DE102009029422A1 - Sender mit Hybrid-Leistungsregelung - Google Patents
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03G3/20—Automatic control
- H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Sender mit Hybrid-Leistungsregelung.
- Zur wirkungsvollen Übertragung von Daten können moderne Elektronik- und Kommunikationssysteme genaue Ausgangsleistungsregelung erfordern. Zum Regeln der Ausgangsleistung kann eine Stufe mit veränderlicher Verstärkung benutzt werden. Die Stufe mit veränderlicher Verstärkung kann in einem Steuerungsmodus (d. h. ohne Rückkopplung) oder in einem Regelungsmodus (d. h. mit Rückkopplung) arbeiten. Die Stufe mit veränderlicher Verstärkung kann über Regelverstärker (VGA – Variable Gain Amplifiers) oder programmierbare Verstärker (PGA – Programmable Gain Amplifiers) realisiert sein.
- Wenn ein VGA die Ausgangsleistung direkt in einem Steuerungsmodus regelt, können sich ein Steueranschluss des VGA betreffende Faktoren wie beispielsweise Steilheitslinearität und Stufengenauigkeitsspezifikationen während der Realisierung als kritisch erweisen. Beispielsweise kann es sich aufgrund der feinstufigen Erfordernisse für genaue Ausgangsleistungsregelung als schwierig erweisen, die Stufengenauigkeits- und Steilheitslinearitätsspezifikationen eines Steueranschlusses eines VGA zu erfüllen. In gewissen Ausführungsformen kann anstelle eines scharfen Stufenverhaltens ein Rampensignal zur Leistungsänderung bereitgestellt werden.
- Weiterhin ist in einem VGA allgemein eine analoge Verstärkungsstufe vorgesehen, was die Realisierung von Steueranschlussspezifikationen erschwert. Wenn weiterhin der VGA in einem Regelungsmodus gesteuert wird, verändert sich die Regelungssteilheit des VGA und verändert damit die Bandbreite der Regelschleife und macht die Regelschleife nichtlinear. Aufgrund dessen kann das Übergangsverhalten des VGA beeinflusst sein und der Phasenrand des VGA verringert sein. Ein zusätzliches Problem bei Regelungssystemen besteht darin, dass es einen Kompromiss zwischen Einrastgeschwindigkeit und Schrittgenauigkeit gibt.
- In gewissen Systemen können zum Regeln der Ausgangsleistung die Steilheitseigenschaften eines VGA entweder durch enge analoge Auslegungsspezifikationen oder durch Verstärkungsregelungslinearisierungsverfahren gesteuert sein. Enge analoge Auslegungsspezifikationen können komplexe Schaltungen erfordern, was kostspielig oder stromaufwendig sein kann. Verstärkungsregelungslinearisierungsverfahren können die Verwendung zusätzlicher Kompensationsschaltungen oder die Verwendung digitaler Linearisierungsverfahren wie beispielsweise eine Nachschlagetabelle bedeuten, die zusätzlichen Chipbereich oder Stromverbrauch erfordern könnten. Zusätzlich können gewisse Systeme die Verstärkungsstufengenauigkeit des VGA durch Präzisionsregelung von Strömen oder Spannungen steuern, die ebenfalls eine Funktion von Schaltungsaufwand sein kann.
- Schaltungsaufwände in der Auslegung eines VGA könnten zusätzliche Schaltungsauslegungsbemühungen und erhöhten Stromverbrauch fordern. Weiterhin sind alle oben erwähnten Verfahren typischerweise aufgrund analoger VGA-Schaltungen für eine einzige Temperatur und einen einzigen Versorgungsspannungsbereich gültig. Daher können auch zusätzliche Kompensationsschaltungen über verschiedene Betriebsvariationen erforderlich sein.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Sender in einer Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt, aufweisend: einen Vorverstärker und Puffer, der ein Spannungseingangssignal verstärkt, einen Modulator, der das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal umwandelt; einen Regelverstärker, der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals regelt, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; einen Multiplizierer, der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals steuert, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; und einen einzelnen Hybrid-Steueranschluss, von dem aus die Ausgangsleistung des Senders unter Verwendung von sowohl Steuerungs- als auch Regelungsmodi gesteuert wird.
- Gemäß einer Ausgestaltung stellt der Vorverstärker und Puffer eine elektrische Impedanzwandlung am Spannungseingangssignal vor jeder Weiterverarbeitung bereit.
- Gemäß einer anderen Ausgestaltung wird im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung im Regelverstärker zum Steuern der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals durchgeführt.
- Im Regelungsmodus kann im Multiplizierer eine Feinverstärkungseinstellung durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals durchgeführt werden.
- Der Regelungsmodus kann im digitalen Bereich fungieren und Fehler einschließlich Nichtlinearität und Schrittungenauigkeit regeln.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals in Abhängigkeit von der Verstärkung des Regelverstärkers heraufskaliert oder herunterskaliert.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung weist der Sender ferner auf einen Leistungsverstärker, der die Leistungsstärke des hochfrequenzmodulierten Signals verstärkt und erhöht und ein Ausgangsspannungssignal erzeugt.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird das Ausgangsspannungssignal zur Hybrid-Leistungsregelschleife zurückgeführt und eine Verstärkungssteuerung bereitgestellt.
- Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Sender mit Hybrid-Leistungsregelung bereitgestellt, aufweisend: einen Multiplizierer, der ein empfangenes hochfrequenzmoduliertes Signal mit einem eine geregelte Verstärkung darstellenden integrierten Fehlersignal multipliziert; einen Digital-Analogwandler, der das digitale Ausgangssignal empfängt und in ein analoges Signal umwandelt; einen Regelverstärker, der die Ausgangsleistung des analogen Signals durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers um den an einen Steuerungsmodus der Hybrid-Leistungsregelung angelegten Bezugswert und Bereitstellen eines eingestellten analogen Ausgangssignals steuert; ein Filter, das Rauschen und ungewünschte Komponenten aus dem eingestellten analogen Ausgangssignal entfernt und ein gefiltertes Analogsignal bereitstellt; einen Analog-Digitalwandler, der das gefilterte Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt; einen Subtraktionsblock, der das digitale Messsignal mit einem Zielsignal an einem Regelungsknoten der Hybrid-Leistungsregelung vergleicht und ein Fehlersignal erzeugt; und einen Integrator, der das Fehlersignal integriert und ein integriertes Verstärkungssignal für den Multiplizierer bereitstellt.
- Gemäß einer Ausgestaltung ermöglicht der Steuerungsmodus eine grobe Einstellung.
- Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist das Zielsignal gleich dem Bezugswert.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung wird das integrierte Signal zum Erzeugen eines verstärkten Signals mit dem hochfrequenzmodulierten Signal multipliziert.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung arbeitet die Hybrid-Leistungsregelung im Regelungsmodus im Digitalbereich.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung stehen die Änderung der Verstärkung und des Phasenrandes der Hybrid-Leistungsregelung im direkten Verhältnis zu einer Änderung der Leerlaufverstärkung des Regelverstärkers.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung entspricht das Übergangsverhältnis am Regelungsbezugsknoten mit dem Übergangsverhalten eines Weges vom Steuerungsknoten zu einem Ausgang des Analog-Digitalwandlers auf dem Hybrid-Regelungsweg.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung weist der Sender ferner auf einen Koppler, der das eingestellte analoge Ausgangssignal zur Hybrid-Leistungsregelung zurückführt.
- Gemäß noch einer anderen Ausgestaltung weist der Sender ferner auf einen Detektor, der eine Hüllkurve der Hybrid-Leistungsregelung erkennt.
- Gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zur Hybrid-Leistungsregelung bereitgestellt, aufweisend: Empfangen eines Eingangssignals; Modulieren des Eingangssignals in ein Hochfrequenz-(HF-)Signal; direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals im Steuerungsmodus; und Einstellen auf Feinverstärkungseinstellung im Regelungsmodus, wobei die Regelschleife (
114 ) im Digitalbereich liegt. - Gemäß einer Ausgestaltung wird das Steuern der Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung eines Regelverstärkers durchgeführt.
- Gemäß einer anderen Ausgestaltung stellt ein direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung dar.
- Die ausführliche Beschreibung wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben. In den Figuren kennzeichnet die äußerst linke(n) Ziffer(n) einer Bezugsnummer die Figur, in der die Bezugsnummer zuerst erscheint. Zur Bezugnahme auf gleiche Merkmale und Bauelemente werden in den gesamten Zeichnungen die gleichen Nummern benutzt.
-
1 ist ein Blockschaltbild eines beispielhaften Senders mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. -
2 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Senders mit Hybrid-Leistungsregelung. -
3 ist ein Schaltbild eines beispielhaften Senders mit Hybrid-Leistungsregelung. -
4 ist ein Fluss-Schaltbild eines beispielhaften Verfahrens zur Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. - Der offenbarte Erfindungsgegenstand betrifft einen Sender mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. Insbesondere sind Verfahren zum Regeln der Ausgangsleistung eines mittels der Kommunikationsvorrichtung übertragenen Signals beschrieben. Die offenbarte(n) Schalturig(en) können in verschiedenen Elektronik- oder Kommunikationsvorrichtungen realisiert sein, die eine beständige Ausgangsleistungsregelung erfordern. Vorrichtungen, die aus der Schaltung Nutzen ziehen können, umfassen mit 3 GPP-(3rd Generation Partnership Project)Standards wie GSM oder UMTS kompatible CMOS hergestellte Mobiltelefonsender, sind aber nicht auf diese beschränkt. Die folgenden Systeme und Verfahren werden unter Bezugnahme auf ein Mobilkommunikationssystem beschrieben, es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Verfahren und Schaltungen allgemein in beliebigen ähnlichen Elektronik-/Kommunikationssystemen realisiert sein können.
- Ein Sender in einem Mobilkommunikationssystem wie beispielsweise einem Zellulartelefon empfängt ein Eingangssignal und moduliert das Eingangssignal in ein HF-Signal. Die Ausgangsleistung des HF-Signals wird nach vorgegebenen Anforderungen gesteuert. Die Ausgangsleistung kann ein Steuerungsmodus des Senders durch direktes Verändern der Verstärkung eines Regelverstärkers (VGA – Variable Gain Amplifier) zum Hochskalieren oder Herunterskalieren der Ausgangsleistung gesteuert werden. Zusätzlich kann die Ausgangsleistung auch in einem Regelungsmodus geregelt werden, in dem die Senderausgangsleistung erkannt und zum Vergleich mit einem Bezugszielsignal zum Schleifenregler zurückgeführt werden kann, woraus ein Feinverstärkungseinstellsignal erzeugt werden kann.
- In der vorgeschlagenen Schaltung wird die Ausgangsleistung eines durch die Kommunikationsvorrichtung übertragenen Signals sowohl im Steuerungs- als auch dem Regelungsmodus gesteuert. Im Steuerungsmodus der Regelung wird die Ausgangsleistung des Eingangssignals direkt durch Einstellen der Verstärkung des VGA gesteuert. Gewöhnlich ist die Verstärkungsregelung über die Steuerungsmodusregelung grob und bedarf daher bedeutsamer Kalibrierung oder bedarf weiterer Verfeinerung zur genauen Senderleistungsregelung. Zur Feinverstärkungsregelung wird der Regelungsmodus der Steuerung eingesetzt. Im Regelungsmodus der Steuerung wird das Ausgangssignal zum Schleifenregler zurückgeführt und im digitalen Bereich verarbeitet. Im digitalen Bereich wird zum Erzeugen eines Fehlersignals ein Rückkopplungssignal von einem Bezugssignal abgezogen. Das Fehlersignal wird dann verarbeitet und zu einem Verstärkungsblock gesendet, um eine genaue Leistungsregelung bereitzustellen. Durch Regeln der Ausgangsleistung im digitalen Bereich im Regelungsmodus wird eine Feinverstärkungsstufengenauigkeit sichergestellt.
- Beispielhafte Systeme
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1 bis3 zeigen verschiedene beispielhafte Blockschaltbilder und Schaltbilder eines Senders mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. Die Reihenfolge, in der die Blöcke des Systems beschrieben werden, soll nicht als Beschränkung ausgelegt werden und es kann zur Ausführung des Systems oder eines alternativen Systems jede beliebige Anzahl der beschriebenen Systemblöcke kombiniert werden. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus dem System entfernt werden, ohne den Sinn und Rahmen des hier beschriebenen Erfindungsgegenstands zu verlassen. Weiterhin kann das System, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, in jeder beliebigen geeigneten Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination derselben realisiert werden. -
1 zeigt ein beispielhaftes Blockschaltbild eines Senders100 mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. In einer Ausführungsform stellt der Sender100 einen HF-(Hochfrequenz-)Sendeteil einer Mobilkommunikationsvorrichtung wie beispielsweise eines Zellulartelefons dar. Der Sender100 empfängt ein Eingangssignal VIN102 . Das Signal VIN102 kann ein analoges Basisbandsignal sein, das jedem beliebigen Signal oder Daten einschließlich von Sprache, Text oder Audio-Video-Daten entsprechen kann. Das Eingangssignal VIN102 wird an einem Vorverstärker und Puffer104 empfangen. - Vom Vorverstärker und Puffer
104 wird das Eingangssignal VIN102 verstärkt, wodurch das Signal VIN102 zur Weiterverarbeitung geeignet wird. Für diesen Zweck kann der Vorverstärker und Puffer104 eine Spannungsverstärkung für das Eingangssignal VIN102 bereitstellen. Auch kann der Vorverstärker und Puffer104 vor jeder Weiterverarbeitung des Signals102 eine elektrische Impedanzwandlung für das Eingangssignals VIN102 bereitstellen. Das erzeugte verstärkte Signal wird zu einem Modulator106 gesendet. - Von dem Modulator
106 , der entweder ein HF-Modulator oder ein digitaler Modulator sein kann, wird das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal VHF108 umgewandelt. VHF kann entweder ein analoges Hochfrequenzsignal oder ein digital moduliertes Hochfrequenzsignal sein. Vom Modulator106 wird das verstärkte Signal aufbereitet, damit es durch den freien Raum übertragen werden kann. Die Ausgangsleistung des Signals VHF108 kann über einen multiplizierenden Verstärker bzw. Multiplizierer110 und einen VGA112 gesteuert werden. - Die Ausgangsleistung des Signals VHF
108 kann gemäß vorgegebenen Erfordernissen geregelt werden. Leistungsregelung über den VGA112 bedeutet Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers110 und der Verstärkung des VGA112 gemäß einer Hybrid-Leistungsregelungsschleife bzw. HPCL (Hybrid Power Control Loop)114 . Die HPCL114 enthält zwei Punkte von Verstärkungsregelung (d. h. den Steuerungsmodus und den Regelungsmodus). - Im Steuerungsmodus wird im VGA
112 zum Steuern der Ausgangsleistung des Signals VHF108 eine grobe Verstärkungseinstellung durchgeführt. Aufgrund der direkten Steuerung kann ein schneller Senderleistungsschritt erreicht werden. Im Regelungsmodus wird im Multiplizierer110 durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des Signals VHF108 eine Feineinstellung durchgeführt. Der Regelungsmodus kann im digitalen Bereich fungieren und kann daher mit feiner Verstärkungsgenauigkeit regeln und dadurch jeden durch den groben Steuerungsverstärkungsschritt des VGA112 erzeugten Schrittfehler entfernen. In Abhängigkeit von der Verstärkung des VGA112 kann die Ausgangsleistung des Signals VHF108 entweder aufwärts- oder abwärts skaliert werden. Durch diesen Zweipunkt-Verstärkungsregelungsmechanismus kann eine genaue und schnelle Leistungsregelung des Signals VHF108 sichergestellt und dabei die Auslegungserfordernisse für den analogen VGA112 minimiert werden. Das Signal VHF108 wird in einen Leistungsverstärker116 eingespeist. - Vom Leistungsverstärker
116 wird die Leistungsstärke des Signals VHF108 verstärkt und erhöht und damit ein Ausgangssignal VOUT118 erzeugt. Um den vorgegebenen Leistungserfordernissen zu entsprechen kann das Signal VOUT116 zur Schaltung zurückgeführt werden und wie oben beschrieben Verstärkungsregelung über die HPCL114 bereitstellen. Nach Verstärkung durch den Leistungsverstärker116 kann das Signal VOUT118 über eine Antenne120 übertragen werden. -
2 zeigt eine beispielhafte Schaltung200 eines Senders mit Hybrid-Leistungsregelung. Mit der Schaltung200 sollen die Konzepte bezüglich der Hybrid-Leistungsregelung auf einem elementaren Niveau erläutert werden und die Anzahl von in der Figur gezeigten Bauelementen beschränkt nicht die eigentliche Realisierung der Schaltung. - Die Schaltung
200 empfängt das Signal VHF108 vom Modulator106 wie unter Bezugnahme auf1 beschrieben. Das Signal VHF108 wird am Multiplizierer110 mit einem digitalen Verstärkungssignal multipliziert. Ein digitales Ausgangssignal vom Multiplizierer110 wird in einen, mit DAC202 bezeichneten, Digital-Analogwandler eingespeist, wo das digitale Ausgangssignal in ein analoges Ausgangssignal umgewandelt wird. Das analoge Ausgangssignal wird in den VGA112 eingespeist. - Ausgangsleistung des analogen Ausgangssignals kann direkt durch Einstellen der Verstärkung des VGA
112 über einen an einem Steuerungsanschluss204 angelegten Bezugswert gesteuert werden. Dadurch, dass der VGA112 ein analoges Bauelement ist kann seine Steuerungseigenschaft bedeutend nichtlinear sein. Regeln der Ausgangsleistung im Steuerungsmodus bietet daher eine grobe bzw. ungenaue Einstellung. Das eingestellte analoge Ausgangssignal oder Signal VOUT118 wird dann über einen Koppler206 (wie durch die gepunktete Linie gekennzeichnet) zur HPCL114 zurückgeführt. - Vom Koppler
206 wird das Signal VOUT118 in die HPCL114 zurückgeführt. Der Koppler206 kann ein Richtkoppler sein, der zum Zuführen einer geringen Menge von vorwärtslaufendem Signal benutzt wird und bietet Isolation in der rückwärtigen Richtung. Das vom Koppler206 erhaltene Signal VOUT118 wird von einem Detektor208 erkannt. - Der Detektor
208 kann ein Breitbanddetektor sein, der eine Hüllkurve des Signals VOUT116 erkennt. Das erkannte Signal wird dann, zum Beseitigen von Rauschen oder unerwünschten Komponenten aus dem erkannten Signal und Erhalten eines gefilterten Signals, durch ein Filter210 gefiltert. In einer Ausführungsform ist die Bandbreite des Filters210 geringer als die Bandbreite der HPCL112 . Das gefilterte Signal wird dann zur Weiterverarbeitung einem Analog-Digitalwandler bzw. ADC212 zugeführt. - Vom ADC
212 wird das gefilterte Signal, das ein Analogsignal ist, in ein Digitalsignal umgewandelt. Der ADC212 kann ein beliebiger von verschiedenen in der Technik bekannten Analog- Digitalwandlern sein. Das Digitalsignal vom ADC212 wird dann einem Eingang eines Subtraktionsblocks214 zugeführt. - Im Subtraktionsblock
210 wird das gemessene Digitalsignal mit einem als ein Zielsignal an einem Regelungsanschluss216 angelegten Zielwert verglichen. In einer Ausführungsform ist das am Regelungsanschluss216 angelegte Zielsignal gleich dem am Steuerungsanschluss204 angelegten Bezugswert. Vom Subtraktionsblock214 wird ein Fehlersignal218 mit einem Wert gleich der Differenz des Wertes des Digitalsignals und des Zielwertes erzeugt. Das sich ergebende Fehlersignal218 wird dann einem Integrator220 zugeführt. - Vom Integrator
220 wird das Fehlersignal218 integriert und ein integriertes Signal222 in den Multiplizierer110 eingespeist. Das integrierte Signal222 wirkt daher wie oben besprochen als das digitale Rückkopplungssignal. Am Multiplizierer110 wird das integrierte Signal222 zum Verstärken des Signals mit dem Signal VHF108 multipliziert. Das verstärkte modulierte Signal wird dann wie oben besprochen in den DAC202 eingespeist. Vom DAC202 wird das digitale Regelungssignal in ein analoges Regelungssignal umgewandelt. Das analoge Regelungssignal ermöglicht eine genaue Verstärkungseinstellung im VGA110 und kann genaue Leistungsregelung des Ausgangssignals116 ermöglichen. Es ist zu beachten, dass die HPCL112 im digitalen Bereich im Regelungsmodus fungiert und daher durch die Nichtlinearität des VGA110 verursachte Schrittungenauigkeitsfehler wirkungsvoll regeln kann. -
3 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltung300 des Senders mit Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. Die Schaltung300 ist eine alternative Realisierung der beispielhaften Schaltung200 mit einem Teilerblock302 und einem Hybrid-Steuerungsanschluss304 . Die Schaltung300 fungiert auf ähnliche Weise wie die Schaltung200 und enthält zusätzliche Merkmale und Bauelemente. In der3 sind die der2 gemeinsamen Bauelemente mit den gleichen Namen und Ziffern bezeichnet worden. - In der Schaltung
200 kann wie oben erläutert durch Einstellen der Verstärkung des VGA112 im Steuerungsmodus, während die Schaltung200 in den Regelungsmodus versetzt wird, die Verstärkung der Regelschleife geändert werden und die Verringerung des Regelungsphasenrandes ergeben. Die Änderung der Verstärkung der HPCL112 und des Phasenrandes stehen daher im direkten Verhältnis zu einer Änderung der offenen Schleifenverstärkung des VGA110 . Verringerung des Phasenrandes der geschlossenen Schleife kann durch Verwendung des Teilerblocks302 kompensiert werden. Die Eingänge des Teilerblocks302 sind mit dem Steuerungsanschluss204 der2 bzw. dem Hybrid-Steuerungsanschluss304 der3 und dem Regelabweichungssignal218 der2 verbunden und der Ausgang ist mit dem Eingang des Integrators220 verbunden. Wenn die Leerlaufverstärkung vom VGA112 erhöht wird, dann wird die Verstärkung der geschlossenen Schleife aufgrund der Gegenwart des Teilerblocks302 wieder auf einen Nennwert zurückkompensiert. Dies wird vom Teilerblock302 durch Verringern der Verstärkung der Regelschleife und einen Faktor gleich der zusätzlichen Erhöhung der Leerlaufverstärkung durchgeführt, die von dem im Steuerungsmodus betriebenen VGA110 bereitgestellt wird. - Zusätzlich soll, wie in
2 erläutert, die gleiche Verstärkung für den Steuerungsanschluss204 und den Regelungsanschluss216 bereitgestellt werden, sonst wird die Leerlaufverstärkungseinstellung von der Regelung herausgeregelt. Die geschlossene Schleife regelt daher versetzt, d. h. „versetzt” zu dem durch Leerlaufverstärkung erzeugten Hauptverstärkungsschritt. Dadurch, dass der VGA112 , der im Steuerungsmodus fungiert, den Nennausgangsleistungsschritt steuert und dass durch diesen Steuerungsschritt erzeugte Verstärkungsabweichung erzeugte Verstärkungsabweichung durch die Regelschleife herausgeregelt wird, kann die Gesamtfunktion als „Hybrid-Regelschleife” bezeichnet werden. - Für ein gut kontrolliertes Übergangsverhalten des Signals VOUT
116 ist zu bevorzugen, das Übergangsverhalten an beiden Eingängen des Subtraktionsblocks214 so aneinander anzupassen, dass das Fehlersignal218 nur eine Funktion der Verstärkungsabweichung des VGA110 ist. - In einer Ausführungsform entspricht das Übergangsverhalten am Regelungsanschluss
218 dem Übergangsverhalten des Weges vom Steuerungseingang zum Ausgang des ADC212 . Damit wird verhindert, dass die Regelschleife der über VGA110 eingestellten Leerlaufverstärkungssteuerung entgegenwirkt. Dafür wird vor dem Regelungsanschluss216 und dem Subtraktionsblock214 ein Filter212-2 eingeführt. Damit wird der Steuerungsanschluss204 mit dem Regelungsanschluss216 verbunden und ein Hybrid-Steuerungsanschluss304 gebildet. Durch das Filter210-2 wird die Übertragungsfunktion des Weges vom Steuerungsanschluss204 in der2 oder Hybrid-Steuerungsanschluss304 in der3 über den VGA212 , Koppler206 , Detektor208 , das Filter210-1 und ADC212 angepasst. Es ist zu bemerken, dass die Bandbreite der HPCL114 schmaler als die Bandbreite des Filters210-1 ist, wodurch Stabilität der Schleife sichergestellt wird. Das Filter210-1 ist normalerweise das erste Element des oben beschriebenen Übertragungsfunktionsweges und das Filter210-2 wird daher dem Filter210-1 ähnlich sein, wobei möglicherweise im Filter210-2 etwas zusätzliche Verzögerung erforderlich ist. - Beispielhaftes Verfahren
- Die Reihenfolge, in der das untenstehende Verfahren beschrieben wird, soll nicht als Beschränkung aufgefasst werden und es kann zum Realisieren des Verfahrens oder eines alternativen Verfahrens eine beliebige Anzahl der beschriebenen Verfahrensblöcke in beliebiger Reihenfolge kombiniert werden. Zusätzlich können einzelne Blöcke aus dem Verfahren gelöscht werden, ohne aus dem Sinn und Rahmen des hier beschriebenen Erfindungsgegenstandes zu weichen.
- Das angeführte Verfahren kann, aber muss nicht, mindestens teilweise in einer wie in
1 bis3 gezeigten Architektur (Architekturen) realisiert sein. Zusätzlich versteht es sich, dass gewisse Handlungen des Verfahrens nicht in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt werden müssen, abgeändert und/oder vollständig weggelassen werden können. Weiterhin kann das Verfahren ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu weichen in jeder beliebigen geeigneten Hardware, Software, Firmware oder einer Kombination derselben realisiert sein. -
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Hybrid-Leistungsregelung in einer Kommunikationsvorrichtung. - Im Block
402 wird ein Eingangssignal an einem Sender der Kommunikationsvorrichtung wie beispielsweise eines Zellulartelefons empfangen. In einer Ausführungsform kann das empfangene Signal wie beispielsweise das Signal VIN102 ein analoges Basisbandsignal sein, das beliebigen Daten einschließlich von Sprache, Text und/oder Audio-Video-Daten entsprechen kann. Das Signal VIN102 kann zuerst am Vorverstärker und Puffer104 verarbeitet und dann zu einem Modulator gesendet werden. - Im Block
404 wird das Eingangssignal in ein HF-Signal moduliert. In einer Ausführungsform wird vom Modulator106 , der ein HF-Modulator sein kann, das verstärkte Signal in das Signal VHF108 umgewandelt und das verstärkte Signal aufbereitet, damit es durch den freien Raum übertragen werden kann. Danach wird die Ausgangsleistung des Signals VHF108 sowohl über Steuerungs- als auch Regelungsmodi geregelt. - Im Block
406 wird die Ausgangsleistung des HF-Signals direkt im Steuerungsmodus gesteuert. In einer Ausführungsform kann die Ausgangsleistung des Signals VHF108 durch Einstellen der Verstärkung des VGA112 , beispielsweise durch Anlegen eines Bezugssignals an den VGA112 über den Steuerungsanschluss206 geregelt werden. Da die über den Steuerungsmodus bereitgestellte Verstärkungseinstellung analog ist und daher grob sein kann, kann sie an Schrittfehlern und Nichtlinearität leiden. Zur Feinverstärkungseinstellung und genauen Leistungsregelung wird die Regelung bereitgestellt. - Im Block
408 wird eine Regelung im Digitalbereich bereitgestellt. In einer Ausführungsform wird das Signal VOUT118 zum Bereitstellen eines Bezugswertes für Regelung in die HPCL114 zurückgeführt. In der HPCL114 wird das Signal VOUT118 in ein entsprechendes Digitalsignal umgewandelt. Das Digitalsignal wird dem Subtraktionsblock216 zugeführt, wo es von einem am Regelungsanschluss218 angelegten Zielwert abgezogen wird, um das Fehlersignal220 zu erzeugen. Das Fehlersignal220 wird dann zur Bereitstellung von feiner und geregelter Verstärkungseinstellung integriert und mit dem Signal VHF108 multipliziert. Das digitale Steuersignal wird zum Steuern des VGA112 zur Feineinstellung und damit Bereitstellung einer genauen Leistungsregelung in ein analoges Steuersignal umgewandelt. In einer alternativen Ausführungsform sind der Steuerungsanschluss und Regelungsanschluss zusammengeschaltet, um den Hybrid-Regelungsanschluss304 zu bilden. - Schlussfolgerung
- Obwohl Ausführungsformen für einen Sender mit Hybrid-Leistungsregelung in einer für Strukturmerkmale und/oder -verfahren spezifischen Sprache beschrieben worden sind, versteht es sich, dass die beiliegenden Ansprüche nicht unbedingt auf die beschriebenen bestimmten Merkmale oder Verfahren beschränkt sind. Stattdessen sind die bestimmten Merkmale und Verfahren als beispielhafte Ausführungsformen für den Sender mit Hybrid-Leistungsregelung offenbart.
Claims (20)
- Sender (
100 ) in einer Kommunikationsvorrichtung, aufweisend: • einen Vorverstärker und Puffer (104 ), der ein Spannungseingangssignal (VIN) verstärkt, • einen Modulator (106 ), der das verstärkte Signal in ein hochfrequenzmoduliertes Signal (VHF) umwandelt; • einen Regelverstärker (112 ), der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) regelt, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers (112 ) gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; • einen Multiplizierer (110 ), der die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) steuert, wobei die Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung des Multiplizierers (110 ) gemäß einer Hybrid-Leistungsregelschleife (114 ) eingestellt wird, die Steuerungsmodus-Steuerung und Regelung einschließt; und • einen einzelnen Hybrid-Steueranschluss, von dem aus die Ausgangsleistung des Senders (100 ) unter Verwendung von sowohl Steuerungs- als auch Regelungsmodi gesteuert wird. - Sender (
100 ) gemäß Anspruch 1, wobei der Vorverstärker und Puffer (104 ) eine elektrische Impedanzwandlung am Spannungseingangssignal (VIN) vor jeder Weiterverarbeitung bereitstellen. - Sender (
100 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung im Regelverstärker (112 ) zum Steuern der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) durchgeführt wird. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei im Regelungsmodus im Multiplizierer eine Feinverstärkungseinstellung durch ein integriertes Fehlersignal zum Regeln der Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) durchgeführt wird. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Regelungsmodus im digitalen Bereich fungiert und Fehler einschließlich Nichtlinearität und Schrittungenauigkeit regelt. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ausgangsleistung des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) in Abhängigkeit von der Verstärkung des Regelverstärkers (112 ) heraufskaliert oder herunterskaliert wird. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend: einen Leistungsverstärker, der die Leistungsstärke des hochfrequenzmodulierten Signals (VHF) verstärkt und erhöht und ein Ausgangsspannungssignal erzeugt. - Sender (
100 ) gemäß Anspruch 7, wobei das Ausgangsspannungssignal (VOUT) zur Hybrid-Leistungsregelschleife (114 ) zurückgeführt wird und eine Verstärkungssteuerung bereitstellt. - Sender (
100 ) mit Hybrid-Leistungsregelung, aufweisend: • einen Multiplizierer (110 ), der ein empfangenes hochfrequenzmoduliertes Signal (VHF) mit einem eine geregelte Verstärkung darstellenden integrierten Fehlersignal multipliziert; • einen Digital-Analogwandler (202 ), der das digitale Ausgangssignal empfängt und in ein analoges Signal umwandelt; • einen Regelverstärker (112 ), der die Ausgangsleistung des analogen Signals durch Einstellen der Verstärkung des Regelverstärkers (112 ) um den an einen Steuerungsmodus der Hybrid-Leistungsregelung angelegten Bezugswert und Bereitstellen eines eingestellten analogen Ausgangssignals steuert; • ein Filter (210 ), das Rauschen und ungewünschte Komponenten aus dem eingestellten analogen Ausgangssignal entfernt und ein gefiltertes Analogsignal bereitstellt; • einen Analog-Digitalwandler (212 ), der das gefilterte Analogsignal in ein Digitalsignal umwandelt; • einen Subtraktionsblock (214 ), der das digitale Messsignal mit einem Zielsignal an einem Regelungsknoten der Hybrid-Leistungsregelung vergleicht und ein Fehlersignal (218 ) erzeugt; und • einen Integrator (220 ), der das Fehlersignal (218 ) integriert und ein integriertes Verstärkungssignal für den Multiplizierer (110 ) bereitstellt. - Sender (
100 ) gemäß Anspruch 9, wobei der Steuerungsmodus eine grobe Einstellung ermöglicht. - Sender (
100 ) gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Zielsignal gleich dem Bezugswert ist. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das integrierte Signal zum Erzeugen eines verstärkten Signals mit dem hochfrequenzmodulierten Signal (VHF) multipliziert wird. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Hybrid-Leistungsregelung im Regelungsmodus im Digitalbereich arbeitet. - Sender gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Änderung der Verstärkung und des Phasenrandes der Hybrid-Leistungsregelung im direkten Verhältnis zu einer Änderung der Leerlaufverstärkung des Regelverstärkers (
112 ) stehen. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei das Übergangsverhältnis am Regelungsbezugsknoten mit dem Übergangsverhalten eines Weges vom Steuerungsknoten zu einem Ausgang des Analog-Digitalwandlers (212 ) auf dem Hybrid-Regelungsweg entspricht. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 15, ferner aufweisend: einen Koppler (302 ), der das eingestellte analoge Ausgangssignal zur Hybrid-Leistungsregelung zurückführt. - Sender (
100 ) gemäß einem der Ansprüche 9 bis 16, ferner aufweisend: einen Detektor, der eine Hüllkurve der Hybrid-Leistungsregelung erkennt. - Verfahren zur Hybrid-Leistungsregelung, aufweisend: • Empfangen eines Eingangssignals; • Modulieren des Eingangssignals in ein Hochfrequenz(HF-)Signal (VHF); • direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals im Steuerungsmodus; und • Einstellen auf Feinverstärkungseinstellung im Regelungsmodus, wobei die Regelschleife (
114 ) im Digitalbereich liegt. - Verfahren gemäß Anspruch 18, wobei das Steuern der Ausgangsleistung durch Einstellen der Verstärkung eines Regelverstärkers (
112 ) durchgeführt wird. - Verfahren gemäß Anspruch 18 oder 19, wobei ein direktes Steuern der Ausgangsleistung des HF-Signals (VHF) im Steuerungsmodus eine grobe Verstärkungseinstellung darstellt.
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