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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Funkübertragungsgeräte. Sie
bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Erhöhung
des Wirkungsgrads eines Leistungsverstärkers in Funkübertragungssystemen
mit variabler Übertragungsleistung
und breit angelegten und/oder hohen Leistungsformfaktoren.
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Tragbare
Funkübertragungsgeräte und andere
Typen von Funksendern werden typischerweise durch eine oder mehrere
interne Batterien betrieben. Ein wichtiges Leistungskriterium für derartige
Geräte ist
ihre Batterielebensdauer, die typischerweise als Zeitdauer definiert
ist, für
welche die Batterie das Gerät
mit einer einmaligen Aufladung betreiben kann. Ein großer Anteil
der Batterieladung wird in einem Leistungsverstärkerabschnitt des Senders des
Funkgeräts
verbraucht. Der Leistungsverstärkerabschnitt verstärkt die
Leistung eines zu übertragenden
Signals von einem vergleichsweise niedrigen internen Leistungspegel
auf einen erheblich höheren
Leistungspegel, der für
die Funkkommunikation mit Remote-Basisstationen und anderen Geräten erforderlich
ist. Eine Erhöhung
des Wirkungsgrads des Leistungsverstärkers oder allgemeiner ausgedrückt des Senderwirkungsgrads
würde zu
einer Verringerung des Leistungsverbrauchs führen und die Batterielebensdauer
erhöhen.
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US
2002/0013157 offenbart eine Funkkommunikationsvorrichtung, die mehrere
variable Leistungsverstärker,
eine variable Leistungsverstärkungseinheit
und eine variable Leistungsverstärkungsregelungseinheit
zur Regelung der variablen Leistungsverstärker enthält. Insbesondere lehrt US 2002/0013157,
einen variablen Leistungsverstärker mit
hoher Regelungsempfindlichkeit mit einem mit niedriger Regelungsempfindlichkeit
zu kombinieren und eine entsprechende Steuerausbeute bereitzustellen,
um vielmehr die Genauigkeit der Sendeleistung zu erhöhen als
den Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers.
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Dementsprechend
gibt es einen Bedarf für ein
System, das einen erhöhten
Wirkungsgrad eines Leistungsverstärkers bietet oder allgemeiner
einen erhöhten
Senderwirkungsgrad bietet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Leistungsverwaltungssystem bereit,
das ein variables Stromversorgungssignal für eine Leistungsverstärkerstufe
eines Ausgangsleistungsverstärkungsblocks
eines Funkkommunikationsgeräts
bereitstellt. Die Sollleistung eines verstärkten Übertragungssignals, das von
der Leistungsverstärkerstufe
erzeugt wird, wird geschätzt
und zur Veränderung
der Stromversorgungsspannung verwendet, die für den Ausgangsleistungsverstärker bereitgestellt
wird, um den Leistungsverlust in der Leistungsverstärkerstufe
zu reduzieren. Vorzugsweise wird die geschätzte Sollleistung entsprechend
mindestens einem Umgebungsinformationssignal eingestellt. Zum Beispiel kann
mindestens eins eines Temperaturinformationssignals, eines Batteriezustandssignals
und der Betriebsfrequenz des Funkkommunikationsgeräts verwendet
werden, um den geschätzten
Sollleistungspegel zu erhöhen,
um eine genauere Regelung des Stromversorgungssignals zu erreichen.
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In
einem ersten Aspekt stellt die Erfindung ein Leistungsverwaltungssystem
zum Bereitstellen eines variablen Stromversorgungssignals an einen Ausgangsleistungsverstärkungsblock
in einem Funkübertragungsgerät bereit,
wobei das Leistungsverwaltungssystem umfasst: a) einen Durchschnittsleistungs-
und Verstärkungsregelungsblock
zur Bereitstellung eines Verstärkungsregelungssignals
als Antwort auf mindestens ein Leistungsregelungsbefehlssignal und
ein Empfangssignalstärkeanzeigesignal und
zur Bereitstellung des Verstärkungsregelungssignals
an den Ausgangsleistungsverstärkerblock;
b) eine Umgebungssensoreinheit zur Bereitstellung mindestens eines
Umgebungsinformationssignals; c) einen mit der Umgebungssensoreinheit
verbundenen Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator zur Bereitstellung
einer veränderten
Version eines Stromversorgungs pegeleinstellungssignals als Antwort
auf eine Datenparameteranzeige eines Basisbandausgangsdatenstroms,
der von dem Funkübertragungsgerät übertragen
werden soll, und das mindestens eine Umgebungsinformationssignal;
und d) eine Stromversorgungseinrichtung, die mit dem Durchschnittsleistungs-
und Verstärkungsregelungsblock
und dem Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator verbunden ist,
wobei die Stromversorgungseinrichtung das variable Stromversorgungssignal
dem Ausgangsleistungsverstärkerblock
bereitstellt, indem ein erstes Leistungsregelungssignal basierend
auf dem Verstärkungsregelungssignal
und der veränderten
Version eines Stromversorgungspegeleinstellungssignals bereitgestellt
wird, das erste Leistungsregelungssignal begrenzt wird, um ein zweites
Leistungsregelungssignal bereitzustellen, und basierend auf dem
zweiten Leistungsregelungssignal das variable Stromversorgungssignal
generiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsregelungssignal
für die
Anwendung einer ausreichenden Verstärkung auf eine Übertragungssignalversion
des Basisbandausgangsdatenstroms angepasst ist und die veränderte Version
des Stromversorgungspegeleinstellungssignals für die Bereitstellung eines
kleinen ausreichenden Betrags an Aussteuerungsreserve angepasst
ist, um eine effiziente Bereitstellung von Leistung zur Übertragung des Übertragungssignals
zu bewirken.
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Vorzugsweise
erfolgt die Einstellung der zur Begrenzung verwendeten positiven
und negativen Sättigungswerte
und der Steilheit basierend auf dem mindestens einen Umgebungssignal
und der veränderten
Version des Verstärkungsregelungssignals.
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Vorzugsweise
stellt der Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock eine veränderte Version
des Verstärkungsregelungssignals
bereit, und die Stromversorgungseinrichtung umfasst: e) einen mit
dem Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock und dem
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator verbundenen Summierer
zum Summieren des Verstärkungsregelungssignals
und der veränderten
Version des Stromversorgungspegeleinstellungssignals, um das erste
Leistungsregelungssignal zu generieren; f) einen mit dem Summierer
verbundenen Begrenzer zum Empfangen des ersten Leistungsregelungssignals
und zum Generieren des zweiten Leistungsregelungssignals; g) einen
mit dem Begrenzer verbundenen Schaltkonverter zum Empfangen des
zweiten Leistungsregelungssignals und zum Generieren des variablen
Stromversorgungssignals; und h) einen mit dem Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator und
dem Durchschnitts leistungs- und Verstärkungsregelungsblock verbundenen
Umkehr-Mapper zum Empfangen eines Umgebungssignals bzw. der veränderten
Version des Verstärkungsregelungssignals und
zum Generieren eines Begrenzereinstellungssignals, wobei der Umkehr-Mapper
außerdem
mit dem Begrenzer verbunden ist, um dem Begrenzer das Begrenzereinstellungssignal
für die
Einstellung der positiven und negativen Sättigungswerte und der Steilheit
des Begrenzers bereitzustellen.
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Vorzugsweise
umfasst die Umgebungssensoreinheit eines der folgenden Elemente
oder eine Kombination der folgenden Elemente: e) einen Temperatursensor
zum Bereitstellen eines Temperaturinformationssignals als Bestandteil
des mindestens einen Umgebungsinformationssignals, wobei das Temperaturinformationssignal
im Zusammenhang mit der Temperatur der Hardware des Funkübertragungsgeräts steht;
und f) einen Batteriezustandssensor zum Bereitstellen eines Batteriezustandsinformationssignals
als Bestandteil des mindestens einen Umgebungsinformationssignals,
wobei das Batteriezustandsinformationssignal im Zusammenhang mit
einer Batterie steht, die zur Stromversorgung des Funkübertragungsgeräts verwendet
wird.
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Das
mindestens eine Umgebungsinformationssignal kann ein Frequenzinformationssignal
umfassen, das im Zusammenhang mit der Frequenz steht, mit der der
Basisbandausgangsdatenstrom übertragen
wird, und die Stromversorgungseinrichtung kann so konfiguriert sein,
dass das variable Stromversorgungssignal über einem minimalen Spannungspegel
gehalten wird.
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Vorzugsweise
wird der Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator durch eine Vielzahl
von Verweistabellen implementiert, wobei jeweils eine Verweistabelle
für jedes
einzelne Umgebungsinformationssignal und die Datenparameteranzeige
bereitgestellt wird und die Ausgaben der einzelnen Verweistabellen
kombiniert werden, um die veränderte Version
des Stromversorgungspegeleinstellungssignals zu generieren. Mindestens
eine der Verweistabellen wird durch eine korrespondierende Formel
implementiert.
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Vorzugsweise
umfasst das System außerdem
einen Datenparameterdetektor, der mit dem Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator
und einem Basisbandgerät
des Funkübertragungsgeräts verbunden
ist, wobei der Datenparameterdetektor die Datenparameteranzeige
bereitstellt.
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Vorzugsweise
wird der Stromversorgungsblock durch folgende Schritte kalibriert:
i) Übertragen der
Funkgerätfunksignale
bei einem konstanten Leistungspegel vom Funkübertragungsgerät bei gleichzeitigem Überwachen
eines ACPR (Adjacent Channel Power Ratio); ii) Reduzieren der Größe des variablen
Stromversorgungssignals bei gleichzeitiger Beibehaltung einer konstanten
Ausgangsleistung in den Funkgerätfunksignalen;
iii) Aufzeichnen der Größe des variablen
Stromversorgungssignals, wenn sich das ACPR auf ein vorgegebenes
Konstruktionsziel erhöht
hat; iv) Erhöhen
der Ausgangsleistung der Funkgerätfunksignale
und Wiederholen der Schritte (i) bis (iii) für verschiedene Ausgangsleistungspegel; und
v) Berechnen einer idealen Übertragungsfunktion
zum Ableiten des Leistungsregelungssignals zur Regelung des Schaltkonverters.
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Der
Stromversorgungsblock kann des Weiteren durch folgende Schritte
kalibriert werden: vi) Wiederholen der Schritte (i) bis (v) für mehrere
verschiedene Funkübertragungsgeräte (10)
zum Ermitteln einer durchschnittlichen Übertragungsfunktion; und vii) Durchführen der
Kurvenanpassung entsprechend der durchschnittlichen Übertragungsfunktion.
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Der
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator kann durch folgende Schritte
kalibriert werden: viii) Laden des Stromversorgungspegeleinstellungsgenerators
mit einem Wert, der den Ausgangsleistungsverstärkerblock dazu bringt, bei
einem niedrigsten Übertragungsleistungspunkt
zu arbeiten; ix) Kalibrieren der Übertragungsleistung, bis die
Ausgangsleistung des Ausgangsleistungsverstärkerblocks eine Zielleistung
geringfügig übersteigt,
die für einen
Stromversorgungsspannungspegel bestimmt wurde; x) Interpolieren
des Ausgangswerts des Durchschnittsleistungspegelblocks und Laden
dieses interpolierten Ausgangswerts, nach Einstellung durch einen
Umkehr-Mapper, in den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator;
xi) Einstellen des Übertragungsleistungspegels
auf einen Wert geringfügig
unterhalb der Zielleistung; und xii) Erhöhen des Werts des Übertragungsleistungspegels
und Wiederholen der Schritte (viii) bis (xi), bis ein festgelegter maximaler Übertragungsleistungspunkt
erreicht ist.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Bereitstellen eines variablen Stromversorgungssignals an einen
Ausgangsleistungsverstärkerblock
in einem Funkübertragungsgerät bereitgestellt,
das einen Eingangsdatenstrom von einem Basisstationsfunksignal empfängt und
einen Ausgangsdatenstrom in einem Funkgerätfunksignal überträgt, wobei
das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Erkennen von mindestens
einer Signalstärke
des Basisstationsfunksignals zum Produzieren eines Empfangssignalstärkeindikatorsignals
und eines Leistungsregelungsbefehlssignals im Basisstationsfunksignal;
b) Generieren eines Verstärkungsregelungssignals
als Ausgang als Antwort auf mindestens eines der Empfangssignalstärkeindikatorsignale
und das Leistungsregelungsbefehlssignal; c) Generieren mindestens
eines Umgebungsinformationssignals zum Ermitteln von Informationen über die
Umgebung des Funkübertragungsgeräts; d) Generieren
einer veränderten
Version eines Stromversorgungspegeleinstellungssignals basierend
auf einer Datenparameteranzeige eines Basisbandausgangsdatenstroms
und dem mindestens einen Umgebungsinformationssignal; e) Bereitstellen
eines ersten Leistungsregelungssignals basierend auf dem Verstärkungsregelungssignal
und der veränderten
Version des Stromversorgungspegeleinstellungssignals, Begrenzen
des ersten Leistungsregelungssignals, um ein zweites Leistungsregelungssignal
bereitzustellen, und Generieren des variablen Stromversorgungssignals
basierend auf dem zweiten Leistungsregelungssignal; und f) Bereitstellen
des variablen Stromversorgungssignals und des Verstärkungsregelungssignals
für den
Ausgangsleistungsverstärkerblock,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungsregelungssignal für die Anwendung
einer ausreichenden Verstärkung
auf eine Übertragungssignalversion
des Basisbandausgangsdatenstroms angepasst ist und die veränderte Version
des Stromversorgungspegeleinstellungssignals für die Bereitstellung eines
kleinen ausreichenden Betrags an Aussteuerungsreserve angepasst
ist, um eine effiziente Bereitstellung von Leistung zur Übertragung
des Übertragungssignals
zu bewirken.
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Schritt
(e) kann umfassen: Addieren der veränderten Version des Stromversorgungspegeleinstellungssignals
zum Verstärkungsregelungssignal, um
das erste Leistungsregelungssignal bereitzustellen, wobei die veränderte Version
des Stromversorgungspegeleinstellungssignals basierend auf der Ableitung
des Verstärkungsregelungssignals
generiert wird.
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Schritt
(e) kann das Generieren einer veränderten Version des Verstärkungsregelungssignals und
das Bereitstellen eines Begrenzereinstellungssignals umfassen, um
die beim Begrenzen verwendeten positiven und negativen Sättigungswerte
und die Steilheit einzustellen, wobei das Begrenzereinstellungssignal
als Antwort auf eine Kombination aus dem mindestens einen Umgebungsinformationssignal
und der veränderten
Version des Verstärkungsregelungssignals
generiert wird.
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Schritt
(c) kann mindestens einen der folgenden Schritte umfassen: i) Generieren
eines Temperaturinformationssignals, das im Zusammenhang mit der
Temperatur der Hardware des Funkübertragungsgeräts steht,
und Bereitstellen des Temperaturinformationssignals als Bestandteil
des mindestens einen Umgebungsinformationssignals; ii) Generieren eines
Batteriezustandsinformationssignals, das im Zusammenhang mit einer
Batterie steht, die zur Stromversorgung des Funkübertragungsgeräts verwendet
wird, und Bereitstellen des Batteriezustandsinformationssignals
als Bestandteil des mindestens einen Umgebungsinformationssignals;
und iii) Generieren eines Frequenzinformationssignals, das im Zusammenhang
mit der Frequenz steht, mit der der Ausgangsdatenstrom übertragen
wird, und Bereitstellen des Frequenzinformationssignals als Bestandteil
des mindestens einen Umgebungsinformationssignals.
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Das
Verfahren kann des Weiteren das Halten des variablen Stromversorgungssignals über einem minimalen
Spannungspegel umfassen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt auch ein Funkübertragungsgerät bereit,
das das Leistungsverwaltungssystem sowie ein computerlesbares Medium
mit Codemitteln umfasst, die von einem Prozessor des Geräts ausgeführt werden
können,
um das beanspruchte Verfahren zu implementieren.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der Erfindung und um deutlich zu zeigen, wie sie in die Realität umgesetzt
werden kann, erfolgt jetzt eine detaillierte Beschreibung der Erfindung
lediglich anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen,
die exemplarische Ausführungsformen der
Erfindung zeigen und folgende Bedeutung haben:
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1 ist
ein Blockschaltbild einer exemplarischen Ausführungsform eines Leistungsverwaltungssystems
für ein
Funkübertragungsgerät;
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2 ist
ein detailliertes Blockschaltbild des Leistungsverwaltungssystems
aus 1;
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3 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der von
einem Leistungsverstärker
eines Funkübertragungsgeräts benötigten momentanen
Maximalleistung und der vom Leistungsverstärker bereitgestellten Stromversorgung;
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4 ist
ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform eines Leistungsverwaltungssystems
für ein
Funkübertragungsgerät;
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5 ist
ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Leistungsverwaltungssystems
für ein
Funkübertragungsgerät;
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6 ist
ein Diagramm zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen einem
Sollleistungspegel und einem Leistungsregelungssignal entsprechend
der Ausführungsform
aus 5;
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7a ist
ein Flussdiagramm zur Darstellung der Schritte eines ersten Kalibrierungsverfahrens,
das zum Kalibrieren des Leistungsverwaltungssystems verwendet wird;
und
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7b ist
ein Flussdiagramm zur Darstellung der Schritte eines zweiten Kalibrierungsverfahrens,
das zum Kalibrieren des Leistungsverwaltungssystems verwendet wird.
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Detaillierte
Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen
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In
der folgenden detaillierten Beschreibung werden zahlreiche spezifische
Details erläutert,
um ein gründliches
Verständnis
der Erfindung zu ermöglichen.
Es wird jedoch dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik verständlich sein,
dass die Erfindung auch ohne diese spezifischen Details praktiziert
werden kann. An anderen Stellen wurden bekannte Verfahren, Prozeduren
und Komponenten nicht im Detail beschrieben, um die Erfindung nicht
unverständlich zu
machen.
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Wie
allgemein bekannt ist, generiert ein Funkübertragungsgerät ein internes
Datensignal, das mit Hilfe eines Funksenders übertragen wird. Bei diesem
Daten signal handelt es sich typischerweise um ein Signal mit vergleichsweise
niedriger Frequenz, welches im Allgemeinen als Basisbandsignal bezeichnet
wird. Das Basisbandsignal wird gemischt mit einem Trägersignal,
das eine wesentlich höhere Frequenz
aufweist, um ein Übertragungssignal
zu erzeugen. Das Übertragungssignal
wird in einer oder mehreren Verstärkerstufen eines Ausgangsleistungsverstärkerblocks
verstärkt,
um ein verstärktes Übertragungssignal
zu erzeugen, das über
eine ausreichende Leistung verfügt,
um mit geringem oder keinem Datenverlust von einer Remote-Basisstation oder
einem anderen Kommunikationsgerät
empfangen werden zu können.
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Typischerweise
schließen
die Verstärkerstufen
des Ausgangsleistungsverstärkerblocks
eine Vorverstärkerstufe
zur Erzeugung eines vorverstärkten Übertragungssignals
und eine Leistungsverstärkerstufe
zur Erzeugung des verstärkten Übertragungssignals
ein. Der Verstärkungspegel
der Vorverstärkerstufe
wird mit Hilfe eines Verstärkungsregelungsblocks
gesteuert, der typischerweise über
einen Verstärkungsregler
implementiert wird. Die Einstellung des Verstärkungspegels erfolgt im Allgemeinen
mit Hilfe verschiedener Methoden mit offenem und/oder geschlossenen
Regelkreis zur Bestimmung des Sollleistungspegels des verstärkten Übertragungssignals.
Das vorverstärkte Übertragungssignal
wird dann in der Leistungsverstärkerstufe
erneut verstärkt,
um das verstärkte Übertragungssignal
zu generieren. Der Verstärkungsgrad
der Leistungsverstärkerstufe
ist typischerweise unveränderlich,
kann jedoch mit dem Stromversorgungspegel variieren. Die Leistungsverstärkerstufe
wird so mit Strom versorgt, dass sie ein verstärktes Übertragungssignal erzeugen
kann, welches über
eine solche momentane Maximalleistung verfügt, wie sie für die Übertragung
erforderlich sein kann.
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Das
oben beschriebene Leistungsschema für die Leistungsverstärkerstufe
mag in einem Funkgerät
akzeptabel sein, in dem das verstärkte Übertragungssignal keinen großen Dynamikbereich
der Leistungspegel aufweist, oder in dem das verstärkte Übertragungssignal
einen sehr niedrigen Leistungsformfaktor (Peak-to-Average Power Ratio,
PAPR) aufweist. In vielen Fällen
weist das verstärkte Übertragungssignal
jedoch einen großen
Dynamikbereich der Leistungspegel auf, um ein Signal zu ermöglichen,
das einen hohen Leistungsformfaktor aufweist, oder um unterschiedliche
Typen von Signalen zu ermöglichen,
die unterschiedliche Soll leistungspegel und unterschiedliche Leistungsformfaktoren
aufweisen. Die Leistungsverstärkerstufe
muss in der Lage sein, ein solches verstärktes Übertragungssignal zu generieren,
dass jederzeit der höchste
momentane Leistungspegel möglich
ist, der für
alle Datentypen oder alle Datenraten der Basisbanddaten gewünscht ist,
die im verstärkten Übertragungssignal
vorhanden sind. Demzufolge wird in herkömmlichen Leistungsverwaltungsschemas
die Leistungsverstärkerstufe immer
mit einem maximalen Betrag an Stromversorgungsspannung versorgt,
die ausreicht, um einen festgelegten momentanen Maximalleistungspegel
zu ermöglichen.
Allerdings liegt der tatsächliche
momentane Leistungspegel des verstärkten Übertragungssignals während der
meisten Zeit deutlich unterhalb des festgelegten momentanen Maximalleistungspegels,
was zu einem ineffizienten Betrieb der Leistungsverstärkerstufe
während
der Signalübertragung
führt.
Die dem Leistungsverstärker
zugeführte überschüssige Leistung
wird in Form von Wärme
abgegeben oder geht anderweitig verloren.
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Die
Erfindung stellt ein Leistungsverwaltungssystem bereit, das ein
variables Stromversorgungssignal an eine Leistungsverstärkerstufe
eines Ausgangsleistungsverstärkerblocks
eines Funkübertragungsgeräts bereitstellt.
Die Sollleistung eines verstärkten Übertragungssignals,
das von der Leistungsverstärkerstufe
erzeugt wird, wird geschätzt und
zur Veränderung
des Stromversorgungspegels verwendet, der für den Leistungsverstärker bereitgestellt
wird, um den Leistungsverlust in der Leistungsverstärkerstufe
zu reduzieren. Um eine höhere
Genauigkeit zu erreichen, wird die geschätzte Sollleistung vorzugsweise
basierend auf mindestens einem Umgebungsinformationssignal eingestellt,
was weiter unten beschrieben wird.
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Zunächst wird
auf 1 Bezug genommen, die ein Blockschaltbild eines
Funkübertragungsgeräts 10 zeigt,
das über
einen Datenübertragungsblock 12,
eine Antenne 14, einen Empfänger 16 und ein Leistungsverwaltungssystem 18 verfügt. Bei
dem Funkübertragungsgerät 10 kann
es sich um jeden Typ eines Funkübertragungsgeräts handeln,
beispielsweise um einen Personal Data Assistant (PDA) mit E-Mail-Unterstützung, ein
Mobiltelefon, einen tragbaren Computer usw. 1 zeigt
eine erste exemplarische Ausführungsform
des Leistungsverwaltungssystems 18 entsprechend der vorliegenden
Erfindung; andere Ausführungsformen
werden in späteren
Abbildungen gezeigt.
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Der
Datenübertragungsblock 12 enthält ein Basisbandgerät 20,
einen Aufwärtsmischblock 22 und
einen Ausgangsleistungsverstärkerblock 24.
Der Aufwärtsmischblock 22 enthält einen
Digital-Analog-Wandler (D/A-Wandler) 26 und einen Mischer 28. Der
Ausgangsleistungsverstärkerblock 24 enthält einen
Vorverstärker 30,
einen Filter 32 (der optional ist) und einen Leistungsverstärker 34.
Der Vorverstärker 30 und
der Filter 32 implementieren die Vorverstärkerstufe,
während
der Leistungsverstärker 34 die Leistungsverstärkerstufe
implementiert. Der Empfänger 16 enthält einen
Leistungsregelungsdatendetektor, wie er dem Fachmann auf dem Gebiet
der Technik bekannt ist, der Leistungsregelungsinformationen für den Ausgangsleistungsverstärkerblock 24 bereitstellt.
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Das
Leistungsverwaltungssystem 18 enthält einen Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36,
einen Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38, einen
Datenparameterdetektor 40 (der optional ist) sowie eine
Stromversorgungseinrichtung 42. Der Durchschnittsleistungs-
und Verstärkungsregelungsblock 36 liefert
ein Verstärkungsregelungssignal 44 an
den Vorverstärker 30 und
ein Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 an die
Stromversorgungseinrichtung 42. Das Verstärkungsregelungssignal 44 wird
an den Vorverstärker 30 bereitgestellt,
um den Verstärkungsgrad
des Vorverstärkers 30 zu
regeln. Das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 wird
basierend auf mindestens einem eines Leistungsregelungsbefehlssignals 48 und
eines Empfangssignalstärkeanzeigesignals 50 generiert,
das vom Empfänger 16 basierend auf
Signalen bereitgestellt wird, die durch das Funkübertragungsgerät 10 empfangen
werden. Die Stromversorgungseinrichtung 42 empfängt auch
ein Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 vom Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 und
kombiniert das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 mit
dem Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52, um ein
variables Stromversorgungssignal 54 an den Leistungsverstärker 34 zu
liefern. Vorzugsweise erfolgt dieser Vorgang als Antwort auf Eingangsänderungen,
einschließlich
dem Leistungsregelungsbefehlssignal 48, welches alle 1,25
ms aktualisiert wird. Der Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 bestimmt
die zusätzliche Einstellung,
die durch das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 erfolgt,
basierend auf dem Datentyp und der Datenrate der Daten, die durch
das Funkübertragungsgerät 10 übertragen
werden sollen. Das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 kann
auch vorzugsweise basierend auf anderen Parametern verändert werden,
z. B. entsprechend Umgebungsparametern und dergleichen, die weiter unten
im Detail beschrieben werden.
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Das
Funkübertragungsgerät 10 kommuniziert
mit Remote-Basisstationen 58 und anderen Geräten über Funksignale,
die durch die Antenne 14 gesendet und empfangen werden.
Die Basisstationen 58 senden Basisstationsfunksignale 60,
die durch die Antenne 14 empfangen und durch den Empfänger 16 verarbeitet
werden, um aus ihnen Daten zu extrahieren, wie das weiter unten
beschrieben wird. Dieser Datenweg kann als Abwärtsstrecke oder Downlink bzw.
Forward Link bezeichnet werden. Das Funkübertragungsgerät 10 sendet
außerdem
Funkgerätfunksignale 62 von
der Antenne 14 aus an die Basisstationen 58. Der
Datenweg, der beim Funkübertragungsgerät 10 beginnt
und an den Basisstationen 58 endet, kann auch als Aufwärtsstrecke
oder Uplink bzw. Reverse Link bezeichnet werden.
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In
der Abwärtsstrecke
erkennt und empfängt die
Antenne 14 eines der Basisstationsfunksignale 60 und
leitet ein Empfangssignal 64 an den Empfänger 16 weiter.
Der Empfänger 16 enthält typischerweise
mehrere Funktionsblöcke,
die dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik allgemein bekannt sind, um
das Empfangssignal 64 in ein digitales Signal umzuwandeln
und das Empfangssignal 64 zu verarbeiten, um Störungen zu
entfernen, um eine Abwärtsmischung
oder Demodulation vorzunehmen und dergleichen. In vielen Kommunikationssystemen,
einschließlich
dem IS-95 CDMA-Standard (Code Domain Multiple-Access) und nachfolgenden
Kommunikationsstandards, können
die Basisstationen 58 als Bestandteil des Empfangssignals 64 eine
Reihe von Leistungsregelungsbefehlen im Leistungsregelungsbefehlssignal 48 senden.
Das Leistungsregelungsbefehlssignal 48 weist das Leistungsverwaltungssystem 18 an,
die Leistung der gesendeten Funkgerätfunksignale 62 zu
verringern oder zu erhöhen.
In einem Standard werden die Leistungsregelungsbefehlssignale 48 in
Form von Datenbits gesendet und können mit einer Rate von 800
Leistungsregelungsbits pro Sekunde empfangen werden. Eine der Basisstationen 58 sendet
das Leistungsregelungsbefehlssignal 48 basierend auf der
Qualität
der Funkgerätfunksignale 62,
die durch die Basisstation 58 vom Funkübertragungsgerät 10 empfangen
wurden. Wenn das Funkgerätfunksignal 62 mit
ausreichender Leistung empfangen wird, um es dekodieren und verwenden
zu können,
kann die Basisstation 58 das Funkübertragungsgerät 10 anweisen,
die Leistung des Funkgerätfunksignals 62 beizubehalten
oder zu reduzieren. Wenn das Funkgerätfunksignal 62 grenzwertig
oder zu schwach ist, um verwendet werden zu können, kann die Basisstation 58 das
Funkübertragungsgerät 10 anweisen,
die Leistung des Funkgerätfunksignals 62 zu
erhöhen.
Dieser Typ der Leistungsregelung wird typischerweise als Aufwärtsstrecken-Leistungsregelung
mit geschlossenem Regelkreis bezeichnet.
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In
einigen Funkübertragungssystemen, wozu
die Systeme gehören,
die mit dem IS-95 CDMA-Standard und nachfolgenden Standards arbeiten,
kann auch eine Aufwärtsstrecken-Leistungsregelung
mit offenem Regelkreis verwendet werden. Die Leistungsregelung mit
offenem Regelkreis erfolgt, indem die Signalstärke des Basisstationsfunksignals 60 gemessen
wird, das durch das Funkübertragungsgerät 10 empfangen
wird. Wenn die Signalstärke
des Basisstationsfunksignals 60 hoch ist, wird angenommen,
dass das Funkübertragungsgerät 10 das Funkgerätfunksignal 62 mit
geringerer Leistung übertragen
kann, und umgekehrt, wenn die Signalstärke des Basisstationsfunksignals 60 niedrig
ist, dass das Funkgerätfunksignal 62 stärker sein
muss, um die Basisfunkstation 58 in einer brauchbaren Form
zu erreichen. Diese Leistungsregelung mit offenem Regelkreis basiert
auf den Annahmen, dass: (i) die Basisfunkstation 58 das
Basisstationsfunksignal 60 mit annähernd konstanter Signalstärke überträgt und dass (ii)
die Abschwächung
des Basisstationsfunksignals 60 in der Abwärtsstrecke
in etwa genauso groß ist wie
die Abschwächung
des Funkgerätfunksignals 62 in
der Aufwärtsstrecke.
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Die
hier beschriebenen Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sind so konfiguriert, dass sie entsprechend
einem Leistungsregelungsschema mit offenem und geschlossenem Regelkreis
arbeiten. Die Ausführungsformen
der Erfindung können
so konfiguriert werden, dass sie entsprechend einem Leistungsregelungsschema
mit offenem Regelkreis arbeiten, indem der Empfänger 16 die Signalstärke des
Empfangssignals 64 misst, um das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 bereitzustellen.
Dementsprechend korrespondiert das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 mit
der Signalstärke
des Basisstationsfunksignals 60. In diesem Fall kann es
sich bei den Leistungsregelungsbefehlen um eine Kombination aus
den Leistungsbefehlen des offenen Regelkreises (abgeleitet aus dem Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50)
und aus den Leistungsregelungsbits des geschlossenen Regelkreises
handeln, die im Steuerkanal in den empfangenen Basisstationsfunksignalen 60 kodiert
sind. Bei Abwesenheit der Korrekturen des geschlossenen Regelkreises
basiert die Leistungsregelung ausschließlich auf dem Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50.
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Es
werden nun verschiedene detaillierte Ausführungsformen des Leistungsverwaltungssystems 18 diskutiert,
die entsprechend einem Leistungsregelungsschema mit offenem und
geschlossenem Regelkreis arbeiten. Komponenten in jeder der Ausführungsformen,
die mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet sind, arbeiten in
gleicher Weise, sofern nicht anderweitig angegeben. Bezug nehmend auf 2 enthält der Durchschnittsleistungs-
und Verstärkungsregelungsblock 36 einen
Durchschnittsleistungspegelblock 66 und einen Verstärkungsregelungsblock 68.
Außerdem
enthält
die Stromversorgungseinrichtung 42 einen Stromversorgungsregelungsblock 70 und
einen Schaltkonverter 72.
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Der
Empfänger 16 extrahiert
das Leistungsregelungsbefehlssignal 48 und übergibt
das Signal 48 an den Durchschnittsleistungspegelblock 66.
Der Empfänger 16 generiert
auch das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 und übergibt
das Signal 50 an den Durchschnittsleistungspegelblock 66.
Der Durchschnittsleistungspegelblock 66 kombiniert das Leistungsregelungsbefehlssignal 48 und
das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 zur
Berechnung eines Durchschnittssollübertragungsleistungssignals 46 für das Funkgerätfunksignal 62.
Typischerweise wird das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 verwendet,
um einen Anfangsleistungspegel festzulegen, wenn die Funkübertragung
zwischen dem Funkübertragungsgerät 10 und
einer der Basisstationen 58 hergestellt wird. Da das Funkübertragungsgerät 10 von
Ort zu Ort bewegt wird, kann es mit verschiedenen Basisstationen 58 kommunizieren,
und eine nahtlose "Umschaltung" zwischen den Basisstationen 58 ist
dann erwünscht.
Um diese "Umschaltung" zu erleichtern,
wenn das Funkübertragungsgerät 10 erstmalig
beginnt, mit einer neuen Basisstation 58 zu kommunizieren,
stützt
sich der Durchschnittsleistungspegelblock 66 zunächst auf
das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50,
um das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 ungefähr zu ermitteln.
Während
der weiteren Kommunikation zwischen dem Funkübertragungsgerät 10 und
den Basisstationen 58 wird das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 präzisiert,
sobald Befehle im Leistungsregelungsbefehlssignal 48 von
den Basisstationen 58 empfangen werden. Die Leistungsregelungsbits
sind "Aufwärts-" und "Abwärts"-Befehle, die zeitlich
integriert und der Leistung im offenen Regelkreis hinzugefügt sind.
Im Laufe der Zeit kann das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 ziemlich
genau präzisiert
werden, um einen Ausgleich zu erreichen zwischen einer ausreichenden Leistung,
so dass das Funkgerätfunksignal 62 von
einer der Basisstationen 58 in brauchbarer Form empfangen
werden kann (d. h. dass es nicht durch Störungen anderer Signale oder
durch eine zu geringe Signalstärke
verstümmelt
oder undekodierbar ist), und einer solchen Leistung, dass das Funkgerätfunksignal 62 nicht
andere Geräte,
die mit der Basisstation 58 kommunizieren, oder andere
Kommunikationsgeräte
stört.
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Das
Basisbandgerät 20 generiert
einen Basisbandausgangsdatenstrom 76, der zu einer der
Basisstationen 58 übertragen
werden soll. Je nach Art des Services, den das Basisbandgerät 20 unterstützt, kann
der Basisbandausgangsdatenstrom 76 nur einen einzigen Datentyp
enthalten oder zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Datentypen
enthalten. So ermöglichen
einige Funkübertragungsgeräte beispielsweise
mehrere Funktionen, darunter E-Mail-Kommunikation, Textkommunikation,
Sprachkommunikation und andere erweiterte Services. Die unterschiedlichen
Services können
mit unterschiedlichen Kodierungs- und Modulationsverfahren arbeiten,
die unterschiedliche Leistungsformfaktoreigenschaften aufweisen.
So weist z. B. beim CDMA-Standard selbst der Verkehr mit geringer
Datenrate nach der Datenmodulation einen hohen Leistungsformfaktor
auf. Und mit steigender Datenrate steigt auch der Leistungsformfaktor
weiter an. Der Datenparameterdetektor 40 erkennt den Typ
der Daten im Basisbandausgangsdatenstrom 76 in Echtzeit
und liefert die Datenparameteranzeige an den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38.
Alternativ hierzu und auch eher bevorzugt kann die Datenparameteranzeige
durch das Basisbandgerät 20 direkt
in Echtzeit an den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 geliefert
werden. Daher der durchgezogene Pfeil vom Basisbandgerät 20 zum
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 und die Verwendung
gestrichelter Linien für
den Datenparameterdetektor 40 und die entsprechenden Verbindungen.
Die Datenparameteranzeige enthält
Informationen zum Typ der Daten, zur Datenmodulation und zur Datenrate
im Basisbandausgangsdatenstrom 76.
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Der
Basisbandausgangsdatenstrom 76 wird durch den Aufwärtsmischblock 22 verarbeitet
und in ein entsprechendes Analogausgangssignal 78 umgewandelt.
Der D/A-Wandler 26 wandelt zunächst den Basisbandausgangsdatenstrom 76 in
ein Analogsignal um. Das Analogsignal wird dann durch den Mischer 28 mit
einer Trägerfrequenz
gemischt, um das Analogausgangssignal 78 zu erzeugen, das
jetzt im Funkfrequenzbereich liegt und nicht mehr im Basisband.
Das Mischen kann je nach Implementierung in einem einzelnen Schritt
oder in mehreren Schritten erfolgen, wie das dem Fachmann auf dem
Gebiet der Technik allgemein bekannt ist. Es kann auch eine Filterung
erfolgen. Die Trägerfrequenz
richtet sich nach dem Kommunikationsstandard, mit dem das Funkübertragungsgerät 10 arbeitet,
was dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik verständlich ist.
Es muss außerdem
darauf hingewiesen werden, dass viele Funkgeräte, darunter auch das exemplarische
Funkübertragungsgerät 10,
in der Lage sind, ein Funkgerätfunksignal 62 in
mehr als einem Frequenzband zu übertragen
und innerhalb jedes Frequenzbands auf mehreren Kanälen.
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Der
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 verwendet
die Datenparameteranzeige des Basisbandausgangsdatenstroms 76 zur
Bestimmung des Stromversorgungspegeleinstellungssignals 52.
In der vorliegenden Ausführungsform
enthält der
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator einen PAPR-Mapper, der
durch eine Verweistabelle implementiert sein kann. Bei der Verweistabelle
handelt es sich um eine diskrete Verweistabelle, die durch an einem
Prototyp-Funkübertragungsgerät durchgeführte Tests
vorher berechnet wurde. Konkret wird dabei ein Wert für einen
Datenparameter ausgewählt,
zum Beispiel ein bestimmter Datenratentestwert, und diesem Wert
wird ein fester Stromversorgungspegel für den Leistungsverstärker 34 unter
Beachtung von Aussteuerungsreserve zugeordnet. Dann wird ein Stromversorgungspegeleinstellungswert
ausgewählt,
um die Aussteuerungsreserve auf ein Minimum zu reduzieren. Der Einstellungswert wird
dann in die Verweistabelle eingegeben und dem jeweiligen Datenratentestwert
zugeordnet. Während des
Betriebs wird die Datenparameteranzeige (d. h. Datentyp, Datenrate
und Datenmodulation) als Indizes in der Verweistabelle verwendet,
um nach einem Wert für
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 zu suchen.
Das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 hat typischerweise
einen höheren Wert
als den Nennwert, wenn der Datentyp eine hohe Datenbandbreite zur Übertragung
benötigt.
Das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 kann auch
basierend auf Umgebungsfaktoren variiert werden, die weiter unten
detailliert beschrieben werden. Das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 wird
auch an den oberen und unteren Rändern
des Frequenzbands eingestellt, in dem die Funkgerätfunksignale 62 aufgrund
der Charakteristiken der Übertragungskette übertragen
werden. Für
exemplarische Zwecke kann das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 je
nach Datentyp im Bereich zwischen 0 und 9 dB liegen und eine Anstiegsgeschwindigkeit
von 800 dB pro Sekunde aufweisen.
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Typischerweise
konfiguriert der Hersteller oder Anbieter des Funkübertragungsgeräts 10 einen PAPR-Mapper
so im Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38, dass
geeignete Werfe für
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 für unterschiedliche
Datentypen, Datenmodulationen und Datenraten sowie für andere
Parameter bereitgestellt werden, die weiter unten beschrieben werden.
Der PAPR-Mapper wird weiter unten im Detail beschrieben. Dies wird
durch Befolgung eines Kalibrierungsverfahrens erreicht, das weiter
unten im Detail beschrieben wird.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann der PAPR-Mapper anstatt durch eine Verweistabelle
mit Hilfe einer Formel implementiert sein, die auf der Beziehung
zwischen den verschiedenen Eingaben in den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 und
dem entsprechenden Wert des Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 basiert.
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Das
Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 wird
zum Verstärkungsregelungsblock 68 geleitet,
der das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 in
ein Verstärkungsregelungssignal 44 umwandelt.
Der Verstärkungsregelungsblock 68 kann
als Verweistabelle implementiert sein, die so kalibriert wurde,
dass an der Antenne 14 ein Durchschnittssollübertragungsleistungspegel
erreicht wird, der dem Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 entspricht.
Die Verweistabelle im Verstärkungsregelungsblock 68 kompensiert
sowohl Nichtlinearitäten
in der Regelungscharakteristik des Vorverstärkers 30 als auch
die Verstärkungsgradschwankung
des Leistungsverstärkers 34,
die durch die Änderung
im Stromversorgungsspannungspegel verursacht wird, der an den Leistungsverstärker 34 angelegt
wird. Der Inhalt der Verweistabelle wird während der werkseitigen Kalibrierung
des Funkübertragungsgeräts 10 geschrieben,
und zwar basierend auf dem Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 und
der beobachteten Sendeleistung am Antennenanschluss des Geräts. Die
Verstärkungsgradwerte
in der Verweistabelle werden basierend auf dem Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 berechnet
und werden dann durch die Regelungsbits im Leistungsregelungsbefehlssignal 48 versetzt.
Während
des Betriebs kann eine lineare Interpolation für die Werte in der Tabelle
durchgeführt
werden.
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Der
Vorverstärker 30 empfängt das
Analogausgangssignal 78 und verstärkt es gesteuert durch das
Verstärkungsregelungssignal 44,
um ein vorverstärktes Übertragungssignal 82 zu
erzeugen. Das Verstärkungsregelungssignal 44 wird
so generiert, dass ein Anstieg oder eine Senkung im Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 zu einem
nichtlinearen Anstieg bzw. einer nichtlinearen Senkung der Verstärkung des
Ausgangsleistungsverstärkerblocks 24 führt, indem
der Verstärkungsgrad
des Vorverstärkers 30 eingestellt
wird.
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Das
vorverstärkte Übertragungssignal 82 wird
durch den Filter 32 gefiltert, um ein gefiltertes Übertragungssignal 84 zu
erzeugen. Der Filter 32 entfernt Störungen, die durch den Vorverstärker 30 und
durch die vorhergehenden Stufen des Funkübertragungsgeräts 10 in
das vorverstärkte Übertragungssignal 82 eingefügt wurden.
Die spezifischen Eigenschaften des Filters 32, wie der
Durchlassbandfrequenzbereich, die Filterordnung und dergleichen,
richten sich nach dem speziellen Vorverstärker 30 und den vorhergehenden
Stufen, die im Funkübertragungsgerät 10 verwendet
werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet der Technik ist in der Lage,
geeignete Parameter für
den Filter 32 auszuwählen.
Es sollte erwähnt
werden, dass der Filter 32 optional ist und in Fällen weggelassen
werden kann, in denen das vorverstärkte Übertragungssignal 82 ausreichend
störungsfrei
ist.
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Das
gefilterte Übertragungssignal 84 wird durch
den Leistungsverstärker 34 verstärkt, um
ein verstärktes Übertragungssignal 86 zu
erzeugen. Das verstärkte Übertragungssignal 86 wird
durch die Antenne 14 als das Funkgerätfunksignal 62 übertragen. Das
verstärkte Übertragungssignal 86 verfügt über ausreichend
Leistung, dass es von einer der Basisstationen 58 in einer
Form empfangen werden kann, die empfangbar und dekodierbar ist,
um den Basisbandausgangsdatenstrom 76 wiederherzustellen.
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Die
Durchschnitts- und Spitzenleistungspegel des verstärkten Übertragungssignals 86 ändern sich
im Lauf der Zeit. Wenn sich das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 ändert, wird
auch die Amplitude des vorverstärkten Übertragungssignals 82 geändert. Der
Leistungsverstärker 34 hat
typischerweise einen konstanten Verstärkungsfaktor, und dementsprechend
weist auch das verstärkte Übertragungssignal 86 einen
im Lauf der Zeit veränderlichen
Durchschnittsleistungspegel auf. Der Leistungsverstärker 34 kann
auch einen Verstärkungsfaktor
haben, der sich mit dem Stromversorgungsspannungspegel ändert, diese Änderung
kann jedoch durch Kalibrierungstabellen kompensiert werden, wie
das beim Stand der Technik bekannt ist. Wenn das Analogausgangssignal 78 einen
hohen Leistungsformfaktor aufweist, verändert sich auch der momentane
Leistungspegel des verstärkten Übertragungssignals 86.
Zu jedem Zeitpunkt benötigt der
Leistungsverstärker 34 ausreichend
Leistung, um seine interne Elektronik zu betreiben und um das verstärkte Übertragungssignal 86 zu
erzeugen. Wenn das verstärkte Übertragungssignal 86 seinen
maximalen momentanen Leistungspegel erreicht (d. h. während einer
maximalen Spitze des verstärkten Übertragungssignals 86,
die dem höchstmöglichen Wert
für das
Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 entspricht),
muss der Leistungsverstärker 34 noch
immer über
ausreichend Aussteuerungsreserve verfügen, um sicherzustellen, das
das verstärkte Übertragungssignal 86 nicht
an seinen Spitzen begrenzt wird. Eine Ursache für den signifikanten Leistungsverlust,
der im Ausgangsleistungsverstärkerblock 24 des
Funkübertragungsgeräts 10 auftritt,
ist die Tatsache, dass das verstärkte Übertragungssignal 86 selten
diesen maximalen Pegel erreicht und für gewöhnlich einen viel niedrigeren
Leistungspegel hat. Die überschüssige Aussteuerungsreserve
zwischen dem vom Leistungsverstärker 34 bereitgestellten
Stromversorgungspegel und der Größe des verstärkten Übertragungssignals 86 wird
in Form von Wärme
abgegeben.
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Um
diesen Leistungsverlust zu verhindern, werden das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 und
das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 durch
den Stromversorgungsregelungsblock 70 kombiniert, um ein
Leistungsregelungssignal 90 zu erzeugen, bei dem es sich
um ein impulsbreitenmoduliertes oder um ein impulsdichtenmoduliertes
Signal handelt. Das Leistungsregelungssignal 90 wird vom
Schaltkonverter 72 in das variable Stromversorgungssignal 54 umgewandelt,
bei dem es sich um ein Analogsignal handelt. Das variable Stromversorgungssignal 54 ist
die Quelle der Stromversorgung für
den Leistungsverstärker 34.
Das variable Stromversorgungssignal 54 hat eine solche
Größe, dass
es einen kleinen aber ausreichenden Betrag an Aussteuerungsreserve über der
maximalen momentanen Leistung gibt, die zum Erzeugen des verstärkten Übertragungssignals 86 mit
einer erwünschten
Qualität
benötigt
wird und damit der Leistungsverstärker 34 seine interne
Elektronik ausreichend betreiben kann. Ein exemplarischer Wert für die erforderliche
Aussteuerungsreserve liegt in der Größenordnung von 1 bis 3 dB.
Mit steigender Fertigungskonsistenz bei der Herstellung der verschiedenen Komponenten
des Funkübertragungsgeräts 10 und des
Leistungsverwaltungssystems 18 kann die Aussteuerungsreserve
reduziert werden.
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Bezug
nehmend auf 3 wird ein Diagramm einer exemplarischen
Beziehung zwischen der von einem Leistungsverstärker 34 zum Erzeugen des
verstärkten Übertragungssignals 86 benötigten momentanen
Maximalleistung und dem variablen Stromversorgungssignal 54 gezeigt.
Diese Beziehung kann je nach Implementierung des Leistungsverwaltungssystems 18 und
je nach den im Funkübertragungsgerät 10 verwendeten
Komponenten variieren. Das variable Stromversorgungssignal 54 ist im
Allgemeinen geringfügig
größer als
ein Minimalspannungspegel 92, der vom Leistungsverstärker 34 zu
jedem beliebigen Zeitpunkt benötigt
wird, um das verstärkte Übertragungssignal 86 mit
einer vordefinierten erforderlichen Qualität zu erzeugen. Das variable
Stromversorgungssignal 54 verändert sich im Lauf der Zeit
aufgrund von Änderungen
im Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 und Änderungen
in der Datenparameteranzeige des Basisbandausgangsdatenstroms 76,
der vom Funkübertragungsgerät 10 übertragen
wird. In einer anderen Ausführungsform
des Leistungsverwaltungssystems 18 ändert sich das variable Stromversorgungssignal 54 auch
vorzugsweise aufgrund von Änderungen
in der Umgebung des Funkübertragungsgeräts 10 (z.
B. Temperatur), aufgrund von Änderungen
im Zustand der Batterie, mit der das Funkübertragungsgerät betrieben
wird, und aufgrund von Änderungen im
Frequenzbereich, in dem das Funkgerätfunksignal 62 übertragen
wird.
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Wie
zuvor erwähnt,
weist das variable Stromversorgungssignal 54 einen minimalen
Spannungspegel 92 auf, der ausgewählt wird um sicherzustellen,
dass selbst wenn die vom Leistungsverstärker 34 zur Erzeugung
des verstärkten Übertragungssignals 86 benötigte momentane
Maximalleistung niedrig ist, dem Leistungsverstärker 34 ausreichend
Leistung zur Verfügung
gestellt wird, um ihn stabil und seine interne Elektronik funktionsfähig zu halten.
Der minimale Spannungspegel 92 kann durch den Stromversorgungsregelungsblock 70 (der
das Leistungsregelungssignal 90 über dem minimalen Spannungspegel 92 halten
kann) oder durch den Schaltkonverter 72 gehalten werden,
der das variable Stromversorgungssignal 54 direkt über dem
minimalen Spannungspegel 92 halten kann. Ein exemplarischer
Wertebereich für
den minimalen Spannungspegel liegt zwischen 0,9 und 1,4 Volt je
nach Bauweise des Leistungsverstärkers 34.
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Das
Leistungsverwaltungssystem 18 reduziert die Aussteuerungsreserve
zwischen dem Pegel des variablen Stromversorgungssignals 54,
das an den Leistungsverstärker 34 geliefert
wird, und der Stromversorgungsleistung, die für den Leistungsverstärker 34 benötigt wird,
um das verstärkte Übertragungssignal 86 ohne
Begrenzung zu erzeugen. Diese Reduzierung der Aussteuerungsreserve
reduziert den Betrag der Leistung, die im Leistungsverstärker in
Form von Wärme
abgegeben wird. Insgesamt kann der reduzierte Leistungsverlust den
Leistungswirkungsgrad und die Batterielebensdauer für das Funkübertragungsgerät 10 erheblich
verbessern, da einer der größten Bereiche
des Leistungsverlustes in vielen Funkgeräten die überschüssige Aussteuerungsreserve
im Leistungsverstärker
ist.
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Das
Leistungsverwaltungssystem 18 kann auf verschiedene Weise
modifiziert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu
verlassen. So kann es z. B. in einigen Fällen erwünscht sein, ein analoges Stromversorgungssignal
an den Schaltkonverter 72 anzulegen. Dazu kann ein D/A-Wandler
zwischen den Stromversorgungsregelungsblock 70 und den
Schaltkonverter 72 gekoppelt sein. Das wird durchgeführt, wenn
die Steuerung des Schaltkonverters 72 analog erfolgt. Außerdem kann es
erwünscht
sein, Hochfrequenzstörungen
aus dem variablen Stromversorgungssignal 54 auszufiltern, insbesondere
wenn ein D/A-Wandler zum Erzeugen eines analogen Stromversorgungssignals
verwendet wird. Dies kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn
kein linearer D/A-Wandler, sondern ein Delta-Sigma-Konverter zur
Durchführung
der D/A-Konvertierung verwendet wird. Der Filter kann in diesem Fall
am Eingang des Schaltkonverters 72 eingefügt werden.
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In
einer anderen alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann es erwünscht sein, einen Puffer (nicht
dargestellt) einzufügen,
um das variable Stromversorgungssignal 54 am gefilterten Übertragungssignal 84 am
Leistungsverstärker 34 auszurichten
(d. h. die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers 34 wird
vorzugsweise mit derselben Rate aktualisiert, mit der auch die Aktualisierung
des Verstärkungsregelungssignals 44 erfolgt). Wenn
der Datenweg zwischen dem Ausgang des Basisbandgeräts 20 und
dem Eingang des Stromversorgungsregelungsblocks 70 zu einer
Verzögerung des
variablen Stromversorgungssignals 54 gegenüber der
Ankunft der Daten am Eingang des Leistungsverstärkers 34 führt, ist
es gelegentlich möglich, dass
der Leistungsverstärker 34 möglicherweise nicht über ausreichende
Aussteuerungsreserve verfügt,
um das verstärkte Übertragungssignal 86 zu
erzeugen. Zum Synchronisieren des variablen Stromversorgungssignals 54 und
des gefilterten Übertragungssignals 84 kann
ein Datenpuffer (nicht dargestellt) zwischen dem Basisbandgerät 20 und
dem D/A-Wandler 26 eingefügt werden, und zwar nach der
Stelle, an der das Basisbandgerät 20 mit
dem Leistungsverwaltungssystem 18 verbunden ist. Der Puffer
kann so konfiguriert sein, dass eine geeignete Verzögerung eingefügt wird,
die auf der Verzögerung basiert,
die durch die verschiedenen Elemente des Leistungsverwaltungssystems 18 eingefügt wird.
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Bezug
nehmend auf 4 wird eine alternative Ausführungsform
eines Leistungsverwaltungssystems 18' gezeigt, die eine Umgebungssensoreinheit 93 aufweist,
welche mit dem Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 verbunden
ist, um mindestens ein Umgebungsinformationssignal bereitzustellen.
Die Umgebungssensoreinheit 93 weist einen oder mehrere
Umgebungssensoren zum Erkennen von Änderungen in Parametern auf,
die sich auf die Eigenschaften des Leistungsverstärkers 34 und
damit auf den Pegel des variablen Stromversorgungssignals 54 auswirken
können.
Zum Beispiel den Pegel des variables Stromversorgungssignals 54 als
Antwort auf die Umgebungstemperatur des Funkübertragungsgeräts 10,
den Zustand der Batterie, von der das Funkübertragungsgerät 10 betrieben wird,
und/oder die Frequenz, mit der das Funkgerätfunksignal 62 übertragen
wird.
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Die
Umgebungssensoreinheit 93 kann einen Temperatursensor 94 zum
Abtasten der Umgebungstemperatur der Hardware des Funkübertragungsgeräts 10 enthalten
und zum Bereitstellen eines Temperaturinformationssignals 96 an
den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38. Das
Temperaturinformationssignal 96 liegt vorzugsweise in einer digitalen
Form vor. Wenn der Temperatursensor 94 analoge Temperaturinformationen
bereitstellt, kann ein Analog-Digital-Wandler (A/D-Wandler) zwischen den
Temperatursensor 94 und den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 gekoppelt
werden, um das analoge Temperaturinformationssignal 96 in
ein digitales Temperaturinformationssignal umzuwandeln. Das Temperaturinformationssignal 96 kann
an den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 übergeben
werden, wozu gemeinsam genutzter Speicher oder jeder andere Datenübertragungsmechanismus
verwendet wird, der dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik allgemein
bekannt ist.
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Die
Umgebungssensoreinheit 93 kann einen Batteriezustandssensor 98 zum
Abtasten des Ladezustands der Batterie enthalten, die zum Betreiben des
Funkübertragungsgeräts 10 verwendet
wird, und zum Bereitstellen eines Batteriezustandsinformationssignals 100 an
den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38. Wie
beim Temperatursensor 94 kann ein A/D-Wandler verwendet
werden, um ein analoges Batteriezustandsinformationssignal in ein entsprechendes
Batteriezustandsinformationssignal umzuwandeln. Des Weiteren kann
das Batteriezustandsinformationssignal 100 an den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 übergeben
werden, wozu Techniken verwendet werden, die dem Fachmann auf dem
Gebiet der Technik bekannt sind. Der Batteriezustand wird abgetastet,
so dass der Stromversorgungspegel des Leistungsverstärkers 34 in
dem Fall erhöht
werden kann, dass das Analogausgangssignal 78, das den
Ausgangsleistungsverstärkerblock 24 passiert,
einen hohen Leistungsformfaktor hat. In diesem Fall werden Einstellungen
am Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 vorgenommen,
um die aufgrund der geringeren Batterieladung erwartete Komprimierung
zu kompensieren.
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Der
Umgebungssensoreinheit 93 kann auch ein Frequenzinformationssignal 104 bereitstellen,
um Informationen zur Betriebsfrequenz (d. h. zur Übertragungsfrequenz)
der Funkgerätfunksignale 62 an den
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 bereitzustellen.
Die Betriebsfrequenz kann vom Basisbandgerät 20 oder vom Aufwärtsmischblock 22 erhalten
werden. Wie beim Temperatursensor 94 und beim Batteriezustandssensor 98 kann
ein A/D-Wandler verwendet werden, um das Frequenzinformationssignal 104 als
ein entsprechendes digitales Frequenzinformationssignal bereitzustellen.
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Der
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 kombiniert
die Datenparameteranzeige des Basisbandausgangsdatenstroms 76 mit
mindestens einem des Temperaturinformationssignals 96, des
Batteriezustandsinformationssignals 100 und des Frequenzinformationssignals 104,
um das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 zu ermitteln.
In diesem Fall kann der Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 eine
mehrdimensionale Verweistabelle verwenden. Um die Komplexität zu verringern,
kann eine zweidimensionale Verweistabelle verwendet werden. Die
Datenparameteranzeige, das Temperaturinformationssignal 96,
das Batteriezustandsinformationssignal 100 und das Frequenzinformationssignal 104 werden
als Indizes in der Verweistabelle verwendet werden, um nach einem
Wert für
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 zu suchen.
Alternativ kann der Inhalt der Verweistabelle aktualisiert werden,
wenn es Änderungen
im Betriebsfrequenzkanal oder der Temperatur gibt. Die Auswirkungen
von Frequenz und Temperatur werden verwendet, um den Inhalt der
zweidimensionalen Verweistabelle um +/– eine wenige dB zu skalieren.
In einer anderen Alternative kann es eine Vielzahl von PAPR-Mappern
geben, wobei ein PAPR-Mapper für
das Temperaturinformationssignal, ein PAPR-Mapper für das Batteriezustandsinformationssignal
und ein PAPR-Mapper für
die Betriebsfrequenz bereitgestellt wird. In diesem Fall können die Ausgaben
der PAPR-Mapper, die in dB-Einheiten vorliegen, zusammen addiert
werden, um das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 zu
erhalten. Eine logarithmische Kombination kann verwendet werden,
wenn die Amplitude der Ausgaben des PAPR-Mappers nicht in dB vorliegen.
In beiden Fällen
erfolgt eine werkseitige Kalibrierung, um die Auswirkung der Umgebungsparameter
auf den Stromversorgungspegeleinstellungswert zu ermitteln. Zum
Beispiel kann das Gerät 10 in
eine Klimakammer gelegt und die Temperatur auf einen bestimmten
Wert eingestellt werden, um die Auswirkung eines bestimmten Datenparameterwerts
auf den Stromversorgungspegeleinstellungswert zu ermitteln. Im Hinblick
auf den Batteriezustand kann der Pegel der Batterie des Geräts 10 auf
verschiedene Werte eingestellt werden, um die Auswirkung eines bestimmten
Datenparameterwerts auf den Stromversorgungspegeleinstellungswert
zu ermitteln. Im Hinblick auf die Betriebsfrequenz kann die Übertragungsfrequenz
variiert werden, um die Auswirkung eines bestimmten Datenparameterwerts
auf den Stromversorgungspegeleinstellungswert zu ermitteln.
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Das
Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 ist typischerweise
größer als
ein Nennwert, wenn (a) der Datenparameter eine hohe Datenbandbreite
für die Übertragung
anzeigt, (b) die Temperatur ansteigt oder (c) der Ladepegel der
Batterie abnimmt. Gemeinsam kann die Einstellung aufgrund der Temperatur,
des Batteriezustands und der Betriebsfrequenz eine erhebliche Auswirkung
auf den Wert des Stromversorgungspegeleinstellungssignals 52 haben.
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Der
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 ist so konfiguriert,
dass er geeignete Werte für
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 für unterschiedliche
Datentypen, Datenmodulationen und Datenraten sowie Umgebungsinformationen (d.
h. Temperatur und Batterie) und Frequenzinformationen bereitstellt.
Das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 liegt typischerweise
in der Größenordnung
von +/– 1
bis 3 dB für
eine Temperaturänderung,
+/– 1
dB für
eine Batteriezustandsänderung
und +/– 1
bis 3 dB für
eine Übertragungsfrequenzänderung.
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Einige
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung können
in einem Leistungsverwaltungssystem 18'' implementiert
werden, das nicht den Zugriff auf das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 ermöglicht. 5 veranschaulicht
eine alternative Ausführungsform
für das
Leistungsverwaltungssystem 18'',
bei dem der Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36 als
ein einziger Block implementiert ist. Im Ergebnis dessen steht das
Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 nicht
als Eingabe für
die Stromversorgungseinrichtung 42 zur Verfügung. Außerdem arbeitet
der Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36 als
ein Hybrid aus einer Verweistabelle und einem Interpolator. Das
Leistungsregelungsbefehlssignal 48 und das Empfangssignalstärkeanzeigesignal 50 zeigen
einen Durchschnittssollleistungspegel an, wie das oben beschrieben
wurde. Der Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36 stellt
das Verstärkungsregelungssignal 44 als
Antwort auf den Durchschnittssollleistungspegel bereit.
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In
diesem Fall umfasst die Stromversorgungseinrichtung 42 einen
Summierer 110, einen Umkehr-Mapper 112, einen
Begrenzer 114 und den Schaltkonverter 72. Der
Summierer 110 empfängt das
Verstärkungsregelungssignal 44 und
eine veränderte
Version des Stromversorgungspegeleinstellungssignals 52', um ein erstes
Leistungsregelungssignal 90' bereitzustellen.
Die veränderte
Version des Stromversorgungspegeleinstellungssignals 52' wird durch
den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38' so bereitgestellt,
dass das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52' direkt mit
dem Verstärkungsregelungssignal 44 summiert
werden kann. Typischerweise liegt das Verstärkungsregelungssignal 44 in
Volt-Einheiten und
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52 in dB-Einheiten
vor, so dass diese beiden Signale nicht direkt miteinander summiert
werden können.
Entsprechend skaliert der Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38' das Stromversorgungspegeleinstellungssignal 52, um
das veränderte
Signal 52' bereitzustellen.
Insbesondere erfolgt die Skalierung auf der Basis der Generierung
des Verstärkungsregelungssignals 44 im Durchschnittsleistungs-
und Verstärkungsregelungsblock 36,
das von Parametern abhängt,
welche die Verweistabelle im Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsblock 36 definieren.
Diese Parameter sind bereits vor der kommerziellen Verwendung des Funkübertragungsgeräts 10 bekannt
und stehen somit zur Verwendung im Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38' zur Verfügung.
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Das
erste Leistungsregelungssignal 90' wird dann dem Begrenzer 114 bereitgestellt,
der einen positiven und einen negativen Sättigungswert und eine Steilheit
aufweist, mit der diese beiden Werte verbunden werden. Der Begrenzer 114 arbeitet
basierend auf dem ersten Leistungsregelungssignal 90', um dem Schaltkonverter 72 einen
zweiten Leistungsregelungssignal 90'' bereitzustellen.
Der Schaltkonverter 72 generiert dann das variable Stromversorgungssignal 54,
wie das oben beschrieben wurde. Es kann auch ein D/A-Wandler wie
oben beschrieben verwendet werden.
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Der
Begrenzer 114 kann das erste Leistungsregelungssignal 90' begrenzen oder
das erste Leistungsregelungssignal 90' entsprechend der Steilheit und
basierend auf der Größe des ersten
Leistungsregelungssignals 90' dämpfen/komprimieren. Der
positive und der negative Sättigungswert
und die Steil heit des Begrenzers 114 können als Antwort auf den Betrieb
des Leistungsverwaltungssystem 18'' variiert
werden. Insbesondere können
die Verweistabelle, die im Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36 verwendet
wird, und die Umgebungsinformationen 116, die durch die
Umgebungssensoreinheit 93 über den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38' bereitgestellt
werden, verwendet werden, um den positiven und den negativen Sättigungswert
und die Steilheit des Begrenzers 114 zu variieren. Insbesondere
werden die Umgebungsinformationen 116 und eine veränderte Version
des Verstärkungsregelungssignals 44' dem Umkehr-Mapper 112 bereitgestellt,
der dann ein Begrenzereinstellungssignal 118 an den Begrenzer 114 bereitstellt.
Der Inhalt des Signals 44' wird
aus den Daten in der Verweistabelle des Blocks 36 abgeleitet. Die
Verbindungsleitungen sind als Strichpunktlinie dargestellt, weil
die Einstellung des Begrenzers aufgrund der Signale 44 und 116 im
Vergleich zur Änderungsrate
des Stromversorgungspegeleinstellungssignals 52' mit einer geringeren
Rate auftritt. Insbesondere tritt die Modifizierung auf, wenn es
eine Änderung
in der Verweistabelle gibt, die im Block 36 verwendet wird,
oder wenn es eine substanzielle Änderung
in den Umgebungsinformationen 116 gibt (d. h. wenn es eine
drastische Änderung
der Temperatur oder eine Umschaltung der Übertragungsfrequenz gibt).
Zum Beispiel steht der maximale Sättigungswert im Zusammenhang
mit der Betriebsfrequenz. Der Begrenzer 114 wird auf diese
Weise modifiziert, um das variable Stromversorgungssignal 54 zu
optimieren und somit die Leistungsersparnis im Leistungsverstärker 34.
Der Summierer 110, der Begrenzer 114 und der Schaltkonverter 72 werden
vorzugsweise über
Hardware implementiert, und der Umkehr-Mapper 112 ist vorzugsweise über Software
implementiert, obwohl auch andere Implementierungen für diese
Blöcke
möglich
sind.
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6 veranschaulicht
den Betrieb des Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblocks 36.
Wenn der Durchschnittssollleistungspegel steigt und fällt, wählt der
Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36 entweder
einen vorbestimmten Wert aus (durch ausgefüllte Punkte identifiziert)
oder interpoliert zwischen den vorbestimmten Werten, um einen Wert
für das
Verstärkungsregelungssignal 44 zu
berechnen. Vorzugsweise wählt der
Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock beim Generieren
des Verstärkungsregelungswerts 44 den
nächstliegenden
vorbestimmten Wert, um Interpolationsfehler zu vermeiden. In der Praxis
beträgt
der 6 zugeordnete Bereich etwa –52 bis 26 dBm. Die vorbestimmten
Werte werden durch einen Hersteller, Anbieter oder Betreiber des Funkübertragungsgeräts 10 in
den Durchschnittsleistungs- und Verstärkungsregelungsblock 36 programmiert.
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Das
Leistungsverwaltungssystem 18'' stellt eine
praktische Implementierung der vorliegenden Erfindung dar, die mit
kommerziell verfügbaren
Basisband-Chipsätzen
in einem Gerät
verwendet werden kann, in dem das Durchschnittssollübertragungsleistungssignal 46 nicht
als Eingabe in die Stromversorgungseinrichtung 42 zur Verfügung steht.
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In
jeder der hier gezeigten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der PAPR-Mapper alle 20 ms einen
Wert für
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal bereitstellen. In einigen
Fällen
kann alle 5 ms ein Wert für
das Stromversorgungspegeleinstellungssignal bereitgestellt werden.
Darüber
hinaus wird in einigen Fällen vorzugsweise
die Versorgungsspannung des Leistungsverstärkers 34 alle 1,25
ms aktualisiert, um sicherzustellen, dass niemals die ACPR-Grenzen
(Adjacent Channel Power Ratio) verletzt werden. Außerdem erfolgt
die vom Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 durchgeführte Zuordnung
so, dass der Übergang
von einer niedrigen Stromversorgungsspannung zu einer hohen Stromversorgungsspannung
für den
Leistungsverstärker 34 eine
kontinuierliche und gleichmäßige Funktion
des Durchschnittssollleistungspegels ist, um Nichtlinearitäten zu verringern,
die durch die verschiedenen Ausführungsformen
des Leistungsverwaltungssystems 18 eingeführt werden.
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Wie
in 3 gezeigt wird, wendet der Stromversorgungsregelungsblock 70 eine
lineare Transformation auf eine Kombination des Durchschnittssollübertragungsleistungssignals 46 und
des Stromversorgungspegeleinstellungssignals 52 an. Die
Transformation wird über
eine Verweistabelle oder über
eine Gleichung angewendet. Die Gleichung kann in Form von Software
oder Hardware implementiert werden. Die genaue Form der Transformation
wird justiert, um die Leistungs- und die Produktionsausbeute abzustimmen.
Dementsprechend wird der Stromversorgungsregelungsblock 70 vorzugsweise
vor der Verwendung kalibriert.
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Bezug
nehmend auf 7a wird ein Flussdiagramm gezeigt,
das die Schritte eines Kalibrierungsverfahrens 120 für einen
Stromversorgungsblock veranschaulicht.
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Die
Kalibrierung erfolgt bei einer gegebenen Referenztemperatur und
bei einem gegebenen Referenzbatteriezustand, die beliebig ausgewählt werden.
Das Basisbandgerät 20 wird
so konfiguriert, dass es mit einer beliebig ausgewählten Referenzübertragungsfrequenz überträgt. Der
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38 wird dann
so konfiguriert, dass die Beiträge
von der Referenztemperatur, vom Referenzbatteriezustand und von
der Referenzfrequenz auf null gesetzt sind. Der erste Schritt 122 des
Kalibrierungsverfahrens ist das Übertragen
der Funkgerätfunksignale 62 bei
konstantem Leistungspegel, während
das ACPR überwacht
wird. Der nächste
Schritt 124 ist das Reduzieren der Größe des variablen Stromversorgungssignals 54 an den
Leistungsverstärker 34 bei
gleichzeitiger Beibehaltung einer konstanten Ausgangsleistung in
den Funkgerätfunksignalen 62.
Das wird erreicht, indem die Eingangsansteuerung für den Leistungsverstärker 34 erhöht wird,
wenn die Versorgungsspannung für
den Leistungsverstärker 34 verringert
wird, um die Ausgangsleistung konstant zu halten. Der nächste Schritt 126 ist
das Aufzeichnen der Größe des variablen
Stromversorgungssignals 54, wenn sich das ACPR auf ein
vorgegebenes Konstruktionsziel erhöht hat. Das ACPR ist als das
Verhältnis
der Leistung bei 1,25 MHz Versatz innerhalb einer 30-kHz-Bandbreite
zur Leistung im Träger
definiert. Wenn die Linearität
des Leistungsverstärkers 34 reduziert
wird, indem seine Stromversorgung stark verringert wird, kommt es
zu einem Anstieg der Komprimierungsartefakte. Der nächste Schritt 128 im
Kalibrierungsverfahren 120 ist das Erhöhen der Ausgangsleistung der
Funkgerätfunksignale 62 und
das Wiederholen der Schritte 122, 124 und 126.
Die Schrittgröße, die
zum Ermitteln des nächsten
Leistungspegels verwendet wird, richtet sich nach der Implementierung
des Leistungsverstärkers 34,
und dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik ist bekannt, wie die
Schrittgröße gewählt wird.
Schritt 128 wird für verschiedene
Ausgangsleistungspegel wiederholt. Die Anzahl der zur Kalibrierung
verwendeten Ausgangsleistungspegel richtet sich nach der Implementierung
des Leistungsverstärkers.
Typischerweise können
drei Ausgangsleistungspegel mit einem angemessenen Abstand zueinander
für die
Kalibrierung verwendet werden.
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Der
nächste
Schritt 130 ist das Verwenden der Steuerungskurven des
Schaltkonverters 72 und des minimalen Spannungspegels 92 zum
Berechnen einer idealen Übertragungsfunktion,
die benötigt wird,
um daraus das digitale Leistungssignal 90 zur Regelung
des Schaltkonverters 72 abzuleiten. Die ideale Übertragungsfunktion
steht im Zusammenhang mit der Verweistabelle, die im Durchschnittsleistungs-
und Verstärkungsregelungsblock 36 oder im
Verstärkungsregelungsblock 68 verwendet
wird. Der Aufbau der Verweistabelle wurde bereits oben beschrieben.
Der nächste
Schritt 132 ist das Wiederholen der Schritte 122 bis 130 für mehrere
verschiedene Funkübertragungsgeräte, um eine
durchschnittliche Übertragungsfunktion
zu ermitteln.
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Der
nächste
Schritt 134 ist das Durchführen der Kurvenanpassung an
die durchschnittliche Übertragungsfunktion.
Eine Möglichkeit,
um dies zu erreichen, besteht darin, eine gerade Linie an die durchschnittliche Übertragungsfunktion
anzupassen, indem die Steilheit und der Achsenabschnitt der geraden
Linie so eingestellt werden, dass die durchschnittliche Übertragungsfunktion
mit minimalem Fehler angepasst wird. Die ermittelte Steilheit wird vom
Stromversorgungsregelungsblock 70 als einer der Parameter
zur Veränderung
der Stromversorgungsvorspannung, der Flankensteilheit oder des Lehrlaufruhestroms
verwendet. Der Achsenabschnitt wird durch den Break-Even-Punkt des
Ausgangsverstärkerblocks 24 festgelegt,
bei dem es sich um den Punkt handelt, an dem eine weitere Reduzierung
im variablen Stromversorgungssignal 54 zum Leistungsverstärker 34 (und
damit im Verstärkungsgrad) dazu
führen
würde,
dass die vorhergehenden Stufen im Ausgangsverstärkerblock 24 so viel
zusätzliche Leistung
verbrauchen, dass der Gesamtleistungsverbrauch des Funkübertragungsgeräts 10 ansteigt.
Der Achsenabschnitt deckt sich mit dem minimalen Spannungspegel 92.
Die durch die Kurvenanpassung ermittelten Parameter werden anschließend verwendet,
um eine Verweistabelle für
den Stromversorgungsblock 70 zu erstellen.
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Bezug
nehmend auf 7b wird ein Flussdiagramm gezeigt,
das die Schritte eines Kalibrierungsverfahrens 140 für einen
Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator veranschaulicht. Das
Kalibrierungsverfahren 140 wird vorzugsweise für jedes Gerät einzeln
während
der werkseitigen Kalibrierung durchgeführt, um Variationen in der
Produktionstoleranz und Abweichungen vom durchschnittlichen Übertragungsfunktionsmodell
zu berücksichtigen,
die für
den Stromversorgungsregelungsblock 70 erzielt werden. Der
erste Schritt 142 des Kalibrierungsverfahrens 140 ist
das Laden des Stromversorgungspegeleinstellungsgenerators 38 mit
einem Wert, der bewirkt, dass der Schaltkonverter 72 mit
seiner minimalen Ausgangs spannung betrieben wird. Damit kann die
Kalibrierungsmethode 140 am untersten Übertragungsleistungspunkt des
Funkübertragungsgeräts 10 beginnen.
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Der
nächste
Schritt 144 ist das Kalibrieren der Übertragungsleistung mithilfe
der üblichen
Prozedur entsprechend dem in Schritt 142 definierten Übertragungsleistungspunkt.
Die übliche
Prozedur beinhaltet das Erhöhen
der automatischen Verstärkungsregelung
des Funkübertragungsgeräts 10 über einen
vordefinierten "sicheren" Bereich und das
Aufzeichnen der Sendeausgangsleistung. Vorzugsweise wird zuerst
die Hälfte
des Bereichs kalibriert. Das erfolgt so lange, bis die Ausgangsleistung
des Funkübertragungsgeräts geringfügig eine
Zielleistung übersteigt,
die für
die eingestellte Versorgungsspannung ermittelt wurde. Die Zielleistung
wird während
der Charakterisierung des Funkübertragungsgeräts 10 ermittelt,
wie das dem Fachmann auf dem Gebiet der Technik allgemein bekannt
ist. Die Charakterisierung hängt
vom Hersteller der Komponenten des Ausgangsleistungsverstärkerblocks 24 ab.
Die Zielleistung ist der Break-Even-Punkt, der ermittelt wird, indem
der Stromversorgungspegel zum Leistungsverstärker 34 reduziert
wird und der Punkt ermittelt wird, an dem die Voransteuerungsschaltung
so viel Leistung verbraucht, dass die Ersparnis beim Leistungsverlust
des Leistungsverstärkers
(durch Reduzierung der Aussteuerungsreserve) abgeschwächt wird.
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Der
nächste
Schritt 146 ist das Interpolieren des Ausgangswerts des
Durchschnittsleistungspegelblocks 36 und Laden dieses interpolierten
Ausgangswerts, nach entsprechender Einstellung durch den Umkehr-Mapper 112,
in den Stromversorgungspegeleinstellungsgenerator 38. Der
nächste
Schritt 148 ist das Einstellen des Übertragungsleistungspegels
auf einen Wert geringfügig
unterhalb der Zielleistung.
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Der
nächste
Schritt 150 ist das Erhöhen
des Werts des Übertragungsleistungspegels
und das Wiederholen der Schritte 142 bis 148 des
Kalibrierungsverfahrens 140. Das Kalibrierungsverfahren 140 wird
kontinuierlich wiederholt, bis ein festgelegter maximaler Übertragungsleistungspunkt
erreicht ist.
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Die
Beschreibung der vorliegenden Erfindung erfolgte lediglich anhand
von exemplarischen Ausführungsformen.
An diesen exemplarischen Ausführungsformen
können
verschiedenste Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden,
ohne dadurch dem Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen,
der nur durch die beigefügten
Ansprüche eingeschränkt ist.