專利名稱：數(shù)字移動通訊系統(tǒng)寬帶多載波基站功率控制裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于各種需要功率控制的時分多址(TDMA)系統(tǒng)的寬帶GSM基站的多載波功率控制裝置及其方法，尤其涉及一種在多路合成后通過壓控衰減器實現(xiàn)載波功率控制的數(shù)字移動通訊系統(tǒng)寬帶多載波基站功率控制裝置及其方法。
GSM通信系統(tǒng)是目前世界上最成熟且市場占有量最多的一種數(shù)字蜂窩移動通訊系統(tǒng)，它采用FDMA與TDMA結(jié)合的數(shù)字無線通信技術(shù)。
GSM通信系統(tǒng)中提高系統(tǒng)容量的有效措施之一是提高頻譜的利用率，其具體表現(xiàn)形式是減少信道間的干擾。目前減少干擾的方法主要有3種自動功率控制、跳頻與不連續(xù)發(fā)射(DTX)。不連續(xù)發(fā)射(DTX)實質(zhì)上也可以歸屬于功率控制的范疇。由此可見GSM的功率控制是減少多址干擾的重要手段，不但可以極大提高信道質(zhì)量，而且很大程度上增加系統(tǒng)容量。
自動功率控制的原理在于當(dāng)不需要最大發(fā)射功率就能達到良好傳輸質(zhì)量的情況時自適應(yīng)降低發(fā)射機發(fā)射功率。即在保證傳輸質(zhì)量高于給定門限的前提下降低移動臺和基站的平均發(fā)射功率，從而減少了對其它信道的干擾。功率控制在發(fā)信機中占據(jù)有重要的地位，一個發(fā)信機性能質(zhì)量的好壞很大程度上取決于功率控制的性能。實際上在GSM的無線指標(biāo)測試中，有多項指標(biāo)是專門針對功率控制來提的。
傳統(tǒng)的窄帶GSM基站一般采用如

圖1所示的閉環(huán)功率控制方案，它是針對每個載波單獨進行功率控制的。該控制裝置包括衰減器101、放大器102、積分器103、加法器104、檢測器105。檢測器105檢測得到功放輸出的正向功率檢測電壓，然后將該電壓與按照一定的算法預(yù)先得到的模板曲線106在加法器104處實現(xiàn)減法運算，其差值再通過積分器103去控制發(fā)射通道中的壓控衰減器101去改變發(fā)射功率。若在某時刻檢測到的功率電壓低于的已知模板電壓106，則積分器103輸出電壓上升，衰減器101衰減量降低，輸出功率增加，促使正向功率檢測電壓提升；當(dāng)檢測電壓高于模板電壓106時，積分器103輸出電壓下降，衰減器101衰減量增加，功放的最終輸出功率下降，導(dǎo)致檢測器輸出電壓下降。
寬帶多載波GSM系統(tǒng)的功率控制是GSM基站由窄帶到寬帶演變過程中出現(xiàn)的一個新課題，它也是寬帶多載波GSM基站必須解決的一個問題。由于寬帶基站與傳統(tǒng)的基站結(jié)構(gòu)有很大的區(qū)別，傳統(tǒng)的單載波功率控制方法很難實用于寬帶基站中，目前在國內(nèi)外尚未見到有關(guān)GSM多載波功率控制的相關(guān)資料。
多載波信號是各單載波信號的合成，由于各載波的頻點和功率的可變性以及多載波合成信號包絡(luò)的難以預(yù)測性，很難通過簡單的方法檢測出各個載頻的功率包絡(luò)，而實時檢測出每個載波的功率包絡(luò)是實現(xiàn)功率閉環(huán)控制的前提條件，因此實現(xiàn)多載波信號的閉環(huán)功率控制難度較大。
本發(fā)明的目的是為了克服以上對多載波信號的閉環(huán)功率控制難度較大的缺點，而提供的基于寬帶GSM基站的一種開環(huán)功率控制解決方法，該方法利用了多載波發(fā)信機發(fā)射通道具有超線性特性這一固有特性，它可以使多個載波同時完成功率控制，并能同時滿足時域和頻域模板的要求，另外各載波的功率控制相互獨立，可以靈活方便地改變?nèi)我廨d波任一時隙的發(fā)射功率。
實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是數(shù)字移動通訊系統(tǒng)寬帶多載波基站的多載波開環(huán)功率控制裝置，其特點是，包括n個數(shù)字變頻器，一加法器、一第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一濾波器、一壓控衰減器、一第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器接收各個載頻的動態(tài)和靜態(tài)功率控制等級，產(chǎn)生動態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和上下坡控制數(shù)據(jù)，然后將上下坡控制數(shù)據(jù)和動態(tài)功率等級數(shù)據(jù)分別送至第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器及對應(yīng)的數(shù)字上變頻器中去；各數(shù)字變頻器的輸出到加法器，再順序輸入到第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器和壓控衰減器輸出。
一種采用上述裝置進行多載波功率控制的方法，其特點是，采用開環(huán)控制方法，在多路合成后通過壓控衰減器實現(xiàn)載波的功率控制，具體步驟是；(1)數(shù)據(jù)處理器接收功率數(shù)據(jù)與各載頻信息，產(chǎn)生各載頻的動態(tài)控制數(shù)據(jù)與上下坡控制數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的靜態(tài)控制數(shù)據(jù)；(2)數(shù)據(jù)處理器將產(chǎn)生的各載頻的動態(tài)控制數(shù)據(jù)和靜態(tài)功率控制數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的數(shù)字變頻器和壓控衰減器，數(shù)字變頻器實現(xiàn)動態(tài)功率等級控制；(3)數(shù)字變頻器輸出信號通過求和模塊得到多路合成后的多載波信號，該多載波信號發(fā)送給加法器；
(4)加法器將經(jīng)過動態(tài)功率等級控制的多載波信號發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波后發(fā)送給壓控衰減器；(5)壓控衰減器根據(jù)上下坡控制數(shù)據(jù)和靜態(tài)功率控制數(shù)據(jù)對接收到的多載波信號在射頻部分完成功率爬坡控制和靜態(tài)功率控制。
上述一種方法，其中，所述的上下坡控制數(shù)據(jù)在模擬域?qū)崿F(xiàn)。
上述一種方法，其中，所述的動態(tài)功率等級在數(shù)字域內(nèi)做簡單的切換控制。
上述一種方法，其中，所述的靜態(tài)功率等級既可以和動態(tài)功率等級合并控制，又可以和上下坡曲線合在一起控制，還可以單獨用壓控衰減器來實現(xiàn)。
上述一種方法，其中，所述的靜態(tài)功率等級與動態(tài)功率等級合并控制的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和動態(tài)功率控制數(shù)據(jù)放在一起直接發(fā)送給各數(shù)字上變頻器實現(xiàn)功率控制等級控制，上下坡控制則通過壓控衰減器實現(xiàn)靜態(tài)功率控制。
上述一種方法，其中，所述的靜態(tài)功率等級與上下坡曲線合并在一起控制的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和上下坡控制數(shù)據(jù)放在一起發(fā)送給壓控衰減器來實現(xiàn)。
上述一種方法，其中，所述的靜態(tài)功率等級單獨采用壓控衰減器來實現(xiàn)的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)發(fā)送給壓控衰減器來實現(xiàn)。
上述一種方法，其中，所述的上下坡功率控制曲線的生成方法是先確定一種功率控制爬坡曲線，然后將該曲線數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)處理器中，實際使用中再調(diào)用。
上述一種方法，其中，不同的功率等級具有相同的爬坡控制曲線和相同的爬坡動態(tài)范圍。
本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)措施，將靜態(tài)功率等級、動態(tài)功率等級和上下坡控制分離，采用一條上下坡控制曲線通過壓控衰減器來同時實現(xiàn)各個載波的功率控制，使之能保證各個載波的各個功率等級同時滿足GSM協(xié)議對時域和頻域模板的要求，還可以保證各個載波的功率等級控制相互獨立，以靈活方便地改變?nèi)我廨d波任一時隙的發(fā)射功率。
本發(fā)明的具體特征性能由以下的實施例及其附圖進一步給出。
圖1是傳統(tǒng)單載波GSM基站閉環(huán)功率控制實現(xiàn)原理框圖。
圖2是一種GSM基站多載波功率控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的方法用于GSM無線通信系統(tǒng)中基站的功率控制，實現(xiàn)寬帶多載波GSM基站系統(tǒng)的功率控制。
圖2給出了一種本發(fā)明可實現(xiàn)的多載波功率控制裝置框圖，本發(fā)明多載波功率控制裝置包括n個數(shù)字變頻器204-1～204-n，一加法器208、一第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器209、一濾波器210、一壓控衰減器211、一第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器212、一數(shù)據(jù)處理器207。數(shù)字上變頻器DUC204、205、206既可實現(xiàn)基帶信號的調(diào)制、濾波及數(shù)字上變頻，還具有功率控制的功能。數(shù)據(jù)處理器207用于接收各個載頻的動態(tài)和靜態(tài)功率控制等級，產(chǎn)生動態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和上下坡控制數(shù)據(jù)，然后將上下坡控制數(shù)據(jù)和動態(tài)功率等級數(shù)據(jù)分別送至第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC212及對應(yīng)的數(shù)字上變頻器DUC204-1～204-n中去。各數(shù)字變頻器的輸出到加法器，再順序輸入到第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器和壓控衰減器輸出。
本發(fā)明通過多載波開環(huán)功率控制方法在多路合成后通過壓控衰減器來實現(xiàn)載波的功率控制，其具體步驟是；(1)數(shù)據(jù)處理器207接收功率控制數(shù)據(jù)與各載頻信息，產(chǎn)生各載頻的動態(tài)控制數(shù)據(jù)與上下坡控制數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的靜態(tài)控制數(shù)據(jù)。
(2)數(shù)據(jù)處理器207將產(chǎn)生的各載頻的動態(tài)控制數(shù)據(jù)和靜態(tài)功率控制數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的DUC204、205、206和控衰減器211、DUC204、205、206實現(xiàn)動態(tài)功率等級控制。
(3)數(shù)字上變頻器DUC204、205、206輸出信號通過求和模塊210得到多路合成后的多載波信號，該多載波信號發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器207。
(4)數(shù)據(jù)處理器207對接收到的多載波信號用一條功率控制曲線實現(xiàn)功率爬坡控制。經(jīng)過動態(tài)功率控制和功率爬坡控制的多載波信號經(jīng)過DAC208數(shù)模轉(zhuǎn)換、濾波器209濾波后發(fā)送給壓控衰減器211。
(5)壓控衰減器211根據(jù)靜態(tài)功率控制數(shù)據(jù)對接收到的多載波信號在射頻部分完成靜態(tài)功率控制(靜態(tài)功率控制與上下坡控制分開控制)。
本發(fā)明利用各載頻的上下坡是同步進行的這一固有特性，將動態(tài)功率等級和上下坡分開控制。其中動態(tài)功率等級分載頻控制，在各載頻的DUC204、205、206中完成功率等級間的簡單切換。所述的靜態(tài)功率等級既可以和動態(tài)功率等級合并控制，又可以和上下坡曲線合在一起控制，還可以單獨用壓控衰減器來實現(xiàn)。上下坡控制通過控制DAC212后面的壓控衰減器來實現(xiàn)，若將靜態(tài)功率等級與上下坡控制放在一起則總共需要N條(N為基站支持的靜態(tài)功率等級數(shù))上下坡控制數(shù)據(jù)曲線。該上下坡功率控制曲線的生成方法是先預(yù)先確定一種功率控制爬坡曲線，然后將該曲線數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)處理器中，實際使用中再調(diào)用。將靜態(tài)功率等級與上下坡曲線合并在一起控制的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和上下坡控制數(shù)據(jù)放在一起發(fā)送給壓控衰減器來實現(xiàn)。不同的功率等級具有相同的爬坡控制曲線和相同的爬坡動態(tài)范圍。若靜態(tài)功率控制通過另外一個壓控衰減器或與動態(tài)功率等級一起放在數(shù)字域控制，則只需要一條上下坡曲線即可。靜態(tài)功率等級與動態(tài)功率等級合并控制的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和動態(tài)功率控制數(shù)據(jù)放在一起直接發(fā)送給各數(shù)字上變頻器實現(xiàn)功率控制等級控制，上下坡控制則通過壓控衰減器實現(xiàn)靜態(tài)功率控制。工作時數(shù)據(jù)處理器207接收載頻和功率等級信息，通過處理后功率控制需要的信息發(fā)送到相應(yīng)的模塊中，同時由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC212產(chǎn)生一條“V”形曲線去控制壓控衰減器，壓控衰減器211和DAC212應(yīng)該有足夠的動態(tài)范圍用于功率控制上下坡。
雖然數(shù)字變頻器DUC中的功率控制在功率等級切換時存在突變，而壓控衰減器的控制曲線在不同的功率等級是相同的，所以經(jīng)過功率控制后的曲線在功率等級切換點也存在突變，不過由于上下坡能夠保證達到足夠的動態(tài)范圍，因此仿真和實驗結(jié)果表明該突變對最終的功率控制效果的影響可以忽略不計。對于不連續(xù)發(fā)射(DTX)，可以通過關(guān)斷該載頻的DUC輸出來達到這一目的。
如前所述，本發(fā)明所涉及的功率控制方法具有以下優(yōu)點1、功率控制數(shù)據(jù)的存儲量很少，其數(shù)據(jù)存儲由FPGA即可來完成，可適當(dāng)降低成本并將減小電路板設(shè)計面積。
2、只用一條上下坡控制曲線，不同功率等級具有相同的爬坡控制曲線和相同的爬坡動態(tài)范圍，提高了功率控制的一致性，避免不同功率等級需要不同功率曲線而引起的測試和生產(chǎn)困難。
3、采用了壓控衰減器作為功率控制的核心器件，通常壓控衰減器的衰減量與控制電壓呈現(xiàn)近視線性的關(guān)系，所以只需要DAC按照一定的規(guī)律生成一條電壓曲線即可完成功率控制。為了提高功率控制性能，這種方法需要測試通道的衰減特性，然后通過對功率控制數(shù)據(jù)預(yù)失真的方法對衰減器的非線性進行矯正。
4、上下坡功率控制的位置選擇具有很大的靈活性，既可選在圖2所示的位置，也可在中頻到射頻部分間選擇。
5、靜態(tài)功率等級既可以和動態(tài)功率等級合并控制，又可以和上下坡曲線合在一起控制，還可以單獨用壓控衰減器來實現(xiàn)。
6、功率等級的控制精度高。
權(quán)利要求
1.數(shù)字移動通訊系統(tǒng)寬帶多載波基站的多載波開環(huán)功率控制裝置，其特征在于，包括n個數(shù)字變頻器，一加法器、一第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一濾波器、一壓控衰減器、一第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器、一數(shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器接收各個載頻的動態(tài)和靜態(tài)功率控制等級，產(chǎn)生動態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和上下坡控制數(shù)據(jù)，然后將上下坡控制數(shù)據(jù)和動態(tài)功率等級數(shù)據(jù)分別送至第二數(shù)模轉(zhuǎn)換器及對應(yīng)的數(shù)字上變頻器中去；各數(shù)字變頻器的輸出到加法器，再順序輸入到第一數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器和壓控衰減器輸出。
2.一種采用權(quán)利要求1的裝置進行多載波功率控制的方法，其特征在于，采用開環(huán)控制方法，在多路合成后通過壓控衰減器實現(xiàn)載波的功率控制，具體步驟是；(1)數(shù)據(jù)處理器接收功率數(shù)據(jù)與各載頻信息，產(chǎn)生各載頻的動態(tài)控制數(shù)據(jù)與上下坡控制數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的靜態(tài)控制數(shù)據(jù)；(2)數(shù)據(jù)處理器將產(chǎn)生的各載頻的動態(tài)控制數(shù)據(jù)和靜態(tài)功率控制數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的數(shù)字變頻器和壓控衰減器，數(shù)字變頻器實現(xiàn)動態(tài)功率等級控制；(3)數(shù)字變頻器輸出信號通過求和模塊得到多路合成后的多載波信號，該多載波信號發(fā)送給加法器；(4)加法器將經(jīng)過動態(tài)功率等級控制的多載波信號發(fā)送給數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波器，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換和濾波后發(fā)送給壓控衰減器；(5)壓控衰減器根據(jù)上下坡控制數(shù)據(jù)和靜態(tài)功率控制數(shù)據(jù)對接收到的多載波信號在射頻部分完成功率爬坡控制和靜態(tài)功率控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，所述的上下坡控制數(shù)據(jù)在模擬域?qū)崿F(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，所述的動態(tài)功率等級在數(shù)字域內(nèi)做簡單的切換控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，所述的靜態(tài)功率等級既可以和動態(tài)功率等級合并控制，又可以和上下坡曲線合在一起控制，還可以單獨用壓控衰減器來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種方法，其特征在于，所述的靜態(tài)功率等級與動態(tài)功率等級合并控制的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和動態(tài)功率控制數(shù)據(jù)放在一起直接發(fā)送給各數(shù)字上變頻器實現(xiàn)功率控制等級控制，上下坡控制則通過壓控衰減器實現(xiàn)靜態(tài)功率控制。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種方法，其特征在于，所述的靜態(tài)功率等級與上下坡曲線合并在一起控制的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)和上下坡控制數(shù)據(jù)放在一起發(fā)送給壓控衰減器來實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種方法，其特征在于，所述的靜態(tài)功率等級單獨采用壓控衰減器來實現(xiàn)的方法是數(shù)據(jù)處理器將靜態(tài)功率等級數(shù)據(jù)發(fā)送給壓控衰減器來實現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2中的一種方法，其特征在于，所述的上下坡功率控制曲線的生成方法是先確定一種功率控制爬坡曲線，然后將該曲線數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)處理器中，實際使用中再調(diào)用。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種方法，其特征在于，不同的功率等級具有相同的爬坡控制曲線和相同的爬坡動態(tài)范圍。
全文摘要
數(shù)字移動通訊系統(tǒng)寬帶多載波基站功率控制裝置及其方法,采用開環(huán)功率控制方法,在多路合成后通過壓控衰減器實現(xiàn)載波功率控制。該方法將靜態(tài)功率等級、動態(tài)功率等級和上下坡控制分離,采用一條上下坡控制曲線來同時實現(xiàn)各個載波的功率控制,并保證各個載波的各個功率等級同時滿足GSM協(xié)議對時域和頻域模板的要求。該方法可以保證各個載波的功率等級控制相互獨立,能靈活方便地改變?nèi)我廨d波任一時隙的發(fā)射功率。
文檔編號H04W52/10GK1371223SQ0110544
公開日2002年9月25日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者蘇豫新, 彭清泉, 鄭文龍 申請人:華為技術(shù)有限公司