JP2005510105A

JP2005510105A - 送信機チェーンを有する送信機の予め格納された位相情報に基づく位相の調節

Info

Publication number: JP2005510105A
Application number: JP2003544895A
Authority: JP
Inventors: デイビッド、ビー．ドゥペレー
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2001-11-16
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2005-04-14
Also published as: WO2003043179A3; US20030095608A1; CN1586036A; WO2003043179A2; AU2002348958A1; CN100423447C; US7058139B2; EP1449296A2

Abstract

本発明によれば、送信機チェーンは、直交変調器、可変利得増幅器、アップコンバータ及び可変利得電力増幅器を有し、この送信機チェーンのオーバーオール位相が、少なくとも可変利得増幅器及び可変利得電力増幅器の利得の同時的利得変化に起因する位相変化を反映する予め格納された位相情報に基づいて調節される。

Description

本発明は、送信機、より詳細には、直交変調器、可変利得増幅器、アップコンバータ、及び可変利得電力増幅器を備える送信機チェーンの位相の調節に関する。

本発明は、更に、位相調節器、送信機チェーンのオーバーオール位相を調節する方法、及び送信機チェーン内に位相調節器を有する通信装置にも関する。

上述のような送信機は、全二重直接シーケンス拡張スペクトラム（full-duplex direct sequence spread-spectrum）CDMAシステム内、或いは高いダイナミックレンジの出力信号を有する送信機を備える任意の他の適当なシステム内の送信機であり得る。

それらが有する送信機が高いダイナミックレンジ、典型的には、７０ｄB以上のダイナミックレンジの出力信号を有する全二重CDMAシステムが知られている。より最近の新CDMAシステムは、他のシステムもそうではあるが、線形変調システムと呼ばれ、このような線形変調システムにおいては、情報は、振幅上ばかりでなく、位相上でも運ばれる。このような線形変調システムにおいては、非線形な増幅器は、これを用いた場合、変調された信号の振幅が広いレンジ内で変動するため、つまり、変調されたピーク信号の包絡線が大きな変動を示すために用いることはできず、従って、送信機チェーン内の増幅器は、非常に線形であることを必要とされる。とりわけ、高い周波数を有する、例えば、GHｚバンドの、アップ変換された信号を増幅するための可変利得電力増幅器については、線形性要件を広いレンジに渡って満たすことは容易なことではない。典型的には、このような可変利得電力増幅器については、効率は、最大信号出力で最適化され、低信号出力での効率はあまり良くない。

本発明の一つの目的は、送信機チェーン内に少なくとも可変利得増幅器及び可変利得電力増幅器の利得の同時的な利得変化を考慮に入れて送信機チェーンのオーバーオール位相を調節する位相調節器を有する送信機を提供することにある。

本発明のもう一つの目的は、送信機チェーンのオーバーオール位相を、送信機チェーンの特性に関して重要な情報、例えば、位相及び利得に関しての情報を主として用いて調節する方法を提供することにある。

本発明によると、
一対の直交ベースバンド信号からの直交変調された信号を供給する直交変調器と、
増幅された直交変調信号を供給する可変利得増幅器と、
前記増幅された直交変調信号をより高い周波数信号にアップ変換するアップコンバータと、
前記より高い周波数信号から振幅情報と位相情報を含む増幅されたより高い周波信号を供給するための可変利得電力増幅器と、
これら直交変調器、可変利得増幅器、アップコンバータ、及び可変利得電力増幅器を含む送信機チェーンのオーバーオール位相を調節する位相調節手段と、を備え、前記送信機チェーンの前記オーバーオール位相が、少なくとも前記可変利得増幅器及び可変利得電力増幅器の利得の同時的な利得変化に起因する位相の変化を反映している予め格納された位相情報に基づいて調節されることを特徴とする送信機が提供される。

本発明は、無線周波数で動作する可変利得電力増幅器の利得を低減することによって送信機のオーバーオール効率を向上させ、かつこれにより、中間周波数で動作する可変利得増幅器の利得を同時に増加させる場合に、送信機チェーン内での位相の調節が必要であるという認識に基づく。本発明は、更に、このような位相の調節は、送信機チェーンのオーバーオール利得が、ある利得状態から別の利得状態に遷移しても一定にとどまる場合であっても、行う必要があるという認識に基づく。本発明は、送信機は通常、信号のダイナミックレンジを通じての、周波数の変化に伴う所定の最大位相変動を許容する基準に従って動作するため、位相の完全な補償は必要とされないという認識に更に基づいている。ただし、これとの関連で、携帯通信装置からシステムの固定局に送信する場合は、位相の変動のために基地局の所でのビット誤り率が劣化し、場合によっては、呼が失われることもあるため、位相の変動は過剰であってはならない。オーバーオール位相の調節は現実的でない或いは実現不能であると考える人も多くある中で、上述の認識から、本発明者は、オーバーオール位相を、予め格納された情報に基づいて調節することでこの問題を解決できるという判断に至った。

一実施例においては、上述の予め格納された情報は参照用テーブル内に格納され、可変利得電力増幅器の利得状態が変化すると、参照用テーブル内の対応するエントリからの情報を用いて可変利得増幅器の利得及び位相調節値が決定される。

一実施例においては、送信機チェーンのオーバーオール位相は、直交ベースバンド信号を、変調の前に、位相回転させることで調節される。送信機チェーンの利得が一定な場合、このような位相の調節の結果として、いわゆるＩＱコンステレーション（IQ-constellation）が回転される。このようなＩＱコンステレーションの回転に関しては、当分野において、例えば、米国特許第5,892,774号明細書から周知である。より詳細には、米国特許第5,982,774号明細書の、図３においては位相の回転が示されており、カラム６、第３０‐４０行においては（Ｘ_Ｉ、Ｘ_Ｑ）対を位相符号化器によって角度Φｎ［Ｋ］だけ回転させることでその出力の所に信号（Ｙ_Ｉ、Ｙ_Ｑ）が生成される様子が示されている。

様々な実施例において、送信機は、温度センサ、バッテリ電圧センサ、及び可変利得電力増幅器の出力信号の振幅を示すＤＣ信号を供給するための信号レベルセンサを含む。これらの実施例において、参照用テーブルは、送信機チェーンの、異なる温度、異なるバッテリ電圧、及びＲＦ出力信号の異なる振幅に対する、異なる特性を反映するように多次元に構成される。さらにもう一つの次元として、参照用テーブルは、送信機チェーンの、異なる周波数に対する特性を反映させることもできる。

もう１つの実施例として、参照用テーブルは、更に、送信機チェーン内に含まれるＲＦフィルタに対する、或いは送信機チェーン内に含まれる他の要素に対する、位相特性データを含むようにすることもできる。

図１は、本発明による、基地局２と通信する送信機１の一実施例を示す。送信機１は、乗算器４、５、加算器６、直交位相シフタ７及び発振器８を含む直交変調器３を備えている。直交変調器３は一対の直交ベースバンド信号Ｔｘ＿Ｉ及びＴｘ＿Ｑを変調する。送信機１は、更に、直交変調器３からの中間周波数出力信号を増幅するための可変利得増幅器９と、ミキサ１１、１２、加算器１３、位相シフタ１４、及び発振器１５を備えるアップコンバータ１０とを備えている。アップコンバータ１０は無線周波数信号をＲＦフィルタ１６に供給する。送信機１は、更に、送受切換器１９を介してアンテナ１８に接続された可変利得増幅器１７を備える。送受切換器１９は、送信機１と（ここでは詳細には示されていないが更に）受信機とを備え通信装置が全二重モード（full-duplex mode）で動作するように構成される。送信機１は、更に、プロセッサ・メモリユニット２１と、デジタルアナログコンバータ２２、２３と、本発明による参照用テーブル(LUT）を有するメモリ２４とを含むベースバンドユニット２０を備えている。ベースバンドユニット２０は、少なくとも、可変利得増幅器９及び可変利得電力増幅器１７の利得を制御するための制御信号Ｃ１、Ｃ２及びＣ３を供給する。一実施例においては、送信機１は、送信されたＲＦ信号の振幅を表すＤＣ出力信号を生成するＲＦ信号レベル検出器２５、温度センサ２６、及びバッテリ電圧センサ２７を備えている。参照用テーブル２４内に含まれる情報から、プロセッサユニット２１は、要求される位相の変化を計算し、直交位相ロテータ（quadrature phase rotator）２８を制御することで、ＩＱコンステレーション（IQ-constellation）を回転させる。ここに与えられている実施例においては変調器３はハードウェアで実現される。

図２は本発明による送信機１のもう一つの実施例を示す。この実施例においては、変調器３はソフトウェアで実現され、処理ユニットはソフトウェアでプログラミングされる。このプログラミングは、変調器の機能がいったん指定されれば単純なものである。こうしてプログラミングにより実現された変調器は、変調器３と同一の機能を有する。変調の前の位相の回転もここではソフトウェアで実現される。

図３は、一定の信号振幅におけるＩＱコンステレーションの回転を示す。第一の状態においては、可変利得電力増幅器１７の出力端の送信されたＲＦ信号は、振幅Ａと、瞬間的な同相及び直交成分Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）とを有する。ここで、ｔは時間を表す。第二の状態においては、送信されたＲＦ信号は、その振幅Ａ’はＡに等しいが、異なる位相を有する。これら第一と第二の状態において、この送信機チェーンのオーバーオール利得（overall gain）は一定であるが、ただし、可変利得増幅器９の利得と、可変利得電力増幅器１７の利得は異なる。より具体的には、第一の状態においては、可変利得電力増幅器１７の出力端の出力電力は高くなり、第二の状態においては、可変利得電力増幅器１７の出力端の出力電力は低くなる。本発明によると、利得の変化に起因する位相の変動（phase variation）ΔΦが、ＩＱコンステレーションを、反対の方向に、理想的には、第二の状態が第一の状態と等しくなるように、ΔΦだけ回転させることで補償される。第二の状態においては、可変利得電力増幅器１７は低減された電力にて動作するために、送信機全体としての効率は改善される。標準によると、所定の位相の変動は許容されるために、補償は完全な補償であることは要求されない。経年変化その他の影響は、送信機１を設計する段階において、例えばシミュレーションを通じて分析される。これらシミュレーションから、送信機１の全寿命を通じて、経年変化による位相変動がこれら標準によって指定される変動の範囲内にとどまることが確保される。

図４は、本発明による参照用テーブルを示す。参照用テーブル２４は、それぞれ、可変利得電力増幅器１７、可変利得増幅器９、及びＲＦ帯域通過フィルタ１６に対する、それぞれ、利得状態ＳＴ１，ＳＴ２，．．．，ＳＴｎに対するエントリを含む。さらに、この図には、それぞれ、可変利得電力増幅器１７、可変利得増幅器９、及びＲＦ帯域通過フィルタ１６に対する、状態ＳＴ１における、それぞれの利得Ｇ１_ＰＡ、Ｇ１_ＶＧＡ、Ｇ１_ＢＰＦ、及び、それぞれの位相Φ１_ＰＡ、Φ１_ＶＧＡ、Φ１_ＢＰＦが示されている。同様に、状態ＳＴ２における、それぞれの利得Ｇ２_ＰＡ、Ｇ２_ＶＧＡ、Ｇ２_ＢＰＦ及び、それぞれの位相Φ２_ＰＡ、Φ２_ＶＧＡ、Φ２_ＢＰＦ及び状態ＳＴｎにおける、それぞれの利得Ｇｎ_ＰＡ、Ｇｎ_ＶＧＡ、Ｇｎ_ＢＰＦ及びそれぞれの位相Φｎ_ＰＡ、Φｎ_ＶＧＡ、Φｎ_ＢＰＦも示されている。送信機の状態が、状態ＳＴ１から状態ＳＴ２に変化すると、可変利得増幅器９の利得は（Ｇ１_ＶＧＡｘＧ１_ＰＡ）／Ｇ２_ＰＡとなり、送信機のオーバーオール利得は一定にとどまるが、ΔΦはΣΦ２_ｉ−ΣΦ１_ｉとなる。ここで、Σは、総和演算子（summing operator）を表し、ｉは参照用テーブル２４のある特定のエントリ内の全ての位相のラニング変数（running variable）を表す。更に、参照用テーブル内には、'TEMP'26、'BATTERY VOLTAGE'27、及び'FREQUENCY'28も示されるが、これは、この参照用テーブルが、温度、バッテリ電圧、及び周波数等、多次元に構成され得ることを示す。

これらデータは、製造の段階において参照用テーブル内に入れられ、これらは、シミュレーション、ベクトルアナライザ（vector analyzer）を用いての測定、設計エンジニアからの情報、その他、から得られる。実用においては、位相の完全な補償は必要とされないため、これらデータは、ある代表的な送信機に対して得るのみで十分であり、個々の全ての送信機に対して得る必要はなく、少なくとも、ICの通常のテストを超えるような大掛かりな測定は必要とされない。たとえプロセス間で差があったとしても、標準によって要求されるような要件は十分に満たされるものと考えられる。

図５は、本発明による位相調節値ΔΦを計算するための流れ図を示す。計算は、ブロック３０において開始され、ブロック３１において、プロセッサ２１は、入力変数'RF-LEVEL'、'TEMPREATURE'、'BATTERY VOLTAGE'、及び'FREQUENCY'を用いて、ΔΦを計算する。ブロック３２において、プロセッサ２１は計算されたΔΦを出力し、ブロック３３において、この位相の補償は終了する。

上の説明から、当業者においては添付のクレームによって定義される本発明の精神及び範囲内で様々な修正が可能であり、従って本発明は上述の実施例に制限されるものではない。”備える、有する、含む"なる語句は、クレーム内に示される要素或いはステップ以外の要素或いはステップの存在を排除するものではない。

本発明による、基地局と通信する送信機の一実施例を示す図である。本発明による送信機のもう一つの実施例を示す図である。信号の振幅が一定の場合のＩＱコンステレーションの回転を示す図である。本発明による参照用テーブルを示す図である。本発明による位相調節値を計算するための流れ図である。

符号の説明

１送信機
２基地局
３直交変調器
４乗算器
５乗算器
６加算器
７直交位相シフタ
８発振器
９可変利得増幅器
１０アップコンバータ
１１ミキサ
１２ミキサ
１３加算器
１４位相シフタ
１５発振器
１６ＲＦフィルタ
１７可変利得増幅器
１８アンテナ
１９送受切換器
２０ベースバンドユニット
２１プロセッサ・メモリユニット
２２デジタルアナログコンバータ
２３デジタルアナログコンバータ
２４メモリ

Claims

一対の直交ベースバンド信号からの直交変調された信号を供給する直交変調器と、
増幅された直交変調信号を供給する可変利得増幅器と、
前記増幅された直交変調信号をより高い周波数信号にアップ変換するアップコンバータと、
前記より高い周波数信号からの、振幅情報と位相情報を含む増幅された高周波信号を供給する可変利得電力増幅器と、
前記直交変調器、前記可変利得増幅器、前記アップコンバータ、及び前記可変利得電力増幅器を含む送信機チェーンのオーバーオール位相を調節するための位相調節手段と、
を備え、前記オーバーオール位相が、少なくとも前記可変利得増幅器と前記可変利得電力増幅器の利得の同時的な利得変化に起因する位相の変化を反映する予め格納された位相情報に基づいて調節されることを特徴とする送信機。
前記送信機は、前記位相の変化がある所定の値を超えてはならないことを命じるある与えられた基準に従って動作するように構成され、前記位相調節手段が前記位相の変化を前記所定の値より低く維持するように構成されることを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記送信機チェーンはオーバーオールとして実質的に一定な利得を有することを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記位相調節手段は処理手段を備え、前記予め格納された位相情報は参照用テーブル内に格納され、前記処理手段は、前記可変利得電力増幅器の前記利得の利得変化があった際に、前記オーバーオール位相に対する位相調節値を、前記参照用テーブル内のエントリの所の利得及び位相情報から計算するように構成されることを特徴とする請求項１記載の送信機。
前記位相調節手段は、変調の前に、前記直行ベースバンド信号を回転するためのベースバンド直交位相ロテータであることを特徴とする請求項４記載の送信機。
前記送信機は更に、温度値を供給する温度センサを備え、前記参照用テーブルは様々な異なる温度に対する前記予め格納された位相情報も含み、前記処理手段は前記位相調節値を前記温度値も考慮に入れて計算することを特徴とする請求項４記載の送信機。
前記送信機は更に、バッテリ電圧値を供給するバッテリ電圧センサを備え、前記参照用テーブルは様々な異なるバッテリ電圧に対する前記格納された位相情報も含み、前記処理手段は前記位相調節値を前記バッテリ電圧値も考慮に入れて計算することを特徴とする請求項４記載の送信機。
直交変調器、この直交変調器に接続された可変利得増幅器、この可変利得増幅器に接続されたアップコンバータ、及びこのアップコンバータに接続された可変利得電力増幅器を含む送信機チェーンを備え、前記送信機チェーンのオーバーオール位相を、少なくとも前記可変利得増幅器と前記可変利得電力増幅器の利得の同時的な利得変化に起因する位相の変化を反映する予め格納された位相情報に基づいて調節するように構成されたことを特徴とする位相調節器。
前記位相の変化がある所定の値を超えてはならないことを命じるある与えられた基準に従って動作するように構成された送信機に対して用いられ、前記位相の変化を前記所定の値より低く維持するように構成されたことを特徴とする請求項８記載の位相調節器。
更に、処理手段と参照用テーブルを備え、前記予め格納された位相情報は前記参照用テーブル内に格納され、前記処理手段は前記可変利得電力増幅器の前記利得の利得変化があった際に、前記オーバーオール位相に対する位相調節値を、前記参照用テーブル内のエントリの所の利得及び位相情報から計算するように構成されることを特徴とする請求項８記載の位相調節器。
直交変調器、この直交変調器に接続された可変利得増幅器、この可変利得増幅器に接続されたアップコンバータ、及びこのアップコンバータに接続された可変利得電力増幅器を含む送信機チェーンのオーバーオール位相を調節するための方法であって、
前記送信機チェーンのオーバーオール位相を、少なくとも前記可変利得増幅器と前記可変利得電力増幅器の利得の同時的な利得変化に起因する位相の変化を反映する予め格納された位相情報に基づいて調節するステップを含むことを特徴とする方法。
前記送信機チェーンは更に、前記アップコンバータと前記可変利得電力増幅器との間に配置された可変利得帯域通過フィルタを備え、更に、前記オーバーオール位相を、前記可変利得帯域通過フィルタの利得の変化も考慮にいれて調節することを特徴とする請求項１１記載の方法。
更に、前記可変利得電力増幅器から供給される高周波信号の周波数の変化も考慮に入れることを特徴とする請求項１１記載の方法。
送信機を含む通信装置であって、前記送信機が：
一対の直交ベースバンド信号からの直交変調された信号を供給する直交変調器と、
増幅された直交変調信号を供給する可変利得増幅器と、
前記増幅された直交変調信号をより高い周波数信号にアップ変換するアップコンバータと、
前記より高い周波数信号からの、振幅情報と位相情報を含む増幅されたより高い周波信号を供給する可変利得電力増幅器と、
前記直交変調器、前記可変利得増幅器、前記アップコンバータ、及び前記可変利得電力増幅器を含む送信機チェーンのオーバーオール位相を調節するための位相調節手段と、を備え、
前記オーバーオール位相が、少なくとも前記可変利得増幅器と前記可変利得電力増幅器の利得の同時的な利得変化に起因する位相の変化を反映する予め格納された位相情報に基づいて調節されることを特徴とする通信装置。