專利名稱：無線通信設(shè)備的qam發(fā)射機(jī)單元的自動(dòng)功率控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在無線通信設(shè)備中采用的相干調(diào)制器領(lǐng)域，具體地說，涉及三種不同類型的功率控制電路，以及一種用于控制要在集成在無線通信設(shè)備QAM發(fā)射機(jī)中功率放大器的輸出端發(fā)射的調(diào)制RF信號輸出功率的方法。
背景技術(shù)：
在過去的幾年中，對于應(yīng)用到無線通信設(shè)備的高效功率控制電路的需求持續(xù)增長。閉環(huán)功率控制中的一個(gè)關(guān)鍵任務(wù)是設(shè)計(jì)要集成在無線RF發(fā)射機(jī)模擬前端中的模擬電路，這些模擬電路用于控制在時(shí)間t上要發(fā)射的RF信號x(t)的輸出功率Pout。太快的傾斜(ramp)導(dǎo)致RF頻譜的不必要擴(kuò)展，而太慢的傾斜違反了規(guī)定時(shí)間限制。因此，由外部控制電壓Vctrl設(shè)置通常由無線RF發(fā)射機(jī)輸出端的功率放大器(PA)提供的輸出功率Pout。Vctrl和Pout之間的關(guān)系常常是非線性的，并受溫度、公差、電源電壓、頻率和PA輸入功率的影響。為了實(shí)現(xiàn)Pout的充分穩(wěn)定性，需要功率控制環(huán)路，雖然一些設(shè)計(jì)者例如仍通過控制PA電源電壓來使用非反饋概念。這種控制環(huán)路通常包括RF檢測器和由來自基帶控制器的輸入信號提供的環(huán)路放大器。常規(guī)的功率控制環(huán)路設(shè)計(jì)主要是在各自應(yīng)用的RF檢測器上有所不同，但環(huán)路放大器還包括有趣的設(shè)計(jì)方面。
功率控制環(huán)路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要問題是動(dòng)態(tài)范圍。對于基于GSM的移動(dòng)電話而言，最大天線功率是33dBm，而最小功率電平是5dBm。檢測器動(dòng)態(tài)必須顯著地更高，例如大于34dB，這相當(dāng)接近良好的二極管檢測器所能達(dá)到的。需要大動(dòng)態(tài)范圍的另一個(gè)原因是，例如在常規(guī)的基于TDMA的通信系統(tǒng)中，功率放大器從“斷電”模式開始，在該模式中RF電平由噪聲和串?dāng)_確定。對于GSM系統(tǒng)而言，上述電平應(yīng)該低于大約-48dBm，這將導(dǎo)致動(dòng)態(tài)范圍大于70dB。如果控制Vctrl電壓被加到功率放大器的控制輸入，則輸出功率Pout增加。但是由于有限的檢測器動(dòng)態(tài)，環(huán)路沒被鎖定，并在該點(diǎn)可能發(fā)生檢測器響應(yīng)更大的過沖。
兩個(gè)問題使功率控制環(huán)路設(shè)計(jì)成為困難的任務(wù)。一個(gè)是一些功率放大器不是非?？?，這意味著在控制輸入的階躍電壓ΔVctrl和輸出功率的相應(yīng)變化ΔPout之間可能存在明顯的延遲。這限制了功率控制環(huán)路的速度，并可能導(dǎo)致不穩(wěn)定性。第二個(gè)問題是功率放大器和許多檢測器是非線性電路元件。當(dāng)用理想線性檢測器和線性環(huán)路放大器構(gòu)建功率控制環(huán)路時(shí)，理想的功率放大器將具有恒定的斜率dPout/dVctrl，但在實(shí)際上dPout/dVctrl是控制電壓Vctrl的函數(shù)，這導(dǎo)致與偏壓有關(guān)的總環(huán)路增益，并使反饋系統(tǒng)的頻率補(bǔ)償相當(dāng)困難。然而，如果環(huán)路穩(wěn)定，則對于一些功率電平而言，電路可能太慢。
在圖1a+b中示出了包括QAM發(fā)射機(jī)100a和QAM接收機(jī)100b的常規(guī)無線通信系統(tǒng)。在該系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)端100a上，基本操作如下首先數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)被編碼(ik，qk)，然后在提交給數(shù)模轉(zhuǎn)換器102之后，復(fù)值正交同相(I)和正交(Q)信道通過正交調(diào)制器104被組合。通過內(nèi)部混頻級將合成的信號組合上變換到RF頻帶。然后，在已經(jīng)通過濾波級之后，該RF信號驅(qū)動(dòng)功率放大器106，該功率放大器的輸出信號x(t)被饋送到發(fā)射(TX)天線108。天線將信號輻射到空中，并完成發(fā)射。雖然必須使用略微不同的構(gòu)件，但接收機(jī)端100b僅是相反的。首先，接收的RF信號x(t)被濾波，以選擇感興趣的RF頻帶。其后，該信號被饋送到低噪聲放大器112(LNA)。通常，然后信號被濾波，并被直接從RF頻帶下變換到基帶(在零差接收機(jī)的情況下)，或與一個(gè)或多個(gè)中頻(IF)級混合(在采用外差或超外差接收機(jī)的情況下)。由此，最終的混頻級將信號分成其I和Q分量。只要在基帶上，I和Q信號就在進(jìn)一步處理之前被提交到模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器120。
功率放大器是QAM發(fā)射機(jī)100a的構(gòu)件，其將要發(fā)射的RF信號x(t)放大到驅(qū)動(dòng)發(fā)射天線108所需的必要功率電平Pout。在大多數(shù)無線通信系統(tǒng)中，功率放大器是最大的功耗者，這通常是由于需要發(fā)送到天線的功率(功率輸出)本身非常大。這并不包括在功率放大器內(nèi)消耗的總功率，而僅僅是驅(qū)動(dòng)天線所需的功率。由于將總是存在在有源設(shè)備和外圍電路中消耗的一些功率，因此功率放大器消耗的總功率必定大于功率輸出。由于功率輸出規(guī)范其自身常常大于RF系統(tǒng)中其余塊的功耗，并且這種功率放大器的功耗會高于指定功率輸出，因此功率放大器顯然是系統(tǒng)的主要功耗者。
由于可靠地發(fā)射調(diào)制RF信號x(t)所需的功率電平常常相當(dāng)高，因此在功率放大器內(nèi)消耗了許多功率。在許多無線應(yīng)用中，該放大器所消耗的功率量并不重要；只要正發(fā)射的信號具有足夠的功率，那就足夠好了。然而，在僅存在有限可用能量(這對于發(fā)射過程是不夠的)的情況下，必須使所有設(shè)備消耗的功率最小化，以使能量可用的時(shí)間長度最大化。
當(dāng)今所用的不同種類功率放大器的數(shù)量多的數(shù)不清，并且它們的范圍從完全線性到完全非線性，以及從相當(dāng)簡單到非常復(fù)雜。在PA術(shù)語中，“線性”功率放大器是在其輸入和輸出之間具有線性關(guān)系的一種放大器。雖然功率放大器可包括以非線性方式工作(例如，F(xiàn)ET在截止和飽和之間切換的情況下)的晶體管，但它仍可被看作是線性的。雖然非線性功率放大器以相對高的效率為特征，但它們的非線性導(dǎo)致輸出信號擴(kuò)展(由于互調(diào)分量，特別是在本機(jī)振蕩器中存在許多相位噪聲的情況下，這將導(dǎo)致功率放大器輸入的擴(kuò)展)。
典型的功率放大器是由幾個(gè)串聯(lián)級組成的。每個(gè)級通常都比前一級更大和更強(qiáng)大。由于大部分靜態(tài)電流由大功率級(對于無線通信所需的低輸出功率電平而言，不需要這些級)獲得，因此當(dāng)不需要用于旁路大功率級的機(jī)構(gòu)時(shí)，將導(dǎo)致能量消耗的顯著降低。
由于無線電話以電池電源工作，因此還希望其發(fā)射機(jī)盡可能高效地工作，以省電并延長電池壽命。理想地，對于諸如由UMTS標(biāo)準(zhǔn)管理的W-CDMA系統(tǒng)而言，功率放大器級應(yīng)該能夠有效、線性地工作在其要求的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)。然而，現(xiàn)有技術(shù)還沒有接近理想，并且目前許多無線電話的功率管理都很差。在低功率發(fā)射期間，功率被不必要的級聯(lián)放大器級所浪費(fèi)。因此，已經(jīng)嘗試旁路掉未用級。
在正常工作條件下，常規(guī)的無線RF收發(fā)機(jī)設(shè)備使用自動(dòng)功率控制(APC)電路來控制其放大級的輸出功率。在大多數(shù)RF收發(fā)機(jī)中找到的APC電路都有用于連接到線性功率放大器的外部連接。在末級功率放大器的輸出端檢測到調(diào)制RF信號的功率之后，所述信號被轉(zhuǎn)換為DC電壓，并被饋送到可變增益中頻(IF)級，以便在長時(shí)間間隔上保持最終輸出功率恒定。由于很早就實(shí)現(xiàn)了APC電壓生成，因此由熱漂移、工作電壓偏移等引起的增益漂移不由電路進(jìn)行補(bǔ)償。另一個(gè)選擇是，從末級放大器的驅(qū)動(dòng)功率中得到AFC電壓，并將其饋送到RF收發(fā)機(jī)的外部APC輸入。原理是，當(dāng)功率放大器變得激勵(lì)過度時(shí)，它將產(chǎn)生反饋到收發(fā)機(jī)的APC電路中的負(fù)電壓。該電壓用作收發(fā)機(jī)的發(fā)射級中的增益控制，該發(fā)射級又自動(dòng)降低驅(qū)動(dòng)功率(收發(fā)機(jī)的輸出功率)并限制來自過激勵(lì)放大器的失真。
圖2a示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)APC環(huán)路200a的示意框圖，其用于穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)RF信號發(fā)生器的模擬電路的RF輸出端214b’處的功率。該電路還可用于執(zhí)行幅度調(diào)制。它包括頻率合成單元202’(FSU)；功率分配器206’(例如定向耦合器)，其將調(diào)制RF輸出信號的反射波饋送到寬帶檢測器二極管208’；以及放大級212’，該放大級的輸出信號被饋送到電控衰減器204’，例如幅度調(diào)制器級，其包括用混合微波集成電路(MIC)技術(shù)實(shí)現(xiàn)可調(diào)電阻器的電流控制PIN二極管。在所述RF信號發(fā)生器用于掃描頻率應(yīng)用的情況下，通常應(yīng)用外部檢測器208”(未示出)，以便將檢測RF單元輸入端的功率電平保持恒定。
圖2示出了在基于EDGE通信環(huán)境中的無線通信設(shè)備的QAM發(fā)射機(jī)200的示意框圖，該QAM發(fā)射機(jī)包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的APC環(huán)路201，該APC環(huán)路用于穩(wěn)定QAM發(fā)射機(jī)200的RF輸出端210處的功率電平Pout。由此，提供有參考信號Vref的比較器級212的輸出端與可變增益功率放大器205的增益控制輸入端連接，該參考信號Vref表示由寬帶檢測器二極管208反饋到APC環(huán)路201的期望輸出功率電平Pout和實(shí)際輸出功率電平Pout的額定功率電平Pref，該可變增益放大器控制QAM發(fā)射機(jī)200的輸出功率電平Pout。
由此，復(fù)值模擬基帶信號xLP(t)(要發(fā)射的實(shí)值RF帶通信號x(t)的復(fù)包絡(luò)或等效低通信號)可寫作xLP(t)＝i(t)+j·q(t)＝a(t)·ej·(t)(1)其中i(t):＝Re{xLP(t)}， (1a)q(t):＝Im{xLP(t)}， (1b)a(t):=|xLP(t)|=i2(t)+q2(t),---(1c)]]> 并且j:=-1]]>是虛數(shù)單位。由此，i(t)表示時(shí)域中xLP(t)的同相(I)分量，q(t)表示時(shí)域中xLP(t)的正交(Q)信號，a(t)表示xLP(t)的幅度分量，其由x(t)的包絡(luò)給出，以及(t)表示xLP(t)的相位分量，其也是x(t)的相位分量。
i(t)和q(t)分別通過兩個(gè)調(diào)制器級204a和204b從基帶直接上變換到RF頻帶，這兩個(gè)調(diào)制器級由為高頻載波信號提供正弦波形的本機(jī)振蕩器202驅(qū)動(dòng)ci(t)≡c(t):＝Ac·cos(2π·fLO·t)，(2a)其中Ac(以 為單位)是載波信號ci(t)的幅度系數(shù)，而fLO(以GHz為單位)是本機(jī)振蕩器202提供的載波頻率。連接到上變換混頻器204a一個(gè)輸入端的希爾伯特變換器204c提供載波信號ci(t)的90度相移，以使用于將正交信號q(t)從基帶直接上變換到RF頻帶的載波信號由下式給出cq(t):=Ac·cos(2π·fLO·t+π2)=-Ac·sin(2π·fLO·t).---(2b)]]>使用xLP(t)(或者分別使用i(t)和q(t))，要發(fā)射的調(diào)制RF信號x(t)由此可寫作x(t)=Re{xLP(t)·e+j·2π·fLO·t}=i(t)·ci(t)+q(t)·cq(t)]]>＝i(t)·cos(2π·fLO·t)-q(t)·sin(2π·fLO·t) (3)在發(fā)射獲得的RF信號x(t)之前，由于某一輸出功率電平Pout必須到達(dá)在某一距離處的接收機(jī)，因此該信號必須被放大。由于這個(gè)原因，需要增益控制功率放大器205。
由于本發(fā)明涉及基于時(shí)分復(fù)用(TDM)的通信網(wǎng)絡(luò)中的無線通信設(shè)備的基于EDGE的QAM發(fā)射機(jī)，其中上游方向的每個(gè)QAM信道都被細(xì)分為預(yù)定數(shù)量的時(shí)分多址(TDMA)信道，因此必須實(shí)現(xiàn)8個(gè)使用同一載波頻率fLO的物理TDMA信道。圖3a示出了具有8個(gè)時(shí)隙的TDMA幀300a的典型結(jié)構(gòu)，每個(gè)時(shí)隙都有在常規(guī)的基于TDMA的通信系統(tǒng)中使用的156.25比特的時(shí)隙長度Ts和148比特的突發(fā)長度TBurst。由于可將8個(gè)不同移動(dòng)終端映射到這8個(gè)時(shí)隙上，因此每個(gè)移動(dòng)終端分別具有1個(gè)(在GPRS中有幾個(gè))用于發(fā)射或接收的TDMA信道；在其它TDMA信道上，由于相應(yīng)時(shí)隙被分配給其它移動(dòng)終端，因此不允許移動(dòng)終端發(fā)送。
由于基于TDMA的通信系統(tǒng)的上行鏈路中發(fā)射信號流的RF功率的突發(fā)特性，無線RF發(fā)射機(jī)的輸出功率必須在不同時(shí)隙之間分別向上傾斜到適當(dāng)?shù)碾娖剑蛘呦蛳聝A斜到0，以使在發(fā)射期間RF輸出功率恒定，以便于不同TDMA信道的時(shí)分復(fù)用。在圖3b中示出了在基于TDMA的通信系統(tǒng)的上行鏈路中發(fā)射信號流的RF輸出功率Pout在時(shí)間t上的典型突發(fā)圖300b?？梢钥闯觯瑢τ趈:＝(i+1)mod 8和i∈{0，1，2，...，7}，無線RF發(fā)射機(jī)200b的輸出功率Pout必須在相鄰時(shí)隙TSi和TSj之間向上傾斜到適當(dāng)?shù)碾娖?，或向下傾斜到0，以使在發(fā)射期間輸出功率電平Pout恒定，以便于不同TDMA信道之間的時(shí)分復(fù)用。在數(shù)據(jù)發(fā)射開始之前的某個(gè)時(shí)間，移動(dòng)終端將發(fā)射功率從0增加到期望的輸出功率Pout。各個(gè)時(shí)隙TSi的這個(gè)部分被稱為“向上傾斜”。在達(dá)到期望輸出功率Pout之后，開始數(shù)據(jù)發(fā)射。各個(gè)時(shí)隙TSi的這個(gè)部分通常被稱為“有用部分”。TSi的最后部分則被稱為“向下傾斜(ramp down)”。
如今，通過根據(jù)圖2中所示現(xiàn)有技術(shù)的APC電路201，來實(shí)現(xiàn)用于穩(wěn)定QAM發(fā)射機(jī)200輸出功率電平Pout的這個(gè)向上傾斜和向下傾斜過程。由此，提供有參考信號Vref和實(shí)際輸出功率電平Pout的比較器級212的輸出端連接到控制所述輸出功率電平Pout的可變增益功率放大器205的增益控制輸入端，該參考信號表示RF輸出信號的功率Pout的額定功率電平Pref。實(shí)際輸出功率電平Pout通過直接測量(如圖2中所示，其中Pout的一部分通過定相耦合器206耦合并通過寬帶檢測器二極管208反饋到APC環(huán)路201)或間接測量(例如通過測量功率放大器205的輸出電流，該輸出電流直接與輸出功率Pout成比例)提供。然后測量的功率電平Pout與額定功率電平Pref比較。如果實(shí)際功率電平Pout高于參考信號的功率電平Pref。，則可變增益功率放大器205的增益GPA減少，以便調(diào)節(jié)Pout。反之亦然，如果Pout低于Pref，則GPA增加，以便調(diào)節(jié)Pout。在“向上傾斜”部分期間，額定功率電平Pref增加，在“向下傾斜”期間，額定功率電平降低，并且在“有用”部分期間，額定功率電平保持穩(wěn)定。由于APC環(huán)路201E根據(jù)參考信號的功率電平Pref調(diào)節(jié)輸出功率電平Pout，因此輸出功率Pout分別向上或向下傾斜，并在“有用”部分期間保持在預(yù)定電平。
現(xiàn)有技術(shù)簡要描述EP 0961402 A2中描述的發(fā)明涉及基于CDMA的擴(kuò)展頻譜多路存取系統(tǒng)中的移動(dòng)終端的QAM發(fā)射機(jī)中增益控制的發(fā)射機(jī)和方法，其通過向不同路徑提供RF信號的不同增益來有效利用電池電源，并避免了要發(fā)射的RF信號的功率電平中的假信號。
接下來，在US 2002/0123363 A1中描述的發(fā)明關(guān)于用于補(bǔ)償由線性調(diào)制引起的功率測量的數(shù)據(jù)相關(guān)性的方法和設(shè)備。該方法包括執(zhí)行發(fā)射輸出功率的第一測量以及執(zhí)行反射功率的第二測量的步驟，其中以時(shí)分多路復(fù)用方式執(zhí)行這兩種測量。該方法還包括如下步驟基于在第一測量期間發(fā)射的數(shù)據(jù)計(jì)算第一平均功率，基于在第二測量期間發(fā)射的數(shù)據(jù)計(jì)算第二平均功率，以及基于第一平均功率和第二平均功率之間的差來補(bǔ)償至少一個(gè)測量的功率值。
US 5276917公開了一種用于執(zhí)行移動(dòng)無線電話雙模發(fā)射機(jī)中的發(fā)射機(jī)功率接通的方法，該雙模發(fā)射機(jī)包括APC環(huán)路和用于控制串聯(lián)耦合到雙工電路的至少兩個(gè)發(fā)射功率放大器級的接通的機(jī)構(gòu)，需要這些發(fā)射功率放大器級，以確保發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定工作。在功率放大器級的前面，放置壓控放大器和衰減器(VCA)，接收來自APC環(huán)路反饋鏈中功率控制塊的反饋信號。該方法包括順序接通所述功率放大器級的步驟。其后，接通發(fā)射功率控制信號(TXC)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，首先接通輸出功率放大器級，由發(fā)射啟動(dòng)信號(TXE)啟動(dòng)。此后，接通輸入功率放大器級，由向上傾斜控制信號(RAMP-UP)啟動(dòng)，并最后接通發(fā)射功率控制信號(TXC)。然后功率放大器將放大的RF信號x(t)輸出到雙工電路的發(fā)射終端。
在WO 03/001688 A2中描述的發(fā)明針對移動(dòng)通信設(shè)備的無線發(fā)射機(jī)，其中基于要發(fā)射的RF信號x(t)的功率電平Pout和/或工作模式，來調(diào)節(jié)消除由集成功率放大器的開關(guān)引起的瞬態(tài)寄生信號所需的平滑濾波器的帶寬。由此通過控制濾波器中的跨導(dǎo)元件來調(diào)節(jié)濾波器的帶寬。出于此目的，可控制濾波器特性，以便獲得可接受的開關(guān)頻譜，從而使得功率放大器的輸出功率Pout能夠可接受地快速向上傾斜。例如，可根據(jù)設(shè)備工作所依據(jù)的應(yīng)用通信標(biāo)準(zhǔn)(例如GSM-850、GSM-900、DCS或PCS)以及要發(fā)射的RF信號x(t)的功率電平Pout來調(diào)節(jié)濾波器參數(shù)。
此外，在EP 0944175 A1和US 6212367 B1中公開的發(fā)明涉及能夠滿足接收(Rx)頻帶內(nèi)發(fā)射機(jī)噪聲的嚴(yán)格規(guī)范的移動(dòng)電話裝置。該移動(dòng)電話裝置由此包括調(diào)制器，用于產(chǎn)生要在發(fā)射(Tx)頻帶內(nèi)發(fā)射的調(diào)制RF信號x(t)；功率放大器，用于將所述RF信號x(t)提供給發(fā)射天線；具有通帶和阻帶的可調(diào)濾波器，其置于調(diào)制器和功率放大器之間；以及控制電路，用于調(diào)諧濾波器，以使通帶處于Tx頻帶，而阻帶處于移動(dòng)電話裝置的Rx頻帶。
在US 5752172中公開了一種用在無線電話中的發(fā)射機(jī)輸出功率控制電路。所述發(fā)射機(jī)電路由此包括功率放大器，其輸出耦合到用于發(fā)射放大的調(diào)制RF信號x(t)的天線；可變增益激勵(lì)放大器(VGA)，其輸出端耦合到功率放大器的輸入端，而輸入端耦合到調(diào)制器的輸出端，該調(diào)制器需要輸出在預(yù)定動(dòng)態(tài)功率范圍內(nèi)的調(diào)制RF信號x(t)；以及至少一個(gè)可編程增益放大器(PGA1，PGA2)，其串聯(lián)耦合在調(diào)制器的輸出端和VGA的輸入端之間?？删幊淘鲆娣糯笃骶哂羞x擇用于將可變增益激勵(lì)放大器的動(dòng)態(tài)范圍需求降低到低于所述預(yù)定動(dòng)態(tài)功率范圍的動(dòng)態(tài)范圍。
最后，在US 6118988中公開的發(fā)明涉及用在移動(dòng)電話中的發(fā)射功率控制系統(tǒng)，以及控制與基站(BS)和用戶的移動(dòng)臺(MS)之間的距離成比例發(fā)射的調(diào)制RF信號x(t)的發(fā)射功率Pout大小的相應(yīng)方法。該發(fā)射功率控制系統(tǒng)由此通過根據(jù)發(fā)射功率Pout的大小補(bǔ)償實(shí)際增益與增益控制值之間誤差的方式來提供精確的發(fā)射功率電平Pout。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射功率控制系統(tǒng)包括發(fā)射部分、移動(dòng)臺調(diào)制解調(diào)器、功率檢測器、增益差控制部分以及功率放大器控制部分。首先，由發(fā)射部分提供的發(fā)射功率信號被功率檢測器轉(zhuǎn)換為DC電壓。然后移動(dòng)臺調(diào)制解調(diào)器基于該DC電壓分別輸出第一和第二增益控制值。其后，增益差控制部分產(chǎn)生增益差控制信號，并根據(jù)所述第一增益控制值和衰減信號將該增益差控制信號加到發(fā)射部分。功率放大器控制部分根據(jù)所獲得的表示發(fā)射功率信號的DC電壓和第二增益控制值將功率放大器增益控制值輸出到發(fā)射部分。
發(fā)明目的考慮到上述技術(shù)發(fā)展水平，本發(fā)明的目的就是提供一種用于放大RF信號的自動(dòng)功率控制(APC)電路，該電路減少了在衰減模式(“關(guān)(OFF)級”)和放大模式(“開(ON)級”)之間轉(zhuǎn)變期間多級功率放大器中的噪聲生成問題。
通過獨(dú)立權(quán)利要求中的特征實(shí)現(xiàn)上述目的。在從屬權(quán)利要求中定義了有利的特征。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基本上專門用于基于時(shí)分復(fù)用(TDM)的無線蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中無線通信設(shè)備的QAM發(fā)射機(jī)，其中上游方向的每個(gè)QAM信道都被細(xì)分為預(yù)定數(shù)量的時(shí)分多址(TDMA)信道，并且參與通信的每個(gè)移動(dòng)終端都被分配到預(yù)定長度為TTS的周期性重復(fù)時(shí)隙TSi。該QAM發(fā)射機(jī)包括具有兩個(gè)上變換混頻器的調(diào)制器級，其由本機(jī)振蕩器驅(qū)動(dòng)，用于將要發(fā)射的復(fù)值模擬基帶信號xLP(t)的同相(I)和正交(Q)信號從基帶直接上變換到RF頻帶；90度移相器，其連接到上變換混頻器的一個(gè)輸入端；以及求和元件，用于組合兩個(gè)上變換混頻器的RF輸出信號。此外，所述QAM發(fā)射機(jī)包括自動(dòng)功率控制環(huán)路，用以穩(wěn)定QAM發(fā)射機(jī)輸出端的調(diào)制RF信號x(t)的功率電平Pout。所述功率控制環(huán)路包括比較器級，該比較器級提供有參考信號Vref和實(shí)際輸出功率電平Pout，該參考信號表示RF輸出信號x(t)期望輸出功率電平Pout的額定功率電平Pref，該實(shí)際輸出功率電平由定相耦合器提供，并由寬帶檢測器二極管反饋到自動(dòng)功率控制回路。所述比較器級的輸出信號饋送到置于調(diào)制器級中的壓控衰減器的控制輸入端，該壓控衰減器用于衰減由調(diào)制器級的本機(jī)振蕩器提供的振蕩器信號的功率電平Pc。


根據(jù)以下描述、所附權(quán)利要求書以及附圖，本發(fā)明的有利特征、方面和有用的實(shí)施例將變得明顯。由此，圖1a示出了使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)I/Q調(diào)制器的無線通信設(shè)備的常規(guī)QAM發(fā)射機(jī)的示意框圖；圖1b示出了使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)I/Q解調(diào)器的無線通信設(shè)備的常規(guī)QAM接收機(jī)的示意框圖；圖2示出了具有根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的自動(dòng)功率控制(APC)電路的QAM發(fā)射機(jī)的示意框圖，該APC電路用于穩(wěn)定QAM發(fā)射機(jī)輸出端的功率電平，其中提供有參考信號和實(shí)際輸出功率電平的比較器級的輸出端連接到控制輸出功率電平的可變增益功率放大器(PA)的增益控制輸入端，參考信號表示RF輸出信號功率的額定功率電平；圖2a示出模擬RF信號發(fā)生器的示意框圖，其包括根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的常規(guī)APC環(huán)路，用以穩(wěn)定RF信號發(fā)生器輸出端的功率電平，該APC環(huán)路特征在于提供有參考信號和實(shí)際輸出功率電平的比較器級的輸出信號饋送到控制輸出功率電平的電控衰減器的控制輸入端，參考信號表示RF輸出信號期望輸出功率電平的額定功率電平；圖2b示出了QAM發(fā)射機(jī)的示意框圖，其包括根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例用于穩(wěn)定集成功率放大器輸出端的功率電平的APC環(huán)路，該APC環(huán)路實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)電路，并且其特征在于提供有參考信號和實(shí)際輸出功率電平的集成比較器級的輸出信號被提供給控制輸出功率電平的壓控衰減器(VCA)的控制輸入端，該參考信號表示RF輸出信號的期望輸出功率電平的額定功率電平；圖2c示出了QAM發(fā)射機(jī)的示意框圖，其包括根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例用于穩(wěn)定集成功率放大器輸出端的功率電平的APC環(huán)路，該APC環(huán)路實(shí)現(xiàn)為開環(huán)電路，并且其特征在于所述VCA的控制輸入端連接到提供外部控制信號的微控制器(μC)；圖2d示出了QAM發(fā)射機(jī)的示意框圖，其包括根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例用于穩(wěn)定功率放大器輸出端功率電平的APC環(huán)路，該APC環(huán)路實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)電路，并且其特征在于提供有參考信號和功率放大器的DC電源電流的集成比較器級的輸出信號被提供給控制輸出功率電平的VCA的控制輸入端，該參考信號表示RF輸出信號的期望輸出功率電平的額定功率電平；圖3a示出了具有用在基于TDMA的通信系統(tǒng)中的8個(gè)時(shí)隙的TDMA幀的典型結(jié)構(gòu)；圖3b示出了在基于TDMA的通信系統(tǒng)的上行鏈路中發(fā)射信號流的RF輸出功率隨時(shí)間獲得的突發(fā)圖，其中無線RF發(fā)射機(jī)的輸出功率必須在相鄰時(shí)隙之間向上傾斜到適當(dāng)?shù)碾娖?，或向下傾斜到0，以使發(fā)射期間RF輸出功率恒定，以便于不同RF發(fā)射機(jī)的時(shí)分復(fù)用；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明用于穩(wěn)定要由無線通信設(shè)備的QAM發(fā)射機(jī)發(fā)射的調(diào)制RF信號的功率電平的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將詳細(xì)解釋圖2b中示出的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。可從附表中得到用圖1a-4中的標(biāo)號標(biāo)記的符號的意義。
圖2b示出一種根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例用于控制輸出功率電平Pout的新方法。由此，通過控制本機(jī)振蕩器202的功率電平Pc，即載波信號的幅度Ac，來執(zhí)行Pout隨時(shí)間的形狀，即向上傾斜和向下傾斜過程，以及用于在時(shí)間TBurst期間穩(wěn)定Pout的過程。想法是應(yīng)用壓控衰減器203，其衰減系數(shù)a(以dB為單位)可以(從a＝0dB開始)連續(xù)調(diào)節(jié)。由于通過正弦載波信號ci(t)和cq(t)將模擬基帶信號i(t)和q(t)上變換到RF頻帶，因此調(diào)制器級204E的輸出功率PMod可計(jì)算如下PMod＝GMod·k·Pi，q·Pc(4a)其中 Pi，q:＝Pi+Pq， (4b)其中GMod是調(diào)制器的增益系數(shù)，Pi和Pq(以W為單位)分別是同相信號i(t)和正交信號q(t)的功率電平，Pc(以W為單位)是載波信號ci(t)和cq(t)的功率電平，PMod(以W為單位)是調(diào)制器輸出信號的功率電平，并且k(以W-1為單位)是獲得具有正確單位(以W為單位)的Pout所需的比例系數(shù)。在下文中，將假設(shè)k＝1W-1，并且GMod是表示總調(diào)制器增益的無因次變量。于是QAM發(fā)射機(jī)200b的輸出功率電平Pout可寫作Pout＝GPA·PMod＝G·k·Pi，q·Pc(5a)其中 G:＝GPA·GMod， (5b)其中GPA是功率放大器205的增益系數(shù)。如果加上壓控衰減器203，則公式(5a)得到 其中a是壓控衰減器203的衰減?？梢钥闯?，如果G、k、Piq和Pc是常數(shù)，則Pout只是a的函數(shù)Pout～a for P:＝GPA·PMod＝G·k·Pi，q·Pc＝const. (6b)對于高值的G、Pi，q和Pc，可通過調(diào)節(jié)壓控衰減器203的衰減系數(shù)a來實(shí)現(xiàn)Pout的穩(wěn)定性。
本發(fā)明的第一實(shí)施例涉及如圖2b所示的QAM發(fā)射機(jī)200b，其中表示RF輸出信號期望輸出功率電平Pout的額定功率電平Pref的參考信號饋送到比較器級212的第一輸入端，而表示RF信號x(t)的實(shí)際功率電平Pout的反饋信號(FS)饋送到比較器級212的第二輸入端。
在第一和第二實(shí)施例中，所述自動(dòng)功率控制電路201E實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)電路，其中所述壓控衰減器203的控制輸入端連接到比較器級212的輸出端，并且要發(fā)射的RF信號x(t)的檢測信號幅度或者功率放大器205的電源電流IPA被用作所述反饋信號。在第三實(shí)施例中，所述自動(dòng)功率控制電路201E實(shí)現(xiàn)為開環(huán)電路，其中所述壓控衰減器203的控制輸入端連接到提供外部控制信號(PA控制)的微控制器(μC)。
本發(fā)明的另一方面關(guān)于一種用于穩(wěn)定要由無線通信設(shè)備的QAM發(fā)射機(jī)200b在分配給所述無線通信設(shè)備的周期性重復(fù)時(shí)隙TSi的突發(fā)周期TBurst期間發(fā)射的調(diào)制RF信號x(t)的功率電平Pout的方法。圖4中示出了該方法的流程圖400。在檢測(S1)到RF輸出信號x(t)的實(shí)際功率電平Pout、將所述實(shí)際功率電平Pout反饋(S2)到自動(dòng)功率控制環(huán)路201E的反饋鏈中的比較器級212的第一輸入端、并比較(S3)所述實(shí)際功率電平Pout與參考信號Vref(其表示提供給比較器級212的第二輸入端的RF輸出信號的期望輸出功率電平Pout的額定功率電平Pref)之后，通過控制QAM發(fā)射機(jī)200b的調(diào)制器級204E中的壓控衰減器203的衰減系數(shù)a，來調(diào)節(jié)(S0)實(shí)際功率電平Pout，該壓控衰減器用于衰減由調(diào)制器級204E的本機(jī)振蕩器202提供的近似正弦的振蕩器信號的功率電平Pc。在Pref和Pout之間差的絕對值小于或等于預(yù)定閾值ΔPthres的情況下，算法結(jié)束；否則，過程繼續(xù)步驟S1。由此，非線性PA增益控制(比較圖2)由線性電路元件-壓控衰減器203(VCA)代替，從而避免了在衰減模式(“關(guān)級”)和放大模式(“開級”)之間轉(zhuǎn)變期間多級功率放大器中產(chǎn)生噪聲的問題。此外，可通過外部PA控制信號調(diào)節(jié)功率放大器205的增益系數(shù)GPA。例如，該增益系數(shù)可在突發(fā)周期TBurst期間變?yōu)樽畲笾?，而在突發(fā)周期TBurst之外被切斷，以改進(jìn)相鄰信道隔離。
代替檢測(S1)RF輸出信號x(t)的實(shí)際功率電平Pout、將所述實(shí)際功率電平Pout反饋(S2)到自動(dòng)功率控制環(huán)路201E的反饋鏈中的比較器級212的第一輸入端、比較(S3)Pout與參考信號Vref(其表示饋送到比較器級212第二輸入端的RF輸出信號期望輸出功率電平Pout的額定功率電平Pref)、以及通過根據(jù)圖2b中所示的本發(fā)明第一方法基于實(shí)際功率電平Pout與額定功率電平Pref之間差的大小和符號來控制壓控衰減器203的衰減系數(shù)a來補(bǔ)償(S4)RF輸出功率Pout的不穩(wěn)定性，可以想到以下兩種穩(wěn)定要發(fā)射的調(diào)制RF信號x(t)的功率電平Pout的方法。
根據(jù)圖2c中所示的本發(fā)明第二方法，通過存取(S1’)存儲在無線通信設(shè)備集成存儲器中的關(guān)于設(shè)備制造商明確指出的設(shè)備特定硬件公差的信息，和/或關(guān)于由溫度漂移dT/dt、電池電壓漂移dUbatt/dt等(在無線通信設(shè)備的開發(fā)期間測量它們，實(shí)際上不需要測量Pout)引起的影響的信息，來補(bǔ)償(S2’)RF輸出功率Pout的不穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方法，通過測量(S1”)功率放大器205的DC電源電流IPA、將與IPA成比例的電壓URM提供(S2”)給比較器級212的第一輸入端、并比較(S3”)URM與參考信號Vref來補(bǔ)償(S4”)這些不穩(wěn)定性，該參考信號表示提供給比較器級212第二輸入端的RF輸出信號的期望輸出功率電平Pout的額定功率電平Pref。與第一方法相比，所述輸出功率電平Pout不是直接觀察到。通過存取存儲在所述設(shè)備的集成存儲器中的信息，能夠確定功率放大器205的測量電流消耗是如何與無線通信設(shè)備的RF輸出功率電平Pout相關(guān)。在此情況下，檢測器不是RF感測器208，而是實(shí)現(xiàn)為低歐姆電阻器RM的電流感測器，其置于功率放大器205的電源線上。
在所有這三種方法中，所述功率控制器205的增益系數(shù)GPA可以是固定的，或者可由外部PA控制信號控制。在第一種情況下，不需要確定何時(shí)接通哪一個(gè)增益級的邏輯。然而，如果增益系數(shù)GPA保持在最大值，則在沒使用的增益級中浪費(fèi)了電力。在后一種情況下，微控制器可用于接通或切斷多個(gè)順序開關(guān)的增益級。根據(jù)獲得RF輸出功率Pout的期望值所需的各個(gè)增益系數(shù)GPA，通常可激活一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)增益級。微控制器從而開啟所需的增益級，并通過實(shí)現(xiàn)上述三種方法中的任一種來獲得Pout的微調(diào)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，可通過外部功率放大器控制信號(PA控制)來調(diào)節(jié)(S5)功率放大器205的增益系數(shù)GPA。由此，所述增益系數(shù)(GPA)在突發(fā)周期TBurst內(nèi)被設(shè)為其最大值，而在所述突發(fā)周期TBurst之外被設(shè)為0，以改進(jìn)相鄰信道隔離。
本發(fā)明的再一實(shí)施例涉及基于時(shí)分復(fù)用(TDM)的通信網(wǎng)絡(luò)中的無線通信設(shè)備，其中上游方向的每個(gè)QAM信道都被細(xì)分為預(yù)定數(shù)量的時(shí)分多址(TDMA)信道，并且參與通信的每個(gè)移動(dòng)終端都被分配給具有預(yù)定長度(TTS)的周期性重復(fù)時(shí)隙(TSi)，其中應(yīng)用如上所述的QAM發(fā)射機(jī)200b。
表所述特征及其相應(yīng)標(biāo)號






權(quán)利要求
1.一種在基于時(shí)分復(fù)用(TDM)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的無線通信設(shè)備的QAM發(fā)射機(jī)，其中上游方向的每個(gè)QAM信道都被細(xì)分為預(yù)定數(shù)量的時(shí)分多址(TDMA)信道，并且參與和基站(BS)通信的每個(gè)移動(dòng)終端(MTi)都被分配到周期性重復(fù)的時(shí)隙(TSi)，所述QAM發(fā)射機(jī)(200b)包括-調(diào)制器級(204)，其包括幾個(gè)由本機(jī)振蕩器(202)驅(qū)動(dòng)的上變換混頻器(204a+b)，用于將復(fù)值模擬基帶信號(xLP(t))的同相(I)和正交(Q)信號從所述基帶直接上變換到RF頻帶；90度移相器(204c)，其連接到上變換混頻器(204a)的一個(gè)輸入端；以及求和元件(204d)，用于組合所述上變換混頻器(204a+b)的RF輸出信號，-可變增益功率控制器(205)和自動(dòng)功率控制電路(201E)，用于穩(wěn)定要在所述功率放大器(205)的輸出端發(fā)射的RF信號(x(t))的功率電平(Pout)，所述電路(201E)包括提供有參考信號(Vref)和反饋信號(FS)的比較器級(212)，所述參考信號表示所述RF輸出信號(x(t))的期望功率電平(Pout)的額定功率電平(Pref)，所述反饋信號表示所述RF信號(x(t))的實(shí)際功率電平(Pout)，其特征在于置于調(diào)制器級(204E)中的壓控衰減器(203)，用于衰減由用于直接上變換所述同相(I)和正交(Q)信號的所述本機(jī)振蕩器(202)提供的近似正弦振蕩器信號(c(t))的功率電平(Pc)，從而衰減所述RF輸出信號(x(t))的功率電平(Pout)。
2.如權(quán)利要求1所述的QAM發(fā)射機(jī)，其特征在于所述自動(dòng)功率控制電路(201E)實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)電路，其中所述壓控衰減器(203)的控制輸入端連接到所述比較器級(212)的輸出端，并且要發(fā)射的所述RF信號(x(t))的檢測信號幅度用作所述反饋信號(FS)。
3.如權(quán)利要求1所述的QAM發(fā)射機(jī)，其特征在于所述自動(dòng)功率控制電路(201E)實(shí)現(xiàn)為閉環(huán)電路，其中所述壓控衰減器(203)的所述控制輸入端連接到所述比較器級(212)的所述輸出端，并且集成在所述QAM發(fā)射機(jī)(200b)中的功率放大器(205)的電源電流(IPA)用作所述反饋信號(FS)。
4.如權(quán)利要求1所述的QAM發(fā)射機(jī)，其特征在于所述自動(dòng)功率控制電路(201E)實(shí)現(xiàn)為開環(huán)電路，其中所述壓控衰減器(203)的所述控制輸入端連接到提供外部控制信號(PA控制)的微控制器(μC)。
5.一種用于穩(wěn)定要在集成在無線通信設(shè)備的QAM發(fā)射機(jī)(200b)中的功率放大器(205)的輸出端發(fā)射的調(diào)制RF信號(x(t))的功率電平(Pout)的方法，所述方法在分配給所述無線通信設(shè)備的周期性重復(fù)時(shí)隙(TSi)的突發(fā)周期(TBurst)期間執(zhí)行，其特征在于如下步驟通過控制集成在所述QAM發(fā)射機(jī)200b的調(diào)制器級(204E)中的壓控衰減器(203)的衰減系數(shù)(a)來調(diào)節(jié)(S0)所述功率電平(Pout)的實(shí)際值，所述壓控衰減器用于衰減由集成在所述調(diào)制器級(204E)中的本機(jī)振蕩器(202)提供的近似正弦振蕩器信號的功率電平(Pc)。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于以下步驟-檢測(S1)所述RF輸出信號(x(t))的實(shí)際功率電平(Pout)，-將所述實(shí)際功率電平(Pout)反饋(S2)到自動(dòng)功率控制環(huán)路(201E)的反饋鏈中的比較器級(212)的第一輸入端，-比較(S3)所述實(shí)際功率電平(Pout)與參考信號(Vref)，所述參考信號表示饋送到所述比較器級(212)第二輸入端的所述RF輸出信號(x(t))的期望輸出功率電平(Pout)的額定功率電平(Pref)，以及-通過基于所述實(shí)際功率電平(Pout)和所述額定功率電平(Pref)之間差的大小和符號來控制壓控衰減器(203)的衰減系數(shù)(a)，來補(bǔ)償(S4)所述RF輸出功率(Pout)的不穩(wěn)定性。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于以下步驟-存取(S1’)存儲在集成在所述無線通信設(shè)備中的只讀存儲器中的數(shù)據(jù)庫，所述數(shù)據(jù)庫保存關(guān)于設(shè)備特定硬件公差、由溫度漂移(dT/dt)和電池電壓漂移(dUbatt/dt)引起的影響的信息，以及-基于該信息補(bǔ)償(S2’)所述RF輸出功率(Pout)的不穩(wěn)定性。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于以下步驟-通過檢測與置于所述功率放大器(205)的電源線中的低歐姆電阻器(RM)處的電源電流(IPA)成比例的壓降(URM)，來測量(S1”)所述功率放大器(205)的DC電源電流(IPA)，-將該電壓(URM)饋送(S2”)到自動(dòng)功率控制環(huán)路(201E)的反饋鏈中的比較器級(212)的第一輸入端，-比較(S3”)檢測的電壓(URM)與參考信號(Vref)，所述參考信號表示饋送到所述比較器級(212)第二輸入端的所述RF輸出信號(x(t))的期望輸出功率電平(Pout)的額定功率電平(Pref)，以及-通過基于所述檢測電壓(URM)與所述參考信號(Vref)之間差的大小和符號來控制壓控衰減器(203)的衰減系數(shù)(a)，來補(bǔ)償(S4”)所述RF輸出功率(Pout)的不穩(wěn)定性。
9.如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于如下步驟通過外部功率放大器控制信號(PA控制)來調(diào)節(jié)(S5)所述功率放大器(205)的增益系數(shù)(GPA)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述功率放大器(205)的所述增益系數(shù)(GPA)在周期性重復(fù)時(shí)隙(TSi)的突發(fā)周期(TBurst)內(nèi)設(shè)為其最大值，而在所述突發(fā)周期(TBurst)之外設(shè)為0，以改進(jìn)相鄰信道隔離。
11.一種在基于時(shí)分復(fù)用(TDM)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的無線通信設(shè)備，其中上游方向的每個(gè)QAM信道都被細(xì)分為預(yù)定數(shù)量的時(shí)分多址(TDMA)信道，并且參與和基站(BS)通信的每個(gè)移動(dòng)終端(MTi)都被分配到預(yù)定長度(TTS)的周期性重復(fù)時(shí)隙(TSi)，其特征在于如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的QAM發(fā)射機(jī)(200b)。
全文摘要
本發(fā)明一般涉及在無線通信設(shè)備中采用的相干調(diào)制器領(lǐng)域，具體地說，涉及三種不同類型功率控制電路(201E)和一種用于控制要在集成在無線通信設(shè)備QAM發(fā)射機(jī)(200a/b/c)中的功率放大器(205)輸出端發(fā)射的調(diào)制RF信號(x(t))輸出功率(P
文檔編號H04B7/005GK1792073SQ200480013922
公開日2006年6月21日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月23日
發(fā)明者M·拉丁-馬庫卡特, T·馬萊茨 申請人:索尼愛立信移動(dòng)通訊股份有限公司