(57)【要約】    【課題】異常動作が起きたときに、電力増幅器が壊れたのか、電力増幅器以外の部分が壊れたのかを判定して異常の原因を特定するカーテシアン型送信機を提供すること。    【解決手段】電力増幅器１２の出力側に検波器２３を設け、直交復調器２２の入力側に検波器２５を設け、更に、検波器２３，２５の検波電圧、及び直交変調器２１の出力側から帰還変調信号を取り出して電力増幅器１２を経ずに帰還を行なった場合の検波器２５の検波電圧をそれぞれ正常値と比較することによって異常を判定する異常検出回路として機能するＣＰＵ２４を設ける。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交する入力信号から互いに直交する帰還信号を同じ直交性を有する信号同士で減算する加算器と、
該加算器の出力信号を直交変調する直交変調器と、
該直交変調器の出力信号を電力増幅する増幅器と、
該増幅器の出力信号の一部又は上記直交変調器の出力信号のいずれか一方を帰還変調信号として入力し、該帰還変調信号を直交復調して上記帰還信号を出力する直交復調器と、
上記増幅信号の出力信号を検波する第１の検波器と、
上記帰還変調信号を検波する第２の検波器と、
上記増幅器の出力信号の一部を上記帰還変調信号としたときの上記第１及び第２の検波器の検波電圧、及び上記直交変調器の出力信号を上記帰還変調信号としたときの上記第２の検波器の検波電圧をそれぞれ正常値と比較することによって異常を判定する異常検出回路とを有していることを特徴とするカーテシアン型送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに直交する信号に対して負帰還ループを形成するカーテシアン型送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＱＰＳＫ（Quadri Phase Shift Keying）や多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のような線形変調方式を使用するディジタル無線機、特に移動通信用においては、周波数有効利用の観点より、限られた帯域の中で多数のチャネルが設けられる。しかし、チャネル間で干渉が起きると通信品質が劣化するため、厳しい隣接チャンネル漏洩電力が規定されている。
【０００３】
隣接チャネルへの妨害が発生する主な原因に無線機における高周波電力増幅器の非線形歪がある。このため、非線形歪を相殺して補償することが高周波電力増幅器に必須となっている。
【０００４】
高周波電力増幅器の非線形歪補償を行なう従来のカーテシアン型送信機の一例（例えば特許文献１参照）を図６に示す。同相信号と直交信号とにより増幅器に負帰還を掛けるカーテシアン型の負帰還ループによって非線形歪補償が行なわれる。
【０００５】
信号入力端子１より印加された直交成分信号Ｑは、加算器３と位相差検出器２０に入力され、信号入力端子２より印加された同相成分信号Ｉは、加算器４と位相差検出器２０に入力される。加算器３に入力された直交成分信号Ｑは、加算器３に別途入力される帰還直交成分信号Ｑｒを減算された直交成分信号となり、増幅器５へ出力され、増幅器５で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器７へ出力される。加算器４に入力された同相成分信号Ｉは、加算器４に別途入力される帰還同相成分信号Ｉｒを減算された同相成分信号となり、増幅器６へ出力され、増幅器６で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器８へ出力される。帰還直交成分信号Ｑｒの直交成分信号Ｑに対する最適位相差値、及び帰還同相成分信号Ｉｒの同相成分信号Ｉに対する最適位相差値は、いずれも０°である。
【０００６】
一方、搬送波発振器１８は発振して所要周波数の搬送波Loを出力する。搬送波Loは、直交変調器２１の０°／９０°移相器９及び可変位相器１９へ出力される。０°／９０°移相器９に入力した搬送波Loは、互いに位相が９０°ずれた搬送波LoQ，LoIとなり、それぞれ直交変調器２１の変調器７，８へ入力される。また、可変位相器１９に入力した搬送波Loは所要量だけ移相されて搬送波Lodとなり、直交復調器２２の０°／９０°移相器１７へ入力される。０°／９０°移相器１７に入力した搬送波Lodは、互いに位相が９０°ずれた搬送波LodQ，LodIとなり、それぞれ直交復調器２２の復調器１５，１６へ入力される。
【０００７】
変調器７に入力された直交成分信号は、０°／９０°移相器９出力の搬送波LoQを変調する。そして、直交成分信号による変調信号は、加算器１０へ出力される。変調器８に入力された同相成分信号は、０°／９０°移相器９出力の搬送波LoIを変調する。そして、同相成分信号による変調信号は、加算器１０へ出力される。直交成分信号による変調信号と同相成分信号による変調信号とは、加算器１０で加算されて直交変調信号となり、フィルタ１１へ出力される。
【０００８】
フィルタ１１に入力した直交変調信号は、不要成分を除去された後、電力増幅器１２へ送られる。電力増幅器１２に入力した直交変調信号は、所要電力まで増幅される。このとき、電力増幅器１２の非線形歪が相殺補償され、歪のない直交変調信号がアンテナ１３より送信される。
【０００９】
電力増幅器１２で所要電力まで増幅された送信出力の一部は、方向性結合器１４で取り出され、直交復調器２２の復調器１５、１６に帰還入力される。復調器１５に帰還入力した帰還変調信号は、復調器１５に入力される搬送波LodQによって復調されて帰還直交成分信号Ｑｒとなる。帰還直交成分信号Ｑｒは、加算器３及び位相差検出器２０へ入力される。更に、復調器１６に帰還入力した帰還変調信号は、搬送波LodIよって復調されて帰還同相成分信号Ｉｒとなる。帰還同相成分信号Ｉｒは、加算器４及び位相差検出器２０へ入力される。
【００１０】
直交復調器２２に入力される搬送波Lodは、帰還信号Ｉｒ，Ｑｒが信号Ｉ，Ｑに対して最適な位相となるよう可変位相器１９で搬送波Loが位相差Θだけ補正されたものである。この位相量の検出制御は、位相差検出器２０によって行なわれる。
【００１１】
位相差Θは、直交変調器２１から直交復調器２２までのフィルタ１１、電力増幅器１２、方向性結合器１４等による遅延時間により決まる値で、入力した直交成分信号Ｑと帰還直交成分信号Ｑｒ、及び同相成分信号Ｉと帰還同相成分信号Ｉｒより求められる。加算器３，４から直交変調器２１及び直交復調器２２を経て再び加算器３，４に戻る経路によって負帰還ループが構成され、電力増幅器１２等により発生する非線形歪が相殺されて補償される。
【００１２】
図７に可変位相器１９の従来例を示す。可変位相器１９は、直交変調器を使用した移相器であり、サイン・コサインＲＯＭ７１、二つのＤ／Ａ変換器７２，７３、直交変調器７４で構成されている。サイン・コサインＲＯＭ７１に入力される補正位相情報Ｃが位相差Θに応じて変化すると、サイン・コサインＲＯＭ７１からＳＩＮΘ、ＣＯＳΘデータが出力される。このＳＩＮΘ、ＣＯＳΘデータは、Ｄ／Ａ変換器７２、７３によりアナログ信号に変換され、直交変調器７４に入力される。アナログ信号は、直交変調器７４に別途入力する搬送波Loに位相変調を掛ける。これにより、搬送波Loは、位相Θだけ移相され、搬送波Lodとなって出力される。
【００１３】
次に、図８にフリップフロップを用いた０°／９０°移相器９の従来例を示す。移相器９は、搬送波Loを２逓倍器９１で２逓倍し、Ｄフリップフロップ９２、９３を用いたマスタスレーブ型フリップフロップ９４で２分周して、互いに位相差が９０°の搬送波LoQ，LoIを得る。０°／９０°移相器１７も同じ構成である。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１−２８５３８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
移動通信用の送信機が万一異常動作を起こしたとき、相手との通話が途切れるばかりでなく、隣接チャネルに妨害を与えることも起こり得る。従って、異常動作時には、直ちに送信機の送信動作を停止させることが必要である。そのために先ず異常を検出することが必要になる。
【００１６】
異常検出のために、図１に示すように、電力増幅器１２の出力側に検波器２３とＣＰＵ(Central Processing Unit)２４を接続し、検波器２３の検波電圧をＣＰＵ２４が読み込み、検波電圧が正常動作時と異なっている場合にＣＰＵ２４が異常と判断するように構成することが考えられる。
【００１７】
考察した上記構成によって送信機の異常が検出され、異常時に送信機の送信動作を直ちに停止させることが可能になる。しかし、更に実用性を向上させ、異常が起きたときに、送信機のどこにその原因があるのかを突き止めるように構成することが望ましい。
【００１８】
本発明の目的は、異常動作が起きたときに、電力増幅器が壊れたのか、電力増幅器以外の部分が壊れたのかを判定して異常の原因を特定するカーテシアン型送信機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明のカーテシアン型送信機は、電力増幅器の出力側に第１の検波器を設け、直交復調器の入力側に第２の検波器を設け、更に、第１及び第２の検波器の検波電圧、及び直交変調器の出力側から変調信号を取り出して電力増幅器を経ずに帰還を行なった場合の第２の検波器の検波電圧をそれぞれ正常値と比較することによって異常を判定する異常検出回路を設けることを特徴とする。
【００２０】
どの検波器の検波電圧が正常動作時と異なっているかを知ることにより、異常の原因が電力増幅器が壊れたことにあるのか、電力増幅器以外の部分が壊れたことにあるのかが判定される。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、異常動作が起きたときに、異常が電力増幅器が壊れたためか、電力増幅器以外の部分が壊れたためかを判定して原因を特定するカーテシアン型送信機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係るカーテシアン型送信機を図面に示した実施の形態を参照して更に詳細に説明する。
＜実施の形態１＞
帰還変調信号の切り替えを可変減衰器を用いて行なうようにした本発明のカーテシアン型送信機の第１の実施の形態を図２に示す。図２において、１は直交成分信号Ｑを入力する入力端子、２は同相成分信号Ｉを入力する入力端子、３は、入力した直交成分信号Ｑから同じ直交性を有する帰還直交成分信号Ｑｒを減算する加算器、４は、入力した同相成分信号Ｉから同じ直交性を有する帰還同相成分信号Ｉｒを減算する加算器、５は、加算器３において加算された直交成分信号を増幅する増幅器、６は、加算器４において加算された同相成分信号を増幅する増幅器、７は、増幅器５が出力する直交成分信号で搬送波LoQを変調する変調器、８は、増幅器６が出力する同相成分信号で搬送波LoIを変調する変調器、９は、搬送波Loから互いに位相が９０°異なる搬送波LoQ，LoIを生成する０°／９０°移相器、１０は、変調器７，８からの変調信号を加算する加算器、２１は、変調器７，８と０°／９０°移相器９と加算器１０とからなる直交変調器、１１は、直交変調信号の不要成分を除去するフィルタ、１２は、フィルタ１１が出力する直交変調信号を所要電力まで増幅する電力増幅器、１３はアンテナを示す。
【００２３】
更に、図２において、１４は、電力増幅器１２の出力から帰還信号を取り出すための方向性結合器、１５は、帰還直交変調信号から直交成分信号を搬送波LodQを用いて復調する復調器、１６は、帰還直交変調信号から同相成分信号を搬送波LodIを用いて復調する復調器、１７は、搬送波Lodから互いに位相が９０°異なる搬送波LodQ，LodIを生成する０°／９０°移相器、２２は、復調器１５，１６と０°／９０°移相器１７とからなる直交復調器、１８は、搬送波Loを発振する搬送波発振器（局部発振器）、１９は、搬送波Loを移相して搬送波Lodを出力する可変移相器、２０は、入力信号と帰還信号との位相差を検出し、その位相差情報Ｃを可変移相器１９に与える位相差検出器、２３，２５は検波器、２４は、検波器２３，２５の検波電圧を読み込むＣＰＵ、２６，２７は可変減衰器を示す。
【００２４】
初めに、通常の非線形歪を補償する動作について説明する。可変減衰器２７の減衰量を所定の大きい減衰量にして可変減衰器２７の経路には信号を伝達させなくし、可変減衰器２６の減衰量を所定の小さい減衰量にすることによって負帰還ループが形成され、非線形歪を補償しながら増幅を行なう通常動作が行なわれる。
【００２５】
入力端子１より印加された直交成分信号Ｑは、加算器３と位相差検出器２０に入力され、同相成分信号入力端子２より印加された同相成分信号Ｉは、加算器４と位相差検出器２０に入力される。加算器３に入力された直交成分信号は、加算器３に別途入力される帰還直交成分信号Ｑｒを減算された直交成分信号となり、増幅器５へ出力され、増幅器５で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器７へ出力される。加算器４に入力された同相成分信号Ｉは、加算器４に別途入力される帰還同相成分信号Ｉｒを減算された同相成分信号となり、増幅器６へ出力され、増幅器６で所要のレベルまで増幅されてから直交変調器２１の変調器８へ出力される。帰還直交成分信号Ｑｒの直交成分信号Ｑに対する最適位相差値、及び帰還同相成分信号Ｉｒの同相成分信号Ｉに対する最適位相差値は、いずれも０°である。
【００２６】
一方、搬送波発振器１８は、発振して所要周波数の搬送波Loを出力する。搬送波Loは、直交変調器２１の０°／９０°移相器９及び可変位相器１９へ出力される。０°／９０°移相器９に入力した搬送波Loは、互いに位相が９０°ずれた搬送波LoQ，LoIとなり、それぞれ直交変調器２１の変調器７，８へ入力される。また、可変位相器１９に入力した搬送波Loは所要量だけ移相されて搬送波Lodとなり、直交復調器２２の０°／９０°移相器１７へ入力される。０°／９０°移相器１７に入力した搬送波Lodは、互いに位相が９０°ずれた搬送波LodQ，LodIとなり、それぞれ直交復調器２２の復調器１５，１６へ入力される。
【００２７】
変調器７に入力された直交成分信号は、０°／９０°移相器９出力の搬送波LoQを変調する。そして、直交成分信号による変調信号は、加算器１０へ出力される。変調器８に入力された同相成分信号は、変調器８に入力される搬送波LoIを変調する。そして、同相成分信号による変調信号は、加算器１０へ出力される。直交成分信号による変調信号と同相成分信号による変調信号とは、加算器１０で加算されて直交変調信号となり、フィルタ１１へ送られる。
【００２８】
フィルタ１１に入力した直交変調信号は、不要成分を除去された後、減衰量が小さくなっている可変減衰器２６を経て電力増幅器１２へ送られる。電力増幅器１２に入力した直交変調信号は、所要電力まで増幅され、アンテナ１３より送信される。
【００２９】
電力増幅器１２で所要電力まで増幅された直交変調信号（送信出力）の一部は、方向性結合器１４で取り出され、直交復調器２２の復調器１５、１６に帰還入力されて帰還変調信号となる。復調器１５に帰還入力した帰還変調信号は、復調器１５に入力される搬送波LodQによって復調されて帰還直交成分信号Ｑｒとなる。帰還直交成分信号Ｑｒは、加算器３及び位相差検出器２０へ入力される。更に、復調器１６に帰還入力した帰還変調信号は、搬送波LodIによって復調されて帰還同相成分信号Ｉｒとなる。帰還同相成分信号Ｉｒは、加算器４及び位相差検出器２０へ入力される。
【００３０】
直交復調器２２に入力される搬送波Lodは、帰還信号Ｉｒ，Ｑｒが信号Ｉ，Ｑに対して最適な位相即ち最適位相差値０°となるよう可変位相器１９で搬送波Loが位相差Θだけ補正されたものである。この位相量の検出制御は、位相差検出器２０により行なわれる。
【００３１】
位相差Θは、直交変調器２１から直交復調器２２までのフィルタ１１、可変減衰器２６、電力増幅器１２、方向性結合器１４等による遅延時間により決まる値で、入力した直交成分信号Ｑと帰還直交成分信号Ｑｒ、及び同相成分信号Ｉと帰還同相成分信号Ｉｒより求められる。加算器３，４から直交変調器２１及び直交復調器２２を経て再び加算器３，４に戻る経路によって負帰還ループが形成され、電力増幅器１２等により発生する非線形歪が相殺されて補償される。
【００３２】
ここで、カーテシアン型送信機の工場出荷前即ち運用前に行なう記憶設定について説明する。まず、アンテナ１３の代わりに終端抵抗を接続して上記の動作を行なわせ、このときの最適位相差値０°からの位相差Θ１を位相差検出器２０に位相補正量Θ１として記憶させる。この位相補正量Θ１は、アンテナ１３を接続して行なう運用時の位相補正量Θとなるものである。
【００３３】
そして、そのときの検波器２３で検波した検波電圧Ｖ１、及び検波器２５で検波した検波電圧Ｖ２をＣＰＵ２４に入力して記憶させる。
【００３４】
次に、位相補正量Θ１が検出されたときのまま搬送波発振器１８の発振を継続させ、可変減衰器２６の減衰量を所定の大きい減衰量として可変減衰器２６の経路には信号を伝達させなくし、可変減衰器２７の減衰量を所定の小さい減衰量とし、可変減衰器２７の経路に信号を伝達させる。これにより、直交変調器２１が出力する直交変調信号が電力増幅器１２を経ずに直接に直交復調器２２に入力される。可変減衰器２７の所定の小さい減衰量は、電力増幅器１２を通る通常動作時に直交復調器２２に入力する帰還変調信号のレベルと、電力増幅器１２を経ずに可変減衰器２７を通る場合に直交復調器２２に入力する帰還変調信号のレベルとが同じになるような減衰量である。
【００３５】
この状態において、直交復調器２２に入力される搬送波Lodは、帰還信号Ｉｒ，Ｑｒが最適な位相となるよう可変位相器１９で位相差Θ２だけ補正される。この位相補正量の検出が位相差検出器２０により行なわれる。位相差Θ２は、直交変調器２１から直交復調器２２までの可変減衰器２７等のみの遅延時間により決まる値である。
【００３６】
位相差Θ２は、位相差検出器２０において、入力した直交成分信号Ｑと帰還直交成分信号Ｑｒ、及び入力した同相成分信号Ｉと帰還同相成分信号Ｉｒより求められる。このときの最適位相差値０°からの位相差Θ２が位相差検出器２０に位相補正量Θ２として記憶される。
【００３７】
そして、そのときの検波器２５で検波した検波電圧Ｖ２ｘがＣＰＵ２４に入力され、記憶される。
【００３８】
次に、記憶したデータΘ１，Θ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ２ｘを用いて送信機を運用し、異常を検出する動作について説明する。なお、以下に述べるように、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ２ｘは比較の基準となる正常値であり、ＣＰＵ２４は、異常検出回路として機能する。
【００３９】
まず、アンテナ１３から電波を発射する前に、方向性結合器１４を含む電力増幅器１２以外の異常を検出する。可変減衰器２６の減推量を所定の大きい減衰量にして可変減衰器２６の経路に信号を伝達させなくし、可変減衰器２７の減推量を所定の小さい減衰量にして可変減衰器２７の経路に信号を伝達させるようにし、かつ、位相差検出器２０の位相補正量をΘ２に設定し、その状態で送信機を動作させる。
【００４０】
このとき、検波器２５で検波した検波電圧をＶ２ｘと比較して一致しているか否かをＣＰＵ２４が判定し、否である場合は、方向性結合器１４を含む電力増幅器１２以外が壊れていると判断して、送信機の動作を停止させる。
【００４１】
検波電圧がＶ２ｘに一致していると判定した場合に、位相補正量をΘ１に設定し、かつ、可変減衰器２６の減推量を所定の小さい減衰量にして可変減衰器２６の経路に信号を伝達させるようにし、可変減衰器２７の減推量を所定の大きい減衰量にして可変減衰器２７の経路に信号を伝達させないようにして負帰還ループを形成し、送信機を動作させる。
【００４２】
このとき、検波器２３で検波した検波電圧をＶ１と比較し、検波器２５で検波した検波電圧をＶ２と比較し、それぞれ一致しているか否かをＣＰＵ２４が判定し、いずれも否である場合は、方向性結合器１４を含む電力増幅器１２が壊れていると判断して、送信機の送信動作を停止させる。
【００４３】
なお、検波器２３で検波した検波電圧Ｖ１ｘがＶ１よりも高く、検波器２５で検波した検波電圧Ｖ２ｙがＶ２よりも低い場合は、方向性結合器１４が壊れていると判断される。
＜実施の形態２＞
検波器２３を可変減衰器２６と電力増幅器１２の間に配置した第２の実施の形態を図３に示す。
【００４４】
本実施の形態では、カーテシアン型送信機の工場出荷前即ち運用前に行なう記憶設定において記憶する位相補正量及び検波器２５のデータは、実施の形態１と同様に、それぞれΘ１，Θ２，Ｖ２，Ｖ２ｘとなる。そして、可変減衰器２６の経路に信号を伝達させるようにしたときの検波器２３のデータは、上記Ｖ１よりも低いＶ３となる。
【００４５】
記憶したデータΘ１，Θ２，Ｖ３，Ｖ２，Ｖ２ｘを用いて送信機を運用し、異常を検出する動作で、電力増幅器１２を経ずに可変減衰器２７の経路に信号を伝達させるようにした場合の異常検出は、実施の形態１と同様である。電力増幅器１２を経た負帰還ループにおける異常検出では、検波器２３で検波した検波電圧がＶ３であり、検波器２５で検波した検波電圧がＶ２であるか否かをＣＰＵ２４が判定し、いずれも否である場合は、電力増幅器１２の入力インピーダンスが正常時とは異なる、即ち、電力増幅器１２の入力側が壊れていると判断し、送信機の送信動作を停止させる。
＜実施の形態３＞
帰還路の切り替えをスイッチと可変減衰器を用いて行なうようにした第３の実施の形態を図４に示す。本実施の形態では、図２の可変減衰器２７の代わりにスイッチ２８が用いられる。スイッチ２８をＯＮすることによりスイッチ２８の経路に信号を伝達させ、スイッチ２８をＯＦＦすることにより電力増幅器１２の経路に信号を伝達させる。その他の構成及び動作は実施の形態１と変わりがない。
＜実施の形態４＞
帰還路の切り替えをスイッチと可変減衰器を用いて行なうようにした第４の実施の形態を図５に示す。本実施の形態では、図３の可変減衰器２７の代わりにスイッチ２８が用いられる。スイッチ２８をＯＮすることによりスイッチ２８の経路に信号を伝達させ、スイッチ２８をＯＦＦすることにより電力増幅器１２の経路に信号を伝達させる。その他の構成及び動作は実施の形態２と変わりがない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明において考察したカーテシアン型送信機を説明するための回路ブロック図。
【図２】本発明に係るカーテシアン型送信機の第１の実施の形態を説明するための回路ブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を説明するための回路ブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を説明するための回路ブロック図。
【図５】本発明の第４の実施の形態を説明するための回路ブロック図。
【図６】従来の高周波電力増幅器を説明するための回路ブロック図。
【図７】可変位相器を説明するための回路ブロック図。
【図８】フリップフロップ型０°／９０°移相器を説明するための回路図。
【符号の説明】
【００４７】
１，２…信号入力端子、３，４…加算器、５，６…増幅器、７，８…変調器、９，１７…０°／９０°移相器、１０…加算器、１２…電力増幅器、１４…方向性結合器、１５、１６…復調器、１８…搬送波発振器、１９…可変位相器、２０…位相差検出器、２１…直交変調器、２２…直交復調器、２３，２５…検波器、２４…ＣＰＵ、２６、２７…可変減衰器、２８…スイッチ。
【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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