JP4511353B2

JP4511353B2 - 携帯端末の電力増幅器の動作基点を最適化する方法及び携帯通信端末

Info

Publication number: JP4511353B2
Application number: JP2004540136A
Authority: JP
Inventors: ギルバート，フィリップ; ガオ，ウェン
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2023-09-22
Also published as: CN1685622A; CN100466482C; WO2004030231A1; BR0306469A; KR20050073461A; US6738605B1; JP2006500875A; EP1543625A1; AU2003275072A1; KR101016567B1; MXPA05003101A; EP1543625A4

Description

本発明は、概して、移動通信システムに係り、特に、ＷＣＤＭＡ（ＷｉｄｅｂａｎｄＣｏｄｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ）携帯端末において電力増幅器（ｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ）の動作基点（ｏｐｅｒａｔｉｎｇｐｏｉｎｔ）を最適化する方法及び装置に関する。

最近の移動通信システムでは、周波数利用効率を更に向上させるために、３ＧＰＰ（ＴｈｉｒｄＧｅｎｅｒａｔｉｏｎＰａｒｔｎｅｒｓｈｉｐＰｒｏｊｅｃｔ）によって提案された、スペクトラム拡散方式を用いるＷＣＤＭＡ規格に準拠した次世代携帯電話が商業化に向けて進められている。３ＧＰＰ・ＷＣＤＭＡ規格に規定された信号を送信するのに必要な線形性を満たすためには、携帯端末において線形電力増幅器（これは、その動作基点がクラスＡ又は念のためクラスＡＢにセットアップされることを意味する）を使用しなければならない。３ＧＰＰ・ＷＣＤＭＡ規格は、携帯端末の出力スペクトラムマスクを指定する際の線形性要件を図１に示すように表している。

しかし、線形電力増幅器は、比較的多くのＤＣ電力を消費する。例えば、ＧａＡｓ技術を採用した２つのＭＥＳＦＥＴステージを有するクラスＡの増幅器は、５Ｖの電力供給で４５０ｍＡを消費し、＋３０ｄＢｍのピーク出力レベル（通常は、１ｄＢにおける圧密点によって表される）を利得２０ｄＢで伝達する。典型的な携帯端末において、電力増幅器の電力供給消費は、送信モード中、該携帯端末の全電力消費の少なくとも７０％に相当する。したがって、電力増幅器の動作基点（例えば、バイアス電流）を制御して、線形性要件を尊重しつつ、電力消費をできる限り減らすことが重要である。

したがって、電力消費を減らし、端末のバッテリー寿命を節約するために、ＷＣＤＮＡ携帯端末の動作基点を最適化する装置及び方法を持つことは、望ましいと共に、とても有益的である。

上記問題及び従来技術の関連する他の問題は、本発明、ＷＣＤＭＡ携帯端末の電力増幅器の動作基点を最適化する装置及び方法、によって解決される。電力増幅器の動作基点は、そのバイアス電流によって規定される。

本発明に係る装置及び方法は、携帯端末によって受信された３つの信号：（１）ＴＦＣＩ（トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ）情報、（２）圧縮モード情報、及び、（３）要求出力レベル情報、の組み合わせを用いることによって、例えばその動作基点又はバイアス電流を最適化することによって、電力増幅器の消費電力を低減する。その際、これら３つの信号は、ディジタルプロセッサによって、メモリに記憶された動作基点値（すなわち、バイアス電流）の中から最適なものを該メモリから読み出すのに用いられる。読み出された最適な動作基点は、送信モード中に、携帯端末の電力増幅器に供給される。

本発明の一態様によれば、携帯端末の電力増幅器の動作基点を最適化する方法であって、送受信基地局から第一の信号を受信する工程と、第一の信号からトランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ（ＴＦＣＩ）値を求める工程と、第一の信号によって決められた携帯端末の圧縮モードの状態を求める工程と、第一の信号によって決められた携帯端末の要求出力レベルを求める工程と、ＴＦＣＩ値、圧縮モード状態、及び、要求出力レベルに応じた動作基点値をメモリから読み出す工程と、動作基点値を電力増幅器へ供給する工程とを有する方法が提供される。ここで、動作基点値はバイアス電流を表す。

本発明の別の一態様によれば、複数の送受信基地局を含む移動通信システムにおける携帯通信端末であって、少なくとも１つの送受信基地局から第一の制御信号を受信するアンテナと、第一の制御信号から、トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ（ＴＦＣＩ）値、圧縮モード状態、及び、要求出力レベル、を求めるプロセッサと、静電機械と、アンテナを通じて送信される送信信号を増幅する電力増幅器とを有し、静電機械は、ＴＦＣＩ値、圧縮モード状態、及び、要求出力レベルに応じて、電力増幅器の動作基点値をメモリから取り出す、携帯通信端末が提供される。

本発明の上記及び他の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面と共に理解することによって明らかとなる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。以下の説明において、周知の機能／構成については、本発明が分かりにくくならないように、詳細には記載しない。

本発明の目的は、携帯端末の送信系に配置された電力増幅器（ＰＡ）の（バイアス電流によって決まる）動作基点を最適化して、供給電力消費を最小限に抑え、要求される出力スペクトラムマスクを遵守することである。本発明は、ＦＤＤ（周波数分割多重）モードで作動する３ＧＰＰ・ＷＣＤＭＡ規格を用いた携帯端末（すなわち、送受信器）をカバーする。この規格の周波数レンジを下記の表１に示す。これら周波数レンジは、ＩＴＵ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎ；国際電気通信連合）の決定により、図２に示すように地域ごとに分類される。

一般的に、例えば携帯電話などの携帯端末は、移動通信システム内で作動する。例えばＷＣＤＭＡシステムなどの移動通信システムは、セルと呼ばれる様々な個別領域を備え、送受信基地局と呼ばれる様々な固定送受信局と例えば携帯電話などの複数の携帯端末とを有する、ように構成される。通常、１つの送受信基地局は、１つのセルを規定し、当該セル内に現在在圏する携帯電話への又は該携帯電話からの電話トラフィックを処理する。

図３は、本発明に係る携帯端末１０のブロック図である。携帯端末１０は、送受信基地局からＲＦ通信信号を受信する又は送受信基地局へＲＦ通信信号を送信するアンテナ１２と、ＲＦ（無線周波数）送信フロントエンドセクションン１４と、ディジタル処理セクション１６とを有する。フロントエンドセクション１４は、送受信切替器１８と、低雑音増幅器（ＬＮＡ）２０と、第一の可変利得増幅器（ＶＧＡ１）２２と、Ｉ／Ｑ復調器２４と、複数の第一の低域通過フィルタ（ＬＰＦＢ．Ｂ．）２６と、送受信基地局によって受信された信号をディジタル処理セクション１６へ出力するアナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）２８とを有する。フロントエンドセクション１４は、更に、複数のディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）３０と、複数の第二の低域通過フィルタ（ＬＰＦＢ．Ｂ．）３２と、Ｉ／Ｑ変調器３４と、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）３６と、第二の可変利得増幅器（ＶＧＡ２）３８と、アンテナ１２を通じて送受信基地局へ送信される送信信号を生成する電力増幅器（ＰＡ）４０とを有する。ディジタル処理セクション１６は、電力増幅器４０を制御する制御信号を生成する静電機械４２を備えたディジタルプロセッサ４１を有する。この制御信号は、電力増幅器４０に入力される前に、ディジタル／アナログ変換器４４によって処理される。さらに、ディジタルプロセッサ４１は、複数の動作基点値を記憶するメモリを有する。

動作中、本発明に係る携帯端末１０は、消費電力を制御するために、ＲＦ送信フロントエンドセクション１４において、ディジタル処理セクション１６によって供給された３つの異なる情報信号を用いる。これら情報信号は以下の通りである。
・ＴＦＣＩ（トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ）値
フレーム（１０ｍｓ）ごとに送信されるＤＰＣＣＨ（専用物理制御チャネル）に含まれる。ＴＦＣＩ値は、送受信基地局から携帯端末へ値のテーブルとして送信された複数の値の中にデコードされる。このオペレーションは、携帯端末のＭＡＣ（媒体アクセス制御）層の制御下で実行され、最終的に、ＤＰＣＣＨ内で送受信基地局へ送信され、選ばれたＴＦＣＩ値が示される。
・圧縮モード状態
送受信基地局によって要求され、携帯端末内でデコードされる。
・要求出力レベル
送受信基地局によって要求され、携帯端末内でデコードされる。

アップリンクで送信されるＤＰＣＣＨは、送受信基地局が携帯端末とのリンクを受信し、適正に実行するのに必要な制御情報をすべて含む。ＤＰＣＣＨは、干渉及びチャネルパス損失に対して最高の信頼性を有するように、拡散率２５６で搬送される。ＤＰＣＣＨの構造を図４に示す。

（ＴＦＣＩ値）
ＴＦＣＩは、物理チャネルにおいて様々なトランスポートチャネルがどのように合成されて送信されるのかを示し、物理チャネルにおいて用いられている拡散率を決定する。ＴＦＣＩ値により、携帯端末は、チップレートを３．８４Ｍｃｐ／ｓの一定値に保つためにデータレートが倍になるたびにＳＦ（拡散率）を半分にすることを承知した上でデータレートに応じて出力レベルを調整する際に同じ伝送品質を維持することができる。ＴＦＣＩ値は、１フレーム（１０ｍｓ）期間の間、有効である。すなわち、ＴＦＣＩ値をフレームごとに更新することが可能である。送信データレートの値は、１５、３０、６０、１２０、２４０、４８０、及び、９６０Ｋｂｐｓであり、対応するＳＦは、２５６、１２８、６４、３２、１６、８、及び、４である。したがって、伝送品質を保つために、出力レベルは、３ｄＢきざみのトータル１８ｄＢ（１０＊ＬＯＧ（２５６／４））のレンジ上で制御される。本発明の一態様は、携帯端末のバッテリ寿命を延ばすために、この情報を用いて６ｄＢのレンジに制限された電力増幅器の動作基点を制御することである。

（圧縮モード状態）
圧縮モードにより、携帯端末は、時間領域においてデータ伝送を圧縮することによって、同じ時間フレーム内で２つの異なるチャネル（すなわち、２つの異なるチャネル周波数）を処理することができる。例えば、圧縮モードにより、携帯端末は、該携帯端末が２つのセルの境に位置するときに、測定をある周波数から別の周波数へ切り替える（ハンドオーバする）ことができる。但し、同じ伝送品質でこれを実現するために、ＳＦは２つ減らされ、出力レベルは２つ増やされる。

（要求出力レベル）
送受信基地局によって要求された出力レベル情報は、必要な出力を送信するだけの携帯端末において継続的な電力調整を実行するために、ディジタル処理セクション１６によって提供される。すると、この要求出力レベルが例えば＋２４〜＋３０ｄＢｍのレンジ内であるとき、この要求出力レベルを用いて本発明を可能にすることができる。

静電機械４２は、これら３つの情報信号を用いて、該３つの情報信号によって示された状態に最適化された動作基点値をメモリから取り出す。これら３つの情報信号のある組み合わせに対応した最適な動作基点は、実験により求められ、メモリに記憶される。複数の対応関係が実験的に求められるため、携帯端末の電力増幅器は幅広い使用エリアにわたって最適化される。これら複数の対応関係をルックアップ・テーブルにまとめ、メモリに記憶してもよい。

典型的な例として、本発明が想定している出力レンジは、＋２４ｄＢｍ〜＋３０ｄＢｍである。なぜなら、このレンジは、携帯端末の供給電力の総消費量と比較して、供給電力の節約が最高となるからである。＋３０ｄＢｍを伝達するのに４５０ｍＡを消費する従来の電力増幅器を考えると、その動作基点は、２つの異なるデータレートに対応した２つの異なるＳＦ値について最適化される。動作基点（Ｉｍａｘ）に対する出力、ＳＦ、及びデータレートＤ（相対値）を示す（実験に基づいた）非線形関係の一例を表２に示す。

出力増幅器の入出力アクセスが大幅にずれないように、動作基点を０．３９＊Ｉｍａｘ（例えば、この例では１７５ｍＡ）未満にセットすることはできないことは明らかである。閾値Ｔは、これより下では動作基点が変化しないという値であり、下記の式（１）によって定義される。
Ｔ＝出力レベルの最大値−６ｄＢ・・・式（１）
（例えば、Ｔ＝３０−６＝＋２４ｄＢｍ）
静電機械４２によってディジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）４４へ伝達されたディジタル情報は、ＴＦＣＩ状態、圧縮モード状態（「オン」／「オフ」）、及び、要求出力レベル、の組み合わせである。ＤＡＣ４４は、このディジタル情報を出力増幅器４０の動作基点を制御する電圧信号（Ｖｃｏｎｔｒｏｌ）に変換する。ＰＡを制御する一般的な方法の１つを以下に説明する。

通常、典型的な出力利得が２０ｄＢの出力増幅器は、２つのステージから構成され、後ステージは、すべての出力増幅器の出力圧縮点を固定する。したがって、電圧制御信号は、後ろの出力増幅器ステージへ送られる。このステージの一実施例を図５に示す。

後ステージは一般的に低コストなモバイル送信器設計に見受けられるＧａＡｓ技術を用いたＭＥＳＦＥＴから構成されることは明らかである。しかし、本発明は、ＳｉＧｅ技術を用いた出力増幅器にも同様に適用可能である。ＤＡＣ４４からのＶｃｏｎｔｒｏｌ信号は、静電機械４２によって供給されたディジタル情報に応じて、変化する。本発明が動作する出力レンジは、送信モード（例えば、６１％；０．６１＝（４５０−１７５）／４５０）中に大幅な出力節約に対応した６ｄＢである。この値は、送信器／受信器時間比によって重み付けされる必要がある。携帯端末がセルの境に位置しており、最大出力レベルを送信する必要があるときに、本発明は非常に有益的である。

本発明を特定の実施形態を参照して図示及び説明したが、当業者には明らかなように、請求項に記載された本発明の意図及び範囲を逸脱することなく、形及び詳細に様々な変更を加えることが可能である。

３ＧＰＰのＷＣＤＭＡ規格に準拠して動作する電力増幅器の出力スペクトラムマスクを示す図である。３ＧＰＰのＷＣＤＭＡ規格の周波数帯域割当を示す図である。本発明に係る端末のブロック図である。基地局送受信機から携帯端末へ上りリンクにおいて送信され、本発明に係る電力増幅器の動作基点を最適化するのに用いられる情報を含んだ、専用物理制御チャネル（ＤＰＣＣＨ）の構造を示す図である。本発明に従って最適化された電力増幅器の一例を示す概略図である。

Claims

携帯端末の電力増幅器の動作基点を最適化する方法であって、
トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ(TFCI)値と、要求出力レベルと、前記電力増幅器を最適にする動作基点との間の複数の対応関係をメモリに格納するステップと、
送受信基地局から第一の信号を受信する工程と、
前記第一の信号からトランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ(TFCI)値を求める工程と、
前記第一の信号によって決められた前記携帯端末の圧縮モードの状態を求める工程と、
前記第一の信号によって決められた前記携帯端末の要求出力レベルを求める工程と、
前記TFCI値、前記圧縮モード状態、及び前記要求出力レベルに応じた動作基点値をメモリから読み出す工程と、
前記動作基点値を前記電力増幅器へ供給する工程と、を有する方法。
前記動作基点値はバイアス電流を表す、請求項１記載の方法。
前記動作基点値は電圧を表す、請求項１記載の方法。
前記読み出す工程は、前記動作基点値をディジタル／アナログ変換する工程をさらに有する、請求項１記載の方法。
前記第一の信号は、専用物理制御チャネル(DPCCH)を含む、請求項１記載の方法。
前記第一の信号は、ワイドバンド符号分割多重接続(WCDMA)規格と互換性を有する無線周波数(RF)通信信号である、請求項１記載の方法。
前記要求出力レベルを求める工程は、該要求出力レベルが所定のレンジ内にあるか否かを判定し、レンジ外の場合には前記動作基点値を前記電力増幅器へ供給しない工程をさらに有する、請求項１記載の方法。
複数の送受信基地局を含む移動通信システムにおける携帯通信端末であって、
トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ(TFCI)値と、要求出力レベルと、電力増幅器を最適にする動作基点との間の複数の対応関係を格納するメモリと、
少なくとも１つの送受信基地局から第一の制御信号を受信するアンテナと、
前記第一の制御信号から、トランスポート・フォーマット・コンビネーション・インジケータ(TFCI)値、圧縮モード状態、及び要求出力レベルを求めるプロセッサと、
静電機械と、
前記アンテナを通じて送信される送信信号を増幅する電力増幅器とを有し、
前記静電機械は、前記TFCI値、前記圧縮モード状態、及び前記要求出力レベルに応じて、前記電力増幅器の動作基点値をメモリから取り出す、携帯通信端末。
前記動作基点値はバイアス電流を表す、請求項８記載の携帯通信端末。
前記動作基点値は電圧を表す、請求項８記載の携帯通信端末。
前記メモリから取り出された前記動作基点値を前記電力増幅器と互換性を有する形式へ変換するディジタル／アナログ変換器をさらに有する、請求項８記載の携帯通信端末。
前記第一の制御信号は、専用物理制御チャネル(DPCCH)を含む、請求項８記載の携帯通信端末。
前記第一の制御信号は、ワイドバンド符号分割多重接続(WCDMA)規格と互換性を有する無線周波数(RF)通信信号である、請求項８記載の携帯通信端末。
前記メモリは、前記TFCI値、前記圧縮モード状態、前記要求出力レベル、及び最適な動作基点値の間の複数の対応関係をまとめたルックアップ・テーブルを含む、請求項８記載の携帯通信端末。
前記電力増幅器は、少なくとも２つのステージを含み、
前記動作基点値は、前記少なくとも２つのステージのうち後段のステージへ供給される、請求項８記載の携帯通信端末。