WO2001061845A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum regeln der sendeleistung eines senders - Google Patents

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WO2001061845A1
WO2001061845A1 PCT/DE2000/004571 DE0004571W WO0161845A1 WO 2001061845 A1 WO2001061845 A1 WO 2001061845A1 DE 0004571 W DE0004571 W DE 0004571W WO 0161845 A1 WO0161845 A1 WO 0161845A1
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Jörg Nagel
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03G—CONTROL OF AMPLIFICATION
    • H03G3/00—Gain control in amplifiers or frequency changers
    • H03G3/20—Automatic control
    • H03G3/30—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices
    • H03G3/3036—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers
    • H03G3/3042—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers in modulators, frequency-changers, transmitters or power amplifiers
    • H03G3/3047—Automatic control in amplifiers having semiconductor devices in high-frequency amplifiers or in frequency-changers in modulators, frequency-changers, transmitters or power amplifiers for intermittent signals, e.g. burst signals

Definitions

  • the present invention relates to a method according to the preamble of claim 1 for regulating the transmission power of a transmitter, in particular a mobile radio transmitter, and to a corresponding circuit arrangement according to the preamble of claim 7.
  • EDGE Enhanced Data Services For GSM Evolution
  • GSM mobile radio standard Global System For Mobile Communications
  • each subscriber is assigned a specific transmission or carrier frequency on which the respective message bits are to be modulated, so that the multiplication method provided according to the EDGE standard is in principle a combination of a time division multiplex and a frequency division multiplex method ("Frequency Division Multiple Access", FDMA) corresponds.
  • FDMA Frequency Division Multiple Access
  • the frequency of the resulting amplitude modulation lies in the range of the bit repetition frequency of GSM transmitters and thus usually within the bandwidth of the m GSM transmitters provided power control, so that the use of the m GSM transmitters usual power control in EDGE operation to partially regulate the amplitude modulation and can thus lead to undesirable modulation distortions.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a method and a circuit arrangement for regulating the transmission power of a transmitter, which ensures reliable regulation of the transmission power even when operating in accordance with the EDGE standard.
  • the bandwidth of the power control being varied over time.
  • the power control is carried out with a high bandwidth, which is customary in m GSM transmitters, for example, while the bandwidth of the power control is reduced to a lower bandwidth within the transmission intervals (transmission time slots), which before in particular lies below the respective bit rate of the transmitter.
  • the bandwidth of the power control can be varied in time, for example, by using a feedback-coupled controller, the capacity in the feedback branch of the controller being increased during the transmission time slots, in particular to implement the reduced bandwidth.
  • the present invention is generally suitable for regulating the transmit or output power of transmitters of any design. However, it is particularly advantageous for high-frequency power amplifiers, such as those used in mobile radio devices (e.g. mobile telephones).
  • a high-frequency power amplifier 2 is shown, which amplifies the RF input power P N supplied by a transmitting unit 1 with a specific amplification factor and in the form of an amplified RF output power
  • the output power of the power amplifier 2 is regulated with the aid of a control circuit in order to stabilize the output power against interference flows and to set it to a desired value TARGET predetermined by the transmitter unit 1.
  • the setpoint TARGET becomes such in time from the transmission unit 1 varies that different output power values Pou- are generated in transmission timeslots assigned to different subscribers.
  • the control circuit comprises a device for detecting the instantaneous value or actual value ACTUAL of a measurement variable corresponding to the output power P OUT of the power amplifier 2.
  • a directional coupler 6 operated with a discharge resistor R3 is provided for this purpose, which couples out part of the transmission power P 0U ⁇ and a envelope detector 5, consisting of a rectifying diode D with a capacitance C1 connected in parallel and a resistor connected in parallel Rl, feeds.
  • An analog voltage obtained by rectifying the high frequency is generated by the envelope detector 5 or the diode D and is applied as the measured variable corresponding to the actual value ACTUAL output power P 0 u ⁇ via a resistor R2 to the inverting input of a differential amplifier 3.
  • the setpoint SOLL which is predetermined by the transmitter unit 1, is applied, which corresponds to a specific target output power of the power amplifier 2.
  • the differential amplifier 3 serves as a controller and, depending on the difference between the target value TARGET and the actual value ACTUAL, generates a manipulated variable SET which is fed to a control input of the power amplifier 2 in order to adjust its output power PQUT accordingly.
  • the output of the controller or amplifier 3 is connected to its inverting input via a feedback branch, which contains a controllable switch 4 and capacitors or capacitors C2 and C3.
  • the controllable switch 4 is controlled by a control signal generated by the transmission unit 1 and is preferably designed in the form of an electronic semiconductor switch.
  • the two capacitors C2 and C3 determined the bandwidth of the power control.
  • the switch 4 is open.
  • the switch 4 is closed by the transmission unit 1 and the total capacitance in the feedback branch of the controller 3 is increased by the parallel connection of the capacitors C2 and C3.
  • R2 and C2 as well as C3 are to be dimensioned such that the bandwidth of the controller 3 is reduced below the bit repetition frequency of the respective transmission signal by closing the switch 4, so that in the case of an EDGE transmitter within each transmission time slot a regulation of the during each Transmit time slot occurring amplitude modulation can be reliably avoided.

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Abstract

Zur Regelung der Sendeleistung eines Senders, insbesondere eines mit Amplitudenmodulation und Zeitmultiplexbetrieb arbeitenden EDGE-Mobilfunk-Senders, wird vorgeschlagen, einen Regler (3) zu verwenden, der mit einer ersten Bandbreite betrieben wird, welche während eines Sendeintervalls, in dem von dem Sender Sendebits übertragen werden, auf eine niedrigere zweite Bandbreite, welche insbesondere kleiner als die Sendebitfrequenz ist, verringert wird. Die Verringerung der Bandbreite kann beispielsweise durch Hinzuschalten einer parallelen Kapazität (C3) im Rückkopplungszweig des Reglers (39 erfolgen.

Description

Beschreibung
Verfahren und Schaltungsanordnung zum Regeln der Sendelei¬ stung eines Senders
Die vorliegende Erfindung betrifft em Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 zum Regeln der Sendeleistung eines Senders, insbesondere eines Mobilfunk-Senders, sowie eine entsprechende Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 7.
Auf dem Gebiet der Mobilfunktechnik wird augenblicklich an dem sogenannten EDGE-Standard ("Enhanced Data Services For GSM Evolution"), einer Weiterentwicklung des GSM- Mobilfunkstandards ("Global System For Mobile Communications"), gearbeitet. Dieser EDGE-Standard sieht als Vielfachzugriffsverfahren ein Zeitmultiplexverfahren ("Time Division Multiple Access", TDMA) vor, bei dem jeder Teilnehmer nur wahrend bestimmter Sendeintervalle, die als Zeitschlitze ("Slots") bezeichnet werden, senden darf, um eine Kollision zwischen den Sendesignalen der einzelnen Teilnehmer zu vermeiden. Zudem ist gemäß dem EDGE-Standard jedem Teilnehmer eine bestimmte Sende- oder Tragerfrequenz zugewiesen, auf welche die jeweiligen Nachrichtenbits aufzumodulieren sind, so daß das gemäß dem EDGE-Standard vorgesehene Vielfactizu- gπffsverfahren im Prinzip einer Kombination aus einem Zeit- multiplex- und einem Frequenzmultiplexverfahren ("Frequency Divison Multiple Access", FDMA) entspricht.
Zur Realisierung des zuvor beschriebenen Vielfachzugriffsverfahrens ist erforderlich, daß die von dem jeweiligen Sender erzeugte Sende- oder Ausgangsleistung schnell innerhalb vorgegebener Zeitmasken verändert wird. Diese als "Ramping" bezeichnete Veränderung der Ausgangsleistung wird vorteilhaf- terweise mit einer Leistungsregelung vorgenommen, bei der eine von der augenblicklichen Ausgangsleistung abhangige Meßgroße erfaßt, deren augenblicklicher Wert (d.h. der Istwert) mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen und abhangig von dem Vergleichsergebnis eine Stellgroße erzeugt wird, welche dem HF-Ausgangsleistun -fsverstarker des Senders über einen Steuereingang zugeführt wird, um dessen Ausgangsleistung ent- sprechend einzustellen.
Durch die gemäß dem EDGE-Standard vorgeschriebene Modulationsart treten wahrend der einzelnen Sendezeitschlitze Veränderungen der Hullkurve des Sendesignals auf. Die Frequenz der daraus resultierenden Amplitudenmodulation liegt im Bereich der Bitfolgefrequenz von GSM-Sendern und damit gewöhnlich innerhalb der Bandbreite der m GSM-Sendern vorgesehenen Leistungsregelung, so daß die Verwendung der m GSM-Sendern üblichen Leistungsregelung im EDGE-Betrieb zu einer teilweisen Ausregelung der Amplitudenmodulation und somit zu unerwünschten Modulationsverzerrungen fuhren kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Sendeleistung eines Senders vorzuschlagen, womit auch bei einem Betrieb gemäß dem EDGE-Standard eine zuverlässige Regelung der Sendeleistung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 7 gelost. Die Unteranspruche definieren jeweils bevorzugte Ausfuhrungsformen der vorliegenden Erfindung .
Erfmdungsgemaß ist vorgesehen, die von dem Ausgangs- oder
Sendeverstarker erzeugte Sendeleistung über einen Regelkreis zu regeln, wobei die Bandbreite der Leistungsregelung zeitlich variiert wird. Wahrend des Rampmg wird die Leistungsregelung mit einer beispielsweise m GSM-Sendern üblichen hohen Bandbreite durchgeführt, wahrend die Bandbreite der Leistungsregelung innerhalb der Sendeintervalle (Sendezeitschlitze) auf eine niedrigere Bandbreite reduziert wird, wel- ehe insbesondere unterhalb der jeweiligen Bitfolgefrequenz des Senders liegt.
Bei Anwendung des EDGE-Standards kann somit eine Ausregelung der Amplitudenmodulation wahrend der Sendezeitschlitze ver¬ mieden werden.
Die Bandbreite der Leistungsregelung kann beispielsweise durch die Verwendung eines ruckgekoppelten Reglers zeitlich variiert werden, wobei insbesondere zur Realisierung der reduzierten Bandbreite wahrend der Sendezeitschlitze die Kapazität im Ruckkopplungszweig des Reglers erhöht wird.
Die vorliegende Erfindung eignet sich allgemein zur Regelung der Sende- oder Ausgangsleistung beliebig ausgestalteter Sen- deverstarker . Sie ist jedoch insbesondere für Hochfrequenz- Leistungsverstarker vorteilhaft, wie sie beispielsweise m Mobilfunkgeraten (z.B. Mobiltelefonen) , zum Einsatz kommen.
Die Erfindung wird nachfolgend naher unter Bezugnahme auf die beigefugte Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausfuhrungsbei- spiels erläutert, wobei die einzige Figur den vereinfachten Aufbau einer Schaltungsanordnung zur Regelung der Sendeleistung eines EDGE-Mobilfunk-Senders gemäß einem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Es ist ein Hochfrequenz-Leistungsverstarker 2 dargestellt, der die von einer Sendeeinheit 1 zugefuhrte HF- Emgangsleistung P N mit einem bestimmten Verstärkungsfaktor verstärkt und m Form einer verstärkten HF-Ausgangsleistung
POUT ausgibt.
Die Ausgangsleistung
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des Leistungsverstarkers 2 wird mit Hilfe eines Regelkreises geregelt, um die Ausgangsleistung gegenüber Storemflussen zu stabilisieren und auf einen von der Sendeeinheit 1 vorgegebenen Sollwert SOLL einzustellen. Der Sollwert SOLL wird von der Sendeeinheit 1 zeitlich derart variiert, daß in unterschiedlichen Teilnehmern zugeordneten Sendezeitschlitzen unterschiedliche Ausgangsleistungswerte Pou- erzeugt werden.
Der Regelkreis umfaßt eine Einrichtung zur Erfassung des augenblicklichen Werts oder Istwerts IST einer der Ausgangsleistung POUT des Leistungsverstarkers 2 entsprechenden Meßgroße. Im vorliegenden Fall ist hierzu ein mit einem Abflußwiderstand R3 betriebener Leistungs-Richtkoppler 6 vorgesehen, der einen Teil der Sendeleistung P0Uτ auskoppelt und einem Hull- kurvendetektor 5, bestehend aus einer gleichrichtenden Diode D mit einer parallel geschalteten Kapazität Cl und einem parallel geschalteten Widerstand Rl, zufuhrt.
Von dem Hullurvendetektor 5 bzw. der Diode D wird eine durch Gleichrichtung der Hochfrequenz gewonnene analoge Spannung erzeugt und als die dem Istwert IST der Ausgangsleistung P0uτ entsprechende Meßgroße über einen Widerstand R2 an den invertierenden Eingang eines Differenzverstarkers 3 angelegt. An den nicht-mvertierenden Eingang des Differenzverstarkers 3 ist der von der Sendeeinheit 1 vorgegebene Sollwert SOLL angelegt, der einer bestimmten Soll-Ausgangsleistung des Leistungsverstarkers 2 entspricht.
Der Differenzverstarker 3 dient als Regler und erzeugt abhangig von der Differenz zwischen dem Sollwert SOLL und dem Istwert IST eine Stellgroße STELL, die an einen Steuereingang des Leistungsverstarkers 2 gefuhrt ist, um dessen Ausgangsleistung PQUT entsprechend einzustellen.
Der Ausgang des Reglers oder Verstärkers 3 ist über einen Ruckkopplungszweig, der einen steuerbaren Schalter 4 sowie Kapazitäten oder Kondensatoren C2 und C3 enthalt, mit seinem invertierenden Eingang verbunden. Der steuerbare Schalter 4 wird durch ein von der Sendeeinheit 1 erzeugtes Steuersignal angesteuert und ist vorzugsweise m Form eines elektronischen Halbleiterschalters ausgebildet. Die beiden Kondensatoren C2 und C3 bestimmten die Bandbreite der Leistungsregelung. Wahrend des sogenannten Rampmg, bei dem die Sende- oder Ausgangsleistung P0υτ des Sendeverstarkers 2 schnell innerhalb vorgegebener Zeitmasken verändert werden muß, ist der Schalter 4 geöffnet. In diesem Fall erfolgt die Leistungsregelung mit einer relativ hohen Bandbreite, wie sie beispielsweise in GSM-Sendern üblich ist, wobei die Grenzfrequenz fα des Reglers 3 durch den Ausdruck / = defi- g s 2π R2 C2 niert ist.
Innerhalb jedes Sendezeitschlitzes wird hingegen der Schalter 4 von der Sendeeinheit 1 geschlossen und somit die im Ruck- kopplungszweig des Reglers 3 befindliche Gesamtkapazitat durch die Parallelschaltung der Kondensatoren C2 und C3 erhöht. Durch die Erhöhung der im Ruckkopplungszweig befindlichen Gesa tkapazitat wird die Bandbreite des Reglers 3 entsprechend reduziert, wobei die Grenzfrequenz f, des Reglers 3 m diesem Fall durch den Ausdruck /, = 1 definiert 2π R2 (C2 + C3) ist.
Die Werte von R2 und C2 sowie C3 sind derart zu bemessen, daß die Bandbreite des Reglers 3 durch Schließen des Schalters 4 unter die Bitfolgefrequenz des jeweiligen Sendesignals abge- senkt wird, so daß bei einem EDGE-Sender innerhalb jedes Sendezeitschlitzes eine Ausregelung der wahrend jedes Sendezeitschlitzes auftretenden Amplitudenmodulation zuverl ssig vermieden werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Regeln der Sendeleistung eines Senders, umfassend die Schritte a) Erfassen des augenblicklichen Werts (IST) einer der von einem Sendeverstarker (2) abgegebenen augenblicklichen Sende¬ leistung (POUT) entsprechenden Meßgroße, und b) Erzeugen einer dem Sendeverstarker (2) zuzuführenden Stellgroße (STELL) mit Hilfe eines Reglers (3) m Abhangig- keit von dem Verhältnis zwischen dem augenblicklichen Wert
(IST) der im Schritt a) erfaßten Meßgroße und einem vorgegebenen Sollwert (SOLL) , um die Sendeleistung (P0uτ) des Sende- verstarkers (2) entsprechend der Stellgroße einzustellen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Regler (3) mit einer ersten Bandbreite betrieben wird, welche wahrend eines Sendeintervalls, m dem von dem Sender Sendebits übertragen werden, auf eine niedrigere zwei¬ te Bandbreite verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die niedrigere zweite Bandbreite derart gewählt ist, daß sie kleiner als die Frequenz der Sendebits ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Regler ein über einen Ruckkopplungszweig (C2,C3) ruckgekoppelter Verstarker (3) verwendet wird, wobei die Bandbreite des Verstärkers (3) auf die niedrigerer zweite Bandbreite dadurch verringert wird, daß eine m dem Ruckkopplungszweig enthaltene Kapazität erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bandbreite des Verstärkers (3) auf die niedrigerer zweite Bandbreite dadurch verringert wird, daß zu einer in dem Ruckkopplungszweig enthaltenen Kapazität (C2) eine weite- re Kapazität (C3) für die Dauer des Sendeintervalls parallel geschaltet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Sendebits von dem Sender wahrend jedes Sendeinter¬ valls m Form eines amplitudenmodulierten Sendesignals gesendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß von dem Sender Sendebits, welche verschiedenen Teilnehmern zugeordnet sind, gemäß einem Zeitmultiplexverfahren gesendet werden, wobei für jeden Teilnehmer die Sendeleistung (Poir-) des Sendeverstarkers (2) f r die dem jeweiligen Teil¬ nehmer zugeordneten Sendeintervalle durch entsprechende Veränderung des Sollwerts (SOLL) angepaßt wird.
7. Schaltungsanordnung zum Regeln der Sendeleistung eines Senders, mit einer Istwert-Erfassungseinrichtung (5,6) zum Erfassen des augenblicklichen Werts (IST) einer der von einem Sendeverstarker (2) abgegebenen augenblicklichen Sendeleistung (POUT) entsprechenden Meßgroße, und mit einer Regeleinrichtung (3) zum Erzeugen einer dem Sendeverstarker (2) zuzuführenden Stellgroße (STELL) m Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen dem augenblicklichen Wert (IST) der von der Istwert-Erfassungseinrichtung (5,6) erfaßten Meßgroße und einem vorgegebbaren Sollwert (SOLL) , wobei der Sendeverstarker (2) die Sendeleistung (POLT) entsprechend der Stellgroße (STELL) einstellt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß eine Steuereinrichtung (1,4) zum Betreiben der Regeleinrichtung (3) mit einer ersten Bandbreite und zum Verringern der Bandbreite der Regeleinrichtung (3) auf eine niedrigere zweite Bandbreite wahrend eines Sendeintervalls, m dem von dem Sender Sendebits übertragen werden, vorgesehen ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die niedrigere zweite Bandbreite derart gewählt ist, daß sie kleiner als die Frequenz der Sendebits ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Regeleinrichtung in Form eines über einen Ruckkopp- lungszweig (C2,C3) ruckgekoppelter Verstärkers (3) ausgestaltet ist, und daß die Steuereinrichtung (1,4) derart ausgestaltet ist, daß sie die Bandbreite des Verstärkers (3) auf die niedrigerer zweite Bandbreite durch Erhöhung einer in dem Ruckkopplungs- zweig enthaltenen Kapazität verringert.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß m dem Ruckkopplungszweig eine erste Kapazität (C2) ange- ordnet ist, und daß ein von der Steuereinrichtung (1) angesteuerter Schalter (4) vorgesehen ist, über welchen eine zweite Kapazität (C3) zu der ersten Kapazität (C2) parallel schaltbar ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Steuereinrichtung (1) derart ausgestaltet ist, daß sie die Bandbreite des Verstärkers (3) auf die niedrigere zweite Bandbreite durch Schließen des steuerbaren Schalters (4) für die Dauer jedes Sendeintervalls verringert.
12. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7-11 in einem Sender, von dem die Sendebits wahrend jedes Sendeintervalls in Form eines amplitudenmodulierten Sendesignals gesendet werden.
13. Verwendung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sender ein insbesondere nach dem EDGE- Mobilfunkstandard betriebener Mobilfunk-Sender ist.
14. Verwendung nach Anspruch 12 oder 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Sender ein nach einem Zeitmultiplexverfahren arbeitender Sender ist, wobei für verschiedene Teilnehmer die Sendeleistung (POUT) des Sendeverstarkers (2) für die dem jewei- ligen Teilnehmer zugeordneten Sendeintervalle durch entsprechende Veränderung des Sollwerts (SOLL) angepaßt wird.
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