JPH06508012A - 送信機において広いダイナミックレンジを達成するための電力制御回路 - Google Patents

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】 送信機において広いダイナミックレンジを達成するための電力制御回路 発明の分野 本発明は一般的には無線電話における送信機に関し、かつより特定的には、無線 電話のための送信機において有利に使用できる電力制御回路に関する。

発明の背景 セルラ電話は今日電話呼の間に連続的に送信を行う。典型的な筋書きにおいては 、加入者ユニットはセルにわたり移動し、この間に該セルのほぼ中心に位置する ベースステーションと絶えず通信を維持する。加入者ユニットがセルにわたり移 動するに従って、ベースステーションによって見られる受信信号強度指示（ＲＳ ＳＩ）は大幅に変化する。

この変化は加入者ユニットがベースステーションに非常に近い場合にベースステ ージ式ンにおける受信機をオーツくロードさせる可能性を持っている。

パーソナル通信ネットワーク（ＰＣＮ）及びコード分割マルチアクセス（ＣＤＭ Ａ）形のセルラシステムが進化するに応じて、送信機に対するダイナミックレン ジの要求はより厳しくなる。加入者ユニットがベースステーションに非常に近い 場合にベースステーションの受信機のオーバロードを避けるために、該加入者ユ ニットは典型的に約８０ｄＢを越えるダイナミックレンジを持たなければならな い。

しかしながら、ＰＡ電力制御に対するすべての現在の手法はおよそ４０ｄＢのダ イナミックレンジに制限されており、それはストレイ（ｓ　ｔ　ｒａｙ）ＲＦ結 合がそのレベル近くに達することができる減衰量を制限するからである。ストレ イ放射もまた４０〜８０ｄＢの間の減衰レベルが試みられるときに問題となる。

従って、ストレイＲＦ結合及びストレイ放射の問題を克服する一方で広いダイナ ミックレンジを達成する電力制御回路の必要性が存在する。

発明の概要 制御回路は出力信号のレベルを調整する。該制御回路は第１の周波数を有する信 号のレベルを先験的に（ａ　ｐｒｉ　ｏ　ｒ　ｉ）調整し第１の周波数を有する 調整された信号を生成し、第１の周波数を有する該調整された信号を第２の周波 数を有する変換された信号に変換し、そして第２の周波数を有する前記変換され た信号のレベルを先験的に調整して第２の周波数を有する調整された出力信号を 生成する。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明に係わる電力制御回路を使用したＲＦ信号電力増幅器を概略的 に示すブロック図である。

第２図は、本発明に係わる電力制御回路のプロ・ツク図である。

第３図は、第２図におけるＲＦ減衰器２２１をセ・ソ卜するために増幅器制御回 路２３６によって使用されるプロセスを示すフローチャートである。

第４図は、第２図におけるＩＦ減衰器２００をセットするために増幅器制御回路 ２３６によって使用されるプロセスのフローチャートである。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図は、本発明を好適に利用できるＲＦ信号電力増幅器を示す。ＲＦ信号電力 増幅器は典型的には、“Ａｄｖａｎｅｅｄ　Ｍｏｂｉｌｅ　Ｐｈｏｎｅ　Ｓｙｓ ｔｅｍ”と題し、かつアメリカ合衆国イリノイ州１９７９、シャンノ（−グ、イ ースト・アルゴンフィン・ロード１３０１のＭ。

ｔｏｒｏｌａ　５ｅｒｖｉｃｅ　ＰｕｂｌｉｃａｔｉｏｎＳによって出版された Ｍｏｔｏｒｏｌａ　１ｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｍａｎｕａｌ　Ｎｏ、６８Ｐ８１ ０３９Ｅ２５に記載されたような、無線送信機の典型的な一部である。

第１図のＲＦ信号電力増幅器は変調されたＩＦ信号１０１−を受け、該ＩＦ倍信 号０１をＲＦ出力信号１０３にア・ツブコンバートし、かつ前記ＩＦ倍信号０１ 及びＲＦ出力信号して調整する電力制御回路１００を含む。好ましい本実施例に おいては、ＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２は特定の電力レベルにおける所望のＲＦ 出力信号を表わすために使用される８ビツトのデジタルワードである。別の実施 例では、該デジタルワードのビットの数はシステムが必要とする送信レベルの数 に応じて変えることができる。電力制御回路１００からの出力は前記振幅制御信 号に関係する所望の電力レベルを有するＲＦ出力信号１０３である。該ＲＦ出力 信号はフィルタ１０９を介してアンテナ１１２に結合されている。前記電力制御 回路１００によって出力される出力電力レベルは典型的には入力信号１０１を約 １ミリワツトから５ワツトまたはそれ以上に増幅する。

第２図は、本発明に係わる電力制御回路１００のさらに詳細を示す。第２図は、 ＩＦ減衰器２００、ミキサ２１２フイルタ及びバッファ増幅器２１８、ＲＦ減衰 器２２１、電力増幅器（ＰＡ）２２７、電力検出器２３０及び増幅器制御回路２ ３６を含む。変調されたＩＦ信号１０１はＩＦ減衰器２００に入りかつ第１の調 整制御信号ＩＦ　ＣＮＴＲＬ　２３９の値に応じた量だけ減衰される。好ましい 本実施例においては、ＩＦ減衰器２００はＭｉｎｔ−Ｃｉｒｃｕｉｔｓにより製 造された平衡ミキサ形減衰器ＰＡＳ−３でありかつＩＦ信号１０１のレベルを調 整するために使用される。別の実施例では、ＩＦ減衰器はＰＩＮダイオーード減 衰器または、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ社のＨＰＶＡ　０１８０ゲイン制 御可能増幅器のような、ゲインが制御可能な増幅器とされる。ＩＦ減衰器２００ からの出力は調整されたＩＦ信号２０３であり、これは次にミキサ２１２に入る 。ミキサ２１２は、ダブルバランス形ミキサまたは平衡ギルバートセル（Ｇｉ　 １ｂｅｒｔ　Ｃｅｌ　ｌ）形アクティブミキサのような任意の伝統的なミキサ回 路とすることができ局部発振器（Ｌ　Ｏ）のフィードスルーを最小化しかつ調整 されたＩＦ信号２０３をＲＦ信号２１５に変換するために使用される。該ミキサ ２１２はまた入力として前記ＬＯ基準２０６によって発生される基準信号２０９ を有する。ミキサ２１２からの出力はＲＦ信号２１５であり、これは次にフィル タ及びバッファ増幅器２１８によりろ波されかつバッファリングされる。該フィ ルタ及びバッファ増幅器２１８はミキサ出力からのスプリアス成分を除去しかつ 信号を引き続く回路段を駆動するのに必要なレベル間で上昇させるために必要で ある。さらに、前記ＲＦ倍信号１５は第２の減衰器、すなわちＲＦ減衰器２２１ に入る。好ましい本実施例においては、ＲＦ減衰器２２１はＭｉｎｉ−Ｃｉｒｃ ｕｉｔｓにより製造された平衡ミキサ形減衰器ＰＡＳ−２でありかつＲＦ信号２ １５のレベルを調整するために使用される。ＲＦ信号２１５は第２の減衰制御信 号ＲＦ　ＣＮＴＲＬ　２４２の値に応じた量だけ減衰される。ＲＦ減衰器２２１ からの出力は調整されたＲＦ信号２２４であり、これは電力増幅器２２７によっ て増幅されて所望のＲＦ出力信号を生成する。電力増幅器２２７は定エンベーロ ーブ変調機構（ＦＭのような）が使用される場合により高い効率のために飽和ま で駆動できる任意の伝統的なりラスＡ、　ＡＢ、またはＢ電力増幅器とすること ができる。電力検出器２３０は前記所望のＲＦ出力信号の大きさを検出しかつ振 幅検出信号ＭＡＧ　ＤＥＴ　２３３を生成する。前記電力検出器はダイオード形 または対数増幅器／検出器回路のような任意の伝統的な電力検出器とす２３３及 びＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２の間の差に関連してＩＦ　ＣＮＴＲＬ　２３９及 びＲＦ　ＣＮＴＲＬ　２４２を決定する。

増幅器制御回路２３６は電力制御回路１００の中心となるものであり、かつそれ が１つのみの代わりに２つの出力を制御しなければならない点で独自的なもので ある。好ましい本実施例においては、モトローラ社の６８ＨＣ１１型のような、 マイクロプロセッサがＩＦ減衰器２００及びＲＦ減衰器２２１をデジタル的に制 御するために使用できる。

ＩＦ　ＣＮＴＲＬ　２３９及びＲＦ　ＣＮＴＲＬ　２４２をアナログ形式で提供 するのに必要されるためデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を各出力において 使用することができる。デジタル的に制御される減衰器がより一般的になるに応 じて、前記Ｄ／Ａ変換器は必要でなくなるであろう。同様に、別の実施例におい ては、Ａ／Ｄ変換器を使用して電力検出器２３０の出力をデジタル化することが できる。この実施例では、ＭＡＧ　ＤＥＴ　２３３は所望のＲＦ出力信号のデジ タル表現となる。

ＩＦ減衰器２００及びＲＦ減衰器２２１の制御は次のようにして行われる。増幅 器制御回路２３６は前記所望のＲＦ出力信号１０３が所望の電力レベル範囲また はダイナミックレンジ内に入ることができるようにし、該所望の電力レベル範囲 またはダイナミックレンジは、説明の目的で、８０ｄＢとすることができる。８ ０ｄＢのダイナミックレンジより小さい、電力レベル範囲の調整は増幅器制御回 路２３６のマイクフロプロセッサにプログラムされる。この範囲は、前にのべた ように例示の目的で、前記最大利用可能電力レベルの下のゼロ及び２０ｄＢの間 の任意のものとすることができる。もし前記所望のＲＦ出力信号がこのより小さ な範囲内にあるべきであれば、ＲＦ減衰器２２１のみが調整される。増幅器制御 回路２３６に入るＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２が加入者ユニットが前記最大値の 下の０〜４０ｄＢの範囲内で送信しなければならないことを示していれば、１Ｆ 減衰器２００は最大出力にセットされかつ制御ループが使用される。第３図は、 このプロセスの間にＲＦ減衰器２２１をセットするために増幅器制御回路２３６ が行うステップを示す。該プロセスは３００でスタートし増幅器制御回路２３６ が３０３においてＭＡＧ　ＤＥＴＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２と等しいかについて 判定するためテストが行われる。もし等しければ、増幅器制御回路２１０２に等 しくなければ、３０９において他のテストが行われＭＡＧ　ＤＥＴ　２３３がＭ ＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２より大きいか否かが判定される。もし大きければ、前 記所望のＲＦ出力信号１０３は大きすぎかつ減衰されなければならない。これは 増幅器制御回路２３６によりステップ３１２においてＲＦ減衰器２２１の減衰量 を増大させることにより達成される。減衰量が増大された後、増幅器側ＡＧ　Ｃ ＮＴＲＬ　１０２より大きくなければ、所望のＲＦ出力信号１０３はＭＡＧ　Ｃ ＮＴＲＬ　１０２によって必要されるレベルより低く、かつ従って増幅器制御回 路２３６は３１５においてＲＦ減衰器２２１の減衰度を低減する。再び、減衰度 が低減された後、増幅器制御回路２３６は３０３においてＭＡＧ　ＤＥＴ　２３ ３を読み取りレベルが所望の通りであるか否かを判定する。

ＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２が加入者に前記最大値（調整電力レベル範囲）の４ ０ｄＢ内で送信することを要求する限り、ＲＦ減衰器２２１は調整される唯一の 減衰器である。これはバッテリ電力で動作する加入者ユニットに取って重要であ るが、それは２つの利用可能な減衰器の内の１つのみをスイッチングする場合に 使用される電流が少ないからである。ＲＦ減衰器２２１をより高い電力レベルで 制御する他の重要な理由は、しばしばＰＡ入力／出力電力に正比例する、ＰＡ　 ２２７によって消費される電力を最小化することである。さらに、より高い電力 レベルが必要とされる場合にＰＡ　２２７に供給される電流は必要な出力レベル の関数として変えられる。調整電力レベル範囲にわたりＰＡの効率を最適化する ために増幅器制御回路２３６からＰＡ　２２７へのバイアス制御信号２２５はク ラスＡ及びＡＢのＰＡのためのＰＡアイドル電流を制御するよう変えられる。増 幅器制御回路２３６はＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ１０２を監視し、かつＭＡＧ　ＣＮＴ ＲＬ　１０２が前記調整可能な電力レベル範囲内にある場合は、増幅器制御回路 ２３６はバイアス制御信号２２５を所定のレベルにセットし、それによってＰＡ 電流を必要な出力電力を生成するのに必要な最小レベルに制限する。

前記送信レベルが調整電力レベル範囲より低いことが必要とされる場合は、増幅 器制御回路２３６はＰＡ　２２７に供給される電流を送信を必要な出力電力レベ ルに維持するために必要な最小の電流に低減する。この出力電力レベル、及びそ の対応する最小電流レベルは前記調整電力レベル範囲の底部において生じる。ま た、この時点で、ＲＦ減衰器２２１は最大減衰度にセットされ、かっＩＦ減衰器 ２００は次にＲＦ出力電力のさらなる低減を与えるよう調整される。減衰される 信号が異なる周波数にある、送信経路に２つの減衰器を使用することにより送信 機の広いダイナミックレンジが可能になる。単一の減衰器の送信経路の主な欠点 は減衰器それ自体の付近のストレイ結合により減衰度が制御範囲の４０ｄＢ付近 に制限されることである。すなわち、減衰器を通る経路が完全にカットオフでき ても、いくらかの量の信号が常に減衰器の付近をリークしかつ引き続く増幅器段 にリークする。信号が異なる周波数になっている、送信経路における２つの減衰 器によりストレイ結合の問題を避けることができ、それは前記ＩＦ倍信号たとえ いくらかのＩＦ倍信号り一ケージがあっても、ＲＦ回路を通って伝搬しないから である。ＩＦ及びＲＦにおける減衰はまたストレイ放射を最小にするが、それは 加入者ユニットの内側に存在する送信周波数信号のレベルが大幅に低減されるか らである。

もし電力検出器２３０がおよそ８０ｄＢのダイナミックレンジを有していれば、 ＩＦ　ＣＮＴＲＬ　２３９によるＩＦ減衰器２００を調整するために第３図にお いて説明したのと同じフィードバックループが最大電力レベルの下の４０及び８ ０ｄＢの間の範囲に対して使用できる。好ましい本実施例においては、検出器レ ンジは通常８０ｄＢより下に制限されるから、リニアＩＦ減衰器２００を使用し た増分的制御機構を導入できる。リニアＩＦ減衰器２００においては、減衰度は 「校正され」、それによってＩＦ　ＣＮＴＲＬ　２３９における与えられたステ ップ、すなわち１ボルト、が１０ｄＢのような、電力の一定の変化を生成するよ うになる。

第４図は、前記増分的制御機構を行うために増幅器制御回路２３６が行うステッ プを示す。該プロセスは４００でスタートし、増幅器制御回路２３６が４０３に おいてＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２を読み取る。次に４０６において新しく読ん だＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　１０２が前記最後の振幅制御信号に等しいか否かを判定 するためにテストが行われる。もし等しければ、ＩＦ減衰器２００は調整する必 要がなくかつ増幅器制御回路２３６は４０３において次のＭＡＧ　ＣＮＴＲＬ　 １０２を読み取る。しかしながら、も制御回路２３６は４０９において前記新し い及び古いＭＡＧ　ＣＮＴＲＬの間の差を決定する。増幅器制御回路２３６は４ １２においてＩＦ減衰器２００に印加されるべき適切なＩＦ　ＣＮＴＲＬ　２３ ９を決定する。ＩＦ減衰器２００は次に必要に応じて４１５においてその減衰度 を増分／減分される。減衰度が増分／減分された後、新しいＭＡ２３６によって 読み取られかつ処理が反復される。

従って、ベースステーション受信機のオーバロードが避けられなければならない 無線電話システムにおいて使用するために広いダイナミックレンジを提供する電 力制御回路のための必要性が実質的に満たされる。ＩＦ分岐における減衰器及び ＲＦ分岐における減衰器の使用により減衰器の周囲のストレイ結合の影響を減少 させ効果的に送信機のダイナミックレンジを増大する。この２つの回路譚の制御 機構はまたＲＦ出力電力レベルが低減される場合ＰＡ　２２７の電流を切り下げ ることを可能にすることにょっ′て改善された効率を可能にする。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．出力信号のレベルを調整するための制御回路であって、 第１の周波数を有する調整された信号を生成するために第１の周波数を有する信 号のレベルを先験的に調整するための第１の手段、 前記調整のための第１の手段に結合され、第１の周波数を有する前記調整された 信号を第２の周波数を有する変換された信号に変換するための手段、 前記変換するための手段に結合され、第２の周波数を有する調整された出力信号 を生成するために第２の周波数を有する前記変換された信号のレベルを先験的に 調整するための第２の手段、 前記調整するための第２の手段に結合され、第２の周波数を有する増幅され調整 された出力信号を生成するために第２の周波数を有する前記調整された出力信号 を増幅するための手段、 前記増幅するための手段に結合され、振幅検出信号を生成するために第２の周波 数を有する前記増幅され調整された出力信号の振幅を検出するための手段、そし て少なくとも前記振幅検出信号及び調整制御信号からの入力に基づき前記調整の ための第１及び第２の手段そして前記増幅のための手段を制御するための手段、 を具備する出力信号のレベルを調整するための制御回路。
2. ２．前記調整のための第１の手段はさらに第１の周波数を有する前記信号のレベ ルを減衰するかまたは第１の周波数を有する前記信号のレベルを可変可能に増幅 する、請求の範囲第１項に記載の制御回路。
3. ３．前記調整のための第２の手段はさらに第２の周波数を有する前記変換された 信号のレベルを減衰するかまたは第２の周波数を有する前記変換された信号のレ ベルを可変可能に増幅する、請求の範囲第１項に記載の制御回路。
4. ４．無線周波数（ＲＦ）出力信号の電力レベルを調整するための電力制御回路で あって、該電力制御回路は信号源からの中間周波（ＩＦ）信号を入力として有し 、前記電力制御回路は、 調整されたＩＦ信号を生成するために前記１Ｆ信号の電力レベルを先験的に調整 するための第１の手段、前記調整のための第１の手段に結合され、前記調整され たＩＦ信号を前記ＲＦ出力信号に変換するための手段、前記変換のための手段に 結合され、調整されたＲＦ出力信号を生成するために前記ＲＦ出力信号の電力レ ベルを先験的に調整するための第２の手段、 前記調整のための第２の手段に結合され、増幅されかつ調整されたＲＦ出力信号 を生成するために前記調整されたＲＦ出力信号を増幅するための手段、 前記増幅のための手段に結合され、振幅検出信号を生成するために前記増幅され かつ調整されたＲＦ出力信号の振幅を検出するための手段、そして 少なくとも前記振幅検出信号および調整制御信号からの入力に基づき前記調整の ための第１及び第２の手段そして前記増幅のための手段を制御するための手段、 を具備する電力制御回路。
5. ５．前記変換のための手段はさらに、 基準信号を発生するための手段、そして前記ＲＦ出力信号を生成するために前記 調整されたＩＦ信号を前記発生された基準信号とミキシングするための手段、 を具備する、請求の範囲第４項に記載の電力制御回路。
6. ６．送信機における所定の電力レベル範囲にわたり無線周波（ＲＦ）出力信号の 電力レベルを調整するための電力制御回路であって、該電力制御回路は入力とし て信号源からの中間周波（ＩＦ）信号を有し、該電力制御回路は前記ＲＦ出力信 号を所望のレベルに調整しかつ所望の電力レベルにおけるＲＦ出力信号に関係す る少なくとも１つの調整制御信号を提供する能力を有し、前記電力制御回路は、 前記所定の電力レベル範囲より低いかまたは等しい語整電力レベル範囲を提供す るための手段、基準信号を発生するための手段、 前記第１の調整制御信号に応答して、前記ＲＦ出力信号の所望の電力レベルが前 記調整電力レベル範囲内にない場合に前記ＩＦ信号を調整するための第１の手段 、前記調整のための第１の手段に結合され、前記発生された基準信号を前記調整 されたＩＦ信号とミキシングして前記ＲＦ出力信号を生成するための手段、そし て前記第２の調整制御信号に応じて、前記ＲＦ出力信号の前記所望の電力レベル が前記調整電力レベル範囲内にある場合に前記ＲＦ出力信号を調整して前記所望 の電力レベルのＲＦ出力信号を生成するための第２の手段、を具備する電力制御 回路。
7. ７．前記調整のための第１の手段はさらに前記ＲＦ出力信号の所望の電力レベル が前記調整電力レベル範囲内にない場合に前記ＩＦ信号の電力レベルを減衰する か、あるいは前記ＲＦ出力信号の所望の電力レベルが前記調整電力レベル範囲内 にない場合に前記ＩＦ信号の電力レベルを可変可能に増幅する、請求の範囲第６ 項に記載の電力制御回路。
8. ８．前記調整のための第２の手段はさらに前記ＲＦ出力信号の前記所望の電力レ ベルが前記調整電力レベル範囲内にある場合に前記ＲＦ出力信号の電力レベルを 減衰するか、あるいは前記ＲＦ出力信号の前記所望の電力レベルが前記調整電力 レベル範囲内にない場合に前記ＲＦ信号を最大減衰度で減衰する、請求の範囲第 ６項に記載の電力制御回路。
9. ９．出力信号のレベルを調整する方法であって、第１の周波数を有する調整され た信号を生成するために第１の周波数を有する信号のレベルを先験的に調整する 段階、 第１の周波数を有する前記調整された信号を第２の周波数を有する変換された信 号に変換する段階、第２の周波数を有する前記調整された出力信号を生成するた めに第２の周波数を有する前記変換された信号のレベルを先験的に調整する段階 、 第２の周波数を有する増幅されかつ調整された出力信号を生成するために第２の 周波数を有する前記調整された出力信号を増幅する段階、 振幅検出信号を生成するために第２の周波数を有する前記増幅されかつ調整され た出力信号の振幅を検出する段階、そして 少なくとも前記振幅検出信号及び調整制御信号からの入力に基づき前記調整を行 う段階及び前記増幅を行う段階を制御する段階、 を具備する、出力信号のレベルを調整する方法。
10. １０．無線周波（ＲＦ）出力信号の電力レベルを調整する方法であって、 調整されたＩＦ信号を生成するためにＩＦ信号の電力レベルを先験的に調整する 段階、 前記調整されたＩＦ信号をＲＦ出力信号に変換する段階、調整されたＲＦ出力信 号を生成するために前記ＲＦ出力信号の電力レベルを先験的に調整する段階、増 幅されかつ調整されたＲＦ出力信号を生成するために前記調整されたＲＦ出力信 号を増幅する段階、振幅検出信号を生成するために前記増幅されかつ調整された ＲＦ出力信号の振幅を検出する段階、そして少なくとも前記振幅検出信号及び調 整制御信号からの入力に基づき前記調整段階及び前記増幅段階を制御する段階、 を具備する無線周波（ＲＦ）出力信号の電力レベルを調整する方法。