AMPLIFICACIÓN DE POTENCIA EN MODO CONMUTADO.

Método de amplificación de una señal de radiofrecuencia que comprende las etapas de:

recibir (14) una señal de envolvente (E), combinar aritméticamente (16) una amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) con la señal de envolvente (E) para obtener una señal de envolvente modificada (E'), modular (20) la señal de envolvente modificada (E') con una portadora (C) para obtener una señal modulada, amplificas (22) la citada señal modulada para obtener una señal de salida (O), filtrar en paso bajo (26) la señal de salida (O), y procesar (28) la señal filtrada (Vf), basándose en la amplitud de la señal de salida)O), para obtener la amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) para ser utilizada cuando se combina aritméticamente (16)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SE2006/050221.

Solicitante: TELEFONAKTIEBOLAGET LM ERICSSON (PUBL).

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 164 83 STOCKHOLM SUECIA.

Inventor/es: Sjöland,Henrik.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 27 de Junio de 2006.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H03F3/189 SECCION H — ELECTRICIDAD.H03 CIRCUITOS ELECTRONICOS BASICOS.H03F AMPLIFICADORES (medidas, ensayos G01R; amplificadores ópticos paramétricos G02F; circuitos con tubos de emisión secundaria H01J 43/30; másers, lásers H01S; amplificadores dinamoeléctricos H02K; control de la amplificación H03G; dispositivos para el acoplamiento independientes de la naturaleza del amplificador, divisores de tensión H03H; amplificadores destinados únicamente al tratamiento de impulsos H03K; circuitos repetidores en las líneas de transmisión H04B 3/36, H04B 3/58; aplicaciones de amplificadores de voz a las comunicaciones telefónicas H04M 1/60, H04M 3/40). › H03F 3/00 Amplificadores que tienen como elementos de amplificación solamente tubos de descarga o solamente dispositivos de semiconductores. › Amplificadores de alta frecuencia, p. ej. amplificadores de radiofrecuencia.
  • H03F3/217 H03F 3/00 […] › Amplificadores de potencia de clase D; Amplificadores de conmutación.

Clasificación PCT:

  • H03F1/02 H03F […] › H03F 1/00 Detalles de amplificadores que tienen como elementos de amplificación solamente tubos de descarga, solamente dispositivos semiconductores o solamente componentes no especificados. › Modificaciones de los amplificadores para aumentar su rendimiento, p. ej. etapas clase A de pendiente deslizante, utilización de una oscilación auxiliar.
  • H03F1/32 H03F 1/00 […] › Modificaciones de los amplificadores para reducir la distorsión no lineal (por realimentación negativa H03F 1/34).
  • H03F1/34 H03F 1/00 […] › Circuitos de realimentación negativa con o sin realimentación positiva (H03F 1/02 - H03F 1/30, H03F 1/38 - H03F 1/50, H03F 3/50 tienen prioridad).
  • H03F3/217 H03F 3/00 […] › Amplificadores de potencia de clase D; Amplificadores de conmutación.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2374220_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Amplificación de potencia en modo conmutado.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere al campo de los amplificadores de radiofrecuencia en modo conmutado. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método de amplificar una señal de radiofrecuencia, a un dispositivo de amplificación de potencia en modo conmutado y a un dispositivo de transmisión de radio que comprende tal dispositivo de amplificación de potencia.

DESCRIPCIÓN DE LA TECNICA RELACIONADA Existe un compromiso entre eficiencia y linealidad en los amplificadores de potencia de RF (radiofrecuencia) . Si se requiere una alta linealidad puede utilizarse un amplificador de clase A, al coste de una baja eficiencia. Si se va a transmitir una señal de envolvente constante y la linealidad no es crítica, puede utilizarse un amplificador de modo conmutado eficiente (de clase D, E o F)

Existen varias técnicas para permitir la utilización de amplificadores de potencia en modo conmutado con señales de envolvente no constante. Tales técnicas se utilizan en estaciones de base para telefonía móvil, y también en teléfonos móviles que operan en sistemas de 2, 5 G y superiores. Una técnica descrita por L.R. Kahn en “Single sideband transmission by envelope elimination and restoration”, Proceedings of the IRE, vol. 40, pp. 803-806, Julio de 1952, que puede mencionarse es la envelope elimination and restoration (EER – Eliminación y Restauración de Envolvente) , donde el amplificador de potencia en modo conmutado está operando en una señal de envolvente constante y la modulación de amplitud se logra utilizando un convertidor DC-DC para modular la tensión de alimentación. El principal inconveniente es la necesidad de un convertidor DC-DC rápido con una elevada eficiencia y baja cantidad de señales falsas. La linealidad del sistema también es un problema, puesto que la desviación de fase del amplificador depende de la tensión. El problema es exagerado si las señales tienen una gran variación de amplitud. Puede aplicarse una técnica de linealización, tal como la pre-distorsión, para mejorar la linealidad.

El principal problema con las soluciones existentes es que no pueden proporcionar una alta eficiencia a la vez que cumplen los exigentes requisitos de linealidad de los sistemas de 2, 5 G y superiores. Una manera de mejorar la eficiencia sería eliminar el convertidor DC-DC en la EER. Esto puede lograrse utilizando un modulador delta-sigma antes del amplificador de potencia en modo conmutado. Esto es descrito, por ejemplo por J. Kelola et al. en “Transmitter Utilising Bandpass Delta-Sigma Modulator and Switching Mode Power Amplifier”, Proceedings ISCAS 2004, pp. I-633-636, así como por J. Sommarek et al. en “A Digital Modulator with Bandpass Delta-Sigma Modulator”, Proceedings of ESSCIRC 2004, pp. 159-162. El efecto del modulador puede en algunos casos ser visto como que utiliza un Convertidor DC-DC sin filtro de salida, sólo encendiendo y apagando la fuente de tensión. Véase por ejemplo Y. Wang, “A class-S RF amplifier architecture with envelope delta-sigma modulation”, en Proceedings of RAWCON 2002, pp. 177-179 e Y. S. Jeon et al, “A novel high-efficiency linear transmitter using injection-locked pulsed oscillator”, IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 15, nº 4, pp 214-216, Abril de 2005. Puesto que se generarán entonces una gran cantidad de señales falsas es esencial cómo están realizados el modulador y el filtro de antena para asegurar que no se transmitan señales falsas demasiado potentes, que bloqueen la recepción en otros canales. Dependiendo de cómo opera el modulador existirán diferentes mecanismos que provoquen no linealidad, y esquemas para mejorar la linealidad son esenciales. Otra técnica anterior se encuentra en el documento WO2005/119904 y US6794931.

Existe por lo tanto una necesidad de mejorar la linealidad de los amplificadores de potencia en modo conmutado.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se dirige a permitir la provisión de una transmisión de radiofrecuencia eficiente respecto a la potencia con un buen comportamiento lineal.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un método de amplificar una señal de radiofrecuencia, lo que permite la provisión de una transmisión de radiofrecuencia eficiente en lo que respecta a la potencia.

De acuerdo con un primer aspecto de la invención esto se logra mediante un método de amplificar una señal de radiofrecuencia que comprende las etapas de:

recibir una señal de envolvente (E) , combinar aritméticamente una amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) con la señal de envolvente (E) para obtener una señal de envolvente modificada (E') , modular la señal de envolvente modificada (E') con una portadora (C) para obtener una señal modulada, amplificar la citada señal modulada para obtener una señal de salida (O) , filtrar en paso bajo la señal de salida (O) , y procesar la señal filtrada (Vf) , basándose en la amplitud de la señal de salida (O) , para obtener la amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) para ser utilizada cuando se realice una combinación aritmética (16) .

La presente invención también proporciona un dispositivo de amplificación de potencia en modo conmutado, que muestra un buen comportamiento lineal.

El dispositivo de amplificación de potencia puede ventajosamente ser proporcionado en un dispositivo de transmisión de radio tal como una estación de base o una estación de telefonía móvil.

La invención tiene las siguientes ventajas: Proporciona un modo de operación más lineal. Al mismo tiempo tiene una gran eficiencia. De acuerdo con la invención se mide el contenido de baja frecuencia de la señal de salida, lo que está relacionado con la salida de RF, y a partir de esa amplitud de RF puede ser calculado e realimentado. La estructura de realimentación es además simple, lo que se logra midiendo el contenido de baja frecuencia de la señal de salida en lugar de la propia salida de RF, lo que puede resultar en un menor consumo de potencia. La realimentación será especialmente efectiva para suprimir la distorsión debido a que los conmutadores no son capaces de encenderse completamente para los pulsos muy cortos generados en amplitudes de salida bajas.

Debe ponerse énfasis en que el término “comprende/que comprende” cuando se utiliza en esta memoria se toma para especificar la presencia de características, etapas o componentes establecidos, pero no impide la presencia o la adición de una o más características, etapas, componentes diferentes o grupos de los mismos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La presente invención se describirá ahora con más detalle en relación con los dibujos adjuntos, en los cuales:

la Fig. 1 muestra un esquema de bloques de un dispositivo de amplificación de potencia en modo conmutado de acuerdo con una realización de la presente invención, la Fig. 2 muestra un diagrama de flujo de un método de amplificar una señal de radiofrecuencia de acuerdo con una realización de la presente invención, la Fig. 3 muestra esquemáticamente dos dispositivos de transmisión por radio, una estación de base y una estación de telefonía móvil, que se comunican entre sí, donde cada uno puede incluir un dispositivo de amplificación de potencia de acuerdo con la invención, y la Fig. 4 muestra una vista frontal de una estación de telefonía móvil en la forma de un teléfono móvil.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES La presente invención se refiere a un amplificador de potencia de RF (radiofrecuencia) en modo conmutado que puede ser utilizado ventajosamente para comunicación en redes inalámbricas por ejemplo en redes de 2, 5 G y superiores. Existe un problema con los amplificadores de potencia de RF porque tienen una baja linealidad, si se desea también una buena eficiencia. La presente invención se dirige a mejorar la linealidad de tales amplificadores. Al mismo tiempo se mantiene una buena eficiencia.

Tal dispositivo 10 de amplificación de potencia en modo conmutado se muestra en un esquema de bloques en la Fig. 1. El dispositivo 10 de amplificación de potencia se indica mediante una caja de trazos que incluye un número de unidades diferentes. El dispositivo 10 de amplificación de potencia incluye una entrada de señal de envolvente EI (Envelope signal Input) , cuya entrada de señal de envolvente EI está conectada a una primera entrada de una unidad de combinación aritmética que en esta realización... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de amplificación de una señal de radiofrecuencia que comprende las etapas de:

recibir (14) una señal de envolvente (E) , combinar aritméticamente (16) una amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) con la señal de envolvente (E) para obtener una señal de envolvente modificada (E') , modular (20) la señal de envolvente modificada (E') con una portadora (C) para obtener una señal modulada, amplificas (22) la citada señal modulada para obtener una señal de salida (O) , filtrar en paso bajo (26) la señal de salida (O) , y procesar (28) la señal filtrada (Vf) , basándose en la amplitud de la señal de salida) O) , para obtener la amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) para ser utilizada cuando se combina aritméticamente (16) .

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la amplitud de la señal de salida es establecida como una tensión de alimentación (Vdd) utilizada para señalar la señal modulada.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el procesamiento de la señal filtrada se basa en una expansión de Fourier para la amplitud de radiofrecuencia estimada.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la amplitud de radiofrecuencia estimada se obtiene mediante la expresión:

donde Vf es la señal filtrada, Vdd es la amplitud de la señal de salida y AE es la amplitud de radiofrecuencia estimada.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que la etapa de procesamiento de la señal filtrada se lleva a cabo sobre señales digitales, mientras que la señal modulada y la señal de salida son señales analógicas.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, en el que la etapa de procesamiento de la señal de envolvente y la señal de envolvente modificada comprenden la señal de modulación en anchura de pulso que utiliza la portadora (C) .

7. Un dispositivo (10) de amplificación en modo conmutado que comprende:

una envelope signal input (EI – Entrada de Señal de Envolvente) , una unidad de combinación aritmética (SUB) que tiene una primera entrada conectada a la entrada de la señal de envolvente y que proporciona una señal de envolvente modificada (E') , una unidad de modulación (PWM) para recibir la señal de envolvente modificada y configurada para 10 modular esta señal con una portadora (C) para obtener una señal modulada, una unidad de señal con (PA) conectada a la unidad de modulación para amplificar la citada señal modulada con el fin de obtener una señal de salida (O) , una ruta de realimentación conectada entre una salida de la unidad de amplificación (PA) y una segunda entrada de la unidad de combinación aritmética (SUB) , comprendiendo la citada ruta de realimentación un low pass filter (LPF - filtro de paso bajo) para filtrar en paso bajo la señal de salida (O) , y al menos una unidad de procesamiento de señal (DSP) para procesar la señal filtrada (Vf) con el fin de obtener una amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) , y donde la unidad de procesamiento de señal recibe la amplitud de la señal de salida (O) con el fin de basar la obtención de la amplitud de potencia estimada también en éste, y para la provisión de la amplitud de radiofrecuencia estimada (AE) a la segunda entrada de la unidad de combinación aritmética.

8. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutada de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la unidad de procesamiento de señal recibe una tensión de alimentación (Vdd) utilizada por la unidad de amplificación (PA) , como la amplitud de la señal de salida (O) .

9. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutado de acuerdo con las reivindicaciones 7 u 8, en el que el procesamiento de la señal filtrada se basa en una expansión de Fourier para la amplitud de radiofrecuencia estimada.

10. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 ó 9, en el que la amplitud del pulso de la señal estimada se obtiene mediante la expresión:

donde Vf es la señal filtrada, Vdd es la amplitud de a señal de salida y AE es la amplitud del pulso de la señal estimada.

11. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 – 10, que comprende también al menos un convertidor A/D (A/D1, A/D2) en la ruta de realimentación para proporcionar señales digitales a la unidad de procesamiento de señal y un convertidor D/A (D/A) para asegurar que la unidad de modulación (PWM) recibe señales analógicas, en el que la unidad de procesamiento de señal (DSP) es una unidad de procesamiento de señal digital.

12. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutado de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el convertidor D/A está conectado en la ruta de realimentación entre la unidad de procesamiento de señal y la unidad de combinación aritmética.

13. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutado de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el convertidor D/A está conectado entre la unidad de combinación aritmética y la unidad de modulación.

14. Un dispositivo de amplificación de potencia conmutado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 – 13, en el que la unidad de modulación 20 (PWM) es una unidad de modulación de anchura de pulso.

15. Un dispositivo de transmisión de radio que comprende al menos un dispositivo de amplificación de potencia conmutado de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 – 14.

16. El dispositivo de transmisión de radio de acuerdo con la reivindicación 15, en el que es una estación de base.

17. Un dispositivo de transmisión de radio de acuerdo con la reivindicaciones 15, en el que es una estación de telefonía móvil.

 

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