JP3921408B2 - 送信装置及び瞬時振幅抑圧方法 - Google Patents

送信装置及び瞬時振幅抑圧方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有線又は無線の通信システムに用いて好適な送信装置及び瞬時振幅抑圧方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、上述した有線又は無線の通信システムの送信装置において、ピーク比を制御して変調信号の歪を抑圧する技術として、例えば特開平08−70331号公報、特開平09−18535号公報及び特開平11−136210号公報で開示されている技術が知られている。
【0003】
特開平08−70331号公報(特許第3024515号)で開示された送信波生成方法及び装置(以下、従来技術(3)と言う)は、電力増幅器の電源電圧の低下量に応じてピーク比を制御するようにしている。
特開平09−18535号公報で開示されたディジタル送信装置(以下、従来技術(1)と言う)は、ピーク比を電力増幅器の出力電力に拘わらず、常に一定のピーク比以下に制御するようにしている。
特開平11−136210号公報で開示された送信ピークファクタ抑制回路(以下、従来技術(2)と言う)は、ピーク比を所定の閾値からの超過率を超えないように制御するようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピーク比抑圧技術を用いた従来の瞬時振幅抑圧技術においては、電力増幅器の出力電力レベルが十分に低い範囲でも変調信号のピークを抑圧するので、電力増幅器で主に発生する帯域外漏洩電力を改善することができる利点がある反面、帯域内雑音が増加して変調精度が劣化してしまう問題がある。この場合、例えば図9に示すように、電力増幅器の出力電力レベルが低いとき(例えばG1のとき)は、電力増幅器の最高出力レベルまでの差が瞬時振幅を歪ませないようにするためのマージンとなるため、瞬時振幅の抑圧を緩和しても帯域外漏洩電力を劣化させずに帯域内雑音を減少させることができ結果的に変調精度の改善が図れる。しかしながら、閾値の設定レベル次第では帯域外漏洩電力改善と変調精度向上の両立を図ることが難しい(従来技術(1)、(3))。
【0005】
また、従来技術(2)においては、時間毎に変化する電力増幅器への入力信号に対して暫定の閾値を超える振幅生起確率を測定し、所定の確率以上になると適応的に閾値を変化させるようにしているが、この技術においても所定の振幅生起確率により制御するため、電力増幅器の線形性を考慮した出力電力毎の制御ができない。このため、閾値の設定レベル次第では帯域外漏洩電力と変調精度の両立を図ることが困難である。また、この技術では漏洩電力自体を測定しているわけではないので、実際に所定の閾値以上に振幅生起確率を抑圧できたとしても、漏洩電力が所望の電力以下になることを保証することができない。
【0006】
本発明は係る点に鑑みてなされたものであり、電力増幅器の能力を最大限に引き出すことができる送信装置及び瞬時振幅抑圧方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係る発明の送信装置は、入力信号で搬送波を変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号を増幅する電力増幅手段とを具備する送信装置において、前記入力信号の瞬時振幅を検出する瞬時振幅検出手段と、前記瞬時振幅検出手段で検出された前記入力信号の瞬時振幅値が、前記電力増幅手段の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する瞬時振幅抑圧手段と、を具備する構成を採る。
【0008】
この構成によれば、変調手段の入力となる入力信号の瞬時振幅を検出し、検出した入力信号の瞬時振幅を電力増幅手段の出力レベルに応じて抑圧を行う。これにより、電力増幅手段の出力電力レベル範囲毎の線形特性に応じたピーク比抑圧が行えるので、電力増幅手段の能力を最大限に引き伸ばすことが可能となる。
【0009】
請求項2に係る発明の送信装置は、入力信号で搬送波を変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号を増幅する電力増幅手段とを具備する送信装置において、前記変調信号の瞬時振幅を検出する瞬時振幅検出手段と、前記変調信号の瞬時振幅値が、前記電力増幅手段の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する瞬時振幅抑圧手段と、を具備する構成を採る。
【0010】
この構成によれば、電力増幅手段の入力となる変調信号の瞬時振幅を検出し、検出した変調信号の瞬時振幅を電力増幅手段の出力レベルに応じて抑圧を行う。これにより、電力増幅手段の出力電力レベル範囲毎の線形特性に応じたピーク比抑圧が行えるので、電力増幅手段の能力を最大限に引き伸ばすことが可能となる。また、変調信号の瞬時振幅値は入力信号の瞬時振幅値よりも大きくなるので、処理速度は必要になるものの、瞬時振幅の抑圧精度が高くなる。
【0011】
請求項3に係る発明の送信装置は、入力信号で搬送波を変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号を増幅する電力増幅手段とを具備する送信装置において、前記変調信号が、前記電力増幅手段の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎の線形領域を超えて占有帯域内外に漏洩するときの電力量を測定する漏洩電力量測定手段と、前記漏洩電力測定手段で測定された漏洩電力量が前記電力増幅手段の出力電力レベル毎に予定された漏洩電力となるように前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する抑圧量を適応的に制御する適応瞬時振幅制御手段と、を具備する構成を採る。
【0012】
この構成によれば、漏洩電力を測定するので、帯域外漏洩電力改善と変調精度向上の両立を図りながらも、電力増幅器の能力を最大限に引き出すことが可能となる。
【0013】
請求項4に係る発明の移動局は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の送信装置を具備する構成を採る。
【0014】
この構成によれば、送信効率の良い移動局を提供することができる。
【0015】
請求項5に係る発明の基地局は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の送信装置を具備する構成を採る。
【0016】
この構成によれば、送信効率の良い基地局を提供することができる。
【0017】
請求項6に係る発明の瞬時振幅抑圧方法は、変調前の入力信号が、電力増幅器の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する。
【0018】
この方法によれば、変調器の入力となる入力信号の瞬時振幅を検出し、検出した入力信号の瞬時振幅を電力増幅器の出力レベルに応じて抑圧を行う。これにより、電力増幅器の出力電力レベル範囲毎の線形特性に応じたピーク比抑圧が行えるので、電力増幅器の能力を最大限に引き伸ばすことが可能となる。
【0019】
請求項7に係る発明の瞬時振幅抑圧方法は、請求項6に係る発明の瞬時振幅抑圧制御方法において、前記変調信号が前記電力増幅器の出力電力レベル範囲毎の線形領域を超えて占有帯域内外に漏洩するときの電力量を測定し、測定した漏洩電力量が前記電力増幅器の出力電力毎に予定された漏洩電力となるように前記入力信号の瞬時振幅抑圧量を適応的に制御する。
【0020】
この方法によれば、漏洩電力を測定するので、帯域外漏洩電力改善と変調精度向上の両立を図りながらも、電力増幅器の能力を最大限に引き出すことが可能となる。
【0021】
請求項8に係る発明の瞬時振幅抑圧方法は、変調信号が、電力増幅器の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記変調信号の瞬時振幅を抑圧する。
【0022】
この方法によれば、電力増幅器の入力となる変調信号の瞬時振幅を検出し、検出した変調信号の瞬時振幅を電力増幅器の出力レベルに応じて抑圧を行う。これにより、電力増幅器の出力電力レベル範囲毎の線形特性に応じたピーク比抑圧が行えるので、電力増幅器の能力を最大限に引き伸ばすことが可能となる。また、変調信号の瞬時振幅値は入力信号の瞬時振幅値よりも大きくなるので、処理速度は必要になるものの、瞬時振幅の抑圧精度が高くなる。
【0023】
【発明の実施の形態】
本発明の骨子は、電力増幅器の入力となる変調信号の瞬時振幅もしくは変調器の入力となるディジタル信号の瞬時振幅を検出し、電力増幅器の出力レベルに応じたディジタル信号の瞬時振幅抑圧を行うことにより、電力増幅器の能力を最大限に引き伸ばすことである。
【0024】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0025】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る送信装置の主要部の構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態の送信装置は、瞬時振幅検出器1と、瞬時振幅抑圧器2と、変調器3と、電力増幅器4とを備えている。
【0026】
変調器3は、入力されるディジタル信号S(t)で搬送波を変調した変調信号を出力する。電力増幅器4は、変調器3からの変調信号を所定のレベルまで増幅して出力する。瞬時振幅検出器1は、入力されるディジタル信号S(t)の瞬時振幅値P(t)を検出する。瞬時振幅抑圧器2は、瞬時振幅検出器1で検出されたディジタル信号S(t)の瞬時振幅値が電力増幅器4の出力電力レベル範囲毎に予め決定された瞬時値を超えないようにディジタル信号S(t)の瞬時振幅の抑圧量を決定し、決定した抑圧量でディジタル信号S(t)の瞬時振幅を抑圧する。ここで、電力増幅器4の出力電圧レベル範囲とは、電力増幅器4の入出力特性を複数に分割した各範囲のことである。
【0027】
瞬時振幅抑圧器2は、瞬時振幅検出器1にて検出されたディジタル信号S(t)の瞬時振幅値P(t)を、式(1)に基づいて、出力電圧レベルG毎の閾値σ(G)により、その閾値σ(G)を瞬時振幅値P(t)を超えたときに、ディジタル信号S(t)の振幅値を閾値σ(G)まで抑圧する。すなわち、瞬時振幅抑圧器2を通過した信号S(t)^は瞬時振幅値が閾値σ(G)に抑圧されたS(t)^となる。
Figure 0003921408
例えば、出力電圧レベルGの上限範囲を図2に示すように、G1_P、G2_P、G3_Pとする。それぞれに対する閾値σ(G)は、出力電圧レベルGがG1_P、G2_P、G3_Pのレンジを超す毎に変更され、その値は出力電圧レベルGに対して所定のオフセットレベルOFST1〜OFST3を加算したものとなる。
【0028】
オフセットレベルOFST1〜OFST3は、オフセットレベルOFST3に近づくほど即ち出力レベルGが高くなるほど小さくなるように設定し、電力増幅器4の非線型領域に対して瞬時振幅を突入する確率を減らすようにする。このようにすることで、前述した従来技術(1)、従来技術(3)などの従来技術と比較して、帯域外漏洩電力と変調精度などの性能向上を両立させることが可能となる。なお、G1_P、G2_P、G3_Pそれぞれに対する閾値σ(G)は、テーブルの形で瞬時振幅抑圧器2内に設けられる。
【0029】
このように、本実施の形態の送信装置によれば、電力増幅器4の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように、ディジタル信号S(t)の瞬時振幅値に基づいて、ディジタル信号S(t)の瞬時振幅を抑圧する抑圧量を決定し、決定した抑圧量でディジタル信号S(t)の瞬時振幅を抑圧する。
【0030】
したがって、電力増幅器4の出力電力レベル範囲毎の線形特性に応じたピーク比抑圧を行うことから、電力増幅器4の出力電力レベルが十分に低い範囲でも変調信号のピークを抑圧することがなく、電力増幅器4の能力を最大限に引き出すことが可能となる。
【0031】
(実施の形態2)
図3は、本発明の実施の形態2に係る送信装置の主要部の構成を示すブロック図である。なお、この図において前述した図1と共通する部分には同一の符号を付けてその説明を省略する。
【0032】
本実施の形態の送信装置は、変調器3から出力される変調信号r(t)の瞬時振幅値P(t)を検出する瞬時振幅検出器5と、瞬時振幅検出器5で検出された変調信号r(t)の瞬時振幅値P(t)が、電力増幅器4の出力電力レベル範囲毎に予め決定された瞬時値を超えないように、ディジタル信号S(t)の瞬時振幅の抑圧量を決定し、決定した抑圧量でディジタル信号S(t)の瞬時振幅を抑圧する瞬時振幅抑圧器2とを具備している。瞬時振幅抑圧器2の詳細な機能については、上述した実施の形態1と同様であるので省略する。
【0033】
このように、本実施の形態の送信装置によれば、電力増幅器4の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように、変調信号r(t)の瞬時振幅値に基づいて、ディジタル信号S(t)の瞬時振幅を抑圧する抑圧量を決定し、決定した抑圧量でディジタル信号S(t)の瞬時振幅を抑圧する。
【0034】
したがって、電力増幅器4の出力電力レベル範囲毎の線形特性に応じたピーク比抑圧を行うことから、電力増幅器4の出力電力レベルが十分に低い範囲でも変調信号のピークを抑圧することがなく、電力増幅器4の能力を最大限に引き出すことが可能となる。また、上述した実施の形態1と比べて変調信号の瞬時振幅値が入力信号の瞬時振幅値よりも大きくなるので、処理速度は必要になるものの、瞬時振幅の抑圧精度が高くなる利点が得られる。
【0035】
(実施の形態3)
図4は、本発明の実施の形態3に係る送信装置の主要部の構成を示すブロック図である。
本実施の形態の送信装置は、漏洩電力の測定を行う漏洩電力測定機能と、所定の漏洩電力量からの差分値に対して適応的に閾値σ(G)を調整する閾値調整機能とを備え、各出力電力範囲毎に所定の漏洩電力量になるように適応的に制御可能としたものである。
【0036】
本実施の形態の送信装置は、実施の形態1の送信装置と同一の構成の他、歪モデル8、二乗器9及び10、差分う器11、積分器12、漏洩電力誤差差分測定器13、乗算器14及び閾値更新器15を具備している。瞬時振幅検出器1は、ディジタル信号S(t)の瞬時振幅値P(t)を測定し、その結果を瞬時振幅抑圧器6に入力する。瞬時振幅抑圧器6は、式(1)に基づいて、出力電力レベルG毎の閾値σ(G)により瞬時振幅値P(t)が閾値σ(G)を超えたときに、ディジタル信号S(t)の瞬時振幅値を閾値σ(G)まで抑圧する。
【0037】
瞬時振幅抑圧器6を通過した信号は、瞬時振幅値が閾値σ(G)に抑圧されたS(t)^となる。この信号S(t)^は変調器3で変調されて、変調信号r(t)が出力される。変調器3からの変調信号r(t)は、電力増幅部4に入力されると同時に、歪モデル8と二乗器10それぞれに入力される。歪モデル8は、電力増幅器4の線形性を図5のようにモデル化したもので、変調信号r(t)に歪を与えて変調信号r(t)^を生成する。この変調信号r(t)^は二乗器9に入力されて、電力値u(t)^が計算される。一方、変調器3から二乗器10に変調信号r(t)が入力されることによって電力値u(t)が計算される。
【0038】
二乗器9及び10で計算された電力値u(t)^、u(t)が差分器11に入力されて、瞬時漏洩電力v(t)が計算される。瞬時漏洩電力v(t)は積分器12にて平均化されて漏洩電力d(t)が得られる。漏洩電力d(t)は漏洩電力誤差差分測定器13に入力される。漏洩電力誤差分測定器13は、出力電力レベルGを受けて、出力電力レベル毎の漏洩電力計画値と漏洩電力d(t)との差分(漏洩電力誤差分)Δd(t)を計算する。
【0039】
漏洩電力誤差分測定器13で計算された漏洩電力誤差分Δd(t)は乗算器14に入力される。乗算器14は、漏洩電力誤差分Δd(t)に適当なステップ値μを乗算してμΔd(t)を求める。乗算器14で求められたμΔd(t)は、閾値更新器15に入力される。閾値更新器15は、以下の式(2)の更新式を用いて閾値σ(G)を適応更新する。
σ(G)n=σ(G)n-1+μΔd(t) ……式(2)
【0040】
上記歪モデル8、二乗器9及び10、差分う器11、積分器12、漏洩電力誤差差分測定器13、乗算器14及び閾値更新器15を適応的に動作させることによって、電力増幅器4からの出力電力毎に所定の漏洩電力量となるように閾値σ(G)を調整することが可能となる。そして、漏洩電力量が閾値σよりも大きければ抑圧量を多くし、逆に漏洩電力量が閾値σよりも小さければ抑圧量を少なくする。
【0041】
このように、本実施の形態の送信装置は、変調器3から出力される変調信号が電力増幅器4の出力電力レベル範囲毎の線形領域を超えて占有帯域内外に漏洩する電力量を測定し、測定した漏洩電力量が電力増幅器4の出力電力毎に予定された漏洩電力となるようにディジタル信号S(t)の瞬時振幅抑圧量を適応的に制御するので、上述した実施の形態1及び2よりも処理速度は必要になるものの、瞬時振幅の抑圧精度が高くなる。
【0042】
以下、上述した実施の形態1から実施の形態3の送信装置をCDAM(Code Division Multiple Access)方式に用いた例について説明する。図6は、実施の形態1の送信装置をCDMA方式に用いた構成を示すブロック図である。また、図7は、実施の形態2の送信装置をCDMA方式に用いた構成を示すブロック図である。また、図8は、実施の形態3の送信装置をCDMA方式に用いた構成を示すブロック図である。
【0043】
変調器19は、帯域制限フィルタ20、DAC(ディジタル/アナログ変換器)21及び直交変調器22から構成される。通常、帯域制限フィルタ20までは、ディジタル数値系列で信号が取扱われる。拡散後チップデータS(n)は式(3)にて与えられる。
S(n) = I(n)+jQ(n) ……式(3)
【0044】
瞬時振幅測定器1、5では、式(4)にてP(n)が算出される。
P(n) = (I(n)2+Q(n)2)1/2 ……式(4)
瞬時振幅抑圧器2、6では、式(5)にてS(n)^が算出される。
S(n)^ = S(n)
P(n)< σ(G) 1/2
σ(G)1/2S(n)/P(n)
P(n)>= σ(G) 1/2 ……式(5)
【0045】
特に、図6〜図8の各送信装置を比較した場合、図7の送信装置の帯域制限フィルタ20での瞬時振幅増加効果があるため、図7の送信装置が望ましい。また、図8の送信装置では、漏洩電力誤差差分測定器13で使用する漏洩電力計画値は、各システム規格に準じた隣接チャネル漏洩電力(ACPR)を得られるように、予め実験などで決定する。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、帯域外漏洩電力改善と変調精度向上の両立を図りながらも、電力増幅器の能力を最大限に引き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に係る送信装置の主要部の構成を示すブロック図
【図2】図1の送信装置の動作を説明するための図
【図3】本発明の実施の形態2に係る送信装置の主要部の構成を示すブロック図
【図4】本発明の実施の形態3に係る送信装置の主要部の構成を示すブロック図
【図5】図4の送信装置の入出力特性及び動作説明図
【図6】本発明の実施の形態1に係る送信装置をCDMA方式に用いた構成を示すブロック図
【図7】本発明の実施の形態2に係る送信装置をCDMA方式に用いた構成を示すブロック図
【図8】本発明の実施の形態3に係る送信装置をCDMA方式に用いた構成を示すブロック図
【図9】送信装置の電力増幅器の入出力特性図
【符号の説明】
1、5 瞬時振幅検出器
2、6 瞬時振幅抑圧器
3、19 変調器
4 電力増幅器
8 歪モデル
9、10 二乗器
11 差分器
12 積分器
13 漏洩電力誤差差分測定器
14 乗算器
15 閾値更新器
20 帯域制限フィルタ
21 DAC
22 直交変調器

Claims (8)

  1. 入力信号で搬送波を変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号を増幅する電力増幅手段とを具備する送信装置において、前記入力信号の瞬時振幅を検出する瞬時振幅検出手段と、前記瞬時振幅検出手段で検出された前記入力信号の瞬時振幅値が、前記電力増幅手段の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する瞬時振幅抑圧手段と、を具備することを特徴とする送信装置。
  2. 入力信号で搬送波を変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号を増幅する電力増幅手段とを具備する送信装置において、前記変調信号の瞬時振幅を検出する瞬時振幅検出手段と、前記変調信号の瞬時振幅値が、前記電力増幅手段の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する瞬時振幅抑圧手段と、を具備することを特徴とする送信装置。
  3. 入力信号で搬送波を変調して変調信号を生成する変調手段と、前記変調手段から出力される変調信号を増幅する電力増幅手段とを具備する送信装置において、前記変調信号が、前記電力増幅手段の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎の線形領域を超えて占有帯域内外に漏洩するときの電力量を測定する漏洩電力量測定手段と、前記漏洩電力測定手段で測定された漏洩電力量が前記電力増幅手段の出力電力レベル毎に予定された漏洩電力となるように前記入力信号の瞬時振幅を抑圧する抑圧量を適応的に制御する適応瞬時振幅制御手段と、を具備することを特徴とする送信装置。
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の送信装置を具備することを特徴とする移動局。
  5. 請求項1から請求項3のいずれかに記載の送信装置を具備することを特徴とする基地局。
  6. 変調前の入力信号が、電力増幅器の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記入力信号の瞬時振幅を抑圧することを特徴とする瞬時振幅抑圧方法。
  7. 前記変調信号が前記電力増幅器の出力電力レベル範囲毎の線形領域を超えて占有帯域内外に漏洩するときの電力量を測定し、測定した漏洩電力量が前記電力増幅器の出力電力毎に予定された漏洩電力となるように前記入力信号の瞬時振幅抑圧量を適応的に制御することを特徴とする請求項6記載の瞬時振幅抑圧方法。
  8. 変調信号が、電力増幅器の入力電力に対する出力電力を複数の範囲で分割した各出力電力レベル範囲毎に決定した瞬時振幅値を超えないように抑圧量を決定し、決定した抑圧量で前記変調信号の瞬時振幅を抑圧することを特徴とする瞬時振幅抑圧方法。
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