CN1774860B - 无线电频率输出功率控制*** - Google Patents
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Abstract
揭示了一种用在通信***中的无线电频率输出功率控制***。该功率控制***用于具有非恒定振幅包络线的调制方案，并且包括一功率放大器，该功率放大器具有用于接收带有非恒定振幅包络线的输入信号的功率放大器输入端、用于接收功率控制输入的功率控制输入端、以及用于提供已放大的输出信号的功率放大器输出端。该功率控制***也包括跟踪与保持电路，该电路用于跟踪已测量的且代表输入信号的调制的参考功率信号。该功率控制***还包括减法装置，用于从已测量的参考功率信号中减去跟踪与保持电路的输出，得到一差值信号，并且从所述差值信号减去代表调制的所述放大后输出信号的一反馈信号，从而提供一个要耦合到功率控制输入端的功率控制信号。
Description
优先权
本发明要求于2003年3月12日提交申请的、专利序列号为60/454,032的美国临时专利申请的优先权。
发明背景
本发明涉及RF功率检测器和控制器的领域，尤其涉及用在针对无线应用的移动手持终端中的RF功率检测器和控制器。
在高度竞争的背景下，对移动***的更大带宽的需求已迫使网络供应商去寻找成本较低的方式来扩展现存网络。一种正在使用的此类***便是“适于全球发展的提高型数据速率”(EDGE)。EDGE***使供应商能够扩展现存的用于移动通信(GSM)***的全球***(全球市场70％的水平)以提供高达300kbps的带宽。对现存基础网络设施进行相对较小的更新可实现这种带宽和容量的扩展。然而，该***确实呈现出某些技术上的挑战。这些挑战之一便是在手持终端的发射机部分中精确的功率控制。
例如，正如已公布的专利号为2003/0139153的美国专利申请等所揭示的，诸如GSM、CDMA、EDGE这样的许多RF无线通信标准都要求精确的功率控制(所揭示的内容引用在此作为参考)。使用开环技术时可能很难实现或达到这种必需的精确功率控制，因为温度变化、对频率的依赖性、电源供给变化以及制造容许偏差都会导致各种组件的增益的变化。在制造期间，校准所有这些变量可能是很昂贵的或不可能的。因为这些原因，需要对信号的功率或振幅进行闭环控制。
然而，在传输期间信号的瞬时振幅不断变化，这使得针对诸如CDMA或EDGE这样的非恒定包络线(NCE)调制信号的闭环功率控制变得很复杂。适用于恒定包络线调制波形的常规***可将已测量的输出功率电平与反馈环中的斜坡(或功率轮廓)信号作比较。把该技术应用到具有振幅变化的非恒定波形，其效果是把所期望的振幅信息从这些信号中擦除，从而产生令人无法接受的调制波形失真。因此，该技术不能适用于NCE信号。
通过增益测量，可实现NCE波形的闭环功率或振幅控制，其中使用了调制参考信号的a priori功率电平信息，并把该信息与最终输出信号的功率电平的测量值相比较。这个a priori信息提供关于原始调制信号的振幅变化的必要信息给反馈***，以使该反馈***正常工作。然而，这个闭环反馈的方法可能对施加到参考信号输入端的平均输入功率的变化很敏感。在许多应用中，参考信号平均功率会展示出由诸如温度、频率以及局部到局部的变化等许多因素导致的这些变化，从而使该技术不适用。
因此，需要一种用于提供闭环功率控制的有效且经济的***。
发明内容
本发明提供一种用在通信***中的无线电频率输出功率控制***。该功率控制***用于具有非恒定振幅包络线的调制方案，并且包括一功率放大器，该功率放大器具有用于接收带有非恒定振幅包络线的输入信号的功率放大器输入端、用于接收功率控制输入的功率控制输入端、以及用于提供放大的输出信号的功率放大器输出端。根据本发明的一个实施例，该功率控制***也包括跟踪与保持电路，用于跟踪已测量的且代表输入信号的调制的参考功率信号。该功率控制***还包括减法装置，该装置用于从已测量的参考功率信号中减去跟踪与保持电路的输出，得到一差值信号，并且从所述差值信号减去代表调制的所述放大后输出信号的一反馈信号，从而提供一个要耦合到功率控制输入端的功率控制信号。
附图说明
参照附图，可进一步理解下面的描述，其中：
图1示出了根据本发明的一个实施例使用调制RF信号作为参考信号的***的原理图；
图2示出了根据本发明的另一个实施例使用调制IF信号作为参考信号的***的原理图；
图3示出了在根据本发明的一个实施例的***中控制和信号线的定时原理图。
图4示出了根据本发明的另一个实施例使用基带I和Q信号作为参考信息的***的原理图。
所示的附图仅用于解释说明。
具体实施方式
根据本发明的各种实施例，可使用一参考信号以提供关于期望的输出信号功率电平的信息。参考信号可以是例如频率与发射频率相同的调制信号，或者可使用中频(IF)作为参考信号。参考信号提供关于期望的输出信号功率电平的包络线信息，而该信息对于该***而言非常重要。本发明的另一实施例包括使用基带I和Q作为参考信号。
该***在功率控制***中并入跟踪和保持电路以实现对参考信号中的变化并不敏感的闭环功率控制，参考信号中的变化不是对参考信号进行预期的调制所产生的结果。如图1所示，使用调制RF信号作为参考信息的这样的***10包括在RF输入节点14和RF输出节点16之间的一个功率放大器12。功率放大器12从误差信号放大器和积分器部件18中接收校正信号(Vapc)。该***也包括参考对数功率检测部件20，该部件接收来自输入节点14的RFin信号的抽样。该***还包括反馈对数功率检测部件22，该部件接收来自RF输出节点16的Rfout信号的抽样。参考对数功率检测部件20的输出同时提供给第一组合器24以及跟踪与保持部件26，跟踪与保持部件26也接收保持信号(以下简称为HOLDon信号)28。通过第一组合器24，从参考对数功率检测部件20的输出中减去跟踪与保持部件26的输出。在第二组合器30处，从第一组合器24的输出中减去反馈对数功率检测部件22的输出，并且在第三组合器34处，第二组合器30的输出与功率斜坡信号(以下简称为TXRamp信号)32相加。第三组合器34的输出提供给误差信号放大器和积分器部件18。
最初，跟踪与保持部件26跟踪已测量的参考功率信号。从已测量的参考功率信号中减去跟踪与保持部件的输出，消除已测量的参考功率信号对误差信号的影响。这使误差信号仅对应于斜坡信号与已测量的输出功率信号之间的差值，而不是功率放大器的增益或参考信号功率。当跟踪与保持部件正在跟踪时，该***表现得与某些GSM GMSK类型的闭环功率控制***完全一样。
在功率斜坡开始之前，将跟踪与保持部件转换到保持模式，保持在转换瞬间的已测量的参考功率电平。在保持时间期间，参考检测器输出和跟踪与保持输出之间的差值对应于参考信号中的瞬时包络线相对于保持瞬间的功率电平的变化。把这些瞬时变化与所检测的输出功率相比较，并且控制环保证在反馈环的带宽之内输出信号包络线变化跟踪参考信号上的任何瞬时包络线变化。
在积分器输入端处对功率斜坡信号进行求和。除了由于参考信号的非恒定包络线调制所导致的呈现在输出信号上的任何振幅变化之外，反馈环把附加的振幅变化强加给与斜坡信号相对应的输出信号。
把瞬时测量参考信号电平之间的差异施加到与其平均值相对应的那个时间点处的测量参考信号电平，这保证了反馈环独立于平均参考信号电平而设置输出功率电平。于是，输出功率变成了功率检测器特性、瞬时参考包络线变化以及功率斜坡信号的函数。
根据另一个实施例，图2示出了使用调制IF信号作为参考信息的***。该***40包括在发射机部件44和输出节点46之间的功率放大器42，并且功率放大器42也接收来自误差信号放大器和积分器部件48的修正信号(Vapc)。***40包括接收来自发射机部件44的IFoutput信号的参考对数功率检测部件50，以及接收来自RF输出节点46的RFout信号的反馈对数功率检测部件52。参考对数功率检测部件50的输出被同时提供给第一组合器54以及跟踪与保持部件56，跟踪与保持部件56也接收HOLDon信号58。通过第一组合器54，从参考对数功率检测部件50的输出中减去跟踪与保持部件56的输出。在第二组合器60处，从第一组合器54的输出中减去反馈对数功率检测部件52的输出，并且在第三组合器64处，第二组合器60的输出与TXRamp信号62相加。第三组合器64的输出被提供给误差信号放大器和积分器部件48。
图3详细示出了本技术的某些控制与信号线。最初，一恒定包络线信号(或与之非常近似的信号)被提供给参考输入70，并且跟踪与保持电路跟踪参考信号的测量功率电平。在72处示出了HOLDon信号。从测量参考信号70中减去跟踪与保持的输出74，差值此刻为0。然后，命令跟踪与保持电路保持其输入，之后，参考信号中的任何振幅变化将把自身呈现在差值信号76上。当施加斜坡信号78时，输出功率80以相应的方式增加到该斜坡。在斜坡信号出现后，很快地非恒定包络线调制出现在参考信号上，并且因为在此刻跟踪与保持电路已经处于保持模式，所以在差值信号上呈现出参考信号振幅调制。为了保持在积分器输入端处的0误差信号，控制环迫使输出功率振幅在反馈环的带宽之内跟踪这些包络线变化。
除了提供功率控制之外，该电路可提供功率放大器的线性化。如果在***处于保持模式的同时功率放大器增益因压缩或热效应而变化，则该电路可校正功率放大器中的增益变化。为了做到这一点，控制环带宽必须超过参考信号的调制带宽。如果没必要校正功率放大器中的增益变化，则控制环没必要超过调制带宽，并且控制环只需要超过斜坡信号的带宽。
本发明可用于包括诸如GSM(恒定包络线)和EDGE(非恒定包络线)这样的恒定和非恒定包络线信号的多模式发射机。在这种情况中，对于任何GSM无线电脉冲，跟踪与保持电路都保持在跟踪模式，从而给出了一个与常规GMSK闭环功率控制器等价的电路。对于任何EDGE无线电脉冲，跟踪与保持电路以之前所描述过的方式转换到保持。
上述***与其它RF功率控制方法相比区别在于，它们使用跟踪与保持功能来跟踪并保持与参考NCE调制信号的功率水平相对应的测量信号。当这些变化不是预期的调制的结果时，该跟踪与保持电路使***能够以一种对参考信号中的变化并不敏感的方式执行闭环功率控制。这种***也应该是坚固耐用的，并且相对地容易实现。
在另外的实施例中，可使用基带I和Q信号作为参考信息。在许多常规无线电发射机中，通过使用数字基带处理器来产生这些i(t)和q(t)信号。通过各种装置，用这些I和Q基带信号来调制载波信号。调制信号的瞬时功率电平将会是这些I和Q基带信号的函数。可用如下形式的方程来描述调制波形：
S(t)＝i(t)cosωct+q(t)sinωct
因此，在某些载波频率处，使用基带信号而非调制信号来确定参考信号的功率电平。如图4所示，这样一个***90可包括在发射机部件94和输出节点96之间的功率放大器92。功率放大器92接收来自误差信息放大器和积分器部件98的校正信号(Vapc)。将基带I和Q参考信号100、102从发射机部件94分别提供给如图所示相应的一对平方部件104、106，然后平方部件104、106的输出在加法部件108处相加。I和Q信号的平方相加后正比于所期望的调制输出信号的瞬时功率电平。来自组合器108的相加后的信号被提供给对数部件110(该对数部件的类型与图1和2中的对数设备20、22、50、52的类型不同)，并且对数部件110的输出被提供给第一组合器112。对数部件110的输出也被提供给跟踪与保持部件114，跟踪与保持部件114也接收如图所示的HOLDon信号。通过第一组合器112，从对数部件110的输出中减去跟踪与保持部件114的输出，并且组合器112的输出作为***参考信号被提供给第二组合器118。该***也包括耦合到输出信号的对数功率检测部件120，并且在第二组合器118处，功率检测部件120的输出作为反馈信号被减去。第三组合器124把第二组合器的输出与TXRamp信号122组合起来，并且第三组合器124的输出被提供给误差信息放大器和积分器部件98。根据该实施，基带信号可以是模拟或数字形式，并且参考功率电平可由模拟或数字装置或这些装置的某种组合来确定。跟踪与保持功能可通过模拟或数字装置来实现。为了清楚，在上文中各组合器都是分开讨论的，但在某些实施例中，各组合器可作为单个组合器部件被提供。
使用基带信号允许在数字域中的参考功率电平的计算。参考功率的数字计算可以比模拟计算更有效。这种有效性可体现在电路、尺寸、功耗以及其它需要考虑的事项。使用基带信号而非调制载波信号，可更精确地确定参考功率电平。这一点是由于调制过程中存在缺陷。
那些本领域的技术人员会理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明作出大量的修改和变化。
Claims (20)
1.一种用在通信***中的无线电频率输出功率控制***，所述通信***使用一种具有非恒定振幅包络线的调制方案，所述功率控制***包括：
功率放大器，它具有用于接收带有非恒定振幅包络线的输入信号的功率放大器输入端、用于接收功率控制信号的功率控制输入端、以及用于提供放大后的输出信号的功率放大器输出端；
跟踪与保持电路，它用于跟踪代表所述输入信号的调制的已测量的参考功率信号；以及
减法装置，它用于从所述已测量的参考功率信号中减去所述跟踪与保持电路的输出，得到一差值信号，并且从所述差值信号减去代表调制的所述放大后输出信号的一反馈信号，以提供一个要耦合到所述功率控制输入端的功率控制信号。
2.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述跟踪与保持电路以及所述已测量的参考功率信号通过对数功率检测部件被耦合到所述输入信号。
3.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述跟踪与保持电路响应于保持信号。
4.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述输入信号是由发射机部件提供的IF输出信号。
5.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述输入信号包括来自发射机部件的基带参考输出。
6.如权利要求5所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述***进一步包括一对平方部件，以及所述平方部件耦接于所述发射机与所述跟踪与保持电路之间。
7.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述减法装置通过误差信息放大器被耦合到所述功率放大器。
8.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述***被用来控制具有非恒定包络线的调制信号的功率。
9.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述***另外响应于功率斜坡信号。
10.如权利要求1所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述***进一步包括反馈对数功率检测部件，用以将所述反馈信号耦合至所述减法装置。
11.一种用在通信***中的无线电频率输出功率控制***，所述通信***使用一种具有非恒定振幅包络线的调制方案，所述功率控制***包括：
功率放大器，它具有用来接收带有非恒定振幅包络线的输入信号的输入端、用于接收功率控制信号的功率控制输入端、以及用于提供已放大的输出信号的输出端；
跟踪与保持电路，它用于跟踪参考信号；
第一组合器，它用于提供在所述参考信号与所述跟踪与保持电路的输出信号之间的差值；以及
第二组合器，它用于提供反馈信号与所述第一组合器的输出之间的差值，其中所述功率控制信号响应于所述反馈信号与所述第一组合器的输出之间的差值。
12.如权利要求11所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述控制***进一步包括用于提供功率斜坡信号与所述第二组合器的输出的总和的第三组合器，其中所述功率控制信号响应于所述功率斜坡信号与所述第二组合器的输出的总和。
13.如权利要求12所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述第一组合器、所述第二组合器、以及所述第三组合器都在单一的组合器部件中被提供。
14.一种无线电频率输出功率控制***，它包括：
耦合到输入信号的功率放大器，以提供一放大输出信号；
耦合到参考信号的参考对数部件，其中所述参考信号代表调制的所述输入信号；
耦合到所述参考信号的跟踪与保持电路；
耦合到反馈信号的反馈对数部件，其中所述反馈信号代表调制的所述放大输出信号；以及
用于向所述功率放大器提供校正信号的组合器装置，所述组合器装置藉由从所述参考信号减去所述跟踪与保持电路的输出信号与所述反馈信号，以提供一个耦合到所述功率放大器的校正信号。
15.如权利要求14所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述参考信号包括调制RF信号。
16.如权利要求14所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述参考信号包括调制IF信号。
17.如权利要求14所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述参考信号包括基带I和Q信号。
18.如权利要求17所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述***用来控制具有非恒定包络线的调制信号的功率。
19.如权利要求14所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述组合器装置响应于功率斜坡信号。
20.如权利要求14所述的无线电频率输出功率控制***，其特征在于，所述跟踪与保持电路响应于保持信号。
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