CN101371462A - 中继器开环增益测量 - Google Patents

Abstract

一种中继器经配置以通过检测增益参数来检测反馈振荡条件，且通过在环路增益接近一时减小所述增益来响应于所述检测的增益参数。当在帧共享信道无线通信系统中使用时，检测反馈振荡条件且可调整所述中继器的所述环路增益以便准许在振荡范围外操作所述中继器。本发明在所述中继器用于帧共享信道无线通信系统中时尤其有用。

Description

中继器开环增益测量

相关申请案

本申请案主张2006年1月26日申请的第60/762,772号美国临时申请案的权益，所述临时申请案以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及射频电路的测量和测试。更具体地说，本发明涉及环路增益信号条件的测量和测试，所述环路增益信号条件包括有助于(例如)可能存在于信号中继站中的非所要振荡的条件。

背景技术

无线通信系统经广泛部署以提供例如语音和数据的各种类型的通信。典型的无线数据系统或网络为多个用户提供对一个或一个以上共享资源的接入。系统可使用多种多址技术，例如频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)、码分多路复用(CDM)等等。无线网络的实例包括基于蜂窝式数据系统。以下为若干此类实例：(1)“用于双模式宽带扩频蜂窝式系统的TIA/EIA-95-B移动站基站兼容性标准(TIA/EIA-95-B MobileStation-Base Station Compatibility Standard for Dual-Mode Wideband Spread SpectrumCellular System)”(IS-95标准)，(2)由名为“第三代合作伙伴计划(3rd GenerationPartnership Project)”(3GPP)的协会提供且收录在一组文献中的标准(W-CDMA标准)，所述组文献包括第3G TS 25.211号、第3G TS 25.212号、第3G TS 25.213号和第3G TS25.214号文献，(3)由名为“第三代合作伙伴计划2(3rd Generation Partnership Project 2)”(3GPP2)提供且收录在“用于cdma2000扩频系统的TR-45.5物理层标准(TR-45.5 PhysicalLayer Standard for cdma2000 Spread Spectrum Systems)”中的标准(IS-2000标准)，以及(4)遵循TIA/EIA/IS-856标准的高数据速率(HDR)系统(IS-856标准)。

在无线通信系统中使用中继器以便扩大通信系统的范围和覆盖范围。通常，中继器在物理层接收和转发信号，且能够不管无线通信系统所使用的标准而提供满意的操作。中继器是有利的，因为其提供用以扩大帧共享信道无线通信系统的范围的经济装置，尤其在存在足够的容量但信号传播较困难的情况下。

中继器的简单性导致了关于射频反馈的问题。无线通信系统中的中继器的困扰是中继器系统中的覆盖范围与施主天线之间的不充分天线隔离。如果天线之间的隔离小于中继器增益，那么由天线和中继器RF增益形成的闭环可在中继器的操作频率处导致振荡。由于中继器在物理信号层接收和转发，所以在所接收和所转发信号之间可能不存在固有区别以提供反馈信号的过滤。当中继器的增益接近中继器的传输和接收天线之间的路径损耗时，中继器展现增益不稳定性。此条件同样可能发生在中继器的正向链路或反向链路上。

用以在中继器的安装期间测量天线隔离的方法是麻烦的，且需要可能精细或麻烦的测试装备。环境可在安装之后改变，从而导致不稳定性且需要进一步调整。因此，需要提供感测和校正中继器和类似放大器设备中的不稳定性条件的能力。

发明内容

根据本发明，通过以下方式来测量通信系统中的环路增益：获得信号放大器的增益测量；引入增益的改变或输入功率的改变；以及检测增益测量的所得相应改变的振荡条件。所述所得相应改变的所述振荡条件可用以确定所述放大器的增益稳定性。可通过递增地增加或减小所述放大器的所述增益来调整增益，使得信号不会变得不稳定。

根据本发明的另一方面，装置测量包括放大器的信号路径中的环路增益。与所述放大器的输入通信的输入装置将增益或输入功率的改变引入到所述放大器，且所述放大器输出处的检测器获得增益测量。控制电路接着检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件，且通过使用所述所得相应增益改变的所述振荡条件来确定增益稳定性。

在本发明的另一方面，包含可执行指令的程序存储装置用以使用信号放大器的增益测量来确定信号放大器的增益稳定性。将增益或输入功率的改变引入到所述信号放大器，且检测所述信号放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件。从所检测的所述信号放大器的增益测量的所得相应改变获得增益稳定性。从所述信号放大器的增益测量的所得相应改变获得增益稳定性。

在另一方面，信号放大器能够自动调整中继器系统中的增益。所述信号放大器包括用于获得放大器的增益测量的电路和用于引入增益或输入功率的改变的控制电路。检测振荡条件，且调整增益直到所述振荡条件改变属于预定稳定性阈值或低于所测量不稳定性阈值。

附图说明

通过以下结合附图所陈述的详细描述将更明白本发明的特征、性质和优势，在附图中参考符号始终识别相应的项目，且其中：

图1是说明无线通信网络的实例的图。

图2是展示根据本发明所使用的中继器的示意性框图。

图3是单个中继器链路的简单线性模型的框图。

图4是用以描述中继器的行为的基本RF放大器模拟器的示意性框图。

图5是展示实施自动调整以控制开环稳定性的中继器的示意性框图。

图6是在放大器输出处使用功率传感器的中继器的示意性框图。

图7是展示根据本发明所使用的中继器的示意性框图。

图8是描绘用于检测不稳定性阈值的算法的流程图。

图9是展示环路增益的过程测量的流程图。

图10是展示本发明的环路增益测量系统的功能操作的图。

具体实施方式

在本文中使用词“示范性”来指“用作实例、例子或说明”。不必将本文描述为“示范性”的任何实施例理解为比其它实施例优选或有利。

概述

本发明提供在各种通信系统中以及在使用例如CDMA协议的各种无线协议的系统中有用的中继器，所述通信系统包括单用户和多用户无线通信系统、帧共享信道无线通信系统。根据本发明，检测反馈振荡条件，且其中可根据振荡条件的检测来调整中继器的增益。

可将中继器中的环路增益描述为中继器和施主天线与服务器天线之间的隔离的增益。由于环路增益接近一(或0dB)，所以增益或输入功率的小改变可导致输出功率的大改变。通过引入增益或输入功率的小改变且检测所得改变，可估计增益稳定性。如果稳定性十分差且超过所测量不稳定性阈值，那么认为振荡条件较高，且应在中继器中采取措施来降低增益且因此增加稳定性。

根据本发明，根据检测振荡条件的方法来测量由中继器增益、天线加上施主天线与服务器天线之间的路径损耗组成的中继器系统的环路增益。如果环路增益处于或接近一，那么认为存在振荡条件。经选择为振荡条件的特定值是不稳定性阈值。响应于处于或接近一的所测量的环路增益，进行调整以便减轻或减小振荡条件。因此，如果环路增益处于或接近一，那么进行校正以便减小中继器增益。在一个方面，根据需要减小中继器增益以减轻振荡条件。或者，通过所测量的中继器增益，可能在中继器中进行物理或其它调整。除了调整放大器增益以外，可能进行其它调整，例如对中继器或中继器天线的位置的物理调整，因此减小反馈环路的增益。通过测量中继器系统的增益来测量开环增益。接着可减小放大器的增益，或可增加对信号的衰减，其导致环路增益的减小。可在需要时继续减小增益以便避免振荡条件。

在本发明的另一实施例中，可在中继器的操作期间自动实现中继器增益的测量。接着将测量报告为可用以将中继器增益维持在足够低的水平以便维持增益稳定性的值。

根据本发明的一个方面，可变衰减器和RF功率检测器嵌入在中继器放大器的增益路径中。在中继器的操作或安装期间，使用可变增益或衰减来使RF增益改变较小的预定增量。接着使用RF功率检测器来确定RF功率是否改变了类似的量。如果功率检测器所检测的改变量大于可变衰减器的值的改变，那么环路增益处于或接近一，所述值可导致振荡。

在稳定情况下，衰减器的衰减的改变导致小于或等于一的环路增益。这是传输天线与接收天线之间的路径损耗超过放大器增益的结果。增益不稳定性由于环路增益接近一而出现，从而暗示放大大于传输与接收天线之间的路径损耗。如果功率检测器所检测的改变量超过放大的改变量，那么假定所述值呈现振荡的可能性。如果功率检测器所检测的改变量小于或等于放大的改变量，那么假定中继器稳定到涉及开环增益稳定性为止。

通过测量环路增益中由于增益或衰减扰动而产生的改变，可能确定开环增益稳定性的条件。此技术的益处在于：中继器可保持服务，只要功率改变足够小而使得中继器所支持的技术并未由于(小的)功率波动而降级。作为实例，CDMA蜂窝式信号将容忍功率中的小步长(例如，1dB步长)，且不会具有用户检测到显著降级。

存在若干可能实施方案，其用以检测环路增益接近或大于一，或用于响应此检测。实例如下：

衰减器的值减小较小的量，且检查功率检测器以查看功率是否增加了相同的量。

如果功率检测器报告改变大于衰减器改变，那么中继器采取措施以减小增益从而防止振荡。

衰减器的值增加了较小的量，且检查功率检测器以查看功率是否减小了相同的量。如果功率检测器报告改变大于衰减器改变，那么中继器采取措施以减小增益从而防止振荡。

增加且减小放大器的增益。使用可变增益放大器来有利地执行此技术。

衰减器的值抖动较小的量，且检查功率检测器以查看功率改变是否具有与抖动相同的比例。如果功率改变大于衰减器抖动，那么中继器采取措施以减小增益从而防止振荡。可存在用于抖动的最佳速率，以便最小化对所需要的中继信号的影响。可存在用于抖动的最佳振幅，以便最小化对所需要的中继信号的影响。衰减器抖动图案的知识允许功率检测器同步检测功率改变以用于较大的准确性和敏感性。抖动信号可为周期的或随机的，以便最小化对所需要的中继信号的影响。

可通过软件控制下的处理器来进行衰减器的设置和功率传感器的检查，或者其可实施在例如数字状态机的硬件中。另外，其可实施在具有增益块和比较电路的模拟电路中。

振幅扰动也可实施为添加到中继器放大器路径的AM调制。为了不干扰无线通信，可使AM调制指数非常低，使得非常低的功率在AM信号中。此类型扰动的优势可为执行系统稳定性的连续测量的能力。第二优势可为具有较小扰动的能力，此归因于随着较长时期而整合唯一扰动波形的能力。

操作环境

图1是说明无线通信网络(在下文为“网络”)100的实例的图，其使用一个或一个以上无线电网络控制器(RNC)102、或本地控制站(例如基站控制器(BSC)或节点B)、以及多个基站(BS)104A-104C(有时称作基站收发器系统)。基站104A-104C与远程站或分别位于基站104A-104C的服务区108A-108C内的无线通信装置(WCD)106A-106C通信。在所述实例中，基站104A与服务区108A内的WCD 106A通信，基站104B与服务区108B内的WCD 106B通信，且基站104C与服务区108C内的WCD 106C通信。

WCD 106A-106C各自具有或包含用于无线通信的设备，例如(但不限于)蜂窝式电话、无线手持机、数据收发器、或寻呼或位置确定接收器。此外，这些WCD在需要时可以是手持式、便携式，如安装或固定在交通工具(包括汽车、卡车、船、火车或飞机)中。无线通信装置有时也称作用户终端、移动站、移动单元、订户单元、无线传输/接收单元、移动无线电或无线电电话、无线单元，或者在一些通信系统中依据偏好而简称为“用户”、“电话”、“终端”或“移动装置”。

基站104A-104C在正向链路通信信道(正向链路或下行链路)上将具有无线信号形式的信息传输到用户终端，且WCD在反向链路通信信道(反向链路或上行链路)上传输信息。基站104A-104C可形成无线通信系统的部分，例如包括多个小区站点的基于陆地的通信系统和网络。信号可根据任何适当标准(例如使用WCDMA、CDMA2000或TD-SCDMA类型信号的IMT-2000/UMT标准)而经格式化。另外，基站104可与例如基于模拟的通信系统(例如AMPS)的其它系统相关联，且转移基于模拟的通信信号。WCD106A-106C和基站104A-104C使用根据网络的传输标准而编码、扩频和信道化的信号。举例来说，正向CDMA链路包括导频信道或信号、同步(sync)信道、若干寻呼信道和大量的业务信道，而反向链路包括接入信道和许多业务信道。信号使用具有预定持续时间(例如，20微秒)的数据帧。这些参数是作为实例，且可在利用其它无线通信技术的系统中利用本发明。

无线信号以足以克服噪声和干扰的功率电平传输，使得信息的转移在指定错误率内发生；然而，这些信号需要以非过高的功率水平传输，使得其不会干扰涉及其它WCD的通信。面临此挑战，基站和WCD在一些通信技术中利用动态功率控制技术来建立适当的传输功率水平。举例来说，一些方法涉及用户终端确定所接收正向链路业务信号的信噪比(SNR)、信号干扰比(SIR)或错误率(BER、FER等)，且基于结果而请求基站增加或减小发送到WCD的业务信号的传输功率。除了向上/向下传输命令，可周期性地向基站传输其它类型的信息(包括各种功率和噪声测量)以支持操作，例如基站之间的“越区切换”。用于在这些通信系统中练习功率控制的技术的实例可在以下专利中找到：题为“码分多址系统中的快速正向链路功率控制(Fast Forward Link Power Control In ACode Division Multiple Access System)”的第5,383,219号美国专利、题为“用于在传输器功率控制系统中动态修改控制参数的方法和系统(Method and System for The DynamicModification of Control Parameters in a Transmitter Power Control System)”的第5,396,516号美国专利以及题为“用于在CDMA蜂窝式移动电话系统中控制传输功率的方法和设备(Method and Apparatus for Controlling Transmission Power in a CDMA Cellular MobileTelephone System)”的第5,056,109号美国专利。

当地地形、障碍物(建筑物、丘陵等等)、信号强度和来自其它源的干扰指示由给定基站服务的区域的形状。通常，多个覆盖区108(108A-108C)重叠以提供在大的区或区域上的连续覆盖或通信；然而，存在一些不可被覆盖的区，例如未覆盖区域130和132。在网络的正常覆盖区外部的未覆盖区域(例如洞130或区域132)导致间歇服务。另外，例如山脉或丘陵的地形特征、例如经常建造在中央城市走廊中的高层建筑或城市峡谷的人造结构、或者例如大树、森林等等的植被每一者可部分或完全地阻挡信号。类似条件存在于结构134内部。

在许多情况下，也可更服从于使用一个或一个以上中继器来扩大对洞或未覆盖区域的覆盖。一种扩大覆盖范围的技术是通过使用中继器141-143。中继器141-143接受来自WCD 106(106D、106E和106F)和基站104A或104C两者的传输，且充当两者之间的中介，实质上操作为“弯管”通信路径。通过使用中继器141-143，基站104的有效范围延伸到原本在覆盖范围中具有间隙的区130、132和134。

值得注意的是，中继器通常不由无线电网络控制器来控制。中继器一般在物理层处起作用，且一般不在逻辑层处处理信号，且因此中继器在不变的逻辑层处转移具有数据的信号。虽然使用中继器是增加基站的范围或覆盖范围的较节省成本的方式，但希望中继器的天线具有充分的隔离以防止反馈振荡。

中继器操作

图2是展示根据本发明所使用的中继器202的示意性框图。中继器202包括服务器天线204、服务器双工器206、施主双工器208和施主天线210。反向链路放大器221通过输入链路223连接到服务器双工器206，且通过输出链路225连接到施主双工器208。正向链路放大器231通过正向链路连接输入233连接到施主双工器208，且通过正向链路连接输出235连接到服务器双工器206。服务器天线链路241将服务器天线204连接到服务器双工器206，且施主天线链路243将施主天线210连接到施主双工器208。反向链路放大器221和正向链路放大器231可经配置为多个放大器，例如低噪声放大器和功率放大器。

虽然展示了双工器，但可能使用在服务器侧(天线204)和施主侧(天线210)上的离散传输和接收天线来构造中继器202。

在正向操作中，施主天线210接收来自基站266的无线信号。施主天线210通过施主天线链路243将所接收信号传输到施主双工器208。施主双工器208接收信号，且将所述信号传输到正向链路放大器231。正向链路放大器231放大来自施主双工器208的信号，且将所述信号传输到服务器双工器206。服务器双工器206接收信号，且将所述信号通过服务器天线链路241传输到服务器天线204。服务器天线204接收来自服务器双工器206的信号，且将无线信号传输到例如移动电话的WCD 278。

在反向操作中，服务器天线204接收来自通信装置278的通信信号。服务器天线204通过服务器天线链路241将所接收的信号传输到服务器双工器206。服务器双工器206接收所接收的信号，且将所接收的信号通过输入链路223传输到反向链路放大器221。反向链路放大器221放大来自服务器双工器206的通信信号，且将信号通过输出链路225传输到施主双工器208。施主双工器208接收来自反向链路放大器221的信号，且将信号通过施主天线链路243传输到施主天线210。施主天线210接收来自施主双工器208的信号，且将无线信号传输到基站。此反向操作包含中继器的用于从WCD到基站266的通信的反向链路。

中继器通常是高增益装置，且因此设置到其最大值的可变增益无线中继器将常具有过高的增益来克服传输与接收(输出和输入)连接之间的隔离损耗。此在施主天线处的传输输出与服务器天线处的接收输入之间产生反馈环路，或者反过来说，反馈环路可存在于服务器天线与施主天线之间。当此发生时，中继器实质上变为振荡器，且对于无线网络是有害的。大致知道什么增益使得此变态发生是有益的，因此可避免振荡。本研究的目的在于开发一种将确定最大安全操作增益的“校准”程序。

图3是简单中继器链路的简单线性模型的框图。所述图包括表示中继器的功率增益的方框G_R、表示施主与服务天线连接器(图2)或服务器与施主之间的隔离的方框L_F以及由“+”符号表示的信号组合器。方框L_F处的隔离是表示中继器G_R的天线连接器之间的路径损耗的路径损耗值。如果功率增益G_R超过隔离或路径损耗L_F，那么输出将再次被中继器放大，从而产生过量反馈。信号n表示中继器的内部噪声，称作输入。信号x表示外部输入信号。此模型可表示经过中继器的正向或反向链路路径。对于正向链路，x表示导频和开销信道加上任何业务。如果中继器经配置使得中继器增益G_R显著小于隔离或路径损耗L_F，那么通常由内部噪声n相对于外部输入信号x来确定信号质量。

如果想要忽略频率依赖性，那么可将输入输出关系y写为

$y=G_R(x+n_R+\frac{y}{L_F}).$

如果输出表示为中继器增益的函数，那么得出

$y=\frac{(x+n_R)G_R}{1-\frac{G_R}{L_F}}.$

当中继器增益与隔离相比较小(G_R《L_F)时，可见输出功率将随着用于固定输入的中继器增益而线性增加。中继器增益等于隔离的点建立极点。随着中继器增益接近极点，预期输出功率将针对增益中的固定增量采用逐渐变大的步长。找到一种检测作为增益函数的输出功率变为非线性的近似增益的方式是有利的。

衰减效应

图4是用以描述中继器的行为的基本RF放大器模拟器的示意性框图，且其包括基站收发器子系统(BTS)403、分离器405、中继器407和衰减器409。中继器407将其输出提供到衰减器409，且衰减器409的输出和BTS模拟器403的输出经施加为加法器的输入，其接着提供给中继器407。为了测试中继器的行为，可使用图4中所示的系统。使用功率检测器来测量中继器输出功率，对于所述功率检测器来说A/D处的一个量对应于约一半dB。初始化软件在中继器的内部衰减器设置到其最大值时开始，使得中继器增益处于最小值。接着软件控制使衰减(正向和反向两者)减小较小量(例如一次1dB)，暂停以在每一衰减设置时收集10个功率读数。

输出功率与反馈衰减之间的关系是非线性的，即使在较低中继器增益(高衰减)的情况下也是如此。相反，其关系是增益随着衰减减小而以近似指数速率增加。在一些例子中，热噪声层、非线性以及相互调制产生足够的功率，使得在中继器处显现出具有远小于一的环路增益。

检测算法

如果这些曲线的斜率用作计算不稳定性阈值的输入，那么一个复杂情况在于中继器中所使用的可编程衰减器的非线性。功率测量对中继器衰减设置的平均化可减小噪声变化对输出的影响，其中衰减器范围改变的人为因素和微分非线性的其它来源对此输出具有一些影响。

估计此曲线的斜率的简单方法是使用第一差分形式：

y_n＝x_n-x_n-1。

需要平滑数据来减小对衰减器的非线性的影响。一种方式是通过使平均样本行进经过以下形式的单极无限脉冲响应(IIR)过滤器：

y_n＝(1-a)x_n+ay_n-1。

通过过滤器来处理样本平均值，且以收集差异的次序(首先是最高衰减)来计算差异，且第一输入也用以初始化IIR的状态以最小化初始瞬态响应。在一些情况下，差分且接着过滤可具有不同于差分的效应。

可使用其它方法来平滑数据，包括累积更多的样本且平均化那些样本，和/或使用滑动矩形过滤器。

开环稳定性控制

图5是展示中继器502的示意性框图，其中可根据本发明来实施对控制开环稳定性的自动调整。中继器502以类似于中继器202(图2)的方式起作用，且包括服务器天线504、服务器双工器506、施主双工器508、施主天线510和反向链路放大器521，所述反向链路放大器521通过输入链路523连接到服务器双工器506且通过输出链路525连接到施主双工器508。正向链路放大器531通过正向链路连接输入533连接到施主双工器508，且通过正向链路连接输出535连接到服务器双工器506。服务器天线链路541将服务器天线504连接到服务器双工器506，且施主天线链路543将施主天线510连接到施主双工器508。

在正向操作中，正向链路放大器531通过施主天线510和双工器508接收来自基站566的无线信号，且将所述信号传输到服务器天线504。服务器天线504将无线信号传输到例如移动电话的WCD 578。

在反向操作中，服务器天线504接收来自通信装置578的通信信号，且通过双工器506和服务器天线链路541将所述信号传输到反向链路放大器521。反向链路放大器521放大通信信号且将所述信号传输到施主天线510。

图5中也描绘了功率检测器581、582以及微处理器585。微处理器585使用来自功率检测器581、582的信号来确定增益，且通过致使放大器521通过使用衰减器电路(未独立展示)来衰减增益而控制放大器521。微处理器根据如由功率检测器581、582所指示的增益来确定的所检测稳定性来作出放大器521的增益调整。举例来说，可引入放大器的增益或输入功率的改变，且衰减器电路的衰减值可抖动以便产生可检测的功率改变。

如图6中所示，可能通过使用输出检测器来完成增益的确定。中继器602包括一对功率检测器611、612。所述对功率检测器611、612直接连接到放大器521、531的输出525、535。由于放大器增益是固定且已知的，且由于经由数字命令已知衰减器值，所以可能推断出输入功率。此允许在无需感测放大器521、531的输入功率的情况下连接功率检测器611、612。

功率检测器的实例是LT5534 RF对数功率检测器，其提供以下输出

40mV/dBm*Pin(dBm)+2400mV；此在-50到-5dBm的输入范围内。衰减器的实例是Weinschel 4216-63衰减器。

参看图5和图6，可能实现正向链路和反向链路路径中的增益控制。如图5中所示，开关591、592用以准许集成功率检测器581、582感测正向链路放大器531和反向链路放大器521上的增益，且用以控制正向和反向链路放大器531、521的增益。虽然描绘了物理开关591、592和集成功率检测器581、582的一般设置，但应了解，对正向和反向方向上的增益的测量和控制可涉及在微处理器585的控制下的切换，无论具有还是没有用于正向和反向方向的独立集成功率检测器。微处理器585充当用于测量和调整中继器502的功能的控制电路。也可能使用独立控制和处理器组件来完成对正向和反向方向的增益的测量和控制。

衰减调整程序

微处理器585可以任何方便方式使用以控制开环增益，且因此建立开环增益稳定性。根据一种技术，通过递增地调整衰减及确定增益和确定由于衰减的增量调整所产生的增益改变而实现对开环增益的调整。结果是以预定的增量改变RF增益。此使得微处理器585能够检测不稳定性阈值，且相应地控制放大器521或531。

图7是展示中继器702的示意性框图，其中通过衰减来实施自动调整。中继器702以类似于中继器202和602(图2和图6)的方式而起作用，且包括服务器天线704、服务器双工器706、施主双工器708和施主天线710。反向链路低噪声放大器721通过可变衰减器723将输出提供到反向链路功率放大器725。反向链路低噪声放大器721通过输入链路727连接到服务器双工器706，且反向链路功率放大器725通过输出链路728连接到施主双工器708。正向链路低噪声放大器731通过可变衰减器733将输出提供到正向链路功率放大器735。正向链路低噪声放大器731通过输入链路737连接到施主双工器708，且正向链路功率放大器735通过输出链路738连接到服务器双工器706。衰减器723和733响应于数字控制信号以通过衰减各自低噪声放大器721和731的输出来控制正向和反向链路中的增益。数字控制的衰减器的实例是Weinschel 4216-63衰减器。具有模拟控制的可变衰减器也是适用的。

在正向操作中，正向链路低噪声放大器731通过施主天线710和双工器708接收来自基站(未图示)的无线信号。信号由正向链路可变衰减器733衰减，且接着由正向链路功率放大器735放大。信号从正向功率放大器735传输到服务器天线704。服务器天线704将无线信号传输到WCD(未图示)。在反向操作中，服务器天线704接收通信信号，且通过双工器706将信号传输到反向链路低噪声放大器721。所述信号由反向链路可变衰减器723来衰减，且接着由反向链路功率放大器725来放大。反向链路功率放大器725将信号传输到施主天线710。

图7中也描绘了功率检测器781、782和微处理器785。功率检测器781、782包括功率传感器787和A/D转换器788。微处理器785使用来自功率检测器781、782的信号来确定增益，且通过使用衰减器电路723、733来控制中继器702的增益。微处理器根据如由功率检测器781、782所指示的增益来确定的所检测稳定性来作出放大器721、731的衰减调整。此有效地控制了放大器721、725的组合以及放大器731、735的组合的增益。通过使用独立衰减器723、733，响应于反向链路中所检测的条件来实现在正向链路中的功率控制。也可响应于经确定为不稳定的链路中的不稳定条件来调整正向和反向链路两者。通过调整正向链路两者，可实现增益的对称改变。

操作

图8是描绘用于检测不稳定性阈值的算法的流程图。图8的流程图中所描绘的算法可用于检测不稳定性阈值。

在开始之后(步骤801)，内部衰减器设置到最大衰减(步骤803)。进行功率检测器值的第一取样(步骤804)。衰减减小较小的增量(步骤805)，暂停(步骤811)足够长的时间以在每一衰减器设置处取得功率读数的预定取样组。

一种方法(安装方法)是将中继器的增益从其最小值(最大衰减器值)增加到最大增益或不稳定点(其首先实现)。

第二方法是在中继器处于服务中时通过查看中继器的标称操作点周围的小区域中的增益不稳定性来执行增益扰动。增量足够小以被认为是放大器输出的精细调整，但又足够大以使得可预期由于一个或一个以上样本序列系列而产生一系列增量步长。另外，增量足够小以避免不利地影响用户的服务质量(QoS)，至少在通过用户在线定期“频繁”执行调整的情况下。小增量的实例是一次1dB。选择增量的一种方法是确定在一范围内的增益改变，所述范围对应于预期存在于WCD的正常操作中的增益的改变。所述增量是精细调整且不可能不利地影响在线的任何用户的QoS。举例来说，预定取样组可能是每一衰减设置处的10个正向链路和10个反向链路功率读数。针对正向链路功率读数取得取样组(步骤813)，读取正向链路样本的平均值(步骤814)且计算正向链路的平均值的差异(步骤815)。类似地，针对反向链路功率读数取得取样组(步骤823)，读取反向链路样本的平均值(步骤824)且计算反向链路的平均值的差异(步骤825)。接着处理差异样本(步骤829)。这是对正向和反向链路两者的平均值的第一差异的计算和处理。

通过将差异与当前IIR输出进行比较(步骤841)，接着通过确定差异与IIR输出之间的差异是否大于预定阈值(步骤842)来执行处理(步骤829)。在实例中，阈值经在5dB处给出，但要求是所测量的增益步长大于扰动步长。如果差异大于IIR输出上方的预定阈值，那么认为衰减处于不稳定性阈值(步骤845)；否则，认为衰减小于不稳定性阈值(步骤846)。

所述序列可通过更新输出(步骤848)且从步骤805重复序列而继续到预定阈值(步骤845)。或者，所述序列可使增益达到预定阈值(步骤845)，且接着往回减小增益远离振荡条件。也可能在自动地提供中继器增益的周期性调整。因此由于条件在中继器外部或内部改变，所以中继器增益经自动调整。

功能操作

图9是展示用于测量信号放大器中的环路增益的过程900的流程图，所述信号放大器用以在通信系统中实施本发明。在开始(步骤901)之后，获得信号放大器的增益测量或获得信号放大器的增益测量(步骤903)。引入信号放大器的增益改变(步骤905)，且检测系统或环路增益的所得响应改变的振荡条件(步骤907)。使用系统或环路增益的增益测量的所得相应改变的振荡条件来确定增益稳定性(步骤908)。

图10是展示本发明的环路增益测量系统1000的功能操作的图。所描绘的是具有输入1004和输出1005的放大器1003。也描绘了引入增益改变单元1011、增益测量获得单元1013、振荡调节检测单元1015和增益稳定性确定单元1017。引入增益改变单元1011使增益在放大器1003中改变，此通常通过衰减或通过控制放大器中的可变增益电路来实现。增益测量获得单元1013基于所检测的功率和所引入的增益来检测放大器1003的增益。振荡调节检测单元1015使用所检测的增益来检测振荡条件。增益单元1011、增益测量获得单元1013、振荡调节检测单元1015和增益稳定性确定单元1017的各种功能可由微处理器或由独立单元来执行，且可集成到放大器1003的电路中。

额外变化

也可通过消除IIR过滤器和简单地将新的差异与先前值进行比较且留意上述预定阈值(例如5dB或更多)的步长改变来同时执行较不复杂的算法。此类似于图8中所描绘，除了IIR输出未用于比较以外。依据中继器操作所处的环境，没有过滤或其它类型(FIR、矩形波串法、简单平均)将是适当的。

也可通过抖动放大器增益或以较随机的方式衰减来实现结果。在进行过程中，选择放大器增益的范围，且使增益在该范围内抖动以确定每一改变是否导致开环不稳定性。

可能建立正向与反向链路中的开环不稳定性之间的关系，因为相对于开环反馈的大多数变量影响两个链路。此准许感测经确定为用以控制两个链路的关键链路的链路中的反馈。再次参看图5，如果正向521和反向531经调整使得放大器中的一者(例如，放大器521)相对于开放链路不稳定性最为关键，那么可能通过根据在一个链路(正向或反向链路)上所测量的参数来调整放大器521、531而控制开放链路不稳定性。只要开环不稳定性在最关键的链路上测量此便起作用，直到涉及开环不稳定性为止，且以协调的方式来控制两个放大器的衰减。在图5中，此通过使开关591、592处于一个链路的感测位置中但使用微处理器585来控制两个放大器521、531来实现。

所属领域的技术人员将了解，结合本文所揭示的实施例所描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清晰说明硬件与软件的此可互换性，上文已就其功能性大体上描述了各种说明性组件、块、模块、电路和算法。此功能性经实施为硬件还是软件取决于特定应用和强加在整个系统上的设计约束。所属领域的技术人员可针对每一特定应用以不同的方式来实施所述功能性，但此些实施决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。

结合本文所揭示的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路可由通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件、或经设计以执行本文所述功能的任何组合来实施或执行。通用处理器可为微处理器，但在替代实施例中，处理器可为任何常规处理器、微处理器或状态机。处理器也可被实施为计算装置的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、一个或一个以上微处理器结合DSP内核或任何其它此类配置。

结合本文所揭示的实施例而描述的方法或算法可直接包含在硬件、由微处理器执行的软件模块、或两者的组合中。软件模块可驻存在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除磁盘、CD-ROM或此项技术中已知的任何其它形式的存储媒体中。存储媒体可耦合到处理器，使得处理器可从存储媒体读取信息并向存储媒体写入信息。在替代实施例中，存储媒体可与处理器成一体。处理器和存储媒体可驻存在ASIC中。ASIC可驻存在用户终端中。在替代实施例中，处理器和存储媒体可作为离散组件驻存在用户终端中。

提供所揭示实施例的先前描述以使所属领域的技术人员能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将易于了解对这些实施例的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下适用于其它实施例。举例来说，可重新布置和/或组合一个或一个以上元件，或可添加额外元件。因此，并不希望本发明限于本文所示的实施例，而是赋予其与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广泛范围。

Claims (35)

1.一种用于测量通信系统中的环路增益的方法，所述方法包含：

获得信号放大器的增益测量；

将增益或输入功率的改变引入到所述信号放大器；

检测所述信号放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件；以及

使用所述信号放大器的增益测量的所述所得相应改变的所述振荡条件来确定增益稳定性。

2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含当所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益，使得所述所得相应改变的所述振荡条件在所述预定稳定性阈值内或所述所得相应改变降到所测量不稳定性阈值以下。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述所得相应增益改变超出所述所测量不稳定性阈值指示所述条件会导致振荡。

4.根据权利要求3所述的方法，其进一步包含通过实现对所述通信系统的信号路径的调整而响应于所述条件会导致振荡的指示，以减小开环增益且增加稳定性。

5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含通过以下方式来调整所述增益：以预定增量来重复调整所述增益，且在每一增量之后检测所述振荡条件直到所述所得相应改变达到所述预定不稳定性阈值或高于所测量不稳定性阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含通过以预定增量递增地减小增益而响应于所检测的振荡条件，直到所述所得相应改变在所述预定稳定性阈值内或低于所述所测量不稳定性阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含：

当环路增益的所述所得相应改变接近一(或0dB)时，引入增益或输入功率的负改变；以及

调整所述增益直到所述所得相应增益改变降到所测量不稳定性阈值以下。

8.根据权利要求1所述的方法，其中检测振荡条件包含：

检查所述放大器的输出以确定所述功率是增加还是减小对应于所述所得增益改变的相同量；以及

当所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益，使得所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值内。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将增益或输入功率的改变引入到所述放大器包含使连接到所述放大器的所述输入的衰减器的值充分抖动以产生可检测的功率改变；

其中检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件包含使用连接到所述放大器的功率检测器来测定功率改变的量；且

其中确定增益稳定性包含确定所述功率改变是否具有与所述抖动类似的比例，且在所述功率改变大于所述衰减器抖动的情况下，减小所述放大器增益以防止振荡。

10.一种测量包括放大器的信号路径中的环路增益的装置，所述装置包含：

输入装置，其与所述放大器的输入通信，其将增益或输入功率的改变引入到所述放大器；

检测器，其与所述放大器的输出通信，其获得所述放大器的增益测量；以及

控制电路，其与所述检测器通信，其检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件，且使用所述放大器的增益测量的所述所得相应改变的所述振荡条件来确定增益稳定性。

11.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制电路在所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益，使得所述所得相应改变的所述振荡条件在所述预定稳定性阈值内或所述所得相应改变的所述振荡条件降到所测量不稳定性阈值以下。

12.根据权利要求10所述的装置，其中：

所述所得相应增益改变超出所述所测量不稳定性阈值指示所述条件会导致振荡；以及

所述控制电路通过实现对所述信号放大器的调整而响应于所述条件会导致振荡的指示，以减小开环增益且增加稳定性。

13.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制电路通过以下方式来调整所述增益：以预定增量重复调整所述增益，且在每一增量之后检测所述振荡条件直到所述所得相应改变达到所述预定不稳定性阈值或高于所测量不稳定性阈值。

14.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制电路在环路增益的所述所得相应改变接近一(或0dB)时引入增益或输入功率的负改变；以及调整所述增益直到所述所得相应增益改变降到所测量不稳定性阈值以下。

15.根据权利要求10所述的装置，其中所述控制电路通过以下方式来检测振荡条件：检查所述放大器的输出以确定所述功率是增加还是减小对应于所述所得增益改变的相同量；以及在所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益，使得所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值内。

16.根据权利要求10所述的装置，其中所述输入装置通过使所述放大器的输入的值充分抖动以产生可检测的功率改变来将增益或输入功率的改变引入到所述放大器；且

其中所述控制电路检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件包含使用连接到所述放大器的功率检测器来测定功率改变的量，以及通过确定所述功率改变是否具有与所述抖动类似的比例来确定增益稳定性，且在所述功率改变大于所述衰减器抖动的情况下，减小所述放大器增益以防止振荡。

17.根据权利要求10所述的装置，其中所述输入装置包括衰减器。

18.根据权利要求10所述的装置，其中所述检测器包括功率检测器。

19.一种可由机器读取的程序存储装置，其确切地包含可由所述机器执行的指令程序以执行用于操作信号放大器的方法步骤，所述方法步骤包含：

获得所述信号放大器的增益测量；

将增益或输入功率的改变引入到所述信号放大器；

检测所述信号放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件；以及

使用所述信号放大器的增益测量的所述所得相应改变的所述振荡条件来确定增益稳定性。

20.根据权利要求19所述的计算机程序产品，所述方法步骤进一步包含当所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益，使得所述所得相应改变的所述振荡条件在所述预定稳定性阈值内或所述所得相应改变的所述振荡条件降到所测量不稳定性阈值以下。

21.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中所述所得相应增益改变超出所述所测量不稳定性阈值指示所述条件会导致振荡。

22.根据权利要求19所述的计算机程序产品，所述方法步骤进一步包含通过实现对所述信号放大器的调整而响应于所述条件会导致振荡的指示，以减小开环增益且增加稳定性。

23.根据权利要求19所述的计算机程序产品，所述方法步骤进一步包含通过以下方式来调整所述增益：以预定增量重复调整所述增益，且在每一增量之后检测所述振荡条件直到所述所得相应改变达到所述预定不稳定性阈值或高于所测量不稳定性阈值。

24.根据权利要求23所述的计算机程序产品，所述方法步骤进一步包含通过以预定增量递增地减小增益而响应于所检测的振荡条件，直到所述所得相应改变在所述预定稳定性阈值内或低于所述所测量不稳定性阈值。

25.根据权利要求19所述的计算机程序产品，所述方法步骤进一步包含：用于在环路增益的所述所得相应改变接近一(或0dB)时引入增益或输入功率的负改变的例行程序；以及

用于调整所述增益直到所述所得相应增益改变降到所测量不稳定性阈值以下的例行程序。

26.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中检测振荡条件包含：

检查所述放大器的输出以确定所述功率是增加还是减小对应于所述所得增益改变的相同量；以及

当所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益，使得所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值内。

27.根据权利要求19所述的计算机程序产品，其中将增益或输入功率的改变引入到所述放大器包含使连接到所述信号放大器的输入的衰减器的值充分抖动以产生可检测的功率改变；

其中检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件包含使用连接到所述信号放大器的功率检测器来测定功率改变的量；以及

其中确定增益稳定性包含确定所述功率改变是否具有与所述抖动类似的比例，且在所述功率改变大于所述衰减器抖动的情况下，减小所述放大器增益以防止振荡。

28.一种用于测量包括放大器的信号路径中的环路增益的系统，所述系统包含：

用于获得所述放大器的增益测量的装置；

用于将增益或输入功率的改变引入到所述放大器的装置；

用于检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件的装置；以及

用于使用所述放大器的增益测量的所述所得相应改变的所述振荡条件来确定增益稳定性的装置。

29.根据权利要求28所述的系统，其进一步包含用于在所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益以使得所述所得相应改变的所述振荡条件在所述预定稳定性阈值内或所述所得相应改变的所述振荡条件降到所测量不稳定性阈值以下的装置。

30.根据权利要求28所述的系统，其进一步包含用于通过实现对所述放大器的调整而响应于所述条件会导致振荡的指示以减小开环增益且增加稳定性的装置，其中所述所得相应增益改变超出所述所测量不稳定性阈值指示所述条件会导致振荡。

31.根据权利要求28所述的系统，其进一步包含用于通过以下方式来调整所述增益的装置：以预定增量重复调整所述增益，且在每一增量之后检测所述振荡条件直到所述所得相应改变达到所述预定不稳定性阈值或高于所测量不稳定性阈值。

32.根据权利要求31所述的系统，其进一步包含用于通过以预定增量递增地减小增益而响应于所检测的振荡条件直到所述所得相应改变在所述预定稳定性阈值内或低于所述所测量不稳定性阈值的装置。

33.根据权利要求28所述的系统，其进一步包含：

用于在环路增益的所述所得相应改变接近一(或0dB)时引入增益或输入功率的负改变的装置；以及

用于调整所述增益直到所述所得相应增益改变降到所测量不稳定性阈值以下的装置。

34.根据权利要求28所述的系统，其中所述用于检测振荡条件的装置包含：

用于检查所述放大器的输出以确定所述功率是增加还是减小对应于所述所得增益改变的相同量的装置；以及

用于当所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值外时调整所述增益以使得所述所得相应改变的所述振荡条件在预定稳定性阈值内的装置。

35.根据权利要求28所述的系统，其中所述用于将增益或输入功率的改变引入到所述放大器的装置包含用于使连接到所述放大器的输入的衰减器的值充分抖动以产生可检测的功率改变的装置；

其中所述用于检测所述放大器的增益测量的所得相应改变的振荡条件的装置包含用于使用连接到所述放大器的功率检测器来测定功率改变的量的装置；以及

其中所述用于确定增益稳定性的装置包含用于确定所述功率改变是否具有与所述抖动类似的比例且在所述功率改变大于所述衰减器抖动的情况下减小所述放大器增益以防止振荡的装置。

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