JP2006279275A - 携帯電話機、電圧切替制御方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＡに供給する電圧の供給切り替え制御においてばたつきが生じることなく、従来よりＰＡに供給するローモード時の電圧を下げることを実現した携帯電話機を提供する。
【解決手段】ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が、ＰＡ１６に電圧Ｃを供給している間に、制御部５が、所望の送信電力レベルが一定期間、閾値Ｅ以下となるように、ＶＧＡ１５の利得を制御した時（指示線４１が示す時点）、ＰＡ１６への供給電圧をＣからＦに切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が、ＰＡ１６に電圧Ｄを供給している間に、制御部５が、所望の送信電力レベルが閾値Ｅを超えるように、ＶＧＡ１５の利得を制御した時（指示線４２が示す時点）、ＰＡ１６への供給電圧をＦからＣに切り替える制御を行う。
【選択図】 図４

Description

本発明は、携帯電話機の消費電力を低減する技術に関し、特に送信用のパワーアンプ（Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、「ＰＡ」と言う。）に電圧を供給する制御に関する。

携帯電話機の消費電力低減を目的として、下記の特許文献１には、可変利得アンプ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｇａｉｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、以下、「ＶＧＡ」と言う。）の利得とＰＡに供給するバイアス電圧との組み合わせを、ｎ個（ｎ＞２）の送信電力レベルと対応付けて記憶しておき、所望の送信電力レベルで信号を送出する際に、記憶した利得およびバイアス電圧の組合わせの中から最適なものを１つ選択して、ＶＧＡとＰＡを制御する発明が開示されている。

また、ＩＭＴ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｍｏｂｉｌｅ Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）２０００方式の携帯電話機では、所望の送信電力レベルの大きさに応じて、ＰＡに供給する電圧をハイモード、ローモードの２段階で切り替えて、ＰＡの消費電力の低減を図っているものがある。
一般的に、ＩＭＴ２０００方式の携帯電話システムでは、基地局装置が、管轄エリア内に存在する携帯電話機からの上り信号の受信電力レベルを測定して、携帯電話機が適切な送信電力レベルで上り信号を送信するように、送信電力レベルの上げ下げを指示する情報である送信電力制御信号を当該携帯電話機に送っている。

基地局装置から送信電力制御信号を受信した携帯電話機は、その信号が示す指示に基づいて、所望の送信電力レベルの送信信号を出力するように、ＶＧＡとＰＡを制御する。
図６の上段のグラフは、縦軸が送信電力制御信号によって指示される所望の送信電力レベルの大きさを示し、横軸が時間を示すグラフである。下段のグラフは、縦軸がＰＡに供給する電圧の大きさを示し、横軸が時間を示すグラフである。

これらのグラフは、上段グラフに示す所望の送信電力レベルが、閾値Ｂ以下となる時点、或いは閾値Ａを超える時点で、ＰＡに供給する電圧を切り替える制御を行うことを示している。
なお、図６に示す閾値Ａ、Ｂは、３ｄＢｍ程度の間隔を隔てて設定されており、いわゆる、ヒステリシス特性を持たせている。閾値にヒステリシス特性を持たせることで、閾値付近の送信電力レベルの上下によって電圧の切り替え制御にばたつきが生じるのを抑えることができる。

また、閾値Ａ、Ｂと、ＰＡに供給するハイモード及びローモードそれぞれの電圧の大きさは、仕様で決められているＡＣＬＲ（Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｌｅａｋａｇｅ ｐｏｗｅｒ Ｒａｔｉｏ：隣接チャネル漏洩電力比）を満たすように設定されている。
一般的にＡＣＬＲは、送信電力レベルの大きさと、電圧の大きさにそれぞれ影響を受ける特性であり、送信電力レベルが大きくなる程、且つＰＡに対する引加電圧が小さくなる程、ＡＣＬＲは悪化する傾向がある。

ここで、図６を用いてＰＡに供給する電圧の切り替え制御の動作を説明する。
携帯電話機が、基地局装置から送られてくる送信電力制御信号に基づいて、所望の送信電力レベルの大きさが閾値Ｂ以下となるようにＶＧＡの利得を制御する時（図６の指示線６１が示す時点）、ＰＡに供給する電圧を、電圧Ｃ（ハイモード）から電圧Ｄ（ローモード）に切り替える制御を行う。

また、携帯電話機が、基地局装置から送られてくる送信電力制御信号に基づいて、所望の送信電力レベルの大きさが閾値Ａを超えるように制御する際（図６の指示線６３が示す時点）、ＰＡに供給する電圧を、電圧Ｄ（ローモード）から電圧Ｃ（ハイモード）に切り替える制御を行う。
特開２００４−４８７９７号公報

ところで、上述のようにヒステリシス特性を持たせるべく、２つの閾値Ａ、Ｂを設定した携帯電話機では、仕様で決められているＡＣＬＲを満たすために、閾値Ａが示す送信電力レベルの大きさとの関係でローモード時に供給する電圧の大きさを決定していたので、１つの閾値で電圧の切り替え制御をする場合に比べると、ローモード時に供給する電圧が高めに設定されていた。

そこで、本発明は、１つの閾値でＰＡに供給する電圧の切り替え制御を行うことで、ＰＡに供給するローモード時の電圧を従来より下げることを実現しつつ、電圧の供給切り替え制御においてばたつきが生じないようにした携帯電話機、電圧切替制御方法、プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る携帯電話機は、送信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段に第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧とを供給する供給手段と、自機から所望の送信電力レベルの送信信号が出力されるように、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、前記利得制御手段によって、一定期間、送信電力レベルが所定の閾値以下となるように増幅手段の利得が制御された時点で、前記供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第１電圧から第２電圧に切り替えさせ、前記利得制御手段によって、送信電力レベルが前記閾値を超えるように増幅手段の利得が制御された時点で、供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に切り替えさせる電圧切替制御手段とを備えることを特徴とする。

ここで、増幅手段は、可変利得アンプと、可変利得アンプから出力された信号を入力とし、その信号を増幅して出力するパワーアンプとを含み、前記利得制御手段は、可変利得アンプの利得を制御し、前記電圧切替制御手段は、パワーアンプに供給する電圧の切り替えを制御するとしてもよい。
また、本発明に係る電圧切替制御方法は、送信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段に第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧とを供給する供給手段と、自機から所望の送信電力レベルの送信信号が出力されるように、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えた携帯電話機に用いられる電圧切替制御方法であって、前記利得制御手段によって、一定期間、送信電力レベルが所定の閾値以下となるように増幅手段の利得が制御された時点で、前記供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第１電圧から第２電圧に切り替えさせるステップと、前記利得制御手段によって、送信電力レベルが前記閾値を超えるように増幅手段の利得が制御された時点で、供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に切り替えさせるステップとを含むことを特徴とする。

また、本発明に係るプログラムは、送信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段に第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧とを供給する供給手段と、自機から所望の送信電力レベルの送信信号が出力されるように、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えた携帯電話機に電圧切替制御処理を実行させるプログラムであって、前記電圧切替制御処理は、前記利得制御手段によって、一定期間、送信電力レベルが所定の閾値以下となるように増幅手段の利得が制御された時点で、前記供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第１電圧から第２電圧に切り替えさせるステップと、前記利得制御手段によって、送信電力レベルが前記閾値を超えるように増幅手段の利得が制御された時点で、供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に切り替えさせるステップとを含むことを特徴とする。

上記構成の携帯電話機は、増幅手段に供給する電圧の供給切り替え制御において、ばたつきが生じることなく、ローモード時にＰＡに供給する電圧を従来より下げることができるので、消費電力の削減を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を用いて説明する。
＜携帯電話システム１＞
図１は、携帯電話システム１の概要を示す図である。
携帯電話システム１は、ＩＭＴ２０００方式の携帯電話システムであり、基地局装置２、携帯電話機３、４から成る。なお、携帯電話機は、２機に限らず、基地局装置２が収容可能な数であれば、いくつであってもよい。

基地局装置２は、管轄エリア内に存在する携帯電話機３、４からの各上り信号の受信電力レベルを測定して、携帯電話機３、４がそれぞれ、適切な送信電力レベルで上り信号を送信するように、送信電力レベルの上げ下げを１〜数ｄＢｍ単位で指示する送信電力制御信号をそれぞれの携帯電話機に送っている。
携帯電話機３、４は、それぞれが受信した送信電力制御信号が示す指示に基づいて、所望の送信電力レベルの送信信号を出力するように、ＶＧＡとＰＡを制御する。
＜携帯電話機４＞
携帯電話機３、４は、いずれも同じ機能構成を有しており、代表として、携帯電話機４の機能構成について説明する。

図２は、携帯電話機４の機能構成を示す図である。
携帯電話機４は、制御部５、記憶部６、送信部７、デュプレクサ８、アンテナ９、受信部１０、バッテリー１１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２等を備える。
携帯電話機４は、一般的なＩＭＴ２０００方式の携帯電話機が備えている機能部を、同様に備えているが、発明を説明する上で特に必要のない機能部については、図示及び説明を省略する。

制御部５は、記憶部６に記憶されている制御プログラムに従って、各種機能部の制御を行い、送信用のベースバンド信号を生成する機能を有する。生成された送信用のベースバンド信号は、送信部７に送られる。
送信部７は、変調部１４、ＶＧＡ１５、ＰＡ１６、ＣＰＬ（方向性結合器）１７、アイソレータ１８を含む。

変調部１４は、制御部５から送られてきたベースバンド信号を直交変調する機能を有する。
変調部１４によって直交変調された信号は、ＶＧＡ１５に送られる。
ＶＧＡ１５は、制御部５からの利得制御指示に基づいて利得を調整して、変調部１４から入力された、直交変調された信号を増幅する機能を有する。

ＶＧＡ１５で増幅された信号は、ＰＡ１６に送られる。
ＰＡ１６は、ＶＧＡ１５によって増幅された信号を入力とし、所望の送信電力レベルまで増幅する機能を有する。ＰＡ１６には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２から、バイアス用の電圧供給を受けている。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、制御部５からの指示に基づいて、バッテリー１１から供給される電圧Ｃを、そのままスルーさせてＰＡ１６に供給するか、若しくは電圧Ｃより低い電圧である電圧Ｆに変換してＰＡ１６に供給する機能を有する。

ＰＡ１６によって増幅された信号は、ＣＰＬ１７、アイソレータ１８及びデュプレクサ８を介してアンテナ９に供給され、アンテナ９から電波として空中に放射される。
一方、アンテナ９が受信した受信信号は、デュプレクサ８を介して、受信部１０に送られる。
受信部１０は、受信信号を増幅、復調する機能を有し、復調された受信信号（ベースバンド信号）を、制御部５に送る。

復調された受信信号（ベースバンド信号）には、送信電力レベルを１ｄＢｍ上げる、又は下げるといった指示を示す送信電力制御信号が含まれている。
制御部５は、その送信電力制御信号が示す指示に基づいて、所望の送信電力レベルの信号が出力されるように、ＶＧＡ１５の利得制御と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２がＰＡ１６に供給する電圧の切り替え制御とを行う。

携帯電話機４は、所望の送信電力レベルと、その送信電力レベルにするために必要なＶＧＡ１５の利得とを対応付けたテーブルを記憶部６に記憶しており、例えば、現在の送信電力レベルが１５ｄＢｍであって、これに対して、１ｄＢｍ上げるような送信電力制御信号が送られてくるとすると、テーブルを参照して、ＶＧＡ１５の利得を、送信電力レベルを１６ｄＢｍにするのに必要な利得に変化させる制御を行う。
＜動作＞
次に、図３及び図４を用いて、携帯電話機４のＰＡ１６に供給する電圧の切り替え制御について説明する。

図３は、電圧の切り替え制御を説明するために用いるフロー図であり、図４は、ＰＡに供給する電圧を切り替えるタイミングを説明するために用いるグラフ図である。なお、上述したように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、ＰＡ１６に、バッテリー１１の電圧をそのままスルーさせた電圧である電圧Ｃと、電圧Ｃより低い電圧Ｆのどちらかを切り替えて供給する。

まず、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が、制御部５の制御の下で、ＰＡ１６に電圧Ｃを供給している間（ステップＳ１：ＹＥＳ）に、制御部５が、所望の送信電力レベルが一定期間、閾値Ｅ以下となるように、ＶＧＡ１５の利得を制御した時、すなわち図４に示す指示線４１の時点から一定期間経過した時点で（ステップＳ２：ＹＥＳ）、ＰＡ１６への供給電圧をＣからＦに切り替える制御を行う（ステップＳ３）。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２が、制御部５の制御の下で、ＰＡ１６に電圧Ｄを供給している間（ステップＳ１：ＮＯ）に、制御部５が、所望の送信電力レベルが閾値Ｅを超えるように、ＶＧＡ１５の利得を制御した時、すなわち、指示線４２が示す時点で（ステップＳ４：ＹＥＳ）、ＰＡ１６への供給電圧をＦからＣに切り替える制御を行う（ステップＳ５）。
＜考察＞
図４に示すように、ローモード時の供給電圧を、従来のＤから、Ｆに下げることが可能となったのは、従来のヒステリシス特性を持たせた閾値Ａ、Ｂのうち、高い方の閾値Ａより低い値の閾値Ｅで、供給電圧をローモードからハイモードに切り替える制御を行っているからである。すなわち、閾値Ａより低い値の閾値Ｅの送信電力レベルにおいて、仕様で決められているＡＣＬＲを満たす供給電圧は、低いので、ローモードの供給電圧を低くすることができる。

一例を挙げると、従来のヒステリシス特性を持たせた閾値Ａを１８（ｄＢｍ）、閾値Ｂを１５（ｄＢｍ）とした場合、電圧Ｃを３．７（Ｖ）、電圧Ｄを１．８（Ｖ）としていたが、上述の切り替え制御を用いれば、閾値Ｅを１６（ｄＢｍ）とすることで、ローモードの電圧Ｆを１．２（Ｖ）にすることが可能である。
また、送信電力レベルが閾値Ｅ以下にするためのＶＧＡ１５の利得制御を行い始めてから一定期間経過した時点で、供給電圧をハイモードからローモードに切り替える制御を行うことで、切り替え制御のばたつきを防止することができる。
＜補足＞
（１）なお、ＰＡ１６への供給電圧の大きさを切り替えると、ＰＡ１６の利得が変わり、ＰＡ１６から出力される信号の大きさにズレが生じるので、できるだけ、供給電圧を切り替えない方が望ましいという考え方がある。

図５は、供給電圧の大きさ別の、ＰＡ１６の利得と出力信号レベルとを示した図である。
入力信号レベルは、いずれも−９．０（ｄＢｍ）であるが、供給電圧が３．７（Ｖ）の時は、利得が２７．０（ｄＢ）、出力信号レベルが１８．０（ｄＢｍ）となり、供給電圧が１．８（Ｖ）の時は、利得が２６．３（ｄＢ）、出力信号レベルが１７．３（ｄＢｍ）となり、供給電圧が１．２（Ｖ）の時は、利得が２４．７（ｄＢ）、出力信号レベルが１５．７（ｄＢｍ）となっている。

よって、図５から、入力信号レベルが同じでも、供給電圧の大きさによって、ＰＡ１６の利得、出力信号レベルが異なることがわかる。
そこで、携帯電話機のＩｎｎｅｒＬｏｏｐ試験のように、短期間の間に送信電力レベルを極端に上下させるような指示を受ける環境では、上述の電圧切替制御の供給電圧をハイモードからローモードに切り替える際の一定期間を、十分な長さにして（例えば、１０秒）、供給電圧の切り替えを抑えるようにしてもよい。
（２）実施の形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、ハイモードとローモードの2種類の電圧を切り替えて供給するものであったが、これに限られず、例えば、ハイモード、ミドルモード、ローモードの3種類の電圧を切り替えて供給するものであってもよいし、更に多くの種類の電圧を切り替えて供給するものであってもよい。
（３）実施の形態では、携帯電話機３、４は、基地局装置２から送信電力制御信号を受信して、その送信電力制御信号が示す指示に基づいて、所望の送信電力レベルの信号が出力されるように、ＶＧＡ１５、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の制御を行っていたが、これに限られず、例えば、基地局装置２からの受信レベルに応じて、所望の送信電力レベルの信号が出力されるように、ＶＧＡ１５、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２の制御を行ってもよい。
（４）本発明は、上述した電圧切替制御の各手順（例えば、図３に示した手順等）を含む電圧切替制御方法であるとしてもよいし、電圧切替制御を携帯電話機に実行させるプログラムであるとしてもよい。

本発明は、携帯電話機のＰＡに供給する電圧の切替制御に有用である。

携帯電話システム１の概要を示す図である。 携帯電話機４の機能構成を示す図である。 電圧切替制御を説明するために用いるフローチャート図である。 ＰＡ１６に供給する電圧を切り替えるタイミングを説明するために用いるグラフ図である。 供給電圧の大きさ別の、ＰＡ１６の利得と出力信号レベルとを示した図である。 従来の電圧切替制御を説明するために用いるグラフ図である。

符号の説明

１ 携帯電話システム
２ 基地局装置
３、４、４Ａ 携帯電話機
５ 制御部
６ 記憶部
７ 送信部
８ デュプレクサ
９ アンテナ
１０ 受信部
１１ バッテリー
１２ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１４ 変調部
１５ ＶＧＡ
１６ ＰＡ
１７ ＣＰＬ
１８ アイソレータ

Claims (3)

1. 送信信号を増幅する増幅手段と、
   前記増幅手段に第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧とを供給する供給手段と、
   自機から所望の送信電力レベルの送信信号が出力されるように、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段と、
   前記利得制御手段によって、一定期間、送信電力レベルが所定の閾値以下となるように増幅手段の利得が制御された時点で、前記供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第１電圧から第２電圧に切り替えさせ、前記利得制御手段によって、送信電力レベルが前記閾値を超えるように増幅手段の利得が制御された時点で、供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に切り替えさせる電圧切替制御手段とを備える
   ことを特徴とする携帯電話機。
2. 送信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段に第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧とを供給する供給手段と、自機から所望の送信電力レベルの送信信号が出力されるように、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えた携帯電話機に用いられる電圧切替制御方法であって、
   前記利得制御手段によって、一定期間、送信電力レベルが所定の閾値以下となるように増幅手段の利得が制御された時点で、前記供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第１電圧から第２電圧に切り替えさせるステップと、
   前記利得制御手段によって、送信電力レベルが前記閾値を超えるように増幅手段の利得が制御された時点で、供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に切り替えさせるステップとを含む
   ことを特徴とする電圧切替制御方法。
3. 送信信号を増幅する増幅手段と、前記増幅手段に第１電圧と、第１電圧より低い第２電圧とを供給する供給手段と、自機から所望の送信電力レベルの送信信号が出力されるように、前記増幅手段の利得を制御する利得制御手段とを備えた携帯電話機に電圧切替制御処理を実行させるプログラムであって、
   前記電圧切替制御処理は、
   前記利得制御手段によって、一定期間、送信電力レベルが所定の閾値以下となるように増幅手段の利得が制御された時点で、前記供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第１電圧から第２電圧に切り替えさせるステップと、
   前記利得制御手段によって、送信電力レベルが前記閾値を超えるように増幅手段の利得が制御された時点で、供給手段に対して、増幅手段に供給する電圧を第２電圧から第１電圧に切り替えさせるステップとを含む
   ことを特徴とするプログラム。

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