JPWO2008105409A1

JPWO2008105409A1 - 無線通信装置

Info

Publication number: JPWO2008105409A1
Application number: JP2009501245A
Authority: JP
Inventors: 秀人加納
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-02-27
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2010-06-03
Also published as: US20100148745A1; WO2008105409A1

Abstract

本発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置において、変調信号内のキャリア数に応じて、変調信号を増幅するための電力増幅器101のバイアス電圧を、制御部(10,102)により制御して、低消費電力化を図る。

Description

関連出願の相互参照

本出願は、２００７年２月２７日に出願された日本国特許出願２００７−４７３４９号の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む。

本発明は、多数の搬送波（以下、適宜、マルチキャリアとも言う）から構成される変調方式を採用する無線通信装置に関するものである。

現在、無線通信分野では、通信容量が大きい、いわゆるワイヤレスブロードバンドの検討が盛んに行われている。その一つに、例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronic Engineers：電気電子学会）８０２．１６において標準規格が定められているＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）システムが知られている（例えば、非特許文献１参照）。

ＷｉＭＡＸシステムは、マルチキャリアを使用するＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）を変調方式として採用している。また、モビリティを持たせたＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格では、多元接続方式としてＯＦＤＭＡ（Orthogonal Frequency Division Multiple Access）を採用している。

図４は、ＯＦＤＭを採用する従来の無線通信装置における電力増幅部の概略構成を示すブロック図である。

図４に示す電力増幅部１００は、電力増幅器を構成する電力増幅素子１０１と、そのバイアス回路１０２とから構成されている。電力増幅素子１０１は、電源端子１１３に電源電圧としてバッテリからの電圧V_battが印加され、かつバイアス回路１０２から所要のバイアス電圧が印加された状態で、入力端子１１１に入力されたＯＦＤＭ信号PA_INを規定電力まで増幅して出力端子１１２に出力信号PA_OUTを出力する。

バイアス回路１０２は、バイアス制御端子１１４に正レベルの制御信号PA_ONが入力された場合に、当該バイアス回路１０２をＯＮにして、基準電圧端子１１５に供給される基準電圧V_Refに基づいて作成されるバイアス電圧を、電力増幅素子１０１に供給する。なお、電力増幅素子１０１に供給するバイアス電圧は、電力増幅素子１０１が出力するＯＦＤＭ信号が標準規格を満足する電圧に設定される。

また、バイアス回路１０２は、バイアス制御端子１１４にゼロレベルの制御信号が入力された場合は、当該バイアス回路１０２をＯＦＦにして、電力増幅素子１０１へのバイアス電圧の供給を停止し、電力増幅素子１０１を非動作状態にする。

服部武／藤岡雅宣共著「インプレス標準教科書シリーズ改訂版ワイヤレス・ブロードバンド教科書高速ＩＰワイヤレス編」初版、株式会社インプレスＲ＆Ｄ、２００６年６月、ｐ．１９９−２１２

図４に示したようなＯＦＤＭ信号を増幅する電力増幅素子１０１は、相互変調成分等による変調精度（ＥＶＭ：Error Vector Magnitude）の劣化を防止して、システムの規格を満足させる必要があることから、優れた直線性が要求される。

また、ＯＦＤＭ信号は、キャリアの数が多くなる程、信号のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio：ピーク対平均電力比）が大きくなる。例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅで規定されているチャネル帯域幅が５ＭＨｚ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform: 高速フーリエ変換）サイズが５１２ポイントのＯＦＤＭ信号の場合は、ＰＡＰＲは１０ｄＢ程度であるが、チャネル帯域幅が１０ＭＨｚ、ＦＦＴサイズが１０２４ポイントのＯＦＤＭ信号の場合は、ＰＡＰＲは１３ｄＢ程度と大きくなる。このように、チャネル帯域幅、ＦＦＴサイズが大きくなるほど、ＰＡＰＲも大きくなる。

このため、ピーク電力に対して線形性を確保しながら、規格を満足するには、ピーク電力が大きい程、すなわち、キャリア数が多い程、大きな電流を流して線形性を確保する必要がある。

ところで、例えば、ＩＥＥＥ８０２．１６ｅで採用されているＯＦＤＭＡの多元接続方式では、図５にフレーム構造の一例を示すように、アップリンク（Uplink（上り））における端末側のキャリア数は、アプリケーションやトラフィック等の条件に応じて適宜決定され、最大キャリア数に対して少なくなる。なお、図５において、横軸は時間を、縦軸は周波数を示す。

このように、使用キャリア数が少なくなると、ＰＡＰＲが小さくなるので、より少ない電流で電力増幅素子の線形性を確保することが可能となる。

しかしながら、図４に示した従来の無線通信装置の電力増幅部１００においては、電力増幅素子１０１のバイアス電圧を、ＯＦＤＭ信号が標準規格を満足するような電圧、すなわち使用可能な最大キャリア数に対応する電圧に固定的に設定しているとともに、電力増幅素子１０１の電源電圧も、バッテリ電圧V_battに固定的に設定している。

このため、使用するキャリア数が少ない場合でも、常に大きなアイドル電流が流れることとなって、消費電力が増大する。このような消費電力の増大は、特に、バッテリを電源とする携帯の無線通信装置では、バッテリの使用時間の短縮を招くことになる。

したがって、かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、低消費電力化に適したマルチキャリア変調方式の無線通信装置を提供することにある。

上記目的を達成する第１の観点に係る無線通信装置の発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置であって、
前記変調信号を増幅するための電力増幅器と、
前記変調信号内のキャリア数に応じて前記電力増幅器のバイアス電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするものである。

第２の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線通信装置において、
前記キャリア数に応じた前記電力増幅器のバイアス電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数に応じたバイアス電圧値に基づいて、前記電力増幅器のバイアス電圧を制御することを特徴とするものである。

第３の観点に係る発明は、第１の観点に係る無線通信装置において、
前記制御部は、前記キャリア数および前記変調信号を送信する送信電力に応じて前記電力増幅器のバイアス電圧を制御することを特徴とするものである。

第４の観点に係る発明は、第３の観点に係る無線通信装置において、
前記キャリア数および前記送信電力に応じた前記電力増幅器のバイアス電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数および前記送信電力に応じたバイアス電圧値に基づいて、前記電力増幅器のバイアス電圧を制御することを特徴とするものである。

さらに、上記目的を達成する第５の観点に係る無線通信装置の発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置であって、
前記変調信号を増幅するための電力増幅器と、
前記電力増幅器に電源電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記変調信号内のキャリア数に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とするものである。

第６の観点に係る発明は、第５の観点に係る無線通信装置において、
前記キャリア数に応じた前記電力増幅器の電源電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数に応じた電源電圧値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とするものである。

第７の観点に係る発明は、第５の観点に係る無線通信装置において、
前記制御部は、前記キャリア数および前記変調信号を送信する送信電力に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とするものである。

第８の観点に係る発明は、第７の観点に係る無線通信装置において、
前記キャリア数および前記送信電力に応じた前記電力増幅器の電源電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数および前記送信電力に応じた前記電力増幅器の電源電圧値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とするものである。

本発明は、マルチキャリアで変調された変調信号を増幅する電力増幅器のバイアス電圧または電源電圧を、変調信号内のキャリア数に応じて制御するので、最適なバイアス電圧または電源電圧を電力増幅器に供給することができる。したがって、無線通信装置の低消費電力化が可能となる。

本発明の第１実施の形態に係る無線通信装置の電力増幅部の概略構成を示すブロック図である。本発明の第２実施の形態に係る無線通信装置の電力増幅部の概略構成を示すブロック図である。図２に示したメモリ部に格納する閾値情報を説明するための図である。従来の無線通信装置における電力増幅部の概略構成を示すブロック図である。ＯＦＤＭＡのフレーム構造の一例を示す図である。

符号の説明

１，２電力増幅部
１０バイアス回路制御部
１１，２２メモリ部
２０ＤＣ／ＤＣコンバータ
２１コンバータ制御部
１０１電力増幅素子
１０２バイアス回路
１１１入力端子
１１２出力端子
１１３電源端子
１１４バイアス制御端子
１１５基準電圧端子

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して説明する。なお、以下の実施の形態において、図４と同様の作用をなす素子には同一符号を付して、その説明を省略する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態に係るマルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置の電力増幅部の概略構成を示すブロック図である。この変調信号を増幅するための電力増幅部１は、電力増幅器を構成する電力増幅素子１０１と、そのバイアス回路１０２との他に、バイアス回路１０２を制御するバイアス回路制御部１０と、記憶部であるメモリ部１１とを備える。

バイアス回路制御部１０には、図示しない上位の通信制御部からマルチキャリア変調信号内のキャリア数情報SC_Nおよび送信電力情報PWR_LVLを供給する。また、メモリ部１１には、キャリア数および送信電力に応じて、電力増幅素子１０１に供給するバイアス電圧値を決定するバイアス電圧テーブルを予め格納する。

表１は、メモリ部１１に格納するバイアス電圧テーブルの一例を示す。表１に示すように、バイアス電圧値は、キャリア数が少ない程、また、送信電力が低い程、低くする。

図１において、バイアス回路制御部１０は、上位の通信制御部から入力された変調信号内のキャリア数情報SC_Nおよび送信電力情報PWR_LVLに基づいて、メモリ部１１に格納されているバイアス電圧テーブルから対応するバイアス電圧値を読み出し、その読み出したバイアス電圧値を、バイアス制御端子１１４を介してバイアス回路１０２に供給する。これにより、バイアス回路制御部１０は、バイアス回路１０２から電力増幅素子１０１に印加するバイアス電圧が、メモリ部１１から読み出したバイアス電圧値となるようにバイアス回路１０２を制御する。したがって、本実施の形態は、バイアス回路制御部１０およびバイアス回路１０２により制御部を構成する。

本実施の形態によると、電力増幅素子１０１には、キャリア数および送信電力に応じて、キャリア数が少ない程、また、送信電力が低い程、低いバイアス電圧が供給される。したがって、電力増幅素子１０１の効率を上げることができ、消費電力を削減することができるので、特に、バッテリ寿命が問題となる無線通信装置では、より効果的となる。

（第２実施の形態）
図２は、本発明の第２実施の形態に係るマルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置の電力増幅部の概略構成を示すブロック図である。この変調信号を増幅するための電力増幅部２は、電力増幅器を構成する電力増幅素子１０１と、そのバイアス回路１０２との他に、電力増幅素子１０１に所要の電源電圧を印加するＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、このＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧を制御するコンバータ制御部２１と、メモリ部２２とを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、バッテリ電圧V_Battを入力電圧とし、この入力電圧をコンバータ制御部２１の制御のもとに所要の電圧に変換して出力する。このＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧は、電力増幅素子１０１の電源電圧として電源端子１１３に印加する。

コンバータ制御部２１には、第１実施の形態の場合と同様に、図示しない上位の通信制御部からマルチキャリア変調信号内のキャリア数情報SC_Nおよび送信電力情報PWR_LVLを供給する。また、メモリ部２２には、変調信号内のキャリア数および送信電力に応じて、電力増幅素子１０１の電源端子１１３に印加する電源電圧値、すなわちＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧値、を予め格納する。

ここで、メモリ部２２に格納するＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧値は、例えば図３に示すように、キャリア（サブキャリア）数が少ない程、また、送信電力が低い程、低くなるように設定する。すなわち、キャリア数が２０１以上の場合には一点破線で示すように送信電力に応じて変化し、キャリア数が５１〜２００の場合には破線で示すように送信電力に応じて変化し、キャリア数が５０以下の場合には実線で示すように送信電力に応じて変化するように設定する。なお、本実施の形態では、送信電力を増加させる場合と減少させる場合とで、出力電圧値にヒステリシスを持たせている。

図２において、コンバータ制御部２１は、上位の通信制御部から入力されたキャリア数情報SC_Nおよび送信電力情報PWR_LVLに基づいて、メモリ部２２から対応する電源電圧値を読み出して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に供給する。これにより、コンバータ制御部２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧が、メモリ部２２から読み出した電源電圧値となるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御する。したがって、本実施の形態は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０およびコンバータ制御部２１により制御部を構成する。

本実施の形態によると、電力増幅素子１０１の電源端子１１３には、キャリア数および送信電力に応じて、キャリア数が少ない程、また、送信電力が低い程、バッテリ電圧V_Battよりも低い電源電圧が供給される。したがって、第１実施の形態と同様に、電力増幅素子１０１の効率を上げることができ、消費電力を削減することができるので、特に、バッテリ寿命が問題となる無線通信装置においては、より効果的となる。

なお、本発明は、上記実施の形態にのみ限定されるものではなく、幾多の変形または変更が可能である。例えば、上記第１実施の形態では、キャリア数および送信電力に応じて、バイアス電圧を段階的に制御するようにしたが、連続的に制御するように構成することもできる。また、第１実施の形態におけるバイアス電圧や、第２実施の形態における電源電圧（ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の出力電圧）は、送信電力を考慮することなく、キャリア数のみに応じて、キャリア数が少ない程、低くなるように制御することもできる。

Claims

マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置であって、
前記変調信号を増幅するための電力増幅器と、
前記変調信号内のキャリア数に応じて前記電力増幅器のバイアス電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
前記キャリア数に応じた前記電力増幅器のバイアス電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数に応じたバイアス電圧値に基づいて、前記電力増幅器のバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記制御部は、前記キャリア数および前記変調信号を送信する送信電力に応じて前記電力増幅器のバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の無線通信装置。
前記キャリア数および前記送信電力に応じた前記電力増幅器のバイアス電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数および前記送信電力に応じたバイアス電圧値に基づいて、前記電力増幅器のバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項３に記載の無線通信装置。
マルチキャリアで変調された変調信号を送信する無線通信装置であって、
前記変調信号を増幅するための電力増幅器と、
前記電力増幅器に電源電圧を供給するＤＣ／ＤＣコンバータと、
前記変調信号内のキャリア数に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする無線通信装置。
前記キャリア数に応じた前記電力増幅器の電源電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数に応じた電源電圧値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
前記制御部は、前記キャリア数および前記変調信号を送信する送信電力に応じて前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項５に記載の無線通信装置。
前記キャリア数および前記送信電力に応じた前記電力増幅器の電源電圧値を記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記キャリア数および前記送信電力に応じた前記電力増幅器の電源電圧値に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を制御することを特徴とする請求項７に記載の無線通信装置。