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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Funkfrequenzsysteme
und insbesondere auf ein Leistungsversorgungssystem zur Verwendung
in einem Funkfrequenzsystem.
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Hintergrund
der Erfindung
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Erweiterte
lineare Leistungsverstärkersysteme
wurden zur Verwendung in zellularen Basisstationen vorgeschlagen.
Diese Systeme enthalten eine Anzahl von linearen Leistungsverstärkermodulen,
die eine entsprechende Anzahl von Ausga besignalen erzeugen, die
vor der Übertragung
zu einem einzelnen Hochleistungssignal kombiniert werden müssen. Solche
Systeme werden typischerweise bei Kommunikationssystemen, wie etwa
in einer Basisanlage eines Funktelefonsystems verwendet. In solchen
Systemen ist es wünschenswert,
dass die Anzahl linearer Leistungsverstärkermodule irgendeine Anzahl von
einer Minimalzahl bis zu einer Maximalzahl erlaubter Verstärker sein
kann. Auf diese Weise kann die Menge an Leistungsabgabe durch die
Sendeeinheit der Basisstation eingestellt werden. Außerdem ist
es wünschenswert,
dass das System eine angemessene Leistungsverstärkungseffizienz über den gesamten
Bereich ausgewählter
Verstärker
liefert, d.h. von der Minimalzahl bis zur Maximalzahl an Verstärkern. Die
US-Patente 5,256,987 und 4,780,685 sind beispielhaft für solche
Arten von Verstärkern.
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Ein
weiterer Grund dafür,
mehrere Verstärker zur
Verfügung
zu stellen, ist für
einen kontinuierlichen Betrieb zu sorgen, wenn einer der Verstärker versagt. Ein
herkömmliches
Verfahren zum Fortsetzen des Betriebs ist ein als Lastabwurf (load
shedding) bekanntes Verfahren. Bei dem Lastabwurfverfahren werden,
nachdem ein Fehler erkannt wurde, alle neuen Rufe, die von dem betroffenen,
zu dem fehlerhaften Verstärker
gehörigen
Sektor gehandhabt würden, blockiert
und ein vorbestimmter Prozentsatz bestehender Kanäle wird
außer
Dienst gestellt. Nachdem der Fehler behoben ist, wird der Verkehr
auf Normalkapazität
zurückgeführt. Obgleich
die Lastabwurfprozedur nach einem Fehlerzustand einen kontinuierlichen
Betrieb erlaubt, wäre
es wünschenswert,
wenn das System den Verkehrspegel vor dem Fehler beibehalten und
den aus dem Fehler für
die Rufverarbeitung folgenden Einfluss reduzieren könnte.
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Entsprechend
besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Leistungsversorgungssystem
und einem Verfahren zum Steuern des Leistungsversorgungssystems
zur Verwendung in einem RF-System, wie etwa einem zellularen System.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung nimmt sich dieses Bedarfs an, indem ein Verfahren
zum Steuern einer Vielzahl von Leistungsverstärkermodulen bereitgestellt
wird, wobei das Verfahren für
die Verwendung in einem Leistungsversorgungssystem mit einem Leistungsteiler,
der Vielzahl von Leistungsverstärkermodulen
und einem Leistungskombinator dient, wobei das Verfahren die Schritte
umfasst:
Bestimmen, ob ein Schlafkriterium erfüllt wurde,
wenn
das Schlafkriterium erfüllt
wurde,
Versetzen eines aus der Vielzahl von Leistungsverstärkermodulen
während
eines Schlaf-Zeitintervalls in einen Schlafmodus und
Versetzen
des einen aus der Mehrzahl von Leistungsverstärkermodulen in einen Aktivmodus,
nachdem in einem anderen aus der Vielzahl von Modulen ein Alarmzustand
erfasst wird.
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Die
Erfindung selbst wird zusammen mit ihren zugehörigen Vorteilen am besten unter
Bezugnahme auf die nachfolgende, detaillierte Beschreibung in Verbindung
mit den begleitenden Zeichnungen verstanden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm einer Funkfrequenzschaltung eines Leistungsversorgungssystems
mit einem Teiler, Leistungskombinator und einer Mehrzahl von Leistungsverstärkermodulen.
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2 ist
ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform
des Leistungskombinators von 1.
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3 ist
ein schematisches Diagramm einer bevorzugten Ausführungsform
eines Leistungskombinators mit vier Eingängen.
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4 ist
ein schematisches Diagramm einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
des Leistungskombinators von 1.
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5 ist
ein Blockdiagramm einer Ausführungsform
eines Leistungsversorgungssystems.
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6 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Leistungsversorgungssystems von 5 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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7 ist
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Leistungsversorgungssystems von 5 gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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8 ist
ein schematisches Diagramm des Leistungsdetektors von 5.
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9 ist
ein schematisches Diagramm des variablen Abschwächers von 5.
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10 ist
ein Blockdiagramm des Alarmdetektors von 5.
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11 ist
ein Blockdiagramm des Controllers und des Gateway-Controllers von 5.
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12a und 12b sind
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern des Leistungsversorgungssystems
von 5.
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13 ist
ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform eines Leistungsversorgungssystems.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
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Es
wird nun Bezug genommen auf 1. Illustriert
ist eine Funkfrequenz- (RF: radio frequency) Schaltung, enthaltend
einen Leistungsteiler und einen Leistungskombinator 100.
Die Leistungsteiler- und Leistungskombinatorschaltung 100 enthält eine Leistungsteilerschaltung 102,
einen Satz von Verstärkern 104 und
einen Leistungskombinator 106. Der Leistungsteiler 102 empfängt ein
Eingangssignal 108, das in eine Mehrzahl von Ausgangssignalen aufgeteilt
werden muss. Die Mehrzahl von Ausgangssignalen aus dem Leistungsteiler 102 werden in
individuelle Leistungsverstärker
in dem Satz von Leistungsverstärkern 104 eingespeist.
Die Ausgaben der Leistungsverstärker 104 werden
jeweils in den Leistungskombinator 106 eingespeist. Der
Kombinierer 106 erhält
jede der Ausgaben aus dem Satz von Verstärkern 104 und erzeugt
ein Ausgangssignal 110. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist der Leistungsteiler 102 mit dem Satz von Verstärkern 104 gekoppelt,
die ihrerseits mit dem Leistungskombinator 106 gekoppelt
sind. Eine Schaltung zum Durchführen
jeder der Funktionen des Leistungsteilers 102 oder des
Leistungskombinierers 106 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
wird nun unter Bezugnahme auf 2 illustriert.
Der Bequemlichkeit halber wird eine solche Schaltung als ein Leistungskombinator
bezeichnet, obgleich die Schaltung auch als Leistungsteiler konfiguriert
sein kann.
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Es
wird Bezug genommen auf 2. Illustriert ist ein Leistungskombinator 120 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform.
Der Leistungskombinator 120 enthält eine Mehr zahl von Übertragungsphasenleitungen 122,
eine Mehrzahl von Übertragungsanpassungsleitungen 124,
einen gemeinsamen Knoten 126, eine Ausgangslast 128 und
einen Satz von Eingangsknoten 130. Die Eingangsknoten 130 des Satzes
sind jeweils mit einem Verstärker
in dem Satz von Verstärkern 104 gekoppelt.
Jede der Übertragungsphasenleitungen 122 ist
an einem Ende mit einem der Eingangsknoten 130 verbunden
und ist am anderen Ende mit einer der Übertragungsanpassungsleitungen 124 verbunden.
Jede der Übertragungsphasenleitungen 122 weist
eine charakteristische Impedanz auf, die im Wesentlichen äquivalent der
Ausgangslast 128 ist. Bei diesem Beispiel hat, da die Ausgangslast
eine Impedanz von 50 Ohm aufweist, jede der Übertragungsphasenleitungen
eine charakteristische Impedanz von etwa 50 Ohm. Jede der Übertragungsphasenleitungen 122 hat
auch eine Länge,
die gleich einer viertel Wellenlänge
oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon ist.
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Jede
der Übertragungsanpassungsleitungen 124 ist
mit dem gemeinsamen Knoten 126 verbunden. Außerdem weist
jede der Übertragungsanpassungsleitungen 124 eine
Länge auf,
die gleich einer viertel Wellenlänge
oder einem ungeradzahligen Vielfachen davon ist. Weiter weist jede Übertragungsanpassungsleitung 124 eine
charakteristische Impedanz auf, die gemäß einer Funktion der Minimal- und
Maximalzahl von Verstärkern
in dem Satz von Verstärkern 104 bestimmt
ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist die Funktion eine nichtlineare Funktion. Meist bevorzugt ist
die Funktion die vierte Wurzel des Produktes der Minimalzahl von
Verstärkern
und der Maximalzahl von Verstärkern,
das dann mit der Lastimpedanz 128 multipliziert wird. Andere nichtlineare
Funktionen, wie etwa eine kubische Wurzelfunktion werden, ob gleich
sie nicht als optimal wie die Vierte-Wurzel-Funktion sind, ebenfalls
eine geeignete Performanz zeigen. Diese Formel ist in 2 benachbart
zu den Übertragungsanpassungsleitungen 124 illustriert.
Der gemeinsame Knoten 126 ist mit jeder der Übertragungsanpassungsleitungen 124 verbunden
und ist auch mit einer Last verbunden, typischerweise einem 50 Ohm
Widerstand 128. Obgleich die obige Beschreibung unter Bezugnahme auf 2 einen
Leistungskombinator 106 illustriert, ist die Schaltung 120 ebenso
zur Verwendung als der Leistungsteiler 102 geeignet.
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Es
wird Bezug genommen auf 3. Illustriert ist ein Beispiel
eines Leistungskombinators 140 mit einem Minimum von einem
Verstärker
und einem Maximum von vier Verstärkern.
Der Kombinator 140 enthält
vier Übertragungsphasenleitungen 142,
vier Übertragungsanpassungsleitungen 144 und
einen gemeinsamen Knoten 146. Jede der Übertragungsphasenleitungen 142 hat
eine Impedanz von 50 Ohm und eine Länge gleich einer viertel Wellenlänge. Jede der Übertragungsanpassungsleitungen
hat eine Länge
von einer viertel Wellenlänge
und weist ein charakteristische Impedanz von etwa 70,71 Ohm auf. Die
Impedanz der Übertragungsanpassungsleitungen 144 ist
bestimmt gemäß der oben
beschriebenen, bevorzugten Vierte-Wurzel-Formel. Der Fachmann wird
verstehen, dass die Leistungskombinatorschaltung 140 viele
Vorteile aufweist. Zum Beispiel sorgt die Leistungskombinatorschaltung 140 für verbesserte
Leistung und Effizienz über
eine Auswahl von Verstärkern,
die mit dem Kombinator 140 verbunden sein können. Weiter
stellt die bevorzugte Schaltung 140 eine verbesserte Effizienz
zur Verfügung, ohne
Verschlechterung der nutzbaren Bandbreite des Kombinators.
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Es
wird nun Bezug genommen auf 4. Illustriert
ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines
Leistungskombinators 200. Der Kombinator 200 enthält Phasenleitungen 202 und
eine Umwandlungsleitung 204, die mit einem Ausgangsknoten 206 verbunden
ist. Der Ausgangsknoten 206 ist mit einem Lastwiderstand 208 verbunden.
Die Phasenleitungen 202 sind jeweils mit einem aus einem
Satz von Eingangsknoten 210 verbunden, die einen Satz von
Verstärkern 104 unterstützen und
mit diesem gekoppelt sind. Die Übertragungsphasenleitungen 202 haben jeweils
eine Länge
einer halben Wellenlänge
und haben jeweils eine charakteristische Impedanz von etwa 50 Ohm.
Die Umwandlungsleitung 204 ist an einem Ende mit jeder
der Phasenleitungen 202 gekoppelt und ist am anderen Ende
mit dem Ausgangsknoten 206 gekoppelt. Die Umwandlungsleitung 204 hat eine
Länge von
einer viertel Wellenlänge.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
weist die Umwandlungsleitung 204 eine charakteristische
Impedanz auf, die gemäß der in 4 gezeigten
Formel bestimmt ist. Die charakteristische Impedanz der Umwandlungsleitung
ist berechnet durch Division der Lastwiderstandsimpedanz durch die
vierte Wurzel des Produktes der Minimalzahl von mit dem Satz von
Eingängen 210 verbindbaren
Verstärkern
und der Maximalzahl von mit den Eingängen 210 verbindbaren
Verstärkern.
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Der
Fachmann wird erkennen, dass einige Anwendungen besser zur Verwendung
des Kombinators 120 geeignet sind und andere Anwendungen besser
für den
Kombinator 200 geeignet sind. Ein Faktor zum Bestimmen,
ob der Kombinator 120 oder der Kombinator 200 zu
verwenden ist, wird die berechnete Länge und die charakteristische
Impedanz der Umwandlungsleitung 204 sein. Bei manchen Anwendungen
kann die charak teristische Impedanz der Umwandlungsleitung 204 zu
klein sein, um mit bestehender Umwandlungsleitungstechnologie implementiert
zu werden. In diesem Fall sollte stattdessen der in 2 illustrierte
Kombinator 120 verwendet werden. Der Fachmann wird auch
erkennen, dass jede der hier beschriebenen Übertragungsleitungen gemäß wohlbekannter Übertragungsleitungstechnologie,
wie etwa Streifenleitungs-[strip
line] Technologie hergestellt sein kann. Bevorzugt sollte die unter
Berücksichtigung
praktischer Größeneinschränkungen gewählte Übertragungsleitungstechnologie
geeignet sein zur Anwendung bei einer Frequenz größer als 200
MHz.
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Es
wird Bezug genommen auf 5. Dargestellt ist eine Ausführungsform
eines Leistungsversorgungssystems 500. Das Leistungsversorgungssystem 500 enthält einen
Teiler 502, eine Mehrzahl von Leistungsverstärkermodulen 508–514,
einen Gateway-Controller 506 und einen Leistungskombinator 504.
Jedes der Leistungsverstärkermodule 508–514 ist
mit dem Teiler 502, dem Kombinator 504 und dem
Gateway-Controller 506 gekoppelt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
ist der Teiler 502 ein Leistungsteiler, wie etwa der Teiler
der 1–4. Auf ähnliche
Weise ist der Kombinator 504 bevorzugt ein Leistungskombinator,
wie etwa der Kombinator der 1–4.
Der Gateway-Controller 506 ist vorzugsweise implementiert
als ein eingebetteter Mikroprozessor-Controller, wie etwa ein Motorola 68360
oder 68HC11.
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Alle
Verstärkermodule 508–514 sind
vorzugsweise im Wesentlichen dieselben, sodass nur das Modul 508 im
Detail beschrieben wird. Das Leistungsverstärkermodul 508 enthält einen
Eingangsschalter 520, einen Leistungsdetektor 522,
einen variablen Abschwächer 524,
einen Leistungsverstärker 526,
einen Ausgangsschalter 530, einen Alarmdetektor 532 und
ein Steuermodul 528. Das Steuermodul 528 ist mit
dem Gateway-Controller 506 über eine Datenschnittstelle 516 gekoppelt.
Das Steuermodul 528 ist auch mit jeder der übrigen Komponenten
in dem Leistungsverstärkermodul 508 gekoppelt.
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Bei
der derzeit bevorzugten Ausführungsform
ist der Eingangsschalter 520 ein SHG-080AG-Schalter von
Hitachi Metals America, Ltd., Arlington Heights, Illinois und der
Ausgangsschalter 530 ist ein RSS-SR001-Relais von RelComm
Technologies, Inc., Salisbury, Maryland. Der Verstärker 526 ist
vorzugsweise ein Aufschaltungs-[feedforward] Verstärkertyp,
wie etwa der Aufschaltungsverstärker
in einer Motorola SCTM9600-Basisstation
oder wie beschrieben in dem US-Patent
Nr. 5,307,022. Das lokale Steuermodul 528 ist vorzugsweise
implementiert als ein eingebetteter Mikroprozessor-Controller, wie
etwa ein Motorola 68360 oder 68HC11. Der Leistungsdetektor 522 ist jede
geeignete Schaltung, die einen zu dem Leistungsverstärker 526 gehörigen Leistungspegel
erfassen kann, wie etwa eine Leistungsdetektorschaltung zum Erfassen
des Eingangsleistungspegels des Leistungsverstärkers. Ein detailliertes Schema
eines Beispiels solch eines Leistungsdetektors 522 ist
zu Illustrationszwecken in 8 gezeigt.
Obgleich der Leistungsdetektor 522 in dem Modul 508 gezeigt
ist, kann der Leistungsdetektor 522 an vielen alternativen
Positionen in dem System 500 positioniert sein, wie etwa
am RF-Eingang 544 oder am RF-Ausgang 546.
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Der
variable Abschwächer 524 kann
ebenfalls mit geeigneten Schaltungselementen impelementiert sein
und ein Beispiel solch einer Schaltung ist in 9 gezeigt.
Es sollte verstanden werden, dass der variable Abschwächer an irgendeiner
Position in dem System 500 platziert sein kann, die vor dem
Leistungsverstärker 526 liegt,
wie etwa am RF-Eingang 544.
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Es
wird Bezug genommen auf 10. Dargestellt
ist eine bevorzugte Ausführungsform
des Alarmdetektors 532. Der Alarmdetektor enthält eine Mehrzahl
von Alarmsensoren 1002, eine Mehrzahl von Digital-zu-Analog-Wandlern
(D/A) 1004, eine Mehrzahl von Komparatoren 1006 und
eine digitale Komponente, wie etwa ein OR-Gatter 1008.
Der Alarmdetektor 532 erhält Alarmsensoreingaben 1010 und
Alarmschwellenwerte 1012 und erzeugt einen Alarm-Interrupt 1014,
der anzeigt, dass ein Alarmzustand eingetreten ist. Der Alarm-Interrupt 1014 wird in
den Modul-Controller 528 eingespeist, der eine Alarmmitteilung
an den Gateway-Controller 506 sendet, um das Gateway 506 von
dem Alarm zu informieren.
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Der
Alarmdetektor 532 ist ausgelegt, Fehler zu erfassen, die
schwer genug sein können,
um das Modul außer
Dienst zu nehmen. Die Sensoren 1002 können von verschiedener Art
sein, abhängig
von dem zu erfassenden Fehlertyp, und können abhängig von der speziellen Anwendung
und Implementierung variieren. Die folgende Liste geeigneter Sensoren
ist nicht abschließend
und dient lediglich illustrativen Zwecken: Temperaturalarm – Analog
Devices TMP-01E, PT-Unterdrückungsalarm – RSSI Spannung
von einem Signetics SA 604 Empfänger-IC, Übersteuerungs- oder Leistungsreflexionsalarme – Spannungen
vom Leistungsdetektor von 8, Synthesizer-Einrastalarm – Motorola
MC145200 und Stromalarm – Strom
sensierender Widerstand an jeder Leistungsverstärkerstufe. Zusätzlich zu
physikalischen Hardware-Alarmen kann es auch Softwarealarmzustände geben,
wie etwa ungültig
konvergierende Daten (z.B. fehlerhafte Kontrollsumme, ungülti ges Datum,
Variablen außerhalb
eines erlaubten Bereichs), unrichtiger Software-Download, Überzeiten bei
verschiedenen erwarteten Mitteilungen oder Einstellungsalarm (d.h.
Steuerung außerhalb
des erlaubten Bereichs oder eine andere Verletzung, basierend auf
einer erwarteten Performanz).
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Es
wird Bezug genommen auf 11. Gezeigt
ist eine bevorzugte Ausführungsform
des Controller-Moduls 528 und des Gateway-Controllers 506. Der
Controller 528 enthält
einen Mikroprozessor 1100, einen Analog-zu-Digital-Wandler
(A/D) 1102, einen Satz von A/D-Wandlern 1104,
einen Satz von D/A-Wandlern 1106 und einen Satz von Datenauffang-Flip-Flops [data latches] 1108.
Der Mikroprozessor 1100 erhält eine Alarm-Interrupt-Eingabe 1112 und
kommuniziert mit dem Gateway-Controller 506 über einen
Datenbus, wie etwa den HDLC-Bus 1110, und kommuniziert
mit dem Alarmdetektor 532 über einen Steuerbus 1132.
Der A/D-Wandler 1102 erhält eine Spannungspegeleingabe 1114 von
dem Leistungsdetektor und der Satz von A/D-Wandlern 1104 erhält eine
Einstellungssensoreingabe 1116. Der Mikroprozessor 1100 kommuniziert
mit dem A/D-Wandler 1102, dem Satz von A/D-Wandlern 1104,
dem Satz von D/A-Wandlern 1106 und dem Satz von Datenauffang-Flip-Flops 1108 über den
internen Bus 1118. Der Satz von Datenauffang-Flip-Flops
erzeugt eine Ausgabe 1122, die mit der Ausgabe des Satzes von
D/A-Wandlern 1106 kombiniert wird, um analoge Ausgangsleitungen 1130 zu
erzeugen. Die analogen Ausgangsleitungen steuern die Verstärkung des
variablen Abschwächers 524,
den Eingangsschalter 520 und den Ausgangsschalter 530 für jedes
der Module 508. Ein Beispiel für einen geeigneten A/D-Wandler 1104 ist
ein Analog Devices AD7891 8-Kanal/12-Bit-A/D-Wandler. Ein geeigneter
D/A-Wandler 1106 ist
ein Analog Devices AD7804 4-Kanal/10-Bit- DAC oder ein Analog Devices AD8403 4-Kanal/8-Bit-RDAC
für den
D/A, wobei eine Alarmschwellenwerteinstellung benötigt wird.
Ein Beispiel für
einen geeigneten Satz von Datenauffang-Flip-Flops 1108 ist
ein Motorola 74HCT273A. Der Controller 528 enthält auch
die herkömmlichen Unterstützungsschaltungen,
die weiter unten unter Bezugnahme auf den Gateway-Controller 506 beschrieben
werden. Der Controller 528 führt viele Funktionen durch.
Zum Beispiel verfolgt der Controller 528 seinen Betriebszustand
und kommuniziert mit dem Gateway-Controller 506, um das
Gateway 506 über
Zustandsänderungen
zu informieren. Der Controller 506 kann auch verwendet
werden, um die Leistungsverstärker 526 einzustellen,
die Alarmsensoren zu überwachen
und Alarmschwellenwerte zu steuern. Der Controller 528 kann
typischerweise als Reaktion auf den Gateway-Controller 506 den
Eingangsschalter 520 oder den Ausgangsschalter 530 öffnen oder
schließen
und kann die Verstärkung
des variablen Abschwächers 524 einstellen.
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Der
Gateway-Controller 506 enthält einen Mikroprozessor und
kommuniziert mit dem Controller 528 über den HDLC-Bus 110.
Der Gateway-Controller 506 kommuniziert auch mit einem
System-Controller über
die eine Datenverbindung 1152, wie etwa eine Ethernet-Verbindung.
Der System-Controller kann eine Mobilfunkvermittlungsstelle in einem
zellularen System sein. Der Gateway-Controller 506 koordiniert
den Betrieb der übrigen
Controller 528 in jedem der Verstärkermodule 508 durch
Verfolgen der Betriebszustände,
Berechnen von Verstärkerverstärkungswerten
und -versätzen
und Bestimmen, welche Aktionen jeder Controller 528 unternehmen
sollte. Die meisten der Aktionen für die Schlafmodus- und Modulabwurfverfahren
finden in dem Gateway-Controller 506 statt. Obgleich nicht
dargestellt, wird der Fachmann verstehen, dass der Gateway-Controller 506 herkömmliche
Unterstützungsschaltungen
enthält,
wie etwa einen Speicher, einen Taktgeber, einen Rückstellschalter,
verschiedene Eingangs-/Ausgangsportschnittstellen, wie etwa die
HDLC-Bus- und die
Ethernet-Schnittstelle und weitere digitale Unterstützungslogik,
um die verschiedenen Signale und Komponenten des Systems zu puffern
und anderweitig zu handhaben.
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Es
wird Bezug genommen auf 5. Während des Betriebs wird das
RF-Eingangssignal 544 durch den Teiler 502 in
eine Mehrzahl von Signalen 518 aufgeteilt, die eine Eingabe
für jeden
der Mehrzahl von Leistungsverstärkermodulen 508, 510, 512, 514 sind.
Die aufgeteilten Signale 518 werden jeweils von dem entsprechenden
Leistungsverstärkermodul 508–514 verstärkt und
als verstärkte
Signale 540 ausgegeben. Die verstärkten Signale 540 werden dann
von dem Kombinator 504 zu einem RF-Ausgabesignal 546 kombiniert.
Durch Verwendung eines Teilers und Kombinierers, wie in 1 bis 4 beschrieben,
kann die Anzahl aktiver Leistungsverstärker modifiziert werden mit
einem annehmbaren Änderungsniveau
in der Gesamtleistungsverstärkung des
Systems 500. Eine Alternative wäre, herkömmliche, isolierende Teiler
und Kombinierer zu verwenden, wenn die gesteigerte Verstärkungsvariation
aufgrund von Moduländerungen
für die
spezielle Anwendung akzeptabel ist.
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Es
wird Bezug genommen auf 6. Beschrieben ist ein Verfahren
zum Steuern des Leistungsversorgungssystems 500. Bei Schritt 602 erkennt
eines der Leistungsverstärkermodule 508, 514 einen
Alarmzustand, wie etwa über
den Alarmdetektor 532 in dem Modul 508, was den
Dienst dieses Moduls beeinflusst. Das Steuermodul 528 kann
einen Alarmzu stand entweder durch routinemäßige Abfrage des Alarmdetektors 532 oder
durch eine Interrupt-Eingabe von den Alarmdetektoren 532 erkennen.
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Das
betroffene Modul sendet bei Schritt 604 eine Alarmmitteilung
an den Gateway-Controller 506. Der Gateway-Controller 606 sendet
eine Mitteilung an die anderen Module, die diese anweist, ihre Leistungsverstärkung um
einen von dem Controller 606 bestimmen Pegel zu reduzieren.
Die folgende Formel kann verwendet werden, um den Betrag der Verstärkungsreduktion
zu bestimmen:
10·LOG
(ursprüngliche
Anzahl von Modulen im Dienst/Anzahl von im Dienst verbleibenden
Modulen, nachdem (ein) fehlerhafte(s) Modul(e) entfernt wurd(en)).
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Obgleich
die obige Formel die ideale Leistungsverstärkung angibt, kann es aufgrund
inhärenter
Imperfektionen in Schaltungselementen wünschenswert sein, von dem idealen,
berechneten Wert abzurücken.
Wenn es beispielsweise vier Module gibt und eines muss entfernt
werden, ist der ideale Verstärkungsreduktionspegel
1,25 dB; ein Versatz jedoch, wie etwa ein Versatz von 0,25 dB kann
angewendet werden, sodass die Gesamtverstärkungsreduktion jedes der übrigen Module
wenigstens etwa 1,25 dB und vorzgusweise etwa 1,25 dB ist.
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Die
nicht betroffenen Module antworten dem Gateway 506 in Schritt 608,
nachdem sie ihre Verstärkung
erfolgreich reduziert haben. Die Module 508–514 können ihre
Verstärkung ändern, indem
der Abschwächungspegel
am variablen Abschwächer 524 verändert wird.
Der Gateway-Controller 506 sendet eine Mitteilung an das
fehlerhafte Modul und öffnet
seine Eingang- und Ausgangsschalter 520, 530, um
dieses Modul außer
Dienst zu nehmen. Das fehlerhafte Modul informiert dann den Gateway-Controller 506 in
Schritt 612, dass es abgeschaltet ist, und führt in Schritt 614 diagnostische
Tests durch, um die Ursache des Fehlers zu bestimmen und speichert
die Ergebnisse der diagnostischen Tests in einem nicht-flüchtigen
Speicher zur weiteren Verwendung, wie etwa durch Werkspersonal.
Schließlich
sendet der Gateway-Controller 506 bei
Schritt 616 eine Mitteilung bzgl. des Alarmzustandes an
einen System-Controller, wie etwa eine Mobilfunkvermittlungsstelle
oder einen Mobilitäts-Manager
in einem zellularen System.
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Die
obige Alarmsteuerstrategie erlaubt die Implementierung eines Leitungsverstärkersystems, das
bei einem hohen Leistungsverstärkungspegel unter
wenigstens drei unterschiedlichen Bedingungen arbeiten. Bei der
ersten Bedingung ist ein Alarm nicht aktiv und die maximale Systemverkehrsbelastung
ist geringer als die Maximalkapazität des Systems. Dies ist der
normale Betrieb und es kann ein Schlafmodusverfahren, wie unten
in weiterem Detail beschrieben, benutzt werden, um die Effizienz
zu verbessern. Unter der zweiten Bedingung existiert ein Alarm,
die maximale Systemverkehrsbelastung ist jedoch geringer als die
Maximalkapazität
des Systems mit dem außer
Dienst gestellten, alarmbetroffenen Modul. wenn der Fehler erkannt
ist, wird das alarmbetroffene Modul in den Dienst zurückversetzt. Die
obige Alarmsteuerstrategie erlaubt es dem Leistungsversorgungssystem
mit vernachlässigbarem Effekt
auf die Leistungsverstärkung
des Leistungsversorgungssystems im Dienst zu bleiben. Außerdem kann
das Schlafmodusverfahren noch immer verwendet werden, um die Effizienz
zu verbessern, selbst wenn das alarmbetroffene Modul außer Dienst gestellt
wird. Bei der dritten Bedingung ist ein Alarm aktiv und die maximale
Systemverkehrsbelastung ist größer als
die Maximalkapazität
des Systems mit außer
Dienst gestelltem, alarmbetroffenen Modul. Wenn der Fehler erkannt
ist, wird das alarmbetroffene Modul außer Dienst gestellt und die
Verstärkung des
Leistungsverstärkersystems 500 wird
reduziert, um zu verhindern, dass die im Dienst verbleibenden Verstärkermodule übersteuert
werden. Unter dieser Bedingung wird der Schlafmodusbetrieb üblicherweise
ausgesetzt.
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Es
wird Bezug genommen auf 7. Illustriert ist eine weitere
Ausführungsform
eines Verfahrens zum Steuern eines Leistungsversorgungssystems,
wie etwa des Leistungsversorgungssystems 500 von 5.
Das Verfahren enthält
die Schritte des Bestimmens, ob ein gegebenes Modul in einen Schlafmodus
versetzt werden soll. Im Schlafmodus werden ein oder mehrere Leistungsverstärker zeitweilig
außer
Dienst genommen, um es dem Leistungsverstärkungssystem 500 zu
gestatten, mit geringeren Betriebskosten effizienter zu arbeiten.
Der Schlafmodus kann in AUS-Zeiten verwendet werden, wenn die Verkehrsanforderungen
gering sind. Im Schlafmodus wird das Modul außer Dienst gestellt, indem
der Eingangsschalter 520 und der Ausgangsschalter 530 geöffnet werden.
Außerdem
werden zur weiteren Effizienzsteigerung wenigstens einige der DC-leistungsverbrauchenden
Schaltungen in dem Verstärker 526 ausgeschaltet.
Das Steuermodul 528 verbleibt typischerweise aktiv, sodass
Einstellungsparameter des Verstärkers 526 schnell
verfügbar sind,
nachdem das Modul geweckt wurde.
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Beginnend
mit Schritt 702 und unter Annahme einer Startbedingung,
dass alle Module wach sind, es keine Alarme gibt und gerade kein
Download im Gange ist, prüft
das Gateway, um zu bestimmen, ob sich die Module in einem Schlaf- Zeitintervall befinden.
Ein Verfahren zum Bereitstellen eines Schlaf-Zeitintervalls ist,
allgemeine Verkehrsbelastungszustände basierend auf der Tageszeit
in dem Gateway zu speichern. In diesem Fall würde ein Schlafintervall zu
Zeiten während
des Tages auftreten, wenn der Verkehr am geringsten ist, wie etwa während der
frühen
Morgenstunden (z.B. ein bis vier Uhr nachts). Wenn der Schlaffensterzustand
vergeht, wird der Status der Alarme bei Schritt 704 geprüft. Wenn
es Alarme gibt, fährt
der Prozess wie in 6 beschrieben fort. Anderenfalls
sendet das Gateway eine Mitteilung an die Module, um einen Schlafmodus-Interrupt
zu ermöglichen,
um den Schlafmodus zu gestatten. Bei Schritt 708 überwacht
jedes der Module Verkehrspegel, wie etwa durch Überwachung von Eingangsleistungswerten
von dem Leistungsdetektor, Vergleichen der Werte mit einem Schwellenwert
und Rücksenden
von Mitteilungen an das Gateway, wenn die Schwellenwerte überschritten
werden. Das Gateway bestimmt die Anzahl von Modulen, die in Schlaf
zu versetzen sind sowie die Anzahl der zu weckenden, basierend auf
Schlafmitteilungen und Weckmitteilungen von den Modulen. Bei dem
speziellen Beispiel von 7 versetzt in den Schritten 710–720 das
Gateway zwei der vier Module in Schlaf und weckt dann beide Module,
wenn irgendeine Aufweckmitteilung empfangen wird. Es wurde jedoch
in Betracht gezogen, dass viele andere Kombinationen von in Schlaf
zu versetzenden oder aufzuweckenden Modulen, basierend auf den Schwellenwerten
und von dem Gateway empfangenen Mitteilungen, möglich sind, abhängig von
der speziellen Anwendung. Es wird fortgefahren mit Schritt 722.
Wenn das Schlaffenster endet, oder irgendwelche Alarmzustände erkannt
werden, werden alle Module bei Schritt 724 aufgeweckt und
das Gate way sendet eine Mitteilung an alle Module, die Schlafinterrupts
zu deaktivieren. Anderenfalls wird die Verarbeitung für die Schritte 710 bis 720 wiederholt.
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Obgleich
das Verfahren zum Steuern des Leistungsversorgungssystems 500 separat
unter Bezugnahme auf ein spezielles Modulabwurfverfahren in 6 und
ein spezielles Schlafmodusverfahren in 7 beschrieben
wurde, ist es möglich
und in manchen Anwendungen bevorzugt, eine Kombination beider Verfahren
zu verwenden. Außerdem
können, obgleich
bestimmte Kriterien, wie etwa Leistungspegel oder Alarmzustände verwendet
werden können, um
zu bestimmen, wann in den Schlafmodus einzutreten und wann er zu
verlassen ist, viele andere Kriterien verwendet werden. Z.B. die
Anzahl von Modulen im Schlafmodus, ob das Modul sich unterhalb eines
unteren Schlafgrenzwertes befindet oder oberhalb eines oberen Schlafgrenzwertes
und ob ein spezielles Modul in Dienst oder außer Dienst steht. Ein detailliertes
Flussdiagramm eines Beispiels eines Verfahrens zum Steuern eines
Leistungsversorgungssystems unter Verwendung einer Kombination sowohl
des Modulabwurfs als auch des Schlafmodus sowie einer Vielfalt von
Schlafmoduskriterien ist in 12A und 12B gezeigt.
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Es
wird Bezug genommen auf 13. Illustriert
ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
eines Leistungsversorgungssystems. Das Leistungsversorgungssystems
enthält
einen Eingabeteiler 1318, einen Gateway-Controller 1300,
einen Alarmdetektor 1302, Leistungsverstärker 1312 und
einen Ausgabekombinator 1320. Der Eingabeteiler 1318 enthält einen
variablen Abschwächer 1304,
einen Leistungsdetektor 1306, einen Leistungsteiler 1308 und
einen ersten und einen zweiten Eingangsschalter 1310. Der
variable Abschwächer 1304 empfängt ein RF-Eingabesignal 1322.
Der Leistungsdetektor 1306 steht in Kommunikation mit dem
Gateway-Controller 1300 und die Eingangsschalter 1310 sind
jeweils mit einem entsprechenden Leistungsverstärker 1312 gekoppelt.
Der Leistungskombinator 1320 enthält erste und zweite Ausgangsschalter 1314 und
einen Leistungskombinator 1316. Die Ausgangsschalter 1314 sind
jeweils mit einem entsprechenden Leistungsverstärker 1312 gekoppelt.
Der Kombinator 1316 gibt ein RF-Ausgabesignal 1324 aus.
Der Alarmdetektor 1302 ist mit den Leistungsverstärkern 1312 und
dem Gateway-Controller 1300 gekoppelt.
Bei dieser Ausführungsform
kann ein einzelner variabler Abschwächer, wie etwa der variable
Abschwächer 1304 verwendet
werden, um die Verstärkung
von mehr als einem Leistungsverstärker 1312 einzustellen.
Außerdem
sind die Eingangsschalter 1310 an dem Eingabeteiler 1318 positioniert,
anstatt in den Leistungsverstärkermodulen.
Durch Positionierung der Eingangsschalter 1310 und des
variablen Abschwächers 1314 in
dem Eingabeteiler 1318 statt in den variablen Leistungsverstärkermodulen
wird ein lokaler Modul-Controller, wie etwa der Controller 528 von 5,
nicht benötigt.
Statt dessen werden alle Steuerfunktionen in dem gemeinsamen Gateway-Controller 1300 durchgeführt.
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Obgleich
in 5 und 13 unterschiedliche
Bezugszeichen verwendet wurden, sind die in 13 offenbarten
individuellen Komponenten vorzugsweise dieselben wie diejenigen,
die in weiterem Detail oben unter Bezugnahme auf 5 beschrieben
wurden. Zum Beispiel ist der Leistungsdetektor 306 von 13 vorzugsweise
derselbe wie der Leistungsdetektor 522 von 5 und 8.
Auch kann das Verfahren zum Steuern des Leistungsversorgungssys tems,
wie unter Bezugnahme auf die 6, und 12 beschrieben, bei dem System von 13 ebenso
wie bei dem System von 5 verwendet werden.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsformen haben
viele Vorteile. Durch Einstellen der Verstärkung anderer Module nachdem
ein Alarm in einem ersten Modul erkannt wurde, kann beispielsweise dieselbe
Anzahl von Verkehrskanälen
beibehalten werden (wenn auch bei reduzierter Leistung). Durch Verwendung
des Schlafmodus-Ansatzes können
Module während
Zeiten inaktiviert werden, zu denen die volle Leistung nicht benötigt wird,
wie etwa während Tageszeiten
mit geringem Verkehr. Auf diese Weise kann die nutzbare Lebensdauer
jedes Moduls verlängert,
die Effizienz verbessert und Betriebskosten reduziert werden. Ein
weiterer potenzieller Vorteil ist, dass das System eine große Flexibilität hat, da
Module physikalisch dem System hinzugefügt werden können oder ein zusätzliches
Modul für
Perioden hohen Verkehrs oder aus Redundanzgründen hinzugefügt werden
kann. In diesem Fall würde
das zusätzliche
Modul normalerweise im Schlafmodus, d.h. inaktiv sein, könnte jedoch
schnell aktiviert werden, wenn ein anderes Modul versagt oder wenn
der Verkehrspegel die Kapazität
der übrigen
Module überschreitet.
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Zusätzlich kommen
dem Fachmann weitere Vorteile und Modifikationen leicht in den Sinn.
Die Erfindung ist in ihren breiteren Aspekten daher nicht durch
die speziellen Details, das repräsentative
Gerät und
die hier gezeigten und beschriebenen, illustrativen Beispiele beschränkt. Verschiedene
Modifikationen und Variationen können
an der obigen Spezifikation durchgeführt werden, ohne den Umfang
der Erfindung zu verändern
und es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung all solche
Modifikationen und Varia tionen abdeckt, vorausgesetzt, sie fallen
innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Ansprüche.