JP4804440B2 - ポーラ変調送信装置及び無線通信装置、並びにポーラ変調送信方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば携帯電話のような無線通信システムに利用可能なポーラ変調送信装置及び無線通信装置、並びにポーラ変調送信方法に関する。

無線通信装置において、例えば携帯電話端末の場合、その送信に使用されるアンテナの近傍に人体やその他の導電体が存在する状態で使用される場合が多く、実際のアンテナ近傍の状態は、使用状況の変化に伴って頻繁に変化する。このような状況においては、アンテナのインピーダンスが大きく変動する。アンテナは、送信用の高周波電力増幅器の出力に負荷として接続されているので、アンテナのインピーダンスが変動すると高周波電力増幅器の出力負荷が変動することになり、送信特性の劣化が懸念される。具体的に劣化が想定される送信特性としては、隣接チャネル漏洩電力、変調精度などがある。

すなわち、無線通信装置としては、高周波電力増幅器の出力にインピーダンスの変動するアンテナが直接接続されているので、アンテナのインピーダンス変動に伴って高周波電力増幅器の出力信号に歪み（高調波成分）が発生し、送信特性に劣化が生じることになる。このような問題を解消する方法として、一般的には以下に説明するような２種類の方法のいずれかが従来より用いられている。

１つ目の方法では、電力増幅器として線形性の高い線形電力増幅器を使用すると共に、アンテナと電力増幅器出力の間にアイソレータを挿入する。アイソレータを挿入することにより、アンテナのインピーダンスが変動しても、電力増幅器の出力負荷が変動しなくなるため、出力信号に歪みが発生するのを防止できる。

この方法では、低歪な線形電力増幅器を使用するため、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４相位相シフトキーイング）やＨＰＳＫ(Hybrid Phase Shift Keying)やＱＡＭ（Quadrature Amplitude modulation）などの線形変調信号を低歪で増幅することができる。しかし、挿入されたアイソレータによって生じる電力損失を補うために電力増幅器の出力電力を増加させる必要があり、消費電力が増加する。また、アイソレータを追加するため、装置の規模やコストが増大する。

２つ目の方法では、電力増幅器として非線形電力増幅器を使用する。非線形電力増幅器は一般的に出力負荷の変動により歪が増大することはない（飽和状態で使用するのでインピーダンスの変化は波形に影響しない）ので、送信特性の劣化も生じない。しかし、非線形動作の電力増幅器を使用する場合には、ＦＭ（Frequency Modulation）やＧＭＳＫ（Gaussian filtered Minimum Shift Keying）のように変調波形の包絡線のレベルが変化しない特定の変調信号の増幅のみに用途が限定される。振幅の変化する線形変調信号を増幅すると波形が変化するので、変調情報を正しく伝送することができない。

一方、公知のポーラ変調（polar modulation）を採用する場合には、上記２つの方法の両方の利点が得られる。ポーラ変調を採用した送信装置においては、変調信号（入力信号）を位相情報と振幅情報とに分離し、定包絡線の位相情報を非線形電力増幅器に入力して増幅し、同時に例えば前記電力増幅器に供給される電源の電圧を前記振幅情報を用いて変調することで、位相情報と振幅情報とが合成された変調信号を前記電力増幅器の出力に得ることができる。具体的な動作について以下に説明する。

図７は従来のポーラ変調送信装置の構成例を示すブロック図である。この従来例のポーラ変調送信装置７００は、Ｉ信号入力端子７０１と、Ｑ信号入力端子７０２と、極座標変換部７０３と、位相変調部７０４と、電力増幅器７０５と、アンテナ７０６と、送信電力設定信号入力端子７０７と、乗算器７０９と、振幅変調部７１０と、電源入力端子７１１とを備えている。

送信対象の信号であるベースバンドＩＱ信号のうち、Ｉ成分はＩ信号入力端子７０１に印加され、Ｑ成分はＱ信号入力端子７０２に印加される。したがって、このベースバンドＩＱ信号はＩ信号入力端子７０１、Ｑ信号入力端子７０２を経由して極座標変換部７０３に入力される。

極座標変換部７０３は、Ｉ信号入力端子７０１、Ｑ信号入力端子７０２から入力されたベースバンドＩＱ信号を極座標変換することにより、この信号に含まれている位相成分と振幅成分とをそれぞれ分離して取り出す。極座標変換部７０３によって前記ベースバンドＩＱ信号から分離抽出された信号のうち、位相成分の信号は位相変調部７０４に入力され、振幅成分の信号は乗算器７０９に入力される。

位相変調部７０４は、その内部で生成したキャリア信号を極座標変換部７０３から入力された位相成分の信号により位相変調し、その変調結果を電力増幅器７０５に出力する。一方、乗算器７０９は、極座標変換部１０３から入力された振幅成分の信号と、送信電力設定信号入力端子７０７から入力された送信電力を示す送信電力設定信号とを乗算し、その乗算結果を振幅変調部７１０に出力する。

振幅変調部７１０は、所定の直流電源から電源入力端子７１１を介して供給される電源電圧を、乗算器７０９の出力信号により振幅変調する。したがって、振幅変調された電源電圧が電力増幅器７０５の電源ラインに供給される。この電源電圧は、電力増幅器７０５の内部でドレイン電圧・コレクタ電圧等として使用される。

電力増幅器７０５は、非線形モード（飽和状態）で動作しているので、電力増幅器７０５から出力される信号の電力は、電力増幅器７０５に供給される電源電圧の大きさに比例する。そのため、電力増幅器７０５から出力される信号は、Ｉ信号入力端子７０１、Ｑ信号入力端子７０２に入力されたベースバンドＩＱ信号に従って位相変調及び振幅変調され、更にその信号電力は、送信電力設定信号入力端子７０７から入力された送信電力設定信号に応じて定まる。

このように、電力増幅器７０５は、包絡線のレベルに変化が生じない位相変調信号のみを増幅し、同時に供給される電源電圧の制御によって振幅変調が行われるので、非線形電力増幅器を使用しながら、線形変調信号を出力することができる。このとき、電力増幅器７０５は常に飽和動作しているため電力効率は高く、振幅変調も行えるため、線形変調方式、非線形変調方式を問わずに送信出力を得ることができる。また、電力増幅器７０５が出力負荷変動に強い非線形動作であるため、アンテナ７０６のインピーダンスが変化しても送信特性が劣化することはない。

なお、例えば従来技術である特許文献１においては、送信に用いるアンテナのインピーダンス変動の影響を低減するために、複数のアンテナを設けてこれらを選択的に使用すると共に、送信増幅器に流れ込む電流の大きさを検出し、この電流に基づいて最適なアンテナを自動的に選択することが開示されている。
特開２００１−１０２８４４号公報

しかしながら、ポーラ変調送信装置においては、電力増幅器の出力に負荷として接続されるアンテナのインピーダンスが変化した場合、すなわち負荷変動が生じた場合に、電力増幅器の動作効率が低下する。その結果、電力増幅器内部の電力損失が増大するため発熱量が大きくなり、装置の筐体温度も上昇する。そして、過度な筐体温度上昇が装置の故障につながるおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、直交変調方式の送信装置と同等以上のアンテナ放射電力を保ちながら、筐体温度上昇を抑制することが可能なポーラ変調送信装置及び無線通信装置、並びにポーラ変調送信方法を提供することを目的とする。

本発明のポーラ変調送信装置は、送信対象の入力信号に含まれる振幅変調成分と位相変調成分とを分離して電力増幅する電力増幅器を備えるポーラ変調送信装置であって、前記電力増幅器の消費電流を検出する電流検出部と、前記電力増幅器の出力電力の大きさを２種類以上に切り替え可能な出力電力切り替え部と、前記電流検出部が検出した消費電流の大きさが所定の閾値を超えている場合に、所定のパワーダウン信号を前記出力電力切り替え部に与えるパワーダウン制御部と、を備えるものである。
これにより、消費電流の大きさが所定の閾値を超えている場合に、所定のパワーダウン信号を出力して電力増幅器の出力電力を切り替えることによって、直交変調方式の送信装置と同等以上のアンテナ放射電力を保ちながら、筐体温度上昇を抑制することが可能となる。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信装置であって、前記パワーダウン制御部は、予め定めた第１の閾値及び第２の閾値をそれぞれ保持し、前記電力増幅器の出力電力が所定量の通常状態の時に前記電流検出部が検出した消費電流の大きさが前記第１の閾値を超えると、前記出力電力を前記通常状態よりも小さいパワーダウン状態に切り替え、前記電力増幅器の出力電力が前記パワーダウン状態の時に前記電流検出部が検出した消費電流の大きさが前記第２の閾値以下になると、前記パワーダウン状態を解除するものを含む。
これにより、電力増幅器の消費電流の大きさに応じて、所定の通常状態とパワーダウン状態とに切り替えることが可能となる。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信装置であって、前記パワーダウン制御部は、周期的に発生するタイミング信号に同期して、所定のタイミングが到来する度に、前記出力電力切り替え部に与えるパワーダウン信号を解除した後、前記電流検出部が検出した消費電流の大きさを把握し、前記消費電流の大きさが前記所定の閾値を超えている場合には、前記電力増幅器の出力電力を所定量の通常状態よりも小さいパワーダウン状態に定め、前記消費電流の大きさが前記閾値以下の場合には前記電力増幅器の出力電力を前記通常状態に定めるものを含む。
これにより、電力増幅器の消費電流の大きさに応じて、所定の通常状態とパワーダウン状態とに切り替えることが可能となる。また、常にパワーダウンを解除した状態で消費電流の大きさを検出するので、複数の閾値を用いる必要がなくなり、出荷時の調整工程を削減し、製造コストを低減することが可能である。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信装置であって、前記パワーダウン制御部は、前記電力増幅器の動作周波数、変調方式、及び通信システムモードのうちの少なくとも１つが異なる状態を表す複数の動作条件のそれぞれに適合する複数種類の閾値を保持し、前記動作条件を指定する入力信号に応じて、保持している複数種類の閾値の中から選択した１組の閾値を使用して制御を実行するものを含む。
これにより、電力増幅器の動作周波数や、変調方式、通信システムモード毎の最適なパワーダウン制御が行われ、常に送信電力の低減量を最小限に抑えることが可能となり、通信品質の劣化を抑えることができる。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信装置であって、前記出力電力切り替え部は、前記電力増幅器の出力電力の目標値を定める電力指定値と、前記パワーダウン制御部が出力するパワーダウン信号とを加算した加算結果を出力する加算器を有し、前記振幅変調成分と前記加算器の出力とを乗算した結果に基づいた変調信号を生成する振幅変調部を備えるものを含む。
これにより、通常状態の出力電力を定める電力指定値（例えば定数）を基準として、パワーダウン信号に相当する低減量を加算（又は減算）した結果と振幅変調成分とを乗算した結果に基づいて、電力増幅器の出力信号の振幅（電力）が決定される。このため、出力電力の低減量を容易に調整可能となる。

また、本発明は、上記いずれかに記載のポーラ変調送信装置を備えた無線通信装置を提供する。

本発明のポーラ変調送信方法は、送信対象の入力信号に含まれる振幅変調成分と位相変調成分とを分離して電力増幅する電力増幅器を備えるポーラ変調送信装置を制御するためのポーラ変調送信方法であって、前記電力増幅器の消費電流を検出する電流検出ステップと、前記電力増幅器の出力電力の大きさを２種類以上に切り替え可能な出力電力切り替えステップと、前記検出した消費電流の大きさが所定の閾値を超えている場合に、所定のパワーダウン信号を発生して前記出力電力の切り換えを制御するパワーダウン制御ステップと、を有するものである。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信方法であって、前記パワーダウン制御ステップでは、予め定めた第１の閾値及び第２の閾値をそれぞれ保持し、前記電力増幅器の出力電力が所定量の通常状態の時に検出した消費電流の大きさが前記第１の閾値を超えると、前記出力電力を前記通常状態よりも小さいパワーダウン状態に切り替え、前記電力増幅器の出力電力が前記パワーダウン状態の時に検出した消費電流の大きさが前記第２の閾値以下になると、前記パワーダウン状態を解除するものを含む。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信方法であって、前記パワーダウン制御ステップでは、周期的に発生するタイミング信号に同期して、所定のタイミングが到来する度に、前記パワーダウン信号を解除した後、消費電流の大きさを把握し、前記消費電流の大きさが前記所定の閾値を超えている場合には、前記電力増幅器の出力電力を所定量の通常状態よりも小さいパワーダウン状態に定め、前記消費電流の大きさが前記閾値以下の場合には前記電力増幅器の出力電力を前記通常状態に定めるものを含む。

また、本発明は、上記のポーラ変調送信方法であって、前記パワーダウン制御ステップでは、前記電力増幅器の動作周波数、変調方式、及び通信システムモードのうちの少なくとも１つが異なる状態を表す複数の動作条件のそれぞれに適合する複数種類の閾値を保持し、前記動作条件を指定する入力信号に応じて、保持している複数種類の閾値の中から選択した１組の閾値を使用して制御を実行するものを含む。

本発明によれば、直交変調方式の送信装置と同等以上のアンテナ放射電力を保ちながら、筐体温度上昇を抑制することが可能なポーラ変調送信装置及び無線通信装置、並びにポーラ変調送信方法を提供できる。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図である。

第１の実施形態のポーラ変調送信装置１００は、Ｉ信号入力端子１０１と、Ｑ信号入力端子１０２と、極座標変換部１０３と、位相変調部１０４と、電力増幅器１０５と、アンテナ１０６と、送信電力設定信号入力端子１０７と、加算器１０８と、乗算器１０９と、振幅変調部１１０と、電源入力端子１１１と、電流検出部１１２と、パワーダウン制御部１１３と、パワーダウン解除閾値格納部１１４と、パワーダウン閾値格納部１１５と、パワーダウン値格納部１１６とを備えている。

送信対象の信号であるベースバンドＩＱ信号のうち、Ｉ成分はＩ信号入力端子１０１に印加され、Ｑ成分はＱ信号入力端子１０２に印加される。したがって、このベースバンドＩＱ信号はＩ信号入力端子１０１、Ｑ信号入力端子１０２を経由して極座標変換部１０３に入力される。

極座標変換部１０３は、Ｉ信号入力端子１０１、Ｑ信号入力端子１０２から入力されたベースバンドＩＱ信号を極座標変換することにより、この信号に含まれている位相成分と振幅成分とをそれぞれ分離して取り出す。極座標変換部１０３によって前記ベースバンドＩＱ信号から分離抽出された信号のうち、位相成分の信号は位相変調部１０４に入力され、振幅成分の信号は乗算器１０９に入力される。

位相変調部１０４は、その内部に存在するキャリア発振部（図示せず）で生成したキャリア信号を、極座標変換部１０３から入力された位相成分の信号により位相変調し、その変調結果を電力増幅器１０５に出力する。

一方、乗算器１０９は、極座標変換部１０３から入力された振幅成分の信号と、加算器１０８の出力とを乗算し、その乗算結果を振幅変調部１１０に出力する。送信電力設定信号入力端子１０７には、通常の状態における送信電力の目標値に相当する送信電力設定信号（すなわち設定値）が入力される。加算器１０８は、出力電力切り替え部の機能を実現するもので、送信電力設定信号入力端子１０７より入力された前記送信電力設定信号の値から、パワーダウン制御部１１３が出力するパワーダウン値（通常の状態では０）を減算した結果を、乗算器１０９に入力する。そして、乗算器１０９の出力、すなわち極座標変換部１０３から出力される振幅成分の信号と加算器１０８の出力とを乗算した結果が振幅変調部１１０に入力される。

振幅変調部１１０は、所定の直流電源から電源入力端子１１１を介して供給される電源電圧を、乗算器１０９の出力信号により振幅変調する。したがって、振幅変調された電源電圧が電力増幅器１０５の電源ラインに供給される。この電源電圧は、電力増幅器１０５の内部でドレイン電圧・コレクタ電圧等として使用される。

電力増幅器１０５は非線形モード（飽和状態）で動作しているので、電力増幅器１０５から出力される信号の電力は、電力増幅器１０５に供給される電源電圧の大きさに比例する。そのため、電力増幅器１０５から出力される信号は、Ｉ信号入力端子１０１、Ｑ信号入力端子１０２に入力されたベースバンドＩＱ信号に従って位相変調及び振幅変調され、更にその信号電力は、送信電力設定信号入力端子１０７から入力された送信電力設定信号に応じて定まる。

また、パワーダウン制御部１１３が出力するパワーダウン値を制御することにより、振幅変調部１１０における変調の振幅を切り替えて電力増幅器１０５から出力される信号の電力を切り替えることができる。すなわち、通常の状態とは異なる特定の状況においては、送信電力設定信号入力端子１０７から入力される送信電力設定信号に比べて送信電力を低減することができる。

具体的には、アンテナ１０６近傍の状態が変化し、アンテナ１０６のインピーダンス変動（負荷変動）が生じると、電力増幅器１０５の動作効率が低下し、電力増幅器１０５の発熱量が増大するので装置の筐体等の温度が異常に上昇する可能性がある。このような異常な温度上昇を抑制するために、パワーダウン制御部１１３が自動的に送信電力の制御を行う。

電力増幅器１０５の動作効率が低下しているかどうかを調べるために、本実施形態では電源入力端子１１１から振幅変調部１１０を経由して電力増幅器１０５の電源ラインに流れる消費電流の大きさを電流検出部１１２で検出している。すなわち、アンテナ１０６のインピーダンス変動（負荷変動）によって生じる電力増幅器１０５の動作効率や発熱量の変化と消費電流との間には大きな相関が認められるので、電力増幅器１０５の発熱の状態を調べるために消費電流の大きさを調べる。

実際には、パワーダウン制御部１１３は、通常の状態においては電流検出部１１２が検出した消費電流の大きさをパワーダウン閾値格納部１１５が保持しているパワーダウン閾値（第１の閾値：定数）と比較することにより、通常の状態からパワーダウン状態に遷移するかどうかを識別する。また、パワーダウン状態においては、消費電流の大きさをパワーダウン解除閾値格納部１１４が保持しているパワーダウン解除閾値（第２の閾値：定数）と比較することにより、パワーダウン状態から通常の状態に遷移するかどうかを識別する。パワーダウン状態に遷移するときには、パワーダウン制御部１１３はパワーダウン値格納部１１６が保持しているパワーダウン値（定数）を出力し、これを加算器１０８に入力する。パワーダウン状態から通常の状態に遷移するときには、加算器１０８に入力するパワーダウン値を０に切り替える。

図２は図１に示したポーラ変調送信装置１００の動作特性を示すグラフである。この図２を参照しながら第１の実施形態のポーラ変調送信装置１００の動作特性の具体例について説明する。

図２において、本実施形態のポーラ変調送信装置の特性２０１が上側に示されており、従来の送信装置の特性２２０が下側に示されている。従来の送信装置については、一般的な直交変調方式を用いた送信装置を想定すると共に、電力増幅器とアンテナとの間にアイソレータが挿入されたものを想定している。

なお、アンテナのインピーダンスが変動すると、送信装置の出力回路とアンテナとの間にインピーダンスの不整合が生じ、その結果、アンテナから放射されずに戻る反射波が生じ定在波が発生する。したがって、アンテナのインピーダンス変動の状態を表すために、図２においてはＶＳＷＲ（定在波比：Voltage Standing Wave Ratio）を用いて特性を示してある。

すなわち、図２の上側に示す特性２０１は、電力増幅器１０５の消費電流とアンテナ１０６のＶＳＷＲ特性との関係を示している。また、図２の下側に示す特性２２０は、従来例の送信装置のアンテナロス（アイソレータとアンテナの不整合により生じるロス）とアンテナＶＳＷＲ特性との関係を示している。図２に示した各特性及びパラメータの詳細については次の通りである。
２０２：送信電力２４ｄＢｍ設定（通常送信時）の電力増幅器１０５の消費電流対アンテナ１０６のＶＳＷＲ特性
２０３：送信電力２４ｄＢｍ設定（パワーダウン時）の電力増幅器１０５の消費電流対アンテナ１０６のＶＳＷＲ特性
２０４：送信電力２２ｄＢｍ設定（通常送信時）の電力増幅器１０５の消費電流対アンテナ１０６のＶＳＷＲ特性
２０５：送信電力２２ｄＢｍ設定（パワーダウン時）の電力増幅器１０５の消費電流対アンテナ１０６のＶＳＷＲ特性
２０６：送信電力２０ｄＢｍ設定（通常送信時）の電力増幅器１０５の消費電流対アンテナ１０６のＶＳＷＲ特性
２０７：パワーダウン閾値（送信電力２４ｄＢｍ時）
２０８：パワーダウン解除閾値（送信電力２４ｄＢｍ時）
２０９：パワーダウン閾値（送信電力２２ｄＢｍ時）
２１０：パワーダウン解除閾値（送信電力２２ｄＢｍ時）

また、図２に示すように、ポーラ変調送信装置１００が２４ｄＢｍ送信時にパワーダウン状態に遷移する時（ｂ）−（ｂ′）のアンテナＶＳＷＲはＸ１であり、従来例の送信装置においてはアンテナＶＳＷＲがＸ１の時のアンテナロス２１１がＹ１になっている。また、ポーラ変調送信装置１００が２２ｄＢｍ送信時にパワーダウン状態に遷移する時のアンテナＶＳＷＲはＸ２であり、従来例の送信装置においてはアンテナＶＳＷＲがＸ２の時のアンテナロス２１２がＹ２になっている。

ポーラ変調送信装置１００が通常状態からパワーダウン状態に遷移する時の出力電力の低減量は、従来例の送信装置におけるアンテナロス（Ｙ１，Ｙ２）と同等か又はそれよりも小さくなるように定めてある。

図３は図１に示したポーラ変調送信装置１００の動作例を示すタイムチャートである。図３においては、電力増幅器１０５の通常送信時の消費電流３０１と、パワーダウン時の電力増幅器１０５の消費電流３０２の変化と、パワーダウン閾値３０３及びパワーダウン解除閾値３０４とが示されている。

また図３において、消費電流３０１、３０２については、実際にパワーダウン及びパワーダウン解除処理が行われた場合の波形が太い実線で表され、それ以外の波形の部分は細い実線で表されている。この例では、図３中に示す負荷変動区間３０５において、通常状態からパワーダウン状態への遷移、並びにパワーダウン状態から通常状態への遷移を行う場合（太い実線で示す状態）を想定している。

本実施形態のポーラ変調送信装置１００においては、送信電力設定信号入力端子１０７に入力する送信電力設定信号を切り替えることにより、通常動作時の出力電力も図２に示すように可変（２４ｄＢｍ，２２ｄＢｍ）にすることができる。

通常動作時の出力電力が変化すると、パワーダウン制御部１１３におけるパワーダウン制御及びパワーダウン解除制御で用いる閾値やパワーダウン値も変更する必要がある。そこで、パワーダウン閾値格納部１１５及びパワーダウン解除閾値格納部１１４にはそれぞれ複数の閾値（図２に示す２０７〜２１０に相当）が予め格納してあり、パワーダウン値格納部１１６にも複数のパワーダウン値が格納してある。パワーダウン制御部１１３は、送信電力設定信号入力端子１０７に入力された送信電力設定信号の値に応じて適切な閾値やパワーダウン値を選択する。したがって、適切な条件で通常状態からパワーダウン状態に遷移したり、パワーダウン状態を解除することができ、パワーダウン状態での出力電力の低減量（パワーダウン値に相当する）についても適切に決定できる。

実際には、送信電力２４ｄＢｍ時のパワーダウン値は、同等の条件における従来の送信装置のアンテナロス（図２に示すＹ１）より小さい値に定め、送信電力２２ｄＢｍ時のパワーダウン値は、同等の条件における従来の送信装置のアンテナロス（図２に示すＹ２）より小さい値に定めてある。したがって、パワーダウン状態においても、ポーラ変調送信装置１００は従来の送信装置よりも大きな送信出力を実現できる。

次に、本実施形態のポーラ変調送信装置１００の具体的な動作について、２４ｄＢｍ送信時を例に図２、図３を用いて時系列で説明する。なお、図２、図３に示した（ａ）、（ｂ）、（ｂ′）、（ｃ）、（ｃ′）、（ｄ）は、各々同時刻での動作状況を示している。この例ではアンテナのＶＳＷＲがＶＳＷＲ＝１からＸ１（＞１）まで変化し、再びＶＳＷＲ＝１に戻った状況を説明する。

（ａ）〜（ｂ）：送信中に負荷変動によりＶＳＷＲが高くなると、電力増幅器１０５の消費電流は特性２０２に従って増加する。
（ｂ）〜（ｂ′）：電力増幅器１０５の消費電流がパワーダウン閾値２０７を超えると、パワーダウン処理が実行され、パワーダウン値格納部１１６が保持しているパワーダウン値（Ｙ１相当以下）だけ送信電力を低減する。
（ｂ′）〜（ｃ）：負荷変動が小さくなりＶＳＷＲが小さくなると、電力増幅器１０５の消費電流は特性２０３に従って減少する。
（ｃ）〜（ｃ′）：電力増幅器１０５の消費電流がパワーダウン解除閾値２０８を下回ると、パワーダウン解除処理が実行され、通常送信に復帰する。
（ｃ′）〜（ｄ）：負荷変動が収まり初期状態（ａ）に戻る。

このように、本実施形態では、電力増幅器１０５の消費電流を検出することで負荷変動をモニタし、設定された閾値を超えた場合にパワーダウン制御部１１３によって送信電力を低減することにより電力増幅器１０５での発熱量を抑える。また、送信電力の低減量は従来の直交変調方式でのアンテナインピーダンス変化によるアンテナロス（＝電力増幅器出力電力−アンテナ放射電力）よりも小さい値に設定する。これにより、直交変調方式の送信装置と同等以上のアンテナ放射電力を保ちながら、筐体温度上昇を低減することができる。

上述したように、第１の実施形態によれば、アンテナのインピーダンス変動に伴って電力増幅器１０５内部の発熱量が大きくなった場合に、パワーダウン信号を出力することにより、電力増幅器１０５の出力電力を切り替えて発熱量を低減することができる。アンテナのインピーダンスが変動して電力増幅器内部の発熱量が大きくなる場合には、電力増幅器１０５が消費する電流が通常よりも増大することが判明している。そこで、電力増幅器１０５の消費電流を検出し、その大きさを閾値と比較することにより、大きな発熱が生じているか否かを識別できるので、発熱が大きい場合にパワーダウン制御部１１３がパワーダウン信号を出力して電力増幅器１０５の出力電力を減らせば、発熱量も低減される。

ここで、電力増幅器の出力とアンテナとの間にアイソレータが挿入された状態で使用される従来の直交変調方式の送信装置と比べて同等以上のアンテナ放射電力を保つためには、パワーダウン信号を出力することによって制御する送信電力の低減量を次のように定めればよい。すなわち、送信電力の低減量を、アンテナインピーダンス変化に伴う直交変調方式でのアンテナロス（＝電力増幅器出力電力−アンテナ放射電力）よりも小さい値に設定する。これにより、直交変調方式の送信装置と同等以上のアンテナ放射電力を保ちながら、筐体温度上昇を低減することができる。

また、電力増幅器１０５の消費電流の変化、すなわちアンテナのインピーダンス変化に応じて、パワーダウン閾値を超えて発熱量が過大な状態になると電力増幅器の出力電力を通常状態からパワーダウン状態に切り替え、パワーダウン解除閾値より下がって発熱量が小さい状態に復帰すると電力増幅器の出力電力をパワーダウン状態から通常状態に切り替えることができる。このときの状態の切り替えの条件については、２つの閾値により自由に決定できる。

また、送信電力設定信号入力端子１０７に入力される通常状態の出力電力を定める電力指定値（送信電力設定信号）を基準として、パワーダウン信号に相当する低減量を加算（又は減算）した結果と振幅変調成分とを乗算した結果に基づき、振幅変調部１１０で変調信号が生成されて電力増幅器１０５が駆動される。この場合、振幅変調部１１０に入力される前記乗算結果に基づいて電力増幅器１０５の出力信号の振幅（電力）が決定されるため、出力電力の低減量を容易に調整できる。

（第２の実施形態）
図４は本発明の第２の実施形態に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図である。第２の実施形態は第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第２の実施形態のポーラ変調送信装置４００は、Ｉ信号入力端子１０１と、Ｑ信号入力端子１０２と、極座標変換部１０３と、位相変調部１０４と、電力増幅器１０５と、アンテナ１０６と、送信電力設定信号入力端子１０７と、加算器１０８と、乗算器１０９と、振幅変調部１１０と、電源入力端子１１１と、電流検出部１１２と、パワーダウン制御部４１３と、パワーダウン閾値格納部４１５と、パワーダウン値格納部４１６と、パワーダウン制御タイミング信号入力端子４０１とを備えている。

すなわち、第１の実施形態と対比すると、パワーダウン解除閾値格納部１１４が省略され、代わりにパワーダウン制御タイミング信号入力端子４０１が設けられた点が異なっている。また、パワーダウン制御部４１３の動作が変更されている。動作の詳細については後で説明する。

図５は図４に示したポーラ変調送信装置４００の動作例を示すタイムチャートである。図５においては、電力増幅器１０５の通常送信時の消費電流３０１と、パワーダウン時の電力増幅器１０５の消費電流３０２の変化と、パワーダウン閾値３０３と、パワーダウン制御開始タイミング５０１〜５０３と、パワーダウン制御周期５０４とが示されている。また図５において、消費電流３０１、３０２については、実際にパワーダウン及びパワーダウン解除処理が行われた場合の波形が太い実線で表され、それ以外の波形の部分は細い実線で表されている。

この例では、図５中に示す負荷変動区間３０５において、通常状態からパワーダウン状態への遷移、並びにパワーダウン状態から通常状態への遷移を行う場合（太い実線で示す状態）を想定している。また、負荷変動区間３０５中のパワーダウン制御開始タイミング５０３の近傍の詳細が拡大波形５１０として示されている。また、拡大波形５１０中に示すように、パワーダウン解除区間５０５が設けられている。

図４に示した第２の実施形態のポーラ変調送信装置４００の基本的な動作については第１の実施形態と同様であるので、ポーラ変調送信装置４００の特有の特徴的な動作についてのみ以下に説明する。

ポーラ変調送信装置４００のパワーダウン制御タイミング信号入力端子４０１には、一定の周期（図５に示したパワーダウン制御周期５０４、又はその半周期に相当する）で周期的にレベルが変化するパルス信号がパワーダウン制御タイミング信号として印加される。

したがって、パワーダウン制御部４１３は、このパワーダウン制御タイミング信号のレベル変化から定期的に現れるパワーダウン制御開始タイミング５０１〜５０３をそれぞれ認識し、これらのタイミングに同期して定期的に制御を行う。

このとき、パワーダウン制御部４１３は、パワーダウン制御周期５０４毎に現れるパワーダウン制御開始タイミング（５０１〜５０３）のそれぞれに同期して、次に説明する処理を行う。

すなわち、まずパワーダウンを解除し（通常送信時はそのままの状態を維持）、次に電流検出部１１２から出力される消費電流の検出値（モニタ値）を取得し、消費電流の検出値とパワーダウン閾値格納部４１５に保持されているパワーダウン閾値とを比較し、その比較結果に応じてパワーダウン処理またはパワーダウン解除処理を行う。つまり、消費電流の検出値がパワーダウン閾値を超えていればパワーダウン値格納部４１６が保持しているパワーダウン値を加算器１０８に与えてパワーダウン状態に遷移し、消費電流の検出値がパワーダウン閾値以下であればパワーダウンを解除して通常状態に遷移する。

いずれにしても、パワーダウン制御部４１３が各パワーダウン制御開始タイミング（５０１〜５０３）に同期して処理を行う際には、図５に示すパワーダウン解除区間５０５のように、一定の区間だけパワーダウンを解除し、その状態で消費電流の検出を行う。そのため、通常状態からパワーダウン状態に遷移するかどうかを識別する際の閾値と、パワーダウン状態から通常状態に遷移するかどうかを識別する際の閾値とを共通にすることができ、第１の実施形態のようなパワーダウン解除閾値格納部１１４は不要になる。

これにより、第２の実施形態では、出荷時の調整工程を削減し、製造コストを低減することができる。また、パワーダウン解除区間は全体の送信時間に対して十分短いので、筐体温度上昇に与える影響は少ない。

なお、実際のパワーダウン解除区間５０５については、無線通信システムの送信電力制御最小区間（例：Ｗ−ＣＤＭＡ（Release99）であれば１slot＝６６７μｓ単位）の整数倍とするのが望ましい。

上述したように、第２の実施形態によれば、電力増幅器１０５の消費電流の変化、すなわちアンテナのインピーダンス変化に応じて、発熱量が過大な状態になると電力増幅器の出力電力を通常状態からパワーダウン状態に切り替え、発熱量が小さい状態に復帰すると電力増幅器の出力電力をパワーダウン状態から通常状態に切り替えることができる。また、常にパワーダウンを解除した状態で消費電流の大きさを検出するので、複数の閾値を用いる必要がなくなり、装置の出荷時の調整工程を削減し、製造コストを低減することができる。

（第３の実施形態）
図６は本発明の第３の実施形態に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図である。第３の実施形態は第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態と対応する要素は同一の符号を付けて示してある。

第３の実施形態のポーラ変調送信装置６００は、Ｉ信号入力端子１０１と、Ｑ信号入力端子１０２と、極座標変換部１０３と、位相変調部１０４と、電力増幅器１０５と、アンテナ１０６と、送信電力設定信号入力端子１０７と、加算器１０８と、乗算器１０９と、振幅変調部１１０と、電源入力端子１１１と、電流検出部１１２と、パワーダウン制御部６１３と、パワーダウン解除閾値格納部６１４と、パワーダウン閾値格納部６１５と、パワーダウン値格納部６１６と、動作条件信号入力端子６０１とを備えている。

図６に示した第３の実施形態のポーラ変調送信装置６００の基本的な動作については第１の実施形態と同様であるので、ポーラ変調送信装置６００の特有の特徴的な動作についてのみ以下に説明する。

ここで、ポーラ変調送信装置６００に設けられた動作条件信号入力端子６０１に入力される信号については、電力増幅器の動作周波数や、変調方式、通信システムモード等の少なくとも１つの違いを表す動作条件信号が入力されることを想定している。

すなわち、このポーラ変調送信装置６００が実際に使用される用途や環境の違いによって、電力増幅器の動作周波数や、変調方式、通信システムモード等の動作条件が変化するが、動作条件が変化すると最適な閾値やパワーダウン値も変化する。そこで、図６に示したパワーダウン解除閾値格納部６１４、パワーダウン閾値格納部６１５、パワーダウン値格納部６１６には、それぞれの動作条件適した複数組の閾値やパワーダウン値が予め格納してある。

そして、パワーダウン解除閾値格納部６１４は、動作条件信号入力端子６０１に入力された動作条件信号に応じて最適なパワーダウン解除閾値を選択し、このパワーダウン解除閾値をパワーダウン制御部６１３に与える。同様に、パワーダウン閾値格納部６１５は、入力された動作条件信号に応じて最適なパワーダウン閾値を選択し、このパワーダウン閾値をパワーダウン制御部６１３に与える。また、パワーダウン値格納部６１６は、入力された動作条件信号に応じて最適なパワーダウン値を選択し、このパワーダウン値をパワーダウン制御部６１３に与える。そして、パワーダウン制御部６１３がこれらの入力値に応じて出力するパワーダウン値を制御することで、送信電力の制御を行う。

したがって、第３の実施形態のポーラ変調送信装置６００においては、電力増幅器の動作周波数や、変調方式、通信システムモード毎の実際の動作条件に適合する最適なパラメータを用いてパワーダウン制御が行われるので、常に送信電力の低減量を最小限に抑えることが可能となり、通信品質の劣化を抑えることができる。

なお、上述した第１〜第３のいずれの実施形態においても、加算器や乗算器のような様々な電気回路を構成要素として用いる場合を想定しているが、マイクロプロセッサ及びメモリのようなハードウェアと、これを動作させて所定の処理を行うソフトウェアとの組み合わせにより、同様の制御機能を実現することも可能であるのは言うまでもない。

また、上記第１〜第３の実施形態のポーラ変調送信装置を種々の無線通信装置に適用し、本実施形態のポーラ変調送信装置を備えた無線通信装置を構成可能である。この場合、上記実施形態と同様に、アンテナのインピーダンス変動に伴う異常な発熱を抑制し、筐体温度の上昇を抑制できる。例えば、携帯電話端末のように小型で携帯して用いられ無線送信機能と無線受信機能とを備える移動可能な無線通信装置に本実施形態のポーラ変調送信装置を搭載することにより、アンテナ近傍の状態の変化に伴ってインピーダンスが変動しても、筐体温度の上昇を抑制できる。また、アイソレータを挿入する必要がないので、電力消費の増大も抑制できる。特に、携帯電話端末のようにアンテナの近傍に人体やその他の導電体等が存在し、それらの状態が変化するような環境で使用される場合に、アンテナのインピーダンスが変動しても発熱による筐体等の温度上昇を抑制できるので、安全性を高めるのに役立つ。

なお、本発明は上記の実施形態において示されたものに限定されるものではなく、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

本発明は、直交変調方式の送信装置と同等以上のアンテナ放射電力を保ちながら、筐体温度上昇を抑制することが可能となる効果を有し、携帯電話のような無線通信システムに利用可能なポーラ変調送信装置及び無線通信装置、並びにポーラ変調送信方法等として有用である。

本発明の第１の実施形態に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図 第１の実施形態のポーラ変調送信装置の動作特性を示すグラフ 第１の実施形態のポーラ変調送信装置の動作例を示すタイムチャート 本発明の第２の実施形態に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図 第２の実施形態のポーラ変調送信装置の動作例を示すタイムチャート 本発明の第３の実施形態に係るポーラ変調送信装置の構成を示すブロック図 従来のポーラ変調送信装置の構成例を示すブロック図

符号の説明

１００ ポーラ変調送信装置
１０１ Ｉ信号入力端子
１０２ Ｑ信号入力端子
１０３ 極座標変換部
１０４ 位相変調部
１０５ 電力増幅器
１０６ アンテナ
１０７ 送信電力設定信号入力端子
１０８ 加算器
１０９ 乗算器
１１０ 振幅変調部
１１１ 電源入力端子
１１２ 電流検出部
１１３ パワーダウン制御部
１１４ パワーダウン解除閾値格納部
１１５ パワーダウン閾値格納部
１１６ パワーダウン値格納部
４００ ポーラ変調送信装置
４０１ パワーダウン制御タイミング信号入力端子
４１３ パワーダウン制御部
４１５ パワーダウン閾値格納部
４１６ パワーダウン値格納部
６００ ポーラ変調送信装置
６０１ 動作条件信号入力端子
６１３ パワーダウン制御部
６１４ パワーダウン解除閾値格納部
６１５ パワーダウン閾値格納部
６１６ パワーダウン値格納部

Claims (10)

1. 送信対象の入力信号に含まれる振幅変調成分と位相変調成分とを分離して電力増幅する電力増幅器を備えるポーラ変調送信装置であって、
   前記電力増幅器の消費電流を検出する電流検出部と、
   前記電力増幅器の出力電力の大きさを２種類以上に切り替え可能な出力電力切り替え部と、
   前記電流検出部が検出した消費電流の大きさが所定の閾値を超えている場合に、所定のパワーダウン信号を前記出力電力切り替え部に与えるパワーダウン制御部と、
   を備えるポーラ変調送信装置。
2. 請求項１に記載のポーラ変調送信装置であって、
   前記パワーダウン制御部は、予め定めた第１の閾値及び第２の閾値をそれぞれ保持し、前記電力増幅器の出力電力が所定量の通常状態の時に前記電流検出部が検出した消費電流の大きさが前記第１の閾値を超えると、前記出力電力を前記通常状態よりも小さいパワーダウン状態に切り替え、前記電力増幅器の出力電力が前記パワーダウン状態の時に前記電流検出部が検出した消費電流の大きさが前記第２の閾値以下になると、前記パワーダウン状態を解除するポーラ変調送信装置。
3. 請求項１に記載のポーラ変調送信装置であって、
   前記パワーダウン制御部は、周期的に発生するタイミング信号に同期して、所定のタイミングが到来する度に、前記出力電力切り替え部に与えるパワーダウン信号を解除した後、前記電流検出部が検出した消費電流の大きさを把握し、前記消費電流の大きさが前記所定の閾値を超えている場合には、前記電力増幅器の出力電力を所定量の通常状態よりも小さいパワーダウン状態に定め、前記消費電流の大きさが前記閾値以下の場合には前記電力増幅器の出力電力を前記通常状態に定めるポーラ変調送信装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のポーラ変調送信装置であって、
   前記パワーダウン制御部は、前記電力増幅器の動作周波数、変調方式、及び通信システムモードのうちの少なくとも１つが異なる状態を表す複数の動作条件のそれぞれに適合する複数種類の閾値を保持し、前記動作条件を指定する入力信号に応じて、保持している複数種類の閾値の中から選択した１組の閾値を使用して制御を実行するポーラ変調送信装置。
5. 請求項１に記載のポーラ変調送信装置であって、
   前記出力電力切り替え部は、前記電力増幅器の出力電力の目標値を定める電力指定値と、前記パワーダウン制御部が出力するパワーダウン信号とを加算した加算結果を出力する加算器を有し、
   前記振幅変調成分と前記加算器の出力とを乗算した結果に基づいた変調信号を生成する振幅変調部を備えるポーラ変調送信装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のポーラ変調送信装置を備えた無線通信装置。
7. 送信対象の入力信号に含まれる振幅変調成分と位相変調成分とを分離して電力増幅する電力増幅器を備えるポーラ変調送信装置を制御するためのポーラ変調送信方法であって、
   前記電力増幅器の消費電流を検出する電流検出ステップと、
   前記電力増幅器の出力電力の大きさを２種類以上に切り替え可能な出力電力切り替えステップと、
   前記検出した消費電流の大きさが所定の閾値を超えている場合に、所定のパワーダウン信号を発生して前記出力電力の切り換えを制御するパワーダウン制御ステップと、
   を有するポーラ変調送信方法。
8. 請求項７に記載のポーラ変調送信方法であって、
   前記パワーダウン制御ステップでは、予め定めた第１の閾値及び第２の閾値をそれぞれ保持し、前記電力増幅器の出力電力が所定量の通常状態の時に検出した消費電流の大きさが前記第１の閾値を超えると、前記出力電力を前記通常状態よりも小さいパワーダウン状態に切り替え、前記電力増幅器の出力電力が前記パワーダウン状態の時に検出した消費電流の大きさが前記第２の閾値以下になると、前記パワーダウン状態を解除するポーラ変調送信方法。
9. 請求項７に記載のポーラ変調送信方法であって、
   前記パワーダウン制御ステップでは、周期的に発生するタイミング信号に同期して、所定のタイミングが到来する度に、前記パワーダウン信号を解除した後、消費電流の大きさを把握し、前記消費電流の大きさが前記所定の閾値を超えている場合には、前記電力増幅器の出力電力を所定量の通常状態よりも小さいパワーダウン状態に定め、前記消費電流の大きさが前記閾値以下の場合には前記電力増幅器の出力電力を前記通常状態に定めるポーラ変調送信方法。
10. 請求項７〜９のいずれか１項に記載のポーラ変調送信方法であって、
    前記パワーダウン制御ステップでは、前記電力増幅器の動作周波数、変調方式、及び通信システムモードのうちの少なくとも１つが異なる状態を表す複数の動作条件のそれぞれに適合する複数種類の閾値を保持し、前記動作条件を指定する入力信号に応じて、保持している複数種類の閾値の中から選択した１組の閾値を使用して制御を実行するポーラ変調送信方法。

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