DE10131654A1

DE10131654A1 - Mobile base station power amplifier has separate operating point control

Info

Publication number: DE10131654A1
Application number: DE2001131654
Authority: DE
Inventors: Dietmar Wenzel; Stephan Weber
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-16

Abstract

Bei der Erfindung wird eine zusätzliche Steuerspannung eingesetzt, deren Höhe ein Maß für die während des aktuellen Zeitschlitzes maximal benötigte Verstärkung ist und die bereits vor Beginn des aktiven Zeitschlitzes dem Sendeleistungsverstärker (60) zur Verfügung gestellt wird, um somit eine individuelle Arbeitspunkteinstellung mit dem Ziel einer Reduzierung des Leistungsverbrauches zu ermöglichen.In the invention, an additional control voltage is used, the amount of which is a measure of the maximum gain required during the current time slot and which is made available to the transmission power amplifier (60) before the active time slot begins, in order thus to achieve an individual operating point setting with the aim of To enable reduction in power consumption.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Arbeitspunktoptimierung von Sendeleistungsverstärkern in Mobilstationen nach dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. The present invention relates to a device and a Procedure for optimizing the working point of Transmitter power amplifiers in mobile stations according to the generic term of independent claims.

Innerhalb von Sendeeinrichtungen in Mobilstationen (MS) werden Sendeleistungsverstärker (PA, Power Amplifier) eingesetzt, welche das durch die Übertragungsdaten modulierte Sendesignal verstärken, bevor es der Antenne zugeführt wird. Die dafür notwendige Energie wird der in der MS enthaltenen Batterie entnommen. Die erforderliche effektive Sendeleistung richtet sich nach mehreren Parametern, z. B. Entfernung der MS zur Basisstation, der Funkkanaldämpfung, dem Rauschen des Funkkanals, den spektralen Eigenschaften des Funkkanals, dem Übertragungsverfahren, usw. Um Energie zu sparen und damit eine möglichst lange Batterienutzungsdauer zu erreichen, wird die Sendeleistung entsprechend einem oder mehreren dieser Parameter angepasst. Within transmitters in mobile stations (MS) become transmit power amplifiers (PA, Power Amplifier) used, which is modulated by the transmission data Amplify the transmission signal before it is fed to the antenna. The The energy required for this is the one contained in the MS Battery removed. The required effective transmission power depends on several parameters, e.g. B. Removal of MS to the base station, the radio channel attenuation, the noise of the Radio channel, the spectral properties of the radio channel, the Transmission methods, etc. To save energy and therefore to achieve the longest possible battery life the transmission power corresponding to one or more of these Adjusted parameters.

In Mobilfunksystemen, die auf dem Zeitmultiplexverfahren (TDM, Time Division Multiplex) beruhen, wird die Sendeleistung im allgemeinen für jeden Zeitschlitz gesondert festgelegt und ist für die Dauer des Zeitschlitzes konstant. Die Sendeleistung ist in der Regel in Stufen wählbar, wobei eine maximale Sendeleistung nicht überschritten werden darf. Zwischen den aktiven Zeitschlitzen wird der Sendeleistungsverstärker abgeschaltet. In mobile radio systems based on time division multiplexing (TDM, Time Division Multiplex), the Transmission power is generally separate for each time slot fixed and is constant for the duration of the time slot. The Transmission power is usually selectable in stages, one maximum transmission power may not be exceeded. Between the active time slots the Transmission power amplifier switched off.

Vor Beginn eines aktiven Zeitschlitzes wird der Sendeleistungsverstärker eingeschaltet und durch ein in der MS erzeugtes Steuersignal v(t) wird die Verstärkung vom Minimum auf den gewünschten Wert sanft hochgefahren, in der Weise, dass keine, die Nachbarkanäle störenden, Störspektren auftreten. Der Verlauf dieser Verstärkungs- bzw. Leistungsrampe wird durch ein Leistungsrampen-Steuergerät bestimmt. Während der aktiven Phase des Zeitschlitzes wird die Verstärkung näherungsweise konstant gehalten und am Ende wieder heruntergefahren. Before an active time slot begins, the Transmitter power amplifier turned on and by one in the MS generated control signal v (t) becomes the gain from the minimum gently ramped up to the desired value in such a way that none, disturbing the neighboring channels, interference spectra occur. The course of this gain or power ramp is determined by a power ramp control unit. While The gain is the active phase of the time slot kept approximately constant and at the end again shut down.

Damit der Sendeleistungsverstärker die jeweils geforderte Verstärkung erbringen kann, muss sein Arbeitspunkt (AP) entsprechend gewählt werden. Da zu Beginn eines aktiven Zeitschlitzes aus dem genannten Steuersignal v(t) nicht ersichtlich ist, welche maximale Verstärkung v_max im aktiven Teil des Zeitschlitzes benötigt wird, muss davon ausgegangen werden, dass es auch die größte einstellbare Verstärkung v₀ sein kann. Daher muss der AP von vornherein so gewählt werden, dass der Sendeleistungsverstärker die größtmögliche Verstärkung v₀ erbringen kann. In den meisten Fällen wird innerhalb eines aktiven Zeitschlitzes die maximal mögliche Verstärkung v₀ jedoch nicht benötigt. So that the transmitter power amplifier can provide the required amplification, its operating point (AP) must be selected accordingly. Since at the beginning of an active time slot it cannot be seen from the control signal v (t) mentioned what maximum gain v _{max is} required in the active part of the time slot, it must be assumed that it can also be the largest adjustable gain v ₀ . Therefore, the AP must be selected from the outset so that the transmit power amplifier can provide the greatest possible gain v ₀ . In most cases, however, the maximum possible gain v ₀ is not required within an active time slot.

Die grundsätzliche Stromaufnahme des Sendeleistungsverstärkers hängt jedoch von dem gewählten AP ab. Je höher dieser gewählt wird, desto größer ist die Stromaufnahme. Wird also bei kleinen Sendeleistungen der AP unnötig hoch gewählt, ist der Wirkungsgrad entsprechend gering und die Batterie wird unnötig belastet, was die Batterienutzungsdauer verkürzt. The basic power consumption of the However, transmit power amplifier depends on the selected AP. The higher this is selected, the greater the current consumption. So will the AP is selected to be unnecessarily high for low transmission powers the efficiency is correspondingly low and the battery unnecessarily burdened, which shortens the battery life.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Arbeitspunktoptimierung von Sendeleistungsverstärkern in Mobilfunkstationen anzugeben, durch die der Wirkungsgrad der Mobilfunkstationen verbessert werden kann und gleichzeitig stets die erforderliche Sendeleistung zur Verfügung steht. It is therefore an object of the present invention to Device and a method for working point optimization of To specify transmit power amplifiers in mobile radio stations, by which the efficiency of the mobile radio stations is improved can be and at the same time always the required Transmission power is available.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This task is characterized by the characteristics of independent claims solved. advantageous Refinements and developments are in the subclaims specified.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, daß eine zusätzliche Steuerspannung eingesetzt wird, deren Höhe ein Maß für die während des aktuellen Zeitschlitzes maximal benötigte Verstärkung v_max ist und die bereits vor Beginn des aktiven Zeitschlitzes dem Sendeleistungsverstärker zur Verfügung gestellt wird, um somit eine individuelle Arbeitspunkteinstellung mit dem Ziel einer Reduzierung des Leistungsverbrauches zu ermöglichen. An essential aspect of the invention is that an additional control voltage is used, the level of which is a measure of the maximum gain v _max required during the current time slot and which is made available to the transmission power amplifier before the active time slot begins, in order to provide an individual one To enable working point setting with the aim of reducing the power consumption.

Eine allgemeine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Fig. 1 weist einen D/A-Umsetzer 40 auf, der eingangsseitig von einem Systemsteuergerät 10 pro Zeitschlitz mindestens einen Digitalwert 13 erhält, den er ausgangsseitig als Analogwert 41 an den Leistungsverstärker 60 ausgibt, und zwar durch das Signal zeitlich synchronisiert mit der Ablaufsteuerung. A general embodiment of a device according to the invention according to FIG. 1 has a D / A converter 40 , which receives at least one digital value 13 per time slot on the input side from a system control device 10 , which it outputs on the output side as an analog value 41 to the power amplifier 60 , specifically by the signal is synchronized with the sequential control system.

Dieser Ausführungsform können folgende Vorteile entnommen werden.

a) Die Systemsteuerung 10, welche auch die Form und Höhe der Leistungsrampen festlegt und durch die Verbindung 11 an das Leistungsrampen-Steuergerät 20 übermittelt, kennt somit auch die in einem Zeitschlitz benötigte maximale Verstärkung v_max und kann daher auch den Digitalwert 13 ermitteln, den sie an den D/A-Umsetzer 40 liefert.
b) Der Arbeitspunkt kann vor Beginn des Zeitschlitzes eingestellt werden.
c) Der genaue Zeitpunkt, wann ein neuer Analogwert 41 ausgegeben werden soll, lässt sich durch die Verknüpfung 33 mit der Ablaufsteuerung 30 exakt mit der Leistungsrampe und dem Zeitschlitz synchronisieren.
d) Die Anordnung lässt sich vollständig in den Baustein, mit dem gesteuert wird, integrieren.

The following advantages can be derived from this embodiment.

a) The system controller 10 , which also defines the shape and height of the power ramps and transmits them to the power ramp control unit 20 through the connection 11 , thus also knows the maximum gain v _max required in a time slot and can therefore also determine the digital value 13 , the delivers them to the D / A converter 40 .
b) The operating point can be set before the time slot begins.
c) The exact point in time when a new analog value 41 is to be output can be precisely synchronized with the power ramp and the time slot by the link 33 with the sequence control 30 .
d) The arrangement can be fully integrated into the module with which control is carried out.

Ferner sind folgende weitere Besonderheiten ersichtlich:

a) Da die Verstärkung weiterhin allein durch das Signal v(t) bestimmt wird, ist das System auch kompatibel mit Leistungsverstärkern, die über keine Möglichkeit verfügen, den Arbeitspunkt individuell einstellen zu können.
b) Der D/A-Umsetzer kann in den Zeitspannen zwischen aktiven Zeitschlitzen zur Stromersparnis abgeschaltet werden, wie dies im allgemeinen auch beim Leistungsrampen-Steuergerät und dem Leistungsverstärker der Fall ist.

The following further special features can also be seen:

a) Since the gain is still determined solely by the signal v (t), the system is also compatible with power amplifiers that have no way of being able to set the operating point individually.
b) The D / A converter can be switched off in the periods between active time slots in order to save power, as is generally the case with the power ramp control unit and the power amplifier.

Bei der Erfindung kann somit eine zeitschlitzspezifische Arbeitspunktoptimierung vorgenommen werden. Der Arbeitspunkt des Sendeleistungsverstärkers der Mobilfunkstation kann für jeden Zeitschlitz entsprechend der in diesem Zeitschlitz erforderlichen Sendeleistung bzw. der erforderlichen Verstärkung des Sendeleistungsverstärkers eingestellt werden. Somit braucht der Arbeitspunkt des Sendeleistungsverstärkers für jeden Zeitschlitz nicht höher als für die in diesem Zeitschlitz maximal erforderliche Verstärkung v_max eingestellt zu werden. A time slot-specific working point optimization can thus be carried out in the invention. The operating point of the transmission power amplifier of the mobile radio station can be set for each time slot in accordance with the transmission power required in this time slot or the required amplification of the transmission power amplifier. Thus, the operating point of the transmission power amplifier need not be set higher for each time slot than for the maximum gain v _max required in this time slot.

Es ist erfindungsgemäß möglich, den Arbeitspunkt des Sendeleistungsverstärkers bereits vor dem Beginn der Leistungsrampe einzustellen. Ferner kann der zeitliche Verlauf und die Höhe der Verstärkung ausschließlich durch das Steuersignal v(t) festgelegt sein. Zur Realisierung der Erfindung wird maximal nur ein zusätzlicher Signalausgang benötigt. It is possible according to the invention to determine the operating point of the Transmitter power amplifier before the start of Power ramp. Furthermore, the time course and the Amount of amplification only through the control signal v (t) must be fixed. To implement the invention a maximum of only one additional signal output is required.

Die erfindungsgemäße Arbeitspunktoptimierung ist insbesondere für Mobilstationen, welche die Standards GSM, EDGE oder TIA/EIA-136 (IS-136) unterstützen, geeignet. The working point optimization according to the invention is in particular for mobile stations which comply with the standards GSM, EDGE or Support TIA / EIA-136 (IS-136), suitable.

Die Erfindung wird im folgenden anhand des bereits skizzierten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is based on the already Outlined embodiment in connection with the drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Arbeitspunktoptimierung; Fig. 1 is a block diagram of an embodiment of a device according to the invention for operating point optimization;

Fig. 2 ein Zeitdiagramm für die Signale v(t) und a(t) für eine Sequenz unterschiedlicher Zeitschlitze; Fig. 2 is a timing diagram for the signals v (t) and a (t) for a sequence of different time slots;

Fig. 3 ein beispielhaftes Diagramm für die Einstellung der Arbeitspunkte. Fig. 3 shows an exemplary diagram for the setting of the operating points.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung, die alle erforderlichen Elemente für die allgemeinste Form der Erfindung und zusätzliche weitere spezielle Ausgestaltungen enthält sowie zusätzliche Blöcke zeigt, die für das Systemverständnis vorteilhaft sind. Fig. 1 shows a device that contains all the necessary elements for the most general form of the invention, and additional more specific embodiments, as well as additional blocks displays that are advantageous for the understanding of the system.

Die Vorrichtung in Fig. 1 enthält zunächst ein Systemsteuergerät 10, das Daten für die Leistungsrampen 11 an das Leistungsrampen-Steuergerät 20 und Synchronisationsinformation 12 an die Ablaufsteuerung 30 übermittelt. Das Leistungsrampen-Steuergerät 20 gibt seinerseits die Leistungsrampe mit Hilfe des D/A-Umsetzers als analoges Signal v(t) 21 zu den von der Ablaufsteuerung 30 durch die Synchronisationsinformation 31 festgelegten Zeitpunkten aus. Das Signal v(t) 21 wird dem Leitungsverstärker 60 zugeführt und bestimmt dessen Verstärkung und somit den Leistungspegel des Sendesignals x(t) 61. The device in FIG. 1 initially contains a system control device 10 , which transmits data for the power ramps 11 to the power ramp control device 20 and synchronization information 12 to the sequence controller 30 . The power ramp control unit 20 in turn outputs the power ramp with the aid of the D / A converter as an analog signal v (t) 21 at the times determined by the sequence controller 30 by the synchronization information 31 . The signal v (t) 21 is fed to the line amplifier 60 and determines its amplification and thus the power level of the transmission signal x (t) 61 .

Der Modulator 50 formt aus den Daten 52 durch die Synchronisationsinformation 32 zeitlich synchronisiert mit der Leistungsrampe das modulierte Signal s(t) 51, welches vom Leistungsverstärker 60 verstärkt und als Sendesignal x(t) 61 ausgegeben wird. The modulator 50 forms the modulated signal s (t) 51 , which is synchronized with the power ramp, from the data 52 by the synchronization information 32 and which is amplified by the power amplifier 60 and output as a transmission signal x (t) 61 .

Als erfindungsgemäße Erweiterung enthält die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung einen D/A-Umsetzer 40, der eingangsseitig digitale Werte 13 von der Systemsteuerung 10 erhält, die er ausgangsseitig als analoges Signal bzw. Spannung a(t) 41 ausgibt, nachdem er über die Synchronisationsleitung 33, z. B. durch einen Impuls, von der Ablaufsteuerung 30 dazu aufgefordert wurde. Das Signal a(t) korrespondiert dabei mit der im zugehörigen Zeitschlitz maximal benötigten Verstärkung v_max und bleibt solange unverändert, bis eingangsseitig ein neuer Digitalwert anliegt und ein Impuls von der Ablaufsteuerung gesendet wurde. Ist der D/A-Umsetzer abgeschaltet, wird der Wert a(t) = 0 V ausgegeben. As an extension of the invention, the device shown in FIG. 1 contains a D / A converter 40 , which receives digital values 13 from the system control 10 on the input side, which it outputs on the output side as an analog signal or voltage a (t) 41 after it has passed the Synchronization line 33 , e.g. B. by a pulse, was requested by the sequence controller 30 . The signal a (t) corresponds to the maximum gain v _max required in the associated time slot and remains unchanged until a new digital value is present on the input side and a pulse has been sent by the sequence control. If the D / A converter is switched off, the value a (t) = 0 V is output.

Das Signal a(t) 41 wird dem Leistungsverstärker 60 zugeführt und wird dort als Parameter für die Arbeitspunkteinstellung und/oder anderer Verstärkerparameter verwendet. The signal a (t) 41 is fed to the power amplifier 60 and is used there as a parameter for the operating point setting and / or other amplifier parameters.

Fig. 2 zeigt beispielhaft den vereinfachten zeitlichen Verlauf der Signale v(t) und a(t) für eine Sequenz unterschiedlicher Zeitschlitze. Das Signal a(t) wird vor Beginn der Leistungsrampe ausgegeben, um den Leistungsverstärker in den entsprechenden Arbeitspunkt zu bringen. Bei aufeinanderfolgenden aktiven Zeitschlitzen, wird der Arbeitspunkt während der Übergangsphase umgeschaltet. FIG. 2 shows an example of the simplified time course of the signals v (t) and a (t) for a sequence of different time slots. The signal a (t) is output before the start of the power ramp in order to bring the power amplifier to the corresponding operating point. With successive active time slots, the operating point is switched during the transition phase.

Die Zeitpunkte t₁-t₄ kennzeichnen folgende Phasen:
t₁ Beginn der Leistungsrampe, die Verstärkung auf v_max,1 hoch- und herunterfährt
t₂ Beginn der Leistungsrampe, die Verstärkung auf v_max,2 hochfährt
t₃ Beginn der Leistungsrampe, die Verstärkung von v_max,2 auf V_max,3 herunterfährt
t₄ Ende der Sendesequenz. The times t ₁ -t ₄ characterize the following phases:
t ₁ start of the power ramp, the gain to v _{max, 1 increases} and decreases
t ₂ Beginning of the power ramp, the gain increases to v _{max, 2}
t ₃ Beginning of the power ramp, which reduces the gain from v _{max, 2} to V _{max, 3}
t ₄ end of the transmission sequence.

Fig. 3 zeigt beispielhaft die Einstellung der Arbeitspunkte des Leistungsverstärkers 60 sowie die Aussteuerbereiche des Sendesignals für die in Fig. 2 dargestellten Betriebszustände. <s> ist dabei die maximale Amplitude des modulierten Signals s(t) 51. Fig. 3, the setting of the operating points shows an example of the power amplifier 60 and the modulation ranges of the transmission signal for the shown in Fig. 2 operating states. <s> is the maximum amplitude of the modulated signal s (t) 51 .

Claims

1. Method for optimizing the operating point of transmit power amplifiers ( 60 ) in mobile stations,
characterized in that
the operating point of the transmission power amplifier ( 60 ) is adjusted by a control signal to the maximum power gain required within a certain period of time.

2. The method according to claim 1, characterized in that the control signal is an analog signal, in particular an Control voltage is.

3. The method according to claim 1, characterized in that the control signal is a digital signal, the one gradual switchover of the working point allowed.

4. The method according to claim 1, characterized in that the control signal for operating point setting is generated in the module which contains the power ramp control unit ( 20 ) and / or the associated D / A converter.

5. The method according to claim 3, characterized in that a D / A converter required for the operating point setting is integrated in the power amplifier ( 60 ).

6. The method according to claim 1, characterized in that the control signal is used simultaneously for switching the transmitter power amplifier ( 60 ) on and off.

7. The method according to claim 1, characterized in that the power gain regardless of the control signal Working point setting can be selected and / or set can.

8. The method according to claim 1, characterized in that the control signal for setting the operating point defined, in particular adjustable time reference to the Has power ramp control signal.

9. The method according to claim 1, characterized in that the timing of the working point setting and the timing of the power ramp by a common process control takes place.

10. The method according to claim 2, characterized in that the D / A converter ( 40 ) for the control signal is switched off during inactive time slots.

11. The method according to claim 1, characterized in that it is used in mobile stations, in particular the Standards GSM, EDGE, TIA- / EIA-136 as well as UMTS or Support partial combinations of these.

12. Device for optimizing the operating point of transmission power amplifiers ( 60 ) in mobile stations, characterized in that the operating point of the transmission power amplifier ( 60 ) can be adapted by a control signal to the maximum power amplification required within a certain period of time.

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the control signal is an analog signal, in particular an Control voltage is.

14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the control signal is a digital signal, the one gradual switchover of the working point allowed.

15. The apparatus according to claim 12, characterized in that the control signal for setting the operating point can be generated in the module which contains the power ramp control unit ( 20 ) and / or the associated D / A converter.

16. The apparatus according to claim 14, characterized in that a D / A converter required for the operating point setting is integrated in the power amplifier ( 60 ).

17. The apparatus of claim 12, characterized in that the control signal can be used simultaneously for switching the transmitter power amplifier ( 60 ) on and off.

18. The apparatus according to claim 12, characterized in that the power gain regardless of the control signal Working point setting is selected and / or adjustable.

19. The apparatus according to claim 12, characterized in that the control signal for setting the operating point defined, in particular adjustable time reference to the Has power ramp control signal.

20. The apparatus according to claim 12, characterized in that the timing of the working point setting and the timing of the power ramp by a common process control takes place.

21. The apparatus according to claim 13, characterized in that the D / A converter ( 40 ) for the control signal can be switched off during inactive time slots.

22. The apparatus according to claim 12, characterized in that it can be used in mobile stations, in particular the Standards GSM, EDGE, TIA- / EIA-136 as well as UMTS or Support partial combinations of these.