JP2006512850A - 多重モード送信機 - Google Patents

Abstract

いくつかのモードの一つで動作することができる無線機に適合した高効率線形送信機を提供するためのシステムと方法。正規動作モードにおいては、無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ１１２）は包絡線追跡モードで動作する。従って、ＲＦＰＡ供給電圧は直線変調の包絡線に従う。別の動作モードにおいては、供給変調器（１０２）は一定のＤＣ電圧に固定される。単一の速いＤＣ−ＤＣコンバータを用いてＲＦＰＡに供給することによって正規モードと別モードの両方において高効率レベルが維持される。コンバータ入力電圧は動作モードに応じて切替えられる。

Description

本発明は一般に通信システムに関し、より詳しくは、多重動作モードを有する送信機における動作効率を上げるためのシステムと方法に関する。

パーソナル移動体通信サービスの増大する需要は、スペクトル的に効率の良い変調方式に対する興味を蘇らせた。更に、より優れたネットワーク適合性を提供するための、セルラー電話などの多重変調可能移動局に対する要望も増大している。例えば、イリノイ州シャムバーグのモトローラ社から入手可能なiDENネットワーク適合移動局の特定のモデルは、もともとのiDEN動作モードに加えてTalkaroundとして知られている動作モードを備えている。

Talkaroundは、第１移動局がネットワークまたはリピータを通過する必要なしに、第２移動局と直接に通信し接続できるようにするために、リピータをトークアラウンドまたはバイパスする方法である。これにより、互いに接近した局が、リピータを拘束することなしに、あるいは、リピータが故障している場合に、互いにトークすることができる。

直線変調移動システムのための理想的な増幅器は電力効率もよい線形増幅器であることは広く認められている。線形送信機はよく知られている。そのような装置において直線性と効率性の両方を達成するために、線形化技術をデカルト帰還ループなどの電力増幅器において使用することができる。デカルト帰還ループは、出力周波数と電力レベルに増幅しアップコンバートする前にベースバンド帰還信号を直角成分信号（例えば、同相信号（Ｉ）と直角信号（Ｑ））に加える閉ループ負帰還技術である。ベースバンド直角変調のデカルト帰還は、簡単に低コストで相互変調歪を減少させる。上記システムと方法は、デカルト帰還ループにおけるＲＦＰＡのためのトレーニング方法を提供し、供給変調器はトレーニングの間一定のＤＣ電圧に固定される。このトレーニング概念は、特許文献１により詳細に述べられており、この特許は本発明の発明者に交付されたものであって、参照の形で本書に含まれている。
米国特許No.6,353,359

しかしながら、線形包絡線動作と一定包絡線動作の両方またはそのいずれかのための多重モード動作、例えば、正規動作モードとTalkaround動作モードの両方を有する移動体システムにおける使用のための多重モード動作は取り上げられていない。

本書に記載された斬新な二重モード送信機は、多重モード移動局（ＭＳ）に適合した高効率線形送信機を提供するためのシステムと方法に関連している。iDENモードなどの正規動作モードにおいては、無線周波数電力増幅器（ＲＦＰＡ）は包絡線追跡モードで動作する。従って、ＲＦＰＡ供給電圧は直線変調の包絡線に従う。Talkaroundなどの別動作モードにおいては、供給変調器は一定のＤＣ電圧に固定される。二重モード送信機は、個々の部品で、または、チップセットを用いて、実現することができる。

高効率レベルは、ＲＦＰＡに供給するための供給変調器として単一の速いＤＣ−ＤＣコンバータを使用することによって、正規モードと別モードの両方において維持される。コンバータ入力電圧は動作モードに応じて切替えられる。例えば、典型的な実施態様におい
ては、上記の正規iDEN動作モードにおいて、包絡線のバンド制限近似が用いられる。別Talkaroundモードにおいては、一定のＤＣ電圧が用いられる。本書に記載された本多重モード送信機システムと方法の特別の利点は、iDENモードとTalkaroundモードを含むすべての動作モードにおいて実現される効率の増加と熱損失の減少である。

図１は本発明の一実施形態による線形送信機を示す。可変減衰器部品１０４に入力信号を供給するために、ディジタル信号処理装置（図示せず）を使用することができる。入力信号は、直角成分を有する複素ディジタルベースバンド信号（例えば、同相信号成分と直角信号成分）とすることができる。減衰器部品１０４は、加算結合器１０６に接続される減衰基準信号を供給する。加算結合器１０６は、この基準信号を、第１ベースバンド増幅器１１８から出力されたダウンミキサー信号と加算するか組み合わせて、誤差信号を第２ベースバンド増幅器１０８への入力として供給する。第２ベースバンド増幅器１０８は、ＩＱアップミキサー１１０への入力のために誤差信号を増幅する。ＩＱアップミキサー１１０は、誤差信号を、局部発信器（ＬＱ）の周波数によって決定されるような必要な送信用無線周波数に変換する。この信号はそれからＲＦ電力増幅器１１２への入力として供給され、ＲＦ電力増幅器１１２はその結果ＲＦ出力信号を供給する。

負帰還補正ループが、送信機１００の直線動作を確実にするために設けられている。図１の本例はデカルト帰還ループを示しているけれども、ＩＦ帰還ループおよびＲＦ帰還ループなどの他の帰還ループを使用してもよい。トレーニングによって容易にすることができるどんな帰還補正も、本発明を実施するために使用することができることは明らかである。負帰還補正ループは、ＩＱダウンミキサー１１６と、加算結合器１０６に接続された第１ベースバンド増幅器１１８を含んでいる。

線形送信機はまた、入力トレーニング信号に関する帰還信号の位相調節と、電力増幅器に対する最大クリップレベルの決定とを行うためのトレーニングモードを含んでいる。位相偏移部品１１４はループ位相を設定するために使用される。振幅トレーニングも減衰器１０４に供給される。減衰調節と位相偏移調節はトレーニング波形と一緒になって行われる。簡単に言うと、トレーニングの間、このシステムは、ＲＦ電力増幅器の供給電力の変調のための変調器部品を有する線形増幅器システムに対するトレーニングスキームを使用する。供給変調器は、ＲＦ電力増幅器の最大飽和点に対応するＲＦ電力増幅器の最大またはピーク供給電圧に固定または設定される。トレーニングモードに入ると入力信号が供給され、ＲＦ電力増幅器に対する位相調節と減衰調節レベルが決定される。この位相調節と減衰調節は正規動作において使用される。

トレーニング波形方法論のより詳細な記述は、線形送信機トレーニング方法と装置（Linear Transmitter Training Method and Apparatus）に対してGailus他に交付された米国特許No.5,066,923の中に見出すことができ、この特許は参照の形で本書に含まれている。もう一つのトレーニング方法論は、線形電力増幅器における増幅器トレーニングのための方法（Method for Amplifier Training in a Linear Power Amplifier ）に対してBoscovic他に交付された米国特許No.5,748,038の中に示されており、この特許も参照の形で本書に含まれている。

変調器部品１０２は、ＲＦ電力増幅器１１２の動作点を変調するために設けられている。変調器部品１０２は、単一の速いＤＣ−ＤＣコンバータであるのが好ましく、ＲＦ電力増幅器１１２の供給電圧の変調を行う。変調器部品１０２は、無線機が正規またはiDENモードで動作している場合は、ＲＦ入力信号（ＩとＱ）の包絡線の関数Ｆ（ｅｎｖ（ｔ））を表す包絡線信号Ｒ（ｔ）を受信する。あるいは、変調器部品１０２は、無線機がTalkaround動作モードで動作している場合は、一定のＤＣ信号を表す包絡線信号Ｒ（ｔ）を受信
する。従って、ＲＦＰＡ供給は、ＲＦ信号の包絡線に従って変調されて、ＲＦＰＡを効率改善のためにＲＦＰＡの圧縮点のより近くで動作させる。

例えば、正規またはiDEN動作モードにおいては、包絡線の関数を、実際の包絡線信号「Ｒ（ｔ）」に定数「Ｋ」を掛けたものか、そのバンド制限バージョンとして、入力信号を変調器１０２に供給することができる。変調器部品１０２はそれから包絡線信号Ｒ（ｔ）を使用して、望ましいＲＦ出力包絡線レベルのために最適供給電圧をＲＦ電力増幅器に供給する。ＲＦ電力増幅器１１２の供給電圧は、ディジタル信号処理装置（ＤＳＰ）または同等品（図示せず）によって駆動される変調器部品１０２によって変調される。ＤＳＰは従って、任意の必要瞬時出力電力におけるＲＦ電力増幅器のその最大効率点での動作を最適にするように機能することができる。線形送信機１００の正規動作の間、供給変調器部分は、最大効率で動作するように、ＲＦ電力増幅器に供給される電圧を変調する。

入力信号（ＩとＱ）は減衰器部品１０４に入力される。包絡線Ｒ（ｔ）も入力信号（ＩとＱ）の関数である。従って、入力信号が変調し振幅変化するとき、包絡線Ｒ（ｔ）は変調し、変調器１０２はＲＦ電力増幅器１１２への供給電圧を変化させる。例えば、供給変調はデカルト帰還と組み合わされるので、Ｒ（ｔ）信号はループ内の誤差信号の関数でもある。

一般に、ＤＳＰは、送信されるべき信号の包絡線に従うかそれを追跡する変調信号を生成する。従来のシステムにおいては、ＲＦ電力増幅器より前の、信号についての帰還の効果は、決して考慮されなかった。ある状況においては、そのような帰還はしばしば、最適圧縮レベルからの逸脱につながる。本システムにおいては、Ｉ信号およびＱ信号を感知し、それらをベースバンド増幅後の加算結果Ｉ＋Ｉ’およびＱ＋Ｑ’と比較することによって、圧縮検知または感知が行われる。圧縮検知機能は、予想信号を、ベースバンド増幅器（図示せず）の後の代わりに、その前の点における実際の信号およびサンプルとも比較する。

予想信号レベルは、計算によって、または、ルックアップテーブルを用いてなどのマッピングによって決定される。過剰圧縮が起こりそうならば、ベースバンド増幅器の出力における信号はデカルト帰還効果により増大する。最適圧縮レベルからの逸脱がＲＦ増幅時に生じることをこの比較が示すならば、ＤＳＰは変調信号を調節し、そのことによって、送信されつつある信号の包絡線との自律的一致から変調信号を逸脱させる。

図２に示すように、ＲＦＰＡ供給電圧はiDENモードで作用しており、供給変調器はiDEN包絡線に従っている。効率は、本発明の送信機構成を用いて著しく高められる。例えば、効率は、シングルエンド型ＲＦＰＡの２２％から供給変調を用いた４３％まで増加する。また、３：１モードにおけるＲＦＰＡ熱損失は０. ９５Ｗから０. ３５Ｗまで減少し、これは６３％の減少である。

いま図３に移ると、供給変調器はTalkaroundモードで動作していることが示され、その出力は一定のＤＣ電圧に固定されている。効率は、例えば、２３％から４５％に増え、ＲＦＰＡ熱損失は２. ６６Ｗから０. ９７７Ｗに減少し、これは６３. ５％の減少である。Talkaroundは連続モードで機能するので、熱の減少は、著しく、基準発信器偏移を避け、電池寿命を増加させる。最適結果のために、Talkaroundモードにおける供給変調器出力電圧設定は、出力電力仕様を満足するのに必要な最小値となるように選択され、最大効率を生じる。必要ではないが、設定は工場で調整するのが好ましい。

もう一つの側面においては、本書に記載された二重モード送信機は、ＤＣ−ＤＣコンバータをバイパスする機能を備えている。従って、Talkaroundモードにおける電池はＲＦＰ
Ａに電力を直接供給してＤＣ−ＤＣコンバータの効率ヒットを避ける。上記バイパスモードは、TalkaroundモードにおけるＲＦＰＡの最適動作点が電池電圧に近い場合特に有益である。バイパスモードは、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータと並列なスイッチを含んでいる。あるいは、ＤＣ−ＤＣコンバータがバイパスモードを含んでおり、このバイパスモードにおいては、その内部スイッチは、Talkaroundモードにおいて電池をＲＦＰＡに直接接続するように構成されている。

本発明の種々の側面における本発明の他の変形と変更の実現は当業者にとって明らかとなるであろうことと、本発明は記載された特定の実施態様によって制限されないことは理解されるべきである。それ故、本書において開示され権利主張された基本的根底原理の精神と範囲内にあるすべての変更、変形、または同等物を本発明によってカバーすることが意図されている。

本発明の実施態様による送信機の概略機能ブロック図。 第１動作モードにおける送信機のＲＦＰＡ供給電圧波形図。 第２動作モードにおける送信機のＲＦＰＡ供給電圧波形図。

Claims (10)

1. 多重モード送信機であって、
   複数の種類の信号の一つを受信し、受信信号に対応するＲＦ信号を出力するための変調器であって、前記受信信号は当該多重モード送信機の所定動作モードに対応している変調器と、
   前記ＲＦ信号を受信し、増幅信号を出力するためのＲＦ電力増幅器であって、前記増幅信号は当該送信機が所定動作モードで動作しているときに当該送信機の動作効率を最大にするＲＦ電力増幅器と
   を備えたことを特徴とする多重モード送信機。
2. 前記変調器は、該変調器が動作している動作モードに対する効率を最大にするための信号を出力するように構成された単一供給変調器からなることを特徴とする請求項１に記載の多重モード送信機。
3. 前記変調器はＤＣ−ＤＣコンバータからなることを特徴とする請求項１に記載の多重モード送信機。
4. 前記変調器の出力は前記受信信号のＲＦ包絡線に似た信号に従うことを特徴とする請求項１に記載の多重モード送信機。
5. 前記受信信号は所定動作モードに基づいて選択されることを特徴とする請求項１に記載の多重モード送信機。
6. 前記受信信号は包絡線信号からなることを特徴とする請求項５に記載の多重モード送信機。
7. 前記受信信号は一定のＤＣ電圧からなることを特徴とする請求項５に記載の多重モード送信機。
8. 複数の動作モードの一つで動作するように構成された線形送信機と、
   前記線形送信機が動作している特定モードに対応する入力信号と、
   前記入力信号を受信し、前記線形送信機が動作しているモードに対応するＲＦ信号を出力するための変調器と、
   前記ＲＦ信号を受信し、増幅信号を出力するための電力増幅器であって、前記増幅信号は前記線形送信機が動作している特定モードの動作効率を最大にする電力増幅器と、
   からなることを特徴とする無線通信システム。
9. 前記複数の動作モードの一つは包絡線追跡モードからなることを特徴とする請求項８に記載の無線通信システム。
10. 前記複数の動作モードの一つは、包絡線がほぼ一定であるモードからなることを特徴とする請求項９に記載の無線通信システム。

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