JP3619162B2 - 可変利得電力増幅器に利得制御信号を与える方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セル・フォン（ｃｅｌｌ ｐｈｏｎｅ）などにおける送信電力制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
セル・フォンの電力増幅器は、情報を送信する際に、広範囲の電力レベルにわたって働く。電力レベルは、基地局によって指令され、多くのファクタに依存する。ＲＦカプラーと、センサまたはセンサ／検出器とは、利得制御のためのＲＦ電力増幅器のフィードバックループに用いられる。典型的に用いられる検出器の伝送特性、すなわち、Ｖ_ｏｕｔ 対Ｐ_ｏｕｔ （Ｖ_ｏｕｔ は、センサ出力であり、Ｐ_ｏｕｔ は、電力増幅器の出力電力である）は、ほぼ指数関数的である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電力増幅器の最も正確な制御のためには、センサ／検出器の組合せが、電力増幅器のダイナミックレンジにわたって線形の伝送特性を有することが非常に望ましい。従来技術では、単一のカプラー素子が用いられた。しかし、関係するダイナミックレンジにおける検出器の非線形特性の故に、これまでは、検出器の応答を適切に線形にするために、補正電子回路が必要とされた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
セル・フォンのような送信デバイスのＲＦ増幅器に、利得制御フィードバックを与える方法および装置が、開示されている。セル・フォンの応用においては、送信レベルは、基地局によって設定される。セル・フォンにおいては、基地局から受信された送信レベル・コマンドを用いて、セル・フォンの電力増幅器の出力電力を検出するカプラーを選択し、電力増幅器の利得を設定する。これにより、複数のカプラーからの１つのカプラーの選択が可能になり、電力増幅器の出力電力範囲のあらゆる部分に対して、所望のカプラー／検出器の出力感度および線形性を実現する。カプラーの選択は、増幅器の出力電力を設定する基地局からの信号を用いて行うことができ、従って、選択のために新しい情報は、必要とされない。本発明を用いると、電力増幅器の動作範囲にわたって単一のカプラー／検出器の必要な線形性を得ることが要求される、高価な補正電子回路の必要性を排除することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の典型的な実施例、特に、セル・フォン内で用いることができる電力増幅器およびバースト・プロファイル制御システムのブロック図である。この図に示すように、電力増幅器２０は、入力信号Ｐ_ＩＮを受信し、セル・フォンの送信アンテナを駆動するのに適切な電力の出力信号Ｐ_ＯＵＴ （送信信号）を送信する。この特定の実施例では、４つのカプラー２２，２４，２６，２８の各々は、増幅器２０の出力電力の測定を与え、マルチプレクサが、マイクロコントローラ３０の制御の下で４つのカプラー出力のうちの１つを選択し、検出器３２および制御信号生成ブロック３４を介してフィードバックし、電力増幅器２０の利得を制御する。
【０００６】
４つのカプラー２２，２４，２６，２８の各々は、増幅器２０の出力電力の異なる測定を与え、各々の測定は、それ自体の最良の線形性の動作範囲に対して構成されている。互いに隣接している最良の線形性のこれら動作範囲を選択することによって、所望のカプラー出力線形性を、特定の補正電子回路なしに、マイクロコントローラによって、基地局によって命令された出力電力に使用するための４つのカプラーのうちのどれかを単に選択し、電力増幅器の全出力範囲にわたって実現することができる。この点に関しては、電力増幅器の出力を決定するために用いられる、基地局からの同一電力選択信号がまた、その電力設定に使用するカプラーの選択を決定する。
【０００７】
図１のカプラー／検出器のフィードバックループは、電力増幅器の性能を変化させる変数条件にわたって電力増幅器の性能を安定にする。このような変数は、時間および／または温度の関数としての電力増幅器の特性の変化を含む。また、ＴＤＭＡのバースト・プロファイルは、制御信号生成ブロック（ＣＳＧＢ）と、技術上周知の形状制御信号ＶＣとによって制御される。
【０００８】
検出器への信号または電力のレベルは、電力増幅器の出力電力レベルと、カプラー自体の損失との関数である。図２に示すように、検出器の出力曲線の高利得部分で安定することが望まれるが、これは、通常、困難なことである。というのは、電力増幅器の電力レベルは、基地局によって設定された要求によって変わり、電力増幅器の動作ポイントの大きな変化を必要とするからである。従って、この実施例では、電力増幅器が低電力で動作しているときには、損失の小さいカプラーを用いて、十分なカプラー信号を保持し、検出器への入力範囲を検出器伝送機能の高利得範囲に保つ。逆に、損失の大きいカプラーを、高電力増幅器の出力動作と共に用い、フィードバック電子回路の飽和を防止する。図１のケースでは、システム・マイクロコントローラからの２本のアドレス回線を用い、マルチプレクサによって、検出器に４つのカプラーのうちの１つを選択する。アドレス・ビットは、基地局の電力要求制御信号から生成される。
【０００９】
典型的には、無線通信標準内の連続電力制御レベル間には数ｄＢの電力差がある。これら連続電力レベルに対する検出器出力は、このような連続電力制御レベルに対して容易に区別できるものでなければならない。検出器出力は、アナログ回路で処理されるか、あるいは、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル化してデジタル的に処理される。処理は、制御信号生成ブロック（ＣＳＧＢ）内で行われる。システム出力電力レベルが、要求された精度で制御できるように、検出器の出力レベル間には、十分な分解能（ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が必要である。処理がアナログ回路を用いて行われる場合には、検出器の出力信号のノイズレベルは、連続レベル間の電圧差よりも小さくしなければならない。処理がデジタル的に行われる場合には、同じ条件が適用される。しかし、ＡＤＣの積分非線形性および微分非線形性の不完全性の減感ファクタが存在する。典型的には、検出器のダイナミックレンジにわたって連続電力制御レベル間には少なくとも２，３個の最下位ビットを有することが望ましい。
【００１０】
本発明を無線通信システムに用いるときには、多数の連続出力電力レベルが、単一のカプラーによって制御されるように、グループ分けされる。この電力制御レベルの組が、一定の結合損失によって制御できることを確実にするためには、以下の手順を用いることができる。まず、電力制御レベルの一定の組に対して、電力増幅器の出力が制御されるべき電力レベルの最小の組が、決定される。これらは、必ずしも最小の電力制御値ではないことに注意されたい。電力増幅器の出力が、傾斜上昇（ｒａｍｐ ｕｐ）または傾斜下降（ｒａｍｐ ｄｏｗｎ）の際に制御されるべきより小さい値が存在し得る。この最小の電力の組に対しては、最も近い電力値に対する検出器出力値間に十分な分解能があるならば、結合損失は、電力レベルの一定の組に対して適切である。そうでなければ、より小さい電力制御値に対してはより小さい結合損失が用いられなければならない。最高電力制御レベルに対しては、選択されたカプラーの結合損失は、検出器に結合された最高電力が検出器のダイナミックレンジ内にあるようにしなければならない。
【００１１】
典型的な他の実施例として、カプラー出力を、加算などすることによって混合することができる。このことは、有効結合比の全ダイナミックレンジを増大し、得られる結合比によってより良好な分解能を与える。このことはまた、カプラーの必要数を最小にして、高ダイナミックレンジおよび高精度結合を実現する。
【００１２】
この概念を、図３および図４の実施例において説明する。結合損失は、典型的には、所望の精度および所望のダイナミックレンジが得られるように選択される。例えば、図３および図４では、結合比（Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｒａｔｉｏ）が、α，α／２，α／４，α／８，α／１６，・・・，α／２^Ｎ となるように選択することができる。このことは、結合ネットワークに対して、α／２^Ｎ の精度と、２αのダイナミックレンジとを与える。これらの図の中では、選択制御に応答して、ゲートのうちのいずれか１つの，全て，あるいは任意の組合せをターン・オンすることができる。
【００１３】
これらの図では、ゲートの出力を、ＲＦ（図３）で、または検出後のベース・バンド（図４）で、加算することができる。他の結合ネットワーク構造は、図５および図６に示すように、カスケード接続されたカプラーによるＲＦ信号の連続結合を含む。このことは、高ダイナミックレンジおよび高精度の利点を与える。しかし、２次カプラーは、必ずしも高電力で動作する必要はない。図５および図６にそれぞれ示すように、選択は、検出の前（図５）または検出の後（図６）に行うことができる。図５および図６では、２つのカプラーのみがカスケード接続されているが、多数のカスケード接続されたカプラーを有するために、連続結合手法を一般化することができる。また、セレクタは、マルチプレクサとすることができ、あるいは、０入力，全入力，または任意の組合せ入力を、所望に選択することができる。
【００１４】
前述したように、好適な実施例は、基地局の電力制御信号を用いて、さらに、電力増幅器のフィードバックループに使用する適切なカプラー・センサまたはカプラー・センサの組合せを選択する。開示された様々な実施例では、検出器出力は、フィードバック信号として与えられ、検出器出力は、選択された１つのカプラーからの信号、選択された複数のカプラーからの信号、または複数の検出器からの信号の組合せによる信号の検出によって与えられる。その結果、検出器のフィードバックループ電子回路は、非常に簡略化される。というのは、それら電子回路は、検出器のフィードバック信号のより小さくかつより線形範囲にわたって動作するからである。
【００１５】
本発明を典型的な実施例について開示し説明したが、当業者によれば、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態および詳細の種々の変形を行うことができることが分かるであろう。
【００１６】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
（１）可変利得電力増幅器に利得制御信号を与える方法であって、
各々が、前記電力増幅器の出力に応答し、異なる損失を有するカプラー出力を供給する複数のカプラーを与えるステップと、
少なくとも１つの検出器を与えるステップと、
基地局から命令された送信電力設定を受信するステップと、
前記命令された送信電力設定に応答して、前記検出器に結合する少なくとも１つのカプラーを選択するステップと、
前記利得制御信号として、前記選択されたカプラーのカプラー出力に応答して、検出器出力信号を与えるステップとを含む、方法。
（２）各カプラーは、単一の検出器に結合され、前記検出器出力信号は、前記カプラーのうちの選択されたカプラーを前記検出器に結合することによって与えられる、上記（１）に記載の方法。
（３）複数の前記カプラー出力が、加算されて、単一の検出器に結合される、上記（１）に記載の方法。
（４）前記複数のカプラーは、約２の累乗ほど異なる損失を有する、上記（１）に記載の方法。
（５）移動電話機の可変利得電力増幅器に利得制御信号を与える方法であって、
前記移動電話機内で、
各々が、送信電力増幅器の出力に応答して、異なる損失を有するカプラー出力を供給する複数のカプラーを与えるステップと、
基地局から要求された送信電力設定を受信するステップと、
前記受信された電力設定を用いて、その電力設定に対して最良の利得制御信号を生成するために、最適な損失を有する少なくとも１つのＲＦカプラーを選択するステップと、
前記利得制御信号として、選択されたカプラーのカプラー出力に応答して、検出器出力信号を与えるステップとを含む、方法。
（６）各カプラーは、単一の検出器に結合され、前記検出器出力信号は、前記カプラーのうちの選択されたカプラーを前記検出器に結合することによって与えられる、上記（５）に記載の方法。
（７）複数の前記カプラー出力が、加算されて、単一の検出器に結合される、上記（５）に記載の方法。
（８）前記カプラーは、約２の累乗ほど異なる損失を有する、上記（５）に記載の方法。
（９）可変利得電力増幅器と、
各々が、前記電力増幅器の出力に応答して、異なる損失を有するカプラー出力を供給する複数のカプラーと、
少なくとも１つの検出器と、
命令された送信電力設定に応答して、前記検出器に結合する少なくとも１つのカプラーを選択する回路と、
前記可変利得電力増幅器を制御する検出器出力とを備えた可変利得電力増幅器出力システム。
（１０）各カプラーは、単一の検出器に結合され、前記検出器出力信号は、前記カプラーのうちの選択されたカプラーを前記検出器に結合することによって与えられる、上記（９）に記載の可変利得電力増幅器出力システム。
（１１）複数の前記カプラー出力が、加算されて、単一の検出器に結合される、上記（９）に記載の可変利得電力増幅器出力システム。
（１２）前記カプラーは、約２の累乗ほど異なる損失を有する、上記（９）に記載の可変利得電力増幅器出力システム。
（１３）移動電話機の可変利得電力増幅器出力システムであって、
各々が、送信電力増幅器の出力に応答して、異なる損失を有するカプラー出力を供給する複数のカプラーと、
基地局から要求された送信電力設定を受信する回路と、
前記受信された電力設定を用いて、その電力設定に対して最良の利得制御信号を生成するために、最適な損失を有する少なくとも１つのＲＦカプラーを選択する回路と、
前記選択されたＲＦカプラーに応答して、可変電力増幅器に利得制御信号を与える利得制御回路とを備えた、可変利得電力増幅器出力システム。
（１４）前記利得制御回路は、前記カプラーのうちの選択されたカプラーに応答する、上記（１３）に記載の可変利得電力増幅器出力システム。
（１５）前記利得制御回路は、前記複数のカプラーに応答する、上記（１３）に記載の可変利得電力増幅器出力システム。
（１６）前記カプラーは、約２の累乗ほど異なる損失を有する、上記（１３）に記載の可変利得電力増幅器出力システム。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例のブロック図である。
【図２】典型的な検出器の出力曲線を示すグラフである。
【図３】検出前のＲＦ内のカプラー出力を組み合わせることによる、カプラー出力の混合を示す図である。
【図４】検出後のカプラー出力を組み合わせることによる、カプラー出力の混合を示す図である。
【図５】カスケード接続されたカプラーによる、ＲＦ信号の連続結合を有する他の結合ネットワーク構造の例を示す図である。
【図６】カスケード接続された検出器による、検出器信号の連続結合を有する他の結合ネットワーク構造の例を示す図である。
【符号の説明】
２０ 電力増幅器
２２，２４，２６，２８ カプラー
３０ マイクロコントローラ
３２ 検出器
３４ 制御信号生成ブロック

Claims (4)

1. 可変利得電力増幅器に利得制御信号を与える方法であって、
   各々が、前記可変利得電力増幅器の出力に応答し、２の累乗ごと異なる損失を有する複数のカプラーが供給する複数のカプラー出力をゲートおよび加算手段を介して単一の検出器に与えるステップと、
   基地局から命令された送信電力設定を受信するステップと、
   命令された前記送信電力設定に応答して、マイクロコントローラを使用して前記基地局から命令された前記送信電力設定からアドレス・ビットを生成させ、アドレス回路により前記ゲートを制御して前記単一の検出器に結合する前記複数のカプラー出力を選択するステップと、
   選択された前記複数のカプラー出力を前記加算手段により加算して前記単一の検出器に入力させるステップと、
   前記単一の検出器から出力される検出器出力信号を制御信号生成ブロックに入力し、前記利得制御信号を与えるステップと
   を含む、方法。
2. 前記可変利得電力増幅器は、移動電話機の内部に配設され、前記複数のカプラーの各々は、ＲＦカプラーである、請求項１に記載の方法。
3. 利得制御信号が与えられる可変利得電力増幅器と、
   各々が、前記可変利得電力増幅器の出力に応答し、２の累乗ごと異なる損失を有する複数のカプラー出力を供給する複数のカプラーと、
   前記可変利得電力増幅器を制御するための検出器出力信号を与え、前記複数のカプラー出力がゲートおよび加算手段を介して入力される単一の検出器と、
   命令された前記送信電力設定に応答して、前記単一の検出器に結合する前記複数のカプラー出力を選択する回路と、
   を備え、
   前記選択する回路は、前記基地局から受信した前記送信電力設定を用いてアドレス・ビットを生成し、アドレス回路によりゲートを制御して前記単一の検出器に結合する前記複数のカプラー出力を選択し、選択された前記複数のカプラー出力を加算してへと入力して前記検出器出力信号を生成させ、さらに、
   前記検出器出力信号を受け取って前記利得制御信号を与える制御信号生成ブロックと
   を含む、可変利得電力増幅器出力システム。
4. 前記可変利得電力増幅器は、移動電話機の内部に配設され、前記複数のカプラーの各々は、ＲＦカプラーである、請求項３に記載の可変利得電力増幅器出力システム。

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