FI97179C - Pulssitetun lähettimen lähtötehon säätö ja tehon verhokäyrän muotoilu - Google Patents

Description

, 97179

Pulssitetun lähettimen lähtötehon säätö ja tehon verhokäyrän muotoilu

Keksintö koskee pulssitetun lähettimen lähtötehon säätöä, erityisesti patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaista menetelmää, sekä piiriratkaisua lähtötehopulssin 5 muotoilua ohjaavan signaalin muodostamiseksi.

Matkapuhelintiheyden kasvaessa kehitetään jatkuvasti menetelmiä matkapuhelinverkon kapasiteetin nostamiseksi. Solukkoverkoissa on mm. suunniteltu järjestelmiä, joissa verkon soluissa käytetään erilaisia modulointimenetelmiä. Eräs tällainen tapaus on suunniteltu esim. TDMA-matkaviestinjärjestelmiä varten, joissa 10 suurissa makrosoluissa käytetään vakiotasoisen verhokäyrän modulointimenetelmää, kuten GMSK-menetelmää GSM-verkossa, ja mikrosoluissa (pikosoluissa) jotain QAM-tyyppistä modulointimenetelmää. Kun matkaviestin tällöin siirtyy eri solujen välillä, liikenteessä on toteutettava modulointimenetelmän vaihto, johon mahdollisesti liittyy näytteenottonopeuden muutoksia ja lähetystehon päällekyt-15 keytymisjakson pituuden muutoksia.

Lähettimen tehonsäätöpiirin käyttäminen ei ole mikään erityinen ongelma, kun käytetään vakioverhokäyrämodulaatiota, koska tällöin lähetyksen informaatiosisältö ei aiheuta lähettimen lähtötehon vaihteluita. Sitä vastoin amplitudimodulointia käytettäessä tehon säädön käyttäminen ei ilmeisestikään ole järkevää, koska lähe-.20 tettävä informaatio sinällään jo aiheuttaa lähettimen lähtötehon vaihteluita; tällöin tehonsäätö kumoaisi informaation aiheuttaman vaihtelun, eikä järjestelmä enää / toimisi ajatellulla tavalla. Tehon säätöä kuitenkin ilmeisesti tarvitaan tehon nousu-*”* ja laskuaikojen eli teholuiskien osalta tehohuippujen tasoittamiseksi, jotka muu-*·* * toin rikkoisivat spektrille asetettuja vaatimuksia. Eräänä ratkaisuna tähän ongel-25 maan olisi tehonsäätösilmukan kytkeminen pois päältä nousuajan jälkeen ja sen kytkeminen taas päälle laskuajaksi. Jos kuitenkin käytetään vakioverhokäyrämodulaatiota, tehonsäätösilmukkaa ei saa kytkeä pois päältä, koska tällöin menetet-täisiin mahdollisuus esim. lämpötilan ja syöttöjännitteen vaihtelujen johdosta ta-pahtuvien lähtötehon vaihtelujen kumoamiseen. Lisäksi vakioverhokäyrämodulaa-' 30 tiossa tehonsäätösilmukan käyttäminen vaimentaa modulaattorin lähdön mahdollisia amplitudivaihteluita ja tekee näin ollen tehovahvistimen amplitudimodulaa-tio/vaihemodulaatio (AM/PM) -muunnokselle asetettujen vaatimusten täyttämisen helpommaksi. Tällöin tehovahvistin voidaan tehdä epälineaarisemmaksi ja vastaavasti se saadaan toimimaan paremmalla hyötysuhteella.

97179 2

Kun samassa laitteessa käytetään kahta modulointimenetelmää, on edellä selitetyllä tavalla olemassa selvä ristiriita tehonsäätövaatimusten suhteen. Esillä olevan keksinnön tehtävänä on löytää ratkaisu tähän ristiriitaan.

Asetettu tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksessa 1 esitetyllä menetelmällä. Pa-5 tenttivaatimuksessa 2 on esitetty vaihtoehtoinen menetelmä.

Keksinnön mukaan pulssitettua lähetintä voidaan käyttää sekä vakioverhokäyrä-modulaatiota että amplitudimodulaatiota soveltaen.

Keksinnöllisen ajatuksen mukaan vakioverhokäyrämodulaation tapauksessa lähettimen tehoa voidaan säätää jatkuvasti säätösilmukalla. Amplitudimodulaation tapa-10 uksessa tehoa säädetään säätösilmukalla tehon nousun ja laskun aikana, mutta sää-tösilmukka on kytketty toimimattomaksi informaation lähettämisen ajaksi.

Patenttivaatimuksessa 7 on esitetty edullinen ratkaisu lähetettävän pulssin tehon verhokäyrän muotoa ohjaavan pulssin kehittämiseksi.

Keksinnön muita edullisia muunnelmia on esitetty epäitsenäisissä patenttivaati-15 muksissa.

Seuraavassa keksintöä selitetään lähemmin oheisiin piirustuksiin viitaten. Kuvissa on kaaviollisesti esitetty lähettimen tehonsäätöä ja suurtaajuusosia.

Kuva 1 esittää keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisen piirijärjestelyn lähettimen tehon säätöä varten; 20 kuva 2 esittää kaaviollisesti miten lähettimen tehonsäätösignaali kehitetään kuvan 1 mukaista piirijärjestelyä varten; ·»» • · · ’ kuvassa 3 havainnollistetaan kuvan 2 signaalien ajallista käyttäytymistä; ja kuva 4 esittää kaaviollisesti keksinnön vaihtoehtoisen suoritusmuodon mukaisen piirijärjestelyn lähettimen tehon säätöä varten.

·;;; 25 Kuvassa 1 on esitetty matkaviestimen lähetinosa keksinnön selittämisen kannalta • · · oleellisilta osiltaan. Tehovahvistimen 10 tuloon Pin tuodaan moduloitu lähetyssig-naali. Vahvistimen lähtösignaali Pout johdetaan antenniin (ei esitetty). Lähtösig-naalista otetaan tehonsäätösilmukkaan suuntakytkimen 11 tai vastaavan kautta sig-. naali ilmaisupiirille 12 (alipäästösuodatus) ja siitä komparaattorille 13. Kompa- •30 raattorin toisena tulona on ohjaussignaali TXC. Komparaattorin 13 lähtö johdetaan kytkimen 14 ja suodatuksen 15 kautta summauspisteeseen 16. Kytkintä 14 li 97179 3 ohjataan ohjaussignaalilla TXCE. Summauspisteeseen tuodaan lisäksi ohjaussignaali TXP, jolloin saadaan tehovahvistinta ohjaava signaali Vcontrol. Kuvan 1 esittämässä ensimmäisessä suoritusmuodossa lähettimen tehoa ohjataan siis kolmella erillisellä signaalilla, jotka yhdessä muodostavat tehovahvistimen ohjaussig-5 naalin Vcontrol.

Lähetystehon ohjaussignaali TXC (transmit control) voi olla esim. cos^-signaali tai jokin muu sopivaa tyyppiä oleva pulssi ja sillä ohjataan tehon verhokäyrän muotoa ja tehotason säätöä. Signaalin TXC keksinnön mukaista muodostamista selitetään alempana kuvan 2 avulla. Pelkästään signaalilla TXC ei kuitenkaan voi 10 ohjata koko lähetystehon nousua kohinatasosta lopulliselle tehotasolle saakka, koska ilmaisupiiri 12 tuottaa kunnollisen lähtösignaalin vasta määrätyn kynnysarvon jälkeen. Kynnysarvoa alemmilla tehoilla komparaattorin tuloon ei saada järkevää tulosignaalia, ja tämän johdosta tehon nostaminen olisi täysin hallitsematonta ilman muita toimenpiteitä. Lisäksi ilmaisupiirin kynnysarvo vaihtelee lämpöti-15 lan funktiona. Toisaalta myös tehovahvistimen lähtö vaihtelee syöttöjännitteen funktiona. Näiden ongelmien hallitsemiseksi käytetään lähetystehosignaalia TXP (transmit power). Signaali TXP on askeljännite, joka nostaa tehon sellaiselle tasolle, jolla ilmaisin toimii oikein ja jossa ilmaisin on epäherkempi lämpötilan vaihteluille.

20 Kolmantena ohjaussignaalina käytetään keksinnön mukaan ohjaussignaalia TXCE (transmit control enable), joka vakioverhokäyrämodulaation tapauksessa on aina positiivinen ja amplitudimodulaation tapauksessa nollassa informaation lähettämisen aikana. Positiivinen TXCE ohjaa kytkimen 14 kiinni, jolloin tehonsäätösil-'. . mukka on suljettu takaisinkytkentäsilmukka. Matkapuhelimen ohjauslogiikan on . · ·25 näin ollen saatava tieto kulloinkin käytetystä modulaatiosta, niin että se voi ohjata . signaalin TXCE oikeaan tilaan. Tämä tieto saadaan kulloisellakin tukiasemalta eli sen perusteella, millaisessa solukkoverkon solussa matkaviestin kulloinkin on.

Jos matkaviestinjärjestelmä määritellään siten, että modulointimenetelmät ja niitä vastaavat kaistaleveydet ja siten bittinopeudet ovat yksiselitteisessä suhteessa toi-30 siinsa, voidaan moduloinnin valinta korvata kaistanleveyden valinnalla eli kaistan-leveyden valintaa seuraa automaattisesti myös modulointitapa.

Kuvassa 1 ohjaussignaali Vcontrol syötetään suoraan tehovahvistimeen. On myös ‘ · · ajateltavissa, että ohjaussignaali syötetään säädettävälle vaimentimelle, joka sijoitetaan tulosignaalin Pin ja varsinaisen tehovahvistimen väliin (ei esitetty). Periaat-: .’. 35 teessä tällainen ratkaisu kuitenkin toimii samalla tavalla kuin kuvassa 1 esitetty.

97179 4

Seuraavaksi tarkastellaan kuvan 2 esimerkin avulla, miten lähetystehon ohjaussignaali TXC muodostetaan keksinnön mukaisessa järjestelyssä. Lähettimen lähetys-tehoa voidaan ohjata kahdella 8-bittisellä digitaali/analogia-muuntimella 21 ja 22 käyttäen vain yhtä analogista ohjausjohtoa (TXC) lähettimen tehonsäätöpiiriin.

5 Luonnollisesti D/A-muunnoksessa voidaan tarpeen vaatiessa käyttää suurempaa erottelutarkkuutta (9 tai 10 bittiä). Tehotasoa säädetään 8-bittisellä ohjaustavulla, jolla voidaan aikaansaada 0,2 dB resoluutio 40 dB:n lineaarisella säätöalueella.

Tehotasoa (TX power level) ohjataan varsinaisesti järjestelmän tukiasemalta saatavalla signaalilla, mutta kuvassa 2 on esitetty vain matkaviestimeen sisältyvä 10 osuus. Tehotasoa ohjataan tässä tapauksessa matkaviestimen ohjauslogiikalla eli siitä mikro-ohjainväylältä (microcontroller bus) saatavalla signaalilla, joka ensin talletetaan 8-bittiseen rekisteriin ja kellotetaan siitä toiseen 8-bittiseen rekisteriin 24. Rekisteriä 24 ohjataan lähetyspurskeen aloitussignaalilla (burst start), jolloin rekisterin sisältö siirretään muuntimelle 22. Muuntimen 22 referenssituloon REF 15 on kytketty referenssijännite. Tehotasoa ohjaavan D/A-muuntimen 22 lähtö johdetaan tehon nousua ohjaavan D/A-muuntimen 21 referenssituloon REF.

Järjestelmän vaatiman modulaation (tai kaistanleveyden) mukaan ohjataan teho-luiskaa kuvassa 2 olevilla teholuiskan näytekellon (power ramp sampling clock) ja luiskan pituuden valinta (ramp length select) -signaalien avulla. Laskurin 25, 20 muistin 26 ja pitopiirin 27 lähdöstä saadaan teholuiskaa ohjaava signaali D/A- muuntimelle 21, jonka lähtö TXC näin ollen on porrasjännite. Tämä porrasjännite alipäästösuodatetaan (ei esitetty) ennen sen johtamista kuvion 1 TXC-tuloon komparaattorille 13. Tehon noston ohjaustavuja ladataan luiskan kestoajan muistista 26 näytekellon tahdissa.

25 Signaali TXC voidaan luonnollisesti muodostaa toisellakin piirijärjestelyllä, mutta .·♦·. kahden erillisen ohjauslinjan käyttämistä pidetään edullisena. Kun tehotasoa ja te-

* » I

holuiskaa ohjataan eri linjoilla, tarvitaan vähemmän matkaviestimen ohjauslogii-kan suoritustehoa lähetystehon laskentaa varten. Lähetyspurskeen aloitussignaali, teholuiskan näytekello ja teholuiskan valintasignaali saadaan reaaliaikaiselta las-30 kurilogiikalta. Luiskamuisti 26 voi sisältää näytedataa eripituisista luiskista. Lä-hettimen tehotasoa ja teholuiskaa voidaan muuttaa purskeesta toiseen ohjauslogii-kan ohjauksen mukaisesti.

• Kuvassa 3 on havainnollistettu ohjaussignaalit ajan funktiona. Kuten jo edellä •... ’ mainittiin, signaalit ovat: i ·; 35

II

5 97179 TXC = tehoa ohjaava analoginen jännite; TXCE = tehonsäätösilmukan ohjaussignaali; TXP = teho päälle/pois.

Kuvassa 3 on esitetty vaiheessa a) amplitudimodulointipurske ja vaiheessa b) va-5 kioverhokäyrämodulointipurske. Kummassakin tapauksessa TXP-signaali ohjaa lähetyspurskeen päälle, kun signaali menee positiiviseksi, ja purske loppuu kun TXP-signaali palaa nollatasoon. Tämä on esitetty vaiheen a) osalta merkinnöillä "start TX" ja vastaavasti "stop TX".

TXC-signaalilla ohjataan teholuiskan (power ramp) muotoa sekä nousuvaiheessa 10 että laskuvaiheessa, kuten edellä selitettiin.

Keksinnön mukaan signaalia TXCE käytetään amplitudimoduloinnin tapauksessa niin, että signaali ohjataan positiiviseksi ja säätösilmukka on päällä lähetystehoa nostettaessa ja laskettaessa teholuiskien aikana, jolloin lähetystehopulssin muoto on hallittu. Varsinaisen informaation lähetyksen ajaksi vaiheessa ai signaali 15 TXCE ohjataan nollaksi.

Sen sijaan vakioverhokäyrämoduloinnin tapauksessa signaali TXCE on koko ajan positiivinen, jolloin tehonsäätösilmukka toimii koko ajan, myös informaation lähetyksen aikana vaiheessa bl (kuva 3).

Kuva 4 esittää kaavallisesti keksinnön toisen suoritusmuodon mukaisen piirijär-20 jestelyn lähettimen tehon säätöä varten. Tässä vaihtoehdossa ohjaussignaalia TXCE käytetään hieman eri tavalla, eli sillä kytketään teholuiskan ohjaussignaaliksi TXC" joko luiskaa ohjaava signaali TXC tai moduloitu signaali Mod. Kuvan 1 piirijärjestelyyn sovitettuna tämä kuvan 4 mukainen ratkaisu tarkoittaa sitä, että kytkinpiiri 14" sijoitetaan kuvan 1 komparaattorin 13 TXC-tulohaaraan. Tällöin 25 kuvan 1 kytkinpiiri 14 jätetään pois. Kuvan 4 vaihtoehdossa TXC-signaali voidaan muodostaa samalla tavalla kuin kuvassa 2 esitettiin. Moduloitu ohjaussignaali Mod voidaan saada eri teitä: se voidaan laskea suoraan digitaalisista I- ja Q-. signaaleista, se voidaan muodostaa summaamalla analogiset I- ja Q-signaalit, tai *” se voidaan saada ilmaisemalla radiotaajuisen rf-modulaattorin lähtöteho. Näitä • · « '•30 vaihtoehtoja ei ole esitetty, koska oletetaan, että niiden toteutus on alan ammattilaiselle ilmeistä.

Kun järjestelmä käyttää amplitudimodulointia ja TXCE-signaali kuvassa 4 on po-:.: · sitiivinen, kytkinpiirin 14" tuloksi valitaan luiskasignaali TXC, joka kytketään lähtösignaaliksi TXC", ja näin ollen tehovahvistimen 10 lähtö noudattaa kuvan 3 35 luiskamuotoja, koska vahvistimen takaisinkytkentäsilmukka nyt ohjaa lähtötehoa.

97179 6

Kun TXCE-signaali on nollassa, kytkinpiirin 14" tuloksi valitaan moduloitu signaali Mod, jolloin TXC"-signaali noudattaa moduloitua signaalia Mod, ja komparaattorin 13 lähtöjä siten tehovahvistimen ohjaussignaali Vcontrol vaihtelevat moduloidun signaalin amplitudivaihtelujen mukaan. Näin ollen vahvistimen 10 lähtö-5 tehoa voidaan ohjata luiskissa kuvan 3 esittämällä tavalla ja informaation siirron aikana moduloitu signaali määrää varsinaisen lähtötehon.

Kun kuvan 4 järjestelyä käytetään vakioverhokäyrämoduloinnilla, ohjaussignaali TXCE on aina positiivinen, jolloin voidaan estää amplitudivaihtelujen vaikutus tehon säätöön.

10 Tavallisesti säätösilmukan kaistanleveys on kapeampi kuin moduloinnin kaistanleveys, jolloin moduloidun signaalin Mod tulossa on järkevää käyttää samaa suodatinta kuin silmukassakin.

Keksintö ei rajoitu tässä esitettyyn esimerkkiin, vaan sen suoja-alaa rajoittavat vain oheiset patenttivaatimukset. Yksityiskohtien toteutuksen osalta voidaan aja-15 telia monia muunnelmia. Näin esimerkiksi kuvan 2 esittämä ohjaussignaalin TXC muodostaminen voitaisiin tässä esitetyn edullisen tavan sijasta tehdä toisinkin, esim. ohjelmallisesti matkaviestintä ohjaavassa mikroprosessorissa, jos sen kapasiteetti tähän tehtävään on riittävä.

• « · · • · · •« · · » · « • · li

Claims (9)

1. 7 97179
2. 1. Menetelmä pulssitetun radiolähettimen lähtötehon säätöä varten radiolaitteessa, jossa lähetettävän informaation siirtoon käytetään radioverkon tukiasemalta saatavan ohjaussignaalin perusteella joko amplitudimodulaatiota tai vakioverho- 5 käyrän omaavaa modulaatiota, jossa laitteessa pulssin lähettäminen ohjataan päälle ja pois ensimmäisellä ohjaussignaalilla (TXP) ja jossa lähetettävän pulssin lähtö-tehon verhokäyrän muotoa ohjataan takaisinkytkentäsilmukassa toisella ohjaussignaalilla (TXC), tunnettu siitä, että radiolaitteeseen järjestetään kolmas ohjaussignaali (TXCE), joka amplitudimodulaation tapauksessa katkaisee takaisinkytken-10 täsilmukan informaation lähetyksen ajaksi ja joka muulloin sulkee takaisinkytken-täsilmukan.
3. 2. Menetelmä pulssitetun radiolähettimen lähtötehon säätöä varten radiolaitteessa, jossa lähetettävän informaation siirtoon käytetään radioverkon tukiasemalta saatavan ohjaussignaalin perusteella joko amplitudimodulaatiota tai vakio- 15 verhokäyrän omaavaa modulaatiota, jossa laitteessa pulssin lähettäminen ohjataan päälle ja pois ensimmäisellä ohjaussignaalilla (TXP) ja jossa lähetettävän pulssin lähtötehon nousua ja laskua ohjataan takaisinkytkentäsilmukassa toisella ohjaussignaalilla (TXC"), tunnettu siitä, että radiolaitteeseen järjestetään kolmas ohjaussignaali (TXCE), joka amplitudimodulaation tapauksessa ohjaa takaisinkyt-20 kentäsilmukan toiseksi ohjaussignaaliksi (TXC") moduloidun signaalin (Mod) informaation lähetyksen ajaksi, ja joka muulloin ohjaa takaisinkytkentäsilmukan toiseksi ohjaussignaaliksi (TXC") lähetyspulssin tehon verhokäyrää muotoilevan pulssin (TXC).
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että verho-*25 käyrää muotoilevan toisen ohjaussignaalin (TXC) aaltomuoto muodostetaan radioverkon kulloisiakin olosuhteita vastaavan, radiolaitteen ohjauslogiikan muistista (26) luettavan mallin mukaan ja että muistiin (26) on ennalta tallennettu useampia malleja, jolloin lähetettävän pulssin pituutta, nousu- ja/tai laskuaikaa sekä pulssin muotoa voidaan muuttaa lähetystilanteesta toiseen. • I · · . 30 4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä järjestelmässä, jossa modulointitapaan liittyy yksiselitteinen kaistanleveys, tunnettu siitä, että modulointitavan valinta tapahtuu kaistanleveyden mukaan tukiasemalta saatavan ohjaussignaalin mukaisesti.
5. 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 35 että radiolaite on matkaviestin. 97179
6. 6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että modulointitapaa vaihdetaan matkaviestimen siirtyessä solukkoverkon amplitudimodulaatiota soveltavasta solusta vakioverhokäyrää soveltavaan soluun tai päinvastoin.
7. 7. Piirijärjestely jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukaisen menetelmän to teuttavan toisen ohjaussignaalin (TXC) muodostamiseksi, tunnettu siitä, että piirijärjestely sisältää ohjaussignaalimuistin (26), josta radiolaitteen ohjauslogiikan muodostaman valintasignaalin avulla ja laskuripiirin (25) kellottamana luetaan ulos mallisignaali, joka pitopiirin (27) kautta johdetaan digitaali/analogiamuunti-10 melle (21), jolloin digitaali/analogiamuuntimen lähtönä on suodattamaton toinen ohjaussignaali (TXC).
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen piirijärjestely, tunnettu siitä, että digitaali/-analogiamuuntimen referenssinä (REF) on solukkoverkon tukiasemalta saatavan tehotasosignaalin perusteella muodostettu (22, 23, 24) referenssisignaali.
9. 15 Patentkrav