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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Hochfrequenzsignalübertragung
und betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Senden von Hochfrequenzsignalen,
die Leistungsverstärkungsmittel
umfasst, die dazu vorgesehen sind, die Leistung eines am Eingang
der Verstärkungsmittel
empfangenen Hochfrequenzsignals zu verstärken, und Mittel zum Steuern
des Verstärkungsfaktors
der Verstärkungsmittel
umfasst, um den Verstärkungsfaktor
in der Weise zu regulieren, dass die Leistung des Ausgangssignals
der Verstärkungsmittel
gegen einen gewünschten
Nennwert strebt.
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In
einem Telekommunikationssystem, das ein mobiles Endgerät mit einer
Basisstation verbindet, muss eine Mindestvermittlungsgüte sichergestellt
sein. Diese Bedingung erfordert beispielsweise im Fall einer Übertragung
von Digitalsignalen, dass die Bitfehlerrate stets kleiner als eine
erforderliche Rate ist. Um diese Bedingung beim Empfang zu erfüllen, wird
sich fortwährend
versichert, dass der Störabstand
größer als
ein vorgegebener Wert ist.
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Die
Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, besteht darin, jeder
Nachrichtenverbindung von dem Endgerät zu der Basisstation, die
ihm zugeeignet ist, eine Leistungsressource zuzuteilen, die derart
beschaffen ist, dass diese Leistung genau ausreicht, damit der Störabstand
den Spezifikationen genügt.
Folglich werden die Nachrichtenverbindungen die erforderliche Vermittlungsgüte aufweisen,
die eine Bitfehlerrate gewährleistet,
die niedriger als ein im Voraus festgelegter Grenzwert ist, ohne übermäßig viel
Energie zu verbrauchen. Die gesendete Leistung soll nämlich genau
jene sein, die erforderlich ist, denn die in dem Endgerät verfügbare Energie
ist begrenzt.
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Um
ein Hochfahren der Leistung des zu sendenden Signals zu ermöglichen,
ist das mobile Endgerät mit
einem Leistungsverstärker
(engl. power amplifier) versehen. Bei einer Kommunikation hat dieser
Leistungsverstärker
zur Aufgabe, eine Leistung auszusenden, die dafür ausreicht, dass die entsprechende
Basisstation gemäß den geltenden
Spezifikationen korrekt empfangen kann. Wenn sich diese Basisstation
beispielsweise in einer solchen Entfernung von dem Endgerät befindet,
dass sie wenige oder keine Kommunikationsinformationen von dem Endgerät empfängt, sendet
die Station eine Mitteilung an das Endgerät, dass es mit einer höheren Leistung
senden soll, die durch die Station festgelegt ist.
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Eine
Korrespondenztabelle, die beispielsweise in einem Speicher des Endgeräts aufgezeichnet
ist, stellt eine Korrespondenz zwischen dieser zu sendenden Leistung
und einem im Voraus festgelegten Wert her. Das zu sendende Signal
wird an den Eingang des Verstärkers
geliefert, und eine Schleife greift dann das Ausgangssignal des
Leistungsverstärkers
ab, um es mit dem im Voraus festgelegten Wert zu vergleichen. Solange dieser
nicht erreicht ist, wirkt der Komparator auf den Leistungsverstärker ein,
um seine Ausgangsverstärkung um
Inkremente zu erhöhen.
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Nun
unterscheidet sich aber das Hochfahren der Leistung des Verstärkers von
einem Verstärker
zum nächsten
je nach den Bauelementen, aus denen er aufgebaut ist, der Drift,
die er erfahren kann...
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Dieser
Tatbestand muss jedoch in zeitliche Schemata passen, die in Spezifikationen
definiert sind und Grenzen vorschreiben, in denen der Leistungsanstieg
des Verstärkers
liegen muss. Folglich kann, wenn das Hochfahren der Leistung zu
langsam erfolgt, ein Informationsverlust auftreten, während ein
zu schnelles Hochfahren der Leistung eine breite Belegung des Spektrums
hervorrufen würde,
die auf Kosten von Kommunikationen anderer Endgeräte gehen
würde.
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Wie
soeben zum Ausdruck gebracht wurde, dauert folglich bei den Endgeräten des
Standes der Technik das Hochfahren der Leistung des Leistungsverstärkers eine
Zeit, die nicht nur unbestimmbar ist, sondern auch zu lang sein
kann, um der geforderten Vermittlungsgüte zu genügen.
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Die
vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, dem oben dargestellten Problem
im Endgerät
abzuhelfen, und zielt deshalb auf ein schnelles Erreichen der gewünschten
Leistung im Anschluss an einen Stimulus des Eingangssignals an dem
festgelegten Eingang des Leistungsverstärkers ab.
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Aus
dem Dokument
EP 0 434 294 ist
eine Vorrichtung zum Senden von Hochfrequenzsignalen bekannt, die
Folgendes umfasst: Leistungsverstärkungsmittel, die dazu vorgesehen
sind, die Leistung eines am Eingang der Verstärkungsmittel empfangenen Hochfrequenzsignals
zu verstärken,
Mittel zum Steuern des Verstärkungsfaktors
der Verstärkungsmittel,
die an einen Steuereingang für
eine Vorspannung der Leistungsverstärkungsmittel ein Steuersignal
liefern, um den Verstärkungsfaktor
in der Weise zu regulieren, dass die Leistung des Ausgangssignals
der Leistungsverstärkungsmittel
gegen einen gewünschten
Nennwert strebt, wobei die Steuermittel dadurch arbeiten, dass sie
ein aus einem Messsignal der Ausgangsleistung der Verstärkungsmittel
erhaltenes Befehlssignal mit dem gewünschten Nennwert vergleichen,
um das Steuersignal zu liefern, das dazu bestimmt ist, die Entwicklung
des Verstärkungsfaktors
der Verstärkungsmittel
zu steuern. Gemäß der vorliegenden
Erfindung weist die Vorrichtung außerdem die Merkmale auf, die
im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 spezifiziert sind.
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Folglich
ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung,
die Einstellmittel umfasst, die von der Rückführungsschleife des Standes
der Technik verschieden sind und schneller auf das Eingangssignal
des Leistungsverstärkers
reagieren, schneller einen gewünschten
Leistungspegel beim Senden zu erreichen. Die Übertragungsfunktion des Leistungsverstärkers ist
in diesem Sinne abgewandelt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthalten die Einstellmittel nur passive Elemente. Folglich kann
das Ansprechen auf einen Eingangssignalstimulus nur sehr wenig driften,
wohingegen die üblichen
Steuermittel aktive Elemente enthalten, deren Ansprechverhalten
driften kann.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthalten die Einstellmittel eine Widerstandsbrücke.
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Gemäß einer
Ausführungsform
enthalten die Einstellmittel eine RC-Integratorschaltung.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist die erfindungsgemäße Vorrichtung
in ein digitales Gerät
integriert, das zu der Gruppe {Mobiltelephon, persönlicher
digitaler Assistent, tragbarer Rechner} gehört.
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Die
Erfindung wird besser verstanden beim Lesen der folgenden Beschreibung
und beim Prüfen
der Figuren, die ihr beigefügt
sind. Diese sind nur als Hinweis dienend gegeben und keineswegs
die Erfindung einschränkend.
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Es
zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 die
Kurven der Spannung an den Anschlüssen der Einstellmittel sowie
an den Anschlüssen
des Verstärkers
mit den Einstellmitteln und ohne die Einstellmittel.
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Die
in 1 gezeigte Vorrichtung 1 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist so dargestellt, dass die verschiedenen funktionsbeteiligten
Komponenten der Erfindung hervorgehoben sind.
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Ein
Leistungsverstärker 2 empfängt ein
Eingangssignal Sin, das verstärkt
werden soll. Dieses Signal kommt von vorgeschalteten Verarbeitungsblöcken. Beispielsweise
wird bei einem Mobiltelephon die Sprache, die als Schallwellen übertragen
wird, in ein Analogsignal und dann in ein Digitalsignal umgesetzt.
Dieses Letztere erfährt
eine Modulation, dann eine Frequenzumsetzung, die das Signal im
Basisband auf eine höhere
Frequenz bringt. Wie oben deutlich geworden ist, muss dieses Signal
eine Leistungsverstärkung
erfahren, um von der nicht gezeigten Basisstation, mit der kommuniziert
werden soll, empfangen zu werden.
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Das
Ausgangssignal Sout des Verstärkers
wird dann zu einer Antenne 3 für die Verbindung zur Basisstation
geleitet.
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Außerdem wird
das Signal Sout an eine Schleife 4 übertragen, mittels eines ihrer
Zweige über
einen Ausgang 6 des Verstärkers, der das Signal Sout
ausgibt.
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Die
Schleife 4 ist auch an einen Eingang 5 des Verstärkers angeschlossen,
wobei es sich um den Eingang handelt, der die Steuerung der Vorspannung
des Verstärkers
empfängt.
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Das über den
Knotenpunkt 6 in die Schleife gelangende Signal Sout wird
an eine Erfassungsschaltung 7 zum Erfassen der Ausgangsleistung
des Verstärkers 2 übertragen.
Diese Erfassungsschaltung ist einerseits mit ihrem Ausgang mit einem
Summierer 8 verbunden, andererseits mit einem Mikro controller 9,
dessen Rolle im Folgenden erläutert
wird. Ein weiterer Eingang des Summierers empfängt ein Signal, das vom Ausgang
einer Einstellschaltung 10 kommt, die eine R1C1-Dämpfungsschaltung
umfasst.
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Ein
Ausgang des Summierers, der die Spannungen an seinen Eingangsanschlüssen summiert,
ist mit einem ersten Eingang eines an sich bekannten Komparatorblocks 11 verbunden.
Dieser Block umfasst auf herkömmliche
Wiese zwei Widerstände
R, wovon der eine mit dem ersten Eingang verbunden ist bzw. mit
einem Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 12 verbunden
ist, während
der zweite Widerstand R mit einer Kapazität 13' verbunden ist. Das andere Ende
dieser Kapazität
ist mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 12 verbunden.
Der andere Eingangsanschluss des Verstärkers ist mit Masse verbunden.
Der zweite Widerstand ist mit seinem anderen Ende mit einem zweiten
Eingangsanschluss des Blocks 11 verbunden. Dieser zweite
Eingangsanschluss ist mit einem Ausgang eines Digital-Analog-Umsetzers 14 verbunden,
dessen Eingang mit einem Ausgang des Mikrocontrollers 9 verbunden
ist. Dieser Letztere ist außerdem
mit einem Speicher 15 verbunden.
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Der
Ausgang des Verstärkers 12 ist
mit dem Ausgang 13 des Komparatorblocks 11 verbunden.
Der letztere Ausgang ist einerseits an den Eingang der Schaltung 10 angeschlossen
und andererseits an den Eingang 5 zum Steuern der Vorspannung
des Leistungsverstärkers 2.
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Die
Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung
arbeitet folgendermaßen:
Wenn
das Endgerät,
das die erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst, in der Sendebetriebsart ist, wird dem Eingang des Verstärkers 2 ein
zu verstärkendes
Signal Sin zugeführt.
Der Verstärker
wird dann dieses Signal datenblockweise verstärken (vor allem, um jegliche
Erwärmung
zu vermeiden). Die Norm definiert untere und obere Bereiche für die Änderung
dieser Leistung im Laufe der Zeit, die folglich die Vorgaben der
Norm bilden.
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Wenn
das Endgerät
beispielsweise mit 33 dBm senden soll, greift die Erfassungsschaltung 7 das
Signal Sout ab und liefert es an den Mikrocontroller 9.
Der Speicher 15 umfasst zudem eine Korrespondenztabelle,
die eine Korrespondenz zwischen mehreren Sendeleistungswerten und
mehreren Di gitalwerten herstellt. Im vorliegenden Fall entspricht
folglich der Sendeleistung von 33 dBm ein im Voraus festgelegter
Digitalwert. Dieser Wert wird durch den Umsetzer 14 in
ein analoges Referenzsignal überführt, indem
er eine Referenzspannung Vref an einen der Eingangsanschlüsse des
Komparatorblocks 11 anlegt.
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Solange
die Spannung Vpe am zweiten Eingangsanschluss des Komparatorblocks 11 niedriger
als Vref am ersten Anschluss ist, gibt der Block 11 über seinen
Ausgang 13 eine positive und ansteigende Spannung Vcont
ab, sodass auf die Vorspannung des Verstärkers 2 und auf die
Spannung an den Anschlüssen
des Blocks 10 eingewirkt werden kann. Aufgrund der Ansprechzeiten
des Blocks 10 und des Leistungsverstärkers 2 spricht der
Block 10 zuerst auf den Sollwert Vcont an (der Block 10 ist
schneller und Vatt ändert
sich zuerst), dann spricht der Verstärker 2 auf den Einstellwert
an (langsamer ansprechend; folglich ändert sich Vdet danach), wie
im Folgenden zu sehen sein wird. Die Antwort Vpe verändert sich
folglich mit einer Ansprechzeit, zunächst unter der Wirkung von
Vatt, dann unter der kumulierten Wirkung von Vdet + Vatt, bis Vref
erreicht ist.
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Wie
weiter oben erläutert
worden ist, wird gemäß dem Stand
der Technik nur der Komparatorblock 11 in der Schleife
angeordnet, um die gewünschte
Leistung einzustellen. Bei dieser Konfiguration des Standes der
Technik ist jedoch der Block 11 nur der Steuerung durch
das Ausgangssignal Sout des Leistungsverstärkers unterworfen. Was den
Leistungsverstärker
mit aktiven Elementen, dessen Frequenzgang und/oder Ansprechzeit
sich verändern
kann, betrifft, so geht aus der Einleitung der vorliegenden Patentanmeldung
hervor, dass dann, wenn das Ansprechen des Leistungsverstärkers nicht
schnell genug erfolgt, das Signal am Ausgang den Block 11 nicht
schnell genug steuern wird.
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Gemäß der Erfindung
wird dieses Problem durch das R1C1-Glied gelöst, das eine Übertragungsfunktion
mit der Zeitkonstante 1/(1
+ jR1C1w)hat, die dafür
ausgelegt ist, eine zusätzliche
Spannung am Summierer 8 einzubringen, damit die Spannung Vpe
schneller und unabhängig
von den aktiven Elementen des Verstärkers 2 verstärkt wird.
Um wirksam zu sein, muss die Impulsantwortzeit des Filterglieds
aus R1 und C1 kürzer
als die Ansprechzeit des Leistungsverstärkers sein.
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Somit
ist die Spannung Vcont am Ausgang des Komparators 11, im
Vergleich zu einer Spannung Vdet ohne die Spannung Vatt, ebenfalls
verstärkt,
was den Leistungsverstärker
beeinflusst, ein Signal Sout mit höherer Leistung auszugeben,
dessen Verstärkung
größer ist,
als wenn das R1C1-Glied nicht vorhanden wäre.
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2 veranschaulicht
den Vorteil einer derartigen Schaltung. Es ist gezeigt, wie sich
die drei Spannungen Vdet, Vatt und Vpe während der Anlaufphase des Sendens
eines Signals am Eingang des Leistungsverstärkers verändern, bis der stationäre Zustand
erreicht ist. So zeigt eine erste Kurve
16 die Veränderung der
Spannung Vdet, die am Ausgang des Leistungsverstärkers erfasst wird. Eine zweite
Kurve
17, welche die Veränderung der Spannung Vatt des
R1C1-Glieds angibt, steigt, wie gezeigt ist, mit einer kürzeren Ansprechzeit,
verglichen mit der Kurve
16. Somit nimmt die Spannung Vpe,
Kurve
18, die die Summe der beiden letzteren Spannungen
ist, viel schneller als die Spannung Vatt zu. Dies ist auf das Hinzufügen des
R1C1-Glieds zurückzuführen, wie
anhand der neuen Übertragungsfunktion
der Gesamtheit klar wird, die wie folgt geschrieben werden kann:
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Selbstverständlich ist
die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt. So
kann anstelle der R1C1-Integratorschaltung oder zusätzlich zu
dieser eine Widerstandsbrücke
angeordnet werden. Die Vorrichtung 1 ist insbesondere dafür ausgelegt,
in ein digitales Gerät
integriert zu werden, das zu der Gruppe {Mobiltelephon; persönlicher
digitaler Assistent; tragbarer Rechner} gehört.
