SE470455B - Anordning för kompensering av fasvridningen i återkopplingsslingan vid en kartesiskt återkopplad effektförstärkare - Google Patents

Description

20 25 30 35 <=”^ L” :I :ärr 2 e-c-a Vid en anordning för kompensering av fasvridningen i återkopp- lingsslingan vid en kartesiskt återkopplad effektförstärkare i ett sändarslutsteg, innefattande organ för kvadraturmodulering av den komplexa skillnadssignalen mellan en komplex insignal och motsvarande komplexa återkopplingssignal med en komplex module- ringssignal för bildande av en modulerad reell första signal, och organ för kvadraturdemodulering av en av effektförstärkarens ut- signal beroende modulerad reell andra signal med en komplex demo- duleringssignal för bildande av den komplexa återkopplingssigna- len, uppnås ovanstående syftemàl genom organ för detektering av ett mått på fasförskjutningen mellan den första signalen och den andra signalen samt mellan kvadraturkomponenten av den första/ andra signalen och den andra/första signalen, i och för bestäm- ning av ett mått på återkopplingsslingans fasvridning, och organ för fasvridning av någon av den komplexa modulerings-, demodule- rings-, skillnads- och återkopplingssignalen.med en den bestämda fasvridningen kompenserande fasvridning.

Ytterligare en lösning innefattar organ för detektering av ett mått på fasvridningen mellan den komplexa skillnadssignalen och den komplexa återkopplingssignalen samt organ för fasvridning av någon av den komplexa modulerings-, demodulerings-, skillnads- och återkopplingssignalen med en den bestämda fasvridningen kom- penserande fasvridning.

FIGURFÖRTECKNING Uppfinningen, ytterligare syften samt med uppfinningen uppnådda fördelar förstås bäst genom hänvisning till nedanstående beskriv- ning och den bifogade ritningen, i vilken: Fig. 1 visar ett kartesiskt âterkopplat slutsteg i en radiosän- dare utrustat med en föredragen utföringsform av en anordning enligt uppfinningen för kompensering av den i slutstegets återkopplingsslinga uppkomna fasvridningen, och Fig. 2 visar ett mera detaljerat blockschema av fasdetektorn och fasvridaren i fig. 1. 10 15 20 25 30 35 OO ih J Z) Pa.

C/“l G1 FÖREDRAGEN UTFöRINGsFoRM I figur l visas ett kartesiskt återkopplat slutsteg i en radio- sändare. För att underlätta beskrivningen bortses inledningsvis från inverkan av elementen 36, 38 och 40.

Kvadratursignaler I och Q matas till jämförare 10 respektive 12.

Jämförarnas 10, 12 utsignaler IE, Q: når via slingfilter 14, 16 varsin multiplikator 18 respektive 20. I multiplikatorn 18 mul- tipliceras utsignalen från slingfiltret 14 med en mellanfrekvens- signal IF, som t. ex. kan ha en frekvens av storleksordningen 10- 500 MHz. I multiplikatorn 20 multipliceras utsignalen från sling- filtret 16 med den i en fasdelare 22 90° fasvridna mellanfrek- venssignalen IF. Multiplikatorernas 18, 20 utsignaler summeras och tillförs via en eventuellt anordnad förstärkningsstyrning 24 en.multiplikator 26, i vilken blandning till bärvågsfrekvens sker med hjälp av en högfrekvenssignal RF, som kan ha en frekvens av storleksordningen 900 MHz. Multiplikatorns 26 utsignal leds därefter till sändarslutstegets effektförstärkare PA. Utsignalen från förstärkaren PA leds via eventuella filter till antennen.

En del av förstärkarens PA utsignal används för bildande av en àterkopplingsslinga. Denna del av förstärkarens PA utsignal leds till en multiplikator 28, i vilken nedblandning till mellanfrek- vens sker med hjälp av högfrekvenssignalen RF. Via en andra eventuellt anordnad förstärkningsstyrning 30 leds denna nedblan- dade signal till tvâ multiplikatorer 32, 34. I multiplikatorn 32 multipliceras den nedblandade signalen med mellanfrekvenssignalen IF för bildande av den ena återkopplade kvadratursignalen IF. I multiplikatorn 34 multipliceras den nedblandade signalen med den i fasdelaren 22 90° fasvridna 1nellanfrekvenssignalen IF för bildande av den andra återkopplade kvadratursignalen QF. Signa- lerna IF, Q? återföres till den andra ingången av respektive jämförare 10, 12.

I den hitintills beskrivna kopplingen har ingen hänsyn tagits till den av återkopplingsslingan åstadkomna fasvridningen.0 av de återkopplade, kvadratursignalerna IW. QF. Denna fasvridning' 0 detekteras företrädesvis av' en fasdetektor~ 36 i slutstegets n Lä. 10 15 20 25 F? » 1 1 Q :J 455 4 mellanfrekvensdel. Ett lämpligt sätt att kompensera för fasvrid- ningen 6 är att införa en fasvridare 38 som inför en kompenseran- de fasvridning -G före modulationen i multiplikatorerna 18, 20.

För den blandade utsignalen IFE från multiplikatorerna 18, 20 till fasdetektorn 36 gäller: IFE = IE^cos(mt) + QE'sin(wt) där~m är mellanfrekvenssignalens IF vinkelfrekvens. För den åter- kopplade insignalen IFF till fasdetektorn 36 gäller: IFF = IE'cos(mt+G) + QS-sin(wt+G) där 9 är den fasvridning som skall bestämmas.

För beräkning av fasvridningen G bildas kvadratursignalen till signalen IFE i fasdetektorn 36. Denna kan skrivas: IFEQ = -IE°sin(mt) + QE'cos(ut) Därefter multipliceras var och en av signalerna IFE, IFEQ med signalen IFF i fasdetektorn 34. För IFE-IFF erhålls: IFE'IFF {IE°cos(mt) + QE-sin(@t)}-{IE~cos(mt+6) + QE-sin(mt+G)} I§~cos(mt+6)cos(wt) + Q:-sin(ot+6)sin(wt) IEQE-sin(mt+6)cos(@t) + IEQE'cos(mt+6)sin(mt) %IE2-{cos(2mt+9) + cos(9)} - %Q§-{cos(2mt+6) - cos(®)} äI¿%°{sin(2æt+6) + sin(6)} + %I¿%~{sin(2mt+9) - sin(@)} %(I§+Q§)-cos(6) + ä(I§-Q§)~cos(2mt+G) + %I¿%'sin(2mt+®) På liknande sätt erhålls för IFEQ-IFF: 10 15 20 25 30 IFEQ'IFF = = {-IE-sin(mt) + QE~cos(wt)}-{IE~cos(mt+6) + QE-sin(mt+6)} = ëI§~cos(mt+0)sin(mt) + Q;-sin(mt+9)cos(mt) + -IEQE-sin(mt+®)sin(mt) + IEQE'cos(wt+6)cos(mt) -%I§°{sin(2mt+G) - sin(®)} + äQf~{sin(2wt+6) + sin(9)} äIEQE-1fcos(2wt+®) - cos(6)} + 55IEQE-{cos(2cot+6) + cos(G)} + %(I:+Q§)^sin(@) - %(I§-Q§)°sin(2mt+G) + äI¿%°cos(2mt+G) Genom lågpassfiltrering av dessa båda signaler försvinner de t- beroende termerna och återstår endast DC-komponenterna. Dessa är: %( IE2+QE2 ) ° GOSWJ) !-¿(1E2+QE2)- sinw) Ia Qe II IQ, Q9 bestämmer fasfelet (genom ekvationen: 9 = tan*(QQ/IQ) ).

Den beräknade fasvridningen, representerad av IQ, Q9, används i fasvridaren 38 för komplex fasvridning av utsignalerna från fasdelaren 22 med en fasvinkel minus G. Denna princip kallas feed-forward.

En utföringsform av fasdetektorn 36 och fasvridaren 38 kommer nu att beskrivas i detalj under hänvisning till figur 2.

I utföringsformen enligt figur 2 leds signalen IFE till en fas- delare 200, t.ex. ett Hilbert-filter. I analoga multiplikatorer 202, 204 multipliceras de uppdelade signalerna med signalen IFF.

Produktsignalerna leds till respektive lágpassfilter 206, 208 för bildande av fasfelvektorn IQ, Qe i enlighet med ovanstående formler. Multiplikatorerna 202, 204 kan exempelvis utgöras av Gilbertblandare. Felvektorn IQ, Q9 leds till ytterligare två analoga.multiplikatorer 210, 212, t.ex. Gilbert-blandare, i vilka respektive komponent multipliceras med utsignalerna från fasdela- ren 22. Därefter summeras produktsignalerna frånnnultiplikatorer- na 210, 212, och summasignalen delas upp i ytterligare en fasde- lare 214, t.ex. ett Hilbert-filter. Fasdelarens 214 utsignal ut- 10 15 20 25 30 5 5 6 gör den faskorrigerade komplexa signalen till multiplikatorerna 18, 20. Fasdetektorns funktion är_ sådan att den kan betraktas som dvs medan hårdlimiterande, amplitudinformation undertrycks fasinformation framhävs .

Vid start av systemet öppnas slingan genom att omkopplare 40 (se figur 1) öppnas. Därefter bestäms ett begynnelsevärde på 6. Under denna mätfas matas fasvridaren 38 med begynnelsevärdena IQ = l, Qg = Ie2+Qe2>>O). Under denna begynnelsefas kan även tidskonstanterna O (andra värden är också möjliga, enda villkoret är att i fasdetektorn ändras, så att insvängningsförloppet blir mycket snabbt. När begynnelsevärdet på G har bestämts sluts slingan genom att kontakterna 40 åter sluts. Insignalenerna till fas- vridaren 38 ändras därvid också till faktiskt detekterade värden.

Samtidigt kan tidskonstanterna i fasdetektorn 36 återgå till sina normala värden. Härefter arbetar systemet stabilt utan att slingan på nytt behöver öppnas. Detta förlopp upprepas varje gång sändning startas .

En fördel med den beskrivna utföringsformen av uppfinningen är att inställningstiden är mycket kort, ca 50 ns för en noggrannhet i fasvinkelbestämningen på ca 2 grader. En anledning till detta är att 9=tan"1(Q@/I9) som ger rätt resultat även för små värden på QQ/Ie. Av denna anledning kan det till och med vara möjligt att utelämna den ovan beskrivna startproceduren.

En variant på den föredragna utföringsformen utgöres av en krets i vilken fasvridaren 38 korrigerar den komplexa signalen till de- modulatorn 32, 34 istället för den komplexa signalen till modula- torn 18, 20. En nackdel med denna variant är dock bland annat att demodulatorn är känsligare för fasfel och brus.

Ytterligare varianter består i att fasvridaren 38 korrigerar sig- nalerna IE, QE respektive IF, QF. I denna variant krävs dock ena korskopplad fasvridare.

Ytterligare en lösning består i att både detekteringen och korri- geringen sker på basbandet. I en sådan utföringsform mäts fas- vridningen mellan IE, QR och IF, QF direkt på basbandet. Detta sker 's 10 15 i: 1-1 I' “Ä 7 s., genom komplex multiplikation av dessa båda signaler och lågpass- filtrering av den komplexa utsignalen. Korrigeringen kan sedan ske på basbandet med hjälp av spänningsstyrda förstärkare, antingen direkt efter sligfiltren eller vid ingången till jäm- föraren. En korskopplad fasvridare erfordras. En nackdel vid denna utföringsform i förhållande till den föredragna utförings- formen enligt figur 1 och 2 är dock att inställningstiden ökar från cirka 50 nanosekunder till några millisekunder genom att basbandssignalerna har betydligt lägre frekvens än signalen IF, så att de summafrekvenser som skall bortfiltreras blir betydligt lägre.

En fördel med de beskrivna lösningarna är att den lämpar sig för implementering såsom en funktion i en integrerad krets.

Fackmannen inser att olika förändringar och modifieringar av uppfinningen är möjliga utan att dessa faller utanför uppfin- ningens ram, vilken definieras av de bifogade patentkraven.

Exempelvis kan uppfinningen utövas i RF-området om ingen mellan- frekvensdel används.

Claims (7)

455 10 15 20 25 30 8 PATENTKRAV

1. Anordning för kompensering av fasvridningen (6) i återkopp- lingsslingan vid en kartesiskt àterkopplad effektförstärkare (PA) i ett sändarslutsteg, innefattande organ (18, 20, 22) för kvadraturmodulering av den komplexa skillnadssignalen (IE, QE) mellan en komplex insignal (I, Q) och motsvarande komplexa âterkopplingssignal (IF, QF) med en komplex moduleringssignal för bildande av en modulerad reell första signal (IFE), och organ (22, 32, 34) för kvadraturdemodulering av en av effekt- förstärkarens (PA) utsignal beroende modulerad reell andra signal (IFF) med en komplex demoduleringssignal för bildande av den komplexa àterkopplingssignalen (IF, QF), k ä n n e t e c k n a d av (a) (b) organ (36) för detektering av ett mått på fasförskjut- ningen mellan den första signalen (IFE) och den andra signalen (IFF) samt mellan kvadraturkomponenten av den IFF) och den andra/första (IFF, IFE) signalen, i och för bestämning av ett mått första/andra signalen (IFE, (IQ, Qe) på återkopplingsslingans fasvridning (6), organ (38) för fasvridning av någon av den komplexa modulerings-, demodulerings-, skillnads- och återkopp- lingssignalen med en den bestämda fasvridningen (9) kom- penserande fasvridning.

2. Anordning för kompensering av fasvridningen (G) i återkopp- lingsslingan videnxkartesiskt återkopplad.effektförstärkare (PA) i ett sändarslutsteg, innefattande organ (18, 20, 22) för kvadraturmodulering av den komplexa skillnadssignalen (IE, QE) mellan en komplex insignal (I, Q) och motsvarande komplexa âterkopplingssignal (IF, QF) med en W 1 vw 10 15 20 25 30 9 áfïn 4r-r “ ' @C)Û komplex moduleringssignal för bildande av en modulerad reell första signal (IFE), och organ (22, 32, 34) för kvadraturdemodulering av en av effekt- förstärkarens (PA) utsignal beroende modulerad reell andra signal (IFF) med en komplex demoduleringssignal för bildande av den komplexa àterkopplingssignalen (IF, QF), k ä n n e t e c k n a d av (a) organ (36) för detektering av ett mått (IQ, Q9) på fasv- ridningen (6) mellan den komplexa skillnadssignalen (Iw QE) och den komplexa âterkopplingssignalen (IF, QF), (b) organ (38) för fasvridning av någon av den komplexa modulerings-, demodulerings-, skillnads- och återkopp- lingssignalen med en den bestämda fasvridningen.(9) kom- penserande fasvridning.

3. Anordning enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att fasvridningsorganet (38) innefattar två analoga multiplika- torer (210, 212) för multiplicering av real- och imaginärdelen av den komplexa utsignalen (IQ, Qe).fràn detekteringsorganet (36) med realdelen resp. imaginärdelen av nwduleringssignalen och ett Hilbert-filter (214) för uppdelning av summan av multiplikatorer- nas (210, 212) utsignaler i en l- och en Q-komponent.

4. Anordning enligt krav l och 3, k ä n n e t e c k n a d av att detekteringsorganet (36) innefattar ett tillkommandeItilbert-fil- ter (200) för uppdelning av den första/andra signalen (IFE, IFF) i en I- och en Q-komponent, två tillkommande analoga multiplika- torer (202, 204) för multiplicering av I- resp. Q-komponenten med den andra/första signalen (IFF, IFE) och tvâ làgpassfilter (206, 208) för lågpassfiltrering av utsignalerna från respektive till- kommande multiplikator för bildande av en komplex utsignal som utgör nämnda mått (IG, 09) på återkopplingsslingans fasvridning (9)- 5 5 l°

5. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a d av att moduleringssignalen är en mellanfrekvenssignal (IF).

6. Anordning enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t 'e c k n a d av att moduleringssignalen är en högfrekvenssignal (RF).

7. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a d av att den ingår som en funktion i en integrerad krets. .yà