Beschreibung
Elektronische Schaltung zur Informationsübertragung
Die Erfindung betrifft eine elektronische Schaltung zur Informationsübertragung, insbesondere zur drahtlosen Informationsübertragung, welche eine steuerbare Verstärkereinrichtung zur Ausgabe eines Verstärker-Ausgangssignals und eine Auswerteeinrichtung zur Bestimmung eines Verstärker-Steuersignals aufweist.
Derartige elektronische Schaltungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. So beschreiben beispielsweise die Veröffentlichungsschrift O00/08774 und DE 4291711 C2 jeweils eine steuerbare Verstärkereinrichtung (Fig. 112 in WO00/08774,
Fig. 2 in DE 4291711) , welche über eine Auswerteeinrichtung (Fig. 116 und/oder 122 in WO00/08774) gesteuert wird. Bei der steuerbaren Verstärkereinrichtung handelt es sich um den Endverstärker für eine Telekommunikationseinrichtung, bei wel- eher ein Telekommunikationssignal nach der Verstärkung durch den Endverstärker über eine Antenne ausgesandt wird. Die WO 00/08778 offenbart dabei ein System, bei welchem die Auswerteeinrichtung das Steuersignal zur Steuerung der Verstärkereinrichtung aus dem dem Endverstärker zugeführten zu verstär- kenden Datenstrom ermittelt, während in der DE 4291711 C2 das Steuersignal aus dem vom Endverstärker abgehenden Datenstrom bestimmt wird. Auf diese Weise kann die Einstellung des Verstärkers den spezifischen Charakteristika des Datenstroms an- gepasst werden.
Die in der genannten WO00/08774 dargestellte Verstärkerschaltung hat den Nachteil, dass zur korrekten Anpassung des Verstärkers an den eingehenden Datenstrom die Charakteristik des Verstärkers sowie die genaue Lage des jeweils gewählten Ar- beitspunktes auf eine Verstärkerkennlinie bekannt sein muss, um den Verstärker optimal regeln zu können. Dazu muss beispielsweise für den Verstärker ein komplettes Kennlinienfeld
vorliegen. Dieses muss meist für jeden hergestellten Verstärker gesondert aufgenommen werden, da sich auch baugleiche Verstärker in Details des Kennlinienfeldes - auf die es hier ankommt - unterscheiden können. Zudem hängen die Eigenschaf- ten des Verstärkers bzw. seines Kennlinienfeldes von weiteren äußeren Parametern ab, wie beispielsweise der Temperatur oder der Anpassung des Verstärkers an eine eventuell vorhandene Antenne. Zur optimalen Steuerung des Verstärkers ist es daher nötig all diese Größen mit einzubeziehen. Dies erfordert al- lerdings eine sehr aufwändige Auswerteeinrichtung sowie dazugehörende Sensoren zur Messung der verschiedensten Verstärker- und Verstärkerumgebungs-Parameter.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elekt- ronische Schaltung mit einer steuerbaren Verstärkereinrichtung zur Informationsübertragung zur Verfügung zu stellen, welche über eine vereinfachte Ansteuerung die Anpassung von Verstärker-Charakteristika an einen Datenstrom ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine elektronische Schaltung ■ zur Informationsübertragung mit einer steuerbaren Verstärkereinrichtung zur Ausgabe eines Verstärker-Ausgangssignals und einer Auswerteeinrichtung zur Bestimmung eines Verstärker- Steuersignals, wobei ein Koppelelement zur Abtastung oder Auskopplung des Verstärker-Ausgangssignals vorgesehen ist, welches ein dem Verstärker-Ausgangssignal entsprechendes Analysesignal an die Auswerteeinrichtung abgibt, wobei die Auswerteinrichtung aus dem Analysesignal einen das Verstärker- Ausgangssignal charakterisierenden Signalfaktor ermittelt und unter Verwendung des Signalfaktors ein Verstärker-
Steuersignal zur Steuerung der Verstärkereinrichtung generiert und an die Verstärkereinrichtung ausgibt und wobei weiterhin der Signalfaktor die Amplitude von SignalSchwankungen des Verstärker-Ausgangssignals in Bezug auf einen Signal- mittelwert des Verstärker-Ausgangssignals charakterisiert.
Eine steuerbare Verstärkereinrichtung kann im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Verstärkereinrichtung mit einem steuerbaren Arbeitspunkt und/oder einer steuerbaren Verstärkung sein. Über das Verstärker- Steuersignal kann demnach der Arbeitspunkt und/oder die Verstärkung der Verstärkereinrichtung eingestellt und/oder gesteuert werden. Die Verstärkereinrichtung kann beispielsweise einen Eingang zur Einstellung und/oder Steuerung des Arbeitspunktes aufweisen (Bias-Control-Eingang) . Weiterhin kann die Verstärkereinrichtung einen Eingang zur Einstellung und/oder Steuerung der Verstärkung aufweisen (Gain-Control-Eingang) . Weiterhin kann sich bei der Verstärkereinrichtung bei einer Veränderung des Arbeitspunktes über den „Bias-Control- Eingang" auch die Verstärkung der Verstärkereinrichtung än- dern. Bei einer Veränderung der Verstärkung der Verstärkereinrichtung über einen „Gain-Control-Eingang" kann sich auch der Arbeitspunkt der Verstärkereinrichtung, im allgemeinen geringfügig, verschieben.
Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine analoge e- lektrische Schaltung, eine digitale elektrische Schaltung o- der eine Kombination aus einer analogen elektronischen Schaltung und einer digitalen elektrischen Schaltung umfassen.
Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung ermöglicht eine vereinfachte Steuerung der Verstärkereinrichtung, da durch die Analyse des vom Verstärker abgegebenen Verstärker-Ausgangssignals Rückschlüsse auf die Eigenschaften und die derzeit vorliegende Charakteristik des Verstärkers gezogen wer- den können, ohne dass im voraus alle Verstärker-Parameter bekannt und vermessen werden müssen. So können beispielsweise dem Ausgangssignal des Verstärkers Informationen über die Li- nearität, die Aussteuerungseigenschaften und/oder den Wirkungsgrad der Verstärkereinrichtung entnommen werden. Dabei kann die Qualität der gewinnbaren Informationen beispielsweise davon abhängen, wie gut die Charakteristik des zu verstärkenden Eingangssignals bekannt ist. So ist zum Beispiel in
drahtlosen Telekommunikationssystemen wie beispielsweise einem GSM-, UMTS- oder CDMA2000-System aufgrund standardisierter Codier- und Modulationsverfahren diese Charakteristik sehr gut bekannt .
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der elektronischen Schaltung ist es damit möglich, den Verstärker optimal zu regeln, ohne die charakteristischen Daten des Verstärker, wie beispielsweise Verstärkung, Lage des Arbeitspunktes, Tem- peratur oder Anpassung an nachfolgende elektronische Schaltungen oder Antennen, zu kennen.
Der Signalfaktor wird unter anderem durch die Größe von Amplitudenschwankungen des Verstärker-Ausgangssignals in Bezug auf einen Signalmittelwert des Verstärker-
Ausgangssignalsbestimmt . Ein solcher Signalfaktor ermöglicht eine gute Charakterisierung des Verstärker-Ausgangssignals, da sich aus den SignalSchwankungen des verstärkten Informationssignals beispielsweise Rückschlüsse auf die Linearität und die Lage des Arbeitspunktes des Verstärker ziehen lassen. So kann beispielsweise eine schlechte Linearität des Verstärkers bzw. eine schlechte Aussteuerung des Verstärkers zu einer gegenüber dem Eingangssignal reduzierten Amplitude der Signal- Schwankungen bei im Wesentlichen unverändertem Signalmittel- wert führen. Die Auswerteeinrichtung kann dann bei einem einen solchen Fall charakterisierenden Signalfaktor ein Verstärker-Steuersignal generieren, welches zu einer verbesserten Verstärkercharakteristik führt, beispielsweise durch verbesserte Linearität.
Vorzugsweise kann der Signalfaktor beispielsweise proportional zu einem Crest-Faktor oder einem Standardabweichungsfaktor oder einer Varianz des Verstärker-Ausgangssignals sein. Unter dem Crest-Faktor wird dabei im Allgemeinen das Verhält- nis der Maximalamplitude eines Informationssignals in einer bestimmten Zeitspanne zum Effektivwert des Informationssignals in dieser Zeitspanne verstanden (siehe z.B.: Peter Ke-
nington, "High Linearity Amplifier Design", Artech House mico- wave library,ISBN 1-58053 -131-1, S .46) . Als Effektivwert wird die Wurzel aus dem Mittelwert des quadrierten Signals verstanden (englisch: Root Mean Square) . Die Standardabweichung entspricht dem Effektivwert der Abweichung des Signals vom arithmetischen Mittelwert des Signals innerhalb einer gewissen Zeitspanne. Die Varianz entspricht dem Quadrat der Standardabweichung. Eine allgemeine Definition von arithmetischem Mittelwert, Effektivwert, Standardabweichung und Varianz fin- det sich beispielsweise im: Vieweg Handbuch Elektrotechnik, Wolfgang Böse (Hrsg.), Vieweg Verlag (1998), Seite 737 bis 738 und/oder Seite 928 bis 929. Allen drei dieser Messgrößen ist gemeinsam, dass sie eine Abweichung der Signalamplitude von einem Mittelwert des Informationssignals beschreiben. Der Mittelwert kann beispielsweise der arithmetische Mittelwert, der Effektivwert oder auch der geometrische Mittelwert (Def . s . Vieweg Handbuch Elektrotechnik, Wolfgang Böse (Hrsg.), Vieweg Verlag (1998) , Seite 1118) sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Verstärker einen Vorspannungs-Steuerungs-Eingang (Bias-Control-Eingang) auf, mit welchem beispielsweise der Arbeitspunkt der Verstärkereinrichtung vermittels des Verstärker-Steuersignals eingestellt und/oder verändert werden kann. Damit ist es bei- spielsweise möglich, den Arbeitspunkt des Verstärkerelements über das Verstärker-Steuersignal einzustellen, welches aus dem Verstärker-Ausgangssignal vermittels des Signalfaktors gewonnen wurde. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Charakteristik des Verstärkers besser an die zu ü- bertragenden Informationssignale angepasst wird. Insbesondere kann diese Anpassung bezüglich einer verbesserten Linearität der Verstärkereinrichtung und/oder eines verbesserten Wirkungsgrades der Verstärkereinrichtung erfolgen.
Da sich beispielsweise bei einer Veränderung des Arbeitspunktes der Verstärker-Einrichtung auch der Verstärkungsfaktor der Verstärkereinrichtung verändern kann, kann es vorteilhaft
sein, wenn weiterhin aus dem Analysesignal ein eine mittlere Ausgangsleistung des Verstärkerelements charakterisierender Leistungswert gewonnen wird. Auf diese Weise kann z.B. die mittlere Ausgangsleistung kontrolliert werden und gegebenen- falls ein Verstärkungsfaktor innerhalb der elektronischen Schaltung so angepasst werden, so dass eine zum Betrieb der elektronischen Schaltung gewünschte Ausgangsleistung erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die e- lektronische Schaltung weiterhin eine mit einem Verstärker- Signaleingang der Verstärkereinrichtung verbundene steuerbare Vorverstärkereinrichtung. Eine solche Vorverstärkereinrichtung kann sinnvoll sein, um beispielsweise sowohl den Ar- beitspunkt der Verstärkereinrichtung als auch eine bestimmte, am Ausgang der Verstärkereinrichtung gewünschte mittlere Leistung steuern zu können.
Um dies zu erreichen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung ein Vorverstärker-Steuersignal zur Steuerung der Vorverstärkereinrichtung generiert und an die Vorverstärkereinrichtung ausgibt . Insbesondere kann das Vorverstärker-Steuersignal unter Verwendung des Leistungswertes generiert werden. So kann die Auswerteeinrichtung beispiels- weise durch Bestimmung der am Ausgang der Verstärkereinrichtung vorliegenden mittleren Ausgangsleistung die Verstärkung der Vorverstärkereinrichtung entsprechend beeinflussen. Auf diese Weise kann zum Beispiel die bei einer Veränderung des Arbeitspunktes der Verstärkereinheit mögliche Veränderung des Verstärkungsfaktors der Verstärkereinheit ausgeglichen werden. Weiterhin kann das Vorverstärker-Steuersignal auch unter Verwendung des Verstärker-Steuersignals oder/und des Signalfaktors ermittelt werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung das Vorverstärker-Steuersignal einem Verstärkungs-Steuerungs- Eingang (Gain-Control-Eingang) der Vorverstärkereinrichtung
zuführt. Damit kann dann beispielsweise der Verstärkungsfaktor der Vorverstärkereinrichtung derart eingestellt und/oder verändert werden, dass ein bestimmter Leistungswert des Informationssignals, beispielsweise ein gemittelter Leistungs- wert, am Ausgang der Verstärkereinrichtung vorliegt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Koppelelement zur Abtastung oder Auskopplung des Verstärker-Ausgangssignals beispielsweise einen kapazitiven Koppler und/oder einen induktiven Koppler und/oder einen
Richtkoppler umfassen. Mit solchen Koppelelementen gelingt es insbesondere bei am hochfrequenten Informationssignalen (typischerweise mit Frequenzen > 1 MHz) ein dem Informationssignal im Wesentlichen proportionales Analysesignal zu gewinnen ohne dabei allzu störend auf das eigentliche Ausgangssignal zu einzuwirken. Solche Koppelelemente belasten beispielsweise die Ausgangleistung des Verstärkerelementes und die Anpassung an Antennen zur drahtlosen Informationsweiterübermittlung relativ geringfügig.
Liegen niederfrequente Signale vor (typischerweise mit Frequenzen ≤ 1 MHz) , so kann das Koppelelement beispielsweise über eine Spannungsteilerschaltung mit einer Signalausgangs- leitung der Verstärkereinrichtung verbunden sein. Dabei kön- nen entsprechende Widerstände in die Signalausgangsleitung integriert sein und der Spannungsabfall über einen oder mehrere dieser Widerstände als Analysesignal verwendet werden.
Eine elektronische Schaltung, wie sie vorstehend dargestellt wurde, kann vorteilhaft in einer Sende-Empfangsstation beispielsweise zur drahtlosen oder auch drahtgebundenen Informationsübertragung eingesetzt werden. Speziell bei diesen Informationsübertragungen können sich beispielsweise die Signalamplituden oder auch die gewünschten Ausgangsleistungen verändern. Dabei sollte aber beispielsweise ein gewisses Maß an Linearität der Verstärkung der Verstärkereinrichtung ein-
gehalten werden und gleichzeitig ein möglichst optimaler Wirkungsgrad der Verstärkereinrichtung erreicht werden.
Insbesondere bei Sende-/Empfangsstationen zur drahtlosen In- formationsubertragung, wie sie beispielsweise in Mobilfunknetzen verwendet werden, können sich die gewünschten Ausgangsleistungen und damit die notwendige Ausgangsleistung am Ausgang der Verstärkereinrichtung stark ändern. Dies hängt beispielsweise vom Abstand eines Mobiltelefons zu einer ent- sprechenden Sende-/Empfangsantenne einer Basisstation ab.
Während des Betriebs eines Mobiltelefons kann sich dieser Abstand durch eine Bewegung des Benutzers verändern, worauf die entsprechenden Leistungsparameter von Mobiltelefon und/oder Basisstation dieser Veränderung angepasst werden müssen.
Sende- und Empfangsstationen können beispielsweise als Funk- Sende-/Empfangsstationen zur drahtlosen Informationsübertragung ausgebildet sein. So können diese beispielsweise als Mobiltelefone, Basisstationen, Repeater oder ähnliche Funk- Sende-Empfangsstationen für Mobilfunknetze wie beispielsweise GSM-Netze, UMTS-Netze, CDMA 2000-Netze, TD-SCDMA-Netze oder auch Schnurlos-Telefonnetze (z.B. DECT) ausgebildet sein. Unter Basisstationen werden dabei Funkstationen zur Versorgung eines bestimmten Bereichs mit Informationssignalen für im allgemeinen mehrere Benutzer verstanden. Solche Basisstationen sind häufig ortsfest, können aber auch mobil sein. Diese Basisstationen werden unter Umständen in verschiedenen Mobilfunk-Standards mit unterschiedlichen Ausdrücken bezeichnet. So wird innerhalb des GSM-Netzes eine Basisstation auch mit diesem Namen bezeichnet, während beispielsweise in UMTS- Netzen eine Basisstation als NODE B bezeichnet wird. Als Repeater werden im Allgemeinen ortsfeste oder mobile Zwischenverstärker zur Nachverstärkung und Weiterleitung von Informationssignalen verstanden.
Die Sende-/Empfangsstationen können weiterhin auch als Fest- netz-Sende-/Empfangsstationen ausgebildet sein. Solche können
zum Beispiel Telefongeräte für ein Telekommunikations- Festnetz oder Modems sowie Festnetz-Vermittlungs- oder Verstärkereinheiten sein.
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Verstärkereinrichtung als Verstärker-Endstufe einer Sende-/Empfangsstation ausgebildet sein. Durch die erfindungsgemäße Steuerung der Verstärkereinheit kann damit eine zur Informationsübertragung notwendige Linearität bei einer gewünschten mittleren Ausgangsleistung unter vorteilhaften Betriebsbedingungen der Verstärkereinrichtung erreicht werden. So kann beispielsweise gewünscht sein, den Wirkungsgrad der Verstärkereinrichtung immer so groß wie möglich zu halten, um die Verstärkereinrichtung beispielsweise möglichst ström- und/oder energiesparend betrei- ben zu können. Dies ist insbesondere bei mobilen Geräten zur Informationsübertragung wichtig, die häufig mit Batterien o- der Akkus betrieben werden, da Verstärker-Endstufen eine im Vergleich zu anderen Verstärkereinrichtungen hohe Leistungsaufnahme haben können.
Die obengenannte Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer elektronischen Schaltung zur Informationsübertragung, insbesondere zur drahtlosen Informationsübertragung, mit einer steuerbaren Verstärkereinrichtung zur Ausgabe eines Verstärker-Ausgangssignals, wobei ein das Verstärker-Ausgangssignal charakterisierender Signalfaktor ermittelt wird, unter Verwendung des Signalfaktors ein Verstärker-Steuersignal generiert wird und die Verstärkereinrichtung mit dem Verstärker-Steuersteuersignal gesteuert wird, wobei der Signalfaktor die Amplitude von SignalSchwankungen des Verstärker-Ausgangssignals in Bezug auf einen Signalmittelwert des Verstärker-Ausgangssignals charakterisiert.
Dieses Verfahren ermöglicht die Steuerung einer Verstärker- einrichtung, wobei zur Steuerung eine dem Verstärker-Aus- gangssignal entnommene Charakteristik verwendet wird. Eine solche Charakteristik des Verstärker-Ausgangssignals kann
beispielsweise Informationen über die aktuellen Betriebsbedingungen der Verstärkereinrichtung, wie beispielsweise die Linearität der Verstärkung, der Arbeitspunkt und/oder der Verstärkungsfaktor umfassen. Auf diese Weise ist es möglich die Betriebsbedingungen der Verstärkereinrichtungen derart einzurichten, dass sie gewünschte Eigenschaften aufweist, ohne dass dabei ihre genauen Betriebsbedingungen bekannt sein müssen. So ist es nicht erforderlich, den Verstärker beispielsweise vorher in allen Einzelheiten vermessen zu haben, um speziell Temperaturabhängigkeit oder ähnliche Faktoren, welche die Verstärkereigenschaften beeinflussen, berücksichtigen zu müssen. Daher lässt sich mit dem dargestellten erfindungsgemäßen Verfahren die Steuerung einer eine Verstärkereinrichtung enthaltenden elektronischen Schaltung mit ver- besserten Schaltungseigenschaften einfach realisieren.
Die Steuerung kann dabei derart eingerichtet sein, dass der Signalfaktor sich einem vorgebbaren Signalfaktor-Sollwert annähert. Ein solcher Signalfaktor-Sollwert kann beispielsweise fest vorgegeben sein oder durch andere Elemente der elektronischen Schaltung oder anderer Schaltungen oder Geräten vorgegeben werden.
Der Signalfaktor-Sollwert kann beispielsweise charakteris- tisch für einen bevorzugten Betriebszustand der Verstärkereinrichtung sein. Bevorzugte Betriebszustände können beispielsweise eine bevorzugte Linearität der Verstärkung und/ oder einen bevorzugten oder möglichst maximalen Wirkungsgrad der Verstärkereinrichtung aufweisen. Der Signalfaktor kann dabei wie vorstehend bereits ausgeführt ausgebildet sein.
Weiterhin kann die elektronische Schaltung ein Vorverstärkerelement umfassen, wobei das Vorverstärker-Ausgangssignal einem Verstärker-Signaleingang zugeführt wird. Unter Verwendung des Signalfaktors und/oder des Leistungswerts und/oder des Verstärker-Steuersignals kann weiterhin ein Vorverstärker- Steuersignal zur Steuerung des Vorverstärkerelements gene-
riert und dem Vorverstärkerelement zugeführt werden. Auf diese Weise können die Charakteristika des Vorverstärkerelements und des Verstärkerelements vorteilhaft aneinander angepasst werden. So können beispielsweise Änderungen der Charakteristik während der Steuerung des Verstärkerelements durch eine entsprechende Steuerung des Vorverstärkerelements derart ergänzt werden, dass das von der Verstärkereinrichtung ausgegebene Informationssignal beispielsweise eine gewünschte Charakteristik aufweist.
Verstärkerelement und Vorverstärkerelement können beispielsweise derart gesteuert werden, dass sich eine durch das Verstärkerelement und das Vorverstärkerelement erzielte Gesamt- Verstärkung einem vorgebbaren Gesamtverstarkungs-Sollwert an- nähert. Der Gesamtverstarkungs-Sollwert kann beispielsweise fest vorgegeben sein oder durch andere Einrichtungen der elektronischen Schaltung oder weitere Einrichtungen zeitlich fest oder variabel vorgegeben werden. Eine Steuerungsverfahren kann weiterhin beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass das Verstärkerelement auf einen gewünschten Linearitäts- wert der Verstärkung bei möglichst optimalem Wirkungsgrad hin gesteuert wird und vermittels der Steuerung des Vorverstärkerelements eine gewünschte Ausgangsleistung am Ausgang des Verstärkerelements einstellbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zur Ansteuerung eines Lautsprechers zur Ausgabe akustischer Signale ausgestaltet sein. Eine solche elektronische Schaltung kann beispielsweise in einer entsprechenden Endverstärkereinheit integriert sein.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße elektronische Schaltung mit einem Verstärkerelement zur drahtlosen Informationsübertragung;
Figur 2 eine detailliertere Darstellung der Auswerteeinrichtung der in Figur 1 dargestellten elektronischen Schaltung;
Figur 3 eine ein Vorverstärkerelement und ein Verstärker- element umfassende erfindungsgemäße elektronische
Schaltung zur drahtlosen Informationsübertragung; und
Figur 4 eine detaillierte Darstellung einer Auswerteein- richtung für die in Figur 3 gezeigte elektronische
Schaltung.
In Figur 1 ist eine Endverstärker-Schaltung 10 für eine UMTS- Mobilfunk-Sende-/Empfangseinheit mit einem Verstärkerelement 20 dargestellt. Das Verstärkerelement 20 weist einen Verstärkersignaleingang 22, einen Verstärkersignalausgang 24 sowie einen Verstärkersteuersignaleingang ( "Bias-Control" -Eingang) 26 zur Einstellung des Arbeitspunktes auf. Über eine Verstärkerausgangsleitung 28 wird ein vom Verstärker ausgegebenes Informations-Hochfrequenz- (HF) -Signal über eine Ausgabeeinheit 50 an eine Antenne 60 abgegeben und von der Antenne 60 abgestrahlt. Die Schaltung weist weiterhin eine Analyseeinheit 30 mit einem Analysesignaleingang 32 und einem Steuersignalausgang ( "Bias-Control" -Ausgang) 34 auf. Dabei wird das Analysesignal über ein Koppelelement einem auf der Signalausgangsleitung 28 geführten HF-Signal entnommen und dem Analysesignaleingang 32 der Auswerteeinheit 30 zugeleitet. Die A- nalyseeinheit 30 ermittelt aus dem Analysesignal ein Steuersignal zur Steuerung des Verstärkers 20, welches über den "Bias-Control" -Ausgang 34 dem "Bias-Control" -Eingang 26 des Verstärkerelements 20 zugeführt wird.
Figur 2 stellt die Analyseeinheit 30 detaillierter dar. Das am Analysesignaleingang 32 vorliegende Signal wird in einem Hüllkurvendetektor 36 von allen hochfrequenten Komponenten befreit, wonach nur noch niederfrequentere Signalanteile (Ba- sisband-Signale) verbleiben. Diese werden einer Signalanalyseeinheit 37 mit einem Analog/Digital-Wandler zugeführt, welche auf digitalem Weg aus dem vorliegenden Signal einen dem Crest-Faktor des Analysesignals proportionalen Signalfaktor bestimmt. Dieser wird an eine Steuereinheit 38 weitergegeben, welche aufgrund des vorliegenden Signalfaktors ein Steuersignal zur Einstellung des Arbeitspunktes der Verstärkereinheit 20 über den "Bias-Control " -Eingang 26 ermittelt.
Im weiteren wird der Steuerungsablauf innerhalb der in Figur 1 und 2 dargestellten elektronischen Schaltung 10 beschrieben: Die dargestellte elektronische Schaltung soll Informationssignale für ein UMTS-Mobilfunknetz verstärken. Dabei ist es das Ziel, das Verstärkerelement 20 mit einer gewünschten Linearität, welche durch einen Crest-Faktor von 2,9 beschrie- ben wird, zu betreiben und dabei einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Es ist bekannt, dass typische UMTS- Informationssignale einen Crest-Faktor von ungefähr 3,5 aufweisen. Bei einem Crest-Faktor von etwa 2,6 bis 2,9 sind die Informationssignale gerade noch genügend zuverlässig, um eine gute Informationsübertragung zu gewährleisten und beispielsweise Anforderungen hinsichtlich Nachbarkanalaussendung (ACLR bei UMTS) zu erfüllen. Im hier beschriebenen Ausführungsbei- spiel wird dies erreicht, indem der Arbeitspunkt der Verstärkereinrichtung 20 so gesteuert wird, dass das Ausgangssignal einen Crest-Faktor im Bereich von 2,9 aufweist. Damit wird ein optimaler Wirkungsgrad bei ausreichender Signalqualität erreicht .
Aus dem auf der Signalausgangsleitung 28 vorliegenden HF- Signal wird über das Koppelelement 40 ein dem Ausgangssignal entsprechendes Analysesignal gewonnen und dem Eingang 32 der Analyseeinheit 30 zugeführt. In der Analyseeinheit 30 gewon-
nene Basisband-Signal wird der Signalauswerteeinheit 37 (s. Fig. 2) zugeführt. Dort wird das Basisband-Signal digitalisiert und für jeweils aufeinanderfolgende Zeitabschnitte jeweils eine maximale Signalamplitude sowie der Effektivwert des Signals bestimmt und daraus der Crest-Faktor berechnet. In der Steuereinheit 38 wird der einstellbare Sollwert für den Crest-Faktor (z.B. 2,9) mit dem ermittelten Crest-Faktor verglichen.
Liegt der ermittelte Crest-Faktor über dem Sollwert für den Crest-Faktor, wird von der Steuereinheit 38 ein Steuersignal derart generiert, dass die Vorspannung, welche den Arbeits- punkt (der Arbeitspunkt ist hierbei vorgegeben durch die Versorgungsspannung der Verstärkereinrichtung und/oder die Steu- erspannung z.B. Basis-Emitter-Spannung bei Bipolartransistoren) der Verstärkereinrichtung 20 charakterisiert, etwas abgesenkt wird, so daß die aufgenommene Gleichstrom-Leistung verringert und der Wirkungsgrad der Verstärkereinrichtung verbessert wird. Dieses Vorspannungssignal wird über den Ana- lyseeinheit-Ausgang 34 an den "Bias-Control" -Eingang 26 der Verstärkereinheit 20 ausgegeben. Über das Koppelelement 40 wird danach das nun etwas veränderte Informationssignal wiederum der Analyseeinheit 30 zugeführt und das Verfahren auf diese Weise fortgesetzt bis das Ausgangssignal den gewünsch- ten Crest-Faktor-Sollwert aufweist.
Wird beispielsweise durch eine Veränderung der Lage von Sender und Empfänger im Mobilfunknetz die notwendige Ausgangsleistung des von der Antenne 60 abgestrahlten Signals und da- mit die Verstärkung der elektronischen Schaltung erhöht, so kann es sein, dass der Crest-Faktor des auf der Signalausgangsleistung 28 vorliegenden Informationssignals durch diese Veränderung einen Crest-Faktor von 2,9 unterschreitet. Die Analyseeinheit 30 wird dann den Arbeitspunkt der Verstärker- einheit 20 so verschieben, dass wieder der gewünschte Soll- Crest-Faktor erreicht wird.
Figur 3 stellt eine gegenüber Figur 1 um ein Vorverstärkerelement 70 erweiterte elektronische Endverstärker-Schaltung 12 dar. Über einen Vorverstärkersignaleingang 72 gelangt ein Informationssignal in den Vorverstärker 70, von welchem es über einen Vorverstärker-Signalausgang 74 an den Verstärkersignaleingang 22 weitergegeben wird. Der Vorverstärker 70 ist über einen Verstärkungssignaleingang ( "Gain-Control" -Eingang) 76 in seiner Verstärkung steuerbar. Die von der Verstärkereinheit 20 und dem Verstärkerausgang 24 über die Verstärker- ausgangsleitung 28 ausgegebenen HF-Signale werden wiederum über die Anpassungseinheit 50 an die Antenne 60 weitergeleitet und von dort abgestrahlt. Über das Koppelelement 40 wird ein Analysesignal aus dem auf der Ausgangsleitung 28 vorliegenden HF-Signal gewonnen und einem Analysesignaleingang 320 einer Auswerteeinheit 300 zugeführt. Über einen "Bias- Control" -Ausgang 340 der Analyseeinheit 300 wird der "Bias- Control" -Eingang 26 des Verstärkerelements 20 angesteuert. Über einem "Gain-Control" -Ausgang 350 der Analyseeinheit 300 wird der "Gain-Control"-Eingang 76 der Vorverstärkereinheit 70 angesteuert.
Figur 4 stellt die in Figur 3 dargestellte Analyseeinheit 300 detaillierter dar. Der Analysesignaleingang 320 ist mit einem Hüllkurvendetektor 360 verbunden, welcher die hochfrequenten Anteile des Analysesignals entfernt. Ein so gewonnenes Basisbandsignal wird der Signalanalyseeinheit 370 zugeführt, welche in der bereits beschriebenen Weise den Crest-Faktor und die mittlere Ausgangsleistung für aufeinanderfolgende Zeitabschnitte bestimmt und einer Steuereinheit 380 zuführt, welche daraus ein "Gain-Control"- und ein "Bias-Control" -Signal generiert .
Die Steuerung der in Figur 3 und Figur 4 dargestellten elektronischen Schaltung 12 erfolgt in Bezug auf das Verstärker- element 20 entsprechend der in Figur 1 und 2 dargestellten Schaltung. Die in Figur 3 und 4 dargestellte Auswerteeinheit 300 ermöglicht weiterhin die Ausgabe eines "Gain-Control"-
Signals an den "Gain-Control" -Eingang 76 des Vorverstärkerelements 70. Da sich bei einer Veränderung des Arbeitspunktes der Verstärkereinheit 20 häufig auch der Verstärkungsfaktor der Verstärkungseinrichtung 20 verändert, wird der Verstär- kungsfaktor des Vorverstärkers derart angepasst, dass die Gesamtverstärkung von Vorverstärkereinheit 70 und Verstärkereinheit 20 konstant bleibt. Dazu verwendet die Steuereinheit 380 der Analyseeinheit 300 den von der Signalanalyseeinheit 370 ermittelten Ausgangsleistungswert, um daraus das zum Er- halt einer konstanten Gesamtverstärkung notwendige Gain-
Control-Signal zu generieren und über den entsprechenden Signalausgang 350 dem "Gain-Control " -Eingang 76 der Vorverstärkereinheit 70 zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine elektronische
Schaltung zur Informationsübertragung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Schaltung, mit welcher sich ein in der Schaltung enthaltenes Verstärkerelement auf vereinfachte Weise derart steuern lässt, dass sich dabei ohne detaillierte Kenntnis der Gesamtcharakteristik des Verstärkerelements ein bevorzugter Betriebszustand der Verstärkereinrichtung erreichen lässt.
Bezugszeichenliste
10 Elektronische Schaltung mit steuerbarem Verstärkerelement 12 Elektronische Schaltung mit steuerbarem Verstärkerelement und steuerbarem Vorverstärkerelement
20 Steuerbares Verstärkerelement
21 Verstärkersignaleingang
24 Verstärkersignalausgang 26 "Bias-Control" -Eingang
28 Verstärkersignalausgangsleitung
30 Auswerteeinheit
32 Analysesignaleingang
34 "Bias-Control"-Ausgang 40 Koppelelement
50 Ausgabeeinheit
60 Antenne
36 Hüllkurvendetektor
37 Signalauswerteeinheit (Crest-Faktor Bestimmung) 38 Steuereinheit
70 Vorverstärkereinheit
71 Vorverstärkersignaleingang 74 Vorverstärkersignalausgang 76 "Gain-Control" -Eingang 300 Auswerteeinheit
320 Analysesignaleingang
340 "Bias-Control "-Signalausgang
350 "Gain-Control" -Signalausgang
360 Hüllkurvendetektor 370 Signalanalyseeinheit (Crest-Faktor/Ausgangsleistungs Bestimmung)
380 Steuereinheit