CN103633958A - Gsm时隙信号的功率控制方法与装置及数字直放站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GSM时隙信号的功率控制方法与装置，统计每个时隙的均值功率，从中找出最大均值功率，再通过查表法确定最大均值功率对应的衰减量，最后按照确定的衰减量对GSM时隙信号进行衰减。由于以时隙为对象来统计均值功率，本方法与装置可以很好的控制各种情况的时隙信号的功率，又由于采用了查表法，本方法与装置可以快速进行功率衰减，且本方法与装置可以用全数字方式来实现，调试修改简单快捷，又省去了模拟电路的硬件成本。在现有数字直放站的FPGA上增加相应的算法来实现上述装置，即得到本发明的数字直放站。

Description

GSM时隙信号的功率控制方法与装置及数字直放站

技术领域

本发明涉及功放技术领域，特别是涉及一种GSM(Global System for Mobilecommunication，全球移动通信系统)时隙信号的功率控制方法与装置及数字直放站。

背景技术

目前，公知的功率放大电路存在三个工作区域：截止区、放大区、饱和区。其工作模型可直接以输入信号大小x为自变量，输出功率大小y为应变量，放大倍数为β，对应的传输函数表达式为y=β*x。功放工作在截止区时，由于输入信号太小，信号被截断，功放不起放大作用，即β值为零；功放工作在放大区时，功放为线性放大状态，输出功率为输入功率的β倍，其中β值为一固定常数；功放工作在饱和区，虽然输出功率仍为输入功率的放大倍数关系，但该放大倍数β值不为常量，一般随输入信号的增大，放大倍数β值逐渐减小，由于输入饱和，功放的放大性能严重下降，严重时产生信号失真。

为了避免信号失真，理论设计的功率放大电路均需工作在线性放大区，即输入信号应满足一定大小范围，防止功放进入饱和区。现有的技术均采用在功率放大电路前级，增加模拟ALC(Automatic Level Control，自动增益控制)电路，以限制功放输入信号功率。该模拟ALC电路通常由功率检波电路、可变增益调整电路组成。其原理为通过功率检波电路检测功放输入信号功率，当输入信号大于所需功放线性放大区最大输入功率时，调整可变增益调整电路，设置相应衰减，以使功放输入信号功率低于门限值，当输入信号小于所需功放线性放大区最大输入功率时，不调整可变增益调整电路。这种方法，能对全时隙信号起到很好的功率控制作用，但对间隔时隙、单时隙信号控制能力较差，且对全时隙、间隔时隙、单时隙各自功率控制点不一致。

发明内容

本发明提出了一种GSM时隙信号的功率控制方法与装置及一种数字直放站，以完善对各种时隙信号的功率控制功能。

一种GSM时隙信号的功率控制方法，包括步骤：

计算GSM时隙信号的功率；

统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率；

比较单载波每个时隙的均值功率，确定最大均值功率；

查找功率与衰减量的映射关系表，确定所述最大均值功率对应的衰减量；

按照所述最大均值功率对应的衰减量，对GSM时隙信号进行衰减。

一种GSM时隙信号的功率控制装置，包括：

功率计算模块，用于计算GSM时隙信号的功率；

时隙均值功率统计模块，用于统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率；

时隙均值功率比较模块，用于比较单个载波每个时隙的均值功率，确定最大均值功率；

衰减量查表模块，用于查找功率与衰减量的映射关系表，确定所述最大均值功率对应的衰减量；

数字增益调整模块，用于按照所述最大均值功率对应的衰减量，对GSM时隙信号进行衰减。

一种数字直放站，包括依次相连的FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）、数/模变换器、混频器和功率放大器，所述FPGA包括数字处理单元和功率控制装置，所述功率控制装置连接在所述数字处理单元与所述数/模变换器之间，为权利要求5-9任一项所述的GSM时隙信号的功率控制装置。

本发明GSM时隙信号的功率控制方法与装置，统计每个时隙的均值功率，从中找出最大均值功率，再通过查表法确定最大均值功率对应的衰减量，最后按照确定的衰减量对GSM时隙信号进行衰减。由于以时隙为对象来统计均值功率，本方法与装置可以很好的控制各种情况的时隙信号的功率，又由于采用了查表法，本方法与装置可以快速进行功率衰减，且本方法与装置可以用全数字方式来实现，调试修改简单快捷，又省去了模拟电路的硬件成本。在现有数字直放站的FPGA上增加相应的算法来实现上述装置，即得到本发明的数字直放站，其有益效果不再赘述。

附图说明

图1为本发明GSM时隙信号的功率控制方法的流程示意图；

图2为本发明GSM时隙信号的功率控制装置的结构示意图；

图3为本发明GSM时隙信号的功率控制装置其中一个实施例的结构示意图；

图4为本发明数字直放站的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例详细解释本发明。

本发明GSM时隙信号的功率控制方法，如图1所示，包括步骤：

步骤S1、计算GSM时隙信号的功率；

步骤S2、统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率；

步骤S3、比较单载波每个时隙的均值功率，确定最大均值功率；

步骤S4、查找功率与衰减量的映射关系表，确定所述最大均值功率对应的衰减量；

步骤S5、按照所述最大均值功率对应的衰减量，对GSM时隙信号进行衰减。

GSM单载波由8个时隙组成，每个时隙长577us。本方法分别统计每个时隙的均值功率，并从中找出最大值作为单载波的最大均值功率，再查找找到对应的衰减量，从而对GSM时隙信号进行功率衰减。

为了减少运算量，可以将GSM时隙信号I路数据和Q路数据的平方和或模之和作为GSM时隙信号的功率。

由于无法判断单时隙开始与结束的时刻，优选地采用1/2时隙或1/4时隙均值功率统计法实现所述步骤统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率。

作为一个优选的实施例，所述功率与衰减量的映射关系表中，最大衰减量为-15.5dbm，衰减精度为0.1dbm或0.5dbm。

本发明GSM时隙信号的功率控制装置，如图2所示，包括：

功率计算模块，用于计算GSM时隙信号的功率；

时隙均值功率统计模块，用于统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率；

时隙均值功率比较模块，用于比较单个载波每个时隙的均值功率，确定最大均值功率；

衰减量查表模块，用于查找功率与衰减量的映射关系表，确定所述最大均值功率对应的衰减量；

数字增益调整模块，用于按照所述最大均值功率对应的衰减量，对GSM时隙信号进行衰减。

由以上描述及图2可知，功率计算模块、时隙均值功率统计模块、时隙均值功率比较模块、衰减量查表模块和数字增益调整模块依次相连构成了本装置。

作为一个优选的实施例，如图3所示，本装置还包括最大时隙均值功率输出模块和时隙计数模块。其中，最大时隙均值功率输出模块用于保存所述最大均值功率，并输出至所述衰减量查表模块；时隙计数模块，用于在所述时隙均值功率比较模块完成单载波8个时隙的均值功率比较后，对所述时隙均值功率比较模块的数据清零，并更新所述最大时隙均值功率输出模块保存的所述最大均值功率。

GSM数字复信号x的表达式为x=I+Q*j，数字功率值P表达式为P^2=I^2+Q^2，由于后级采用查表计算方法，为降低计算量，功率计算模块可以仅对I路数据和Q路数据求平方和，而不做开方运算，即取计算功率值的平方为功率值。或采用|I|+|Q|等效为功率值P，只做数据取模求和运算，减少算法占用资源。

时隙均值功率统计模块无法准确判断单时隙的开始和结束，只能随机默认时隙开始，统计相应时长，做为该时隙功率均值，这样如果直接对单时隙577us计算平均功率，由于计算认为的单时隙周期窗口与实际信号单时隙周期窗口不完全重合，计算统计的时隙周期窗口就会包含上一时隙功率和本时隙功率，当实际信号只有一个时隙有功率时，显然取其求平均并不能准确的反应该时隙的均值功率，这里可以采用1/2时隙或1/4时隙均值功率统计的方法。以1/2时隙均值功率统计方法为例，将GSM单载波8时隙信号均分为16分，即每次只统计1/2时隙均值作为该时隙的均值功率，这样当上述现象发生时，虽然本次统计该时隙均值功率存在较大误差，但其后一个1/2时隙均值功率能准确反应该时隙均值功率，从而降低统计误差。

时隙均值功率比较模块，对单载波8个时隙的均值功率进行统计比较，找出其中最大的单时隙均值功率值。以1/2时隙均值功率统计方法为例，为找出单载波8时隙最大的均值时隙功率，以16次比较为一周期，每个比较周期完成后找出其中最大的单时隙功率值，并输出给后级模块。

最大时隙均值功率输出模块，完成每个比较周期产生的最大均值功率输出，主要起数据缓冲作用。

时隙计数模块，控制完成每个比较周期后，对时隙均值比较模块数据清零，并更新最大时隙均值功率输出模块。

衰减量查表模块，完成最大均值功率与所需衰减的一一映射关系转换，这里可根据实际指标需求确定衰减值精度，通常以0.5dbm或0.1dbm为精度值，表长深度以所需控制的范围为参考。由于数字信号处理为获得较好数字量化性能，链路均满足数值最大化要求，这样通常衰减查表表长范围以15.5dbm可控即可满足实际设计需求，即最大衰减量为-15.5dbm，这样如果以0.5dbm为精度值，则表长为31；以0.1dbm精度值，则表长为156。

衰减量查表模块可以采用逻辑判断方法，即首先将起控功率值按数值大小顺序排成数据表，每相邻两个数据之间为一个衰减区间，对应一个衰减值，统计得到的最大时隙平均功率值，分别与各个区间比较，判断落于那个功率区间，从而得到对应衰减值控制增益数字调整模块。

衰减量查表模块还可以采用按地址读取方法，即首先将衰减量按大小顺序存入一个只读ROM（Read-Only Memory，只读内存）中，只读ROM的数据地址对应功率值大小，统计得到的最大均值功率作为只读ROM的寻址地址，读取相应地址空间的ROM数据即衰减值控制增益数字调整模块。

作为一个优选的实施例，衰减量查表模块采用多张数据表监控控制选择模式，每张数据表对应一个最大输出均值功率等级。即对不同输出功率等级需求，可通过监控配置选择，满足不同功率功放输入功率要求。

数字增益调整模块，实际上完成的是对输入数字信号经相应衰减量衰减后输出。

为了克服模拟ALC电路的缺陷，本装置可以采用全数字方式实现。具体地可以通过在数字主芯片FPGA内增加相应算法模块，即可省去功放模拟ALC电路，实现数字输出的最大均值功率控制。

本发明数字直放站，如图4所示，包括依次相连的FPGA、数/模变换器、混频器和功率放大器，所述FPGA包括数字处理单元和功率控制装置，所述功率控制装置连接在所述数字处理单元与所述数/模变换器之间，与上述GSM时隙信号的功率控制装置具有同样的特征。主芯片FPGA的数字处理单元输出复数信号给功率控制装置，功率控制装置完成限功率控制，限功率输出信号由数/模转换器将数字信号转变为模拟中频信号，再经模拟混频器上变频至射频信号，射频信号经功率放大器，放大输出后由天线发射出去。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种GSM时隙信号的功率控制方法，其特征在于，包括步骤：

计算GSM时隙信号的功率；

统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率；

比较单载波每个时隙的均值功率，确定最大均值功率；

查找功率与衰减量的映射关系表，确定所述最大均值功率对应的衰减量；

按照所述最大均值功率对应的衰减量，对GSM时隙信号进行衰减。

2.根据权利要求1所述的GSM时隙信号的功率控制方法，其特征在于，将GSM时隙信号I路数据和Q路数据的平方和或模之和作为GSM时隙信号的功率。

3.根据权利要求1或2所述的GSM时隙信号的功率控制方法，其特征在于，采用1/2时隙或1/4时隙均值功率统计法实现所述步骤统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率。

4.根据权利要求1或2所述的GSM时隙信号的功率控制方法，其特征在于，所述功率与衰减量的映射关系表中，最大衰减量为-15.5dbm，衰减精度为0.1dbm或0.5dbm。

5.一种GSM时隙信号的功率控制装置，其特征在于，包括：

功率计算模块，用于计算GSM时隙信号的功率；

时隙均值功率统计模块，用于统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率；

时隙均值功率比较模块，用于比较单个载波每个时隙的均值功率，确定最大均值功率；

衰减量查表模块，用于查找功率与衰减量的映射关系表，确定所述最大均值功率对应的衰减量；

数字增益调整模块，用于按照所述最大均值功率对应的衰减量，对GSM时隙信号进行衰减。

6.根据权利要求5所述的GSM时隙信号的功率控制装置，其特征在于，

还包括最大时隙均值功率输出模块，用于保存所述最大均值功率，并输出至所述衰减量查表模块；

还包括时隙计数模块，用于在所述时隙均值功率比较模块完成单载波8个时隙的均值功率比较后，对所述时隙均值功率比较模块的数据清零，并更新所述最大时隙均值功率输出模块保存的所述最大均值功率。

7.根据权利要求5或6所述的GSM时隙信号的功率控制装置，其特征在于，所述功率计算模块用于将GSM时隙信号I路数据和Q路数据的平方和或模之和作为GSM时隙信号的功率。

8.根据权利要求5或6所述的GSM时隙信号的功率控制装置，其特征在于，所述时隙均值功率统计模块采用1/2时隙或1/4时隙均值功率统计法实现所述步骤统计GSM时隙信号每个时隙的均值功率。

9.根据权利要求5或6所述的GSM时隙信号的功率控制装置，其特征在于，所述功率与衰减量的映射关系表中，最大衰减量为-15.5dbm，衰减精度为0.1dbm或0.5dbm。

10.一种数字直放站，其特征在于，包括依次相连的FPGA、数/模变换器、混频器和功率放大器，所述FPGA包括数字处理单元和功率控制装置，所述功率控制装置连接在所述数字处理单元与所述数/模变换器之间，为权利要求5-9任一项所述的GSM时隙信号的功率控制装置。

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