TWI440300B - 基於波形線性之功率放大器增益狀態轉換 - Google Patents

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Description

基於波形線性之功率放大器增益狀態轉換
本發明係關於電子學，且更特定言之係關於使傳輸器之電力消耗最佳化且因此使無線通信器件之通話時間最佳化。
本專利申請案主張2009年4月21日申請的題為「WAVEFORM VARIABLE PA SWITCHPOINTS IMPLEMENTATION IN UE WITH MULTI GAIN STATE PA FOR LOW COST BATTERY LIFE OPTIMIZATION」之臨時申請案第61/171,299號之優先權，該案已讓與給其受讓人且特此以引用的方式明確地併入本文中。
行動手機所產生之射頻(RF)信號一般被放大，由手機天線傳輸，並被發送至基地台，由基地台分散至接收器。在各種行動標準(諸如WCDMA(寬頻分碼多重存取)及CDMA(分碼多重存取))下，手機之操作頻帶常常為預定的，主要處於自450 MHz至2.6 GHz之頻率範圍中。
一般而言，當手機遠離接收基地台時，需要該手機在一高的輸出功率位準下傳輸，以便在該基地台處維持預定的信號強度以滿足接收需要。相反，手機離基地台愈近，所需要的傳輸功率愈小。使用嵌入於RF控制信號內之命令來調整手機的輸出功率，RF控制信號由基地台傳輸至該手機。
手機傳輸之信號及因此RF功率放大器之輸出信號必須滿足關於頻譜重增長(spectral re-growth)(亦稱為線性；常常依據鄰近頻道洩漏功率比(ACLR)來量測獲得，由ACLR規定為使信號之間的干擾最小化而容許的對其他頻道之最大容許干擾)之政府法規。
一些已知行動器件(手機)之RF功率放大器始終由全電池電壓來供電。RF功率放大器一般經設計以在最大傳輸功率位準(例如，在某些WCDMA行動手機中為+28 dBm)下在此偏壓條件下滿足線性規範。根據統計，功率放大器以最大線性輸出功率傳輸僅一小部分的時間，而大多數傳輸則以明顯較低之功率位準(低於最大功率10 dB至20 dB)發生。
來自功率放大器(及因此來自手機)之實際輸出功率位準在自約-50 dBm至28 dBm之範圍內保持連續。與習知單路徑功率放大器相比，低功率輸出下多增益狀態功率放大器消耗較小電流。
多增益狀態功率放大器通常經實施為具有兩個或三個功率增益狀態。在三個增益狀態之解決方案中，該三個狀態包括高功率(HP)、中等功率(MP)及低功率(LP)。對於一實例正常WCDMA波形，其HP增益狀態可設定為處於自16 dBm至28 dBm之所要最大輸出功率範圍內，其MP增益狀態可設定為自8 dBM至16 dBM，且其LP增益狀態可設定為針對所有功率位準皆低於8 dBm。簡言之，多增益狀態功率放大器經實施為具有兩個、三個(或三個以上)功率路徑，每一路徑用於以一固定增益傳遞某預定的最大輸出功率。轉換點(以dBm為單位)為用於界定一轉變功率位準的值，在轉變功率位準下，手機將自一個功率放大器增益狀態轉換(跳躍)至更高或更低的增益狀態。目前，多增益狀態功率放大器不會動態地改變此功率放大器轉換點以解決所傳輸波形之固有差異(諸如，線性差)。
如所提及，當迫使功率放大器在一非線性區域中操作(此情況發生在驅動功率放大器使之接近其1 db的壓縮點時)時，頻譜重增長可發生。因此，頻譜重增長描述在功率放大器輸出端歸因於非線性放大器效應所致的頻帶外信號能量的增加。頻譜重增長在鄰近於所要傳輸頻道之頻道內最為顯著。對於UMTS，對功率放大器之要求係由+/-5 MHz之所要頻道處的一鄰近頻道洩漏比(ACLR)界定。功率放大器之電壓增益特性可表徵如下：
v o (t )=g 1 ‧v i (t )+g 2 ‧v i (t )2 +g 3 ‧v i (t )3 +...+g n ‧v i (t )n 　方程式(1)
其中g1 ‧vi (t)為放大器之線性增益，且其餘項(亦即，g2 ‧vi (t)2 +g3 ‧vi (t)3 +...+gn ‧vi (t)n )表示非線性增益。若信號載運一經調變之第三代合作夥伴計劃(3GPP)射頻(RF)，則該等非線性項將由於互調變失真而產生，從而導致由頻帶內失真項造成誤差向量幅度(EVM)的增加及由頻帶外失真造成ACLR的增加。
多碼信號(諸如UMTS第5版、第6版及第7版中之多碼信號以及某些LTE說明書(例如，3GPP第8版)中之多碼信號)展現，峰值對平均值功率之增加導致較大的動態信號變化。此等增大的信號變化需要增大放大器線性，從而產生增大的電力消耗。最新結果展示：直接傳送dB-dB(亦即，信號之峰值功率對平均值功率之比率，亦稱為峰值對平均值比(PAR))對放大器功率降低並不有效。對放大器頻譜重增長之分析展示：三階非線性增益項(「立方增益」)為ACLR增加之主要原因。立方項中之總能量取決於輸入信號之統計分佈。
在引入高速上行鏈路封包存取(HSUPA)之情況下，在第6版中引入一種估計放大器功率降低(稱為立方度量(CM))之新方法。CM係以放大器立方增益項為基礎。CM描述所觀測信號中之立方分量與一12.2 kbps語音參考信號之立方分量的比。CM適用於高速下行鏈路封包存取(HSDPA)與HSUPA上行鏈路信號兩者。統計分析展示：與基於99.9%PAR之功率降低額定相比，基於CM估計之功率降低額定展現顯著較小的誤差分佈，其中該誤差分佈為實際功率降低額定與估計功率降低額定之間的差。
3GPP指定一種最大功率降低(MPR)測試，該測試驗證行動手機之最大傳輸功率大於或等於自標稱最大傳輸功率減去本文中稱為「最大-MPR」之量，其中最大-MPR為所傳輸信號之CM的函數。
手機必須知曉CM之值以便計算所選之MPR，且若需要(亦即，若手機在接近最大功率下操作)，則最終使用此資訊在實際操作中將傳輸功率設定於一經後移之傳輸功率位準下，該傳輸功率位準係自最大功率位準後移等於MPR之量。即使接收基地台無法以此較低(經後移)傳輸功率位準接收傳輸信號，該標準仍允許手機以較低功率位準傳輸。因為功率放大器已處於最高增益狀態及最大輸出功率位準下，所以其不可向上轉換至任何下一更高增益狀態或功率位準。
任何多碼信號(由所傳輸之實體頻道、其頻道化碼及稱為β項之權重來表徵)具有其特定CM及PAR。在UMTS中，該信號及由此CM及PAR可每隔2或10 msec的傳輸時間間隔(TTI)改變。可見對於第6版UMTS，存在由實體頻道參數與量化β項組成之二十萬種以上的組合；每一此組合在本文中稱為一可能信號。因此，手機必需查詢CM或PAR(藉由查詢表或類似者)或者在某一容許誤差範圍內自信號之特性參數量測或估計此等值。儘管如此，自實際信號量測CM或PAR為吾人所熟知的。
語音波形通常與高線性相關聯，此意謂任何相關聯線性度量(例如，立方度量、PAR等)相對於資料波形為高的。另一方面，資料波形具有大範圍之線性度量。
現有功率放大器實施不對語音波形與資料波形作區分且不會藉由對較大線性波形與較小線性波形作區分來調整轉換點以解決其間的線性差。此不當事實導致語音波形與資料波形兩者以獨立於基礎傳輸波形之任何線性特性的方式基於預定轉換點進行轉換。當預定傳輸功率位準下較低增益狀態更佳時，會浪費電池資源。
多個供應商提供競爭性多增益狀態功率放大器之解決方案。手機整合者會針對給定的參考設計選擇一最佳解決方案，由此擺脫自己設計功率放大器解決方案的負擔。此解決方案之一缺點在於功率放大器可能未經完全最佳化而無法提供最佳電力利用。舉例而言，經組態用於具備多模式、多媒體能力之行動器件應用的功率放大器解決方案可針對語音(而非資料使用)而最佳化，或針對一特定電話組態以小於最佳電力轉變位準而最佳化。另一方面，若現有的現成解決方案為低成本、經證實為易於整合之解決方案，則效率之折衷通常為整合者可接受的一個選項或僅為具成本效益的一個選項。
下表1說明一經設計以在一WCDMA行動器件中使用之實例多增益狀態功率放大器的實例功率放大器特性。該實例多增益狀態經設計以跨越三個功率放大器增益狀態進行操作，該等增益狀態中之每一者與一特定最大功率輸出位準及一特定增益值相關聯。
如自表1可見，在較低的可能增益級操作多增益狀態功率放大器消耗明顯較小的電流。因此，一基頻處理器--其通常在電話操作期間設定功率放大器之操作狀態--必須選擇最佳功率增益狀態來設定功率放大器以便使電力消耗最佳化，而不會產生折損性的傳輸信號降級、鄰近頻道洩漏及其類似者，此係網路操作者所需的及/或滿足產品技術規範所需的，產品技術規範如由相關聯之標準規範或政府所規定的信號干擾規則及法規所定義。
在某些無線通信協定(諸如，WCDMA)中，手機或類似攜帶型器件必須能夠基於預定轉換點轉換至適當輸出功率位準及特定增益狀態。
手機中之一基頻處理器通常藉由雙態觸發兩位元之數位輸入(例如，IC接針Vmode0與Vmode1)來判定且接著設定三增益狀態功率放大器之增益狀態。替代地，兩增益狀態功率放大器器件可能需要一個位元之數位輸入。
在WCDMA中，基頻處理器可執行速率選擇以控制或降低可由手機引起的至鄰近頻道之功率洩漏。速率選擇涉及針對預期信號傳輸或叢發選擇一資料速率及寫碼方案作為控制功率放大器回應之方式。
基頻處理器對手機傳輸器電路進行程式化來設置必要的傳輸器組態以致能上行鏈路傳輸。傳輸器組態可由碼域、頻域或時域或其任何組合之一或多個頻道表徵，且可包括其他屬性，諸如頻道調變類型。
一針對WCDMA之上行鏈路傳輸器組態可由兩個或兩個以上碼頻道表徵，該等碼頻道具有不同調變、展頻因子、頻道化碼及I或Q分支指派。舉例而言，一多頻道WCDMA上行鏈路傳輸可包括(i)一專用實體控制頻道(DPCCH)，(ii)一專用實體資料頻道(DPDCH)，(iii)一高速專用實體控制頻道(HS-DPCCH)，(iv)一增強型專用實體控制頻道(E-DPCCH)及(v)一增強型專用實體資料頻道(EDPDCH)，以支援一單一傳輸鏈路事件。
在能夠支援無線協定之較新以及較舊版本之多模式器件以及能夠支援其他無線協定(例如，CDMA 1x、CDMA2000、OFDM等)之多模式器件中，可能的傳輸器組態之數目可相當大。
已知一給定傳輸器組態與另一傳輸器組態相比很可能使功率放大器表現出較大或較小線性。出於此原因，諸如WCDMA之協定要求基頻處理器針對一給定上行鏈路傳輸假設一最差狀況峰值對平均值功率回應且藉由要求手機解決MPR，解決此情形，如先前所解釋。
在信號增益方面，在一較低增益狀態與下一較高增益狀態之間可能存在極小實際功率增益差。參看表1，低增益狀態與中等增益狀態之間的實際功率增益(亦即，Pout/Pin)差僅為(例如)1 dB。
一旦設定必要之傳輸器組態，一上行鏈路傳輸信號之波形特性即可取決於所傳輸之信號的類型而變化。
多增益狀態功率放大器之主要問題為改變偏壓及參考電壓來設定功率放大器以解決遍及其傳輸功率動態範圍之非線性變化的困難(就高設計成本而言)。
一種解決非線性變化之已知方法通常為利用一單增益狀態功率放大器，該單增益狀態功率放大器由一可變轉換模式電源供應器(SMPS)進行外部驅動。一SMPS使供應至功率放大器之電壓在一所要傳輸動態範圍內更精確地變化，由此歸因於SMPS之效率而使電池參考電流(battery referred current)得以改良。SMPS為大體積的昂貴組件，且為此故意避免使用SMPS。又，使用SMPS需要在運作中計算每一波形之相關聯線性度量，且產生適當信號以對SMPS進行程式化，以便設定任何偏壓、基準及類似功率放大器設定，此又會將功率放大器調諧至一所要增益狀態。
吾人極其期望能夠在多增益狀態功率放大器之增益狀態之間更有效地轉換以解決波形的非線性特性。
本發明之一目的係提供一種用於控制具有至少兩個增益狀態之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器(PA)的器件。該器件包含：一最大功率降低(MPR)模組，其用以計算在一較低增益狀態與一較高增益狀態之間的一轉變功率位準，該轉變功率位準為與該傳輸信號相關聯之一MPR值的一函數；及一功率放大器增益控制器，其用以在一傳輸功率位準高於該轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
本發明之另一目的係提供一種用於控制具有至少兩個增 益狀態之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器(PA)的積體電路(IC)。該IC包含：一MPR模組，其用以計算在該等功率放大器增益狀態之間的一轉變功率位準，該轉變功率位準為與該傳輸信號相關聯之一MPR值的一函數；及一功率放大器增益控制器，其用以在一傳輸功率位準高於該轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
本發明之又一目的係提供一種具有一多增益狀態功率放大器之無線通信器件(WCD)，該多增益狀態功率放大器具有至少兩個增益狀態且用於放大一傳輸信號。該無線通信器件包含：一MPR模組，其用以計算在該等功率放大器增益狀態之間的一轉變功率位準，該轉變功率位準為與該傳輸信號相關聯之一MPR值的一函數；及一功率放大器增益控制器，其用以在一傳輸功率位準高於該轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
本發明之再一目的係提供一種用於控制具有至少兩個增益狀態之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器的器件。該器件包含：用於計算為一所識別之MPR值之一函數之一轉變功率位準的構件；及用於在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態的構件。
本發明之另一目的係提供一種控制具有至少兩個增益狀態之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器的方 法。該方法包含：計算為一所識別之MPR值之一函數之一轉變功率位準；及在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
本發明之再一目的係提供一種用於與一處理器器件一起使用之電腦程式產品，該處理器器件控制具有至少兩個增益狀態之用於放大一傳輸信號之一多級功率放大器。該電腦程式產品具有指令以使該處理器器件：計算為一所識別之MPR值之一函數之一轉變功率位準；及在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
為促進理解，已在可能之處使用等同參考數字來指定諸圖所共有之等同元件，除了在適當時可添加字尾以區分此等元件。圖式中之影像出於說明性目的而簡化，且未必按比例描繪。
所附圖式說明本發明之例示性組態，且因而，不應視為限制可承認其他同樣有效之組態的本發明之範疇。相應地，已預期一些組態之特徵可有益地併入於其他組態中而無進一步敍述。
詞「例示性」在本文中用以意謂「充當一實例、例子或說明」。不必將本文中描述為「例示性」之任何實施例解釋為比其他實施例較佳或有利。
下文結合所附圖式所闡述的實施方式意欲作為對本發明 之例示性實施例的描述且不欲表示可實踐本發明的僅有實施例。貫穿此描述所使用之術語「例示性」意謂「充當一實例、例子或說明」，且應不必將其解釋為比其他例示性實施例較佳或有利。該實施方式包括特定細節以便達成提供對本發明之例示性實施例之透徹理解的目的。熟習此項技術者將顯而易見，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之例示性實施例。在一些例子中，以方塊圖形式展示熟知結構及器件以避免使本文中所呈現之例示性實施例之新穎性模糊不清。
熟習此項技術者將理解，可使用多種不同技術及技藝中之任一者來表示資訊及信號。舉例而言，可藉由電壓、電流、電磁波、磁場或磁粒子、光場或光粒子，或其任何組合來表示可貫穿以上描述而引用之資料、指令、命令、資訊、信號、位元、符號及碼片。
本發明描述用於在考慮傳輸信號之一實際波形線性特性的情況下在一多增益狀態功率放大器之增益狀態之間更精確地轉換的技術。
圖1展示無線通信器件100之一系統階方塊圖。無線通信器件100可經組態以允許其根據下文將描述之實施例來控制功率放大器增益狀態。
無線通信器件(WCD)100可為一手機、一攜帶型器件、使用者設備(UE)、一數據機器件或任何類似的此器件。
WCD 100包括基頻處理器(BB)110、收發器120及天線125。收發器120包含傳輸器130、接收器150、LO產生器 170及PLL 172，其一起經由一無線頻道向一遠端終端機器件或基地台提供對雙向無線通信的支援。
一般而言，WCD 100可包括複數個傳輸器130及複數個接收器150以跨越多個頻帶支援多個協定及同時多模式通信。每一收發器可包含一或多個傳輸及接收路徑，且可包括僅一個路徑且不包括其他類型之路徑。
WCD 100選擇傳輸一波形(資料或語音)所必需之所要傳輸器組態。
在一實例傳輸器組態中，傳輸器130自BB 120接收一數位輸出信號。此信號首先饋給至一數位轉類比變換器(DAC)(132)且接著由一類比濾波器(諸如，低通濾波器134)濾波，以移除由數位轉類比變換所引入之任何影像。接著藉由混頻器138將來自低通濾波器134之輸出自基頻位準增頻變換至RF，且藉由濾波器140濾波經增頻變換之RF信號。藉由驅動器放大器(DA)142進一步放大來自濾波器140之輸出，且最終將其饋給至功率放大器(PA)144。將來自功率放大器144之輸出投送通過雙工器/開關146且最終經由天線125傳輸。
在如所展示之實例接收路徑中，天線125自基地台接收信號且提供一所接收信號。將此信號投送通過雙工器/開關146且提供至接收器150。在接收器150內，所接收信號由一LNA 152放大，由一帶通濾波器154濾波，且由混頻器156自RF降頻變換至基頻。經降頻變換之基頻信號由一類比濾波器(諸如，低通濾波器160)濾波，且由放大器162放 大以獲得一類比輸入信號，接著將該類比輸入信號輸入至BB 110。在替代組態中，至BB 110之輸入及來自BB 110之輸出均為數位信號及/或均為類比信號，或為兩者之某一組合。
如圖1中所展示，傳輸器130及接收器150實施一直接變換架構，該直接變換架構在一級中於RF與基頻之間對信號進行頻率變換。傳輸器130及/或接收器150亦可實施一超外差式架構，該超外差式架構在多個級中於RF與基頻之間對信號進行頻率變換。
本端振盪器(LO)產生器170產生傳輸及接收LO信號且將其分別提供至混頻器138及156。鎖相迴路(PLL)172自BB 110接收控制資訊且將控制信號提供至LO產生器170，以在恰當頻率下產生傳輸及接收LO信號。
一般而言，傳輸器130及接收器150中之信號的調節可由放大器、濾波器、混頻器等之一或多個級執行。此等電路區塊可與圖1中所展示之組態不同地排列。此外，圖1中未展示之其他電路區塊亦可用以調節傳輸器及接收器中之信號。亦可省略圖1中之一些電路區塊。收發器120之全部或一部分可在一類比積體電路(IC)、一RF IC(RFIC)、一混頻信號IC等上實施。舉例而言，傳輸器130中之放大器132至驅動器放大器142可在一RFIC上實施，而功率放大器144可在RFIC外部實施。
BB 110可執行無線通信器件100之各種功能，例如，對所傳輸資料及所接收資料進行數位處理。一記憶體112可 儲存BB 110之程式碼及資料。BB 110可在一或多個特殊應用積體電路(ASIC)及/或其他IC上實施。
如圖1中所展示，一傳輸器及一接收器可包括多個不同放大器。每一放大器可以各種方式實施。除非預設，否則BB 110通常經設置以控制每一放大器之增益位準或增益狀態及輸出功率位準。
對於一給定傳輸器組態，BB 110針對一經由無線頻道之信號傳輸或叢發選擇一資料速率及寫碼方案(例如，基於速率選擇)。BB 110亦將以一已知方式基於給定傳輸器組態之所產生波形計算一最大功率降低(MPR)。MPR通常由相關聯無線通信協定(例如，3GPP標準)界定以控制WCD 100必須自一最大傳輸功率(MTP)後移之程度，或用以調整MTP，以便建立一經修改之MTP，該經修改之MTP在相應波形之傳輸期間使用，由此確保鄰近頻道洩漏位準保持在一指定或目標限制內。
WCD 100亦可基於針對一特定傳輸器組態所產生之波形的立方度量來計算MPR。傳輸器組態之數目可相當大，且每一組態具有一相應MPR。在速率選擇期間，在其他參數當中，使用已知技術判定資料速率、寫碼方案及傳輸器組態。結果，在信號傳輸之前已知波形與傳輸器組態兩者。因此，可使用此資訊來計算或判定MPR，且應用其以即時判定最大傳輸功率位準以供波形傳輸。
至今，MPR已僅用以判定在功率曲線之高端(亦即，在HP增益狀態下所提供之功率)處功率放大器之最大功率位 準額定值後移的程度。MPR尚未用以設定轉換點或以其他方式控制何時功率放大器隨MPR或傳輸信號波形之某一其他線性特性而自一增益狀態轉換至下一增益狀態。
如上文所解釋，無線通信協定(諸如，基於3GPP協定之無線通信協定)需要計算MPR。將MPR計分(score)或值以0.5dB或1dB步長之MPR增量分成群組或「區間」波形，此取決於特定3GPP標準。舉例而言，在3GPP 25.101第5版(HSDPA)中，最大功率後移與1.0dB增量之不同「區間」之表中所陳述的特定波形線性特性相關。類似地，25.101第6版(HSUPA)及以後之版本使用「立方度量」計算一值，該值接著用以自以0.5dB增量分隔之最大功率後移值之一區間指派給波形一「最大功率降低」值。又，36.101第8版(LTE)經由1.0dB「區間」中所陳述之MPR值之表使用波形性質界定MPR。應瞭解，出於本發明之目的，術語「MPR」與「最大功率後移」應可互換地使用以指代任何值(或值之集合)，其目的在於界定一最大功率後移參數。
根據一例示性實施例，WCD 100(且詳言之，基頻處理器110)使用預定或所計算之MPR值來不僅向下調整無線通信器件100之最大容許傳輸功率，而且界定一更佳轉換點以將功率放大器自一較低功率增益狀態轉換至下一功率增益狀態位準。因為MPR為先驗已知的，所以無額外資源由BB處理器擴展以供重新計算。(然而，應瞭解，在運作中或使用查詢表計算MPR或某一其他波形相關特性度量(包括立方度量、PAR、任何度量組合，或其類似者)，且使用 上述者設定或移動轉換點(如本文所涵蓋)為使用已知MPR值之同樣適用的替代)。
圖2展示根據一例示性實施例的用於使用MPR計算一多增益狀態功率放大器之增益狀態且在該等增益狀態之間轉換之邏輯電路的一較低階方塊圖。
此處，一基頻處理器202(對應於圖1中之BB 110)經展示包含一耦接至一功率放大器增益控制器206之MPR模組204。基頻處理器202又經由功率放大器增益控制器206可程式化地耦接至多增益狀態功率放大器(PA)210(對應於圖1中之功率放大器144)。功率放大器增益控制器206產生功率放大器控制信號218，該功率放大器控制信號218雙態觸發功率放大器增益狀態控制狀態信號(Vmode0、Vmode1)以將功率放大器設定為所要增益狀態或根據下文所陳述之例示性實施例改變為一新的增益狀態(較高或較低增益狀態)。
功率放大器210之一輸出端耦接至天線214以促進將經調變之波形傳輸至空間中。
基頻處理器202經由一傳輸路徑216(以虛線展示且實質上對應於圖1之傳輸路徑)將傳輸信號饋給至多增益狀態功率放大器210。
在一例示性實施例中，MPR模組204以一已知方式基於一信號之相關聯通信協定產生一或多個傳輸信號的MPR值，以判定在信號功率傳輸之高端處的最大傳輸功率位準。接著將相同值提供至功率放大器增益控制器206。功 率放大器增益控制器使用所接收之MPR值來判定是否適於使轉換點移位一基於MPR的值。此將解決以下事實：在一當前功率增益狀態位準下且針對一預設轉換點，一以較大或較小線性表徵之波形可允許傳輸信號在無更多額外失真之情況下由一接收器接收，而無需轉換至一較高增益狀態。
圖3以圖形展示根據該例示性實施例的基於與不同線性之波形相關聯之MPR值的實例轉換點值。
每一功率放大器轉變功率位準對應於一不同功率放大器轉換點值。展示三個轉換點值，各自基於MPR=0時之功率放大器轉變功率位準(線250)、MPR大於零(0)但小於一最大MPR值(=MAX(MPR))時之功率放大器轉變功率位準(線260)及MPR等於MAX(MPR)時之功率放大器轉變功率位準(線270)。出於參考之目的，在線250處假設MPR=0時x dBM之基本或初始轉換點值。
該三個轉換值狀態中之每一者表示功率放大器增益控制器206將選擇何時使功率放大器210自一較低增益狀態移位至一較高增益狀態及自一較高增益狀態移位至一較低增益狀態的新點。因為轉換點值係基於MPR，MPR又與傳輸信號之線性度量相關聯，所以有可能使轉換點移位至一狀態，該狀態上移一第一臨限值，在該第一臨限值處，當傳輸波形具更大線性時功率放大器需要移動至一較高增益狀態；且下移一第二臨限值，在該第二臨限值處，當傳輸波形具較小線性時功率放大器需要移動至一較高增益狀態。 在一情形下，第一臨限值與第二臨限值為同一值且對應於轉換點值x dBm。在另一情形下，第一臨限值與第二臨限值相同且對應於每一增益狀態下之最大輸出功率位準。
新轉換點臨限值可以數值表達如下：新轉換點臨限值(dBm)=新轉變功率位準(dBm)=xdBm-MPR值(dB) 方程式(2)
基於使用與一給定傳輸信號波形相關聯之相關β係數而導出MPR值。因此，方程式(2)可更好地表達如下：新轉換點臨限值(dBm)=新轉變功率位準(dBm)=xdBm-MPR值(βc,βd,βca,βcc,βcd)(dB) 方程式(3)
除使用如3GPP中所界定之MPR之外，亦有可能改變波形之分區間或分群以使其聯合或集群成與通常由(例如)3GPP標準界定之區間不同的區間。
在一實例替代實施例中，MPR值係基於線性因子(諸如，立方度量計算)而分區間。舉例而言，在語音波形之狀況下，語音波形具有一立方度量結果，該結果低於可傳輸之任何最高線性資料波形一個(1)dB。然而，3GPP標準將Rel99 WCDMA語音與此等資料波形一起「分區間」；兩者均處理成屬於區間MPR=0。
為解決此線性MPR值不平衡，可產生一特殊「區間」且其經指派有一值MPR=-1。語音波形將自動指派給區間MPR=-1，且減去1(-1)之MPR值用以按照以上方程式2及3 計算新轉換點。所實施區間之其餘部分可與3GPP MPR區間等同地實施，或得以改變以解決其他因子，該等因子可允許基頻處理器藉由控制何時功率放大器應在狀態之間轉換而降低電力消耗。
使用第99版語音區間實施之一實例25.101第6版(HSUPA)實施可包括以下總區間：MPR=-1dB，MPR=0dB，MPR=0.5dB，MPR=1.0dB，MPR=1.5dB，MPR=2.0dB，及MPR=2.5dB。
以上波形「區間」中之每一者在三增益狀態功率放大器實例中將具有其自己的唯一功率放大器轉換點功率位準，以自低功率放大器增益狀態轉至高功率放大器增益狀態及自高功率放大器增益狀態轉至低功率放大器增益狀態。
此允許將波形之每一「區間」轉換至波形之最大線性能力，因此使經設計之功率放大器增益狀態之線性能力最佳化，以針對更多波形在所要功率位準下達成良好電流消耗。
因此，僅當傳輸波形之MPR值要求多增益狀態功率放大器轉換至下一增益狀態以支援傳輸波形線性要求時，功率放大器增益控制器206將多增益狀態功率放大器轉換至一較高增益狀態。或反之，當波形MPR值足夠低以允許該波形由在一較低增益狀態下操作之多增益狀態功率放大器線性傳輸時，功率放大器增益控制器將會將多增益狀態功率放大器轉換至一較低增益狀態。
熟習此項技術者將瞭解，可根據MPR或任何其他類似線 性度量來「分區間」。
基於當前3GPP標準之實例分區間係如下文所設定。
25.101第5版(HSDPA)經由一以1.0dB「區間」增量將波形指派給區間的表使用波形性質來界定MPR。
25.101第6版(HSUPA)及以後之版本使用「立方度量」計算MPR且以0.5dB「區間」增量指派波形。
36.101第8版(LTE)經由1.0dB「區間」增量之表使用波形性質來界定MPR。
圖4為根據該例示性實施例的用於計算一多增益狀態功率放大器之增益狀態且在該等增益狀態之間轉換的流程圖。
在圖4之例示性實施例中，最初判定用於傳輸一信號之傳輸功率位準(步驟310)。在步驟320中，識別與該信號相關聯之一波形線性特性。接下來，在步驟330處，自複數個波形區間識別與該所識別之波形線性特性相關聯的一波形區間。每一波形區間與一MPR值相關聯。因此，在步驟340處，識別與該所識別之波形區間相關聯之MPR值。在下一步驟350處，計算為該所識別之MPR值之函數的在兩個增益狀態之間的至少一新轉變功率位準(新轉換點)。
該函數遵循以下規則：使MPR=0dB波形之轉變功率位準=x dBm。
接著，根據以下方程式，每一波形區間之特定轉變功率位準為MPR值之函數：轉變功率位準(dBm)=x dBm-MPR(dB)
在已計算轉變功率位準之後，在步驟360處，比較轉變功率位準與傳輸功率位準。
現對功率放大器是否將轉換至一不同增益狀態的決策隨所計算之轉變功率位準、傳輸功率位準及功率放大器已處於之增益狀態而變。
若功率放大器處於一較低增益狀態且傳輸功率位準大於轉變功率位準，則功率放大器轉換至一較高增益狀態，如在步驟370中。
若功率放大器處於一較低增益狀態且傳輸功率位準低於轉變功率位準，則功率放大器保持處於該較低增益狀態，如在步驟380中。
若功率放大器處於一較高增益狀態且傳輸功率位準大於轉變功率位準，則功率放大器保持處於該較高增益狀態。
若功率放大器處於一較高增益狀態且傳輸功率位準低於轉變功率位準，則功率放大器轉換至一較低增益狀態。
藉由動態地計算為MPR值之函數的轉變功率位準，功率放大器在一較低增益狀態下保持較長時間且較快轉換至一較低增益狀態。若在方程式中不使用特定波形區間之MPR值，則功率放大器通常將較快轉換至一較高增益狀態或在一較高增益狀態下保持較長時間。因此，在計算轉變功率位準之方程式中引入MPR值使功率放大器之增益狀態轉換最佳化，由此減小由功率放大器所使用之電流、延長電池持續時間及UE之通話時間。
在另一步驟中，將一特殊波形區間指派給一特定類型之 信號(諸如，語音)，該等信號固有地具有與其他類型之信號(諸如，資料)之波形線性特性相比更好的波形線性特性。語音信號之波形區間具有一MPR值=-1dB。
熟習此項技術者將瞭解，該方法可經擴展以包括如基於資料封包之協定可引伸出的除MPR、立方度量或峰值對平均值以外之任何傳輸或接收器波形線性度量。
熟習此項技術者將進一步瞭解，結合本文中所揭示之實施例所描述的各種說明性邏輯區塊、模組、電路及演算法步驟可實施為電子硬體、電腦軟體或兩者之組合。為清楚地說明硬體與軟體之此可互換性，上文已大體上在功能性方面描述各種說明性組件、區塊、模組、電路及步驟。將此功能性實施為硬體抑或軟體取決於特定應用及強加於整個系統之設計約束。熟習此項技術者可針對每一特定應用以不同方式實施所描述之功能性，但此等實施決策不應解譯為引起脫離本發明之例示性實施例的範疇。
可藉由通用處理器、數位信號處理器(DSP)、特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式化邏輯器件、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件，或其經設計以執行本文所述功能之任何組合來實施或執行結合本文中所揭示之實施例所描述的各種說明性邏輯區塊、模組及電路。通用處理器可為微處理器，但在替代例中，該處理器可為任何習知處理器、控制器、微控制器或狀態機。一處理器亦可實施為計算器件之組合，例如，一DSP與一微處理器之組合、複數個微處理器、結合一DSP核心 之一或多個微處理器，或任何其他此組態。
結合本文中所揭示之實施例所描述之方法或演算法的步驟可直接具體化於硬體中、由一處理器執行之軟體模組中或兩者之組合中。軟體模組可駐留於隨機存取記憶體(RAM)、快閃記憶體、唯讀記憶體(ROM)、電可程式化ROM(EPROM)、電可抹除可程式化ROM(EEPROM)、暫存器、硬碟、抽取式磁碟、CD-ROM或此項技術中已知之任何其他形式的儲存媒體中。一例示性儲存媒體耦接至處理器，以使得該處理器可自該儲存媒體讀取資訊及將資訊寫入至該儲存媒體。在替代例中，儲存媒體可與處理器成一體式。處理器及儲存媒體可駐留於一ASIC中。該ASIC可駐留於一使用者終端機中。在替代例中，處理器及儲存媒體可作為離散組件而駐留於一使用者終端機中。
在一或多個例示性實施例中，所描述之功能可以硬體、軟體、韌體或其任何組合來實施。若以軟體實施，則可將該等功能作為一或多個指令或程式碼而儲存於一電腦可讀媒體上或經由一電腦可讀媒體來傳輸。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體與通信媒體兩者，通信媒體包括促進電腦程式自一處傳送至另一處之任何媒體。儲存媒體可為可由電腦存取之任何可用媒體。藉由實例且非限制，此等電腦可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器件、磁碟儲存器件或其他磁性儲存器件，或可用以載運或儲存呈指令或資料結構形式之所要程式碼並可由電腦存取的任何其他媒體。又，將任何連接恰當地稱為電 腦可讀媒體。舉例而言，若使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用戶線(DSL)，或無線技術(諸如，紅外線、無線電及微波)而自一網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL，或無線技術(諸如，紅外線、無線電及微波)包括於媒體之定義中。如本文中所使用，磁碟及光碟包括緊密光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數位影音光碟(DVD)、軟性磁碟及藍光光碟，其中磁碟通常以磁性方式重現資料，而光碟藉由雷射以光學方式重現資料。以上各者之組合亦應包括於電腦可讀媒體之範疇內。
提供所揭示之例示性實施例的先前描述以使任何熟習此項技術者能夠進行或使用本發明。對此等例示性實施例之各種修改將易於對熟習此項技術者顯而易見，且在不脫離本發明之精神或範疇的情況下，可將本文所定義之一般原理應用於其他實施例。因此，本發明不欲限於本文中所展示之實施例，而應符合與本文中所揭示之原理及新穎特徵一致的最廣範疇。
100‧‧‧無線通信器件
110‧‧‧基頻處理器(BB)
112‧‧‧記憶體
120‧‧‧收發器
125‧‧‧天線
130‧‧‧傳輸器
132‧‧‧數位轉類比變換器(DAC)
134‧‧‧低通濾波器
138‧‧‧混頻器
140‧‧‧濾波器
142‧‧‧驅動器放大器(DA)
144‧‧‧功率放大器(PA)
146‧‧‧雙工器/開關
150‧‧‧接收器
152‧‧‧LNA
154‧‧‧帶通濾波器
156‧‧‧混頻器
160‧‧‧低通濾波器
162‧‧‧放大器
170‧‧‧本端振盪器(LO)產生器
172‧‧‧鎖相迴路(PLL)
202‧‧‧基頻處理器
204‧‧‧最大功率降低(MPR)模組
206‧‧‧功率放大器增益控制器
210‧‧‧多增益狀態功率放大器(PA)
214‧‧‧天線
216‧‧‧傳輸路徑
218‧‧‧功率放大器控制信號
250‧‧‧線
260‧‧‧線
270‧‧‧線
圖1展示一無線通信器件之一系統階方塊圖。
圖2展示根據一例示性實施例之用於使用MPR計算一多增益狀態功率放大器之增益狀態且在該等增益狀態之間轉換的邏輯電路的一較低階方塊圖。
圖3展示根據該例示性實施例之基於與不同線性之波形相關聯之MPR值的實例轉換點值。
圖4為根據該例示性實施例之用於計算一多增益狀態功率放大器之增益狀態且在該等增益狀態之間轉換的流程圖。
202．．．基頻處理器
204．．．最大功率降低(MPR)模組
206．．．功率放大器增益控制器
210．．．多增益狀態功率放大器(PA)
214．．．天線
216．．．傳輸路徑
218．．．功率放大器控制信號

Claims (27)

  1. 一種用於控制具有多個個別增益狀態之至少兩個功率路徑之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器(PA)的器件，其包含：一最大功率降低(MPR)模組，其用以計算不同功率路徑之在一較低增益狀態與一較高增益狀態之間的一轉變功率位準，該轉變功率位準為與該傳輸信號相關聯之一MPR值的一函數；及一功率放大器增益控制器，其用以在一傳輸功率位準高於該轉變功率位準時將該功率放大器自該較低增益狀態轉換至該較高增益狀態。
  2. 如請求項1之器件，其中該MPR模組使用一度量以識別該MPR值。
  3. 如請求項2之器件，其中該功率放大器增益控制器比較該傳輸功率位準與該轉變功率位準，以判定用於使該功率放大器之電流消耗最小化之最佳增益狀態。
  4. 如請求項1之器件，其中該器件為一無線通信裝置。
  5. 如請求項1之器件，其中該MPR模組自與一所識別波形線性特性相關聯之複數個波形區間中識別一波形區間，且根據該所識別波形區間判定該MPR值。
  6. 如請求項4之器件，其中該MPR模組自與一所識別波形線性特性相關聯之複數個波形區間中識別一波形區間，且根據該所識別波形區間判定該MPR值。
  7. 一種用於控制具有多個個別增益狀態之至少兩個功率路 徑之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器(PA)的積體電路(IC)，該IC包含：一MPR模組，其用以計算在不同個別功率路徑之不同功率放大器增益狀態之間的一轉變功率位準，該轉變功率位準為與該傳輸信號相關聯之一MPR值的一函數；及一功率放大器增益控制器，其用以在一傳輸功率位準高於該轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
  8. 如請求項7之IC，其中該MPR模組使用一度量以識別該MPR值。
  9. 如請求項8之IC，其中該功率放大器增益控制器比較該傳輸功率位準與該轉變功率位準，以判定用於使該功率放大器之電流消耗最小化之最佳增益狀態。
  10. 一種用於控制具有多個個別增益狀態之至少兩個功率路徑之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器的器件，其包含：用於計算為一所識別之MPR值之一函數之在不同個別功率路徑之不同增益狀態之間之一轉變功率位準的構件；及用於在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態的構件。
  11. 如請求項10之器件，其進一步包含用於在一傳輸功率位準低於該所計算之轉變功率位準時自一較高增益狀態轉 換至一較低增益狀態的構件。
  12. 如請求項10之器件，其進一步包含用於識別與一所識別之波形區間相關聯之MPR值的構件。
  13. 一種用於控制具有至少兩個增益狀態之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器的器件，其包含：用於自複數個MPR區間識別與一所識別之波形線性特性相關聯之波形區間的構件；用於識別與該所識別波形區間相關聯之一MPR值；用於計算為該所識別之MPR值之一函數之一轉變功率位準的構件；及用於在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態的構件。
  14. 如請求項13之器件，其進一步包含用於識別與該傳輸信號相關聯之波形線性特性的構件。
  15. 如請求項14之器件，其進一步包含用於判定用於傳輸該傳輸信號之傳輸功率位準的構件。
  16. 如請求項15之器件，其進一步包含用於根據該傳輸信號之類型將一MPR值指派給一波形區間的構件。
  17. 如請求項16之器件，其中在該傳輸信號為語音時，該MPR值=-1dB。
  18. 一種控制具有多個個別增益狀態之至少兩個功率路徑之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器的方法，其包含： 計算為一所識別之MPR值之一函數之在不同個別功率路徑之不同增益狀態之間之一轉變功率位準；及在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
  19. 如請求項18之方法，其進一步包含在一傳輸功率位準低於該所計算之轉變功率位準時自一較高增益狀態轉換至一較低增益狀態。
  20. 如請求項18之方法，其進一步包含識別與一所識別之波形區間相關聯之MPR值。
  21. 一種控制具有至少兩個增益狀態之用於放大一傳輸信號之一多增益狀態功率放大器的方法，其包含：自複數個波形區間識別與一所識別之波形線性特性相關聯之一波形區間；識別與該所識別波形區間相關聯之一MPR值；計算為該所識別之MPR值之一函數之一轉變功率位準；及在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包含識別與該傳輸信號相關聯之波形線性特性。
  23. 如請求項22之方法，其進一步包含判定用於傳輸該傳輸信號之傳輸功率位準。
  24. 如請求項22之方法，其進一步包含根據該傳輸信號之類型將一MPR值指派給一波形區間。
  25. 如請求項24之方法，其中在該傳輸信號為語音時，該MPR值=-1dB。
  26. 一種用於與一處理器器件一起使用之電腦程式產品，該處理器器件控制具有多個個別增益狀態之至少兩個功率路徑之用於放大一傳輸信號之一多級功率放大器，該電腦程式產品具有指令以使該處理器器件：計算為一所識別之MPR值之一函數之在不同個別功率路徑之不同增益狀態之間之一轉變功率位準；及在一傳輸功率位準高於該所計算之轉變功率位準時將該功率放大器自一較低增益狀態轉換至一較高增益狀態。
  27. 如請求項26之電腦程式產品，其中該等指令進一步使該處理器裝置：自複數個波形區間識別與一所識別之波形線性特性相關聯之一波形區間；及識別與該所識別波形區間相關聯之該MPR值。
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