JP2005117605A - 無線送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】指定された歪制限に準拠することを要求する通信システムで使用するための無線送信機を提供する。
【解決手段】本無線送信機は電力増幅器を含み、更に、出力信号中の相対歪レベルを決定するための、この相対歪レベルを基準歪レベルと比較するための、そしてその比較に基づいて電力増幅器のバイアス入力を制御するための回路を含む。バイアス入力は相対歪レベルを基準歪レベルに等しくするように制御でき、また基準歪レベルは、要求される隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）に基づいて、要求されるＡＣＬＲが満たされることを保障するように設定することができ、同時に装置の電力消費が不必要に増大しないことが保障される。
【選択図】図１

Description

本発明は無線送信機に関するものであって、更に詳細には、指定された歪制限に準拠することを要求する通信システムで使用するための無線送信機に関する。

ワイヤレス通信システム、例えば、ＧＳＭ、ＵＭＴＳ、およびその他に関する仕様は、ネットワーク・ユーザが使用するワイヤレス受話器は一定の規格に準拠することを要求する。例えば、受話器が指定されたチャネルで信号を送信するときに、その他のチャネルに何らかの歪が存在するであろうことは避けられない。しかし、規格では、その歪が厳密な限度以内に抑制されることが要求される。もしその条件に満たなければ、異なる受話器からの信号が互いに干渉する危険性が無視できなくなろう。

無線送信機の電力増幅器を線形化することによって歪レベルを下げる各種の技術が知られている。しかし、そのような技術は装置の電力消費増大を伴うのが普通であり、他方で、電力消費は可能な限り減らすことが、特に電池で電力を供給する受話器の場合は望ましい。

本発明の第１の態様に従えば、電力増幅器を含む無線送信機であって、出力信号中の相対歪レベルを決定するための手段、この相対歪レベルを基準歪レベルと比較するための手段、およびこの比較に基づいて電力増幅器のバイアス入力を制御するための手段を含む無線送信機が提供される。

これは、歪レベルに関する関連規格に準拠しながら、増幅器の電力消費を最小限に保つという特徴を有する。これは、入力信号レベルが規則的に変動し、必要とされる相対歪レベルが不変である場合に、閉ループの電力制御下、無線システム中で送信機が動作する場合に特に有益である。

図１は無線送信機１０の模式的ブロック図である。

送信機１０は送信機回路（ＴＸ）１２を含み、これは従来と同じように、入力データ信号を受信し、無線周波数でワイヤレス・インタフェースを介して受信機（図示されていない）に送信するために、それを搬送波信号上で変調する。任意の都合のよい変調形式を利用できるが、説明の便宜上、送信機１０はＵＭＴＳ無線通信システムで動作すると仮定できる。

送信機回路１２で生成された無線周波数信号はカプラ１４を通って共振器１６に送られる。共振器１６は同調回路の形を取り、それは制御機構（図示されていない）を用いて既知のやり方で無線周波数信号の周波数に同調させられる。共振器１６は帯域通過フィルタとして働き、従って、送信機出力中の不要な信号のレベルを下げるように働く。

共振器１６からの信号は電力増幅器１８に送られるが、この電力増幅器は任意の従来型のものでよい。従来一般的であるように、増幅器１８は、増幅器に供給されるバイアス信号の制御下で、送信された信号を増幅する。このバイアス信号は、以下でより詳細に説明するように、制御回路２０によって調節される。

増幅された信号は第２の方向性カプラ２２を通って出力２４に送られるが、この出力は、例えば、送信アンテナ（図示されていない）につなぐことができる。

送信機出力信号のサンプルがカプラ２２によって取り出され、制御回路２０に送られる。送信機出力信号のこのサンプルは減衰器２６にも送られ、更にフィードバック信号を生成する調節可能なループ位相コントローラ２８にも送られる。

更に注目すべきことは、本発明のその他の実施の形態では、送信機出力信号のサンプルの代わりに、ループ位相コントローラ２８の出力におけるフィードバック信号のサンプルが制御回路２０に送られるであろうということである。

従来と同じように、減衰器２６およびループ位相コントローラ２８は送信機１０のフィードバック・ループを安定化させるように働く。結果的にフィードバック信号はカプラ１４中で入力信号から差し引かれる。従って、フィードバック・ループは、出力２４における送信機出力信号が所望の出力電力を有することを保障するように働く。

以上述べたように、制御回路２０を除いて、送信機１０は従来の一般的なもの、例えば、ＷＯ０１／８９０８１によって知られるタイプのものである。しかし、注目すべきことは、本発明は任意の形の線形なあるいは線形化された送信機に適用可能であり、同時に、本発明はフィードバック線形化を利用する任意の送信機に特に適しているものの、それの応用はそのような送信機に限らないということである。この同じ技術が、代替的な利得制御技術を利用する送信機にも適用できる。

図２は制御回路２０の構成を示す模式的ブロック図である。

出力信号のサンプルが検出器４０に供給され、この検出器はその信号をベースバンドに変換し、その信号の包絡線を検出するように働く。検出器４０それ自身の形式は完全に従来型のものである。検出された包絡線は低域通過フィルタ４２に供給され、この低域通過フィルタは必要な信号成分のみを通過させる。フィルタを通った信号は第１の対数変換器４４に送られ、これはフィルタを通った信号の振幅の対数に比例する出力を生成する。

検出された包絡線は帯域通過フィルタ４６にも供給され、この帯域通過フィルタは必要な信号成分を取り除いて、出力信号の歪成分を含む信号を生成する。必要であれば、帯域通過フィルタ４６を高域通過フィルタで置き換えることもできる。

このフィルタを通った信号は第２の対数変換器４８に送られ、この変換器はフィルタを通った信号の振幅の対数に比例する出力を生成する。

前記第１および第２の対数変換器４４、４８からの出力は減算器５０に送られ、そこでは歪成分の対数に比例する信号が必要な成分の対数に比例する信号から差し引かれる。これによって、必要な成分と歪成分との対数間の差分に比例し、従って必要な成分の歪成分に対する比に比例する信号が生成される。

いくつかのワイヤレス通信システム、例えばＵＭＴＳ仕様では、最大許容歪は必要な信号送信電力の比として表現される。それに従って、ＵＭＴＳ仕様では、すべての出力電力レベルにおいて、隣接チャネル漏洩電力比（ＡＣＬＲ）が−３３ｄＢよりも優れていることが要求される。

減算器５０の出力信号は、その後、比較器５２の第１入力に送られ、他方、比較器５２の第２入力５４には基準レベルが送られる。この基準レベルは、適正仕様によって設定された比に対応し、適切な調節ができるようになっている。

この調節の必要性は、帯域通過フィルタ４６および第２対数変換器４８によって測定される歪成分が隣接チャネル漏洩電力比測定で使用される歪成分に正確に対応する必要がないことから生ずる。例えば、隣接チャネル漏洩電力比は、チャネルをＵＭＴＳで５ＭＨｚ幅として、隣接チャネル中の歪成分に基づいて計算されよう。隣接チャネルは典型的には必要な信号の３次混変調積に、ある程度の５次混変調積を加えたものを含む。しかし、本発明の好適な実施の形態では、帯域通過フィルタ４６の帯域幅は、測定される歪成分が必要な信号の３次混変調積のみを含むように設定される。このことは、それが必要な信号処理帯域幅を最小化するという特徴を有する。

その他の実施の形態では、測定される歪成分が必要な信号の３次混変調積のすべてよりも少ないものを含むように、あるいは必要な信号の３次混変調積のほかに必要な信号の５次混変調積の一部あるいはすべてを加えたものを含むように、帯域通過フィルタ４６の帯域幅を設定することが有利であることが分かるであろう。

これらの場合のいずれにおいても、帯域通過フィルタ４６の帯域幅が、測定される歪成分が隣接チャネル漏洩電力比を計算するために使用されるものよりも少しでも多いかあるいは少ないものを含むように設定される場合には、その成分中の測定される電力はそれに従って増えたり減ったりするであろう。測定される電力が増えたり減ったりする割合は適正な測定によって決定できる。

任意のそのような変更は、比較器５２の第２入力５４に送られる基準レベルの値を設定するときに考慮することができる。

比較器５２での比較の結果は、次に、計算ブロック５６に送られる。比較器５２で得られた比較の結果に基づいて、計算ブロック５６は制御信号を生成し、それが電力増幅器１８に供給される。本発明の好適な実施の形態では、この制御信号を用いて、電力増幅器に供給されるバイアス電流が調節されるが、電力増幅器は電流制御式でも電圧制御式でもよい。

例えば、必要な信号送信電力と歪成分電力との比が適正仕様で要求されるものよりも大きいと決定したときは、バイアス電流を減らすことができる。しかし、必要な信号送信電力と歪成分電力との比が適正仕様で要求されるものよりも小さいと決定したときは、その比を改善するようにバイアス電流を増やすことができる。

このバイアス入力を変更する効果は電力増幅器１８の動作点を制御すること、すなわち、与えられた出力信号レベルに対して電力増幅器がどの程度の歪を生成するかを制御することである。バイアス入力を変更することは電力増幅器の利得を変更する可能性もあるが、フィードバック機構がそのような利得変化を打ち消すように作用し、そのため、バイアス入力を変更することの主要な効果は電力増幅器の出力信号中の歪の程度を制御することになる。歪の程度を減らすことには不利益としてより大きい電力消費が伴い、他方、歪の程度がより大きくなる犠牲を払えば、より低い電力消費が達成できる。

従って、制御回路２０は測定される歪の程度を基準レベルに可能な限り接近させるように働く。

このことは適正仕様によって設定される隣接チャネル漏洩電力比が常に満たされ、超えることがないことを保障する。従って、このことは、バイアス電流すなわち電力増幅器の電力消費もまたその要求に合わせて可能な限り低く保たれることを保障する。

図３は制御回路２０の別の構成の模式的ブロック図である。

この場合には、出力信号のサンプルはコヒーレント検出器６０に供給される。具体的には、出力信号のサンプルはリミッタ６２に供給され、その中で振幅変動がすべて除去され、更に、乗算器６４にも供給されて、そこにおいてそれに対してリミッタ６２からの出力が乗算される。このように、検出器６０は図２に示す検出器４０の特定の既知の構成である。それは高いダイナミックレンジおよび低雑音という特徴を有する。

検出された包絡線は低域通過フィルタ６６に供給され、この低域通過フィルタは必要な信号成分のみを通過させる。フィルタを通った信号は第１の対数変換器６８に送られ、この変換器はフィルタを通った信号の振幅の対数に比例する出力を生成する。

検出された包絡線は帯域通過フィルタ７０にも供給され、このフィルタは必要な信号成分を除去して、出力信号の歪成分を含む信号を生成する。もし必要であれば、帯域通過フィルタ７０を高域通過フィルタで置き換えてもよい。このフィルタを通った信号は第２の対数変換器７２に送られ、この変換器はフィルタを通った信号の振幅の対数に比例する出力を生成する。

前記第１および第２の対数変換器６８、７２からの出力は減算器７４に送られ、そこでは歪成分の対数に比例する信号が必要な成分の対数に比例する信号から差し引かれる。これによって、必要な成分と歪成分との対数間の差分に比例し、従って必要な成分の歪成分に対する比に比例する信号が生成される。

図２に関して説明したように、減算器７４の出力信号は比較器７６の第１入力に送られ、他方、比較器７６の第２入力７８には基準レベルが送られる。この基準レベルは適正仕様によって設定される比に対応している。

この比較の結果は、次に、計算ブロック８０に送られる。比較器７６で得られた比較結果に基づいて計算ブロック８０は制御信号を生成し、それは電力増幅器１８に供給される。本発明の好適な実施の形態では、この制御信号は電力増幅器に供給されるバイアス電流を調節するために使用される。

前と同じように、必要な信号送信電力と歪成分電力との比が適正仕様で要求されるものよりも大きいと決定したときは、バイアス電流を減らすことができる。しかし、必要な信号送信電力と歪成分電力との比が適正仕様で要求されるものよりも小さいと決定されたときは、その比を改善するようにバイアス電流を増やすことができる。このことは適正仕様で設定される隣接チャネル漏洩電力比が常に満たされ、超えることがなく、そのため、バイアス電流、従って電力増幅器の電力消費もまたその要求に合わせて可能な限り低く保たれることを保障する。

図１に示す本発明の例示的実施の形態では、出力信号のサンプルを得るために方向性カプラ２２が使用される。しかし、このサンプルは別の方法、例えば、出力信号をアナログからディジタル形式に変換し、結果のディジタル信号のコピーを制御回路２０で使用することによっても得ることができる。

図２および３に示す本発明の例示的な実施の形態では、出力信号の必要な信号成分を分離するために低域通過フィルタ４２、４６が使用される。別のやり方として、この信号をフィルタに通さず、その代わりに歪成分の電力を、必要な成分および歪成分を含む全出力信号の電力と比較することが可能である。もし適切に調節された基準歪レベルを使用すれば、これによって同じ情報を効果的に生成することができよう。

上で述べたように、計算ブロック５６、８０によって生成される制御信号は、電力増幅器に供給されるバイアス電流を調節するために使用される。このことは、比較出力をループ・フィルタ中で積分し、その結果の積分出力を用いてバイアス電流を制御することによって実現できる。別のやり方として、この比較結果を電力増幅器のバイアス・ピン制御特性の数学モデルに与えることによって、フィードバック・ループの動的特性を本質的に線形化することもできる。

このように、無線送信機について説明してきたが、それは通信システムで要求される指定された歪制限に準拠することを保障するものである。

本発明の第１の態様に従う無線送信機の模式的ブロック図。 図１の送信機中の制御回路の模式的ブロック図。 図１の送信機に使用するための制御回路の別の構成の模式的ブロック図。

符号の説明

１０ 無線送信機
１２ 送信機回路
１４ カプラ
１６ 共振器
１８ 電力増幅器
２０ 制御回路
２２ 方向性カプラ
２４ 出力
２６ 減衰器
２８ ループ位相コントローラ
４０ 検出器
４２ 低域通過フィルタ
４４ 第１対数変換器
４６ 帯域通過フィルタ
４８ 第２対数変換器
５０ 減算器
５２ 比較器
５４ 第２入力
５６ 計算ブロック
６０ コヒーレント検出器
６２ リミッタ
６６ 低域通過フィルタ
６８ 第１対数変換器
７０ 帯域通過フィルタ
７２ 第２対数変換器
７４ 減算器
７６ 比較器
７８ 第２入力
８０ 計算ブロック

Claims (10)

1. 電力増幅器を含む無線送信機であって、出力信号中の相対歪レベルを決定するための手段と、前記相対歪レベルを基準歪レベルと比較するための手段と、前記比較に基づいて電力増幅器のバイアス入力を制御するための手段と、を含んだ前記無線送信機。
2. 請求項１に記載の無線送信機であって、更に、前記出力信号中の歪レベルを決定するための手段と、前記歪レベルから相対歪レベルを決定するための手段と、を含んだ前記無線送信機。
3. 請求項２に記載の無線送信機であって、更に、前記出力信号中の必要な信号レベルを決定するための手段と、前記歪レベルと前記必要な信号レベルとから前記相対歪レベルを決定するための手段と、を含んだ前記無線送信機。
4. 請求項３に記載の無線送信機であって、更に、前記必要な信号レベルの対数に比例する第１信号を生成するための手段と、前記歪レベルの対数に比例する第２信号を生成するための手段と、前記第１信号から前記第２信号を差し引くことによって前記相対歪レベルを決定するための手段と、を含んだ前記無線送信機。
5. 請求項２に記載の無線送信機であって、前記出力信号の信号レベルを決定するための手段と、前記出力信号の前記信号レベルと前記歪レベルとから前記相対歪レベルを決定するための手段と、を含んだ前記無線送信機。
6. 請求項５に記載の無線送信機であって、更に、前記出力信号レベルの対数に比例する第１信号を生成するための手段と、前記歪レベルの対数に比例する第２信号を生成するための手段と、前記第１信号から前記第２信号を差し引くことによって前記相対歪レベルを決定するための手段と、を含んだ前記無線送信機。
7. 請求項１から６のいずれかひとつに記載の無線送信機であって、前記バイアス入力を制御するための前記手段が、前記決定された相対歪レベルを前記基準歪レベルに実質的に等しくさせるように働く前記無線送信機。
8. 請求項１から７のいずれかひとつに記載の無線送信機であって、相対歪レベルを決定するための前記手段が、歪周波数帯において歪レベルを決定するための手段を含んだ前記無線送信機。
9. 請求項８に記載の無線送信機であって、前記基準歪レベルが、前記無線送信機に関する指定された隣接チャネル漏洩電力比に基づくと共に隣接チャネルの帯域幅と歪周波数帯の帯域幅との間の任意の差に基づいて設定される前記無線送信機。
10. 請求項１から９のいずれかひとつに記載の無線送信機であって、更に、フィードバック・ループを含み、該フィードバック・ループが、前記送信機の利得が前記バイアス入力の変化に影響されないように送信機出力電力を制御するように動作する前記無線送信機。

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