CN1288302A - 具有发射功率控制系统的移动台 - Google Patents

Abstract

移动台具有根据电平数据信号调节可变增益放大器增益的可变增益放大器,和根据移动台周围环境等的差异补偿发射功率的补偿系统。补偿系统部分提取各时隙的输出传输信号,对提取传输信号进行对数检波以产生检波合成信号。补偿系统计算各时隙的电平数据信号的合成信号的平均误差,产生校正电平数据信号。根据此信号调节可变增益放大器的增益以补偿发射功率控制。移动台产生增益补偿传输信号作为输出传输信号。

Description

具有发射功率控制系统的移动台

本发明涉及具有发射功率控制系统的移动台。

在蜂窝式通信领域，最新技术已向码分多址(CDMA)系统方向发展，特别是宽带码分多址(W-CDMA)系统。在CDMA系统中，基站提供蜂窝地址(或近距离蜂窝地址)并与蜂窝地址上存在的多个用户移动台进行通信。在蜂窝地址内，各移动台使用由唯一指定的数字码识别的信道。因此，当共享相同宽带的频谱时，基站与多个移动台之间的通信可以同步进行。

在CDMA蜂窝系统中，移动台的发射功率电平变得重要了。基站以相同的频率从许多不同的移动台接收信号。考虑到CDMA的解调过程，基站从各移动台接收的信号有必要尽可能地接近单一电平。否则，一个移动台发出的信号会淹没另一个移动台发出的信号。这就是公知的近远(near-far)问题。

为了解决近远问题，在CDMA系统中对各移动台进行发射功率控制，使基站从各移动台接收的信号电平尽可能接近于单一预定电平。美国专利No．5，056，109和No．5，940，743均对这种发射功率控制进行了描述，这里引用作为参考。

含有发射功率控制系统的发射机包括诸如放大器、滤波器以及本机振荡器的多个部件。根据所属发射机的不同，发射机各部件的特性可能不同。即，在发射机中会存在质量不一现象。此外，发射机周围的环境，特别是温度会影响发射机部件的特性。质量不一和温度效应均导致预定的功率控制系统不能将发射功率控制到要求的功率。因此，有必要对质量不一和温度效应进行补偿。

此外，补偿必须是针对各时隙内发射机的平均功率而非针对瞬时发射功率。在CDMA系统中，不仅要对发射信号进行扩频，而且要在各时隙内进行常规调制。因此，解调就要求对于各时隙没有增益的变化。

然而，没有哪个发射功率控制系统能够满足上述对补偿技术的要求。

因此，本发明的一个目的就是提供一种具有能够补偿温度效应等的发射功率控制系统的移动台。

根据本发明的一个方面，移动台具有如下结构并且使用功率控制为各时隙发射一个输出传输信号。该移动台包括发送电路、信号提取器、检波器、电平数据寄存器、误差平均器和电平校正器。发送电路包括可变增益放大器、信号处理器以及功率放大器。可变增益放大器放大具有根据控制信号控制的增益的中频(IF)信号以产生放大的中频信号，而信号处理器将放大的中频信号转换为射频(RF)信号。功率放大器放大射频信号的发射功率，以产生放大的射频信号作为输出发送信号。

将信号提取器配置成可部分地提取输出发送信号，以产生各时隙的提取发送信号。检波器可对提取的发送信号进行检波，以产生检波信号的合成信号。电平数据寄存器可输出表示输出发送信号的缺省控制电平的电平数据信号。误差平均器可对各时隙计算电平数据信号的合成信号的平均误差，以产生平均误差信号。电平校正器则根据平均误差信号来校正电平数据信号，以产生与控制信号对应的校正电平数据信号。

利用这种结构，根据校正的电平数据信号控制的增益，可变增益放大器放大中频信号(IF)以产生增益控制中频(IF)信号，并作为输出传送信号经信号处理器处理后由功率放大器发射。因此，移动台可以利用对移动台周围环境进行补偿的传输信号功率控制来发射传输信号。

图1是示出早期移动台发射功率控制系统的原理方框图；

图2是示出典型可变增益放大器中的增益与增益控制电压之间关系的曲线图；

图3是示出根据本发明实施例的移动台发射功率控制系统的原理方框图；

图4是示出典型对数检波器中的输入电平与检波电平之间关系的曲线图；

图5是示出根据本发明实施例的误差平均器的原理方框图；

图6是示出在典型的正交相移键控(QPSK)调制系统的滚降因子为0．22情况下，归一化发射功率电平的累积概率分布图；

图7示出中值检测器的一个实例的电路图；

图8示出根据本发明实施例移动台的发射功率控制操作的时序图；以及

图9示出根据本发明另一个实施例的移动台发射功率控制系统的原理方框图。

为了理解本发明，在此首先解释本发明人所知道的具有发射功率控制系统的早期移动台。

参考图1，早期的移动台包括CDMA(或W-CDMA)传输系统和发射功率控制系统。CDMA传输系统包括可变增益放大器1、第一带通滤波器2、混频器3、本机振荡器4、第二带通滤波器5、功率放大器6以及天线8，并且CDMA传输系统将输出传送信号发送到基站。发射功率控制系统包括数模(D／A)转换器12、ROM表16以及电平数据寄存器13，并且它通过调节可变增益放大器1的增益来控制输出传送信号的功率。下面将说明该传输系统的信号处理过程，然后说明发射功率控制系统的控制方法。

在CDMA传输系统中，中频(IF)信号是作为扩频和其它处理的结果产生的，其被输入到可变增益放大器1。可变增益放大器1放大该中频(IF)信号，并将放大的中频(IF)信号传送到第一带通滤波器2。根据放大的中频(IF)信号，第一带通滤波器2滤除放大的中频(IF)信号的第一带宽分量以产生一个输送到混频器3的第一滤波信号。混频器3也从本机振荡器4接收本机频率信号并将第一滤波信号与本机频率信号混合，从而使第一滤波信号转变为射频(RF)信号并输送到第二带通滤波器5。射频(RF)信号包括由混频器3的混合过程产生的额外分量。第二带通滤波器5滤除射频(RF)信号的第二带宽分量，以便消除额外分量并将第二滤波信号输入到功率放大器6。功率放大器6放大第二滤波信号的功率，并通过天线8发射作为输出传输信号的功率放大信号。传输系统可以在功率放大器6之前设置驱动放大器。

在上述传输系统中，传输信号的功率P_TX由如下等式表示：

      P_TX=P_IF+G_V+L_F1+G_C+L_F2+G_PA+L_A其中P_IF表示中频(IF)信号的电平，G_V表示可变增益放大器1的增益，L_F1表示在第一带通滤波器2中产生的损益，G_C代表混频器3产生的变频增益，L_F2表示在第二带通滤波器5中产生的损耗，L_A代表在天线8以及其它外围设备产生的损耗。此外，等式中各项的单位以分贝(dB)表示，它们当中，L_F1、L_F2和L_A为负值。

发射功率控制系统向可变增益放大器1提供控制信号，并调节等式右侧的增益G_V以控制功率P_TX。

详细地说，如包括CPU的控制器(未示出)将电平数据写入电平数据寄存器13。电平数据是与传输信号的所需输出电平(或缺省控制电平)对应的数据。电平数据作为电平数据信号被输入到ROM表16。将ROM表16配置成可校正可变增益放大器1有关其增益与对其输入的控制信号之间关系的特性的非线性部分。ROM表的输出信号为数字信号，它通过数模(D／A)转换器12被转换为作为模拟信号的控制信号。为了控制可变增益放大器1的增益G_V，将控制信号输入到可变增益放大器1的控制端。因此通过控制增益G_V，也控制了功率P_TX。

然而存在着中频(IF)信号电平P_IF相应于温度变化的波动。此外，可变增益放大器1的增益G_V根据温度变化而改变。例如，如图2所示，根据已知的可变增益放大器的最大增益或其闭环增益，对于发明人已知的可变增益放大器，存在±3dB的增益变化。此外，第一带通滤波器2和第二带通滤波器5的中央频率根据其环境温度而变化，以致这两个滤波器产生的损耗也变化。混频器3和功率放大器6也如此。各单元特性的这些变化总体上引起发射信号的功率误差大。在本发明人已知的典型功率控制系统中，发射功率误差达到±10dB。大的误差会导致诸如对另一个蜂窝位置的干扰等严重问题。

参考图3，根据本发明实施例的移动台包括除了上述早期移动台的传输系统和发射功率控制系统之外的补偿系统。该补偿系统提供发射功率的反馈控制，它包括信号提取器、检波器、误差平均器10以及电平校正器11。

在本实施例中，信号提取器包括定向耦合器7。定向耦合器7部分地提取待通过天线8从功率放大器6传送到基站的输出传输信号，并在各时隙产生抽取传输信号。抽取传输信号传送到检波器。

图示的检波器包括对数检波器9。根据抽取传输信号，对数检波器9对抽取传输信号进行对数检波。对数检波产生相应于抽取传输信号电平的分贝值线性变化的合成信号。典型的对数检波器的特性示于图4。典型的对数检波器的动态范围为70dB。在特性曲线中，斜率为18mV／dB并且交叉点为-100dBm。这里，交叉点表示理论上导致合成信号为零电压的输入电平，但由于各种噪声的存在，实际上不能得到交叉点。这些特性值根据温度变化而产生很小的变化。

将检波产生的合成信号传送到误差平均器10。将代表上述传输信号缺省控制电平的电平数据信号从电平数据寄存器传送到误差平均器10。对于合成信号和电平数据信号，误差平均器10对各时隙计算电平数据信号的合成信号的平均误差，以产生平均误差信号。

参考图5，所示的误差平均器10包括电平平均器、A／D(模数)转换器22、附加ROM表23以及减法器24。电平平均器将各时隙的合成信号进行平均以产生具有合成信号的平均电平的平均合成信号。在此实施例中，电平平均器包括中值检测器21，中值检测器21用于对各时隙检测合成信号的中值，以产生作为平均合成信号的中值信号。

现在参考图6详细说明中值和中值信号。例图涉及滚降因数为0．22的典型正交相移键控(QPSK)调制系统。在该曲线图中，横坐标代表平均发射功率为0dB处，对应于平均发射功率的归一化电平；纵坐标代表发射功率的瞬时强度超过某个相对水平时的累积概率。在此，中值表示能产生50％累积概率的电平。

如图6所示，中值与平均发射功率之间的差很小。实际上，中值小于平均发射功率，并且该差值约为0．2dB。事实上，可以用中值代替平均发射功率。此外，虽然差值依赖于所采用的调制方式，如果所采用的调制方式相同则差值是固定的。因此，如有必要，很容易根据中值计算平均发射功率。计算过程就是将固定差值与中值相加。

参考图7，中值检测器21包括比较器31、电压供给器(34、35)以及积分器(32、33、36)。比较器31将合成信号与积分器(32、33、36)的输出进行比较以产生比较信号。将比较信号传送到作为积分器负输入端的电阻33。电压供给器将等于移动台的电源电压(VDD)一半的基准电压供给积分器的正输入端。在本实施例中，电压供给器包括一个含有特性相同的两个电阻34和35的分压器。随着向积分器的正输入端提供基准电压，积分器对随基准电压交替变化的比较信号的电压进行积分。因此，积分器产生作为中值信号的积分信号，即属于模拟信号的平均合成信号。

回到图5，模数(A／D)转换器22将平均合成信号转换为数字信号并传送到附加的ROM表23。例如，由于不要求高转换速率，所以安置在中值检测器21之后的模数(A／D)转换器22可以为串行模数(A／D)转换器。

附加ROM表23可校正对数检波器9特性的非线性部分。如果对数检波器9的特性为补偿系统的设计所允许，则可以省略附加ROM表23。

根据附加ROM表23的输出，减法器24将附加ROM表23的输出从电平数据信号表示的缺省控制电平中减去，由此产生平均误差信号。

现参照图3，电平校正器11根据平均误差信号校正电平信号以产生校正电平数据信号。所示的电平校正器11包括偏移寄存器15以及第一加法器14和第二加法器17。偏移寄存器1 5对作为偏移数据信号的、待输出的偏移数据进行存储。第一加法器14将平均误差信号与先前的偏移数据信号相加，以更新存储在偏移寄存器15的偏移数据。第二加法器17将该偏移数据信号与电平数据寄存器内的电平数据信号相加，以产生校正电平数据信号。将该校正电平数据信号传送到ROM表16，以代替电平数据信号。

然后，根据可变增益放大器1的增益与输入到可变增益放大器1的校正电平数据信号之间的关系，ROM表16校正可变增益放大器1特性的非线性部分。ROM表的输出信号被转换为模拟信号，然后作为新控制信号输入到可变增益放大器1。根据校正电平数据信号控制的增益，可变增益放大器1放大中频(IF)信号以产生增益控制中频(IF)信号。通过第一滤波器2、第二滤波器5、功率放大器6以及天线8，将增益控制中频(IF)信号作为输出传输信号发射。

参考图8，示出了具有上述结构的操作过程的时序图。如图8的最上行所示，各传输信号是以时隙(对于W-CDMA为625μs)的形式发射的。定向耦合器7提取各传输信号的一部分，并作为提取传输信号输入到对数检波器9。对数检波器9对提取传输信号进行对数检波，之后将对数检波获得的合成信号输出到误差平均器10的中值检测器21。

如图8中的第二行所示，由控制器(未示出)将电平数据位设置到电平数据寄存器13。在本实施例中，在时隙之间的边界处进行数据设置计时。电平数据作为误差平均器10的电平数据信号被发送。

如图8的第三行所示，误差平均器10的中值检测器21检测对数检波获得的合成信号的中值。在本实施例中，在诸如2／3个时隙的足够时间内进行检波并且得到中值信号。如图8的第四行所示，该中值信号为如上所述的模拟信号，并通过模数(A／D)转换器被转换为数字信号。如同从图8所看到的那样，模数(A／D)转换也在诸如1／5个时隙这样的足够时间进行。因此，模数(A／D)转换器22可以为串行模数(A／D)转换器。

在将电平数据信号输入到减法器24的同时，通过附加的ROM表23将中值数字信号送到减法器24。如图8的第5行所示，根据中值数字信号和电平数据信号，减法器24将中值数字信号从电平数据信号中减去以产生平均误差信号。参考第五行，各平均误差信号的有效部分均跟随模数(A／D)转换所得的各信号之后并间断地出现。具体地说，平均误差的有效部分在下一个时隙到来之前就已获得。如最下行所示，根据平均误差的有效部分，当下一个时隙到来时，同时更新存储在偏移寄存器15的偏移数据。更新偏移误差数据对下一个时隙起功率控制的作用。因此，在本实施例中，一个时隙的发射功率被反馈到下一个时隙的发射功率控制系统。

现在参考图9说明上述实施例的变换实施例。

在本变换实施例中，移动台的补偿系统进一步包括分级衰减器41、衰减寄存器42、电平判定单元43以及减法器44，以展宽补偿系统的动态范围。

电平判定单元43保持预定的阈值电平，并判别电平数据信号的电平数据是否超出该阈值电平。例如，阈值电平为10dBm。如果电平数据大于10dBm，电平判定单元43产生指示为“1”的衰减控制信号。否则，电平判定单元43就产生指示为“0”的衰减控制信号。将衰减控制信号送到分级衰减器41和衰减寄存器42。

根据衰减控制信号的不同，分级衰减器41可以逐级改变其衰减。例如，如果衰减控制信号表示为“1”，则分级衰减器41中的衰减为20dB；如果衰减控制信号表示为“0”，则分级衰减器41中的衰减为0dB。

此外，根据上述衰减控制信号，分级衰减器41对定向耦合器7发送的提取传输信号进行衰减。因此，例如，如果衰减控制信号为“1”，则分级衰减器41对提取传输信号的衰减为20dB，如果衰减控制信号为“0”，则它无衰减地通过分级衰减器41。

另一方面，衰减寄存器42存储分别对应于分级衰减器41的衰减数据集。根据各自衰减控制信号，数据寄存器42输出衰减数据集。例如，如果衰减控制信号为“1”，则衰减寄存器42输出代表20dB的衰减数据集，如果衰减控制信号为“0”，则输出代表0dB的衰减数据集。将衰减数据集送到减法器44，减法器44将衰减数据集从电平数据中减去。根据作用于对数检波合成信号上的衰减，减法过程用于调整送到误差平均器10的电平数据。根据上述替换实施例，利用可调节的衰减可以扩宽补偿系统的动态范围。

尽管根据本发明的优选实施例对本发明进行了具体图示和描述，但是，很明显本技术领域的技术人员在形式上和细节上对其所做各种变化均属于本发明的实质范围。例如，在上述描述中，尽管中值是从检波的合成信号中检测的然后被转换为数字信号，但是也可以先将合成信号转换为数字信号然后再从数字信号中检测中值。在这种情况下，中值检测就变成了数字信号处理。在上述替换实施例中，电平判定单元可以含有两个阈值电平以进行滞后电平判定。在本实施例中，滞后电平判定可以避免衰减控制信号在接近某个阈值电平时相对于该阈值产生额外波动。

Claims (11)

1．一种移动台，在各时隙利用功率控制来发射输出传输信号，该移动台包括：

发射电路，该发射电路包括可变增益放大器、信号处理器以及功率放大器；可变增益放大器利用根据控制信号的增益控制，放大中频信号以产生放大的中频信号，信号处理器将放大的中频信号转换为射频信号，功率放大器放大射频信号的发射功率以产生作为输出传输信号的放大射频信号；

信号提取器，该信号提取器被设置成可在各时隙部分地提取输出传输信号以产生提取的传输信号；

检波器，该检波器对提取的传输信号进行检波以产生检波合成信号；

电平数据寄存器，该电平数据寄存器可输出表示输出传输信号缺省控制电平的电平数据信号；

误差平均器，其对各时隙计算电平数据信号的合成信号的平均误差；以及

电平校正器，该电平校正器可根据平均误差信号校正电平数据信号以产生与控制信号对应的校正电平数据信号，这样，可变增益放大器利用根据校正电平数据信号的增益控制，放大中频信号作为增益控制中频信号，通过信号处理器和功率放大器将所述增益控制中频信号作为输出传输信号发射。

2．根据权利要求1所述的移动台，其中信号提取器包括定向耦合器。

3．根据权利要求1所述的移动台，其中所述检波器包括对数检波器。

4．根据权利要求1所述的移动台，其中误差平均器包括：

电平平均器，该电平平均器可将各时隙的合成信号进行平均以产生具有合成信号平均电平的平均合成信号；以及

减法器，对于所产生的平均合成信号，该减法器从缺省控制电平中减去平均电平，以产生平均误差信号。

5．根据权利要求4所述的移动台，其中电平平均器包括中值检测器，该中值检测器可对各时隙检测合成信号的中值电平，以产生作为平均合成信号的中值信号。

6．根据权利要求5所述的移动台，其中中值检测器包括比较器、电压供给器以及积分器，比较器将中值信号与积分器的输出信号进行比较以产生比较信号，电压供给器提供其值等于移动台电源电压一半的基准电压，积分器对相对于基准电压交替变化的比较信号的电压进行积分，以产生作为中值信号的积分信号。

7．根据权利要求6所述的移动台，其中所述电压供给器包括分压器。

8．根据权利要求1所述的移动台，其中电平校正器包括偏移寄存器和第一加法器以及第二加法器，偏移寄存器存储作为偏移数据信号的、待输出的偏移数据，第一加法器将平均误差信号与先前的一个偏移数据信号相加以更新存储在偏移寄存器的偏移数据，第二加法器将偏移数据信号与电平数据寄存器内的电平数据信号相加以产生校正电平数据信号。

9．一种对移动台发射功率控制系统进行补偿的方法，该移动台具有可变增益放大器，并且通过根据电平数据信号调节可变增益放大器的增益在各时隙发射具有功率控制的输出传输信号，该方法包括：

在各时隙，部分地提取输出传输信号以产生提取传输信号；

对提取传输信号进行检波以产生检波合成信号；

对各时隙计算电平数据信号的合成信号的平均误差；

根据平均误差校正电平数据信号以产生作为新电平数据信号的校正电平数据信号；以及

根据新电平数据信号调节可变增益放大器的增益，以对发射功率控制进行补偿，并产生作为输出传输信号的增益补偿传输信号。

10．根据权利要求9所述的补偿方法，其中利用对数检波器进行检波。

11．根据权利要求9所述的补偿方法，其中计算包括：

对各时隙检测合成信号的中值电平以产生中值信号；以及

从电平数据信号中减去中值电平以获得平均误差。

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