JP4657589B2 - 送信電力制御装置およびｗ−ｃｄｍａ基地局装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力のベースバンド信号を周波数変換して電力増幅し、その送信電力を自動的に制御する送信電力制御装置と、それを備えたＷ−ＣＤＭＡ（広帯域符号分割マルチアクセス）基地局装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の送信電力を自動的に制御する送信出力制御装置においては、ベースバンド処理部から入力されたディジタル信号は、Ｄ／Ａ変換され周波数変換部でＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号は可変利得増幅器と電力増幅器で構成される可変利得高周波電力増幅部で増幅され送信信号として出力され、この送信信号の一部は結合部で取り出され検波部に導かれ得られた送信電力に比例した検波電圧と予め送信電力を測定し校正された電力設定電圧値との比較電圧を可変利得増幅器の利得制御端子に入力するフィードバック・ループを持ち、送信電力の制御を行う構成を基本としており、上記検波部にはダイオードを用いたダイオード検波回路、ログアンプ、または二乗回路を用いた電力検波回路が一般的に用いられる。
【０００３】
上記の基本構成に加えて、可変利得高周波電力増幅部の入力に第２の結合部を介した検波部を追加し得られた入力電力値、送信出力電力値、および設定電力値との比較を行い、可変利得増幅部を制御し、入力電力の大きさに依存することなく、可変利得増幅部の温度変動および経年変化の補償すると同時に送信電力の制御する構成がとられていた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記の基本構成に加えて、ベースバンド信号入力部に平均電力計算部を加えて、ベースバンド信号から平均電力値を計算によって求め、設定電力値との比較を行い、可変減衰器を制御し、前記可変減衰器と電力増幅器から成る高周波電力増幅部でベースバンド信号の誤差電力の補正を行う構成がとられていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９５０５４号公報
【特許文献２】
特開２００１−４４９２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機においては、伝送すべきビットが無い場合には送信を停止する不連続送信の機能を持ち、トラヒック量が少なく制御チャンネルのみに近い場合、また、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の立ち上げ時などの制御チャンネルのみの送信時は、チップ単位の時間（例えば０．２６Ｓ）で送信電力が繰り返してＯＮ／ＯＦＦすることが起こり得る。
【０００７】
このような場合、基地局装置の送信機に用いる従来のログアンプまたは二乗回路を電力検波回路に使用した送信電力制御装置では、電力検波回路が短時間にＯＮ／ＯＦＦする送信信号波形に追従できなく正常な送信電力を検知できないために正しく送信電力の制御が行われない。実際には、応答速度の遅い検波回路を使用した電力制御回路では、ＯＦＦ時間も含めた電力制御であることから、全ＯＮ／ＯＦＦ時の平均電力として制御され、結果としてＯＮ区間の送信電力を大きく制御することになる。システム全体の観点においては、上記の繰り返してＯＮ／ＯＦＦする条件での最大送信電力をシステムとしての最大送信電力とするために、通常時の送信電力にはマージンを持たせ、送信電力の制御範囲を狭めざるを得なく、結果的には回線容量の減少に繋がる。
【０００８】
また、二乗回路を用いた電力検波回路において、入力電力の変動を高速動作の可変減衰器を配置することによって一定範囲内に制御し、検波回路としての追従速度の改善が可能であるが、この場合は特殊な可変減衰器が必要、かつ、可変減衰器と二乗検波回路の帰還回路が必要となり、回路の複雑化が欠点となる。
【０００９】
一方、ダイオード検波回路を使用した送信電力制御装置では電力検波回路の追従速度には問題ないが、検波回路のダイナミックレンジが狭く（２０〜３０ｄＢ）、ダイナミックレンジとして５０ｄＢ程度が要求されるＷ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信電力制御装置には使用されていない。
【００１０】
また、元来、ダイオード検波回路やログアンプは、通常正弦波入力に対して設計されており、他の波形の信号入力に対しては固定周期で繰り返されるものについてのみ一定のクレストファクタ（瞬時の最大値と平均値の比）を適用して校正を行い、電力値を得ることができる。したがって、ダイオード検波回路、ログアンプを用いた電力検波回路においては入力信号波形が想定された一定のものである必要がある。すなわち、クレストファクタが一定である必要がある。しかしながら、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムを初めとし、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのディジタル通信システムの高周波送信機においては、多数の位相変調された信号の合成として送信する必要があるために、合成波形は複雑な不定周期の信号波形となり、固定クレストファクタでの送信電力の校正は不可能である。
【００１１】
したがって、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機において、ダイオード検波回路、ログアンプ、または二乗回路を電力検波回路に用いた送信電力制御装置で構成した場合には、クレストファクタを原因とする電力校正誤差が発生することになる。
【００１２】
特許文献１および特許文献２にある出力電力制御回路付き高周波送信機においても、検波信号の応答速度、ダイナミックレンジ、クレストファクタの問題を解決するものではなく、以上のように、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機への適用に対し、従来のダイオードを用いたダイオード検波回路、ログアンプ、または二乗回路を電力検波回路に使用した送信電力制御装置では、検波信号の応答速度、ダイナミックレンジ、クレストファクタの問題を全て解決することはできない。
【００１３】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、送信電力を高精度に制御可能な送信出力制御装置を得ること、さらに、この送信出力制御装置をＷ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機に適用することによって規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量の増大を目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、前記ベースバンド信号の検波電力値を求める第２の検波部と、前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、前記第１の検波部の出力値と前記第２の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１における送信電力制御装置を以下、図面に基づいて説明する。図１は実施の形態１における送信電力制御装置の回路ブロック構成図であり、ディジタル信号処理され入力されたベースバンドＩ相信号およびベースバンドＱ相信号は、Ｄ／Ａ変換器１およびＤ／Ａ変換器２でそれぞれアナログ信号に変換され、搬送波信号を発生する局部発振器、π／２移相器、乗算器で構成された周波数変換部３で高周波信号に周波数変換（直交変調）される。この周波数変換部３の出力は、利得制御端子からの制御による可変利得で増幅する可変利得高周波電力増幅部４に入力され電力増幅され送信出力信号として出力され、この送信出力信号の一部は結合器５で取り出されて、第１の検波部６で送信出力信号の検波電力値を得る。ここで得られた検波電力値は、Ａ／Ｄ変換器７を介して比較演算部８ａに入力される。
【００１６】
また、入力ベースバンドＩ相信号および入力ベースバンドＱ相信号は、第２の検波部９と平均電力値計算部１０に入力され、第２の検波部９ではシミュレーションによって入力ベースバンド信号の検波電力値を求め、平均電力値計算部１０で入力ベースバンド信号の平均電力値が求められ、これら入力ベースバンド信号の検波電力値と平均電力値は比較演算部８ａに入力される。
【００１７】
ここで、図２は比較演算部８ａの内部構成の一例を示し、第１の検波部６で得られた送信出力信号の検波電力値と第２の検波部９で得られた入力ベースバンド信号の検波電力値との比（利得）に、平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値を乗じて送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と予め送信電力を測定し校正された送信電力設定値を比較演算することにより得た制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１１を介して可変利得高周波電力増幅部４の制御端子に入力し、送信電力の制御が行われる。なお、上記第１の検波部および第２の検波部の出力は対数変換されたものとし、平均電力値と電力設定値についても対数変換されたものを扱うとして、図２の内部では積除算を和差算に変換して演算を行う。
【００１８】
Ｗ−ＣＤＭＡを初めとし、ＯＦＤＭなどのディジタル通信システムにおける基地局装置に用いる送信電力制御装置においては、多数のチャンネルのベースバンド信号をディジタルデータとして合成した信号が入力され、このＤ／Ａ変換前のベースバンド信号のディジタルデータを用いた計算によって、第２の検波部９で入力ベースバンド信号の電力は容易に高精度で求めることが可能であり、可変利得高周波電力増幅部４で増幅後の送信出力までの利得を制御できれば、高精度な送信電力での送信が可能となる。
【００１９】
この利得は、第１の検波部６の出力と第２の検波部９の出力との比として得ることができ、それぞれの検波部に用いる使用可能な検波回路は２点間の利得を得るために、検波を行う２点において同様波形を同様に検波し、応答速度、ダイナミックレンジ、直線性・クレストファクタに付いて揃った特性（同等の電気的特性）を持つ必要があるが、それぞれの点における高い電力精度と高速応答の検波の必要はない。
【００２０】
応答速度の遅い検波回路を使用した従来の送信電力制御装置では、ＯＮ区間の送信電力を所望よりも大きく制御してしまうことに対し、利得制御を行う本実施の形態１では応答速度の遅い検波回路を検波部に使用した場合にも、瞬時のＯＮ／ＯＦＦに応答すること無く、安定した動作が行われる。
【００２１】
但し、上記２点における信号はベースバンド信号とＲＦ信号で、信号波形が異なっているため、上記クレストファクタの条件には合致しなく、通常の検波回路では実現不可能であるが、ベースバンド信号によりＲＦ信号はディジタル信号処理により推定可能であるので、第２の検波部９でシミュレーションを行う方法にて実現可能である。
【００２２】
上述したように、本実施の形態１の構成をとることで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２における送信電力制御装置を以下、図面に基づいて説明する。図３は実施の形態２における送信電力制御装置の回路ブロック構成図であり、ディジタル信号処理され入力されたベースバンドＩ相信号およびベースバンドＱ相信号は、Ｄ／Ａ変換器１およびＤ／Ａ変換器２でそれぞれアナログ信号に変換され、搬送波信号を発生する局部発振器、π／２移相器、乗算器で構成された周波数変換部３ｂで高周波信号に周波数変換（直交変調）される。この周波数変換部３ｂの出力は、利得制御端子からの制御による可変利得で増幅する可変利得高周波電力増幅部４に入力され電力増幅され送信出力信号として出力され、この送信出力信号の一部は結合器５で取り出されて、第１の検波部６で送信出力信号の検波電力値を得る。ここで得られた検波電力値は、Ａ／Ｄ変換器７を介して比較演算部８ｂに入力される。
【００２４】
また、周波数変換部３ｂの出力を合成した信号の一部は結合器１２で取り出されて、第２の検波部１３で可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値を得て、Ａ／Ｄ変換器１４を介して比較演算部８ｂに入力される。
【００２５】
また、周波数変換部３ｂから出力されたＩ相信号、Ｑ相信号の一部は、それぞれ結合器１５、結合器１６で取り出されて、第３の検波部１７、第４の検波部１８で変調後合成前のＩ相信号、Ｑ相信号の検波電力値を得て、Ａ／Ｄ変換器１９、Ａ／Ｄ変換器２０を介して比較演算部８ｂに入力され、平均電力値計算部１０で入力ベースバンド信号の平均電力値が求められ、比較演算部８ｂに入力される。
【００２６】
ここで、図４は比較演算部８ｂの内部構成の一例を示し、第１の検波部６で得られた送信出力信号の検波電力値と第２の検波部１３で得られた可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値との比（利得Ａ）と、第３の検波部１７、第４の検波部１８で得られた変調後のＩ相信号、Ｑ相信号の検波電力値の合成電力と平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値の比（利得Ｂ）との積、すなわち、ベースバンド信号入力部から送信信号出力部までの利得に平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値を乗じて送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と予め送信電力を測定し校正された送信電力設定値を比較演算することにより得た制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１１を介して可変利得高周波電力増幅部４の制御端子に入力し、送信電力の制御が行われる。
【００２７】
なお、上記第１の検波部および第２の検波部の出力は対数変換されたものとし、平均電力値と電力設定値についても対数変換されたものを扱うとし、周波数変換部３ｂから出力されたＩ相信号、Ｑ相信号それぞれの検波電力は比較演算部８ｂ内で合成され対数変換した電力値を得るようにして、図４の内部では積除算を和差算に変換して演算を行う。
【００２８】
また、図５は比較演算部８ｂの内部構成の他の一例を示し、入力ベースバンド信号より求める平均電力値は使用せず、周波数変換部３ｂのＩ相信号、Ｑ相信号の変調後の信号が正弦波であることからクレストファクタ＝１（瞬時の最大値と平均値の比が等しい）で、第３の検波部１７と第４の検波部１８によって精度良く絶対電力値を得られ、周波数変換部３ｂの出力から可変利得高周波電力増幅部４の出力までの利得を得て、この利得と第３の検波部１７、第４の検波部１８で得られた変調後のＩ相信号、Ｑ相信号の検波電力値の合成電力値とを乗ずることで送信信号電力値が求まり、送信電力制御が可能となる。
【００２９】
本実施の形態２では、周波数変換部３ｂの利得の随時測定が可能となる場合を示し、周波数変換部３ｂの利得と可変利得高周波電力増幅部４の利得とをそれぞれを２点以上の複数の検波電力値から得る構成である。この構成の場合、周波数変換部３ｂから可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得の内、可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得を各検波電力測定値の演算によって制御することにより、高精度な送信電力制御が可能となる。
【００３０】
この利得は送信出力を検波する第１の検波部６に加えて、周波数変換後のＲＦ信号の検波を行う第２の検波部１３の追加によって、両検波部の出力の比として得ることができ、それぞれの検波部に使用可能な検波回路は２点間の利得を得るために、検波を行う２点において同様波形を同様に検波し、応答速度、ダイナミックレンジ、直線性・クレストファクタに付いて揃った特性（同等の電気的特性）を持つ必要があるが、それぞれの点における高い電力精度かつ高速応答の検波の必要はない。
【００３１】
応答速度の遅い検波回路を使用した従来の電力制御回路では、ＯＮ区間の送信電力を所望よりも大きく制御してしまうことに対し、利得制御を行う本実施の形態２では応答速度の遅い検波回路を使用した場合でも、瞬時のＯＮ／ＯＦＦに応答する必要は無く、安定した動作が行われる。したがって、検波回路には、ログアンプまたは、二乗回路を用いた電力検波回路が使用可能となる。
【００３２】
上述したように、本実施の形態２の構成をとることで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【００３３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３における送信電力制御装置を以下、図面に基づいて説明する。図６は実施の形態３における送信電力制御装置の回路ブロック構成図であり、ディジタル信号処理され入力されたベースバンドＩ相信号およびベースバンドＱ相信号は、Ｄ／Ａ変換器１およびＤ／Ａ変換器２でそれぞれアナログ信号に変換され、搬送波信号を発生する局部発振器、π／２移相器、乗算器で構成された周波数変換部３ａで高周波信号に周波数変換（直交変調）される。この周波数変換部３ａの出力は、利得制御端子からの制御による可変利得で増幅する可変利得高周波電力増幅部４に入力され電力増幅され送信出力信号として出力され、この送信出力信号の一部は結合器５で取り出されて、第１の検波部６で送信出力信号の検波電力値を得る。ここで得られた検波電力値は、Ａ／Ｄ変換器７を介して比較演算部８ｃに入力される。
【００３４】
また、周波数変換部３ａの出力信号の一部は結合器１２で取り出されて、第２の検波部１３で可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値を得て、Ａ／Ｄ変換器１４を介して比較演算部８ｃに入力され、平均電力値計算部１０で入力ベースバンド信号の平均電力値が求められ、この平均電力値は比較演算部８ｃに入力される。
【００３５】
本実施の形態３では、周波数変換部３ａの利得が固定値で既知となっていることを前提条件とし、図７は比較演算部８ｃの内部構成の一例を示し、第１の検波部６で得られた送信出力信号の検波電力値と第２の検波部１３で得られた可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値との比（利得）に、周波数変換部３ａの利得値（固定値）と平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値を乗じて送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と予め送信電力を測定し校正された送信電力設定値を比較演算することにより得た制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１１を介して可変利得高周波電力増幅部４の制御端子に入力し、送信電力の制御が行われる。
【００３６】
なお、上記第１の検波部および第２の検波部の出力は対数変換されたものとし、周波数変換部３ａの利得値と電力設定値についても対数変換されたものを扱うとして、図７の内部では積除算を和差算に変換して演算を行う。
【００３７】
本実施の形態３では、周波数変換部３ｂの利得が固定値で既知となる場合を示し、周波数変換部３ａから可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得の内、残る可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得を各検波電力測定値の演算によって制御することにより、高精度な送信電力制御が可能となる。
【００３８】
この利得は送信出力を検波する第１の検波部６に加えて、周波数変換後のＲＦ信号の検波を行う第２の検波部１３の追加によって、両検波部の出力の比として得ることができ、それぞれの検波部に使用可能な検波回路は２点間の利得を得るために、検波を行う２点において同様波形を同様に検波し、応答速度、ダイナミックレンジ、直線性・クレストファクタに付いて揃った特性（同等の電気的特性）を持つ必要があるが、それぞれの点における高い電力精度かつ高速応答の検波の必要はない。
【００３９】
応答速度の遅い検波回路を使用した従来の電力制御回路では、ＯＮ区間の送信電力を所望よりも大きく制御してしまうことに対し、利得制御を行う本実施の形態２では応答速度の遅い検波回路を使用した場合でも、瞬時のＯＮ／ＯＦＦに応答する必要は無く、安定した動作が行われる。したがって、検波回路には、ログアンプまたは、二乗回路を用いた電力検波回路が使用可能となる。
【００４０】
上述したように、本実施の形態３の構成をとることで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、前記ベースバンド信号の検波電力値を求める第２の検波部と、前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、前記第１の検波部の出力値と前記第２の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御することで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における送信電力制御装置の回路ブロック構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における比較演算部の内部構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態２における送信電力制御装置の回路ブロック構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態２における比較演算部の内部構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２における比較演算部の内部構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態３における送信電力制御装置の回路ブロック構成図である。
【図７】 本発明の実施の形態３における比較演算部の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
１ Ｄ／Ａ変換器
２ Ｄ／Ａ変換器
３ａ 周波数変換部
４ 可変利得高周波電力増幅部
５ 結合器
６ 第１の検波部
７ Ａ／Ｄ変換器
８ａ 比較演算部
９ 第２の検波部
１０ 平均電力計算部
１１ Ｄ／Ａ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力のベースバンド信号を周波数変換して電力増幅し、その送信電力を自動的に制御する送信電力制御装置と、それを備えたＷ−ＣＤＭＡ（広帯域符号分割マルチアクセス）基地局装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の送信電力を自動的に制御する送信出力制御装置においては、ベースバンド処理部から入力されたディジタル信号は、Ｄ／Ａ変換され周波数変換部でＲＦ信号に変換される。このＲＦ信号は可変利得増幅器と電力増幅器で構成される可変利得高周波電力増幅部で増幅され送信信号として出力され、この送信信号の一部は結合部で取り出され検波部に導かれ得られた送信電力に比例した検波電圧と予め送信電力を測定し校正された電力設定電圧値との比較電圧を可変利得増幅器の利得制御端子に入力するフィードバック・ループを持ち、送信電力の制御を行う構成を基本としており、上記検波部にはダイオードを用いたダイオード検波回路、ログアンプ、または二乗回路を用いた電力検波回路が一般的に用いられる。
【０００３】
上記の基本構成に加えて、可変利得高周波電力増幅部の入力に第２の結合部を介した検波部を追加し得られた入力電力値、送信出力電力値、および設定電力値との比較を行い、可変利得増幅部を制御し、入力電力の大きさに依存することなく、可変利得増幅部の温度変動および経年変化の補償すると同時に送信電力の制御する構成がとられていた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記の基本構成に加えて、ベースバンド信号入力部に平均電力計算部を加えて、ベースバンド信号から平均電力値を計算によって求め、設定電力値との比較を行い、可変減衰器を制御し、前記可変減衰器と電力増幅器から成る高周波電力増幅部でベースバンド信号の誤差電力の補正を行う構成がとられていた（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−２９５０５４号公報
【特許文献２】
特開２００１−４４９２９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機においては、伝送すべきビットが無い場合には送信を停止する不連続送信の機能を持ち、トラヒック量が少なく制御チャンネルのみに近い場合、また、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の立ち上げ時などの制御チャンネルのみの送信時は、チップ単位の時間（例えば０．２６Ｓ）で送信電力が繰り返してＯＮ／ＯＦＦすることが起こり得る。
【０００７】
このような場合、基地局装置の送信機に用いる従来のログアンプまたは二乗回路を電力検波回路に使用した送信電力制御装置では、電力検波回路が短時間にＯＮ／ＯＦＦする送信信号波形に追従できなく正常な送信電力を検知できないために正しく送信電力の制御が行われない。実際には、応答速度の遅い検波回路を使用した電力制御回路では、ＯＦＦ時間も含めた電力制御であることから、全ＯＮ／ＯＦＦ時の平均電力として制御され、結果としてＯＮ区間の送信電力を大きく制御することになる。システム全体の観点においては、上記の繰り返してＯＮ／ＯＦＦする条件での最大送信電力をシステムとしての最大送信電力とするために、通常時の送信電力にはマージンを持たせ、送信電力の制御範囲を狭めざるを得なく、結果的には回線容量の減少に繋がる。
【０００８】
また、二乗回路を用いた電力検波回路において、入力電力の変動を高速動作の可変減衰器を配置することによって一定範囲内に制御し、検波回路としての追従速度の改善が可能であるが、この場合は特殊な可変減衰器が必要、かつ、可変減衰器と二乗検波回路の帰還回路が必要となり、回路の複雑化が欠点となる。
【０００９】
一方、ダイオード検波回路を使用した送信電力制御装置では電力検波回路の追従速度には問題ないが、検波回路のダイナミックレンジが狭く（２０〜３０ｄＢ）、ダイナミックレンジとして５０ｄＢ程度が要求されるＷ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信電力制御装置には使用されていない。
【００１０】
また、元来、ダイオード検波回路やログアンプは、通常正弦波入力に対して設計されており、他の波形の信号入力に対しては固定周期で繰り返されるものについてのみ一定のクレストファクタ（瞬時の最大値と平均値の比）を適用して校正を行い、電力値を得ることができる。したがって、ダイオード検波回路、ログアンプを用いた電力検波回路においては入力信号波形が想定された一定のものである必要がある。すなわち、クレストファクタが一定である必要がある。しかしながら、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムを初めとし、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）などのディジタル通信システムの高周波送信機においては、多数の位相変調された信号の合成として送信する必要があるために、合成波形は複雑な不定周期の信号波形となり、固定クレストファクタでの送信電力の校正は不可能である。
【００１１】
したがって、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機において、ダイオード検波回路、ログアンプ、または二乗回路を電力検波回路に用いた送信電力制御装置で構成した場合には、クレストファクタを原因とする電力校正誤差が発生することになる。
【００１２】
特許文献１および特許文献２にある出力電力制御回路付き高周波送信機においても、検波信号の応答速度、ダイナミックレンジ、クレストファクタの問題を解決するものではなく、以上のように、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機への適用に対し、従来のダイオードを用いたダイオード検波回路、ログアンプ、または二乗回路を電力検波回路に使用した送信電力制御装置では、検波信号の応答速度、ダイナミックレンジ、クレストファクタの問題を全て解決することはできない。
【００１３】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、送信電力を高精度に制御可能な送信出力制御装置を得ること、さらに、この送信出力制御装置をＷ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置の送信機に適用することによって規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量の増大を目的とするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、前記ベースバンド信号の検波電力値を求める第２の検波部と、前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、前記第１の検波部の出力値と前記第２の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１における送信電力制御装置を以下、図面に基づいて説明する。図１は実施の形態１における送信電力制御装置の回路ブロック構成図であり、ディジタル信号処理され入力されたベースバンドＩ相信号およびベースバンドＱ相信号は、Ｄ／Ａ変換器１およびＤ／Ａ変換器２でそれぞれアナログ信号に変換され、搬送波信号を発生する局部発振器、π／２移相器、乗算器で構成された周波数変換部３で高周波信号に周波数変換（直交変調）される。この周波数変換部３の出力は、利得制御端子からの制御による可変利得で増幅する可変利得高周波電力増幅部４に入力され電力増幅され送信出力信号として出力され、この送信出力信号の一部は結合器５で取り出されて、第１の検波部６で送信出力信号の検波電力値を得る。ここで得られた検波電力値は、Ａ／Ｄ変換器７を介して比較演算部８ａに入力される。
【００１６】
また、入力ベースバンドＩ相信号および入力ベースバンドＱ相信号は、第２の検波部９と平均電力値計算部１０に入力され、第２の検波部９ではシミュレーションによって入力ベースバンド信号の検波電力値を求め、平均電力値計算部１０で入力ベースバンド信号の平均電力値が求められ、これら入力ベースバンド信号の検波電力値と平均電力値は比較演算部８ａに入力される。
【００１７】
ここで、図２は比較演算部８ａの内部構成の一例を示し、第１の検波部６で得られた送信出力信号の検波電力値と第２の検波部９で得られた入力ベースバンド信号の検波電力値との比（利得）に、平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値を乗じて送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と予め送信電力を測定し校正された送信電力設定値を比較演算することにより得た制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１１を介して可変利得高周波電力増幅部４の制御端子に入力し、送信電力の制御が行われる。なお、上記第１の検波部および第２の検波部の出力は対数変換されたものとし、平均電力値と電力設定値についても対数変換されたものを扱うとして、図２の内部では積除算を和差算に変換して演算を行う。
【００１８】
Ｗ−ＣＤＭＡを初めとし、ＯＦＤＭなどのディジタル通信システムにおける基地局装置に用いる送信電力制御装置においては、多数のチャンネルのベースバンド信号をディジタルデータとして合成した信号が入力され、このＤ／Ａ変換前のベースバンド信号のディジタルデータを用いた計算によって、第２の検波部９で入力ベースバンド信号の電力は容易に高精度で求めることが可能であり、可変利得高周波電力増幅部４で増幅後の送信出力までの利得を制御できれば、高精度な送信電力での送信が可能となる。
【００１９】
この利得は、第１の検波部６の出力と第２の検波部９の出力との比として得ることができ、それぞれの検波部に用いる使用可能な検波回路は２点間の利得を得るために、検波を行う２点において同様波形を同様に検波し、応答速度、ダイナミックレンジ、直線性・クレストファクタに付いて揃った特性（同等の電気的特性）を持つ必要があるが、それぞれの点における高い電力精度と高速応答の検波の必要はない。
【００２０】
応答速度の遅い検波回路を使用した従来の送信電力制御装置では、ＯＮ区間の送信電力を所望よりも大きく制御してしまうことに対し、利得制御を行う本実施の形態１では応答速度の遅い検波回路を検波部に使用した場合にも、瞬時のＯＮ／ＯＦＦに応答すること無く、安定した動作が行われる。
【００２１】
但し、上記２点における信号はベースバンド信号とＲＦ信号で、信号波形が異なっているため、上記クレストファクタの条件には合致しなく、通常の検波回路では実現不可能であるが、ベースバンド信号によりＲＦ信号はディジタル信号処理により推定可能であるので、第２の検波部９でシミュレーションを行う方法にて実現可能である。
【００２２】
上述したように、本実施の形態１の構成をとることで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【００２３】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２における送信電力制御装置を以下、図面に基づいて説明する。図３は実施の形態２における送信電力制御装置の回路ブロック構成図であり、ディジタル信号処理され入力されたベースバンドＩ相信号およびベースバンドＱ相信号は、Ｄ／Ａ変換器１およびＤ／Ａ変換器２でそれぞれアナログ信号に変換され、搬送波信号を発生する局部発振器、π／２移相器、乗算器で構成された周波数変換部３ｂで高周波信号に周波数変換（直交変調）される。この周波数変換部３ｂの出力は、利得制御端子からの制御による可変利得で増幅する可変利得高周波電力増幅部４に入力され電力増幅され送信出力信号として出力され、この送信出力信号の一部は結合器５で取り出されて、第１の検波部６で送信出力信号の検波電力値を得る。ここで得られた検波電力値は、Ａ／Ｄ変換器７を介して比較演算部８ｂに入力される。
【００２４】
また、周波数変換部３ｂの出力を合成した信号の一部は結合器１２で取り出されて、第２の検波部１３で可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値を得て、Ａ／Ｄ変換器１４を介して比較演算部８ｂに入力される。
【００２５】
また、周波数変換部３ｂから出力されたＩ相信号、Ｑ相信号の一部は、それぞれ結合器１５、結合器１６で取り出されて、第３の検波部１７、第４の検波部１８で変調後合成前のＩ相信号、Ｑ相信号の検波電力値を得て、Ａ／Ｄ変換器１９、Ａ／Ｄ変換器２０を介して比較演算部８ｂに入力され、平均電力値計算部１０で入力ベースバンド信号の平均電力値が求められ、比較演算部８ｂに入力される。
【００２６】
ここで、図４は比較演算部８ｂの内部構成の一例を示し、第１の検波部６で得られた送信出力信号の検波電力値と第２の検波部１３で得られた可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値との比（利得Ａ）と、第３の検波部１７、第４の検波部１８で得られた変調後のＩ相信号、Ｑ相信号の検波電力値の合成電力と平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値の比（利得Ｂ）との積、すなわち、ベースバンド信号入力部から送信信号出力部までの利得に平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値を乗じて送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と予め送信電力を測定し校正された送信電力設定値を比較演算することにより得た制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１１を介して可変利得高周波電力増幅部４の制御端子に入力し、送信電力の制御が行われる。
【００２７】
なお、上記第１の検波部および第２の検波部の出力は対数変換されたものとし、平均電力値と電力設定値についても対数変換されたものを扱うとし、周波数変換部３ｂから出力されたＩ相信号、Ｑ相信号それぞれの検波電力は比較演算部８ｂ内で合成され対数変換した電力値を得るようにして、図４の内部では積除算を和差算に変換して演算を行う。
【００２８】
また、図５は比較演算部８ｂの内部構成の他の一例を示し、入力ベースバンド信号より求める平均電力値は使用せず、周波数変換部３ｂのＩ相信号、Ｑ相信号の変調後の信号が正弦波であることからクレストファクタ＝１（瞬時の最大値と平均値の比が等しい）で、第３の検波部１７と第４の検波部１８によって精度良く絶対電力値を得られ、周波数変換部３ｂの出力から可変利得高周波電力増幅部４の出力までの利得を得て、この利得と第３の検波部１７、第４の検波部１８で得られた変調後のＩ相信号、Ｑ相信号の検波電力値の合成電力値とを乗ずることで送信信号電力値が求まり、送信電力制御が可能となる。
【００２９】
本実施の形態２では、周波数変換部３ｂの利得の随時測定が可能となる場合を示し、周波数変換部３ｂの利得と可変利得高周波電力増幅部４の利得とをそれぞれを２点以上の複数の検波電力値から得る構成である。この構成の場合、周波数変換部３ｂから可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得の内、可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得を各検波電力測定値の演算によって制御することにより、高精度な送信電力制御が可能となる。
【００３０】
この利得は送信出力を検波する第１の検波部６に加えて、周波数変換後のＲＦ信号の検波を行う第２の検波部１３の追加によって、両検波部の出力の比として得ることができ、それぞれの検波部に使用可能な検波回路は２点間の利得を得るために、検波を行う２点において同様波形を同様に検波し、応答速度、ダイナミックレンジ、直線性・クレストファクタに付いて揃った特性（同等の電気的特性）を持つ必要があるが、それぞれの点における高い電力精度かつ高速応答の検波の必要はない。
【００３１】
応答速度の遅い検波回路を使用した従来の電力制御回路では、ＯＮ区間の送信電力を所望よりも大きく制御してしまうことに対し、利得制御を行う本実施の形態２では応答速度の遅い検波回路を使用した場合でも、瞬時のＯＮ／ＯＦＦに応答する必要は無く、安定した動作が行われる。したがって、検波回路には、ログアンプまたは、二乗回路を用いた電力検波回路が使用可能となる。
【００３２】
上述したように、本実施の形態２の構成をとることで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【００３３】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３における送信電力制御装置を以下、図面に基づいて説明する。図６は実施の形態３における送信電力制御装置の回路ブロック構成図であり、ディジタル信号処理され入力されたベースバンドＩ相信号およびベースバンドＱ相信号は、Ｄ／Ａ変換器１およびＤ／Ａ変換器２でそれぞれアナログ信号に変換され、搬送波信号を発生する局部発振器、π／２移相器、乗算器で構成された周波数変換部３ａで高周波信号に周波数変換（直交変調）される。この周波数変換部３ａの出力は、利得制御端子からの制御による可変利得で増幅する可変利得高周波電力増幅部４に入力され電力増幅され送信出力信号として出力され、この送信出力信号の一部は結合器５で取り出されて、第１の検波部６で送信出力信号の検波電力値を得る。ここで得られた検波電力値は、Ａ／Ｄ変換器７を介して比較演算部８ｃに入力される。
【００３４】
また、周波数変換部３ａの出力信号の一部は結合器１２で取り出されて、第２の検波部１３で可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値を得て、Ａ／Ｄ変換器１４を介して比較演算部８ｃに入力され、平均電力値計算部１０で入力ベースバンド信号の平均電力値が求められ、この平均電力値は比較演算部８ｃに入力される。
【００３５】
本実施の形態３では、周波数変換部３ａの利得が固定値で既知となっていることを前提条件とし、図７は比較演算部８ｃの内部構成の一例を示し、第１の検波部６で得られた送信出力信号の検波電力値と第２の検波部１３で得られた可変利得高周波電力増幅部４の入力信号の検波電力値との比（利得）に、周波数変換部３ａの利得値（固定値）と平均電力計算部１０で得られた入力ベースバンド信号の平均電力値を乗じて送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と予め送信電力を測定し校正された送信電力設定値を比較演算することにより得た制御出力は、Ｄ／Ａ変換器１１を介して可変利得高周波電力増幅部４の制御端子に入力し、送信電力の制御が行われる。
【００３６】
なお、上記第１の検波部および第２の検波部の出力は対数変換されたものとし、周波数変換部３ａの利得値と電力設定値についても対数変換されたものを扱うとして、図７の内部では積除算を和差算に変換して演算を行う。
【００３７】
本実施の形態３では、周波数変換部３ｂの利得が固定値で既知となる場合を示し、周波数変換部３ａから可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得の内、残る可変利得高周波電力増幅部４の送信出力までの利得を各検波電力測定値の演算によって制御することにより、高精度な送信電力制御が可能となる。
【００３８】
この利得は送信出力を検波する第１の検波部６に加えて、周波数変換後のＲＦ信号の検波を行う第２の検波部１３の追加によって、両検波部の出力の比として得ることができ、それぞれの検波部に使用可能な検波回路は２点間の利得を得るために、検波を行う２点において同様波形を同様に検波し、応答速度、ダイナミックレンジ、直線性・クレストファクタに付いて揃った特性（同等の電気的特性）を持つ必要があるが、それぞれの点における高い電力精度かつ高速応答の検波の必要はない。
【００３９】
応答速度の遅い検波回路を使用した従来の電力制御回路では、ＯＮ区間の送信電力を所望よりも大きく制御してしまうことに対し、利得制御を行う本実施の形態２では応答速度の遅い検波回路を使用した場合でも、瞬時のＯＮ／ＯＦＦに応答する必要は無く、安定した動作が行われる。したがって、検波回路には、ログアンプまたは、二乗回路を用いた電力検波回路が使用可能となる。
【００４０】
上述したように、本実施の形態３の構成をとることで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、前記ベースバンド信号の検波電力値を求める第２の検波部と、前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、前記第１の検波部の出力値と前記第２の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御することで、高い電力精度と高速応答の検波回路を用いずとも高精度な送信電力制御が可能となる送信電力制御装置が得られるとともに、Ｗ−ＣＤＭＡ通信システムにおける基地局装置に用いる送信機に適用することで、規定の最大送信電力に対してマージンを小さくし、送信電力の制御範囲を拡大することで回線容量を増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における送信電力制御装置の回路ブロック構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態１における比較演算部の内部構成を示す図である。
【図３】 本発明の実施の形態２における送信電力制御装置の回路ブロック構成図である。
【図４】 本発明の実施の形態２における比較演算部の内部構成を示す図である。
【図５】 本発明の実施の形態２における比較演算部の内部構成を示す図である。
【図６】 本発明の実施の形態３における送信電力制御装置の回路ブロック構成図である。
【図７】 本発明の実施の形態３における比較演算部の内部構成を示す図である。
【符号の説明】
１ Ｄ／Ａ変換器
２ Ｄ／Ａ変換器
３ａ 周波数変換部
４ 可変利得高周波電力増幅部
５ 結合器
６ 第１の検波部
７ Ａ／Ｄ変換器
８ａ 比較演算部
９ 第２の検波部
１０ 平均電力計算部
１１ Ｄ／Ａ変換器
Claims (4)
- 入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、
前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、
前記ベースバンド信号の検波電力値を求める第２の検波部と、
前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、
前記第１の検波部の出力値と前記第２の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、
前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御することを特徴とする送信電力制御装置。 - 入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、
前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、
前記可変利得高周波電力増幅部の入力信号を検出し、その検波電力値を得る第２の検波部と、
前記周波数変換部から出力されたＩ相信号を検出し、その検波電力値を得る第３の検波部と、
前記周波数変換部から出力されたＱ相信号を検出し、その検波電力値を得る第４の検波部と、
前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、
前記第１から第４の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、
前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御することを特徴とする送信電力制御装置。 - 入力のベースバンド信号を高周波信号に周波数変換する周波数変換部と、
前記周波数変換部の出力を増幅する可変利得高周波電力増幅部と、
前記可変利得高周波電力増幅部の送信出力信号を検出し、その検波電力値を得る第１の検波部と、
前記可変利得高周波電力増幅部の入力信号を検出し、その検波電力値を得る第２の検波部と、
前記ベースバンド信号の平均電力値を求める平均電力計算部と、
前記周波数変換部の利得が固定値で既知の場合に、この利得値と前記第１の検波部の出力値と前記第２の検波部の出力値と前記平均電力計算部の出力値とから送信出力電力値を求め、この送信出力電力値と送信電力設定値の比較演算を行うことにより制御信号を出力する比較演算部とを備え、
前記制御信号に基づいて前記可変利得高周波電力増幅部を制御することを特徴とする送信電力制御装置。 - 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の送信電力制御装置を具備したことを特徴とするＷ−ＣＤＭＡ基地局装置。
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