(57)【要約】【課題】効率的なマルチチャネルＳＡＴＣＯＭのためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】アンテナ、ベースバンドモジュール、電力増幅器及び可変電源を備える無線システム。ベースバンドモジュールは、第１の信号をアンテナに出力し、計算された係数に基づいて第１の信号を予歪し、第２の信号を出力するように構成される。第２の信号は、第１の信号の１つ又は複数の特性に基づいて決定され、第２の信号は、第１の信号の１つ又は複数の特性に変化がある場合に出力される。電力増幅器は、ベースバンドモジュール及びアンテナに通信可能に結合され、予歪された信号を増幅するように構成される。可変電源は、電力増幅器及びベースバンドモジュールに通信可能に結合される。可変電源は、第２の信号を受信し、第２の信号に対応する可変ドレイン供給電圧を生成するように構成される。ドレイン供給電圧は電力増幅器に出力される。【選択図】図１
2016119664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ（１１０）と、
ベースバンドモジュール（１０２）であって、第１の信号を前記アンテナ（１１０）に出力するように構成され、計算された係数に基づいて前記第１の信号を予歪するように構成され、第２の信号を出力するように構成され、前記第２の信号は前記第１の信号の１つ又は複数の特性に基づいて決定され、前記第２の信号は前記第１の信号の前記１つ又は複数の特性に変化がある場合に出力される、ベースバンドモジュール（１０２）と、
前記ベースバンドモジュール（１０２）及び前記アンテナ（１１０）に通信可能に結合される電力増幅器（１０６）であって、前記予歪された信号を増幅するように構成される、電力増幅器（１０６）と、
前記電力増幅器（１０６）及び前記ベースバンドモジュール（１０２）に通信可能に結合される可変電源であって、前記第２の信号を受信し、前記第２の信号に対応する可変ドレイン供給電圧を生成するように構成され、前記ドレイン供給電圧が前記電力増幅器（１０６）に出力され、前記可変電源はＤＣ／ＤＣ変換器を含む、可変電源と
を備える、無線システム（１００）。
【請求項２】
前記第１の信号の前記１つ又は複数の特性は搬送波の数を含み、
前記システム（１００）の前記１つ又は複数の特性は、前記搬送波の変調方式をさらに含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
無線システム（１００）の効率を改善する方法であって、
計算された係数に基づいて第１のデジタル信号を予歪するステップ（４１０）であって、前記第１のデジタル信号の振幅は前記第１のデジタル信号の１つ又は複数の特性に対応する、ステップ（４１０）と、
前記予歪された第１のデジタル信号を予歪された第１のアナログ信号に変換するステップ（４１２）と、
前記第１のデジタル信号の振幅を測定するステップ（４０２）と、
前記第１のデジタル信号の前記１つ又は複数の特性に変化がある場合に第２のデジタル信号を生成するステップと、
前記第２のデジタル信号を第２のアナログ信号に変換するステップと、
前記第２のアナログ信号に基づいて、電力増幅器（１０６）に提供されるドレイン供給電圧を切り替えるステップ（４０８）と、
前記予歪された第１のアナログ信号を前記電力増幅器（１０６）によって増幅するステップ（４１４）と
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的電力供給及びデジタルプリディストーションによる効率的なマルチチャネルＳＡＴＣＯＭのためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[1]マルチチャネルＳＡＴＣＯＭは、高いスペクトル効率を提供する高いピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）の変調方式を有する、世界中に音声及び／又はデータ通信を提供するアビオニクス通信システムである。マルチチャネルＳＡＴＣＯＭは、通信のために１つから複数の独立した同時に存在するチャネルを提供するように構成される。任意の時点でのチャネル数は、サービスを必要とする同時に存在する音声及び／又はデータのユーザの数に基づく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
効率的なマルチチャネルＳＡＴＣＯＭのためのシステム及び方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[2]１つの実施形態では、無線システムが提供される。無線システムは、アンテナ、ベースバンドモジュール、電力増幅器及び可変電源を備える。ベースバンドモジュールは、第１の信号をアンテナに出力し、計算された係数に基づいて第１の信号を予歪（プリディストーション、前置補償、ｐｒｅ−ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）し、第２の信号を出力するように構成される。第２の信号は、第１の信号の１つ又は複数の特性に基づいて決定され、第１の信号の１つ又は複数の特性が変化する場合、第２の信号が出力される。電力増幅器は、ベースバンドモジュール及びアンテナに通信可能に結合され、予歪された信号を増幅するように構成される。可変電源は、電力増幅器及びベースバンドモジュールに通信可能に結合される。可変電源は、第２の信号を受信し、第２の信号に対応する可変ドレイン供給電圧を生成するように構成される。ドレイン供給電圧は電力増幅器に出力される。
【０００５】
[3]図面は例示的な実施形態を示すにすぎず、したがって範囲を限定するものと考えるべきではないとの理解のもと、例示的な実施形態が添付の図面を使用してさらに具体的かつ詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[4]本開示の１つの実施形態の無線システムを示すブロック図である。
【図２】[5]本開示の１つの実施形態による、ベースバンドモジュール及びその接続を示すブロック図である。
【図３】[6]本開示の１つの実施形態の電力増幅器に提供される異なるドレイン供給電圧についての効率対出力電力を示す例示的なグラフである。
【図４】[7]本開示の１つの実施形態による、無線システムの効率を増加させる方法を示すフローチャートである。
【０００７】
[8]一般的な方法にしたがって、様々な説明される特徴は、一定の縮尺で描かれず、例示的な実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[9]以下の詳細な説明において、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、図面には例として特定の例示的な実施形態が示される。しかし、他の実施形態を利用することができ、論理的、機械的及び電気的変更を行うことができることを理解すべきである。さらに、図面及び明細書に提示される方法は、個々のステップが実行され得る順序を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【０００９】
[10]現在のマルチチャネル無線機通信（例えば、ＳＡＴＣＯＭ）は、高い出力電力の波形を送信するために必要とされる。波形は一定のエンベロープ（振幅）を有さず、振幅が大きく変動することがあり、平均振幅に対する最大振幅の比は１０デシベル（ｄＢ）を超えることがある。無線機の高出力増幅器の平均出力電力は、少なくとも、波形のピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）に等しい量だけ、高出力増幅器の最大出力電力に対して下げなければならない。これは、最高出力電力要件を満たすために大量の電力を高出力増幅器に提供しなければならないことを意味する。例えば、３０ワット（Ｗ）の平均出力電力を有する１０ｄＢのＰＡＰＲを必要とするシステムは、高出力増幅器が３００Ｗを出力することができることを必要とするであろう。システムによって利用される変調が一定でないエンベロープであるとき、スペクトル放射マスク要件は歪みがあると満たすことができないので、電力増幅器はまた、波形を歪ませないようにするために、振幅の全範囲にわたって線形であるべきである。
【００１０】
[11]マルチチャネルＳＡＴＣＯＭ無線機の電力消費の大部分は、その高出力増幅器によるものである。その飽和レベルの近くで動作するとき、高出力増幅器は最も効率的である。高出力増幅器の飽和レベルは、増幅器がもはや固定の信号利得を維持できずに非線形となる場合である。したがって、変調が一定でないエンベロープであるとき、増幅器の動作平均出力電力を、できるだけ飽和に近いが、ＲＦ波形の振幅の任意の変化が飽和レベルに近い増幅器の非線形挙動によってクリップされるほど近くはないように設定するのが望ましい。従来のマルチチャネル無線機の高出力増幅器は一定の供給電圧で動作する。高出力増幅器の効率は、電子機器に供給されるＤＣ電力量に対する平均ＲＦ出力電力の比である。電子機器に供給されるが使用されないＤＣ電力は、熱として消費される。衛星が地球の表面上又はその付近のモバイルユーザからほぼ一定の距離で静止しているＳＡＴＣＯＭ用途について、所望の平均ＲＦ出力電力は搬送波の数に正比例し、電力増幅器が動作される必要のある飽和からの最小のバックオフ量は、最大数の搬送波で動作するときの波形のＰＡＰＲに等しい。したがって、搬送波の数が少ないほど、増幅器はより非効率的になり、熱として放散されるＤＣ供給電力はより多くなる。さらに、電力増幅器が多数の搬送波で動作するように設計されており、少数の搬送波で動作されるとき、平均ＲＦ出力電力は搬送波の数の減少に比例して減少し、結果として飽和からのバックオフが増加し、したがって、電力増幅器に供給されるＤＣ電力の使用がより一層非効率的になる。
【００１１】
[12]マルチチャネル無線機の従来の高出力増幅器は、一定の供給電圧で動作する。供給される電力に対する使用される電力の比が減少するので、低い出力電力を供給するとき、一定の供給電圧を有する高出力増幅器は非効率的である。非効率的な高出力増幅器は、大量の熱を生成し、電子機器のためにより高価な及び／又はかさばって重い冷却システムを必要とする。ＲＦ出力を生成するために、供給されるＤＣ電力をより効率的に利用するＲＦ高出力増幅器を提供するシステムが当分野において必要である。
【００１２】
[13]以下に説明する実施形態は、高効率のマルチチャネル無線機を動作させるためのシステム及び方法を提供する。搬送波の数が減少したときでも高出力増幅器の効率を高めるために、搬送波の数又は変調方式に変化がある場合、以下に説明する実施形態は、高出力増幅器へのドレイン供給電圧を変化させる。以下に説明する実施形態はまた、波形のピークが増幅器のコンプレッション点（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｐｏｉｎｔ）に近く、そのため増幅器がより効率的であるコンプレッションにより近い動作を可能にするときに、電力増幅器の非線形挙動を補償するために、送信前にデジタルプリディストーションを変調された信号に適用することを含む。
【００１３】
[14]図１は、例示的な無線システム１００の１つの実施形態のブロック図である。例示的な実施形態では、無線システム１００は、衛星通信（ＳＡＴＣＯＭ）無線機、超高周波（ＵＨＦ）無線機、又は超短波（ＶＨＦ）無線機として実施されるが、これらに限定されない。図１に示すように、無線システム１００は、マルチキャリア波形生成器１０１、ベースバンドモジュール１０２、無線周波数（ＲＦ）アップコンバータ１０４、高出力増幅器１０６、方向性結合器１０８、アンテナ１１０、ＲＦダウンコンバータ１１１、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１１２、及び直流／直流（ＤＣ／ＤＣ）変換器１１４を含む。図１は無線システムの送信機の機能を含むにすぎない。これは図面の簡略化のためであり、無線システム１００はまた、送信を受信するように構成されることを理解すべきである。
【００１４】
[15]図２は、本開示の１つの実施形態による例示的なベースバンドモジュール１０２及びその接続を示す。ベースバンドモジュール１０２は、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２と、デジタルプリディストーションモジュール２０６とを含む。いくつかの例示的な実施形態では、ＤＣ−ＤＣ変換器コントローラ２０２及びデジタルプリディストーションモジュール２０６は、処理装置によって実行されるコンピュータ実行可能命令を使用して実施される。他の例示的な実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２及びデジタルプリディストーションモジュール２０６は、デジタルハードウェア又はプログラム可能なハードウェア（例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ）で実施することができる。いくつかの例示的な実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２及びデジタルプリディストーションモジュール２０６は同じモジュールである。
【００１５】
[16]例示的な実施形態では、ベースバンドモジュール１０２は、ソフトウェアプログラム、ファームウェア、又は本明細書に記載の様々な方法、処理タスク、計算及び制御機能を実行するための他のコンピュータ読み取り可能な命令を含むか又はこれらにより機能する。これらの命令は、通常、コンピュータ読み取り可能な命令又はデータ構造を記憶するために使用される任意の適切なコンピュータ読み取り可能な媒体に格納される。コンピュータ読み取り可能な媒体は、汎用又は専用コンピュータもしくはプロセッサ、又は任意のプログラム可能な論理デバイスによってアクセスできる任意の利用可能な媒体として実施することができる。適切なプロセッサ読み取り可能な媒体は、磁気媒体又は光学媒体のような記憶媒体又はメモリ媒体を含むことができる。例えば、記憶媒体又はメモリ媒体は、従来のハードディスク、コンパクトディスク−読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）（同期ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、ダブルデータレート（ＤＤＲ）ＲＡＭ、ＲＡＭＢＵＳダイナミックＲＡＭ（ＲＤＲＡＭ）、スタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）などを含むがこれらに限定されない）などの揮発性又は不揮発性の媒体、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリなどを含んでもよい。適切なプロセッサ読み取り可能な媒体はまた、ネットワーク及び／又は無線リンクなどの通信媒体を介して搬送される、電気信号、電磁信号又はデジタル信号などの伝送媒体を含むことができる。
【００１６】
[17]ベースバンドモジュール１０２は、マルチキャリア波形生成器１０１からの通信のために複数の搬送波信号を受信するように構成される。ベースバンドモジュール１０２は、マルチキャリア波形生成器１０１から生成されたマルチキャリア信号を受信し、放送のためにアンテナ１１０への第１の通信経路に沿って送信される第１のデジタル信号を生成する。ベースバンドモジュール１０２は各搬送波の変調を行う。例示的な実施形態では、ベースバンドモジュール１０２は、当業者に知られた技術を使用して受信された信号を変調するように構成される。
【００１７】
[18]例示的な実施形態では、ベースバンドモジュール１０２は、変調された第１のデジタル信号を第１のアナログ信号に変換するデジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）を含む。他の例示的な実施形態では、ＤＡＣは、ベースバンドモジュール１０２に通信可能に結合されるＲＦアップコンバータ１０４に含まれる。例示的な実施形態では、第１のアナログ信号は、ＲＦアップコンバータ１０４において、ベースバンド又は中間周波数から無線周波数へとアップコンバートされる。第１のアナログ信号はアンテナ１０６を介して放射される。
【００１８】
[19]ベースバンドモジュール１０２はまた、スペクトル放射マスク要件（ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ  ｍａｓｋ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ）を満たすことができることを確実にするために、デジタルプリディストーションモジュール２０６を含む。デジタルプリディストーションは、高出力増幅器１０６の非線形挙動を補償する線形化技術である。デジタルプリディストーションモジュール２０６は、高出力増幅器１０６によって導入される歪みとは反対の方法で、多項式関数などの数学関数を変調信号に適用するときに、計算された係数を使用する。いくつかの例示的な実施形態では、デジタルプリディストーションモジュールは、１秒に一度、１分に一度、１時間に一度等であってもよいがこれらに限定されない設定期間の後、新しい／更新された係数を生成する。
【００１９】
[20]新しい／更新された係数を生成するために、高出力増幅器１０６の出力信号は、方向性結合器１０８及びＲＦダウンコンバータ１１１を含むフィードバックループを介してベースバンドモジュール１０２のデジタルプリディストーションモジュール２０６へ送信される。ＲＦダウンコンバータは、高出力増幅器１０６の出力からのＲＦアナログ信号をベースバンド又は中間周波数へとダウンコンバートする。例示的な実施形態では、ＲＦダウンコンバータ１１１は、高出力増幅器１０６からのアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）を含む。他の例示的な実施形態では、ＡＤＣはベースバンドモジュール１０２に含まれる。デジタルプリディストーションモジュール２０６は、高出力増幅器１０６の出力信号に基づいてフィードバックデータを算出する。例示的な実施形態では、フィードバックデータは、高出力増幅器１０６の出力信号と変調された信号との間の差を表す誤差信号を含む。デジタルプリディストーションモジュール２０６は、その後、フィードバックデータに基づいて新しい／更新された係数を計算し、当該係数は数学関数に適用される。
【００２０】
[21]デジタルプリディストーションモジュール２０６を含むことにより、高出力増幅器１０６は、振幅の範囲にわたって、その飽和レベルのより近くで動作させることができる。電力増幅器は、飽和レベルの近くで動作するときには特に、信号に歪みを導入する。しかし、この歪みはデジタルプリディストーションを用いて補正されるので、厳しいスペクトル放射マスク要件を満たすことができる。この技術は、電力増幅器が使用されるすべての用途に恩恵をもたらすものではない。具体的には、デジタルプリディストーションは、システムの電力要件がデジタルプリディストーションを実施するために必要とされるものよりも小さいシステムに対しては利益をもたらさない。本明細書に記載の実施形態では、無線システムの電力消費はディジタルプリディストーションを実施するのに必要な量を超えるので、恩恵がもたらされる。
【００２１】
[22]ベースバンドモジュール１０２から第２の通信経路は、高出力増幅器１０６に供給されるドレイン供給電圧を変化させるために利用される。ドレイン供給電圧を変化させることにより、無線システム１００の高出力増幅器１０６は、振幅の全範囲にわたって、その飽和レベルのより近くで動作され、無線システム１００の効率を向上させる。ベースバンドモジュール１０２のＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２は、信号を生成し、第２の通信経路に沿って当該信号をＤＡＣ１１２に送信する。例示的な実施形態において、無線システムのための搬送波の数や搬送波の変調方式に変更があったとき、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２はＤＡＣ１１２に信号を送信する。ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２は、搬送波の数又は変調方式に変化があるときを検出する。搬送波の数や変調方式に変化があるとき、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２は、マルチキャリア波形生成器１０１によって供給される波形の振幅を測定する。波形の振幅は、搬送波の数及び搬送波のＰＡＰＲに比例する。信号の測定された振幅に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２は、特定のドレイン供給電圧がＤＣ／ＤＣ変換器１１４から高出力増幅器１０６に供給されるように、ＤＡＣ１１２に送信される必要な信号レベルを決定する。高出力増幅器に必要なドレイン供給電圧は、波形の搬送波の量及び搬送波のためのピーク対平均電力比（ＰＡＰＲ）に比例する。したがって、無線システム１００を用いた搬送波の数又は搬送波のＰＡＰＲ要件が減少するとき、高出力増幅器に必要なドレイン供給電圧は低下する。
【００２２】
[23]いくつかの例示的な実施形態では、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２は、ルックアップテーブルを使用して、ＤＡＣ１１２に送信する必要な信号レベルを決定する。いくつかのこのような例示的な実施形態では、ルックアップテーブルは、搬送波の数及び変調方式の異なる組み合わせについての最大効率のためにシステムを較正することによって作成される。異なる組み合わせは、高出力増幅器１０６の出力電力の異なるレベルに対応する。ルックアップテーブルは、例示的な図３に示されたものと同様のデータから作成することができる。図３における値は例としてのみ提示されたものであり、限定のために提示されたものではないことを理解すべきである。例えば、４０ｄＢｍ（１０Ｗ）の出力電力について、最高の効率は、１１Ｖのドレイン供給電圧を使用して達成される。ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２からの必要な信号レベルは、ＤＡＣ１１２及びＤＣ／ＤＣ変換器１１４の特性に応じて調整することができる。いくつかの例示的な実施形態では、ルックアップテーブルは、無線システム１００のための搬送波の数及び搬送波のＰＡＰＲのすべての並べ替え（ｐｅｒｍｕｔａｔｉｏｎｓ）について、ＤＡＣ１１２に送られるべき必要な信号レベルを含む。
【００２３】
[24]他の例示的な実施形態では、ルックアップテーブルが使用されず、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２は、方程式を使用して、ＤＡＣ１１２に送信する必要な信号レベルを計算する。その式は、特定の高出力増幅器について実験データに適合するように導出される。実験データは、ルックアップテーブルに関して説明したのと同様の方法で得られる。例示的な実験データは図３に示される。式の入力変数は搬送波数及びＰＡＰＲである。
【００２４】
[25]ＤＡＣ１１２は、ＤＣ／ＤＣ変換器コントローラ２０２から必要な信号レベルを受信し、ベースバンドモジュール１０２によって送信された信号に基づいて必要なアナログ基準電圧を生成する。ＤＡＣ１１２は当該アナログ基準電圧をＤＣ／ＤＣ変換器１１４に送る。一例では、ＤＡＣ１１２は低速ＤＡＣである。
【００２５】
[26]ＤＣ／ＤＣ変換器１１４は、ＤＡＣ１１２からアナログ基準電圧を受けとる。いくつかの例示的な実施形態において、ＤＣ／ＤＣ変換器１１４は非反転バックブースト（ｂｕｃｋ−ｂｏｏｓｔ）変換器である。ＤＣ／ＤＣ変換器１１４はまた、外部ソースから入力電圧（ＶＤＣ）を受け取る。いくつかの例示的な実施形態では、入力電圧はバッテリによって提供される。他の例示的な実施形態では、入力電圧は、航空機からの１１５ボルトのＡＣ電力をＤＣ電力に変換するように構成された変換器によって提供される。ＤＣ／ＤＣ変換器１１４は、ＤＡＣ１１２によって供給されるアナログ基準電圧に基づいて、ドレイン供給電圧を高出力増幅器１０６に出力するように構成される。アナログ基準電圧は、特定の搬送波数及び変調方式に対応する。いくつかの例示的な実施形態では、ドレイン供給電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器１１４によって受け取られる外部ソースからの入力電圧よりも大きい。他の例示的な実施形態において、ドレイン供給電圧は、ＤＣ／ＤＣ変換器１１４によって受け取られる外部ソースからの入力電圧よりも小さい。
【００２６】
[27]上述したように、特定のドレイン供給電圧が選択され、そのため、高出力増幅器１０６は、振幅の全範囲にわたってその飽和レベルの近くで動作し、より効率的になる。これは、高出力増幅器１０６により出力される電力が低い場合に特に当てはまる。従来の一定の供給電圧の電力増幅器は、供給される電力の多くが使用されないため、低電力出力のためには非効率である。しかし、システム１００について、高出力増幅器１０６へのドレイン供給電圧は、可変であり、任意の電力出力に対して電力増幅器１０６の効率を最適化するように調整される。
【００２７】
[28]無線システム１００のさらなる部分もまた、効率に影響を与えてもよい（例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器）。ＤＣ／ＤＣ変換器１１４で失われる電力量は、スイッチングによる電力損失及び伝導に起因する電力損失の合計に等しい。スイッチングによる電力損失は、スイッチング周波数に比例し、負荷電流とは無関係である。伝導による電力損失は負荷電流に比例する。ドレイン供給電圧が高頻度で更新される場合、スイッチングによる電力損失が増加する。エンベロープ追跡に基づくシステムでは、ドレイン供給電圧は非常に高いレートで更新される。しかし、無線システム１００などの搬送波数又は変調方式に変化があるときにスイッチするシステムでは、ドレイン供給電圧はもっと低いレートで更新される。この遅いスイッチングにより、ＤＣ／ＤＣ変換器１１４及び無線システム１００の効率が向上する。
【００２８】
[29]図４は、無線システムの効率を向上させるための例示的な方法４００の１つの実施形態を示すフローチャートである。方法４００は、上述した無線システム１００において実施することができる。方法４００は連続した方式で説明されるが、個々の動作が異なる順序で又は他の動作と並行して実行されてもよいことを理解すべきである。
【００２９】
[30]ブロック４０１において、搬送波の数又は搬送波の変調方式に変化があるか否かが判定される。ブロック４０２で、生成されたマルチキャリア信号の振幅が測定される。生成されたマルチキャリア信号の振幅は、搬送波の数及びそれらの搬送波の変調方式に比例する。いくつかの例示的な実施形態では、搬送波の数又は搬送波の変調方式のいずれかに変化がある場合、ベースバンドモジュールは、生成されたマルチキャリア信号の振幅を測定する。
【００３０】
[31]ブロック４０４において、第１のデジタル信号がベースバンドモジュールによって出力され、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）に提供される。第１のデジタル信号は、生成された信号の測定された振幅に対応する。第１のデジタル信号はまた、高出力増幅器に供給されるべき所望のドレイン供給電圧に対応する。いくつかの例示的な実施形態では、第１のデジタル信号はルックアップテーブルを用いて決定される。他の例示的な実施形態では、第１のデジタル信号は式を用いて決定される。搬送波の数又は搬送波の変調方式のいずれかに変化があるとき、第１のデジタル信号は、ベースバンドモジュールによって出力又は提供される。例示的な実施形態では、第１のデジタル信号は、高出力増幅器の効率を最大化するように選択される。
【００３１】
[32]ブロック４０６において、第１のデジタル信号は、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）によってアナログ基準電圧信号に変換され、ＤＣ／ＤＣ変換器に出力される。アナログ基準電圧は、第１のデジタル信号及び高出力増幅器に供給されるべきドレイン供給電圧に対応する。
【００３２】
[33]ブロック４０８において、ドレイン供給電圧は、ＤＡＣから受信されたアナログ基準電圧信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換器によって出力され、高出力増幅器に提供される。ＤＣ／ＤＣ変換器によって提供されるドレイン供給電圧は可変であり、アナログ基準電圧信号によって示される搬送波の数及び搬送波の変調方式に依存する。
【００３３】
[34]ブロック４１０において、ベースバンドモジュールは、アンテナを介して送信するために、生成されたマルチキャリア信号を予め歪ませる。例示的な実施形態では、生成されたマルチキャリア信号は、デジタル信号であり、ベースバンドモジュールにおいて計算される係数に基づいて予歪される。
【００３４】
[35]ブロック４１２において、生成されたマルチキャリア信号はアナログ信号に変換される。例示的な実施形態では、アナログ信号はまた、増幅の前に、ベースバンド又は中間周波数から無線周波数へアップコンバートされてもよい。
【００３５】
[36]ブロック４１４において、アナログ信号は高出力増幅器によって増幅される。例示的な実施形態では、高出力増幅器はその飽和レベル近くで動作する。したがって、アナログ信号の増幅により、増幅されたアナログ信号に歪みが導入される。例示的な実施形態では、高出力増幅器からの歪みは、ベースバンドモジュールにおいて行われるプリディストーションによって相殺される。
【００３６】
[37]ブロック４１６において、フィードバックデータが、高出力増幅器の出力であるフィードバック信号に基づいて、ベースバンドモジュールにおいて計算される。例示的な実施形態では、フィードバック信号は、高出力増幅器の出力のサンプルを含む。いくつかの例示的な実施形態では、高出力増幅器の出力は、ダウンコンバートされ、第３のデジタル信号に変換される。フィードバックデータに対応する第３のデジタル信号は、第２のデジタル信号と比較されて、これら２つのデジタル信号の間の差又は誤差が決定される。例示的な実施形態では、第２のデジタル信号及び第３のデジタル信号の間に差又は誤差が見られるとき、ベースバンドモジュールは、プリディストーションのための新しい係数を計算する。
【００３７】
[38]上記のシステム及び方法は、より効率的な無線システムを生成するために、可変ドレイン供給電圧及びデジタルプリディストーションを利用する。上記のシステム及び方法は、従来の実装と比較した場合、低い出力電力要件に対して無線システムの効率を高めるために特に有利である。振幅の範囲にわたって飽和レベル近くで動作するので、高出力増幅器はより効率的である。飽和レベル付近で動作する高出力増幅器により生じる通常の歪みは、デジタルプリディストーションを使用することによって補償される。デジタルプリディストーションの使用は、無線システムが、高出力増幅器の効率を高めながら厳しいスペクトル放射マスク要件を満たすことを可能にする。
【００３８】
[39]上記のシステム及び方法における低速のスイッチングもまた、より高いレベルの効率を提供する。生成される信号の振幅を常に追跡するシステムは、非常に高速で切り替わり、熱損失を介して非効率性を引き起こす。搬送波の数又は搬送波の変調に変化があるとき、上記のシステム及び方法はドレイン供給電圧を切り替える。これにより、スイッチングの速度ははるかに遅くなり、ＤＡＣ及びＤＣ／ＤＣ変換器の非効率性を低減する。
例示的な実施形態
[40]例１は、無線システムを含み、当該無線システムは、アンテナ、ベースバンドモジュールを備え、ベースバンドモジュールは、第１の信号をアンテナに出力するように構成され、ベースバンドモジュールは、計算された係数に基づいて第１の信号を予歪するように構成され、ベースバンドモジュールは第２の信号を出力するように構成され、第２の信号は、第１の信号の１つ又は複数の特性に基づいて決定され、第２の信号は、第１の信号の１つ又は複数の特性に変化がある場合に出力され、無線システムはさらに、ベースバンドモジュール及びアンテナに通信可能に結合されて予歪された信号を増幅するように構成される電力増幅器と、電力増幅器及びベースバンドモジュールに通信可能に結合された可変電源であって、第２の信号を受信し、第２の信号に対応する可変ドレイン供給電圧を生成するように構成され、ドレイン供給電圧が電力増幅器に出力され、ＤＣ／ＤＣ変換器を含む、可変電源とを備える。
【００３９】
[41]例２は、例１の回路を含み、第１の信号の１つ又は複数の特性は搬送波の数を含む。
[42]例３は、例１〜２のいずれかの回路を含み、システムの１つ又は複数の特性は、搬送波の変調方式をさらに含む。
【００４０】
[43]例４は、例１〜３のいずれかのシステムを含み、第２の信号はルックアップテーブルを用いて決定され、ルックアップテーブルは、第１の信号の１つ又は複数の特性と、第１の信号の１つ又は複数の特性に対応する第２の信号の信号レベルとに関する情報を含む。
【００４１】
[44]例５は、例１〜４のいずれかのシステムを含み、第２の信号は、第１の信号の１つ又は複数の特性に基づいて計算される。
[45]例６は、例１〜５のいずれかのシステムを含み、ドレイン供給電圧出力は、電力増幅器が第１の信号の振幅の範囲にわたって電力増幅器の飽和レベル近くで動作されるような値に対応する。
【００４２】
[46]例７は、例１〜６のいずれかのシステムを含み、ＤＣ／ＤＣ変換器は非反転バックブースト変換器である。
[47]例８は、例１〜７のいずれかのシステムを含み、ベースバンドモジュールは、電力増幅器からのフィードバック信号を受信するように構成され、フィードバック信号は電力増幅器の出力のサンプルであり、ベースバンドモジュールは、フィードバック信号に基づいて更新された計算された係数を計算するように構成される。
【００４３】
[48]例９は、例８のシステムを含み、ベースバンドモジュールにより出力された予歪された第１の信号をベースバンド又は中間周波数から無線周波数に変換するように構成されたアップコンバータと、電力増幅器からのフィードバック信号を無線周波数からベースバンド又は中間周波数に変換するように構成されたダウンコンバータとをさらに備える。
【００４４】
[49]例１０は、例１〜９のいずれかのシステムを含み、無線システムは、衛星通信無線機、超短波無線機又は超高周波無線機のうちの１つを含む。
[50]例１１は、無線システムの効率を改善する方法を含み、当該方法は、計算された係数に基づいて第１のデジタル信号を予歪するステップであって、第１のデジタル信号の振幅は第１のデジタル信号の１つ又は複数の特性に対応する、ステップと、予歪された第１のデジタル信号を予歪された第１のアナログ信号に変換するステップと、第１のデジタル信号の振幅を測定するステップと、第１のデジタル信号の１つ又は複数の特性に変化がある場合に第２のデジタル信号を生成するステップと、第２のデジタル信号を第２のアナログ信号に変換するステップと、第２のアナログ信号に基づいて、電力増幅器に提供されるドレイン供給電圧を切り替えるステップと、予歪された第１のアナログ信号を電力増幅器によって増幅するステップとを含む。
【００４５】
[51]例１２は、例１１の方法を含み、電力増幅器の出力のサンプルを含むフィードバック信号に基づいてフィードバックデータを計算するステップをさらに含む。
[52]例１３は、例１２の方法を含み、計算された係数をフィードバックデータに基づいて再計算するステップをさらに含む。
【００４６】
[53]例１４は、例１１〜１３のいずれかの方法を含み、第２のデジタル信号を生成するステップはルックアップテーブルを使用するステップを含み、ルックアップテーブルは、第１のデジタル信号の１つ又は複数の特性及び第１のデジタル信号の１つ又は複数の特性に対応する第２のデジタル信号の信号レベルに関する情報を含む。
【００４７】
[54]例１５は、例１１〜１４のいずれかの方法を含み、第２のデジタル信号を生成するステップは、第１のデジタル信号の１つ又は複数の特性に基づいて第２のデジタル信号の信号レベルを計算するステップを含む。
【００４８】
[55]例１６は、プログラム命令が具現化された非一時的プロセッサ読み取り可能な媒体を備えるプログラム製品を含み、当該プログラム命令は、少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサによって実行されると、当該少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサに、複数の搬送波からデータを受け取らせ、第１のデジタルデータ信号を変調させ、計算された係数に基づいて変調された第１のデジタルデータ信号を予歪させ、第１のデジタルデータ信号を電力増幅器へと出力させ、第１のデジタルデータ信号の振幅を測定させ、第１のデジタルデータ信号に関連付けられる搬送波の数及び搬送波の変調を決定させ、搬送波の数及び搬送波の変調に基づいて第２のデジタルデータ信号を生成させ、第２のデジタルデータ信号は搬送波の数又は搬送波の変調に変化があるときに生成され、デジタル／アナログ変換器及びＤＣ／ＤＣ変換器を介して第２のデジタルデータ信号を電力増幅器に出力させるように構成される。
【００４９】
[56]例１７は、例１６の非一時的コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、プログラム命令は、少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサに、電力増幅器の出力のサンプルを含むフィードバック信号を受信させ、フィードバック信号に基づいて計算された係数を再計算させるようにさらに構成される。
【００５０】
[57]例１８は、例１６〜１７のいずれかの非一時的コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、プログラム命令は、少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサに、ルックアップテーブルを用いて第２のデジタルデータ信号を生成させるようにさらに構成され、ルックアップテーブルは、搬送波の数、搬送波の変調、並びに、搬送波の数及び搬送波の変調に対応する第２のデジタル信号の信号レベルに関する情報を含む。
【００５１】
[58]例１９は、例１６〜１８のいずれかの非一時的コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、プログラム命令は、少なくとも１つのプログラム可能なプロセッサに、搬送波の数及び搬送波の変調に基づいて第２のデジタルデータ信号を計算させるようにさらに構成される。
【００５２】
[59]例２０は、例１６〜１９のいずれかの非一時的コンピュータ読み取り可能な媒体を含み、生成された第２のデジタルデータ信号は、変調された第１のデジタル信号の振幅の範囲にわたって電力増幅器をその飽和レベルの近くで動作させる、電力増幅器のドレイン供給電圧に対応する。
【００５３】
[60]本明細書において特定の実施形態が示されて説明されたが、同じ目的を達成するためになされる任意の構成を示された特定の実施形態の代わりに用いてもよいことが当業者により理解されよう。したがって、本発明が特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2016119664000001.pdf