专利名称：基于波形线性的pa增益状态切换的制作方法
技术领域：
概括地说，本发明涉及电子学，具体地说，本发明涉及发射机功耗的优化并且因此涉及无线通信设备的通话时间。
背景技术：
通常将移动手机处生成的射频(RF)信号进行放大，通过手机天线进行发射，并发送给基站以便分发给接收机。通常，手机的操作频带是预先确定的，对于诸如WCDMA(宽带码分多址)和CDMA (码分多址)之类的各种移动标准来说，主要在从450MHz到2. 6GHz的频率范围中。通常，当手机远离接收基站时，手机需要以较高的输出功率电平来进行发射，以便在基站处维持预定的信号强度以实现充分接收。相反，手机离基站越近，则所需要的发射功率就越少。使用从基站向手机发送的RF控制信号中所嵌入的命令来调整手机的输出功率。手机发射的信号和因此RF功率放大器输出信号必须满足关于频谱再生的政府法规(其还被称作线性-该线性通常是根据相邻信道泄露功率比(ACLR)来测量的，为了使信号之间的干扰最小化，ACLR规定了对于其它频率信道的最大可允许干扰)。—些已知的移动设备(手机)具有一直由满电池电压来供电的RF功率放大器。 在这种偏压状况下，通常将RF功率放大器设计为在最大发射功率电平(例如，某些WCDMA 移动手机中的WSdBm)处满足线性规范。统计来说，功率放大器仅在一小部分时间期间以最大线性输出功率进行发射，而大多数发射则是以相当低的功率电平(比最大功率低 10-20dB)来进行的。来自功率放大器(并且因此手机)的实际输出功率电平是从某一-50dai^lU8dBm 连续的。与传统的单路径功率放大器相比，多增益状态功率放大器在低功率输出时消耗较少的电流。通常，使用两个或三个功率增益状态来实现多增益状态功率放大器。在三增益状态解决方案中，这三个状态包括高功率(HP)、中等功率(MP)和低功率(LP)。对于示例性的普通WCDMA波形来说，可以将HP增益状态设置为从16dBm到^dBm的期望的最大输出功率范围，可以将MP增益状态设置为从8dBm到16dBm，并且将LP增益状态设置为低于8dBm的所有功率电平。简而言之，使用两个、三个(或者更多个)功率路径来实现多增益状态功率放大器，每一个功率路径用于以固定的增益来传送某个预定的最大输出功率。(以(ffim为单位的)切换点是定义转换功率电平的值，在该转换功率电平处，手机从一个PA增益状态切换(跳变)到高于其或者低于该PA增益状态的增益状态。目前，多增益状态PA没有动态地改变该PA切换点以说明发射的波形的固有差别，例如，线性差别。
如上所述，当PA被迫在非线性区域中操作时，可能发生频谱再生，这种情况发生在在PA的Idb压缩点附近驱动PA时。因此，频谱再生描述了由于非线性放大器影响引起的功率放大器输出处的带外信号能量的增加。频谱再生在与期望的发射信道相邻的信道中是最显著的。对于UMTS来说，对功率放大器的要求是由期望的信道的+/-5MHz处的相邻信道泄露比(ACLR)来定义的。功率放大器的电压增益特性可以被描绘为
V0 (t) = gl · Vi (t) +g2 · Vi (t) 2+g3 · Vi (t)3+· . . +gn · Vi (t)n 式(1)其中，是放大器的线性增益，剩余项(艮口， g2 · Vi(t)2+g3 · Vi (t)3+. . . +gn - Vi(t)n)表示非线性增益。如果信号携带调制的第三代合作伙伴计划(3GPP)射频(RF)，则非线性项将由于调制间失真而产生，从而导致造成误差矢量幅度(EVM)增加的带内失真项和造成ACLR增加的带外失真。诸如UMTS版本5、6和7中的那些多码信号以及某些LTE规范(例如，3GPP版本 8)中的那些多码信号之类的多码信号呈现出峰均功率比的增加，从而导致更大的动态信号变化。这些增加的信号变化需要增加的放大器线性，从而导致增加的功耗。当前结果显示， 直接进行针对dB的dB的传送(即，信号的峰值功率与平均功率之比，其还称为峰均功率比 (PAR))来实现放大器功率减少是不高效的。放大器频谱再生的分析显示，第三阶非线性增益项(“立方增益”)是ACLR增加的主要原因。立方项的总能量取决于输入信号的统计分布。随着高速上行链路分组接入(HSUPA)的引入，在版本6中引入了用于对称为立方度量(CM)的放大器功率减小进行估计的新方法。CM是基于放大器立方增益项。CM描述了所观测信号中的立方分量与12. 2kbps语音参考信号的立方分量之比。CM应用于高速下行链路分组接入(HSDPA)和HSUPA上行链路信号二者。统计分析显示，基于CM的估计的功率估值下降(de-rating)当与基于99. 9% PAR的功率估值下降相比时呈现出明显更小的误差分布，其中该误差分布是实际功率估值下降和所估计的功率估值下降之差。3GPP指定了最大功率减小(MPR)测试，该MPR测试验证移动手机的最大发射功率大于或等于额定最大发射功率(其中额定最大发射功率小于在本文中称为“最大-MPR”的量)，其中最大-MPR是发射的信号的CM的函数。为了计算所选择的MPR，手机必须知道CM的值，并且如果需要的话(即，如果手机在最大功率附近操作)，则最后使用该信息将发射功率实际设置为从最大功率电平回退与 Mra相等的量的发射功率电平。即使接收基站不能接收处于该更低(回退)的发射功率电平的发射信号，该标准也允许手机以更低的功率电平来进行发射。由于PA已处于最高增益状态和最大输出功率电平，因此其不能向上切换到任何下一个更高增益状态或者功率电平。任何多码信号(其由正在发射的物理信道、其信道化代码和称为β项的权重来描绘特性)都具有其特定的CM和PAR。在UMTS中，该信号并且因此CM与PAR可以每隔2毫秒或者10毫秒发射时间间隔(TTI)进行改变。可以显示，对于版本6UMTS，存在物理信道参数和量化的β项的超过二十万个组合；本文将每一个这种组合称为一个可能的信号。因此，手机需要(通过查寻表等)查寻CM或者PAR，或者根据该信号的特性参数来在某个可允许误差内测量或估计这些值。但是，根据实际信号来测量CM或者PAR是公知的。通常，语音波形与高线性相关联，这意味着相对于数据波形，任何相关联的线性度量(例如，立方度量、PAR等)较高。另一方面，数据波形具有较大的线性度量范围。现有的PA实现未对语音和数据波形进行区分，或者对更多和更少的线性波形进行区分以便调整切换点以说明它们之间的线性差异。这不公平地导致语音和数据波形是基于预定的切换点、独立于基础发射波形的任何线性特性来切换的。当较低的增益状态在预定的发射功率电平处是更优的时，电池资源被浪费。多家供应商提供了竞争的多增益状态PA解决方案。手机集成商选择了针对给定的参考设计的最佳的解决方案，因此免去了设计其自己的PA解决方案的负担。这种方案的一个缺点是不能对PA进行完全优化以提供最佳的功率使用。例如，可以针对语音而不是数据使用，或者针对特定的电话配置，以与最佳功率转换电平相比更低的电平来优化被配置用于具有多模式、多媒体功能的移动设备应用的PA解决方案。另一方面，现有的现货供应的解决方案是低成本、已经经过验证的解决方案，其易于集成，在效率上的折中通常是可接受的，或者对于集成商只是价格合算的选择。下面的表1描绘了被设计用于WCDMA移动设备的示例性多增益状态PA的示例性 PA特性。将该示例性的多增益状态设计为在三个PA增益状态之间进行操作，其中三个PA 增益状态中的每一个与特定的最大功率输出电平和特定的增益值相关联。表 权利要求
1.一种用于对具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多增益状态功率放大器 (PA)进行控制的设备，包括Mra模块，其用于根据与所述发射信号相关联的最大功率减小(MPR)值来计算较低增益状态和较高增益状态之间的转换功率电平；以及PA增益控制器，其用于当发射功率电平高于所述转换功率电平时，将所述PA从较低增益状态切换到较高增益状态。
2.根据权利要求ι所述的设备，其中，所述Mra模块包括用于识别所述Mra值的度量。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述PA增益控制器将所述发射功率电平与所述转换功率电平进行比较，以确定用于使所述PA的电流消耗最小化的最佳增益状态。
4.一种用于对具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多增益状态功率放大器 (PA)进行控制的集成电路(IC)，所述IC包括MPR模块，其用于根据与所述发射信号相关联的MPR值来计算所述PA增益状态之间的转换功率电平；以及PA增益控制器，其用于当发射功率电平高于所述转换功率电平时，将所述PA从较低增益状态切换到较高增益状态。
5.根据权利要求4所述的IC，其中，所述Mra模块包括用于识别所述Mra值的度量。
6.根据权利要求5所述的IC，其中，所述PA增益控制器将所述发射功率电平与所述转换功率电平进行比较，以确定用于使所述PA的电流消耗最小化的最佳增益状态。
7.一种无线通信设备(WCD)，其包括具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多增益状态PA，所述WCD包括MPR模块，其用于根据与所述发射信号相关联的MPR值来计算所述PA增益状态之间的转换功率电平；以及PA增益控制器，其用于当发射功率电平高于所述转换功率电平时，将所述PA从较低增益状态切换到较高增益状态。
8.根据权利要求7所述的WCD，其中，所述MPR模块包括用于识别所述MPR值的度量。
9.根据权利要求8所述的WCD，其中，所述PA增益控制器将所述发射功率电平与所述转换功率电平进行比较，以确定用于使所述PA的电流消耗最小化的最佳增益状态。
10.一种用于对具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多增益状态PA进行控制的设备，包括用于根据识别的Mra值来计算转换功率电平的单元；以及用于当发射功率电平高于所计算得到的转换功率电平时，将所述PA从较低增益状态切换到较高增益状态的单元。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括用于当发射功率电平低于所计算得到的转换功率电平时，从较高增益状态切换到较低增益状态的单元。
12.根据权利要求10所述的设备，还包括用于识别与识别的波形段相关联的所述MPR值的单元。
13.根据权利要求12所述的设备，还包括用于从多个MPR段中识别与识别的波形线性特性相关联的所述波形段的单元。
14.根据权利要求13所述的设备，还包括用于识别与所述发射信号相关联的所述波形线性特性的单元。
15.根据权利要求14所述的设备，还包括用于确定用于发射所述发射信号的所述发射功率电平的单元。
16.根据权利要求15所述的设备，还包括用于根据所述发射信号的类型来向波形段分配Mra值的单元。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，当所述发射信号是语音时，所述Mra值 =-ldB。
18.一种用于对具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多增益状态PA进行控制的方法，包括根据识别的MPR值来计算转换功率电平；以及当发射功率电平高于所计算得到的转换功率电平时，将所述PA从较低增益状态切换到较高增益状态。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括当发射功率电平低于所计算得到的转换功率电平时，从较高增益状态切换到较低增益状态。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括识别与识别的波形段相关联的所述MPR值。
21.根据权利要求20所述的方法，还包括从多个波形段中识别与识别的波形线性特性相关联的所述波形段。
22.根据权利要求21所述的方法，还包括识别与所述发射信号相关联的所述波形线性特性。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括确定用于发射所述发射信号的所述发射功率电平。
24.根据权利要求22所述的方法，还包括根据所述发射信号的类型来向波形段分配Mra值。
25.根据权利要求M所述的方法，其中，当所述发射信号是语音时，所述Mra值 =-ldB。
26.一种用于处理器设备的计算机程序产品，其中所述处理器设备对具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多级PA进行控制，所述计算机程序产品具有用于使所述处理器设备执行以下操作的指令根据识别的MPR值来计算转换功率电平；以及当发射功率电平高于所计算得到的转换功率电平时，将所述PA从较低增益状态切换到较高增益状态。
全文摘要
本文描述了用于优化现有低成本多增益状态功率放大器(PA)的功耗，以增加无线通信设备的通话时间的技术。在示例性的实施例中，诸如基带处理器之类的设备操作以将具有至少两个增益状态的、用于放大发射信号的多级PA设置为最低的功耗增益状态。设备根据识别的最大功率减小(MPR)值来计算转换功率电平，并且当发射功率电平高于所计算得到的转换功率电平时，将PA从较低增益状态切换到较高增益状态。
文档编号H03G3/30GK102405595SQ201080017318
公开日2012年4月4日 申请日期2010年4月21日 优先权日2009年4月21日
发明者G·S·萨霍塔, S·维尔马, V·K·切拉帕 申请人:高通股份有限公司