專利名稱：基于波形線性的pa增益狀態(tài)切換的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
概括地說，本發(fā)明涉及電子學(xué)，具體地說，本發(fā)明涉及發(fā)射機(jī)功耗的優(yōu)化并且因此涉及無線通信設(shè)備的通話時(shí)間。
背景技術(shù)：
通常將移動(dòng)手機(jī)處生成的射頻(RF)信號(hào)進(jìn)行放大，通過手機(jī)天線進(jìn)行發(fā)射，并發(fā)送給基站以便分發(fā)給接收機(jī)。通常，手機(jī)的操作頻帶是預(yù)先確定的，對(duì)于諸如WCDMA(寬帶碼分多址)和CDMA (碼分多址)之類的各種移動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)來說，主要在從450MHz到2. 6GHz的頻率范圍中。通常，當(dāng)手機(jī)遠(yuǎn)離接收基站時(shí)，手機(jī)需要以較高的輸出功率電平來進(jìn)行發(fā)射，以便在基站處維持預(yù)定的信號(hào)強(qiáng)度以實(shí)現(xiàn)充分接收。相反，手機(jī)離基站越近，則所需要的發(fā)射功率就越少。使用從基站向手機(jī)發(fā)送的RF控制信號(hào)中所嵌入的命令來調(diào)整手機(jī)的輸出功率。手機(jī)發(fā)射的信號(hào)和因此RF功率放大器輸出信號(hào)必須滿足關(guān)于頻譜再生的政府法規(guī)(其還被稱作線性-該線性通常是根據(jù)相鄰信道泄露功率比(ACLR)來測量的，為了使信號(hào)之間的干擾最小化，ACLR規(guī)定了對(duì)于其它頻率信道的最大可允許干擾)?！┮阎囊苿?dòng)設(shè)備(手機(jī))具有一直由滿電池電壓來供電的RF功率放大器。 在這種偏壓狀況下，通常將RF功率放大器設(shè)計(jì)為在最大發(fā)射功率電平(例如，某些WCDMA 移動(dòng)手機(jī)中的WSdBm)處滿足線性規(guī)范。統(tǒng)計(jì)來說，功率放大器僅在一小部分時(shí)間期間以最大線性輸出功率進(jìn)行發(fā)射，而大多數(shù)發(fā)射則是以相當(dāng)?shù)偷墓β孰娖?比最大功率低 10-20dB)來進(jìn)行的。來自功率放大器(并且因此手機(jī))的實(shí)際輸出功率電平是從某一-50dai^lU8dBm 連續(xù)的。與傳統(tǒng)的單路徑功率放大器相比，多增益狀態(tài)功率放大器在低功率輸出時(shí)消耗較少的電流。通常，使用兩個(gè)或三個(gè)功率增益狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)多增益狀態(tài)功率放大器。在三增益狀態(tài)解決方案中，這三個(gè)狀態(tài)包括高功率(HP)、中等功率(MP)和低功率(LP)。對(duì)于示例性的普通WCDMA波形來說，可以將HP增益狀態(tài)設(shè)置為從16dBm到^dBm的期望的最大輸出功率范圍，可以將MP增益狀態(tài)設(shè)置為從8dBm到16dBm，并且將LP增益狀態(tài)設(shè)置為低于8dBm的所有功率電平。簡而言之，使用兩個(gè)、三個(gè)(或者更多個(gè))功率路徑來實(shí)現(xiàn)多增益狀態(tài)功率放大器，每一個(gè)功率路徑用于以固定的增益來傳送某個(gè)預(yù)定的最大輸出功率。(以(ffim為單位的)切換點(diǎn)是定義轉(zhuǎn)換功率電平的值，在該轉(zhuǎn)換功率電平處，手機(jī)從一個(gè)PA增益狀態(tài)切換(跳變)到高于其或者低于該P(yáng)A增益狀態(tài)的增益狀態(tài)。目前，多增益狀態(tài)PA沒有動(dòng)態(tài)地改變該P(yáng)A切換點(diǎn)以說明發(fā)射的波形的固有差別，例如，線性差別。
如上所述，當(dāng)PA被迫在非線性區(qū)域中操作時(shí)，可能發(fā)生頻譜再生，這種情況發(fā)生在在PA的Idb壓縮點(diǎn)附近驅(qū)動(dòng)PA時(shí)。因此，頻譜再生描述了由于非線性放大器影響引起的功率放大器輸出處的帶外信號(hào)能量的增加。頻譜再生在與期望的發(fā)射信道相鄰的信道中是最顯著的。對(duì)于UMTS來說，對(duì)功率放大器的要求是由期望的信道的+/-5MHz處的相鄰信道泄露比(ACLR)來定義的。功率放大器的電壓增益特性可以被描繪為
V0 (t) = gl · Vi (t) +g2 · Vi (t) 2+g3 · Vi (t)3+· . . +gn · Vi (t)n 式(1)其中，是放大器的線性增益，剩余項(xiàng)(艮口， g2 · Vi(t)2+g3 · Vi (t)3+. . . +gn - Vi(t)n)表示非線性增益。如果信號(hào)攜帶調(diào)制的第三代合作伙伴計(jì)劃(3GPP)射頻(RF)，則非線性項(xiàng)將由于調(diào)制間失真而產(chǎn)生，從而導(dǎo)致造成誤差矢量幅度(EVM)增加的帶內(nèi)失真項(xiàng)和造成ACLR增加的帶外失真。諸如UMTS版本5、6和7中的那些多碼信號(hào)以及某些LTE規(guī)范(例如，3GPP版本 8)中的那些多碼信號(hào)之類的多碼信號(hào)呈現(xiàn)出峰均功率比的增加，從而導(dǎo)致更大的動(dòng)態(tài)信號(hào)變化。這些增加的信號(hào)變化需要增加的放大器線性，從而導(dǎo)致增加的功耗。當(dāng)前結(jié)果顯示， 直接進(jìn)行針對(duì)dB的dB的傳送(即，信號(hào)的峰值功率與平均功率之比，其還稱為峰均功率比 (PAR))來實(shí)現(xiàn)放大器功率減少是不高效的。放大器頻譜再生的分析顯示，第三階非線性增益項(xiàng)(“立方增益”)是ACLR增加的主要原因。立方項(xiàng)的總能量取決于輸入信號(hào)的統(tǒng)計(jì)分布。隨著高速上行鏈路分組接入(HSUPA)的引入，在版本6中引入了用于對(duì)稱為立方度量(CM)的放大器功率減小進(jìn)行估計(jì)的新方法。CM是基于放大器立方增益項(xiàng)。CM描述了所觀測信號(hào)中的立方分量與12. 2kbps語音參考信號(hào)的立方分量之比。CM應(yīng)用于高速下行鏈路分組接入(HSDPA)和HSUPA上行鏈路信號(hào)二者。統(tǒng)計(jì)分析顯示，基于CM的估計(jì)的功率估值下降(de-rating)當(dāng)與基于99. 9% PAR的功率估值下降相比時(shí)呈現(xiàn)出明顯更小的誤差分布，其中該誤差分布是實(shí)際功率估值下降和所估計(jì)的功率估值下降之差。3GPP指定了最大功率減小(MPR)測試，該MPR測試驗(yàn)證移動(dòng)手機(jī)的最大發(fā)射功率大于或等于額定最大發(fā)射功率(其中額定最大發(fā)射功率小于在本文中稱為“最大-MPR”的量)，其中最大-MPR是發(fā)射的信號(hào)的CM的函數(shù)。為了計(jì)算所選擇的MPR，手機(jī)必須知道CM的值，并且如果需要的話(即，如果手機(jī)在最大功率附近操作)，則最后使用該信息將發(fā)射功率實(shí)際設(shè)置為從最大功率電平回退與 Mra相等的量的發(fā)射功率電平。即使接收基站不能接收處于該更低(回退)的發(fā)射功率電平的發(fā)射信號(hào)，該標(biāo)準(zhǔn)也允許手機(jī)以更低的功率電平來進(jìn)行發(fā)射。由于PA已處于最高增益狀態(tài)和最大輸出功率電平，因此其不能向上切換到任何下一個(gè)更高增益狀態(tài)或者功率電平。任何多碼信號(hào)(其由正在發(fā)射的物理信道、其信道化代碼和稱為β項(xiàng)的權(quán)重來描繪特性)都具有其特定的CM和PAR。在UMTS中，該信號(hào)并且因此CM與PAR可以每隔2毫秒或者10毫秒發(fā)射時(shí)間間隔(TTI)進(jìn)行改變?？梢燥@示，對(duì)于版本6UMTS，存在物理信道參數(shù)和量化的β項(xiàng)的超過二十萬個(gè)組合；本文將每一個(gè)這種組合稱為一個(gè)可能的信號(hào)。因此，手機(jī)需要(通過查尋表等)查尋CM或者PAR，或者根據(jù)該信號(hào)的特性參數(shù)來在某個(gè)可允許誤差內(nèi)測量或估計(jì)這些值。但是，根據(jù)實(shí)際信號(hào)來測量CM或者PAR是公知的。通常，語音波形與高線性相關(guān)聯(lián)，這意味著相對(duì)于數(shù)據(jù)波形，任何相關(guān)聯(lián)的線性度量(例如，立方度量、PAR等)較高。另一方面，數(shù)據(jù)波形具有較大的線性度量范圍?，F(xiàn)有的PA實(shí)現(xiàn)未對(duì)語音和數(shù)據(jù)波形進(jìn)行區(qū)分，或者對(duì)更多和更少的線性波形進(jìn)行區(qū)分以便調(diào)整切換點(diǎn)以說明它們之間的線性差異。這不公平地導(dǎo)致語音和數(shù)據(jù)波形是基于預(yù)定的切換點(diǎn)、獨(dú)立于基礎(chǔ)發(fā)射波形的任何線性特性來切換的。當(dāng)較低的增益狀態(tài)在預(yù)定的發(fā)射功率電平處是更優(yōu)的時(shí)，電池資源被浪費(fèi)。多家供應(yīng)商提供了競爭的多增益狀態(tài)PA解決方案。手機(jī)集成商選擇了針對(duì)給定的參考設(shè)計(jì)的最佳的解決方案，因此免去了設(shè)計(jì)其自己的PA解決方案的負(fù)擔(dān)。這種方案的一個(gè)缺點(diǎn)是不能對(duì)PA進(jìn)行完全優(yōu)化以提供最佳的功率使用。例如，可以針對(duì)語音而不是數(shù)據(jù)使用，或者針對(duì)特定的電話配置，以與最佳功率轉(zhuǎn)換電平相比更低的電平來優(yōu)化被配置用于具有多模式、多媒體功能的移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用的PA解決方案。另一方面，現(xiàn)有的現(xiàn)貨供應(yīng)的解決方案是低成本、已經(jīng)經(jīng)過驗(yàn)證的解決方案，其易于集成，在效率上的折中通常是可接受的，或者對(duì)于集成商只是價(jià)格合算的選擇。下面的表1描繪了被設(shè)計(jì)用于WCDMA移動(dòng)設(shè)備的示例性多增益狀態(tài)PA的示例性 PA特性。將該示例性的多增益狀態(tài)設(shè)計(jì)為在三個(gè)PA增益狀態(tài)之間進(jìn)行操作，其中三個(gè)PA 增益狀態(tài)中的每一個(gè)與特定的最大功率輸出電平和特定的增益值相關(guān)聯(lián)。表 權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多增益狀態(tài)功率放大器 (PA)進(jìn)行控制的設(shè)備，包括Mra模塊，其用于根據(jù)與所述發(fā)射信號(hào)相關(guān)聯(lián)的最大功率減小(MPR)值來計(jì)算較低增益狀態(tài)和較高增益狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換功率電平；以及PA增益控制器，其用于當(dāng)發(fā)射功率電平高于所述轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將所述PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求ι所述的設(shè)備，其中，所述Mra模塊包括用于識(shí)別所述Mra值的度量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中，所述PA增益控制器將所述發(fā)射功率電平與所述轉(zhuǎn)換功率電平進(jìn)行比較，以確定用于使所述PA的電流消耗最小化的最佳增益狀態(tài)。
4.一種用于對(duì)具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多增益狀態(tài)功率放大器 (PA)進(jìn)行控制的集成電路(IC)，所述IC包括MPR模塊，其用于根據(jù)與所述發(fā)射信號(hào)相關(guān)聯(lián)的MPR值來計(jì)算所述PA增益狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換功率電平；以及PA增益控制器，其用于當(dāng)發(fā)射功率電平高于所述轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將所述PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的IC，其中，所述Mra模塊包括用于識(shí)別所述Mra值的度量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的IC，其中，所述PA增益控制器將所述發(fā)射功率電平與所述轉(zhuǎn)換功率電平進(jìn)行比較，以確定用于使所述PA的電流消耗最小化的最佳增益狀態(tài)。
7.一種無線通信設(shè)備(WCD)，其包括具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多增益狀態(tài)PA，所述WCD包括MPR模塊，其用于根據(jù)與所述發(fā)射信號(hào)相關(guān)聯(lián)的MPR值來計(jì)算所述PA增益狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換功率電平；以及PA增益控制器，其用于當(dāng)發(fā)射功率電平高于所述轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將所述PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的WCD，其中，所述MPR模塊包括用于識(shí)別所述MPR值的度量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的WCD，其中，所述PA增益控制器將所述發(fā)射功率電平與所述轉(zhuǎn)換功率電平進(jìn)行比較，以確定用于使所述PA的電流消耗最小化的最佳增益狀態(tài)。
10.一種用于對(duì)具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多增益狀態(tài)PA進(jìn)行控制的設(shè)備，包括用于根據(jù)識(shí)別的Mra值來計(jì)算轉(zhuǎn)換功率電平的單元；以及用于當(dāng)發(fā)射功率電平高于所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將所述PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)的單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于當(dāng)發(fā)射功率電平低于所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，從較高增益狀態(tài)切換到較低增益狀態(tài)的單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于識(shí)別與識(shí)別的波形段相關(guān)聯(lián)的所述MPR值的單元。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括用于從多個(gè)MPR段中識(shí)別與識(shí)別的波形線性特性相關(guān)聯(lián)的所述波形段的單元。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括用于識(shí)別與所述發(fā)射信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述波形線性特性的單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，還包括用于確定用于發(fā)射所述發(fā)射信號(hào)的所述發(fā)射功率電平的單元。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括用于根據(jù)所述發(fā)射信號(hào)的類型來向波形段分配Mra值的單元。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，當(dāng)所述發(fā)射信號(hào)是語音時(shí)，所述Mra值 =-ldB。
18.一種用于對(duì)具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多增益狀態(tài)PA進(jìn)行控制的方法，包括根據(jù)識(shí)別的MPR值來計(jì)算轉(zhuǎn)換功率電平；以及當(dāng)發(fā)射功率電平高于所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將所述PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括當(dāng)發(fā)射功率電平低于所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，從較高增益狀態(tài)切換到較低增益狀態(tài)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括識(shí)別與識(shí)別的波形段相關(guān)聯(lián)的所述MPR值。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括從多個(gè)波形段中識(shí)別與識(shí)別的波形線性特性相關(guān)聯(lián)的所述波形段。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，還包括識(shí)別與所述發(fā)射信號(hào)相關(guān)聯(lián)的所述波形線性特性。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括確定用于發(fā)射所述發(fā)射信號(hào)的所述發(fā)射功率電平。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，還包括根據(jù)所述發(fā)射信號(hào)的類型來向波形段分配Mra值。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中，當(dāng)所述發(fā)射信號(hào)是語音時(shí)，所述Mra值 =-ldB。
26.一種用于處理器設(shè)備的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中所述處理器設(shè)備對(duì)具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多級(jí)PA進(jìn)行控制，所述計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品具有用于使所述處理器設(shè)備執(zhí)行以下操作的指令根據(jù)識(shí)別的MPR值來計(jì)算轉(zhuǎn)換功率電平；以及當(dāng)發(fā)射功率電平高于所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將所述PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)。
全文摘要
本文描述了用于優(yōu)化現(xiàn)有低成本多增益狀態(tài)功率放大器(PA)的功耗，以增加無線通信設(shè)備的通話時(shí)間的技術(shù)。在示例性的實(shí)施例中，諸如基帶處理器之類的設(shè)備操作以將具有至少兩個(gè)增益狀態(tài)的、用于放大發(fā)射信號(hào)的多級(jí)PA設(shè)置為最低的功耗增益狀態(tài)。設(shè)備根據(jù)識(shí)別的最大功率減小(MPR)值來計(jì)算轉(zhuǎn)換功率電平，并且當(dāng)發(fā)射功率電平高于所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)換功率電平時(shí)，將PA從較低增益狀態(tài)切換到較高增益狀態(tài)。
文檔編號(hào)H03G3/30GK102405595SQ201080017318
公開日2012年4月4日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者G·S·薩霍塔, S·維爾馬, V·K·切拉帕 申請人:高通股份有限公司