使用抽樣/保持時對非恆定包絡線波形的閉環功率控制的製作方法
2023-04-26 13:25:21
專利名稱：使用抽樣/保持時對非恆定包絡線波形的閉環功率控制的製作方法
優先權本發明要求於2003年3月12日提交申請的、專利序列號為60/454,032的美國臨時專利申請的優先權。
背景技術：
本發明涉及RF功率檢測器和控制器的領域，尤其涉及用在針對無線應用的移動手持終端中的RF功率檢測器和控制器。
在高度競爭的背景下，對移動系統的更大帶寬的需求已迫使網絡供應商去尋找成本較低的方式來擴展現存網絡。一種正在使用的此類系統便是「適於全球發展的提高型數據速率」(EDGE)。EDGE系統使供應商能夠擴展現存的用於移動通信(GSM)系統的全球系統(全球市場70％的水平)以提供高達300kbps的帶寬。對現存基礎網絡設施進行相對較小的更新可實現這種帶寬和容量的擴展。然而，該系統確實呈現出某些技術上的挑戰。這些挑戰之一便是在手持終端的發射機部分中精確的功率控制。
例如，正如已公布的專利號為2003/0139153的美國專利申請等所揭示的，諸如GSM、CDMA、EDGE這樣的許多RF無線通信標準都要求精確的功率控制(所揭示的內容引用在此作為參考)。使用開環技術時可能很難實現或達到這種必需的精確功率控制，因為溫度變化、對頻率的依賴性、電源供給變化以及製造容許偏差都會導致各種組件的增益的變化。在製造期間，校準所有這些變量可能是很昂貴的或不可能的。因為這些原因，需要對信號的功率或振幅進行閉環控制。
然而，在傳輸期間信號的瞬時振幅不斷變化，這使得針對諸如CDMA或EDGE這樣的非恆定包絡線(NCE)調製信號的閉環功率控制變得很複雜。適用於恆定包絡線調製波形的常規系統可將已測量的輸出功率電平與反饋環中的斜坡(或功率輪廓)信號作比較。把該技術應用到具有振幅變化的非恆定波形，其效果是把所期望的振幅信息從這些信號中擦除，從而產生令人無法接受的調製波形失真。因此，該技術不能適用於NCE信號。
通過增益測量，可實現NCE波形的閉環功率或振幅控制，其中使用了調製參考信號的a priori功率電平信息，並把該信息與最終輸出信號的功率電平的測量值相比較。這個a priori信息提供關於原始調製信號的振幅變化的必要信息給反饋系統，以使該反饋系統正常工作。然而，這個閉環反饋的方法可能對施加到參考信號輸入端的平均輸入功率的變化很敏感。在許多應用中，參考信號平均功率會展示出由諸如溫度、頻率以及局部到局部的變化等許多因素導致的這些變化，從而使該技術不適用。
因此，需要一種用於提供閉環功率控制的有效且經濟的系統。
發明內容
本發明提供一種用在通信系統中的無線電頻率輸出功率控制系統。該功率控制系統用於具有非恆定振幅包絡線的調製方案，並且包括一功率放大器，該功率放大器具有用於接收帶有非恆定振幅包絡線的輸入信號的功率放大器輸入端、用於接收功率控制輸入的功率控制輸入端、以及用於提供放大的輸出信號的功率放大器輸出端。根據本發明的一個實施例，該功率控制系統也包括跟蹤與保持電路，用於跟蹤已測量的且代表輸入信號的調製的參考功率信號。該功率控制系統還包括減法裝置，該裝置用於從已測量的參考功率信號中減去跟蹤與保持電路的輸出，從而提供一個要耦合到功率控制輸入端的差值信號。
參照附圖，可進一步理解下面的描述，其中圖1示出了根據本發明的一個實施例使用調製RF信號作為參考信號的系統的原理圖；圖2示出了根據本發明的另一個實施例使用調製IF信號作為參考信號的系統的原理圖；圖3示出了在根據本發明的一個實施例的系統中控制和信號線的定時原理圖。
圖4示出了根據本發明的另一個實施例使用基帶I和Q信號作為參考信息的系統的原理圖。
所示的附圖僅用於解釋說明。
具體實施例方式
根據本發明的各種實施例，可使用一參考信號以提供關於期望的輸出信號功率電平的信息。參考信號可以是例如頻率與發射頻率相同的調製信號，或者可使用中頻(IF)作為參考信號。參考信號提供關於期望的輸出信號功率電平的包絡線信息，而該信息對於該系統而言非常重要。本發明的另一實施例包括使用基帶I和Q作為參考信號。
該系統在功率控制系統中併入跟蹤和保持電路以實現對參考信號中的變化並不敏感的閉環功率控制，參考信號中的變化不是對參考信號進行預期的調製所產生的結果。如圖1所示，使用調製RF信號作為參考信息的這樣的系統10包括在RF輸入節點14和RF輸出節點16之間的一個功率放大器12。功率放大器12從誤差信號放大器和積分器部件18中接收校正信號(Vapc)。該系統也包括參考對數功率檢測部件20，該部件接收來自輸入節點14的RFin信號的抽樣。該系統還包括反饋對數功率檢測部件22，該部件接收來自RF輸出節點16的Rfout信號的抽樣。參考對數功率檢測部件20的輸出同時提供給第一組合器24以及跟蹤與保持部件26，跟蹤與保持部件26也接收HOLDon信號28。通過第一組合器24，從參考對數功率檢測部件20的輸出中減去跟蹤與保持部件26的輸出。在第二組合器30處，從第一組合器24的輸出中減去反饋對數功率檢測部件22的輸出，並且在第三組合器34處，第二組合器30的輸出與TXRamp信號32相加。第三組合器34的輸出提供給誤差信號放大器和積分器部件18。
最初，跟蹤與保持部件26跟蹤己測量的參考功率信號。從己測量的參考功率信號中減去跟蹤與保持部件的輸出，消除己測量的參考功率信號對誤差信號的影響。這使誤差信號僅對應於斜坡信號與己測量的輸出功率信號之間的差值，而不是功率放大器的增益或參考信號功率。當跟蹤與保持部件正在跟蹤時，該系統表現得與某些GSM GMSK類型的閉環功率控制系統完全一樣。
在功率斜坡開始之前，將跟蹤與保持部件轉換到保持模式，保持在轉換瞬間的已測量的參考功率電平。在保持時間期間，參考檢測器輸出和跟蹤與保持輸出之間的差值對應於參考信號中的瞬時包絡線相對於保持瞬間的功率電平的變化。把這些瞬時變化與所檢測的輸出功率相比較，並且控制環保證在反饋環的帶寬之內輸出信號包絡線變化跟蹤參考信號上的任何瞬時包絡線變化。
在積分器輸入端處對功率斜坡信號進行求和。除了由於參考信號的非恆定包絡線調製所導致的呈現在輸出信號上的任何振幅變化之外，反饋環把附加的振幅變化強加給與斜坡信號相對應的輸出信號。
把瞬時測量參考信號電平之間的差異施加到與其平均值相對應的那個時間點處的測量參考信號電平，這保證了反饋環獨立於平均參考信號電平而設置輸出功率電平。於是，輸出功率變成了功率檢測器特性、瞬時參考包絡線變化以及功率斜坡信號的函數。
根據另一個實施例，圖2示出了使用調製IF信號作為參考信息的系統。該系統40包括在發射機部件44和輸出節點46之間的功率放大器42，並且功率放大器42也接收來自誤差信號放大器和積分器部件48的修正信號(Vapv)。系統40包括接收來自發射機部件44的IFoutput信號的參考對數功率檢測部件50，以及接收來自RF輸出節點46的RFout信號的反饋對數功率檢測部件52。參考對數功率檢測部件50的輸出被同時提供給第一組合器54以及跟蹤與保持部件56，跟蹤與保持部件56也接收HOLDon信號58。通過第一組合器54，從參考對數功率檢測部件50的輸出中減去跟蹤與保持部件56的輸出。在第二組合器60處，從第一組合器54的輸出中減去反饋對數功率檢測部件52的輸出，並且在第三組合器64處，第二組合器60的輸出與TXRamp信號62相加。第三組合器64的輸出被提供給誤差信號放大器和積分器部件48。
圖3詳細示出了本技術的某些控制與信號線。最初，一恆定包絡線信號(或與之非常近似的信號)被提供給參考輸入70，並且跟蹤與保持電路跟蹤參考信號的測量功率電平。在72處示出了HOLDon信號。從測量參考信號70中減去跟蹤與保持的輸出74，差值此刻為0。然後，命令跟蹤與保持電路保持其輸入，之後，參考信號中的任何振幅變化將把自身呈現在差值信號76上。當施加斜坡信號78時，輸出功率80以相應的方式增加到該斜坡。在斜坡信號出現後，很快地非恆定包絡線調製出現在參考信號上，並且因為在此刻跟蹤與保持電路已經處於保持模式，所以在差值信號上呈現出參考信號振幅調製。為了保持在積分器輸入端處的0誤差信號，控制環迫使輸出功率振幅在反饋環的帶寬之內跟蹤這些包絡線變化。
除了提供功率控制之外，該電路可提供功率放大器的線性化。如果在系統處於保持模式的同時功率放大器增益因壓縮或熱效應而變化，則該電路可校正功率放大器中的增益變化。為了做到這一點，控制環帶寬必須超過參考信號的調製帶寬。如果沒必要校正功率放大器中的增益變化，則控制環沒必要超過調製帶寬，並且控制環只需要超過斜坡信號的帶寬。
本發明可用於包括諸如GSM(恆定包絡線)和EDGE(非恆定包絡線)這樣的恆定和非恆定包絡線信號的多模式發射機。在這種情況中，對於任何GSM無線電脈衝，跟蹤與保持電路都保持在跟蹤模式，從而給出了一個與常規GMSK閉環功率控制器等價的電路。對於任何EDGE無線電脈衝，跟蹤與保持電路以之前所描述過的方式轉換到保持。
上述系統與其它RF功率控制方法相比區別在於，它們使用跟蹤與保持功能來跟蹤並保持與參考NCE調製信號的功率水平相對應的測量信號。當這些變化不是預期的調製的結果時，該跟蹤與保持電路使系統能夠以一種對參考信號中的變化並不敏感的方式執行閉環功率控制。這種系統也應該是堅固耐用的，並且相對地容易實現。
在另外的實施例中，可使用基帶I和Q信號作為參考信息。在許多常規無線電發射機中，通過使用數字基帶處理器來產生這些i(t)和q(t)信號。通過各種裝置，用這些I和Q基帶信號來調製載波信號。調製信號的瞬時功率電平將會是這些I和Q基帶信號的函數。可用如下形式的方程來描述調製波形S(t)＝i(t)cosωct+q(t)sinωct因此，在某些載波頻率處，使用基帶信號而非調製信號來確定參考信號的功率電平。如圖4所示，這樣一個系統90可包括在發射機部件94和輸出節點96之間的功率放大器92。功率放大器92接收來自誤差信息放大器和積分器部件98的校正信號(Vapc)。將基帶I和Q參考信號100、102從發射機部件94分別提供給如圖所示相應的一對平方部件104、106，然後平方部件104、106的輸出在加法部件108處相加。I和Q信號的平方相加後正比於所期望的調製輸出信號的瞬時功率電平。來自組合器108的相加後的信號被提供給對數部件110(該對數部件的類型與圖1和2中的對數設備20、22、50、52的類型不同)，並且對數部件110的輸出被提供給第一組合器112。對數部件110的輸出也被提供給跟蹤與保持部件114，跟蹤與保持部件114也接收如圖所示的HOLDon信號。通過第一組合器112，從對數部件110的輸出中減去跟蹤與保持部件114的輸出，並且組合器112的輸出作為系統參考信號被提供給第二組合器118。該系統也包括耦合到輸出信號的對數功率檢測部件120，並且在第二組合器118處，功率檢測部件120的輸出作為反饋信號被減去。第三組合器124把第二組合器的輸出與TXRamp信號122組合起來，並且第三組合器124的輸出被提供給誤差信息放大器和積分器部件98。根據該實施，基帶信號可以是模擬或數字形式，並且參考功率電平可由模擬或數字裝置或這些裝置的某種組合來確定。跟蹤與保持功能可通過模擬或數字裝置來實現。為了清楚，在上文中各組合器都是分開討論的，但在某些實施例中，各組合器可作為單個組合器部件被提供。
使用基帶信號允許在數字域中的參考功率電平的計算。參考功率的數字計算可以比模擬計算更有效。這種有效性可體現在電路、尺寸、功耗以及其它需要考慮的事項。使用基帶信號而非調製載波信號，可更精確地確定參考功率電平。這一點是由於調製過程中存在缺陷。
那些本領域的技術人員會理解，在不背離本發明的精神和範圍的情況下可以對本發明作出大量的修改和變化。
權利要求
1.一種用在通信系統中的無線電頻率輸出功率控制系統，所述通信系統使用一種具有非恆定振幅包絡線的調製方案，所述功率控制系統包括功率放大器，它具有用於接收帶有非恆定振幅包絡線的輸入信號的功率放大器輸入端、用於接收功率控制信號的功率控制輸入端、以及用於提供放大後的輸出信號的功率放大器輸出端；跟蹤與保持電路，它用於跟蹤代表所述輸入信號的調製的已測量的參考功率信號；以及減法裝置，它用於從所述已測量的參考功率信號中減去所述跟蹤與保持電路的輸出以提供一個要耦合到所述功率控制輸入端的差值信號。
2.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述跟蹤與保持電路以及所述已測量的參考功率信號通過對數功率檢測部件被耦合到所述輸入信號。
3.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述跟蹤與保持電路對HOLDon信號響應是迅速且積極的。
4.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述輸入信號是由發射機部件提供的IF輸出信號。
5.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述輸入信號包括來自發射機部件的基帶參考輸出。
6.如權利要求5所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述系統進一步包括一對平方部件。
7.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述跟蹤與保持電路通過誤差信息放大器被耦合到所述功率放大器。
8.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述系統被用來控制具有非恆定包絡線的調製信號的功率。
9.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，反饋信號被從所述減法裝置的輸出信號中減去。
10.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述系統另外對TXRamp信號的響應是迅速且積極的。
11.如權利要求1所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述系統進一步包括反饋對數功率檢測部件。
12.一種用在通信系統中的無線電頻率輸出功率控制系統，所述通信系統使用一種具有非恆定振幅包絡線的調製方案，所述功率控制系統包括功率放大器，它具有用來接收帶有非恆定振幅包絡線的輸入信號的輸入端、用於接收功率控制信號的功率控制輸入端、以及用於提供已放大的輸出信號的輸出端；跟蹤與保持電路，它用於跟蹤參考信號；第一組合器，它用於提供在所述參考信號與所述跟蹤與保持電路的輸出信號之間的差值；以及第二組合器，它用於提供反饋信號與所述第一組合器的輸出之間的差值，其中所述功率控制信號對所述反饋信號與所述第一組合器的輸出之間的差值的響應是迅速且積極的。
13.如權利要求12所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述控制系統進一步包括用於提供TXRamp信號與所述第二組合器的輸出的總和的第三組合器，其中所述功率控制信號對所述TXRamp信號與所述第二組合器的輸出的總和的響應是迅速且積極的。
14.如權利要求13所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述第一組合器、所述第二組合器、以及所述第三組合器都在單一的組合器部件中被提供。
15.一種無線電頻率輸出功率控制系統，它包括耦合到輸入信號的功率放大器；耦合到參考信號的參考對數部件；耦合到所述參考信號的跟蹤與保持電路；耦合到反饋信號的反饋對數部件；以及用於向所述功率放大器提供校正信號的組合器裝置，所述組合器裝置對所述參考信號、來自所述跟蹤與保持電路的輸出信號、以及所述反饋信號的響應是迅速且積極的。
16.如權利要求15所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述參考信號包括調製RF信號。
17.如權利要求15所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述參考信號包括調製IF信號。
18.如權利要求15所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述參考信號包括基帶I和Q信號。
19.如權利要求18所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述系統用來控制具有非恆定包絡線的調製信號的功率。
20.如權利要求15所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述組合器裝置另外對TXRamp信號的響應是迅速且積極的。
21.如權利要求15所述的無線電頻率輸出功率控制系統，其特徵在於，所述跟蹤與保持電路對HOLDon信號的響應是迅速且積極的。
全文摘要
揭示了一種用在通信系統中的無線電頻率輸出功率控制系統。該功率控制系統用於具有非恆定振幅包絡線的調製方案，並且包括一功率放大器，該功率放大器具有用於接收帶有非恆定振幅包絡線的輸入信號的5功率放大器輸入端、用於接收功率控制輸入的功率控制輸入端、以及用於提供已放大的輸出信號的功率放大器輸出端。該功率控制系統也包括跟蹤與保持電路，該電路用於跟蹤已測量的且代表輸入信號的調製的參考功率信號。該功率控制系統還包括減法裝置，用於從已測量的參考功率信號中減去跟蹤與保持電路的輸出，從而提供一個要耦合到功率控制輸入端的差值信號。
文檔編號H03G3/30GK1774860SQ200480010305
公開日2006年5月17日 申請日期2004年3月2日 優先權日2003年3月12日
發明者R·G·格爾斯, S·南迪帕庫 申請人:模擬設備股份有限公司