JP2006524456A - 送信機内での電力の節約 - Google Patents
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Abstract
送信機は、出力電力(Po)を有する伝送信号(Vo)を供給するための増幅器電源入力(PI)と出力(PAO)とを有する電力増幅器(PA)を含む。電源(PS)は、第一の電源電圧(PV1)と第二の電源電圧(PV2)とを供給するための電源出力(PSO1、PSO2)を有する。これら電源出力(PSO1、PSO2)と増幅器電源入力(PI)との間にはスイッチング回路(SC)が配置される。コントローラ(CO)は、電力変更コマンド(PC)を受信するための入力を有し、(i)第一に、スイッチング回路(SC)を制御して第一の電源電圧(PV1)を増幅器入力(PI)に供給するとともに、電源(PS)を制御して第二の電源電圧(PV2)のレベルを変化させ、第二の電源電圧(PV2)のレベルは出力電力(Po)が低減すべきことを電力変更コマンド(PC)が示すときは第一の電源電圧(PV1)のレベルよりも低く、増加すべきことを示すときは第一の電源電圧(PV1)のレベルよりも高くし、(ii)第二に、スイッチング回路(SC)を制御して第二の電源電圧(PV2)を増幅器電源入力(PI)に供給する。
Description
本発明は、送信機と、送信の方法と、移動送信機および基地局を含むシステムと、に関する。
このような送信機は、国際公開第98/49771号パンフレットにおいて開示されているような移動無線送信機であっても良い。この従来の技術は、移動無線用途に対する電池の寿命延長の技術を開示する。
電池の寿命の延長は、セルラ電話機及び他の携帯トランシーバのユーザ及び製造業者にとって重要な関心事である。トランシーバの出力電力は、受信信号の強度に依存するようにされる。もし可能であれば、最大出力電力より低い電力を生成することで、電力消費を低減と、電池の寿命の延長が図られる。移動無線トランシーバ内においては、送信機の電力増幅器に加えられる動作電圧は、全ての出力電力レベルにおいて送信機の高い効率が得られるように、動的に制御される。一つの実施形態においては、送信機内の電力増幅器に対する動作電圧を調節するために、高効率スイッチングレギュレータが制御回路によって制御される。この制御回路は、その入力として、送信機の実際の出力電力、所望の出力電力、又は送信機の出力電圧スイングを反映する、任意の様々な信号を有する。
この動作電圧すなわち電源電圧は、要求される平均出力電力に従って変化される。通常、この動作電圧を変化させるための時間は、限られている。スイッチングレギュレータの電圧すなわち電源電圧を短い時間期間内で変化させ、安定させるためには、電源電圧の高いスイッチング周波数が要求される。この高いスイッチング周波数は、電源の効率を低下させ、設計の複雑さを増加させる。
本発明の一つの目的は、電力の節約が可能であって、電源に課せられる要件がそれほど厳しくない、送信機を提供することにある。
本発明の第一の態様は、請求項1記載に請求される送信機を提供する。本発明の第二の態様は、請求項8に請求される送信の方法を提供する。本発明の第三の態様は、請求項10に請求される移動送信機と基地局とを含むシステムを提供する。本発明の有利な実施形態が従属クレームにおいて定義されている。
本発明による送信機は、所定の出力電力を有する伝送信号を供給する電力増幅器を含む。この電力増幅器は、電源電圧を受信するための増幅器電源入力を有する。
例えば、従来の移動及び無線通信機構においては、この電力増幅器の平均出力電力は、ネットワークによって設定される。この結果として、電源増幅器は、最大出力電力にて絶えず動作することは必要とされない。例えば、(W)−CDMA(符号分割多重アクセス)システムにおいては、通常は、10dB低い出力電力が必要とされる。出力電力は、通信要件に即応するために変化される。例えば、(W)−CDMAシステムにおいては、出力電力は、セル容量を最大化するために変化される。基地局は、携帯電話機からの受信電力を測定し、携帯電話機にコマンドを送りその出力電圧を所望の値に調節する。これは電力制御ループと呼ばれ、一例が、UMTSに関して、ETSI 2001, UMTS TETRA 規格、TS125.101章, ページ11-13、及びETSI 2001, UMTS TETRA 規格、TS125.214章, ページ 10-20において記述されている。UMTS準拠の携帯電話機においては、電源電圧は、50マイクロ秒以内に変化及び安定させなければならない。出力電力を変化させるため、及びこれに応じて電源電圧を適応化させるために、他のトリガを用いることも可能である。
この電源は、第一の電源電圧と第二の電源電圧とを供給するための電源出力を有する。これら電源出力と増幅器電源入力との間にスイッチング回路が配置される。コントローラは、電力変更コマンドを受信するための入力を有する。コントローラは、スイッチング回路を制御して第一の電源電圧を増幅器電源入力に供給するとともに、電源を制御して第二の電源電圧のレベルを、電力変更コマンドに従って変更する。もし出力電力が低減すべきことを電力変更コマンドが示すときは、第二の電源電圧のレベルは、第一の電源電圧のレベルよりも低くされる。もし出力電力が増加すべきことを電力変更コマンドが示すときは、第二の電源電圧のレベルは、第一の電源電圧のレベルよりも高くされる。
電力増幅器が変更された出力電力レベルを供給しなければならない時点で、この第二の電源電圧は、適当な値に変化されてしまっており、コントローラは、スイッチング回路を制御してこの第二の電源電圧を増幅器電源入力に供給する。出力電力を適応化するために、次のコマンドが受信されると、第一の電源電圧が最初に、適当な値に変化され、次に、選択される。
こうして、第一および第二の電源電圧の両方の利用可能性のために、電力増幅器によって使用されていない電源電圧のレベルを、この電源電圧が実際に電力増幅器に供給される前に、適応化することが可能となる。したがって、電源が電源電圧のレベルを変化させなければならない間の時間期間が、従来技術におけるよりも長くなる。従来技術においては、単一の電源電圧しか存在せず、そのレベルを、短い時間フレーム内で変化しなければならない。このことは、とりわけ、出力電力をある特定の将来の瞬間以降から低減しなければならないときに真となる。この特定の将来の前に、電源電圧を低減することは許されない。この特定の将来の瞬間からは、電源電圧のレベルを低減させるために、短い時間期間しか利用できない。本発明による送信機においては、この特定の将来の瞬間の前に、用いられていない電源電圧を低減させ、利用可能なこの短い時間期間の間に、この的確な電圧レベルに切り換えることが可能となる。
請求項2に定義される実施形態においては、この送信機は、基地局からコマンドを受信するための受信回路をさらに含む携帯装置、例えばGSM電話機とされる。基地局はこの携帯装置から受信される電力を検出し、この携帯にその携帯がどのレベルの出力電力にて送信すべきかを示すコードを送信する。良好な送信状況において、又は、基地局に近いときは、より低い出力電圧で十分である。基地局によって携帯装置の出力電力の制御は、基地局がシステムを完全に監視することができるという利点を有する。さらに、セル容量を最適化することも可能である。
請求項3に定義される実施形態においては、送信機は、送信システム内においてタイムスロットに基づいて動作する。送信機の出力電力は、2つの連続するタイムスロットの終端及び/又は開始をカバーする遷移期間の間に変化することを期待される。基地局は、携帯送信機に、次の送信タイムスロットの際に要求される出力電力を示す電力変更コマンドを送信する。制御回路は、電源を制御して送信機の電力増幅器に供給されていない電源電圧を、好ましくは、この電力変更コマンドが受信されるとただちに、変更する。通常は、この電力変更コマンドは、そのタイムスロットの終端の前に開始する遷移期間より十分に前に受信される。この遷移期間の開始の後に、従って、現在のタイムスロットの終端の前又は後に、今はまだ用いられていない電源が要求される所定の出力電力に適合する所望のレベルを有するときは、制御回路は、スイッチ回路を制御して現在は的確なレベルを有する、今はまだ用いられていない上記電源電圧に切り換える。この電源電圧が、次のタイムスロットの際に用いられることとなる。もし再び電力変更コマンドが受信されたときは、現在用いられていない電源電圧のレベルが変化され、この変化した電源電圧が、次の遷移期間の開始の後に、電力増幅器に向けて切り換えられることとなる。
こうして、電源は、複数の電源電圧の内の一つの電源電圧のレベルを、遷移期間よりもはるかに長い時間期間内に、変化されることを要求される。この結果として、電源は、より単純となり、設計が容易となる。
請求項4に定義される実施形態においては、この用いられていない電源電圧は、コマンドを受信した後、可能な限りすみやかに変化される。これは、もし電力増幅器の電源電圧が、最初に発生する送信期間の間に切り換えたときは、電源電圧を変更するために利用可能な時間が可能なほど大きくなるという利点を有する。もしこれが低減される出力電圧と増加される出力電圧の両方に対して行なわれるときは、電力増幅器の電力消費は、要求される出力電力が満たされるように、常に最適に選択される。
代替として、しかし、もし出力電力が低減されるべきことが示される場合は、電力増幅器に供給される電源電圧をある数のタイムスロットの間一定に維持することが有利なこともあり得る。これは、効率に関しては最適ではないが、しかし、これは、これが考慮下の時間フレームの僅かな部分の間にのみ発生するようなときは、許容できることもある。この場合は、たった2つの電源電圧しか必要とされない。以下では、このアプローチに基づいた本発明による1つの実施形態を特徴つけるアルゴリズムについて詳しく説明される。
電力増幅器に供給される電源電圧は、電力変更コマンドが受信されない限り一定に保たれる。
出力電力が低減すべきことを電力変更コマンドが示すときは、選択されていない電源電圧が選択されている電源電圧よりも低いか否か、及び電力増幅器が次のタイムスロットの間に要求されている出力電力を供給できるほどその選択されていない電源電圧が十分に高いか否かがチェックされる。もしその選択されていない電源電圧がこれらの要件に適合するときは、選択されていない電源電圧が選択されることとなる。もしその選択されていない電源電圧がこれらの要件に適合しないときは、現在選択されている出力電圧が次のタイムスロットにおいてもまだ用いられることとなる。しかし、要求されるより低い電力レベルに達するまで、電力増幅器によって引き抜かれた電流によって電源コンデンサが放電させられるように電源は少なくとも応急的に制御されることとなる。
もし出力電力が増加すべきことを電力変更コマンドが示すときは、選択されていない電源電圧は選択されている電源電圧よりも高いか否か、及び電力増幅器が次のタイムスロットの間に要求される出力電力を供給できるのにその選択されていない電源電圧が十分に高いか否かがチェックされる。もしその選択されていない電源電圧がこれらの要件に適合するときは、その選択されていない電源電圧が次の遷移期間において選択されることとなる。もし現在選択されている電源電圧が、要求される電力を供給するには高すぎる値を有するときは、ここでも、選択されている電源電圧は、出力電力に最適に適合する要求された最小値に達するまで低減させられる。もし選択されていない電源がこれらの要件に適合しないときは、電力変更コマンドが受信されるとそのレベルが直ちに増加され、そして、次に、次の遷移期間において、電力増幅器に対する電源電圧として用いるために選択される。
請求項5に定義される実施形態においては、電源は、3つの電源電圧を供給する。これら電源電圧の内の一つが電力増幅器に供給される。2つの他の電源電圧のレベルは、一つが電力増幅器に供給されている電源電圧のレベルよりも高いレベルを有し、他の一つが電力増幅器に供給されている電源電圧のレベルよりも低いレベルを有するように、制御される。要求される瞬間において、スイッチング回路は、もし出力電力が増加すべきときは、より高いレベルを有する電源電圧を選択し、或いは、スイッチング回路は、もし出力電力が低減すべきときは、より低い電源電圧を選択する。こうして、要求される瞬間において、電源電圧の要求されるレベルに直ちに切り換えることが可能となる。この要求される瞬間は、通常は、次の遷移期間の開始時とされる。これは、電源電圧のレベルを、出力電力が変更されるべきことが知られた瞬間から次の遷移期間の開始まで持続する短い時間期間内に、変化させることを要求されないという利点を有する。
前のタイムスロットにおいては用いられなかったこれら電源電圧の内の一つを選択した後に、他の選択されなかった電源電圧の内の一つのレベル、又は他の選択されなかった電源電圧の両方のレベルは、これら電源電圧の一つが再び、選択された電源電圧のレベルより高いレベルを有し、他方の一つが選択された電源電圧のレベルより低いレベルを有するように適応化される。これら選択されなかった電源電圧の内の一つは、選択された電源電圧より低いレベルを有するか又は有するようにされ、一つは、選択された電源電圧より高いレベルを有するか又は有するようにされる。この結果として、適切な電源電圧に直接に切り換えることが可能となる。もし、可能な電源電圧の最大値又は最小値に達したときは、勿論、これら選択されなかった電源電圧の内から、その最小値より低いレベルを有するか又はその最大値よりも高い値を有する一つを供給することは、特別な電力変換器トポロジが提供されない限りできない。
請求項6に定義される実施形態においては、送信機は、伝送システム内でタイムスロットに基づいて動作する。コントローラは、出力電力が変更されるべきあるタイムスロット内において、これら選択されていない電源電圧の内の、選択された電源電圧のレベルと最も大きな差を有する1つのレベルを制御する。これは、一度に、一つの電源電圧しか変化することを要求されないという利点を有する。
請求項7に定義される実施形態においては、送信機は、この場合も、伝送システム内でタイムスロットに基づいて動作する。コントローラは、出力電力が変更されるべきタイムスロット内において、これら選択されていない、両方の電源電圧のレベルを制御する。選択された電源電圧のレベルに最も近い、選択されていない電源電圧のレベルは、選択された電源電圧のレベルを横断するように変化される。こうして、もし、この最も近いレベルを有する選択されなかった電源電圧が、選択された電源電圧のレベルよりも低いレベルを有するときは、この選択されなかった電源電圧のレベルは、選択された出力電圧のレベルよりも大きくされることとなる。他の選択されなかった出力電圧のレベルは、選択された出力電圧のレベルに対して、前のタイムスロットにおけるのと同一の差値を有するように、増加させられなければならない。ここでは、2つのレベルを変化しなければならないが、一方で、出力電力レベルの変化の最大量は、より小さくなる。
本発明のこれら及びその他の態様が、以下では幾つかの実施形態を参照して説明されるが、これらから明らかとなるものである。
異なる図面中、同一の参照符号は、同一の信号、又は同一の機能を遂行する同一の要素を参照する。
図1は電力を節約する送信機のブロック図を示す。電力増幅器PAは入力信号Viと、電源入力PIでの電源電圧PVとを受信し、伝送信号Voを供給する。電源PSは、スイッチング回路SCに、それぞれ電源電圧PV1、PV2、PV3を供給するための電源出力PS01、PS02、PS03を有する。スイッチング回路SCは、電源電圧PV1、PV2、PV3のいずれかをそれぞれノードa、b、cの所で選択するスイッチSを有する。
コントローラCOは、電力変更コマンドPCを受信し、スイッチSの位置と、電源電圧PV1、PV2、PV3のレベルを制御する。この電力変更コマンドPCは、基地局から電力制御信号PCBを受信する受信回路RCによって供給されても良い。
スイッチSによって選択された電源電圧は、インダクタLを介して電源入力PIに供給される。この電源入力PIと接地との間にはコンデンサCが配置される。このインダクタLとコンデンサCとを含む任意のフィルタは、2つの機能を有する。第一には、これら電源電圧PV1、PV2、PV3のリプルがフィルタされ、第二には、これは、スイッチSがこれらノードa、b、cのいずれにも接続されてない時間間隔の間、電力増幅器にエネルギーを供給する。
概略的には、この送信機は、以下に説明するように動作する。スイッチSを用いてこれら電源電圧PV1、PV2、PV3の最も適切な1つを選択することによって、送信機のある出力電力で電源電圧PVは最適値を有する。もし送信機のこの出力電力が適応化されるべきときは、スイッチが制御され、これら電源電圧PV1、PV2、PV3の内の、この新たな出力電力に最も適する別の1つが選択される。この時点で、選択されていないこれら電源電圧の2つのレベル(又はもし3つの電源電圧PV1、PV2、PV3の代わりに2つのみが用いられているときは1つの電圧のレベル)は、次回、送信機の送信電力が適応化されるべきとき、適切な一つ又は複数の電源電圧PV1、PV2、PV3が利用可能となるように、変更されうる。このことについては、図4乃至図6との関連でより詳細に説明されることとなる。勿論、3つより多くの電源電圧を用いることも可能である。
図2は、携帯装置と、基地局とを示す。送信機は、基地局BSと通信する、携帯装置HH、例えば、GSM電話機であっても良い。この携帯装置HHの電力増幅器PAが、出力電力Poを有する伝送信号Voを生成する。
図3はこの送信機の出力電力Poの変化の例を示す。この電力制御ループにおいて、基地局BSは、携帯装置HHから伝送信号Voを受信し、この信号の受信電力を測定する。もし要求されるときは、基地局BSは、携帯装置HHの出力電力Poを適当なレベルに調節するために、携帯装置HHに電力制御信号PCBを送る。図3はUMTS携帯電話機HHに対する電力制御ループのタイミングの一例を示す。
最近の通信システム、例えば、UMTSシステムにおいては、タイムスロットが用いられる。もし3つの連続するタイムスロットn−1、n、n+1が考慮されるときは、これらタイムスロットn−1、n、n+1の各々の間には、伝送信号の出力電力Pox,Poyは、ある固定された値を有する。各タイムスロットn−1、n、n+1は、あるタイムスロット期間Tslだけ持続する。これら一連のタイムスロットn−1、n、n+1の終端及び/又は開始の所では、これら出力電力Pox,Poyのレベルを変更するための遷移期間Tswが利用できる。図3においては、この遷移期間Tswは、2つの連続するタイムスロットの終端と開始とでオーバーラップする。他の規格においては、この遷移期間Tswは異なる所に置かれ、例えば、この遷移期間Tswは、完全にタイムスロットn−1、n、n+1の終端に置かれることも、又は、完全にタイムスロットn−1、n、n+1の開始の所に置かれることもある。タイムスロットn−1は時刻t2まで持続し、タイムスロットnは時刻t2から時刻t5まで持続し、タイムスロットn+1は時刻t5において開始する。タイムスロットn−1の終端の所からタイムスロットnの開始の所までの遷移期間Tswは、時刻t1から時刻t3まで持続し、タイムスロットnの終端の所からタイムスロットn+1の開始の所まで遷移期間Tswは、時刻t4から時刻t6まで持続する。
時刻t1の前は、携帯電話機は、出力電力Poxを有する伝送信号Voを供給する。時刻t1において、遷移期間Tswが開始する。時刻t1から時刻t3まで持続するこの遷移期間Tswの間に、出力電力はPoxからPoyに変化しなければならない。こうして、時刻t3以降の次のタイムスロットnの間には、出力電力はPoyとなる。このタイムスロットnが終端する前に、時刻t4において、再び遷移期間Tswが開始する。出力電力はPoyからPoxへと変化し、結果としてタイムスロットn+1内の時刻t6において、出力電力は再びPoxとなる。
図4は、単一の電源電圧が変化される、本発明による一つの実施形態を示す。図1に関して、電源PSは、2つの電源電圧PV1とPV2しか供給しない。これら電源電圧PV1、PV2の一方がスイッチSによって電力増幅器PAに供給されるために選択され、他方の、選択されなかった電源電圧はある適切なレベルを得るために自由に変化させることができる。
現在のタイムスロットnの間の時刻tsの前は、電源電圧PV1がスイッチSによって電力増幅器PAの電源電圧PVとして選択される。この現在のタイムスロットnは時刻tnまで持続する。時刻tiにおいて、電力増幅器PAの出力電力Poが増加させるべきであることが明らかとなる。例えば、基地局BSが電力制御信号PCBを送ることも、或いは送信機が基地局BSから受信した信号の信号強度を検出し、これに従って電力増幅器PAの出力電力Poを適応化しても良い。電源電圧PV1は、好ましくは現在のタイムスロットnの間に電力増幅器PAの出力電力Poに最適に適合するようなレベルを有する。次のタイムスロットn+1の間には、電力増幅器PAの出力電力Poはより高くなるべきであるために、次のタイムスロットn+1の間には、電力増幅器PAの電源電圧PVのレベルはより高くなるべきである。
電力増幅器PAの出力電力Poが増加されるべきであることが明らかとなる時刻tiにおいて、コントローラCOは、電源PSを制御することで、スイッチSによって電力増幅器PAに供給されるべきものとして選択されなかった電源電圧PV2のレベルを増加させる。時刻tsにおいて、送信機の電力が増加されるべき遷移期間Tswが開始する。この遷移期間Tswの間に、制御回路COは、スイッチSを制御することで、電圧PV2を電力増幅器PAに供給する。時刻tsにおいて、電力増幅器PAが要求される、より高い出力電力Poを生成することができるように、この電圧PV2は要求されたより高いレベルを実質的に有するべきである。
もし代わりに、時刻tiにおいて、電力増幅器PAの出力電力Poが低減されるべきことが明らかとなったときは、コントローラCOは、電源PSを制御することで、この選択されなかった電源電圧PV2のレベルを低減することとなる。電源電圧PV2のレベルは、時刻tsにおいて、要求されたより低い値を有するべきである。
こうして、電源PSによってこの選択されなかった電源電圧PV2のレベルを変更するために利用できる時間は、時刻tiから時刻tsまでの時間期間となる。単一の電源電圧しか利用できない、従来の技術においては、この単一の電源電圧は、時刻teには安定しているべきであり、このため電源PSがこの単一の電源電圧を変化させ、安定化するために利用できるのは、時刻tsから時刻teまでの比較的短い時間期間となる。この比較的短い利用できる時間期間が電源PSの設計を複雑する。本発明による電源PSにおいては、例えば、電源は、より低いスイッチング周波数と、より小さな帯域幅の電源制御ループを有してもよい。結果として、出力電圧は従来の技術よりも簡単にフィルタされうる。
従来の技術のもう一つの短所は、電源PSは、電源電圧を、電力増幅器PAにエネルギーを供給しながら、変更しなければならない点である。本発明による送信機においては、変化される電源電圧PV2は、電力増幅器によっては用いられない。このため、電源PSの設計は、電源電圧PV2の変化に関する仕様がより厳しくなくなるために、さらに簡素化することができる。例えば、電源電圧PV2のレベルに関するオーバシュートは許容される。
単に一例として、本発明によるこの実施形態は、UMTS携帯電話機HHに適用することもできる。UMTSシステムにおいては、遷移期間Tswは50マイクロ秒持続し、時刻tiから時刻tsまでの時間期間は108マイクロ秒持続する。こうして、本発明によるこの実施形態においては、電源電圧PV2をより高い(又はより低い)レベルに変化させるために158マイクロ秒利用できるが、これは従来の技術におけるよりも108マイクロ秒だけ多い。
図5は、2つの電源電圧が変化される、本発明による実施形態を示す。
この実施形態においては、電源電圧PSは、3つの電源電圧PV1、PV2、PV3を供給する。3つの連続するタイムスロットn−1、n、n+1が示されている。ここでは、一例して、遷移期間Tswは、タイムスロットn−1、n、n+1の終端において発生する。タイムスロットn−1の間は、コントローラCOは、スイッチSを制御することで、電源電圧PV1を電力増幅器PAに電源電圧PVとして供給する。選択されなかった電源電圧PV2は、選択された電源電圧PV1よりも高いある所定のレベルを有する。選択されなかった電源電圧PV3は、選択された電源電圧PV1よりも低いある所定のレベルを有する。
電力増幅器PAの出力電力は、タイムスロットnの間には、タイムスロットn−1の間よりも高いレベルを有する。遷移期間Tswの間に、しかし、好ましくは、時刻t10において、コントローラCOは、スイッチSを制御して電源電圧PV2を電力増幅器PAの電源電圧PVとして選択する。この遷移期間Tswの外側の、タイムスロットnの間には、現在選択されていない電源電圧PV1は一定に保たれ、現在選択されてない電源電圧PV3は、現在選択されている電源電圧PV2より高い所定のレベルに変化される。タイムスロットnの終端前に、時刻t20において次の遷移時間が開始した場合、再びより高い電源電圧とより低い電源電圧PV3、PV1が利用可能となる。再び送信機の出力電力が増加すべき場合は、この遷移期間Tswの間に、好ましくは、時刻t20において、変更された電源電圧PV3が選択される。この遷移期間Tswの外側の、タイムスロットn+1の間には、電源電圧PV2は一定に保たるのに、電源電圧PV1は、現在選択されている電源電圧PV1より高い所定のレベルを得るために変更される。このタイムスロットn+1の終端前に、再びそれらから選択することができるより高い電源電圧とより低い電源電圧PV3、PV1が利用可能となる。
ほとんどの無線及び通信規格においては、電力増幅器PAは、その出力電力を、定期的に発生する遷移期間Tswの間に変更しなければならないことがある。通常は、これら規格は、2つの連続するタイムスロットn−1とnの間に供給されるべき平均出力電力Poは、ある所定の量、例えば、±1dB、±2dB、又は±3dBのみ、変化することを指定する。こうして、電力増幅器PAの出力電圧Poの実際の値を変更しなければならない各時点において、たった2つの可能性が考えられる。この結果として、電力増幅器PAの電源電圧PVは、次のタイムスロットnにおいて、等しくされるか又はある固定の量だけ増加又は低減される、のいずれかとなる。もし、全ての時間において、電力増幅器PAに供給される選択された電源電圧PV1とは別に、要求されるより高いレベルを有する電源電圧PV2と、要求されるより低いレベルを有する電源電圧PV3も利用することができれば、次のタイムスロットnに先行する遷移期間Tswの間に、要求される電源電圧PVを選択することが可能となる。例えば、図5に示されているように、もし出力電圧がタイムスロットnの間に所定の量だけ高くなるべきであるときは、タイムスロットnの間には、電源電圧PV2が電力増幅器PAに供給されるために選択される。タイムスロットnの間に、選択されなかった電源電圧PV1とPV3とは必要であれば適応化され、結果として再び選択された電源電圧PV2より高い値と低い値とを有する電源電圧が利用可能となる。こうして、たとえ別の出力電力Poが要求されることが、遷移期間Tswの開始t20の所で明らかとなったとしても、この短い遷移期間Tsw内に、電源電圧PV1、PV2、PV3のレベルを変更することを必要とすることなく、要求される電源電圧に切り換えることが可能となる。
3つの電源電圧PV1、PV2、PV3より多くの、例えば、5つの電源電圧を用いることも可能である。4つの選択されない電源電圧の内、2つは選択された電源電圧のレベルより高い異なるレベルを有し、2つは選択された電源電圧のレベルより低い異なるレベルを有する。これは、制御ループは、電力変化の異なる刻み幅、例えば、±1dB又は±2dBなる電力変化を指令することができるために有利である。これら可能な出力電力に対する実質的に最適な電源電圧が利用可能となるので、短い時間期間内に、これら電源電圧の適切な1つに切り換えることが可能となる。もし7個の異なる電源電圧が生成されるときは、7個の可能な出力電力の対応する一つに適合するこれらの電源電圧の一つへの切換を即座に実現することが可能となる。
こうして、本発明によるこの実施形態は、出力電圧Poが変更されるべきことを示すコマンドPCBが次の遷移期間Tswの開始の前に受信される限り、このコマンドPCBがどの時点でまさに受信されるかに依存せず、次のタイムスロットn+1に対する最も適切な電源電圧PV1、PV2、PV3がスイッチSを制御することで、適切な時期に選択されることが可能となる。これは、ほとんどの電気通信システムにおいてはユーザ装置(送信機、又は携帯装置)HHにその入力電力Poを変更することを命令するのは基地局BSであるので重要である。このコマンドPCBがユーザ装置HHに送られると、ユーザ装置HHはこれを受信及び復号し、ユーザ装置HHの電力状態を制御するためのコマンドPCを得る。ユーザ装置HHは、基地局BSによってコマンドPCBが送信された瞬間から、このコマンドPCが復号されるまでに、ある未知の遅延を導入してもよい。本発明によるこの実施形態によると、これら遅延が、1つまたは複数の選択されなかった電源電圧のレベルを変更するために利用可能な時間に影響を及ぼすことはない。
電力増幅器PAが利用可能な最小又は最大電源電圧で動作しているときには、特別な状況が発生する。もし電力増幅器の電源電圧PVがその最小値を有するときは、選択されている電源電圧はその最小値を有するが、選択されていない電源電圧の少なくとも一つはその最小値よりも所定の量だけ高いある値を有する。他の選択されていない電源電圧のレベルは重要でなく、このレベルは、最小レベルであることも、所定のより高いレベルであることも、あるさらに高いレベルであることもある。これらレベルは最大レベルに関しても同一の方法で選択することができる。
図6は、2つの電源電圧が変えられる、本発明のもう一つの実施形態を示す。
この実施形態においては、電源PSは、3つの電源電圧PV1、PV2、PV3を供給する。3つの連続するタイムスロットn−1、n、n+1が示されている。ここでは、一例として、遷移期間Tswは、これらタイムスロットn−1、n、n+1の開始の所で発生する。タイムスロットn−1の間には、コントローラCOは、スイッチSを制御して電源電圧PV1を電力増幅器PAに電源電圧PVとして供給する。選択されなかった電源電圧PV2は選択された電源電圧PV1より高い所定のレベルを有する。選択されなかった電源電圧PV3は選択された電源電圧PV1より低い所定のレベルを有する。
電力増幅器PAの出力電力Poは、タイムスロットnの間には、タイムスロットn−1の間よりも高いレベルを有する。時刻t10において開始する遷移期間Tswの間に、好ましくは実質的に時刻t10において、コントローラCOは、スイッチSを制御して電源電圧PV2を電力増幅器PAの電源電圧PVとして選択する。タイムスロットnの間に、現在選択されていない電源電圧PV1は、選択された電源電圧PV2のレベルより高い所定のレベルを得るように変化される。現在選択されていない電源電圧PV3のレベルについては、この現在選択されている電源電圧PV2のレベルより低い所定のレベルを得るように増加される。タイムスロットnの終端の前又は終端で、時刻t20において、再び選択された電源電圧PV2より高い電源電圧と低い電源電圧PV1、PV2とが利用可能となる。送信機の出力電力Poが再び増加すべき場合は、時刻t20から開始する遷移期間Tswの間に、好ましくは実質的に時刻t20において、変更された電源電圧PV1が選択される。この遷移期間Tswの外側の、タイムスロットn+1の間には、電源電圧PV1は一定に保たれるのにたいして、両方の選択されなかった電源電圧PV2、PV3は、現在選択されている電源電圧PV1のレベルより高い所定のレベルと低い所定のレベルとを得るために変化される。このタイムスロットn+1の終端の前に、再び、より高い電源電圧とより低い電源電圧PV3、PV2が利用可能となり選択される。
選択された電源電圧に最も近いレベルを有する選択されなかった電源電圧は、選択された電源電圧のレベルを渡るように変化される。この選択されなかった両方の電源電圧の変化は、これら選択されなかった電源電圧の一方のみが変化される場合よりも、最大変化が小さくて済むという利点を有する。
図7は、本発明による一つの実施形態における電圧の変化を示す。電力増幅器PAの要求される電源電圧PAは波形RPASVにて示されている。電源電圧PVの最適レベルは波形OPASVにて示されている。第一の電源電圧PV1のレベルは波形LPV1にて示されている。第二の電源電圧PV2のレベルは波形LPV2にて示されている。電力増幅器PAの電源電圧PVの実際のレベルは波形LPASVにて示されている。
出力電力Poが増加すべきであることを電力変更コマンドPCBが示すときは、次のタイムスロットの間に要求される出力電力Poを電力増幅器PAが供給することができるように、選択されていない電源電圧が十分に高いか否かがチェックされる。その選択されてない電源電圧がこれら要件に適合するときは、その選択されてない電源電圧が次の遷移期間Tswにおいて選択されることとなる。その選択されていない電源電圧がこれら要件に適合しない場合は、そのレベルが電力変更コマンドPCBが受信されるとただちに増加され、その後、次の遷移期間Tswにおいて、電力増幅器PAの電源電圧PVとして用いられるために選択される。
コマンドPCBが出力電力Poを低減すべきことを示した後は、選択されていない電源電圧が次のタイムスロットにおいて電力増幅器PAに供給すべき適切なレベルを有し、電力増幅器PAが次のタイムスロットの間に要求される出力電力Poを供給することができるか否かがチェックされる。この適切なレベルは、現在選択されている電源電圧のレベルよりも低い。その選択されていない電源電圧がこれら要件に適合するときは、その選択されていない電源電圧は次の遷移期間Tswにおいて選択されることとなる。その選択されていない電源電圧がこれら要件に適合しないときは、そのレベルは電力変更コマンドPCBが受信されると直ちに低減され、その後、次の遷移期間Tswにおいて電力増幅器PAの電源電圧PVとして用いられるために選択される。
図8は、本発明による一つの実施形態における電圧の変化を示す。電力増幅器PAの要求される電源電圧PAは波形RPASVにて示されている。電源電圧PVの最適レベルは波形OPASVにて示されている。第一の電源電圧PV1のレベルは波形LPV1にて示されている。第二の電源電圧PV2のレベルは波形LPV2にて示されている。電力増幅器PAの電源電圧PVの実際のレベルは波形LPASVにて示されている。
出力電力Poが増加すべきことを電力変更コマンドPCBが示すときは、次のタイムスロットの間に要求される出力電力Poを電力増幅器PAが供給できるように選択されていない電源電圧が十分に高いか否かがチェックされる。その選択されてない電源電圧がこれら要件に適合するときは、その選択されてない電源電圧が次の遷移期間Tswにおいて選択されることとなる。その選択されていない電源電圧がこれら要件に適合しないときは、そのレベルは、電力変更コマンドPCBが受信されるとただちに増加され、その後、次の遷移期間Tswにおいて、電力増幅器PAの電源電圧PVとして用いられるために選択される。
電力が低減すべきことをコマンドPCBが示した後は、出力電力Poが低減することを許されるとき、平滑化コンデンサを放電することで、選択された電源電圧が低減することが許される。選択されなかった電源電圧は、その高いレベルを保っても良い。電力が増加すべきことをコマンドPCBが示したときは、この高いレベルの電源電圧が選択される。このレベルが高すぎるときは、この電源電圧のレベルは、最適レベルに達するまで平滑化コンデンサを放電することによって低減される。この平滑化コンデンサの放電は電源を一時的にスイッチ・オフすることによって行うか、または要求されるよりも少ない電力を供給するように電源を調節することによって行ってもよい。
上述の実施形態は、本発明を解説するものであり、制限するものではなく、当業者においては、添付のクレームの範囲から逸脱することなく、多くの代替の実施形態を考案できることに注意する。
電力増幅器PVを適応的にバイアスすることで、電源電圧PVが事前に知られている平均出力電力に適合するように適応化され、このやり方は、例えば、GSM、UMTS、CDMA、IS95、CDMA2000及びW−CDMA移動通信システム内、及び、出力電力の変更が要求される、あらゆる他の無線システム内において用いることができる。
クレーム中、括弧内に入れられた任意の参照符号は、そのクレームを制限するものと解されるべきではない。”含む”なる単語及びこの活用の使用は、あるクレーム中に述べられているもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。ある要素に先行する”a”又は”an”なる冠詞は、それら要素が複数存在することを排除しない。本発明は、複数の別個の要素を含むハードウェアを介して実現しても、或いは、適当にプログラムされたコンピュータを介して実現しても良い。幾つかの手段を列挙するデバイスクレームにおいては、これら手段の幾つかは、ハードウェアの一つの、かつ、同一の項目によって具現しても良い。ある措置が互いに異なる従属クレーム内において列挙されているという単なる事実は、これら措置を有利な結果が得られるように組合せて用いることはできない、ことを示すものではない。
Claims (11)
- 出力電力を有する伝送信号を供給するための増幅器電源入力と出力とを有する電力増幅器と、
第一の電源電圧と第二の電源電圧とを供給するための電源出力を有する電源と、
前記電源出力と前記増幅器電源入力との間に配置されたスイッチング回路と、
電力変更コマンドを受信するための入力を有し、
(i)第一には、前記スイッチング回路を制御して第一の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するとともに前記電源を制御して前記第二の電源電圧のレベルを変化させ、前記第二の電源電圧のレベルは、前記前記出力電力が低減すべきことを電力変更コマンドが示すときは前記第一の電源電圧のレベルよりも低く、前記出力電力が増加すべきことを前記電力変更コマンドが示すときは高くし、
(ii)第二には、前記スイッチング回路を制御して、前記第二の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するコントローラと、
を含む送信機。 - 前記送信機は携帯装置であり、前記電力変更コマンドを供給するために、基地局から電力制御信号を受信する受信回路を更に含む請求項1記載の送信機。
- 前記送信機は、ある伝送システム内でタイムスロットと前記出力電力が適応化されるべき遷移期間とに基づいて動作するように構成され、前記遷移期間はそれぞれ2つの連続するタイムスロットの終端及び/又は開始とオーバーラップし、
前記コントローラは、
第一に、前記スイッチング回路が前記第一の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するように制御されている間は、前記電源を制御して前記電力変更コマンドの受信に応じて前記第二の電源電圧のレベルを変化させ、
第二に、前記遷移期間中は前記スイッチング回路を制御して前記第二の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するようにされる請求項2記載の送信機。 - 前記コントローラは前記電源を制御して前記第二の電源電圧のレベルを変化させ、この変化は実質的に前記電力変更コマンドが受信された瞬間から開始するようにされる請求項1記載の送信機。
- 前記電源は第三の電源電圧を供給するように構成され、
前記コントローラは、
(i)前記第二の電源電圧のレベルを前記第一の電源電圧のレベルより上に、そして前記第三の電源電圧のレベルを前記第一の電源電圧のレベルより下に制御し、
(ii)前記スイッチング回路を制御して、前記出力電力が増加されるべきか又は低減されるべきかに依存して、それぞれ前記第二の電源電圧か又は前記第三の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するようにされる請求項1記載の送信機。 - 前記送信機は伝送システム内でタイムスロットに基づいて動作するように構成され、前記コントローラは、これらタイムスロットの内の前記出力電力が変更されるべき1つにおいて、前記第二の電源電圧のレベル又は前記第三の電源電圧のレベルのどちらが前記増幅器電源入力に供給されている電源電圧のレベルとの間に最も大きな差を有するかに依存して前記第二の電源電圧のレベルか又は前記第三の電源電圧のレベルを制御するようにされる請求項5記載の送信機。
- 前記送信機は伝送システム内でタイムスロットに基づいて動作するように構成され、前記コントローラは、これらタイムスロットの内の前記出力電力が変更されるべき1つにおいて前記電源を制御するようにされ、
(i)前記第二の電源電圧が前記増幅器電源入力に供給されているときは、前記第一の電源電圧のレベルと前記第三の電源電圧のレベルとが適応化され、前記第一の電源電圧のレベルは前記第二の電源電圧のレベルを渡るように制御され、或いは
(ii)前記第第三の電源電圧が前記増幅器電源入力に供給されているときは、前記第一の電源電圧のレベルと前記第二の電源電圧のレベルとが適応化され、前記第一の電源電圧のレベルは前記第三の電源電圧のレベルを渡るように制御される請求項5記載の送信機。 - 出力電力を有する伝送信号を供給するための増幅器電源入力と出力とを有する電力増幅器と、
第一の電源電圧と第二の電源電圧とを供給するための電源出力を有する電源と、
前記電源出力と前記増幅器電源入力との間に配置されたスイッチング回路と、を含む送信機内での方法であって、
受信された電力変更コマンドに応じて、
前記スイッチング回路を制御して前記第一の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するとともに、前記電源を制御して、前記出力電力が低減すべきことを前記電力変更コマンドが示すときは前記第一の電源電圧のレベルよりも前記第二の電源電圧のレベルを低く、前記出力電力が増加すべきことを前記電力変更コマンドが示すときは前記第一の電源電圧のレベルよりも前記第二の電源電圧のレベルを高く変化させるステップと、
前記スイッチング回路を制御して前記第二の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するステップと、
を順次含む方法。 - 前記送信機は、ある伝送システム内でタイムスロットと前記出力電力が適応化されるべき遷移期間とに基づいて動作するように構成され、前記遷移期間は、それぞれ、2つの連続するタイムスロットの終端及び/又は開始とオーバーラップし、
前記制御するステップは、
第一に、前記スイッチング回路(SC)が前記第一の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するように制御されている間は、前記電力変更コマンドの受信に応じて、前記電源を制御して前記第二の電源電圧のレベルを変化させ、
第二に、前記遷移期間の間に、前記スイッチング回路を制御して前記第二の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するようにされる請求項8記載の方法。 - 基地局と、
出力電力を有する伝送信号を供給するための増幅器電源入力と出力とを有する電力増幅器と、
第一の電源電圧と第二の電源電圧とを供給するための電源出力を有する電源と、
前記電源出力と前記増幅器電源入力との間に配置されたスイッチング回路と、
電力変更コマンドを供給するために前記基地局から電力制御信号を受信する入力を有するコントローラと、
を含む送信機と、
を備えたシステムであって、
前記コントローラは、
(i)第一に、前記スイッチング回路を制御して前記第一の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するとともに、前記電源を制御して前記第二の電源電圧のレベルを変化させ、前記第二の電源電圧のレベルは、前記出力電力が低減すべきことを前記電力変更コマンドが示すときは前記第一の電源電圧のレベルよりも低く、増加すべきことを示すときは前記第一の電源電圧のレベルよりも高くし、
(ii)第二に、前記スイッチング回路を制御して、タイムスロットの現在の1つの終端とタイムスロットの次の1つの開始との所で発生する遷移期間の間、前記第二の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するシステム。 - 前記送信機はある伝送システム内でタイムスロットと前記出力電力が適応化されるべき遷移期間とに基づいて動作するように構成され、前記遷移期間は、それぞれ2つの連続するタイムスロットの終端及び/又は開始とオーバーラップし、
前記コントローラは、
第一に、前記スイッチング回路が前記第一の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するように制御されている間、前記電力変更コマンドの受信に応じて、前記電源を制御して前記第二の電源電圧のレベルを変化させ、
第二に、前記遷移期間の間、前記スイッチング回路を制御して前記第二の電源電圧を前記増幅器電源入力に供給するようにされる請求項10記載のシステム。
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