PT619927E

PT619927E - Linearizacao de amplificacao de potencia num sistema de radio de acesso multiplo em tempo partilhado

Info

Publication number: PT619927E
Application number: PT93922524T
Authority: PT
Inventors: Stephen Thomas Valentine; Anthony Patrick Van Den Heuvel; Dragan Boscovic
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1992-11-02
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 2000-04-28
Also published as: SE9402325L; MY110064A; FI943189A; HUT68149A; HU9401972D0; PL173528B1; AT407814B; PL304341A1; NL194188C; WO1994010765A1; BR9305710A; RO119672B1; SE516994C2; CN1089415A; TR28221A; CA2126987A1; ES2098185A1; DK79394A; DE4395427T1; US5559807A

Description

'f. b. (o\C\C\^ ι

LINEARIZAÇÃO DE AMPLIFICAÇAO DE POTÊNCIA NUM SISTEMA DE RÁDIO DE ACESSO MÚLTIPLO EM TEMPO PARTILHADO

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um sistema de rádio ramificado de acesso múltiplo em tempo partilhado (AMTP) e refere-se a uma estrutura de momento para a comunicação entre rádios fixos, moveis e portáteis num tal sistema.

Antecedentes da Invenção

Os sistemas de rádio com eficácia espectral propostos actualmente, como seja o padrão Europeu proposto para os rádios ramificados digitais necessitam de amplificadores de potência muito lineares de modo a minimizar a modulação de produtos ou o “desmembramento” em canais adjacentes. Uma técnica para se conseguir o desempenho de linearidade necessário em amplificadores de potência envolve a utilização de uma sequencia de treino de linearização como a descrita na Patente dos Estados Unidos n°. 5 066 923 em nome de Motorola Inc.

Um problema deste método de linearização de amplificadores de potência advém do facto de que necessita de ser adjudicada uma quantidade finita de tempo para a sequencia de treino a ser transmitida. Nos sistemas de acesso múltiplo de divisão de tempo, a adjudicação de uma quantidade de tempo de emissão para o treino representa um custo acrescido particularmente elevado, o que reduz o rendimento total do sistema. ,Um método destinado a evitar a necessidade de adjudicar tempo de emissão excessivo ao treino está descrito no Pedido de Patente do Reino Unido n°. 2 265 269, em nome de Motorola Limited. Na disposição descrita nesse Pedido de Patente, o treino é conseguido através da utilização sem ser em tempo de emissão de um circulador e de ., 2 L*'·' .'4'·'“"' " w·"'' !

I um comutador de antena e de uma carga, em que a sequencia de treino é transmitida para a carga pelo funcionamento selectivo do comutador de antena.

Sente-se uma necessidade na técnica pela existência de uma forma de se conseguir a linearização do amplificador de potência sem que seja usada uma quantidade substancial de material adicional e com a adjudicação de uma quantidade mínima de tempo de emissão. Outros requisitos que precisam de ser estudados são um intervalo mínimo de tempo entre um pedido de transmissão e a consecução de linearidade antes da transmissão e/ou a minimização das transmissões enquanto estas não se encontram totalmente linearizadas para uma percentagem aceitavelmente baixa de todas as transmissões.

Resumo da Invenção

De acordo com a presente invenção, é fornecido um sistema de rádio compreendendo uma estação de base e uma pluralidade de unidades de rádio para comunicar em espaços de tempo de um canal de rádio com o tempo partilhado, possuindo a estação de base meios para transmitir um sinal de sincronização destinado a definir a temporização dos espaços de tempo, apresentando cada uma das unidades remotas um amplificador de potência com meios de linearização, caracterizado por o canal compreender espaços de tempo de linearização previamente determinados para a transmissão de sinais de treino de linearização, intervalados entre outros espaços de tempo e por cada unidade de rádio compreender meios para gerar um sinal de linearização de treino durante um espaço de tempo de linearização e para linearizar o seu amplificador de potência durante esse espaço de tempo de um modo antecipado e independente relativamente à transmissão de sinais durante um dos outros referidos espaços de tempo.

Ao longo desta descrição, a palavra “canal” é usada para se referir a um canal de rádio físico, isto é, a uma dada largura de banda do espectro de rádio. A expressão “canal lógico” é usada para se referir a uma serie previamente determinada de espaços de tempo num canal físico que, conjuntamente, formam uma ligação de comunicações.

J ν·'·ί V:c...r

Os espaços de tempo de linearização previamente determinados podem ser considerados como um canal lógico e a expressão "canal comum de linearização” ou “CCL” será usada para se referir a este canal lógico. A invenção tem a vantagem de todos os utilizadores do sistema usarem o canal de linearização comum para treinar os transmissores lineares. Não é relevante se sinais de treino de elevada potência forem transmitidos neste CCL pois todas as unidades do sistema se encontram sincronizadas para usar este CCL somente para esta finalidade.

Assim, o excedente de treino de transmissão linear não se toma necessário em todos os espaços de tempo (sinalização ou controlo do tráfego). É preferível que seja usado um CCL em todos os canais físicos.

Subsiste um problema quando uma unidade que deseja transmitir é concedida a um novo canal físico. A menos que os espaços de tempo CCL se encontrem presentes com muita frequência (o que teria como resultado uma grande custo acrescido de sinalização e seria contrário aos objectivos da invenção), haveria um desfasamento entre a recepção de uma ordem para sintonizar o novo canal e o espaço de tempo seguinte. Verifica-se a necessidade de permitir que uma tal unidade treine o seu amplificador de potência sem desfasamento, de modo a que possa transmitir sem desfasamento e sem desmembramento indevido para os canais adjacentes.

De acordo com uma característica preferida da invenção, cada uma das unidades remotas compreende meios para receber uma ordem num primeiro canal permitindo que a unidade transmita num segundo canal e meios para gerar um sinal de treino no inicio da transmissão no primeiro espaço de tempo seleccionado no segundo canal e sem sinal de treino aquando da transmissão em pelo menos espaços de tempo subsequentes previamente determinados nesse canal. 4

Assim, por exemplo, quando uma estação de base dá uma ordem a uma estação remota ou a um grupo de unidades remotas para se mudarem para um determinado canal físico em que esse canal físico compreende unicamente canais de tráfego lógicos, uma porção do primeiro espaço de tempo relevante que segue a ordem para se deslocar para esse canal encontra-se dedicada à linearização e a unidade que se encontra a transmitir (por exemplo, a unidade que requereu o canal) gera um sinal de treino de linearização durante a primeira porção do primeiro espaço de tempo.

Preferencialmente, todas as unidades que recebem uma ordem num primeiro canal, obrigando-as a sintonizar-se para um segundo canal por forma a receber sinais no segundo canal, geram de uma forma automática sinais de treino no espaço de tempo de linearização disponível seguinte no segundo canal e linearizam os seus amplificadores de potência durante esse espaço de tempo. Desta forma, todos os membros de um grupo, incluindo qualquer emissor ligado à estação de base através de uma linha de comunicação terrestre, encontram-se prontos para transmitir no novo canal.

Esta disposição apresenta a vantagem de permitir que as unidades sejam treinadas na nova frequência no primeiro CCL disponível nessa sequencia sem desperdiçar tempo excessivo para a linearização caso necessitem de responder à transmissão do iniciador.

Enquanto que a unidade que pediu um canal foi instruída para se mudar para o novo canal gera imediatamente uma sequencia de treino de linearização num momento que não se encontra destinado à linearização através do sistema, essa unidade é capaz de, nessa altura, se desmembrar para os canais adjacentes. A disposição reduz, contudo, ao mínimo a potência e a ocorrência de um tal treino não sincronizado. E também uma outra característica preferencial que todas as transmissões de linearização se encontrem a um nível de energia que não seja substancialmente mais elevado do que aquele que será subsequentemente usado para transmitir voz ou dados num espaço de tráfego, partindo do principio que o sistema empregua algum tipo de controlo ou de energia destinado a limitar o desmembramento de uma forma geral. Isto vai assegurar que. quando se verificar o desmembramento acidental, este se encontra a um nível tão baixo quanto possível, podendo ainda significar que sob condições de acerto de energia muito baixas pode não ser necessário qualquer treino de linearização. A técnica de treino quando não em transmissão descrita na Patente do Reino Unido n°. 2 265 269 pode ser usada durante o treino para limitar ainda mais a magnitude do desmembramento.

Uma outra característica preferencial compreende meios associados à estação de base destinados a ajustar a temporização de sincronização dos sinais de transmissão relativamente aos sinais de sincronização transmitidos pelas outras estações de base, por exemplo, a partir de sistemas não relacionados que operam em frequências adjacentes, de modo a proporcionar a coincidência entre espaços de tempo de linearização entre sistemas coexistentes.

Será agora descrita, a título meramente exemplificativo, uma forma preferencial de realização da invenção sendo feita referencia aos desenhos.

Breve Descrição da Invenção A Fig. 1 é um diagrama em blocos de uma unidade remota de rádio e de uma estação de base de acordo com a invenção; a Fig. 2 é um diagrama temporal da estrutura de momentos múltiplos de um canal de tráfego e de controlo de acordo com a presente invenção; a Fig. 3 é um diagrama temporal de um sub-espaço de canal de controlo; a Fig. 4 é um diagrama temporal do primeiro espaço de um canal de tráfego lógico.

Descrição Detalhada da Invenção 6 A Fig. 1 ilustra uma unidade remota 5 e uma estação de base 6 de acordo com a invenção. A unidade remota 5 compreende um linearizador 10, um conversor ascendente 11, um amplificador de potência 12, um circuito de rectro-alimentação 13, um conversor descendente 14, um detector de fase 15 e um ajustador de fase 16. O linearizador e o ajustador de fase encontram-se sob o controlo de um microprocessador 20. A unidade compreende ainda uma antena 21 ligada a um comutador de antena (ou quando tal se revelar adequado a um duplexor) e um receptor 24. O funcionamento geral da unidade remota é o seguinte. O comutador de antena 22 liga de um modo selectivo a antena 21 ao amplificador de potência 12 no receptor 24. Quando no modo de transmissão, o amplificador de potência 12 está ligado à antena 21 e entradas de banda de base de quadratura são introduzidas no linearizador e detectadas de um modo simultâneo pelo detector de fase 15. Após a conversão ascendente e a amplificação, uma porção do sinal amplificado é transmitida por um circuito de rectro-alimentação 13 ao conversor descendente 14. Como resposta à fase detectada pelo detector de fase 15, o microprocessador controla o ajustador de fase 16 e o linearizador 10 de modo a ajustar, respectivamente, a fase e a amplitude do circuito formado pelos elementos de 10 a 14.

De modo a conseguir o desempenho óptimo, toma-se necessário pôr o circuito de rectro-alimentação a funcionar no ponto óptimo da fase do circuito para que se consiga um funcionamento estável e um ganho máximo sem limitar a eficácia máxima. De modo a encontrar estes parâmetros óptimos, é introduzida no linearizador 10 uma sequencia de treino. A sequencia de treino apresenta preferencialmente uma forma de onda conforme descrito na Patente do Reino Unido n°. 2 265 269 e na Patente dos Estados Unidos n°. 5 066 923. O momento exacto da transmissão desta sequencia é controlado pelò microprocessador 20.

Os elementos 10 - 24 da unidade remota 5 são replicados como elementos 10 - 24 na estação de base 6. No caso da estação de base 6, o microprocessador 20’ controla a 7 7

/7 „ <V (·.} .0 .,- .? r.?,,, Ç) 5-/- ^

I sincronização e introduz de uma forma periódica sequências de sincronização no linearizador 10’ com o qual a unidade remota 5 irá sincronizar-se.

No caso de uma unidade remota (por exemplo um rádio móvel ou um rádio portátil) o microprocessador 20 irá fazer com que o comutador 22 se comute de modo a receber um modo por defeito no qual o receptor 24 irá receber sequências de sincronização de uma estação de base e a temporização será deduzida destas sequências de sincronização.

Fazendo referencia à Fig. 2, encontra-se ilustrada uma estrutura de momentos múltiplos. A estrutura de momentos múltiplos compreende um total de 18 momentos, cada um dos quais se encontra dividido em espaços. O primeiro momento encontra-se assinalado como CCAL (canais de controlo associados lentos). Cada um dos outros 17 momentos compreende quatro espaços de 110 a 113, conforme se encontra ilustrado do lado direito da figura. Três dos espaços de 110 a 113 compreendem, cada um deles, 508 bits conforme se encontra ilustrado no fundo da Fig. 2 com a designação de “canal de tráfego normal”. O quarto está subdividido em dois sub-espaços e está ilustrado na Fig. o A Fig. 3 ilustra a estrutura de um espaço de canal de controlo, que irá ser um dos sub-espaços de 111 a 113. O sub-espaço do canal de controlo apresenta a mesma extensão de um canal de tráfego. Dentro do espaço de um canal de controlo há dois sub-espaços de canal de controlo de acesso remoto, estando cada um deles ilustrado no fundo da Fig. -» j.

Conforme se encontra ilustrado à esquerda da Fig. 2, os CCAL encontram-se presentes em quatro espaços que se encontram assinalados de 115 a 118. Um tempo de treino de transmissão 120 de quatro milisegundos está presente no inicio do momento CCAL antes do primeiro espaço CCAL. O espaço de 4 milisegundos é o canal de linearização comum fornecido de acordo com a invenção. 8

A jÊ-i f. ri ,* Λ X* /5

Λ

Λ f'U

Outros canais fixos encontram-se divididos em momentos múltiplos conforme ilustrado na Fig. 2, com momentos CCAL e com espaços de tempo CCL, mas estes outros canais compreendem espaços de tráfego conforme ilustrado na Fig. 2 em vez de espaços de controlo do tipo ilustrado na Fig. 3. A vantagem de possuir um CCL reside no facto de o transmissor linear de treino excedentário ser removido de todos os espaços de tempo. O tempo de transmissão de treino de 4 milisegundos aparece agora somente uma vez por cada momento múltiplo (aproximadamente uma vez por segundo). Todos os espaços de tempo excedentários ascendentes, descendentes e de sincronização, com a excepção da primeira transmissão num canal de tráfego (descrito mais abaixo). O funcionamento usando o CCL é o seguinte. Quando um rádio é activado por um utilizador, a primeira operação é o registo no sistema. Antes de fazer qualquer transmissão, a unidade de rádio sincroniza-se primeiramente nas transmissões de base e regista os parâmetros do sistema, por exemplo, as frequências de canal, incluindo os pormenores CCL. O rádio espera então até ao aparecimento do sistema CCL e treina o seu transmissor linear durante o período de 4 milisegundos CCL. Neste momento o rádio encontra-se pronto para comunicar. A primeira transmissão num canal de tráfego noutra frequência encontra-se ilustrada na Fig. 4. Neste caso, é fornecido um tempo de treino (130) de 4 milisegundos de modo a permitir qualquer novo treino devido a uma mudança de frequência do canal. Sem este tempo de treino, uma unidade que pede um canal de tráfego e à qual é concedido um canal de tráfego numa outra frequência teria de esperar até ao espaço de tempo CCL seguinte nessa frequência sendo capaz de treinar e de transmitir. Isto pode induzir um desfasamento de 1 segundo ou mais na transmissão o que representa um desfasamento indesejável. O transmissor apresenta meios para vigiar os parâmetros críticos que afectam o seu desempenho linear como sejam a voltagem da bateria, a temperatura, a VSWR, a potência de transmissão, etc. Estes meios encontram-se descritos no Pedido de Patente n°. 9 204 497.3. quando linear, o transmissor tem somente que voltar a linearizar quando as condições de funcionamento se alteraram de tal forma que afectam de uma forma significativa os valores dos parâmetros críticos. Isto é um processo relativamente lento e geralmente não ocorre em períodos médios de entre 20 e 30 segundos. Assim, a necessidade de que um transmissor volte a treinar-se é habitualmente da ordem de cerca de uma vez por minuto e, assim, o impacto da implementação do funcionamento CCL na vida das baterias é mínimo.

Por exemplo, um transmissor de rádio em modo de espera irá vigiar os seus parâmetros críticos de acordo com as necessidades e, caso tenham ocorrido mudanças significativas nas condições de funcionamento, o rádio volta a treinar na CCL seguinte. Um transmissor no modo activo toma a sua própria decisão de manter-se no CCL durante uma chamada sem ser necessário carregar no botão de falar PTT ou sem a recepção de qualquer ordem da estação de base e sem qualquer interrupção na transmissão.

Caso uma unidade se destine a transmitir a um nível substancialmente abaixo da potência total (conforme determinada pela intensidade do sinal da sinalização de saída), pode decidir ignorar o treino na sua totalidade.

De modo a evitar interferências com os sistemas adjacentes, é fornecido um mecanismo por intermédio do qual o microprocessador 20 da estação de base detecta as interferências regulares que são indicativas de um sistema adjacente com espaços de tempo CCL regulares e, em resposta a esta detecção, o microprocessador 20 ajusta a temporização do seu relógio principal adiantando-o ou atrasando-o de modo a reduzir o intervalo mais curto entre os seus espaços CCL e os espaços CCL do sistema adjacente, até que estes espaços estejam coincidentes. Em ultima analise, todos os sistemas ao longo de uma área geográfica contínua irão sincronizar-se uns com os outros.

Em resumo, a invenção permite ao transmissor estar sempre disponível para funcionar, uma vez registado no sistema, minimizando o tempo necessário para preparar as I 10

chamadas. Adicionalmente, a remoção dos excessos de acesso tanto da ranhura como da sub-ranhura aumenta de um modo significativo a capacidade de sinalização. Habitualmente, uma capacidade bruta de sinalização superior a 44 bits de sub-ranhura no CCR pode ser conseguida através de métodos de acordo com técnicas anteriores (isto é, uma duração de sub ranhuras de 7 milisegundos com 4 milisegundos de treino linear). Com a técnica CCL um CCR pode agora suportar uma sinalização de 162 bits (em bruto).

Lisboa, - 9 p£V. 2000

O

Aaente

Oficial da

Propriedade industrial

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um sistema de rádio compreendendo: uma estação de base (6) e uma pluralidade de unidades de rádio remotas (5) para comunicar em espaços de tempo de um canal de rádio com o tempo partilhado, possuindo a estação de base meios (20’, 12’) para transmitir um sinal de sincronização destinado a definir a temporização dos espaços de tempo, e apresentando cada uma das unidades remotas um amplificador de potência (12) com meios de linearização (10, 13, 15, 16), caracterizado por o canal compreender pelo menos um espaço de tempo (120) de linearização previamente determinado destinado à transmissão de um sinal de treino, intervalado entre outros espaços de tempo em que o canal se encontra disponível como uma fonte comum para unidades de rádio remotas usando o canal e por cada unidade de rádio compreender meios (20) para gerar um sinal de treino durante pelo menos um espaço de tempo de linearização e para linearizar o seu amplificador de potência (12) durante esse espaço de tempo de um modo antecipado e independente relativamente à transmissão de sinais durante um dos outros referidos espaços de tempo.
2. Um sistema de acordo com a reivindicação l, destinado a comunicar através de uma pluralidade de canais com partilha temporal de diferentes frequências, em que cada canal compreende pelo menos um espaço de tempo de linearização destinado à transmissão de sinais de treino, intervalado entre outros espaços de tempo (110 - 113).
3. Um sistema de acordo com a reivindicação 2, em que cada uma das unidades remotas compreende meios destinados a receber uma ordem num primeiro canal permitindo à unidade transmitir num segundo canal e meios para gerar um sinal de treino e linearizar o seu amplificador de potência (12) no inicio da transmissão num primeiro espaço de tempo seleccionado do segundo canal e nenhum sinal de treino aquando da transmissão em pelo menos espaços de tempo subsequentes previamente determinados desse canal.
4. Um sistema de acordo com as reivindicações 2 ou 3, em que cada uma das unidades remotas compreende meios destinados a receber uma ordem num primeiro canal fazendo com que este se sintonize para um segundo canal para receber sinais no segundo canal, e meios para ignorar uma primeira porção de um primeiro espaço de tempo seleccionado no segundo canal.
5. Um sistema de acordo com as reivindicações 2, 3 ou 4, em que cada uma das unidades remotas compreende meios destinados a receber uma ordem num primeiro canal fazendo com que este se sintonize para um segundo canal, para receber sinais no segundo canal, e meios para gerar de um modo automático um sinal de treino no espaço de tempo de linearização seguinte que se encontra disponível no segundo canal e linearizar o seu amplificador de potência durante esse espaço de tempo.
6. Um sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, compreendendo ainda meios associados com a estação de base destinados a ajustar a temporização da transmissão de sinais de sincronização relativamente a sinais de sincronização transmitidos por outras estações de base.
7. Uma unidade de rádio para funcionamento num sistema de rádio possuindo um canal de rádio com tempo partilhado, compreendendo esta unidade de rádio: um receptor (24) destinado a receber sinais de sincronização no interior de uma estrutura de momentos múltiplos compreendendo uma pluralidade de espaços de tempo e destinado ainda a sincronizar-se com o cana} e um transmissor possuindo um amplificador de potência (12) com meios de linearização (10, 13, 15, 16), meios (20) destinados a gerar um sinal de treino de linearização, meios para introduzir uma ordem para transmitir outros sinais e meios para transmitir esses outros sinais na entrada de um tal comando, caracterizada por cada estrutura de momento múltiplo proporcionar um recurso comum para unidades remotas de rádio usando o canal de pelo menos um espaço de tempo de linerarização (120) previamente determinado, adjudicado à transmissão de um sinal de treino, J intervalado entre outros espaços de tempo para a transmissão dos referidos outros sinais e a unidade de rádio (5) compreender meios (20) destinados a gerar um sinal de treino durante pelo menos um espaço de tempo de linearização previamente determinado e linearizar o amplificador de potência durante esse espaço de tempo, independente da introdução de uma instrução para transmitir os referidos outros sinais.
8. Uma unidade de rádio de acordo com a reivindicação 7, compreendendo meios (24) destinados a receber uma ordem num primeiro canal permitindo que a unidade transmita num segundo canal e meios (20) destinados a gerar um sinal de treino e a linearizar o seu amplificador de potência no inicio da transmissão num primeiro espaço de tempo seleccionado no segundo canal e nenhum sinal de treino aquando da transmissão em pelo menos espaços de tempo subsequentes previamente determinados nesse canal.
9. Uma unidade de rádio de acordo com as reivindicações 7 ou 8, compreendendo meios (24, 20) destinados a receber uma ordem num primeiro canal provocando a sua sintonização para um segundo canal, por forma a receber sinais no segundo canal, e meios (20) destinados a ignorar uma primeira porção de um primeiro espaço de tempo seleccionado no segundo canal.
10. Uma unidade de rádio de acordo com as reivindicações 7, 8 ou 9, compreendendo meios (24) destinados a receber uma ordem num primeiro canal fazendo a sua sintonização para um segundo canal, para receber sinais no segundo canal, e meios para gerar de um modo automático um sinal de treino no espaço de tempo de linearização seguinte que se encontre disponível no segundo canal e linearizar o seu amplificador de potência durante esse espaço de tempo.
11. Uma unidade de rádio de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 10, compreendendo meios de vigilância das condições de funcionamento e meios para gerar de novo um sinal de treino durante o espaço de tempo de linearização e linearizar o 4 j amplificador de potência durante esse espaço de tempo somente como resposta aos referidos meios de vigilância das condições de funcionamento.
12. Uma unidade de rádio de acordo com qualquer uma das reivindicações de 7 a 11, compreendendo ainda meios de isolamento comutáveis destinados a reduzir de um modo selectivo as transmissões de rádio frequência durante a geração do sinal de treino de linearização. Lisboa, - 9 FEV. MOO O Agente Oficial da Propriedade Industrial

Américo da Silva Carvalho Agente Cticb! Ce Prapràviyft! Í"dll9(fiál B-Casliiiia, 201-3.® E - 1070 LISBOA Telefs. 3851339-3654613