JPH06500681A - 電力増幅器ランプアップ方法とその装置 - Google Patents

電力増幅器ランプアップ方法とその装置

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JPH06500681A JP4510984A JP51098492A JPH06500681A JP H06500681 A JPH06500681 A JP H06500681A JP 4510984 A JP4510984 A JP 4510984A JP 51098492 A JP51098492 A JP 51098492A JP H06500681 A JPH06500681 A JP H06500681A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電力増幅器ランプアップ方法とその装置発明の分野 本発明は、一般的に電力増幅器制御回路に関する。さらに詳しくは、本発明は、 電力増幅器の電力ランプアップ(power ramp up)制御回路に関す る。
背景技術 無線周波数(RF)信号を伝送する際の電力増幅器の使用には、多くの用途があ り、これには無線電話通信システムが含まれるが、これだけに限定されるもので はない。無線電話通信システムにおいては、複数の固定されたサイト・トランシ ーバがある。それぞれの固定されたサイト・トランシーバは、回線電話システム と、固定されたサイト・トランシーバが機能する地域内にある複数の携帯式また は可動式無線電話システムとの間のインターフェースとなる。
固定されたサイト・トランシーバと無線電話とは、互し1にFM変調された無線 周波数信号を送受信することにより通信を行う。
アナログ無線電話システムにおいては、無線電話通信【:使用することのできる 大きなRFスペクトルがある。利用可能なRFスペクトルは、比較的狭い周波数 部分に導かれる。要求に応じて、各無線電話には、固定されたサイト・トランシ ーバと情報の送受を行う周波数チャンネルが割り当てられる。これは周波数分割 多重アクセス(FDMA)システムとして知られている。通話中は無線電話の送 信機はオンとなり、その通話の間はずっと固定された周波数に留まる。このため 送信機と、それに続き無線電話の電力増幅器(PA)とは、一度オンして、一度 オフすれば、数分間続くある通話を行うことができる。固定されたサイト・トラ ンシーバもまた、1通話の間オンとなっていることができる。FDMAシステム においては、オンの回数は限られているので、電力増幅器のオンおよびオフ要件 はあまり厳格ではない。送信機が迅速にオンになると、瞬間的にノイズの大きな バーストが生まれるが、これは会話中に1度しか起こらないので、通信システム に実質的な影響を与えることはない。同様に、電力増幅器がゆっくりとオンにな ると、通話開始時の会話に気付かない程度のギャップができることがある。これ らの問題は、ユーザにとっては不便であるが、実質的にシステムの性能を低下さ せるほどの問題ではない。
新規に提案されたデジタル・セルラ無線電話システムにおいては、電力増幅器の オン要件は劇的に増大した。新しいシステムは、時分割多重アクセス(TDMA )通信システムを採用している。TDMA通信システムにおいては、8台または 16台の無線電話が1本の200キロヘルツ幅のチャンネルを共有して、その上 で送信を行う。チャンネル内の各無線電話には、1個の577マイクロ秒(μS )のタイム・スロットが繰り返し割り当てられる。このタイム・スロットの間に 、無線電話は電力増幅器を適切な周波数と電力までランプアップ(ramps  up) して、所望のデータを送り、電力増幅器をランプダウンして、同じ周波 数を共有している他のユーザの妨害をしないようにする。このため、電力増幅器 を制御する要件は非常に増大する。
グループ・スペシャル・モービル(GSM)基準(GroupSpecial  Mobile recommendations)ETSI/PT−1205, 05(4,2,2および4.5.2) (1991年3月)が設定されて、デジ タル無線電話通信システムの定義を行った。この基準値は、増大する電力増幅器 要件に注目して、第7図および第8図に示されるタイム・マスクとスペクトル周 波数マスクとを定義しており、システム内で用いられるすべての無線電話装置は それを満たしていなければならなV)。
タイム・マスクと周波数マスクとに関する仕様は、PAのきわめてスムーズなラ ンプアップと厳格な時間制限をめている。
このような条件をつけないと、TDMAデジタル通信システムは機能しない。P Aのオンがあまりに遅いと、わずか数マイクロ秒であっても、固定されたサイト ・トランシ−バと無線電話との間に伝送されるデータに重大の損傷が起こる。電 力増幅器をきわめて迅速にオンにすることにより、大きなスペクトルのバースト が起こり、同一の周波数あるいは類似の周波数の無線電話を妨害する。そのため 、電力増幅器を必要な電力まで迅速にスムーズにランプアップして、周波数ノイ ズのバーストやデータの損失を起こさない電力増幅器コントローラが必要とされ る。
以前は、デジタル信号プロセッサ(DSP)がデジタル−アナログ変換器(D/ A)と共に用いられ、GSM仕様により要求されるPAのランプアップを発生さ せていた。
DSPにより発生される自動出力制御(AOC)電圧が、積算器に送られ、そこ でRF電力検出器の出力と比較される。AOC信号と検出器信号との差が、電力 増幅器システムの制御入力に送られる。理想的な条件下では、この閉ループ式電 力増幅器システムが制御電圧を調整して、RF制御検出器はAOC電圧と等しく なる。しかし、このシステムは理想とは程遠い。
システムの2つの特性のために、タイム・マスクおよびスペクトル周波数マスク を維持する際の問題が起こる。第1は、増幅器の出力からRFを検出する検出器 のレンジが有限であることである。このレンジ以下では、検出器は小さな電圧を 出力し、増幅器の電力変化に対応できない。この条件下では、制御ループは開と なり、出力電力はAOC電圧に相関しない。実際に、積算器はその出力を最大負 電圧にするが、これは検出器の電圧がAOC電圧よりも大きいためである。第2 は、ランプアップ波形が増幅器に入力できる前に積算器が満足しなければならな いオン閾値を励振器/電力増幅器がもつことである。
制御ループの欠点により、電力増幅器が活動状態になり、引き続いて検出器が活 動状態になると、制御ループは閉じAOC電圧に追随しようとする。この時点で 制御ループは、現在のレベルのAOC電圧に追随しようとする。電力増幅器40 1のオンは、第4図に示されるように鋭くなるので、この結果スペクトル周波数 マスクが侵害される。
それゆえ、ここの電力増幅器の要件に合い、迅速でスムーズな電力のランプアッ プが可能な電力増幅器制御ループに対する必要性が生まれる。
発明の概要 本発明は、第1信号を増幅する手段と、増幅手段を制御する手段とから構成され る送信機を含む。増幅手段は、少なくとも2つの入力と、少なくとも1つの出力 と、活動状態および非活動状態とを有し、第2信号の電圧に応答する。
第1信号は、電力レベルと、第1周波数とを有し、増幅手段の少なくとも2つの 入力のうちの第1人力に結合される。
制御手段は:1)増幅手段の少なくとも2つの入力のうちの第2人力に結合され 、第2信号を発生する手段;2)増幅手段の活動状態に応答する第3信号を発生 する手段;3)第3信号の状態により第2信号の電圧レベルを決定する手段:に よって構成され、これにより第1信号の増幅手段は、周波数ノイズの大きなバー ストを起こさずに活動状態にランプアップされる。
図面の簡単な説明 第1図は、本発明による無線電話通信システムのブロック図である。
第2図は、本発明による電力増幅器と対応する電力増幅器制御回路とのブロック 図である。
第3図は、発明の詳細な説明されている電力増幅器の出力の電力対時間のグラフ である。
第4図は、電力増幅器の所望の出力と、本発明を採用しない電力増幅器の波形と を示す電力対時間のグラフである。
第5図は、発明の詳細な説明されている電力増幅器制御ループの電力対時間のグ ラフである。
第6A図は、本発明による電力増幅器制御回路の概略図である。
第6B図は、本発明による代替の実施例の概略図である。
第7図は、05M基準05.05(4,2,2)により定められたGSMタイム ・マスクである。
第8図は、05M基準05.05(4,5,2)により定められたGSMスペク トル周波数マスクである。
好適な実施例の説明 ここで開示される本発明は、第1図に示されるTDMA無線電話システムに採用 される。無線電話システムには、包括する地域内の携帯式および可動式無線電話 にRF傷信号送り出す固定されたサイト・トランシーバ101がある。
このような電話の一例として、携帯無線電話103を図示する。無線電話システ ムには、その中で通信を行う周波数帯域が割り当てられる。周波数帯域は、いく つかの200キロヘルツ幅のチャンネルに分割される。各チャンネルは、トラン シーバ101と、包括地域内の最大8台までの無線電話との間の通信を処理する ことができる。各無線電話には、タイム・スロットが割り当てられ、その中でト ランシーバ101との情報の送受を行う。各タイム・スロットは約577マイク ロ秒の長さをもつ。携帯無線電話103は、モトローラ社製のモデル番号F19 UVDO960AAであるが、送信機107.受信機109およびモトローラ社 製のDSP56000などのデジタル信号プロセッサ(DSP)111を含む。
DSPIIIと送信機107どの間には、複数の信号回線113上でいくつかの 信号が伝送される。
送信機107とトランシーバ101にはいずれも、グループ・スペシャル・モー ビル(GSM)基準値ETSI/PT−1205.05(4,2,2および4. 5.2) (1991年3月)により定められている厳格な要件をもつ電力増幅 器が含まれる。この仕様は、いかなる送信機も第7@に示されるタイム・マスク と、第8図に示されるスペクトル周波数マスクとを満足させることを要求する。
アンテナ105は、トランシーバ101との間で無線周波数信号を送受するため に用いられる。
信号を受信すると、アンテナ105はその信号を電気的な無線周波数信号に変換 して、受信機109にその信号を送る。受信機109は電気的な無線周波数信号 を復調および変換して、携帯無線電話103の他の部分が使用することのできる データ信号にする。
無線周波数信号が伝送されると、DSpH1は送信機107に情報を送り、この 情報は伝送されてさらに信号回線113を介して送信機107のための情報を制 御する。
送信機107はデータを取り込み、それを電気的な無線周波数信号に変換して、 電気的な無線周波数信号に、電力増幅器が使用するために必要なだけの適当な量 の電力を与える。次にアンテナ105が電気的な無線周波数信号を取り込み、そ れを無線周波数信号に変換して、空中に送出し、トランシーバ101により用い られるようにする。
電力増幅器203とそのコントローラ群は、送信機107内に配置され、第2図 のブロック図に示されている。電力増幅器203の機能は、固定されたサイト・ トランシーバ101に送り返される音声とデータとを含む無線周波数入力を取り 込み、RF入力信号を伝送に適した電力レベルまで増幅することである。励振器 205は、調整可能な電力増幅器で、RF入力信号209を電力増幅器203に 関して適切な入力レベルまで調整する。
第2(!Iのブロック図には、いくつかの制御ループがあるが、これには標準制 御ループ、ランプアップ・ループおよび電力増幅器の飽和検出器ループが含まれ る。すべての制御ループは、結合器201を利用する。結合器201は、電磁結 合器であり、RF出力信号を過剰に失うことなくRF出力信号を制御ループに結 合させる。
検出8211は、RF出力信号の順方向電力レベルを検出して、電力レベル信号 229を発生させ、その電圧はRF出力信号内の順方向電力の量に応答する。検 出器211は、基準信号213をも出力する。基準信号213の電圧は、電力増 幅器203の活動がないときに検出器により出力されるDCオフセットに応答す る。
電力増幅器制御ループは、標準制御ループに加えて、比較器215とDSP22 3とを利用する。比較器215は、信号227を出力する。出力信号227は、 電力増幅器203と励振器205との活動を検出したことを示す。出力信号22 5はDSP223により生成され、出力信号227を引き上げるために用いられ る。出力信号225は、タイム・スロットの開始点では高く、所望の出力波形5 05がDSP223により出力されると低くなる。このために出力信号227が 能動タイム・スロットの間と、電力増幅器203および励振器205とが活動状 態になる前に高くなる。電力増幅器203と励振器205とが活動状態になると 、出力信号227は低くなる。
能動タイム・スロットに入って10#LSたつと、DSP223は所望の波形を 生成して、デジタル−アナログ変換器221に送る。この好適な実施例において は、好適な波形505は・上昇余弦波(raised cosine)で、電力 増幅器203をその所望の電力レベルまでスムーズにランプアップする。D/A 変換器221はデジタル入力をアナログ出力信号231に変換する。この信号は AOC信号として知られている。AOC信号231は次に、積算器219に入り 、積算器219の出力信号207は制御電圧として励振器増幅器205に入力さ れ、励振器205の増幅レベルを制御する。
第5図にAOC信号231の電圧を示す。まずDSP223が、そして出力信号 227と共にD/A 221が一定のDC電圧501をAOC信号231上に出 力する。そのため、積算器は、503に示される一定の傾斜信号を出す。
この信号503は、比較器215が電力増幅器203の活動状態を検出するまで 出力される。電力増幅器203の活動状態が検出されると、出力信号227は接 地まで下がり、これにより線形のランプアップは効果的に停止される。AOC信 号231は、電力増幅器203の活動状態を維持するための充分な電圧に留まり 、これはDSP223が所望の波形を出して、励振器と電力増幅器とを所望の電 力レベルにランプするまで継続される。好適な実施例においては、遅延はタイム ・スロットの開始点から10μsであり、所望の波形は、第5図に示されるよう に上昇余弦波505である。
飽和制御ループは、励振器205と電力増幅器203とが、制御信号人力207 のためにその増幅限界を越えないようにする。飽和制御ループは、結合器201 .検出器211、比較器217およびデジタル信号プロセッサ223により構成 される。飽和検出比較器217は、検出器出力信号229と、AOC信号231 の電圧とを比較して、検出器出力信号229がAOC信号231の電圧の変化に 応答しているか否かを判定する。この比較により、検出器出力信号229の電圧 がAOC信号231の電圧よりも下がるときの#電電圧からの飽和が示される。
これは検出器電圧が、飽和中はAOC信号231の電圧の対応する変化により変 わらないためである。飽和比較器出力信号233は、アルゴリズムをもつDSP 223に入力される。このアルゴリズムは、検出器出力電圧229に変化がある までA○C信号231の電圧を徐々に下げる。その後、AOC信号231の電圧 は徐々に上昇または減少することができる。
好適な実施例においては、AOC信号231の電圧はさらに下げられ、電力増幅 器203が飽和しない状態に保たれる。しかし、AOC信号231の電圧を下げ て、特定の実行例の必要性に応じて飽和閾値に近づくようにすることもできる。
AOC信号231の電圧は、タイム・スロットの終了まで、飽和閾値より多少低 いレベルに保持される。飽和制御ループのより詳細な説明に関しては、1991 年6月3日Black他により出願され、本発明の被譲渡人に譲渡された米国特 許出願第07/709,737号rPowerAmplifier 5atur ation Detection and CorrectionMethod  and Apparatus Jを参照のこと。
第6A図は、ランプアップ・コントローラの好適な実施例の回路図である。この 好適な実施例においては、比較器出力信号613は抵抗627を通じてAOC信 号625に結合されている。比較器615の出力が開である、すなわち非活動状 態のPAを表すと、DSP223は抵抗617に対して比較器615の開コレク タ出力上で最小電圧(pull−up)として5ボルトを送る。そしてランプア ップ信号波抵抗629および抵抗617の電圧分割によりAOC信号625上に 送られる。電力増幅器203が活動状態になると、比較器出力信号613が低く なり、抵抗627と抵抗617との結合部を接地にクランプして、DCパルスを 排除する。タイム・スロットの開始点から10μsが過ぎると、DSP223と D/A変換器221はAOC信号625上に所望の波形を出力する。DSP22 3が所望の波形のAOC信号625を送り出すと、それが好適な実施例において は上昇余弦波505となり、抵抗617は送信機の非活動状態の間のアップラン プを防ぐために低くしなければならない。
#6B図は、ランプアップ・コントローラの代替の回路図である。比較器出力信 号613はDSP223に結合され、間接的にAOC信号625に結合されてい る。DSP223に戻る信号613は、電力増幅器203が活動状態に入ったこ とをDSP223に知らせるために用いられる。
出力を制御して、オン閾値による励振器電力のサージを防ぐ際の問題点が、波形 303により図示される。この問題は、比較器出力信号223の受信と、その後 のAOC信号625の制御または制限との間のDSP223における固有の遅延 により起こる。それゆえ実時間回路が開発された。
この回路は、比較器出力信号613とAOC信号625との間を間接的に結合し ている。この回路構成は、電力増幅器203の活動状態を検出すると直ちにAO C信号625の電圧を接地にクランプして、波形401に示されるようなオーバ ーシュートを防ぐ。検出されると、比較器出力信号613は、コンデンサ631 を接地する。好適な実施例においてはコンデンサ631は479fの値をもつ。
コンデンサ631が放電中は、トランジスタ623のベースを引き下げ、それに よりコンデンサ631が放電されるまでトランジスタ623を飽和させる。好適 な実施例においては、抵抗619および抵抗621は100キロオームと220 キロオームの値をそれぞれもつ。トランジスタ623は、好適な実施例において は、モトローラ社製のMMBT 3640でよい。その間トランジスタを飽和さ せることにより、AOC信号625の電圧は接地まで引き下げられ、電力増幅器 203はDSP223が反応する時間を得るまでオン閾値に保つ。DSP223 およびD/A変換器221はAOC信号625上で所望のランプアップ波形を生 成する。好適な実施例においては、所望の波形は第5図に示されるような上昇余 弦波505である。
アップランプ制御ループの実行例により、好適な実施例においては、スペクトル 周波数の損傷を起こさずに、クラスCの増幅器がスムーズに迅速に所望の電力レ ベルまでランプアップされる。
0J 口2 特表千6−500681 (7) 吟M 邑g、4 図6B 電力 図 7 Q弓 8

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.第1信号を増幅する手段と、増幅手段を制御する手段とを含む送信機であっ て、前記増幅手段は、少なくとも2個の入力と、少なくとも1個の出力と、活動 状態および非活動状態とを有し、前記第1信号は第1電力レベルと第1周波数と を有し、前記増幅手段の少なくとも2個の入力のうちの第1入力に結合されてお り、前記増幅手段が第2信号の電圧に応答する送信機において、前記制御手段が :第2信号を生成する第1手段であって、前記生成手段は入力および出力を有し 、第2信号を生成する前記第1手段の前記出力は、増幅手段の少なくとも2個の 入力のうちの第2入力に結合されている生成手段; 増幅手段の活動状態に応じて第3信号を生成する手段であって、入力と出力とを 有し、第3信号を生成する前記手段の前記入力は、増幅手段の少なくとも1個の 出力のうちの第1出力に結合されている生成手段;および第2信号の電圧レベル を決定する手段であって、入力と出力とを有し、前記決定手段の前記入力は前記 第3信号を生成する前記手段の前記出力に結合されており、前記決定手段の前記 出力は第2信号を生成する前記第1手段の前記入力に結合され、それによって第 1信号増幅手段が、周波数ノイズの実質的なバーストを起こさずに活動状態まで ランプアップされる決定手段; によって構成されることを特徴とする送信機。
  2. 2.前記第3信号を生成前記手段が: 少なくとも1個の入力と少なくとも1個の出力とを有する第1信号の電力レベル を検出する手段であって、前記の少なくとも1個の入力のうちの第1入力が前記 第3信号を生成する前記手段の前記第1入力に結合されている検出手段; 第1基準電圧信号; 第1信号の電力レベルと前記第1基準電圧信号とを比較する手段;および 前記比較手段に応答して前記第3信号を生成する手段;によってさらに構成され ることを特徴とする請求項1記載の送信機。
  3. 3.第2信号の電圧レベルを決定する前記手段が、デジタル信号プロセッサによ りさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の送信機。
  4. 4.第2信号を生成する前記手段が、デジタル−アナログ変換器によってさらに 構成されることを特徴とする請求項1記載の送信機。
  5. 5.前記制御手段が、前記第3信号を生成する前記手段の前記出力と、増幅手段 の少なくとも2個の入力のうちの前記第2入力との間に結合された、第2信号を 生成する第2手段とによってさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の 送信機。
  6. 6.少なくとも2個の入力信号と、出力信号とを有する電力増幅器を制御する方 法であって、少なくとも2個の入力信号のうちの第1信号は電力増幅器により増 幅され、それによって出力信号が生成され、その増幅量が、少なくとも2個の入 力信号のうちの第2信号に応答する方法であって: 電力増幅器の活動状態を検出し、電力増幅器の前記活動状態を示す第3信号を発 生する段階; 前記第3信号に応答して、電力増幅器の少なくとも2個の入力信号のうちの第2 信号の電圧レベルを決定する段階;および 前記電圧レベルの前記決定に応答して、電力増幅器の少なくとも2個の入力信号 のうちの第2信号を生成する段階;によって構成されることを特徴とする方法。
  7. 7.電力増幅器の活動の前記検出段階が:電力増幅器からの出力信号の電力レベ ルを検出する段階;出力信号の電力レベルを第1基準電圧信号と比較する段階; および 前記比較段階に応答して、前記第3信号を生成する段階;によってさらに構成さ れることを特徴とする請求項6記載の電力増幅器を制御する方法。
  8. 8.前記第3信号に応答して、少なくとも2個の入力信号のうちの第2信号の前 記生成がない場合に第5信号を生成して電力増幅器を制御する段階によってさら に構成されることを特徴とする請求項6記載の電力増幅器を制御する方法。
  9. 9.電力増幅器と電力増幅器コントローラとを含む無線電話であって、電力増幅 器は活動状態と非活動状態とを有し、第1入力信号を増幅することによって出力 信号を形成し、前記増幅器の増幅レベルを制御する前記電力増幅器は:電力増幅 器の活動状態と非活動状態を検出する手段であって、前記検出手段は電力増幅器 の出力信号に結合された検出手段; 前記検出手段に応答して、電力増幅器の現在の状態を表す第2信号を生成する手 段; 電力増幅器の現在の状態に応答して、第3信号の所望の電圧レベルを決定する手 段; 電力増幅器の第2入力に結合された前記所望の電圧レベルを有する前記第3信号 を生成し、それによって電力増幅器の増幅レベルを制御する生成手段;および前 記第2信号を生成する前記手段に応答して、第4信号を生成する手段であって、 前記第4信号を生成する前記手段は入力と出力とを有し、前記出力は電力増幅器 の前記第2入力に結合され、前記入力は前記第2信号を生成する前記手段の出力 に結合され、それにより前記第3信号がない場合に電力増幅器の増幅を制御する 手段;によって構成されることを特徴とする無線電話。
  10. 10.前記決定手段がデジタル信号プロセッサによりさらに構成されることを特 徴とする請求項9記載の無線電話。
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