JP2006186873A

JP2006186873A - 無線装置および送信出力変更方法

Info

Publication number: JP2006186873A
Application number: JP2004380589A
Authority: JP
Inventors: Hidehiko Matsumoto; 秀彦松本; Daisuke Okuno; 大祐奥野; Hiroshi Otomo; 博大友
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-12-28
Filing date: 2004-12-28
Publication date: 2006-07-13

Abstract

【課題】事前調整を必要とせず、かつ、歪み補償性能を劣化させることなく、高精度に送信出力レベルの変更を可能にする。
【解決手段】ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部１１と、ベースバンド信号により高周波信号を変調する変調器２３と、変調された高周波信号を所定の送信出力レベルまで増幅する増幅器２５とを備える無線装置であって、前記ベースバンド信号の振幅レベルを決定するスケールファクタの値の増減により前記送信出力レベルを可変させる制御部１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線装置における送信出力制御技術に関する。

従来、線形送信を行うデジタル無線においては、可変利得アンプなど制御電圧変更や減衰器などの切替えにより利得を増減させ、電力増幅器に入力する信号レベルを変えることを送信出力変更手段としている。

また、フィードバックループを形成している場合においては、フィードバックレベルを増減させるなどが知られている。非線形送信のＦＭ無線などの場合は、電力増幅器のゲートバイアス電圧を増減することにより、利得・消費電流を同時に変化させるなどが一般的である。

図６は、従来の無線装置を示すブロック図であり、利得可変アンプの利得を手動ボリュームで増減させる場合を示す。同図において、演算・制御部１０は、ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部１１を備える。また、無線部２０は、ベースバンド信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２１と、ベースバンド信号に誤差信号を加算する加算器２２と、高周波信号を生成する発振器２７と、高周波信号をベースバンド信号で変調する変調器２３と、送出系の利得を設定する可変利得アンプ２４と、高周波信号を所定の電力に増幅してアンテナ２８に供給する増幅器２５と、フィードバック信号を生成する検出部２６とを備える。

また、フィードバック回路３０は、フィードバック信号を所定の振幅に増幅する可変利得アンプ３４と、高周波信号からベースバンド信号を復調する復調器３３と、ベースバンド信号からフードバック信号を減算する減算器３１と、ベースバンド信号の誤差成分を増幅する誤差増幅器３２とを備える。また、手動操作部５０は、送信出力指示手段である手動ボリューム５１，５２を備える。

図７は、可変利得アンプ２４，３４の特性図を示す。図６において、アンテナ２８から送出するパワーを減少させる場合、送出系の可変利得アンプ２４の利得を減少させ、帰還系の可変利得アンプ３４の利得を増加させるように調整する。この調整は、アンテナ２８に接続されるパワーメーターを見ながら手動にて行う。

図８は、図６に示した無線部２０の送信出力を変更する制御フローを示す。この場合は、手動操作部５０の手動ボリューム５１，５２を調整して（ステップＳ８１）、送出系の可変利得アンプ２４、および帰還系の可変利得アンプ３４の利得電圧を調整し（ステップＳ８２）、アンテナ２８から出力する送信出力を変更する（ステップＳ８３）。

このように、従来の無線装置において送信出力を変更するための手順は、所望の送信出力になるように、無線装置をパワーメーター等の測定器に接続し、可変利得アンプ２４，３４の利得制御電圧調整用のボリューム５１，５２を増減させる。従って、演算による送信出力制御を行うことができない。

図９は、従来の無線装置のブロック図であり、可変利得アンプを自動制御する場合を示す。同図に示すように、演算・制御部１０は、ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部１１と、無線部２０に利得変更を指示する制御部１２と、制御部１２に送信出力変更通知を行うスイッチ検出部１３とを備える。

また、手動操作部４０は、切替スイッチなどの送信出力変更指示手段である送信出力調整スイッチ４１を備え、主制御装置４２は、送信出力変更指示手段である制御部４３を備える。

また、無線部２０は、ベースバンド信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２１と、ベースバンド信号に誤差信号を加算する加算器２２と、高周波信号を生成する発振器２７と、高周波信号をベースバンド信号で変調する変調器２３と、送出系の利得を設定する可変利得アンプ２４と、高周波信号を所定の電力に増幅してアンテナ２８に供給する増幅器２５と、フィードバック信号を生成する検出部２６とを備える。

また、フィードバック回路３０は、フィードバック信号を所定の振幅に増幅する可変利得アンプ３４と、高周波信号からベースバンド信号を復調する復調器３３と、ベースバンド信号からフードバック信号を減算する減算器３１と、ベースバンド信号の誤差成分を増幅する誤差増幅器３２とを備える。

更に、無線部２０は、演算・制御部１０の制御部１２から供給される利得変更指示をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２９を備え、Ｄ／Ａコンバータ２９は、利得可変アンプ２４，３４に対して利得電圧変更信号を供給する。

図１０は、図９に示した無線装置の送信出力制御フローを示す。この場合は、手動操作部４０または主制御装置４２から送信出力変更通知が行われ（ステップＳ１０１）、演算・制御部１０の制御部１２においてパワーモード（１〜Ｎ）の決定が行われる（ステップＳ１０２）。

次に、Ｄ／Ａコンバータ２９においてパワーモード（１〜Ｎ）に対応するアナログ電圧を生成して（ステップＳ１０３）、可変利得アンプ２４，３４の利得を変更し（ステップＳ１０４）、アンテナ２８から送出する送信出力を変更する（ステップＳ１０５）。

このように、無線装置の送信出力を変更する場合、あらかじめ送信出力モード（パワーモード）が定められており（１〜Ｎ）、各モードに応じて利得可変アンプ２４，３４の利得制御電圧が調整されている。無線装置はパワーモードが指示されると、メモリに格納されている利得制御電圧値（データ１〜Ｎ）から、モードに応じた値を読出し、Ｄ／Ａコンバータ２９にデータ設定を行うのみである。従って、演算による制御はなく、パワーモード指示を契機とした読出し・設定の制御のみが行われる。

図１１は、従来の無線装置において減衰器切替により送信出力を可変する場合のブロック図を示す。同図に示すように、無線部２０は、ベースバンド信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２１と、ベースバンド信号に誤差信号を加算する加算器２２と、高周波信号を生成する発振器２７と、高周波信号をベースバンド信号で変調する変調器２３と、送出系の利得を設定する切替式の減衰器３５と、高周波信号を所定の電力に増幅してアンテナ２８に供給する増幅器２５と、フィードバック信号を生成する検出部２６と、フィードバック信号を所定の振幅に設定する切替式の減衰器３６と、高周波信号からベースバンド信号を復調する復調器３３と、ベースバンド信号からフードバック信号を減算する減算器３１と、ベースバンド信号の誤差成分を増幅する誤差増幅器３２とを備える。なお、演算・制御部１０、操作部４０および主制御装置４２は、図９の場合と同様である。

図１２は、図１１に示した無線装置の減衰器３５，３６の切替時における特性図である。図１１に示した回路例において、アンテナ２８から送出するパワーを減少させる場合、送出系の減衰器３５の減衰を増加させ、帰還系の減衰器３６の減衰は低下させる。

図１３は、図１１に示した無線装置の制御フローを示す。この場合は、手動操作部４０または主制御装置４２から送信出力変更通知が行われ（ステップＳ１３１）、演算・制御部１０の制御部１２においてパワーモード（１〜Ｎ）の決定が行われる（ステップＳ１３２）。次に、減衰器３５，３６がパワーモード（１〜Ｎ）に対応する減衰量（ＡＴＴ１〜Ｎ）に切替えられ（ステップＳ１３３）、アンテナ２８から送出される送信出力が変更される（ステップＳ１３４）。

このように、無線装置の送信出力を変更する場合、あらかじめ送信出力モード（パワーモード）が定められており（１〜Ｎ）、各モード数および各モードの送信出力に応じて減衰器３５，３６（ＡＴＴ１〜Ｎ）が用意されている。無線装置はパワーモードが指示されると、モードに応じた減衰器３５，３６を選択するために切替信号を出力し、減衰器３５，３６の切替を行うのみである。従って、演算による制御はなく、パワーモード指示を契機とした減衰器３５，３６の切替制御のみが行われる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１４８６５９号公報

しかしながら、上記従来の無線装置にあっては、無線部２０は非線形特性を有するため、送信電力を可変するたびに調整が必要となる。すなわち、デジタル無線の場合、利得可変アンプ２４，３４による送信出力変更は、用いるデバイスの利得にバラツキがあるため、出力モード数に相当する個別の調整が必要であり、工数が高くなる。

また、減衰器３５，３６などの切替えによる場合は、出力モード数に相当する減衰器３５，３６およびスイッチが必要となり、回路の大型化・コストアップとなる。また、フィードバックレベルを増減する手段では、ベースバンド誤差抽出においてバランスが崩れ、歪み補償性能の劣化が問題となる。

本発明は、事前調整を必要とせず、かつ、歪み補償性能を劣化させることなく、高精度に送信出力レベルの変更が可能な無線装置および送信出力変更方法を提供することを目的としている。

本発明の無線装置は、ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部と、前記ベースバンド信号により高周波信号を変調する変調器と、変調された前記高周波信号を所定の送信出力レベルまで増幅する増幅器とを備える無線装置であって、前記ベースバンド信号の振幅レベルを決定するスケールファクタの値の増減により前記送信出力レベルを可変させる制御部を備える。

上記構成によれば、ベースバンド信号の振幅レベルを決定するスケールファクタの値を増減させて送信出力レベルを可変させるので、従来問題であった調整工数の増加や、回路の大型化および部品のコストアップはなく、かつ、送信出力レベル変化量を簡単な演算で算出可能となり、簡単かつ高精度にレベル変更を行うことが出来る。

本発明において、前記増幅器は、所定の利得を有する線形増幅器である。

本発明において、前記制御部に対して前記送信出力レベルの変更指示を行う送信出力調整スイッチを備える。

本発明において、前記制御部は、外部からの指令信号により前記送信出力レベルを可変させる。本発明において、前記指令信号は、基地局から送信される下り送信電力を下げる指示である。

本発明において、前記ベースバンド信号の歪みを補償するカーティシアン・フィードバックループ方式歪み補償回路を備える。この構成によれば、ベースバンド信号の歪みを補償するカーティシアン・フィードバックループ方式歪み補償回路を備えるので、信号バランスが崩れることなく（歪み補償性能を劣化させることなく）、送信出力レベルを変化させることが出来る。

本発明において、前記増幅器の利得を切替可能な減衰器を備える。この構成によれば、スケールファクタによるレベル変更と減衰器切替とを併用することにより、広ダイナミックレンジでのレベル変更が可能となる。また、この場合は、デジタル的にレベル変更するため再現性が高く、容易に元に戻すことができる。

本発明の送信出力変更方法は、ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部と、前記ベースバンド信号により高周波信号を変調する変調器と、変調された前記高周波信号を所定の送信出力レベルまで増幅する増幅器とを備える無線装置における送信出力変更方法であって、前記ベースバンド信号の振幅レベルを決定するスケールファクタの値を増減させることにより、前記送信出力レベルを可変させることを特徴とする。

本発明によれば、特に事前調整を必要とせず、かつ、回路規模を大きくすること無く、高精度に送信出力レベルの変更が可能となる。また、歪み補償性能を劣化させることなく、送信出力レベルの変更が可能となる。

図１は、本発明の実施形態にかかる送信出力変更手段を有する無線装置のブロック図を示す。同図に示すように、演算・制御部１０は、ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部１１と、ベースバンド生成部１１に対してベースバンド振幅制御を行う制御部１２と、制御部１２に送信出力変更通知を行うスイッチ検出部１３とを備える。

また、手動操作部４０は、ロータリースイッチなどの送信出力変更指示手段（１）である送信出力調整スイッチ４１を備え、主制御装置４２は、送信出力変更指示手段（２）である制御部４３を備える。

また、無線部２０は、振幅制御されたベースバンド信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ２１と、ベースバンド信号に誤差信号を加算する加算器２２と、高周波信号を生成する発振器２７と、高周波信号をベースバンド信号で変調する変調器２３と、送出系の利得を設定する可変利得アンプ２４と、高周波信号を所定の電力に増幅してアンテナ２８に供給する増幅器２５と、フィードバック信号を生成する検出部２６とを備える。

図２は、本実施形態の無線装置において、送信出力変更指示から出力が変更されるまでの制御フローを示す。手動操作部４０における手動スイッチまたは主制御装置４２からの信号が供給されると（ステップＳ２１）、演算・制御部１０の制御部１２において、演算によるスケールファクタが決定される（ステップＳ２２）。そして、スケールファクタの変更および切替タイミング制御が行われ（ステップＳ２３）、無線部２０のＤ／Ａコンバータ２１の出力であるベースバンド振幅が変更される（ステップＳ２４）。これにより、アンテナ２８から出力する送信出力が変更される（ステップＳ２５）。

この場合、送信出力変化量［単位：dB］とベースバンド振幅の関係は式１で表わせる。
ΔＰＯＷ＝２０×ＬＯＧ（α／β）［dB］・・・式１
ただし、ΔＰＯＷ：出力変化量、α：変更後のベースバンド振幅、β：変更前のベースバンド振幅、α＝κ×β、κ：スケールファクタである。

例えば、送信出力を1dBアップさせる場合のスケールファクタを演算で求める場合、現在のベースバンド振幅β＝５００ｍＶｐｐとすると、式１より、１ｄＢ出力を増加させるための振幅αは、ΔＰＯＷ＝２０×ＬＯＧ（α／β）［dB］のΔＰＯＷに１を代入して、
１＝２０×ＬＯＧ（α／５００）・・・式２
となる。

次に、式２をαについて解くと、
α＝５００×１０^１／２０＝５６１［ｍＶｐｐ］・・・式３
が求まり、変更後のベースバンド振幅α＝κ×β＝５６０ｍＶｐｐとなる。したがって、スケールファクタκは１．１２となる。

このように、本実施形態の無線装置では、無線部２０の利得を一定にして線形増幅を維持し、Ｄ／Ａコンバータ２１により生成される送出系ベースバンド信号の振幅レベルを決定する係数（スケールファクタ）の値を増減させることにより、アンテナ２８から送信される送信出力レベルを可変させる。

この手段によれば、従来問題であった調整工数アップや、回路の大型化・部品コストアップはなく、かつ、送信出力レベル変化量を簡単な演算で算出可能となり、簡単かつ高精度にレベル変更を行うことが出来る。

図３は、本実施形態の無線装置で使用されるカーティシアン・フィードバック方式の送信歪み補償回路３７を説明するための図である。同図に示すように、送信歪み補償回路３７は、Ｄ／Ａコンバータ２１から送出系ベースバンドＢｔが供給される加算器２２と、送出系ベースバンドＢｔと帰還系ベースバンドＢｆとが供給される減算器３１と、送出系ベースバンドＢｔと帰還系ベースバンドＢｆの誤差を増幅して誤差ベースバンド信号Ｂｅを出力する誤差増幅器３２とを備える。加算器２２から最終ベースバンド信号Ｂｏが出力される。

図４は、歪み補償回路３７における送信出力変更時のベースバンド波形を示す。同図において、（ａ）送信出力が減少時のベースバンド、（ｂ）送信出力が通常時のベースバンド、（ｃ）送信出力が増加時のベースバンドのそれぞれについて、送出系ベースバンドＢｔ、帰還系ベースバンドＢｆ、誤差抽出回路入力ベースバンド、誤差ベースバンド信号Ｂｅ、誤差合成回路入力ベースバンド、最終ベースバンド信号Ｂｏを示す。歪み補償回路３７の送信出力変更時のベースバンド波形は、誤差信号が最小となるように閉ループ回路が動作する。

このように本実施形態の無線装置において、スケールファクタによる出力レベルの変更は、カーティシアン・フィードバックループによる歪み補償回路３７の送出系ベースバンドＢｔの振幅を変化させるため、信号バランスが崩れることなく（歪み補償性能を劣化させることなく）、送信出力レベルを変化させることが出来る。

なお、スケールファクタによる変更のみでは、可変可能な出力レベルのダイナミックレンジがあまり広くない。従って、既知の減衰器切替と併用することで、広ダイナミックレンジでのレベル変更が可能となる。この場合は、デジタル的にレベル変更するため、再現性が高く、容易に元に戻すことができる。

図５は、ロータリースイッチによる送信出力変更指示の実施例を示す。図５（ａ）は、ロータリースイッチの状態と送信出力変更指示の対応例であり、図５（ｂ）は、ロータリースイッチの外観図を示す。本実施形態の無線装置に設けられるロータリースイッチ（４ビット）において、「送出系ベースバンド信号スケールファクタ」を設定する。

このように本実施形態の無線装置において、送信出力のレベル変更指示手段は、ロータリースイッチ等の手動切替や、相手局・制御局などからの指令信号により行われる。また、無線装置が通信中であっても、スケールファクタをスロットまたはフレームタイミングを考慮し変化させることも容易に行うことができ、通信に影響を与えることなく送信出力が変更可能である。

また、本実施形態の無線装置によれば、無線部２０を線形特性に設定する調整をした後は、無線部２０の設定を変化させることとなく、ベースバンド生成部１１の振幅調整により送信電力を可変することができる。

従来、ベースバンド生成部１１を最大Ｃ／Ｎに設定するため、ベースバンド生成部１１を調整することはしておらず、送信電力の調整は専ら無線部２０を対象とするものであった。しかし、無線部２０は非線形特性を有するため、無線部２０の設定を変えると、その都度調整が必要となる。一方、ベースバンド生成部１１を常に最大Ｃ／Ｎで使用する必要はなく、運用上ある程度の範囲で利得を変えることが可能である。

特に、利得を上げていったときの歪は後段の無線部２０の帰還制御により収束させることができる。ベースバンド生成部１１は線形特性を有するため、ベースバンド生成部１１を調整しても、全体のバランスは維持されるため、無線部２０を調整したときに必要なバランス調整は不要となる。これにより、基地局から下り送信電力を下げる指示を受けた場合に、電力制御を容易に行うことができる。

本発明の無線装置および送信出力変更方法は、特に事前調整を必要とせず、かつ、回路規模を大きくすること無く、高精度に送信出力レベルの変更が可能となり、また、歪み補償性能を劣化させることなく、送信出力レベルの変更が可能となるという効果を有し、無線装置における送信出力制御技術等として有用である。

本発明の実施形態の無線装置を示すブロック図。本実施形態の無線装置において送信出力変更指示から出力が変更されるまでの制御フローを示す図。本実施形態の無線装置で使用されるカーティシアン・フィードバック方式の送信歪み補償回路を説明するための図。歪み補償回路における送信出力変更時のベースバンド波形を示す図。ロータリースイッチによる送信出力変更指示の例を示す図。従来の無線装置を示すブロック図。従来の無線装置における可変利得アンプの特性を示す図。従来の無線部の送信出力を変更する制御フローを示す図。従来の無線装置を示すブロック図。従来の無線装置の送信出力制御フローを示す図。従来の無線装置を示すブロック図。従来の無線装置における減衰器の切替時における特性を示す図。従来の無線装置の制御フローを示す図。

符号の説明

１０演算・制御部
１１ベースバンド生成部
１２，４３制御部
１３スイッチ検出部
２０無線部
２１，２９Ｄ／Ａコンバータ
２２加算器
２３変調器
２４可変利得アンプ（送出系）
２５増幅部
２６フィードバック検出部
２７高周波発振器
２８アンテナ
３０フィードバック回路
３１減算器
３２誤差増幅器
３３復調器
３４可変利得アンプ（帰還系）
３５，３６減衰器
４０，５０手動操作部
４１送信出力調整スイッチ
４２主制御装置
５１，５２手動ボリューム

Claims

ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部と、前記ベースバンド信号により高周波信号を変調する変調器と、変調された前記高周波信号を所定の送信出力レベルまで増幅する増幅器とを備える無線装置であって、
前記ベースバンド信号の振幅レベルを決定するスケールファクタの値の増減により前記送信出力レベルを可変させる制御部を備える無線装置。
請求項１記載の無線装置であって、
前記増幅器は、所定の利得を有する線形増幅器である無線装置。
請求項１記載の無線装置であって、
前記制御部に対して前記送信出力レベルの変更指示を行う送信出力調整スイッチを備える無線装置。
請求項１記載の無線装置であって、
前記制御部は、外部からの指令信号により前記送信出力レベルを可変させる無線装置。
請求項４記載の無線装置であって、
前記指令信号は基地局から送信される下り送信電力を下げる指示である無線装置。
請求項１記載の無線装置であって、
前記ベースバンド信号の歪みを補償するカーティシアン・フィードバックループ方式歪み補償回路を備える無線装置。
請求項１記載の無線装置であって、
前記増幅器の利得を切替可能な減衰器を備える無線装置。
ベースバンド信号を生成するベースバンド生成部と、前記ベースバンド信号により高周波信号を変調する変調器と、変調された前記高周波信号を所定の送信出力レベルまで増幅する増幅器とを備える無線装置における送信出力変更方法であって、
前記ベースバンド信号の振幅レベルを決定するスケールファクタの値の増減により前記送信出力レベルを可変させる送信出力変更方法。