JP2004187153A

JP2004187153A - 無線装置

Info

Publication number: JP2004187153A
Application number: JP2002354032A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Chiaki; 賢一千秋
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-05
Filing date: 2002-12-05
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】送信出力レベルを大きく変化させた場合でも、歪み補償回路を用いて、送信出力の低歪化と安定化を図ることが可能な送信回路を実現する。
【解決手段】無線制御部１１より生成出力された送信信号は、歪み補償部４に入力されて歪み補償、変調及び周波数変換等が行われ、ＡＧＣアンプ５で利得調整されて増幅される。その後、バンドパスフィルタ６で不要波が除去され、ドライバアンプ７で電圧増幅された後、パワーアンプ８によって所定の送信出力まで電力増幅される。無線制御部１１は、送信出力レベルを変更する場合には、ＡＧＣアンプ５の利得を変更するとともに、送信出力の帰還路に設けたレベル調整部９によって送信出力レベルの変化を相補するように帰還系の利得を調整する。これにより、歪み補償部４に帰還する帰還信号の信号レベルは、送信出力レベルの変化量に対して信号レベル変化量が小さくなり、所定範囲内に保持されるように調整される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線装置の送信回路に関し、特に、送信出力レベルを安定化させるための歪み補償回路を備えた無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信における送信回路では、安定して通信を行うために、送信出力の安定化及び低歪み化が必須の条件である。また、移動局端末と固定基地局との間で通信を行う移動体通信システム等においては、通信相手の受信回路において過大入力とならないように自律的、又は通信相手からの指令に基づいて強制的に送信出力レベルを一定の割合で低下させることがある。
【０００３】
従来、送信出力の歪みを低減する方法としては、パワーアンプの出力の包絡線と基準信号の包絡線とを比較し、その差信号をパワーアンプの入力に帰還させるもの（第１の従来例）がある（例えば、特許文献１参照）。また、パワーアンプの出力をダイオードを用いて包絡線検波し、そのピーク値と平均値との比を歪みとして検出することにより、パワーアンプへの供給電力を制御するもの（第２の従来例）がある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
更に、送信スペクトラムの狭帯域化に用いられる歪み補償回路を備え、パワーアンプの歪み成分を含んだ送信出力の一部を歪み補償回路に帰還させることにより、歪みを補正すると共に、送信出力レベルを安定に保つ方法が従来より知られている。
【０００５】
図４は、上記のような歪み補償回路を備えた送信回路の構成例を示すものである。無線制御部４１において生成されたベースバンド帯域の送信信号は、歪み補償部４２において帰還信号と加算された後、変調されて周波数変換され、ＲＦ帯域の送信信号となる。この送信信号はバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４３で不要波が除去され、ドライバアンプ４４により電圧増幅されてからパワーアンプ４５で所定値まで電力増幅される。電力増幅された送信信号はフィルタ４６で送信周波数帯域が制限された後、アンテナ４７に供給されて空間に放射される。
【０００６】
また、パワーアンプ４５で電力増幅された送信信号の一部は、帰還信号として歪み補償部４２に線形に帰還され、周波数変換されて復調されてベースバンド帯域の帰還信号が生成される。この帰還信号を送信信号と逆位相で加算することにより、歪み補償がなされるとともに、送信出力レベルの変動が補正され、送信出力レベルが所定値に保持される。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−７４５５２号公報（段落０００８、図１）
【特許文献２】
特開２０００−４１７３号公報（段落００２５−００３２、図２）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のように、送信出力をダイオード等により包絡線検波して歪みを検出する構成では、通信相手の受信回路において受信レベルが飽和しないようにするために送信出力のレベルを大幅に低下させた場合、ダイオード等の検波用素子の特性上、小レベルの信号から歪み成分を安定して検出することが困難である。
【０００９】
また、図４に示した歪み補償回路を用いて送信出力レベルを安定化させる構成では、送信出力レベルを大幅に低下させることにより帰還信号のレベルも大幅に低下するので、歪み補償回路において広い範囲で線形性（リニアリティ）を確保した広ダイナミックレンジの回路が必要となる。例えば、送信出力レベルを−２０ｄＢ低下させた場合は歪み補償回路において２０ｄＢ以上のリニアリティが要求されるが、このような大きな送信出力レベルの変化に対応可能なように、広範囲にわたってリニアリティを確保可能な歪み補償回路を構成することは実現困難であった。歪み補償回路のリニアリティが崩れると帰還系が正常に機能しなくなり、送信出力レベルが変動してしまうおそれがある。また、部品のばらつきによっては、送信出力レベルだけでなく、歪み特性が劣化してしまい、歪み補償回路の本来の目的を果たせなくなる問題点もあった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、その目的は、送信出力レベルを大きく変化させた場合でも、歪み補償回路を用いて、歪み特性を損なうことなく送信出力レベルを安定に保つことができる送信回路を備えた無線装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る無線装置は、送信回路から出力される送信出力の帰還信号を基に送信信号の歪み成分の補償を行う歪み補償回路を有する無線装置であって、前記歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベルを調整するレベル調整手段を備え、前記レベル調整手段は、前記送信出力のレベルが変更される場合に、この送信出力レベルの変化量に対して前記帰還信号の信号レベル変化が小さくなるように調整することを特徴とする。
【００１２】
上記構成により、送信回路のパワーアンプ等からの送信出力レベルが変更される場合に、レベル調整手段によって、この送信出力レベルの変化量に対して歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベル変化が小さくなるように調整することにより、歪み補償回路に入力される帰還信号の信号レベルの変化幅が小さくなる。このため、歪み補償回路を用いる場合に、広範囲にわたってリニアリティを確保した広ダイナミックレンジの回路を必要とせず、歪み成分を抑制し、送信出力レベルを安定化させることができ、高安定かつ歪み特性に優れた送信回路を安価に実現することができる。
【００１３】
また、前記レベル調整手段は、前記送信出力のレベルが変化した場合に、この送信出力レベルの変化に伴う前記帰還信号の信号レベル変化を補うように前記歪み補償回路への帰還系の利得を変化させることとする。
【００１４】
上記構成では、レベル調整手段によって送信出力レベルの変化に伴う帰還信号の信号レベル変化を補うように歪み補償回路への帰還系の利得を変化させることにより、送信出力レベルの変化量に対して歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベル変化が小さくなるように調整され、歪み補償回路への入力信号レベルを所定範囲内に保持することができる。
【００１５】
また、前記レベル調整手段は、前記送信出力のレベルが低下した場合に、この送信出力レベルの低下に伴う前記帰還信号の信号レベル低下を補うように前記歪み補償回路への帰還系の利得を増加させることとする。
【００１６】
上記構成では、レベル調整手段によって送信出力レベルの低下に伴う帰還信号の信号レベル低下を補うように歪み補償回路への帰還系の利得を増加させることにより、送信出力レベルの変化量に対して歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベル変化が小さくなるように調整され、歪み補償回路への入力信号レベルを所定範囲内に保持することができる。
【００１７】
また、前記レベル調整手段は、前記歪み補償回路への帰還系の利得を前記送信出力レベルの変化に応じて所定量ごと段階的に変化させることとする。
【００１８】
上記構成により、送信出力レベルの変化に対して帰還信号の信号レベルが段階的に調整され、簡単な構成で歪み補償回路への入力信号レベルを所定範囲内に保持することができる。
【００１９】
また、前記送信出力のレベルを変更するとともに、この送信出力レベルの変化量に応じて前記レベル調整手段における前記帰還信号の信号レベルの調整量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
上記構成により、制御手段によって送信出力のレベルを変更する送信出力制御を行うとともに、この送信出力制御に対して歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベル変化が所定範囲内に収まるようにレベル調整を行うことによって、歪み特性を損なうことなく送信出力レベルを安定に変更でき、歪み補償回路を用いて歪み成分の抑制と送信出力レベルの安定化を図ることができる。またこの際、歪み補償回路は広範囲にわたってリニアリティを確保した広ダイナミックレンジの回路を必要とせず、高安定かつ歪み特性に優れた送信回路を安価に実現することができる。
【００２１】
本発明に係る無線装置の送信出力制御方法は、送信回路から出力される送信出力の帰還信号を基に送信信号の歪み成分の補償を行う歪み補償回路を有する無線装置の送信出力制御方法であって、前記送信回路の送信系の利得を変更して送信出力のレベルを変更するステップと、前記送信出力のレベルの変化量に応じて前記歪み補償回路への帰還系の利得を変化させて前記帰還信号の信号レベルを調整するステップと、前記信号レベルが調整された帰還信号を前記歪み補償回路に帰還して送信信号の歪み成分の補償を行うステップと、を有することを特徴とする。
【００２２】
上記手順により、送信出力のレベルを変更する送信出力制御を行うとともに、この送信出力レベル変更に対して歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベル変化が所定範囲内に収まるようにレベル調整を行うことによって、歪み特性を損なうことなく送信出力レベルを安定に変更でき、歪み補償回路を用いて歪み成分の抑制と送信出力レベルの安定化を図ることができる。またこの際、歪み補償回路は広範囲にわたってリニアリティを確保した広ダイナミックレンジの回路を必要とせず、高安定かつ歪み特性に優れた送信回路を安価に実現することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、移動体通信システムにおける移動局端末などの移動可能な無線通信端末に用いられる無線装置の構成例を示す。
【００２４】
本実施形態の無線装置は、アンテナ１、フィルタ２、アンテナ共用器３を備え、このアンテナ共用器３に、送信回路に対応する送信部と受信回路に対応する受信部１０とが接続されている。アンテナ共用器３は、フィルタまたはスイッチ素子等により構成され、送信信号と受信信号の経路を切り替えるものである。送信部としては、歪み補償回路に相当する歪み補償部４、可変利得アンプであるＡＧＣ（自動利得制御）アンプ５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６、ドライバアンプ７、パワーアンプ８、及びレベル調整部９を備えている。また、送信信号及び受信信号の処理、各部の制御等を行う無線制御部１１を備えている。
【００２５】
歪み補償部４は、送信信号の歪み成分の除去と信号レベル補正を行うもので、例えば図２に示すような構成となっている。図２は、図１に示した送信部における歪み補償部の構成例を示すブロック図である。歪み補償部４は、加算器２１、変調器２２、アップコンバートミキサ２３、位相器２４、ダウンコンバートミキサ２５、ＡＧＣアンプ２６、復調器２７を有して構成される。
【００２６】
レベル調整部９は、送信信号の一部を帰還する帰還信号の信号レベルを調整するもので、可変型の減衰器などで構成される。図３は、図１に示した送信部におけるレベル調整部の構成例を示すブロック図である。レベル調整部９は、直列接続された複数の減衰器３１ａ，３１ｂ，３１ｃと、これらの減衰器３１ａ，３１ｂ，３１ｃに並列に接続され各減衰器をオンオフするスイッチ回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃとを有して構成される。例えば、−１０ｄＢの減衰器及びスイッチ回路を３組直列接続して、０〜−３０ｄＢまで１０ｄＢごとに４段階に信号レベルを調整可能なものを用いる。
【００２７】
スイッチ回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃは、無線制御部１１からの減衰制御信号によってそれぞれ独立にオンオフ制御されるようになっており、これによって減衰器３１ａ，３１ｂ，３１ｃにおける帰還信号の通過経路を切り替え、歪み補償部４に入力する帰還信号のレベルを調整する。
【００２８】
例えば、パワーアンプ８の送信出力が規定値（例えば３３ｄＢｍ、２Ｗ）である場合は、スイッチ回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃを全てオフにして３つの減衰器３１ａ，３１ｂ，３１ｃを機能させ、−３０ｄＢ減衰した帰還信号を歪み補償部４に帰還する。一方、パワーアンプ８の送信出力が規定値より−３０ｄＢ低下した場合は、スイッチ回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃを全てオンにして３つの減衰器３１ａ，３１ｂ，３１ｃをスルーさせ、減衰しない（０ｄＢ減衰）帰還信号を歪み補償部４に帰還する。このように、レベル調整部９によってパワーアンプ８の送信出力に応じて帰還信号の信号レベルを調整することにより、送信出力変化に対して帰還信号のレベル変化が小さくなるように、例えば１０ｄＢ以内に収まるようにする。
【００２９】
以上のように構成された無線装置の動作として、まず、送信部における規定の送信出力レベルによる通常時の送信動作について、図１及び図２を用いて説明する。
【００３０】
無線制御部１１によって生成されたベースバンド帯域の送信信号は、歪み補償部４に入力されて歪み補償、変調及び周波数変換等が行われる。この歪み補償部４では、加算器２１によって送信信号に後述する帰還信号が加算され、変調器２２で所定の変調方式の信号に変調された後、アップコンバートミキサ２３によりローカル周波数発振器２８からのローカル周波数信号と混合することによって周波数変換されて無線周波数にアップコンバートされ、ＲＦ帯域の送信信号となる。
【００３１】
歪み補償部４から出力される送信信号は、ＡＧＣアンプ５において無線制御部１１より指示された利得で増幅された後、バンドパスフィルタ６で所定の周波数帯域のみが通過されて不要波が除去される。バンドパスフィルタ６通過後の送信信号はドライバアンプ７で電圧増幅され、パワーアンプ８によって規定の送信電力となるよう所定値まで電力増幅される。パワーアンプ８の出力の送信信号は、アンテナ共用器３を経由してフィルタ２で送信周波数帯域が制限された後、アンテナ１に供給されて空間に放射される。
【００３２】
また、パワーアンプ８の出力の送信信号の一部は、帰還信号としてレベル調整部９に入力されて信号レベルを調整された後、歪み補償部４に線形にフィードバックされる。この歪み補償部４では、位相器２４によって帰還信号が位相変換された後、ダウンコンバートミキサ２５によりローカル周波数発振器２９からのローカル周波数信号と混合することによって周波数変換されてベースバンド周波数にダウンコンバートされ、ベースバンド帯域の帰還信号となる。この帰還信号はＡＧＣアンプ２６で利得を安定に制御されながら増幅され、更に復調器２７によって復調されて先の送信信号とは逆相の帰還信号となる。このようにして得られた帰還信号は、加算器２１に入力されて送信信号と加算される。これにより、送信部のパワーアンプ８等の入出力特性から生じる非線形性の歪み成分が抑制されるとともに、送信出力レベルの変動が補正され、送信出力レベルを所定値に保つように安定化することができる。
【００３３】
次に、送信部において送信出力レベルを一定の割合で低下させる場合の動作について説明する。例えば、移動局端末などの移動可能な無線装置では、自装置が移動して固定基地局などの通信相手との距離が近づいた場合などに、通信相手の受信回路において過大入力となって受信レベルが飽和しないようにするために、自装置における送信出力制御、または通信相手からの送信出力制御指示によって送信出力レベルを下げる制御が行われる。
【００３４】
アンテナ１で受信された受信信号は、アンテナ共用器３で分離された後、受信部１０で復調等が行われて無線制御部１１に伝えられる。無線制御部１１は、受信信号中に通信相手から送られた送信出力制御コマンドがある場合はそれを検出する。この送信出力制御コマンドには、例えば送信出力レベルの低下を指示するコマンドであれば、現在の送信出力レベルに対して低下すべき制御レベル値（低下レベル値）が含まれている。
【００３５】
無線制御部１１は、検出した送信出力制御コマンド中の制御レベル値に応じて、利得制御信号をＡＧＣアンプ５に出力してこのＡＧＣアンプ５の増幅利得を制御する。例えば、現在の送信出力レベルに対し送信出力を２０ｄＢ低下させるよう通信相手から要求された場合は、無線制御部１１はＡＧＣアンプ５の利得を通常時に比して−２０ｄＢ低下させる。これにより、ＡＧＣアンプ５から出力される送信信号は２０ｄＢ低下した信号レベルとなる。そして、バンドパスフィルタ６、ドライバアンプ７を経てパワーアンプ８で電力増幅され、通常時の規定の送信電力に比して−２０ｄＢ低下した送信信号がパワーアンプ８より出力され、アンテナ共用器３及びフィルタ２を介してアンテナ１から空間に放射される。
【００３６】
また、パワーアンプ８の出力の送信信号の一部は、帰還信号としてレベル調整部９に入力されて信号レベルの調整が行われる。このときレベル調整部９に入力される帰還信号は、パワーアンプ８からの送信出力レベルの低下に対応して、−２０ｄＢ低下している。レベル調整部９では、このように低下した帰還信号の信号レベルを相補するようにレベル調整を行う。
【００３７】
すなわち、送信出力レベルが−２０ｄＢ低下した場合は、レベル調整部９における減衰量を通常時（送信出力レベル低下前）に対して＋２０ｄＢ増加させ、通常時の場合とほぼ同様の信号レベルの帰還信号を歪み補償部４に帰還する。これにより、歪み補償部４に入力される帰還信号の信号レベルの変化幅が小さくなり、常にほぼ一定レベルの帰還信号がフィードバックされることになる。図３の構成のようにレベル調整部９における調整幅が１０ｄＢ単位の場合は、歪み補償部４に入力される帰還信号は１０ｄＢの範囲内に信号レベルが調整される。
【００３８】
レベル調整部９を設けない場合は、送信出力レベルが−２０ｄＢ低下すると帰還信号の信号レベルも−２０ｄＢ低下するため、歪み補償部４による歪み成分除去と送信出力レベル安定化を正常に機能させるためには、歪み補償部４において−２０ｄＢまでリニアリティを確保する必要がある。一方、本実施形態のようにレベル調整部９によって帰還信号の信号レベルを調整することにより、歪み補償部４において必要なリニアリティのレンジが小さくて済む。
【００３９】
そして、歪み補償部４において、帰還信号が位相器２４で位相変換され、ダウンコンバートミキサ２５で周波数変換された後、ＡＧＣアンプ２６を経て復調器２７で復調され、送信信号とは逆相の帰還信号が生成される。この帰還信号を加算器２１で送信信号に加算することにより、送信部のパワーアンプ８等の入出力特性から生じる非線形性の歪み成分が抑制されるとともに、送信出力レベルの変動が補正されて所定値に保持される。
【００４０】
上述した本実施形態では、パワーアンプ８の送信出力から帰還信号を歪み補償部４にフィードバックして送信出力の安定化及び低歪化を図る送信回路において、帰還路にレベル調整部９を設け、送信出力レベルを低下させる場合にはその低下分を補うように帰還信号のレベルを調整する。これにより、歪み補償部４には常に所定範囲内でほぼ一定レベルの帰還信号が入力され、入力信号レベルを所定範囲内に保持することができるので、歪み補償部４において広ダイナミックレンジの回路を必要とせず、安価に高安定かつ低歪みの送信回路を構成することができる。
【００４１】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施し得るものである。上記実施形態では、レベル調整部９の可変減衰器として複数の減衰器を切り替えて介挿する構成を用いたが、これに限るものではなく、信号レベルを調整可能な他の手段を用いてもよい。また、レベル調整部９において、−１０ｄＢの減衰器を３段直列に接続し、帰還系の利得を−１０ｄＢごと段階的に可変する構成としたが、減衰器の数はこれに限るものではなく、また、減衰値の異なる複数の減衰器を組み合わせて用いることもできる。これによって、帰還信号のより細かいレベル調整が可能となる。
【００４２】
また、上記実施形態では、通信相手において受信レベルの飽和を防ぐために送信出力レベルを低下させるなどの送信出力制御を行う場合に、通信相手からの送信出力制御コマンドを受信することによって送信出力を調整する例について説明した。代わりに、自装置において受信レベルを検出し、受信レベルが大きい場合は通信相手が近いと判断して、自ら送信電力を低下させるように送信出力制御を行うこともでき、このような構成にも同様に適用可能である。
【００４３】
上述したように、本実施形態によれば、歪み補償部への帰還路に帰還信号の信号レベルを調整するレベル調整部を設けることにより、送信出力レベルを大きく変化させた場合でも、歪み補償回路を用いて、歪み特性を損なうことなく送信出力レベルを安定に保つことができる送信回路を実現可能となる。この場合、送信出力レベルを大きく変化させても帰還信号の信号レベルの変化を小さくできるので、歪み補償回路に広ダイナミックレンジの回路を必要とせず、安価な構成で高安定かつ低歪みの送信回路を実現できる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、送信出力レベルを大きく変化させた場合でも、歪み補償回路を用いて、歪み特性を損なうことなく送信出力レベルを安定に保つことが可能な送信回路を備えた無線装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る無線装置の構成を示すブロック図
【図２】本実施形態の送信部における歪み補償部の構成例を示すブロック図
【図３】本実施形態の送信部におけるレベル調整部の構成例を示すブロック図
【図４】従来の歪み補償回路を備えた送信回路の構成例を示すブロック図
【符号の説明】
１アンテナ
２フィルタ
３アンテナ共用器
４歪み補償部
５ＡＧＣアンプ
６バンドパスフィルタ
７ドライバアンプ
８パワーアンプ
９レベル調整部
１０受信部
１１無線制御部
２１加算器
２２変調器
２３アップコンバートミキサ
２４位相器
２５ダウンコンバートミキサ
２６ＡＧＣアンプ
２７復調器
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ減衰器
３２ａ，３２ｂ，３２ｃスイッチ回路

Claims

送信回路から出力される送信出力の帰還信号を基に送信信号の歪み成分の補償を行う歪み補償回路を有する無線装置であって、
前記歪み補償回路に帰還する帰還信号の信号レベルを調整するレベル調整手段を備え、
前記レベル調整手段は、前記送信出力のレベルが変更される場合に、この送信出力レベルの変化量に対して前記帰還信号の信号レベル変化が小さくなるように調整することを特徴とする無線装置。
前記レベル調整手段は、前記送信出力のレベルが変化した場合に、この送信出力レベルの変化に伴う前記帰還信号の信号レベル変化を補うように前記歪み補償回路への帰還系の利得を変化させることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
前記レベル調整手段は、前記送信出力のレベルが低下した場合に、この送信出力レベルの低下に伴う前記帰還信号の信号レベル低下を補うように前記歪み補償回路への帰還系の利得を増加させることを特徴とする請求項１に記載の無線装置。
前記レベル調整手段は、前記歪み補償回路への帰還系の利得を前記送信出力レベルの変化に応じて所定量ごと段階的に変化させることを特徴とする請求項２または３に記載の無線装置。
前記送信出力のレベルを変更するとともに、この送信出力レベルの変化量に応じて前記レベル調整手段における前記帰還信号の信号レベルの調整量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の無線装置。
送信回路から出力される送信出力の帰還信号を基に送信信号の歪み成分の補償を行う歪み補償回路を有する無線装置の送信出力制御方法であって、
前記送信回路の送信系の利得を変更して送信出力のレベルを変更するステップと、
前記送信出力のレベルの変化量に応じて前記歪み補償回路への帰還系の利得を変化させて前記帰還信号の信号レベルを調整するステップと、
前記信号レベルが調整された帰還信号を前記歪み補償回路に帰還して送信信号の歪み成分の補償を行うステップと、
を有することを特徴とする無線装置の送信出力制御方法。