JPH06152288A - 電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力制御範囲が広くても、利得可変回路を簡
単に構成することができ、かつ、バースト応答波形の管
理を容易にすることができるようにすること。 【構成】 出力電力の目標値が変更されると、固定利得
切替え回路２３の利得が切り替えられる。これにより、
出力電力Ｗｏは、目標値の変更単位の整数倍だけ変更さ
れる。この後、出力電力Ｗｏが目標値に一致しなけれ
ば、両者の差が零になるように、利得可変回路２４の利
得が制御される。これにより、出力電力Ｗｏは、目標値
に一致させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、移動体通信
の端末機において、送信電力を多段階に制御するための
電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信においては、デジタル
化が進められている。このデジタル方式の移動体通信の
１つとしてデジタル・セルラ自動車電話がある。

【０００３】このデジタル・セルラ自動車電話において
は、変調方式として線形変調（π／４ＤＱＰＳＫ）方式
が採用されている。このため、このデジタル・セルラ自
動車電話の移動機においては、送信電力増幅器として線
形電力増幅器が用いられている。

【０００４】また、このデジタル・セルラ自動車電話に
おいては、基地局での受信電力を一定にするために、移
動機と基地局との距離に応じて、移動機の送信電力を、
例えば、４ｄＢずつ変化させるようになっている。

【０００５】この場合、従来は、線形電力増幅器の入力
電力を、送信電力の目標値に基づいて多段階に制御する
ことにより、送信電力を多段階に制御するようになって
いた。これを、図２を参照しながら説明する。図２は、
デジタル・セルラ自動車電話の移動機の送信系の構成
を、送信電力の制御に着目して簡略化して描いたもので
ある。

【０００６】図において、まず、デジタル・セルラ自動
車電話の移動機の送信系の基本構成について説明する。

【０００７】発振器１１から出力されるキャリア信号
は、直交変調器１２に供給され、ベースバンド信号Ｉ，
Ｑにより直交変調される。この変調出力は、利得可変回
路１３を介して線形電力増幅器１４に供給され、線形増
幅される。この増幅出力は、方向性結合器１５を介して
送信アンテナ１６に供給され、基地局に送信される。

【０００８】以上が、移動機の送信系の基本構成であ
る。次に、この発明が着目している送信電力の制御構成
について説明する。

【０００９】線形電力増幅器１４の出力電力（送信電
力）Ｗｏは、上記の如く、方向性結合器１５を介して送
信アンテナ１６に供給されるとともに、この方向性結合
器１５により一部取り出され、検波器１７により検波さ
れる。これにより、出力電力Ｗｏに応じた検波電圧Ｖｄ
が得られる。

【００１０】この検波電圧Ｖｄは比較器１８に供給さ
れ、基準電圧発生回路１９から出力される基準電圧Ｖｒ
と比較される。この比較出力は、利得可変回路１３に制
御電圧Ｖｃとして供給される。基準電圧発生回路１９
は、図示しない制御部から供給される電力制御信号Ｓｃ
に基づいて、出力電力Ｗｏの目標値に応じた基準電圧Ｖ
ｒを出力する。

【００１１】なお、利得可変回路１３の利得Ｇは、正あ
るいは負のいずれであってもよい。言い換えれば、利得
可変回路１３は、増幅器あるいは減衰器のいずれであっ
てもよい。また、制御電圧Ｖｃの変化に対する利得Ｇの
変化の方向は、正、負いずれであってもよい。但し、以
下の説明では、図３に示すように、制御電圧Ｖｃの増大
に伴って、利得Ｇが増大するような正極性を例に説明す
る。

【００１２】上記構成において、動作を説明する。

【００１３】出力電力Ｗｏが目標値より大きくなると、
検波器１７の検波電圧Ｖｄが大きくなる。これにより、
比較器１８の出力電圧が小さくなるので、制御電圧Ｖｃ
が小さくなる。その結果、図３に示すように、利得可変
回路１３の利得Ｇが低下するので、線形電力増幅器１４
の入力電力Ｗｉが小さくなる。これにより、この線形電
力増幅器１４の出力電力Ｗｏが小さくなり、目標値に収
束する。

【００１４】一方、出力電力Ｗｏが目標値より小さくな
ると、検波器１７の検波電圧Ｖｄが小さくなる。これに
より、比較器１８の出力電圧が大きくなるので、制御電
圧Ｖｃが大きくなる。その結果、図３に示すように、利
得可変回路１３の利得Ｇが大きくなるので、線形電力増
幅器１４の入力電力Ｗｉが大きくなる。これにより、こ
の線形電力増幅器１４の出力電力Ｗｏが大きくなり、目
標値に収束する。

【００１５】このように、図２の構成では、出力電力Ｗ
ｏは目標値に収束するように制御される。したがって、
目標値に応じて比較器１８の基準電圧Ｖｒを変更すれ
ば、出力電力Ｗｏを、新たに設定された目標値に一致さ
せることができる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のデジタル・セルラ自動車電話の移動機においては、
電力制御ループ（自動利得制御ループ）を設け、このル
ープの基準電圧Ｖｒを出力電力の目標値に応じて変更す
ることにより、出力電力Ｗｏを多段階に制御するように
なっている。しかしながら、このような構成の場合、次
のような問題があった。

【００１７】（１）まず、利得可変回路１３の利得可変
範囲が広いため、この利得可変回路１３の実現が難しい
という問題があった。

【００１８】すなわち、図２の構成の場合、利得可変回
路１３の利得可変範囲は、出力電力Ｗｏの制御範囲に対
応する。したがって、この図２の構成の場合、利得可変
回路１３の利得可変範囲は広いものとなる。

【００１９】これを、北米デジタル・セルラ自動車電話
（ＵＳＤＣ）のクラスIVを例に説明する。この例の場
合、出力電力Ｗｏは、図４に示すように、４ｄＢ単位で
８段階に渡って切り替えられる。したがって、この場
合、電力制御範囲は３２ｄＢとなる。これにより、利得
可変回路１３の利得可変範囲も３２ｄＢという広いもの
となる。

【００２０】しかも、各種回路の特性（発振器１１の出
力電力、直交変調器１２の利得、線形増幅器１４の利
得、図示しない増幅器の利得、フィルタの特性）のバラ
ツキや温度変動を考慮すると、図５に示すように、本来
の利得可変範囲の上下にマージンＭ１，Ｍ２を設ける必
要がある。これにより、実際の利得可変範囲は、４０ｄ
Ｂ以上という非常に広いものとなる。

【００２１】しかし、利得可変回路１３は、通常、トラ
ンジスタや電界効果トランジスタ等の能動素子で構成さ
れる。したがって、４０ｄＢ以上もの範囲で、発振、Ａ
Ｍ−ＡＭ歪み、ＡＭ−ＰＭ歪みが生じることなく、安定
に動作する利得可変回路１３を実現することは困難であ
る。

【００２２】仮に、この利得可変回路１３を、ピンダイ
オードを使って減衰器として構成するとしても、４０ｄ
Ｂ以上の利得可変範囲を得るには、多数の部品を必要と
なる。しかも、この傾向は、デジタル・セルラ自動車電
話のように、高周波（ＲＦ）を扱う場合には、顕著とな
る。したがって、この場合であっても、利得可変回路１
３の実現は困難である。

【００２３】（２）また、目標値の変更や利得可変回路
１３の特性の温度変動によって、電力制御ループのルー
プ利得が変化するため、バースト応答波形の管理が難し
いという問題があった。

【００２４】すなわち、デジタル・セルラ自動車電話で
は、通信方式として時分割多元接続（ＴＤＭＡ）通信方
式が採用されている。この通信方式においては、送信制
御方式として、バースト送信制御方式が採用されてい
る。

【００２５】このバースト送信制御方式においては、バ
ースト応答波形のタイミングと出力電力が、図６のよう
に規定されている。このバースト応答波形の立上がりと
立下がりが急峻になると、過渡応答によるスペクトル拡
がりが発生する。このスペクトル拡がりが発生すると、
移動機の送信性能が低下する。

【００２６】一方、バースト応答波形は、電力制御ルー
プのループ利得の変化に非常に敏感に反応する。したが
って、良好な送信性能を確保するためには、ループ利得
を安定にして、バースト応答波形を安定にする必要があ
る。

【００２７】しかし、図２の構成の場合、出力電力Ｗｏ
の目標値を変更すると、図７に示すように、利得可変回
路１３の動作点が変化するため、利得可変回路１３の制
御特性の傾き、すなわち、制御電圧Ｖｃに対する利得Ｇ
の可変感度が変化する。例えば、動作点ＡとＢでは、可
変感度が１０〜２０ｄＢ異なる。

【００２８】これにより、図８に示すように、電力制御
ループのループ利得が変化するため、バースト応答波形
が変化して、送信性能が低下することがある。したがっ
て、従来は、バースト応答波形の管理が難しいという問
題があった。

【００２９】なお、この問題は、ループ利得が目標値の
変更によって変化する場合だけでなく、利得可変回路１
３の特性の温度変動によって変化する場合にも生じる。

【００３０】そこで、この発明は、電力制御範囲が広く
ても、利得可変回路を簡単に構成することができ、か
つ、バースト応答波形の管理を容易にすることができる
電力制御装置を提供することを目的とする。

【００３１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、線形電力増幅器の出力電力をその目標
値に設定するために、各目標値ごとに予め定められた複
数の固定利得を、前記目標値の変更に応じて切り替える
固定利得切替え手段と、この固定利得切替え手段と直列
に配置され、利得を連続的に制御可能な利得可変手段
と、出力電力とその目標値との差が零になるように、利
得可変手段の利得を制御する利得制御手段とを設けるよ
うにしたものである。

【００３２】

【作用】上記構成によれば、出力電力の目標値が変更さ
れると、固定利得切替え手段の利得が切り替えられる。
これにより、出力電力は、目標値の変更に合わせて、こ
の目標値に一致するように変更される。このとき、出力
電力と目標値が一致しなければ、残存する両者の差が零
となるように、利得可変手段の利得が制御される。これ
により、出力電力は、目標値に一致させられる。

【００３３】このような構成によれば、固定利得切替え
手段により、出力電力の粗調整がなされ、利得可変手段
により、出力電力の微調整がなされる。したがって、利
得可変手段の利得可変範囲を小さくすることができるの
で、この利得可変手段を簡単に構成することができる。

【００３４】また、この利得可変手段の動作点を固定す
ることができるので、目標値の変更に起因するバースト
応答波形の管理の困難さを解消することができる。さら
に、利得可変範囲を小さくすることができることによ
り、この利得可変範囲を、温度変化に対する感度が鈍い
ところに設定することができるので、温度変動に起因す
るバースト応答波形の管理の困難さを解消することがで
きる。

【００３５】

【実施例】以下、図面を参照しながらこの発明の実施例
を詳細に説明する。図１は、この発明の一実施例の構成
を示すブロック図である。

【００３６】図１の基本構成は、図２と同じであり、差
異は、固定利得切替え回路２３を新たに設けた点にあ
る。

【００３７】すなわち、図１においても、図２と同様
に、発振器２１、直交変調器２２、線形電力増幅器２
５、送信アンテナ２７からなるベースバンド信号Ｉ，Ｑ
の送信系と、利得可変回路２４、方向性結合器２６、検
波器２８、比較器２９、基準電圧発生回路３０を備えた
電力制御ループが設けられる。

【００３８】しかし、図１においては、さらに、固定利
得切替え回路２３が設けられている。この固定利得切替
え回路２３は、直交変調器２２と利得可変回路２４との
間において、利得可変回路２４に直列に接続されてい
る。

【００３９】また、この固定利得切替え回路２３は、出
力電力Ｗｏの各目標値ごとに予め定められた複数の固定
利得を、目標値の変更に応じて切り替えることができる
ように構成されている。この切替えは、上述した電力制
御信号Ｓｃに基づいてなされる。

【００４０】図９は、固定利得切替え回路２３の具体的
構成の一例を示すブロック図である。図示の如く、固定
利得切替え回路２３は、直列接続された３つの減衰器２
３１，２３２，２３３により構成されている。各減衰器
２３１，２３２，２３３の減衰量は、それぞれ４ｄＢ，
８ｄＢ，１６ｄＢに設定されている。

【００４１】各減衰器２３１，２３２，２３３は、それ
ぞれ制御端子Ａ，Ｂ，Ｃを有し、対応する制御端子Ａ，
Ｂ，Ｃにハイレベル“Ｈ”の信号が印加されると、減衰
器として動作する。これに対し、ロウレベル“Ｌ”の信
号が印加されると、入力信号をそのまま通すスルー回
路、すなわち、減衰量０ｄＢの回路として動作する。

【００４２】上記電力制御信号Ｓｃは、３ビットのデジ
タル信号として表される。そして、このデジタル信号の
各ビット信号ｂ１，ｂ２，ｂ３がそれぞれ上記制御端子
Ａ，Ｂ，Ｃに１つづつ供給されるようになっている。こ
れにより、固定利得切替え回路２３の利得（減衰量）
は、各ビット信号ｂ１，ｂ２，ｂ３の値によって切り替
えられる。ビット信号ｂ１，ｂ２，ｂ３と、固定利得切
替え回路２３の減衰量との関係は、図４のクラスＩを例
にすると、図８に示すようなものとなる。

【００４３】上記構成において、動作を説明する。

【００４４】いま、電力制御レベル（ＰＬ）が１に設定
されているものとする。このとき、ビット信号ｂ１，ｂ
２，ｂ３は“１００”に設定される。これにより、固定
利得切替え回路２３の４ｄＢ減衰器２３１は減衰器とし
て動作し、８ｄＢ減衰器２３２と１６ｄＢ減衰器２３３
は、スルー回路として動作する。その結果、固定利得切
替え回２３は、４ｄＢ減衰器として動作する。

【００４５】この状態で、電力制御レベルが、例えば、
２に変更されると、ビット信号ｂ１，ｂ２，ｂ３は“０
１０”に変更される。これにより、固定利得切替え回路
２３では、今度は、８ｄＢ減衰器２３２が減衰器として
動作し、４ｄＢ減衰器２３１と１６ｄＢ減衰器２３３
は、スルー回路として動作する。その結果、固定利得切
替え回２３は、８ｄＢ減衰器として動作する。これによ
り、出力電力Ｗｏがさらに４ｄＢ減衰される。

【００４６】このとき、出力電力Ｗｏが目標値と一致し
なければ、残存する両者の差が零となるように、利得可
変回路２４の利得が制御される。これにより、出力電力
Ｗｏは、目標値に収束させられる。

【００４７】以下、同様に、目標値が変更されるたび
に、固定利得切替え回路２３の減衰量が４ｄＢの整数倍
だけ変更される。これにより、出力電力Ｗｏも、４ｄＢ
の整数倍だけ変更される。そして、変更された出力電力
Ｗｏが目標値に一致しなければ、両者が一致するよう
に、利得可変回路２４の利得Ｇが制御される。

【００４８】以上詳述したこの実施例によれば、次のよ
うな効果が得られる。

【００４９】（１）まず、電力制御範囲が大きい場合で
あっても、利得可変回路２４の利得可変範囲を小さくす
ることができるので、利得可変回路２４を容易に実現す
ることができる。

【００５０】すなわち、この実施例は、固定利得切替え
回路２３と、利得可変回路２４を設け、固定利得切替え
回路２３によって出力電力Ｗｏを粗調整し、利得可変回
路２４によって出力電力Ｗｏを微調整するようになって
いる。

【００５１】このような構成によれば、利得可変回路２
４は、固定利得切替え回路２３のわずかな誤差（１ｄＢ
以下）を調整するだけでよい。これにより、この利得可
変回路２４の利得可変範囲は、高々２〜３ｄＢ程度で済
み、各種回路の特性のバラツキや温度変動を考慮した場
合でも、１０ｄＢ程度で済む。したがって、この実施例
では、利得可変回路２４を容易に実現することができる
わけである。

【００５２】（２）また、目標値を変更してもループ利
得が変化しないようにすることができるので、目標値の
変更に起因するバースト応答波形の管理の困難さを解消
することができる。

【００５３】すなわち、この実施例では、上記の如く、
利得可変回路２４は出力電力Ｗｏを微調整しているにす
ぎないので、目標値を変更しても、図１１に示すよう
に、利得可変回路２４の動作点は変化しない。これによ
り、目標値を変更しても、ループ利得を一定に保つこと
ができるので、バースト応答波形が変化しないようにす
ることができる。

【００５４】（３）さらに、利得可変範囲を小さくする
ことができることにより、この利得可変範囲を、温度変
化に対する感度が鈍いところに設定することができるの
で、温度変動に起因するバースト応答波形の管理の困難
さを解消することができる。

【００５５】以上、この発明の一実施例を詳細に説明し
たが、この発明は、上述したような実施例に限定される
ものではない。

【００５６】（１）例えば、先の実施例では、固定利得
切替え回路２３の出力側に利得可変回路２４を配置する
場合を説明した。この発明は、粗調整用の電力制御手段
と微調整用の電力制御手段を直列に配置することを特徴
するものである。したがって、この発明では、両者の位
置を入れ替えるようにしてもよい。

【００５７】（２）また、先の実施例では、固定利得切
替え回路２３と利得可変回路２４を、直交変調器２２と
線形電力増幅器２５との間に設ける場合を説明した。し
かし、この発明は、線形電力増幅器２５の入力電力Ｗｉ
を制御することにより、出力電力Ｗｏを制御するもので
ある。したがって、この発明では、両回路２３，２４
を、発振器２１と直交変調器２２との間に設けるように
してもよい。

【００５８】（３）さらに、先の実施例では、固定利得
切替え回路２３と利得可変回路２４を隣接して配置する
場合を説明した。しかし、この発明は、上記の如く、粗
調整用の電力制御手段と微調整用の電力制御手段を直列
に配置することを特徴するものである。したがって、こ
の発明は、両回路２３，２４を直列に配置するものであ
れば、離して配置するようにしてもよい。

【００５９】例えば、固定利得切替え回路２３を発振器
２１と直交変調器２２の間に設け、利得可変回路２４を
直交変調器２２と線形電力増幅器２５の間に設けるよう
にしてよい。

【００６０】（４）また、先の実施例では、直接変調方
式の移動機の電力制御に、この発明を適用する場合を説
明した。しかし、この発明は、周波数変換方式の移動機
の電力制御にも適用することができる。

【００６１】図１２に、周波数変換方式の移動機の電力
制御に、この発明を適用した場合の構成の一例を示す。

【００６２】図示の移動機は、直交変調器２２の変調出
力を、混合回路３１と発振器３２によって周波数変換す
ることにより、送信用の高周波を得るようになってい
る。この場合、高周波の周波数を８３５ＭＨｚとする
と、発振器２１の発振周波数を、例えば、１００ＭＨｚ
に設定し、発振器３２の発振周波数９３５ＭＨｚに設定
することにより、８３５ＭＨｚの高周波を得るようにな
っている。

【００６３】なお、図１２には、固定利得切替え回路２
３の出力側に利得可変回路２４を配置する場合を示す
が、両者の位置を入れ替えるようにしてもよい。また、
図１２には、両回路２３，２４を混合器３１と線形電力
増幅器２５の間に設ける場合を示すが、発振器２１と直
交変調器２２の間、あるいは、直交変調器２２と混合器
３１の間に設けるようにしてもよい。さらに、図１２に
は、両回路２３，２４を隣接配置する場合を示すが、離
して配置するようにしてもよい。

【００６４】（５）さらに、先の実施例では、この発明
を、デジタル・セルラ自動車電話の移動機の送信電力の
制御に適用する場合を説明した。しかし、この発明は、
線形電力増幅器の出力電力を多段階に制御する場合一般
に適用することができる。

【００６５】（６）このほかにも、この発明は、その要
旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿
論である。

【００６６】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
電力制御範囲が広くても、利得可変回路を簡単に構成す
ることができ、かつ、バースト応答波形の管理を容易に
することができる電力制御装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を示すブロック図で
ある。

【図２】従来の電力制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【図３】図２に示す利得可変回路の制御特性を示す特性
図である。

【図４】ＵＳＤＣの電力制御レベルを示す図である。

【図５】図２に示す利得可変回路の利得可変範囲を説明
するための特性図である。

【図６】バースト応答波形を示す波形図である。

【図７】図２の利得可変回路の動作点と利得可変感度を
説明するための特性図である。

【図８】ループ利得の変化によるバースト応答波形の変
化を説明するための特性図である。

【図９】図１に示す固定利得切替え回路の具体的構成の
一例を示すブロック図である。

【図１０】電力制御信号と減衰量の関係を示す図であ
る。

【図１１】図１の利得可変回路の動作点と利得可変感度
を説明するための特性図である。

【図１２】この発明の他の実施例の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

２１，３２…発振器、２２…直交変調器、２３…固定利
得切替え回路、２４…利得可変回路、２５…線形電力増
幅器、２６…方向性結合器、２７…送信アンテナ、２８
…検波器、２９…比較器、３０…基準電圧発生回路、３
１…混合器、２３１，２３２，２３３…減衰器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 線形電力増幅器の入力電力を多段階に制
   御することにより、線形電力増幅器の出力電力を多段階
   に制御する電力制御装置において、 前記出力電力をその目標値に設定するために、各目標値
   ごとに予め定められた複数の固定利得を、前記目標値の
   変更に応じて切り替える固定利得切替え手段と、 この固定利得切替え手段と直列に配置され、利得を連続
   的に制御可能な利得可変手段と、 前記出力電力とその目標値との差が零になるように、前
   記利得可変手段の利得を制御する利得制御手段とを具備
   したことを特徴とする電力制御装置。