(57)【要約】【課題】ワイヤレス・システム送信器のＲＦパスにおけるゲイン変動を制御するための改良型の方法を提供する。【解決手段】デジタル検出器は、少なくとも１つの受信デジタル信号を処理して２乗信号を生成し、２乗信号を符号化し、この符号化信号の第１の部分と第２の部分を乗算器とルックアップ要素のそれぞれに加え、さらにこの乗算器とルックアップ要素の出力を処理して受信デジタル信号の電力レベルを表す検出器出力信号を生成する。デジタル検出器は、アナログ対数増幅器の検出器の場合と実質的に同じ波形依存性を示すように構成される。デジタル検出器およびアナログ対数増幅器検出器は、ワイヤレス通信システムにある基地局送信器の信号パスに対して所望のゲインを提供するための閉ループ・ゲイン制御で利用する。【選択図】図１
2005184847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのデジタル信号を受信し、それから２乗信号を生成するように構成された第１の信号処理要素と、
前記第１の信号処理要素の出力と結合された入力を有し、前記２乗信号から符号化信号を生成するように動作可能な符号器と、
前記符号化信号のそれぞれの第１の部分と第２の部分を受け取る、乗算器およびルックアップ要素と、
少なくとも１つのデジタル信号の電力レベルを表す検出器出力信号を生成するために前記乗算器およびルックアップ要素の出力を処理するように構成された第２の信号処理要素とを備えることを特徴とするデジタル検出器。
【請求項２】
前記第１の信号処理要素は少なくとも１つの２乗要素を備えることを特徴とする請求項１に記載のデジタル検出器。
【請求項３】
前記第１の信号処理要素が、第１のデジタル信号を２乗する第１の２乗要素、第２のデジタル信号を２乗する第２の２乗要素、および該第１および第２のデジタル信号の平方を加算する加算要素を備えることを特徴とする請求項２に記載のデジタル検出器。
【請求項４】
前記第１および第２のデジタル信号が、それぞれベースバンド同相（Ｉ）デジタル信号および直交（Ｑ）デジタル信号の１つまたは複数のサンプルを含むことを特徴とする請求項３に記載のデジタル検出器。
【請求項５】
前記符号器が浮動小数点符号器を含み、前記符号化信号の第１の部分と第２の部分が浮動小数点数のそれぞれの第１の部分と第２の部分に対応することを特徴とする請求項１に記載のデジタル検出器。
【請求項６】
前記乗算器が、前記符号化信号の第１の部分の対数を決定するためにスケールファクタと前記符号化信号の第１の部分との積を生成するように動作可能であることを特徴とする請求項１に記載のデジタル検出器。
【請求項７】
前記ルックアップ要素は、前記符号化信号の第２の部分の対数を決定するために利用可能なルックアップ・テーブルを含むことを特徴とする請求項１に記載のデジタル検出器。
【請求項８】
前記第２の信号処理要素が、
前記乗算器と前記ルックアップ要素のそれぞれの出力と結合された第１の入力と第２の入力を有する加算要素と、
前記加算要素の出力と結合された入力を有し、前記少なくとも１つのデジタル信号の複数のサンプル全体にわたって、前記加算要素によって生成された出力信号値を累算するように動作可能な累算器とを備えることを特徴とする請求項１に記載のデジタル検出器。
【請求項９】
デジタル検出器で使用するための方法であって、
少なくとも１つの受信デジタル信号から２乗信号を生成する工程と、
前記２乗信号を符号化する工程と、
前記符号化信号の第１の部分と第２の部分をそれぞれ乗算器およびルックアップ要素に加える工程と、
前記乗算器とルックアップ要素の出力を利用して、前記受信デジタル信号の電力レベルを表す検出器出力信号を生成する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
デジタル検出器の少なくとも一部分を実装する際に使用するために１つまたは複数のプログラムを格納する機械が読み取り可能な記憶媒体からなる製品であって、実行されたとき前記１つまたは複数のプログラムが、
少なくとも１つの受信デジタル信号から２乗信号を生成する工程と、
前記２乗信号を符号化する工程と、
前記符号化信号の第１の部分と第２の部分をそれぞれ乗算器およびルックアップ要素に加える工程と、
前記乗算器とルックアップ要素の出力を利用して、前記受信デジタル信号の電力レベルを表す検出器出力信号を生成する工程とを実行することを特徴とする製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に電力検出器に関し、より詳細には、ワイヤレス通信システムや他のタイプのシステムの送信器におけるゲイン制御の提供に利用可能なデジタル検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のワイヤレス・システム基地局送信器は、典型的には、ＲＦ回路および電力増幅器を備えるのが一般的であるアナログ無線周波数（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：ＲＦ）パスが開ループ条件下で動作するように構成される。その結果、このＲＦパスのゲインは構成要素の変動、温度および構成要素経年変化などの要因による変化を受ける。
【０００３】
ゲインが不確定となるこの問題に対処する一手法では、送信器要素のサンプル組の温度に伴うパス・ゲインを計測して較正曲線を生成し、これをすべての送信器内に格納することが必要である。次いで、所与の送信器はオンボードの温度センサと格納されたこの較正曲線とを用いて温度によるゲイン・ドリフトを補正する。
【０００４】
別の手法では所与の送信器のゲインを基地局のセットアップ時に較正することが必要である。しかし、この方法では、一般に、そのＲＦパス・ゲインが所望の設定から概ね±１．５ｄＢの範囲内に来ることが保証できるだけである。一般に使用されるある種のワイヤレス・セルラ式符号分割多元接続（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｃｏｄｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ａｃｃｅｓｓ：ＣＤＭＡ）の標準は基地局の出力電力レベルにおいて概ね±２ｄＢの精度を要求するだけであるかもしれないが、ＲＦパス・ゲインの不確定性のために設計者は、万一そのゲインが所望の設定から外れたときに帯域外放射の要件を侵害することを回避するためにその電力増幅器を「必要以上に大きく（ｏｖｅｒｓｉｚｅ）」せざるを得ない可能性がある。電力増幅器は一般に単一の品目としてはＣＤＭＡ基地局内において最も高価であり、かつそのコストがその大きさに伴って増大するため、必要以上に大きい電力増幅器を使用すると基地局の全体コストが大幅に増加する。さらに、ＲＦパスにおける過剰なゲイン変動によって、電力増幅器の非線形性を相殺するために一般に利用されるベースバンド逆ひずみ技法の有効性を著しく損なうことがあり得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、上述した従来の手法に関連する１つまたは複数の問題を回避する、ワイヤレス・システム送信器のＲＦパスにおけるゲイン変動を制御するための改善された手法が求められていることは明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、ワイヤレス通信システムの基地局送信器において閉ループ・ゲイン制御を提供する際に使用するのに特によく適している改良型のデジタル検出器を提供する。
【０００７】
本発明の一態様では、デジタル検出器は、少なくとも１つの受信デジタル信号を処理して２乗した信号を生成し、この２乗信号を符号化し、この符号化信号の第１の部分と第２の部分をそれぞれ乗算器とルックアップ要素に加え、さらにこの乗算器とルックアップ要素の出力を処理して受信デジタル信号の電力レベルを表す検出器出力信号を生成する。
【０００８】
受信デジタル信号は、ベースバンド同相（Ｉ）デジタル信号と直交（Ｑ）デジタル信号の１つまたは複数のサンプルをそれぞれ含む第１のデジタル信号と第２のデジタル信号とすることができる。この符号器は、Ｙ＝Ｉ２＋Ｑ２の形式をもつ浮動小数点数を生成する浮動小数点符号器とすることができ、この符号化信号の第１の部分と第２の部分は、その浮動小数点数のそれぞれ指数と仮数を含んでいる。この乗算器は、符号化信号の第１の部分の対数を決定するために、スケールファクタと符号化信号の第１の部分との積を生成するように動作可能とすることができる。このルックアップ要素は、符号化信号の第２の部分の対数を決定するために利用可能なルックアップ・テーブルを含むことができる。乗算器とルックアップ要素によって生成された対数を加算し、得られた和が複数のサンプル全体にわたって累算され、検出器の出力信号を提供することができる。
【０００９】
例示的な実施形態では、そのデジタル検出器は、アナログ対数増幅器の検出器の場合と実質的に同じ波形依存性を示すように構成される。デジタル検出器およびアナログ対数増幅器検出器は、ワイヤレス通信システムにある基地局送信器の信号パスに対して所望のゲインを提供するための閉ループ・ゲイン制御で利用可能である。より具体的には、例示的な実施形態にある２つの検出器が生成する出力信号間の差によって、ベースバンド・デジタル・ドメインからゲインに関する特に正確な推定値を、入力波形特性と無関係な方法で電力増幅器出力に提供することができる。
【００１０】
本発明に関するこれらの特徴および利点、並びにその他の特徴および利点は、添付の図面および以下の詳細な説明からより明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下では、ワイヤレス通信システムの基地局送信器において閉ループ・ゲイン制御を提供する際に使用するのに十分適した例示的なデジタル対数増幅器検出器と共に本発明について例証することにする。しかし本発明は、任意の特定の検出器、送信器または通信システム構成、あるいは任意の特定のゲイン制御用途での使用に限定されるものではなく、むしろ本発明によるデジタル検出器によって提供される改良型の電力検出機能から恩恵を受けることが可能な任意の構成や用途に対してより全般的に適用可能であることを理解されたい。
【００１２】
図１は、本発明の例示的な実施形態による通信システム送信器１００の一部分の簡略ブロック図を表している。この送信器１００は、たとえばＣＤＭＡシステムや別のタイプのワイヤレス・セルラ式システム内の基地局送信器を表すことができる。
【００１３】
送信器１００はベースバンド回路１０２、ＲＦ回路１０４、電力増幅器１０６、およびアンテナ１０８を備える。この送信器はさらに、デジタル検出器１２０およびアナログ検出器１２２のそれぞれに関連付けした第１の結合器１１０および第２の結合器１１２と、ゲイン制御回路１２４とを含んでいる。
【００１４】
ベースバンド回路１０２は、従来のベースバンド同相（Ｉ）信号と直交（Ｑ）信号のそれぞれなどの少なくとも１つのデジタル信号を従来の方法で生成するように動作可能である。
【００１５】
ＲＦ回路１０４は、ベースバンド回路１０２の出力と結合された入力を有し、デジタル対アナログ変換、変調、アップコンバージョンおよびフィルタ処理などの機能を実行するように動作可能である。
【００１６】
電力増幅器１０６は、ＲＦ回路１０４の出力と結合された入力を有し、ＲＦ回路によって供給されたＲＦ信号をアンテナ１０８を介して送信するのに適したレベルに増幅する。
【００１７】
ベースバンド回路１０２、ＲＦ回路１０４、電力増幅器１０６およびアンテナ１０８の動作は、従来の送信器にある同様の要素の動作と実質的に同じとすることができる。図１の送信器のこれらの要素並びにその他の要素の機能に関する従来の側面については当業者によく知られており、したがって本明細書ではこれ以上詳細には記載していない。
【００１８】
第１の結合器(coupler)１１０はベースバンド回路１０２の出力とＲＦ回路１０４の入力の間に接続されていると共に、少なくとも１つのデジタル信号の一部分をデジタル検出器１２０の入力に結合するように構成される。デジタル検出器は少なくとも１つのデジタル信号の電力レベルを表す出力信号を生成し、これについては図５および６に関連させて以下でより詳細に記載することにする。
【００１９】
第２の結合器１１２は、電力増幅器１０６の出力とアンテナ１０８の入力の間に接続されていると共に、電力増幅器の出力からの増幅済み信号の一部分をアナログ検出器１２２の入力に結合するように構成される。このアナログ検出器は電力増幅器１０６の出力位置における増幅済み信号の電力レベルを表す出力信号を生成する。
【００２０】
アナログ検出器１２２は、一例として、一般にログアンプ検出器やピーク検出器とも呼ばれる従来のアナログ対数増幅器検出器を含むことができる。本発明で使用するのに適した、知られている検出器のより具体的な例には、いずれも米国マサチューセッツ州ノーウッドのＡｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃ．から市販されているＡＤ８３０７対数増幅器やＡＤ８３１３対数検出器に基づく検出器が含まれる。しかし、本発明は必ずしもこれらの検出器や別の任意の特定のタイプのアナログ検出器を使用する必要がないことを理解されたい。たとえば、本発明はアナログ検出器として整流器を使用して実装することが可能である。
【００２１】
デジタル検出器１２０およびアナログ検出器１２２の各出力信号はゲイン制御回路１２４のそれぞれの第１の入力信号と第２の入力信号として供給される。このゲイン制御回路は、これらの入力信号を処理し、送信器１００のＲＦパスの少なくとも１つのゲイン制御要素を制御するために利用される１つまたは複数のゲイン制御出力を生成する。このＲＦパスは一般に、ＲＦ回路１０４および電力増幅器１０６を備える。
【００２２】
一般に、ゲイン制御回路１２４は、ＲＦ回路１０４および電力増幅器１０６を備えたＲＦパスのゲインの推定値を得るために、デジタル検出器１２０によって生成された出力信号をアナログ検出器１２２によって生成された出力信号と比較するように動作可能である。次いで、このゲイン制御回路はこの推定値をそのＲＦパスの所望ゲインまたは目標ゲインと比較し、必要に応じてゲイン制御出力信号を生成し、その推定ゲインが目標ゲインに収斂するようにＲＦパス・ゲインを調整することができる。したがって送信器１００は、１０４、１０６、１１０、１１２、１２０、１２２および１２４を備えるゲイン制御フィードバック・ループを利用して実装される閉ループ・ゲイン制御能力を内蔵している。例示的な実施形態では、ベースバンド回路１０２の出力の位置の信号はデジタル信号であり、このためこれらの検出器出力信号間の差によってベースバンド・デジタル・ドメインから電力増幅器１０６の出力にゲイン推定値が提供される。
【００２３】
この例示的な実施形態ではゲイン制御回路１２４を、ＲＦ回路１０４のゲイン制御入力に供給される出力信号並びに電力増幅器１０６のゲイン制御入力に供給される別の出力信号を含む複数のゲイン制御出力信号を生成するものとして表している。ＲＦ回路１０４および電力増幅器１０６はそれぞれ、調節可能な減衰器、可変ゲイン増幅器、あるいはゲイン制御信号に応答してＲＦパスの少なくとも一部分のゲインを調整するために利用可能な別の要素などの１つまたは複数の調節可能なゲイン要素を含むことがある。ゲイン制御を提供する際にこうした要素が構成され利用される方法はよく知られており、したがって本明細書ではこれ以上詳細には記載していない。別の実施形態では、そのゲイン制御回路１２４は、ＲＦ回路１０４、電力増幅器１０６、または送信器１００の別の適当な調節可能ゲイン要素のいずれかに利用するための単一のゲイン制御出力のみを生成することができる。
【００２４】
さらに、別の実施形態は、ゲイン制御が提供される所与の信号パス内の異なる点に結合器１１０、１１２を配置することができる。したがって本発明は、必ずしも任意の特定のタイプの信号パス全体にわたってゲイン制御を提供する必要はない。さらに、結合器に依拠しない構成を含む別の信号検出構成を使用することも可能である。たとえば、デジタル検出器１２０は、図面では明示的に表していないが、少なくとも一部には、ベースバンド回路１０２やゲイン制御回路１２４などの別の送信器要素の少なくとも一部分を実装するために使用される、送信器プロセッサ上で動作するソフトウェアの形で実装することができる。こうした構成では、ベースバンド・デジタル信号をソフトウェア制御下で直接処理することが可能であるため、結合器１１０などの現実の信号結合器は一般に必要とされないことになる。
【００２５】
この文脈における「プロセッサ」という用語は、一例として、マイクロプロセッサ、中央演算処理装置（ＣＰＵ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または別のタイプのデジタル・データ処理デバイス、並びにこうしたデバイスの一部分または組み合わせたものを含むことが意図されている。
【００２６】
送信器１００の図１に示した部分は例示のためにかなり簡略化されていると共に、本発明の一実施形態を実装している要素に関する可能な構成の一例を表していることを理解されたい。当業者であれば、本発明のデジタル検出技法を、要素に関して別の構成を有する送信器内で実装することも可能であることを理解されよう。
【００２７】
上で指摘したように、例示的な実施形態におけるアナログ検出器１２２は対数増幅器検出器であることが好ましい。その理由はこうした検出器が、平均２乗根（ＲＭＳ）電力検出器などの別のタイプのアナログ検出器と比べて実質的により広いダイナミックレンジを有するためである。たとえば、Ａｎａｌｏｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｉｎｃ．から市販されているＡＤ８３６１  ＴｒｕＰｗｒ（登録商標）検出器として知られているＲＭＳ電力検出器は、概ね１５ｄＢしかダイナミックレンジを有しておらず、閉ループ・ゲイン制御用途の多くにおいて不十分であることがある。これに対して上述のＡＤ８３１３対数検出器は概ね５０ｄＢのダイナミックレンジを有しており、例示的な実施形態の概ね３５ｄＢの所望のゲイン制御レンジを提供するのに十分なレンジを超えている。
【００２８】
図２Ａは、図１の送信器１００のアナログ検出器１２２で使用することができる対数増幅器２００の一例を表している。この例における対数増幅器２００は、カスケード型のＮ段の制限増幅器Ａ／Ｏと、Ｎ個の段のすべての出力を加算する付属の加算回路と、を備える。
【００２９】
図２Ｂは、図２Ａの対数増幅器２００の単一の制限増幅器Ａ／Ｏに関する電圧応答を表している。この制限増幅器は線形のゲインＡと、入力ｋｎｅｅ電圧Ｅと、を有している。この図内の直線のプロットは制限増幅器の理想的な電圧応答を表している。実際の電圧応答はこの図面内において破線で表している双曲線正接（ＴＡＮＨ）関数により近くなる。
【００３０】
図２Ｂに示すようなパラメータＡおよびＥにおいてＮ個の段の各々について理想的な電圧応答を仮定すると、対数増幅器２００の入力電圧ＶＩＮが次式
【数１】
2005184847.tif 000003
を満足する場合、このＮ段のうち第１のｋは線形のレンジ内にあり、また残りの段はすべて飽和する。次いで、対数増幅器出力は次式で与えられる。
【数２】
2005184847.tif 000004
上式において、ｇｍは加算回路のゲインである。この応答は対数によって近似的に記述することができる。
【００３１】
図３は、Ａ＝５、Ｎ＝９およびＥ＝１と仮定した場合の式（２）に従ったＶＯＵＴ対ＶＩＮをプロットしたものである。この図内の直線は理想的な対数に対応する。ＶＯＵＴとＶＩＮの間の関係は、６桁以上にわたって実質的に対数性であり、リップルはごくわずかであることは明らかである。さらに、この関係は各増幅段に関する理想的な制限挙動からの偏差に大きな影響を受けない。実際に増幅段の実際のＴＡＮＨ関数特性によってリップルが減少する傾向がある。
【００３２】
したがって、出力電圧ＶＯＵＴは入力電圧ＶＩＮと次の近似式を介した関係とすることができる。
【数３】
2005184847.tif 000005
上式において、ＶＹは傾斜電圧と呼ばれ、またＶＸは切片電圧と呼ばれる。フィルタ処理の後、対数増幅器２００は入力信号の平均ＲＭＳ電力と対数関係にある直流（ＤＣ）電圧出力を生成する。しかし式（３）から、この対数増幅器出力がｄＢ単位でのＲＭＳ電力計測値ではないことは明らかである。ｄＢ単位での真のＲＭＳ電力計測値は、次式に示すように、その出力が２乗した入力電圧の平均値の対数に比例することを必要とする。
【数４】
2005184847.tif 000006
しかしながら、次式のように、対数増幅器のフィルタ処理済み出力は入力電圧の対数の平均値に比例する。
【数５】
2005184847.tif 000007
この小さな違いが、その対数増幅器出力を入力波形の振幅分布に依存させることになる。たとえば、大きなピーク対平均比（ＰＡＲ）と単一のトーンの正弦波を有するＣＤＭＡ波形では、これらが同じ平均ＲＭＳ電力を有する場合であっても対数増幅器から異なる読み値を生成することになる。このことは一般に、モバイル通信向けのグローバル・システム（ＧＳＭ）やＩＳ−１３６時分割多元接続（ＴＤＭＡ）システムなどその信号変調が一定の振幅分布を有する単一のキャリアのシステムでは全く問題を生じさせない。こうしたシステムでは、対数増幅器を傾斜および切片パラメータを抽出するために幾つかの異なる電力レベルで較正すると直ちに、対数増幅器の出力はｄＢ単位での平均ＲＭＳ電力の正確な計測値となる。しかしＣＤＭＡシステムでは、その振幅分布はトラフィック状態によって変化する。ＷＣＤＭＡでは、パイロットのみが存在する場合、そのＰＡＲは概ね６ｄＢであるが、全負荷したキャリアは概ね１０ｄＢのＰＡＲを有する。
【００３３】
図４は、２つの異なるタイプのＷＣＤＭＡ入力信号（すなわち、テストモデル１（ＴＭ１）のヘビートラフィック信号とパイロット信号）について、上述のＡＤ８３１３アナログ対数増幅器検出器に関する検出器電圧を入力電力の関数としてプロットして表している。この図に示したように、２つの異なる入力信号波形に対する例示的なアナログ対数増幅器検出器の応答は、傾斜が同じであるがオフセットが異なる。所与の検出器電圧読み値について、２つの波形間には実際の入力電力レベルの概ね２ｄＢまでの差が存在する。したがって、この効果を考慮に入れない場合は、従来の対数増幅器検出器はＷＣＤＭＡの基地局送信器において閉ループ・ゲイン制御を実装するための所望のレベルの精度を提供することができない。
【００３４】
例示的な実施形態において本発明は、従来のアナログ対数増幅器検出器の使用に付随するこの問題を、デジタル検出器１２０を図１に示すように配置させて含むゲイン制御フィードバック・ループを実装することによって克服する。より具体的には、デジタル検出器１２０は、アナログ対数増幅器検出器の挙動を模倣するように構成される。したがって、この２つの検出器はいずれも、例示的な実施形態において実質的に同じ波形依存性を有する。上で指摘したように、この２つの検出器１２０、１２２が生成する出力信号の間の差によって、入力波形特性と無関係にベースバンド・デジタル・ドメインから電力増幅器１０６の出力にゲインの推定値が提供される。したがって、ゲイン制御回路１２４は、アナログ検出器の波形依存性を考慮に入れた方法によってＲＦパスのゲインを決定することができ、またこの結果、ＷＣＤＭＡ用途の場合であっても所望のレベルのゲイン制御精度が提供される。
【００３５】
図５は、図１の送信器１００内のデジタル検出器１２０として利用することができるデジタル検出器５００の可能な実施形態の１つを表している。上で指摘したように、このデジタル検出器はその少なくとも一部を、たとえばマイクロプロセッサ、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡまたは別のタイプのデジタル・データ処理デバイス、並びにこうしたデバイスの一部または組み合わせたものを備える送信器１００のプロセッサ上で動作するソフトウェア内で実装することができる。
【００３６】
このデジタル検出器５００は、乗算器５０２、５０４および加算要素５０６を備えた２乗要素として例示的に実施された第１の信号処理要素を含んでいる。この第１の信号処理要素は、少なくとも１つのデジタル信号を受け取るように構成されると共に、この実装形態ではベースバンド同相（Ｉ）信号と直交（Ｑ）信号をそれぞれ含む第１のデジタル信号と第２のデジタル信号を受け取る。乗算器５０２および５０４は、それぞれＩ信号とＱ信号を２乗するように構成されており、また加算要素５０６は第１のデジタル信号と第２のデジタル信号の平方を加算する。得られた信号（Ｉ２＋Ｑ２に対応する）は、本明細書においてより一般的に「２乗信号（ｓｑｕａｒｅｄ  ｓｉｇｎａｌ）」と呼ぶものの一例である、ただし本発明は必ずしもこの特定の２乗信号フォーマットである必要はない。代替的な実施形態では、より多くの２乗成分やより少ない２乗成分を含む場合や、加算その他の信号処理演算をこうした成分に適用することやしない場合があるような別のタイプの２乗信号が使用されることがある。
【００３７】
加算要素５０６の出力は、浮動小数点符号器５０８として例示的に実施された符号器の入力に加えられる。浮動小数点符号器は、Ｎビット浮動小数点数Ｙ＝Ｉ２＋Ｑ２を生成し、この符号器の第１の出力はＮビットの浮動小数点数の指数ｋを指定し、かつこの符号器の第２の出力はＮビットの浮動小数点数の仮数Ｙ０を指定する。この文脈においては浮動小数点数の指数を示すために使用している変数ｋは、本明細書の別の箇所で線形レンジ内における増幅段の数を示すために使用しているｋと無関係であることに留意されたい。
【００３８】
図６は、浮動小数点符号器５０８によって生成されたＩ信号とＱ信号の平方和を表すＮビット数Ｙ＝Ｉ２＋Ｑ２のフォーマットを表している。図示したように、指数ｋはこのＮビット数の第ｋ番目のビットに対応した最上位非ゼロビットを意味しており、一方、仮数Ｙ０は第ｋ番目のビットより下位にある多数のビットを意味している。この特定の例では、Ｙ０はこの第ｋ番目のビットに続く６個のビットを意味するように示されている。
【００３９】
再び図５を参照すると、デジタル検出器５００はさらに、乗算器５１０と、ルックアップ・テーブル５１２として例示的に実施されたルックアップ要素と、を含んでいる。乗算器５１０は浮動小数点符号器５０８の第１の出力と結合された入力を有しており、またルックアップ・テーブル５１２は浮動小数点符号器５０８の第２の出力と結合された入力を有している。乗算器５１０はｋに適当なスケールファクタを乗算することによって指数ｋの対数を計算し、一方、仮数Ｙ０の対数はルックアップ・テーブル５１２を利用して決定される。より具体的には、仮数Ｙ０のこの例における６個のビットは全体で６４個のエントリを備えるルックアップ・テーブルに対する指標として使用される。代替的な実施形態では、別のタイプの浮動小数点数フォーマットおよびルックアップ・テーブル構成が使用されることがある。
【００４０】
同じくデジタル検出器５００の内部には、入力されたデジタルＩ信号とＱ信号の電力レベルを表す検出器出力信号を生成するために乗算器５１０およびルックアップ・テーブル５１２の出力を処理するように構成された第２の信号処理要素が含まれている。この第２の信号処理要素は、乗算器５１０およびルックアップ・テーブル５１２のそれぞれの出力に結合された第１および第２の入力を有する加算要素５１４と、加算要素５１４の出力と結合された入力を有する累算器５１６として例示的に実施されている。累算器５１６は、加算要素５１４によって生成された出力信号値を、入力されたＩ信号とＱ信号の複数のサンプル全体にわたって累算するように動作可能である。
【００４１】
デジタル検出器５００の第１および第２の信号処理要素、符号器、乗算器およびルックアップ要素のうちの１つまたは複数はその少なくとも一部を、送信器１００のプロセッサ上で動作するソフトウェア上で実装することができることに留意されたい。したがって、この図に示した、異なる要素のうちの複数の要素を同じハードウェア組を用いて実装することができる。さらに、本発明によるデジタル検出器を実装する際に別のタイプの信号処理要素が使用されることがある。
【００４２】
ここで、本発明の例示的な実施形態におけるデジタル検出器５００の動作をより詳細に記載することにする。ＩおよびＱ入力信号の複数のサンプルの各々に関して、要素５０２、５０４および５０６を利用して電力Ｉ２＋Ｑ２が計算される。次いで、要素５０８、５１０、５１２、５１４および５１６を利用して、この電力の対数が計算されると共に、これが指定されたサンプル数または別の指定された時間期間にわたって累算される。
【００４３】
この対数を計算するためには、大きなダイナミックレンジにわたって妥当な精度を提供できるという点で浮動小数点技法を使用することが好ましい、ただし本発明の代替的な実施形態では別の技法を使用することができる。上で指摘したように、符号器５０８は、電力を指数ｋおよび仮数Ｙ０を備えるＮビット浮動小数点数として符号化しており、これらの指数および仮数の対数はそれぞれ乗算器５１０およびルックアップ・テーブル５１２によって決定される。Ｎビット浮動小数点数の対数は、加算要素５１４によって生成された、指数および仮数の対数の和によって与えられる。
【００４４】
Ｎビット浮動小数点数Ｙ＝Ｉ２＋Ｑ２の第ｋ番目のビットが最上位の非ゼロビットであり、最下位のビットが第０番目のビットであり、さらに仮数Ｙ０がｐビットの数としたルックアップ・テーブル５１２に対する指標として供給されると仮定すると、デジタル検出器５００の出力は次式で与えられる。
【数６】
2005184847.tif 000008
上式において、Ｃは定数でありデジタル検出器の傾斜を決定する。乗算器５１０における指数ｋのスケール調整が簡単なシフト演算となるようにＣを選択すると有利である。式（６）の第２項はルックアップ・テーブル演算を表している。ルックアップ・テーブルに対する指標は仮数Ｙ０であり、またルックアップ・テーブルの内容は次式で与えられる。
【数７】
2005184847.tif 000009
この定数Ｃはさらに、ルックアップ・テーブル５１２の利用可能な幅をフルに活用できるように十分に大きくすることが好ましい。この対数の精度は、Ｙ０およびｐに関して使用されるビット数、並びにルックアップ・テーブル・エントリのビット幅ｑに依存する。ｄＢを単位としたｐに由来する精度制限は次式
【数８】
2005184847.tif 000010
で与えられ、またルックアップ・テーブル・エントリのビット幅ｑに由来する精度制限は次式で与えられる。
【数９】
2005184847.tif 000011
したがって、６４エントリで８ビット幅のルックアップ・テーブルによればその得られる精度は、例示的な実施形態の閉ループ・ゲイン制御用途にとって重要な±０．０４ｄＢより良好となる。本発明を実装するには別のタイプのルックアップ・テーブルやその他のルックアップ要素を使用することも可能である。
【００４５】
図７は、多数の異なるタイプのＷＣＤＭＡ信号を使用したときの検出器読み値を、たとえば図１の送信器のアナログおよびデジタル検出器の実装形態であるＲＭＳ電力の関数としてプロットした図である。このアナログ検出器は、本明細書の上で言及したように従来のＡＤ８３１３アナログ対数増幅器検出器である。
【００４６】
この図から、さまざまな波形に関して、このアナログ検出器は図４の例とオフセットは異なるが傾斜はちょうど同じになるように表していることが理解できよう。しかし、このデジタル検出器はさらに実質的に同じ波形依存性を示す。したがって、２つの検出器の読み値の差は波形と無関係であり、またこれらの検出器は送信器の信号パスのゲインを上で記載した方法で正確に計測するために使用することができる。
【００４７】
上で指摘したように、対数増幅器アナログ検出器の使用は本発明の要件ではない。本発明は、整流器などの別のタイプのアナログ検出器を用いて実装することもできる。上述のようなデジタル検出器は、これらのアナログ検出器や別のタイプのアナログ検出器に整合させるために単純明快な方法で修正することができる。たとえば、そのアナログ検出器が整流器を含む場合は、そのデジタル検出器をＩ２＋Ｑ２の対数ではなくＩ２＋Ｑ２の平方根を決定するように修正することができる。本発明と組み合わせて、別のタイプのアナログおよびデジタル検出器の広範な実装形態を用いることができる。
【００４８】
本発明の上述した実施形態は例示的なものにすぎない。たとえば、上で指摘したように、代替的な実施形態では送信器要素を基準とした検出器の配置を変更することができる。さらに、例示的な実施形態における図１の送信器および図５デジタル検出器の具体的な要素は本発明の要件と見なすべきではなく、また多くの代替的な構成が利用されることがあり得る。さらに、本発明のデジタル検出およびゲイン制御技法は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせの形で実装することが可能である。さらに、例示的な実施形態の記載と組み合わせている本明細書で用いた具体的な仮定は、本質的に例示であると見なすべきであり、別の実施形態では必ずしも採用する必要はない。これらの実施形態や、添付の特許請求の範囲の域内にある多くの別の代替的実施形態は当業者には容易に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明をその内部に実施された通信システム送信器の一部分の簡略図である。
【図２Ａ】図１の送信器のアナログ検出器内に使用できる例示的な対数増幅器の概要図である。
【図２Ｂ】図２Ａの対数増幅器の単一の制限増幅器の電圧応答を表した図である。
【図３】図２Ａの対数増幅器のある具体的な実装形態において出力電圧を入力電圧の関数としてプロットした図である。
【図４】２つの異なるタイプの広帯域ＣＤＭＡ（ＷＣＤＭＡ）信号に関して、図１の送信器で利用できる例示的なアナログ検出器に関する検出器電圧を入力電力の関数としてプロットした図である。
【図５】図１の送信器で利用可能なデジタル検出器の例示的な実施形態の概要図である。
【図６】図５のデジタル検出器の浮動小数点符号器の演算を表した図である。
【図７】多数の異なるタイプのＷＣＤＭＡ信号を利用して、検出器読み値を、たとえば図１の送信器のアナログおよびデジタル検出器の実装形態であるＲＭＳ電力の関数としてプロットした図である。
【図１】
2005184847.tif 000012
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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