JP2008312045A - Method for controlling transmission power, and transmission power controller - Google Patents
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Description
本発明は、マイクロ波・ミリ波帯で用いられる無線通信装置において、使用環境条件に依存せず、かつ、高精度に、しかも、広ダイナミックレンジで高周波帯の送信電力を可変することができる送信電力制御方法及び送信電力制御装置に係るものである。 The present invention is a wireless communication apparatus used in the microwave / millimeter wave band, which does not depend on the use environment conditions, and which can vary the transmission power in the high frequency band with high accuracy and in a wide dynamic range. The present invention relates to a power control method and a transmission power control apparatus.
マイクロ波・ミリ波帯を使用する無線通信装置において、送信電力の可変ダイナミックレンジの拡大が求められている。 In a wireless communication device using a microwave / millimeter wave band, it is required to expand a variable dynamic range of transmission power.
送信電力の可変方法に関して、次に示す方法が一般的に広く用いられている。図9に示す従来例1と図10に示す従来例2は、一般的な送信用ブロック図であるが、両者ともに、局部発振器101からの局部発振信号(LO)を局部発振逓倍器102で逓倍する一方、入力された中間周波数信号(IF)を中間周波数帯可変抵抗減衰器103で可変し、これらをミキサ104で合成してマイクロ波・ミリ波帯の高周波信号(RF)に周波数変換をし、これを送信電力増幅器105で増幅して送信出力とする。その際、送信電力増幅器105の前段の高周波帯可変抵抗減衰器106で送信電力を可変する。
As a method for varying the transmission power, the following method is generally widely used. Conventional example 1 shown in FIG. 9 and conventional example 2 shown in FIG. 10 are general block diagrams for transmission. In both cases, local oscillation signal (LO) from
図9に示す従来例1は、その送信電力制御をクローズドループで制御するもので、送信電力増幅器105の後段に送信電力検波器107を設け、その検波信号をクローズドループ送信電力制御回路108にて高周波帯可変抵抗減衰器106にフィードバックすることで実現している。
The prior art example 1 shown in FIG. 9 controls the transmission power control in a closed loop. A transmission power detector 107 is provided at the subsequent stage of the transmission power amplifier 105, and the detected signal is received by the closed loop transmission
しかしながら、送信電力検波器107に用いられる検波ダイオードは、特に高周波、かつ低出力時に検波精度が著しく劣化するため、高精度の検波が難しくなり、それが技術的障壁になっていた。更に、高価で、技術的難易度が高いとか、マイクロ波・ミリ波帯での広ダイナミックレンジの可変抵抗減衰器が必要になるのも、本構成のデメリットである。 However, the detection diode used in the transmission power detector 107 has a significant deterioration in detection accuracy especially at a high frequency and at a low output, which makes high-precision detection difficult, which has become a technical barrier. Furthermore, it is a disadvantage of this configuration that it is expensive and technically difficult, or requires a variable resistance attenuator with a wide dynamic range in the microwave / millimeter wave band.
図10に示す従来例2は、中間周波数帯可変抵抗減衰器103を制御して、中間周波数の入力電力を可変するが、この場合、設置環境変化(特に温度変化)による増幅器の特性変動をオープンループで補償するため、高周波帯可変抵抗減衰器106をオープンループで制御する送信電力制御回路109が必要となる。そのため、個々の素子のバラツキを補正するには、制御パラメータを個別に設定する必要あり、生産性の低下を招くばかりでなく、増幅器の経時劣化や素子故障等に起因する変化に対しては、全く補正が不可能であった。
The conventional example 2 shown in FIG. 10 controls the intermediate frequency band
ところで、最近の無線通信装置では、イメージ周波数を抑圧するイメージリジェクション型のミキサを用いたものが増えている。 By the way, in recent wireless communication apparatuses, an apparatus using an image rejection mixer that suppresses an image frequency is increasing.
特許文献1(特願2003−426041公開公報、国際公開番号WO2005/062474)には、イメージリジェクション型のミキサにおいて、通信品質に応じた制御信号により、局部発振信号の出力電力を制御する技術が開示されている。 Patent Document 1 (Japanese Patent Application No. 2003-426041, International Publication No. WO2005 / 062474) discloses a technique for controlling the output power of a local oscillation signal by a control signal corresponding to communication quality in an image rejection mixer. It is disclosed.
しかし、これは、LO/RF電力比=1の条件を満足しながら、LO出力を可変することを目的とし、LO出力変更命令に応じて位相を変化させることでLO電力を可変しており、出力されるRF電力は可変されない。
本発明の課題は、可変抵抗減衰器の最大減衰量、並びに検波器の限界最小検波電力以下の送信電力を容易に、かつ高精度に、しかも、広ダイナミックレンジで高周波帯の送信電力を可変することができる送信電力制御方法及び送信電力制御装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to easily and accurately change the maximum attenuation of a variable resistance attenuator and the transmission power below the limit minimum detection power of the detector, and to change the transmission power in the high frequency band with a wide dynamic range. Another object of the present invention is to provide a transmission power control method and a transmission power control apparatus that can perform the above.
本発明は、局部発振信号と中間周波数信号とを合成して高周波信号を生成するとともに、イメージ信号を抑圧するイメージリジェクションミキサ回路と、このイメージリジェクションミキサ回路の出力の送信電力を増幅し、その送信電力を検波してクローズドループで制御するクローズドループ型送信電力制御系とを有する無線通信装置において、イメージリジェクションミキサ回路内での局部発振信号と中間周波数信号と高周波信号の少なくとも一つの位相をクローズドループ型送信電力制御系で検波した送信電力に応じて可変して、イメージ信号と高周波信号の電力比を変化させる。 The present invention combines a local oscillation signal and an intermediate frequency signal to generate a high-frequency signal, amplifies the image rejection mixer circuit that suppresses the image signal, and the transmission power of the output of the image rejection mixer circuit, In a wireless communication apparatus having a closed-loop transmission power control system that detects the transmission power and controls it in a closed loop, at least one phase of a local oscillation signal, an intermediate frequency signal, and a high-frequency signal in an image rejection mixer circuit Is varied according to the transmission power detected by the closed loop transmission power control system, and the power ratio between the image signal and the high frequency signal is changed.
送信電力に応じてイメージリジェクションミキサ回路内の位相を可変する場合、次のような形態がある。
イメージリジェクションミキサ回路内の位相分配器で位相差を与えられた中間周波数信号の位相を局部発振信号と合成される前に可変する。
イメージリジェクションミキサ回路内の同相分配器で分配された局部発振信号の位相を中間周波数信号と合成される前に可変する。
イメージリジェクションミキサ回路で生成された高周波信号を位相合成器で合成される前に可変する。
When the phase in the image rejection mixer circuit is varied according to the transmission power, there are the following forms.
The phase of the intermediate frequency signal given a phase difference by the phase distributor in the image rejection mixer circuit is varied before being combined with the local oscillation signal.
The phase of the local oscillation signal distributed by the in-phase distributor in the image rejection mixer circuit is varied before being combined with the intermediate frequency signal.
The high frequency signal generated by the image rejection mixer circuit is varied before being synthesized by the phase synthesizer.
本発明によれば、送信電力が所望の精度で制御できる可変範囲では、クローズドループ型送信電力制御系にて送信電力制御を行い、送信電力検波器の性能によりクローズドループ型送信電力制御系では所望精度が得られなく送信電力以下となったときには、検波電圧出力が一定になるように制御しながら、イメージリジェクションミキサ回路内で局部発振信号と中間周波数信号と高周波信号の少なくとも一つの位相を可変して、イメージ抑圧比を変化させ、イメージ信号と高周波信号の電力比を変化させることで、クローズドループ型送信電力制御系での送信電力制御範囲に加えて、最大でイメージリジェクションミキサ回路のイメージ抑圧量分だけ送信電力制御範囲を拡大できる。
従って、可変抵抗減衰器の最大減衰量、並びに検波器の限界最小検波電力以下の送信電力を容易に、かつ高精度に、しかも、広ダイナミックレンジで高周波帯の送信電力を可変することができる。
According to the present invention, in a variable range in which transmission power can be controlled with a desired accuracy, transmission power control is performed in the closed loop transmission power control system, and in the closed loop transmission power control system, depending on the performance of the transmission power detector. When the accuracy is not achieved and the transmission power is below the specified value, the phase of the local oscillation signal, intermediate frequency signal, and high frequency signal can be varied in the image rejection mixer circuit while controlling the detection voltage output to be constant. Then, by changing the image suppression ratio and changing the power ratio between the image signal and the high-frequency signal, the image of the image rejection mixer circuit at the maximum in addition to the transmission power control range in the closed-loop transmission power control system. The transmission power control range can be expanded by the amount of suppression.
Therefore, the maximum attenuation of the variable resistance attenuator and the transmission power equal to or lower than the limit minimum detection power of the detector can be easily varied with high accuracy and in a wide dynamic range.
また、イメージリジェクションミキサ回路内の位相変化での電力制御領域は、基本的にオープンループ制御で実現するが、イメージリジェクションミキサ回路自体がバランス型であるため温度などの環境要因の変動の影響を受けにくいこと、更には、例えば送信電力増幅器等の、ミキサより出力側の素子の経時的な劣化に関しても、検波電力が一定になるように利得制御されるため、経時的な劣化等による送信出力補正、更には、故障検出も容易に実現できる。 In addition, the power control area for phase change in the image rejection mixer circuit is basically realized by open loop control. However, the image rejection mixer circuit itself is a balanced type, so the effects of fluctuations in environmental factors such as temperature are affected. In addition, the gain control is performed so that the detected power is constant with respect to the deterioration over time of the elements on the output side of the mixer, such as a transmission power amplifier. Output correction and further failure detection can be easily realized.
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に本発明の実施例1の送信電力制御装置を示す。この装置は、局部発振器1と、イメージリジェクションミキサ回路2と、その後段のクローズドループ型送信電力制御系3と、イメージ帯の不要波を抑圧するための帯域通過フィルタ4の他に、クローズドループ型送信電力制御系3からの制御でイメージリジェクションミキサ回路2内の位相を可変するための、送信電力制御回路5及び位相制御回路6を有する。
FIG. 1 shows a transmission power control apparatus according to a first embodiment of the present invention. This apparatus includes a
イメージリジェクションミキサ回路2は、第1と第2の2つのミキサ21・22と、中間周波数帯(IF)に対する90度位相分配器23及び位相可変器24と、局部発振周波数帯(LO)に対する同相分配器25と、高周波周波数帯(RF)に対する90度位相合成器26とを有する。
The image
90度位相分配器23へ入力されたIF信号は、90度の位相差をもった2つのIF信号に分岐され、90度の位相差を与えられたIF信号は第1のミキサ21へそのまま入力されるのに対し、位相差を与えられなかったIF信号は位相可変器24へ入力されて、位相を可変される。
The IF signal inputted to the 90-
一方、局部発振器1からのLO信号は同相分配器25で2分岐され、そのうちの一方は第1のミキサ21へ入力されて、90度の位相差を与えられたIF信号と合成され、他方は第2のミキサ22へ入力されて、位相可変器24で位相を可変されるIF信号と合成される。
On the other hand, the LO signal from the
第1のミキサ21で生成されたRF信号と、第2のミキサ22で生成されたRF信号とは、90度位相合成器26で位相合成されてイメージリジェクションミキサ回路2から出力される。
The RF signal generated by the
クローズドループ型送信電力制御系3は、利得可変用の可変抵抗減衰器31と、送信電力増幅器32と、送信電力検出量の送信電力検波器33と、この送信電力検波器33からの入力をモニターしながら可変抵抗減衰器31を制御できるクローズドループ送信電力制御回路34とで構成されている。
The closed-loop transmission
送信電力制御回路5は、クローズドループ送信電力制御回路34で所望精度が得られている可変範囲では有効に動作しないが、所望精度が得られなく送信電力以下となると、位相制御回路6を作動させてイメージリジェクションミキサ回路2内の位相可変器24を可変する。
The transmission
図2の送信スペクトラムを用いてその動作を説明する。
所望の高ダイナミックレンジの送信出力可変範囲を実現させるために、イメージリジェクションミキサ回路2からの出力スペクトラムは、図2の状態0に示すように、主に、所望のRF信号とその信号よりイメージリジェクション比だけ低いレベルをもったイメージ信号、更にはLO漏洩信号からなる。
The operation will be described using the transmission spectrum of FIG.
In order to realize a desired transmission output variable range with a high dynamic range, the output spectrum from the image
初めに、送信電力検波器33の出力最大で、可変抵抗減衰量最小となる最大送信出力の状態0から、検波精度の観点、可変抵抗減衰器31のダイナミックレンジの観点から容易に実現できる下限送信出力電力である状態1までは、クローズドループ送信出力制御回路34で、クローズドループにて送信出力をコントロールする。ここで得られる送信出力範囲は、図2内に示す送信出力制御範囲(1)となる。
First, the lower limit transmission that can be easily realized from the viewpoint of detection accuracy and the dynamic range of the variable resistance attenuator 31 from the
次に、上記のクローズドループ制御で得られる送信出力制御範囲(1)以下の送信電力を実現する場合、イメージリジェクションミキサ回路2内に設けられた位相可変器24を用いて、送信パワーを、次のように更に広いレンジで高精度で可変する。
Next, when realizing transmission power below the transmission output control range (1) obtained by the above closed loop control, using the
図2で定義した状態1から、状態2、状態3へは、イメージリジェクションミキサ回路2内に設けられた位相可変器24を0度から180度まで可変することで実現できる。具体的には、IF信号の位相をオープンループでコントロールすることで、図3(A)のグラフにおいて状態1〜状態3に示すように、イメージリジェクション比を制御する。ここで重要なことは、送信電力検波器33は、RF信号、イメージ信号、LO信号の全てを検波していることである。そのため、イメージリジェクション比をコントロールした場合でも、図3(B)のグラフに示すように検波電圧がほとんど変化しない。
このことは、初めのクローズドループの最小出力の状態のまま、イメージリジェクション比を変化させても、送信電力検波器33は、RF信号、イメージ信号、LO信号の全てを送信波の総和を検波しているため、電力全体は一定にコントロールされており、結果として、イメージリジェクション比の変化量(劣化量)は、RF送信信号の変化量(絶対低下量)と考えることができる。最終的に、図1の帯域通過フィルタ4によって、イメージ信号は阻止され、RF信号のみ送信され、結果として、イメージリジェクション比だけ、つまり、図2内に示す送信出力制御範囲(2)だけ、送信電力の可変ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。
This means that even if the image rejection ratio is changed while maintaining the minimum output of the first closed loop, the transmission power detector 33 detects the sum of the transmission waves of all of the RF signal, the image signal, and the LO signal. Therefore, the entire power is controlled to be constant, and as a result, the change amount (deterioration amount) of the image rejection ratio can be considered as the change amount (absolute decrease amount) of the RF transmission signal. Finally, the
このように、送信電力検波器33、並びに可変抵抗減衰器31による送信出力制御範囲(1)に加えて、イメージリジェクションミキサ回路2のイメージリジェクション比量である送信出力制御範囲(2)分だけ、送信出力範囲を拡大できることになる。
Thus, in addition to the transmission output control range (1) by the transmission power detector 33 and the variable resistance attenuator 31, the transmission output control range (2) which is the image rejection ratio amount of the image
このようなイメージリジェクション変化による送信電力制御は、図4に示すように温度変化で送信電力範囲が微妙に変動する場合にも、原理的に高精度である。図5(A)・(B)に温度変化させたときのシミュレーション結果を示すが、本来イメージリジェクション型ミキサの動作原理が差動型であることを考えれば、その結果は容易に類推できる。 The transmission power control based on such image rejection change is theoretically highly accurate even when the transmission power range slightly changes due to a temperature change as shown in FIG. FIGS. 5A and 5B show simulation results when the temperature is changed. If the operation principle of the image rejection mixer is originally a differential type, the result can be easily inferred.
更には、RF信号、イメージ信号、LO信号の全てを送信波の総和を検波して、クローズドループを保持したまま、送信電力制御しているため、送信電力増幅器32の温度変動等の、環境要因に変化による特性変動や経時劣化が補償され、または、それらの異常の検出も可能になる。 Further, since the transmission power is controlled while detecting the sum of the transmission waves of all of the RF signal, the image signal, and the LO signal and maintaining the closed loop, environmental factors such as temperature fluctuation of the transmission power amplifier 32 are controlled. Therefore, it is possible to compensate for characteristic fluctuations and deterioration with time, or to detect such abnormalities.
因に、マイクロ波・ミリ波帯での送信出力制御範囲(1)は30dB程度、イメージリジェクション比による送信出力制御範囲(2)は20dB程度に容易に実現できることを考えると、全体で50dBの送信出力可変範囲を容易に確保できることになる。 In consideration of the fact that the transmission output control range (1) in the microwave / millimeter wave band can be easily realized at about 30 dB, and the transmission output control range (2) based on the image rejection ratio can be easily realized at about 20 dB. The transmission output variable range can be easily secured.
図6に示す実施例2は、位相可変器24を同相分配器25と第2のミキサ22との間に設け、同相分配器25で分岐された一方のLO信号の位相を可変するようにしたもので、実施例1と同様の効果が得られる。
In the second embodiment shown in FIG. 6, the phase
図7に示す実施例3は、位相可変器24を第1のミキサ21と90度位相合成器26の間に設け、第1のミキサ21で生成されたRF信号の位相を可変するようにしたもので、実施例1と同様の効果が得られる。
In the third embodiment shown in FIG. 7, the phase
図8に示す実施例4は、図1の実施例1における同相分配器25に代えて90度位相分配器25a、90度位相合成器26に代えて同相の位相合成器26aを用いたものである。
In the fourth embodiment shown in FIG. 8, a 90-
なお、位相可変器24は、位相を連続的に変化させる必要はなく、スイッチ的に切り替える方法もある。
一般に、高性能な位相可変器を実現するのは、難しい場合があるが、スイッチを用いて、90度合成/分配器の極性を切り替えるのも同様の効果を実現できる。
簡単には、それぞれの90度位相分配/合成器の極性を入力/出力スイッチなどを用いて切り替える方法でも同様の送信電力可変範囲が得られる。送信電力制御が不連続になってしまう欠点があるが、出力電力を連続的に変化させる必要が無い装置の場合、容易に送信出力範囲を拡大できる。
The phase
In general, it may be difficult to realize a high-performance phase shifter, but the same effect can be achieved by switching the polarity of the 90-degree combiner / distributor using a switch.
In a simple manner, the same transmission power variable range can be obtained by a method of switching the polarity of each 90-degree phase distributor / combiner using an input / output switch or the like. Although there is a drawback that the transmission power control becomes discontinuous, in the case of an apparatus that does not need to continuously change the output power, the transmission output range can be easily expanded.
1 局部発振器
2 イメージリジェクションミキサ回路
3 クローズドループ型送信電力制御系
4 帯域通過フィルタ
5 送信電力制御回路
6 位相制御回路
21・22 第1及び第2のミキサ
23 90度位相分配器
24 位相可変器
25 同相分配器
26 90度位相合成器
31 可変抵抗減衰器
32 送信電力増幅器
33 送信電力検波器
34 クローズドループ送信電力制御回路
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