DE69610498T2

DE69610498T2 - Transmitter mit kartesischer rückführung

Info

Publication number: DE69610498T2
Application number: DE69610498T
Authority: DE
Inventors: Andrew Bateman; Anthony Beach; Blakeborough Kenington; Peter Mcgeehan; James Wilkinson
Original assignee: University of Bristol
Current assignee: University of Bristol
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: GB9510313D0; ATE196704T1; ES2150669T3; EP0827642B1; JP2007089207A; EP0827642A1; AU5774096A; GR3034840T3; EP1033808A3; GB2301247A; KR19990021877A; EP1033808A2; WO1996037949A1; CA2221685C; KR100403378B1; US6381286B1; JPH11505977A; JP3917182B2; CA2221685A1; DE69610498D1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft allgemein Hochfrequenzsender. Sie betrifft insbesondere Einrichtungen und Verfahren zum Bereitstellen linearer Hochfrequenzsender mit Hilfe kartesischer Schleifenschaltungen.
Moderne Hochfrequenz-Kommunikationssysteme arbeiten normalerweise in eng begrenzten Frequenzbändern. Folglich sind für die Sender in Hochfrequenz-Kommunikationssystemen Leistungsverstärker erforderlich, die besonders linear arbeiten, damit nur im zulässigen Frequenzbereich abgestrahlt wird und die Störungen möglichst klein werden.
Der Einsatz kartesischer Schleifenschaltungen zum Erzielen einer linearen Leistungsverstärkung in Kommunikationssystemsendern ist bekannt. Fig. 1 zeigt eine bekannte kartesische Schleifenschaltung, die in dem Artikel "RF Linear Amplifier Design," von P. B. Kenington und A. Bateman, beschrieben ist, veröffentlicht in den Proceedings of RF Expo West, Seiten 223 bis 232, März 1994.
Die kartesische Schleifenschaltung in Fig. 1 weist jedoch einige Beschränkungen auf. Eine ganz allgemeine Einschränkung besteht darin, dass eine angemessene Leistungsregelung nicht möglich ist; dies ist jedoch bei den meisten Sendern für Kommunikationssysteme eine erforderliche Funktion. Lediglich als Beispiel sei genannt, dass bestehende Schaltungen keinen angemessenen Regelbereich der Leistung bieten. Bestehende kartesische Schleifenschaltungen weisen noch weitere Einschränkungen bei der Leistungsregelung auf.
Vorhandene kartesische Schleifenschaltungen bieten auch keinerlei Rauschfilterung zum Entfernen des Rauschens, das durch die kartesische Schleife erzeugt wird. Damit tritt beim Betrieb bekannter kartesischer Schleifenschaltungen Rauschen auf. Bestehende kartesische Schleifenschaltungen haben auch keine angemessenen Kalibrierverfahren zum Ausgleichen der Gleichspannungsoffsets von Komponenten und zum Kompensieren von Phasenänderungen in der kartesischen Schleife. All diese Begrenzungen schränken die Genauigkeit des Betriebs ein.
Andere Beschränkungen bestehen darin, dass Instabilitäten nicht erkannt werden und dass bei Überhitzungserscheinungen und zu geringer Spannung kein adaptiver Betrieb möglich ist. Zudem ist keine Erkennung irgendeiner Art von Sendeschablone möglich, um den korrekten Betrieb des kartesischen Schleifensenders sicherzustellen.
In Anbetracht der genannten und weiterer Einschränkungen wünscht man eine neue und verbesserte kartesische Schleifenschaltung insbesondere für den Einsatz in linearen Sendern in Hochfrequenz- Kommunikationssystemen.
WO95106354 offenbart einen Hochfrequenzsender mit einer kartesischen Rückführschaltung. In einem Trainingsbetriebsmodus wird ein Trainingssignal an den Leistungsverstärker angelegt, und die linearisierende Rückführschaltung wird abgeglichen.
Die Erfindung liefert ein Verfahren und eine Einrichtung zum Beseitigen der Gleichspannungsoffsets im Rückführpfad einer kartesischen Schleife, die aus einem Vorwärtspfad und dem Rückführpfad besteht. Dadurch wird die Leistungsverschlechterung der kartesischen Schleife so gering wie möglich. Gemäß dem Verfahren zum Beseitigen der Offsets wird der Betrieb des Vorwärtspfads unterbrochen und der Gleichspannungsoffset im Rückführpfad wird erfasst und gespeichert. Der Gleichspannungsoffset wird dann subtrahiert, wenn der Vorwärtspfad wieder freigegeben wird. Der Abwärtsmischer wird während dieses Vorgangs bevorzugt mit seinem Überlagerungsoszillator angesteuert, da der Überlagerungsoszillator den Gleichspannungsoffset bewirken kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Speichern des Gleichspannungsoffsets nachdem die Überlagerungsoszillatoren eine vorbestimmte Stabilität erreicht haben, falls es die Beschränkungen des Systemtimings nicht erlauben, dass der Überlagerungsoszillator bei seiner festgelegten Stabilität einrastet.
Das Auslöschen des Gleichspannungsoffsets erfolgt bevorzugt mit einem Abtasthalteglied, das den Gleichspannungsoffset im Rückführpfad bestimmt und festhält, wenn der Vorwärtspfad gesperrt ist.
Der Vorwärtspfad wird bevorzugt dadurch stillgelegt, dass man den Leistungsverstärker im Vorwärtspfad ausschaltet.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird ein Verfahren zum Übertragen von Basisbandsignalen mit einer kartesischen Schleifenschaltung bereitgestellt, wobei die kartesische Schleifenschaltung einen Vorwärtspfad, einen Rückführpfad, einen Aufwärtsmischer und einen Abwärtsmischer sowie Frequenzsynthesizer enthält, die in die kartesische Schleife Überlagerungsoszillatorsignale für den Aufwärtsmischer und den Abwärtsmischer einspeisen, und das Verfahren die Schritte umfasst:
Stilliegen des Vorwärtspfads;
Erfassen und Speichern des Gleichspannungsoffsets im Rückführpfad bei stillgelegtem Vorwärtspfad, bevor der Zeitschlitz, in dem eine Kommunikation erfolgt, aktiv wird, wenn die Frequenzsynthesizer eine vorbestimmte Stabilität erreicht haben; und
Subtrahieren des Gleichspannungsoffsets im Rückführpfad.
Gemäß einem zweiten Merkmal der Erfindung wird eine kartesische Schleife zum Übertragen von Basisbandsignalen bereitgestellt, umfassend:
einen Vorwärtspfad, der einen ersten Eingang für die Basisbandsignale und einen zweiten Eingang hat, wobei der Vorwärtspfad Einrichtungen enthält, die die Eingangssignale in ein Hochfrequenzsignal für die Übertragung aufwärts mischen;
einen Rückführpfad, der eine Fehlersignaleingabe, die die Nichtlinearität des Vorwärtspfads anzeigt, an den zweiten Eingang des Vorwärtspfads liefert, wobei der Rückführpfad ein Eingabesignal aus dem Vorwärtspfad erhält und eine Vorrichtung umfasst, die das Eingabesignal aus dem Vorwärtspfad abwärts mischt;
eine Steuervorrichtung, die die Eingabe in den Rückführpfad unterbricht;
Frequenzsynthesizer, die Überlagerungsoszillatorsignale in die Vorrichtung einspeisen, die die Eingangssignale aufwärts mischt, und in die Vorrichtung, die die Eingangssignale aus dem Vorwärtspfad abwärts mischt;
Einrichtungen, die den Gleichspannungsoffset im Rückführpfad messen und erfassen, wenn der Vorwärtspfad stillgelegt ist und bevor der Zeitschlitz, in dem eine Kommunikation erfolgt, aktiv wird, wenn die Frequenzsynthesizer eine vorbestimmte Stabilität erreicht haben; und
eine Vorrichtung zum Subtrahieren des Gleichspannungsoffsets vom Rückführpfad.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden eine Einrichtung und ein Verfahren bereitgestellt, die es ermöglichen, die Leistungsabgabe des kartesischen Schleifensenders einfach zu regeln. Bei diesem Verfahren werden eine oder mehrere Stufen eines vielstufigen Leistungsverstärkers im Vorwärtspfad der kartesischen Schleife mit einem Umgehungsschalter umgangen, wenn man eine geringe Leistungsabgabe wünscht. Man bevorzugt, bei der Umgehung von Stufen die Phase der kartesischen Schleife nachzuführen, um den Änderungen in der Schleifenphase Rechnung zu tragen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung werden eine Einrichtung und ein Verfahren zum Regeln der Leistungsabgabe der kartesischen Schleife durch eine wählbare Schleifendämpfung mit einer PIN-Diodenschaltungbereitgestellt. Bei dieser Einrichtung enthält der Vorwärtspfad der Schleife einen ersten Eingang, der Basisbandsignale aufnimmt, einen zweiten Eingang, eine Vorrichtung, die die Eingangssignale auf ein zu sendendes Signal aufwärts mischt, ein Dämpfungsglied mit wählbarer Dämpfung und eine Anzahl Leistungsverstärkerstufen. Der Rückführpfad enthält einen Eingang vom Vorwärtspfad, ein PIN-Dioden- Dämpfungsglied mit wählbarer Dämpfung, eine Vorrichtung zum Abwärtsmischen und einen Ausgang, der ein Rückführsignal für den zweiten Eingang liefert. Man bevorzugt das Regeln der Dämpfung, so dass eine im Vorwärtspfad entfernte Dämpfung die Dämpfung ausgleicht, die im Rückführpfad zugefügt wurde, und umgekehrt.

Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer bekannten kartesischen Schleifenschaltung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer kartesischen Schleifenschaltung, die einige Merkmale der Erfindung umsetzt;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer kartesischen Schleife mit Leistungsregelungsmerkmalen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Erläuterung des Vorgangs, mit dem ein digitaler Signalprozessor die Leistungsabgabe einer kartesischen Schleifenschaltung gemäß einem Merkmal der Erfindung regelt;
Fig. 5 eine PIN-Diodenschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine zeitliche DarstellungderArbeitsweisederGleichspannungs-Unterdrückungsschaltung in Fig. 2 gemäß einem Merkmal der Erfindung; und
Fig. 7 ein normales Basisbandsignal, das die Schleife bei stabilem Betrieb erzeugt, und ein typisches Basisbandsignal, das die Schleife bei instabilem Betrieb erzeugt.
Die Erfindung wird nun zusammen mit einigen erläuternden Ausführungsformen beschrieben. Fachleuten ist dabei klar, dass man zahlreiche Abwandlungen vornehmen kann bzw. Teile zufügen oder weglassen kann, ohne den Bereich der Ansprüche zu verlassen.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Anhand von Fig. 1 wird eine bekannte kartesische Schleifenschaltung erläutert. Die Schaltung nimmt in den Differenzverstärkern 10 bzw. 12 I- und Q-Eingangssignale als Basisbandfrequenzen auf. Der Aufwärtsmischer 14 mischt die I- und Q-Signale auf Hochfrequenzsignale. Eine Verstärkerstufe, dargestellt durch das Verstärkerpaar 16 und 18, verstärkt die aufwärts gemischten Signale. Die Antenne 20 strahlt die Signale ab.
Der Sendepfad 22 wird als Vorwärtspfad bezeichnet. Die Schaltung des Vorwärtspfads 22 ist in jedem beliebigen Sender nahezu gleich. In der Schaltung nach Fig. 1 brauchen die Verstärker 16 und 18 nicht streng linear zu sein; es kann sich statt dessen um weniger teure nichtlineare Komponenten handeln. Dies hat seinen Grund hauptsächlich darin, dass die Nichtlinearitäten in einem Rückführpfad 24, der in den kartesischen Schleifenschaltungen enthalten ist, korrigiert werden.
Das Eingangssignal für den Rückführpfad 24 erzeugt ein Koppler 26, der einen Signalanteil aus dem Vorwärtspfad 22 auf den Rückführpfad 24 ausgibt. Ein Abwärtsmischer 28 mischt das ausgekoppelte Signal auf die Basisbandfrequenz herunter. Die heruntergemischten Signale werden in die Differenzverstärker 10 und 12 eingegeben. Die Verstärker 10 und 12 führen einen Differenzbildungsvorgang aus und erzeugen Fehlersignale, mit denen man sämtliche nichtlinearen Vorgänge in der Schaltung korrigieren kann.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der kartesischen Schleifenschaltung, in der diverse Merkmale der Erfindung umgesetzt sind. An die Differenzverstärker 100 bzw. 102 werden die Differenz- Eingangssignale I und Q angelegt. Die I- und Q-Ausgangssignale der Verstärker 100 bzw. 102 liegen an den Dämpfungsgliedern 104 bzw. 106. Die Ausgangssignale der Dämpfungsglieder 104 und 106 werden in die Summationspunkte 108 bzw. 110 eingespeist.
Der Summationspunkt 108 liefert das Eingangssignal für ein Schleifenfilter 112. Der Summationspunkt 110 liefert das Eingangssignal für ein Schleifenfilter 114. Die Schleifenfilter 112 und 114 sind als Integrierer mit den Verstärkern 118 bzw. 120 und den Kondensatoren 122 bzw. 124 ausgeführt. Die Schleifenfilter 112 und 114 führen die Filterung aus und liefern die Verstärkung, die die kartesische Schleife benötigt, um die Verstärkungsbandbreite der Schleife innerhalb stabiler Grenzen zu halten.
Die Schleifenfilter 112 und 114 liefern die Ausgangssignale für den Vorwärtspfad 126. Wie bereits erwähnt besteht ein Eingangssignal der Summationspunkte 108 und 110 aus den I- bzw. Q-Signalen. Das andere Eingangssignal der Summationspunkte 108 und 110 kommt aus dem Rückführpfad 128, der ein Maß für die Betriebsabweichung der kartesischen Schleife liefert.
Die Ausgangssignale der Schleifenfilter 112 und 114 werden in einen Aufwärtsmischer 130 eingegeben. Der Aufwärtsmischer 130 setzt die I-und Q-Ausgangssignale der Schleifenfilter 112 und 114, die auf einer Basisbandfrequenz liegen, auf ein Hochfrequenzband um. In diesem Fall hat die bevorzugte Hochfrequenz den Wert 900 MHz.
Das Hochfrequenzsignal aus dem Aufwärtsmischer 130 wird in ein Dämpfungsglied 132 und dann in ein weiteres Dämpfungsglied 134 eingegeben. Das Signal durchläuft anschließend einen Verstärker 136 und gelangt an ein Bandpassfilter 138. Das Signal wird nun an ein Leistungsverstärkermodul 140 angelegt, das das Signal vor der Aussendung verstärkt. Das verstärkte Signal läuft nach dem Leistungsverstärker 140 durch einen Koppler 142, einen Isolator 144 und einen Duplexer 146 zu einer Antenne 148, die das Signal aussendet.
Der Koppler 142 überträgt einen Teil des Signals aus dem Vorwärtspfad 126 auf den Rückführpfad 128. Im Rückführpfad 128 durchläuft das Signal ein Dämpfungsglied 148, anschließend ein Dämpfungsglied 150 und dann eine Verstärkerstufe, die aus einem umschaltbaren Dämpfungsglied 152 und einem umschaltbaren Verstärker 154 besteht. Das leistungsgeregelte Signal wird nun in einen Abwärtsmischer 156 eingegeben. Der Abwärtsmischer 156 setzt das Signal im Rückführpfad 128 in ein Basisbandsignal um.
Die 1- und Q-Ausgangssignale aus dem Abwärtsmischer 156 durchlaufen die Verstärker 158 und 160 bzw. 162 und 164. Der Verstärker 160 liefert das Ausgangssignal für den Summationspunkt 108. Der Verstärker 164 liefert das Ausgangssignal für den Summationspunkt 110.

Leistungsregelung

Es werden nun die Leistungsregelungsmöglichkeiten besprochen, die in der Ausführungsform der kartesischen Schleife nach Fig. 2 gemäß einiger Merkmale der Erfindung bereitgestellt sind. Die I- und Q-Eingangssignale werden anfänglich über die Dämpfungsglieder 104 und 106 eingegeben. Die Dämpfungsglieder 104 und 106 liefern, wenn sie zugeschaltet sind, 15 d8 Dämpfung. Sie lassen die I- und Q-Signale ohne Dämpfung durch, wenn sie weggeschaltet sind. Die Dämpfungsglieder 104 und 106 werden über das Steuersignal CONTROLS gesteuert, das das Kommunikationssystem über das Register 166 und den Treiber 168 bereitstellt. Damit ermöglichen die Dämpfungsglieder 104 und 106 eine grobe Leistungsregelung mit 15 dB Dämpfung, wenn eine geringere Ausgangsleistung gewünscht wird, und 0 dB Dämpfung, wenn die Ausgangsleistung höher sein soll.
Die I- und Q-Signale werden nun in die kartesische Schleifenschaltung eingegeben. Der Aufwärtsmischer 130 setzt sie auf eine Frequenz zwischen 896 MHz und 901 MHz oder auf eine andere gewünschte Frequenz um. Nach dem Aufwärtsmischen regeln das Dämpfungsglied 132, das PIN-Dioden-Dämpfungsglied 134 und der Verstärker 136 nochmals die Leistung im Vorwärtspfad 126. In Fig. 2 ist das Dämpfungsglied eine integrierte 2-4-8-8-16-Dämpfungsschaltung, mit der man Dämpfungswerte von 2dB, 4dB, 8dB, 8dB und 16dB in den Vorwärtspfad 126 schalten bzw. aus ihm herausnehmen kann. Das Dämpfungsglied 132 liefert somit bis zu 32 dB Dämpfung in Schritten zu 2 dB. Damit ist das Dämpfungsglied 132 dazu verwendbar, die Leistungsfeinregelung in Stufen von 2 dB im Vorwärtspfad 126 auszuführen. Als Dämpfungsglied 132 kann man das Teil mit der Teilenummer RF2410 von RF MicroDevices verwenden. Das Dämpfungsglied 132 wird mit den Steuersignalen CONTROL, die das Kommunikationssystem liefert, digital gesteuert.
Das PIN-Dioden-Dämpfungsglied 134 liefert bevorzugt 15 dB Dämpfung, wenn das Dämpfungsglied 134 zugeschaltet ist, und 0 dB Dämpfung, wenn es weggeschaltet ist. Das Dämpfungsglied 134 wird bevorzugt gesteuert durch das Steuersignal CONTROL aus dem Kommunikationssystem freigegeben oder gesperrt. Damit liefert das Dämpfungsglied 134 eine grobe Leistungseinstellung im Vorwärtspfad 126.
Der Verstärker 136 im Vorwärtspfad 126 liefert eine Verstärkung von 30 dB. Nach dem Filtern im Rasch-Bandpassfilter 138 liefert der Leistungsverstärker 140 nochmals 30 bis 40 dB Verstärkung. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann man die Leistungsabgabe der kartesischen Schleife auch dadurch regeln, dass man das Signal am Leistungsanschluss des Leistungsverstärkers 140 verändert. Verwendet man in Fig. 2 beispielsweise einen Leistungsverstärker Hitachi PF0121, so kann man die Leistungsabgabe des Verstärkers 140 dadurch verkleinern, dass man das Signal POWER CONTROL verringert. Dadurch sinkt die Leistungsabgabe der Schleife. Umgekehrt kann man die Leistungsabgabe des Verstärkers 140 erhöhen, indem man das Signal POWER CONTROL vergrößert. Dadurch steigt die Leistungsabgabe der Schleife. Steigt oder fällt die Verstärkung des Verstärkers 140, so sollte eine entsprechende Änderung im Rückführpfad 128 vorgenommen werden, damit die gesamte Schleifenverstärkung gleich bleibt. Nach der Leistungsverstärkung wird das Signal über die Antenne 148 ausgegeben.
Die Schaltung in Fig. 2 liefert 15 dB Dämpfung vor der Schleife. Der folgende Vorwärtspfad 126 der Schleife liefert bis zu 47 dB Dämpfung. Die gesamte Dämpfung wird durch den Systemcontroller im Kommunikationssystem geregelt. Der Vorwärtspfad 126 bietet auch eine erste Verstärkerstufe mit 30 dB und eine zweite Verstärkerstufe mit 30 bis 40 dB, bevor das Signal an die Antenne 148 angelegt wird. Die in Fig. 2 dargestellten Verstärker bestehen in Wirklichkeit natürlich aus mehreren Verstärkerstufen.
Es wird nun die Leistungsregelung im Rückführpfad 128 besprochen. Wie bereits angegeben beginnt der Rückführpfad 128 am Koppler 142, der für den Fall in Fig. 2 ungefähr 1,0 Prozent des Signals aus dem Vorwärtspfad 126 auskoppelt. Das ausgekoppelte Signal wird nun im Pegeleinstell-Dämpfungsglied 148 bedämpft. Das Pegeleinstell-Dämpfungsglied dient zum Kalibrieren der Schleife, damit man Toleranzen zwischen verschiedenen Schaltungen ausgleichen und die anfängliche Leistungsabgabe der Schleifenschaltung einstellen kann.
Das Signal wird nun im 2-4-8-8-16-Dämpfungsglied 150 bedämpft. Das Dämpfungsglied 150 gleicht das Dämpfungsglied 132 in Vorwärtspfad 126 aus. Das Dämpfungsglied 150 ist bevorzugt eine PIN-Dioden- Schaltung, die bis zu 32 dB Dämpfung in Schritten zu 2 dB liefert. Der Umfang der Dämpfung wird durch Steuersignale aus dem Systemcontroller gewählt, die im Register 166 gespeichert sind.
Das Signal gelangt nun an eine schaltbare Verstärkerstufe, die das 0 dB-Dämpfungsglied 152 und den 15 dB-Verstärker 154 enthält. Wünscht der Systemcontroller des Kommunikationssystems eine Verstärkung des Ausgangssignals, so wird durch die Steuersignale aus dem Register 166 der Verstärker 154 stillgelegt und das 0 dB-Dämpfungsglied freigegeben. Wird eine geringere Leistungsabgabe gewünscht, so schaltet der Systemcontroller den Verstärker 154 zu und sperrt das Dämpfungsglied 152. Dadurch wird das Signal im Rückführpfad verstärkt.
Wird ein Dämpfungsglied oder ein Verstärker in den Vorwärtspfad 126 oder den Rückführpfad 128 geschaltet bzw. davon abgetrennt, so bevorzugt man, ein genauso großes Dämpfungs- bzw. Verstärkungsglied in den anderen Pfad zu schalten bzw. davon abzutrennen. Damit bleibt der Abgleich der Schleife erhalten, und die Gesamtschleifenverstärkung verändert sich nicht, obwohl sich die Ausgangsleistung ändert. Um die Schleife abgeglichen zu halten, bevorzugt man, eine Leistungsverstärkung im Vorwärtspfad 126 mit einer Leistungsdämpfung im Rückführpfad 128 auszugleichen. In vergleichbarer Weise bevorzugt man, eine Leistungsdämpfung im Vorwärtspfad 126 mit einer Leistungsverstärkung im Rückführpfad 128 auszugleichen. Schaltet man ein Dämpfungsglied in den Vorwärtspfad 126, so bevorzugt man, ein gleich großes Dämpfungsglied aus dem Rückführpfad 128 herauszunehmen.
Die Schaltung in Fig. 2 liefert mit Komponenten innerhalb und außerhalb der Schleife eine grobe und feine Regelung der Leistungsabgabe. In Fig. 2 bezeichnet der Begriff Feinregelung eine Leistungsverstellung in Schritten von 1 dB oder 2 dB. Der Begriff Grobregelung bezeichnet eine Verstellung der Leistung in größeren Schritten. In anderen Systemen können die Grob- und Feinregelungsschritte auch andere Werte annehmen.
In Fig. 2 stellen die Dämpfungsglieder 104 und 106 außerhalb der Schleife eine Leistungsverstellung von 15 dB bereit. Zusätzlich bevorzugt man den Einsatz eines digitalen Signalprozessors (DSP), der die I- und Q-Signale liefert. Dies wird anhand von Fig. 3 erklärt und dargestellt. Der DSP bietet eine Feineinstellung der Leistungsabgabe in Schritten von 1 dB und 2 dB. Da sich diese beiden Mechanismen zur Leistungsverstellung außerhalb der Schleife befinden, braucht man den Einsatz dieser Mechanismen auch nicht auszugleichen. Die Leistungsfeinregelung innerhalb der Schleife erfolgt in Fig. 2 durch die Dämpfungsglieder 132 und 150. Der Einsatz dieser Dämpfungsglieder wird, wie bereits erklärt, ausgeglichen. Die grobe Leistungseinstellung erfolgt in Fig. 2 über die Dämpfungsglieder 134 und 152 sowie mit dem Verstärker 154. Wie bereits erklärt wird der Gebrauch jeder dieser Komponenten ausgeglichen.
Fig. 2 zeigt eine besondere Ausführungsform der kartesischen Schleife gemäß der Erfindung. Fig. 3 stellt ein Blockdiagramm einer weiteren kartesischen Schleifenschaltung mit diversen Komponenten zur Leistungseinstellung dar. In Fig. 3 liefert ein digitaler Signalprozessor 222 (DSP) die zu sendenden I- und Q-Signale an die kartesische Schleifenschaltung 220. Die kartesische Schleifenschaltung 220 enthält die Standardschleifenkomponenten einschließlich der Differenzverstärker/Schleifenfilter 224 und 226, des Aufwärtsmischers 228, der Hochfrequenz-Leistungsverstärkerkette 229, des Kopplers 230, der Antenne 232 und des Abwärtsmischers 234.
Die Schleifenschaltung 220 weist ebenfalls eine Anzahl Komponenten zur Leistungseinstellung auf. Die Leistungseinstellkomponenten umfassen die Dämpfungsglieder 236 und 238 vor den Schleifen, die Dämpfungsglieder 240 und 242 im Vorwärtspfad, den Verstärker 243 im Vorwärtspfad, den Leistungsverstärker-Umgehungsschalter 244, die Dämpfungsglieder 246 und 248 im Rückführpfad, den Verstärker 250 im Rückführpfad und die I- und Q-Rückführverstärker 252 und 254.
Die Leistungseinstellkomponenten in Fig. 3 bieten eine grobe und eine feine Leistungsregelung des Ausgangssignals der Antenne 232. Der DSP 222 legt gemäß einem Merkmal der Erfindung die gewünschte Leistungsabgabe fest und liefert Steuersignale für die Schleifenschaltung, die die verschiedenen Leistungseinstellkomponenten abhängig von der gewünschten Ausgangsleistung steuern. Der DSP 222 übernimmt auch die Leistungsfeinregelung, indem er die Amplitude der I- und Q-Signale regelt, die der Schleifenschaltung zugeführt werden.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung, siehe Fig. 4, bestimmt der DSP 222 oder eine andere Kontrolleinrichtung im Schritt 260 den benötigten Ausgangsleistungspegel an der Antenne 232. Im Schritt 262 sendet der DSP 222 oder eine andere Kontrolleinrichtung Steuersignale aus, die die grobe Leistungseinstellung verschiedener Komponenten in der kartesischen Schleifenschaltung 220 vornehmen. Bieten beispielsweise die Dämpfungsglieder 236, 238, 240, und 242 einen wählbaren groben Dämpfungspegel, wie dies bei den Dämpfungsgliedern 104, 106, 132 und 134 in Fig. 2 der Fall war, so wählt der DSP 222 den gewünschten Dämpfungspegel für jede dieser Komponenten, und zwar bevorzugt anhand vorgewählter Werke in einer Tabelle. Anschließend gibt er Steuersignale aus, die die gewünschten Dämpfungspegel umsetzen. Gleichzeitig berechnet der DSP 222 im Schritt 262 die erforderliche Leistungsfeineinstellung zum Erzielen des gewünschten Ausgangsleistungspegels an der Antenne 232. Der DSP 222 wählt dann die geeignete Amplitude der I-und Q-Signale und stellt damit das Ausgangsleistungsniveau fein ein. Er sendet die amplitudengeregelten Signale I und Q an die Schleifenschaltung 220.
Der Leistungsverstärker-Umgehungsschalter 244, siehe nochmals Fig. 3, verwirklicht eine weitere Leistungseinstellmöglichkeit gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung. Der Leistungsverstärker 229 ist mit den beiden Stufen 256 und 258 dargestellt. Auf Wunsch oder bei Bedarf kann man auch mehr Stufen verwenden. Gemäß der Erfindung verwendet man den Umgehungsschalter 244 dazu, eine oder mehrere Verstärkungsstufen zu umgehen, wenn dies zum Einstellen der Ausgangsleistung an der Antenne 232 erforderlich ist. Bei erhöhtem Leistungsbedarf wird der Schalter 244 geöffnet; bei geringerem Leistungsbedarf wird er geschlossen. Wird der Schalter 244 zum Umgehen einer Verstärkerstufe geschlossen, so bevorzugt man, die Leistungsverstärkerstufe 258 stillzulegen. Die Steuerung des Schalters 244 übernimmt bevorzugt der DSP 222. Jede andere Kontrollvorrichtung im Kommunikationssystem, die den gewünschten Ausgangsleistungspegel kennt, kann den Schalter 244 jedoch auch steuern. In Fig. 3 ist der Schalter 244 so dargestellt, dass er eine einzige Verstärkerstufe umgeht; man kann den Schalter 244 auch dazu verwenden, so viele Stufen wie gewünscht zu umgehen. Die Verstärkungsregelung im Vorwärtspfad und die Verstärkungsregelung in Rückführpfad sollten natürlich aufeinander abgestimmt werden, damit die Schleifenverstärkung gleich bleibt. Wird der Umgehungsschalter 244 verwendet, so bevorzugt man ein Nachstellen der Schleifenphase, um Änderungen in der Schleifenphase Rechnung zu tragen, die durch eine zu- bzw. weggeschaltete Komponente entstehen. Das bevorzugte Verfahren zum Einstellen der Schleifenphase wird im Weiteren beschrieben.
Die Dämpfungsglieder 236 und 238 in Fig. 3 entsprechen den Dämpfungsgliedern 104 und 106 in Fig. 2. Es kann sich wie in Fig. 2 um Ein/Ausschalt-Dämpfungsglieder handeln, die eine sehr grobe Einstellung des Leistungspegels bieten. Wahlweise können die Dämpfungsglieder 236 und 238 kontinuierlich einstellbare Dämpfungsglieder sein, die einen durchgehenden Dämpfungsbereich bieten. In diesem Fall kann man die Dämpfungsglieder 236 und 238 dazu verwenden, zur Leistungsfeinregelung beizutragen.
Die Dämpfungsglieder 240 und 242 und der Verstärker 243 in Fig. 3 entsprechen den Komponenten 132, 134 und 136 in Fig. 2. Die Dämpfungsglieder 240 und 242 können wiederum 248-8-16-Dämpfungsglieder oder Ein/Ausschalt-Dämpfungsglieder wie in Fig. 2 sein, oder es kann sich um fortlaufend veränderliche Dämpfungsglieder handeln. In ähnlicher Weise kann der Verstärker 243 entweder eine Ein/Ausschalt-Verstärkung oder eine fortlaufend veränderliche Verstärkung bieten. Verwendet man den DSP 222 wie beschrieben zur Leistungseinstellung, so kann man möglicherweise zahlreiche Leistungseinstellkomponenten in der Schleife 220 weglassen, insbesondere diejenigen Komponenten, die der Leistungsfeineinstellung dienen.
Die Dämpfungsglieder 246 und 248 und der Verstärker 250 in Fig. 3 entsprechen den Komponenten 148, 150 und 152 in Fig. 2. Die Dämpfungsglieder 246 und 248 können wiederum 2-4-8-8-16-Dämpfungsglieder oder Ein/Ausschalt-Dämpfungsglieder sein. Wahlweise kann man fortlaufend veränderliche Dämpfungsglieder verwenden. In ähnlicher Weise kann der Verstärker 250 entweder eine Ein/Ausschalt-Verstärkung oder eine fortlaufend veränderliche Verstärkung bieten.
Eine Leistungseinstellung des Ausgangssignals kann man auch mit den Verstärkern 252 und 254 erreichen, die im Rückführpfad nach dem Abwärtsmischer 234 angeordnet sind. Ein weiteres mögliches Verfahren zum Einstellen der Leistung besteht darin, dass man ein Dämpfungsglied 259 im Ausgangspfad anordnet. Ferner kann jede Leistungseinstellkomponente in Fig. 3 unabhängig davon, ob sie sich in der Schleife befindet oder außerhalb der Schleife, eine Ein/Ausschalt-Komponente oder eine fortlaufend veränderliche Komponente sein.
In Fig. 5 wird der Schaltplan des PIN-Dioden-Dämpfungsglieds 150 in Fig. 2 erläutert. Die Schaltung ist eine Dämpfungsschaltung mit den fünf Stufen 300 bis 304. Die Stufen bieten jeweils, wenn sie freigegeben werden, eine Dämpfung von 2 dB, 4 dB, 8 dB, 8 dB und 16 dB. Jede Stufe besteht aus fünf Kondensatoren C1 bis C5, drei Induktivitäten L1 bis L3, vier PIN-Dioden D1 bis D4 und drei Widerständen R1 bis R3. Die PIN-Dioden D1 bis D4 sind bevorzugt HP/Avantek-PIN-Dioden, Teile-Nr. HSMP3895. Die Werte dieser Komponenten in jeder Stufe kann man gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung der folgenden Tabelle entnehmen. Tabelle 1
Zu jeder der Stufen 300 bis 304 gehören, die zwei Steuersignale CONTROL A und CONTROL B. Zum Aktivieren einer Stufe, d. h. wenn die Stufe als Dämpfungsglied dienen soll, nimmt CONTROL A Low-Pegel an und CONTROL B geht auf High-Pegel. Zum Stilliegen einer Stufe geht CONTROL A auf High-Pegel und CONTROL B geht auf Low-Pegel.
Die Schaltung in Fig. 5 befindet sich bevorzugt im Rückführpfad 128, da sie einen linearen Betrieb bei hohen Leistungen ermöglicht, den integrierte Dämpfungsschaltungen nicht bieten können. Die Dämpfungsgliedschaltung in Fig. 5 bevorzugt man gegenüber Relais, da dann keine großen mechanischen Vorrichtungen nötig sind, und weil die Diodenschaltung schneller arbeitet.

Rauschfilterung

Die kartesische Schleifenschaltung der Erfindung, siehe Fig. 2, enthält ein Rauschfilter 138 in der Schleife, genauer gesagt im Vorwärtspfad 126 der Schleife. Das Filter 138 ist bevorzugt ein Bandpassfilter mit einer Bandbreite, die gleich oder größer ist als die gesamte Bandbreite, über der das System sendet. So muss beispielsweise in einem Frequenzsprungsystem, indem eine Vielzahl von Frequenzen verwendet werden, die Bandbreite des Filters eine Übertragung aller Frequenz erlauben und die empfangenen Frequenzen vor Fremdrauschen schützen, das aus der Schleife stammt. Das Rauschfilter 138 sperrt von Schleifenkomponenten erzeugte Frequenzen, die innerhalb des Empfangsbands eines Kommunikationssystems liegen. Man kann jedes beliebige Filter verwenden, das diese Funktionen aufweist.
Der Zweck des Rauschfilters 138 besteht darin, das Rauschen auszufiltern, das von Schleifenkomponenten erzeugt wird. Diese Basisbandanteile in der Schleife haben eine breitbandige Charakteristik und erzeugen leicht Rauschen in einem breiten Frequenzband. Zudem weist die Schleife in der Regel eine sehr hohe Verstärkung auf, wodurch das Schleifenrauschen einschließlich des Breitbandrauschens verstärkt wird. Das Rauschfilter 138 filtert dieses Rauschen aus.
Man beachte, dass in Fig. 2 das Rauschfilter 138 im Vorwärtspfad 126 nach dem Aufwärtsmischer 130 und nach den Leistungseinstellkomponenten 132, 134 und 136, jedoch vor dem Leistungsverstärker 140 angeordnet ist. Dies ist der bevorzugte Ort für das Bandpassfilter 138, da diese Stelle erlaubt, das Rauschen auszufiltern, das im Aufwärtsmischer 130 und in den Leistungseinstellkomponenten 132, 134 und 136 erzeugt wird. Die Anordnung des Filters 138 vor dem Leistungsverstärker 140 ermöglicht es, dass das Filter 138 Signale geringer Leistung verarbeitet. Dadurch wird das Filter 138 billiger. Trotzdem kann man das Filter 138 auch an anderen Stellen anordnen. Beispielsweise kann man das Filter 138 im Vorwärtspfad 126 nach dem Aufwärtsmischer 130 anordnen. Bei dieser Anordnung filtert das Filter 138 jedoch dasjenige Rauschen nicht aus, das die Leistungseinstellkomponenten 132, 134 und 136 erzeugen. Man kann das Filter 138 auch hinter dem Leistungsverstärker 140 anordnen. An diesem Ort muss das Filter 138 jedoch so entworfen werden, dass es ein sehr viel leistungsstärkeres Signal verarbeiten kann.
Das Filter 138 ist insbesondere für einen Vollduplexbetrieb der Kommunikationseinrichtung, in der der Sender mit kartesischer Schleife nach Fig. 2 arbeitet, gut zu verwenden. Bei Duplexbetrieb erfolgen die Abstrahlungen auf einem hohen Leistungsniveau; gleichzeitig werden Signale mit einem sehr viel geringeren Leistungspegel empfangen. Der Duplexer 146 trennt also das Sendesignal hoher Leistung vom Empfangssignal mit geringer Leistung. Erzeugt die Schleifenschaltung jedoch breitbandiges Rauschen, so unterdrückt der Duplexer 146 das Rauschen im Empfangsband nicht vollständig. Das Rauschfilter 138 liefert somit eine verbesserte Rauschunterdrückung im Empfangsband und verbessert dadurch den Vollduplexbetrieb in einem Hochfrequenz-Kommunikationssystem.
Man bevorzugt, das Bandpassfilter 138 als Oberflächenwellenfilter-Vorrichtung (SAW, SAW = Surface Acoustic Wave) auszuführen; dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Das SAW-Filter 138 liefert verglichen mit anderen Bandpassfilterarten eine verbesserte Phasenantwort und eine verbesserte Linearität. Ein bevorzugtes SAW-Filter 138 wird von Fujitsu hergestellt, Teile-Nr. FAR-FSCC-902M50-L2EZ. Man beachte, dass die Mittenfrequenz dieses SAW-Filters 138 bei 902 MHz liegt. Der Aufwärtsmischer 130 setzt dagegen die I- und Q-Basisbandsignale auf 896 bis 901 MHz um. Da die Bandbreite des Rauschfilters 138 breit genug ist, arbeitet das SAW-Filter 138 annehmbar.

Auslöschen des Gleichspannungsoffsets

Der Sender mit kartesischer Schleife der Erfindung enthält die Schaltungen 300 und 302 zum Unterdrücken des Gleichspannungsoffsets, siehe Fig. 2. Die erste Gleichspannungsoffset-Unterdrückungsschaltung 300 enthält einen Differenzverstärker 304 und ein Abtasthalteglied 306. Die zweite Gleichspannungsoffset- Unterdrückungsschaltung 302 enthält ebenfalls einen Differenzverstärker 308 und ein Abtasthalteglied 310.
Die beiden Schaltungen 300 und 302 arbeiten in gleicher Weise und führen die gleichen Funktionen aus. Der einzige Unterschied besteht darin, dass die Schaltung 300 die Gleichspannungsoffsets im I-Pfad löscht und die Schaltung 302 die Gleichspannungsoffsets im Q-Pfad. Im Folgenden wird die Arbeitsweise der ersten Schaltung 300 beschrieben; die Beschreibung ist jedoch genauso auf die Schaltung 302 anwendbar.
Der Differenzverstärker 304 aus der ersten Gleichspannungsoffset-Unterdrückungsschaltung 300 erhält ein erstes Eingangssignal aus dem Ausgang des Schleifenfilters 118 und ein zweites Eingangssignal aus dem Bezugsausgang des Aufwärtsmischers 130. Dieser Bezug gibt den Mittenbezug der Spannungsversorgung an. In der Schaltung nach Fig. 2 wird eine einzige Versorgungsleitung mit ungefähr 12 Volt verwendet, so dass der Bezugsausgang auf ungefähr 6 Volt liegt. Wird eine doppelte Spannungsversorgung verwendet, beispielsweise +6 Volt und -6 Volt, so liegt der Mittenbezugsausgang auf ungefähr 0 Volt. Damit bestimmt der Differenzverstärker 304 den Gleichspannungsoffset zwischen dem Schleifenfilter 118 und dem Mittenbezugsausgang des Aufwärtsmischers 130. Andere Maße für den Gleichspannungsoffset sind ebenfalls verwendbar.
Der Gleichspannungsoffset-Messwert aus dem Differenzverstärker 304 wird an den Eingang des Abtasthalteglieds 306 angelegt. Fig. 6 zeigt die zeitlichen Verläufe während des Betriebs des Abtasthalteglieds 306. Die Zeile A in Fig. 6 stellt die zeitlichen Verläufe dar, die zu einem besonderen Zeitschlitz in einem Zeitmultiplex-Kommunikationssystem mit Mehrfachzugriff (TDMA, TDMA = Time Division Multiple Access) gehören, bei dem die Kommunikation in einer Vielzahl von Zeitschlitzen erfolgt. Hat die Leitung A High-Pegel, so ist der besondere Zeitschlitz möglicherweise aktiv (falls ein dem Zeitschlitz zugewiesener Teilnehmer versucht, mit einer anderen Person zu kommunizieren), Hat die Leitung A Low-Pegel, so ist der besondere Zeitschlitz nicht aktiv. Die Leitung B stellt das Steuersignal dar, das an das Leistungsverstärkermodul 140 angelegt wird und den Vorwärtspfad 126 freigibt bzw. sperrt. Hat TxON High-Pegel, so ist der Leistungsverstärker 140 freigegeben, und der Vorwärtspfad 126 liefert ein verstärktes Signal. Hat TxON Low-Pegel, so ist der Leistungsverstärker 140 gesperrt und ebenso der Vorwärtspfad 126, so dass kein Signal an die Antenne 148 oder den Rückführpfad 128 gelangt. Die erforderlichen Synthesizer, die die Frequenzen für das Kommunikationssystem und für den Aufwärtsmischer 130 und den Abwärtsmischer 156 des kartesischen Schleifensenders erzeugen, werden gemäß der Darstellung für die Leitung C in Fig. 6 freigegeben. Die Synthesizer werden wie auf Leitung D dargestellt mit einer annehmbaren Genauigkeit verfügbar.
Die Leitung E zeigt das bevorzugte Steuersignal für das Abtasthalteglied 306. Nimmt die Leitung E High-Pegel an, so beginnt das Abtasthalteglied 306 mit dem Abtasten des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 304. Das Abtasthalteglied 306 vervollständigt eine Rückführschleife um den Verstärker 118 herum. Die Rückführschleife bewirkt, dass die Spannung am Ladekondensator des Abtasthalteglieds 306 einen Wert annimmt, der dazu ausreicht, jegliche Gleichspannungsabweichung zwischen dem Ausgangssignal des Verstärkers 118 und dem Mittenbezug so klein wie möglich zu machen. Ist ein stabiler Ladewert erreicht ist, wird das Abtasthalteglied 306 in den Haltemodus geschaltet, wenn die Leitung E auf Low-Pegel geht. Man beachte, dass TxON (Leitung B) während des Abtastvorgangs bevorzugt gesperrt ist, so dass der Vorwärtspfad 126 ebenfalls gesperrt ist, und der gemessene Gleichspannungsoffset von den Gleichspannungsoffsets der Komponenten im Rückführpfad 128 stammt.
Nimmt das Steuersignal auf der Leitung E Low-Pegel an, so erscheint der negative Wert des Gleichspannungsoffsets am Ausgang des Abtasthalteglieds 306. Der Ausgang des Abtasthalteglieds 306 ist mit dem Summationspunkt 108 verbunden. Damit wird zum Eingangssignal des Schleifenfilters 118 der Komplementärwert des Gleichspannungsoffsets addiert, der bei gesperrtem Vorwärtspfad gemessen wurde. Dadurch wird der von den Komponenten im Rückführpfad 128 erzeugte Gleichspannungsoffset ausgelöscht. Einige Zeit später geht das Steuersignal TxOn auf High-Pegel und gibt dadurch den Betrieb des Vorwärtspfads 126 frei, bevor der Zeitschlitz aktiv wird. Innerhalb des aktiven Zeitschlitzes wird der negative Wert des gemessenen Gleichspannungsoffsets zum Signal addiert, um den Gleichspannungsoffset zu beseitigen.
Da der Überlagerungsoszillator die Gleichspannungsoffsets beeinflusst, bevorzugt man, den Abwärtsmischer 156 während der Erfassung des Gleichspannungsoffsetwerts mit einem Überlagerungsoszillator anzusteuern. Man bevorzugt dabei, dass die Synthesizer, die die Überlagerungsoszillatorsignale in den Aufwärtsmischer 130 und den Abwärtsmischer 156 einspeisen, ihren festgelegten stabilen Zustand so gut wie möglich erreichen, da die Überlagerungsoszillatorsignale den Gleichspannungsoffset des Aufwärtsmischers und des Abwärtsmischers beeinflussen. Aus dem Systemtiming können sich jedoch Einschränkungen ergeben, die einen Kompromiss erfordern, so dass der Gleichspannungsoffset gemessen wird, bevor die Synthesizer ihren festgelegten stabilen Zustand erreicht haben. In diesem Fall misst man den Gleichspannungsoffset, wenn die Synthesizer so nahe wie möglich an ihrem festgelegten stabilen Zustand liegen.

Erkennung von Instabilitäten

Die Schleifenschaltung in Fig. 2 enthält eine Instabilitätserkennungsschaltung 400. Die Schleife ist mit einer geeignet großen Verstärkung und Phasenverzögerung entworfen, damit die Stabilität der Schleife erhalten bleibt. Die Schleife kann aus mehreren Gründen trotzdem instabil werden. Eine Schleifeninstabilität kann beispielsweise durch eine zu große Schleifenverstärkung oder ein schlechtes Stehwellenverhältnis der Antenne (VSWR, VSWR = Voltage Standing Wave Ratio) verursacht werden. Wird die Schleife instabil, so entstehen Frequenzen außerhalb des Bands, die allgemein bewirken, dass das gesendete Signal die Sendeschablone der Kommunikationsvorrichtung durchbricht. Die Instabilitätserkennungsschaltung 400 erkennt, wenn die Schleife instabil zu werden droht, und veranlasst einen geeigneten Eingriff, um das Durchbrechen der Sendeschablone zu vermeiden.
Die Instabilitätserkennungsschaltung 400 enthält bevorzugt ein Filter 402, einen Hüllkurvendetektor 404 und einen Komparator 406. Die Schaltung 400 ist bevorzugt nach dem Abwärtsmischer im Rückführpfad 128 mit der Schleifenschaltung verbunden. Dieser Ort erlaubt eine Signalerfassung bei Basisbandfrequenzen und nicht bei der Frequenz, mit der das Signal übertragen wird. Man kann die Schaltung 400 auch mit anderen Punkten in der Schleife verbinden, man bevorzugt jedoch, die Instabilitätserkennungsschaltung 400 so an die Schleife anzuschließen, dass Basisbandfrequenzen erfasst werden; dies vereinfacht den Entwurf des Filters 402.
Ist die Schleife stabil, so sollte das Signal am Ausgang des Rückführpfads 128 hauptsächlich Frequenzen innerhalb der Bandbreite der I- und Q-Signale enthalten. Fig. 7 zeigt ein derartiges Signal 408 mit der Bandbreite bw. Während des stabilen Schleifenbetriebs wird das Signal 408 in die Instabilitätserkennungsschaltung 400 eingegeben. Das Filter 402 ist bevorzugt ein Hochpassfilter mit einer Grenzfrequenz fHP. Damit sperrt das Filter 402 das Rückführsignal. Der Hüllkurvendetektor 404 erfasst daher kein Signal. Der Komparator 406, der das Ausgangssignal des Hüllkurvendetektors 404 mit einem Schwellwert th vergleicht, erkennt, dass keine unerwünschten Signale in der Schleife vorhanden sind. Dies zeigt an, dass die Schleife in einem stabilen Zustand arbeitet.
Beginnt die Schleife, instabil zu arbeiten, so enthält das Signal am Ausgang des Rückführpfads 128 Frequenzen außerhalb der Bandbreite des Rückführsignals 408. Ein typisches Signal 410, das durch einen instabilen Schleifenzustand entsteht, zeigt Fig. 7. Das Signal 410 enthält das Rückführsignal, jedoch auch das Rauschsignal 414.
Beim Signal 410, das durch einen instabilen Schleifenzustand entsteht, sperrt das Filter 402 in der Instabilitätserkennungsschaltung 400 das Rückführsignal, lässt jedoch das Rauschsignal 414 durch. Der Hüllkurvendetektor 404 erkennt das Vorhandensein des Rauschsignals 414 und leitet die Hüllkurve des Signals 414 an den Komparator 406 weiter. Liegt die Amplitude des Rauschsignals 414 über dem Schwellwert th, so gibt der Komparator ein aktives Signal aus, das anzeigt, dass die Schleife in einem unstabilen Zustand arbeitet.
Das Ausgangssignal der Instabilitätserkennungsschaltung 400 wird an einen DSP ausgegeben, beispielsweise an den DSP 222 in Fig. 3. Gibt die Instabilitätsschaltung ein aktives Signal aus, so führt der DSP bevorzugt eine von mehreren Funktionen aus. Zuerst versucht der DSP, die Phase der Schleife einzustellen. Das Verfahren zum Einstellen der Schleifenphase wird später besprochen. Führt dieser Eingriff die Schleife nicht in den stabilen Betrieb zurück, so versucht der DSP, die Leistung entweder im Vorwärtspfad 126 oder im Rückführpfad 128 einzustellen. Normalerweise bevorzugt man, die Leistung in ausgeglichener Weise einzustellen, siehe oben. In diesem Fall erfolgt die Leistungseinstellung unterschiedlich, so dass die Leistung nur in einem Teil der Schleife eingestellt wird. Führt dies die Schleife nicht in den stabilen Betrieb zurück, so versucht der DSP, die Leistungsabgabe der Schaltung in diskreten Schritten zu senken. Arbeitet die Schleife daraufhin noch immer nicht stabil, so legt der DSP den Sender still.

Überhitzungsschutz

Die Schleifenschaltung in Fig. 2 enthält einen Temperatursensor 416, der die Betriebstemperatur des Senders der kartesischen Schleife erfasst. Der Ausgang des Temperatursensors 416 ist mit den beiden Komparatoren 418 und 420 verbunden. Der erste Komparator 418 vergleicht das Ausgangssignal des Temperatursensors 416 mit einem ersten Grenzwert th1. Der zweite Komparator vergleicht das Ausgangssignal des Temperatursensors mit einem zweiten Grenzwert th2.
Überschreitet die Betriebstemperatur der kartesischen Schleifenschaltung eine Temperatur, die durch Untersuchungen bekannt ist, so kann das Ausgangssignal der kartesischen Schleife die Sendeschablone durchbrechen. Übersteigt das Ausgangssignal des Temperatursensors 416 den Grenzwert th1, der niedriger liegt als der Grenzwert th2, so gibt der Komparator 418 ein aktives Signal auf OVERHEAT 1 aus. Das Signal OVERHEAT 1 wird an den Systemcontroller weitergeleitet, z. B. den DSP 222 in Fig. 3, oder an irgendeinem anderen Systemcontroller. Ist OVERHEAT 1 aktiv, so bewirkt der Systemcontroller bevorzugt, dass eine geringere Leistung ausgesendet wird, und zwar durch das Einstellen der Dämpfung bzw. Verstärkung der Leistungseinstellkomponenten in der kartesischen Schleife. Dies bewirkt, dass ein Signal mit kleinerer Ausgangsleistung in die Antenne 148 eingespeist wird. Der Systemcontroller kann beispielsweise die Dämpfungsglieder 104, 108, 132, 134 oder 150 oder den Verstärker 154 oder irgendeine andere Vorrichtung beeinflussen, um die Leistungsabgabe zu senken. Die geringere Ausgangsleistung bewirkt, dass das Signal innerhalb der definierten Sendeschablone übertragen wird.
Übersteigt dis Betriebstemperatur der Schleifenschaltung den zweiten Grenzwert th2, wodurch der Ausgang des zweiten Komparators 420, OVERHEAT 2, aktiviert wird, so reicht die moderate Verringerung der Leistungsabgabe des kartesischen Schleifensenders nicht aus, die gesendeten Signale in die definierte Sendeschablone zurückzuführen. Wird der zweite Grenzwert th2 überschritten und ein aktives Signal OVERHEAT 2 an den Systemcontroller gesendet, so legt der Systemcontroller den kartesischen Schleifensender bevorzugt still. Dadurch ist sichergestellt, dass die Sendeschablone nicht durchbrochen wird.
Alternativ bzw. als Ergänzung zum obigen Vorgehen kann man die Schleifenverstärkung unterschiedlich verändern, d. h., entweder im Vorwärtspfad oder im Rückführpfad ohne Ausgleich, und damit versuchen, den korrekten Betrieb im Sendepfad wieder herzustellen. Man kann auch die Phase der Schleife verändern. Jeder dieser Vorgänge kann in beliebiger Reihenfolge ohne irgendeinen Vorrang ausgeführt werden.

Schutz gegen zu geringe Spannung

Die Schleifenschaltung in Fig. 2 enthält auch zwei Komparatoren 422 und 424, die mit der Spannungsversorgung des kartesischen Schleifensenders verbunden sind. Der erste Komparator 422 vergleicht das Ausgangssignal der Spannungsversorgung V mit einem ersten Grenzwert th1. Der zweite Komparator 424 vergleicht das Ausgangssignal der Spannungsversorgung mit einem zweiten Grenzwert th2.
Fällt die Versorgungsspannung unter den ersten Grenzwert th1, so kann das Ausgangssignal der kartesischen Schleife die Sendeschablone durchbrechen, wenn die Schleife ohne irgendeine Änderung weiterarbeitet. Damit gibt der Komparator 422 gemäß einem Merkmal der Erfindung ein aktives Signal auf UNDERVOLTS1 aus, wenn die Versorgungsspannung unter den Grenzwert th1 fällt. Das Signal UNDERVOLTS1 wird an den Systemcontroller gesendet, z. B. den DSP 222 in Fig. 3 oder irgendeinen anderen Systemcontroller. Ist UNDERVOLTS1 aktiv, so veranlasst der Systemcontroller bevorzugt, dass mit geringerer Leistung gesendet wird, indem er die Dämpfung oder die Verstärkung der Leistungseinstellkomponenten in der kartesischen Schleife so steuert, dass ein Ausgangssignal mit geringerer Leistung an die Antenne 148 gelangt. Der Systemcontroller kann beispielsweise die Dämpfungsglieder 104, 106, 132, 134 oder 150 oder den Verstärker 154 einstellen oder irgendeine andere Vorrichtung zum Verringern der Leistungsabgabe. Die geringere Leistungsabgabe bewirkt, dass das zu sendende Signal innerhalb der definierten Sendeschablone liegt.
Fällt die Versorgungsspannung unter den zweiten Grenzwert th2, der kleiner ist als der erste Grenzwert th1, so wird das Ausgangssignal des zweiten Komparators 424, UNDERVOLTS2, aktiviert. Sinkt die Versorgungsspannung derart tief ab, so reicht die moderate Verringerung der Leistungsabgabe des kartesischen Schleifensenders nicht aus, den Sendevorgang in die definierte Sendeschablone zurückzuführen. Der Systemcontroller legt daher den kartesischen Schleifensender bevorzugt still, wenn UNDERVOLTS2 aktiv ist. Damit wird sichergestellt, dass die Sendeschablone nicht verletzt wird.
Alternativ bzw. als Ergänzung zum obigen Vorgehen kann man die Schleifenverstärkung unterschiedlich verändern, d. h., entweder im Vorwärtspfad oder im Rückführpfad ohne Ausgleich, und damit versuchen, den korrekten Betrieb im Sendepfad wieder herzustellen. Man kann auch die Phase der Schleife verändern. Jeder dieser Vorgänge kann in beliebiger Reihenfolge ohne irgendeinen Vorrang ausgeführt werden.

Pulsformung für Zeitsprungsysteme

Wird eine kartesische Schleife zur linearen Verstärkung im Sender eines TDMA-Kommunikationssystems verwendet, bei dem die Übertragungen des Kommunikationssystems in einer Vielzahl von Zeitschlitzen erfolgen, bevorzugt man, den Betrieb des Leistungsverstärkers 140 während der Anfangsphase eines Zeitschlitzes zu steuern, wenn er zum ersten Mal aktiv wird.
Man erreicht dies bevorzugt durch das Senden des TxON-Signals, das über eine Formerschaltung 450 an den Leistungseinstellanschluss des Verstärkers 140 angelegt wird und die Ausgangsleistung des Verstärkers 140 steuert. Die Formerschaltung 450 ist im Fall von Fig. 2 ein einfaches RC-Filter, in dem ein Widerstand mit 2,2 kΩ und eine Kapazität mit 22 nF verwendet werden. Die Formerschaltung 450 bewirkt daher, dass das Eingangssignal am Leistungseinstellanschluss des Leistungsverstärkers 140 langsam ansteigt, wenn es während eines aktiven Schlitzes zum ersten Mal eingeschaltet wird.
Diese Verzögerung ermöglicht es, die Schleifenverstärkung innerhalb der Schleife 126 und 128 aufzubauen, bevor ein Signal mit hoher Leistung gesendet wird. Damit können die Korrekturen in der Schleife wirksam werden, und es werden Störsignale unterdrückt, die von Komponenten in der Schleife erzeugt werden, bevor ein stabiler Betriebszustand besteht. Beispielsweise werden Gleichspannungsoffsets im Vorwärtspfad nicht korrigiert, bis das Signal die Schleife einmal durchlaufen hat. Zudem treten Schwierigkeiten mit Einstreuungen des Überlagerungsoszillators auf, die gekämpft werden müssen. Man erreicht einen verbesserten Betrieb, wenn man die Aussendung des Signals über eine Zeitspanne verzögert, die dafür ausreicht, dass das Signal die Schleife einmal durchläuft.

Phasenkalibrierung abhängig von Leistung und Frequenz

Die Phase der Schleife, siehe Fig. 2, ist mittels eines manuellen Phaseneinstellers 460 oder mit Hilfe eines computergesteuerten Phaseneinstellers 462 einstellbar. Den manuellen Phaseneinsteller 460 kann man zum Einstellen der Schleifenphase verwenden. Der computergesteuerte Phaseneinsteller 462 wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung abhängig vom Ausgangsleistungsniveau der Schleife und abhängig von der Frequenz des gesendeten Signals gesteuert, um eine Verschiebung im Überlagerungsoszillator herzustellen, der den Abwärtsmischer 156 ansteuert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in der das Signal über einen Kanal aus einer Anzahl Frequenzkanäle im Frequenzsprungverfahren übertragen wird, bestimmt der Steuercomputer, z. B. der DSP 222, die Sendefrequenz des Signals. Der Steuercomputer greift nun auf eine Tabelle zu und entnimmt ihr die geeignete Phasenregeleinstellung für den Überlagerungsoszillator des Abwärtsmischers 156. Der Steuercomputer stellt daraufhin den computergesteuerten Phaseneinsteller 462 entsprechend ein. Im Fall von Fig. 2, in dem das Signal in einem Frequenzband von 5 MHz übertragen wird, teilt die Tabelle das Band in drei Bänder auf und steuert den Phaseneinsteller 462 in Schritten von ungefähr 20 Grad. Die genaue Umsetzung ändert sich natürlich mit jeder Applikation.
Man regelt die Schleifenphase auch bevorzugt abgängig von der Leistungseinstellung der Schleife. Beim Zu- und Wegschalten der Leistungseinstellkomponenten der Schleife ändert sich die Schleifenphase. Daher hält gemäß der Erfindung der Steuercomputer, z. B. der DSP 222, eine Tabelle mit den möglichen Schleifenphasen, die sich ergeben können, wenn die verschiedenen Schleifenleistungs-Einstellkomponenten zu- bzw. weggeschaltet werden. Als Teil der Leistungsregelfunktion greift der DSP 222 auf die Tabelle zu und stellt die geeignete Schleifenphase für die besondere Schleifenanordnung fest. Der DSP 222 steuert nun den Phaseneinsteller 462 und stellt die Schleifenphase entsprechend ein. Damit wird die Schleifenphase jeweils justiert, wenn eine Leistungseinstellkomponente zu- bzw. weggeschaltet wird.
Der Steuercomputer, siehe Fig. 2, verändert die Schleifenphase, wenn irgendeines der Dämpfungsglieder 132,134,150 und 152 oder einer der Verstärker 136 und 154 zu- bzw. weggeschaltet wird. In Fig. 3 verändert der Steuercomputer, also der DSP 222, die Phase der Schleife, wenn irgendeine der Leistungseinstellkomponenten 224, 226, 240, 242, 243, 256, 258, 246, 248, 250, 252 oder 254 der Schleife zugeschaltet bzw. von ihr abgetrennt werden. Dies umfasst auch den Fall, dass der Umgehungsschalter 244 die Verstärkerstufe 258 der Schleife zuschaltet bzw. von ihr abtrennt.
Natürlich kann man in der obigen Beschreibung Veränderungen vornehmen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass der gesamte Inhalt der obigen Beschreibung und der Zeichnungen als erläuternd angesehen wird und nicht als Begrenzung.

Claims

1. Verfahren zum Übertragen von Basisbandsignalen mit einer kartesischen Schleifenschaltung, wobei die kartesische Schleifenschaltung einen Vorwärtspfad, einen Rückführpfad, einen Aufwärtsmischer und einen Abwärtsmischer sowie Frequenzsynthesizer enthält, die in die kartesische Schleife Überlagerungsoszillatorsignale für den Aufwärtsmischer und den Abwärtsmischer einspeisen, und das Verfahren die Schritte umfasst:

Stilliegen des Vorwärtspfads;

Erfassen und Speichern des Gleichspannungsoffsets im Rückführpfad bei stillgelegtem Vorwärtspfad, bevor der Zeitschlitz, in dem eine Kommunikation erfolgt, aktiv wird, wenn die Frequenzsynthesizer eine vorbestimmte Stabilität erreicht haben; und

Subtrahieren des Gleichspannungsoffsets im Rückführpfad.

2. Verfahren nach Anspruch 1, zudem umfassend die Schritte der Betriebsfreigabe des Vorwärtspfads.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorwärtspfad einen Aufwärtsmischer enthält und der Rückführpfad einen Abwärtsmischer, zudem umfassend die Schritte: Einspeisen eines Überlagerungsoszillatorsignals in den Abwärtsmischer während der Stillegung des Vorwärtspfads und Erfassen und Speichern des Gleichspannungsoffsets.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vorwärtspfad einen Leistungsverstärker an seinem Ausgang enthält, der stillgelegt wird, um den Betrieb des Vorwärtspfads zu unterbrechen.

5. Kartesische Schleife zum Übertragen von Basisbandsignalen, umfassend:

einen Vorwärtspfad, der einen ersten Eingang für die Basisbandsignale und einen zweiten Eingang hat, wobei der Vorwärtspfad Einrichtungen (130) enthält, die die Eingangssignale in ein Hochfrequenzsignal für die Übertragung aufwärts mischen;

einen Rückführpfad, der eine Fehlersignaleingabe, die die Nichtlinearität des Vorwärtspfads anzeigt, an den zweiten Eingang des Vorwärtspfads liefert, wobei der Rückführpfad ein Eingabesignal aus dem Vorwärtspfad erhält und eine Vorrichtung (156) umfasst, die das Eingabesignal aus dem Vorwärtspfad abwärts mischt;

eine Steuervorrichtung, die die Eingabe in den Rückführpfad unterbricht;

Frequenzsynthesizer, die Überlagerungsoszillatorsignale in die Vorrichtung einspeisen, die die Eingangssignale aufwärts mischt, und in die Vorrichtung, die die Eingangssignale aus dem Vorwärtspfad abwärts mischt;

Einrichtungen (306, 310), die den Gleichspannungsoffset im Rückführpfad messen und erfassen, wenn der Vorwärtspfad stillgelegt ist und bevor der Zeitschlitz, in dem eine Kommunikation erfolgt, aktiv wird, wenn die Frequenzsynthesizer eine vorbestimmte Stabilität erreicht haben; und

eine Vorrichtung (108) zum Subtrahieren des Gleichspannungsoffsets vom Rückführpfad.

6. Kartesische Schleife nach Anspruch 5, wobei das Überlagerungsoszillatorsignal in den Abwärtsmischer eingespeist wird, wenn die Eingabe in den Rückführpfad gesperrt ist.

7. Kartesische Schleife nach Anspruch 5, wobei die Steuervorrichtung einen Leistungsverstärker (140) im Vorwärtspfad abschaltet.

8. Kartesische Schleife nach Anspruch 5, wobei ein Koppler das Eingangssignal für den Rückführpfad aus dem Vorwärtspfad liefert, und wobei die Steuervorrichtung den Koppler stilllegt.