JP3314761B2 - 電力制限回路 - Google Patents

電力制限回路

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    • Y02DCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

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  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力制限回路に
関し、特に移動通信に用いられるCDMA方式の変調器
において、複数チャネル(ユーザ)を多重する場合の電
力制限回路に関する。
【0002】
【従来の技術】移動通信に用いられるCDMA方式で
は、複数チャネル(ユーザ)のデータを多重する必要が
あるため、変調波の瞬時電力の変動が大きい。また、各
チャネル(ユーザ)の電力値はクローズドループ制御と
呼ばれる制御によって、各チャネル毎に独立に設定され
る。しかも、各チャネルの電力および、チャネル数が常
に変動している。そのため、条件によっては、全チャネ
ルの総電力が、増幅器の能力を超えた値に設定される場
合がある。この場合、その状態で使用し続けると、増幅
器が歪んでRF信号の特性が劣化したり、最悪の場合に
は増幅器が破壊、または保護が働いて送信停止になって
しまう。また、各チャネルの設定によっては、平均電力
が同じでも瞬時電力の発生確率が大きくなる場合があ
る。この場合、歪み補償技術を使用した増幅器では、急
激に歪み特性が劣化する。そのため、変調波の瞬時電力
の発生確率の検出を行い、電力制限を行う必要がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図13は、従来の制限
回路の一例を示す。同図において、従来の制限回路は振
幅制限回路302,312にて構成されている。しか
し、振幅制限回路302,312では、しきい値以上の
振幅に対して制限を行っているだけであるため、その発
生確率が増加しても、その変調波が増幅器に入力される
ことになる。発生確率が増加する要因としては、変調波
の平均電力が増加した場合やチャネルの設定条件が変わ
った場合などが考えられる。いずれの場合も、増幅器の
歪み成分が増加してRF信号が劣化することになる。
【0004】平均電力が増加して全チャネルの総電力
が、増幅器の能力を超えた値に設定された場合、増幅器
に過剰な電力が入力されて、増幅器が歪んでRF信号の
特性が劣化したり、最悪の場合には増幅器が破壊、また
は保護が働いて送信停止になってしまう。この場合、通
信システムの停止となる。また、各チャネルの設定によ
って、平均電力が同じでも瞬時電力の発生確率が大きく
なる場合、歪み補償技術を使用した増幅器では、急激に
歪み特性が劣化する。
【0005】この発明の目的は、CDMA方式の変調器
において複数チャネル(ユーザ)を多重した場合に、設
定された値以上に瞬時電力の発生確率が大きくなっても
送信増幅器の歪みが増加しないように制御する電力制限
回路を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の電力制限回路
は、移動通信に用いられるCDMA方式の変調器におい
て、複数チャネル(ユーザ)を多重した場合に、各チャ
ネルの振幅情報がどのように設定されても、設定された
値以上の瞬時電力の発生確率を検出して、発生確率があ
るしきい値を超えた場合には各チャネルの電力の制限を
行うことによって、多重時の瞬時電力または平均電力の
増加による送信増幅器の歪みが増加しないように制御す
ることを特徴とする。
【0007】検出部にて、設定された値以上の瞬時電力
の発生確率を検出して、発生確率があるしきい値を超え
た場合には検出信号を制御部へ送信して各チャネルの電
力の制限を行う。
【0008】
【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。
【0009】図1は、この発明の電力制限回路の実施の
形態を示すブロック図である。同図中、図13と同一構
成部分には同一符号を付してある。図1では、複数ユー
ザのデータをそれぞれ拡散した後、多重して直交変調を
行い、周波数変換および増幅してRF信号を出力するC
DMA方式の送信機を示している。
【0010】図1において、複数ユーザのCH(チャネ
ル)データCH1,CH2・・・CHnは、それぞれI
データ、Qデータおよび、振幅情報から構成されてい
る。振幅情報は、各タイミング信号によって決められた
タイミングで更新される。各Iデータ、Qデータは、乗
算器101,102・・・10nおよび201,202
・・・20nによってそれぞれの振幅情報を与えられ
る。
【0011】乗算器101,102・・・10nおよび
201,202・・・20nの出力信号は、更に乗算器
111,112・・・11nおよび211,212・・
・21nにおいて各拡散コードによって拡散される。
【0012】拡散された各Iデータ、Qデータは、それ
ぞれ加算器301,311で加算されて、CH1,CH
2・・・CHnの多重されたIデータ、Qデータが得ら
れる。
【0013】多重されたIデータ、Qデータは、それぞ
れ振幅制限回路302,312にて瞬時振幅の制限が行
われた後、ロールオフフィルタ303,313にて帯域
制限され、D/A変換器304,314にてアナログ信
号に変換され、直交変調器401にて直交変調されCD
MA方式の変調波が得られる。
【0014】CDMA方式の変調波は、周波数変換器4
02によってRF周波数に変換され、増幅器403によ
って、規定の電力まで増幅されて送信される。
【0015】振幅制限回路302,312では、設定さ
れた瞬時振幅(瞬時電力)以上の信号を制限するととも
に、振幅制限を行う毎に振幅制限情報を送信する。
【0016】検出部404は、チップクロックと、振幅
制限回路302,312から出力されるIデータおよび
Qデータの振幅制限情報から、設定された値以上の瞬時
電力の発生確率を検出して、発生確率があるしきい値を
超えた場合には、制御部131,132・・・13nへ
検出信号を送信する。
【0017】制御部131,132・・・13nは、検
出信号を受信すると、各タイミング信号と同期をとっ
て、各振幅情報を制御する。
【0018】図2は、この発明の実施の形態における検
出部404の構成例を示すブロック図である。
【0019】IデータおよびQデータの振幅制限情報
は、それぞれ第1のカウンタ11および第2のカウンタ
12に入力され、IデータおよびQデータの振幅制限の
回数がカウント値として出力される。それぞれのカウン
ト値は、第1の比較器14および第2の比較器15に入
力されて、設定値(しきい値)と比較され、設定値(し
きい値)を超えた場合に検出回路17へ信号を出力す
る。検出回路17は、第1の比較器14および第2の比
較器15のいずれかから信号を受け取ると、検出信号を
送信するとともに、リセット信号を送信する。
【0020】一方、チップクロックは第3のカウンタ1
3に入力されて、チップクロックの数がカウント値とし
て出力される。第3のカウンタ13のカウント値は、第
3の比較器16に入力されて設定値(測定周期)と比較
され、設定値(測定周期)を超えた場合にリセット信号
を出力する。第1のカウンタ11、第2のカウンタ12
および第3のカウンタ13は、リセット信号が入力され
ると、それぞれのカウンタ値を0にする。
【0021】以下に、この実施の形態の動作について説
明する。この実施の形態では、4ユーザの例を示す。
【0022】図3に4ユーザのCHデータの例を示す。
図3では、簡単のためにIデータについてのみ示してい
るが、Qデータも同様である。移動体通信に用いられる
CDMA方式では、振幅情報は、干渉電力が一定になる
ようにある周期で値が更新される。また各CHの振幅情
報は、それぞれ異なったタイミングで設定されている。
これらの周期とタイミングは、各タイミング信号によっ
て与えられる。
【0023】図3の信号が乗算器101,102・・・
10nに入力され、図4に示すような振幅情報をもった
Iデータが出力される。振幅情報をもったIデータは、
乗算器111,112・・・11nに入力されて、各拡
散コードによって拡散される。
【0024】図5に拡散コードの例を示す。図6に拡散
されたIデータを示す。拡散されたIデータはチップク
ロックと同期している。
【0025】拡散された各Iデータは、加算器301に
よって加算(多重)される。図7に多重されたIデータ
を示す。図7からわかるように、多重されたIデータ
は、振幅変動の大きなデータとなる。特に瞬間的に振幅
が大きくなる場合は、直交変調器401、周波数変換器
402の後に接続される増幅器403の歪み特性の影響
により、RF出力信号を劣化させる原因となる。
【0026】図7では、4ユーザを多重した場合の例を
示したが、多重数が多くなるに従って、多重されたデー
タの振幅変動は大きくなる。また、各CHデータに同期
をとるための共通データが存在する場合、各CHのデー
タのタイミングがそろっている時は異なったタイミング
を設定した時に比べ、振幅変動は大きくなる。
【0027】図8は、60ユーザを多重した場合の瞬時
電力の累積確率のシュミレーション結果を示している。
横軸は、平均電力と瞬時電力の比(Peak to A
verage ratio:以下、P/A比と呼ぶ)を
示している。各CHのデータのタイミングが異なってい
る場合(Tofset=1sym)は、P/A比が約9
dB以上の瞬時電力の発生確率が0.1%である。しか
し、各CHのデータのタイミングがそろっている場合
(Tofset=0)は、発生確率が0.1%の瞬時電
力のP/A比は約18dB以上の大きな値になってい
る。平均電力が同じでも、各CHの設定によって瞬時電
力の発生確率に大きな差が生じることが分かる。
【0028】図9は、歪み補償技術を使用した増幅器の
入出力特性の概念図である。通常の動作点(平均出力)
と飽和出力の比をバックオフと呼ぶ。歪み補償技術を使
用した増幅器の場合、出力が飽和した状態に近づくと急
激に歪み成分が増加する。そのため、バックオフ以上の
P/A比をもった瞬時電力が入力されると大きな歪みを
発生する。しかし、その発生確率が小さければ、歪み成
分の平均電力は問題ならない。そのため、P/A比が大
きなCDMA方式の変調波を増幅する場合には、瞬時電
力の値だけでなく、その発生確率をしきい値として振幅
制限を行う必要がある。
【0029】図10に振幅制限回路302の出力のデー
タを示す。振幅制限のしきい値は任意に選ぶことができ
る。振幅制限回路302では、振幅制限を行う毎に振幅
制限情報を送信する。図10の例では4回の振幅制限を
行っている。
【0030】振幅制限されたIデータは、ロールオフフ
ィルタ303によって帯域制限され、D/A変換器30
4にてアナログ信号に変換される。同様にして、Qデー
タもアナログ信号に変換される。アナログ信号に変換さ
れたIデータ、Qデータは直交変調器401で変調さ
れ、周波数変換器402でRF周波数に変換される。そ
して、最後に増幅器403で規定の電力まで増幅されて
送信される。
【0031】ところが、振幅制限回路302,312で
は、しきい値以上の振幅に対して制限を行っているだけ
であるため、その発生確率が増加しても、その変調波が
増幅器に入力されることになる。発生確率が増加する要
因としては、変調波の平均電力が増加した場合やCHの
設定条件が変わった場合などが考えられる。いずれの場
合も、増幅器の歪み成分が増加してRF信号が劣化する
ことになる。
【0032】また、発生確率が増加した状態で振幅制限
を行うと変調信号の情報を失うことになる。この場合、
システム的には、失った情報を補うために送信電力を増
加する方向に制御されてしまい、更に平均電力が増加す
ることになってしまう。
【0033】そこで、図1に示す検出部404と制御部
131,132・・・13nで以下のように、設定され
た値以上の瞬時電力の発生確率を検出して、発生確率が
あるしきい値を超えた場合には各チャネルの電力の制限
を行い、平均電力の増加を防ぐことができる。
【0034】まず、図11のフローチャートに検出部4
04の動作を示す。A2,A4,A6は、図2における
第3のカウンタ13、第1のカウンタ11、第2のカウ
ンタ12の動作を示す。第1のカウンタ11のカウント
値(Xi)および第2のカウンタ12のカウント値(X
q)のいずれかが設定値(A)を超えると、検出信号を
送信するとともに、カウンタ値がリセットされる。ま
た、第3のカウンタ13のカウント値(N)が設定値
(B)を超えてもカウンタ値はリセットされる。設定値
(B)が測定周期を決定する。
【0035】検出部404は、チップクロックのタイミ
ングで動作する。瞬時電力の振幅変動は、チップクロッ
クと同期がとれているため、検出部404では一定時間
における、IデータおよびQデータの振幅制限の回数を
カウントすることで、しきい値以上の瞬時電力の発生確
率を求めることができる。
【0036】例えば、チップクロックが4.096MH
zの場合、図11のフローチャートに示す、設定値をB
=40960とすると、測定周期は10msとなる。こ
の間の振幅制限の回数が40回とすると、発生確率は約
0.1%になる。従って、A=40と設定することで、
しきい値以上の瞬時電力の発生確率が0.1%を超えた
ことを検出できる。しきい値以上の瞬時電力の発生確率
が0.1%を超えたことを検出すると、検出信号を制御
部131,132・・・13nへ送信する。
【0037】次に、図12のフローチャートに制御部1
31の動作を示す。制御部132・・・13nの動作も
同様である。制御部131では、CH1の振幅情報が更
新されるとその値を入力する。ここで、検出部404か
らの検出信号の有無を判定して、検出信号が有れば更新
されたCH1の振幅情報を例えば1step減少させて
から乗算器101,201へ送出する。その結果、しき
い値以上の瞬時電力の発生確率が0.1%を超えた場合
には平均電力を下げることができる。
【0038】なお、この発明は、上記の実施の形態に限
定されるものではなく、例えば、直交変調器または、直
交変調器と周波数変換器をディジタル回路にて構成した
装置にも適用することができる。
【0039】また、各CHのデータがない場合に送信を
停止する場合(VOX制御)にも適用することができ
る。
【0040】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、各C
Hの振幅情報がどのように設定されても、多重時の変調
波において、設定された値以上の瞬時電力の発生確率を
検出して、発生確率があるしきい値を超えた場合には各
チャネルの電力の制限を行い、平均電力の増加あるいは
瞬時電力の発生確率の増加を防ぐことができる。そのた
め多重時の平均電力が、増幅器の能力と比べて過電力と
なることを防ぐことができる。また、平均電力は一定で
あるが、各CHの設定によって瞬時電力の発生確率が増
加した場合でも、瞬時電力が設定の確率以上に発生する
ことを防ぐことができる。
【0041】従って、CDMA方式の変調器において複
数チャネル(ユーザ)を多重する場合に、各CHの振幅
情報がどのように設定されても、多重時の瞬時電力また
は平均電力の増加によって増幅器の歪みが増加すること
を防ぐことができる。
【0042】また、増幅器に過剰な平均電力が入力され
ると、増幅器が歪んでRF信号の特性が劣化するばかり
か、最悪の場合には増幅器が破壊、または保護が働いて
送信停止になってしまう。この場合、通信システムの停
止となる。
【0043】この発明は、こうした影響を事前に防ぐこ
とが可能なため、システムの品質、信頼性を確保できる
という効果をも有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の電力制限回路の実施の形態を示すブ
ロック図である。
【図2】検出部の構成例を示すブロック図である。
【図3】4ユーザのCHデータの例を示す図である。
【図4】Iデータの出力例を示す図である。
【図5】拡散コードの例を示す図である。
【図6】拡散されたIデータを示す図である。
【図7】多重されたIデータを示す図である。
【図8】60ユーザを多重した場合の瞬時電力の累積確
率のシュミレーション結果を示す図である。
【図9】歪み補償技術を使用した増幅器の入出力特性の
概念図である。
【図10】振幅制限回路の出力のデータを示す図であ
る。
【図11】検出部の動作を説明するフローチャートであ
る。
【図12】制御部の動作を説明するフローチャートであ
る。
【図13】従来の制限回路の一例を示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
11 第1のカウンタ 12 第2のカウンタ 13 第3のカウンタ 14 第1の比較器 15 第2の比較器 16 第3の比較器 17 検出回路 101〜10n,201〜20n,111〜11n,2
11〜20n 乗算器 121〜12n 振幅設定部 131〜13n 制御部 301,311 加算器 302,312 振幅制限回路 303,313 ロールオフフィルタ 304,314 D/A変換器 401 直交変調器 402 周波数変換器 403 増幅器 404 検出部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 1/69 - 1/713 H04J 13/00 - 13/06 H04J 11/00 H04B 7/26

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数チャネルのデータをそれぞれ拡散した
    後、多重して直交変調を行い、周波数変換および増幅し
    てRF信号を出力するCDMA方式の送信機において、 複数チャネルのデータを多重した場合に、設定された瞬
    時値以上の多重データの振幅制限を行い、振幅制限を行
    う毎に振幅制限情報を出力する振幅制限手段と、 前記振幅制限手段から出力される振幅制限情報から、設
    定された値以上の瞬時電力の発生確率を検出して、発生
    確率があるしきい値を越えた場合に、検出信号を出力す
    る検出手段と、 前記検出手段から出力される検出信号を受信して前記複
    数チャネルのデータの振幅情報を制御する制御手段と、 を有する電力制限回路を備えることを特徴とするCDM
    A方式の送信機。
  2. 【請求項2】前記検出手段は、 前記振幅制限情報の回数を測定周期毎にカウントするカ
    ウンタと、 カウンタのカウンタ値を前記しきい値と比較する比較器
    と、 比較器にてカウンタ値がしきい値を越えた場合に検出信
    号を出力する検出回路と、 を備えることを特徴とする請求項1に記載のCDMA方
    式の送信機。
  3. 【請求項3】前記複数チャネルのデータは、Iデータま
    たはQデータであることを特徴とする請求項1または2
    に記載のCDMA方式の送信機。
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