JP5493227B2 - 送信回路 - Google Patents
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Description
して増幅器を設計/動作させている。このため、送信装置の電力効率が低いという問題があった。
搬送波c(t)に対する変調波e(t)は、複素包絡線E(t)を用いて、以下の式2、式3で表すことができる。
=Re[E(t)ej2πfct] ・・・(式2)
E(t)=A(t)・ejφ(t) ・・・(式3)
A(t)は、変調波の振幅(振幅成分)を表す。φ(t)は位相(角度成分)を表し、周波数は位相の微分であるため、両者は一般に角度成分として扱うことができる。
角度変調された信号とが振幅変調器2で変調される。振幅変調器2の出力は、一定振幅の角度変調波がPWM信号の“1”又は“0”に従ってオン又はオフされた信号となる。
化雑音に対応する誤差QA(t) が加わったものであり、以下の式4で表すことができる。
このようなPWM信号A'(t)を用い、振幅変調器2で一定振幅の角度変調波を振幅変調すると、振幅変調器2の出力にも量子化雑音Q(t)で振幅変調された量子化雑音が発生する
。量子化雑音の大部分は送信帯域外成分となるため、バンドパスフィルタ(BPF)4で減衰させ、量子化雑音の残留成分QA’(t)を小さくすることが可能である。
信信号を高効率かつひずみ無く送信することができる。
号の平均電力を変更(出力電力を下げるなど)したい場合、信号の振幅制御により電力制御を実現しようとすると、送信帯域外の雑音電力の規格を満足することが難しくなる。
Δ変調してパルス幅変調信号を出力するΣ-Δ変調器と、
電力増幅器での送信出力に応じた送信出力制御係数を前記変調信号に乗じることにより得られる信号の角度変調成分信号を生成する角度変調部と、
前記パルス幅変調信号と前記角度変調成分信号とを乗じ、当該乗算結果を前記電力増幅器への出力信号として出力する乗算器と
を含む。
携帯電話システムでは基地局と端末との距離や周囲の電波環境に応じて、送信出力を適切な電力に制御する送信出力制御(Transmission Power Control:TPC)が行われる。図1に示した従来技術の構成で送信出力を変更する場合、振幅成分A(t)にTPC制御係
数KA(但しKA≦1、1は定格出力)を乗算したデータを用いてPWM信号A"(t)を生成する方法が考えられる。PWM信号A"(t)は、以下の式5で表すことができる。
また、式5に示したPWM信号A"(t)を用いて、変調波(BPF4への入力)の複素包絡線E"(t)を表すと以下の式6となる。
=KAA(t) ejφ(t)+QA(t)ejφ(t) ・・・(式6)
式6より、量子化雑音に対応する誤差QA(t)の電力はTPC制御係数KAによらずほぼ一
定になることが分かる。一方、送信信号電力はTPC制御係数KAによって減少するため
、信号対雑音比(SN比)がKAに比例して劣化し、BPF4の出力のSN比も同様に劣
化する。
図2は、実施形態1における送信回路を含む送信装置の構成例を示す図である。図2において、送信装置10は、送信回路10Aと、送信回路に接続された電力増幅器(パワーアンプ:PA、「飽和増幅器」ともいう)15と、電力増幅器15に接続されたバンドパスフィルタ(BPF)16とを備え、BPF16の出力端子には、図示しない送信アンテナが接続されている。
する。Σ-Δ変調器12は、発振器18からの標本化クロックfsを用いて振幅成分A(t)
をPWM形式の振幅成分A’(t)に変調する。振幅成分A’(t)はPWM信号として乗算器14に入力される。
(t)の同相成分I及び直交成分Qのベースバンド信号を生成し、位相/TPC変調器13に入力する。
信号を電力増幅器15に出力する。電力増幅器15は、所定の送信電力で信号増幅を行い、出力をBPF16に接続する。BPF16は、送信帯域外の信号を除去する。BPF1
6の出力信号は、図示しない送信アンテナに接続され、電磁放射される。
変調波の複素包絡線EKφ(t)は以下の式7で表すことができる。
複素包絡線EKφ(t)を位相/TPC変調器13に入力して搬送波を変調することで
、送信出力制御された角度変調波を発生することができる。位相/TPC変調器13からの出力信号は、乗算器14において、Σ-Δ変調器12からのPWM信号A'(t)で振幅変
調される。これによって、乗算器14の出力として、送信出力制御された変調信号を得ることができる。この場合、PWM信号A'(t)は送信出力制御から独立しており、量子化雑音と信号電力との比を複素包絡線で表示すると、以下の式8で表されるように送信出力制御の影響を受けないことがわかる。
=KAA(t) ejφ(t) +KAQA(t)ejφ(t) ・・・(式8)
図2の構成例では、電力増幅器15への入力信号全体にTPC制御係数KAという振幅
係数が掛けられる。これによって、電力増幅器15の出力が変化する。図3は、電力増幅器15の入出力特性を示すグラフである。一般に、電力増幅器15の入出力特性は線形ではない。従って、振幅制御係数、すなわちTPC制御係数KAは電力増幅器15の入出力
特性を考慮し、所望の出力が得られるように決定することができる。例えば、出力電力が一定の間隔で増加するように入力電力の値が決められ(図3参照)、入力電力に応じたTPC制御係数KAが決定されることができる。
変換部22と、cosφ(t)及びsinφ(t)に対してTPC振幅係数KAを乗算する乗算器23
及び24を含んでいる。
分Q=KAsinφ(t))が出力される。直交変調器25、すなわち位相/TPC変調器13は
、搬送波fcをベースバンド信号I,Qで直交変調する。この結果、直交変調器25の出
力信号として、複素包絡線がEKφ(t)=KAejφ(t)なる送信出力制御された角度変調波
を発生することができる。この角度変調波に乗算器14でPWM信号A'(t)を乗算することで、式(8)に示す送信出力が得られる。
の入力側ではなく直交変調器25の出力側のゲイン調整器26で直交変調器25からの角度変調波に乗算される。
音に対し、TPC制御係数KA(KA≦1(定格))を乗算した角度変調信号が乗算器14で乗じられる。これによって、TPC制御係数KAが信号成分だけでなく量子化雑音にも乗
じられる(式8)ことにより、送信出力における量子化雑音の影響を抑え、SN比を好適に保つことができる。その結果、品質の良い信号を送信することができる。
次に、実施形態2について説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。一般に、電力増幅器の電力効率は、最大出力付近が最も高く、送信出力が低い状態では、効率が低下する。このため。電力増幅器への入力信号レベルをTPC制御係数によって下げると、電力増幅効率が低下する。実施形態2は、電力増幅効率低下を改善する送信装置について説明する。
電源電圧制御部32を備える点で、実施形態1と異なる。また、前処理回路11がTCP制御係数KAをTPC制御係数の補正値である補正係数KA'に変換する係数変換部33を
含む点で、実施形態1と異なる。
わち、送信電力に応じた値のTPC制御係数KAが入力される。電源電圧制御部32は、
TPC制御係数KAに対応する電源電圧値VDを記憶した記録媒体(例えばメモリ:図示せず)を備えている。電源電圧の値VDとして、TPC制御係数KAの値に対応する適切な値が予め決定され、メモリに格納される。電源電圧制御部32は、前処理回路11に入力されるTPC制御係数KAを受け取り、TPC制御係数KAに対応する電源電圧値VDを読み
出してDC-DC変換器31に与える。
された電源電圧値VDとなるように制御される。これによって、電力増幅器15の電力増
幅効率が良好となる電源電圧VDが電力増幅器15に供給される。
正係数KA'との関係を示す値が予めメモリに格納されている。前処理回路11にTPC制御係数KAが入力されると、対応する補正係数KA'を読み出す。読み出された補正係数KA'は、角度変調成分に乗算される。
実施形態2に関して、TPC制御係数KAから補正係数KA'を決定する具体的手法につ
いて説明する。TPC(Transmission Power Control)は送信出力電力値の制御であり、TPC制御係数KAは送信ユニットとして出力する送信出力を表している。実施形態2の
送信回路30Aでは、角度変調成分にTPC制御係数を乗算する。このため、電力増幅器15が電力の低い領域から高い領域まで動作することを考慮する。特に、動作点が電力増幅器15の飽和領域に位置する場合には、電力増幅器15の非線形特性の影響を考慮したTPC制御係数の変換を行う。
においては、電力増幅器15の入出力特性が必要となる。このため、アンプデバイス、すなわち電力増幅器15の入出力特性をCW(Continuous Wave)或いはパルス信号を用い
て求める(図7のS1)。これにより、図7のグラフG1に示すような電力増幅器15の入出力特性を得ることができる。
f(x)を生成する(図7のS2)。これによって、図7のグラフG2に示すようなKA−KA'間の係数変換マップが生成される。係数変換マップは、係数変換部33が有するメモリ
に予め格納される。或いは、関数f(x)がメモリに格納されていても良い。
よる制御は行われない。ここで、KA_MAXよりも−3dB低い電力で送信を行う場合には
、係数変換部33は、関数f(x)を用いて以下の計算を行う。
この式AをKA'の真値に変換するために、以下の計算を行う。
そして、式Bにて得られた補正係数KA'が角度変調成分に乗算される。これによって、KA_MAXよりも−3dB低い電力で送信を行うことができる。
次に、TPC制御係数KAから電力増幅器15(アンプ)に印加する電力値VDを決定する具体的手法について説明する。アンプデバイス、すなわち電力増幅器は、飽和領域において高い増幅効率で動作する。しかし、低い電力を出力する場合には、増幅器の効率が低くなる。Σ-Δ変調方式による電力増幅器への入力信号は2値であり、PWM信号がオン
“1”のときに電力増幅器はオン状態となり、効率の高い飽和領域で動作する。これに対し、PWM信号がオフ“0”のときに電力増幅器はオフ状態となる。オフ状態での消費電力は“0”である。
(Continuous Wave)或いはパルス信号を用いて予め電力増幅器の入出力特性を求める(
図8のS11)。これにより、図8に示すグラフG3が得られる。
を示す関数を決定する(図8のS12)。これによって、図8のグラフG5が得られる。一方、グラフG4と逆特性となるようなTPC制御係数KAから補正係数KA'との関数を
生成する(図8のS13)。これによって、図8のグラフG6が得られる。
力)によって決まる。電源電圧制御部32のメモリには、グラフG5を元に作成されたTPC制御係数KAから印加電圧VAmp、すなわち電源電圧VDとの変換テーブルが格納され
る。これによって、電源電圧制御部32は、TPC制御係数KAに応じた印加電圧VAmp(VD)をDC-DC変換器31を介して電力増幅器15に印加することができる。
次に、実施形態3について説明する。実施形態1,2と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図9は、実施形態3における送信装置の構成例を示す図である。図9において、送信装置40の送信回路40Aは、電力制御部32の代わりの電力量検出部41及び適応制御部42を備える点で、実施形態2に示した送信回路30Aと異なっている。送信回路40では、電力増幅器15への印加電圧、すなわち電源電圧は固定である。
御係数の補正値であるKA'を決定し、係数変換部43に変換の指示を与える。係数変換部33は、適応制御部42からの指示に従って、前処理回路11に入力されるTPC制御係数KAを補正係数KA'に変換する。送信回路40Aでは、TPC制御係数KA又は補正係数KA'が角度変調成分に乗算される。
設定される(ステップS101)。TPC制御係数KAは前処理回路11に入力される。
換され、角度変調成分に乗算される(ステップS102)。その後、実施形態1で説明した動作が前処理回路11,Σ-Δ変調器12,位相/TPC変調器13,乗算器14で行
われる。乗算器14の出力信号は、電力増幅器15で電力増幅され、BPF16で送信帯域外成分が除去された後、送信信号として出力される。
部41に入力される。電力量検出部41は、電力量TxPW(すなわち送信出力電力)を検出し、適応制御部42に入力する(ステップS103)。
誤差範囲、すなわち許容範囲δ以下か否かを判定する(ステップS104)。誤差が許容範囲δ以下の場合(S104のYES)には、図10に示す処理を終了する。
S105)。
には、適応制御部42は、係数変換部33が有する補正係数KA'の値を、現在の補正係数KA'に所定値Δσを加えた値に設定し(ステップS106)、処理をステップS102に戻す。これに対し、TPC制御係数KAが電力量TxPW以下の場合(S105のNO)
には、適応制御部42は、係数変換部33が有する補正係数KA'の値を、現在の補正係数KA'から所定値Δσを減じた値に設定し(ステップS107)、処理をステップS102に戻す。
誤差が大きい場合において、設定値が送信出力電力より大きければ、KA'を大きく、設定値が送信出力電力より小さければKA'を小さくするよう制御する。これによって、送信出力電力値に適したTPC制御係数を使用することが可能となる。
次に、実施形態4について説明する。実施形態1,2,3と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図11は、実施形態4における送信装置の構成例を示す図である。図11において、送信装置50の送信回路50Aは、送信装置30Aの構成に加えて、実施形態2のDC-DC変換器31及び電源電圧制御部32を備える点で、実
施形態3に示した送信回路40Aと異なっている。送信回路50では、電力増幅器15への印加電圧、すなわち電源電圧は可変である。
設定される(ステップS201)。TPC制御係数KAは前処理回路11に入力される。
換され、角度変調成分に乗算される。その後、実施形態1で説明した動作が前処理回路11,Σ-Δ変調器12,位相/TPC変調器13,乗算器14で行われる。一方で、電源
電圧制御部32によって、アンプデバイスたる電力増幅器15に対し、TPC制御係数KAに応じた印加電圧VampがDC-DC変換器31を介して印加される(ステップS202
)。
には、適応制御部42は、係数変換部33が有する補正係数KA'の値を、現在の補正係数KA'に所定値Δσを加えた値に設定する(ステップS206)。これに対し、TPC制御係数KAが電力量TxPW以下の場合(S205のNO)には、適応制御部42は、係数
変換部33が有する補正係数KA'の値を、現在の補正係数KA'から所定値Δσを減じた値に設定する(ステップS207)。
御部42は、電源電圧制御部32が保持する印加電圧Vampの値を、現在の印加電圧に所
定値ΔVを加えた値に設定する(ステップS208)。これに対し、TPC制御係数KA
が電力量TxPW以下の場合(S205AのNO)には、適応制御部42は、電源電圧制御部32が保持する印加電圧Vampの値を、現在の印加電圧から所定値Δσを減じた値に
設定する(ステップS209)。ステップS208又はS209の処理が終了すると、処理がステップS202に戻る。
定する。
出され(ステップS203A)、誤差ΔPiが許容範囲δ未満か否かを判定する(ステッ
プS211)。誤差が許容範囲δを上回る場合(S211のNO)には、適応制御部42は、電源電圧制御部32が保持する印加電圧Vampの値を、現在の印加電圧から所定値Δ
σを加えた値に設定する(ステップS212)、その後、ステップS202と同様の処理が行われ、図12の処理が終了する。但し、ステップS203A以降の処理が実行されるようにしても良い。
値Δσを減じた値に設定し(ステップS214)、処理をステップS202Aに戻す。
範囲δより誤差が大きい場合には、まず補正係数KA'が制御される。TPC制御係数KA
が送信出力電力より大きければ、KA'を大きく、設定値が送信出力電力より小さければKA'を小さくするよう制御する。
はアンプデバイス(電力増幅器15)の印加電圧VAmpが制御される。KAが送信出力電力より大きければ、VAmpを大きく、設定値が送信出力電力より小さければVAmpを小さくするように制御が行われる。誤差が許容電力誤差範囲δに入らなければ上記操作が繰り返し行われる。
10A,30A,40A,50A・・・送信回路
11・・・前処理回路
12・・・Σ-Δ変調器
13・・・位相/TPC変調器
14・・・乗算器
15・・・電力増幅器
16・・・バンドパスフィルタ
18,19・・・発振器
21・・・コサイン変換部
22・・・サイン変換部
23,24・・・乗算器
25・・・直交変調器
26・・・ミクサ
31・・・DC-DC変換器
32・・・電源電圧制御部
33・・・係数変換部
41・・・電力量検出部
42・・・適応制御部f
Claims (8)
- 変調信号の振幅変調成分をΣ-Δ変調してパルス幅変調信号を出力するΣ-Δ変調器と、
電力増幅器での送信出力に応じた送信出力制御係数を前記変調信号に乗じることにより得られる信号の角度変調成分信号を生成する角度変調部と、
前記パルス幅変調信号と前記角度変調成分信号とを乗じ、当該乗算結果を前記電力増幅器への出力信号として出力する乗算器と
を含む送信回路。 - 前記角度変調部は、
前記変調信号の位相に対する余弦を同相成分として求める余弦変換部と、
前記変調信号の位相に対する正弦を直交成分として求める正弦変換部と、
前記余弦変換部から出力される同相成分及び前記正弦変換部から出力される直交成分のそれぞれに前記送信出力制御係数を乗じる乗算部と、
前記乗算部から出力される前記送信出力制御係数が乗じられた同相成分及び直交成分を含むベースバンド信号で搬送波を直交変調する直交変調器とを含み、
前記直交変調器の出力が前記角度変調成分信号として前記乗算器に入力される
請求項1に記載の送信回路。 - 前記角度変調部は、
前記変調信号の位相に対する余弦を同相成分として求める余弦変換部と、
前記変調信号の位相に対する正弦を直交成分として求める正弦変換部と、
前記余弦変換部から出力される同相成分及び前記正弦変換部から出力される直交成分を含むベースバンド信号で搬送波を直交変調する直交変調器と、
前記直交変調器の出力に対して前記送信出力制御係数を乗じる乗算部とを含み、
前記乗算部の出力が前記角度変調成分信号として前記乗算器に入力される
請求項1に記載の送信回路。 - 前記送信出力制御係数に応じて前記電力増幅器に印加する印加電圧を決定する電圧制御部をさらに含む
請求項1に記載の送信回路。 - 前記変調信号の角度変調成分信号に乗じる前記送信出力制御係数の値を補正する補正部をさらに含む
請求項1に記載の送信回路。 - 前記電力増幅器の出力信号の電力量を検出する検出部と
前記電力量と前記送信出力制御係数との誤差が許容範囲にあるか否かを判定する判定部と、
前記誤差が前記許容範囲外である場合に、前記補正部が前記角度変調成分信号に乗じる前記送信出力制御係数の値を補正する
請求項1に記載の送信回路。 - 前記電力増幅器に印加する印加電圧を制御する電圧制御部をさらに含み、
前記補正部による前記送信出力係数の補正後における前記電力増幅器の出力信号の電力量と前記補正された送信出力制御係数との誤差が許容範囲外である場合に、前記電圧制御部は、前記電力増幅器に印加する印加電圧を変更する
請求項6に記載の送信回路。 - 前記電力増幅器に印加する印加電圧を制御する電圧制御部をさらに含み、
前記誤差が前記許容範囲内である場合に、前記電圧制御部は、前記電力増幅器に印加する印加電圧の値を小さくする
請求項6に記載の送信回路。
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