JP2004048703A - 増幅回路、送信装置、増幅方法、および送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デルタシグマ変調器を用いた送信回路において、一定出力であれば、高効率、低歪み、低雑音の特性を維持できるが、出力が低下すると効率、歪み、雑音が劣化してしまう。
【解決手段】信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器８０３と、前記デルタシグマ変調器８０３の出力側に接続された増幅器８０４と、を備え、前記増幅器８０４からの出力電力に応じて、前記デルタシグマ変調器８０３の出力電圧が制御される増幅回路であって、前記増幅器８０４からの出力電力が低下したとき、前記デルタシグマ変調器８０３の出力電圧が低下される、増幅器。
【選択図】　図８

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は広いダイナミックレンジで高効率な増幅回路、送信装置、増幅方法、および送信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の送信回路（例えば、特許文献１参照）について図１９を用いて説明する。図１９でデータ生成部１９０１で生成されたデータは、直交変調器１９０２へ入力され、直交変調されかつ送信周波数へ周波数変換される。直交変調器１９０２からの出力はデルタシグマ変調器１９０３へ入力され、デルタシグマ変調され、増幅器１９０４へ入力され、信号が増幅される。デルタシグマ変調器１９０３で２値あるいは多値の電圧に変換されるため増幅器１９０４の非線形性は問題とならないので、高効率アンプを使用できる。増幅器１９０４の出力にバンドパスフィルタ１９０５を接続し、量子化雑音を除去し、所望の信号を得る。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２５１０９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１９の送信回路においては一定出力であれば、高効率、低歪み、低雑音の特性を維持できるが、出力が低下すると効率、歪みまたは雑音特性が劣化してしまい、広い出力ダイナミックレンジに渡って良好な特性を維持することができない。本発明は、上記課題を鑑み出力が低下しても歪みまたは雑音特性が劣化しない増幅回路、送信装置、増幅方法、または送信方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、入力された信号をその入力の振幅の分解能よりも出力の振幅の分解能が小さいアナログ信号に変換する変換器と、
前記変換器の出力側に接続された増幅器と、を備え、
前記増幅器からの出力電力に応じて、前記変換器の出力電圧が制御される増幅回路である。
【０００６】
第２の本発明は、　連続的な信号を離散的なアナログ信号に変換する変換器と、
前記変換器の出力側に接続された増幅器と、を備え、
前記増幅器からの出力電力に応じて、前記変換器の出力電圧が制御される増幅回路である。
【０００７】
第３の本発明は、前記変換器はデルタシグマ変調器であり、前記出力電圧は離散化された電圧の最大値である、第２の本発明の増幅回路である。
【０００８】
第４の本発明は、前記変換器は、ベクトル変調された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器であり、
前記増幅器からの出力電力に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される代わりに、前記変調された信号の変調方式に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される、第２の本発明の増幅回路である。
【０００９】
第５の本発明は、前記デルタシグマ変調器の内部の出力段に第１の利得可変増幅手段を有し、前記デルタシグマ変調器の出力電圧の制御が前記第１の利得可変増幅手段の利得を制御することにより行われる、第３または４の本発明の増幅回路である。
【００１０】
第６の本発明は、前記デルタシグマ変調器と前記増幅器との間に第２の利得可変増幅手段が接続され、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される代わりに、前記第２の利得可変増幅手段によりさらにその出力電力が制御される、第３または４の本発明の増幅回路である。
【００１１】
第７の本発明は、その出力電力に応じて、前記増幅器の電源電圧が制御される、第３または４の本発明の増幅回路である。
【００１２】
第８の本発明は、第３または４の本発明の増幅回路を備え、前記増幅回路からの出力信号が送信信号として送信される送信装置である。
【００１３】
第９の本発明は、信号を生成するデータ生成部と、
前記データ生成部から出力された信号を変調する変調器と、
前記変調器から出力された信号を増幅する第３または４の本発明の増幅回路と、
前記増幅回路から出力された信号を帯域通過させるバンドパスフィルタと、を備える送信装置である。
【００１４】
第１０の本発明は、信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
前記デルタシグマ変調された信号を含む信号を送信信号とし、
前記送信信号の強度に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される送信装置である。
【００１５】
第１１の本発明は、前記送信装置の出力電力が低下したときに、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が低下されるよう制御される、第１０の本発明の送信装置である。
【００１６】
第１２の本発明は、変調された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
前記デルタシグマ変調された信号を含む信号を送信信号とし、
前記送信信号の変調方式に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される、送信装置である。
【００１７】
第１３の本発明は、前記デルタシグマ変調器の内部の出力段に第１の利得可変増幅手段を有し、前記デルタシグマ変調器の出力電圧の制御が前記第１の利得可変増幅手段の利得を制御することにより行われる、第１０または１２の本発明の送信装置である。
【００１８】
第１４の本発明は、前記デルタシグマ変調器の出力側に第２の利得可変増幅手段が接続され、前記送信信号の強度の制御が、前記第２の利得可変増幅手段の利得を制御することにより行われる、第１０または１２の本発明の送信装置である。
【００１９】
第１５の本発明は、信号の振幅成分をデルタシグマ変調し、
前記信号の位相成分を角度変調し、
前記デルタシグマ変調された信号と前記角度変調された信号とを掛け算した信号を送信信号とする、第１０または１２の本発明の送信装置である。
【００２０】
第１６の本発明は、振幅信号および位相信号を出力するデータ生成部と、
前記データ生成部の振幅信号出力側にその入力側が接続され、入力された信　号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器と、
前記データ生成部の位相信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号を角度変調する角度変調器と、
前記デルタシグマ変調器の出力側、および前記角度変調器の出力側がその入力側に接続され、入力された信号を乗算する掛け算器と、
前記掛け算器の出力側に接続され、入力された信号を帯域通過させるバンドパスフィルタと、を備える第１５の本発明の送信装置である。
【００２１】
第１７の本発明は、信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
その送信信号の強度が所定量より大きいときは、
信号の振幅成分をデルタシグマ変調し、
前記信号の位相成分を角度変調し、
前記デルタシグマ変調された信号と前記角度変調された信号とを掛け算した信号を送信信号とし、
その送信信号の強度が前記所定量より小さいときは、
信号をベクトル変調し、前記ベクトル変調した信号を増幅して送信信号とする、送信装置である。
【００２２】
第１８の本発明は、振幅信号、位相信号および直交信号を出力するデータ生成部と、
前記データ生成部の振幅信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器と、
前記データ生成部の位相信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号を角度変調する角度変調器と、
前記データ生成部の直交信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号をべクトル変調するべクトル変調部と、
直流成分を供給する直流電源と、
前記デルタシグマ変調器の出力側、および前記直流電源の出力側が、選択されるべき入力側に接続され、前記デルタシグマ変調器の出力信号、または前記直流電源の出力信号のいずれかを選択して出力する第１スイッチと、
前記角度変調器の出力側、および前記べクトル変調部の出力側が、選択されるべき入力側に接続され、前記角度変調器の出力信号、または前記べクトル変調部の出力信号のいずれかを選択して出力する第２スイッチと、
前記第１スイッチの出力側と前記第２スイッチの出力側がその入力側に接続され、入力された２つの信号を乗算して出力する掛け算器と、
前記掛け算器の出力側に接続され、前記掛け算器から出力される信号を帯域通過させるバンドパスフィルタと、を備え、
その送信信号の強度が所定値より大きいときは、前記第１スイッチは、前記デルタシグマ変調器の出力側を選択し、前記第２スイッチは、前記角度変調器の出力側を選択し、
前記送信信号の強度が前記所定値より小さいときは、前記第１スイッチは、直流電源の出力側を選択し、前記第２スイッチは、前記べクトル変調部の出力側を選択する、第１７の本発明の送信装置である。
【００２３】
第１９の本発明は、信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
送信信号の変調方式として線形変調を選択する場合は、
信号の振幅成分をデルタシグマ変調し、
前記信号の位相成分を角度変調し、
前記デルタシグマ変調された信号と前記角度変調された信号とを掛け算した信号を送信信号とし、
送信信号の変調方式として非線形変調を選択する場合は、
前記角度変調された信号を増幅して送信信号とする送信装置である。
【００２４】
第２０の本発明は、前記ベクトル変調された信号の増幅は、前記デルタシグマ変調器から出力された信号を低域通過させることにより得られる信号を直流成分として乗算することにより行う、第１７の本発明の送信装置である。
【００２５】
第２１の本発明は、前記デルタシグマ変調器はその出力電圧が前記送信信号強度に応じて制御される第１７〜２０のいずれかの本発明の送信装置である。
【００２６】
第２２の本発明は、信号をデルタシグマ変調器によりデルタシグマ変調し、前記デルタシグマ変調された信号を増幅し、前記増幅された信号の電力に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧を制御する増幅方法である。
【００２７】
第２３の本発明は、連続的な信号を変換器により離散的なアナログ信号に変換し、前記変換された信号を含む信号を送信信号とし、
前記送信信号の強度に応じて、前記変換器の出力電圧を制御する送信方法である。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について、図８を用いて説明する。図８に記載の増幅回路を用いた送信装置において、データ生成部８０１で生成された信号はベクトル変調器８０２で変調され、送信信号と同じ周波数に変換される。ベクトル変調器８０２から出力された信号はデルタシグマ変調器８０３で２値あるいはそれ以上の多値の信号に変換され、増幅器８０４に入力され、増幅される。増幅器８０４からの出力には所望の信号以外に量子化雑音が含まれているためバンドパスフィルタ８０５で量子化雑音を除去する。
【００２９】
一方、現在の移動体通信のシステムでは端末は基地局との距離によって送信出力が制御される。すなわち、例えば端末と基地局の距離が小さいとき（端末または基地局における受信電力が大きいとき）、端末または基地局での受信電力の大きさに応じて（例えば端末または基地局における受信電力と所定の受信電力との差に応じて）端末からの送信電力が低下され、端末と基地局の距離が大きいとき（端末または基地局における受信電力が小さいとき）、端末または基地局における受信電力の大きさに応じて（例えば端末または基地局における受信電力と所定の受信電力との差に応じて）端末からの送信電力が増加されるように制御される。
本発明では、出力端子８０６からの出力電力の大きさによってデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を変化させる。具体的には例えば、デルタシグマ変調器８０３の内部の出力段における本発明の第１の利得可変増幅手段の一例である利得可変増幅回路８０７の利得を変化させる。ここでは、２値の１次のデルタシグマ変調器を用いたときを例として示す。比較のためにデルタシグマ変調器８０３の電圧を変化させない場合の例を述べる。図９は出力電力が大きいときのデルタシグマ変調器８０３の入力信号と、出力信号を示している。スペクトルは図１０のようになる。出力信号が小さくなったときのデルタシグマ変調器８０３の入力信号および出力信号を図１１（ａ）、（ｂ）に、そのときのスペクトルを図１２に示す。信号に対する量子化雑音が大きくなっていることがわかる。一方、送信出力が小さいときにデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を小さくしたときの結果を図１３（ａ）、（ｂ）、図１４に示す。図１１、１２と比べて所望信号に対する量子化雑音が低減されていることがわかる。
【００３０】
また、ここではデルタシグマ変調器の出力信号が理想的な矩形波であるとしたが、実際には有限の立ち上がり時間、立ち下がり時間が存在する。このため理想状態と比べるとロスが発生し、効率が低下してしまう。デルタシグマ変調器８０３の出力電圧を制御しない場合、低出力時にはロスの影響が大きく、大幅な効率低下を招いてしまう。そこで、低出力時にはデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を小さくすることによってロスの拡大を防止することができる。
【００３１】
なお、ここでは送信回路の所要出力電力の大きさによって、デルタシグマ変調器８０３の出力電圧を制御することについて説明したが、変調方式によってデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を制御しても同様の効果が得られる。すなわち平均出力電力が同等であっても、ピークファクタの小さい信号（包絡線変動が小さい信号）の場合はデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を低下させる。
【００３２】
また、デルタシグマ変調器８０３の出力に増幅器８０４が接続されているが、デルタシグマ変調器の平均出力電力が小さいとき、増幅器の飽和出力からのバックオフ量が大きくなるために増幅器の効率が低下してしまう。そこで、デルタシグマ変調器からの出力電圧を低下させたときは増幅器のコレクタまたはドレインに供給する電源電圧を低減させることによって、高効率な特性を維持することができる。
【００３３】
また、増幅器８０４としてはＳ級動作させることによって高効率な特性が得られる。Ａｇｉｌｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のセミナー資料（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ＲＦ　Ｐｏｗｅｒ　Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ　Ｕｓｉｎｇ　Ｂａｎｄｐａｓｓ　Ｄｅｌｔａ−Ｓｉｇｍａ　Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）に記載の回路を一例として図１７に示す。図１７で入力端子１７０２、１７０３から入力された信号は増幅され、出力端子１７１４、１７１５から出力される。ここで、入力信号はＶＬ、ＶＨの２値とする。入力端子１７０２、１７０３には相異なる電圧が供給される。すなわち、入力端子１７０２の電圧がＶＬのときは入力端子１７０３の電圧は　ＶＨであり、入力端子１７０２の電圧がＶＨのときは入力端子１７０３の電圧はＶＬとなる。したがって、出力端子１７１４、１７１５からもバランス信号が出力される。この構成によりトランジスタがスイッチング動作するために高効率な増幅が可能となる。
【００３４】
また、デルタシグマ変調器の一例として、５次のデルタシグマ変調器を図１８に示す。増幅器１８１１から１８１４の利得ａ１、ａ２、ａ３、ａ４として適当な値を選ぶことによって、安定なデルタシグマ変調が可能となる。なお、引き算器の動作としては、例えば引き算器１８０２は入力端子１８０１への入力から増幅器１８１１の出力を引き算し、積分器１８０３に入力する。引き算器１８０４は積分器１８０３からの出力から増幅器１８１２の出力を引き算し、積分器１８０５に入力する。以下の引き算器も同様である。
【００３５】
なお、上記では、出力端子８０６からの出力電力の大きさ（送信信号の強度）によってデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を制御することを述べたが、同じ出力であっても、変調方式によってデルタシグマ変調器８０３の出力電圧を制御することも考えられる。実際、近年複数の変調方式に対応した無線機が開発されている。例えば、第２世代と呼ばれるＧＳＭ方式ではＧＭＳＫが、第３世代と呼ばれるＷ−ＣＤＭＡ方式ではＨＰＳＫが用いられ、また、第４世代ではＯＦＤＭが用いられることが有望視されている。ＧＭＳＫでは信号の包絡線が変動しないが、ＨＰＳＫでは３から４ｄＢ程度のピークファクタ（クレストファクタ）を有し、ＯＦＤＭではピークファクタは１０ｄＢ以上となる。同じ平均出力であっても、ピークファクタの大きさが異なれば、デルタシグマ変調器８０３の出力電圧を制御することが信号の劣化を防ぐには有効である。これはデルタシグマ変調器８０３の出力電圧が小さすぎるとピークが抑圧され信号が歪み、出力電圧が大きすぎると雑音レベルが大きくなるからである。例えば、マルチモード送信機の出力端子からの出力電圧が同じ場合、ＨＰＳＫ変調波よりＯＦＤＭ変調波の方がピークファクタが大きいので、ＯＦＤＭ変調波を増幅するときは、デルタシグマ変調器８０３の出力電圧の上限値と下限値の差を大きくすればよい。なお、所要送信電力が小さいシステムでは増幅器８０４を取り除いても構わない。
【００３６】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について、図１を用いて説明する。図１においてデータ生成部１０１の２つの出力端子からは、ベースバンド信号の振幅データ（振幅信号）、位相データ（位相信号）が出力されている。すなわち２つの直交するデータをＩ、Ｑとすると振幅データとして（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２、位相データとしてＩ、Ｑベクトルのなす角度、すなわちａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）を出力する。振幅データはデルタシグマ変調器１０２によってデルタシグマ変調される。また位相データを用いて角度変調器１０３によって角度変調信号を生成する。すなわち送信回路の出力信号の中心周波数をｆ_０、角周波数をω_０（＝２πｆ_０）とすると、角度変調器１０３の出力は、
【００３７】
【数１】
Ａｃｏｓ（ω_０＋θ（ｔ））
である。ここで、Ａは定数、θ（ｔ）は図１６に示すようにベクトル（Ｉ、Ｑ）のなす角度で
【００３８】
【数２】
θ（ｔ）＝ａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）
である。次に、デルタシグマ変調器１０２の出力と角度変調器１０３の出力とが掛け算器１０４に入力され、ポーラー（ｐｏｌａｒ）変調される。すなわち、デルタシグマ変調された信号と角度変調された信号とでポーラー変調した信号が送信信号とされる。掛け算器１０４からの出力には量子化雑音が含まれているのでバンドパスフィルタ１０５によって量子化雑音を除去し、所望信号を得る。掛け算器の構成としては信号の増幅を得るために例えば角度変調器１０３の出力をトランジスタ２００１のベースあるいはゲートに入力し、デルタシグマ変調器の出力をトランジスタ２００１のコレクタまたはドレインに入力する構成が考えられる。このような例を図２０に示す。図２０に示す回路によれば、入力１または入力２の一方に電源が接続され、他方にデルタシグマ変調された信号が入力されることにより、角度変調波と振幅データ（デルタシグマ変調波）の掛け算効果と増幅効果が同時に実現可能である。
【００３９】
この構成において、出力端子１０６からの出力電力の大きさを制御するには、デルタシグマ変調器１０２への入力電力を制御するか、角度変調器１０３からの出力電力を制御するかの方法が考えられる。デルタシグマ変調器１０２への入力電力を制御する場合、実施の形態１と同様に出力端子１０６からの所要出力が小さい時には、デルタシグマ変調器１０２からの出力信号の雑音レベルが大きくなり、送信回路の歪み特性、効率などが劣化する。そこで出力端子１０６からの出力電力が小さいときにはデルタシグマ変調器１０２の出力電圧を低下させることによって特性の劣化を防ぐことができる。ここで、図２に示すようにデルタシグマ変調器２０２の出力電圧を制御する代わりに、デルタシグマ変調器２０２の出力電圧は制御せずに、デルタシグマ変調器２０２の出力に本発明の第２の利得可変増幅手段の一例である利得可変増幅器２０７を設けて利得制御し、または変調方式に応じて利得制御しても構わない（実施の形態１においても同様、その場合はデルタシグマ変調器８０３と増幅器８０４との間に利得可変増幅器２０７が設けられる。）。
【００４０】
一方、角度変調器１０３からの出力電力を制御することによって、出力端子１０６からの出力電力の大きさを制御する場合はデルタシグマ変調器１０２の出力電圧を制御する必要はない。
【００４１】
なお、ここではデルタシグマ変調器１０２への入力信号を（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２としたが、角度変調器の出力信号の中心周波数を送信回路の出力信号の中心周波数と等しくしたが、次のような構成も考えられる。デルタシグマ変調器１０２への入力信号を
【００４２】
【数３】
（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２・ｃｏｓω_ＩＦ・ｔ
角度変調器１０３からの出力を
【００４３】
【数４】
Ａｃｏｓ（（ω_０―ω_ＩＦ）ｔ＋θ（ｔ））
または
【００４４】
【数５】
Ａｃｏｓ（（ω_０＋ω_ＩＦ）ｔ＋θ（ｔ））
としても良い。なお上式で中間周波数をｆ_ＩＦとし、この角周波数をω_ＩＦ（ω_ＩＦ＝２πｆ_ＩＦ）とする。
【００４５】
また、掛け算器１０４の出力に増幅器を接続した場合を考える。デルタシグマ変調器１０２の出力電圧が低下したとき、あるいは角度変調器１０３の出力電力が低下したとき、増幅器は飽和出力からのバックオフ量が大きな点での動作となり、効率が低下してしまう。そこで、増幅器のコレクタまたはドレインへの電源電圧を低下させることによって、高効率な特性を維持することができる。
【００４６】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について図３を用いて説明する。図３において、変調信号発生器３０１で下記のような変調信号が生成される。
【００４７】
【数６】
Ｉｃｏｓω_ＩＦｔ−Ｑｓｉｎω_ＩＦｔ
変調信号発生器３０１からの出力はデルタシグマ変調器３０２によってデルタシグマ変調され、掛け算器３０４に入力される。連続波信号源３０３からはＡｃｏｓω_ＬＯｔで表される信号が出力され、掛け算器３０４のもう一方の入力に入力される。ここで、
【００４８】
【数７】
ω_０＝ω_ＬＯ±ω_ＩＦ
の関係がある。掛け算器３０４からの出力には掛け算による不要な信号（イメージ信号）および量子化雑音が含まれているのでバンドパスフィルタ３０５により、量子化雑音を除去し所望波を得る。
【００４９】
この構成において、出力端子３０６からの出力電力の大きさを制御するには、デルタシグマ変調器３０２からの出力電力を制御するか、連続波信号源３０３からの出力電力を制御するかの方法が考えられる。デルタシグマ変調器３０２からの出力電力を制御する場合、実施の形態１、２と同様に出力端子３０６からの所要出力が小さい時には、デルタシグマ変調器３０２からの出力信号の雑音レベルが大きくなり、送信回路の歪み特性、効率などが劣化する。そこで出力端子３０６からの出力が小さいときには、実施の形態１で説明したように、デルタシグマ変調器３０２の出力電圧（ここでの出力電圧は、平均電圧ではなく、離散化された電圧の最大値である。）を低下させることによって特性の劣化を防ぐことができる。一方、連続波信号源３０３からの出力電力を制御する場合は、デルタシグマ変調器３０２の出力電圧を制御する必要はない。ここで、デルタシグマ変調器３０２の出力電圧を制御する代わりに、デルタシグマ変調器３０２の出力電圧は制御せずに、デルタシグマ変調器３０２の出力に利得可変増幅器２０７を設け、利得制御しても構わない。
【００５０】
また、掛け算器３０４の出力に増幅器８０４を接続した場合、デルタシグマ変調器３０２の出力電圧が低下したとき、あるいは連続波信号源３０３の出力電力が低下したときに増幅器のコレクタまたはドレインへの電源電圧を低下させることによって、高効率な特性を維持することができる。
【００５１】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について図１５を用いて説明する。図１５においてデータ生成部１５０１で直交する２つのデータＩ、Ｑが生成され、２つの出力端子からそれぞれ出力される。各信号はデルタシグマ変調器１５０２、１５０３でデルタシグマ変調され掛け算器１５０７の一方の入力、および掛け算器１５０８の一方の入力に入力される。連続波信号源１５０４で発生した信号の一部は位相器１５０５を経て、掛け算器１５０７のもう一方の入力に接続され、連続波信号源１５０４で発生した信号の残りは位相器１５０６を経て、掛け算器１５０８のもう一方の入力に入力される。ここで、位相器１５０５と位相器１５０６での位相回転量の差は９０度となるようにする。掛け算器１５０７、１５０８の出力はバンドパスフィルタ１５０９、１５１０によって量子化雑音を除去された後、合成器１５１１で合成され、出力端子１５１２から出力される。
【００５２】
この構成において、出力端子１５１２からの出力電力の大きさを制御するには、デルタシグマ変調器１５０２、１５０３への入力電力を制御するか、連続波信号源１５０４からの出力電力を制御するかの方法が考えられる。デルタシグマ変調器１５０２、１５０３への入力電力を制御する場合、実施の形態１、２、３と同様に出力端子１５１２からの所要出力が小さい時には、デルタシグマ変調器１５０２、１５０３からの出力信号の雑音レベルが大きくなり、送信回路の歪み特性、効率などが劣化する。そこで、実施の形態１で説明したように、出力端子１５１２からの出力が小さいときにはデルタシグマ変調器１５０２、１５０３の出力電圧を低下させることによって特性の劣化を防ぐことができる。一方、連続波信号源１５０４からの出力電力を制御する場合は、デルタシグマ変調器の出力電圧を低下させる必要はない。
【００５３】
また、掛け算器１５０７、１５０８の出力に増幅器を接続した場合、デルタシグマ変調器１５０２、１５０３の出力電圧が低下したとき、あるいは連続波信号源１５０４の出力電力が低下したときに増幅器のコレクタまたはドレインへの電源電圧を低下させることによって、高効率な特性を維持することができる。
【００５４】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について図４を用いて説明する。データ生成部４０１では振幅データと位相データと直交する２つのデータを生成している。すなわち第１の出力端子からは（Ｉ^２＋Ｑ^２）^１／２、第２の出力端子からはθ（ｔ）（定義は実施の形態２と同じ）、第３の出力端子からはＩ、Ｑが出力されている。第１の出力端子から出力された信号はデルタシグマ変調器４０２でデルタシグマ変調され、本発明の第１スイッチの一例であるスイッチ４０９の一方に入力される。スイッチ４０９のもう一方の入力には直流電源４０７が接続されている。スイッチ４０９は入力信号としてデルタシグマ変調器４０２の出力あるいは直流電源４０７のいずれかを選択し、選択され入力された信号が掛け算器４０４の一方の入力に入される。また、データ生成部４０１の第２の出力端子から出力された位相データは、角度変調器４０３で角度変調され、本発明の第２スイッチの一例であるスイッチ４１０の一方に入力される。また、データ生成部４０１で生成された直交する２つのデータＩ、Ｑはデータ生成部４０１の第３の出力端子から出力され、ベクトル変調部４０８に入力されベクトル変調される。ベクトル変調部４０８からの出力信号はスイッチ４１０のもう一方の入力に入力される。スイッチ４１０はいずれかの信号を選択し、信号は掛け算器４０４のもう一方の入力に入力される。スイッチ４０９がデルタシグマ変調器４０２を選択した場合、掛け算器４０４の出力信号には量子化雑音が含まれているので、バンドパスフィルタ４０５で除去し、所望信号を得る。
【００５５】
次に動作を説明する。出力端子４０６からの所要出力電力が所定値より大きいときは、スイッチ４０９はデルタシグマ変調器４０２の出力をオンとし、直流電源４０７の出力をオフする。また、スイッチ４１０は角度変調器４０３の出力をオンとし、ベクトル変調部４０８の出力をオフとする。このとき実施の形態２で記述した動作と同様の動作をする。一方、出力端子４０６からの所要出力電力が所定値より小さいときは、スイッチ４０９はデルタシグマ変調器４０２の出力をオフとし、直流電源４０７の出力をオンとする。また、角度変調器４０３の出力をオフとし、ベクトル変調部４０８の出力をオンとする。このとき出力端子４０６からはベクトル変調された信号が増幅されて出力される。また、出力端子４０６からの所要出力が大きいときにはベクトル変調部４０８への電力供給をオフし、出力端子４０６からの所要出力が小さいときはデルタシグマ変調器４０２への電力供給をオフすることにより、より低消費電力化が図れる。
【００５６】
次に、出力端子４０６からの所要出力の検出方法について説明する。１つ目の方法としては、データ生成部４０１の第１の出力端子から出力される振幅情報から検出する方法である。２つ目の方法としては、デルタシグマ変調器４０２からの出力信号の一部をローパスフィルタに接続し、出力信号の直流成分から所要出力を検出することもできる。
【００５７】
図２１は、図４の変形例であり、変調方式によって切り替えるものである。すなわち、ピークファクタが大きいときは、デルタシグマ変調器１６０２を介して信号が処理され、ピークファクタが小さい場合は、デルタシグマ変調器１６０２をバイパスするようにスイッチ１６０７〜１６０９が動作する。このような構成により、ピークファクタが大きいときは、信号がデルタシグマ変調器１６０２でデルタシグマ変調されるため掛算器１６０４の線形性を広いダイナミックレンジで確保することができる。また、ピークファクタが小さい場合は、信号がデルタシグマ変調器１６０２をバイパスすることにより消費電力を削減することができる。
【００５８】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６について図５を用いて説明する。図５において、データ生成部５０１によって、振幅データと位相データが生成される。振幅データはデルタシグマ変調器５０２に入力されデルタシグマ変調される。デルタシグマ変調器５０２の出力はスイッチ５０８の一方の入力に接続され、スイッチ５０８のもう一方の入力には直流電源５０７が接続されている。また、データ生成部で生成された位相データは角度変調器５０３に入力され、角度変調された後、掛け算器５０４の一方の入力に入力される。スイッチ５０８の出力は掛け算器５０４のもう一方の入力に接続されている。掛け算器５０４からの出力はバンドパスフィルタ５０５に入力され、出力端子５０６から出力される。
【００５９】
次に動作を説明する。変調方式として線形変調（例えばＨＰＳＫ、ＯＦＤＭ）の信号を送信する際には、スイッチ５０８においてデルタシグマ変調器５０２の出力をオンし、掛け算器５０４へ入力し、直流電源５０７の出力を遮断する。変調方式として非線形変調（例えばＧＭＳＫ）の信号を送信する場合は、データ生成部５０１からの振幅データ出力を停止し、デルタシグマ変調器の動作も停止させる。スイッチ５０８によりデルタシグマ変調器５０２からの出力を遮断し、直流電源５０７の出力を掛け算器５０４に入力する。すなわち、本実施の形態の送信装置は、送信信号の変調方式として線形変調を選択する場合は、実施の形態２の送信装置と同様の動作をし、送信信号の変調方式として非線形変調を選択する場合は、角度変調された信号が増幅された信号が出力端子５０６から出力される。このように動作させることによって、それぞれの変調方式で高効率動作を実現できる。
【００６０】
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７について図６を用いて説明する。データ生成部６０１で振幅データ、位相データ、直交する２つのデータが生成される。振幅データはデルタシグマ変調器６０２に入力され、デルタシグマ変調され、掛け算器６０４の一方の入力に入力される。またデータ生成部から出力された位相データは角度変調器６０３によって角度変調されスイッチ６０８の一方の入力に入力される。２つの直交されるデータはべクトル変調部６０７に入力されべクトル変調され、スイッチ６０８のもう一方の入力に入力される。スイッチ６０８の出力は掛け算器６０４のもう一方の入力に入力される。掛け算器６０４の出力はバンドパスフィルタ６０５に入力され出力端子６０６から出力される。
【００６１】
次に動作を説明する。出力端子６０６からの所要出力が所定量より大きいときは、スイッチ６０８の入力のうち、角度変調器６０３との接続をオンし、べクトル変調部６０７との接続をオフする。同時に、べクトル変調部６０７の動作を停止する。すなわち、このとき本実施の形態の図６に記載の送信装置は、実施の形態２の送信装置と同様の動作をし、また、逆に、出力端子６０６からの所要出力が所定量より小さいときには、スイッチ６０８の入力のうち、角度変調器６０３との接続をオフし、べクトル変調部６０７との接続をオンする。このとき角度変調器６０３の動作を停止する。また、このとき、デルタシグマ変調器６０２は入力信号に関わらず、クロック信号を出力する。すなわち、このとき図６に記載の送信装置は、べクトル変調された信号がデルタシグマ変調器６０２のクロック信号により増幅された信号を出力する。図６に記載の送信装置においては、以上のようにして、低出力時の特性劣化を防ぐ。
【００６２】
また、図７に示す送信装置においては、高出力時（すなわち出力端子７０６からの出力が所定の出力値より大きいとき）は、デルタシグマ変調器７０２の出力を、直接、掛け算器７０４に入力する。このとき図７に示す送信装置は、実施の形態２に示す送信装置と同様の動作をする。また、低出力時（すなわち、出力端子７０６からの出力が所定の出力値より小さいとき）にはデルタシグマ変調器７０２の出力をローパスフィルタ７０９を介して掛け算器７０４に入力することによって、直流成分のみを掛け算器７０４に供給する。このとき図７に示す送信装置は、ベクトル変調部７０７によりベクトル変調された信号が増幅された信号を出力する。
【００６３】
上記の実施の形態１〜７に記載の増幅回路、送信装置の構成、動作により、送信装置の低出力時の特性が改善され、広いダイナミックレンジに渡って良好な特性を維持できる。
なお、上記の実施の形態５〜７の送信装置において、デルタシグマ変調器の出力電圧が送信信号の強度（送信電力）に応じて制御される構成であってもよい。
また、以上までの説明において、図８に記載のデルタシグマ変調器８０３の内部回路の出力段に利得可変増幅回路が備えられる例を示したが、他のデルタシグマ変調器に同様に利得可変増幅回路が備えられることもある。
また、以上までの説明において、デルタシグマ変調器は、ローパス型、バンドパス型、およびハイパス型のいずれのデルタシグマ変調器であってもよい。
【００６４】
また、以上までの説明において、本発明の変換器は、デルタシグマ変調器１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０３、１５０２、１５０３に一例として対応する。しかし、本発明の変換器は、連続的な信号を離散的なアナログ信号に変換する変換器であれば、他の変換器であってもよい。そのような変換器の例としてデルタ変調器が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【００６５】
また、本発明の変換器への入力は離散的な信号であってもよい。その場合は、入力の振幅の分解能よりも出力の振幅の分解能が小さくなる変換器であれば、上記と同様の効果を得ることができる。
また、以上までの説明において、増幅器は、一例としてＳ級動作であるとして説明してきたが、Ｄ級、Ｅ級、Ｆ級動作であってもよい。
【００６６】
また、以上までの説明において、ベクトル変調には、直交変調、ポーラー変調、振幅変調、周波数変調が含まれる。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、出力が低下しても歪みまたは雑音特性が劣化しない増幅回路、送信装置、増幅方法または送信方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施の形態２を説明するブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態２を説明するブロック図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態３を説明するブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態５を説明するブロック図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態６を説明するブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態７を説明するブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態７を説明するブロック図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態１を説明するブロック図である。
【図９】図９は、デルタシグマ変調器への入力、出力信号を表す図である。
【図１０】図１０は、デルタシグマ変調器の出力スペクトラムを表す図である。
【図１１】図１１は、デルタシグマ変調器への入力、出力信号を表す図である。
【図１２】図１２は、デルタシグマ変調器の出力スペクトラムを表す図である。
【図１３】図１３は、デルタシグマ変調器への入力、出力信号を表す図である。
【図１４】図１４は、デルタシグマ変調器の出力スペクトラムを表す図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態４を説明するブロック図である。
【図１６】図１６は、振幅データ、位相データを説明する図である。
【図１７】図１７は、Ｓ級増幅器の構成の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、デルタシグマ変調器の構成の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、従来の増幅回路の構成を示すブロック図である。
【図２０】図２０は、本発明の増幅回路において使用される掛け算器の構成例を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態５を説明する別のブロックダイアグラムである。
【符号の説明】
１０１　データ生成部
１０２　デルタシグマ変調器
１０３　角度変調器
１０４　掛け算器
１０５　バンドパスフィルタ
１０６　出力端子
２０１　データ生成部
２０２　デルタシグマ変調器
２０３　角度変調器
２０４　掛け算器
２０５　バンドパスフィルタ
２０６　出力端子
２０７　利得可変増幅器
３０１　変調信号発生源
３０２　デルタシグマ変調器
３０３　連続波信号源
３０４　掛け算器
３０５　バンドパスフィルタ
３０６　出力端子
４０１　データ生成部
４０２　デルタシグマ変調器
４０３　角度変調器
４０４　掛け算器
４０５　バンドパスフィルタ
４０６　出力端子
４０７　直流電源
４０８　ベクトル変調部
４０９、４１０　スイッチ
５０１　データ生成部
５０２　デルタシグマ変調器
５０３　角度変調器
５０４　掛け算器
５０５　バンドパスフィルタ
５０６　出力端子
５０７　直流電源
５０８　スイッチ
６０１　データ生成部
６０２　デルタシグマ変調器
６０３　角度変調器
６０４　掛け算器
６０５　バンドパスフィルタ
６０６　出力端子
７０１　データ生成部
７０２　デルタシグマ変調器
７０３　角度変調器
７０４　掛け算器
７０５　バンドパスフィルタ
７０６　出力端子
７０７　べクトル変調部
７０８　スイッチ
７０９　ローパスフィルタ
８０１　データ生成部
８０２　ベクトル変調器
８０３　デルタシグマ変調器
８０４　増幅器
８０５　バンドパスフィルタ
８０６　出力端子
１５０１　データ生成部
１５０２、１５０３　デルタシグマ変調器
１５０４　連続波信号源
１５０５、１５０６　位相器
１５０７、１５０８　掛け算器
１５０９、１５１０　バンドパスフィルタ
１５１１　合成器
１５１２　出力端子
１７０１　電源端子
１７０２、１７０３　入力端子
１７０４、１７０５　トランス
１７０６、１７０７、１７０８、１７０９　トランジスタ
１７１０、１７１１、１７１２、１７１３　ダイオード
１７１４、１７１５　出力端子
１８０１　入力端子
１８０２、１８０４、１８０６、１８０８　引き算器
１８０３、１８０５、１８０７、１８０９　積分器
１８１０　量子化器
１８１１、１８１２、１８１３、１８１４　増幅器
１８１５　出力端子
１９０１　データ生成部
１９０２　変調器
１９０３　デルタシグマ変調器
１９０４　増幅器
１９０５　バンドパスフィルタ
１９０６　出力端子

Claims (23)

1. 入力された信号をその入力の振幅の分解能よりも出力の振幅の分解能が小さいアナログ信号に変換する変換器と、
   前記変換器の出力側に接続された増幅器と、を備え、
   前記増幅器からの出力電力に応じて、前記変換器の出力電圧が制御される増幅回路。
2. 連続的な信号を離散的なアナログ信号に変換する変換器と、
   前記変換器の出力側に接続された増幅器と、を備え、
   前記増幅器からの出力電力に応じて、前記変換器の出力電圧が制御される増幅回路。
3. 前記変換器はデルタシグマ変調器であり、前記出力電圧は離散化された電圧の最大値である、請求項２に記載の増幅回路。
4. 前記変換器は、ベクトル変調された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器であり、
   前記増幅器からの出力電力に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される代わりに、前記変調された信号の変調方式に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される、請求項２に記載の増幅回路。
5. 前記デルタシグマ変調器の内部の出力段に第１の利得可変増幅手段を有し、前記デルタシグマ変調器の出力電圧の制御が前記第１の利得可変増幅手段の利得を制御することにより行われる、請求項３または４に記載の増幅回路。
6. 前記デルタシグマ変調器と前記増幅器との間に第２の利得可変増幅手段が接続され、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される代わりに、前記第２の利得可変増幅手段によりさらにその出力電力が制御される、請求項３または４に記載の増幅回路。
7. その出力電力に応じて、前記増幅器の電源電圧が制御される、請求項３または４に記載の増幅回路。
8. 請求項３または４に記載の増幅回路を備え、前記増幅回路からの出力信号が送信信号として送信される送信装置。
9. 信号を生成するデータ生成部と、
   前記データ生成部から出力された信号を変調する変調器と、
   前記変調器から出力された信号を増幅する請求項３または４に記載の増幅回路と、
   前記増幅回路から出力された信号を帯域通過させるバンドパスフィルタと、を備える送信装置。
10. 信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
    前記デルタシグマ変調された信号を含む信号を送信信号とし、
    前記送信信号の強度に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される送信装置。
11. 前記送信装置の出力電力が低下したときに、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が低下されるよう制御される、請求項１０に記載の送信装置。
12. 変調された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
    前記デルタシグマ変調された信号を含む信号を送信信号とし、
    前記送信信号の変調方式に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧が制御される、送信装置。
13. 前記デルタシグマ変調器の内部の出力段に第１の利得可変増幅手段を有し、前記デルタシグマ変調器の出力電圧の制御が前記第１の利得可変増幅手段の利得を制御することにより行われる、請求項１０または１２に記載の送信装置。
14. 前記デルタシグマ変調器の出力側に第２の利得可変増幅手段が接続され、前記送信信号の強度の制御が、前記第２の利得可変増幅手段の利得を制御することにより行われる、請求項１０または１２に記載の送信装置。
15. 信号の振幅成分をデルタシグマ変調し、
    前記信号の位相成分を角度変調し、
    前記デルタシグマ変調された信号と前記角度変調された信号とを掛け算した信号を送信信号とする、請求項１０または１２に記載の送信装置。
16. 振幅信号および位相信号を出力するデータ生成部と、
    前記データ生成部の振幅信号出力側にその入力側が接続され、入力された信　号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器と、
    前記データ生成部の位相信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号を角度変調する角度変調器と、
    前記デルタシグマ変調器の出力側、および前記角度変調器の出力側がその入力側に接続され、入力された信号を乗算する掛け算器と、
    前記掛け算器の出力側に接続され、入力された信号を帯域通過させるバンドパスフィルタと、を備える請求項１５に記載の送信装置。
17. 信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
    その送信信号の強度が所定量より大きいときは、
    信号の振幅成分をデルタシグマ変調し、
    前記信号の位相成分を角度変調し、
    前記デルタシグマ変調された信号と前記角度変調された信号とを掛け算した信号を送信信号とし、
    その送信信号の強度が前記所定量より小さいときは、
    信号をベクトル変調し、前記ベクトル変調した信号を増幅して送信信号とする、送信装置。
18. 振幅信号、位相信号および直交信号を出力するデータ生成部と、
    前記データ生成部の振幅信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器と、
    前記データ生成部の位相信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号を角度変調する角度変調器と、
    前記データ生成部の直交信号出力側にその入力側が接続され、入力された信号をべクトル変調するべクトル変調部と、
    直流成分を供給する直流電源と、
    前記デルタシグマ変調器の出力側、および前記直流電源の出力側が、選択されるべき入力側に接続され、前記デルタシグマ変調器の出力信号、または前記直流電源の出力信号のいずれかを選択して出力する第１スイッチと、
    前記角度変調器の出力側、および前記べクトル変調部の出力側が、選択されるべき入力側に接続され、前記角度変調器の出力信号、または前記べクトル変調部の出力信号のいずれかを選択して出力する第２スイッチと、
    前記第１スイッチの出力側と前記第２スイッチの出力側がその入力側に接続され、入力された２つの信号を乗算して出力する掛け算器と、
    前記掛け算器の出力側に接続され、前記掛け算器から出力される信号を帯域通過させるバンドパスフィルタと、を備え、
    その送信信号の強度が所定値より大きいときは、前記第１スイッチは、前記デルタシグマ変調器の出力側を選択し、前記第２スイッチは、前記角度変調器の出力側を選択し、
    前記送信信号の強度が前記所定値より小さいときは、前記第１スイッチは、直流電源の出力側を選択し、前記第２スイッチは、前記べクトル変調部の出力側を選択する、請求項１７に記載の送信装置。
19. 信号をデルタシグマ変調するデルタシグマ変調器を備え、
    送信信号の変調方式として線形変調を選択する場合は、
    信号の振幅成分をデルタシグマ変調し、
    前記信号の位相成分を角度変調し、
    前記デルタシグマ変調された信号と前記角度変調された信号とを掛け算した信号を送信信号とし、
    送信信号の変調方式として非線形変調を選択する場合は、
    前記角度変調された信号を増幅して送信信号とする送信装置。
20. 前記ベクトル変調された信号の増幅は、前記デルタシグマ変調器から出力された信号を低域通過させることにより得られる信号を直流成分として乗算することにより行う、請求項１７に記載の送信装置。
21. 前記デルタシグマ変調器はその出力電圧が前記送信信号強度に応じて制御される請求項１７〜２０のいずれかに記載の送信装置。
22. 信号をデルタシグマ変調器によりデルタシグマ変調し、前記デルタシグマ変調された信号を増幅し、前記増幅された信号の電力に応じて、前記デルタシグマ変調器の出力電圧を制御する増幅方法。
23. 連続的な信号を変換器により離散的なアナログ信号に変換し、前記変換された信号を含む信号を送信信号とし、
    前記送信信号の強度に応じて、前記変換器の出力電圧を制御する送信方法。

Images