CN101232313B - 一种用于移动通信系统的功率控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于移动通信系统的功率控制装置及方法，所述方法包括，通过功率控制单元确定功率包络类型参数和功率衰减参数；根据功率包络类型参数获得的功率时间包络曲线与已调制的正交上变频信号相乘得到包含调制信息的功率控制信号；根据所述功率控制信号与功率衰减参数获得衰减的已调信号；将所述已调信号进行数模变换、射频混频和滤波处理后送入功率放大器放大输出。采用本发明不但提高了功率控制的精度，还简化电路，降低成本且易于实现。

Description

一种用于移动通信系统的功率控制装置及方法

技术领域

本发明涉及移动通信系统高、中频信号的定量衰减技术，具体涉及一种用于全球移动通信系统功率控制的装置及方法。

背景技术

衰减器是一种常用的电子测量设备，它通常插在信号源与负载之间，用于调节信号的大小，防止负载电路过载，数控衰减器作为一种新型的衰减器在电子领域有着广泛的应用。很多电子设备(例如，通讯设备、雷达或无线电局域网设备等)都需要对高、中频信号进行定量衰减，所述定量衰减实际上是对高、中频信号进行精确量化，而数控衰减器量化精度的高低将直接影响到这些电子设备的性能指标以及它们的使用性能。

GSM(全球移动通信系统)作为以话音业务为主的第二代数字移动蜂窝通信系统在全世界范围内已经得到了广泛的应用。在GSM系统中，通过功率控制技术实现频谱利用率的提高、信道间干扰的减少，以此提高系统的容量。为了达到上述要求，根据GSM规范，需要实现0～6级静态功率控制和0～15级动态功率控制，共22级功率控制，其中每个等级大的功率间相差2dB，每个等级的输出功率波动范围小于1dBm。同时，为了优化调制频谱，GSM规范还规定了相邻时隙的功率包络变化范围，要求过渡区是一个上、下坡曲线渐进的过程，曲线最低点的功率小于时隙载波功率30dB，因此，GSM功率控制的动态范围要达到72dB。

目前一般采用数控衰减器来实现GSM功率控制，如图1所示为现有技术中实现功率控制的装置的具体实现框图，功率控制单元101根据载波输出功率等级和前向功率反馈检测值计算出功率包络类型和功率衰减等参数，将功率包络类型参数得到功率时间包络曲线表存入存储器102中，与已调制的正交上变频信号通过乘法器103相乘，得到包含调制信息的功率控制信号，通过DAC转换器(数模转换器)104得到模拟中频已调信号，再通过射频处理电路105完成射频混频、滤波等处理，得到射频已调信号，根据输入的功率衰减参数，数控衰减器106对射频已调信号进行衰减控制，并将衰减后的射频信号送到功率放大器107进行放大输出，并同时送往前向功率反馈检测电路108对当前时隙载频输出的功率进行耦合、检波，再通过ADC转换器(模数转换器)109得到当前时隙的前向功率反馈检测值，通过功率反馈采集控制器将检测值送给功率控制单元101进行功率控制，所述数控衰减器106的标称精度一般是±0.5dB。

现有技术中采用两片上述数控衰减器级联的方式来实现22级的功率控制，但是在具体实现时，所述数控衰减器很难精确地达到其标称的控制步长和精度，这大大影响了功率控制的精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于移动通信系统的功率控制的装置及方法，用以克服现有技术中存在的由于数控衰减器很难精确地达到其标称的控制步长和精度，而导致的功率控制精度不高的问题。

为了实现上述发明目的，本发明具体是这样实现的：

一种用于移动通信系统的功率控制装置，包括，

用于将已调正交上变频信号与第一存储器输出的功率时间包络曲线相乘的第一乘法器；

用于对数模转换器的输出信号进行射频混频和滤波处理的射频处理电路；

用于对射频处理电路的输出信号进行放大的功率放大器；

用于对功率放大器的输出进行耦合、检波的前向功率反馈检测电路；

用于对前向功率反馈检测电路输出的模拟检波电压信号进行模数转换的模数转换器；

用于将模拟转换器输出的信号进行采集并送入功率控制单元的功率反馈采集控制器；

用于根据功率反馈采集控制器输出的信号和获取的输出功率等级得到功率包络类型参数和功率衰减参数的功率控制单元，并将得到的功率包络类型参数送入所述第一存储器；

还包括，现场可编程门阵列FPGA，所述FPGA，根据所述第一乘法器输出的包含调制信息的功率控制信号和功率控制单元输出的功率衰减参数得到衰减的已调信号，并送入数模转换器。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制装置中，所述FPGA上设有第二存储器，用于存储描述功率衰减参数和信号幅度调整比例对应关系的映射表；

所述FPGA上设有第二乘法器，用于将第二存储器输出的信号幅度调整比例与所述第一乘法器输出的包含调制信息的功率控制信号进行相乘，得到衰减的已调信号。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制装置中，所述映射表的输入的功率衰减参数和输出的信号幅度调整比例满足如下条件：

P_(dB)＝20lg(A_s/A_max)

其中，P_(dB)是功率衰减参数，A_s是信号幅度调整比例，A_max是数模转换器的满量程值。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制装置中，所述FPGA将所述功率控制单元送入的待调制信号进行基带数字调制、上变频和正交调制处理得到已调正交上变频信号。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制装置中，所述功率控制单元包括数字信号处理器DSP。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制装置中，所述第一乘法器、功率反馈采集控制器和第一存储器设在所述FPGA上。

本发明还提出一种用于移动通信系统的功率控制方法，包括如下步骤：

步骤1，通过功率控制单元确定功率包络类型参数和功率衰减参数；

步骤2，根据功率包络类型参数获得的功率时间包络曲线与已调制的正交上变频信号相乘得到包含调制信息的功率控制信号；

步骤3，根据所述功率控制信号与功率衰减参数获得衰减的已调信号；

步骤4，将所述已调信号进行数模变换、射频混频和滤波处理后送入功率放大器放大输出。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制方法中，所述步骤3具体是这样实现的：

步骤31，根据在FPGA上预先存储的映射表，获得与功率衰减参数对应的信号幅度调整比例；

步骤32，将所述功率控制信号与所述信号幅度调整比例相乘得到衰减的已调信号。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制方法中，所述功率衰减参数与信号幅度调整比例满足如下关系：

P_(dB)＝20lg(A_s/A_max)

其中，P_(dB)是功率衰减参数，A_s是信号幅度调整比例，A_max是数模转换器的满量程值。

其中，所述的用于移动通信系统的功率控制方法中，所述步骤1具体是这样实现的：

步骤11，对功率放大器的输出信号进行耦合、检波、模数变换后通过功率反馈采集控制器送入功率控制单元；

步骤12，所述功率控制单元根据接收的功率反馈采集控制器的输出信号，和功率输出等级确定功率包络类型参数和功率衰减参数。

本发明采用FPGA来实现信号衰减，实现数控衰减器的功能，由于FPGA处理的是纯数字信号，所以在进行乘法运算时不存在非线性问题，可以精确的控制每个时隙的功率电平，保证功率控制的精度小于0.1dB，且仅受限于所用DAC转换器的精度，而且采用本发明不但可以简化电路，降低成本且易于实现。

附图说明

图1为所述现有技术中基于数控衰减器实现的功率控制装置的具体实现框图；

图2为本发明所述装置的一具体实施例的结构示意图；

图3为本发明所述装置的另一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述方法进行详细说明。

本发明的基本技术思想是，在FPGA内部实现已调制正交上变频信号与信号幅度调整比例相乘来代替数控衰减器完成信号衰减，具体而言，通过在FPGA中预存的功率衰减值和信号幅度调整比例的映射表，以功率衰减值作为映射表的地址，选择对应的信号幅度调整比例，将其与包含调制信息的功率控制信号相乘得到的结果通过DAC转换器和射频处理电路，送到功率放大器进行放大输出，其中代替1级或2级数控衰减器由DAC转换器的动态范围决定。

如图2所示的本发明所述装置的一具体实施例的结构示意图，具体包括：

功率控制单元201，用于整个链路的功率控制，包括：前向功率反馈检测值的采集、输出功率等级的获取、计算功率包络类型参数和功率衰减参数；

第一存储器202：用以存储描述相邻时隙间的上、下坡曲线的功率时间包络曲线表，根据功率包络类型参数选择相应的功率时间包络曲线；

第一乘法器203：用于已调制正交上变频信号与功率时间包络曲线相乘，输出包含调制信息的功率控制信号；

第二存储器204：用以存储描述功率衰减参数和信号幅度调整比例对应关系的映射表，根据功率衰减参数选择相应的信号幅度调整比例；

第二乘法器205：用于包含调制信息的功率控制信号与信号幅度调整比例相乘，输出衰减的已调信号；

DAC转换器206：将所述第二乘法器205的输出结果进行数模变换，得到模拟中频信号；

射频处理电路207：完成模拟中频信号的射频混频、滤波等处理，输出完成功率衰减的射频已调信号；

功率放大器208：用于对通过射频处理电路的输出信号进行放大，实现载频信号的发射；

前向功率反馈检测电路209：对功率放大器208的输出信号进行耦合、检波，得到模拟检波电压信号；

ADC转换器210：用于将模拟检波电压信号转换成数字信号；

功率反馈采集控制器211：采集ADC转换器210转换后的信号送入功率控制单元。

从如下公式中得到所述功率衰减参数和信号幅度调整比例的映射表：

             P_(dB)＝20lg(A_s/A_max)

其中P_(dB)表示功率衰减参数，以dB表示；lg为对数符号；A_max表示DAC转换器满量程数值，A_max＝2ⁿ-1，其中n为DAC转换器的位数，例如DAC转换器为14bit，则A_max为16383；A_s表示信号幅度的调整量，(A_s/A_max)即为信号幅度调整比例，以系统需要的功率衰减步长为基准，对总衰减量进行遍历，得到对应所有功率衰减值的映射表。

图3所示为本发明一具体实施例的结构示意图，本发明应用于GSM基站收发信机，如图所示，FPGA 31用以对待调制信号进行基带数字调制、上变频、正交调制获得已调制正交上变频信号，以及生成功率时间包络曲线表和映射表；同时负责对前向功率反馈模拟检波电压信号经过A/D变换后的结果进行控制采集，送入DSP；DSP(digital singnal processor，数字信号处理器)33用以完成信源编码、信道编码、交织等基带处理，作为功率控制单元，完成GSM基站发射功率控制。

系统上电后，DSP按时隙完成信源编码、信道编码、交织等基带处理，输出待调制信号给FPGA；同时根据输出功率等级和FPGA输出的功率反馈检测值完成输出功率控制，并得到功率衰减参数和功率包络类型参数。根据功率包络类型参数到FPGA上存储的功率时间包络曲线表获得功率时间包络曲线，将所述曲线与已调制正交上变频信号相乘得到包含调制信息的功率控制信号，以功率衰减参数作为FPGA上存储的映射表的地址选择相应的信号幅度调整比例与所述包含调制信息的功率控制信号相乘，得到的乘积通过DAC转换器32和射频处理电路，最终送到功率放大器进行放大输出。

所述DAC数模转换器32，负责把FPGA输出的低中频数据转换为模拟中频信号。

由于目前FPGA中有丰富的LUT(Look Up Table，查找表)资源和内嵌乘法器，仅需几十个LUTs就可以实现映射表的保存，再通过1个内嵌乘法器就可以实现数控衰减器的功能，此资源耗费不及整个FPGA资源的千分之一，更进一步，如果BlockRAM(内嵌块RAM，不消耗FPGA逻辑资源)比较丰富，也可由BlockRAM实现映射表的保存，即可更加节省FPGA的资源占用。

本发明所述方法的一具体实施例的处理流程包括如下处理步骤：

步骤1，将射频已调信号进行耦合、检波、模数变换后通过功率反馈采集控制器送入功率控制单元；

步骤2，所述功率控制单元根据接收的功率反馈采集控制器的输出信号和得到的功率输出等级，确定功率包络类型参数和功率衰减参数；

步骤3，根据功率包络类型参数获得功率时间包络曲线与已调制的正交上变频信号相乘得到包含调制信息的功率控制信号；

步骤4，根据在FPGA上预先存储的映射表，获得与功率衰减参数对应的信号幅度调整比例；

步骤5，将所述功率控制信号与所述信号幅度调整比例相乘得到衰减的已调信号；

步骤6，将所述已调信号进行数模变换、射频混频和滤波处理后送入功率放大器放大输出。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于移动通信系统的功率控制装置，包括，

用于将已调正交上变频信号与第一存储器输出的功率时间包络曲线相乘的第一乘法器；

用于对数模转换器的输出信号进行射频混频和滤波处理的射频处理电路；

用于对射频处理电路的输出信号进行放大的功率放大器；

用于对功率放大器的输出进行耦合、检波的前向功率反馈检测电路；

用于对前向功率反馈检测电路输出的模拟检波电压信号进行模数转换的模数转换器；

用于将模拟转换器输出的信号进行采集并送入功率控制单元的功率反馈采集控制器；

用于根据功率反馈采集控制器输出的信号和获取的输出功率等级得到功率包络类型参数和功率衰减参数的功率控制单元；

用于根据所述功率控制单元发送的功率包络类型参数，在存储的功率时间包络曲线表中选择相应的功率时间包络曲线的第一存储器；

其特征在于，还包括，设有第二存储器和第二乘法器的现场可编程门阵列FPGA；

所述第二存储器，用于存储描述功率衰减参数和信号幅度调整比例对应关系的映射表；

所述第二乘法器，用于将第二存储器输出的信号幅度调整比例与所述第一乘法器输出的包含调制信息的功率控制信号进行相乘，得到衰减的已调信号，并送入数模转换器。

2.如权利要求1所述的用于移动通信系统的功率控制装置，其特征在于：

所述映射表的输入的功率衰减参数和输出的信号幅度调整比例满足如下条件：

P_(dB)＝20lg(A_s/A_max)

其中，P_(dB)是功率衰减参数，A_s是信号幅度调整比例，A_max是数模转换器的满量程值。

3.如权利要求1所述的用于移动通信系统的功率控制装置，其特征在于：

所述FPGA将所述功率控制单元送入的待调制信号进行基带数字调制、上变频和正交调制处理得到已调正交上变频信号。

4.如权利要求3所述的用于移动通信系统的功率控制装置，其特征在于：

所述功率控制单元包括数字信号处理器DSP。

5.如权利要求1所述的用于移动通信系统的功率控制装置，其特征在于：

所述第一乘法器、功率反馈采集控制器和第一存储器设在所述FPGA上。

6.一种用于移动通信系统的功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，通过功率控制单元确定功率包络类型参数和功率衰减参数；

步骤2，根据功率包络类型参数获得的功率时间包络曲线与已调制的正交上变频信号相乘得到包含调制信息的功率控制信号；

步骤3，根据在现场可编程门阵列FPGA上预先存储的映射表，获得与功率衰减参数对应的信号幅度调整比例；

步骤4、将所述功率控制信号与所述信号幅度调整比例相乘得到衰减的已调信号；

步骤5，将所述已调信号进行数模变换、射频混频和滤波处理后送入功率放大器放大输出。

7.如权利要求6所述的用于移动通信系统的功率控制方法，其特征在于：

所述功率衰减参数与信号幅度调整比例满足如下关系：

P_(dB)＝20lg(A_s/A_max)

其中，P_(dB)是功率衰减参数，A_s是信号幅度调整比例，A_max是数模转换器的满量程值。

8.如权利要求6所述的用于移动通信系统的功率控制方法，其特征在于：

所述步骤1具体是这样实现的：

步骤11，对功率放大器的输出信号进行耦合、检波、模数变换后通过功率反馈采集控制器送入功率控制单元；

步骤12，所述功率控制单元根据接收的功率反馈采集控制器的输出信号，和功率输出等级确定功率包络类型参数和功率衰减参数。

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