DE10217381B4

DE10217381B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Nachbarkanalaussendung eines Hauptverstärkers

Info

Publication number: DE10217381B4
Application number: DE10217381.8A
Authority: DE
Inventors: Andreas Langer
Original assignee: Qualcomm Inc
Current assignee: Qualcomm Inc
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2022-04-19
Also published as: DE10217381A1

Abstract

Verfahren zur Beschränkung von Storungen der Nachbarkanalleistung durch nichtlineare Verzerrungen bei einem Leistungsverstärkers (2), aufweisend die Verfahrensschritte: Detektieren (7, 8) einer rucklaufenden Welle, Vergleichen (4) eines aus der rucklaufenden Welle gewonnenen Wertes mit einem auf Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung bezogenen Schwellwert, und Reduzieren der Verstarkung eines dem Leistungsverstarker vorgeschalteten variablen Verstärkers (1) in Abhängigkeit von dem Vergleich, wodurch die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers (2) abnimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschränkung von Störungen der Nachbarkanalaussendung durch nichtlineare Verzerrungen bei einem Leistungsverstarker.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen finden zum Beispiel in Mobilfunk-Endgeräten Einsatz.
Bei Modulationsverfahren mit nichtkonstanter Einhüllenden, z. B. bei HPSK (Hybrid Phase Shift Keying) bei UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) wird ein linearer Leistungsverstärker benotigt. Ein solcher linearer Leistungsverstärker verhindert nichtlineare Verzerrungen in der Einhüllenden (AM-Modulation). Nichtlineare Verzerrungen führen zu einer Erhohung der Nachbarkanalleistung, dem sogenannten Spectral Regrowth. Eine solche Erhöhung ist unerwünscht, da dadurch andere Mobilfunkeilnehmer gestört werden können. Die Linearitatseigenschaften eines Leistungsverstarkers werden nur bis zu einem bestimmten Verhaltnis, dem sogenannten VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) vom Hersteller garantiert. VSWR ist hierbei ein Maß für die Impedanz Fehlanpassung. Die VSWR-Anforderungen können bei mobilen Endgeraten oft nicht eingehalten werden, da die Last des Leistungsverstärkers die Antenne ist und deren Impedanz stark variieren kann. Selbst bei linearen Leistunsverstarkern kommt es aufgrund von Sattigungseffekten bei Fehlanpassung zu einem verstärkten Anstieg der Nachbarkanalleistung.
Bei Fehlanpassung kann die Ausgangsleistung eines Mobilfunk-Endgerates nicht mehr gewährleistet werden, da bei Fehlanpassung des Leistungsverstärkers dessen Ausgangsleistung abnimmt. Diese Auswirkung ist grundsätzlich tolerierbar, da der Nutzer damit seine eigene Gesprachsqualitat verschlechtert. Die erhohte Nachbarkanalleistung bei Fehlanpassung kann allerdings nicht toleriert werden, da hierdurch andere Mobilfunkteilnehmer gestort werden.
Es ist bekannt, dieses Problem durch den Einsatz von Isolatoren zu losen. Aufgrund des nichtreziproken Verhaltens der Isolatoren, ist selbst bei starker Fehlanpassung der Antenne eine ausreichende Anpassung des Leistungsverstarkers gewahrleistet. Bei Fehlanpassung und Einsatz eines Isolators nimmt jedoch auch die abgestrahlte Leistung ab. Die Leistung der rücklaufenden Welle wird dabei im Isolator umgesetzt, wahrend der Leistungsverstarker durch den Isolator angepasst bleibt. Isolatoren sind außerdem relativ groß und teuer. Da Isolatoren zusätzlich schmalbandig sind, benötigt man bei Multimode-Geraten fur jedes Band einen eigenen Isolator.
Die EP 1 052 823 A2 betrifft die Linearisierung der Verstarkung von phasen- und amplitudenmodulierten Signalen. Offenbart ist eine Schaltungsanordnung zur Verstärkung von phasen und amplitudenmodulierten HF-Signalen, insbesondere Sendeteil eines Mobilfunk-Endgerates, mit einer nichtlinearen Leistungsverstärkerstufe und Regelungsmitteln zur Linearisierung der Ubertragungskennlinie, wobei die Regelungsmittel eine Amplitudenregelschleife und eine von dieser im wesentlichen getrennte Phasenregelschleife mit einem einstellbaren Phasenschieber umfassen. Die der Lösung dieser Druckschrift zugrunde liegende Aufgabe ist, die Kosten einer Schaltung, die zur Verstarkung von phasen- und amplitudenmodulierten HF-Signalen ausgestaltet ist, zu reduzieren. Dazu wird nach dieser Druckschrift AM- und PM-Modulation gleichzeitig verwendet. Es werden Eingangsignale von einem Eingang A her an einem Operationsverstärker 127 in 1 und 227 in 2 mit den von einem Koppler 131 bzw. 231 rückgekoppelten Signalen verglichen. An einem Steuereingang D liegt ein Detektor-Bias an. Das Problem der Storung eines Nachbarkanals wird nur kurz angesprochen.
Die DE 39 18 159 A1 betrifft eine Leistungsregelanordnung. Bei einer Regelanordnung für die Leistungsendstufe eines frequenzvariablen Senders, welche die Amplituden der auf der Antennenzuleitung vorlaufenden und rücklaufenden Wellen misst und zur Ableitung eines Regelsignals auswertet, werden aus dem Sendesignal vor der Endstufe zwei gleichfrequente, um 90° gegeneinander phasenverschobene Überlagerungssignale abgeleitet. Die mittels eines Richtkopplers aus der Antennenzuleitung ausgekoppelten, den vorlaufenden und rücklaufenden Wellen proportionalen Signalspannungen werden in Quadraturamplitudendemodulatoranordnungen mit den beiden Überlagerungssignalen umgesetzt und aus den niederfrequenten Anteilen werden Vorlauf- und Rucklaufsignale zur Ableitung eines Regelsignals für den Verstarkungsfaktor der Leistungsendstufe gewonnen. Fremdsignale auf der Antennenzuleitung fuhren nicht zu einer Reaktion des Regelkreises. Der bekannten Losung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Sendefilter die Leistungsendstufe vor Überlastung durch von der Antenne reflektierte Leistung bei schlechter Anpassung zu schützen und so eine störsichere Leistungsregelung zu erreichen.
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, durch welche die Nachbarkanalaussendung eines Leistungsverstärkers auch unter Fehlanpassung einen bestimmten Wert nie übersteigt.
Zur Losung der Aufgabe wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschränkung von Storungen der Nachbarkanalaussendung durch nichtlineare Verzerrungen bei einem Leistungsverstärker gemäß den unabhängigen Anspruchen vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspruchen angegeben.
Das erfindungsgemaße Verfahren weist die Verfahrensschritte Detektieren einer rucklaufenden Welle, Vergleichen eines aus der rucklaufenden Welle gewonnenen Wertes mit einem auf Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung bezogenen Schwellwert, und Reduzieren der Verstärkung eines dem Leistungsverstärker vorgeschalteten variablen Verstärkers in Abhangigkeit von dem Vergleich, wodurch die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers (im Folgenden auch als Hauptverstärker bezeichnet) abnimmt, auf. Bei dem variablen Verstarker handelt es sich bevorzugt um einen sogenannten Variable Gain Amplifier (VGA).
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform handelt es sich bei dem aus der rücklaufenden Welle gewonnenen Wert um eine Gleichrichtspannung. Die Gleichrichtspannung kann mit Hilfe eines Gleichrichters gewonnen werden.
Die rücklaufende Welle wird bevorzugt mit Hilfe eines Kopplers und einer Diode detektiert.
Erfindungsgemäß erfolgt eine Reduktion der Verstärkung der Ausgangsleistung des Hauptverstärkers bei Uberschreitung des Schwellwertes.
Erfindungsgemäß wird die Verstärkung des variablen Verstärkers soweit reduziert, dass Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung erfullt werden.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird bei Überschreitung des Schwellwertes die Ausgangsleistung des Hauptverstärkers auf den ursprünglichen Wert wieder erhöht. Bei dem Wechsel der Verstarkung kann eine Schalthysterese verwendet werden, um Schwelleneffekte zu umgehen.
Bei UMTS ist die Anforderung hinsichtlich der Nachbarkanalleistung, dass die Leistung des ersten Nachbarkanals 33 dBc unter der Sendeleistung bleibt.
Die erfindungsgemaße Vorrichtung ist ausgefuhrt mit einem Detektionsmittel zum Detektieren einer rucklaufenden Welle, einem Vergleichsmittel zum Vergleichen eines aus der rucklaufenden Welle gewonnenen Wertes mit einem auf Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung bezogenen Schwellwert, und einem Reduktionsmittel zum Reduzieren der Verstarkung eines dem Leistungsverstarker vorgeschalteten variablen Verstärkers in Abhangigkeit von dem Vergleich, wodurch die Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers (im Folgenden auch als Hauptverstärker bezeichnet) abnimmt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemaßen Vorrichtung ergeben sich aus den abhangigen Ansprüchen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung anhand von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert. Die dort dargestellten Merkmale und auch die bereits oben beschriebenen Merkmale konnen nicht nur in der genannten Kombination, sondern auch einzeln oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Verbesserung der Nachbarkanalaussendung bei einem fehlangepassten Leistungsverstärker.
1 zeigt einen variablen Verstarker, z. B. einen Variable Gain Amplifier 1, einen Hauptverstärker 2 und eine an eine Vorstufe 3 (Front-End) angeschlossene Antenne 9. Ein Regelungszweig ist über einen Koppler 7 an die Verbindung zwischen Hauptverstarker 2 und Front-End 3 gekoppelt. Bei Fehlanpassung des Hauptverstarkers 2 wird mit Hilfe des Kopplers 7 und der Diode 8 die rucklaufende Welle detektiert. Die Leistung der rucklaufenden Welle ist dabei ein Maß fur die Fehlanpassung der Antenne 9. Ab einer bestimmten Schwellenspannung (die im Labor ermittelt werden muss), verletzt der Hauptverstarker 2 die Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung. In einer Signalverarbeitungseinheit 4 wird die gleichgerichtete Spannung 5 am IN-Eingang mit dem gespeicherten Schwellenwert verglichen. Ist die Gleichrichtspannung größer als die Schwellenspannung (d. h., die Nachbarkanalleistung ist zu groß), so wird mittels des Signals OUT und dem Verstärkungsregelungs(Gain-Control)-Eingang 6 die Verstarkung des Variable Gain Amplifiers 1 reduziert, wodurch die Ausgangsleistung des Hauptverstarkers 2 und damit die Nachbarkanalleistung reduziert wird. Es handelt sich folglich um eine Software-Regelung, dessen Aufwand deutlich geringer ist als eine reine Hardware-Implementierung.
Wird zum Beispiel der Schwellwert bei UMTS oder bei EDGE (Enhanced Data Global System for Mobile Communication (GSM) Environment) überschritten, so wird im nächsten Schlitz bei UMTS oder Burst bei EDGE die Leistung reduziert. Dadurch wird gewährleistet, dass nur der Schlitz oder Burst, in dem zeitlich die Fehlanpassung auftritt, die Spezifikation verletzt. Unterschreitet die gleichgerichtete Spannung der rücklaufenden Welle den Schwellwert wieder, so wird die Leistung auf den ursprunglichen Wert erhoht.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist eine deutliche Kosten- und Volumeneinsparung.

Claims

Verfahren zur Beschränkung von Storungen der Nachbarkanalleistung durch nichtlineare Verzerrungen bei einem Leistungsverstärkers (2), aufweisend die Verfahrensschritte: Detektieren (7, 8) einer rucklaufenden Welle, Vergleichen (4) eines aus der rucklaufenden Welle gewonnenen Wertes mit einem auf Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung bezogenen Schwellwert, und Reduzieren der Verstarkung eines dem Leistungsverstarker vorgeschalteten variablen Verstärkers (1) in Abhängigkeit von dem Vergleich, wodurch die Ausgangsleistung des Leistungsverstärkers (2) abnimmt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der rücklaufenden Welle gewonnene Wert eine Gleichrichtspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die rücklaufende Welle mit Hilfe eines Kopplers (7) und einer Diode (8) detektiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion der Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers (2) bei Überschreitung des Schwellwertes erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Anspruche, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt Erhöhen der Ausgangsleistung des Hauptverstarkers (2) auf den ursprünglichen Wert bei Unterschreitung des Schwellwertes.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalthysterese verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass als Anforderung hinsichtlich der Nachbarkanalleistung die Leistung des ersten Nachbarkanals 33 dBc unter der Sendeleistung bleibt.
Vorrichtung zur Beschrankung von Storungen der Nachbarkanalleistung durch nichtlineare Verzerrungen bei einem Leistungsverstärker (2), aufweisend: Detektionsmittel (7, 8) zum Detektieren einer rücklaufenden Welle, Vergleichsmittel (4) zum Vergleichen eines aus der rücklaufenden Welle gewonnenen Wertes mit einem auf Anforderungen hinsichtlich der Nachbarkanalleistung bezogenen Schwellwert, und Reduktionsmittel (4, 6) zum Reduzieren der Verstärkung eines dem Leistungsverstärker vorgeschalteten variablen Verstarkers (1) in Abhangigkeit von dem Vergleich, wodurch die Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers (2) abnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der aus der rücklaufenden Welle gewonnene Wert eine Gleichrichtspannung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionsmittel ein Koppler (7) und eine Diode (8) sind.
Vorrichtung nach einem der Anspruche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reduktion der Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers (2) bei Überschreitung des Schwellwertes erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel bei Unterschreitung des Schwellwertes die Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers (2) auf den ursprunglichen Wert erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalthysterese verwendet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass als Anforderung hinsichtlich der Nachbarkanalleistung die Leistung des ersten Nachbarkanals 33 dBc unter der Sendeleistung bleibt.