(57)【要約】【課題】本発明は、利得制御装置に関し、構成の大幅な変更と性能の低下とを伴うことなく、所望の回路の可用性を高く維持できることを目的とする。【解決手段】回路に入力された入力信号、あるいは前記回路によって出力された出力信号の周波数に適した負帰還を前記回路に施し、前記回路の利得を所定の範囲に維持する利得制御装置であって、前記周波数の特定の帯域における前記回路の利得の偏差が許容可能な限度を超えるときに、前記負帰還に供される帰還路の直線性が前記出力信号の振幅の尖頭値でも確保される値に前記帰還路の利得を設定する制御手段を備える。【選択図】図１
2013012912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路に入力された入力信号、あるいは前記回路によって出力された出力信号の周波数に適した負帰還を前記回路に施し、前記回路の総合的な利得を所定の範囲に維持する利得制御装置であって、
前記周波数の特定の帯域における前記総合的な利得の低下が許容可能な限度を超えるときに、前記負帰還に供される帰還路の直線性が前記出力信号の振幅の尖頭値でも確保される値に前記帰還路の利得を設定する制御手段を備えた
ことを特徴とする利得制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の利得制御装置において、
前記制御手段は、
前記回路に入力される信号の信号空間上における振幅が複数通りある場合と１通りである場合とに、前記回路が出力する信号の振幅の尖頭値と平均値とに基づいて前記負帰還を行う
ことを特徴とする利得制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の利得制御装置において、
前記特定の帯域を外部に通知する通知手段を備えた  
ことを特徴とする利得制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の回路の入力信号あるいは出力信号の周波数に適した負帰還をその回路に施し、総合的な利得を設定する利得制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線機のソフトウエア化が急速に図られ、多様な複数の変復調方式に対する柔軟な適応が可能となりつつある。
このような無線機では、様々な周波数帯域の信号の生成や送受信の実現に必要な広帯域に亘る特性の維持を実現するために、増幅器等の特定の回路は、所望の帯域における特性の偏差の補正が適宜図られる。
【０００３】
図４は、負帰還により利得の補正が図られる電力増幅器が備えられた無線機の送信部の構成例を示す図である。
図において、変調部３１の入力にはベースバンド信号が与えられ、その変調部３１の出力は縦続接続された前置増幅器３２、電力増幅器３３および検出器３４を介して切り替え部３５の入力に接続される。その切り替え部３５の第一の出力は図示されないアンテナの給電路に接続され、切り替え部３５の第二の出力は終端器３６に接続される。検出器３４のモニタ端子は、縦続接続された平均電力検出部３７および利得制御部３８を介して前置増幅器３２の制御端子に接続される。変調部３１、検出器３４、切り替え部３５、平均電力検出部３７および利得制御部３８の制御端子には、プロセッサ３９の対応する入出力ポートが接続される。プロセッサ３９には、そのプロセッサ３９の主記憶の一部としてメモリ（以下、「補正メモリ」という。）３９Ｍが備えられる。
【０００４】
このような構成の送信部では、切り替え部３５は、プロセッサ３９の配下で検出器３４の出力を既述の給電路に接続する。
【０００５】
また、変調部３１は、プロセッサ３９によって指定された変調方式に基づいて上記ベースバンド信号（図示されないマイクやモデムによって与えられる音声信号を示す。）に基づいて所定の搬送波信号を変調することにより、被変調波信号を生成する。
【０００６】
前置増幅器３２および電力増幅器３３は、このような被変調波信号を電力増幅することにより送信波信号を生成し、検出器３４および切り替え部３５を介して既述の給電路にその送信波信号を供給する。
【０００７】
上記送信波信号が給電路に与えられる期間には、検出器３４は、その送信波信号の一部を平均電力検出部３７に与える。平均電力検出部３７は、プロセッサ３９の配下でこのような送信波信号を検波する。
【０００８】
一方、補正メモリ３９Ｍには、変調方式Ｍ1〜Ｍｍの何れについても、生成され得る送信波信号の周波数ｆ１〜ｆｎが分布する帯域Ｂが周波数軸上で一定の間隔で区分されてなる帯域（以下、「部分帯域」という。）ｂ１〜ｂｐ（ｐ≦ｎ）毎に、（電力増幅器３３の出力から検出器３４および切り替え部３５を介して給電路に供給される）送信波信号のレベルが規定の下限値ＬＬと上限値ＵＬで挟まれた範囲（以下、「規定電力レンジ」という。）に維持される離散値の列として、利得制御部３８に設定されるべき好適な利得Ｇij（ｉ＝１〜ｍ、ｊ＝１〜ｐ）が予め登録される。
【０００９】
なお、上記「規定電力レンジ」は、例えば、本発明が適用された通信系の仕様に基づいて定まり、あるいは法令上の制限として規定される。
【００１０】
また、このような利得Ｇijは、電力増幅器３３の出力から検出器３４、平均電力検出部３７および利得制御部３８を介して前置増幅器３２の制御端子に至る帰還路の利得の大半を占める。
【００１１】
上記検波の結果として得られる信号は、送信波信号のレベルを示し、かつプロセッサ３９の配下で稼働する検出器３４、平均電力検出部３７および利得制御部３８を介して前置増幅器３２に負帰還される。
【００１２】
したがって、電力増幅器３３の出力から検出器３４および切り替え部３５を介して給電路に供給される送信波信号のレベルは、その送信波信号の生成に適用された変調方式と、このような送信信号の周波数（帯域）と対に対応した規定電力レンジ内に精度よく制限される。
【００１３】
また、電力増幅器３３が代替の電力増幅器（以下、「代替電力増幅器」という。）と交換された場合には、これらの電力増幅器３３と代替電力増幅器との特性の相違に起因する送信波信号のレベルの誤差の圧縮を目的として、プロセッサ３９の主導の下で各部が下記の通りに連係する。
【００１４】
プロセッサ３９は、電力増幅器３３が代替電力増幅器と交換される前のモード（以下、「通常モード」という。）からテストモードに移行する。
【００１５】
テストモードでは、切り替え部３５は、プロセッサ３９によって与えられる指示に応じて、既述のアンテナの給電路に代わる終端器３６に検出器３４の出力を接続する。
【００１６】
プロセッサ３９は、既述の変調方式Ｍ１〜Ｍｍと、これらの変調方式Ｍ１〜Ｍｍでそれぞれ生成され得る送信波信号の周波数ｆ１〜ｆｎとの全ての対に基づいて、それぞれ変調部３１、検出器３４および平均電力検出部３７を統括する。
【００１７】
なお、以下では、変調方式Ｍ１〜Ｍｍと部分帯域ｂ１〜ｂｐとの対の内、上記統括の下で行われるテストモードの対象となる対については、既述の添え番号ｉ（ｉ＝１〜ｍの何れか）、ｊ（ｊ＝１〜ｐの何れか）を用いて表記する。
【００１８】
変調部３１は、プロセッサ３９等によって与えられる標準的なベースバンド信号に基づいて周波数ｆｊの搬送波信号を変調波Ｍｉで変調することにより、周波数がｆ１〜ｆｎである被変調波信号を順次生成する。
【００１９】
前置増幅器３２および電力増幅器３３は、通常モードと同様にして、このような被変調波信号を電力増幅することにより送信波信号を生成し、検出器３４および切り替え部３５を介して終端器３６にその送信波信号を与える。
【００２０】
検出器３４は、上記送信波信号の一部を平均電力検出器３７に与えつつ、その送信波信号のレベルＬＯijを所定の頻度で計測し、プロセッサ３９に引き渡す。
【００２１】
平均電力検出部３７は、プロセッサ３９の配下でこのような送信波信号を検波する。
プロセッサ３９は、部分帯域ｂ１〜ｂｐのそれぞれについて、上記レベルＬＯijを監視しつつ、利得制御部３８の利得を所定のレンジで可変し、そのレベルＬＯijが所定の精度で規定の規定電力レンジの中央値となる利得として既述の利得Ｇijを求め、かつ該当する変調方式Ｍｉと部分帯域ｂｊとに対応づけて、メモリ３９Ｍに登録する。
【００２２】
プロセッサ３９は、このようにして変調方式Ｍ１〜Ｍｍと部分帯域ｂ１〜ｂｐとの全ての対に対応する利得Ｇijをメモリ３９Ｍに登録した後には、終端器３６に代わるアンテナの給電路に、切り替え部３５を介して検出器３４の出力を再び接続すると共に、既述の「通常モード」に復帰する。
【００２３】
したがって、「周波数特性−利得特性」が異なる代替増幅部で電力増幅器３３が代替された後であっても、所望の変調方式および周波数で生成される送信波信号のレベルは、検出器３４、平均電力検出部３７、利得制御部３８および前置増幅器３２を介して行われる負帰還の下で好適な値に維持される。
【００２４】
なお、本発明に関連した先行技術としては、後述する特許文献１に記載されるように、「増幅回路の非線形歪を補償する歪補償装置におい増幅回路の前段に接続され、増幅回路に入力される入力信号電力に応じて歪補償値が規定された参照テーブルに基づき、増幅回路に入力される入力信号に歪補償値の複素乗算を行う歪補償部と、入力信号に対する増幅回路からのフィードバック信号の歪みの逆特性を、ＬＭＳアルゴリズムを用いて算出する歪逆特性算出部と、参照テーブルに規定されている歪補償値を、歪逆特性算出部の算出する歪みの逆特性に応じて新たな歪補償値に更新する歪補償値更新部１４とを備える」ことにより、「歪逆特性を算出する際の除算処理をなくすことで回路規模を縮小する」点に特徴がある歪補償装置がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２０１０−１３６１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
ところで、上述した従来例では、何らかの要因により、特定の部分帯域（既述の部分帯域ｂ１〜ｂｐの何れか）における電力増幅器３３または代替電力増幅器の利得が大幅に低下した場合には、既述の負帰還の下で帰還路の利得を適切な値に維持することができないために、送信波電力のレベルが規定の範囲内に保たれず、最悪の場合には、プロセッサ３９の主導の下で送信波信号の送信が規制される可能性があった。
【００２７】
また、このような利得の大幅な低下が変調部３１に対する変調方式の変更の指示（プロセッサ３９によって行われる。）に起因し、かつ変更後の変調方式がＡＰＳＫやＯＦＤＭ等のように「シンボル毎の振幅が複数通りとなる変調方式」である場合には、負帰還路を介する負帰還が線形領域では行われず、そのために、送信波信号に不適切な歪みが生じ、あるいは伝送品質が著しく低下する可能性があった。
【００２８】
本発明は、構成の大幅な変更と性能の低下とを伴うことなく、所望の回路の可用性を高く維持できる利得制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
請求項１に記載の発明では、回路に入力された入力信号、あるいは前記回路によって出力された出力信号の周波数に適した負帰還を前記回路に施し、前記回路の総合的な利得を所定の範囲に維持する利得制御装置において、制御手段は、前記周波数の特定の帯域における前記総合的な利得の低下が許容可能な限度を超えるときに、前記負帰還に供される帰還路の直線性が前記出力信号の振幅の尖頭値でも確保される値に前記帰還路の利得を設定する。
【００３０】
すなわち、回路は、その回路の総合的な利得が何らかの原因により上記許容可能な限度を超えて下回った場合であっても、線形領域で行われる負帰還の下で利得以外の特性が精度よく安定に維持される。
【００３１】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の利得制御装置において、前記制御手段は、前記回路に入力される信号の信号空間上における振幅が複数通りある場合と１通りである場合とに、前記回路が出力する信号の振幅の尖頭値と平均値とに基づいて前記負帰還を行う。
【００３２】
すなわち、回路の負帰還に供される帰還路の特性は、その回路に入力される信号の信号点配置に整合した線形に維持される。
【００３３】
請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載の利得制御装置において、通知手段は、前記特定の帯域を外部に通知する。
【００３４】
すなわち、入力信号あるいは出力信号が占有（分布）し得る帯域の内、その出力信号を出力する回路の総合的な利得の低下が許容可能な限度を超える特定の帯域がある場合には、その特定の帯域またはこのような帯域の存在の周期および対象の促進が図られる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明が適用された回路の出力信号のレベルは、その回路が適用された装置やシステムの性能および特性に大きな支障を与えることがない値に維持される。
また、本発明は、多様な変調方式に適応するべき回路にも柔軟に適用可能となる。
さらに、本発明が適用された装置やシステムでは、総合的な可用性および信頼性が高められ、かつ安定に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態におけるプロセッサの動作フローチャートである。
【図３】本実施形態の原理を示す図である。
【図４】負帰還により利得の補正が図られる電力増幅器が備えられた無線機の送信部の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、図４に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ符号を付与し、ここではその説明を省略する。
【００３８】
本実施形態と図４に示す従来例との構成の相違点は、以下の点にある。
(1) プロセッサ３９に代えてプロセッサ１０が備えられる。
(2) プロセッサ１０の主記憶の特定の記憶領域には、図４に示す補正メモリ３９Ｍに代わる補正メモリ１０Ｍが備えられる。
【００３９】
図２は、本実施形態におけるプロセッサの動作フローチャートである。
図３は、本実施形態の原理を示す図である。
以下、図１〜図３を参照して本実施形態の動作を説明する。
【００４０】
本発明の特徴は、本実施形態では、以下の点にある。
(1) 後述するように補正メモリ１０Ｍに登録されるデータの内容
(2) テストモードにおいてこのようなデータを求めるためにプロセッサ１０によって行われる処理の手順
(3) 通常モードにおいて補正メモリ１０Ｍの内容に基づいてプロセッサ１０によって行われる処理の手順
【００４１】
テストモードでは、プロセッサ１０は、以下に列記する点で従来例と異なる処理を行う。
(1) 変調方式Ｍ１〜Ｍｍの内、信号空間上における信号点の振幅が複数通りある変調方式（振幅位相変調方式(ＡＰＳＫ：Amplitude Phase Shift Keying)、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Orthogonal Frequency Division Multiplexing))も該当する。以下、「特定変調方式」という。）の送信波信号については、部分帯域ｂ１〜ｂｐの何れについても、既述のレベルＬｏｉｊを尖頭値に換算する（図２ステップＳ１）ことにより、利得Ｇｉｊの算出のために適用する（図２ステップＳ２）。
【００４２】
(2) また、このような利得Ｇｉｊについては、送信波信号のレベルが既述の規定電力レンジの下限値ＬＬより低く、その送信波信号の送信によって所望の通信および伝送品質が確保され得る所定の範囲（以下、「許容低電力レンジ」という。）についても同様に算出し、メモリ１０Ｍに併せて登録する。
【００４３】
なお、上記尖頭値については、例えば、変調部３１によってベースバンド信号として与えられる既知のシンボル列との同期の下で得られる送信波信号の平均的なレベルＬｏｉｊに基づく予測あるいは換算に基づいて算出される。
【００４４】
また、通常モードでは、プロセッサ１０は、以下に列記する点で従来例と異なる処理を行う。
(1) 変調部３１に指定された変調方式が「特定変調方式」に該当する場合には、部分帯域ｂ１〜ｂｐの何れについても、既述のレベルＬｏｉｊを尖頭値に換算して適用する（図２ステップＳ３）ことにより利得Ｇｉｊを算出し（図２ステップＳ４）、かつ利得制御部３８に与える（図２ステップＳ５）。なお、変調部３１に指定された変調方式が「特定変調方式」に該当しない場合には、部分帯域ｂ１〜ｂｐの何れについても、既述のレベルＬｏｉｊを尖頭値に換算することなく適用することにより利得Ｇｉｊを算出し（図２ステップＳ６）、かつ利得制御部３８に与える（図２ステップＳ７）。
【００４５】
(2) 補正メモリ１０Ｍに登録された利得Ｇｉｊを利得制御部３８に設定するが、このようにして利得制御部３８に設定される利得Ｇｉｊについては、補正メモリ１０Ｍ上で「規定電力レンジ」内と「許容低電力レンジ」内との何れかに登録されているか否かを判定する（図２ステップＳ８）。
【００４６】
(3) このような利得Ｇｉｊが補正メモリ１０Ｍ上における許容低電力レンジ内と規定電力レンジ内との何れかに登録されている場合には、その利得Ｇｉｊを利得制御部３８に設定する（図２ステップＳ５，Ｓ６）。したがって、帰還路の利得は、図３(a) に示すように、送信波信号のレベルが上限値ＵＬ以下であって下限値ＬＬ以上である値に維持される。
【００４７】
(5) しかし、利得Ｇｉｊが補正メモリ１０Ｍ上における許容低電力レンジ内と規定電力レンジ内との何れにも登録されていない場合には、以下の処理を行う。
(5-1) 図示されない周辺装置または通信ポートを介してその旨の通知（例えば、「電力増幅器３３や代替電力増幅器の交換の要求」と、「該当する状態（部分帯域）およびその状態に適した対象の必要性」とを示す。）を外部に出力する（図２ステップＳ９）。
(5-2) 利得Ｇｉｊとして、図３(b) の中央下部に示すように、給電路を介してアンテナに供給される送信波信号のレベルが規定の値（例えば、本発明が適用された通信系や伝送系の機能の確保が可能な値が可能な値であって、予め実測等により求められてもよい。）が求められ、利得制御部３８に設定される。
【００４８】
すなわち、電力増幅器３３の特性の劣化、またはその電力増幅器３３に代えて備えられた代替電力増幅器の特性のバラツキ等に起因して、所望の送信波信号のレベルが規制電力レンジより下回った場合であっても、検出器３４、平均電力検出部３７、利得制御部３８および前置増幅器３２を介して行われるその電力増幅器３３（または代替電力増幅器）の負帰還は安定に線形領域で行われ、かつ送信波信号のレベルは、最低限度の伝送品質による所望の通信の続行が可能な値に維持される。
【００４９】
また、本実施形態では、送信波信号のレベルが規定電力レンジ外となったことがこれらの通信系や伝送系の保守や運用に携わる要因に対して速やかに通知される。
したがって、本発明が適用された通信系や伝送系は、総合的な信頼性（可用性）が安価に高められ、かつ安定に維持される。
【００５０】
なお、本実施形態では、既述の変調方式Ｍｉは、ＡＰＳＫやＯＦＤＭのように、振幅成分が変調の対象となる変調方式に限定されず、例えば、以下に列記する何れの変調方式であってもよい。
(1) ＰＳＫ(Phase Shift Keying)
(2) ＦＳＫ(Frequency Phase Shift Keying)
(3) 信号空間上において原点に対する各信号点の距離が一通りのみであるＱＡＭ(Quadrature Amplitude Modulation)
【００５１】
したがって、本発明が適用された電力増幅器は、多様な変調方式に柔軟に整合した帰還路を介して行われる負帰還の下で、好適な利得が精度よく安定に維持される。
【００５２】
また、本実施形態では、電力増幅器３３は、必ずしも線形領域で作動する増幅器でなくてもよく、上記変調方式に適した増幅器であるならば、プリディストーション法その他の如何なる歪み補償技術が適用されて校正される増幅器であってもよい。
【００５３】
さらに、本発明は、既述の負帰還に基づいてＡＰＣ(自動パワーコントロール)が行われる電力増幅器３３に限定されず、例えば、負帰還に基づく位相特性や歪みの改善の対象となる多様な回路にも、同様に適用可能である。
【００５４】
また、本発明は、電力増幅器３３の交換に伴う特性の校正に限定されず、このような電力増幅器３３の特性の設定や確認と、その電力増幅器３３にかかわる所望の項目の監視との何れにも同様に適用可能である。
【００５５】
さらに、本実施形態では、前置増幅器３２は、必ずしも電力増幅器３３と別体ではなく、一体に構成されてもよい。
【００５６】
また、本実施形態では、既述の帰還路の特性は、電力増幅器３３の負帰還が所望の形態、精度、応答性で実現されるならば、必ずしも線形でなくてもよい。
【００５７】
さらに、本実施形態では、プロセッサ１０がテストモードに移行するきっかけは、電力増幅器３３の代替電力増幅器による代替に限定されず、如何なるイベントであってもよく、かつこのようなテストモードにおいて既述の通りにプロセッサ１０によって行われる処理の頻度は如何なるものであってもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、利得Ｇｉｊは、既述の手順に基づいてテストモードで補正メモリ１０Ｍに登録されていなくてもよく、例えば、電力増幅器３３の前段と後段とにおける通常モード時の送信波信号のレベルの格差に基づいてその電力増幅器３３の利得が実測され、その実測の結果に適した値として算出されてもよい。
【００５９】
さらに、本実施形態では、変調部３１に指定された変調方式が「特定変調方式」に該当するときに行われる換算により得られる既述のレベルＬｏｉｊは、例えば、平均電力検出部３７に併せて設けられたピーク検出部が計測する尖頭値で代替されてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、プロセッサ１０と、そのプロセッサ１０の配下で稼働する各部との間における機能分散の形態は、既述の処理に等価な作用・効果が達成されるならば、如何なるものであってもよい。
【００６１】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１０，３９  プロセッサ
１０Ｍ，３９Ｍ  補正メモリ
３１  変調部
３２  前置増幅器
３３  電力増幅器
３４  検出器
３５  切り替え部
３６  終端部
３７  平均電力検出部
３８  利得制御部
【図１】
2013012912.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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