荷の軽減を図ることが可能である。
本発明の送信装置は、入力変調信号の同相成分及び直交成分を入力して直交変調を行う直交変調手段と、前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、前記入力変調信号の振幅を算出する振幅算出手段と、前記入力変調信号の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段と、前記入力変調信号の振幅に対する歪データを格納する振幅歪データ格納手段と、前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記振幅算出手段の出力に基づいて前記振幅歪データ格納手段から歪データを読み取り、前記入力変調信号の振幅と前記歪データとを乗算する歪付加手段とを備えるものである。
この構成により、飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、入力変調信号の振幅と歪データとを乗算し、歪を付加した振幅成分を電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行うことで、電力増幅手段の歪補償を行うことが可能となる。また、振幅に対する歪データのみを用いることで、振幅歪データ格納手段の構成を簡略化でき、さらに、線形モードにおいては歪補償を行わないことで、回路構成を簡易化することが可能である。
本発明の送信装置は、入力変調信号の同相成分及び直交成分を入力して直交変調を行う直交変調手段と、前記直交変調手段の出力を増幅するもので、歪制御信号に基づいて利得が制御される歪制御用の第１の可変利得増幅手段と、前記第１の可変利得増幅手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御されるゲイン制御用の第２の可変利得増幅手段と、前記第２の可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、前記第１の可変利得増幅手段の出力の振幅を検出する振幅検出手段と、前記振幅検出手段の出力を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備えるものである。
この構成により、第１の可変利得増幅手段によってアナログ的に非線形歪を与えることで、歪補償を行うことが可能となる。この場合、歪データの格納手段等を設けなくても済むため、回路構成を簡易化することが可能である。
本発明の送信装置は、同相成分及び直交成分からなる入力変調信号を振幅信号と位相信号に変換する極座標変換部と、前記振幅信号及び位相信号に歪を付加するための歪データを格納する歪データ格納手段と、前記振幅信号に基づいて前記歪データ格納手段から歪データを読み取り、前記振幅信号及び位相信号への歪付加を行う歪付加手段と、前記歪付加手段の振幅信号及び位相信号出力に対する歪補償を行うための２種類の歪データを格納する歪補償データ格納手段と、前記歪付加手段の振幅信号出力に基づいて前記歪補償データ格納手段からいずれかの歪データを選択して読み取り、前記歪付加手段の振幅信号及び位相信号出力に対する歪補償を行う歪補償手段と、前記歪補償手段の振幅信号出力、固定値出力、前記歪付加手段の振幅信号出力のいずれかと前記歪補償手段の位相信号出力を同相成分及び直交成分に変換する直交座標変換手段と、前記直交座標変換手段の出力により直交変調を行う直交変調手段と、前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、前記歪補償手段の出力の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備え、前記直交座標変換手段への振幅信号入力を、前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合には固定値または前記歪付加手段における振幅出力とし、前記電力増幅手段を線形モードで動作させて線形増幅を行う場合には前記歪補償手段における振幅出力とするものである。
この構成により、極座標変調時だけでなく、線形変調時にも変調信号のピークファクタを低減でき、更なる高効率化が可能となる。
本発明の送信装置は、前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記直交座標変換手段への振幅信号入力を、動作モードがセルラー系通信の場合に固定値、ＷＬＡＮ系通信の場合に前記歪付加手段における振幅出力とするものである。
この構成により、伝送帯域の広いＷＬＡＮ系通信、例えば高速ＷＬＡＮ（Wireless Local Area Network：ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等）では、直交座標変換部の出力に内蔵されているＤＡＣの動作周波数上限を抑圧し、伝送帯域の狭いセルラー系通信、例えばＧＳＭ、ＥＤＧＥ等のセルラー方式の無線通信では、６００ＫＨｚ離調で６０ｄＢｃ以上と厳しいモジュレーションスペクトラム仕様を満たすことが可能となる。
また、本発明の一態様として、上記の送信装置であって、前記電力増幅手段は、送信出力電力が最大出力レベルまたはその近傍である場合に前記極座標変調を行い、この送信電力よりも小さい場合に前記線形増幅を行うものも含まれる。
この構成により、送信出力電力が最大出力レベル付近では変調信号のピークファクタを低減した状態で高効率な極座標変調を行い、これより小さい送信出力電力では非線形歪補償を行いながら線形増幅を行うことが可能となる。このため、良好な歪特性を確保しながら、最大出力レベル付近において極座標変調による高効率な増幅が可能であるとともに、出力レベルが小さい場合は線形増幅によって広範囲な出力レベルにおいて送信出力制御が可能である。
また、本発明の一態様として、上記の送信装置であって、前記電力増幅手段は、前記出力制御用入力端として用いられる電源端子を有し、前記所定レベルの信号または前記入力変調信号の振幅成分に基づく振幅変調された信号の電流容量を増加させ、前記電源端子に対し送信出力制御信号として電源供給を行う電源ドライバを備えるものも含まれる。
この構成により、電源ドライバによって入力変調信号の振幅成分に基づく振幅変調された信号の電流容量を強化し、電力増幅手段の電源端子に送信出力制御信号として供給することによって、飽和モードにおいて高効率な極座標変調を行うことが可能である。
また、本発明は、上記いずれかの送信装置を備えた無線通信装置を提供する。このような構成の無線通信装置では、飽和モードで動作させる場合は変調信号のピークファクタを低減した状態で高効率な極座標変調による増幅が可能であるとともに、線形モードで動作させる場合は非線形歪補償を行いながら線形増幅が可能であり、携帯電話装置などの小型で移動型の無線通信装置などに適用した場合により効果的である。
本発明によれば、歪特性を良好に保ちながら、高効率な極座標変調を行うことが可能な送信装置及び無線通信装置を提供できる。
（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装置の構成を示すブロック図である。第１の実施形態の送信装置を構成する送信部１０は、歪補償等の演算を行う補償演算部１１と、線形変調器１２と、この線形変調器１２より出力される送信信号の電力増幅を行う大電力増幅器１３と、この大電力増幅器１３に供給する電源を生成する振幅変調部１４とを有して構成される。
補償演算部１１は、ベースバンド帯直交変調ディジタル信号の振幅を算出する第１の振幅算出部１５と、大電力増幅器１３の各入力レベルに対応する出力レベル及び位相の正特性または逆特性の歪データが格納された補償テーブル１６と、切替制御信号に従ってベースバンド帯直交変調ディジタル信号と補償テーブル１６の歪データとを乗算または除算して出力する歪補償部１７と、歪補償部１７の出力信号から歪補償後の振幅を算出する第２の振幅算出部１８とを有して構成される。
図２は、第１の実施形態に用いる補償テーブル１６の構成例を示す図、図３は、図２の補償テーブル１６に格納する正特性データの一例をグラフで示した特性図である。補償テーブル１６は、補償データ格納手段の一例に相当するもので、大電力増幅器１３の各入力レベルに対応する、出力レベル及び位相の歪データが記憶されている。振幅算出部１５で算出された直交変調ディジタル信号の振幅をインデックスとして、補償テーブル１６を参照することで、大電力増幅器１３の非線形歪特性を表現した歪データを得ることができる。
線形変調器１２は、歪補償部１７の出力を直交変調してＲＦ帯域への周波数変換を行う直交変調器（ＭＯＤ）１９と、直交変調器１９の出力の増幅を行う中電力増幅器２０とを有して構成される。振幅変調部１４は、電源ドライバ２１を有して構成され、振幅算出部１８より出力される歪補償後の振幅の電流容量を強化し、大電力増幅器１３に対し電圧変化可能な電源として供給する。
送信部１０は、同相成分入力端子であるＩ入力端子３１と、直交成分入力端子であるＱ入力端子３２と、歪補償部１７の動作を制御するための切替制御信号を入力する乗算／除算切替端子３３と、中電力増幅器２０の増幅利得を制御するためのゲイン制御信号を入力するゲイン制御端子３４と、電力増幅された送信信号を出力する出力端子３５とを有している。制御部３０は、これらの端子と接続され、送信変調信号の出力、各種制御信号の出力等を行い、無線通信動作を制御する。
この送信部１０において、送信すべきベースバンド帯域の直交変調ディジタル信号のうち、Ｉ入力端子３１には同相包絡線成分（Ｉ信号）が、Ｑ入力端子３２には直交包絡線成分（Ｑ信号）がそれぞれ入力される。第１の振幅算出部１５では、Ｉ信号及びＱ信号より直交変調ディジタル信号の振幅を算出する。この第１の振幅算出部１５の出力は補償テーブル１６のインデックスとなる。
歪補償部１７では、乗算／除算切替端子３２から入力される切替制御信号の指示に従い、直交変調ディジタル信号と補償テーブル１６の出力の歪データとの乗算または除算を行う。この歪補償部１７の出力は直交変調器１９と第２の振幅算出部１８に入力される。第２の振幅算出部１８では、歪補償部１７における歪補償後の直交変調ディジタル信号の振幅を算出し、この振幅出力が振幅変調部１４に入力される。
直交変調器１９は、直交変調手段の一例に相当するもので、歪補償部１７より入力された歪補償後のＩ，Ｑ信号によって局部発振器から供給される高周波信号を直交変調することで、Ｉ，Ｑ信号から位相変調されたＲＦ帯域の高周波信号を生成して出力する。中電力増幅器２０は、可変利得増幅手段の一例に相当するもので、ゲイン制御端子３４より入力されるゲイン制御信号のレベルに応じて所定利得で直交変調器１９の出力信号を増幅する。この中電力増幅器２０の出力が線形変調器１２の出力となり、大電力増幅器１３に送信用変調信号として入力される。
大電力増幅器１３は、電力増幅手段の一例に相当するもので、例えば図示するように複数段の増幅回路からなり、出力制御用入力端となる電源端子２２の入力レベルに応じて出力が制御される電力増幅器である。大電力増幅器１３は、線形変調器１２から出力された送信用変調信号を、線形モードでの線形増幅、または飽和モードで振幅変調（極座標変調）することで電力増幅を行い、送信信号として出力端子３４より出力する。
飽和モード（極座標変調方式）では、大電力増幅器１３の入力レベルを飽和動作領域に保ち、第２の振幅算出部１８より出力される変調信号の振幅成分を電源ドライバ２１により電流容量を強化し、大電力増幅器１３へ電源供給して、大電力増幅器１３の電源端子２２の電圧に対し振幅変調をかけることで、高効率の極座標変調を行う。
線形モード（直交変調方式）では、ゲイン制御端子３４より入力するゲイン制御信号によって中電力増幅器２０の出力レベル、すなわち大電力増幅器１３の入力レベルを線形動作領域に保ち、この中電力増幅器２０へのゲイン制御信号または大電力増幅器１３の電源電圧を可変することで、送信電力制御を行う。
本実施形態では、大電力増幅器１３を飽和モードで動作させる場合には、制御部３０から乗算／除算切替端子３３へ入力する切替制御信号を乗算に設定することで、歪補償部１７においてＩ入力端子３１，Ｑ入力端子３２から入力されたベースバンド帯直交変調ディジタル信号に補償テーブル１６より出力される歪データを乗算する。これにより、大電力増幅器１３を線形モードで使用するときと同等の非線形歪を付加し、変調信号のピークファクタの圧縮を行うことで、極座標変調の効率を高めることができ、電力増幅効率を向上できる。
また、大電力増幅器１３を線形モードで動作させる場合には、振幅変調部１４の出力を固定とし、乗算／除算切替端子３３へ入力する切替制御信号を除算に設定することで、歪補償部１７においてＩ入力端子３１，Ｑ入力端子３２から入力されたベースバンド帯直交変調ディジタル信号を補償テーブル１６より出力される歪データにより除算する。これにより、大電力増幅器１３の逆歪特性を付加し、大電力増幅器１３の非線形歪補償を行い、電力増幅効率を高めることができる。
前記飽和モードと線形モードとの切り替えは、送信出力電力が所定値未満の低出力の場合、例えば最大送信電力よりも小さい出力で使用する場合には、大電力増幅器１３を線形モードで動作させ、送信出力電力が所定値以上の高出力の場合、例えば最大送信電力近辺で使用する場合には、大電力増幅器１３を飽和モードすなわち極座標変調方式で動作させるようにする。
なお、上記構成例では、大電力増幅器１３の利得制御を電源入力レベルで行う構成としたが、ゲートまたはベースバイアス入力レベルで可変してもよい。また、ＲＦ帯への直交変調を直交変調器で行う構成としたが、欧州携帯電話のＧＳＭ方式等の定振幅変調システムで用いられている直接変調器または間接ＰＬＬ変調器やΔΣ変調器のような位相変調手段でもよいことはいうまでもない。
このように、第１の実施形態では、最大出力付近において大電力増幅器１３を飽和モードで動作させて高効率な極座標変調を行う場合には、入力されるベースバンド帯直交変調ディジタル信号と大電力増幅器１３の歪データとの乗算を行い、大電力増幅器１３を線形モードで使用するときと同等の非線形歪を付加し、変調信号のピークファクタの圧縮を行う。また、これより低い出力レベルで大電力増幅器１３を線形モードで動作させる場合には、入力されるベースバンド帯直交変調ディジタル信号と大電力増幅器１３の歪データとの除算を行い、大電力増幅器１３の逆歪特性を付加し、非線形歪補償を行う。これにより、高効率な極座標変調方式及び簡易なプリディストーション方式による非線形歪補償の切替が可能となる。
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態の送信部４０は、第１の実施形態の構成と一部が異なり、補償演算部４１の構成を変更したものである。
補償演算部４１は、第１の実施形態の補償テーブル１６の代わりに、複数の歪データとして正特性及び逆特性の歪データが格納された補償テーブル４２を備え、この補償テーブル４２に切替制御信号を入力する正／逆特性切替端子４３が設けられている。この正／逆特性切替端子４３より入力される切替制御信号によって補償テーブル４２から出力する歪データを切り替え、乗算機能のみで歪補償を行う構成としている。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図５は、第２の実施形態に用いる補償テーブル４２の構成例を示す図、図６（Ａ）、（Ｂ）は、図５の補償テーブル４２に格納するデータの一例をグラフで示した特性図である。補償テーブル４２は、補償データ格納手段の一例に相当するもので、大電力増幅器１３の各入力レベルに対応する、出力レベル及び位相の歪データの正特性データ及び逆特性データが記憶されている。正／逆特性切替端子４３より入力される切替制御信号によって正特性データまたは逆特性データを選択し、振幅算出部１５で算出された直交変調ディジタル信号の振幅をインデックスとして補償テーブル４２を参照することで、大電力増幅器１３における非線形歪を補償するための歪データを得ることができる。
本実施形態では、大電力増幅器１３を飽和モードで動作させる場合には、制御部３０から正／逆特性切替端子４３へ入力する切替制御信号を正特性に設定することで、歪補償部１７においてＩ入力端子３１，Ｑ入力端子３２から入力されたベースバンド帯直交変調ディジタル信号に補償テーブル４２より出力される正特性の歪データを乗算する。これにより、大電力増幅器１３を線形モードで使用するときと同等の非線形歪を付加し、変調信号のピークファクタの圧縮を行うことで、極座標変調の効率を高めることができ、電力増幅効率を向上できる。
また、大電力増幅器１３を線形モードで動作させる場合には、振幅変調部１４の出力を固定とし、正／逆特性切替端子４３へ入力する切替制御信号を逆特性に設定することで、歪補償部１７においてＩ入力端子３１，Ｑ入力端子３２から入力されたベースバンド帯直交変調ディジタル信号に補償テーブル４２より出力される逆特性の歪データを乗算する。これにより、大電力増幅器１３の逆歪特性を付加し、大電力増幅器１３の非線形歪補償を行い、電力増幅効率を高めることができる。
なお、補償テーブル４２の正特性データとしては、大電力増幅器１３の歪特性に限定されることはなく、任意の増幅器の歪特性を使用することが可能である。また、上記構成例では、大電力増幅器の利得制御を電源入力レベルで行う構成としたが、ゲートまたはベースバイアス入力レベルで可変してもよい。また、ＲＦ帯への直交変調を直交変調器で行う構成としたが、欧州携帯電話のＧＳＭ方式等の定振幅変調システムで用いられている直接変調器または間接ＰＬＬ変調器やΔΣ変調器のような位相変調手段でもよいことはいうまでもない。
このように、第２の実施形態では、飽和モードでの非線形歪の付加と線形モードでの逆歪特性の負荷とを切り替える際、歪データの乗算と除算とを切り替えて行うのに代えて、予め用意した正特性と逆特性の歪データを切り替えることにより、歪補償部を乗算機能のみで構成することができる。よって、歪補償部において除算機能を省略できるため、第１の実施形態の効果に加え、歪補償部の処理負荷を軽減することができる。
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態の送信部５０は、第１の実施形態の構成と一部が異なり、振幅成分において歪補償を行う補償演算部５１を設けた構成となっている。
補償演算部５１は、ベースバンド帯直交変調ディジタル信号の振幅を算出する振幅算出部１５と、振幅成分の歪データが格納された歪テーブル５２と、振幅算出部１５より出力される振幅に歪テーブル５２からの歪データを付加して振幅変調部１４に供給する歪付加部５３とを有して構成される。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
図８は、第３の実施形態に用いる歪テーブル５２の構成例を示す図、図９は、図８の歪テーブル５２に格納するデータの一例をグラフで示した特性図である。歪テーブル５２は、補償データ格納手段の一例に相当するもので、振幅成分の歪データとして、大電力増幅器１３の各入力レベルに対応する、出力レベルの歪データが記憶されている。振幅算出部１５で算出された直交変調ディジタル信号の振幅をインデックスとして、歪テーブル５２を参照することで、大電力増幅器１３における非線形歪を付加するための歪データを得ることができる。
歪付加部５３は、振幅算出部１５より出力されるベースバンド帯直交変調ディジタル信号の振幅に歪テーブル５２の出力の振幅歪データを乗算し、入力信号の振幅成分に非線形歪を付加する。
本実施形態では、大電力増幅器１３を飽和モードで動作させる場合には、振幅算出部１５においてＩ入力端子３１，Ｑ入力端子３２から入力されたベースバンド帯直交変調ディジタル信号の振幅を算出し、歪付加部５３において前記算出された振幅信号に歪テーブル５２より出力される歪データを乗算する。これにより、大電力増幅器１３を線形モードで使用するときと同等の非線形歪を付加し、変調信号のピークファクタの圧縮を行うことで、極座標変調の効率を高めることができ、電力増幅効率を向上できる。
また、大電力増幅器１３を線形モードで動作させる場合には、振幅変調部１４の出力を固定とし、Ｉ入力端子３１，Ｑ入力端子３２から入力されたベースバンド帯直交変調ディジタル信号をそのまま線形変調器１２の直交変調器１９に入力する。そして、線形変調器１２の出力を大電力増幅器１３において線形増幅する。
なお、上記構成例では、大電力増幅器１３の利得制御を電源入力レベルで行う構成としたが、ゲートまたはベースバイアス入力レベルで可変してもよい。また、ＲＦ帯への直交変調を直交変調器で行う構成としたが、欧州携帯電話のＧＳＭ方式等の定振幅変調システムで用いられている直接変調器または間接ＰＬＬ変調器やΔΣ変調器のような位相変調手段でもよいことはいうまでもない。
このように、第３の実施形態では、飽和モードにおいて非線形歪を付加する際に、大電力増幅器１３に電源として供給する入力変調信号の振幅成分に歪データを付加することにより、歪補償を行うことが可能となる。このように歪補償のための歪データとして振幅データのみを設けることで、歪テーブルの規模を削減することができる。また、線形モードにおいては歪補償を行わないことで、第１の実施形態よりも回路構成を簡易化することができる。
（第４の実施形態）
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。第４の実施形態の送信部６０は、第１の実施形態の構成と一部が異なり、中電力増幅器６１を設けてアナログ的に非線形歪を与えるようにしたものである。
送信部６０は、直交変調器１９と中電力増幅器２０との間に中電力増幅器６１を備え、この中電力増幅器６１に歪制御信号を入力する歪制御端子６３が設けられている。また、中電力増幅器６１の出力端には振幅検出部６２が接続され、この振幅検出部６２の出力が振幅変調部１４に供給されるようになっている。その他の構成は第１の実施形態と同様であり、同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
中電力増幅器６１は、歪制御端子６３からの入力される歪制御信号によって利得が可変に構成され、補償テーブルを用いることなく、直交変調器１９の出力を無線規格を満たす範囲でアナログ的に歪ませるように利得を調整して振幅増幅を行う。振幅検出部６２は、中電力増幅器６１の出力信号の振幅を検波し、検出した振幅成分を振幅変調部１４に出力する。またこのとき、中電力増幅器６１によって入力信号系の利得が変更されているため、ゲイン制御端子３４より入力するゲイン制御信号によって中電力増幅器２０の利得を調整することで、大電力増幅器１３への入力レベルが適正となるように中電力増幅器２０において出力レベルが再調整される。
なお、上記構成例では、大電力増幅器１３の利得制御を電源入力レベルで行う構成としたが、ゲートまたはベースバイアス入力レベルで可変してもよい。また、ＲＦ帯への直交変調を直交変調器で行う構成としたが、欧州携帯電話のＧＳＭ方式等の定振幅変調システムで用いられている直接変調器または間接ＰＬＬ変調器やΔΣ変調器のような位相変調手段でもよいことはいうまでもない。
このように、第４の実施形態では、中電力増幅器６１によってアナログ的に非線形歪を与えることで、歪補償を行うことが可能となる。このように歪補償のための増幅器を設けることで、補償テーブルが不要となり、第３の実施形態よりも更に回路構成を簡易化することができる。
（第５の実施形態）
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図である。第５の実施形態の送信部２００は、第１の実施形態の構成と一部が異なり、補償演算部４１の構成を変更したものである。
補償演算部２０１は、極座標変換部２０５、歪テーブル（ＬＵＴ１）２０６、歪付加部２０７、補償テーブル（ＬＵＴ２、ＬＵＴ３）２０９、歪補償部２０８、第一の選択部２１２、第二の選択部２１１、直交座標変換部２１０を有して構成される。その他の構成は第一の実施形態と同様であり、同様の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
極座標変換部２０５は、ベースバンド帯直交変調ディジタル信号Ｉ０，Ｑ０の極座標変換を行い、振幅信号Ｒ０及び位相信号Ｐ０に変換する。歪テーブル２０６には、大電力増幅器１３の各入力レベルに対応する出力レベル及び位相の正特性歪データが格納されている。歪付加部２０７は、振幅信号Ｒ０をパラメータとし、歪テーブル２０６の内容に応じて振幅信号Ｒ０、位相信号Ｐ０へ歪付加を行う。
補償テーブル２０９には、大電力増幅器１３の各入力レベルに対応する出力レベル及び位相の逆特性歪データ及び、大電力増幅器１３の電源端子入力レベルに対応する出力レベル及び位相の逆特性データの２つが格納され、モード切替端子２０２からの動作モード切替信号によりいずれかのデータが選択される。歪補償部２０８は、振幅信号Ｒ１をパラメータとし、補償テーブル２０９の選択された内容に応じて振幅信号Ｒ１、位相信号Ｐ１の歪補償を行う。
第一の選択部２１２は、モード切替端子２０２からの動作モード切替信号により第一の固定値出力端子２０３の出力Ｃ０と歪補償部２０８の振幅出力Ｒ２のいずれかを選択し、ＤＡ変換を行ってアナログ電圧として出力する。第二の選択部２１１は、モード切替端子２０２からの動作モード切替信号により第二の固定値出力端子２０４の出力Ｃ１と歪付加部２０７の振幅出力Ｒ１と歪補償部２０８の振幅出力Ｒ２のいずれかを選択する。直交座標変換部２１０は、第二の選択部２１１の振幅出力Ｒ３と歪補償部２０８の位相出力Ｐ２とを同相成分、直交成分に変換後、ＤＡ変換を行ってアナログ電圧Ｉ１，Ｑ１として出力する。
歪テーブル２０６の構成例は図２と同一であり、図３が格納する正特性データの一例をグラフで示した特性図となる。また補償テーブル２０９が有する２つのテーブルの構成例はいずれも図５の逆特性の場合と同様であり、図６（Ｂ）が格納する逆特性データの一例をグラフで示した特性図となる。
第５の実施形態では、歪付加手段と歪補償手段を独立に備えることにより、歪付加手段により変調信号のピークファクタを圧縮しながら、同時に極座標変調または簡易なプリディストーション方式による非線形歪補償を行うことが可能となり、第１〜第４の実施形態の場合より更に電力増幅効率を高めることができる。
上記構成において、伝送帯域の広いＷＬＡＮ系通信、例えば高速ＷＬＡＮ（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ等）で極座標変調動作させる場合には、直交座標変換部２１０への振幅信号入力Ｒ３を歪付加部２０７の振幅出力Ｒ１とすることにより、制御部３０における帯域制限が有効となり、直交座標変換部内ＤＡ変換器の動作周波数上限を抑圧できる。
また、伝送帯域の狭いセルラー系通信、例えばＧＳＭ、ＥＤＧＥ等のセルラー方式の無線通信では、第二の固定値出力端子２０４の出力Ｃ１を選択し、直交座標変換部２１０に入力する。これにより、内部ＤＡ変換器の動作周波数上限は上昇するが振幅成分を除去することで極座標動作が理想状態に近づき、６００ＫＨｚ離調で６０ｄＢｃ以上と厳しいモジュレーションスペクトラム仕様を満たすことが可能となる。ただし、ＤＡ変換器の動作周波数低減を優先する場合には、セルラー系通信で使用する際にも歪付加部２０７の振幅出力Ｒ１を選択してもよいことはいうまでもない。
上述したような各実施形態の送信装置は、ＧＳＭ方式やＷ−ＣＤＭＡ方式等のセルラー方式の各種携帯電話装置、その他の無線端末装置、無線基地局装置、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ／ｂ／ｇ方式等の各種ＷＬＡＮ用の無線通信装置などの各種無線通信装置の送信部に適用可能である。
本発明は、歪特性を良好に保ちながら、高効率な極座標変調を行うことが可能な送信部を提供できる効果を有し、極座標変調を用いた送信電力増幅が可能な送信装置およびこの送信装置を用いた無線通信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装置の構成を示すブロック図 第１の実施形態に用いる補償テーブルの構成例を示す図 第１の実施形態の補償テーブルに格納するデータの一例をグラフで示した特性図 本発明の第２の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図 第２の実施形態に用いる補償テーブルの構成例を示す図 第２の実施形態の補償テーブルに格納するデータの一例をグラフで示した特性図 本発明の第３の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図 第３の実施形態に用いる歪テーブルの構成例を示す図 第３の実施形態の歪テーブルに格納するデータの一例をグラフで示した特性図 本発明の第４の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図 本発明の第５の実施形態に係る送信装置の構成を示すブロック図 従来例の出力可変送信装置の構成を示すブロック図
符号の説明
１０，４０，５０，６０ 送信部
１１，４１，５１ 補償演算部
１２ 線形変調器
１３ 大電力増幅器
１４ 振幅変調部
１５ 第１の振幅算出部
１６，４２ 補償テーブル
１７ 歪補償部
１８ 第２の振幅算出部
１９ 直交変調器
２０，６１ 中電力増幅器
２１ 電源ドライバ
２２ 電源端子
３０ 制御部
３１ Ｉ入力端子
３２ Ｑ入力端子
３３ 乗算／除算切替端子
３４ ゲイン制御端子
３５ 出力端子
４３ 正／逆特性切替端子
５２ 歪テーブル
５３ 歪付加部
６２ 振幅検出部
６３ 歪制御端子
２００ 送信部
２０１ 補償演算部
２０２ モード切替端子
２０３ 第一の固定値出力端子
２０４ 第二の固定値出力端子
２０５ 極座標変換部
２０６ 歪テーブル
２０７ 歪付加部
２０８ 歪補償部
２０９ 補償テーブル
２１０ 直交座標変換部
２１１ 第二の選択部
２１２ 第一の選択部
１０１、１０２ 変調入力端子
１０３ 直交変調器
１０４ 搬送波発振器
１０５ 高周波電力増幅器
１０６ 送信出力端子
１０７ 包絡線生成回路
１０８ 多値直流信号発生回路
１０９ 乗算回路
１１０ 電圧制御回路
１１１ 電源端子

Claims (9)

  1. 入力変調信号の振幅を算出する振幅算出手段と、
    前記入力変調信号に対する歪補償を行うための正特性または逆特性の歪データを格納する歪補償データ格納手段と、
    前記振幅算出手段の出力に基づいて前記歪補償データ格納手段から正特性または逆特性の歪データを読み取り、前記入力変調信号と前記歪データとを乗算または除算して歪補償を行う歪補償手段と、
    前記歪補償手段の出力により直交変調を行う直交変調手段と、
    前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、
    前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、
    前記歪補償手段の出力の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備え、
    前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記正特性の歪データとの乗算または逆特性の歪データとの除算を行い、前記電力増幅手段を線形モードで動作させて線形増幅を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記正特性の歪データとの除算または逆特性の歪データとの乗算を行う送信装置。
  2. 入力変調信号の振幅を算出する振幅算出手段と、
    前記入力変調信号に対する歪補償を行うための正特性及び逆特性の歪データを格納する正逆歪補償データ格納手段と、
    前記振幅算出手段の出力に基づいて前記正逆歪補償データ格納手段から正特性または逆特性の歪データを読み取り、前記入力変調信号と前記歪データとを乗算して歪補償を行う歪補償手段と、
    前記歪補償手段の出力により直交変調を行う直交変調手段と、
    前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、
    前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、
    前記歪補償手段の出力の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備え、
    前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記正特性の歪データとの乗算を行い、前記電力増幅手段を線形モードで動作させて線形増幅を行う場合に、前記歪補償手段において前記入力変調信号と前記逆特性の歪データとの乗算を行う送信装置。
  3. 入力変調信号の同相成分及び直交成分を入力して直交変調を行う直交変調手段と、
    前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、
    前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、
    前記入力変調信号の振幅を算出する振幅算出手段と、
    前記入力変調信号の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段と、
    前記入力変調信号の振幅に対する歪データを格納する振幅歪データ格納手段と、
    前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記振幅算出手段の出力に基づいて前記振幅歪データ格納手段から歪データを読み取り、前記入力変調信号の振幅と前記歪データとを乗算する歪付加手段とを備える送信装置。
  4. 入力変調信号の同相成分及び直交成分を入力して直交変調を行う直交変調手段と、
    前記直交変調手段の出力を増幅するもので、歪制御信号に基づいて利得が制御される歪制御用の第１の可変利得増幅手段と、
    前記第１の可変利得増幅手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御されるゲイン制御用の第２の可変利得増幅手段と、
    前記第２の可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、
    前記第１の可変利得増幅手段の出力の振幅を検出する振幅検出手段と、
    前記振幅検出手段の出力を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備える送信装置。
  5. 同相成分及び直交成分からなる入力変調信号を振幅信号と位相信号に変換する極座標変換部と、
    前記振幅信号及び位相信号に歪を付加するための歪データを格納する歪データ格納手段と、
    前記振幅信号に基づいて前記歪データ格納手段から歪データを読み取り、前記振幅信号及び位相信号への歪付加を行う歪付加手段と、
    前記歪付加手段の振幅信号及び位相信号出力に対する歪補償を行うための２種類の歪データを格納する歪補償データ格納手段と、
    前記歪付加手段の振幅信号出力に基づいて前記歪補償データ格納手段からいずれかの歪データを選択して読み取り、前記歪付加手段の振幅信号及び位相信号出力に対する歪補償を行う歪補償手段と、
    前記歪補償手段の振幅信号出力、固定値出力、前記歪付加手段の振幅信号出力のいずれかと前記歪補償手段の位相信号出力を同相成分及び直交成分に変換する直交座標変換手段と、
    前記直交座標変換手段の出力により直交変調を行う直交変調手段と、
    前記直交変調手段の出力を増幅するもので、ゲイン制御信号に基づいて利得が制御される可変利得増幅手段と、
    前記可変利得増幅手段の出力の電力増幅を行うもので、入出力電力特性における線形動作領域を用いて電力増幅を行う線形モードと、前記入出力電力特性における飽和動作領域を用いて電力増幅を行う飽和モードを有する電力増幅手段と、
    前記歪補償手段の出力の振幅成分を前記電力増幅手段の出力制御用入力端に入力して極座標変調を行う振幅変調手段とを備え、
    前記直交座標変換手段への振幅信号入力を、前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合には固定値または前記歪付加手段における振幅出力とし、前記電力増幅手段を線形モードで動作させて線形増幅を行う場合には前記歪補償手段における振幅出力とする送信装置。
  6. 請求項５に記載の送信装置であって、
    前記電力増幅手段を飽和モードで動作させて極座標変調を行う場合に、前記直交座標変換手段への振幅信号入力を、動作モードがセルラー系通信の場合に固定値、ＷＬＡＮ系通信の場合に前記歪付加手段における振幅出力とする送信装置。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の送信装置であって、
    前記電力増幅手段は、送信出力電力が最大出力レベルまたはその近傍である場合に前記極座標変調を行い、この送信電力よりも小さい場合に前記線形増幅を行う送信装置。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の送信装置であって、
    前記電力増幅手段は、前記出力制御用入力端として用いられる電源端子を有し、
    前記所定レベルの信号または前記入力変調信号の振幅成分に基づく振幅変調された信号の電流容量を増加させ、前記電源端子に対し送信出力制御信号として電源供給を行う電源ドライバを備える送信装置。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の送信装置を備えた無線通信装置。
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