ES2270464T3 - Dispositivo y metodo para transmisores de radio. - Google Patents
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Abstract
LA PRESENTE INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO Y A UN PROCEDIMIENTO, EN UNA ETAPA TRANSMISORA DE UN RADIOTRANSMISOR PARA MODULAR Y AMPLIFICAR UNA SEÑAL INFORMATIVA PARA SU TRANSMISION POSTERIOR A TRAVES DE UN CANAL DE RADIO. LA ETAPA TRANSMISORA DEL TRANSMISOR DE RADIO COMPRENDE UN DISPOSITIVO CONVERTIDOR (5) PCH, UN DISPOSITIVO DE CONTROL DEL AMPLIFICADOR (8) PAC, UN DETECTOR DE POTENCIA (13) Y UN AMPLIFICADOR DE POTENCIA (2). ALGUNOS EJEMPLOS DE LOS PROBLEMAS RESUELTOS POR LA PRESENTE INVENCION SON LAS DIFICULTADES PARA REDUCIR EL CONSUMO DE POTENCIA, LA FALTA DE LINEALIDAD EN LA SEÑAL DE SALIDA CUANDO SE UTILIZAN AMPLIFICADORES NO LINEALES EN LOS TRANSMISORES DE RADIO, Y CONSEGUIR UNA ELEVADA RELACION SEÑAL/RUIDO EN LA SEÑAL DE SALIDA, SIN CONECTAR DISPOSITIVOS DE FILTRACION DESPUES DE DICHO AMPLIFICADOR. LA SOLUCION SEGUN EL PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO DE LA INVENCION UTILIZA UNA SEÑAL INFORMATIVA QUE HA SIDO DIVIDIDA, EN ETAPAS ANTERIORES, EN SUS COMPONENTES POLARES: UNA SEÑAL COMPONENTE DE REFERENCIA DE FASE (E PHR ) Y UNA SEÑAL COMPONENTE DE AMPLITUD (A AMP ). LA SEÑAL COMPONENTE DE REFERENCIA DE FASE MODULA UNA FUENTE DE SEÑAL DE ALTA POTENCIA Y BAJO RUIDO QUE TIENE UNA AMPLITUD CONSTANTE. LA AMPLITUD DE LA SEÑAL OBTENIDA SE FORMA A CONTINUACION EN UN AMPLIFICADOR, QUE SE PUEDE CONTROLAR CON LA SEÑAL DE COMPONENTE DE AMPLITUD (A AMP ). SE REGISTRA SU CONSUMO DE CORRIENTE, Y SE COM PARA CON UN VALOR DE CONTROL DE LA CORRIENTE. EL AMPLIFICADOR SE CONTROLA EN RELACION CON ESTE VALOR DE CONTROL.
Description
Dispositivo y método para transmisores de
radio.
La presente invención se refiere a un transmisor
de radio para transmitir una señal de información que ha sido
dividida en sus componentes de fase y amplitud antes de aumentarse
su frecuencia para convertirla en una frecuencia de canal y
amplificarse. La invención se refiere, también, a un método, en una
etapa de transmisor de un transmisor de radio, para modular y
amplificar una señal de información para su transmisión ulterior a
través de un canal de radio.
Un canal de información de, por ejemplo, un
sistema de telecomunicaciones móviles comprende información
codificada binaria y/o protocolos de señalización codificada
binaria. La señal, antes de ser modulada sobre una onda portadora
con una frecuencia intermedia o frecuencia de canal, se denomina
señal de banda de base. En algunos transmisores de radio conocidos
para la transmisión de una señal de información digital, la señal de
banda de base se divide para formar una señal I y una señal Q.
Estas dos señales definen, juntas, un vector de información. La
posición o el movimiento del vector de información en un sistema de
coordenadas cartesianas representa la señal de información. Un
ejemplo es la denominada modulación QPSK \pi/4. Las señales I y Q
se modulan sobre una onda portadora usando un modulador IQ.
Ulteriormente, la frecuencia de la señal de salida del modulador IQ
puede aumentarse usando mezcladores de frecuencia subsiguientes. De
ese modo, la onda portadora comprende las componentes de amplitud y
fase de la señal moduladora. El modulador funciona a niveles de
potencia relativamente bajos, en comparación con los niveles
transmitidos a través de la antena. La amplificación necesaria entre
el modulador IQ y la antena tiene que ser lineal. La amplificación
no lineal genera distorsión en la señal de la antena. La distorsión
producirá un error en el vector portador de la señal de información,
y, en el peor caso, un ensanchamiento del espectro de frecuencia de
la señal emitida.
La razón señal/ruido de una señal de salida de
un modulador IQ es generalmente tan baja que es necesario filtrar
la señal de onda portadora para evitar la emisión de ruido de banda
ancha.
Se han hecho intentos para resolver el problema
de linealidad mencionado de varias maneras. Se han usado
amplificadores lineales, pero su eficacia es muy baja para que
constituyan una alternativa a los amplificadores no lineales. Otra
solución que se ha intentado consiste en distorsionar las
componentes I y Q, respectivamente, de antemano, de modo que la
antena reciba una señal sin distorsionar. Este método es difícil de
llevar a la práctica. Un tercer método usado consiste en la
realimentación cartesiana, que significa que las señales I y Q de
salida del último amplificador son realimentadas y comparadas con
las señales I y Q deseadas.
Ninguna de las soluciones anteriores resuelven
el problema de ruido de banda ancha ni el problema de eficacia
demasiado baja.
Ya es conocido cómo dividir una señal de
información en componentes polares - una componente de referencia
de fase y una componente de referencia de amplitud. Esta técnica ya
se conoce, por ejemplo, a través de la solicitud de patente
internacional WO, A1, 95/23453. En este documento se divulga un
amplificador de potencia con realimentación de la señal de salida.
El amplificador es una etapa final de un transmisor de radio para
la transmisión de señales con una componente modulada en fase y una
componente modulada en amplitud. Para ello se necesitan circuitos
de modulación de fase y amplitud.
Este transmisor de radio ya conocido tiene
ciertos inconvenientes importantes, que se describirán en lo que
sigue.
El control de la modulación de amplitud se logra
mediante la generación de una señal de error a partir de la
diferencia entre la señal de la componente de amplitud y parte de la
señal de salida del amplificador. Estas dos señales son muy
diferentes. La señal de realimentación está amplificada y presenta
una frecuencia de radio (RF). Los circuitos para adaptar estas dos
señales y generar una señal de error tienen que cumplir requisitos
difíciles. Para el tratamiento de señales con frecuencias de radio
elevadas se precisa circuitería especial. El uso de esta clase de
circuitería hace la fabricación significativamente más cara.
La realimentación de la señal de RF en el
transmisor de radio mencionado usa un detector de envolvente con
características dinámicas limitadas, que, a su vez, da lugar a un
deterioro de las características dinámicas del transmisor de radio
y de la estabilidad de la temperatura. En telefonía móvil, pero
también en ciertos campos diferentes de uso, los requisitos de
dinámica y estabilidad de temperatura son muy elevados. Además, los
detectores de envolvente son componentes no lineales, lo que
significa que tanto la señal de realimentación como la señal
modulada en amplitud son distorsionadas.
El punto de compresión del amplificador de
potencia es función de la carga de la antena, lo que aumenta
significativamente el riesgo de la denominada saturación en este
tipo de sistema de control. La realimentación significa, también,
pérdida de potencia de la señal de salida, lo que no es deseable en
un transmisor de radio que funcione mediante batería. Para eliminar
el ruido de banda ancha se precisa una disposición de filtro
adicional después del amplificador.
A través del documento
"Polar-Loop Transmitter"/"Transmisor de bucle
polar" (V. Petrovic, W. Gosling, Electronic Letters, 10 de mayo
de 1979, volumen 15, nº 10, páginas 286-287) ya se
conoce, también, un transmisor con un bucle de fase, un bucle de
amplitud y un detector de amplitud.
Los problemas que se trata resolver mediante la
presente invención consisten en las dificultades de reducir el
consumo de potencia, las no linealidades de la señal de salida
cuando se usan amplificadores no lineales en transmisores de radio,
y el logro de una razón señal/ruido elevada en la señal de salida
sin conectar una disposición de filtro después de un amplificador
de esta clase.
La presente invención intenta resolver, también,
los problemas mencionados previamente de dinámica y estabilidad de
temperatura de los transmisores de radio, particularmente de
transmisores de radio con realimentación de una señal de radio
frecuencia (señal de RF).
El objeto de la presente invención consiste en
permitir el uso de un amplificador de potencia muy eficaz, que
puede ser no lineal, y conseguir, todavía, una razón señal/ruido
elevada sin disposiciones de filtro, después de la amplificación
final, que consuman mucha potencia.
Un objeto, también, consiste en eliminar los
inconvenientes y las deficiencias mencionadas, encontrados en
transmisores de radio del tipo conocido, que han sido descritos, por
ejemplo, por Petrovics et al. y en la solicitud de patente
WO, A1, 9523453.
Otro objeto consiste en proponer una solución a
los problemas anteriormente mencionados de dinámica y estabilidad
de temperatura de los transmisores de radio.
La solución de acuerdo con el método y el
dispositivo del invento utiliza una señal de información que, en
etapas previas, ha sido dividida en sus componentes polares: una
componente de referencia de fase y una componente de amplitud. La
componente de referencia de fase modula en fase una fuente de señal
de amplitud constante. La amplitud de la señal resultante se
consigue, después, en un amplificador controlable. Su consumo de
corriente se registra y se compara con un valor de control de la
corriente. El amplificador se controla en relación con este valor
de control. Lo que no es conocido con carácter previo es controlar y
vigilar la potencia de salida registrando el consumo de corriente
en un transmisor de este tipo.
En lo que sigue se describe la solución de
acuerdo con el método y el dispositivo del invento con más detalle.
El transmisor de radio del invento comprende una etapa de transmisor
que comprende un dispositivo de conversión, un dispositivo de
control de amplificador, un amplificador de potencia y un detector
de potencia. Una señal de información se divide en dos componentes
antes de la etapa de transmisor: una señal de componente de
referencia de fase y una señal de componente de amplitud. La señal
de componente de referencia de fase está conectada con el
dispositivo de conversión, que genera una señal modulada de fase
pura, de amplitud constante y con la frecuencia de portadora
apropiada, con destino al amplificador, que amplifica y transmite la
señal como señal de antena a una antena con circuitería asociada.
Esta señal es realimentada al dispositivo de conversión con el fin
de bloquear en fase la señal de antena con la señal de componente de
referencia de fase. La potencia de salida del amplificador y la
amplitud de la señal de antena se controlan mediante la señal de
componente de amplitud y una señal de valor de control para la
potencia de salida. Un detector de potencia detecta el consumo de
corriente del amplificador y transmite una señal de valor verdadero
al dispositivo de control del amplificador. La señal de valor
verdadero es una medición de la potencia de salida, ya que existe
una correlación específica entre la potencia de salida y el consumo
de corriente.
Estas señales están conectadas con el
dispositivo de control del amplificador, que, en función de las
señales, genera una señal de control de amplificador, conectada con
el amplificador.
Se logran ventajas porque el diseño del
transmisor no incluye componentes tales como detectores de radio
frecuencia o componentes no lineales tales como detectores de
envolvente. Por ello disminuyen los problemas relacionados con
variaciones de temperatura, saturación y dinámica. Por tanto, el
aumento y la reducción, respectivamente, de la amplificación pueden
hacerse de modo más rápido y estable. Los transitorios de la
envolvente de la señal de salida se reducen, y se limita así el
ancho de banda de la señal de salida.
El registro de la corriente reduce el riesgo de
saturación del amplificador de potencia.
Por tanto, otras ventajas del transmisor y del
amplificador del invento consisten en mejores propiedades de
señalización y mayor eficacia. Además, el tamaño del transmisor es
menor que el de transmisores ya conocidos. Principalmente, se logra
mejorar la linealidad, minimizar la necesidad de ancho de banda y
reducir la perturbación entre canales adyacentes, en particular,
cuando se aumenta o disminuye rápidamente la potencia y en el caso
de salidas de potencia elevadas.
Otra ventaja del transmisor y del método del
invento consiste en que el ruido de banda ancha de fuentes
anteriores al detector de fase se filtra de mejor manera.
El transmisor y el método del invento ofrecen,
además, ventajas tales como bloqueo de fase rápido y fiable y baja
distorsión de fase en el caso de cambios rápidos y grandes de la
potencia de salida y, también, a niveles de potencia de salida
elevados.
La invención se describirá ahora con más detalle
por medio de realizaciones preferidas y con referencia a los
dibujos adjuntos.
La figura 1 es un diagrama de bloques de una
etapa de transmisor de radio ya conocida que comprende un
amplificador de potencia con realimentación de la señal de
salida.
La figura 2 muestra, en forma de diagrama de
bloques, los principios de la etapa de transmisor del invento.
La figura 3 es un diagrama de bloques de la
etapa de transmisor del invento, con detalle.
La figura 4 es un diagrama de bloques de una
realización alternativa de un dispositivo de control de amplificador
de la etapa de transmisor.
La figura 5 es un diagrama de flujo del método
del invento.
En la figura 1 se muestra un diagrama de bloques
de un transmisor ya conocido. En principio, este transmisor está
dividido en un bucle 117 de control de modulación de fase y un bucle
115 de control de modulación de amplitud. El bucle de control de
modulación de amplitud comprende un amplificador 107 de potencia, un
acoplador direccional 109, un detector 111 de envolvente y un
amplificador diferencial 113. El acoplador direccional 109
realimenta parte de la potencia de salida del terminal de salida del
amplificador de potencia. El acoplador direccional está conectado
con el detector 111 de envolvente, que, a su vez, está conectado con
uno de los terminales de entrada de señal del amplificador
diferencial 113. Una señal 125 de referencia de amplitud está
conectada con el otro terminal de entrada de señal. El amplificador
diferencial 113 genera una señal de diferencia de tensión como
resultado de la diferencia entre los dos terminales de entrada de
señal. El amplificador diferencial está conectado con un terminal
de entrada de modulación de amplitud del amplificador 107 de
potencia. La modulación en amplitud de la señal de salida del
amplificador de potencia se consigue variando la tensión de la señal
de referencia de
amplitud.
amplitud.
La conversión de la frecuencia de una señal 121
de referencia de fase a la frecuencia de canal apropiada se ha
resuelto en este dispositivo de la técnica anterior mediante el
bucle 117 de control de modulación de fase. El bucle comprende un
mezclador 101, un detector 103 de fase, un oscilador VCO, 105,
controlado mediante tensión y una conexión 131 de realimentación
del terminal de salida del oscilador con un circuito 130 de
conmutación. Como se ha mencionado en lo que antecede, los
amplificadores no lineales presentan una gran distorsión de fase a
alta potencia. Esta distorsión puede contrarrestarse mediante una
conexión 132 de realimentación con el terminal 109 de salida del
amplificador de potencia, y que, de ese modo, incluye el
amplificador de potencia en el bucle de control de modulación de
fase. Mediante la introducción de un circuito 130 de conmutación en
el bucle de control de modulación de fase resulta posible conmutar
entre los dos bucles 131 y 132 de realimentación. Una de las
señales de realimentación es realimentada al mezclador 101. El
mezclador genera una señal 127 de frecuencia intermedia, cuya
frecuencia es igual a la diferencia entre una señal 123 de
referencia de frecuencia y la señal de realimentación del circuito
130 de conmutación. El detector 103 de fase genera una señal de
error, que depende de la diferencia de fase entre la señal 127 de
frecuencia intermedia y la señal 121 de referencia de fase. La
señal de error está conectada con el terminal de entrada de control
de frecuencia del oscilador. De ese modo, la señal de salida del
oscilador consigue una fase aproximadamente igual a la de la señal
121 de referencia de fase, lo que significa que la señal de salida
ha sido modulada en fase mediante la señal 121 de referencia de
fase. La frecuencia de la señal de salida depende de la suma de la
frecuencia de la señal de referencia de frecuencia y la frecuencia
de la señal de referencia de fase, o de la diferencia entre
ellas.
Pero, en la práctica, es imposible bloquear
rápidamente con la fase correcta conmutando del modo conocido con
anterioridad. Los problemas se producen si el aumento o la reducción
de la potencia de salida se realizan muy rápidamente. El conmutador
producirá una perturbación de fase que no desaparecerá de modo
suficientemente rápido. En el peor caso el bucle perderá su
bloqueo.
La figura 2 ofrece una imagen global de la
construcción de la etapa 1 de transmisor de radio del invento. En
principio, la etapa 1 de transmisor está dividida en un bucle 5 de
control de modulación de fase, denominado PHC en la figura, un
dispositivo 8 de control del amplificador, denominado PAC, para el
tratamiento de señales y el control de la potencia de salida, un
amplificador 2 de potencia y un detector 13 de potencia. La etapa 1
de transmisor está conectada con otras partes de un transmisor de
radio, no mostradas, a través de sus terminales 3, 6, 9 y 10 de
entrada. La etapa 1 de transmisor está conectada, también, con una
antena 50 a través de un terminal 4 de salida, común al
amplificador de potencia y a la etapa de transmisor.
A partir de un dispositivo de alimentación de
energía (no mostrado en la figura), tal como una fuente de tensión
(batería, etc.), se alimenta una corriente I_{sup} al amplificador
2 de potencia a través del terminal de entrada de corriente de
alimentación. La función del amplificador de potencia consiste en
amplificar una señal modulada U_{pm}, que llega a un terminal
I_{1} de entrada, a una potencia determinada mediante una señal
I_{ctrl} de control del amplificador que llega a un terminal
SI_{1} de entrada del amplificador de potencia. El bucle PHC 5 de
control de modulación de fase funciona como dispositivo de
conversión de bloqueo de fase y conversión de frecuencia y emite la
señal U_{pm} en un terminal 7 de salida a través de una conexión
con el amplificador 2 de potencia. La señal U_{pm}, que contiene
información de modulación de fase y la frecuencia de canal
correcta, y cuya amplitud es constante, es configurada (en algunas
aplicaciones es modulada en amplitud, si ello es deseable) y
amplificada mediante el amplificador 2 para generar una señal
Y_{pm} de antena. La señal Y_{pm} se determina, en parte,
mediante la señal U_{pm} modulada en fase del terminal I_{1} de
entrada, y, en parte, mediante la señal I_{ctrl} de control del
amplificador del terminal SI_{1} de entrada del amplificador. El
terminal 4 de salida del amplificador de potencia está conectado con
la antena 50, directamente o a través de circuitería apropiada (tal
como filtros, circuitos de adaptación, etc.).
De acuerdo con la invención, el consumo
I_{sup} de corriente es detectado por medio del detector 13 de
potencia, que, a su vez, emite un valor eléctrico I_{true}
proporcional a la corriente I_{sup}. El detector de potencia
tiene un terminal de salida conectado con uno de los terminales de
entrada, un terminal 11 de entrada, del dispositivo 8 de control
del amplificador. El dispositivo 8 de control del amplificador
compara la señal I_{true} con una señal A_{amp} de componente
de amplitud y un valor I_{cvs} de control, que consiste en una
señal que indica un valor de control de la potencia de salida. La
señal I_{cvs} está conectada con la entrada 10 del dispositivo de
control del amplificador. La señal A_{amp} de componente de
amplitud está conectada con el dispositivo 8 de control a través de
un terminal 9 de entrada.
El dispositivo 8 de control combina las
contribuciones de las diferentes señales de entrada y, a través del
terminal 12 de salida, emite la señal I_{ctrl} de control del
amplificador con destino al terminal SI_{1} de entrada de control
del amplificador de potencia. En el transmisor de radio del invento
se genera la señal U_{pm} de RF modulada a partir de una señal
E_{phr} de componente de referencia de fase en el bucle 5 de
control de modulación de fase, que es un dispositivo de conversión
que convierte la frecuencia y bloquea la fase de la señal E_{phr}
de entrada.
El dispositivo PAC 8 de control de amplificador
para el tratamiento de señales y el control de la potencia de
salida, y el bucle PHC 5 de control de modulación de fase, pueden
realizarse de varios modos. En la figura 3 se muestra una
realización preferida de la etapa 1 de transmisor, que se describirá
en lo que sigue.
En esta realización el dispositivo 8 de control
del amplificador comprende un convertidor DAC 20 digital/analógico,
un circuito CMP 21 de compensación, un controlador REG 22 de
amplitud y un filtro F 23 de control. A continuación se explicará
el modo en que cooperan constructivamente para controlar la potencia
y la amplitud de salida del amplificador.
La señal A_{amp} de componente de amplitud y
el valor I_{cvs} de control en los terminales 9 y 10 de entrada,
respectivamente, son señales codificadas binarias que determinan la
amplitud de la señal de salida y la potencia de salida del
amplificador 2 de potencia. La señal A_{amp} de componente de
amplitud y la señal I_{cvs} de valor de control se suman en un
dispositivo sumador 24 con objeto de generar una nueva señal
a_{dac} codificada binaria.
Como el amplificador 2 de potencia está
construido con tecnología analógica, las señales digitales tienen
que ser convertidas en analógicas. Ello se hace mediante el
convertidor D/A DAC 20, que convierte la señal a_{dac} en una
señal a_{cmp} de tensión. Esta tensión constituye una tensión de
referencia para el controlador 22 de amplitud que sigue. La señal
a_{cmp} de salida del convertidor 20 es proporcional a la amplitud
expresada en dB.
Para compensar la relación no lineal entre el
consumo de corriente y la tensión de salida (en dB) de los
amplificadores de potencia de alta eficacia, la señal a_{cmp} se
conecta con el circuito CMP 21 de compensación, entre el
convertidor DAC 20 y el controlador REG 22 de amplitud. La función
de transferencia del circuito se adapta al amplificador de potencia
de tal manera que dicha relación sea lineal.
En este caso, una función exponencial puede ser
una adaptación apropiada.
Así, una señal a_{cvs} de salida del circuito
21 de compensación con destino al controlador 22 de amplitud es una
tensión de referencia adaptada y, en lo que sigue, se denomina señal
de valor de control de amplitud. Hay otra señal conectada, también,
con el controlador 22, que, en este caso, se denomina valor
verdadero I_{true}. La señal es una señal de salida de un
detector 13 de potencia que detecta o mide el consumo de potencia
del amplificador 2 de potencia. El detector 13 de potencia está
conectado con el terminal 3 de entrada de potencia del amplificador
de potencia, y dicho detector 13 emite el valor verdadero
I_{true}, una señal de tensión proporcional a la corriente en la
entrada de corriente del amplificador 2. La señal a_{cvs} de valor
de control de amplitud y el valor verdadero I_{true} están
conectados con terminales de entrada del controlador 13 de
amplitud. El controlador 22 de amplitud puede ser un amplificador
diferencial, lo que significa que la diferencia entre las dos
señales de entrada será una señal a_{err} de error. Esta señal de
error se filtra respecto al ruido en el filtro 23 de control y
constituye la señal I_{ctrl} de control del amplificador,
conectada con la entrada SI_{1} de control del amplificador.
En lo que sigue se describirá la conversión de
frecuencia de la señal E_{phr} de componente de referencia de
fase en la frecuencia de canal correcta.
En la figura 3 se muestra, también, una
realización preferida del bucle 5 de control de modulación de fase,
que debido a su función puede concebirse como dispositivo de
conversión para el bloqueo de fase y la conversión de frecuencia.
Esta realización ofrece, también, una compensación muy efectiva para
la distorsión de fase.
Como señal de entrada al dispositivo se usa una
señal E_{phr} de componente de referencia de fase, que es una
señal en la que la información está contenida en la fase. La señal
de componente de referencia de fase comprende la información de
fase que tiene que modularse y transmitirse sobre una frecuencia de
portadora apropiada.
La conversión de frecuencia de la señal
E_{phr} de componente de referencia de fase en la frecuencia de
canal correcta tiene lugar en un bucle de control de modulación de
fase para el bloqueo de fase y la conversión de frecuencia. El
bucle comprende un mezclador 30, un detector 31 de fase, un
oscilador (VCO) 32 controlado mediante tensión, un circuito 34 de
filtro integrador, el circuito 35 de combinación y una conexión 33
de realimentación del terminal de salida del oscilador 32, a través
de un primer dispositivo 37 de derivación, con un primer terminal
de entrada de un circuito 35 de combinación. El oscilador 32 está
conectado con un terminal I_{1} de entrada del amplificador 2 de
potencia, cuyo terminal 4 de salida está conectado con la antena
50. El bucle 5 de control de modulación de fase tiene, también, una
segunda conexión 36 de realimentación del terminal 4 de salida del
amplificador 2 de potencia, a través de un segundo dispositivo 38 de
derivación, con un segundo terminal de entrada del circuito 35 de
combinación.
El circuito 35 de combinación puede ser un
circuito con sólo componentes pasivos o un circuito con componentes
activos (transistores). Un divisor de tensión en el que solamente se
usen resistencias como componentes es un ejemplo de un circuito con
sólo componentes pasivos. En algunas circunstancias puede ser más
ventajoso usar componentes activos. El circuito de combinación
puede realizarse, entonces, a modo de amplificador. Debe señalarse
que existen otras soluciones diferentes a las expuestas en lo que
antecede acerca del modo de diseñar un circuito de combinación.
El mezclador 30 genera una señal e_{ifs} de
frecuencia intermedia, cuya frecuencia es igual a la diferencia
entre una señal e_{frs} de referencia de frecuencia de un
sintetizador 39 de frecuencia y una señal e_{fdb} de
realimentación del circuito 35 de combinación.
El detector 31 de fase genera una señal
e_{phf} de error, que depende de la diferencia de fase entre la
señal e_{ifs} de frecuencia intermedia y la señal E_{phr} de
componente de referencia de fase. Para reducir el riesgo de
distorsión de fase, transmisión de ruido y ensanchamiento de ancho
de banda, como consecuencia del ruido de banda ancha, el circuito
34 de filtro integrador se conecta entre el detector 31 de fase y el
oscilador 32 controlado mediante tensión.
El circuito de filtro elimina, de modo efectivo,
el ruido de banda ancha. El ruido se produce a partir de fuentes
anteriores al detector de fase. Una fuente de este tipo puede ser un
modulador IQ, que se usa en ciertos tipos de transmisores de
radio.
La señal e_{phf} de error está conectada con
la entrada del circuito 34 de filtro, y, desde este circuito, una
señal e_{vco} está conectada con la entrada de control de
frecuencia del oscilador 32. De esta manera la señal U_{pm} de
salida del oscilador 32 consigue una fase aproximadamente igual a la
de la señal E_{phr} de componente de referencia de fase, lo que
significa que la señal U_{pm} de salida es modulada en fase
mediante la señal E_{phr} de componente de referencia de fase. La
frecuencia de la señal U_{pm} de salida es igual a la suma de la
frecuencia de la señal e_{frs} de referencia de frecuencia y la
frecuencia de la señal E_{phr} de componente de referencia de
fase, o a la diferencia entre ellas.
La señal U_{pm} está conectada con el
amplificador 2 de potencia, que amplifica la señal U_{pm} en
función de la señal I_{ctrl} de control del amplificador. Una
señal Y_{pm} de antena de salida 4 del amplificador 2 con destino
a la antena 50, entonces, consigue la configuración determinada
merced a la señal I_{ctrl} de control del amplificador.
El dispositivo de combinación, el circuito 35 de
combinación, recibe parte de la señal U_{pm}, en la figura
denominada e_{pm1}, y parte de la señal Y_{pm}, en la figura
denominada e_{pm2}, cada una a través de uno de los dispositivos
37 y 38, respectivamente, de derivación de señales. Estos
dispositivos pueden diseñarse como acopladores direccionales o
algún tipo de divisores de tensión (espiga capacitiva o resistiva).
Los dos bucles, 33 y 36, respectivamente, conectan los dispositivos
37 y 38, respectivamente, cada uno, con uno de los terminales de
entrada del circuito 35 de combinación. Este circuito combina las
dos señales e_{pm1} y e_{pm2} del bucle apropiado para generar
la señal e_{fdb} de realimentación, mencionada anteriormente, en
el bucle. Los dispositivos 37 y 38 derivan cierta parte de las
señales U_{pm} e Y_{pm}, respectivamente. Estos dispositivos,
también, pueden ser controlables. Entonces, la parte de la señal
respectiva que se derive puede ser controlada individualmente, lo
que puede ser una ventaja. Un ejemplo de los dispositivos
mencionados está constituido por los acopladores direccionales
controlables.
Antes del inicio del aumento de la potencia del
amplificador PA 2, el bucle es bloqueado con la señal de salida del
oscilador 32 controlado mediante tensión, por medio del primer bucle
33 de realimentación. A medida que la potencia de salida aumente en
función de la señal I_{ctrl} de control, la señal e_{pm2} de
realimentación de la salida del amplificador de potencia del
segundo bucle 36 de realimentación predominará gradualmente en la
señal e_{fdb} de realimentación en relación con la señal e_{pm1}
del oscilador de realimentación del primer bucle 33 de
realimentación.
Sin el bucle 33, el bloqueo de fase no se
consigue, a la puesta en marcha del transmisor, a su debido tiempo,
antes de activarse el amplificador de potencia. Si el ancho de banda
del bucle es suficientemente elevado, el bucle tendrá tiempo para
compensar el desplazamiento de fase del amplificador 2 de potencia
durante el aumento de la potencia de salida. Tiene que establecerse
una conexión de realimentación a través del bucle 36 y lograrse el
mencionado bloqueo con el fin de conseguir la compensación de la
distorsión de fase deseada a, aproximadamente, 10 dB, con la máxima
potencia de salida.
El método para compensar la distorsión de fase
de acuerdo con esta realización implica que las señales e_{pm1} y
e_{pm2} de cada uno de los bucles 33 y 36, respectivamente, se
combinen para generar la nueva señal e_{fdb} de realimentación en
el bucle. Si la amplificación del amplificador 2 se modifica,
entonces, la participación, y la predominancia de las señales
derivadas y de realimentación en la señal de realimentación en el
bucle de bloqueo de fase y de conversión de frecuencia también
varían. Este método proporciona una transición suave y continua
entre la participación de cada señal de realimentación, y, por
tanto, su predominancia en la señal de realimentación total, de
modo que el bucle de control de modulación de fase pueda bloquearse
en fase a tiempo antes del inicio de un cambio rápido de la
potencia de salida del amplificador de potencia. El método implica,
también, que la predominancia de la señal derivada y realimentada a
partir del terminal de salida del amplificador 2 de potencia
aumente en la nueva señal de realimentación a medida que la potencia
de salida del amplificador de potencia aumente. La señal de
realimentación del terminal de salida del amplificador de potencia
predomina en la nueva señal de realimentación cuando el amplificador
de potencia amplifique a máxima potencia de salida, pero la señal
de realimentación del terminal de entrada del amplificador de
potencia predomina en la nueva señal de realimentación cuando la
potencia de salida del amplificador de potencia sea baja.
Mediante este método descrito, el bucle 5 de
control de modulación de fase se bloquea con la señal U_{pm}
moduladora del terminal de entrada del amplificador de potencia
antes de aumentarse la potencia de salida del amplificador de
potencia. Cuando se haya iniciado el aumento de la potencia del
amplificador, el bucle de bloqueo de fase y de conversión de
frecuencia se bloquea con la señal modulada amplificada del terminal
de entrada del amplificador de potencia, antes de que la potencia
de salida del amplificador de potencia haya alcanzado su máxima
potencia de salida.
Otra realización de la etapa 1 de transmisor se
presenta en la figura 4. Solamente se muestra el dispositivo 8 de
control del amplificador, que ha sido modificado. En todos los demás
aspectos, la etapa de transmisor es similar a la mostrada en la
figura 3.
En comparación, hay diferencias obvias entre el
estado de la técnica descrito y la presente invención. En el
dispositivo de la técnica anterior se registra la amplitud de la
señal de salida y se controla la amplificación en relación con la
realimentación de esta señal de salida. Las desventajas de un método
y un diseño de este tipo se han descrito en lo que antecede. En la
presente invención se registra y controla la corriente de
alimentación del amplificador de potencia. La invención hace
posible utilizar la relación entre la potencia de salida y la
corriente de alimentación para controlar la amplitud y la potencia
de salida. Las ventajas de un método y un diseño de acuerdo con la
invención se han descrito, también, en lo que antecede. Además, una
comparación revela diferencias en el diseño y la función del
dispositivo 8 de control del amplificador. Por otra parte, el
dispositivo de la técnica anterior no cuenta con un circuito 35 de
combinación que permita la combinación de dos señales de
realimentación para generar una nueva señal e_{fdb} de
realimentación. Este circuito de combinación permite el cambio
suave de la predominancia mutua de las dos señales de
realimentación.
En esta realización del dispositivo 8 de control
del amplificador están comprendidos el dispositivo sumador 24, el
convertidor D/A DAC 20, el circuito de compensación CMP 21, el
controlador REG 22 de amplitud y el filtro F 23 de control. El
dispositivo 8 de control del amplificador comprende, también, el
terminal 9 de entrada para la señal A_{amp} de componente de
amplitud, el terminal 10 de entrada para el valor I_{cvs} de
control, el terminal 11 de entrada para la señal I_{true} de valor
verdadero y un terminal 12 de salida para la señal I_{ctrl} de
control del amplificador. Este terminal de salida está conectado con
el terminal de entrada de control del amplificador SI_{1}. Lo que
distingue esta realización de la realización presentada en lo que
antecede de acuerdo con la figura 3, es que una unidad LUT 25 de
tabla está comprendida, también, en la solución del circuito. La
unidad 25 de tabla está conectada entre el dispositivo sumador 24 y
el convertidor D/A 20. En lo que sigue, se describirá su función en
esta realización.
Las dos señales codificadas binarias, la señal
A_{amp} de componente de amplitud en la entrada 9 y el valor
I_{cvs} de control en la entrada 10 son sumadas en el dispositivo
sumador 24 para generar una nueva señal a_{dac} codificada
binaria. Esta nueva señal comprende información de amplitud de la
señal A_{amp} de componente de amplitud, y, también, información
acerca de la potencia de salida y el punto operativo del
amplificador de potencia. Existe una relación no lineal entre el
consumo de corriente y la tensión de salida (en dB) en
amplificadores de potencia de alta eficacia. Esta relación es
conocida, pero varía con el punto operativo del amplificador de
potencia. Esta variación puede ilustrarse representando, mediante
curvas, la relación entre el consumo de corriente y la tensión de
salida (en dB) para los puntos operativos. Pero la variación de la
relación puede compensarse mediante la unidad 25 de tabla, cuya
memoria contiene valores de compensación almacenados para
diferentes puntos operativos. Por medio de la unidad 25 de tabla,
entonces, puede mantenerse una relación constante en una zona
operativa relevante del amplificador 2. La unidad 25 de tabla puede
ser una denominada tabla LUT de consulta. Estas tablas son
particularmente útiles porque son rápidas. La señal de salida de la
unidad de tabla está conectada con el convertidor D/A 20. Aparte de
ello, esta realización de la unidad 8 de control del amplificador
funciona del modo mostrado previamente en la figura 3.
La figura 5 muestra un diagrama de flujo que
presenta el método del invento paso a paso.
El método empieza con una señal de información,
que ha sido dividida para formar una señal E_{phr} de componente
de referencia de fase y una señal A_{amp} de componente de
amplitud, que entran en la etapa 1 del transmisor de radio. En un
primer paso, 202, se aumenta la frecuencia de la señal E_{phr} de
componente de referencia de fase, en el dispositivo de conversión
5, para convertirla en una señal U_{pm} de RF modulada en fase.
Entonces, en el paso 204, se realiza un bloqueo de fase merced a un
oscilador 32 controlado mediante tensión comprendido en el
dispositivo 5 de conversión, para generar la señal U_{pm} de RF
modulada en fase.
La señal A_{amp} de componente de amplitud
codificada binaria y una señal I_{cvs} de valor de control
codificada binaria se suman para formar una nueva señal a_{dac}
codificada binaria, como se indica en el paso 206. Entonces, en el
paso 208, tiene lugar la conversión, en un convertidor
digital/analógico 20, de la señal a_{dac} codificada binaria en
una señal analógica a_{cmp}. Entonces, en el paso 210, se lleva a
cabo una compensación de la relación no lineal entre la corriente
I_{sup} de alimentación y la potencia P_{out} de salida, medida
en la unidad [dBm], en la señal Y_{pm} de la antena, realizándose
dicha compensación mediante una función de compensación adecuada
ejecutada en el circuito 21 de compensación. El circuito 21 de
compensación corrige la señal analógica a_{dac} y genera la señal
a_{cvs} de valor de control de amplitud, proporcional a la
potencia de salida (en dBm) del amplificador.
El detector 13 de potencia detecta la corriente
I_{sup} de alimentación del amplificador 2 de potencia, como se
indica en el paso 212. El detector 13 de potencia, entonces, genera
la señal I_{true} de valor verdadero, en el paso 214. La señal
a_{cvs} de valor de control de amplitud y la señal I_{true} de
valor verdadero son comparadas en el paso siguiente, 216, por medio
de un controlador 22 de amplitud, en el que se genera la señal
a_{err} de error como consecuencia de esta comparación. En el paso
218, el filtro 23 de control filtra la señal a_{err} de error y
genera la señal I_{ctrl} de control del amplificador. En el paso
220 esta señal I_{ctrl} de control del amplificador controla el
amplificador 2 de potencia y la amplificación de potencia de la
señal U_{pm} de RF modulada en fase, de modo que el amplificador
de potencia genere la señal Y_{pm} de antena. Finalmente, la
señal Y_{pm} de antena se conecta con la antena 50 para su
ulterior transmisión a través de un canal de radio, en el paso 222.
El método acaba en el paso 224, cuando la transmisión se acaba. En
telefonía móvil aplicaciones de este tipo pueden corresponder al
final de una ventana de tiempo.
Finalmente, debe señalarse que tanto el bucle 5
de control de modulación de fase como el dispositivo 8 de control
del amplificador, de acuerdo con las realizaciones descritas y el
método descrito, son necesarios para resolver los problemas de un
transmisor de radio enumerados. Además, las soluciones propuestas
proporcionan las ventajas y logran los objetos indicados y que han
sido deseables, además de lo que ya ha sido posible teniendo en
cuenta el estado de la técnica.
Claims (17)
1. Un transmisor de radio para la transmisión de
una señal de información a través de un canal de radio, incluyendo
dicho transmisor una etapa (1) de transmisor que comprende:
a. un amplificador (2) de potencia con una
alimentación (3) de corriente y, al menos, una entrada (I_{1})
para una señal (U_{pm}) modulada en fase, una entrada (SI_{1})
de control y una salida (4) de señal de antena para la emisión de
una señal (Y_{pm}) de antena con destino a una antena (50);
b. un dispositivo (5) de conversión, para el
bloqueo de fase y la conversión de frecuencia, que cuenta con un
terminal (6) de entrada de señal de fase para recibir una señal de
componente de referencia de fase, que es una señal de componente de
la señal de información, y un terminal (7) de salida de señal RF,
para la emisión de la señal (U_{pm}) de RF modulada en fase, con
amplitud constante y la frecuencia de canal deseada, con destino al
terminal (I_{1}) de entrada del amplificador (2) de potencia;
c. un dispositivo (8) de control del
amplificador, para el tratamiento de señales y el control de la
potencia de salida, que comprende un terminal (9) de entrada de
amplitud, para recibir una señal (A_{amp}) de componente de
amplitud, que es una señal de componente de la señal de información,
un terminal (10) de entrada de valor de control, para recibir una
señal (I_{cvs}) de valor de control, que indica la potencia de
salida deseada del amplificador (2) de potencia, un terminal (11)
de entrada de valor verdadero, para recibir un valor verdadero
(I_{true}), que es una medición de la potencia de salida del
amplificador (2) de potencia, y un terminal (12) de salida,
conectado con la entrada (SI_{1}) de control del amplificador de
potencia,
caracterizado porque un detector (13) de
potencia está conectado con la alimentación (3) de corriente del
amplificador de potencia para registrar el consumo de corriente y
generar dicha señal (I_{true}) de valor verdadero y emitirla con
destino al dispositivo (8) de control del amplificador, en el que se
genera una señal (I_{ctrl}) de control del amplificador en
función de la señal A_{amp} de componente de amplitud, la señal
(I_{true}) de valor verdadero y el valor (I_{cvs}) de control,
que es emitida con destino a la entrada (SI_{1}) de control del
amplificador de potencia.
2. Un transmisor de radio para transmitir una
señal de información a través de un canal según la reivindicación
1, caracterizado porque el amplificador (2) de potencia, el
detector (13) de potencia y el dispositivo (8) de control del
amplificador para el tratamiento de señales y el control de la
potencia de salida forman un bucle cerrado.
3. Un transmisor de radio según la
reivindicación 1, caracterizado porque un oscilador (32)
controlado mediante tensión, que es un oscilador de bajo ruido y
alta potencia, está comprendido en el dispositivo (5) de conversión
para el bloqueo de fase y la conversión de frecuencia.
4. Un transmisor de radio según la
reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo (8) de
control del amplificador para el tratamiento de señales y el
control de la potencia de salida comprende un convertidor D/A
(20).
5. Un transmisor de radio según las
reivindicaciones 1-4, caracterizado porque se
genera una señal (e_{frs}) de referencia de frecuencia mediante
un sintetizador (39) de frecuencias.
6. Un transmisor de radio según las
reivindicaciones 1-5, caracterizado porque el
transmisor (1) de radio transmite a través de un canal de radio
para telefonía móvil.
7. Un transmisor de radio según las
reivindicaciones 1-6, caracterizado porque el
dispositivo (5) de conversión para el bloqueo de fase y la
conversión de frecuencia comprende un circuito (35) de combinación
para la combinación de una señal (e_{pm1}), derivada de la
entrada del amplificador (2) de potencia, y una señal (e_{pm2}),
derivada de la salida del amplificador (2) de potencia, con objeto
de generar una señal (e_{fdb}) de realimentación.
8. Un transmisor de radio según las
reivindicaciones 1-7, caracterizado porque el
dispositivo (8) de control del amplificador comprende una unidad
(25) de tabla.
9. Un transmisor de radio según las
reivindicaciones 1-8, caracterizado porque el
dispositivo (8) de control del amplificador comprende un circuito
(21) de compensación.
10. Un transmisor de radio según las
reivindicaciones 1-9, caracterizado porque el
dispositivo (5) de conversión para el bloqueo de fase y la
conversión de frecuencia recibe una señal (e_{frs}) de referencia
de frecuencia a partir de una fuente de señal prevista fuera del
dispositivo (5) de conversión.
11. Un método para una etapa (1) de transmisor
de un transmisor de radio para modular y amplificar una señal de
información con objeto de generar una señal (Y_{pm}) de antena
para su ulterior transmisión a través de un canal de radio, por el
que la señal de información se divide en una señal (E_{phr}) de
componente de referencia de fase y una señal (A_{amp}) de
componente de amplitud, comprendiendo dicho método los pasos
siguientes:
\newpage
- aumentar la frecuencia de la señal (E_{phr})
de componente de referencia de fase, en un dispositivo (5) de
conversión, para convertirla en una señal (U_{pm}) de RF modulada
en fase;
- bloquear en fase un oscilador (32) controlado
mediante tensión comprendido en un dispositivo (5) de conversión,
generando dicho oscilador la señal (U_{pm}) de RF modulada en
fase;
caracterizado porque el método comprende,
también, los pasos siguientes:
- sumar la señal (A_{amp}) de componente de
amplitud y una señal (I_{cvs}) de valor de control para generar
una señal (a_{dac}) de suma;
- convertir la señal (a_{dac}), en un
convertidor (20) digital/analógico, en una señal (a_{cmp})
analógica;
- compensar la relación no lineal que exista
entre la corriente (I_{sup}) de alimentación y la potencia
(P_{out}) de salida de la señal (Y_{pm}) de antena, realizándose
dicha compensación mediante una función de compensación adecuada
ejecutada en un circuito (21) de compensación, y que corrija la
señal analógica (a_{dac}) para generar una señal (a_{cvs}) de
valor de control de amplitud proporcional a la potencia de salida
del amplificador (2);
- detectar, mediante un detector (13) de
potencia, una corriente (I_{sup}) de alimentación del amplificador
(2) de potencia;
- generar una señal (I_{true}) de valor
verdadero en el detector (13) de potencia;
- comparar la señal (a_{cvs}) de valor de
control de amplitud con la señal (I_{true}) de valor verdadero
mediante un controlador (22) de amplitud, en el que, como resultado
de la comparación, se genere una señal (a_{err}) de error;
- filtrar la señal (a_{err}) de error y
generar una señal (I_{ctrl}) de control del amplificador a través
de un filtro (23) de control;
- controlar el amplificador (2) de potencia y la
amplificación de potencia de la señal (U_{pm}) de RF modulada en
fase de acuerdo con la señal (I_{ctrl}) de control del
amplificador, de modo que se genere la señal (Y_{pm}) de
antena;
- conectar la señal (Y_{pm}) de antena con una
antena (50) para su ulterior transmisión a través de un canal de
radio.
12. Un método según la reivindicación 11,
caracterizado porque el método comprende, también, el paso
siguiente:
- ajustar la señal (a_{dac}) de suma usando
una unidad (24) de valor de tabla del tipo de tabla (LUT) de
consulta.
13. Un método según las reivindicaciones 11 o
12, caracterizado porque el método comprende, también, el
paso siguiente:
- compensar la distorsión de fase de la señal
(Y_{pm}) de antena.
14. Un método según la reivindicación 13,
caracterizado porque el método comprende, también, el paso
siguiente:
- compensar la distorsión de fase de la señal
(Y_{pm}) de antena realizando el bloqueo de fase en el dispositivo
(5) de conversión antes de la variación de la potencia de salida
del amplificador (2) de potencia.
15. Un método según la reivindicación 14,
caracterizado porque el método comprende, también, el paso
siguiente:
- combinar una señal (e_{pm1}), derivada de la
entrada del amplificador (2) de potencia, con una señal (e_{pm2}),
derivada de la salida del amplificador de potencia, para generar
una señal (e_{fdb}) de realimentación.
16. Un método según la reivindicación 15,
caracterizado porque el método comprende, también, el paso
siguiente:
- efectuar una transición suave entre la
participación mutua de las señales derivadas (e_{pm1}, e_{pm2})
y su predominancia en la señal (e_{fdb}) de realimentación.
17. Un método según las reivindicaciones
11-16, caracterizado porque el método
comprende, también, el paso siguiente:
- compensar la relación no lineal entre la
corriente (I_{pm}) de alimentación y la potencia (P_{out}) de
salida mediante una función de compensación exponencial ejecutada en
un circuito (21) de compensación que corrija la señal analógica
(a_{dac}) para generar una señal (a_{cvs}) de valor de control
de amplitud.
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