FI104021B

FI104021B - Adaptaatiomenetelmä ja vahvistinjärjestely

Info

Publication number: FI104021B
Application number: FI974087A
Authority: FI
Inventors: Toni Neffling
Original assignee: Nokia Networks Oy
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-10-29
Also published as: AU9631998A; EP1025637B1; NO20002210D0; JP2001523061A; WO1999025073A3; EP1025637A2; ATE262234T1; FI974087A0; DE69822492D1; CN1164024C; CN1278374A; US6229391B1; NO20002210L; FI104021B1; WO1999025073A2; FI974087A

Description

104021

Adaptaatiomenetelmä ja vahvistinjärjestely

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on adaptaatiomenetelmä, jota käytetään vah-" vistinjärjestelyssä, ja jossa myötäkytkentäisesti vahvistetaan järjestelyyn tule- 5 vaa signaalia, ja jossa käytetään kompleksisia kertoimia a ja β, joita adaptoidaan tulevan signaalin vaiheen ja amplitudin sovittamiseksi vahvistinjärjeste-lyyn.

Keksinnön tausta

Etenkin laajakaistaiset vahvistimet ja tehovahvistimet aiheuttavat 10 signaaliin säröä, koska vahvistimet toimivat ainakin jonkin verran epälineaari-sesti. Vahvistimet aiheuttavat särön lisäksi esimerkiksi kohinaa. Vahvistimien aiheuttaman särön vaikutusta on pienennetty myötäkytkentäisten (feedforward) vahvistimien avulla.

Myötäkytkentäiset vahvistimet on yleensä sovitettava vastaanotto-15 puoleltaan ja lähtöpuoleltaan signaaliteihin. Signaaleja prosessoitaessa syntyy aina jonkin verran viivettä signaaliin. Tämän vuoksi viive- ja vahvistussovituk-sen tekeminen vaatii erityistä tarkkuutta, jotta vahvistin toimisi kaikissa toimintaympäristöissä halutulla tavalla. Tunnetun tekniikan mukaiset vahvistimet ovat olleet osana vahvistinjärjestelyä, joka on käsittänyt signaalin ja virheiden can-20 celointisilmukat (cancellation loop). Vahvistinjärjestely on säätänyt silmukoissa vaikuttavan signaalin vaihetta ja amplitudia. Säätäminen on mahdollistanut signaalissa olevan särön vähentämisen. Vahvistinjärjestely on myös kyennyt ; hieman adaptoitumaan vastaanottamaansa signaaliin.

• M

Vaiheen ja amplitudin säätämisessä käytetään apuna erityisiä ker-*.1" 25 toimia, joita voidaan kuvata merkinnöillä a ja β. Kertoimia muutetaan ja sää- I f · detään adaptaatiokertoimella, jota merkitään merkinnällä K. Tulosignaalin te-hotason muuttuessa nopeasti pitää myös a:n ja β:η muuttua nopeasti vastaamaan muuttunutta tilannetta. Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa mo- • · · :·: 1 lemman kertoimen adaptaatiossa on käytetty samaa menetelmää, joka on ai- • · · : 30 heuttanut ongelmia. Ongelmia on esiintynyt etenkin silloin, kun adaptaatiossa on käytetty pilottisignaalia.

Kertoimien a ja β adaptaatiossa on käytetty apuna esimerkiksi pilottisignaalia, tehon minimointi- tai gradienttimenetelmää. Kummassakin cance-lointisilmukassa on kuitenkin käytetty samaa kertoimien adaptaatiomenetel-35 mää, jolloin kertoimissa mahdollisesti esiintyneet virheet ovat olleet toisistaan 2 104021 riippuvaisia. Tunnetuilla menetelmillä on ollut lisäongelmia, koska tyypillisesti pilottisignaalia on käytetty ennen signaalin vahvistamista, jolloin pilottisignaali on aiheuttanut häiriöitä, jolloin pilottisignaali on pitänyt suodattaa pois vahvistimen lähdöstä.

5 Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on siten kehittää adaptaatiomenetelmä ja vahvistinjärjestely siten, että yllä mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä adaptaatiomenetelmällä, jolle on tunnusomaista, että adaptoidaan kompleksinen kerroin a siten, että vaimenit) netaan vahvistettua signaalia, johdetaan osa järjestelyyn tulevasta signaalista sovitettavaksi, ja osalla vaihe- ja amplitudisovitetusta signaalista ohjataan kompleksisen kertoimen a adaptaatiota, vähennetään sovitetusta signaalista vaimennettu signaali, adaptoidaan kompleksinen kerroin β siten, että muodostetaan ennalta määrätty signaali, joka summataan vahvistettuun signaaliin, 15 muodostetaan sovitetun signaalin konjugaattisignaali, joka kerrotaan ennalta määrätyllä signaalilla, adaptoidaan kertomisen tuloksena saadulla signaalilla kerrointa β, jolla sovitetaan muodostetun summasignaalin vaihetta ja amplitudia.

Tämä saavutetaan lisäksi vahvistinjärjestelyllä, joka käsittää myötä-20 kytkentäisen vahvistinvälineen, joka vahvistaa järjestelyyn tulevaa signaalia, ja sovitusvälineet, jotka käyttävät kompleksisia kertoimia a ja β, joita adaptoi- : maila sovitetaan tulevan signaalin vaihe ja amplitudi vahvistinjärjestelyyn.

Keksinnön mukaiselle vahvistinjärjestelylle on tunnusomaista, että vahvistinjärjestely käsittää vaimenninvälineet, jotka vaimentavat vahvistinväli-··· 25 neen vahvistamaa signaalia, välineet, jotka vähentävät sovitetusta signaalista • M· vaimennetun signaalin, sovitusvälineet, jotka vastaanottavat osan järjestelyyn tulevasta signaalista sovitettavaksi kertoimella a, jota adaptoidaan osaksi so- l 4 t vitetusta signaalista saatavalla signaalilla, välineet, jotka on kytketty vahvistin-välineen lähtöpuolelle ja jotka muodostavat ennalta määrätyn signaalin, sum- • · · 30 mainvälineet, jotka summaavat ennalta määrätyn signaalin vahvistinvälineen • · · *·* ’ vahvistamaan signaalin, välineet, jotka muodostavat sovitetun signaalin konju- gaattisignaalin ja jotka kertovat konjugaattisignaalin ennalta määrätyllä signaalilla ja jotka ohjaavat kertomisen tuloksena saadulla signaalilla kertoimen β adaptaatiota.

35 Keksinnön edulliset suoritusmuodot ovat epäitsenäisten patentti vaatimusten kohteena.

3 104021

Keksintö perustuu siihen, että kummankin kertoimen, a ja β, muodostamisessa käytetään eri adaptaatiomenetelmiä.

Keksinnön mukaisella adaptaatiomenetelmällä ja vahvistinjärjeste-lyllä saavutetaan useita etuja. Vahvistinjärjestelyssä käytetään apuna kertoi-5 mien adaptaatiossa pilottisignaalia. Pilottisignaalia käytetään vahvistinjärjes-telyn tulosignaalin vahvistamisen jälkeen. Menetelmä mahdollistaa pilottisig-naali eliminoimisen, jolloin pilottisignaalin suodatusta ei tarvita vahvistinjärjes-telyn lähdössä. Lisäksi menetelmällä saadaan signaalin cancelointisilmukkaan ja virheiden cancelointisilmukkaan toisistaan riippumattomat virheet, jolloin 10 vahvistinjärjestelyn tarkkuusvaatimuksia on mahdollista pienentää. Vahvistin-järjestely soveltuu radiojärjestelmissä olevien tukiasemien tehovahvistimiin. Edellä mainittuja radiojärjestelmiä ovat muun muassa CDMA- ja multi-carrier-radiojärjestelmät.

Kuvioiden lyhyt selostus 15 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista: kuvio 1 esittää tunnetun tekniikan mukaisen vahvistinjärjestelyn, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen vahvistinjärjestelyn.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus 20 Kuviossa 1 esitetään tunnetun tekniikan mukainen vahvistinjärjes- tely, joka käsittää tehovahvistimen 10, vaimenninvälineet 40, vahvistimen 70 ja välineet 30, 60. Kuviossa välineet 30, 60 toimivat vähentäjinä. Lisäksi vahvis- • · '[I' tinjärjestely käsittää sovitusvälineet 20, 50. Sovitusvälineet 50 muodostavat kertoimen a. Sovitusvälineet 20 muodostavat kertoimen β. Tehovahvistimen t · 25 10 lähtöpuoli on yhteydessä sovitusvälineisiin 20 ja vaimenninvälineisiin 40.

’·' ' Tehovahvistimen 10 tulopuoli on yhteydessä sovitusvälineisiin 50. Vahvistimen 70 tulopuoli on yhteydessä välineisiin 60. Vahvistimen 70 lähtöpuoli ja sovitus- • · · v : välineiden 20 lähtöpuoli ovat yhteydessä välineisiin 30.

Tehovahvistin 10, vaimenninvälineet 40 ja sovitusvälineet 50 muo- • ’·, 30 dostavat signaalin cancelointisilmukan A. Sovitusvälineet 20, vahvistin 70 ja ·. < vaimenninvälineet 40 muodostavat virheen cancelointisilmukan B. Kuviossa ': esitetty vahvistinjärjestely on myötäkytkentäinen. Myötäkytkentäisessä vahvis timessa signaalia ei takaisinkytkentä tehovahvistimen tulopuolelle vahvistamisen jälkeen.

4 104021

Vahvistinjärjestelyyn tuleva signaali, joka käsittää informaatiota, tuodaan ensin tehovahvistimen 10 tulopuolelle. Tehovahvistin vahvistaa käytännössä signaalin amplitudia. Tehovahvistimen tulopuolelle tuleva signaali ohjataan myös sovitusvälineille 50. Tehovahvistin 10 aiheuttaa vahvistamisen 5 aikana signaaliin muun muassa säröä. Säröytynyt signaali johdetaan vaimen-ninvälineille 40, jotka vaimentavat signaalia. Lisäksi säröytynyt informaatiosig-naali johdetaan sovitusvälineille 20, jotka muokkaavat vastaanottamaansa signaali kertoimella β. Tämän jälkeen sovitusvälineiden 20 muokkaama signaali johdetaan välineille 30.

10 Sovitusvälineet 50 muokkaavat vastaanottamaansa signaalia ker toimella a. Muokkauksen jälkeen signaali johdetaan välineille 60, jotka vähentävät muokatusta signaalista vaimennetun signaalin. Vähentämisen perusteella saadaan särösignaali erotettua vahvistinjärjestelyyn tulevasta informaa-tiosignaalista. Särösignaali johdetaan vahvistimelle 70, joka vahvistaa särö-15 signaalia. Vahvistettu särösignaali johdetaan edelleen välineille 30, jotka vähentävät sovitusvälineiden 20 muokkaamasta signaalista särösignaalin. Signaalin vähentämisen jälkeen saadaan siis alkuperäisen informaatiosignaalin mukainen signaali, jota on vahvistettu ja joka ei sisällä säröä. Tunnetun tekniikan mukaisissa vahvistinjärjestelyissä on käytetty kertoimien adaptaation apu-20 na pilottisignaalia ennen sovitettavan signaalin tehovahvistamista. Tämän takia vahvistinjärjestely on tarvinnut järjestelyn lähtöön erillisen suodatuselimen, i ’·· joka on suodattanut pilottisignaalin pois lähtösignaalista.

:.v Kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen vahvistinjärjestelyn. Vahvistin- järjestely käsittää vahvistinvälineen 10, joka on käytännössä tehovahvistin, ··· 25 sovitinvälineet 20, 25, 50, 80, summainvälineen 15, välineet 30, 60, vaimen- • 4*4 ninvälineet 40 ja vahvistimen 70. Kuvion mukaisessa ratkaisussa välineet 30, !·:·. 60 toimivat vähentäjinä. Vahvistinjärjestely käsittää edelleen integrointivälineet 90, 100, 190, 200, adaptaatiovälineet 110, 130, 160, 170, välineet 140, 150, suodatusvälineet 210 ja välineet 180, jotka muodostavat ennalta määrätyn • · « 30 signaalin. Välineet 140, 150 ovat käytännössä quadratuuridemodulaattoreita.

• · » *·[ ’ Vahvistinjärjestely vastaanottaa tulosignaalia, joka viedään vahvis- : tinvälineelle 10 ja sovitinvälineelle 50. Vahvistinväline 10 vahvistaa vastaan- ottamaansa signaalia, joka vahvistamisen jälkeen viedään summainvälineelle 4 4« ,;. 15. Vahvistettu signaali viedään vahvistimen 10 lähdön ja summainvälineen 15 v ’ 35 tulon välistä vaimenninvälineelle 40, joka vaimentaa signaalia. Vaimennettu signaali viedään välineelle 60.

5 104021

Sovitinväline 50 sovittaa vastaanottamansa signaalin vaiheen vah-vistinjärjestelyyn sopivaksi. Vaiheen sovittamisen jälkeen signaali viedään so-vitinvälineelle 80, joka sovittaa signaalin amplitudin vahvistinjärjestelyyn sopivaksi. Sovitinvälineiden 50, 80 tekemän signaalin sovittamisen jälkeen sovi-5 tettu signaali viedään välineelle 60, joka vähentää sovitetusta signaalista vai-menninvälineiden 40 vaimentaman signaalin. Välineen 60 muodostama ero-signaali johdetaan vahvistimelle 70 vahvistettavaksi. Vahvistimessa 70 vahvistettu signaali viedään välineelle 30.

Vaiheen ja amplitudin sovittamisen jälkeen osa sovitetusta signaa-10 lista viedään välineelle 140. Lisäksi osa välineen 60 muodostamasta erosig-naalista viedään välineelle 140. Väline 140 ohjaa adaptaatiovälineitä 110, 130 vastaanottamistaan signaaleista muodostetuilla signaaleilla. Adaptaatioväli-neet 110, 130 muodostavat adaptaatiokertoimia, jotka viedään integrointiväli-neiden 90, 100 kautta sovitinvälineille 50, 80.

15 Vaikka polaariset muuttujat, amplitudi ja vaihe, onkin esitetty erillisi nä muuttujina, ne voidaan kuitenkin merkitä ja käsitellä yhtenä muuttujana käyttämällä kompleksista esitystapaa ja käsittelemällä muuttujia ikään kuin vektoreita. Tällöin voidaan määritellä muuttuja a, a = A + j<J> ja β = B + jw, missä j on imaginaariyksikkö. A ja B merkitsevät amplitudia, ja Φ ja ψ merkit-20 sevät vaihetta.

Adaptaatiovälineet 110, 130 muodostavat vahvistimen tulosignaalia i · · seuraavalle tulosignaalille kertoimen an+1 seuraavan kaavan (1) avulla: (1) an*, = an - KV, *;· 25 I ··· r." jossa an on signaalin muokkauksessa käytetävä kerroin, an+1 on edellä mainittua signaalia seuraavan signaalin muokkauk- I · sessa käytettävä kerroin, ... K on adaptaatiovälineen 110, 130 muodostama adaptaatiokerroin, 30 V tarkoittaa gradienttia.

» · * • · · :*” Välineen 180 muodostama ennalta määrätty signaali summataan summainvälineessä 15 tehovahvistimelta 10 tulevaan signaaliin. Summainvä-lineessä muodostettu summasignaali viedään sovitinvälineen 20 kautta sovi-35 tinvälineelle 25. Sovitinväline 20 sovittaa vastaanottamansa signaalin vaiheen vahvistinjärjestelyyn sopivaksi. Vaiheen sovittamisen jälkeen signaali viedään 6 104021 sovitinvälineelle 20, joka sovittaa signaalin amplitudin vahvistinjärjestelyyn sopivaksi. Vaiheen ja amplitudin sovittamisen jälkeen osa sovitetusta signaalista viedään suodatusvälineen 210 kautta välineelle 150, joka vastaanottaa myös välineen 180 muodostamaa ennalta määrättyä signaalia. Välineen 180 muo-5 dostama ennalta määrätty signaali on edullisesti pilottisignaali.

Väline 150 ohjaa adaptaatiovälineitä 160, 170 vastaanottamiensa signaalien perusteella. Adaptaatiovälineet 160, 170 muodostavat adaptaatio-kertoimia, jotka viedään integrointivälineiden 190, 200 kautta sovitinvälineille 20, 25. Adaptaatiokertoimilla ohjataan siis sovitinvälineiden 20, 25 toimintaa.

10 Adaptaatiovälineet 160, 170 muodostavat vahvistimen 10 tulosig- naalia seuraavalle tulosignaalille kertoimen βη+1 seuraavan kaavan (2) avulla: (2) p„+1 = pn - K 1 νρ,·,,,, 1 conj (Vout), 15 jossa pn on signaalin muokkauksessa käytettävä kerroin, pn+1 on edellä mainittua signaalia seuraavan signaalin muokkauksessa käytetävä kerroin, K on adaptaatiovälineen 160, 170 muodostama adaptaatiokerroin, Vpi,ot tarkoittaa pilottisignaalia, 20 conj (Vout) tarkoittaa signaalin Vout konjugaattisignaalia.

: '" Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten v mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän 25 keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

« ·♦· « · t · · »·· « · · « · · ««· • ♦ · • · ·«· ♦ · I ♦ · · • ·

Claims

1. Adaptaatiomenetelmä, jota käytetään vahvistinjärjestelyssä, ja jossa myötäkytkentäisesti vahvistetaan järjestelyyn tulevaa signaalia, ja jossa käytetään kompleksisia kertoimia a ja β, joita adaptoidaan tulevan signaalin 5 vaiheen ja amplitudin sovittamiseksi vahvistinjärjestelyyn, tunnettu siitä, että adaptoidaan kompleksinen kerroin a siten, että vaimennetaan vahvistettua signaalia, johdetaan osa järjestelyyn tulevasta signaalista sovitettavaksi, ja osalla vaihe- ja amplitudisovitetusta signaalista ohjataan kompleksi-10 sen kertoimen a adaptaatiota, vähennetään sovitetusta signaalista vaimennettu signaali, adaptoidaan kompleksinen kerroin β siten, että muodostetaan ennalta määrätty signaali, joka summataan vahvistettuun signaaliin, muodostetaan sovitetun signaalin konjugaattisignaali, joka kerrotaan ennalta määrätyllä 15 signaalilla, adaptoidaan kertomisen tuloksena saadulla signaalilla kerrointa β, jolla sovitetaan muodostetun summasignaalin vaihetta ja amplitudia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vähennetään vähentämisen tuloksena saatu signaali kertoimella β sovitetusta signaalista.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, · . että konjugaattisignaali kerrotaan ennalta määrätyllä signaalin lisäksi sopivalla adaptaatiokertoimella.

. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vahvistetaan vähentämisen tuloksena saatua signaalia ennen sen sum-25 maamista. • · • · ·

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · että osaa vähentämisen tuloksensa saadusta signaalista käytetään ohjaamaan kompleksisen kertoimen a adaptaatiota. v

: 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · · : 30 että kertominen estää ennalta määrätyn signaalin esiintymisen kertoimella β j .·. sovitetussa signaalissa.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ennalta määrätty signaali on pilottisignaali.

7 104021

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että vähennetään vaimennetusta signaalista kertoimella a sovitettu signaali. 8 104021

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että signaalia, jota on sovitettu kertoimella β, suodatetaan ennen kuin signaalista muodostetaan konjugaattisignaali.

10. Vahvistinjärjestely, joka käsittää myötäkytkentäisen vahvistinvä-5 lineen (10), joka vahvistaa järjestelyyn tulevaa signaalia, ja sovitusvälineet (20, 25, 50, 80), jotka käyttävät kompleksisia kertoimia a ja β, joita adaptoimalla sovitetaan tulevan signaalin vaihe ja amplitudi vahvistinjärjestelyyn, tunnettu siitä, että vahvistinjärjestely käsittää vaimenninvälineet (40), jotka vaimenta-10 vat vahvistinvälineen (10) vahvistamaa signaalia, välineet (60), jotka vähentävät sovitetusta signaalista vaimennetun signaalin, sovitusvälineet (50, 80), jotka vastaanottavat osan järjestelyyn tulevasta signaalista sovitettavaksi kertoimella a, jota adaptoidaan osaksi sovite-15 tusta signaalista saatavalla signaalilla, välineet (180), jotka on kytketty vahvistinvälineen (10) lähtöpuolelle ja jotka muodostavat ennalta määrätyn signaalin, summainvälineet (15), jotka summaavat ennalta määrätyn signaalin vahvistinvälineen (10) vahvistamaan signaalin, 20 välineet (150), jotka muodostavat sovitetun signaalin konjugaatti- signaalin ja jotka kertovat konjugaattisignaalin ennalta määrätyllä signaalilla ja ’ jotka ohjaavat kertomisen tuloksena saadulla signaalilla kertoimen β adaptaa- tiota.

:" ’: 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, t u n - ·«· 25 nettu siitä, että välineet (150) eliminoivat ennalta määrätyn signaalin sovi- • ·♦ · tetusta signaalista.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, tun- • · · nettu siitä, että ennalta määrätty signaali on pilottisignaali.

13. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, tun- I · · 30 nettu siitä, että vahvistinjärjestely käsittää välineet (60), jotka vähentävät • · · '·] * vaimennetusta signaalista kertoimella a sovitetun signaalin. Λ

14. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, tun nettu siitä, että vahvistinjärjestely käsittää vahvistimen (70), joka vahvistaa välineiden (60) vähentämisen tuloksena saatua signaalia.

15. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, tun nettu siitä, että vahvistinjärjestely käsittää vahvistimen (70), joka vahvistaa 9 104021 välineiden (60) vähentämisen tuloksena saatua signaalia, ja summainvälineet (30), jotka ovat yhteydessä vahvistimeen ja jotka summaavat vahvistimen (70) vahvistaman signaalin kertoimella β sovitettuun signaaliin.

16. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, tun-5 nettu siitä, että vahvistinjärjestely käsittää välineet (30), jotka vähentävät kertoimella a ja kertoimella β sovitetun signaalin toisistaan.

17. Patenttivaatimuksen 10 mukainen vahvistinjärjestely, tunnettu siitä, että vahvistinjärjestely käsittää suodatusvälineet (210), jotka vastaanottavat osan kertoimella β sovitetusta signaalista ja jotka suodattavat 10 vastaanottamaansa signaalia ennen signaalin viemistä välineille (150). • i » · m f w i · • · • · 1 · ·· · • · • · • · * · · • · · 104021