CN100358254C - 无线通信系统中功率保护的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信系统中功率保护的优化方法，步骤如下：将门限功率量化为门限功率参数；将统计功率超出门限功率的范围以预定的功率台阶量化为门限功率参数范围，将每个功率台阶与其对应的实际功率值存入统计功率量化表中；将需要衰减的功率范围量化为衰减因子定点量化值范围，将每个衰减因子定点量化值存入衰减因子量化表中；根据统计功率量化表将实际测量出的统计功率值量化，得出其对应的功率台阶；根据功率台阶与门限功率参数的差值，在衰减因子量化表中查找衰减因子定点量化值，将输入信号分别与衰减因子定点量化值相乘，再将相乘结果右移z比特，以进行功率的衰减，其中z为衰减因子的量化位宽。

Description

无线通信系统中功率保护的优化方法

技术领域

本发明涉及一种功率保护的方法，尤其涉及一种在无线通信系统中功率保护的优化方法。

背景技术

在无线基站子系统(包括GSM基站以及CDMA基站)工作异常，如基带处理逻辑混乱、参数配置错误等的情况下，会产生短时间内向基站射频模块发送大功率信号的情况，为了避免大功率信号对射频模块造成损害，经常需要用到功率保护技术，功率保护技术可使输入到射频模块的功率不超过设计的最大值，从而对射频模块起到保护的作用，一般的功率控制均是通过FPGA(可编程逻辑器件)实现的。

图1所示为功率保护方法实现过程的原理图，用户配置一个门限功率，门限功率值的配置一般比射频模块最大输入功率高1dB～2dB，系统在射频模块输入端实时统计发射功率，用户根据系统中射频模块能够忍受的大功率冲击信号的时间长度配置统计时长，为了计算方便，一般取2的整数次幂，根据统计出的当前发射功率与用户配置的门限功率之间的差值，决定是否需要降低输入数据的功率以及需要降低输入数据功率的大小，根据需要降低的输入数据功率计算出功率调整因子，根据功率调整因子对输入数据功率进行调整。这里的输入数据一般指基带或者中频的I、Q数据。

图2所示为现有技术中功率保护方法实现的流程示意图，设输入的数据为I、Q(I、Q代表互为正交的两路信号)，用户配置的门限功率为P_threshold，功率统计长度为N，则统计功率 $P_{\mathrm{statistics}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}(I_i^2+Q_i^2),$ 其中i表示第i个样点。当P_statistics＞P_threshold，则表示应该降低输入信号功率，功率降低大小为(P_statistics-P_threshold)，对应到输入信号幅度调整比例K为

幅度调整比例K代表输入数据需要衰减的量，因此幅度调整比例K为一个大于0，而小于1的数，而FPGA对于小数的乘法实现不方便，因此需要将该小数进行定点量化，即将该小数放大2^m，变为一个整数，将输入的数据与该整数相乘后再除以2^m即可。设幅度调整比例K用m比特量化，则将输入的I、Q数据分别乘以 $\sqrt{(\frac{P_{\mathrm{statistics}}}{P_{\mathrm{threshold}}}-1)}\×2^m,$ 当K＜1时，将相乘输出结果除以2^m即可实现功率调整；当2^h＜K＜2^h+1(h是指统计出来的功率Pstatistics为门限功率Pthreshold的2^h倍，h为正整数)时，将相乘输出结果除以2^(m+h)，即可实现功率调整。具体公式表示如下：

由于上述现有技术中涉及到位宽较宽的除法运算、开方运算以及乘法运算，因此导致其实现结构复杂，在利用FPGA(可编程逻辑器件)实现时，会导致消耗大量的逻辑资源，从而导致FPGA布线困难，增加了设计人员的工作量，最终导致产品成本的增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种无线通信系统中功率保护的优化方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无线通信系统中功率保护的优化方法，由可编程逻辑器件实现，包括步骤：

1)  将门限功率量化为门限功率参数；

6)  将统计功率超出门限功率的范围以预定的功率台阶量化为门限功率参数范围，将每个功率台阶与其对应的实际功率值存入统计功率量化表中；

7)  将需要衰减的功率范围量化为衰减因子定点量化值范围，将每个衰减因子定点量化值存入衰减因子量化表中；

8)  根据统计功率量化表将实际测量出的统计功率值量化，得出其对应的功率台阶；

9)  根据功率台阶与门限功率参数的差值，在衰减因子量化表中查找衰减因子定点量化值，将输入信号分别与衰减因子定点量化值相乘，再将相乘结果右移z比特，以进行功率的衰减，其中z为衰减因子的量化位宽。

所述步骤1)中的门限功率根据功率控制精度要求量化为门限功率参数。

所述步骤3)中的需要衰减的功率范围根据功率控制精度要求量化为衰减因子量化台阶范围。

所述步骤5)中的输入数据为正交的I、Q数据。

所述统计功率量化表存储于可编程逻辑器件的存储器内。

所述衰减因子量化表存储于可编程逻辑器件的存储器内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将统计功率量化表和衰减因子量化表事先计算出来，通过查表操作完成功率的衰减量的计算，从而避免了复杂的数学运算，节约了大量的逻辑资源。由于统计功率量化表和衰减因子量化的功率控制精度一致，整个功率保护算法的实现精度得到了有效保证。

附图说明

图1为功率保护方法实现过程的原理图；

图2为现有技术中功率保护方法的实现流程示意图；

图3为本发明的功率保护优化方法的实现流程示意图。

具体实施方式

本发明的功率保护优化方法是通过FPGA(可编程逻辑器件)实现的。如图3所示，本发明的功率保护优化方法的具体步骤如下：

步骤一：将门限功率量化为门限功率参数；

门限功率的配置是有一定范围的，假设门限功率范围为XdB，由于数字系统的功率一般使用dBFS来衡量(dBFS是指相对于满刻度值的功率)，满刻度值的功率对应0dBFS，这样门限功率P_threshold的范围即为(0dBFS～XdBFS)。设功率控制精度要求为mdB，则用户需要配置的门限功率参数s的取值范围为(0～r)，r为X/m取整。

步骤二：将统计功率超出门限功率的范围量化为功率台阶范围，将每个功率台阶与其对应的实际功率值存入统计功率量化表中；

设用户配置的统计时长为N，则统计功率 $P_{\mathrm{statistics}}=\frac{1}{N}\underset{i=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i,$ 其中Pi为单个样点的功率值。由于用户配置的门限功率的范围是0dBFS～XdBFS，因此在无线基站子系统工作异常的情况下，统计功率最大可能超出门限功率的范围为0dBFS～XdBFS，如果功率控制精度要求为mdB，则统计功率可能超出门限功率的范围可以量化为0～r，r为X/m取整，对于每一个功率台阶对应的功率P_j＝j×m(dB)(j的取值范围为0～r)，功率台阶是指功率调整的每一个步进值，假设功率满刻度值的位宽为n(用一个n比特的二进制数据表示功率最大值)，其对应的实际功率可以根据公式 ${\mathrm{Power}}_j={10}^{\frac{P_j}{10}}\×(2^n-1)$ 计算得到，由于P_j为已知值，从而可以得到一张完整的功率量化表，表的大小为r+1。功率台阶编号为0～r。使用时是将统计功率值与功率量化表中每一个功率台阶编号的对应实际功率值进行比较来得到统计功率值对应的功率台阶编号。功率量化表存储在FPGA内部的存储器中，其范例如下：

步骤三：将需要衰减的功率范围量化为衰减因子量化台阶范围，将每个衰减因子量化台阶与其对应的衰减因子定点量化值存入衰减因子量化表中；

衰减因子用来表示输入的数据需要衰减的量，因此衰减因子为一个大于0，而小于1的数，而FPGA对于小数的乘法实现不方便，因此需要将该小数进行定点量化，即将该小数放大2^z，变为一个整数，将输入的数据与该整数相乘后再除以2^z即可。

根据前面分析的统计功率最大可能超过门限功率的范围为0dBFS～XdBFS，因此需要衰减的最大范围为0dB～XdB，设功率控制的精度为mdB，则衰减因子查找表的范围为0～r，r为X/m取整。设衰减因子的量化位宽为z比特，衰减因子量化表存储在FPGA的内部存储器中，其形式如下：

步骤四：根据统计功率量化表将实际测量出的统计功率值量化，得出其对应的功率台阶；

用统计出来的功率值P_statistics与步骤二的统计功率量化表中的功率值依次比较，当 ${10}^{-\frac{(c+1)\&times;m}{10}}\&times;(2^n-1)<P_{\mathrm{statistics}}\&le;{10}^{-\frac{c\&times;m}{10}}\&times;(2^n-1)$ 时，则该统计功率值对应的功率台阶编号为c；设用户配置的门限功率参数为s(s的取值范围是0～r)，这样通过一个简单的减法操作(s-c)即可得到是否要衰减以及衰减的大小。当s＞＝c时，表示统计功率值大于等于门限功率值，需要在下N个样点中衰减(s-c)×mdB；当s＜c时，表示统计功率值小于门限功率值，不需要在下N个样点中加以衰减。

步骤五：根据功率台阶与门限功率参数的差值，在衰减因子量化表中查找相对应的衰减因子定点量化值，将下一个N个样点的数据分别与查表得到的衰减因子定点量化值相乘，再将相乘结果右移z比特，即可实现统计功率的衰减。

查衰减因子表的过程：首先判断s与c的大小，s为门限功率参数，c为统计出来的功率对应的功率台阶编号，当s＞＝c时，则index＝s-c，从而查得衰减因子值为 ${10}^{-\frac{\mathrm{index}\&times;m}{20}}\&times;(2^z-1);$ 当s＜c时，index固定为0，这样衰减因子值固定为2^z-1。

将输入功率的下一个N个样点的数据分别与查表得到的衰减因子值相乘，即将输入功率的下一个N个样点的I、Q数据分别与查表得到的衰减因子值相乘，再将相乘结果右移z比特，即可实现功率的衰减。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种无线通信系统中功率保护的优化方法，由可编程逻辑器件实现，其特征在于，包括步骤：

1)将门限功率量化为门限功率参数；

2)将统计功率超出门限功率的范围以预定的功率台阶量化为门限功率参数范围，将每个功率台阶与其对应的实际功率值存入统计功率量化表中；

3)将需要衰减的功率范围量化为衰减因子定点量化值范围，将每个衰减因子定点量化值存入衰减因子量化表中；

4)根据统计功率量化表将实际测量出的统计功率值量化，得出其对应的功率台阶；

5)根据功率台阶与门限功率参数的差值，在衰减因子量化表中查找衰减因子定点量化值，将输入信号分别与衰减因子定点量化值相乘，再将相乘结果右移z比特，以进行功率的衰减，其中z为衰减因子的量化位宽。

2、根据权利要求1所述的无线通信系统中功率保护的优化方法，其特征在于：所述步骤1)中的门限功率根据功率控制精度要求量化为门限功率参数。

3、根据权利要求1所述的无线通信系统中功率保护的优化方法，其特征在于：所述步骤3)中的需要衰减的功率范围根据功率控制精度要求量化为衰减因子量化台阶范围。

4、根据权利要求1所述的无线通信系统中功率保护的优化方法，其特征在于：所述步骤5)中的输入数据为正交的I、Q数据。

5、根据权利要求1所述的无线通信系统中功率保护的优化方法，其特征在于：所述统计功率量化表存储于可编程逻辑器件的存储器内。

6、根据权利要求1所述的无线通信系统中功率保护的优化方法，其特征在于：所述衰减因子量化表存储于可编程逻辑器件的存储器内。

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