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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Diese
Erfindung betrifft RF-Verstärker
und insbesondere eine Schaltung und ein Verfahren zum Auslöschen der
Effekte einer unbeabsichtigten Phasenmodulation, die auftreten kann,
wenn ein Leistungsverstärker
amplitudenmoduliert wird.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Funkfrequenz-(RF
= Radio Frequency)-Sender, wie sie beispielsweise in zellularen
Telefonen verwendet werden, entwickeln ein durch die Luft zu sendendes
RF-Signal. Information wird in dem Signal über irgendeine Form einer Modulation,
wie beispielsweise eine Frequenzmodulation, eine Phasenmodulation,
eine Amplitudenmodulation oder eine Kombination aus diesen getragen.
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Es
kann wünschenswert
sein, ein moduliertes Signal mit sowohl einer Amplituden- als auch
einer Phasenmodulation zu erzeugen. Mit der Notwendigkeit eines
Entwickelns kleiner und leichtgewichtiger Vorrichtungen, wie insbesondere
von zellularen Telefonen, ist es wichtig, dass solche Verstärkerschaltungen
ein Minimum von Komponenten bzw. Bauteilen verwenden. Eine Möglichkeit
besteht im Verwenden einer Kombination einer Phasenmodulation eines
Master-Oszillators
bei einer Trägerfrequenz
und einer Amplitudenmodulation eines Leistungsverstärkers. Jedoch
kann eine unbeabsichtigte Phasenmodulation auftreten, wenn der Leistungsverstärker amplitudenmoduliert
wird. Diesem Problem hat man sich zugewandt, indem der amplituden-
und phasenmodulierte Leistungsverstärker in den gesamten Phasenregelkreis
eingebaut wird. Dies kann das Signal außerhalb eines Bandes verursachen, das
auftritt, wie wenn ein Kreis verriegelt, um rundgesendet zu werden,
bis nicht ein Schalter mit sehr großer Isolation enthalten ist.
Die Rückkoppelstelle
vom spannungsgesteuerten Oszillator kann zum Ausgang des Leistungsverstärkers nur
verschoben werden, nachdem der Kreis sich verriegelt hat und bei
einer Frequenz ist. Diese Verschiebung bzw. dieses Schalten kann
Unterbrechungen des Kreises bzw. der Schleife verursachen und dazu
führen,
dass der Kreis eine Verriegelung verliert. Beispiele für dieses Verfahren
können
in den US-Patenten
US 3 900 823 von
Sokal und
US 5 430 416 von
Black gefunden werden.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Überwinden von einem oder mehreren
der Probleme, die oben diskutiert sind, auf eine neue und einfache
Weise.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung
ist eine Schaltung und ein Verfahren zum Korrigieren eines Phasenmodulationsbefehls
basierend auf einem Amplitudenmodulationsbefehl zur Verfügung gestellt.
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Die
Schaltung der Erfindung weist folgendes auf: einen RF-Verstärker, der
folgendes aufweist: eine Befehlseinrichtung (22, 24),
die einen Phasenmodulationsbefehl entwickelt, der eine erwünschte Phasenmodulation
eines RF-Signals darstellt, und einen Amplitudenmodulationsbefehl,
der eine erwünschte
Amplitudenmodulation des RF-Signals darstellt; einen Oszillator
(28), der basierend auf dem Phasenmodulationsbefehl ein
phasenmoduliertes konstantes Hüllkurven-RF-Eingangssignal
entwickelt; einen Leistungsverstärker
(32) zum Erzeugen eines RF-Ausgangssignals basierend auf einem
Verstärken
des RF-Eingangssignals;
eine Amplitudensteuerung, die betriebsmäßig zu dem Leistungsverstärker (32)
gehört,
wobei die Amplitudensteuerung einen Versorgungssignalmodulator (60, 62, 64)
enthält,
um den Leistungsverstärker
(32) durch Modulieren eines Versorgungssignals des Leistungsverstärkers (32)
basierend auf dem Amplitudenmodulationsbefehl einer Amplitudenmodulation
zu unterziehen und um dadurch dem RF-Ausgangssignal die erwünschte Amplitudenmodulation
zuzuteilen; und eine Phasensteuerung, die betriebsmäßig zu dem Oszillator
(28) gehört,
wobei die Phasensteuerung eine Phasenspeichereinrichtung (34)
zum Speichern von Phasenkorrekturinformation enthält, die
den Amplitudenmodulationsbefehl mit einem Phasenmodulationsfehler
korreliert, und eine Phasensteuereinrichtung (26) zum Verändern des
Phasenmodulationsbefehls basierend auf dem Phasenmodulationsfehler,
um unbeabsichtigte Phasenfehler zu korrigieren, die durch eine Amplitudenmodulation
des Leistungsverstärkers
(32) erzeugt sind.
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Es
ist ein Merkmal der Erfindung, dass die Phasensteuereinrichtung
einen Summierer aufweist, der den Phasenmodulationsbefehl und den
Phasenmodulationsfehler summiert, und die Summe ist eine Eingabe
zum Oszillator. Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass
die Modulationssteuerung einen programmierten Prozessor aufweist.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass die Phasenspeichereinrichtung
eine mathematische Funktion speichert, die den Amplitudenmodulationsbefehl
mit dem Phasenmodulationsfehler korreliert.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, dass die Phasenspeichereinrichtung
eine Liste von Amplitudenmodulationsbefehlswerten gegenüber Phasenmodulationsfehlerwerten
speichert.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, eine Einrichtung zum Bestimmen
einer aktuellen Phasenmodulation des RF-Ausgangssignals zur Verfügung zu
stellen, wobei die Modulationssteuerung periodisch die Phasenkorrekturinformation
unter Verwendung der überwachten
RF-Ausgangssignal-Phasenmodulation und der erwünschten Phasenmodulation aktualisiert.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, eine Einrichtung zum Bestimmen
einer aktuellen Phasenmodulation des RF-Ausgangssignals zur Verfügung zu
stellen, wobei die Modulationssteuerung die aktuelle Phasenmodulation
mit dem Phasenmodulationsfehler vergleicht, um den Phasenmodulationsbefehl
zu verändern.
Die Steuereinrichtung weist einen Summierer auf, der den Phasenmodulationsbefehl
mit einer Ausgabe des Vergleichs der aktuellen Phasenmodulation
mit dem Phasenmodulationsfehler summiert.
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Es
ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, eine Amplitudenspeichereinrichtung
zum Speichern von Amplitudenkorrekturinformation zur Verfügung zu
stellen, die eine aktuelle Amplitude des RF-Ausgangssignals relativ
zu der erwünschten
Amplitudenmodulation korreliert, und eine Amplitudensteuereinrichtung
zum Verändern
einer Leistungsverstärker-Versorgungsspannung
basierend auf dem Amplitudenmodulationsbefehl, der in Reaktion auf
die Amplitudenkorrekturinformation modifiziert ist. Die Modulationssteuerung
bestimmt einen Phasenmodulationsfehler basierend auf dem Amplitudenmodulationsbefehl,
der in Reaktion auf die Korrekturinformation modifiziert ist. Es
ist ebenso eine Einrichtung zum Überwachen
einer Amplitude des RF-Ausgangssignals vorgesehen. Die Amplitudensteuereinrichtung aktualisiert
periodisch die Amplitudenkorrekturinformation unter Verwendung des überwachten
RF-Ausgangssignals und der erwünschten
Amplitudenmodulation. Die Amplitudensteuereinrichtung verändert eine
Leistungsverstärker-Versorgungsspannung
basierend auf einer Differenz zwischen einer überwachten Amplitude und dem
Amplitudenmodulationsbefehl. Der Oszillator weist einen phasenmodulierten spannungsgesteuerten
Oszillator auf.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren entsprechend der
obigen Schaltung offenbart.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden ohne weiteres aus der
Beschreibung und aus den Zeichnungen offensichtlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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2 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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3 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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4 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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5 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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6 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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7 ist ein Blockdiagramm,
das eine Verstärkerschaltung
gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung darstellt;
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8 ist ein Blockdiagrammeiner
Schaltung zum Steuern einer Versorgungsspannung zu dem Leistungsverstärker für irgendeine
der Schaltungen der 1–7;
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9 ist ein detailliertes
Blockdiagramm, das eine Implementierung der Verstärkerschaltung der 5 darstellt; und
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10 ist ein detailliertes
Blockdiagramm einer Verstärkerschaltung
gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Nimmt
man anfangs Bezug auf 1,
ist eine Sender-RF-Verstärkerschaltung 20 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Verstärkerschaltung 20 kann
in einem Sender verwendet werden, der ein RF-Signal über die
Luft sendet, wie beispielsweise in einem zellularen Mobilfunktelefon
oder ähnlichem.
Allgemeiner kann der Sender in irgendeiner Vorrichtung verwendet
werden, die ein Modulationssignal mit sowohl einer Amplituden- als
auch einer Phasenmodulation erzeugt. Die Erfindung betrifft insbesondere
eine Schaltung und ein Verfahren zum Korrigieren eines unbeabsichtigten
Phasenfehlers, der durch eine Amplitudenmodulation des Leistungsverstärkers mit
einer Korrektur an dem Phasenmodulationssteuersignal basierend auf
dem Amplitudenmodulationssteuersignal erzeugt wird.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet die Verstärkerschaltung 20 einen
Digitalsignalprozessor (DSP) und eine zugehörige Schaltung zum Entwickeln
der Ausgangssignale, die zu senden sind. Wie es offensichtlich werden wird,
könnten
die Schaltungsfunktionen in einem ASIC, einem programmierten DSP
oder einem programmierten Mikroprozessor oder einer anderen Vorrichtung
von ähnlichem
Typ implementiert werden.
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Die
RF-Verstärkerschaltung 20 enthält einen Block 22,
der einen Phasenmodulationsbefehl oder ein Steuersignal, das eine
erwünschte
Phasenmodulation eines RF-Signals darstellt, entwickelt. Ein Block 24 entwickelt
einen Amplitudenmodulationsbefehl oder ein Steuersignal, das eine
erwünschte
Amplitudenmodulation des RF-Signals darstellt. Das Phasenmodulationssteuersignal 22 wird über einen Summierer 26 ein
einen phasenmodulierten Oszillator 28 angelegt. Der Oszillator 28 kann
von irgendeiner Form einer phasenmodulierten Quelle sein. Ein Beispiel
ist ein spannungsgesteuerter Oszillator (VCO) in einem Phasenregelkreis
(PLL = Phase-Locked Loop), wodurch entweder das Referenzsignal mit
einem Modulator für
einen komplexen Vektor (I/Q) phasenmoduliert wird oder die Phasenmodulation
innerhalb der Schleife bzw. des Kreises eingeprägt wird. Die Phasenmodulation
ist nun ein Teil eines RF-Eingangssignals auf einer Leitung 30 und
wird durch einen Leistungsverstärker 32 verstärkt. Die Ausgabe
des Leistungsverstärkers 32 weist
ein RF-Ausgangssignal auf. Der Leistungsverstärker 30 wird durch
das Amplitudenmodulationssteuersignal vom Block 24 gesteuert.
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gemäß der Erfindung
wird das Amplitudenmodulationssteuersignal 24 zu einer Phasenkorrekturtabelle 34 eingegeben.
Die Ausgabe der Korrekturtabelle 34 wird zum Summierer 26 zugeführt. Die Korrekturtabelle 34 wird
in einem geeigneten Speicher der Verstärkerschaltung gespeichert,
die zu dem DSP gehört.
Die Korrekturtabelle 34 korreliert das Amplitudenmodulationssteuersignal
mit einem Phasenmodulationsfehler. Insbesondere kann die Korrekturtabelle 34 entweder
eine Liste von Phasenwerten gegenüber dem Amplitudensteuersignal
sein, oder eine mathematische Funktion, die diese zwei Variablen
verbindet. Die Funktion oder die Tabelle ist für jeden Typ von Leistungsverstärkertechnologie oder
allgemeinem Design unterschiedlich, ist aber über unterschiedliche Einheiten
bei einem Herstellungsdurchlauf konstant, der von einer Technologie und
einem Design durchgeführt
wird. Der Summierer 26 summiert das Phasenmodulationssteuersignal
mit dem Phasenmodulationsfehler, um unbeabsichtigte Phasenfehler
zu korrigieren, die durch eine Amplitudenmodulation des Leistungsverstärkers 32 erzeugt werden.
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1 stellt eine Grundimplementierung
der Erfindung dar. Komplexere Varianten der Erfindung enthalten
eine gleiche Korrekturtabelle in Bezug auf das Amplitudensteuersignal 24 gegenüber einem zum
Leistungsverstärker 32 zu
sendenden korrigierten Signal. Diese komplexeren Varianten sind
in den 2–4 dargestellt.
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In 2 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 120 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Viele der Elemente der Verstärkerschaltung 120 entsprechen
direkt entsprechenden Elementen in der Verstärkerschaltung 20 der 1. Der Einfachheit halber
sind für
diese Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet. Wo die Elemente
allgemein gleich sind, sind sie mit Bezugszeichen bezeichnet, die
um 100 höher
sind.
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Die
Verstärkerschaltung 120 verwendet
eine Amplitudenkorrektur einer offenen Schleife. Das Amplitudenmodulationssteuersignal 24 wird
an die Amplitudenkorrekturtabelle 36 angelegt. Die Amplitudenkorrekturtabelle 36 ist
in einem geeigneten Speicher gespeichert, der zu dem DSP gehört. Der
Speicher speichert ein Inverses einer Übertragungskurve der Leistungsverstärker-RF-Signalamplitudenausgabe gegenüber dem
Steuersignal 24. Insbesondere modifiziert die Amplitudenkorrekturtabelle 36 den
Wert der erwünschten
Amplitude zu einer Amplitude, die dann, wenn sie an das System angelegt
wird, in der richtigen Amplitude der RF-Signalausgabe resultiert. Das modifizierte
Steuersignal von der Korrekturtabelle 36 wird an den Leistungsverstärker 32 angelegt, wie
es nachfolgend spezieller diskutiert wird.
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In 3 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 220 gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Viele der Elemente der Verstärkerschaltung 220 entsprechen
direkt Elementen in der Verstärkerschaltung 20 der 1 oder beziehen sich darauf.
Der Einfachheit halber verwenden diese Elemente gleiche Bezugszeichen.
Wo die Elemente allgemein gleich sind, sind sie mit Bezugszeichen
bezeichnet, die um 200 höher
sind.
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Die
Verstärkerschaltung 220 verwendet
eine Amplitudenkorrektur einer geschlossenen Schleife mit einer
abgetasteten Fehlermessung. Dieses Ausführungsbeispiel setzt voraus,
dass es irgendeine Veränderung
einer nötigen
Korrektur mit der Temperatur oder der zeit oder nur von Einheit
zu Einheit geben wird. Diese Veränderungen
bzw. Variationen werden korrigiert.
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Die
Amplitude oder der Leistungspegel am Ausgang des Leistungsverstärkers 32 wird
mit einem Amplituden- oder Leistungsdetektor 38 gemessen. Der
Detektor 38 misst das Ausgangssignal mit einer Rate, die
viel niedriger als die Modulationssymbolrate ist. Die erfasste Amplitude
wird mit dem Amplitudenmodulationssteuersignal in einem Summierer 40 verglichen.
Die Ausgabe des Summierers 40 wird an eine Amplitudenkorrekturtabelle 236 angelegt,
um die Tabelle in Nichtechtzeit zu korrigieren. Die Amplitudenkorrekturtabelle 236 ist ähnlich der
Amplitudenkorrekturtabelle 36.
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In 4 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 320 gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Viele der Elemente der Verstärkerschaltung 320 entsprechen
direkt Elementen in der Verstärkerschaltung 20 der 1 oder beziehen sich darauf.
Der Einfachheit halber verwenden diese Elemente gleiche Bezugszeichen.
Wo die Elemente allgemein ähnlich
sind, sind sie mit Bezugszeichen bezeichnet, die um 300 höher sind.
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Die
Verstärkerschaltung 320 verwendet
eine Amplitudenkorrektur einer geschlossenen Schleife mit einer
Echtzeit-Fehlermessung. Insbesondere tritt die Amplitudenkorrektur
in Echtzeit auf. Statt einer Amplitudenkorrekturtabelle sind das
Amplitudenmodulationssteuersignal 24 und der Amplitudendetektor 38 beide
an den Summierer 40 angeschlossen, der seine Ausgabe zu
einem Amplituden-Schleifenfilter 42 zuführt. Das
Amplituden-Schleifenfilter 42 ist wiederum an den Leistungsverstärker 32 angeschlossen.
Als Ergebnis wird das erwünschte
Amplitudensteuersignal gegenüber
der gemessenen Amplitude zu dem Leistungsverstärker-Steueranschluss zugeführt, um
die erwünschte
Ausgangsamplitude zu erhalten. Diese Implementierung ist diesbezüglich beschränkender,
dass das Schleifenfilter 42 und die Schleifenverstärkung beschränkt werden
müssen, um
die Schleife stabil zu machen.
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Die
Amplitudenmodulationsverfahren der 1–4 können auch mit ähnlichen
Varianten auf dem Phasenmodulationspfad kombiniert werden. Diese
Variationen sind in den 5 und 6 dargestellt.
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In 5 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 420 gemäß einem
fünften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Viele der Elemente der Verstärkerschaltung 420 entsprechen
direkt Elementen in den Verstärkerschaltungen
der 1–4 oder sind darauf bezogen.
Der Einfachheit halber verwenden diese Elemente gleiche Bezugszeichen.
Wo die Elemente allgemein ähnlich
sind, sind sie mit Bezugszeichen bezeichnet, die um 400 höher sind.
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Die
Verstärkerschaltung 420 verwendet
eine Phasenkorrektur einer geschlossenen Schleife mit einer abgetasteten
Fehlermessung kombiniert mit einer Amplitudenkorrektur geschlossener
Schleife mit abgetasteter Fehlermessung. Insbesondere ist die Amplitudenkorrektur
einer geschlossenen Schleife gleich derjenigen, die oben unter Bezugnahme
auf 3 gezeigt ist. Ein
Amplitudenbegrenzer 44 ist an den Ausgang des Leistungsverstärkers 32 angeschlossen.
Der Amplitudenbegrenzer 44 hat eine geringe oder keine
Amplituden/Phasen-Umwandlung. Der Amplitudenbegrenzer 44 entfernt
die Amplitudenmodulation, die durch den Leistungsverstärker 32 auferlegt
wird. Die Ausgabe des Amplitudenbegrenzers 44 wird mit
dem RF-Eingangssignal auf der Leitung 30 in einem Mischer 46 verglichen,
um eine gemessene Phasendifferenz oder einen Fehler auf einer Leitung 48 zu
erzeugen. Dieser gemessene Phasenfehler ist derjenige, der während einer
Amplitudenmodulation durch den Leistungsverstärker 32 erzeugt wird.
Dieser gemessene Phasenfehler wird dann mit der Ausgabe der Phasenkorrekturtabelle 434,
die einen erwarteten unbeabsichtigten Phasenfehler darstellt, in
einem Summierer 50 verglichen. Die Differenz zwischen diesen
beiden Signalen wird zum Aktualisieren der Phasenkorrekturtabelle 434 oder
der mathematischen Funktion verwendet. Weil die Phasenkorrekturtabelle
oder die Funktion sich nur mit sich langsam ändernden Zuständen ändern wird,
wie beispielsweise einer Temperatur, kann die Fehlerabtastung bei
Raten bzw. Geschwindigkeiten auftreten, die viel niedriger als die
Modulationsraten sind.
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Die
Phasenkorrekturtabelle 34 hat charakteristischerweise eine
geringe oder keine Korrektur von Amplituden unter irgendeinem Wert
von etwa 10–15 dB
unterhalb der Kompressionsamplitude des Leistungsverstärkers 32.
Daher müssen
der Amplitudenbegrenzer 44 und der Phasenkomparator 50 nicht über einen
sehr weiten Dynamikbereich arbeiten.
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In 6 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 520 gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Viele der Elemente der Verstärkerschaltung 520 entsprechen
direkt Elementen in den Verstärkerschaltungen
der 1–4 oder beziehen sich darauf.
Der Einfachheit halber verwenden diese Elemente gleiche Bezugszeichen.
Wenn die Elemente allgemein ähnlich
sind, sind sie mit Bezugszeichen bezeichnet, die um 500 höher sind.
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Die
Verstärkerschaltung 520 verwendet
eine Phasenkorrektur einer geschlossenen Schleife mit einer Echtzeit-Fehlermessung
kombiniert mit einer Amplitudenkorrektur einer geschlossenen Schleife mit
einer abgetasteten Fehlermessung. Wiederum ist die Amplitudenkorrektur
gleich derjenigen, die oben in Bezug auf 3 diskutiert ist.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Differenz zwischen dem gemessenen Phasenfehler vom Mischer 48 und
der erwarteten Phasenkorrektur von der Tabelle 34, die
im Summierer 50 berechnet wird, in einem Phasenfehlerfilter 52 gefiltert.
Die Ausgabe des Phasenfehlerfilters 52 wird zu einem Summierer 526 eingegeben,
der auch das Phasenmodulationssteuersignal 22 und die Ausgabe
der Phasenkorrekturtabelle 34 empfängt. Dieses verwendet eine Rückkoppelkombination
aus dem Phasenkorrektursignal und dem Phasenfehler. Das Phasenfehlerfilter 52 ist
bezüglich
seiner Parameter beschränkt,
um die Schleife stabil zu machen. Weil des Korrektur in Echtzeit
durchgeführt
wird, ist sie schneller als die Symbolrate.
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In 7 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 620 gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Viele der Elemente der Verstärkerschaltung 620 entsprechen
direkt Elementen in der Verstärkerschaltung 20 der 1 oder sind darauf bezogen.
Der Einfachheit halber verwenden diese Elemente gleiche Bezugszeichen.
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Die
Verstärkerschaltung 620 stellt
eine Variation dar, die irgendeine der Schaltungen der 1–6 überlagern
könnte.
Bei dieser Variation empfängt
die Phasenkorrekturtabelle 34 das Amplitudenmodulationssteuersignal
nicht. Stattdessen wird die Ausgabe der Amplitudenmodulations-Korrekturtabelle 36 zu
der Phasenkorrekturtabelle 34 eingegeben. Diese Variation
ist vorteilhaft, da die Sendephase von einer Konstanten variiert,
wenn der Leistungsverstärker
sich nicht linear verhält.
Diese Eigenschaft ist mehr mit dem aktuellen Amplitudensteuersignal zum
Leistungsverstärker 32 als
dem Befehlssignal 24 verbunden, das typischerweise von
einem Wellenformgenerator zugeführt
wird.
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Bei
den dargestellten Ausführungsbeispielen der
Erfindung können
die Verfahren zum Erzeugen des Phasenmodulationssteuersignals 22 und
des Amplitudenmodulationssteuersignals 24 irgendeiner Anzahl
von standardmäßigen Verfahren
sein. Sie können
hardwaremäßig oder
softwaremäßig implementiert
sein, wie beispielsweise im DSP, oder in einer Kombination aus den
beiden.
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Bei
einem beispielhaften Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist angenommen, dass I- und Q-Modulationssignale,
die normalerweise als Eingaben zu einem standardmäßigen Vektormodulator verwendet
werden würden,
erzeugt worden sind. Die beiden Signale werden zu einer Vorrichtung
eingegeben, die den Arcus Tangens der vier Quadranten der I- und
Q-Signale bilden
kann. Diese werden dann das Phasenmodulationssteuersignal, wenn
es einmal geeignet für
die Steuerung des phasenmodulierten Oszillators 28 skaliert
ist. Dieselben I- und Q-Signale werden zu einer Modulus-Funktion eingegeben,
die in dem Amplitudensteuersignal resultiert, wenn es auch geeignet
für den
Amplitudenmodulator skaliert ist. Wenn der phasenmodulierte Oszillator 28 tatsächlich ein
frequenzmodulierter Phasenregelkreis ist, dann wird das Phasenmodulationssteuersignal 22 mathematisch
differenziert werden müssen,
um den Oszillator zu steuern.
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Ein
effizientes Verfahren zur Amplitudenmodulation des Leistungsverstärkers 32 ist
in 8 gezeigt. Das Amplitudenmodulationssteuersignal
wird an einen Modulator 60 angelegt, wie beispielsweise einen Δ-Σ-Wandler,
der eine Sequenz von Ein-Bit-Digitalsignalen erzeugt, deren Durchschnitt
die Eingangswellenform nachahmt. Eine Verstärkerstufe der Klasse D 62 verstärkt die
Stromkapazität
bzw. aktuelle Kapazität
des modulierten Signals, so dass ihre Ausgabe entweder die vollständige Batteriespannung
oder Null ist, und zwar in Abhängigkeit
von dem Binärzustand
der Signaleingabe zum Wandler 60. Das verstärkte Signal
wird über
ein Tiefpassfilter 64 angelegt, wobei die glatte Spannung
an den Drainanschluss oder den Kollektoranschluss des Leistungsverstärkers 32 angeschlossen
ist. Somit ist dann, wenn es durch den Leistungsverstärker 32 bezüglich des
RF-Signals von der
phasenmodulierten Quelle befähigt
wird, das End-Ausgangssignal die ursprüngliche Wellenform, die durch einen
Wellenformgenerator erzeugt wird, aber nun auf einem RF-Trägersignal bei
der geeigneten Frequenz.
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In 9 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 700 dargestellt.
Insbesondere weist die Verstärkerschaltung 700 eine
detailliertere Implementierung der Verstärkerschaltung 420 der 5 auf.
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Die
Verstärkerschaltung 700 enthält einen Wellenformgenerator 702.
Der Wellenformgenerator 702 erzeugt die gesamte Modulation,
einschließlich der
Amplitude und der Phase, die für
die digitalen Daten geeignet ist, die gesendet werden, und die Modulationscharakteristiken.
Die Wellenform wird zu einem Phasenmodulationspfad 704 und
einem Amplitudenmodulationspfad 706 geliefert. Der Phasenmodulationspfad 704 enthält eine
Argumentenfunktion 708, um ein Phasenmodulationssteuersignal ϕ(t)
zu erzeugen. Dies entspricht dem oben diskutierten Phasenmodulationssteuersignal 22.
Der Amplitudenmodulationspfad enthält eine Amplitudenfunktion 710,
um ein Amplitudenmodulationssteuersignal A(t) zu erzeugen, das eine
erwünschte
Amplitude des RF-Ausgangssignals
darstellt. Dies entspricht dem oben diskutierten Amplitudenmodulationssteuersignal 24.
Beide Signale müssen
so zeitsynchronisiert werden, dass der Nettoeffekt durch die Verstärkerschaltung 700 im
Erzeugen des erwünschten
zusammengesetzten Signals am Ausgang, der durch einen Block 712 dargestellt
ist, besteht.
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Im
Phasenmodulationspfad 704 wird das Phasenmodulationssteuersignal
an eine Phasenkorrekturtabelle 714 angelegt. Die Phasenkorrekturtabelle 714 entspricht
der oben in Bezug auf 5 diskutierten
Phasenkorrekturtabelle 434. Die Ausgabe der Phasenkorrekturtabelle 714 wird
an einen Umwandlungsblock 716 angelegt. Der Umwandlungsblock 716 wandelt
das korrigierte Phasenmodulationssignal in ein geeignetes Format
und einen Pegel um, die für
einen phasenmodulierten Oszillator 718 nötig sind.
Der Oszillator 718 kann irgendeine Form einer phasenmodulierten
Quelle sein. Ein Beispiel ist ein VCO/PLL, wodurch entweder das
Referenzsignal mit einem Modulator für einen komplexen Vektor (I/Q) phasenmoduliert
wird oder die Phasenmodulation innerhalb der Schleife eingeprägt wird.
Die Phasenmodulation ist nun ein Teil eines RF-Signals bei einer Frequenz
f0 und wird durch eine RF-Treiberstufe 720 verstärkt. Die
RF-Treiberstufe 720 führt einen
ausreichenden Signalpegel zu einem Leistungsverstärker 722 zu,
so dass er übersteuert
wird, und am Ausgang des Leistungsverstärkers 722, welcher
den Ausgang 712 darstellt, nur auf den Pegel seiner Versorgungsspannung
reagiert.
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Im
Amplitudenmodulationspfad 706 wird das Steuersignal von
der Amplituden- bzw. Größenfunktion 710 an
eine Korrekturtabelle 724 angelegt. Die Korrekturtabelle 724 entspricht
der oben in Bezug auf 5 diskutierten
Amplitudenkorrekturtabelle 236. Insbesondere speichert
ein geeigneter DSP-Speicher ein inverses der Übertragungskurve der Leistungsverstärker-RF-Signalamplitudenausgabe
gegenüber
dem Steuersignal. Die Korrekturtabelle 724 modifiziert
den Wert der erwünschten
Amplitude zu einer Amplitude, die dann, wenn sie an das System angelegt
wird, in der richtigen Amplitude der RF-Signalausgabe resultiert.
Das modifizierte Steuersignal wird an einen Modulator 726 angelegt,
der eine Sequenz von Ein-Bit-Digitalsignalen erzeugt, deren Durchschnitt
die Eingangswellenform nachahmt. Irgendein Pulsdichtenmodulator
könnte
verwendet werden. Jedoch hat ein Δ-Σ-Modulator
den Vorteil, dass sein Rauschen gegenüber der Frequenz bei niedrigen
Frequenzen niedrig und bei hohen Frequenzen hoch ist. Eine Verstärkerstufe
der Klasse D 728 verstärkt
die Stromkapazität
bzw. die aktuelle Kapazität
des modulierten Signals, da ihre Ausgabe entweder die vollständige Batteriespannung
oder Null ist, und zwar in Abhängigkeit
vom Binärzustand der
Signaleingabe zum Modulator 726. Das verstärkte Signal
wird über
ein Tiefpassfilter 730 angelegt, wobei die glatte Spannung
an den Drainanschluss oder den Kollektoranschluss des Leistungsverstärkers 722 angeschlossen
ist. Somit ist dann, wenn es durch den Leistungsverstärker 32 auf
dem RF-Signal vom Phasenmodulationspfad 704 befähigt wird,
das End-Ausgangssignal
die ursprüngliche
Wellenform, die durch den Wellenformgenerator 702 erzeugt
wird, aber nun auf einem RF-Trägersignal
bei einer Frequenz f0.
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Zum
Beibehalten einer vertrauenswürdigen Reproduktion
des Signals vom Wellenformgenerator 702 zum Ausgang 712 ist
es nötig,
Nichtlinearitäten im
Amplitudenmodulationsprozess kontinuierlich zu korrigieren. Der
Leistungspegel am Ausgang des Leistungsverstärkers 722 wird mit
einem Leistungsdetektor 732 gemessen. Das Leistungssignal
wird bei einem Analog/Digital-Wandler 734 abgetastet. Ein
Umwandlungsblock 736 wandelt den Leistungspegel in eine
Amplitude um, indem die Quadratwurzel genommen wird und er zu einem
geeigneten Pegel mit einer Konstanten skaliert wird, so dass er
mit der erwünschten
Amplitude bei einem Block 738 verglichen werden kann. Insbesondere
vergleicht der Block 738 die erwünschte Amplitude vom Block 710 und
die gemessene Amplitude vom Block 736, und ein neuer Korrekturwert
wird für
den bestimmten Pegel der erwünschten
Amplitude berechnet. Der neue Wert wird in die Korrekturtabelle
beim Block 724 eingefügt,
wenn er ausreichend anders gegenüber
dem früher
gespeicherten Wert für
diesen spezifischen Wert des Steuersignals A(t) ist.
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Die
Korrekturtabelle beim Block 724 wird über sich ändernde Zustände einer
Temperatur, einer Leistungsverstärkerbelastung,
einer Batteriespannung, etc. beibehalten. Die Beibehaltung der Korrekturtabelle
im Block 724 wird auf einfache Weise mit einer sehr niedrigen
Abtastrate durchgeführt.
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Zum
Bereitstellen der Phasenkorrektur einer geschlossenen Schleife ist
auch ein Amplitudenbegrenzer 740 an den Ausgang des Leistungsverstärkers 722 angeschlossen.
Der Amplitudenbegrenzer 740 mit einer geringen oder keiner
Amplituden-zu-Phasen-Umwandlung entfernt die durch den Leistungsverstärker 722 auferlegte
Amplitudenmodulation. Ein Phasenkomparator 742 vergleicht
die aktuelle Phasenmodulation mit der erwünschten Phasenmodulation vom
Oszillator 718, um eine an einen Block 744 angelegte Δ-Phase zu
berechnen, der einen neuen Korrekturwert berechnet, der in die Korrekturtabelle
beim Block 714 einzufügen
ist, wenn er ausreichend anders als der früher gespeicherte Wert für diesen
spezifischen Wert des Phasenmodulationssteuersignals ist.
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In 10 ist eine Sender-Verstärkerschaltung 800 gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Verstärkerschaltung 800 verwendet
viele Komponenten, die virtuell identisch zu denjenigen sind, die
oben in Bezug auf die Verstärkerschaltung 700 der 9 diskutiert sind. Der Einfachheit
halber sind diese Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Wo die Elemente allgemein ähnlich
sind, sind sie mit entsprechenden Bezugszeichen in der 800-Reihe
bezeichnet.
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Beim
Ausführungsbeispiel
der 10 ist der Amplitudenmodulationspfad 706 identisch.
Ein modifizierter Phasenmodulationspfad 804 ist dargestellt. Das
erwünschte
Phasenmodulationssignal von dem Argumentenfunktionsblock 708 wird
zu einem Umwandlungsblock 816 eingegeben, der das Phasenmodulationssteuersignal
in eine Gruppe von binären Steuersignale
Zi(t) umwandelt, um die Teilerzahl eines
Frequenzteilers 846 zu steuern. Die Eingabe zum Teiler 846 ist
die gemessene Phase vom Amplitudenbegrenzer 740. Die Ausgabe
des Teilers 846 wird zu einem Phasendetektor 848 zugeführt. Der Phasendetektor 848 ist
auch an einen Systemreferenzoszillator 850 angeschlossen.
Die Ausgabe des Phasendetektors 848 wird zum PLL-Schleifenfilter 852 zugeführt, das
infolge zu einem VCO 854 zugeführt wird. Die Ausgabe des VCO 854 wird
zu der RF-Treiberstufe 720 zugeführt. Die Ausgabe des Phasendetektors 848 wird
auch zu einer Erfassungsverriegelung 856 zugeführt, die
einen an den Ausgang des Leistungsverstärkers 722 angeschlossenen
Schalter 858 steuert.
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Die
Verstärkerschaltung 800 der 10 verwende die Nach-Leistungsverstärkerphase
als die Eingabe zum Teiler 846, und zwar eher als die Ausgabe
des VCO 854. Dieser verwendet eine größere Schleife zum Auslöschen einer
durch den Leistungsverstärker 722 eingeführten Phasenmodulation.
Jedoch dann, wenn die Schaltung außerhalb einer Verriegelung
ist, dann ist sie auch außerhalb
eines Bandes. Der Schalter 858 verhindert ein Rundsenden des
Signals während
einer Verriegelung. Die Verstärkerschaltung 800 ist
bei Anwendungen mit niedrigerer Leistung besonders praktisch.
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Wie
es offensichtlich ist, stellt die Verstärkerschaltung 20 der 1 ein Basis-Senderdesign
mit einer Korrektur für
einen unbeabsichtigten Phasenfehler dar, der durch eine Amplitudenmodulation
eines Leistungsverstärkers
erzeugt wird, mit einer Korrektur an dem Phasenmodulationssteuersignal
basierend auf dem Amplitudenmodulationssteuersignal. Die 2–7, 9 und 10 stellen alternative Sender-Verstärkerschaltungsdesigns
unter Verwendung desselben Basisverfahrens mit weiteren Variationen dar.
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Wie
es von einem Fachmann auf dem Gebiet erkannt werden wird, kann die
vorliegende Erfindung als Verfahren oder Vorrichtungen verkörpert werden. Demgemäß kann die
vorliegende Erfindung die Form eines Ausführungsbeispiels aus nur Hardware,
eines Ausführungsbeispiels
aus nur Software oder eines Ausführungsbeispiels,
das Hardware- und Softwareaspekte kombiniert, annehmen.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Bezug auf die Blockdiagrammdarstellungen
beschrieben worden. Es wird verstanden werden, dass viele der Blöcke durch
Computerprogrammbefehle implementiert werden können. Diese Programmbefehle,
die Schritte darstellen, können
zu einem Prozessor geliefert werden, um eine Maschine zu erzeugen.
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Demgemäß unterstützen Blöcke der
Darstellung Kombinationen von Einrichtungen zum Durchführen der
spezifizierten Funktionen und Kombinationen von Schritten zum Durchführen der
spezifizierten Funktionen. Es wird verstanden werden, dass jeder Block
der Darstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Darstellungen durch
spezielle Hardware basierende Systeme implementiert werden können, die
die spezifizierten Funktionen oder Schritte durchführen, oder
durch Kombinationen von spezieller Hardware und Computeranweisungen.
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Somit
ist gemäß der Erfindung
eine RF-Verstärkerschaltung
zur Verfügung
gestellt, bei welcher ein unbeabsichtigter Phasenfehler, der durch
die Amplitudenmodulation des Leistungsverstärkers erzeugt wird, mit einer
Korrektur an dem Phasenmodulationssteuersignal basierend auf dem
Amplitudenmodulationssteuersignal korrigiert wird.