FI105612B

FI105612B - Menetelmä ja kytkentä vaihevirheen korjaamiseksi tehovahvistimen linearisointisilmukassa

Info

Publication number: FI105612B
Application number: FI982298A
Authority: FI
Inventors: Niklas Lagerblom; Kristian Thomasson
Original assignee: Nokia Networks Oy
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1998-10-23
Publication date: 2000-09-15
Also published as: DE69919504D1; DE69919504T2; NO20003258L; EP1040571A1; FI982298A0; AU1048400A; CN1121092C; NZ505308A; FI982298A; CN1287712A; US6639950B1; EP1040571B1; ATE274256T1; NO20003258D0; CA2311821A1; WO2000025421A1

Description

1 105612

Menetelmä ja kytkentä vaihevirheen korjaamiseksi tehovahvis-timen linearisointisilmukassa

Keksinnön tausta

Keksintö liittyy vahvistimiin ja erityisesti menetelmään ja kytkentään 5 tehovahvistinten linearisoimiseksi.

Linearisoituja vahvistimia tarvitaan esimerkiksi nykypäivän digitaalisissa langattomissa viestintäjärjestelmissä, koska vaatimuksena on, että lähetettävän signaalin spektri ei saa levitä varsinaista hyötykaistaa leveämmälle. Spektrin leviäminen johtuu vahvistimien epälineaarisuudesta ja se aiheuttaa 10 mm. häiriöitä naapurikanaville. Vahvistinasteiden lineaarisuus riippuu siitä, miten ne on biasoitu ja ne voidaan luokitella lineaarisuuden mukaan: A-luokan vahvistin on lineaarisin mutta sillä on huono hyötysuhde, kun taas esimerkiksi C-luokan vahvistimella on hyvä hyötysuhde mutta se on myös erittäin epälineaarinen. Hyvä hyötysuhde on tehovahvistimissa tärkeä ominaisuus ja tämä ko-15 rostuu erityisesti langattomissa viestintävälineissä, joiden akkukapasiteetti on rajallinen. Tämän vuoksi käytetään hyvän hyötysuhteen omaavia mutta epälineaarisia vahvistimia, jotka joudutaan linearisoimaan.

Eräs tunnettu tapa linearisoida epälineaarinen radiotaajuinen teho-vahvistin on karteesinen takaisinkytkentä. Sen toimintaperiaate on pääpiirteis-20 sään seuraavanlainen: lähetettävä data sisältyy kantataajuisiin signaaleihin I ja :y. Q. Nämä signaalit viedään l/Q-modulaattorille, jossa signaalit yhdistetään ja moduloidaan suoraan lopputaajuudelle. Lopputaajuinen signaali vahvistetaan yhdellä tai useammalla epälineaarisella radiotaajuisella tehovahvistimella ja • · : 1 johdetaan antenniin. Radiotaajuisesta vahvistetusta signaalista otetaan näyte • · · 25 viimeisen vahvistinasteen jälkeen esimerkiksi suuntakytkimellä. Näytesignaali • 1 · *·’;1 viedään l/Q-demodulaattorille, jossa se demoduloidaan kantataajuudelle ja : siitä erotetaan I- ja Q-signaalit erilleen. Kantataajuiset I- ja Q-näytesignaalit yhdistetään lopuksi varsinaisiin I- ja Q-signaaleihin. Tämä aiheuttaa I- ja Q-f signaalien esivääristymisen, jonka ansiosta tehovahvistimissa aiheutuva epä- 30 lineaarisuus kumoutuu ainakin osittain.

y..' Yllä kuvatussa järjestelyssä sekä l/Q-modulaattori että l/Q- demodulaattori saavat paikallisoskillaattorisignaalin samasta lähteestä. Toisaalta tehovahvistimet aiheuttavat viivettä ja näytteistetyt I- ja Q-signaalit tule-vat takaisin väärässä vaiheessa. Tämä vääristymä voidaan kompensoida 35 säätämällä l/Q-modulaattorille tai l/Q-demodulaattorille menevän paikallisos-killaattorisignaalin vaihetta huomioiden tehovahvistimissa aiheutuva viive.

2 105612

Jotta vaihevirhe voitaisiin korjata täytyy sen suuruus aluksi myös mitata. EP 0 706 259 A1 esittää erään menetelmän vaihevirheen mittaamiseen ja korjaamiseen karteesisessa takaisinkytkentäsilmukassa. Menetelmän mukaisesti silmukka katkaistaan mittauksen ajaksi ja mittaus tapahtuu syöttämällä heräte-5 signaalit silmukan I- ja Q-sisäänmenoihin ja mittaamalla näistä seuraavat signaalit l/Q-demodulaattorin ulostuloista sekä edelleen laskemalla mittaustuloksista vaihevirhe. Menetelmän haittoina on se, että silmukka joudutaan katkaisemaan mittauksen ajaksi, jolloin tarvitaan kytkimet molempiin takaisinkyt-kentähaaroihin. Edelleen lähettimen tulee olla sammutettuna kytkimien kyt-10 kennän aikana, jotta lähetysspektri ei leviä. Lisäksi avoimen silmukan vahvistus on tyypillisesti paljon suurempi kuin vastaavan suljetun silmukan vahvistus, jolloin kantataajuusoperaatiovahvistimien dc-offsettien ja kohinan vaikutus saavutettavaan vaiheenmittaustarkkuuteen on melko suuri. Avoimen silmukan vahvistus vaihtelee myös paljon enemmän kuin suljetun silmukan vahvistus, 15 jolloin vaihemittauksen tekeminen tietyllä tehotasolla on hankalaa. US patenttijulkaisussa 5 175 879 suoritetaan silmukan vaiheensäätö jatkuvasti silmukan normaalissa suljetussa tilassa. Menetelmässä käytetään vaiheilmaisinta linea-risointisilmukan sisäänmenon ja l/Q-demodulaattorin ulostulon välillä. Vaiheil-maisimen ulostulosta kehitetään edelleen integraattorin avulla vaihe-20 erosignaali vaiheensiirtimelle, joka korjaa vaiheen. Menetelmän haittapuolena on esimerkiksi se, että vahvistinta päälle kytkettäessä linearisointisilmukka saattaa värähdellä ja aiheuttaa spektrin leviämistä. Vaiheensiirtimen epäjatku-v.: vuuskohdat aiheuttaisivat myös ongelmia toteutukselle.

( < I 4 t · I « «

Keksinnön lyhyt selostus

• I I

/·. \ 25 Keksinnön tavoitteena on siten kehittää menetelmä siten, että yllä

« M

mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Keksinnön tavoitteet saavutetaan me- Y;* netelmällä vaihevirheen korjaamiseksi tehovahvistimen linearisointisilmukassa, • · · *·* * joka silmukka käsittää l/Q-modulaattorin, yhden tai useampia linearisoitavia ja viivettä aiheuttavia tehovahvistimia, l/Q-demodulaattorin I- ja Q- «·· 30 takaisinkytkentäsignaalien muodostamiseksi vahvistimen ulostulosignaalista, I-Ύ/. ja Q-haarojen eroelimet I- ja Q-erosignaalien muodostamiseksi I- ja Q- takaisinkytkentäsignaaleista ja I- ja Q-sisäänmenosignaaleista, l/Q- II· modulaattorin ja l/Q-demodulaattorin saadessa oskillaattoritaajuuden samasta paikallisoskillaattorista sekä vaiheensiirtimen, menetelmän käsittäessä lineari- « « 35 sointisilmukassa syntyvän viiveen aiheuttaman vaihevirheen määrittämisen, joka käsittää herätesignaalien syöttämisen linearisointisilmukan I- ja Q- 3 105612 sisäänmenoihin, herätesignaaleista aiheutuvien signaalien mittaamisen sekä vaihevirheen laskemisen mitattujen signaalien ja herätesignaalien avulla, ja vaihevirheen korjauksen säätämällä l/Q-modulaattorille tai l/Q-demodulaattorille menevän paikallisoskillaattorisignaalin vaihetta vaiheensiir-5 timen avulla, jolloin menetelmälle on tunnusomaista se, että vaihevirhettä määritettäessä herätesignaaleista aiheutuvat signaalit mitataan I- ja Q-erosignaaleista tai l/Q-modulaattorin I- ja Q-sisäänmenosignaaleista ja että vaihevirheen määritys tapahtuu linearisointisilmukan ollessa suljettu.

Keksintö perustuu siihen, että tasajänniteherätesignaaleja käytettä-10 essä voidaan vaihevirhe laskea helposti linearisointisilmukan I- ja Q- kanta-taajuussignaaleista. Mitatun resultanttivektorin kulman poikkeama sisäänsyö-tetyn vektorin kulmasta kertoo suoraan vaihevirheen. Suorittamalla mittaus useilla I- ja Q-sisäänmenosignaalien kombinaatioilla voidaan haarojen vaihe-virheet keskiarvoistaa. Kun syötetään herätesignaalit linearisointisilmukan I- ja 15 Q-sisäänmenoihin ja käytetään mittasignaaleina I- ja Q-erosignaaleita tai l/Q-modulaattorin sisäänmenosignaaleita, voidaan vaihevirhe mitata ja kompensoida linearisointisilmukan ollessa suljettu.

Keksinnön mukaisen menetelmän etuna on se, että linearisointisilmukan vaihe voidaan säätää normaalitilassa silmukan ollessa suljettuna tar-20 kasti määrätyllä tehotasolla. Mittaus- ja säätötapahtuma ei aiheuta haitallista spektrin leviämistä naapurikanaville. Modulaattorin sisäänmenossa signaalien tasot ovat tyypillisesti suuret, jolloin häiriösignaalit eivät merkittävästi aiheuta • · ,:: virhettä mittaukseen.

: Keksinnön kohteena on myös tehovahvistimen linearisointikytkentä, 25 joka kytkentä käsittää eroelimet, jotka muodostavat linearisointisilmukan varsi- • · naisista I- ja Q-sisäänmenosignaaleista ja I- ja Q-takaisinkytkentäsignaaleista I- ja Q-erosignaalit, l/Q-modulaattorin, jossa eroelimiltä saatavat datan sisältä- • · · /:·. vät kantataajuiset I- ja Q-erosignaalit yhdistetään ja moduloidaan lopputaajuu- • · · ’ delle, yhden tai useampia linearisoitavia ja viivettä aiheuttavia tehovahvistimia, 30 joilla vahvistetaan lopputaajuinen signaali, joka vahvistuksen jälkeen viedään *···* antenniin lähetettäväksi, näytteenottojärjestelyn, jolla otetaan näytesignaali • · · vahvistetusta lopputaajuisesta signaalista ennen antennia, l/Q-: demodulaattorin, johon kyseinen näytesignaali tuodaan ja jossa näytesignaali demoduloidaan kantataajuudelle ja siitä erotetaan I- ja Q-näytesignaalit, jotka 35 muodostavat mainitut I- ja Q-takaisinkytkentäsignaalit, paikallisoskillaattorin, \*·! josta paikallisoskillaattorisignaali johdetaan l/Q-modulaattorille ja l/Q- φ 9 • * * • »* « · 4 105612 demodulaattorille sekä vaiheensiirtimen, jolla siirretään l/Q-modulaattorille tai l/Q-demodulaattorille menevän paikallisoskillaattorisignaalin vaihetta lineari-sointisilmukan vaihevirheen kompensoimiseksi, kytkennän ollessa sovitettu määrittämään vaihevirhe syöttämällä tasajänniteherätesignaalit linearisointi-5 silmukan eroelinten I- ja Q-sisäänmenoihin ja mittaamalla herätesignaaleista aiheutuvat signaalit sekä laskemaan mitattujen signaalien ja herätesignaalien avulla linearisointisilmukassa viiveestä aiheutuva vaihevirhe ja korjaamaan määritetty vaihevirhe, jolloin kytkennälle on tunnusomaista se, että kytkentä on sovitettu vaihevirhettä määritettäessä mittaamaan herätesignaaleista aiheutu-10 vat signaalit I- ja Q-erosignaaleista tai l/Q-modulaattorin I- ja Q-sisäänmenosignaaleista ja että kytkentä on sovitettu määrittämään vaihevirhe linearisointisilmukan ollessa suljettu.

Tällaisen linearisointikytkennän avulla voidaan keksinnön mukainen menetelmä toteuttaa yksinkertaisten piiriratkaisujen avulla.

15 Kuvioiden lyhyt selostus

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yhteydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joista:

Kuvio 1 esittää lohkokaavion keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta lähettimen tehovahvistimen linearisointikytkennästä; 20 Kuvio 2 esittää vaiheensäätimen toimintatiloja keksinnön erään suo ritusmuodon mukaisesti;

Kuvio 3 esittää vaihevirheen määräytymistä keksinnön erään suo- • · ritusmuodon mukaisesti; • · · : Kuvio 4 esittää vaiheensiirtimen aiheuttamaa vaiheen muutosta

• M

I, \ 25 ohjausarvon funktiona keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesti ja *: .* Kuvio 5 esittää vuokaavion vaiheensäätöprosessista keksinnön • · · erään suoritusmuodon mukaisesti.

• · · ♦ · ·

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuvion 1 mukainen lähettimen tehovahvistimen linearisointikytkentä • · · 30 käsittää pääpiirteissään l/Q-modulaattorin 10, l/Q-demodulaattorin 11, vähin- • · * , \ tään yhden linearisoitavan tehovahvistimen 13, paikallisoskillaattorin 14, sil- • ’ t mukan vaiheen laskentayksikön 15, vaiheensiirtimen ohjausyksikön 16 sekä '··/ vaiheensiirtimen 17. l/Q-modulaattori 10 ja l/Q-demodulaattori 11 toimivat quadratuurimodulaatioperiaatteella. Se mahdollistaa kahden itsenäisen sig- ;\j 35 naalin yhdistämisen lähettimessä ja lähettämisen samalla lähetyskaistalla ja • · 5 105612 signaalien erottamisen jälleen toisistaan vastaanottaessa. Quadratuurimo-dulaation periaate on se, että kaksi erillistä signaalia, I ja Q (Inphase ja Quadrature phase), moduloidaan käyttäen samaa kantoaaltotaajuutta, mutta kantoaaltojen vaiheet eroavat toisistaan siten, että signaalin Q kantoaalto on 90° 5 jäljessä signaalin I kantoaaltoa. Moduloinnin jälkeen signaalit summataan. Vaihe-eron ansiosta voidaan signaalit I ja Q erottaa toisistaan demoduloitaessa summasignaali. Jotta menetelmä toimisi, täytyy modulaattorin ja demodu-laattorin käyttämien paikallisoskillaattorisignaalien, joiden perusteella kantoaalto muodostetaan, olla keskenään saman taajuiset ja oikeassa vaiheessa.

10 Kantataajuiset datan sisältävät I- ja Q-signaalit viedään l/Q- modulaattoriin 10, jossa ne yhdistetään ja moduloidaan lopputaajuudelle (lähetystaajuus). Lopputaajuinen signaali viedään edelleen epälineaariselle tehovahvistimelle 13, jossa signaali vahvistetaan. Tehovahvistinyksikköjä 13 voi olla useita sarjaan kytkettynä. Vahvistuksen jälkeen signaali RF_OUT joh-15 detaan antenniin (ei esitetty) lähetettäväksi.

Vahvistetusta lopputaajuisesta signaalista otetaan näyte tehovah-vistimen 13 jälkeen ja viedään se l/Q-demodulaattorille 11, jossa näytesignaali demoduloidaan kantataajuudelle ja siitä erotetaan I- ja Q-näytesignaalit erilleen. Saadut kantataajuiset I- ja Q-näytesignaalit yhdistetään varsinaisiin I- ja 20 Q-signaaleihin syöttämällä ne summainelimiin 20 ja 21 invertoivien sisäänme-nojen kautta. Elimet 20 ja 21 voivat siis olla esimerkiksi erovahvistimia. Tämä esivääristää l/Q-modulaattorille 10 ja edelleen tehovahvistimelle 13 menevät signaalit siten, että tehovahvistimen 13 aiheuttama epälineaarisuus kumoutuu : ’:': mahdollisimman pieneksi.

25 Paikallisoskillaattoriyksikkö 14 tuottaa oskillaattorisignaalia, joka • · johdetaan l/Q-demodulaattorille 11 ja vaiheensiirtimen 17 kautta l/Q-modulaattorille 10. l/Q-modulaattorille 10 tulevan paikallisoskillaattorisignaalin • · · I.; vaihetta säädetään vaiheensiirtimessä 17, koska l/Q-demodulaattorille 11 tu- * leva ja l/Q-modulaattorissa 10 moduloitu näytesignaali on viivästynyt tehovah-30 vistimessa 13. Jotta näytesignaalin demodulointi tapahtuisi oikein, täytyy l/Q- • · *...’ demodulaattorille tulevien paikallisoskillaattorisignaalin ja näytesignaalin olla oikeassa vaiheessa toisiinsa nähden. Vaiheensiirtimellä 17 siis kompensoi-: daan tehovahvistimessa signaalille aiheutunut viive. Vaiheensiirrin voi vaihto- .··. ehtoisesti sijaita paikallisoskillaattorista 14 l/Q-demodulaattorille 11 meneväs- 35 sä signaalihaarassa.

» * » • · * • · ψ · I » · • · · • · 6 105612

Kuviossa 5 on esitetty keksinnön ensisijaisen suoritusmuodon mukainen vaiheensäätöprosessi yhdelle taajuudelle. Lähettimen koko taajuuskaistan vaiheparametrien virittämiseksi prosessi suoritetaan vaiheensiirtimen toteutuksesta riippuen yhden tai useamman kerran yhdellä tai useammalla eri 5 taajuudella. Eri taajuuksilla viritetyt parametrit tallennetaan laitteen muistiin.

Vuokaavion lohkojen mukainen toiminta on seuraavanlainen: 1) Tutkitaan onko lähetin stabiili 51.

Lähetin kytketään ensin toimintaan. Stabiilisuuden varmistamiseksi 10 tutkitaan värähtelyilmaisimen (ei esitetty) arvo, sekä mitataan l_UP- ja Q_UP-signaalit. Värähtelyilmaisin perustuu linearisointisilmukan kantataajuisissa I- ja Q-signaafeissa värähtelyn aikana esiintyvien suurtaajuisten häiriösignaalien ilmaisuun. Jos suurtaajuushäiriösignaalin amplitudi ylittää tietyn raja-arvon, voidaan päätellä, että lähetin on epästabiili. Tämän lisäksi mitattuja l_UP- ja 15 Q_UP- signaaleita verrataan ennalta asetettuun raja-arvoon. Jos toinen tai molemmat signaaleista ylittävät raja-arvon on linearisointisilmukan vaihevirhe n. 180° eli lähetin on epästabiili. Jos lähetin todetaan epästabiiliksi, joudutaan vaiheensiirtimelle etsimään 52 uusi parempi alkuarvo ennen vaiheen mittausta. Jos lähetin on stabiili, siirrytään suoraan kohtaan 3) 53.

20 2) Etsitään stabiili toimintatila 52.

Stabiilia toimintatilaa etsitään käyttäen alkuarvona alkuperäistä vai- « · heensiirtimen 17 ohjausarvoa, jota vastaa kuviossa 2 piste 0. Kuviossa 2 vai- heensiirtimen 17 toimintatilaa kuvaavien pisteiden 0-9 etäisyys viereiseen f·.· 25 pisteeseen vastaa vaiheensiirtimen 17 ohjausarvon muutosta M. Ensin ohja- • · usarvoa kasvatetaan ennalta asetettu määrä M, jolloin siirrytään kuviossa 2 pisteeseen 1 ja tutkitaan stabiilisuus samalla tavoin kuin kohdassa 1) 51. Jos • · » ’..I, tämä ei tuottanut stabiilia tilaa, ohjausarvoa vähennetään alkuperäisestä ar vosta määrän M verran eli siirrytään kuviossa 2 pisteeseen 2. Jos tämäkään ei 30 tuottanut stabiilia tulosta seuraavaksi kasvatetaan ohjausarvoa alkuperäisestä *···* arvosta määrän 2 x M verran eli pisteeseen 3. Seuraavaksi ohjausarvoa vä- hennetään alkuperäisestä arvosta määrä 2 x M eli pisteeseen 4. Näin jatke- : taan kunnes stabiili tila on löytynyt. Jos stabiilia tilaa ei löydy koko 360°:n alu- < I I * ,···. eelta, annetaan vikailmoitus ja estetään lähettimen käynnistäminen. Kokeilta- 35 via pisteitä voi olla jokin muukin määrä kuin tässä esimerkissä käytetty kym- « · * ·· *· menen kappaletta.

• « «Il • ·« • « 7 105612 3) Syötetään vertailuheräte ja mitataan signaalit l_UP ja Q_UP 53. Syötetään linearisointisilmukkaan vertailuheräte: l_IN = O V, QJN = 0 V ja mitataan niitä vastaavat l_UP- ja Q_UP- signaalit {!mf = l_UP, QKf = 5 QJJP ). Tämä on tarpeen, jotta laskentaan saadaan 0-kohdaksi signaaleille oikea vertailukohta. Lähetin voi olla tässä vaiheessa joko pois päältä (linearisointisilmukka on poikki) tai päällä (silmukka suljettu). Tämä kohta ei ole välttämätön. Kohta helpottaa laitteen toteutusta ja mahdollistaa paremman vaihetarkkuuden saavuttamisen. Kohta voidaan esimerkiksi tehdä vain tietyin 10 harvemmin toistuvien ajanjaksojen aikana kuin varsinainen vaiheensäätöpro-sessi.

4) Syötetään linearisointisilmukkaan varsinainen heräte ja mitataan signaalit l_UP ja QJUP 54.

15 Linearisointisilmukkaan syötetään varsinainen heräte (IJN = lin, QJN = Qin) ja mitataan l_UP- ja QJUP- signaalit (/mjW = l_UP, Qmitt = Q_UP ). Heräte sijaitsee tyypillisesti IQ-tasossa akseleilla (l_IN=Vdc, QJN=0 tai IJN=0, Q_IN=Vdc tai l_IN=-Vdc, Q_IN=0 tai l_IN=0, Q_IN=-Vdc), mutta voi sijaita myös missä tahansa muualla IQ-tasossa. Herätesignaalin arvo vastaa 20 tyypillisesti normaalin moduloidun lähetteen I- ja Q- signaalin tehollisarvoa. Myös tätä suurempaa tai pienempää signaalia voidaan käyttää. Lähettimen tehonsäädöllä aseteltava taso voi olla myös mikä tahansa, mutta suurimpaan JJ stabiilisuuteen päästään käyttämällä lähetintä mittauksen aikana samalla te- : holla kuin normaalitoiminnassa.

25 • · 5) Lasketaan vaihevirhe ja korjataan vaiheensiirtimen 17 ohjausar- .V*. voa sen mukaisesti 55.

• · · • ·

• M

• « · • Vaihevirhe lasketaan mitatuista signaaleista seuraavilla yhtälöillä: 30 ««·

Varsinaisten herätesignaalien 7(„ ja Qvaihekulma a (kuvio 3, » ·* piste A): c i « « t «

I 4 I

• · I · I- 0 a = arctan^ , kun /„ > 0 (1.1) 1 « < f 1 · A_ * · 35 • · · * • · » • · β 105612 a = 180° +arctan — , kun Iin< 0 (1.2) . ^to .

Jos 4 = 0 ja Qin > 0, niin a = 90° ja jos 4 = 0 ja QÄ < 0, niin a = 210°.

5

Kohdassa 4) 54 mitattujen signaalien Imm ja Qmiu vaihekulma β (kuvio 3, piste B): β = arctan m x ®nf , kun (lmitt - 4,) > 0 (2.1) ·* min * ref 10 /7 = 180* + arctan , kun (/„« - U < 0 (2.2) * min * ref

Jos (U - u = 0 ja (QmÄf - <U > 0, niin β = 90° ja 15 jos (U - U = 0 ja (CU - CU < 0, niin β = 270° , missä m = 1, kun ei huomioida IQ-amplitudiepäbalanssia ja ,y; 4, ja = mittauksen referenssipisteet kohdan 3) 53 mukaisesti # · 20 (kuvio 3, piste C). Jos 4, ja Qre(.-arvoja ei ole määritelty, poistetaan ne kaa-; voista (2.1) ja (2.2) tai vaihtoehtoisesti sijoitetaan niiden arvoksi nolla.

« m • · • » · *; / Vaihevirhe Θ on: • · · • · · • · • · · 25 θ = β - a (3.1)

C!: IQ-AMPLITUDIEPÄBALANSSIN HUOMIOIMINEN

·*”: Amplitudiepäbalanssin huomioiminen on mahdollisesti tarpeen jos ; ] , herätesignaaliksi valitaan joku muu kuin I- tai Q-akselin suuntainen vektori. Se « · « 30 huomioidaan seuraavalla tavalla: « · t ·

Kohta 1:

Herätesignaali l_IN = VDC1 ja Q_IN = 0 9 105612

Haetaan vaihe niin että mittaussignaalit ovat IJJP = maksimi ja Q_UP = minimi

Mitataan IJJP amplitudi, IJJP = N

5 Kohta 2:

Herätesignaali IJN = Oja QJN = VDC1

Haetaan vaihe niin että mittaussignaalit ovat IJJP = minimi ja QJJP = maksimi

Mitataan QJJP amplitudi, QJJP = P

10

Kohta 3:

Lasketaan korjauskerroin m

N

m - —

P

15 , jota käytetään mitattavan signaalin vaihekulman β laskentaan kaavojen (2.1) ja (2.2) mukaisesti.

Kun vaihevirhe on määritetty, korjataan vaiheensiirtimen 17 ohjaus-20 arvoa vaihevirheen verran seuraavalla yhtälöllä: •·:·: PHA. = PHA0 -—, « • · • · · missä PHAX on vaiheensiirtimen 17 uusi ohjausarvo,ΡΗΑΰ on muis- • · · / 25 tissa ollut vanha ohjausarvo, Θ on vaihevirhe ja K on vaiheensiirtimen 17 * t · ’·*·' keskimääräinen kulmakerroin, jolloin K-y/x kuvion 4 mukaisesti. Muuttujan y : määrittämä vaihealue riippuu vaiheensäätökäyrän muodosta ja siitä, missä kohden käyrällä sijaitsee 360° kohta siten, että määritetty keskimääräinen kulmakerroin K mahdollisimman hyvin kuvaisi käytettävän vaiheensiirtimen 17 ·”]: 30 vaiheensäätökäyrää. Kuviossa 4 esitetty tapaus onkin tarkoitettu vain esimer- . kinomaisesti havainnollistamaan keskimääräistä kulmakerrointa K. Kuviossa 4 - I « « akseli θ0 on vaiheensiirtimen 17 aiheuttama vaiheenmuutos ja akseli PHA vai-' ;' ‘ heensiirtimen 17 ohjausarvo.

• · * • · • · * • »· * » 10 105612 6) Tutkitaan lähettimen stabiilisuus 56 kuten kohdassa 1) 51 vai-heensiirtimen 17 uudella ohjausarvolla. Jos lähetin värähtelee eli ei ole stabiili, palataan vaiheensäätöprosessin alkuun kohtaan 2) 52. Mikäli stabiilia tilaa ei saavuteta seuraavalla kierroksella, annetaan vikailmoitus ja estetään lähetti-5 men käynnistäminen.

7) Tutkitaan onko vaihekäyrällä ylitetty epäjatkuvuuskohta 57, kun on siirrytty vaiheensiirtimen 17 vanhasta arvosta PHA0 uuteen PHAX. Jos on, palataan alkuun kohtaan 3) 53 ja tehdään vaiheensäätöprosessi uudestaan. 10 Jos myös seuraavalla kerralla ylitetään epäjatkuvuuskohta, annetaan vikailmoitus ja estetään lähettimen käynnistäminen.

Kohta 7) 57 mahdollistaa sen, että vaiheensiirtimen 17 vaiheen-säätöalueen ei tarvitse olla kovin tarkka. Mikäli käytetään pelkästään jatkuva-15 säätöistä vaiheensiirrintä, säätöalueen tulee yleensä käytännössä olla suurempi kuin 360°, koska vaiheensiirtimen vaiheensäätöalue ei tavallisesti ole aivan tarkka erilaisista epäideaalisuuksista johtuen. Esimerkiksi eri taajuudella saattaa sama vaiheensiirtimen ohjausarvo aiheuttaa erilaisen vaiheensiirron. Säätöalue voi olla esimerkiksi 0-400°, jolloin alue 360-400° vastaa aluetta 0-20 40°. Näin varmistetaan, että koko 360° tulee varmasti katetuksi. Epäjatkuvuuskohdalla tarkoitetaan kohtaa, kun hypätään esimerkkitapauksessa arvosta 400° takaisin alkuarvoon 0°. Myös mahdollisesti käytettävän askelvai-heensiirtimen tilan muutos aiheuttaa epäjatkuvuuskohdan. Jatkuvasäätöistä ja : askelvaiheensiirtimiä yhdessä käytettäessä jatkuvasäätöisen vaiheensiirtimen : 25 säätöalueen tulee olla suurempi kuin suurin vaihemuutos, jonka askelvaiheen- siirtimien tilamuutos aiheuttaa, jotta saavutetaan aukoton vaiheensäätöalue. Mikäli käytetään jatkuvasääteistä vaiheensiirrintä, jossa ei ole epäjatkuvuus- • · kohtaa, ei tätä kohtaa tarvita. Vaiheensiirtimen toteutustavalla ei ole keksinnön kannalta olennaista merkitystä.

8) Lopuksi saatu vaiheensiirtimen ohjausarvo PHAX tallennetaan • · ·;·' muistiin (ei esitetty) 58 ja sitä käytetään ohjaamaan vaiheensiirrintä 17 tietyllä I,· I lähettimen taajuusalueella, kunnes vaiheensäätöprosessi kyseisellä taajuus- :"': alueella tehdään uudestaan.

.·! : 35 « « • · 11 105612

Vaiheensäätöprosessia voidaan toistaa (tietyllä taajuudella) useita kertoja samoilla tai erilaisilla herätteillä, jolloin vaiheensiirtimen 17 uusi ohja-usarvo voitaisiin johtaa (esim. sopivasti keskiarvoistamalla) eri herätteillä saaduista välituloksista.

5 Vaiheensäätöprosessille ja sen käytölle on paljon toteutusvaihto ehtoja. Edellä esitettyä prosessia voidaan käyttää esimerkiksi lähettimen käyttöönoton yhteydessä (esim. tuotantokalibrointi), tietyin aikavälein toistettuna, jonkin lähettimeen vaikuttavan parametrin muuttuessa tai jonkin ulkoisen herätesignaalin toimesta.

10 Esimerkiksi käytettävissä oleva 20 MHz:n taajuuskaista voidaan ja kaa esimerkiksi 20 osa-alueeseen, joille kullekin määritetään erikseen vaiheensiirtimen 17 ohjausarvo.

Edellä kuvattujen vaiheensäätöprosessin eri kohtien (1 - 8) toiminnat voidaan tehdä normaalin lähetyksen lomassa sopivassa ajankohdassa.

15 Koko prosessi voidaan hajauttaa useaan ajankohtaan, esim. TDMA-lähetyksen eri aikaväleihin.

Tässä esitetty keksintö on tarkoitettu sovellettavaksi TETRA-järjestelmän (Terrestrial Trunked Radio) yhteydessä, mutta tämä ei mitenkään sulje pois keksinnön mukaisen menetelmän soveltamista muun tyyppisiin jär- 20 jestelmiin. Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että tekniikan kehittyessä keksinnön perusajatus voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Keksintö ja sen suoritus-. . muodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaih- della patenttivaatimusten puitteissa.

• · · · vai * · • · • · · • · • · • · • · · • · · • · • · · • 9 9 » · · • · • · • · M » • · · • « tf « • · « 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9

Claims

12 105612 / Patentti vaati m u kset

1. Menetelmä vaihevirheen korjaamiseksi tehovahvistimen lineari-sointisilmukassa, joka silmukka käsittää l/Q-modulaattorin, yhden tai useampia linearisoitavia ja viivettä aiheuttavia tehovahvistimia, l/Q-demodulaattorin I- ja 5 Q-takaisinkytkentäsignaalien muodostamiseksi vahvistimen ulostulosignaalista, I- ja Q-haarojen eroelimet I- ja Q-erosignaalien muodostamiseksi I- ja Q-takaisinkytkentäsignaaleista ja I- ja Q-sisäänmenosignaaleista, l/Q-modulaattorin ja l/Q-demodulaattorin saadessa oskillaattoritaajuuden samasta paikallisoskillaattorista sekä vaiheensiirtimen, menetelmän käsittäessä 10 linearisointisilmukassa syntyvän viiveen aiheuttaman vaihevirheen määrittämisen, joka käsittää herätesignaalien syöttämisen linearisointisilmukan I- ja Q-sisäänmenoihin, herätesignaaleista aiheutuvien signaalien mittaamisen sekä vaihevirheen laskemisen mitattujen signaalien ja herätesignaalien avulla, ja 15 vaihevirheen korjauksen säätämällä l/Q-modulaattorille tai l/Q- demodulaattorille menevän paikallisoskillaattorisignaalin vaihetta vaiheensiirtimen avulla, tunnettu siitä, että vaihevirhettä määritettäessä herätesignaaleista aiheutuvat signaalit mitataan I- ja Q-erosignaaleista tai l/Q-modulaattorin 20 I- ja Q-sisäänmenosignaaleista ja että vaihevirheen määritys tapahtuu linearisointisilmukan ollessa suljet- •X': tu.

]”'· 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että linearisointisilmukan I- ja Q-sisäänmenoihin syötetyt herätesignaalit ovat 25 positiivisia tai negatiivisia tasajännitesignaaleita ja toinen niistä voi olla arvol- • · taan nolla. • · ·

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, » · · että lasketaan syötettyjen herätesignaalien IQ-tasossa muodostaman vektorin ... vaihekulma (a). • · *···’ 30

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • · « ···’ että lasketaan mitattujen herätesignaaleista aiheutuvien signaalien IQ-tasossa ; muodostaman vektorin vaihekulma (β).

."'; 5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasketaan keskimääräinen vaihevirhe (Θ) kaavalla: θ=β-α. • · • · 13 105612

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että korjataan vaiheensiirtimen ohjausarvoa (PHA) vaihevirheen (Θ) mukaisesti.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, t u n -5 n e 11 u siitä, että ennen vaihevirheen määrittämistä haetaan linearisointisil- mukalle tarvittaessa stabiili toimintatila.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihevirhe määritetään useiden saman- tai erisuuruisten he-rätesignaalien perusteella lasketuista vaihevirheistä edullisesti keskiarvoista- 10 maila.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaihevirhe määritetään erikseen jokaiselle tehovahvistimen käyttämän taajuuskaistan osa-alueelle.

10. Tehovahvistimen linearisointikytkentä, joka kytkentä käsittää 15 eroelimet (20, 21), jotka muodostavat linearisointisilmukan varsinai sista I- ja Q-sisäänmenosignaaleista (l_IN, Q_IN) ja I- ja Q-takaisinkytkentäsignaaleista l-ja Q-erosignaalit, l/Q-modulaattorin (10), jossa eroelimiltä (20, 21) saatavat datan sisältävät kantataajuiset I- ja Q-erosignaaiit yhdistetään ja moduloidaan loppu-20 taajuudelle, yhden tai useampia linearisoitavia ja viivettä aiheuttavia tehovahvis-timia (13), joilla vahvistetaan lopputaajuinen signaali, joka vahvistuksen jäl-keen viedään antenniin lähetettäväksi, «· * v ; näytteenottojärjestelyn, jolla otetaan näytesignaali vahvistetusta 25 lopputaajuisesta signaalista ennen antennia, l/Q-demodulaattorin (11), johon kyseinen näytesignaali tuodaan ja jossa näytesignaali demoduloidaan kantataajuudelle ja siitä erotetaan I- ja Q- • · näytesignaalit, jotka muodostavat mainitut I- ja Q-takaisinkytkentäsignaalit, paikallisoskillaattorin (14), josta paikallisoskillaattorisignaali johde-30 taan l/Q-modulaattorille (10) ja l/Q-demodulaattorille (11) sekä vaiheensiirtimen (17), jolla siirretään l/Q-modulaattorille (10) tai l/Q- • « ·;·' demodulaattorille (11) menevän paikallisoskillaattorisignaalin vaihetta lineari- i t: ‘: sointisilmukan vaihevirheen kompensoimiseksi, kytkennän ollessa sovitettu määrittämään vaihevirhe syöttämällä • * $ . 35 tasajänniteherätesignaalit linearisointisilmukan eroelinten (20, 21) l-ja Ον’: sisäänmenoihin (IJN ja QJN) ja mittaamalla herätesignaaleista aiheutuvat • · · « · 14 105612 signaalit sekä laskemaan mitattujen signaalien ja herätesignaalien avulla li-nearisointisilmukassa viiveestä aiheutuva vaihevirhe ja korjaamaan määritetty vaihevirhe, tunnettu siitä, että kytkentä on sovitettu vaihevirhettä määritet-5 täessä mittaamaan herätesignaaleista aiheutuvat signaalit I- ja Q-erosignaaleista tai l/Q-modulaattorin (10) I- ja Q-sisäänmenosignaaleista ja että kytkentä on sovitettu määrittämään vaihevirhe linearisointisilmukan ollessa suljettu.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen kytkentä, tunnettu siitä, että vaiheensiirrin (17) käsittää jatkuvasäätöisen vaiheensiirtimen sekä yhden tai useampia askelvaiheensiirtimiä. • « « · • · · • « • · • · • · · • · · • · • · · • * * • · * • · • · • · • · · • · · * · • · · I i • · « • · f 15 105612 /