富士通研究所、モバイルＷｉＭＡＸ端末向け送信用アンプの高効率化技術を開発
モバイルＷｉＭＡＸ端末向け送信用アンプの高効率化技術を開発
株式会社富士通研究所（注１）は、次世代の無線ブロードバンドシステムであるモバイルＷｉＭＡＸ（注２）に向けて、ＷｉＭＡＸ端末向けの送信用アンプの高効率化技術の開発に成功しました。本技術により、端末において最も電力を消費する送信用アンプの効率を、従来の技術に比べ約２倍にすることができました。これにより、端末の通話時間を約５０％長くし、同時に上り伝送速度を従来比５０％高速にすることが可能になります。
【 背景 】
モバイルＷｉＭＡＸは、次世代無線ブロードバンド技術として、低コストで高速（毎秒約７５メガビット）のモバイルサービスを提供するシステムです。ＷｉＭＡＸでは移動環境（時速１２０キロメートル）においても高速な通信を効率よく行うための種々の技術が使われており、重要な技術のひとつとしてＯＦＤＭ（注３）変調方式が採用されています。しかしＯＦＤＭはピーク電力が非常に大きいため、高い出力電力で動作するアンプが必要となり、電力効率が１０％から２０％と、従来の携帯電話の方式にくらべて半分以下に低くなる原因となっています。そのため高い電力効率を持つ送信用アンプの実用化が望まれていました。
【 課題 】
送信用アンプにおいては、効率を上げれば歪みがひどくなり、歪みを減らそうとすれば効率が下がるという課題があり、それを解決するものとして線形化（歪み補償）回路があります。しかし、線形化回路は非常に消費電力が大きく、無線通信の基地局では数年前から実用化されていますが、端末に適用することは困難でした。
図１ 開発したＯＦＤＭ送信用高効率アンプの構成
※ 関連資料参照
【 技術の概要 】
今回、以下の２つの技術を組み合わせることにより、高い効率のアンプの実用化に見通しをつけることができました（図１）。
１．線形化回路の小型化（デジタル信号処理部）：
従来基地局向けに使われていた線形化回路を、ＷｉＭＡＸ端末用に最適化して小型で低消費電力化を実現しました。ベースバンド部での線形化回路には、ＯＦＤＭ特有の処理を工夫することにより、小型で低消費電力化を実現する見通しを得ました。
２．アナログ回路の工夫によるアンプの高効率化（アナログ部）：
従来のドハーティ型（注４）をもとに、構成するトランジスタの大きさと整合回路を最適化することで、高い効率を得ることができるようになりました。
【 効果 】
これらの技術の実証実験として、１ギガヘルツ（ＧＨｚ）で動作するアナログ部を形成し、基地局用線形化回路をＷｉＭＡＸ端末用に最適化したものを使い、出力電力１９ディービーエム（ｄＢｍ）（注５）にて電力付加効率（ＰＡＥ）（注６） ４０％ という高い効率を得ることができました。補償回路の働きで、高効率と、すぐれた線形性を同時に得ることができました。
本技術により、ＷｉＭＡＸ用端末の電力消費の多くの部分をしめる送信用アンプの消費電力を約半分にすることができ、通話時間を約５０％のばすとともに、機器の小型軽量化や信頼性の向上につながります。さらに、線形化回路の働きにより、今まで困難だった上り伝送における６４ＱＡＭ（注７）方式が可能になり、伝送速度が従来の１６ＱＡＭによる毎秒９メガビット（Ｍｂｐｓ）から１３．５Ｍｂｐｓへ１．５倍にできるという効果が得られました。
【 今後 】
今後、２．５ＧＨｚ動作するアナログ部分を１チップ化し、デジタル信号処理部は歪み補償方式 のシステムＬＳＩの開発を行い、２００８年度の実用化を目指します。
以上
■注釈
注１ 株式会社富士通研究所：
代表取締役社長：村野和雄、本社：神奈川県川崎市。
注２ ＷｉＭＡＸ：
Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓの略。ノートパソコンや小型端末に搭載される無線データ通信装置で、無線インターフェースが ＩＥＥＥ８０２．１６およびＩＥＥＥ８０２．１６ｅ規格に準拠したものの総称。ＷｉＭＡＸフォーラムが装置やネットワーク等を認証する。
注３ ＯＦＤＭ：
Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘの略。高効率な無線高速データ通信変調方式。
注４ ドハーティ型：
１９３６年から１９５０ 年にウィリアム・ドハーティらが開発した高効率アンプ。
注５ ディービーエム（ｄＢｍ）：
電力の値を表す単位。１９ｄＢｍはおよそ８０ミリワットに相当する。
注６ 電力付加効率（ＰＡＥ）：
アンプの電力効率を表す評価指数で、最も標準的な計算方法である。
注７ ６４ＱＡＭ：
ＩＥＥＥ８０２．１６ｅにて規定されている最大の伝送効率を持つ変調方式。１６ＱＡＭに比べて１．５倍の伝送効率になる。
■関連リンク
株式会社富士通研究所
http://jp.fujitsu.com/group/labs/