DE102007045090B4

DE102007045090B4 - Modulatoranordnung und Verfahren zur Signalmodulation

Info

Publication number: DE102007045090B4
Application number: DE102007045090A
Authority: DE
Inventors: Nazim Dr. 81539 Ceylan; Jan-Erik Dr. 85521 Müller
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Intel Deutschland GmbH
Priority date: 2006-09-26
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2027-09-22
Also published as: US20080074209A1; US7830220B2; DE102007045090A1

Abstract

Modulatoranordnung, umfassend: – einen Leistungsverstärker (70), der einen zum Empfangen eines Trägersignals eingerichteten Signaleingang (71), einen Stromsteuereingang (IB), einen Versorgungsspannungseingang (VDD) und einen Signalausgang (72) umfasst; – einen Versorgungsspannungsmodulator (30), der einen an den Versorgungsspannungseingang (VDD) des Leistungsverstärkers (70) gekoppelten Ausgang (32) und einen an einen Dateneingang gekoppelten Eingang (31) umfasst und der zum Modulieren einer Versorgungsspannung an einem Ausgang (32) des Versorgungsspannungsmodulators (30) als Funktion eines an einem Steuereingang (33) des Versorgungsspannungsmodulators (30) empfangenen Steuersignals eingerichtet ist; – einen Biasstrommodulator (40), der einen an den Stromsteuereingang (IB) des Leistungsverstärkers (70) gekoppelten Ausgang (42) und einen an den Dateneingang gekoppelten Eingang (41) umfasst und der zum Modulieren eines Biasstroms am Ausgang (42) des Biasstrommodulators (40) als Funktion eines an einem Steuereingang (43) des Biasstrommodulators (40) empfangenen Steuersignals eingerichtet ist; und – eine Steuereinheit (60), die einen zum Empfangen von Leistungssteuerdaten eingerichteten Leistungssteuereingang (61) und einen Leistungssteuerausgang...

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulatoranordnung und ein Verfahren zur Signalmodulation
Hintergrund der Erfindung
Die Anforderungen für die Signalqualität von Modulatoren, insbesondere bei übertragenden Einrichtungen, werden mit wachsender Notwendigkeit für hohe Datenraten und zunehmende Mobilität immer strenger. Die modernen Mobilfunkstandards wie etwa UMTS (Universal Mobile Telecommunications system), WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), GSM (Global System for Mobile Communication), EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), Bluetooth Medium Data Rate oder WLAN (Wireless Local Area Network) nach 802.11a/b/g erfordern spezielle Modulationsarten für die Datenübertragung, die beispielsweise gleichzeitig sowohl die Phase als auch die Amplitude eines Trägersignals modulieren.
Die simultane Amplituden- und Phasenmodulation ermöglicht es, höhere Datenübertragungsraten und somit eine bessere Bandbreiteneffizienz zu erzielen. Die oben erwähnten Mobilfunkstandards sehen beispielsweise die Verwendung von QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), 8-PSK (Fight Phase Shift Keying) oder QAM (Quadrature Amplitude Modulation) als Modulationsarten für die Datenübertragung vor.
Je nach der ausgewählten Anwendung für die individuellen Mobilfunkstandards werden diese qualitativ hochwertigen Modulationsarten nicht nur zur Datenübertragung von einer Basisstation zu einem mobilen Kommunikationsgerät verwendet, sondern auch von dem mobilen Kommunikationsgerät zu der Basisstation.
Die Modulationsarten, die für moderne Mobilfunkstandards verwendet werden, sind gegenüber möglicher Verzerrung, die durch verschiedene Komponenten in einem Übertragungsweg erzeugt wird, besonders empfindlich. Verzerrung wie etwa diese im Übertragungsweg führt zu Änderungen bei der Phase und der Amplitude eines Trägersignals. Dies führt zu Datenfehlern in dem übertragenen Signal.
Zur Unterdrückung der Verzerrung kann es wünschenswert sein, Komponenten in der Modulatoranordnung bereitzustellen, die eine höchst lineare Übertragungscharakteristik aufweisen. In diesem Fall bedeutet der Ausdruck ”Linearität der Übertragungscharakteristik” eine Übertragungsantwort eines Elements innerhalb der Modulatoranordnung, das im Wesentlichen ein Ausgangssignal erzeugt, das zu dem jeweiligen Eingangssignal proportional ist. Dementsprechend erzeugen Schaltungen, deren Übertragungsantworten ein nichtlineares Verhalten zeigen, ein Ausgangssignal, das zu dem entsprechenden Eingangssignal nicht proportional ist. Eine derartige Nichtlinearität kann zu Datenfehlern innerhalb des übertragenen Signals führen.
Elemente mit einer nichtlinearen Übertragungscharakteristik können beispielsweise in dem Übertragungsweg vorgesehene Verstärker sein. Beispielsweise wird im Fall von Leistungsverstärkern ein hoher Grad an Linearität im Ausgangssignal erzielt, indem die Leistungsverstärker erheblich unter ihrem maximal erzielbaren Ausgangsleistungspegel betrieben werden.
Dies wird als Betrieb in einem linearen Bereich der Charakteristik bezeichnet.
Der Betrieb eines Leistungsverstärkers auf diese Weise kann jedoch dazu führen, daß ein hoher Ruhestrom gezogen wird, wodurch der Gesamtstromverbrauch erhöht wird. Insbesondere im Fall von mobilen Kommunikationsgeräten wird eine mögliche Betriebszeit durch einen größeren Strom reduziert, die durch die Kapazität von in dem mobilen Kommunikationsgerät verwendeten wiederaufladbaren Batterien bestimmt wird.
Moderne mobile Kommunikationsgeräte versuchen üblicherweise, zwischen dem Strom, der gezogen wird, und der Linearität der individuellen aktiven Schaltelemente in einem Übertragungsweg einen Kompromiß zu erreichen. Dies kann durch eine geeignete Schaltungsanordnung geschehen. Beispielsweise ist es möglich, den gezogenen Strom durch die Wahl einer geeigneten Vorspannung, die Justierung der Arbeitspunkte und durch eine geeignete Lastimpedanz des Ausgangs der Komponenten mit einer nichtlinearen Charakteristik zu reduzieren.
Um eine Übertragungsantwort des Gesamtübertragungswegs weiter zu verbessern und um mögliche Datenfehler zu reduzieren, ist es bei modernen übertragenden Einrichtungen normal, zusätzlich das Eingangssignal vorzuverzerren.
Beim Beispiel der Vorverzerrung wird eine Verbesserung bei der Signalqualität dadurch erreicht, daß dem Verstärker bzw. der Komponente mit der nichtlinearen Charakteristik ein verzerrtes Signal geliefert wird. Die Verzerrung ist in diesem Beispiel so gewählt, daß die durch die Übertragungsantwort verursachte Verzerrung exakt kompensiert wird. Es ist dann wieder möglich, ein Signal, das etwa proportional dem Eingangssignal ist, am Ausgang des Verstärkers oder der Komponente mit einer nichtlinearen Charakteristik abzugreifen.
In der Druckschrift WO 01/24356 A1 ist eine Verstärkeranordnung mit einem Phasen- und einem Amplitudenmodulator gezeigt; bei der zu modulierende digitale Daten in Abhängigkeit eines Rückführungssignals vorverzerrt werden. Das Rückführungssignal wird hierbei am Ausgang eines Leistungsverstärkers abgegriffen, der auch für die Amplitudenmodulation verwendet wird.
Die Verwendung einer Vorverzerrung verursacht jedoch einen höheren Stromverbrauch in einer Modulatoranordnung oder einer übertragenden Einrichtung. Es kann deshalb wünschenswert sein, einen Kompromiß zwischen einem leistungseffizienten Arbeitsbereich von Verstärkern und einer Verwendung von Vorverzerrung in der Modulatoranordnung zu finden.
Kurze Darstellung der Erfindung
Nachfolgend wird eine vereinfachte kurze Darstellung vorgestellt, um ein grundlegendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Diese kurze Darstellung ist kein ausführlicher Überblick über die Erfindung und ist auch nicht dafür gedacht, Schlüsselelemente oder kritische Elemente der Erfindung zu identifizieren, noch den Schutzbereich davon abzugrenzen. Der wesentliche Zweck der kurzen Darstellung besteht vielmehr darin, ein oder mehrere Konzepte der Erfindung in einer vereinfachten Form als Auftakt für die ausführlichere Beschreibung vorzustellen, die später präsentiert wird.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Modulatoranordnung einen Dateneingang zum Empfangen von Amplitudendaten und einen Steuereingang zum Empfangen von Leistungsdaten. Ein Leistungsverstärker ist vorgesehen, um eine Amplitudenmodulation eines Trägersignals entweder als Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend den Amplitudendaten oder als eine Funktion eines modulierten Biasstromsteuersignals entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit von einem Leistungssteuersignal durchzuführen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, um das Leistungssteuersignal aus den Leistungsdaten abzuleiten.
Dementsprechend wird eine Amplitudenmodulation eines Trägersignals entweder als Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend den Amplitudendaten oder als eine Funktion eines modulierten Bissstroms entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit des Leistungssteuer-signals durchgeführt.
Zur Bewerkstelligung der vorausgegangenen und verwandten Ziele werden in der folgenden Beschreibung und den angehängten Zeichnungen gewisse illustrative Aspekte und Implementierungen der Erfindung im Detail dargelegt. Sie weisen nur auf einige wenige der verschiedenen Möglichkeiten hin, wie ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Andere Aspekte, Vorteile und neuartige Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird unten unter Verwendung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels einer Modulatoranordnung gemäß der Erfindung,
2A und 2B Ausführungsbeispiele eines Versorgungsspannungsmodulators gemäß der Erfindung,
3 ein Ausführungsbeispiel eines Biasstrommodulators gemäß der Erfindung,
4 ein Ausführungsbeispiel eines Leistungsverstärkers gemäß der Erfindung,
5 ein Blockdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Modulatoranordnung gemäß der Erfindung,
6 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorverzerrereinrichtung gemäß der Erfindung,
7 ein Blockdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels einer Modulatoranordnung gemäß der Erfindung,
8 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorverzerrereinrichtung gemäß der Erfindung,
9 ein beispielhaftes I/Q-Diagramm,
10 ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels einer Modulatoranordnung gemäß der Erfindung,
11 ein beispielhaftes Signalspektrum,
12A und 12B beispielhafte Diagramme einer Übertragungscharakteristik unter Verwendung einer Versorgungsspannungsmodulation und
13A und 13B beispielhafte Diagramme einer Übertragungscharakteristik unter Verwendung einer Biasstrommodulation.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
In der folgenden Beschreibung werden weitere Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammengefaßt. Außerdem wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung gezeigt ist, wie die Erfindung praktiziert werden kann. Die Ausführungsformen der Zeichnungen stellen eine kurze Zusammenfassung dar, um ein besseres Verständnis eines oder mehrerer Aspekte der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Diese kurze Darstellung ist kein ausführlicher Überblick über die Erfindung und soll auch nicht die Merkmale oder Schlüsselelemente der Erfindung auf eine spezifische Ausführungsform beschränken. Vielmehr können die verschiedenen Elemente, Aspekte und Merkmale, die in den Ausführungsformen offenbart sind, von einem Fachmann auf unterschiedliche Weisen kombiniert werden, um einen oder mehrere Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erzielen. Es versteht sich, daß andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die Elemente der Zeichnung sind nicht notwendigerweise relativ zueinander maßstabsgetreu gezeichnet. Gleiche Bezugszahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Modulatoranordnung, die eine Signalverarbeitungseinheit (SPU) 10 und eine Vorverzerrereinrichtung (DP) 20 umfasst, die an den Ausgang der Signalverarbeitungseinheit 10 gekoppelt ist, um eine Amplitudenkomponente R und eine Phasenkomponente θ zu empfangen. Die Modulatoranordnung umfasst weiterhin einen Versorgungsspannungsmodulator (SVM) 30, einen Biasstrommodulator 40 und einen Phasenmodulator (PM) 50. Der Versorgungsspannungsmodulator 30 und der Biasstrommodulator (BCM) 40 umfassen an die Vorverzerrereinrichtung 20 gekoppelte Signaleingänge 31, 41 zum Empfangen einer vorverzerrten Amplitudenkomponente R'. Der Phasenmodulator 50 umfasst einen Signaleingang 51 zum Empfangen einer vorverzerrten Phasenkomponente θ' von der Vorverzerrereinrichtung.
Weiterhin ist ein Leistungsverstärker (PA) 70 vorgesehen, der einen an einen Signalausgang 52 des Phasenmodulators 50 gekoppelten Signaleingang 71, einen an einen Ausgang 42 des Biasstrommodulators 40 gekoppelten Stromsteuereingang IB und einen an einen Ausgang 32 des Versorgungsspannungsmodulators 30 gekoppelten Versorgungsspannungseingang VDD umfasst. Ein Signalausgang 72 des Leistungsverstärkers 70 ist an eine Antenneneinrichtung 80 gekoppelt.
Die Anordnung umfasst weiterhin eine Steuereinheit (CTR) 60 mit einem an einen Eingang 16 und ein Anschluss 11 der Signalverarbeitungseinheit 10 gekoppelten Eingang 61. Die Steuereinheit 60 umfasst weiterhin einen Steuerausgang 62, der an einen Steuereingang 200 der Vorverzerrereinrichtung 20, an einen Steuereingang 33 des Versorgungsspannungsmodulators 30, an einen Steuereingang 43 des Biasstrommodulators 40 und an einen Steuereingang 53 des Phasenmodulators 50 gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Steuereinheit 60 von der Signalverarbeitungseinheit 10 umfasst sein.
Der Eingang 16 umfasst einen Dateneingang, der eingerichtet ist, Eingangsdaten zu empfangen, die in der Modulatoranordnung moduliert werden sollen, und einen Steuereingang zum Empfangen von Leistungsdaten, die beispielsweise einer Sollausgangsleistung des Leistungsverstärkers 70 entsprechen. Außerdem können andere Informationen vom Eingang 16 empfangen werden. Mit anderen Worten bildet der Eingang 16 einen Datenbus, der senderbezogene Daten und Steuerinformationen umfasst. Der Anschluss 11 der Signalverarbeitungseinheit 10 ist an den Dateneingang 16 gekoppelt, um die Eingangsdaten zu empfangen und die Amplitudenkomponente R und die Phasenkomponente θ aus den Eingangsdaten abzuleiten, was zum Beispiel eine Filterung der Eingangsdaten umfassen kann. Außerdem können die Leistungsdaten an die Signalverarbeitungseinheit 10 zum Ableiten der Signalkomponenten R, θ geliefert werden. Die Amplitudenkomponente R und die Phasenkomponente θ können als digitale Komponenten vorgesehen sein.
Die Steuereinheit 60 empfängt die Leistungssteuerdaten an ihrem Eingang 61. Die Leistungssteuerdaten können direkt vom Eingang 16 oder von der Signalverarbeitungseinheit 10 empfangen werden. Ein Leistungssteuersignal wird aus den Leistungssteuerdaten abgeleitet und an den Versorgungsspannungsmodulator 30, den Biasstrommodulator 40 und den Phasenmodulator 50 geliefert, um ihre jeweiligen Funktionen zu steuern. Zudem wird ein Vorverzerrungssteuersignal aus den Leistungssteuerdaten abgeleitet und an die Vorverzerrereinrichtung 20 geliefert, um eine Vorverzerrung der Amplitudenkomponente R und der Phasenkomponente θ zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Der Phasenmodulator 50 erzeugt ein phasenmoduliertes Trägersignal als Funktion der von der Phasenkomponente θ' gelieferten Phaseninformation. Der Phasenmodulator 50 kann zum Beispiel einen Sigma-Delta-Modulator zum Erzeugen des Trägersignals umfassen. Eine Amplitude des Trägersignals kann in Abhängigkeit von dem Leistungssteuersignal bestimmt werden, das beispielsweise einen Ausgangsverstärkungsfaktor umfasst. Der Ausgangsverstärkungsfaktor beziehungsweise die Amplitude des Trägersignals werden üblicherweise für mindestens mehrere Perioden oder Bursts des Trägersignals konstant gehalten. Mit anderen Worten wird üblicherweise keine Amplitudenmodulation durch Steuern des Phasenmodulators 50 mit dem Leistungssteuersignal durchgeführt.
Der Versorgungsspannungsmodulator 30 kann eine Ausgangsspannung an seinem Ausgang 32 als Funktion der am Signaleingang 31 gelieferten Amplitudenkomponente variieren. Der Leistungsverstärker 70 verstärkt das Trägersignal in Abhängigkeit von der modulierten Versorgungsspannung, was zu einer Amplitudenmodulation des Trägersignals führt.
Dementsprechend kann der Biasstrommodulator 40 einen Ausgangsstrom an seinem Ausgang 42 als Funktion der Amplitudenkomponente R' an seinem Eingang 41 variieren. Mit anderen Worten liefert der Biasstrommodulator 40 einen modulierten Biasstrom in Abhängigkeit von der Amplitudenkomponente R'. Wieder verstärkt der Leistungsverstärker 70 das Trägersignal, wobei die Verstärkung eine Funktion des modulierten Biasstroms ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform kann der Biasstrommodulator 40 ein Biasstromsteuersignal, das eine Ausgangsspannung umfassen kann, an seinem Ausgang 42 als Funktion der Amplitudenkomponente R' an seinem Eingang 41 variieren, so daß die Variation zu einer Biasstrommodulation am Ausgang 72 des Leistungsverstärkers 70 führt.
Die Steuereinheit 60 steuert den Versorgungsspannungsmodulator 30 und den Biasstrommodulator 40, so daß entweder eine Versorgungsspannungsmodulation durchgeführt wird, wobei der Biasstrommodulator 40 einen konstanten Biasstrom liefert und somit keine Biasstrommodulation durchführt, oder eine Biasstrommodulation durchgeführt wird, wobei eine konstante Versorgungsspannung von dem Versorgungsspannungsmodulator 30 geliefert wird. Dies wird durch das Leistungssteuersignal gesteuert. In jedem Fall entspricht die Modulatoranordnung einem Polarmodulator, der eine polare Modulation der am Eingang 16 gelieferten Eingangsdaten vornimmt.
Beispielsweise leitet die Steuereinheit 60 das Leistungssteuersignal derart aus den Leistungssteuerdaten ab, daß eine Versorgungsspannungsmodulation für Leistungssteuerdaten entsprechend einer hohen Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers 70 durchgeführt wird und eine Biasstrommodulation für Leistungssteuerdaten entsprechend einer niedrigen Ausgangsleistung durchgeführt wird.
12A und 12B zeigen ein beispielhaftes Diagramm einer Amplituden- und einer Phasenantwort eines Leistungsverstärkers 70, wobei eine Amplitudenmodulation unter Verwendung einer Versorgungsspannungsmodulation durchgeführt wird. 12A zeigt eine Amplitudenantwort des Leistungsverstärkers als Verhältnis eines Ausgangssignals Vout zu der modulierten Versorgungsspannung Vmod, als Funktion der modulierten Versorgungsspannung Vmod. Die vier gezeigten Kurven, durch ein Quadratsymbol, ein Kreuzsymbol, ein Kreissymbol und ein Dreiecksymbol bezeichnet, entsprechen verschiedenen Eingangsleistungen jeweiliger Trägersignale. Die Pfeile in jedem der Diagramme bezeichnen eine abnehmende Eingangsleistung die dem Leistungsverstärker zugeführt wird.
Dementsprechend ist in 12B eine Phasenantwort des Leistungsverstärkers durch eine Phasenverschiebung Δφ als Funktion der modulierten Versorgungsspannung Vmod gezeigt.
Aus den Diagrammen ist ersichtlich, daß bei Verwendung einer Versorgungsspannungsmodulation Verzerrungen hauptsächlich für niedrigere Ausgangsleistungen erzeugt werden, was zu einer nichtkonstanten Spannungsverstärkung führt. Bei höheren Ausgangsleistungen ist die Verstärkungsvariation gering, was zu einer geringen Verzerrung führt. In Abhängigkeit von einem mobilen Kommunikationsstandard, in dem die Modulation verwendet wird, kann es möglich sein, eine Vorverzerrung der Modulationsdaten zu deaktivieren.
13A und 13B zeigen beispielhafte Diagramme einer Amplituden- und einer Phasenantwort des Leistungsverstärkers bei Verwendung einer Biasstrommodulation. Dementsprechend ist in 13A eine Amplitudenantwort des Leistungsverstärkers durch eine Beziehung zwischen einem Ausgangssignal Vout und dem modulierten Biasstrom Imod als Funktion des modulierten Biasstroms Imod gezeigt. 13b zeigt die entsprechende Phasenantwort des Leistungsverstärkers 70 unter Verwendung von Biasstrommodulation.
Aus den Diagrammen in 13A und 13B ist ersichtlich, daß die durch die Biasstrommodulation erzeugte Verzerrung bei niedrigeren Ausgangsleistungen klein und bei höheren Ausgangsleistungen größer ist. Wie zuvor für die Versorgungsspannungsmodulation beschrieben, kann es möglich sein, eine Polarmodulation mit der Amplitudenkomponente und der Phasenkomponente durchzuführen, ohne eine Vorverzerrung anzuwenden, wenn eine Biasstrommodulation mit niedrigeren Ausgangsleistungen verwendet wird.
Folglich kann die Steuereinheit 60 das Leistungssteuersignal, das die Verwendung von Versorgungsspannungsmodulation oder Biasstrommodulation bestimmt, aus den Leistungssteuerdaten entsprechend einer Sollausgangsleistung des Leistungsverstärkers 70 ableiten. Außerdem kann eine Entscheidung, ob eine Vorverzerrung aktiviert oder deaktiviert wird, in Abhängigkeit der Leistungssteuerdaten getroffen werden, um den Stromverbrauch der Modulatoranordnung zu reduzieren.
Die 2A und 2B zeigen Ausführungsbeispiele eines Versorgungsspannungsmodulators 30, der in einer Ausführungsform der Modulatoranordnung verwendet werden kann. Andere Arten von Versorgungsspannungsmodulatoren können ebenfalls verwendet werden und werden als in den Schutzbereich der Erfindung fallend angesehen.
In 2A umfasst der Versorgungsspannungsmodulator 30 einen Buckmodus-DC/DC-Wandler mit einem Operationsverstärker OP1, einem Schalttransistor T1, einer Diode D1, einem Kondensator C1 und einer Induktionsspule L1. Die Induktionsspule L1 und der Kondensator C1 wirken als ein Energiespeicher und als eine Filterbank. Der Operationsverstärker OP1 vergleicht eine Amplitudenkomponente an seinem Eingang 31 mit einem Referenzsignal an einem Eingang 34. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers OP1 ist ein den Transistor T1 steuerndes gepulstes Signal. Mit anderen Worten führt der Operationsverstärker OP1 eine Pulsweitenmodulation einer Versorgungsspannung VCC als Funktion der Amplitudenkomponente durch. Die geschaltete Versorgungsspannung wird von der Filterbank gefiltert, um am Ausgang 32 eine kontinuierliche Ausgangsspannung zu erzeugen.
Der Operationsverstärker OP1 umfasst einen Steuereingang 33, beispielsweise zum Deaktivieren der Versorgungsspannungsmodulation und zum Erzeugen eines Signals mit konstanter Impulsbreite und somit einer konstanten Versorgungsspannung, die in dem Fall, daß in der Modulatoranordnung eine Biasstrommodulation durchgeführt wird, an den Leistungsverstärker 70 geliefert wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Versorgungsspannungsmodulator 30 einen Boost-DC/DC-Wandler oder einen Buck-Boost-DC/DC-Wandler.
2B zeigt eine weitere Ausführungsform eines Versorgungsspannungsmodulators 30, der einen Linearregler umfasst, der ein LDO-Regler (low drop-out) sein kann. Der Linearregler umfasst einen Fehlerverstärker OP2, der auf seiner Ausgangsseite mit einem Steuereingang eines Transistors T2 verbunden ist. Der Ausgang 32 des Versorgungsspannungsmodulators 30 ist über eine Übertragungsfunktion H(s) an einen invertierenden Eingang des Fehlerverstärkers OP2 zurückgekoppelt. Der nichtinvertierende Eingang des Fehlerverstärkers OP2 ist an den Signaleingang 31 gekoppelt, um die Amplitudenkomponente zu empfangen.
Der Ausgang des Fehlerverstärkers OP2 steuert einen Spannungsabfall bzw. einen Widerstand des Transistors T2, was zu der modulierten Versorgungsspannung am Ausgang 32 führt. Gemäß der vorausgegangenen Ausführungsform umfasst der Fehlerverstärker OP2 den Steuereingang 33 zum Deaktivieren des Versorgungsspannungsmodulators und zum Erzeugen einer konstanten Versorgungsspannung für den Leistungsverstärker 70.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Biasstrommodulators 40, der einen Operationsverstärker OP3 umfasst. Der Verstärker OP3 kann ein steilheitsgesteuerter Operationsver-stärker (OTA – Operational Transconductance Amplifier) sein. Die Amplitudenkomponente wird als ein Differenzialsignal an seinen Eingang 41 angelegt, und am Ausgang kann ein Strom Iout mit Modulation entsprechend der Amplitudenkomponente erhalten werden.
Der Strom Iout kann beispielsweise mit einem Stromspiegel verstärkt werden. 3 zeigt auch ein schematisches Diagramm des Verstärkers OP3, bei dem ein von einer Stromquelle Gm gelieferter Strom Iout von den der Amplitudenkomponente entsprechenden Differenzialeingangsdaten abhängt. Der Verstärker OP3 umfasst einen Steuereingang 43 zum Deaktivieren der Biasstrommodulation, so dass ein konstanter Bissstrom an den Leistungsverstärker 70 geliefert wird. Während 3 zwei beispielhafte Biasstrommodulatorausführungsformen veranschaulicht, versteht sich, daß jede Art von Biasstrommodulator verwendet werden kann, und solche Alternativen werden als in den Schutzbereich der Erfindung fallend angesehen.
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Leistungsverstärkers 70. Eine Versorgungsspannung, die eine modulierte Versorgungsspannung oder eine konstante Versorgungsspannung sein kann, wird an den Spannungsversorgungseingang VDD angelegt. Der Stromverstärker umfasst weiterhin Transistoren 74 und 75, die als ein Stromspiegel ausgeführt sind, wobei ein Eingang des Stromspiegels durch den Stromsteuereingang IB gebildet wird. Ein modulierter oder konstanter Bissstrom kann an diesem Stromsteuereingang IB bereitgestellt werden.
Ein Transistor 73 ist zwischen den Transistor 74 und einen Referenzspannungsanschluss VSS gekoppelt. Der Steuereingang des Transistors 73 bildet den Signaleingang 71 des Leistungsverstärkers 70. Eine Verbindung zwischen den Transistoren 73 und 74 bildet den Signalausgang 72, an dem das modulierte Ausgangssignal bereitgestellt werden kann. Die Amplitude des modulierten Ausgangssignals hängt von der Versorgungsspannung am Versorgungsspannungseingang VDD und dem am Stromsteuereingang IB bereitgestellten Bissstrom ab.
Wieder unter Bezugnahme auf 1 entscheidet die Steuereinheit 60, daß entweder Biasstrommodulation oder Versorgungsspannungsmodulation verwendet wird, und in beiden Fällen, ob eine Vorverzerrung erforderlich ist oder nicht. Mit anderen Worten kann die Steuereinheit 60 entscheiden, welcher der mindestens vier verschiedenen Fälle, Versorgungsspannungsmodulation mit Vorverzerrung, Versorgungsspannungsmodulation ohne Vorverzerrung, Biasstrommodulation mit Vorverzerrung und Biasstrommodulation ohne Vorverzerrung, relevant ist.
Dementsprechend wird der Phasenmodulator 50 justiert und gesteuert, um am Eingang 71 des Leistungsverstärkers 70 eine phasenmodulierte Solleingangsleistung bereitzustellen. Wenn beispielsweise die Eingangsleistung im Vergleich zur jeweiligen Ausgangsleistung zu hoch ist, kann die Signalqualität des Ausgangssignals des Leistungsverstärkers 70 aufgrund Nebensprechens leiden. Es ist auch möglich, daß sich die Systemeffizienz verschlechtert. Deshalb wird die Signalleistung des Trägersignals von der Steuereinheit 60 so gesteuert, daß sie gleichzeitig gute Linearität und hohe Effizienz aufweist. Die Steuereinheit 60 steuert auch den Arbeitspunkt des Leistungsverstärkers 70, was bedeutet, welcher konstante Biasstromwert im Fall einer Versorgungsspannungsmodulation gesetzt wird und welcher konstante Versorgungsspannungswert im Fall einer Biasstrommodulation gesetzt wird. Präzise Werte, verglichen mit denen eine Entscheidung getroffen wird, können beispielsweise durch Ausmessen des Leistungsverstärkers 70 erhalten werden, wobei die Werte in einer Datenbank gespeichert werden können. Entscheidungen können jedoch auch auf weiteren Informationen basieren.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Modulatoranordnung. Zusätzlich zu der in 1 gezeigten Ausführungsform umfasst die Modulatoranordnung einen an den Ausgang der Vorverzerrereinrichtung 20 gekoppelten Digital/Analog-Wandler 90. Der Ausgang des Digital/Analog-Wandlers 90 ist an ein Tiefpaßfilter 91 gekoppelt, das die analoge Amplitudenkomponente R' filtert und an den Versorgungsspannungsmodulator 30 und den Biasstrommodulator 40 schickt.
Ein Vorverstärker 100 ist zwischen dem Ausgang 52 des Phasenmodulators 50 und dem Signaleingang 71 des Leistungsverstärkers 70 vorgesehen, um die Amplitude des Trägersignals als Funktion des an einem Steuereingang 103 des Vorverstärkers 100 bereitgestellten Ausgangsverstärkungsfaktors zu justieren.
Am Ausgang 72 des Leistungsverstärkers 70 ist ein Richtkoppler 110 zum Rückkoppeln eines Teils des Ausgangssignals an eine Rückkopplungseinheit (FBU – Feedback unit) 130 vorgesehen. Ein Verstärker 120 mit einem Eingang 121 und einem Ausgang 122 ist zwischen den Richtkoppler 110 und die Rückkopplungseinheit 130 gekoppelt. Der Verstärker 120 umfasst einen Steuereingang 123, der an den Steuerausgang 62 der Steuereinheit 60 gekoppelt ist. Ein Verstärkungsfaktor des Verstärkers 120 kann mit Hilfe eines Rückkopplungsverstärkungsfaktors, der von der Steuereinheit 60 geliefert wird, justiert werden. Der Rückkopplungsverstärkungsfaktor wird von dem Leistungssteuersignal abgeleitet. Der Verstärker 120 kann ein Verstärker mit veränderlichem Verstärkungsfaktor (VGA – Variable Gain Amplifier) oder ein Verstärker mit programmierbarem Verstärkungsfaktor (PGA – Programmable Gain Amplifier) sein, wobei der Rückkopplungsverstärkungsfaktor als ein analoges bzw. digitales Signal bereitgestellt werden kann.
Die Rückkopplungseinheit 130 ist an einen Eingang 26 der Vorverzerrereinrichtung 20 gekoppelt, um ein Rückkopplungssignal FBS bereitzustellen, das von dem von dem Richtkoppler 110 und dem Verstärker 120 bereitgestellten Signal abgeleitet ist. Die Rückkopplungseinheit 130 kann einen Hüllkurven- und Phasendetektor zum Bereitstellen von Amplituden- und Phaseninformationen des Ausgangssignals an die Vorverzerrereinrichtung 20 umfassen. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Rückkopplungseinheit 130 eine Demodulatoreinheit zum Ableiten von I/Q-Daten entsprechend dem Ausgangssignal umfassen, was Daten in kartesischen Koordinaten bedeutet. In diesem Fall kann entweder in der Rückkopplungseinheit 130 oder in der Vorverzerrereinrichtung 20 eine Einrichtung vorgesehen sein, um die I/Q-Daten in Polardaten umzuwandeln, die eine dem Ausgangssignal entsprechende Amplitude und Phase umfassen. Beispielsweise kann für die Umwandlung ein CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer) verwendet werden.
Die Vorverzerrereinrichtung 20 kann einen Speicher umfassen, der Vorverzerrerkoeffizienten speichert. Die Auswahl entsprechender Vorverzerrungskoeffizienten kann von der von der Signalverarbeitungseinheit 10 gelieferten Amplitudenkomponente R abhängig sein. Die gespeicherten Koeffizienten entsprechen spezifischen Betriebszuständen des Leistungsverstärkers 70 oder der ganzen Modulatoranordnung. Beim Betreiben der Modulatoranordnung ist es möglich, daß sich der Betriebszustand ändert. Es kann wünschenswert sein, die gespeicherten Vorverzerrungskoeffizienten so anzupassen, daß sie auf den geänderten Betriebszustand reagieren. Die Vorverzerrereinrichtung 20 kann die Amplitudenkomponente R und die Phasenkomponente θ mit dem Rückkopplungssignal FBS vergleichen, um eine Abweichung des Ausgangssignals des Leistungsverstärkers 70 im Vergleich zu einem Sollausgangssignal zu bestimmen. Die gespeicherten Koeffizienten können entsprechend der bestimmten Abweichung angepaßt werden. Die Vorverzerrereinrichtung 20 umfasst einen Ausgang 27 zum Liefern eines Anpassungssignals entsprechend einer Information über den Anpassungsprozeß an einen Eingang 63 der Steuereinheit 60. Der Vergleich zwischen der Amplitudenkomponente R und der Phasenkomponente θ mit dem Rückkopplungssignal FBS umfasst weiterhin Informationen über Nichtlinearitäten in dem Ausgangssignal des Leistungsverstärkers 70. Deshalb umfasst auch das an die Steuereinheit 60 gelieferte Anpassungssignal die Nichtlinearitätsinformationen. Deshalb kann die Steuereinheit 60 das Vorverzerrungssteuersignal aus dem Anpassungssignal ableiten. In diesem Fall hängt der Einsatz der Vorverzerrung von während des Betriebs bestimmtem Nichtlinearitäten der Anordnung oder des Leistungsverstärkers ab.
Die Steuereinheit 60 kann eine Datenbank umfassen, die Informationen über verschiedene mögliche Nichtlinearitäten in jedem von verschiedenen Kommunikationsstandards wie etwa UMTS, GSM/EDGE umfasst. Das Informationen über die Nichtlinearitäten während des Betriebs umfassende Anpassungssignal kann mit den in dieser Datenbank gespeicherten Werten verglichen werden, und das Vorverzerrungssteuersignal kann von dem Vergleichsergebnis abhängig gemacht werden.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorverzerrereinrichtung 20. Sie umfasst eine Nachschlagetabelle (LUT AM) 21 für die Amplitudenkomponente R und eine Nachschlagetabelle (LUT PM) 22 für die Phasenkomponente θ. Die Amplitudenkomponente R wird an beide Nachschlagetabellen 21, 22 für die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente geliefert.
Zum Vorverzerren der Amplitudenkomponente R wird ein einem Justierfaktor entsprechender Vorverzerrungskoeffizient in Abhängigkeit von der Amplitudenkomponente R aus der Nachschlagetabelle 21 ausgelesen. Dieser Vorverzerrungskoeffizient wird an einen Multiplizierer 23 geliefert, um die Amplitudenkomponente R, die durch ein Verzögerungselement D1 verzögert wird, mit dem Koeffizienten zu multiplizieren. Das Ergebnis der Multiplikation ist die vorverzerrte Amplitudenkomponente R'.
Dementsprechend wird ein Vorverzerrungskoeffizient für die Phasenkomponente θ innerhalb der Nachschlagetabelle 22 in Abhängigkeit von der Amplitudenkomponente R bestimmt. In diesem Fall wird der einem Phasenkorrekturfaktor entsprechende bestimmte Vorverzerrungskoeffizient an einen Addierer 24 geliefert, der an seinem zweiten Eingang eine durch ein Verzögerungselement D1 verzögerte Phasenkomponente θ empfängt. Die Verzögerungszeiten der Verzögerungselemente D1 entsprechen der Zeit, die zum Auslesen der entsprechenden Vorverzerrungskoeffizienten aus den Nachschlagetabellen 21, 22 erforderlich ist.
Möglicherweise ist es erforderlich, ein weiteres Verzögerungselement D2 bereitzustellen, damit die Amplitudenkomponente R' und eine Phasenkomponente θ' aufeinander synchronisiert werden. Bei dieser Ausführungsform ist das weitere Verzögerungselement D2 in dem Phasenweg der Vorverzerrereinrichtung 20 angeordnet. Bei einer weiteren Ausführungsform könnte es möglich sein, ein weiteres Verzögerungselement D2 in dem Amplitudenweg der Vorverzerrereinrichtung 20, beispielsweise hinter dem Multiplizierer 23, vorzusehen.
Die Verzögerungszeit für die Verzögerungselemente D1 kann gleich einem ganzzahligen Vielfachen der zum Adressieren der Nachschlagetabellen 21, 22 verwendeten Taktperiode sein. Dementsprechend sind die Verzögerungszeiten der Verzögerungselemente D1 üblicherweise gleich. Es kann jedoch erforderlich sein, daß die Verzögerungszeit des Verzögerungselements D2 Größe- und Phasensignale derart abgleicht, daß sie den Leistungsverstärker 70 gleichzeitig erreichen und ein ausreichend gutes zusammengesetztes Signal am Signalausgang 72 erhalten wird. Deshalb ist es wünschenswert, daß die Verzögerungseinheit D2 in der Lage ist, Verzögerungswerte gleich Bruchteilen der Taktperiode bereitzustellen. Mit anderen Worten kann die Vorverzerrereinrichtung 20 einen zeitlichen Abgleich der Phasen- und der Amplitudenwege vornehmen.
Das Durchführen der Vorverzerrung wird von dem am Steuereingang 200 gelieferten Vorverzerrungssteuersignal PRECS gesteuert. Wenn die Steuereinheit 60 den Betriebszustand der Modulatoranordnung derart bestimmt, daß eine Vorverzerrung nicht erforderlich oder nicht wünschenswert ist, kann sie die Vorverzerrung über das Vorverzerrungssteuersignal PRECS deaktivieren. Dazu ist eine Schaltelemente 202, 203, 204, 205 umfassende Schalteinheit 201 vorgesehen. Je nach dem Vorverzerrungssteuersignal PRECS umfassen die Schaltelemente 202, 203 und die Schaltelemente 204, 205 jeweils den gleichen Schaltzustand. Wenn die Vorverzerrung aktiviert ist, sind die Schaltelemente 202, 203 geschlossen, wodurch Eingangsdaten R, θ an die Nachschlagetabellen 21, 22 weitergeleitet werden, während sich die Schaltelemente 204, 205 in einem offenen Zustand befinden. Wenn im anderen Fall eine Vorverzerrung deaktiviert ist, sind die Schaltelemente 204, 205 geschlossen, wodurch die Eingangsdaten R, θ direkt an einen Ausgang der Vorverzerrereinrichtung 20 als die Amplituden- und Phasenkomponenten R', θ' weitergeleitet werden, während sich die Schaltelemente 202, 203 in einem offenen Zustand befinden. Das Vorverzerrungssteuersignal PRECS wird ebenfalls an die Nachschlagetabellen 21, 22 geliefert, um ihre Funktion zu deaktivieren, beispielsweise durch Abschalten ihrer Versorgung, was den Stromverbrauch reduziert.
Die in den Nachschlagetabellen 21, 22 gespeicherten Vorverzerrungskoeffizienten entsprechen einer invertierten Übertragungscharakteristik des Leistungsverstärkers 70. Deshalb werden die von der Vorverzerrereinrichtung 20 erzeugten Verzerrungen durch die nichtlinearen Verzerrungen des Leistungsverstärkers 70 derart aufgehoben, daß das resultierende Ausgangssignal am Signalausgang 72 linear von den am Eingang 16 gelieferten Eingangsdaten abhängt. Mit anderen Worten führt die Kombination aus der Übertragungsfunktion der Vorverzerrereinrichtung 20 und der Übertragungsfunktion des Leistungsverstärkers 70 zu einer linearen Übertragungsfunktion.
Wie oben erwähnt kann sich das nichtlineare Verhalten des Leistungsverstärkers 70 während des Betriebs der Modulatoranordnung ändern. Deshalb kann es nötig sein, die Vorverzerrungskoeffizienten in einer Vorverzerrereinrichtung 20 entsprechend anzupassen, um eine lineare Totalübertragungsfunktion aufrechtzuerhalten. Dazu wird das Rückkopplungssignal FBS, das am Eingang 26 von der Rückkopplungseinheit 130 bereitgestellt wird, an eine Anpassungseinheit 25 zusammen mit den gewünschten unverzerrten Amplituden- und Phasenkomponenten R, θ geliefert. Aus einer in der Anpassungseinheit 25 berechneten Differenz können korrigierte oder angepaßte Vorverzerrungskoeffizienten abgeleitet werden. Die angepaßten Koeffizienten können an den Ausgängen 251, 252 bereitgestellt werden, um die Koeffizienten in den Nachschlagetabellen 21, 22 zu aktualisieren.
Je nach der Abweichung der eingegebenen Amplituden- und Phasenkomponenten R, θ und dem Rückkopplungssignal FBS kann auch das Anpassungssignal ADS abgeleitet und an dem Ausgang 27 bereitgestellt werden, der an die Steuereinheit 60 gekoppelt ist.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Modulatoranordnung gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Modulatoranordnung weiterhin eine Sensoreinheit 140 zum Detektieren eines Betriebszustands des Leistungsverstärkers 70. Die Sensoreinheit 140 umfasst einen Ausgang 144, der an einen Sensoreingang 64 der Steuereinheit 60 gekoppelt ist, um ein Sensorsignal SES bereitzustellen.
Die Sensoreinheit 140 umfasst weiterhin einen Spannungssensor 141, einen Stromsensor 142 und einen Temperatursensor 143, die an den Leistungsverstärker 70 gekoppelt sind, um einen Strom des Leistungsverstärkers, eine Spannung des Leistungsverstärkers bzw. eine Temperatur des Leistungsverstärkers zu messen.
Die Steuereinheit 60 kann eine Datenbank umfassen, die das Verhalten des Leistungsverstärkers 70 unter verschiedenen Bedingungen für jeden Kommunikationsstandard zeigt, bereitgestellt durch die jeweiligen Sensoren. Je nach in der Datenbank gespeicherten Werten und dem von der Sensoreinheit 140 gelieferten Sensorsignal SES kann die Steuereinheit 60 weiterhin ein Vorverzerrungssteuersignal aus dem Sensorsignal ableiten.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorverzerrereinrichtung 20. Die in 6 gezeigte Schalteinheit 201 entfällt lediglich aus Übersichtsgründen in dieser Figur. Ihre Funktion kann ebenfalls in dieser Ausführungsform bereitgestellt werden. Zusätzlich zu den in 6 gezeigten Elementen umfasst die Vorverzerrereinrichtung 20 eine Fehlerdetektionseinheit 28, die am Eingang 26 bereitgestellte Rückkopplungssignale empfängt und ein Fehlersignal ERS an einem Ausgang 29 liefert, der an die Steuereinheit 60 gekoppelt ist. Die Fehlerdetektionseinheit 28 empfängt weiterhin die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente R, θ. Mit anderen Worten ist die Fehler-detektionseinheit 28 an die Rückkopplungseinheit 130 und die Signalverarbeitungseinheit 10 gekoppelt. Die Fehlerdetek-tionseinheit 28 leitet ein Fehlersignal aus der Amplituden-komponente R, der Phasenkomponente θ und aus dem Rückkopplungssignal FBS ab. Beispielsweise umfasst das Fehlersignal ERS Informationen über eine Fehlervektorgröße EVM des Ausgangssignals des Leistungsverstärkers 70.
Die Fehlervektorgröße ist ein Maß, das zeigt, wie gut eine Ausgangskonstellation des Leistungsverstärkers 70 der durch die Amplitudenkomponente R und die Phasenkomponente θ gegebenen idealen Eingangskonstellation entspricht. Wenn die Fehlervektorgröße hoch ist, dann liegt eine große Abweichung zwischen Eingangs- und Ausgangskonstellation vor, was eine hohe Verzerrung des Ausgangssignals bedeutet.
9 zeigt ein beispielhaftes I/Q-Diagramm von komplexen Signalen einer Modulatoranordnung. Der Vektor S(k) entspricht einem gewünschten Datensymbol zu einem Zeitpunkt k, das von der Amplitudenkomponente R und der Phasenkomponente θ abgeleitet werden kann. Der Vektor A(k) entspricht einem tatsächlichen Symbol in dem Ausgangssignal, das aus dem Rückkopplungssignal FBS abgeleitet werden kann. Ein Fehlervektor E(k) ergibt sich aus der Differenz zwischen dem beabsichtigten Symbolvektor S(k) und dem tatsächlichen Symbolvektor A(k).
Das Fehlersignal ERS kann eine Effektivwert-Fehlervektorgröße RMS EVM umfassen, die berechnet werden kann durch
wobei N die Anzahl der zur Berechnung verwendeten Symbole ist.
Als Alternative kann das Fehlersignal ERS eine Spitzenfehlervektorgröße peak EVM umfassen, die berechnet werden kann durch
Mit anderen Worten wird die RMS EVM in einer Ausführungsform für mehrere Abtastwerte von Eingangs- und Ausgangssignalen berechnet, wohingegen die peak EVM für einen maximalen Fehlervektor E(k) berechnet wird.
Die Steuereinheit 60, die das Fehlersignal ERS empfängt, kann weiterhin das Vorverzerrungssteuersignal PRECS aus dem Fehlersignal ERS ableiten. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Steuereinheit 60 weiterhin das Leistungssteuersignal aus dem Fehlersignal ERS ableiten.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Modulatoranordnung. Sie umfasst weiterhin eine Leckdetektionseinheit 150, die an den Ausgang 122 des Verstärkers 120 in dem Rückkopplungsweg und an die Rückkopplungseinheit 130 gekoppelt ist, um ein Überlagerungsoszillatorsignal zu empfangen. Sie leitet ein Leckdetektionssignal LDS entsprechend einer Leckleistung (adjacent channel leakage power) eines benachbarten Kanals des Leistungsverstärkers 70 ab. Das Leckdetektions-signal LDS wird an die Steuereinheit 60 über einen Analog/Digital-Wandler 158 und einen Eingang 65 der Steuereinheit 60 geliefert.
Dazu umfasst die Leckdetektionseinheit 150 einen Multiplizierer 151 zum Herabkonvertieren des rückgekoppelten Ausgangssignals mit dem Überlagerungsoszillatorsignal LO. Ein Tiefpaßfilter 153 und ein Bandpaßfilter 155 sind an den Ausgang des Multiplizierers 151 gekoppelt.
11 zeigt ein beispielhaftes Frequenzdiagramm eines rückgekoppelten Ausgangssignals. Sie umfasst weiterhin beispielhafte Charakteristiken einer Übertragungsfunktion LPF des Tiefpaßfilters 153 und BPF des Bandpaßfilters 155. Die Bandpaßfiltercharakteristik BPF deckt einen Frequenzbereich ab, der dem Frequenzbereich in einem benachbarten Übertragungskanal entspricht, beispielsweise bei UMTS. Die Charakteristik des Tiefpaßfilters LPF kann einen breiteren Frequenzbereich abdecken, innerhalb dessen sowohl der Hauptkanal wie benachbarte Kanäle umfasst sind.
Wieder unter Bezugnahme auf 10 umfasst die Leckdetektionseinheit 150 weiterhin einen an den Ausgang des Tiefpaßfilters 153 gekoppelten logarithmische-Leistung-Detektor 154 und einen an den Ausgang des Bandpaßfilters 155 gekoppelten logarithmische-Leistung-Detektor 156. Weiterhin ist ein Addierer 157 vorgesehen, um den Ausgang des logarithmische-Leistung-Detektor 156 und den negativen Ausgang des logarithmische-Leistung-Detektor 154 aufzusummieren, wobei das Ergebnis an die Steuereinheit 60 geliefert wird.
Mit den in 11 gezeigten beispielhaften Charakteristiken LPF, BPF bestimmt der Leistungsdetektor 154 eine Leistung des rückgekoppelten Signals in dem Hauptkanal und in den benachbarten Kanälen. Der Leistungsdetektor 156 bestimmt die Leistung eines benachbarten Kanals des rückgekoppelten Signals. Somit kann von dem Addierer 157 ein benachbarter-Kanal-Leckleistungsverhältnis (ACLR, adjacent channel leakage ratio) bestimmt werden.
Die Steuereinheit 60 kann an Hand des Leckdetektionssignals LDS entscheiden, ob Versorgungsspannungsmodulation oder Biasstrommodulation verwendet werden soll und ob Vorverzerrung verwendet werden soll oder nicht. Mit anderen Worten leitet die Steuereinheit 60 weiterhin ein Leistungssteuersignal und ein Vorverzerrungssteuersignal aus dem Leckdetektionssignal LDS ab. Andere Möglichkeiten zum Bestimmen einer Leckleistung des Ausgangssignals sind für den Fachmann offensichtlich. Beispielsweise kann eine Herunterkonvertierung mit sehr niedriger Zwischenfrequenz durchgeführt werden, um mögliche Gleichstromoffseteffekte aus der Herunterkonvertierung zu vermeiden. In diesem Fall sollte das Tiefpaßfilter 153 durch ein den Hauptkanal abdeckendes Bandpaßfilter ersetzt werden. Außerdem sollte die Bandpaßcharakteristik BPF des Bandpaßfilters 155 so modifiziert werden, daß ihre Mittenfrequenz einen bestimmten Offset von dem Hauptkanal aufweist.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Modulatoranordnung einen Dateneingang zum Empfangen von Amplitudendaten und einen Steuereingang zum Empfangen von Leistungsdaten. Ein Leistungsverstärker ist vorgesehen, um eine Amplitudenmodulation eines Trägersignals entweder als eine Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend den Amplitudendaten oder als eine Funktion eines modulierten Biasstromsteuersignals entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit von einem Leistungssteuersignal durchzuführen. Eine Steuereinheit ist vorgesehen, um das Leistungssteuer-signal aus den Leistungsdaten abzuleiten.
Dementsprechend wird eine Amplitudenmodulation eines Trägersignals entweder als Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend den Amplitudendaten oder als Funktion eines modulierten Bissstroms entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit von dem Leistungssteuersignal durchgeführt.
Die Entscheidungen, welcher Modulationstyp verwendet werden soll und ob eine Vorverzerrung verwendet werden soll, können auch auf anderen Faktoren basieren. Beispielsweise können das Leistungssteuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal aus einem verwendeten Mobilkommunikationsstandard, anderen Leistungs-modi zum Sparen von Energie oder anderen Faktoren entsprechend einem Betriebszustand der Modulatoranordnung abgeleitet werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Leistungsverstärker 70 mehrere Verstärkerstufen. Eine Amplitudenmodulation kann in jeder der Verstärkerstufen durchgeführt werden. Beispielsweise wird in einer ersten Verstärkerstufe eine Biasstrommodulation in Abhängigkeit von dem Leistungssteuersignal durchgeführt. Gleichzeitig wird in einer späteren oder Endverstärkerstufe eine Versorgungsspannungsmodulation vorgenommen, die weiterhin von dem Leistungssteuersignal abhängt. Mit anderen Worten wird auch eine modulierte Versorgungsspannung wie ein modulierter Bissstrom oder ein moduliertes Biasstromsteuersignal an den Leistungsverstärker 70 geliefert, um eine Amplitudenmodulation des Trägersignals durchzuführen, beispielsweise durch die Steuereinheit 60 in Abhängigkeit von Leistungssteuerdaten gesteuert.
Wenngleich hierin spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, versteht der Fachmann, daß jede Anordnung, die berechnet ist, den gleichen Zweck zu erzielen, für die gezeigten spezifischen Ausführungsformen substituiert werden kann. Es versteht sich, daß die obige Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Diese Anmeldung soll alle Anpassungen oder Variationen der Erfindung abdecken. Kombinationen der obigen Ausführungsformen und viele andere Ausführungsformen ergeben sich dem Fachmann bei Lektüre und Verstehen der obigen Beschreibung. Der Schutzbereich der Erfindung umfasst alle anderen Ausführungsformen und Anwendungen, in denen die obigen Strukturen und Verfahren verwendet werden können. Der Schutzbereich der Erfindung sollte deshalb unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche zusammen mit dem Schutzbereich von Äquivalenten, auf den solche Ansprüche ein Anrecht haben, bestimmt werden.

Claims

Modulatoranordnung, umfassend: – einen Leistungsverstärker (70), der einen zum Empfangen eines Trägersignals eingerichteten Signaleingang (71), einen Stromsteuereingang (IB), einen Versorgungsspannungseingang (VDD) und einen Signalausgang (72) umfasst; – einen Versorgungsspannungsmodulator (30), der einen an den Versorgungsspannungseingang (VDD) des Leistungsverstärkers (70) gekoppelten Ausgang (32) und einen an einen Dateneingang gekoppelten Eingang (31) umfasst und der zum Modulieren einer Versorgungsspannung an einem Ausgang (32) des Versorgungsspannungsmodulators (30) als Funktion eines an einem Steuereingang (33) des Versorgungsspannungsmodulators (30) empfangenen Steuersignals eingerichtet ist; – einen Biasstrommodulator (40), der einen an den Stromsteuereingang (IB) des Leistungsverstärkers (70) gekoppelten Ausgang (42) und einen an den Dateneingang gekoppelten Eingang (41) umfasst und der zum Modulieren eines Biasstroms am Ausgang (42) des Biasstrommodulators (40) als Funktion eines an einem Steuereingang (43) des Biasstrommodulators (40) empfangenen Steuersignals eingerichtet ist; und – eine Steuereinheit (60), die einen zum Empfangen von Leistungssteuerdaten eingerichteten Leistungssteuereingang (61) und einen Leistungssteuerausgang (62) umfasst, der an den Versorgungsspannungsmodulator (30) und an den Biasstrommodulator (40) gekoppelt ist und eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines oder mehrerer von den Leistungssteuerdaten abgeleiteten Steuersignalen den Versorgungsspannungsmodulator (30) und den Biasstrommodulator (40) derart zu steuern, dass entweder eine Versorgungsspannungsmodulation oder eine Biasstrommodulation durchgeführt wird.
Modulatoranordnung nach Anspruch 1, weiterhin umfassend – eine Signalverarbeitungseinheit (10), die an den Dateneingang gekoppelt und zum Empfangen von Eingangsdaten eingerichtet ist und einen an die jeweiligen Eingänge (31, 41) des Versorgungsspannungsmodulators (30) und des Biasstrommodulators (40) gekoppelten und zum Bereitstellen einer Amplitudenkomponente der Eingangsdaten eingerichteten ersten Ausgang umfasst und einen zum Bereitstellen einer Phasenkomponente der Eingangsdaten eingerichteten zweiten Ausgang umfasst; und – einen Phasenmodulator (50), der zum Bereitstellen eines Trägersignals eingerichtet ist, das auf der Basis der Phasenkomponente von der Signalverarbeitungseinheit (10) phasenmoduliert ist.
Modulatoranordnung nach Anspruch 2, weiterhin umfassend einen Vorverstärker (100), der zwischen den Phasenmodulator (50) und den Leistungsverstärker (70) gekoppelt ist, wobei der Vorverstärker (100) eingerichtet ist, das Trägersignal um einen von der Steuereinheit (60) in Abhängigkeit von dem Steuersignal gelieferten Ausgangsverstärkungsfaktor zu verstärken.
Modulatoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, weiterhin umfassend eine Vorverzerrereinrichtung (20), die eingerichtet ist, die Amplituden- und die Phasenkomponente als Funktion einer Charakteristik des Leistungsverstärkers (70) auf der Basis eines Vorverzerrungssteuersignals vorzuverzerren, wobei das Vorverzerrungssteuersignal von der Steuereinheit (60) in Abhängigkeit von dem Steuersignal erzeugt wird.
Modulatoranordnung nach Anspruch 4, weiterhin umfassend eine Rückkopplungseinheit (130), die eingerichtet ist, ein von einem Ausgangssignal des Leistungsverstärkers (70) abgeleitetes Rückkopplungssignal an die Vorverzerrereinrichtung (20) zu liefern, und wobei das Rückkopplungssignal eingerichtet ist, in der Vorverzerrereinrichtung (20) gespeicherte Vorverzerrungskoeffizienten anzupassen, wobei eine Amplitude des Rückkopplungssignals weiterhin von einem von der Steuereinheit (60) in Abhängigkeit von dem Steuersignal bereitgestellten Rückkopplungsverstärkungsfaktor abhängt.
Modulatoranordnung nach Anspruch 5, wobei die Vorverzerrereinrichtung (20) eingerichtet ist, auf der Basis des Rückkopplungssignals ein Anpassungssignal zu erzeugen, und wobei die Steuereinheit (60) weiterhin eingerichtet ist, aus dem Anpassungssignal ein Vorverzerrungssteuersignal abzuleiten.
Modulatoranordnung nach Anspruch 5 oder 6, weiterhin umfassend eine Fehlerdetektionseinheit, die an die Rückkopplungseinheit (130) und an die Signalverarbeitungseinheit (10) gekoppelt und eingerichtet ist, aus der Amplitudenkomponente, der Phasenkomponente und dem Rückkopplungssignal ein Fehlersignal abzuleiten, wobei die Steuereinheit (60) eingerichtet ist, das Fehlersignal zu empfangen und weiterhin das Vorverzerrungssignal als Funktion des Fehlersignals abzuleiten.
Modulatoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiterhin umfassend eine Sensoreinheit (140), die eingerichtet ist, einen Betriebszustand des Leistungsverstärkers (70) zu detektieren, und wobei die Steuereinheit (60) an einen Ausgang (144) der Sensoreinheit (140) gekoppelt und eingerichtet ist, ein Sensorsignal von dort zu empfangen und ein Vorverzerrungssteuersignal auf der Basis davon abzuleiten.
Modulatoranordnung nach Anspruch 8, wobei die Sensoreinheit (140) mindestens einen zum Messen eines Stroms des Leistungsverstärkers (70) eingerichteten Stromsensor (142), einen zum Messen einer Spannung des Leistungsverstärkers (70) eingerichteten Spannungssensor (141) oder einen zum Messen einer Temperatur des Leistungsverstärkers (70) eingerichteten Temperatursensor (143) aufweist.
Modulatoranordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, weiterhin umfassend eine Leckdetektionseinheit (150), die eingerichtet ist, ein Leckdetektionssignal entsprechend einem Leckstrom des Leistungsverstärkers (70) zu liefern, wobei die Steuereinheit (60) das Steuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal zusätzlich als eine Funktion des Leckdetektionssignals ableitet.
Modulatoranordnung, umfassend: – eine Signalverarbeitungseinheit (10), die eingerichtet ist, Eingangsdaten zu empfangen und eine Amplitudenkomponente der Eingangsdaten an einem ersten Ausgang und eine Phasenkomponente der Eingangsdaten an einem zweiten Ausgang zu liefern; – einen Phasenmodulator (50), der an den zweiten Ausgang gekoppelt und eingerichtet ist, ein phasenmoduliertes Trägersignal als Funktion der Phasenkomponente zu erzeugen; – einen Leistungsverstärker (70), der eingerichtet ist, das Trägersignal zu empfangen, und einen Stromsteuereingang (IB), einen Versorgungsspannungseingang (VDD) und einen Signalausgang (72) umfasst; – einen Versorgungsspannungsmodulator (30), der eingerichtet ist, eine Versorgungsspannung zu modulieren und die modulierte Versorgungsspannung an den Versorgungsspannungseingang (VDD) des Leistungsverstärkers (70) zu liefern; – einen Biasstrommodulator (40), der eingerichtet ist, einen Biasstrom zu modulieren und den modulierten Biasstrom an den Stromsteuereingang (IB) des Leistungsverstärkers (70) zu liefern; und – eine Steuereinheit (60), die eingerichtet ist, Leistungssteuerdaten zu empfangen und den Versorgungsspannungsmodulator (30) und den Biasstrommodulator (40) selektiv mit einem aus den Leistungssteuerdaten abgeleiteten Leistungssteuersignal derart zu steuern, dass entweder eine Versorgungsspannungsmodulation oder eine Biasstrommodulation durchgeführt wird.
Modulatoranordnung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen Vorverstärker (100), der zwischen den Phasenmodulator (50) und den Leistungsverstärker (70) gekoppelt und eingerichtet ist, das Trägersignal um einen Ausgangsverstärkungsfaktor auf der Basis des Leistungssteuersignals zu verstärken.
Modulatoranordnung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente digitale Komponenten umfassen, und weiterhin umfassend eine Vorverzerrereinrichtung (20), die eingerichtet ist, die Amplitudenkomponente und die Phasenkomponente als Funktion der Amplitudenkomponente und in der Vorverzerrereinrichtung (20) gespeicherter ausgewählter Vorverzerrungskoeffizienten vorzuverzerren, wobei die ausgewählten Koeffizienten auf dem Vorverzerrungssteuersignal basieren und wobei das Vorverzerrungssteuersignal von der Steuereinheit (60) erzeugt wird und auf dem Leistungssteuersignal basiert.
Modulatoranordnung nach Anspruch 13, weiterhin umfassend eine Rückkopplungseinheit (130), die eingerichtet ist, ein Rückkopplungssignal entsprechend einem Ausgangssignal des Leistungsverstärkers (70) an die Vorverzerrereinrichtung (20) zu liefern, wobei das Rückkopplungssignal eingerichtet ist, die Vorverzerrungskoeffizienten anzupassen und wobei eine Amplitude des Rückkopplungssignals weiterhin von einem von der Steuereinheit (60) auf der Basis des Leistungssteuersignals gelieferten Rückkopplungsverstärkungsfaktor abhängt.
Modulatoranordnung nach Anspruch 14, wobei die Vorverzerrereinrichtung (20) eingerichtet ist, ein Anpassungssignal zu erzeugen, und wobei die Steuereinheit (60) weiterhin eingerichtet ist, das Vorverzerrungssteuersignal aus dem Anpassungssignal abzuleiten.
Modulatoranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, weiterhin umfassend eine Sensoreinheit (140), die eingerichtet ist, ein Sensorsignal entsprechend einem Betriebszustand des Leistungsverstärkers (70) abzuleiten, wobei die Sensoreinheit (140) mindestens einen zum Messen eines Stroms des Leistungsverstärkers (70) eingerichteten Stromsensor (142), einen zum Messen einer Spannung des Leistungsverstärkers (70) eingerichteten Spannungssensor (141) oder einen zum Messen einer Temperatur des Leistungsverstärkers (70) eingerichteten Temperatursensor (143) umfasst und wobei die Steuereinheit (60) weiterhin eingerichtet ist, das Vorverzerrungssteuersignal aus dem Sensorsignal abzuleiten.
Modulatoranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, weiterhin umfassend eine Leckdetektionseinheit (150), die eingerichtet ist, ein Leckdetektionssignal entsprechend einer Leckleistung des Leistungsverstärkers (70) zu erzeugen, und wobei die Steuereinheit (60) eingerichtet ist, das Leistungssteuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal zusätzlich aus dem Leckdetektionssignal abzuleiten.
Modulatoranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, weiterhin umfassend eine Fehlerdetektionseinheit (28), die eingerichtet ist, aus der ersten und der zweiten Komponente und aus dem Rückkopplungssignal ein Fehlersignal zu erzeugen, und wobei die Steuereinheit (60) weiterhin eingerichtet ist, das Vorverzerrungssteuersignal aus dem Fehlersignal abzuleiten.
Amplitudenmodulatoranordnung, umfassend – einen Leistungsverstärker (70), der eingerichtet ist, eine Amplitudenmodulation eines Trägersignals entweder als Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend empfangener Amplitudendaten oder als Funktion eines modulierten Biasstromsteuersignals entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit von einem Leistungssteuersignal durchzuführen; und – eine Steuereinheit (60), die eingerichtet ist, das Leistungssteuersignal aus empfangenen Leistungsdaten abzuleiten.
Amplitudenmodulatoranordnung nach Anspruch 19, weiterhin umfassend eine Vorverzerrereinrichtung (20), die eingerichtet ist, die Amplitudendaten als Funktion der Amplitudendaten auf der Basis eines von der Steuereinheit (60) als Funktion der Leistungsdaten erzeugten Vorverzerrungssteuersignals selektiv vorzuverzerren.
Amplitudenmodulatoranordnung nach Anspruch 20, wobei die Steuereinheit (60) weiterhin eingerichtet ist, das Leistungssteuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal mindestens aus einem Rückkopplungssignal entsprechend einem Ausgangssignal des Leistungsverstärkers (70), einer Spannung des Leistungsverstärkers (70), einem Strom des Leistungsverstärkers (70), einer Temperatur des Leistungsverstärkers (70) und einer Leckleistung des Leistungsverstärkers (70) abzuleiten.
Verfahren zur Signalmodulation, umfassend – Bereitstellen von Eingangsdaten und Leistungsdaten; – Ableiten eines Leistungssteuersignals aus den Leistungsdaten; – Bereitstellen einer Versorgungsspannung und eines Biasstromsteuersignals, wobei entweder die Versorgungsspannung oder das Biasstromsteuersignal als Funktion der Eingangsdaten in Abhängigkeit des Leistungssteuersignals selektiv moduliert werden; und – Verstärken eines Trägersignals als Funktion der Versorgungsspannung und des Biasstromsteuersignals, wobei das verstärkte Trägersignal ein Ausgangssignal umfasst.
Verfahren nach Anspruch 22, weiterhin umfassend ein Ableiten einer Amplitudenkomponente und einer Phasenkomponente aus den Eingangsdaten, wobei die Modulation der Versorgungsspannung oder des Biasstromsteuersignals als Funktion der Amplitudenkomponente ausgeführt wird und das Trägersignal aus der Phasenkomponente durch eine Phasenmodulation abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, wobei ein Verstärkungsfaktor des Verstärkers von einem aus dem Leistungssteuersignal abgeleiteten Ausgangsverstärkungsfaktor abhängt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, weiterhin umfassend ein selektives Vorverzerren der Amplitudenkomponente und der Phasenkomponente als Funktion einer Charakteristik der Verstärkung auf der Basis eines Vorverzerrungssteuersignals, das aus dem Leistungssteuersignal abgeleitet ist.
Verfahren nach Anspruch 25, wobei ein aus dem Ausgangssignal abgeleitetes Rückkopplungssignal rückgekoppelt wird, um gespeicherte Vorverzerrungskoeffizienten anzupassen, und eine Amplitude des Rückkopplungssignals weiterhin auf einem aus dem Leistungssteuersignal abgeleiteten Rückkopplungsverstärkungsfaktor basiert.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei das Vorverzerrungssteuersignal weiterhin als Funktion der Anpassung der Vorverzerrungskoeffizienten bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, wobei das Vorverzerrungssteuersignal weiterhin aus einem Betriebszustand entsprechend der Verstärkung abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 28, wobei der Betriebszustand an Hand mindestens eines Stroms des Verstärkers, einer Spannung des Verstärkers oder einer Temperatur des Verstärkers bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 29, wobei ein Fehlersignal des Ausgangssignals aus der Amplitudenkomponente, der Phasenkomponente und dem Rückkopplungssignal abgeleitet wird und wobei das Leistungssteuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal weiterhin aus dem Fehlersignal abgeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Fehlersignal eine Funktion einer Fehlervektorgröße des Ausgangssignals ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, wobei ein Leckdetektionssignal entsprechend einer Leckleistung des Ausgangssignals abgeleitet wird und wobei das Leistungssteuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal aus dem Leckdetektionssignal abgeleitet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, wobei eine modulierte Versorgungsspannung und ein moduliertes Biasstromsteuersignal bereitgestellt werden.
Verfahren zur Signalmodulation, umfassend – Bereitstellen von Amplitudendaten und Leistungsdaten; – Ableiten eines Leistungssteuersignals aus den Leistungsdaten; – Durchführen einer Amplitudenmodulation eines Trägersignals entweder als Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend den Amplitudendaten oder als Funktion eines modulierten Biasstroms entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit von dem Leistungssteuersignal.
Verfahren nach Anspruch 34, weiterhin umfassend ein Ableiten eines Vorverzerrungssteuersignals als Funktion der Leistungsdaten und ein Vorverzerren der Amplitudendaten als Funktion der Amplitudendaten in Abhängigkeit von einem Vorverzerrungssteuersignal.
Verfahren nach Anspruch 35, wobei das Leistungssteuersignal und das Vorverzerrungssteuersignal weiterhin aus mindestens einem Rückkopplungssignal entsprechend dem Ausgangssignal, einer Spannung der Amplitudenmodulation, einem Strom der Amplitudenmodulation, einer Temperatur der Amplitudenmodulation oder einer Leckleistung der Amplitudenmodulation abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36, wobei die Amplitudenmodulation des Trägersignals als Funktion einer modulierten Versorgungsspannung entsprechend den Amplitudendaten oder als Funktion eines modulierten Biasstroms entsprechend den Amplitudendaten in Abhängigkeit von dem Leistungssteuersignal durchgeführt wird.