Область техники
Данное изобретение в общем случае относится к радиосвязи, в частности касается регулировки мощности в радиотелефонной системе.
Предшествующий уровень техники
Как известно, использование спектра радиочастот (RF) находится в ведении Федеральной комиссии радиосвязи (FCC). FCC распределяет определенные диапазоны частот в пределах RF спектра для ряда прикладных нужд. Пользователь распределенного диапазона FR спектра должен принять меры для обеспечения поддержания излучения внутри и вне диапазона в пределах допустимых уровней во избежание пересечений с другими пользователями, работающими в том же или в другом диапазоне рабочих частот. Эти уровни регулируются как FCC, так и конкретными группами пользователей данного диапазона частот.
Радиотелефонная система с сотовой структурой зоны обслуживания (800 МГц) устанавливает прямую радиосвязь при передаче от соты к радиотелефону в диапазоне 869,01 - 893,97 МГц и обратную радиосвязь при передаче от радиотелефона к соте в диапазоне 824,01 - 848,97 МГц. Диапазоны рабочих частот прямой и обратной радиосвязи расщепляются на каналы, каждый из которых занимает 30 мГц ширины полосы.
Конкретный пользователь сотовой системы может работать на одном или нескольких каналах одновременно. Все пользователи данной системы должны гарантировать, что они согласны с уровнем излучений, допустимым внутри или снаружи канала или каналов, которые были им предоставлены.
Существует несколько различных способов модуляции, которые могут быть использованы в сотовых телефонных системах. Двумя примерами способов модуляции являются многостанционный доступ с частотным разделением каналов (FDMA) и многостанционный доступ с кодовым разделением каналов (CDMA).
В соответствии со способом FDMA модуляции генерируют сигналы, которые занимают один канал, в то время как согласно способу CDMA модуляции генерируют сигналы, занимающие несколько каналов. Оба указанных способа призваны регулировать излучения обратной радиосвязи в допустимых пределах внутри и снаружи предоставленного канала или каналов.
Для оптимальной работы системы пользователи способа CDMA должны тщательно регулировать уровень мощности излучения внутри каналов, в которых они работают.
На фиг. 1 изображен типовой радиотелефон известной конструкции с сотовой структурой зоны обслуживания. В радиотелефоне, основанном как на принципе FDMA, так и CDMA, существуют возможность возбуждения усилителя мощности (101) в передатчике за пределами области, где поддерживаются допустимые внеканальные излучения.
Это прежде всего обусловлено возросшими выходными уровнями искажения усилителя мощности (101) при высоких выходных мощностях. Кроме того, возбуждение усилителя мощности (101) за пределами допустимого значения может вызвать внутренние радиопомехи. Например, пробой параметрического усилителя (PA) в CDMA влияет на фазовый шум синтезатора из-за больших изменений тока. Оба эти результата приводят к ухудшению радиосвязи.
Поддержание требуемой выходной мощности на канале может быть затруднено вследствие нескольких нежелательных эффектов в радиотелефонной аппаратуре. Например, основанная на CDMA радиосвязь должна воплощать систему регулировки мощности, работающую в очень широком динамическом диапазоне, 80 - 90 дБ, так что передаваемая выходная мощность линейно связана с принимаемой входной мощностью.
Регулирование мощности замкнутой и разомкнутой цепи совместно определяет энергию передачи обратной радиосвязи, как описано в US Patent N 5056109, Gilhousen и др. и переуступленном Qualcomm, Incorpotrated. Поэтому линейные и нелинейные ошибки, возникающие в RF секциях как приемника (103), так и передатчика (102), могут вызвать неприемлемую регулировку мощности.
Кроме того, радиосистемы, основанные как на FDMA, так и на CDMA, должны работать на разных каналах с сохранением приемлемых уровней выходной мощности. Изменение в детектировании уровня выходной мощности и входной мощности с изменением частоты может вызвать недопустимую величину ошибки в величине передаваемой энергии обратной радиосвязи.
Указанные результаты представляют значительные проблемы для конструкторов радиотелефонов, основанных как на FDMA, так и на CDMA, и, следовательно, существует необходимость эффективных, экономичных средств решения этих проблем.
Раскрытие изобретения
Заявленный способ дает возможность обеспечить работу радиотелефона в линейном режиме в широком динамическом диапазоне при поддержании допустимых уровней передачи выходной мощности внутри и вне диапазона частот обратной связи.
Мощность прямой и обратной радиосвязи измеряется детекторами мощности и вводится в аналого-цифровой преобразователь, доступный как для аппаратного, так и для программного обеспечения. Также контролируется установка регулировки мощности замкнутой цепи.
Радиотелефон использует измеренные уровни мощности и установку регулировки мощности замкнутой цепи для индексирования ряда таблиц корректировки, которые показывают ошибку передачи мощности реверсивной радиосвязи и желаемое смещение усилителя мощности для конкретной рабочей точки.
Радиотелефон также определяет, работает ли передатчик в режиме выше максимального установленного значения. Коэффициент передачи и смещение усилителя мощности радиотелефона регулируются для корректировки нежелательной ошибки и поддержания желаемой выходной мощности.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает блок-схему типичной частотной секции известного типа радиотелефона для использования в радиотелефонной системе.
Фиг. 2 - блок-схему коррекции регулировки мощности согласно предпочтительному варианту выполнения.
Фиг. 3 - блок-схему секции регулировки ограничения мощности, относящейся к фиг. 2.
Фиг. 4 - блок-схему секции регулировки мощности замкнутой цепи, относящейся к фиг. 2.
Фиг. 5 - блок-схему секции регулировки порога ограничения PA, относящейся к фиг. 2.
Фиг. 6 - схему альтернативного варианта выполнения данного изобретения, использующую систему регулировки ограничения мощности, основанную на регулировке сумматора с обратной связью.
Фиг. 7 - схему альтернативного варианта выполнения данного изобретения, использующую систему регулировки ограничения мощности, основанную на аккумуляторе регулировки мощности замкнутой цепи.
Фиг. 8 - схему альтернативного варианта выполнения данного изобретения, использующую систему регулировки ограничения мощности, основанную на регулировке с интегральной обратной связью.
Фиг. 9 - схему альтернативного варианта выполнения данного изобретения, использующую систему регулировки ограничения мощности, основанную на измерении принимаемой мощности и установке регулировки мощности замкнутой цепи для расчета выходной мощности.
Лучший вариант выполнения
Заявленный способ изобретения обеспечивает коррекцию регулировки мощности для мобильного радиотелефона, так же, как поддержание на допустимом уровне максимальных значений излучения в диапазоне частот и вне его. Это достигается путем компенсации реального времени, с использованием ряда корректирующих таблиц, формируемых в процессе производственного тестирования каждого радиотелефона.
На фиг. 2 показана блок-схема CDMA радиотелефона с предпочтительным вариантом коррекции регулировки мощности.
На фиг. 3, 4 и 5 детализированы отдельные блоки фиг. 2. Радиотелефон содержит схемы линеаризации приема, линеаризации передачи, регулировки смещения усилителя мощности и регулировки ограничения мощности.
Схема линеаризации приема содержит звено автоматической регулировки усиления (AGC). Входной сигнал звена в AGC принимается на прямом канале радиосвязи и усиливается малошумящим усилителем (LNA) (211). Выходной сигнал LNA (211) вводится в усилитель с регулируемым усилением (212).
Усилитель с регулируемым усилением (212) выдает сигнал, преобразуемый в цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (ADC) (213).
Мощность полученного оцифрованного сигнала далее вычисляется с помощью цифрового детектора мощности (214). Детектор мощности (214) содержит интегратор, который интегрирует оцифрованную мощность относительно опорного напряжения.
В предпочтительном варианте указанное опорное напряжение вырабатывается радиодемодулятором для указания номинальной величины, при которой демодулятор требует фиксации для удержания уровня мощности постоянным.
Демодулятор требует указанную величину для оптимальной работы, так как уровень мощности, слишком далекий от оптимального диапазона частот, нарушается работу демодулятора. Детектор мощности (214) производит интегрирование, формируя таким образом установленное значение AGC. Установленное значение и указатель приема частоты вводятся в линеаризующую таблицу приемника.
Установленное значение AGC и частотный параметр используются для адресации линеаризатора (216), что дает возможность достичь правильной величины калибровки. Затем указанная величина калибровки выводится на цифроаналоговый преобразователь (215), генерирующий аналоговое представление принятой установки AGC.
Аналоговая величина регулирует смещение усилителя с регулируемым усилением (212). Регулировка усилителя с регулируемым усилением (212) вызывает замыкание цепи приема AGC таким образом, что входной сигнал линеаризатора (216) следует заданной прямой линии относительно входной мощности RF.
Такая линеаризация устраняет нежелательные линейные и нелинейные искажения в дополнение к изменениям с частотой, которые в противном случае проявились бы на входе в линеаризующую таблицу приемника (216) в приемнике. Указанные искажения и изменения привели бы к искажениям в передатчике.
Для уменьшения искажений в цепях приема и передачи при изменении частоты линеаризаторы приема и передачи используют частотный индекс, который определяет текущую центральную частоту, на которой работают цепи приема и передачи. Во время заводской калибровки радиотелефона линеаризаторы загружают значениями в дополнение к ранее упомянутым калибровочным значениям, выраженным частотой коррекции ошибок и связанным с центральной рабочей частотой.
Установленное значение AGC является сигналом регулировки мощности разомкнутой цепи для радиотелефона. В предпочтительном варианте выполнения мощность регулируется автономно в радиотелефоне без использования входного сигнала регулировки от com.
Так как мощность сигнала, полученного от соты, возрастает, радиотелефон снижает свою мощность передачи. Такая регулировка выходной мощности выполняется установленным значением AGC, которое фильтруется фильтром нижних частот (217).
Передающая цепь содержит цифровой сумматор (210), который комбинирует установленное значение сигнала AGC и сигнал установки регулировки мощности замкнутой цепи (206). Выходной сигнал с сумматора подается на схему ограничения регулировки мощности (205). Работа схем ограничения регулировки мощности (205) и регулировки мощности (206), показанных на фиг. 3 и 4, будет рассмотрена ниже более подробно.
Выход секции ограничения регулировки мощности (205) вместе с указателем частоты передачи используются для адресации величин, хранимых в линеаризующей таблице передатчика (204). Линеаризующая таблица передатчика (204) содержит значения, определенные при производственном тестировании радиотелефона.
Выбранная величина является входным сигналом цифроаналогового преобразователя (203), выходной сигнал которого является аналоговым представлением цифрового значения входного сигнала и управляет усилителем с регулируемым усилением (202).
Смещение усилителя с регулируемым усилением (202) регулируется аналоговым калибровочным сигналом до величины, при которой вход в линеаризующую таблицу (204) передатчика является линейным относительно переданной RF выходной мощности.
Подобная линеаризация устраняет нежелательные линейные и нелинейные искажения, а также частотную зависимость в передатчике. Вместе с упомянутой линеаризацией приема это во многом уменьшает ошибки регулировки мощности разомкнутой и замкнутой цепи, возникающие из-за несовершенства RF характеристик.
Цепь (218) регулировки смещения усилителя мощности (PA) регулирует значения смещения PA передачи (201), основанного на установке такого коэффициента передачи, при котором боковые полосы частот передачи оптимизируются с текущим потреблением PA (201). Это позволяет радиотелефону с батареей оптимизировать время разговора путем уменьшения текущего потребления РА (201) при более низких выходных мощностях, с одновременным поддержанием допустимых уровней боковой полосы частот при более высоких уровнях выходной мощности.
Цепь (205) ограничения регулировки мощности, показанная на фиг. 3, производит регулировку мощности замкнутой цепи и значения коэффициента передачи в случае, когда выход сумматора (210) соответствует уровню выходной мощности передачи, равному или превышающему выходную мощность заданного максимального уровня. Установка максимального усиления определяется цепью (209) регулировки порога ограничения РА.
Цепь (209) регулировки порога определяет установку максимального усиления, основанную на номинальной величине, которая изменяется путем измерения в реальном масштабе времени выходной мощности передачи. Данное измерение выполняется аналоговым детектором мощности (207), выходной сигнал которого трансформируется в цифровой сигнал при помощи аналого-цифрового преобразователя (208). Затем оцифрованное значение мощности подается на схему (209) регулировки порога.
Схема регулировки порога, согласно фиг. 5, управляется линеаризатором (501) детектора высокой мощности (HDET), который масштабирует величину оцифрованной мощности входного сигнала для согласования с нумерацией секции регулировки цифрового усиления передачи.
Масштабированный выходной сигнал линеаризатора (501) вычитается (502) из сигнала с максимальным усилением. Указанная установка максимального усиления может быть жестко запрограммирована в радиотелефоне на этапе сборки или ввода данных во время изготовления и тестирования радиотелефона.
Далее разность между сигналом максимального усиления и сигналом с масштабированной выходной мощностью добавляется сумматором (503) к сигналу с максимальным усилением. Сумма этих сигналов используется в дальнейшем в качестве скорректированного значения сигнала с максимальным усилением.
Модификация в реальном времени детектированной мощности помогает уменьшить искажения, вносимые изменениями температуры и старением РА передатчика. Другими словами, если разность между полученным в результате регулировки сигналом с максимальным усилением и измеренной в реальном времени величиной мощности сигнала равна нулю, то в коррекции нет необходимости. Если между указанными двумя величинами есть разница, то она используется для корректировки установки максимального усиления.
Как показано на фиг. 3, цифровой компаратор (301) определяет, когда выходной сигнал с сумматора усиления передачи (210) равен или превосходит сигнал с установленным максимальным усилением. Компаратор (301) управляет "2:1 мультиплектор" (302), который выдает максимальный уровень сигнала, полученный регулированием, когда выходной сигнал с сумматора (210) превосходит указанный максимальный сигнал. Когда выходной сигнал с сумматора (210) меньше сигнала максимально допустимой устанавливаемой величины, мультиплексор (302) выдает прямой выходной сигнал сумматора (210). Это препятствует выходу передатчика за пределы рабочей области.
Цепь (206) регулировки мощности замкнутой цепи, показанная на фиг. 4, аккумулирует команды регулировки мощности, посылаемые по прямому каналу радиосвязи путем регулировки местоположения сотового радиотелефона, и выдает сигнал регулировки усиления. Команды регулировки мощности собираются в накопителе (сумматоре) (401).
Работа сумматора (401) регулируется схемой (205) ограничения регулировки мощности, когда усилитель мощности передачи (201) выдает максимально допустимую мощность.
Когда выходной сигнал сумматора (210) изменяется от значения меньшего максимально допустимой устанавливаемой величины до значения, равного или превышающего ее, выходной сигнал с сумматора (401) регулировки мощности замкнутой цепи фиксируется в триггере (402).
Когда выходной сигнал сумматора (210) равен или превышает максимально допустимое значение устанавливаемого сигнала, как это определяется компаратором (403) и цепью NAND затвора (404), AND затвор маскирует любые команды регулировки мощности замкнутой цепи, способные форсировать сумматор (401) выше фиксированной триггером (402) величины.
Это препятствует насыщению сумматора при ограничении мощности и позволяет изменять установочный сигнал регулировки мощности замкнутой цепи ниже фиксированной величины.
Альтернативный вариант осуществления способа по данному изобретению представлен на фиг. 6. В этом варианте используется система регулировки ограничения мощности на основе регулировки обратной связи сумматора. Данная система начинает функционировать с измерения выходной мощности усилителя мощности (609) с использованием детектора мощности (610).
Затем измеренное значение мощности оцифровывается ADC (611) и сравнивается с максимально допустимой устанавливаемой компаратором (601). Если выходная мощность превышает максимальную устанавливаемую величину, то ограничивающий мощность сумматор (602) начинает понижать мощность путем понижения усиления усилителя (608) с регулируемым усилением.
Если же выходная мощность меньше максимальной устанавливаемой величины, то ограничивающий мощность сумматор (602) возвращается к величине коррекции 0 дБ.
В данном варианте используется функция ограничения регулировки мощности замкнутой цепи (604 и 605), подобная рассмотренной в предпочтительном варианте. Однако триггер для функции ограничения регулировки мощности замкнутой цепи является компаратором (603), который определяет момент ограничения сумматором (602) выходной мощности путем сравнения выходного сигнала компаратора (602) с сигналом 0 дБ уровня в компараторе (603). Линеаризующие таблицы коррекции, подобные используемым в предпочтительном варианте выполнения, добавляются в цепь регулировки коэффициента передачи с помощью сумматора (606).
В другом альтернативном варианте, показанном на фиг. 7, используется система регулировки ограничения мощности, основанная на сумматоре (702) регулировки мощности замкнутой цепи. Данная система начинает функционировать с измерения выходной мощности усилителя мощности (705) при помощи детектора мощности (706).
Мощность определенного уровня оцифровывается (707) и сравнивается с максимально допустимой устанавливаемой величиной компаратором (701). Если выходная мощность выше максимально устанавливаемой, то сумматор (702) регулировки мощности замкнутой цепи снижает мощности усилителя (704) на один шаг каждые 1,25 мс, пока выходная мощность не будет меньше максимально установленной величины.
Если выходная мощность меньше максимально устанавливаемой величины, сумматор регулировки мощности замкнутой цепи не изменяет своих параметров. Линеаризующие таблицы коррекции, как в случае предпочтительного варианта выполнения, позволяют производить дополнительную регулировку усиления передачи при помощи сумматора (703).
Согласно еще одному варианту выполнения, показанному на фиг. 8, используется система регулировки ограничения мощности на основе интегральной регулировки обратной связи. Вначале система работает, измеряя выходную мощность усилителя мощности (808) с использованием детектора мощности (809). Определенная мощность оцифровывается (810) и вводится в интегратор (801), который преобразует сигнал в соответствии с соотношением:
(установл. значение - Определен. значение)dt
Интегратор (801), генерируя сигнал регулировки усиления, насыщается при 0 дб и - 63 дБ коррекции. Таким образом, сигнал регулировки усиления ограничен в пределах данного диапазона. Если выходная мощность превышает установленное значение, то интегратор понижает выходную мощность усилителя (807) со скоростью, соответствующей константе К, до достижения установленного значения.
Интегратор может снижать мощность на 63 дБ. Если выходная мощность окажется меньше установленного значения, то выходной сигнал интегратора (801) будет сведен к нулю без регулировки выходной мощности.
В данном варианте используется функция (803 и 804) ограничения регулировки мощности замкнутой цепи, подобная рассмотренной в предпочтительном варианте выполнения. Однако триггер для ограничения регулировки мощности замкнутой цепи является компаратором (802), который определяет, когда интегратор (801) ограничения мощности ограничивает выходную мощность. Линеаризующие таблицы ограничения, подобные рассмотренным в предпочтительном варианте выполнения, добавляются в цепь регулировки усиления передачи при помощи сумматора (805).
Согласно еще одному варианту выполнения, показанному на фиг. 9, используется система регулировки ограничения мощности на основе измерения лишь мощности приема, как определено таблицей (902) просмотра мощности Rx, и на установке регулировки мощности замкнутой цепи, мешающей действительной выходной мощности.
Ограничение мощности передачи и функция ограничения регулировки (901) мощности замкнутой цепи могут быть воплощены в виде предпочтительного варианта выполнения с применением насыщающего сумматора (903) или в виде одного из альтернативных вариантов. Однако для расчета выходной мощности передачи используют только мощность приема и установку регулировки мощности замкнутой цепи.
В целом, заявленный способ обеспечивает возможность поддержания переданных боковых полос частот и фазового шума синтезатора в заданных пределах путем ограничения максимальной выходной мощности.
Это ограничение мощности выполняется при помощи цепи регулировки, содержащей таблицу просмотра калибровки. Поэтому в радиотелефоне, использующем заявленное изобретение, не будет иметь место превышение номинального уровня мощности, возникающее в результате излишнего числа команд повышения мощности, исходящих от ячейки связи. Радиотелефон ограничивает выход мощности и в том случае, когда сота ошибочно решает, что мощность радиотелефона следовало бы увеличить.
Заявленные способ и устройство служат для ограничения выходной мощности сотового радиотелефона, в результате чего передаваемые боковые полосы частот и фазовый шум синтезатора остаются в пределах заданных технических требований. Это достигается использованием детектора высокого уровня мощности и корректирующего сумматора, которые совместно генерируют сигнал регулировки усиления путем ограничения регулировки усиления максимальной величиной, даже в случае, когда ячейка, связанная с данным радиотелефоном, посылает радиотелефону команду повышения мощности. Заявленный способ предусматривает динамическую коррекцию уровня выходного сигнала передатчика за счет изменения усиления в каскадах передатчика или в элементах регулировки усиления, что и является достигаемым техническим результатом. 9 с. и 3 з.п.ф-лы, 9 ил.
US 5056109 A, 08.10.91 | |||
Огнетушитель | 0 |
|
SU91A1 |
Домовый номерной фонарь, служащий одновременно для указания названия улицы и номера дома и для освещения прилежащего участка улицы | 1917 |
|
SU93A1 |
US 5129098 A, 07.07.92 | |||
Система радиосвязи | 1989 |
|
SU1753604A2 |
Авторы
Даты
1999-07-27—Публикация
1995-02-17—Подача