CN100466482C - 移动通信终端和优化功率放大器的工作点的方法 - Google Patents

移动通信终端和优化功率放大器的工作点的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于使移动终端(10)中的功率放大器(40)的工作点最佳化的方法和设备，所述方法包括步骤：接收第一信号；根据第一信号确定发送格式组合标识符TFCI的值；确定移动终端(10)的压缩模式的状态；确定移动终端(10)的所请求功率输出电平；响应三个被确定的值而从存储器中读出一工作点值；和将该工作点值提供给功率放大器(40)。所述工作点值指出一偏流。所述设备包括：处理器(41)，用于根据控制信号确定发送格式组合标识符TFCI的值、压缩模式状态和所请求功率输出电平；状态机(42)，用于响应所述三个值而从存储器中检索功率放大器(40)的工作点值；和功率放大器(40)，用于放大发送信号。

Description

移动通信终端和优化功率放大器的工作点的方法
技术领域
本发明通常涉及一种移动通信系统，尤其涉及一种用于优化WCDMA(宽带码分多址)移动终端中功率放大器的工作点的方法和设备。
背景技术
在最近的移动通信系统中，为了进一步改善频率使用效速率，由3GPP(第三代合作伙伴项目)提出的使用扩谱方案的基于WCDMA(宽带码分多址)标准的下一代便携式电话系统不断被商业化。发送在3GPP WCDMA标准中所规定的一信号所需的线性规定了移动终端中的线性功率放大器的使用(这意味着它的工作点建立在A级，或者伴随着某些预防措施，建立在AB级)。3GPP WCDMA标准表示了在指定移动终端的输出功率频谱遮蔽的线性要求，如图1所示。
然而，线性功率放大器消耗相对大量的直流电能。例如，包括利用GaAs技术的2个MESFET级的A级放大器消耗5V电源的450mA的电能来传递具有20dB增益的+30dBm峰值输出功率电平(通常以1dB的压缩点来表示)。在移动终端的典型情况下，功率放大器的电源消耗在发送模式下至少代表移动终端的总功耗的70％。因此，在考虑线性需要的同时，关键在于控制功率放大器的工作点、即偏流，从而尽可能多地减少它的功耗。
因此，期望并且极为有利的是具有一种用于优化WCDMA(宽带码分多址)移动终端中的功率放大器的工作点的设备和方法，从而减少移动终端的功耗并保持电池寿命。
发明内容
本发明、即用于优化WCDMA(宽带码分多址)移动终端中的功率放大器的工作点的设备和方法解决了上述问题和现有技术的其他相关问题。功率放大器的工作点由它的偏流来定义。
本发明的设备和方法例如通过使用由移动终端接收的三个信号:(1)TFCI(发送格式组合标识)信息；(2)压缩模式信息和(3)所需输出功率电平信息的组合优化其工作点或偏流来减少所述功率放大器的功耗。然后这三个信号被数字处理器使用，以便从存储器中读取所存储的优化工作点值，即偏流，该优化的工作点值在发送模式期间被提供给移动终端的功率放大器。
根据本发明的一方面，提供了一种用于优化移动终端中的功率放大器的工作点的方法，所述方法包括下述步骤:从基地收发机站接收第一信号；根据第一信号确定发送格式组合标识符TFCI值；确定移动终端的压缩模式的状态，所述压缩模式的状态由第一信号确定；确定移动终端的所需功率输出电平，所需功率输出电平由第一信号确定；响应于TFCI值、压缩模式状态和所需功率输出电平从存储器中读出一工作点值；和将工作点值提供给功率放大器。所述工作点值表示偏流。
根据本发明的另一方面，提供了一种移动通信终端，在包括多个基地收发机站的移动通信系统中，所述移动通信终端包括:一天线，用于从至少一个基地收发机站接收第一控制信号；一处理器，用于根据第一控制信号确定发送格式组合标识符TFCI值、压缩模式状态和所需功率输出电平；一状态机，用于响应于TFCI值、压缩模式状态和所需功率输出电平从存储器中检索功率放大器的工作点值，并且将所述工作点值提供给功率放大器；和一功率放大器，用于放大将被通过所述天线发送的发送信号。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其他方面、特征和优点将变得更加明显，其中:
图1示出了根据3GPP WCDMA(宽带码分多址)标准工作的功率放大器的输出功率频谱遮蔽；
图2示出了3GPP WCDMA(宽带码分多址)标准的频带分布；
图3的框图示出了根据本发明的一移动终端；
图4示出了在从基地收发机站到移动终端的上行链路中一专用物理控制信道(DPCCH)的结构，其中，根据本发明，这里所包含的信息被用于优化功率放大器的工作点；和
图5简要示出了根据本发明所优化的范例性功率放大器。
具体实施方式
以下将参考附图来描述本发明的最佳实施例。在下面的描述中，由于已知的功能或结构在不必要的细节上会模糊本发明，因此不再对其详细描述。
本发明的目的是优化位于移动终端的发射机部分中的功率放大器的工作点(由偏流定义的)，以便最小化电能消耗，并且考虑到所需输出功率频谱的遮蔽。本发明覆盖了使用工作于FDD(频分复用)模式的3GPP WCDMA(宽带码分多址)标准的移动终端，即收发机。按照ITU(国际电信联盟)的确定，该标准的频率范围如下表1所示并如图2所示以区域进行分类:
 
标准 频率范围
W-CDMA(区域1和3) 1920-1980Mhz(Tx)和2110-2170Mhz(Rx)
W-CDMA(区域2) 1850-1910Mhz(Tx)和1930-1990Mhz(Rx)
表1:频率分布
通常，例如蜂窝电话的移动终端在移动通信系统中工作。移动通信系统、例如宽带码分多址(WCDMA)系统被构造成具有被称作小区的各种独立区域，并且包括被称作基地收发机站的各种固定收发机站和多个例如蜂窝电话的移动终端。通常，一个基地收发机站定义一个小区，并且处理到和来自目前位于该小区内的蜂窝电话的电话业务。
图3的框图示出了根据本发明的一移动终端10，包括用于从/向所述基地收发机站接收/发送RF通信信号的天线12、RF(射频)发送前端部分14和数字处理部分16。前端部分14包括用于向数字处理部分16输出由基地收发机站接收的信号的双工器18、低噪声放大器20、第一可变增益放大器22、I/Q解调器24、第一多个低通滤波器26和多个模/数转换器28，用于将由一基地收发机站接收的信号输出给所述数字处理部分16。前端部分14还包括多个数/模转换器30、第二多个低通滤波器32、I/Q调制器34、低通滤波器36、第二可变增益放大器38和功率放大器40，用于产生经过天线12发送至所述基地收发机站的发送信号。数字处理部分16包括数字处理器41，该数字处理器41具有用于产生控制功率放大器40的控制信号的状态机42。所述控制信号在被输入给功率放大器40之前被数/模转换器44处理。而且，数字处理器41包括用于存储多个工作点值的一存储器。
在工作中，本发明的移动终端10使用在RF发送前端部分14中由数字处理部分16提供的三个不同的信息信号来控制功耗。这些信息信号如下:
-包含在DPCCH(专用物理控制信道)中的TFCI(发送格式组合标识符)值，每一时间帧(10ms)被传送。在由所述基地收发机站作为值表传送给移动终端的的几个值当中，解码TFCI值。这一操作是在移动终端的MAC(媒体接入控制)层的控制下执行的，并且最后在DPCCH内被传送给所述基地收发机站，以指出哪个是被选择的TFCI值。
-由基地收发机站请求并在移动终端内被解码的压缩模式状态
-由基地收发机站请求并在移动终端内被解码的所请求的输出功率电平
在上行链路中发送的DPCCH包括基地收发机站需要接收并且适当执行与移动终端的链接的所有控制信息。DPCCH以256的扩展速率承载，以便相对于干扰和信道路径损失具有最大坚固性。图4图示出了DPCCH的结构。
TFCI值:
TFCI值表示物理信道中不同的发送信道被如何组合来进行发送，并且确定在物理信道中使用什么扩展因子。在已知每当数据速率将它的值加倍从而SF(扩展因子)被减少2以保持所述芯片速率为恒定值3.84Mcp/s的情况下，TFCI值允许移动终端在根据数据速率调节输出功率电平的过程中保持相同的发送质量。该值对于1帧的持续周期(10ms)有效，这意味着它可以从一帧更新为另一帧。所发送的数据速率的不同值是15、30、60、120、240、480、960Kbps，相应的SF是256、128、64、32、16、8、4。因此，为了保持发送质量，以3dB的基本步长将输出功率电平控制在18dB(10*LOG(256/4))的总范围上。本发明的一个方面是使用该信息将控制功率放大器的工作点限制在6dB的范围，以便延长移动终端的电池寿命。
压缩模式状态:
压缩模式允许移动终端通过在时域中压缩数据发送，在相同时帧中处理两个不同的信道(意味着两个不同的信道频率)。例如，当移动终端在两个小区的边缘上时，压缩模式允许移动终端从一个频率到另一个频率的测量(硬切换)。但是，为了达到相同的发送质量，SF被减少2，结果输出功率电平被增加2。
请求的输出功率电平:
数字处理部分16提供由基地收发机站请求的输出功率电平信息，以在移动终端中执行连续的功率调节，以便发送刚好所需功率。当所请求的输出功率电平例如在范围+24到30dBm之内时，它也能够被用于使能于本发明。
状态机42使用三个信息信号从存储器中检索最佳用于由三个信息信号规定的条件的工作点值。通过实验确定对应于特定组三个信息信号的特定最佳工作点，并且将其存储在存储器中。将通过实验确定多个对应关系，从而在很大的使用范围内最佳化移动设备的功率放大器。多个对应关系将提供查询表，该查询表将随后被存储在存储器中。
作为一个典型的示例，本发明设想的输出功率范围是从+24dBm到+30dBm，因为这一范围是与移动终端的总电能消耗相比电能节省最多的范围。考虑消耗450mA去传递+30dBm的一传统功率放大器。在这种情况下，所述工作点被最佳化以用于对应于2个不同数据速率的2个不同SF值。在表2中示出了一个表示工作点(Imax)与输出功率、SF与数据速率D(用相对值表示)的非线性关系(基于实验)的示例:
 
工作点(mA) Imax 0.55*Imax 0.39*Imax
数据速率D D D/2 D/4
SF SF SF*2 SF*4
输出功率电平(dBm) +30 +27 +24
表2:工作点与输出功率电平
应当理解，工作点不能被设置在0.39*Imax(例如，对于该具体示例为175mA)以下，从而不能明显地失配功率放大器的输入和输出访问。通过下列公式来定义阈值T，在该阈值T以下工作点将不能改变:
T＝最大输出功率电平-6dB       (1)
(例如:T＝30-6＝+24dBm)
从状态机42向数/模转换器(DAC)44传递的数字信息是TFCI状态、压缩模式状态(“开”或“关”)以及所请求输出功率电平的组合。DAC 44将数字信息转换为电压信号(Vcontrol)以控制功率放大器40的工作点。下面将描述一种控制PA的共同方式。
通常，功率放大器由两级20dB的典型功率增益组成，其中，最后一级固定整个功率放大器的输出压缩点。因此，电压控制信号被定址到最后功率放大器级，如图5所示的一种可能的实现。
应当理解，最后级由使用GaAs技术的MESFET组成，其是在低成本移动发送机设计中共同发现的。然而，本发明也可应用于使用SiGe技术的功率放大器。来自DAC 44的Vcontrol信号将根据由状态机42提供的数字信号而改变。本发明可运行的功率范围是6dB，这对应于发送模式期间的重要功率节省(例如:61％<-0.61＝(450-175)/450)。这一值必须由发送机/接收机进行时间比加权。当移动终端位于需要发送最大输出功率电平时的小区边缘时，本发明将具有重大的优势。
虽然已经参考本发明的某些优选实施例示出和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应当理解，在不背离由所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上对其进行各种修改。

Claims (15)

1.一种用于使一移动终端(10)中功率放大器(40)的工作点最佳化的方法，所述方法包括步骤:
从一基地收发机站接收第一信号；
根据所述第一信号确定发送格式组合标识符的值；
确定所述移动终端(10)的压缩模式状态，所述压缩模式状态由所述第一信号确定；
确定移动终端(10)所请求的功率输出电平，所请求的功率输出电平由所述第一信号确定；
响应所述发送格式组合标识符值、所述压缩模式状态和所请求的功率输出电平而从一存储器中读出一工作点值；和
将所述工作点值提供给所述功率放大器(40)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作点值是一偏流。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述工作点值是一电压。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述读出步骤包括对所述工作点值进行数/模转换的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号是在专用物理控制信道上发送的。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号是与宽带码分多址接入标准兼容的一射频通信信号。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述确定所请求功率输出电平的步骤还包括下述步骤:确定所请求功率输出电平是否在一预定范围内，并且如果所请求功率输出电平在该范围以外，不将所述工作点值提供给所述功率放大器(40)。
8.一种包括多个基地收发站的移动通信系统中的移动通信终端，所述移动通信终端包括:
一天线(12)，用于从至少一个基地收发机站接收一第一控制信号；
一处理器(41)，用于根据所述第一控制信号确定发送格式组合标识符的值、一压缩模式状态和一所请求功率输出电平；
一状态机(42)，用于响应所述发送格式组合标识符值、所述压缩模式状态和所请求功率输出电平从一存储器中检索一功率放大器(40)的工作点值，并且将所述工作点值提供给功率放大器(40)；和
一功率放大器(40)，用于放大将要通过天线(12)发送的发送信号。
9.如权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述工作点值是一偏流。
10.如权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述工作点值是一电压。
11.如权利要求8所述的移动通信终端，还包括一数/模转换器(44)，用于将从所述存储器检索到的所述工作点值转换为可与所述功率放大器(40)兼容的格式。
12.如权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述第一控制信号是在专用物理控制信道上发送的。
13.如权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述第一控制信号是一与宽带码分多址接入标准兼容的射频通信信号。
14.如权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述存储器还包括一查询表，其提供在所述发送格式组合标识符值、所述压缩模式状态、所请求功率输出电平和最佳工作点值之间的多种对应关系。
15.如权利要求8所述的移动通信终端，其中，所述功率放大器(40)包括至少两个级，并且所述工作点值被提供给所述至少两个级的最后一级。
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