JP4616266B2

JP4616266B2 - 移動端末における自動電力制御の基準信号の追加的な調整

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Publication number: JP4616266B2
Application number: JP2006535961A
Authority: JP
Inventors: グレゴリーイトキン，; アンドライカバノフ，
Original assignee: ソニーエリクソンモバイルコミュニケーションズ，エービー
Priority date: 2003-10-23
Filing date: 2004-09-08
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-09-08
Also published as: CN1871791A; KR20060093719A; US20070153937A1; US20100081402A1; US7873334B2; DE60305505T2; KR101069052B1; EP1526651A1; CN1871791B; ATE327601T1; JP2007509546A; DE60305505D1; EP1526651B1; WO2005041438A1; US7650122B2

Description

本発明は、一般に、例えば移動送信機のアナログフロントエンドにおいて使用される自動電力制御（ＡＰＣ）回路網の分野に関する。特に、本発明は、移動送信機のアナログフロントエンドに内蔵された閉ループ電力制御回路網及び対応する方法の種々の実施形態に関する。これらは、ＡＰＣループの基準信号の追加的な調整を実行することにより、移動ＲＦ送信機に内蔵された可変利得の電力増幅器の出力ポートにおいて送信されるＲＦ信号の放射電力レベルを制御するものである。

過去数年間で、無線通信装置に適用される高効率の電力制御回路網に対する要求が増加してきた。閉ループ電力制御における１つの重要なタスクは、送信されるＲＦ信号ｘ(t)の出力電力Ｐ_outを時間ｔにわたり制御するために使用される無線ＲＦ送信機のアナログフロントエンドに内蔵されるアナログ回路網のいかに設計するかである。ランピング（電力の増加）が速すぎると、ＲＦスペクトルが不都合に拡散されてしまい、ランピングが遅すぎると、所定の時間的な条件が満たされなくなってしまう。通常、無線ＲＦ送信機の出力ポートにおいて電力増幅器（ＰＡ）により供給される出力電力Ｐ_outは、外部制御電圧Ｖ_ctrlにより設定される。Ｖ_ctrlとＰ_outとの関係は非線形であり、温度、許容差、供給電圧、周波数及びＰＡ入力電力により影響を受けることが多い。設計者の中には、例えばＰＡ供給電圧を制御することによる非フィードバック手法を使用する者もあるが、Ｐ_outの十分な安定化を達成するためには、電力制御ループが必要とされる。そのような制御ループは、通常、ＲＦ検波器及びループ増幅器を含む。ループ増幅器には、ベースバンド制御器からの入力信号が供給される。従来の電力制御ループの設計は、主にＲＦ検波器の部分で異なっているが、ループ増幅器はさらに興味深い設計概念を含んでいる。

電力制御ループの設計における１つの重要な課題は、ダイナミックレンジである。ＧＳＭ移動電話システムの場合、最大アンテナ電力は３３ｄＢｍであり、最小電力レベルは５ｄＢｍである。検波器のダイナミックレンジは、例えば３４ｄＢより大きいなど、相当に大きいものである必要がある。これは、好適なダイオード検波器において実現可能となるダイナミックレンジに相対的に近い。大きなダイナミックレンジが必要となる別の理由は、例えば、従来のＴＤＭＡ通信システムにおいて、電力増幅器が「パワーダウン」モードで動作を開始するためである。パワーダウンモードにおいて、ＲＦレベルは雑音及びクロストークにより決定される。ＧＳＭシステムの場合、このレベルは約４８ｄＢｍより低く、その結果、ダイナミックレンジは７０ｄＢより大きくなるだろう。制御電圧Ｖ_ctrlが電力増幅器の制御入力に対して印加される場合、出力電力Ｐ_outは増加する。しかし、検波器のダイナミックレンジが有限であるため、ループはロックされず、検波器が応答した時点で大きなオーバシュートが発生する可能性がある。

次の２つの課題は、電力制御ループの設計を困難にしている。１つめの課題は、いくつかの電力増幅器は動作が遅いことであり、これは、制御入力におけるステップΔＶ_ctrlと出力電力における対応する変化ΔＰ_outとの間に大きな遅延が発生する可能性があることを意味する。これは、電力制御ループの制御速度を制限し、不安定性の原因になる。２つめの問題は、電力増幅器及び多くの検波器が非線形な回路素子であることである。電力制御ループが理想的な線形検波器及び線形ループ増幅器により構築される場合、理想的な電力増幅器は一定の傾きｄＰ_out／ｄＶ_ctrlを有するが、実際には、ｄＰ_out／ｄＶ_ctrlは制御電圧Ｖ_ctrlの関数である。その結果、全体のループ利得はバイアスに依存してしまい、フィードバックシステムの周波数を補償することが困難となってしまう。しかし、ループが安定している場合、ある電力レベルにとっては、制御回路の動作が遅すぎてしまうことになろう。

電力増幅器は、移動送信機の構成要素であり、送信されるＲＦ信号ｘ(t)を、送信アンテナを駆動するのに必要な必要電力レベルＰ_outへと増幅する。殆どの無線通信システムにおいて、通常、アンテナへと送出される必要のある電力自体（電力出力）が相当大きいため、電力増幅器が電力を最も多く消費する。これは、電力増幅器内で消費される総電力を含まず、アンテナを駆動するのに必要とされる電力量のみを含む。能動素子及び周辺回路網において常に電力が消費されるため、電力増幅器により消費される総電力は、必然的に電力出力より大きいものとなる。電力出力の仕様自体がＲＦシステムにおける残りのブロックの電力消費より大きい場合が多い。そのような電力増幅器の電力消費が特定の電力出力より大きくなるため、電力増幅器はシステムの中でも明らかに多くの電力を消費する。

変調ＲＦ信号ｘ(t)を確実に送信するのに必要な電力レベルが相対的に高い場合が多いため、電力増幅器内で消費される電力は多い。多くの無線アプリケーションにおいて、送信される信号が適当な電力の信号である限り、この増幅器により消費される電力量は問題とならない。しかし、利用可能なエネルギー量が制限され、それが送信手順に対して十分でない場合、エネルギーが利用可能である期間を最大限とするように、全ての装置により消費される電力を最小限にすべきである。

今日使用されている電力増幅器の種類は非常に多く、完全に線形な増幅器から完全に非線形な増幅器まで、また、非常に単純な増幅器から過度に複雑な増幅器までに及ぶ。ＰＡの専門用語において、「線形」電力増幅器は、入力と出力との間に線形関係を有する増幅器である。電力増幅器は非線形で動作するトランジスタを含んでもよい（例えば、ＦＥＴが遮断と飽和とを切り換える場合）が、電力増幅器は線形であると考えられる。非線形電力増幅器は、比較的に高効率であることを特徴とするが、その非線形性は出力信号を拡散させる（特に、電力増幅器に対する入力を拡散させる局部発振器において多くの位相雑音が存在する場合、相互変調積が原因となる）。

典型的な電力増幅器は、いくつかの直列段から構成される。通常、各段は前の段より大きく、強力である。零入力電流の殆どが高電力段により消費され、且つ無線通信に必要な低出力の電力レベルについては高電力段が必要とされない。そのため、必要とされない場合には高電力段を迂回させることにより、エネルギー消費を大幅に低減させることができる。

無線電話機は、バッテリ電力により動作する。そのため、無線電話機の送信機を可能な限り効率的に動作させることで、電力を節約できれば、バッテリの寿命を伸ばすことできて望ましいだろう。理想的には、ＵＭＴＳ標準規格により管理されるようなＷＣＤＭＡ方式の場合、電力増幅器段は、要求されるダイナミックレンジにおいて効率的に線形動作する必要がある。しかし、従来技術ではその理想に近づくことはなく、多くの無線電話機における現在の電力管理は不適当である。低電力送信の間、電力は、本来であれば必要とされない縦続接続された増幅器段により浪費されてしまう。従って、使用されない段を迂回する試みが行なわれてきた。

通常の動作条件の下、従来の無線ＲＦ送受信装置は、増幅段の出力電力を制御するために自動電力制御（ＡＰＣ）回路を使用する。殆どのＲＦ送受信装置で見られるＡＰＣ回路は、線形電力増幅器に接続されることを意図した外部接続を有する。最終電力増幅器の出力ポートにおいて変調ＲＦ信号の電力を検出後、長時間にわたり最終出力電力を一定に維持するために、信号は直流電圧に変換され且つ可変利得中間周波数（ＩＦ）段に再び供給される。ＡＰＣ電圧の発生が非常に早い時期に実行されるため、熱ドリフト、動作電圧偏差等による利得ドリフトは、回路により補償されない。別の方法としては、最終増幅器の駆動電力からＡＰＣ電圧を得て、それをＲＦ送受信装置の外部ＡＰＣ入力に供給することである。その理論において、電力増幅器がオーバドライブした時、電力増幅器は、送受信装置のＡＰＣ回路網に再び供給される負の電圧を発生する。この電圧は、送受信装置の送信段において利得制御信号として機能する。その結果、駆動電力（送受信装置の出力電力）を自動的に低下させ、オーバドライブした増幅器からの歪を制限することができる。

図１ａは、従来技術による従来のＡＰＣループ１００ａを概略的に示すブロック図である。ＡＰＣループ１００ａは、ＲＦ信号発生器を実現するアナログ回路網のＲＦ出力ポート１１４ｂ’において電力を安定化させるために使用される。さらに、この回路は、振幅変調（ＡＭ）を実行するために使用される。回路は、周波数合成装置１０２’（ＦＳＵ）、電力分割器１０６”（例えば、方向性結合器）及び増幅段１１２’を含む。電力分割器１０６”は、変調ＲＦ出力信号の反射波を広帯域検波器ダイオード１０８’に供給する。増幅段１１２’の出力信号は、振幅変調器等の電子制御減衰器１０３’に供給される。電子制御減衰器１０３’は、ハイブリッドマイクロ波集積回路（ＭＩＣ）技術を使用して可変抵抗器を実現する電流制御ＰＩＮダイオードを含む。ＲＦ信号発生器が周波数を掃引するためのアプリケーションに使用される場合、試験されるＲＦ装置の入力ポートにおける電力レベルを一定に維持するために、通常、外部検波器（不図示）が適用される。

図１ｂは、従来技術によるＡＰＣループ１０１を含むＥＤＧＥ通信環境における無線通信装置のＱＡＭ送信機１００ｂを概略的に示すブロック図である。ＱＡＭ送信機１００ｂは、ＱＡＭ送信機１００ｂの送信アンテナ１１０におけるＲＦ出力信号の電力レベルＰ_outを安定化させるために使用される。従って、ＲＦ出力信号ｘ(t)の電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを供給される比較器段１１２の出力ポートは、可変利得電力増幅器１０５の利得制御入力ポートと接続され、利得制御入力ポートは、ＱＡＭ送信機１００ｂの出力電力レベルＰ_outを制御する。なお、ＲＦ出力信号ｘ(t)の実際の出力電力レベルは、方向性結合器１０６’により供給され、広帯域検波器ダイオード１０８によりＡＰＣループ１０１に再び供給される。

複素数値のアナログベースバンド信号ｘ_LP(t)（送信される実数値のＲＦ帯域通過信号ｘ(t)の複素包絡線又は同等の低域信号）は、以下のように記述することができる。

ここで、

また、ｊ：＝は虚数単位である。従って：
ｉ(t)は、時間領域におけるｘ_LP(t)の同相（Ｉ）成分を示す。

ｑ(t)は、時間領域におけるｘ_LP(t)の直交（Ｑ）信号を示す。

ａ(t)は、ｘ(t)の包絡線により与えられるｘ_LP(t)の振幅成分を示す。

j(t)は、ｘ(t)の位相成分でもあるｘ_LP(t)の位相成分を示す。

ｉ(t)及びｑ(t)は、２つの変調器段１０４ａ及び１０４ｂにより、それぞれベースバンドからＲＦ帯域に直接アップ変換される。変調器段１０４ａ及び１０４ｂは、高周波数搬送波信号に正弦波形を提供する局部発振器１０２により駆動される。

Ａ_ｃ（）は搬送波信号ｃ_ｉ(t)の振幅因子であり、ｆ_LO（ＧＨｚ）は局部発振器１０２により供給される搬送波周波数である。アップ変換ミキサ１０４ａの１つの入力ポートに接続されるヒルベルト変換器１０４ｃは、搬送波信号ｃ_ｉ(t)の９０度位相のシフトされたものを提供する。従って、ベースバンドからＲＦ帯域への直交信号ｑ(t)の直接アップ変換に使用される搬送波信号が、以下の式により与えられる。

ｘ_LP(t)（又は、ｉ(t)及びｑ(t)のそれぞれ）を使用して、送信される変調ＲＦ信号ｘ(t)を以下のように書くことができる。

ある出力電力レベルＰ_outがある距離を隔てた受信機に到達する必要があるため、送信される前に、取得したＲＦ信号ｘ(t)は増幅される必要がある。このため、利得制御電力増幅器１０５が必要とされる。

ＴＤＭＡ通信システムのアップリンクにおける送信信号ストリームのＲＦ電力が特性破壊を起こすため、無線ＲＦ送信機の出力電力は、異なるタイムスロット間で適切なレベルにランプアップされるか又はゼロにランプダウンされる必要がある。それにより、種々のＴＤＭＡチャネルの時分割多重化を容易にするために、送信中、ＲＦ出力電力Ｐ_outは一定となる。データ送信の開始前におけるある時間において、移動端末は、送信電力をゼロから所望の出力電力レベルＰ_outへ増加する。この部分の各タイムスロットＴＳ_ｉは、「ランプアップ」と呼ばれる。所望の出力電力レベルＰ_outに到達した後、データの送信が開始される。通常、この部分の各タイムスロットＴＳ_ｉを「有効部分」と呼ぶ。ＴＳ_ｉの最後の部分は「ランプダウン」と呼ばれる。

今日、ＱＡＭ送信機１００ｂの出力電力レベルＰ_outを安定化させるためのランプアップ及びランプダウンの手順は、図１ｂに示されるような従来技術によるＡＰＣ回路網１０１により実現される。従って、基準信号V_refと実際の出力電力レベルＰ_outとを供給される比較器段１１２の出力ポートは、出力電力レベルＰ_outを制御する可変利得電力増幅器１０５の利得制御入力ポートに接続される。基準信号V_refは、ＲＦ出力信号の電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表している。実際の出力電力レベルＰ_outは、直接測定又は非直接測定により供給される。直接測定は、図１ｂに示されるように、Ｐ_outの一部が、方向性結合器１０６’により結合され、広帯域検波器ダイオード１０８によりＡＰＣループ１０１に再び供給されるものである。また、非直接測定は、例えば、出力電力Ｐ_outに正比例する電力増幅器１０５の供給電流を測定するものである。Ｐ_outに比例する測定された電圧レベルＶ_PDは、電力レベルＰ_refに比例する公称電圧レベルV_refと比較される。実際の電力レベルＰ_outが基準信号の電力レベルＰ_refより大きい場合、可変利得電力増幅器１０５の利得Ｇ_PAは、Ｐ_outを調整するために減少される。逆に、Ｐ_outがＰ_refより小さい場合、Ｐ_outを調整するためにＧ_PAは増加される。「ランプアップ」部分の間、公称電力レベルＰ_refは増加し、「ランプダウン」部分の間、Ｐ_refは減少する。また、「有効」部分の間、Ｐ_refは安定した状態となる。ＡＰＣループ１０１が基準信号の電力レベルＰ_refに従って出力電力レベルＰ_outを調整するため、出力電力Ｐ_outは、ランプアップ又はランプダウンされ、「有効」部分の間は所定のレベルの状態を維持する。

図２ａのブロック２００ａは、集積可変利得電力増幅器１０５の出力ポートにおいて送信される変調ＲＦ信号ｘ(t)の放射電力レベルＰ_outを安定化させる従来の閉ループ電力制御回路網の原理を示しているで。図２ａにおいて、上述した従来の閉ループ電力制御回路網は、従来技術による電流検知ループ１０１Ｍとして実現される（ここでは、簡単にするため、電流検知ＡＰＣループと呼ぶ）。この電流検知ＡＰＣループ１００Ｍは、パッチアンテナを装備する移動ＲＦ送信機に好都合に適用される。電流検知ループ１０１Ｍは、送信されるＲＦ信号ｘ(t)の出力電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを供給される入力ポート（２）と、可変利得電力増幅器１０５の電源線における電流センサ２０４である低抵抗オーム抵抗器Ｒ_Ｍにおいて電圧降下Ｕ_RMから得られる信号を供給される別の入力ポート（１）とを有するマイクロコントローラ２０２（μＣ）を装備する。ここで、電圧降下Ｕ_RMは、可変利得電力増幅器１０５の直流供給電流Ｉ_PAに比例する。マイクロコントローラ２０２の出力ポートにおける電力制御信号は、低域フィルタに通され、電力増幅器１０５の第１の入力ポート（電力制御入力ポート）に供給される。さらに、電流検知ＡＰＣループ１０１Ｍは、基準信号V_refである基準ランプ信号Ｖ_rampを提供するために使用されるデジタル信号処理手段２０１Ｃを含む。

上述した電流検知ＡＰＣループ２００ａの技術的な実現例２００ｂが図２ｂに示されているが、マイクロコントローラ２０２は、演算増幅器１１３及び比較器１１２”を含む。演算増幅器１１３は、電圧降下Ｕ_RMから得られる信号を増幅するために使用される。比較器１１２”は、送信されるＲＦ信号ｘ(t)の出力電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを供給される第１の入力ポートと、電圧降下Ｕ_RMから得られる信号が増幅された信号を供給される第２の入力ポートとを有する。

米国特許第４，４４２，４０７号は、電力増幅器の２ループ自動レベル制御（ＡＬＣ）回路網に関する。ＲＦ増幅器の最終段に印加される電源電位は、最終増幅器により印加される電源電圧及び消費される電流の大きさの加重和に対応する信号と変調信号の振幅との比較から得られる誤り信号に従って、第１のＡＬＣループにより変調される。

米国特許第６，５６３，３８５Ｂ２号は、例えば複数の変調技術が適用され且つＲＦ信号が存在しない場合に、動作条件を変更する際のＲＦ増幅器の直流バイアスを調整する方法及び装置を開示する。２つ以上のデータ変調技術を使用して変調された搬送波信号を増幅するように構成されたＲＦ増幅器に最適なバイアスをかけるために、バイアスポイントは、増幅される信号が変調される方法に依存して動的に設定される必要がある。

米国特許第５，６０３，１０６号は、素子の周波数依存性に影響されず且つ選択される全ての送信電力レベルに対して調整される送信電力制御回路を開示する。回路は、複数の送信周波数の値及び複数の送信電力の値に対する送信電力レベルに依存する監視電圧のデジタルデータが格納される制御データテーブルを含む。

米国特許第６，０７０，０５８号は、ある制限を超えることを回避するために、出力電力を制御する制御ループを開示する。出力電力制御システムは、総出力電力が出力電力のトリガレベルを超え且つ自動的に飽和防止モードに入る時期を判定する。それにより、総出力電力は、閉ループ電力制御レジスタの改良により低減される。この発明の一実施形態において、出力検波器及び出力比較器は引き続き出力電力を監視する。この発明の別の実施形態において、アナログデジタル変換器は出力電力レベルをサンプリングする。

欧州特許第１，２２９，６６４Ａ１号は、エネルギー放射率が高くなり且つユーザの脳に損傷を与える可能性がある場合のユーザに対する警報システムを有する移動端末に関する。
米国特許第４，４４２，４０７号米国特許第６，５６３，３８５Ｂ２号米国特許第５，６０３，１０６号米国特許第６，０７０，０５８号欧州特許第１，２２９，６６４Ａ１号

上述した文献、米国特許第４，４４２，４０７号、米国特許第６，５６３，３８５号、米国特許第５，６０３，１０６号及び米国特許第６，０７０，０５８号は、ある物体が端末アンテナに近接した時に通話が切断されることがあるという問題に対処していない。

欧州特許第１，２２９，６６４Ａ１号において、送信アンテナの反射電力が測定される。しかし、この文献は、送信されるＲＦ信号の電力レベルを自動的に制御する閉ループ制御を開示していない。

上述した従来技術を考慮して、本発明の目的は、送信される信号の電力レベルを安定化させる電力制御技術及び対応する自動電力制御（ＡＰＣ）回路網を提供することである。ここで、ＡＰＣ回路網は、送信アンテナが電力増幅器に不適切である場合等に通話が切断されないように放射電力を調整できる必要がある。

上述した目的は、独立項における特徴により達成される。好都合な特徴は、従属項に規定されている。

本発明は、ＡＰＣループの基準信号V_refの追加的な調整を実行することにより、移動ＲＦ送信機に内蔵される可変利得電力増幅器の出力ポートにおける送信対象の変調ＲＦ信号ｘ(t)の放射電力レベルＰ_outを制御する移動送信機のアナログフロントエンド等に内蔵される閉ループ電力制御回路網及び対応する方法を提案する。それにより、送信機の送信アンテナが電力増幅器に不適切である場合に、通話を切断しないために、放射ＲＦ電力Ｐ_outを増加することを提案する。端末アンテナに非常に近接する物体が存在する場合、アンテナ負荷は変更され、増加された反射信号が測定される。閉ループにおいて、この増加反射信号は、送信される変調ＲＦ信号ｘ(t)の電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを計算するために使用される基準ランプ信号Ｖ_rampと混合されるため、放射電力が増加し、通話が切断されることを防止する。

以下において、図３ａ〜図３ｃ及び図４ａ〜図４ｄに示される本発明の種々の実施形態を詳細に説明する。図１ａ〜図４ｄにおける図中符号により示される全ての記号の意味は、添付の表から理解できよう。

本発明の一実施形態は、図３ａに示されるような移動ＲＦ送信機３００ａのアナログフロントエンドに内蔵される２つの閉ループ回路１０１Ｍ及び１０１Ｎから構成される閉ループ電力制御回路網に関する。なお、閉ループ電力制御回路網は、送信機に内蔵される可変利得電力増幅器１０５の出力ポートにおける送信されるＲＦ信号ｘ(t)の放射電力レベルＰ_outを安定化させるために使用される。電力制御回路網１０１Ｍ＋Ｎは、温度ドリフトｄＴ／ｄｔ又はバッテリ電圧ドリフトｄＵ_batt／ｄｔ等が原因となる電力増幅器１０５の不安定性を補償する電流検知ループ１０１Ｍを含む。この電流検知ループ１０１Ｍは、送信されるＲＦ信号ｘ(t)の出力電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを供給される１つの入力ポート（２）と、電力増幅器１０５の電源線における電流センサ２０４である低抵抗のオーム抵抗器Ｒ_Mにおいて電圧降下Ｕ_RMから得られる信号を供給される別の入力ポート（１）とを有する集積マイクロコントローラ２０２（μＣ）を特徴とする。ここで、電圧降下Ｕ_RMは、可変利得電力増幅器１０５の直流供給電流Ｉ_PAに比例する。マイクロコントローラ２０２の出力信号は、可変利得電力増幅器１０５の第１の入力ポート（電力制御入力ポート）に供給される。さらに、電力制御回路網１０１Ｍ＋Ｎは、基準信号V_refの計算に使用される基準ランプ信号Ｖ_rampを提供するデジタル信号処理手段２０１Ｃを装備する。移動ＲＦ送信機３００ａ、３００ｂ又は３００ｃの送信アンテナ１１０が電力増幅器１０５にとって不適切である場合には通話が切断されることがある。よって、これを防止するために、送信機は電力制御ループの基準信号V_refの追加的な調整を実行する手段を含む。特に、送信機は、送信されるＲＦ信号ｘ(t)の反射波を表す直流フィードバック信号Ｖ_PDを提供する電力増幅器１０５の出力ポートにおけるデカップリング手段１０６（方向性結合器１０６’又はサーキュレータ１０６”等）、直流フィードバック信号Ｖ_PDのＲＦ電力を検出する電力検知手段１０８、及びアンテナが不適切である場合にＲＦ信号ｘ(t)の放射電力Ｐ_outを増加するために、直流フィードバック信号Ｖ_PDから得られる基準信号V_refを比較器段１１２”の第１の入力ポートに供給するフィードバックループ１０１Ｎを含む。

図３ｂ及び図３ｃは、上述した電流検知ＡＰＣループ２００ａのデジタル実現例３００ｂ及びアナログ実現例３００ｃをそれぞれ示す。図３ｂ及び図３ｃに示されるように、マイクロコントローラ２０２は、演算増幅器１１３及び比較器段１１２”を含む。演算増幅器１１３は、電圧降下Ｕ_RMから得られる信号を増幅するために使用される。比較器段１１２”は、送信されるＲＦ信号ｘ(t)の出力電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを供給される第１の入力ポートと、電圧降下Ｕ_RMから得られる信号が増幅されてなる信号を供給される第２の入力ポートとを有する。

本発明の最も重要な概念によると、フィードバックループ１０１Ｎは、検出された直流フィードバック信号Ｖ_PDから基準信号V_refを計算するアナログ及び／又はデジタルの信号処理手段３０１ａ、３０１ｂ、３０１ｂ’、３０１ｃ、３０２を含む。図３ａに示される実施形態３００ａによる提案される電流検知ＡＰＣループ１０１Ｍ＋Ｎのアナログ実現例が図３ｃに示されている。図３ｃが示すように、アナログ信号処理手段は、直流フィードバック信号Ｖ_PDに対して増幅、アナログデジタル変換、振幅制限及び正規化が行なわれた信号であるＫ・Ｇ_OP・Ｖ_PDと基準ランプ信号Ｖ_rampとを乗算する乗算器３０１ｂ、及び乗算素子３０１ｂの出力信号Ｖ_ramp・Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PDを基準ランプ信号Ｖ_rampに加算するために使用される加算素子３０１ａを含み、それにより、基準信号V_refを出力する。ここで、Ｋは規格化因子（Ｖ^−１）であり、Ｇ_OPはフィードバックループ１０１Ｎにおける演算増幅器３０３の利得係数を示す。図３ａに示される実施形態による提案される電流検知ＡＰＣループ１０１Ｍ＋Ｎのデジタル実現例を図３ｂが示している。図３ｂが示すように、デジタル信号処理手段２０１Ｃは、利得係数制御装置３０１ｃにより供給される利得係数χ：＝１＋Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PDと基準ランプ信号Ｖ_rampとを乗算する乗算素子３０１ｂ’を含み、それにより、基準信号V_refを出力する。

送信機３００ａ（３００ｂ、３００ｃ）のアンテナ１１０に対して近接する物体が存在しない場合、アンテナ負荷はわずかであり、Ｖ_PDは非常に小さい。従って、χはほぼ１となる。また、乗算器３０１ｂの出力信号はほぼゼロとなる。さらに、V_refはＶ_rampとほぼ等しくなる。あるいは、アンテナ１１０に非常に対して近接する物体が存在する場合、アンテナ負荷は変更されるため、Ｖ_PDは増加される。演算増幅器３０３の利得係数Ｇ_OPがゼロに設定されない場合、χは１より大きく（Ｋ＞０の場合）、Ｖ_PDは演算増幅器３０３により増幅される。また、この時、Ｖ_PDが所定の閾値Ｖ_threshを超える場合、Ｖ_PDは、限界レベル制御装置３０２により振幅制限される。従って、乗算器３０１ｂの出力信号はゼロより相当大きく、V_refはＶ_rampと比較して増加される。図３ａに示されるように、Ｋ、Ｇ_OP及びＶ_threshの値は、フィードバックループ１０１Ｎを調整するために、制御装置２０１により個別に設定される。

送信機３００ａ、３００ｂ又は３００ｃの送信アンテナ１１０が電力増幅器１０５にとって不適切である場合に、通話が切断されることがある。そこで、図４ａ〜図４ｄのフローチャートにより示される本発明の別の実施形態は、これを防止するために、無線通信装置の移動ＲＦ送信機３００ａ、３００ｂ又は３００ｃに内蔵される可変利得電力増幅器１０５の出力ポートにおける送信対象の変調ＲＦ信号ｘ(t)の電力レベルＰ_outを安定化させる方法に関する。ＲＦ信号ｘ(t)の反射波を表す直流フィードバック信号の電圧レベルＶ_PDを検出した（Ｓ１）後、ＲＦ出力信号ｘ(t)の出力電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refは、送信機に内蔵されるデジタル信号処理手段２０１Ｃにより供給される基準ランプ信号Ｖ_rampと直流フィードバック信号Ｖ_PDとの関数として計算される（Ｓ１Ａ）。その後、取得された基準信号V_refは、電流検知ループ１０１Ｍのフィードバックチェーンにおける比較器段１１２”の第１の入力ポートへ供給される（Ｓ２）。同時に、電力増幅器１０５の直流供給電流Ｉ_PAは、可変利得電力増幅器１０５の電源線に配置される電流センサ２０４である低抵抗のオーム抵抗器Ｒ_Ｍにおいて直流供給電流Ｉ_PAに比例する電圧降下Ｕ_RMを検知することにより測定される（Ｓ３）。その後、この電圧降下Ｕ_RMから得られた信号は、比較器段１１２”の第２の入力ポートに供給され（Ｓ４）、基準信号V_refの電圧レベルと比較される（Ｓ５）。電圧降下Ｕ_RMから得られた信号と計算された基準信号V_refとの差異（Ｕ_RM V_ref）に比例する信号は、電力増幅器１０５の第１の入力ポート（電力制御入力ポート）に供給される（Ｓ６）。その結果、実際の電力レベルＰ_outは、可変利得電力増幅器１０５の第２の入力ポートにおいて増幅される前に、比較器段１１２”の出力信号と送信されるＲＦ信号ｘ(t)との差異を低域フィルタに通し、増幅することにより調整される（Ｓ７）。

本実施形態に係る第１の別の方法によると、基準ランプ信号Ｖ_rampと送信されるＲＦ信号ｘ(t)の反射波を表す上述した直流フィードバック信号Ｖ_PDとの関数として基準信号V_refを計算するステップ（Ｓ１Ａ）は、直流フィードバック信号Ｖ_PDに対して増幅、アナログデジタル変換、振幅制限及び正規化が行なわれた信号であるＫ・Ｇ_OP・Ｖ_PDと基準ランプ信号Ｖ_rampとを乗算するステップ（Ｓ１ａ’）、及び乗算ステップ（Ｓ１ａ’）の出力信号Ｖ_ramp・Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PDを基準ランプ信号Ｖ_rampに加算するステップ（Ｓ１ａ”）により実現される。それにより、基準信号が出力される。なお、Ｇ_OPは、フィードバックループ１０１Ｎにおける演算増幅器３０３の利得係数を示す。Ｋは規格化因子（Ｖ^-1）である。

本実施形態に係る第２の別の方法によると、計算ステップ（Ｓ１Ａ）は、利得係数制御装置３０１ｃにより供給される式（４ｂ）で定義されるような利得係数χ：＝Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PDと基準ランプ信号Ｖ_rampとを乗算するステップ（Ｓ１ｂ）により実現される。それにより、式（４ａ）により与えられるような基準信号V_refが出力される。

最後に、本発明のさらに別の実施形態は、上述したような閉ループ電力制御回路網１０１Ｍ＋Ｎを含む移動ＲＦ送信機３００ａ、３００ｂ又は３００ｃに関する。

本発明の好都合な特徴、面及び有用な実施形態については、以下の説明、添付の特許請求の範囲及び添付の図面から明らかとなる。
図１ａは、ＲＦ信号発生器の出力ポートにおける電力レベルＰ_outを安定化させるために使用される従来技術による従来の自動電力制御（ＡＰＣ）ループを含むアナログＲＦ信号発生器を概略的に示すブロック図である。図１ｂは、ＱＡＭ送信機の出力ポートにおける電力レベルＰ_outを安定化させるために使用される従来技術による自動電力制御（ＡＰＣ）回路網を有するＱＡＭ送信機を概略的に示すブロック図である。図２ａは、従来技術による電流検知ループとして実現される従来の閉ループ電力制御回路網（以下において、電流検知ＡＰＣループと呼ばれる）の原理を示すブロック図である。図２ｂは、図２ａに示される電流検知ＡＰＣループの技術的な実現例を示すブロック図である。図３ａは、本発明の一実施形態による提案される電流検知ＡＰＣループの原理を示すブロック図である。図３ｂは、図３ａに示される実施形態による提案される電流検知ＡＰＣループのデジタル実現例を示すブロック図である。図３ｃは、図３ａに示される実施形態による提案される電流検知ＡＰＣループのアナログ実現例を示すブロック図である。、図４ａ及び図４ｂは、送信機の送信アンテナが電力増幅器に不適切である場合に、通話が切断されることを防止するために、本発明に従って無線通信装置の移動送信機により送信される変調ＲＦ信号ｘ(t)の電力レベルＰ_outを安定化させる方法を示すフローチャートである。、図４ｃ及び図４ｄは、図４ａ及び図４ｂに示されるフローチャートの一部分であり、本発明の２つの別の方法に従って、送信される変調ＲＦ信号ｘ(t)のＲＦ電力Ｐ_outの公称電力レベルＰ_refを表す基準信号V_refを計算するステップを示すフローチャートである。

Claims

可変利得電力増幅器（１０５）の出力ポートにおいて送信対象の信号（χ(t)）の出力電力レベル（Ｐ_out）を制御する電力制御回路（１０１Ｍ＋Ｎ）であって、
前記出力電力（Ｐ_out）についての公称電力レベル（Ｐref）を表す基準信号（Ｖ_ref）を入力するための第１の入力ポートと、可変利得電力増幅器（１０５）の電源供給ラインに配置された電流センサ（２０４）からの信号を入力するための第２の入力ポートを含む集積化された比較器段（１１２”）を有する電力検出ループ（１０１Ｍ）を備え、
前記比較器段（１１２”）の出力信号は前記可変利得電力増幅器（１０５）の電力制御信号の入力ポートへと供給されるようになっており、
さらに、前記電力制御回路（１０１Ｍ＋Ｎ）は、
送信対象の信号（χ(t)）に係る反射波を表すフィードバック信号（Ｖ_PD）の電力を検出する電力検出手段（１０８）と、
前記可変利得電力増幅器（１０５）に対して送信アンテナが不整合である場合に、前記送信対象の信号（χ(t)）の放射電力（Ｐ_out）を増加させるために、前記フィードバック信号（Ｖ_PD）と基準ランプ信号（Ｖ_ramp）とから導出される前記基準信号（Ｖ_ref）を前記比較器段（１１２“）の前記第１の入力ポートへ供給するためのフィードバックループ（１０１）と
を含むことを特徴とする電力制御回路。
信号処理手段をさらに含み、
前記信号処理手段は、
前記フィードバック信号（Ｖ_PD）を処理して得られた信号（Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PD）と前記基準ランプ信号（Ｖ_ramp）とを乗算する乗算器（３０１ｂ）と、
前記基準信号（Ｖ_ref）によって規制するために、前記乗算器（３０１ｂ）からの出力信号（Ｖ_ramp・Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PD）と前記基準ランプ信号とを加算する加算器（３０１ａ）と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御回路。
デジタル信号処理手段（２０１Ｃ）をさらに含み、
前記デジタル信号処理手段は、
利得係数制御回路（３０１ｃ）によって供給される利得係数（χ：＝１＋Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PD。ここで、Ｋは、正規化因子（Ｖ^-1）であり、Ｇopは、前記フィードバックループ（１０１Ｎ）内に設けられたオペアンプ（３０３）の利得係数である。）と前記基準ランプ信号（Ｖ_ramp）とを乗算する乗算素子（３０１ｂ’）を含むことを特徴とする請求項１に記載の電力制御回路。
前記可変利得増幅器（１０５）の前記出力ポートにおいて、フィードバック信号（Ｖ_PD）を供給する分離手段（１０６）をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の電力制御回路。
前記分離手段（１０６）は、方向性結合器（１０６’）またはサーキュレータ（１０６”）であることを特徴とする請求項４に記載の電力制御回路。
可変利得電力増幅器（１０５）の出力ポートにおける送信対象の信号（χ(t)）の出力電力レベル（Ｐ_out）を安定化させる方法であって、
送信対象の信号（χ(t)）に係る反射波を表すフィードバック信号の電圧レベル（Ｖ_PD）を検出するステップ（Ｓ１）と、
前記フィードバック信号（Ｖ_PD）と基準ランプ信号（Ｖ_ramp）との関数として、前記出力信号（χ(t)）の出力電力（Ｐ_out）についての公称電力レベル（Ｐ_ref）を表す基準信号（Ｖ_ref）を算出するステップ（Ｓ１Ａ）と、
算出された前記基準信号（Ｖ_ref）を、電力検出ループのフィードバックチェーン内に設けられた比較器段（１１２“）の第１の入力ポートへ供給するステップ（Ｓ２）と、
前記可変利得電力増幅器（１０５）の供給電流（Ｉ_PA）に応じた電圧降下（Ｕ _RM ）を表す信号を前記比較器段（１１２”）の第２の入力ポートへと供給するステップ（Ｓ４）と、
算出された前記基準信号（Ｖ_ref）の電圧レベルと、前記電圧降下（Ｕ_RM）の値から導出される信号の電圧レベルとを比較するステップ（Ｓ５）と、
前記電圧降下（Ｕ_RM）の値から導出された前記信号と前記基準信号（Ｖ_ref）との差分に応じた信号を前記可変利得電力増幅器（１０５）の第１の入力ポートへと供給するステップ（Ｓ６）と、
前記可変利得電力増幅器（１０５）の第２の入力ポートにおいて、増幅される前の前記送信対象の信号（χ(t)）と前記比較器段（１１２”）の出力信号との差分を増幅することによって現在の電力レベル（Ｐ_out）を調整するステップ（Ｓ７）と
を含むことを特徴とする方法。
前記基準信号（Ｖ_ref）を算出するステップ（Ｓ１Ａ）は、
前記フィードバック信号（Ｖ_PD）を処理して得られた信号（Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PD）と前記基準ランプ信号（Ｖ_ramp）とを乗算するステップ（Ｓ１ａ’）と、
前記乗算するステップ（Ｓ１ａ’）において得られた出力信号（Ｖ_ramp・Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PD）と前記基準ランプ信号とを加算することで前記基準信号（Ｖ_ref）によって規制するステップ（Ｓ１ａ”）と
を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記基準信号（Ｖ_ref）を算出するステップ（Ｓ１Ａ）は、
利得係数制御回路（３０１ｃ）によって供給される利得係数（χ：＝１＋Ｋ・Ｇ_OP・Ｖ_PD。ここで、Ｋは、正規化因子（Ｖ^-1）であり、Ｇopは、前記フィードバックループ（１０１Ｎ）内に設けられたオペアンプ（３０３）の利得係数である。）と前記基準ランプ信号（Ｖ_ramp）とを乗算することで前記基準信号（Vref）によって規制するステップ（Ｓ１ｂ）を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
無線通信装置であって、
請求項１ないし５の何れかに記載の電力制御回路（１０１Ｍ＋Ｎ）を含む移動体ＲＦ送信機（３００ａ、３００ｂ、３００ｃ）を含むことを特徴とする無線通信装置。