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送信電力制御装置及びその方法 - 埼玉日本電気株式会社
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発明の名称 送信電力制御装置及びその方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−258654(P2003−258654A)
公開日 平成15年9月12日(2003.9.12)
出願番号 特願2002−59645(P2002−59645)
出願日 平成14年3月6日(2002.3.6)
代理人 【識別番号】100088812
【弁理士】
【氏名又は名称】▲柳▼川 信
【テーマコード(参考)】
5K022
5K060
5K067
【Fターム(参考)】
5K022 EE01 EE21 
5K060 BB07 CC04 CC11 DD04 FF06 HH01 HH05 HH06 JJ16 KK01 LL01 LL23
5K067 AA23 CC10 EE10 GG08
発明者 前澤 郁夫
要約 課題
チャネル信号の多重時に発生する瞬時電力の発生時やシステム上の不具合による送信電力の過出力状態において、変調精度を劣化させずに送信増幅装置の歪みによる特性の劣化や故障を、適切に保護することを可能としたCDMA信号の送信電力制御方式を得る。

解決手段
多重合成信号の振幅情報から、振幅値算出部13で送信電力を検出しこの送信電力が第一の閾値以上の場合に振幅制限部6の振幅制限を解除すると共に、可変増幅器11の利得制御をなし、この状態において、送信電力が第二の閾値未満となった場合に振幅制限部6の振幅制限及び可変増幅器11の利得を初期設定値に復帰させるよう制御する。
特許請求の範囲
【請求項1】 複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御装置であつて、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出する手段と、この送信電力が第一の閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限を解除すると共に、前記送信電力制御手段の利得制御をなし、この状態において、前記送信電力が第二の閾値未満となった場合に前記振幅制限手段の振幅制限及び前記送信電力制御手段の利得を初期設定値に復帰させるよう制御する制御手段と、を含むことを特徴とする送信電力制御装置。
【請求項2】 前記第一の閾値と第二の閾値とは異なる値に設定されていることを特徴とする請求項1記載の送信電力制御装置。
【請求項3】 前記制御手段は、送信電力が一定となるよう前記送信電力制御手段の利得制御を行うことを特徴とする請求項1または2記載の送信電力制御装置。
【請求項4】 複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御装置であつて、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出する手段と、この送信電力が所定閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限値を前記送信電力に応じて可変制御すると同時に、前記送信電力制御手段の利得制御をなすよう制御する制御手段と、を含むことを特徴とする送信電力制御装置。
【請求項5】 前記制御手段は、前記振幅制限手段の振幅制限値の制御を、予め定められたテーブルを参照しつつなすようにしたことを特徴とする請求項4記載の送信電力制御装置。
【請求項6】 前記送信データはCDMA通信方式のデータであることを特徴とする請求項1〜5いずれか記載の送信電力制御装置。
【請求項7】 請求項1〜6いずれか記載の送信電力制御装置を含むことを特徴とするCDMA送信装置。
【請求項8】 複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御方法であって、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出するステップと、この送信電力が第一の閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限を解除すると共に、前記送信電力制御手段の利得制御をなし、この状態において、前記送信電力が第二の閾値未満となった場合に前記振幅制限手段の振幅制限及び前記送信電力制御手段の利得を初期設定値に復帰させるよう制御する制御ステップとを含むことを特徴とする送信電力制御方法。
【請求項9】 前記第一の閾値と第二の閾値とは異なる値に設定されていることを特徴とする請求項8記載の送信電力制御方法。
【請求項10】 前記制御ステップは、送信電力が一定となるよう前記送信電力制御手段の利得制御を行うことを特徴とする請求項8または9記載の送信電力制御方法。
【請求項11】 複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御方法であつて、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出するステップと、この送信電力が所定閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限値を前記送信電力に応じて可変制御すると同時に、前記送信電力制御手段の利得制御をなすよう制御する制御ステップと、を含むことを特徴とする送信電力制御方法。
【請求項12】 前記送信データはCDMA通信方式のデータであることを特徴とする請求項8〜11いずれか記載の送信電力制御方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は送信電力制御装置及びその方法に関し、特にCDMA(Code Division Multiple Access )通信方式における送信装置の過出力保護機能を有する送信電力制御方式に関するものである。
【0002】
【従来の技術】CDMA方式の移動通信無線システムの従来の過出力保護のための送信電力制御装置の一例を図11に示す。図11を参照すると、信号処理部2は、拡散処理された各チャネルのI相及びQ相の各信号を多重化する多重部5i,5qと、これ等多重出力を振幅制限する振幅制限部6i,6qと、運用システムに対応したナイキスト理論のロールオフ係数を満たし、かつ高調波を減衰するロールオフフィルタ7i,7qと、I相及びQ相のベースバンド信号を直交変調する直交変調部8と、直交変調したベースバンド信号をIF信号に変換するD/A変換部9とから構成されている。
【0003】また、無線部3は、信号処理部2より入力されるIF信号をRF信号へ変換する周波数変換部10と、RF信号の電力を可変させる可変増幅器11と、アンテナ5から送信するためにRF信号を固定の利得で規定の電力まで増幅する送信増幅装置12とから構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の過出力保護回路は、振幅制限部6i,6qにて構成されており、CDMA方式では、各チャネル毎に送信電力制御が行われるため、複数のチャネルを多重した信号の総送信電力は、送信増幅装置12の送信電力の限界値を超えた電力に設定される可能性がある。送信電力装置12の限界を超えた送信状態では、RF信号の歪みによって、通信品質の劣化が生じたり、最悪の場合、送信電力装置12の故障や故障を保護するための回路が動作停止する可能性があるため、その結果、通信システムが停止してしまう場合がある。
【0005】また、CDMA方式では、複数のチャネルを多重するため、多数の瞬時電力が発生する。そのために、瞬時電力が発生した場合、振幅制限部6i,6qにて、一定の制限値に制限することにより、瞬時電力による消費電力の増大、送信増幅装置12の歪みから生じる隣接チャネル漏洩電力、相互変調歪み特性の劣化、送信増幅装置12への瞬時電力の入力による故障を保護している。
【0006】そのために、従来では、図12の従来の変調精度の特性の一例に示すように、振幅制限の設定時においても変調精度が劣化しないように、変調精度が2[%]以下になるような過剰な設計をしているのが現状である。
【0007】本発明の目的は、チャネル信号の多重時に発生する瞬時電力の発生時やシステム上の不具合による送信電力の過出力状態において、変調精度を劣化させずに送信増幅装置の歪みによる特性の劣化や故障を、適切に保護することを可能とした送信電力制御装置及びその方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による送信電力制御装置は、複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御装置であつて、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出する手段と、この送信電力が第一の閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限を解除すると共に、前記送信電力制御手段の利得制御をなし、この状態において、前記送信電力が第二の閾値未満となった場合に前記振幅制限手段の振幅制限及び前記送信電力制御手段の利得を初期設定値に復帰させるよう制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【0009】本発明による他の送信電力制御装置は、複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御装置であつて、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出する手段と、この送信電力が所定閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限値を前記送信電力に応じて可変制御すると同時に、前記送信電力制御手段の利得制御をなすよう制御する制御手段とを含むことを特徴とする。
【0010】本発明による送信電力制御方法は、複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御方法であって、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出するステップと、この送信電力が第一の閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限を解除すると共に、前記送信電力制御手段の利得制御をなし、この状態において、前記送信電力が第二の閾値未満となった場合に前記振幅制限手段の振幅制限及び前記送信電力制御手段の利得を初期設定値に復帰させるよう制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。
【0011】本発明による他の送信電力制御方法は、複数チャネルの互いに直交する送信データを各相毎に合成する合成手段と、これ等各相毎の合成信号を振幅制限する振幅制限手段と、この振幅制限手段の出力を直交変調する直交変調手段と、この直交変調出力を電力制御を行って送信する送信電力制御手段とを含む送信装置における送信電力制御方法であつて、前記合成信号の振幅情報から送信電力を検出するステップと、この送信電力が所定閾値以上の場合に前記振幅制限手段の振幅制限値を前記送信電力に応じて可変制御すると同時に、前記送信電力制御手段の利得制御をなすよう制御する制御ステップとを含むことを特徴とする。
【0012】本発明の作用を述べる。振幅制限部から出力されるベースバンド信号の振幅情報から電力検出部にて送信電力を検出し、無線部内の可変増幅器の利得の制御と、信号増幅部内の振幅制限部の制限値の制御を行うことによって、送信増幅装置の保護を実現する。
【0013】具体的には、多重合成信号の振幅情報から送信電力を検出してこの送信電力が第一の閾値以上の場合に振幅制限部の振幅制限を解除すると共に、可変増幅器である送信電力制御部の利得制御をなし、この状態において、送信電力が第二の閾値未満となった場合に振幅制限部の振幅制限及び送信電力制御部の利得を初期設定値に復帰させるよう制御するのである。また、他の例としては、送信電力が所定閾値以上の場合に、振幅制限部の振幅制限値を送信電力に応じて可変制御すると同時に、送信電力制御部の利得制御をなすよう制御することで、上記目的を達成する。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例につき詳述する。図1は本発明の実施例が適用される無線基地局の概略を示す図である。図1において、無線基地局1は、その上位装置から入力されたデータを拡散、多重を行い、直交変調し出力する信号処理部2と、信号処理部2から入力された中間周波数信号(以後、IF信号とする)をシステム運用に用いる高周波(以後、RF信号とする)へ周波数変換し出力する無線部3と、信号処理部2のベースバンド信号の振幅値から算出した送信電力値から信号処理部2の振幅制限値と、無線部3の利得を制御する制御部4とから構成される。なお、5はアンテナである。
【0015】図2は図1の各部の詳細を示すブロック図である。図2において、信号処理部2は、拡散された各チャネルデータをI相、Q相毎に多重する多重部5i,5qと、多重によって生じる瞬時電力を設定された制限値に制限することによって、瞬時電力による消費電力の増加や送信増幅装置12の歪みを保障する振幅制限部6i,6qと、運用システムに対応したナイキスト理論のロールオフ係数を満たし、かつ高調波を減衰するロールオフフィルタ7i,7qと、I相、Q相のベースバンド信号を直交変調する直交変調部8と、直交変調したベースバンド信号をIF信号に変換するD/A変換部9とから構成される。
【0016】無線部3は、信号処理部2より入力されるIF信号をRF信号へ変換する周波数変換部10と、制御部4からの制御電圧によってRF信号の電力を可変させる可変増幅器11と、アンテナ5から送信するためにRF信号を固定の利得で、規定の電力まで増幅する送信増幅装置12とから構成される。
【0017】制御部4は、信号処理部3から入力されたベースバンド信号の振幅情報から、アンテナ5より送信する電力値を検出する電力検出部13と、その電力値によって可変増幅器11の利得を変更し、かつ振幅制限部6i,6qの制限値を変更する送信電力制御部14と、送信電力制御部14からの制御データを電圧値に変換し可変増幅器11へ出力するD/A変換部15とから構成される。
【0018】本実施例の動作について図2〜図7を参照して説明する。図3は拡散後のデータ例を示した図、図4は多重後のデータ例を示した図、図5は振幅制限を行ったデータ例を示した図、図6は本実施例の動作を示すフローチャート、図7は制限値を設定している場合と、解除している場合の変調精度と消費電力の特性の一例を示した図である。
【0019】まず、信号処理部2は上位装置からのデータを拡散し(図2中には、本発明と直接関係するものではないので省略)、多重部5i,5qにて、I相、Q相毎に多重を行う。図3に示す多重部5i,5qに入力されるデータが多重されることによって、図4に示す多重信号に変換される。振幅制限部6i,6qは、多重信号に生じる瞬時電力を図5の点線で示す制限値に制限することによって、斜線部分を信号として出力する。
【0020】その後、ロールオフフィルタ7i,7qを通過した後、I相、Q相の直交変調を行いD/A変換部8にて、IF信号に変換することによって、CDMA方式の変調波を生成し無線部3に出力する。
【0021】次に、図2に示す無線部3の動作を説明する。無線部3は、信号処理部2のD/A変換部9が出力したIF信号を周波数変換部10でRF信号に周波数変換し、制御部4によって利得制御された可変増幅器11と送信増幅装置12にて増幅され、アンテナ5より各端末に送信を行う。
【0022】次に、図2の制御部4の動作を図6のフローチャートを交え説明する。制御部4は、まず電力検出部13にて、振幅制限部6i,6q後のI及びQ相のベースバンド信号の振幅値を検出し(ステップA1)、計算式である√(Ich2+Qch2) ……(1)
から振幅値を算出し、振幅値をlog値に変換した値と、実際に送信している電力との差分[XdB]の補正加え送信電力A[dBm]を、計算式である 送信電力A[dBm]=10×log(振幅値)+XdB ……(2)
により計算する。
【0023】この動作を任意の回数行い、その平均をとることによって、精度の高い送信電力を得る(ステップA2)。次に、送信電力制御部14にて、送信電力A[dBm]がY[dBm]以上かどうか判定を行い、Y[dBm]未満の場合には、再度データの取り込みを行い、送信電力A[dBm]がY[dBm]以上にならなければ、この動作を繰り返す(ステップA3)。この状態を通常状態での運用とする。
【0024】次に、通常状態において、上記電力から送信電力A[dBm]がY[dBm]以上になった場合(ステップA3)、図5のように、振幅制限部6i,6qの制限値を解除し、瞬時電力をそのまま通過できるように変更する(ステップA4)。その後、次の計算式であるY[dBm]−A[dBm]+G[dB] ……(3)
(ここに、G=可変増幅器11の初期利得)から送信増幅装置12の送信電力をY[dBm]に抑えるために、可変増幅器11の利得を算出し、制御データをD/A変換部15へ出力する。D/A変換部15にて電圧値に変換され可変増幅部11の利得を変更する(ステップA5)。可変増幅器11で送信電力を抑える状態を過出力状態とする。
【0025】再び、ベースバンド信号の振幅値を取り込み送信電力を算出する(ステップA6,A7)。上記電力がZ[dBm]以上の状態の場合(ステップA8)、上記と同様に、可変増幅器11の利得を変更し(ステップA5)、この動作を繰り返す。
【0026】次に、過出力状態において、送信電力A[dBm]がZ[dBm]未満になった場合(ステップA8)、振幅制限部6i,6qの制限値と、可変増幅器11の利得を初期値に戻し(ステップA9,A10)、振幅値の取り込みに戻る(ステップA1)。
【0027】上記動作のステップA3,A8では、運用状態を切り替える電力に差を持たせることから、連続的な切り替え動作が起こさないために、システムの通信品質の劣化を抑えることができる。また、ステップA4,A9の振幅制限部6i,6qの制限値を制御について、図7を用いて説明する。図7は制限値を設定している場合と、解除している場合の変調精度と隣接チャネル漏洩電力の特性の一例を示した図である。制限値を設定している場合(通常状態)には、送信電力が高くなるほど、振幅制限部6i,6qによって制限されるために、変調精度が悪化する。46[dBm]以上となると、変調精度が3GPPで規定されている17.5[%]以上となり、規定値を割ることから、通信品質が劣化する。
【0028】そのために、振幅制限を解除しすることによって、変調精度を5[%]へ改善させる。ただし、隣接チャネル漏洩電力が52[dB]から46[dB]に劣化するが、3GPPで規定されている隣接チャネル漏洩電力は45[dB]以上を満足するので、通信品質が劣化することを防止することが可能となる。以上のように、隣接チャネル漏洩電力と変調精度のトレードオフを図りながら制御する。この場合、標準点を記憶しておきダイナミックに制御を行う。
【0029】以下、図2、図6を併せ参照して、本実施例による過出力の動作の具体例を説明する。各ブロックの特性として、可変増幅器11の初期利得(G[dB])を10[dB]、電力検出部13の実際の送信電力との差分の補正値(X[dB])を20[dB]、通常状態から過出力状態への切り替え電力(Y[dBm])を45[dBm]、過出力状態から通常状態への切り戻し電力(Z[dBm])を43[dBm]とする。
【0030】まず、通常状態において、ベースバンド信号の振幅値の平均がI相、Q相共に“100”の場合、電力検出部13にて、式(1)より送信電力が41.5[dBm]と算出される(ステップA1,A2)。この電力は、45[dBm]以下であるために、再び信号の取り込みに戻る(ステップA3)。
【0031】次に、ベースバンド信号の振幅値の平均がI相、Q相共に“300”へ変動した場合、電力検出部13にて送信電力46.3[dBm]が検出され(ステップA1,A2)、45[dBm]以上であるので(ステップA3)、振幅制限部6i,6qの制限値を解除する(ステップA4)。また、計算式(3)より可変増幅器11の利得を8.7[dB]になるように、D/A変換部15からの制御電圧に設定される(ステップA5)。そして、過出力状態に切り替わる。
【0032】次に、ベースバンド信号の振幅値の平均がI相、Q相共に“400”へ変動した場合、送信電力47.5[dBm]が検出され(ステップA6,A7)、送信電力が43[dBm]以上であるために(ステップA8)、制御値は解除のまま、可変増幅器11の利得を計算式(3)より7.5[dB]になるように、D/A変換部15より制御電圧を出力する(ステップA5)。
【0033】次に、ベースバンド信号の振幅値の平均がI相、Q相共に“120”へ変動した場合、送信電力42.3[dBm]が検出され(ステップA6,A7)、送信電力が43[dBm]未満であるので(ステップA8)、制御値、可変増幅器11の利得を初期値へ戻す(ステップA9,A10)。そして、通常状態に切り替えるのである。
【0034】図8は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図であり、図1と同等部分は同一符号にて示している。図8に示すように、本実施例では、制御部4にメモリ16を設けており、他の構成は図1の例と同じである。図9はその動作を示すフローチャート、図10は図に示したメモリ16内の振幅制限部6i,6qの制限値の設定テーブルを示すグラフである。本発明の他の実施例は、振幅制限部6i,6qの制限値をダイナミックに変動させることにより、変調精度の劣化を抑止したものである。
【0035】制御部4は、まず電力検出部13にて、振幅制限部6i,6q後のI相、Q相のベースバンド信号の振幅値を検出し(図9のステップA1)、先の実施例と同様に、送信電力を得る(ステップA2)。
【0036】次に、送信電力制御部14にて、送信電力A[dBm]がY[dBm]以上かどうか判定を行い、Y[dBm]未満の場合には、振幅制限部の制限値、可変増幅器11の利得を初期化し、再度振幅値の検出を行い、送信電力A[dBm]がY[dBm]以上にならなければ、この動作を繰り返す(ステップA3)
【0037】次に、上記電力から送信電力A[dBm]がY[dBm]以上になった場合、振幅制限部6i,6qの制限値を検出した電力に対応した制限値をメモリ16内のテーブルから読み込み設定する(ステップA4)。その後、式(1)から送信増幅装置12の送信電力をY[dBm]に抑えるために、可変増幅器11の利得を算出し、制御データをD/A変換部15へ出力する(ステップA5)。再びステップA6に戻り、上記動作を繰り返す。
【0038】メモリ16内のテーブルを使用することによって、高速の送信電力制御が可能となり、かつメモリ16内のテーブルによって、通過させる瞬時電力を任意の電力に設定できるため、隣接チャネル漏洩電力と変調精度のトレードオフを図りながら制御することが可能となる。この場合、標準点を記憶しておき、テーブルを持ってダイナミックに制御する。
【0039】
【発明の効果】本発明による第1の効果は、送信増幅装置の歪みや故障から保護し、その結果、通信システムが停止することを防ぐことができることである。その理由は、送信電力を検出し、可変増幅器を用いて、送信電力増幅装置の出力をある一定の電力に抑えることができるためである。
【0040】また、第2の効果は、通信品質の劣化を防止することができることである。その理由は、通常の送信電力の状態では、振幅制限を行い瞬時電力を抑止することによって、瞬時電力による消費電力の増加を抑止し、また、送信増幅装置の歪みによる隣接チャネル漏洩電力や相互変調歪み特性の劣化を防止し、送信電力の過出力状態では、可変増幅器にて送信増幅装置の出力電力を一定の電力に抑えると共に、振幅制限部の制限値を解除することによって、変調精度の劣化や、送信増幅装置の歪みを防止することによって、通信品質の劣化を防止することが可能でとなるからである。




 

 


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