JP2000512107A - 電力供給システムおよび無線周波数システムにおける電力供給システムで行われる制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電力スプリッタ（５０２），前記電力スプリッタ（５０２）に応答する複数の電力増幅モジュール（５０８），電力コンバイナ（５０４），およびゲートウエイ・コントローラ（５０６）を含む電力供給システム（５００）を提供する。複数の電力増幅モジュール（５０８）の各々は、入力スイッチ（５２０），可変アッテネータ（５２４），可変アッテネータ（５２４）および入力スイッチ（５２０）に応答するＲＦ電力増幅器（５２６），ＲＦ電力増幅器（５２６）に応答する出力スイッチ（５３０），および前記ＲＦ電力増幅器（５２６）のアラーム状態を示すアラーム検出器（５３２）を含む。電力コンバイナ（５０４）は、複数の電力増幅モジュール（５０８）に応答し、ゲートウエイ・コントローラ（５０６）は、複数の電力増幅モジュール（５０８）の各々と通信する。

Description

【発明の詳細な説明】 電力供給システムおよび無線周波数システムにおける 電力供給システムで行われる制御方法 発明の分野 本発明は、一般的に、無線周波数システムに関し、更に特定すれば、無線周波 数システムにおいて用いるための電力供給システム（power delivery system)に 関するものである。 発明の背景 セルラ基地局で用いるために、拡張線形電力増幅システム(extended linear p ower amplifier system)が提案されている。これらのシステムは、多数の線形電 力増幅モジュールを含み、送信前に単一の高電力信号に組み込む必要がある、対 応する数の出力信号を生成する。かかるシステムは、典型的に、無線電話システ ムの基地サイトにおけるような、通信システムにおいて用いられる。かかるシス テムでは、線形電力増幅モジュールの数は、最小数から許容可能な増幅器の最大 数まで、いずれの数でも可能であることが望ましい。このようにして、基地局の 送信ユニッ トによって出力される電力量を、調節することができる。加えて、このシステム は、選択した増幅器の範囲全体にわたって、即ち、最小数から最大数の増幅器ま で、適切な電力増幅効率を与えることが望ましい。 多数の増幅器を備えることの別の理由は、増幅器のうち１つが故障した場合で も、連続動作を行なうためである。動作を連続させる従来の方法は、負荷制限(l oad shedding)として知られている。負荷制限方法では、故障を検出し後、故障 した増幅器との関連によって影響を受けたセクタによって処理されはずであった 新たな呼は全て遮断され、既存のチャネルの内所定の割合がサービスから除外さ れる。故障を解消した後、トラフィックを通常の容量に戻す。負荷制限手順は、 故障状態の後に連続動作を可能にするが、システムが故障前のトラフィック・レ ベルを維持し、故障の結果生じる呼処理への影響を減少させることができれば望 ましいであろう。 このように、改良された電力供給システム，およびセルラ・システムのような ＲＦシステムに用いるために、この電力供給システムを制御する方法が必要とさ れている。 発明の概要 本発明は、この必要性に対処するにあたって、無線周波数システムに用いる電 力供給システムを提供する。この電 力供給システムは、電力スプリッタ，電力スプリッタに応答する複数の電力増幅 モジュール，電力コンバイナ，およびゲートウエイ・コントローラを含む。複数 の電力増幅モジュールの各々は、入力スイッチ，可変アッテネータ，可変アッテ ネータおよび入力スイッチに応答するＲＦ電力増幅器，ＲＦ電力増幅器に応答す る出力スイッチ，ならびに前記ＲＦ電力増幅器のアラーム状態を示すアラーム検 出器を含む。電力コンバイナは複数の電力増幅モジュールに応答し、ゲートウエ イ・コントローラは複数の電力増幅モジュールの各々と通信する。本発明の別の 態様によれば、複数の電力増幅モジュールの各々は、入力スイッチ，可変アッテ ネータ，ＲＦ電力増幅器，出力スイッチ，およびＲＦ電力増幅器に関連する電力 レベルを判定する電力検出器を含む。 本発明の別の態様によれば、無線周波数通信システムに用いる、代替電力供給 システムが提供される。このシステムは、電力スプリッタ，可変アッテネータ， 第１入力スイッチ，第１電力増幅器，第１出力スイッチ，第２入力スイッチ，第 ２電力増幅器，第２出力スイッチ，および電力コンバイナを含む。可変アッテネ ータは電力スプリッタと通信し、第１入力スイッチは電力スプリッタに応答する 。第１電力増幅器は第１入力スイッチに応答し、第１出力スイッチは第１電力増 幅器に応答する。同様に、第２入力スイッチは電力スプリッタに応答し、第２電 力増幅器は第２入力スイッチに応答し、第２出力スイッチは第２電力増幅器に 応答する。電力コンバイナは第１および第２出力スイッチに応答する。 本発明の別の態様によれば、電力供給システムにおいて複数の電力増幅モジュ ールを制御する方法が提供される。この方法は、複数の電力増幅モジュールの内 第１電力増幅モジュールにおいてアラーム状態を検出する段階，利得減少レベル を判定する段階，他の電力増幅モジュールの各々において、判定された利得低下 レベルだけ電力利得を低下させる段階，および第１電力増幅モジュールをサービ スから除外する段階から成る。 本発明の更に別の態様によれば、電力スプリッタ，複数の電力増幅モジュール ，および電力コンバイナを備えた電力供給システムを制御する方法が提供される 。この方法は、休止評価基準を満たしたか否かについて判定を行う段階，および 複数の電力増幅モジュールの１つを、休止時間区間にわたって、スリープ・モー ドに設定する段階を含む。また、この方法は、スリープ・モードにある電力増幅 モジュールをアクティブ・モードに設定するステップも含む。 本発明自体は、それに伴う利点と共に、添付図面と関連付けて以下の詳細な説 明を参照することにより最良に理解されよう。 図面の簡単な説明 第１図は、スプリッタ，電力コンバイナ，および複数の電力増幅モジュールを 有する、電力供給システムの無線周波数回路のブロック図である。 第２図は、第１図の電力コンバイナの好適実施例の構成図である。 第３図は、四入力電力コンバイナの好適実施例の構成図である。 第４図は、第１図の電力コンバイナの他の好適実施例の構成図である。 第５図は、電力供給システムの一実施例のブロック図である。 第６図は、本発明の一実施例による、第５図の電力供給システムを制御する方 法のフロー・チャートである。 第７図は、本発明の他の実施例による、第５図の電力供給システムを制御する 方法のフロー・チャートである。 第８図は、第５図の電力検出器の構成図である。 第９図は、第５図の可変アッテネータの構成図である。 第１０図は、第５図のアラーム検出器のブロック図である。 第１１図は、第５図のコントローラおよびゲートウエア・コントローラのブロ ック図である。 第１２Ａ図，第１２Ｂ図および第１２Ｃ図は、第５図の電力供給システムを制 御する方法のフロー・チャートである。 第１３図は、電力供給システムの他の実施例のブロック図である。 好適実施例の詳細な説明 これより第１図を参照する。電力スプリッタおよび電力コンバイナ１００を含 む無線周波数（「ＲＦ」）回路が示されている。電力スプリッタおよび電力コン バイナ１００は、電力スプリッタ回路１０２，１組の増幅器１０４，および電力 コンバイナ１０６を含む。電力スプリッタ１０２は、入力信号１０８を受信し、 これを複数の出力信号に分割する。電力スプリッタ１０２からの複数の出力信号 は、１組の電力増幅器１０４内の個々の電力増幅器に供給される。電力増幅器１ ０４の出力は、各々、電力コンバイナ１０６に供給される。コンバイナ１０６は 、１組の増幅器１０４からの出力の各々を受信し、出力信号１１０を生成する。 好適実施例では、電力スプリッタ１０２は、１組の増幅器１０４に結合され、一 方、１組の増幅器１０４は、電力コンバイナ１０６に結合されている。好適実施 例にしたがって電力スプリッタ１０２または電力コンバイナ１０６の機能のいず れかを実行する回路について、第２図に関して例示する。便宜上、このような回 路のことを電力コンバイナと呼ぶが、この回路は電力スプリッタとしても構成可 能である。 第２図を参照すると、好適実施例による電力コンバイナ１２０が示されている 。電力コンバイナ１２０は、複数の整相伝送線(phasing transmission line)１ ２２，複数の整合伝送線(matching transmission line)１２４，共通ノード１２ ６，出力負荷１２８，および１組の入力ノード１３０を含む。１組の入力ノード １３０は、各々、１組の増幅器１０４内の１つの増幅器に結合されている。整相 伝送線１２２の各々は、一端において入力ノード１３０の１つに結合され、他端 において整合伝送線１２４の１本に接続されている。整相伝送線１２２の各々は 、出力負荷１２８にほぼ等価な特性インピーダンスを有する。この例では、出力 負荷は５０オームのインピーダンスを有するので、整相伝送線の各々は約５０オ ームの特性インピーダンスを有する。また、整相伝送線１２２の各々は、１／４ 波長またはその奇数倍に等しい長さを有する。 整合伝送線１２４の各々は、共通ノード１２６に接続されている。加えて、整 合伝送線１２４の各々は、１／４波長またはその奇数倍に等しい長さを有する。 更に、各整合伝送線１２４は、１組の増幅器１０４内の増幅器の最小数および最 大数の関数にしたがって決定される特性インピーダンスを有する。好適実施例で は、この関数は非線形関数である。最も好ましくは、この関数は、増幅器の最小 数と増幅器の最大数との積の４乗根に、負荷インピーダンス１２８を乗算したも のである。しかしながら、４乗根関数程 最適ではないが、３乗根関数のような他の非線形関数も、相応しい性能を与える 。この式を、整合伝送線１２４に隣接して、第２図に示す。共通ノード１２６は 、整合伝送線１２４の各々に接続され、更に、典型的に５０オーム抵抗１２８で ある、負荷にも接続されている。第２図を参照してのこれまでの説明は電力コン バイナ１０６を例示するものであるが、回路１２０は、電力スプリッタ１０２と しての使用にも相応しいものである。 第３図を参照すると、最小１つおよび最大４つの増幅器を有する電力コンバイ ナ１４０の一例が示されている。コンバイナ１４０は、４本の整相伝送線１４２ ，４本の整合伝送線１４４，および共通ノード１４６を含む。整相伝送線１４２ の各々は、５０オームのインピーダンス，および１／４波長に等しい長さを有す る。整合伝送線の各々は、１／４波長の長さを有し、更に約７０．７１オームの 特性インピーダンスを有する。整合伝送線１４４のインピーダンスは、上述の好 適な４乗根式にしたがって決定される。当業者は、電力コンバイナ回路１４０は 多くの利点を有することを認めよう。例えば、電力コンバイナ回路１４０は、コ ンバイナ１４０に結合可能な増幅器の範囲全体において、仕事率および効率の改 善を可能にする。更に、好適な回路１４０は、コンバイナの有用な帯域幅を劣化 させることなく、効率の向上をもたらす。 次に第４図を参照すると、電力コンバイナ２００の第２ 好適実施例が示されている。コンバイナ２００は、整相線２０２と、出力ノード ２０６に接続されている変換線(transforming line)２０４とを含む。出力ノー ド２０６は、負荷抵抗２０８に接続されている。整相線２０２は、各々、１組の 入力ノード２１０の１つに接続されている。入力ノード２１０は、１組の増幅器 １０４を支持し、これらに結合されている。整相伝送線２０２は、各々、１／２ 波長の長さを有し、各々、約５０オームの特性インピーダンスを有する。変換線 ２０４は、その一端において整相線２０２の各々に結合され、その他端において 出力ノード２０６に結合されている。変換線２０４は、１／４波長の長さを有す る。好適実施例では、変換線２０４は、第４図に示す式にしたがって決定される 特性インピーダンスを有する。変換線の特性インピーダンスは、１組の入力２１ ０に接続可能な増幅器の最小数と入力２１０に接続可能な増幅器の最大数との積 の４乗根で、負荷抵抗インピーダンスを除算することによって計算する。 用途によってはコンバイナ１２０を使用する方が適しており、他の用途ではコ ンバイナ２００の方が適していることを、当業者は認めよう。コンバイナ１２０ またはコンバイナ２００のどちらを用いるかについての判断におけるファクタの １つは、変換線２０４の計算長および特性インピーダンスであろう。用途によっ ては、変換線２０４の特性インピーダンスが小さすぎて、既存の伝送線技術では 実施で きない場合もある。この場合、第２図に示すコンバイナ１２０を代わりに用いる べきであろう。また、当業者は、ここに記載する伝送線のいずれもが、ストリッ プ線技術のような、既知の伝送線技術にしたがって生産可能であることを認めよ う。好ましくは、実際のサイズ上の制約を考慮し、選択する伝送線技術は、２０ ０メガヘルツ以上の周波数の用途に適したものとすべきであろう。 第５図を参照すると、電力供給システム５００の一実施例が示されている。電 力供給システム５００は、スプリッタ５０２，複数の電力増幅モジュール５０８ ないし５１４，ゲートウエイ・コントローラ５０６，および電力コンバイナ５０ ４を含む。電力増幅モジュール５０８ないし５１４の各々は、スプリッタ５０２ ，コンバイナ５０４，およびゲートウエイ・コントローラ５０６に結合されてい る。好適実施例では、スプリッタ５０２は、第１図ないし第４図のスプリッタの ような電力スプリッタである。同様に、コンバイナ５０４は、第１図ないし第４ 図のコンバイナのような、電力コンバイナであることが好ましい。ゲートウエア ・コントローラ５０６は好ましくは、Motorola 68360または68HC11のような、組 み込みマイクロプロセッサ・コントローラとして実施する。 増幅モジュール５０８ないし５１４の各々は、ほぼ同一であることが好ましく 、このため、モジュール５０８についてのみ詳細に説明する。電力増幅モジュー ル５０８は、 入力スイッチ５２０，電力検出器５２２，可変アッテネータ５２４，電力増幅器 ５２６，出力スイッチ５３０，アラーム検出器５３２，および制御モジュール５ ２８を含む。制御モジュール５２８は、データ・インターフェース５１６を介し て、ゲートウエイ・コントローラ５０６に結合されている。また、制御モジュー ル５２８は、電力増幅モジュール５０８内の他の素子の各々にも結合されている 。 本実施例では、入力スイッチ５２０は、イリノイ州Arlington HeightsのHitac hi Metals America，LtdのSHS-080AGスイッチであり、出力スイッチ５３０は、 メリーランド州SalisburyのRelComm Technologiｅs，IncのRSS-SR001リレーであ る。増幅器５２６は、好ましくは、Motorola SCTM 9600基地局におけるフィード フォーワード増幅器のような、または米国特許番号第５，３０７，０２２号に記 載されているようなフィードフォーワード型の増幅器である。ローカル制御モジ ュール５２８は、好ましくは、Motorola 68360または68HC11のような、組み込み マイクロプロセッサ・コントローラとして実施する。電力検出器５２２は、電力 増幅器の入力電力レベルを検出する電力検出回路のように、電力増幅器５２６に 関連する電力レベルを検出可能な適切な回路であれば、いずれでもよい。かかる 電力検出器５２２の一例の詳細構成を、例示の目的のために第８図に示す。電力 検出器５２２はモジュール５０８内に示されているが、電力検出器５２２は、Ｒ Ｆ 入力５４４またはＲＦ出力５４６のように、システム５００内の多くの代わりの 位置に配置することが可能である。 可変アッテネータ５２４も、適切な回路エレメントを用いて実施すればよく、 かかる回路の一例を第９図に示す。可変アッテネータは、ＲＦ入力５４４のよう に、電力増幅器５２６よりも前段の、システム５００内のいずれかの位置に配置 すればよいことは理解されよう。 第１０図を参照すると、アラーム検出器５３２の好適実施例が示されている。 アラーム検出器は、複数のアラーム・センサ１００２，複数のデジタル／アナロ グ変換器（Ｄ／Ａ）１００４，複数の比較器１００６，およびＯＲゲート１００ ８のようなデジタル論理素子を含む。アラーム検出器５３２は、アラーム・セン サ入力１０１０およびアラーム・スレシホルド１０１２を受信し、アラーム状態 が発生したことを示すアラーム割り込み１０１４を生成する。アラーム割り込み １０１４は、モジュール・コントローラ５２８に供給され、これがアラーム・メ ッセージをゲートウエイ・コントローラ５０６に送り、ゲートウエイ５０６にア ラームを通知する。 アラーム検出器５３２は、モジュールをサービスから除外する程重大な故障を 検出するように設計されている。センサ１００２は、検出対象の障害の種別にに 応じて、様々な形式のものとすることができ、特定の用途および実施態様に応じ て異なる。以下にあげる適切なセンサのリストは、 全てを網羅する訳ではなく、例示の目的のためだけに過ぎない。温度アラーム− Analog Devices TMP-01E，ＰＴ抑制アラーム−Signetics SA604受信器ＩＣから のRSSI電圧，過剰駆動または反射電力アラーム−第８図の電力検出器からの電圧 ，シンセサイザ・ロック・アラーム−Motorola MC145200，および電流アラーム −各電力増幅段上の電流検出抵抗。物理的なハードウエア・アラームに加えて、 無効収束データ（例えば、不良チェックサム，無効な日付，承認範囲該の変数） ，不適当なソフトウエアのダウンロード，種々の予測メッセージのタイム・アウ ト，または同調アラーム（即ち、予測される動作(performance)に基づく範囲外 の制御またはその他の違反）のような、ソフトウエア・アラーム状態もあり得る 。 第１１図を参照すると、コントローラ・モジュール５２８およびゲートウエイ ・コントローラ５０６の好適実施例が示されている。コントローラ５２８は、マ イクロプロセッサ１１００，アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）１１０２， Ａ／Ｄ変換器のバンク１１０４，Ｄ／Ａ変換器のバンク１１０６，およびデータ ・ラッチのバンク１１０８を含む。マイクロプロセッサ１１００は、アラーム割 り込み入力１１１２を受信し、ＨＤＬＣバス１１１０のようなデータ・バスを通 じて、ゲートウエイ・コントローラ５０６と通信し、更に制御バス１１３２を通 じてアラーム検出器５３２と通信する。Ａ／Ｄ変換器１１０２は、電力検出入力 １１１４から電圧レベルを受信し、Ａ／Ｄ変換器のバンク１１０４は同調センサ 入力１１１６を受信する。マイクロプロセッサ１１００は、内部バス１１１８を 通じて、Ａ／Ｄ変換器１１０２，Ａ／Ｄ変換器のバンク１１０４，Ｄ／Ａ変換器 のバンク１１０６，およびデータ・ラッチのバンク１１０８と通信する。データ ・ラッチのバンクは、出力１１２２を生成し、これをＤ／Ａ変換器のバンク１１ ０６の出力と組み合わせ、アナログ出力線１１３０を生成する。アナログ出力線 は、可変アッテネータ５２４，入力スイッチ５２０，および出力スイッチ５３０ の利得を、各モジュール５０８毎に制御する。適切なＡ／Ｄ変換器１１０４の一 例は、Analog Devices AD7891という８チャネル１２ビットＡ／Ｄ変換器である 。適切なＤ／Ａ変換器１１０６は、Analog Devices AD7804という４チャネル１ ０ビットＤＡＣまたはＤ／Ａ用Analog Devices AD8403という４チャネル８ビッ トＲＤＡＣであり、これにはアラーム・スレシホルドの設定が必要である。適切 なデータ・ラッチのバンク１１０８の一例は、Motorola 74HCT273Aである。また 、コントローラ５２８は、従来からの支援回路も含み、これらについては、以下 でゲートウエイ・コントローラ５０６を参照しながら説明する。 コントローラ５２８は多くの機能を行う。例えば、コントローラ５２８は、そ の動作状態を追跡し、ゲートウエイ・コントローラ５０６と通信し、ゲートウエ イ５０６に状態 遷移について通知する。また、コントローラ５０６は、電力増幅器５２６を調整 するため、アラーム・センサを監視するため、およびアラーム・スレシホルドを 制御するためにも用いることができる。コントローラ５２８は、典型的にゲート ウエイ・コントローラ５０６に応答し、入力スイッチ５２０または出力スイッチ ５３０の開閉を行うことができ、更に、可変アッテネータ５２４の利得を調節す ることができる。 ゲートウエイ・コントローラ５０６は、マイクロプロセッサ１１５０を含み、 ＨＤＬＣバス１１１０を通じてコントローラ５２８と通信する。また、ゲートウ エイ・コントローラ５０６は、イーサネット接続のようなデータ・リンク１１５ ２を介して、システム・コントローラとも通信を行う。システム・コントローラ は、セルラ・システム内の移動機交換センタとすることができる。ゲートウエイ ・コントローラ５０６は、動作状態を追跡し、増幅器の利得値およびオフセット を計算し、各コントローラ５２８がどのようなアクションと取るべきかを判定す ることによって、各増幅モジュール５０８における、他のコントローラ５２８の 動作を統合する(coordinate)。ゲートウエイ・コントローラ５０６内では、スリ ープ・モードおよびモジュール分散方法のアクションの殆どが行われる。図示し ないが、ゲートウエイ・コントローラ５０６は、メモリ，クロック，リセット・ スイッチ，ＨＤＬＣバスやイーサネット・インターフェー スの様な種々の入出力ポート・インターフェース，およびシステムの種々の信号 および成分をバッファしたりあるいはそれ以外の処理を行なうその他のディジタ ル支援ロジックのような、従来からの支援回路を含むことは当業者には理解され よう。 再び第５図を参照する。動作の間、ＲＦ入力信号５４４は、スプリッタ５０２ によって、複数の信号５１８に分割され、これらは複数の電力増幅モジュール５ ０８，５１０，５１２，５１４の各々に入力される。分割信号５１８は、各々、 それぞれの電力増幅モジュール５０８ないし５１４によって増幅され、増幅信号 ５４０として出力される。次に、増幅信号５４０は、コンバイナ５０４によって 結合され、ＲＦ出力信号５４６となる。第１図ないし第４図において説明したよ うなスプリッタおよびコンバイナを使用することによって、能動電力増幅器の数 を、システム５００の電力利得全体における許容変化レベルによって修正するこ とが可能となる。モジュール変更による利得変動の増大が特定の用途には容認可 能で有る場合、従来の分離スプリッタおよびコンバイナを用いるという代替案も ある。 次に第６図を参照しながら、電力供給システム５００を制御する方法について 説明する。ステップ６０２において、電力増幅モジュール５０８ないし５１４の １つが、モジュール５０８内のアラーム検出器５３２等により、当該モジュール のサービスに影響を及ぼすアラーム状態を検出する。制 御モジュール５２８は、アラーム検出器５３２を定期的にポーリングすること、 またはアラーム検出器５３２からの割り込み入力のいずれかによって、アラーム 状態を検出することができる。 ステップ６０４において、影響を受けたモジュールは、アラーム・メッセージ をゲートウエイ・コントローラ５０６に送る。ゲートウエイ・コントローラ６０ ６は、メッセージを他のモジュールに送り、これらに、コントローラ６０６が決 定したレベルだけ、その電力利得を低下させるように指示する。以下の式を用い て、利得低下量を決定することができる。 １０^*ＬＯＧ（稼働中のモジュールの元の数）／故障したモジュール（群）を 除外した後の稼働中のモジュール数） この式は理想的な電力利得を与えるものであるが、回路エレメントに内在する 不完全性のために、理想的な計算値をオフセットすることが望ましい場合もある 。例えば、４つのモジュールがあり、１つを除外すべき場合、利得低下の理想的 なレベルは１．２５ｄＢであるが、．２５ｄＢのオフセットのようなオフセット を適用することにより、他の各モジュールの全利得低下を、少なくとも約１．２ ５ｄＢ、好ましくは１．５ｄＢとする場合もある。 ステップ６０８において、影響を受けないモジュールは、 これらがその利得を首尾よく低下させた後、ゲートウエイ５０６に応答する。モ ジュール５０８ないし５１４は、可変アッテネータ５２４の減衰レベルを変更す ることによって、その利得を低下させることができる。ゲートウエイ・コントロ ーラ５０６は、故障したモジュールにメッセージを送り、その入力および出力ス イッチ５２０，５３０を開き、このモジュールをサービスから除外する。次に、 ステップ６１２において、故障したモジュールは、ゲートウエイ・コントローラ ５０６にそれが停止したことを通知し、診断検査を実行して故障の原因を判定し 、ステップ６１４において、工場の人員等による今後の使用のために、診断検査 の結果を不揮発性メモリに格納する。最後に、ステップ６１６において、ゲート ウエイ・コントローラ５０６は、セルラ・システム内の移動機交換センタまたは 移動管理局(mobility manager)のようなシステム・コントローラに、アラーム状 態のメッセージを送る。 上述のアラーム制御体系は、少なくとも３種類の異なる状態の下で、高い電力 利得レベルで動作する電力増幅システムの実施を可能とする。第１の状態では、 アラームがアクティブでなく、システムの最大トラフィック負荷が当該システム の最大能力未満の場合である。これは正常の動作であり、以下で更に詳しく説明 するスリープ・モード方法を用いて、効率向上を図ることができる。第２の状態 では、アラームが存在するが、システムの最大トラフィック負荷 は当該システムの最大能力未満であり、アラームを受けたモジュールがサービス から除外されている場合である。故障が検出された場合、アラームを受けたモジ ュールはサービスから除外される。上述のアラーム制御体系は、電力供給システ ムを稼働状態に止めつつ、電力供給システムの電力利得に対する影響を無視し得 る程度に抑えることを可能にする。加えて、スリープ・モード方法を更に用いて 、アラームを受けたモジュールをサービスから除外した場合でも、効率を向上さ せることができる。第３の状態では、アラームがアクティブであり、システムの 最大トラフィック負荷が、当該システムの最大能力よりも大きく、アラームを受 けたモジュールがサービスから除外されている場合である。故障が検出された場 合、アラームを受けたモジュールはサービスから除外され、電力増幅システム５ ００の利得を低下させて、残りの稼働中の増幅モジュールが過剰駆動されるのを 防止する。この第３の状態では、スリープ・モード動作は通常中止される。 第７図を参照すると、第５図の電力供給システム５００のような電力供給シス テムを制御する方法の他の実施例が示されている。この方法は、所与のモジュー ルをスリープ・モードに設定するか否かについて判定を行うステップを含む。ス リープ・モードでは、１つ以上の電力増幅器を一時的にサービスから除外し、電 力増幅システム５００が、動作コストを削減しつつ、より効率的な動作を可能に する。 スリープ・モードは、トラフィックの要求が少ない、オフ時間に用いるとよい。 スリープ・モードでは、入力スイッチ５２０および出力スイッチ５３０を開くこ とによって、モジュールをサービスから除外する。加えて、更に効率を向上させ るために、増幅器５２６内のＤＣ電力を消費する回路の少なくともいくつかを遮 断する。制御モジュール５２８は、通常アクティブのまま留まり、モジュールを 再起動(awaken)させた後に、増幅器５２６の同調パラメータが直ちに使用可能と する。 ステップ７０２から開始し、初期状態では、全てのモジュールが起動し、アラ ームがなく、進行中のダウンロードがないことを想定し、ゲートウエイは、モジ ュールのいずれか４が休止時間区間内にあるか否かについて判定を行う。休止時 間区間を与える１つの方法は、１日の時間に基づいて概略的なトラフィック負荷 状態をゲートウエイに格納することである。この場合、休止区間は、早朝時間（ 例えば、午前１ないし４時）のように、トラフィックが最も少ない時間帯となろ う。休止枠条件が認められた(pass)場合、ステップ７０４において、アラームの ステータスをチェックする。アラームがある場合、第６図に記載したように、処 理は進む。その他の場合、ゲートウエイは、モジュールにメッセージを送り、ス リープ・モード割り込みをイネーブルし、スリープ・モードを許可する。ステッ プ７０８において、各モジュールは、電力検出器からの入力電力読み取り値を監 視する等によって、トラフィック・レベルを監視し、読み取り値をスレシホルド と比較し、スレシホルドを超過している場合、メッセージをゲートウエイに返送 する。ゲートウエイは、モジュールからの休止メッセージおよび起動メッセージ に基づいて、休止させるモジュール数および起動させるモジュール数を判定する 。第７図の特定例では、ステップ７１０ないし７２０において、ゲートウエイは ４つのモジュールのうち２つを休止させ、次いでいずれかの起動メッセージを受 信した場合に、双方のモジュールを起動する。しかしながら、スレシホルドおよ びゲートウエイが受信するメッセージに基づいて休止および起動させるモジュー ルの組み合わせは、特定の用途毎に異なり、他の多くのものも可能であることが 考えられる。ステップ７２２に進み、休止枠が終了したか、何らかのアラーム状 態が検出された場合、ステップ７２４において全てのモジュールを起動し、ゲー トウエイは全てのモジュールにメッセージを送り、休止割り込みをディゼーブル させる。その他の場合、ステップ７１０ないし７２０の処理を繰り返す。 ここでは、電力供給システム５００を制御する方法を、第６図の具体的なモジ ュール制限方法および第７図の具体的なスリープ・モード方法に関して、別個に 説明したが、これらの方法双方の組み合わせを用いることも可能であり、用途に よってはその方が好ましい場合もある。加えて、電力レベルまたはアラーム状態 のようなある種の評価基準を 用いて、いつスリープ・モードに入り、いつスリープ・モードから離れるかにつ いて判定を行うことも可能であるが、他の多くの休止評価基準も使用可能である 。例えば、スリープ・モードにあるモジュールの数、モジュールがスリープ・ロ ー・スレシホルド以下かまたはスリープ・ハイ・スレシホルド以上か、および特 定のモジュールが稼働中かまたは除外されているのか等の評価基準がある。モジ ュール制限およびスリープ・モード双方の組み合わせ、および種々のスリープ・ モード評価基準を用いて電力供給システムを制御する方法の一例の詳細なフロー ・チャートを、第１２Ａ図，第１２Ｂ図，第１２Ｃ図に示す。 第１３図を参照すると、電力供給システムの他の実施例が示されている。この 電力供給システムは、入力スプリッタ１３１８，ゲートウエイ・コントローラ１ ３００，アラーム検出器１３０２，電力増幅器１３１２，および出力コンバイナ １３２０を含む。入力スプリッタ１３１８は、可変アッテネータ１３０４，電力 検出器１３０６，電力スプリッタ１３０８，ならびに第１および第２入力スイッ チ１３１０を含む。可変アッテネータ１３０４は、ＲＦ入力信号１３２２を受信 する。電力検出器１３０６は、ゲートウエイ・コントローラ１３００と通信し、 入力スイッチ１３１０は、各々、各電力増幅器１３１２に結合されている。出力 コンバイナ１３２０は、第１および第２出力スイッチ１３１４ならびに電力コン バイナ１３１６を含む。出力スイッチ１ ３１４は、各々、各電力増幅器１３１２に結合されている。コンバイナ１３１６ は、ＲＦ出力信号１３２４を出力する。アラーム検出器１３０２は、電力増幅器 １３１２およびゲートウエイ・コントローラ１３００に結合されている。この実 施例では、可変アッテネータ１３０４のような、単一の可変アッテネータを用い て、１つ以上の電力増幅器１３１２の利得を調節することができる。加えて、入 力スイッチ１３１０は、電力増幅モジュール内の代わりに、入力スプリッタ１３ １８に配置されている。入力スイッチ１３１０および可変アッテネータ１３０４ を、種々の電力増幅モジュール内の代わりに、入力スプリッタ１３１８内に配置 することによって、第５図のコントローラ５２８のような、ローカル・モジュー ル・コントローラが不要となる。代わりに、制御機能の全てが、共通のゲートウ エイ・コントローラ１３００において実行される。 第５図および第１３図間では異なる参照番号を用いたが、第１３図に開示され ている個々の素子の各々は、第５図を参照して先に詳細に説明したものと同一で あることが好ましい。例えば、第１３図の電力検出器１３０６は、第５図および 第８図の電力検出器５２２と同一であることが好ましい。また、第６図、第７図 および第１２図を参照しながら説明した電力供給システムを制御する方法は、第 ５図のシステムだけでなく、第１３図のシステムと共に用いることも可能である 。 上述の実施例は多くの利点を有する。例えば、第１モジュールにおいてアラー ムを検出した後に他のモジュールの利得を調節することによって、同一数のトラ フィック・チャネルを維持することができる（電力は減少するが）。スリープ・ モードの手法を用いることにより、１日の間でトラフィックが少ない時間帯のよ うに、最大電力を必要としない時間帯には、モジュールをインアクティブにする ことができる。このようにして、各モジュールの長寿命化を図り、効率を向上さ せ、動作コストを低減することができる。他の潜在的な利点として、モジュール を物理的にシステムに追加することができるため、即ち、高トラフィック期間の ためまたは冗長性の目的のために補充モジュールを追加することができるので、 システムは高い柔軟性を有することがあげられる。この場合、補充モジュールは 、通常スリープ・モード、即ち、インアクティブ状態にあるが、他のモジュール が故障した場合、またはトラフィック・レベルが他のモジュールの容量を超過し た場合には、直ちにアクティブにすることができる。 加えて、当業者には、更に別の利点や変更も容易に想起されよう。したがって 、本発明は、その広範な態様では、ここに示しかつ記載した特定的な詳細，代表 的な装置，および図示した例には限定されるものではない。本発明の範囲または 精神から逸脱することなく、種々の変更や変形が上述の明細書には可能であり、 本発明は、それらの全てを 包含することを意図するものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミラー，ダグラス・エドワード アメリカ合衆国イリノイ州レイク・ズリッ チ、カントリー・クラブ・ロード1117 (72)発明者 オバーマン，マーク・ジー アメリカ合衆国イリノイ州ニルス、フォー レスト ビュー・レーン6713 (72)発明者 アビコラ，ティモシー・マーク アメリカ合衆国イリノイ州アルゴンクイ ン、カントリー・レーン312

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．無線周波数システムに用いる電力供給システムであって： 電力スプリッタ； 前記電力スプリッタに応答する複数の電力増幅モジュールであって、各々が： 入力スイッチ； 可変アッテネータ； 前記可変アッテネータおよび前記入力スイッチに応答するＲＦ電力増幅器； 前記ＲＦ電力増幅器に応答する出力スイッチ；および 前記ＲＦ電力増幅器のアラーム状態を示すアラーム検出器； から成る複数の電力増幅モジュール； 前記複数の電力増幅モジュールの各々に応答する電力コンバイナ；ならびに 前記複数の電力増幅モジュールの各々と通信するゲートウエイ・コントローラ ； から成ることを特徴とする電力供給システム。 ２．以下の内少なくとも１つによって特徴付けられる請求項１記載の電力供給シ ステム： 前記ゲートウエイ・コントローラが、前記複数の電力増 幅モジュールの各々の前記アラーム検出器および前記可変アッテネータと通信す ること；および 前記電力増幅モジュールの各々が、前記ＲＦ増幅器および前記ゲートウエイ・ コントローラと通信するローカル制御モジュールを更に備えていること。 ３．以下の内少なくとも１つによって特徴付けられる請求項２記載の電力供給シ ステム： 前記ゲートウエイ・コントローラが、前記複数の電力増幅モジュールの第１電 力増幅モジュールがアラーム状態にあることの指示を受信し、前記ゲートウエイ ・コントローラが、他の電力増幅モジュールの各々の前記可変アッテネータの各 々に、それぞれのＲＦ電力増幅器の利得を変更するように指示すること；および 前記ゲートウエイ・コントローラが、前記複数の電力増幅モジュールの前記第 １電力増幅モジュールの入力および出力スイッチを開に切り替え、前記第１電力 増幅モジュールをサービスから除外すること。 ４．以下の内少なくとも１つによって特徴付けられる請求項３記載の電力供給シ ステム： 前記ゲートウエイ・コントローラが利得調節レベルを判定し、前記他の電力増 幅モジュールの各々における前記可変アッテネータの各々に、前記ＲＦ電力増幅 器のそれぞれ の利得を、判定された利得調節レベルに変更するように指示すること； 前記ゲートウエイ・コントローラが、前記第１電力増幅モジュールがアラーム 状態にあることの前記指示を受信した後、システム・コントローラにアラーム・ メッセージを送ること；および 前記第２コントローラが、セルラ・システムの移動機交換センタを備えている こと。 ５．以下の内少なくとも１つによって特徴付けられる請求項３記載の電力供給シ ステム： 前記第１電力増幅器がサービスから除外された後に、前記第１電力増幅器が前 記ゲートウエイ・コントローラにメッセージを送ること；および 前記第１電力増幅器が診断検査を行い、その結果をメモリに格納すること。 ６．無線周波数システムに用いる電力供給システムであって： 電力スプリッタ； 前記電力スプリッタに応答する複数の電力増幅モジュールであって、各々が： 入力スイッチ； 可変アッテネータ； 前記可変アッテネータおよび前記入力スイッチに応答するＲＦ電力増幅器； 前記ＲＦ電力増幅器に応答する出力スイッチ；および 前記ＲＦ電力増幅器に関連する電力レベルを判定する電力検出器； から成る複数の電力増幅モジュール； 前記複数の電力増幅モジュールに応答する電力コンバイナ；および 前記複数の電力増幅モジュールの各々と通信するゲートウエイ・コントローラ ； から成ることを特徴とする電力供給システム。 ７．電力供給システムにおいて複数の電力増幅モジュールを制御する方法であっ て： 前記複数の電力増幅モジュールの第１電力増幅モジュールにおいてアラーム状 態を検出する段階； 利得低下レベルを判定する段階； 他の電力増幅モジュールの各々において、電力利得を前記判定された利得低下 レベルだけ低下させる段階； 前記第１電力増幅器をサービスから除外する段階； 前記アラーム状態を検出した後、前記第１電力増幅モジュールに対して診断検 査を行う段階；および 前記診断検査の結果をメモリに格納する段階； から成ることを特徴とする方法。 ８．以下の内少なくとも１つによって特徴付けられる請求項７記載の方法： 前記複数の電力増幅モジュールの内アラームを受けない電力増幅モジュールの 数および前記複数の電力増幅モジュールの総数に基づいて、前記利得低下レベル を判定すること；および 前記他の電力増幅モジュールの各々に、ほぼ同一の利得低下レベルを適用する こと。 ９．無線周波数通信システムに用いる電力供給システムであって： 電力スプリッタ； 前記電力スプリッタと通信する可変アッテネータ； 前記電力スプリッタに応答する第１入力スイッチ； 前記第１スイッチに応答する第１電力増幅器； 前記第１電力増幅器に応答する第１出力スイッチ； 前記電力スプリッタに応答する第２入力スイッチ； 前記第２入力スイッチに応答する第２電力増幅器； 前記第２電力増幅器に応答する第２出力スイッチ；および 前記第１および第２出力スイッチに応答する電力コンバイナ； から成ることを特徴とする電力通信システム。 １０．電力スプリッタ，複数の電力増幅モジュール，および電力コンバイナを備 えた電力供給システムにおいて、前記複数の電力増幅モジュールを制御する方法 であって： 休止評価基準を満たすか否かについて判定を行う段階； 前記休止評価基準を満たす場合、前記複数の電力増幅モジュールの１つを、休 止時間区間にわたってスリープ・モードに設定する段階；および 前記複数の電力増幅モジュールの前記１つを、アクティブ・モードに設定する 段階； から成ることを特徴とする方法。 １１．前記複数のモジュールの他のものにおいてアラーム状態が検出された後、 前記複数の電力増幅モジュールの前記１つをアクティブ・モードに設定すること を特徴とする請求項１０記載の方法。 １２．検出された呼負荷を所定のスレシホルドと比較する段階を更に含むことを 特徴とする請求項１０記載の方法。 １３．前記複数の電力増幅モジュールの前記１つを、前記比較に応答して、アク ティブ・モードに設定することを特徴とする請求項１２記載の方法。