JPH08505502A - 電力増幅器のピーク包絡線電力を制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電力増幅器（ＰＡ）１０内のピーク包絡線電力レベルを制御する方法および装置が提供される。本方法には、第１時間間隔中にＰＡの入力の第１ピーク包絡線電力値を測定する段階１０１と、第１ピーク包絡線電力値を閾値と比較する段階１０２と、第１ピーク包絡線電力値が閾値を越えているときはＰＡにより増幅されている複数の信号のうち選択された信号の中に位相変化を導入する段階１０３とが含まれる。本方法には、第２時間間隔中に第２ピーク包絡線電力値を測定する段階１０４と、第１および第２ピーク包絡線電力値を比較する段階１０５と、第２ピーク包絡線電力値が第１ピーク包絡線電力値を越えているときに位相変化を選択された信号に反転する段階１０６とがさらに含まれる。

Description

【発明の詳細な説明】 電力増幅器のピーク包絡線電力を 制御する方法および装置 発明の分野 本発明の分野は、電力増幅器（ＰＡ：poｗeramplifiers）に関し、特にＰＡの ピーク包絡線電力を制御するための方法および装置に関する。 発明の背景 各基地局を通じていくつかのトラフィック・チャネルを同時に取り扱うセルラ ・システムは、周知のものである。このようなシステムには、通常、複数のチャ ネル（ｆ_l〜ｆ_n）が割り当てられ、地域の基地局を通じて移動通信ユニットとの 通信に対応する。また、各基地局には、チャネルのサブセット（ｆ_l〜ｆ_n）が割 り当てられる。基地局に割り当てられたチャネルのサブセットのうち少なくとも １つの（それ以上であることが多い）チャネルが、アクセス制御とチャネル設定 のための制御チャネルとして指定される。 基地局のサービス提供地域内のトラフィック・チャネルにおける通信ユニット との通信は、サービス提供地域内の 中心に位置する無指向性アンテナを通じて行われることが多い。このアンテナを 通じて複数の通信のやり取りが同時に行われ、個々の通信にはトラフィック・チ ャネルに割り当てられた送信機（基地局に位置する）が対応する。各送信機は、 トランシーバ内の被変調送信信号源と無線周波数（ＲＦ）電力増幅器とを有する 。それによって、各送信機は、信号発生，変調および増幅を行う。 中央のアンテナから複数のトラフィック・チャネル信号を同時に送信するには 、動作中のトランシーバのそれぞれの送信機出力を、中央のアンテナに供給し、 中央のアンテナから送信する前に合成することが必要になる。相互変調積を生成 する干渉を避けるためには、増幅過程内の非線形段階の後で信号を合成しなけれ ばならない。さらに、合成の配列は、平行増幅分岐部が他の電力増幅器の出力に 結合して再び相互変調積を生成することがないようにするために充分な反転分離 （Reverse isｏlation）を行うものでなければならない。 各トランシーバに自身の電力増幅器（ＰＡ）が装備されている場合は、信号レ ベルならびに合成損失が高いＰＡの後で合成を行わねばならない。このように高 レベルのＲＦ信号を合成して、必要な分離を行う空洞合成装置（cavitycombiner ）は、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第４，６６７，１７２号に説明され る。 他の通信システムにおいては、トランシーバには個々の ＰＡは装備されておらず、代わりにトランシーバの出力で比較的低い電力レベル でＲＦ信号が合成された後、増幅を行うために共通の多重トーン線形ＰＡ（ＬＰ Ａ）が用いられる。共通のアンテナを用いるシステム内のトラフィック・チャネ ルにこのような共通ＬＰＡを用いることにより、システムの構造が大幅に簡素化 され、システム効率が改善され、システムの寸法が削減された。 一方で、ＬＰＡを用いると、特に均等に配分されたチャネル周波数上に信号が 配置され、共通の周波数源に位相ロックされる場合には一定の欠点がある。この ような場合には、複合信号のピーク包絡線電力がＬＰＡの電力定格を越えると、 信号のクリッピングを起こす振幅変動が起こることがある。 第１図は、時間間隔Ｔ中に３つの信号Ａ，Ｂ，Ｃをもつ簡略化された場合の信 号位相の効果を示す。３つの信号は第１−１図，第１−２図および第１−３図に それぞれ示される。合計された複合信号（Ａ＋Ｂ＋Ｃの絶対値）の包絡線が、第 １−４図に示される。図からわかるように、包絡線ピークは、３つの信号すべて の位相が同じになる時間間隔の中央部（Ｔ／２）で起こる。このピークの大きさ は、第１−５図に示されるように信号Ｃの位相を反転する（Ａ＋Ｂ−Ｃの絶対値 をとる）ことにより小さくすることができる。 複合入力信号（直角の包絡線強度）のピーク包絡線電力 にＬＰＡの利得を掛けたものがＬＰＡのピーク出力電力能力を越えると、ＬＰＡ 内にクリッピングが起こる。位相の一致によって起こるピークは、１秒ないし１ ０秒間、あるいはシステムによってはそれ以上続くことが観測されている。ＲＦ 信号のクリッピングにより、他のＲＦチャネル上にも相互変調積が生成され、シ ステム性能の低下を招く。 これらの信号の搬送波が変調されていない状態（通話休止中に）か、あるいは 弱い変調を受けている（音声波形の低エネルギ部分の間）場合に、位相一致信号 の加算によるクリッピングは最もひどくなる。搬送波の全変調により、搬送波位 相が無作為に変動し、これによりクリッピングの期間は１ミリ秒のオーダーの時 間間隔まで制限される。しかし、搬送波が変調されない、あるいは弱く変調され ている場合は、関係する搬送波の周波数差に等しい速度で周期性をもつ反復クリ ッピング過程が起こることがある。搬送波の位相が近似する場合に、強力な相互 変調積を生成するのは、この反復クリッピング過程である。 位相加算によるピーク包絡線電力を制御しようとする過去の試みでは、ＬＰＡ の定格電力を下げるか、あるいは周波数基準の相関関係を意図的になくすること が行われた。定格電力の引き下げは、異常に大型のＬＰＡを用いることで位相ピ ークに対応する。周波数基準の相関関係をなくすることは、ピークが起こるとこ ろでそのピークが非常に短くなり、その結果として容易に許容されるので効果が ある。 一方、搬送波の相関関係をなくすると、他のチャネル上で制御情報を受信する場 合だけでなく、基地局間のチャネル切り替え（ハンドオフ）にも同期の問題が起 こる。 相関関係のない（独立した）周波数基準を用いることは、費用がかかり、効率 が悪い。非常に大型のＬＰＡを用いることは、低電力レベルでの信号合成が生来 持っている利点を減じてしまう。ＬＰＡ内でピーク包絡線電力の制御を行う、よ り効率的な方法が必要になる。 発明の概要 電力増幅器（ＰＡ）内でピーク包絡線電力レベルを制御するための方法および 装置が提供される。この方法には、第１時間間隔中にＰＡの入力の第１ピーク包 絡線電力値を測定する段階と、第１ピーク包絡線電力値を閾値と比較する段階と 、第１ピーク包絡線電力値が閾値を越えているときにＰＡにより増幅されている 複数の信号のうち選択された信号内に位相変化を導入する段階とが含まれる。こ の方法には、第２時間間隔中に第２ピーク包絡線電力値を測定する段階と、第１ および第２ピーク包絡線電力値を比較する段階と、第２ピーク包絡線電力値が第 １ピーク包絡線電力値を越えているときに選択された信号に位相変化を反転させ る段階とがさらに含まれる。 図面の簡単な説明 第１図は、電力増幅器内のピーク包絡線電力ピークを起こす位相加算を示す。 第２図は、本発明の実施例によるセルラ基地局の送信機部分のブロック図であ る。 第３図は、本発明の実施例による位相コントローラのブロツク図である。 第４図は、本発明の実施例によるピーク包絡線電力制御の流れ図である。 好適な実施例の詳細説明 ＬＰＡのピーク包絡線電力（ＰＥＰ：peak envelopepoｗer）を制御する問題 の解決法は、概念的には、無作為にあるいはアルゴリズムの制御下で、ＬＰＡ内 で増幅される搬送波の一部または全部に位相変化を導入することである。位相変 化は、ＰＥＰ測定の後、１度に１つの搬送波に導入される。位相変化によって、 前回のＰＥＰ電力測定値よりＰＥＰが増大すると、前回の変化が反転される。現 在のＰＥＰが前回の測定値より小さいと、位相変化はそのままになり、次の搬送 波が位相変化のために選択される。 ＰＥＰの絶対値を、ＰＥＰ制御の必要性を示す指標として採用する。ＰＥＰが 閾値を越えている場合は、位相変化 は、ＰＥＰが閾値より低いある点まで下がるまで、一度に１つの搬送波において 続けられる。ＰＥＰが再び閾値を越えると、この過程が再開される。 第４図は、本発明の実施例によるＰＥＰ制御過程の流れ図である。本発明の過 程を理解するのに適しているので、第４図を参照されたい。 第２図は、本発明によるセルラ基地局のセルラ電力増幅器の送信機部分１０の ブロック図である。無線電話（図示せず）に宛てられた制御情報は、コントロー ラ１１内で構成され、コントローラ送信機１２内で搬送波周波数に変調され、送 信合成装置１５内で他の信号と合成され、ＬＰＡ１７内で増幅され、アンテナ１ ８を通じて送信される。同様に、コントローラ１１により受信されたトラフィッ ク情報は、トラフィック送信機１３〜１４内で変調され、送信合成装置１５内で 合成され、増幅され１７、アンテナ１８を通じて送信される。 公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）または他の基地局（図示せず）内から発せられた トラフィック・チャネル情報は、コントローラ１１により適切なトラフィック送 信機１３〜１４に送られる。コントローラ１１内から発せられる制御情報もまた 、コントローラ１１により制御送信機１２に送られる。送信機１２〜１４の低レ ベル出力信号は、抵抗合成法により合成装置１５内で合成されて、次にＬＰＡ１ ７内で増幅される。ＬＰＡ１７内で、合成された信号は、アン テナ１８を通じて送信できるだけのレベルまで増幅される。 合成装置１５のＰＥＰ出力レベルは、ＰＥＰ検出器１６を通じてコントローラ １１により監視される。ＰＥＰ検出器１６により測定されたＰＥＰレベルは、コ ントローラ１１内に記憶されている閾値と比較されて、ＰＥＰ制御の必要がある か否かが判定される。ＰＥＰ制御の必要性があると判定されると、コントローラ はＰＥＰが閾値より低くなるまで、１度に１つずつ搬送波内に位相変化を順次導 入する。 コントローラ１１は、送信機１２〜１４のそれぞれの中、または合成装置１５ の対応する信号経路にある位相制御装置を通じて送信機部分１０内で生成された 個々の無線周波数信号に位相変化を導入する。第３図にこのような位相制御装置 ３０の一例を示す。この例の位相制御装置３０は、制御部２３，中継装置２４〜 ２５および半波長導体（halfwavelength conductor）２２により構成される。制 御部２３は、コントローラ１１から適切なコマンドを受け取ると、中継装置２４ 〜２５を２つの状態間で切り替える。第１状態では、中継装置は静止状態（第３ 図に図示）にあり、このときはＲＦ回路内に半波長導体２２は含まれない。第２ 状態では、コントローラ１１は制御部２３を通じて中継装置２４〜２５を励起し て、それによりＲＦ経路内に半波長導体２２を挿入する。信号経路内に半波長導 体２２を結合すると、πの値に等しい搬送波信号に位相変化が導入 される。 第３図の位相制御装置３０が、本発明で用いることのできる唯一の位相偏移装 置でないことを理解頂きたい。可能な変形としては、π／２，π，３π／２の位 相偏移を生成することができるもののような、３つ以上の状態を有する位相コン トローラがあげられる。これは、第３図に示される位相制御装置３０と、半波長 導体２２の代わりに四半波長導体（quarter wavelength conductor）を含む同様 の位相制御装置とを従属接続することにより形成することができる。たとえば特 定のシンセサイザを駆動する基準周波数信号内に位相偏移を挿入することにより 、送信機１２〜１４内の周波数合成回路を通じて位相制御に作用することもでき る。 例として、送信機部１０は、送信機１２〜１４のそれぞれを通じて送信される ＲＦ信号で全容量において動作しているとする。ＰＥＰレベルはＰＥＰ検出器１ ６によって測定され（１０１）、コントローラ１１に転送される。コントローラ １１内で、ＰＥＰ値は閾値と比較される（１０２）。ＰＥＰが閾値より低い場合 は、ＰＥＰ制御に関して動作は行われない。 コントローラ１１によりＰＥＰが閾値より高いことが検出される（１０２）と 、コントローラ１１は、コントローラ１１のメモリ（図示せず）内のレジスタ（ 搬送波レジスタ）内で識別される送信機１２〜１４の位相制御装置３０ の状態を変化させる（１０３）。送信機１２〜１４のうち１つの位相制御装置３ ０を変更することにより、レジスタにより識別された送信機１２〜１４を通る選 択された搬送波の位相変化が起こる。 位相制御装置３０の状態を変化させた後で、コントローラはＰＥＰ検出器１６ を通じて第２ＰＥＰ測定値を得る。第２ＰＥＰ測定値が、第１測定値と比較され る。第２ＰＥＰ値が第１ＰＥＰ値より小さい場合には、（たとえば搬送波レジス タの内容を増分することにより）コントローラ１１は別の搬送波を選択する（１ ００）。第２測定値が第１測定値より大きい場合は、コントローラ１１は位相変 化を反転する。最初に選択された搬送波の位相を元の状態に回復させた後で、コ ントローラ１１は別の搬送波を選択して、ＰＥＰ値が閾値より大きい限りこの過 程が繰り返される。 位相変化に関する搬送波の選択は、増分的（たとえば各搬送波が順番に処理さ れる）でも無作為でもよい。少数の搬送波が用いられる場合は、増分システムを 用いると、簡単で実行しやすい過程となる。より多くの数の搬送波を用いる場合 には、無作為過程がよい。 位相の調整を通じたＰＥＰの制御は、平均電力に影響を与えずにＰＥＰを削減 する方法を有利に提供する。このような効果は、第１−５図に示される簡単なケ ースで実証される。このケースでは、πから信号Ｃに位相を変化させると、ＰＥ Ｐが削減される。セルラ・システムの送信機内の 搬送波の位相を変更すると、搬送波の数が多いために重大な影響ははるかに少な くなる。一方、ＰＥＰに対する各搬送波の影響を調べるために各搬送波を試験す る過程により、ＰＥＰに貢献する搬送波だけが影響を受けることになる。ＰＥＰ を閾値と比較することにより、必要な場合にだけ位相変化が導入されることにな る。 詳細な説明から本発明の多くの特色および利点は明かであり、そのため、添付 の請求項は本発明の精神および範囲に入るシステムのこのような特色および利点 を包含するものである。さらに、当業者には多くの改良および変更が容易である ので（たとえばダイオードまたは反応素子により起こる位相変化）、図示および 説明された構造および動作に本発明を制限することは望ましくない。従って、適 切な改良およびそれと等価のすべてのものは、本発明の範囲に入るものとする。 もちろん、本発明はいかなる場合にも、図面に示された特定の外形に限られる ものではなく、添付の請求項の改良によって構成されることを理解されたい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電力増幅器（ＰＡ）内でピーク包絡線電力レベルを制御する方法であって ： 第１時間間隔中にＰＡの入力の第１ピーク包絡線電力値を測定する段階； 前記第１ピーク包絡線電力値を閾値と比較する段階； 前記第１ピーク包絡線電力値が前記閾値を越えているときは、前記ＰＡにより 増幅されている複数の信号のうち選択された信号の中に位相変化を導入する段階 ； 第２時間間隔中に第２ピーク包絡線電力値を測定する段階; 前記第１および第２ピーク包絡線電力値を比較する段階； および 前記第２ピーク包絡線電力値が前記第１ピーク包絡線電力値を越えているとき に、前記選択された信号の位相変化を反転する段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ２．前記第２ピーク包絡線電力値を前記閾値と比較する段階と、前記第２ピー ク包絡線電力値が前記閾値を越えるときは、複数の無線周波数信号の少なくとも 第２信号に対し、請求項１記載の段階を反復する段階とをさらに含む請求項１記 載の方法。 ３．位相変化を導入する段階が、半波長伝送線を第１信 号によって用いられる無線周波数信号経路内に結合する段階をさらに含む請求項 １記載の方法。 ４．複数の無線周波数信号を増幅するために用いられる線形電力増幅器（ＬＰ Ａ）のピーク包絡線電力レベルを下げる方法であって： ＬＰＡの入力において複数の無線周波数信号の第１ピーク包絡線電力レベルを 測定する段階； 前記の複数の無線周波数信号の第１信号の位相を変更する段階； 第２ピーク包絡線電力レベルを測定する段階；および 前記第２ピーク包絡線電力レベルが前記第１ピーク包絡線電力レベルを越える 場合に、前記第１信号の位相を元の状態に戻す段階； によって構成されることを特徴とする方法。 ５．第１信号の位相を変更する段階が、半波長伝送線を第１信号により用いら れる無線周波数信号経路内に切り替える段階によってさらに構成される請求項４ 記載の方法。 ６．複数の無線周波数信号を増幅する電力増幅器内で、ピーク包絡線電力レベ ルを制御する装置であって： 第１時間間隔中に電力増幅器の入力の第１ピーク包絡線電力値を測定する手段 ； 前記第１ピーク包絡線電力値を閾値と比較する手段； 前記第１ピーク包絡線電力値が前記閾値を越えているときは、前記の複数の無 線周波数信号の第１信号の中に位相 変化を導入する手段； 第２時間間隔中に第２ピーク包絡線電力値を測定する手段; 前記第１および第２ピーク包絡線電力値を比較する手段； および 前記第２ピーク包絡線電力値が前記第１ピーク包絡線電力値を越えているとき に、前記第１信号の位相変化を反転する手段； によって構成されることを特徴とする装置。 ７．前記第２ピーク包絡線電力値を前記閾値と比較する手段と、前記第２ピー ク包絡線電力値が前記閾値を越えるときは、複数の無線周波数信号の少なくとも 第２信号に対し、請求項１記載の段階を反復する手段とをさらに含む請求項６記 載の装置。 ８．位相変化を導入する手段が、半波長伝送線を前記第１信号によって用いら れる無線周波数信号経路内に切り替える手段をさらに含む請求項６記載の装置。 ９．複数の信号を増幅するために用いられる無線周波数電力増幅器のピーク包 絡線電力を下げる装置であって： 前記の複数の信号のピーク包絡線電力を検出するピーク包絡線電力検出器； 前記ピーク包絡線電力が閾値を越えている場合に、前記の複数の信号のうち選 択された信号の位相を変更する位相コントローラ；および 前記ピーク包絡線検出器および前記位相コントローラに動作可能に結合されて 、選択された搬送波を判定し、前記ピーク包絡線電力検出器により検出されたピ ーク包絡線電力を閾値と比較して、位相変化後のピーク包絡線電力が位相変化前 のピーク包絡線電力を越えている場合は位相変化を反転するコントローラ； によって構成されることを特徴とする装置。 １０．複数の無線周波数信号を増幅するために用いられる電力増幅器内で、ピ ーク包絡線電力を制御する方法であって： 前記の複数の信号の第１ピーク包絡線電力を測定する段階; 前記第１ピーク包絡線電力が閾値より大きい場合に、複数の搬送波のうち選択 された搬送波の位相を変更する段階； 前記の複数の信号の第２ピーク包絡線電力を測定する段階; 前記第２ピーク包絡線電力が前記第１ピーク包絡線電力を越えているときは、 選択された搬送波の位相変化を反転する段階；および 前記第２ピーク包絡線電力が閾値を越えているときは、異なる搬送波を選択し て、上記の段階を反復する段階； によって構成されることを特徴とする方法。