JP4877087B2

JP4877087B2 - 送信電力制御方法及び送信電力制御装置

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Publication number: JP4877087B2
Application number: JP2007159312A
Authority: JP
Inventors: 准溝江
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: JP2008312045A

Description

本発明は、マイクロ波・ミリ波帯で用いられる無線通信装置において、使用環境条件に依存せず、かつ、高精度に、しかも、広ダイナミックレンジで高周波帯の送信電力を可変することができる送信電力制御方法及び送信電力制御装置に係るものである。

マイクロ波・ミリ波帯を使用する無線通信装置において、送信電力の可変ダイナミックレンジの拡大が求められている。

送信電力の可変方法に関して、次に示す方法が一般的に広く用いられている。図９に示す従来例１と図１０に示す従来例２は、一般的な送信用ブロック図であるが、両者ともに、局部発振器１０１からの局部発振信号（ＬＯ）を局部発振逓倍器１０２で逓倍する一方、入力された中間周波数信号（ＩＦ）を中間周波数帯可変抵抗減衰器１０３で可変し、これらをミキサ１０４で合成してマイクロ波・ミリ波帯の高周波信号（ＲＦ）に周波数変換をし、これを送信電力増幅器１０５で増幅して送信出力とする。その際、送信電力増幅器１０５の前段の高周波帯可変抵抗減衰器１０６で送信電力を可変する。

図９に示す従来例１は、その送信電力制御をクローズドループで制御するもので、送信電力増幅器１０５の後段に送信電力検波器１０７を設け、その検波信号をクローズドループ送信電力制御回路１０８にて高周波帯可変抵抗減衰器１０６にフィードバックすることで実現している。

しかしながら、送信電力検波器１０７に用いられる検波ダイオードは、特に高周波、かつ低出力時に検波精度が著しく劣化するため、高精度の検波が難しくなり、それが技術的障壁になっていた。更に、高価で、技術的難易度が高いとか、マイクロ波・ミリ波帯での広ダイナミックレンジの可変抵抗減衰器が必要になるのも、本構成のデメリットである。

図１０に示す従来例２は、中間周波数帯可変抵抗減衰器１０３を制御して、中間周波数の入力電力を可変するが、この場合、設置環境変化（特に温度変化）による増幅器の特性変動をオープンループで補償するため、高周波帯可変抵抗減衰器１０６をオープンループで制御する送信電力制御回路１０９が必要となる。そのため、個々の素子のバラツキを補正するには、制御パラメータを個別に設定する必要あり、生産性の低下を招くばかりでなく、増幅器の経時劣化や素子故障等に起因する変化に対しては、全く補正が不可能であった。

ところで、最近の無線通信装置では、イメージ周波数を抑圧するイメージリジェクション型のミキサを用いたものが増えている。

特許文献１（特願２００３−４２６０４１公開公報、国際公開番号ＷＯ２００５／０６２４７４）には、イメージリジェクション型のミキサにおいて、通信品質に応じた制御信号により、局部発振信号の出力電力を制御する技術が開示されている。

しかし、これは、ＬＯ／ＲＦ電力比＝１の条件を満足しながら、ＬＯ出力を可変することを目的とし、ＬＯ出力変更命令に応じて位相を変化させることでＬＯ電力を可変しており、出力されるＲＦ電力は可変されない。
特願２００３−４２６０４１公開公報（国際公開番号ＷＯ２００５／０６２４７４）

本発明の課題は、可変抵抗減衰器の最大減衰量、並びに検波器の限界最小検波電力以下の送信電力を容易に、かつ高精度に、しかも、広ダイナミックレンジで高周波帯の送信電力を可変することができる送信電力制御方法及び送信電力制御装置を提供することにある。

本発明は、局部発振信号と中間周波数信号とを合成して高周波信号を生成するとともに、イメージ信号を抑圧するイメージリジェクションミキサ回路と、このイメージリジェクションミキサ回路の出力の送信電力を増幅し、その送信電力を検波してクローズドループで制御するクローズドループ型送信電力制御系とを有する無線通信装置において、イメージリジェクションミキサ回路内での局部発振信号と中間周波数信号と高周波信号の少なくとも一つの位相をクローズドループ型送信電力制御系で検波した送信電力に応じて可変して、イメージ信号と高周波信号の電力比を変化させる。

送信電力に応じてイメージリジェクションミキサ回路内の位相を可変する場合、次のような形態がある。
イメージリジェクションミキサ回路内の位相分配器で位相差を与えられた中間周波数信号の位相を局部発振信号と合成される前に可変する。
イメージリジェクションミキサ回路内の同相分配器で分配された局部発振信号の位相を中間周波数信号と合成される前に可変する。
イメージリジェクションミキサ回路で生成された高周波信号を位相合成器で合成される前に可変する。

本発明によれば、送信電力が所望の精度で制御できる可変範囲では、クローズドループ型送信電力制御系にて送信電力制御を行い、送信電力検波器の性能によりクローズドループ型送信電力制御系では所望精度が得られなく送信電力以下となったときには、検波電圧出力が一定になるように制御しながら、イメージリジェクションミキサ回路内で局部発振信号と中間周波数信号と高周波信号の少なくとも一つの位相を可変して、イメージ抑圧比を変化させ、イメージ信号と高周波信号の電力比を変化させることで、クローズドループ型送信電力制御系での送信電力制御範囲に加えて、最大でイメージリジェクションミキサ回路のイメージ抑圧量分だけ送信電力制御範囲を拡大できる。
従って、可変抵抗減衰器の最大減衰量、並びに検波器の限界最小検波電力以下の送信電力を容易に、かつ高精度に、しかも、広ダイナミックレンジで高周波帯の送信電力を可変することができる。

また、イメージリジェクションミキサ回路内の位相変化での電力制御領域は、基本的にオープンループ制御で実現するが、イメージリジェクションミキサ回路自体がバランス型であるため温度などの環境要因の変動の影響を受けにくいこと、更には、例えば送信電力増幅器等の、ミキサより出力側の素子の経時的な劣化に関しても、検波電力が一定になるように利得制御されるため、経時的な劣化等による送信出力補正、更には、故障検出も容易に実現できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に本発明の実施例１の送信電力制御装置を示す。この装置は、局部発振器１と、イメージリジェクションミキサ回路２と、その後段のクローズドループ型送信電力制御系３と、イメージ帯の不要波を抑圧するための帯域通過フィルタ４の他に、クローズドループ型送信電力制御系３からの制御でイメージリジェクションミキサ回路２内の位相を可変するための、送信電力制御回路５及び位相制御回路６を有する。

イメージリジェクションミキサ回路２は、第１と第２の２つのミキサ２１・２２と、中間周波数帯（ＩＦ）に対する９０度位相分配器２３及び位相可変器２４と、局部発振周波数帯（ＬＯ）に対する同相分配器２５と、高周波周波数帯（ＲＦ）に対する９０度位相合成器２６とを有する。

９０度位相分配器２３へ入力されたＩＦ信号は、９０度の位相差をもった２つのＩＦ信号に分岐され、９０度の位相差を与えられたＩＦ信号は第１のミキサ２１へそのまま入力されるのに対し、位相差を与えられなかったＩＦ信号は位相可変器２４へ入力されて、位相を可変される。

一方、局部発振器１からのＬＯ信号は同相分配器２５で２分岐され、そのうちの一方は第１のミキサ２１へ入力されて、９０度の位相差を与えられたＩＦ信号と合成され、他方は第２のミキサ２２へ入力されて、位相可変器２４で位相を可変されるＩＦ信号と合成される。

第１のミキサ２１で生成されたＲＦ信号と、第２のミキサ２２で生成されたＲＦ信号とは、９０度位相合成器２６で位相合成されてイメージリジェクションミキサ回路２から出力される。

クローズドループ型送信電力制御系３は、利得可変用の可変抵抗減衰器３１と、送信電力増幅器３２と、送信電力検出量の送信電力検波器３３と、この送信電力検波器３３からの入力をモニターしながら可変抵抗減衰器３１を制御できるクローズドループ送信電力制御回路３４とで構成されている。

送信電力制御回路５は、クローズドループ送信電力制御回路３４で所望精度が得られている可変範囲では有効に動作しないが、所望精度が得られなく送信電力以下となると、位相制御回路６を作動させてイメージリジェクションミキサ回路２内の位相可変器２４を可変する。

図２の送信スペクトラムを用いてその動作を説明する。
所望の高ダイナミックレンジの送信出力可変範囲を実現させるために、イメージリジェクションミキサ回路２からの出力スペクトラムは、図２の状態０に示すように、主に、所望のＲＦ信号とその信号よりイメージリジェクション比だけ低いレベルをもったイメージ信号、更にはＬＯ漏洩信号からなる。

初めに、送信電力検波器３３の出力最大で、可変抵抗減衰量最小となる最大送信出力の状態０から、検波精度の観点、可変抵抗減衰器３１のダイナミックレンジの観点から容易に実現できる下限送信出力電力である状態１までは、クローズドループ送信出力制御回路３４で、クローズドループにて送信出力をコントロールする。ここで得られる送信出力範囲は、図２内に示す送信出力制御範囲（１）となる。

次に、上記のクローズドループ制御で得られる送信出力制御範囲（１）以下の送信電力を実現する場合、イメージリジェクションミキサ回路２内に設けられた位相可変器２４を用いて、送信パワーを、次のように更に広いレンジで高精度で可変する。

図２で定義した状態１から、状態２、状態３へは、イメージリジェクションミキサ回路２内に設けられた位相可変器２４を０度から１８０度まで可変することで実現できる。具体的には、ＩＦ信号の位相をオープンループでコントロールすることで、図３（Ａ）のグラフにおいて状態１〜状態３に示すように、イメージリジェクション比を制御する。ここで重要なことは、送信電力検波器３３は、ＲＦ信号、イメージ信号、ＬＯ信号の全てを検波していることである。そのため、イメージリジェクション比をコントロールした場合でも、図３（Ｂ）のグラフに示すように検波電圧がほとんど変化しない。

このことは、初めのクローズドループの最小出力の状態のまま、イメージリジェクション比を変化させても、送信電力検波器３３は、ＲＦ信号、イメージ信号、ＬＯ信号の全てを送信波の総和を検波しているため、電力全体は一定にコントロールされており、結果として、イメージリジェクション比の変化量（劣化量）は、ＲＦ送信信号の変化量（絶対低下量）と考えることができる。最終的に、図１の帯域通過フィルタ４によって、イメージ信号は阻止され、ＲＦ信号のみ送信され、結果として、イメージリジェクション比だけ、つまり、図２内に示す送信出力制御範囲（２）だけ、送信電力の可変ダイナミックレンジを拡大することが可能となる。

このように、送信電力検波器３３、並びに可変抵抗減衰器３１による送信出力制御範囲（１）に加えて、イメージリジェクションミキサ回路２のイメージリジェクション比量である送信出力制御範囲（２）分だけ、送信出力範囲を拡大できることになる。

このようなイメージリジェクション変化による送信電力制御は、図４に示すように温度変化で送信電力範囲が微妙に変動する場合にも、原理的に高精度である。図５（Ａ）・（Ｂ）に温度変化させたときのシミュレーション結果を示すが、本来イメージリジェクション型ミキサの動作原理が差動型であることを考えれば、その結果は容易に類推できる。

更には、ＲＦ信号、イメージ信号、ＬＯ信号の全てを送信波の総和を検波して、クローズドループを保持したまま、送信電力制御しているため、送信電力増幅器３２の温度変動等の、環境要因に変化による特性変動や経時劣化が補償され、または、それらの異常の検出も可能になる。

因に、マイクロ波・ミリ波帯での送信出力制御範囲（１）は３０ｄＢ程度、イメージリジェクション比による送信出力制御範囲（２）は２０ｄＢ程度に容易に実現できることを考えると、全体で５０ｄＢの送信出力可変範囲を容易に確保できることになる。

図６に示す実施例２は、位相可変器２４を同相分配器２５と第２のミキサ２２との間に設け、同相分配器２５で分岐された一方のＬＯ信号の位相を可変するようにしたもので、実施例１と同様の効果が得られる。

図７に示す実施例３は、位相可変器２４を第１のミキサ２１と９０度位相合成器２６の間に設け、第１のミキサ２１で生成されたＲＦ信号の位相を可変するようにしたもので、実施例１と同様の効果が得られる。

図８に示す実施例４は、図１の実施例１における同相分配器２５に代えて９０度位相分配器２５ａ、９０度位相合成器２６に代えて同相の位相合成器２６ａを用いたものである。

なお、位相可変器２４は、位相を連続的に変化させる必要はなく、スイッチ的に切り替える方法もある。
一般に、高性能な位相可変器を実現するのは、難しい場合があるが、スイッチを用いて、９０度合成／分配器の極性を切り替えるのも同様の効果を実現できる。
簡単には、それぞれの９０度位相分配／合成器の極性を入力／出力スイッチなどを用いて切り替える方法でも同様の送信電力可変範囲が得られる。送信電力制御が不連続になってしまう欠点があるが、出力電力を連続的に変化させる必要が無い装置の場合、容易に送信出力範囲を拡大できる。

本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。その動作を送信スペクトラムを用いて解説した図である。（Ａ）は、図１のイメージリジェクションミキサ回路内に設けられた位相可変器で位相を可変することで送信電力が変化することを示すグラフである。（Ｂ）は、位相を可変しても送信電力検波器の検波電圧はほとんど変化しないことを示すグラフである。ＩＦ入力電力と検波電力との関係が温度により影響されることを示すグラフである。（Ａ）は、温度変化させたときのシミュレーション結果を示す図３（Ａ）と同様のグラフである。（Ｂ）は、同じく図３（Ｂ）と同様のグラフである。本発明の実施例２の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３の構成を示すブロック図である。本発明の実施例４の構成を示すブロック図である。従来例１の構成を示すブロック図である。従来例２の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１局部発振器
２イメージリジェクションミキサ回路
３クローズドループ型送信電力制御系
４帯域通過フィルタ
５送信電力制御回路
６位相制御回路
２１・２２第１及び第２のミキサ
２３９０度位相分配器
２４位相可変器
２５同相分配器
２６９０度位相合成器
３１可変抵抗減衰器
３２送信電力増幅器
３３送信電力検波器
３４クローズドループ送信電力制御回路

Claims

局部発振信号と中間周波数信号とを合成して高周波信号を生成するとともに、イメージ信号を抑圧するイメージリジェクションミキサ回路と、このイメージリジェクションミキサ回路の出力の送信電力を増幅し、その送信電力を検波してクローズドループで制御するクローズドループ型送信電力制御系とを有する無線通信装置において、前記イメージリジェクションミキサ回路内での局部発振信号と中間周波数信号と高周波信号の少なくとも一つの位相を前記クローズドループ型送信電力制御系で検波した送信電力に応じて可変して、イメージ信号と高周波信号の電力比を変化させることを特徴とする送信電力制御方法。
イメージリジェクションミキサ回路内の位相分配器で位相差を与えられた中間周波数信号の位相を局部発振信号と合成される前に可変することを特徴とする請求項１に記載の送信電力制御方法。
イメージリジェクションミキサ回路内の同相分配器で分配された局部発振信号の位相を中間周波数信号と合成される前に可変することを特徴とする請求項１に記載の送信電力制御方法。
イメージリジェクションミキサ回路で生成された高周波信号を位相合成器で合成される前に可変することを特徴とする請求項１に記載の送信電力制御方法。
局部発振信号と中間周波数信号とを合成して高周波信号を生成するとともに、イメージ信号を抑圧するイメージリジェクションミキサ回路と、このイメージリジェクションミキサ回路の出力の送信電力を増幅し、その送信電力を検波してクローズドループで制御するクローズドループ型送信電力制御系とを有する無線通信装置において、前記イメージリジェクションミキサ回路内での局部発振信号と中間周波数信号と高周波信号の少なくとも一つの位相を可変する位相可変器と、前記クローズドループ型送信電力制御系で検波した送信電力に応じて前記位相可変器を制御する位相制御回路とを備え、前記イメージリジェクションミキサ回路でのイメージ信号と高周波信号の電力比を前記クローズドループ型送信電力制御系で検波した送信電力に応じて変化させることを特徴とする送信電力制御装置。
位相可変器は、イメージリジェクションミキサ回路内の位相分配器で位相差を与えられた中間周波数信号の位相を局部発振信号と合成される前に可変することを特徴とする請求項５に記載の送信電力制御装置。
位相可変器は、イメージリジェクションミキサ回路内の同相分配器で分配された局部発振信号の位相を中間周波数信号と合成される前に可変することを特徴とする請求項５に記載の送信電力制御装置。
位相可変器は、イメージリジェクションミキサ回路で生成された高周波信号を位相合成器で合成される前に可変することを特徴とする請求項５に記載の送信電力制御装置。