СЕЛЕКТИВНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ
SELECTIVE POWER AMPLIFIER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение в целом относится к передатчику, выполненному с возможностью работы в различных режимах, в зависимости от выделенной (распределенной) полосы частот передачи, а также относится к соответствующему приемопередатчику, устройству связи, способу и компьютерной программе.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Снижение потребления энергии в радиотехнических устройствах всегда является благоприятным фактором, в частности, применительно к радиотехническим устройствам, которые работают от батареи (аккумулятора). Большая часть энергии потребляется в процессе передачи, при этом усилитель мощности, задача которого заключается в подаче мощности радиопередачи на антенну, разумеется, будет потреблять некоторое количество энергии. Однако не вся энергия, подаваемая в качестве мощности питания на усилитель мощности, становится мощностью сигнала для радиосигнала. Поэтому усилитель мощности и передатчик имеют энергетический коэффициент полезного действия, т.е. мощность сигнала по отношению к мощности питания. Вследствие чего, желательно обеспечить радиопередачу и способ управления ей, благодаря которым обеспечивается хорошая эффективность.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задача изобретения заключается в том, чтобы, по меньшей мере, частично решить вышеупомянутую проблему. Настоящее изобретение основывается на предположении того, что при использовании радиопередачи в системах связи, обеспечивающих множество сценариев передачи в отношении допустимых или разработанных характеристик передачи, в зависимости от характеристик передачи, и, в особенности, выделенной полосы частот, для повышения качества работы в отношении низкого потребления энергии и незначительного воздействия нежелательных побочных эффектов может быть выбрана наиболее эффективная, а также целесообразная, относительно побочных эффектов, операция из операции полярной модуляции и операции отслеживания огибающей усилителя мощности и тесно связанной схемы передатчика. То есть предпочтительно использовать полярную модуляцию вследствие ее относительно низкого потребления энергии и незначительного воздействия побочных эффектов, таких как просачивание спектральных составляющих, в диапазоне разумных пределов, и при использовании данной концепции, в иных случаях для поддержки надлежащей передачи используется отслеживание огибающей. Следовательно, усилитель мощности по мере необходимости может работать в нелинейном режиме, вследствие чего достигается максимально эффективный режим энергосбережения, а также он может работать в линейном режиме, в котором потребляется большее количество энергии. Выделенная полоса частот является наиболее важным фактором для принятия решения о том, когда и какой режим работы использовать, при этом настоящее раскрытие также обеспечивает подходы для дальнейшей адаптации к обстоятельствам, таким как анализ типа модуляции, выходной мощности, амплитуды вектора ошибок и/или требований по просачиванию спектральных составляющих для передачи, которая будет выполняться посредством передатчика, в котором потребление энергии может быть понижено при любой возможности, возникающей благодаря характеристикам передачи.
В соответствии с первым аспектом, обеспечивается передатчик, включающий в себя усилитель мощности; преобразователь напряжения типа «постоянный ток - постоянный ток» с переключением режимов, выполненный с возможностью подачи питания на усилитель мощности; и контроллер. Усилитель мощности выполнен с возможностью селективной работы в первом режиме или во втором режиме, причем первый режим работы является линейным режимом работы, а второй режим работы является нелинейным режимом работы. Контроллер выполнен с возможностью, в случае работы согласно технологии радиодоступа RAT, предоставляющей возможность использования различных выделенных полос частот, определения выделенной полосы частот сигнала для передачи, которая будет выполняться посредством передатчика согласно технологии RAT, кроме того, контроллер включает в себя механизм управления, выполненный с возможностью управления усилителем мощности для выбора одного из режимов передачи для передачи на основе определения.
Во втором режиме работы усилитель мощности может быть выполнен с возможностью выполнения операции полярной модуляции, при этом преобразователь напряжения с переключением режимов может быть выполнен с возможностью модуляции напряжения питания для усилителя мощности посредством амплитудной составляющей передачи при работе во втором режиме.
Механизм управления может содержать таблицу преобразования, включающую в себя полосу частот, преобразованную согласно режиму работы, для соответствующего выбора режима работы.
Механизм управления может содержать порог полосы частот, чтобы в случае превышения порога выбирался первый режим работы, а в противном случае выбирался второй режим работы.
Контроллер может быть выполнен с возможностью выбора режима работы таким образом, чтобы удовлетворять требованию к выходной мощности, амплитуде вектора ошибок, а также требованию по просачиванию спектральных составляющих для передачи, которая будет выполняться посредством передатчика, заданному посредством спецификации для технологии RAT.
Первый режим может включать в себя отслеживание огибающей, и при этом преобразователь напряжения с переключением режимов выполняется с возможностью подачи напряжения питания, соответствующего выходному напряжению усилителя мощности, с запасом при работе в первом режиме.
Преобразователь напряжения с переключением режимов также может включать в себя дополнительную переключающее средство, подключенное на выходе преобразователя напряжения с переключением режимов, и дополнительный компаратор, который подключается для сравнения выхода преобразователя напряжения с переключением режимов с определенным уровнем огибающей и выполнен с возможностью управления дополнительным переключающим средством, причем дополнительное переключающее средство и дополнительный компаратор являются доступными в случае использования первого режима работы и отслеживания огибающей.
Передатчик также может включать в себя фильтр нижних частот, который подключается между выходом преобразователя напряжения с переключением режимов и входом питания усилителя мощности, и при этом фильтр нижних частот выполнен с возможностью иметь выбираемые первую и вторую частоты среза, причем вторая частота среза меньше первой частоты среза, а фильтр нижних частот выполнен с возможностью использования первой частоты среза при работе в первом режиме и второй частоты среза при работе во втором режиме.
Передатчик также может включать в себя двухрежимный модулятор, выполненный с возможностью выполнения линейной квадратурной модуляции при работе в первом режиме и выполнения фазовой модуляции при работе во втором режиме. Двухрежимный модулятор может включать в себя входы, выполненные с возможностью приема квадратурных немодулированных сигналов в отношении синфазных I и квадратурных Q составляющих, а также квадратурных тактовых сигналов несущей радиочастоты; квадратурный смеситель; схему преобразования, выполненную с возможностью вывода на квадратурный смеситель составляющих I и Q в неизменном виде в первом режиме, и вывода, соответственно,
во втором режиме; и ограничитель (302), причем общий выход квадратурного смесителя селективно подключается к выходу двухрежимного модулятора либо через ограничитель при работе во втором режиме, либо напрямую при работе в первом режиме.
Усилитель мощности, при селективной работе в первом режиме или во втором режиме, может быть настроен таким образом, что в первом режиме работы он выполнен с возможностью работы согласно классу A или AB, а во втором режиме работы может быть выполнен с возможностью работы согласно классу D или E.
В соответствии со вторым аспектом, обеспечивается приемопередатчик, включающий в себя передатчик, в соответствии с первым аспектом, и приемник, причем приемопередатчик выполнен с возможностью приема информации о полосе частот передачи сигналов для передачи, которая должна быть выполнена посредством передатчика с удаленного узла связи.
В соответствии с третьим аспектом, обеспечивается устройство связи для беспроводной связи, причем устройство связи включает в себя передатчик, в соответствии с первым аспектом, или приемопередатчик, в соответствии со вторым аспектом.
Устройство связи может быть выполнено с возможностью работы в сотовой системе связи 3GPP LTE, а передача является передачей по восходящей линии связи, а также выполнено с возможностью определения выделенной полосы частот для передачи по восходящей линии связи на основе выделенных блоков ресурсов, указанных в четырех подкадрах передачи нисходящей линии связи до передачи по восходящей линии связи.
В соответствии с четвертым аспектом, обеспечивается способ управления передатчиком, включающим в себя усилитель мощности и преобразователь напряжения с переключением режимов, выполненный с возможностью подачи питания на усилитель мощности. Способ включает в себя управление передатчиком согласно технологии радиодоступа RAT, предоставляющей возможность использования различных выделенных полос частот; определение выделенной полосы частот сигнала для передачи, которая должна быть выполнена посредством передатчика согласно технологии RAT; и выбор режима работы усилителя мощности из первого режима и второго режима на основе определенной выделенной полосы частот, причем первый режим является линейным режимом, а второй режим является нелинейным режимом.
Второй режим может включать в себя управление усилителем мощности для полярной модуляции, а способ также включает в себя модуляцию напряжения питания для усилителя мощности посредством амплитудной составляющей передачи при работе во втором режиме.
Способ также может включать в себя прием информации о полосе частот передачи сигналов для передачи, которая должна быть выполнена посредством передатчика с удаленного узла связи.
Способ также может включать в себя сравнение выделенной полосы частот с порогом полосы частот; и выбор первого режима в случае превышения порога, или выбор второго режима в противном случае.
Способ также может включать в себя определение модуляции, используемой для передачи, которая должна быть выполнена посредством передатчика; и выбор режима, также на основе модуляции. Способ также может включать в себя определение выходной мощности, амплитуды вектора ошибок и требования по просачиванию спектральных составляющих для передачи, которая должна быть выполнена посредством передатчика; и выбор режима таким образом, чтобы удовлетворять требованию к выходной мощности, амплитуде вектора ошибок и требованию по просачиванию спектральных составляющих для передачи, заданным посредством спецификации для технологии RAT.
Первый режим может включать в себя отслеживание огибающей, при этом способ также включает в себя подачу, при работе в первом режиме, посредством преобразователя напряжения с переключением режимов, напряжения питания, соответствующего выходному напряжению усилителя мощности с запасом.
Фильтр нижних частот может быть подключен между выходом преобразователя напряжения с переключением режимов и входом питания усилителя мощности. Способ также может включать выбор между первой и второй частотой среза фильтра нижних частот, причем вторая частота среза меньше первой частоты среза, и использование первой частоты среза при работе в первом режиме, а также использование второй частоты среза при работе во втором режиме.
Передатчик также может включать в себя двухрежимный модулятор. Способ также может включать в себя выполнение посредством двухрежимного модулятора линейной квадратурной модуляции при работе в первом режиме, и выполнение фазовой модуляции при работе во втором режиме.
Способ также может включать в себя обеспечение для квадратурного смесителя квадратурных немодулированных сигналов в отношении синфазных I и квадратурных Q составляющих, а также квадратурных тактовых сигналов несущей радиочастоты, при работе в первом режиме, или обеспечение для квадратурного смесителя
,
при работе во втором режиме; а также ограничение выхода квадратурного смесителя и обеспечение ограниченного сигнала в качестве выхода двухрежимного модулятора, при работе во втором режиме, или обеспечение выхода квадратурного смесителя в качестве выхода двухрежимного модулятора при работе в первом режиме.
Способ также может включать в себя настройку усилителя мощности таким образом, чтобы в первом режиме работы он работал согласно классу A или AB, или настройку усилителя мощности таким образом, чтобы во втором режиме работы он работал согласно классу D или E.
В соответствии с пятым аспектом, обеспечивается компьютерная программа, содержащая компьютерноисполняемый код, который в процессе выполнения посредством процессора побуждает связанный с процессором передатчик к выполнению способа, в соответствии с четвертым аспектом.
Другие задачи, отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения прояснятся после прочтения нижеследующего подробного раскрытия, после изучения прилагаемых зависимых пунктов формулы изобретения, а также после просмотра чертежей. В целом, все использованные в формуле изобретения термины должны быть восприняты в соответствии с их обычным значением в области техники, если в настоящем документе явно не указывается иное. Все ссылки на единственное число компонентов (элемент, устройство, компонент, средство, этап и т.д.) должны быть восприняты открыто, в качестве относящихся, по меньшей мере, к одному экземпляру упомянутого элемента, устройства, компонента, средства, этапа и т.д., если явно не указывается иное. Этапы любого раскрытого в настоящем документе способа не должны выполняться в точном раскрытом порядке, если это не указывается явно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Восприятие вышеупомянутых и дополнительных задач, отличительных признаков и преимуществ настоящего изобретения будет упрощено благодаря предоставлению следующего иллюстративного и неограничивающего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Фиг. 1 иллюстрирует схему передатчика в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 2 схематически иллюстрирует схему передатчика в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 3 схематически иллюстрирует двухрежимный модулятор в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 4 схематически иллюстрирует преобразователь на основе широтно-импульсной модуляции в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 5 иллюстрирует работу преобразователя на основе широтно-импульсной модуляции в широкополосном режиме в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 6 иллюстрирует работу преобразователя на основе широтно-импульсной модуляции в узкополосном режиме в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 7 иллюстрирует напряжение питания для усилителя мощности при работе в режиме полярной модуляции.
Фиг. 8 иллюстрирует напряжение питания для усилителя мощности при работе в режиме отслеживания огибающей, а также соответствующий усиленный сигнал.
Фиг. 9 схематически иллюстрирует структуру преобразователя напряжения с переключением режимов в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 10 схематически иллюстрирует частоты среза для фильтра нижних частот, выполненного с возможностью фильтрования вывода из преобразователя напряжения с переключением режимов в соответствующих режимах работы.
Фиг. 11 схематически иллюстрирует механизм коррекции задержки, выполненный с возможностью подбора задержки между амплитудной траекторией и фазовой траекторией в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 12 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 13 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 14 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 15 схематически иллюстрирует энергонезависимую компьютерночитаемую среду хранения, содержащую компьютерную программу, которая может быть выполнена посредством процессора для реализации способов в соответствии с вариантами осуществления.
Фиг. 16 схематически иллюстрирует радиосхему, включающую в себя схему передатчика в соответствии с вариантами осуществления.
Фиг. 17 схематически иллюстрирует устройство связи, включающее в себя радиосхему в соответствии с вариантами осуществления.
Фиг. 18 иллюстрирует устройство связи в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 19 иллюстрирует узел связи в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 20-22 иллюстрируют пример, в котором может быть использован нелинейный режим работы.
Фиг. 23-25 иллюстрируют примеры, в которых должен быть использован линейный режим работы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Для понимания настоящего раскрытия читатель должен знать о том, что полярная модуляция предоставляет возможность использования нелинейного усилителя мощности (PA), который является энергоэффективным, но имеет проблемы с расширением полосы частот. Поэтому использование полярной модуляции не подходит для широкополосных систем, таких как широкополосная система 3GPP LTE, в которых могут быть использованы полосы частот в 20 МГц. Линейный усилитель PA с постоянным напряжением питания не имеет подобных проблем с расширением полосы частот, но является менее эффективным в отношении энергосбережения по сравнению с нелинейным усилителем PA. Линейный усилитель PA может быть сделан более энергоэффективным посредством использования отслеживания огибающей. Отслеживание огибающей требует использования линейного усилителя PA, который в сущности является менее энергоэффективным, чем нелинейный усилитель PA, но остается более эффективным по сравнению с усилителем PA без отслеживания огибающей, то есть усилителем РА с постоянным напряжением питания. Высокий энергетический коэффициент полезного действия подразумевает то, что на антенну подается большее количество мощности радиопередачи и/или то, что при заданной мощности питания усилитель мощности вырабатывает меньше тепла.
Фиг. 1 иллюстрирует схему 100 передатчика, в соответствии с вариантом осуществления. Схема 100 передатчика включает в себя узел 106 немодулированной передачи, выполненный с возможностью выполнения любой обработки немодулированной передачи, и обеспечивает синфазные (I) и квадратурные фазовые (Q) составляющие сигнала, которые подлежат модуляции. Схема 100 передатчика также включает в себя усилитель 102 мощности, выполненный с возможностью вывода модулированного сигнала для передачи, например, напрямую на антенное устройство или на антенное устройство через выходную сеть, выполненную с возможностью обеспечения согласования полных сопротивлений. Схема 100 передатчика также включает в себя преобразователь 104 напряжения с переключением режимов, выполненный с возможностью подачи напряжения питания на усилитель 102 мощности. Предпочтительно, чтобы преобразователь 104 напряжения с переключением режимов являлся преобразователем постоянного тока в постоянный ток (DC/DC), который в свою очередь подключается к питанию любого устройства, в котором установлена схема 100 передатчика.
Для повышения эффективности схемы 100 передатчика усилитель 102 мощности выполняется с возможностью селективной работы в линейном или нелинейном режимах. Нелинейный режим позволяет повысить эффективность для усилителя мощности, который впоследствии может работать, например, согласно классу D или E. Линейный режим является менее эффективным, но обеспечивает необходимое свойство линейности для множества ситуаций с сигналом, например, чтобы избежать просачивания спектральных составляющих, которое выходит за пределы желаемых уровней, при этом усилитель мощности может работать, например, согласно классу A или AB. Чтобы извлечь выгоду из такой двухрежимной работы усилителя мощности, модуляция селективно выбирается между квадратурной модуляцией, которая требует линейного режима работы усилителя мощности, и полярной модуляцией, которая предоставляет усилителю мощности возможность работы в нелинейном режиме.
В данном варианте осуществления полярный модулятор 108 преобразовывает составляющие I и Q в фазовую составляющую, которая подается на усилитель мощности. Соответствующая амплитудная составляющая обеспечивается посредством амплитудного генератора 110, который получает амплитудную составляющую из составляющих I и Q, и передает амплитудную составляющую на коммутируемый генератор 104 напряжения, который в свою очередь управляет подачей напряжения на усилитель мощности, таким образом, чтобы амплитудная составляющая совместно с фазовой составляющей могли быть выведены посредством усилителя мощности в качестве полярного модулированного сигнала.
Подобным образом квадратурный модулятор 112 модулирует составляющие I и Q посредством смешивания с сигналом синфазного осциллятора и сигналом квадратурного фазового осциллятора, соответственно, и совокупность модулированных составляющих I и Q передаются на усилитель мощности. Теперь амплитудный генератор 110 используется для отслеживания огибающей и, на основе составляющих I и Q, передает сигнал огибающей на преобразователь 104 напряжения с переключением режимов таким образом, чтобы он подавал подходящее напряжение питания на усилитель мощности, причем усилитель мощности может работать в линейном режиме и усиливать совокупность модулированных составляющих I и Q. Сигнал огибающей отслеживает огибающую амплитудных сигналов составляющих I и Q и обеспечивает подходящий запас для линейного режима работы усилителя мощности.
Схемой 100 передатчика управляют для выбора наиболее эффективного из режимов работы на основе характеристик сигнала, который будет передаваться. Такое управление может быть обеспечено с узла 106 немодулированной передачи или же со специального контроллера (не изображен). Характеристика сигнала, который будет передаваться, оказывающая большое влияние на то, какой режим работы подходит для использования, является выделенной полосой частот. Решение, принятое в результате управления, может являться довольно простым, как, например, если полоса частот составляет 5 МГц или менее в случае использования системы 3GPP LTE, то выбирается полярная модуляция и нелинейный режим работы усилителя мощности, и если полоса частот превышает 5 МГц, то выбирается квадратурная модуляция и линейный режим работы усилителя мощности. Может быть обеспечено более сложное управление, в процессе которого используются характеристики модуляции составляющих I и Q с узла немодулированной передачи, то есть как используется пространство сигнала. Это может быть использовано совместно с информацией о выделенной полосе частот, например, для некоторых конфигураций составляющих I и Q, а также для немного более широких полос частот, используется полярная модуляция и нелинейный режим работы усилителя мощности, наряду с тем, что для некоторых других конфигураций составляющих I и Q, а также для менее узких полос частот, используется квадратурная модуляция и линейный режим работы усилителя мощности. Подобные решения для выбора режима работы могут быть основаны на одной или более из выходной мощности, амплитуды вектора ошибок и требовании по просачиванию спектральных составляющих для передачи, которая должна быть выполнена посредством передатчика. Поэтому несмотря на то что выделенная полоса частот играет главную роль в выборе, дальнейшая оптимизация может быть выполнена для полос частот среднего размера на основе использованного пространства сигнала, выходной мощности, амплитуды вектора ошибок и/или требовании по просачиванию спектральных составляющих.
Выбор квадратурной модуляции/линейного режима работы или полярной модуляции/нелинейного режима работы может быть определен в соответствии с продемонстрированным выше таким образом, чтобы просачивание спектральных составляющих не выходило за пределы спецификации системы, в которой используется передатчик, например, за пределы того, что определено в документах 3GPP TS25.101, 3GPP TS 36.101 или подобных, для фактической системы.
Информация о сигнале, который будет передаваться, и, следовательно, решение о выбранном режиме работы могут быть неоднократно получены заблаговременно, что упрощает реализацию. Например, в системе 3GPP LTE сообщение разрешения восходящей линии связи принимается на четыре подкадра раньше, что равняется четырем миллисекундам, вследствие чего передатчик уже является проинформированным о выделенной полосе частот и т.д., и может быть выполнена адаптация режима работы.
Разумеется, работа усилителя 102 мощности в линейном или нелинейном режиме может быть достигнута посредством селективного использования либо линейного усилителя мощности, либо нелинейного усилителя мощности, то есть при наличии отдельных усилителей мощности. Однако для исключения лишней схемы управление режимом работы усилителя мощности может включать в себя адаптивную настройку одного усилителя мощности для выбора режима работы, а именно, линейного или нелинейного режима. Выходная сеть также может быть адаптирована к режиму работы усилителя мощности для слежения за любыми нежелательными гармониками.
Фиг. 2 схематически иллюстрирует схему 200 передатчика, в соответствии с вариантом осуществления. Процессор 212 немодулированной передачи (BBP) генерирует составляющие I и Q, подобно продемонстрированному со ссылкой на Фиг. 1. Составляющие I и Q передаются по двум трактам, а именно, по амплитудному тракту (вверх на Фиг. 2) и по фазовому тракту (вправо на Фиг. 2). Амплитудный тракт включает в себя генератор 214 огибающей/амплитуды (EAG), узел 216 предварительного искажения (PDIS), преобразователь 218 на основе широтно-импульсной модуляции (PWMC), преобразователь 204 напряжения с переключением режимов, фильтр 208 нижних частот (LPF), и двухрежимный усилитель 202 мощности (DMPA). Фазовый тракт включает в себя блок 220 коррекции задержки (DA), двухрежимный модулятор 210 (DMM) и DMPA 202, где эти два тракта совмещаются. Модулятору 210 DMM предоставляются квадратурные тактовые сигналы несущей радиочастоты (CQC) для разрешения модуляции. Сигнал CQC может содержать четыре сигнала с взаимным фазовым сдвигом на 90 градусов для разных смесителей, или два сигнала с взаимным фазовым сдвигом на 90 градусов для несимметричных смесителей.
Контроллер 206 выполнен с возможностью управления элементами схемы 100 передатчика для работы в соответствии с первым режимом работы, то есть выполнение квадратурной модуляции и настройка линейного усилителя, и в соответствии со вторым режимом работы, то есть выполнение полярной модуляции и настройка нелинейного усилителя. Как правило, первый режим работы побуждает усилитель 202 DMPA к работе в линейном режиме, наряду с тем, что второй режим работы задает усилителю 202 DMPA нелинейный режим работы. Выход с преобразователя напряжения с переключением режимов в некоторых случаях подвергается обработке фильтром 208 нижних частот LPF перед подачей напряжения питания на усилитель 202 DMPA. Помимо всего прочего немодулированные составляющие I и Q, сгенерированные посредством процессора 212 BBP, в зависимости от режима работы, преобразовываются в сигнал огибающей или амплитудный сигнал посредством генератора 214 EAG, при этом сигнал огибающей или амплитудный сигнал может быть подвержен предварительному искажению при помощи узла 216 PDIS для сокращения нелинейности в процессе генерирования выходного сигнала на выходе усилителя 202 DMPA. Эта нелинейность может включать в себя любые дополнения от преобразователя 218 PWMC, преобразователя 204 напряжения с переключением режимов и усилителя 202 DMPA.
Любая подборка задержки между трактом фазовой модуляции и амплитудным трактом может быть выравнена посредством блока 220 DA под управлением контроллера 206. Фильтр 208 LPF может иметь два режима, один для использования в широкополосных системах, и второй для использования в узкополосных системах, которые выбираются либо посредством электрического средства, либо посредством механического средства. Функция фильтра 208 LPF заключается в сокращении ряби на выходе преобразователя напряжения с переключением режимов, улучшения соотношения просачивания соседнего канала в отношении помех полосы частот для удовлетворения спектральных масок, определенных стандартами радиосвязи, а также в подавлении просачиваний спектральных составляющих передатчика в полосу приемника при использовании в терминале радиосвязи схемы 200 передатчика, что подразумевает смягчение требований для затухания в полосе приемника в фильтрах поверхностных акустических волн или дуплексерах.
После усилителя 202 DMPA усиленный сигнал может быть передан на выходную сеть 222 ON, которая включает в себя согласование полного сопротивления, которое минимизирует отражения и подает большую часть энергии сигнала на антенну, и, в случае использования сбалансированной топологии усилителя мощности, дифференциал для несимметричного преобразования. Выход 222 ON также может гасить нежелательные частотные составляющие, созданные вследствие нелинейности усилителя мощности. Сеть 222 ON также может находиться под управлением контроллера 206 и адаптироваться на основе режима работы усилителя 202 мощности.
Первый режим работы, то есть линейный режим работы, нацелен на применение в системах, использующих широкую полосу, то есть имеющих выделенную широкую полосу частот и/или имеющих схему модуляции, использующую пространство сигнала для больших символов, например, пользовательский сценарий в системе 3GPP LTE, использующей полосу частот в 20 МГц. Таким образом в линейном режиме требование к рабочей частоте или полосе частот намного выше для всех блоков, вследствие чего снижается энергетический коэффициент полезного действия. Однако, поскольку обычно интервал занятости является коротким, и вероятность этого является относительно низкой по сравнению с работой в узкополосных системах, можно перенести эти энергетические затраты.
Второй режим, то есть нелинейный режим, разработан с возможностью применения в большинстве узкополосных систем, во множестве стандартов, например GSM, EDGE и т.д., и даже в узкополосном пользовательском сценарии в системе 3GPP LTE с выделенной полосой частот вплоть до 5 МГц.
Далее, со ссылкой на Фиг. 3-11, будут проиллюстрированы функции, операции и возможные варианты в отношении элементов схемы 200 передатчика.
Фиг. 3 схематически иллюстрирует двухрежимный модулятор 300 DMM, в соответствии с вариантом осуществления. В тракте фазовой модуляции, изображенном на Фиг. 2, блок 220 DA используется для подборки задержки между амплитудным трактом и фазовым трактом. В зависимости от задержки в фазовом тракте и амплитудном тракте в отношении практического варианта реализации, блок 220 DA может быть перемещен в любую позицию в фазовом или амплитудном тракте, а также может быть реализован либо цифровым, либо аналоговым способом. Для иллюстрации модулятора 300 DMM на Фиг. 3, предполагается, что блок DA обеспечивается в фазовом тракте и обеспечивает модулятору 300 DMM задержанные составляющие Id и Qd. Двухрежимный модулятор преобразовывает входные сигналы Id и Qd в сигналы U и V посредством матрицы А в узле 304 преобразования, затем сигналы U и V модулируются посредством квадратурных тактовых сигналов несущей радиочастоты, вследствие чего создается радиосигнал. Матрица A может быть реализована в таблице преобразования или в ячейках ROM или RAM. В первом режиме, который используется для систем с отслеживанием огибающей, узел 304 преобразования попросту пропускается, имея
U=Id
V=Qd
Во втором режиме узел преобразования выполняет следующее нелинейное преобразование:
Следовательно, сигналы U и V являются квадратурными сигналами с нормализованной амплитудой. После квадратурной модуляции выход может быть выражен в следующем виде:
Подразумевается, что в первом режиме модулятор выполняет нормальную линейную квадратурную модуляцию, наряду с тем, что во втором режиме работы, модулятор объединяет нормальную линейную квадратурную модуляцию с функцией ограничителя.
Функция ограничителя также может быть реализована аналоговыми способами, в связи с этим на Фиг. 3 изображена примерная схема, в которой используется аналоговый ограничитель 302 и мультиплексор 306.
Фиг. 4 схематически иллюстрирует преобразователь 400 на основе широтно-импульсной модуляции, в соответствии с вариантом осуществления. Генератор 214 огибающей/амплитуды (EAG), изображенный на Фиг. 2, создает цифровой амплитудный сигнал огибающей или полярной модуляции, в соответствии с квадратурными цифровыми входными составляющими I и Q. Для выполнения полярной модуляции используется взаимное однозначное соответствие
.
Наряду с тем, что для сигналов огибающей генерирование может не являться уникальным, например, сигнал огибающей может быть создан посредством
.
0
Где h() является коэффициентами цифрового фильтра, а G() создает интервал напряжения между максимальной амплитудой и напряжением питания для гарантии того, что линейный усилитель мощности всегда работает в линейной области. Другой пример может иметь следующий вид:
.
Сигнал огибающей или амплитудные сигналы могут быть подвержены дискретизации с уменьшением шага и сглаживанию цифровыми способами.
О
O
O
Выход Р усилителя мощности, к сожалению, является нелинейной функцией сигнала огибающей или амплитудного сигнала, P=f(env) или P=g(amp). В узле PDIS сигнал огибающей или амплитудный сигнал подвергается нелинейному преобразованию в сигнал Penv или Pamp посредством функции предварительного искажения P и Q
Где P или Q является обратной функцией f(.) или G(.), которая сокращает амплитудное искажение в амплитудном тракте.
env
S
S
Посредством преобразователя 400 PWMC цифровой сигнал P преобразовывается в импульсную последовательность на основе широтно-импульсной модуляции (PWM), в которой ширина импульса является функцией входного напряжения, а частота импульсов является С. Существует множество различных способов создания последовательности PWM. Например, последовательность на основе широтно-импульсной модуляции может быть создана посредством извлечения пилообразного входного сигнала (напряжения), обеспечиваемого посредством генератора 404 пилообразного напряжения с частотой повторения С, как изображено на Фиг.4, при этом преобразователь PWMC может иметь два режима, иллюстрированные на Фиг. 5 и 6, для широкополосного сигнала и узкополосного сигнала, соответственно, управляемые посредством сигнала CTRL, который изменяет коэффициент деления делителя 402 частоты.
Частота переключения импульсной последовательности PWM определяет эффективность преобразования преобразователя напряжения с переключением режимов, поскольку регулировочный транзистор в преобразователе напряжения с переключением режимов работает на этой частоте, а также заряжает и разряжает емкость в нагрузке и фильтре LPF, что приводит к динамическому энергопотреблению. Динамическая мощность снижает эффективность преобразования в преобразователе напряжения с переключением режимов. В соответствии с конкретным пользовательским сценарием, контроллер задает коэффициент деления, соответствующий полосе частот, который в свою очередь оптимизирует эффективность преобразования преобразователя напряжения с переключением режимов.
Преобразователь DC/DC напряжения с переключением режимов также может работать в двух режимах. Один режим работы используется для узкополосных систем, в которых реализуется полярная модуляция, иллюстрированная на Фиг. 7, а другой режим работы используется для линейного режима, то есть широкополосного режима, в котором выполняется отслеживание огибающей, изображенное на Фиг. 8.
В узкополосных системах преобразователь напряжения с переключением режимов имеет структуру, подобную структуре обычного преобразователя 904 DC/DC, а скорость нарастания напряжения на выходе преобразователя 904 является достаточной для сопровождения изменения сигнала Penv, как иллюстрировано на Фиг. 7. В широкополосных системах в случае расширения полосы частот может быть автоматически включен дополнительный быстродействующий переключатель 902 и быстродействующий компаратор 906, как иллюстрировано на Фиг. 9. Выход компаратора 906 подводится к логической схеме 908, которая в свою очередь управляет переключателями переключающего средства 902.
В некоторых случаях фильтр 208 LPF, изображенный на Фиг. 2, может быть разработан так, чтобы он имел различные частоты среза, как иллюстрировано на Фиг. 10, при этом фильтр LPF может включать в себя пассивные элементы LC, MEMS или другие полупроводниковые переключатели с малыми вносимыми потерями.
Усилитель DMPA имеет два режима работы, то есть линейный режим, предназначенный для работы с отслеживанием огибающей, и нелинейный режим, предназначенный для работы с полярной модуляцией, соответствующей требованию полосы частот и т.д., для различных систем. Режим работы может быть изменен посредством задания рабочей точки усилителя мощности. Например, в линейном режиме работы усилитель мощности может работать согласно классу A или AB. Для повышения энергетического коэффициента полезного действия усилитель мощности также может работать в нелинейном режиме, согласно классу D или E, по существу, без существенного изменения топологии усилителя, предполагая, что выходная сеть может убирать любые нежелательные гармонические составляющие. Разумеется, также имеется возможность параллельного использования линейного усилителя мощности и нелинейного усилителя мощности, причем каждый из них имеет разрешенное управление, но управление во время работы разрешается только одному из них.
Фиг. 11 иллюстрирует блок 1100 DA, в соответствии с вариантом осуществления. Составляющие I и Q подаются на регистровую матрицу 1102 под управлением тактового сигнала и выводятся с выходных регистров 1104 под управлением настроенного тактового сигнала, причем настроенный тактовый сигнал обеспечивается посредством настраиваемого фазорегулятора 1106, управление которым предпочтительно осуществляется посредством контроллера 206, изображенного на Фиг. 2. В зависимости от задержки в фазовом тракте и амплитудном тракте в практическом варианте реализации, блок коррекции задержки может быть перемещен в любую позицию фазового или амплитудного тракта, и реализован либо цифровым, либо аналоговым способом.
Фиг. 12 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ, в соответствии с вариантом осуществления. На этапе 1200 передатчик работает согласно технологии радиодоступа RAT, которая, например, может являться GSM, EDGE, WCDMA или LTE. На этапе 1202 определяется выделенная полоса частот для передачи, которая должна быть выполнена. Для некоторых технологий RAT, таких как GSM, определение может быть выполнено довольно просто, в связи с тем, что технология RAT поддерживает только полосы частот ниже порога, где может быть использован нелинейный режим работы. Для других технологий RAT, таких как LTE, выделенная полоса частот может подразумевать использование либо нелинейного режима работы, который является предпочтительным вследствие высокой эффективности, либо линейного режима работы. Следовательно, в соответствии с вышеупомянутым, на этапе 1204 определяется режим работы для усилителя мощности и т.д., чтобы передатчик мог быть соответственно настроен и выполнял передачу. Процедура постоянно повторяется, при этом следующая передача может быть выполнена согласно такой же или другой технологии RAT с использованием другой выделенной полосы частот, кроме того, для этой передачи выбирается подходящий режим работы.
Фиг. 13 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ, в соответствии с вариантом осуществления. На этапе 1300 передатчик работает согласно технологии RAT, которая, например, может являться GSM, EDGE, WCDMA или LTE. На этапе 1302 определяется выделенная полоса частот для передачи, которая должна быть выполнена. Для некоторых технологий RAT, таких как GSM, определение может быть выполнено довольно просто, в связи с тем, что технология RAT поддерживает только полосы частот ниже порога, где может быть использован нелинейный режим работы. Для других технологий RAT, таких как LTE, выделенная полоса частот может подразумевать использование либо нелинейного режима работы, который является предпочтительным вследствие высокой эффективности, либо линейного режима работы. В случае использования LTE, выделенная полоса частот будет известна на четыре подкадра ранее из сообщения разрешения восходящей линии связи. На этапе 1304 выделенная полоса частот сравнивается с порогом.
Если выделенная полоса частот превышает порог, который, например, может быть равен 5 МГц, то на этапе 1305 выполняется отслеживание огибающей, а на этапе 1307 для усилителя мощности выбирается линейный режим. В некоторых случаях на этапе 1309 для фильтра нижних частот, расположенного на выходе преобразователя напряжения с переключением режимов, может быть выбрана более высокая частота среза (по сравнению с той, которая будет использоваться для полярной модуляции).
Если выделенная полоса частот не превышает порог, то на этапе 1306 выполняется полярная модуляция, а на этапе 1308 для усилителя мощности выбирается нелинейный режим. В некоторых случаях на этапе 1310 для фильтра нижних частот, расположенного на выходе преобразователя напряжения с переключением режимов, может быть выбрана меньшая частота среза (по сравнению с той, которая будет использоваться для отслеживания огибающей).
Следовательно, режим работы для усилителя мощности и т.д., в соответствии с вышеупомянутым, настраивается таким образом, чтобы передатчик мог выполнять передачу наиболее эффективно. Процедура постоянно повторяется, при этом следующая передача может быть выполнена согласно такой же или другой технологии RAT с использованием другой выделенной полосы частот, кроме того, для этой передачи выбирается подходящий режим работы.
Фиг. 14 изображает блок-схему последовательности операций, иллюстрирующую способ, в соответствии с вариантом осуществления. На этапе 1400 передатчик работает согласно технологии RAT, которая, например, может являться GSM, EDGE, WCDMA или LTE. На этапе 1402 определяются характеристики передачи, такие как модуляция, выходная мощность, амплитуда вектора ошибок и/или требования по просачиванию спектральных составляющих, а также выделенная полоса частот для передачи, которая должна быть выполнена. На этапе 1404 выполняется преобразование характеристик передачи в подходящий режим работы. Преобразование может включать в себя обращение к таблице преобразования.
После преобразования характеристик передачи в первый режим работы, на этапе 1405 усилитель мощности переводится в линейный режим работы, на этапе 1407 составляющие I и Q, обеспечиваемые от немодулированной передачи, преобразовываются в сигнал огибающей, а на этапе 1409 преобразователем напряжения с переключением режимов управляют в соответствии с сигналом огибающей. Кроме того, на этапе 1411 может быть выполнена предварительная компенсация составляющих I и Q и/или на этапе 1413, как было упомянуто выше, может быть сделан выбор более высокой частоты среза фильтра LPF. На этапе 1415 выполняется передача, в соответствии с настройками и использованием квадратурной модуляции с отслеживанием огибающей, как было упомянуто выше, после чего осуществляется возврат процедуры для выполнения следующей передачи.
После преобразования характеристик передачи во второй режим работы, на этапе 1406 усилитель мощности переводится в нелинейный режим работы, на этапе 1408 составляющие I и Q преобразовываются в амплитудный сигнал, на этапе 1410 преобразователем напряжения с переключением режимов управляют в соответствии с амплитудным сигналом, а на этапе 1412 составляющие I и Q преобразовываются в фазовый сигнал, например, посредством ограничения либо цифровым способом, либо посредством аналогового ограничителя. Кроме того, на этапе 1414 может быть уменьшена частота среза фильтра LPF. На этапе 1416 передача выполняется в соответствии с настройками и использованием полярной модуляции, как было упомянуто выше, после чего осуществляется возврат процедуры для выполнения следующей передачи.
Выше, со ссылкой на Фиг. 12-14, были продемонстрированы способы в качестве нескольких различных примеров. Однако следует подразумевать, что некоторые действия в одном примере могут быть заменены другим соответствующим действием из другого примера, например, этап сравнения с порогом полосы частот может быть заменен этапом преобразования характеристик передачи или наоборот. Кроме того, несмотря на то, что этапы были представлены в последовательном порядке, как правило, это не отражает реальный рабочий процесс. Разъясненные настройки обычно выполняются параллельно или, по меньшей мере, выполняются по мере доступности необходимых входных данных для настройки. В качестве нескольких примеров, элементы амплитудного тракта настраиваются одновременно с настройками элементов фазового тракта, а управление преобразователем напряжения с переключением режимов выполняется в течение всей передачи, причем определение характеристик передачи для следующей передачи, как правило, начинается перед выполнением предшествующей передачи и т.д.
Способы, в соответствии с настоящим изобретением, делаются подходящими для варианта реализации при помощи средств обработки, таких как компьютеры и/или процессоры, специально для примерного случая, в котором подходящий режим работы должен быть определен на основе сложной информации и/или сигналов, обеспечиваемых для модуляции в различных режимах работы, которые должны быть определены соответствующим образом. Исходя из вышесказанного, обеспечиваются компьютерные программы, содержащие команды, побуждающие средства обработки, процессор или компьютер к выполнению этапов любого из способов, в соответствии с любым из вариантов осуществления, описанных со ссылкой на любую из Фиг. 12-14. Предпочтительно, чтобы компьютерные программы содержали программный код, который сохраняется на компьютерночитаемой среде 1500, как иллюстрировано на Фиг. 15, который может быть загружен и выполнен посредством средств обработки, процессора или компьютера 1502, чтобы побудить его к выполнению способов, соответственно, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, предпочтительно в качестве любого из вариантов осуществления, описанных со ссылкой на любую из Фиг. 12-14. Компьютер 1502 и компьютерный программный продукт 1500 могут быть выполнены с возможностью последовательного выполнения программного кода, в процессе которого действия любого из способов выполняются пошаговым способом. Предпочтительно, чтобы средства обработки, процессор или компьютер 1502 обычно назывались встроенной системой. Поэтому изображенные на Фиг. 15 компьютерночитаемая среда 1500 и компьютер 1502 должны быть восприняты исключительно в иллюстративных целях для обеспечения понимания принципа, а не в качестве какой-либо четкой иллюстрации элементов.
Фиг. 16 схематически иллюстрирует радиосхему 1600, в соответствии с вариантом осуществления. Радиосхема 1600 включает в себя схему 1602 передатчика, в соответствии с любым из представленных вариантов осуществления. Схема передатчика обеспечивает свой выходной сигнал на одну или более антенн 1608 зачастую через линию передачи и/или выходную сеть. Радиосхема 1600 также может включать в себя другую радиосхему 1604, которая, например, может включать в себя приемник, устройство обработки сигналов, интерфейсную схему и т.д. Также радиосхема 1600 может включать в себя несколько схем 1602 передатчика, например, одну, выполненную с возможностью работы с сотовой сетью связи, и другую, выполненную с возможностью работы с беспроводной точкой доступа. Радиосхема 1600 также может включать в себя контроллер 1606, который, например, может обеспечить полученные данные о предстоящей передаче на схему 1602 передатчика.
Фиг. 17 схематически иллюстрирует устройство 1700 связи, в соответствии с вариантом осуществления. Устройство связи включает в себя радиосхему 1702, в соответствии с любым из вышеупомянутых вариантов осуществления. Устройство 1700 связи также включает в себя дополнительную схему и элементы 1704, такие как устройства ввода и вывода, интерфейсы, источники питания и т.д. Радиосхема 1702 подключается к дополнительной схеме 1704 для обеспечения или приема сигналов, которые принимаются или предназначаются для передачи. Кроме того, дополнительная схема и элементы 1704 могут передавать управляющую информацию на контроллер радиосхемы 1702.
Фиг. 18 схематически иллюстрирует пример устройства 1800 мобильной связи, в соответствии с вариантом осуществления. Устройство мобильной связи может обеспечивать возможность осуществления связи в сотовой системе радиосвязи и включать в себя вышеупомянутые элементы.
Фиг. 19 схематически иллюстрирует пример узла 1900 связи, в соответствии с вариантом осуществления, предназначенного для управления сотой в сотовой системе связи.
Узел 1900 связи может быть выполнен с возможностью управления сотой в сотовой системе связи и включать в себя вышеупомянутые элементы.
Фиг. 20-22 иллюстрируют пример пользовательского сценария, в котором может быть использована полярная модуляция. На Фиг. 20 изображен спектр 2000 LTE для целой обсуждаемой полосы частот. Спектр может совместно использоваться множеством пользователей. На Фиг. 20 также изображается пользовательская полоса 2002 частот, то есть выделенная полоса частот.
Фиг. 21 изображает спектр амплитуды блоков ресурсов, используемых пользователем. Фиг. 22 изображает фазомодулированные тактовые радиосигналы. При использовании такого пользовательского сценария на восходящей линии связи LTE с полным спектром 2000, когда пользователь планирует использование нескольких совокупных блоков ресурсов с частотным сдвигом 2004 от центральной частоты спектра 2000 и выделенной полосы 2002 частот, амплитуда немодулированного сигнала будет иметь относительно узкую полосу частот по сравнению с полосой частот спектра 2000 LTE. Поэтому передатчик может работать во втором режиме работы и использовать полярную модуляцию. Тракт фазовой модуляции генерирует фазомодулированные тактовые радиосигналы, частота которых приблизительно равна частоте несущей с добавленной частотой 2004 смещения, как иллюстрировано на Фиг. 22.
Фиг. 23-25 иллюстрируют пример пользовательского сценария, в котором должно быть использовано отслеживание огибающей. На Фиг. 23 изображен спектр 2300 LTE для целой обсуждаемой полосы частот. Спектр может совместно использоваться множеством пользователей. На Фиг. 23 также изображается пользовательская полоса 2302 частот, то есть выделенная полоса частот, охватывающая выделенные блоки ресурсов, распределенные в различных частотных позициях. При использовании такого пользовательского сценария на восходящей линии связи LTE с полным спектром 2300, когда пользователь планирует использование блоков ресурсов, которые распределены по спектру 2300, и поэтому сигналы имеют выделенную полосу 2302 частот, которая имеет ширину, практически равную ширине полосы частот спектра 2300 LTE. В первом варианте выбора передатчик может работать в первом режиме работы, предпочтительно на основе отслеживания огибающей, использующей несущую частоту центральной частоты спектра LTE с полосой 2402 частот, изображенной на Фиг. 24. Во втором варианте выбора модулятор может генерировать квадратурно модулированные тактовые радиосигналы, частота которых приблизительно равна центральной частоте спектра LTE с добавленной частотой смещения, как иллюстрировано на Фиг. 25, с полосой 2502 частот, которая является эквивалентной полосе 2302 частот.
Изобретение было описано выше преимущественно со ссылкой на несколько вариантов осуществления. Однако специалистам в данной области техники должно быть понятно, что в рамках изобретения также возможно использовать и другие варианты осуществления, отличные от раскрытых выше, как определяется посредством приложенной формулы изобретения.