ES2317969T3 - Procedimiento y dispositivo para operar un amplificador emisor. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para operar un amplificador emisor (6), alimentándose el amplificador emisor (6) con una tensión de alimentación y compensándose esencialmente la falta de linealidad del amplificador emisor (6) mediante una unidad de distorsión previa (2) para valores de datos de un flujo de datos de entrada (1), caracterizado porque al menos al comienzo del funcionamiento de emisión, o tras una considerable variación de los parámetros de servicio, funciona el amplificador emisor (6) con una tensión de alimentación que está dimensionada tal que el amplificador emisor (6) funciona en la zona lineal y la tensión de alimentación del amplificador emisor (6) se reduce esencialmente en la medida en que la calidad de la compensación de la falta de linealidad del amplificador emisor (6) aumenta mediante la unidad de distorsión previa (2).
Description
Procedimiento y dispositivo para operar un
amplificador emisor.
La invención se refiere a un procedimiento y a
un dispositivo para operar un amplificador emisor según el
preámbulo de la reivindicación 1 y 7, respectivamente.
Un tal dispositivo es conocido por el documento
US-A-6 043 707. Allí se realiza la
amplificación de forma lineal o efectiva en rendimiento en función
de la potencia de la señal.
Un espectro de emisión de un aparato terminal de
comunicaciones, por ejemplo un teléfono móvil, debe cumplir las
exigencias vigentes, reflejadas en los estándares a observar. Entre
ellas, que la potencia de salida del espectro de emisión en canales
de radio contiguos no debe sobrepasar los valores limite que se
reflejan en los estándares. Esto trae como consecuencia que, en
función de la correspondiente clase de modulación utilizada por el
aparato terminal de comunicaciones y que puede ser por ejemplo QPSK
en (W)CDMA, ha de utilizarse para el aparato terminal de
comunicaciones un amplificador emisor a cuya linealidad se le
formulan exigencias muy elevadas.
Tales amplificadores emisores son caros y
disponen de una eficiencia energética más bien baja.
Por esta razón se ha extendido, especialmente en
estaciones de base de telefonía móvil, la utilización de
amplificadores emisores más económicos y el control de los mismos
hasta muy dentro de la zona no lineal de su curva característica,
lo que origina a una elevada eficiencia en cuanto a potencia. La
acusada falta de linealidad que así se presenta se compensa
mediante una técnica de linealización modificando los datos
primarios digitales que llegan mediante una unidad digital de
distorsión previa tal que como resultado se aporta en una salida
del amplificador emisor la amplificación lineal efectivamente
deseada.
La unidad de distorsión previa compensa así la
falta de linealidad del amplificador emisor y dado el caso de otros
componentes electrónicos que influyen sobre los valores de los
datos, con ayuda de valores adecuados de distorsión previa para los
valores de datos digitales.
Partiendo de ello, la invención tiene como tarea
básica poner a disposición un procedimiento y un dispositivo que
permitan utilizar en aparatos terminales de comunicaciones
amplificadores emisores eficientes en cuanto a energía, que por sí
mismos respondan a elevadas exigencias en cuanto a su
linealización.
Esta tarea se resuelve en cuanto al
procedimiento mediante un procedimiento con las características de
la reivindicación 1.
Según el mismo, se prevé, partiendo del
procedimiento descrito al principio, que al menos al comienzo del
funcionamiento de emisión o tras una considerable variación de los
parámetros de servicio, el amplificador emisor funcione con una
tensión de alimentación dimensionada tal que el amplificador emisor
funcione en la zona lineal y la tensión de alimentación del
amplificador emisor se reduzca esencialmente en la medida en que
aumente la calidad de la compensación de la falta de linealidad del
amplificador emisor mediante la unidad de distorsión previa.
La idea que sirve de base a la invención
consiste así en hacer funcionar precisamente en la fase inicial de
un funcionamiento de emisión el amplificador emisor con una tensión
de alimentación dimensionada tan alta que el mismo funcione en su
zona lineal. Dicho de otra forma, se prevé el amplificador emisor
con un "Back Off" (linealización) suficientemente grande para
su funcionamiento lineal.
A continuación de ello, se reduce continuamente
la tensión de alimentación en función de la calidad de la
compensación de la falta de linealidad del amplificador emisor
mediante la unidad de distorsión previa, hasta que se logre un
valor de la tensión de alimentación adecuado para un funcionamiento
de emisión permanente.
Preferentemente se utilizan continuamente para
el control de la tensión de alimentación del amplificador emisor
valores de medida para la calidad de la compensación de la falta de
linealidad del amplificador emisor mediante la unidad de distorsión
previa.
Tal como ya se ha mencionado en la descripción
del estado de la técnica, compensa la unidad de distorsión previa
las faltas de linealidad del amplificador emisor. Para ello deben
buscarse precisamente en la fase inicial de un funcionamiento de
emisión primeramente factores de distorsión previa adecuados para
los valores de datos que lleguen, lo cual es posible por ejemplo
mediante una realimentación de valores de datos de salida que han
recorrido el amplificador emisor.
Se considera preferente que como valores de
medida se utilicen valores diferenciales entre valores de datos
realimentados desde el amplificador de potencia a la unidad de
distorsión previa y valores de datos del flujo de datos de entrada.
En este contexto es favorable hacer el promedio entre una cantidad
representativa de valores de datos de entrada y valores de datos
realimentados. En particular se basa la comparación entre valores
de datos de entrada y valores de datos realimentados en comprobar si
para todos los valores de datos el amplificador emisor pone a
disposición el factor de amplificación deseado y por lo tanto está
linealizado. Dicho de otra manera, se comprueba si la falta de
linealidad del amplificador emisor se ve compensada por los factores
de distorsión previa determinados por la unidad de distorsión
previa.
Partiendo de la magnitud de los valores
diferenciales, puede reducirse la tensión de alimentación siempre
en un cierto valor cuando los valores diferenciales que se promedian
preferiblemente para la supresión de ruidos se encuentran por
debajo de un valor de umbral. De esta manera se logra que la tensión
de alimentación pueda reducirse paso a paso y precisamente en la
medida en que los valores diferenciales descienden.
Se considera preferente que los valores de
medida se lleven mediante la unidad de distorsión previa desde un
regulador adaptivo para la tensión de alimentación del amplificador
emisor. Esta regulación adaptiva influye directamente sobre la
tensión de alimentación y fija así el marco dentro del que la unidad
de distorsión previa ha de realizar su tarea de linealización.
Cuanto menor se elija la tensión de alimentación, tanto más
fuertemente incide la unidad de distorsión previa para la
linealización, ya que al descender la tensión de alimentación
aumenta básicamente la falta de linealidad del amplificador emisor.
Por ello se presentará también el caso, cuando la tensión de
alimentación pasa a estar por debajo de un límite técnico, de que la
unidad de distorsión previa ya no puede cumplir con su tarea de
linealización del amplificador emisor, con lo que es necesario que
el regulador adaptivo aumente la tensión de alimentación. En este
sentido interactúan la unidad de distorsión previa y la regulación
adaptiva.
La tarea antes citada se resuelve en cuanto al
dispositivo mediante un dispositivo con las características de la
reivindicación 7. Formas de ejecución preferentes del dispositivo se
reflejan en las reivindicaciones 8 y 9. Sus características ya se
han descrito más arriba en base a la descripción del
procedimiento.
Un ejemplo de ejecución de la invención se
describirá más en detalle a continuación en base a los dibujos. Se
muestra en:
figura 1 un esquema de bloques de circuitos de
un dispositivo para operar un amplificador emisor de un aparato
terminal móvil de comunicaciones y
figuras 2, 3, 4, 5 y 6 respectivas evoluciones
en el tiempo de parámetros de servicio importantes del amplificador
emisor en una fase inicial de un funcionamiento de emisión.
Tal como se deduce del diagrama de bloques de la
figura 1, se lleva un flujo de datos que llega a una unidad
adaptiva de distorsión previa 2 para una distorsión previa digital
adaptiva (conocida también en inglés bajo el concepto
"predistortion"). Un flujo de datos 3 distorsionado previamente
llega de la unidad de distorsión previa 2 a una unidad
convertidor/modulador 4, en la que el flujo de datos distorsionado
previamente se transforma de digital en analógico y se modula una
señal portadora. Una señal de salida 5 de la unidad
convertidor/modulador 4 se lleva a un amplificador emisor 6, cuya
señal de salida se emite mediante una antena 7 de un aparato
terminal de comunicaciones.
El amplificador emisor 6 funciona en el servicio
normal con una tensión de alimentación VPA en la que el mismo
presenta una curva característica no lineal para el flujo de datos
que entra 1, con lo que es necesaria una distorsión previa mediante
la unidad de distorsión previa 2 para la linealización. Por esta
razón se llevan de retorno para las señales de salida del
amplificador emisor 6 señales analógicas representativas a través
de un ramal de realimentación 8 (ramal de medida) y se llevan a
través de un convertidor analógico/digital a la unidad de
distorsión previa 2.
El ramal de realimentación 8 tiene sentido por
la siguiente razón: Si los parámetros que influyen sobre la curva
característica del amplificador emisor 6, como temperatura y tensión
de alimentación, no son constantes, tal como puede suponerse que es
el caso en una estación de base de telefonía móvil, entonces se
modifican los factores de distorsión previa necesarios para la
linealización del amplificador emisor 6. Entonces es conveniente
que exista al menos un ramal de realimentación que permita deducir
hasta qué punto es satisfactoria la compensación de la no
linealidad principalmente del amplificador emisor 6 mediante la
unidad de distorsión previa 2. Con ayuda de la información obtenida
mediante el ramal de realimentación 8, pueden corregirse los
valores de distorsión previa para la unidad de distorsión previa 2,
siempre que sea necesario.
Este último proceder citado tiene en cuenta el
hecho de que al conectar un emisor del aparato terminal de
comunicaciones la linealización debida a la unidad de distorsión
previa 2 aún no se ha estabilizado tras la oscilación inicial y con
ello no funciona correctamente, lo cual puede presentarse también
cuando los parámetros de servicio varían considerablemente durante
el funcionamiento de emisión (salto de temperatura). En este caso
las distorsiones no lineales del amplificador emisor 6 dan lugar a
una calidad de la señal reducida, que se refleja entre otros en una
potencia de perturbación elevada en canales de radio contiguos. En
particular para estándares de telefonía móvil en los que no se
permite una perturbación elevada de canales de radio contiguos, ni
siquiera brevemente, es ventajosa la técnica de linealización
descrita.
En este ejemplo de ejecución se realiza dentro
de la unidad de distorsión previa 2 una comparación entre valores
de datos que llegan y valores de datos realimentados, con lo que
resultan los correspondientes valores diferenciales. Tan pronto
como estos valores diferenciales pasen a ser inferiores en promedio
a un valor de umbral inferior, informa la unidad de distorsión
previa 2 a un regulador adaptivo 10 para una tensión de alimentación
VPA del amplificador emisor 6 sobre esta circunstancia,
precisamente a través de una línea de señales 11. La regulación
adaptiva 10 controla un convertidor CC-CC
(DC-DC) 12, que es una tensión de alimentación
ajustable para el amplificador emisor 6, con lo que puesto que se
llega a estar por debajo del valor de umbral inferior predeterminado
para los valores diferenciales, se reduce la tensión de
alimentación VPA para el amplificador emisor 6 en un determinado
intervalo. La información al respecto se lleva también desde el
regulador adaptivo 10 a través de una línea de señales 13 a la
unidad de distorsión previa 2.
Para la tensión de alimentación VPA del
amplificador de emisión 6 se define una amplitud de escalón que
provoca un descenso o aumento escalonado de la tensión de
alimentación VPA del amplificador emisor 6.
Cuando por ejemplo a través de la línea de
señales 11 indica la unidad de distorsión previa 2 al regulador
adaptivo 10 que la magnitud de los valores diferenciales entre los
valores de datos que llegan 1 y los valores de datos realimentados
9 aumenta, con lo que se sobrepasará un valor de umbral superior
para los valores diferenciales, da lugar la regulación adaptiva 10
a que en el convertidor 12 aumente la tensión de alimentación VPA en
un intervalo de tensión predeterminado. A la vez realiza la unidad
de distorsión previa una adaptación de los factores de
distorsión
previa.
previa.
El dispositivo descrito en base a la figura 1
permite hacer funcionar el amplificador emisor 6 básicamente con
una tensión de alimentación VPA tan alta que el amplificador emisor
6 funciona en su zona lineal, con lo que en ese instante no es
necesaria la unidad de distorsión previa 2 para la linealización. En
la zona de la "fase inicial" de un funcionamiento de emisión,
descenderán entonces los valores diferenciales entre los valores de
datos realimentados 9 y los valores de datos que llegan 1 en el caso
normal en la medida en que se optimicen los factores de distorsión
previa, con lo que los valores diferenciales quedan repetidamente
por debajo del valor de umbral superior que ha de activar en cada
caso una reducción de la tensión de alimentación VPA. La tensión de
alimentación VPA desciende correspondientemente de forma escalonada,
con lo que con cada variación de la tensión de alimentación VSP
básicamente ha de tener lugar una respectiva nueva optimización de
los factores de distorsión previa, ya que la curva característica
del amplificador emisor 6 varía. Al respecto ha de estar prevista
una zona de valores diferenciales en la que no tiene lugar una
variación de la tensión de alimentación y que viene determinada por
un valor de umbral superior y uno inferior. Si se sobrepasa el
valor de umbral superior, ha de elevarse la tensión de alimentación
VSP en un valor predeterminado. Por lo tanto resulta una evolución
de la regulación adaptiva 10 correspondiente a una histéresis.
Es de resaltar que la previsión de valores de
umbral para los valores diferenciales no es forzosamente necesaria.
Puede estar previsto también un control continuo de la tensión de
alimentación VPA en función de valores diferenciales actuales
cuando la tensión de alimentación VPA puede regularse continuamente
en función de valores diferenciales actuales. Además, la amplitud
del escalón para la reducción/aumento de la tensión de alimentación
VPA no tiene que ser forzosamente constante.
Como valores de sensor importantes para la
regulación adaptiva 10, se llevan en la forma constructiva de la
figura 1 valores de temperatura 14 y valores de tensión de batería
15, que igualmente influyen sobre el funcionamiento del
amplificador emisor 6.
De la figura 2, en la que se ha representado la
potencia de emisión P de la antena 7 a lo largo del tiempo, se
deduce que la misma se comporta como constante tras iniciarse un
funcionamiento de emisión. La figura 3 muestra la evolución en el
tiempo de la tensión de alimentación VPA para el amplificador emisor
2, que primeramente recibe una tensión de alimentación VPA tan alta
que el mismo funciona en la zona lineal, a continuación de lo cual
la tensión de alimentación desciende continuamente y posteriormente
asume un valor esencialmente constante. En la figura 4 se indica la
evolución en el tiempo del rendimiento del amplificador emisor 2,
que tras la oscilación inicial converge hacia un valor elevado. De
la figura 5 se deduce la evolución de la temperatura a lo largo del
tiempo para el amplificador emisor 2, aumentando primeramente la
temperatura al iniciarse el funcionamiento de emisión y
descendiendo a continuación continuamente hasta un valor
esencialmente constante. De gran importancia es el esfuerzo de
regulación de la unidad de distorsión previa 2 representado en la
figura 6. Puede observarse que en la fase inicial del
funcionamiento de emisión el esfuerzo de regulación aumenta al
principio muy fuertemente, a continuación permanece aproximadamente
constante y a continuación desciende continuamente hasta un valor
esencialmente constante, basándose la última fase en que para la
unidad de distorsión previa se han encontrado factores de
distorsión previa adecuados para el flujo de datos que llega. Bajo
esfuerzo de regulación ha de entenderse al respecto la cantidad de
procesos de adaptación necesarios para los factores de distorsión
previa del equipo de distorsión previa 2 por unidad de
tiempo.
tiempo.
La secuencia del procedimiento antes descrito y
el funcionamiento del dispositivo son idénticos para una fase
inicial de un funcionamiento de emisión y cuando aparece súbitamente
una variación de los parámetros de servicio. Cuando por ejemplo se
presenta una variación súbita de la temperatura, se sobrepasa el
valor de umbral superior para los valores diferenciales en una
elevada medida. Siempre que los valores diferenciales muestren una
subida tal que se sobrepase una determinada subida, puede
incrementarse la tensión de alimentación VSP bruscamente hasta un
valor en el que el amplificador emisor 6 funciona linealmente,
incluso básicamente sin intervención de la unidad de distorsión
previa 2, en la que entonces dado el caso han de reponerse los
factores de distorsión previa a un valor constante. Para evitar un
salto de la potencia de salida del amplificador emisor 6, debe
elegirse el valor constante tal que el factor de amplificación que
resulta de la combinación de la unidad de distorsión previa 2, el
convertidor digital/analógico 4 y el amplificador emisor 6 permanece
invariable antes y después del aumento de la tensión de
alimenta-
ción VPA.
ción VPA.
Evidentemente puede realizarse también el
procedimiento a lo largo de todo el funcionamiento de emisión del
amplificador de emisión 6, aumentando en un cierto valor la tensión
de alimentación VSP al sobrepasarse el valor de umbral superior
para los valores diferenciales y aumentándola en un cierto valor al
sobrepasarse hacia abajo el valor de umbral inferior para los
valores diferenciales. Para una subida de los valores diferenciales
por encima del aumento predeterminado al comienzo del funcionamiento
de emisión, puede incrementarse bruscamente en un caso extremo la
tensión de alimentación VSP para un funcionamiento lineal del
amplificador emisor 6.
Claims (9)
1. Procedimiento para operar un amplificador
emisor (6), alimentándose el amplificador emisor (6) con una tensión
de alimentación y compensándose esencialmente la falta de
linealidad del amplificador emisor (6) mediante una unidad de
distorsión previa (2) para valores de datos de un flujo de datos de
entrada (1),
caracterizado porque al menos al comienzo
del funcionamiento de emisión, o tras una considerable variación de
los parámetros de servicio, funciona el amplificador emisor (6) con
una tensión de alimentación que está dimensionada tal que el
amplificador emisor (6) funciona en la zona lineal y
la tensión de alimentación del amplificador
emisor (6) se reduce esencialmente en la medida en que la calidad
de la compensación de la falta de linealidad del amplificador emisor
(6) aumenta mediante la unidad de distorsión previa (2).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque para el control de
la tensión de alimentación del amplificador emisor (6) sirven
continuamente valores de medida para la calidad de la compensación
de la falta de linealidad del amplificador emisor (6) mediante la
unidad de distorsión previa (2).
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque como valores de
medida se utilizan valores diferenciales entre valores de datos
realimentados desde el amplificador emisor (6) a la unidad de
distorsión previa (2) y valores de datos del flujo de datos de
entrada (1).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque la tensión de
alimentación (VPA) se reduce en cada caso en un cierto valor cuando
los valores diferenciales sobrepasan hacia abajo un valor de umbral
con una probabilidad predeterminada.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque los valores
diferenciales se obtienen en base a la formación de valores medios
representativos para los valores de datos del flujo de datos de
entrada (1) y de los valores de datos realimentados (9).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 2 a 5,
caracterizado porque los valores de
medida se llevan mediante la unidad de distorsión previa (2) desde
un regulador adaptivo (10) para la tensión de alimentación del
amplificador emisor (6).
7. Dispositivo para operar un amplificador
emisor (6) con una unidad de distorsión previa (2) para valores de
datos de un flujo de datos de entrada (1), para compensar la falta
de linealidad del amplificador emisor (6),
caracterizado porque está previsto un
regulador adaptivo (10) para controlar una alimentación de tensión
(12) para el amplificador emisor (6), interactuando el regulador
(10) con la unidad de distorsión previa (2), funcionando al menos
al comienzo del funcionamiento de emisión o tras una variación
considerable de los parámetros de servicio el amplificador emisor
(6) con un sistema de alimentación de tensión dimensionado tal que
el amplificador emisor (6) funciona en la zona lineal y la tensión
de alimentación del amplificador emisor (6) se reduce esencialmente
en la medida en que aumenta la calidad de la compensación de la
falta de linealidad del amplificador emisor (6) mediante la unidad
de distorsión previa (2).
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque la unidad de
distorsión previa (2) está configurada para formar valores
diferenciales entre valores de datos (9) realimentados desde el
amplificador emisor (6) hacia la unidad de distorsión previa (2) y
valores de datos del flujo de entrada (1) y para transmitir estos
valores diferenciales al regulador adaptivo (10).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque el regulador
adaptivo (10) está configurado para transformar los valores
diferenciales para el control de la tensión de alimentación (12)
del amplificador emisor (6).
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