Transmitting circuit, and communication apparatus using communication apparatus

本発明は、ポーラ変調方式を用いて送信信号を生成する送信回路、及びその送信回路を用いた通信機器に関する。

従来、包絡線変動成分を含む変調信号を増幅する高周波電力増幅器には、包絡線変動成分を線形に増幅するためにＡ級又はＡＢ級の線形増幅器が用いられていた。 このような線形増幅器は、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しているために、Ｃ級ないしＥ級等の非線形増幅器に比べて電力効率が低い。 このため、このような高周波電力増幅器を、電池を電源とする携帯型の通信機器に適用した場合、高周波電力増幅器の電力消費量が多いため、使用時間が短くなってしまうという問題点があった。 また、このような高周波電力増幅器を、大電力の送信回路を複数設置する無線システムの基地局装置に適用した場合においては、装置の大型化や発熱量の増大を招いてしまうという問題点があった。

そこで、高効率に動作する送信回路として、ポーラ変調方式が適用された送信回路が従来から提案されている。 図９は、ポーラ変調方式が適用された従来の送信回路５００の構成を示すブロック図である。 図９において、従来の送信回路５００は、信号生成部５１０、角度変調部５２０、振幅増幅部５３０、及び振幅変調部５５０を備える。

信号生成部５１０は、入力データを信号処理することによって得られる振幅成分及び位相成分に基づいて、振幅信号及び周波数信号を出力する。 周波数信号は、位相を時間で微分した信号である。 振幅信号は、振幅増幅部５３０に入力され、周波数信号は、角度変調部５２０に入力される。 振幅増幅部５３０は、入力された振幅信号に応じた電圧を振幅変調部５５０に供給する。 角度変調部５２０は、入力された周波数信号を角度変調して角度変調信号を生成し、振幅変調部５５０に出力する。 振幅変調部５５０は、角度変調部５２０が出力する角度変調信号を振幅増幅部５３０から供給された電圧で振幅変調して、変調信号として出力する。 この変調信号が、送信信号として出力される。

このように、ポーラ変調方式が適用された従来の送信回路５００は、振幅信号と周波数信号とを個別に処理することによって、高効率かつ低歪な送信回路を実現している。

上述したポーラ変調方式を用いた送信回路では、変調波が広帯域化するため、要求される受信帯域ノイズの抑制と変調歪みの抑制との両立が難しい。 特に、マルチバンド・マルチモード無線機では、各バンド・モードにおいて受信周波数と送信周波数との間隔や要求仕様が異なる。 ポーラ変調方式の送信回路では、振幅変調部が飽和動作している状態において振幅信号に重畳したノイズが振幅変調部の出力に現れやすいので、直交変調方式では問題にならなかった振幅増幅部におけるノイズが大きな問題となる。

そこで、この問題の対応策として、振幅変調部の出力部にバンドパスフィルタを挿入する回路構成が提案されている（特許文献１を参照）。 この構成によって、送信系回路から共用器を介して受信系回路へ漏れるノイズをカットすることができる。 しかしながら、この特許文献１に記載の構成では、主信号もバンドパスフィルタを通過することになり、主信号に損失が生じてしまう。

それ故に、本発明の目的は、主信号に損失を生じさせることなく、振幅増幅部で生じた受信帯域ノイズを低減できると共に、変調歪みの抑制との両立を可能とする送信回路、及びその送信回路を用いた通信機器を提供することである。

本発明の目的は、入力されるデータに基づいて、送信信号を生成して出力する送信回路に向けられている。 そして、上記目的を達成させるために、本発明の送信回路は、信号生成部、角度変調部、振幅増幅部、ローパスフィルタ部、及び振幅変調部を備える。

信号生成部は、データを信号処理することによって得られる振幅成分及び位相成分に基づいて、振幅信号及び周波数信号を生成する。 角度変調部は、周波数信号を角度変調する。 振幅増幅部は、振幅信号の大きさに応じた信号を出力する。 ローパスフィルタ部は、振幅増幅部からの出力信号に含まれる高周波成分を減衰させ、この減衰された信号を出力する。 振幅変調部は、角度変調部からの出力信号を入力し、ローパスフィルタ部からの出力信号で振幅変調して、変調信号として出力する。

典型的には、振幅増幅部は、レギュレータである。 また、ローパスフィルタ部は、振幅増幅部と振幅変調部との間に直列に挿入されるインダクタと、インダクタの出力側を接地するキャパシタとからなる。

好ましくは、振幅増幅部は、振幅信号の大きさに応じた信号をそれぞれ出力する複数の振幅増幅器で構成され、ローパスフィルタ部は、複数の振幅増幅器に対応して設けられ、対応する振幅増幅器からの出力信号の高周波成分を減衰させる複数のローパスフィルタで構成され、振幅変調部は、複数のローパスフィルタに対応して設けられ、入力信号を対応するローパスフィルタからの出力信号で振幅変調して出力する、直列接続された複数の振幅変調器で構成される。 また、この構成では、信号生成部と複数の振幅増幅器の少なくとも１つとの間に、複数のローパスフィルタ間で生じる遅延量を調整するための遅延調整部をさらに備えることが望ましい。

また、データの変調方式や変調条件、受信帯域、変調信号の出力パワー、及び変調信号の周波数の少なくとも１つに応じて、ローパスフィルタ部における所定の高周波成分の減衰量を変更する制御部をさらに備えることが好ましい。 この制御部は、データの変調方式や変調条件、受信帯域、変調信号の出力パワー、及び変調信号の周波数の少なくとも１つに応じて、遅延調整部における遅延量を調整してもよい。

さらに、本発明は、上述した送信回路を備える通信機器にも向けられている。 通信機器は、送信信号を生成する上述したいずれかの送信回路と、送信回路で生成された送信信号を出力するアンテナと、アンテナから受信した受信信号を処理する受信回路と、送信回路で生成された送信信号をアンテナに出力し、アンテナから受信した受信信号を受信回路に出力するアンテナ共用部とを備える。

上記本発明によれば、主信号に損失を生じさせることなく、振幅増幅部で生じた受信帯域ノイズを低減できると共に、変調歪みの抑制との両立が実現できる。

本発明の第１の実施形態に係る送信回路１の構成を示す図

無線通信における周波数利得特性の一例を示す図

ローパスフィルタ４１及び４２の詳細な構成の一例を示す図

制御部６０が有するルックアップテーブルの一例を示す図

本発明の第１の実施形態に係る他の送信回路１'の構成を示す図

本発明の第２の実施形態に係る送信回路２の構成を示す図

制御部６５が有するルックアップテーブルの一例を示す図

本発明の一実施形態に係る通信機器２００の構成を示す図

従来の送信回路５００の構成例を示す図

＜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１の構成を示す図である。 図１において、本発明の第１の実施形態に係る送信回路１は、信号生成部１０と、角度変調部２０と、振幅増幅器３１を含む振幅増幅部３０と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１を含むローパスフィルタ部４０と、パワーアンプ５１を含む振幅変調部５０と、制御部６０とを備える。

信号生成部１０は、入力データを信号処理することによって得られる振幅成分及び位相成分に基づいて、振幅信号及び周波数信号を出力する。 周波数信号は、位相を時間で微分した信号である。 振幅信号は、振幅増幅器３１に入力される。 振幅増幅器３１は、典型的にはレギュレータで構成され、このレギュレータ３１は、入力された振幅信号の大きさに比例した信号を出力する。 レギュレータ３１から出力される信号は、ローパスフィルタ４１を介して高周波成分が減衰された後、パワーアンプ５１の電源供給端子に入力される。

典型的には、ローパスフィルタ４１は、レギュレータ３１とパワーアンプ５１（増幅トランジスタのコレクタの入力インピーダンス）との間に直列に挿入される可変インダクタＬと、可変インダクタＬの出力側を接地する可変キャパシタＣとで構成される。

周波数信号は、角度変調部２０に入力されて角度変調が施される。 角度変調が施された周波数信号は、振幅変調部５０のパワーアンプ５１の信号入力端子に入力される。 パワーアンプ５１は、角度変調部２０から出力された信号を電源供給端子に入力された信号で振幅変調し、この変調された変調信号を送信信号として出力する。

制御部６０は、信号生成部１０に入力されるデータの変調方式や変調条件、受信帯域、及び変調信号の出力パワーや周波数等の情報に基づいて、ローパスフィルタ４１における高周波成分の減衰量を制御する。 具体的には、制御部６０は、可変インダクタＬ及び可変キャパシタＣのいずれか又は両方の値を変化させる。 上記情報は、外部（例えば基地局）から与えられる。

例えば、送信回路１が携帯電話に適用される場合、無線通信方式として「ＵＭＴＳ」と「ＧＳＭ」とが存在し、ＵＭＴＳの帯域に「ＢａｎｄII」と「ＢａｎｄＶ」とが存在する場合を考える。

この場合において、レギュレータ３１から出力されるノイズレベルを受信帯域で約６ｄＢ抑制したいときには、図２に示される周波数利得特性に従って、可変キャパシタＣを図３に示す構成に設計する。
そして、実運用時には、制御部６０は、「ＵＭＴＳ（ＢａｎｄII）で動作する場合にはスイッチでキャパシタＣ１（５００ｐＦ）を選択し、ＵＭＴＳ（ＢａｎｄＶ）で動作する場合にはスイッチでキャパシタＣ２（１０００ｐＦ）を選択し、ＧＳＭの信号で動作する場合にはスイッチでキャパシタＣ３（５０００ｐＦ）を選択する制御を行う。

受信帯域の周波数は、送信周波数に対して定められるオフセット周波数によって規定されており、例えばＵＭＴＳ（ＢａｎｄII）で８０ＭＨｚ、ＵＭＴＳ（ＢａｎｄＶ）で４５ＭＨｚ、またＧＳＭで２０ＭＨｚである。 そのため、無線通信方式によってレギュレータ３１の出力で抑制すべき周波数がそれぞれ異なる。 一方、ＧＳＭとＵＭＴＳとでは振幅信号の帯域が異なり、ＧＳＭで約２ＭＨｚ、ＵＭＴＳ（ＢａｎｄII）で約３０ＭＨｚ、またＵＭＴＳ（ＢａｎｄＶ）で約２０ＭＨｚである。

ここで、ＵＭＴＳにおいてもＧＳＭで使用するキャパシタＣ３（５０００ｐＦ）を選択すれば良いように思われる。 しかし、この場合、受信帯域では十分な抑制量を確保できるが、フィルタのカットオフ周波数（−３ｄＢ減衰）として必要な振幅信号の帯域を確保できず、変調歪みが劣化してしまう。 そこで、ＵＭＴＳ（Ｂａｎｄ Ｖ）ではキャパシタＣ２（１０００ｐＦ）を選択し、フィルタのカットオフ周波数（−３ｄＢ減衰）として２０ＭＨｚを確保しつつ、受信帯域の４５ＭＨｚで６ｄＢ以上のノイズ抑制量を確保することが可能となる。 また、ＵＭＴＳ（ＢａｎｄII）ではキャパシタＣ１（５００ｐＦ）を選択することによって、フィルタのカットオフ周波数（−３ｄＢ減衰）として必要な振幅信号の帯域である３０ＭＨｚを確保しつつ、受信帯域の８０ＭＨｚで６ｄＢ以上のノイズ抑制量を確保することが可能となる。

なお、どの変調方式（ＧＳＭ又はＵＭＴＳ）及び受信帯域（ＢａｎｄII又はＢａｎｄ Ｖ）の時にどのキャパシタが最適であるかという情報は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）等で予め保持しておき、制御部６０が、変調方式及び受信帯域に応じて適宜選択するようにすればよい。 図４は、制御部６０が有するルックアップテーブルの一例を示す図である。

以上のように、本発明の第１の実施形態に係る送信回路１によれば、制御部６０及びローパスフィルタ部４０を用いて、信号生成部１０及び振幅増幅部３０から出力される信号の各成分の減衰量を制御する。 これにより、振幅増幅部３０で生じた受信帯域ノイズを低減できると共に、変調歪みの抑制との両立を実現できる。

なお、上記第１の実施形態では、レギュレータ３１、ローパスフィルタ４１、及びパワーアンプ５１がそれぞれ１つである送信回路１を説明したが、これらの構成は図５に示すように多段増幅で実現される送信回路１'にも適用可能である。 この場合、複数のローパスフィルタ４１〜４ｍ（ｍは整数）で選択されるキャパシタの値は、全て同じである必要はなく、一部又は全てが異なっていてもよい。 さらには、ローパスフィルタ４１〜４ｍは、複数のレギュレータ３１〜３ｎ（ｎは整数）と複数のパワーアンプ５１〜５ｎとの間の全てに挿入されなくてもよい。

＜第２の実施形態＞
上述した多段増幅を用いて送信回路を実現する場合、各パワーアンプに入力される信号に遅延が生じることが予想される。 そこで、この第２の実施形態では、生じる遅延を調整することができる送信回路を説明する。 なお、以下では２段のパワーアンプを用いた送信回路を一例に説明するが、３段以上のパワーアンプを用いた送信回路についても同様に適用可能である。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る送信回路２の構成を示す図である。 図６において、本発明の第２の実施形態に係る送信回路２は、信号生成部１０と、角度変調部２０と、振幅増幅部３０と、ローパスフィルタ部４０と、振幅変調部５０と、制御部６５と、遅延調整部７０とを備える。 この第２の実施形態に係る送信回路２は、上記第１の実施形態に係る送信回路１と制御部６５及び遅延調整部７０の構成が異なる。 送信回路２の他の構成は、送信回路１の構成と同じであるので、同一の参照符号を付して説明を省略する。

遅延調整部７０は、レギュレータ３１と信号生成部１０との間、又はレギュレータ３２と信号生成部１０との間に設けられる。 図６の例では、レギュレータ３１と信号生成部１０との間に遅延調整部７０が設けられている。 この遅延調整部７０は、ローパスフィルタ４１によって高周波成分が減衰した後のパワーアンプ５１へ出力される信号と、ローパスフィルタ４２によって高周波成分が減衰した後のパワーアンプ５２へ出力される信号とで、主信号帯域（ＤＣ付近の帯域）のタイミングを概ね一致させるために設けられる。

制御部６５は、上述した信号生成部１０に入力されるデータの変調方式や変調条件、受信帯域、及び変調信号の出力パワーや周波数に基づいて、ローパスフィルタ４１及び４２における高周波成分の減衰量を制御することに加え、さらに遅延調整部７０における信号遅延量を制御する。 なお、どの変調方式（ＧＳＭ又はＵＭＴＳ）及び受信帯域（ＢａｎｄII又はＢａｎｄ Ｖ）の時にどれだけの信号遅延量の調整が必要かという情報は、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）等で予め保持しておき、制御部６５が、変調方式及び受信帯域に応じて適宜選択するようにすればよい。 図７は、制御部６５が有するルックアップテーブルの一例を示す図である。

以上のように、本発明の第２の実施形態に係る送信回路２によれば、制御部６５、ローパスフィルタ部４０、及び遅延調整部７０を用いて振幅増幅部３０から出力される信号の高周波成分の減衰量及びローパスフィルタ部４０での信号遅延量を制御する。 これにより、ローパスフィルタ４１及び４２からそれぞれ出力される信号の主信号帯域（ＤＣ付近の帯域）のタイミングを概ね一致させることができる。 従って、振幅変調部５０の出力変調信号の変調特性を劣化させることなく、振幅増幅部３０で生じた受信帯域ノイズを低減できると共に、変調歪みの抑制との両立がより効率的に実現できる。

なお、上記第１及び第２の実施形態で説明したレギュレータ３１及び３２は、シリーズレギュレータのみの構成であっても、スイッチングレギュレータとシリーズレギュレータとを組み合わせた構成であってもよい。

＜本発明の送信回路を用いた通信機器＞
図８は、本発明の一実施形態に係る通信機器２００の構成例を示す図である。 図８において、通信機器２００は、送信回路２１０、受信回路２２０、アンテナ共用部２３０、及びアンテナ２４０を備える。 送信回路２１０は、上述した本発明の送信回路である。 アンテナ共用部２３０は、送信回路２１０から出力された送信信号をアンテナ２４０に伝達し、受信回路２２０に送信信号が漏れるのを防ぐ。 また、アンテナ共用部２３０は、アンテナ２４０から入力された受信信号を受信回路２２０に伝達し、受信信号が送信回路２１０に漏れるのを防ぐ。

従って、送信信号は、送信回路２１０から出力され、アンテナ共用部２３０を介してアンテナ２４０から空間に放出される。 受信信号は、アンテナ２４０で受信され、アンテナ共用部２３０を介して受信回路２２０で受信される。

この通信機器２００は、上述した本発明の送信回路を用いることで、送信信号の線形性を確保しつつ、かつ無線装置としての低歪みを実現することができる。 また、送信回路２１０の出力に方向性結合器等の分岐がないため、送信回路２１０からアンテナ２４０までの損失を低減することが可能であり、送信時の消費電力を低減することができ、無線通信機器として長時間の使用が可能となる。 なお、通信機器２００は、送信回路２１０とアンテナ２４０とのみを備えた構成であってもよい。

本発明の送信回路は、携帯電話や無線ＬＡＮのような通信機器等に利用可能であり、特に主信号に損失を生じさせることなく、振幅増幅部で生じた受信帯域ノイズを低減したい場合等に適している。

１、１'、２、２１０、５００ 送信回路１０、５１０ 信号生成部２０、５２０ 角度変調部３０、５３０ 振幅増幅部３１、３２、３ｎ レギュレータ４０ ローパスフィルタ部４１、４２、４ｍ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
５０、５５０ 振幅変調部５１、５２、５ｎ パワーアンプ６０、６５ 制御部７０ 遅延調整部２００ 通信機器２２０ 受信回路２３０ アンテナ共用部２４０ アンテナ