JP2000514963A - 無線送信器に関する装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、無線チャネルを介して遠方に送信するため、情報信号を変調しかつ増幅する無線送信器の送信器ステージにおける装置と方法に関する。本無線送信器の送信器ステージには、変換装置（５）ＰＣＨ、増幅器制御装置（８）ＰＡＣ、電力検出器（１３）および電力増幅器（２）が含まれる。本発明によって解決された課題の例は、電力消費量と、無線送信器に非線形増幅器を使用する場合の出力信号における非線形性とを低減し、さらに非線形電力増幅器の後段にフィルター装置を接続せずに出力信号で高信号対雑音比を得る場合の難しさである。この創造的な方法および装置による解決は、時間的に前のほうのステップで、位相基準成分信号（E_phr）および振幅成分信号（A_amp）の極性成分に分離されている情報信号を利用する。位相基準成分は、一定の振幅をもつ低雑音、大電力の信号を位相変調する。得られた信号の振幅は、振幅成分信号（A_amp）によって制御可能な増幅器の中で形成される。増幅器の電流消費量は登録されるとともに、電流の制御値と比較される。増幅器は、この制御値になるように制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 無線送信器に関する装置および方法 技術分野 本発明は、チャネル周波数にアップ・コンバージョンされて増幅される前に、 位相成分および振幅成分に分離されている情報信号を送信する無線送信器に関す る。また本発明は、無線チャネルを介して遠方に送信するため、情報信号を変調 して増幅する無線送信器の送信器ステージにおける方法に関する。 先行技術 例えば、移動体電気通信システムにおける情報チャネルには、２進化（binary encoded）情報プロトコルおよび／または２進化信号プロトコルが含まれている 。中間周波数またはチャネル周波数をもつ搬送波に変調される前は、この信号を ベースバンド信号と呼称する。ディジタル情報信号を送信するためのいくつかの 既知の無線送信器においては、ベースバンド信号はＩ信号およびＱ信号に分離さ れる。これらの２つの信号が一緒になって、情報ベクトルを定義する。直角座標 系における情報ベクトルの位置または動きが情報信号を表している。一例は、い わゆるπ／４・ＱＰＳＫ変調である。Ｉ信号およびＱ信号はＩＱ変調器を使用し て搬送波に変調される。後続の周波数混合器を使用して、ＩＱ変調器からの出力 をさらにアップ・コンバージョンすることができる。これによって、変調信号の 振幅成分および位相成分が搬送波に含まれることになる。この変調器は、アンテ ナを介して送信されるレベルと比べると、比較的低レベルの電力で動作する。Ｉ Ｑ変調器とアンテナとの間に必要な増幅は線形でなければならない。非線形増幅 はアンテナ信号に歪みを発生する。この歪みは、情報信号を運ぶベクトルにベク トル誤差を発生し、最悪の場合、送信された信号の周波数スペクトルを広くする 。 一般に、ＩＱ変調器の出力信号の信号対雑音比は非常に小さいので、広帯域雑 音の送出を防止するためには、搬送波信号のフィルタリングが必要である。 上述の線形性に関する課題を解決するため、各種の方法が試行されている。線 形増幅器が使用されているが、非線形増幅器の代わりになるためには、線形増幅 器の効率は低すぎる。試行されている他の解決方法は、歪みのない信号がアンテ ナで受信されるように、あらかじめＩ成分およびＱ成分をそれぞれ歪ませること であるが、この方法は実現が難しい。使用された第３の方法は直角フィードバッ ク（Cartesian feedback）であって、これは、最終増幅器の出力のＩ信号および Ｑ信号がフィードバックされ、望ましいＩ信号およびＱ信号と比較されることを 意味する。 上述のどの解決方法も、広帯域雑音に関する課題と低すぎる能率に関する課題 との双方を解決しない。 情報信号を位相基準成分および振幅基準成分の極性成分（polar components） に分離する方法は、以前から知られている。この技術は、例えば、国際特許出願 WO,A1,95/23453の中で以前から知られている。この資料には、出力信号がフィー ドバックされる電力増幅器が開示されている。この増幅器は、位相変調された成 分と振幅変調された成分との両方をもっている信号を送信するための無線送信器 における最終ステージである。この増幅器には位相変調回路および振幅変調回路 の双方が必要である。 この以前から知られている無線送信器には、以下に説明する、ある種の重大な 欠点がある。 振幅変調の制御は、振幅成分信号と、増幅器の出力信号の一部の差から誤差信 号を発生することによって達成される。これらの２つの信号は非常に違っている 。フィードバック信号は、増幅されるとともに無線周波数（ＲＦ）が含まれてい る。したがって、これらの２つの信号に適合して誤差信号を発生する回路には厳 しい必要条件がつくられる。高周波数無線信号の処理を可能にするためには特殊 な回路が必要になる。この種の回路を使用することは、製造にかなり多額の費用 をかけることになる。 上述の無線送信器におけるＲＦ信号のフィードバックは、動特性が限定された 包絡線検波器を使用するので、無線送信器の動特性を劣化させるとともに、温度 安定性を劣化させる。移動体電話の場合でも、ある種の別の用途でも、動特性お よび温度安定性に対する必要条件は非常に高度である。また、包絡線検波器は非 線形要素であるから、フィードバック信号および振幅変調された信号がともに歪 むことを意味する。 電力増幅器の圧縮の程度（compression point）は、アンテナの負荷によって 決まるので、この種の制御システムは、いわゆる飽和の危険がかなり高くなる。 またフィードバックは出力信号の電力損失を意味するから、バッテリ駆動の無線 送信器では望ましくない。広帯域の雑音を除くためには、増幅器の後段にフィル ター装置を追加する必要がある。 同様に、資料「極性ループ送信器（Polar-Loop Transmitter）」（V.Petrovic ,W.Goslingによる、1979年5月10日発行のElectronic Letters、Vol.15、286頁〜 287頁）からも、位相ループ、振幅ループおよび振幅検波器を備えた送信機が以 前から知られている。 発明の要約 これまでに試行された課題のうち、本発明によって解決された課題は、電力消 費と、無線送信器に非線形増幅器を使用する場合の出力信号の非線形性とを低減 し、非線形増幅器の後段にフィルター装置を設置することなく出力信号の信号対 雑音比を大きくする場合の難しさである。 また本発明は、無線送信器、特に無線周波数信号（ＲＦ信号）をフィードバッ クする無線送信器の動特性と温度安定性とに関する前述の課題を解決しようとす るものである。 本発明の目的は、非線形であってもよい非常に電力効率の良い増幅器の使用を 可能にし、さらに、最終増幅器の後段に電力を消費するフィルター装置を使用せ ず、大きな信号対雑音比を得ることである。 また本発明の目的は、例えば、Petrovics他による特許出願WO,A1,9523452で説 明されており、以前から知られている無線送信器で判明している上述の欠点や技 術的に不十分な点を除くことである。 本発明の別の目的は、無線送信器における動特性および温度安定性に関する上 述の課題に対する解決方法を提案することにある。 この創造的な方法および装置による解決は、前のほうのステージで極性成分、 即ち位相基準成分および振幅成分に分離された情報信号を使用する。位相基準成 分は、一定振幅の信号源を位相変調する。得られた信号の振幅は、制御可能な増 幅器において形成される。この増幅器の電流消費量は登録され、電流の制御値と 比較される。増幅器は、この制御値になるように制御される。前に知られていな いことは、この種の送信器における電流消費量を登録することによって、出力電 力を制御するとともに監視することである。 以下、この創造的な方法および装置による解決をより詳細に説明する。この創 造的な無線送信器には、変換装置、増幅器制御装置、電力増幅器および電力検出 器を含む送信器ステージが含まれている。情報信号は、送信器ステージの前で２ つの成分、位相基準成分信号および振幅成分信号に分離される。位相基準成分信 号が変換装置に接続されると、変換装置は、増幅器に対し適切な搬送周波数を使 用して一定振幅の位相変調されたきれいな信号を発生し、増幅器はこの信号を増 幅し、関連回路を使用して、この信号をアンテナ信号としてアンテナに出力する 。この信号は、アンテナ信号を位相基準成分信号に位相ロックするため、変換装 置にフィードバックされる。増幅器の出力電力およびアンテナ信号の振幅は、振 幅成分信号および出力電力に対する制御値信号によって制御される。電力検出器 は、増幅器の電流消費量を感知して、増幅器の制御装置に真値信号（true value signal）を出力する。出力電力と電流消費量との間には特殊の相関関係が存在 するので、真値信号は出力電力の尺度になっている。 これらの信号が増幅器制御装置に接続されると、増幅器制御装置はこれらの信 号に依存して、増幅器に接続される増幅器制御信号を発生する。 無線周波数検波器のような要素、または包絡線検波器のような非線形要素が送 信器の設計に含まれていない場合、各種の利点が得られる。このために、温度変 動、飽和および動特性に関する課題が少なくなる。したがって、増幅器のステッ プアップおよびステップダウンを、より速く、より安定にすることができる。出 力信号の包絡線の過渡現象が小さくなるので、出力信号の帯域幅が限定される。 電流を登録することは、電力増幅器の飽和の危険を小さくする。 したがって、この創造的な送信器および増幅器に関するその他の利点は、信号 特性の改善と効率の改善である。また送信器の寸法は、以前から知られている送 信器よりも小型になる。とくに、急速なステップアップやステップダウンが行わ れたり、大電力を出力するときに、線形性の改善、必要な帯域幅の最小化、さら には隣接チャネル間の干渉の低減が達成されることである。 この創造的な送信器および方法に関する別の利点は、位相検波器より前にある 信号源からの広帯域雑音がうまく除かれることである。 またこの創造的な送信器および方法は、出力電力に急速な変化や大きな変化が 生じたときにも、また出力電力が高レベルのときにも、高速かつ高信頼度で位相 ロッキングが行われたり、位相歪みが小さいなどの利点を提供する。 添付の図面を参照するとともに、好適実施例によって本発明をさらに詳細に説 明する。 図面の簡単な説明 図１は、出力信号をフィードバックする電力増幅器を含む既知の無線送信器の ブロック図である。 図２は、この創造的な送信器ステージの原理をブロック図の形式で示している 。 図３は、この創造的な送信器ステージの詳細なブロック図である。 図４は、送信器ステージの増幅器制御装置に関する別の実施例のブロック図で ある。 図５は、この創造的な方法の流れ図である。 好適実施例 既知の送信器のブロック図が図１に示されている。この送信器は、位相変調制 御ループ１１７と振幅変調制御ループ１１５とに大きく分割されている。振幅変 調制御ループには、電力増幅器１０７、方向性結合器１０９、包絡線検波器１１ １および差動増幅器１１３が含まれている。方向性結合器１０９は、電力増幅器 の出力端子の出力電力の一部をフィードバックする。方向性結合器は包絡線検波 器１１１に接続されているので、包絡線検波器は、差動増幅器１１３の信号入力 端子の１つに接続される。信号入力端子の他の１つには振幅基準信号１２５が接 続される。差動増幅器１１３は、２つの信号入力端子の差の結果として電圧差信 号を発生する。この差動増幅器は、電力増幅器１０７の振幅変調入力端子に接続 されている。電力増幅器の出力信号の振幅変調は、振幅基準信号の電圧を変化さ せることによって行われる。 位相基準信号１２１の適切なチャネル周波数への周波数変換は、この先行技術 による装置の位相変調制御ループ１１７によって解決されている。このループに は、混合器１０１、位相検波器１０３および電圧制御発振器、ＶＣＯ、１０５と 、発振器の出力端子からスイッチング回路１３０に至るフィードバック接続１３ １とが含まれている。前述のように、非線形増幅器は、大電力のとき大きな位相 歪みを示す。電力増幅器の出力端子１０９に接続されているため、位相変調制御 ループに電力増幅器が含まれるようにするフィードバック接続１３２によって、 この歪みを打ち消すことができる。位相変調制御ループにスイッチング回路１３ ０を導入することにより、２つのフィードバックループ１３１および１３２の間 をスイッチングすることが可能になる。フィードバック信号のどちらか１つが混 合器１０１にフィードバックされる。混合器は中間周波数信号１２７を発生する が、信号１２７の周波数は、周波数基準信号１２３と、スイッチング回路１３０ からのフィードバック信号の差に等しい。位相検波器１０３は誤差信号を発生す るが、この誤差信号は、中間周波数信号１２７と位相基準信号１２１の差によっ て決まる。この誤差信号は、発振器の周波数制御入力端子に接続される。したが って、発振器の出力信号は、位相基準信号１２１の位相にほぼ等しい位相になる から、出力信号が位相基準信号１２１によって位相変調されていることを意味し ている。出力信号の周波数は、周波数基準信号の周波数と、位相基準信号の周波 数との和、または両周波数の差によって決定される。 しかし、既知の方法でスイッチングすることによって急速に正しい位相にロッ クすることは、実際には不可能である。出力電力のステップアップまたはステッ プダウンが非常に速く行われると、問題が発生する。このスイッチは、十分な速 さで消滅しない位相の乱れ（phase disturbance）を発生するであろう。最悪の 場合、ループは、そのロッキングを保つことができなくなるであろう。 図２は、創造的送信器ステージ１の構造の全体像を示している。送信器ステー ジ１は、この図の中でＰＨＣと表されている位相変調制御ループ５、信号処理と 出力電力の制御のためのＰＡＣと表されている増幅器制御装置８、電力増幅器２ および電力検出器１３に大きく分割されている。送信器ステージ１は、その入力 端子３，６，９および１０を介して、無線送信器の示されていない他の部分に接 続される。また、送信器ステージ１は、電力増幅器と送信器ステージとに共通の 出力端子４を介して、アンテナ５０に接続される。 供給電流入力端子を介して、（バッテリなど）電圧源のような（この図には示 されていない）電源装置から、電力増幅器２に電流I_supが給電される。電力増幅 器の役割は、入力端子I₁に着信する変調された信号U_pmを、電力増幅器の入力端 子SI₁の増幅器制御信号I_ctrlによって決定される電力に増幅することである。位 相変調制御ループ５、ＰＨＣは、位相ロッキングおよび周波数変換のための変換 装置として機能し、電力増幅器２への接続を介して、出力端子７の信号U_pmを送 出する。位相変調された情報と正しいチャネル周波数とを保持するとともに一定 の振幅をもつ信号U_pmは波形整形され（ある用途では、これが必要な場合は振幅 変調される）、増幅器２によってアンテナ信号Y_pmに増幅される。信号Y_pmは、一 部は入力端子I₁の位相変調された信号U_pmによって決定され、一部は増幅器の入 力端子SI₁の増幅器制御信号I_ctr1によって決定される。電力増幅器の出力端子４ は、直接、または（フィルター、適応型回路など）適切な回路を介してアンテナ ５０に接続される。 本発明によれば、電力検出器１３によって電流消費量I_supが検出されると、電 力検出器１３は、電流I_supに正比例する電気の値I_trueを出力する。電力検出器 には、増幅器制御装置８の入力端子の１つである入力端子１１に接続されている 出力端子がある。増幅器制御装置８は、振幅成分信号A_amp並びに出力電力の制御 値を表す信号である制御値I_cvsと信号I_trueを比較する。信号I_cvsは増幅器制御 装置入力１０に接続される。振幅成分信号A_ampは、入力端子９で制御装置８に接 続される。 制御装置８は、異なる入力信号の寄与（contributions）を１つに結合して、 出力端子１２から電力増幅器の制御入力端子SI₁に増幅器制御信号I_ctr1を送出す る。 この創造的無線送信器においては、位相変調制御ループ５の中で位相基準成分信 号E_phrから変調されたＲＦ信号U_pmが発生するが、位相変調制御ループ５は変換 装置であって、着信信号E_phrを周波数変換するとともに位相ロックする。 位相変調制御ループ５、ＰＨＣと、信号処理および出力電力の制御のための増 幅器制御装置８、ＰＡＣとは、いくつかの方法で実現することができる。以下に 説明する送信器ステージ１の好適実施例が図３に示されている。 この実施例においては、ディジタル・アナログ変換器２０、DAC、補償回路２ １、CMP、振幅制御装置２２、ＲＥＧおよびフィルター２３、Ｆが増幅器制御装 置８に含まれている。これらの要素が建設的に協調動作して、増幅器の出力電力 と振幅とを制御する方法を次に説明する。 それぞれ入力端子９および１０の振幅成分信号A_ampおよび制御値I_cvsは、それ ぞれ電力増幅器２の出力信号の振幅と出力電力とを決定する２進化信号である。 振幅成分信号A_ampおよび制御値I_cvsは、加算装置２４で加算され新しい２進化信 号a_dacを形成する。 電力増幅器２はアナログ技術を使用して作られているのであるから、ディジタ ル信号はアナログ信号に変換されなければならない。この変換は、信号a_dacを電 圧信号a_cmpに変換するディジタル・アナログ変換器２０、ＤＡＣを使用して実行 される。この電圧が次に続く振幅制御装置２２に対する基準電圧になる。変換器 の出力信号a_cmpは、dBで表された振幅に正比例する。 高能率電力増幅器の電流消費量と（dBで表された）出力電圧の非線形関係を補 償するため、ディジタル・アナログ変換器２０、ＤＡＣと振幅制御装置２２との 間の補償回路２１、ＣＭＰに信号a_cmpが接続される。この回路の伝達関数は、前 記関係が線形になるように電力増幅器に適応している。 この場合は、指数関数が適切な適応になるであろう。 このように振幅制御装置２２に対する補償回路２１の出力信号a_cvsは適応され た基準電圧であるから、以下、振幅制御値信号と呼称する。制御装置２２には別 の信号も接続されるが、このれについては真値（true value）I_trueと呼称する 。この信号は、電力増幅器２の電力消費量を感知、即ち測定する電力検出器１３ の出力信号である。電力検出器１３は、電力増幅器の電力入力端子３に接続され ているので、電力増幅器２に対する電流入力の電流に正比例する電圧信号、真値 I_trueを送出する。振幅制御値信号a_cvsおよび真値I_trueは、振幅制御装置１３の 入力端子に接続される。振幅制御装置２２は例えば差動増幅器でよく、このこと は２つの入力信号の差が誤差信号a_errになることを意味している。この誤差信号 は、制御フィルター２３で雑音が除かれ、増幅器の制御入力端子SI₁に接続され る増幅器制御信号I_ctr1になる。 以下、位相基準成分信号E_phrを正しいチャネル周波数にする周波数変換につい て 説明する。 位相変調制御ループ５の好適実施例が図３に示されているが、位相変調制御ル ープ５は、その機能のために、位相ロッキングおよび周波数変換のための変換装 置だと理解してもよい。またこの実施例は、位相歪みの非常に効率的な補償を提 供している。 この装置に対する入力信号として位相基準成分信号E_phrが使用されているが、 位相基準成分信号E_phrは、情報が位相で保持されている信号である。位相基準成 分信号には、適切な搬送周波数で変調されて送信される位相情報が含まれている 。 位相基準成分信号E_phrを正しいチャネル周波数にする周波数変換は、位相ロッ キングおよび周波数変換のための位相変調制御ループで実行される。このループ には、混合器３０、位相検波器３１、電圧制御発振器３２（ＶＣＯ）、積分フィ ルター回路３４、結合回路３５と、第１の分岐装置３７を介して発振器３２の出 力端子から結合回路３５の第１の入力端子に至るフィードバック接続３３とが含 まれている。発振器３２は、電力増幅器２の入力端子I₁に接続されており、増幅 器２の出力端子４はアンテナ５０に接続されている。また位相変調制御ループ５ には、第２の分岐装置３８を介して、電力増幅器２の出力端子４から結合回路３ ５の第２の入力端子に至る第２のフィードバック接続３６がある。 結合回路３５は、受動部品だけがある回路でも、能動部品（トランジスタ）が ある回路でもよい。構成部品として抵抗器だけが使用されている分圧器は、受動 部品だけがある回路の一例である。ある状況では能動部品を使用するほうが有利 であろう。結合回路は、増幅器で実現することができる。結合回路の設計方法に は、上述の解決とは別の解決があることを指摘しなければならない。 混合器３０は中間周波数信号e_ifsを発生するが、その周波数は、周波数合成器 ３９からの周波数基準信号e_frsと、結合回路３５からのフィードバック信号e_fdb の差に等しい。 位相検波器３１は誤差信号e_phfを発生するが、この信号は中間周波数信号e_ifs と位相基準成分信号E_phrとの位相差によって決定される。位相歪み、雑音の送信 の危険と、広帯域雑音の結果としての帯域幅の拡大の危険とを低減するために、 位相検波器３１と電圧制御発振器３２との間に積分フィルター回路３４が接続さ れて いる。 このフィルター回路は、広帯域雑音を効率的に除去する。雑音は、位相検波器 の前にある各種信号源から発生する。このような信号源は、ある形式の無線送信 器で使用されるＩＱ変調器であろう。 誤差信号e_phfがフィルター回路３４の入力に接続されると、この回路から電圧 制御発振器３２の周波数制御入力に信号e_vcoが接続される。このように、発振器 ３２の出力信号U_pmは、位相基準成分信号E_phrの位相にほぼ等しい位相になるか ら、出力信号U_pmが位基準成分信号E_phrによって位相変調されることを意味して いる。出力信号U_pmの周波数は、周波数基準信号e_frsの周波数と、位相基準成分 信号E_phrの周波数との和、または両周波数の差に等しい。 信号U_pmが電力増幅器２に接続されると、電力増幅器２は、増幅器制御信号I_{ct r1} に依存して信号U_pmを増幅する。増幅器２の出力４のアンテナ５０に対するア ンテナ信号Y_pmは、増幅器制御信号I_ctr1によって決定された波形になる。 結合する回路、即ち結合回路３５は、それぞれ信号を分岐する装置３７および 装置３８を介して、信号U_pmの一部であってe_pm1で表される大きさ（figure）の 信号と、信号Y_pmの一部であってe_pm2で表される大きさの信号との双方を受け取 る。これらの装置は、方向性結合器または（コンデンサまたは抵抗器ピンの）分 圧器として設計することができる。２つのループ３３および３６は、結合回路３ ５の入力端子のそれぞれに、装置３７および３８をそれぞれ接続する。この回路 は、該当するループからの２つの信号、e_pm1およびe_pm2を結合して、このループ の上述のフィードバック信号e_fdbにする。装置３７および３８は、信号U_pmおよ びY_pmの一定部分をそれぞれ分岐する。またこれらの装置は制御可能である。こ のように分岐され各信号の一部を個別に制御することができることは利点であろ う。上述の装置の一例は制御可能な方向性結合器である。 電力増幅器ＰＡ２のステップアップが開始する前に、このループは、第１のフ ィードバックループ３３によって電圧制御発振器３２の出力信号にロックされる 。制御信号I_ctr1に依存して出力電力が大きくなるのに伴い、第２のフィードバ ックループ３６を経由する電力増幅器の出力からのフィードバック信号e_pm2は、 第１のフィードバックループ３３を経由する発振器のフィードバック信号e_pm1よ りも、 フィードバック信号e_fdbにおける貢献度が徐々に大きくなるであろう。 ループ３３がなければ、電力増幅器が十分な出力を出す前の適当な時間に送信 器を起動するときに、位相ロックは得られない。ループの帯域幅が十分に広いと 、このループには、出力電力のステップアップ中に電力増幅器２における移相を 補償する時間があるであろう。ループ３６を経由するフィードバック接続は確定 されているにちがいないので、全出力電力のとき、望ましくは約１０dBの位相歪 みの補償が達成されるように、上記ロッキングが得られる。 本実施例による位相歪みの補償方法は、各ループ３３および３６からのそれぞ れの信号e_pm1およびe_pm2を結合して、このループに新しいフィードバック信号e_{f db} を形成することを意味している。増幅器２の増幅が変わると、位相ロックおよ びアップ・コンバージョンのループに対するフィードバック信号において、分岐 されてフィードバックされる信号の分担（share）および貢献度（dominance）も 変わる。この方法は、全フィードバック信号における各フィードバック信号の分 担と、それによって決まる全フィードバック信号における貢献度との間を円滑か つ連続的に遷移できるようにするので、位相変調制御ループは、電力増幅器の出 力電力の急速な変化が始まる前にちょうど位相ロックすることができる。またこ の方法は、電力増幅器２の出力電力が大きくなるのに伴い、新しいフィードバッ ク信号において、電力増幅器２の出力端子から分岐されてフィードバックされる 信号の貢献度が大きくなることを意味している。電力増幅器が全出力電力で増幅 する場合は、新しいフィードバック信号において、電力増幅器の出力端子からの フィードバック信号の貢献度が大きくなるが、電力増幅器の出力電力が低い場合 は、新しいフィードバック信号において、電力増幅器の入力端子からのフィード バック信号が貢献度が大きくなる。 この説明された方法によれば、電力増幅器の出力電力が大きくなる前に、位相 変調制御ループ５は電力増幅器の入力端子の変調信号U_pmにロックされる。増幅 器のステップアップが始まってしまうと、位相ロッキングおよびアップ・コンバ ージョンのループは、電力増幅器の出力電力が全出力電力に到達してしまう前に 、電力増幅器の入力端子の増幅されかつ変調された信号にロックされる。 送信器ステージ１の別の実施例が図４に示されている。修正されている増幅器 制御装置８だけか示されている。送信器ステージの他の側面はすべて図３３に示 す送信器ステージと同様である。 比較すると、説明されているように、先行技術と本発明との間には明らかな相 違点がある。先行技術による装置では、出力信号の振幅が登録されると、この出 力信号のフィードバックに関連して増幅が制御される。また、このような方法や 設計に関する不利な点は前に説明されている。本発明においては、電力増幅器に 対する供給電流は登録されるとともに制御される。本発明は、出力電力と供給電 流との間の関係を利用して、振幅と出力電力とを制御することを可能にする。ま た本発明による方法と設計の利点も前に説明されている。比較すると、増幅器制 御装置８の設計と機能における相違点が明らかになる。先行技術による装置には 、２つのフィードバック信号を結合して新しいフィードバック信号e_fdbにするこ とを可能にする結合回路３５がない。この結合回路は、２つのフィードバック信 号が相互に貢献度が大きくなることを円滑に変更する。 増幅器制御装置８に関するこの実施例には、加算装置２４、ディジタル・アナ ログ変換器２０、ＤＡＣ、補償回路２１、ＣＭＰ、振幅制御装置２２、ＲＥＧお よび制御フィルター２３、Ｆが含まれている。また増幅器制御装置８には、振幅 成分信号A_ampのための入力端子９、制御値I_cvsのための入力端子１０、真値信号 I_trueのための入力端子１１および増幅器制御信号I_ctr1のための出力端子１２が 含まれている。この出力端子は、増幅器の制御入力端子SI₁に接続されている。 前に示された図３による実施例とこの実施例を区別することは、回路の解決方法 にルックアップテーブル２５、ＬＵＴが含まれていることである。テーブルユニ ット２５は、加算装置２４とディジタル・アナログ変換器２０との間に接続され ている。以下の記述において、この実施例におけるテーブルユニット２５の機能 を説明する。 ２つの２進化信号、入力９の振幅成分信号A_ampおよび入力１０の制御値I_cvsは 、加算装置２４で相互に加算されて新しい２進化信号a_dacになる。この新しい信 号には、振幅成分信号A_ampからの振幅情報と、電力増幅器の出力電力と動作点に 関する情報とが含まれている。高能率の電力増幅器の電力消費量と（dBで表され た）出力電圧との間には非線形の関係が存在する。この関係は知られているが、 電力増幅器の動作点の変動によって変化する。動作点に対する曲線として、電力 消費量と（dBで表された）出力電圧との間の関係をグラフに描くと、この変動を 図示することができる。しかし、テーブルユニット２５のメモリが、異なる動作 点ごとに格納された補償値を保持しているので、テーブルユニット２５によって この関係の変動を補償することができる。したがって、テーブルユニット２５に より、増幅器２の適切な動作領域に対して一定の関係を保持することができる。 テーブルユニット２５は、いわゆるルックアップテーブル、ＬＵＴでよい。これ らの装置は動作が速いので、特に便利である。テーブルユニットの出力はディジ タル・アナログ変換器２０に接続される。これを除けば、増幅器制御装置８に関 する本実施例は、前に図３に示した方法と同様に機能する。 図５は、この創造的方法を表す流れ図を１ステップづつ示している。 この方法は情報信号によって開始するが、この情報信号は、無線送信器の送信 器ステージ１に着信する位相基準成分信号E_phrと振幅成分信号A_ampとに分離され ている。最初のステップ２０２において、位相基準成分信号E_phrは、変換装置５ でアップ・コンバージョンされ、位相変調されたＲＦ信号U_pmになる。次にステ ップ２０４において、変換装置５に含まれている電圧制御発振器３２によって位 相ロッキングが実行され、位相変調されたＲＦ信号U_pmを発生する。 ２進化された振幅成分信号A_ampと２進化された制御値信号I_cvsとが加算され、 ステップ２０６で述べるように、新しい２進化信号a_dacを形成する。次にステッ プ２０８において、この２進化信号a_dacは、ディジタル・アナログ変換器２０で ２進化信号a_dacの変換が実行されアナログ信号a_cmpになる。次にステップ２１０ において、供給電流I_supと、アンテナ信号Y_pmの、単位「dBm」で測定された出力 電力P_outとの間の非線形関係に対する補償が実行されるが、前記補償は、補償回 路２１で実現される適切な補償機能を使用して実行される。補償回路２１は、ア ナログ信号a_cmpを訂正して、電力増幅器の（dBmで表された）出力電力に正比例 する振幅制御値信号a_cvsを発生する。 ステップ２１２で述べるように、電力検出器１３は増幅器２に対する供給電流 I_supを検出する。次にステップ２１４において、電力検出器１３は真値信号I_{tru e} を発生する。振幅制御値信号a_cvsおよび真値信号I_trueは、次ステップ２１６に おいて 振幅制御装置２２によって比較され、振幅制御装置２２で、この比較の結果とし て誤差信号a_err発生する。ステップ２１８において、制御フィルター２３は、こ の誤差信号a_errをフィルタリングして増幅器制御信号I_ctr1を発生する。ステッ プ２２０において、この増幅器制御信号I_ctr1は、電力増幅器がアンテナ信号Y_pm を発生するように、増幅器２と、位相変調されたＲＦ信号U_pmの電力増幅とを制 御する。最後にステップ２２２において、無線チャネルを介して遠方に送信する ため、アンテナ５０にアンテナ信号Y_pmが接続される。この方法はステップ２２ ４で終了し、このとき送信が終了する。移動体電話に応用する場合、これは時間 スロットの終了に対応するであろう。 最後に、無線送信器について上に掲げた課題を解決するためには、説明されて いる実施例および方法による位相変調制御ループ５および増幅器制御装置８の双 方が必要であることを指摘しなければならない。また、提案した解決方法は、各 種利点を提供するとともに、説明された目的と、先行技術から見て以前から可能 であったことに加え、望ましいとされている目的とを達成している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ， ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ， ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線チャネルを介して情報信号を送信するための無線送信器であって、前 記送信器に配列された送信器ステージ（１）は、 電流供給（３）と、位相変調された信号（U_pm）のための少なくとも１つの入 力（Ｉ₁）と、制御入力（SI₁）と、アンテナ（５０）にアンテナ信号（Y_pm）を 送出するためのアンテナ信号出力（４）とを備えた電力増幅器（２）と、 前記情報信号の成分信号である位相基準成分信号を受信するための位相信号入 力端子（６）と、一定の振幅と、望ましいチャネル周波数とをもつ位相変調され たＲＦ信号（U_pm）を前記電力増幅器（２）の前記入力端子（I₁）に送出するた めのＲＦ信号出力端子（７）とを備えた、位相ロッキングおよび周波数変換のた めの変換装置（５）と、 前記情報信号の成分信号である振幅成分信号（A_amp）を受信するための振幅入 力端子（９）と、前記電力増幅器（２）の望ましい出力電力を指定する制御値信 号（I_cvs）を受信するための制御値入力端子（１０）と、前記電力増幅器（２） の前記出力電力の尺度である真値（I_true）を受信するための真値入力端子（１ １）と、前記電力増幅器の前記制御入力（SI₁）に接続された出力端子（１２） とを備えた、信号処理および出力電力制御のための増幅器制御装置（８）と、 を備え、 電力検出器（１３）は、前記電力増幅器の電流供給（３）に接続され、前記電 流消費量を登録するとともに前記真値信号（I_true）を形成して、この信号を前 記増幅器制御装置（８）に送出し、前記増幅器制御装置（８）において前記振幅 成分信号A_apm、前記真値信号（I_true）および前記制御値信号（I_cvs）の関数と して増幅器制御信号（I_ctrl）が発生し、前記電力増幅器の前記制御入力（SI₁） に送出されることを特徴とする無線送信器。 ２．請求項１記載の、チャネルを介して情報信号を送信する無線送信器であっ て、前記電力増幅器（２）、前記電力検出器（１３）、および信号処理および出 力電力制御のための前記増幅器制御装置（８）は、閉ループを形成することを特 徴とする無線送信器。 ３．請求項１記載の無線送信器であって、低雑音、大電力発振器である電圧制 御発振器（３２）は、位相ロッキングおよび周波数変換のための前記変換装置（ ５）に含まれていることを特徴とする無線送信器。 ４．請求項１記載の無線送信器であって、信号処理および出力電力制御のため の前記増幅器制御装置（８）は、ディジタル・アナログ変換器（２０）を備えて いることを特徴とする無線送信器。 ５．請求項１〜請求項４記載の無線送信器であって、周波数基準信号（e_frs） は、周波数合成器（３９）によって発生することを特徴とする無線送信器。 ６．請求項１〜請求項５記載の無線送信器であって、前記無線送信器（１）は 、移動体電話用無線チャネルで送信することを特徴とする無線送信器。 ７．請求項１〜請求項６記載の無線送信器であって、位相ロッキングおよび周 波数変換のための前記変換装置（５）は、前記電力増幅器（２）の前記入力から 分岐された信号（e_pm1）と、前記電力増幅器（２）の前記出力から分岐された信 号（e_pm2）とを結合してフィードバック信号（e_fdb）にするための結合回路（３ ５）を備えていることを特徴とする無線送信器。 ８．請求項１〜請求項７記載の無線送信器であって、前記増幅器制御装置（８ ）は、テーブルユニット（２５）を備えていることを特徴とする無線送信器。 ９．請求項１〜請求項８記載の無線送信器であって、前記増幅器制御装置（８ ）は、補償回路（２１）を備えていることを特徴とする無線送信器。 １０．請求項１〜請求項９記載の無線送信器であって、位相ロッキングおよび 周波数変換のための前記変換装置（５）は、前記変換装置（５）の外部に配列さ れた信号源から周波数基準信号（e_frs）を取得することを特徴とする無線送信器 。 １１．無線送信器の送信器ステージ（１）において、無線チャネルを介して遠 方に送信するため、位相基準成分信号（E_phr）および振幅成分信号（A_amp）に分 離されている前記情報信号を変調するとともに増幅してアンテナ信号（Y_pm）に する方法であって、 変換装置（５）において、前記位相基準成分信号（E_phr）を位相変調されたＲ Ｆ信号（U_pm）にアップ・コンバージョンするステップと、 変換装置（５）に含まれている電圧制御発振器（３２）であって、前記位相変 調されたＲＦ信号（U_pm）を発生する前記発振器の位相をロックするステップと 、を含み、 前記振幅成分信号（A_amp）と、制御値信号（I_cvs）とを加算して１つの信号（ a_dac）を形成するステップと、 ディジタル・アナログ変換器（２０）において、前記信号（a_dac）をアナログ 信号（a_cmp）に変換するステップと、 供給電流（I_sup）と、前記アンテナ信号（Y_pm）の、望ましくは単位［dBm］で 測定された出力電力（P_out）との間に存在する前記非線形関係を、補償回路２１ で実現される適切な補償機能によって補償して、前記アナログ信号（a_dac）を前 記増幅器（２）の前記出力電力に正比例する振幅制御値信号（a_cvs）に訂正する ステップと、 前記電力増幅器（２）に対する供給電流（I_sup）を、電力検出器（１３）によ って検出するステップと、 前記電力検出器（１３）において、真値信号（I_true）を発生するステップと 、 前記振幅制御値信号（a_cvs）と前記真値信号（I_true）を振幅制御装置（２２ ）によって比較するステップにおいて、前記比較の結果として誤差信号（a_err） が発生するステップと、 制御フィルター（２３）を介して前記誤差信号（a_err）をフィルタリングし、 増幅器制御信号（I_ctr1）を発生するステップと、 前記アンテナ信号（Y_pm）が発生するように、前記増幅器制御信号（I_ctr1）に 従って、前記電力増幅器（２）と、前記位相変調されたＲＦ信号（U_pm）の電力 増幅とを制御するステップと、 無線チャネルを介して遠方に送信するため、アンテナ（５０）に前記アンテナ 信号（Y_pm）を接続するステップと、 を含むことを特徴とする方法。 １２．請求項１１記載の方法であって、 ルックアップテーブル（ＬＵＴ）形式のテーブル値ユニット（２４）を使用し て、前記新しい２進化信号（a_dac）を調整するステップ、 をさらに含むことを特徴とする方法。 １３．請求項１１または１２記載の方法であって、 前記アンテナ信号（Y_pm）の前記位相歪みを補償するステップ、 をさらに含むことを特徴とする方法。 １４．請求項１３記載の方法であって、 前記電力増幅器（２）の前記出力電力が変化する前に、前記変換装置（５）に おいて位相ロッキングを実行することにより、前記アンテナ信号（Y_pm）の前記 位相歪みを補償するステップ、 をさらに含むことを特徴とする方法。 １５．請求項１４記載の方法であって、 前記電力増幅器（２）の前記入力から分岐された信号（e_pm1）と、前記電力増 幅器（２）の前記出力から分岐された信号（e_pm2）を結合してフィードバック信 号（e_fdb）を形成するステップ、 をさらに含むことを特徴とする方法。 １６．請求項１５記載の方法であって、 前記フィードバック信号（e_fdb）における前記分岐された信号（e_pm1，e_pm2） の相互の分担と、前記フィードバック信号（e_fdb）における前記両信号の貢献度 との間を円滑に遷移させるステップ、 をさらに含むことを特徴とする方法。 １７．請求項１１乃至１６記載の方法であって、 前記供給電流（I_pm）と、前記出力電力（P_out）との間の非線形関係を、前記 アナログ信号（a_dac）を振幅制御値信号（a_cvs）に訂正する補償回路（２１）で 実現される指数関数による補償によって補償するステップ、 をさらに含むことを特徴とする方法。