CN101409911A - 一种phs手机及其发射功率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PHS手机,包括天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片、存储器和外围设备。所述的天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片顺次相连,所述的基带芯片还与所述的存储器、外围设备分别相连。本发明还公开了一种PHS手机的发射功率控制方法。该PHS手机能够根据接收信号的强度范围,时时调整PHS手机的发射功率。在弱信号区域增加PHS手机的发射功率,在较强信号区域减少PHS手机的发射功率。
Description
技术领域
本发明涉及PHS(Personal Handyphone System,个人手持电话系统)系统的功率控制技术,特别是一种PHS手机及其发射功率控制方法,该PHS手机能够根据接收信号强度自动调整发射功率。
背景技术
PHS系统采用微蜂窝通信技术,在发展初期,大多采用发射功率为10mW、20mW的小功率基站,由于基站覆盖范围小,PHS手机容易出现不同基站间频繁切换现象,在越区切换时,更易出现切换时间较长和掉话现象,严重影响到通话质量。为了克服上述缺陷,后来开始采用发射功率为200mW和500mW的大功率基站,扩大了基站的覆盖范围,改善了通话质量。但与此同时也出现了上下行链路不平衡的问题。提高基站的发射功率大大增强了下行链路的性能,与此同时随着新技术、新工艺的应用,PHS手机的接收灵敏度也有了较大的提高,进一步增强了下行链路的能力。但是上行链路的性能并没有大的改善,PHS手机的发射功率还是只有10mw,虽然基站的接收灵敏度也有所提高,但是相对于下行链路来说,上行链路的性能还是略显不足。因此在一些小区的边缘往往会出现由于上行链路不足而引起的单通、通话断续、掉话、通话音质差等问题,甚至会出现有信号而打不通电话的尴尬局面。
另一方面,由于目前的PHS手机的发射功率一般是10mW,在整个通话过程中是固定不变的。当PHS手机距离基站很近,信号很强的时候,10mW的发射功率显然是偏大了,不仅容易对其他用户产生干扰,而且增加了PHS手机不必要的功耗,白白浪费了电池电量。
发明内容
为克服上述已有技术的不足,本发明要解决的技术问题是提供一种PHS手机及其发射功率控制方法,该PHS手机能够根据接收信号的强度范围,时时调整PHS手机的发射功率。在弱信号区域增加PHS手机的发射功率,在较强信号区域减少PHS手机的发射功率。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种PHS手机,包括天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片、存储器和外围设备。
所述的天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片顺次相连,所述的基带芯片还与所述的存储器、外围设备分别相连,
来自天线的接收信号经过所述的前端滤波器和天线开关进入到射频收发芯片,经过射频收发芯片的下变频、滤波、放大处理后输出给基带芯片;来自基带芯片的发射信号经过所述的射频收发芯片的滤波、上变频、放大处理后输出给射频功率放大器,最后经过天线开关和前端滤波器从天线发射出去。
所述的基带芯片可以采用Marvell公司的88MC860。
所述的射频收发芯片可以采用RDA公司的RDA5206A。
所述的射频功率放大器和天线开关可以采用RDA公司的RDA5215,其增益是35dB,线性输出功率达到23dBm。
一种如上述PHS手机的发射功率控制方法,包括以下步骤:
步骤30,当PHS手机开始通话后,射频收发芯片每隔一个时间段产生一个表示接收信号强弱的RSSI模拟电压值给基带芯片进行进一步的AD采样和平滑处理,进入步骤31;
步骤31,基带芯片判断RSSI值是否小于门限范围的下限值L,如果小于下限值L,则表示当前正处于弱信号区域,进入步骤32,否则进入步骤34;
步骤32,基带芯片判断当前手机状态是否处于小功率发射状态,如果当前状态正处于小功率发射状态,则进入步骤33;否则,进入步骤37;
步骤33,基带芯片将大功率等级对应的AGC2值通过三线串行控制信号写入到射频收发芯片内,射频收发芯片根据AGC2值相应地增加输出功率,补偿上行链路的不足,返回到步骤30;
步骤34,基带芯片进一步对RSSI值进行判断,如果RSSI值大于门限范围的上限值H,则表示当前正处于较强信号区域,进入步骤35;否则,进入步骤37;
步骤35,基带芯片判断当前手机状态是否处于大功率发射状态,如果当前状态正处于大功率发射状态,则进入步骤36;否则,进入步骤37;
步骤36,基带芯片将小功率等级对应的AGC1值通过三线串行控制信号写入到射频收发芯片内,射频收发芯片根据AGC1值相应地减小输出功率,返回到步骤30;
步骤37,保持发射状态不变,返回到步骤30。
所述的PHS手机具备发射小功率等级和大功率等级两个功率等级的能力,小功率等级的发射功率小于10mW,大功率等级的发射功率大于10mW。
所述的两个AGC值分别对应两个发射功率等级,小功率等级采用AGC1,其对应的发射功率为8mW;大功率等级采用AGC2,其对应的发射功率为12mW。
所述的下限值L和上限值H相差5dB。
下限值L设为36dBuV,上限值H设为41dBuV。
步骤30中所述时间段是5毫秒。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
针对PHS通信系统目前存在的上下行链路不平衡的问题,以及PHS手机无法根据接收信号强弱时时调整发射功率的问题,本发明从PHS通信系统中的移动终端入手,提出了一种能够根据检测到的接收信号强度RSSI值,时时调整发射功率的PHS手机及其发射功率控制方法。
本发明所用的PHS手机不同于目前普通的PHS手机,在硬件电路上具备发射小功率等级和大功率等级两个功率等级的能力。本发明是一种开环功率控制方法,在PHS手机通话过程中,根据PHS手机的RSSI(Received Signal Strength Indication:接收信号强度指示)值,时时调整PHS手机的发射功率,当PHS手机进入弱信号区域时增加发射功率,当PHS手机进入较强信号区域时减小发射功率。
(1)PHS手机在通话过程中,会根据检测到的接收信号强度RSSI值,时时调整PHS手机的发射功率。而普通的PHS手机在通话过程中发射功率是固定不变的。
(2)本发明采用两个发射功率等级,控制起来简单有效。小功率等级的发射功率小于10mW,在较强信号区域采用小功率等级,可以有效降低功耗,减小对其他用户的干扰,而不影响通话质量。大功率等级的发射功率大于10mW,在弱信号区域采用大功率等级,以弥补上行链路的不足,在一定程度上解决了现有PHS通信系统上下行链路不平衡的问题。
附图说明
图1是本发明PHS手机的硬件电路原理框图;
图2是本发明PHS手机的五个功能模块示意图;
图3是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明,但不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示,本发明PHS手机,包括天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片、存储器和外围设备。所述的天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片顺次相连,所述的基带芯片还与所述的存储器、外围设备分别相连。
来自天线的接收信号经过前端滤波器和天线开关进入到射频收发芯片,经过射频收发芯片的下变频、滤波、放大等处理后输出给基带芯片进一步处理,其中包括接收信号强度RSSI值。来自基带的发射信号经过射频收发芯片的滤波、上变频、放大等处理后输出给射频功率放大器进一步放大,最后经过天线开关和前端滤波器从天线发射出去。由于该射频功率放大器具有较大的增益和较大的线性输出功率,使得该PHS手机能够以大于10mW的功率发射,加上该射频收发芯片的输出功率是-60dBm~-5dBm,该可调范围较大,使得该PHS手机具备以小功率等级和大功率等级发射的能力,而射频收发芯片的输出功率可以由基带芯片通过三线串行控制信号进行时时的调整,从而实现根据接收信号强度RSSI值时时调整PHS手机的发射功率。
基带芯片采用Marvell公司的88MC860,射频收发芯片采用RDA公司的RDA5206A,射频功率放大器和天线开关采用RDA公司的RDA5215,它是两个功能电路集成在一起的放大模块,其增益是35dB,线性输出功率可以达到23dBm。
图1中的射频收发芯片根据接收到的来自天线的信号经过处理后给出接收信号强度RSSI值,这是一个模拟电压,RSSI值大表示接收信号强度较强,RSSI值小表示接收信号强度较弱。PHS系统是以时分多址/时分双工(Time Division MultipleAccess/Time Division Duplex,简称TDMA/TDD)的方式工作的,每5毫秒为一帧,每帧分成8个时隙,一般每个用户占用其中的一个发射时隙和一个接收时隙。这样,在通话过程中,射频收发芯片是每隔5毫秒接收一个时隙,每个时隙为5/8毫秒,在每个接收时隙产生一个连续的RSSI模拟电压值给基带芯片。目前的PHS射频收发芯片一般都会提供这样的RSSI值。
图1中的基带芯片对来自射频收发芯片的RSSI模拟电压进行AD采样和平滑处理,然后与存储器中的RSSI门限范围值进行比较,决定是大功率发射还是小功率发射。基带芯片根据RSSI门限判决结果,调用存储器中相应的AGC(Automatic GainControl:自动增益控制)值,并通过三线串行控制信号将AGC值写到射频收发芯片的发射增益控制寄存器中,射频收发芯片根据AGC值调整其内部的可变增益放大器和混频器的增益,输出相应的发射功率并输入到后面级联的射频功率放大器内,经射频功率放大器放大后从天线发射出去。
图1中射频功率放大器必须具备输出大功率的能力,并且在大功率发射时各项发射指标仍满足规范要求。本发明采用的RDA5215射频功率放大集成模块,其增益是35dB,在其线性工作范围内增益是固定不变的,是通过改变其输入功率来改变其输出功率的。RDA5215线性输出功率可以达到23dBm,前端滤波器的损耗约1dB,这样到达天线的峰值发射功率可以达到22dBm(约160mW)。按照PHS的TDMA/TDD的工作方式,最大平均发射功率可以达到20mW(160mW/8),而目前一般的PHS手机平均发射功率为10mW。
图1中的存储器存放着与功率控制相关的四个参数,其中两个是RSSI门限范围值,另外两个是控制发射功率的AGC值。
上述这些硬件电路可分为五个功能模块,如图2所示,分别是:接收信号强度RSSI值检测模块;接收信号强度RSSI值处理判决模块;发射通道增益控制模块;射频功率放大模块;存储模块。本发明就是将这五个功能模块有机的结合起来,在PHS手机通话过程中,根据PHS手机接收信号的强度范围,时时调整PHS手机的发射功率,实现自动开环功率控制。其中,接收信号强度RSSI值检测模块包括射频收发芯片;接收信号强度RSSI值处理判决模块包括基带芯片;发射通道增益控制模块包括基带芯片、射频收发芯片;射频功率放大模块包括射频功率放大器。
PHS手机要准确得知接收信号的强度范围,并实现准确的功率控制,射频参数的校准是必不可少。首先,要准确得知接收信号的强度范围必须对RSSI值进行校准,其校准过程与普通的PHS手机并没有什么区别,通过校准可以将接收信号强度和RSSI值建立一一对应关系,这样在使用过程中,就可以根据RSSI值准确判断接收信号的强度。其次,要准确发射所需的功率必须对AGC值进行校准。普通的PHS手机只有一个AGC值,其对应的发射功率一般为10mW。本发明采用两个AGC值分别对应两个发射功率等级,小功率等级采用AGC1,其对应的发射功率为8mW。大功率等级采用AGC2,其对应的发射功率为12mW。校准的时候两个AGC值必须分别校准,分别保存在两个寄存器中。每个PHS手机在生产时都会对两个发射功率等级进行校准。
RSSI门限范围的设定也是很关键的。RSSI门限范围包括下限值L和上限值H两个值。当检测到的RSSI值小于下限值L时,PHS手机就切换到大功率发射状态;当RSSI值大于上限值H时,PHS手机就切换到小功率发射状态。RSSI门限范围的下限值L不能取的太小,如果下限值L太小,PHS手机还没有切换到大功率发射状态,通话质量已经由于上行链路的不足而严重恶化,甚至掉话。RSSI门限范围的上限值H不能取的太大,如果上限值H太大,PHS手机在大部分时间都会处于大功率发射状态,甚至在强信号区域还处于大功率发射状态,这样不仅增加PHS手机的功耗,而且会增加对其他用户的干扰,而自身的通话质量没有任何改善。另外,RSSI门限的下限值L和上限值H的差值,即门限的范围也很重要。由于空中的PHS信号往往变化很快,变化很大,这样PHS手机的接收信号强度RSSI值有可能在门限范围附近来回频繁变化,如果RSSI的门限范围取值不当,会造成PHS手机在大功率发射状态和小功率发射状态之间频繁地切换。为避免这种乒乓效应,下限值L和上限值H一般相差5dB。下限值L一般设为36dBuV,上限值H一般设为41dBuV。
有了以上几个关键的参数,就可以在通话过程中对PHS手机进行自动的、准确的、时时的功率控制了。
如图3所示,本发明PHS手机的发射功率控制方法,包括以下步骤:
步骤30,PHS手机开始通话后,射频收发芯片会在每个接收时隙时时检测PHS手机的接收信号强度RSSI值,即每隔5毫秒产生一个表示接收信号强弱的RSSI模拟电压值给基带芯片进行进一步的AD采样和平滑处理,进入步骤31;
步骤31,基带芯片判断RSSI值是否小于门限范围的下限值L,如果小于下限值L,则表示当前正处于弱信号区域,进入步骤32,否则进入步骤34;
步骤32,基带芯片判断当前手机状态是否处于小功率发射状态,如果当前状态正处于小功率发射状态,则进入步骤33;否则,进入步骤37;
步骤33,基带芯片将大功率等级对应的AGC2值通过三线串行控制信号写入到射频收发芯片内的发射增益控制寄存器中,射频收发芯片根据AGC2值相应地提高其内部的可变增益放大器和混频器的增益从而增加输出功率,后面级联的射频功率放大器增益不变,输出功率相应增加,最后从天线发射出去的功率也得到相应的增加,从而可以补偿上行链路的不足,返回到步骤30;
这里的AGC1和AGC2每个主板都是不一样的,是生产线校准后得到的。比如,小功率等级采用8mW,大功率等级采用12mW,对应的AGC1可能是10200,AGC2可能是10400,不同的主板相同的AGC值对应的发射功率差别很大的。关键不是AGC的值,而是校准时设定的两个功率等级8mW和12mW。所以要增加输出功率时,就调用AGC2,功率就从8mW增加到12mW,减小时就调用AGC1,功率就从12mW减小到8mW。
只要将AGC值写入到射频收发芯片内,输出功率自动就改变,不用做什么操作。想发大功率就写AGC2,想发小功率就写AGC1,其正确性由校准保证。
步骤34,基带芯片进一步对RSSI值进行判断,如果RSSI值大于门限范围的上限值H,则表示当前正处于较强信号区域,进入步骤35;否则,进入步骤37;
步骤35,基带芯片判断当前手机状态是否处于大功率发射状态,如果当前状态正处于大功率发射状态,则进入步骤36;否则,进入步骤37;
步骤36,基带芯片将小功率等级对应的AGC1值通过三线串行控制信号写入到射频收发芯片内的发射增益控制寄存器中,射频收发芯片根据AGC1值相应地减小其内部的可变增益放大器和混频器的增益从而减小输出功率,后面级联的射频功率放大器增益不变,输出功率相应减小,最后从天线发射出去的功率也相应地减小了,从而可以降低功耗,减小干扰,返回到步骤30;
步骤37,保持发射状态不变,返回到步骤30。
本发明PHS手机具备发射小功率等级和大功率等级两个功率等级的能力,小功率等级的发射功率小于10mW,大功率等级的发射功率大于10mW。
本发明方法采用的RSSI门限范围,既能保证在上行链路性能明显下降前增加PHS手机的发射功率,以弥补上行链路的不足,又能在较强信号区域以小功率等级发射,以减少功耗和干扰。而且RSSI门限范围的上限值和下限值的取值必须能够防止PHS手机在大功率等级和小功率等级之间频繁切换。
本发明是一种开环功率控制方法,在PHS手机通话过程中,根据PHS手机的接收信号强度RSSI值,时时调整PHS手机的发射功率,当PHS手机进入弱信号区域时增加PHS手机的发射功率,以补偿上行链路的不足;当PHS手机进入较强信号区时减小PHS手机的发射功率,以减低功耗,减少干扰。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰,都应为本发明的技术范畴。
Claims (9)
1、一种PHS手机,包括天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片、存储器和外围设备,
其特征在于所述的天线、前端滤波器、天线开关、射频功率放大器、射频收发芯片、基带芯片顺次相连,所述的基带芯片还与所述的存储器、外围设备分别相连,来自天线的接收信号经过所述的前端滤波器和天线开关进入到射频收发芯片,经过射频收发芯片的下变频、滤波、放大处理后输出给基带芯片;来自基带芯片的发射信号经过所述的射频收发芯片的滤波、上变频、放大处理后输出给射频功率放大器,最后经过天线开关和前端滤波器从天线发射出去。
2、根据权利要求1所述的PHS手机,其特征在于所述的基带芯片采用Marvell公司的88MC860。
3、根据权利要求1所述的PHS手机,其特征在于所述的射频收发芯片采用RDA公司的RDA5206A。
4、根据权利要求1所述的PHS手机,其特征在于所述的射频功率放大器和天线开关采用RDA公司的RDA5215,其增益是35dB,线性输出功率达到23dBm。
5、一种如权利要求1~4所述的PHS手机的发射功率控制方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤30,当PHS手机开始通话后,射频收发芯片每隔一个时间段产生一个表示接收信号强弱的RSSI模拟电压值给基带芯片进行进一步的AD采样和平滑处理,进入步骤31;
步骤31,基带芯片判断RSSI值是否小于门限范围的下限值L,如果小于下限值L,则表示当前正处于弱信号区域,进入步骤32,否则进入步骤34;
步骤32,基带芯片判断当前手机状态是否处于小功率发射状态,如果当前状态正处于小功率发射状态,则进入步骤33;否则,进入步骤37;
步骤33,基带芯片将大功率等级对应的AGC2值通过三线串行控制信号写入到射频收发芯片内,射频收发芯片根据AGC2值相应地增加输出功率,补偿上行链路的不足,返回到步骤30;
步骤34,基带芯片进一步对RSSI值进行判断,如果RSSI值大于门限范围的上限值H,则表示当前正处于较强信号区域,进入步骤35;否则,进入步骤37;
步骤35,基带芯片判断当前手机状态是否处于大功率发射状态,如果当前状态正处于大功率发射状态,则进入步骤36;否则,进入步骤37;
步骤36,基带芯片将小功率等级对应的AGC1值通过三线串行控制信号写入到射频收发芯片内,射频收发芯片根据AGC1值相应地减小输出功率,返回到步骤30;
步骤37,保持发射状态不变,返回到步骤30。
6、根据权利要求5所述的发射功率控制方法,其特征在于所述的PHS手机具备发射小功率等级和大功率等级两个功率等级的能力,小功率等级的发射功率小于10mW,大功率等级的发射功率大于10mW。
7、根据权利要求5所述的发射功率控制方法,其特征在于所述的两个AGC值分别对应两个发射功率等级,小功率等级采用AGC1,其对应的发射功率为8mW;大功率等级采用AGC2,其对应的发射功率为12mW。
8、根据权利要求5所述的发射功率控制方法,其特征在于所述的下限值L和上限值H相差5dB。
9、根据权利要求5或8所述的发射功率控制方法,其特征在于下限值L设为36dBuV,上限值H设为41dBuV。
10、根据权利要求5所述的发射功率控制方法,其特征在于步骤30中所述时间段是5毫秒。
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