ES2244786T3 - Control de potencia para una modulacion de envolvente no constante. - Google Patents
Control de potencia para una modulacion de envolvente no constante.Info
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Abstract
Método de control en un bucle de control de potencia, que comprende las siguientes etapas: se amplifica una portadora RF (530) modulada por envolvente no constante para producir de este modo una señal (536) de salida; se combina una señal (532) de control del nivel de potencia con una señal que representa la envolvente de modulación (534); se compara la señal combinada con una señal (542) que representa el nivel de potencia de la señal de salida para producir de este modo una señal de comparación; y se atenúa la señal amplificada en función de dicha señal de comparación.
Description
Control de potencia para una modulación de
envolvente no constante.
La presente invención se refiere a una técnica
para el control de potencia en transmisores que utilizan técnicas
de modulación de envolvente no constante, y particularmente aunque
no de forma exclusiva a transmisores del tipo mencionado que forman
parte de un sistema de comunicaciones inalámbricas.
Típicamente, los bucles de control de potencia,
tales como los proporcionados en los sistemas de comunicación
inalámbrica, se proporcionan para controlar y mantener la potencia
de salida a un nivel deseado, y para controlar las respuestas
transitorias cuando se producen rampas ascendentes o
descendentes.
En un formato de señalización TDMA, una
estructura de tramas comprende una serie de intervalos de tiempo (o
canales). Un sistema de comunicaciones inalámbricas que usa el
TDMA, por ejemplo, un sistema GSM (sistema global para
telecomunicaciones móviles), transmite y recibe información a través
de cada intervalo o canal asignado. Cada canal de una trama se
asigna a un usuario diferente, comunicándose a través de cada canal
información de transmisión (enlace ascendente) en una banda de
frecuencias e información de recepción (enlace descendente) en una
banda de frecuencias aparte.
Se especifica que cada canal efectúa una rampa
ascendente a un nivel de potencia requerido para las transmisiones
de ráfagas y una rampa descendente a un nivel de potencia requerido
en una cantidad de tiempo predeterminada, denominada ráfaga. De
este modo, una ráfaga tiene una fase o ciclo de rampa ascendente,
una fase o ciclo operativo, y una fase o ciclo de rampa
descendente. Las especificaciones GSM también requieren que la
potencia en el inicio y el final de una ráfaga deba estar a un nivel
mínimo especificado y que la transición del nivel de potencia
mínimo al nivel de potencia requerido final se deba completar en
una ventana de tiempo especificada. El marco de tiempo para la rampa
ascendente y descendente se especifica con vistas a reducir la
generación de bandas laterales transitorias e interferencias en
canales adyacentes.
El funcionamiento de un bucle típico de control
de potencia se divide en un modo de bucle abierto y un modo de
bucle cerrado. El bucle de control de potencia funciona en modo de
bucle abierto hasta que la salida del amplificador de potencia ha
alcanzado un nivel predeterminado, al que se hace referencia como
punto de conmutación. En el punto de conmutación, se produce una
señal de error usando la diferencia de una señal de referencia
suministrada y la salida de un detector que muestrea la señal a la
salida del bucle de control. Se usa un integrador para producir un
voltaje de control a partir de la señal de error, el cual se usa
para controlar un atenuador variable como medio de controlar los
niveles de potencia cuando se producen rampas y durante las ráfagas
de transmisión.
La Figura 1(a) representa un gráfico de la
salida de potencia de un amplificador de potencia controlado por un
bucle de control de potencia convencional. Durante la rampa
ascendente, sección A, la salida de potencia aumenta hasta el nivel
adecuado. Durante la transmisión o funcionamiento, sección B, la
salida de potencia se mantiene sustancialmente estable por medio
del bucle de control de potencia. Durante la rampa descendente,
sección C, la salida de potencia cae.
En la Figura 1(b) se ilustra una
desventaja de los bucles convencionales de control de potencia. La
Figura 1(b) representa un gráfico de la salida de potencia
de un amplificador de potencia que transmite una ráfaga modulada por
envolvente no constante, tal como una ráfaga AM. Tal como se
muestra en la Figura 1(a), durante la posición de reposo,
sección A, la salida de potencia aumenta al nivel adecuado. No
obstante, durante la transmisión, sección B, la salida de potencia
fluctúa según la amplitud de la señal que está siendo transmitida.
Durante la posición de trabajo, sección C, la salida de potencia
cae. Un controlador de potencia convencional tendería a nivelar las
variaciones de potencia debidas a la ráfaga AM. Dicha situación es
inaceptable para transmisiones inalámbricas avanzadas que usan la
AM. Una de las soluciones conocidas que permite el uso de un bucle
de control de potencia convencional con transmisiones de modulación
de amplitud es la adición de un circuito de muestreo y retención al
bucle de control de potencia. Los niveles de potencia se muestrean
durante las rampas y el nivel se mantiene estable durante una ráfaga
AM. No obstante, la Figura 1(b) ilustra una desventaja de
este planteamiento cuando se aplica a esquemas de modulación
avanzados, la cual se conoce como inclinación de la ganancia. La
inclinación de la ganancia se puede producir durante una ráfaga de
transmisión. La Figura 1(b) representa el efecto de la
inclinación de la ganancia, mostrando el nivel de ganancia esperado
al final de la ráfaga y el nivel de ganancia real debido a la
inclinación de la ganancia al final de una ráfaga. La circuitería
de muestreo y retención de un controlador de potencia convencional
funciona considerando que la ganancia no varía durante una ráfaga y
no intenta controlar la inclinación de la ganancia durante la
ráfaga.
Debido a los problemas que surgen en el bucle de
control de potencia debidos a la modulación de envolvente no
constante, en general, en las técnicas del estado de la técnica
anterior, únicamente ha sido posible funcionar en modo de bucle
abierto durante el ciclo operativo, o usar únicamente un ancho de
banda del bucle de control muy bajo durante el ciclo operativo.
Esta última solución conduce a dos problemas específicos. En primer
lugar, el bucle de control de potencia no puede corregir las
variaciones de ganancia durante la ráfaga. En secundo lugar, debido
al lento promediado, ciertos patrones de datos pueden provocar
transitorios al final de la ráfaga cuando se restablece el ancho de
banda del bucle justo antes de la rampa descendente.
La publicación de solicitud de patente
internacional nº WO 01/03292 da a conocer una técnica conocida
dirigida a la mejora del control de potencia en sistemas que
utilizan modulación de envolvente no constante. El funcionamiento
del control de potencia se basa en el uso de un circuito de
muestreo y retención. Durante la rampa ascendente, un nivel de
potencia detectado a la salida del amplificador se compara con una
señal de referencia para proporcionar una señal de error usada para
la atenuación de la señal de salida. Durante la fase de la ráfaga,
el nivel de potencia detectado a la salida del amplificador se
compara con la señal RF modulada a transmitir para proporcionar la
señal de error usada para la atenuación de la señal de salida. De
este modo, en efecto, durante la ráfaga el bucle de control
funciona en un modo de bucle abierto, con respecto a la señal de
referencia, usando una señal envolvente a escala para generar la
señal de error de bucle.
Uno de los problemas potenciales que aparece con
la técnica dada a conocer en el documento WO 01/03292 es que puede
existir una pequeña deriva asociada al circuito de muestreo y
retención. De este modo, puede existir una pequeña diferencia en la
señal de control aplicada para la atenuación de la señal de salida
durante la conmutación. Esto se puede traducir en un ruido en la
señal de salida cuando se produce la conmutación entre el periodo
de rampa ascendente y el periodo operativo.
Es un objetivo de la presente invención
proporcionar un bucle de control de potencia mejorado el cual sea
adecuado para su uso en un entorno de modulación de envolvente no
constante aunque manteniendo todas las ventajas de un bucle de
control de potencia estándar.
La presente invención proporciona una técnica
para el control de la potencia de un transmisor la cual preserva
las características de modulación, y la cual de este modo resulta
particularmente ventajosa cuando se utiliza en sistemas con
esquemas de modulación no constante. Esta mejora se alcanza
combinando la señal de control del nivel de potencia con la
envolvente de modulación de la señal portadora RF modulada durante
una ráfaga de transmisión. Se puede obtener una mejora adicional
reduciendo el ancho de banda del sistema de control durante la
ráfaga.
De este modo, según un primer aspecto de la
presente invención, se proporciona un método de control en un bucle
de control de potencia, que comprende las siguientes etapas: se
amplifica una señal de modulación de envolvente no constante para
de este modo producir una señal de salida; se combina una señal de
control del nivel de potencia con una señal que representa la
envolvente de modulación; se compara la señal combinada con una
señal que representa el nivel de potencia de la señal de salida
para de este modo producir una señal de comparación; y se atenúa la
señal amplificada en función de dicha señal de comparación.
El bucle de control de potencia puede tener por
lo menos un ciclo de rampa ascendente y un ciclo operativo. Durante
el ciclo operativo, el ancho de banda del bucle de control de
potencia se puede reducir. El método se puede implementar durante
todos los ciclos del bucle de control de potencia. El bucle de
control de potencia puede incluir además un ciclo de rampa
descendente.
En una forma de realización preferida, la técnica
de la invención se aplica durante todas las fases de
funcionamiento, y no solamente durante la ráfaga. De este modo, la
técnica se usa durante la fase de rampa ascendente. Como tal, la
presente invención no padece los inconvenientes de la técnica
anterior del documento WO 01/03292, según se ha descrito
anteriormente en la presente memoria.
En otro aspecto, la presente invención
proporciona un método de control en un bucle de control de
potencia, que comprende las siguientes etapas: se produce una rampa
ascendente de una señal de salida durante un primer ciclo; y se
mantiene una señal de salida sustancialmente constante durante un
segundo ciclo, en el que en dichos primer y segundo ciclos el
método comprende además las siguientes etapas: se amplifica una
señal de modulación de envolvente no constante para de este modo
producir la señal de salida; se combina una señal de control de
nivel de potencia con una señal que representa la envolvente de
modulación; se compara la señal combinada con una señal que
representa el nivel de potencia de la señal de salida para de este
modo producir una señal de comparación; y se atenúa la señal
amplificada en función de dicha señal de comparación.
La presente invención proporciona todavía además
en otro aspecto un bucle de control de potencia, que comprende: un
amplificador para amplificar una señal de modulación de envolvente
no constante para producir de este modo una señal de salida; un
combinador para combinar una señal de control del nivel de potencia
con una señal que representa la envolvente de modulación; una
comparador para comparar la señal combinada con una señal que
representa el nivel de potencia de la señal de salida para producir
de este modo una señal de comparación; y un atenuador para atenuar
la señal a amplificar en función de dicha señal de comparación.
La Figura 1(a) ilustra un gráfico de
salida de potencia de un amplificador de potencia controlado por un
bucle de control de potencia convencional;
la Figura 1(b) ilustra un gráfico de la
salida de potencia de un amplificador de potencia que transmite una
señal modulada por envolvente no constante; y
la Figura 2 ilustra un diagrama de bloques de un
bucle de control de potencia según una forma de realización
preferida de la presente invención.
En la Figura 2 se muestra una forma de
realización preferida del sistema de control de potencia según la
presente invención. El sistema de control de potencia incluye un
atenuador variable 500, un amplificador 502 de potencia, un
detector/linealizador que comprende un diodo 528, un comparador
formado por resistores 506 y 526, un mezclador 504, un amplificador
de error que comprende un amplificador operacional 510 y un
resistor 508, un conmutador de ancho de banda que comprende un
resistor 512 y un conmutador 516, un filtro de bucle que comprende
un amplificador operacional 522, un resistor 518 y un condensador
520, y un amplificador separador 524.
El atenuador variable 500 recibe como primera
entrada en la línea 530 una señal portadora RF modulada a
transmitir. Tal como se describirá de forma más detallada
posteriormente en la presente memoria, el atenuador variable recibe
como segunda entrada una señal de control del atenuador en la línea
540. La señal portadora RF modulada, después de la atenuación en el
atenuador variable 500, se aplica al amplificador 502 de potencia. A
continuación, se genera una señal de salida amplificada en la línea
536.
La entrada al detector/linealizador en la línea
538 detecta una muestra de la señal de salida en la línea 536, y
genera una señal de voltaje detectada Vdet en la línea 542.
El mezclador 504 recibe como primera entrada una
señal de control Vc del nivel de potencia en la línea 532, y como
segunda entrada la señal envolvente de la portadora RF modulada en
la línea 534. La señal Vc se genera dentro de un ASIC digital el
cual proporciona todas las señales de control para el transmisor. La
envolvente de modulación, proporcionada en la línea 534, también se
genera dentro de dicho ASIC digital. Preferentemente, el ASIC
incluye el modulador, y por lo tanto resulta sencillo generar una
señal envolvente de la modulación directamente.
Preferentemente, las señales en las líneas 532 y
534 -Vc y la envolvente de modulación- son, ambas, palabras
digitales. La señal Vc(e) en la línea 544 se puede generar
trasladando la salida del mezclador a un conversor
digital-a-analógico para producir un
voltaje analógico. Se prefiere dicha implementación ya que el
proceso de mezcla es relativamente sencillo de implementar
digitalmente. En principio, es posible implementar la generación de
Vc(e) usando un proceso de mezcla si tanto Vc como la
envolvente de modulación son cantidades analógicas. En tal caso, la
envolvente de modulación se podría generar detectado la amplitud de
la portadora modulada en IF o RF. No obstante, evidentemente la
producción de Vc(e) procesando cantidades digitales resulta
más eficaz que con el uso de cantidades analógicas.
El mezclador 504 multiplica la señal de control
Vc del nivel de potencia por la señal envolvente y de este modo
genera una señal compuesta de control Vc(e) del nivel en la
línea 544. La envolvente de la señal compuesta de control
Vc(e) del nivel sigue a la envolvente de la portadora RF
modulada.
La señal compuesta de control Vc(e) del
nivel en la línea 544 se compara con el nivel de voltaje detectado
Vdet en la línea 542 a la entrada hacia el amplificador de error.
La salida del amplificador de error se amplifica y se aplica a la
entrada de control del atenuador RF 500 de ganancia variable, a
través del conmutador de ancho de banda, el filtro de bucle y el
amplificador separador. De este modo, la salida del amplificador de
error ajusta el nivel de salida del transmisor en la línea 536.
En el inicio y al final de cada intervalo de
tiempo se efectúa una rampa de la señal de control Vc del nivel de
potencia, y dicha señal fija el nivel de potencia RF medio durante
la ráfaga. El valor de Vc, en la entrada hacia el mezclador 532,
fija el nivel RF medio. Debido al uso de la señal envolvente de
modulación en la entrada hacia el mezclador 504, la potencia media
se controla sin distorsionar la envolvente de modulación.
Debido al funcionamiento del mezclador 504, el
valor instantáneo de la señal de control del nivel de potencia
sigue a la envolvente de la señal RF modulada, y por lo tanto es
posible un control de potencia de bucle cerrado sin distorsión de la
envolvente de modulación RF. De este modo, la técnica de la
presente invención resulta particularmente ventajosa en sistemas
que utilizan técnicas de modulación no constante, tales como los
sistemas EDGE.
Para obtener un funcionamiento correcto, debería
existir una diferencia de temporización insignificante entre la
envolvente de la señal compuesta Vc(e) de control del nivel
y la envolvente de modulación de la portadora RF. No obstante, en
los sistemas reales un error de temporización puede provocar que el
bucle de control distorsione la envolvente de la portadora RF. Para
garantizar que no aparece dicha distorsión, en la forma de
realización preferida de la presente invención, el conmutador de
ancho de banda está "abierto" durante la parte activa de la
ráfaga, reduciendo de este modo el ancho de banda del bucle de
control. Con anchos de banda menores, se reduce el efecto de las
diferencias de temporización en el bucle de control.
Así, en la forma de realización preferida, el
ancho de banda del bucle de control se reduce durante la parte útil
de la ráfaga lo cual limita la sensibilidad del bucle de control a
las diferencias de temporización presentes en los sistemas reales.
En la forma de realización preferida de la invención ilustrada en la
Figura 2, el conmutador de ancho de banda reduce la sensibilidad
del bucle de control a las diferencias de temporización. De este
modo, en efecto, el uso del conmutador de ancho de banda mejora la
eficacia del bucle de control cuando existen diferencias de
temporización.
El ancho de banda mínimo del bucle de control
requerido para seguir la rampa ascendente y la rampa descendente de
la señal de control del nivel de potencia (al inicio y al final de
la ráfaga) es aproximadamente 50 kHz. Típicamente, los sistemas se
diseñan con un ancho de banda máximo de 200 kHz a 300 kHz, debido a
las variaciones del ancho de banda del bucle durante el intervalo de
funcionamiento de los atenuadores variables. El ancho de banda del
bucle recomendado durante la ráfaga es aproximadamente 10 kHz, de
este modo se implementa una relación de reducción del ancho de
banda de 20.
Claims (12)
1. Método de control en un bucle de control de
potencia, que comprende las siguientes etapas:
se amplifica una portadora RF (530) modulada por
envolvente no constante para producir de este modo una señal (536)
de salida;
se combina una señal (532) de control del nivel
de potencia con una señal que representa la envolvente de
modulación (534);
se compara la señal combinada con una señal (542)
que representa el nivel de potencia de la señal de salida para
producir de este modo una señal de comparación; y
se atenúa la señal amplificada en función de
dicha señal de comparación.
2. Método según la reivindicación 1, en el que el
bucle de control de potencia tiene por lo menos un ciclo de rampa
ascendente y un ciclo operativo.
3. Método según la reivindicación 1, en el que
durante el ciclo operativo, el ancho de banda del bucle de control
de potencia se reduce.
4. Método según la reivindicación 2 ó la
reivindicación 3, en el que dicho método se implementa durante
todos los ciclos del bucle de control de potencia.
5. Método según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, en el que el bucle de control de potencia
incluye además un ciclo de rampa descendente.
6. Método de control en un bucle de control de
potencia, que comprende las siguientes etapas: se produce una rampa
ascendente de una señal de salida durante un primer ciclo; y se
mantiene una señal de salida sustancialmente constante durante un
segundo ciclo, en el que en dichos primer y segundo ciclos el
método comprende además todas las etapas del método según la
reivindicación 1.
7. Bucle de control de potencia, que
comprende:
un amplificador (502) para amplificar una
portadora RF modulada por envolvente no constante para producir de
este modo una señal de salida;
un combinador (504) para combinar una señal (532)
de control del nivel de potencia con una señal que representa la
envolvente de modulación (534);
un comparador (510) para comparar la señal
combinada (544) con una señal que representa el nivel de potencia de
la señal (542) de salida para producir de este modo una señal de
comparación; y
un atenuador (500) para atenuar la señal a
amplificar (530) en función de dicha señal de comparación.
8. Bucle de control de potencia según la
reivindicación 7, en el que durante su uso dicho bucle de control
de potencia se controla por lo menos en un ciclo de rampa
ascendente de funcionamiento y un ciclo operativo de
funcionamiento.
9. Bucle de control de potencia según la
reivindicación 7 ó la reivindicación 8, que comprende además medios
(516) para variar el ancho de banda del bucle de control de
potencia.
10. Bucle de control de potencia según la
reivindicación 9 cuando esté subordinada a la reivindicación 8, en
el que los medios (516) para variar el ancho de banda del bucle de
control de potencia se controlan de manera que disminuyen el ancho
de banda en el ciclo operativo.
11. Bucle de control de potencia según la
reivindicación 10, en el que los medios (516) para variar el ancho
de banda varían el ancho de banda de la señal de comparación.
12. Sistema de comunicaciones inalámbricas que
incluye un bucle de control de potencia según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 11.
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