JP2000513544A - 無線通信端末機の節電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電力増幅器の段数を調節することによって消費電流を低減させられる無線通信端末機の節電装置を提供する。第１増幅器と第２増幅器とを並設した本発明の節電装置は、スイッチング制御信号に応じて、入力信号を第１又は第２増幅器の入力端にスイッチングする信号経路選択器と、スイッチング制御信号に応じて、第１又は第２増幅器から出力される信号を選択する出力経路選択器と、基地局から受信した信号の強さを検出する受信電界強度検出部と、検出された信号強さを分析し、第１状態のスイッチング制御信号を発生して信号経路選択器を第１増幅器にスイッチングさせるとともに出力経路選択器に第１増幅器の出力信号を選択させるか、又は、第２状態のスイッチング制御信号を発生して信号経路選択器を第２増幅器にスイッチングさせるとともに出力経路選択器に第２増幅器の出力信号を選択させる制御部と、第２状態のスイッチング制御信号に応じて第１電力増幅器への電源供給をとめ、第１状態のスイッチング制御信号に応じて第２電力増幅器への電源供給をとめる電源供給部と、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 無線通信端末機の節電装置 発明の背景１．発明の属する技術分野 本発明は、無線通信端末機に関し、特に、通話時の消費電流を低減させる節電 装置に関する。２．関連技術の説明 符号分割多元接続(Code Division Multiple Access：ＣＤＭＡ)方式や個人携 帯通信(Personal Communication System：ＰＣＳ)方式の端末機において、ＲＦ( Radio Frequency)電力増幅器は、ＩＳ−９８とＪ−ＳＴＤ−００８規格を満足さ せるために＋２８dBmの最大出力電源を有するよう設計されている。また、ＣＤ ＭＡやＰＣＳ方式の端末機の送信部には、電力レベルを制御する自動利得制御(A utomatic Gain Control：ＡＧＣ)増幅器が備えられており、基地局から送信され る信号の強さ或いは電力制御命令に応じて電力レベルを制御して送出する。従っ て、基地局から送信されてくる信号の強さが弱い地域では端末機の送信出力を増 加させ、強い地域では端末機の送信出力を減少させる制御が行われる。 ＣＤＭＡやＰＣＳ方式の端末機はＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying) 方式を使用するために線形増幅器(linear amplifier)が必要なので、ＡＧＣ増幅 器にはＡ級或いはＡＢ級バイアスを使用する。この場合、上記のような送信出力 制御が行われるにもかかわらず、送信出力に関係なく余分に電流が消費されると いう問題がある。 図１は従来の２段電力増幅器の要部ブロック図である。図１に示すように、駆 動増幅器(driver amplifier)１０１は入力されるＲＦ信号ＲＦ₁を第１次電力増 幅し、終段増幅器(final amplifier)１０３は駆動増幅器１０１で増幅されたＲ Ｆ信号を第２次電力増幅する。駆動増幅器１０１と終段増幅器１０３のいずれも 固定したレベル制御信号(Fixed Level Control Signal)(又は、固定した利得制 御信号)に基づいて電力レベルを制御するよう構成されており、従って、これら 増幅器 １０１，１０３は、信号強さにかかわらず一定したアイドル(idle)電流を消費す ることになる。 このような問題点を解決するために、電力増幅器に可変レベル制御信号を印加 して電力増幅器の線形動作範囲を制御することによって、消費電流を節減する方 案が提示された。このように改善された２段電力増幅器を図２に示す。 図２では、可変レベル制御信号(Variable Level Control Signal)が駆動増幅 器１０１と終段増幅器１０３に印加され、送信出力が低い場合は、可変レベル制 御信号を低くして最小限のアイドル電流が流れるようにしたため、ある程度の消 費電流の節減が達成されている。 しかし、電力増幅器を構成する素子によって線形動作範囲が異なるため、この 方案も相変わらず問題を抱えている。即ち、線形動作範囲が狭い場合は十分な節 電効果が得られない。また、たとえば最小限のアイドル電流であっても、各段で 同じ電流が流れるために相変わらず消費電流の節減には限界がある。即ち、要求 される送信出力が小さく、終段の増幅器にはアイドル電流を流さなくて済む場合 にも終段の増幅器にまで電流が流れ、その分の電流が浪費される。 発明の概要 本発明の目的は、無線通信端末機において、電力増幅の段数を調節して消費電 流を減らせるような装置を提供することにある。 このような目的を達成するために、本発明の一態様は、第１増幅器と第２増幅 器とを設けた節電装置であって、スイッチング制御信号に応じて、第１又は第２ 増幅器の入力端に入力信号をスイッチングする信号経路選択器と、前記スイッチ ング制御信号に応じて、前記第１又は第２増幅器から出力される信号を選択する 出力経路選択器と、基地局から受信した信号の強さを検出する受信電界強度検出 部と、検出された信号強さを分析し、これに応じて、第１状態のスイッチング制 御信号を発生して前記信号経路選択器を前記第１増幅器のほうへスイッチングさ せるとともに前記出力経路選択器に前記第１増幅器の出力信号を選択させるか、 又は、第２状態のスイッチング制御信号を発生して前記信号経路選択器を前記第 ２増幅器のほうへスイッチングさせるとともに前記出力経路選択器に前記第２増 幅器の出力信号を選択させる制御部と、前記第２状態のスイッチング制御信号に 応じて前記第１増幅器への電源供給をとめ、前記第１状態のスイッチング制御信 号に応じて前記第２増幅器への電源供給をとめる電源供給部と、から構成される ことを特徴とする。 図面の簡単な説明 図１は、従来の２段増幅器を備えた無線端末機の要部ブロック図。 図２は、従来の他の２段増幅器を備えた無線端末機の要部ブロック図。 図３は、本発明の無線通信端末機における節電装置の一例を示した要部ブロッ ク図。 図４は、本発明の無線通信端末機における節電装置の他の例を示した要部ブロ ック図。 図５は、電力増幅器の特性曲線。 発明の実施の形態 以下、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお 、図面中、同一な構成要素及び部分には、可能な限り同一な符号及び番号を共通 使用するものとする。 以下の説明では具体的な特定事項を示しているが、これに限られることなく本 発明を実施できることは、当技術分野の通常の知識を有する者には自明である。 また、関連する周知技術については適宜説明を省略するものとする。 図３は本発明の一実施例による無線通信端末機の電源節約装置の構成図である 。図３に示すように、駆動増幅器１０１は入力されるＲＦ信号ＲＦ₁を第１次電 力増幅し、終段増幅器１０３は前記駆動増幅器１０１で所定増幅されたＲＦ信号 を第２次電力増幅する。信号経路選択器である第１スイッチ１０２は、駆動増幅 器１０１の出力端に連結される共通端子(common node)１１と、終段増幅器１０ ３の入力端に連結される第１端子１２と、後述する第２スイッチ１０４の第２端 子２７に連結される第２端子１３と、を有する。共通端子１１は、制御部１０６ から出力されるスイッチング制御信号に応じて、第１端子１２又は第２端子１３ に切り 換え接続される。出力経路選択器である第２スイッチ１０４は、増幅されたＲＦ 信号ＲＦ₀を出力するための共通端子２６と、終段増幅器１０３の出力端に連結 される第１端子２５と、第１スイッチ１０２の第２端子１３に連結される第２端 子２７と、を有する。共通端子２６は、制御部１０６から出力されるスイッチン グ制御信号に応じて、第１端子２５又は第２端子２７に接続される。 受信電界強度(Received Signal Strength Indicator：ＲＳＳＩ)検出部１０５ は、基地局(図示せず)から受信される信号の強さ(即ち、ＲＳＳＩ)を検出する。 制御部１０６は、その検出されたＲＳＳＩを分析し、第１及び第２スイッチ１０ ２，１０４に、分析結果に基づいた第１状態又は第２状態のスイッチング制御信 号を発生する。電源供給部１０７は、制御部１０６から出力されるスイッチング 制御信号に応じて、駆動増幅器１０１に電源電圧Ｖ１を、終段増幅器１０３に電 源電圧Ｖ２を各々供給する。例えば、制御部１０６から第１状態のスイッチング 制御信号が発生された場合、電源供給部１０７は、電源電圧Ｖ１を駆動増幅器１ ０１に供給するとともに電源電圧Ｖ２を終段増幅器１０３に供給する。しかし、 スイッチング制御信号が第２状態の場合は、電源電圧Ｖ１を駆動増幅器１０１に 供給する一方、電源電圧Ｖ２の終段増幅器１０３への供給はストップする。これ に加えて本例の場合、駆動増幅器１０１と終段増幅器１０３に可変レベル制御信 号が供給されており、この可変レベル制御信号によって増幅器１０１，１０３の 出力レベルが変化するようにもなっている。 制御部１０６による詳細なスイッチング制御動作は次の通りである。まず、検 出されたＲＳＳＩが弱電界と判断されると、制御部１０６は第１状態のスイッチ ング制御信号を発生し、この第１状態のスイッチング制御信号に応じて第１スイ ッチ１０２の共通端子１１が第１端子１２に連結され、第２スイッチ１０４の共 通端子２６が第１端子２５に連結される。この場合、駆動増幅器１０１で増幅さ れたＲＦ信号ＲＦ₁が第１スイッチ１０２を経て終段増幅器１０３に伝達され、 そして第２スイッチ１０４を経て出力される。一方、検出されたＲＳＳＩが強電 界であれば、第２状態のスイッチング制御信号が発生され、この第２状態のスイ ッチング制御信号に応じて第１スイッチ１０２の共通端子１１が第２端子１３に 連結され、第２スイッチ１０４の共通端子２６が第２端子２７に連結される。こ の 場合、駆動増幅器１０１で増幅されたＲＦ信号ＲＦ₁は終段増幅器１０３を通過 せずに第２スイッチ１０４を経て直接出力される。 上記の第１例は、２段増幅器の例を示しているが、本発明は３段以上の多段増 幅器にも信号経路選択器を増やすだけで対応可能である。 図４は、節電装置の他の例を示した要部ブロック図である。図４に示すように 、第１駆動増幅器２０１が入力されるＲＦ信号ＲＦ₁を第１次電力増幅し、終段 増幅器２０３が第１駆動増幅器２０１で所定増幅されたＲＦ信号を第２次電力増 幅する。これら電力増幅器２０１，２０３により第１電力増幅部３００が構成さ れている。これに並設して第２電力増幅部である第２駆動増幅器２０８が設けら れており、入力されるＲＦ信号ＲＦ₁を電力増幅する。これら、高い送信出力の ための第１電力増幅部３００と低い送信出力のための第２電力増幅部２０８とも に、可変レベル制御信号が供給される。 信号経路選択器である第１スイッチ２０９は、制御部１０６のスイッチング制 御信号に応じて、第１駆動増幅器２０１又は第２駆動増幅器２０８に入力ＲＦ信 号ＲＦ₁を伝達する。この第１スイッチ２０９は、抵抗パッド(pad)或いはトラン スフォーマより構成された電力分配器で実施できる。第１スイッチ２０９は、入 力ＲＦ信号ＲＦ₁を受信する共通端子３１と、第１駆動増幅器２０１の入力端に 連結された第１端子３２と、第２駆動増幅器２０８の入力端に連結された第２端 子３３と、より構成される。 出力経路選択器である第２スイッチ２１０は、制御部１０６のスイッチング制 御信号に応じて、終段増幅器２０３又は第２駆動増幅器２０８で増幅されたＲＦ 信号ＲＦ₀を共通端子４６を通じて出力する。第２スイッチ２１０の第１端子４ ５は終段増幅器２０３の出力端に連結され、第２端子４７は第２駆動増幅器２０ ８の出力端に連結される。 ＲＳＳＩ検出部１０５は基地局(図示せず)から受信される信号の強さ(即ち、 ＲＳＳＩ)を検出する。制御部１０６は検出されたＲＳＳＩを分析し、この分析 結果に基づいて第１及び第２スイッチ２０９，２１０に第１状態又は第２状態の スイッチング制御信号を発生する。電源供給部１０７は、制御部１０６のスイッ チング制御信号に応じて、第１電力増幅部３００に電源電圧Ｖ１を、第２電力増 幅部 ２０８に電源電圧Ｖ２を供給する。例えば、スイッチング制御信号が第１状態の 場合、電源供給部１０７は、第２電力増幅部２０８への電源電圧Ｖ２供給をスト ップする一方、第１電力増幅部３００に供給電圧Ｖ１を供給する。また、スイッ チング制御信号が第２状態の場合は、第１電力増幅部３００への電源電圧Ｖ１供 給をストップする一方、第２電力増幅部２０８に電源電圧Ｖ２を供給する。これ ら増幅器２０１，２０３，２０８は可変レベル制御信号によって出力レベルが変 化するようになっている。 制御部１０６による詳細なスイッチ制御動作は次の通りである。まず、検出さ れたＲＳＳＩが弱電界と判断されると、制御部１０６は第１状態のスイッチング 制御信号を発生し、この第１状態のスイッチング制御信号に応じて、第１スイッ チ２０９の共通端子３１が第１端子３２に連結されるとともに第２スイッチ２１ ０の共通端子４６が第１端子４５に連結される。この場合、入力されるＲＦ信号 ＲＦ₁は、第１駆動増幅器２０１及び終段増幅器２０３で順次に増幅された後、 第２スイッチ２１０を経て出力される。一方、検出されたＲＳＳＩが強電界であ れば、第２状態のスイッチング制御信号が発生され、この第２状態のスイッチン グ制御信号に応じて、第１スイッチ２０９の共通端子３１が第２端子３３に連結 され、第２スイッチ２１０の共通端子４６が第２端子４７に連結される。この場 合、入力されるＲＦ信号ＲＦ₁は、第２駆動増幅器２０８で増幅された後、第２ スイッチ２１０を経て出力される。 図５は無線通信端末機の出力波形を示すものである。この出力波形は、送信出 力と確率密度(probability density)による送信信号の強さをフィールドテスト より測定した結果である。 図３及び図５を参照すれば、図３の駆動増幅器１０１の利得が２０dBであり、 最大出力は２０dBmと仮定し、終段増幅器１０３の利得が８dB以上であり、最大 出力は２８dBmと仮定すれと、少なくとも送信出力１７dBmまでは終段増幅器１０ ３の電源をオフさせても良い。即ち、制御部１０６は図５の送信出力１７dBmま では前記第１及び第２スイッチ１０２，１０４をバイパスモードで動作させるた めの第２状態のスイッチング制御信号を発生する。こうなると、第２状態のスイ ッチング制御信号に応じて、電源供給部１０７は終段増幅器１０３に電源電圧Ｖ ２を 供給しなくなる。従って、終段増幅器１０３に電流が流れなくなり、その分だけ 節電することができる。一方、送信出力が１７dBm以上の場台、制御部１０６は 第１及び第２スイッチ１０２，１０４を電源供給モード(power up mode)で動作 させるための第１状態のスイッチング制御信号を発生する。この場合、終段増幅 器１０３は電源が供給されて正常動作が可能になる。 また、図４及び図５を参照すれば、図４の第１駆動増幅器２０１と終段増幅器 ２０３の利得が２８dBで、最大出力は＋２８dBmと仮定し、第２駆動増幅器２０ ８の利得が１３dBmで、最大出力は＋１３dBmと仮定すれと、少なくとも送信出力 １３dBmまでは第１駆動増幅器２０１と終段増幅器２０３の電源をオフさせても 良い。即ち、制御部１０６は、送信出力１３dBmまでは第２駆動増幅器２０８を オンさせ、第１及び第２スイッチ２０９，２１０を第２駆動増幅器２０８に連結 する。こうなると、入力ＲＦ信号ＲＦ₁が第２駆動増幅器２０８で１次増幅され た後、スイッチ２１０を通じてＲＦ信号ＲＦ₀として出力される。このため、制 御部１０６は、図５の送信出力１３dBmまでは第１及び第２スイッチ２０９，２ １０を第２状態で動作させるためのスイッチング制御信号を発生する。この第２ 状態のスイッチング制御信号に応じて、電源供給部１０７は、第２電力増幅部２ ０８に電源電圧Ｖ２を供給し、第１電力増幅部３００には電源電圧Ｖ１を供給し ない。従って、終段増幅器２０３に電流が流れなくなり、その分だけ節電するこ とができる。一方、送信出力が１３dBm以上の場合、制御部１０６は、第１及び 第２スイッチ２０９，２１０を第１状態で動作させるためのスイッチング制御信 号を発生する。この場合は、第１駆動増幅器２０１と終段増幅器２０３に電源が 供給されて正常動作が可能になる。 好ましくは、ＲＦ電力増幅器は、スイッチ制御モード決定時に誤動作を防止す るために適切なヒステリシスを有するよう設計されるべきである。即ち、受信信 号が強くて送信出力が低い時は第２電力増幅部２０８を使用し、送信出力を７dB m以上と高くする必要がある時には第２電力増幅部２０８をオフにし、第１電力 増幅部３００をオンにさせ送信出力を増加させる。また、＋１３dBm以上を送出 してから連続的に＋１０dBmより低い出力を送出すべき場合、第１電力増幅部３ ００をオフにさせ、第２電力増幅部２０８をオンにさせる。 通常、ダウンタウンなど基地局の近いところでは無線通信端末機が平均送信出 力を送出する。従って、ＲＦ電力増幅器はバイパスモードで動作し、終段増幅器 はオフされるため、そこに流れるアイドル電流が遮断され、その結果、全体消費 電流が低減され、バッテリ寿命が延びる。 前述の如く、本発明の節電装置は通話時の消費電流を低減できるために、バッ テリ寿命も長持ちする。 以上、具体的実施形態を述べたが、本発明の範囲内で様々な変形が可能である ということは勿論である。本発明の範囲は上記実施形態に限られることなく、特 許請求の範囲とそれに均等なものによって定められるべきである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多段の電力増幅器と受信電界強度検出部とを備えた無線通信端末機の節電 装置であって、 前記受信電界強度検出部で検出した、基地局からの受信信号の受信電界強度値 に応じてスイッチング制御信号を発生する制御部と、 前記スイッチング制御信号に応じて、第１又は第２増幅部から出力された信号 を選択する出力経路選択器と、 前記第１増幅器と第２増幅器との間に連結され、前記スイッチング制御信号に 応じて、前記第１増幅器の出力を前記第２増幅器又は前記出力経路選択器へ伝送 する信号経路選択器と、 前記第１増幅器の出力が前記出力経路選択器へ伝送される場合、前記スイッチ ング制御信号に応じて、前記第２増幅器への電源供給をとめる電源供給部と、か ら構成されることを特徴とする節電装置。 ２．第１及び第２増幅器に可変レベル制御信号が印加される請求項１記載の節 電装置。 ３．第１増幅器と第２増幅器とを並設した無線通信端末機の節電装置であって 、 スイッチング制御信号に応じて、入力信号を前記第１又は第２増幅器の入力端 にスイッチングする信号経路選択器と、 前記スイッチング制御信号に応じて、前記第１又は第２増幅器から出力される 信号を選択する出力経路選択器と、 基地局から受信した信号の強さを検出する受信電界強度検出部と、 前記検出された信号強さを分析し、第１状態のスイッチング制御信号を発生し て前記信号経路選択器を前記第１増幅器にスイッチングさせるとともに前記出力 経路選択器に前記第１増幅器の出力信号を選択させるか、又は、第２状態のスイ ッチング制御信号を発生して前記信号経路選択器を前記第２増幅器にスイッチン グさせるとともに前記出力経路選択器に前記第２増幅器の出力信号を選択させる 制御部と、 前記第２状態のスイッチング制御信号に応じて前記第１電力増幅器への電源供 給をとめ、前記第１状態のスイッチング制御信号に応じて前記第２電力増幅器へ の電源供給をとめる電源供給部と、から構成されることを特徴とする節電装置。 ４．第１増幅器は、第２増幅器に比べて高い利得を有する請求項３記載の節電 装置。 ５．信号経路選択器は電力分配器である請求項３記載の節電装置。 ６．信号経路選択器が、入力信号を受ける共通端子と、第１増幅器の入力端に 連結される第１端子と、第２増幅器の入力端に連結される第２端子と、から構成 される請求項３記載の節電装置。 ７．第１及び第２増幅器に可変レベル制御信号が印加される請求項３記載の節 電装置。 ８．第１状態のスイッチング制御信号は、受信信号の強さが所定レベル以下の 場合に発生される請求項３記載の節電装置。 ９．第２状態のスイッチング制御信号は、受信信号の強さが所定レベルより高 い場合に発生される請求項３記載の節電装置。 １０．所定レベルは１７dBmである請求項８記載の節電装置。 １１．所定レベルは１３dBmである請求項８記載の節電装置。 １２．所定レベルは１７dBmである請求項９記載の節電装置。 １３．所定レベルは１３dBmである請求項９記載の節電装置。 １４．多段の電力増幅器と、受信電界強度検出部とを備えた無線通信端末機の 節電方法であって、 基地局から受信された信号の強さを検出する段階と、 前記検出された信号強さに従ってスイッチング制御信号を発生する段階と、 前記発生されたスイッチング制御信号に応じて受信信号に対する入力経路と出 力経路を選択する段階と、 前記スイッチング制御信号に応じて多段増幅器のうちの動作不要な増幅器への 電源供給をとめる段階と、からなることを特徴とする節電方法。 １５．スイッチング制御信号発生段階が、受信された信号の強さが所定値以下 の場合に第１状態のスイッチング制御信号を発生する段階と、受信された信号の 強さが所定値より大きい場合に第２状態のスイッチング制御信号を発生する段階 と、を含む請求項１４記載の節電方法。 １６．所定値は１３dBmである請求項１５記載の節電方法。 １７．所定値は１７dBmである請求項１５記載の節電方法。