DE69505024T2

DE69505024T2 - Verfahren zur Steuerung der Vorspannung eines Verstärkers

Info

Publication number: DE69505024T2
Application number: DE69505024T
Authority: DE
Inventors: Frederic F-75017 Paris Gourgue; Veronique F-75017 Paris Soula
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1994-02-11
Filing date: 1995-02-08
Publication date: 1999-04-01
Anticipated expiration: 2015-02-09
Also published as: ES2124973T3; ATE171827T1; DE69505024D1; AU1136295A; EP0667675B1; EP0667675A1; JPH07326938A; AU690175B2; CA2141981A1; TW278275B; KR950035048A; FR2716313A1; US5625322A; FR2716313B1

Description

Das Gebiet der Erfindung ist das der Verstärker und insbesondere der Leistungsverstärker, die bei Ultrahochfrequenz verwendet werden, deren Ausgangsleistung variabel ist und deren Sendefrequenzband vorbestimmt ist (man spricht auch von einem zugewiesenen Kanal).
Die Druckschrift EP-A-0 566 406 erwähnt einen Verstärker, dessen Leistungspegel reguliert wird.
Solche Verstärker werden beispielsweise bei den zellulären Funksystemen und insbesondere bei den GSM (mobile spezielle Gruppe (Groupe Special Mobile)) und TETRA-Systemen (transeuropäischer, in Kanäle zerlegter Funk (Trans-European Trunked Radio) verwendet, bei denen jeder Mobilstation ein Übertragungskanal zugeordnet ist (d. h. ein Frequenzband).
So muß zum Beispiel bei jeder Mobilstation des GSM-Systems ein Verstärker ein verstärktes Signal in dem Kanal senden, der ihm zugewiesen ist, wobei die Ausgangsleistung mit Schritten von 2 dB über einen Bereich von wenigstens 24 dB variiert, um eine optimale Funktion des Systems zu gestatten.
Ein weiteres Beispiel ist das TETRA-System, bei dem ein Verstärker ebenfalls auf dem Kanal, der ihm zugewiesen ist, ein verstärktes Signal senden muß, aber wo die Ausgangsleistung mit Schritten von 5 dB zwischen der (für die Mobilstation) vorgesehenen maximalen Leistung und 15 dBm variiert.
Es ist bekannt, daß die bei Ultrahochfrequenzen verwendeten Verstärker Transferfunktionen haben, die Nichtlinearitäten zeigen, die um so stärker sind, als der Ausgangsleistungspegel erhöht ist. Diese Nichtlinearitäten übertragen sich durch das Auftreten von Intermodulationsprodukten, die das Spektrum der verstärkten Signale verbreitern.
Nun ist aber diese spektrale Verbreiterung für die gute Funktion des Funksystems nachteilig, bei dem die Verstärker eingesetzt werden. In der Tat bedeutet das, daß das verstärkte Signal aus dem Kanal austritt, der ihm zugewiesen ist (Außerbandsendung) und für die benachbarten Kanäle ein Störsignal darstellt.
So ist bei Anwendungen im Mobilfunk der maximale Außerbandsendepegel (d. h. der maximale Störsendepegel) vorgeschrieben und auferlegt, um die Interferenzen zwischen den Kanälen einzuschränken und die gute Funktion des Mobilfunksystems zu gewährleisten.
Es sind mehrere Lösungen bekannt, die das Senden außerhalb des Bandes eines Verstärkers einzuschränken gestatten.
Eine erste bekannte Lösung besteht in der Verwendung des Verstärkers weit unterhalb seiner Kapazität, um dauernd in einem linearen Bereich zu arbeiten (die Nichtlinearität äußerst sich um so weniger als der Leistungspegel niedrig ist). Das kommt beispielsweise für einen Verstärker, der geeignet ist, eine maximale Leistung von 100 W zu liefern, darauf zurück, daß er für diese maximale Leistung polarisiert aber nur für eine Leistung von 10 W verwendet wird. Mit anderen Worten, der Verstärker wird so polarisiert, daß die Linearitätszwänge für die maximale Sendeleistung beachtet werden und daß diese Polarisation beibehalten wird, welches auch immer die tatsächliche Sendeleistung ist.
Diese erste bekannte Lösung weist einen Hauptnachteil auf, nämlich seinen sehr geringen Wirkungsgrad in der Leistung (d. h. das Verhältnis zwischen der Leistung des HF-Signals am Ausgang und der Leistung des von der Quelle gelieferten Signals).
In der Tat schließt die Tatsache, den Verstärker unterhalb seiner Kapazität arbeiten zu lassen, einen erhöhten Verbrauch und eine große zu dissipierende Energiemenge und somit die Verwendung von Kühlern mit großen Größen und Gewichten ein, um diese Energie zu dissipieren. Nun ist ja bei den Funksystemen jede Mobilstation mit einer tragbaren Einrichtung verbunden, die batteriegespeist ist und einen Verstärker umfaßt. Folglich überträgt sich ein erhöhter Verbrauch der Verstärker durch eine Einschränkung der Autonomie der tragbaren Einrichtungen und erhöht die Verwendung von Kühlern mit großen Größen und Gewichten den Platzbedarf und das Gewicht der tragbaren Einrichtungen.
Eine zweite bekannte Lösung, die gestattet, die Außerbandsendungen eines Verstärkers einzuschränken, besteht darin, dem Verstärker eine Linearisierungseinrichtung zuzuordnen, die gestattet, die spektrale Verbreiterung einzuschränken. Diese zweite Lösung gestattet, den Wirkungsgrad in der Leistung zu verbessern, ohne ihn jedoch zu optimieren.
Schließlich ist es klar, daß es bevorzugt ist, einen guten Wirkungsgrad in der Leistung und eine gute Linearität zu haben. Aber diese beiden Größen sind entgegengesetzt, das Erhalten einer Linearität, die die Zwänge auf den Außerbandsendungen beachtet, erfolgt immer auf Kosten des Leistungswirkungsgrades.
Die Erfindung hat insbesondere die Aufgabe, diese verschiedenen Nachteile des Standes der Technik zu verringern.
Genauer ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung der Polarisation eines Verstärkers bereitzustellen, wobei diese Vorrichtung gestattet, durch Einstellung der Polarisation ein besseres Paar (Wirkungsgrad, Linearität) zu erhalten, welches auch immer der Ausgangsleistungspegel des Verstärkers ist.
Folglich hat die Erfindung insbesondere die Aufgabe, die Autonomie der tragbaren Einrichtungen zu verbessern, die einen solchen Verstärker umfassen, und entweder den Platzbedarf und das Gewicht dieser tragbaren Einrichtungen, wobei eine Verringerung der Größe der Kühler, die die Energiedissipation ausführen, gestattet wird, oder die Größe der verwendeten Batterien zu verringern.
Dieses Hauptziel sowie weitere, die im folgenden deutlich werden, werden erfindungsgemäß mit Hilfe einer Vorrichtung zur Steuerung der Polarisation eines Verstärkers des Typs erhalten, der ein zu verstärkendes Eingangssignal und ein Polarisationssignal empfängt und ein verstärktes Ausgangssignal liefert, wobei der Verstärker wenigstens zwei mögliche verschiedene Ausgangsleistungswerte besitzt und das verstärkte Ausgangssignal hauptsächlich in einem vorbestimmten Frequenzband sendet,
wobei die Vorrichtung Mittel zur Steuerung der Polarisation des Verstärkers umfaßt, die eine Linearitätskontrollinformation empfangen und das Polarisationssignal in Abhängigkeit von der Linearitätskontrollinformation erzeugt und so daß ein tatsächlicher Außerbandsendepegel im wesentlichen gleich einem gewünschten Außerbandsendepegel ist,
wobei der tatsächliche Außerbandsendepegel als Sendepegel des verstärkten Ausgangssignals außerhalb des Bandes der vorbestimmten Frequenzen definiert ist und der gewünschte Außerbandsendepegel als vorbestimmter maximaler Schwellenpegel der Außerbandsendung definiert ist, egal für welchen der möglichen verschiedenen Werte der Ausgangsleistung.
So ist es das Prinzip der Erfindung, ein gutes Paar (Wirkungsgrad, Linearität) aufrechtzuerhalten, welches auch immer der Ausgangsleistungspegel ist, bis der Wirkungsgrad optimiert und die Linearität immer ausreichend ist.
Mit anderen Worten: die Erfindung gestattet, die Polarisation des Verstärkers so zu modifizieren, daß, welches auch immer die Ausgangsleistung ist, der Außerbandsendepegel unter Beachtung der vorbestimmten Zwänge der Außerbandsendung maximal ist.
Unter Einstellung der Polarisation des Verstärkers versteht man die Einstellung der Polarisation von Transistoren dieses Verstärkers, d. h. die Regelung des statischen Arbeitspunktes und der Versorgungsspannungen dieser Transistoren.
Bei einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Linearitätskontrollinformation ein Wert der erforderlichen Ausgangsleistung unter den wenigstens zwei möglichen verschiedenen Werten der Ausgangsleistung, wobei Steuerungsmittel jedem der wenigstens zwei möglichen verschiedenen Werte der Ausgangsleistung ein Polarisationssignal zuordnen, wobei jedes unterschiedliche Polarisationssignal so vorbestimmt ist, daß für den Wert der Ausgangsleistung, dem es zugeordnet ist, der tatsächliche Außerbandsendepegel im wesentlichen gleich dem gewünschten Außerbandsendepegel ist.
So gestattet die Vorrichtung der Erfindung, in vorbestimmter Weise (in offener Schleife) den Arbeitspunkt des Verstärkers in Abhängigkeit vom Wert der erforderlichen Ausgangsleistung einzustellen. Dieser Wert der erforderlichen Ausgangsleistung kann von einem Element außerhalb der Vorrichtung (beispielsweise einer Mikrosteuerung, die die Funktion des Aufbaus überwacht) bereitgestellt werden. Die vorbestimmte Einstellung des Arbeitspunktes besteht darin, unter einer Vielzahl von vorbestimmten, verschiedenen Polarisationssignalen dasjenige auszuwählen, das mit dem Wert der erforderlichen Ausgangsleistung verbunden ist. Die Verbindung eines verschiedenen Polarisationssignals mit jedem der Werte der erforderlichen Ausgangsleistung erfolgt mit der Gestaltung und um einen tatsächlichen Außerbandsendepegel zu gewährleisten, der im wesentlichen gleich oder unterhalb der vorgeschriebenen Schwelle ist (unter eventueller Berücksichtigung von eventuellen Abweichungen aufgrund beispielsweise der Alte rung, einer Fluktuation der Versorgungsspannung, der Temperatur usw.).
Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung Mittel zum Messen wenigstens eines äußeren Parameters und die Steuerungsmittel empfangen auch den wenigstens einen äußeren Parameter und erzeugen das Polarisationssignal auch in Abhängigkeit von dem wenigstens einen äußeren Parameter. Vorzugsweise gehört der wenigstens eine äußere Parameter zu der Gruppe, die umfaßt:
- eine Versorgungsspannung des Verstärkers und
- eine Temperatur des Verstärkers.
Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung:
- Mittel zur Abnahme des verstärkten Ausgangssignals, die ein abgenommenes Signal bereitstellen,
- Analysemittel, die das abgenommene Signal empfangen und einen tatsächlichen Außerbandsendepegel liefern, der ausgehend vom abgenommenen Signal bestimmt ist,
- Mittel zum Vergleichen des tatsächlichen Außerbandsendepegels mit dem gewünschten Außerbandsendepegel, wobei die Vergleichsmittel ein Ergebnis liefern, das die Linearitätskontrollinformation ist.
So gestattet die Vorrichtung der Erfindung, in adaptiver Weise (in geschlossener Schleife) den Arbeitspunkt des Verstärkers in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Außerbandsendepegel, d. h. in Abhängigkeit von der Linearität des Verstärkers einzustellen. Der tatsächliche Außerbandsendepegel wird durch Analyse des verstärkten Ausgangssignals bestimmt. Die adaptive Einstellung des Arbeitspunktes besteht darin, den tatsächlichen Außerbandsendepegel mit dem gewünschten Außerbandsendepegel zu vergleichen und mit der Polarisation des Verstärkers in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Vergleichs hin und her zu gehen. So wird, wenn der tatsächliche Außerbandsendepegel höher als der gewünschte Außerbandsende pegel ist, die Polarisation (und somit die maximale Ausgangsleistung) erhöht, um den tatsächlichen Außerbandsendepegel zu erniedrigen (mit anderen Worten, es wird dann die Linearität auf Kosten des Wirkungsgrades verbessert). Andernfalls wird die Polarisation (und somit die maximale Ausgangsleistung) verringert, um die dissipierte Leistung zu verringern (mit anderen Worten, dann wird der Wirkungsgrad unter Verschlechterung der Linearität verbessert, bis der tatsächliche Außerbandsendepegel erhöht wird).
Vorteilhafterweise umfaßt die Vorrichtung Mittel zur Umwandlung des abgenommenen Signals, die ein umgewandeltes Signal an die Analysemittel geben, und die Umwandlungsmittel gehören zu der Gruppe, die die Mittel zur Umwandlung im Basisfrequenzband und die Mittel zur Umwandlung in der Zwischenfrequenz umfaßt.
Es können zwei Fälle auftreten, je nachdem, ob der Verstärker einzig und allein ein zu verstärkendes Nutzsignal empfängt oder aber alternativ ein zu verstärkendes Nutzsignal und ein Prüfsignal empfängt.
Wenn der Verstärker von dem Typ ist, der einzig und allein ein zu verstärkendes Nutzsignal empfängt, wird die Vorrichtung vorteilhafterweise benutzt, wenn der Verstärker das zu verstärkende Nutzsignal empfängt.
In diesem ersten Fall umfassen die Analysemittel vorzugsweise:
- Mittel zur Abtastung des abgenommenen Signals, die ein abgetastetes Signal liefern,
- Mittel zur A/D-Umwandlung, die das abgetastete Signal empfangen und ein Digitalsignal liefern, und
- Mittel zur rechnerischen Behandlung, die das Digitalsignal empfangen und den tatsächlichen Außerbandsendepegel liefern,
die Mittel zur rechnerischen Behandlung
- führen eine Spektralanalyse aus, um ein Leistungsspektrum es Digitalsignals zu bestimmen, das mit jeder der Frequenzen des Spektrums eine Leistung verbindet,
- erzeugen den tatsächlichen Außerbandsendepegel in Form einer Summe von Leistungen, die mit einem vorbestimmten Teil der Frequenzen verbunden sind, die sich außerhalb des Bandes von vorbestimmten Frequenzen befinden,
und der gewünschte Außerbandsendepegel ist als ein vorbestimmter maximaler Pegel der summierten Leistung definiert.
Wenn der Verstärker einig und allein ein zu verstärkendes Nutzsignal empfängt, erfolgt so die Schätzung des tatsächlichen Pegels der Störsendungen direkt durch Spektralanalyse des Signals am Ausgang des Verstärkers.
Wenn der Verstärker entweder ein zu verstärkendes Nutzsignal oder ein Prüfsignal empfängt, umfaßt die Vorrichtung vorteilhafterweise Mittel zur Erzeugung wenigstens eines der Signale, die zu der Gruppe gehören, die umfaßt:
- ein Prüfsignal und
- ein zu verstärkendes Nutzsignal,
und sie wird einzig und allein benutzt, wenn der Verstärker das Prüfsignal empfängt.
Vorzugsweise besteht das Prüfsignal aus wenigstens zwei zu verstärkenden Sinussignalen, wobei das verstärkte Ausgangssignal insbesondere aus wenigstens zwei ersten Sinussignalen mit derselben Frequenz wie die wenigstens zwei zu verstärkenden Sinussignale und zweiten Sinussignalen mit von denjenigen der wenigstens zwei zu verstärkenden Sinussignalen verschiedenen Frequenzen, wobei die zweiten Sinussignale Intermodulationsprodukte sind,
und ist der tatsächliche Außerbandsendepegel, der von den Analysemitteln bestimmt wurde, ein Leistungspegel der zweiten Sinussignale.
So erfolgt die Schätzung des tatsächlichen Pegels der Störsendungen indirekt durch Lieferung eines Prüfsignals, dann die Bestimmung des Pegels der Intermodulationsprodukte.
Vorteilhafterweise besteht das Prüfsignal aus zwei Sinussignalen mit im wesentlichen gleichen Amplituden und Frequenzen, die nahe beieinander und im vorbestimmten Frequenzband liegen,
und sind die zweiten Sinussignale Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung von wenigstens gleich drei.
In bevorzugter Weise bestehen die Analysemittel aus engen Analogfiltern, die auf die Frequenzen der zweiten Sinussignale zentriert sind, und erzeugen den tatsächlichen Außerbandsendepegel in Form eines Satzes von tatsächlichen Koeffizienten, wobei die tatsächlichen Koeffizienten einer Ausgangsleistung eines der Analogfilter entsprechen, und ist der gewünschte Außerbandsendepegel als Satz von vorbestimmten maximalen Koeffizienten definiert.
Gemäß einer Variante umfassen die Analysemittel:
- Mittel zur Abtastung des abgenommenen Signals, die ein abgetastetes Signal liefern,
- Mittel zur A/D-Umwandlung, die das abgetastete Signal empfangen und ein Digitalsignal liefern, und
- Mittel zur rechnerischen Behandlung, die das Digitalsignal empfangen und den tatsächlichen Außerbandsendepegel liefern,
die Mittel zur rechnerischen Behandlung:
- führen eine Spektralanalyse aus, um ein Leistungsspektrum des Digitalsignals zu bestimmen, das mit jeder der Frequenzen des Spektrums eine Leistung verbindet, und
- erzeugen den tatsächlichen Außerbandsendepegel in Form eines Satzes von tatsächlichen Koeffizienten, wobei jeder der tatsächlichen Koeffizienten einer Leistung eines der zweiten Sinussignale entspricht,
und der gewünschte Außerbandsendepegel ist als Satz vorbestimmter maximaler Koeffizienten definiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung Mittel zum Messen wenigstens eines äußeren Parameters, und die empfangen die Steuerungsmittel auch den wenigstens einen äußeren Parameter und erzeugen das Polarisationssignal auch in Abhängigkeit von dem wenigstens einen äußeren Parameter.
Vorteilhafterweise gehört der wenigstens eine äußere Parameter zu der Gruppe, die umfaßt:
- eine Versorgungsspannung des Verstärkers,
- eine Temperatur des Verstärkers und
- einen Wert der erforderlichen Ausgangsleistung unter den wenigstens zwei möglichen verschiedenen Werten der Ausgangsleistung.
Wenn bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung der Verstärker von dem Typ ist, der mit einer Linearisierungseinrichtung verbunden ist, die eine Rückkopplungsschleife umfaßt, nutzt die Vorrichtung zur Steuerung der Polarisation wenigstens teilweise die Rückkopplungsschleife. So können die Kosten der Vorrichtung der Erfindung verringert werden.
Vorteilhafterweise umfaßt die Rückkopplungsschleife wenigstens einige der Mittel, die zu der Gruppe gehören, die umfaßt
- die Mittel zur Abnahme des verstärkten Ausgangssignals,
- die mittel zur Umwandlung des abgenommenen Signals,
- die Mittel zur Abtastung des abgenommenen Signals und
- die Mittel zur A/D-Umwandlung des abgetasteten Signals.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, die als Hinweis und nicht als Einschränkung gegeben sind, und den beigefügten Zeichnungen deutlich, in welchen:
- Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Aufbaus zeigt, der aus einem Verstärker und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht,
- jede der Fig. 2, 3 und 4 ein vereinfachtes Schema einer unterschiedlichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt und
- Fig. 5 ein vereinfachtes Schema einer bevorzugten Ausführungsform der in den Fig. 3 und 4 auftretenden Analysemittel zeigt.
Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zur Steuerung der Polarisation eines Verstärkers. Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild eines solchen Aufbaus. Der Verstärker 1 empfängt ein zu verstärkendes Eingangssignal 2 und liefert ein verstärktes Ausgangssignal 3. Der Verstärker 1 empfängt auch ein Polarisationssignal 4, das gestattet, seinen Arbeitspunkt zu beeinflussen. Tatsächlich gestattet das Polarisationssignal 4, die Polarisation der Transistoren des Verstärkers 1 und insbesondere den statischen Arbeitspunkt und die Versorgungsspannungen dieser Transistoren einzustellen.
Der Verstärker 1 ist von dem Typ, der eine variable Ausgangsleistung aufweist und in einem vorbestimmten Frequenzband sendet. Es handelt sich zum Beispiel um einen Verstärker des Typs, der bei jeder der Mobilstationen eines zellulären GSM- oder TETRA-Funksystems verwendet wird. Tatsächlich muß ein solcher Verstärker in einem zugewiesenen Kanal senden und weist eine Ausgangsleistung auf, die variieren kann:
- mit Schritten von 2 dB über einen Bereich von wenigstens 24 dB im Fall von GSM,
- mit Schritten von 5 dB zwischen der vorgesehenen maximalen Leistung und 15 dBm im Falle von TETRA.
Die Vorrichtung 5 der Erfindung stellt das Polarisationssignal 4 für den Verstärker 1 bereit. Genauer umfaßt die Vorrichtung 5 der Erfindung Mittel 6 zur Steuerung der Polarisation des Verstärkers 1, die das Polarisationssignal 4 in Abhängigkeit von einer Linearitätskontrollinformation 7 erzeugen, die sie empfangen.
Das Polarisationssignal 4, das eine Funktion der Linearitätskontrollinformation 7 ist, wirkt auf den Verstärker 1 ein, um den tatsächlichen Außerbandsendepegel zu modifizieren und um ihn im wesentlichen dem gewünschten Außerbandsendepegel gleich zu machen.
Ein (tatsächlicher oder gewünschter) Außerbandsendepegel ist beispielsweise als ein Pegel von Störsendungen in den dem zugewiesenen Kanal benachbarten Kanälen definiert (d. h. ein Pegel von Sendungen außerhalb des vorbestimmten Frequenzbandes, in welchem der Verstärker 1 normalerweise senden muß).
Der tatsächliche Außerbandsendepegel ist der Außerbandsendepegel, der tatsächlich am Ausgang des Verstärkers vorhanden ist. Der gewünschte Außerbandsendepegel ist der Pegel, den man vom tatsächlichen Außerbandsendepegel angenommen zu sehen wünscht. Dieser gewünschte Außerbandsendepegel ist ein vorbestimmter maximaler Schwellenpegel, der im allgemeinen genügend gering ist, um die Interferenzen zwischen benachbarten Kanälen wesentlich einzuschränken.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung der Polarisation eines Verstärkers.
Bei dieser ersten Ausführungsform ist die Linearitätskontrollinformation 7, die von den Steuerungsmitteln 6 empfangen wird, ein Wert der erforderlichen Ausgangsleistung. Dieser Wert 7 der erforderlichen Ausgangsleistung, der zum Beispiel von einer Mikrosteuerung (nicht dargestellt) bereitge stellt wird, die die Funktion des Aufbaus überwacht, der aus dem Verstärker und der Vorrichtung der Erfindung besteht, ist der eine der möglichen Werte der Ausgangsleistung (die im Fall des GSM-Systems über einen Bereich von 24 dB verteilt sind und einen Abstand von 2 dB voneinander haben; die im Falle des TETRA-Systems zwischen der vorgesehenen maximalen Leistung und 15 dBm verteilt sind und einen Abstand von 5 dB voneinander haben).
Die Steuerungsmittel 6 liefern ein Polarisationssignal 4, das vom Wert 7 der erforderlichen Ausgangsleistung abhängt. Um dies auszuführen, verbinden die Steuerungsmittel 6 mit jedem möglichen Ausgangswert ein unterschiedliches Polarisationssignal 4. Die verschiedenen Polarisationssignale sind bei der Gestaltung so vorbestimmt, daß für einen Wert der erforderlichen Ausgangsleistung das zugehörige Polarisationssignal am Verstärker hin und her geht, um den tatsächlichen Außerbandsendepegel zu modifizieren und diesen tatsächlichen Außerbandsendepegel dem gewünschten Außerbandsendepegel im wesentlichen gleich zu machen.
Bei der Vorbestimmung der verschiedenen Polarisationssignale ist es möglich, eventuelle Abweichungen aufgrund beispielsweise der Alterung, einer Fluktuation der Versorgungsspannung oder noch einer Fluktuation der Temperatur zu berücksichtigen.
Die Steuerungsvorrichtung kann auch Mittel zum Messen eines oder mehrerer äußerer Parameter umfassen, die von den Steuerungsmitteln 6 zusätzlich zur Linearitätskontrollinformation in Betracht gezogen werden müssen, um die verschiedenen Polarisationssignale vorzubestimmen. So umfaßt in Fig. 2 die Steuerungsvorrichtung Mittel 22 zum Messen der Versorgungsspannung 21 des Verstärkers 1 und Mittel 23 zum Messen der Temperatur 24 des Verstärkers 1.
Die erste Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung, die in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben wurde, gestattet somit, den Arbeitspunkt des Verstärkers 1 in vorbestimmter Weise in Abhängigkeit von der erforderlichen Ausgangsleistung und eventuell der Versorgungsspannung und der Temperatur zu steuern.
Bei den zweiten und dritten Ausführungsformen der Vorrichtung der Erfindung, die unten in Verbindung mit Fig. 3 bzw. 4 dargelegt sind, wird der Arbeitspunkt des Verstärkers 1 in adaptiver Weise in geschlossener Schleife nach der Auswertung der Linearität des Verstärkers durch Analyse des verstärkten Ausgangssignals eingestellt. Bei diesen zweiten und dritten Ausführungsformen ist die Linearitätskontrollinformation 7, die von den Steuerungsmitteln 6 empfangen wird, das Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem tatsächlichen Außerbandsendepegel und dem gewünschten Außerbandsendepegel.
Bei diesen zweiten und dritten Ausführungsformen umfaßt die Vorrichtung der Erfindung:
- Mittel 31 zur Abnahme des verstärkten Ausgangssignals 3, die ein abgenommenes Signal 32 liefern,
- Analysemittel 33, 33', die das abgenommene Signal 32 empfangen und einen tatsächlichen Außerbandsendepegel 34, 34' liefern,
- Mittel 35 zum Vergleich des tatsächlichen Außerbandsendepegels 34, 34' der Emission außerhalb des Bandes mit einem gewünschten Außerbandsendepegel 36, 36', die das Linearitätskontrollsignal 7 liefern, und
- die Mittel 6 zur Steuerung der Polarisation des Verstärkers 1, die die Linearitätskontrollinformation 7 empfangen und das Polarisationssignal 4 erzeugen.
Die Regelung der Polarisation erfolgt somit auf die folgende Weise: die Analysemittel 33, 33' schätzen den tatsächlichen Außerbandsendepegel 34, 34', dann vergleichen die Vergleichsmittel 35 diesen tatsächlichen Außerbandsendepegel 34, 34' mit dem gewünschten Außerbandsendepegel 36, 36', und schließlich empfangen die Steuerungsmittel 6 das Ergebnis 7 dieses Vergleichs und verwenden es zum Errechnen des Polarisationssignals 4, wobei dieses Polarisationssignal 4 derart ist, daß:
- wenn der tatsächliche Außerbandsendepegel höher als der gewünschte Außerbandsendepegel ist, die Polarisation so modifiziert wird, daß der tatsächliche Außerbandsendepegel verringert wird: die Linearität wird verbessert, aber der Wirkungsgrad wird verringert;
- wenn der tatsächliche Außerbandsendepegel niedriger als der gewünschte Außerbandsendepegel ist, die Polarisation so modifiziert wird, daß der tatsächliche Außerbandsendepegel erhöht wird: der Wirkungsgrad wird verbessert, aber die Linearität wird reduziert.
Die Vorrichtung kann eventuell Mittel 37 zur Umwandlung (im Basisfrequenzband oder in der Zwischenfrequenz) des abgenommenen Signals 32 umfassen. In diesem Fall empfangen die Analysemittel 33, 33' ein umgewandeltes Signal 38.
Ebenso können die Steuerungsmittel 6 eventuell zusätzlich zur Linearitätskontrollinformation äußere Parameter in Betracht gezogen werden, und insbesondere:
- die Versorgungsspannung 39 des Verstärkers (von geeigneten Meßmitteln 310 geliefert),
- die Temperatur 311 des Verstärkers (von geeigneten Meßmitteln 312 geliefert) und
- einen Wert 313 der erforderlichen Ausgangsleistung (von nicht dargestellten Mitteln geliefert).
Im Fall der zweiten Ausführungsform (vgl. Fig. 3) empfängt der Verstärker 1 einzig und allein ein zu verstärkendes Nutzsignal 2 und die Vorrichtung der Erfindung wird benutzt, wenn der Verstärker dieses zu verstärkende Nutzsignal 2 empfängt.
Wie in Fig. 5 gezeigt, bestehen die Analysemittel 33 zum Beispiel aus folgenden Mitteln:
- Mitteln 51 zur Abtastung des abgenommenen Signals 32 (oder des umgewandelten Signals 38), die ein abgetastetes Signal 52 liefern,
- Mitteln 53 zur A/D-Umwandlung, die das abgetastete Signal 52 empfangen und ein Digitalsignal 54 liefern, und
- Mitteln 55 zur rechnerischen Behandlung, die das Digitalsignal 54 empfangen und den tatsächlichen Außerbandsendepegel 34 liefern.
So schätzen die Analysemittel 33 direkt den tatsächlichen Außerbandsendepegel 34 ausgehend vom abgenommenen Signal 32 (oder dem umgewandelten Signal 38). Genauer führen die Mittel 55 zur rechnerischen Behandlung (die in den Analysemitteln 33 enthalten sind) eine Spektralanalyse des Digitalsignals 54, zum Beispiel durch diskrete Fouriertransformierung, aus, erzeugen dann den tatsächlichen Außerbandsendepegel, wobei sie sich auf das Ergebnis der Spektralanalyse stützen. Tatsächlich gestattet die Spektralanalyse, ein Leistungsspektrum des Digitalsignals 54 zu bestimmen, das jeder der Frequenzen dieses Spektrums eine Leistung zuordnet. Die Erzeugung des tatsächlichen Pegels 34 der Emission außerhalb des Bandes besteht dann im Summieren der zu einem vorbestimmten Frequenzband gehörigen Leistungen, das sich außerhalb des dem Verstärker 1 zugewiesenen Frequenzbandes befindet. Der gewünschte Außerbandsendepegel 36 ist dann ein vorbestimmter maximaler Pegel der summierten Leistung.
Im Fall der dritten Ausführungsform (vgl. Fig. 4) empfängt der Verstärker 1 ein zu verstärkendes Eingangssignal 2, das entweder aus einem zu verstärkenden Nutzsignal oder aus einem Prüfsignal besteht, und wird einzig und allein benutzt, wenn er das Prüfsignal empfängt.
Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt bei dieser dritten Ausführungsform die Vorrichtung gegenüber der in Fig. 3 gezeigten, zweiten Ausführungsform ein zusätzliches Element, nämlich Mittel 44 zur Erzeugung:
- entweder eines Prüfsignals, wenn die Polarisation des Verstärkers eingestellt werden muß,
- oder eines zu verstärkenden Nutzsignals, wenn diese Mittel 44 einen zu verstärkenden Fluß von Nutzinformationen empfängt.
Das Prüfsignal besteht zum Beispiel aus mehreren Sinussignalen (man spricht auch von einem Multitonsignal), und die Analysemittel 33' schätzen indirekt den tatsächlichen Außerbandsendepegel 34', ausgehend vom abgenommenen Signal 32 (oder umgewandelten Signal 38), das dem Prüfsignal nach Verstärkung entspricht.
In der Tat ist es bekannt, daß wenn mehrere Sinuswellen gleichzeitige von einem nichtlinearen Element verstärkt werden, am Ausgang zusätzlich zu den am Eingang vorhandenen Sinuswellen, die verstärkt wurden, Störsignale erhalten werden, die Intermodulationsprodukte genannt werden (vgl. Kapitel I. 10 der Arbeit "Télécommunications spatiales: I. bases théoriques", veröffentlicht in den Ausgaben MASSON, 1982, von der CNES und CNET).
Der tatsächliche Außerbandsendepegel 34' ist somit hier als der Pegel der Intermodulationsprodukte definiert, beispielsweise der ungeraden Ordnung gleich drei (oder jeder anderen ungeraden Ordnung über 3).
So kann man als Prüfsignal zwei Sinuswellen mit der gleichen Amplitude und mit Frequenzen f&sub1;, f&sub2; (mit f&sub1; < f&sub2;), die dicht beieinander und im Frequenzband der Nutzung des Verstärkers liegen. Die Intermodulationsprodukte der Ordnung 3, die in das Nutzband fallen, besitzen die Frequenzen (2 f&sub1;-f&sub2;) und (2 f&sub2;-f&sub1;).
Die von den Mitteln 33' ausgeführte Analyse besteht darin, einen Satz tatsächlicher Koeffizienten zu bestimmen (tatsächlich ist hier in dem zu gewünscht entgegensetzten Sinne zu nehmen), bei dem jeder tatsächliche Koeffizient der Leistung eines Intermodulationsproduktes entspricht. Dieser Satz von tatsächlichen Koeffizienten entspricht dem tatsächlichen Außerbandsendepegel 34', und der gewünschte Außerbandsendepegel 36' ist dann ein Satz von vorbestimmten maximalen Koeffizienten, der einer Erhöhung jedes der tatsächlichen Koeffizienten entspricht. Die vorbestimmten maximalen Koeffizienten können bei der Gestaltung (durch Simulation oder Messung) bestimmt werden.
Diese Analyse kann sich analog entwickeln. In diesem Fall bestehen die Analysemittel 33' aus engen Analogfiltern, die auf den Frequenzen der Intermodulationsprodukte zentriert sind, die man zu messen versucht. Es gibt dann ebenso viele tatsächliche Koeffizienten, wie Ausgänge von Analogfiltern.
Nach einer Variante kann die Analyse sich numerisch entwickeln. In diesem Fall sind die Analysemittel 33' vom in Fig. 5 gezeigten Typ und umfassen Abtastmittel 51, Mittel 53 zur A/D-Umwandlung und Mittel 55' zur rechnerischen Behandlung.
Die Mittel 55' zur rechnerischen Behandlung unterscheiden sich von denen 55, die vorher beschrieben wurden, dadurch, daß sie, nachdem ein Leistungsspektrum des Digitalsignals bestimmt wurde, den tatsächlichen Außerbandsendepegel in Form eines Satzes von tatsächlichen Koeffizienten erzeugten, die jeweils der Leistung eines der Intermodulationsprodukte entspricht, die man zu messen versucht.
Es können zahlreiche Algorithmen verwendet werden, um den Pegel der Intermodulationsprodukte zu schätzen. Bei der Messung, bei der die Anzahl und die Frequenzen der Intermodulationsprodukte bekannt sind, kann in leistungsfähiger Weise ein Identifikationsverfahren verwendet werden, das auf einem ARMA-Modell basiert, das der Anzahl der vorhandenen Intermodulationsprodukte angepaßt ist (d. h. der Anzahl der vorhandenen Sinuswellen) (vgl. Kapitel 6 der zweiten Auflage des Buches "Optimum Signal Processing: An introduction" (Optimale Behandlung des Signals: eine Einführung) von S. F. Orfanidis, veröffentlicht 1990 von McGraw-Hill Book Company).
Es ist zu bemerken, daß wenn der Verstärker mit einer Linearisierungseinrichtung verbunden ist, die eine Rückkopplungsschleife aufweist, einige Elemente dieser Rückkopplungsschleife von der Vorrichtung der Erfindung genutzt werden können. Diese der Linearisierungseinrichtung und der Vorrichtung der Erfindung gemeinsamen Elemente sind beispielsweise:
- die Mittel 31 zur Abnahme des verstärkten Ausgangssignals 3,
- die Mittel 37 zur Umwandlung (im Basisfrequenzband oder in der Zwischenfrequenz) des abgenommenen Signals 32,
- die Mittel 51 zum Abtasten des abgenommenen Signals 32 (oder des umgewandelten Signals 38) und
- die Mittel 53 zur A/D-Umwandlung des abgetasteten Signals 52.

Claims

1. Vorrichtung zur Steuerung der Polarisation eines Verstärkers (1) des Typs, der ein zu verstärkendes Eingangssignal (2) und ein Polarisationssignal (4) empfängt und ein verstärktes Ausgangssignal (3) liefert, wobei der Verstärker (1) wenigstens zwei mögliche verschiedene Werte der Ausgangsleistung besitzt und das verstärkte Ausgangssignal (3) hauptsächlich in einem vorbestimmten Frequenzband sendet,

dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (6) zur Steuerung der Polarisation des Verstärkers (1) umfaßt, die eine Linearitätskontrollinformation (7) empfangen und das Polarisationssignal (4) in Abhängigkeit von der Linearitätskontrollinformation erzeugen, und so, daß ein tatsächlicher Außerbandsendepegel im wesentlichen gleich einem gewünschten Außerbandsendepegel ist,

wobei der tatsächliche Außerbandsendepegel als ein Außerbandsendepegel des verstärkten Ausgangssignals (3) außerhalb des Bandes von vorbestimmten Frequenzen definiert ist und der gewünschte Außerbandsendepegel als vorbestimmter maximaler Schwellenpegel der Außerbandsendung definiert ist, egal für welche der möglichen verschiedenen Werte der Ausgangsleistung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearitätskontrollinformation (7) ein Wert der erforderlichen Ausgangsleistung unter den wenigstens zwei möglichen verschiedenen Werten der Ausgangsleistung ist, wobei die Steuerungsmittel (6) mit jedem der wenigstens zwei möglichen verschiedenen Werte der Ausgangsleistung ein unterschiedliches Polarisationssignal (4) verbinden, wobei jedes unterschiedliche Polarisationssignal (4) so vorbestimmt ist, daß für den Wert der Ausgangsleistung, mit dem es verbunden ist, der tatsächliche Außerbandsendepegel im wesentlichen gleich dem gewünschten Außerbandsendepegel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie umfaßt:

- Mittel (31) zur Abnahme des verstärkten Ausgangssignals (3), die ein abgenommenes Signal (32) bereitstellen,

- Analysemittel (33, 33'), die das abgenommene Signal (32) empfangen und einen tatsächlichen Außerbandsendepegel (34, 34') liefern, der ausgehend von dem abgenommenen Signal (32) bestimmt ist,

- Mittel (35) zum Vergleich des tatsächlichen Außerbandsendepegels (34, 34') mit dem gewünschten Pegel (36, 36') der Emission außerhalb des Bandes, wobei die Vergleichsmittel (35) ein Ergebnis (7) liefern, das die Linearitätskontrollinformation ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (37) zur Umwandlung des abgenommenen Signals (32) umfaßt, die ein umgewandeltes Signal (38) an die Analysemittel (33, 33') liefern, und daß die Umwandlungsmittel (37) zu der Gruppe gehören, die die Mittel zur Umwandlung im Basisband und die Mittel zur Umwandlung in der Zwischenfrequenz umfassen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, wobei der Verstärker (1) von dem Typ ist, der einzig und allein ein zu verstärkendes Nutzsignal (2) empfängt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung benutzt wird, wenn der Verstärker das zu verstärkende Nutzsignal empfängt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysemittel (33) umfassen:

- Mittel (51) zum Abtasten des abgenommenen Signals, die ein abgetastetes Signal (52) liefern,

- Mittel (53) zur A/D-Umwandlung, die das abgetastete Signal empfangen und ein Digitalsignal (54) liefern, und

- Mittel (55) zur rechnerischen Behandlung, die das Digitalsignal empfangen und den tatsächlichen Außerbandsendepegel (34) liefern,

und daß die Mittel (55) zur rechnerischen Behandlung:

- eine Spektralanalyse ausführen, um ein Leistungsspektrum des Digitalsignals (54) zu bestimmen, das mit jeder der Frequenzen des Spektrums eine Leistung verbindet, und

- den tatsächlichen Außerbandsendepegel (34) der Emission außerhalb des Bandes in Form einer Summe von Leistungen erzeugen, die mit einem vorbestimmten Teil der Frequenzen verbunden sind, die sich außerhalb des vorbestimmten Frequenzbandes befinden,

und daß der gewünschte Außerbandsendepegel (36) als ein vorbestimmter maximaler Pegel der summierten Leistung definiert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (44) zur Erzeugung wenigstens eines der Signale umfaßt, die zu der Gruppe gehören, die ein Prüfsignal und ein zu verstärkendes Nutzsignal umfaßt,

und daß sie einzig und allein benutzt wird, wenn der Verstärker das Prüfsignal empfängt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal aus wenigstens zwei zu verstärkenden Sinussignalen besteht, wobei das verstärkte Ausgangssignal (3) insbesondere aus wenigstens zwei ersten Sinussignalen mit der gleichen Frequenz wie die wenigstens zwei zu verstärkenden Sinussignale, und zweiten Sinussignalen mit Frequenzen besteht, die von denjenigen der wenigstens zwei zu verstärkenden Sinussignal verschieden sind, wobei die zweiten Sinussignale Intermodulationsprodukte sind,

und daß der tatsächliche Außerbandsendepegel (34'), der von den Analysemitteln (33') bestimmt wird, ein Pegel der zweiten Sinussignale ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Prüfsignal aus zwei zu verstärkenden Sinussignalen mit im wesentlichen gleichen Amplituden und mit nahe beieinander liegenden Frequenzen besteht und die im vorbestimmten Frequenzband liegen,

und daß die zweiten Sinussignale Intermodulationsprodukte ungerader Ordnung von wenigstens gleich drei sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysemittel (33') aus engen Analogfiltern bestehen, die auf die Frequenzen der zweiten Sinussignale zentriert sind, und den tatsächlichen Außerbandsendepegel (34') in Form eines Satzes von tatsächlichen Koeffizienten erzeugen, wobei jeder der tatsächlichen Koeffizienten einer Ausgangsleistung eines der Analogfilter entspricht,

und daß der gewünschte Außerbandsendepegel (36') als Satz vorbestimmter maximaler Koeffizienten definiert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysemittel (33') umfassen:

- Mittel (51) zum Abtasten des abgenommenen Signals, die ein abgetastetes Signal liefern,

- Mittel (53) zur A/D-Umwandlung, die das abgetastete Signal empfangen und ein Digitalsignal liefern, und

- Mittel (55') zur rechnerischen Behandlung, die das Digitalsignal empfangen und den tatsächlichen Außerbandsendepegel (34') liefern,

und daß die Mittel (55') zur rechnerischen Behandlung:

- eine Spektralanalyse ausführen, um ein Leistungsspektrum des Digitalsignals zu bestimmen, das mit jeder der Frequenzen des Spektrums eine Leistung verbindet, und

- den tatsächlichen Außerbandsendepegel (34') in Form eines Satzes von tatsächlichen Koeffizienten erzeugen, wobei jeder der tatsächlichen Koeffizienten einer Leistung eines der zweiten Sinussignale entspricht,

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (22, 23; 310, 312) zur Messung wenigstens eines äußeren Parameters umfaßt und daß die Steuerungsmittel (6) auch den wenigstens einen äußeren Parameter empfangen und das Polarisationssignal (4) auch in Abhängigkeit von dem wenigstens einen äußeren Parameter erzeugen.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine äußere Parameter zu der Gruppe gehört, die umfaßt:

- eine Versorgungsspannung des Verstärkers und

- eine Temperatur des Verstärkers.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine äußere Parameter zu der Gruppe gehört, die umfaßt:

- eine Versorgungsspannung des Verstärkers,

- eine Temperatur des Verstärkers, und

- einen Wert der erforderlichen Ausgangsleistung unter den wenigstens zwei möglichen verschiedenen Werten der Ausgangsleistung.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Verstärker (1) von dem Typ ist, der mit einer Lineari sierungseinrichtung verbunden ist, die eine Rückkopplungsschleife aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Steuerung der Polarisation wenigstens teilweise die Rückkopplungsschleife nutzt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15 und einem der Ansprüche 6 und 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückkopplungsschleife wenigstens einige der Mittel umfaßt, die zu er Gruppe gehören, die umfaßt:

- die Mittel (31) zur Abnahme des verstärkten Ausgangssignals,

- die Mittel (37) zur Umwandlung des abgenommenen Signals,

- die Mittel (51) zur Abtastung des abgenommenen Signals und

- die Mittel (53) zur A/D-Umwandlung des abgetasteten Signals.