MXPA05003101A

MXPA05003101A - Metodo para optimizar un punto operativo de un amplificador de potencia en una terminal movil de acceso multiple de division de codigo de ancho de banda.

Info

Publication number: MXPA05003101A
Application number: MXPA05003101A
Authority: MX
Inventors: Gao Wen
Original assignee: Thomson Licensing Sa
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-22
Publication date: 2005-05-27
Also published as: CN1685622A; CN100466482C; WO2004030231A1; BR0306469A; KR20050073461A; US6738605B1; JP2006500875A; EP1543625A1; AU2003275072A1; KR101016567B1; EP1543625A4; JP4511353B2

Abstract

Se proporcionan un metodo y un dispositivo para optimizar un punto operativo de un amplificador (40) de potencia en una terminal (10) movil WCDMA. El metodo incluye los pasos de recibir una primera senal; determinar un valor TFCI desde la primera senal: determinar el estado de un modo comprimido de la terminal (10) movil, determinar el nivel de salida de energia requerido de la terminal (10) movil, leer el valor del punto operativo desde una memoria en respuesta a tres valores determinados; y suministrar un valor del punto operativo con el amplificador (40) de energia. El valor del punto operativo es indicativo de una corriente de polarizacion. El dispositivo incluye un procesador (41) para determinar un valor TFCI, un estado de modo comprimido y un nivel de salida de energia requerido desde la senal de control, una maquina (42) de estado para recuperar desde la memoria el valor del punto operativo del amplificador (40) de potencia en respuesta a los tres valores, y el amplificador (40) de potencia para amplificar la senal de transmision.

Description

MÉTODO PARA OPTIMIZAR UN PUNTO OPERATIVO DE UN AMPLIFICADOR DE POTENCIA EN UNA TERMINAL MÓVIL DE ACCESO MÚLTIPLE DE DIVISIÓN DE CÓDIGO DE ANCHO DE BANDA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona en general con sistemas de comunicación móviles y en particular, a un método y dispositivo para optimizar un punto operativo de un amplificador de potencia en una terminal móvil de (WCDMA) múltiples accesos de división de código de ancho de banda.

ANTECEDENTES DELA INVENCIÓN En un sistema de comunicación reciente, un sistema de teléfono portátil de la siguiente generación con base en la norma WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda) según propuesto por 3GPP (Proyecto en Sociedad de Tercera generación) con el uso de un esquema de amplio espectro ha avanzado hacia la comercialización con el fin de mejorar la efectividad en el uso de frecuencia. La linealidad requerida para transmitir una señal especificada en la norma 3GPP WCDMA dicta el uso de un amplificador de potencia lineal (lo que significa que su punto operativo se ajusta en la clase A o con ciertas precauciones, en la clase B) en terminales móviles. La norma 3GPP WCDMA expresa los requerimientos de linealidad al especificar una máscara de espectro de energía de salida de la terminal móvil como se presenta en la Figura 1. Sin embargo, el amplificador de potencia lineal consume una cantidad relativamente grande de energía DC. Por ejemplo, el amplificador de clase A comprende dos etapas 2 MESFET que emplean la tecnología GaAs consume 450 mA con un suministro de energía de 5V para entregar un nivel de energía de salida cresta (usualmente expresado por un punto de compresión a 1dB) de + 30dBm con 20dB de ganancia. En el caso típico de una terminal móvil, el consumo del suministro de energía del amplificador de energía representa el 70% del consumo total de energía de la terminal móvil durante el modo de transmisión. De esta manera, es crítico controlar un punto operativo, es decir, una corriente de impulso del amplificador de potencia para disminuir tanto como sea posible su consumo de energía, mientras se respeta el requerimiento de linealidad. De conformidad con esto, sería deseable y altamente ventajoso contar con un dispositivo y método para optimizar un punto operativo de un amplificador de potencia en una terminal móvil de WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda) para así reducir el consumo de energía y la conservar la vida útil de la batería de la terminal móvil.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los problemas antes mencionados, asi como otros problemas relacionados con la técnica previa, se resuelven con la presente invención, la cual es un dispositivo y método para optimizar el punto operativo de un amplificador de potencia en una terminal móvil de WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda). El punto operativo del amplificador de potencia se define por su corriente de polarización. El dispositivo y método de la presente invención reduce el consumo de energía de un amplificador de potencia, por ejemplo, al optimizar su punto operativo o su corriente de polarización con el uso de una combinación de tres señales recibidas por la terminal móvil: (1) información de TFCI (Indicador de Combinación de formato de transporte); (2) información de modo comprimido; y (3) información de nivel de energía de salida requerida. Las tres señales entonces se utilizan por un procesador digital para leer desde una memoria un valor del punto operativo optimizado almacenado, es decir, la corriente de polarización que es suministrada al amplificador de energía de una terminal móvil durante el modo de transmisión. De conformidad con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para optimizar el punto operativo de un amplificador de energía en una terminal móvil, el método incluye los pasos de recibir una primera señal desde una estación del transceptor de base; determinar un valor del indicador de combinación de formato de transporte (TFCI) desde la primera señal; determinar el estado de un modo comprimido de la terminal móvil, el estado del modo comprimido se determina por la primera señal; determinar el nivel de salida de energía requerido de la terminal móvil, el nivel de salida de energía requerido se determina por la primera señal; leer un valor del punto operativo desde una memoria en respuesta al valor TFCI, el estado del modo comprimido y el nivel de salida de energía requerido; y suministrar el valor del punto operativo al amplificador de potencia. El valor del punto operativo es indicativo de la corriente de polarización. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, en un sistema de comunicación móvil que incluye una pluralidad de estaciones de base del transceptor, se proporciona una terminal de comunicación móvil la cual incluye una antena para recibir una primera señal de control desde por lo menos una estación de base del transceptor; un procesador para determinar el valor del indicador de combinación de formato de temperatura (TFCI); un estado del modo comprimido y el nivel de salida de energía requerido desde la primera señal de control; una máquina de estado para recuperar desde la memoria el valor del punto operativo de un amplificador de potencia en respuesta al valor TFCI, el estado del modo comprimido y el nivel de salida requerido; y el amplificador de potencia para amplificar la señal de transmisión a ser transmitida a través de la antena .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los anteriores y otros objetivos, ventajas y características de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se toma junto con los dibujos acompañantes, en los cuales: La Figura 1 ilustra una máscara de espectro de energía de salida de un amplificador de potencia que opera de conformidad con la norma 3GPP WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda). La Figura 2 ilustra las ubicaciones de banda de frecuencia de la norma 3GPP WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda). La Figura 3 es un diagrama en bloque de una terminal móvil de conformidad con la presente invención. La Figura 4 ilustra una estructura de un canal de control físico dedicado (DPCCH) enviado a un vínculo ascendente desde la estación base del transceptor a una terminal móvil, en donde la información contenida en la misma se utiliza para optimizar el punto operativo de un amplificador de potencia de conformidad con la presente invención; y La Figura 5 es un diagrama esquemático de un amplificador de potencia ejemplificativo optimizado de conformidad con la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Las modalidades preferidas de la presente invención serán descritas a continuación con referencia a los dibujos acompañantes. En la siguiente descripción, las funciones o construcciones bien conocidas no serán descritas con detalle, con el fin de no confundir al lector de la invención con detalles innecesarios. El propósito de la invención es optimizar un punto operativo (definido por la corriente de polarización) de un amplificador de potencia (P.A.) ubicado en la sección transmisora de una terminal móvil para minimizar el consumo de suministro de energía y para respectar la máscara del espectro de energía de salida requerida. La presente invención abarca una terminal móvil, es decir un transceptor que utiliza una norma de 3GPP WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda) que opera con un modo FDD (División doble de frecuencia). Los intervalos de frecuencia de esta norma se presentan en la Tabla 1, a continuación y se clasifican en regiones como se muestra en la Figura 2, según se determina por la ITU (International Telecommunication Union).

TABLA 1 Alojamiento de frecue Norma Intervalo de frecuencia W-CDMA (región 1 y 1920-1980 Mhz (Tx) y 2110-2170 Mhz (Rx) 3) W-CDMA (región 2) 1850-1910 Mhz (Tx) y 1930-1990 Mhz (Rx) Por lo general, una terminal móvil, por ejemplo, un teléfono celular opera dentro de un sistema de comunicaciones móviles. Un sistema de comunicaciones móviles, por ejemplo, un sistema WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda) se estructura para tener una variedad de regiones individuales llamadas celdas y para comprender una variedad de estaciones del transceptor fijas llamadas estaciones base del transceptor, y una pluralidad de terminales móviles por ejemplo, teléfonos celulares. Por lo general, una estación base del transceptor define una celda y maneja el tráfico telefónico desde y hacia los teléfonos celulares que se encuentran ubicados en la celda. La Figura 3 es un diagrama en bloque de una terminal 10 móvil de conformidad con la presente invención, la cual incluye una antena 12 para recibir y transmitir desde y hacia la estación base del transceptor una señal de comunicación RF, una sección de extremo delantero de transmisión RF (radio frecuencia) y una sección 16 de procesamiento digital. La sección 14 de extremo delantero incluye un duplicador 18, un amplificador 20 de bajo ruido, un primer amplificador 22 de ganancia variable, un demodulador l/Q 24, una primera pluralidad de filtros 26 de paso bajo y una pluralidad de convertidores 28 análogo a digitales para emitir la señal recibida por la estación base del transceptor a la sección 16 de procesamiento digital. La sección 14 de extremo delantero también incluye una pluralidad de convertidores 30 digitales a análogos, una segunda pluralidad de filtros 32 de paso bajo, un modulador 34 l/Q, un filtro 36 de paso bajo, un segundo amplificador 38 de ganancia variable y un amplificador 40 de potencia para generar una señal de transmisión, que se enviará a las estaciones base del transceptor a través de la antena 12. La sección 16 de procesamiento digital incluye un procesador 41 digital que tiene una máquina 42 de estado para generar una señal de control, la cual controla al amplificador 40 de potencia. La señal de control es procesada por el convertidor 44 digital a análogo antes de ser introducida al amplificador 44 de potencia. Además, el procesador 41 digital incluye una memoria para almacenar una pluralidad de valores del punto operativo. En operación, la terminal 10 móvil de la presente invención utiliza en la sección 14 de extremo delantero de transmisión RF, tres diferentes señales de información provistas por la sección 16 de procesamiento digital para controlar el consumo de energía. Estas señales de información son como siguen: El valor TFCI (Indicador de combinación de formato de transporte) incluido en un DPCCH (Canal de control físico dedicado) que se envía cada cuadro de tiempo (10 ms). El valor TFCI se decodifica entre varios valores enviados como una tabla de valores por la estación base del transceptor a la terminal móvil. Esta operación se lleva a cabo bajo el control del estrato MAC (Control de acceso al medio) de la terminal móvil y por último se envía dentro del DPCCH a la estación base del transceptor para indicar el valor TFCI seleccionado. Estado de modo comprimido solicitado por la estación base del transceptor y decodificado dentro de la terminal móvil. Nivel de energía de salida requerido solicitado por la estación base del transceptor y decodificado dentro de la terminal móvil.

El DPCCH enviado al vínculo ascendente incluye toda la información de control que la estación de base del transceptor necesita para recibir y llevar a cabo apropiadamente un vínculo con la terminal móvil. El DPCCH se lleva a cabo con una velocidad de distribución de 256 para tener la mayor robustez contra piratas y pérdida del trayecto del canal. La estructura del DPCCH se ilustra en la Figura 4. Valor TFCI El TFCI indica la forma en que se combinan los diferentes canales de transporte para transmitir en los canales físicos, y determina el factor de distribución que se utiliza en los canales físicos. El valor TFCI permite a la terminal móvil mantener la misma calidad de transmisión al ajustarse de conformidad con la velocidad de datos del nivel de energía de salida, al conocer en cada momento que la velocidad de datos duplica su valor, el SF (factor de distribución) se reduce por 2 al mantener la velocidad de circuito a un valor constante de 3.84 Mcp/s. El valor es válido para la duración de 1 cuadro (10 ms) que significa que se puede actualizar de un cuadro a otro. Los diferentes valores de la velocidad de datos transmitidos son 15, 30, 60, 120, 240, 480, 960 kbps y el SF correspondiente son 256, 128, 64, 64, 32, 16, 8, 4. De este modo, para mantener la calidad de transmisión, el nivel de energía de salida es controlado en un intervalo total de 18dB (10*LOG(256/4)) por los pasos elementales de 3dB. Un aspecto de la invención es el uso de esta información para controlar el punto operativo del amplificador de potencia restringido a un intervalo de 6dB con el fin de prolongar la vida de la batería de la terminal móvil.

Estado de modo comprimido El modo comprimido permite a la terminal móvil procesar dos canales diferentes (lo que significa dos frecuencias de canal diferentes) en el mismo cuadro de tiempo al comprimir la transmisión de datos en el dominio de tiempo. Por ejemplo, el modo comprimido permite a la terminal móvil llevar a cabo mediciones (intercambio rígido) de una frecuencia a otra frecuencia cuando la terminal móvil está en el límite de dos celdas. Pero para alcanzar esto con la misma calidad de transmisión, el SF se disminuye por 2 y en consecuencia el nivel de energía de salida se aumenta también por 2.

Nivel de energía de salida requerido La información de nivel de energía de salida solicitado por la estación de base del transceptor es provisto por la sección 16 de procesamiento digital para llevar a cabo ajustes continuos en la terminal móvil para transmitir solamente la energía necesaria. Entonces se puede utilizar para permitir que la invención cuando el nivel de energía de salida requerido esté por ejemplo, dentro del intervalo de + 24 a +30dBm. La máquina de estado 42 utiliza tres señales de información para recuperar desde la memoria, el valor del punto operativo optimizado para las condiciones dictadas por las tres señales de información. Un punto operativo optimizado particular correspondiente a un grupo particular de las tres señales de información se determina por experimentación y se almacena en la memoria. Una pluralidad de correspondencias serán determinadas experimentalmente para que el amplificador de energía del dispositivo móvil sea optimizado sobre un amplia área de uso. La pluralidad de correspondencias puede poblar una tabla de consulta que también se almacena en la memoria. Como un ejemplo típico, el intervalo de energía de salida para el cual se concibe la invención es desde +24dBm a +30dBm, ya que este intervalo en donde los ahorros en el suministro de energía son más altos en comparación con el consumo total de suministro de energía de la terminal móvil. Se debe considerar un amplificador de energía convencional cuyo consumo es de 450mA para entregar + 30dBm. En este caso, el potencia operativo se optimiza para dos diferentes valores SF correspondientes a dos diferentes velocidades de datos. Un ejemplo de la relación no lineal (con base en la experimentación) que muestra el punto operativo (Imax) contra la energía de salida, el SF y la velocidad de datos D (expresada en valores relativos) se presenta en la Tabla 2. Tabla 2: Punto operativo contra nivel de energía de salida Se debe entender que el punto operativo no se puede ajustar por debajo de 0*38 Imax (por ejemplo, 175mA para este ejemplo particular) para que no haya una falta de coincidencia importante en los accesos de entrada y de salida del amplificador de potencia. Un umbral T por debajo del cual no se cambia el punto operativo se define por la fórmula: T = Nivel max de salida de energía -6dB (1) (por ejemplo, T = 30-6 = +24 dBm) La información digital entregada por la máquina 42 de estado al convertidor digital a análogo (DAC) 44 es una combinación del estado TFCI, el estado de modo comprimido ("encendido o apagado") y el nivel de energía de salida requerido. El DAC 44 convierte la información digital en una señal de voltaje (Vcontrol) para controlar el punto operativo del amplificador 40 de potencia. La descripción de una forma para controlar el PA es como sigue: Por lo general, el amplificador de potencia está compuesto de 2 etapas para una ganancia típica de energía de 20 dB, en donde la última etapa fija el punto de compresión de salida del amplificador de potencia total. De este modo, la señal de control de voltaje es dirigida a la etapa final del amplificador de energía, una posible implementación de esto se muestra en la Figura 5. Se debe entender que la última etapa está compuesta de un MESFET que utiliza la tecnología GaAs, que comúnmente se encuentra en el diseño del transmisor móvil de bajo costo. No obstante, la invención se puede aplicar a un amplificador de energía con el uso de la tecnología SíGe. La señal Vcontrol que viene desde el DAC 44 cambiará de acuerdo a la información digital provista por la máquina 42 de estado. El nivel de energía para el cual la invención opera es 6 dB correspondiente a un ahorro importante de energía durante el modo de transmisión (por ejemplo, 61% <= 0.61 = (450-175/450). Este valor tiene que ser ponderado por la relación de tiempo del transmisor/receptor. La invención será más ventajosa cuando el móvil esté ubicado en el límite de la celda cuando necesite transmitir el máximo nivel de energía de salida. Mientras la invención ha sido mostrada y descrita con referencia a ciertas modalidades preferidas de la misma, las personas experimentadas en la técnica entenderán que se pueden realizar varios cambios y modificaciones en la misma sin apartarse del espíritu y alcance de la invención como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un método para optimizar un punto operativo de un amplificador (40) de potencia en una terminal (10) móvil, el método está caracterizado porque comprende los pasos de: recibir una primera señal desde la estación de base del transceptor; determinar un valor de indicador de combinación de formato de transporte (TFCI) desde la primera señal; determinar el estado de un modo comprimido de la terminal (10) móvil, el estado del modo comprimido se determina por la primera señal; determinar el nivel de salida de energía requerido de la terminal (10) móvil, el nivel de salida de energía requerido se determina por la primera señal; leer el valor del punto operativo desde una memoria en respuesta al valor TFCI, el estado de modo comprimido y el nivel de salida de energía requerido; y suministrar un valor del punto operativo con el amplificador (40) de energía. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor del punto operativo es indicativo de una corriente de polarización. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el valor del punto operativo es un voltaje. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de lectura también comprende el paso de convertir digital a análogo el valor del punto operativo, 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera señal incluye un canal de control físico dedicado (DPCCH). 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la primera señal es una señal de comunicación de radio frecuencia compatible con la norma WCD A (múltiples accesos de división de código de ancho de banda). 7 El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la determinación del paso de nivel de salida de energía requerido también comprende el paso de determinar si el nivel de energía de salida requerido está dentro de un intervalo predefinido y cuando está fuera del intervalo, no suministrar el valor del punto operativo al amplificador (40) de potencia. 8. En un sistema de comunicaciones móviles que incluye una pluralidad de estaciones de base del transceptor, una terminal de comunicación móvil caracterizado porque comprende: una antena (12) para recibir una primera señal de control desde por lo menos una estación de base del transceptor; un procesador (41) para determinar un valor del indicador de combinación de formato de transporte (TFCI), un estado de modo comprimido, un nivel de salida de energía requerido desde la primera señal de control; una máquina (42) de estado para recuperar desde una memoria un valor del punto operativo de un amplificador (40) de energía en respuesta al valor TFCI, el estado de modo comprimido y el nivel de salida requerido; y el amplificador (40) de energía para amplificar la señal de transmisión a ser transmitida a través de la antena (12). 9. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el valor del punto operativo es indicativo de una corriente de polarización. 10. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el valor del punto operativo es un voltaje. 11. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque además comprende un convertidor (44) digital a análogo para convertir el valor del punto operativo recuperado desde la memoria en un formato compatible con el amplificador (40) de energía. 12. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la primera señal de control incluye un canal de control físico dedicado (DPCCH). 13. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la primera señal de control es una señal de comunicación de frecuencia de radio ( F) compatible con la norma WCDMA (múltiples accesos de división de código de ancho de banda). 14. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la memoria también comprende una tabla de consulta poblada con una pluralidad de correspondencias entre el valor TFCI, el estado de modo comprimido y el nivel de salida de energía requerido y un valor del punto operativo optimizado. 15. La terminal de comunicaciones móviles de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque el amplificador (40) de energía incluye por lo menos dos etapas y el valor del punto operativo se suministra en la etapa final de las por lo menos dos etapas.