用於在通信系統中發送信號的系統和方法
2023-05-15 04:59:46 2
專利名稱：用於在通信系統中發送信號的系統和方法
技術領域：
本發明一般地涉及在移動通信系統中的信號發送系統以及方法，特別涉及一種用於在通信系統中採用多模式功率放大器(MMPA)進行信號發送的系統和方法。
背景技術：
對於未來一代通信系統，以高速率提供具有多種服務質量(QoS)等級的服務是現行的研究課題。特別是，對於未來一代通信，研究積極地針對在包括無線區域網(WLAN)和城域網(MAN)的寬帶無線接入(BWA)系統中提供具有移動性和QoS保證的高速服務。在這方面，第四代(4G)移動通信系統針對在保證移動性和QoS的同時應用多載波於高速服務進行開發。
考慮到在典型的通信系統中的信號發送系統，有兩種類型的信號發送系統一種採用單載波功率放大器(SCPA)，並且另一種採用多載波功率放大器(MCPA)。兩種信號發送系統都可以使用單一頻率分配(FA)或多FA。參照圖1，對採用單一FA的SCPA型信號發送系統的結構進行說明。
圖1是一種在典型的通信系統中，按照單一FA操作的採用SCPA型信號發送系統的方框圖。參照圖1，該信號發送系統包括一單一FA輸入信號生成模塊(SGB)111，一SCPA 113，一前端模塊(FEB)115，以及一天線(ANT)117。
為了輸入待發送信息信號，SGB 111生成對應於一單一FA的一個單一FA輸入信號f1。SCPA 113以預定增益放大該單一FA輸入信號f1。FEB 115對該放大後信號執行射頻(RF)預處理，並將該RF預處理後信號經ANT 117發送。
如圖1所示中的採用單一FA操作的信號發送系統，也可以採用多FA，其將在以下說明。
圖2是一種在典型的通信系統中，按照多FA操作的SCPA型信號發送系統的方框圖。
此處假設該信號發送系統採用從f1到fN的N個FA。參照圖2，該信號發送系統包括從211-1到211-N的N個SGB，從213-1到213-N的N個SCPA，一信道組合器模塊(CCB)215，一FEB 217，以及一ANT 219。
通過各自FA發送的信息信號被提供給相應的SGB。確切地說，對於f1的信息信號被提供給SGB 211-1，並且以相同的方式，對於fN的信息信號被提供給SGB 211-N。
為輸入信息信號，SGB 211-1生成一個相應於f1的單一FA輸入信號。以相同的方式，為輸入相應的信息信號，SGB 211-N也生成一個相應於fN的單一FA輸入信號。SCPA 213-1以預定增益，並且以相同的方式放大從SGB211-1接收的單一FA輸入信號。SCPA 213-N也以預定增益放大從SGB 211-N接收的單一FA輸入信號。
CCB 215信道組合從SCPAs 213-1到213-N接收的放大後信號。FEB 217RF預處理該組合後信號，並將該預處理後信號經ANT 219發送。
由於CCB 215承受顯著的介入損耗(insertion loss)，相鄰FA的信道組合非常困難。因此，如果採用多FA，由於介入損耗，SCPA 213-1到213-N被設計為具有更大增益，用於確保發送功率，該功率與在按照單一FA操作的採用SCPA信號發送系統中從ANT發送的信號的發送功率相同。也就是說，由於介入損耗，相比MCPA的使用，必須增加SCPA 213-1到213-N的增益。
因此，當SCPA型信號發送系統使用多FA時，必須配備與FA數目相同的SCPA。考慮到天線發送功率，由於CCB 215的介入損耗，消耗了相比使用MCPA的情況的更多的功率。這導致要求在該信號發送系統中冷卻能力，增加了整個系統操作成本。
通過參照圖3，對按照單一FA操作的MCPA型信號發送系統的結構進行說明。圖3是典型的通信系統中，按照單一FA操作的MCPA型信號發送系統的方框圖。參照圖3，該信號發送系統包括一SGB 311，一MCPA 313，一FEB315，以及一ANT 317。
為了輸入待發送信息信號，SGB 311生成一個相應於單一FA的單一FA輸入信號f1。MCPA 313以預定增益放大該單一FA輸入信號f1。FEB 315對該放大後信號執行RF預處理，並將該RF預處理後信號經ANT 317發送。
當在圖3中所示情況的可以在單一FA中放大時，將MCPA 313最佳化用於多FA放大。因此，按照單一FA的MCPA 313操作導致了不必要的功率損耗。而且，由於MCPA 313相對於SCPA更為昂貴，增加了整個系統的初始安裝成本。
圖4是典型的通信系統中，按照多FA操作的MCPA型信號發送系統的方框圖。
此處假設該信號發送系統採用從f1到fN的N個FA。參照圖4，該信號發送系統包括從411-1到411-N的N個SGB，一FA組合模塊(FCB)413，一MCPA 415，一FEB 417，以及一ANT 419。
通過各自FA發送的信息信號被提供給相應的SGB。確切地說，對於f1的信息信號被提供給SGB 411-1並且以相同的方式，對於fN的信息信號被提供給SGB 411-N。
為輸入信息信號，SGB 411-1生成一個相應於f1的單一FA輸入信號。以相同的方式，為輸入相應的信息信號，SGB 411-N生成一個相應於fN的單一FA輸入信號。FCB 413FA組合從SGB 411-1到411-N接收的N個單一FA信號，從而生乘一多FA信號。
MCPA 415以預定增益放大從FCB 413接收的多FA信號。FEB 417RF預處理該放大信號，並將該預處理後信號經ANT 419發送。
與採用SCPA相比，MCPA的採用消除了對CCB的需要，即使是在採用多FA的情況下。因此避免了由CCB的介入損耗導致的功率消耗增加。但是，MCPA的生成成本通常高於SCPA的生成成本。另外，當採用少量FA時，MCPA的容量只能被部分利用，從而不必要地增加了系統初始安裝成本。如果在需要一個CCB的太少數量FA下操作SCPA系統，由於結構的複雜性採用MCPA的信號發送系統比採用SCPA效率低。
發明內容
本發明的一個目的是基本上解決至少上述問題和/或缺點，並且提供至少一個下面的優點。因此，本發明提供一種用於在通信系統中使用多模式功率放大器(MMPA)發送信號的系統和方法。
根據本發明的一方面，在一個通信系統的信號發送系統中，一SGB使用一信息信號生成一相應於預定FA的單一FA信號；一MMPA在預定控制下調整其放大特性，並根據調整後的放大特性放大該單一FA信號；一MMPA模式控制器(MMC)根據使用的FA策略確定一用於MMPA的操作模式，並控制MMPA以根據所確定的操作模式調整放大特性。
根據本發明的另一方面，在一個通信系統的信號發送系統中，一多FA輸入信號生成模塊(MGB)在預定控制下通過組合由N個FA發送的單一FA信號生成一多FA信號；一多FA功率放大器模塊(MPB)，在預定控制下將該多FA信號的功率N等分，在預定控制下根據調整後的放大特性放大該N等分後信號，並組合該放大後N個信號的功率。一MMC根據一使用的FA策略控制放大特性的調整。
根據本發明的進一步的方面，在一個通信系統的信號發送系統中，使用與預定FA相一致的信息信號生成一單一FA信號；根據使用的FA策略確定用於一MMPA的操作模式，並根據所確定的操作模式控制該MMPA的放大特性；根據該調整後放大特性放大該單一FA信號。
根據本發明的再一方面，在一個通信系統的信號發送系統中，通過組合由N個FA發送的單一FA信號生成一多FA信號。根據使用的FA策略確定用於N個MMPA的操作模式，並根據該操作模式控制該N個MMPA的放大特性的調整。該多FA信號的功率被N等分，根據調整後的放大特性放大該N等分後信號；並組合該放大後N個信號的功率。
從下面通過參照附圖的詳細描述中，本發明的上述以及其它的目的、特徵及優點將會變得更加明顯，其中圖1為一在典型的通信系統中按照單一FA操作的SCPA型信號發送系統的方框圖；圖2為一在典型的通信系統中按照多FA操作的SCPA型信號發送系統的方框圖；圖3為一在典型的通信系統中按照單一FA操作的MCPA型信號發送系統的方框圖；圖4為一在典型的通信系統中按照多FA操作的MCPA型信號發送系統的方框圖；圖5為根據本發明的在一移動通信系統中按照單一FA操作的MMPA型信號發送系統的方框圖；圖6為根據本發明的在一移動通信系統中按照多FA操作的MMPA型信號發送系統的方框圖；和圖7為圖6所示配置具有一可開關切換功率分配器(SPD)以及一可開關切換功率組合器(SPC)的多FA功率放大器模塊(MPB)的方框圖。
具體實施例方式
以下將參照附圖對本發明的優選實施方式進行描述。在下述說明中，公知的功能或結構將不再詳細贅述，以免以不需要的細節使本發明不清楚。
本發明提供一種用於在通信系統中使用多模式功率放大器(MMPA)發送信號的系統和方法。特別是，本發明提供一種信號發送系統和方法，無論使用的頻率分配(Fas)的數目多少，即不管採用單一FA還是多FA，都可以使得初始安裝成本和操作成本最小。
圖5為根據本發明的在移動通信系統中按照單一FA操作的MMPA型信號發送系統的方框圖。
參照圖5，該信號發送系統包括一信號生成模塊(SGB)511，一MMPA 513，一MMPA模式控制器(MMC)515，一前端模塊(FEB)517，以及一天線(ANT)519。
為輸入一待發送信息信號，SGB 511生成一相應於單一FA的單一FA輸入信號f1。MMPA 513根據一預定增益放大該單一FA信號f1；在MMC 515的控制下，MMPA 513變換其操作模式。
MMC 515決定該信號發送系統是在單一FA下還是多FA下操作。由於在圖5中說明的該信號發送系統採用單一FA，MMC 515確定MMPA 513的操作模式為單一FA模式。
通常，相對於多FA信號，單一FA信號採用窄帶特性。因此，取決於該PA是否使用線性化電路，以及使用什麼類型的線性化電路，改變用於放大窄帶單一FA信號的功率放大器(PA)的最優的放大方法。在每種情況中，根據寄生的輻射和效率，對於單一FA信號總是存在一種最優的放大方法。
相對於單一FA信號，多FA信號採用寬帶特性。因此，取決於該PA是否使用線性化電路，以及使用什麼類型的線性化電路，改變對於用於放大寬帶多FA信號的PA的最優的放大方法。在每種情況下，根據寄生的輻射和效率，對於多FA信號總是存在一種最優的放大方法。
也就是說，一個在信號發送系統中使用的PA針對作為窄帶信號的單一FA信號和作為寬帶信號的多FA信號採用不同的最優放大方法。取決於採用的是單一FA信號還是多FA信號，相應地優化單一PA(即一MMPA)。從而，最小化初始安裝成本和操作成本。
由於MMPA 513確定MMC 515的操作模式為單一FA模式，MMPA 513以一對於單一FA信號的放大的最優方式調整其放大特性，並相應地放大該單一FA信號。FEB 517對該放大後信號進行RF預處理，並通過ANT 519發送該RF預處理後信號。
圖6為根據本發明的在移動通信系統中按照多FA操作的MMPA型信號發送系統的方框圖；假定此處該信號發送系統採用N個FA，f1到fN。參照圖6，該信號發送系統包括一多FA輸入信號生成模塊(MGB)610，一多FA功率放大器模塊(MPB)620，一MMC 630，一FEB 640，以及一ANT 650。該MGB 610包括N個SGB 611-1到611-N以及一FA組合模塊(FCB)613。該MPB 620由一功率分配器模塊(PDB)621、N個MMPA 623-1到623-N、以及一功率組合模塊(PCB)625組成。
將以各自FA發送的信息信號提供給MGB 610中相應的SGB。確切地說，對於f1的信息信號被提供給SGB 611-1並且以相同的方式將對於fN的信息信號被提供給SGB 611-N。
為輸入該信息信號，SGB 611-1生成一相應於f1的單一FA輸入信號；以相同的方式，為輸入相應信息信號，SGB 611-N生成一相應於fN的單一FA輸入信號；FCB 613 FA組合從SGB 611-1到SGB 611-N接收的N個單一FA信號，從而生成一多FA信號。由於相對地低功率的單一FA信號的組合，與使用CCB的信號發送系統相比，FCB 613對MMPA的放大特性影響很小。
PDB 621把從FCB 613接收的多FA信號功率均分為N路，並將所得信號提供給MMPA 623-1到623-N。等分的功率分布信號具有相同的頻率特性。MMPA623-1到623-N將接收到的信號以預定增益放大。
MMPA 623-1到623-N在MMC 630的控制下改變它們的操作模式。由於MMC630確定用於MMPA的多FA模式，它們對於多FA信號最優地調整其放大特性，並以預定增益相應放大該多FA信號。
PCB 625對接收自MMPA 623-1到623-N的放大後信號的功率進行組合。該功率組合步驟與CCB的信道組合步驟明顯不同。由於CCB組合多個具有不同功率的FA信號，該FA信號每個需要與其它FA信號更大的隔離度，因而增加了介入損耗。結果採用了多FA。然而，當在多FA條件下使用一SCPA時，則該SCPA的輸出必然隨著CCB介入損耗的增加相應增加，以便為每個FA信號維持相同的天線發送功率。結果，功率消耗會增加，並且SCPA必須設計成具有與CCB介入損耗相當的較大容量。另外，很難確保相鄰FA一定的隔離度等級，從而使很難對相鄰FA信號進行信道組合。
相反，由於PCB 625組合在MMPA 623-1到623-N中以相同振幅、相同相位放大的相同頻率的信號，導致介入損耗很小。多FA條件下的MMPA信號發送系統只需維持與採用單一FA幾乎相同的發送功率。因此，根據多FA的寬帶特性優化MMPA 623-1到623-N。不同於具有CCB的多FA的使用，連續的多FA放大是可能的。
FEB 640對從PCB 625接收的信號執行RF預處理，並將預處理後信號經ANT 650發送。
PDB 621和PCB 625可以分別由一可開關切換功率分配器(SPD)和一可開關切換功率組合器(SPC)所替換，其將參照圖7進行描述。
圖7為圖6所示的配置包括一SPD以及一SPC的MPB 620的方框圖。
參照圖6所述，PDB起等分信號功率的作用，同時維持輸入信號的相同頻率，並且PCB組合該具有相同振幅、相位和頻率的N個信號。一SPD 710和一SPC 720在PDB和PCB之間的路徑加入了開關功能。
SPD 710和SPC 720根據MMPA 623-1到623-N所生成的開關控制信號(SCS)對它們的輸入端和輸出端切換接通/關斷，從而萬一特定路徑中出現缺陷的情況下防止在SPD 710和SPC 720中的介入損耗。例如，MPB 620沒有MMPA 623-N，或者如果其具有MMPA 623-N，而連接到SPD 710和SPC 720的MMPA 623-N中出現了缺陷時，造成失配導致的介入損耗。為防止該失配導致的介入損耗，SPD 710和SPC 720會根據SCS信號關斷到MMPA 623-N的路徑。
綜上所述，本發明提供一種在通信系統中採用MMPA的信號發送系統，其實現了和在採用少量FA的情況下(例如單一FA策略)採用SCPA時在系統總效率和生成成本方面的相同的優點，並且實現了和在採用大量FA的情況下(例如多FA策略)採用MCPA時在PA容量和冷卻容量方面的相同的優點。因此，根據所採用FA的數量在效率和成本的平衡方面優化了該信號發送系統，從而大幅提升系統競爭力。
儘管其中參照特定的優選實施例已經顯示和說明了本發明，但本領域技術人員可以理解，在不脫離由所提出的權利要求定義的本發明宗旨和範疇的情況下，可以作出在形式和細節上的多種改變。
權利要求
1.一種通信系統中的信號發送系統，包括一單一頻率分配(FA)輸入信號生成模塊(SGB)，用於使用一信息信號，生成一與預定FA相應的單一FA信號；一多模式功率放大器(MMPA)，用於在一預定控制下調整MMPA的放大特性，並根據該調整後放大特性放大該單一FA信號；以及一MMPA模式控制器(MMC)，用於根據一使用的FA策略確定一用於MMPA的操作模式，並相應於該確定的操作模式控制該MMPA的放大特性的調整。
2.如權利要求1所述的信號發送系統，進一步包括一前端模塊(FEB)，用於對該MMPA放大後的信號進行射頻(RF)預處理，並將該預處理後信號經一天線發送。
3.如權利要求1所述的信號發送系統，其中操作模式為其中該信號發送系統採用單一FA的單一FA模式與其中該信號發送系統採用多FA的多FA模式中的一種。
4.一種通信系統中所述的信號發送系統，包括一多頻率分配(FA)輸入信號生成模塊(MGB)，用於在預定控制下，通過組合由N個FA發送的單一FA信號，生成一多FA信號；一多FA功率放大器模塊(MPB)，用於在一預定控制下將該多FA信號等分為N份，在預定控制下根據調整後的放大特性對該N個等分後信號進行放大，並對該放大後的N個信號的功率進行組合；以及一多模式功率放大器(MMPA)模式控制器(MMC)，用於根據一使用的FA策略對放大特性的調整進行控制。
5.如權利要求4所述的信號發送系統，進一步包括一前端模塊(FEB)，用於對從該MPB接收的功率組合的信號進行射頻(RF)預處理，並將該預處理後信號經一天線發送。
6.如權利要求4所述的信號發送系統，其中該MGB包括N個單一FA輸入信號生成模塊(SGB)，用於根據預定FA，使用各自的信息信號生成單一FA信號；以及一FA組合模塊(FCB)，用於在MMC的控制下，通過對從N個SGB接收的單一FA信號進行FA組合，生成多FA信號。
7.如權利要求6所述的信號發送系統，其中該MPB包括一功率分配器模塊(PDB)，用於對該多FA信號的功率進行N等分；N個MMPA，用於在預定控制下，根據調整後的放大特性，對該N個功率等分後信號進行放大；以及一功率組合模塊(PCB)，用於對該N個放大後信號的功率進行組合。
8.如權利要求7所述的信號發送系統，其中該MMC根據FA策略確定用於該N個MMPA的操作模式，並根據所確定的操作模式控制這些MMPA的放大特性的調整。
9.如權利要求8所述的信號發送系統，其中該操作模式為其中該信號發送系統採用單一FA的單一FA模式與其中該信號發送系統採用多FA的多FA模式中的一種。
10.如權利要求6所述的信號發送系統，其中該MPB包括一可開關切換功率分配器(SPD)，用於對該多FA信號進行N等分，並在預定控制下，切換該N個功率等分信號的接通或關斷；N個MMPA，用於在預定控制下，根據調整後的放大特性，對SPD切換接通後的信號進行放大；以及一可開關切換功率組合器(SPC)，用於切換該N個放大後信號的功率的接通或關斷，並在預定控制下對該N個放大後信號的功率進行組合。
11.如權利要求10所述的信號發送系統，其中該N個MMPA的每個生成一包含指示每個MMPA操作是否正常的信息的開關控制信號(SCS)，並將該SCS輸出到該SPD和該SPC。
12.如權利要求11所述的信號發送系統，其中該SPD根據從該N個MMPA接收的SCS信號切換該N個功率放大後信號的接通或關斷。
13.如權利要求11所述的信號發送系統，其中該SPC根據從該N個MMPA接收的SCS信號切換該N個放大後信號的接通或關斷，並對該N個放大後信號的功率進行組合。
14.如權利要求10所述的信號發送系統，其中該MMC根據FA策略確定用於該N個MMPA的操作模式，並根據所確定的操作模式控制這些MMPA的放大特性的調整。
15.如權利要求14所述的信號發送系統，其中該操作模式為其中該信號發送系統採用單一FA的單一FA模式與其中該信號發送系統採用多FA的多FA模式中的一種。
16.一種通信系統中的信號發送方法，包括使用一相應於一預定FA的信息信號生成一單一頻率分配(FA)信號；根據使用的FA策略確定一用於多模式功率放大器(MMPA)的操作模式，並根據所確定的操作模式對該MMPA的放大特性的調節進行控制；以及根據調整後的放大特性對該單一FA信號進行放大。
17.如權利要求16所述的信號發送方法，進一步包括對該放大後信號進行射頻(RF)預處理並發送該預處理後信號。
18.如權利要求16所述的信號發送方法，其中該操作模式為其中該信號發送系統採用單一FA的單一FA模式與其中該信號發送系統採用多FA的多FA模式中的一種。
19.一種通信系統中所述的信號發送方法，包括步驟通過組合通過N個FA發送的單一多頻率分配(FA)信號，生成一多FA信號；根據一使用的FA策略確定用於N個多模式功率放大器(MMPA)的操作模式，並根據該操作模式對該N個MMPA的放大特性的調整進行控制；將該多FA信號的功率進行N等分，根據該調整後放大特性對該N等分後信號進行放大，並對該N個放大後信號的功率進行組合。
20.如權利要求19所述的信號發送方法，進一步包括對該功率組合後信號進行射頻(RF)預處理並發送該預處理後信號。
21.如權利要求19所述的信號發送方法，其中該多FA信號生成步驟包括根據預定FA，使用各自的信息信號生成單一FA信號；以及通過對單一FA信號進行FA組合，生成多FA信號。
22.如權利要求19所述的信號發送方法，其中該調整控制步驟包括根據使用的FA策略確定用於該N個MMPA的操作模式，並根據所確定的操作模式對這些MMPA的放大特性的調整進行控制。
23.如權利要求22所述的信號發送方法，其中該操作模式為其中該信號發送系統採用單一FA的單一FA模式與其中該信號發送系統採用多FA的多FA模式中的一種。
全文摘要
本發明提供一種用於在通信系統中發送信號的系統和方法。在該信號發送方法中，通過將用N個FA發送的單一FA信號組合，生成一個多FA信號。根據一個使用的FA策略確定用於N個MMPA的操作模式，並依據該操作模式對該N個MMPA的放大特性的調整進行控制。多FA信號的功率被N等分，N等分後的信號根據調整後的放大特性進行放大，並將放大後的N個信號的功率組合。
文檔編號H03F3/24GK1937416SQ20061012638
公開日2007年3月28日 申請日期2006年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者尹炫洙, 鄭仲浩 申請人:三星電子株式會社