CN1083643C

CN1083643C - 用于平均功率控制的方法与装置

Info

Publication number: CN1083643C
Application number: CN97102243A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·威斯利·麦考伊
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Mobility LLC; Google Technology Holdings LLC
Priority date: 1996-01-17
Filing date: 1997-01-15
Publication date: 2002-04-24
Anticipated expiration: 2017-01-15
Also published as: US5694431A; CA2194120A1; CA2194120C; CN1170991A

Abstract

一种具有改善的平均功率的发射机(1)包括一个用于接收输入信号(21)并为一个平均功率控制器(14)提供混合信号(23)的混合器(34)，该平均功率控制器包括一个用于接收混合信号并为一个硬限幅器(28)提供条件信号的快速自动增益控制器(26)，该硬限幅器用于返送限幅条件信号以提供输出信号(15)。平均功率控制器进一步包括一个误差控制信号发生器(24，30，36)，它用于通过从给定的额定功率值(24)中减去(36)输出信号的平均功率估计计算所得产生误差控制信号(27)。

Description

用于平均功率控制的方法与装置

本发明一般地涉及无线电通信发射机，尤其涉及无线电通信发射机中用于平均功率控制的方法与装置。

无线电信系统被分为一系列覆盖服务范围的蜂窝区，每一蜂窝区有一个发射基站，基站利用包括多个无线电信道的工作频率集与移动电话用户通信。每个信道代表一个特定频率载波或波段下的信息信号。

在许多情况下，将这些信道组合起来有利于发送。这些信道可全部由宽带信号组合器组合成低功率电平下的多信道信号，然后由单个线性放大器(或它的等效电路，即多个线性放大器并联，每个放大器放大同一多信道信号的降低功率的变型)将多信道信号提高到适于发射的功率电平。

峰值对平均值之比的压缩是改善出自具有低峰值功率容量之发射机的平均功率电平的技术，传统上是由自适应增益控制和限幅来实现的。这些技术引起频率邻道干扰，并且增大了被发送信号的噪声基底。因此，需要一种低邻道干扰的技术和装置，当发射机的平均发射功率提高时，可以保持适当的噪声基底门限和高的恢复信号保真度。

本发明的第一个方面，在发射机中用于功率控制的方法包括以下步骤：接收待发送的输入信号；利用调节器对输入信号进行调节以提供条件信号；对条件信号硬限幅以提供输出信号；通过估计输出信号的平均功率并从额定的平均功率中减去估计的平均功率，获得误差控制信号；以及将误差控制信号反馈并与输入信号混合。

本发明的第二个方面，用于无线电频率传输的功率限制器包括一个接收输入信号并提供混合信号的混合器，一个接收混合信号并提供给定窗口内的条件信号的调节器。进一步地，功率限制器还包括一个限制条件信号以提供具有上限的输出信号的硬限幅器，一个通过从额定功率输入减去输出信号的平均功率估计计算，产生并提供误差控制信号的误差控制信号发生器，以及一个用于将误差控制信号反馈到混合器与输入信号混合并控制其增益的反馈环路。

图1为依据本发明的最佳实施例的发射机的电气方框图。

图2为依据本发明的发射机的数字处理单元的电气方框图。

图3为依据本发明的峰值对平均功率限制器的电气方框图。

图4为依据本发明的快速自适应增益控制器的电气方框图。

参照图1，发射机1中用于平均功率控制的方法与装置通常包括一个输入信号3，它最好用数字处理器10数字处理，数字处理器中两个独立信号直接经I(5)和Q(7)部分提供给激励器2，然后激励器输出被放大器4放大，并用调制器6调制(更可取地用正交调幅)提供一个调制信号，调制信号再经天线8向空间发射。

参照图2，发射机1的数字处理器10的电气方框图依据本发明显示。更可取地，数字处理器10包括一个多重子信道组合器12，它将提供给组合器12的多重子信道信号11进行组合，并为平均功率控制器14提供输入信号13。更可取地，平均功率控制器14是一个峰值对平均功率控制器，经射频(RF)信道邻道干扰滤波器16提供输出信号17。RF信道邻道干扰滤波器被设计为防止输出信号15的频谱漏泄到邻近的RF信道。

参照图3，依据本发明的平均功率控制器14的电气方框图被显示。平均功率控制器最好是一个峰值对平均功率控制器，它包括一个接收输入信号21并为随后的传输提供输入信号23的混合器34。输入信号最好利用诸如快速自适应增益控制器(AGC)26的调节器调节，以提供一个条件信号。快速AGC 26可选择使用软门限输入20为条件信号规定一个门限幅度，然后由快速AGC26提供的条件信号用硬限幅器如返送(foldback)限幅器28硬性限幅，返送限幅器可选择使用一个返送门限输入22提供功率上限。返送限幅器提供输出信号15。平均功率估计值30根据输出信号15计算，并从给定的额定平均功率值24中减去(36)，以确定一误差控制信号27。可供选择地，从额定的峰值对平均功率值中减去峰值对平均功率估计值或从额定的RMS平均功率值减去RMS平均功率估计值，同样提供类似的误差控制信号27。误差控制信号27被反馈并在混合器34与输入信号21混合以调节混合输入信号23的增益。可选择地，误差控制信号27可经具有补偿(offset)函数32的平方根反馈被反馈到混合器34。不论怎样，额定平均功率24减去(36)平均功率估计值30形成一个误差控制信号发生器，产生误差控制信号，它被反馈到混合器34用以控制混合输入信号23的增益。

参照图4，更可取地，快速AGC提供一种降低输入信号23的峰值对平均功率之比的平滑手段。这个设计是非因果的，正如通过自输入信号路径中的延迟42所见。输入信号的复包络与门限比较单元44内的门限值比较，如果信号的包络在门限窗口内，则出自门限比较单元44的输出信号45(c(n))为零。如果信号包络超过门限值，第二级IIR滤波器接收来自门限比较单元44的如下所表示的非零输入：

β₀(n)＝β(n)P₁ ^N

c(n)＝1， (1-β₀(n))|z(n+N)|＞T_H

c(n)＝-1， (1-β₀(n))|z(n+N)|＜T_L

c(n)＝0， T_L＞(1-β₀(n))|z(n+N)|＞T_H式中p1为窗式滤波器46的极点，窗式滤波器最好是最接近单位圆的二阶IIR滤波器。后续的段落中将深入讨论极点的位置。快速AGC 26通过前馈路径(47)建立一个窗口函数，按比例减小输入信号。

β(n)＝k(p₁-p₂)c(n)+(p₁+p₂)β(n-1)+p₁p₂β(n-2)

z₀(n)＝(1-β(n))z(n)式中p1和p2为极点位置。窗口函数β为出自窗口滤波器46(或第二阶IIR滤波器)的输出信号47。三个设计参数可确定滤波器系数。滤波器被设计成阶跃响应的最大值δ_max’小于或等于1，这将防止比例因子趋于负。在模拟中，δ_max＝1起到令人满意的作用。这个参数决定窗口的粗糙程度，减小δ_max则软化限幅，它与起动时间和衰落时间一道，将完全确定滤波器系数如下：

k = \frac{δ_{\max} (1 - p_{1}) (1 - p_{2})}{(p_{1} - p_{2})}

p₁＝e^-Ts/Td

p₂＝e^-Ts/Ta

0＜p₂＜p₁＜1式中Ts为取样周期，Td为衰落时间，而Ta为起动时间。因为AGC是非因果的，在输入信号超过门限值的同时，窗口函数的尺度最大。实现非因果性所需的延迟与滤波器极点的位置有如下关系：

N = \frac{\ln (\ln (p_{2})) - \ln (\ln (p_{1}))}{\ln (p_{1}) - \ln (p_{2})}

与用于稳定信号均方根值的AGC不同，本应用中的AGC应该具有非常快的起动时间和衰落时间。在模拟中，大约200微秒的起动时间和大约400微秒的衰落时间起到令人满意的作用。衰落时间必须总是大于起动时间。

Claims

1.在发射机中用于峰值对平均功率控制的方法，包括以下步骤：

在具有输入信号增益的混合器接收一个来自子信道组合器的输入信号；

用快速自适应增益控制器调节输入信号以提供一个条件信号；用返送限幅器硬限幅条件信号提供一个输出信号；

获得一个误差控制信号；以及

反馈平均对峰值功率误差控制信号到混合器以控制输入信号增益。

2.权利要求1的方法，特征在于获得误差控制信号的步骤是通过由输出信号估计平均对峰值功率并从额定的平均对峰值功率减去该平均到峰值功率来做的。

3.权利要求1的方法，特征在于获得误差控制信号的步骤是通过由输出信号估计均方根功率并从额定的均方根功率减去该均方根功率来做的。

4.权利要求1的方法，特征在于用快速自适应增益控制器调节输入信号的步骤采用软门限确定门限窗口。

5.权利要求1的方法，特征在于用返送限幅器硬限幅的步骤采用返送门限定义一个上限。

6.权利要求1的方法，特征在于估计平均到峰值功率的步骤是采用递推方程估计出自发射机的平均功率，随后计算平均到峰值功率。

7.权利要求1的方法，特征在于反馈平均对峰值功率误差控制信号的步骤包括具有补偿的平方根反馈。

8.一种用于射频传送的功率限幅器，包括：

一个用于接收输入信号并提供混合信号的混合器；

一个用于接收混合信号并提供给定窗口内的条件信号的调节器；

一个用于限幅条件信号以提供具有上限的输出信号的硬限幅器；

一个用于通过从额定功率输入减去根据输出信号估计的平均功率计算，产生误差控制信号的误差控制信号发生器；以及

一个用于将误差控制信号反馈到混合器，与输入信号混合并控制其增益的反馈环路。

9.权利要求8的功率限幅器，特征在于还包括用于通过从预定的额定平均对峰值功率减去估计的平均对峰值功率来部分地形成误差控制信号的装置。

10.权利要求8的功率限幅器，特征在于调节器包括一个用软门限定义门限窗口的快速自适应增益控制器。

11.权利要求8的功率限幅器，特征在于硬限幅器包括一个用返送门限定义上限的返送限幅器。

12.权利要求10的功率限幅器，特征在于还包括将具有补偿函数的平方根应用于误差控制信号从而提供一个反馈信号的装置，上述反馈信号与输入信号混合被并提供给快速自适应增益控制器。

13.一种具有改善的平均功率的发射机，包括：

一个用于接收输入信号并为后续的射频发送提供混合信号的混合器；

一个平均功率控制器，包括：

一个用于接收混合信号并提供条件信号的快速自适应增益控制器；

一个用于返送限幅条件信号以提供输出信号的硬限幅器；

一个用于通过从给定的额定功率值减去输出信号的平均功率估计计算所得产生误差控制信号的误差信号发生器；

一个用于将误差控制信号反馈到混合器，控制输入信号增益的反馈环路。

14.权利要求13的发射机，特征在于还包括用于通过从预定的额定平均对峰值功率值减去估计的输出信号的平均对峰值功率来部分地形成误差控制信号的装置。

15.权利要求13的发射机，特征在于还包括将具有补偿函数的平方根应用于误差控制信号从而提供一个反馈信号的装置，上述反馈信号与输入信号混合并被提供给快速自动增益控制器。

16.权利要求13的发射机，特征在于输入信号是由多重子信道信号和进一步包括一个与平均功率控制器耦合的子信道组合器的发射机形成的。