JP4021816B2 - 送信増幅器を作動させるための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば通信送信装置の送信増幅器に給電電圧を供給し、送信増幅器の非線形性を入力データストリームのデータ値用の前置補償ユニットにより実質的に補償するようにした送信増幅器を作動させるための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば移動電話のような通信送信装置の送信スペクトルは、守られるべき規格に記された関連する要求を満たさなければならない。これに関して、近接通信チャネルにおける送信スペクトルの電力出力が規格から引き出しうる限界値を上回ってはならないことは当然である。このことは結果として、通信送信装置が使用する各々の変調方式に応じて、通信送信装置の線形性に対して非常に高い要求を課す送信増幅器を通信送信装置に投入しなければならないという事態をもたらす。なお、通信送信装置が使用する変調方式は、例えば（Ｗ）ＣＤＭＡにおけるＱＰＳＫであってもよい。
【０００３】
このような送信増幅器は高価であり、しかもエネルギー効率が低い。
【０００４】
こうした理由から、特に移動通信基地局では、コスト安な送信増幅器が使用される。この送信増幅器はその特性曲線の非線形領域にまで広く変調され、それにより高い電力効率がもたらされる。このようにして顕わにされた非線形性は、入力されたディジタル生データをディジタル前置補償ユニットにより変化させて、結果として送信増幅器の出力側に実際に所望の線形増幅がもたらされるようにする線形化技術によって補償される。
【０００５】
このように、前置補償ユニットは、送信増幅器及び必要ならばデータ値に影響を及ぼす別の電子素子の非線形性をディジタルデータ値に対する適切な前置補償値により補償する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のことを前提としたうえで、本発明の課題は、それ自体線形化に対する高い要求を満たすエネルギー効率のよい送信増幅器を通信送信装置に投入することができるようにする方法及び装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、方法に関しては、本発明により、送信増幅器を作動させるための方法において、少なくとも送信モードの開始時に又は動作パラメータが著しく変化した後に、前記送信増幅器を線形領域で動作させるように設定された給電電圧により前記送信増幅器を作動させ、前置補償ユニットによる前記送信増幅器の非線形性の補償の品質が向上するにつれて、前記送信増幅器の給電電圧を実質的に低下させるようにすることで解決される。
【０００８】
また、上記課題は、装置に関しては、本発明により、送信増幅器を作動させるための装置において、前記送信増幅器に対する電圧供給部を制御するための適応制御器が設けられており、該制御器が前置補償ユニットと共同して動作するように構成することで解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の基礎となる思想は、ちょうど送信モードの初期フェーズに、送信増幅器が線形領域で動作するような高さに設定された給電電圧によって送信増幅器を作動させることにある。別の言い方をすれば、送信増幅器にはその線形領域に対する十分に大きな「バックオフ」が設けられる。
【００１０】
これに続いて、給電電圧は、前置補償ユニットによる送信増幅器の非線形性の補償の品質に応じて、持続的な送信モードに適した給電電圧の値に達するまで益々低下する。
【００１１】
有利には、送信増幅器の給電電圧の制御に、前置補償ユニットによる送信増幅器の非線形性の補償の品質の連続した測定値が使用される。
【００１２】
従来技術の記載においてすでに述べたように、前置補償ユニットは送信増幅器の非線形性を補償する。このために、ちょうど送信モードの初期フェーズに、まず入力データ値に適した前置補償係数が求められなければならない。これは、例えば送信増幅器を通過した出力データ値のフィードバックによって可能となる。
【００１３】
測定値として、送信増幅器から前置補償ユニットへフィードバックされたデータ値と入力データストリームのデータ値との間の差分値を使用すると有利である。これに関しては、そのつど入力データ値とフィードバックされたデータ値を代表する数について平均を求めると有利である。詳しくは、入力データ値とフィードバックされたデータ値との比較は、送信増幅器のすべてのデータ値に対して所望の増幅係数が準備されているか、したがってまた線形化されているかをチェックすることに基づいている。別の言い方をすれば、送信増幅器の非線形性が前置補償ユニットにより定められた前置補償係数によって補償されるかがチェックされる。
【００１４】
ノイズ抑制のために有利には平均された差分値が閾値を下回った場合にはつねに、差分値の大きさに基づいて、給電電圧をある値だけ低下させることができる。このようにして、給電電圧を段階的に低下させることができ、しかも差分値の低下の程度に応じて低下させることができる。
【００１５】
測定値を前置補償ユニットから送信増幅器の給電電圧に対する適応制御部に供給すると有利である。この適応制御部は、給電電圧に対する直接的な影響を有しており、前置補償ユニットによる線形化タスクの実施枠を設定する。給電電圧が低く選択されればされるほど、前置補償ユニットは線形化のためにより強く介入する。というのも、給電電圧が低下するにつれて、原則的に送信増幅器の非線形性は増大するからである。それゆえ、前置補償ユニットが送信増幅器の線形化タスクをもはや果たすことができないほど給電電圧が技術的な限界を下回り、その結果、適応制御による給電電圧の引き上げが必要となるケースも生じる。その限りにおいて、前置補償ユニットと適応制御部は共同して動作する。
【００１６】
以下では、本発明の実施例を図面に基づいてより詳細に説明する。
【００１７】
【実施例】
図１のブロック図から明らかなように、入力データストリーム１は適応的ディジタル前置補償（英語では"ｐｒｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ"なる概念で知られている）のための適応前置補償ユニット２に供給される。前置補償されたデータストリーム３は前置補償ユニット２から変換器／変調器ユニット４に到達する。前置補償されたデータストリームは変換器／変調器ユニット４でディジタルからアナログに変換され、搬送波信号を変調する。変換器／変調器ユニット４の出力信号５は送信増幅器６に供給される。送信増幅器６の出力信号は通信送信装置のアンテナ７を介して放射される。
【００１８】
送信増幅器６は通常モード時には給電電圧ＶＳＰで動作する。送信増幅器６は、給電電圧ＶＳＰにおいては、入力データストリーム１に対して非線形の特性曲線を有しているので、線形化のために前置補償ユニット２による前置補償が必要である。こうした理由から、送信増幅器６の出力信号を表すアナログ信号がフィードバックブランチ８（測定ブランチ）を介して戻され、アナログ／ディジタル変換器を介して前置補償ユニット２に供給される。
【００１９】
フィードバックブランチ８は次の理由から重要である。温度及び給電電圧のような送信増幅器６の特性曲線に影響を与えるパラメータが、移動通信基地局において仮定されるように一定ではない場合、送信増幅器６の線形化のために必要な前置補償係数は変化する。さらに、前置補償ユニット２による送信増幅器６の非線形性の補償がどの程度満足すべきものであるかに関する情報を与える少なくとも１つのフィードバックブランチが存在していることが適当である。フィードバックブランチ８により得られた情報を用いて、必要な限り前置補償ユニット２の前置補償値を補正することができる。
【００２０】
上記のやり方は、通信送信装置の送信機をスイッチオンする際には、前置補償ユニット２による線形化はまだ定常状態ではなく、それゆえ正しく動作しないという事実を考慮に入れている。こうした状態は、送信モード中に動作パラメータが著しく変化するときにも生じうる（温度のジャンプ）。この場合、送信増幅器６の非線形歪みが信号品質の低下をもたらす。この信号品質の低下はとりわけ近接通信チャネルにおいて妨害雑音として現れる。特に、近接通信チャネルの混信が短時間でも高まることが許されない移動通信規格にとっては、上記の線形化技術は有利である。
【００２１】
この実施例では、前置補償ユニット２の内部で入力データ値とフィードバックされたデータ値との間の比較が行われ、それにより相応する差分値が得られる。これらの差分値の平均値が下閾値を下回るとすぐに、前置補償ユニット２は、信号ライン１１を介して、送信増幅器６の給電電圧ＶＳＰに対する適応制御部１０にこの事実を知らせる。適応制御部１０が送信増幅器６に対する調整可能な電圧供給部であるＤＣ−ＤＣ変換器１２を制御するので、差分値が差分値に対して予め定められた下閾値を下回ると、送信増幅器６に対する給電電圧ＶＳＰは所定の間隔だけ低下させられる。これに関する情報は、適応制御部１０からも信号ライン１３を介して前置補償ユニット２に供給される。
【００２２】
送信増幅器６の給電電圧ＶＳＰに対しては、送信増幅器６の給電電圧ＶＳＰの段階的低下又は上昇を生じさせるステップ幅が定義されている。
【００２３】
前置補償ユニット２が、入力データ値とフィードバックされたデータ値との間の差分値の大きさが増大したため、差分値が差分値の上閾値を上回ったことを、例えば信号ライン１１を介して適応制御部１０に知らせると、適応制御部１０は変換器１２に指示して、給電電圧ＶＳＰを所定の電圧間隔だけ引き上げる。同時に、前置補償ユニット２は前置補償係数の適合を行う。
【００２４】
図１に記載された装置は、まず送信増幅器６が線形領域で動作するような高い給電電圧ＶＳＰで送信増幅器６を作動させるので、この時点では線形化のために前置補償ユニット２は必要ない。ついで送信モードの「初期フェーズ」の領域では、通常の場合、フィードバックされたデータ値９と入力データ値１との間の差分値は、前置補償係数の最適化の程度に応じて低下するので、差分値は上閾値を何回も下回る。なお、上閾値はそのつど給電電圧ＶＳＰの低下をトリガすべきものである。給電電圧ＶＳＰは相応して段階的に低下する。その際、給電電圧ＶＳＰの変化の度に、原則的にそのつど前置補償係数の新たな最適化が行われなければならない。というのも、送信増幅器６の特性曲線が変化するからである。さらに、その中では給電電圧の変化が起こらないような、上閾値及び下閾値により定められた差分値領域を設けるべきである。差分値が上閾値を上回ると、給電電圧ＶＳＰは所定の値だけ引き上げられる。その限りにおいて、適応制御１０の流れは相応してヒステリシスに従う。
【００２５】
差分値に対して閾値を設けることが必ずしも必要ではないことは強調されるべきである。給電電圧ＶＳＰをその時点の差分値に依存して連続的に閉ループ制御することが可能な場合には、給電電圧ＶＳＰをその時点の差分値に依存して連続的に開ループ制御することも可能である。さらに、給電電圧ＶＳＰの低下／上昇のステップ幅は必ずしも一定である必要はない。
【００２６】
図１による実施形態では、適応制御１０にとって最も重要なセンサ値として、温度値１４及びバッテリ電圧値１５が供給される。これらの値は同様に送信増幅器６の動作に影響を与える。
【００２７】
アンテナ７の送信電力Ｐが経時的にプロットされている図２からは、送信電力Ｐが送信モードの開始後一定であることが明らかである。図３には、送信増幅器２に対する給電電圧ＶＳＰの経時的変化が示されている。送信増幅器２はまず送信増幅器２を線形領域で動作させるほどの高さの給電電圧ＶＳＰを受け、その後、給電電圧は連続的に低下し、さらに後には実質的に一定の値をとる。図４には、送信増幅器２の効率の経時的変化が示されている。送信増幅器２の効率は、過渡状態を経て、引き上げられた値に向かって収束する。図５からは、送信増幅器２の温度の経時的変化が明らかである。温度はまず送信モードの開始時に上昇し、続いて実質的に一定の値へと低下する。重要なのは、図６にプロットされている前置補償ユニット２の閉ループ制御コストである。まず送信モードの初期フェーズにおいては閉ループ制御コストは非常に強く上昇し、続いてほぼ変わらず、その後実質的に一定の値にまで連続的に低下する。なお、後者のフェーズは、入力データストリームに対して、前置補償ユニットに適した前置補償係数が発見されていることに基づいている。ここで、閉ループ制御コストとは、単位時間当たりに必要な、前置補償ユニット２の前置補償係数の調整プロセスの数として理解されたい。
【００２８】
上記方法の流れ又は装置の機能は、送信モードの初期フェーズ及び突然の動作パラメータ変化の生起に関して同一である。例えば突然、温度のジャンプが生じた場合、差分値は差分値の上閾値を大きく上回る。差分値が予め定められた上昇を超えた上昇を示す間は、給電電圧ＶＳＰをつぎのような値に飛躍的に引き上げてもよい。すなわち、送信増幅器６が実質的に前置補償ユニット２の介入なしにリニアに動作する値に引き上げてもよい。なお、前置補償係数は、必要であれば、前置補償ユニット２において一定の値に戻される。送信増幅器６の電力出力のジャンプを防ぐためには、前記一定値は、前置補償ユニット２、ディジタル／アナログ変換器４及び送信増幅器６の組合せから得られる前置補償係数が給電電圧ＶＳＰの引き上げの前後に不変であるように、選択されるべきである。
【００２９】
もちろん、この方法は送信増幅器６の送信モードの全体にわたって実行可能である。この方法では、給電電圧ＶＳＰは、差分値が差分値の上閾値を上回るとある値だけ引き上げられ、差分値が差分値の下閾値を下回るとある値だけ引き上げられる。差分値が予め定められた上昇を超えて上昇した場合、又は送信モードの開始時において、極端なケースでは、送信増幅器６の線形動作のための給電電圧ＶＳＰの飛躍的な引き上げを行ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 移動通信送信装置の送信増幅器を作動させるための装置のブロック回路図である。
【図２】 送信モードの初期フェーズにおける送信増幅器の重要な動作パラメータの経時的変化を示す。
【図３】 送信モードの初期フェーズにおける送信増幅器の重要な動作パラメータの経時的変化を示す。
【図４】 送信モードの初期フェーズにおける送信増幅器の重要な動作パラメータの経時的変化を示す。
【図５】 送信モードの初期フェーズにおける送信増幅器の重要な動作パラメータの経時的変化を示す。
【図６】 送信モードの初期フェーズにおける送信増幅器の重要な動作パラメータの経時的変化を示す。
【符号の説明】
１ 入力データストリーム
２ 前置補償ユニット
３ 前置補償されたデータストリーム
４ ディジタル／アナログ変換器
５ 出力データ
６ 送信増幅器
７ アンテナ
８ フィードバックブランチ
９ フィードバックされたデータ値
１０ 適応制御部
１２ ＤＣ−ＤＣ変換器
１４ 温度値
１５ バッテリ電圧値

Claims (8)

1. 送信増幅器（６）に給電電圧を供給し、前記送信増幅器（６）の非線形性を入力データストリーム（１）のデータ値用の前置補償ユニット（２）により実質的に補償するようにした、送信増幅器（６）を作動させるための方法において、
   少なくとも送信モードの開始時に又は動作パラメータが著しく変化した後に、前記送信増幅器（６）を線形領域で動作させるように設定された給電電圧により前記送信増幅器（６）を作動させ、
   前記前置補償ユニット（２）による前記送信増幅器（６）の非線形性の補償の品質が向上するにつれて、前記送信増幅器（６）の給電電圧を実質的に低下させることを特徴とする送信増幅器を作動させるための方法。
2. 前記送信増幅器（６）の給電電圧の制御に、前記前置補償ユニット（２）による前記送信増幅器（６）の非線形性の補償の品質の連続した測定値を使用する、請求項１記載の方法。
3. 前記測定値として、前記送信増幅器（６）から前記前置補償ユニット（２）へフィードバックされたデータ値と前記入力データストリーム（１）のデータ値との間の差分値を使用する、請求項２記載の方法。
4. 前記差分値が閾値を下回ったときには、前記給電電圧（ＶＳＰ）をそのつど或る値だけ低下させる、請求項３記載の方法。
5. 前記差分値を前記入力データストリーム（１）のデータ値と前記フィードバックされたデータ値（９）とを代表する平均値の算出に基づいて得る、請求項４記載の方法。
6. 前記測定値を前記前置補償ユニット（２）から前記送信増幅器（６）の給電電圧に対する適応制御部（１０）に供給する、請求項２から５のいずれか１項記載の方法。
7. 送信増幅器（６）の非線形性の補償のために入力データストリーム（１）のデータ値用の前置補償ユニット（２）を備えた、送信増幅器（６）を作動させるための装置において、
   前記送信増幅器（６）に対する電圧供給部（１２）を制御するための適応制御器（１０）が設けられており、該制御器（１０）は、前記送信増幅器（６）から前記前置補償ユニット（２）へフィードバックされたデータ値（９）と前記入力データストリーム（１）のデータ値との間の差分値を前記前置補償ユニットから受け取り、少なくとも送信モードの開始時に又は動作パラメータが著しく変化した後に、前記送信増幅器（６）を線形領域で動作させるように設定された給電電圧により前記送信増幅器（６）を作動させ、前記前置補償ユニット（２）による前記送信増幅器（６）の非線形性の補償の品質が向上するにつれて、前記送信増幅器（６）の給電電圧を実質的に低下させることを特徴とする、送信増幅器を作動させるための装置。
8. 前記適応制御器（１０）は前記送信増幅器（６）の電圧供給部（１２）を制御するために前記差分値を変換するように形成されている、請求項７記載の装置。

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