ES2305034T3 - Control de amplificador de potencia de un transmisor. - Google Patents
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Abstract
Un circuito para controlar la ganancia de un amplificador de potencia (1) para un transmisor, el circuito comprendiendo: medios para monitorizar la entrada al amplificador de potencia; medios para monitorizar la salida del amplificador de potencia; medios para detectar las envolventes de amplitud de las dos señales monitorizadas, al objeto de producir señales detectadas de envolvente para cada una; un comparador (9) para comparar las envolventes de las señales; y medios para variar la ganancia del amplificador de potencia, con una entrada de control de ganancia especial, el circuito estando caracterizado porque: el medio para monitorizar la salida del amplificador de potencia comprende un atenuador y un amplificador de ganancia variable (10) conectados en serie, el amplificador de ganancia variable teniendo su ganancia controlada mediante la salida de un convertidor digital a analógico en rampa (7).
Description
Control de amplificador de potencia de un
transmisor.
Esta invención se refiere al control de un
amplificador de potencia para su uso en sistemas de telecomunicación
móvil, tales como teléfonos móviles.
Es bien conocida la necesidad de controlar los
amplificadores de potencia asociados con las antenas de transmisión
en tales sistemas, y se ha propuesto previamente numerosos circuitos
diferentes para controlar tales amplificadores de potencia. Por
ejemplo, se ha propuesto numerosos tipos diferentes de circuitos de
control para controlar el transmisor de potencia utilizado en el
estándar de telefonía móvil GSM, y más abajo se describe uno de
tales circuitos, que tiene particulares ventajas cuando se utiliza
en un sistema GSM para datos en el formato GMSK, que es bien
conocido dentro de tal sistema.
Sin embargo, recientemente se ha propuesto
utilizar un formato diferente en el sistema GSM, que se conoce como
EDGE (enhanced data GSM environment, entorno GSM de datos mejorado).
Este formato, que se describe en las publicaciones "GSM/EDGE:
device characterisation for RF power amplifier" de Jean
Christophe Nanan, Motorola Toulouse, Microwave engineering Europe,
marzo de 2000, "Understanding Offset 8-PSK
modulation for GSM EDGE" de Ashkan Mashhour, Nokia
Telecommations, Camberley, Reino Unido, Microwave Journal, octubre
de 1999, y GSM 3GPP TS 05.05 v 8.8.0 (2001 - 01), tiene ciertas
ventajas sobre el formato GMSK, puesto que permite una mayor
frecuencia de transmisión de datos y puesto que hace más eficiente
el uso del espectro disponible para transmisiones GSM. Sin embargo,
las señales producidas de acuerdo con este formato tienen una serie
de características que difieren de aquellas producidas de acuerdo
con el formato GMSK. Una característica es la envolvente de amplitud
variable. Las señales GMSK tienen una envolvente de amplitud
constante que tiene como resultado un concepto de control directo,
cuando se monitoriza la salida de un amplificador de potencia de un
transmisor para tales señales, tal como se describe más abajo. Sin
embargo, las señales EDGE tienen una envolvente variable que hace
inaceptable semejante enfoque para el control de un amplificador de
potencia, y que hace muy probable introducir grandes errores y
discrepancias en la señal, que reducirán enormemente la precisión de
la transmisión. Puede encontrarse otro sistema del arte previo,
revelado en el documento WO01/03 292 A.
Por consiguiente, la presente invención persigue
proporcionar circuitos de control para su uso con un amplificador
de potencia para señales de datos, con envolventes de amplitud no
constante, que supere los problemas asociados con los actuales
circuitos de amplificador de potencia conocidos.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un circuito para controlar la ganancia de un
amplificador de potencia para un transmisor, comprendiendo el
circuito:
- medios para monitorizar la salida del amplificador de potencia;
- medios para detectar las envolventes de amplitud en las dos señales monitorizadas, al objeto de producir señales detectada de envolvente, para cada una;
- un comparador, para comparar las envolventes de las señales; y
- medios para variar la ganancia del amplificador de potencia, con una entrada de control de ganancia especial,
- el circuito estando caracterizado porque:
- el medio para monitorizar la salida del amplificador de potencia comprende un atenuador y un amplificador de ganancia variable, el amplificador de ganancia variable teniendo su ganancia controlada mediante la salida de un convertidor digital a analógico en rampa.
Preferentemente, el circuito comprende además un
amplificador de potencia.
Preferentemente, el circuito comprende además
una antena.
Preferentemente, el circuito comprende además un
circuito transmisor para producir una entrada en el amplificador de
potencia, de acuerdo con el formato EDGE.
El medio para detectar la envolvente puede
comprender diodos asociados con las señales de entrada y de salida,
del amplificador de potencia.
Preferentemente, el convertidor digital
analógico en rampa proporciona una referencia al comparador.
Con la presente invención, las señales
procedentes de la salida y la entrada del amplificador de potencia
serán detectadas por los amplificadores logarítmicos, y el primer
comprador calcula un diferencial de tensión que representa la
diferencia en decibelios entre los dos niveles de señal, de forma
que esta diferencia puede ser interpretada como la ganancia RF del
amplificador de potencia. Cuando se utiliza el formato de datos
EDGE, las señales producidas por los amplificadores logarítmicos
varían en amplitud, reflejando la naturaleza de la envolvente no
constante de las señales EDGE. Sin embargo, como el primer comprador
calcula la diferencia en decibelios entre los niveles de señal, la
envolvente no constante será retirada del cálculo de la diferencia.
Así, incluso señales con envolvente variable tales como señales
acordes con el formato EDGE, pueden ser monitorizadas para
proporcionar control de ganancia variable del amplificador de
potencia.
Ahora se describirá ejemplos de la presente
invención, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
la figura 1 es un diagrama de circuito
esquemático, de un circuito de control de amplificador del arte
previo;
la figura 2 es un diagrama de circuito
esquemático, de un primer ejemplo de la presente invención; y
la figura 3 es un diagrama de circuito
esquemático, de un ejemplo comparativo.
En referencia a la figura 1, se muestra un
control de potencia automático (APC) conocido, para un amplificador
de potencia 1. También se muestra en la figura 1 el conjunto de
circuitos asociado, para su uso con un amplificador de potencia 1
en un dispositivo de telecomunicaciones móviles tal como un teléfono
móvil.
En este circuito, una señal a ser transmitida es
generada mediante un conjunto de circuitos de transmisor 2, a
partir de señales I y Q. A continuación, la señal a ser transmitida
se pasa al amplificador de potencia 1, a través de un filtro paso
banda 3 de corte en el rango de alta frecuencia. A continuación, la
señal a ser transmitida es amplificada por un amplificador de
potencia 1, y es reenviada a una antena 4 para su transmisión. En
el arte previo, el nivel de salida del amplificador de potencia 1 es
atenuado, detectado y comparado con la salida de un convertidor
digital a analógico 5 fijo. El error resultante se utiliza para
ajustar el nivel de transmisión deseado, de acuerdo con la
referencia provista por el convertidor digital a analógico. Un
circuito APC semejante controla la rampa de potencia del
amplificador de potencia, y asegura que las variaciones de la
temperatura y la tensión de alimentación, no afectan al nivel de
salida del amplificador de potencia 1 durante la parte activa de la
señal de ráfaga.
Esta disposición funciona bien para una señal
con una envolvente constante, tal como una señal en formato GMSK,
pero para una señal en la que el envolvente de la amplitud varía
(tal como una señal EDGE) tiende a reducir la dinámica de la
envolvente afectando a la señal de salida. Esto se debe a que el
ancho de banda de control debe estar diseñado para la rampa de
potencia desde la salida del DAC en rampa 7. En la práctica, esto
significa que los niveles de salida tienden a seguir la forma de
rampa durante menos de 20 ms, de forma que el bucle tiene un ancho
de banda del orden de 100 kHz. Sin embargo, un bucle de control con
este ancho de banda proporcionará una compensación no deseada para
variaciones de envolvente de amplitud en una señal de formato EDGE,
recortando ciertos componentes de frecuencia de esta y reduciendo el
rango dinámico de la señal.
La figura 2 es un diagrama de circuito
esquemático, de un primer ejemplo de un circuito APC acorde con la
presente invención. Los componentes que se corresponden con los de
la figura 1 tienen idéntica numeración. En este circuito, la
entrada al amplificador de potencia 1 es una señal acorde con el
formato EDGE. Esta señal de entrada es monitorizada y suministrada
a través de un primer diodo detector 8 de envolvente, de forma que
puede ser proporcionada a un comparador 9. La salida del
amplificador de potencia 1 también es monitorizada, atenuada, y a
continuación suministrada a través de un amplificador de ganancia
variable 10, después la salida del amplificador de ganancia
variable 10 es suministrada a través de un segundo período detector
de envolvente 11 y suministrada a la segunda entrada del comparador
9. La ganancia del amplificador de ganancia variable 10 está
controlada por la salida de un convertidor digital analógico en
rampa 7. Por lo tanto, la señal de rampa desde el DAC en rampa 7
fija el nivel de salida del amplificador de potencia, puesto que las
señales detectadas de envolvente deben siempre permanecer iguales.
A continuación, la salida del comparador 9 es suministrada a través
de un integrador 12, y la salida se utiliza para controlar la
ganancia del amplificador de potencia 1.
En este circuito, el efecto de la variación de
envolvente de amplitud en las señales en formato EDGE, es retirado
del bucle de control. La señal de error calculada por el comparador
reflejará solo las variaciones de ganancia debidas a cambios en la
tensión de alimentación o en la temperatura. Esta señal de error es
filtrada por un integrador de paso bajo 12, que fija el ancho de
banda del bucle de control a un valor óptimo que garantiza
estabilidad sobre el rango requerido de potencia de salida, reduce
el nivel de ruido de ancho de banda en el bucle, y sigue la señal
de rampa con una precisión razonable.
La figura 3 muestra un ejemplo que puede ser
utilizado en ciertas circunstancias, dado las limitaciones en el
conjunto de circuitos de la figura 2. Por ejemplo, en muchas
circunstancias el conjunto de circuitos de la figura 2 puede
necesitar compensación adicional de ganancia tras el comparador,
para estabilizar el ancho de banda en el bucle, al valor óptimo
durante la rampa de potencia. Además, en el circuito de la figura 2
el trayecto de realimentación debe ser muy lineal sobre todo el
rango dinámico de la señal que es introducida al amplificador de
potencia 1, y en el caso de una señal en formato EDGE esto significa
desde -13,4 dBm hasta +32,4 dBm. Además, los detectores de amplitud
deben ser muy lineales sobre al menos en el rango dinámico EDGE de
16,8 dB. Además, en el circuito de la figura 2 existe la necesidad
de controlar cuidadosamente cualquier ruido de banda ancha generado
en el trayecto de retroalimentación.
El circuito de la figura 3, en el que los
componentes correspondientes a los de los dibujos previos tienen la
misma denominación, utiliza una comparación de potencia de señal
para superar las limitaciones del circuito de la figura 2. En este
caso, las señales de entrada y salida desde el amplificador de
potencia 1, son monitorizadas y atenuadas mediante atenuadores 13,
14, antes de ser suministradas a amplificadores logarítmicos 15, 16.
A continuación, las salidas de los amplificadores logarítmicos 15,
16 son suministradas al conjunto de circuitos de comparación, que
comprende un primer comparador 17 que proporciona una señal de
salida que es indicativa de la diferencia entre las salidas de los
amplificadores logarítmicos 15, 16. El conjunto de circuitos del
comparador 17 comprende además otro comparador 18, que compara la
salida del primer comparador 17 con la de un DAC en rampa 7. De
nuevo, la salida del conjunto de circuitos de comparador 17, 18 es
suministrada a través de un filtro paso bajo 12, antes de ser
utilizada para controlar la ganancia del amplificador de potencia
1.
Como se ha explicado ya, mediante comparar la
potencia de las señales de entrada y salida para el amplificador de
potencia 1, la envolvente de la señal de entrada y la señal de
salida son retiradas de la comparación. Con este conjunto de
circuitos, el bucle de retroalimentación que este proporciona,
produce eficazmente una ganancia de pequeña señal que varía como la
derivada de una función logarítmica, de forma que el bucle tiene la
ganancia máxima a niveles de baja potencia, y la ganancia mínima a
niveles de alta potencia. Estas pequeñas variaciones de ganancia de
señal son compensadas por la naturaleza no lineal de las
características de control de ganancia del amplificador de
potencia. A baja potencia, el amplificador de potencia tiene una
pequeña ganancia de pequeña señal, y a alta potencia el
amplificador de potencia tiene una alta ganancia de pequeña señal.
De forma que finalmente, el ancho de banda del bucle de
retroalimentación permanece constante y estable sobre el rango de
rampa de potencia.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet WO 03 292 A [0003].
Claims (6)
1. Un circuito para controlar la ganancia de un
amplificador de potencia (1) para un transmisor, el circuito
comprendiendo:
- medios para monitorizar la entrada al amplificador de potencia;
- medios para monitorizar la salida del amplificador de potencia;
- medios para detectar las envolventes de amplitud de las dos señales monitorizadas, al objeto de producir señales detectadas de envolvente para cada una;
- un comparador (9) para comparar las envolventes de las señales; y
- medios para variar la ganancia del amplificador de potencia, con una entrada de control de ganancia especial,
- el circuito estando caracterizado porque:
- el medio para monitorizar la salida del amplificador de potencia comprende un atenuador y un amplificador de ganancia variable (10) conectados en serie, el amplificador de ganancia variable teniendo su ganancia controlada mediante la salida de un convertidor digital a analógico en rampa (7).
2. Un circuito acorde con la reivindicación 1,
que comprende además un amplificador de potencia (1).
3. Un circuito acorde con la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, que comprende además una antena (4).
4. Un circuito acorde con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende además un circuito transmisor
para producir una entrada al amplificador de potencia, de acuerdo
con el formato EDGE.
5. Un circuito acorde con cualquier
reivindicación precedente, donde el medio para detectar la
envolvente comprende diodos (8, 11) asociados con las señales de
entrada y salida del amplificador de potencia (1).
6. Un circuito acorde con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el convertidor digital a
analógico en rampa (7) proporciona una referencia al comparador
(9).
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