(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の増幅ステージを有する無線周波数（ＲＦ）送信器を制御する方法において、
前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布が決定され、
前記統計分布に基づいて、前記レンジが複数のサブレンジに分割されており、各サブレンジに、前記増幅ステージのうちの少なくとも１つの１つ以上の操作設定が決定されており、
前記方法は、
基地局から受信したＲＦ信号のレベルに応答して、前記送信器の使用の間に、出力ＲＦ信号のターゲット電力レベルを決定することと、
前記決定されたターゲット電力レベルが置かれる(fall in)前記サブレンジに依存する前記１つ以上の操作設定を適用することと、
を備え、
前記１つ以上の操作設定を適用することは、状態遷移制御に基づき制御され、各状態は遷移をするために前記決定されたターゲット電力レベルと比較される閾値を有し、
前記１つ以上の操作設定を適用することは、アンテナに接続するため、受信機、前記１つ以上の増幅ステージの少なくとも１つ、及び、前記１つ以上の増幅ステージの前記少なくとも１つをバイパスするルートを切り替えるように構成された単一のスイッチを制御することを備える、方法。
【請求項２】
前記レンジを分割すること及び前記操作設定を決定することは、前記統計分布の観点から前記送信器によって引き出される電力を低減するために、前記サブレンジ及び設定を選択することを含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記複数のサブレンジの各々は、前記操作設定が適用されるパラメータを有する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ＲＦ送信器は、低デューティサイクル（ＬＤＣ）ネットワークにおけるＬＤＣ端末の一部である請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記送信器は、多重周波数帯域のうちの１つで送信するように結合された多重帯域送信器を有し、前記１つ以上の操作設定を適用することは、前記１つ以上の増幅ステージのうちの前記少なくとも１つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、ＲＦスイッチを使用して前記多重周波数帯域のうちの１つを選択することを含む請求項１記載の方法。
【請求項６】
状態マシーン及びルックアップテーブル（ＬＵＴ）の少なくとも１つを使用して、前記操作設定を選択するように前記送信器を構成することを含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
出力無線周波数（ＲＦ）信号を生成するように配置された１つ以上の増幅ステージと、ここで、前記増幅ステージの少なくとも１つは１つ以上の操作設定を使用して構成可能であり、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布が決定されており、前記統計分布に基づいて、前記レンジが複数のサブレンジに分割され、各サブレンジに、前記増幅ステージの少なくとも１つの前記１つ以上の操作設定が決定されており、
基地局から受信したＲＦ信号のレベルに応答して、前記送信器の使用の間、前記出力ＲＦ信号のターゲット電力レベルを決定し、前記１つ以上の操作設定を前記決定されたターゲット電力レベルが置かれる前記サブレンジに依存する前記増幅ステージの少なくとも１つに適用するように配置された制御モジュールとを具備し、
前記１つ以上の操作設定を適用することは、状態遷移制御に基づき制御され、各状態は遷移をするために前記決定されたターゲット電力レベルと比較される閾値を有し、
前記１つ以上の操作設定を適用することは、アンテナに接続するため、受信機、前記１つ以上の増幅ステージの少なくとも１つ、及び、前記１つ以上の増幅ステージの前記少なくとも１つをバイパスするルートを切り替えるように構成された単一のスイッチを制御することを備える、ＲＦ送信器。
【請求項８】
前記送信器を操作するための電力を供給するように配置された電源を具備し、
前記サブレンジ及び設定は、前記統計分布の観点から、前記電源から前記送信器によって引き出される電力を低減するように選択される請求項７記載の送信器。
【請求項９】
前記複数のサブレンジの各々は、前記操作設定が適用されるパラメータを有する請求項７記載の送信器。
【請求項１０】
前記送信器は、低デューティサイクル（ＬＤＣ）ネットワークにおけるＬＤＣ端末の一部として動作するようにさらに結合される請求項７記載の送信器。
【請求項１１】
前記送信器は、多重周波数帯域のうちの１つで送信するように結合された多重帯域送信器を有し、前記制御モジュールによって制御されるＲＦスイッチを具備し、前記スイッチは、１つ以上の増幅ステージの前記少なくとも１つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、前記多重周波数帯域の１つを選択するように結合される請求項７記載の送信器。
【請求項１２】
前記サブレンジは、状態マシーン及びルックアップテーブル（ＬＵＴ）の少なくとも１つを使用して表現される請求項７記載の送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここでの方法及び装置は、一般的に、無線周波数（ＲＦ）送信器に関し、特に、送信器増幅チェーン(chains)における電力消費を低減する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動無線通信装置は、電源及び／又は装置の寿命を拡張するために、それらの電源の効率的な使用を行なうことがしばしば要求されている。多くの場合、移動装置の送信器回路は、装置の電力消費の主要な原因である。１つの典型的な例は、低デューティサイクル（ＬＤＣ）ネットワークと呼ばれている。ＬＤＣネットワークは、ＬＤＣ端末を含み、このＬＤＣ端末は、種々の位置トラッキング、タグ付け、遠隔及び同様の用途において使用される小サイズの通信装置である。ＬＤＣ端末は、ハイバネーションサイクルにおいて動作し、これにより、各端末はウェイクアップし、小さな割合の時間のみでデータを受信し、送信する。この低デューティサイクル動作は、空間インターフェイスの利用及び端末の電源からのエネルギー消費を最小化する。
【発明の概要】
【０００３】
［概要］
ＬＤＣ端末のような移動無線装置は、典型的には、一方で、小さなサイズの電源を有し、一方で、長期間動作することが期待され、装置の電力消費を低減することが多く望まれている。
【０００４】
方法及び装置の観点は、その電力消費を低減するために、無線周波数（ＲＦ）送信器における増幅ステージの設計及び制御を改善する。あるアスペクトにおいては、送信器は、ターゲット電力レベルで出力ＲＦ信号を送信する動作が可能であり、電力レベルをワイドダイナミックレンジで変化させることができる。ダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルでは、送信器における制御モジュールは、電源からの最小電力を消費しながら、適切なターゲット電力レベルを有する出力ＲＦ信号を生成するために送信器の増幅ステージの操作設定を構成する。開示された観点においては、送信器は無線通信装置の一部であり、さらに、受信器を有する。ターゲット電力レベルは、基地局から受信された信号に応答して決定される。また、ターゲット電力レベルは、他の手段によって決定されることも可能である。
【０００５】
増幅ステージの操作は、種々の方法で構成される。例えば、利得及び／又はそれらのバイアス電圧を制御することにより、バイパススイッチを使用して増幅ステージをバイパスすることにより、及び２以上の値の間の増幅ステージの供給電圧をスイッチングする方法で構成される。
【０００６】
いくつかの観点においては、送信器パワーレベルのダイナミックレンジは、いくつかのサブレンジ或いはインターバルに分割される。各サブレンジ内では、電源からの最小電力を消費する操作設定が決定される。操作の間、送信器が所定のターゲット電力レベルで送信することが要求されている時に、制御モジュールが、ターゲット電力レベルが属し、適切な操作設定を適用するサブレンジを決定する。
【０００７】
あるアスペクトにおいては、サブレンジ及び操作設定組み合わせは、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して示される。また、サブレンジ及び操作設定の組み合わせは、状態マシーンの観点から表現される。
【０００８】
ダイナミックレンジの離散サブレンジへの分割は、無線装置の典型的なプロファイル上の送信電力レベルの静的分配に対して最適化される。典型的には確率密度関数（ＰＤＦ）として表わされるこの静的な分配の使用が、以下に説明される。
【０００９】
いくつかの例示的な送信器構成が説明される。これら送信器構成は単一帯域及び複数帯域操作に適した構成を有し、ハーフデュプレックス及びフルデュプレックス用途と同様である。シミュレートされたＰＤＦを使用する例示的なテスト結果は、開示された方法及び装置を使用して平均電流が２０％の減少を示した。
【００１０】
方法及び装置は、以下の詳細な記述を図面とともに参照することにより、より十分に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、ここにおける方法及び装置に従った無線低デューティサイクル（ＬＤＣ）通信システムを概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末の送信器構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】図３は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末の送信器構成を概略的に示すブロック図である。
【図４】図４は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末の送信器構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】図５は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末の送信器構成を概略的に示すブロック図である。
【図６】図６は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末の送信器の操作状態を概略的に示す状態図である。
【図７】図７は、ここにおける方法及び装置に従った出力電力レベルの確率密度関数（ＰＤＦ）を概略的に示すプロットである。
【図８】図８は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末の送信器の電流消費を概略的に示すプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本願は、２００５年８月２５日に出願され、米国仮特許出願番号６０／７１１，５４１、題名「送信器の電力消費の効率的制御」、さらに、２００５年１１月２８日に出願され、米国仮特許出願番号６０／７４０，０３８、題名「送信器の電力消費の効率的制御」であって、本願の譲受人に譲り渡された優先権を要求する。
【００１３】
システム記述
図１は、ここにおける方法及び装置に従った無線低デューティサイクル（ＬＤＣ）通信システムを概略的に示すブロック図である。ＬＤＣシステム２０は、セルラーネットワークのような一般的な無線ネットワークの一部としてＬＤＣ端末２４と通信するように動作する。ＬＤＣ端末２４は、基地局２８と通信する。基地局２８はネットワーク３２へのアクセスポイントとして扱われる。ＬＤＣネットワークがオーバレイされた従来の無線ネットワークは、例えば、セルラーネットワーク、パーソナル通信システム（ＰＣＳ）或いは他の適切な公共或いはプライベート無線ネットワークを有する。ＬＤＣシステム２０の異なるアスペクトは、従来の無線ネットワークによって使用されるいくつかの無線基準、プロトコル或いは空間インターフェイスに使用される。従来の無線ネットワークは、例えば、ｃｄｍａＯｎｅ、ＵＭＴＳ、ＧＳＭ（登録商標）或いは他の適切な基準である。ＬＤＣシステム２０は、従来の無線ネットワークで使用されるどんな周波数帯域上の動作にも適用可能である。
【００１４】
各端末２４は、基地局２８からの無線周波数（ＲＦ）信号を受信し、ＲＦ信号を基地局へ送信するアンテナ３４を有する。基地局によって送信されるＲＦ信号が受信され、ダウンコンバートされ、フィルタされ、復調され、さもなければ、受信器３６によって処理される。受信器３６の特定の動作は、ここにおける方法及び装置の範囲外である。端末２４から基地局へ送信されるデータは変調され、アップコンバートされ、フィルタされ、送信器３８によって増幅され出力ＲＦ信号を生成する。出力ＲＦ信号は、次に、アンテナ３４を介して基地局２８へ送信される。
【００１５】
人々及び資産トラッキングのように、いくつかのＬＤＣアプリケーションは、ＬＤＣ端末の位置座標の使用を作成する。ある観点においては、端末２４は、広域ポジショニングシステム（ＧＰＳ）受信器４０のような位置センサを有する。位置センサを使用して、端末２４は、その位置座標を決定することができ、この情報を基地局へ送信することができる。
【００１６】
端末２４は、典型的には適切なバッテリを有する電源４２によって電源が投入される。この電源は、電力を端末２４の送信器、受信器、ＧＰＳ受信器及び他のコンポーネントに供給する。多くのＬＤＣアプリケーションにおいては、端末２４が長時間動作することが可能であることが望ましく、しばしば、数ヶ月或いは数年間、電源４２を交換し、再充電することなく長持ちさせることが望まれる。典型的には、送信器３８は、電源４２からのエネルギーの主要な顧客である。したがって、端末２４の異なるコンポーネント、特に、送信器３８及びその制御が電源からの現在の消費を最小化されるべきである。
【００１７】
端末２４における制御モジュール４４は、全ての制御及びＬＤＣ端末の管理機能を実行する。他の機能の中では、以下に詳細に述べる方法及び装置を使用して、制御モジュール４４は送信器３８の動作を制御し、電源４２からの電流を最小化する。モジュール４４は、特定用途ＩＣ（ＡＳＩＣ）のような集積回路（ＩＣ）におけるデジタルハードウェア回路を使用して実行される。また、モジュール４４は、適切なマイクロプロセッサで動作するソフトウェアコードを使用し、或いはハードウェア及びソフトウェアエレメントの組合せを使用することにより実行される。
【００１８】
図２乃至図５は、ここにおける方法及び装置のアスペクトに従ったＬＤＣ端末２４の送信器構成を概略的に示すブロック図である。図２の例示的な送信器構成を参照すると、端末２４から基地局２８へ送信されるデータが変調器４６によって変調され、その信号をさらにフィルタし、適切な周波数範囲にアップコンバートする。変調器４６の出力での変調されたＲＦ信号は増幅チェーンによって増幅され、この増幅チェーンはカスケード接続された２つの増幅ステージを有し、これら増幅ステージは、すなわち、ドライバ増幅器（ＤＡ）４８及び電力増幅器（ＰＡ）５０である。
【００１９】
電力増幅器は、出力ＲＦ信号を生成する。この出力ＲＦ信号は、基地局２８へアンテナ３４を介して送信される。図２は明確にするために２つの増幅ステージを示しているが、ここにおいて述べられる方法及び装置は、どんな数の増幅ステージを有する増幅チェーンにおいても使用可能である。増幅ステージは、カスケード、並列構成、或いはこれらカスケード接続及び並列接続の混在した構成であっても良い。
【００２０】
あるアスペクトにおいては、ＬＤＣシステム２０によって使用される空間インターフェイス或いはプロトコルは、フルデュプレックスプロトコルであり、このフルデュプレックスプロトコルにおいては、端末２４はＲＦ信号を同時に２つの異なるチャネル上で受信し、送信する。他のアスペクトにおいては、プロトコルはハーフデュプレックスプロトコルであり、このハーフデュプレックスプロトコルにおいては、典型的には同一の周波数上で、端末は送信と受信との間を同一の周波数上で交互に切り替える。デュプレクサ５２は、送信受信周波数レンジを公知の方法でフィルタする。デュプレクサ５２の１つの出力は、アンテナ３４によって受信されたＲＦ信号を受信器３６に供給する。デュプレクサの使用は、フルデュプレクス及びハーフデュプレクス動作に好適である。デュプレクサがスイッチによって置き換えられるハーフデュプレクス動作に好適な択一的な構成が以下に述べられる。
【００２１】
あるアスペクトにおいては、送信器３８は出力ＲＦ信号を所定の送信電力レベルで送信することが可能であり、この出力ＲＦ信号はワイドダイナミックレンジに渡って変化させることができる。典型的な送信電力レベルのダイナミックレンジは、８０ｄＢのオーダであり、−５５ｄＢｍから＋２７ｄＢｍのレベルである。この送信電力レベルは、例えば、レンジ及び端末２４と基地局２８との間の通信チャネルの経路ロス、所望の信号／雑音比などに依存する。
【００２２】
多くの実際のケースでは、基地局２８は端末２４に出力ＲＦ信号を送信するために使用されるターゲット電力レベルを供給する。あるアスペクトにおいては、基地局は絶対ターゲット電力レベルを指示する。他のアスペクトにおいては、基地局は端末に所定の増加ステップサイズによって出力ＲＦ信号電力を増加し、或いは減少させることを指示する。指示の特定のフォーマットは、端末２４と基地局２８との間で定義されるプロトコルに依存する。さらに、他のアスペクトにおいては、ＬＤＣ端末２４自身が、例えば、基地局から受信したＲＦ信号のレベルに応答的なターゲット電力レベルを決定する。事前に定義されたダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルについては、制御モジュール４４は、電源４２からの最小電力を消費している間、必要とされるターゲット電力レベルを有する出力ＲＦ信号を生成するために、送信器３８の増幅ステージの操作設定を構成する。
【００２３】
増幅ステージの動作は、ターゲット電力レベルに応答的に種々の方法で構成される。あるアスペクトにおいては、モジュール４４が利得及び／又は１つ以上の増幅ステージの飽和電力を、ステージに印加されるバイアス電圧を制御することによって制御する。典型的には、増幅ステージが低飽和電力にバイアスされる場合には、その電流消費は低減される。モジュール４４は、２つ以上の所定の値の間のバイアス電圧の切替を行なうことも、択一的にバイアス電圧の連続的なレンジを提供することもできる。
【００２４】
さらに、或いは択一的に、モジュール４４はバイパススイッチ５４を使用して１つ以上の増幅ステージをバイパスすることができる。図２の送信器構成においては、制御モジュール４４に適切な時期にＰＡをバイパスすることを可能とするように、２つのバイパススイッチが電力増幅器５０の入力及び出力に接続される。あるアスペクトにおいては、ステージがバイパスされると、その供給電圧もまた、ターンオフされ、さらに、電力消費が低減される。
【００２５】
さらに、追加的に或いは択一的に、モジュール４４はＤＣスイッチ５５を使用する２つ以上の値の間の１つ以上の増幅ステージの供給電圧をスイッチできる。図２において示された実施の形態においては、双方のドライバ増幅器４８及び電力増幅器５０は、モジュール４４によって制御され、このようなＤＣスイッチを介して電力源４２の出力に接続されている。このアスペクトでは、電源４２は、デュアル電圧源を有する。例えば、供給電圧は３．４Ｖ高電圧と１．５Ｖ低電圧との間で切り替えられる。スイッチ５５は、図において示されているけれども、明確化のために、電源４２と分離して、これらスイッチは択一的に、電源それ自体内部に集積される。追加的に或いは択一的に、モジュール４４は、送信器のいくつかの増幅ステージにおける他の適切な操作設定或いは設定の組み合わせを構成する。
【００２６】
いくつかのケースにおいては、操作設定を決定する場合、電力消費の最小化の間と、出力ＲＦ信号の品質を維持することとの間とのトレードオフがある。例えば、供給電圧或いは増幅ステージのバイアス電圧を低下させることが、ターゲット電力レベルでのステージの直線性を劣化することができる。劣化した直線性は、相互変調歪み及び他の望まない異なる放射を引き起こす。したがって、操作設定を決定することは、信号品質考慮を許容する。
【００２７】
いくつかのケースにおいては、供給電圧或いはバイアス電圧を切り替えることは、過度歪み、特に、位相歪みを電圧変化の間の増幅された信号に持ち込む。増幅ステージをバイパスすることは、過度切替をさらに持ち込むことができる。これらの効果は、送信の間の操作設定を改良することがしばしば望ましい、特に、フルデュプレックス用途において考慮されている。ハーフデュプレックス用途においては、送信がアイドルの場合（例えば、プロトコルガードタイム或いは受信の間）、操作設定をしばしば改良することが可能であり、これにより、過度歪みを避ける。
【００２８】
図３は、ここにおける方法及び装置に従った他の送信器構成を示す。図３の送信器構成は、２つの増幅チェーンを有する多重帯域構成である。各増幅チェーンは、図２の構成と構造が類似する。第１の増幅チェーン（変調器ＭＯＤ  Ａによって駆動されるドライバ増幅器ＤＡ  Ａ及び電力増幅器ＰＡ  Ａを有する）は、８００或いは９００ＭＨｚ付近のセルラ周波数帯域のような１つの帯域で送信する。第２の増幅チェーン（変調器ＭＯＤ  Ｂによって駆動されるドライバ増幅器ＤＡ  Ｂ及び電力増幅器ＰＡ  Ｂを有する）は、１８００或いは１９００ＭＨｚ付近のＰＣＳ周波数帯域のような１つの他の帯域で送信する。ダイプレクサ５６は２つの増幅チェーンをアンテナ３４に接続する。図２のように、制御モジュール４４は、適切なときのバイパス電力増幅器５０と同様に、ドライバ増幅器４８のバイアス電圧及び供給電圧、及び電力増幅器５０を構成する。
【００２９】
（図示しない）択一的なアスペクトにおいては、図３における２つのバイパススイッチはバイパス及び帯域選択の双方を実行する単一ポール４投入(four-throw)（ＳＰ４Ｔ）スイッチによって置き換えられる。ＳＰ４ＡＴスイッチの出力は、単一のデュプレクサ５２を介してアンテナに供給される。デュプレクサ５２の受信側出力にはＲｘＡ及びＲｘＢが供給される。
【００３０】
当業者にとって明らかなように、他の多重帯域送信器構成もここにおいて述べられる方法及び装置の観点の範囲であり、ＰＣＳ周波数帯域及びＧＳＭ９００ＭＨｚ帯域のセルラ周波数帯域上で送信を行なう装置に限られるものではない。
【００３１】
図４は、ハーフデュプレックス操作に特に最適な他の例示的な構成を示す。図４の構成においては、モジュール４４によって制御される単一ポール３投入（ＳＰ３Ｔ）スイッチ５８が２つの機能を組み合わせる。すなわち、送信モードにおけるＰＡ５０のバイパス及び送信器３８と受信器３６との間のアンテナ３４の切替機能を組み合わせ、これにより、デュプレクサ５２を置き換える。この構成は、図２の構成に比して、より良い送信効率を提供する。ＰＡ５０とアンテナ３４との間の挿入損失を低減するからである。しかしながら、ＳＰ３Ｔ切り替え構成はハーフデュプレックス動作においてのみ使用されることが可能である。スイッチがアンテナを送信器３８或いは受信器３６のいずれかに接続し、同時に双方に接続しないからである。
【００３２】
図５は、他のハーフデュプレックス操作に最適な他の多重帯域構成を示す。この図は、図３の構造と同様に、モジュール４４によって制御される２つの増幅チェーンを示す。図４のハーフデュプレックス構造と同様に、デュプレクサ５２はスイッチによって置きかえられている。図５において示された構造において、単一ポール６投入（ＳＰ６Ｔ）スイッチ６０は図３に示す２つのデュプレクサ５２及びダイプレクサ５６を置き換える。ＳＰ６Ｔスイッチ６０は、したがって、帯域選択と同様に、ＰＡ  Ａ及びＰＡ  Ｂ双方のＰＡバイパスを実行する。この構成は、ＰＡ５０とアンテナ３４の出力との間の低挿入損失のため、しばしばハーフデュプレックスシナリオにおいて望ましい。
【００３３】
図２乃至図５に示した全ての構造において、送信器回路のいくつかはＲＦ集積回路（ＲＦＩＣ）に集積され、コスト、サイズ、チップ総数及び消費電力を低減する。例えば、変調器４８及び駆動増幅器４８（或いは、例えば、図３及び図５の多重帯域構造におけるような２つのチェーン）はＲＦＩＣに集積される。あるアスペクトにおいては、ＰＡ５０の入力に接続されたバイパススイッチもＲＦＩＣに集積されることが可能である。
【００３４】
あるアスペクトにおいては、電力増幅５０は集積され、商用的に入手可能な増幅器ユニットを有する、このような増幅器ユニットは、しばしば、外的に制御可能なバイパススイッチ及び／又は外部バイアス制御のための手段とともに集積された２つ以上のカスケード接続された増幅ステージを有する。
【００３５】
制御モジュール動作
上述のように、ＬＤＣ端末２４によって定義されたダイナミックレンジにおける各ターゲット電力レベルについて、電源４２から流れる電流を最小化する間、出力ＲＦ信号が要求された送信電力レベルをもつように、制御モジュール４４は増幅ステージの１つ以上の操作設定を決定する。
【００３６】
あるアスペクトにおいては、モジュール４４は送信電力レベルのダイナミックレンジをいくつかのサブレンジに分割する。各サブレンジ内では、モジュール４４は電源４２からの消費電力を最小化する操作設定の組合せを決定する。動作の間、ＬＤＣ端末があるターゲット電力レベルでの送信が必要とされた場合、モジュール４４は、このターゲット電力レベルが属するサブレンジを決定し、適切な操作設定を適用する。
【００３７】
あるアスペクトにおいては、サブレンジ及び操作設定組み合わせはルックアップテーブル（ＬＵＴ）を使用して表わされ、このルックアップテーブルは要求された電力レベルにしたがってアクセスされる。各ターゲット電力レベルについて、ＬＵＴは操作設定の定義を保持する。この定義は、例えば、ある増幅ステージがバイパスされるべきか、供給電圧の値及び増幅ステージのバイアス電圧であるかである。また、サブレンジ及び操作設定組み合わせは、状態マシーンの観点から表わされる。状態マシーンの各状態は、ダイナミックレンジのサブレンジに相当する。
【００３８】
図６は、例示的な状態図であり、ここにおける方法及び装置にしたがった送信器３８の動作状態を概略的に示している。図６に示した状態マシーンは１つの駆動増幅器（ＤＡ）及び１つの電力増幅器（ＰＡ）を有する送信器構成に相当する。本例においては、ＰＡは供給電圧は２つの値”高”、”低”の間で切り替えられる。ＰＡ及びＤＡのバイアス電圧は、（他と独立して）２つの値”高”、”低”の間で切り替えられる。さらに、ＰＡはバイパスされる。ＰＡがバイパスされると、その供給電圧はターンオフされ、さらに消費電力が低減される。
【００３９】
送信電力レベルのダイナミックは、５つのサブレンジに分割され、あるいは、５つの動作状態によって表わされるインターバルに分割される。各状態は、操作設定の特定の状態に対応する。例えば、非常に高い電力状態７０は、ダイナミックレンジにおける最も高い電力レベルのインターバルに対応する。状態７０（すなわち、ターゲット電力レベルが対応するインターバル内の場合）の場合、モジュール４４は高バイアス電圧及び高供給電圧をＰＡ５０に設定し、高バイアス電圧をＤＡ４８に設定する。以下の表は、図６の状態マシーンにおける５つの各状態の操作設定を与える。
【表１】
0005882430.tif 000002
【００４０】
状態マシーンにおける操作状態間の遷移は、閾値を使用することにより定義される。”閾１”から”閾４”で示される下方向の閾は下方向の遷移と定義される。すなわち、高電力状態から低電力状態への遷移である。”閾１Ａ”から”閾４Ａ”で示される上方向の閾は上方向の遷移、或いは低電力状態から高電力状態への遷移と定義される。いくつかのヒステリシスを状態マシーン遷移に導入するために、各上方向の閾はそのそれぞれの下方向の閾よりも僅かに高い。ヒステリシスメカニズムは、ターゲット電力レベルが閾値に近づいたときに、反復性遷移の状況或いは振動を避ける。
【００４１】
択一的なアスペクトにおいては、状態マシーンは、ヒステリシスのない１つの閾の組を有する。さらに、択一的に、状態マシーンはどんな数の操作状態を有していても良く、各状態は操作設定のどんな適切な定義を持つことができる。
【００４２】
ＬＤＣ端末の操作の間、端末があるターゲット電力レベルで送信することが必要とされると、モジュール４４は、このターゲット電力レベルを現在の操作状態の２つの遷移の閾と比較する。比較に応じて、モジュール４４は、隣接する高い状態へ移動し、或いは隣接する低い状態へ移動し、或いは同じ状態にとどまる。他のアスペクトにおいては、状態マシーンは、隣接しない状態への遷移を含み、ターゲット電力レベルの迅速な変化を可能にする。
【００４３】
電力レベル統計考察
あるアスペクトにおいては、ダイナミックレンジの分離サブレンジへの分割は送信電力レベルの統計分布である。あるＬＤＣ用途においては、ＬＤＣ端末の典型的な操作プロファイルの送信電力レベルの統計分布の推定、測定或いはモデルであることが可能である。この統計分布は、典型的には、確率密度関数（ＰＤＦ）として表わされ、ダイナミックレンジのサブレンジへの分割の最適化及び各サブレンジの操作設定の定義に使用される。典型的には、この最適化は、量産の前の端末構成の設計の間に実行される。
【００４４】
あるアスペクトにおいては、特に、制御モジュール４４がＡＳＩＣにおけるデジタルハードウェア回路を使用して実現され、多くのサブレンジ及び操作設定の組み合わせは多くのより複雑なＡＳＩＣを必要とする。これらアスペクトにおいては、上述の最適化プロセスはサブレンジ（或いは状態マシーンにおける操作状態）の数及び操作設定値の組み合わせ数を低減する利点である。ＰＤＦを使用することは、消費電力の最小の低下とともに、サブレンジ及び操作設定数を低減するのに役立つ。同様に、送信器の基本設計におけるあるスイッチが実際にはいくつかの操作状態を実行するのに必要とされていない。これらスイッチは、次に、量産化された端末から削除され、その結果、チップ面積及びコストが抑えられる。
【００４５】
図７は、ここにおける方法及び装置に従ったターゲット電力レベルの例示的な確率分布関数（ＰＤＦ）を概略的に示すプロットである。図７の水平軸は、送信電力レベルのダイナミックレンジを示し、この例においては、−５５ｄＢｍから＋２７ｄＢｍである。データポイント９０は、各送信電力レベルの発生の確率密度を与える。最も共通的に発生する送信電力レベルは、最も共通のターゲット電力レベルである０ｄＢｍを有する略−２０ｄＢｍ及び＋２０ｄＢｍの間に集中していることが分かる。
【００４６】
例示的な設計プロセスにおいては、電源４２からの送信器の平均消費電流は、
【数１】
0005882430.tif 000003
【００４７】
で表わされ、ＰＤＦを使用して推定される。平均消費電流は、
【数２】
0005882430.tif 000004
【００４８】
で表わされる。この場合において、Ｐは送信電力レベルの範囲を示し、Ｉ（ｐ）は送信電力レベルｐの電流消費を示し、ｆ（ｐ）は上述の送信電力レベルのＰＤＦを示す。積分は、ダイナミックレンジＰ全体にわたって行なわれる。
【００４９】
ダイナミックレンジが分離サブレンジに分割される場合、上述のように、それぞれは操作設定のある組を有し、そして、Ｉ（ｐ）は、各サブレンジにおいて一定であり、その値はモジュール４４によって決定されるサブレンジのための操作設定によって決定される。上述の式を使用して、サブレンジの数、サブレンジの境界及び各サブレンジ内の電流消費は、平均電流消費
【数３】
0005882430.tif 000005
【００５０】
を最小化するように最適化することができる。
【００５１】
与えられたサブレンジの数についての
【数４】
0005882430.tif 000006
【００５２】
の最適化は、より共通に発生する電力レベルにおける電流消費を減少させている間、あるまれに発生する送信電力レベルにおける電流消費を増大することができる。さらに、或いは択一的に、サブレンジへの分割は、より強調を共通的に発生する送信電力レベルを与えるように選択される。
【００５３】
図８は、ここにおける方法及び装置に従ったＬＤＣ端末送信器３８の電流消費を概略的に示すプロットである。図８の水平軸は、送信電力レベルのダイナミックレンジを示しており、この例においては、−５５ｄＢｍから＋２７ｄＢｍである。垂直軸は、電源４２からの送信器の電流消費を与える。この例における電源は、２．８５Ｖバッテリである。
【００５４】
図８において示されている性能の例示的な送信器構成は、ドライバ増幅器及びカスケード接続された電力増幅器である。電力増幅器は、２つの内部ステージを有する集積装置を有する。ＰＡの第２の内部ステージは、外部制御を使用することによりバイパスされる。以下の表は、本例において定義された３つの操作状態である。
【表２】
0005882430.tif 000007
【００５５】
２つの閾は操作状態間の遷移を決定するのに定義される。高状態と中状態との間の遷移は７ｄＢｍにて発生し、中状態と低状態との間の遷移は−９ｄＢｍで発生する。３つの操作状態に対応するサブレンジは、図８の水平軸に沿うって示される。
【００５６】
データポイント９４は、基準構成の電流消費を与える。この基準構成は、操作設定のアダプティブな変形はない。この基準構成においては、ターゲット電力レベルにかかわらず、ＤＡ及びＰＡの双方のステージは一定的に動作可能である。データポイント９８は、ここにおける方法及び装置にしたがって、操作設定が、ターゲット電力レベルに応答的に決定された場合に、電流消費を与える。
【００５７】
データポイントの２つの組を比較することは、開示された方法及び装置の送信電力消費の減少の有効性を示す。”高”状態においては、双方の構成は等しく、その結果、電源４２から同じ電流を消費する。”中”状態においては、アダプティブな構成が、ターゲット電力レベルに依存し、８７ｍＡ及び６３ｍＡの間で消費している間に、基準構成が２．８５Ｖで９２ｍＡを消費する。”低”状態においては、アダプティブな構成が４７ｍＡのみを消費している間、２．８５Ｖで９２ｍＡを依然消費する。
【００５８】
図８におけるアダプティブな構成は、図７における確率関数を基礎にする。上述の式［１］を使用すると、平均電流消費
【数５】
0005882430.tif 000008
【００５９】
は、双方の構成について計算される。２．８５Ｖで、アダプティブ構成では、
【数６】
0005882430.tif 000009
【００６０】
＝９４．２ｍＡであるのに対して、基準構成では
【数７】
0005882430.tif 000010
【００６１】
＝１１８．８ｍＡである。本例におけるＬＤＣ端末の典型的な操作プロファイルにわたってカバーする平均電流は、２６．５ｍＡであり、その量は２０％の減少している。
【００６２】
ここにおいて述べられる方法及び装置は、主にＬＤＣ端末における増幅ステージの制御に関するものであるが、ここにおける方法及び装置の原則は、低消費電力が望ましいとされる他の電力増幅用途における電力消費の低減に使用されることもできる。このような用途は、例えば、セルラーハンドセット、無線周波数識別（ＲＦＩＤ）トランスポンダー及び衛星送信を含む。
【００６３】
上述のアスペクトは例示的に示されたことは、したがって、明らかであり、ここにおける方法及び装置は、特に、ここにおいて上述され、示されたことに限定されない。むしろ、ここにおける方法及び装置の範囲は、ここにおいて上述した種々の特徴の双方の組み合わせ及びサブコンビネーションを含み、同様に、当業者が従来技術に開示されていない前述の記載を読めば考えられるその変形及び改良も同様に含まれる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
１つ以上の増幅ステージを有する無線周波数（ＲＦ）送信器を制御する方法において、
送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを定義し、
前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、
前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割し、各サブレンジ毎に、少なくとも１つ以上の増幅ステージの１つ以上の操作設定を決定し、
前記送信器の使用の間に、出力ＲＦ信号のターゲット電力レベルを決定するために送信器を構成し、前記ターゲット電力レベルになる(fall in)サブレンジに依存する１つ以上の操作設定を適用するために前記送信器を構成する方法。
［Ｃ２］
レンジを分割すること及び操作設定を決定することは、統計分布の観点から送信器によって引き出される電力を低減するために、サブレンジ及び設定を選択することを含むＣ１記載の方法。
［Ｃ３］
前記１つ以上の増幅ステージは、構成可能なパラメータの組を有し、操作設定を決定することは、操作設定が適用されるパラメータのサブセットを選択することと、サブセットに存在しない少なくとも１つのパラメータの構成性を無能化することを含むＣ１記載の方法。
［Ｃ４］
前記ＲＦ送信器は、ＬＤＣネットワークにおける低デューティサイクル（ＬＤＣ）端末の一部であるＣ１記載の方法。
［Ｃ５］
前記１つ以上の操作設定は、少なくとも１つの供給電圧、バイアス電圧及びバイパス状態を有し、前記送信器を構成することは、少なくとも１つの供給電圧を変更すること、バイアス電圧を変更すること及び１つ以上の増幅ステージをバイパスすることを有するＣ１記載の方法。
［Ｃ６］
少なくとも１つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、受信モードと送信モードとの間を交替し、ハーフデュプレックスプロトコルにしたがって動作し、送信器を構成することは、少なくとも１つの１つ以上の増幅ステージをバイパスするためにバイパス状態を適用することと、単一のＲＦスイッチを使用して、受信モードと送信モードとの間を交替することとを含むＣ５記載の方法。
［Ｃ７］
前記少なくとも１つの操作設定はバイパス状態を有し、前記送信器は、多重周波数帯域のうちの１つで送信するための多重帯域送信器を有し、送信器を構成することは、１つ以上の増幅ステージのうちの少なくとも１つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、ＲＦスイッチを使用して多重周波数帯のうちの１つを選択することを含むＣ５記載の方法。
［Ｃ８］
レンジを分割することは、多くのサブレンジのうちの少なくとも１つを減少することと、統計分布に応答して操作設定の数を減少することとを含むＣ１記載の方法。
［Ｃ９］
送信器を構成することは、状態マシーン及びルックアップテーブル（ＬＵＴ）の少なくとも１つを使用して、操作設定を選択するように送信器を構成することを含むＣ１記載の方法。
［Ｃ１０］
出力ＲＦ信号を生成するように配置された１つ以上の増幅ステージと、ここで、少なくとも１つの増幅ステージは１つ以上の操作設定を使用して構成可能であり、１つ以上の操作設定は、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを定義し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割し、各サブレンジ毎に、少なくとも１つ以上の増幅ステージの１つ以上の操作設定を決定することにより決定され、
前記送信器の使用の間、出力ＲＦ信号のターゲット電力レベルを決定し、１つ以上の操作設定をターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する少なくとも１つの増幅ステージに適用する制御モジュールとを具備する無線周波数（ＲＦ）送信器。
［Ｃ１１］
送信器を操作するための電力を供給する電源を具備し、
前記サブレンジ及び設定は、統計分布の観点から電源から送信器によって引き出される電力を低減するように選択されるＣ１０記載の送信器。
［Ｃ１２］
前記１つ以上の増幅ステージは、構成可能なパラメータの組を有し、前記サブレンジ及び設定は、操作設定が適用されるパラメータのサブセットを選択するように選択され、サブセットに存在しない少なくとも１つのパラメータの構成性を無能化するＣ１０記載の送信器。
［Ｃ１３］
前記送信器は、ＬＤＣネットワークにおける低デューティサイクル（ＬＤＣ）端末の一部としてさらに動作するＣ１０記載の送信器。
［Ｃ１４］
前記１つ以上の操作設定は、少なくとも１つの供給電圧、バイアス電圧及びバイパス状態を有し、前記制御モジュールは、供給電圧を変更すること、バイアス電圧を変更すること及び少なくとも１つの１つ以上の増幅ステージをバイパスすることの少なくとも１つを実行することにより、１つ以上の操作設定を適用するＣ１０記載の送信器。
［Ｃ１５］
少なくとも１つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、受信モードと送信モードとの間を交替し、ハーフデュプレックスプロトコルにしたがって動作し、制御モジュールによって制御されるＲＦスイッチを具備し、前記スイッチは、１つ以上の増幅ステージの少なくとも１つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、受信モードと送信モードとの間を交替するＣ１４記載の送信器。
［Ｃ１６］
少なくとも１つの操作設定は、バイパス状態を含み、前記送信器は、多重周波数帯域のうちの１つで送信するための多重帯域送信器を有し、制御モジュールによって制御されるＲＦスイッチを具備し、前記スイッチは、１つ以上の増幅ステージの少なくとも１つをバイパスするためにバイパス状態を適用し、多重周波数帯域の１つを選択するＣ１４記載の送信器。
［Ｃ１７］
前記サブレンジは、状態マシーン及びルックアップテーブル（ＬＵＴ）の少なくとも１つを使用して表現されるＣ１０記載の送信器。
［Ｃ１８］
受信モードと送信モードとの間を交替するように構成されたハーフデュプレックス送信器において、
前記送信モードにおける送信のための出力信号を生成するように動作する送信回路と、前記送信回路は増幅ステージを有し、
前記受信モードにおいて入力信号を受信するように動作する受信回路と、
前記送信回路及び受信回路に接続され、受信モードと送信モードとの間を切り替え、送信モードにおける増幅ステージを選択的にバイパスするスイッチと、
出力信号のターゲット電力レベルを決定し、送信モード或いは受信モードを選択し、ターゲット電力レベルに応答して、送信モードにおける増幅ステージをバイパスするようにスイッチの操作を制御する制御モジュールとを具備する送信器。
［Ｃ１９］
前記スイッチは、単一ポールスイッチであり、受信モードのための第１の投入位置、増幅ステージから送信モードにおける出力信号を受け取る第２の投入位置を有し、増幅ステージをバイパスしている間、送信モードにおける出力信号を受け取る第３の投入位置を有するＣ１８記載の送信器。
［Ｃ２０］
前記制御モジュールは、前記ターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する増幅ステージをバイパスするかを決定し、この場合においてサブレンジは複数のサブレンジから選択されたものであり、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを決定し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割することにより定義されるＣ１８記載の送信器。
［Ｃ２１］
第１の周波数帯域において第１の出力信号を生成する第１の増幅ステージと、
第２の周波数帯域において第２の出力信号を生成する第２の増幅ステージと、
前記第１及び第２の増幅ステージを選択的にバイパスし、前記第１及び第２の周波数帯域間を選択するＲＦスイッチと、
少なくとも１つの第１及び第２の出力信号のターゲット電力レベルを決定し、第１及び第２の周波数帯域間を選択し、前記ターゲット電力レベルに応答して、前記第１及び第２の増幅ステージの少なくとも１つをバイパスする制御モジュールとを具備する送信器。
［Ｃ２２］
前記スイッチは、単一ポールスイッチであり、第１の増幅ステージをバイパスしていない間、第１の出力信号を受け取る第１の投入位置と、第２の増幅ステージをバイパスしていない間、第２の出力信号を受け取る第２の投入位置と、前記第１の増幅ステージ及び第２の増幅ステージの少なくとも１つをバイパスしている間、第１及び第２の出力信号のうちの１つを受け取る第３の投入位置を少なくとも有するＣ２１記載の送信器。
［Ｃ２３］
前記制御モジュールは、前記ターゲット電力レベルになるサブレンジに依存する第１及び第２の増幅ステージのうちの少なくとも１つをバイパスするか否かを決定し、前記サブレンジは複数のサブレンジから選択されたものであり、送信器が動作するのに要求される送信電力レベルのレンジを決定し、前記送信器の使用の間に発生することが予想されるレンジにおける送信電力レベルの統計分布を決定し、前記統計分布に応答して、前記レンジを複数のサブレンジに分割することにより定義されるＣ２１記載の送信器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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