JP5882430B6 - 送信器電力消費の制御のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
ここでの方法及び装置は、一般的に、無線周波数(RF)送信器に関し、特に、送信器増幅チェーン(chains)における電力消費を低減する方法及び装置に関する。
移動無線通信装置は、電源及び/又は装置の寿命を拡張するために、それらの電源の効率的な使用を行なうことがしばしば要求されている。多くの場合、移動装置の送信器回路は、装置の電力消費の主要な原因である。1つの典型的な例は、低デューティサイクル(LDC)ネットワークと呼ばれている。LDCネットワークは、LDC端末を含み、このLDC端末は、種々の位置トラッキング、タグ付け、遠隔及び同様の用途において使用される小サイズの通信装置である。LDC端末は、ハイバネーションサイクルにおいて動作し、これにより、各端末はウェイクアップし、小さな割合の時間のみでデータを受信し、送信する。この低デューティサイクル動作は、空間インターフェイスの利用及び端末の電源からのエネルギー消費を最小化する。
[概要]
LDC端末のような移動無線装置は、典型的には、一方で、小さなサイズの電源を有し、一方で、長期間動作することが期待され、装置の電力消費を低減することが多く望まれている。
LDC端末のような移動無線装置は、典型的には、一方で、小さなサイズの電源を有し、一方で、長期間動作することが期待され、装置の電力消費を低減することが多く望まれている。
方法及び装置の観点は、その電力消費を低減するために、無線周波数(RF)送信器における増幅ステージの設計及び制御を改善する。あるアスペクトにおいては、送信器は、ターゲット電力レベルで出力RF信号を送信する動作が可能であり、電力レベルをワイドダイナミックレンジで変化させることができる。ダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルでは、送信器における制御モジュールは、電源からの最小電力を消費しながら、適切なターゲット電力レベルを有する出力RF信号を生成するために送信器の増幅ステージの操作設定を構成する。開示された観点においては、送信器は無線通信装置の一部であり、さらに、受信器を有する。ターゲット電力レベルは、基地局から受信された信号に応答して決定される。また、ターゲット電力レベルは、他の手段によって決定されることも可能である。
増幅ステージの操作は、種々の方法で構成される。例えば、利得及び/又はそれらのバイアス電圧を制御することにより、バイパススイッチを使用して増幅ステージをバイパスすることにより、及び2以上の値の間の増幅ステージの供給電圧をスイッチングする方法で構成される。
いくつかの観点においては、送信器パワーレベルのダイナミックレンジは、いくつかのサブレンジ或いはインターバルに分割される。各サブレンジ内では、電源からの最小電力を消費する操作設定が決定される。操作の間、送信器が所定のターゲット電力レベルで送信することが要求されている時に、制御モジュールが、ターゲット電力レベルが属し、適切な操作設定を適用するサブレンジを決定する。
あるアスペクトにおいては、サブレンジ及び操作設定組み合わせは、ルックアップテーブル(LUT)を使用して示される。また、サブレンジ及び操作設定の組み合わせは、状態マシーンの観点から表現される。
ダイナミックレンジの離散サブレンジへの分割は、無線装置の典型的なプロファイル上の送信電力レベルの静的分配に対して最適化される。典型的には確率密度関数(PDF)として表わされるこの静的な分配の使用が、以下に説明される。
いくつかの例示的な送信器構成が説明される。これら送信器構成は単一帯域及び複数帯域操作に適した構成を有し、ハーフデュプレックス及びフルデュプレックス用途と同様である。シミュレートされたPDFを使用する例示的なテスト結果は、開示された方法及び装置を使用して平均電流が20%の減少を示した。
方法及び装置は、以下の詳細な記述を図面とともに参照することにより、より十分に理解される。
本願は、2005年8月25日に出願され、米国仮特許出願番号60/711,541、題名「送信器の電力消費の効率的制御」、さらに、2005年11月28日に出願され、米国仮特許出願番号60/740,038、題名「送信器の電力消費の効率的制御」であって、本願の譲受人に譲り渡された優先権を要求する。
システム記述
図1は、ここにおける方法及び装置に従った無線低デューティサイクル(LDC)通信システムを概略的に示すブロック図である。LDCシステム20は、セルラーネットワークのような一般的な無線ネットワークの一部としてLDC端末24と通信するように動作する。LDC端末24は、基地局28と通信する。基地局28はネットワーク32へのアクセスポイントとして扱われる。LDCネットワークがオーバレイされた従来の無線ネットワークは、例えば、セルラーネットワーク、パーソナル通信システム(PCS)或いは他の適切な公共或いはプライベート無線ネットワークを有する。LDCシステム20の異なるアスペクトは、従来の無線ネットワークによって使用されるいくつかの無線基準、プロトコル或いは空間インターフェイスに使用される。従来の無線ネットワークは、例えば、cdmaOne、UMTS、GSM(登録商標)或いは他の適切な基準である。LDCシステム20は、従来の無線ネットワークで使用されるどんな周波数帯域上の動作にも適用可能である。
図1は、ここにおける方法及び装置に従った無線低デューティサイクル(LDC)通信システムを概略的に示すブロック図である。LDCシステム20は、セルラーネットワークのような一般的な無線ネットワークの一部としてLDC端末24と通信するように動作する。LDC端末24は、基地局28と通信する。基地局28はネットワーク32へのアクセスポイントとして扱われる。LDCネットワークがオーバレイされた従来の無線ネットワークは、例えば、セルラーネットワーク、パーソナル通信システム(PCS)或いは他の適切な公共或いはプライベート無線ネットワークを有する。LDCシステム20の異なるアスペクトは、従来の無線ネットワークによって使用されるいくつかの無線基準、プロトコル或いは空間インターフェイスに使用される。従来の無線ネットワークは、例えば、cdmaOne、UMTS、GSM(登録商標)或いは他の適切な基準である。LDCシステム20は、従来の無線ネットワークで使用されるどんな周波数帯域上の動作にも適用可能である。
各端末24は、基地局28からの無線周波数(RF)信号を受信し、RF信号を基地局へ送信するアンテナ34を有する。基地局によって送信されるRF信号が受信され、ダウンコンバートされ、フィルタされ、復調され、さもなければ、受信器36によって処理される。受信器36の特定の動作は、ここにおける方法及び装置の範囲外である。端末24から基地局へ送信されるデータは変調され、アップコンバートされ、フィルタされ、送信器38によって増幅され出力RF信号を生成する。出力RF信号は、次に、アンテナ34を介して基地局28へ送信される。
人々及び資産トラッキングのように、いくつかのLDCアプリケーションは、LDC端末の位置座標の使用を作成する。ある観点においては、端末24は、広域ポジショニングシステム(GPS)受信器40のような位置センサを有する。位置センサを使用して、端末24は、その位置座標を決定することができ、この情報を基地局へ送信することができる。
端末24は、典型的には適切なバッテリを有する電源42によって電源が投入される。この電源は、電力を端末24の送信器、受信器、GPS受信器及び他のコンポーネントに供給する。多くのLDCアプリケーションにおいては、端末24が長時間動作することが可能であることが望ましく、しばしば、数ヶ月或いは数年間、電源42を交換し、再充電することなく長持ちさせることが望まれる。典型的には、送信器38は、電源42からのエネルギーの主要な顧客である。したがって、端末24の異なるコンポーネント、特に、送信器38及びその制御が電源からの現在の消費を最小化されるべきである。
端末24における制御モジュール44は、全ての制御及びLDC端末の管理機能を実行する。他の機能の中では、以下に詳細に述べる方法及び装置を使用して、制御モジュール44は送信器38の動作を制御し、電源42からの電流を最小化する。モジュール44は、特定用途IC(ASIC)のような集積回路(IC)におけるデジタルハードウェア回路を使用して実行される。また、モジュール44は、適切なマイクロプロセッサで動作するソフトウェアコードを使用し、或いはハードウェア及びソフトウェアエレメントの組合せを使用することにより実行される。
図2乃至図5は、ここにおける方法及び装置のアスペクトに従ったLDC端末24の送信器構成を概略的に示すブロック図である。図2の例示的な送信器構成を参照すると、端末24から基地局28へ送信されるデータが変調器46によって変調され、その信号をさらにフィルタし、適切な周波数範囲にアップコンバートする。変調器46の出力での変調されたRF信号は増幅チェーンによって増幅され、この増幅チェーンはカスケード接続された2つの増幅ステージを有し、これら増幅ステージは、すなわち、ドライバ増幅器(DA)48及び電力増幅器(PA)50である。
電力増幅器は、出力RF信号を生成する。この出力RF信号は、基地局28へアンテナ34を介して送信される。図2は明確にするために2つの増幅ステージを示しているが、ここにおいて述べられる方法及び装置は、どんな数の増幅ステージを有する増幅チェーンにおいても使用可能である。増幅ステージは、カスケード、並列構成、或いはこれらカスケード接続及び並列接続の混在した構成であっても良い。
あるアスペクトにおいては、LDCシステム20によって使用される空間インターフェイス或いはプロトコルは、フルデュプレックスプロトコルであり、このフルデュプレックスプロトコルにおいては、端末24はRF信号を同時に2つの異なるチャネル上で受信し、送信する。他のアスペクトにおいては、プロトコルはハーフデュプレックスプロトコルであり、このハーフデュプレックスプロトコルにおいては、典型的には同一の周波数上で、端末は送信と受信との間を同一の周波数上で交互に切り替える。デュプレクサ52は、送信受信周波数レンジを公知の方法でフィルタする。デュプレクサ52の1つの出力は、アンテナ34によって受信されたRF信号を受信器36に供給する。デュプレクサの使用は、フルデュプレクス及びハーフデュプレクス動作に好適である。デュプレクサがスイッチによって置き換えられるハーフデュプレクス動作に好適な択一的な構成が以下に述べられる。
あるアスペクトにおいては、送信器38は出力RF信号を所定の送信電力レベルで送信することが可能であり、この出力RF信号はワイドダイナミックレンジに渡って変化させることができる。典型的な送信電力レベルのダイナミックレンジは、80dBのオーダであり、−55dBmから+27dBmのレベルである。この送信電力レベルは、例えば、レンジ及び端末24と基地局28との間の通信チャネルの経路ロス、所望の信号/雑音比などに依存する。
多くの実際のケースでは、基地局28は端末24に出力RF信号を送信するために使用されるターゲット電力レベルを供給する。あるアスペクトにおいては、基地局は絶対ターゲット電力レベルを指示する。他のアスペクトにおいては、基地局は端末に所定の増加ステップサイズによって出力RF信号電力を増加し、或いは減少させることを指示する。指示の特定のフォーマットは、端末24と基地局28との間で定義されるプロトコルに依存する。さらに、他のアスペクトにおいては、LDC端末24自身が、例えば、基地局から受信したRF信号のレベルに応答的なターゲット電力レベルを決定する。事前に定義されたダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルについては、制御モジュール44は、電源42からの最小電力を消費している間、必要とされるターゲット電力レベルを有する出力RF信号を生成するために、送信器38の増幅ステージの操作設定を構成する。
増幅ステージの動作は、ターゲット電力レベルに応答的に種々の方法で構成される。あるアスペクトにおいては、モジュール44が利得及び/又は1つ以上の増幅ステージの飽和電力を、ステージに印加されるバイアス電圧を制御することによって制御する。典型的には、増幅ステージが低飽和電力にバイアスされる場合には、その電流消費は低減される。モジュール44は、2つ以上の所定の値の間のバイアス電圧の切替を行なうことも、択一的にバイアス電圧の連続的なレンジを提供することもできる。
さらに、或いは択一的に、モジュール44はバイパススイッチ54を使用して1つ以上の増幅ステージをバイパスすることができる。図2の送信器構成においては、制御モジュール44に適切な時期にPAをバイパスすることを可能とするように、2つのバイパススイッチが電力増幅器50の入力及び出力に接続される。あるアスペクトにおいては、ステージがバイパスされると、その供給電圧もまた、ターンオフされ、さらに、電力消費が低減される。
さらに、追加的に或いは択一的に、モジュール44はDCスイッチ55を使用する2つ以上の値の間の1つ以上の増幅ステージの供給電圧をスイッチできる。図2において示された実施の形態においては、双方のドライバ増幅器48及び電力増幅器50は、モジュール44によって制御され、このようなDCスイッチを介して電力源42の出力に接続されている。このアスペクトでは、電源42は、デュアル電圧源を有する。例えば、供給電圧は3.4V高電圧と1.5V低電圧との間で切り替えられる。スイッチ55は、図において示されているけれども、明確化のために、電源42と分離して、これらスイッチは択一的に、電源それ自体内部に集積される。追加的に或いは択一的に、モジュール44は、送信器のいくつかの増幅ステージにおける他の適切な操作設定或いは設定の組み合わせを構成する。
いくつかのケースにおいては、操作設定を決定する場合、電力消費の最小化の間と、出力RF信号の品質を維持することとの間とのトレードオフがある。例えば、供給電圧或いは増幅ステージのバイアス電圧を低下させることが、ターゲット電力レベルでのステージの直線性を劣化することができる。劣化した直線性は、相互変調歪み及び他の望まない異なる放射を引き起こす。したがって、操作設定を決定することは、信号品質考慮を許容する。
いくつかのケースにおいては、供給電圧或いはバイアス電圧を切り替えることは、過度歪み、特に、位相歪みを電圧変化の間の増幅された信号に持ち込む。増幅ステージをバイパスすることは、過度切替をさらに持ち込むことができる。これらの効果は、送信の間の操作設定を改良することがしばしば望ましい、特に、フルデュプレックス用途において考慮されている。ハーフデュプレックス用途においては、送信がアイドルの場合(例えば、プロトコルガードタイム或いは受信の間)、操作設定をしばしば改良することが可能であり、これにより、過度歪みを避ける。
図3は、ここにおける方法及び装置に従った他の送信器構成を示す。図3の送信器構成は、2つの増幅チェーンを有する多重帯域構成である。各増幅チェーンは、図2の構成と構造が類似する。第1の増幅チェーン(変調器MOD Aによって駆動されるドライバ増幅器DA A及び電力増幅器PA Aを有する)は、800或いは900MHz付近のセルラ周波数帯域のような1つの帯域で送信する。第2の増幅チェーン(変調器MOD Bによって駆動されるドライバ増幅器DA B及び電力増幅器PA Bを有する)は、1800或いは1900MHz付近のPCS周波数帯域のような1つの他の帯域で送信する。ダイプレクサ56は2つの増幅チェーンをアンテナ34に接続する。図2のように、制御モジュール44は、適切なときのバイパス電力増幅器50と同様に、ドライバ増幅器48のバイアス電圧及び供給電圧、及び電力増幅器50を構成する。
(図示しない)択一的なアスペクトにおいては、図3における2つのバイパススイッチはバイパス及び帯域選択の双方を実行する単一ポール4投入(four-throw)(SP4T)スイッチによって置き換えられる。SP4ATスイッチの出力は、単一のデュプレクサ52を介してアンテナに供給される。デュプレクサ52の受信側出力にはRxA及びRxBが供給される。
当業者にとって明らかなように、他の多重帯域送信器構成もここにおいて述べられる方法及び装置の観点の範囲であり、PCS周波数帯域及びGSM900MHz帯域のセルラ周波数帯域上で送信を行なう装置に限られるものではない。
図4は、ハーフデュプレックス操作に特に最適な他の例示的な構成を示す。図4の構成においては、モジュール44によって制御される単一ポール3投入(SP3T)スイッチ58が2つの機能を組み合わせる。すなわち、送信モードにおけるPA50のバイパス及び送信器38と受信器36との間のアンテナ34の切替機能を組み合わせ、これにより、デュプレクサ52を置き換える。この構成は、図2の構成に比して、より良い送信効率を提供する。PA50とアンテナ34との間の挿入損失を低減するからである。しかしながら、SP3T切り替え構成はハーフデュプレックス動作においてのみ使用されることが可能である。スイッチがアンテナを送信器38或いは受信器36のいずれかに接続し、同時に双方に接続しないからである。
図5は、他のハーフデュプレックス操作に最適な他の多重帯域構成を示す。この図は、図3の構造と同様に、モジュール44によって制御される2つの増幅チェーンを示す。図4のハーフデュプレックス構造と同様に、デュプレクサ52はスイッチによって置きかえられている。図5において示された構造において、単一ポール6投入(SP6T)スイッチ60は図3に示す2つのデュプレクサ52及びダイプレクサ56を置き換える。SP6Tスイッチ60は、したがって、帯域選択と同様に、PA A及びPA B双方のPAバイパスを実行する。この構成は、PA50とアンテナ34の出力との間の低挿入損失のため、しばしばハーフデュプレックスシナリオにおいて望ましい。
図2乃至図5に示した全ての構造において、送信器回路のいくつかはRF集積回路(RFIC)に集積され、コスト、サイズ、チップ総数及び消費電力を低減する。例えば、変調器48及び駆動増幅器48(或いは、例えば、図3及び図5の多重帯域構造におけるような2つのチェーン)はRFICに集積される。あるアスペクトにおいては、PA50の入力に接続されたバイパススイッチもRFICに集積されることが可能である。
あるアスペクトにおいては、電力増幅50は集積され、商用的に入手可能な増幅器ユニットを有する、このような増幅器ユニットは、しばしば、外的に制御可能なバイパススイッチ及び/又は外部バイアス制御のための手段とともに集積された2つ以上のカスケード接続された増幅ステージを有する。
制御モジュール動作
上述のように、LDC端末24によって定義されたダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルについて、電源42から流れる電流を最小化する間、出力RF信号が要求された送信電力レベルをもつように、制御モジュール44は増幅ステージの1つ以上の操作設定を決定する。
上述のように、LDC端末24によって定義されたダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルについて、電源42から流れる電流を最小化する間、出力RF信号が要求された送信電力レベルをもつように、制御モジュール44は増幅ステージの1つ以上の操作設定を決定する。
あるアスペクトにおいては、モジュール44は送信電力レベルのダイナミックレンジをいくつかのサブレンジに分割する。各サブレンジ内では、モジュール44は電源42からの消費電力を最小化する操作設定の組合せを決定する。動作の間、LDC端末があるターゲット電力レベルでの送信が必要とされた場合、モジュール44は、このターゲット電力レベルが属するサブレンジを決定し、適切な操作設定を適用する。
あるアスペクトにおいては、サブレンジ及び操作設定組み合わせはルックアップテーブル(LUT)を使用して表わされ、このルックアップテーブルは要求された電力レベルにしたがってアクセスされる。各ターゲット電力レベルについて、LUTは操作設定の定義を保持する。この定義は、例えば、ある増幅ステージがバイパスされるべきか、供給電圧の値及び増幅ステージのバイアス電圧であるかである。また、サブレンジ及び操作設定組み合わせは、状態マシーンの観点から表わされる。状態マシーンの各状態は、ダイナミックレンジのサブレンジに相当する。
図6は、例示的な状態図であり、ここにおける方法及び装置にしたがった送信器38の動作状態を概略的に示している。図6に示した状態マシーンは1つの駆動増幅器(DA)及び1つの電力増幅器(PA)を有する送信器構成に相当する。本例においては、PAは供給電圧は2つの値”高”、”低”の間で切り替えられる。PA及びDAのバイアス電圧は、(他と独立して)2つの値”高”、”低”の間で切り替えられる。さらに、PAはバイパスされる。PAがバイパスされると、その供給電圧はターンオフされ、さらに消費電力が低減される。
送信電力レベルのダイナミックは、5つのサブレンジに分割され、あるいは、5つの動作状態によって表わされるインターバルに分割される。各状態は、操作設定の特定の状態に対応する。例えば、非常に高い電力状態70は、ダイナミックレンジにおける最も高い電力レベルのインターバルに対応する。状態70(すなわち、ターゲット電力レベルが対応するインターバル内の場合)の場合、モジュール44は高バイアス電圧及び高供給電圧をPA50に設定し、高バイアス電圧をDA48に設定する。以下の表は、図6の状態マシーンにおける5つの各状態の操作設定を与える。
状態マシーンにおける操作状態間の遷移は、閾値を使用することにより定義される。”閾1”から”閾4”で示される下方向の閾は下方向の遷移と定義される。すなわち、高電力状態から低電力状態への遷移である。”閾1A”から”閾4A”で示される上方向の閾は上方向の遷移、或いは低電力状態から高電力状態への遷移と定義される。いくつかのヒステリシスを状態マシーン遷移に導入するために、各上方向の閾はそのそれぞれの下方向の閾よりも僅かに高い。ヒステリシスメカニズムは、ターゲット電力レベルが閾値に近づいたときに、反復性遷移の状況或いは振動を避ける。
択一的なアスペクトにおいては、状態マシーンは、ヒステリシスのない1つの閾の組を有する。さらに、択一的に、状態マシーンはどんな数の操作状態を有していても良く、各状態は操作設定のどんな適切な定義を持つことができる。
LDC端末の操作の間、端末があるターゲット電力レベルで送信することが必要とされると、モジュール44は、このターゲット電力レベルを現在の操作状態の2つの遷移の閾と比較する。比較に応じて、モジュール44は、隣接する高い状態へ移動し、或いは隣接する低い状態へ移動し、或いは同じ状態にとどまる。他のアスペクトにおいては、状態マシーンは、隣接しない状態への遷移を含み、ターゲット電力レベルの迅速な変化を可能にする。
電力レベル統計考察
あるアスペクトにおいては、ダイナミックレンジの分離サブレンジへの分割は送信電力レベルの統計分布である。あるLDC用途においては、LDC端末の典型的な操作プロファイルの送信電力レベルの統計分布の推定、測定或いはモデルであることが可能である。この統計分布は、典型的には、確率密度関数(PDF)として表わされ、ダイナミックレンジのサブレンジへの分割の最適化及び各サブレンジの操作設定の定義に使用される。典型的には、この最適化は、量産の前の端末構成の設計の間に実行される。
あるアスペクトにおいては、ダイナミックレンジの分離サブレンジへの分割は送信電力レベルの統計分布である。あるLDC用途においては、LDC端末の典型的な操作プロファイルの送信電力レベルの統計分布の推定、測定或いはモデルであることが可能である。この統計分布は、典型的には、確率密度関数(PDF)として表わされ、ダイナミックレンジのサブレンジへの分割の最適化及び各サブレンジの操作設定の定義に使用される。典型的には、この最適化は、量産の前の端末構成の設計の間に実行される。
あるアスペクトにおいては、特に、制御モジュール44がASICにおけるデジタルハードウェア回路を使用して実現され、多くのサブレンジ及び操作設定の組み合わせは多くのより複雑なASICを必要とする。これらアスペクトにおいては、上述の最適化プロセスはサブレンジ(或いは状態マシーンにおける操作状態)の数及び操作設定値の組み合わせ数を低減する利点である。PDFを使用することは、消費電力の最小の低下とともに、サブレンジ及び操作設定数を低減するのに役立つ。同様に、送信器の基本設計におけるあるスイッチが実際にはいくつかの操作状態を実行するのに必要とされていない。これらスイッチは、次に、量産化された端末から削除され、その結果、チップ面積及びコストが抑えられる。
図7は、ここにおける方法及び装置に従ったターゲット電力レベルの例示的な確率分布関数(PDF)を概略的に示すプロットである。図7の水平軸は、送信電力レベルのダイナミックレンジを示し、この例においては、−55dBmから+27dBmである。データポイント90は、各送信電力レベルの発生の確率密度を与える。最も共通的に発生する送信電力レベルは、最も共通のターゲット電力レベルである0dBmを有する略−20dBm及び+20dBmの間に集中していることが分かる。
で表わされる。この場合において、Pは送信電力レベルの範囲を示し、I(p)は送信電力レベルpの電流消費を示し、f(p)は上述の送信電力レベルのPDFを示す。積分は、ダイナミックレンジP全体にわたって行なわれる。
ダイナミックレンジが分離サブレンジに分割される場合、上述のように、それぞれは操作設定のある組を有し、そして、I(p)は、各サブレンジにおいて一定であり、その値はモジュール44によって決定されるサブレンジのための操作設定によって決定される。上述の式を使用して、サブレンジの数、サブレンジの境界及び各サブレンジ内の電流消費は、平均電流消費
を最小化するように最適化することができる。
の最適化は、より共通に発生する電力レベルにおける電流消費を減少させている間、あるまれに発生する送信電力レベルにおける電流消費を増大することができる。さらに、或いは択一的に、サブレンジへの分割は、より強調を共通的に発生する送信電力レベルを与えるように選択される。
図8は、ここにおける方法及び装置に従ったLDC端末送信器38の電流消費を概略的に示すプロットである。図8の水平軸は、送信電力レベルのダイナミックレンジを示しており、この例においては、−55dBmから+27dBmである。垂直軸は、電源42からの送信器の電流消費を与える。この例における電源は、2.85Vバッテリである。
図8において示されている性能の例示的な送信器構成は、ドライバ増幅器及びカスケード接続された電力増幅器である。電力増幅器は、2つの内部ステージを有する集積装置を有する。PAの第2の内部ステージは、外部制御を使用することによりバイパスされる。以下の表は、本例において定義された3つの操作状態である。
2つの閾は操作状態間の遷移を決定するのに定義される。高状態と中状態との間の遷移は7dBmにて発生し、中状態と低状態との間の遷移は−9dBmで発生する。3つの操作状態に対応するサブレンジは、図8の水平軸に沿うって示される。
データポイント94は、基準構成の電流消費を与える。この基準構成は、操作設定のアダプティブな変形はない。この基準構成においては、ターゲット電力レベルにかかわらず、DA及びPAの双方のステージは一定的に動作可能である。データポイント98は、ここにおける方法及び装置にしたがって、操作設定が、ターゲット電力レベルに応答的に決定された場合に、電流消費を与える。
データポイントの2つの組を比較することは、開示された方法及び装置の送信電力消費の減少の有効性を示す。”高”状態においては、双方の構成は等しく、その結果、電源42から同じ電流を消費する。”中”状態においては、アダプティブな構成が、ターゲット電力レベルに依存し、87mA及び63mAの間で消費している間に、基準構成が2.85Vで92mAを消費する。”低”状態においては、アダプティブな構成が47mAのみを消費している間、2.85Vで92mAを依然消費する。
=118.8mAである。本例におけるLDC端末の典型的な操作プロファイルにわたってカバーする平均電流は、26.5mAであり、その量は20%の減少している。
ここにおいて述べられる方法及び装置は、主にLDC端末における増幅ステージの制御に関するものであるが、ここにおける方法及び装置の原則は、低消費電力が望ましいとされる他の電力増幅用途における電力消費の低減に使用されることもできる。このような用途は、例えば、セルラーハンドセット、無線周波数識別(RFID)トランスポンダー及び衛星送信を含む。
上述のアスペクトは例示的に示されたことは、したがって、明らかであり、ここにおける方法及び装置は、特に、ここにおいて上述され、示されたことに限定されない。むしろ、ここにおける方法及び装置の範囲は、ここにおいて上述した種々の特徴の双方の組み合わせ及びサブコンビネーションを含み、同様に、当業者が従来技術に開示されていない前述の記載を読めば考えられるその変形及び改良も同様に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
1つ以上の増幅ステージを有する無線周波数(RF)送信器を制御する方法において、
送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを定義し、
前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、
前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割し、各サブレンジ毎に、少なくとも1つ以上の増幅ステージの1つ以上の操作設定を決定し、
前記送信器の使用の間に、出力RF信号のターゲット電力レベルを決定するために送信器を構成し、前記ターゲット電力レベルになる(fall in)サブレンジに依存する1つ以上の操作設定を適用するために前記送信器を構成する方法。
[C2]
レンジを分割すること及び操作設定を決定することは、統計分布の観点から送信器によって引き出される電力を低減するために、サブレンジ及び設定を選択することを含むC1記載の方法。
[C3]
前記1つ以上の増幅ステージは、構成可能なパラメータの組を有し、操作設定を決定することは、操作設定が適用されるパラメータのサブセットを選択することと、サブセットに存在しない少なくとも1つのパラメータの構成性を無能化することを含むC1記載の方法。
[C4]
前記RF送信器は、LDCネットワークにおける低デューティサイクル(LDC)端末の一部であるC1記載の方法。
[C5]
前記1つ以上の操作設定は、少なくとも1つの供給電圧、バイアス電圧及びバイパス状態を有し、前記送信器を構成することは、少なくとも1つの供給電圧を変更すること、バイアス電圧を変更すること及び1つ以上の増幅ステージをバイパスすることを有するC1記載の方法。
[C6]
少なくとも1つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、受信モードと送信モードとの間を交替し、ハーフデュプレックスプロトコルにしたがって動作し、送信器を構成することは、少なくとも1つの1つ以上の増幅ステージをバイパスするためにバイパス状態を適用することと、単一のRFスイッチを使用して、受信モードと送信モードとの間を交替することとを含むC5記載の方法。
[C7]
前記少なくとも1つの操作設定はバイパス状態を有し、前記送信器は、多重周波数帯域のうちの1つで送信するための多重帯域送信器を有し、送信器を構成することは、1つ以上の増幅ステージのうちの少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、RFスイッチを使用して多重周波数帯のうちの1つを選択することを含むC5記載の方法。
[C8]
レンジを分割することは、多くのサブレンジのうちの少なくとも1つを減少することと、統計分布に応答して操作設定の数を減少することとを含むC1記載の方法。
[C9]
送信器を構成することは、状態マシーン及びルックアップテーブル(LUT)の少なくとも1つを使用して、操作設定を選択するように送信器を構成することを含むC1記載の方法。
[C10]
出力RF信号を生成するように配置された1つ以上の増幅ステージと、ここで、少なくとも1つの増幅ステージは1つ以上の操作設定を使用して構成可能であり、1つ以上の操作設定は、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを定義し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割し、各サブレンジ毎に、少なくとも1つ以上の増幅ステージの1つ以上の操作設定を決定することにより決定され、
前記送信器の使用の間、出力RF信号のターゲット電力レベルを決定し、1つ以上の操作設定をターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する少なくとも1つの増幅ステージに適用する制御モジュールとを具備する無線周波数(RF)送信器。
[C11]
送信器を操作するための電力を供給する電源を具備し、
前記サブレンジ及び設定は、統計分布の観点から電源から送信器によって引き出される電力を低減するように選択されるC10記載の送信器。
[C12]
前記1つ以上の増幅ステージは、構成可能なパラメータの組を有し、前記サブレンジ及び設定は、操作設定が適用されるパラメータのサブセットを選択するように選択され、サブセットに存在しない少なくとも1つのパラメータの構成性を無能化するC10記載の送信器。
[C13]
前記送信器は、LDCネットワークにおける低デューティサイクル(LDC)端末の一部としてさらに動作するC10記載の送信器。
[C14]
前記1つ以上の操作設定は、少なくとも1つの供給電圧、バイアス電圧及びバイパス状態を有し、前記制御モジュールは、供給電圧を変更すること、バイアス電圧を変更すること及び少なくとも1つの1つ以上の増幅ステージをバイパスすることの少なくとも1つを実行することにより、1つ以上の操作設定を適用するC10記載の送信器。
[C15]
少なくとも1つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、受信モードと送信モードとの間を交替し、ハーフデュプレックスプロトコルにしたがって動作し、制御モジュールによって制御されるRFスイッチを具備し、前記スイッチは、1つ以上の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、受信モードと送信モードとの間を交替するC14記載の送信器。
[C16]
少なくとも1つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、多重周波数帯域のうちの1つで送信するための多重帯域送信器を有し、制御モジュールによって制御されるRFスイッチを具備し、前記スイッチは、1つ以上の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、多重周波数帯域の1つを選択するC14記載の送信器。
[C17]
前記サブレンジは、状態マシーン及びルックアップテーブル(LUT)の少なくとも1つを使用して表現されるC10記載の送信器。
[C18]
受信モードと送信モードとの間を交替するように構成されたハーフデュプレックス送信器において、
前記送信モードにおける送信のための出力信号を生成するように動作する送信回路と、前記送信回路は増幅ステージを有し、
前記受信モードにおいて入力信号を受信するように動作する受信回路と、
前記送信回路及び受信回路に接続され、受信モードと送信モードとの間を切り替え、送信モードにおける増幅ステージを選択的にバイパスするスイッチと、
出力信号のターゲット電力レベルを決定し、送信モード或いは受信モードを選択し、ターゲット電力レベルに応答して、送信モードにおける増幅ステージをバイパスするようにスイッチの操作を制御する制御モジュールとを具備する送信器。
[C19]
前記スイッチは、単一ポールスイッチであり、受信モードのための第1の投入位置、増幅ステージから送信モードにおける出力信号を受け取る第2の投入位置を有し、増幅ステージをバイパスしている間、送信モードにおける出力信号を受け取る第3の投入位置を有するC18記載の送信器。
[C20]
前記制御モジュールは、前記ターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する増幅ステージをバイパスするかを決定し、この場合においてサブレンジは複数のサブレンジから選択されたものであり、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを決定し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割することにより定義されるC18記載の送信器。
[C21]
第1の周波数帯域において第1の出力信号を生成する第1の増幅ステージと、
第2の周波数帯域において第2の出力信号を生成する第2の増幅ステージと、
前記第1及び第2の増幅ステージを選択的にバイパスし、前記第1及び第2の周波数帯域間を選択するRFスイッチと、
少なくとも1つの第1及び第2の出力信号のターゲット電力レベルを決定し、第1及び第2の周波数帯域間を選択し、前記ターゲット電力レベルに応答して、前記第1及び第2の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスする制御モジュールとを具備する送信器。
[C22]
前記スイッチは、単一ポールスイッチであり、第1の増幅ステージをバイパスしていない間、第1の出力信号を受け取る第1の投入位置と、第2の増幅ステージをバイパスしていない間、第2の出力信号を受け取る第2の投入位置と、前記第1の増幅ステージ及び第2の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスしている間、第1及び第2の出力信号のうちの1つを受け取る第3の投入位置を少なくとも有するC21記載の送信器。
[C23]
前記制御モジュールは、前記ターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する第1及び第2の増幅ステージのうちの少なくとも1つをバイパスするか否かを決定し、前記サブレンジは複数のサブレンジから選択されたものであり、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを決定し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割することにより定義されるC21記載の送信器。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
1つ以上の増幅ステージを有する無線周波数(RF)送信器を制御する方法において、
送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを定義し、
前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、
前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割し、各サブレンジ毎に、少なくとも1つ以上の増幅ステージの1つ以上の操作設定を決定し、
前記送信器の使用の間に、出力RF信号のターゲット電力レベルを決定するために送信器を構成し、前記ターゲット電力レベルになる(fall in)サブレンジに依存する1つ以上の操作設定を適用するために前記送信器を構成する方法。
[C2]
レンジを分割すること及び操作設定を決定することは、統計分布の観点から送信器によって引き出される電力を低減するために、サブレンジ及び設定を選択することを含むC1記載の方法。
[C3]
前記1つ以上の増幅ステージは、構成可能なパラメータの組を有し、操作設定を決定することは、操作設定が適用されるパラメータのサブセットを選択することと、サブセットに存在しない少なくとも1つのパラメータの構成性を無能化することを含むC1記載の方法。
[C4]
前記RF送信器は、LDCネットワークにおける低デューティサイクル(LDC)端末の一部であるC1記載の方法。
[C5]
前記1つ以上の操作設定は、少なくとも1つの供給電圧、バイアス電圧及びバイパス状態を有し、前記送信器を構成することは、少なくとも1つの供給電圧を変更すること、バイアス電圧を変更すること及び1つ以上の増幅ステージをバイパスすることを有するC1記載の方法。
[C6]
少なくとも1つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、受信モードと送信モードとの間を交替し、ハーフデュプレックスプロトコルにしたがって動作し、送信器を構成することは、少なくとも1つの1つ以上の増幅ステージをバイパスするためにバイパス状態を適用することと、単一のRFスイッチを使用して、受信モードと送信モードとの間を交替することとを含むC5記載の方法。
[C7]
前記少なくとも1つの操作設定はバイパス状態を有し、前記送信器は、多重周波数帯域のうちの1つで送信するための多重帯域送信器を有し、送信器を構成することは、1つ以上の増幅ステージのうちの少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、RFスイッチを使用して多重周波数帯のうちの1つを選択することを含むC5記載の方法。
[C8]
レンジを分割することは、多くのサブレンジのうちの少なくとも1つを減少することと、統計分布に応答して操作設定の数を減少することとを含むC1記載の方法。
[C9]
送信器を構成することは、状態マシーン及びルックアップテーブル(LUT)の少なくとも1つを使用して、操作設定を選択するように送信器を構成することを含むC1記載の方法。
[C10]
出力RF信号を生成するように配置された1つ以上の増幅ステージと、ここで、少なくとも1つの増幅ステージは1つ以上の操作設定を使用して構成可能であり、1つ以上の操作設定は、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを定義し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割し、各サブレンジ毎に、少なくとも1つ以上の増幅ステージの1つ以上の操作設定を決定することにより決定され、
前記送信器の使用の間、出力RF信号のターゲット電力レベルを決定し、1つ以上の操作設定をターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する少なくとも1つの増幅ステージに適用する制御モジュールとを具備する無線周波数(RF)送信器。
[C11]
送信器を操作するための電力を供給する電源を具備し、
前記サブレンジ及び設定は、統計分布の観点から電源から送信器によって引き出される電力を低減するように選択されるC10記載の送信器。
[C12]
前記1つ以上の増幅ステージは、構成可能なパラメータの組を有し、前記サブレンジ及び設定は、操作設定が適用されるパラメータのサブセットを選択するように選択され、サブセットに存在しない少なくとも1つのパラメータの構成性を無能化するC10記載の送信器。
[C13]
前記送信器は、LDCネットワークにおける低デューティサイクル(LDC)端末の一部としてさらに動作するC10記載の送信器。
[C14]
前記1つ以上の操作設定は、少なくとも1つの供給電圧、バイアス電圧及びバイパス状態を有し、前記制御モジュールは、供給電圧を変更すること、バイアス電圧を変更すること及び少なくとも1つの1つ以上の増幅ステージをバイパスすることの少なくとも1つを実行することにより、1つ以上の操作設定を適用するC10記載の送信器。
[C15]
少なくとも1つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、受信モードと送信モードとの間を交替し、ハーフデュプレックスプロトコルにしたがって動作し、制御モジュールによって制御されるRFスイッチを具備し、前記スイッチは、1つ以上の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、受信モードと送信モードとの間を交替するC14記載の送信器。
[C16]
少なくとも1つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、多重周波数帯域のうちの1つで送信するための多重帯域送信器を有し、制御モジュールによって制御されるRFスイッチを具備し、前記スイッチは、1つ以上の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、多重周波数帯域の1つを選択するC14記載の送信器。
[C17]
前記サブレンジは、状態マシーン及びルックアップテーブル(LUT)の少なくとも1つを使用して表現されるC10記載の送信器。
[C18]
受信モードと送信モードとの間を交替するように構成されたハーフデュプレックス送信器において、
前記送信モードにおける送信のための出力信号を生成するように動作する送信回路と、前記送信回路は増幅ステージを有し、
前記受信モードにおいて入力信号を受信するように動作する受信回路と、
前記送信回路及び受信回路に接続され、受信モードと送信モードとの間を切り替え、送信モードにおける増幅ステージを選択的にバイパスするスイッチと、
出力信号のターゲット電力レベルを決定し、送信モード或いは受信モードを選択し、ターゲット電力レベルに応答して、送信モードにおける増幅ステージをバイパスするようにスイッチの操作を制御する制御モジュールとを具備する送信器。
[C19]
前記スイッチは、単一ポールスイッチであり、受信モードのための第1の投入位置、増幅ステージから送信モードにおける出力信号を受け取る第2の投入位置を有し、増幅ステージをバイパスしている間、送信モードにおける出力信号を受け取る第3の投入位置を有するC18記載の送信器。
[C20]
前記制御モジュールは、前記ターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する増幅ステージをバイパスするかを決定し、この場合においてサブレンジは複数のサブレンジから選択されたものであり、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを決定し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割することにより定義されるC18記載の送信器。
[C21]
第1の周波数帯域において第1の出力信号を生成する第1の増幅ステージと、
第2の周波数帯域において第2の出力信号を生成する第2の増幅ステージと、
前記第1及び第2の増幅ステージを選択的にバイパスし、前記第1及び第2の周波数帯域間を選択するRFスイッチと、
少なくとも1つの第1及び第2の出力信号のターゲット電力レベルを決定し、第1及び第2の周波数帯域間を選択し、前記ターゲット電力レベルに応答して、前記第1及び第2の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスする制御モジュールとを具備する送信器。
[C22]
前記スイッチは、単一ポールスイッチであり、第1の増幅ステージをバイパスしていない間、第1の出力信号を受け取る第1の投入位置と、第2の増幅ステージをバイパスしていない間、第2の出力信号を受け取る第2の投入位置と、前記第1の増幅ステージ及び第2の増幅ステージの少なくとも1つをバイパスしている間、第1及び第2の出力信号のうちの1つを受け取る第3の投入位置を少なくとも有するC21記載の送信器。
[C23]
前記制御モジュールは、前記ターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する第1及び第2の増幅ステージのうちの少なくとも1つをバイパスするか否かを決定し、前記サブレンジは複数のサブレンジから選択されたものであり、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを決定し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割することにより定義されるC21記載の送信器。
Claims (12)
- 1つ以上の増幅ステージを有する無線周波数(RF)送信器を制御する方法において、
前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布が決定され、
前記統計分布に基づいて、前記レンジが複数のサブレンジに分割されており、各サブレンジに、前記増幅ステージのうちの少なくとも1つの1つ以上の操作設定が決定されており、
前記方法は、
基地局から受信したRF信号のレベルに応答して、前記送信器の使用の間に、出力RF信号のターゲット電力レベルを決定することと、
前記決定されたターゲット電力レベルが置かれる(fall in)前記サブレンジに依存する前記1つ以上の操作設定を適用することと、
を備え、
前記1つ以上の操作設定を適用することは、状態遷移制御に基づき制御され、各状態は遷移をするために前記決定されたターゲット電力レベルと比較される閾値を有し、
前記1つ以上の操作設定を適用することは、アンテナに接続するため、受信機、前記1つ以上の増幅ステージの少なくとも1つ、及び、前記1つ以上の増幅ステージの前記少なくとも1つをバイパスするルートを切り替えるように構成された単一のスイッチを制御することを備える、方法。 - 前記レンジを分割すること及び前記操作設定を決定することは、前記統計分布の観点から前記送信器によって引き出される電力を低減するために、前記サブレンジ及び設定を選択することを含む請求項1記載の方法。
- 前記複数のサブレンジの各々は、前記操作設定が適用されるパラメータを有する請求項1記載の方法。
- 前記RF送信器は、低デューティサイクル(LDC)ネットワークにおけるLDC端末の一部である請求項1記載の方法。
- 前記送信器は、多重周波数帯域のうちの1つで送信するように結合された多重帯域送信器を有し、前記1つ以上の操作設定を適用することは、前記1つ以上の増幅ステージのうちの前記少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、RFスイッチを使用して前記多重周波数帯域のうちの1つを選択することを含む請求項1記載の方法。
- 状態マシーン及びルックアップテーブル(LUT)の少なくとも1つを使用して、前記操作設定を選択するように前記送信器を構成することを含む請求項1記載の方法。
- 出力無線周波数(RF)信号を生成するように配置された1つ以上の増幅ステージと、ここで、前記増幅ステージの少なくとも1つは1つ以上の操作設定を使用して構成可能であり、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布が決定されており、前記統計分布に基づいて、前記レンジが複数のサブレンジに分割され、各サブレンジに、前記増幅ステージの少なくとも1つの前記1つ以上の操作設定が決定されており、
基地局から受信したRF信号のレベルに応答して、前記送信器の使用の間、前記出力RF信号のターゲット電力レベルを決定し、前記1つ以上の操作設定を前記決定されたターゲット電力レベルが置かれる前記サブレンジに依存する前記増幅ステージの少なくとも1つに適用するように配置された制御モジュールとを具備し、
前記1つ以上の操作設定を適用することは、状態遷移制御に基づき制御され、各状態は遷移をするために前記決定されたターゲット電力レベルと比較される閾値を有し、
前記1つ以上の操作設定を適用することは、アンテナに接続するため、受信機、前記1つ以上の増幅ステージの少なくとも1つ、及び、前記1つ以上の増幅ステージの前記少なくとも1つをバイパスするルートを切り替えるように構成された単一のスイッチを制御することを備える、RF送信器。 - 前記送信器を操作するための電力を供給するように配置された電源を具備し、
前記サブレンジ及び設定は、前記統計分布の観点から、前記電源から前記送信器によって引き出される電力を低減するように選択される請求項7記載の送信器。 - 前記複数のサブレンジの各々は、前記操作設定が適用されるパラメータを有する請求項7記載の送信器。
- 前記送信器は、低デューティサイクル(LDC)ネットワークにおけるLDC端末の一部として動作するようにさらに結合される請求項7記載の送信器。
- 前記送信器は、多重周波数帯域のうちの1つで送信するように結合された多重帯域送信器を有し、前記制御モジュールによって制御されるRFスイッチを具備し、前記スイッチは、1つ以上の増幅ステージの前記少なくとも1つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、前記多重周波数帯域の1つを選択するように結合される請求項7記載の送信器。
- 前記サブレンジは、状態マシーン及びルックアップテーブル(LUT)の少なくとも1つを使用して表現される請求項7記載の送信器。
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