ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКОНЕЧНОЙ СТАНЦИИ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2001 года по МПК H04B7/05 H03G3/20 H03F1/02 H04M1/60 

Настоящее изобретение относится к оконечным станциям системы радиосвязи и, в частности, к энергосберегающему устройству для снижения потребления тока в течение телефонного разговора.

В оконечной станции, работающей в режиме МДКР (множественный доступ с кодовым разделением) или ПСС (персональная система связи), ВЧ (высокочастотный) усилитель мощности разработан так, чтобы иметь максимальную выходную мощность +28 дБм, чтобы соответствовать стандарту IS-98 и стандарту J-STD-008. Кроме того, передатчик оконечной станции МДКР или ПСС включает в себя усилитель с автоматической регулировкой усиления (АРУ) для управления уровнем мощности в соответствии с интенсивностью принимаемого сигнала или по команде управления мощностью, передаваемой от базовой станции. Соответственно, оконечная станция должна увеличивать передаваемую мощность в зоне, где сигнал, передаваемый базовой станцией, имеет низкую интенсивность, и уменьшать передаваемую мощность в зоне, где сигнал, передаваемый базовой станцией, имеет высокую интенсивность.

Между тем, в оконечной станции МДКР или ПСС, где используется КФМ (квадратурная фазовая модуляция), требуется линейный усилитель. Поэтому в качестве усилителя с АРУ используют смещение класса A или класса AB. При этом, однако, оконечная станция потребляет неизменный постоянный ток вне зависимости от мощности передачи.

Фиг. 1 иллюстрирует общепринятый двухкаскадный усилитель мощности. Согласно изображенному на фигуре, предусилитель 101 осуществляет первичное усиление входного ВЧ-сигнала ВЧ_вх, а оконечный усилитель 103 осуществляет вторичное усиление усиленного ВЧ-сигнала, выдаваемого предусилителем 101. В целях управления уровнем мощности, на предусилитель 101, как и на оконечный усилитель 103, подается фиксированный сигнал управления уровнем (или фиксированный сигнал управления коэффициентом усиления). Поэтому усилители 101 и 103 потребляют неизменный постоянный ток холостого хода [т. е. ток при отсутствии входного сигнала] вне зависимости от интенсивности сигнала. Это приводит к возрастанию потребления тока.

Для решения этой проблемы предлагается способ подачи на усилитель мощности переменного сигнала управления уровнем, чтобы управлять усилителем мощности в его линейной области, тем самым, снижая потребление тока.

Фиг. 2 иллюстрирует усовершенствованный двухкаскадный усилитель мощности. Согласно чертежу, на предусилитель 101 и на оконечный усилитель 103 подается переменный сигнал управления уровнем. При низкой мощности передачи переменный сигнал управления уровнем понижается, с целью снижения тока холостого хода до минимального значения. Таким образом, можно до некоторой степени снизить потребление тока. Однако, каждый из элементов, составляющих усилитель мощности, имеет свою линейную область. Когда некоторые элементы имеют узкие линейные области, трудно достичь желаемого эффекта энергосбережения. Кроме того, до какой бы степени ни был снижен ток холостого хода, усилитель мощности все равно потребляет некоторый неизменный постоянный ток. Таким образом, возможности снижения потребления тока ограничены. Иными словами, даже если мощность передачи настолько низка, что нет необходимости подавать сигнал на оконечный усилитель, ток холостого хода продолжает протекать через оконечный усилитель, вызывая расход тока.

Исходя из этого, цель настоящего изобретения состоит в предоставлении энергосберегающего устройства для снижения потребления тока путем изменения количества каскадов усиления мощности в оконечной станции системы радиосвязи.

Для достижения вышеозначенной цели предоставляется энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, включающей в себя первый усилитель для высокой мощности и второй усилитель для низкой мощности, включающее в себя устройство выбора пути прохождения сигнала для переключения входного сигнала на входной узел первого или второго усилителя в ответ на сигнал управления переключением. Выходное устройство выбора пути прохождения сигнала, в ответ на сигнал управления переключением, выбирает один из выходных сигналов, поступающих от первого или второго усилителя. Устройство обнаружения УИПС (указателя интенсивности принимаемого сигнала) обнаруживает интенсивность сигнала, принимаемого от базовой станции. Устройство управления анализирует обнаруженную интенсивность сигнала и, в случае низкой интенсивности сигнала, генерирует сигнал управления переключением первого состояния, разрешающий устройству выбора пути прохождения сигнала переключить входной сигнал на первый усилитель, и разрешающий выходному устройству выбора пути прохождения сигнала выбрать выходной сигнал первого усилителя. Устройство управления также генерирует сигнал управления переключением второго состояния, когда интенсивность сигнала высока, разрешающий устройству выбора пути прохождения сигнала переключить входной сигнал на второй усилитель и разрешающий выходному устройству выбора пути прохождения выходного сигнала выбрать выходной сигнал второго усилителя. В ответ на сигнал управления переключением второго состояния, источник питания блокирует первое напряжение питания первого усилителя и в ответ на сигнал управления переключением первого состояния, блокирует второе напряжение питания второго усилителя.

Вышеозначенные и иные цели, признаки и преимущества настоящего изобретения проясняются в подробном описании, приведенном ниже в сочетании с прилагаемыми чертежами, в которых одни и те же позиционные обозначения указывают одни и те же элементы. На чертежах:
фиг. 1 представляет собой схему общепринятого двухкаскадного усилителя мощности;
фиг. 2 представляет собой схему другого общепринятого двухкаскадного усилителя мощности;
фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, отвечающее одному варианту реализации настоящего изобретения;
фиг. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, отвечающее другому варианту реализации настоящего изобретения;
фиг. 5 представляет собой график, изображающий характеристическую кривую усилителя мощности.

Преимущественный вариант реализации настоящего изобретения описывается ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи. В нижеследующем описании отсутствует подробная информация, касающаяся общеизвестных функций и/или конструкций, для того, чтобы несущественные детали не затемняли сущность изобретения.

Фиг. 3 иллюстрирует энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, отвечающее одному варианту реализации настоящего изобретения. Согласно изображенному на фигуре, предусилитель 101 осуществляет первичное усиление входного ВЧ- сигнала ВЧ_вх, и оконечный усилитель 103 осуществляет вторичное усиление усиленного ВЧ-сигнала, выдаваемого предусилителем 101. Первый переключатель 102, будучи устройством выбора пути прохождения сигнала, имеет общий узел 11, подключенный к выходу предусилителя 101, первый контактный узел 12, подключенный ко входу оконечного усилителя 103, и второй контактный узел 13, подключенный ко второму контактному узлу 27 второго переключателя 104. Общий узел 11 первого переключателя 102 переключается на первый или второй контактный узел, соответственно, 12 или 13 в ответ на сигнал управления переключением, поступающий от устройства управления 106. Второй переключатель 104, будучи выходным устройством выбора пути прохождения сигнала, имеет общий узел 26 для выдачи выходного ВЧ-сигнала ВЧ_вых усилителя мощности, первый контактный узел 25, подключенный к выходу оконечного усилителя 103, и второй контактный узел 27, подключенный ко второму контактному узлу 13 первого переключателя 102. Аналогично, общий узел 26 второго переключателя 104 переключается на первый или второй контактный узел, соответственно, 25 или 27 в ответ на сигнал управления переключением, поступающий от устройства управления 106.

Устройство обнаружения 105 УИПС (указателя интенсивности принятого сигнала) обнаруживает интенсивность (т.е. значение УИПС) сигнала, принимаемого от базовой станции (не показана). Устройство управления 106 анализирует обнаруженное значение УИПС и генерирует сигнал управления переключением первого или второго состояния, в соответствии с результатами анализа. Источник питания 107 подает, соответственно, напряжение питания V₁ на предусилитель 101 и напряжение питания V₂ на оконечный усилитель 103 в ответ на сигнал управления переключением, поступающий от устройства управления 106. Например, когда сигнал управления переключением отвечает первому состоянию, источник питания 107 подает напряжение питания V₁ на предусилитель 101 и напряжение питания V₂ на оконечный усилитель 103. Однако, когда сигнал управления переключением отвечает второму состоянию, источник питания 107 подает напряжение питания V₁ на предусилитель 101 и блокирует подачу напряжения питания V₂ на оконечный усилитель 103. Кроме того, на предусилитель 101 и оконечный усилитель 103 подается переменный сигнал управления уровнем. Выходные уровни усилителей 101 и 103 изменяются в соответствии с переменным сигналом управления уровнем.

В ходе работы, когда обнаруженное значение УИПС указывает на низкую интенсивность сигнала, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением первого состояния. Тогда общие узлы 11 и 26 первого и второго переключателей 102 и 104 переключаются, соответственно, на первые контактные узлы 12 и 25 в ответ на сигнал управления переключением первого состояния. В этом случае ВЧ-сигнал ВЧ_вх, усиленный предусилителем 101, направляется на оконечный усилитель 103 через первый переключатель 102 и затем выводится через второй переключатель 104. Если же, напротив, обнаруженное значение УИПС указывает на высокую интенсивность сигнала, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением второго состояния. Тогда общие узлы 11 и 26 первого и второго переключателей 102 и 104 переключаются, соответственно, на вторые контактные узлы 13 и 27 в ответ на сигнал управления переключением второго состояния. В этом случае ВЧ-сигнал ВЧ_вх, усиленный предусилителем 101, выводится непосредственно через второй переключатель 104, минуя оконечный усилитель 103.

Хотя иллюстративный вариант реализации предполагает наличие двухкаскадного усилителя, очевидно, что настоящее изобретение в равной степени применимо к многокаскадному усилителю, имеющему три или более каскадов. В таком случае потребуются дополнительные устройства выбора пути прохождения сигнала.

Фиг. 4 иллюстрирует энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, отвечающее другому варианту реализации настоящего изобретения. Согласно изображенному на фигуре, первый предусилитель 201 осуществляет первичное усиление входного ВЧ-сигнала ВЧ_вх, а оконечный усилитель 203 осуществляет вторичное усиление усиленного ВЧ-сигнала, выдаваемого предусилителем 201. Усилители 201 и 203 составляют первый усилитель мощности 300. Второй предусилитель 208, будучи вторым усилителем мощности, усиливает входной ВЧ-сигнал ВЧ_вх. Кроме того, как на первый усилитель мощности 300 для высокой мощности передачи, так и на второй усилитель мощности 208 для низкой мощности передачи подается переменный сигнал управления уровнем.

Первый переключатель 209, будучи устройством выбора пути прохождения сигнала, направляет входной ВЧ-сигнал ВЧ_вх на первый предусилитель 201 или на второй предусилитель 208 в соответствии с сигналом управления переключением, поступающим от устройства управления 106. Первый переключатель 209 может быть заменен делителем мощности, образованным резистивным фиксированным аттенюатором или трансформатором. Первый переключатель 209 имеет общий узел 31, на который поступает входной ВЧ-сигнал ВЧ_вх, первый контактный узел 32, подключенный ко входу первого предусилителя 201, и второй контактный узел 33, подключенный ко входу второго предусилителя 208.

Второй переключатель 210, будучи выходным устройством выбора пути прохождения сигнала, выводит через общий узел 46 ВЧ-сигнал из оконечного усилителя 203 или из второго предусилителя 208 в соответствии с сигналом управления переключением, поступающим от устройства управления 106. Второй переключатель 210 имеет первый контактный узел 45, подключенный к выходу оконечного усилителя 203, и второй контактный узел 47, подключенный к выходу второго предусилителя 208.

Устройство обнаружения 105 УИПС регистрирует значение УИПС сигнала, принимаемого от базовой станции. Устройство управления 106 анализирует обнаруженное значение УИПС и генерирует сигнал управления переключением первого или второго состояния, в соответствии с результатами анализа. Источник питания 107 подает напряжение питания V₁ на первый усилитель мощности 300 и напряжение питания V₂ на второй усилитель мощности 208 в ответ на сигнал управления переключением, поступающий от устройства управления 106. Если, например, сигнал управления переключением отвечает первому состоянию, источник питания 107 блокирует подачу напряжения питания V₂ на второй усилитель мощности 208 и подает напряжение питания V₁ на первый усилитель мощности 300. Если же сигнал управления переключением отвечает второму состоянию, источник питания блокирует подачу напряжения питания V₁ на первый усилитель мощности 300 и подает напряжение питания V₂ на второй усилитель мощности 208. Выходные уровни усилителей 201, 203 и 208 изменяются в соответствии с переменным сигналом управления уровнем.

В ходе работы, когда обнаруженное значение УИПС указывает на низкую интенсивность сигнала, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением первого состояния. Тогда общие узлы 31 и 46 первого и второго переключателей 209 и 210 переключаются, соответственно, на их первые контактные узлы 32 и 45 в ответ на сигнал управления переключением первого состояния. В этом случае входной ВЧ-сигнал ВЧ_вх усиливается последовательно первым предусилителем 201 и оконечным усилителем 203, а затем выводится через второй переключатель 210. Если же, напротив, зарегистрированное значение УИПС указывает на высокую интенсивность сигнала, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением второго состояния. Тогда общие узлы 31 и 46 первого и второго переключателей 209 и 210 переключаются, соответственно, на их вторые контактные узлы 33 и 47 в ответ на сигнал управления переключением второго состояния. В этом случае входной ВЧ-сигнал ВЧ_вх усиливается вторым предусилителем 208 и затем выводится через второй переключатель 210.

Фиг. 5 иллюстрирует кривую выходной характеристики оконечной станции системы радиосвязи. Конкретно, характеристическая кривая показывает результаты рабочих испытаний интенсивности передаваемого сигнала, выраженные в виде плотности вероятности и мощности передачи.

Согласно фиг. 3 и 5, исходя из того, что предусилитель 101 имеет коэффициент усиления 20 дБ и максимальную выходную мощность 20 дБм, а оконечный усилитель 103 имеет коэффициент усиления свыше 8 дБ и максимальную выходную мощность 28 дБм, допустимо отключать (или блокировать) оконечный усилитель 103, когда мощность передачи не превышает 17 дБм (фиг. 5). Конкретно, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением первого состояния, чтобы задействовать первый и второй переключатели 102 и 104 в режиме шунтирования, когда определено, что мощность передачи должна быть меньше или равна 17 дБм (фиг. 5). Тогда источник питания 107 блокирует подачу напряжения питания V₂ на оконечный усилитель 103 в ответ на сигнал управления переключением первого состояния. Это дает возможность снизить потребление тока, поскольку в данном случае ток не протекает через оконечный усилитель 103. Если же, напротив, мощность передачи превышает 17 дБм, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением второго состояния, чтобы задействовать первый и второй переключатели 102 и 104 в режиме включения питания. В этом случае, для нормальной работы оконечного усилителя 103, на него подается питание.

Согласно фиг. 4 и 5, исходя из того, что первый предусилитель 201 и оконечный усилитель 203 в совокупности имеют коэффициент усиления 28 дБ и максимальную выходную мощность +28 дБм, а второй предусилитель 208 имеет коэффициент усиления 13 дБ и максимальную выходную мощность +13 дБм, допустимо отключать первый предусилитель 201 и оконечный усилитель 203, когда мощность передачи меньше или равна 13 дБм (фиг. 5). Конкретно, устройство управления 106 включает второй предусилитель 208 и переключает первый и второй переключатели 209 и 210 на второй предусилитель 208. В результате, входной ВЧ-сигнал ВЧ_вх получает первичное усиление на втором предусилителе 208, а затем выводится как ВЧ-сигнал ВЧ_вых через второй переключатель 210. С этой целью, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением первого состояния, до тех пор, пока мощность передачи не достигнет 13 дБм (фиг. 5). Источник питания 107 блокирует подачу напряжения питания V₂ на второй предусилитель 208 и подает напряжение питания V₁ на первый усилитель 300 в ответ на сигнал управления переключением первого состояния. Таким образом, обеспечивается возможность сэкономить ток в той мере, в какой он потребляется оконечным усилителем 203. Если же, напротив, мощность передачи превышает 13 дБм, устройство управления 106 генерирует сигнал управления переключением второго состояния, чтобы переключить первый и второй переключатели 209 и 210 на первый усилитель мощности 300. В этом случае, для нормальной работы первого предусилителя 201 и оконечного усилителя 203, на них подается питание.

Предпочтительно, ВЧ-усилитель мощности разработан с такими показателями гистерезиса, которые позволяют избегать неправильного включения при определении режима управления переключением. Иными словами, когда мощность передачи низка по причине высокой интенсивности принимаемого сигнала, используется второй предусилитель. Между тем, если необходимо увеличить передаваемую мощность свыше 7 дБм, второй предусилитель 208 выключается, и вместо него включается первый усилитель мощности 300, чтобы увеличить мощность передачи. Далее, когда требуется обработать или усилить мощность передачи ниже 10 дБм, чтобы выдать мощность передачи 13 дБм, первый усилитель мощности 300 отключается, и вместо него включается второй усилитель мощности 208.

В общем случае, в центральной городской зоне оконечная станция системы радиосвязи выдает среднюю мощность передачи. Поэтому ВЧ-усилитель мощности работает в режиме шунтирования, когда оконечный усилитель отключен, из-за чего протекающий через него ток холостого хода блокируется, что дает возможность снижать общее потребление тока и увеличивать срок службы батарей.

Согласно вышеописанному, энергосберегающее устройство, отвечающее настоящему изобретению, снижает потребление тока в течение телефонного разговора и, тем самым, продлевает срок службы батареи.

Хотя подробное описание настоящего изобретения было приведено со ссылкой на конкретный вариант реализации, это всего лишь иллюстративное применение. Таким образом, специалисту ясно, что в пределах сущности и объема настоящего изобретения допустимы различные изменения.

Изобретение относится к оконечным станциям системы радиосвязи для снижения потребления тока в течение телефонного разговора. Усилитель мощности в оконечной станции системы радиосвязи содержит первый усилитель (У) (300) для высокой мощности передачи и второй У (208) для низкой мощности передачи. Входное устройство выбора пути прохождения сигнала (УВППС) (209) переключает входной сигнал (С) на входной узел первого или второго У в ответ на С управления переключением. Выходное УВППС (210) выбирает один из выходных С, поступающих от первого и второго У, в ответ на С управления переключением. Устройство обнаружения указателя интенсивности принимаемого сигнала (УИПС) (105) обнаруживает интенсивность С, принимаемого от базовой станции. Устройство управления генерирует С управления переключением первого состояния, при низкой интенсивности С, чтобы разрешить УВППС (209) переключить входной С на У (300) и разрешить выходному УВППС (210) выбрать выходной С У (300), и генерирует С управления переключением второго состояния, при высокой интенсивности С, чтобы разрешить УВППС переключить входной С на У (208) и разрешить выходному УВППС (210) выбрать выходной С У (208). Источник питания (107) блокирует передачу напряжения питания на У (300) в ответ на С управления переключением второго состояния и блокирует передачу второго напряжения питания на У (208) в ответ на С управления переключением первого состояния. Технический результат: снижение потребления тока. 3 с. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, включающей в себя многокаскадный усилитель мощности и устройство обнаружения УИПС (указателя интенсивности принимаемого сигнала), содержащее устройство управления для генерирования сигнала управления переключением в соответствии со значением УИПС сигнала, принимаемого от базовой станции, обнаруженным устройством обнаружения, выходное устройство выбора пути прохождения сигнала для выбора одного из выходных сигналов, поступающих от первого и второго усилителей, в ответ на сигнал управления переключением, устройство выбора пути прохождения сигнала, подключенного между первым и вторым усилителями, для подключения по выбору выхода первого усилителя ко второму усилителю или к выходному устройству выбора пути прохождения сигнала в ответ на сигнал управления переключением; и источник питания для блокировки подачи напряжения питания на второй усилитель в ответ на сигнал управления переключением, когда выход первого усилителя подключен к выходному устройству выбора пути прохождения сигнала. 2. Энергосберегающее устройство по п.1, в котором на первый и второй усилители поступает переменный сигнал управления уровнем. 3. Энергосберегающее устройство для оконечной станции системы радиосвязи, имеющей первый усилитель для высокой мощности и второй усилитель для низкой мощности, содержащее устройство выбора пути прохождения сигнала для переключения входного сигнала на входной узел первого или второго усилителя в ответ на сигнал управления переключением, выходное устройство выбора пути прохождения сигнала для выбора выходного сигнала, поступающего от первого и второго усилителей, в ответ на сигнал управления переключением, устройство обнаружения УИПС для обнаружения интенсивности сигнала, принимаемого от базовой станции, устройство управления для анализа обнаруженной интенсивности сигнала, генерирования сигнала управления переключением первого состояния, который разрешает устройству выбора пути прохождения сигнала переключить входной сигнал на первый усилитель и разрешает выходному устройству выбора пути прохождения сигнала выбрать выходной сигнал первого усилителя, и генерирования сигнала управления переключением, второго состояния, который позволяет устройству выбора пути прохождения сигнала переключить входной сигнал на второй усилитель и разрешает выходному устройству выбора пути прохождения сигнала выбрать выходной сигнал второго усилителя, и источник питания для блокировки подачи первого напряжения питания на первый усилитель в ответ на сигнал управления переключением второго состояния и блокировки подачи второго напряжения питания на второй усилитель в ответ на сигнал управления переключением первого состояния. 4. Энергосберегающее устройство по п.3, в котором первый усилитель имеет более высокий коэффициент усиления, чем второй усилитель. 5. Энергосберегающее устройство по п.4, в котором устройство выбора пути прохождения сигнала представляет собой делитель мощности. 6. Энергосберегающее устройство по п.3, в котором устройство выбора пути прохождения сигнала содержит переключатель, имеющий общий узел, на который поступает входной сигнал, первый контактный узел, подключенный ко входу первого усилителя, и второй контактный узел, подключенный ко входу второго усилителя. 7. Энергосберегающее устройство по п.3, в котором на первый и второй усилители поступает сигнал управления уровнем. 8. Энергосберегающее устройство по п. 3, в котором сигнал управления переключением первого состояния генерируется, когда интенсивность принимаемого сигнала меньше или равна заранее заданному уровню. 9. Энергосберегающее устройство по п.3, в котором сигнал управления переключением второго состояния генерируется, когда интенсивность принимаемого сигнала выше заранее заданного уровня. 10. Энергосберегающее устройство по п.8, в котором заранее заданный уровень составляет 17 дБм. 11. Энергосберегающее устройство по п. 8, в котором заранее заданный уровень составляет 13 дБм. 12. Энергосберегающее устройство по п. 9, в котором заранее заданный уровень составляет 17 дБм. 13. Энергосберегающее устройство по п. 9, в котором заранее заданный уровень составляет 13 дБм. 14. Способ энергосбережения в оконечной станции системы радиосвязи, имеющей многокаскадный усилитель мощности и устройство обнаружения УИПС (указателя интенсивности принимаемого сигнала), содержащий этапы, на которых определяют интенсивность сигнала, принимаемого от базовой станции, генерируют сигнал управления переключением в ответ на обнаруженную интенсивность сигнала, выбирают входной путь и выходной путь прохождения принимаемого сигнала в ответ на генерированный сигнал управления переключением, и блокируют подачу напряжения питания на один из каскадов многокаскадного усилителя в ответ на сигнал управления переключением. 15. Способ по п. 14, в котором упомянутый этап генерирования дополнительно содержит этапы, на которых генерируют сигнал управления переключением, первого состояния, когда определяемая интенсивность принимаемого сигнала меньше или равна заранее заданному значению, и генерируют сигнал управления переключением, второго состояния, когда определенная интенсивность принимаемого сигнала больше заранее заданного значения. 16. Способ по п.15, согласно которому упомянутое заранее заданное значение составляет 13 дБм. 17. Способ по п.15, согласно которому упомянутое заранее заданное значение составляет 17 дБм.