JP2002033672A - 無線デバイス用送信器と送信器内のパワー増幅器の効率を改善する方法と装置 - Google Patents
無線デバイス用送信器と送信器内のパワー増幅器の効率を改善する方法と装置Info
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Abstract
を使用出来る方法と装置を提供すること。 【解決手段】 本発明によればパワー増幅器の送信パワ
ーが低いときには線形モードで動作してISIを改善す
る。入力パワーが高くなったときにはパワー増幅器は非
線形モードで動作して電力消費を減らす。信号形状はル
ートレイズドコサインフィルターのパラメータを変化さ
せることにより変化させる。入力レベルが低いときには
従来のフィルターパラメータが用いられ、高いときには
修正したフィルターパラメータが用いられる。2つのフ
ィルターパラメータの間の切り替えはベースバンドで行
われることを特徴とする。
Description
特に時分割多重アクセス(time division multiplie ac
cess;TDMA)電話内の非線形パワー増幅器の使用が
可能となるような線形化技術に関する。
ものとなっている。携帯電話によりユーザーはあらゆる
場所で電話をかけたり受けたりすることが出来る。
術を用いて基地局と通信していた。しかし、近年TDM
Aのようなデジタル技術が携帯電話(ワイヤレス電話)
で開発されている。TDMAは時分割多重化技術を用い
てデジタル無線サービスを提供する技術として無線電話
の世界で用いられている。TDMAは無線周波数を複数
のタイムスロットに分割し、このタイムスロットを必要
に応じて携帯電話に割り当てることにより機能してい
る。このようにして1個の周波数で複数データチャンネ
ルを同時にサポートすることが出来る。
話)の関連部分を表すブロック図である。
502に入力され、その後パワー増幅器504に入力さ
れて送信される。パワー増幅器504から出力された信
号の一部をエンベロープ検出回路506が検出し、この
検出した信号が修正回路508に出力される。修正回路
508は、検出ダイオードの線形領域の特性に基づい
て、可変利得増幅器502の入力/出力(I/O)特性
を、パワー増幅器504の非線形領域特性とは逆の特性
を用いて、線形特性を近似するよう可変利得増幅器50
2のI/O特性を修正する。
れた受信用基地局に無線信号を送信するのに必要なエネ
ルギーを提供する。無線デバイスに於いては、パワー増
幅器504はデバイスのバッテリーの主要な消費源であ
る。パワー増幅器504の効率を増加させることは、通
話時間と待機時間を長くし、無線デバイスの軽量化と小
型化に寄与できる。
ことにより利点が得られるが、又別の制約も存在する。
例えば、現在の産業界の標準では送信出力信号の最大歪
みレベルを規定している。従来では線形パワー増幅器を
用いて出力信号がクリアーで歪みのないものとなるよう
にしている。パワー増幅器の線形性のレベルが高くなる
と送信信号の歪みレベルが低くなる。しかし、線形性と
効率とは逆比例の関係にある。高効率を有するパワー増
幅器は非線形パワー増幅器である。
ることが好ましい。
線形性を改善することは、線形化回路を非線形増幅器に
導入することである。この考えの背景にあるものは、線
形化装置は線形パワー増幅器よりもDCパワーの消費が
遙かに少ないということである。線形化回路を従来方法
で実行することは「フィードフォワード」線形化技術を
用いることである。このフィードフォワード線形化技術
は、日本特許特開平7−173661(出願人:沖電気
工業,公開日1997年1月21日)に開示されてい
る。
路を必要とし、これにより無線送信器のコストと信頼性
が上昇することになる。更にこのような従来の線形化技
術はC級増幅器への適用に対しては十分なテストがなさ
れていない。
ー増幅器の線形性を犠牲にすることなく、特にTDMA
送信器の効率を改善する方法と装置を提供することであ
る。
の送信器は請求項1に記載した特徴を有する。即ち、パ
ワー増幅器(108)と、ルートレイズドコサインフィ
ルター(106)と、前記パワー増幅器により増幅され
た変調信号に対し第1レベルの線形を与えるために前記
ルートレイズドコサインフィルターに適用される第1の
組のパラメータ(102)と、前記パワー増幅器により
増幅された変調信号に対し第2レベルの線形を与えるた
めに前記ルートレイズドコサインフィルターに適用され
る第2の組のパラメータ(104)とを有することを特
徴とする。
増加させる方法は、請求項10に記載した特徴を有す
る。即ち、(A) パワー増幅器の送信パワーが所定レ
ベル以下のときには、ルートレイズドコサインフィルタ
ー内で第1の組のパラメータを設定するステップと、
(B) パワー増幅器の送信パワーが所定レベル以上の
ときには、ルートレイズドコサインフィルター内で第2
の組のパラメータを設定するステップとを有することを
特徴とする。
ばTDMA,CDMA,FDMA等を用いた移動電話シ
ステムで使用されるパワー増幅器を線形化する方法と装
置を提供する。
そのスペクトラムが拡散することである。隣接する別の
チャネルは、特にスペクトラム拡散に弱いが、その理由
は不用なスペクトラム拡散の結果がフィルタで除去でき
ないからである。基礎理論によれば、入力信号が振幅変
調されたときにのみ隣接するチャネルに対するスペクト
ラム拡散の問題が発生する。例えば、TDMA標準(I
S−136)によれば入力信号は振幅変調されている。
振幅変調は入力信号を特殊なナイキスト型に整形するこ
とにより行われる。この整形はシンボル間干渉(Inter-
Symbol Interference;ISI)を回避するために必要で
ある。
クトル振幅(Error Vector Magnitude;EVM)であ
る。一方、線形性の測定値は隣接チャネルパワー(Adja
cent Channel Power;ACP)である。TDMA標準で
はACPの値は26dB以上であり、線形増幅器(即ち、
ACP=29dBの増幅器)に対してはEVMの値は約4
%である。非線形増幅器(即ち、ACP=26dBの増幅
器)に対してはEVMの値は約6%である。TDMA標
準ではEVMの値は12.5%を要求している。このこ
とは線形性が改善される場合(即ち、ACPの値が増加
する場合)には、EVMの値は増加する余地があること
を意味している。
ラムを決定するファクターは入力信号の整形をすること
である。整形は、ルートレイズドコサインフィルター
(rootraised cosine filter ;RRCF)によりベース
バンドで行われる。RRCFパラメータを変化させるこ
とは、パルス整形を変化させることにつながる。そして
この変化はACPの改善につながるが、ISIを劣化さ
せることになる。
re-root raised cosine filter ;RRCF)は、あらゆ
る承認された無線変調標準に含まれている。レイズドコ
サインフィルター(RRCFを含む)は、厳密にバンド
幅が制限された信号を生成するために無線通信で広く用
いられる。これは隣接するチャネルバンドで使用される
ために変調信号が作り出す干渉を低減させるために好ま
しい。これにより通信システムはチャネル帯域(バンド
幅)に対してナイキストレイトに近いレートで信号を送
ることができ且つ、チャネル歪みとシンボル間干渉(I
SI)の原因となる過剰なサイドローブのフィルタリン
グを必要としない。
ルターは、多くの通信アプリケーションで用いられてい
る。RCパルス形状(波形)は2つの部分に分割され、
1つは送信器用に他の1つは受信器用である。この場合
各サイドはいわゆるマッチドフィルター対を形成するル
ートレイズドコサインフィルターを有する。
上で)或いはRF(変調器の出力点で)の何れかで実行
される。多くの実際のアプリケーションでは、例えばル
ックアップテーブル内のパルス形状のサンプル値を記憶
するデジタル信号プロセッサ(DSP)を用いたベース
バンドのアプローチを採用している。これ等の値はサン
プルクロック周波数で読み出されてシンボルを生成して
変調及び転送を行う。
パラメータを調節することにより、ISI要件とACP
要件との間の妥協点を見出すことである。この調整はフ
レキシブルでなければならない。RRCFパラメータは
出力信号が仕様書が許す以上に拡散したときには基の値
に戻らなければならない。
或いは複数のRRCFと共に使用するRRCFのフィル
ターパラメータの追加の組を含み、何れの時にもRRC
Fフィルターパラメータの2つの組の間での選択権を与
える。RRCFフィルターパラメータは無線デバイスの
動作モードに基づいて選択される。特にここに開示した
実施例に於いてはRRCFパラメータの1つの組が無線
デバイスが高い(例、最大)パワーで送信しているとき
には自動的に選択され、それが実行され、無線デバイス
がそれよりも低いパワーで送信しているときには別の組
が自動的に選択されて実行される。
号出力の整形(成形)は送信パワーのレベルに従って変
化する。このことは特に高いパワーレベル出力信号に対
してはシンボル間干渉(ISI)を増加させるが、AC
Pを改善することはない(即ち、スペクトラム拡散を低
減させて送信パワー増幅器の線形性を改善する)。
とにより、自動線形機能(adaptable linearization)
を有する。安価で容易に実現可能なパワー増幅器が多重
アクセスシステム、例えばTDMA,FDMA,CDM
A等で実現することが出来る。実際に送信器の効率は大
幅に改善することが出来(例えば、10%から20%或
いはそれ以上)、これはより大きな非線形領域でパワー
増幅器を動作させる必要がない。
を及ぼすことなく大幅に改善することが出来るために小
電流しか必要としない非線形増幅器を用いることが出来
る。これはバッテリーの充電時間を減らし、デバイスの
小型化に役立つ。
ターパラメータにアクセスする適用型(自動)ルートレ
イズドコサインフィルターRRCFを含む無線デバイス
(例、TDMA,CDMA,FDMAの携帯電話)の送
信器部分を表す。
サインフィルタ106は正規動作用フィルターパラメー
タ102或いは高送信パワー用フィルターパラメータ1
04を具備して構成される。ルートレイズドコサインフ
ィルタ106は、変調信号に対し変調信号を線形化して
出力パワー増幅器108を効率的に線形化し、回路の追
加も少なくパワーも少ないようなより効率的なパワー増
幅器を構成できる。
に用いられるブロック図である。
ストリームとIデータストリームを受信するデータ符号
化器272を有する。
71a,271bが、それぞれQデータストリームとI
データストリームをフィルタ処理する。ルートレイズド
コサインフィルタ271a,271bはベースバンド内
にある。
タストリームとIデータストリーム(即ち、デジタルベ
ースバンドデータストリーム)は、適宜の変調器、例え
ば直交振幅変調器(QAM)273で変調されてRF信
号を出力する。
た信号を適宜のRF周波数に変換して、それを送信器が
用いる。
器(第1段プリアンプ276と第2段パワー増幅器27
7)を有する。
て線形化して、非線形効果に関連する拡散スペクトラム
を減らす。入力信号の形状の変化はルートレイズドコサ
インフィルタ271a,271bのパラメータを変化さ
せることにより行われる。従ってパワー増幅器は送信さ
れたパワーが高いときには非線形モードで動作して、こ
れにより効率が改善される。
ードにあるときには第1の組のパラメータを用いる。非
線形が原因で増加したISIは、ハイパワー時で隣接す
るシンボル間を区別することが容易に出来るために障害
とはならない。
ば、最大パワーで動作しないとき)、RRCFの第2の
組のパラメータがダウンロードされる。これにより全体
的なシンボル間干渉(ISI)が低下する。
イン周波数応答を表す図である。
的な線形増幅器と、パワー増幅器内の非線形性を三段階
悪くした状態を表すスペクトラムのプロット図である。
スペクトラムLを用い、一方、幾分非線形のパワー増幅
器は広いスペクトラムNL1を用い、これは図5に示す
ように例えば−40dB以上である。
増幅器は、更に広いスペクトラムNL2を用い、非常に
非線形のパワー増幅器は更に広いスペクトラムNL3を
用いる。
間の関係と、送信された信号が利用するスペクトラム量
について明確にし、出力スペクトラムに対する所望の制
約に基づいてRRCFフィルターパラメータを調整す
る。
(例、最大レベル)にあり、そして元のものと信頼形に
ある場合には、RRCFの実現は、RRCFの特定のパ
ラメータの決定を含み、それ以外の場合には非線形パワ
ー増幅器の出力拡散スペクトラムが許容範囲内にあると
き、例えばハイレベル(最大レベル)以下にあるときに
は従来のパラメータを用いる。
mを示す。図7BにはRMSのベクトルエラーが6.1
2%(rms)の場合で、変調の割合を示し、図7Cは
−30kHzに−25.85dB(これは所望の仕様であ
る−26dBを越えている)の変調に起因する平均パワー
を示す。このことはスペクトラム拡散は許容された隣接
するチャネルパワーの特定値以上であることを示してい
る。
ーのパラメータは、高送信パワー用フィルターパラメー
タ104に変化させて、その結果得られた隣接チャネル
パワーが仕様の範囲にはいるようにすることが出来る。
このことは図8A−8Cに示した結果で明らかである。
できる機能を有していないために(多くの測定デバイス
も同様な問題がある)、ナイキストフィルタを用いて図
8A−8Cを作成した。ナイキストフィルタは高送信パ
ワー用フィルターパラメータ104を有するRRCFフ
ィルタをこの実施例ではシミュレートする。
示し、これは図7Aと実質的に同一である。図8BはR
MSベクトルエラーが14.29%(rms)の場合を
示し、ベクトルエラーが増加していることを示す(これ
はシミュレートしたRRCFパラメータを変化させるこ
とから予測出来ることである)。しかしこのことは大し
たことではなく、その理由は図8Cに示すように隣接す
るチャネルパワーは−26dB以上に十分に減衰している
からである。特に図8Cに示すように−30kHzでの
変調に起因した平均パワーは−27.24dBにまで改善
されている。
ータソフトウエア(HP−EESOFから市販されてい
るOMNISYS)を用いて行われた。このシミュレー
トした測定は、汎用の電話器モデルに対し形成された送
信器モデルで行われた。
装置上でTDMAシステムに対し行われた。本発明はT
DMAシステムの実施例で行われ証明されたが、本発明
は他の多重アクセス通信システム、例えばCDMA,F
DMA等にも等しく適用できる。
号が増幅器に与えられた。この増幅器の出力信号は、T
DMAパワーメータMS8604Aで測定した。図6は
図7A−7Cと8A−8Cのシミュレーションが行われ
たRFパワーレベルの組を示す。
るようバイアスがかけられた。このモードに於いて、増
幅器はEVMが約3.5%でACPが約29dBの出力パ
ワーの約29dBmを分配した。DC電流の消費は0.7
1Aであった。
るよう再度バイアスをかけた。同一の出力パワーを得る
ために入力パワーレベルを増加させた。線形の場合のパ
ワーレベル(−29dB)でACPは26db以下(最大許
容可能値)で、EVMは約6%(図7A−7C)で、D
C電流消費は0.55Aに減少した。
化させた。ANRITSUの装置における入力データス
トリームの形状を変化させる唯一の方法は、フィルタの
種類を変化させることであった。成形フィルタはRRC
FからNYQ(Nyquist)に変えた。入力パワーを調整
して前の場合と同じ出力パワーの値(約29dBm)を得
た。そのパワーレベルでACPの値は27dBより良好と
なるよう変化した。しかし、EVMの値は14%以上に
ジャンプした(図7A−7C)。DC消費は非線形の場
合と同じである。即ち、0.55Aであった。
実験的な証明方法と基本的には一致する。即ち、まずパ
ワー増幅器が圧縮点の値(PidB=28.5dBm)を変
化させることにより非線形モードとなるよう調整した。
その後、入力パワーを増加させて出力パワーは線形モー
ドと同一となるよう調整した(約27.5dBm)。この
場合のACPの値は、約24dBmであった。
た。これによりACPは約27.5dBmに改善され、E
VMの値は依然として許容可能である(約9%)。
である。本発明によれば、2つの組のルートレイズドコ
サインフィルターパラメータを用意した。1つは元のパ
ラメータの組であり、他は修正したパラメータの組であ
る。電話器が最大パワーレベルで送信を必要とする場合
には、修正されたフィルターパラメータがダウンロード
される。電話器が3dB以上パワーレベルを低下させるよ
う指示を受けると元のパラメータが再びダウンロードさ
れる。
ルを用いて実現可能である。切り替えは、異なるフィル
ター係数をダウンロードすることにより行われるため
に、実際にはRRCFの異なるパラメータはこの本発明
の解決方法に対しコストを上乗せすることはない。
で記載した番号は本発明の一実施例の態様関係を示すも
ので本発明の範囲を限定するものと解釈してはならな
い。
クセス可能な適用型ルートレイズドコサインフィルタ
(root raised cosine filter ;RRCF)を有する無
線デバイス(TDMA無線電話器)の関連送信器部分を
表す図。
詳細ブロック図。
応答を表す図。
幅器と、パワー増幅器内の非線形性を三種類悪くした状
態を表すスペクトラムのプロット図。
Fパワーレベルの組を表す図。
増幅器とRRCFを有する送信器の実験結果を表す図。
たRRCFをシミュレートするナイキストフィルタと非
線形増幅器を含む送信器の実験結果を表す図。
Claims (17)
- 【請求項1】パワー増幅器(108)と、 ルートレイズドコサインフィルター(106)と、 前記パワー増幅器により増幅された変調信号に対し第1
レベルの線形を与えるために前記ルートレイズドコサイ
ンフィルターに適用される第1の組のパラメータ(10
2)と、 前記パワー増幅器により増幅された変調信号に対し第2
レベルの線形を与えるために前記ルートレイズドコサイ
ンフィルターに適用される第2の組のパラメータ(10
4)とを有することを特徴とする無線デバイス用送信器 - 【請求項2】前記第1の組のパラメータは、前記ルート
レイズドコサインフィルターの従来のパラメータの組で
あることを特徴とする請求項1記載の送信器。 - 【請求項3】前記パワー増幅器は非線形パワー増幅器で
あることを特徴とする請求項1記載の送信器。 - 【請求項4】前記送信器は、TDMA装置であることを
特徴とする請求項1記載の送信器。 - 【請求項5】前記TDMA装置は、携帯電話であること
を特徴とする請求項4記載の送信器。 - 【請求項6】前記送信器は、CDMA装置であることを
特徴とする請求項1記載の送信器。 - 【請求項7】前記送信器は、FDMA装置であることを
特徴とする請求項1記載の送信器。 - 【請求項8】前記変調信号は、前記ルートレイズドコサ
インフィルター(106)を通過する前に前記パワー増
幅器を通過することを特徴とする請求項1記載の送信
器。 - 【請求項9】前記変調信号は、前記パワー増幅器(10
8)を通過する前に前記ルートレイズドコサインフィル
ター(106)を通過することを特徴とする請求項1記
載の送信器。 - 【請求項10】(A) パワー増幅器の送信パワーが所
定レベル以下のときには、ルートレイズドコサインフィ
ルター内で第1の組のパラメータを設定するステップ
と、 (B) パワー増幅器の送信パワーが所定レベル以上の
ときには、ルートレイズドコサインフィルター内で第2
の組のパラメータを設定するステップとを有することを
特徴とする送信器内のパワー増幅器の効率を改善する方
法。 - 【請求項11】前記第1の組のパラメータは、TDMA
システムでのシンボル間干渉を低下させることを特徴と
する請求項10記載の方法。 - 【請求項12】前記所定レベルは、最大の動作可能送信
レベルであることを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項13】前記パワー増幅器は、非線形増幅器であ
ることを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項14】(A) パワー増幅器の送信パワーが所
定レベル以下のときには、ルートレイズドコサインフィ
ルター内で第1の組のパラメータを設定する手段と、 (B) パワー増幅器の送信パワーが所定レベル以上の
ときには、ルートレイズドコサインフィルター内で第2
の組のパラメータを設定する手段とを有することを特徴
とする送信器内のパワー増幅器の効率を改善する装置。 - 【請求項15】前記第1の組のパラメータはTDMAシ
ステムでのシンボル間干渉を低下させることを特徴とす
る請求項14記載の装置。 - 【請求項16】前記所定レベルは、最大の動作可能送信
レベルであることを特徴とする請求項14記載の装置。 - 【請求項17】前記パワー増幅器は、非線形増幅器であ
ることを特徴とする請求項14記載の装置。
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