DE102004054586B4

DE102004054586B4 - Method and device for amplifying an amplitude and phase modulated electrical signal

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Publication number: DE102004054586B4
Application number: DE200410054586
Authority: DE
Inventors: Andreas Langer
Original assignee: Palm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2010-10-21
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: DE102004054586A1

Abstract

Verfahren zur Verstärkung eines amplituden- und phasenmodulierten elektrischen Signals in einem Polar-Loop-Sender, bei dem die Phase und die Amplitude des elektrischen Signals (U_mod) getrennt voneinander mittels eines Phasenregelkreises (1, 3) und eines Amplitudenregelkreises (2, 4, 7, 8) jeweils durch Vergleich mit einem Referenzwert nachgeregelt werden und bei dem der eingangsseitig mit dem elektrischen Signal (U_mod) angesteuerte Phasenregelkreis (1, 3) ein Eingangssignal einer Verstärkereinheit (5, 6) und der ebenfalls eingangsseitig mit dem elektrischen Signal (U_mod) angesteuerte Amplitudenregelkreis (2, 4, 7, 8) eine Steuerspannung (U_LDO) der Verstärkereinheit (5, 6) erzeugt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Amplitude einer Einhüllenden eines Ausgangssignals (U_out) der Verstärkereinheit (5, 6) in Abhängigkeit von der Steuerspannung (U_LDO) im Betrieb des Senders gemessen und dadurch eine Transferkennlinie aufgezeichnet wird,
zumindest ein die Transferkennlinie charakterisierender Parameter bestimmt und mit einem Sollwert verglichen wird, und
bei einer Abweichung des Parameters vom Sollwert die Verstärkung des Amplitudenregelkreises im...Method for amplifying an amplitude- and phase-modulated electrical signal in a polar loop transmitter, in which the phase and the amplitude of the electrical signal (U _mod ) are separated from each other by means of a phase-locked loop (1, 3) and an amplitude-locked loop (2, 4, 7, 8) are respectively readjusted by comparison with a reference value and in which the input side of the electrical signal (U _mod ) controlled phase-locked loop (1, 3) an input signal of an amplifier unit (5, 6) and also the input side with the electrical signal ( U _mod ) controlled amplitude control circuit (2, 4, 7, 8) generates a control voltage (U _LDO ) of the amplifier unit (5, 6),
characterized in that
the amplitude of an envelope of an output signal (U _out ) of the amplifier unit (5, 6) is measured as a function of the control voltage (U _LDO ) during operation of the transmitter, thereby recording a transfer characteristic curve,
at least one parameter characterizing the transfer characteristic is determined and compared with a desired value, and
if the parameter deviates from the setpoint, the amplification of the amplitude control loop in the ...

Description

Zur Erhöhung der über eine Mobilfunkverbindung zu übertragenen Datenrate kommen neuerdings Modulationsverfahren zur Anwendung, die sowohl die Amplitude als auch die Phasenlage des zu sendenden Signals beeinflussen. Beispiele hierfür sind Varianten des GSM-Standards (global standard for mobile communication), insbesondere EDGE (Enhanced data rate for GSM Evolution). Um Fehler bei der Übertragung eines sowohl amplituden- als auch phasenmodulierten Signals zu vermeiden, sollte die das Signal erzeugende Sendeeinheit und insbesondere deren Leistungsverstärker ein möglichst lineares Verhalten aufweisen. Hochlineare, den Anforderungen genügende Leistungsverstärker sind zwar prinzipiell verfügbar, allerdings komplexer aufgebaut und demzufolge teurer in der Herstellung.to increase the over to transmit a cellular connection Data rates are now used modulation methods, the both the amplitude and the phase position of the to be sent Influence the signal. Examples of this are variants of the GSM standard (global standard for mobile communication), in particular EDGE (Enhanced data rate for GSM evolution). To avoid errors in the transmission of an amplitude as well as to avoid phase-modulated signal, should that be the Signal generating transmitting unit and in particular their power amplifier on preferably have linear behavior. High linear power supplies that meet the requirements Although available in principle, However, more complex and therefore more expensive to manufacture.

Die Linearität eines in modernen Mobilfunksystemen eingesetzten Senders lässt sich durch Anwendung des so genannten Polar-Loop-Konzeptes verbessern. In einem auf diesem Konzept basierenden Polar-Loop-Sender wird die Amplitude getrennt von der Phase mittels zweier Regelkreise (Amplitudenregelkreis/AM-Schleife und Phasenregelkreis/PM-Schleife) dem Trägersignal aufmoduliert (siehe beispielsweise WO 03/005564 oder WO 02/47249 ). Durch die Aufspaltung des amplituden- und phasenmodulierten Signals in eine ausschließlich amplitudenmodulierte und eine ausschließlich phasenmodulierte Komponente erhöht sich die Bandbreite der beiden Einzelsignale. Die Bandbreite der Regelkreise sollte daher möglichst groß gewählt werden, um die linearen Verzerrungen der beiden Einzelsignale infolge der Tiefpasswirkung des jeweiligen Regelkreises zu minimieren. Eine große Bandbreite der AM-Schleife verringert zwar lineare Verzerrungen, erhöht aber gleichzeitig das Rauschen im Empfangsband (RX-Band) einer EDGE-Sende- und Empfangseinheit.The linearity of a transmitter used in modern mobile radio systems can be improved by applying the so-called polar loop concept. In a polar loop transmitter based on this concept, the amplitude is modulated separately from the phase by means of two control circuits (amplitude control loop / AM loop and phase-locked loop / PM loop) to the carrier signal (see, for example WO 03/005564 or WO 02/47249 ). The splitting of the amplitude- and phase-modulated signal into an exclusively amplitude-modulated and an exclusively phase-modulated component increases the bandwidth of the two individual signals. The bandwidth of the control circuits should therefore be as large as possible in order to minimize the linear distortion of the two individual signals due to the low-pass effect of the respective control loop. Although a large bandwidth of the AM loop reduces linear distortion, it also increases the noise in the receive band (RX band) of an EDGE transceiver.

Andererseits ändert sich die Bandbreite des AM-Regelkreises bei einer Fehlanpassung des Leistungsverstärkers während die Bandbreite der PM-Schleife trotz Fehlanpassung üblicherweise konstant bleibt. Zusätzlich sinkt die Sättigungsleistung des Leistungsverstärkers ab. Dies kann dazu führen, dass der Verstärker in den nichtlinearen Bereich der Kennlinie ausgesteuert wird und Intermodulationsprodukte auftreten. Die damit einhergehenden Verzerrungen des Ausgangssignals können dazu führen, dass die Systemanforderungen hinsichtlich spektraler Reinheit des Signals nicht mehr erfüllt werden.On the other hand changes the bandwidth of the AM loop in a mismatch of the power amplifier during the Bandwidth of the PM loop usually remains constant despite mismatch. additionally decreases the saturation power of the power amplifier from. This can cause that the amplifier is controlled in the non-linear region of the characteristic and Intermodulation products occur. The associated distortions of the output signal can cause that the system requirements for spectral purity of the Signal no longer satisfied become.

Die gewählte Bandbreite des AM-Regelkreises muss daher ein Kompromiss sein zwischen den noch tolerierbaren Verzerrungen des Verstärker-Ausgangsignals (Forderung: möglichst große Bandbreite des AM-Regelkreises) und dem noch akzeptablen Rauschen im RX Band (Forderung: möglichst kleine Bandbreite des AM-Regelkreises).The elected Bandwidth of the AM loop must therefore be a compromise between the still tolerable distortions of the amplifier output signal (requirement: preferably size Bandwidth of the AM loop) and the still acceptable noise in the RX band (requirement: if possible small bandwidth of the AM control loop).

WO 01/024356 A2 offenbart das Ausgangsignal eines Leistungsverstärkers mit einem Rückkoppelelement zu verbinden. Das Ausgangssignal des Rückkoppelelements wird einem ADC zugeführt, wobei das Ausgangssignal des ADC einer digitalen Rückkopplungsverarbeitung zugeführt wird. Ferner ist der Ausgang der Rückkopplungsverarbeitung über einen digitalen Vorverzerrer mit einem Hüllkurvenmodulator verbunden. WO 01/024356 A2 discloses connecting the output signal of a power amplifier to a feedback element. The output signal of the feedback element is supplied to an ADC, wherein the output signal of the ADC is supplied to a digital feedback processing. Further, the output of the feedback processing is connected to an envelope modulator via a digital predistorter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere die durch eine Fehlanpassung des Leistungsverstärkers eines Polar-Loop-Senders erzeugten Störeffekte weitgehend zu unterdrücken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung.Of the Invention is based on the object, in particular by a Mismatch of the power amplifier a polar loop transmitter generated interference effects largely suppress. These Task is achieved by a method with the features of claim 1 or by a device with the features of claim 9 solved. The dependent claims relate to advantageous developments and refinements of the method or the device.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass sowohl die Reduktion der Steilheit der Transferkennlinie als auch die Absenkung der Sättigungsleistung infolge einer Fehlanpassung des Senderverstärkers erkannt und kompensiert werden können. Hinsichtlich der Linearität der Transferkennlinie wird somit ein gleich bleibendes Verhalten des Polar-Loop Senders innerhalb des gesamten Betriebbereichs gewährleistet.The particular advantages of the invention are that both the reduction of the steepness of the transfer characteristic as also the lowering of the saturation power detected and compensated due to a mismatch of the transmitter amplifier can be. Regarding the linearity of Transfer characteristic thus becomes a consistent behavior of the Polar-Loop transmitter guaranteed within the entire operating range.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The present invention will be explained below with reference to drawings. It demonstrate:

1: den schematischen Aufbau eines herkömmlichen Polar-Loop Senders; 1 : the schematic structure of a conventional polar-loop transmitter;

2: den schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Polar-Loop Senders und 2 : the schematic structure of a polar-loop transmitter according to the invention and

3: eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Polar-Loop Senders. 3 : An advantageous development of the polar-loop transmitter according to the invention.

1 zeigt den Aufbau eines Polar-Loop Senders. In diesem Sender wird das zu übertragende, sowohl amplituden- als auch phasenmodulierte Eingangssignal U_mod in einen amplitudenmodulierten und in einen phasenmodulierten Anteil aufgespalten und in getrennten Regelkreisen weiterverarbeitet. Mathematisch betrachtet entspricht der amplitudenmodulierte Anteil hierbei dem Betrag der komplexen Einhüllenden, der phasenmodulierte Anteil der Phase hingegen der komplexen Einhüllenden. Für beide Signalanteile existieren getrennte Regelkreise, wobei der Amplitudenregelkreis (AM-Schleife) aus einem Amplitudenkomparator 2, einem Zwischenverstärker 4 und einem Batteriespannungsmodulator (LDO 6) besteht und der Phasenregelkreis (PM-Schleife) einen Phasenkomparator 1 und einen das Eingangssignal des Leistungsverstärkers 5 erzeugenden spannungsgesteuerten Oszillator 3 umfasst. Eingangsseitig sind der Phasenkomparator 1 und der Amplitudenkomparator jeweils sowohl mit dem Signal U_mod als Referenz/Sollwert als auch mit dem mittels eines Kopplers abgegriffenen, gegebenenfalls auf eine Zwischen- oder Basisbandfrequenz heruntergemischten (Mischer 8) und anschließend verstärkten (Zwischenverstärker-Variable Gain Amplifier 7) Ausgangssignal U_out des Leistungsverstärkers 5 als Vergleichswert beaufschlagt. Das Ausgangsignal des Phasenkomparators 1 regelt den phasenmodulierten Anteil des Ausgangsignals U_out mittels des spannungs gesteuerten Oszillators 3 auf den durch das Eingangssignal U_mod vorgegeben Sollwert nach. 1 shows the structure of a polar-loop transmitter. In this transmitter, the amplitude and phase-modulated input signal U _mod to be transmitted is split into an amplitude-modulated and a phase-modulated component and further processed in separate control loops. Mathematically, the amplitude-modulated component here corresponds to the amount of the complex envelope, while the phase-modulated component of the phase corresponds to the complex envelope. Separate control loops exist for both signal components, whereby the amplitude control loop (AM loop) consists of an amplitude comparator 2 , a repeater 4 and a battery voltage modulator (LDO 6 ) and the phase locked loop (PM loop) is a phase comparator 1 and one the input signal of the power amplifier 5 generating voltage-controlled oscillator 3 includes. On the input side are the phase comparator 1 and the amplitude comparator respectively with the signal U _mod as a reference / setpoint and with the tapped by means of a coupler, optionally down-mixed to an intermediate or baseband frequency (mixer 8th ) and then amplified (repeater variable gain amplifier 7 ) Output signal U _{out of} the power amplifier 5 acted as comparison value. The output signal of the phase comparator 1 controls the phase modulated component of the output signal U _out by means of the voltage controlled oscillator 3 to the set by the input signal U _mod setpoint.

Kennzeichnend für den dargestellten Polar-loop Sender ist die Erzeugung der Amplitudenmodulation mittels Variation der Versorgungsspannung U_D des Leistungsverstärkers 5. Der Amplitudenkomparator 2 beeinflusst über den steuerbaren Batteriespannungsmodulator 6 (Steuerspannung U_LDO) die Versorgungsspannung U_D = f(U_LDO, U_Batt) des Leistungsverstärkers 5 und damit die Hüllkurve des der Antenne 15 zugeführten Ausgangssignals U_out derart, dass die Amplitude der Hüllkurve des Ausgangssignals U_out ein fehlerfreies Abbild der Amplitude des an einem der beiden Eingänge des Amplitudenkomparators 2 anliegenden Eingangsignals U_mod ist. Dabei wird U_D mit Hilfe des Spannungsmodulators 6 aus einer Batteriespannung U_Batt erzeugt.Characteristic of the illustrated polar-loop transmitter is the generation of the amplitude modulation by means of variation of the supply voltage U _{D of} the power amplifier 5 , The amplitude comparator 2 influenced by the controllable battery voltage modulator 6 (Control voltage U _LDO ) the supply voltage U _D = f (U _LDO , U _Batt ) of the power amplifier 5 and thus the envelope of the antenna 15 supplied output signal U _out such that the amplitude of the envelope of the output signal U _out an error-free image of the amplitude of the at one of the two inputs of the amplitude comparator 2 applied input signal U _mod . In this case, U _D with the help of the voltage modulator 6 generated from a battery voltage U _Batt .

Der Linearbereich des Leistungsverstärkers 5 ist durch einen linearen Zusammenhang zwischen Ausgangssignal U_out und der Steuerspannung U_LDO gekennzeichnet. Dieser lineare Zusammenhang ist gegeben, solange die Steuerspannung U_D hinreichend weit von der Batteriespannung U_Batt entfernt ist. Nähert sich die Steuerspannung U_D der Batteriespannung U_Batt, so wird die Transferkennlinie (U_out in Abhängigkeit von U_LDO) des Leistungsverstärkers 5 aufgrund von Sättigungseffekten im LDO 6 komprimiert. Dadurch sinkt die Steilheit der Transferkennlinie. Dies führt in dem AM-Schleife zu einer Reduktion der Regelbandbreite. Die Reduktion der Bandbreite führt neben dem verschlechterten Führungsverhalten der Regelung zu weiteren Effekten, die typisch für einen Polar-Loop Sender sind und das Spektrum des modulierten Sendesignals signifikant beeinflussen.The linear range of the power amplifier 5 is characterized by a linear relationship between the output signal U _out and the control voltage U _LDO . This linear relationship is given as long as the control voltage U _{D is} sufficiently far away from the battery voltage U _Batt . When the control voltage U _{D of} the battery voltage U _Batt approaches, the transfer characteristic (U _out as a function of U _LDO ) of the power amplifier becomes 5 due to saturation effects in the LDO 6 compressed. This reduces the steepness of the transfer characteristic. This leads to a reduction in the control bandwidth in the AM loop. The reduction of the bandwidth leads not only to the deteriorated leadership behavior of the control to further effects that are typical for a polar loop transmitter and significantly affect the spectrum of the modulated transmission signal.

Durch die Aufspaltung des sowohl Phasen- als auch amplitudenmodulierten Eingangsignals U_mod in einen amplitudemodulierten und einen phasenmodulierten Anteil erhöht sich die Bandbreite der einzelnen Signalanteile. Die Bandbreite der Regelkreise (AM-Schleife und PM-Schleife) muss daher so gewählt werden, dass die linearen Verzerrungen der beiden Teilsignale infolge der Tiefpasswirkung des jeweiligen Regelkreises minimal sind. Wird beispielsweise das Amplitudenspektrum auf Grund einer zu geringen Bandbreite des AM-Regelkreises zu stark gefiltert führt dies zu einem verbreiterten Spektrum des Ausgangsignals U_out. Wird nun das Phasen- oder das Amplitudenspektrum linear verzerrt (d. h. Unterdrückung der höherfrequenten Anteile des Amplitudenspektrums), so verschlechtert sich im Gesamtspektrum die Auslöschung der höherfrequenten Signalanteile, wodurch das Gesamtspektrum breiter wird. Daraus lässt sich die Forderung ableiten, die Bandbreite der Regelkreise möglichst groß zu wählen. Dies führt, wie oben bereits erläutert, allerdings zu einem erhöhten Rauschpegel im Empfangsband (RX-Band).The splitting of the phase-modulated and amplitude-modulated input signal U _mod into an amplitude-modulated and a phase-modulated component increases the bandwidth of the individual signal components. The bandwidth of the control circuits (AM loop and PM loop) must therefore be chosen so that the linear distortions of the two sub-signals due to the low-pass effect of the respective control loop are minimal. If, for example, the amplitude spectrum is filtered excessively due to a too low bandwidth of the AM control loop, this leads to a widened spectrum of the output signal U _out . If the phase or the amplitude spectrum is linearly distorted (ie suppression of the higher-frequency components of the amplitude spectrum), the wiping of the higher-frequency signal components in the overall spectrum is worsened, which broadens the overall spectrum. From this the demand can be derived to choose the bandwidth of the control loops as large as possible. However, as already explained above, this leads to an increased noise level in the receiving band (RX band).

Die Bandbreite der Regelkreise soll, unabhängig von der gewünschten Ausgangsleistung und den sonstigen Umgebungsbedingungen möglichst konstant bleiben. Mit dem Zwischenverstärker 4 (Variable Gain Amplifier) im Vorwärtszweig kann die Open-Loop Gain (Schleifenverstärkung) des Senders geändert werden. Dieser Zwischenverstärker 4 hat bei hinreichend großer Gesamtverstärkung der AM-Schleife keinen Einfluss auf die Ausgangsleistung. Der zweite Zwischenverstärker 7 (Variable Gain Amplifier) im Rückführungszweig geht ebenfalls in die Gesamtverstärkung mit ein, beeinflusst aber direkt die Ausgangsleistung Uout. Je größer die Verstärkung der Rückführung (Mischer 8, Verstärker 7), desto kleiner die mittlere Ausgangsleistung.The bandwidth of the control circuits should remain as constant as possible regardless of the desired output power and the other ambient conditions. With the repeater 4 (Variable Gain Amplifier) in the forward branch, the open loop gain of the transmitter can be changed. This repeater 4 has no effect on the output power given a sufficiently large overall gain of the AM loop. The second repeater 7 (Variable Gain Amplifier) in the feedback branch is also included in the overall gain, but directly affects the output power Uout. The greater the gain of the feedback (mixer 8th , Amplifier 7 ), the smaller the average output power.

Wie oben bereits erläutert wird die Transferkennlinie komprimiert, wenn das Ausgangssignal U_LDO des Zwischenverstärkers 4 sich der Batteriespannung U_Batt nähert. Tritt dies ein, sinkt die Steilheit der Transferkennlinie und damit auch die Open-Loop Verstärkung, was wiederum eine Reduktion der Bandbreite des AM-Regelkreises bedeutet. Da die GSM-Systemanforderungen die Sättigungsleistung eines EDGE-Senders und damit auch des Leistungsverstärkers 5 festlegen, wird letzterer mit genügen der „Back-Off” betrieben. Dieser Back-Off Betrieb garantiert ein ausreichend lineares Verhalten der Verstärkers bis zur möglichen Maximalleistung.As already explained above, the transfer characteristic is compressed when the output signal U _{LDO of} the _repeater 4 the battery _voltage approaches U _Batt . If this occurs, the steepness of the transfer characteristic and thus also the open loop gain decreases, which in turn means a reduction in the bandwidth of the AM control loop. Since the GSM system requirements the saturation power of an EDGE transmitter and thus also of the power amplifier 5 set, the latter is operated with sufficient "back-off". This back-off operation guarantees a sufficiently linear behavior of the amplifier up to the maximum possible power.

Trotz des zuvor erwähnten back-off Betriebes können aber bei einer Fehlanpassung des Senderverstärkers ungewünschte Effekte auftreten. Eine Fehlanpassung kann durch Impedanzänderungen, beispielsweise durch eine Änderung des Abstandes zwischen der Antenne des Mobiltelefons und dem Kopf des Benutzers, hervorgerufen werden. Eine solche Fehlanpassung bewirkt, dass sich die Steilheit der Transferkennlinie im linearen Bereich und damit auch die Bandbreite des AM-Regelkreises ändern. Zusätzlich sinkt die Sättigungsleistung des Senderverstärkers ab. Durch das Absinken der Sättigungsleistung reduzieren sich der Back-Off und damit der Abstand zum nichtlinearen Bereich der Transferkennlinie. Wird die Transferkennlinie infolge der AM-Modulation in den nichtlinearen Bereich ausgesteuert, so treten Intermodulationsprodukte auf. Diese Intermodulationsprodukte werden vom der AM-Schleife ausgeregelt, sofern die Bandbreite der AM-Regelung ausreichend groß ist, was allerdings Probleme bei der Stabilität des Regelkreises und beim Rauschen im RX-Band verursachen kann.Despite the aforementioned back-off operation, however, undesired effects can occur if the transmitter amplifier mismatches. Mismatch can be caused by changes in impedance, such as by changing the distance between the antenna of the mobile phone and the user's head. Such mismatching causes the slope of the transfer characteristic to change in the linear range and hence the bandwidth of the AM loop. In addition, the saturation power of the transmitter amplifier decreases. By lowering the saturation power, the back-off and thus the reduced Distance to the nonlinear area of the transfer characteristic. If the transfer characteristic is modulated into the non-linear range as a result of the AM modulation, intermodulation products occur. These intermodulation products are compensated by the AM loop, provided that the bandwidth of the AM control is sufficiently large, but this can cause problems with the stability of the control loop and the noise in the RX band.

Die 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Polar-Loop Senders, der außer den bereits beschriebenen und in 1 dargestellten Komponenten zusätzlich noch eine Systemsteuerung 14 aufweist. Diese Systemsteuerung ermöglicht es, die Transferkennlinie des Leistungsverstärkers 5, insbesondere deren Steilheit und Kompression zu bestimmen und damit eine Fehlanpassung des Leistungsverstärkers zu detektieren. Außerdem erzeugt sie die zur Kompensation einer detektierten Fehlanpassung erforderlichen Korrektursignale (Änderung der Verstärkung im Vorwärtszweig und/oder in der Rückführung). Die Aufzeichnung/Messung der Transferkennlinie erfordern die Kenntnis der momentanen Steuerspannung U_LDO und der dieser jeweils zugeordneten Amplitude der Einhüllenden des Ausgangssignals U_out (siehe den rechten unteren Teil der 2). Die Systemsteuerung 14 ist daher mit einem AD-Wandler 9 ausgestattet, an dessen Eingang die im Amplituden-Regelkreis (Vorwärtszweig) an einem zwischen dem Verstärker 4 und dem Batteriespannungsmodulator 6 liegenden Punkt abgegriffene Steuerspannung U_LDO anliegt. Die der jeweiligen Steuerspannung U_LDO zugeordnete Amplitude der Einhüllenden des Ausgangssignals Uout erzeugt ein mit dem Ausgangssignal des Zwischenverstärkers 7 der Rückführung beaufschlagter Amplitudendetektor 12, dem ein AD-Wandler 11 nachgeschaltet ist. In der Speichereinheit 10 werden die von den beiden mittels eines Taktsignals synchronisierten AD-Wandlern 9/11 erzeugten, die Steuerspannung U_LDO bzw. die Amplitude der Einhüllenden des Ausgangssignals U_out repräsentierenden Digitalwerte paarweise abgelegt. Die gesamte Transferkennlinie erhält man durch Aufzeichnung/Speicherung einer Vielzahl von Wertepaaren, die während des als „ramping” bezeichneten Vorgangs ermittelt werden.The 2 shows a first embodiment of an inventively designed polar loop transmitter, which except those already described and in 1 components additionally shown a system control 14 having. This system control allows the transfer characteristic of the power amplifier 5 in particular to determine their transconductance and compression and thus to detect a mismatch of the power amplifier. In addition, it generates the correction signals required for compensation of a detected mismatch (change of the gain in the forward branch and / or in the feedback). The recording / measurement of the transfer characteristic requires the knowledge of the instantaneous control voltage U _LDO and the respectively associated amplitude of the envelope of the output signal U _out (see the lower right part of FIG 2 ). The system control 14 is therefore with an AD converter 9 equipped at the input of which in the amplitude control loop (forward branch) at one between the amplifier 4 and the battery voltage modulator 6 lying point lying control voltage U _LDO applied. The amplitude of the envelope of the output signal Uout assigned to the respective control voltage U _LDO generates a signal with the output signal of the intermediate amplifier 7 the return applied amplitude detector 12 to which an AD converter 11 is downstream. In the storage unit 10 become the two of the two synchronized by a clock signal AD converters 9 / 11 generated, the control voltage U _LDO and the amplitude of the envelope of the output signal U _out representing digital values stored in pairs. The entire transfer characteristic is obtained by recording / storing a plurality of value pairs, which are determined during the process called "ramping".

Da es sich bei EDGE um ein TDMA-System handelt, muss die Ausgangsleistung des Mobilfunksenders innerhalb vorgegebener Zeitintervalle „ein- und ausgeschaltet” werden. Dieses als Up- und Downramping bezeichnete Verfahren stellt sicher, dass ein Mobilfunkgerät nur innerhalb des ihm jeweils zugewiesenen Zeitfensters (Zeitschlitz) sendet, während der Sendepausen hingegen praktisch abgeschaltet ist und somit keine, andere Mobilfunktgeräte beeinflussenden Störsignale erzeugt. Während des Up-Rampings wird die Ausgangsleistung des Verstärkers stufenweise in kleinen Schritten bis zur vorgegebenen Maximalleistung erhöht und so eine fast konstante Einhüllende erzeugt (ca. 0,3 dB Amplitudenripple). Gleichzeitig werden die oben beschriebenen Datenpaare mittels der Systemsteuerung 14 zeitsynchron erfasst und in die Speichereinheit 10 eingelesen. Je höher die geforderte Ausgangs-/Sendeleistung des Verstärkers 5 hierbei ist, desto größer ist auch der durch die Messung erfasste Kennlinienbereich. Bei der höchsten Leistungsstufe erhält man so beispielsweise die Transferkennlinie bis 1 dB oberhalb der mittleren Leistung (der 1 dB oberhalb der mittleren Leistung liegende Werts wird im Folgenden als Maximalleistung oder Pdet_max bezeichnet).Since EDGE is a TDMA system, the output power of the mobile station must be "turned on and off" within predetermined time intervals. This method, known as up- and down-ramping, ensures that a mobile device transmits only within the time window assigned to it (time slot), while the transmission pauses, on the other hand, are practically switched off and thus does not generate interfering signals influencing other mobile radio devices. During up-ramping, the output power of the amplifier is gradually increased in small increments up to the specified maximum power, producing an almost constant envelope (approximately 0.3 dB amplitude ripple). At the same time, the data pairs described above are using the system control 14 recorded synchronously and in the memory unit 10 read. The higher the required output / transmit power of the amplifier 5 In this case, the larger the characteristic range covered by the measurement is. At the highest power level, for example, the transfer characteristic is obtained up to 1 dB above the average power (the value lying above 1 dB above the average power is referred to below as maximum power or Pdet_max).

Ist die durch die Vielzahl der digitalisierten Datenpaare U_LDO und Amplitude der Hüllkurve gegebene, in der Speichereinheit 10 abgelegte Transferkennlinie bekannt, lässt sich durch einfache, in der Recheneinheit 13 ausgeführte mathematische Operationen die Steilheit im linearen Bereich der Transferkennlinie sowie die Steilheit bei der Maximalleistung Pdet_max bzw. dem zugeordneten Wert der Steuerspannung ULDO(Pdet_max) ermitteln. Ist die berechnete Steilheit im linearen Bereich, also bei kleinen bis mittleren Sendeleistungen, kleiner (oder auch größer) als die Steilheit einer Soll- oder Referenzsteigung (Steigung der mit einem 500 hm Abschlusswiderstand gemessenen, beispielsweise in Form einer Tabelle in der Recheneinheit 13 abgelegten Transferkennlinie), indiziert dies eine Fehlanpassung des Leistungsverstärkers 5. Wie oben bereits erläutert, lassen sich die daraus resultierenden Effekte und Störungen kompensieren, indem man die Verstärkung (open loop gain) im Vorwärtszweig mittels des Variable-Gain-Verstärkers 4 entsprechend der Abweichung der gemessenen Steigung vom Sollwert anpasst und damit die Bandbreite des Amplituden-Regelkreises konstant hält. Die erforderlichen Korrekturwerte (Delta-Gain) bzw. Korrektur-Steuersignale erzeugt die ausgangsseitig mit dem Steuereingang des Verstärkers 4 verbundene Recheneinheit 13. Ist die Steigung im Bereich der gemessenen Maximalleistung Pdet_max kleiner als ein vorgegebener Minimalwert, indiziert dies eine Kompression der Transferkennlinie mit den oben beschriebenen Konsequenzen. In diesem Fall führt eine Änderung der Verstärkung im Vorwärtszweig des EDGE-Senders nicht zum Erfolg. Stattdessen muss die Verstärkung in der Rückführung erhöht werden, damit die mittlere Ausgangsleistung absinkt und der „Back off” zunimmt. Aus diesem Grunde ist ein zweiter Ausgang der Recheneinheit 13 mit dem Steuereingang des dem Mischer 8 nachgeschalteten Variable-Gain-Verstärkers 7 (Verstärker, dessen Ausgangsleistung mittels einer Steuerspannung einstellbar/vorgebbar ist) verbunden.Is given by the plurality of digitized data pairs U _LDO and amplitude of the envelope in the memory unit 10 Stored transfer characteristic known, can be by simple, in the arithmetic unit 13 executed mathematical operations determine the slope in the linear region of the transfer characteristic and the slope at the maximum power Pdet_max or the associated value of the control voltage ULDO (Pdet_max). Is the calculated slope in the linear range, ie at low to medium transmission powers, smaller (or larger) than the slope of a nominal or reference slope (slope of the measured with a 500 hm terminating resistor, for example in the form of a table in the arithmetic unit 13 stored transfer characteristic), this indicates a mismatch of the power amplifier 5 , As explained above, the resulting effects and disturbances can be compensated for by adding the gain (open loop gain) in the forward branch by means of the variable gain amplifier 4 according to the deviation of the measured slope of the setpoint adapts and thus keeps the bandwidth of the amplitude control loop constant. The required correction values (delta gain) or correction control signals are generated on the output side by the control input of the amplifier 4 connected computing unit 13 , If the slope in the range of the measured maximum power Pdet_max is smaller than a predefined minimum value, this indicates a compression of the transfer characteristic with the consequences described above. In this case, changing the gain in the forward branch of the EDGE transmitter will not succeed. Instead, the gain in the feedback must be increased so that the average output power decreases and the "back off" increases. For this reason, a second output of the arithmetic unit 13 with the control input of the mixer 8th downstream variable gain amplifier 7 (Amplifier whose output power is adjustable / predefinable by means of a control voltage) connected.

Die 3 zeigt eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Polar-Loop Senders. Zur Linearisierung der Transferkennlinie des Leistungsverstärkers 5 ist ein zusätzlicher Zwischenverstärker 17 in den der Amplitudenmodulation dienenden Regelkreis eingebracht, wobei die Ausgangsleistung dieses Verstärkers 17 und damit die Amplitude der Spannung U_LDO mittels der von der Systemsteuerung 14 erzeugten Steuerspannung eingestellt bzw. vorgegeben wird. Die Systemsteuerung 14 enthält wieder die der Messung der Transferkennlinie während des Up- oder Downrampings dienenden Komponenten (Amplitudendetektor 12, AD-Wandler 9/11, Speichereinheit 10 sowie Recheneinheit 12) und eine zweite Speichereinheit 19. Basierend auf der gemessenen Transferkennlinie wird in der Recheneinheit 18 für diskrete Amplitudenwerte der Spannung V_LDO (Anzahl z. B. 32) jeweils die Abweichung ΔGain von der Sollverstärkung berechnet und der jeweilige Korrekturwert als Steuerspannung für den VGA 17 in der Speichereinheit 19 in einer Tabelle abgelegt. Während des Sendebetriebes wird, abhängig von der momentanen Amplitude der Spannung V_LDO, ein der jeweiligen Abweichung ΔGain zugeordneter Korrekturwert aus der Speichereinheit 19 ausgelesen und, gegebenenfalls nach einer DA-Wandlung, dem Verstärker 17 als eine die Abweichung von der Sollverstärkung kompensierende Steuerspannung zugeführt. Diese Vorgehensweise beeinflusst die Amplituden-Regelschleife nicht, da es sich hierbei um eine unterlagerte, die Regelstrecke linearisierende Steuerung handelt. Durch die Linearisierung werden Schwankungen der Steilheit der Transferkennlinie des Leistungsverstärkers 5 kompensiert (Bandbreite der AM-Regelschleife ist konstant) und nichtlineare Verzerrungen im Bereich der Sättigung werden reduziert. Dies ermöglicht es, die Verstärkerstufe mit weniger back-off zu betreiben.The 3 shows an advantageous development of the inventive polar loop transmitter. For linearization of the transfer characteristic of the power amplifier 5 is an additional repeater 17 introduced in the amplitude modulation serving control loop, wherein the output power of this amplifier 17 and thus the amplitude of the voltage U _LDO by means of the system control 14 generated control voltage is set or specified. The system control 14 again contains the components of the measurement of the transfer characteristic during up- or down-ramping (amplitude detector 12 , AD converter 9 / 11 , Storage unit 10 as well as computing unit 12 ) and a second storage unit 19 , Based on the measured transfer characteristic is in the arithmetic unit 18 for discrete amplitude values of the voltage V _LDO (number eg 32) the deviation ΔGain from the nominal gain is calculated in each case and the respective correction value as the control voltage for the VGA 17 in the storage unit 19 stored in a table. During the transmission operation, depending on the instantaneous amplitude of the voltage V _LDO , a correction value assigned to the respective deviation ΔGain is output from the memory unit 19 read out and, possibly after a DA conversion, the amplifier 17 as a control voltage compensating the deviation from the target gain. This procedure does not affect the amplitude control loop, since this is a subordinate, the control system linearizing control. The linearization causes variations in the steepness of the transfer characteristic of the power amplifier 5 compensated (bandwidth of the AM control loop is constant) and nonlinear distortions in the saturation region are reduced. This makes it possible to operate the amplifier stage with less back-off.

Claims

Method for amplifying an amplitude and phase modulated electrical signal in a polar loop transmitter, in which the phase and the amplitude of the electrical signal (U _mod ) are separated by means of a phase locked loop ( 1 . 3 ) and an amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) are respectively readjusted by comparison with a reference value and in which the input side with the electrical signal (U _mod ) controlled phase locked loop ( 1 . 3 ) an input signal of an amplifier unit ( 5 . 6 ) and the likewise on the input side with the electrical signal (U _mod ) controlled amplitude control circuit ( 2 . 4 . 7 . 8th ) a control voltage (U _LDO ) of the amplifier unit ( 5 . 6 ), characterized in that the amplitude of an envelope of an output signal (U _out ) of the amplifier unit ( 5 . 6 ) is measured as a function of the control voltage (U _LDO ) during operation of the transmitter and thereby a transfer characteristic is recorded, at least one parameter characterizing the transfer characteristic is determined and compared with a desired value, and if the parameter deviates from the desired value, the amplification of the amplitude control circuit in the forward branch ( 2 . 4 ) or return branch ( 7 . 8th ) will be changed.

A method according to claim 1, characterized in that a first slope in a linear region of the transfer characteristic is determined as a first parameter and compared with a first setpoint value and that in a deviation of the first slope of the first setpoint gain of the amplitude control loop in the forward branch ( 2 . 4 ) is changed to keep the bandwidth of the amplitude control loop constant.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that a second slope of the transfer characteristic in the range of the maximum output power of the amplifier unit ( 5 . 6 ) is determined as a second parameter and is compared with a second setpoint value and that, in the case of a deviation of the second slope from the second setpoint, the amplification of the amplitude control loop in the feedback path ( 7 . 8th ) will be changed.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transfer characteristic during startup of the amplifier unit ( 5 . 6 ) from a wait state to a state of ready to send or during shutdown of the amplifier unit ( 5 . 6 ) is recorded from the state of the transmission standby in the wait state.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control voltage (U _LDO ) and the amplitude of the envelope are sampled time synchronously.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bandwidth of the phase and amplitude locked loops by changing the gain of a first amplifier ( 4 ) in a forward branch (U _LDO ) generating the control signal ( 2 . 4 ) of the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) will be changed.

Method according to one of claims 2 to 6, characterized in that the gain by driving a second amplifier ( 7 ) in a reference path of the phase and the amplitude generating return branch ( 7 . 8th ) of the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) will be changed.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that from the measured transfer characteristic for discrete values of the control voltage (U _LDO ) in each case a deviation of the ent The actual gain associated with the representative control voltage value is determined by a desired gain, from this correction values are calculated and stored in a table, and during the transmission operation of the amplifier unit (FIG. 5 . 6 ) for the respective value of the control voltage (U _LDO ), a corresponding correction value is read from the table and used as a control voltage to a third amplifier ( 17 ) in the forward branch ( 2 . 4 ) of the amplitude control loop is supplied.

Device for amplifying an amplitude- and phase-modulated electrical signal, with a front of an amplifier unit ( 5 . 6 ) arranged phase locked loop ( 1 . 3 ) and one in front of a control input of the amplifier unit ( 5 . 6 ) arranged amplitude control circuit ( 2 . 4 . 7 . 8th ), wherein at first inputs of the phase locked loop ( 1 . 3 ) and the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) in each case the electrical signal (U _mod ) and at second inputs of the phase locked loop ( 1 . 3 ) and the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) each have a decoupled output signal (U _out ) of the amplifier unit ( 5 . 6 ), characterized in that the device comprises first means ( 9 . 10 . 11 . 12 ) for recording a transfer characteristic of the amplifier unit ( 5 . 6 ), second means ( 13 ) for determining at least one parameter characterizing the transfer characteristic, third means for comparing the parameter with a desired value and fourth means ( 13 ) for changing the bandwidth or the gain of the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) depending on the deviation of the parameter from the target value.

Apparatus according to claim 9, characterized by second means ( 13 ) for determining a first slope in a linear region of the transfer characteristic, third means for comparing the first slope with a first desired value, and one before the control input of the amplifier unit ( 5 . 6 ) arranged first amplifier ( 4 ) of the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ), wherein at a control input of the first amplifier ( 4 ) a first output signal of the fourth means ( 13 ) for changing the bandwidth of the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) is present.

Apparatus according to claim 9 or 10, characterized by fifth means for determining a second slope of the transfer characteristic in the region of the maximum output power of the amplifier unit ( 5 . 6 ), third means for comparing the second slope with a second setpoint and a second amplifier ( 7 ), the input side directly or indirectly with one of the amplifier unit ( 5 . 6 ) downstream coupler unit and the output side in each case with the second inputs of the phase locked loop ( 1 . 3 ) and the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ), wherein at a control input of the second amplifier ( 7 ) a second output signal of the fourth means for changing the gain of the amplitude control loop ( 2 . 4 . 7 . 8th ) is present.

Device according to one of claims 9 to 11, characterized by further means ( 17 . 19 ) for the linearization of the transfer characteristic.