Схемы передатчика для систем связи

Схемы передатчика для систем связи

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к электронным схемам систем связи, в частности к схемам передатчика, которые обеспечивают улучшение рабочих характеристик.

Проектирование передатчика с улучшенными рабочими характеристиками осуществляется исходя из различных конструктивных соображений. Для многих применений улучшенные рабочие характеристики необходимы для удовлетворения требований, которые обусловлены техническими характеристиками системы. Улучшенные рабочие характеристики определяются линейностью тракта передачи сигналов, широким динамическим диапазоном для управления мощностью передачи и иными параметрами. Кроме того, в некоторых областях применения, таких как системы сотовой связи, важным учитываемым фактором является потребляемая мощность, что обусловлено портативностью телефонных аппаратов для сотовой связи. Стоимость также является главным фактором, учитываемым при создании конструкций многих передатчиков, реализуемых в виде серийно выпускаемых потребительских товаров. Учитываемые при проектировании факторы улучшенных рабочих характеристик, низкой потребляемой мощности и низкой стоимости обычно входят в противоречие друг с другом.

Учет этих различных факторов при проектировании оказывает влияние на рабочие характеристики и на приемлемость многих потребительских товаров, таких как, например, телефонные аппараты для сотовой связи, для потребителя. Примерами систем сотовой связи являются в том числе системы связи множественного доступа с кодовым разделением (МДКР), системы связи множественного доступа с временным разделением (МДВР) и системы связи с аналоговой частотной модуляцией (ЧМ). Системы связи МДКР раскрыты в патенте США №4901307 на "СИСТЕМУ СВЯЗИ МНОЖЕСТВЕННОГО ДОСТУПА С РАСШИРЕННЫМ СПЕКТРОМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПУТНИКОВЫХ ИЛИ НАЗЕМНЫХ РЕТРАНСЛЯТОРОВ" и в патенте США №5103459, на "СИСТЕМУ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ В СИСТЕМЕ СОТОВОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СВЯЗИ МДКР", права на оба из которых переданы патентовладельцу настоящего изобретения и которые включены сюда путем ссылки. Характеристики систем связи МДКР также определены в стандарте Ассоциации промышленности средств связи (TIA)/Ассоциации электронной промышленности США (EIA)/Международном стандарте (IS), имеющем название "Стандарт TIA/EIA/IS-95-A совместимости подвижной станции и базовой станции для двухрежимной системы широкополосной сотовой связи с расширенным спектром", и в стандарте TIA/ EIA/IS, имеющем название "Стандарт TIA/EIA/IS-95-B совместимости подвижной станции и базовой станции для системы широкополосной сотовой связи с расширенным спектром", оба из которых включены сюда путем ссылки.

В системах связи МДКР наличие нелинейности в передатчике приводит к генерации интермодуляционных искажений, которые действуют как шум и ухудшают рабочие характеристики системы. Для снижения нелинейности компоненты тракта передачи сигналов выполняют таким образом, чтобы они функционировали в диапазонах, обеспечивающих линейность, что в результате приводит к большему энергопотреблению. Для обеспечения надлежащего управления мощностью передачи выходного сигнала необходим широкий динамический диапазон. В системах МДКР осуществляют регулировку уровня мощности передачи таким образом, чтобы обеспечить требуемые рабочие характеристики системы (то есть определенную частоту появления ошибочных битов), низкий уровень помех для других устройств и меньшую потребляемую мощность. Низкое энергопотребление передатчика позволяет использовать аккумуляторы меньшего размера, что часто дает возможность создавать телефонные аппараты меньшего размера. Меньший размер является очень желательным, что обусловлено портативностью телефонного аппарата. Кроме того, низкое энергопотребление передатчика позволяет дополнительно увеличить продолжительность работы в режиме разговора и в режиме ожидания для аккумулятора заданного размера.

Понятно, что очень желательным является создание таких архитектур передатчика, которые имеют улучшенные рабочие характеристики, малое энергопотребление и низкую стоимость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В изобретении предложены схемы контроллера, посредством которых осуществляют управление функционированием передатчиков системы связи, для обеспечения улучшенных рабочих характеристик по сравнению с обычными передатчиками. Усовершенствования включают совокупность следующих признаков: более короткое время отклика на управляющие сигналы, улучшенную линейность при регулировании выходной мощности, уменьшение помех, снижение энергопотребления, меньшую сложность схемы и меньшую стоимость. В варианте применения для сотовой связи эти усовершенствования могут приводить к увеличению пропускной способности системы, к созданию телефонных аппаратов меньшего размера, к увеличению продолжительности работы в режиме разговора и в режиме ожидания и к большей приемлемости изделий для потребителей.

Согласно одному из аспектов изобретения предложен передатчик для системы связи, который содержит блок с регулируемым усилением, блок усилителя мощности и схему контроллера. Блок с регулируемым усилением имеет регулируемый коэффициент усиления в конкретном диапазоне значений коэффициента усиления. Блок усилителя мощности соединен с блоком с регулируемым усилением и имеет ряд дискретных установочных значений коэффициента усиления, причем одно из установочных значений коэффициента усиления является установочным значением шунтирования. Схема контроллера формирует управляющие сигналы для блока с регулируемым усилением и блока усилителя мощности. Обновление коэффициентов усиления для блока с регулируемым усилением и блока усилителя мощности осуществляют таким образом, чтобы обеспечить ослабление переходных процессов в выходной передаваемой мощности и линейную регулировку уровня выходной передаваемой мощности. Управление блоком с регулируемым усилением и блоком усилителя мощности также осуществляется для уменьшения потребляемой мощности, например, путем выключения питания одного или более блоков, если они не требуются.

Согласно другому аспекту изобретения предложены способ и устройство регулировки коэффициента усиления элемента схемы в передатчике. Согласно этому способу и устройству принимают управляющий сигнал регулировки коэффициента усиления, который содержит установочные значения коэффициента усиления для элемента схемы. Затем генерируют импульсы перегрузки (перевозбуждения), соответствующие изменениям установочных значений коэффициента усиления. Импульсы перегрузки суммируются с установочными значениями коэффициента усиления для формирования отрегулированного управляющего сигнала, который фильтруется для формирования отфильтрованного управляющего сигнала. Затем коэффициент усиления элемента схемы регулируется в соответствии с отфильтрованным управляющим сигналом. Импульсы перегрузки могут иметь амплитуды, связанные с величиной изменений установочных значений коэффициента усиления, а также могут иметь программно регулируемую длительность.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложены способ и устройство регулировки коэффициента усиления сигнала в передатчике, имеющем первый усилительный элемент и второй усилительный элемент. Первый усилительный элемент реагирует на первый тактовый сигнал обновления, а второй усилительный элемент реагирует на второй тактовый сигнал обновления. Первый и второй тактовые сигналы обновления являются асинхронными. В соответствии с этим способом и устройством, осуществляют определение первой и второй амплитудных передаточных характеристик соответственно первого и второго усилительных элементов. Затем исходя из первой и второй амплитудных передаточных характеристик формируют таблицу регулировки коэффициента усиления. В обычном режиме работы осуществляют прием первого и второго установочных значений коэффициентов усиления соответственно для первого и второго усилительных элементов. Регулируют второе установочное значение коэффициента усиления на конкретную величину смещения коэффициента усиления, полученную исходя из первого установочного значения коэффициента усиления. Затем из таблицы регулировки коэффициента усиления считывают линеаризованное установочное значение коэффициента усиления, соответствующее отрегулированному второму установочному значению коэффициента усиления. Производят регулировку коэффициентов усиления первого и второго усилительных элементов посредством соответственно первого и линеаризованного установочных значений коэффициента усиления.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложены способ и устройство регулировки коэффициента усиления сигнала в передатчике, имеющем первый усилительный элемент и второй усилительный элемент. Первый усилительный элемент реагирует на первый тактовый сигнал обновления, а второй усилительный элемент реагирует на второй тактовый сигнал обновления. Второй тактовый сигнал обновления имеет более высокую частоту, чем первый тактовый сигнал обновления, причем первый и второй тактовые сигналы обновления являются асинхронными. В соответствии с этим способом и устройством осуществляют прием первого и второго установочных значений коэффициента усиления соответственно для первого и второго усилительных элементов. Затем осуществляют генерацию первого и второго управляющих сигналов регулировки коэффициента усиления, посредством которых отображают соответственно первое и второе установочные значения коэффициента усиления. Выполняют синхронизацию первого и второго управляющих сигналов регулировки коэффициента усиления соответственно с первым и вторым тактовыми сигналами обновления. Осуществляют обнаружение изменений установочного значения коэффициента усиления первого усилительного элемента. При обнаружении изменения установочного значения коэффициента усиления выполняют синхронизацию второго управляющего сигнала регулировки коэффициента усиления с первым тактовым сигналом обновления, а при обнаружении отсутствия изменений установочного значения коэффициента усиления выполняют синхронизацию второго управляющего сигнала регулировки коэффициента усиления с вторым тактовым сигналом обновления. Производят регулировку коэффициентов усиления первого и второго усилительных элементов посредством соответственно синхронизированных первого и второго управляющих сигналов регулировки коэффициента усиления.

Согласно еще одному аспекту изобретения предложены способ и устройство обеспечения линейной регулировки уровня мощности выходного сигнала передатчика. Передатчик содержит устройство с несколькими дискретными установочными значениями коэффициента усиления и устройство с плавной регулировкой установочного значения коэффициента усиления. В соответствии с этим способом и устройством определяют амплитудную передаточную функцию передатчика для каждого из дискретных установочных значений коэффициента усиления. Для каждого из дискретных установочных значений коэффициента усиления формируют таблицу компенсации коэффициента усиления исходя из амплитудной передаточной функции, полученной в результате операции определения. Осуществляют прием первого установочного значения коэффициента усиления для устройства с дискретными установочными значениями коэффициента усиления. Одно из дискретных установочных значений коэффициента усиления задают посредством первого установочного значения коэффициента усиления. Также осуществляют прием второго установочного значения коэффициента усиления для устройства с плавной регулировкой установочного значения коэффициента усиления. Из таблицы компенсации коэффициента усиления, соответствующей дискретному установочному значению коэффициента усиления, заданному посредством первого установочного значения коэффициента усиления, считывают скомпенсированное установочное значение коэффициента усиления. Производят регулировку коэффициента усиления устройства с дискретными установочными значениями коэффициента усиления посредством первого установочного значения коэффициента усиления, а регулировку коэффициента усиления устройства с плавной регулировкой установочной значения коэффициента усиления осуществляют посредством скомпенсированного установочного значения коэффициента усиления.

Согласно еще одному аспекту изобретения в нем предложены способ и устройство управления переходными процессами, наблюдающимися в выходной мощности передатчика, во время передачи сигнала. Передатчик содержит первый усилительный элемент, имеющий первое время отклика, и второй усилительный элемент, имеющий второе время отклика. Первое время отклика является более коротким, чем второе время отклика. В соответствии с этим способом и устройством осуществляют прием первой и второй команд регулировки значений коэффициента усиления соответственно первого и второго элементов. Осуществляют задержку первой команды на конкретный промежуток времени. Выполняют регулировку коэффициентов усиления первого и второго усилительных элементов посредством соответственно первой команды, имеющей задержку, и второй команды. Осуществляют выбор конкретного промежутка времени для ослабления возрастания уровня выходной мощности передатчика вследствие регулировки значений коэффициента усиления первого и второго устройств. В одном из вариантов осуществления задержку первой команды осуществляют в случае обнаружения увеличения коэффициента усиления первого устройства.

Согласно еще одному аспекту изобретения в нем предложены способ и устройство управления усилителем мощности передатчика во время передачи сигнала. В соответствии с этим способом и устройством сначала определяют требуемый уровень мощности передачи выходного сигнала. В том случае если требуемый уровень мощности передачи выходного сигнала является более низким, чем конкретное пороговое значение, сигнал пропускают в обход усилителя мощности, а его питание отключают. В том случае если требуемый уровень мощности передачи выходного сигнала превышает конкретное пороговое значение, усилитель мощности включают по меньшей мере на конкретный промежуток времени для прогрева, а затем осуществляют его выбор для использования. Питание усилителя мощности может быть отключено во время его простоя. Операции выбора и шунтирования/выключения усилителя мощности могут быть выполнены в моменты времени, соответствующие границам переданных кодовых символов, что обеспечивает минимальное ухудшение рабочих характеристик системы. Аналогичным способом может быть осуществлено отключение питания в тракте передачи сигналов (например, в высокочастотном тракте передачи и в тракте промежуточной частоты), а также в схемах смещения во время их простоя.

Вышеописанные и другие аспекты этого изобретения поясняются в приведенном ниже описании, формуле изобретения и иллюстрируются чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - блок-схема варианта осуществления передатчика для системы связи;

Фиг.2 - блок-схема варианта осуществления передатчика, который обладает преимуществами по сравнению с передатчиком по Фиг.1;

Фиг.3 - блок-схема варианта осуществления контроллера, посредством которого осуществляют генерацию управляющих сигналов для передатчика по Фиг.2;

Фиг.4 - схема части средства управления коэффициентом усиления, которая содержит вариант осуществления схемы сопряжения;

Фиг.5 - схема конкретного варианта осуществления схемы сопряжения;

фиг.6 - блок-схема варианта осуществления схемы смещения коэффициента усиления;

Фиг.7А - временная диаграмма управляющих сигналов для предварительного усилителя и УМ усилителя мощности и для усилителя с регулируемым коэффициентом усиления (УРКУ);

Фиг.7Б - блок-схема варианта осуществления устройства, посредством которого осуществляют генерацию управляющих сигналов для предварительного усилителя с УМ и для УРКУ;

Фиг.7В и Фиг.7Г - схемы варианта осуществления соответственно компаратора и логической схемы, входящих в состав схемы временной синхронизации;

Фиг.8А и Фиг, 8Б - схемы вариантов осуществления электронной схемы соответственно усилителя мощности с высоким коэффициентом полезного действия (УМВК) и усилителя мощности, имеющих множество установочных значений коэффициента усиления и установочное значение шунтирования;

Фиг.8В - схема варианта осуществления УМ, имеющего множество установочных значений коэффициента усиления, но не имеющего установочного значения шунтирования;

Фиг.9А - график амплитудной передаточной функции (или характеристики) для типичного элемента схемы, например, УРКУ, предварительного усилителя или УМ;

Фиг.9Б и Фиг.9В - диаграммы, иллюстрирующее соответственно гистерезис мощности и гистерезис мощности временной характеристики для элемента схемы, имеющего два состояния коэффициента усиления;

Фиг.9Г и Фиг.9Д - диаграммы, иллюстрирующие соответственно гистерезис мощности и гистерезис мощности и временной характеристики для элемента схемы, имеющего четыре состоянии коэффициента усиления;

Фиг.10А и Фиг.10Б - диаграммы переходных процессов в выходной передаваемой мощности вследствие рассогласования предварительного усилителя и УМ с УРКУ по времени отклика, для случая ступенчатого уменьшения и увеличения коэффициента усиления;

Фиг.10В и Фиг.10Г - диаграммы переходных процессов в выходной передаваемой мощности вследствие (преднамеренно введенного) рассогласования временной синхронизации управляющих сигналов для предварительного усилителя - УМ и УРКУ при двух различных значениях времени задержки;

Фиг.10Д - схема варианта осуществления электронной схемы, создающей задержку управляющих сигналов для предусилителя - УМ, для обеспечения возможности управления переходными процессами в выходной передаваемой мощности при переключении коэффициента усиления предусилителя - УМ;

Фиг.11А и Фиг.11Б - временные диаграммы сигналов, используемых для управления УМ и каналом передачи в соответствии с одним из аспектов изобретения;

Фиг.11В - схема варианта осуществления электронной схемы генерации управляющего сигнала ВКЛ_УМ, посредством которого осуществляют включение и выключение питания УМ;

Фиг.11Г - схема варианта осуществления электронной схемы генерации управляющих сигналов УМ_R.[1:0].

ОПИСАНИЕ КОНКРЕТНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Варианты конструкции передатчика

На Фиг.1 показана блок-схема варианта осуществления передатчика 100 для системы связи. Передатчик, показанный на Фиг.1, может быть использован для различных областей применения, в том числе для телефонных аппаратов сотовой связи, для телевидения высокой четкости (ТВЧ), для кабельного телевидения и т.п. В тракте передачи осуществляют усиление сигнала промежуточной частоты (ПЧ) посредством усилителя 120 с регулируемым коэффициентом усиления (УРКУ), осуществляют преобразование сигнала с повышением частоты в высокочастотный (ВЧ) сигнал посредством смесителя 122 с использованием синусоидального сигнала гетеродина (ГТР) 124, осуществляют усиление сигнала посредством предусилителя 126 и его буферизацию посредством усилителя 128 мощности (УМ), который возбуждает антенну 130. В зависимости от требуемой линейности предусилитель 126 и усилитель 128 мощности соединяют либо с источником питания повышенного напряжения (VDD_выс), либо с источником питания пониженного напряжения (VDD_низ) через коммутатор 132, управление которым осуществляют посредством управляющего сигнала УМ_R1. Канал передачи передатчика 100 включает в себя компоненты тракта передачи сигналов (то есть от смесителя 122 до антенны 130), но не поддерживает такие схемы, как гетеродин 124. Канал передачи содержит в себе смеситель 122, предусилитель 126 и УМ 128.

В варианте осуществления, изображенном на Фиг.1, УМ 128 обеспечивает постоянный коэффициент усиления (равный, например, 29 дБ) при наличии разрешающего управляющего сигнала ВКЛ_УМ (PA_ON), а предусилитель 126 обеспечивает первый коэффициент усиления или второй коэффициент усиления (например соответственно 26 дБ или -2 дБ,) в зависимости от состояния управляющего сигнала УМ_R0 (PA_R0). УРКУ 120 обеспечивает соответствующую регулировку усиления для охвата необходимого динамического диапазона (равного, например, 85 дБ), соответствующего техническим требованиям, предъявляемым к системе. Контроллер 140 формирует управляющие сигналы для приведения в действие УМ 128, установки коэффициента усиления предусилителя 126, управления смещением УМ 128 и предусилителя 126, а также для установки коэффициента усиления УРКУ 120.

Передатчик 100 должен удовлетворять техническим требованиям для различных систем. Для вариантов применения в системах МДКР передатчик должен функционировать таким образом, чтобы его нелинейность не превышала заданную величину, и обеспечивать заданный динамический диапазон. Нелинейность частично снижается за счет более высокой мощности электропитания (VDD_выс) предусилителя 126 и УМ 128 при высоких уровнях передаваемой мощности и выбора надлежащего коэффициента усиления (например, высокого коэффициента усиления) для предусилителя 126. Хотя предусилитель 126 может работать с одним из двух установочных значений коэффициента усиления, требуемый динамический диапазон обеспечивается за счет УРКУ 120 по причинам, описанными ниже.

В схеме передатчика, показанной на Фиг.1, управление предусилителем 126 и УМ 128 осуществляется устройством, имеющим одну частоту обновления, а управление УРКУ 120 другим устройством, имеющим другую частоту обновления. Как правило, состояние низкого усиления предусилителя 126 достигается шунтированием или выключением питания мощных каскадов предусилителя. При изменении состояния усиления предусилителя 126 часто возникает кратковременный выброс усиления и нежелательный и непредсказуемый сдвиг фазы. Эти неблагоприятные эффекты приводят к ухудшению рабочих характеристик системы. В результате, усиление предусилителя 126 переключают с медленной скоростью для уменьшения нежелательных эффектов. В отличие от этого, устройство регулировки усиления УРКУ 120 имеет более высокую частоту обновления, чем для предусилителя 126. Более высокая частота обновления используется для быстрой регулировки усиления в тракте передачи сигналов в ответ на быстрые изменения рабочих условий.

В системах связи МДКР тактовые сигналы обновления для устройства управления предусилителем-УМ и тактовые сигналы обновления для устройства управления УРКУ являются синхронизированными по частоте, но они могут быть (и обычно являются) не синхронизированными по фазе. Эти тактовые сигналы обновления по существу можно считать асинхронными. Ввиду ряда факторов проектирования системы тактовые сигналы обновления для устройства управления предусилителем-УМ получают из модулятора того устройства, в котором находится передатчик (например, абонентского устройства), а тактовые сигналы обновления для устройства управления УРКУ получают из демодулятора.

Устройство, которое управляет предусилителем 126 и УМ 128, обычно имеет более короткое время отклика, чем устройство, которое управляет УРКУ 120. Как показано на Фиг.1, управляющие сигналы (УМ_R0 и УМ_R1) для предусилителя 126 и УМ 128 являются по своей сущности цифровыми и обладают (относительно) коротким временем перехода из одного состояния в другое. В отличие от этого управляющий сигнал УСИЛЕНИЕ_УРКУ для УРКУ 120 фильтруется фильтром 142 нижних частот, имеющим конкретное время отклика τ₁. Ширина полосы пропускания фильтра 142 достаточно узка для уменьшения амплитуды пульсаций сигнала регулировки усиления АРУ_ПРД ("автоматическая регулировка усиления при передаче") до конкретной величины, которая обусловлена техническими требованиями, предъявляемыми к системе. Наличие узкой полосы пропускания приводит к (относительно) большому времени отклика (например, τ₁=330 мкс) для ступенчатого изменения управляющего сигнала УСИЛЕНИЕ_УРКУ.

Устройство управления предусилителем и УМ и устройство управления УРКУ обычно выполняют таким образом, чтобы они функционировали независимо одно от другого, что обусловлено, по меньшей мере, некоторыми из указанных выше причин (а именно, наличием различных частот обновления, асинхронных тактовых сигналов обновления и различного времени отклика). Однако для поддержания приблизительно постоянного уровня мощности передачи выходного сигнала при переключении коэффициента усиления предусилителя 126 из состояния с низким установочным значением коэффициента усиления в состояние с высоким установочным значением коэффициентом усиления и обратно, эти два устройства управления соединяют между собой. При переключении коэффициента усиления предусилителя 126 между установочными значениями коэффициента усиления в канале передачи возникает внезапный скачок усиления, который может приводить к изменению уровня мощности передачи выходного сигнала. Для компенсации этого скачка усиления осуществляют регулировку коэффициента усиления УРКУ 120 посредством смещения коэффициента усиления таким образом, чтобы обеспечить приблизительно одинаковый коэффициент усиления всего тракта передачи сигналов до и после переключения предусилителем 126. Например, если переключение предусилителем 126 осуществляется с коэффициента усиления, равного -2 дБ, до коэффициента усиления, равного +26 дБ, то приблизительно в это же самое время коэффициент усиления УРКУ уменьшают на 28 дБ для компенсации изменения коэффициента усиления предусилителя. Время отклика УРКУ 120 должно быть приблизительно равно времени отклика предусилителя 126. В том случае если при переключении коэффициента усиления предусилителя 126 коэффициент усиления УРКУ 120 не отрегулирован надлежащим образом (то есть, вследствие наличия большого времени отклика), возникает скачок усиления, который вызывает возникновение соответствующего переходного процесса в выходной передаваемой мощности. Переходный процесс в передаваемой мощности может вызвать ухудшение рабочих характеристик передатчика.

На Фиг.1 показан вариант осуществления, в котором обеспечивают синхронизацию этих двух устройств управления для ослабления скачка усиления при переключении предусилителя. Изменяемый управляющий сигнал УСИЛЕНИЕ_УРКУ подается в соединенный с контроллером 140 фильтр 142 нижних частот, осуществляющий фильтрацию для формирования аналоговых напряжений, которые подаются в суммирующий усилитель 148. Управляющий сигнал УМ_R0 для предусилителя 126 подается в коммутатор 144, расположенный между фильтром 146 нижних частот и суммирующим усилителем 148 и соединенный с ними, и посредством этого сигнала осуществляется управление коммутатором. Фильтр 146, соединенный с контроллером 140, принимает и фильтрует постоянный управляющий сигнал СМЕЩ_УСИЛЕНИЯ (смещение коэффициента усиления) для формирования постоянного аналогового напряжения, которое подается в суммирующий усилитель 148. Усилитель 148 суммирует полученные напряжения для формирования управляющего сигнала АРУ_ПРД для УРКУ.

Таким образом, при переключении коэффициента усиления предусилителя 126 в УРКУ 120 подается соответствующее установленное напряжение смещения коэффициента усиления (то есть отфильтрованный сигнал СМЕЩ_УСИЛЕНИЯ). Посредством этого напряжения смещения коэффициента усиления осуществляют регулировку усиления УРКУ 120 в противоположном направлении для поддержания приблизительно одинакового коэффициента усиления всего тракта передачи сигналов. Время отклика усилителя 148 пренебрежимо мало и приблизительно равно времени отклика предусилителя 126 на изменение управляющего сигнала УМ_R0. Добавление напряжения смещения коэффициента усиления в цифровом виде (а именно, в контроллере 140) осуществляется только после фильтра 142, поскольку время отклика фильтра 142 (равное приблизительно 330 мкс) слишком велико по отношению к короткому (и обычно пренебрежимо малому) времени отклика предусилителя 126.

Схема передатчика, показанная на Фиг.1, является лишь частично оптимальной по нескольким причинам. Во-первых, вследствие независимого функционирования устройств регулировки коэффициента усиления предусилителя 126 и УРКУ 120 необходимый полный динамический диапазон (равный, например, 85 дБ) обеспечивается посредством УРКУ 120. Необходимость обеспечения такого широкого динамического диапазона приводит к усложнению конструкции УРКУ и к повышению потребляемой мощности. Во-вторых, наличие дополнительных компонент (например, внешних - коммутатора 144, фильтра 146 и суммирующего усилителя 148; и внутренних - дополнительного модулятора по плотности импульсов (МПИ) для цифроаналогового преобразования сигнала СМЕЩ_УСИЛЕНИЯ (OS_GAIN)), необходимых для поддержания приблизительно постоянного уровня мощности передачи выходного сигнала при переключении предусилителя 126 приводит к возрастанию сложности и стоимости передающей аппаратуры.

К тому же, показанная на Фиг.1 конструкция передатчика не способна обеспечить соответствие некоторым техническим требованиям, предъявляемым к системе. Например, стандарт TIA/EIA/IS-95-A требует, чтобы за время менее 500 мкс с момента приема достоверного бита управления мощностью средний уровень выходной мощности передатчика достигал значения в пределах 0,3 дБ относительно окончательного значения. Для удовлетворения этим техническим требованиям необходимо широкополосное устройство управления мощностью, имеющее короткое время установления сигнала. Время обработки, необходимое для приема и определения достоверности бита управления мощностью, может достигать 400 мкс, при этом остается только 100 мкс на срабатывание передатчика в ответ на обнаруженный достоверный бит управления мощностью. Если время отклика фильтра 142 превышает 100 мкс (для типового схемного решения оно равно приблизительно 330 мкс), сложно (или вообще невозможно) обеспечить соответствие этим техническим требованиям.

Понятно, что различные конструктивные соображения и технические требования, предъявляемые к системе, налагают на устройство регулировки коэффициента усиления канала передачи требования к его быстродействию и точности.

На Фиг.2 показана блок-схема варианта осуществления передатчика 200, который обладает преимуществами по сравнению с передатчиком 100 по Фиг.1. В тракте передачи сигнал промежуточной частоты (ПЧ) усиливается посредством УРКУ 220, преобразуется с повышением частоты в высокочастотный (ВЧ) сигнал посредством смесителя 222 с использованием синусоидального сигнала гетеродина 224, усиливается предусилителем 226 и буферизуется посредством УМ 228, который возбуждает антенну 230. Предусилитель 226 и УМ 228 соединены со схемой 232 управления УМ, в которую поступают управляющие сигналы УМ_R0 и УМ_R1 из контроллера 240. Канал передачи передатчика 200 содержит УРКУ 220, смеситель 222, предусилитель 226 и УМ 228. Схема 232 управления УМ может быть реализована в контроллере 240.

В конкретном варианте осуществления, изображенном на Фиг.2, УМ 228 имеет три установочных значения коэффициента усиления, а предусилитель 226 имеет два установочных значения коэффициента усиления. Установочные значения коэффициента усиления УМ включают в себя низкое значение коэффициента усиления, высокое значение коэффициента усиления и шунтирующее значение, а установочные значения коэффициента усиления предусилителя включают в себя низкое значение коэффициента усиления и высокое значение коэффициента усиления. Контроллер 240 осуществляет генерацию управляющих сигналов для приведения в действие УМ 228, установки коэффициентов усиления предусилителя 226 и УМ 228, осуществляют управление смещением предусилителя 226 и УМ 228, и установки коэффициента усиления УРКУ 220. Управляющий сигнал УСИЛЕНИЕ_УРКУ регулировки коэффициента усиления УРКУ подается в фильтр 242, который фильтрует сигнал для формирования управляющего сигнала АРУ_ПРД подаваемого в УРКУ 220.

Передатчик 200 имеет следующие отличительные признаки и преимущества. Во-первых, устройства регулировки коэффициента усиления усилительных элементов (УРКУ 220, предусилителя 226 и УМ 228) объединены для улучшения рабочих характеристик, как описано ниже. Возможность объединения устройств управления отчасти обусловлена наличием электронных схем, которые обеспечивают более короткое время отклика для управляющего сигнала регулировки коэффициента усиления УРКУ.

Во-вторых, требования, предъявляемые к динамическому диапазону, распределены по всем усилительным элементам в канале передачи. Посредством объединенного устройства регулировки коэффициента усиления для создания некоторой части требуемого динамического диапазона в принципе могут быть использованы три установочных значения коэффициента усиления для УМ 228 и два установочных значения коэффициента усиления для предусилителя 226, что обеспечивает снижение требований к динамическому диапазону УРКУ 220. Например, требование наличия динамического диапазона, равного 85 дБ (обеспечиваемого посредством УРКУ 120 из Фиг.1), может быть распределено таким образом, что динамический диапазон, равный 55 дБ, обеспечивается предусилителем 226 и УМ 228, а остальная часть динамического диапазона, равная 30 дБ, обеспечивается УРКУ 220. При наличии более низких требований к динамическому диапазону УРКУ 220 может быть выполнен с более высоким коэффициентом полезного действия по мощности, обеспечивая тем самым снижение потребляемой мощности, а также может быть выполнен в ВЧ-тракте (что может оказаться необходимым для конструкций передатчиков с использованием прямого преобразования с повышением частоты).

Ниже приведено описание дополнительных полезных свойств и преимуществ, обеспечиваемых усовершенствованной схемой передатчика по Фиг 2.

На Фиг.3 показана блок-схема варианта осуществления контроллера 240 для формирования управляющих сигналов для передатчика 200. В контроллере 240 сигнал автоматической регулировки усиления (АРУ) подается в фильтр 310 в схемы обратной связи, посредством которого осуществляют фильтрацию управляющего сигнала. В схему 312 управления мощностью с обратной связью подается команда "увеличить/уменьшить", а эта схема в ответ на поступление команды "увеличить/уменьшить" формирует значение ступенчатого изменения коэффициента усиления. Выходной сигнал фильтра 310 в схемы обратной связи и выходной сигнал схемы 312 управления мощностью подаются в сумматор 314 для их объединения. Объединенный сигнал сумматора 314 подается в ограничитель 316 мощности, который ограничивает уровень сигнала для предотвращения избыточной передаваемой мощности передатчика 200. Ограниченный сигнал из ограничителя 316 подается в сумматор 318, в который также поступает сигнал смещения коэффициента усиления из схемы 320 смещения коэффициента усиления. Сумматор 318 суммирует эти два входные сигнала для получения сигнала коэффициента усиления, который подается в схему 330 линеаризации коэффициента усиления. Схема 330 линеаризации коэффициента усиления формирует скомпенсированный (то есть "линеаризованный") управляющий сигнал, который учитывает нелинейности усилительных элементов в канале передачи. Скомпенсированный управляющий сигнал подается в схему 350 сопряжения, которая формирует управляющий сигнал УСИЛЕНИЕ_УРКУ. На вход схемы 360 управления диапазоном УМ (ДИАПАЗОН_УМ) подаются сигналы управления, указывающие на режим работы передатчика, желательные рабочие характеристики и значение АРУ_ПРД. Схема 360 управления в ответ на эти сигналы управляет работой схемы 330 линеаризации коэффициента усиления и формирует управляющие сигналы УМ_R0, УМ_R1 и ВКЛ_УМ. Схема 340 временной синхронизации обеспечивает синхронизацию управляющего сигнала для УРКУ с управляющими сигналами для предусилителя и УМ. Ниже приведено подробное описание операций, выполняемых посредством каждой из составных частей контроллера 240.

Устройство регулировки коэффициента усиления, имеющее короткое время отклика

Устройство регулировки коэффициента усиления, имеющее короткое время отклика, обладает некоторыми преимуществами. Во-первых, при наличии короткого времени отклика генерация как управляющего сигнала для УРКУ, так и сигнал