(57)【要約】【課題】  所望の目標特性（特に信号品質）を満たした上で、パワーアンプの消費電力が最小となる電源電圧等のパラメータを最適に調整する。【解決手段】  ＲＦ送信回路２からの送信信号をＲＦパワーアンプ３で増幅した後、ＲＦ受信回路５でループバックさせる。その一方で、送信パワー計測回路４によって、ＲＦパワーアンプ３からの送信信号の送信パワーを計測し、消費電力計測回路７によって、ＲＦパワーアンプ３の消費電力を計測する。特性評価部８１によって、ＲＦ受信回路５からの受信データに基づいて送信信号の特性が所定範囲にあるかをチェックするとともに、計測された送信パワーが所定範囲内にあるかチェックする。そして、特性評価部８１によって、消費電力の低減と所定の送信パワーおよび信号品質の確保とを両立させるように、ＲＦパワーアンプ３の電源電圧およびバイアス電圧を決定する。【選択図】  図１
2006074284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波送信信号を増幅する高周波増幅器の電源電圧およびバイアス電圧を調整することによって該高周波増幅器の消費電力を低減するように制御する消費電力制御装置において、
前記高周波増幅器で増幅された前記高周波送信信号を受信する受信回路と、
前記受信回路から得られた受信信号が所定の品質を満たすか否かを評価する評価部と、
該評価部による前記受信信号が所定の品質を満たす範囲で前記電源電圧および前記バイアス電圧を調整する調整部とを備えていることを特徴とする消費電力制御装置。
【請求項２】
前記高周波送信信号のパワーを計測する送信パワー計測回路と、
前記高周波増幅器の消費電力を計測する消費電力計測回路とを備え、
前記調整部は、計測された前記パワーおよび消費電力に基づいて算出される前記高周波増幅器の効率が最大となるように前記電源電圧および前記バイアス電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の消費電力制御装置。
【請求項３】
前記高周波送信信号を出力する送信回路と、
前記高周波増幅器と、
前記請求項１または２に記載の消費電力制御装置とを備えていることを特徴とする高周波通信装置。
【請求項４】
高周波送信信号を増幅する高周波増幅器の電源電圧およびバイアス電圧を調整することによって該高周波増幅器の消費電力を低減するように制御する消費電力制御方法において、
前記高周波増幅器で増幅された前記高周波送信信号が所定の品質を満たすか否かを評価する評価工程と、
該評価部による前記受信信号が所定の品質を満たす範囲で前記電源電圧および前記バイアス電圧を調整する調整工程とを備えていることを特徴とする消費電力制御方法。
【請求項５】
前記調整工程は、計測された前記高周波送信信号の前記パワーおよび計測された前記高周波増幅器の消費電力に基づいて算出される前記高周波増幅器の効率が最大となるように前記バイアス電圧を調整することを特徴とする請求項４に記載の消費電力制御方法。
【請求項６】
請求項４または５に記載の消費電力制御方法における前記評価工程および前記調整工程をコンピュータに実行させるための消費電力制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話や無線ＬＡＮのようなシステム等に含まれる高周波増幅器の消費電力を低減する消費電力制御のための装置、方法、プログラムおよび消費電力制御装置を備えた高周波通信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯情報機器の普及に伴い、機器の連続動作可能時間や充電池寿命の延長に対する要求は高まっている。特に、無線システムの根幹であるＲＦ（Radio Frequency）アナログ回路に関して、低消費電力化が強く望まれている。
【０００３】
図８は、一般的な無線システムのＲＦアナログ回路の構成を示している。また、図９は、上記のＲＦアナログ回路における消費電力分布を計測した結果を示している。
【０００４】
このようなＲＦアナログ回路は、一般に、トランスミッタ５１、パワーアンプ５２、シンセサイザ５３、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）５４およびレシーバ５５を含んでいる。トランスミッタ５１から出力される送信信号は、パワーアンプ５２で増幅されてから送信される。一方、受信信号は、ＬＮＡ５４で増幅された後、レシーバ５５で受信処理（周波数変換、復調など）が行われる。周波数シンセサイザ５３は、トランスミッタ５１、レシーバ５４およびＬＮＡ５５に処理に必要なローカル信号を供給している。
【０００５】
これらの構成要素毎の消費電力は、図９の消費電力分布より、トランスミッタ５１、ＬＮＡ５５、レシーバ５４およびシンセサイザ５３の消費電力の合計が約８００ｍＷであるのに対し、パワーアンプ５２単体の消費電力が１０００ｍＷと大きな割合を占めている。それゆえ、パワーアンプ５２の消費電力を低減することが、ＲＦアナログ回路における省電力化に効果的であることが分かる。また、パワーアンプ５２は、回路が簡素であるため、電源電圧が低下しても動作することができるので、省電力化が容易である。また、パワーアンプ５２は、送信パワー（目標値）に対して消費電力の調整が可能である。このような理由から、パワーアンプ５２の消費電力を調整することが、ＲＦアナログ回路の省電力化を図るには最も適している。
【０００６】
従って、従来の無線システムにおけるＲＦアナログ回路の省電力化への取組みは、主にパワーアンプ５２の電源電圧およびバイアス電圧の調整を中心に多く試みられている。ＲＦパワーアンプの電源電圧調整に関する従来技術は、例えば、特許文献１に開示されている。以下に、そのような従来技術について説明する。
【０００７】
図１０は、上記のような従来技術の構成を簡略化して示したものである。図１０に示すように、従来技術の構成は、ＲＦトランスミッタ１０１、パワーアンプ１０２、パワー検出回路１０３、コントローラ１０４および可変電圧レギュレータ１０５（電源電圧調整回路）を含んでいる。この構成において、ＲＦトランスミッタ１０１から得られる高周波送信信号は、パワーアンプ１０２で増幅され、パワー検出回路１０３でそのパワーが検出される。コントローラ１０４は、検出された送信信号のパワーに基づいて、可変電圧レギュレータ１０５に電源電圧を制御する指示（調整信号）を与えるとともに、パワーアンプ１０２のバイアス調整回路１０６にバイアス電圧を調整する指示（調整信号）を与える。これにより、可変電圧レギュレータ１０５は、パワーアンプ１０２の電源電圧を送信信号のパワーに応じて調整する。また、パワーアンプ１０２は、送信信号のパワーに応じてバイアス電圧を変化させる。
【特許文献１】米国特許第６，１４８，２２０号明細書（２０００年１１月１４日特許発行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の従来の構成は、特性向上を図るために、パワーアンプ１０２の電源電圧およびバイアス電圧を調整するものの、信号の品質を損なうことなしにどこまで調整可能かという定量的な調整範囲には全く触れていない。従って、従来技術では、パワーアンプ１０２の電源電圧が低下したときに信号歪みが生じても、それによる信号品質の劣化を改善することはできない。
【０００９】
また、特にプロセス微細化に伴うトランジスタのしきい値電圧等の特性バラツキの増加により、回路の特性バラツキも大きくなる。このため、個々のデバイスに最適な電源電圧調整方法が必要になってきている。
【００１０】
従って、従来技術を採用すれば、高い信号品質を確保するために電源電圧下限値に対して過大なマージンをとるか、または信号品質を無視した状態で電源電圧およびバイアス電圧の調整を行なわざるを得ない。
【００１１】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、所望の目標特性（特に信号品質）を満たした上で、パワーアンプの消費電力が最小となる電源電圧等のパラメータを最適に調整することができる消費電力調整装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る消費電力制御装置は、高周波送信信号を増幅する高周波増幅器の電源電圧およびバイアス電圧を調整することによって該高周波増幅器の消費電力を低減するように制御する消費電力制御装置において、上記課題を解決するために、前記高周波増幅器で増幅された前記高周波送信信号を受信する受信回路と、前記受信回路から得られた受信信号が所定の品質を満たすか否かを評価する評価部と、該評価部による前記受信信号が所定の品質を満たす範囲で前記電源電圧および前記バイアス電圧を調整する調整部とを備えていることを特徴としている。
【００１３】
このような構成では、評価部によって、受信回路から得られた受信信号が所定の品質を満たすか否かが評価される。このように、受信信号の品質を評価することにより、送信信号の品質が評価される。そして、電源電圧およびバイアス電圧は、調整部によって、受信信号が所定の品質を満たす範囲、すなわち高周波送信信号が所定の品質を満たす範囲で、高周波増幅器の消費電力を低減するように調整される。これにより、要求される高周波送信信号の品質を保ちながら、高周波増幅器の消費電力を低減することができる。
【００１４】
前記消費電力制御装置は、前記高周波送信信号のパワーを計測する送信パワー計測回路と、前記高周波増幅器の消費電力を計測する消費電力計測回路とを備え、前記調整部が、計測された前記パワーおよび消費電力に基づいて算出される前記高周波増幅器の効率が最大となるように前記電源電圧および前記バイアス電圧を調整することが好ましい。
【００１５】
このような構成では、電源電圧およびバイアス電圧が、調整部によって、計測されたパワーおよび消費電力に基づいて算出される効率が最大となるように調整される。ここで、高周波増幅器の効率は、パワーを消費電力で除することによって算出される。これにより、高周波増幅器を低消費電力かつ高効率に動作させることができる。
【００１６】
本発明の高周波通信装置は、前記高周波送信信号を出力する送信回路と、前記高周波増幅器と、上記の消費電力制御装置とを備えることを特徴としている。これにより、要求される高周波送信信号の品質を保ちながら、高周波通信装置の消費電力を低減することができる。
【００１７】
本発明の消費電力制御方法は、高周波送信信号を増幅する高周波増幅器の電源電圧およびバイアス電圧を調整することによって該高周波増幅器の消費電力を低減するように制御する消費電力制御方法において、前記の課題を解決するために、前記高周波増幅器で増幅された前記高周波送信信号が所定の品質を満たすか否かを評価する評価工程と、該評価部による前記受信信号が所定の品質を満たす範囲で前記電源電圧および前記バイアス電圧を調整する調整工程とを備えていることを特徴としている。
【００１８】
この方法では、評価工程によって、高周波送信信号が所定の品質を満たすか否かが評価され、電源電圧およびバイアス電圧が、調整工程によって、高周波送信信号が所定の品質を満たす範囲で、高周波増幅器の消費電力を低減するように調整される。これにより、要求される高周波送信信号の品質を保ちながら、高周波増幅器の消費電力を低減することができる。
【００１９】
前記消費電力制御方法において、前記調整工程は、計測された前記高周波送信信号の前記パワーおよび計測された前記高周波増幅器の消費電力に基づいて算出される前記高周波増幅器の効率が最大となるように前記バイアス電圧を調整することが好ましい。このように、電源電圧およびバイアス電圧が、調整工程によって、計測されたパワーおよび消費電力に基づいて算出される効率が最大となるように調整される。これにより、高周波増幅器を低消費電力かつ高効率に動作させることができる。
【００２０】
前記価工程および前記調整工程は、消費電力制御プログラムによってコンピュータに実行させてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る消費電力制御装置および消費電力制御方法は、前記のように構成されることによって、高周波送信信号の品質の評価に基づいて、高周波送信信号の品質を所定の範囲に保ちながら、高周波増幅器の消費電力を低減することができる。従って、高周波増幅器を搭載する高周波送信信号出力装置の消費電力を、高周波送信信号を所望の品質を確保しつつ低減することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の一実施形態について図１ないし図７に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００２３】
図１は、本実施の形態の送信システム１の要部の構成を示している。また、図２は、本送信システム１の調整系を示している。この送信システム１は、例えば、複数の電源を有するIEEE802.11b無線ＬＡＮシステムに適用される。
【００２４】
本送信システム１は、図１に示すように、ＲＦ送信回路２、ＲＦパワーアンプ３、送信パワー計測回路４、ＲＦ受信回路５、プログラマブルレギュレータ６、消費電力計測回路７およびコントローラ８を備えている。
【００２５】
ＲＦ送信回路２は、入力されるベースバンドの送信データをアナログのＩＦ信号に変換し、さらにＩＦ信号をアップコンバートすることにより送信周波数の送信信号を生成する回路である。
【００２６】
ＲＦパワーアンプ３は、ＲＦ送信回路２からの送信信号を増幅する増幅器である。このＲＦパワーアンプ３は、コントローラ８から与えられるバイアス電圧調整信号に基づいてバイアス電圧を調整するバイアス調整回路３１を有している。
【００２７】
送信パワー計測回路４は、ＲＦパワーアンプ３で増幅された送信信号のパワーを計測する回路である。この送信パワー計測回路４は、送信信号のパワーを電圧に変換して電圧値として出力する。
【００２８】
ＲＦ受信回路５は、ＲＦパワーアンプ３からの送信信号をＩＦ信号に変換し、さらにＩＦ信号をダウンコンバートすることによりベースバンドの受信信号を生成し、デジタルの受信データとして出力する回路である。また、ＲＦ受信回路５は、送信システム１内で送信信号を受信処理するループバック回路として機能している。
【００２９】
プログラマブルレギュレータ６は、ＲＦパワーアンプ３を含む送信システム１の各部に電力を供給する可変出力型の電源回路である。このプログラマブルレギュレータ６は、コントローラ８から与えられる電源電圧調整信号に基づいてＲＦパワーアンプ３の出力電圧を調整する。また、プログラマブルレギュレータ６は、調整ターゲット部９の各部にそれぞれ電源電圧を供給するために複数の電源出力を持っており、IEEE802.11b無線ＬＡＮシステムに適用できる。
【００３０】
消費電力計測回路７は、プログラマブルレギュレータ６の出力電圧に基づいてＲＦパワーアンプ３の消費電力を計測する回路である。消費電力計測回路７による消費電力の計測方法は、特に限定されず、電源回路の消費電力を計測する周知のあらゆる方法を用いることができる。
【００３１】
コントローラ８は、送信パワーおよび信号品質を所望レベルに確保しながら、ＲＦパワーアンプ３の消費電力を低減させるための処理を行う回路である。このコントローラ８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されており、上記の処理を行うために、特性評価部８１およびパラメータ調整部８２を含んでいる。
【００３２】
図２に示すように、特性評価部８１は、送信データ発生、ＲＦ送信信号特性チェック、送信パワーチェックおよび消費電力チェックの機能を備えている。特性評価部８１は、送信データ発生の機能として、調整時に用いられるテスト用の送信データを発生する。また、特性評価部８１は、ＲＦ送信信号特性チェック機能として、ＲＦ受信回路５からの受信データのビットエラーレート（ＢＥＲ）を測定し、そのビットエラーレートが所定値以下であるか否かをチェックする。受信側にとって送信側から送信された送信データは既知であるため、特性評価部８１は、大量の送信データを出力し、そのデータを受信した受信データにおけるエラーの割合を計測することによりビットエラーレートを測定する。例えば、１０５ｂｉｔのデータを送信し、１０ｂｉｔのエラーが検出された場合には、ビットエラーレートは１０−４である。
【００３３】
また、特性評価部８１は、送信パワーチェックの機能として、送信パワー計測回路４からの送信パワーが所定範囲の値であるか否かをチェックする。具体的には、特性評価部８１は、計測送信パワーを目標送信パワーと比較して、計測送信パワーが目標送信パワーで定まる許容範囲内（例えば、目標送信パワー±０．５ｄＢｍ）であるか否かを判定する。
【００３４】
また、特性評価部８１は、消費電力チェック機能として、異なる調整パラメータに応じて消費電力計測回路７で順次計測されるＲＦパワーアンプ３の消費電力を、対応する送信信号特性および送信パワーのチェック結果と併せてパラメータ評価部８２に渡す。
【００３５】
パラメータ調整部８２は、特性評価部８１によってチェックされたＲＦ送信信号特性、送信パワーおよび消費電力に基づいて、所定レベル以上の送信信号特性、所定範囲の送信パワーを確保しながら、ＲＦパワーアンプ３の消費電力が小さくなるように、電圧調整パラメータおよび送信特性調整パラメータを生成する。このパラメータ調整部８２は、特性評価部８１のチェック結果毎に、上記のようにして両パラメータを生成していくという処理を消費電力が最小になるまで繰り返す。
【００３６】
図１に示すように、パラメータ調整部８２は、電圧調整パラメータとして、プログラマブルレギュレータ６に与える電源電圧調整信号と、ＲＦパワーアンプ３のバイアス調整回路３１に与えるバイアス電圧調整信号とを生成する。また、パラメータ調整部８２は、送受信特性調整パラメータとして、ＲＦ送信回路２に与える送信特性調整信号と、ＲＦ受信回路５に与える受信特性調整信号とを生成する。送信特性調整信号は受信ゲインの調整のための信号であり、受信特性調整信号は受信ゲインの調整のための信号である。
【００３７】
なお、パラメータ調整部８２は、電圧調整パラメータの生成において、送信パワーを消費電力で除算することによってＲＦパワーアンプ３の効率を算出し、この効率を最大にする電圧調整パラメータ（電源電圧およびバイアス電圧の組み合わせ）を選ぶ。
【００３８】
前述のＲＦ送信回路２、ＲＦパワーアンプ３、送信パワー計測回路４、ＲＦ受信回路５、プログラマブルレギュレータ６および消費電力計測回路７は、上記の電圧調整パラメータおよび送受信特性調整パラメータが与えられる調整ターゲット部９を構成している。この調整ターゲット部９は、電源適応調整の対象であり、IEEE802.11b無線ＬＡＮ機能を有している。
【００３９】
上記の特性評価部８１およびパラメータ調整部８２は、コントローラ８の演算処理部がコントローラ８のメモリ等（記録媒体）に格納されたプログラム（消費電力制御プログラム）を実行することによって実現される機能ブロックである。また、特性評価部８１およびパラメータ調整部８２が行う後述のパラメータ調整処理は、コントローラ８の演算処理部が上記のプログラムを実行することにより実現される。また、上記プログラムは、リムーバブルな記録媒体に記録されていても良い。
【００４０】
続いて、上記のように構成される送信システム１におけるパラメータ調整処理について説明する。
【００４１】
まず、特性評価部８１において、テスト用の送信データを発生し、調整ターゲット部９に供給する。次に、調整ターゲット部９において、供給された送信データに対して通常の送信機能に従ってＲＦ送信回路２で送信信号を生成し、その送信信号をＲＦパワーアンプ３で増幅する。その後、増幅された送信信号の送信パワーを送信パワー計測回路４で計測し、特性評価部８１に渡す。同時に、送信信号の品質をチェックするため、増幅された送信信号をＲＦ受信回路５にループバックして受信データを生成し、その受信データを特性評価部８１に渡す。さらに、送信パワー計測時におけるＲＦパワーアンプ３の消費電力を消費電力計測回路４で計測しておき、特性評価部８１に渡す。
【００４２】
さらに、特性評価部８１において、調整ターゲット部９から供給された受信データ、送信パワーおよび消費電力に基づいて、ＲＦ送信信号の特性チェック（ＢＥＲの測定）、送信パワーのチェック、および消費電力のチェックを行なう。そして、得られたＲＦ送信信号の特性チェック結果、送信パワーのチェック結果、および消費電力のチェック結果をパラメータ調整部８２に供給する。
【００４３】
パラメータ調整部８２は、特性評価部８１から供給されたＲＦ送信信号、送信パワー、および消費電力の各チェック結果に基づいて、消費電力の低減と所定の送信パワーおよび信号品質の確保とを両立させるように、電源電圧調整パラメータおよび送受信特性調整パラメータを決定し、調整ターゲット部９に供給する。調整ターゲット部９において、パラメータ調整部８２から供給された電源電圧調整パラメータおよび送受信特性調整パラメータに基づいて、プログラマブルレギュレータ６の電源電圧およびＲＦ送信回路２の送信特性設定を更新する。
【００４４】
これらの一連の処理を繰り返すことによって、プログラマブルレギュレータ６の電源電圧およびＲＦ送信回路２の送信特性の設定を、所定の送信パワーおよび信号品質を確保しながらＲＦパワーアンプ３の消費電力が最小となる最適値にまで徐々に近づけていく。そして、望ましい結果が得られた時点で処理を終了する。
【００４５】
図３は、上記のパラメータ調整処理の具体例を示している。
【００４６】
図３において、縦軸はＲＦパワーアンプ３の電源電圧（ＰＡ電源電圧）を表し、横軸はＲＦパワーアンプ３のバイアス電圧（ＰＡバイアス電圧）を表している。
【００４７】
ＰＡ電源電圧＝４Ｖ，ＰＡバイアス電圧＝４Ｖの設定を開始測定ポイントＰ１として測定および調整処理を開始し、ＰＡ電源電圧および／またはＰＡバイアス電圧を低下させながら、図中丸印で示す各測定ポイントの設定にて、ＢＥＲ、送信パワーおよび消費電力を測定する。ＰＡ電源電圧およびＰＡバイアス電圧を低下させたとき、ＲＦパワーアンプ３の消費電力はＰＡ電源電圧とＰＡバイアス電圧との積に比例する割合で低下する。従って、ＰＡ電源電圧および／またはＰＡバイアス電圧の調整によって、送信パワーおよびＢＥＲの目標値を満足する最小の消費電力が得られる測定ポイントを求めることができる。
【００４８】
続いて、パラメータ調整手順の詳細について説明する。
【００４９】
ＲＦパワーアンプ３の電源電圧とバイアス電圧とで形成される２次元空間において一定間隔にて全てのポイントについて、下記の測定項目（１）ないし（４）の測定を行う。
（１）送信パワー（目標値±０．５ｄＢｍ以内）
（２）ビットエラーレート（ＢＥＲ）
（３）ＲＦパワーアンプ３の消費電力
（４）ＲＦパワーアンプ３の効率（送信パワー／消費電力から計算）
上記の測定項目は、例えば次の順序で測定される。
【００５０】
まず、送信パワー値を２６，２４，２２，２０，１８，１６，１４，１２，１０または８（ｄＢｍ）から選択することにより設定する。次いで、開始測定ポイントＳＰ１（ＰＡ電源電圧，ＰＡバイアス電圧）＝（４．０Ｖ，４．０Ｖ）から測定を開始する。図３において破線の矢印で示すように、バイアス電圧を０．２Ｖ間隔で下げていく。
【００５１】
そして、下記の状況（Ａ）または（Ｂ）のいずれか一つが発生した時点（測定ポイントＥＰ１）でＰＡバイアス電圧の低下を停止する。
（Ａ）所定範囲の送信パワーを維持するためのパラメータ調整限界
（Ｂ）バイアス電圧の下限値（１．４Ｖ）
このとき、開始測定ポイントＳＰ１より０．２Ｖ低いＰＡバイアス電圧およびＰＡ電源電圧、すなわち（ＰＡ電源電圧，ＰＡバイアス電圧）＝（３．８Ｖ，３．８Ｖ）に測定ポイントＳＰ２を変えて、上記と同様にバイアス電圧を０．２Ｖ間隔で下げながら測定を続行する。その後、（Ａ）または（Ｂ）の状況が発生した時点（測定ポイントＥＰ２）でＰＡバイアス電圧の低下を停止する。以降は、ＰＡバイアス電圧およびＰＡ電源電圧が前の測定ポイントＳＰ２〜ＳＰｎ−１より０．２Ｖずつ低い測定ポイントＳＰ３〜ＳＰｎから上記のような測定を（Ａ）または（Ｂ）の状況が発生した時点（測定ポイントＥＰ３〜ＥＰｎ）まで行うことを繰り返す。そして、ＲＦパワーアンプ３の消費電力が最小となる最終測定ポイントＥＰで測定を終了する。
【００５２】
上記の測定手順では、図３の矢線Ｌの方向に、測定ポイントＳＰ２〜ＳＰｎにおけるＳＰバイアス電圧が順次０．２Ｖずつ小さくなるように設定している。
【００５３】
上記のパラメータ調整は、送信システム１を含む製品の出荷後に、ユーザがその製品を使用している状態で適宜行われる。例えば、データを通信する前に、相手とのネゴシエーションによって送信パワーの値が決定されるので、その値を目標値として信号の品質を損なわないように前述の各種パラメータの調整をソフトウエアにて行う。
【００５４】
続いて、本送信システム１のパラメータ調整効果（実測結果）について説明する。図４は、所望の送信パワーを確保できるパラメータ範囲を示している。図５は、消費電力の低減効果を示している。
【００５５】
図４において、縦軸はＲＦパワーアンプ３の電源電圧を表し、横軸はＲＦパワーアンプ３のバイアス電圧を表している。パラメータ調整の結果、図４に示すように、目標となる送信パワー（２６ｄＢｍ，２４ｄＢｍ，２２ｄＢｍ，１０ｄＢｍ，１６ｄＢｍ以下）が得られたときのＲＦパワーアンプ３の電圧（電源電圧およびバイアス電圧）の調整可能範囲が定まる。調整前の基準となる電圧は、目標送信パワーが２４ｄＢｍ以上の場合には（電源電圧，バイアス電圧）＝（４．０Ｖ，３．４Ｖ）とし、目標送信パワーが２２ｄＢｍ以下の場合には（電源電圧，バイアス電圧）＝（３．０Ｖ，３．０Ｖ）とした。また、送信パワーの目標値が大きくなるほど、ＲＦパワーアンプ３に大きなゲインを必要とするため、ＲＦパワーアンプ３の電圧を高くすることが必要である。例えば２６ｄＢｍでは（電源電圧，バイアス電圧）＝（２．６Ｖ，２．２Ｖ）まで、１６ｄＢｍ以下では（電源電圧，バイアス電圧）＝（１．４Ｖ，１．４Ｖ）まで電圧の低減が可能であることが分かる。
【００５６】
図５において、縦軸は消費電力削減量を表し、横軸は目標となる送信パワーを表している。横軸の２列の値はどちらも送信パワー値を表しており、１つの値を上段ではｄＢｍ表現で示し、下段ではｍＷ表現で示している。両者は、ｄＢｍ＝１０・ｌｏｇ１０（ｍＷ）の式で変換される。例えば、１０００ｍＷは、１０・ｌｏｇ１０（１０００）＝３０となり、３０ｄＢｍに相当する。
【００５７】
調整前の基準となる消費電力値については、図４と同じく、（ａ）送信パワーが２４ｄＢｍ以上の場合には（電源電圧，バイアス電圧）＝（４．０Ｖ，３．４Ｖ）のときの消費電力値を用い、（ｂ）送信パワーが２２ｄＢｍ以下の場合には（電源電圧，バイアス電圧）＝（３．０Ｖ，３．０Ｖ）のときの消費電力値を用いた。図５から、消費電力の低減量は、送信パワーが大きい程大きくなり、（ａ）の場合には約５００ｍＡ、（ｂ）の場合には３００ｍＡ〜４００ｍＡ程度であることが分かる。
【００５８】
以上のように、本実施形態の送信システム１は、以下の構成を含んでいる。
（１）ＲＦ送信回路２からの送信信号をＲＦパワーアンプ３で増幅した後、ＲＦ受信回路５でループバックさせる。
（２）特性評価部８１によって、ＲＦ受信回路５からの受信データに基づいて送信信号の特性が所定範囲にあるかをチェックする。
（３）送信パワー計測回路４によって、ＲＦパワーアンプ３からの送信信号の送信パワーを計測する。
（４）消費電力計測回路７によって、ＲＦパワーアンプ３の消費電力を計測する。
（５）特性評価部８１によって、上記の送信パワーが所定範囲内にあるかをチェックする。
（６）特性評価部８１によって、消費電力の低減と所定の送信パワーおよび信号品質の確保とを両立させるように、ＲＦパワーアンプ３の電源電圧およびバイアス電圧を決定する。
【００５９】
これにより、従来の構成にはない、送信信号の品質およびＲＦパワーアンプ３の消費電力の評価を行うことにより、送信信号の品質を所望の範囲に保ちながら、ＲＦパワーアンプ３の消費電力を低減することができる。また、パラメータ調整部８２がＲＦパワーアンプ３の効率を最大にする電源電圧およびバイアス電圧を決定するので、ＲＦパワーアンプ３を低消費電力かつ高効率に動作させることができる。さらに、ＲＦパワーアンプ３の電圧調整以外にシステムのゲイン調整等の機能を有することにより、所望の目標特性を満足させながら、ＲＦパワーアンプ３の消費電力の最小にすることができる。
【００６０】
引き続き、上記の送信システム１の応用例について説明する。図６は、無線ＬＡＮ等の時分割送受信システム１１の構成を示す。図７は、無線ＬＡＮ等の周波数分割送受信システム３１の構成を示す。
【００６１】
図６に示す時分割送受信システム１１は、時分割送受信（ＴＤＤ；Time Division Duplex）を行うシステムであり、無線ＬＡＮシステムなどに好適に用いられる。時分割送受信は、無線通信等で同時送受信(デュプレックス通信)を実現する方式の一つであり、通信経路を時間軸で細かく区分し、送信と受信を高速に切り替える。時分割送受信では、短時間に何度も送信と受信とを切り替えることにより、同一の周波数で擬似的に同時送受信を実現している。
【００６２】
時分割送受信システム１１は、アンテナ１２、モード切替スイッチ１３，１４、ＲＦトランスミッタ１５、パワーアンプ１６、デジタル−アナログコンバータ（図中、ＤＡＣ）１７、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８、ローノイズアンプ（図中、ＬＮＡ）１９、ＲＦレシーバ２０、アッテネータ２１、パワー計測回路２２、周波数シンセサイザ２３およびベースバンドプロセッサ２４を備えている。また、ベースバンドプロセッサ２４は、評価／調整部２５を有している。一般的なＴＤＤシステム部は、ＲＦトランスミッタ１５、パワーアンプ１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８、ローノイズアンプ１９、ＲＦレシーバ２０、周波数シンセサイザ２３およびベースバンドプロセッサ２４から構成される。
【００６３】
ＲＦトランスミッタ１５、パワーアンプ１６、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８、ＲＦレシーバ２０、パワー計測回路２２は、それぞれ図１のＲＦ送信回路２、ＲＦパワーアンプ３、プログラマブルレギュレータ６、ＲＦ受信回路５、送信パワー計測回路４に相当する。
【００６４】
本時分割送受信システム１１においては、送信側と受信側との周波数帯が同一であるため、送信信号の品質を評価するために送信信号を受信信号として得るループバック回路（ＲＦ受信回路５）として、本来ＴＤＤシステムが有しているＲＦレシーバ２０を利用することができる。従って、モード切替スイッチ１３，１４、デジタル−アナログ変換器１７、アッテネータ２１、送信パワー計測回路２２、評価／調整部２５および図示しない消費電力計測回路（消費電力計測回路７と同等の機能を有する回路）をＴＤＤシステムに追加することによって、図１の送信システム１で実現される電源適応調整を行うことができる。
【００６５】
モード切替スイッチ１３，１４は、通常の送受信モードか調整モードかを切替えるスイッチである。モード切替スイッチ１３，１４は、通常の送受信モードのとき、アンテナ１２をパワーアンプ１６およびローノイズアンプ１９に接続する一方、調整モードのとき、アッテネータ２１をパワーアンプ１６およびローノイズアンプ１９に接続する。モード切替スイッチ１３，１４の切り替え動作は、ベースバンドプロセッサ２４または他の制御部によって制御される。
【００６６】
デジタル−アナログ変換器１７は、評価／調整部２５から出力される電源電圧調整およびバイアス電圧調整のデータをアナログの電源電圧調整信号およびバイアス電圧調整信号に変換する。電源電圧調整信号はＤＣ−ＤＣコンバータ１８に与えられ、バイアス電圧調整信号はパワーアンプ１６に与えられる。デジタル−アナログ変換器１７は、ベースバンドプロセッサ２４に内蔵されていてもよい。
【００６７】
アッテネータ２１は、パワーアンプ１６からの送信信号のパワー範囲をパワー計測器２２で計測できる範囲にまで減衰する。
【００６８】
評価／調整部２５は、図１の特性評価部８１およびパラメータ調整部８２を含んでおり、信号品質（ＢＥＲ）の計測およびパラメータの調整を行なうプログラム（電源調整プログラム）がベースバンドプロセサ２５の演算処理部にて実行されることにより実現される機能ブロックである。
【００６９】
上記のように構成される時分割送受信システム１１において、調整モード選択時に、モード切替スイッチ１３，１４がパワーアンプ１６およびローノイズアンプ１９に接続されることにより、ループバック経路が形成される。これにより、評価／調整部２５から出力されるテスト用の送信データは、ＲＦトランスミッタ１５で送信信号に変換され、さらにパワーアンプ１６で増幅された後、アッテネータ２１で減衰され、さらにローノイズアンプ１９を経てＲＦレシーバ２０で受信データに変換される。一方、アッテネータ２１を経た送信信号の送信パワーはパワー計測回路２２で計測される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１８の消費電力は消費電力計測回路で計測される。
【００７０】
評価／調整部２５では、前述の特性評価部８１およびパラメータ調整部８２と同様、上記の受信データに基づいて受信特性がチェックされるとともに、送信パワーおよび消費電力がチェックされ、そのチェック結果に基づいて調整用のパラメータが生成される。そして、所定の送信パワーおよび信号品質が確保された状態で、パワーアンプ１８の消費電力が最小になるまで上記の処理が繰り返される。
【００７１】
図７に示す周波数分割送受信システム３１は、周波数分割送受信（ＦＤＤ；Frequency Division Duplex）を行うシステムであり、携帯電話などに好適に用いられる。周波数分割送受信は、無線通信等で同時送受信(デュプレックス通信)を実現する方式の一つであり、通信経路の周波数帯を送信用と受信用とに分割して、送信と受信とを同時に行なう。
【００７２】
周波数分割送受信システム３１は、アンテナ３２、モード切替スイッチ３３、受信スイッチ３４、ＲＦトランスミッタ３５、パワーアンプ３６、デジタル−アナログコンバータ（図中、ＤＡＣ）３７、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８、ＲＦレシーバ３９、ローノイズアンプ（図中、ＬＮＡ）４０、ＲＦレシーバ４１、アッテネータ４２、パワー計測回路４３、ＴＸ周波数シンセサイザ４４、ＲＸ周波数シンセサイザ４５およびベースバンドプロセッサ４６を備えている。また、ベースバンドプロセッサ４６は、評価／調整部４７を有している。一般的なＦＤＤシステム部は、ＲＦトランスミッタ３５、パワーアンプ３６、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８、ローノイズアンプ４０、ＲＦレシーバ４１、ＴＸ周波数シンセサイザ４４、ＲＸ周波数シンセサイザ４５およびベースバンドプロセッサ４６から構成される。
【００７３】
ＲＦトランスミッタ３５、パワーアンプ３６、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８、ＲＦレシーバ３９、パワー計測回路４３は、それぞれ図１のＲＦ送信回路２、ＲＦパワーアンプ３、プログラマブルレギュレータ６、ＲＦ受信回路５、送信パワー計測回路４に相当する。
【００７４】
本周波数分割送受信システム３１においては、送信側と受信側との周波数帯が異なるため、前述のループバック回路（ＲＦ受信回路５）としてＲＦレシーバ４１を利用することができない。このため、周波数分割送受信システム３１は、送信側と同一キャリア周波数でパワーアンプ３６からの送信信号を復調し、ベースバンドプロセサ４６に入力するＲＦレシーバ回路３９が別途必要とする。従って、モード切替スイッチ３３、デジタル−アナログ変換器３７、アッテネータ４２、送信パワー計測回路４３、評価／調整部４７および図示しない消費電力計測回路（消費電力計測回路７と同等の機能を有する回路）をＦＤＤシステムに追加することによって、図１の送信システム１で実現される電源適応調整を行うことができる。
【００７５】
モード切替スイッチ３３は、通常の送受信モードか調整モードかを切替えるスイッチである。モード切替スイッチ３３は、通常の送受信モードのとき、アンテナ３２をパワーアンプ３６に接続する一方、調整モードのとき、アッテネータ４２をパワーアンプ３６に接続する。モード切替スイッチ３３の切り替え動作は、ベースバンドプロセッサ４６または他の制御部によって制御される。
【００７６】
デジタル−アナログ変換器３７は、評価／調整部４７から出力される電源電圧調整およびバイアス電圧調整のデータをアナログの電源電圧調整信号およびバイアス電圧調整信号に変換する。電源電圧調整信号はＤＣ−ＤＣコンバータ３８に与えられ、バイアス電圧調整信号はパワーアンプ３６に与えられる。デジタル−アナログ変換器３７は、ベースバンドプロセッサ４６に内蔵されていてもよい。
【００７７】
アッテネータ４２は、パワーアンプ３６からの送信信号のパワー範囲をパワー計測器４２で計測できる範囲にまで減衰する。
【００７８】
評価／調整部４７は、図１の特性評価部８１およびパラメータ調整部８２を含んでおり、信号品質（ＢＥＲ）の計測及びパラメータの調整を行なうプログラム（電源調整プログラム）がベースバンドプロセサ２５の演算処理部にて実行されることにより実現される機能ブロックである。
【００７９】
上記のように構成される周波数分割送受信システム３１において、調整モード選択時に、モード切替スイッチ３３がパワーアンプ３６に接続されることにより、ループバック経路が形成される。これにより、評価／調整部４７から出力されるテスト用の送信データは、ＲＦトランスミッタ３５で送信信号に変換され、さらにパワーアンプ３６で増幅された後、アッテネータ４２で減衰され、さらにＲＦレシーバ３９で受信データに変換される。一方、アッテネータ４２を経た送信信号の送信パワーはパワー計測回路４３で計測される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ３８の消費電力は消費電力計測回路で計測される。
【００８０】
評価／調整部４６では、前述の特性評価部８１およびパラメータ調整部８２と同様、上記の受信データに基づいて受信特性がチェックされるとともに、送信パワーおよび消費電力がチェックされ、そのチェック結果に基づいて調整用のパラメータが生成される。そして、所定の送信パワーおよび信号品質が確保された状態で、パワーアンプ３８の消費電力が最小になるまで上記の処理が繰り返される。
【００８１】
なお、本実施形態では、本発明を無線通信システムに適用した例について説明したが、本発明は高周波信号を増幅するパワーアンプを備えたシステムであれば、他のシステムにも適用することができる。
【００８２】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明の消費電力制御装置および消費電力制御方法は、高周波信号を増幅するパワーアンプを備えるシステムにおいて所定の信号品質を確保しつつ、低消費電力化を図ることができるので、例えば、無線ＬＡＮや携帯電話等におけるＲＦアナログ回路に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の一形態を示す送信システムの要部の構成を示すブロック図である。
【図２】上記送信システムの調整系を示すブロック図である。
【図３】上記送信システムにおいて行われるパラメータ調整処理の具体例を示す図である。
【図４】上記送信システムにおいて所望の送信パワーを確保できるパラメータ範囲を示す図である。
【図５】上記パラメータ調整処理による上記送信システムにおけるＲＦパワーアンプの消費電力低減効果を示す図である。
【図６】上記送信システムが適用された時分割送受信システムの要部の構成を示すブロック図である。
【図７】上記送信システムが適用された周波数分割送受信システムの要部の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の一般的な無線システムのＲＦアナログ回路の構成を示すブロック図である。
【図９】上記のＲＦアナログ回路における消費電力分布を計測した結果を示す図である。
【図１０】消費電力低減機能を備えた従来のＲＦアナログ回路の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８５】
１        送信システム（高周波通信装置）
２        ＲＦ送信回路（送信回路）
３        ＲＦパワーアンプ（高周波増幅器）
４        送信パワー計測回路（送信パワー計測回路）
５        ＲＦ受信回路（受信回路）
６        プログラマブルレギュレータ
７        消費電力計測回路（消費電力計測回路）
８        コントローラ
１３，１４  モード切替スイッチ
１１        時分割送受信システム（高周波通信装置）
１５，３５  ＲＦトランスミッタ（送信回路）
１６，３６  パワーアンプ（高周波増幅器）
１８，３８  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２０，３９  ＲＦレシーバ（受信回路）
２２，４３  パワー計測回路（送信パワー計測回路）
２４，４６  ベースバンドプロセッサ
２５，４７  評価／調整部（評価部，調整部）
３１        周波数分割送受信システム
３３        モード切替スイッチ
８１        特性評価部（評価部）
８２        パラメータ調整部（調整部）
【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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【図９】
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【図１０】
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