JP2006526916A - 移動体通信装置の送信電力を設定するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

特にＵＭＴＳ用の移動体通信装置の送信電力を設定するための方法において、そのときに要求される送信電力は高い精度でかつ良好な信号対雑音比で設定される。デジタル信号Ｉ。出力アンテナ（７）に印加される信号の送信電力の測定値と、基地局（１２）からの電力コマンドによる送信電力の所要値である結果との間の差は、それらが一緒に所要送信電力を生じさせる。

Description

本発明は、特にＵＭＴＳ（ユニバーサル移動体通信システム）システム用の移動体通信装置の送信電力を設定するための方法および装置に関する。

移動体通信システムでは、かつ特にＵＭＴＳシステムでは、移動体通信装置の送信電力を高い精度で設定することが要求される。移動体通信システムの基地局は現在、移動体通信装置が任意の時点に送信すべき電力を指定する。ＵＭＴＳシステムでは、±０．５ｄＢの相対精度が送信電力に対して規定されている。

従来のアナログ増幅器では、この種の精度はせいぜい、複雑かつ高価な回路機構および複雑かつ高価な校正手順によってのみ、限られた温度範囲でだけ確保される。

本発明の目的は、任意の時点に要求される送信電力に対し良好な信号対雑音比で高い精度を確保することのできる、冒頭の段落に記載した種類の方法および装置を特定することである。

方法に関しては、上記目的は本発明に従って請求項１の特徴によって達成され、装置に関しては請求項７の特徴によって達成される。

デジタルおよびアナログ増幅の組合せによって、送信電力は高低に関わらず正確に設定することができ、したがってその相対精度は、広いダイナミック・レンジにわたってＵＭＴＳの厳しい要求さえも満たすことが可能である。高価なアナログ増幅器は必要ない。デジタル増幅に基づいて得られる高い相対精度、およびデジタル増幅が持つ動作電圧および温度の変動に対する不感受性が利用される。

好適な実施形態は、請求項２ないし５に見ることができる。

総利得はデジタル利得およびアナログ利得で構成されるという事実は、請求項６に記載の通り、アナログ増幅器の自己校正を簡単に実行することを可能にする。従属請求項８および９は、本発明の実施形態に関連する。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載する実施形態から明らかであり、それらを参照しながら説明する。

移動体通信装置において、デジタル・データ・ソース１は、２個のデジタル信号Ｉ_１およびＱ_１としての複素値の形である、送信される情報を利用可能にする。デジタル信号Ｉ_１およびＱ_１はデジタル増幅器８で増幅されて信号Ｉ_２およびＱ_２を生じ、これらの信号はデジタル・アナログ変換器２によってアナログ信号Ｉ_３およびＱ_３に変換される。後者のアナログ信号は変調器３で搬送周波数ｆ_Ｔに変調され、変調アナログ信号Ｘ_３を生じる。中間周波数への変調は必要ない。

変調アナログ信号Ｘ_３はアナログ増幅器４（図１参照）または直列に接続された複数のアナログ増幅器４（図３参照）で増幅されて、信号Ｘ_４を生じる。この場合、アナログ利得はそのときの要件によっては１未満にさえなるかもしれない。アナログ信号Ｘ_４は電力出力段６に送られ、信号ｚ（ｔ）として移動体通信装置のアンテナ７に印加される。

移動体通信装置に属するマイクロコントローラによって形成される制御回路５によって、デジタル増幅器８の利得係数は制御線ｇ_１およびｇ_２を介して設定することができ、かつアナログ増幅器４の利得係数は制御線ｇ_３（図１参照）を介して、または制御線ｇ_３、ｇ_４、ｇ_５（図３参照）を介して設定することができる。電力センサ９はアンテナ７に印加される信号ｚ（ｔ）の実際の送信電力を測定して、この情報を与える対応する信号ｐ（ｔ）を制御回路５に送る。そのときの送信電力の所要値は、移動体通信装置からアップリンクによって送信された信号を受信する基地局１２から送信される。該送信は移動体通信装置へのダウンリンクによって実行される。基地局１２は、送信電力に必要または希望される変化を指定する。従来のデュプレクサ１３はアップリンク信号をダウンリンク信号から分離し、ダウンリンク信号は受信経路１４を介して制御装置５に送られる。

制御回路５は送信信号に対する所要値および送信信号の実際の値から、そのときの動作状況下でデジタル増幅器８および単数または複数のアナログ増幅器４で設定される、利得係数を決定する。

制御回路５によって、そのときに要求される送信電力のために必要な総利得は、デジタル増幅器８および単数／複数のアナログ増幅器４の間で分配される。

アンテナ７に印加される送信信号の信号対雑音比を最適化するために、デジタル・アナログ変換器２のダイナミック・レンジを最大可能な限度まで利用して、総利得の高い割合がデジタル増幅器８に分配される。デジタルおよびアナログ利得のレベルの合計が、そのときに基地局１２によって要求される送信出力の厳密に所要レベルになるようにして、できるだけ低い利得係数が単数または複数のアナログ増幅器４に設定される。制御回路５は、この場合、信号Ｉ_１およびＱ_１のデジタル値が充分に変更されるようにデジタル増幅器８を制御して、単数または複数のアナログ増幅器４における比較的低いアナログ利得が、要求される送信電力を充分に達成させることができるようにする。高い信号対雑音比はこのようにして得られる。特定のデジタル利得係数は正または負とすることができる。変化が正である場合には、何らかの実際の増幅が行なわれる。変化が負である場合には、起こるのは減衰である。

特定の基地局によって要求される送信電力の所要レベルは、例えば数ミリ秒内に急速に上昇または下降することがある。制御回路５は、対応する迅速さでデジタルおよびアナログ利得を変化させる。

例えば、
ａ）基地局１２からの要求送信電力の信号のため、利得を前のベース状態から＋１２．５ｄＢ変化させる必要があり、
ｂ）単数または複数のアナログ増幅器４は１０ｄＢ、１２ｄＢ，１４ｄＢ、１６ｄＢ単位でのみ制御され、かつ
ｃ）ベース状態で、デジタル増幅器８はデジタル・アナログ変換器のダイナミック・レンジの最大利得で完全に駆動されているので、デジタル増幅器８は減衰することしかできない、
と想定しよう。

利得を＋１２．５ｄＢ増加するために、アナログ増幅器４は次いで＋１４ｄＢに設定され、デジタル増幅器８は−１．５ｄＢの減衰に設定される。

別の例を挙げると、利得を＋１２ｄＢ変化させる場合、上記の想定の下で、アナログ増幅器４は＋１２ｄＢに、デジタル増幅器は０ｄＢに設定される。

アナログ増幅器４の利得係数が線形調整範囲を持たず、歩進的にしか調整できない場合、記載した装置の使用は特に有利である。そのときの所要総利得とは異なるアナログ利得係数は次いで、所要総利得が充分に正確に設定されるように、デジタル増幅器８によって補うことができる。この場合に有利なものは、デジタル利得が、アナログ利得とは異なり、電圧の変動および温度の変動に依存しないという事実である。

２つの信号Ｉ_１、Ｑ_１のそれぞれのために、デジタル増幅器８はそれぞれの第１段１５および１５’ならびにそれぞれの第２段１６および１６’から構成することができる（図２参照）。第１段１５、１５’は、細かい刻みの係数を使用して高信号レベルを設定するために使用される。第２段１６、１６’はより粗い刻みで動作する。それらにより、要求される信号対雑音比が低減するときには、低信号レベルが利用可能となる。これはＵＭＴＳで、例えば非常に低い送信電力を得ようとする一方で、信号対雑音比に関してあまり厳しくない要求を満たそうとする場合、およびアナログ増幅器４のダイナミック・レンジが小さくて高い信号対雑音比を達成することができるように設計される場合に、有用である。

図１の補足として、図３に示す構成には、直列に接続されたＮ＝３個のプログラム可能増幅器４がある。デジタル利得およびアナログ利得の利得係数を決定するパラメータは、マイクロコントローラ５に格納される。このようにして、アナログ増幅器自己校正を以下の方法で実行することが可能である。自己校正は、移動体通信装置が製造されるときの単数または複数のアナログ増幅器４の校正を簡素化する。また、自己校正は移動体通信装置が動作しているときにさえも繰返し行なうことができる。それは、送信電力に対する動作電圧の変化および温度の変化の影響が補償されることを意味する。

Ｎ個のうちのｖ番目のプログラム可能アナログ増幅器４の利得を、
Ａ_ｖ［ｋ_ｖ］としよう。ここでｋ_ｖ∈［１，．．．，ｎ_ｖ］，ｖ∈［１，．．．，Ｎ］であり、かつｋ_ｖはｖ番目の増幅器の利得決定パラメータである。

デジタル増幅器の利得を、
Ｄ［ｋ］としよう。ここでｋ∈［１，．．．，ｍ］であり、かつｋはデジタル利得の利得決定パラメータである。

個々の利得から校正される利得はこのようにデジタル・アナログ変換器２および変調器３の一定効果を無視している。

１個のデジタル増幅器および４個のアナログ増幅器があるという前提で、次の表は可能なパラメータの一例を掲げる。

第１組のパラメータｋ^（１）、ｋ_ｖ ^（１）による総利得は下でＧ^（１）と指定される。第２組のパラメータｋ^（２）、ｋ_ｖ ^（２）による総利得はＧ^（２）と指定される。

自己校正のために、増幅器４、８は最初に第１組のパラメータでプログラムされるので、得られる総利得は、
Ｇ^（１）＝Ｄ［ｋ^（１）］・ΠＡ_ｖ［ｋ_ｖ ^（１）］
となる。これから実際に得られる出力電力は、未校正電力センサ９によって、ｚ（ｔ）から測定される。得られるものはＭ^（１）・Ｇ^（１）の測定利得である。ここでＭ^（１）は電力送信係数である。

次いで、同じ総利得を低減するように意図された第２組のパラメータがプログラムされる。したがって得られるものは、
Ｇ^（１）＝Ｇ^（２）＝Ｄ［ｋ^（２）］・ΠＡ_ｖ［ｋ_ｖ ^（１）］
となる。この式に適用されるものは、
ｋ^（１）≠ｋ^（２）
ｋ_ｖ ^（１）＝ｋ_ｖ ^（２）∀ｖ∈［１，Ｎ］＼λ，
ｋ_λ ^（１）≠ｋ_λ ^（２）
である。ここでλは１とＮの間である。

上の表から、Ｇ^（１）は例えば、
Ｇ^（１）＝Ｄ［５］・Ａ_１［１］・Ａ_２［１］・Ａ_３［１］・Ａ_４［１］
＝１ｄＢ＋０ｄＢ＋０ｄＢ＋０ｄＢ＋０ｄＢ
＝1ｄＢ
とすることができる。次いでＧ^（２）は、
Ｇ^（２）＝Ｄ［０］・Ａ_１［２］・Ａ_２［１］・Ａ_３［１］・Ａ_４［１］
＝０ｄＢ＋１ｄＢ＋０ｄＢ＋０ｄＢ＋０ｄＢ
＝1ｄＢ
とすることができ、λはこの場合１に等しい。

第２組のパラメータから得られる出力電力は次いで測定される。測定利得Ｍ^（２）・Ｇ^（２）は、これが行なわれたときに得られる。この測定値と測定値Ｍ^（１）・Ｇ^（１）との間の関係が定められる。

Ｇ^（１）およびＧ^（２）はほぼ等しくなるように意図されるので、Ｍ^（１）とＭ^（２）との間の測定差は無視することができ、したがってＭ^（１）＝Ｍ^（２）と提示することができる。

Ｄ［ｋ^（１）］およびＤ［ｋ^（２）］はデジタルで実現され、したがって正確に分かるので、比Ａ_λ［ｋ_λ ^（１）］／Ａ_λ［ｋ_λ ^（２）］を提示することができる。

上の例２で、パラメータがＧ^（１）に従って設定されたときに１ｄＢが測定され、かつパラメータがＧ^（２）に従って設定されたときに１．２ｄＢが測定された場合、これは、ｋ_１＝２のパラメータ設定時に、アナログ増幅器Ａ_（１）は１ｄＢの理論的量ではなく、１．２ｄＢ増幅することを示すサインである。この値は次いで補正表に入力される。次の表はこの種の補正表の一例であり、この場合それは測定された利得と期待される利得との間の差ΔＡ_ｖを掲げる。

増幅器の全ての他の可能なパラメータは、同様の仕方で相互の関係に置かれる。ひとたびそれが行なわれると、アナログ増幅器４のパラメータｋ_Ｖに対して決定された利得の全ての値を与える補正表は次いで、校正された測定装置１１（図３参照）による１回だけの絶対測定の後で、設定された所定の組のパラメータのために、移動体通信装置１０に格納することができる（図３参照）。この表を参照することにより、適切にかつデジタル増幅器８の助けを借りて、差異を示すアナログ利得を補正する補正を行なうことができる。最終的な成果は、アナログ増幅器が温度の変化または動作電圧の変化によって影響される場合でも、所要送信電力が得られるように、増幅器が毎回設定されることである。再校正つまり表の調整は散発的に、または周期的に行なうことができる。

自己校正はまた、次のように行なうこともできる。

上述の通り、第１の総利得Ｇ^（１）を設定し、Ｍ^（１）Ｇ^（１）を電力センサ９によって測定する。次いで、変化したパラメータを有する第２の総利得Ｇ^（２）を設定し、Ｇ^（２）に対して測定された電力Ｍ^（２）Ｇ^（２）が厳密に第１測定値Ｍ^（１）Ｇ^（１）と一致するようになるときまで、デジタル利得Ｄ^（２）を変化させる。例えばこの場合にアナログ利得Ａ_１［２］が、理論的にあるべき１ｄＢではなく、１．２５ｄＢであるならば、この手順では、デジタル利得Ｄ［２］は−０．２５ｄＢ変化され、したがって１ｄＢとなる。次いでＡ_１［２］が１ｄＢではなく１．２５ｄＢであることを言うために補正表に入力を行なうことができる。この手順により、行なわれる電力の非線形測定は補償され、利得のレベルの比Ｇ^（２）／Ｇ^（１）はより高い精度で固定される。

デジタル増幅のさらなる利用は、ＵＭＴＭで非常に低い送信レベルが設定される場合に生じる。そのような場合、ＵＭＴＳ標準は信号対雑音比が満たさなければならない要件を低下する。それは、信号対雑音比の要件を満たすためにアナログ・デジタル変換器をもはや完全に変調させる必要がないことを意味する。したがって、デジタル増幅器８でアナログ増幅器４よりもより安価にかつより高精度で追加減衰を生成することができるので、より小さい係数をカバーするためにデジタル増幅器の調整範囲を広げることができる。

例えば−２０ｄＢのような非常に低い送信レベルの設定は、上記の例で次のように達成することができる。単数または複数のアナログ増幅器をそれらの最下利得（０ｄＢ）に設定し、デジタル増幅器８（図２参照）を−２０ｄＢに設定する。この値はこの場合、より粗い刻みの係数（ｇ_２＝４→２^４、−２４ｄＢに対応する）および微細な刻みの係数（第１の表から＋４ｄＢ）に分割される。

移動体通信装置における送信電力の設定に関連するブロック図である。 移動体通信装置に属するデジタル２段増幅器の構造を示すブロック図である。 図１に対応し、自己校正プロセスに関連するブロック回路図である。

Claims (9)

1. 特にＵＭＴＳ（ユニバーサル移動体通信システム）システム用の移動体通信装置の送信電力を設定する方法であって、
   前記移動体通信装置に属するデータ・ソースからのデジタル信号は制御可能なデジタル増幅器によって最初に第１利得係数だけ増幅／減衰され、
   次いで前記増幅／減衰されたデジタル信号はアナログ信号に変換され、かつ搬送周波数に変調され、
   前記搬送周波数の前記アナログ信号は少なくとも１つの制御可能なアナログ増幅器で第２利得係数だけ増幅され、
   前記デジタル利得および前記アナログ利得は、そのときの送信電力の測定値である信号と、基地局からのそのときの送信電力の所要値である信号との間の差の関数として、それらが一緒に所要送信電力を生成するように、相互に整合される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記デジタル利得はそれがそのときに要求された総利得の一部分に対してだけ関与するように制御され、前記アナログ利得はそれが総利得の残りの部分に対して関与するように制御されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記デジタル利得は、そのときに適用される利得について、それがアナログ・デジタル変換器を可能な限り大きい値だけ最大可能な程度まで変調させるように、制御されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記アナログ利得は歩進的に制御されることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。
5. 前記デジタル利得は２段階で適用され、信号レベルの厳密な設定は第１段階では微細な刻みの係数によって行なわれ、第２段階では信号レベルは低減された信号対雑音比でより粗い刻みの係数により設定されることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 単数／複数のアナログ増幅器に対して自己校正プロセスが実行され、同一総利得を生成するデジタルおよびアナログ利得係数は変動され、結果的に得られるパラメータは格納されてアナログ利得係数に割り当てられることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. 特にＵＭＴＡ用の移動体通信装置の送信電力を設定するための装置であって、
   前記移動体通信装置に属するデータ・ソースからのデジタル信号のために制御可能なデジタル増幅器が設けられ、
   前記デジタル増幅器はＤ／Ａ変換器およびその下流に接続された周波数変調器を有し、
   周波数変調されたアナログ信号を増幅するために１つまたは複数のアナログ増幅器が設けられ、
   制御回路は、所要送信電力の信号からの送信電力の測定値を与える信号の偏差の関数として、前記デジタル増幅器および前記単数／複数のアナログ増幅器を所要送信電力に制御することを特徴とする装置。
8. 前記デジタル増幅器は、乗算器を備えた第１増幅器段およびシャフトユニットを備えた第２増幅器段を有することを特徴とする、請求項７に記載の装置。
9. 未校正電力センサは大まかに送信電力を検出し、それを測定値として前記制御回路に利用させることを特徴とする、請求項７または８に記載の装置。

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