CN100372405C - 下行专用信道功率均衡实现方法 - Google Patents

Abstract

一种下行专用信道功率均衡的实现方法，包括：计算参考功率；计算CFN对功率均衡调整周期的模值，当该模值等于零时，将所述连接帧号作为该功率均衡调整周期的起始帧；在该功率均衡调整周期的一个功率均衡步长期间，在每一时隙处，对该时隙以及之前时隙的调整量进行求和，将求出的总调整量与1dB比较，当和小于1dB时，在该功率均衡调整周期内，对该时隙以及之前时隙的调整量进行求和，并在该时隙比较调整总量与参考功率的数值大小，以此来决定在该功率均衡调整周期内是否对后继时隙进行功率调整。本发明方法通过CFN对调整周期的精确取模运算，判断出当前帧是否为一个功率均衡调整周期的起始帧，实现了精确定位。

Description

下行专用信道功率均衡实现方法

技术领域

本发明涉及无线链路功率控制，尤指一种下行专用信道功率均衡调整的方法。

背景技术

要实现下行专用信道功率均衡调整功能，首先要确定起始帧。功率均衡使能并不一定意味着功率均衡的启动，功率均衡的启动必须满足连接帧号CFN(CFN：Connection Frame Number)与调整周期的模值等于零，即CFN modadjustment period＝0这个条件，而CFN对功率均衡调整周期的取模计算比较困难，目前的实现方案用SFN(System Frame Number，系统帧号)的低8比特来代替CFN，这样就无需高层配置帧偏移参数，简化了CFN的计算。而功率均衡的起始点也做了简化处理，即在信道链路建立后就启动帧计数器和时隙计数器，以这两个计数器来控制功率均衡的周期和步长，默认功率均衡起始点在信道链路建立后第一帧。由于功率均衡中参考功率∑P_bal的计算需要用到前一调整周期最后一时隙的功率，所以第一个功率均衡调整周期内不做均衡处理，功率均衡从第二个调整周期开始起作用。

功率均衡电路的实现如图1所示。在一个功率均衡步长期间(均衡步长以时隙为单位，该参数取值范围为1-10，均衡步长相当于一个均衡周期内部的一个小周期)，对每个时隙的调整量求和，将求出的调整量总和与1dB比较，当和小于1dB时，该步长期间继续调整，否则就不再对功率进行调整；在一个功率均衡周期期间(均衡周期以帧为单位，该参数取值范围是1-256，一帧有15个时隙)，同样对每个时隙的调整量求和，所求和与参考功率[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]比较，当和小于[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]时，在该周期内继续调整，否则就不再对功率进行调整。

在处理过程中需要完成两个求和操作，第一个求和是对当前时隙的前功率均衡调整步长范围内的每个时隙的均衡调整量进行求和，又因为功率均衡调整步长范围为1～10个时隙，所以，我们可以用RAM来依次存储64个信道最多十个时隙的功率均衡值，每个地址可以看作一个移位寄存器，然后，根据功率均衡调整步长选出相应的值来进行加和，根据SFN对功率均衡调整周期(1～256帧)进行取模的结果，当取模结果为0时对RAM地址单元进行清零。第二个求和是对功率调整周期内的所有功率均衡调整值求和，当所求和大于[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]时，则在该调整周期后面的时隙内不进行功率均衡调整，由于是64信道复用，实现时我们用1个RAM来存放64个信道的功率均衡调整值的和。两个求和操作的RAM的地址分配以及实现如图2及图3所示。

由于采用SFN的低8比特来简化CFN的计算，并且默认功率均衡从第0帧开始，因此CFN对调整周期取模是用SFN的低8比特对均衡调整周期(1～256帧)进行取模操作。具体实现时，用8bit计数器来实现取模运算。当接收到功率均衡开始信号以及功率调整周期时，开始计数，当计数结果等于SFN的低8比特值时，计数器重新从0开始计数。当计数到一个调整周期结束时，计数器也要重新从0开始计数。

发明内容

鉴于现有技术中用SFN低8位替换CFN，会带来功率均衡起始点的偏差，没有精确实现功率均衡的启动，本发明根据SFN和帧偏移(Frame offset)来计算CFN，运用流水除法器计算CFN对调整周期的取模的模值，实现对功率均衡起始点的精确控制。

本发明的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，包括：

计算参考功率；

计算连接帧号对功率均衡调整周期的模值，当该模值等于零时，将所述连接帧号作为该功率均衡调整周期的起始帧；所述连接帧号CFN由公式CFN＝(SFN-frame offset)mod 256计算得到，其中frame offset为帧偏移，由上层信令下发，SFN为系统帧号；

在该功率均衡调整周期的一个功率均衡步长期间，在每一时隙处，对该时隙以及之前时隙的调整量进行求和，将求出的总调整量与1dB比较，当和小于1dB时，在该功率均衡调整周期内，对该时隙以及之前时隙的调整量进行求和，并在该时隙比较调整总量与参考功率的数值大小，以此来决定在该功率均衡调整周期内是否对后继时隙进行功率调整。

所述参考功率∑P_bal的计算公式为：∑P_bal＝[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]，式中参数r，P_ref+P_P-CPICH是由上层信令下发，其中P_ref是下行参考功率，P_P-CPICH是主公共导频信道的功率，r是功率均衡的调整比例，其取值范围为0～1之间的小数，P_init是前一功率均衡调整周期最后一个时隙功率。

根据上述方法，在一个功率均衡调整步长期间，只记录该调整步长内的均衡调整总量，采用64×4bits的寄存器存储。

如果功率均衡调整周期内得到的调整总量小于参考功率，并且参考功率大于零，则功率均衡调整量将实现功率调高；如果功率均衡调整周期内得到的调整总量小于参考功率，并且参考功率小于零，则功率均衡调整量实现将功率调低。

所述参考功率是通过参考功率计算电路确定的；

所述参考功率计算电路包括有两个减法器、一个乘法器和一个除法器，所述两个减法器分别完成(100-R)和(P_ref+P_P-CPICH-P_init)的计算，其中R为r的100倍；所述两个减法器输出计算结果给所述的乘法器，完成(100-R)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)的计算；所述除法器完成乘法器的计算结果除以100的计算，输出参考功率值。

如果所述除法器采用移位相加电路进行计算，则所述除法器包括移位寄存器和加法器，其中所述移位寄存器右移7位实现1/128的计算，右移9位实现1/512的计算，右移12位实现1/4096的计算，然后通过加法器实现三个计算结果的相加。

所述连接帧号对功率均衡调整周期的模值是通过流水除法器电路确定的；

所述流水除法器电路设置有10套寄存器来存储除法器的中间结果，且每套寄存器时分复用。

本发明方法通过CFN对调整周期的精确取模运算，判断出当前帧是否为一个功率均衡调整周期的起始帧，和固定使用SFN的低8比特的简化算法相比，实现了精确定位。

对于功率均衡调整步长内的处理，使用寄存器组，只存储调整总量的方法会有效的节省RAM资源，优化时序。

由于下行共享信道采用相随专用信道的调制功率，因此利用下行专用信道的功率均衡的电路实现，同样简化了下行共享信道的功率控制功能的实现，易于实现下行共享信道的功率控制过程。

附图说明

图1为现有技术中功率均衡实现结构图；

图2为现有技术中调整步长内求和的RAM单元分配示意图；

图3为现有技术中调整步长内求和的RAM单元控制原理示意图；

图4为本发明实施例参考功率计算电路图；

图5为本发明实施例流水除法器电路原理图；

图6为本发明实施例流水除法器时序图。

具体实施方式

下行专用信道的功率均衡调整是为了平衡无线链路的功率向参考功率靠拢，根据下行功率控制过程得到一个修正值。在WCDMA基站NodeB基带调制芯片的设计中，功率均衡是一项非常重要的功能。它要同时实现在功率均衡调整周期(adjustment period)和功率均衡调整步长(adjustment step)内对功率进行调整。其中功率均衡调整周期的值以无线帧(radio frame)为单位，功率均衡调整步长的值以时隙(slot)为单位。

在功率均衡启动后，每个时隙都会进行一次功率调整，调整单位为0.25dB，调整的规则为：整个功率均衡调整周期内的总调整量不超过参考功率∑P_bal，同时一个功率均衡调整步长内的总调整量不超过1dB，其中∑P_bal＝|(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]。参数r，P_ref+P_P-CPICH是由上层信令下发，P_ref是下行参考功率(DL Reference Power)，P_P-CPICH是主公共导频信道(P-CPICH：Primary Common Pilot Channel)的功率，P_ref是个相对值，它是以主公共导频信道的功率为基准的，所以需要将P_ref加上P_P-CPICH得到绝对的下行参考功率。P_ref+P_P-CPICH的取值在0-176之间，在设计中，P_ref+P_P-CPICH是由软件进行计算然后作为一个配置参数送到芯片内部。其计算原理如下：小区功率(dBm)-(P_ref+PCPICH功率)]/0.25，对上式结果四舍五入取整、限幅后即为配置值。P_init是前一功率均衡调整周期最后一个时隙功率。

功率均衡启动的时刻并不一定是功率均衡使能的时刻，具体的起始点必须满足以下规则：CFN mod adjustment period＝0，也就是说CFN能够整除功率均衡调整周期。CFN由公式CFN＝(SFN-frame offset)mod 256计算得到，其中SFN为系统帧号(System Frame Number)，frame offset为帧偏移，同样由上层信令下发。

因此，在整个调整周期的总调整量不超过参考功率，在整个调整步长内的总调整量不超过1dB，这两个条件必须同时满足，才能对功率进行调整。

根据上述要求，首先计算参考功率[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]，由于功率均衡的调整比例r为(0～1)之间的一个小数，考虑到精度的要求以及电路实现的可能，我们用(0～100)之间的101个整数代表(0.00～1.00)，相应的，在最后要再除以100。这样，我们就可以用一个简单的减法电路以及一个除法电路来实现(1-r)的操作。实现时考虑到流水的长度以及运算的复杂度，我们使用了一种简化算法，即用(1/128+1/512+1/4096)来代替1/100。这样就可以使用移位寄存器和加法器来实现除法功能，其中移位寄存器右移7位实现1/128的计算，右移9位实现1/512的计算，右移12位实现1/4096的计算，然后通过加法器实现相加。参考功率的具体实现电路图如图4所示。图中给出了参考功率∑P_bal的求取，∑P_bal＝[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]，其中r作为调整比例，取值在0～1之间。

CFN的计算较简单，只要将系统帧号与帧偏移做减法，然后取低8比特就可以了。由于帧偏移取值在0到255之间，所以CFN是可变值，其对调整周期的取模是两个变量的除法，所以不能像现有技术那样通过简单计数来实现，必须使用除法器电路。整个下行专用信道的调制芯片采用了时分复用的处理方法，在64个时钟周期内分别处理64个专用信道。所以采用简单对每个信道都使用除法器的方法，将消耗大量资源，而且也将带来时序问题。因此设计一个9位的流水除法器，该除法器每次减法做完后，采用新的一套寄存器来存储运算结果。原先的寄存器继续接收下一信道的数据进行处理。流水除法器的实质就是设置10套寄存器来存储除法器的中间结果，每套寄存器为64个信道时分复用。

在硬件中，除法器是通过减法来实现的，通过对两个寄存器中的值做减法，根据差的正负来决定商的取值。由于CFN是8比特，加1比特符号位为9比特，那么需要做10次减法并且每次减法之后都需要更新寄存器中的值，即采用新的寄存器来存储新的值。因此在对64信道同时进行功率均衡的情况下，那么每个信道都有一套除法器，(就有64套除法器)而每套除法器都必须有为存储10次减法的更新结果的寄存器，这样的话，资源浪费就极大。从图5中可以看出一套除法器的资源包括shiffer0，shiffer1，......，shifter9，共10个移位寄存器，(145比特)subor0，subor1，......，subor9共10个寄存器(90比特)。64套就会有64×(145+90)＝15040比特。使用如此多的寄存器资源显然是难以忍受的。在图5中，每次锁存都使用寄存器，因此shifter0，subor0，shifter1，subor1这些信号都是寄存器。

而流水除法器的思想是，设置一套除法器，这套除法器为64个信道共用。因为64个专用信道要共用一套除法器，所以为了避免冲突，就必须采用时分复用方式。所谓时分复用，就是64个信道的处理在64个时钟周期内依次进行。在第1个时钟周期，除法器接收第0信道(64个信道从0开始计数，到63)的CFN和调整周期的值，开始计算两者的模，在第2个时钟周期，除法器接收第1信道的CFN和调整周期的值，开始计算两者的模，在第3个时钟周期除法器接收第2信道的CFN和调整周期，开始计算两者的模，......，在第64个时钟周期，除法器接收第63信道的CFN和调整周期，开始计算两者的模。从而实现了64个信道时分复用同一套除法器，只需要145+90比特的寄存器资源。

那么64个信道在做减法处理时所需缓存的中间结果会不会丢失呢？不会。这是因为在第2个时钟周期，除法器开始接收第1信道的CFN和调整周期的值的时候，对于第0信道而言，除法器已经计算出CFN和调整周期的差，并把结果保存下来了。如果从图5中来看，那就是，当第1信道占用shifter0和subor0这两个寄存器资源时，第0信道已经完成减法，占用了shiffer1和subor1这两个寄存器资源了。因此相邻信道的中间结果都会存储下来，不会丢失，并且同样存在于同一套除法器中，而不是64套除法器。同样我们可以分析，在第3个时钟周期，除法器开始接收信道2的CFN和调整周期的值，信道2的CFN和调整周期占用shifter0和subor0这两个寄存器，而信道1此时则完成减法占用了shifter1和subor1这两个寄存器，而信道0此时则完成了第二次减法占用了shifter2和subor2这两个寄存器。我们可以依此来分析任意时刻，各个寄存器资源的使用情况。从中可以发现每个信道依次使用除法器中的所有寄存器，完成除法运算，这也就是为什么称这一套除法器为流水除法器的原因。

图5给出了64信道流水除法器，每个信道共用10套寄存器来完成9位除法操作。这10套寄存器组的输入是CFN和adjust period(调整周期)，输出是CFN modadjust period，也就是CFN除以调整周期的余数。

图6给出了64信道流水除法器的时序图，从图中可知，假定在T0时刻专用信道0得到CFN和调整周期；则在D1拍专用信道1得到CFN和调整周期，同时专用信道0的CFN和调整周期锁存入寄存器shifter0和subor0，并且完成减法运算得到result0；在D2拍专用信道2得到CFN和调整周期，此时专用信道1将CFN和调整周期锁存入寄存器shiter0，和subor0，并且完成减法运算得到result0，专用信道0也完成运算，将值分别存入寄存器shifter1，subor1和result1......；在D11拍就可以计算出专用信道0两参数的模值。

在得到CFN对调整周期取模的值后，就可以结合CFN本身判断出功率均衡起始的帧号，精确定位功率均衡调整每个调整周期的开始与结束。在整个功率均衡调整周期范围内，对功率均衡调整量进行加和，将调整总量存入RAM。在功率均衡有效期间的每个时隙判断该调整总量是否小于[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]，如果小于并且[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]大于零，则功率均衡量将功率调高0.25dB；如果小于并且[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]小于零，则功率均衡调整量实现将功率调低0.25dB。如果调整总量等于大于[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]，功率均衡调整量则为零，意味着不对功率进行调整。

而对于调整步长内的均衡，如果记录步长内每个时隙的调整量，那么就需要64×10bits的RAM资源，因为调整步长最大取值为10。但采用记录整个调整步长内均衡调整总量的方法，就不必存储调整步长内每个时隙的调整量，而只需使用64×4bits的寄存器资源。在均衡起始后每个时隙对调整总量做累加处理，并且将调整步长内的均衡调整总量与1dB作比较，当调整总量大于等于1dB时，在该步长期间内不再进行均衡调整。这样设计只需存储64个专用信道的调整步长内调整总量。因此和已有实现方案相比，会有效的节省资源。

综上所述，本发明在计算参考功率[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]的时候，适当采用简化算法保证在满足精度要求下减少资源和运算的复杂性，并且引入帧偏移(Frame offset)，使用流水除法器来完成取模的运算，得到精确的余数，而同时满足64信道流水操作，复用同一套寄存器资源，实现时分复用。由除法器输出的余数得到功率均衡调整周期的起始点。

Claims (7)

1.一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，该方法包括：

计算参考功率；

计算连接帧号对功率均衡调整周期的模值，当该模值等于零时，将所述连接帧号作为该功率均衡调整周期的起始帧；所述连接帧号CFN由公式CFN＝(SFN-frame offset)mod 256计算得到，其中frame offset为帧偏移，由上层信令下发，SFN为系统帧号；

在该功率均衡调整周期的一个功率均衡步长期间，在每一时隙处，对该时隙以及之前时隙的调整量进行求和，将求出的总调整量与1dB比较，当和小于1dB时，在该功率均衡调整周期内，对该时隙以及之前时隙的调整量进行求和，并在该时隙比较调整总量与参考功率的数值大小，以此来决定在该功率均衡调整周期内是否对后继时隙进行功率调整。

2.如权利要求1所述的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，所述参考功率∑P_bal的计算公式为：∑P_bal＝[(1-r)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)]，式中参数r，P_ref+P_P-CPICH是由上层信令下发，其中P_ref是下行参考功率，P_P-CPICH是主公共导频信道的功率，r是功率均衡的调整比例，其取值范围为0～1之间的小数，P_init是前一功率均衡调整周期最后一个时隙功率。

3.如权利要求1所述的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，在一个功率均衡调整步长期间，只记录该调整步长内的均衡调整总量，采用64×4bits的寄存器存储。

4.如权利要求1、2或3所述的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，如果功率均衡调整周期内得到的调整总量小于参考功率，并且参考功率大于零，则功率均衡调整量实现将功率调高；如果功率均衡调整周期内得到的调整总量小于参考功率，并且参考功率小于零，则功率均衡调整量实现将功率调低。

5.如权利要求2所述的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，所述参考功率是通过参考功率计算电路确定的；

所述参考功率计算电路包括有两个减法器、一个乘法器和一个除法器，所述两个减法器分别完成(100-R)和(P_ref+P_P-CPICH-P_init)的计算，其中R为r的100倍；所述两个减法器输出计算结果给所述的乘法器，完成(100-R)(P_ref+P_P-CPICH-P_init)的计算；所述除法器完成乘法器的计算结果除以100的计算，输出参考功率值。

6.如权利要求5所述的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，如果所述除法器采用移位相加电路进行计算，则所述除法器包括移位寄存器和加法器，其中所述移位寄存器右移7位实现1/128的计算，右移9位实现1/512的计算，右移12位实现1/4096的计算，然后通过加法器实现三个计算结果的相加。

7.如权利要求1所述的一种下行专用信道功率均衡的实现方法，其特征在于，所述连接帧号对功率均衡调整周期的模值是通过流水除法器电路确定的；

所述流水除法器电路设置有10套寄存器来存储除法器的中间结果，且每套寄存器时分复用。

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