(57)【要約】電力管理システムは、ソフトウェアで定義される無線機のために提供される。電力管理システムは、アンテナと、レギュレータ電源と、電力増幅器と、デジタル信号プロセッサとを有する。ソフトウェアで実行される電源計算器及び電源調整器は、デジタル信号プロセッサ内で動作可能である。電源計算器は、無線機によって送信される波形のタイプのインジケータを受け取り、その波形インジケータに基づいて電力増幅器のドレイン電圧を決定する。電源調整器は、アンテナからフォワード電力及び反射電力の値を受け取り、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を計算する。電源調整器は、更に、このＶＳＷＲに基づきドレイン電圧の調整について計算を行う。
2009545250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソフトウェアで定義される無線機において電力消費を管理する方法であって、
前記無線機によって送信される波形を特定するステップと、
前記波形の特徴に基づき、前記無線機のアンテナへ結合される電力増幅器についてドレイン電圧を決定するステップと、
前記電力増幅器への入力として前記ドレイン電圧を用いて前記アンテナから前記波形を送信するステップと、
送信された前記波形について電圧定在波比を計算するステップと、
前記電圧定在波比の関数として前記アンテナへの前記電力増幅器による電力出力を調整するステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記電力出力を調整するステップは、最も高い電圧定在波比の期待値によって割られた前記計算された電圧定在波比の平方根値である乗数によって、前記ドレイン電圧を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ドレイン電圧を決定するステップは、前記電力増幅器の動作モードに基づきドレイン電圧を選択するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ドレイン電圧を決定するステップは、前記波形の送信周波数に基づきドレイン電圧を選択するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記波形の特徴に基づき前記電力増幅器についてバイアス電流を決定するステップと、
前記電力増幅器への入力として前記バイアス電流を用いて前記アンテナから前記波形を送信するステップと
を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電力出力を調整するステップは、前記電圧定在波比の関数として前記電力増幅器のバイアス電流を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電力出力を調整するステップは、前記アンテナを駆動している可変な電源コンポーネントによって電圧出力を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記電力出力を調整するステップは、第１のタイプの波形について第１の調整関数を用い、第２のタイプの波形について第２の異なる調整関数を用いるステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記電力出力を調整するステップは、前記電力増幅器のドレイン電圧及び該電力増幅器のバイアス電流を前記電圧定在波比の関数として調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
ソフトウェアで定義される無線機のための電力管理システムであって、
アンテナと、
レギュレータ電源と、
ＲＦ送信信号を受信するよう構成され、該ＲＦ送信信号を前記電源からのドレイン電圧入力に従って増幅するよう動作する電力増幅器と、
当該無線機によって送信される波形のタイプのインジケータを受け取るよう構成され、該波形インジケータに基づいて前記電力増幅器のための前記ドレイン電圧を決定するよう動作する電源計算器と、
前記アンテナへ出力されるフォワード電力及び該アンテナからの反射電力を受け取るよう構成され、該フォワード電力及び該反射電力に基づき電圧定在波比を計算して、該電圧定在波比に基づき前記電力増幅器の前記ドレイン電圧を調整するよう動作する電源調整器と
を有する電力管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ソフトウェアで定義される無線機に関し、より具体的には、ソフトウェアで定義される無線機での電力消費を管理するための方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ソフトウェアで定義される無線機は、ソフトウェアにおいて定義されるチャネル波形を有する無線通信システムである。すなわち、波形は、サンプリングされたデジタル信号として生成され、広帯域デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）を介してデジタルからアナログへ変換されて、場合により、ＩＦからＲＦへアップコンバートされる。同様に、受信機は、ソフトウェア無線ノードのチャネルの全てを捕捉する広帯域アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いる。次いで、受信機は、汎用プロセッサでソフトウェアによりチャネル波形を取り出し、ダウンコンバートし、復調する。このようにして、多種多様な波形及び通信プロトコルがソフトウェアにおいてサポートされ得る。しかし、動作上の複雑性が増すにつれて、電力需要も増大する。これは、特に、バッテリ電源供給の無線機で懸念事項である。
【０００３】
幅広い周波数にわたって送信するよう、アンテナに給電する増幅器は様々なアンテナ負荷インピーダンスを扱う必要がある。増幅器は、通常、予想される負荷インピーダンスの全てに適応するよう設計されている。言い換えると、増幅器は、最悪のシナリオを満足するよう設計されており、それによって、負荷インピーダンスが適切である場合に最適な効率が得られない。
【０００４】
この項目における記載は、単に、本開示に関連する背景情報を提供しているにすぎず、先行技術を構成するわけではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、負荷インピーダンスを整合させるよう増幅器の動作パラメータを調整し、それによって、増幅器の効率を改善し且つ電力消費を削減することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電力管理システムは、ソフトウェアで定義される無線機のために提供される。電力管理システムは、アンテナと、レギュレータ電源と、電力増幅器と、デジタル信号プロセッサとを有する。ソフトウェアで実行される電源計算器及び電源調整器は、デジタル信号プロセッサ内で動作可能である。電源計算器は、無線機によって送信される波形のタイプに関するインジケータを受け取り、その波形インジケータに基づいて電力増幅器のドレイン電圧を決定する。電源調整器は、アンテナからフォワード電力及び反射電力の値を受け取り、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を計算する。電源調整器は、更に、このＶＳＷＲに基づきドレイン電圧の調整について計算を行う。
【０００７】
更なる適用範囲は、ここで提供される記載から明らかとなるであろう。当然、記載及び具体例は、単なる説明を目的としており、本開示の適用範囲を限定することを意図されない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ソフトウェアで定義される無線機のための例となる送信サブシステムのブロック図である。
【図２Ａ】無線機の送信サブシステムで用いられ得る例となる増幅器設計の概略図である。
【図２Ｂ】無線機の送信サブシステムで用いられ得る例となる電源設計の概略図である。
【図３Ａ】無線増幅器の初期電力設定として使用され得るドレイン電圧の例となる表を表す。
【図３Ｂ】無線増幅器の初期電力設定として使用され得る電源制御電圧の例となる表を表す。
【図４】無線増幅器の初期電力設定として使用され得るバイアス電流の例となる表を表す。
【図５】３つの異なる増幅器を有する例となる送信サブシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここに記載される図面は、単なる説明のためであり、決して本開示の適用範囲を限定することを意図されない。
【００１０】
図１は、ソフトウェアで定義される無線機のための例となる送信サブシステム１０を表す。送信サブシステム１０は、一般に、レギュレータ電源１２と、動作上方向性結合器１６を介してアンテナ１８へ結合される電力増幅器１４と、デジタル信号プロセッサ２０とを有する。以下の記載はソフトウェア定義の無線機を参照して提供されるが、本開示のより広い観点が他のタイプの無線機実装に適用可能である。
【００１１】
電力増幅器１４は、ＲＦ送信信号を受信し、この送信信号を電源１２からの入力信号に従って増幅する。増幅されたＲＦ信号は、アンテナ１８へ出力される前に、方向性結合器１６を通る。方向性結合器１６は、アンテナ１８へ出力される信号電力（ここではフォワード電力と称される。）の量を検出し且つアンテナ１８によって反射される信号電力（ここでは反射電力と称される。）の量を検出するよう動作する。次いで、フォワード電力及び反射電力の値は、その後の処理のためにデジタル信号プロセッサへ入力される。
【００１２】
信号増幅特性は、電力増幅器１４へ印加されるドレイン電圧に関連する。電源１２は、ドレイン電圧を電力増幅器１４へ出力する。電源１２によって出力されたドレイン電圧は、デジタル信号プロセッサ２０からの制御信号によってレギュレートされる。電源１２へ供給される制御電圧を制御することによって、デジタル信号プロセッサ２０は、電力増幅器１４へ印加されるドレイン電圧を制御し、ひいては、ＲＦ送信信号の振幅を制御する。図２Ａ及び２Ｂは、夫々、無線機の送信サブシステムで用いられ得る例となる増幅器設計及び例となる電源設計を表す。他の設計が本開示によって検討され得ることは、容易に理解される。
【００１３】
信号送信中に電力消費をレギュレートするよう、デジタル信号プロセッサ２０は２つのソフトウェアモジュール、すなわち、電源計算器２２及び電源調整器２４を用いる。電源計算器２２は、電力増幅器１４の初期電力設定を計算する。この初期電力設定は、送信される波形のタイプ、波形の送信周波数、増幅器の動作特性及びこれらの組み合わせを含む（しかし、これらに限定されない）様々なパラメータの関数でありうる。かかる様々なパラメータは、無線機の他のソフトウェアコンポーネントから電源計算器２２へ入力される。次いで、電源制御電圧及び／又はドレイン電圧が電源計算器２２によって計算される。
【００１４】
例となる実施形態で、ドレイン電圧は、図３Ａに示されるような実験的に得られる表３１から決定される。波形のタイプ及び波形の送信周波数を鑑みて、適切なドレイン電圧が波形インスタンス化の間に表から読み出される。この例で、電力増幅器１４は、線形モード（linear  mode）又は効率的モード（efficient  mode）のいずれか一方で動作することができる。モード選択は、当該技術で知られているように、送信されている波形に依存する。例えば、増幅器は、高ピーク対平均比（peak-to-average  ratio）波形に関しては線形モードで動作し、一方、一定エンベロープ波形に関しては効率的モードで動作する。線形モードで動作する増幅器は、効率的モードで動作する増幅器よりむしろ高いドレイン電圧を有する傾向がある。同様に、高い送信周波数を有する波形は、より低い送信周波数を有する波形より高いドレイン電圧を有する傾向がある。二次変換関数又は表は、調整可能な電源１２のための対応する制御電圧へドレイン電圧を変換するために参照され得る。
【００１５】
代替的に、電源計算器２２は、図３Ｂに示されるような、制御電圧に関する実験的に得られた表を参照するために入力パラメータを使用することができる。いずれの場合にも、ＲＦ信号は、この初期電力設定で設定される電力増幅器により送信される。また、初期電力設定は、１又はそれ以上の実験的に得られた式を用いて計算され得ることが考えられる。このようにして、第１の効率レベルは、電力設定を送信信号の特徴に合わせることによって達成される。
【００１６】
電源調整器２４は、その後に、アンテナで測定される電力効率に基づき電力設定を調整する。電源調整器２４は、方向性結合器１６からフォワード電力及び反射電力の値を受け取るよう構成される。かかる電力値に基づき、電源調整器２４は、電圧定在波比（ＶＳＷＲ（Voltage  Standing  Wave  Ratio））を計算し、そのＶＳＷＲの関数としてアンテナ１８へ電力増幅器１４によって出力される電力を調整することができる。このようにして、電力増幅器の動作効率は改善され、それによって、更に、無線機の電力消費が削減され得る。
【００１７】
より具体的に、電源調整器２４は、電力増幅器１４へ印加されるドレイン電圧を調整することができる。そうするよう、電源調整器２４は、初期電力設定のための乗数を計算する。例となる実施形態で、ドレイン電圧は、（計算されたＶＳＷＲ）／（ＶＳＷＲの最も高い期待値）の平方根に従って、ＶＳＷＲの関数として低減される。最も高い予想されるＶＳＷＲが３であるとすると、この式を用いる例示の計算は以下の通りに示される：
【表１】
2009545250.tif 000003
他の調整関数がドレイン電圧乗数を計算するために導き出され得ることが考えられる。電源計算器２２は、この乗数を電源調整器２４から受け取って、然るべく電力設定を調整する。１の測定されるＶＳＷＲに関し、ドレイン電圧は約６０パーセントだけ低減され、それによって、増幅器の動作効率は改善され且つ電力消費は削減される。
【００１８】
よりロバストである実施のために、電源調整器２４は、異なるタイプの波形について異なる関数を用いることができる。ＶＳＷＲの計算時に、電源調整器２４は、送信される波形に基づいて２又はそれ以上の調整関数の中から１つを選択する。例えば、第１の調整関数は、第１のタイプの波形についてドレイン電圧を調整するために使用される。一方、第２の異なる調整関数は、第２のタイプの波形についてドレイン電圧を調整するために使用される。このようにして、調整関数は、具体的に、波形の特徴に合わせられ得る。
【００１９】
相補的に、電力増幅器１４によって出力される信号電力は、また、電力増幅器１４のためのバイアス電流を介して制御され得る。バイアス電流は、電源１２によって電力増幅器１４へ供給される。電源１２によって出力されるバイアス電流は、デジタル信号プロセッサ２０からの制御信号によってレギュレートされ得る。
【００２０】
電源計算器２２は、また、上述されたのと同様の方法で、増幅器１４の初期バイアス電流設定を決定することができる。例えば、バイアス電流は、図４に示されるような実験的に得られた表４０から決定され得る。波形のタイプ及び波形の送信周波数を鑑みて、適切なバイアス電流が波形インスタンス化の間に読み出される。ＲＦ信号は、この初期バイアス電流で設定される電力増幅器により送信される。
【００２１】
電源調整器２４は、その後に、アンテナで測定される電力効率に基づきバイアス電流を調整することができる。そうするよう、電源調整器２４は、初期バイアス電流設定のための乗数を決定する。先と同じく、バイアス電流は、ＶＳＷＲの関数として調整される。例となる実施形態で、様々なＶＳＷＲについての乗数は、増幅器ごとに実験的に導き出され、次いで、以下に示されるような表に記憶される：
【表２】
2009545250.tif 000004
次いで、電源計算器２２は、電源調整器２４から乗数を受け取って、然るべく電力設定を調整する。増幅器によって出力される電力はドレイン電圧又はバイアス電流のいずれか一方によって制御され得るが、それは、望ましくは、両方のパラメータに対する調整を通して制御される。
【００２２】
よりロバストである無線機構造は、アンテナを駆動するために、１より多くのタイプの電力増幅器を用いることができる。図５は、３つの異なる増幅器、すなわち、ローバンド増幅器５２、ハイバンド増幅器５４及び衛星通信用に構成された増幅器５６（一般にＳＡＴＣＯＭ増幅器と呼ばれる。）を有する送信サブシステム５０の例となる構造を表す。増幅器のうちの１つは、信号送信の間に選択的にアンテナへ結合される。増幅器の選択は、当該技術で知られているように、送信されている波形に依存する。例えば、ＳＩＮＣＧＡＲＳ波形は、通常、ローバンド電力増幅器を使用する。対照的に、高データレート波形は、通常、ハイバンド電力増幅器を使用する。
【００２３】
この構造で、電源計算器２２は、送信されている波形に基づき適切な増幅器を選択することから始める。次いで、選択された増幅器の初期電力設定が電源計算器２２によって計算される。例となる実施形態で、ドレイン電圧及び／又はバイアス電流は、前出の実験的に得られた表から読み出される。しかし、異なる表が、異なる増幅器の夫々について得られる。望ましくは、表は、各増幅器により記憶されるが、主としてデジタル信号プロセッサで記憶されても良い。さもなければ、初期電力設定は、上述されるように選択されて実施される。
【００２４】
更に、電源調整器２４は、増幅器ごとに異なる調整関数を用いることができる。言い換えると、第１の調整関数はローバンド増幅器のために使用され、一方、第２の調整関数はハイバンド増幅器のために使用される。電源調整器２４は、信号を送信するために使用される増幅器に基づき適切な調整関数を選択する。次いで、電源調整器２４は、選択した関数を用いて電力設定のための調整を計算する。このようにして、調整関数は、具体的に、増幅器の特性に合わせられ得る。
【図１】
2009545250.tif 000005
【図２Ａ】
2009545250.tif 000006
【図２Ｂ】
2009545250.tif 000007
【図３Ａ】
2009545250.tif 000008
【図３Ｂ】
2009545250.tif 000009
【図４】
2009545250.tif 000010
【図５】
2009545250.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月31日(2008.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソフトウェアで定義される無線機において電力消費を管理する方法であって、
前記無線機によって送信される波形を特定するステップと、
前記波形の送信周波数である該波形の特徴に基づき、前記無線機のアンテナへ結合される電力増幅器についてドレイン電圧を決定するステップと、
前記電力増幅器への入力として前記ドレイン電圧を用いて前記アンテナから前記波形を送信するステップと、
送信された前記波形について電圧定在波比を計算するステップと、
前記電圧定在波比の関数として前記アンテナへの前記電力増幅器による電力出力を調整するステップと
を有する方法。
【請求項２】
前記電力出力を調整するステップは、最も高い電圧定在波比の期待値によって割られた前記計算された電圧定在波比の平方根値である乗数によって、前記ドレイン電圧を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ドレイン電圧を決定するステップは、前記電力増幅器の動作モードに基づきドレイン電圧を選択するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記波形の特徴に基づき前記電力増幅器についてバイアス電流を決定するステップと、
前記電力増幅器への入力として前記バイアス電流を用いて前記アンテナから前記波形を送信するステップと
を更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記電力出力を調整するステップは、前記電圧定在波比の関数として前記電力増幅器のバイアス電流を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記電力出力を調整するステップは、前記アンテナを駆動している可変な電源コンポーネントによって電圧出力を調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記電力出力を調整するステップは、第１のタイプの波形について第１の調整関数を用い、第２のタイプの波形について第２の異なる調整関数を用いるステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記電力出力を調整するステップは、前記電力増幅器のドレイン電圧及び該電力増幅器のバイアス電流を前記電圧定在波比の関数として調整するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
ソフトウェアで定義される無線機のための電力管理システムであって、
アンテナと、
レギュレータ電源と、
ＲＦ送信信号を受信するよう構成され、該ＲＦ送信信号を前記電源からのドレイン電圧入力に従って増幅するよう動作する電力増幅器と、
当該無線機によって送信される波形のタイプのインジケータを受け取るよう構成され、該波形インジケータ及び前記波形の周波数に基づいて前記電力増幅器のための前記ドレイン電圧を決定するよう動作する電源計算器と、
前記アンテナへ出力されるフォワード電力及び該アンテナからの反射電力を受け取るよう構成され、該フォワード電力及び該反射電力に基づき電圧定在波比を計算して、該電圧定在波比に基づき前記電力増幅器の前記ドレイン電圧を調整するよう動作する電源調整器と
を有する電力管理システム。
【国際調査報告】
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