ES2281597T3 - Cancelacion de producto de intermodulacion en sistemas de comunicacion. - Google Patents
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Abstract
Circuito de procesado de señales que comprende: una primera vía que comprende por lo menos un elemento no lineal (502); una segunda vía; un primer separador de señal (501), estando dispuesto el primer separador de señal (501) para separar una señal de entrada que presenta una portadora principal con unas frecuencias fundamentales (f1, f2) en una primera y una segunda señales las cuales se suministran, respectivamente, a la primera vía y a la segunda vía, estando dispuesta la primera vía para procesar dicha primera señal de dicho primer separador de señal (501) con vistas a producir una señal procesada que comprende un primer conjunto de productos de intermodulación (2f1-f2, 2f2-f1), presentando la segunda vía un segundo separador de señal (503), un doblador de frecuencia (504), un mezclador (505) y un circuito de regulación (506) dispuesto para producir una señal de control que contiene un segundo conjunto de productos de intermodulación (-(2f1-f2, -(2f2-f1)) que tienen aproximadamente unafrecuencia y una amplitud equivalentes, y una fase opuesta con respecto al primer conjunto de productos de intermodulación (2f1-f2, 2f2-f1); y un acoplador (507), estando dispuesto el acoplador (507) para combinar la señal procesada y la señal de control.
Description
Cancelación de producto de intermodulación en
sistemas de comunicación.
La presente invención se refiere en general a
las comunicaciones. Más particularmente, la presente invención se
refiere a la circuitería de los amplificadores usados en los
sistemas de comunicaciones.
En las comunicaciones, cuando se procesan
frecuencias fundamentales a través de la circuitería de los
amplificadores de un sistema de transmisión se pueden generar
productos de intermodulación. Ver Fig. 1. Si no se suprimen, estos
productos de intermodulación pueden provocar a continuación
interferencias y distorsión en la señal transmitida.
Existen varios métodos en la actualidad para
suprimir productos de intermodulación, tales como el filtrado, la
reducción de los rendimientos de funcionamiento del amplificador de
potencia, y sistemas de control anticipativo. Cada uno de estos
métodos presenta ciertos inconvenientes. El filtrado de algunos
sistemas, tales como un sistema de modulación EDGE, no puede
eliminar fácilmente productos de intermodulación de tercer orden
(IM3) debido a que los productos IM3 están muy próximos a la
portadora principal de la(s) señal(es)
deseada(s). La reducción de los rendimientos de
funcionamiento del amplificador evita el crecimiento de los
productos de intermodulación, aunque da como resultado una menor
amplificación en una etapa específica y genera más calor a disipar
en el sistema circundante.
La Fig. 2 ilustra un circuito de control
anticipativo de un solo bucle según la técnica anterior, que usa
una configuración de diodo en inversa en el camino de
realimentación. La idea consiste en reproducir la parte de la señal
recortada por el amplificador cuando se está funcionando con
compresión o cerca de esta fase mediante el uso del circuito de
diodo en inversa. A continuación, la señal duplicada se puede volver
a insertar de nuevo en el camino principal para potenciar la
portadora principal, lo cual hace que los productos de
intermodulación parezcan más reducidos. La configuración de
realimentación no funcionará a no ser que el amplificador esté
trabajando en la proximidad de la compresión. En otras palabras, la
misma no tiene ningún efecto sobre los productos de intermodulación
cuando la señal se aparta de la compresión. Adicionalmente y de
forma desfavorable, la configuración requiere una línea de retardo
en el camino de realimentación.
Un circuito de control anticipativo de doble
bucle tiene un primer bucle el cual actúa de manera que anula
la(s)
portadora(s) principal(es) comparando una versión retardada de la(s) portadora(s) principal(es) con una versión amplificada, ajustada en fase, de la portadora(s) principal(es) que tiene(n) componentes de intermodulación. Ver Fig. 3. Los productos de intermodulación resultantes de la comparación se entregan al segundo bucle. La amplitud y la fase de dichos productos de intermodulación se ajustan y se insertan nuevamente en el camino principal con una versión retardada de la portadora principal de tal manera que se suprimen (cancelan o reducen) los productos de intermodulación del amplificador principal.
portadora(s) principal(es) comparando una versión retardada de la(s) portadora(s) principal(es) con una versión amplificada, ajustada en fase, de la portadora(s) principal(es) que tiene(n) componentes de intermodulación. Ver Fig. 3. Los productos de intermodulación resultantes de la comparación se entregan al segundo bucle. La amplitud y la fase de dichos productos de intermodulación se ajustan y se insertan nuevamente en el camino principal con una versión retardada de la portadora principal de tal manera que se suprimen (cancelan o reducen) los productos de intermodulación del amplificador principal.
Un sistema de realimentación de doble bucle
puede suprimir productos de intermodulación, aunque las líneas de
retardo y los múltiples acopladores requeridos para alinear,
muestrear y combinar señales reducen la eficacia e incrementan
significativamente el tamaño. Las líneas de retardo deben ser
grandes en el caso de que se requieran anchos de banda elevados
(> 1 MHz). La eficacia del circuito es importante, aunque en los
sistemas multiportadora de la siguiente generación, también es
importante el tamaño del circuito.
La patente US nº 6.087.898 da a conocer un
sistema amplificador que comprende un puerto de señal de entrada
para proporcionar una señal de entrada; una fuente de señal de
modulación para proporcionar una señal de modulación; un primer
bucle de alimentación en sentido directo acoplado al puerto de la
señal de entrada y a la fuente de la señal de modulación, modulando
el primer bucle de alimentación en sentido directo a la señal de
entrada con la señal de modulación, amplificando una primera señal
de entrada modulada, dando salida a una primera señal modulada
amplificada que incluye señales de distorsión, y dando salida a una
primera señal diferencia; un primer circuito de detección síncrona
acoplado al primer bucle de alimentación en sentido directo y a la
fuente de la señal de modulación, dando salida el primer circuito de
detección síncrona a una primera señal de control en respuesta a la
primera señal diferencia y a la señal de modulación, en las que la
primera señal de control controla la modulación de la señal de
entrada por medio de la señal de modulación de tal manera que la
primera señal diferencia consta solamente de señales de distorsión;
un segundo bucle de alimentación en sentido directo acoplado al
primer bucle de alimentación en sentido directo, modulando el
segundo bucle de alimentación en sentido directo a la primera señal
diferencia, amplificando una segunda señal de entrada modulada, y
dando salida a una segunda señal modulada amplificada; un segundo
circuito de detección síncrona acoplado al segundo bucle de
alimentación en sentido directo y a la fuente de la señal de
modulación, dando salida el segundo circuito de detección síncrona
a una segunda señal de control en respuesta a una segunda señal
diferencia la cual representa una diferencia entre la primera señal
modulada amplificada y la segunda señal modulada amplificada, en
las que la segunda señal de control controla la modulación de la
primera señal diferencia para cancelar las señales de distorsión en
la primera señal modulada amplificada por medio de la segunda señal
modulada amplificada; y un puerto de señal de salida acoplado al
primer bucle de alimentación en sentido directo y al segundo bucle
de alimentación en sentido directo, dando salida el puerto de la
señal de salida a una señal de salida que es función de la primera
señal modulada amplificada y la segunda señal modulada
amplificada.
Uno de los objetivos de las siguientes formas de
realización preferidas es proporcionar mejoras en la capacidad, de
la circuitería de los transmisores, de suprimir productos de
intermodulación de armónicos superiores.
El objetivo se alcanza por medio de un circuito
de procesado de la señal según la reivindicación 1 y un método de
cancelación de productos de intermodulación según la reivindicación
12.
Se pondrán de manifiesto otras formas de
realización y ventajas por medio de las reivindicaciones
subordinadas.
Las formas de realización preferidas usan un
número de elementos relativamente reducido sin líneas de retardo
para permitir que el circuito presente unos costes y un tamaño
reducidos al mismo tiempo que proporcionando un funcionamiento
óptimo en un sistema celular de comunicaciones multiportadora de la
siguiente generación.
Según un primer aspecto, una de las formas de
realización preferidas de la invención incluye un circuito
amplificador que comprende una primera vía; una segunda vía; un
separador de señal, separando, el separador de señal, una señal de
entrada que tiene una portadora principal con frecuencias
fundamentales, en una primera y una segunda señales las cuales se
suministran, respectivamente, a la primera vía y a la segunda vía,
amplificando la primera vía dicha primera señal de dicho separador
de señal para obtener una señal amplificada, multiplicando la
segunda vía dicha segunda señal para producir una señal que
contiene productos de intermodulación de orden superior; y un
acoplador, combinando el acoplador la señal amplificada de la
primera vía y la señal de la segunda vía que contiene productos de
intermodulación de orden superior para producir una señal de
salida.
De acuerdo con un segundo aspecto, una de las
formas de realización preferidas de la invención comprende una
estación base en un sistema de comunicaciones inalámbricas, que
comprende: un transmisor, comunicándose dicho transmisor con por lo
menos un equipo de usuario; y un circuito amplificador, incluyendo
dicho circuito amplificador: una primera vía; una segunda vía; un
separador de señal, separando, el separador de señal, una señal de
entrada que tiene una portadora principal con frecuencias
fundamentales, en una primera y una segunda señales las cuales se
suministran, respectivamente, a la primera vía y a la segunda vía,
amplificando la primera vía dicha primera señal de dicho separador
de señal para obtener una señal amplificada, multiplicando la
segunda vía dicha segunda señal para producir una señal que
contiene productos de intermodulación de orden superior; y un
acoplador, combinando el acoplador la señal amplificada de la
primera vía y la señal de la segunda vía que contiene productos de
intermodulación de orden superior para producir una señal de salida,
suministrándose dicha señal de salida a dicho transmisor.
A partir de la siguiente descripción detallada
de formas de realización ilustrativas y de las reivindicaciones
cuando se lean en relación con los dibujos adjuntos, que forman
todos ellos parte de la descripción de la presente invención,
resultará más clara la exposición anterior y se comprenderá mejor la
presente invención. Aunque la exposición descrita e ilustrada
anteriormente y la que se ofrece a continuación se centran en dar a
conocer formas de realización ilustrativas de la invención, debería
entenderse claramente que las mismas se ofrecen únicamente a título
ilustrativo y ejemplificativo y que la invención no se limita a
ellas.
La Fig. 1 es una ilustración de los productos de
intermodulación del amplificador.
La Fig. 2 ilustra un circuito de control
anticipativo de un solo bucle según la técnica anterior, para un
amplificador.
La Fig. 3 ilustra un circuito de control
anticipativo de doble bucle según la técnica anterior, para un
amplificador.
La Fig. 4 es un diagrama de bloques de la
arquitectura de un sistema celular de comunicaciones de la siguiente
generación, a título de ejemplo, en el cual se pueden llevar a la
práctica las formas de realización preferidas.
La Fig. 5 ilustra un circuito de cancelación de
productos de intermodulación según una de las formas de realización
de la invención.
Las Figs. 6A y 6B son unas comparaciones de
resultados para el circuito de cancelación de productos de
intermodulación de la Fig. 3.
La Fig. 7 es una tabla que muestra los
resultados correspondientes al circuito de cancelación de productos
de intermodulación en función de la frecuencia.
Antes de comenzar con una descripción detallada
de las formas de realización preferidas de la invención, es
preceptivo ofrecer las siguientes consideraciones. Las formas de
realización preferidas de la invención se describen haciendo
referencia a un elemento de red de una red celular de comunicaciones
multiportadora de la siguiente generación, a título de ejemplo. No
obstante, las formas de realización preferidas no se limitan a una
red celular de comunicaciones multiportadora de la siguiente
generación. Las mismas se pueden llevar a la práctica en cualquier
sistema de comunicaciones inalámbricas o en cualquier sistema de
comunicaciones por cable, tal como un sistema de televisión por
cable. La disposición y la forma de realización del sistema celular
ilustrativo se muestran en forma de diagrama de bloques y se
describen en la presente solicitud sin detalles excesivos para
evitar que se dificulte la compresión de la invención, y también
teniendo en cuenta el hecho de que los detalles con respecto a la
implementación de dicho sistema son conocidos para aquellos con
conocimientos habituales en la materia y pueden depender de las
circunstancias. En otras palabras, dichos detalles son variables
aunque deberían quedar claramente incluidos dentro del ámbito de los
expertos en la materia. Cuando se expongan detalles específicos
para describir formas de realización ilustrativas de la invención,
debería resultar evidente para un experto en la materia que la
invención se puede llevar a la práctica sin estos detalles
específicos, o con variaciones de los mismos.
La Fig. 4 es un diagrama de bloques de la
arquitectura de un sistema celular de comunicaciones de la siguiente
generación, ilustrativo, en el cual se pueden llevar a la práctica
las formas de realización preferidas. Un primer equipo de usuario
(UE) 11 y un segundo UE 12 están conectados a través de una interfaz
de radiocomunicaciones Uu con una primera y segunda estaciones base
21, 22 respectivas de la UTRAN 40. Las estaciones base participan
en la señalización y la gestión de los recursos de
radiocomunicaciones, y proporcionan conexiones de
radiocomunicaciones con el UE 11 y 12 a través de transmisores. La
UTRAN 40 comprende por lo menos un controlador de estaciones base
30 conectado a la estación base 21, 22 a través de una interfaz Iub
y es responsable de la gestión y el control de los recursos de
radiocomunicaciones en su dominio (es decir, los controladores de
estaciones base 21, 22 conectados al mismo). El RNC 30 puede ser un
punto de acceso al servicio para todos los servicios que la UTRAN
40 proporciona a una red central (no mostrada). La Fig. 4 muestra
también un segundo RNC 35 conectado a las estaciones base 23 y 24 a
través de la interfaz Iub. Se proporciona una interfaz Iur entre el
RNC 30 y el RNC 35. En aras de simplificar la ilustración, en la
Fig. 4 se muestran solamente dos controladores de estaciones base.
Evidentemente, en la red de acceso de radiocomunicaciones puede
haber un número cualquiera de estaciones base y controladores de
estaciones base. De forma similar, tampoco se muestran los
transmisores de las estaciones base.
La aplicación preferida de las formas de
realización preferidas de la invención se sitúa en la estación base
de un sistema celular de comunicaciones multiportadora de la
siguiente generación. No obstante, las formas de realización
preferidas no están limitadas en este sentido en cuanto a su
aplicación y se pueden implementar en la circuitería de
transmisores de una amplia variedad de dispositivos.
En la Fig. 5 se muestra una etapa de un circuito
amplificador según una de las formas de realización preferidas de
la invención. La forma de realización preferida se puede aplicar a
cualquier etapa de una cadena de un transmisor. La señal de entrada
a la etapa se encuentra en dos frecuencias fundamentales, f1 y f2.
La misma se separa en dos vías por medio un primer separador de
señales 501.
La señal de la primera vía principal contiene
las frecuencias fundamentales f1 y f2 de una portadora principal y
se procesa por medio de por lo menos un elemento no lineal 502. El
elemento no lineal 502 puede ser un mezclador, un amplificador o
una combinación de un mezclador y un amplificador. Tal como se ha
explicado anteriormente, la salida del elemento no lineal 502 es
una señal que presenta productos de intermodulación de tercer orden
así como las frecuencias fundamentales originales f1 y f2. Los
productos de intermodulación de tercer orden se producen en las
frecuencias 2Zf1-Zf2 y 2Zf2-Zf1. Z
es un factor de conversión variable.
La segunda vía crea productos de modulación de
tercer orden a partir de una parte de la portadora principal. La
señal de entrada a la segunda vía proveniente del primer separador
de señales 501 contiene las frecuencias fundamentales f1 y f2 y es
separada por un segundo separador de señales 503 en una primera y
una segunda señales duplicadas que contienen las frecuencias
fundamentales f1 y f2. Las frecuencias fundamentales de la primera
señal se doblan por medio de un circuito doblador 504 en una señal
doblada que presenta unos segundos armónicos 2f1 y 2f2. El circuito
doblador puede ser, por ejemplo, un multiplicador o mezclador de
frecuencia.
La señal doblada del circuito doblador 504 se
multiplica en un circuito multiplicador 505 por la segunda señal
del segundo separador de señales 503 y la señal resultante presenta
los productos de intermodulación de tercer orden en las frecuencias
2Zf1-Zf2 y 2Zf2-Zf1 (para
simplificar, en la figura no se muestra el factor de conversión
"Z"). El circuito multiplicador 505 puede usar, por ejemplo, un
multiplicador o un mezclador.
A continuación, los productos generados se
pueden regular en ganancia, amplitud, frecuencia y fase en un
circuito de regulación 506 de tal manera que la señal de salida
cancele los productos de tercer orden inherentes de la señal
proveniente del elemento no lineal 502. El circuito de regulación
506 depende del elemento no lineal 502. Si el elemento no lineal
502 es un amplificador, en ese caso el circuito de regulación 506
regula por lo menos la amplitud y la fase. Si el elemento no lineal
502 es un mezclador o una combinación de un mezclador y un
amplificador, en ese caso el circuito de regulación 506 regula por
lo menos la frecuencia, la amplitud y la fase. El mismo puede
consistir simplemente en un mezclador para regular la frecuencia y
un amplificador para corregir la amplitud. En cualquiera de las
formas de realización, puede que sea necesario o no un regulador de
ganancia. La adición de un regulador de ganancia puede ser
simplemente una opción de diseño y puede que sea necesario
únicamente si las pérdidas en la segunda ruta son tales que fuera
necesaria una ganancia adicional para alcanzar la amplitud
deseada.
La señal de salida del circuito de regulación
506 se combina con la señal proveniente de la primera vía por medio
de un combinador de señales 507. La señal de salida del combinador
de señales 507 contiene por lo tanto solamente las frecuencias
fundamentales f1 y f2.
Preferentemente, los productos de
intermodulación de tercer orden se suprimen lo suficiente como para
satisfacer los requisitos de la modulación EDGE correspondientes a
las etapas de un amplificador excitador RF con una pequeña
reducción de potencia. La Fig. 6A muestra los resultados de una
simulación de referencia obtenidos a partir de un amplificador sin
ninguna circuitería de cancelación. La Fig. 6B muestra los
resultados de supresión simulados obtenidos a partir de un
amplificador que contiene la circuitería mostrada en la Fig. 5. Tal
como se muestra, la salida izquierda IP3 es 36.204 y la salida
derecha IP3 es 36.204 para la referencia. Con la cancelación de los
IM3, la salida izquierda IP3 es 59.099 y la salida derecha IP3 es
59.570.
La Fig. 7 es una tabla que contiene los
resultados de la circuitería de cancelación en función de la
frecuencia fundamental de entrada. Dicha tabla muestra que la
salida está por encima de 56,0 para el intervalo de frecuencias
entre 1880 MHz (1.880E9) y 1925 MHz (1.925E9). En otras palabras, la
circuitería de cancelación alcanza un ancho de banda razonable
(mejora de 20 dB IP3/40 dB IM3 sobre los 45 MHz).
Aunque la circuitería de la Fig. 5 va dirigida a
los productos de tercer orden, la misma se puede ajustar a una
versión modificada que elimine los productos de quinto orden u otro
orden superior. La modificación se puede conseguir bien cambiando
el mezclador o bien cambiando el circuito doblador 504 a un
generador de frecuencias de orden superior para obtener los
armónicos de orden superior.
La circuitería de cancelación presenta ventajas
con respecto a la técnica anterior ya que no requiere dos bucles y
no incluye líneas de retardo de un valor elevado. Con solamente un
bucle y sin la línea de retardo, el sistema se puede realizar con
un tamaño menor y requiere menos circuitería. En particular, las
líneas de retardo de un valor elevado pueden ser necesarias para
anchos de banda grandes. Con la ausencia de la línea de retardo, es
posible incluir el circuito como parte de un circuito integrado en
un chip semiconductor individual. Alternativamente, el circuito se
puede implementar sobre una placa de circuito impreso (a la que en
ocasiones se hace referencia como placa de conexionado impreso) o
en forma de un circuito integrado sobre un sustrato avanzado tal
como una Cerámica de Cocción Conjunta a Baja Temperatura (LTCC).
Ver, por ejemplo, la publicación Design Rules For Physical
Layout of Low Temperature Co-Fire Ceramic
Modules, Revisión 8.1, 1/5/2000, de National Semiconductor. Una
implementación LTCC se puede usar, por ejemplo, para minimizar el
tamaño de los acopladores en el caso de que los mismos no se puedan
situar sobre un chip semiconductor.
Claims (13)
1. Circuito de procesado de señales que
comprende:
una primera vía que comprende por lo menos un
elemento no lineal (502);
una segunda vía;
un primer separador de señal (501), estando
dispuesto el primer separador de señal (501) para separar una señal
de entrada que presenta una portadora principal con unas frecuencias
fundamentales (f1, f2) en una primera y una segunda señales las
cuales se suministran, respectivamente, a la primera vía y a la
segunda vía, estando dispuesta la primera vía para procesar dicha
primera señal de dicho primer separador de señal (501) con vistas a
producir una señal procesada que comprende un primer conjunto de
productos de intermodulación (2f1-f2,
2f2-f1), presentando la segunda vía un segundo
separador de señal (503), un doblador de frecuencia (504), un
mezclador (505) y un circuito de regulación (506) dispuesto para
producir una señal de control que contiene un segundo conjunto de
productos de intermodulación (-(2f1-f2,
-(2f2-f1)) que tienen aproximadamente una frecuencia
y una amplitud equivalentes, y una fase opuesta con respecto al
primer conjunto de productos de intermodulación
(2f1-f2, 2f2-f1); y
un acoplador (507), estando dispuesto el
acoplador (507) para combinar la señal procesada y la señal de
control.
2. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 1, en el que dicho elemento no lineal (502)
comprende un amplificador.
3. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 2, en el que el circuito de regulación (506)
comprende un regulador de amplitud y un regulador de fase.
4. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 2, en el que el circuito de regulación comprende un
regulador de amplitud, un regulador de fase, y un regulador de
ganancia.
5. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 1, en el que dicho elemento no lineal (502)
comprende un mezclador.
6. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 5, en el que el circuito de regulación comprende un
regulador de frecuencia, un regulador de fase, y un regulador de
amplitud.
7. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 5, en el que el circuito de regulación comprende un
regulador de frecuencia, un regulador de fase, un regulador de
amplitud y un regulador de ganancia.
8. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 1, en el que el elemento no lineal (502) comprende
un mezclador y un amplificador.
9. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 8, en el que el circuito de regulación comprende un
regulador de frecuencia, un regulador de fase, y un regulador de
amplitud.
10. Circuito de procesado de señales según la
reivindicación 8, en el que el circuito de regulación (506)
comprende un regulador de frecuencia, un regulador de fase, un
regulador de amplitud, y un regulador de ganancia.
11. Circuito de procesado de señales según una
de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito de
procesado de señales se implementa en un transmisor de una estación
base en un sistema de comunicaciones inalámbricas.
12. Método de cancelación de productos de
intermodulación en una señal de entrada que tiene una portadora
principal con unas frecuencias fundamentales (f_{1}, f_{2}), que
comprende:
se separa (501) la señal de entrada en una
primera y una segunda señales las cuales se suministran
respectivamente a una primera y una segunda vías;
se procesa la primera señal en un elemento no
lineal (502) en la primera vía para producir una señal procesada
que comprende un primer conjunto de productos de intermodulación
(2f_{1}-f_{2},
2f_{2}-f_{1}),
se separa (503) la segunda señal en una primera
y una segunda señales duplicadas; se dobla (504) la primera señal
duplicada;
se multiplica (505) la primera señal duplicada
doblada por la segunda señal duplicada para producir productos de
intermodulación de orden superior;
se regulan (506) dichos productos de
intermodulación de orden superior en dicha segunda vía para producir
una señal de control que contiene un segundo conjunto de productos
de intermodulación de orden superior
(-(2f_{2}-f_{2},
-(2f_{2}-f_{1})) que tienen una frecuencia y una
amplitud aproximadamente equivalentes, y una fase opuesta con
respecto al primer conjunto de productos de intermodulación
(2f_{2}-f_{2},
2f_{2}-f_{1}); y
se combinan (507) la señal procesada y la señal
de control.
13. Método según la reivindicación 12, en el que
dicho procesado de dicha primera señal en dicha primera vía
comprende la amplificación de dicha primera señal.
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