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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Leistungssteuerung in
Sendern, die Modulationsverfahren mit nicht konstanter Einhüllenden
einsetzen, und insbesondere aber nicht ausschließlich auf solche Sender, die
einen Bestandteil eines drahtlosen Kommunikationssystems bilden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Leistungssteuerkreise
bzw. -schleifen, wie sie sich etwa in drahtlosen Kommunikationssystemen
befinden, sind typischerweise bereitgestellt, um Ausgangsleistung
auf einen gewünschten
Pegel zu steuern und auf diesem zu halten, und um Einschwingverhalten
beim Hoch- bzw. Herunterfahren zu steuern.
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Bei
einem TDMA-Signalisierungsformat weist ein gerahmter bzw. Rahmen-Aufbau
etliche Zeitschlitze (oder Kanäle)
auf. Ein drahtloses Kommunikationssystem, das TDMA verwendet, zum
Beispiel ein GSM- („Global
System for Mobile Telecommunications") System, sendet und empfängt Informationen über jeden
zugeordneten Schlitz oder Kanal. Jeder Kanal eines Rahmens ist einem
anderen Teilnehmer zugeordnet, wobei über jeden Kanal Sende- (Uplink-)
Informationen auf einem Frequenzband und Empfangs- (Downlink-) Informationen
auf einem separaten Frequenzband übertragen werden.
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Jeder
Kanal ist spezifiziert, in einer vorbestimmten Zeitdauer, Signalbündel bzw.
Burst genannt, auf einen vorgeschriebenen Leistungspegel zur Signalbündelübertragung
hochzufahren und auf einen vorgeschriebenen Leistungspegel herunterzufahren.
Daher umfasst ein Signalbündel
bzw. ein Burst eine Hochfahrphase oder einen -zyklus, eine operative
Phase oder einen operativen Zyklus, sowie eine Herunterfahrphase
oder einen -zyklus. GSM-Spezifikationen verlangen auch, dass die
Leistung zum Beginn und am Ende eines Signalbündels auf einem festgelegten
Minimalpegel sein muss, und dass der Übergang vom minimalen Leistungspegel auf
den endgültigen,
vorgeschriebenen Leistungspegel in einem festgelegten Zeitfenster
abgeschlossen sein muss. Der Zeitrahmen zum Hoch- und Herunterfahren
ist festgelegt, um die Erzeugung von instationären Seitenbändern und von Interferenz auf
benachbarten Kanälen
zu verringern.
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Der
Betrieb eines typischen Leistungssteuerkreises gliedert sich in
einen Modus offenen Regelkreises bzw. Steuerungsmodus und einen
Modus geschlossenen Regelkreises bzw. Regelungsmodus. Der Leistungssteuerkreis
arbeitet im Steuerungsmodus, bis die Ausgabe des Leistungsverstärkers einen vorbestimmten
Pegel erreicht hat, der als der Umschaltpunkt bezeichnet wird. Am
Umschaltpunkt wird unter Verwendung der Differenz eines zugeführten Bezugssignals
und der Ausgabe eines Detektors, der das Signal am Ausgang des Steuerkreises
abtastet, ein Fehlersignal erzeugt. Es wird ein Integrator verwendet,
um aus dem Fehlersignal eine Steuerspannung zu erzeugen, die zum
Steuern eines variablen Dämpfungsglieds
als eine Einrichtung zum Steuern von Leistungspegeln beim Hoch-
bzw. Herunterfahren und während Übertragungssignalbündeln verwendet
wird.
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1(a) stellt einen Graph der Leistungsausgabe eines
Leistungsverstärkers
dar, der durch einen herkömmlichen
Leistungssteuerkreis gesteuert wird. Während des Hochfahrens, Abschnitt
A, steigt die Leistungsausgabe auf den angemessenen Pegel an. Während Übertragung
oder Betrieb, Abschnitt B, wird die Leistungsausgabe vom Leistungssteuerkreis im
Wesentlichen stabil gehalten. Während
des Herunterfahrens, Abschnitt C, nimmt die Leistungsausgabe ab.
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Ein
Nachteil herkömmlicher
Leistungssteuerkreise ist gemäß 1(b) veranschaulicht. 1(b) stellt
einen Graph der Leistungsausgabe eines Leistungsverstärkers dar,
der ein gemäß einer
Modulation mit nicht konstanter Einhüllenden moduliertes Signalbündel wie
etwa ein AM-Signalbündel überträgt. Wie
gemäß 1(a) steigt die Leistungsausgabe während des
Hochfahrens bzw. -tastens, Abschnitt A, auf den angemessenen Pegel
an. Während
der Übertragung,
Abschnitt B, schwankt die Leistungsausgabe jedoch im Einklang mit
der Amplitude des gerade übertragenen
Signals. Während
des Herunterfahrens bzw. -tastens, Abschnitt C, nimmt die Leistungsausgabe
ab. Eine herkömmliche
Leistungssteuerung würde
dazu tendieren, die Leistungsschwankungen infolge des AM-Signalbündels auszugleichen.
Eine derartige Situation ist für
fortgeschrittene bzw. hochentwickelte drahtlose Übertragungen unter Verwendung
von AM nicht akzeptabel. Eine bekannte Lösung, die eine Verwendung eines
herkömmlichen
Leistungssteuerkreises mit Amplitudenmodulationsübertragungen ermöglicht,
besteht darin, einen Abtast- und Haltekreis an den Leistungssteuerkreis anzufügen. Während des
Hoch- bzw. Herunterfahrens werden Leistungspegel abgetastet und
der Pegel wird während
eines AM-Signalbündels
stabil gehalten. 1(b) veranschaulicht jedoch
einen Nachteil dieses Ansatzes, wenn er auf fortgeschrittene bzw.
hochentwickelte Modulationsschemata angewandt wird, bekannt als
Verstärkungsschieflage. Eine
Verstärkungsschieflage
kann während
eines Übertragungssignalbündels auftreten. 1(b) stellt den Verstärkungsschieflageeffekt dar,
wobei der erwartete Verstärkungspegel
am Ende des Signalbündels
und der tatsächliche
Verstärkungspegel
infolge einer Verstärkungsschieflage
am Ende eines Signalbündels
gezeigt ist. Der Abtast- und Halteschaltkreis einer herkömmlichen
Leistungssteuerung arbeitet nach einer Annahme, dass sich der Gewinn
bzw. die Verstärkung
während
eines Signalbündels
nicht verändert,
und versucht nicht, eine Verstärkungsschieflage
während
des Signalbündels
auszusteuern.
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Aufgrund
der Probleme, die beim Leistungssteuerkreis infolge einer Modulation
mit nicht konstanter Einhüllenden
auftreten, war es bei Methoden gemäß dem Stand der Technik im
Allgemeinen nur möglich,
während
des operativen bzw. Betriebszyklus im Steuerungsmodus zu arbeiten,
oder während des
operativen bzw. Betriebszyklus nur eine sehr geringe Steuerkreis-Bandbreite
zu verwenden. Die letztgenannte Lösung führt zu zwei speziellen Problemen.
Erstens ist der Leistungssteuerkreis nicht in der Lage, Gewinn-
bzw. Verstärkungsschwankungen über das
Signalbündel
hinweg zu korrigieren. Zweitens können bestimmte Datenmuster
aufgrund der langsamen Mittelwertbildung am Ende des Signalbündels Ausgleichs-
bzw. Einschwingvorgänge
verursachen, wenn die Schleifenbandbreite gerade vor dem Herunterfahren
wieder hergestellt wird.
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Die
internationale Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO-01/03292
offenbart eine bekannte Methode, die auf eine Verbesserung einer
Leistungssteuerung bei Systemen gerichtet ist, die eine Modulation
mit nicht konstanter Einhüllenden
einsetzen. Die Leistungssteuerungsfunktion basiert auf der Verwendung
eines Abtast- und Haltekreises. Während des Hochfahrens wird
ein am Ausgang des Verstärkers
erfasster Leistungspegel mit einem Bezugssignal verglichen, um ein
Fehlersignal zu ergeben, das zur Dämpfung des Ausgabesignals verwendet
wird. Während
der Signalbündelphase
wird der am Ausgang des Verstärkers
erfasste Leistungspegel mit dem modulierten HF-Signal verglichen,
das zu übertragen
ist, um das zur Dämpfung
des Ausgabesignals verwendete Fehlersignal zu ergeben. Daher arbeitet
der Steuerkreis während
des Signalbündels
hinsichtlich des Bezugssignals eigentlich in einem Steuerungsmodus,
wobei zum Erzeugen des Schleifenfehlersignals ein skaliertes Einhüllendensignal
verwendet wird.
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Ein
potentielles Problem bei der gemäß der WO-01/03292
offenbarten Methode besteht darin, dass mit dem Abtast- und Haltekreis ein
kleiner Versatz bzw. Offset verbunden sein kann. Daher kann während einer
Umschaltung eine kleine Differenz im Steuersignal vorliegen, das
zur Dämpfung
des Ausgabesignals verwendet wird. Diese kann bei Umschaltung zwischen
der Hochfahrperiode und der operativen Periode in eine Störung im
Ausgabesignal umgesetzt werden.
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Es
ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Leistungssteuerkreis
bereitzustellen, der zur Verwendung im Umfeld einer Modulation mit
nicht konstanter Einhüllenden
geeignet ist, aber der alle Vorteile eines standardmäßigen Leistungssteuerkreises
beibehält.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung stellt eine Methode zur Senderleistungssteuerung bereit,
die Modulationseigenschaften bewahrt und die daher insbesondere
vorteilhaft ist, wenn sie bei Systemen mit nicht konstanten Modulationsschemata
eingesetzt wird. Diese Verbesserung wird durch ein Verknüpfen des
Leistungspegelsteuersignals mit der Modulationseinhüllenden des
modulierten HF-Trägersignals
während
eines Übertragungssignalbündels erreicht.
Eine weitere Verbesserung kann durch Verringerung der Bandbreite
des Steuersystems während
des Signalbündels
erzielt werden.
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Demnach
ist gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung ein Steuerungsverfahren in einem Leistungssteuerkreis
bereitgestellt, mit den Schritten: Verstärken eines Modulationssignals
mit nicht konstanter Einhüllenden,
um dadurch ein Ausgabesignal zu erzeugen; Verknüpfen eines Leistungspegelsteuersignals
mit einem Signal, das die Modulationseinhüllende darstellt; Vergleichen
des verknüpften
Signals mit einem Signal, das den Leistungspegel des Ausgabesignals
darstellt, um dadurch ein Vergleichssignal zu erzeugen; und Dämpfen des
verstärkten
Signals in Abhängigkeit
von dem Vergleichssignal.
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Der
Leistungssteuerkreis kann zumindest einen Hochfahrzyklus und einen
operativen Zyklus aufweisen. Während
des operativen Zyklus kann die Bandbreite des Leistungssteuerkreises
verringert werden. Das Verfahren kann während aller Zyklen des Leistungssteuerkreises
implementiert werden. Der Leistungssteuerkreis kann zusätzlich einen
Herunterfahrzyklus umfassen.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die Methode der Erfindung während
aller Betriebsphasen angewandt und nicht nur während des Signalbündels. Folglich
wird die Methode während der
Hochfahrphase verwendet. An sich leidet die Erfindung nicht unter
den Nachteilen der Methode des Stands der Technik gemäß der WO-01/03292,
wie sie hierin vorstehend erörtert
sind.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Steuerungsverfahren in
einem Leistungssteuerkreis bereit, mit den Schritten: Hochfahren
eines Ausgabesignals während
eines ersten Zyklus; und Beibehalten eines im Wesentlichen konstanten Ausgabesignals
während
eines zweiten Zyklus, wobei das Verfahren in dem ersten und dem
zweiten Zyklus zusätzlich
die Schritte aufweist: Verstärken
eines Modulationssignals mit nicht konstanter Einhüllenden,
um dadurch ein Ausgabesignal zu erzeugen; Verknüpfen eines Leistungspegelsteuersignals
mit einem Signal, das die Modulationseinhüllende darstellt; Vergleichen
des verknüpften
Signals mit einem Signal, das den Leistungspegel des Ausgabesignals darstellt,
um dadurch ein Vergleichssignal zu erzeugen; und Dämpfen des
verstärkten
Signals in Abhängigkeit
von dem Vergleichssignal.
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Die
Erfindung stellt gemäß einem
weiteren Aspekt ferner einen Leistungssteuerkreis bereit, mit: einem
Verstärker
zum Verstärken
eines Modulationssignals mit nicht konstanter Einhüllenden,
um dadurch ein Ausgabesignal zu erzeugen; einer Verknüpfungseinrichtung
zum Verknüpfen
eines Leistungspegelsteuersignals mit einem Signal, das die Modulationseinhüllende darstellt;
einem Vergleicher zum Vergleichen des verknüpften Signals mit einem Signal,
das den Leistungspegel des Ausgabesignals darstellt, um dadurch
ein Vergleichssignal zu erzeugen; und einen Dämpfungsglied zum Dämpfen des zu
verstärkenden
Signals in Abhängigkeit
von dem Vergleichssignal.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1(a) veranschaulicht einen Graph der Leistungsausgabe
eines Leistungsverstärkers,
der von einem herkömmlichen
Leistungssteuerkreis gesteuert wird;
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1(b) veranschaulicht einen Graph der Leistungsausgabe
eines Leistungsverstärkers,
der ein gemäß einer
Modulation mit nicht konstanter Einhüllenden moduliertes Signal überträgt; und
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2 veranschaulicht
ein Blockschaltbild eines Leistungssteuerkreises gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Beschreibung
eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Leistungssteuersystems gemäß der Erfindung
ist gemäß 2 gezeigt.
Das Leistungssteuersystem umfasst ein variables Dämpfungsglied 500,
einen Leistungsverstärker 502,
einen eine Diode aufweisenden Detektor/Linearisierer 528,
einen durch Widerstände 506 und 526 gebildeten
Vergleicher, einen Mischer 504, einen Operationsverstärker 510 und
Widerstand 508 aufweisenden Fehlerverstärker, einen Widerstand 512 und
Schalter 516 aufweisenden Bandbreitenschalter, ein Schleifenfilter,
das Operationsverstärker 522,
Widerstand 518 und Kondensator 520 aufweist, und
einen Puffer bzw. Entkoppler 524.
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Das
variable Dämpfungsglied 500 empfängt als
eine erste Eingabe auf Leitung 530 ein zu übertragendes
moduliertes HF-Trägersignal.
Wie hierin nachstehend ausführlicher
beschrieben wird empfängt
das variable Dämpfungsglied
als eine zweite Eingabe auf Leitung 540 ein Dämpfungsglied-Steuersignal. Das
modulierte HF-Trägersignal
wird nach einer Dämpfung
im variablen Dämpfungsglied 500 an den
Leistungsverstärker 502 angelegt.
Auf Leitung 536 wird dann ein verstärktes Ausgabesignal erzeugt.
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Der
Mischer 504 empfängt
als eine erste Eingabe auf Leitung 532 ein Leistungspegelsteuersignal Vc
und als eine zweite Eingabe auf Leitung 534 das Einhüllendensignal
des modulierten HF-Trägers.
Das Signal Vc wird in einem digitalen ASIC erzeugt, der alle Steuersignale
für den
Sender bereitstellt. Die Modulationseinhüllende, bereitgestellt auf
Leitung 534, wird ebenfalls in einem derartigen digitalen
ASIC erzeugt. Der ASIC enthält
vorzugsweise den Modulator, und daher ist es einfach, ein Einhüllendensignal der
Modulation direkt zu erzeugen.
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Die
Signale auf Leitungen 532 und 534 – Vc und
die Modulationseinhüllende – sind vorzugsweise beides
digitale Worte. Das Signal Vc(e) auf Leitung 544 kann erzeugt
werden, indem die Ausgabe vom Mischer in einen Digital-Anlaog-Wandler
geleitet wird, um eine analoge Spannung zu erzeugen. Eine derartige
Implementierung ist bevorzugt, weil es relativ einfach ist, den
Mischprozess digital zu implementieren. Prinzipiell ist es möglich, die
Erzeugung von Vc(e) unter Verwendung eines Mischprozesses zu implementieren,
falls sowohl Vc als auch die Modulationseinhüllende analoge Größen sind.
In einem solchen Fall könnte
die Modulationseinhüllende
durch Erfassung der Amplitude des modulierten Trägers auf ZF oder HF erzeugt
werden. Ein Erzeugen von Vc(e) durch Verarbeitung digitaler Größen ist
jedoch klar effizienter als eine Verwendung analoger Größen.
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Der
Mischer 504 multipliziert das Leistungspegelsteuersignal
Vc mit dem Einhüllendensignal und
erzeugt auf Leitung 544 so ein gemischtes Pegelsteuersignal
Vc(e). Die Einhüllende
des gemischtes Pegelsteuersignals Vc(e) verfolgt die Einhüllende des
modulierten HF-Trägers.
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Das
gemischtes Pegelsteuersignal Vc(e) auf Leitung 544 wird
am Eingang des Fehlerverstärkers mit
dem erfassten Spannungspegel Vdet auf Leitung 542 verglichen.
Die Fehlerverstärkerausgabe
wird verstärkt
und über
den Bandbreitenschalter, das Schleifenfilter und den Puffer bzw.
Entkoppler an einen Steuereingang des HF-Dämpfungsglieds 500 mit variabler
Verstärkung
angelegt. Die Fehlerverstärkerausgabe
stimmt so den Senderausgangspegel auf Leitung 536 an.
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Das
Leistungspegelsteuersignal Vc wird zu Beginn und am Ende jedes Zeitschlitzes
hoch- bzw. heruntergefahren und stellt den durchschnittlichen HF-Leistungspegel
während
des Signalbündels
ein. Der Wert von Vc am Eingang zum Mixer 532 stellt den
durchschnittlichen HF-Pegel ein. Aufgrund der Verwendung des Modulationseinhüllenden-Signals am Eingang
zum Mischer 504 wird die Durchschnittsleistung gesteuert,
ohne die Modulationseinhüllende zu
verzerren.
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Aufgrund
der Funktion des Mischers 504 verfolgt der Momentanwert
des Leistungspegelsteuersignals die Einhüllende des modulierten HF-Signals, und
es ist daher eine Leistungssteuerung mit geschlossenem Regelkreis
ohne Verzerrung der HF-Modulationseinhüllenden möglich. Die Methode der Erfindung
ist daher insbesondere bei Systemen vorteilhaft, die Methode nicht
konstanter Modulation einsetzen, wie etwa EDGE-Systeme.
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Für einen
korrekten Betrieb sollte eine geringfügige Zeitdifferenz zwischen
der Einhüllenden des
gemischten Pegelsteuersignals Vc(e) und der Modulationseinhüllenden
des HF-Trägers
bestehen. Bei praktischen Systemen kann ein Zeitfehler jedoch verursachen,
dass der Steuerkreis die HF-Trägereinhüllende verzerrt.
Um sicherzustellen, dass sich eine derartige Verzerrung nicht ergibt,
wird der Bandbreitenschalter beim bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung während
des aktiven Teils des Signalbündels „geöffnet", wodurch die Steuerkreis-Bandbreite
verringert wird. Bei niedrigeren Bandbreiten wird die Auswirkung
der Zeitdifferenzen auf den Steuerkreis reduziert.
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Daher
wird die Steuerkreis-Bandbreite beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
während
des nutzbaren Teils des Signalbündels
verringert, was die Empfindlichkeit des Steuerkreises gegenüber in praktischen
Systemen vorhandenen Zeitdifferenzen begrenzt. Beim bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das gemäß 2 dargestellt
ist, verringert der Bandbreitenschalter die Empfindlichkeit des Steuerkreises
gegenüber
Zeitdifferenzen. Daher verbessert die Verwendung des Bandbreitenschalters
in Wirklichkeit die Leistungsfähigkeit
bzw. Wirkungsweise des Steuerkreises, bei dem Zeitdifferenzen existieren.
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Die
minimale Steuerkreis-Bandbreite, die erforderlich ist, um das Hochfahren
und das Herunterfahren des Leistungspegelsteuersignals (zu Beginn und
am Ende des Signalbündels)
zu verfolgen, beträgt
ungefähr
50 kHz. Aufgrund von Schwankungen der Schleifenbandbreite über den
Arbeitsbereich des variablen Dämpfungsglieds
werden Systeme typischerweise mit einer maximalen Bandbreite von
200 kHz bis 300 kHz entworfen. Die empfohlene Schleifenbandbreite
während
des Signalbündels
beträgt ungefähr 10 kHz,
womit ein Bandbreiten-Verringerungsverhältnis von
20 implementiert ist.