FI107478B - Digitaalinen ramppigeneraattori, jossa on lähtötehon säädin - Google Patents

Description

1 107478

Digitaalinen ramppigeneraattori, jossa on lähtötehon säädin

Keksinnön ala

Keksintö koskee yleisesti purskeista lähetystä käyttävän radiojär-5 jestelmän lähetintä ja erityisesti ramppigeneraattoria purskeen nousun ja laskun muokkaamiseksi ja purskeen tehotason ohjaamiseksi.

Keksinnön tausta

Purske on lähetysyksikkö lukuisissa digitaalisissa radiojärjestel-10 missä, jotka perustuvat alkajako (TDD), taajuusjako (FDD) ja koodijako (CDD) periaatteelle. Lähetys tapahtuu lyhyen aikaikkunan aikana. Tämän aikaikkunan aikana lähetysteho nousee aloitustehotasosta nimellistehota-soon. Sitten signaalia moduloidaan bittipaketin lähettämiseksi. Tämän jälkeen tehotaso alenee kunnes se saavuttaa minimitehotason. Sitä aikaa 15 purskeessa, jolloin bitit lähetetään, nimitetään hyötyosaksi tai hyötykuorma-osaksi. Lähettimessä modulaatio suoritetaan analogisesti tai digitaalisesti, joko kantotaajuudella tai välitaajuudella (IF). Sen jälkeen moduloitu IF signaali sekoitetaan radiolähetystaajuuteen.

Kuvio 1 esittää digitaalisesti moduloidun välitaajuussignaalin purs-20 keen tehon verhokäyrän nousevaa osaa. Tässä esimerkissä verhokäyrän pitäisi seurata purskeen nousunaikana sin2-käyrää. Kun teho on saavuttanut tietyn ennalta määrätyn ajan kuluttua valitun nimellistason alkaa modulaatio. Tätä ajan hetkeä on merkitty numerolla 0 horisontaaliaika-akselissa. Useimmiten lähetystehoa voidaan säätää kulloisenkin järjestelmän vaatimusten 25 mukaisesti. Tämän vuoksi nimellistehon tason arvo voi vaihdella maksimite-hotason ja minimitehotason välillä kuten on esitetty katkoviivalla kuviossa 1. Näiden tasojen välillä voi nimellisteho tavallisesti saada yhden tai useamman diskreetin tehoarvon. Esimerkiksi GSM järjestelmässä käyttää alalinkin dynaaminen tehosäätö 16 tehotasoa joiden välillä on 2 dB:n erotus.

.. 30 Kuvio 2 esittää digitaalisesti moduloidun välitaajuus signaalin ver hokäyrän laskevaa osaa. Lähetyspurske laskevan osan aikana pitäisi signaalin verhokäyrän seurata cos2 -käyrää.

Tehotasoa voidaan säätää purskekohtaisesti. Säätö voidaan toteuttaa skaalaamalla ramppikäyrää joka seuraa sin2/cos2 -käyrää. Niinpä, 35 kuten kuviossa 1 on esitetty, nousevan rampin käyrä alkaa minimitehotasos-ta mutta asettuu tietylle tehotasolle, jonka tehotasoasetus määrittää. Purs- 2 107478 keen lopussa laskevan rampin käyrä alkaa nimellistehotasosta ja asettuu minimitehotasoon kuten on esitetty kuviossa 2.

Tehon rampin muodostus ja lähtötehon tason säätö on suoritettu perinteisesti analogiatasossa. Analogisten ratkaisujen yksi ongelma on epä-5 tarkkuus, joka aiheutuu ikääntymisestä ja toimintalämpötilan ja komponenttien vaihtelusta. Lisäksi analogiset ratkaisut ovat kompleksisia ja niiden ongelma on stabiliteetti.

Tämän päivän suuntaus on toteuttaa tehorampin muodostus ja lähtötehon säätö digitaalisesti edellä mainittujen ongelmien välttämiseksi. 10 Alla kuvataan joitakin perusratkaisuja.

Kuvio 3 esittää karkeasti moduloidun IF-signaalin muokkausta kuviossa 1 ja kuviossa 2 esitettyyn muotoon. Datasymbolit saapuvat digitaaliseen modulaattoriin 31, joka suorittaa modulaation kyseessä olevan järjestelmän modulaatiokaavan mukaisesti. Lohkossa 32 oleva ramppigeneraattori 15 muodostaa nousevat ja laskevat reunat sin2 ja cos2-käyrien mukaisesti sekä näiden käyrien välisen tasaisen osan. Ramppigeneraattorista ja modulaattorista tulevat digitaaliset lähtösignaalit muutetaan analogisiksi signaaleiksi digitaali-analogiamuuntimissa 33 ja 36. Suuritaajuisten näytteytyskompo-nenttien poistamiseksi analogiasignaalit suodatetaan alipäästösuodattimissa 20 37 ja 38, jonka jälkeen analoginen moduloitu signaali kerrotaan analogisessa kertoimessa 35 analogisella ramppisignaalilla purskeen nousun ja laskun loiventamiseksi. Kerto- ja lähtösignaali on analoginen moduloitu IF-signaali jonka tehon nousu ja lasku on muodostettu rampiksi.

Kuvio 4 esittää toista digitaalista modulaattoria. Datasymbolit saa-* 25 puvat digitaaliseen modulaattoriin 41, joka suorittaa järjestelmän mukaisen modulaation ja tuottaa I- ja Q-signaalit. Nämä signaalit muodostetaan sitten analogisiksi signaaleiksi DA-muuntimilla 43 ja 44. Suuritaajuisten näytteen otto komponenttien poistamiseksi analogiasignaalit suodatetaan alipäästösuodattimissa 410 ja 411, jonka jälkeen l-signaali ja analoginen Q-signaali 30 muunnetaan välitaajuudelle sekoittimissa 45 ja 46. Sekoitustuloksena saadut I- ja Q-summasignaalit lasketaan yhteen analogisessa summaimessa 47 jolloin saadaan summasignaali.

Ramppigeneraattori synnyttää lohkossa 42 ramppisignaalin, toisin sanoen nousevat ja laskevat reunat jotka ovat sin2 ja cos2-käyrän mukaiset 35 sekä niiden välisen tasaisen osan. Tämän jälkeen digitaalinen ramppisignaali . muunnetaan analogiseksi signaaliksi muuntimessa 48. Suuritaajuiset näyt- » · · 3 107478 teistyskomponentit suodatetaan alipäästösuodattimessa 412, jonka jälkeen analoginen moduloitu summasignaali kerrotaan kertoimessa 49 analogisella ramppisignaalilla IF-purskeen nousun ja laskun loiventamiseksi. Kerto- ja lähtösignaali on analoginen moduloitu IF-signaali.

5 Molemmille yllä kuvatuille tekniikan tason mukaisille ratkaisuille on yhteistä sekä modulaation että ramppisignaalin muodostaminen digitaalisesti ja digitaalisten tulossignaalien muuntaminen analogiatasoon ennen kertomista. Kuitenkin alalla on suuntaus toteuttaa kaikki prosessit digitaalitasossa. Erään mahdollisen digitaalisen ramppigeneraattorin generaattorin toteutta-10 misen paremmin ymmärtämiseksi luodaan lyhyt katsaus matemaattiseen taustaan.

Purskesignaalia voidaan pitää alkuperäisen moduloidun signaalin m(t) ja jaksoittaisen kytkentäsignaalin sw(f) tulona. Purskesignaalin spektri on näiden kahden signaalin spektrien konvoluutio taajuustasossa.

15 Suorakulmaiselle kytkennälle, toisin sanoen ilman cos2/sin2 - muotoilua, pätee kaava (1): w(f) = M<j-fcysW(j) = KYJ w-Λ-»/,) . - 0) «=—oo g ~ jossa * merkitsee konvoluutiota, fc on kantoaaltotaajuus, 20 fg on purskeen veräjöintinopeus, ron purskeen pituus ja K on verrannollisuus vakio.

Cos2/sin2 -kytkennälle, toisin sanoen cos2/sin2 -muotoilulle, pätee kaava (2): ” sinmf„(r- or) cosπαηί0 25 Ψ(/) = ΚΣ W-Λ -Ο-,, ' (2) mfg(T-a) 1-(2 anfg) jossa a on ramppiaika.

Jaksoittaisen purskesignaalin spektri sisältää äärettömän määrän sekundaarisia spektrisuikaleita joilla on sama muoto kuin M(/):llä, joita erottaa purskeen veräjöintinopeus fg ja joilla on laskevat amplitudit. Koska kaa-30 vasta (2) tuloksena olevat sekundaariset spektrisuikaleet laskevat nopeammin kuin suikaleet jotka ovat tuloksena kaavasta (1), käytetään cos2/sin2-kytkentää.

• · 4 4 107478

Purskeen nousun loiventamiseksi käytetään seuraavaan kaavaa: (A - dc) sin(^)2 + dc, (3) jossa Tr merkitsee rampin kestoa, t on [0 Tl 5 -A on moduloidun signaalin verhokäyrä ja dc on dc offset joka asettaa tehon alkutason kuviossa 1.

Purskeen laskun loiventamiseksi käytetään seuraavaa kaavaa (4): (A-dc)cos(^l)2 +dc. (4)

Kuvio 5 esittää kaavoihin (3) ja (4) perustuvaa tunnetun tekniikan 10 tason mukaista ramppigeneraattoria ja lähtötehon säädintä. Kaavan (3) mukaiset sin2-arvot tai kaavan (4) mukaiset cos2 -arvot on tallennettu lukumuis-tiin (ROM) 51. Digitaalista kertojaa 52 käytetään säätämään amplituditasoa, toisin sanoen arvoa (A - dc). Summain 53 asettaa dc offsetin, toisin sanoen kaavan viimeisen tekijän. ROM muistin koko on likimain (fdk x Tr) x outw, 15 jossa fclk on digitaalisen IF modulaattorin kellotaajuus (näytteistystaajuus), Tr on pulssin kesto ja outw on kertojan tulon leveys.

Tämän tunnetun ramppigeneraattorin eräs epäkohta on, että digitaalisten IF modulaattoreiden suuren kellotaajuuden vuoksi muistin koko on suuri. Esimerkiksi mikäli kellotaajuus on 52 MHz ja rampin kesto on 14 H, 20 silloin muistin koko on likimain 728 x 12 bittiä, lisäksi tarvitaan kertoja ylimääräisenä komponenttina asettamaan lähtötehon taso.

Toinen mahdollinen tapa toteuttaa ramppigeneraattori ja lähtöte-honsäädin on käyttää FIR-suodatinta (Finite Impulse Response). FIR-suodattimien tappien lukumäärä on fdk x Tr, jossa fc,k on digitaalisen IF modu-25 laattorin kellotaajuus ja Tr on pulssin kesto. Toteutuksen eräs epäkohta on, että IF modulaattoreissa käytetyn suuren kellotaajuuden (näytteistystaajuu-:·, den) johdosta FIR-suodattimessa on paljon tappeja. Sen vuoksi sin2 ja cos2 - funktioiden toteuttaminen suodattimia käyttäen on kompleksista. Esimerkiksi käyttäen edellä mainittuja arvoja, toisin sanoen kellotaajuus on 52 MHz ja 30 rampin kesto on 14 Fs, FIR-suodattimen tappien lukumäärä 728.

5 107478

Keksinnön yhteenveto Tämän keksinnön tavoitteena on aikaansaada lähtötehon säädöllä varustettu digitaalinen ramppigeneraattori joka on helppo toteuttaa ja joka 5 vaatii minimi määrän standardikomponentteja ja jossa ei tarvita sin2 ja cos2 -muisteja tai digitaalisia suodattimia.

Toisena tavoitteena on aikaansaada lähtötehon säädöllä varustettu digitaalinen ramppigeneraattori joka tuottaa digitaalisen lähtösignaalin, joka voidaan suoraan kertoa digitaalisen modulaattorin tuottamalla digitaali-10 sella moduloidulla signaalilla.

Vielä eräänä tavoitteena on aikaansaada sisäisellä tehonsäädöllä varustettu digitaalinen ramppigeneraattori jossa generaattori ja tehonsäätö muodostavat toiminnallisesti erottamattoman integroidun yksikön.

Tämä keksintö perustuu sin2 ja cos2 -käyrien matemaattiseen 15 edelleen kehittelyyn, jotka käyrät esittävät purskeen nousua ja laskua. Yksinkertaistamalla sin2/cos2 -käyriä edustavat funktiot funktioiksi jotka esittävät yksinkertaisia sin/cos -käyriä on mahdollista toteuttaa sähköinen vastinpiiri, joka käsittää muutamia peruskomponentteja, ja joka siitä huolimatta seuraa sin2/cos2 -funktiota hyvin.

20 Lähtötehonsäädöllä varustetun ramppigeneraattorin sähköisen vastinpiirin ydin on toisen kertaluvun suoramuoto takaisinkytkentärakenne, joka muodostaa digitaalisen sinioskillaattorin. Rakenne on sellaisenaan tunnettu ja tuottaa lähtöjakson, joka on puhtaan siniaallon näytteistetty versio amplitudiarvoineen. Oskillaattorin kahden tilamuuttujan alkuarvot valitaan 25 siten että ne molemmat sisältävät ennalta määrätyn ensimmäisen vakioarvon. Ensimmäinen vakioarvo ilmaantuu oskillaattorin generoiman puhtaan siniaallon amplitudiarvoon. Erityisesti ensimmäinen vakioarvo on yhtä suuri kuin rampin nimellistehotaso A miinus dc offset-arvo, jolloin dc määrittää nousevan rampin aloitustehotason ja laskevan rampin asettumistehotason.

„ .. 30 Dc-arvoa voidaan myös nimittää perusarvoksi.

Toinen vakioarvo, joka on yhtä suuri kuin rampin haluttu nimellis-taso, ja yllä mainittu dc offset lisätään oskillaattorin lähtöön. Valitsemalla ensimmäinen ja toinen vakioarvo huolellisesti, aiheuttaa yhteenlaskuoperaa-tio nousevan rampin lähtevän tasosta 21dc ja päättyvän tasoon 21A. Vastaa-35 vasti yhteenlaskuoperaatio aiheuttaa laskevan rampin lähtevän tasosta 21A ja päättyvän tasoon 21dc.

6 107478

Lopuksi tulos skaalataan niin, että nimellistehotaso tulee olemaan A ja nousevan rampin lähtötaso ja laskevan rampin päätöstaso tulee olemaan dc.

Rampin noustua ennalta määrättyyn nimellistehotasoon pidetään 5 lähtötehotaso vakiona aina siihen hetkeen asti kun ramppi alkaa laskea.

Ehdotettu digitaalinen ramppigeneraattori ja tehonsäädin voidaan toteuttaa kahdella kahden sisääntulon summaimella, kahdella viiveellä, mul-tiplekserillä ja kiinteällä kertojalla joka voidaan toteuttaa (N-1) summaimilla, jossa N on vakion ei nolla bittien lukumäärä. Ehdotettu ramppigeneraattori ja 10 lähtötehonsäädin säästää laitteistoa verrattuna perinteisiin menetelmiin. Lisäksi koska ehdotettu ramppigeneraattori ja lähtötehonsäädin ei tarvitse muistia eikä kertojia, se voidaan toteuttaa standardikomponentteina.

Kuvioluettelo 15 Keksintöä selostetaan tarkemmin oheisten piirustusten avulla jois sa

Kuvio esittää purskeen nousevaa reunaa;

Kuvio 2 esittää purskeen laskevaa reunaa;

Kuvio 3 esittää tekniikan tason mukaista modulaattoria ja ramppigeneraat-20 toria;

Kuvio 4 esittää toista tekniikan tason mukaista modulaattoria ja ramppige-neraattoria;

Kuvio 5 esittää tekniikan tason mukaista digitaalista ramppigeneraattoria Kuvio 6 on keksinnön mukaisen ramppigeneraattorin lohkokaavio; 25 Kuvio 7 on keksinnön mukaisen ramppigeneraattorin toinen suoritusmuoto;

Kuvio 8A esittää lähdön virhettä kun käytetään katkaisua;

Kuvio 8B esittää lähdön virhettä kun käytetään pyöristystä;

Kuvio 9 esittää laskevan rampin profiilia ja 30 Kuvio 10 esittää nousevan rampin profiilia.

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Keksinnön mukaisen ramppigeneraattorin matemaattinen tausta perustuu tunnettujen cos2ja sin2-funktioiden kaavojen edelleen kehittelyyn. 1 • · 7 107478 Käyttämällä trigonometrisiä yhteneväisyyksiä aikaisemmin esitetty funktio (3), jota käytetään purskeen nousun loiventamiseen, voidaan järjestää seuraavasti: li rt ) — (A + dc) + (A - dc) cos(--l· π) . (5) 2 V Tr ) 5 Ajan hetkellä t=0 funktion arvo on dc, ja ramppiajan Tr kuluttua funtion arvo on A. Dc on niin muodoin offset-arvo joka asettaa tehon aloitustason ja A on tehon taso, jonka ramppi saavuttaa lopussa (katso kuvio 1). Sen vuoksi ramppigeneraattorin lähtötehon tason asetus toisin sanoen purskeen nimel-listehon tason asetus voidaan tehdä säätämällä arvoa A. On olennaista 10 huomata, että kaavassa (5) kosinitermi ei ole korotettu potenssiin joten se voidaan toteuttaa sinioskillaattorilla.

Vastaavasti käyttäen trigonometrisiä yhtäläisyyksiä voidaan funktio (4), jota käytetään purskeen laskun tasoittamiseen järjestää seuraavalla tavalla: \ ( πt\ 15 - (A + dc) + (A - dc) cos(——) , (6) 2 V Tr )

Ajan hetkellä t=0 kun ramppi alkaa pudota, funktion arvo on A ja ramppiajan Tr kuluttua arvo on dc. Toisin sanoen dc on offset-arvo, joka asettaa tehota-son rampin jälkeen, ja A on tehotaso, jolta ramppi alkaa laskea (katso kuvio 1). Tässäkään yhtälössä kosinitermi ei ole korotettu toiseen potenssiin, joten 20 se voidaan toteuttaa sinioskillaattorilla.

Kuvio 6 kuvaa lähtötehonsäädöllä varustettua ramppigeneraatto-ria, joka toteuttaa yllä mainitut kaavat (5) ja (6). Piiri käsittää digitaalisen sinioskillaattorin 60, summaimen 68, skaalaajan 66 ja MUX 67:n.

Tämän rakenteen ydin, digitaalinen sinioskillaattori 60, on toisen 25 kertaluvun suoramuoto takaisinkytkentärakenne joka on sellaisenaan tunnettu. Se tuottaa yhtälöiden (5) ja (6) kosinitermin ja kosinitermin amplitudin A-dc. Summain 68 lisää vakioarvon A+dc oskillaattorin lähtöön.

Oskillaattorin toimintaa selostetaan nyt tarkemmin selostamalla oskillaattorin toiminnan matemaattista perustaa viitaten kuvion 6 piirielement-30 teihin.

Kaavion (5) ja (6) kosinitermin tuottava digitaalinen sinioskillaattori 60 toteutetaan seuraavalla toisen kertaluvun differenssiyhtälöllä: • · 8 107478 χ2 (n + 2) = a x2 (n +1) - x2 (n). (7)

Kuvio 6 kuvaa toisen kertaluvun suoramuoto takaisinkytkentä rakenteen signaalivuokaaviota, kun tilamuuttujat ovat χή(η) ja x2(n). Tilamuuttuja x,(n) on viivelohkon 62 tulo ja tilamuuttuja x2(n) on tämä lohkon lähtö. 5 Viivelohko 62 voidaan toteuttaa rekistereillä. Kuten on esitetty tilamuuttuja xt(n) on myös lohkon 63 tulona, joka lohko kertoo sen vakiolla a, kun taas x2{n) johdetaan lohkoon 64, joka kääntää tulosignaalin toisin sanoen kertoo sen vakiolla -1. Lohkojen 63 ja 64 lähdöt johdetaan kaksituloiseen sum-maimeen 65. Tuloksena oleva summa, joka on kaavan 7 oikeanpuolimmai-10 nen osa, johdetaan sitten viivelohkoon 61, joka voidaan toteuttaa rekistereillä. Tuloksena olevaan summaa on merkitty x2(n+2) kuviossa 6.

Kuten kuviossa on esitetty, kahta tilamuuttujaa sitoo toisiinsa yhtälö: x, (ή) = x2(n +1). (8) 15 Ratkaisemalla yhtälön (7) yksisuuntainen z- muunnos x2{h) :n suh teen johtaa kaavaan x2(z)-f ~apL^ + ^°l (9) z -az+1 jossa x/0) on tilamuuttujan alkuarvo toisin sanoen tuloviive lohkoon 62, ja x2(0) on tilamuuttujan x2(n) alkuarvo toisin sanoen viivelohkon 62 lähtöpiste.

20 Identifioimalla toinen tilamuuttuja lähtömuuttujana saadaan y(n) = x2(n), (10) kuten on esitetty kuvioissa 6 ja valitsemalla nimittäjävakio α olemaan a = 2cos#0, θ0=ω0Τ = 2π/0//Μ, (11) jossa f0 on oskillaattorin taajuus ja fclk on näytteenotto taajuus ja valitsemalla 25 tilamuuttujien arvoiksi ;·. jc,(0) = ,4*cos0o, x2(0) = A*, whereA* = A-dc (12) saadaan yhtälöstä (9) lähtösignaaliksi diskreettiaikainen sinifunktio: A * (z2 - cos#0z) Y(z) = ---°—T (13) z2 -2cos60rz + r2 ·· « 9 107478 Tällä lähtösignaalilla Y(z) on kompleksi konjugaattinavat p = r expfijPo), ja yksikkönäytevaste y(ri) - A *rn cos(n0Q), n~0 (14)

Mikäli navat sijoitetaan yksikköympyrälle toisin sanoen asettamal-5 la r = 1, silloin yksikkönäytevaste on y(n) = A*cos(n0), n> 0 (15) Tällöin toisen kertaluvun järjestelmän impulssivaste, kun kompleksi konjugaattinavat on yksikköympyrälle, on siniaalto.

Mielivaltainen alkuoffset Φ0 voidaan toteuttaa, nimittäin 10 y(n) - A*cos(θ0η + φ0) (16) valitsemalla alkuarvot: *i (0) = Λ * cos(#0 + φ0) (17) ^2 (0) = A* cos(^0). (18)

Yllä johdetut kaavat osoittavat, että mikä tahansa reaaliarvoinen 15 sinioskillaattorisignaali voidaan toteuttaa kuvion 6 mukaisella toisen kertaluvun rakenteella. Digitaalisen oskillaattorin alkuvaiheen offsetit ovat 0 laskevalle reunalle ja π nousevalle reunalle. Tilamuuttujien x^n) ja x2(n) alkuarvot näille vaiheoffseteille lasketaan yhtälöistä 17 ja 18.

Siten alkuarvot laskevaa ramppia (Φ0= 0) ovat 20 χ,(0)= (A-dc)cos(e0) x2(0)= (A-dc).

Nousevaa ramppia (Φ0= π) alkuarvot ovat Xi(0)= -(A-dc)cos(e0) x2(0)= -(A-dc).

25

Nousevan rampin alkuarvot ovat laskevan reunan alkuarvojen negaatiot.

Ideaali oskillaattorin lähtösekvenssi y(n) on puhtaan siniaallon näytteistetty versio. Kulma ®0, jota edustaa oskillaattorivakio, on θ0=2 π/0Τ, (19) 30 jossa f0 on haluttu taajuus jaksoilla sekunnissa. Todellisessa toteutuksessa kertojavakio cos®0 oletetaan käsittävän 6 + 2 bittiä. Erityisesti, yksi bitti on . etumerkkiä varten, yksi bitti on kokonaisosaa varten, ja b bittiä on jäljellä ·*· 10 107478 olevaa murto-osaa varten kun käytetään kiinteän pilkun numeroesitystä. Tällöin vakion 2 cos®0 suurin arvo, joka voidaan esittää, on (2 - 2'b). Tämä vakion arvo antaa pienimmän ®mjn arvon, joka voidaan toteuttaa suoramuun-nos digitaalisella oskillaattorilla käytettäessä b bittiä: 5 Ö.,„=cos-' i(2-2-‘) . (20),

Sen vuoksi pienin taajuus jonka oskillaattori voi tuottaa on U=^-U, (21) 2π jossa fclk on kellotaajuus (näytteenotto taajuus).

Olkoon esimerkkinä b - 25 bittiä. Suurin oskillaattorivakio (2 10 cose0) on 67108863/33554432, jolloin Qmin = cos'1(67108863/67108864) Ä 0.00017263. Mikäli kellotaajuus fclk on 52 MHz ja b = 25, silloin fmin Ä 1.43 kHz.

Rampin jakson aikana vaiheen muutos yhtälössä 5 ja 6 on π ja sen vuoksi vaadittu lähtötaajuus on 15 Λ=^Γ· (22)

Pienin taajuus fmjn pitäisi olla alle f0. For Tr = 14 ^s, f0K 35.71 kHz.

Viitaten kuvioon 6 kosinitermi kaavoissa (5) ja (6) toteutetaan sini-oskillaattorilla, joka ratkaisee toisen kertaluvun differenssiyhtälön. Digitaalisen oskillaattorin amplitudiarvo A* valitaan olemaan sama kuin A-dc, jolloin A 20 on ramppisignaalin haluttu nimellistehotaso ja dc on taso, josta nouseva ramppi lähtee ja johon laskeva ramppi päättyy. Digitaalisen oskillaattorin alkuvaihe offsetit ovat 0, kun muodostetaan laskevaa ramppia, ja π, kun muodostetaan nousevaan ramppia. Sen vuoksi on huomattava, että valittaessa arvotaulukosta arvo A-dc valitaan digitaalisen ramppisignaalin haluttu 25 tehotaso. Asettamalla digitaalisen oskillaattorin alkuvaiheoffset nollaksi, oskillaattori generoi laskevan rampin signaalin, ja valitsemalla alkuvaihe offsetolemaan π oskillaattori generoi nousevan rampin signaalin.

Oskillaattorin digitaalinen lähtösignaali on (A-dc)cos(nö0 + Ψ0). Kuitenkin kaavojen (5) ja (6) vaatimusten täyttämiseksi tekijä A+dc täytyy lisätä 30 tähän digitaaliseen lähtösignaaliin. Tämän vuoksi lähtösignaali ja signaali, jolla on arvo A+dc johdetaan kaksituloiseen summaimeen 68 (katso kuvio 6).

n 107478

Summaus tuottaa ramppisignaalin, jonka amplitudi on kaksi kertaa niin suuri kuin vaaditaan. Tämän vuoksi ramppisignaali johdetaan skaalaajaan 66 joka tekee tulevaan digitaalisen ramppisignaaliin binaarisiirroksen 2'1. Skaalaaja voidaan toteuttaa langoittamalla.

5 Lopuksi digitaalinen ramppisignaali johdetaan lohkoon 67. Lohkon tarkoituksena on ylläpitää saavutettu signaalin tehotaso täsmälleen halutulla nimellistehotasolla A modulaatiojakson ajan. Lohko 67 voidaan muodostaa multiplekserillä (MUX), jonka lähtösignaali on lukittu tulosignaaliin rampin nousun ja laskun ajan. Niin muodoin kun ramppi alkaa nousta valintasignaali 10 SEL pitää MUX:in tilassa, joka sallii skaalaimelta 66 tulevan signaalin ilmestyvän MUX.in lähtöporttiin. Kun laskeva ramppi on saavuttanut nimellisteho-tason A, valintasignaali SEL muuttaa tilaansa. Vasteena muutokselle signaali, joka on johdettu multiplekserin lähtöportista takaisin tuioporttiin, johdetaan jälleen lähtöporttiin, jolloin signaali OUT pysyy vakiona. Vastaavasti kun 15 laskeva reuna alkaa valintasignaali SEL muuttaa tilaansa jälleen, jolloin lähtevä ramppi johdetaan MUX:in 67 lähtöporttiin.

Tehonsäätö toteutetaan skaalaamalla ramppikurvia oskillaattorin sisällä. Siniaallon amplitudia kontrolloidaan tekijällä A. Esimerkiksi GSM 900/DCS 1800-järjestelmässä alasuunnan dynaaminen tehonsäätö käyttää 20 16 tehotasoa 2 dB:n erotuksella. Tehonsäätöalue on 0...-32 dB, jolloin 0 dB

taso on nimellinen maksimiteho. Ylimääräinen 2 dB:n alue varataan lähettimen analogiaosien vahvistuksen stabilointiin. Lisäksi tähän tarkoitukseen käytetään tehonsäädön hienosäätö askelta (0.25 dB). Sen vuoksi amplitudin A* alkuarvo on välillä 0.0251 - 0.999.

• · 25 Mikäli ramppiaika on muuttuja tarvitaan täysin rinnakkaisia kerto jia. Kiinteää ramppiaikaa tarvitseville sovelluksille ei tarvitse täyttää rinnak-kaiskertojaa joka tuhlaa piipintaa. Kiinteän binääriluvun kertominen voidaan toteuttaa N-1 summaimella, jossa N on vakion ei nolla bittien lukumäärä.

Mikäli kellotaajuus on 52 MHz, oskillaattorin lähtötaajuus on 35.71 30 kHz ja b on 25, silloin vakio 2 cos(2nyfcik) on 1.99998137757162 (011111111111111110110001111)2. Tämä vaatii 22 summainta.

Kuvio 7 esittää modifioidun ramppigeneraattorin ja lähtötehon säätimen lohkokaaviota. Kuvioon 6 verrattuna se sisältää ylimääräisen kak-sisisääntuloisen summaimen 78 ja lohkon 73, joka kertoo muuttujan x1(n) 35 vakiolla 2. Lohkoissa 74 ja 75 kertojavakiot ovat 2(1-cos^) ja 1, vastaavasti.

• · · 12 107478

Suoranmuuntoisen digitaalisen oskillaattorin laitteisto kompleksisuuden alentamiseksi voidaan kirjoittaa: 2 cos(0) = 2 - 2'hl kA1 (2 - 2cos(0)) j J il (23) jossa bl - log2 ——-— ,

L 2(1 cos0)J

ja [r] on pienin kokonaisluku joka on suurempi tai yhtä suuri kuin r. Vakio (2-5 2cos{Z!lfcJf!.lk)) on 0.00001862 (000000000000000001001110000)2. Sum-maimien kokonaislukumäärä vakion 2 cos(2 π alenee luvusta 22 lukuun 4. Vakio muodostetaan kertomalla pieni murto-osa (2-2 οο5(2π Vfc/fc)) tekijällä 2b\ jossa b1 on 15. Tämä alentaa laitteistokompleksisuutta alentamalla summaimissa tarvittavaa maksimisanapituutta. Jotta kokonaisvahvistus pi-10 elettäisiin muuttumattomana, täytyy summaimien lähtö kertoa tekijällä 2'b\ Summainten lukumäärää voidaan alentaa edelleen käyttämällä Canonic Signed Digit (CSD) lukuja.

Keksinnön mukaisen ramppigeneraattorin lähdön virhe muodostuu kahdesta komponentista 15 e(«) = e,(n) + e2(n), (24) jossa e^n) on ramppigeneraattorin lähdön kvantisoinnista johtuva virhe, e2(n) on virhe joka on kumuloitunut digitaalisessa oskillaattorissa rekursiivisten laskutoimitusten tuloksena.

Komponentin e,(/?) rajat ovat 20 -2~c < ¢) < 0, (25) katkaisua varten ja 2"c 2~c ~Ύ<βι 2' (26) pyöristystä varten ja c ovat ramppigeneraattorin ja tehotasonsäätimen murto-osabitit.

25 Digitaalisessa oskillaattorissa saadaan toisen kertaluvun systee min nolla-tulovasteen y(n) ohella nollatilan vaste yen(n) johon on syynä sa-tunnaissekvenssi e2(n) joka vaikuttaa tulosignaalina. Kaavasta (7) saadaan y(n + 2) = a y(n + 1) - y(ri) + e2 (n), (27) ja z-muunnoksella is 107478 W-W1!) + KJz), (28) jossa Yidea{z) vastaa kaavaa (9). Lähtövirheen yen(n) z-muunnos saadaan kaavasta C(1)= , fl(Zl (29) z - 2cos#0 z +1 5 jossa E2(z) on kvantisointi virhesignaalin e2(n) z-muunnos. Muuntamalla Yerr(z) takaisin aikatasoon saadaan lähdön virhesekvenssi yerr (») = -r-T- Σ (1) sin(6'o (»-k +1)), for n >2, (30) sin^o iä jossa e2(1) ja e2(2) oletetaan olevan 0.

Kaavan (27) tietokonesimulointi ja kaavan (30) evaluointi johtaa 10 sinimuotoiseen lähtövirhesignaaliin yen(n), jonka taajuus on sama kuin signaalin yidea,{n) taajuus, mutta jonka amplitudi on pienempi kuin signaalin yideatip) amplitudi. Yhtälö (30) osoittaa, että lähdön virhe on käänteisesti verrannollinen sine0:hin. Näin ollen lähtövirhe kasvaa digitaalisen oskillaattorin taajuuden vähetessä. Mikäli käytetään katkaisua, yhtälön (30) oikenpuolim-15 mainen osa on negatiivinen koska e2(k) on negatiivinen (katso yhtälö (25)) ja sin(e0(r?-/f+1)) on positiivinen, koska digitaalinen oskillaattori generoi ainoastaan puolet siniaallon jaksosta. Sen vuoksi katkaisu johtaa suuriin lähtövir-heisiin kuten on esitetty kuviossa 8A.

Se tosiasia, että virhe on deterministinen signaali, pakottaa tutki-20 maan pahinta tapausta, joka vastaa tapausta, jolloin jokainen katkaisu kärsii maksimaalisesta absoluuttisesta virhearvosta. Siten virheen ylärajaksi tulee g λυ 21 2~h+l (M) = ^Zsin(«UM-1 + D) - sinöeSin(öo/2)»-gr. (31) jossa emax = -2 b on pahimman tapauksen katkaisuvirhe, b on digitaalisen oskillaattorin murto-osa bitit, 0<θ0«1, Μ=[π/Θ0], ja [r] on pienin 25 kokonaisluku joka on suurempi tai yhtä suuri kuin r.

Kuvio 8B esittää virhettä kun käytetään pyöristystä. Arvo e2(/c) saa positiivisia ja negatiivisia arvoja joten lähtövirhesekvenssi saa pienempiä arvoja kuin käytettäessä katkaisua. Simulaatiot osoittavat, että kumuloitunut virhe on pienempi kuin lähdön kvantisointivirhe, kun käytetään pyöristystä, b 30 on 25, ja c on 12.

• ·« 14 107478

Kuvioit 9 ja 10 esittävät nousevan ja laskevan rampin profiilia lä-hetysaikaväleissä. Katkoviivat osoittavat purskeen tehon rampin muodostuksen aikamaskia. Käyrät täyttävät täysin GSM 900/DCS 1800-järjestelmän maskit. Kytkentätransienttien vuoksi mitattu teho, joka määrittää ennen ja 5 jälkeen purskeen tapahtuvasta tehon säädöstä aiheutuvat sallitut häiriövas-teet, ei saa ylittää rajoja jotka on esitetty taulukossa I. Tarkat raja-arvot on annettu spesifikaatiossa GSM 05.05. Simuloidut tehotasot ovat riittävästi rajojen alapuolella kuten on esitetty taulukossa I.

Offset (kHz) Maksimitehon rajoitus (dBc) Simuloitu __GSM 900 pCS1800/1900 maksimiteho (dBc) 400__-57 -50__-65.09_ 600__^67__-58__-75.78_ 1200__-74__-66__-86.07_ 1800 -74 -66 -86.99 10 Taulukko I. Kytkentätransienttien spektri

Oskillaattori voidaan toteuttaa eri tavoin. Kiinteävakioiset kertojat sinioskillaattorissa kuviossa 5 voidaan korvata täysin rinnakkaisilla kertojilla joka mahdollistaa sinioskillaattorin lähtötaajuuden muuttamisen ja rampin 15 keston olevan muuttuvan. 1 · «

Claims (13)

15 107478

1. Menetelmä käyrän tuottamiseksi digitaalisessa ramppigeneraat-torissa käyrän käsittäessä: nousevan rampin, joka alkaa perustehotasosta dc ja päättyy ni-5 mellistehotasoon A nousevan rampin ollessa muotoa 7V t (A - dc) sin(-)2 + dc, jossa Tr on rampin aika, 2Tr laskevan rampin, joka alkaa nimellistehotasosta A ja päättyy pe- 7lt rustehotasoon dc, laskevan rampin ollessa muotoa (A-dc) cos(——)2 +dc, llr jossa Tr on rampin aika 10 nousevan rampin ja laskevan rampin välisen tasaisen alueen, jos sa on nimellistehotaso tunnettu askeleesta: muunnetaan trigonometrisiä yhtälöitä käyttäen nousevan rampin 1 f πί Λ muoto muotoon — (A + dc) + (A- dc) cos(— + π)

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä sisältäen lisäaskeleena ... 20 toteutetaan digitaalinen sinioskillaattori toisen kertaluvun suora- muoto rekursiivisella rakenteella, joka toteuttaa tilamuuttujien toisen kertaluvun differenssiyhtälön: x2(n+2)=2cos(27tf0/fCLK) x2(n+1) - x2(n), jossa f0 on digitaalisen sinioskillaattorin taajuus ja fCLK on näytteenottotaajuus.

2. Tr muunnetaan trigonometrisiä yhtälöitä käyttäen laskevan rampin 15 muoto muotoon ^i(A + dc) + (A-dc) cos(-^)l ja järjestetään digitaalinen sinioskillaattori kosinitermien laskemiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä käsittäen edelleen askeleen järjestetään summain laskemaan yhteen arvo A+dc ja digitaalisen sinioskillaattorin lähtösignaali.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä käsittäen edelleen 30 askeleen järjestetään skaalain skaalaamaan summaimen lähtösignaali tekijällä Vl. • i ie 107478

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä käsittäen lisäksi järjestetään välineet käyrän amplitudin pitämiseksi nimellistehota- sossa A nousevan ja laskevan rampin välillä.

6. Digitaalinen ramppigeneraattori, joka sisältää välineet käyrän 5 muodostamiseksi, käsittää nousevan rampin, jolla on cos2 -käyrämuoto, nousevan rampin alkaessa perustehotasosta ja päättyessä nimellistehotasoon, nousevan rampin ja laskevan rampin välillä olevan nimellistehoi-sen tasaisen alueen, tunnettu siitä että, 10 välineet käyrän nousevan rampin ja laskevan rampin tuottamiseksi käsittävät digitaalisen sinioskillaattorin, joka generoi nousevan rampin jolla on muoto (A-dc)cos(—+π) ja laskevan rampin jolla on muoto M (A-dc)cos(—), jossa Tr on ramppiaika, A on nimellistehotaso ja dc on pe-rustehotaso ja 15 digitaalinen sinioskillaattori toteutetaan toisen kertaluvun suora- muoto rekursiivisella rakenteella, jonka sisällä lasketaan kosinitermit ja joka toteuttaa tilamuuttujien toisen kertaluvun differenssiyhtälön: x2(n+2)=2cos(27tf0/fCLK) x2(n+1) - x2(n), jossa f0 on digitaalisen sinioskillaattorin taajuus ja fCLK on näyttöönottotaajuus.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen ramppigeneraattori, tunnet tu siitä että toisen kertaluvun suoramuoto rekursiivinen rakenne käsittää ensimmäisen viive-elementin (61), joka tuottaa tilamuuttujan x2(n+1), ja toisen digitaalisen viive-elementin (62), joka tuottaa tilamuuttujan x2(n), viive-elementtien ollessa kytketty sarjaan, 25 ensimmäisen digitaalisen kaksisisääntuloisen summaimen (65), joka tuottaa tilamuuttujan x2(n+2) johdettavaksi ensimmäiseen viive-elementin tuloon, ensimmäisen digitaalisen kertojan (63) joka kertoo ensimmäisestä viive-elementistä (61) saadun tilamuuttujan x2(n+1) tekijällä 2003(27%^^), 30 ensimmäisen kertojan lähdön ollessa kytketty digitaalisen kaksisisääntuloisen summaimen toiseen tuloon, toisen digitaalisen kertojan (64), joka kertoo toisen viive-elementin (62) lähdöstä saadun tilamuuttujan x2(n) tekijällä -1, toisen kertojan lähdön ollessa kytketty digitaalisen kaksisisääntuloisen summaimen toiseen tuloon. « · 17 107478

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen digitaalinen ramppigeneraatto-ri, tunnettu siitä että tilamuuttujan (x2(n)) alkuarvo toisen viive-elementin lähdössä on A-dc ja tilamuuttujan x2(n+1) alkuarvo toisen viive-elementin (62) tulossa on 5 (A-dc) cos(2πί(/ί0ίΚ), jolloin toisen kertaluvun suoran muunto rekursiivisrakenteen yk-sikkönäytevaste y(n) on digitaalinen sinisignaali joka on yhtä suuri kuin (A-dc) cos(nx27tf0/fCLK).

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen digitaalinen ramppigeneraatto-10 ri, tunnettu siitä että, tilamuuttujan x2(n) alkuarvo toisen viive-elementin (62) lähdössä on (A-dcJcos^o) ja tilamuuttujan x2(n+1) alkuarvo toisen viive-elementin tulossa on (Α-0ο)οο8(2πί(/ίοικ+ Φ0), jossa Φ0 on mielivaltainen alku offset, jolloin toisen kertaluvun suoranmuunto rekursiivisen rakenteen yk-15 sikkönäyte vaste y(n) on digitaalinen sinisignaali jolle pätee (A-dc) cos(nx2Kfo/fCLK + Φ0)-

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen digitaalinen ramppigeneraat-tori, tunnettu siitä että välineet käyrän muodostamiseksi käsittävät edelleen toisen digitaalisen kaksisisääntuloisen summaimen (68), jonka toiseen 20 sisääntuloon johdetaan digitaalisen sinioskillaattorin lähtösignaali ja toiseen jonka tuloon johdetaan vakio jolla on arvo A+dc, jolloin arvo A määrittelee rampin nimellistehotason.

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen digitaalinen ramppigene-raattori, tunnettu siitä että toisen digitaalisen kaksituloisen summaimen 25 (68) lähtö on kytketty skaalauselementtiin (66), joka skaalaa summaimen lähtösignaalin niin että maksimitehotaso on nimellistehotaso A.

12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen digitaalinen ramppigene-raattori, tunnettu siitä että välineet käyrän muodostamiseksi käsittävät edelleen ohjattavan pitoelementin (67), joka siirtää suoraan sen lähtöön 30 skaalauselementistä saadun nousevan rampin ja laskevan rampin, mutta pitää lähtösignaalinsa tehotason nousevan rampin ja laskevan rampin välillä nimellisarvossa A, muodostaen siten tasaisen alueen nousevan rampin ja laskevan rampin väliin.

13. Patenttivaatimuksen 6 mukainen digitaalinen ramppigeneraat-35 tori, tunnettu siitä että tilamuuttujien toisen kertaluvan differenssiyhtälössä termi 2cos(2nyfCLK) kirjoitetaan muotoon • · • I 18 107478 2-2-1'[2‘'(2-cos(2^//c„))], jossa M-= [^2(,-^(2^/^/ jolloin tilamuuttuja x2(n+1) kerrotaan kahdessa rinnakkaisessa kertojassa (73, 74) ennen yhteenlaskua. · • · 19 107478