JP2010154321A - 送信機 - Google Patents

Abstract

【課題】 送信電力の制御を行うことができる低コストで安定性の高い無線機を提供する。
【解決手段】 複数のベースバンド信号に基づく送信信号を制御信号に基づいて減衰する減衰部２２と、減衰部で減衰された送信信号を増幅する増幅部２３と、増幅部で増幅された送信信号の帰還信号を制御信号に基づいて調整する調整部４１と、調整部で調整された帰還信号に基づいて送信電力を算出する算出部４２と、送信信号の送信電力を制御するべく制御信号を生成して減衰部及び調整部に供給する制御部５１とをもつ送信機。
【選択図】図１

Description

この発明は、送信電力を制御する送信機に関し、特に、電力制御の際に減衰された帰還信号を調整してダイナミックレンジを確保する送信機に関する。

従来、無線通信基地局を最適に配置するためには、設置する地理的な要因、例えば都市部、山間部、ビル等の屋内を考慮して、無線通信基地局の送信電力を適切に調整する必要がある。

すなわち、山間部など見通しの良い場所では、送信電力の高い無線通信基地局一つで大規模エリアを確保し、ビル等障害物が多く、見通しが悪い場所では、送信電力の低い無線通信基地局を複数用いて通信エリアを確保する。ここで、設置場所に応じて送信電力が違う無線通信基地局を適用する場合、出力タイプに応じて個別の無線通信基地局を開発する方法がある。

特許文献１は、固有の送信電力を有する無線機であり、ここでは固有の増幅率による増幅装置が用いられることが開示されている。
特開２００３−７８３５９号公報

しかし、特許文献１の従来技術は、設置場所に応じて異なる送信電力のために異なる増幅率の無線機を各々設計する必要があるため効率的であるとは言えない。また、特許文献１は、出力段に減衰器等を用いて送信出力を制御した際に、歪成分を除去するための帰還信号も同時に減衰されてしまうので、帰還信号のダイナミックレンジが低下するため十分な歪補償処理が行われないとの課題についても何も開示していない。

本発明は、送信電力の制御を行うことができる低コストで安定性の高い無線機を提供することを目的とする。

課題を解決するための一実施形態は、
複数のベースバンド信号に基づく送信信号を制御信号に基づいて減衰する減衰部（２２）と、
前記減衰部で減衰された送信信号を増幅する増幅部（２３）と、
前記増幅部で増幅された送信信号の帰還信号を前記制御信号に基づいて調整する調整部（４１）と、
前記調整部で調整された帰還信号に基づいて送信電力を算出する算出部（４２，５２）と、
前記送信信号の送信電力を制御するべく、前記制御信号を生成して前記減衰部及び前記調整部に供給する制御部（５１）と、
を具備することを特徴とする送信機である。

送信機の送信出力を制御すべく出力段で送信信号を減衰すると、送信信号が小さくなるために送信電力を正確に算出できなくなるが、減衰した程度に送信信号を増幅した後に送信電力の算出を行うことにより、正確な送信電力の算出を行うことができる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る送信機の構成の一例を示すブロック図、図２は、本発明の特徴を有さない送信機の構成の一例を示すブロック図、図３は、送信機の帰還信号波形の一例を示すグラフである。

はじめに、送信機Ｃの構成を説明する。図１において、本発明の一実施形態に係る送信機Ｃは、無線チャンネル制御部１と、これにより制御されるベースバンド処理部２と、ベースバンド処理部２から複数のベースバンド信号が供給されるデジタル処理部１０と、デジタル処理部１０の後段に設けられる無線部２０と、無線部２０の後段に設けられる分岐部であるカプラ２４と、カプラ２４に接続されるアンテナ２５を有している。さらに、送信機Ｃは、カプラ２４から帰還信号を受けるデジタル帰還生成部３０と、同じくカプラ２４から帰還信号を受ける電力測定部４０と、電力測定部４０の出力を受ける電力算出部５２と、与えられたコマンドに応じた制御信号をデジタル処理部１０、無線部２０、デジタル帰還生成部３０、電力測定部４０にそれぞれ供給する送信レベル調整部５１を有している。

ここで、デジタル処理部１０は、ベースバンド処理部２から与えられるベースバンド信号の入力レベルの制限処理を行う入力制限部１１を有している。入力制限部１１は、無線機の最大送信電力以上に相当する入力データがベースバンド処理部２から入力された場合、入力制限部１１でオーバーフローが発生してスプリアスが発生したり、無線部２０が規定外の送信電力を送信して壊れたりするのを防ぐべく、最大送信電力以下に抑えるために、入力段でベースバンド信号の入力レベルを制限するものである。デジタル処理部１０は、さらに、キャリア毎に送信電力を調整することが可能なゲイン調整部１２−１〜１２−ｎと、希望信号帯域への制限、及びサンプリングレートを変換することができるデジタルフィルタ１３−１〜１３−ｎと、キャリア毎のデータを適切な周波数配置とする変調器１４−１〜１４−ｎと、各変調器１４−１〜１４−ｎからの出力を合成し、周波数領域で分割されたマルチキャリア信号を生成する合成部１５を有している。

さらに、デジタル処理部１０は、このマルチキャリア信号のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）を低減することで後段の増幅器２３のバックオフを少なくして、増幅器の効率を向上させるＣＦＲ（Crest Factor Reducing）部１６を合成部１５の後段に有する。さらに、デジタル処理部１０は、アンテナ２５から出力される送信信号の歪を少なくするために、カプラ２４から供給される帰還信号に基づくデジタル帰還生成部３０からのデジタル帰還信号に従って、ＣＦＲ部１６からの出力に歪成分を付加することで歪補償を行うデジタルプリディストーション（Digital PreDistortion）部１７を有し、さらにこの後段にＤ／Ａ変換部１８を有している。

また、無線部２０は、Ｄ／Ａ変換部１８でデジタル信号から変換された信号を希望の無線周波数にアップコンバートするための変調器２１と、送信レベル調整部５１からの制御信号に従って送信電力のレベルを制御するための可変減衰器２２と、レベル調整された信号を増幅する増幅器２３を有しており、増幅された信号ｄはアンテナ２５から無線信号として送信される。

さらに、デジタル帰還生成部３０は、本発明の一実施形態の特徴部分として、上述した可変減衰器２２において減衰された送信電力の制御値に応じて減衰量を適切に調整するために、送信レベル調整部５１からの制御信号に従って減衰量を決定する可変減衰器３１を有している。この可変減衰器３１が制御信号に従って、可変減衰器２２における減衰分を復帰させるべく調整するため、後に詳述するようにＡ／Ｄ変換部３４のダイナミックレンジを大きいものとする必要もなくなるので、コストダウンを実現することができる。さらに、デジタル帰還生成部３０は、可変減衰器３１の後段に設けられ発振器１９からの基準信号に応じて帰還信号を復調するための復調器３２と、復調された帰還信号を送信レベル調整部５１からの制御信号に従って減衰する可変減衰器３３と、その後段のＡ／Ｄ変換部３４を有している。

また、電力測定部４０においても、送信レベル調整部５１からの制御信号に従って帰還信号を減衰する可変減衰器４１と、その後段に設けられた、送信電力の値を検知するための例えばログアンプ（Logarithmic Amplifier）等を用いた電力検出部４２を有している。

（動作）
このような構成をもった送信機Ｃの動作について、特に、デジタル帰還生成部３０の可変減衰器３１，３３、電力測定部４０の可変減衰器４１による帰還信号のレベル調整機能を中心に説明する。
すなわち、図１に示される送信機Ｃにおいて、無線チャンネル制御部１から与えられる制御信号に応じてベースバンド処理部２で生成された複数のベースバンド信号が、入力制限部１１に供給される。入力制限部１１では、これらのベースバンド信号が最大送信電力以上になることで、オーバーフローが発生してスプリアスが発生したり、無線部２０が規定外の送信電力を送信して壊れたりするのを防ぐために、一定以上の値とならないように制限する。ベースバンド信号は、さらに、ゲイン調整部１２−１〜１２−ｎにより必要に応じてキャリア毎にゲインが調整された後に、デジタルフィルタ１３−１〜１３−ｎにより希望信号帯域へ制限され、また、サンプリングレートが変換されて、各変調器１４−１〜１４−ｎによりキャリア毎に適切な周波数配置に変調された後に、合成部１５に供給される。

合成部１５では、複数のベースバンド信号を合成して、周波数領域で分割されたマルチキャリア信号を生成して、ＣＦＲ部１６に供給する。ＣＦＲ部１６では、このマルチキャリア信号のＰＡＰＲ（Peak to Average Power Ratio）を低減することで、後段の増幅器２３のバックオフを少なくして、増幅回路の効率を向上させる。さらに、マルチキャリア信号は、ＤＰＤ部１７においてデジタル帰還生成部３０から供給される帰還信号に従って歪補償がなされた後、Ｄ／Ａ変換部１８に供給される。

Ｄ／Ａ変換部１８においてデジタル信号から変換されたアナログ信号は、発振器１９からの基準信号に応じて変調器２１により希望の無線周波数にアップコンバートされた後、送信レベル調整部５１からの制御信号に従って可変減衰器２２により所望の送信電力のレベルに減衰された後に増幅器２３で増幅され、アンテナ２５から無線信号として送信される。

ここで、無線信号は、カプラ２４において分岐されて、帰還信号となってデジタル帰還生成部３０及び電力測定部４０に供給される。帰還信号は、デジタル帰還生成部３０において復号されて、デジタル帰還信号としてＤＰＤ部１７に供給され、歪補償処理に用いられる。また、帰還信号は、電力測定部４０において送信機Ｃの送信電力の検出信号として、電力算出部５２を経て、無線チャンネル制御部１に、現在の送信機Ｃの送信電力の値を知らせるべく供給される。

・帰還信号の減衰と調整機能
このような送信出力を制御することができる送信機Ｃの処理において、送信電力を所定値に低減するべく制御する場合、無線チャンネル制御部１からのコマンドに応じて、送信レベル調整部５１から制御信号が各部に供給され、この結果、可変減衰器２２から出力される信号は所定の値に減衰し、また、増幅器２３から出力される信号ｄも減衰する。

ここで、本発明の一実施形態の特徴であるデジタル帰還生成部３０の可変減衰器３１や電力測定部４０の可変減衰器４１を有していない、図２に示すような一般的な送信機Ｃ’を考える。送信機Ｃ’は、可変減衰器３１、３３の代わりに固定減衰器３６、３７が、可変減衰器４１の代わりに固定減衰器４３が設けられている。この送信機Ｃ’においては、送信出力を低減させると、デジタル帰還生成部３０や電力測定部４０に供給される帰還信号も低減するため、例えば、デジタル帰還生成部３０のＡ／Ｄ変換部３４に供給される信号Ｓ１は、図３の（ａ）に示すように、出力低減前の信号Ｓ１’よりも小さな値となる。この結果、検出すべき歪成分Ｓ１−１、Ｓ１−２がＡ／Ｄ変換部３４のノイズレベルＬ１中またはノイズレベルＬ１の下に埋もれてしまい、Ａ／Ｄ変換部３４の出力であるデジタル帰還信号の中には、歪成分Ｓ１−１、Ｓ１−２が反映されなくなる。この結果、後段のＤＰＤ部１７においてデジタル帰還信号に従ってマルチキャリア信号から歪成分を除去する歪補償処理は、不十分なものとなるため、送信信号から歪成分を完全に除去することができないという不具合が発生する。

これを防止するためには、例えば、Ａ／Ｄ変換部３４のデバイスをダイナミックレンジの広い高コストなデバイスに交換すれば、図３の（ａ）のノイズレベルＬ１はさらに低くなり、歪成分を検出することが可能となるが、製品の高コスト化を避けることはできない。

また、電力測定部４０においても、出力を低減していくと、信号Ｓ１のレベルがノイズレベルＬ１同等または以下となり、正確な出力レベルを検出することができなくなるという不具合が発生する。同様に、これを防止するべく、電力検出部４２のログアンプ等のダイナミックレンジを改善すると、製品の高コスト化を免れ得ない。

このような不具合に対して、本発明の一実施形態に係る送信機Ｃにおいては、デジタル帰還生成部３０において可変減衰器３１、３３を設け、電力測定部４０において可変減衰器４１を設ける。そして、送信レベル調整部５１からの制御信号により可変減衰器２２で減衰された程度に応じて、可変減衰器３１、３３及び可変減衰器４１が、可変減衰器２２で減衰された分を取り戻すように帰還信号を調整する。この結果、図３の（ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換部３４に供給される信号Ｓ２は、出力低減前の信号Ｓ１’と同等の値となる。

従って、Ａ／Ｄ変換部３４のノイズレベルＬ１の下等に、検出すべき歪成分Ｓ１−１、Ｓ１−２が埋もれてしまい、Ａ／Ｄ変換部３４の出力であるデジタル帰還信号の中には、歪成分Ｓ１−１、Ｓ１−２が反映されなくなるというような不具合は発生しない。この結果、Ａ／Ｄ変換部３４は、歪成分Ｓ１−１、Ｓ１−２を反映したデジタル帰還信号を出力することになり、後段のＤＰＤ部１７は、マルチキャリア信号から歪成分を除去する歪補償処理を十分に実行することができるので、歪成分が除去された無線信号を出力することができる。同様に、電力測定部４０の電力検出部４２においても、さらにダイナミックレンジが広いログアンプ（Logarithmic Amplifier）等を用いなくとも正確な送信電力を検出することが可能となる。

なお、ここで、本発明の一実施形態である送信機Ｃにおいては、必ずしもこれらデジタル帰還生成部３０の可変減衰器３１、３３、電力測定部４０の可変減衰器４１は同時に設ける必要がなく、例えば、デジタル帰還生成部３０の可変減衰器３１のみでも効果は生じるものであり、同様に、電力測定部４０の可変減衰器４１だけであっても、出力検出の精度を低コストで実現することができる。

ここで、具体的な信号の値の一例を図４及び図５を用いて説明する。図４は、送信機の送信電力最大時の各部の信号値の一例、図５は、送信電力低減時の一例を示す説明図である。

すなわち、図４において、送信機Ｃの対応キャリア数を“２”、１キャリア当たりの最大送信電力を“３７ｄＢｍ（５Ｗ）”、最大送信電力を“４０ｄＢｍ（１０Ｗ）”、電力制御可変範囲を“０〜３０ｄＢ”、ゲイン調整部１２-１〜１２-ｎの制御範囲を“０〜１０ｄＢ”、可変減衰器２２の制御量を“０〜２０ｄＢ”として、図４に、送信機Ｃの送信電力最大時の各部の値が示される。

これに対して、図５に、無線チャンネル制御部１から第１キャリアの減衰量を“２０ｄＢ”、第２キャリア減衰量を“１５ｄＢ”と指定された場合の各部の値を説明する。
送信レベル調整部５１は、第１キャリア、第２キャリア指定減衰量が制御範囲（０〜１０ｄＢ）を超えているので、最大制御値を引いた値をそれぞれのゲイン調整部１２-１、１２-２へ設定する。つまり、それぞれの減衰量は１０ｄＢ,５ｄＢとする。
送信レベル調整部５１は、ゲイン調整部１２-１、１２-２で制御できない減衰量１０ｄＢを可変減衰器２２へ設定する。この結果、アンテナ出力電力は、図４の送信電力最大値“４０ｄＢｍ”から、図５の送信電力減衰値“２３ｄＢｍ”に希望通りに低減した。
ここで、復調器３２に供給される値を最適値である“３ｄＢｍ”とするように、送信レベル調整部５１は、可変減衰器３１の制御量を“２０ｄＢ”に設定する。この結果、図５に示される送信電力低減時の復調器３２に供給される値は、図４に示される送信電力最大時の復調器３２に供給される値と同等の“３ｄＢｍ”となる。
また、送信レベル調整部５１は、Ａ／Ｄ変換部３４に供給される信号値が最適値になるように、可変減衰器３３の制御量を“３ｄＢ”になるように設定する。
また、送信レベル調整部５１は、電力検出部４２の入力電力が最適値“０ｄＢｍ”になるように、可変減衰器４１の制御量を“２３ｄＢ”に設定する。
この結果、図４と図５を較べるとき、アンテナ２５の出力電力が“４０ｄＢｍ”から“２３ｄＢｍ”に減衰しているにもかかわらず、Ａ／Ｄ変換部３４の入力電力は両方とも“０ｄＢｍ”であり、電力検出部４２の入力電力も両方とも“０ｄＢｍ”となるため、歪成分がノイズレベルに埋もれて歪補償が不十分となったり、送信電力レベルがノイズレベルに埋もれて不正確な値となるということがない。

なお、上述したように、本実施形態においては、アンテナ２５からの送信電力を低減させた場合でも、デジタル帰還生成部３０及び電力測定部４０の中の可変減衰器３１、３３、４１が調整されることで、減衰分を復帰させる構成としているため、電力算出部５２においては、電力測定部４０の出力から調整分を差し引いた値を検出信号として無線チャンネル制御部１に供給している。

また、ＤＰＤ部１７においては、ＣＦＲ部１６からの信号とデジタル帰還生成部３０からの信号のレベルを監視して、両者の差が大きい場合にアラームとする処理を行う場合、デジタル帰還生成部３０内の可変減衰器３１，３３の制御量が考慮されないとこのアラームの判断において誤判断をすることとなるので、送信レベル調整部５１からＤＰＤ部１７にも制御信号を供給することとしている。

（他の実施形態）
次に、図６及び図７を用いて他の実施形態を図面を用いて説明する。

図６に示す送信機Ｃ２においては、図１に示す送信機Ｃのデジタル処理部１０におけるゲイン調整部１２−１’〜１２−ｎ’は、入力制限部１１の後段ではなく、デジタルフィルタ１３−１、１３−２、…、１３−ｎの後段に設けられている。

同様に、図７に示す送信機Ｃ３おいては、図１に示す送信機Ｃのデジタル処理部１０におけるゲイン調整部１２−１”〜１２−ｎ”は、入力制限部１１の後段ではなく、変調器１４−１、１４−２、…、１４−ｎの後段に設けられている。

これら図６及び図７の実施形態においても、上述した図１の実施形態と同様に、減衰された程度に帰還信号を調整（増幅）することで歪成分も後段のＡ／Ｄ変換部において変換可能となったため、歪成分を確実に除去しながら送信出力を制御することが可能となる。

以上記載した様々な実施形態により、当業者は本発明を実現することができるが、更にこれらの実施形態の様々な変形例を思いつくことが当業者によって容易であり、発明的な能力をもたなくとも様々な実施形態へと適用することが可能である。従って、本発明は、開示された原理と新規な特徴に矛盾しない広範な範囲に及ぶものであり、上述した実施形態に限定されるものではない。

本発明の一実施形態に係る送信機の構成の一例を示すブロック図。 本発明の特徴を有さない送信機の構成の一例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る送信機の帰還信号波形の一例を示すグラフ。 同じく送信機の送信電力最大時の各部の信号値の一例を示す説明図。 同じく送信機の送信電力低減時の各部の信号値の一例を示す説明図。 同じく送信機の構成の他の一例を示すブロック図。 同じく送信機の構成の他の一例を示すブロック図。

符号の説明

Ｃ、Ｃ２、Ｃ３…送信機、１…無線チャンネル制御部、ベースバンド処理部、１０…デジタル処理部、１１…入力制限部、１２…ゲイン調整部、１３…デジタルフィルタ、１４…変調器、１５…マルチキャリア合成部、１６…ＣＦＲ部、１７…ＤＰＤ部、１８…Ｄ／Ａ変換部、２０…無線部、２１…変調部、２２…減衰器、２３…増幅器、２４…カプラ、２５…アンテナ、３０…デジタル帰還生成部、３１…減衰器、３２…復調器、３３…減衰器、３４…Ａ／Ｄ変換部、４０…電力測定部、４１…減衰器、４２…電力検出部、５１…送信レベル調整部、５２…電力算出部。

Claims (1)

1. 複数のベースバンド信号に基づく送信信号を制御信号に基づいて減衰する減衰部と、
   前記減衰部で減衰された送信信号を増幅する増幅部と、
   前記増幅部で増幅された送信信号の帰還信号を前記制御信号に基づいて調整する調整部と、
   前記調整部で調整された帰還信号に基づいて送信電力を算出する算出部と、
   前記送信信号の送信電力を制御するべく、前記制御信号を生成して前記減衰部及び前記調整部に供給する制御部と、
   を具備することを特徴とする送信機。

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