MXPA02001841A - Prelimitado amplificador de rf adaptativo. - Google Patents

Abstract

La invencion reduce los picos transitorios en las senales transmitidas en sistemas de comunicaciones CDMA. Una pluralidad de senales de datos de espectro extendido son combinadas en una senal combinada que tiene el nivel de energia fluctuante correspondiente a la combinacion de las senales de datos. La senal combinada es modulada para producir una senal de RF para la transmision. La energia o potencia promedio de la senal combinada es medida sobre un periodo de tiempo seleccionado. El nivel de energia de la senal combinada es adaptativamente limitado a un nivel de energia calculada, con base al menos en parte en la energia medida.

Description

PRE IMITADOR AMPLIFICADOR DE RF ADAPTATIVO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere en general a los sistemas de comunicaciones de acceso múltiple de división de código, de espectro extendido (CDMA) . Más particularmente, la presente invención se refiere a un sistema y a un método para limitar adaptativamente la potencia de transmisión de enlace de ida e inversa dentro de los sistemas de comunicación CDMA.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR Los sistemas de comunicaciones inalámbricos que utilizan las técnicas de modulación de espectro extendido representan el estado de la técnica en las comunicaciones digitales y son cada vez de más popularidad. En los sistemas de acceso múltiple de división de código (CDMA) , los datos son transmitidos utilizando una anchura de banda amplia (espectro extendido) mediante la modulación de los datos con una secuencia de código de fragmentación pseudoaleatorio .

•-#.,*• La ventaja ganada es que los sistemas CDMA son más resistentes a la distorsión de las señales y a las frecuencias de interferencia en el canal de transmisión que los sistemas de comunicaciones que utilizan otras 5 técnicas de acceso múltiple tales como el acceso múltiple de división de tiempo (TDMA) o el acceso múltiple de división de frecuencia (FDMA) . Un indicador utilizado para medir el funcionamiento de un sistema de comunicaciones es la 10 proporción de señal a ruido (SNR) . En el receptor, la magnitud de la señal recibida, deseada, es comparada a la magnitud del ruido recibido. Los datos dentro de una señal transmitida, recibidos con una alta SNR son fácilmente recuperados en el receptor. Una baja SNR 15 conduce a pérdida de datos. Un sistema de comunicación CDMA de la técnica anterior es mostrado en la figura 1. El sistema de comunicación tiene una pluralidad de estaciones base 20?, 202 ... 20N conectadas conjuntamente a través de un 20 intercambio de Red Telefónica Conmutada Pública (PSTN) . local. Cada estación base 20?, 202 ... 20N se comunica utilizando el CDMA de espectro extendido con unidades de suscriptor móviles y fijas 22?, 222 ... 22N dentro de su área celular.

! Mostrado en la figura 2 está un transmisor 24 de CDMA simplificado, y el receptor 26. Una señal de datos que tiene una anchura de banda dada es mezclada con un código de extensión generado por un generador de secuencias de código de fragmentación, pseudoaleatorio, que produce una señal de espectro extendido, digital, para la transmisión. Después de la recepción, el dato es reproducido después de la correlación con la misma secuencia de código de fragmentación pseudoaleatorio utilizada para transmitir el dato. Mediante el uso de diferentes secuencias de código de fragmentación pseudoaleatorio, muchas señales de datos o subcanales pueden compartir la misma anchura de banda de canal. En particular, una estación base 20x puede comunicarse con un grupo de unidades del suscriptor 22if 222 ... 22N utilizando la misma anchura de banda. Las comunicaciones de enlace de ida son provenientes de la estación base 20x hacia la unidad del suscriptor 22?, 222 ... 22N y las comunicaciones de enlace inverso o de regreso son provenientes de la unidad del suscriptor 22?, 222 ... 22N, hacia la estación 20? Para la sincronización del tiempo como un receptor 26, se utiliza una señal piloto no modulada. Una señal piloto permite que los receptores respectivos 26 se sincronicen con un transmisor dado 24, permitiendo la desextensión de una señal de tráfico en el receptor 26. En un sistema CDMA típico, cada estación base 20?, 202 ... 20N envía una señal piloto global única recibida por todas las unidades de suscriptor 22x, 222 ... 22N dentro del intervalo de comunicación para sincronizar las transmisiones de enlace de ida. De manera contraria, en algunos sistemas CDMA por ejemplo en la interconexión por aire B-CDMA® cada unidad del suscriptor 22x, 222 ... 22 transmite una señal piloto asignada, única para sincronizar las transmisiones de enlace de regreso. La figura 3 es un ejemplo de un transmisor 24 de la técnica anterior. Las señales de datos 28x, 282 ... 28N incluyendo las señales de tráfico, piloto y de mantenimiento son extendidas utilizando los mezcladores respectivos 30?, 302 ... 30N con las secuencias de código de fragmentación único 32x, 322 ... 32N, respectivamente. Cada salida de los mezcladores es acoplada a un combinador 34 que agrega las señales mezcladas individuales como una señal combinada 44. La señal combinada 44 es modulada hasta frecuencia de radio (FR) por un mezclador 36 que mezcla la señal combinada 44 con un portador de RF mostrado en la figura 3 como COS ?t . La señal modulada es amplificada a un nivel de energía de transmisión predeterminado (TLP) por un amplificador 38, y radiada por una antena 40. La mayoría de los sistemas CDMA utilizan alguna forma de control de energía adaptativa. En un sistema CDMA, muchas señales comparten la misma anchura de banda. Cuando una unidad del suscriptor 22?, 222 ... 22N o la estación base 20?, 202 ... 20N está recibiendo una señal específica, todas las otras señales dentro de la misma anchura de banda son de igual ruido en relación a la señal específica. Incrementado el nivel de energía de una señal, se degradan todas las otras señales dentro de la misma anchura de banda. No obstante, reduciendo TLP en gran medida da como resultado SNRs indeseables en los receptores 26. Para mantener una SNR deseada al nivel mínimo de energía de transmisión, se utiliza el control de energía adaptativa . Típicamente, un transmisor 24 enviará una señal a un receptor particular 26. Después de la recepción, la SNR es determinada. La SNR determinada es comparada a una SNR deseada. Con base en la comparación, es enviada una señal en el enlace de regreso hacia el transmisor 24, ya sea incrementando o disminuyendo la energía de transmisión. Este es conocido como control de energía del canal de ida. De manera contraria, el control de energía proveniente de la unidad del suscriptor 22, hacia la estación base 20, es conocido como el control de energía de canal de regreso . 5 Los amplificadores 64?, 642 ... 64n son utilizados para el control de energía adaptativo en la figura 3. Los amplificadores 64?, 642 ... 64n están acoplados a las entradas del combinador 34 para controlar individualmente el nivel de energía de cada 10 señal . Las figuras 4a, 4b, 4c y 4d muestran una ilustración simplificada de las tres señales de espectro extendido 42x, 422, 423 y una señal combinada resultante 44. Aunque cada señal 42if 422, 423 es 15 extendida con una diferente secuencia de código de fragmentación pseudoaleatorio, cada señal 42if 422, 423 es sincrónica a la velocidad o proporción de fragmentación. Cuando los fragmentos individuales dentro de las secuencias son sumados, la señal 20 combinada puede tener transitorios extremos 46, 48 donde las energías de los fragmentos se combinan, o los transitorios bajos 47 donde éstas se sustraen. Son indeseables los picos transitorios altos. Por cada incremento de pico de 3 dB , es requerida dos 25 veces la energía de amplificación base en vatios. No J Jt?^a??k.±??ifr.

*•*$! H solamente el transitorio impone una carga al amplificador, sino que la energía que suministra el amplificador debe tener una capacidad mayor que el transitorio máximo que puede ser esperado. Esto es particularmente indeseable en los dispositivos operados por batería, manuales. Además, para diseñar los niveles de energía más alta resultantes de los altos transitorios, es requerido un conjunto de circuitos amplificador más complejo o resultan compromisos entre la ganancia del amplificador, la vida de la batería y el tiempo de comunicación. Los transitorios de valor alto fuerzan al amplificador 38 hacia la región no lineal de su intervalo dinámico, dando como resultado emisiones incrementadas fuera de banda y eficiencia reducida del amplificador. En consecuencia, existe una necesidad para un sistema transmisión de RF adaptativo que enfrente los problemas asociados con la técnica anterior .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención reduce los picos transitorios en las señales transmitidas en los sistemas de comunicación CDMA. Una pluralidad de señales de datos de espectro extendido con combinadas en una señal ^^^^f »!8^*"^ "¡^t¡uf-»**«-«*-* a^* combinada que tiene el nivel de energía fluctuante correspondiente a la combinación de las señales de datos. La señal combinada es modulada para produ?ir una señal RF para la transmisión. La potencia o energía promedio de la señal combinada es medida en un periodo de tiempo seleccionado. El nivel de energía de la señal combinada es adaptativamente limitado a un nivel de energía calculado, con base al menos en parte en la energía medida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una ilustración de un sistema CDMA de la técnica anterior. La figura 2 es una ilustración de un transmisor y un receptor CDMA de la técnica anterior. La figura 3 es un diagrama de bloques del sistema de un transmisor de la técnica anterior. La figura 4a es una ilustración de una primera secuencia de código de fragmento pseudoaleatorio. La figura 4b es una ilustración de una segunda secuencia de código de fragmento pseudoaleatorio. La figura 4c es una ilustración de una tercera secuencia de código de fragmento pseudoaleatorio. **ú i*jku *+.., ,»a-«—- La figura 4d es una ilustración de las secuencias de código de fragmento combinadas, de las figuras 4a-4c. La figura 5 es un diagrama de bloques del sistema de una modalidad de la invención, con el dispositivo de medición de energía acoplado al amplificador. La figura 6 es un diagrama de bloques del sistema de una modalidad alternativa de la invención, con el dispositivo de medición de energía acoplado al modulador. La figura 7 es una ilustración de la función de distribución de probabilidad de los niveles de energía de una señal combinada. La figura 8 es una gráfica de la pérdida en la proporción de señal a ruido recibida versus el nivel de limitación . La figura 9 es una gráfica de la pérdida en la proporción de señal a ruido recibida versus el nivel de limitación en un sistema de comunicación CDMA que utiliza control de energía adaptativo. La figura 10 es un diagrama de bloques del sistema de una modalidad alternativa de la invención, con el procesador que controla la ganancia del amplificador. as; DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Las modalidades preferidas serán descritas con referencia a las figuras de los dibujos, donde números similares representan elementos similares a todo lo largo . Las figuras 5 y 6 describen sistemas transmisores de la invención. Un grupo de señales de datos 28?, 282 ... 28N que incluyen la señales de tráfico, piloto y de mantenimiento son mezcladas con diferentes secuencias de código de fragmento 32?, 322 ... 32 , y son sumadas entre sí en un combinador 34 como una señal combinada 44. El combinador 34 es acoplado a un limitador de señal ajustable 50 (limitador o truncador de crestas) donde los niveles de energía de las señales son difícilmente limitados a +ß y -ß dB . Los niveles de energía entre +ß y -ß no son afectados. La señal limitada 45 es modulada hasta RF por un mezclador 36. La señal modulada es amplificada por un amplificador 38 a un nivel de energía predeterminada y radiada por la antena 40. La figura 7 ilustra una función de distribución de probabilidad típica del nivel de energía de señal combinada. Un fragmento combinado 46, 47, 48 como se muestra en la figura 4d tendrá un nivel de energía asociado. La probabilidad de que un fragmento combinado dado tenga un nivel de energía particular, se muestra en la figura 7. Los dos niveles de energía extremos son +K y -K. Como se muestra en la 5 figura 7, la probabilidad de que un fragmento combinado dado tenga un nivel de energía de +K o -K, es extremadamente baja. Mientras que la probabilidad de que un fragmento combinado tenga un nivel de energía en la parte intermedia de los dos extremos es alta. Ya 10 que una señal de espectro extendido es extendida a través de una anchura de banda de comunicación amplia y existe una baja probabilidad de que un fragmento combinado tenga un nivel de energía en los extremos de la distribución, la señal combinada 44 puede ser 15 limitada por debajo de estos extremos con pérdida insignificante . El sistema transmisor ajusta los niveles de limitación o truncamiento de crestas, ß, para eliminar los transitorios de señales únicamente con una pequeña 20 disminución en la proporción de señal a ruido de transmisión (SNR) . La figura 8 es una gráfica que ilustra la relación entre SNR y los niveles de limitación o truncado de crestas para un sistema que no utiliza el control de energía adaptativo. La línea 25 sólida, la línea discontinua y la línea punteada describen canales de comunicaciones con diferentes SNRs de operación. Como se muestra en la figura 8, para una ß ajustada a un nivel de limitación de dos desviaciones estándares, la pérdida en SNR es despreciable a un 5 nivel de limitación de una desviación estándar, la pérdida es sólo de aproximadamente 0.2 dB . Para un sistema que utiliza el control de energía adaptativo, la figura 9 es una gráfica de SNR versus el nivel de limitación. Los resultados son 10 sirilares a aquellos obtenidos en un sistema que no utiliza el control de energía adaptativo. Como se muestra en la figura 9, con un nivel de limitación de dos desviaciones estándares, la pérdida en la SNR es nuevamente despreciable. En consecuencia, el conjunto 15 de circuitos de limitación es aplicable a los sistemas que utilizan los controles de energía adaptativos y los sistemas que no utilizan el control de energía adaptativo . Con referencia nuevamente a la figura 5, para 20 determinar ß, la invención utiliza un dispositivo 52 de medición de energía y un procesador 54. El dispositivo 52 de medición de energía es acoplado ya sea a la salida del amplificador de RF 38 como se muestra en la figura 5, o al mezclador 36 como se muestra en la 25 figura 6. Preferentemente, el dispositivo 52 de medición de energía determina el promedio del cuadrado de la magnitud de la señal transmitida sobre un periodo de tiempo predeterminado. La salida del dispositivo 52 de medición de energía, preferido se aproxima a la varianza de la señal mixta 49 o la señal 51 que es transmitida. Alternativamente, el dispositivo 52 de medición de energía determina una aproximación de la desviación estándar al tomar el promedio del valor absoluto de la señal 49, 51 o el dispositivo 52 de medición de energía mide la magnitud de la señal 49, 51 con el procesador que determina ya sea la varianza o la desviación estándar. La salida del dispositivo 52 de medición de energía es acoplada a un procesador 54. Si el dispositivo 52 de medición de energía está acoplado a la salida del amplificador 38, el procesador 54 disminuye en escala la salida del dispositivo 52 de medición de energía por la ganancia del amplificador 38. El procesador 54 determina el nivel de limitación adecuado para ß. Dependiendo de la SNR deseada y la anchura de banda, el valor para ß será un múltiplo de la desviación estándar. Si el dispositivo 52 de medición de energía se aproxima a la varianza, el procesador 54 tomará la raíz cuadrada de la salida del dispositivo como la desviación estándar. En la y?>*? 14 modalidad preferida, ß será dos veces la desviación estándar. En ciertas situaciones, el procesador 54 contrarresta el valor determinado de ß. Por ejemplo, 5 si el transmisor 25 fue utilizado en una estación base 20x, 202 ... 20N, un gran incremento en el número de usuarios puede dar como resultado que ß sea temporalmente ajustado a demasiado bajo. Esto dará como resultado una SNR recibida, indeseable. Como es 10 suministrado al procesador 54 a través de la línea 60, el número de usuarios actualmente en comunicación con la estación base 20?, 202 ... 20N, es utilizada ya sea para cambiar ß o para deshabilitar temporalmente al limitador 50 para permitir que todas las señales pasen 15 no alteradas, cuando sea apropiado. Adicionalmente, ya que la función de distribución de probabilidad asume un tamaño de muestra grande, un pequeño número de usuarios puede dar como resultado una SNR recibida, no deseada. En 20 consecuencia, si únicamente unos pocos usuarios estuvieran en comunicación con la estación base 20?, 202 ... 20N, el limitador 50 puede ser deshabilitado.

Además, cuando existen únicamente un pequeño número de usuarios activos, el intervalo dinámico del 25 amplificador no es alcanzado. ¿n consecuencia, no Yl .3 15 existe necesidad para limitar la señal combinada. Bajo otras situaciones, puede ser necesario contrarrestar el limitador 50. Por ejemplo, en algunos sistemas CDMA los códigos cortos son utilizados durante la elevación 5 de la energía inicial. Ya que estos códigos no son lo suficientemente largos para aproximarse a una señal aleatoria, casualmente un código puede dar como resultado un número grande de picos transitorios altos dentro de la señal. La limitación o truncamiento de 10 crestas de estas transmisiones puede disminuir dramáticamente la SNR recibida y retardar innecesariamente el procedimiento de elevación de la energía inicial. En estas situaciones, una señal será enviada al procesador 54 a través de la línea 62 para 15 contrarrestar el limitador 50. En una modalidad alternativa mostrada en la figura 10, el procesador 54 es también utilizado para controlar la ganancia del amplificador 38 a través de la línea 58. Almacenada en el procesador está la 20 característica de ganancia del amplificador. La ganancia del amplificador es ajustada para mantener el amplificador para ir hacia la región de operación no lineal. En consecuencia, las emisiones fuera de banda y la interferencia a los servicios en las bandas de 25 frecuencia adjuntas, se reducen.

Aunque la invención ha sido descrita en parte haciendo referencia detallada a ciertas modalidades específicas, se pretende que tales detalles sean instructivos en vez de restrictivos. Podrá ser apreciado por aquellos expertos en la técnica que pueden ser realizadas muchas variaciones en la estructura y en el modo de operación, sin apartarse del alcance de la invención como se describe en las enseñanzas de la presente. } »

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un transmisor para el uso en una estación de sistema de comunicaciones CDMA, el transmisor comprende: medios para combinar una pluralidad de señales de datos de espectro extendido en una señal combinada que tiene un nivel de energía fluctuante correspondiente a la combinación de las señales de datos; medios para modular la señal combinada para producir una señal de RF para la transmisión; medios para medir la energía promedio de la señal combinada sobre un periodo de tiempo seleccionado; y medios para limitar adaptat ivamente la energía de la señal combinada a un nivel de potencia calculado con base al menos en parte en la potencia o energía medida.

2. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de medición mide una energía promedio de la señal de RF sobre el periodo de tiempo seleccionado.

3. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además un amplificador para amplificar la señal de RF antes de la transmisión; en donde el medio de medición mide una energía promedio de la señal RF amplificada sobre el periodo de tiempo seleccionado .

4. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de medición determina una varianza de la energía de señal combinada, en donde el medio de limitación adaptativa limita la energía de la señal combinada al nivel de energía calculado con base en parte en la aproximación 10 de la varianza.

5. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de medición determina un promedio de un cuadrado de la energía de 15 la señal combinada; en donde el medio de limitación adaptativa limita la energía de la señal combinada al nivel de energía calculado, con base en parte en el promedio del cuadrado. 20

6. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de medición determina un promedio de un valor absoluto de la energía de la señal combinada; en donde el medio de limitación adaptativa limita la energía de la señal combinada al nivel de energía calculada con base en parte en el promedio del valor absoluto.

7. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de medición determina una magnitud de la energía de la señal combinada y el medio de medición tiene medios de procesamiento para determinar una varianza de la energía de la señal combinada, con base en la magnitud determinada; en donde el medio de limitación adaptativa limita la energía de la señal combinada al nivel de energía calculada, con base en parte en la varianza determinada .

8. El transmisor de conformidad con la reivindicación 1, en donde el medio de medición tiene medios de procesamiento para determinar una desviación estándar de la energía de la señal combinada y el medio de limitación adaptativa, limita la energía de la señal combinada al nivel de energía calculado, con base en parte en la desviación estándar determinada.

9. El transmisor de conformidad con la reivindicación 8, en donde el nivel de energía '4 calculada es dos de las desviaciones estándares determinadas .

10. El transmisor de conformidad con la 5 reivindicación 8, en donde el nivel de energía calculada es la desviación estándar determinada.

11. El transmisor de conformidad con la reivindicación 8, en donde el medio de procesamiento 10 deshabilita al medio de limitación adaptativa en respuesta a un número de usuarios activos.

12. El transmisor de conformidad con la reivindicación 8, en donde el medio de procesamiento 15 deshabilita al medio de limitación adaptativa durante la transmisión de códigos cortos.

13. El transmisor de conformidad con la reivindicación 8, que comprende además un amplificador 20 para amplificar la señal de RF antes de la transmisión, y el medio de procesamiento para determinar el nivel de energía calculada; en donde una ganancia del amplificador es ajustada por el medio de procesamiento en respuesta al nivel de energía calculada y a las características de ganancia almacenadas del amplificador .

14. Un método para la transmisión en un sistema de comunicación CDMA, el método comprende: la combinación de una pluralidad de señales de datos de espectro extendido en una señal combinada que tiene un nivel de energía fluctuante correspondiente a la combinación de las señales de datos; la modulación de la señal combinada para producir una señal de RF; la medición de la energía promedio de la señal combinada en un periodo de tiempo seleccionado; limitar adaptativamente la energía de la señal combinada a un nivel de energía calculada, con base al menos en parte en la energía medida; y transmitir la señal de RF .

15. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde la medición es de una energía promedio de la señal de RF sobre un periodo de tiempo seleccionado.

16. El método de conformidad con la reivindicación 14, que comprende además la amplificación de la señal de RF antes de la transmisión; en donde la medición es de una energía promedio de la señal de RF amplificada sobre el periodo de tiempo seleccionado.

17. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde la energía calculada está basada en una varianza de la señal combinada.

18. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde la energía calculada está basada en la desviación estándar de la señal combinada.

19. El método de conformidad con la reivindicación 18, en donde la energía calculada es una de las desviaciones estándares.

20. El método de conformidad con la reivindicación 18, en donde la energía calculada es dos de las desviaciones estándares.

21. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde el paso de limitar adaptativamente no es realizado en respuesta a un número de usuarios activos.

22. El método de conformidad con la reivindicación 14, en donde el paso de limitación adaptativa no es realizado en respuesta a una transmisión de códigos cortos.

23. El método de conformidad con la reivindicación 14, que comprende además: la amplificación por un amplificador, de la señal de RF por un factor de ganancia antes de la transmisión; y el ajuste del factor de ganancia en respuesta al nivel de energía calculada y las características de ganancia almacenadas del amplificador. *r*? BJp *i¿Mlk*~l f¿.i •