CN103686979A - Gsm 系统、数字gsm 时隙信号的均值功率自动控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，包括：将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号的增益控制模块、对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号的时隙同步模块、计算所述输出信号每个时隙的平均功率的时隙功率检测模块、将所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值的增益计算模块；对应地还提供了一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法和一种GSM系统。本发明解决了传统GSM系统信号均值功率检测精度低的问题，并且均值功率的检测速度非常快，均值功率自动控制的起控精度非常高。

Description

GSM 系统、数字GSM 时隙信号的均值功率自动控制装置和方法

技术领域

本发明涉及移动通信的信号处理领域，特别是涉及一种数字GSM（GlobalSystem for Mobile Communications全球移动通信系统）时隙信号的均值功率自动控制装置、一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法以及一种GSM系统。

背景技术

在现有的数字通信系统的发射端，特别是一些中继设备（如RRU或者直放站）的发射端，为了控制设备的最大输出平均功率，往往在发射链路增加了模拟ALC（Automatic Level Control，自动电平控制）电路，可确保最大输出平均功率是可控的，同时也要求ALC电路在深起控的条件下也能正常工作。但传统的模拟ALC电路具有精度差、一致性差、温度特性差、无法准确控制时隙信号等缺点。为此，目前普遍采用了数字均值ALC的方法，相比模拟ALC电路，其精度有较大提高，而且不受外界条件的干扰，同时具有应用灵活等特点。图1是目前普遍采用的数字均值ALC的电路原理，它利用FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）进行信号的平均功率检测，根据平均功率检测结果对数字ATT芯片进行控制，通过控制最大的射频输入功率来控制最大的射频输出功率。

上述的数字均值ALC，该方法对输入数字基带信号直接进行平均功率检测，无法反映真实GSM信号的时隙平均功率；因为对于GSM信号来说，由于帧结构是时分复用的，每个时隙的平均功率不同，按照此方法，如图2所示，随机选取一段时间进行信号平均功率统计，往往不能代表实际的GSM信号每个时隙的平均功率，功率检测的误差较大。如果以此来进行数字均值ALC的控制，将导致信号的时隙平均功率被控制到一个错误的功率点上，功率检测精度较低。

发明内容

基于此，本发明提供一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置和方法，以及一种GSM系统，解决了传统GSM系统信号均值功率检测精度低的问题，并且均值功率的检测速度非常快，均值功率自动控制的起控精度非常高。

一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，包括：增益控制模块、时隙同步模块、时隙功率检测模块和增益计算模块；

所述增益控制模块用于将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号，同时将所述输出信号反馈至所述时隙功率检测模块；

所述时隙同步模块用于对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号，并将所述时隙同步信号输出至所述时隙功率检测模块；

所述时隙功率检测模块用于根据从所述时隙同步模块输入的所述时隙同步信号，计算从所述增益控制模块输入的所述输出信号每个时隙的平均功率，并将所述平均功率输出至所述增益计算模块；

所述增益计算模块，用于将从所述时隙功率检测模块输入的所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值，并将得到的增益值输出至所述增益控制模块。

一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法，包括如下步骤：

将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号；

对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号；

根据所述时隙同步信号，计算所述输出信号每个时隙的平均功率；

将所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定与所述输入信号相乘的增益值。

一种GSM系统，包括位于信号主链路上的均值功率自动控制装置，所述均值功率自动控制装置包括：增益控制模块、时隙同步模块、时隙功率检测模块和增益计算模块；

所述增益控制模块用于将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号，同时将所述输出信号反馈至所述时隙功率检测模块；

所述时隙同步模块用于对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号，并将所述时隙同步信号输出至所述时隙功率检测模块；

所述时隙功率检测模块用于根据从所述时隙同步模块输入的所述时隙同步信号，计算从所述增益控制模块输入的所述输出信号每个时隙的平均功率，并将所述平均功率输出至所述增益计算模块；

所述增益计算模块，用于将从所述时隙功率检测模块输入的所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值，并将得到的增益值输出至所述增益控制模块。

本发明GSM系统、数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置和方法，对GSM系统的输入信号进行时隙同步，产生时隙同步信号；在时隙同步信号的指示下，能准确的检测出输入信号每个时隙的平均功率，解决了传统GSM系统信号均值功率检测精度低的问题；另外，本发明通过时隙同步生成输入信号的时隙同步信号，时隙平均功率检测的精度和速度比传统的方法更加快速；由于功率检测的速度加快，因此ALC的起控速度比传统的方法更快速。

附图说明

图1为传统的数字均值ALC的电路原理图。

图2为GSM信号帧结构图。

图3为本发明数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置在一实施例中的结构示意图。

图4为本发明数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置在一实施例中时隙平均功率的计算示意图。

图5为本发明GSM系统在一实施例中的结构示意图。

图6为本发明数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法在一实施例中的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一：

如图3所示，是本发明数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置在一实施例中的结构示意图，包括增益控制模块301、时隙同步模块302、时隙功率检测模块303和增益计算模块304；

所述增益控制模块301用于将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号，同时将所述输出信号反馈至所述时隙功率检测模块303；

在一较佳实施例中，可将输入信号I_in/Q_in与当前生效的增益值Gain相乘，转换为输出信号I_out/Q_out后输出；同时将得到的输出信号I_out/Q_out再反馈至输出时隙功率检测模块303。

所述时隙同步模块302用于对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号，并将所述时隙同步信号输出至所述时隙功率检测模块303；

在一较佳实施例中，可将信号I_in/Q_in输入到时隙同步模块302中，对输入信号进行时隙同步，在本实施例中，可采用公知的方法产生所述时隙同步信号，其中优选采用软件无线电技术进行时隙同步的方法，其生成的时隙同步信号精确度较高，具体过程在此不予赘述；再将生成的所述时隙同步信号输出至时隙功率检测模块303。

所述时隙功率检测模块303用于根据从所述时隙同步模块302输入的所述时隙同步信号，计算从所述增益控制模块301输入的所述输出信号每个时隙的平均功率，并将所述平均功率输出至所述增益计算模块304；

在一较佳实施例中，所述时隙功率检测模块303，具体用于：

计算所述输出信号每个时隙的平均功率，计算方法为：

其中，P_out为所述平均功率，N为采样点个数，x_i为第i个采样点的幅度值；

上述实时检测信号每个时隙平均功率的原理为：在时隙同步信号的指示下，连续计算N个信号采样点的平均功率，即为时隙平均功率；

其中，N的取值根据功率检测的精度要求而定；N的取值越接近于1个GSM时隙信号的宽度，则平均功率检测值越准确，其平均功率的检测精度就能达到较高的水平，反之则越不准确；由于GSM信号1个时隙内的平均功率是稳定的，N值越小，功率检测的速度就越快；可根据实际需要设定N值；

图4所示，是GSM信号一个基本帧中时隙平均功率的计算示意图，GSM移动通信系统采用的是时分复用技术，每一个基本帧包括8个时隙，而这8个时隙不一定都有信号；从图4中可看到，在获得时隙同步信号后，即可在时隙同步信号的指示下，对含有信号的时隙进行时隙平均功率的精确计算；相比现有技术，即图2中所示传统技术随机选取一段时间进行信号平均功率的统计计算，本发明装置在时隙同步信号的指示下，可准确快速地检测出每个时隙的平均功率，得出的平均功率精确度大大提高，检测速度和起控速度也非常快；

所述增益计算模块304，用于将从所述时隙功率检测模块303输入的所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值，并将得到的增益值输出至所述增益控制模块301；

在一较佳实施例中，所述增益计算模块304，具体用于：

将所述平均功率与所述门限值进行比较：

若所述平均功率大于预设的第一门限值，则判断为信号大于门限，减小当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于预设的第二门限值，则判断为信号小于门限，增大当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断为信号正常，保持当前生效的增益值不变；

上述的第一门限值为预设的高功率门限值，第二门限值为预设的低功率门限值；根据两个不同的门限值，将信号划分为三种状态；对于功率超过高功率门限值的信号，则必须加大衰减量，将信号控制在门限下；对于功率低过低功率门限值的信号，则代表当前的衰减量太大了，需适当调整增益值；对于功率处于高功率门限与低功率门限之间的信号，则代表当前生效的增益值较为适当，可保持增益值不变；具体如下：

将时隙功率检测模块303输出的当前信号的平均功率与上述预设的第一门限值和第二门限值进行比较，若平均功率大于第一门限值，则可判断所述信号大于门限，表示当前信号的功率较高，需减小当前生效的增益值并更新；本装置在初始化时，可将增益值设置为1，在本实例中，可将增益值增加的步进值优选为等额的dB值，也可以为等额的数字量；将更新后的增益值输出至增益控制模块301中，对信号进行增益控制，将输入信号乘以增益值，衰减大于门限的输入信号，生成输出信号后输出；

将时隙功率检测模块303输出的当前信号的平均功率与上述预设的第一门限值和第二门限值进行比较，若平均功率小于第二门限值，则可判断所述信号小于门限，表示当前信号的功率过小，需增大当前生效的增益值并更新；可将增益值增大的步进值优选为等额的dB值，也可以为等额的数字量；将更新后的增益值输出至增益控制模块301中，对小于门限的输入信号，则适当地减小衰减量，生成输出信号后输出；

将时隙功率检测模块303输出的当前信号的平均功率与上述预设的第一门限值和第二门限值进行比较，若平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断所述信号正常，表示当前信号的功率控制恰当，可保持当前生效的增益值不变；

更新后的增益值输入至增益控制模块301中，将输入信号乘以增益值，进行增益控制生成输出信号；

本发明数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，能够确保GSM信号的平均功率不会超出门限范围，并能自动进行增益控制，均值功率检测精度非常高。

实施例二：

上述数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，可应用于GSM系统中，能确保GSM信号的平均功率不会超出门限范围，且GSM系统的信号均值功率检测精度非常高，据此本发明还提供一种GSM系统，该GSM系统的主信号链路上包括数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置；该均值功率自动控制装置的具体结构可如上述实施例一所述，在此不予赘述；

如图5所示，是该GSM系统在一实施例中的结构示意图，包括依次连接的混频器501、模数变换器（Analog-to-Digital Converter，ADC）502、均值功率自动控制装置503、数字模拟转换器（Digital to analog converter，DAC）504、正交调制解调器505和功率放大器（Power Amplifier，PA）506；

在本实施例中，可将均值功率自动控制装置集成在FPGA503中，通过采用FPGA内部的增益控制模块，增益控制的精度能够达到任意高的水平，例如能够小于等于0.01dB，比现有技术中的数字衰减芯片DATT更好，同时不需要增加额外的成本；

该GSM系统的具体工作流程如下：

射频输入信号RF_IN输入混频器501，将射频输入信号转换为模拟中频信号或零中频信号；

与混频器相连的ADC502，将模拟中频信号或零中频信号转换为数字基带信号I_in/Q_in；

与ADC502相连的FPGA503，用于对输入信号I_in/Q_in增益控制后生成输出信号I_out/Q_out；如图5所示，在FPGA内部，增益控制模块301将GSM系统的输入信号I_in/Q_in与增益值进行相乘，生成输出信号I_out/Q_out；时隙同步模块302对输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号；时隙功率检测模块303根据时隙同步信号计算输出信号每个时隙的平均功率所述增益计算模块；将平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值，并将得到的增益值输出至所述增益控制模块301；

与FPGA503相连的DAC504，用于把数字基带信号I_out/Q_out转换为模拟中频信号或者零中频信号；

与DAC504相连的正交调制解调器505，用于把模拟中频信号或者零中频信号转换为射频信号；

与正交调制解调器505相连的PA506，用于对射频信号进行功率放大，产生射频输出信号RF_OUT。

本发明提供的GSM系统，能够精确控制GSM时隙信号平均功率不会超出门限范围，防止输出功率过大造成后级链路的运算溢出或者功放烧毁等现象。

实施例三：

对应地，本发明还提供了一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法，如图6所示，在一较佳实施例中可包括如下步骤：

S11、将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号；

在一较佳实施例中，将输入信号I_in/Q_in与当前生效的增益值Gain相乘，转换为输出信号I_out/Q_out后输出；

S12、对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号；

在一较佳实施例中，可对输入信号I_in/Q_in进行时隙同步，可采用公知的方法产生所述时隙同步信号，在此不予赘述；

S13、根据所述时隙同步信号，计算所述输出信号每个时隙的平均功率；

在一较佳实施例中，具体包括：

计算所述输出信号每个时隙的平均功率，计算方法为：

其中，P_out为所述平均功率，N为采样点个数，x_i为第i个采样点的幅度值；

上述实时检测信号每个时隙平均功率的原理为：在时隙同步信号的指示下，连续计算N个信号采样点的平均功率，即为时隙平均功率；

其中，N的取值根据功率检测的精度要求而定；N的取值越接近于1个GSM时隙信号的宽度，则平均功率检测值越准确，其平均功率的检测精度就能达到较高的水平，反之则越不准确；由于GSM信号1个时隙内的平均功率是稳定的，N值越小，功率检测的速度就越快；可根据实际需要设定N值；

S14、将所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定与所述输入信号相乘的增益值；

在一较佳实施例中，具体包括：

将所述平均功率与所述门限值进行比较：

若所述平均功率大于预设的第一门限值，则判断为信号大于门限，减小当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于预设的第二门限值，则判断为信号小于门限，增大当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断为信号正常，保存当前生效的增益值不变；

上述的第一门限值为预设的高功率门限值，第二门限值为预设的低功率门限值；根据两个不同的门限值，将信号划分为三种状态；对于功率超过高功率门限值的信号，则必须加大衰减量，将信号控制在门限下；对于功率低过低功率门限值的信号，则代表当前的衰减量太大了，需适当调整增益值；对于功率处于高功率门限与低功率门限之间的信号，则代表当前生效的增益值较为适当，可保持增益值不变；具体流程如下：

将计算的当前信号的平均功率与上述预设的第一门限值和第二门限值进行比较，若平均功率大于第一门限值，则可判断所述信号大于门限，表示当前信号的功率较高，需减小当前生效的增益值并更新；在本实例中，可将增益值增加的步进值优选为等额的dB值，也可以为等额的数字量；将更新后的增益值与输入信号相乘，衰减大于门限的输入信号，生成输出信号后输出；

将计算的当前信号的平均功率与上述预设的第一门限值和第二门限值进行比较，若平均功率小于第二门限值，则可判断所述信号小于门限，表示当前信号的功率过小，需增大当前生效的增益值并更新；可将增益值增大的步进值优选为等额的dB值，也可以为等额的数字量；将更新后的增益值与输入信号相乘，对小于门限的输入信号，适当地减小衰减量，生成输出信号后输出；

将计算的当前信号的平均功率与上述预设的第一门限值和第二门限值进行比较，若平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断所述信号正常，表示当前信号的功率控制恰当，可保持当前生效的增益值不变；再将输入信号乘以增益值，进行增益控制生成输出信号。

本发明GSM系统、数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置和方法，对GSM系统的输入信号进行时隙同步，产生时隙同步信号；在时隙同步信号的控制下，能实时准确的检测出输入信号每个时隙的平均功率，解决了传统GSM系统信号均值功率检测精度低的问题；另外，本发明通过时隙同步生成输入信号的时隙同步信号，时隙平均功率检测的精度和速度比传统的方法更加快速；由于功率检测的速度加快，因此ALC的起控速度比传统的方法更快速。

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 (9)

1.一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，其特征在于，包括：增益控制模块、时隙同步模块、时隙功率检测模块和增益计算模块；

所述增益控制模块用于将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号，同时将所述输出信号反馈至所述时隙功率检测模块；

所述时隙同步模块用于对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号，并将所述时隙同步信号输出至所述时隙功率检测模块；

所述时隙功率检测模块用于根据从所述时隙同步模块输入的所述时隙同步信号，计算从所述增益控制模块输入的所述输出信号每个时隙的平均功率，并将所述平均功率输出至所述增益计算模块；

所述增益计算模块，用于将从所述时隙功率检测模块输入的所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值，并将得到的增益值输出至所述增益控制模块。

2.根据权利要求1所述的数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，其特征在于，所述时隙功率检测模块具体用于：

计算所述输出信号每个时隙的平均功率，计算方法为：

其中，P_out为所述平均功率，N为采样点个数，x_i为第i个采样点的幅度值。

3.根据权利要求1所述的数字GSM时隙信号的均值功率自动控制装置，其特征在于，所述增益计算模块具体用于：

将所述平均功率与所述门限值进行比较：

若所述平均功率大于预设的第一门限值，则判断为信号大于门限，减小当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于预设的第二门限值，则判断为信号小于门限，增大当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断为信号正常，保持当前生效的增益值不变。

4.一种数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号；

对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号；

根据所述时隙同步信号，计算所述输出信号每个时隙的平均功率；

将所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定与所述输入信号相乘的增益值。

5.根据权利要求4所述的数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法，其特征在于，所述根据所述时隙同步信号，计算所述输出信号每个时隙的平均功率的步骤具体包括：

计算所述输出信号每个时隙的平均功率，计算方法为：

其中，P_out为所述平均功率，N为采样点个数，x_i为第i个采样点的幅度值。

6.根据权利要求4所述的数字GSM时隙信号的均值功率自动控制方法，其特征在于，所述将所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定与所述输入信号相乘的增益值的步骤具体包括：

将所述平均功率与所述门限值进行比较：

若所述平均功率大于预设的第一门限值，则判断为信号大于门限，减小当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于预设的第二门限值，则判断为信号小于门限，增大当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断为信号正常，保持当前生效的增益值不变。

7.一种GSM系统，包括位于信号主链路上的均值功率自动控制装置，其特征在于，所述均值功率自动控制装置包括：增益控制模块、时隙同步模块、时隙功率检测模块和增益计算模块；

所述增益控制模块用于将GSM系统的输入信号与增益值进行相乘，生成输出信号，同时将所述输出信号反馈至所述时隙功率检测模块；

所述时隙同步模块用于对所述输入信号进行时隙同步，生成时隙同步信号，并将所述时隙同步信号输出至所述时隙功率检测模块；

所述时隙功率检测模块用于根据从所述时隙同步模块输入的所述时隙同步信号，计算从所述增益控制模块输入的所述输出信号每个时隙的平均功率，并将所述平均功率输出至所述增益计算模块；

所述增益计算模块，用于将从所述时隙功率检测模块输入的所述平均功率与预设的门限值进行比较，确定增益值，并将得到的增益值输出至所述增益控制模块。

8.根据权利要求7所述的GSM系统，其特征在于，所述时隙功率检测模块具体用于：

计算所述输出信号每个时隙的平均功率，计算方法为：

其中，P_out为所述平均功率，N为采样点个数，x_i为第i个采样点的幅度值。

9.根据权利要求7所述的GSM系统，其特征在于，所述增益计算模块具体用于：

将所述平均功率与所述门限值进行比较：

若所述平均功率大于预设的第一门限值，则判断为信号大于门限，减小当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于预设的第二门限值，则判断为信号小于门限，增大当前生效的增益值并更新；

若所述平均功率小于或等于所述第一门限值，并且大于或等于所述第二门限值，则判断为信号正常，保持当前生效的增益值不变。

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