JP2000004173A - デジタル送信機の歪検出方法及び装置 - Google Patents

デジタル送信機の歪検出方法及び装置

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JP2000004173A
JP2000004173A JP16995498A JP16995498A JP2000004173A JP 2000004173 A JP2000004173 A JP 2000004173A JP 16995498 A JP16995498 A JP 16995498A JP 16995498 A JP16995498 A JP 16995498A JP 2000004173 A JP2000004173 A JP 2000004173A
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transmission signal
voltage
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power amplifier
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Shigenori Sonobe
鎮則 薗部
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    • H03F1/32Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
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    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/02Modifications of amplifiers to raise the efficiency, e.g. gliding Class A stages, use of an auxiliary oscillation
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  • Transmitters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタル送信機において生じる送信信号の歪
をスペクトラムアナライザ等を用いることなく簡単に検
出し得る歪検出方法及び装置を提供する。 【解決手段】 送信機のパワーアンプからアンテナ側に
出力される送信信号を検波回路32で包絡線検波し、そ
の検波電圧Vsを、バッファ34を介してCPUに出力
すると共に、ピークホールド回路36に入力する。ピー
クホールド回路36では、検波電圧Vsのピーク値(電
圧)Vpを検出し、CPUに出力する。そして、CPU
では、検波電圧Vsの平均値(電圧)Vaを検出し、こ
の平均電圧Vaとピーク電圧Vpとの比(Vp/Va)
を、送信信号の歪量として求め、この歪量が規定値を中
心とする所定範囲内になるよう、パワーアンプへの供給
電力(電流)を制御する。この結果、送信信号の歪を送
信機内で検出し、パワーアンプでの電力消費量を必要最
小限に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無線搬送波を狭帯
域デジタル変調した振幅成分をもつ送信信号を、パワー
アンプで増幅して送信するデジタル送信機において、パ
ワーアンプから出力される送信信号の歪を検出する歪検
出方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、携帯電話等のデジタル式の無線通信装置では、送信
信号の変調方式として、π/4シフトQPSK等の狭帯
域化された位相変調方式が採用されている。
【0003】ところが、この方式では、1チャンネル当
たりの送信信号を狭帯域にして、多チャンネル化(換言
すれば通信周波数の有効利用)を図ることができる反
面、送信信号をパワーアンプにて増幅する際に、送信信
号に歪(振幅歪)が発生し易いといった問題があった。
そして、送信信号の歪が大きくなると、送信信号に重畳
される高調波,混変調波が大きくなって、アンテナから
の送信電波が、他のチャンネルで無線通信を行っている
無線通信装置に影響を与えてしまう。
【0004】このため、携帯電話等では、送信信号の歪
量が法的に規制されており、従来では、送信信号の歪を
規定値以下に抑えるために、パワーアンプへの供給電力
を大きくして、その飽和出力を上げたり、パワーアンプ
の線形性を改善することが行われていた(特開平8−1
02768号公報;従来技術参照)。
【0005】ところで、このようにパワーアンプの動作
特性を調整するには、パワーアンプから出力される送信
信号の歪を測定する必要があるが、従来、歪の測定に
は、スペクトラムアナライザが用いられており、送信機
に内蔵し得る程度の簡単な装置で歪を測定することはで
きなかった。このため、従来、パワーアンプの動作特性
の調整によって送信信号の歪を抑制する場合には、送信
機の設計段階で、パワーアンプへの供給電力を、ある程
度のマージンを見込んで大きめに設定するようにしてい
た。
【0006】つまり、従来では、送信信号の歪を簡単に
検出する装置がなく、例えば、歪検出装置を送信機に組
み込み、送信信号の歪を検出して、パワーアンプの動作
特性をフィードバック制御する、といったことができな
かったことから、パワーアンプの動作温度や電源電圧等
の周囲環境によって送信信号の歪量が変化しても、その
歪が規定値内に収まるように、パワーアンプに供給する
供給電力を、ある程度のマージンを見込んで大きく設定
していた。
【0007】このため、従来では、パワーアンプでの電
力消費量が必要以上に大きくなり、特に携帯電話等の携
帯型装置では、内蔵電池を必要以上に消耗させてしまう
といった問題があった。本発明は、こうした問題に鑑み
なされたものであり、携帯電話等に組み込まれるデジタ
ル送信機において生じる送信信号の歪を、スペクトラム
アナライザ等を用いることなく簡単に検出し得る歪検出
方法及び装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項1記載の歪検出方法では、まず、デ
ジタル送信機のパワーアンプから出力される送信信号を
包絡線検波し、その検波電圧のピーク値と平均値とを夫
々検出し、その検出したピーク値と平均値との比(ピー
ク値/平均値)を、送信信号の歪として検出する。
【0009】即ち、パワーアンプから出力される送信信
号(変調波)は、歪が大きくなるとピークファクタが小
さくなるという性質がある。そこで、本発明では、送信
信号を包絡線検波し、そのピーク値と平均値との比(ピ
ーク値/平均値)から、送信信号の歪を求めるようにし
ている。
【0010】このため、本発明方法によれば、従来のよ
うに、スペクトラムアナライザを使って、送信信号の周
波数軸上でのスペクトラムを測定し、基本波と、基本波
の左右に存在する混変調波とのレベル差から歪を測定す
る、といった方法を用いることなく、送信信号の歪を簡
単に検出できる。
【0011】次に、請求項2に記載の歪検出装置は、本
発明の歪検出方法を実現するための装置であり、デジタ
ル送信機のパワーアンプから出力される送信信号を包絡
線検波する検波手段と、この検波手段から出力される検
波電圧の平均値及びピーク値を夫々検出する平均値検出
手段及びピーク値検出手段と、これら各検出手段にて検
出されたピーク値と平均値との比(ピーク値/平均値)
を演算する演算手段とから構成される。
【0012】この歪検出装置は、装置構成が極めて簡単
であり、例えば、検波手段を検波用のダイオードにて構
成し、平均値検出手段を積分回路にて構成し、ピーク値
検出手段をピークホールド回路にて構成し、演算手段を
CPU等の演算回路にて構成することにより、デジタル
送信機にも簡単に組み込むことができる。
【0013】このため、本発明の歪検出装置によれば、
例えば、デジタル送信機に組み込み、送信機の動作中に
送信信号の歪を測定させ、その測定結果に応じて、パワ
ーアンプへの供給電力を制御することにより、パワーア
ンプの電力消費量を必要最小限に抑える、といったこと
が可能になる。
【0014】なお、上記のように、平均値検出手段とし
ては、積分回路を用いることにより簡単に構成すること
ができるが、例えば、携帯電話のように、送信機が時分
割で駆動されるような装置では、平均値検出手段に、検
波手段からの検波電圧が周期的に入力されることになる
ので、平均値検出手段に積分回路を用いると、検波電圧
の平均値を正確に検出できないことが考えられる。
【0015】そこで、平均値検出手段としては、請求項
3に記載のように、デジタル送信機が送信信号の送信を
開始してから一定時間経過後に、検波手段から出力され
る検波電圧を取り込み、この検波電圧を平均値として検
出するように構成してもよい。
【0016】つまり、携帯電話等では、予め設定した無
効データを数ビット分送信させてランプアップ,ランプ
ダウンさせ、その後、所望の通信用データを送信させる
ようにしている。このため、デジタル送信機の動作開始
直後には一定の無効データを送信させ、その無効データ
送信中の任意のタイミング(換言すれば送信信号の任意
の立上がりタイミング)で、検波電圧を検出するように
すれば、その検波電圧から、検波電圧の平均値を推定で
きる。従って、平均値検出手段を請求項3に記載のよう
に構成しても、デジタル送信機の送信動作中の検波電圧
の平均値を検出できることになる。
【0017】そして、このように検波電圧の平均値を検
出するようにすれば、デジタル送信機が周期的に動作す
る場合であっても、送信信号の歪を問題なく検出するこ
とができるようになり、携帯電話のように、送信機が時
分割で駆動される無線通信装置にも、本発明を容易に適
用できることになる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施例を図面と
共に説明する。図1は本発明が適用された実施例のデジ
タル送信機の構成を表すブロック図である。
【0019】本実施例のデジタル送信機は、図示しない
デジタル受信機と共に携帯電話に組み込まれ、図示しな
い通話制御部から入力される送信用のデジタルデータ
(発呼データ,音声データ等)を送信信号に変換して、
アンテナから送信させるためのものであり、直交変調器
12,AGCアンプ14,パワーアンプ16からなる送
信部10を備える。
【0020】なお、この送信部10には、データ送受信
を時分割で行うために、通信制御部から、例えば、20
msec.或いは40msec.といった単位時間当たりに一定
時間(例えば6.7msec.)の割で、送信用データが入
力され、送信部10は、このデータ入力に伴い送信信号
を生成してアンテナ側に出力する。
【0021】次に、送信部10では、まず直交変調器1
2が、図示しない発振器にて生成された無線搬送波にて
送信用データを位相変調(例えば、π/4シフトQPS
K)して、0.9GHz帯或いは1.5GHz帯といっ
た所定周波数帯の送信信号に周波数変換して、AGCア
ンプ14に出力する。
【0022】するとAGCアンプ14は、自己のゲイン
(利得)を自動調整しながら、入力された送信信号を予
め設定された信号レベルまで増幅する。そして、このA
GCアンプ14にて所定レベルまで増幅された送信信号
は、パワーアンプ16に入力され、パワーアンプ16
は、その入力された送信信号を電力増幅して、送受信用
のアンテナに出力する。
【0023】一方、送信部10(詳しくはパワーアンプ
16)から出力された送信信号をアンテナに伝送する伝
送経路Lには、送信信号の一部を歪検出回路30側に取
り込むための、方向結合器等からなる分岐回路20が設
けられている。そして、この分岐回路20を介して送信
信号の一部が入力される歪検出回路30では、その入力
された送信信号を包絡線検波すると共に、その検波電圧
のピークを検出し、検波電圧及びピーク電圧を、CP
U,ROM,RAM等からなるマイクロコンピュータ
(以下、単にCPUという)40に入力する。
【0024】CPU40は、歪検出回路30から入力さ
れる検波電圧及びピーク電圧をA/D変換して取り込
み、これらの電圧値に基づき、アンテナに出力される送
信信号の歪量を求め、その歪量が予め設定された所定範
囲内に収まるように、PA制御回路22を介して、パワ
ーアンプ16への供給電力を制御する。なお、PA制御
回路22は、パワーアンプ16が負電源(−Vg)で動
作点が決定するため、この負電源(−Vg)から電源供
給を受けて、CPU40からの制御信号に応じて、パワ
ーアンプ16に流す動作用のバイアス電流を制御する。
【0025】以下、歪検出回路30の構成及びCPU4
0において実行される制御処理について説明する。ま
ず、図2は、歪検出回路30の構成を表す電気回路図で
ある。図2に示すように、歪検出回路30は、分岐回路
20を介して取り込んだ送信信号を包絡線検波する、検
波手段としての検波回路32と、検波回路32からの検
波電圧VsをCPU40に出力するバッファ34と、バ
ッファ34を介して検波電圧Vsを取り込み、そのピー
ク電圧Vpを検出してCPU40に出力する、ピーク値
検出手段としてのピークホールド回路36とから構成さ
れている。
【0026】検波回路32は、分岐回路20の一端に接
続された終端抵抗R1を備え、分岐回路20の他端に接
続されたコンデンサC1を介して送信信号を取り込む。
そして、この送信信号を、検波用のダイオードD1を介
して検波し、バッファ34に出力する。
【0027】また、検波回路32には、ダイオードD1
を検波用として動作させるために、ダイオードD1にバ
イアス電流を流すバイアス回路も備えられている。この
バイアス回路は、正の電源電圧Vccを分圧する抵抗R2
及び抵抗R3、その分圧された電圧をダイオードD1の
アノード側に印加する抵抗R4、ダイオードD1のカソ
ードにアノードが接続されたダイオードD2、及び、こ
のダイオードD2のカソードを接地する抵抗R5、から
構成されており、ダイオードD1に順方向電流を流す。
この結果、ダイオードD1では、送信信号が検波され
て、その検波電圧Vsがバッファ34に入力されること
になる。
【0028】なお、検波電圧のバッファ34への入力ラ
イン、及び、抵抗R2,R3の接続点は、夫々、コンデ
ンサC2,C4を介して接地されており、これら各コン
デンサC2,C4により、不要な高周波信号成分が除去
される。また、電源電圧Vccを取り込む電源ラインは、
コンデンサC3を介して接地されており、このコンデン
サC3により電源電圧Vccの変動が抑制される。
【0029】次に、バッファ34は、オペアンプOP1
からなる周知のもので、その出力には、一端が接地され
た抵抗R6が接続されている。また、ピークホールド回
路36は、反転入力端子が、CPU40へのピーク電圧
Vpの出力ラインに接続され、バッファ34からの検波
電圧Vsを非反転入力端子に受けて、検波電圧Vsとピ
ーク電圧Vpとの差分(Vs−Vp)を出力するオペア
ンプOP2と、このオペアンプOP2からの出力電圧に
て、一端が接地されたコンデンサC5を充電する整流用
のダイオードD3と、ダイオードD3を介して充電され
たコンデンサC5の電圧を、検波電圧のピーク値として
CPU40側に出力する、オペアンプOP3からなるバ
ッファとから構成されている。
【0030】なお、コンデンサC5とオペアンプOP3
との接続点には、エミッタ接地されたNPNトランジス
タTR1のコレクタが接続されており、CPU40から
NPNトランジスタTR1のベース(このベースは抵抗
R8を介して接地されている)にHighレベルのリセット
信号を入力することにより、NPNトランジスタTR1
をオンして、コンデンサC5に充電された電荷を放電さ
せ、ピークホールド回路36をリセットできるようにさ
れている。また、コンデンサC5には、抵抗値の大きな
(例えば3.3MΩ)抵抗R7が並列に接続され、バッ
ファを構成するオペアンプOP3の出力には、一端が接
地された抵抗R9が接続されている。
【0031】このように構成されたピークホールド回路
36では、バッファ34を介して入力される検波電圧V
sが、CPU40に出力しているピーク電圧Vpを越え
る度に、その差分(Vs−Vp)に応じた電荷がコンデ
ンサC5に蓄積される。この結果、コンデンサC5の両
端電圧は、バッファ34から入力される検波電圧Vsの
最大値に保持され、この電圧(つまりピーク電圧Vp)
が、バッファであるオペアンプOP3を介して、CPU
40に出力されることになる。また、この状態で、High
レベルのリセット信号を入力して、トランジスタTR1
をオンさせれば、コンデンサC5に蓄積された電荷が放
電されて、ピーク電圧Vpは一旦グランド電位まで低下
し、ピークホールド回路36はリセット(初期化)され
る。
【0032】なお、バッファ34及びピークホールド回
路36を構成するオペアンプOP1〜OP3には、電源
電圧Vccが供給されるが、この電源供給用のラインに
も、一端が接地された電圧安定化用のコンデンサC6が
接続されている。次に、図3は、CPU40にて、送信
信号の歪検出、及びパワーアンプの電力制御のために実
行される、歪検出・PA制御処理を表すフローチャート
である。
【0033】図3に示す如く、この処理では、まずS1
10(Sはステップを表す)にて、ピークホールド回路
36にリセット信号(Highレベル)を所定時間出力する
ことにより、ピークホールド回路36をリセット(初期
化)する。なお、この処理により、ピークホールド回路
36は、その後入力される検波電圧Vsのピーク電圧V
pを検出するようになる。
【0034】次に、続くS120では、現在、送信部1
0が送信動作を開始してから一定時間が経過したタイミ
ング(Vaサンプルタイミング)であるか否かを判断す
ることにより、Vaサンプルタイミングになるのを待
ち、Vaサンプルタイミングになると、S130に移行
して、バッファ34から入力される検波電圧Vsを平均
電圧Vaとして読み込む、平均値検出手段としての処理
を実行する。
【0035】つまり、送信部10は、一定周期で送信動
作に入り、その送信動作開始直後には、通信制御部から
入力される無効データにより、常に一定の送信信号を生
成することから、この間の検波電圧Vsの立上がり特性
から、その後の検波電圧Vsの平均電圧Vaを推定する
ことができる。そこで、本実施例では、図4に例示する
ように、送信部10が送信動作を開始してから(時点t
o)、検波電圧Vsがその後の平均電圧Vaに対応した
電圧値に達するまでの時間△Tを予め実験的に設定して
おき、上記S120及びS130の処理により、その設
定した時間△TからVaサンプルタイミングtsを検出
して、検波電圧Vsを平均電圧Vaとして取り込むよう
にしているのである。尚、送信動作中に、図2の検波電
圧Vs出力をCPU40で相当回数サンプリングし、平
均値を求める構成としてもよい。
【0036】次に、続くS140では、現在、通信制御
部からの送信用データの入力停止に伴い送信部10が送
信動作を停止した送信終了タイミングであるか否かを判
断することにより、送信終了タイミングになるのを待
ち、送信終了タイミングになると、S150に移行し
て、ピークホールド回路36から、送信部10の送信動
作中に検出された検波電圧Vsのピーク電圧Vpを読み
込む。
【0037】そして、続くS160では、S150で読
み込んだピーク電圧Vpと、S130で読み込んだ平均
電圧Vaとから、送信信号の歪量を演算する、演算手段
としての処理を実行する。なお、この処理では、検波回
路32からバッファ34に入力される検波電圧には、ダ
イオードD1にバイアス電流を流すことによって生じる
オフセット電圧Voが含まれることから、まず、ピーク
電圧Vp及び平均電圧Vaから、夫々、このオフセット
電圧Voを減じることにより、送信信号の実際の信号レ
ベル(振幅)に対応した検波電圧のピーク電圧(Vp−
Vo)及び平均電圧(Va−Vo)を求め、次に、ピー
ク電圧(Vp−Vo)を平均電圧(Va−Vo)にて除
算する、といった手順で、送信信号の歪量{=(Vp−
Vo)/(Va−Vo)}を求める。
【0038】こうして送信信号の歪量が算出されると、
S170に移行して、歪量が予め設定された規定値を中
心とする所定範囲内にあるか否かを判断する。そして、
歪量が所定範囲内にあれば、S110に移行し、上記一
連の処理を再度実行する。一方、S170にて、歪量が
所定範囲内にないと判断されると、S180に移行し、
歪量が規定値よりも大きいか否かを判断する。そして、
歪量が規定値よりも大きい場合には、S190に移行し
て、PA制御回路22に対し、パワーアンプ16に流す
電流を所定量だけ増加させる電流増量指令を出力し、再
度S110に移行する。
【0039】また、逆に、歪量が規定値よりも小さい場
合には、S200に移行して、PA制御回路22に対
し、パワーアンプ16に流す電流を所定量だけ減少させ
る電流減量指令を出力し、再度S110に移行する。以
上説明したように、本実施例では、送信部10のパワー
アンプ16から出力される送信信号の歪量を、送信信号
を包絡線検波して得られる検波電圧のピーク値と平均値
の比(検波電圧比=ピーク値/平均値)から求めるよう
にされている。
【0040】このため、本実施例によれば、送信信号の
歪量を、従来のように、スペクトラムアナライザを使っ
て測定する必要はなく、極めて簡単に測定できる。例え
ば、図5は、送信信号の歪によって隣接チャンネルの周
波数領域に発生した歪波の電力(漏洩電力)をスペクト
ラムアナライザを測定した測定結果と、そのとき検波電
圧比から求めた歪量との関係を表すデータであるが、こ
の図から明らかなように、検波電圧比が大きければ隣接
チャンネルへの漏洩電力が小さく、検波電圧比が小さけ
れば隣接チャンネルへの漏洩電力が大きくなっている。
従って、本実施例のように検波電圧比から求めた歪量
は、スペクトラムアナライザを使って得られる歪量と略
対応し、本実施例でも、送信信号の歪を正確に検出でき
ることがわかる。
【0041】また、本実施例では、このように検波電圧
比から歪量を検出する歪検出装置としての機能を携帯電
話に組み込み、検出した歪量が規定値となるように、パ
ワーアンプ16に流す電流量(換言すれば供給電力)を
制御している。このため、本実施例によれば、携帯電話
における送信用パワーアンプ16での消費電力を必要最
小限に抑えることができ、携帯電話に内蔵される電池の
消耗を抑制して、携帯電話の連続使用可能時間を長くす
ることができる。
【0042】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種
々の態様を採ることができる。例えば、上記実施例で
は、歪検出装置としての機能を携帯電話に組み込み、携
帯電話のパワーアンプの電力制御を自動で行うものとし
て説明したが、本発明の歪検出装置を単体で構成すれ
ば、スペクトラムアナライザに代わる歪量の簡易測定器
として使用することができる。また、本発明の歪検出装
置は、上記のような携帯電話以外にも、無線搬送波を、
振幅成分をもつ狭帯域の送信信号にデジタル変調(狭帯
域デジタル変調)することによりデータ送信を行う、デ
ジタル送信機を備えた装置であれば、上記実施例と同様
に、その装置内に組み込み、送信用のパワーアンプの動
作特性を自動制御することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例のデジタル送信機の構成を表すブロッ
ク図である。
【図2】 デジタル送信機に組み込まれた歪検出回路の
構成を表す電気回路図である。
【図3】 CPUにて実行される歪検出・PA制御処理
を表すフローチャートである。
【図4】 検波電圧の平均値(平均電圧)の検出方法を
説明する説明図である。
【図5】 歪量(検波電圧比)と隣接チャンネル漏洩電
力との関係を表す説明図である。
【符号の説明】
10…送信部、12…直交変調器、14…AGCアン
プ、16…パワーアンプ、20…分岐回路、22…PA
制御回路、30…歪検出回路、32…検波回路、34…
バッファ、36…ピークホールド回路、40…CPU
(マイクロコンピュータ)。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J040 AA14 BA01 BC05 CA01 CA03 CA05 CA07 CA12 CA22 CA32 DA06 EA02 FA01 5J090 AA01 AA41 CA21 FA17 GN05 GN06 HA02 HA19 HA25 HA29 HA39 HN01 HN07 HN08 HN10 HN12 KA01 KA12 KA17 KA19 KA31 MA11 MA20 SA14 TA01 TA02 5K004 AA05 FA05 FD05 FE00 5K060 BB05 CC04 DD04 FF06 HH06 HH32 JJ16 JJ17 KK02 KK06 LL01 LL24

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 無線搬送波を狭帯域デジタル変調した振
    幅成分をもつ送信信号を、パワーアンプにて増幅して出
    力するデジタル送信機において、前記パワーアンプから
    出力される送信信号の歪を検出する歪検出方法であっ
    て、 前記パワーアンプから出力される送信信号を包絡線検波
    し、該検波電圧のピーク値と平均値とを夫々検出し、該
    検出したピーク値と平均値との比(ピーク値/平均値)
    を、前記送信信号の歪として検出することを特徴とする
    デジタル送信機の歪検出方法。
  2. 【請求項2】 無線搬送波を狭帯域デジタル変調した振
    幅成分をもつ送信信号を、パワーアンプにて増幅して出
    力するデジタル送信機において、前記パワーアンプから
    出力される送信信号の歪を検出する歪検出装置であっ
    て、 前記パワーアンプから出力される送信信号を包絡線検波
    する検波手段と、 該検波手段から出力される検波電圧の平均値を検出する
    平均値検出手段と、 前記検波電圧のピーク値を検出するピーク値検出手段
    と、 前記各検出手段にて検出された前記検波電圧のピーク値
    と平均値との比(ピーク値/平均値)を演算する演算手
    段と、 を備え、該演算手段にて演算された前記各検波電圧の比
    を前記送信信号の歪として検出することを特徴とするデ
    ジタル送信機の歪検出装置。
  3. 【請求項3】 前記平均値検出手段は、前記デジタル送
    信機が前記送信信号の送信を開始してから一定時間経過
    後に前記検波手段から出力される検波電圧を前記平均値
    として検出することを特徴とする請求項2記載のデジタ
    ル送信機の歪検出装置。
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