JP2007522746A - 減少した消費電力を有する無線送信機 - Google Patents

Abstract

送信装置（100）を制御する技術は、消費電力を低減するのに有用であり、電池電源を使用するモバイルトランシーバのようなポータブル装置に特に適用可能である。例示的な実施例によれば、送信装置（100）は、送信信号を増幅する電力増幅器（50）を有する。プロセッサ（10）は、送信信号に関連するデジタル変調形式に基づいて電力増幅器（50）を制御する。

Description

本発明は、概して送信装置に関し、特に送信装置の消費電力を制御する技術に関する。本発明は、特に電池電源を利用するモバイルトランシーバのようなポータブル装置に適用可能である。

特定の通信標準は、複数の異なる形式の信号変調をサポートする装置を必要とすることがある。例えば、Hiperlan2、IEEE802.11a、DVB-T及び／又は他の標準のような無線通信標準は、使用されるデータ伝送レートに応じて使用される異なる形式の変調を指定する。以下に示す表１は、このような通信標準により指定され得る例示的な変調形式と対応するデータ伝送レートとを示している。

表１に示す変調形式は、直交周波数分割多重変調（OFDM：Orthogonal Frequency Division Multiplexing modulation）の一般原理を使用しており、OFDMは入力と出力との間に線形関係を有する信号送信のために、電力増幅器の使用を必要とし得る。この線形要件を満たすために、一般的にこのような増幅器は、送信モード中に高いバイアス電流を必要とし、従って比較的大きい電力量を消費し得る。例えば、10dBの利得を有する電力増幅器は、5GHzで動作するために送信モード中に150mA以上のバイアス電流を必要とすることがある。5GHzは、Hiperlan2やIEEE802.11aのような通信標準での一般的な周波数範囲である。電力増幅器の高いバイアス電流のこの要件は、送信モード中に装置の全送信電力をかなり増加させることがある。例えば、モバイルトランシーバのような装置では、電力増幅器により消費されるピーク電力は、送信モード中に装置の全消費電力のうち70%以上を構成し得る。従って、信号送信に使用される電力増幅器は、大量の電力を消費することがあり、このことは、電池電源を利用するモバイルトランシーバのようなポータブル装置では特に問題になることがある。更に、電力増幅器の消費電力はまた、好ましくないように装置に熱を発生させることがある。

従って、前述の問題を回避し、それによって消費電力を低減するように送信装置を制御する技術の必要性が存在する。本発明は、前記及び／又は他の課題に対処し得る。

本発明の態様によれば、信号送信機能を有する装置が開示される。例示的な実施例によれば、装置は、送信信号を増幅する増幅手段を有する。送信信号に関連するデジタル変調形式に基づいて増幅手段を制御する処理手段が提供される。

本発明の他の態様によれば、送信装置を制御する方法が開示される。例示的な実施例によれば、この方法は、送信信号のデジタル変調形式を特定するステップと、デジタル変調形式に基づいて送信信号の電力増幅を制御するステップとを有する。

本発明の前記及び他の特徴及び利点、並びにこれらを実現する方法が明らかになり、添付図面と共に検討される本発明の実施例の以下の説明を参照することにより、本発明が良く理解される。

ここに示す例は、本発明の好ましい実施例を示しており、このような例は決して本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。

図面、特に図１を参照すると、本発明の例示的な実施例による送信装置100が示されている。図１では、送信装置100は、プロセッサ及びメモリ10のような処理及びメモリ手段と、変調器20のような変調手段と、可変利得増幅器（VGA：variable gain amplifier）30のような可変増幅手段と、周波数アップコンバータ40のような周波数変換手段と、電力増幅器50のような電力増幅手段と、デジタル・アナログ変換器（DAC：digital-to-analog converter）60のような電力増幅手段と、信号送信要素70のような信号送信手段とを有する。図１の前記の要素のうちいくつかは、例えば１つ以上の集積回路（IC）を使用して具現されてもよい。説明を明瞭にするため、制御信号、電力信号及び／又は他の従来の要素のような送信装置100に関連する特定の従来の要素は図１に示していないことがある。例示的な実施例によれば、図１の送信装置100は、図１に図示しない信号受信及び処理要素をも有するトランシーバ装置の一部でもよい。例えば、送信装置100は、電話、ページャ、携帯情報端末（PDA）及び／又は他の装置のようなモバイル無線トランシーバの一部でもよい。

プロセッサ及びメモリ10は、処理、制御及びデータ記憶機能を含み、様々な機能を実行するように動作可能である。例示的な実施例によれば、プロセッサ10は、オーディオ、ビデオ、テキスト及び／又は他の形式の入力信号のようなベースバンド信号を処理し、それによって処理済の信号を生成するように動作可能である。プロセッサ10は、送信装置100の送信信号に使用されるデジタル変調形式を特定するように更に動作可能である。例示的な実施例によれば、プロセッサ10は、送信装置100に関連する信号受信及び処理要素（図１に図示せず）から提供された１つ以上のデータフレーム内に含まれるデータを検出して処理することにより、送信信号に使用されるデジタル変調形式を特定する。例えば、送信装置100により使用されるデジタル変調形式は、送信範囲、送信されるデータ量及び／又は他の要因のような要因に基づいて変化してもよい。メモリ10は、プロセッサにより取り出されて電力増幅器50を制御するために使用され得るデジタル値を含むデータを格納するように動作可能である。

変調器20は、プロセッサ10から提供された処理済の信号を変調し、それによって変調信号を生成するように動作可能である。例示的な実施例によれば、変調器20は、様々な形式のOFDM（表１に示す二相位相偏移（BPSK：bi-phase shift keyed）変調、四相位相偏移（QPSK：quadrature phase shift keyed）変調及び／又は直交振幅変調（QAM：quadrature amplitude modulation）等）を含み、複数の異なる形式の変調を実行するように動作可能である。従って、変調器20は、I信号及びQ信号を処理するように動作可能でもよい。図１に明白に示していないが、変調器20により実行される変調形式は、プロセッサ10のようなプロセッサから提供される制御信号により適応制御されてもよい。

VGA30は、変調器20から提供された変調信号を可変的に増幅し、それによって増幅信号を生成するように動作可能である。図１に明白に示していないが、VGA30の利得は、プロセッサ10のようなプロセッサから提供される制御信号により適応制御されてもよい。

周波数アップコンバータ40は、VGA30から提供された増幅信号の周波数を増加させるように動作可能である。例示的な実施例によれば、周波数アップコンバータ40は、VGA30から提供された増幅信号の周波数を、無線周波数（RF）及び／又はマイクロ波信号に変換するように動作可能である。

電力増幅器50は、周波数アップコンバータ40から提供された信号の電力を増幅し、それによって、増幅送信信号を生成するように動作可能である。例示的な実施例によれば、電力増幅器50は、複数のカスケード段を有し、一般的にその入力と出力との間に線形性を必要とする。本発明の原理によれば、電力増幅器50の最終段階のバイアス電流は、送信装置100により使用されるデジタル変調形式に基づいて適応制御されてもよい。このことは、電力増幅器50の消費電力をかなり低減し得る。電力増幅器50の更なる詳細について以下に提示する。

DAC60は、信号をデジタル形式からアナログ形式に変換するように動作可能である。例示的な実施例によれば、DAC60は、プロセッサ10から提供されたデジタル値を、電力増幅器60に関連するバイアス電流を制御するために使用されるアナログ信号に変換するように動作可能である。

信号送信要素70は、電力増幅器50から提供された増幅送信信号を送信するように動作可能であり、アンテナ、出力端子及び／又は他の要素のような如何なる形式の信号送信要素として具現されてもよい。例示的な実施例によれば、信号送信要素70は、信号を無線送信するように動作可能である。

図２を参照して、図１の電力増幅器50の更なる例示的な詳細について提示する。特に、図２は、本発明の例示的な実施例による電力増幅器50の複数のカスケード段（例えば３段）のうち最終段階を示している。図２では、電力増幅器50は、コンデンサC1〜C4と、トランジスタQ1及びQ2と、ラジアルスタブ（radial stub）RS1及びRS2と、四半波長スタブ（quarter wavelength stub）S1〜S6と、電圧入力V1及びV2とを有する。図２に示すように、電力増幅器50はまた、周波数アップコンバータ40及びDAC60から入力を受信する入力端子と、信号送信要素70に出力を提供する出力端子とを有する。例示的な実施例によれば、トランジスタQ2は、GaAsを使用して構成された電界効果トランジスタ（FET）である。電力増幅器50の要素に選択された特定の値は設計事項でもよい。

図１の送信装置100は、ピーク出力と平均出力との間の比として規定される“波高因子（crest factor）”として知られる（“バックオフ”としても知られる）パラメータを有する。波高因子は、送信装置100の線形利得が1dBだけ減少する飽和点を示す“圧密点（compression point）”として知られる他のパラメータに関連する。換言すると、圧密点は、入力と出力との間での非線形効果の導入を示す。このような非線形効果は図３に示してあり、図３は、例示的な入力／出力特性を示すグラフ300を提示する。図３に示すように、線3Aは、入力と出力との間の線形関係（すなわち10dBの利得）を示し、線3Bは、入力と出力との間の非線形効果の導入を示している。

本発明の原理によれば、波高因子は、送信に使用されるデジタル変調形式に基づいて変化すると判定された。以下の表２〜４は、使用されるデジタル変調形式に応じてどのように波高因子が変化し得るかを示すシミュレーション結果を提示する。

前記の表２〜４では、損失は、送信装置100と信号受信及び処理要素（図１に図示せず）とを有するトランシーバの出力での10^-4の目標ビット誤り率（BER）について、（無限のバックオフを有する）理想的な送信電力増幅器の信号対雑音比（SNR）から推定された値に対応する。0.5dBまでの許容損失を仮定すると、表２及び４は、波高因子が64QAM3/4変調形式とQPSK3/4変調形式との間で5.0dBだけ変化し得ることを示している。

表２〜４に示すように、デジタル変調形式に基づく波高因子の変化は、圧密点もまたデジタル変調形式に応じて変化し得ることを示している。送信装置100では、電力増幅器50は圧密点を規定する役目をしてもよい。特に、それは、主に送信装置100の圧密点を規定する図２に示す電力増幅器50の最終段階でもよい。本発明の原理によれば、図２に示す電力増幅器50の最終段階のバイアス電流は、64QAM3/4からBPSK1/2に変調を変化させるときのように、デジタル変調のビット当たりの効率を減少させるときに減少してもよい（それによって、圧密点を減少させる）。バイアス電流を減少させることにより、電力増幅器50の消費電力が減少する。このことは、電池電源を使用するモバイルトランシーバのような装置に特に有利なことがある。消費電力の減少はまた、望ましくない熱の発生を低減する役目もし得る。

以下の例は、本発明に従ってどのように消費電力が減少し得るかを示している。送信装置100を有し、送信時間が50%である半二重モードを使用するトランシーバについて検討する。送信モードでのトランシーバの全消費電力が200mAであることを仮定する。これは、電力増幅器50の最終段階のバイアス電流を含む。更に、電力増幅器50の最終段階の推定バイアス電流が、64QAM3/4変調が使用されるときに150mAであり、BPSK1/2変調が使用されるときに100mAであることを仮定する。従って、トランシーバが64QAM3/4変調からBPSK1/2変調に切り替えられるときに、50mAの電流の減少が実現される。この電流の減少は、送信モードで全消費電力の25%に対応し、50%の送信時間を仮定すると、12.5%の全体の減少に対応する。

本発明の原理によれば、図２に示す電力増幅器50の最終段階のバイアス電流はまた、変調をBPSK1/2から64QAM3/4に変更するときのように、デジタル変調のビット当たりの効率を増加させるときに増加してもよい（それによって、圧密点を増加させる）。このように、本発明は、適応的に電力増幅器50の最終段階のバイアス電流を制御し、それによって、使用される特定のデジタル変調形式のバイアス電流を最適化し得る。

本発明の発明概念の更なる理解を促進するために、更に具体的な例を提示する。図４を参照すると、本発明の例示的な実施例によるステップを示すフローチャート400が図示されている。例示及び説明の目的で、図１の送信装置100と図２の電力増幅器50とを参照して、図４のステップについて説明する。図４のステップは単なる例であり、決して本発明を限定することを意図するものではない。

ステップ410において、送信信号のデジタル変調形式が特定される。例示的な実施例によれば、ステップ410において、プロセッサ10は、送信装置100に関連する１つ以上の信号受信及び処理要素（図１に図示せず）から提供される１つ以上のデータフレーム内に含まれるデータを検出して処理することにより、デジタル変調形式を特定する。ここで前述したように、送信装置100により使用されるデジタル変調形式は、例えば送信範囲、送信されるデータ量及び／又は他の要因のような要因に基づいて変化してもよい。

ステップ420において、ステップ410で特定されたデジタル変調形式について、デジタル値が取り出される。例示的な実施例によれば、ステップ420において、プロセッサ10はメモリ10からデジタル値を取り出し、このデジタル値はステップ410で特定されたデジタル変調形式に関連する波高因子に基づく。以下の表５は、本発明に従って使用され得る例示的なデジタル変調形式と対応する波高因子とを示している。

表５に示すように、高いビット当たりの効率を有する変調形式は、高い波高因子の値を有する傾向にある。従って、ステップ420で取り出されたデジタル値は、同様に変調形式に基づいて変化し得る。図５に示す波高因子は一例にすぎず、発明に従って他の値も使用され得る。

ステップ430において、ステップ420で取り出されたデジタル値は、アナログ信号に変換される。例示的な実施例によれば、DAC60は、ステップ420でプロセッサ10により取り出されたデジタル値を受信し、デジタル値を対応するアナログ値に変換する。

ステップ440において、ステップ430で生成されたアナログ信号は、電力増幅器50を制御するために使用される。例示的な実施例によれば、DAC60から提供されたアナログ信号は電力増幅器50に適用され、それによって電力増幅器50の最終段階のバイアス電流を制御する（図２参照）。前述のように、電力増幅器50の最終段階のバイアス電流は適応的に制御され、それによって使用される特定のデジタル変調形式のバイアス電流を最適化してもよい。従って、図２に示す電力増幅器50の最終段階のバイアス電流は、デジタル変調のビット当たりの効率を減少させるときに（例えば64QAM3/4からBPSK1/2に変調を変更するときに）減少してもよい。同様に、デジタル変調のビット当たりの効率を増加させるときに（例えばBPSK1/2から64QAM3/4に変調を変更するときに）増加してもよい。

ステップ450において、電力増幅器50からの増幅送信信号が送信される。例示的な実施例によれば、信号送信要素70は、増幅送信信号を無線送信する。図４のステップは、プロセッサ10が送信装置100により使用されるデジタル変調形式に対する何らかの変化を検出し、電力増幅器50の最終段階のバイアス電流が使用されるデジタル変調形式に基づいて適応的に制御され得るように、反復的に実行されてもよい。

前述のように、本発明は、有利には消費電力を低減するように、送信装置を制御する技術を提供する。従って、本発明の原理は、電池電源を使用するモバイルトランシーバのような装置に特に適用可能である。消費電力の低減はまた、このような装置による望ましくない熱の発生を低減することに役立ち得る。

本発明について、好ましい設計を有するものとして説明したが、本発明はこの開示の要旨及び範囲内で更に変更され得る。従って、この用途は、一般原理を使用した本発明の何らかの変更、使用又は適用をカバーすることを目的としている。例えば、本発明の原理は、前記の例示的なHiperlan2、IEEE802.11a及びDBV-T標準以外の通信標準をサポートする機器又は装置に適用されてもよい。更に、この用途は、本発明に関連し、特許請求の範囲内にある技術分野での既知の慣用又は慣行内にある本発明からの逸脱をカバーすることを目的とする。従って、本発明は特許請求の範囲の項目によってのみ限定されることを意図する。

本発明の例示的な実施例による送信装置のブロック図 図１の電力増幅器の更なる例示的な詳細を示した図 例示的な入力／出力特性を示したグラフ 本発明の例示的な実施例によるステップを示したフローチャート

Claims (21)

1. マルチキャリア変調を実行する変調手段を有する装置であって、
   送信信号を増幅する電力増幅手段と、
   前記送信信号に関連するデジタル変調形式に基づいて前記電力増幅手段を制御する処理手段と
   を更に有することを特徴とする装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、
   前記送信信号を無線送信する信号送信手段を更に有する装置。
3. 請求項１に記載の装置であって、
   前記処理手段は、前記電力増幅手段に関連するバイアス電流を制御する装置。
4. 請求項１に記載の装置であって、
   前記デジタル変調形式は、二相位相偏移（BPSK）変調と、四相位相偏移（QPSK）変調と、直交振幅変調（QAM）とのうち１つを有する装置。
5. 請求項１に記載の装置であって、
   複数の異なるデジタル変調形式を実行する変調手段を更に有する装置。
6. 請求項１に記載の装置であって、
   前記送信装置は、電池電源を有するモバイルトランシーバの一部である装置。
7. 送信装置を制御する方法であって、
   送信信号のデジタル変調形式を特定し、
   前記デジタル変調形式に基づいて前記送信信号の電力増幅を制御することを有する方法。
8. 請求項７に記載の方法であって、
   前記送信信号を無線送信することを更に有する方法。
9. 請求項７に記載の方法であって、
   前記電力増幅は、
   前記デジタル変調形式に対応するデジタル値を取り出し、
   前記デジタル値をアナログ信号に変換し、
   前記アナログ信号を使用して、前記送信信号を増幅する電力増幅器に関連するバイアス電流を制御することを有するステップにより制御される方法。
10. 請求項９に記載の方法であって、
    前記デジタル値は、波高因子から計算されることを特徴とする方法。
11. 請求項９に記載の方法であって、
    バイアス電流は、デジタル変調のビット当たりの効率を減少させるときに減少し、デジタル変調のビット当たりの効率を増加させるときに増加することを特徴とする方法。
12. 請求項１０又は１１に記載の方法であって、
    前記バイアス電流は、デジタル変調が64QAM3/4からBPSK1/2に変更するときに減少することを特徴とする方法。
13. 請求項９ないし１２のうちいずれか１項に記載の方法であって、
    −Hiperlanタイプ2
    −IEEE802.11a
    −DVB-T
    −802.16a
    を有するセットに属する標準のうち１つに従うことを特徴とする方法。
14. 請求項７に記載の方法であって、
    前記デジタル変調形式は、二相位相偏移（BPSK）変調と、四相位相偏移（QPSK）変調と、直交振幅変調（QAM）とのうち１つを有する方法。
15. 請求項７に記載の方法であって、
    前記送信装置は、電池電源を有するモバイルトランシーバの一部である方法。
16. 送信信号を増幅するように動作可能な電力増幅器と、
    前記送信信号に関連するデジタル変調形式に基づいて前記電力増幅器を制御するように動作可能なプロセッサと
    を有する装置。
17. 請求項１６に記載の装置であって、
    前記送信信号を無線送信するように動作可能な信号送信要素を更に有する装置。
18. 請求項１６に記載の装置であって、
    前記プロセッサは、前記電力増幅器に関連するバイアス電流を制御する装置。
19. 請求項１６に記載の装置であって、
    前記デジタル変調形式は、二相位相偏移（BPSK）変調と、四相位相偏移（QPSK）変調と、直交振幅変調（QAM）とのうち１つを有する装置。
20. 請求項１６に記載の装置であって、
    複数の異なるデジタル変調形式を実行するように動作可能な変調器を更に有する装置。
21. 請求項１６に記載の装置であって、
    電池電源を有するモバイルトランシーバとして具現される装置。

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