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Hintergrund
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Diese
Erfindung betrifft im Allgemeinen drahtlose Kommunikationsschaltungen
und genauer drahtlose Kommunikationsschaltungen, die Vorspannungsanpassung
für Leistungsverstärker ausführen.
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Handgehaltene
elektronische Vorrichtungen und andere tragbare elektronische Vorrichtungen werden
zunehmend beliebter. Beispiele für handgehaltene Vorrichtungen
umfassen handgehaltene Computer, Mobiltelefone und Medienspieler.
Beliebte tragbare elektronische Vorrichtungen, die irgendwie größer
als herkömmliche handgehaltene elektronische Vorrichtungen
sind, umfassen Laptop-Computer und Tablet-Computer.
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Teilweise
wegen ihrer mobilen Eigenschaft werden tragbare elektronische Vorrichtungen
oft mit drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten bereitgestellt.
Handgehaltene elektronische Vorrichtungen können zum Beispiel
weit reichende drahtlose Kommunikation verwenden, um mit drahtlosen
Basisstationen zu kommunizieren. Mobiltelefone und andere Vorrichtungen
mit zellularen Fähigkeiten können unter Verwendung
von Mobiltelefonbändern bei 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz
und 1900 MHz kommunizieren. Kommunikation ist auch in dem 2100 MHz-Kommunikationsband
möglich. Tragbare elektronische Vorrichtungen können
auch drahtlose Kommunikationsverbindungen mit kurzer Reichweite
verwenden, wenn sie sich innerhalb eines Bereichs einer geeigneten
Basisstation befinden. Tragbare elektronische Vorrichtungen können
zum Beispiel unter Verwendung der Wi-Fi®(IEEE
802.11)-Bänder bei 2,4 GHz und 5,0 GHz und dem
Bluetooth®-Band bei 2,4 GHz kommunizieren.
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Hersteller
sind ständig bemüht die Größe
der Bauteile, die für diese Vorrichtungen verwendet werden,
zu reduzieren, um einen Kundenbedarf für einen kleinen
Formfaktor von drahtlosen Vorrichtungen zu befriedigen. Hersteller
haben zum Beispiel Versuche unternommen um die Batterien, die in
den handgehaltenen elektronischen Vorrichtungen verwendet werden,
sehr klein zu machen.
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Eine
elektronische Vorrichtung mit einer kleinen Batterie hat eine begrenzte
Batteriekapazität. Eine elektronische Vorrichtung mit einer
kleinen Batterie kann eine unerwartet kurze Batterielebensdauer aufweisen,
sofern nicht Maßnahmen unternommen werden um Leistung weise
zu verbrauchen. Techniken zum Reduzieren von Leistungsverbrauch
können insbesondere in drahtlosen Vorrichtungen, die Mobiltelefonkommunikation
unterstützen, besonders wichtig sein, weil Benutzer von
Mobiltelefonvorrichtungen oft Bedarf an langen Gesprächszeiten
haben.
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Es
wäre deshalb wünschenswert in der Lage zu sein,
drahtlose Kommunikationsschaltungen mit verbesserten Leistungsverwaltungsfähigkeiten
bereitzustellen.
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Zusammenfassung
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Eine
tragbare elektronische Vorrichtung wie zum Beispiel ein Mobiltelefon
oder eine andere handgehaltene elektronische Vorrichtung wird mit
drahtlosen Kommunikationsschaltungen bereitgestellt. Die drahtlosen
Kommunikationsschaltungen können Leistungsverstärkerschaltungen
umfassen. Anpassbare Leistungsversorgungsspannungsschaltungen können
eine anpassbare Vorspannung aufweisen, um die Leistungsverstärkerschaltung
mit Leistung zu versorgen.
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Eine
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung in der tragbaren elektronischen
Vorrichtung kann den Pegel einer Vorspannung, die durch die anpassbare Leistungs versorgungsspannungsschaltung
erzeugt wird, steuern. Wenn Daten mit relativ hohen Datenraten übertragen
werden, kann die Vorspannung auf einen recht hohen Pegel eingestellt
sein. Dies hilft sicherzustellen, dass die Leistungsverstärkerschaltung eine
ausreichende Belastungsreserve hat, um Signale mit hoher Datenrate
zu übertragen ohne unerwünschte Nichtlinearitäten
an den Tag zu legen. Wenn Daten bei niedrigeren Datenraten übertragen werden,
sind im Allgemeinen keine hohen Vorspannungen notwendig. Leistung
kann in diesen Situationen durch Reduzieren des Pegels der Vorspannung eingespart
werden, die an den Leistungsverstärker geliefert wird.
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Die
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung kann eine Nachschlagetabelle
von gewünschten Vorspannungen unterhalten. Die Nachschlagetabelle kann
verwendet werden, um geeignete Vorspannungen für die Leistungsverstärkerschaltungen
als eine Funktion von unterschiedlichen gewünschten Ausgangsleistungen,
unterschiedlichen Operationsmodi (z. B. Sprache oder Daten) und
unterschiedlichen übertragenen Datenraten zu bestimmen.
Die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung kann die Datenmenge quantifizieren,
die unter Verwendung eines Datenübertragungsratenparameters,
wie zum Beispiel eine kubische Metrik, übertragen wird.
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Weitere
Merkmale der Erfindung, ihre Eigenschaft und zahlreiche Vorteile
werden offensichtlicher von den begleitenden Zeichnungen und der
folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen.
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Kurzer Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer veranschaulichenden elektronischen
Vorrichtung mit drahtlosen Kommunikationsschaltungen in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
ein Schaltungsdiagramm von veranschaulichenden drahtlosen Kommunikationsschaltungen
in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein Graph in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der zeigt wie sich das Verhältnis
von Spitzen-zu-Durchschnittswert eines Hochfrequenzsignals als eine
Funktion der Zeit während Kommunikationen unter Verwendung
von drahtlosen Kommunikationsschaltungen in einer elektronischen
Vorrichtung ändern kann.
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4 ist
ein Graph in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der zeigt wie eine Leistungsverstärkerschaltung
in einer elektronischen Vorrichtung mit unterschiedlichen Vorspannungen
bereitgestellt sein kann, wenn Hochfrequenzsignale bei verschiedenen
Ausgangsleistungen übertragen werden.
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5 ist
eine Tabelle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die zeigt wie eine Steuerschaltung in
einer elektronischen Vorrichtungsanpassungen einer Leistungsversorgungsspannung
für eine Leistungsverstärkerschaltung ausführen
kann basierend auf Kriterien wie zum Beispiel erforderliche Ausgangsleistung, Übertragungsmodus
und kubischer Metrikwert.
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6 ist
ein Graph in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der zeigt wie Anpassungen der Leistungsversorgungsspannung
für eine Leistungsverstärkerschaltung als eine
Funktion von unterschiedlichen erforderlichen Ausgangsleistungen, Übertragungsmodi und
kubischen Metrikwerten ausgeführt werden können.
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7 ist
ein Diagramm in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, das zeigt wie Anpassungen der Leistungsversorgungsspannungen
für eine Leistungsverstärkerschaltung als eine
Funktion von Ausgangsleis tungsanpassungen, ausgeführt werden,
um Verbindungsqualitätsvariationen, Übertragungsmodi
und kubische Metrikwerte aufzunehmen.
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Detaillierte Beschreibung
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Dies
betrifft im Allgemeinen drahtlose Kommunikation und genauer Verwalten
von Leistungsverbrauch durch drahtlose Kommunikationsschaltungen in
drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen.
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Die
drahtlosen elektronischen Vorrichtungen können tragbare
elektronische Vorrichtungen wie zum Beispiel Laptop-Computer oder
kleine tragbare Computer des Typs sein, der manchmal als ultratragbar
bezeichnet wird. Tragbare elektronische Vorrichtungen können
auch irgendwie kleinere Vorrichtungen sein. Beispiele für
kleinere tragbare elektronische Vorrichtungen umfassen Armbanduhrenvorrichtungen,
Anhängervorrichtungen, Kopfhörer- und Ohrstöpsel-Vorrichtungen
und andere tragbare und Miniaturvorrichtungen. Mit einer geeigneten
Anordnung können die tragbaren elektronischen Vorrichtungen handgehaltene
elektronische Vorrichtungen sein.
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Die
drahtlosen elektronischen Vorrichtungen können zum Beispiel
Mobiltelefone, Medienspieler mit drahtlosen Kommunikationsfähigkeiten,
handgehaltene Computer (manchmal auch als Persönliche Digitale
Assistenten bezeichnet), Fernbedienungen, globale Positionssystem(GPS)-Vorrichtungen
und handgehaltene Spielvorrichtungen sein. Drahtlose elektronische
Vorrichtungen wie diese können mehrere Funktionen ausführen.
Ein Mobiltelefon kann zum Beispiel Medienspielerfunktionalität
aufweisen und kann die Fähigkeit haben Spiele, E-Mail-Anwendungen,
Webbrowser-Anwendungen und andere Software auszuführen.
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Ein
Diagramm einer veranschaulichenden elektronischen Vorrichtung wie
zum Beispiel eine handgehaltene elektronische Vorrichtung oder eine andere
tragbare elektronische Vorrichtung ist in 1 dargestellt.
Vorrichtung 10 der 1 kann ein Mobiltelefon,
ein Mobiltelefon mit Medienspielerfähigkeiten, ein handgehaltener
Computer, eine Fernbedienung, ein Spielespieler, eine globale Positionierungssystem(GPS)-Vorrichtung,
ein Laptop-Computer, ein Tablet-Computer, ein ultratragbarer Computer,
eine Vorrichtung mit der Fähigkeit die Funktionen von einer
oder mehreren solcher Vorrichtungen auszuführen, oder irgendeine
andere geeignete tragbare elektronische Vorrichtung sein.
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Wie
in 1 dargestellt kann die Vorrichtung 10 eine
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 umfassen. Die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 kann
eine oder mehrere verschiedene Arten von Speicher wie zum Beispiel
ein Festplattenlaufwerkspeicher, nichtflüchtiger Speicher
(z. B. Flash-Speicher oder andere elektrisch-programmierbare Nur-Lesespeicher),
flüchtiger Speicher (z. B. statischer Speicher oder dynamischer
Speicher mit wahlfreiem Zugriff), usw., aufweisen. Die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 kann
verwendet werden beim Steuern des Betriebs der Vorrichtung 10.
Die Verarbeitungsschaltung in der Schaltung 12 kann auf
Prozessoren basiert sein wie zum Beispiel Mikroprozessoren, Mikrosteuerungen,
digitale Signalprozessoren, dedizierte Verarbeitungsschaltungen,
Leistungsverwaltungsschaltungen, Audio- und Video-Chips, Hochfrequenz-Transceiver-Verarbeitungsschaltungen,
integrierte Hochfrequenzschaltungen der Art, die manchmal als Basisbandmodule bezeichnet
ist, und andere geeignete integrierte Schaltungen.
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Mit
einer geeigneten Anordnung kann die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 verwendet werden
um Software auf der Vorrichtung 10 laufen zu lassen, wie
zum Beispiel Internetbrowseranwendungen, Sprache-über-Internetprotokoll(voice-over
internet protocol, VOIP)-Telefongesprächsanwendungen, E-Mail-Anwendungen,
Medienwiedergabeanwendungen, Betriebssystemfunktionen, usw. Die
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 kann beim Implementieren
von geeigneten Kommunikationsprotokollen verwendet werden. Kommunikationsprotokolle,
die unter Verwendung der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 implementiert
sein können, umfassen Internetprotokolle, drahtlose Lokalbereichsnetz werkprotokolle
(z. B. IEEE 802.11-Protokolle – manchmal
als Wi-Fi® bezeichnet), Protokolle
für andere drahtlose Kommunikationsverbindungen mit kurzer
Reichweite wie zum Beispiel das Bluetooth®-Protokoll,
Protokolle zum Behandeln von 2G-Mobiltelefonkommunikationsdiensten,
3G-Kommunikationsprotokolle wie zum Beispiel High-Speed Uplink Packet
Access(HSUPA)-Protokolle, usw.
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Die
Vorrichtung 10 kann eine oder mehrere Batterien aufweisen
wie zum Beispiel eine Batterie 14. Um Leistungsverbrauch
zu minimieren und dabei die Lebensdauer der Batterie 14 zu
verlängern, kann die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 beim Implementieren
von Leistungsverwaltungsfunktionen der Vorrichtung 10 verwendet
werden. Zum Beispiel kann die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 verwendet
werden um die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung
auf der Vorrichtung 10 anzupassen und kann beim Anpassen
von Eingangsleistungspegeln verwendet werden, die an dem Eingang der
Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung auf der Vorrichtung 10 von
einer Transceiver-Schaltung bereitgestellt werden. Leistungsverstärkeranpassungen,
die ausgeführt werden können, umfassen Verstärkungs-Einstellungsanpassungen
(z. B. um selektiv Verstärkungsstufen ein- oder auszuschalten)
und Leistungsversorgungsspannungsanpassungen (manchmal auch als
Vorspannungsanpassungen bezeichnet). Diese Anpassungen können
automatisch in Echtzeit erfolgen basierend auf Tabellen von bevorzugten
Steuereinstellungen für zahlreiche verschiedene Betriebsbedingungen.
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Steueralgorithmen,
die auf der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 implementiert sind,
können beim Steuern des Betriebs der Vorrichtung 10 verwendet
werden. Zum Beispiel kann eine gewünschte Leistungsverstärker-Vorspannung
durch einen Steueralgorithmus in Echtzeit bestimmt werden, der auf
Kriterien wie zum Beispiel erforderliche Ausgangsleistung und die
Art eines Übertragungsmodus, in welchem die Vorrichtung 10 arbeitet
(z. B. in einem Datenmodus oder Sprachmodus) basiert. Ein Code kann
in der Speicher-und- Verarbeitungsschaltung 12 gespeichert
sein, der die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 konfiguriert,
um den Steueralgorithmus zu implementieren. Unter anderen Funktionen
kann der Code helfen Leistungsverstärker-Vorspannungen
zu reduzieren, wenn immer es möglich ist Leistung einzusparen.
Um ungewollte Performancereduktionen zu verhindern, können
Reduktionen der Leistungsverstärker-Vorspannung selektiv
ausgeführt werden, wenn immer reduzierte Vorspannungen
es der Vorrichtung 10 nicht schwer machen die gewünschten
Performancekriterien zu erfüllen.
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Eingabe-Ausgabevorrichtungen 16 können verwendet
werden, um es zu ermöglichen Daten an die Vorrichtung 10 zu
liefern, und es zu ermöglichen Daten von der Vorrichtung 10 an
externe Vorrichtungen bereitzustellen. Beispiele der Eingabe-Ausgabevorrichtungen 16,
die in der Vorrichtung 10 verwendet werden, umfassen Anzeigebildschirme
wie zum Beispiel Berührungsbildschirme (z. B. Flüssigkristallanzeigen
oder organische lichtemittierende Diodenanzeigen), Knöpfe,
Joysticks, Klickräder, Scrollräder, Berührungsfelder,
Tastenfelder, Tastaturen, Mikrophone, Lautsprecher und andere Vorrichtungen
zum Erzeugen von Ton, Kameras, Sensoren, usw. Ein Benutzer kann
den Betrieb der Vorrichtung 10 durch Liefern von Befehlen
durch die Vorrichtungen 16 steuern. Die Vorrichtungen 16 können
auch verwendet werden um visuelle oder akustische Information dem Benutzer
der Vorrichtung 10 weiterzuleiten. Die Vorrichtungen 16 können
auch Verbinder, um Datenports zu bilden (z. B. zum Anschließen
von externen Einrichtungen wie zum Beispiel Computer, Zubehör, usw.),
umfassen.
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Drahtlose
Kommunikationsvorrichtungen 18 können auch eine
Kommunikationsschaltung aufweisen wie zum Beispiel eine Hochfrequenz(HF)-Transceiver-Schaltung,
die aus einer oder mehreren integrierten Schaltungen gebildet ist,
eine Leistungsverstärkerschaltung (z. B. Leistungsverstärkerschaltung,
die durch Steuersignale von einer Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 14 gesteuert
wird, um Leistungsverbrauch zu minimieren während gewünschte
Performancekriterien erfüllt werden), passive HF-Komponenten,
Antennen und andere Schaltungen zum Behandeln von drahtlosen HF-Signalen. Drahtlose
Signale können auch unter Verwendung von Licht (z. B. unter
Verwendung von Infrarotkommunikation) gesendet werden.
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Die
Vorrichtung 10 kann mit externen Vorrichtungen, wie zum
Beispiel Zubehöre, Recheneinrichtung und drahtlose Netzwerke, über
drahtgebundene und drahtlose Kommunikationspfade kommunizieren.
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Zum
Beispiel können Zubehöre wie zum Beispiel drahtgebundene
oder drahtlose Sprechgarnituren mit der Vorrichtung 10 kommunizieren.
Die Vorrichtung 10 kann auch mit einer Audio-Video-Einrichtung
(z. B. drahtlose Lautsprecher, eine Spielesteuerung oder andere
Einrichtung, die Audio- und Video-Inhalt empfängt oder
abspielt) oder einer Peripherie, wie zum Beispiel ein drahtloser
Drucker oder eine Kamera, kommunizieren.
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Die
Vorrichtung 10 kann auch einen drahtgebundenen oder drahtlosen
Pfad verwenden, um mit einem Personalcomputer oder anderer Recheneinrichtung
zu kommunizieren. Die Recheneinrichtung kann zum Beispiel ein Computer
sein, der einen assoziierten drahtlosen Zugangspunkt (Router) oder eine
interne oder externe drahtlose Karte hat, die eine drahtlose Verbindung
mit der Vorrichtung 10 herstellt. Der Computer kann ein
Server (zum Beispiel ein Internetserver), ein Lokalbereichsnetzwerkcomputer
mit oder ohne Internetzugang, ein benutzereigener Personalcomputer,
eine Peer-Vorrichtung (z. B. eine andere tragbare elektronische
Vorrichtung 10), oder irgendeine andere geeignete Recheneinrichtung
sein.
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Die
Vorrichtung 10 kann auch mit drahtloser Netzwerkeinrichtung
wie zum Beispiel Mobiltelefonbasisstationen, drahtlosen Datennetzwerken,
Computer, die mit drahtlosen Netzwerken assoziiert sind, usw. kommunizieren.
Solche drahtlose Netzwerke können Netzwerkverwaltungseinrichtung
umfassen, die die drahtlose Signalstärke der drahtlosen
Handapparate überwacht wie zum Beispiel die Vorrichtung 10,
die in Kommunikation mit dem Netzwerk sind. Um die Gesamtper formance
des Netzwerks zu verbessern und sicherzustellen, dass Störung
zwischen Handapparaten minimiert wird, kann die Netzwerkverwaltungseinrichtung
Leistungsanpassungsbefehle (manchmal als Übertragungsleistungs-Steuerbefehle
oder TCP-Befehle bezeichnet) an jeden Handapparat senden. Die Übertragungsleistungs-Steuereinstellungen,
die an die Handapparate bereitgestellt werden, weisen die Handapparate
mit schwachen Signalen an ihre Übertragungsleistungen zu
erhöhen, so dass ihre Signale richtig durch das Netzwerk
empfangen werden. Zur selben Zeit können die Übertragungsleistungs-Steuereinstellungen
Handapparate, deren Signale klar mit einer hohen Leistung empfangen
werden, anweisen ihre Übertragungsleistungs-Steuereinstellungen
zu reduzieren. Dieses reduziert Störung zwischen Handapparaten
und erlaubt es dem Netzwerk seine verfügbare drahtlose Bandbreite
zu maximieren.
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Wenn
die Vorrichtung 10 Übertragungsleistungs-Steuereinstellungen
von dem Netzwerk empfängt, oder zu anderen geeigneten Zeiten,
kann die Vorrichtung 10 geeignete Übertragungsleistungsanpassungen
ausführen. Die Vorrichtung 10 kann zum Beispiel
den Leistungspegel der Signale anpassen, die durch eine Transceiver-Schaltung
an Hochfrequenzleistungsverstärker auf der Vorrichtung 10 bereigestellt
werden, und kann die Hochfrequenzleistungsverstärker anpassen.
Leistungsverstärkeranpassungen wie diese können
Verstärkungsmodus-Einstellungsanpassungen und Leistungsversorgungsspannungsanpassungen
umfassen.
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Die
Ausgangssignale von den Leistungsverstärkern auf der Vorrichtung 10 werden
drahtlos von der Vorrichtung 10 an geeignete Empfänger
unter Verwendung von Antennen auf den Vorrichtungen 10 übertragen.
Die Einstellungen für eine drahtlose Kommunikationsschaltung 18 können
Verstärkungsmodus-Anpassungen umfassen, welche die Verstärkungseinstellungen
von Leistungsverstärkern steuern. Eine Verstärkungsmodus-Einstellung
kann zum Beispiel steuern, ob ein Leistungsverstärker in
einem hohen Verstärkungsmodus, in welchem alle Leistungsverstärkerstufen,
die verfügbar sind, verwendet werden, oder in einem niedrigen
Verstärkungsmodus, in welchem eine oder mehrere der Verstärkungsstufen
auf dem Leistungsverstärker heruntergefahren worden sind
um Leistung einzusparen, betrieben wird. Leistungsversorgungsspannungsanpassungen
können verwendet werden um zu helfen Leistungsverbrauch
mit einer gegebenen Verstärkungseinstellung zu minimieren.
In typischen Schaltungsarchitekturen kann eine Transceiver-Schaltung Hochfrequenzsignale
an den Eingang eines Leistungsverstärkers zum Übertragen
durch eine Antenne liefern. Die Leistung, mit welcher die Transceiver-Schaltung
diese Hochfrequenzsignale ausgibt, stellt einen Eingangsleistungspegel
(manchmal im Folgenden als Pin bezeichnet) für den Leistungsverstärker
her. Eingangsleistungsanpassungen (Anpassungen an Pin) können
ausgeführt werden, um die Leistung von Hochfrequenzsignalen,
die durch die Vorrichtung 10 übertragen werden,
anzupassen.
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Die
Antennenstrukturen und drahtlose Kommunikationsvorrichtungen der
Vorrichtung 10 können Kommunikation über
irgendwelche geeignete drahtlose Kommunikationsbänder unterstützen.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtungen 18 können
zum Beispiel verwendet werden um Kommunikationsfrequenzbänder
wie zum Beispiel Sprach- und -Datenbänder von Mobiltelefonen
bei 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz und dem Kommunikationsband
bei dem 2100 MHz-Band, den Wi-Fi®(IEEE 802.11)-Bändern
bei 2,4 GHz und 5,0 GHz (manchmal auch als drahtloses Lokalbereichsnetzwerk
oder WLAN-Bänder bezeichnet), dem Bluetooth®-Band bei
2,4 GHz und dem globalen Positionssystem(GPS)-Band bei 1550 MHz,
abzudecken.
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Die
Vorrichtung 10 kann diese Kommunikationsbänder
und andere geeignete Kommunikationsbänder mit geeigneter
Konfiguration der Antennenstrukturen in der drahtlosen Kommunikationsschaltung 18 abdecken.
Irgendwelche geeignete Antennenstrukturen können in der
Vorrichtung 10 verwendet werden. Die Vorrichtung 10 kann
zum Beispiel eine Antenne aufweisen, oder kann mehrere Antennen
aufweisen. Jede der Antennen in der Vorrichtung 10 kann
verwendet werden um ein einzelnes Kommunikationsbands abzudecken,
oder jede Antenne kann mehrere Kommunikationsbänder abdecken. Falls
gewünscht, kann eine oder können mehrere Antennen
ein einzelnes Band abdecken, während eine oder mehrere
zusätzliche Antennen jede dazu verwendet werden um mehrere
Bänder abzudecken.
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Eine
veranschaulichende drahtlose Kommunikationsschaltung, die in der
Schaltung 18 der 1 in der
Vorrichtung 10 verwendet werden kann, ist in 2 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt kann eine drahtlose Kommunikationsschaltung 44,
eine oder mehrere Antennen aufweisen wie zum Beispiel Antennen 62 und
kann Hochfrequenz-Eingabe-Ausgabeschaltungen 90 aufweisen.
Während Signalübertragungsoperationen kann die
Schaltung 90 Hochfrequenzsignale, die durch die Antennen 62 übertragen wurden,
liefern. Während Signalübertragungsoperationen
kann die Schaltung 90 Hochfrequenzsignale, die durch die
Antennen 62 empfangen worden sind, entgegennehmen.
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Datensignale,
die durch die Vorrichtung 10 zu übertragen sind,
können an ein Basisbandmodul 52 bereitgestellt
werden (z. B. von der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 der 1).
Das Basisbandmodul 52 kann unter Verwendung einer einzelnen
integrierten Schaltung (z. B. einer integrierten Schaltung eines
Basisbandprozessors) oder unter Verwendung von mehreren Schaltungen
implementiert sein. Der Basisbandprozessor 52 kann Signale,
die über die Antenne 62 zu übertragen
sind, an einer Eingangsleitung 89 empfangen (z. B. von
der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12). Der Basisbandprozessor 52 kann
Signale, die an eine Übertragungsschaltung innerhalb einer
HF-Transceiver-Schaltung 54 zu übertragen sind,
bereitstellen. Die Übertragungsschaltung kann mit einer
Leistungsverstärkerschaltung 56 über
einen Pfad 55 gekoppelt sein. Ein Steuerpfad 88 kann
Steuersignale von der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 (1) empfangen.
Diese Steuersignale können verwendet werden um die Leistung
der Hochfrequenzsignale zu steuern, welche die Übertragungsschaltung
innerhalb der Transceiver-Schaltung 54 an den Eingang von
Leistungsverstärkern 56 über den Pfad 55 liefert. Dieser übertragene
Hochfrequenz- Signalleistungspegel wird manchmal im Folgenden als
Pin bezeichnet, weil es die Eingangsleistung an die Leistungsverstärkerschaltung 56 repräsentiert.
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Während
Datenübertragung kann die Leistungsverstärkerschaltung 56 die
Ausgangsleistung der übertragenden Signale auf einen ausreichend hohen
Pegel anheben, um eine adäquate Signalübertragung
sicherzustellen. Eine Schaltung 57 kann einen Hochfrequenz-Duplexer
und andere Hochfrequenz-Ausgangsstufenschaltungen wie zum Beispiel Hochfrequenzschalter
und passive Bauteile enthalten. Schalter können, falls
gewünscht, an einer Schalterschaltung 44 zwischen
einem Übertragungsmodus und einem Empfangsmodus verwendet
werden. Ein Duplexfilter 57 kann verwendet werden um Eingangs-
und Ausgangsignale basierend auf ihrer Frequenz weiterzuleiten.
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Eine
Anpassungsschaltung 60 kann ein Netzwerk aus passiven Bauteilen
wie zum Beispiel Widerständen, Induktivitäten
und Kondensatoren aufweisen und sicherstellen, dass Antennenstrukturen 62 an
den Rest der Schaltung 44 widerstandsangepasst sind. Drahtlose
Signale, die durch die Antennenstrukturen 62 empfangen
werden, können an eine Empfängerschaltung in der
Transceiver-Schaltung 44 über einen Pfad wie zum
Beispiel Pfad 64 weitergegeben werden.
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Jeder
Leistungsverstärker (z. B. jeder Leistungsverstärker
in den Leistungsverstärkern 56) kann eine oder
mehrere Leistungsverstärkerstufen wie zum Beispiel Stufen 70 aufweisen.
Beispielsweise kann jeder Leistungsverstärker verwendet
werden um ein separates Kommunikationsbands zu behandeln und jeder
dieser Leistungsverstärker kann drei in Serie geschaltete
Leistungsverstärkerstufen 70 aufweisen. Die Stufen 70 können
Eingänge wie zum Beispiel Eingänge 72 aufweisen,
die Vorspannungen und andere Eingangssignale empfangen. Diese Eingangssignale
können bereitgestellt werden unter der Verwendung eines
Steuersignalpfads wie zum Beispiel Pfad 76. Die Steuersignale
von der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 können
verwendet werden um selektiv die Stufen 70 zu aktivieren
und deaktivieren. Vorspannung kann an die Eingänge 72 unter
Verwendung von Pfad 86 geliefert werden.
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Durch
selektives Aktivieren und Deaktivieren der Stufen 70 kann
der Leistungsverstärker in verschiedenen Verstärkungsmodi
eingestellt werden. Der Leistungsverstärker kann zum Beispiel
in einem hohen Verstärkungsmodus durch Aktivieren aller
drei der Leistungsverstärkerstufen 70 eingestellt
werden, oder er kann in einem niedrigen Verstärkungsmodus durch
Aktivieren von zwei der Leistungsverstärkerstufen eingestellt
werden. Falls gewünscht, können andere Konfigurationen
verwendet werden. Zum Beispiel kann ein sehr niedriger Verstärkungsmodus durch
Einschalten von nur einer der drei Verstärkungsstufen unterstützt
werden, oder Anordnungen mit mehr als drei Verstärkungsmoduseinstellungen können
durch selektives Aktivieren von anderen Kombinationen von Verstärkungsstufen
(z. B. in Leistungsverstärkern mit drei oder mehr als drei
Verstärkungsstufen) bereitgestellt werden.
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Eine
anpassbare Leistungsversorgungsschaltung, wie zum Beispiel eine
anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78, kann durch
eine Spannungsquelle 83 mit Leistung versorgt werden. Die
Spannungsquelle 83 kann zum Beispiel eine Batterie sein
wie die Batterie 14 der 1. Die Quelle 83 kann
eine positive Batteriespannung liefern, um an die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 auf
einem positiven Leistungsversorgungsanschluss 82 zu liefern,
und kann eine Massespannung an die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 auf einem
Masseleistungsversorgungsanschluss 84 liefern. Die Quelle 83 kann
unter Verwendung einer Lithiumionenbatterie, einer Lithiumpolymerbatterie oder
einer Batterie von irgendeinem anderen geeigneten Typ implementiert
sein.
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Anfangs
kann die Spannung, die durch eine Batterie geliefert wird, hoch
sein. Wenn die Batterie entladen ist, tendiert die von der Batterie
gelieferte Spannung einzubrechen. Durch Verwendung der anpassbaren
Leistungsversorgungsschaltung 78, kann der Betrag einer
Spannung Vcc, der durch die Leistungsverstärker schaltung 56 über
den Leistungsversorgungsspannungspfad 86 geliefert wird,
auf einem gewünschten Wert beibehalten werden. Die Leistungsversorgungsschaltung 78 kann
zum Beispiel unter geeigneten Bedingungen eine ungeregelte Batteriespannung
von der Quelle 83, die mit der Zeit abfällt, empfangen
und kann eine relativ konstante Ausgangsleistung Vcc auf dem Ausgangspfad 86 erzeugen.
Dies kann dazu beitragen verschwenderische Situationen zu vermeiden,
in welchen die Schaltung des Leistungsverstärkers 56 mit
zu hohen Spannungen versorgt wird während die Batterie
der Quelle 83 frisch ist. Solche hohe Spannungen können
zu einem verschwenderischen Leistungsverbrauch durch die Schaltung 56 führen.
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Die
anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 kann durch
Steuersignale gesteuert werden, die über einen Pfad wie
zum Beispiel Pfad 80 empfangen werden. Die Steuersignale
können an die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 von
der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 (1), oder
irgendeiner anderen geeigneten Steuerschaltung (z. B. Schaltungen,
die in dem Basisbandmodul 52 implementiert sind, Schaltungen
in Transceiver-Schaltungen 54, usw.), bereitgestellt werden.
In dem Beispiel der 2 enthält die Transceiver-Schaltung 54 eine
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92, die beim Steuern
der anpassbaren Leistungsversorgungsschaltung 78 verwendet
werden kann. Die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 kann
eine kubische Metrikrechnerschaltung 94 und eine Digitalanalogwandler(digital-to-analog
converter, DAC)-Schaltung 96 aufweisen. Der kubische Metrikrechner 94 kann
einen drahtlosen Kommunikationsparameter, der als kubische Metrik
bezeichnet wird, von bekannten Attributen der Hochfrequenzsignale,
welche gerade durch die Schaltung 44 übertragen
werden, berechnen.
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Die
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 kann eine Tabelle
von Steuereinstellungen pflegen, um beim Steuern der Leistungsversorgungsschaltung 78 verwendet
zu werden. Die Tabelle kann eine Liste von Vorspannungen (Vcc-Werten)
enthalten, die durch die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 zu
liefern sind. Basierend auf den bekannten Betriebsbedingungen der
Schaltung 44 wie zum Beispiel ihr aktueller Übertragungsmodus
(Daten oder Sprache), der aktuelle kubische Metrikwert (ein Wert,
der sich in einem Bereich zwischen 0 dB und 4 dB bewegt) und der
gewünschte Ausgangsleistungswert Pout, der durch die Leistungsverstärkerschaltung 56 (z.
B. die Ausgangsleistung von dem Verstärker 56 wie
an dem Ausgang 98 des Duplexfilters 57 gemessen)
zu erzeugen ist, und basierend auf den Werten der Steuereinstellungen
in der Tabelle kann die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 den
Digitalanalogwandler 96 anweisen passende Steuersignale
auf dem Pfad 80 (z. B. analoge Steuerspannungen) zu erzeugen.
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Die
Steuersignale, die durch den Digitalanalogwandler 96 auf
Pfad 80 geliefert werden, können verwendet werden,
um den Betrag der positiven Leistungsversorgungsspannung Vcc, die
auf der Leistungsverstärkerschaltung 56 über
Pfad 86 bereitgestellt wird, anzupassen. Diese Leistungsversorgungsspannungsanpassungen
können zur selben Zeit ausgeführt werden wie Leistungsmodusanpassungen
an der Leistungsverstärkerschaltung 56 ausgeführt
werden und zu derselben Zeit, in der die Anpassungen an der Leistung
(Pin) auf Pfad 55 ausgeführt werden.
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Der
Wert der Vorspannung Vcc, der beim Zuführen von Leistung
an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung 56 verwendet
wird, kann manchmal reduziert werden um Leistung einzusparen. Jedoch
sollte Vorsicht angewandt werden, um sicherzustellen, dass die Vorspannung
nicht zu sehr reduziert wird. Falls Vcc zu stark reduziert wird,
wird die Leistungsverstärkerschaltung 56 nichtlinear
arbeiten und kann Begrenzungen aufweisen. Falls eine Leistungsversorgung
mit Vcc-Werten erfolgt, die so niedrig sind um eine Begrenzung einzuleiten,
kann die drahtlose Kommunikationsschaltung 44 zu starke
Nichtlinearität aufweisen und kann die erwarteten Performancekriterien
nicht erfüllen wie zum Beispiel ein Minimum erfordernde
Pegel von Adjacent Channel Leckage Ratio (ACLR). In Situationen
wie diesen wird die Leistungsverstärkerschaltung 56 manchmal
bezeichnet als nicht ausreichende „Belastungsreserve” („headroom”)
zu haben, um ihre beabsichtigte Verstärkerfunktionen auszuführen.
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Falls
Vcc ausreichend groß ist, wird die Leistungsverstärkerschaltung 56 linear
arbeiten und wird keine Begrenzungen aufweisen. Die Leistungsverstärkerschaltung 56 wird
deshalb in der Lage sein Signale mit großen Spitzen-zu-Durchschnitts(peak-to-average,
PAR)-Werten zu behandeln. Signale mit hoher Datenrate wie zum Beispiel Signale
mit hoher Datenrate, die das HSUPA-Protokoll verwenden, sind mit
relativ großen PAR-Werten assoziiert. In Situationen in
welchen die Leistungsverstärkerschaltung 56 mit
einer ausreichend großen Vorspannung Vcc versorgt wird,
wird die Leistungsverstärkerschaltung 56 deshalb
eine ausreichende Belastungsreserve aufweisen, um diese Signale
mit hoher Datenrate zu behandeln.
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Eine
Grafik zeigt, wie in der 3 dargestellt, wie die Rate,
mit welcher Daten von der Vorrichtung 10 übertragen
werden, und damit das Spitze-zu-Durchschnittsverhältnis
von übertragenen Hochfrequenzsignalen sich als eine Funktion
der Zeit ändern kann. Zu der Zeit t0 kann die von der Schaltung 44 übertragene
Datenmenge relativ niedrig sein (d. h. kleiner als TDR1). Es kann
möglich sein die Vorrichtung 10 und die Schaltung 44 mit
einer relativ geringen Datenrate zu betreiben und ein assoziiertes niedriges
Spitze-zu-Durchschnittsverhältnis (PAR) wie dieses, wenn
der Benutzer der Vorrichtung 10 sich in einem Sprachanruf
befindet oder nur Daten mit einer relativ niedrigen HSUPA-Datenrate überträgt.
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Wenn
die Vorrichtung 10 mehr Daten hoch laden soll, kann die
erforderliche Datenübertragungsrate ansteigen. In dem Beispiel
von 3 ist die Rate, mit welcher Daten hoch geladen
werden, bei Zeiten zwischen t1 und t2 relativ hoch (d. h. zwischen TDR1
und TDR2). Diese angehobenen Datenübertragungsraten sind
im Allgemeinen mit hohen PAR-Werten assoziiert. Große Datenübertragungsraten
können zum Beispiel verwendet werden um die Übertragung
von großen Dateien unterzubringen (z. B. E-Mail-Anhänge
wie zum Beispiel Fotos) oder hohe Datenraten für Streamingdaten
unterzubringen. Beispiele für Aktivitäten, die
angehobene Datenraten erfordern können, umfassen Videoübertragung
(z. B. für Videotele fongespräche) und Spiele.
Diese sind nur veranschaulichende Beispiele. Im Allgemeinen kann,
falls gewünscht, irgendwelche Anwendungen, die eine Verwendung
von angehobenen Datenraten erfordern, auf der Vorrichtung 10 ausgeführt
werden.
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Der
Bedarf zum Übertragen von großen Datenmengen ist
typischerweise temporär. Zum Beispiel kann ein Benutzer
ein Hochladen eines Bildes auf einen Server wünschen. Während
der Hochlade-Operation (d. h. von Zeit t1 bis Zeit t2 in dem Beispiel
von 3), kann das Spitze-zu-Durchschnittsverhältnis
für das übertragene Signal relativ hoch sein (z.
B. 8 dB). Wenn das Hochladen abgeschlossen ist (z. B. nach Zeit
t2 in dem Beispiel der 3), braucht der Benutzer nur
einen Sprachanruf mit der Vorrichtung 10 ausführen.
Während des Sprachanrufs kann das Spitze-zu-Durchschnittsverhältnis
für das übertragene Signal relativ niedrig sein
(z. B. 3,5 dB).
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Um
diese mit der Zeit sich ändernden Anforderungen ohne Leistung
zu verschwenden zu behandeln, kann die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung der
Vorrichtung 10 die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 anweisen
die Vorspannung Vcc in Echtzeit anzupassen. Wenn die Verbindungsqualität
schlecht ist und/oder wenn eine hohe Datenrate für übertragene
Signale erforderlich ist, kann der Wert von Vcc angehoben werden,
um sicherzustellen, dass die Leistungsverstärkerschaltung 56 ausreichende
Belastungsreserve hat. Wenn sich die Verbindungsqualität
verbessert und/oder, wenn die erforderliche Datenrate für übertragene
Signale sinkt (z. B., wenn kleine Datenmengen hoch geladen werden,
oder wenn im Sprachmodus), kann der Wert von Vcc gesenkt werden.
Diese abgesenkten Werte von Vcc helfen den Betrag an Leistung, der
durch die Leistungsverstärkerschaltung 56 verbraucht
wird, zu reduzieren.
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Drahtlose
Verbindungen wie zum Beispiel jene, die mit 2G-Protokollen assoziiert
sind, unterstützen manchmal nur relativ niedrige Datenhochladeraten
(z. B. 1 Mbps oder weniger). Andere drahtlose Verbindungen wie zum
Beispiel jene, die mit dem 3G High-Speed Uplink Packet Access(HSUPA)-Mobiltelefonieprotokoll
assoziiert sind, können signifikant höhere Hochladedatenraten
unterstützen (z. B. bis zu mehreren Mbps, oder sogar 5
Mbps oder mehr, oder sogar 7 Mbps oder mehr). Sprachmodus-Operationen
(in welchen nur Sprachdaten von dem Benutzer hochgeladen werden)
erfordern im Allgemeinen niedrige Datenraten (typischerweise weniger
als 100 kbps und signifikant weniger als 1 Mbps). Datenmodushochlade-Operationen
können signifikante Hochladedatenraten betreffen insbesondere,
wenn der Datenmodus ein HSUPA-Datenmodus ist. Um eine ausreichende
Linearität und geringes Rauschen für die Leistungsverstärkerschaltung 56 sicherzustellen,
kann die Leistungsverstärkerschaltung 56 mit erhöhten
Vorspannungen bereitgestellt werden, wenn immer die Datenübertragungsraten
angehoben sind. Zum Beispiel kann eine höhere Vorspannung
geliefert werden, wenn die Hochladerate 5 Mbps überschreitet,
als wenn die Hochladerate geringer ist als 1 Mbps oder 2 Mbps ist.
Erhöhungen der Vorspannung können auch abhängig
vom Modus (z. B. geringere Vorspannung für Sprachmodus
und höhere Vorspannung für HSUPA-Modus, insbesondere
bei höheren HSUPA-Datenraten) erfolgen.
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Erforderliche
Pegel der Übertragungsleistung werden typischerweise basierend
auf empfangenen Übertragungsleistungssteuer(TPC)-Befehlen bestimmt.
Wenn eine Basisstation bestimmt, dass eine Verbindung mit der Vorrichtung 10 schlecht
ist, kann die Basisstation einen TPC-Befehl an die Vorrichtung 10 übertragen,
der die Vorrichtung 10 anweist ihre Ausgangsleistung zu
erhöhen. Wenn die Basisstation bestimmt, dass die Verbindungsqualität gut
ist und dass der Betrag an Leistung, der gerade von der Vorrichtung 10 empfangen
wird, mehr als ausreichend ist, kann die Basisstation einen TPC-Befehl
ausgeben, der die Vorrichtung 10 anweist ihre Ausgangsleistung
zu reduzieren. Diese abgesenkte Ausgangsleistung hilft der Vorrichtung 10 ein
Stören mit dem Betrieb von benachbarten Vorrichtungen zu vermeiden.
Die reduzierte Anforderung an einen Ausgangsleistungspegel erlaubt
auch Leistung einzusparen, indem es dem Betrag der Vorspannung Vcc
erlaubt, die durch eine anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 erzeugt
wird, verringert zu werden.
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Die
anpassbare Leistungsversorgungsschaltung 78 kann unter
Verwendung eines DC/DC-Wandlers oder irgendeiner anderen geeigneten
Leistungswandlerschaltung implementiert werden. Die Schaltung 78 kann
eine relativ höhere Spannung Vccbatt von der Batterie 83 über
den Leistungsversorgungspfad 82 empfangen und kann eine
korrespondierende geregelte Leistungsversorgungsspannung Vcc erzeugen
bei einer relativ niedrigeren Spannung Vcc an dem Ausgabepfad 86.
In einer typischen Anordnung kann die Batteriespannung Vccbatt sich
in einem Bereich von ungefähr 4,3 V bis ungefähr
3,6 V bewegen und die Ausgabespannung Vcc kann sich in einem Bereich
von ungefähr 3,6 V bis 2,7 V bewegen. Die Spannung Vcc
kann basierend auf Steuersignalen, die über den Pfad 80 empfangen
werden, angepasst werden. Die Spannung Vcc kann kontinuierlich angepasst
werden (z. B. um irgendeine gewünschte Ausgangsspannung
im Bereich von 2,7 bis 3,6 V oder einem anderen geeigneten Bereich
bereitzustellen) oder kann auf einen ausgewählten einzelnen
oder zwei oder mehrere diskrete Pegel (z. B. 2,7 V, 3,0 V, 3,4 V,
3,6 V, usw.) eingestellt werden.
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Die
Leistungsverstärkerschaltung 56 kann mehrere Leistungsverstärker
umfassen von denen jeder ein unterschiedliches Kommunikationsband
(z. B. Bänder bei Kommunikationsfrequenzen wie zum Beispiel
850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz und 1900 MHz) behandelt. Falls gewünscht,
können einige oder alle der Leistungsverstärker
in der Schaltung 56 mehrere Kommunikationsbänder
(z. B. benachbarte Bänder) behandeln.
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Die
Leistungsverstärkerschaltung 56 kann Steuersignale über
den Pfad 76 empfangen. Die Steuersignale können
verwendet werden, um selektiv besondere Blöcke der Schaltung
innerhalb von jedem Leistungsverstärker ein- oder auszuschalten. Diese
Art von Anpassung kann verwendet werden, um jeden Leistungsverstärker 56 in
einen gewünschten Verstärkungsmodus zu stellen.
In einer bimoda len Anordnung kann jeder Leistungsverstärker
entweder in einem hohen Verstärkungsmodus oder in einem
niedrigen Verstärkungsmodus eingestellt sein. Falls gewünscht,
können andere Arten von Mehrfachmodus-Anordnungen unterstützt
werden (z. B. Anordnungen, in welchen die Leistungsverstärker 56 angepasst
werden können, um bei drei oder mehreren verschiedenen
Verstärkungseinstellungen zu arbeiten).
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Ein
Betreiben der Leistungsverstärkerschaltung 56 mit
Vorspannungen, bei welchen mehr Belastungsreserve als notwendig
erzeugt wird, kann Leistung verschwenden. Dementsprechend kann der
Betrag der Leistungsversorgungsspannung Vcc in Echtzeit durch die
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 12 angepasst werden,
um zu helfen den Leistungsverbrauch zu minimieren. Die Weise, in
welcher die Vorspannungen Vcc selektiv reduziert werden kann, um
Leistung mit einer Funktion des erforderlichen Übertragungsleistungspegels
Pout einzusparen, ist in der Grafik von 4 veranschaulicht.
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Die
Kurve von 4 zeigt wie die Leistungsversorgungsspannung
Vcc für die Leistungsverstärkerschaltung 56 reduziert
werden kann, um einen Leistungsverbrauch zu minimieren (unter der
Annahme einer festen Datenratenübertragungsanforderung).
Die Leistungsmenge, die eingespart werden kann, hängt in
diesem Beispiel von dem Betrag der Ausgangsleistung, der an dem
Ausgang des Leistungsverstärkers 56 erforderlich
ist, ab. Falls erforderlich (z. B. in Übereinstimmung mit
einer drahtlosen Netzwerk-TCP-Anweisung oder anderen Anforderung),
kann der Leistungsverstärker bei seiner höchsten
Betriebsspannung Vcc betrieben werden. Zum Beispiel, wenn eine Ausgangsleistung
von 24 dB (1 mW) erforderlich ist (in denn Beispiel der 4),
kann der Leistungsverstärker in seinem höchsten
Verstärkungsmodus eingestellt werden und kann mit einer
Leistungsversorgungsspannung von V2 (Punkt 100 auf der
Linie 102) mit Leistung versorgt werden. Wenn eine geringere
Ausgangsleistung erforderlich ist, wie zum Beispiel 21 dB (1 mW), ist
es nicht länger notwendig den Leistungsverstärker bei
V2 zu betreiben. Eher kann die Leistungsversorgungsspannung für
den Leistungs verstärker auf einen Vcc-Wert von V1 (Punkt 104 auf
der Linie 102) reduziert werden. Dies hilft den Leistungsverbrauch zu
reduzieren. Falls niedrigere Ausgangsleistungen erforderlich sind,
kann Vcc weiter reduziert werden.
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Die
Effizienz des DC/DC-Wandlers 78 und anderer leistungsregelnder
Schaltungen kann durch die Betriebsspannung Vcc und Betriebstrom
Icc beeinflusst werden, die der DC/DC-Wandler 78 an seinem
Ausgang erzeugt. Bei hohen Ausgangspannungen Vcc und hohen Ausgangsströmen
Icc können anpassbare Leistungsversorgungsschaltungen wie zum
Beispiel DC/DC-Wandler mit einer Spitzeneffizienz arbeiten. Bei
niedrigeren Vcc- und Icc-Pegeln tendiert die Effizienz abzufallen.
Es kann deswegen am effizientesten sein die Leistungsversorgungsspannung
Vcc nur in Situationen zu reduzieren, in welchen die Leistungseinsparungen
der Leistungsverstärker, die durch Reduzieren von Vcc erhalten werden,
nicht durch Erhöhen eines Leistungsverbrauchs in dem DC/DC-Wandler 78 hinzugefügt
sind. Wenn Vcc reduziert wird, tendieren die Werte des Leistungsversorgungsstroms
und der -Spannung, die zur Leistungsversorgung des Leistungsverstärkers 56 verwendet
werden, zu sinken und ein gesamter Leistungsverbrauch wird reduziert,
solange bis die Reduzierungen beim Leistungsverbrauch des Leistungsverstärkers
nicht durch Leistungsverluste wegen eines Betreibens der Leistungsversorgungsschaltung 78 in
einem ineffektiven Betrieb zunichte gemacht werden. Als ein Ergebnis
dieser Betrachtungen kann es wünschenswert sein den Wert
von Vcc nicht unter den von VT zu reduzieren, selbst wenn erforderliche
Ausgangsleistungen unter PT (als ein Beispiel) sind.
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Zusätzlich
zum Anpassen von Vcc basierend auf Ausgangsleistungs-Anforderungen,
kann Vcc angepasst werden basierend auf erforderlichen Raten für
Datenübertragung und assoziierte PAR-Werte. Niedrigere Übertragungsraten
sind mit Sprachanrufen und kleinen Mengen an hoch geladenen Daten
(z. B. beim Webbrowsen) assoziiert. Höhere Übertragungsraten
sind mit Hochladen großer Dateien und Teilnehmen an Diensten
mit hoher Datenrate (z. B. Videokonferenzen, Spiele, usw.) assoziiert.
Die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 kann bestimmen
welche Arten von Anwendungen zu einer gegebenen Zeit auf der Vorrichtung 10 aktiv
sind. Zum Beispiel kann die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 bestimmen,
wenn ein Benutzer einen Sprachtelefonanruf ausführt (z.
B. die Vorrichtung 10 ist in dem Sprachmodus) und kann
bestimmen, wenn ein Benutzer Daten hoch lädt (d. h. die
Vorrichtung 10 ist in dem Datenmodus und lädt
gerade andere Daten als die Daten hoch, die mit einem normalen Sprachanruf
assoziiert sind). Diese Information kann durch die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 gesammelt
werden durch Überwachen, welche Anwendungen auf der Vorrichtung 10 laufen
und durch Abfragen von aktiven Anwendungen auf Statusinformationen.
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Die
Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 kann softwarebasierte
und hardwarebasierte Ressourcen aufweisen zum Berechnen einer geeigneten Vorspannung
Vcc als eine Funktion der Datenratenübertragungsanforderungen
(und assoziierten PAR-Anforderungen) der Vorrichtung 10.
Irgendein geeigneter Parameter kann verwendet werden, um den Betrag
der erforderlichen Spannung Vcc basierend auf der Datenübertragungsrate
der Schaltung 44 zu repräsentieren. Mit einer
geeigneten Anordnung, welche im Folgenden als ein Beispiel beschrieben
ist, wird eine Schaltung in der Transceiver-Schaltung 54 verwendet,
um einen kubischen Metrikrechner 94 zu implementieren.
Der kubische Metrikrechner 94 berechnet den wohlbekannten
kubischen Metrik(cubic metric, CM)-Parameter. Während einer Übertragung
hängt der Wert von Adjacent Channel Leckage Ratio (ACLR)
für einen gegebenen Kanal von der Nichtlinearität
dritter Ordnung der Verstärkungskennlinie der Leistungsverstärkerschaltung
ab. Wenn hohe Datenraten und assoziierte Spitzen-zu-Durchschnittsleistungsverhältnisse
in dem übertragenen Signal untergebracht sind, ist es für
die Leistungsverstärkerschaltung 56 notwendig
mit relativ hohen Vorspannungen versorgt zu werden, um eine adäquate
Verstärker-Linearität sicherzustellen und damit
sicherzustellen, dass ein Minimum der gewünschten ACLR-Pegel
nicht überschritten wird. Der kubische Metrikrechner 94 kam
den Betrag an Erhöhung bei Vcc quantifizieren, die für
ein gegebenes Spitzen-zu-Durchschnittverhältnis und eine
assoziierte Datenübertra gungsrate notwendig ist. Insbesondere
kann der Rechner 94 kubische Metrik CM basierend auf der
aktuellen Übertragungskanalkonfiguration für die
Signale, die durch HF-Eingabe-Ausgabeschaltungen 90 übertragen
werden, berechnen, so dass die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung den
Wert von CM, der in Echtzeit berechnet wird, verwenden, um zu bestimmen
wie Vcc anzupassen ist. Weil der CM-Wert auf den Betrag der Vcc-Erhöhung reagierend
ist, die benötigt wird, um Erhöhungen beim PAR
und der Datenübertragungsrate unterzubringen, wird der
CM-Wert manchmal als ein Datenübertragungsratenparameter
bezeichnet.
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Irgendein
geeigneter Steueralgorithmusplan kann verwendet werden. Mit einer
geeigneten Anordnung, welche hier als ein Beispiel beschrieben ist, kann
die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 eine Nachschlagetabelle
wie zum Beispiel Tabelle 106 der 5 verwenden.
Wie in 5 dargestellt, kann die Tabelle 106 Zeilen
und Spalten von möglichen Werten für die Vorspannung
Vcc aufweisen. Der zu verwendende Wert von Vcc hängt von
einer gewünschten Ausgangsleistung Pout für das
aktuelle übertragene Signal ab. Der Wert von Vcc hängt
auch ab, ob die Vorrichtung 10 gerade in einem Sprachmodus
oder einem Datenmodus arbeitet (z. B. der HSUPA-Datenmodus) und,
falls in dem Datenmodus betrieben, auf der Datenübertragungsrate.
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Irgendein
geeigneter Parameter, der empfindlich ist für, die Datenhochladerate
kann verwendet werden, um Bedingungen zu repräsentieren,
in welchen es eine gewünschte Erhöhung der Vorspannung
gibt. Die Tabelle 106 kann mit gewünschten Vorspannungswerten
Vcc befüllt sein korrespondierend zu verschiedenen Datenraten
(in Mbps). Der Datenübertragungsratenparameter braucht
nicht linear proportional zu der Datenrate sein, solange der Wert
des Datenübertragungsratenparameters Unterschiede zwischen
Situationen, in welchen relativ niedrigere Vorspannungen gewünscht
werden (d. h., wenn der Datenübertragungsratenparameter
einen relativ niedrigen Wert hat), und Situationen, in welchen die
relativ hohen Vorspannungen gewünscht werden (d. h., wenn
der Datenübertragungsratenparameter einen relativ hohen
Wert hat), reflektiert. Mit einer geeigne ten Anordnung enthält
die Nachschlagetabelle 106 Vorspannungswerte, die sich
als eine Funktion des Werts der kubischen Metrik CM ändern. Dies
ist jedoch nur veranschaulichend. Die Nachschlagetabellenwerte können
sich ändern als eine Funktion von irgendeinem anderen geeigneten
Datenübertragungsratenparameter, der repräsentiert wie
viel Leistungsverstärkervorspannung zu verwenden ist.
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Die
Grafik von 6 veranschaulicht wie Vcc als
eine Funktion von zahlreichen Betriebsbedingungen angepasst werden
kann. Wenn relativ niedrigere Datenraten unterstützt werden
sollen (z. B. Raten, die mit Sprachanrufen oder CM-Werten von 0
dB assoziiert sind), kann die Leistungsverstärkerschaltung 56 mit
einer Vorspannung Vcc vorgespannt sein, die von einer Kurve 108 selektiert
wird. Zum Beispiel kann eine Vorspannung von 2,7 V (Punkt A) verwendet
werden, um die Leistungsverstärkerschaltung 56 vorzuspannen,
wenn eine Ausgabeleistung von 21 dB (1 mW) erforderlich ist (z.
B., wenn die Verbindungsqualität gut ist, weil sich der
Benutzer nahe an einer Basisstation befindet). Die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung 92 kann
die erste Spalte der Tabelle 106 in der 5 verwenden,
um den geeigneten Vorspannungswert basierend auf dem bekannten Ausgangsleistungswert
(21 dB (1 mW)) nachzuschlagen.
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Falls
die Qualität der Verbindung zwischen der Vorrichtung 10 und
ihrer assoziierten Basisstation schlechter wird (z. B., weil der
Benutzer an einen Ort reist, der weiter entfernt von der Basisstation
ist), kann die Basisstation einen TPC-Befehl für die Vorrichtung 10 ausgeben,
der die Vorrichtung 10 anweist ihre Ausgangsleistung auf
24 dB (dBm, 1 mW) zu erhöhen. Um sicherzustellen, dass
die Leistungsverstärkerperformance unter diesen Betriebsbedingungen
akzeptiert wird (z. B., um sicherzustellen, dass Minimum-ACLR-Werte
erfüllt sind), kann die Vorrichtung 10 Vcc auf
3,0 V (Punkt B auf der Kurve 108) erhöhen.
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Falls
die Vorrichtung 10 in dem Datenmodus betrieben wird und
eine relativ hohe Datenübertragungsrate erforderlich ist
(z. B. CM = 2), kann die Vorrichtung 10 Vcc-Werte für
die Leistungsverstärkerschaltung 56 unter Verwendung
einer Kur ve 110 auswählen. Falls die erforderliche
Ausgangsleistung 21 dB (1 mW) (zum Beispiel) beträgt, kann
die Vorrichtung 10 einen Vcc-Wert von 3,4 V an die Leistungsverstärkerschaltung 56 (Punkt
C) bereitstellen. Ein Vcc-Wert von 3,6 V kann der Leistungsverstärkerschaltung 56 (Punkt
D) bereitgestellt werden, falls die erforderliche Ausgangsleistung
sich auf 24 dB (1 mW) erhöht. Es kann irgendeine geeignete
Anzahl von Spalten in der Tabelle 106 der 5 und
irgendeine geeignete korrespondierende Anzahl von Vorspannungs-Anpassungslinien
in der Grafik der 6 (wie schematisch durch die
gestrichelte Linie 111 angezeigt) geben. Die Verwendung
von zwei Linien 108 und 110 in der 6 und
die Verwendung von mehreren verschiedenen kubischen Metrikwerten
(CM = 0, 1, 2 ...) in der Tabelle 106 der 5 sind nur
veranschaulichende Beispiele.
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Das
Diagramm der 7 zeigt Operationen, die einbezogen
sind beim Ausführen von Echtzeitanpassungen an der Vorspannung
für die Leistungsverstärkerschaltung 56.
In der 7 sind vier diskrete Betriebszustände
dargestellt (Zustände 112, 114, 116 und 118)
um ein vereinfachtes Beispiel darzustellen. Während eines
Normalbetriebs werden andere Ausgangsleistungen Pout und Datenübertragungsratenanforderungen
typischerweise auftreten.
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Die
Vorrichtung 10 kann anfangs im Zustand 112 betrieben
werden, der mit Punkt A auf der Linie 108 der 6 korrespondiert.
In diesem Zustand wird die Vorrichtung 10 im Sprachmodus
betrieben (z. B. der Benutzer führt einen Sprachanruf),
oder Daten werden gerade mit einer Datenrate hochgeladen, die mit
einem CM-Wert von 0 dB (d. h., ein niedriger PAR-Wert) korrespondiert.
Die Qualität der drahtlosen Kommunikationsverbindung zwischen
der Vorrichtung 10 und der externen Einrichtung mit welcher
die Vorrichtung 10 kommuniziert (z. B. eine Netzwerkeinrichtung
wie zum Beispiel eine Basisstation eines Mobiltelefons) ist relativ
hoch, so ist die Ausgangsleistungsanforderung Pout relativ niedrig. In
diesem Zustand kann Vcc 2,7 V (als ein Beispiel) sein.
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Falls
die Verbindungsqualität schlechter wird, kann die Vorrichtung 10 die
Ausgangsleistung Pout des Leistungsverstärkers 56 auf
24 dB (1 mW) erhöhen und kann die Vorspannung Vcc für
den Leistungsverstärker 56 dementsprechend erhöhen
um sicherzustellen, dass die Performance akzeptabel bleibt. In dieser
Situation wird die Vorrichtung 10 im Zustand 114 (Punkt
B auf einer Linie 108 in dem 6-Beispiel)
arbeiten.
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Falls
sich die Verbindungsqualität verbessert ohne irgendeine Änderung
in dem Datenübertragungsmodus (Sprache oder Daten) und
ohne irgendeine Änderung bei der Datenübertragungsrate, kann
die Vorrichtung 10 zurück nach Zustand 112 kehren.
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Falls
die Vorrichtung 10 im Zustand 112 betrieben wird
und eine Anwendung, die auf der Vorrichtung 10 läuft,
eine erhöhte Datenübertragungsrate benötigt
(z. B. um eine große Datendatei hoch zu laden oder einen
Dienst mit hoher Datenrate zu unterstützen wie zum Beispiel
einen Dienst, in welchem die Vorrichtung 10 ein Video hochlädt)
kann die Vorrichtung 10 die Vorspannung Vcc für
den Leistungsverstärker 56 auf 3,4 V erhöhen
ohne die Ausgangsleistung Pout zu erhöhen. In dieser Konfiguration, welche
mit einem veranschaulichenden kubischen Metrikwert von 2 dB korrespondiert
(d. h. ein angehobener PAR-Wert), kann die Vorrichtung 10 im
Zustand 116 betrieben werden (Punkt C auf einer Linie 110 in
dem 6-Beispiel).
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Wenn
die Vorrichtung 10 im Zustand 116 betrieben wird
und die Qualität der drahtlosen Kommunikationsverbindung
zwischen der Vorrichtung 10 und der Basisstation schlechter
wird, kann der Basisstation die Vorrichtung 10 bitten ihre
Ausgangsleistung auf 24 dB (1 mW) zu erhöhen. In dieser
Situation kann die Vorrichtung 10 ihre Ausgangsleistung
auf 24 dB (1 mW) erhöhen und kann simultan die Vorspannung
des Leistungsverstärkers 56 auf 3,6 V erhöhen, um
sicherzustellen, dass die erforderlichen Performancekriterien (z.
B. Minimum-ACLR-Werte) beibehalten werden. Wenn das in dieser Weise
betrieben wird, befindet sich die Vorrichtung 10 im Zustand 118, der
mit einem Punkt D auf der Linie 110 in dem 6-Beispiel
korrespondiert.
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Anpassungen
wie zum Beispiel die Anpassungen der 7 können
unter Verwendung der anpassbaren Leistungsversorgung in Echtzeit
ausgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Performance-Bedingungen
erfüllt sind, während der Leistungsverbrauch reduziert
ist.
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Gemäß einer
Ausführungsform A wird eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt,
die eine Hochfrequenz-Eingabe-Ausgabeschaltung, die Hochfrequenzsignale
liefert die von der elektronischen Vorrichtung an eine externe Einrichtung
drahtlos zu übertragen sind, eine Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung,
welche die Hochfrequenzsignale verstärkt, eine anpassbare
Leistungsversorgungsschaltung, die eine anpassbare Leistungsversorgungsspannung
an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung liefert,
und eine Speicher-und-Verarbeitungsschaltung, die bestimmt, ob die
elektronische Vorrichtung in einem Sprachmodus oder einem Datenmodus
arbeitet, und welche die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung
anweist die anpassbare Leistungsversorgungsspannung an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung
auf einem Pegel bereitzustellen, der selektiert wird basierend mindestens
teilweise darauf, ob die elektronische Vorrichtung bestimmt ist
in dem Sprachmodus zu arbeiten, oder bestimmt ist in dem Datenmodus
zu arbeiten, aufweist.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform A weist der Datenmodus
High-Speed Uplink Packet Access-Datenmodus auf, in welchen die Hochfrequenzsignale
Daten aufweisen, die mit einer Datenrate von mindestens 5 Mbps hoch
geladen werden.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der vorhergehenden Ausführungsform weist
der Sprachmodus einen Modus auf, in welchem die Hochfrequenzsignale
Daten rep räsentieren, die mit einer Datenrate von weniger
als 100 kbps hoch geladen werden.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform A weist die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
einen kubischen Metrikrechner auf, der eine kubische Metrik für
die Hochfrequenzsignale, die gerade übertragen werden,
berechnet und die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung ist eingerichtet,
um die anpassbare Leistungsversorgungsschaltung anzuweisen die anpassbare
Leistungsversorgungsspannung an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung
bei einem Pegel, der basierend auf zumindest teilweise der berechneten
kubischen Metrik ausgewählt wird, zu liefern.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der vorhergehenden Ausführungsform speichert
die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung eine Nachschlagetabelle,
die das Speichern und Verarbeiten beim Bestimmen geeigneter Pegel
für die anpassbare Leistungsversorgungsspannung verwendet.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform A speichert die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
eine Nachschlagetabelle, die das Speichern und Verarbeiten beim
Bestimmen geeigneter Pegel für die anpassbare Leistungsversorgungsspannung
verwendet und die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung ist eingerichtet,
um Vorspannungseinträge in der Nachschlagetabelle zu speichern,
die sich als eine Funktion eines Datenübertragungsratenparameters,
der mit mehreren verschiedenen Datenübertragungsraten für
die Hochfrequenzsignale assoziiert ist, ändern.
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Gemäß einer
Ausführungsform B wird eine tragbare elektronische Vorrichtung
bereitgestellt, die eine Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung, die
drahtlos zu übertragende Hochfrequenzsignale von der tragbaren
elektronischen Vorrichtung verstärkt, eine Speicher-und-Verarbeitungsschaltung, und
eine anpassbare Leistungsversorgungsschaltung, die eine anpassbare
Leistungsversorgungsspan nung an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung
basierend auf Steuersignalen, die von der Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
empfangen werden, liefert, aufweist, wobei die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
die anpassbare Leistungsversorgungsspannung anweist die anpassbare
Leistungsversorgungsspannung an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung
bei einem Pegel bereitzustellen, der zumindest teilweise auf einem
Datenübertragungsratenparameter basierend ausgewählt
wird, der mit den Hochfrequenzsignalen assoziiert ist.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform B ist die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
eingerichtet, um zu bestimmen, wenn die tragbare elektronische Vorrichtung
in einem Sprachmodus betrieben wird, in welchem die Hochfrequenzsignale
verwendet werden, um Daten mit weniger als 100 kbps zu übertragen,
und eingerichtet ist, um zu bestimmen, wenn die tragbare elektronische
Vorrichtung in einem Datenmodus betrieben wird, in welchem die Funkfrequenzsignale
verwendet werden, um Daten mit mehr als 1 Mbps zu übertragen,
und die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung eingerichtet ist, um
die anpassbare Leistungsversorgungsspannung anzuweisen die anpassbare
Leistungsversorgungsspannung an den Hochfrequenz-Leistungsverstärker
mit einem ersten Pegel zu liefern, wenn die tragbare elektronische
Vorrichtung sich in dem Sprachmodus befindet, und mit einem zweiten
Pegel zu liefern, wenn die tragbare elektronische Vorrichtung sich
in dem Datenmodus befindet.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der vorhergehenden Ausführungsform ist
der erste Pegel kleiner als der zweite Pegel.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der vorhergehenden Ausführungsform weist
der Datenübertragungsratenparameter eine kubische Metrik
auf und die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung weist einen kubischen
Metrikrechner auf, der die kubische Metrik berechnet.
-
Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform B weist die tragbare
elektronische Vorrichtung ein Mobiltelefon auf und die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
weist einen kubischen Metrikrechner auf, der den Datenratenübertragungsparameter
berechnet.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform B ist die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
eingerichtet, um die anpassbare Leistungsversorgungsspannung anzuweisen
die anpassbare Leistungsversorgungsspannung an die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung
zu liefern basierend auf gewünschten Ausgangsleistungspegeln für
die Hochfrequenz-Leistungsverstärkerschaltung.
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Gemäß einer
Weiterentwicklung der Ausführungsform B weist der Datenübertragungsratenparameter
eine kubische Metrik auf, wobei die Speicher-und-Verarbeitungsschaltung
die Nachschlagetabelle speichert, die das Speichern und Verarbeiten beim
Bestimmen geeigneter Pegel für die anpassbare Leistungsversorgungsspannung
verwenden, und die Nachschlagetabelle weist Vorspannungseinträge auf,
die sich als eine Funktion von gewünschten Ausgangsleistungspegeln
für den Hochfrequenz-Leistungsverstärker ändern,
und die sich als eine Funktion der kubische Metrik ändern.
-
Das
Vorhergehende ist nur veranschaulichend für die Prinzipien
dieser Erfindung und zahlreiche Modifikationen können durch
Fachleute gemacht werden ohne den Bereich und Geist der Erfindung
zu verlassen. Die vorhergehenden Ausführungsformen können
individuelle oder in irgendeiner Kombination implementiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - IEEE 802.11 [0003]
- - IEEE 802.11-Protokolle [0023]
- - IEEE 802.11 [0034]