专利名称：控制高频信号放大的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制高频信号放大的方法、一种发射单元和/或一种接收单元以及一种通信系统。
为了提高传输速率，尤其是在移动无线通信连接中使用既影响要传输的信号的幅度或者说包络曲线也影响其相位的调制方法。在这方面的例子是全球移动通信标准GSM的新方案中，例如GSM评估的增强数据速率或者说EDGE，和代码复用或者说码分多址CDMA。
对这样的移动无线通信连接的发射机提出高的线性要求，以防止传输时出错。发射放大器具有这种发射机的显著的非线性部分。为了把这种发射放大器线性化，根据现有技术使用例如所谓的极性环概念。在这种方法中分开地对发射信号进行幅度调制和相位调制，其中为此设有两个分开的调节环路。在极性环发射机中该方法可以，例如通过调制在C、D或E运行中强非线性地工作的功率放大器的供电电压来实施。根据极性环概念可以使用在其效率方面优化了的发射放大器，所述的优化的发射放大器除了遵从所要求的线性以外，还降低耗电。因为尤其是在移动无线通信连接中至少一个用户终端机构成为移动电话，由此可以显著地降低移动电话的可充电电池的成本，和/或提高充电电池组的最长工作时间。
在由于天线的阻抗改变造成的发射放大器的终端失配，例如在大天线由于风力负荷以及在移动电话例如由于头部与天线的距离改变而引起的终端失配时，发射放大器的控制斜率发生变化。由此，幅度调节回路的调节回路带宽也变化。这导致不利的输出电压失真，这尤其在调制频谱的恶化中显著地恶化到损害通过标准固定地规定的频谱掩盖(Spektrumsmaske)。
此问题的一种公知的解决方案在于通过使用循环器或者隔离器把发射放大器与天线隔离。然而循环器是相对地窄带的部件，从而为了覆盖较大的带宽必须联接多个循环器。此外这些部件非常昂贵，还有很大的空间需求，由此特别在所谓的多频带机中由于使用多个循环器从经济的角度上不能够接受原本非常有利的极性环设计。
在上面举例述及的无线电传输系统中，在发射信号的调制中含有幅度调制。所述的调制例如可以通过改变埸效应晶体管中的漏极电压或者双极晶体管时的集电极电压和发射放大器的电子管中的屏极电压实现。在此，由于取决于漏极-源极电压UDS或UD或者集电极-发射极电压UCE的复数传输函数S21的相位，发生寄生的相位调制。如果无线电传输系统中采用的调制由幅度调制和相位调制组成，例如在G2.5和G3移动无线电系统中就是这种情况，那么相位调制的部分会由于附加的寄生相位调制部分 而失真(verfalschen)这种失真还导致误差向量升高和/或较高的带宽要求。
在移动无线电连接用的发射放大器的运行中从而可能既由于寄生的相位调制也由于天线的阻抗改变等等发生对相应涉及的控制回路的影响。
从而本发明的任务是，提出一种方法和一种装置用于改善应用尤其是用于移动无线通信连接的发射器中极性环方案。
根据本发明该任务通过具有权利要求1的特点的方法和具有权利要求9或权利要求25的特征的发射单元和/或接收单元完成。此外具有权利要求6或者权利要求30的通信系统是所述任务一种解决方案。从属权利要求定义本发明的相应的优选且有利的实施形式。
本发明的基本思想在于，把电池电压调制器的输出电压评估为发射放大器的输出误差的尺度，并且用该输出电压得出校正值。该方法的特别实施形式涉及补偿基于幅度调节回路的调节回路带宽改变的误差(从属权利要求2)，以及补偿基于寄生相位调制的误差(权利要求17)。当然，用于补偿寄生相位调制或者幅度调节回路的调节回路带宽的改变的各项措施能相应地互相结合。在此方面尤其是根据权利要求4的发射单元和/或接收单元以及根据权利要求25的发射单元和/或接收单元的功能相似的部件可以通过结合汇集成一个部件。这同样地适用于根据权利要求16或30的通信系统。
据此如权利要求2所述的根据本发明的方法的特征在于，评估电池电压调制器的输出电压，作为在发射放大器的输出终端失配时极性环发射机中的幅度调节回路的调节回路带宽改变的尺度。这种信号有利地在公知的电路中已经存在，从而不需要设置附加的测量点和/或测量装置。因此可以以有利的方式利用电池电压调制器的输出电压作为幅度调节回路的调节回路带宽的改变的指示器。
在本发明的一个重要的扩展中，用输入信号和电池电压调制器的现实输出电压得出校正值，用所述的校正值补偿发射放大器的控制斜率的改变，并且从而补偿调节回路带宽。围绕此校正值在本发明的一个优选实施例中改变电池电压调制器的控制信号，尤其地通过控制受控制的中间放大器。因此通过一种新的调节回路尤其是间接地在一次地为发射放大器或者为发射放大器的整个结构系列测出的特性曲线族的基础上再细调调节回路带宽。
优选地把这样的特性曲线族也在考虑容差值的情况下存储在存储器中。通过用AD转换器和DA转换器访问可以用公知的方式快速地读取所要求的校正值。
本发明的方法可以在非常小的附加电路费用的条件下集成到发射单元和/或接收单元中。有利地，扩展的电路的附加空间需要和固有电能需要都很小。前述的特性曲线族的制成或者说测取也是与相对小的费用相关联，从而可以把根据本发明的方法特别有利地用于含有至少一个按照移动无线电标准的传输路段的通信系统中。尤其是发射单元和/或接收单元构成为这样的作为移动电话的通信系统的一部分。基于上述的优点，根据本发明的方法还可以有利地用于或者补充装配到其它任何一种发射单元和/或接收单元。
据此如权利要求17所述的根据本发明的方法的特征是，把电池电压调制器的输出电压评估为对发射放大器的放大回路的预期的相位误差的尺度。作为在根据本方法工作的电路内部的信号可以轻易地直接访问电池电压调制器的输出电压，从而不需设置附加的测量点和/或测量装置。由此以有利的方式利用电池电压调制器的输出电压作为放大器的相位误差的指示器，并且考虑把它用之于校正。
在本发明的一个重要的扩展中，用电池电压调制器的当前输出电压求出校正值，通过所述的校正值实质上补偿发射放大器的相移误差的改变。这种校正值在本发明的一个优选实施形式中从特性曲线取得。优选地这种特性曲线也在考虑容差值的情况下数字地存储在存储器中。通过用AD转换器和DA转换器访问可以用公知的方式快速地读取所要求的校正值。因此通过补偿电路在一次地为发射放大器或者为发射放大器的整个结构系列测取的特性曲线族的基础上再调整相位特性。
在本发明的一个优选的实施形式中，发射放大器的复数电路参数S21的相位依赖于电压UDS或UCE呈增函数。从而可以抵消寄生的相位调制，其中借助依赖于栅源电压UGS或者基极电流IB的参数S21的相位构成为减函数。此减函数然后以适当的方式与UDS或UCE亦即电池电压调制器的输出信号相关联。在本发明的一个优选实施形式中发射放大器的携带信号的供电电压的寄生影响和工作点的改变的作用是按有用信号的节拍彼此相反的。从而对于一定的频带的校正值固定地经过一种简单的分压器调准。相应的电路和测量结果将参照附图借助于具体实施例再次说明。
根据本发明的方法可以在非常低的附加电路费用的条件下集成到发射机单元和/或接收机单元中。有利地，所扩充的电路的附加空间需要和固有电能需要非常低。前述特征曲线的制成或者说测取也是与相对小的费用相关联，从而根据本发明的方法可以特别有利地使用在含有至少一个根据移动无线电标准的传输路段的通信系统中。尤其是发射单元和/或接收单元作为这种通信系统的部分构成为移动电话。基于上述的优点，根据本发明的方法还可以有利地用于或者补充装备到其它各种发射单元和/或接收单元。紧凑的构形使得还能够在移动电话的多频带系统中达到高度的集成化。
下面参照附图借助于优选实施例说明本发明。
图1示出用电池电压调制器实现公知的极性环调节的简化方框图，而图2示出根据本发明的实施形式的简化方框图。
图3示出用发射放大器作图1的电路的组成部分实现幅度调制的简化方框图；图4示出带有补偿电路的根据本发明的实施形式的简化方框图；图5示出输入功率的增益和相位的实际放大器的测量数据而图6示出作为曲线图的另一输入功率的数据；图7示出测量的频谱无和图8在如本发明所述的补偿网络的影响下测量的同一放大器的频谱，并且最后图9与图4的图示类似的本发明实施例中选出的结构。
在细节上图2涉及本发明的一个实施例，其中由幅度调节回路的调节回路带宽的改变引起发射放大器输出上的误差，而图3至图9涉及本发明的实施例，其中应当抵消寄生的相位调制。
在极性环调节中，把极性环发射器PLS的无误差的输入信号USOLL的相位和幅度用分开的调节回路中的相位比较器 和幅度比较器A与输出信号UOUT的一定的部分比较，并且在某些情况下进行再调节。把输出信号UOUT的该一定的部分作为检测样本经设有匹配系数或者衰减系数a的反馈支路F反馈到极性环发射机PLS的输入。在此输出信号UOUT表示极性环发射机PLS馈送到天线ANT的信号。定向耦合器RK在发射放大器PA的输出与天线ANT之间分隔输出信号UOUT的正向波和反向波，该反向波是由于一般不与馈电线的波阻抗匹配的天线反射产生的。从而信号UOUT只表示前向波。
相位比较器 的输出信号借助于压控振荡器VCO把UOUT的相位调节到由USOLL给出的额定值。幅度比较器A通过控制信号Uam经电池电压调制器M影响发射放大器PA的供电电压UD，并且从而这样地影响输出电压的包络线使Uout的幅度同样地是Usoll幅度的无误差的映射。
然而发射放大器PA的斜率却取决于终端相应的负载。从而通过改变天线ANT的阻抗产生端接失配也改变发射放大器PA的斜率。这样的阻抗改变快速地由天线ANT的环境和/或天线的几何形状引起。它们相应地经常出现。如果还通过幅度调节回路把输出信号UOUT基本上保持恒定，那么发射放大器PA的斜率改变就直接地对幅度调节回路的调节回路带宽起作用，并且从而对调制频谱起作用，结果导致不许可的失真。
图2所示根据本发明的实施形式的目标是，在天线ANT的阻抗改变和由此引起的终端失配时也把极性环发射机PLS中的幅度调节回路的调节回路带宽保持恒定，以在遵从规定的调制频谱、一定的位速率，误码率等情况下保证输出信号UOUT所要求的线性。此外还不再使用昂贵而大的循环器。
由于天线ANT阻抗变化的发射放大器PA的终端失配会产生输出信号UOUT的改变。经反馈支路F在电池电压调制器M的输出产生信号Uc，所述信号Uc经幅度调节回路受跟随直到控制了UOUT对预定值的偏差。从而UD可以起负载改变的指示器的作用。
接着进行电池电压调制器M的输出电压Uc的评估，作为在发射放大器PA的输出处终端失配时极性环发射机PLS中的幅度调节回路的调节回路带宽改变的尺度。从此评估出发，产生校正值(Ukorr)，用所述的校正值可以重新产生原来的调节回路带宽。此外有利地从图1所示电路出发，通过较少的电路附加，以图2中所示的方式仅微不足道地扩大了如图1所示的电路。
为了评估和随后的校正，由图2中新添加的系统控制器SC读出电池电压调制器M的当前输出电压UD。因为已知Usoll和系统控制器的反馈支路F的衰减a，所以可得出发射放大器PA的当前的控制斜率S=UoutUD=(Usoll·a)UD]]>电池电压调制器M的输出电压UD借助于模数转换器ADC从电池电压UDD转换出用于处理。通过把数字化的值与在标准终端上得出过的发射放大器PA的斜率S比较，在本发明的该实施形式中可以通过查询表LUT找出校正值Ukorr。所述的校正值Ukorr既可以直接地，也可以如在本发明实施例中所示地，借助于数模转换器DAC在可调的放大器VGA中予以规定。在此所述校正值Ukorr引起幅度调节回路的调节回路带宽受到校正，或者说重新产生原来的调节回路带宽。由此在图2所示的极性环发射机PLS中，在遵从标准的情况下保证在规定的整个带宽上基本上始终不变的特性。
尤其是在双频带移动电话，所述实施形式的优点在于，可以使用静态的或者非易失的存储器，所述的存储器可以随意地存放用于每个可选择的频带的数值。因此用两个或者多个频带的运行只取决于稍许大一些的存储器LUT，然而电路本身没有其它的改变。于是在任何使用根据本发明的装置的情况下可保持结构紧凑的优点。所以用系统控制器SC的扩展本身可以用高度集成的电路实现。这样，系统控制器SC可以以特别简单的方式补充装备到每个极性环发射机PLS中。然而还可以把整个极性环发射机PLS的电路实施成高度集成化的电路，由此可以有利地在更高的多频带移动电话系统中不再用其它的混合部件，如隔离器。因此以非常紧凑的构形适当构成地把根据本发明的装置用于多个频带。
在图3的涉及用于抵消寄生相位调制的本发明的实施形式的图示中，仅放大地示出在图1中用虚线圈入的极性环发射机PLS的部分，附带有关信号。电池电压调制器M接在电源电压UDD上，所述电池电压通过作为输入信号的信号Uin成为在幅度上按照规定量A(t)变化的输出信号UDA((t))馈入发射放大器PA。UD(A(t))的情况是把作为带有随时间变化的相位项 的余弦形振荡和信息的输入信号Uin放大到幅度为A(t)。从而作为该电路的输出信号得出在时间t上余弦形的振荡，具有随时间变化的幅度A(t)，随时间变化的相位项 和取决于输入信号Uin的大小的附加的相移 该附加的相移 作为输出信号中的相位误差或者说寄生相位调制可以通过信息误差负面地被发觉。
图3所示的根据本发明的实施形式的目标是，把在受传输的信号中带有产生的误差的寄生相位调制 尽可能地保持得微小，以在遵从规定的调制频谱、一定的误码率等等的情况下保证所要求的输出信号Uout的线性。由此完全实质上地降低图1中所示的本来的相位调节电路的负载。接着进行电池电压调制器M的输出电压的评估，作为发射放大器PA的寄生相位调制 的尺度。从这种评估出发去产生用之可以把 最小化的校正值。此外有利地从根据图1所示的电路出发，通过较少的电路附加，以图4的中所示的方式仅微不足道地扩大了如图1所示的电路。
在图4的表达中利用信号UD(A(t))在很大的程度上消除预计的相位误差 其中校正量k依赖信号UD(A(t))的量从电路K得出，并且与余弦形振荡Uin一起被馈入到发射放大器PA中。在此实施例中k构成为因数，用之适当地在其量上匹配信号UD(A(t))以使相位误差 最小。根据本发明经过偏压Ubias用信号UGS引入校正以改变发射放大器PA的工作点。对此事实证明与信号UD(A(t))同步改变发射放大器PA的工作点调节显示出抵消寄生相位影响的作用。由此通过根据图4的极性环发射机PLS在遵从前述标准的情况下保证了实质上不受干扰的相位特性曲线。
在按照极性环原理工作的EDGE发射机中用于实施幅度调制的一个实际的部件上取得测量数据。对此下文中讨论的一个实施例采用一种MOS晶体管放大器。以所述的偏压Ubias的值和每两个不同的输入功率Pin作为参数，根据大小和相位把复参数S21(t)测度成UDS的函数。接入偏压Ubias归根结底地通过分压器决定在发射放大器PA的组件中所含的晶体管的栅极以调节工作点。如图5和6的测量值图表表达示出量S21的相位随着横轴的电压UDS单调上升。与之相反S21的相位随着偏压Ubias增加而下降。输入功率在图5中选取得比图6中的高，这在相位特性曲线方面没有太明显的作用。
图7示出恒定的偏压Ubias的情况下EDGE发射机的调制频谱。该频谱是非对称的，这明确地表示出现了不利的相位调制。遵从规定的调制频谱或者说相邻信道的功率抑制从中心频率起到+400kHz据此约为56dBc，如在通过两个箭头标出的位置之间所测量。
图8示出具有修改的同样的EDGE发射机的调制频谱，用于调节校正因数k的所谓偏置输入经简单的纯电阻分压器连接到漏极电压UD(A(t))。在采用这种简单的校正电路K的情况下所述频谱在很大的程度上是对称的，由此非常有力地减弱输出信号上的不利的相位调制。此外对于距中心频率-400kHz和+400kHz的相邻信道ACPR的衰减这时约为61dBc均匀的改善的值，依然是在图4的位置上的两个箭头之间测量的。
图9的表达示出该实施例中选择的结构，与图4相似。在此实施形式中校正电路K包含仅一个简单的纯电阻分压器用于调节校正因数K，所述分压器的自由端点接在一个固定的可调电位V上。为了用于不同的频带可以设置多个这样的带有相应的电位V的校正电路K，这些校正电路按需要或按者选取频带而接入。
尤其是在双频带移动无线电中，所述的实施形式的优点在于，可以使用静止的或者说非易失的校正量k的存储器。尤其是以固定的分压器的形式，所述的分压器为每个可选出的频带各有一个数值。就是说用两个和更多频带运行引起仅是稍许较大的电路K，然而电路本身没有其它的改变。从而在根据本发明的装置的每种应用情况下都保持结构紧凑的优点。还可以把整个极性环发射机PLS实施成高度集成化的电路。于是用非常紧凑的构形适当构成地把根据本发明所述的装置用于多个频带，尤其是用于为多频带系统设计的移动电话。
权利要求
1.用于调节高频信号放大的方法，其中把没有误差的输入信号(Usoll)的相位和幅度彼此分开地与输出信号(Uout)的一定的部分进行比较并且进行再调整，其特征在于，把电池电压调制器(M)的输出电压(Uc)作为用于发射放大器(PA)的输出端误差的尺度进行评估，并且调用于安排校正。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在发射放大器(PA)的输出端误差失误的情况下涉及由于终端失配和/或天线(ANT)的阻抗改变造成的幅度调节回路的调节回路带宽的改变。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，用输入信号(Usoll)和电池电压调制器(M)的实际输出电压(UD)得出校正值(Ukorr)用于补偿幅度调节回路的调节回路带宽改变。
4.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过校正值(Ukorr)改变电池电压调制器(M)的控制信号(Uam)。
5.如前一个权利要求所述的方法，其特征在于，通过控制受控制的中间放大器(VGA)改变幅度调制器(M)的控制信号(Uam)。
6.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，把校正值(Ukorr)和/或特性曲线族存储在存储器(LUT)中，尤其是在考虑容差值的情况下。
7.如以上权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过访问用AD转换器和DA转换器(DAC、ADC)来读取和/或产生校正值(Ukorr)。
8.如前一个权利要求所述的方法，其特征在于，把校正值(Ukorr)和/或特性曲线族存储和/或产生在系统控制器(SC)中的相应规定的移动无线电标准的存储器(LUT)中。
9.发射单元和/或接收单元，尤其是用于实施根据上述权利要求之一的方法，其中设有相位比较器 和幅度比较器(A)用于分开地把无误差的输入信号(Usoll)的相位和幅度与输出信号(Uout)的一定的部分比较，并且用于在一定情况下必要的再调整，其特征在于，设有系统控制器(SC)用于分析幅度调节回路的电池电压调制器(M)的实际输出电压(UD)，并且构成所述的系统控制器(SC)以给出校正值(Ukorr)用于补偿幅度调节回路的调节回路带宽改变。
10.如前一个权利要求所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，在幅度调节回路中对电池电压调制器(M)前置受控制的中间放大器(VGA)，为调准用于补偿调节回路带宽改变的校正值(Ukorr)，所述的受控制的中间放大器(VGA)经控制信号(Uam)与系统控制器(SC)连接。
11.如前两个权利要求之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，系统控制器(SC)包含一种装置，在所述装置中存储校正值(Ukorr)和/或特性曲线族，尤其是在以非易失存储器(LUT)的形式构成的装置中。
12.如以上权利要求8至10之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，系统控制器(SC)包含读取和/或转换校正值(Ukorr)用的装置，其中所述的装置尤其构成为AD转换器和/或DA转换器(DAC、ADC)。
13.如以上权利要求8至11之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，系统控制器(SC)以高度集成的组件的形式实施和/或实施为集成电路。
14.如以上权利要求9至13之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，适当地构成带系统控制器(SC)的发射单元和/或接收单元，以投入多频带的应用。
15.如以上权利要求9至14之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，所述的发射单元和/或接收单元构成为移动无线电装置或者移动电话。
16.用于经至少一个无线接口传输数据和/或信息的通信系统，其特征在于，所述的通信系统包含至少一个发射单元和/或接收单元，所述的发射单元和/或接收单元按照以上的权利要求9至15之一构成和/或构成用于转换按照权利要求1至8之一的方法。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在出现误差时涉及基于寄生相位调制的预期的相位误差
18.如权利要求17所述的方法，用电池电压调制器(M)的现实输出电压(UD)得出校正值(k)以补偿寄生相位调制
19.如前两个权利要求之一所述的方法，其特征在于，把校正值(k)和/或特征曲线族存储在校正电路(K)中，特别是在考虑容差值的情况下。
20.如权利要求17至19之一所述的方法，其特征在于，校正值(k)通过访问AD转换器和DA转换器读取和/或产生。
21.如前一个权利要求所述的方法，其特征在于，校正值(k)和/或特性曲线族在相应规定的移动无线电标准的校正电路(K)中存储和/或产生。
22.如前两个权利要求之一所述的方法，其特征在于，经过分压器调准校正值(k)。
23.如权利要求17至22之一所述的方法，其特征在于从电池电压调制器(M)的输出电压(UD)和校正值(k)准备校正信号(UGS)。
24.如前一个权利要求之一所述的方法其特征在于，通过对发射放大器(PA)的至少一个晶体管或者电子管的工作点偏压的添加改变校正信号(UGS)。
25.发射单元和/或接收单元，尤其是用于实施根据上述权利要求17至24之一的方法，其特征在于，设有校正电路(K)用于分析幅度调节回路的电池电压调制器(M)的现实的输出电压(UD)，并且构成校正电路K用于输出校正值(k)和/或校正电压(UGS)用于改变发射放大器(PA)的至少一个晶体管或电子管的工作点。
26.如前一个权利要求的发射单元和/或接收单元，其特征在于，把校正电路(K)实施成分压器。
27.如前两个权利要求之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，适当地构成校正电路(K)以投入多频带的应用。
28.如以上权利要求25至27之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，以高度集成的组件的形式和/或作为尤其是带发射放大器(PA)的集成电路构成校正电路(K)。
29.如以上权利要求25至28之一所述的发射单元和/或接收单元，其特征在于，所述的发射单元和/或接收单元构成为移动无线电装置或者移动电话。
30.用于经至少一个无线电接口传输数据和/或信息的通信系统，其特征在于，所述的通信系统包含至少一个发射单元和/或接收单元，所述的发射单元和/或接收单元按照以上的权利要求25至29之一构成和/或构成这些单元用于实施按照权利要求17至24之一的方法。
全文摘要
本发明涉及调节高频信号放大的方法、发射单元和/或接收单元以及通信系统。本发明的目的是提供一种方法和一种装置用于改善应用，特别是移动无线通信连接的发射机中的极性环方案。根据所述的调节高频信号放大的方法，其中无误差的输入信号(U
文档编号H03F1/32GK1529933SQ02813444
公开日2004年9月15日 申请日期2002年6月28日 优先权日2001年7月3日
发明者R·詹金斯, R 詹金斯 申请人:西门子公司