专利名称：功耗受控的发射器的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及发射器设备，更具体地，涉及一种用于控制发射器设备的功耗的技术。特别地，本发明可应用于便携式设备，例如使用电池电源的移动收发器。
背景技术：
某些通信标准可能要求设备支持多种不同的信号调制类型。例如，诸如Hiperlan2、IEEE802.11a、DVB-T和/或其它标准的无线通信标准规定根据所采用的数据传输率使用不同调制类型。下面的表1示出这些通信标准规定的典型调制类型和对应的数据传输率。
表1表1中所示的调制类型采用正交频分复用调制(OFDM)的普遍原理，该调制可能要求使用功率放大器，用于在输入功率与输出功率之间具有线性关系的信号传输。为了满足线性要求，这种放大器在发射模式期间典型地要求较高的偏置电流，因而可能消耗相对大量的功率。例如，为了在通信标准(例如Hiperlan2和IEEE802.11a)的典型频率范围5GHz下工作，具有10dB增益的功率放大器在发射模式期间可能需要150mA或更大的偏置电流。对功率放大器的高偏置电流要求可以显著增加发射模式期间设备的整体功耗。例如，对于诸如移动收发器的设备，在发射模式期间，功率放大器消耗的峰值功率可能等于全部设备功耗的70％或更多。因此，用于信号发射的功率放大器可以消耗大量功率，对于便携式设备(例如，使用电池电源的移动收发器)是一个特别的问题。此外，功率放大器的功耗也可以导致设备以不希望的方式发热。
发明内容
因此，需要一种用于控制发射器设备的技术，其避免前述问题，从而减小功耗。本发明可以解决这些和/或其它问题。
根据本发明的一方面，公开一种具有信号发射功能的设备。根据典型实施例，设备包括用于放大发射信号的放大装置。处理装置，根据与发射信号相关联的数字调制类型控制放大装置。
根据本发明的另一方面，公开了一种用于控制发射器设备的方法。根据典型实施例，方法包括步骤识别发射信号的数字调制类型，并根据数字调制类型控制发射信号的功放。
参考以下结合附图的发明实施例描述，本发明的上述和其它特征及优点以及获得它们的方式将更加显而易见，并且也将更好地理解本发明，附图中图1是根据本发明典型实施例发射器设备的方框图；图2是显示图1功率放大器的典型细节的图；图3是显示典型功率输入/输出特性的图；以及图4是显示根据本发明典型实施例的步骤流程图。
具体实施例方式
这里提出的范例演示发明的优选实施例，而不将这些范例解释为以任何方式限制发明的范围。
现在参考附图，图1示出了根据本发明典型实施例的发射器设备100。在图1中，发射器设备100包括如处理器和存储器10的处理和存储装置、如调制器20的调制装置、如可变增益放大器(VGA)30的可变放大装置、如上变频器40的频率变换装置、如频率放大器50的功率放大装置、如数模转换器(DAC)60的数模转换装置和如信号发射元件70的信号发射装置)。例如，可以使用一个或多个集成电路(IC)实现一些上述图1的元件。为了清楚描述，图1中可以没有示出与发射器设备100相关联的某些常规元件，例如控制信号、电源信号和/或其它常规元件。根据典型实施例，图1的发射器设备100可以是包括图1中未示出的信号接收和处理元件的收发器设备的一部分。例如，发射器设备100可以是移动无线收发器(例如电话、呼机、个人数字助理(PDA)和/或其它设备)的一部分。
处理器和存储器10操作来执行包括处理、控制和数据存储功能的各种功能。根据典型实施例，处理器10操作来处理如音频、视频、文本和/或其它类型的输入信号的基带信号，从而产生已处理信号。处理器10还操作来识别要用于发射器设备100的发射信号的数字调制类型。根据典型实施例，处理器10通过检测和处理从与发射器设备100相关联的信号接收和处理元件(图1中未示出)提供的一个或多个数据帧内包括的数据，来识别要用于发射信号的数字调制类型。根据诸如发射范围、要发射的数据量等因素，发射器设备100所用的数字调制类型可以改变。存储器10操作来存储包括可由处理器10检索并用来控制功率放大器50的数据值的数据。
调制器20操作来调制从处理器10提供的已处理信号，从而产生已调制信号。根据典型实施例，调制器20操作来执行包括各种OFDM的多种不同类型的调制，例如表1中所示的双相移键控(BPSK)调制、正交相移键控(QPSK)调制和/或正交调幅(QAM)。因此，调制器20可操作来处理I和Q信号。虽然图1中没有明确指示，但是可以由从处理器(例如处理器10)提供的控制信号自适应地控制调制器20执行的调制类型。
VGA30操作来可变地放大从调制器20提供的已调制信号，从而产生已放大信号。虽然图1中没有明确指示，但是可以由从处理器(例如处理器10)提供的控制信号自适应地控制VGA30的增益。
上变频器40操作来提高从VGA30提供的已放大信号的频率。根据典型实施例，上变频器40操作来将从VGA30提供的已放大信号的频率变换到射频(RF)和/或微波信号。
功率放大器50操作来放大从上变频器40提供的信号的功率，从而产生已放大的发射信号。根据典型实施例，功率放大器50包括多个级联的级，并通常要求输入功率与输出功率之间的线性关系。根据本发明原理，可以根据发射器设备100使用的数字调制类型来自适应地控制功率放大器50末级的偏置电流，从而显著地降低功率放大器50的功耗。稍后将提供功率放大器50的细节。
DAC60操作来将信号从数字格式转换到模拟格式。根据典型实施例，DAC60操作来将从处理器10提供的数字值转换成用于控制与功率放大器50相关联的偏置电流的模拟信号。
信号发射元件70操作来发射从功率放大器5提供的已放大的发射信号，并可以由任何类型的信号发射元件(例如天线、输出终端和/或其它元件)实现。根据典型实施例，信号发射元件70操作来无线地发射信号。
现在参考图2，提供了图1的功率放大器50的典型细节。具体地，图2示出根据本发明典型实施例功率放大器50中多个级联(例如，3级)的末级。图2中，功率放大器50包括电容器C1到C4、晶体管Q1和Q2、径向短截线RS1和RS2、电阻器R1到R5、四分之一波长短截线S1到S6和电压输入V1和V2。如图2中所示，功率放大器50还包括从上变频器40和DAC60接收输入的输入终端，以及向信号发射元件70提供输出的输出终端。根据典型实施例，晶体管Q2是用砷化镓构成的场效应晶体管(FET)。针对功率放大器50选择的特定值可以是设计选择的问题。
图1的发射器设备100包括称作“波峰因数”(也称作“补偿”)的参数，该参数定义为峰值输出功率与平均输出功率之比。波峰因数与称为“压缩点”的另一参数相关，压缩点代表将发射器设备100的线性增益减小1dB处的饱和点。换言之，压缩点指示输入功率与输出功率之间的非线性效应的引入。在提供显示典型功率输入/输出特性的曲线图300的图3中示出这种非线性效应。如图3中所示，线3A示出输入功率与输出功率之间的线性关系(即，10dB增益)，而线3B示出输入功率与输出功率之间的非线性效应的引入。
根据本发明原理，已经确定波峰因数根据发射所用的数字调制类型而变化。下面表2到4提供仿真结果，显示波峰因数如何根据所用数字调制类型而变化。
表2
表3
表4在上面的表2到4中，对于包括发射器设备100和信号接收及处理元件(图1中未示出)的收发器的输出处的10-4的目标比特误差率(BER)，损耗符合从理想发射器功率放大器(具有无穷大的补偿)的信噪比(SNR)推断出的值。假设容许损耗高达0.5dB，则表2和4指示在64QAM3/4调制类型与QPSK3/4调制类型之间，波峰因数可以变化5.0dB。
如表2和4中所示，基于数字调制类型的波峰因数的变换指示压缩点也可以根据数字调制类型而变化。连同发射器设备100，功率放大器50可以负责限定压缩点。具体地，可以是图2中所示功率放大器50的末级主要地限定发射器设备100的压缩点。根据本发明原理，当降低数字调制的每比特效率时(例如，当将调制从64QAM3/4改变到BPSK1/2时)，可以减小图2中所示功率放大器50末级的偏置电流(从而减小压缩点)。通过减小偏置电流来减小功率放大器50的功耗，这对于诸如采用电池电源的移动收发器的设备特别有利。功耗的减小也可以帮助减少不希望的发热。
下面示例显示根据本发明如何减小功耗。考虑收发器，其包括发射器设备100并采用发射时间为50％的半双工模式。假设收发器在发射模式的总功耗是200mA，该200mA包括功率放大器50末级的偏置电流。再假设采用64QAM3/4调制时功率放大器50末级的估计偏置电流是150mA，而采用BPSK1/2调制时是100mA。因此，当将收发器从64QAM3/4调制切换到BPSK1/2调制时，获得了50mA的电流减小。该电流减小对应发射模式中总功耗的25％，并在给定50％的发射时间下对应12.5％的总减小。
根据本发明原理，当提高数字调制的每比特效率时(例如，当将调制从BPSK1/2改变到64QAM3/4时)，可以增大图2中所示功率放大器50末级的偏置电流(从而增大压缩点)。以这种方式，本发明以自适应方式控制功率放大器50末级的偏置电流，从而针对采用的特定数字调制类型来优化偏置电流。
为方便更好地理解本发明的发明概念，现在将提供更具体的示例。现在参考图4，流程图400显示根据本发明典型实施例的步骤。为了示例和解释，将参考图1的发射器设备100和图2的功率放大器50描述图4的步骤。图4的步骤只作示例之用，而不是要以任何方式限制本发明。
在步骤410，识别用于发射的数字调制类型。根据典型实施例，在步骤410，处理器10通过检测和处理从与发射器设备100相关联的信号接收和处理元件(图1中未示出)提供的一个或多个数据帧内包括的数据，来识别数字调制类型。如前所述，根据诸如发射范围、要发射的数据量等因素，发射器设备100所用的数字调制类型可以改变。
在步骤420，针对在步骤410识别的数字调制类型检索数字值。根据典型实施例，处理器10在步骤420从存储器10中检索数字值，数字值是基于与在步骤410识别的数字调制类型相关联的波峰因数。
下面表5示出根据本发明数字调制的典型类型以及可使用的对应波峰因数值。
表5如图5中所示，具有更高每比特效率的调制类型倾向于具有更高的波峰因数值。因此，在步骤420检索的数字值也可以类似地根据调制类型而变化。图5中所示的波峰因数只是示例，可以根据本发明采用其它值。
在步骤430，将在步骤420检索的数字值转换成模拟信号。根据典型实施例，DAC60接收在步骤420检索的数字值，并将数字值转换成对应的模拟信号。
在步骤440，使用在步骤430产生的模拟信号来控制功率放大器50。根据典型实施例，将从DAC60提供的模拟信号施加于功率放大器50，从而控制功率放大器50末级(见图2)的偏置电流。如前所示，可以自适应方式控制功率放大器50末级的偏置电流，从而针对采用的特定数字调制类型来优化偏置电流。因此，当降低数字调制的每比特效率时(例如，当将调制从64QAM3/4改变到BPSK1/2时)，可以减小图2中所示功率放大器50末级的偏置电流，而类似地，当提高数字调制的每比特效率时(例如，当将调制从BPSK1/2改变到64QAM3/4时)，可以增大该偏置电流。
在步骤450，发射来自功率放大器50的已放大发射信号。根据典型实施例，信号发射元件70无线发射已放大的发射信号。可以迭代地执行图4步骤，以便处理器可以检测发射器设备100采用的数字调制类型的任何变化，并根据采用的数字调制类型以自适应方式控制功率放大器50末级的偏置电流。
如这里所述，本发明提供一种用于控制有利地减小功耗的发射设备的技术。因此，本发明原理特别可应用于诸如使用电池电源的移动收发器的设备。功耗减小也有助于减少此类设备不希望的发热。
虽然作为优选的设计描述了本发明，但是在本公开的精神和范围之内可以进一步修改本发明。因此，本应用要涵盖使用其一般原理发明的任何变体、使用或改装。例如，可以将本发明应用于支持除典型的Hiperlan2、IEEE802.11a和DVB-T标准之外的其它通信标准的设备或装置。此外，本应用要涵盖偏离本公开的某些内容，这些偏离包含于本发明属于的并在所附权利要求的限定之内的本领域中已知或习惯实施中。因此，本发明只受限于所附权利要求的术语。
权利要求
1.一种设备(100)，包括用于执行多载波调制的调制装置(20)，其特征在于所述设备还包括用于放大发射信号的放大装置(50)；以及用于根据与所述发射信号相关联的数字调制类型来控制所述放大装置(50)的处理装置(10)。
2.根据权利要求1所述的设备(100)，还包括用于无线发射所述发射信号的信号发射装置(70)。
3.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述处理装置(10)控制与所述放大装置(50)相关联的偏置电流。
4.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述数字调制类型包括下述调制类型之一双相移键控(BPSK)调制；正交相移键控(QPSK)调制；以及正交调幅(QAM)。
5.根据权利要求1所述的设备(100)，还包括用于执行多个不同类型数字调制的调制装置(20)。
6.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述发射器设备(100)是具有电池电源的移动收发器的一部分。
7.一种用于控制发射器设备(100)的方法，包括识别发射信号的数字调制类型(410)；以及根据所述数字调制类型控制所述发射信号的功率放大(440)。
8.根据权利要求7所述的方法(400)，还包括无线发射所述发射信号(450)。
9.根据权利要求7所述的方法(400)，其中由步骤控制所述功率放大，所述步骤包括检索与所述数字调制类型对应的数字值(420)；将所述数字值转换成模拟信(430)；以及使用所述模拟信号来控制与放大所述发射信号的功率放大器(50)相关联的偏置电流(440)。
10.根据权利要求9所述的方法(400)，特征在于从波峰因数计算所述数字值。
11.根据权利要求10所述的方法(400)，特征在于偏置电流在降低数字调制的每比特效率时减小，并在提高每比特效率时增大。
12.根据权利要求10和11所述的方法(400)，特征在于当将调制从64 QAM 3/4改变到BPSK1/2时，减小偏置电流。
13.根据权利要求9到12之一所述的方法(400)，特征在于所述方法符合下述标准之一，包括-Hiperlan类型2；-IEEE 802.11a；-DVB-T；-802.16a。
14.根据权利要求7所述的方法(400)，其中所述数字调制类型包括下述调制类型之一双相移键控(BPSK)调制；正交相移键控(QPSK)调制；以及正交调幅(QAM)。
15.根据权利要求7所述的方法(400)，其中所述发射器设备(100)是具有电池电源的移动收发器的一部分。
16.一种设备(100)，包括操作来放大发射信号的功率放大器(50)；以及操作来根据与所述发射信号相关联的数字调制类型来控制所述功率放大器(50)的处理器(10)。
17.根据权利要求16所述的设备(100)，还包括操作来无线发射所述发射信号的信号发射元件(70)。
18.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述处理器(10)控制与所述功率放大器(50)相关联的偏置电流。
19.根据权利要求16所述的设备(100)，其中所述数字调制类型包括下述调制类型之一双相移键控(BPSK)调制；正交相移键控(QPSK)调制；以及正交调幅(QAM)。
20.根据权利要求16所述的设备(100)，还包括操作来执行多个不同类型数字调制的调制器(20)。
21.根据权利要求16所述的设备(100)，其中将所述设备(100)实现为具有电池电源的移动收发器。
全文摘要
一种用于控制发射器设备(100)的技术对于减小功耗十分有用，并可以特别应用于使用电池电源的移动收发器的便携式设备。根据典型实施例，发射器设备(100)包括用于放大发射信号的功率放大器(50)。处理器(10)根据与发射信号相关联的数字调制类型来控制功率放大器(50)。
文档编号H03G3/30GK1938956SQ200580004204
公开日2007年3月28日 申请日期2005年2月9日 优先权日2004年2月13日
发明者菲利普·吉尔贝东, 樊尚·德穆兰 申请人:汤姆森许可贸易公司