DE19536233B4 - Verfahren zum Regeln des Pegels des Ausgangssignals eines bereichsselektiven Hochfrequenz-Verstärkers für Mehrkanalsysteme und bereichsselektiver Hcohfrequenz-Verstärker mit Pegelregelschaltung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Regeln des Pegels des Ausgangssignals eines bereichsselektiven Hochfrequenz-Verstärkers für Mehrkanalsysteme, insbesondere eines Repeaters für Mobilfunksysteme, bestehend aus folgenden Schritten:
– Bilden von Intermodulationsprodukten aus den verstärkten HF-Signalen,
– Erzeugen einer Regelgröße aus den Intermodulationsprodukten,
– Vergleichen der Regelgröße mit einem Sollwert und Bilden eines Stellsignals,
– Steuern der Verstärkung des Verstärkers mit dem Stellsignal.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln des Pegels des Ausgangssignals eines bereichsselektiven Hochfrequenz- Verstärkers für Mehrkanalsysteme und einen bereichsselektiven Hochfrequenz-Verstärker mit Pegelregelschaltung.
• Derartige Verstärker werden insbesondere in drahtlosen (aber auch in leitungsgebundenen) Mehrkanalsystemen eingesetzt. Sie sollen linear arbeiten. Dies bedeutet, dass beim gleichzeitigen Auftreten mehrerer Frequenzträger nur ein bestimmtes Maß an Intermodulationsprodukten toleriert werden kann.
• Um einen Verstärker vor Übersteuerung zu schützen, wird üblicherweise der Summensignalpegel erfasst und mittels einer Verstärkersregelung auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Dieser maximal zulässige Summenwert wird so festgelegt, dass hierbei für alle zu erwartenden Eingangssignale die eventuell entstehenden Intermodulationsprodukte im tolerierbaren Rahmen bleiben.
• Ein derartiger Verstärker ist beispielsweise grundsätzlich aus der DE 25 33 355 A1 bekannt geworden. Es handelt sich dabei um einen regelbaren Verstärker für HF-Eingangsstufen mit einem Feldeffekttransistor, dem an einer Steuerelektrode eine Regelspannung zugeführt wird. Zur Regelung ist ein Stellglied vorgesehen, welches eine in der Verbindung zwischen der Eingangselektrode des Feldeffekttransistors und dem Verstärkereingang angeordnete regelbare Diode umfasst, die derart vorgespannt ist, dass bei Einsatz der Regelung erst der Feldeffekttransistor um etwa 10 dB abregelt, bevor die Regelung durch die Dioden einsetzt.
• Derartige Verstärkerregelungsschaltungen weisen aber Nachteile auf.
• Wenn derartige Verstärker als Repeater in Mobilfunksystemen bereichsselektiv arbeiten, müssen sie eine sehr lineare Übertragungskennlinie aufweisen, damit keine oder nur geringe Intermodulationsprodukte entstehen. Da dabei der maximal zulässige Summenpegelwert – wie erwähnt – so festgelegt ist, dass hier für alle zu erwartenden Eingangssignale die eventuell entstehenden Intermodulationsprodukte im tolerierbaren Rahmen bleiben, hat dies unter anderem auch zur Folge, dass ein Repeater, der beispielsweise 2 Watt Ausgangsleistung liefert, eine Leistungsaufnahme von über 100 Watt aufweisen muss.
• Bekannt sind Systeme, in deren Verstärkungsstrecke ein Pilotton eingespeist wird, der dann entsprechend selek tiert und ausgewertet wird. Aber auch hierdurch lassen sich, z.B. hinsichtlich der Leistungsaufnahme, keine grundsätzlichen Vorteile erzielen.
• Aus der US 4,355,414 ist ebenfalls ein Verstärker als bekannt zu entnehmen. Dieser Verstärker ist so aufgebaut, dass er als Regelkriterium zur Aussteuerung die Anwesenheit oder Abwesenheit bzw. die Intensität anderer Rundfunksender verwendet, welche auf der gewünschten Empfangsfrequenz ein Frequenzspektrum durch Intermodulation erzeugen würden.
• Dabei ist aus dieser Vorveröffentlichung zu entnehmen, dass Störprodukte wie Intermodulationsprodukte auftreten können. Die vorstehend genannte US 4,355,414 befasst sich dabei mit der Verbesserung eines Pegelregel-Verfahrens für einen Radioempfänger, ohne dass dabei die zu vermeidenden bzw. zu minimierenden Produkte für das Verfahren von relevanter Bedeutung sind.
• Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zum Regeln des Pegels des Ausgangssignals eines bereichsselektiven Hochfrequenz-Verstärkers für Mehrkanalsysteme sowie einen bereichsselektiven Hochfrequenz-Verstärker mit einer Pegelregelschaltung zu schaffen, der eine optimalere Arbeitsweise aufweist und bei welchem u.a. auch die Verlustleistung gegenüber herkömmlichen Lösungen verringert ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens zum Regeln des Pegels des Ausgangssignals entsprechend den dem Anspruch 1 und bezüglich des Hochfrequenz-Verstärkers entsprechend den im Anspruch 3 angegebenen Merkmalen ge löst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gelöst.
• Durch die vorliegende Erfindung wird mit verblüffend einfachen Mitteln eine deutliche Verbesserung gegenüber herkömmlichen Lösungen geschaffen. Der erfindungsgemäße Repeater läßt sich in Mehrkanalsystemen einsetzen, bei denen die Anzahl der auftretenden Frequenzen dynamisch variiert, und bei denen häufig nur ein einziger Frequenzträger mit nennenswertem Pegel auftritt. Diese Situation ist beispielsweise bei zellularen Mobilfunknetzen gegeben.
• Der erfindungsgemäße Verstärker arbeitet derart, daß die Pegelregelung nicht wie beim Stand der Technik in Abhängigkeit des maximal zulässigen Summenpegelwertes, sondern in Abhängigkeit der jeweils aktuell auftretenden Größe der Intermodulationsprodukte erfolgt. Die Regelung erfolgt dabei vorzugsweise in Abhängigkeit der Intermodulationsprodukte zweiter und/oder höherer Ordnung.
• Durch diese verbesserte Pegelreglung wird erreicht, daß ein Verstärker zu jedem Zeitpunkt bis zum maximal möglichen Pegel ausgesteuert wird, bei dem der Wert der Intermodulationsprodukte den zulässigen Wert gerade noch nicht überschreitet.
• So kann beispielsweise beim Auftreten von lediglich einer Signalfrequenz ein Verstärker bis zur internen Begrenzung ausgesteuert werden, ohne daß Intermodulationsprodukte erzeugt werden.
• Bedenkt man dabei ferner, daß in digitalen GSM-Mobilfunknetzen z.B. bereits bei Vorliegen lediglich eines einzigen Nutzsignalträgers (also der Übertragung von Gesprächen auf nur einem Frequenzkanal) insgesamt bereits acht Gespräche übermittelt werden können, so wird bereits dadurch deutlich, daß häufig zu über 50% oder gar mehr als 70% oder 80% aller Einsatzfälle eine maximale Aussteuerung des Verstärkers mit hohem Wirkungsgrad möglich ist, ohne daß dann Intermodulationsprodukte entstehen. Eine Regelungsschaltung wie beim Stand der Technik, bei welcher der Ausgang des HF-Pegels am Verstärker als Regelgröße ausgewertet wird, also in Abhängigkeit eines maximal zulässigen Wertes begrenzt wird, weist demgegenüber deutliche Nachteile auf.
• Bei einem derartigen erfindungsgemäßen Verstärker läßt sich auch die Verlustleistung gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verringern. Dies bietet den weiteren interessanten Vorteil, daß sich nunmehr auch Bauteile verwenden lassen, wie sie beispielsweise als Standard-Bauteile in sogenannten Handys verwendet werden können. Dies führt auch zu einer deutlichen Kostenersparnis.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:
• 1: einen Schaltplan einer ersten Ausführungsform, und
• 2: eine Abwandlung zu 1.
• In 1 ist ein Verstärker, insbesondere ein Repeater mit einem Eingang E und einem Ausgang A gezeigt, zwischen denen eine Verstärkerstufe 1 vorgesehen ist.
• Am Eingang E stehen die zu verstärkenden HF-Signale an, die auf mehreren Kanälen mit den Frequenzen f₁ bis f_n übertragen werden (wobei n die Anzahl der Kanäle ist). In der Verstärkungsleitung 3 ist vor der Verstärkerstufe 1 ein Stellglied 5 geschaltet.
• Ferner ist eine Regelschleife 7 vorgesehen, die parallel zur Verstärkerstufe 1 zwischen dem Ausgang 8 der Verstärkerstufe 1, d.h. dem Ausgang A des Verstärkers und der Verstärkungs-Eingangsleitung 3' geschaltet ist, und im gezeigten Ausführungsbeispiel zu einem Regeleingang 9 des Stellgliedes 5 führt.
• In der Regelschleife 7 ist entsprechend der durch Pfeile 11 angedeuteten Steuerungsfolge ein Mischer 13, ein Tiefpaß 15 und ein Gleichrichter 17 angeordnet.
• Der Ausgang des Gleichrichters 17 führt zu einem sogenannten Automatic-Gain-Controller (AGC), also einem automatischen Verstärkungsregler 19.
• Der Verstärkungsregler 19 hat neben dem mit dem Ausgang des Gleichrichters 17 in Verbindung stehenden Regeleingang 21 einen weiteren Referenzwert-Eingang 23, bei welchem ein Referenz- oder Sollwert anliegt, auf den nachfolgend noch eingegangen wird.
• Der Ausgang 25 des Verstärkungsreglers 19 führt zu einem Regeleingang 9 am Stellglied 5.
• Nachfolgend wird auf den weiteren Aufbau wie die Funktion der Schaltung eingegangen.
• Die über eine am Eingang E angeschlossene Leitung oder eine dort angeschlossene Antennen zugeführten oder empfangenen HF-Signale werden über das Stellglied 5 der Verstärkerstufe 1 zugeführt und verstärkt.
• Am Ausgang der Verstärkerstufe 1 werden die übertragenen HF-Signale ausgekoppelt und einem nichtlinearem Bauteil 13 zugeführt. Dieses Bauteil erzeugt Mischprodukte, bzw. Intermodulationsprodukte, die wiederum ein repräsentatives Maß für die Höhe der Intermodulationsprodukte im Übertragungsband sind.
• Das nichtlineare Bauteil 13 kann dabei aus einer Diode, einem Transistor, FET oder ähnlichem bestehen.
• Insbesondere bei schmalbandigen Mehrkanalsystemen, deren Bandbreite deutlich unter einer Oktave liegt, sind diese Mischprodukte als Regelgröße leicht zu gewinnen. Da sie außerhalb des Nutzbandes liegen, lassen sie sich mittels eines dem Mischer 13 nachgeordneten Tiefpaß 15 von dem störenden Nutzsignal trennen.
• Durch den nachgeschalteten Gleichrichter 17 wird nunmehr eine Regelgröße erzeugt, die im gezeigten Ausführungsbeispiel nach 1 der Summenleistung der Differenzprodukte zweiter Ordnung entspricht.
• Diese Regelgröße wird nunmehr dem einen Regeleingang 21 des Verstärkungsreglers 19 zugeführt und mit einem am zweiten Referenzwerteingang 23 anstehenden (und in geeigneter Weise eingestellten) Referenz- und Sollwert verglichen, wobei dieser Referenz- und Sollwert der maximal zulässigen Summenleistung der Intermodulationsprodukte im Übertragungsbereich entsprechen soll.
• Die so gebildete Verstärkungsregelgröße wird über das nachgeordnete und in der Verstärkungsleitung 3 geschaltete Stellglied 5 zugeführt und darüber die nachgeschaltete Verstärkerstufe 1 ausgesteuert.
• Somit läßt sich eine maximale Aussteuerung der Verstärkerstufe, in Abhängigkeit von der Höhe der auftretenden Intermodulationsprodukte, vornehmen.
• Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von demjenigen nach 1 dadurch, daß der Verstärkerstufe 1 die Trägerfrequenzen dem einen Verstärkereingang 31 und der von dem Verstärkungsregler 19 ausgegebenen Verstärkungsregelwert dem anderen Vestärkereingang 33 der Verstärkerstufe 1 zugeführt werden.
• Beide vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen nur Prinzipschaltungen von Verstärkern mit intermodulationsabhängiger Pegelregelung dar.

Claims (7)

1. Verfahren zum Regeln des Pegels des Ausgangssignals eines bereichsselektiven Hochfrequenz-Verstärkers für Mehrkanalsysteme, insbesondere eines Repeaters für Mobilfunksysteme, bestehend aus folgenden Schritten: – Bilden von Intermodulationsprodukten aus den verstärkten HF-Signalen, – Erzeugen einer Regelgröße aus den Intermodulationsprodukten, – Vergleichen der Regelgröße mit einem Sollwert und Bilden eines Stellsignals, – Steuern der Verstärkung des Verstärkers mit dem Stellsignal.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intermodulationsprodukte zweiter oder höherer Ordnung verwendet werden.
3. Bereichsselektiver Hochfrequenz-Verstärker für Mehrkanalsysteme, insbesondere Repeater für Mobilfunksysteme, mit einer Pegelregelschaltung für zumindest eine Verstärkerstufe, bei welcher an einem Eingang (E) die zu verstärkenden HF-Signale anliegen, und an einem Pegelregeleingang ein Pegelregelungswert für die Verstärkung anliegt, wobei die Pegelregelung des Verstärkers (1) in Abhängigkeit von aus den verstärkten HF-Signalen gebildeten Intermodulationsprodukten erfolgt, die in einer Regelschleife (7) ausgewertet und über einen Verstärkungsregler (19) a1s Regelsignal dem Pegelregeleingang des Verstärkers (1) zugeführt werden.
4. Verstärker nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelregelung in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Intermodulationsprodukte zweiter oder dritter Ordnung erfolgt.
5. Verstärker nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelregelung derart erfolgt, dass die Summe der jeweils aktuell auftretenden Intermodulationsprodukte zweiter und/oder höherer Ordnung kleiner oder gleich einem zulässigen Störpegel sind.
6. Verstärker nach einem der Ansprüche 3 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgang der Verstärkerstufe (1) und dem Pegelregeleingang der Verstärkerstufe (1) ein nichtlineares Bauteil (13) angeschlossen ist, in welchem die Intermodulationsprodukte gebildet werden.
7. Verstärker nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verstärkenden Signale an einem ersten Verstärkereingang der Verstärkerstufe (1) und die Stellgröße des Verstärkungsreglers (19) an einem zweiten Verstärkereingang der Verstärkerstufe (1) anliegen.