JP2735469B2 - 多重搬送波ｒｆ通信システム内のピーク平均電力を低減するための方法及び装置 - Google Patents

多重搬送波ｒｆ通信システム内のピーク平均電力を低減するための方法及び装置

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JP2735469B2 JP5261452A JP26145293A JP2735469B2 JP 2735469 B2 JP2735469 B2 JP 2735469B2 JP 5261452 A JP5261452 A JP 5261452A JP 26145293 A JP26145293 A JP 26145293A JP 2735469 B2 JP2735469 B2 JP 2735469B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は通信システム内の多重チ
ャネル信号増幅システム及びそのピーク電力定格（peak
power rating ）に対してこれら多重チャネル信号増幅
器の平均電力処理能力を増加するための方法及び装置に
関する。これは、多重チャネル信号を構成する個々の搬
送波信号の位相の変動が多重チャネル信号内の非常に高
い包絡線信号（エンベロープ信号）ピークの発生の原因
となることを阻止することに関する。
【０００２】
【従来の技術】無線電話通信システム内においては、複
数のチャネルの電力信号が一つの複合信号に結合され
る。この複合信号は複数の並列経路に分割され、各並列
経路内の個々の無線送信機に結合される。これら複数の
無線送信機の出力無線伝送信号は単一の電力増幅器内で
結合及び増幅される。各並列経路内の個々の信号ピーク
が同時的に発生し、その電力処理能力を大きく超える複
合ピーク電力がこの単一の電力増幅器の所に現れる原因
となることがある。
【０００３】様々な無線チャネルが周波数において互い
に各々が一つの異なる周波数バンド内で動作するように
分散される。各チャネルはＦＭ変調され、従って、実質
的に一定の振幅の信号を持ち、結合された信号のピーク
の発生は、個々の搬送波周波数、変調方法、信号内容及
びノイズの高度に複合された関数である。個々の信号ピ
ークの同時発生は簡単には回避できないために、多重チ
ャネル信号は、ピーク電力が個々の信号の建設的な加算
（constructive addition ）のためにその包絡線（エン
ベロープ）の平均電力を大きく超える電力最大に服従す
る。
【０００４】合衆国特許第４，０６４，４６４号は入力
信号を複数のチャネルに分割し、個々のチャネルを並列
に接続された複数の電力増幅器に分割する電力分割器を
含む増幅器システムを開示する。これら並列に接続され
た電力増幅器の複数の出力が電力増幅器の並列出力に接
続された後続の電力結合器によって単一の出力に結合さ
れる。並列に接続された増幅器の一つへの入力は電圧制
御位相シフタ（voltage controlled phase shifter）を
含むが、これは、基準値からの電力結合器の電力出力の
偏差に応答する。このフィードバック構成は電力出力を
調節された値に保持する。
【０００５】ただし、上記の方法は、単一の増幅器内で
無線伝送信号の複数のチャネルの結合された信号を増幅
するのではなく、むしろ、複数のチャネルの個々の中に
個々の増幅器を持つ増幅技法である。
【０００６】
【発明の背景】本発明によると、複数の並列に接続され
た無線送信機の電力出力を増幅するための増幅器内のピ
ーク電力が請求項１の装置及び請求項２の方法に従って
制限される。
【０００７】
【詳細な記述】周波数において互いに分離された各々が
異なる搬送波周波数を持つ複数の異なる信号チャネルを
処理する増幅器内のピーク平均（peak to average ）電
力を低減するための一例としてのシステムが図１に示さ
れる。示される装置はセルラー基地局内に含まれるが、
ここでは、位相同期無線装置（phase locked radios ）
が各々そのセルラー基地局によって処理されるセルに割
り当てられたチャネルセット内の一つの異なるチャネル
を扱う。
【０００８】複数の位相同期無線トランシーバ（phase
locked radio transceivers ）１０１、１０２、１０３
及び１０４が情報信号として示される音声及びデータを
受信するように接続される。これら信号はＦＭ変調さ
れ、位相同期トランシーバの各々に対する異なる搬送波
周波数にて送信される。ＦＭ信号（無線周波数出力信
号）は、個々に、リード１１１、１１２、１１３及び１
１４を介して結合器回路１０６に送信され、ここで全て
の変調された搬送波信号が無線装置１０１−１０４に供
給された全ての情報を含む複合変調信号に結合される。
この複合信号は前置増幅器１０７に加えられ、その後線
形増幅器１０９に加えられるが、これはこの複合信号を
無線伝送レベルに増幅する。この線形増幅器の出力はこ
のセル領域に伝送するためにアンテナ１１０に接続され
る。
【０００９】各無線装置内の搬送波信号の周波数は基準
周波数生成器１２１から生成された基準信号から供給さ
れる基準周波数に同期される。基準周波数生成器１２１
の出力は信号スプリッタ装置１２２に加えられるが、こ
れは基準周波数信号を四つのリード１２３、１２４、１
２５及び１２６上に加える。これら四つのリードは電圧
制御位相シフタ１３１、１３２、１３３及び１３４に結
合されるが、この動作については後に説明される。位相
シフタの出力はリード１４３、１４４、１４５及び１４
６を介して位相同期無線器１０１−１０４の基準信号入
力に接続される。
【００１０】この一例としての構成においては、トラン
シーバの搬送波は周波数において等間隔に分離される。
このケースにおいては、ピーク平均の低減が最も期待で
きる。各無線装置はリード１２３−１４６に供給される
同一の基準周波数にロックされる。位相ロックループ内
の熱効果（thermal effects ）のために、搬送波周波数
は互いにドリフトし、図４に示されるように、複数の搬
送波のピークは時間において同時に発生し、線形増幅器
内に高いピーク包絡線電力（エンベロープ電力））を与
える。一般的に、結合された信号の包絡線は搬送波間の
周波数間隔である１／ｆの速度の周期性を持つ。これら
包絡線ピークは長期間存在することがあり、これは位相
同期トランシーバの熱ドリフトと関連する。
【００１１】線形増幅器１０９に入力された電力は結合
デバイス１５１によって検出されるが、このデバイスは
平均電力検出器１５２及びピーク電力検出器１５３に接
続される。平均電力及びピーク電力に対する値はコント
ローラ１６１に加えられる。デジタル或はアナログ形式
のいずれかで実現されるこのコントローラは、たえず、
線形増幅器１０９によって処理された信号のピーク電力
対平均電力の比を監視する。コントローラ１６１はこの
比を評価し、この情報をリード１７１、１７２、１７３
及び１７４を介して制御電圧を電圧制御位相シフタ１３
１−１３４に加えるために使用する回路を含む。この一
例としての実施例においては、この制御回路は記憶され
たプログラムでの制御、論理アレイ或はアナログ回路か
ら構成される。
【００１２】図１の構成においては、基準周波数入力の
１から３度の位相シフトは、無線周波数の基準周波数に
対する比が６０に等しいため、ＲＦ出力の所の６０から
１８０度の位相シフトに対応する。各搬送波に対する位
相シフトは無線周波数がそれに同期される対応する基準
信号に加えられる。この一例としての実施例において
は、この基準周波数は１５ＭＨｚレンジ内である。
【００１３】このコントローラとして使用することが適
当な典型的な格納プログラムコントローラが図３に示さ
れる。このコントローラは線形増幅器への入力信号の平
均及びピーク包絡線電力を監視する。ここでの平均電力
は包絡線電力の変動よりも長い時間期間、恐らくは１０
０ｍＳを通じて平均された熱等価電力（thermal equiva
lent power）であるものと理解される。ピーク電力はピ
ークの発生の周波数よりも幾分か遅い速度にて減衰する
コンデンサ内にピーク値を格納する従来のビデオダイオ
ードピーク検出器によって検出される電力である。
【００１４】ピーク及び平均電力の両方を測定すること
によって、図３のコントローラは信号のピーク平均比を
計算し、最小比となるように最適化することができる。
このハードウエア実現は、図３に示されるように、二つ
のアナログ−デジタル変換器３０１及び３０２を含む
が、これはそれぞれピーク検出器（図１内の１５３）及
び平均電力検出器（図１内の１５２）からの入力を受信
し、これらピーク電力及び平均電力のデジタル化された
ものをマイクロプロセッサに加える。このマイクロプロ
セッサは関連するＲＡＭ（３０４）及びＲＯＭ（３０
５）メモリキャパシティ（memory capacity ）を含む
が、これは、検出された電力信号の処理及び位相シフト
回路（図１内の１３１−１３４）を制御する出力制御信
号を生成するためのメモリ記憶及び格納されたインスト
ラクションを生成する。マイクロプロセッサ３０３はデ
ジタル位相シフト制御信号を一つ或は複数のセットのデ
ジタルアナログ変換器３３１−３３４に供給するが、こ
れは一方、図１に示される位相シフト回路１３１−１３
４を制御するためのアナログ制御信号を供給する。この
一例としてのコントローラはマイクロプロセッサ及びデ
ジタル信号を使用するが、標本保持比較器及び演算増幅
器と共に一つの完全なアナログコントローラを使用する
こともできる。
【００１５】ピーク平均電力比の最適化は、ある与えら
れた無線装置の位相と結合された無線信号のピーク平均
比との間の相関が非常に複雑であり、またある与えられ
た無線装置の絶対位相が簡単には制御できないために一
連の試行錯誤を繰り返して行なわれる。コントローラは
一つ或は複数の位相シフタを一度に調節し、次に、ピー
ク平均比を監視する。ピークレベルに向上（低減）が見
られる場合は、コントローラは同一方向に位相の調節を
継続する。ピーク電力包絡線内のデップ（dip）によっ
て確認されるように最小のピーク平均比が達成される
と、コントローラはこの位相シフタの調節を停止し、シ
ーケンス順において次に位相シフタへと移る。各位相シ
フタがシーケンス順にセットされ、コントローラはこの
サイクルを反復する。幾つかの応用においては、単に電
力包絡線のピーク値を監視するのみで十分である。
【００１６】ある無線装置の位相をコントローラの格納
されたインストラクションに従って複数の無線装置のあ
る特定の一つＮに対して変更するプロセスが図６に流れ
図形式にて示される。このフローは６０１から開始さ
れ、ブロック６０３のインストラクションは、ピーク包
絡線及び平均電力の測定及びピーク包絡線対平均電力比
の計算をつかさどる。判定ブロック６０５のインストラ
クションは最も最近のピーク／平均比の測定値と前のピ
ーク／平均比の測定値との間の絶対値の差がある最小量
子位相値（minimum quantum phase value ）より大きい
か否かを決定する。この量子値はそれ以下で現在の無線
装置の位相が最適であると見なされる位相変化の絶対値
である。
【００１７】この絶対値の差が判定ブロックにおいて最
小量子位相値よりも大きな場合は、フローは判定ブロッ
ク６０９に進み、このブロックのインストラクションは
最も最近のピーク／平均比が前のピーク／平均値より大
きいか否かを決定する。大きくない場合は、無線装置Ｎ
の位相が幾らかの量子値だけ変えられる。ブロック６１
５において最後に計算されたピーク／平均比が最も最近
の値にされ、フロープロセスはブロック６０３に戻る。
【００１８】判定ブロック６０５の評価の応答が否定的
である場合は、フローはブロック６０７に進むが、これ
は、調節される無線装置のＮ指定を次の無線装置に変え
る。この無線装置の位相はブロック６１３のインストラ
クションに従って変えられる。
【００１９】判定ブロック６０９の肯定的応答に応答し
て、フローはブロック６１１に進むが、このインストラ
クションは実現される位相シフトの方向を変える。この
無線装置の位相はブロック６１５に従ってシフトされ
る。図４の波形は線形増幅器システムのピーク電力処理
能力（peak power handling capacity）を制約するタイ
プの多重搬送波信号包絡線内の高いピークの発生を示
す。ピーク４０１は平均電力レベル４０２よりもかなり
高い。これらピークを低減するための方法及び装置によ
って達成される改良が図５に示されるが、ここでは、平
均電力レベル５０２と比較してのピーク５０１が図４と
比較してかなり低減される。高いピーク平均電力比が発
生するのを防止するためのもう一つの構成が図２に示さ
れる。このシステム要素は図１のシステムとの関連で説
明のそれと実質的に同一であるが、ただし、これらの相
対位置が変えられている。主な変更はトランシーバ２０
１−２０４の出力の所の搬送波を位相シフトするための
電圧制御位相シフタ２３１−２３４の位置である。この
位置の変更は６０から１８０度のオーダの位相シフトが
実現されることを要求する。その他の動作については図
１の位相シフトシステムの動作と類似する。ここに示さ
れるコントローラは使用される位相シフト増分を除いて
図３のコントローラと同一である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピーク平均電力比を制限するための増幅器シス
テム制御構成の略ブロック図である。
【図２】ピーク平均電力比を制限するためのもう一つの
増幅器システム制御構成の略ブロック図である。
【図３】図１及び２の増幅器制御システム内に使用され
た格納プログラムコントローラの略ブロック図である。
【図４】増幅器システムによって処理された包絡線電力
の波形のグラフである。
【図５】増幅器システムによって処理された包絡線電力
の波形のグラフである。
【図６】ピーク平均電力比を低減するための方法のフロ
ープロセス図である。
【符号の説明】
１０１−１０４ 無線送信機 １０６ 電力結合器 １０７、１０９ 出力チャネル １２２ 電力スプリッタ １２３−１２６ 並列チャネル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム アレン ニッツ アメリカ合衆国 07866 ニュージャー シィ，ロックアウェイ，ストーニー ブ ルック ロード 42 (72)発明者 ジョセフ オーセナセック アメリカ合衆国 07054 ニュージャー シィ，パーシパニー，アパートメント ジェー３，バルドウィン ロード 350 (56)参考文献 特開 平２−305237（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−130191（ＪＰ，Ａ) 米国特許5045799（ＵＳ，Ａ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基準周波数生成器（１２１）から生成さ
    れた基準信号を複数の並列チャネル（１２３−１２６）
    に分割する電力スプリッタ（１２２）と、 該並列チャネル上の信号を単一の出力チャネル（１０
    ７）に結合する電力結合器（１０６）とからなる無線伝
    送通信システム用の電力増幅器システムにおいて、 該並列チャネルの各々は無線送信機（１０１−１０４）
    を含み、該システムはさらに、 該単一の出力チャネル上の信号を増幅する増幅器（１０
    ９）と、 該単一の出力チャネル上の信号のピーク電力レベル（１
    ５２）を監視する手段と、 該単一の出力チャネル上の信号の平均電力レベル（１５
    ３）を監視する手段と、 該ピーク電力を監視する手段と該平均電力を監視する手
    段とからの入力を受信してピーク電力対平均電力の比を
    展開する手段(１６１）と、 該比が特定の値を超えたときに該展開手段に応動して、
    無線送信機の信号の位相を変更する手段（１３１−１３
    ４）とを含むことを特徴とする電力増幅器システム。
  2. 【請求項２】 無線送信機を各々が含む複数の並列チャ
    ネル内の無線搬送波信号を、単一の電力増幅器を含む単
    一のチャネルへ供給する電力増幅システムにおいて使用
    される、単一の電力増幅器の平均電力処理能力を増加さ
    せる方法であって、該方法が、 該単一の電力増幅器によって扱われる該単一のチャネル
    のピーク電力レベルと平均電力レベルとを監視して、ピ
    ーク電力対平均電力の比を計算する段階（図６の６０
    ３）と、 最近のピーク電力対平均電力の比（Ｒ）と前のピーク電
    力対平均電力の比（Ｐ）との差の絶対値と所定の閾値
    （Ｌ）とを比較する段階（６０５）と、 該絶対値が所定の閾値より小さい場合には、少なくとも
    １つの無線搬送波信号の位相を変えることを止め、該少
    なくとも１つの無線搬送波信号以外の少なくとも１つの
    無線搬送波信号の位相を変化させる段階（６０７、６１
    ３）と、 該絶対値が所定の閾値より大きい場合には、該最近の電
    力比と該前の電力比を比較する段階（６０９）と、 該最近の電力比が該前の電力比よりも大きい場合には該
    少なくとも１つの無線搬送波信号の移相の方向を変える
    段階（６１１）と、 該少なくとも１つの無線搬送波信号の位相を変化させる
    段階（６１３）とからなることを特徴とする方法。
JP5261452A 1992-10-20 1993-10-20 多重搬送波ｒｆ通信システム内のピーク平均電力を低減するための方法及び装置 Expired - Lifetime JP2735469B2 (ja)

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