JP6040585B2

JP6040585B2 - 送信装置及び位相自動調整方法

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Publication number: JP6040585B2
Application number: JP2012139999A
Authority: JP
Inventors: 博史小森
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2032-06-21
Also published as: JP2014007459A

Description

本発明は、複数の送信機から信号の合成値が、最大になるように各信号の位相を自動調整する送信装置及び位相自動調整方法に関する。

大電力の無線送信設備においては、複数の送信機を並列運転し、それぞれの送信機からの出力を合成することにより大電力の出力を得る方式が知られている。

各送信機からの出力を合成する際に、各々の出力の位相等が高精度に調整されない場合は、大きな電力損失が発生する。

しかし、変調波の遅延や位相を送信機間で高精度に調整することは難しい。特に、送信機毎にケーブルの長さを調整することにより電気長を微調整して位相調整する場合には、かかる調整作業に多くの手間を要すると共に、かかるため高精度な位相調整が困難である。

そこで、例えば特開２００９−２８４１７４号公報において、２つの変調波を生成する変調信号発生部と、２つの信号を合成して出力する出力合成部とを含み、変調信号発生部は所望の電力レベルに応じて２つの変調波間の位相差を制御する送信回路が提案されている。

特開２００９−２８４１７４号公報

しかしながら、特開２００９−２８４１７４号公報に係る送信回路では、以下の理由により、複数の送信機から出力される電力を常に最適な状態（最大出力）に保つことが困難であった。

即ち、特開２００９−２８４１７４号公報に係る送信回路は、所望の電力レベルに応じて２つの変調波間の位相差を調整するが、調整の目標は所望の電力レベルにすることであるため、常時最適状態を維持するような位相調整が行えない。また、位相差は、２つの変調波間で行われるため、２以上の送信機からの出力を最適な状態に調整することができない。

そこで、本発明の主目的は、複数の送信機からの出力を常に最適な状態に自動的に維持できる送信装置及び位相自動調整方法を提供することである。

上記課題を解決するため、送信装置は、位相制御信号を受信して、当該位相制御信号に対応した位相を持つ信号を出力する送信機を複数含む送信ユニットと、変調波信号を出力する変調器と、変調波信号により変調される信号を発生する局部発振器と、変調器と局部発振器とからの信号を複数の送信機に分配する分配ユニットと、複数の送信機からの出力を合成する合成部と、合成部の合成出力を検出すると共に、送信ユニットに位相制御信号を出力する制御部と、を備え、制御部は、複数の送信機に出力される位相制御信号の値を変化させて、合成出力が最大となる当該位相制御信号の値を送信機毎に検出することを特徴とする。

また、位相自動調整方法は、位相制御信号を受信して、当該位相制御信号に対応した位相を持つ個別の送信信号を複数出力する送信信号出力手順と、変調波信号を出力する変調波信号出力手順と、変調波信号により変調される信号を発生する被変調波信号出力手順と、変調波信号と被変調波信号とを複数に分配する分配手順と、複数の送信信号を合成する合成手順と、合成手順による合成出力を検出すると共に、位相制御信号を出力する制御手順と、を含み、制御手順は、複数の位相制御信号の値を変化させて、合成出力が最大となる当該位相制御信号の値を検出することを特徴とする。

本発明によれば、合成器の出力を監視して、合成出力が最大になる位相制御信号を検出・設定するので、複数の送信機からの出力の合成値が、自動的に常に最適な状態に維持できるようになる。

本実施形態にかかる送信装置のブロック図である。励振器のブロック図である。他の構成の励振器のブロック図である。位相自動調整手順を示すフローチャートである。位相制御信号に対する合成部の電力値を模式的に示した図である。

本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる送信装置２のブロック図である。送信装置２は、変調器１０、局部発振器２０、分配ユニット３０、送信ユニット４０、合成部７０、制御部８０を備える。

変調器１０は、ＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）信号等の変調波信号を生成して、ＩＦ（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙ：中間周波数）の変調波信号（変調波信号Ｇ１）を出力する。

局部発振器２０は、ＣＷ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）信号等のローカル信号Ｇ２を生成して、出力する。なお、本実施形態は、ローカル信号Ｇ２としてＣＷ信号に限定しない。

分配ユニット３０は、２つの分配器３１（第１分配器３１ａと第２分配器３１ｂ）を備える。第１分配器３１ａは変調器１０からの変調波信号Ｇ１を分配し、第２分配器３１ｂは局部発振器２０からのローカル信号Ｇ２を分配する。なお、第１分配器３１ａ及び第２分配器３１ｂが入力信号を分配する分配数は、後述する送信機４１の数に対応している。図１においては、送信機４１は２つの場合を例示しているので、分配数は２である。

送信ユニット４０は、複数の送信機４１（４１ａ〜４１ｎ）を含んでいる。図１においては、送信ユニット４０は２つの送信機４１により構成されている場合を例示しているが、本実施形態は２つの送信機に限定するものではない。

このような送信機４１は、励振器５０と電力増幅器６０とを含んでいる。そして、励振器５０には、第１分配器３１ａからの変調波信号Ｇ１、第２分配器３１ｂからのローカル信号Ｇ２、及び、制御部８０からの位相制御信号Ｇ４が入力して、これらに基づきＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ：無線周波数）に変調して出力する。このときの信号をＲＦ信号Ｇ３と記載する。電力増幅器６０は、励振器５０からのＲＦ信号Ｇ３を所定の電力に増幅して出力する。

図２は、励振器５０のブロック図である。励振器５０は、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ：ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）５１、ディジタル信号処理部５２、デジタルアナログ変換回路（ＤＡＣ：ＤｉｇｉｔａｌＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）５３、混合器（Ｍｉｘｅｒ）５４、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）５５を備える。

また、ディジタル信号処理部５２は、乗算器５２ａ、第１数値制御発振器５２ｂ、乗算器５２ｃ、第２数値制御発振器５２ｄ、固定値信号発生器５２ｅを備える。

そして、ＡＤＣ５１は、入力したアナログの変調波信号Ｇ１をディジタルの変調波信号Ｇ１に変換する。

ディジタル信号処理部５２の固定値信号発生器５２ｅは、予め設定された固定値の固定値信号Ｇ１１を出力する。

第１数値制御発振器５２ｂは、固定値信号発生器５２ｅからの固定値信号Ｇ１１に応じた信号Ｇ１２を乗算器５２ａに出力する。

乗算器５２ａは、ＡＤＣ５１からのディジタルの変調波信号Ｇ１と第１数値制御発振器５２ｂからの信号Ｇ１２との乗算処理を行って基底帯域の信号（ＢＢ信号：ＢａｓｅＢａｎｄ）Ｇ１３を出力する。

第２数値制御発振器５２ｄは、制御部８０からの位相制御信号Ｇ４に基づき乗算器５２ｃに位相パラメータ信号Ｇ１４を出力する。

乗算器５２ｃは、乗算器５２ａからのＢＢ信号Ｇ１３と第２数値制御発振器５２ｄからの位相パラメータ信号Ｇ１４との乗算処理を行って位相調整された変調波信号Ｇ１５を出力する。

ＤＡＣ５３は、ディジタルの変調波信号Ｇ１５をアナログの変調波信号Ｇ１５に変換する。

混合器５４は、ＤＡＣ５３からの変調波信号Ｇ１５と、第２分配器３１ｂからのローカル信号Ｇ２とを混合してＲＦ信号Ｇ３を出力する。

ＢＰＦ５５は、所定帯域のＲＦ信号Ｇ３のみを出力する。そして、ＢＰＦ５５からのＲＦ信号Ｇ３は、電力増幅器６０で増幅されて合成部７０に出力される。

図１に戻り、合成部７０には複数の送信機４１からのＲＦ信号Ｇ３が入力している。そこで、合成部７０は、これらのＲＦ信号Ｇ３を合成して、出力する。

制御部８０は、合成部７０の合成出力Ｇ５を監視すると共に、励振器５０に位相制御信号Ｇ４を出力する。

なお、図２において、固定値信号発生器５２ｅは、固定値信号Ｇ１１を第１数値制御発振器５２ｂに出力する場合を示しているが、図３に示すように、第２数値制御発振器５２ｄに出力することも可能である。図３は、このような場合における励振器５０のブロック図である。同図に示すように、固定値信号発生器５２ｅからの固定値信号Ｇ１１は、第２数値制御発振器５２ｄに入力している。そして、制御部８０からの位相制御信号Ｇ４は第１数値制御発振器５２ｂに入力している。どちらの構成であっても、同様の効果を得ることが可能である。以下の説明では、図２に示した構成を例に説明する。

次に、このような構成の送信装置２における位相自動調整方法を説明する。図４は、位相自動調整手順を示すフローチャートである。以下の説明では、送信ユニット４０が２つの送信機４１により形成されている場合について説明する。このときの各送信機４１を送信機４１ａと送信機４１ｎとのように記載する。この場合、制御部８０は複数の送信機４１に値の異なる位相制御信号を出力する。そこで、以下においては、送信機４１ａに出力される位相制御信号を位相制御信号Ｘａと記載し、送信機４１ｎに出力される位相制御信号を位相制御信号Ｘｎと記載する。

図５は、位相制御信号Ｘｎに対する合成部７０の合成出力（電力値）Ｐを模式的に示した図である。電力値Ｐは位相制御信号Ｘｎに対して周期的に変化している。位相自動調整手順は、位相制御信号Ｘａを固定して、位相制御信号Ｘｎの値を変える。そして、電力値Ｐが最大となる位相制御信号Ｘｎを求める手順に相当する。そこで、値を変える前の位相制御信号Ｘｎを位相制御信号Ｘｎ＿０、その時の合成出力をＰ＿０と記載し、値を変えた後の位相制御信号Ｘｎを位相制御信号Ｘｎ＿１、その時の合成出力をＰ＿１と記載する。

なお、送信ユニット４０が２つ以上の送信機４１を含む場合には、１つの送信機（これを１番目の送信機とする）に入力する位相制御信号を固定値に設定する。そして、１番目の送信機に対して、他の送信機（これを２番目の送信機とする）に入力する位相制御信号を変化させて合成出力が最大になるようにする。この処理を３番目、４番目…の送信機に対して順次行い、全ての送信機からの出力の合成結果が最大になるようにする。

ステップＳ１：制御部８０は、送信機４１ａ，４１ｎに位相制御信号Ｘａ，Ｘｎを出力すると共に、その値を位相制御信号Ｘａ＿０，Ｘｎ＿０として保存する。例えば、位相制御信号Ｘａ，Ｘｎの制御範囲が０〜１０００であったとする。このとき、制御部８０は、制御範囲の中間値（５００）を位相制御信号Ｘａ＿０，Ｘｎ＿０に設定する。

この位相制御信号Ｘａ＿０，Ｘｎ＿０は、送信機４１ａの励振器５０及び送信機４１ｎの励振器５０における各第２数値制御発振器５２ｄに出力される。これにより、送信機４１ａ，４１ｎの乗算器５２ｃで、位相制御信号Ｘａ＿０，Ｘｎ＿０に基づきＢＢ信号Ｇ１３の位相調整が行われる。そして、最終的に送信機４１ａ，４１ｎから出力されたＲＦ信号Ｇ３は、それぞれ位相制御信号Ｘａ＿０、Ｘｎ＿０に対応した位相を持つようになる。この２つのＲＦ信号Ｇ３は合成部７０で合成される。従って、その合成出力（電力値）は各ＲＦ信号Ｇ３の位相差に依存して変化する。ここでは、位相制御信号Ｘａ＿０は固定としているので、電力値は位相制御信号Ｘｎに依存して変化する。

ステップＳ２：そこで、制御部８０は、合成部７０の電力値Ｐ＿０を取込し、保存する。

ステップＳ３，Ｓ４：次に、制御部８０は、位相制御信号Ｘｎ＿０に対して値を所定量増加させた位相制御信号Ｘｎ＿１を出力する。これにより、位相制御信号Ｘａ＿０と位相制御信号Ｘｎ＿１とは異なる値になる。そして、制御部８０は、合成部７０から出力される電力値Ｐ＿１を取得する。

ステップＳ５：送信機４１ａからのＲＦ信号Ｇ３の位相と送信機４１ｎからのＲＦ信号Ｇ３の位相とが相対的にずれたため、合成部７０の電力値Ｐは変化する。そこで、制御部８０は、電力値Ｐ＿０と電力値Ｐ＿１との大小を比較する。このときＰ＿０＞Ｐ＿１の場合は、位相制御信号Ｘｎを増加させた結果、合成部７０の出力が増大したことを意味している。これに対して、Ｐ＿０≦Ｐ＿１である場合には位相制御信号Ｘｎを増加させた結果、合成部７０の出力が減少したことを意味している。電力値Ｐが増大した場合にはステップＳ６に進み、電力値Ｐが減少した場合にはステップＳ７に進む。

ステップＳ６：位相制御信号Ｘｎを増加させた結果、合成部７０の出力が増大した場合は、制御部８０はその時の位相制御信号Ｘｎ＿１を保存する。そして、ステップＳ２に戻る。ステップ２に戻ると、上述した処理が繰返される。これにより、位相制御信号Ｘｎを増大させることにより電力値Ｐが最大となる位相制御信号Ｘｎが求められる。

ステップＳ７，Ｓ８：ステップＳ５において電力値Ｐ＿１が電力値Ｐ＿０より小さい場合には（Ｐ＿１≦Ｐ＿０）、制御部８０は位相制御信号Ｘｎをスタート値の位相制御信号Ｘｎ＿０に設定し、保存する。そして、合成部７０の出力を取得して、電力値Ｐ＿０として保存する。

ステップＳ９，Ｓ１０：次に、制御部８０は、位相制御信号Ｘｎ＿０より所定量小さい値の位相制御信号Ｘｎ＿１を設定し、そのときの電力値Ｐを電力値Ｐ＿１として取得・保存する。

ステップＳ１１，Ｓ１２：このようにして求めた電力値Ｐ＿０と電力値Ｐ＿１とを比較し、Ｐ＿０＞Ｐ＿１の場合はステップＳ８に戻り、上述した手順を繰返す。これにより、位相制御信号Ｘｎを減少させることにより電力値Ｐが最大となる位相制御信号Ｘｎが求められる。

なお、上述した手順により、固定値の位相制御信号Ｘａに対して最適な位相制御信号Ｘｎを求めることができるが、位相制御信号Ｘｎを固定値として、この位相制御信号Ｘｎに対して位相制御信号Ｘａを変化させて最適な位相制御信号Ｘａを求めても良い。無論、位相制御信号Ｘａ，Ｘｎの両方を変化させてこれらの最適値を求めても良い。

以上説明したように、複数の送信機から出力されるＲＦ信号Ｇ３の位相差が自動調整できるので、常に最小のロスで電力合成することが可能になり、送信装置の消費電力を低減（高効率化）できる。

また、かかる位相調整が自動で行えるので、面倒なケーブル長の長さ調整等が不要になる。

２送信装置
１０変調器
２０局部発振器
３０分配ユニット
３１分配器
３１ａ第１分配器
３１ｂ第２分配器
４０送信ユニット
４１（４１ａ，４１ｎ）送信機
５０励振器
５２ディジタル信号処理部
５２ａ乗算器
５２ｂ第１数値制御発振器
５２ｃ乗算器
５２ｄ第２数値制御発振器
５２ｅ固定値信号発生器
５４混合器
６０電力増幅器
７０合成部
８０制御部

Claims

送信装置であって、
位相制御信号を受信して、当該位相制御信号に対応した位相を持つ信号を出力する送信機を複数含む送信ユニットと、
変調波信号を出力する変調器と、
前記変調波信号により変調される信号を発生する局部発振器と、
前記変調器と前記局部発振器とからの信号を複数の前記送信機に分配する分配ユニットと、
複数の前記送信機からの出力を合成する合成部と、
前記合成部の合成出力を検出すると共に、前記送信ユニットに前記位相制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記制御部は、複数の前記送信機からの出力を合成した合成出力の第１の電力値を取得し、複数の前記送信機に出力される前記位相制御信号の値を変化させた位相制御信号を出力し、前記位相制御信号に対応した位相にされた複数の前記送信機からの出力が合成された合成出力の第２の電力値を取得し、前記第１及び第２の電力値を比較し、電力値が増大した場合にはその時の位相制御信号を保存する処理を繰り返すことにより、前記合成出力が最大となる当該位相制御信号の値を前記送信機毎に検出することを特徴とする送信装置。
請求項１に記載の送信装置であって、
前記送信機は、前記位相制御信号に基づき位相パラメータ信号を出力する位相パラメータ出力部と、
前記位相パラメータ信号に基づき入力信号の位相を調整する位相調整器と、を備えることを特徴とする送信装置。
請求項１又は２に記載の送信装置であって、
前記制御部は、１つの前記送信機に出力する前記位相制御信号を固定値として設定し、他の前記送信機に出力する前記位相制御信号を変化させた際に前記合成出力が最大となる当該位相制御信号を検出することを特徴とする送信装置。
位相自動調整方法であって、
位相制御信号を受信して、当該位相制御信号に対応した位相を持つ個別の送信信号を複数出力する送信信号出力手順と、
変調波信号を出力する変調波信号出力手順と、
前記変調波信号により変調される信号を発生する被変調波信号出力手順と、
前記変調波信号と前記被変調波信号とを複数に分配する分配手順と、
複数の前記送信信号を合成する合成手順と、
前記合成手順による合成出力を検出すると共に、前記位相制御信号を出力する制御手順と、を含み、
前記制御手順は、複数の前記送信信号を合成した合成出力の第１の電力値を取得し、複数の前記位相制御信号の値を変化させた位相制御信号を出力し、前記位相制御信号に対応した位相にされた複数の前記送信信号が合成された合成出力の第２の電力値を取得し、前記第１及び第２の電力値を比較し、電力値が増大した場合にはその時の位相制御信号を保存する処理を繰り返すことにより、前記合成出力が最大となる当該位相制御信号の値を検出することを特徴とする位相自動調整方法。
請求項４に記載の位相自動調整方法であって、
前記位相制御信号に基づき位相パラメータ信号を出力する位相パラメータ出力手順と、
前記位相パラメータ信号に基づき入力信号の位相を調整する位相調整手順と、を含むことを特徴とする位相自動調整方法。
請求項４又は５に記載の位相自動調整方法であって、
前記制御手順は、１つの前記位相制御信号を固定値として設定し、他の前記位相制御信号を変化させた際に前記合成出力が最大となる当該位相制御信号を検出することを特徴とする位相自動調整方法。