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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen linearen Leistungsverstärker
und ein Verfahren zur linearen Verstärkung, die zur Verwendung in
einem Sender geeignet sind, wie beispielsweise einem CPFSK-Sender
der Klasse C.
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2. Diskussion
des zugehörigen
Standes der Technik
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Für
Funkkommunikationen verwendete Signale fallen in die folgenden drei
Kategorien: (i) eine reine Amplitudenmodulation (AM); (ii) eine
reine Winkelmodulation oder konstante Hüllkurvensignale, wie beispielsweise
eine Frequenzmodulation (FM) oder eine Phasenmodulation (PM); oder
(iii) eine komplexe Modulation, die sowohl AM- als auch FM-Komponenten hat,
wie beispielsweise ein einzelnes Seitenband (SSB).
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Die Abkürzungen AM, FM und SSB beziehen sich
historisch auf eine Modulation von Radiowellen bzw. Funkwellen mit
analogen Sprachwellenformen. Vor kürzerer Zeit hat eine Modulation
mit digitalen Datensignalen eine größere Wichtigkeit angenommen.
Digital modulierte Signale besetzen eine breite Bandbreite, solange
keine Mittel verwendet werden, um das gesendete bzw. übertragene
Spektrum zu enthalten. Einerseits gibt es Grenzen dafür, wie gut das
Spektrum bei Verwendung einer konstanten Hüllkurvenmodulation für Datensignale
enthalten sein kann. Andererseits erfordert die Verwendung einer nicht
konstanten Hüllkurvenmodulation
einen linearen Sender-Leistungsverstärker, der
sowohl die Amplitude als auch die Phase der Signale bewahrt, die er
verstärkt,
und diese Vorrichtungen sind weniger effizient als Leistungsverstärker konstanter
Hüllkurve. Der
Stand der Technik erkennt eine Anzahl von Klassen eines Leistungsverstärkers in
Abhängigkeit
vom Typ eines Signals, das zu verstärken ist.
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Verstärker der Klasse A führen einen
Signalstrom über
den gesamten Zyklus der Signalwellenform und sind die linearsten
Verstärker.
Verstärker der
Klasse A sind für
Signale geeignet, die bezüglich der
Amplitude variieren können,
und ihr Leistungsverbrauch von der Versorgung (z. B. der Batterie)
ist ungeachtet des Signalpegels wenigstens so lange konstant, wie
der Signalpegel nicht die maximale Leistungskapazität oder den
Sättigungspunkt überschreitet.
Verstärker
der Klasse A sind während
solcher Momente bezüglich
der Leistung verschwenderisch, zu welchen ein Signal mit variierender
Amplitude unterhalb des Ausgangspegels gesättigter Leistung ist. Dieser
Aspekt ist bei Verstärkern
der Klasse B verbessert.
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Verstärker der Klasse B führen bzw.
leiten einen Signalstrom exakt für
eine Hälfte
des Zyklus der Eingangssignalwellenform. Bei einem Gegentaktverstärker der
Klasse B leitet eine Vorrichtung für einen halben Zyklus und leitet
die andere Vorrichtung für den übrigen halben
Zyklus. Verstärker
der Klasse B verbrauchen proportional zur Quadratwurzel des momentanen
Ausgangsleistungspegels eine variierende Menge an Strom von der
Versorgung. Obwohl Verstärker
der Klasse B keinen Strom verbrauchen, wenn sie keine Ausgangsleistung
liefern und ihre Effizienz bei mittleren Leistungspegeln zwischen
0 und der Sättigung
besser als bei Verstärkern
der Klasse A ist, ist die Effizienz von Verstärkern der Klasse B nichts desto
weniger niedriger bei niedrigeren Ausgangsleistungen als bei einer
Sättigung,
so dass die mittlere Effizienz bei Signalen mit variierender Amplitude
geringer als die maximale Effizienz bei gesättigter Ausgangsleistung ist.
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Verstärker der Klasse C leiten für weniger
als eine Hälfte
eines vollständigen
Signalzyklus und werden primär
als Funkfrequenzverstärker
verwendet, wobei die Last auf die Signalfrequenz abgestimmt ist. Verstärker der
Klasse C sind nur für
Signale mit konstanter Hüllkurve
geeignet und arbeiten die gesamte Zeit über bei einer vollen Sättigungseffizienz.
Wenn versucht wird; Signale mit nicht konstanter Hüllkurve mit
einem Leistungsverstärker
der Klasse C zu verstärken,
werden die Signalhüllkurvenschwankungen nicht
wiedergabegetreu reproduziert werden, sondern werden begrenzt oder
zerstört
werden.
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Der Stand der Technik umfasst auch
verschiedene Schaltungskonfigurationen, die zum Verbessern der Linearität der Verstärker der
Klasse B und der Klasse C verwendet werden, und diese können allgemein
als Rückkopplungs-,
Weiterleitungs- oder Hüllkurven-Neumodulation
kategorisiert werden.
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Als Beispiel für Rückkoppeltechniken sind Verstärker gebaut
worden, bei welchen ein Amplitudendetektor die Ausgangsamplitude
erfasst und sie mit der erwünschten
Amplitude des Eingangssignals vergleicht. Der Fehler wird zum Erzeugen
eines Rückkoppelsignals
verwendet, das die Leistungsverstärker-Verstärkung erhöht oder erniedrigt oder die Vorspannung
oder irgendeinen anderen Parameter in einer Richtung ändert, die
die Amplitude korrigieren wird.
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Im Stand der Technik sind auch Rückkoppeltechniken
beschrieben worden, bei welchen sowohl eine Amplituden- als auch
eine Phasen-Rückkopplung
verwendet werden, wobei die letztere auch eine Quelle einer Nichtlinearität eliminiert,
die als AM-zu-PM-Umwandlung bekannt ist.
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Es sind Rückkoppeltechniken bekannt,
bei welchen weder die Amplitude noch der Phasenwinkel erfasst werden,
sondern vielmehr komplexe Vektorkomponenten, und diese mit dem,
was sein sollte, verglichen werden, und zwei Fehlersignale erzeugt und
rückgekoppelt
werden, um jede Komponente auf den erwünschten Wert einzustellen.
Dies ist als kartesische Schleifenrückkopplung bekannt, wohingegen
die Amplituden- und Phasen-Rückkoppeltechnik als
polare Schleife bekannt ist.
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Weiterführungstechniken, die im Stand
der Technik bekannt sind, enthalten ein Subtrahieren eines Anteils
des Leistungsverstärker-Ausgangssignals
von einem Anteil des Eingangssignals, um ein Fehlersignal zu erhalten,
ein Verstärken
des Fehlersignals und ein darauf folgendes Subtrahieren des Fehlersignals
vom Leistungsverstärker-Ausgangssignal. Dies
ist normalerweise nur dann technisch vorteilhaft, wenn das Fehlersignal
schon bei der Leistungsverstärker-Ausgabe
klein ist, d.h. wenn der Verstärker
bereits im Wesentlichen linear ist.
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Eine Nichtlinearität wird oft
durch einen so genannten Zwei-Ton-Test
gemessen, wobei zwei Signale, die bezüglich der Frequenz f1 und f2
nahe beieinander sind, addiert werden, um ein Testsignal mit nicht
konstanter Hüllkurve
zu erzeugen. Eine Nichtlinearität
zeigt sich im Auftreten anderer Frequenzen in der Leistungsverstärker-Ausgabe
insbesondere bei 2f1-f2 und 2f2-f1, was als Intermodulationsprodukte
dritter Ordnung bekannt ist. Typischerweise wird ein Leistungsverstärker mit
guter Linearität
Intermodulationspegel von 30 bis 35 dB unter den Testtonpegeln ohne
die oben angegebenen Schaltungskonfigurationen erreichen, während eine
Weiterführung
diese Leistungsfähigkeit
von 60 dB unter den Testtonpegeln erhöhen kann.
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Ebenso zur Klasse von Weiterleitungstechniken
gehörend
ist eine Technik als Vorverzerrung bekannt, wobei der Leistungsverstärker mit
einem modifizierten Eingangssignal betrieben wird, das vorberechnet
wird, um das erwünschte
Ausgangssignal zu erzeugen, wobei eine Kenntnis über die nichtlineare Eingangs/Ausgangs-Übertragungsfunktion
verwendet wird.
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Eine Hüllkurven-Neumodulation kann
mit einem Leistungsverstärker
der Klasse C verwendet werden, um die Amplitudenvariationen wiederherzustellen,
die der Leistungsverstärker
der Klasse C normalerweise nicht reproduziert. Die effizienteste
Form einer Hüllkurven-Neumodulation besteht
im Variieren der Leistungsversorgungsspannung zum Leistungsverstärker. Dies
ist als Hochpegel-Amplitudenmodulation (AM) bekannt, und wird am
effizientesten mittels einer Pulsbreitenmodulation, erreicht. Jedoch
erfordern alle Formen einer Hochpegel-AM die Verwendung von Komponenten
mit großem
Ausmaß.
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CPFSK (kontinuierliche Phase, Frequenzumtastung)
ist eine Modulation konstanter Hüllkurve,
d. h. eine reine Phasenmodulation, wobei die Phasen-Trajektorien
stark geglättet
werden, um Nachbarkanalenergie zu steuern. Der Vorteil von CPFSK
besteht darin, dass sie unter Verwendung eines Sende- bzw. Übertragungs-Leistungsverstärkers der
Klasse C verstärkt
werden kann.
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Unglücklicherweise erreicht ein
Signal mit konstanter Hüllkurve
keinen ausreichenden Kompromiss zwischen einem benachbarten Kanal
und einer Kommunikationseffizienz für digitalen Landmobilfunk (DLMR),
wie er beispielsweise bei zellularen Telefonsystemen verwendet wird.
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Eine Nachbarkanalenergie kann durch
Filtern des CPFSK-Signals im I-, Q-Bereich reduziert werden, was äquivalent
zur RF- Bandpassfilterung ist.
Jedoch führt
dies eine Amplitudenmodulation ein, und ein Leistungsverstärker der
Klasse C kann nicht mehr verwendet werden.
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In der US-Patentanmeldung 08/179,947,
die Dent und Lampe als Erfinder nennt und die am 1. Januar 1994
eingereicht ist, ist offenbart, dass zwei Leistungsverstärker der
Klasse C mit unterschiedlichen CPFSK-Signalen betrieben werden können und auf
eine solche Weise kombiniert werden können, dass die erwünschten
Amplitudenvariationen erzeugt werden können. Die vorliegende Erfindung
weist Leistungsverstärker
ungleicher Leistung auf, die kombiniert werden können, um eine Nachbarkanalenergie
wesentlich zu reduzieren, die durch den größeren Verstärker erzeugt wird, der mit
einer Modulation konstanter Hüllkurve
arbeitet.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung vermeidet
einen Nachteil der Erfindung von Dent-Lampe, die zwei Signale erhöhter Nachbarkanalenergie
erzeugt, welche dann, wenn sie kombiniert werden, eine reduzierte Nachbarkanalenergie
ergeben sollten. Statt dessen erzeugt die vorliegende Erfindung
ein Signal einer normalen Nachbarkanalenergie und ein Kompensationssignal
einer niedrigeren Leistung mit nur derselben Leistung-zu-Nachbar-Kanalenergie.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem Kombinieren eines Signals
eines Leistungsverstärkers
der Klasse C mit einem sehr viel niedrigeren linearen Leistungsverstärker-Signal.
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Die hierin beschriebene Erfindung
ist ein Verfahren zum Erhalten spektraler Eindämmungsvorteile einer Modulation
nicht konstanter Hüllkurve,
während
im Wesentlichen die Sender-Leistungsverstärkereffizienz einer Modulation
konstanter Hüllkurve
erreicht wird.
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Die vorliegende Erfindung gehört zur Klasse von
Weiterleitungstechniken, ist aber nicht auf den Fall beschränkt, bei
welchem der Leistungsverstärker
bereits im Wesentlichen linear ist. Es wird nicht daran gedacht,
einen bereits linearen Leistungsverstärker noch besser zu machen,
sondern viel mehr an eine Einrichtung zum Verwenden eines Leistungsverstärkers der
Klasse C hoher Effizienz, um in einer Bandbreite enthaltene Signale
zu erzeugen.
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Das Problem, das der Erfindung zugrunde liegt,
wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und des
Anspruchs 4 gelöst.
Weiterhin wird das Problem, das der Erfindung zugrunde liegt, durch
eine Vorrichtung mit den Merkmalen der Ansprüche 15 und 29 gelöst.
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Insbesondere enthält die vorliegende Erfindung
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen verstärkter Signale
für Kommunikationen
mit reduzierter Nachbarkanalenergie einschließlich eines Erzeugens eines
ersten Signals mit einer unerwünschten
Menge an Nachbarkanalenergie, eines Erzeugens eines zweiten Signals
entsprechend der unerwünschten
Menge an Nachbarkanalenergie und eines Subtrahierens des zweiten
Signals vom ersten Signal, um die unerwünschte Menge an Nachbarkanalenergie
zu entfernen.
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Bei einem detaillierteren Ausführungsbeispiel
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verstärken von
Kommunikationssignalen geschaffen, die eine reduzierte Nachbarkanalenergie
zeigen, einschließlich
eines Erzeugens von I und Q-Modulationssignalen, wobei eine Summe
der Quadrate, von augenblicklichen I, Q-Signalen eine Konstante
ist, eines Anlegens der I, Q-Signale an einen Quadraturmodulator,
der bei Sinus- und Kosinus-Trägerfrequenzsignalen
arbeitet, um ein Signal konstanter Hüllkurve zu erhalten, eines
Verstärkens
des Signals konstanter Hüllkurve
unter Verwendung eines Leistungsverstärkers, der dazu entworfen ist,
eine hohe Effizienz bei Signalen konstanter Hüllkurve zu ergeben, einer Hochpassfilterung
der I, Q-Signale und eines Anlegens der hochpassgefilterten Signale
an einen zweiten Quadraturmodulator, um ein Fehlersignal zu erhalten,
eines Verstärkens
des Fehlersignals unter Verwendung eines linearen Verstärkers, der zum
effektiven Verstärken
von Signalen mit variierender Amplitude geeignet ist, und eines
Addierens einer Ausgabe des Leistungsverstärkers zu einer Ausgabe des
linearen Verstärkers,
um ein Signal mit reduzierter Nachbarkanalenergie zu erhalten.
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Bei einem weiteren detaillierteren
Ausführungsbeispiel
sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen digitaler Datensignale
geschaffen, die eine reduzierte Nachbarkanalenergie zeigen, einschließlich eines
Erzeugens von I, Q-modulierten Signalen, die digitale Daten darstellen,
wobei die Signale eine größere als
eine erwünschte
Nachbarkanalenergie haben, eines Anlegens der I, Q-Signale an einen
Quadraturmodulator, der bei Sinus- und Kosinus-Trägerfrequenzsignalen
arbeitet, um ein erstes Signal zu erhalten, einer Hochpassfilterung
der I, Q-Modulationssignale,
um hochpassgefilterte I, Q-Signale zu erhalten, eines Anlegens der
hochpassgefilterten I, Q-Signale an einen zweiten Quadraturmodulator,
um ein zweites Signal zu erhalten, und eines Verstärkens und
eines Addierens der, ersten und zweiten Signale, um ein Signal mit
einer reduzierten Nachbarkanalenergie zu erhalten.
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Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel
erhält
die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Verstärken
digitaler Datensignale, die eine reduzierte Nachbarkanalenergie
zeigen, einschließlich
eines Zuführens
von digitalen Datensignalen über
ein Schieberegister von N Stufen, eines Koppelns von N Signalen
vom Schieberegister entsprechend den letzten N Datenbits der digitalen Datensignale
mit Adressen-Eingangsleitungen eines Nurlesespeichers, eines Verbindens
von Adressenleitungen des Nurlesespeichers mit den Einzelleitungen
eines Zählers,
eines Inkrementierens des Zählers,
um sequentiell eine Anzahl von Gruppen von vier Ausgangswerten aus
dem Nurlesespeicher zu erhalten, einer Digital-zu-Analog-Umwandlung
der vier Ausgangswerte, um ein erstes I, Q-Signal und ein zweites
I, Q-Signal zu erhalten, eines Anlegens des ersten I, Q-Signals
an einen ersten Quadraturmodulator, um ein erstes Signal einer höheren als
einer erwünschten
Nachbarkanalenergie zu erhalten, eines Anlegens des zweiten I, Q-Signals
an einen zweiten Quadraturmodulator, um ein zweites Signal zu erhalten,
und eines Verstärkens
und eines Addierens des ersten Signals zum zweiten Signal in einem
optimalen Verhältnis,
um ein Signal einer reduzierten Nachbarkanalenergie zu erhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf
die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
Kurve eines typischen Spektrums eines Funksignals bei digitalen
Daten in einer konstanten Hüllkurve
ist;
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2 ein
Schema einer Nachbarkanalenergie-Entfernungsschaltung
ist;
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3 ein
Schema einer Leistungsverstärkungsschaltung
zur Verstärkung
von modulierten Signalen mit konstanter Hüllkurve gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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4 ein
Schema einer Leistungsverstärkungsschaltung
einschließlich
einer direkten Erzeugung des Differenzsignals durch eine Hochpassfilterung
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist; und
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5 ein
Schema eines Ausführungsbeispiels
unter Verwendung eines ROM-Modulators gemäß der vorliegenden Erfindung
ist.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt
das typische Spektrum eines Funksignals, das mit digitalen Daten
auf eine Art einer konstanten Hüllkurve
moduliert ist, wie es beispielsweise durch einen effizienten Leistungsverstärker der
Klasse C gehandhabt werden kann. Das Spektrum besteht aus einer
Hauptkeule, die die erwünschte
Signalenergie enthält,
hat aber beigefügte "Nachimpulse
"oder "Ränder"
von Energie, die in benachbarte Kanäle reichen. Diese verursachen
das unerwünschte
Phänomen
eine r Nachbarkanal-Interferenz. Es ist unnötig, die Energie in den spektralen Nachimpulsen
zu übertragen,
da sie außerhalb
der Durchlassbandbreite des beabsichtigten Empfängers liegen. Daher würde der
beabsichtigte Empfänger dann,
wenn sie weggelassen werden könnten,
den Unterschied nicht erkennen. Unbeabsichtigte Empfänger, die
auf die Nachbar-Funkkanäle
abgestimmt sind, würden
jedoch einen Vorteil aus der Entfernung dieser Quelle für eine Interferenz
haben, was eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist.
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Die Interferenzenergie in den Nachimpulsen stellt
nur einen geringen Bruchteil der Gesamtenergie dar und könnte im
Prinzip unter Verwendung eines Bandpassfilters hinter dem Leistungsverstärker entfernt
werden. Unglücklicherweise
sind Bandpassfilter mit schmaler Bandbreite bei einer RF-Ausgangsfrequenz
allgemein nicht in die Praxis umzusetzen. Andererseits kann ein
Bandpassfilter-Äquivalent
bei niedrigen Leistungspegeln ausgebildet werden, indem das erwünschte Signal
unter Verwendung eines so genannten Quadraturmodulators erzeugt
wird. Dieser Quadraturmodulator, der gemäß der US-Patentanmeldung Nr.
07/967,027, die den gegenwärtigen
Erfinder und B. Ekelund nennt und am 27. Oktober 1992 eingereicht
ist, und ihrer CIP-Anmeldung US-Patent
Nr. 5,530,722 mit dem Titel "Quadrature Modulator with Integrated
Distributed RC Filters" (Anwaltsdokumenten-Nr. 027540-287) aufgebaut
sein kann, zerlegt das erwünschte
Signal in Sinus- und Kosinuswellen variierender Amplituden, was
durch die Wellenformen I(t) und Q(t) angezeigt wird.
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Es ist wohlbekannt, dass eine Tiefpassfilterung
der I- und Q-Signale äquivalent
zur Bandpassfilterung des RF-Ausgangssignals
ist, was ein enthaltenes Spektrum mit einer niedrigen Signalschwanzenergie
erzeugt. Jedoch ist nicht garantiert, dass ein so erzeugtes Signal
ein Signal mit konstanter Kurve ist, was erfordert, dass das Quadrat
von I plus das Quadrat von Q eine Konstante ist (I2 +
Q2 = C). Ein Signal, das diesem nicht entspricht,
würde durch
einen Verstärker
der Klasse C nicht wiedergabegetreu reproduziert werden.
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Allgemein werden I, Q-Wellenformen
für digitale
Sender bzw. Übertrager
gleichgültig,
ob sie von einem CPFSK-Typ (z. B. GSM-Typ) oder von einem anderen
(z. B. vom digitalen zellularen Typ U.S. IS-54) sind, mittels eines
so genannten ROM-Modulators erzeugt. Der ROM-Modulator beruht darauf, dass
er die Impulsantwort des Vormodulationsfilters auf eine vernünftige Anzahl
von Bitperioden N abschneiden kann, wobei 2N einen
ROM mit einer vernünftigen
Größe ergibt.
Unter Verwendung der abgeschnittenen Impulsantwort kann das Filter über jedes Bitintervall
eine einer endlichen Anzahl 2N von möglichen
Wellenformen erzeugen. Durch Speichern jeder I, Q-Wellenform bei einer
geeigneten Anzahl von Abtastungen pro Bit in einem ROM wird die
Modulation und die Filterung einfach durch Zuführen des Datenstroms durch
ein N-Bit- Schieberegister
erreicht, das den ROM adressiert, um Wellenformen für dieses
Bitintervall auszugeben.
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Die vorliegende Erfindung basiert
teilweise auf der folgenden Voraussetzung eine zweite I, Q-Wellenform
kann durch einen zweiten ROM-Modulator mit derselben Impulsantwortlänge N wie
der erste Modulator erzeugt werden, der aber das Spektrum von nur
der Nachbarkanalenergie hat, die zu eliminieren ist. Die vorliegende
Erfindung basiert auf der Voraussetzung, dass ein linearer Leistungsverstärker sehr
niedriger Leistung zum Verstärken
des zweiten Signals verwendet werden kann, welches dann zu dem ursprünglichen
Signal konstanter Hüllkurve
addiert werden würde,
das durch einen effizienten Verstärker der Klasse C erzeugt wird.
Da die Nachbar-Leistungskanalenergie
der ursprünglichen
Wellenform vielleicht bereits 40 dB weniger ist, würde der lineare
Leistungsverstärker
20 dB unter dem Haupt-Leistungsverstärker sein und über einen –20 dB-Koppler
addiert werden. Für
einen Haupt-Leistungsverstärker
von 3 Watt würde
der lineare Leistungsverstärker
nur eine durchschnittliche Leistung von 30 Milliwatt haben.
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Gemäß 2 wird ein digitaler Datenstrom zu einem
N-Bit-Schieberegister 21 eingegeben,
dessen Inhalte parallel zu einem CPFSK-ROM-Modulator 22 und
einem Nachbarkanalentfernungs-ROM-Modulator 23 eingegeben
werden. Die Bits im digitalen Datenstrom. wirken als Adressen in den
ROM-Modulatoren 22 und 23, deren Ausgabe I- und
Q-Signale sind, die den Eingangsdaten einschließlich von Rändern und den Rändern per
se entsprechen.
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Die I- und Q-Ausgaben des CPFSK-ROM-Modulators 22 und
des Nachbarkanalentfernungs-ROM-Modulators 23 werden zu
Quadraturmodulatoren 24 und 25 eingegeben, die
jeweils jeweilige Sinus- und Kosinus-Mischer 24a, 24b, 25a, 25b haben,
deren Ausgaben Eingaben zu jeweiligen Summiervorrichtungen 24e und 25c sind.
Die Ausgabe der ersten Summiereinrichtung 24c, die zum CPFSK-ROM-Modulator 22 gehört, wird
zu einem Leistungsverstärker 26 der
Klasse C eingegeben, während
die Ausgabe der Summiervorrichtung 25c die zum Nachbarkanalentfernungs-ROM-Modulator 23 gehört, zu einem
linearen Leistungsverstärker 27 eingegeben
wird.
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Der Leistungsverstärker 26 der
Klasse C hat eine relative Leistung von P1 gleich
etwa beispielsweise 3 Watt. Die relative Leistungsausgabe des linearen
Leistungsverstärkers 27 ist
P1 ~ A/2 dBw, wie beispielsweise 30 Milliwatt,
wobei A die Zahl von dB ist, um welche die Nachbarkanalenergie unter
P1 ist.
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Die Ausgabe des linearen Leistungsverstärkers 27 wird
dann mit der Ausgabe des Leistungsverstärkers 26 der Klasse
C durch einen Koppler 28 mit einem relativen Übertragungsleistungsverhältnis minus
A/2 dB, wie beispielsweise –20
dB, gekoppelt.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel
ist in 3 gezeigt, wobei
ein Signal konstanter Amplitude anfangs aus einem eingegebenen digitalen
Datenstrom oder einer Modulations-Wellenform unter Verwendung von z. B.
einem I, Q-Modulator 30 erzeugt wird und das Signal konstanter
Amplitude mit einem Leistungsverstärker 31. der Klasse
C verstärkt
wird. Der I, Q-Modulator
kann konfiguriert sein, wie es in der US-Patentanmeldung Nr. 07/967,027, in.
der der gegenwärtige
Erfinder und B. Ekelund genannt sind und die am 27. Oktober 1992
eingereicht ist, und in ihrer CIP-Anmeldung US-Patent Nr. 5,530,722
mit dem Titel "Quadrature Modulator with Integrated Distributed
RC Filters" (Anwaltsdokumenten-Nr. 027540-287) offenbart ist. Dann
wird auf einer parallelen Leitung ein entsprechendes Signal nicht
konstanter Amplitude aus dem Eingangsdatenstrom in einem zweiten
I, Q-Modulator 32 mit spektralen Nachimpulsen niedriger
Energie erzeugt. Der Modulator für
eine nicht konstante Hüllkurve
trennt die spektralen Nachimpulse aus dem Rest des Eingangssignals
mittels des ROM-Modulators 23 (2) oder mittels eines Tiefpassfilters
heraus. Dem Modulator 30 für eine konstante Hüllkurve
und dem Modulator 32 konstanter Hüllkurve werden jeweils eine
Trägerfrequenz
von einer gemeinsamen Quelle (nicht gezeigt) zugeführt. Die
Differenz zwischen dem spektral enthaltenen Signal vom I, Q-Modulator 32 und
dem Signal konstanter Hüllkurve
vom Leistungsverstärker 31 wird
dann in einem Signalsubtrahierer 33 gebildet.
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Das Differenzsignal vom Subtrahierer 33 ist ein
Signal mit nicht konstanter Amplitude, das unter Verwendung eines
linearen Leistungsverstärkers 34 verstärkt wird.
Das verstärkte
Differenzsignal vom linearen Verstärker 34 wird zur Ausgabe
des Leistungsverstärkers 31 der
Klasse C unter Verwendung. eines Richtkopplers 35 addiert,
um die unerwünschten
spektralen Nachimpulse zu entfernen.
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Bei dieser Technik besteht das Fehlersignal nur
aus spektralen Nachimpulsen niedriger Energie und erfordert nur
einen linearen Leistungsverstärker sehr
niedriger Leistung, um sie auf den Ausgangssignalpegel zu skalieren.
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Es ist wohlbekannt, dass keine Addiervorrichtung,
wie beispielsweise der Richtkoppler 35, Signale derselben
Frequenz ohne irgendeinen Verlust addieren kann. Jedoch kann der
Verlust minimiert werden, indem das Kopplungsverhältnis derart
gewählt
wird, dass es in der Größenordnung
der Quadratwurzel des Verhältnisses
der Leistungspegel des Haupt-Leistungsverstärkers 31 der
Klasse C und des Spitzenleistungspegels des Fehlerverstärkers 34 ist. Beispielsweise
dann, wenn der Leistungsverstärker 31 der
Klasse C 1 Kilowatt hat und der Fehlerverstärker 34 nur ein Watt haben
muss, und zwar deshalb, weil die Energie des spektralen Signalschwanzes mehr
als 30 dB niedriger ist, hat der Richtkoppler 35 vorzugsweise
einen Verlust von 0,3 dB gegenüber dem
Haupt-Leistungsverstärker
von 1 Kilowatt, ein Kopplungsverhältnis von –15 dB zum Fehlerverstärker 34,
und demgemäß wird der
Fehlerverstärker
bezüglich
des Leistungsverstärkers
von 1 Watt auf 30 Watt um 15 dB erhöht, um zu kompensieren.
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Auf diese Weise wird dem Verstärker 34 niedrigerer
Leistung der Pfad mit dem höchsten
Verlust zugeteilt und wird dem Verstärker 31 höherer Leistung
der Pfad mit dem niedrigsten Verlust zugeteilt, was den Einfluss
eines Verlustes im Addiernetzwerk 35 auf eine Gesamteffizienz
minimiert.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 4 eine verbessertere Version
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Das Signal mit nicht konstanter Hüllkurve kann
durch Tiefpassfiltern der I, Q-Signale mit konstanter Hüllkurve
und durch Anlegen von ihnen an einen zweiten I, Q-Modulator erzeugt
werden. Da die Differenz des Ausgangssignals von diesem Modulator
und vom ersten Modulator mit konstanter Amplitude erforderlich ist,
kann diese Differenz an den I, Q-Signalstellen
berechnet werden. Darüber
hinaus ist die Differenz zwischen einem Signal und seiner tiefpassgefilterten
Version lediglich eine hochpassgefilterte Version.
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Daher bildet eine in 4 gezeigte
bevorzugte Implementierung das Differenzsignal direkt durch eine
Hochpassfilterung der I, Q-Signale unter Verwendung eines Paars
von Hochpassfiltern 40 (von einem für jedes Signal) und durch Anlegen
von ihnen an einen zweiten Quadraturmodulator 42. Das Differenzsignal
wird wie zuvor in einem linearen Fehlerverstärker 44 verstärkt und
daran in einem Richtkoppler 45 zur Ausgabe des Verstärkers 43 für eine konstante Hüllkurve
addiert, der ein Signal konstanter Hüllkurve von einem ersten Quadraturmodulator 41 empfängt.
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Optionale Tiefpassfilter 46 können enthalten sein;
sowohl die oberen Filter 46 als auch die unteren Filter 40 könnten jedoch
Digital-zu-Analog-Wandler aufweisen, wenn die I, Q-Signale in digitaler
Form entstehen.
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In der Praxis kann die Erzeugung
von modulierten Datensignalen konstanter Hüllkurve und/oder von linear
gefilterten Datensignalen mit der Hilfe eines so genannten ROM-Modulators
erreicht werden. Der ROM-(Nurlesespeicher-)Modulator
nimmt an, dass das zum Formen von I, Q oder von Phasenwinkelübergängen eine
endliche Impulsantwort einer Dauer von einigen wenigen Datensymbolen
(z. B. Bits) hat. Beispielsweise dann, wenn die Filter-Impulsantwort fünf Bitperioden
lang ist, gibt es nur 32 (25) Möglichkeiten
für die
Ausgangswellenform. Plus/minus- und Zeitumkehr-Symmetrien erlauben eine
Kompression dieser Wellenformtypen, so dass alles in einem kleinen
ROM gespeichert werden kann. Eine Modulation und eine Filterung
werden dann bei der Operation eines einfachen Auslesens bzw. Wiedergewinnens
einer Wellenform aus einer Speicherstelle kombiniert, die durch
die letzten fünf Datenbits
gegeben ist.
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Eine Implementierung der vorliegenden
Erfindung kann aufgebaut werden, wobei sowohl die Modulation konstanter
Hüllkurve
als auch ihre hochpassgefilterte Version durch Filterfunktionen
mit endlicher Impulsantwort dargestellt werden können. Die endliche Anzahl von
I- und Q-Wellenformen, die entstehen können, wird dann in einem ROM
für beide Versionen
gespeichert.
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Gemäß 5 wird in jeder Bitperiode ein neues
Bit in ein N-Bit-Schieberegister 50 geschoben, und
die letzten N Bits, wobei N der Impulsantwort-Länge des Filters entspricht, werden
einem ROM 51 präsentiert.
Zwei I- und zwei Q-Wellenformen
(jeweils entsprechend der Wellenform konstanter Hüllkurve
und der hochpassgefilterten Wellenform) werden aus dem ROM ausgewählt und
von einer digitalen zu einer analogen Form in vier Digital-zu-Analog-Wandlern 52-55 umgewandelt.
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In Reaktion auf eine Takteingabe
zählt ein Zähler 61
M mal während
jeder Bitperiode des eingegebenen digitalen Datenstroms, um eine
Sequenz von M Stellen zu erzeugen, die in diskreten Schritten die
Wellenform über
die Bitperiode darstellen. Die D-zu-A-gewandelten Wellenformen werden
in Anti-Aliasing- bzw. Anti-Faltungsverzerrungs-Tiefpassfiltern 62 gefiltert,
um die Stufengranularität
zu entfernen, und dann jeweils einem Modulator 56 konstanter Hüllkurve
bzw. einem Fehlersignalmodulator 57 präsentiert. Die Ausgabe des Modulators
konstanter Hüllkurve
kann durch einen Leistungsverstärker 58 der
Klasse C verstärkt
werden, während
das Fehlersignal durch einen linearen Leistungsverstärker 59 verstärkt wird.
Die Ausgaben der zwei Leistungsverstärker werden dann in einem Richtkoppler 60 addiert.
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Es wird aufgezeigt, dass es zum Erhalten
einer besten Entfernung der unerwünschten spektralen Komponenten
nötig sein
kann, eine relative Verzögerung
des Signals konstanter Hüllkurve
relativ zum Fehlersignal einzubauen, um die der Hochpassfilteroperation
innewohnende Verzögerung
zu kompensieren. Dies kann bei der Implementierung der 4 durch digitales neues
Taktendes Datenstroms mittels. der Hochpassfilter 40 erreicht
werden, die zum Erzeugen der I, Q-Signale konstanter Hüllkurve verwendet werden, und
zwar unter Verwendung eines geeigneten Takts. Wenn die Hochpassfilter 40 eine Verzögerung zeigen,
können
die Filter 46 die Signale konstanter Hüllkurve verzögern, um
sie bezüglich
der Zeit für
eine richtige Entfernung von Nachimpulsen spektraler Energie auszurichten.
Im Fall des ROM-Modulators kann die relative Verzögerung in die
ROM-Inhalte eingebaut werden.
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Andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung werden einem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich werden,
welche sich bezüglich
der Details unterscheiden, die aber das allgemeine Prinzip der vorliegenden
Erfindung zum Erzeugen eines verstärkten Fehlersignals entsprechend
den unerwünschten
Nachimpulsen spektraler Energie eines Signals konstanter Hüllkurve,
zum Addieren dieses Signals zum Signal konstanter Hüllkurve,
um diese unerwünschten
spektralen Komponenten zu entfernen, und zum Zurücklassen eines Signals mit
einer stark reduzierten Nachbarkanalenergie verkörpern.
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Während
hierin nur besondere Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben sind, wird es
offensichtlich werden, dass weitere Modifikationen durchgeführt werden
können, ohne
von der Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen. Beispielsweise
könnten
verschiedene andere Implementierungen unter Verwendung anderer Hardware-Vorrichtungen,
digitaler Signalprozessoren oder Speicherkonfigurationen erdacht
werden: Demgemäß sollen
die Ansprüche
alle solchen Änderungen
unter alternativen Aufbauten abdecken, die in den Schutzumfang der
Erfindung fallen.