JP4047274B2 - 電力調整型の送信機構造 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、電力調整型（mit Leistungsregelung）の送信機構造（Sendeanordnung）に関するものである。

送信や受信を継続的には行わない、例えば、時分割多元接続方式（Zeit-Vielfachzugriffsverfahren）で動作する移動式無線システムでは、移動局のアンテナにおける出力電力（Ausgangsleistung）を、各仕様に基づいて調整や制御する必要がある。送信タイムスロット（Sendezeitschlitzes）の開始前には、所定の時間間隔において、送信電力（Sendeleistung）を上昇させるように調整し、送信タイムスロットの終了後には、送信電力を再び下降させるように調整する必要がある。これは電力ランピング（Power Ramping）と呼ばれ、前後のタイムスロット（いわゆるバースト（Bursts））において、信号伝送を不当に妨害しないために必要なものである。

基地局（Basisstation）で制御され、それぞれの受信電界の強さ（Empfangsfeldstaerke）に依存する、移動局の送信電力が原因となり、移動局の電力調整がさらに必要となる。さらに、隣接した周波数チャンネルが不当に妨害されないように、送信電力を上昇または下降させる調整の間の一時的なスペクトル（Transientenspektrum）は、急激に（sprunghaften）変化したり、あるいは過振幅（Ueberschwinger）したりしてはならない。

一般的に、送信される高周波数信号を増幅する電力増幅器（Leistungsverstaerkers）は、移動無線送信機の出力側に備えられている。この電力増幅器の出力電力は、周囲の温度、電池電圧あるいは蓄電器電圧（Akkumulatorspannung）、それぞれの送信周波数、回路集積（Schaltungsintegration）時における製造パラメータ（Fertigungsparametern）のばらつき（Streuungen）、などに依存する。したがって、通常、前述した電力増幅器の出力電力を、調整回路（Regelkreis）で安定させる。

使用する変調方法（Modulationsverfahren）ごとに、異なる電力調整の規則（Leistungsregelungsprinzipien）が知られている。位相または周波数を変調して操作する移動式無線システムでは、通常、電界効果トランジスタによる電力増幅器の供給電圧の変化、あるいは、増幅器の動作点（Arbeitspunkt）の調節（Verstellen）によって、送信出力（Sendeleistung）を実行する。振幅変調により動作する移動式無線システムでは、電力増幅器の入力電力（Eingangsleistung）を調整するために用いられる、制御可能な前置増幅器（Vorverstaerker）が、電力増幅器の上流に接続されている。

この種の電力調整は、例えば、１９９９年４月１２日に公開された、フィリップス半導体（Philips Semiconductors）社の集積回路ＰＣＦ５０７８に関するデータシート（Datenblatt）に記載されている。この場合、電力増幅器の出力電力は、ショットキーダイオード（Schottkey-Diode）として構成されている電力検出器（Leistungsdetektors）で測定される。この測定量（Messgroesse）はアナログ回路へ供給され、この回路は次に、電力増幅器を駆動する。アナログ調整回路用の参照量（Fuehrungsgroesse）は、ベースバンド信号処理で駆動されるデジタル／アナログ変換器によって、供給される。この場合、前述の電力増幅器のための増幅器そのものおよび制御ユニット（Steuereinheit）は、異なる集積回路に配置されているか、あるいは、別々の半導体部品で構成されている。

米国特許公報５,３７１,４８１号（US5,371,481）には、直接変調器（Direktmodulator）を備えた送信機構造が記載されている。ベースバンド信号処理ユニットは、送信信号の電力レベル（Leistungspegel）に応じて駆動する。さらに、従来の自動的な増幅の調整（Verstaerkungsregelung）が、変調器の出力部とアンテナとの間で行われる。

米国特許公報５,２９３,４０７（US5,293,407）では、送信機のベースバンドに、乗算器（Multiplizierer）がさらに備えられている。この乗算器は、搬送波（Traeger）での変調前に、他の移動式ユニット（Mobileinheiten）が受け取った電力レベルに応じて、有効信号を調整する。

本発明の目的は、必要な電流（Strombedarf）が少なくて済む、電力調節型の送信機構造を提供することである。

この目的は、本発明の特許請求項１の特徴を有する、電力調節型の送信機構造により達成される。

追加のアナログ／デジタル変換器を有し、送信機のベースバンドにおけるデジタル信号処理を介している、記述されたフィードバックループ（Rueckkopplungsschleife）によって、アナログ回路技術を使用して形成された、増幅器を調整する調整回路を省くことができる。さらに、記述した原理によって、送信機のより大きなダイナミックレンジ（Dynamikbereichs）を得ることができる。

したがって、この原理によると、電力増幅器（変調器の出力部に接続されていることが好ましい）は、利得（Verstaerkung）を調整する増幅器の制御信号の変化ではなく、入力電力によって調整される。

電力増幅器が変調器の出力部に接続されている場合、フィードバックループのタッピング（Abgriff）は、この電力増幅器の入力部、あるいは有利には出力部のいずれかにおいて行うことができる。

このような調整は、振幅変調型の送信機と位相変調型の送信機との双方に適しており、時分割多元接続方式と符号分割多元接続方式（Code-Vielfachzugriffsverfahren）との双方に適用できる。

本発明の好ましい一実施形態では、デジタル信号処理ブロックは、電力検出器で測定された電力に応じて、送信される有効信号の振幅に影響を及ぼす手段を備えている。

この場合、送信される有効信号の振幅に影響を及ぼす前述の手段は、デジタル／アナログ変換器の上流に接続されていることが好ましい。

送信機の出力電力を上昇するように調整する間、好ましくはベースバンド信号処理系統（Basisband-Signalverarbeitungskette）において、送信される有効信号の振幅に、プログラムされた曲線形（Kurvenform）によって、送信タイムスロットの開始まで連続的に、影響を及ぼすことができる。その結果、いわゆる電力ランピングの間の、許容可能な一時的なスペクトルのための、移動無線規格において、通常、定義されるシステム要求条件（Systemanforderungen）は、維持されている。これに対応して（entsprechend）、同じく（ebenfalls）、デジタル／アナログ変換に先立つデジタル信号処理のときと同様に早くに、送信される有効信号の振幅に影響を及ぼすことによって、送信タイムスロットが終了した後の出力電力を下降するように調整できる。

本発明の他の好ましい実施例では、変調器は、制御入力部を介して設定できる利得を含んでいる。測定された電力に応じて、高周波数送信信号の振幅に影響を及ぼすため、変調器の制御入力部は、デジタル信号処理ブロックに接続されている。

ベースバンド信号振幅（Basisbandsignalamplituden）を変化させて、出力電力を調整する代わりに、または、このような調整に加えて、送信機で変調器を駆動して、電力を調整できる。変調器の利得の転換（Umschaltung）または変化は、例えば、同様に接続または切断される、並列に接続されている増幅器または混合器セル（Mischerzellen）によって起こる。

ベースバンド信号の振幅に影響を及ぼすことで、送信タイムスロットの前後に、出力電力を上昇させる調整および下降させる調整を行うことが好ましい。一方、送信信号処理系統（Sendesignalverarbeitungskette）における、変調器の利得に影響を及ぼすことは、移動無線の固定局（Feststation）によって予め規定しておくことのできる、様々なレベルの出力電力を供給することに適している。移動局の特定の電力レベル（Leistungsstufe）は、基地局または固定局の送信電力、および、移動局の受信率（Empfangsverhaeltnisse）に応じて、通常、それぞれの移動無線規格に基づく、送信電力の電力レベルの所定量（Menge）から選択できる。

本発明の他の好ましい一実施形態では、変調器は、デジタル信号処理ブロックに同相分枝部（Inphase-Zweig）を介して接続されている第１混合器と、デジタル信号処理ブロックに直角位相分枝部（Quadratur-Zweig）を介して接続されている第２の混合器とを備え、複素数の送信信号を処理するように設計されている。さらに、加算部（Ssummierglied）が備えられている。この加算部は、第１混合器の出力部と第２混合器の出力部とを接続し、自身の出力部に高周波数送信信号を供給する。

変調器の混合器の入力部と、デジタル信号処理ブロックとを接続するため、同相および直角位相分枝部に、各１つのデジタル／アナログ変換器が配置されていることが好ましい。

ホモダイン送信アーキテクチャー（homodynen Sendearchitektur）を提供する、そのような変調器は、例えば、いわゆるベクトル変調器（Vektormodulator）として形成できる。ベクトル変調器は、同相および直角位相信号を、搬送周波数（Traegerfrequenz）を有する局所発振器信号（Lokaloszillator-Signal）と混合するために、例えば、アナログ構成されているギルバート型（Gilbert-Typ）の混合器セルを備えている。このようなベクトル変調器の利得に影響を及ぼすことは、並列接続されている回路において互いに接続された、個々の混合器または変調器セルを接続または切断することによって、階段的に行われる。

本発明の他の好ましい実施形態では、ローパスフィルター（Tiefpassfilter）が、デジタル／アナログ変換器と変調器とを接続するために備えられている。

送信機が複素数信号を処理するように設計されている場合、各１つのローパスフィルターが、デジタル／アナログ変換器と変調器との間に接続されていることが好ましい。

本発明の他の好ましい実施例では、電力増幅器が、高周波数送信信号を増幅する目的で、変調器の出力部に接続されている。

送信機の中の出力側に備えられ、例えば、高周波数アンテナと変調器とを接続している電力増幅器は、通常、電力増幅器の利得に影響を及ぼすために、制御入力部を備えている。しかしながら、この原理の場合には、追加の前置増幅器なしで、電力増幅器の入力電力に影響を及ぼすことにより、電力調整が行われる。なお、追加の前置増幅器とは、通常、ＡＧＣ（自動利得制御）増幅器と呼ばれているものである。

本発明の他の好ましい実施形態では、電力増幅器の利得は一定である。この目的のために、例えば、利得を調整するため、一定の信号が制御入力部に供給される。したがって、電力増幅器は、所望の電力信号（Soll-Leistungssignal）のみで直接駆動されることはない。また、電力調整用フィードバックループによって駆動される、前置増幅器またはＡＧＣ増幅器を、上流に接続する必要もない。

本発明の他の好ましい実施形態では、変調器は、並列に接続されている複数の変調器セルを備えている。これらの変調器セルは、変調器の制御入力部に供給できる信号によって、相互に無関係に接続または切断できる。

本発明の他の詳細および有利な改善点については、従属請求項に関連している。

本発明を、以下の実施例において、図面を参照しながら、より詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に基づく送信機構造の例を簡略化したブロック図で示す。図２は、並列に接続されているギルバート混合器を備えた、図１の変調器の混合器セルの実施例を示す。

図１は、電力調整型の送信機構造を示す。この送信機構造は、デジタルベースバンド信号処理ブロック１を備えている。このブロックは、同相および直角位相分枝部Ｉ，Ｑを介して、変調器２に接続されている。

同相および直角位相分枝部Ｉ，Ｑは、それぞれ、デジタル／アナログ変換器３を備えている。デジタル／アナログ変換器３の入力部は、デジタル信号処理装置１の各出力部に接続されている。各ローパスフィルター４は、デジタル／アナログ変換器３の下流に接続されている。変調器２は、同相および直角位相分枝部Ｉ，Ｑに対応して、各１つの混合器５，５’を備えている。混合器の第１入力部は、それぞれ、ローパスフィルター４に接続されている。この接続は、差動信号（differentieller Signale）を搬送するため（zum Fuehren）のものである。混合器５，５’は、それぞれ、周波数分割器６に接続されている他の入力部を備えている。周波数分割器６は、さらに、電圧制御発振機ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）７によって駆動されている。ＶＣＯ７および周波数分割器６は、搬送周波数を有する各局所発振器信号を供給する役割を果たす。局所発振器信号は、それぞれ、デジタル信号処理ブロック１から供給された、同相および直角位相有効信号成分（Inpase- und Quadratur-Nuetzsignal-Komponenten）により、変調される。

混合器５，５’は、それぞれ、一つの出力部を備えている。この出力部は、共有する加算部８の入力部に、それぞれ接続されている。加算部８は、混合器５，５’によって供給された、送信される信号の高周波数成分を、加算して相互に結合する。電力増幅器１０は、バンドパスフィルター（Bandpassfilter）９を介して、加算部８の出力部に接続されている。この電力増幅器１０は、加算部８によって出力側に供給され、事前にバンドパスフィルターを通過した高周波数送信信号を増幅し、アンテナ１１に供給する。電力増幅器１０は、自身の利得を調節する（Verstelen）制御入力部を備えている。本送信機では、この電力増幅器に、一定の制御信号を供給できる。

電力調整された送信機構造の、上述のような送信信号経路に加えて、電力調整を行うために、電力検出器１２を有するフィードバック経路１２，１３が、さらに備えられている。この電力検出器１２は、ショットキーダイオードとして形成され、電力増幅器１０の出力部に接続されている。また、電力検出器１２は、出力部に、電力増幅器１０の出力電力に応じた信号を提供する。この信号は、出力部に接続されているアナログ／デジタル変換器１３に供給される。アナログ／デジタル変換器１３の出力部は、デジタル信号処理ブロック１に接続されている。このようにして供給される、電力増幅器１０の実際の瞬時の（momentanen）出力電力に応じたデジタル化信号は、一方では、デジタル信号処理部１において、送信される有効信号の振幅に対して、信号に依存した影響を及ぼす。すなわち、特に、送信タイムスロットの開始前および終了後に、いわゆる電力ランピングを行う。すなわち、この信号は、出力電力を、上昇させる調整および下降させる調整を行う役割を果たす。他方では、この信号は、インターフェース１４を介して、変調器２における混合器５，５’の利得を押し上げる（Ansteuerung）役割を果たす。デジタル信号処理ブロック１を、三導体バス（Drei-Leiter-Bus）およびインターフェース１４を介して、混合器５，５’の制御入力部に接続することによって、特に、送信タイムスロット中に、所望の送信電力レベルに応じて、電力を調整できる。

ベースバンド信号振幅を適合して、変調器利得（Modulatorverstaerkung）に影響を及ぼすことにより、電力増幅器調整された移動無線送信機によって、一方では、ダイナミックレンジを大きくできる。また、他方では、特に、出力電力がより低く設定されている場合、変調器の電力消費が少ない。その結果、特に、送信機を移動領域で使用する場合、携帯またはコードレス電話などの移動無線送信機の操作のために蓄電器に充電する間隔を、大きく延長できる。

図１のブロック図における送信機構造は、振幅変調と位相変調との双方に適しており、時分割多元接続方式と符号分割多元接続方式との双方に使用できる。

図２は、図１における混合器５，５’のうちの１つの、実施例を示す。したがって、図１のベクトル変調器２において使用する場合、図２の混合器を２個を備える必要がある。

この場合、並列接続され、フィードバックされた４個の差動増幅器セル１５〜１８が備えられている。これらの差動増幅器は、デジタル信号処理装置１が供給する信号によって、互いに独立して接続または切断できる。その結果、所望の送信電力は、混合器５，５’の利得を変化させることにより設定される。さらに、カレントミラー（Stromspiegel）１９が備えられている。カレントミラー１９の入力部には、混合器セル１５〜１８の出力部が接続され、差動増幅器１５〜１８の出力電流を合計する加算ノード（Summationsknotens）３３，３４を形成する。差動増幅器１５〜１８は、２つのトランジスタ２０，２１をそれぞれ備え、これらのトランジスタ２０，２１は、各電流源２２を介して供給電位端子（Versorgungspotentialanschluss）２３に接続されている。トランジスタ２０，２１は、それらの負荷端子（Lastanschluesse）の各１つを介した電流源側で、各１つの抵抗器２４を介して、互いに接続されている。差動信号を搬送するように設計されている第１入力部２５から、送信される有効信号、あるいは送信される有効信号の成分（Komponente）を、各抵抗器２６を介して、混合器セル１５〜１８のトランジスタ２０，２１の制御入力部に供給できる。さらに、混合器セル１５〜１８のトランジスタ２０，２１の制御入力部は、制御入力部２９，３０，３１，３２に存在する制御信号に応じて混合器セル１５〜１８を接続または切断するため、スイッチとして作動する各１つのさらなるトランジスタ２７，２８を介して接続または切断されるように、供給電位端子２３に接続されている。混合器セル１５〜１８のトランジスタ２０の各一つの他の負荷端子、および、混合器セル１５〜１８のトランジスタ２１の各一つの他の負荷端子は、各加算ノード３３，３４において、互いに接続されている。加算ノード３３，３４は、差動信号を搬送するために、カレントミラー１９を介して、別の混合器段階（Mischerstufe）４３に接続されている。混合器段階４３は、高周波数入力部３５，３６に供給できる搬送信号を、カレントミラー出力部から供給され増幅される差動有効信号（differentiellen Nutzsignal）で変調し、変調された高周波数信号を、高周波数出力部３７，３８に提供する。このため、２組のトランジスタ３９，４０；４１，４２が備えられている。これらの制御入力部は、入力部３５，３６に接続されている。また、これらのトランジスタの制御入力部には、搬送周波数を有する局所発振器信号が供給される。これらのトランジスタの負荷端子は、作動信号を供給するために、差動的に動作するカレントミラー１９を、高周波数出力部３７，３８と接続されている。

電力をより低く設定すると、図２における変調器の電流消費は、混合器セルにおいて使用される、大きなフィードバックの抵抗器によって、大きく削減される。

図２に記載のものの代わりに、利得を調整できる他の混合器または変調器を使用することも、本発明の範囲内にある。この場合、図示したように、段階的に、または、連続的に変位した形で、利得に影響を及ぼすことができる。

本発明の実施形態に基づく送信機構造の例を簡略化したブロック図である。 並列接続されているギルバート混合器を備えた、図１の変調器の混合器セルの実施例を示す図である。

符号の説明

１ デジタル信号処理部
２ 変調器
３ ＤＡ変換器
４ ローパスフィルター
５ 混合器
５’ 混合器
６ 周波数分割器
７ ＶＣＯ
８ 加算ノード
９ バンドパスフィルター
１０ 増幅器
１１ アンテナ
１２ 電力検出器
１３ ＡＤ変換器
１４ インターフェース回路
１５ 混合器
１６ 混合器
１７ 混合器
１８ 混合器
１９ カレントミラー
２０ トランジスタ
２１ トランジスタ
２２ 電流源
２３ 供給電位端子
２４ レジスタ
２５ 有効信号入力部
２６ レジスタ
２７ スイッチ
２８ スイッチ
２９ 制御入力部
３０ 制御入力部
３１ 制御入力部
３２ 制御入力部
３３ 加算ノード
３４ 加算ノード
３５ 局所発振器入力部
３６ 局所発振器入力部
３７ 高周波数出力部
３８ 高周波数出力部
３９ トランジスタ
４０ トランジスタ
４１ トランジスタ
４２ トランジスタ
Ｉ 同相分枝部
Ｑ 直角位相分枝部

Claims (7)

1. 電力調整型の送信機構造であって、
   送信経路(１〜３)と、
   フィードバック経路(１２、１３)とを備えており、
   上記送信経路（１〜３）は、
   送信される有効信号のデジタル処理を行うブロック（１）と、このデジタル信号処理ブロック（１）の下流に接続されているデジタル／アナログ変換器（３）と、このデジタル／アナログ変換器（３）の出力部に接続されており、送信される有効信号を有する搬送信号を変調し、かつ、出力部に高周波数送信信号を供給する変調器（２）とを備えており、
   上記フィードバック経路（１２、１３）は、電力検出器（１２)を備えており、
   上記電力検出器（１２）は、上記変調器（２）の出力部に接続され、下流にアナログ／デジタル変換器（１３）が接続されており、
   上記アナログ／デジタル変換器（１３）の出力部は、上記デジタル信号処理ブロック（１）に接続されており、
   上記変調器（２）は、その利得を段階的に設定する制御入力部（２９、３０、３１、３２）を備えており、
   上記変調器（２）の上記制御入力部（２９、３０、３１、３２）は、上記デジタル信号処理ブロック（１）に接続されており、
   上記デジタル信号処理ブロック（１）は、上記電力検出器（１２）により測定された電力に応じて、上記変調器（２）の利得を設定する手段を備え、上記電力検出器（１２）で測定された電力に応じて、上記高周波数送信信号の振幅に影響を及ぼすことを特徴とする、送信機構造。
2. 上記変調器（２）は、上記利得を設定する上記制御入力部（２９、３０、３１、３２）を有する混合器（５）を、少なくとも１つ備えることを特徴とする、請求項１に記載の送信機構造。
3. 上記変調器（２）は、上記デジタル信号処理ブロック（１）に同相分枝部（Ｉ）を介して接続されている第１混合器（５）と、上記デジタル信号処理ブロック（１）に直角位相分枝部（Ｑ）を介して接続されている第２混合器（５’）とを備え、複素数値の送信信号を処理するように設計されており、
   上記変調器（２）には、加算部（８）が備えられており、
   上記加算部（８）は、上記第１混合器（５）の出力部と上記第２混合器（５’)の出力部とを接続し、かつ、上記加算部（８）の出力部に、高周波数送信信号を供給することを特徴とする、請求項１または２に記載の送信機構造。
4. 上記デジタル／アナログ変換器(３)と上記変調器(２)とを接続するために、ローパスフィルター（４）が備えられていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の送信機構造。
5. 上記高周波数送信信号を増幅するために、電力増幅器(１０)が上記変調器(２)の出力部に接続されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の送信機構造。
6. 上記電力増幅器（１０）の利得を制御するために、一定の制御信号を制御入力部に供給できることを特徴とする、請求項５に記載の送信機構造。
7. 上記変調器(２)は、上記制御入力部(２９、３０、３１、３２)に供給できる信号によって相互に独立して接続または切断できる、並列に接続された複数の混合器セル(１５、１６、１７、１８)を備えていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の送信機構造。

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