MXPA02009432A

MXPA02009432A - Polimerizacion dinamica para amplificacion de energia rf.

Info

Publication number: MXPA02009432A
Application number: MXPA02009432A
Authority: MX
Inventors: Leonid Kazakevich
Original assignee: Interdigital Tech Corp
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2003-03-10
Also published as: DK1398886T3; DE60135689D1; DE60103266T2; CA2404824C; DK1269655T3; JP4824246B2; KR20060039454A; CN1429436A; US20090264145A1; EP1398886A3; KR100659999B1; ATE266909T1; EP1398886B1; NO20024619L; DE60103266D1; EP1269655A1; JP2004500781A; US20010041547A1; EP1693955A3; US20040106385A1

Abstract

Un sistema y metodo para ajustar dinamicamente la polarizacion negativa de operacion de un transmisor- amplificador RF en respuesta a una se+- al de control de energia. La invencion proporciona amplificacion de energia RF de alta eficiencia para aplicaciones donde la fuente de energia disponible esta limitada. La invencion utiliza un residente de se+- al de control de energia en arquitecturas de sistemas de comunicacion- inalambrica con un detector y voltaje para convertidor de corriente, para llegar a una polarizacion negativa dinamica de operacion de amplificador.

Description

POLARIZACIÓN DINÁMICA PARA AMPLIFICADORES DE ENERGÍA RF ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a sistemas de comunicación digital inalámbricos. Más específicamente, la invención se refiere a un sistema y-método para polarizar dinámicamente un amplificador de energía de frecuencia de radio (RF) utilizado para transmitir comunicaciones inalámbricas.

Descripción de la Técnica Anterior Un sistema de comunicación digital típicamente transmite información o datos utilizando un portador de frecuencia continua con técnicas de modulación que varian su amplitud, frecuencia o fase. Después de la modulación, la señal se amplifica y se transmite en un medio de comunicación. Un sistema de comunicación de acceso múltiple permite a una pluralidad de unidades de suscriptor tener acceso al mismo medio de comunicación para recibir o transmitir información. El medio de comunicación es comúnmente denominado como el canal de comunicación, que transporta información de un sitio a otro. Para comunicaciones RF, el canal es el espectro de frecuencia electromagnética que se extiende desde frecuencias muy bajas de varios kHz, a través de ondas cortas de varios MHz, a muy altas frecuencias y frecuencias ultra-altas que se extienden hasta varios cientos de MHz y en la región de microondas que comienzan aproximadamente a 1 GHz. Un sistema de comunicación de acceso múltiple de la técnica anterior se muestra en la figura 1. Las técnicas de comunicación tales como acceso múltiple de división de frecuencia (FDMA), acceso múltiple de división de tiempo (TDMA) , acceso múltiple de detección de portador (CSMA) , acceso múltiple de división de código (CDMA) y otros, permiten tener acceso al mismo medio de comunicación para más de una unidad de suscriptor. Estas técnicas pueden ser mezcladas conjuntamente para crear variedades híbridas de esquemas de acceso múltiple. Por ejemplo, el modo dúplex de división de tiempo (TDD) de los protocolos inalámbricos de tercera generación propuestos, es una combinación de TDMA y CMDA. Un sistema de comunicación inalámbrica CDMA de la técnica anterior, ejemplar, se muestra en la figura 2. El dato de comunicación es transmitido por una banda extendida (espectro ensanchado) mediante la modulación del dato a ser transmitido con una señal de seudo-ruido (PN) . La señal de dato a ser transmitida puede tener una anchura de banda de únicamente unos pocos cientos de Hertz distribuidos en una banda de frecuencia que puede ser de varios millones de Hertz. El canal de comunicación es utilizado simultáneamente por una pluralidad de subcanales independientes. Para' cada subcanal, todos los otros subcanales aparecen como interferencia. Como se muestra, un subcanal simple de una anchura de banda dada, es mezclado con un código de dispersión único que repite un patrón predeterminado, generado por un generador de secuencia PN de anchura de banda amplia. Estos códigos de dispersión únicos son típicamente seudo-ortogonales uno a otro de modo tal que la correlación cruzada entre los códigos de dispersión es casi cercana a cero. Una señal de dato es modulada con la secuencia PN para producir una señal de espectro ensanchado digital. Una señal portadora es luego modulada con la señal de espectro ensanchado digital, y transmitida. Un receptor desmodula la transmisión para extraer la señal de espectro ensanchado digital. El dato transmitido es reproducido después de la correlación con la secuencia de comparación PN. Cuando los códigos de dispersión son ortogonales uno a otro, la señal recibida puede ser correlacionada con una señal de unidad de suscriptor particular, relacionada al código de dispersión particular de modo tal que únicamente la señal de la unidad de suscriptor deseada, relacionada al código de dispersión particular es aumentada, mientras que las otras señales para todas las otras unidades de' suscriptor no son aumentadas. Ya que muchos subcanales en un sistema CDMA comparten una anchura de banda, la mayoría de los sistemas de comunicación inalámbricos de la técnica anterior utilizan alguna forma de control de energía de transmisión adaptable (TPC) para prevenir a un subcanal de la interferencia de otro. Cuando una unidad de suscriptor o una estación base está recibiendo una señal especifica, todos los otros subcanales o señales de unidades de suscriptor aparecen como ruido. Por lo tanto, al incrementar el nivel de energía de una señal de unidad de suscriptor se incrementa el ruido presentado para las otras unidades de suscriptor. En los sistemas de comunicación CDMA de la técnica anterior, una estación base transmite una señal de comunicación en un enlace descendente a una unidad de suscriptor particular. Después de la recepción, una medición de señal cualitativa es tomada y comparada. Con base en la comparación, una señal TPC es enviada en un enlace ascendente a la estación base, ordenando a la estación base ya sea incrementar o disminuir su energía de transmisión a esa unidad de suscriptor particular. Esta metodología es conocida como control de energía de canal delantero. De manera contraria, el control de energía para las transmisiones enviadas desde una' unidad de suscriptor hasta la estación base, es conocido como control de energía de canal inverso. El nivel de energía de una salida de señal para la transmisión es afectado mediante el ajuste de la entrada de amplitud de señal para un amplificador RF con la señal TPC utilizando un preamplificador de potencia, un amplificador de ganancia variable, un atenuador o similar. Sin embargo, la ganancia y la polarización permanecen fijas. Por lo tanto, al tiempo que la amplitud de señal transmitida se incrementa o disminuye, el punto de operación del amplificador permanece constante. Los protocolos inalámbricos de tercera generación, propuestos, proporcionan amplitud de banda ancha, comunicación de datos de alta velocidad. Las amplitudes de banda propuestas son un canal de comunicación de 5 a 10 MHz. Sin embargo, se sabe que aproximadamente de 10 a 15 dB de rapidez, ocurre el desvanecimiento. Por ejemplo, si una unidad de suscriptor móvil está localizada en el límite de una celda definida y está transmitiendo a máxima energía, un margen de energía de salida de transmisión de 10 a 15 dB se requiere para incrementos momentáneos de tiempo. Tal condición se representa gráficamente en la figura 3 por una gráfica de energía de salida de unidad de suscriptor en dB versus tiempo en segundos. La energía de salida de transmisión promedio varía entre 12 y 17 dB. La ocurrencia de picos transitorios por arriba de la energía de transmisión promedio presenta aproximadamente uno (1) a diez (10)% a través de la muestra de distribución de tiempo de dieciséis (16) segundos mostrada en la figura 3. Esto demuestra la duración limitada para la cual se requiere gran energía de transmisión. El método más común para modular señales de datos es la modulación de amplitud de cuadratura (QAM) que varía una amplitud y fase de frecuencia portadora predefinida de acuerdo a una señal de entrada. La razón de la popularidad es que los diversos tipos de manipulación por desplazamiento de fase de cuadratura (QPSK) y QAM (65QAM, 256QAM, etc.) utilizan la amplitud de banda disponible más eficientemente mediante la inclusión de información de la amplitud como parte de la modulación diferente a la modulación de frecuencia (FM), manipulación por desplazamiento de frecuencia (FSK), manipulación por desplazamiento de fase (PSK), o manipulación por desplazamiento de fase binaria (BPSK), que contiene poca o ninguna información de la amplitud. Con el fin de amplificar la señal adecuadamente, el amplificador de energía transmisor debe operar en un' modo lineal. El intervalo dinámico de señales de entrada en el acceso del modulador puede ser muy grande. Por ejemplo, en protocolos inalámbricos de tercera generación, el pico de señal de entrada para la proporción promedio debe ser mayor de 10 dB . Los picos transitorios grandes son indeseables. Para cada 3 dB de incremento en la energía de salida de transmisión, se requieren dos veces la energía de amplificación de RF base en vatios, lo cual puede forzar al amplificador en una región de operación no lineal de su curva de frecuencia. Esto da como resultado emisiones fuera de banda incrementadas y eficiencia del amplificador reducida. Además, la fuente de energía del amplificador debe tener una capacidad mayor que el transitorio máximo que pueda ser esperado. Esto es particularmente indeseable en dispositivos operados por batería, manuales. Para diseñar niveles de energía más altos resultantes de altos transitorios, se requiere conjunto de circuitos de amplificador más complejos. Por otro lado, resultarán los compromisos entre la ganancia del amplificador, la vida de la batería y el tiempo de la comunicación . La técnica anterior describe muchas técnicas para incrementar la eficiencia de amplificadores de' energía RF tales como generadores de predistorsión, corrección de retroalimentación de envolvente y corrección de error delantero de alimentación. Sin embargo, los remedios utilizados en la técnica anterior para incrementar la eficiencia del amplificador de energía RF, exacerban los problemas de diseño existentes . En consecuencia, existe una necesidad para un amplificador RF que resuelva los problemas asociados con la técnica anterior.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un sistema y método para ajustar dinámicamente la polarización de operación de un amplificador transmisor de RF en respuesta a una señal de control de energía de transmisión (TPC). La invención proporciona amplificación de energía RF de alta eficiencia para aplicaciones donde la fuente de energía está limitada. La invención utiliza una señal TPC residente en ciertas estructuras de comunicación con un detector y convertidor de voltaje a corriente para llegar a una polarización de operación de amplificador en correspondencia directa con la demanda de energía de transmisión. Por lo tanto, un objetivo de la presente invención es ajustar dinámicamente la polarización de operación de un amplificador RF en dependencia con la demanda de amplificación de señal. Otros objetivos y ventajas del sistema y método se volverán aparentes para aquellos expertos en la técnica después de leer la descripción detallada de la modalidad preferida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La figura 1 es un diagrama del sistema simplificado de un sistema de comunicación de acceso múltiple de la técnica anterior. La figura 2 es un diagrama del sistema simplificado de un sistema de comunicación inalámbrico de la técnica anterior. La figura 3 es una gráfica que muestra las demandas de energía pico a corto plazo. La figura 4 es un diagrama del sistema de la presente invención. La figura 5 es una gráfica de la energía de entrada versus la energía de salida de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las modalidades serán descritas con referencia a las figuras de los dibujos, donde números similares representan elementos similares en todos éstos. Mostrado en la figura 4 está el sistema de amplificación de polarización dinámica 10 de la presente invención, incorporado dentro de una unidad de suscriptor. Sin embargo, aquellos expertos en la técnica comprenderán que ésta puede ser incorporada como parte de una estación base. El sistema 10 comprende una entrada de señal de comunicación 20, un amplificador 12, un detector 14, una entrada de señal de control de energía 22, un convertidor de voltaje a corriente 16, un espejo de corriente 18 y una salida 24. Por conveniencia, al describir la presente invención, se hace referencia a un sistema de comunicación inalámbrico que utiliza una señal TPC. Sin embargo, aquellos expertos en la técnica comprenderán que la presente invención puede ser utilizada con cualquier tipo de sistema de comunicación que utilice una señal de control de energía. La entrada de señal de comunicación 20 proporciona una señal de comunicación inalámbrica de entrada 32, lista para la transmisión. Esta señal de comunicación inalámbrica de entrada 32 puede comprender señal de voz, dato o cualquier otro tipo de señal inalámbrica que pueda ser transmitida por un sistema de comunicación inalámbrico. El amplificador RF 12 recibe la señal de entrada 32 e incrementa linealmente la energía de la señal de entrada 32, para proporcionar una señal de salida 38 a un nivel de energía mayor. El amplificador RF 12 puede comprender una o una pluralidad de etapas de ganancia, uno o una pluralidad de medios de ajuste de polarización para cada etapa, escalamiento de entrada, etc. La topología de circuito del amplificador RF 12 está más allá del alcance de esta descripción . El detector 14 elimina el componente de modulación de la señal de comunicación de dispersión y proporciona una señal de salida de voltaje de 28 que varía ligeramente con el tiempo. La salida 14 del detector está acoplada a la primera entrada de un convertidor 16 de voltaje a corriente. La entrada de control 22 proporciona una señal TPC 26. Los detalles respecto a la generación de la señal TPC 26 y/o el proceso TPC están más allá del alcance de esta descripción. Generalmente, sin embargo, la señal TPC 26 es derivada de la estación' base (o unidad de suscriptor) , realizando una medición cuantitativa sobre la energía de transmisión de la unidad de suscriptor (o estación base), respectivamente (por ejemplo una entidad de comunicación correspondiente) . La estación base o unidad de suscriptor transmitirá la señal TPC 26 a la entidad de comunicación correspondiente para dirigir a la entidad de comunicación correspondiente, para incrementar o disminuir su energía de acuerdo con los cálculos realizados por la estación base o unidad de suscriptor. El convertidor 16 de voltaje a corriente acepta dos entradas, escala las entradas y las combina para generar la señal de salida de corriente 30. La primera entrada es la señal de salida del detector 28. La segunda entrada es la señal TPC 26. El convertidor de voltaje a corriente 16 recibe esas entradas 26, 28 y escala, o pondera, las entradas 26, 28 y combina las entradas 26, 28 de acuerdo con la siguiente fórmula predeterminada, para formar una señal de salida de corriente 30: Señal de salida VC = (Wi * log P) + = (W2 * log V) Ecuación (1) en donde: P = señal 28 de salida de detector V = Señal TPC 26 Wi y W2 son constantes específicas de diseño que son una función del intervalo de control de energía dinámica, la proporción pico a promedio de forma de onda y la estructura del amplificador de energía utilizada. La señal de salida de corriente 30 está acoplada a una entrada de un espejo de corriente 18. Una línea de retroalimentación 36 proveniente de la salida 38 del amplificador RF 12 está acoplada a una segunda entrada del espejo de corriente 18. El espejo de corriente 18 hace una comparación entre las dos señales de entrada 30, 36 y emite una señal de corriente de polarización 34. Como se muestra, la señal de corriente de polarización de salida 34 está relacionada tanto con la señal TPC 26 como con la salida 38 del amplificador 12. Por ejemplo, cuando la señal TPC 26 es alta, esto indica que la estación base está solicitando mayor energía de transmisión de la unidad de suscriptor. Como se describe en la técnica anterior, la señal TPC 26 provoca un incremento o disminución apropiado en la energía de las señales transmitidas por la unidad de suscriptor. Ambas de las señales de entrada 30, 36 son escaladas para la' comparación. Si la señal de salida de corriente 30 es más alta que la salida 38 del amplificador RF 12, el espejo de corriente 18 incrementa la señal de corriente de polarización 34. De igual modo, si la señal de salida de corriente 30 es más baja que la salida 38 del amplificador RF 12, el espejo de corriente 18 disminuye la señal de corriente de polarización 34. A través del proceso de comparación, el espejo de corriente 18 produce mayor o menor corriente de polarización, con lo cual se afecta la región de operación lineal del amplificador RF 12. Esto proporciona potencia de reserva adicional al tiempo que se mantiene el amplificador RF 12 en la región de operación lineal. Cuando la señal TPC 26 disminuye, el amplificador 12 no requiere una corriente de polarización grande, ya que la alta polarización se iguala con el más alto consumo de energía. Por lo tanto, la corriente de polarización se reduce para disminuir el consumo de energía. Mostrada en la figura 5 está una gráfica de ganancia del amplificador, equivalente a la proporción de la energía de salida del amplificador Pout a la energía de entrada del amplificador Pj.n. El punto de comprensión de 1 dB (Pl dB) es el punto en el cual la ganancia del amplificador se vuelve no lineal. El' punto de compresión de 1 dB para la polarización 2 se muestra como punto A, ocurre en una energía de salida menor que el punto de compresión de 1 dB para la polarización 1, se muestra como punto B. Como se muestra, los valores de polarización dinámica derivados por la presente invención extienden la región lineal de operación del amplificador. De este modo, conforme la energía de salida disminuye, la corriente de polarización disminuye en consecuencia, mientras que aún se proporciona amplificación lineal. Conforme la energía de entrada se incrementa, un nivel de corriente de polarización se incrementa para mantener la operación lineal. La presente invención cumple estadísticamente las técnicas de compensación de la técnica anterior.

Ya que la energía máxima solicitada por el trasmisor es únicamente un pequeño porcentaje del tiempo de transmisión total, al rastrear dinámicamente la señal TPC, el amplificador de energía RF polarizado dinámicamente de la presente invención mejora grandemente el consumo de energía. Mientras que la presente invención ha sido descrita en términos de las modalidades preferidas, otras variaciones que están dentro del alcance de la invención como se indica en las reivindicaciones' siguientes, serán aparentes para aquellos expertos en la técnica.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para polarizar dinámicamente un amplificador de energía RF que amplifica una señal de comunicación, que tiene una primera entrada de señal para recibir la señal de comunicación, una salida de señal y una entrada de polarización; el sistema comprende: un detector, para recibir la señal de comunicación y eliminar los componentes de modulación de la señal de comunicación, para proporcionar un señal de salida del detector; una segunda entrada de señal para proporcionar una señal TPC; un convertidor, acoplado al detector y a la segunda entrada de señal, el convertidor para procesar la señal TPC y la señal de salida del detector para generar una señal de corriente; y un espejo de corriente para recibir la señal de corriente y la retroalimentación proveniente de la salida de señal y para comparar la señal de corriente con la retroalimentación, para producir una señal de polarización; mediante lo cual la entrada de polarización recibe la señal de polarización y ajusta dinámicamente el punto de polarización del amplificador.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, mediante el cual el convertidor realiza el procesamiento mediante la ponderación tanto de la señal TPC como de la señal de salida del detector y luego la combinación de las señales TPC y de salida del detector.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, mediante el cual el espejo de corriente escala además la señal de corriente y la' señal de retroalimentación antes de la comparación.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, mediante el cual el espejo de corriente escala además la señal de corriente y la señal de retroalimentación antes de la comparación.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, mediante lo cual la señal de comunicación es una señal CDMA.

6. Un método para polarizar dinámicamente un amplificador de energía RF que amplifica una señal de comunicación, que tiene una primera entrada de señal para recibir la señal de comunicación, una salida de señal y una entrada de polarización, el método comprende: recibir la señal de comunicación y eliminar los componentes de modulación de la señal de comunicación para proporcionar una señal de salida del detector; proporcionar una señal TPC; procesar la señal TPC y la señal de salida del detector para generar una señal de corriente; recibir la señal de corriente y retroalimentar de la salida del amplificador de energía RF y comparar la señal de corriente con la retroalimentación para producir una señal de' polarización; y ajustar dinámicamente el punto de polarización del amplificador utilizando la señal de polarización.

7. El método de conformidad con la reivindicación 6, mediante el cual la etapa de procesamiento incluye ponderar tanto la señal TPC como la señal de salida del detector y luego combinar las señales TPC y de salida del detector.

8. El método de conformidad con la reivindicación 6, mediante el cual el paso de comparar incluye además escalar la señal de corriente y la señal de retroalimentación antes de la comparación.

9. El método de conformidad con la reivindicación 7, mediante el cual el paso de comparar incluye además escalar la señal de corriente y la señal de retroalimentación antes de la comparación.

10. El método de conformidad con la reivindicación 6, mediante el cual la señal de comunicación es una señal CDMA.