ES2270608T3 - Dispositivo y metodo para controlar la tension de salida de un terminal de comunicacion movil. - Google Patents
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Abstract
Se presenta un dispositivo y un procedimiento para controlar el nivel de la potencia de salida en un terminal de comunicación móvil. El dispositivo incluye un detector RSSI para detectar la fuerza de una señal recibida de una estación base y un controlador que tiene una memoria para almacenar valores de control de la tensión de polarización y valores de control de la corriente de polarización que se corresponde con la fuerza de las señales recibidas, el controlador lee el valor de control de la tensión de polarización correspondiente y el valor de control de la corriente de polarización correspondiente en respuesta a la fuerza de la señal detectada y suministra los valores leídos a un amplificador de potencia.
Description
Dispositivo y método para controlar la tensión
de salida de un terminal de comunicación móvil.
La presente invención se refiere, en general, a
sistemas de comunicación móvil y, más en concreto, a un dispositivo
y a un método para minimizar el consumo de potencia en un terminal
de comunicación móvil, mediante controlar la polarización de
tensión/corriente de un amplificador de potencia de
radiofrecuencia.
En un terminal de comunicación móvil, la
característica lineal y el consumo de potencia, representan el
interés primario en relación al diseño de un amplificador de
potencia. Es decir, el amplificador de potencia está diseñado en
consideración al rendimiento de la potencia, y a la linealidad de la
salida máxima de RF (radiofrecuencia). Un amplificador de potencia
de clase AB, se utiliza generalmente para satisfacer el doble
requisito de máximo rendimiento de potencia, y linealidad. Se
determina entonces un equilibrado de impedancias y un estado de
polarización correspondientes, para cada etapa. Sin embargo, el
terminal de comunicación móvil no está siempre conducido en la
salida máxima, y su salida de transmisión puede variar según la
distancia desde una estación base, y su velocidad. Para distancias
próximas a la estación base, la potencia de transmisión del terminal
de comunicación móvil se reduce. Por contraste, si el terminal de
comunicación móvil está más lejos respecto de la estación base,
estando aún situado dentro de un radio de celda, o su velocidad se
incrementa, se transmite una salida de RF que se aproxima a la
salida máxima del amplificador.
La figura 1 es un diagrama de bloques, que
ilustra un amplificador de potencia convencional, al que se
suministra una corriente y tensión de polarización fijas, para
obtener la máxima salida de un terminal de comunicación móvil.
En referencia a la figura 1, los amplificadores
101 y 102 amplifican una señal RF de entrada, de acuerdo con una
corriente de polarización y una tensión de polarización de entrada
que tienen, cada una, un valor fijo. Una fuente de alimentación 103
suministra la tensión de polarización fija a los amplificadores 101
y 102. Un controlador de corriente 104 suministra la corriente de
polarización fija a los amplificadores 101 y 102.
El amplificador de potencia construido del modo
descrito arriba, funciona en una corriente de polarización y una
tensión de polarización, fijas. Sin embargo, un amplificador de
potencia semejante exhibe un rendimiento de potencia añadida (P.A.E,
es decir, la proporción de una potencia de salida CA menos una
potencia de entrada CA, frente a una potencia CC, del amplificador
de potencia) significativamente reducido, en su nivel de salida de
potencia bajo, tal como se indica mediante el gráfico de la figura
6. La línea punteada del gráfico ilustra un P.A.E. en que la
tensión de polarización y la corriente de polarización están fijas,
en valores predefinidos, para obtener la máxima salida de RF. El
gráfico ilustra que se consume innecesaria potencia CC, debido a que
el amplificador de potencia de clase AB, que normalmente funciona en
torno al máximo nivel de salida, trabaja en modo clase A cuando el
nivel de salida disminuye. Un método propuesto para resolver este
problema, es conducir a un amplificador de potencia, selectivamente,
a un bajo nivel de salida y a un alto nivel de salida, mediante
utilizar amplificadores de conmutación conectados bien en serie, o
en paralelo.
La figura 2 es un diagrama de bloques que
ilustra otro amplificador de potencia convencional, en el que los
amplificadores están conectados en paralelo. En la figura 2, se
conmuta amplificadores conectados en paralelo, de acuerdo con un
nivel de salida deseado (es decir, alto o bajo).
En referencia a la figura 2, un detector RSSI
(Indicación de Intensidad de la Señal Recibida) 206, detecta una
intensidad para una señal recibida desde una estación base (no
mostrada), e informa un controlador 205 de la intensidad de señal
detectada. El controlador 205 controla los conmutadores 201 y 207
para activar un correspondiente amplificador, de acuerdo con la
salida del detector RSSI 206, y controla además una fuente de
alimentación 208, para suministrar potencia al amplificador
activado. Los conmutadores 201 y 207 conmutan una señal RF de
entrada a los amplificadores 202 y 203 o al amplificador 208, bajo
el control del controlador 205. La fuente de alimentación 208
suministra un voltaje fijo a cada amplificador 202 y 203, o al
amplificador 204. Los amplificadores no seleccionados (es decir 202,
203 o 204) tendrán su voltaje de corte. Los amplificadores 202, 203
y 204 se utilizan para amplificar en pares la señal RF de
entrada.
En funcionamiento, el detector RSSI 206 detecta
la intensidad de señal recibida. Si la intensidad de la señal
detectada es mayor que un nivel prescrito, el controlador 205
controla los conmutadores 201 y 207, para amplificar la señal RF de
entrada a través del amplificador 204, que tiene un bajo nivel de
salida, y para entregar la señal amplificada a un terminal de RF de
salida, RFsalida, y simultáneamente fija una tensión de potencia
variable Va1 en 0 V. Si la intensidad de señal detectada es menor
que un nivel prescrito, el controlador 205 controla los conmutadores
201 y 207, para amplificar la señal RF de entrada a través de los
amplificadores 202 y 203, que tienen un nivel de salida alto, y
para entregar la señal amplificada al terminal RF de salida,
RFsalida, y simultáneamente establece una tensión de potencia
variable Va2 en 0 V. En concreto, para un bajo nivel de salida el
amplificador, que disipa una baja potencia CC, se utiliza para
suprimir la disipación de potencia innecesaria, mediante cortar una
potencia suministrada al amplificador, necesaria para una alta
potencia CC.
Un método de conmutación para conectar en serie
amplificadores, es similar al método de conmutación descrito en
paralelo, y por tanto no se describirá con mayor detalle aquí.
Brevemente, el consumo de potencia CC puede reducirse para un bajo
nivel de salida, mediante cortar una tensión de polarización
suministrada a un amplificador del terminal de salida, en
amplificadores conectados en serie. Aquí, una señal de RF es
amplificada en un terminal frontal, conmutada en el amplificador del
terminal de salida, y derivada a un terminal RF de salida,
RFsalida.
Los anteriores métodos de conmutación no
proporcionan una solución completa, puesto que acusan los siguientes
problemas. Primero, aumenta el coste y se incrementa el volumen,
debido a un amplificador adicional conectado en paralelo. Además, es
difícil optimizar el rendimiento del amplificador, debido a la
corriente y al voltaje de polarización fijos. Segundo, un circuito
se complica siempre que los niveles de salida son más de dos. Si
bien las soluciones del arte previo pueden incrementar el
rendimiento dentro de un rango limitado, sigue siendo difícil
optimizar el rendimiento.
El documento US 5 327 857 sugiere un método para
el control de ganancia automático (AGC) digital, en una radio que
tiene un amplificador AGC de transmisión, un amplificador AGC
receptor, un transmisor de linealización que tiene una pluralidad de
valores de pendiente de transmisión y una pluralidad de valores
offset de recepción, donde un detector RSSI genera una señal de
nivel de potencia digital, a partir de una señal recibida, un
integrador íntegra la señal del nivel de potencia digital, para
generar una señal de ajuste AGC, dispositivos de linealización que
tienen una pluralidad de valores de pendiente y de valores de
offset, generarán respectivamente señales de ajuste de recepción,
transmisión, en respuesta a uno respectivo, de los valores de
pendiente, y a uno respectivo, de los valores de offset, y
convertidores que convierten las señales de ajuste de recepción,
transmisión, respectivamente, en señales de ajuste de recepción,
transmisión, respectivamente, para controlar la ganancia de
recepción, transmisión, respectivamente, del amplificador AGC.
El objetivo de la presente invención es
proporcionar un aparato con mayor rendimiento de potencia, y un
método para controlar la potencia de salida de un terminal de
comunicación móvil.
El objetivo se consigue mediante la materia
objeto de las reivindicaciones independientes. En las
reivindicaciones dependientes, se define realizaciones preferidas de
la presente invención.
De acuerdo con un aspecto de la presente
invención, un dispositivo para controlar un nivel de potencia de
salida, en un terminal de comunicación, al efecto de transmitir una
señal RF amplificada mediante un amplificador de potencia, a través
de una antena, y recibir una señal desde una estación base a través
de la antena, incluye un detector RSSI, para detectar una intensidad
de una señal recibida desde la estación base, y un controlador que
tiene una memoria para almacenar valores de control de la tensión de
polarización y valores de control de la corriente de polarización,
correspondientes a intensidades de señales recibidas, donde el
controlador lee el correspondiente valor de control de la tensión de
polarización y el correspondiente valor de control de la corriente
de polarización, en respuesta a la intensidad de señal detectada, y
suministra los valores leídos al amplificador de potencia, como
señales de control.
En otro aspecto de la presente invención, se
proporciona un método para controlar un nivel de potencia de salida,
en un terminal de comunicación móvil que tiene una memoria para
almacenar valores de control de la tensión de polarización, y
valores de control de la corriente de polarización, correspondientes
a intensidades de señales recibidas, un amplificador de potencia
para amplificar una señal RF, y una antena para transmitir la señal
RF, amplificada en potencia mediante el amplificador de potencia, y
recibir una señal desde una estación base. El método incluye las
etapas de detectar una intensidad de una señal recibida desde la
estación base, leer el correspondiente valor de control de la
tensión de polarización y el correspondiente valor de control de la
corriente de polarización, desde la memoria, en respuesta a la señal
de intensidad detectada, y suministrar el valor de control de la
tensión de polarización y el valor de control de la corriente de
polarización, leídos, al amplificador de potencia.
Los anteriores objetivos, características y
ventajas, y otros de la presente invención, se harán más evidentes a
partir de la siguiente descripción detallada, tomada junto con los
dibujos anexos, en los cuales:
la figura 1 es un diagrama de bloques, que
ilustra una configuración convencional de amplificador de potencia,
mediante la que se suministra una corriente y una tensión de
polarización fijas, para obtener la máxima salida de un terminal de
comunicación móvil;
la figura 2 es un diagrama de bloques, que
ilustra otra configuración convencional de amplificador de potencia,
en la que los amplificadores están conectados en paralelo;
la figura 3 es un diagrama de bloques que
ilustra un dispositivo de control de potencia, para controlar de
forma continua una tensión de polarización y una corriente de
polarización, al efecto de obtener el máximo rendimiento con
respecto a niveles de salida, de acuerdo con una realización de la
presente invención;
la figura 4 es un diagrama de circuito,
detallado, de los amplificadores de potencia mostrados en la figura
3;
la figura 5 es un gráfico de una tensión de
control de la corriente de polarización y la tensión de
polarización, en función del nivel de potencia de transmisión, para
obtener el máximo rendimiento, de acuerdo con la presente
invención;
la figura 6 es un gráfico de un rendimiento de
potencia añadida (P.A.E.), en función de un nivel de salida de la
potencia de transmisión, tanto para el control de polarización fija
convencional, como para el control de polarización variable acorde
con la presente invención;
la figura 7 es un gráfico, que ilustra la
supresión de potencia de canal adyacente (ACPR) en función del nivel
de salida de potencia de transmisión, tanto para el control de
polarización fijo convencional, como para el control de polarización
variable, acorde con la presente invención; y
la figura 8 es un gráfico, que ilustra una
ganancia de potencia en función del nivel de salida de potencia de
transmisión, utilizando control de polarización variable acorde con
la presente invención.
En lo que sigue, se describirá una realización
preferida de la presente invención, con referencia a los dibujos
anexos. En la siguiente descripción, no se describe en detalle las
construcciones o funciones ya conocidas, para no ofuscar la presente
invención.
En general, cuando se conecta amplificadores en
serie o en paralelo para una salida de conmutación, de acuerdo con
un nivel de potencia de salida deseado, es difícil construir un
circuito para controlar las potencias que rebasan dos niveles. En
realidad, puede ahorrarse una potencia disipada solo en unos pocos
niveles de potencia. En otras palabras, si los niveles de potencia
de salida a los que se mejora el rendimiento, están limitados o
restringidos de algún modo, no puede optimizarse el rendimiento del
consumo de potencia.
Si es posible variar una potencia de
polarización de CC mínima, dentro del rango de linealidad continua,
a lo largo de todas las áreas en las que se varía los niveles de
potencia de salida, puede minimizarse el consumo de una potencia CC.
Para esto, las características del amplificador de potencia deben
comprenderse de forma precisa, y debe considerarse un control
apropiado.
Satisfaciendo los requisitos anteriores, es
decir si el voltaje de polarización y la corriente de polarización,
pueden ser cambiados a un voltaje y a una corriente, para maximizar
el rendimiento, el rendimiento del consumo de potencia puede
optimizarse sin la necesidad de conmutación. Generalmente, un
parámetro S para un transistor no es sensible a un cambio de un
estado de polarización. Esto significa que la salida máxima en el
estado de polarización modificado, y la impedancias de equilibrio
para la linealidad, no cambian en gran medida. La presente
invención está dirigida a un método de control para minimizar la
potencia CC, basado en el nivel de la señal recibida. La presente
invención proporciona un método para controlar una tensión de
polarización y una corriente de polarización, suministradas al
amplificador de potencia, de acuerdo con un nivel de potencia de
salida del transmisor, deseado.
Un controlador 304 mostrado en la figura 3, de
acuerdo con la presente invención, incluye una memoria para
almacenar valores necesarios para minimizar el consumo de potencia
CC, de unos amplificadores de potencia 302 y 303. Es decir, la
memoria almacena los valores de control de la tensión de
polarización, los valores de control de la corriente de
polarización, y los valores de control automático de ganancia (AGC)
de un amplificador AGC, para obtener una señal de transmisión que
tiene un nivel de potencia de salida óptimo, en respuesta a una
intensidad de una señal recibida. Los valores de control de la
tensión de polarización, los valores de control de la corriente de
polarización, y los valores AGC, son determinados experimentalmente
y pueden expresarse como valores de tensión, según se indica por el
gráfico de la figura 5.
En referencia a la figura 3, se muestra un
dispositivo de control de potencia para controlar continuamente una
tensión de polarización y una corriente de polarización, al efecto
de obtener el máximo rendimiento de potencia, de acuerdo con un
nivel de potencia de salida del transmisor, en un terminal de
comunicación móvil.
En el dispositivo de control de potencia de la
figura 3, una antena (no mostrada) recibe una señal transmitida
desde una estación base, o transmite una señal RF amplificada en
potencia (es decir, señal de transmisión) a la estación base. Un
detector RSSI 305 detecta una intensidad de una señal recibida desde
la estación base, e informa al controlador 304 de la intensidad de
señal detectada. El controlador 304 lee el valor de control de la
tensión de polarización, el valor de control de la corriente de
polarización, y el valor AGC, almacenados en su memoria interna,
acordes con la intensidad de señal informada por el detector RSSI
305, y suministra tales valores a un correspondiente elemento. El
valor de control de la tensión de polarización y el valor de control
de la corriente de polarización, se utilizan para controlar una
tensión de polarización y una corriente de polarización, demandadas
por los amplificadores de potencia 302 y 303. Es decir, puede
afirmarse que se determina un nivel de potencia de la última etapa
de salida (RFsalida), mediante una ganancia de potencia de los
amplificadores de potencia 302 y 303 controlada mediante el valor de
control de la corriente de polarización y el valor de control de la
tensión realización, y mediante la ganancia de potencia del
amplificador AGC 307 controlada por el valor de control automático
de ganancia. Correspondientemente, el valor de control de la
tensión de polarización y el valor de control de la corriente de
polarización, se utilizan como un valor de control para controlar la
tensión de polarización óptima y la corriente de polarización
óptima, requeridas en los amplificadores de potencia 302 y 303. Y el
valor AGC es un valor de control, para controlar la ganancia de
potencia del amplificador AGC 307, al efecto de obtener el nivel de
potencia requerido en la última etapa de salida (RFsalida). En este
momento, el valor AGC debería determinarse en base a la ganancia de
potencia de los amplificadores de potencia 302 y 303, variada por el
valor de control de la tensión de polarización y el valor de control
de la corriente de polarización. Para utilizar tales valores de
control en forma de valores de tensión, el controlador 304 debe
incluir una configuración para generar los valores de tensión
internamente, o separadamente. El controlador 304 puede estar
incluido en un módem de estación móvil (MSM), o utilizar un circuito
ASIC adicional. Una fuente de alimentación variable 301, está
controlada por el valor de control de la tensión de polarización,
suministrado desde el controlador 304, y suministra una tensión de
polarización a los amplificadores 302 y 303, para maximizar su
rendimiento de potencia. El amplificador AGC 307 está controlado
por el valor AGC suministrado desde el controlador 304, y controla
una ganancia de una señal IF (Frecuencia Intermedia) de entrada. Un
oscilador local 308 genera una onda portadora, para ser suministrada
a un convertidor de frecuencia 309. El convertidor de frecuencia 309
multiplica la salida del amplificador AGC 307, por la onda portadora
entregada desde el oscilador local 308, para entregar una señal RF
convertida hacia arriba. Un amplificador conductor 310 amplifica la
salida de la señal RF procedente del convertidor de frecuencia 309.
Los amplificadores de potencia 302 y 303 amplifican la salida de
señal RF desde el amplificador conductor 310, de acuerdo con una
salida de tensión de polarización procedente de la fuente de
alimentación variable 301, y una corriente de polarización
determinada por un valor de control de la corriente de polarización,
entregado desde el controlador 304, mediante lo que entrega una
señal de transmisión (es decir, señal de salida RF), que tiene un
nivel de potencia de salida deseado. Esto es posible debido a que la
tensión de polarización y la corriente de polarización de los
amplificadores de potencia 302 y 303, están controladas mediante los
valor de control de la corriente de polarización y valor de control
de la tensión de polarización, experimentales, almacenados en la
memoria del controlador 304. Las personas cualificadas en el arte
conocen alguna técnica para controlar la corriente de polarización,
mediante el valor de control de la corriente de polarización, y por
tanto no se dará aquí mayor
descripción.
descripción.
Por lo tanto, el dispositivo de control de
potencia acorde con la presente invención optimiza el rendimiento de
los amplificadores de potencia 302 y 303, mediante el valor de
control de la tensión de polarización y el valor de control de la
corriente de polarización, correspondientes a la intensidad
detectada para la señal recibida, y controla la ganancia del
amplificador AGC 307, mediante el valor AGC correspondiente a la
intensidad detectada para la señal recibida.
En la figura 4 se muestra la configuración
detallada de los amplificadores de potencia 302 y 303.
En referencia a la figura 4, un terminal RF de
entrada, RFentrada, está conectado a la base de un primer transistor
TR1, por vía de un condensador C1 y un circuito de adaptación 401
del terminal de entrada, que están conectados en serie entre sí. El
condensador C1 conecta una señal de entrada, y el circuito de
adaptación 401 del terminal de entrada adapta una impedancia, entre
el terminal de entrada RFentrada y el primer transistor TR1. Un
terminal de la tensión de control de la corriente de polarización
Vbiascntl, está conectado a la base del primer transistor TR1, por
vía de una inductancia L1 y una resistencia R1, que están conectadas
en serie entre sí. Un condensador C2 está conectado entre el
terminal de tensión de control de la corriente de polarización
Vbiascntl, y tierra. El condensador C2 sirve para eliminar el ruido
de potencia. La inductancia L1 es un elemento inductor, y la
resistencia R1 es un elemento limitador de corriente. Hay un
terminal de tensión de control, para aplicar una tensión de
polarización Vc, conectado al colector del primer transistor TR1,
por vía de una inductancia L2. Un condensador C3 está conectado
entre el terminal de tensión de control de la tensión de
polarización, y tierra. El condensador C3 sirve para eliminar ruido
en la potencia. La inductancia L2 es un elemento inductor de RF. El
emisor del primer transistor TR1, está conectado a tierra y el
colector de este, está conectado a la base de un segundo transistor
TR2, por vía de un condensador C4 y un circuito de adaptación 402
del terminal, intermedio, que están conectados en serie entre sí. El
condensador C4 sirve para acoplar la señal de salida del primer
transistor TR1, y el circuito intermedio de adaptación 401 del
terminal, para adaptar una impedancia entre el terminal de salida
del primer TR1, y el terminal de entrada del segundo transistor TR1.
Un terminal de tensión de control de la corriente de polarización
Vbiascntl, está conectado a la base del segundo transistor TR2, por
vía de una inductancia L5 y una resistencia R2, que están conectadas
en serie entre sí. Un condensador C5 está conectado entre el
terminal de tensión de control de la corriente de polarización
Vbiascntl, y tierra. El condensador C5 sirve para eliminar ruido de
potencia. La inductancia L5 es un elemento inductor de RF, y la
resistencia R2 es un elemento limitador de corriente. Se aplica una
tensión de polarización Vc en el terminal de tensión de control de
polarización, al colector del segundo transistor TR2, por vía de una
inductancia L5. Un condensador C6 está conectado entre el terminal
de control de la tensión de polarización, y tierra. El condensador
C6 sirve para eliminar ruido de potencia. La inductancia L5 es un
elemento inductor de RF. El emisor del segundo transistor TR2 está
conectado a tierra, y su colector está conectado a un terminal RF
de salida, RFsalida, por vía de un circuito de adaptación del
terminal de salida 403 y el condensador C7, que están conectados en
serie entre sí. El circuito de adaptación 403 del terminal de
salida, es para adaptar una impedancias entre el segundo transistor
TR2 y el terminal de salida RFsalida. El condensador C7 sirve para
acoplar la señal de salida, del circuito de adaptación 403 del
terminal de salida.
En la figura 4, la salida Vc de tensión de
polarización procedente de la fuente de alimentación variable 301,
es suministrada a cada colector (o drenaje si se utiliza FETs), de
los transistores primero y segundo TR1 y TR2, y la tensión de
control de la corriente de polarización Vbiascntl se aplica, como
señal analógica, a cada base de estos (o a cada puerta, si se
utiliza FETs), desde el controlador 304. Sin embargo, puede
aplicarse una correspondiente tensión de polarización a cada base (o
puerta) de los transistores TR1 y TR2, desde la fuente variable de
potencia 301, bajo el control del controlador 304, al efecto de
suministrar la tensión de control de la corriente de polarización
Vbiascntl.
El funcionamiento del dispositivo de control de
potencia, para controlar continuamente una tensión de polarización y
una corriente de polarización, de acuerdo con un nivel de potencia
de salida de transmisión deseado, se describirá ahora con referencia
a las figuras 3 y 4.
En referencia de nuevo la figura 3, una señal
transmitida desde la estación base, es suministrada al detector RSSI
305, a través de una antena (no mostrada). El detector RSSI 305
detecta una intensidad de la señal recibida a través de la antena, e
informa al controlador 304 de la intensidad de la señal detectada.
Después, el controlador 304 lee el valor de control de la tensión de
polarización y el valor de control de la corriente de polarización,
para el máximo rendimiento de potencia, desde su memoria interna, en
respuesta a la intensidad de señal detectada.
El valor de control de la tensión de
polarización, es suministrado a la fuente variable de potencia 301,
de forma que la salida de tensión de polarización desde esta, puede
ser suministrada al colector (o drenaje) de los amplificadores de
potencia 302 y 303. El valor de control de la corriente de
polarización, leído, es suministrado a la base (o puerta) de forma
que la corriente puede ser controlada mediante el valor de control
de la corriente de polarización. Es decir, el controlador 304
suministrara el valor de control de la tensión de polarización y el
valor de control de la corriente de polarización, a la fuente
variable de potencia 301, y a un terminal de control 306 de
polarización de base, respectivamente, de forma que la tensión de
control de la corriente de polarización y de la tensión de
polarización, mostradas en la figura 5, son suministradas a los
amplificadores 302 y 303. La tensión de polarización se suministra
directamente como una señal de control de la tensión del colector (o
drenaje), al colector de cada uno de los transistores TR1 y TR2,
desde la fuente de alimentación variable 301. La corriente de
polarización está controlada mediante variar el flujo de corriente
hacia cada transistor, de acuerdo con una tensión del valor de
control de la corriente de polarización, aplicado a la base (o
puerta).
La correspondencia entre la tensión de control
de la corriente de polarización y la tensión de polarización,
mostrada en la figura 5, y el nivel deseado de salida del
transmisor, están almacenados como datos en la memoria del
controlador 304, o programados como una función. En concreto, la
figura 5 ilustra la relación entre un nivel de potencia de
transmisión Psalida de una señal de transmisión (es decir, la señal
de RFsalida) demandada por la intensidad de señal detectada por el
detector RSSI 305, y el valor de control de la tensión de
polarización y el valor de control de la corriente de polarización,
para obtener el máximo rendimiento. El valor de control de la
tensión de polarización y valor de control de la corriente de
polarización, son valores de control necesarios para el máximo
rendimiento del nivel de potencia de transmisión, determinados
experimentalmente. Por lo tanto, el valor de control de la tensión
de polarización y el valor de control de la corriente de
polarización, son determinados experimentalmente por la intensidad
de la señal recibida, y almacenados en la memoria del controlador
304.
Se necesita una operación para compensar una
ganancia, variada mediante el control de los amplificadores de
potencia 302 y 303. Para esto, el controlador 304 suministrara una
correspondiente tensión de control (es decir valor AGC), al
amplificador AGC 307. El valor AGC es también leído desde la memoria
del controlador 304, de acuerdo con la intensidad de la señal
detectada.
Para compensar un cambio en la ganancia de los
amplificadores de potencia 302 y 303, de acuerdo con el nivel de
salida de transmisión deseado, se almacena información relativa a la
tensión de control del amplificador AGC, en la memoria del
controlador 304, como datos, o se programa como una función, en
relación con las características de ganancia de potencia mostradas
en la figura 8. Es decir, para obtener el máximo rendimiento de
acuerdo con el nivel de potencia de la señal de transmisión, la
ganancia de los amplificadores de potencia 302 y 303 generada
mediante reducir la corriente de polarización y la tensión de
polarización, se compensa en el amplificador AGC 307. Por ejemplo,
si el nivel de potencia de la señal de transmisión se cambia a 10
dBm, desde 20 dBm, la ganancia de potencia es reducida en 4 dBm,
desde 20 dBm a 16 dBm, tal como se ha indicado en la figura 8.
Asumiendo que el nivel de entrada del amplificador AGC 307 está fijo
en -10 dBm, y que la ganancia del convertidor de frecuencia 309 es
de 0 dBm, la ganancia del amplificador AGC 307 debe reducirse en 4
dBm, desde 10 dBm, en el nivel de salida de 20 dBm. Mientras tanto,
los valores AGC para controlar el amplificador AGC 307, son
almacenados en la memoria del controlador 304. Así, el valor AGC
para controlar el amplificador AGC 307, se determina de acuerdo con
el nivel de salida de los amplificadores de potencia 302 y 303, y es
almacenado en la memoria del controlador 304.
Por lo tanto, el amplificador AGC 307 controla
una ganancia de la señal IF de entrada, de acuerdo con la tensión de
control suministrada desde el controlador 304. El convertidor de
frecuencia 309 multiplica la señal del amplificador AGC 307, por la
onda portadora proporcionada desde el oscilador local 308, para
entregar una señal RF convertida hacia arriba. El amplificador
conductor 310 amplifica la señal RF convertida hacia arriba, hasta
un nivel demandado en un terminal RF de entrada, RFentrada, del
amplificador de potencia 300. Los amplificadores de potencia 302 y
303 amplifican la señal RF de entrada, hasta un nivel de salida
deseado, de acuerdo con la tensión de polarización suministrada
desde la fuente de alimentación variable 301 al colector (o
drenaje), y la corriente de polarización controlada por el valor de
control de la corriente de polarización, es suministrado desde el
controlador 304 a la base (o puerta), y entrega la señal amplificada
a través del terminal RF de salida, RFsalida. La señal de RF
entregada a través del terminal RF de salida, RFsalida, es
transmitida a la estación base a través de la antena.
Las figuras 6 y 7 ilustran un gráfico de
rendimiento añadido de potencia (P.A.E.), y un gráfico de supresión
de potencia de canal adyacente (ACPR; potencia de canal en
banda/potencia de canal adyacente), respectivamente, en función de
un nivel deseado de potencia de salida del transmisor. Cada gráfico
ilustra dos curvas, una curva de control de polarización fijo
convencional, y una curva de control de polarización acorde con la
presente invención.
En referencia inicialmente a la figura 6, el
rendimiento añadido de potencia (P.A.E.) del control de polarización
variable, inventivo, es 10 veces mejor cuando el nivel de salida,
Psalida, es menor que 0 dBm; 6-8 veces, cuando está
entre 0 dBm y 10 dBm; y 2-4 veces cuando está entre
10 dBm y 20 dBm, en comparación con el control de polarización fijo,
convencional. El ACPR no muestra grandes variaciones, tal como se
indica en la figura 7.
La ganancia de potencia en función del nivel de
salida del amplificador de potencia 32, se indica en la figura
8.
En referencia a la figura 8, la ganancia de
potencia en el nivel de salida mínimo es de 4 dB, y la ganancia de
potencia en el nivel de potencia máximo es de 23 dB. Como se
muestra, las ganancias en niveles entre los de salida mínimo y
máximo, aumentan o disminuyen gradualmente, de acuerdo con los
niveles de salida. Esta característica de ganancia, difiere respecto
de un amplificador convencional, que exhibe una ganancia uniforme.
La variación de ganancia del amplificador de potencia, está
compensada mediante controlar la ganancia del amplificador AGC 307.
Es decir, si la ganancia del amplificador de potencia disminuye, el
controlador 304 incrementa la ganancia del amplificador AGC 307,
para elevar el nivel de salida del amplificador AGC 307 de acuerdo
con la señal IF de entrada. La señal IF amplificada, es convertida
una señal RF que tiene un nivel de salida deseado, a través del
convertidor de frecuencia 309 y el amplificador conductor 310, y es
suministrada al terminal de entrada, RFentrada, del amplificador de
potencia 302.
Por consiguiente, puesto que la tensión de
polarización y la corriente de polarización están controladas de
acuerdo con el nivel de salida del amplificador de potencia, se
mantiene la linealidad del amplificador de potencia y se minimiza el
consumo de potencia CC. El dispositivo inventivo de control de
potencia, funciona preferentemente bajo la siguientes condiciones.
Primera, se mantiene una única característica lineal (por ejemplo
ACPR, IMD3 (Distorsión de Inter-nodulación de 3er
orden)) del amplificador de potencia. Segunda, evitar variaciones
abruptas en la corriente de polarización y en la tensión de
polarización. La tensión de polarización y la corriente de
polarización son seleccionadas dentro del rango en que la señal de
control de corriente Vbiascntl y la tensión conductora Vc, varían
linealmente de acuerdo con la variación del nivel de salida y de la
corriente de polarización y la tensión de polarización, mediante lo
que se controla de forma más sencilla y eficaz la tensión y la
corriente, de acuerdo con el nivel de salida. Si hay variaciones
abruptas en la tensión de polarización y la corriente de
polarización, el amplificador de potencia puede conducir a un fallo,
en un estado de excesiva polarización. Tercera, maximizar la P.A.E.
cuando se satisface las anteriores dos condiciones.
Como puede ser evidente a partir de la
descripción anterior, puesto que el amplificador de potencia de un
terminal de comunicación móvil, está controlado de modo que la
tensión de polarización y la corriente de polarización y mantienen
la linealidad, incluso a un bajo nivel de salida, y se mejora el
rendimiento, se ahorra consumo de potencia de una batería, y se
prolongará el tiempo durante el que se puede utilizar el terminal
sin recargar la batería.
Si bien la invención ha sido mostrada, y
descrita, con referencia a cierta realización preferida de esta,
aquellas personas cualificadas en el arte comprenderán que puede
realizarse diversos cambios, en la forma y los detalles, sin
apartarse del alcance de la invención, según se define mediante las
reivindicaciones anexas.
Claims (6)
1. Un dispositivo para controlar un nivel de
potencia de salida, de un terminal de comunicación móvil, que tiene
un amplificador de potencia de salida (302, 303) para amplificar una
señal RF de entrada, una antena para transmitir la señal RF
amplificada y para recibir una señal procedente de una estación
base, y un detector RSSI (305) de indicación de la intensidad de la
señal recibida, para detectar una intensidad de una señal recibida,
comprendiendo el dispositivo:
- un controlador (304), que tiene una memoria para almacenar valores de control de la tensión de polarización y valores de control de la corriente de polarización, relativos a un rendimiento de potencia optimizado del amplificador de potencia de salida (302, 303), correspondientes a intensidades de señales recibidas, donde los valores de control de la tensión de polarización son para controlar una tensión de alimentación variable que alimenta al amplificador de potencia de salida (302, 303), y los valores de control de la corriente de polarización son para controlar una corriente que circulante en el amplificador de potencia de salida (302, 303); y en el que el controlador (304) está adaptado para leer el correspondiente valor de control de la tensión de polarización y el correspondiente valor de control de la corriente de polarización, desde la memoria, en respuesta a la intensidad de la señal detectada, y para suministrar el valor de control de la tensión de polarización y el valor de control de la corriente de polarización, leídos, al amplificador de potencia de salida (302, 303).
2. El dispositivo como el reivindicado en la
reivindicación 1, en el que la memoria está además adaptada para
almacenar valores de control automático de ganancia,
correspondientes a intensidades de las señales recibidas, al efecto
de controlar una ganancia de un amplificador (307) de control
automático de ganancia, comprendido en el terminal de comunicación
móvil.
3. El dispositivo como el reivindicado en la
reivindicación 2, en el que la memoria está además adaptada para
almacenar los valores de control de la tensión de polarización, los
valores de control de la corriente de polarización, y los valores de
control automático de ganancia, como valores de tensión de niveles
prescritos.
4. El dispositivo como el reivindicado en las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende además una fuente de
alimentación variable (301), para suministrar la tensión de
alimentación variable al amplificador de potencia de salida (302,
303), de acuerdo con el valor de control de la tensión de
polarización, leído.
5. Un método para controlar un nivel de tensión
de salida de un terminal de comunicación móvil, que tiene un
amplificador de potencia de salida (302, 303), al efecto de
amplificar una señal RF de entrada, y una antena para transmitir la
señal RF amplificada y para recibir una señal procedente de una
estación base, comprendiendo el mencionado método las etapas
de:
de:
- proporcionar, mediante una memoria, valores de control de la tensión de polarización y valores de control de la corriente de polarización, relativos a un rendimiento de potencia optimizado del amplificador de potencia de salida (302, 303), correspondientes a intensidades de señales recibidas, donde los valores de control de la tensión de polarización son para controlar una tensión de alimentación variable, que alimenta al amplificador de potencia de salida (302, 303), y los valores de control de la corriente de polarización son para controlar una corriente circulante en el amplificador de potencia de salida (302, 303);
- detectar una intensidad de la señal recibida desde la estación base;
- leer el correspondiente valor de control de la tensión de polarización y el correspondiente valor de control de la corriente de polarización, desde la memoria, en respuesta a la intensidad de la señal detectada; y
- suministrar el valor de control de la tensión de polarización y el valor de control de la corriente de polarización, al amplificador de potencia de salida (302, 303).
6. El método como el reivindicado en la
reivindicación 5, que comprende además la etapa de almacenar valores
de control automático de ganancia, correspondientes a intensidades
de señales recibidas, en la memoria, y leer el correspondiente valor
de control automático de ganancia, en respuesta a la intensidad de
la señal detectada, para suministrar el valor de control automático
de ganancia, leído, a un amplificador de control automático de
ganancia (307).
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