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JP4386999B2 - Apparatus and method for enhancing ACPR by gain modulation - Google Patents

Apparatus and method for enhancing ACPR by gain modulation Download PDF

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JP4386999B2
JP4386999B2 JP23329499A JP23329499A JP4386999B2 JP 4386999 B2 JP4386999 B2 JP 4386999B2 JP 23329499 A JP23329499 A JP 23329499A JP 23329499 A JP23329499 A JP 23329499A JP 4386999 B2 JP4386999 B2 JP 4386999B2
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envelope
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送受信機における送信機の隣接チャンネル電力比(ACPR)を増強する装置及び方法に関するものである。ここで、送受信機としては、例えば、それぞれ、900MHzと1.9GHzのセルラー及び/又はパーソナル通信システム(PCS )帯域で動作するコードディビジョンマルチプルアクセス(CDMA)電話機又はタイムディビジョンマルチプルアクセス(TDMA)電話機であり、或いは、ノンコンスタントエンベロープ信号を送信する如何なる送信装置等である。
【0002】
【従来技術】
移動送受信機、例えば、CDMA/TDMA移動電話受話器は、一つの重要な問題に直面している。その問題は、送信機電力増幅器(PA)の非線形性に起因した送信信号の歪である。その電力増幅器の非線形性は、送信機のACPRを劣化又は低下させる。そのACPRは、例えば、900MHzの送信機中心周波数から、例えば、0.9MHz周波数がずれた所での30kHz帯域幅の電力に対する送信電力(例えば、1.23MHzの全帯域幅での)の比として定義される。
【0003】
例えば、電力増幅器、ドライバー、及びミキサの如き線形性が高い送信機のブロックは、高価であり、しかも大きな電流を必要とするので、移動受話器のバッテリをすぐに消耗してしまう。これらの高線形性の電力増幅器、ドライバー、及びミキサの代わりに、非線形電力増幅器を線形化にする試みが行われてきた。
送信機電力増幅器を線形化する従来の方法は、送信信号と基準信号との間にフィードフォワード又はフィードバック閉ループ補償技術を用いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの技術を、移動電話機に応用すれば、高価となる。
高線形性の送信機ブロックに対するその必要を緩和するために、欧州特許出願No,0 435 578 では、入力信号と電力増幅器との間に設けた歪補償回路を用いて、送信機の電力増幅器を補償することが提案されている。エンベロープ検波回路は、電力増幅器出力のエンベロープを検出して、歪補償回路を制御する制御回路にその検出出力を提供する。
【0005】
この回路は、電力増幅器の非線形化による歪を低減するが、追加の回路要素、例えば、その制御回路及び歪補償回路が必要となる。これらの追加回路は、移動電話機の大きさ及び電力消費の拡大につながる。
従って、送信機の電流又は電力消費を最小限にするために、大きな3 次インタセプト点(TO1 )を有する高線形LNA を用いることなく、且つ最小限の追加回路で、歪を減少させる必要がある。
【0006】
本発明の一つの目的は、上述した従来の送信機又は送受信機に存在する問題点を解決できる制御された送受信機又は送信機、及び制御方法を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、高線形電力増幅器に頼らず、増強されたACPRを有する送信機又は送受信機を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的及び他の目的を達成するために、本発明は、ベースバンド信号を出力するバースバンドユニットを有する送受信機又は送信機と、そのベースバンド信号を変調して変調された信号を出力する変調器を提供する。送信増幅器がその変調された信号を増幅して、例えば、送受切換え器に送信信号を出力する。その送信増幅器はエンベロープ信号により変調された利得を有する。そのエンベロープ信号は、その送信信号に比例しており、例えば、その送信信号の電力に比例している。
【0008】
そのエンベロープ信号は、そのベースバンドユニットによって提供される。本発明の好ましい実施例において、そのエンベロープ信号は、その送信増幅器の出力を受信するエンベロープ検波器によって提供される。
本発明は、他の実施例において、送信機の隣接チャンネル電力比を増強させる方法を提供する。その方法は、
ベースバンドユニットを用いてベースバンド信号を生成し、
そのベースバンド信号を変調して変調された信号を生成し、
送信増幅器を用いてその変調された信号を増幅して送信信号を提供し、
その送信信号に比例し、例えば、その送信信号の電力に比例するエンベロープ信号を用いて、その送信増幅器の利得を変調する各段階を有する。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
本発明は、概括的に、送受信機又は送信機の電力増幅器におけるACPRを増強することに関するものである。そのACPRは、一般に、電力増幅器の非線形性によるものである。実施例では、送受信機は、CDMA電話機又は関連RFベースバンド集積回路(ICs )を含む。
【0010】
閉ループ補償の代わりに、送信機電力増幅器(PA)の開ループ補償が用いられる。また、追加回路の利用は最小限にされ、且つ電力増幅器は、送信機集積回路チップ自身内に、1 次線形化に対し、外部補償がなしに、例えば、デジタル制御プロセッサー(DSP )からの何らの制御なしに線形化にされる。より高次の線形化を求めるために、DSP を介する開ループ補償が用いられてもよい。送信機電力増幅器の線形化は、その電力増幅器の開ループ利得変調を用いて行われる。
【0011】
図1は、電力増幅器の開ループ利得変調を用いる電力増幅器の1 次線形化によって、そのACPRを減少するために用いられる送受信機回路100を示す。
その送受信機回路100は、送受切換え器120を介してアンテナ115と選択的に接続される送信セクション105及び受信セクション110を有する。その送受切換え器120は、周波数に基づいて信号のルートを選択的に決定する。例えば、受信周波数を有する信号は実質的に受信セクション110に送られ、且つ実質的に送信セクション105から隔離される。同様に、送信周波数を有する信号は実質的に送信セクション105からアンテナ115に送られ、且つ実質的に受信セクション110から隔離される。受信セクション110は増幅器を有しており、例えば、LNA 125である。そのLNA 125は、送受切換え器120を介してアンテナ115から無線周波数(RF)信号を受信するために接続される。
【0012】
そのLNA 125は、受信されたRF信号x'(t) を増幅して、増幅された信号y'(t) を出力する。イメージフィルタ130と呼ばれる第一フィルタは、その増幅されたRF信号y'(t) をフィルタして、フィルタされた信号をミキサ135に提供する。実施例において、そのイメージフィルタ130は、受信帯域内の信号を通過させ且つ受信帯域外の信号を遮断する広帯域フィルタである。ミキサ135は、そのフィルタされたRF信号を局部発振器145からの局部発振信号140とミックスさせることによって、そのフィルタされたRF信号を中間周波数(IF)信号に下方変換する。
【0013】
そのIF信号は、例えば、狭帯域であるチャンネルフィルタ150によってフィルタされる。そのチャンネルフィルタ150からフィルタされたIF信号は、同位相及び直交位相(IQ)復調器、自動利得制御(AGC )回路、及びフィルタを有する復調器ユニット155に提供される。その復調器155は、受信したベースバンド信号I R (t) 及びQ R (t) を復調して受信ベースバンドユニット160に出力する。その受信ベースバンドユニット160は、更なる処理、例えば、受信情報を抽出するために、アナログ/デジタル変換機を介して、その復調されたベースバンド信号をプロセッサー、例えば、デジタル信号プロセッサー(DSP )に提供する。
【0014】
送信ベースバンドユニット165が、そのDSP からデジタル情報信号I(n)及びQ(n)を受信して、これらの信号を送信のためにアナログ送信ベースバンド信号I(t)及びQ(t)に変換する。特に、その送信ベースバンドユニット165は、その送信ベースバンド信号I(t)及びQ(t)を送信ユニット100の変調器ユニット170に提供する。その変調器170は、AGC 回路及びフィルタだけでなく、IQ変調器を有する。その変調器170は、フィルタ、変調、更に周知の局部発振器を用いたRFへの上方変換を行うことによって、そのベースバンド信号I(t)及びQ(t)を変調されたRF信号s(t)に変換する。
【0015】
その変調されたRF信号s(t)は、電力増幅器(PA)175によって増幅される。その電力増幅器(PA)175は、増幅された信号a1s(t)を出力する。エンベロープ検波器177が、そのPA175から出力されたRF増幅された信号a1s(t)を受信して、その受信した信号からエンベロープ信号e(t)を検出かつ抽出して、PA175の制御ポートに直接提供する。そのエンベロープ信号e(t)は、線形化にするためのPA175の利得を変調する。
【0016】
図2は、PA175、エンベロープ検波器177と共に、変調器ユニット170をより詳細示す。特に、変調器ユニット170は、ベースバンド信号I(t)、Q(t)をそれぞれに受信する第一及び第二ミキサM1、M2を有する。局部発振器LOが、基準信号をミキサM1、M2に提供する。その基準信号が位相変換器190によって90度位相変換される。第二ミキサM2は、その変換された基準信号を受信する。ミキサM1、M2の変調されたRF出力信号が、加算器195に提供される。その加算器195は、これらの出力信号を合成して、利得a1を有するPA175にRF信号s(t)を提供する。それから、PA175は、入力RF信号s(t)を増幅して、その増幅されたRF信号a1s(t)を、図1に示すようにアンテナ115へ送信するために、送受切換え器120に出力する。
【0017】
図1、2に示すように、歪を減少し且つ送信機ACPRを増強するために、PA175のRF出力a1s(t)は、エンベロープ検波器177に提供される。エンベロープ検波器177は、その増幅されたRF信号a1s(t)のエンベロープを検出して、PA175の利得を制御するためにエンベロープ信号e(t)を出力する。好ましくは、そのエンベロープ信号e(t)は、増幅されたRF信号a1s(t)のエンベロープ変化の2乗に一致して、そのPA175の利得を変化させ又は変調させる。
【0018】
特に、その増幅されたRF信号a1s(t)の瞬時レベルが、例えば歪又は非線形化に起因したPA175の利得損失によって減少されれば、そのPA175の利得は、その利得変調によって増強される。このような利得補償は、いつまでも作動しており、PA出力が圧縮するときそのPA利得を増強する。これに対して、従来のPA利得制御は、PA信号が増強してある閾値に到達する時を検出する。その閾値に到達する状態において、そのPA信号をその閾値以下に維持し、飽和を防止し又はPAの非線形化を減少するために、そのPA利得が減少される。
【0019】
図8に示す他の実施例では、より高次の線形化が行われ、そのエンベロープ信号e(t)は、その増幅されたRF信号a1s(t)のエンベロープから直接引き出されるものではなく、むしろ、その利得変調信号、即ち、そのエンベロープ信号e(t)は、図1に示すように送信ベースバンドユニット165によって受信された送信ベースバンドデジタル信号I(n)、Q(n)から発生される。
【0020】
高い電流を消費する高線形PA175に対する需要を緩和するために、そのACPRは増強される。特に、そのACPRは、線形化にするためのPA175おいて変調を行うことによって増強される。そこで、PA175の利得は、変化され又は変調される。図1,2に示すように、PA利得は、その増幅された信号a1s(t)のエンベロープから得られたエンベロープ信号e(t)を用いて変調される。
【0021】
その1 次線形化は、図2に示す装置に一致して行われ、そこで、ミキサM1、M2、加算器195、及び局部発振器LOは、局部発振器LOから提供されたキャリヤ信号ωc の直交増幅変調を実施する。その非線形PA175は、電圧又は電量制御利得を有し、図3に示すように式(1)を有する構成される。その式(1)において、PA入力信号はx(t)であり、エンベロープ又は利得変調信号はe(t)であり、PA出力信号は、式(1)によって与えられるy(t)である。
【0022】
y(t) = a1[1+e(t)]x(t)+a3x3(t) (1)
図4、5は、図1、2に示すエンベロープ検波器177の変形例177‘、177“を示す。図4に示すように、逓倍器310が増幅された出力信号y(t)を受信し、その出力信号y(t)を2乗することによって、2乗出力信号、即ち、y2(t) を出力する。その2乗信号y2(t) は、フィルタ320によってフィルタされる。そのフィルタ320は、例えば、抵抗R とキャパシタC を有するRC回路を備える。そこで、1/τ=1/(RC)<< ωc ωc は、RF信号y(t)のキャリア周波数である。そのフィルタされた信号は、利得E を有するエンベロープ増幅器330に提供される。このように、例えば、E はエンベロープ利得であり、初期キャリブレーションの間、プリセットされる。
【0023】
図5に示す実施例においては、電力検波器340が、PA出力信号y(t)を受信してその信号の2乗信号y2(t) を出力する逓倍器310に取って代わる。この実施例において、電力検波器340は、ショットキーダイオードである。電力信号が電圧信号の2乗に関係するので、その電力メーター340の出力がその2乗された電圧信号y2(t) に比例しており、即ち、逓倍器310の出力と同一である(図5)。
【0024】
PA175を線形化にすることは、同時に出願された関連出願:“受信機における送信機誘導混変調の減少(Reduction of Transmitter Induced Cross Modulation in Receiver )”に記載されたように、受信機における送信機誘導混変調ノイズを減少するためのLNA 125を線形することと類似している。しかし、PA175における利得圧縮がLNA の感度低下の半分である。特に、エンベロープ利得E は、PA線形化のために約0.5に設定されることに対して、LNA 混変調線形化のために約1に設定される。
【0025】
図6は、約0.65、TO1 =15dBm 、且つ送信電力P TX=0dBmのエンベロープ利得E (図4と5)に対するCDMA送信信号のスペクトル400を示す。TO1 はPA175の第3 次インタセプト点であり、PA175の非線形性の一つの尺度である。特に、TO1 は、PA線形性が増加するにつれ増加する。そのスペクトル400は、30kHz 解像度帯域幅に対するものである。そのACPRは、送信電力(1.23MHz 全帯域幅)と、中央ローブ410の900MHz の中心周波数fcから0.9MHz周波数オフセット405における30kHz 電力との比として定義される。その中心周波数fcからオフセット周波数f0ffset だけオフセットされた周波数における非補償ACPRが、図6の参照符号415によって示される。
【0026】
その非補償送信信号は、破線によって示され、一方、補償された送信信号は、点線によって示され、ここでエンベロープ利得E は0.65であり、図7の点510から分かるように最適利得E である。図6のスベクトラム400から分かるように、ACPRは、約90dBの変調器入力又はソースACPR420に対し、約55dBにある点AAから約88dBにある点BBまでに改善される。点BBにおける補償されたACPRは、約、オフセット周波数f0ffset 405だけ中心周波数f c からオフセットされた周波数にある。
【0027】
図7は、二倍の、即ち、2E のエンベロープ利得と、TO1 =15dBm 及び送信機電力P TX=0dBmに対するACPRとの比のシミュレーション500を示す。このシミュレーション500から、エンベロープ利得E の最適値510が選ばれ、その値は約0.65(図6のスペクトル400に用いられるように)で、そこでP175のACPRが最大である。このシミュレーション500から、エンベロープ利得E に対する最適値が決定され、図4と図5に示すようにエンベロープ検波器に用いられる。単一の3 次非線形電力増幅器(PA)175と同様に、二段カスケードの電力増幅器が用いられうる。その二段カスケードのACPRが改善又は増大がなされ、ここで、各段階が第3 次インタセプト(TO1 )における減少に等しく貢献する。その二段PAに対する最適利得エンベロープE が単一段PAのそれと同様であることがわかる。
【0028】
エンベロープ電力検波器で利得変調を行う代わりに、図8に示すように、送信機セクション105‘を有する装置600を用いて簡単にされた開ループ先行歪ませを行うことによって同一の線形化を得ることが可能である。明瞭にするために、図1に示す送受信機の部分は、図8に示されていない。しかし、装置600が図1に示す送受信機100と類似する送受信機の一部である。そこで、エンベロープ検波器177は、除かれ、エンベロープ又は変調信号e(t)を発生するのに用いられていない。その代わりに、エンベロープ信号e(t)は、送信ベースバンドユニット165から提供された時間変化ベースバンド信号I(t)、Q(t)から発生され、或いは、プロセッサー、例えば、DSP から提供されたデジタル信号I(n)、Q(n)から発生される。
【0029】
図8に示すように、DSP は、送信デジタルベースバンド信号I(n)、Q(n)を出力する。これらの信号I(n)、Q(n)は、アンテナ115を介して送信されるためにPA175によって増幅される。特に、そのデジタルベースバンド信号I(n)、Q(n)は、デジタル/アナログ変換器610、615によってアナログ形に変換され、更にフィルタ620、625によってフィルタされ、それぞれ、フィルタされたアナログベースバンド信号I(n)、Q(n)となる。これらの信号は、図2に基づいて述べたのと同じようにPA175に提供される。
【0030】
PA175に入力されたRFのエンベロープを検出するエンベロープ検波器の代わりに、図1に基づいて記載したように、PA175を変調するために用いられたエンベロープ信号e(t)は、図8に示す開ループ装置600においてデジタルベースバンド信号I(n)、Q(n)から直接得られる。特に、2乗ユニット630、635がそのデジタルベースバンド信号I(n)、Q(n)をそれぞれに2乗させて、その2乗デジタルIQ信号を加算器640に提供する。その加算器640は、その2乗デジタル信号I2(n) 、Q2(n) を加算して、その加算結果を仕事関数発生器f (x) 650に提供する。その仕事関数発生器f (x) 650の出力が、デジタル/アナログ変換器(D/A )655によってアナログ電圧に変換され、エンベロープ信号e(t)となる。そのエンベロープ信号e(t)は、フィルタ670を介して、その利得を変調するための電圧制御されたPA175の制御ポートに提供される。そのエリアシング防止フィルタ670は、D/A 655の出力から、不要高周波数信号を取り除く。
【0031】
その仕事関数f (x) は、式(2)によって与えられる。
f (x) = w1x + w2x2 + w3x3 + ... w i x i + ... (2)
移動電話機は、最大ACPRに対し、全ての係数w i
【0032】
【外1】

Figure 0004386999
【0033】
のプロダクション中、キャリブレートされる。例えば、ここで、
【0034】
【外2】
Figure 0004386999
【0035】
はPA175の出力における平均送信電力である。実施例において、このキャリブレーションは、セルラーバンドにおいて、0.9MHzオフセットで行われる。そのキャリブレートされた結果が、移動電話機のメモリに保存される。操作中、例えば、係数wiは、
【0036】
【外3】
Figure 0004386999
【0037】
のセット値のために、そのメモリから読み出される。
【0038】
図8に示す送受信機600において行われる開ループ線形化は、全ての係数の最適値を決定するために、キャリブレーションが必要となる。これに対して、図1に示す送受信機100のPAフィードバックにエンベロープ検波器177を用いることは、PA175がそのPA175の入力と共に変化する信号によって変調されるので、簡単なキャリブレーションのみが必要となる。この簡単なキャリブレーションは、一つの特定の送信周波数f TXにおいて単一点のみ、例えば、最大送信電力P TXで、行われてもよい。
【0039】
先に図1に基づいて記述した定値E を用いる線形化技術と異なり、PAの先行歪ませは、図8に示すように、多くの場合のようにベースバンド信号I(t)及びQ(t)が電力制御に用いられていなければ、エンベロープ利得E は送信電力と共に線形に変化する必要がある。その全エンベロープ利得は、式(3)によって与えられる。
【0040】
【数1】
Figure 0004386999
【0041】
ここで、
【0042】
【外4】
Figure 0004386999
【0043】
は、線形にされている非線形装置、即ち、PA175の平均送信電力である。
本発明の他の実施例において、ACPRを増加する方法が提供される。特に、これらの方法は、PA175の利得を変調するために、エンベロープ信号e(t)を用いることによってACPRを増加することを含む。図8の送受信機600を用いる一つの方法において、エンベロープ信号e(t)は、送信ベースバンドユニット165に提供された送信ベースバンド信号から引き出される(図1)。もう一つの方法において、そのエンベロープ信号e(t)は、図1〜図5に示すように、エンベロープ検波器177を用いるPA175の出力から直接引き出される。そのエンベロープ検波器177はPA175に提供されたRF出力信号a1s(t)のエンベロープを検出する。
【0044】
上述した本発明の好ましい実施例は、本発明を限定するものではない。当業界の如何なる熟練者は、本発明の要旨及び範囲内において、各種の変更及び修飾を行うことができる。従って、本発明の保護範囲は、特許請求範囲に準ずる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電力増幅器(PA)を有する送受信機回路を示し、エンベロープ検波器を用いて直接そのPA出力から引き出されたエンベロープ信号によってそのPAが変調されることを示す図である。
【図2】本発明に係る図1に示す送受信機回路の一部分としての変調器ユニットをより詳細に示す図である。
【図3】本発明に係る図1に示す送受信機回路に用いられた電圧又は電流制御増幅器、例えば、電力増幅器又はLNA を示す図である。
【図4】本発明に係る図1に示す送受信機回路に用いられたエンベロープ検波器の異なる例を示す図である。
【図5】本発明に係る図1に示す送受信機回路に用いられたエンベロープ検波器の異なる例を示す図である。
【図6】本発明に係るCDMAの送信された信号のスペクトルを示す図である。
【図7】本発明に係る二倍にされたエンベロープ利得対ACPRのプロットを示す図である。
【図8】本発明の他の実施例に係るACPR増のための開ループ電力増幅器利得変調を有する送受信機回路を示すである。
【符号の説明】
100 送受信機回路
105 送信セクション
110 受信セクション
115 アンテナ
120 送受切換え器
130 イメージフィルタ
135 ミキサ
140 局部発振信号
145 局部発振器
150 チャンネルフィルタ
155 復調器ユニット
160 受信ベースバンドユニット
165 送信ベースバンドユニット
170 変調器ユニット
175 電力増幅器(PA)
177 エンベロープ検波器
190 位相変換器
M1、M2 ミキサ
310 逓倍器
320 フィルタ
330 エンベロープ増幅器
340 電力検波器
400 スペクトル
500 シミュレーション
610、615、655 D/A 変換器
620、625、670 フィルタ
630、635 2乗ユニット
650 仕事関数発生器f (x) [0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus and method for enhancing the adjacent channel power ratio (ACPR) of a transmitter in a transceiver. Here, as a transceiver, for example, a code division multiple access (CDMA) telephone or a time division multiple access (TDMA) telephone operating in 900 MHz and 1.9 GHz cellular and / or personal communication system (PCS) bands, respectively. Yes, or any transmission device that transmits a non-constant envelope signal.
[0002]
[Prior art]
Mobile transceivers, such as CDMA / TDMA mobile telephone handsets, face one important problem. The problem is transmission signal distortion due to non-linearity of the transmitter power amplifier (PA). The nonlinearity of the power amplifier degrades or reduces the transmitter ACPR. The ACPR is, for example, as a ratio of transmission power (for example, at a total bandwidth of 1.23 MHz) to power of 30 kHz bandwidth at a location where the 0.9 MHz frequency is shifted from a transmitter center frequency of 900 MHz, for example. Defined.
[0003]
For example, highly linear transmitter blocks such as power amplifiers, drivers, and mixers are expensive and require large currents, which quickly drain the mobile handset battery. Attempts have been made to linearize nonlinear power amplifiers instead of these highly linear power amplifiers, drivers and mixers.
Conventional methods for linearizing transmitter power amplifiers use feed-forward or feedback closed-loop compensation techniques between the transmitted signal and the reference signal.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if these technologies are applied to a mobile phone, it becomes expensive.
To alleviate that need for a highly linear transmitter block, European Patent Application No. 0 435 578 uses a distortion compensation circuit provided between the input signal and the power amplifier to reduce the transmitter power amplifier. It has been proposed to compensate. The envelope detection circuit detects the envelope of the power amplifier output and provides the detection output to a control circuit that controls the distortion compensation circuit.
[0005]
This circuit reduces distortion due to non-linearization of the power amplifier, but requires additional circuit elements, such as its control circuit and distortion compensation circuit. These additional circuits lead to an increase in mobile phone size and power consumption.
Therefore, to minimize transmitter current or power consumption, distortion must be reduced without using a high linear LNA with a large third order intercept point (TO1) and with minimal additional circuitry .
[0006]
One object of the present invention is to provide a controlled transceiver or transmitter and a control method capable of solving the problems existing in the above-described conventional transmitter or transceiver.
Another object of the present invention is to provide a transmitter or transceiver having enhanced ACPR without resorting to high linear power amplifiers.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above and other objects, the present invention provides a transceiver or transmitter having a berth band unit for outputting a baseband signal, and a modulation for modulating the baseband signal and outputting a modulated signal. Provide a bowl. A transmission amplifier amplifies the modulated signal and outputs a transmission signal to a duplexer, for example. The transmit amplifier has a gain modulated by the envelope signal. The envelope signal is proportional to the transmission signal, for example, proportional to the power of the transmission signal.
[0008]
The envelope signal is provided by the baseband unit. In a preferred embodiment of the invention, the envelope signal is provided by an envelope detector that receives the output of the transmit amplifier.
The present invention, in another embodiment, provides a method for increasing the adjacent channel power ratio of a transmitter. The method is
Generate a baseband signal using the baseband unit,
Modulate the baseband signal to generate a modulated signal,
Amplifying the modulated signal with a transmit amplifier to provide a transmit signal;
Each step of modulating the gain of the transmission amplifier using an envelope signal proportional to the transmission signal, for example, proportional to the power of the transmission signal.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The present invention generally relates to enhancing ACPR in a power amplifier of a transceiver or transmitter. The ACPR is generally due to the nonlinearity of the power amplifier. In an embodiment, the transceiver includes CDMA telephones or associated RF baseband integrated circuits (ICs).
[0010]
Instead of closed loop compensation, transmitter power amplifier (PA) open loop compensation is used. Also, the use of additional circuitry is minimized, and the power amplifier does not provide any external compensation for linearization in the transmitter integrated circuit chip itself, eg, from a digital control processor (DSP). Linearized without any control. Open loop compensation via DSP may be used to determine higher order linearization. The linearization of the transmitter power amplifier is performed using the open loop gain modulation of the power amplifier.
[0011]
FIG. 1 shows a transceiver circuit 100 that is used to reduce its ACPR by first-order linearization of a power amplifier using open-loop gain modulation of the power amplifier.
The transceiver circuit 100 has a transmission section 105 and a reception section 110 that are selectively connected to an antenna 115 via a duplexer 120. The duplexer 120 selectively determines a signal route based on the frequency. For example, a signal having a receive frequency is substantially sent to the receive section 110 and is substantially isolated from the transmit section 105. Similarly, a signal having a transmission frequency is substantially transmitted from the transmission section 105 to the antenna 115 and is substantially isolated from the reception section 110. The receiving section 110 has an amplifier, for example an LNA 125. The LNA 125 is connected to receive a radio frequency (RF) signal from the antenna 115 via the duplexer 120.
[0012]
The LNA 125 amplifies the received RF signal x ′ (t) and outputs an amplified signal y ′ (t). A first filter called image filter 130 filters the amplified RF signal y ′ (t) and provides the filtered signal to mixer 135. In the embodiment, the image filter 130 is a wideband filter that passes signals within the reception band and blocks signals outside the reception band. Mixer 135 downconverts the filtered RF signal to an intermediate frequency (IF) signal by mixing the filtered RF signal with local oscillation signal 140 from local oscillator 145.
[0013]
The IF signal is filtered by a channel filter 150 having a narrow band, for example. The IF signal filtered from the channel filter 150 is provided to a demodulator unit 155 having an in-phase and quadrature (IQ) demodulator, an automatic gain control (AGC) circuit, and a filter. The demodulator 155 demodulates the received baseband signals I R (t) and Q R (t) and outputs them to the reception baseband unit 160. The receiving baseband unit 160 passes the demodulated baseband signal to a processor, eg, a digital signal processor (DSP), via an analog / digital converter for further processing, eg, extracting received information. provide.
[0014]
A transmission baseband unit 165 receives digital information signals I (n) and Q (n) from its DSP and converts these signals into analog transmission baseband signals I (t) and Q (t) for transmission. Convert. In particular, the transmission baseband unit 165 provides the transmission baseband signals I (t) and Q (t) to the modulator unit 170 of the transmission unit 100. The modulator 170 includes an IQ modulator as well as an AGC circuit and filter. The modulator 170 performs filtering, modulation, and further up-conversion to RF using a well-known local oscillator, thereby modulating the baseband signals I (t) and Q (t) into a modulated RF signal s (t ).
[0015]
The modulated RF signal s (t) is amplified by a power amplifier (PA) 175. The power amplifier (PA) 175 outputs the amplified signal a 1 s (t). The envelope detector 177 receives the RF amplified signal a 1 s (t) output from the PA 175, detects and extracts the envelope signal e (t) from the received signal, and controls the control port of the PA 175. Provide directly to. The envelope signal e (t) modulates the gain of the PA 175 for linearization.
[0016]
FIG. 2 shows the modulator unit 170 in more detail, along with the PA 175 and envelope detector 177. In particular, the modulator unit 170 includes first and second mixers M1 and M2 that receive baseband signals I (t) and Q (t), respectively. A local oscillator LO provides a reference signal to the mixers M1, M2. The reference signal is phase-shifted 90 degrees by the phase converter 190. The second mixer M2 receives the converted reference signal. The modulated RF output signals of the mixers M1, M2 are provided to the adder 195. The adder 195 combines these output signals and provides an RF signal s (t) to the PA 175 having a gain a1. The PA 175 then amplifies the input RF signal s (t) and sends it to the duplexer 120 to transmit the amplified RF signal a 1 s (t) to the antenna 115 as shown in FIG. Output.
[0017]
As shown in FIGS. 1 and 2, the RF output a 1 s (t) of the PA 175 is provided to the envelope detector 177 to reduce distortion and enhance the transmitter ACPR. The envelope detector 177 detects the envelope of the amplified RF signal a 1 s (t) and outputs an envelope signal e (t) in order to control the gain of the PA 175. Preferably, the envelope signal e (t) changes or modulates the gain of the PA 175 in accordance with the square of the envelope change of the amplified RF signal a 1 s (t).
[0018]
In particular, if the instantaneous level of the amplified RF signal a 1 s (t) is reduced by the gain loss of the PA 175 due to, for example, distortion or non-linearization, the gain of the PA 175 is enhanced by the gain modulation. . Such gain compensation has been active indefinitely and enhances its PA gain as the PA output compresses. In contrast, conventional PA gain control detects when the PA signal reaches a certain threshold. In the state where the threshold is reached, the PA gain is reduced to keep the PA signal below the threshold, to prevent saturation or to reduce PA non-linearization.
[0019]
In another embodiment shown in FIG. 8, higher order linearization is performed and the envelope signal e (t) is not directly derived from the envelope of the amplified RF signal a 1 s (t). Rather, its gain modulated signal, ie its envelope signal e (t), is generated from the transmitted baseband digital signals I (n), Q (n) received by the transmitted baseband unit 165 as shown in FIG. Is done.
[0020]
In order to ease the demand for highly linear PA 175 that consumes high currents, its ACPR is enhanced. In particular, the ACPR is enhanced by performing modulation at PA 175 for linearization. Thus, the gain of PA175 is changed or modulated. As shown in FIGS. 1 and 2, the PA gain is modulated using an envelope signal e (t) obtained from the envelope of the amplified signal a 1 s (t).
[0021]
Its first linearization is done in accordance with the apparatus shown in FIG. 2, where the mixers M1, M2, adder 195 and local oscillator LO are quadrature amplification of the carrier signal ω c provided from the local oscillator LO. Perform modulation. The non-linear PA 175 has a voltage or coulometer control gain, and is configured to have equation (1) as shown in FIG. In Equation (1), the PA input signal is x (t), the envelope or gain modulation signal is e (t), and the PA output signal is y (t) given by Equation (1).
[0022]
y (t) = a 1 [1 + e (t)] x (t) + a 3 x 3 (t) (1)
4 and 5 show modifications 177 'and 177 "of the envelope detector 177 shown in FIGS. 1 and 2. As shown in FIG. 4, the multiplier 310 receives the amplified output signal y (t). by squaring the output signal y (t), the square output signal, i.e., outputs a y 2 (t). Part squared signal y 2 (t) is filtered by the filter 320. Part The filter 320 includes, for example, an RC circuit having a resistance R and a capacitor C. Therefore, 1 / τ = 1 / (RC) << ω c ω c is a carrier frequency of the RF signal y (t). The filtered signal is provided to an envelope amplifier 330 having a gain E. Thus, for example, E is the envelope gain and is preset during initial calibration.
[0023]
In the embodiment shown in FIG. 5, the power detector 340 replaces the multiplier 310 that receives the PA output signal y (t) and outputs the square signal y 2 (t) of the signal. In this embodiment, power detector 340 is a Schottky diode. Since the power signal is related to the square of the voltage signal, the output of the power meter 340 is proportional to the squared voltage signal y 2 (t), that is, the same as the output of the multiplier 310 ( FIG. 5).
[0024]
Linearizing the PA175 is a transmitter at the receiver as described in the related application filed simultaneously: “Reduction of Transmitter Induced Cross Modulation in Receiver”. Similar to linearizing LNA 125 to reduce induced intermodulation noise. However, gain compression in PA175 is half of the LNA sensitivity loss. In particular, the envelope gain E is set to approximately 0.5 for LNA intermodulation linearization, whereas it is set to approximately 0.5 for PA linearization.
[0025]
FIG. 6 shows a spectrum 400 of a CDMA transmission signal for an envelope gain E (FIGS. 4 and 5) of approximately 0.65, TO1 = 15 dBm, and transmission power P TX = 0 dBm. TO1 is the third-order intercept point of PA175 and is a measure of the nonlinearity of PA175. In particular, TO1 increases as PA linearity increases. Its spectrum 400 is for a 30 kHz resolution bandwidth. The ACPR is defined as the ratio of the transmit power (1.23 MHz full bandwidth) to the 30 kHz power at 0.9 MHz frequency offset 405 from the 900 MHz center frequency fc of the center lobe 410. Uncompensated ACPR at a frequency offset from the center frequency fc by the offset frequency f 0ffset is indicated by reference numeral 415 in FIG.
[0026]
The uncompensated transmit signal is indicated by a dashed line, while the compensated transmit signal is indicated by a dotted line, where the envelope gain E is 0.65, as can be seen from point 510 in FIG. It is. As can be seen from the spectrum 400 of FIG. 6, ACPR improves from point AA at about 55 dB to point BB at about 88 dB for a modulator input or source ACPR 420 of about 90 dB. ACPR the compensated at point BB is about, a frequency that is offset from the center frequency f c by the offset frequency f 0ffset 405.
[0027]
FIG. 7 shows a simulation 500 of the ratio of double, ie 2E envelope gain, to ACPR for TO1 = 15 dBm and transmitter power P TX = 0 dBm. From this simulation 500, the optimum value 510 of the envelope gain E is chosen, which is about 0.65 (as used in the spectrum 400 of FIG. 6), where the ACPR of P175 is maximal. From this simulation 500, the optimum value for the envelope gain E is determined and used in the envelope detector as shown in FIGS. Similar to a single third-order nonlinear power amplifier (PA) 175, a two-stage cascaded power amplifier can be used. The ACPR of the two-stage cascade is improved or increased, where each stage contributes equally to a decrease in the third order intercept (TO1). It can be seen that the optimum gain envelope E for the two-stage PA is similar to that of the single-stage PA.
[0028]
Instead of performing gain modulation with an envelope power detector, the same linearization is obtained by performing a simplified open-loop predistortion using a device 600 having a transmitter section 105 ′, as shown in FIG. It is possible. For clarity, the portion of the transceiver shown in FIG. 1 is not shown in FIG. However, the apparatus 600 is part of a transceiver similar to the transceiver 100 shown in FIG. Thus, envelope detector 177 has been eliminated and is not used to generate the envelope or modulated signal e (t). Instead, the envelope signal e (t) is generated from the time varying baseband signals I (t), Q (t) provided from the transmit baseband unit 165, or provided from a processor, eg, DSP. Generated from digital signals I (n), Q (n).
[0029]
As shown in FIG. 8, the DSP outputs transmission digital baseband signals I (n) and Q (n). These signals I (n) and Q (n) are amplified by the PA 175 for transmission via the antenna 115. In particular, the digital baseband signals I (n) and Q (n) are converted to analog form by digital / analog converters 610 and 615 and further filtered by filters 620 and 625, respectively. Signals I (n) and Q (n). These signals are provided to the PA 175 in the same manner as described with reference to FIG.
[0030]
Instead of an envelope detector that detects the RF envelope input to the PA 175, the envelope signal e (t) used to modulate the PA 175 as described with reference to FIG. It is obtained directly from the digital baseband signals I (n) and Q (n) in the loop device 600. In particular, squaring units 630 and 635 square the digital baseband signals I (n) and Q (n), respectively, and provide the squared digital IQ signal to adder 640. The adder 640 adds the square digital signals I 2 (n) and Q 2 (n) and provides the addition result to the work function generator f (x) 650. The output of the work function generator f (x) 650 is converted into an analog voltage by a digital / analog converter (D / A) 655 to become an envelope signal e (t). The envelope signal e (t) is provided via a filter 670 to the control port of the voltage controlled PA 175 for modulating its gain. The anti-aliasing filter 670 removes unnecessary high frequency signals from the output of the D / A 655.
[0031]
The work function f (x) is given by equation (2).
f (x) = w 1 x + w 2 x 2 + w 3 x 3 + ... w i x i + ... (2)
The mobile phone has all the coefficients w i for the maximum ACPR.
[Outside 1]
Figure 0004386999
[0033]
It is calibrated during production. For example, where
[0034]
[Outside 2]
Figure 0004386999
[0035]
Is the average transmission power at the output of PA175. In an embodiment, this calibration is performed with a 0.9 MHz offset in the cellular band. The calibrated result is stored in the memory of the mobile phone. During operation, for example, the coefficient w i is
[0036]
[Outside 3]
Figure 0004386999
[0037]
For that set value.
[0038]
The open loop linearization performed in the transceiver 600 shown in FIG. 8 requires calibration in order to determine the optimum values of all coefficients. On the other hand, using envelope detector 177 for the PA feedback of transceiver 100 shown in FIG. 1 requires only simple calibration because PA 175 is modulated by a signal that changes with the input of PA 175. . This simple calibration may be performed only at a single point, eg, maximum transmission power P TX at one specific transmission frequency f TX .
[0039]
Unlike the linearization technique using the constant value E described above with reference to FIG. 1, the predistortion of the PA, as shown in FIG. 8, is often the baseband signals I (t) and Q (t ) Is not used for power control, the envelope gain E needs to change linearly with transmit power. Its total envelope gain is given by equation (3).
[0040]
[Expression 1]
Figure 0004386999
[0041]
here,
[0042]
[Outside 4]
Figure 0004386999
[0043]
Is the average transmission power of the linearized nonlinear device, i.e. PA175.
In another embodiment of the present invention, a method for increasing ACPR is provided. In particular, these methods include increasing ACPR by using envelope signal e (t) to modulate the gain of PA175. In one method using the transceiver 600 of FIG. 8, the envelope signal e (t) is derived from the transmission baseband signal provided to the transmission baseband unit 165 (FIG. 1). In another method, the envelope signal e (t) is derived directly from the output of the PA 175 using an envelope detector 177, as shown in FIGS. The envelope detector 177 detects the envelope of the RF output signal a 1 s (t) provided to the PA 175.
[0044]
The preferred embodiments of the invention described above are not intended to limit the invention. Any person skilled in the art can make various changes and modifications within the spirit and scope of the present invention. Therefore, the protection scope of the present invention conforms to the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a transceiver circuit having a power amplifier (PA) according to the present invention, showing that the PA is modulated by an envelope signal derived directly from the PA output using an envelope detector. .
2 shows in more detail a modulator unit as part of the transceiver circuit shown in FIG. 1 according to the invention.
3 is a diagram showing a voltage or current control amplifier, such as a power amplifier or LNA, used in the transceiver circuit shown in FIG. 1 according to the present invention.
4 is a diagram showing a different example of an envelope detector used in the transceiver circuit shown in FIG. 1 according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a different example of the envelope detector used in the transceiver circuit shown in FIG. 1 according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating a spectrum of a CDMA transmitted signal according to the present invention.
FIG. 7 is a plot of doubled envelope gain versus ACPR according to the present invention.
FIG. 8 shows a transceiver circuit with open loop power amplifier gain modulation for ACPR enhancement according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100 transceiver circuit 105 transmission section 110 reception section 115 antenna 120 duplexer 130 image filter 135 mixer 140 local oscillation signal 145 local oscillator 150 channel filter 155 demodulator unit 160 reception baseband unit 165 transmission baseband unit 170 modulator unit 175 Power amplifier (PA)
177 Envelope detector 190 Phase converter
M1, M2 Mixer 310 Multiplier 320 Filter 330 Envelope amplifier 340 Power detector 400 Spectrum 500 Simulation 610, 615, 655 D / A converter 620, 625, 670 Filter 630, 635 Square unit 650 Work function generator f (x )

Claims (7)

送受切換え器から信号を受信する受信機と、
ベースバンド信号を出力するベースバンドユニットと、
前記ベースバンド信号を変調して、変調された信号を出力する変調器と、
前記変調された信号を増幅して、前記送受切換え器に送信信号を出力する送信増幅器と、
前記送信信号からエンベロープ信号を取得し、前記送信増幅器のゲインを調整するために、前記エンベロープ信号を前記送信増幅器に直接供給する、エンベロープ検波器と、
を備えることを特徴とする送受信機。
A receiver for receiving a signal from the duplexer;
A baseband unit that outputs a baseband signal;
A modulator that modulates the baseband signal and outputs a modulated signal;
A transmission amplifier that amplifies the modulated signal and outputs a transmission signal to the duplexer ;
An envelope detector for obtaining an envelope signal from the transmission signal and supplying the envelope signal directly to the transmission amplifier in order to adjust a gain of the transmission amplifier;
Transceiver characterized in that it comprises a.
前記エンベロープ信号は前記送信信号の電力に比例する請求項1に記載の送受信機。  The transceiver according to claim 1, wherein the envelope signal is proportional to the power of the transmission signal. ベースバンド信号を出力するベースバンドユニットと、
前記ベースバンド信号を変調して、変調された信号を出力する変調器と、
前記変調された信号を増幅して、送信信号を出力する送信増幅器と
前記ベースバンド信号から仕事関数を生成する仕事関数生成器であって、前記仕事関数は複数の周波数係数を含んでいる、仕事関数生成器と、
前記仕事関数をアナログ電圧化されたエンベロープ信号に変換するデジタル/アナログ変換器と、
前記送信増幅器のゲインを制御するために、前記エンベロープ信号を前記送信増幅器に供給するエンベロープ信号供給器と、
を備えることを特徴とする送信機。
A baseband unit that outputs a baseband signal;
A modulator that modulates the baseband signal and outputs a modulated signal;
A transmission amplifier that amplifies the modulated signal and outputs a transmission signal ;
A work function generator for generating a work function from the baseband signal, wherein the work function includes a plurality of frequency coefficients;
A digital / analog converter for converting the work function into an analog voltageized envelope signal;
An envelope signal supplier for supplying the envelope signal to the transmission amplifier to control the gain of the transmission amplifier;
Transmitter comprising: a.
送信機の隣接チャンネル電力比を増加させる方法であって、
ベースバンドユニットによりベースバンド信号を形成し、
前記ベースバンド信号を変調して変調された信号を形成し、
送信増幅器を用いて前記変調された信号を増幅して、送受切換え器に送信信号を提供し、
前記ベースバンド信号から、複数の周波数係数を含んでいる仕事関数を生成し、
前記仕事関数を、アナログ電圧化されたエンベロープ信号に変換し、
前記エンベロープ信号を、前記送信増幅器に供給し、
前記送信信号に比例する前記エンベロープ信号を用いて前記送信増幅器の利得を調整する
各段階を備える方法。
A method for increasing the adjacent channel power ratio of a transmitter, comprising:
A baseband signal is formed by the baseband unit,
Modulating the baseband signal to form a modulated signal;
Amplifying the modulated signal using a transmit amplifier to provide a transmit signal to the duplexer;
Generating a work function including a plurality of frequency coefficients from the baseband signal;
Converting the work function into an analog voltageized envelope signal;
Supplying the envelope signal to the transmit amplifier;
Using the envelope signal proportional to the transmission signal, the method comprising the step of adjusting the gain of said transmission amplifier.
前記エンベロープ信号は前記送信信号の電力に比例する請求項に記載の方法。The method of claim 4 , wherein the envelope signal is proportional to the power of the transmitted signal. 送信機の隣接チャンネル電力比を増加させる方法であって、
前記送信機の増幅器により送信信号を増幅し、
送受切換え器を介して前記増幅された送信信号を送信し、
前記増幅された送信信号の電力に比例するエンベロープ信号を、前記増幅された送信信号から取得し、
前記増幅器のゲインを調整するために、前記エンベロープ信号を前記増幅器に直接供給する
各段階を備える方法。
A method for increasing the adjacent channel power ratio of a transmitter, comprising:
It amplifies the transmission signal by the amplifier of the transmitter,
Transmitting the amplified transmission signal via a duplexer;
Obtaining an envelope signal proportional to the power of the amplified transmission signal from the amplified transmission signal;
A method comprising the steps of supplying the envelope signal directly to the amplifier to adjust the gain of the amplifier .
各電力係数を、各周波数係数に関連づけて、当該送信機はキャリブレートされる、請求項3に記載の送信機。4. The transmitter of claim 3, wherein the transmitter is calibrated with each power coefficient associated with each frequency coefficient.
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