ES2302069T3 - Condicionamiento de señal con limitacion de ancho de banda. - Google Patents
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Abstract
Un método para el condicionamiento de una señal a fin de obtener una señal deseada (99), que comprende el procesamiento no lineal de una señal en n pasos (10), donde ; y cada paso (10) de los n pasos comprende a su vez: aportar (222) una señal principal de entrada (21), aportar (224) una señal fuente de inserción (41); procesar no linealmente (226) la señal fuente de inserción (41) para obtener una señal de inserción procesada (42) que representa una característica extraída de la señal fuente de inserción (41), estando representada la característica extraída a la misma escala que la señal principal de entrada (21) del paso (10) respectivo; y combinar (228) una señal representativa de la señal principal de entrada (21) con la señal de inserción procesada multiplicada por un factor de reinserción (k1 - kn) para obtener una señal principal de salida (51); donde la señal principal de salida (51) es la señal principal de entrada (21) de un paso subsiguiente; y donde el factor de reinserción (k2 - kn) de al menos uno de los n pasos es mayor que el factor de reinserción (k1 - kn-1) de un paso precedente.
Description
Condicionamiento de señal con limitación de
ancho de banda.
La presente invención se refiere en general a
métodos y dispositivos para el condicionamiento no lineal de
señales y en particular a aquellos dispositivos y métodos en que la
señal debe mantenerse dentro de limitaciones de ancho de banda y/o
espectrales.
En muchas aplicaciones, típicamente en distintos
sistemas de comunicaciones y especialmente en sistemas de múltiples
portadoras y múltiples usuarios, existe la necesidad de una
modificación no lineal de una señal. En muchos casos, estas
modificaciones no lineales deben mantenerse dentro de cierto ancho
de banda o dentro de ciertas restricciones de máscara espectral. Un
ejemplo típico de dicha modificación no lineal es la reducción de
la relación valor de cresta - valor medio (PAR), también denominada
descrestado o recorte. La reducción PAR incrementa la eficiencia y
la potencia de salida media de un amplificador de potencia (AP). El
objetivo es reducir las excursiones de amplitud de cresta de la
señal de salida manteniendo al mismo tiempo la expansión espectral
dentro de límites especificados, como las especificaciones de
máscara espectral y la relación de potencia de canales adyacentes
(ACPR), y manteniendo los errores dentro de banda en unos límites
especificados, la denominada especificación de magnitud del vector
de error (EVM).
Las soluciones existentes según la técnica
anterior se encuentran principalmente en el terreno de la reducción
PAR. Se han sugerido muchos enfoques distintos. Algunos localizan un
máximo de amplitud local e insertan un impulso de banda limitada
(BLP) para suprimirlo. Algunos predicen el sobreimpulso por el
filtrado de la señal recortada y lo precompensan.
En la solicitud publicada de patente
internacional WO 03/001697 se describe un sistema PAR. Se genera una
señal de error correspondiente a crestas de la señal de entrada y
se resta de la señal de entrada. También se sugiere la
implementación secuencial de múltiples pasos de supresión de
crestas. La idea básica es muy atractiva y tales sistemas reducen
efectivamente la PAR, pero para lograr un buen rendimiento sin dejar
de cumplir las especificaciones EVM y ACPR se debe utilizar un gran
número de pasos. Esto aumenta la complejidad de la puesta en
práctica y en consecuencia también los costes.
Un problema general en las modificaciones no
lineales de señales RF según la técnica anterior es que resulta
difícil alcanzar un alto rendimiento con configuraciones
relativamente pequeñas y sencillas. Las soluciones existentes o
bien utilizan complejos algoritmos de predicción o bien ofrecen
pobres resultados. La presente solución en 2 pasos para la
reducción PAR tiene además un rendimiento subóptimo.
Es un objeto general de la presente invención
conseguir una modificación no lineal mejorada de señales bajo
limitaciones de ancho de bando y / o de máscara espectral. Otro
objeto de la presente invención es aportar tales modificaciones con
sistemas más pequeños y/o menos complejos en comparación con la
técnica anterior pero con un rendimiento comparable o superior.
Los mencionados objetos se alcanzan mediante
métodos y dispositivos según las adjuntas reivindicaciones de
patente. En términos generales, el condicionamiento no lineal de la
señal se aporta mediante un procesamiento de la señal en al menos 2
pasos consecutivos. En cada paso se aporta una señal de inserción,
que es tratada para que cumpla ciertas restricciones en ancho de
banda y/o máscara espectral. La señal de inserción se combina con
una señal principal utilizando un factor de reinserción como
corrección de la señal principal. El factor de reinserción de al
menos un paso es mayor que el factor de reinserción de un paso
anterior. En ejemplos de realización particulares, el factor de
reinserción se incrementa para cada uno de los al menos 2 pasos.
Este principio puede aplicarse también a otro procesamiento no
lineal de la señal, y por ejemplo en sistemas de reducción PAR,
sistemas AP de polarización de drenaje dinámica, sistemas AP Doherty
y Chireix, y en sistemas de polarización de compuerta dinámica.
La presente invención es una solución general
que puede aplicarse a diversos problemas que se plantean en
distintos sistemas de comunicación, especialmente sistemas de
múltiples portadoras y múltiples usuarios. Se aplica generalmente
cuando una modificación no lineal de una señal debe mantenerse
dentro de limitaciones de ancho de banda o de máscara espectral. La
solución requiere un número de cálculos sustancialmente inferior al
de soluciones anteriores y logra un alto rendimiento. También reduce
el número de pasos necesarios en una cascada de pasos de
procesamiento no lineal y filtrado. La invención proporciona el
rendimiento de una solución de muchos pasos aunque sólo necesita
una fracción del número de pasos, y por lo tanto de computación y de
hardware.
La invención, junto con otros objetos y ventajas
de la misma, se comprenderá mejor haciendo referencia a la
siguiente descripción tomada conjuntamente con las ilustraciones
adjuntas, en las que:
la figura 1 es un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un dispositivo para el condicionamiento
no lineal de señales según la presente invención;
la figura 2 es un diagrama de bloques de otro
ejemplo de realización de un dispositivo para el condicionamiento
no lineal de señales según la presente invención;
la figura 3A es un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un paso en un sistema de reducción PAR
según la presente invención;
la figura 3B es un diagrama de bloques de otro
ejemplo de realización de un paso en un sistema de reducción PAR
según la presente invención;
la figura 4A es un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un sistema amplificador del tipo
eliminación y restauración de envolvente en el que se puede aplicar
la presente invención;
la figura 4B es un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un detector de envolvente según la
presente invención;
la figura 4C es un diagrama de bloques de otro
ejemplo de realización de un detector de envolvente según la
presente invención;
la figura 5 es un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un sistema amplificador Chireix en el que
se puede aplicar la presente invención;
la figura 6 es un diagrama de bloques de un
ejemplo de realización de un sistema amplificador de polarización
de drenaje dinámica en el que se puede aplicar la presente
invención;
la figura 7 es una gráfica que ilustra la
convergencia de dispositivos típicos para el condicionamiento no
lineal de una señal;
la figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra
los pasos principales de un ejemplo de realización de un método
para el condicionamiento no lineal de una señal.
La figura 9 es un diagrama de flujo que ilustra
los pasos principales de un ejemplo de realización de un paso en un
método de múltiples pasos para el condicionamiento no lineal de una
señal según la presente invención; y
la figura 10 es un diagrama de flujo que ilustra
los pasos principales de otro ejemplo de realización de un paso en
un método de múltiples pasos para el condicionamiento no lineal de
señal según la presente invención.
Un buen rendimiento, por ejemplo baja PAR en la
supresión de crestas manteniendo las especificaciones EVM y ACPR,
generalmente requiere más pasos de modificación no lineal y
subsiguiente filtrado de la señal que los utilizados en las
soluciones de la técnica anterior. Si se pretende obtener un buen
rendimiento aumentando el número de pasos en las soluciones de la
técnica anterior, sin otras modificaciones, se necesitan muchos más
pasos.
La invención muestra un enfoque alternativo, en
el cual el buen rendimiento se obtiene reinsertando señales
modificadas no linealmente según un factor de reinserción mayor que
la unidad. El factor de reinserción se incrementa para al menos un
paso subsiguiente, y en ejemplos de realización particulares para
cada paso subsiguiente. El factor de reinserción puede por ejemplo
incrementarse exponencialmente con el número de paso, incrementarse
linealmente o incrementarse según algún otro criterio. En la
técnica anterior no se discute ningún factor de reinserción, es
decir, siempre se supone igual o próximo a uno. En ejemplos de
realización particulares de la presente invención, el primer paso
tiene un factor de reinserción igual a la unidad o próximo a la
unidad. El último paso generalmente tiene un factor de reinserción
de una magnitud superior, típicamente del orden de 7, pero de
preferencia al menos 2.
Como se mencionó anteriormente, el factor de
reinserción puede por ejemplo incrementarse exponencialmente con el
número de paso, o incrementarse de forma parabólica o lineal. No se
necesita una fórmula exacta, puesto que los factores de reinserción
habitualmente se implementan como factores multiplicadores
independientes en cada paso del algoritmo. También se pueden
utilizar factores de reinserción de incremento no monótono,
factores de reinserción de primer paso menores que uno, factores de
reinserción de último paso menores que el penúltimo o factores de
reinserción agrupados, como se expone más adelante.
\newpage
La figura 1 ilustra un ejemplo de realización de
una configuración básica según la presente invención. El marco para
el concepto de un factor de reinserción creciente a lo largo de los
pasos es una cascada de modificaciones no lineales y pasos de
filtrado. Una unidad 1 de modificación no lineal de la señal recibe
una señal de entrada en una entrada IN y proporciona una señal de
salida 99 en su salida OUT. La modificación no lineal de la señal
se realiza en una serie de pasos 10 sucesivos o en cascada, en los
que la entrada de un paso subsiguiente típicamente es igual a la
salida del paso anterior. Las modificaciones no lineales se aplican
generalmente forzando una señal a permanecer dentro de un límite
que puede ser constante o dependiente de la señal. El límite puede
ser de un lado o de muchos lados. También puede aplicarse a la
amplitud o parte de fase de una señal polar. Los pasos 10
típicamente están configurados de una manera similar, pero pueden
diferir en los detalles, particularmente el primer y el último
pasos. En el ejemplo de realización de la figura 1, cada paso 10
comprende una entrada 20 para una señal de entrada principal 21. En
el presente ejemplo de realización, esta entrada 20 solo recibe la
señal de llegada. Sin embargo, en un caso más general, hay presentes
medios que aportan una señal de entrada principal, que en la
presente configuración más sencilla corresponde a la entrada 20.
Cada paso 10 comprende también una fuente 30
para una señal fuente de inserción 41. Esta fuente 30 está conectada
con un medio de procesamiento no lineal 40. El medio de
procesamiento no lineal 40 genera una señal de inserción procesada
42 basada en la señal fuente de inserción 41. El medio de
procesamiento no lineal 40 típicamente comprende un procesador no
lineal 49 conectado a un filtro 47 reductor del ancho de banda. Así
pues, este procesador no lineal 49 típicamente comprende diferentes
restricciones en amplitud y/o fase de la señal fuente de inserción
41. El filtro 47 limitador del ancho de banda filtra la señal de
inserción de banda no limitada y la convierte en una señal
filtrada: la señal de inserción procesada 42. A continuación la
señal de inserción procesada 42 se combina con la señal principal
21 para producir una señal de salida 51 del paso 10. Esta
combinación se ilustra en el presente ejemplo de realización por
medio de un sumador 50. La señal combinada, es decir, la señal de
salida 51 típicamente está más próxima a la señal de salida 99 que
la señal de entrada principal 21. Sin embargo, como el proceso de
filtrado implica las limitaciones de ancho de banda en la señal de
inserción, típicamente aún existirá una diferencia más pequeña.
Según la presente invención, la combinación se
realiza utilizando un determinado factor de reinserción k_{1},
k_{2}, ..., k_{n}. Al menos uno de estos factores de reinserción
es mayor que el factor de reinserción previo. En ejemplos de
realización particulares, el factor de reinserción aumenta para cada
paso subsiguiente. Un ejemplo de conjunto de factores de
reinserción para un sistema de cuatro pasos podría ser, por ejemplo,
k_{1}=1,3, k_{2}=1,8, k_{3}=2,7 y k_{4}=4. Para producir un
impacto sustancial sobre la convergencia, al menos un factor de
reinserción debe ser de preferencia mayor que 2. El número de pasos
y las magnitudes de los factores de reinserción dependen de los
anchos de banda de las señales y los filtros, de la precisión
requerida en la salida y de otros factores cuyas combinaciones son
demasiado numerosas para enumerarlas aquí. Típicamente deberán
elaborarse para el problema en cuestión. Sin embargo, esta
elaboración entra en los conocimientos de cualquier experto en la
técnica.
El uso de factores de reinserción distintos de
la unidad y en particular de factores de reinserción crecientes
produce típicamente un efecto notable en la convergencia de la
modificación de la señal. En la figura 7, un diagrama ilustra el
desarrollo de una señal durante pasos sucesivos. En un sistema de
múltiples pasos según la técnica anterior que utilice factores de
reinserción de una unidad, una evaluación típica de cierta cantidad
crítica de señal puede indicarse con los círculos 100. Al principio,
la cantidad de señal tiene cierto valor correspondiente a un nivel
105. Durante subsiguientes pasos de tratamiento, por ejemplo según
las ideas expuestas en WO 03/001697, la cantidad de señal cambia.
Tras un número infinito de pasos, se espera que la cantidad de
señal sea igual al nivel indicado con la línea de trazos 106. Si se
establece un nivel aceptable de cantidad de señal en el nivel
indicado por la línea discontinua 104, se necesita un cierto número
de pasos de tratamiento antes de que se cumplan los requisitos. En
este ejemplo, se necesitan 6 pasos para cumplir los requisitos del
nivel 104.
En la figura 7 se ilustra cierto número de
cruces 102, que representan el correspondiente comportamiento para
un ejemplo de realización de un sistema según la presente invención.
En el primer paso se utiliza un factor de reinserción de 1,2. Para
los pasos 2 y 3 se utilizan factores de reinserción crecientes
mayores que 1,2. Aunque los factores de reinserción distintos de la
unidad en general introducen una calidad de señal algo degradada,
este efecto es pequeño en comparación con los beneficios de llegar
más rápidamente a una concordancia con el nivel requerido de
calidad de la señal. En el ejemplo de la figura 7, el ejemplo de
realización de la invención alcanzará niveles aceptables ya después
de 3 pasos, es decir, justo la mitad de pasos que en la técnica
anterior.
Una gran ventaja de la presente invención es una
gran reducción en los costes de computación. El número de pasos de
modificación no lineal y el subsiguiente filtrado puede reducirse en
gran medida. Incluso un factor de reducción por 5 no es insólito.
El tamaño exacto de la mejora depende de la aplicación concreta y
del conjunto de factores de reinserción que se utilice. En la
mayoría de aplicaciones, se suponen preferibles factores de
reinserción monótonamente crecientes. Los factores de reinserción
pueden ser por ejemplo exponencialmente crecientes para cada paso
sucesivo, pero otros desarrollos, como factores de reinserción
parabólicamente crecientes o linealmente crecientes también se
consideran beneficiosos. Factores de reinserción no monótonamente
crecientes, por ejemplo el uso de grupos de factores de reinserción
de solo dos o tres niveles, pueden ser fáciles de implementar.
También otros patrones más elaborados, como un factor de reinserción
de primer paso menor que uno o un factor de reinserción de último
paso menor que el penúltimo, pueden resultar beneficiosos para
ciertas aplicaciones. Igualmente, factores de reinserción que
aumentan para cada etapa dentro de partes de los n pasos también
pueden ser de interés para ciertas aplicaciones. Además, factores de
reinserción que presentan una tendencia generalmente creciente a lo
largo de los n pasos, no necesariamente crecientes entre cada paso,
también pueden ser útiles.
En otra aplicación típica, como el ejemplo de
realización ilustrado en la figura 2, el filtrado se aplica sobre
una diferencia rectificada entre la señal no lineal deseada y la
señal procesada según emerge del paso anterior. Aquí se aporta al
primer paso una señal de entrada IN como señal principal de entrada
21. La señal de entrada IN también se aporta a una unidad 8 de
procesamiento no lineal, creando una señal no lineal de referencia
9. Esta señal no lineal de referencia 9 es una señal deseada a la
cual la señal de salida 99 debe parecerse, pero sin ninguna
limitación en ancho de banda. El medio 30 para aportar una señal de
inserción de entrada 41 está aquí conectado con la unidad de
procesamiento no lineal 8 para recibir la señal no lineal de
referencia 9, y con la entrada 20 para recibir la señal principal
de entrada 21. El medio 30 para aportar una señal de inserción de
entrada 41 comprende en el presente ejemplo de realización un
sustractor 32 que aporta una diferencia entre la señal principal de
entrada 21 y la señal no lineal de referencia 9. El sustractor
puede implementarse, por ejemplo, como en la figura 2, como añadidor
de una señal no lineal de referencia 9 negativa. La diferencia se
aporta como señal fuente de inserción 41. El medio de procesamiento
no lineal 40 comprende en este ejemplo de realización un
rectificador 43. En un caso general, los rectificadores 43
requieren la asistencia de partes transformadoras de la señal para
rotar las señales o para extraer la característica que se va a
procesar, por ejemplo, la amplitud. En un ejemplo de realización más
general, el rectificador 43 puede ser un procesador no lineal
general con respecto a un límite. El rectificador 43 genera una
señal rectificada 44 que para el presente ejemplo de realización es
una señal de inserción no limitada por banda. Esta señal 44 a
continuación es procesada por un filtro 47, generándose la señal de
inserción procesada 42, que a su vez se combina con la señal de
entrada principal 21 en un combinador 50. Los filtros 47 pueden ser
de paso bajo, de paso de banda, multibanda, etc., según la
aplicación. Normalmente, las bandas de paso coinciden en gran
medida con el rango (o rangos) de frecuencia principal de la señal
de entrada o la señal de referencia.
En otras palabras, el medio de procesamiento no
lineal 40 extrae una característica de la señal de inserción fuente
41. La característica extraída se representa a la misma escala que
la señal principal de entrada 21 del paso 10 respectivo. Al
combinar la señal tratada con la señal principal de entrada 21, se
aplica el factor de reinserción. Cualquier experto en la técnica
advierte que esta aplicación del "factor de reinserción" puede
efectuarse en cualquier parte del paso 10, y que hay muchos
tratamientos de la señal equivalentes. De esta manera, el factor
puede introducirse en cualquier parte de la cadena de medios 30 para
aportar la señal de inserción de entrada 41 y el medio de
procesamiento no lineal 40. También sería posible exponer la propia
señal principal de entrada y cualquier señal de referencia para un
factor de reinserción "invertido" y finalmente restaurar la
escala deseada de la señal de salida. La idea básica, empero, es que
las se-
ñales por combinar se expresen en distintas escalas, que difieren según el factor expresado por el factor de reinserción.
ñales por combinar se expresen en distintas escalas, que difieren según el factor expresado por el factor de reinserción.
El procesamiento de las señales en el medio de
procesamiento no lineal 40 requiere típicamente cierto tiempo.
Típicamente, la señal principal 21 necesita, en consecuencia,
demorarse durante un lapso de tiempo correspondiente para que dé la
señal prevista al combinarse con la señal filtrada. En el presente
ejemplo de realización se inserta una unidad de demora 62 entre la
entrada 20 y el combinador 50. Las demoras D, por tanto, demoran la
señal en la rama sin filtrar de manera que vaya de acuerdo con la
que pasa por el rectificador 43 y el filtro 47.
La invención puede practicarse de diversas
maneras distintas. La entrada puede ser una frecuencia de radio
(RF) en una frecuencia intermedia o en la banda base. Para entradas
analógicas, los rectificadores o limitadores pueden ser circuitos
de diodos o de transistores y los filtros y demoras (que se comentan
más adelante) pueden estar hechos con filtros RC activos o con
componentes pasivos como condensadores e inductores, o por
procesamiento de ondas de superficie piezo acopladas. La entrada
también puede ser digital, o digitalizada a partir de una entrada
analógica mediante un convertidor de analógico a digital. En este
caso el procesamiento de la señal se realiza digitalmente, y la
salida analógica es aportada por un convertidor de digital a
analógico.
Un ejemplo de aplicación que es muy adecuada
para utilizar las ideas de la presente invención es en la reducción
de la relación valor de cresta - valor medio (PAR). Esta reducción
también se denomina descrestado o recorte. La presente invención
aplicada a la reducción PAR aumenta la eficiencia y la potencia de
salida media de un amplificador de potencia (AP). El objetivo de la
reducción PAR consiste en reducir las excursiones de amplitud de
cresta de la señal de salida manteniendo al mismo tiempo la
expansión espectral dentro de límites especificados. Estos límites
pueden ser, por ejemplo, especificaciones de máscara espectral y de
la relación de potencia de canales adyacentes (ACPR). Al mismo
tiempo, los errores dentro de banda deben mantenerse dentro de unos
límites especificados, por ejemplo, según especificaciones de
magnitud del vector de error (EVM).
En la figura 3A se ilustra un ejemplo de
realización de un paso 10 aplicable en un sistema de reducción PAR.
Como en los ejemplos anteriores, se aporta una señal principal de
entrada 21 a través de la entrada 20. En la reducción PAR, el
límite es generalmente constante y solo se aplica a la parte de
amplitud del complejo o señal bidimensional. Como el límite es
constante, no hay una necesidad absoluta de una señal no lineal de
referencia como acompañamiento. En su lugar, se utiliza la señal
principal de entrada 21 como señal fuente de inserción 41 y el
medio 30 para aportar una señal de inserción de entrada 41 consiste
aquí en la conexión entre la entrada 20 y el medio de procesamiento
no lineal 40. Un nivel de límite de amplitud, T, procede
directamente de un nivel de desfase en un extractor de cresta 33,
que en esta aplicación está comprendido en el medio de
procesamiento no lineal 40. El nivel de desfase T típicamente se
denomina "nivel de recorte", "umbral" o "nivel
límite". En el presente ejemplo de realización esta diferencia se
aporta mediante un sustractor 34. A continuación se conecta la
señal de inserción 44 no limitada por banda con el filtro 47, de
manera análoga a los ejemplos anteriores, para aportar las
limitaciones en ancho de banda.
La señal 42 filtrada y extraída que debe
reinsertarse o combinarse con la señal principal se inserta en este
ejemplo de realización con un signo menos, es decir, que el
combinador 50 en este ejemplo de realización actúa como sustractor.
En general, el signo menos puede ser implícito o explícito. Para
decidir en qué parte del proceso se coloca este signo menos se
trata de encontrar la implementación más sencilla y eficiente. En la
figura 3A, el signo menos se aplica por sustracción, ilustrada con
el signo menos en la entrada del circuito añadidor.
La figura 3B ilustra otro ejemplo de realización
de un solo paso de un sistema de reducción PAR según la presente
invención. También aquí el medio 30 para aportar una señal de
inserción de entrada 41 es la conexión entre la entrada 20 y el
medio de procesamiento no lineal 40. Aquí el medio de procesamiento
no lineal 40 calcula una señal 44 de inserción de entrada no
limitada por banda sustrayendo, en un sustractor 36, un nivel de
umbral T a partir de una amplitud A, obtenida mediante una unidad
35 de conversión rectangular a polar. La parte positiva, es decir
rectificada, de esta diferencia, obtenida en un rectificador 37, se
utiliza conjuntamente con la fase original \Box como entradas
para una unidad 38 de conversión polar a rectangular. La salida de
esta unidad 38 de conversión polar a rectangular es la cresta
extraída en el mismo formato que la señal de entrada.
La presente invención también puede aplicarse,
por ejemplo, en arreglos de amplificador de potencia que utilicen
polarización de drenaje dinámica, lo que resulta en una eficiencia
aumentada. En la figura 4A se ilustra un ejemplo de realización
típico de un sistema 3 que utiliza polarización de drenaje dinámica.
Una señal de entrada se conecta a una unidad 1 de procesamiento no
lineal, en este ejemplo de realización una unidad de señal
envolvente, que de preferencia está configurada según la presente
invención. La señal envolvente típicamente se amplifica en un
amplificador 70 de envolvente. Un compensador dinámico 72 procesa la
señal de entrada para producir una señal que amplificar. La señal
envolvente amplificada se utiliza como tensión de drenaje en un
amplificador 74 para la señal por amplificar. En este ejemplo de
realización, el compensador dinámico 72 de preferencia compensa
dinámicamente la amplitud y la fase de la señal por amplificar en
correspondencia a variaciones en la señal envolvente, para obtener
típicamente una señal de salida linealmente amplificada. El objetivo
de esta configuración es mantener la tensión del terminal de
drenaje apenas justo por encima del mínimo necesario, que en gran
medida es proporcional a la envolvente de la señal amplificada, para
maximizar la eficiencia al tiempo que se limita el ancho de banda.
Así, en una aplicación de señal envolvente del tipo antes descrito,
el límite depende de la amplitud de la señal y típicamente es de un
solo lado. Un ancho de banda inferior proporciona una mayor
eficiencia en el amplificador de envolvente de la tensión de
drenaje, habitualmente en modo interruptor.
En la figura 4B se ilustra un ejemplo de
realización de una unidad 1 de señal envolvente para su uso en un
sistema amplificador 3 que utiliza polarización de drenaje dinámica.
En este ejemplo de realización, el primer paso es algo distinto de
los subsiguientes. En el primer paso, la señal de entrada se conecta
a un detector de envolvente que registra la verdadera envolvente de
la señal. Este detector de envolvente constituye el medio 30 para
aportar una señal de inserción de entrada 41 en este ejemplo de
realización. La señal envolvente 41 se suministra a un procesador
31, que da una señal que es una función F2 de la envolvente de la
señal 41. Esta señal de salida constituye así la señal de inserción
44 no limitada por banda del primer paso y actúa como señal
simiente para el resto del arreglo. La señal de inserción 44 no
limitada por banda se filtra en el filtro 47. La señal 21 de
entrada principal en este primer paso es una señal cero, donde el
medio para aportar una señal 20 principal de entrada se representa
con un símbolo de masa. La señal 21 principal de entrada (señal
cero) se combina con la función filtrada de la envolvente 42 de la
señal utilizando un factor de reinserción k_{1} en un sumador 50
para la señal 51 principal de salida del primer paso.
La señal envolvente se conecta además a otro
procesador 66 que produce una señal 9 no lineal de referencia como
función, F1, de la envolvente de la señal compleja bidimensional de
entrada. Esta señal 9 no lineal de referencia se utiliza en pasos
subsiguientes. Para compensar el tiempo de procesamiento de la señal
simiente, la señal 9 de referencia se demora durante un tiempo
correspondiente en una unidad de demora 60.
En los pasos subsiguientes, el procesamiento
será algo distinto, más análogo a los pasos del ejemplo de
realización de la figura 2. La señal 21 principal de entrada se
aporta a través de la entrada 20 como en ejemplos de realización
anteriores. Como señal 41 de inserción fuente se aporta una
diferencia entre la señal 21 principal de entrada y la señal 9 de
referencia. Sin embargo, en este ejemplo de realización, la señal 21
principal de entrada se resta de la señal 9 de referencia, que a
continuación suministra cualesquiera partes de subimpulso de la
señal como señales positivas ya desde el principio. Después, las
señales con subimpulsos se rectifican 43 y se filtran 47 de manera
análoga a la figura 2 y finalmente se combinan con la señal
principal demorada. No obstante, como la parte de señal que
sobresale filtrada es aquí una señal positiva, el combinador 50
opera con un signo positivo y con un factor de reinserción
apropiado.
Puesto que la señal principal de entrada en el
primer paso de la figura 4B es una señal trivial, todo el primer
paso en sí puede considerarse un medio para aportar una señal
principal de entrada para el paso subsiguiente. De esta manera, la
situación se puede representar como en la figura 4C. Aquí, al menos
parte de un detector de envolvente 64, un procesador 65 y un filtro
67 constituyen el medio para aportar una señal principal de entrada
20. Cualquier factor de reinserción no unitario puede incorporarse
fácilmente al procesador 65. El resto del arreglo es equivalente a
la figura 4B, exceptuando la numeración de los pasos y los factores
de reinserción.
La presente invención también puede incrementar
la eficiencia en sistemas de amplificación Doherty y Chireix. En la
figura 5 se ilustra un ejemplo de realización de un arreglo para un
amplificador de potencia Chireix. Una señal 5 de entrada se conecta
a dos amplificadores de potencia 76, 78 por medio de una red de
control. La red de control de un amplificador Chireix 4 típicamente
comprende un separador 80 de componentes de la señal que produce
señales de amplitud constante y fase modulada. Estas señales se
convierten en los filtros 82, 84 antes de ser amplificadas en los
amplificadores de potencia 1. Una red combinadora 86 combina las
señales amplificadas individuales en una señal de salida que se
aporta a una salida de carga, en este ejemplo conectada a una
antena 88. Las fases de estas señales de amplitud constante se
eligen de tal manera que el resultado de su suma vectorial en la
red combinadora 86 Chireix produce la amplitud deseada. De esta
manera pueden obtenerse todas las amplitudes desde cero hasta
amplitud completa, así como amplitudes negativas.
Las tensiones aplanadas en los terminales de
drenaje del amplificador deberían presentar un mínimo de
sobreimpulsos. Utilizando dispositivos no lineales 82, 84 según la
presente invención se pueden producir señales de amplificador no
lineal que cumplen esta condición y se mantienen dentro de un ancho
de banda limitado, y además incrementan la eficiencia. Para ello se
puede utilizar una configuración y un procesamiento similares a los
utilizados en reducción PAR (figuras 3A-B). El
límite es constante y se aplica a la amplitud de las señales
complejas. Puesto que el límite es constante, no se necesita el
acompañamiento de una señal no lineal de referencia.
Los sistemas de polarización de compuerta
dinámica constituyen otras aplicaciones para las ideas de la
presente invención. La figura 6 ilustra un ejemplo de realización
de un sistema 5 de polarización de compuerta dinámica. Se pretende
que una señal de entrada suministrada al sistema 5 se amplifique y
se suministre como señal de salida de radiofrecuencia. La señal de
entrada está conectada a un detector de entrada 94, que está
configurado para determinar una medida de tamaño instantánea
(envolvente) de la señal de entrada. Una salida del detector de
entrada 94 está conectada a un generador 92 de señal de
polarización, que genera una señal de polarización que se utilizará
para aportar la operación en sí de amplificación. El generador 92 de
señal de polarización puede por tanto aportar una señal de
polarización dependiente de la señal de entrada. El generador de
señal de polarización típicamente también comprende un amplificador
de polarización. Una señal dependiente de la señal de entrada es
aportada como señal de excitación. La señal de excitación y la señal
de entrada se hacen casar en una unidad 96 ajustadora y se
alimentan a un amplificador 98, por ejemplo un transistor de
potencia, que efectúa la amplificación propiamente dicha según la
señal de polarización y la señal de excitación seleccionadas. Una
unidad 90 de predistorsión está conectada a la señal de entrada y a
una salida del detector de entrada para permitir una predistorsión
adecuada de la señal de entrada, típicamente para aportar una señal
de salida lineal. De esta manera se aporta una señal de salida.
Seleccionando la predistorsión y la polarización de una manera
adecuada, según el tamaño de la señal de entrada, puede conseguirse
una amplificación eficiente.
La polarización de compuerta ideal para un
transistor de potencia 98 es generalmente una función no monótona
de la amplitud de la entrada. Limitaciones en la potencia de salida
del amplificador excitador imponen un estricto límite a la función
polarizadora, y limitaciones de ancho de banda en los circuitos
generadores y amplificadores de la polarización imponen también
restricciones al ancho de banda. Aplicando y modificando las
técnicas utilizadas para la polarización de drenaje dinámica
(figuras 4A-C), el generador 92 de señal
polarizadora puede suministrar señales que dan una amplificación más
eficiente. También aquí, empezar con una señal simiente que sea una
función F2 de la señal de entrada puede resultar beneficioso en la
aplicación de la polarización de compuerta dinámica.
La figura 8 ilustra un diagrama de flujo de un
ejemplo de realización de un método según la presente invención que
emplea procesamiento no lineal de señales en pasos consecutivos. El
método empieza en la sección 200. En la sección 201, se realiza un
primer paso del proceso utilizando un factor de reinserción k_{1}.
En la sección 202, se realiza un segundo paso del proceso
utilizando un factor de reinserción k_{2}. El proceso continúa
hasta que se realiza un último paso del proceso, el paso n, en la
sección 209 utilizando un factor de reinserción k_{n}. El método
termina en la sección 299. Los factores de reinserción son según la
presente invención, tales que al menos un factor de reinserción es
mayor que un factor de reinserción precedente.
La figura 9 ilustra un diagrama de flujo de un
ejemplo de realización de un método para un paso particular de un
método según la presente invención. El proceso del paso empieza en
la sección 220. En la sección 222, se suministra una señal
principal de entrada, típicamente como una señal de entrada pura y
sin adulterar alimentada al paso, como una señal cero o dependiente
de una señal de entrada de cualquier otro modo. En la sección 224,
se aporta una señal fuente de inserción. Esta señal podría ser por
ejemplo una señal de referencia constante o una señal dependiente
de la señal de entrada al paso. En la sección 226, la señal de
inserción de entrada se procesa no linealmente, incluyendo
típicamente un filtrado limitador de banda. En la sección 228, la
señal principal de entrada se combina con la señal de inserción
filtrada utilizando un factor de reinserción. La combinación puede
efectuarse con signos iguales o con signos opuestos, según esté
configurada la aportación de la señal de inserción de entrada, y
suministra una señal de salida del paso. El proceso del paso termina
en la sección 230.
La figura 10 ilustra otro diagrama de flujo de
un ejemplo de realización de un método para un paso particular de
un método según la presente invención. El diagrama de flujo se
parece al de la figura 9, y no se describen los pasos
correspondientes. En la figura 10, se inserta una sección 223 en la
cual se demora la señal principal de entrada para compensar el
tiempo de procesamiento de la señal de inserción. Se incluye también
una sección 229, que demora de manera semejante cualquier señal no
lineal de referencia antes de alimentarla a un siguiente paso, para
compensar cualquier demora de la señal en el paso. La sección 226 se
divide en dos partes. La sección 225 es un tratamiento de señal no
lineal sin restricciones en ancho de banda, mientras que la sección
227 es un proceso de filtrado que limita el ancho de banda.
La principal ventaja de la presente invención es
una gran reducción en el coste de computación. El número de pasos
de modificación no lineal y subsiguiente filtrado puede reducirse en
gran medida. No es insólito un factor de reducción de 5, según los
requisitos de rendimiento. Generalmente, cuanto más estrictos son
los requisitos más pasos se necesitan en el proceso de la técnica
anterior, y más ventajoso será el uso de la presente invención.
Utilizando la presente invención en reducción
PAR, la relación valor de cresta - valor medio con múltiples
portadoras puede aproximarse mucho al óptimo y satisfacer al mismo
tiempo las especificaciones ACPR, de máscara espectral y EVM.
Los ejemplos de realización antes descritos
deben entenderse como meros ejemplos ilustrativos de la presente
invención. Cualquier experto en la técnica advertirá que es posible
introducir diversas modificaciones, combinaciones y cambios en
dichos ejemplos de realización sin apartarse del ámbito de la
presente invención. En particular, distintas soluciones parciales
en los distintos ejemplos de realización pueden combinarse en otras
configuraciones, donde resulte técnicamente posible. El ámbito de
la presente invención, no obstante, es el definido en las
reivindicaciones adjuntas.
Solicitud de patente internacional WO
03/001697.
Claims (36)
1. Un método para el condicionamiento de una
señal a fin de obtener una señal deseada (99), que comprende el
procesamiento no lineal de una señal en n pasos (10), donde;
y cada paso (10) de los n pasos comprende a su
vez:
aportar (222) una señal principal de entrada
(21),
aportar (224) una señal fuente de inserción
(41);
procesar no linealmente (226) la señal fuente de
inserción (41) para obtener una señal de inserción procesada (42)
que representa una característica extraída de la señal fuente de
inserción (41),
estando representada la característica extraída
a la misma escala que la señal principal de entrada (21) del paso
(10) respectivo; y
combinar (228) una señal representativa de la
señal principal de entrada (21) con la señal de inserción procesada
multiplicada por un factor de reinserción (k_{1} - k_{n}) para
obtener una señal principal de salida (51);
donde la señal principal de salida (51) es la
señal principal de entrada (21) de un paso subsiguiente; y
donde el factor de reinserción (k_{2} -
k_{n}) de al menos uno de los n pasos es mayor que el factor de
reinserción (k_{1} - k_{n-1}) de un paso
precedente.
2. Un método según la reivindicación 1, en el
que los factores de reinserción (k_{1} - k_{n}) se incrementan
en cada paso, al menos dentro de partes de los n pasos.
3. Un método según la reivindicación 1 o 2, en
el que los factores de reinserción (k_{1} - k_{n}) presentan
una tendencia generalmente creciente a lo largo de los n pasos.
4. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que el factor de reinserción (k_{1}
- k_{n}) de cada paso excepto un primer paso de los n pasos es
mayor que el factor de reinserción de un paso precedente.
5. Un método según la reivindicación 1 o 4, en
el que el factor de reinserción (k_{1} - k_{n}) crece
exponencialmente a lo largo de los n pasos (10).
6. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, en el que el factor de reinserción de un
último paso (k_{n}) de los n pasos (10) es igual a o mayor que
2.
7. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que el procesamiento no lineal de la
señal opera bajo limitaciones de ancho de banda o de máscara
espectral.
8. Un método según la reivindicación 7, en el
que el procesamiento no lineal de la señal fuente de inserción (41)
comprende a su vez:
procesar la señal fuente de inserción (41) para
obtener una señal de inserción no restringida por banda (44); y
restringir un ancho de banda de la señal de
inserción no restringida por banda (44) para obtener la señal de
inserción procesada (42).
9. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que el condicionamiento de la señal es
una reducción de la relación valor de cresta-valor
medio.
10. Un método según la reivindicación 9, en el
que la aportación (224) de una señal fuente de inserción (41)
comprende a su vez aportar una señal representativa de la señal
principal de entrada (21), donde el procesamiento no lineal de la
señal comprende la extracción de una parte de la señal principal de
entrada (21) que supera una amplitud predeterminada (T).
11. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que el condicionamiento de la señal
está comprendido en el control de sobreimpulsos de las tensiones de
polarización en sistemas amplificadores de potencia (4) Doherty o
Chireix.
12. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que el condicionamiento de la señal
está comprendido en la generación de voltaje de alimentación en un
sistema amplificador que utiliza eliminación y restauración de
envolvente (3).
13. Un método según la reivindicación 12, que
además comprende aportar una señal correspondiente a una primera
función (F1) de una envolvente de una señal de radiofrecuencia como
señal no lineal de referencia (9), donde la aportación (224) de una
señal fuente de inserción (41) en al menos un paso de los n pasos
(10) es dependiente de la señal no lineal de referencia (9).
14. Un método según la reivindicación 13, en el
que la señal no lineal de referencia (9) es demorada (229) en cada
paso para compensar demoras de procesamiento dentro del paso
respectivo.
15. Un método según la reivindicación 13 o 14,
en el que la aportación (224) de una señal fuente de inserción (41)
en al menos un paso comprende a su vez aportar una diferencia entre
la señal principal de entrada (21) y la señal no lineal de
referencia (9) como señal fuente de inserción (41).
16. Un método según la reivindicación 15, en el
que el condicionamiento no lineal (226) de la señal fuente de
inserción (41) en al menos un paso comprende además rectificar la
señal fuente de inserción (41).
17. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 16, que comprende además demorar (223) la
señal principal de entrada (21) antes de combinarla (228) para
compensar demoras en el procesamiento no lineal de la señal
(226).
18. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 12 a 17, en el que en un primer paso de dichos n
pasos (10) la señal principal de entrada (21) es una señal cero y
la señal fuente de inserción (41) es una señal que corresponde a una
segunda función (F2) de la envolvente.
19. Un método según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que el condicionamiento de la señal
está comprendido en el condicionamiento de la polarización de
compuerta en un sistema (5) de polarización de compuerta
dinámica.
20. Un dispositivo (1) condicionador de la
señal, que comprende:
n pasos (10), donde n \geq 2;
estando los n pasos (10) interconectados de tal
manera que una señal principal de salida (51) de un paso es una
señal principal de entrada (21) de un paso subsiguiente; y
cada paso (10) de los n pasos comprende a su
vez:
- un medio de entrada (20) para la señal principal de entrada (21);
- un medio (30) para aportar una señal fuente de inserción (41);
- un medio de procesamiento (40) no lineal de la señal conectados al medio (30) para aportar la señal fuente de inserción (41), que aportan una señal de inserción procesada (42) que representa una característica extraída de la señal fuente de inserción (41),
estando representada la característica extraída
a la misma escala que la señal principal de entrada (21) del paso
(10) respectivo; y
- un combinador (50) conectado al medio de procesamiento (40) no lineal de la señal y conectado para recibir una señal representativa de la señal principal de entrada (21), dispuesto para combinar la señal principal de entrada (21) con la señal de inserción (42) procesada multiplicada por un factor de reinserción (k_{1} - k_{n}) para obtener una señal principal de salida (51);
donde el factor de reinserción (k_{2} -
k_{n}) de al menos uno de los n pasos (10) es mayor que el factor
de reinserción (k_{1} - k_{n-1}) de un paso
precedente.
21. Un dispositivo condicionador de la señal
según la reivindicación 20, en el que el factor de reinserción
(k_{2} - k_{n}) de cada paso excepto un primer paso de los n
pasos (10) es mayor que el factor de reinserción (k_{1} -
k_{n-1}) de un paso precedente.
22. Un dispositivo condicionador de la señal
según la reivindicación 20 o 21, en el que el factor de reinserción
(k_{1} - k_{n}) se incrementa exponencialmente a lo largo de los
n pasos (10).
23. Un dispositivo condicionador de la señal
según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, en el que el
factor de reinserción (k_{n}) de un último paso de los n pasos
(10) es igual a o mayor que 2.
24. Un dispositivo condicionador de la señal
según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, en el que el
medio (40) de procesamiento no lineal de la señal opera bajo
limitaciones de ancho de banda y de máscara espectral.
25. Un dispositivo condicionador de la señal
según la reivindicación 24, en el que el medio (40) de procesamiento
no lineal de la señal comprende a su vez:
un medio para procesar la señal fuente de
inserción (41) para obtener una señal de inserción no restringida
por banda (44); y
un filtro para restringir un ancho de banda de
la señal de inserción no restringida por banda (44) para obtener la
señal de inserción procesada (42).
26. Un dispositivo para la reducción de la
relación valor de cresta-valor medio, que comprende
un dispositivo (1) condicionador de la señal según cualquiera de
las reivindicaciones 20 a 25.
27. Un dispositivo según la reivindicación 26,
en el que el medio (30) para aportar una señal fuente de inserción
(41) es una conexión con el medio de entrada (20) y en el que el
medio de procesamiento no lineal (40) está dispuesto para que
extraiga una porción de la señal principal de entrada (21) que
supere una amplitud predeterminada (T).
28. Un sistema amplificador (4) de tipo Doherty
o Chireix, provisto de un medio de control de sobreimpulsos para
las tensiones de polarización que comprende un dispositivo (82, 84)
condicionador de la señal según cualquiera de las reivindicaciones
20 a 25.
29. Un sistema amplificador (3) que utiliza
polarización de drenaje dinámica, provisto de medios para generar
una tensión de alimentación, que comprende un dispositivo (1)
condicionador de la señal según cualquiera de las reivindicaciones
20 a 25.
30. Un sistema amplificador según la
reivindicación 29, en el que al menos un paso de los n pasos (10)
comprende además una fuente (66) de señal no lineal de referencia,
que aporta una señal (9) correspondiente a una primera función (F1)
de una envolvente de una señal de radiofrecuencia, donde el medio
(30) para aportar una señal fuente de inserción (41) está conectado
a una salida de la fuente (66) de señal no lineal de referencia.
31. Un sistema amplificador según la
reivindicación 30, que comprende además una unidad (60) de demora de
la señal conectada a la señal no lineal de referencia (9) en cada
paso para compensar las demoras de procesamiento dentro del paso
respectivo.
32. Un sistema amplificador según la
reivindicación 30 o 31, en el que el medio (30) para aportar una
señal fuente de inserción (41) en al menos un paso comprende a su
vez un sustractor (32) conectado a la señal principal de entrada
(21) y a la señal no lineal de referencia (9), estando dispuesto
dicho sustractor (32) de manera que aporte la señal fuente de
inserción (41).
33. Un sistema amplificador según la
reivindicación 32, en el que el medio de procesamiento (40) no
lineal de la señal en al menos un paso comprende un rectificador
(31) para la señal fuente de inserción (41) conectado a un filtro
(47).
34. Un sistema amplificador según cualquiera de
las reivindicaciones 29 a 33, que comprende además un medio de
demora (62) conectado entre el medio de entrada (20) y el combinador
(50) para compensar demoras de procesamiento en el medio de
procesamiento (40) no lineal de la señal.
35. Un sistema amplificador según cualquiera de
las reivindicaciones 29 a 34, en el que en un primer paso de dichos
n pasos (10) la señal principal de entrada (21) es una señal cero y
la señal fuente de inserción (41) es una señal correspondiente a
una segunda función (F2) de la envolvente.
36. Un sistema (5) de polarización de compuerta
dinámica que tiene medios condicionadores de la polarización de
compuerta que comprenden un dispositivo (90, 92) condicionador de la
señal según cualquiera de las reivindicaciones 20 a 25.
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