CN1213551C - 移动通信系统中用于控制发送功率的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种移动通信系统中通过降低BS的PAPR最大化功率放大器的效率的装置和方法。在I和Q信道脉冲整形滤波器与频率转换器之间的功率控制器计算用于在每个采样周期增加PAPR的信号脉冲的消除信号，在消除信号中脉冲整形滤波在最高电平的消除信号，并且将滤波的消除信号与原始信号相加。因此，抑制在信号频带外的频谱再生。在支持多频率分配的系统的情况中，根据其服务等级控制每个FA的PAPR。因此，确定最小系统性能并且功率使用的效率提高。

Description

移动通信系统中用于控制发送功率的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种移动通信系统，尤其涉及一种移动通信系统中用于降低基站(BS)的峰值-平均值功率比(PAPR)的装置和方法。

背景技术

众所周知，BS使用RF(射频)功率放大器用于放大包含指定给移动台的语音和数据的RF信号。RF放大器是整个系统中最昂贵的设备，因此是降低系统耗费所需要考虑的重要部件。设计该RF放大器应满足两个要求：其中之一是输出电平足够强能够覆盖小区的服务区中所有的MS的RF功率；另一个是以在或低于一个可接受的电平的RF功率放大器输出保持ACI(邻近信道干扰)。

如果确保足够的RF输出功率的输入功率在功率放大器的线性放大区域外，则由于非线性放大功率放大器输出信号在信号频带外具有信号失真分量。在频率平面(plane)，换句话说，在信号频带外的频谱再生引起ACI。因为前者要求高输入功率而后者需要低输入功率，所以很难设计满足这些要求的功率放大器。

尤其，具有高PAPR的系统，如CDMA(码分多址)，必须控制输入功率来使功率放大器在线性放大区域工作，或使用在最大输入功率上是线性的昂贵的功率放大器。在这种情况下，CDMA系统需要可以适应高于平均输入功率10dB的最大输入功率的昂贵功率放大器来抑制信号失真。然而，如上所述，这种功率放大器降低功率效率并且增加功率消耗、系统大小和成本。此外，BS使用用于每个频率配置(FA)的功率放大器同时使用多个FA发送信号，因此，产生经济的限制。因此，功率放大器的有效的布局和设计对于BS的设计是非常重要的。

一种稳定操作高PAPR系统中的功率放大器方法是使用用于最大功率输入的预失真调节电路。预失真调节电路测量在功率放大器中产生的信号失真并且根据测量结果控制功率放大器的输入信号。功率放大器通过衰减失真从原始输入信号生成放大的信号。

失真测量涉及非常复杂的处理，如调制和解调、采样、量化、同步和输入与输出之间的比较。预失真调节电路使用其输入和输出信号来满足用于实现系统的ACP(邻近信道功率)标准。然而，由于其关于效率、速度和复杂程度的缺陷，使用预失真调节电路不能获得最佳失真补偿。

另一种方法是通过使用功率放大器的最大输入功率和线性放大特性以预定比率降低信号电平来降低功率放大器中的输入信号的PAPR。根据线性放大特性通过将所有信号乘以换算因子把所有输入信号转换为低功率信号以便在线性放大区域操作功率放大器。或者通过将处于或高于阈值的输入信号的功率降低到所需的电平来减少PAPR。以预定比率的信号电平的减低或将高于阈值的信号电平降低到预定的电平导致信号的动态变化和信号频带外的功率增加。因此，整个系统的性能降低。

第三种方法是计算I信道输入信号和Q信道输入信号的强度和功率并生成用于具有高于阈值的强度的信号的消除信号。通过同时加原始信号和消除信号将信号强度降低到所需的强度。图1表示使用这种放大模式的信号发送。

参照图1，在CDMA通信系统中通过对信道数据进行恰当的编码、调制和信道化，在信道设备组1-1中的每个信道设备或信道元件1-2生成基带信号。I和Q信道基带信号被分别求和。处理器1-5测量I和Q信道信号的强度，计算其功率电平，根据所需的功率电平确定每一个信道要被消除的信号强度，并输出消除信号。I基带组合器1-3和Q基带组合器1-4将I和Q信道信号延迟用于处理器1-5操作所需的时间并且将延迟的I和Q信道信号加到消除信号上来获得处于所需功率电平的信号。脉冲整形滤波器1-6和1-7限制I基带组合器1-3和Q基带组合器1-4的输出信号的带宽。脉冲整形滤波器1-6和1-7的输出通过频率转换器1-8和功率放大器1-9被发送到天线。天线向其小区内的MS辐射BS的发送功率。

虽然信号的PAPR在I和Q基带组合器1-3和1-4中被调整到所需的值，但是其在脉冲整形滤波器1-6和1-7中提高。因此，在功率放大器1-9中发生信号频带外的频谱再生，从而引起ACI。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于提高RF功率放大器的使用效率的装置和方法来实现稳定、可行的移动通信系统。

本发明的另一目的在于提供一种用于在PAPR系统中的在线性放大区稳定操作功率放大器的方法和装置。

本发明的另一目的在于提供一种用于降低功率放大器的输入信号的PAPR而不影响整个系统的性能的方法和装置。

本发明的另一目的在于提供一种用于降低功率放大器的PAPR并且使在信号频带外的频谱再生的抑制程度最大，以便最大化在移动通信系统用于发送的功率放大器的效率的方法和装置。

本发明的另一目的在于提供一种用于使用多个FA同时发送信号的方法和装置，从而有效使用功率放大器。

本发明的另一目的在于提供一种使用I和Q信道脉冲整形滤波器与频率转换器之间的功率控制器来控制功率放大器的输入信号的方法和装置。

为实现上述和其它目的，在支持单FA的移动通信系统中的发送功率控制装置中，信道设备组通过对每个信道数据执行编码和调制生成I信道基带信号和Q信道基带信号，脉冲整形滤波器滤波基带信号，功率控制器根据用于线性功率放大的阈值功率控制滤波的信号的PAPR，频率转换器上转换功率控制的信号至RF信号，并且功率放大器放大RF信号。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是在现有技术的典型移动通信系统的发送器的框图；

图2是根据本发明实施例的在使用单个FA的移动通信系统中的发送器的框图；

图3是在图2表示的功率控制器的详细框图；

图4表示在图3表示的功率控制器中的消除信号计算器的工作原理；

图5表示在图3表示的脉冲整形滤波器的结构；

图6是表示根据本发明实施例的功率控制操作的流程图；

图7表示输入到在图3表示的换算确定器的原始信号；

图8表示从在图3表示的换算(scale)确定器输出的信号；

图9表示在图3表示的消除信号计算器中计算的目标信号；

图10表示在图3表示的消除信号计算器生成的消除信号；

图11表示在图3表示的最高电平确定器中选择的在最高信号电平的消除信号；

图12表示在脉冲整形滤波后在最高信号电平的消除信号及其功率电平；

图13是根据本发明的另一个实施例的在使用多个FA的移动通信系统中的发送器的框图；

图14是图13表示的多FA功率控制器的详细框图；

图15表示在FA信号具有相同优先级的情况中在多FA功率控制器中每个FA信号功率特性；

图16是表示在图14中表示的换算计算器中计算用于具有相同优先级的多FA的换算值的方法；

图17是表示在图14中表示的换算计算器中计算用于具有不同优先级的多FA的换算值的方法；

图18表示在FA信号具有不同优先级的情况中在多FA功率控制器中的每个FA信号的功率特性；以及

图19是表示另一种用于在图14中表示的换算计算器中计算具有不同优先级的多FA的换算值的方法。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。在下面的描述中，由于其可能会混淆本发明，将不详细描述熟知的功能或结构。

在描述本发明之前，将定义这里使用的术语。PAPR或CF(峰值因子)是峰值-平均功率比。该功率特性是设计在多个用户分享共同的频率资源的CDMA系统中的功率放大器的重要因子。CFR(峰值因子降低)算法是根据本发明的功率放大器操作其降低PAPR的算法。Backoff(补偿)被定义为对实现功率线性放大所需要的最大功率与平均功率之比。Backoff用于表示功率放大器的线性工作区域。

图2到12描述使用单FA的本发明的实施例，而且图13到19描述使用多个FA的本发明的实施例。

第一实施例

图2是根据本发明实施例的在使用单FA的移动通信系统中的BS发送器的框图。

参照图2，发送器包括含有至少一个信道元件2-2的信道设备组2-1、I和Q脉冲整形滤波器2-3和2-4、频率转换器2-5和功率放大器2-6。具体讲，功率控制器2-8放置在脉冲整形滤波器2-3和2-4与频率转换器之间来执行根据本发明的CFR算法。

在操作中，信道设备组2-1通过对每个信道数据执行编码、调制和信道化生成I和Q信道基带信号。尤其在CDMA系统中，I和Q信道信号是公用控制信号和用于多个用户的用户数据的I和Q信道码片-电平和。

由于严重的输出功率变化发生在诸如CDMA系统的发送多个信道信号的和的系统中，脉冲整形滤波器2-3和2-4限制每个信道信号的频率来降低ACI。在数-模转换后，在功率放大器2-6前端的频率转换器2-5将从脉冲整形滤波器2-3和2-4接收的IF(中间频率)信号上转换为RF信号。

功率放大器2-6被置于天线的前端并且放大其输入信号功率，以便以对在BS的小区中的所有用户足够的功率发送信号。天线向MS发送放大的信号。

功率控制器2-8的功能是降低输入信号的PAPR来降低功率放大器的耗费限制并且通过抑制在信号频带外的频谱再生防止系统性能变差。功率控制器2-8被置于脉冲整形滤波器2-3和2-4的尾端，用于在脉冲整形滤波器2-3和2-4操作期间防止PAPR的增加。

图3是根据本发明实施例的功率控制器2-8的详细框图。参照图3，功率控制器2-8由换算确定器3-1、消除信号计算器3-2、I和Q最大信号确定器3-10和3-11、I和Q最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13、I和Q信号延迟装置3-14和3-15，和I和Q信号信道加法器3-16和3-17。

脉冲整形滤波器2-3和2-4的输出被施加到换算确定器3-1、信号延迟装置3-14和3-15和消除信号计算器3-2的输入上。I最大信号脉冲整形滤波器3-12的输出信号I2和I信号延迟装置3-14的输出信号I3在I信道加法器3-16中被加到信号I’中。以相同的方式，Q最大信号脉冲整形滤波器3-13的输出信号Q2和Q信号延迟装置3-15的输出信号Q3在Q信道加法器3-17中被加到信号Q’中。

功率控制器2-8处理脉冲整形滤波器2-3和2-4的输出信号I和Q来获得功率放大器2-6的线性所需要的PAPR，并因此抑制信号频带外的频谱再生。

参照图3，将描述功率控制器2-8的操作原理。

换算确定器3-1在I和Q信道电平平方器(squarer)3-3和3-4接收从I脉冲整形滤波器2-3输出的I信道信号(下面，称为原始I信道信号)和从Q脉冲整形滤波器2-4输出的Q信道信号(下面，称为原始Q信道信号)，在每个预定的时期采样原始I和Q信道信号，并且测量采样信号的电平。通过将I和Q信道电平平方器3-3和3-4的输出累加，即P＝I²+Q²，来计算在每个采样周期的瞬时功率。换算值计算器3-5以下面的方式计算瞬时功率P和预定的阈值功率P_th。

将瞬时功率P与阈值功率P_th相比较，其中通过下式确定P_th

P_th＝平均功率(P_average)×10^(backoff/10)          ……(1)

如果瞬时功率P小于或等于阈值功率P_th，要与I和Q信道信号相乘的换算值被确定为1。这表示消除信号计算器3-2的输出I1和Q1是0并因此，没有控制原始信号的功率。另一方面，如果瞬时功率P大于阈值功率P_th，换算值被确定为通过其调整原始信号的功率来降低PAPR的值，

此外，换算值可以参照存储在存储器(未示出)中的换算表获得。这些换算值被提供到消除信号计算器3-2。

在消除信号计算器3-2中的乘法器3-6和3-7将换算值与I和Q信道信号相乘。乘法器3-6和3-7的输出信号是功率放大器2-6线性操作所需要的I和Q信道信号的目标信号。即，如果瞬时功率P大于阈值功率P_th，通过相乘可以获得具有阈值功率P_th和与原始信道信号相位相同的每个信道的目标信号。减法器3-8和3-9从目标信号中减去原始I和Q信道信号并且生成消除信号I1和Q1。

图4表示消除信号计算器3-2的工作原理。参照图4，原始信号矢量4-1表示从脉冲整形滤波器2-3和2-4输出的原始I和Q信道信号的矢量。目标信号矢量4-2表示具有阈值功率并且与原始信号矢量4-1的相位相同的目标信号的矢量。消除信号矢量4-3表示从图3表示的消除信号计算器3-2输出的消除信号I1和Q1的矢量。外部实线圆表示阈值功率并且内部虚线圆表示原始信号的平均功率。这里，通过从目标信号矢量4-2减去原始信号矢量4-1得到消除信号矢量4-3。

在上述使目标信号的相位等于原始信号的相位的处理中生成的消除信号具有降低原始信号的PAPR的所有消除信号的最低功率。

消除信号11和Q1被提供到I和Q最大信号确定器3-10和3-11。

如果输入到I和Q最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13的脉冲在每个采样时期具有相同的优先级和不是0的连续值，则在脉冲整形滤波器3-12和3-13的处理中脉冲被重叠并且具有比消除信号更高的信号电平。最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13的输出信号I2和Q2在加法器3-16和3-17中与信号延迟装置3-14和3-15的输出信号I3和Q3相加，它可能引起其它信号失真。

为了解决这个问题，最大信号确定器3-10和3-11保持在每个采样时期接收的消除信号中具有相同优先级和在信号电平0的脉冲中之间的最大电平的消除信号脉冲，设置其它消除信号为0。

即，I和Q最大信号确定器3-10和3-11在连续接收的消除信号中选择在每个采样时期的具有最高电平的消除信号。然后，I和Q最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13在所需的频率带宽中限制最高电平消除信号。

如上所述，最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13功能是通过将输入信号的频带限制在所需的带宽来抑制ACP的增加和频带外失真。因此，它们可以是FIR(有限冲激响应)或(无限冲激响应)滤波器，用于将输入信号限制在信号延迟装置3-14和3-15的输出信号I3和Q3的带宽中。

图5表示作为FIR滤波器的最大信号脉冲整形滤波器3-12(或3-13)的结构。参照图5，来自最大信号确定器3-10的输入信号A在延迟装置5-1到5-4中被延迟。在延迟装置5-1到5-4的输入和输出端的信号在乘法器5-5到5-8中与根据所需的频带设置的系数c₀和c_n相乘。加法器5-9将乘法器5-5到5-8的输出相加并且输出相加的和B。对于来自最大信号脉冲整形滤波器3-12(或3-13)的信号B的输入，功率控制器2-8在所需的频带中生成信号I2(或Q2)。

返回图3，延迟装置3-14和3-15将原始I和Q信道信号延迟预定的时间。延迟时间是原始I和Q信道信号经由最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13通过换算确定器3-1所需的时间。

加法器3-16和3-17将延迟装置3-14的输出信号I3和最大信号脉冲整形滤波器3-12的输出信号I₂相加以及将迟装置3-15的输出信号Q3和最大信号脉冲整形滤波器3-13的输出信号Q₂相加。信号I2和Q2是在最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13中的处理后、在最高电平的消除信号。因此，加法器3-16和3-17的输出信号被补偿来具有作为功率放大器2-6的线性所需的功率。

图6是表示根据本发明实施例的功率控制器的全部操作的流程图。参照图6，在步骤6-1，换算确定器3-1测量从I和Q脉冲整形滤波器2-3和2-4接收的原始I和Q信道信号的电平并且计算瞬时功率P＝(I²+Q²)，并且在步骤6-2比较瞬时功率P和阈值功率P_th。如果瞬时功率P等于或小于阈值功率P_th，在步骤6-9确定换算值为1。如果瞬时功率P大于阈值功率P_th，在步骤6-3参照预先存储的换算表或公式(2)确定换算值。

在步骤6-4，消除信号计算器3-2通过将原始I和Q信道信号与换算值相乘获得具有与原始I和Q信道信号相同的相位和阈值功率的目标信号，并且在步骤6-5通过从目标信号中减去原始I和Q信道信号计算消除信号I1和Q1。消除信号I1和Q1用于获得所需的PAPR。

在步骤6-6，最大信号确定器3-10和3-11通过在每个采样周期重复步骤6-1到6-5确定在最高电平的消除信号。在步骤6-7最大信号脉冲整形滤波器3-12和3-13限制在最高电平的消除信号的发送的带宽。

在步骤6-8，加法器3-16和3-17将脉冲整形滤波器3-12和3-13的输出与延迟装置3-14和3-15延迟的原始I和Q信道信号相加。因此，相加之和的PAPR被补偿到需要的电平。

图7到12表示功率控制器2-8做出的功率变化。图7表示在每个采样周期的I和Q脉冲整形滤波器中的处理后测量的I和Q信道信号电平，并且图8表示图7所示的采样的信号的瞬时功率电平P＝(I²+Q²)。

图9表示通过将具有比阈值功率更高的瞬时功率的原始I和Q信道信号与在每个采样周期计算的换算值相乘获得的I和Q信道目标信号脉冲，并且图10表示通过从图9表示的目标信号脉冲中减去图7表示的原始信号脉冲获得的I和Q信道消除信号脉冲。在这里，应当注意的是消除信号脉冲具有与原始信号和目标信号相反的相位。

图11表示在图10表示的消除信号脉冲中在信号电平0的脉冲之间的最高电平的I和Q信道消除信号脉冲。图12表示脉冲整形滤波的在最高电平的I和Q信道消除信号及其功率电平。图12表示的I和Q信道消除信号与图7表示的I和Q信道信号在加法器3-16和3-17中相加。因此，加法器3-16和3-17的输出具有功率放大器2-6所需的PAPR。

第二实施例

本发明的第二实施例被应用到支持多FA的移动通信系统中的BS上。

图13是根据本发明的第二实施例的在使用多个FA的移动通信系统中的BS发送器的框图；

参照图13，发送器包括信道设备单元13-1、脉冲整形滤波单元13-2和功率放大器13-4。具体讲，多FA功率控制器13-3被置于脉冲整形滤波单元13-2和功率放大器13-4之间来控制原始FA信号的PAPR。

在操作中，信道设备单元13-1具有多个对应于FA的信道元件组并且每个信道元件组包括与图2表示的信道元件组的结构相同的信道设备并且对每个FA基带信号执行编码、调制和信道化。信道设备单元13-1独立控制每个FA。脉冲整形滤波单元13-2具有多个I和Q脉冲整形滤波器并且限制从信道设备13-1输出的用于FA的I和Q信道信号的频率带宽。脉冲整形滤波单元13-2的输出被施加到多FA功率控制器13-3上。

多FA信号的发送通路与图2表示的单FA信号的发送通路相同。具体讲，多FA功率控制器13-3输出用于具有高PAPR的输入信号的输入的功率控制的信号来确保功率放大器13-4的稳定操作。功率放大器13-4放大多FA功率控制器13-3的输出信号来发射足够的功率用以向在小区覆盖区域中的所有MS发送信号。

图14是根据本发明第二实施例的多FA功率控制器13-3的详细框图。参照图14，多FA功率控制器13-3包括换算确定器14-1、多个功率控制器14-3和14-10到14-11和加法器14-12。除了与其它FA信号的换算值相关地计算每个信号的换算值，功率控制器14-3和14-10到14-11以与图6相同的方式控制每个FA信号的PAPR。

换算确定器14-1在对应的平方器接收原始的多FA信号I₁、Q₁、I₂、Q₂、....I_N、Q_N并且在每个采样周期计算其信号电平。换算确定器14-1中的换算计算器14-2使用其信号电平计算多FA的换算值。参照预先存储的换算表或由公式(3)确定换算值。

对于其相应的FA，功率控制器14-3和14-10到14-11执行与图6所示的功率控制器2-8相同的操作。下面将描述所有功率控制器的功率控制器14-3的操作。

功率控制器14-3中的消除信号计算器14-4通过将原始I和Q信道信号I₁和Q₁与从换算确定器14-1接收的用于FA(1)的换算值相乘获得I和Q目标信号，并且通过将原始I和Q信道信号I₁和Q₁从目标信号中减去计算消除信号。最大信号确定器14-5从在每个采样周期从消除信号计算器14-4接收的消除信号中的在信号电平0的信号之间选择最高电平的消除信号，将其它消除信号设置为0。选择的消除信号被提供到脉冲整形滤波器14-6。

同时，延迟装置14-7延迟原始I和Q信道信号I₁和Q₁，并且加法器14-8将延迟的信号与脉冲整形滤波器14-6的输出相加从而产生功率控制信号。频率转换器14-9使用不同的用于每个FA的中央频率将功率控制的信号上转换为用于FA(1)的RF信号。

功率控制器14-10到14-11以相同方式操作并且输出信号FA(2)到FA(N)。加法器14-12将功率控制器14-3和14-10到14-11的输出相加并输出和至功率放大器13-4。

图15表示在支持3个FA的系统中的加法器14-12的输出。参照图15，参考号15-1、15-2和15-3表示其半径表示FA(1)、FA(2)和FA(3)的原始信号的电平的圆。参考号15-5表示其半径为被预定满足功率放大器13-4的PAPR要求的参考信号的电平的圆。原始信号的频率是FA(1)＜FA(2)＜FA(3)的关系。由于频带之间的差别，将FA(1)信号与FA(2)信号组合导致圆15-2，其圆心在圆15-1上，并且FA(2)信号与FA(3)信号组合导致圆15-3，其圆心在圆15-2上。

FA(1)的信号电平变化快于FA(2)的信号电平变化并且FA(2)的信号电平变化快于FA(3)的信号电平变化。因此，每个FA的瞬时信号是不连续的而是在对应圆上周期变化的。因此，加法器14-12的最大输出可以表示为点15-4。最大值是所有FA的信号电平之和。为了满足瞬时信号电平的和小于阈值信号电平这个条件，必须确定换算值以便加法器14-12的输出位于圆15-5之内。

因此，如果每个FA的原始信号的瞬时信号电平小于或等于阈值信号电平，多FA功率控制器13-3设置FA的换算值为1。另一方面，如果和值大于阈值信号电平，计算恰当的换算值。这里，相同的换算值被应用到所有FA中，或每个FA有不同的换算值。

如果每个FA具有不同的换算值，这表示FA具有不同的优先级(或服务质量)，即优先等级。因此，BS可以对每个FA分配不同的优先等级。例如，CDMA2000 EV-DO(仅仅展开数据)系统从用于高速数据服务的FA辨别用于第一代CDMA服务的FA。由于服务的特性，支持高速数据服务的FA对发送信号的质量敏感，所以其应当具有比支持第一代CDMA服务的FA更高的优先等级。

图16是表示用于在换算计算器14-2中计算N个具有相同优先等级的FA的单个换算值的处理的流程图。参照图16，FA(1)的瞬时信号电平是原始FA(1)I信道信号I₁的电平的平方与原始FA(1)Q信道信号Q₁的电平的平方之和的平方根 $(\sqrt{P_1}=\sqrt{I_1^2+Q_1^2}).$ 在对所有FA计算瞬时信号电平 (i＝1，2，.....，N)后，在步骤16-1它们被相加来获得加法器14-12的最大输出 $(\sqrt{P_{\mathrm{total}}}=\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}).$

在步骤16-2，

与预定的或计算的阈值信号电平

相比较。如果

小于或等于 则在步骤16-3将所有FA的换算值设置为1。如果

大于

则在步骤16-2通过下式计算换算值S

$S=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{\sqrt{P_{\mathrm{total}}}}=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}}...\left(3\right)$

换算值S被提供到消除信号计算器14-4来用于在原始信号可能具有最高信号电平的情况下生成消除信号。

N个FA的换算值根据服务等级可以使用加权因子或使用阈值信号电平来计算。

在上述方法中，不同的加权因子被分配到每个FA信号来计算FA的换算值。

参照图17，FA(1)的瞬时信号电平是原始FA(1)I信道信号I₁的电平的平方与原始FA(1)Q信道信号Q₁的电平的平方之和的平方根 $(\sqrt{P_1}=\sqrt{I_1^2+Q_1^2}).$ 在对所有FA计算瞬时信号电平

(i＝1，2，.....，N)后，在步骤17-1它们被相加来获得加法器14-12的最大输出 $(\sqrt{P_{\mathrm{total}}}=\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}).$

在步骤17-2， 与预定的或计算的阈值信号电平 相比较。如果

小于或等于 则在步骤17-3将所有FA的换算值设置为1。如果

大于 则在步骤17-4根据FA(1)的服务等级计算FA(1)的加权因子α_i。加权因子α_i是用于第i个FA的加权因子。具有分配给它们的加权因子的所有FA的原始信号表示为 ${\mathrm{\α}}_1\sqrt{P_1},{\mathrm{\α}}_2\sqrt{P_2},...{\mathrm{\α}}_N\sqrt{P_N}.$ 更大的加权因子必须分配给更高优先级的FA。FA的加权因子可以被确定为FA的优先率。如果所有FA被分类为服务等级1或服务等级2并且服务等级1具有高于服务等级2的优先级，加权因子2被分配给服务等级1的FA并且加权因子1被分配给服务等级2的FA。

在步骤17-5，通过下式计算全局换算值S_global

$S=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{{\mathrm{\α}}_1\sqrt{P_1}+{\mathrm{\α}}_2\sqrt{P_2}+...+{\mathrm{\α}}_N\sqrt{P_N}}=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\α}}_i\sqrt{P_i}\right)}...\left(4\right)$

通过将全局换算值S_global与对应的加权因子α_i相乘计算换算值S_i

$S_i={\mathrm{\α}}_i{\×S}_{\mathrm{global}}={\mathrm{\α}}_i\×\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\α}}_i\sqrt{P_i}\right)}...\left(5\right)$

FA的换算值被提供给消除信号计算器14-4。加权因子影响FA的换算值的确定并且更高优先级的FA信号的发送功率被限制到更低。因此，有效发送功率的效率增至最高。

现在，将参照图18和19描述根据服务等级计算换算值的方法。在该方法中，换算计算器14-2设置每个FA的阈值信号电平。

具体讲，多个FA首先被以降序分为服务等级1到服务等级k并且阈值信号电平 $\sqrt{P_{\mathrm{th}-1}},\sqrt{P_{\mathrm{th}-2}},...\sqrt{P_{\mathrm{th}-k}}$ 被设置给每个FA。 是根据服务等级用于第i个FA的阈值电平并且更高的阈值信号电平被设置给更高的服务等级。即 $\sqrt{P_{\mathrm{th}-1}}>\sqrt{P_{\mathrm{th}-2}}>...>\sqrt{P_{\mathrm{th}-k}}.$ 阈值信号电平和 $\sqrt{P_{\mathrm{th}-1}}+\sqrt{P_{\mathrm{th}-2}}+...+\sqrt{P_{\mathrm{th}-k}}$ 小于或等于系统中要求的整个阈值信号电平

在CDMA2000 EV-DO系统中，支持高速数据服务的FA和支持第一代CDMA服务的FA被分别分类为服务等级1和服务等级2。

参照图18，用于服务等级1和服务等级2的阈值信号电平被分别表示为圆18-1和18-2。因此，图18的外圆表示整个阈值信号电平

参照图19，FA(1)的瞬时信号电平是原始FA(1)I信道信号I₁的电平的平方与原始FA(1)Q信道信号Q₁的电平的平方之和的平方根 $(\sqrt{P_1}=\sqrt{I_1^2+Q_1^2}).$ 在对所有FA计算瞬时信号电平

(i＝1，2，.....，N)后，在步骤19-1它们被相加来获得加法器14-12的最大输出 $(\sqrt{P_{\mathrm{total}}}=\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}).$

在步骤19-2，

与预定的(或计算的)阈值信号电平 相比较。如果

小于或等于

则在步骤16-3将所有FA的换算值设置为1。如果

大于 则根据其优先等级计算每个FA的换算值。

在步骤19-4，具有服务等级1的FA的瞬时信号等级的平均 首先与用于服务等级1的阈值信号电平

相比较。如果

大于

则在步骤19-5，用于具有服务等级1的FA的换算值是 如果

小于或等于

则在步骤19-6，换算值被设置为1并且用于服务等级2的FA的阈值信号电平被更新为 $\sqrt{P_{\mathrm{th}-2}}=\sqrt{P_{\mathrm{th}-2}}+(\sqrt{P_{\mathrm{th}-1}}-\sqrt{P_1}),$ 以便从具有服务等级1的FA向具有服务等级2的FA分配剩余的功率

并因此增加功率使用的效率。

以同样的方式，在步骤19-7，具有服务等级2的FA的瞬时信号等级的平均

首先与用于服务等级2的更新的阈值信号电平 相比较。如果

大于

则在步骤19-8，用于具有服务等级2的FA的换算值是另一方面，如果 小于或等于

则在步骤19-9，换算值被设置为1并且用于服务等级3的FA的阈值信号电平被更新为 $\sqrt{P_{\mathrm{th}-3}}=\sqrt{P_{\mathrm{th}-3}}+(\sqrt{P_{\mathrm{th}-2}}-\sqrt{P_2}).$

当在步骤19-10、19-11、19-12确定用于具有最低服务等级k的FA的换算值时，换算值被提供到消除信号计算器14-4。根据每个FA信号的特性，阈值信号电平的控制确保最低的性能。

根据上述的本发明，(1)功率控制器可以简单实现在包括DS-CDMA，W-CDMA，和MC-CDMA的不同系统中，并且可以与预失真调节电路一同使用；(2)可以改善在诸如CDMA的系统中由于控制信号与用于多个用户的用户数据之和导致的高PAPR引起的功率放大器的低效率操作；(3)不使用昂贵的功率放大器将性能降低减至最低，从而整个系统成本降低；和(4)特别在多FA移动通信系统中，在多FA信号发送期间，根据每个FA信号的特性可以确保最低操作，并且在控制每个FA信号的换算值的处理中可以最大化功率使用的效率。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域的技术人员可以理解，本发明不应仅限于所描述的优选实施例，可以在本发明的权利要求所限定的精神和范围内进行各种修改。

Claims (36)

1、一种在支持单个频率分配的移动通信系统中的发送功率控制装置，该装置包括：

信道设备组，用于从每个信道数据生成同相信道基带信号和正交相位信道基带信号；

脉冲整形滤波器，用于脉冲整形滤波基带信号；

功率控制器，根据用于线性功率放大的阈值功率控制脉冲整形滤波的信号的峰值对平均值功率之比；及

频率转换器，将功率控制的信号上转换为射频信号，并且输出射频信号。

2、如权利要求1所述的发送功率控制装置，其中所述功率控制器包括：

换算确定器，用于从脉冲整形滤波器接收同相信道基带信号和正交相位信道基带信号，在每个采样周期测量同相信道基带信号和正交相位信道基带信号的瞬时功率，将瞬时功率与阈值功率相比较，并且根据比较结果确定换算值；

消除信号计算器，通过将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号与换算值相乘，计算目标信号，并且通过从目标信号中减去同相信道基带信号和正交相位信道基带信号来计算消除信号；

信号延迟装置，用于将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号延迟消除信号计算器和换算确定器的操作所需的时间；及

加法器，用于将延迟的信号与脉冲整形滤波的信号相加。

3、如权利要求2所述的发送功率控制装置，其中功率控制器还包括：

最大信号确定器，用于在每个采样周期从消除信号计算器接收消除信号并且选择在最高电平的消除信号；及

脉冲整形滤波器，用于在相加之前将选择的最高电平消除信号的脉冲整形滤波。

4、如权利要求3所述的发送功率控制装置，其中最大信号确定器在连续的不为0的消除信号中选择在最高电平的消除信号。

5、如权利要求2所述的发送功率控制装置，其中通过下式确定换算值

如果瞬时功率≤阈值功率，换算值＝1

如果瞬时功率＞阈值功率，

6、如权利要求2所述的发送功率控制装置，其中通过下式确定阈值功率

P_th＝平均功率(P_aveage)×10^(backoff/10)

其中是P_th阈值功率，P_average是移动通信系统的平均功率，并且backoff是获得线性放大所需的最大功率与平均功率之比。

7、一种在支持单个频率分配的移动通信系统中控制发送功率的方法，该方法包括下述步骤：

从每个信道数据生成同相信道基带信号和正交相位信道基带信号；

脉冲整形滤波基带信号；

根据线性功率放大所需的阈值功率控制脉冲整形滤波的信号的峰值对平均值功率之比；及

将功率控制的信号上转换为射频号，并且输出射频信号。

8、如权利要求7所述的方法，其中峰值对平均值功率之比控制步骤包括下述步骤：

接收同相信道基带信号和正交相位信道基带信号，在每个采样周期测量同相信道基带信号和正交相位信道基带信号的瞬时功率，将瞬时功率与阈值功率相比较，并且根据比较结果确定换算值；

通过将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号与换算值相乘，计算目标信号，并且通过从目标信号中减去同相信道基带信号和正交相位信道基带信号来计算消除信号；以及

将所述消除信号与脉冲整形滤波的信号组合。

9、如权利要求8所述的方法，其中还包括下述步骤：

在每个采样周期接收所述消除信号并且选择在最高电平的消除信号；及

在组合之前将选择的最高电平消除信号的脉冲整形滤波。

10、如权利要求9所述的方法，其中在连续的不为0的消除信号中选择在最高电平的消除信号。

11、如权利要求8所述的方法，还包括步骤：

在组合前将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号延迟预定的时间来使其具有与选择的消除信号相同的相位。

12、如权利要求8所述的方法，其中通过下式确定换算值

如果瞬时功率≤阈值功率，换算值＝1

如果瞬时功率＞阈值功率，

13、如权利要求8所述的方法，其中通过下式确定阈值功率

P_th＝平均功率(P_average)×10^(backoff/10)

其中是P_th阈值功率，P_average是移动通信系统的平均功率，并且backoff是获得线性放大所需的最大功率与平均功率之比。

14、一种在支持多个频率分配的移动通信系统中的发送功率控制装置，该装置包括：

多个信道设备组，用于从每个用于频率分配的信道数据中生成同相信道基带信号和正交相位信道基带信号；

多个连接到信道设备组的脉冲整形滤波器，用于脉冲整形滤波同相信道基带信号和正交相位信道基带信号；以及

频率分配功率控制器，根据线性功率放大所需的阈值功率控制脉冲整形滤波的信号的峰值对平均值功率之比。

15、如权利要求14所述的发送功率控制装置，其中所述频率分配功率控制器包括：

换算确定器，用于从脉冲整形滤波器接收频率分配的同相信道基带信号和正交相位信道基带信号，在每个采样周期测量同相信道基带信号和正交相位信道基带信号的瞬时功率，将瞬时功率与阈值功率相比较，并且根据比较结果确定换算值；

多个对应于频率分配的功率控制单元，用于使用换算值控制同相信道基带信号和正交相位信道基带信号的峰值对平均值功率之比；及

加法器，用于将功率控制器的输出相加。

16、如权利要求15所述的发送功率控制装置，其中每个功率控制器包括：

消除信号计算器，通过将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号与换算值相乘，计算目标信号，并且通过从目标信号中减去同相信道基带信号和正交相位信道基带信号来计算消除信号；

信号延迟装置，用于将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号延迟消除信号计算器和换算确定器的操作所需的时间；以及

加法器，用于将延迟的信号与消除信号相加。

17、如权利要求16所述的发送功率控制装置，其中每个功率控制器包括：

最大信号确定器，用于在每个采样周期接收消除信号并且选择在最高电平的消除信号，以及

最大信号脉冲整形滤波器，用于脉冲整形滤波选择的最高电平消除信号。

18、如权利要求17所述的发送功率控制装置，其中最大信号确定器在连续的不为0的消除信号中选择在最高电平的消除信号。

19、如权利要求15所述的发送功率控制装置，其中如果多个频率分配具有相同的服务等级，通过下式确定每个的换算值，如果 $\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}\≤\sqrt{P_{\mathrm{th}}},$ 则S_i＝1如果 $\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}>\sqrt{P_{\mathrm{th}}},$ 则 $S_i=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{th}}}}{\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}}$

其中P_i(i＝1，2，......，N)是第i个频率分配信号的瞬时功率，P_th是阈值功率，并且S_i是用于第i个频率分配的换算值。

20、如权利要求15所述的发送功率控制装置，其中如果多个频率分配具有不同的服务等级，通过下式确定每个的换算值，

$S_i={\mathrm{\α}}_i\×\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\α}}_i\sqrt{P_i}\right)}$

其中S_i是第i个频率分配的换算值(i＝1，2，......，N)，α_i是分配给第i个频率分配的加权因子，P_threshold是阈值功率，并且P_i是第i个频率分配的瞬时功率。

21、如权利要求15所述的发送功率控制装置，其中如果多个频率分配具有不同的服务等级，通过下式确定每个的换算值，

如果P_i≤P_th-i，则S_i＝1

如果P_i＞P_th-i，则 $S_i=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{th}-i}}}{\sqrt{P_i}}$

其中P_i(i＝1，2，......，N)是第i个频率分配的瞬时功率，P_th-i是用于第i个频率分配的服务等级的阈值功率，并且S_i是用于第i个频率分配的换算值。

22、如权利要求21所述的发送功率控制装置，其中如果具有比第i个频率分配信号更高的服务等级的频率分配信号具有换算值1，则通过将第i阈值功率和与更高服务等级的频率分配的阈值功率相差的剩余功率相加来更新第i个频率分配信号的阈值功率。

23、如权利要求22所述的发送功率控制装置，其中剩余功率是阈值功率和更高服务等级的频率分配信号的瞬时功率之间的差值。

24、如权利要求15所述的发送功率控制装置，其中通过下式确定阈值功率

P_th＝平均功率(P_average)×10^(backoff/10)

其中是P_th阈值功率，P_average是移动通信系统的平均功率，并且backoff是需要获得线性放大的最大功率与平均功率之比。

25、一种在支持多个频率分配移动通信系统中控制发送功率的方法，该方法包括下述步骤：

从每个用于频率分配的信道数据中生成同相信道基带信号和正交相位信道基带信号；

脉冲整形滤波同相信道基带信号和正交相位信道基带信号；以及

根据线性功率放大所需的阈值功率控制脉冲整形滤波的信号的峰值对平均值功率之比，并输出射频带内的峰值对平均值功率之比控制信号。

26、如权利要求25所述的方法，其中峰值对平均值功率之比控制步骤包括下述步骤：

接收每个频率分配的同相信道基带信号和正交相位信道基带信号，在每个采样周期测量同相信道基带信号和正交相位信道基带信号的瞬时功率，通过将瞬时功率与阈值功率相比较来确定频率分配的换算值；

使用换算值控制同相信道基带信号和正交相位信道基带信号的峰值对平均值功率之比；以及

将峰值对平均值功率之比控制的频率分配信号组合。

27、如权利要求26所述的方法，其中峰值对平均值功率之比控制步骤包括下述步骤：

通过将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号与换算值相乘，计算目标信号，并且通过从目标信号中减去同相信道基带信号和正交相位信道基带信号来计算消除信号；以及

将所述消除信号与所述同相信道基带信号和正交相位信道基带信号相加。

28、如权利要求27所述的方法，还包括下述步骤：

在每个采样周期接收消除信号并且选择在最高电平的消除信号；及

在相加之前脉冲整形滤波选择的最高电平消除信号。

29、如权利要求28所述的方法，其中在连续的不为0的消除信号中选择在最高电平的消除信号。

30、如权利要求27所述的方法，还包括步骤：

在相加之前将同相信道基带信号和正交相位信道基带信号延迟预定的时间来具有与选择的消除信号相同的相位。

31、如权利要求26所述的方法，其中如果多个频率分配具有相同的服务等级，通过下式确定每个的换算值，

如果 $\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}\≤\sqrt{P_{\mathrm{th}}},$ 则S_i＝1

如果 $\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}>\sqrt{P_{\mathrm{th}}},$ 则 $S_i=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{th}}}}{\sqrt{P_1}+...+\sqrt{P_N}}$

其中P_i(i＝1，2，......，N)是第i个频率分配信号的瞬时功率，P_th是阈值功率，并且S_i是用于第i个频率分配的换算值。

32、如权利要求26所述的方法，其中如果多个频率分配具有不同的服务等级，通过下式确定每个的换算值，

${\mathrm{\α}}_i\×\frac{\sqrt{P_{\mathrm{threshold}}}}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\left({\mathrm{\α}}_i\sqrt{P_i}\right)}$

其中S_i是第i个频率分配的换算值(i＝1，2，......，N)，α_i是分配给第i个频率分配的加权因子，P_threshold是阈值功率，并且P_i是第i个频率分配的瞬时功率。

33、如权利要求26所述的方法，其中如果多个频率分配具有不同的服务等级，通过下式确定每个的换算值，

如果P_i≤P_th-i，则S_i＝1

如果P_i＞P_th-i，则 $S_i=\frac{\sqrt{P_{\mathrm{th}-i}}}{\sqrt{P_i}}$

其中P_i(i＝1，2，......，N)是第i个频率分配的瞬时功率，P_th-i是用于第i个频率分配的服务等级的阈值功率，并且S_i是用于第i个频率分配的换算值。

34、如权利要求33所述的方法，其中如果具有比第i个频率分配信号更高的服务等级的频率分配信号具有换算值1，通过将第i阈值功率和与更高服务等级的频率分配的阈值功率相差的剩余功率相加来更新第i个频率分配信号的阈值功率。

35、如权利要求34所述的方法，其中剩余功率是阈值功率和更高服务等级的频率分配信号的瞬时功率之间的差值。

36、如权利要求26所述的方法，其中通过下式确定阈值功率

P_th＝平均功率(P_average)×10^(backoff/10)

其中是P_th阈值功率，P_average是移动通信系统的平均功率，并且backoff是获得线性放大所需的最大功率与平均功率之比。

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