エンベロープ変調リミット・サイクル変調器回路を含む増幅回路
特に無線トランシーバ回路中で使用するための、変調されたＲＦ入力信号を増幅するための増幅回路（１０）。増幅回路（１０）は、ＲＦ入力信号から増幅されたＲＦ出力信号を発生するように構成された自己発振のリミット・サイクル変調器回路（２０〜２２、２６〜２９、３１〜３３）と、変調された入力信号から抽出されたエンベロープ情報によって決定されたＲＦ出力信号を振幅変調するように構成されたエンベロープ変調器回路（３４〜３６）とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調された無線周波（ＲＦ）信号の増幅に関し、より詳細には無線トランシーバ回路での使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ伝送システムにおけるバンド幅効率をより高くするという今までにない要求が、時間で変化する位相または周波数および振幅信号を処理する、高度な変調技術の採用につながっている。これらの変調技術の使用には、信号を正確に処理し、隣接したチャネルの伝送との干渉を抑制するために、まさに線形な伝送特性を有したトランシーバが必要である。広いダイナミック・レンジにわたり線形性を維持することは、パワー制御を利用するパワー増幅器（ＰＡ）にとって重要である。
【０００３】
しかし、そのような変調された信号は、不定のエンベロープを含み、それによってエンベロープのピーク対平均値の比が比較的大きいことになる。したがって、従来の線形モードのＰＡ、たとえばＡ級、ＡＢ級、またはＢ級のＰＡは、１ｄＢの圧縮点（compression point）よりかなり低い領域内で動作しなければならない。したがって、パワー効率が非常に低く、増幅器内で比較的大きな電力損またはワット損が生じる。この大きな電力損によって、セル方式移動無線通信システム（cellular mobile radio communication system）の基地局（ダウンリンク）中で深刻な加熱問題が生じ得る。あるいは、そのようなＰＡを含むトランシーバを有した端末（アップリンク）のバッテリの寿命が、甚だしく短くなる恐れがある。
【０００４】
スイッチ・モードのＰＡは、線形モードのＰＡより極めて高い効率をもたらすことができることが示されている。たとえばＤ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級で動作するスイッチ・モードのＰＡでは、スイッチング要素としてのパワー・トランジスタが使用される。増幅された基本成分だけを負荷に送ることを可能にするために、適切な整合ネットワークが必要である。しかし、スイッチ・モードのＰＡは、一定エンベロープ信号の増幅だけに適する。これらの増幅器を使用して不定のエンベロープ信号を増幅することは、振幅情報を失うことになる。
【０００５】
従来の最先端技術を用いた技術では、非常に効率的な非線形ＰＡの線形化が、強く強調されている。公知の線形化技術は、デカルト・ループ・フィードバック（Cartesial-loop Feedback）、エラー・フィードフォワード、プリディストーション、非線形要素を使用した線形増幅（ＬＩＮＣ）、およびエンベロープ消去および復元（ＥＥＲ：Envelope Elimination and Restoration）である。
【０００６】
デカルト・ループ・フィードバックは、フィードバック信号を直交成分に分割し、ＩおよびＱの形態で従来の負フィードバックの原理に基づきエラー補正を処理する。しかし、デカルト・ループ・フィードバックは、安定性および動作帯域幅に関して厳しい問題を示している。
【０００７】
エラー・フィードフォワードは、主のＰＡによって生成された歪を抽出し、次いで補助の増幅器によって歪を増幅し、それに続いてそれを主のＰＡの出力から差し引いて、入力信号の線形に増幅された部分を残す。Ｉの演算およびエラー・フィードフォワードによって、回路が複雑になり、追加のエラー増幅器により非効率的である。
【０００８】
プレディストーションによって、ＰＡの歪特性に正確に相補的な歪特性が生成される。プレディストーションは、プレディストーション部の限定された処理帯域幅という難があり、高く飽和したＰＡの歪特性を十分正確に発生することができない。
【０００９】
ＬＩＮＣは、ＲＦ信号伝送を２つの定エンベロープ位相変調信号に分割し、その信号をまったく同じように増幅し、それぞれがそれ自体の非線形スイッチングＰＡを有しており、次いで２つのＰＡ出力経路を加算接合部で結合して、ＲＦ信号を合成する。しかし、ＬＩＮＣは、２つのＰＡまわりの２つの信号処理経路間での不整合問題に加えて、出力結合器において著しい電力損を示す。この不整合は、信号特性を劣化させるだけでなく、反射されたパワーに関した問題、したがって発熱しバーンアウトする問題ももたらす。
【００１０】
ＥＥＲは、ＲＦ信号伝送を２つの経路に分割する。すなわち、入力信号のエンベロープだけを含むエンベロープ変調経路、および定エンベロープ位相変調信号だけを含む位相変調経路である。位相変調信号が、非常に効率的にＰＡによって増幅され、まったく同時に、エンベロープ信号が、ＰＡの出力信号を変調することによって復元される。ＥＥＲは、２つの信号処理回路間での経路遅延の不整合による深刻な影響のため、狭い動作帯域幅に限定される。
【００１１】
それに加え、スイッチ・モードのＰＡとして使用されるリミット・サイクル変調と呼ばれる技術がある。リミット・サイクル変調器は、入力信号をディスクリート・レベルの出力信号、たとえばスイッチング・デバイスを使用した２つのレベル（１ビット）の信号に変換する負後方結合非線形（a negatively back-coupled nonlinear）デバイスまたはリレー・デバイスを含む自己発振回路である。リレー・デバイスによって導入されたエラーは、周波数領域において整形される。このシステムは、リミット・サイクルと呼ばれる多数のディスクリート周波数で発振し得るたけである。非同期シグマデルタ変調器（ＡＳＤＭ）、および、いわゆる自己発振パワー増幅器（ＳＯＰＡ）、およびデルタ変調器が、サブ・クラスのリミット・サイクル変調器と考えられる。
【００１２】
非同期シグマデルタ変調器は、入力信号をパルス列にエンコードする。比較的高い自己発振周波数のため、非線形変調積が、対象の信号帯域から比較的遠くに離れて配置され、したがってこれらの不要な積は、比較的低次および／または低ＱのＲＦ低域通過（ＬＰ）または帯域通過（ＢＰ）のフィルタで、比較的容易に除去することができる。しかし、ＡＳＤＭは、パルス変調のダイナミック・レンジが限定されるという難点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術の増幅回路の上述した欠陥および欠点の観点から、本発明の目的は、時間で変化する位相または周波数および振幅変調されたＲＦ入力信号を増幅し、スペクトルおよびパワー効率をともに最適化するための改良された増幅回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、この目的は、変調されたＲＦ入力信号から増幅されたＲＦ出力信号を発生するように構成された自己発振リミット・サイクル変調器回路と、変調された入力信号のエンベロープ情報によって決定された出力信号を振幅変調するように構成されたエンベロープ変調器回路とを含む増幅回路によって達成される。
【００１５】
線形性、効率、帯域幅、およびダイナミック・レンジの観点で最適な線形化増幅器を実現するために、本発明は、自己発振リミット・サイクル変調器回路の最適エラー制御技術に専用される。本発明では、リミット・サイクル変調器回路のフィードフォワード経路中にエンベロープ変調が組み込まれる。
【００１６】
リミット・サイクル変調器回路の自己発振特性のため、非線形周波数変調積が所望の信号帯域から離れるようにシフトされて、ＲＦ入力信号が変調され、したがってこれらの変調積が比較的容易に出力信号からフィルタで除去され得る。スイッチング周波数を上昇させることによって、広帯域の線形化を得ることができる。同時に、入力信号のエンベロープが、エンベロープ変調器を介して出力信号中に供給される。このようにして、出力信号が入力信号のエンベロープに比例するように、ループ・エラーが制御される。
【００１７】
リミット・サイクル変調器回路の制御ループは、エンベロープ変調経路によって導入されたエラーを補正することが可能である。他方では、エンベロープ信号の予測は、リミット・サイクル変調器回路のリレー・デバイスによって生じたエラーを低減する。したがって、残留エラーだけを、制御ループによって補正する必要がある。その結果、優れた線形性が、出力において達成され、広いダイナミック・レンジが、入力のパワー・レベルに無関係に得られる。さらに、本発明による増幅回路によって、リミット・サイクル変調に関する範囲限定の問題が軽減される。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、エンベロープ変調器回路は、変調されたＲＦ入力信号のエンベロープ情報を抽出するためのエンベロープ検出器回路を含む。ＲＦ入力信号からエンベロープ情報を抽出する代わりに、本発明のさらなる別の実施形態では、エンベロープ検出器回路が、ベースバンドにおいて入力信号からエンベロープ情報を合成するように構成される。
【００１９】
様々な方法でエンベロープ情報を、リミット・サイクル変調器回路の制御ループ中に導入することができるが、本発明の好ましい実施形態では、エンベロープ変調器回路が、リミット・サイクル変調器回路に給電し、出力信号を振幅変調するように構成される。この目的のために、本発明の他の実施形態では、リミット・サイクル変調器回路に給電するために、パワー変換器回路が、エンベロープ情報によって動作するように制御され、そのパワー変換器は、動作の際、増幅回路に給電するために電源に接続される。パワー変換器回路は、リミット・サイクル変調器回路の供給電圧または供給電流のいずれかを、またはその両方を制御するように構成することができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、リミット・サイクル変調器回路は、ＲＦ出力信号から変調されたＲＦ入力回路信号へのフィードバック経路を有した非同期シグマ−デルタ変調器回路の形態を取る。しかし、入力信号がベースバンドのレベルで利用可能な場合、本発明のさらに別の実施形態では、非同期式シグマデルタ変調器回路は、入力信号から変調されたＲＦ入力信号をベースバンドにおいて生成するための手段を含み、ベースバンドにおいてＲＦ出力信号から入力信号への負のフィードバック経路を有する。このフィードバック経路は、ＲＦ出力信号をベースバンドへダウンコンバートするための手段を含む。ベースバンドで信号を処理するために、増幅回路は、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）手段を含でいてもよい。
【００２１】
本発明による別の実施形態では、ＤＳＰは、システム性能をさらに最適化するために、入力信号の予補正（precorrection）の量を生成するように有利に構成することができる。この目的のため、ディジタルの予補正手段を別に設けることができることは、理解されるであろう。
【００２２】
ＲＦ入力信号をディスクリート・レベルのＲＦ出力信号に変換するＡＳＤＭなど、リミット・サイクル変調器回路のリレー・デバイスは、様々な特性を発揮することができる。４つの主なリレーのタイプがある。すなわち、どんな遅延またはヒステリシスもない理想的なリレー、出力が生成されないデッド・ゾーンを有したリレー、ヒステリシスを有したリレー、ならびにデッド・ゾーンおよびヒステリシスを有したリレーである。
【００２３】
上記にすでに示したように、トランジスタなどの簡単なスイッチをリレー・デバイスとして動作させ、システムを極めて効率的にすることができる。しかし、リレー・デバイスは、たとえば本発明による増幅回路の平衡が取れた構成をサポートする３つのレベル、−１、０、および＋１の間で出力を切り替えるために、スイッチング要素の組み合わせによって形成することもできる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、リレー・デバイスは、Ｄ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級のいずれでも動作するように構成されたスイッチ−モードパワー増幅器を含む。ＡＳＤＭ回路のケースでは、パワー増幅器は、たとえばＤＣ基準信号、あるいは正弦波または三角波の形状を有したＡＣ基準信号などの基準信号を加えるために、基準入力を含むことができる。本発明の他の実施形態では、リレー・デバイスは、比較器回路を含むこともできる。
【００２５】
本発明の別の実施形態では、リミット・サイクル変調器回路は、リミット・サイクル変調器回路の線形化性能を最適化するように構成されたループ・フィルタを含む。ループ・フィルタは、リミット・サイクル変調器回路のフォワード・ループ中に、即ちＲＦ入力とリレー入力とを接続する経路中に、即ちフィードバック・ループ中に、配置することができる。ループ・フィルタは、フォワードまたはフィードバックのループのいずれか１つまたはその両方にある複数の別々のフィルタから構成され、一方、フォワードおよびフィードバックループは、それぞれいくつかのフォワード・フィードバックサブループから構成され、それぞれが特定の補正または補償機能を果たすことができることを、当業者は理解するはずである。
【００２６】
不要な変調積を除去するために、本発明による増幅回路は、帯域フィルタされたＲＦ出力信号を生成するために、ＲＦ帯域通過フィルタをさらに含む。本発明の増幅回路のパワーおよびスペクトラル効率を最適化するために、本発明の他の実施形態では、ＲＦ帯域通過フィルタ手段は、出力インピーダンスの整合および反射損の最小化に最適に構成された第１のフィルタ手段と、ＲＦ帯域をフィルタするのに最適に構成された第２のフィルタ手段とを含む。
【００２７】
出力インピーダンス整合に最適に構成された第１のフィルタ手段は、リレー・デバイスの出力に配置され、変調回路の制御ループ中に組み込むことができ、一方、ＲＦ帯域をフィルタするのに最適に構成された第２のフィルタ手段は、第１のフィルタ手段の出力に接続される。第２のフィルタ手段がＬＰフィルタを含むことができることを、当業者は理解するであろう。
【００２８】
本発明で使用されるフィルタ手段は、増幅回路ならびにたとえばそれらの接続部、分岐部およびタップを構成する他の構成要素と同様に、集合体または分散した（伝送ライン）構成のいずれかで、能動的または受動的な回路要素を使用して構成することができる。
【００２９】
本発明による増幅回路は、たとえば、半導体の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として、およびモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として完全にまたは部分的に設計されるのに特に適している。また、たとえば、ただしこれに限定されないが、移動無線通信システム中で使用される無線基地局などの無線アクセス・ユニットのトランシーバ回路、およびそのような移動無線通信システムの端末のトランシーバ回路などの無線トランシーバ回路中で使用するのに適している。
【００３０】
したがって、本発明は、上述の増幅回路を組み込んだ、トランシーバ回路、無線アクセス・ユニット、および無線通信ユニットにも関する。
【００３１】
本発明の説明および特許請求の範囲中で使用される用語、トランシーバ手段は、トランスミッタ手段、レシーバ手段、または、組み合わされたトランスミッタ／レシーバ手段を含むものとして解釈しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
ここで、本発明は、添付した図面に示した例示の実施形態を参照してより詳しく述べる。
【００３３】
以下の説明では、図面すべてにわたり同じ参照番号は、同じまたは対応するデバイスを示す。
【００３４】
図１に、本発明による増幅回路１０の第１の全般的な実施形態のブロック図を示す。回路１０の主な構成要素は、リレー・デバイス２０によって形成される。リレー・デバイス２０は、リレー・デバイス２０の入力端子２１に印加された変調されたＲＦ入力信号を、リレー・デバイス２０の出力端子２２においてディスクリート・レベルの出力信号に変換するように動作する非線形要素である。
【００３５】
第１のフィルタ手段２４および第２のフィルタ手段２５が、リレー・デバイス２０の出力端子２２からアンテナ手段３９の形態の負荷にカスケード状に接続され、リレー・デバイス２０の出力端子２２において生成されたＲＦ出力信号を放出する。アンテナ手段３９は、このように増幅回路１０の部分を形成しない。
【００３６】
第１のフィルタ手段２４は、反射および伝送の損失を最小にするために、リレー・デバイス２０のインピーダンスを整合するために最適に構成され得る。第２のフィルタ手段２５は、出力信号のＲＦ帯域を選択するために最適に構成され得る。第１および第２のフィルタ手段２４、２５は、帯域フィルタされたＲＦ出力信号を生成するために、単一のＲＦ帯域通過フィルタに合体することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、第１および第２のフィルタ２４、２５は、たとえば複数のＲＦ伝送帯域を選択するための複数のサブ・フィルタを備えていてもよい。
【００３７】
図１に示すように、第１のフィルタ手段２４の出力から、フィードバック・ループ２６が減算手段２９の入力に接続され、増幅回路１０によって増幅される変調されたＲＦ入力信号を受け取るために、その減算手段の他方の入力には、ＲＦ入力端子３０が接続される。引き算器手段２９の出力は、フォワード・ループ３１によってリレー・デバイス２０の入力端子２１に接続される。
【００３８】
図１に示すように、フィードバック・ループ２６中に、第３のフィルタ手段２７および／または利得制御手段２８を配置することができ、フォワード・ループ３１中に、第４のフィルタ手段３２を配置することができる。第３および第４のフィルタ手段２７、３２は、いくつかのサブ・フィルタから構成され、ともにフォワード・ループ３１およびフィードバック・ループ２６によって形成されたリレー・デバイス２０の閉制御ループのループ・フィルタ手段を形成することができる。制御ループは、多数のディスクリート周波数、いわゆるリミット・サイクルで発振することができる自己発振リミット・サイクル変調器回路が形成されるように、構成される。
【００３９】
必須ではないが、そのように形成された変調器回路の発振周波数は、たとえば、信号源３３からの基準信号を、リレー・デバイス２０の別の入力端子２３から印加することによって、制御してもよい。この基準信号は、直流（ＤＣ）、または三角波信号などの交流（ＡＣ）信号とすることができる。
【００４０】
リレー・デバイス２０は、図２、３、４、および５に概略的に示すように、４つの基本の変換モードのいずれかに従って動作するように、構成され得る。これらの図では、水平軸上にｘ、入力信号を示し、垂直軸上にｙ、出力信号を示す。それらの例示特性から、入力および出力の信号の具体的な振幅値は、示されていない。リレー・デバイス２０の入力信号ｘは、一般に、入力端子２１および２３における入力信号の組み合わせによって形成される。
【００４１】
図２の理想的なリレー・モードでは、出力信号ｙは、入力信号ｘのゼロ交差毎に、正の振幅値Ｙｐと負の振幅値Ｙｎの間で遅延なしに切り替わる。図３のデッド・ゾーンを有したモードでは、出力信号ｙは、入力信号の振幅の絶対値が所定の閾値ＸｐまたはＸｎより大きい場合に、入力信号ｘの遷移毎にその状態を変化する。所定の閾値ＸｐまたはＸｎは、入力信号振幅の正値または負値に対して異なってもよい。閾値ＸｐとＸｎとの間の入力信号振幅に対して、出力信号ゼロが提供される。図４のヒステリシスを有したリレー・モードでは、出力信号ｙは、所定の閾値ＸｈｐおよびＸｈｎより大きいまたは小さい入力信号遷移に対して、正および負の振幅値ＹｐおよびＹｎの間で切り替わる。正から負への入力信号の遷移、およびその逆の場合についても矢印で出力信号の変化を示す。図５に示す組み合わせモードでは、ヒステリシスを有したリレーに加えて、出力信号ｙは、Ｘｐ−Ｘｈｐ／２とＸｎ＋Ｘｈｎ／２の間のデッド・ゾーン中の入力信号値に対して、ゼロの値を取ることができる。どのモードでリレー・デバイスが動作すべきかは、増幅回路１０の要求された特性に依存し、用途に依存するしてもよい。
【００４２】
本発明の目的のために、スイッチ・モードのパワー増幅器からなり、Ｄ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級のいずれかで動作するリレー・デバイス２０、または比較器回路からなるリレー・デバイス２０は、特に適している。しかし、本発明が、そのようなタイプのリレー要素に限定されないことを理解すべきである。本発明目的のために、当業者が知るような広範囲の様々なリレー・デバイスまたは非線形要素を使用することができる。Arthur Gelb およびWallace E. van der Velde著、「他入力記述関数および非線形システム設計（Multiple-Input Describing Functions and Nonlinear System Design）」（McGraw-Hill社出版、ロンドン1968年）の特に第３章「非線形システムにおける定常発振（Steady-State Oscillations in Nonlinear Systems）」を参照されたい。これは、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４３】
比較器の形態におけるリレー・デバイス２０であって、リレー・デバイス２０の入力端子２３においてＤＣ基準電圧を印加することによるリレー・デバイス２０のケースでは、非同期シグマデルタ変調器（ＡＳＤＭ）と呼ばれるリミット・サイクル変調器回路が形成される。より完全のためには、外部基準信号がなくてもよい。たとえば単一の高利得トランジスタの形のリレー・デバイスのケースでは、トランジスタの閾値電圧が、ＡＳＤＭとしての動作をサポートする内部基準として機能する。
【００４４】
そのように述べた変調器回路の動作では、どんな入力信号もない場合、自己発振が生じて、変調器の自己発振周波数、すなわちリミット・サイクルで周期的な矩形の波形が生成される。とりわけ発振周波数は、変調器回路の制御ループ中のフィルタ手段２７、２８、および３２の特性に依存する。変調器回路は、非線形変調積が対象の信号帯域から離れて位置するように、ＲＦ入力端子３０に印加されたＲＦ入力信号をパルス列にエンコードする。
【００４５】
これらの非線形変調積は、リレー要素２０の出力端子２２にある帯域通過フィルタ手段、すなわち上述の第１および第２のフィルタ手段２４および２５によって、除去することができる。線形化は、変調器回路の制御ループ中のフィルタ手段２７、２８、および３２を適切に選択することによって最適化することができる。発振周波数を増加することによって、低Ｑおよび低次のフィルタ手段を使用することができ、それにより広帯域の線形化を得ることができる。
【００４６】
比較器として形成されたリレー・デバイス２０の入力端子２３に三角形の基準信号が印加されるケースで、フィードバック・ループ２６がない場合、動作時に、リミット・サイクル変調器回路が、パルス幅変調（ＰＷＭ）出力信号を生成するであろう。しかし、フィードバック・ループ２６によって、出力信号は、対象の周波数帯域において、入力信号に等しくなるように修正される。
【００４７】
しかし、エンベロープ変調ＲＦ入力信号のケースでは、主に、リミット・サイクル変調器回路のパルス変調のダイナミック・レンジが限定されるので、著しいエラーが出力信号中に生じる。リミット・サイクル変調器回路のエラー制御を改良するために、本発明によれば、別のフォワード・ループ３４が、エンベロープ変調器回路の形態で追加される。
【００４８】
図１に示す実施形態では、エンベロープ変調器回路は、変調されたＲＦ入力信号からエンベロープ情報を抽出するために、入力がＲＦ入力端子３０に接続されたエンベロープ検出器回路３５を含む。エンベロープ検出器回路３５は、リレー・デバイス２０によって生成される出力信号をその出力端子２２において変調するように構成されたパワー変換器回路３６を制御する。
【００４９】
図１に開示した実施形態では、パワー変換器回路３６は、供給電力、すなわち増幅回路１０のパワー端子３７で印加されるリレー要素への供給電圧および／または供給電流を、エンベロープ検出器回路３５によって抽出されたエンベロープ情報に従って、変調するように構成される。提供された変調制御のタイプに応じて、パワー変換器回路３６は、たとえばＤＣ／ＤＣ電圧または電流の変換器回路として構成することができる。しかし、本発明は、リレー要素２０のこのタイプの変調に限定されない。当業者に知られたような、リレー要素２０の出力信号の他のタイプの振幅変調が適用されてもよい。
【００５０】
上述したように、本発明によれば、変調器回路のループ・エラーは、それがＲＦ入力信号のエンベロープと比例するように制御される。その結果、エンベロープ・フォワード・ループ３４の無い変調器回路に比べて、極めてより広いダイナミック・レンジが得られる。変調器回路のフィードバック・ループ２６は、エンベロープ変調回路３５、３６によって残されたエラーを補正することが可能である。さらに、エンベロープ・フォワード・ループ３４によるエンベロープ信号の予測によって、変調器回路の非線形信号成分が低減されて、増幅回路１０の線形性が改良されることになる。
【００５１】
エンベロープ検出器または抽出回路は、当業者に知られており、ここでさらに説明する必要はない。同じことが、リレー回路２０の振幅を変調するための変換器回路に適用できる。本発明の実施形態では、変換器回路３６は、スイッチ・モードの増幅器を含む。
【００５２】
図６に、本発明による増幅回路４０の第２の実施形態を示す。この実施形態では、エンベロープ情報は、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）手段などのエンベロープ合成回路４１のベースバンド入力端子４２に印加されたベースバンドの変調された入力信号から抽出される。そのように抽出されたエンベロープ情報は、リレー・デバイス２０の出力信号の振幅変調のために、エンベロープ・フォワード・ループ４４を経由して合成回路４１からパワー検出器回路３６へ供給される。
【００５３】
入力が合成回路４１の信号出力に接続されたアップ・コンバータ手段４３によって、変調されたＲＦ入力信号が、リミット・サイクル変調器回路のフォワード・ループ３１に印加される。
【００５４】
本発明の別の実施形態では、リミット・サイクル変調器回路のフィードバック・ループ２６は、合成回路４１に直接付加することができる。このため、図６の点線で示すように、ダウン・コンバータ手段４５が設けられ、それにより、フィードバック信号をベースバンドへのダウンコンバージョンして合成回路４１に処理させる。ダウン・コンバータ手段４５を付加したとき、利得制御手段２８の減算手段２９への接続が省略されることを理解されるであろう。この目的に適したダウン・コンバージョン手段は、当業者に知られている。図１および６の実施形態では、減算手段２９は、たとえば利得制御手段２８が反転（負）出力を供給する場合、加算手段と置き換えてもよいことに留意されたい。
【００５５】
本発明の別の実施形態では、合成回路４１は、増幅回路４０の性能をさらに高めるために、リミット・サイクル変調器回路のフォワード・ループ３１に印加される入力信号に、ベースバンド・レベルで一定量の予補正（pre-correction）を与えるように構成する、またはそのようにするための手段を含むことができる。適切な合成手段および／または予補正手段は、当業者に知られている。
【００５６】
本発明による増幅回路は、たとえばユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）の広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）規格に従って動作する移動無線通信中で使用されるものなどの無線トランシーバ・デバイス中で使用するのに特に適している。
【００５７】
図７に、複数の固定電話ユーザ５９が接続された公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）またはディジタル総合サービス網（ＩＳＤＮ）などの固定電話網６０に接続された移動電話交換室（ＭＴＳＯ：Mobile Telephone Switching Office）５１または無線交換を含む、移動無線通信システム５０をごく概略的な形で示す。
【００５８】
ＭＴＳＯ５１は、複数の無線アクセス・ユニットまたは基地局５２、５３、および５４、ならびにこれらに限定されないが、エアー・インターフェース５５を介して無線通信するように構成された無線電話送受器などの遠隔無線通信ユニット５６、５７、および５８をサポートする。本発明によれば、無線アクセス・ユニット５２は、本発明による上記で開示され説明された増幅回路３０または４０を有し、ＲＦ無線伝送用アンテナ手段６３に接続されたトランシーバ手段６１を含む。同様に、無線通信ユニット５６は、本発明による増幅回路３０または４０を有し、アンテナ手段６４に接続されたトランシーバ手段を含む。
【００５９】
フィルタ手段は、低次で低Ｑのフィルタを使用する可能性があるので、能動的、受動的、集合体、または分散されたフィルタとして構築することができる。同様に、たとえば増幅回路ならびにそれらの接続部、分岐部、およびタップなどを構成する他の構成要素は、集合体、または分散された（伝送ライン）いずれかの構成で、能動的または受動的回路の構成要素を使用して構築することができる。
【００６０】
本発明による増幅回路は、たとえば半導体の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として、およびモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として完全にまたは部分的に設計するのに特に適している。
【００６１】
本発明がその例示の実施形態を使用して上記に説明され開示されてきたが、特許請求の範囲に開示され主張された本発明の新規で発明的な概念から逸脱することもなく、当業者が開示された構成に多数の修正および追加を実施することができることを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による増幅回路の第１の実施形態の概略ブロック図である。
【図２】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図３】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図４】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図５】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図６】本発明による増幅回路の第２の実施形態の概略ブロック図である。
【図７】本発明による増幅回路を含むトランシーバ回路を有した無線アクセス・ユニットおよび無線通信ユニットを備えた、移動セルラ方式無線通信システムの概略ブロック図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変調された無線周波（ＲＦ）信号の増幅に関し、より詳細には無線トランシーバ回路での使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＦ伝送システムにおけるバンド幅効率をより高くするという今までにない要求が、時間で変化する位相または周波数および振幅信号を処理する、高度な変調技術の採用につながっている。これらの変調技術の使用には、信号を正確に処理し、隣接したチャネルの伝送との干渉を抑制するために、まさに線形な伝送特性を有したトランシーバが必要である。広いダイナミック・レンジにわたり線形性を維持することは、パワー制御を利用するパワー増幅器（ＰＡ）にとって重要である。
【０００３】
しかし、そのような変調された信号は、不定のエンベロープを含み、それによってエンベロープのピーク対平均値の比が比較的大きいことになる。したがって、従来の線形モードのＰＡ、たとえばＡ級、ＡＢ級、またはＢ級のＰＡは、１ｄＢの圧縮点（compression point）よりかなり低い領域内で動作しなければならない。したがって、パワー効率が非常に低く、増幅器内で比較的大きな電力損またはワット損が生じる。この大きな電力損によって、セル方式移動無線通信システム（cellular mobile radio communication system）の基地局（ダウンリンク）中で深刻な加熱問題が生じ得る。あるいは、そのようなＰＡを含むトランシーバを有した端末（アップリンク）のバッテリの寿命が、甚だしく短くなる恐れがある。
【０００４】
スイッチ・モードのＰＡは、線形モードのＰＡより極めて高い効率をもたらすことができることが示されている。たとえばＤ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級で動作するスイッチ・モードのＰＡでは、スイッチング要素としてのパワー・トランジスタが使用される。増幅された基本成分だけを負荷に送ることを可能にするために、適切な整合ネットワークが必要である。しかし、スイッチ・モードのＰＡは、一定エンベロープ信号の増幅だけに適する。これらの増幅器を使用して不定のエンベロープ信号を増幅することは、振幅情報を失うことになる。
【０００５】
従来の最先端技術を用いた技術では、非常に効率的な非線形ＰＡの線形化が、強く強調されている。公知の線形化技術は、デカルト・ループ・フィードバック（Cartesial-loop Feedback）、エラー・フィードフォワード、プリディストーション、非線形要素を使用した線形増幅（ＬＩＮＣ）、およびエンベロープ消去および復元（ＥＥＲ：Envelope Elimination and Restoration）である。
【０００６】
デカルト・ループ・フィードバックは、フィードバック信号を直交成分に分割し、ＩおよびＱの形態で従来の負フィードバックの原理に基づきエラー補正を処理する。しかし、デカルト・ループ・フィードバックは、安定性および動作帯域幅に関して厳しい問題を示している。
【０００７】
エラー・フィードフォワードは、主のＰＡによって生成された歪を抽出し、次いで補助の増幅器によって歪を増幅し、それに続いてそれを主のＰＡの出力から差し引いて、入力信号の線形に増幅された部分を残す。Ｉの演算およびエラー・フィードフォワードによって、回路が複雑になり、追加のエラー増幅器により非効率的である。
【０００８】
プレディストーションによって、ＰＡの歪特性に正確に相補的な歪特性が生成される。プレディストーションは、プレディストーション部の限定された処理帯域幅という難があり、高く飽和したＰＡの歪特性を十分正確に発生することができない。
【０００９】
ＬＩＮＣは、ＲＦ信号伝送を２つの定エンベロープ位相変調信号に分割し、その信号をまったく同じように増幅し、それぞれがそれ自体の非線形スイッチングＰＡを有しており、次いで２つのＰＡ出力経路を加算接合部で結合して、ＲＦ信号を合成する。しかし、ＬＩＮＣは、２つのＰＡまわりの２つの信号処理経路間での不整合問題に加えて、出力結合器において著しい電力損を示す。この不整合は、信号特性を劣化させるだけでなく、反射されたパワーに関した問題、したがって発熱しバーンアウトする問題ももたらす。
【００１０】
ＥＥＲは、ＲＦ信号伝送を２つの経路に分割する。すなわち、入力信号のエンベロープだけを含むエンベロープ変調経路、および定エンベロープ位相変調信号だけを含む位相変調経路である。位相変調信号が、非常に効率的にＰＡによって増幅され、まったく同時に、エンベロープ信号が、ＰＡの出力信号を変調することによって復元される。ＥＥＲは、２つの信号処理回路間での経路遅延の不整合による深刻な影響のため、狭い動作帯域幅に限定される。
【００１１】
それに加え、スイッチ・モードのＰＡとして使用されるリミット・サイクル変調と呼ばれる技術がある。リミット・サイクル変調器は、入力信号をディスクリート・レベルの出力信号、たとえばスイッチング・デバイスを使用した２つのレベル（１ビット）の信号に変換する負後方結合非線形（a negatively back-coupled nonlinear）デバイスまたはリレー・デバイスを含む自己発振回路である。リレー・デバイスによって導入されたエラーは、周波数領域において整形される。このシステムは、リミット・サイクルと呼ばれる多数のディスクリート周波数で発振し得るたけである。非同期シグマデルタ変調器（ＡＳＤＭ）、および、いわゆる自己発振パワー増幅器（ＳＯＰＡ）、およびデルタ変調器が、サブ・クラスのリミット・サイクル変調器と考えられる。
【００１２】
非同期シグマデルタ変調器は、入力信号をパルス列にエンコードする。比較的高い自己発振周波数のため、非線形変調積が、対象の信号帯域から比較的遠くに離れて配置され、したがってこれらの不要な積は、比較的低次および／または低ＱのＲＦ低域通過（ＬＰ）または帯域通過（ＢＰ）のフィルタで、比較的容易に除去することができる。しかし、ＡＳＤＭは、パルス変調のダイナミック・レンジが限定されるという難点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術の増幅回路の上述した欠陥および欠点の観点から、本発明の目的は、時間で変化する位相または周波数および振幅変調されたＲＦ入力信号を増幅し、スペクトルおよびパワー効率をともに最適化するための改良された増幅回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、この目的は、変調されたＲＦ入力信号から増幅されたＲＦ出力信号を発生するように構成された自己発振リミット・サイクル変調器回路と、変調された入力信号のエンベロープ情報によって決定された出力信号を振幅変調するように構成されたエンベロープ変調器回路とを含む増幅回路によって達成される。
【００１５】
線形性、効率、帯域幅、およびダイナミック・レンジの観点で最適な線形化増幅器を実現するために、本発明は、自己発振リミット・サイクル変調器回路の最適エラー制御技術に専用される。本発明では、リミット・サイクル変調器回路のフィードフォワード経路中にエンベロープ変調が組み込まれる。
【００１６】
リミット・サイクル変調器回路の自己発振特性のため、非線形周波数変調積が所望の信号帯域から離れるようにシフトされて、ＲＦ入力信号が変調され、したがってこれらの変調積が比較的容易に出力信号からフィルタで除去され得る。スイッチング周波数を上昇させることによって、広帯域の線形化を得ることができる。同時に、入力信号のエンベロープが、エンベロープ変調器を介して出力信号中に供給される。このようにして、出力信号が入力信号のエンベロープに比例するように、ループ・エラーが制御される。
【００１７】
リミット・サイクル変調器回路の制御ループは、エンベロープ変調経路によって導入されたエラーを補正することが可能である。他方では、エンベロープ信号の予測は、リミット・サイクル変調器回路のリレー・デバイスによって生じたエラーを低減する。したがって、残留エラーだけを、制御ループによって補正する必要がある。その結果、優れた線形性が、出力において達成され、広いダイナミック・レンジが、入力のパワー・レベルに無関係に得られる。さらに、本発明による増幅回路によって、リミット・サイクル変調に関する範囲限定の問題が軽減される。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、エンベロープ変調器回路は、変調されたＲＦ入力信号のエンベロープ情報を抽出するためのエンベロープ検出器回路を含む。ＲＦ入力信号からエンベロープ情報を抽出する代わりに、本発明のさらなる別の実施形態では、エンベロープ検出器回路が、ベースバンドにおいて入力信号からエンベロープ情報を合成するように構成される。
【００１９】
様々な方法でエンベロープ情報を、リミット・サイクル変調器回路の制御ループ中に導入することができるが、本発明の好ましい実施形態では、エンベロープ変調器回路が、リミット・サイクル変調器回路に給電し、出力信号を振幅変調するように構成される。この目的のために、本発明の他の実施形態では、リミット・サイクル変調器回路に給電するために、パワー変換器回路が、エンベロープ情報によって動作するように制御され、そのパワー変換器は、動作の際、増幅回路に給電するために電源に接続される。パワー変換器回路は、リミット・サイクル変調器回路の供給電圧または供給電流のいずれかを、またはその両方を制御するように構成することができる。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態では、リミット・サイクル変調器回路は、ＲＦ出力信号から変調されたＲＦ入力回路信号へのフィードバック経路を有した非同期シグマ−デルタ変調器回路の形態を取る。しかし、入力信号がベースバンドのレベルで利用可能な場合、本発明のさらに別の実施形態では、非同期式シグマデルタ変調器回路は、入力信号から変調されたＲＦ入力信号をベースバンドにおいて生成するための手段を含み、ベースバンドにおいてＲＦ出力信号から入力信号への負のフィードバック経路を有する。このフィードバック経路は、ＲＦ出力信号をベースバンドへダウンコンバートするための手段を含む。ベースバンドで信号を処理するために、増幅回路は、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）手段を含でいてもよい。
【００２１】
本発明による別の実施形態では、ＤＳＰは、システム性能をさらに最適化するために、入力信号の予補正（precorrection）の量を生成するように有利に構成することができる。この目的のため、ディジタルの予補正手段を別に設けることができることは、理解されるであろう。
【００２２】
ＲＦ入力信号をディスクリート・レベルのＲＦ出力信号に変換するＡＳＤＭなど、リミット・サイクル変調器回路のリレー・デバイスは、様々な特性を発揮することができる。４つの主なリレーのタイプがある。すなわち、どんな遅延またはヒステリシスもない理想的なリレー、出力が生成されないデッド・ゾーンを有したリレー、ヒステリシスを有したリレー、ならびにデッド・ゾーンおよびヒステリシスを有したリレーである。
【００２３】
上記にすでに示したように、トランジスタなどの簡単なスイッチをリレー・デバイスとして動作させ、システムを極めて効率的にすることができる。しかし、リレー・デバイスは、たとえば本発明による増幅回路の平衡が取れた構成をサポートする３つのレベル、−１、０、および＋１の間で出力を切り替えるために、スイッチング要素の組み合わせによって形成することもできる。
【００２４】
本発明の好ましい実施形態では、リレー・デバイスは、Ｄ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級のいずれでも動作するように構成されたスイッチ−モードパワー増幅器を含む。ＡＳＤＭ回路のケースでは、パワー増幅器は、たとえばＤＣ基準信号、あるいは正弦波または三角波の形状を有したＡＣ基準信号などの基準信号を加えるために、基準入力を含むことができる。本発明の他の実施形態では、リレー・デバイスは、比較器回路を含むこともできる。
【００２５】
本発明の別の実施形態では、リミット・サイクル変調器回路は、リミット・サイクル変調器回路の線形化性能を最適化するように構成されたループ・フィルタを含む。ループ・フィルタは、リミット・サイクル変調器回路のフォワード・ループ中に、即ちＲＦ入力とリレー入力とを接続する経路中に、即ちフィードバック・ループ中に、配置することができる。ループ・フィルタは、フォワードまたはフィードバックのループのいずれか１つまたはその両方にある複数の別々のフィルタから構成され、一方、フォワードおよびフィードバックループは、それぞれいくつかのフォワード・フィードバックサブループから構成され、それぞれが特定の補正または補償機能を果たすことができることを、当業者は理解するはずである。
【００２６】
不要な変調積を除去するために、本発明による増幅回路は、帯域フィルタされたＲＦ出力信号を生成するために、ＲＦ帯域通過フィルタをさらに含む。本発明の増幅回路のパワーおよびスペクトラル効率を最適化するために、本発明の他の実施形態では、ＲＦ帯域通過フィルタ手段は、出力インピーダンスの整合および反射損の最小化に最適に構成された第１のフィルタ手段と、ＲＦ帯域をフィルタするのに最適に構成された第２のフィルタ手段とを含む。
【００２７】
出力インピーダンス整合に最適に構成された第１のフィルタ手段は、リレー・デバイスの出力に配置され、変調回路の制御ループ中に組み込むことができ、一方、ＲＦ帯域をフィルタするのに最適に構成された第２のフィルタ手段は、第１のフィルタ手段の出力に接続される。第２のフィルタ手段がＬＰフィルタを含むことができることを、当業者は理解するであろう。
【００２８】
本発明で使用されるフィルタ手段は、増幅回路ならびにたとえばそれらの接続部、分岐部およびタップを構成する他の構成要素と同様に、集合体または分散した（伝送ライン）構成のいずれかで、能動的または受動的な回路要素を使用して構成することができる。
【００２９】
本発明による増幅回路は、たとえば、半導体の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として、およびモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として完全にまたは部分的に設計されるのに特に適している。また、たとえば、ただしこれに限定されないが、移動無線通信システム中で使用される無線基地局などの無線アクセス・ユニットのトランシーバ回路、およびそのような移動無線通信システムの端末のトランシーバ回路などの無線トランシーバ回路中で使用するのに適している。
【００３０】
したがって、本発明は、上述の増幅回路を組み込んだ、トランシーバ回路、無線アクセス・ユニット、および無線通信ユニットにも関する。
【００３１】
本発明の説明および特許請求の範囲中で使用される用語、トランシーバ手段は、トランスミッタ手段、レシーバ手段、または、組み合わされたトランスミッタ／レシーバ手段を含むものとして解釈しなければならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
ここで、本発明は、添付した図面に示した例示の実施形態を参照してより詳しく述べる。
【００３３】
以下の説明では、図面すべてにわたり同じ参照番号は、同じまたは対応するデバイスを示す。
【００３４】
図１に、本発明による増幅回路１０の第１の全般的な実施形態のブロック図を示す。回路１０の主な構成要素は、リレー・デバイス２０によって形成される。リレー・デバイス２０は、リレー・デバイス２０の入力端子２１に印加された変調されたＲＦ入力信号を、リレー・デバイス２０の出力端子２２においてディスクリート・レベルの出力信号に変換するように動作する非線形要素である。
【００３５】
第１のフィルタ手段２４および第２のフィルタ手段２５が、リレー・デバイス２０の出力端子２２からアンテナ手段３９の形態の負荷にカスケード状に接続され、リレー・デバイス２０の出力端子２２において生成されたＲＦ出力信号を放出する。アンテナ手段３９は、このように増幅回路１０の部分を形成しない。
【００３６】
第１のフィルタ手段２４は、反射および伝送の損失を最小にするために、リレー・デバイス２０のインピーダンスを整合するために最適に構成され得る。第２のフィルタ手段２５は、出力信号のＲＦ帯域を選択するために最適に構成され得る。第１および第２のフィルタ手段２４、２５は、帯域フィルタされたＲＦ出力信号を生成するために、単一のＲＦ帯域通過フィルタに合体することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、第１および第２のフィルタ２４、２５は、たとえば複数のＲＦ伝送帯域を選択するための複数のサブ・フィルタを備えていてもよい。
【００３７】
図１に示すように、第１のフィルタ手段２４の出力から、フィードバック・ループ２６が減算手段２９の入力に接続され、増幅回路１０によって増幅される変調されたＲＦ入力信号を受け取るために、その減算手段の他方の入力には、ＲＦ入力端子３０が接続される。引き算器手段２９の出力は、フォワード・ループ３１によってリレー・デバイス２０の入力端子２１に接続される。
【００３８】
図１に示すように、フィードバック・ループ２６中に、第３のフィルタ手段２７および／または利得制御手段２８を配置することができ、フォワード・ループ３１中に、第４のフィルタ手段３２を配置することができる。第３および第４のフィルタ手段２７、３２は、いくつかのサブ・フィルタから構成され、ともにフォワード・ループ３１およびフィードバック・ループ２６によって形成されたリレー・デバイス２０の閉制御ループのループ・フィルタ手段を形成することができる。制御ループは、多数のディスクリート周波数、いわゆるリミット・サイクルで発振することができる自己発振リミット・サイクル変調器回路が形成されるように、構成される。
【００３９】
必須ではないが、そのように形成された変調器回路の発振周波数は、たとえば、信号源３３からの基準信号を、リレー・デバイス２０の別の入力端子２３から印加することによって、制御してもよい。この基準信号は、直流（ＤＣ）、または三角波信号などの交流（ＡＣ）信号とすることができる。
【００４０】
リレー・デバイス２０は、図２、３、４、および５に概略的に示すように、４つの基本の変換モードのいずれかに従って動作するように、構成され得る。これらの図では、水平軸上にｘ、入力信号を示し、垂直軸上にｙ、出力信号を示す。それらの例示特性から、入力および出力の信号の具体的な振幅値は、示されていない。リレー・デバイス２０の入力信号ｘは、一般に、入力端子２１および２３における入力信号の組み合わせによって形成される。
【００４１】
図２の理想的なリレー・モードでは、出力信号ｙは、入力信号ｘのゼロ交差毎に、正の振幅値Ｙｐと負の振幅値Ｙｎの間で遅延なしに切り替わる。図３のデッド・ゾーンを有したモードでは、出力信号ｙは、入力信号の振幅の絶対値が所定の閾値ＸｐまたはＸｎより大きい場合に、入力信号ｘの遷移毎にその状態を変化する。所定の閾値ＸｐまたはＸｎは、入力信号振幅の正値または負値に対して異なってもよい。閾値ＸｐとＸｎとの間の入力信号振幅に対して、出力信号ゼロが提供される。図４のヒステリシスを有したリレー・モードでは、出力信号ｙは、所定の閾値ＸｈｐおよびＸｈｎより大きいまたは小さい入力信号遷移に対して、正および負の振幅値ＹｐおよびＹｎの間で切り替わる。正から負への入力信号の遷移、およびその逆の場合についても矢印で出力信号の変化を示す。図５に示す組み合わせモードでは、ヒステリシスを有したリレーに加えて、出力信号ｙは、Ｘｐ−Ｘｈｐ／２とＸｎ＋Ｘｈｎ／２の間のデッド・ゾーン中の入力信号値に対して、ゼロの値を取ることができる。どのモードでリレー・デバイスが動作すべきかは、増幅回路１０の要求された特性に依存し、用途に依存するしてもよい。
【００４２】
本発明の目的のために、スイッチ・モードのパワー増幅器からなり、Ｄ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級のいずれかで動作するリレー・デバイス２０、または比較器回路からなるリレー・デバイス２０は、特に適している。しかし、本発明が、そのようなタイプのリレー要素に限定されないことを理解すべきである。本発明目的のために、当業者が知るような広範囲の様々なリレー・デバイスまたは非線形要素を使用することができる。Arthur Gelb およびWallace E. van der Velde著、「他入力記述関数および非線形システム設計（Multiple-Input Describing Functions and Nonlinear System Design）」（McGraw-Hill社出版、ロンドン1968年）の特に第３章「非線形システムにおける定常発振（Steady-State Oscillations in Nonlinear Systems）」を参照されたい。これは、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００４３】
比較器の形態におけるリレー・デバイス２０であって、リレー・デバイス２０の入力端子２３においてＤＣ基準電圧を印加することによるリレー・デバイス２０のケースでは、非同期シグマデルタ変調器（ＡＳＤＭ）と呼ばれるリミット・サイクル変調器回路が形成される。より完全のためには、外部基準信号がなくてもよい。たとえば単一の高利得トランジスタの形のリレー・デバイスのケースでは、トランジスタの閾値電圧が、ＡＳＤＭとしての動作をサポートする内部基準として機能する。
【００４４】
そのように述べた変調器回路の動作では、どんな入力信号もない場合、自己発振が生じて、変調器の自己発振周波数、すなわちリミット・サイクルで周期的な矩形の波形が生成される。とりわけ発振周波数は、変調器回路の制御ループ中のフィルタ手段２７、２８、および３２の特性に依存する。変調器回路は、非線形変調積が対象の信号帯域から離れて位置するように、ＲＦ入力端子３０に印加されたＲＦ入力信号をパルス列にエンコードする。
【００４５】
これらの非線形変調積は、リレー要素２０の出力端子２２にある帯域通過フィルタ手段、すなわち上述の第１および第２のフィルタ手段２４および２５によって、除去することができる。線形化は、変調器回路の制御ループ中のフィルタ手段２７、２８、および３２を適切に選択することによって最適化することができる。発振周波数を増加することによって、低Ｑおよび低次のフィルタ手段を使用することができ、それにより広帯域の線形化を得ることができる。
【００４６】
比較器として形成されたリレー・デバイス２０の入力端子２３に三角形の基準信号が印加されるケースで、フィードバック・ループ２６がない場合、動作時に、リミット・サイクル変調器回路が、パルス幅変調（ＰＷＭ）出力信号を生成するであろう。しかし、フィードバック・ループ２６によって、出力信号は、対象の周波数帯域において、入力信号に等しくなるように修正される。
【００４７】
しかし、エンベロープ変調ＲＦ入力信号のケースでは、主に、リミット・サイクル変調器回路のパルス変調のダイナミック・レンジが限定されるので、著しいエラーが出力信号中に生じる。リミット・サイクル変調器回路のエラー制御を改良するために、本発明によれば、別のフォワード・ループ３４が、エンベロープ変調器回路の形態で追加される。
【００４８】
図１に示す実施形態では、エンベロープ変調器回路は、変調されたＲＦ入力信号からエンベロープ情報を抽出するために、入力がＲＦ入力端子３０に接続されたエンベロープ検出器回路３５を含む。エンベロープ検出器回路３５は、リレー・デバイス２０によって生成される出力信号をその出力端子２２において変調するように構成されたパワー変換器回路３６を制御する。
【００４９】
図１に開示した実施形態では、パワー変換器回路３６は、供給電力、すなわち増幅回路１０のパワー端子３７で印加されるリレー要素への供給電圧および／または供給電流を、エンベロープ検出器回路３５によって抽出されたエンベロープ情報に従って、変調するように構成される。提供された変調制御のタイプに応じて、パワー変換器回路３６は、たとえばＤＣ／ＤＣ電圧または電流の変換器回路として構成することができる。しかし、本発明は、リレー要素２０のこのタイプの変調に限定されない。当業者に知られたような、リレー要素２０の出力信号の他のタイプの振幅変調が適用されてもよい。
【００５０】
上述したように、本発明によれば、変調器回路のループ・エラーは、それがＲＦ入力信号のエンベロープと比例するように制御される。その結果、エンベロープ・フォワード・ループ３４の無い変調器回路に比べて、極めてより広いダイナミック・レンジが得られる。変調器回路のフィードバック・ループ２６は、エンベロープ変調回路３５、３６によって残されたエラーを補正することが可能である。さらに、エンベロープ・フォワード・ループ３４によるエンベロープ信号の予測によって、変調器回路の非線形信号成分が低減されて、増幅回路１０の線形性が改良されることになる。
【００５１】
エンベロープ検出器または抽出回路は、当業者に知られており、ここでさらに説明する必要はない。同じことが、リレー回路２０の振幅を変調するための変換器回路に適用できる。本発明の実施形態では、変換器回路３６は、スイッチ・モードの増幅器を含む。
【００５２】
図６に、本発明による増幅回路４０の第２の実施形態を示す。この実施形態では、エンベロープ情報は、ディジタル信号処理（ＤＳＰ）手段などのエンベロープ合成回路４１のベースバンド入力端子４２に印加されたベースバンドの変調された入力信号から抽出される。そのように抽出されたエンベロープ情報は、リレー・デバイス２０の出力信号の振幅変調のために、エンベロープ・フォワード・ループ４４を経由して合成回路４１からパワー検出器回路３６へ供給される。
【００５３】
入力が合成回路４１の信号出力に接続されたアップ・コンバータ手段４３によって、変調されたＲＦ入力信号が、リミット・サイクル変調器回路のフォワード・ループ３１に印加される。
【００５４】
本発明の別の実施形態では、リミット・サイクル変調器回路のフィードバック・ループ２６は、合成回路４１に直接付加することができる。このため、図６の点線で示すように、ダウン・コンバータ手段４５が設けられ、それにより、フィードバック信号をベースバンドへのダウンコンバージョンして合成回路４１に処理させる。ダウン・コンバータ手段４５を付加したとき、利得制御手段２８の減算手段２９への接続が省略されることを理解されるであろう。この目的に適したダウン・コンバージョン手段は、当業者に知られている。図１および６の実施形態では、減算手段２９は、たとえば利得制御手段２８が反転（負）出力を供給する場合、加算手段と置き換えてもよいことに留意されたい。
【００５５】
本発明の別の実施形態では、合成回路４１は、増幅回路４０の性能をさらに高めるために、リミット・サイクル変調器回路のフォワード・ループ３１に印加される入力信号に、ベースバンド・レベルで一定量の予補正（pre-correction）を与えるように構成する、またはそのようにするための手段を含むことができる。適切な合成手段および／または予補正手段は、当業者に知られている。
【００５６】
本発明による増幅回路は、たとえばユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）の広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）規格に従って動作する移動無線通信中で使用されるものなどの無線トランシーバ・デバイス中で使用するのに特に適している。
【００５７】
図７に、複数の固定電話ユーザ５９が接続された公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）またはディジタル総合サービス網（ＩＳＤＮ）などの固定電話網６０に接続された移動電話交換室（ＭＴＳＯ：Mobile Telephone Switching Office）５１または無線交換を含む、移動無線通信システム５０をごく概略的な形で示す。
【００５８】
ＭＴＳＯ５１は、複数の無線アクセス・ユニットまたは基地局５２、５３、および５４、ならびにこれらに限定されないが、エアー・インターフェース５５を介して無線通信するように構成された無線電話送受器などの遠隔無線通信ユニット５６、５７、および５８をサポートする。本発明によれば、無線アクセス・ユニット５２は、本発明による上記で開示され説明された増幅回路３０または４０を有し、ＲＦ無線伝送用アンテナ手段６３に接続されたトランシーバ手段６１を含む。同様に、無線通信ユニット５６は、本発明による増幅回路３０または４０を有し、アンテナ手段６４に接続されたトランシーバ手段を含む。
【００５９】
フィルタ手段は、低次で低Ｑのフィルタを使用する可能性があるので、能動的、受動的、集合体、または分散されたフィルタとして構築することができる。同様に、たとえば増幅回路ならびにそれらの接続部、分岐部、およびタップなどを構成する他の構成要素は、集合体、または分散された（伝送ライン）いずれかの構成で、能動的または受動的回路の構成要素を使用して構築することができる。
【００６０】
本発明による増幅回路は、たとえば半導体の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として、およびモノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として完全にまたは部分的に設計するのに特に適している。
【００６１】
本発明がその例示の実施形態を使用して上記に説明され開示されてきたが、特許請求の範囲に開示され主張された本発明の新規で発明的な概念から逸脱することもなく、当業者が開示された構成に多数の修正および追加を実施することができることを理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による増幅回路の第１の実施形態の概略ブロック図である。
【図２】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図３】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図４】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図５】本発明で使用されるリレー・デバイスの基本的な動作様式を概略的に示す図である。
【図６】本発明による増幅回路の第２の実施形態の概略ブロック図である。
【図７】本発明による増幅回路を含むトランシーバ回路を有した無線アクセス・ユニットおよび無線通信ユニットを備えた、移動セルラ方式無線通信システムの概略ブロック図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調されたＲＦ入力信号を増幅するための、特に無線トランシーバ回路中で使用するための増幅回路であって、
前記入力信号から増幅されたＲＦ出力信号を発生するように構成された自己発振リミット・サイクル変調器回路と、
前記変調された入力信号のエンベロープ情報によって決定された前記出力信号を振幅変調するように構成されたエンベロープ変調器回路と、を含む増幅回路。
【請求項２】
前記エンベロープ変調器回路は、前記変調されたＲＦ入力信号から前記エンベロープ情報を抽出するためのエンベロープ検出器回路を含む、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記エンベロープ検出器回路は、ベースバンドにおいて前記入力信号から前記エンベロープ情報を合成するように構成された、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記エンベロープ変調器回路は、前記リミット・サイクル変調器回路に給電し、前記出力信号を振幅変調するように構成される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項５】
前記リミット・サイクル変調器回路に給電するためのパワー変換器回路を含み、
前記パワー変換器回路は、前記エンベロープ情報によって動作的に制御される、請求項４に記載の増幅回路。
【請求項６】
前記パワー変換器回路は、スイッチ・モードのパワー増幅器を含む、請求項５に記載の増幅回路。
【請求項７】
前記リミット・サイクル変調器回路は、前記ＲＦ出力信号から前記変調されたＲＦ入力信号へのフィードバック経路を有した非同期シグマデルタ変調器回路を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項８】
前記リミット・サイクル変調器回路は、ベースバンドにおいて入力信号から前記変調されたＲＦ入力信号を与えるための手段と、ベースバンドで前記ＲＦ出力信号から前記入力信号へのフィードバック経路とを含む非同期式シグマデルタ変調器回路を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項９】
前記フィードバック経路は、前記ＲＦ出力信号をベースバンドの低い周波数に変換するための手段を含む、請求項８に記載の増幅回路。
【請求項１０】
前記入力信号をベースバンドで処理するためのディジタル信号処理手段を含む、請求項３、請求項８、または請求項９のいずれかに従属した請求項のいずれかに記載の増幅回路。
【請求項１１】
前記入力信号を予め補正するための予補正手段を含む、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１２】
前記予補正手段は、ベースバンドにおいて前記入力信号を予め補正するためのディジタル信号処理手段を含む、請求項３、請求項８、請求項９、または請求項１０のいずれかに従属した請求項１１に記載の増幅回路。
【請求項１３】
前記リミット・サイクル変調器回路は、前記ＲＦ入力信号をディスクリート・レベルのＲＦ出力信号に変換するためのリレー・デバイスを含み、
前記リレー・デバイスは、理想的リレーと、デッド・ゾーンを有したリレーと、ヒステリシスを有したリレーと、デッド・ゾーンおよびヒステリシスを有したリレーとを含む群のいずれかのリレーの機能を果たすように構成された、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１４】
前記リレー・デバイスは、Ｄ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級のいずれかで動作するように構成されたスイッチ・モードのパワー増幅器を含む、請求項１３に記載の増幅回路。
【請求項１５】
前記パワー増幅器は、基準信号を印加するために基準入力を含む、請求項１４に記載の増幅回路。
【請求項１６】
前記リレー・デバイスは比較器回路を含む、請求項１２に記載の増幅回路。
【請求項１７】
前記リミット・サイクル変調器回路は、前記変調器回路の線形化性能を最適化するように構成された制御ループ・フィルタを含む、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１８】
帯域でフィルタリングされたＲＦ出力信号をもたらすためのＲＦ帯域通過フィルタをさらに含む、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１９】
前記ＲＦ帯域通過フィルタ手段は、
出力インピーダンスを整合するように最適に構成された第１のフィルタ手段と、
ＲＦ帯域でフィルタリングするように最適に構成された第２のフィルタ手段とを含む、請求項１８に記載の増幅回路。
【請求項２０】
前記第１のフィルタ手段は、前記制御ループ中に構成され、
前記第２のフィルタ手段は、前記第１のフィルタ手段に接続される、請求項１９に記載の増幅回路。
【請求項２１】
半導体の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として設計される、請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項２２】
モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として設計される、請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項２３】
請求項１から請求項２２のいずれかに記載の増幅回路を含む無線トランシーバ回路。
【請求項２４】
移動無線通信システム中で使用するための無線基地局のような無線アクセス・ユニットであって、
請求項２３に記載の無線トランシーバ回路を含む、無線アクセス・ユニット。
【請求項２５】
移動無線通信システムの端末のような無線通信ユニットであって、
前記端末は、請求項２３に記載の無線トランシーバ回路を含む、無線通信ユニット。
【請求項１】
変調されたＲＦ入力信号を増幅するための、特に無線トランシーバ回路中で使用するための増幅回路であって、
前記入力信号から増幅されたＲＦ出力信号を発生するように構成された自己発振リミット・サイクル変調器回路と、
前記変調された入力信号のエンベロープ情報によって決定された前記出力信号を振幅変調するように構成されたエンベロープ変調器回路と、を含む増幅回路。
【請求項２】
前記エンベロープ変調器回路は、前記変調されたＲＦ入力信号から前記エンベロープ情報を抽出するためのエンベロープ検出器回路を含む、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項３】
前記エンベロープ検出器回路は、ベースバンドにおいて前記入力信号から前記エンベロープ情報を合成するように構成された、請求項１に記載の増幅回路。
【請求項４】
前記エンベロープ変調器回路は、前記リミット・サイクル変調器回路に給電し、前記出力信号を振幅変調するように構成される、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項５】
前記リミット・サイクル変調器回路に給電するためのパワー変換器回路を含み、
前記パワー変換器回路は、前記エンベロープ情報によって動作的に制御される、請求項４に記載の増幅回路。
【請求項６】
前記パワー変換器回路は、スイッチ・モードのパワー増幅器を含む、請求項５に記載の増幅回路。
【請求項７】
前記リミット・サイクル変調器回路は、前記ＲＦ出力信号から前記変調されたＲＦ入力信号へのフィードバック経路を有した非同期シグマデルタ変調器回路を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項８】
前記リミット・サイクル変調器回路は、ベースバンドにおいて入力信号から前記変調されたＲＦ入力信号を与えるための手段と、ベースバンドで前記ＲＦ出力信号から前記入力信号へのフィードバック経路とを含む非同期式シグマデルタ変調器回路を含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項９】
前記フィードバック経路は、前記ＲＦ出力信号をベースバンドの低い周波数に変換するための手段を含む、請求項８に記載の増幅回路。
【請求項１０】
前記入力信号をベースバンドで処理するためのディジタル信号処理手段を含む、請求項３、請求項８、または請求項９のいずれかに従属した請求項のいずれかに記載の増幅回路。
【請求項１１】
前記入力信号を予め補正するための予補正手段を含む、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１２】
前記予補正手段は、ベースバンドにおいて前記入力信号を予め補正するためのディジタル信号処理手段を含む、請求項３、請求項８、請求項９、または請求項１０のいずれかに従属した請求項１１に記載の増幅回路。
【請求項１３】
前記リミット・サイクル変調器回路は、前記ＲＦ入力信号をディスクリート・レベルのＲＦ出力信号に変換するためのリレー・デバイスを含み、
前記リレー・デバイスは、理想的リレーと、デッド・ゾーンを有したリレーと、ヒステリシスを有したリレーと、デッド・ゾーンおよびヒステリシスを有したリレーとを含む群のいずれかのリレーの機能を果たすように構成された、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１４】
前記リレー・デバイスは、Ｄ、Ｅ、Ｆ、またはＳ級のいずれかで動作するように構成されたスイッチ・モードのパワー増幅器を含む、請求項１３に記載の増幅回路。
【請求項１５】
前記パワー増幅器は、基準信号を印加するために基準入力を含む、請求項１４に記載の増幅回路。
【請求項１６】
前記リレー・デバイスは比較器回路を含む、請求項１２に記載の増幅回路。
【請求項１７】
前記リミット・サイクル変調器回路は、前記変調器回路の線形化性能を最適化するように構成された制御ループ・フィルタを含む、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１８】
帯域でフィルタリングされたＲＦ出力信号をもたらすためのＲＦ帯域通過フィルタをさらに含む、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項１９】
前記ＲＦ帯域通過フィルタ手段は、
出力インピーダンスを整合するように最適に構成された第１のフィルタ手段と、
ＲＦ帯域でフィルタリングするように最適に構成された第２のフィルタ手段とを含む、請求項１８に記載の増幅回路。
【請求項２０】
前記第１のフィルタ手段は、前記制御ループ中に構成され、
前記第２のフィルタ手段は、前記第１のフィルタ手段に接続される、請求項１９に記載の増幅回路。
【請求項２１】
半導体の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として設計される、請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項２２】
モノリシック・マイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として設計される、請求項１から請求項２０のいずれか一項に記載の増幅回路。
【請求項２３】
請求項１から請求項２２のいずれかに記載の増幅回路を含む無線トランシーバ回路。
【請求項２４】
移動無線通信システム中で使用するための無線基地局のような無線アクセス・ユニットであって、
請求項２３に記載の無線トランシーバ回路を含む、無線アクセス・ユニット。
【請求項２５】
移動無線通信システムの端末のような無線通信ユニットであって、
前記端末は、請求項２３に記載の無線トランシーバ回路を含む、無線通信ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００６−５２８４５７（Ｐ２００６−５２８４５７Ａ）
【公表日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２１０１７（Ｐ２００６−５２１０１７）
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００４／０００５０６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００８８８４
【国際公開日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年１２月１４日（２００６．１２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２００４／０００５０６
【国際公開番号】ＷＯ２００５／００８８８４
【国際公開日】平成１７年１月２７日（２００５．１．２７）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １，５６２１ ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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