JP3903642B2 - 送信電力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車電話装置や携帯電話装置のように無線信号を送信する装置に組み込まれ、送信電力の制御を行う送信電力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車電話装置や携帯電話装置は、搬送波を例えばＱＰＳＫ(Quadrature Phase Shift Keying) などの信号形態にデジタル変調し、その被変調信号の送信電力レベルを可変ゲインアンプ若しくは可変減衰器などにより設定した後、アンテナを介して出力することで電波信号として基地局に送信するようになっている。そして、送信信号の一部をカプラを介して包絡線検波することにより実際の送信電力を測定し、送信電力が、設定される送信レベル（１〜７）毎に規格において規定されている範囲内に収束するようにフィードバック制御を行うようになっている。
【０００３】
このようなフィードバック制御を行う場合には、制御量をアナログ的に与える方式（アナログフィードバック）とデジタル的に与える方式（デジタルフィードバック）とがある。ところが、自動車電話装置や携帯電話装置のようにＰＤＣ(Personal Digital Cellular) 方式を用いている通信装置では、以下の理由によってアナログフィードバックを採用することができなかった。
▲１▼送信信号がバースト状に出力される（バースト送信）。
▲２▼変調波が包絡線変動を有している。
▲３▼バースト送信の立上がり速度と、包絡線の変動速度とが近い。
【０００４】
即ち、アナログフィードバックは応答速度が極めて速いという利点があるが、逆に、その応答の速さ故に変調波に含まれる包絡線変動をも打ち消すように作用するおそれがあるからである。従って、ＰＤＣ方式の通信装置では、デジタルフィードバックを採用している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デジタルフィードバックでは、ＣＰＵが検出した送信電力レベルに基づいて適当な制御量を判断し、デジタルデータとして出力した制御量データをＤ／Ａ変換する、というプロセスを経ることになる。そのため、応答速度がアナログフィードバックに比較して遅く、最初のバースト送信時には応答が間に合わずフィードバックが作用しないという問題がある。従って、送信電力を極力規定範囲内に抑えるためには、最初のバースト送信時に与える制御量の精度をできるだけ高める必要があり、その結果、周波数特性，回路の温度特性や送信レベルに応じた多くの補正データをメモリに持つ必要があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、無線通信装置における送信電力設定用の補正データを、より少なくすることができる送信電力制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の送信電力制御装置によれば、差動増幅回路は、バースト状に出力される送信信号の検波出力レベルと送信制御回路が出力する基準電圧とを差動増幅して送信電力制御信号を出力する。そして、タイミング制御回路は、バースト送信期間の初期に、検波出力レベルが１バースト送信期間の略平均値に達する時点でホールドタイミング信号を出力して送信電力制御信号をサンプルホールドさせる。すると、送信電力設定回路は、サンプルホールドされた送信電力制御信号に基づいて送信電力を設定する。
【０００８】
斯様な構成によれば、フィードバック制御を行う回路、即ち、包絡線検波回路，差動増幅回路，サンプルホールド回路及び送信電力設定回路を全てアナログ回路で構成することが可能であるから、送信が開始された初期におけるフィードバック応答を高速に行うことができる。そして、検波出力レベルが１バースト送信期間の略平均値に達する時点で送信電力制御信号をサンプルホールドするので、以降の送信期間における送信電力を、前記平均値と基準電圧との差に応じたフィードバック制御量で適切に調整することができる。
【０００９】
加えて、１つのバースト送信期間における送信電力制御信号はサンプルホールドされた一定値となるので、アナログフィードバック方式を採用しても、送信電力制御信号が送信信号の包絡線変動に追従してその包絡線変動を打ち消すように作用することは回避される。従って、最初に出力される実際の送信電力レベルをアナログフィードバックにより急速に規定範囲内に収束させることが可能であり、送信電力を設定するための補正値データを様々な条件に対応して用意する必要はなく、補正値データの量を大幅に削減することができる。
【００１０】
請求項２記載の送信電力制御装置によれば、タイミング制御回路は、ランプアップ期間に出力されるデータの受信検波タイミングに相当する時点でホールドタイミング信号を出力するので、検波出力レベルが略平均値に達する時点を受信検波タイミング相当の時点として定めることにより、タイミング設定を容易に行うことができる。
【００１１】
請求項３記載の送信電力制御装置によれば、送信制御回路は、ランプアップ期間に出力するデータ値を全て“０”とするので、ローパスフィルタによって帯域制限された送信信号の包絡線は殆ど変動しなくなる。従って、ランプアップ期間における検波出力レベルは単調に増加して変動が極めて小さくなり、送信電力制御信号はレベルが安定している状態でサンプルホールドされるので、送信電力を適切に設定することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車電話装置に適用した場合の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、自動車電話装置における送信系の電気的構成を示す機能ブロック図である。オーディオインターフェイス部１は、発呼データまたは通話者の音声データ等を４２ｋｂ／ｓの送信データ系列としてベースバンド変調器（送信制御回路，タイミング制御回路）２に送信する。ベースバンド変調器２は、その送信データ系列をπ／４シフトＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift Keying)信号に変調するため、先ず、ＤＱＰＳＫ変換部３においてＩ（同相）信号，Ｑ（直交）信号の２系列（夫々２１ｋｂ／ｓ）に変換する。
【００１３】
ＤＱＰＳＫ変換部３より出力されるＩ，Ｑ信号は、送信信号の帯域を制限するためのルートナイキストフィルタ４ａ，４ｂを介して直交変調器５に与えられる。ルートナイキストフィルタ（以下、単にフィルタと称す）４ａ，４ｂは、ロールオフ特性を有するローパスフィルタである。
【００１４】
ここで、図２（ａ）は、フィルタ４ａ，４ｂがない場合の直交変調器５の出力信号波形及びそのスペクトラム包絡を示すものである。フィルタ４ａ，４ｂがない場合は、被変調信号には振幅変動がないため、その信号のスペクトラムは搬送波周波数（９００ＭＨｚ）を中心とする広がりを有している。そこで、フィルタ４ａ，４ｂを介すことで、図２（ｂ）に示すように被変調信号に振幅変動を付与することで、スペクトラムの広がりを抑制することができる。尚、この振幅変動は、データパターンによって異なる。また、図２の被変調波形については、図示の都合上ＰＳＫとしての位相変動は表していない。
【００１５】
直交変調器５において、Ｉ信号は９００ＭＨｚの搬送波を変調器５ａを介して変調し、Ｑ信号は、移相器５ｂによって９０度移相された搬送波を変調器５ｃを介して変調するようになっている。そして、夫々の被変調信号が加算器５ｄに出力され、加算器５ｄの出力がπ／４シフトＤＱＰＳＫ信号となる。ＤＱＰＳＫ信号は、図３に示すように、ＩＱ複素面状においてπ／４、即ち４５度間隔の基準位相点を有しており、ある基準位相点からの位相推移によって１シンボル２ビットのデータを表現するようになっている。位相推移とシンボルデータとの関係を以下に示す。

【００１６】
加算器５ｄより出力されたＤＱＰＳＫ信号は、例えばＳＡＷフィルタなどからなるバンドパスフィルタ６を介して搬送波を中心とする一定の帯域に制限され、ると、更に、アッテネータ７，ドライバアンプ８，パワーアンプ９で構成される送信電力設定回路１０により送信レベルが調整される。そして、送信信号は、共用器１１を介して送受信アンテナ１２より電波信号として外部に送信されるようになっている。
【００１７】
パワーアンプ９と共用器１１との間には、カプラ（方向性結合器）１３が介挿されている。カプラ１３は、送信信号の電力の一部を分岐して出力するようになっており、その出力は、ダイオードやコンデンサなどからなる包絡線検波回路１４に与えられるようになっている。包絡線検波回路１４は、送信信号を整流した検波電圧Ｖｓを出力するようになっており、その検波電圧Ｖｓは、オフセット部１５を介して差動増幅器（差動増幅回路）１６の反転入力端子に与えられるようになっている。オフセット部１５は、包絡線検波回路１４のダイオードにバイアス電流を供給することで検波電圧に含まれているオフセット電圧Ｖo をキャンセルする作用をなすものである。
【００１８】
差動増幅器１６の非反転入力端子には、ベースバンド変調器２によって規格で定められている送信レベルに応じた基準電圧Ｖref が出力されるようになっており、差動増幅器１６の出力信号は、サンプルホールド回路１７を介してアッテネータ７に減衰量制御信号（送信電力制御信号）として与えられるようになっている。
【００１９】
サンプルホールド回路１７は、コンデンサ，切替えスイッチ及びオペアンプなどで構成される周知の回路であり、ホールド信号及びリセット信号はベースバンド変調器２より出力されるようになっている。
【００２０】
次に、本実施例の作用について図４乃至図６をも参照して説明する。自動車電話装置は、実際の送信開始前に基地局に対して位置登録等を行うが、その時点において基地局から送信された信号の受信レベルを図示しない包絡線検波回路により測定し、その受信レベルに応じて規格により定められた送信レベル１〜７の内何れのレベルで送信を行うかを決定する（初期電力設定）。
【００２１】
図４は、自動車電話装置が送信信号を出力している場合における、包絡線検波回路１４より出力される検波電圧Ｖｓの波形を示すタイミングチャートである。送信信号は、２０ｍｓ間隔で６．７ｍｓの期間だけバースト状に出力されるようになっており、１回のバースト送信で２７０ビット（有効データ）が送信される。また、送信信号を出力する場合、ベースバンド変調器２は、前記送信レベルに応じた基準電圧Ｖref を差動増幅器１６にＤ／Ａ変換して出力する。
【００２２】
また、図５は、図４に示す検波電圧Ｖｓの立ち上がり部分を拡大して示す図である。送信開始（時点ｔ０）から最初の２シンボル（４ビット）は、通信プロトコル上では任意のデータが送信されるランプアップ（信号の立上がり）期間として定められている。そこで、ベースバンド変調器２は、このランプアップ期間においてデータ“００００”を出力する。
【００２３】
ここで、図６（ａ）は、データ“０”が連続する場合の被変調信号波形であり、図６（ｂ）は、データ“１”が連続する場合の被変調信号波形を示す。図６（ａ）に示すように、データ“０”が連続する場合の信号波形は、フィルタ４ａ，４ｂを介しても振幅変動が現れないようになっている。従って、検波電圧Ｖｓは、ランプアップ期間において滑らかに立上がるようになる。
【００２４】
そして、差動増幅器１６は、ベースバンド変調器２より与えられる基準電圧Ｖref と実際の送信信号の検波電圧Ｖｓとを差動増幅することで、両者の差に応じた減衰量制御信号をサンプルホールド回路１７を介してアッテネータ７に出力する。すると、アッテネータ７の減衰量によって送信電力が調整される。
【００２５】
また、ベースバンド変調器２は、送信開始時点ｔ０後の時点ｔｓを検波タイミングとして内部でカウントを行い検出すると、サンプルホールド回路１７にホールド信号を出力する。すると、サンプルホールド回路１７は、内部のスイッチを切換えて差動増幅器１６の出力信号によるコンデンサの充電を停止させ、その時点における減衰量制御信号のレベルを保持して出力し続ける。
【００２６】
検波電圧Ｖｓは、ランプアップ後のデータ送信期間にあっては送信データパターンに応じてレベル変動を生ずるが、時点ｔｓでは、検波電圧Ｖｓはレベル変動が殆どない状態にあり、１バースト送信期間の平均電圧Ｖａ近傍のレベルにあると推定される。従って、この時点ｔｓにおける減衰量制御信号は、平均電圧Ｖａと規格レベルに応じて設定される基準電圧Ｖref との差に応じたものであるから、その信号レベルをホールドすることで以降のデータ送信期間の送信電力を適切に設定することができる。この時点ｔｓは、予め実測することでベースバンド変調器２に設定しておくようにする。
【００２７】
また、時点ｔｓは、図３に示す位相ダイアグラムにおいては各位相基準点に対応した時点に相当すると見ることも可能である。各位相基準点は、（有効データである場合には）受信側において送信信号を受信復調する場合の検波タイミングに相当する。実際にはフィルタ４ａ，４ｂを通すことで送信信号には振幅変動が加わるため、図３のダイアグラムにおける各位相基準点や位相推移軌跡にも変動が生じることになる。そのような場合であっても、各位相基準点は変動が相対的に小さく平均電圧Ｖａ近傍のレベルにあることから、受信検波タイミングに略一致する時点で差動増幅器１６の出力信号をサンプルホールドする。
【００２８】
そして、サンプルホールド回路１７によってホールドされた差動増幅器１６の出力信号は、１バーストのデータの送信が完了するまでそのまま保持され、そのバースト送信期間の送信電力はアッテネータ７により与えられる一定の減衰量で設定される。１バーストのデータ送信が完了すると、ベースバンド変調器２からリセット信号が出力されて、サンプルホールド回路１７によるホールドレベルは、内部のコンデンサが放電されてリセットされる。以降の各バースト送信においても、ランプアップ期間に同様の動作が行われる。
【００２９】
以上のように本実施例によれば、差動増幅器１６は、バースト状に出力される送信信号の検波電圧Ｖｓとベースバンド変調器２が出力する基準電圧Ｖref とを差動増幅して減衰量制御信号を出力し、ベースバンド変調器２は、送信期間の初期において、検波電圧Ｖｓが略平均電圧Ｖａに達する時点ｔｓのタイミングでホールドタイミング信号をサンプルホールド回路１７に出力する。そして、アッテネータ７が、サンプルホールドされた減衰量制御信号に基づいて送信電力を設定するようにした。
【００３０】
即ち、フィードバック制御を行うための回路である、差動増幅器１６，サンプルホールド回路１７，アッテネータ７等は全てアナログ回路で構成されるので、送信開始後のフィードバック応答を高速に行うことができる。そして、減衰量制御信号を、検波電圧Ｖｓが１バースト送信期間の略平均電圧Ｖａに達する時点でサンプルホールドするので、平均電圧Ｖａと基準電圧Ｖref との差に応じた適切なフィードバック制御量を与えることができる。
【００３１】
また、本実施例によれば、１つのバースト送信期間における減衰量制御信号はサンプルホールドされた一定値となるので、アナログフィードバック方式を採用しても、減衰量制御信号が送信信号の包絡線変動に追従して応答し、その包絡線変動を打ち消すように作用することは回避される。従って、最初に出力される実際の送信電力レベルをアナログフィードバックによって急速に規定範囲内に収束させることが可能であり、ベースバンド変調器２は、送信電力を設定するための補正値データを、送信レベル，周囲温度，送信周波数（チャネル），送信系回路の個体差などの様々な条件に対応して用意する必要はなく、補正値データの量を削減したり若しくは補正値データそのものを不要とすることができる。
【００３２】
更に、本実施例によれば、ベースバンド変調器２は、送信開始からのランプアップ期間に出力するデータ値を全て“０”とするので、フィルタ４ａ，４ｂによって帯域制限された送信信号の包絡線は殆ど変動しなくなる。従って、ランプアップ期間における検波電圧Ｖｓの変動も極めて小さくなり、減衰量制御信号は安定している状態でサンプルホールドされるので、送信電力を適切に設定することができる。
【００３３】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
送信電力設定回路は、アッテネータ７の減衰量を設定するものに限らず、アンプの増幅率を設定するものでも良い。
ランプアップ期間に出力するデータ値は、必ずしも全て“０”にしなくても良い。要は、検波電圧Ｖｓが略平均電圧Ｖａに達していると判断される時点で減衰量制御信号をサンプルホールドできれば良いので、データ値が異なる場合であっても、例えば、検波電圧Ｖｓのレベル検出を別途行うなど、時間以外の要素で上記判断が可能であれば良い。
無線通信装置は自動車電話装置に限らず、携帯電話装置やＰＨＳであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を自動車電話装置適用した場合の一実施例であり、送信系の電気的構成を示す機能ブロック図
【図２】直交変調器の出力信号波形及びそのスペクトラム包絡であり、（ａ）はフィルタがない場合、（ｂ）はフィルタがある場合を示す
【図３】π／４シフトＤＱＰＳＫ信号の位相ダイアグラム
【図４】包絡線検波回路より出力される検波電圧Ｖｓの波形を示すタイミングチャート
【図５】図４に示す検波電圧Ｖｓの立ち上がり部分を拡大して示す図
【図６】被変調信号波形であり、（ａ）は、データ“０”が連続する場合、（ｂ）はデータ“１”が連続する場合を示す
【符号の説明】
２はベースバンド変調器（送信制御回路，タイミング制御回路）、４ａ，４ｂはルートナイキストフィルタ（ローパスフィルタ）、１０は送信電力設定回路、１４は包絡線検波回路、１６は差動増幅器（差動増幅回路）、１７はサンプルホールド回路を示す。

Claims (3)

1. デジタル変調された無線信号をバースト状に送信すると共に、当該送信電力を規定範囲内とするようにフィードバック制御を行う無線通信装置に使用されるものであって、
   搬送波をデジタル変調するためのデータを出力すると共に、送信信号の送信レベルを設定し、その設定した送信レベルに応じて基準電圧を出力する送信制御回路と、
   送信信号を包絡線検波する検波回路と、
   この検波回路による検波出力レベルと前記送信制御回路より出力される基準電圧とを差動増幅して送信電力制御信号を出力する差動増幅回路と、
   この差動増幅回路によって出力される送信電力制御信号をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
   このサンプルホールド回路にホールドタイミング信号を出力するタイミング制御回路と、
   前記サンプルホールド回路を介して出力される送信電力制御信号に基づいて送信電力を設定する送信電力設定回路とを備え、
   前記タイミング制御回路は、送信期間の初期において、前記検波回路による検波出力レベルが１バースト送信期間の略平均値に達する時点でホールドタイミング信号を出力し、
   前記サンプルホールド回路は、前記１バーストのデータ送信が完了すると、ホールドレベルがリセットされることを特徴とする送信電力制御装置。
2. 前記タイミング制御回路は、送信開始後のランプアップ期間に前記送信制御回路より出力されるデータの受信検波タイミングに相当する時点でホールドタイミング信号を出力することを特徴とする請求項１記載の送信電力制御装置。
3. 前記送信信号を帯域制限するためのローパスフィルタを備え、
   前記送信制御回路は、ランプアップ期間に出力するデータ値を全て“０”とすることを特徴とする請求項１または２記載の送信電力制御装置。

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