CN1110155C - 一种基站功率控制方法及其装置 - Google Patents

Abstract

基站功率控制装置包括基带处理单元、功率模板数据存储单元、FPGA、数字上变频器、DDS、数字正交调制单元、数模转换单元、射频模块和天线。其控制方法为：将原始基带信号与功率模板数据相乘得到带功率控制信息的基带信号；然后经过滤波和数字上变频得到高速率基带信号；再与正交的载波信号进行正交调制后，经数模转换得到模拟的基带调制信号，取该信号或者信号的谐波映象信号作为中频送入射频模块；射频模块和天线作为通道，把带功率控制的中频信号上变频、放大送入天线，并进行发射。

Description

一种基站功率控制方法及其装置

本发明涉及无线通信系统中的基站功率控制，具体为通过数字技术来实现无线通信系统基站的功率控制。

在蜂窝移动通信系统中，包括全球移动通信系统(GSM)、码分多址(CDMA)和宽带码分多址(WCDMA)系统，基站和用户终端之间的信号连接质量不断变化。这种变化的起因源于无线路径上的多种干扰因素，例如：多径衰落、远近问题、多普勒效应等。另外，用户终端彼此间相对于基站随机分布，基站和用户终端间的信号能量损耗随着距离的增加而平方上升。为了提高频谱的利用率，减少对其他呼叫的干扰，同时延长用户终端的电池寿命，需要在保证良好接收的条件下，尽量减少发射功率，但当蜂窝环境恶化而影响了信号的接收时，又需要通过提高发射功率，来保证数据传输的质量，也就是说保证通话质量。功率控制是指在一定范围内，用无线方式改变用户终端或者基站传输功率。

现有的基站功率控制有闭环和开环两种。图1为基站闭环功率控制的原理框图，基站处理单元10输出的模拟信号经过正交调制11后，送入上变频12，把信号调制到射频(RF)域，衰减器13的目的是调整送入功放14的信号功率强度，功放14放大的调制信号通过耦合器15送入天线19进行发射。通过耦合器15耦合出一部分信号，送给模数转换器(ADC)18，以检测天线19的信号发射功率，并以此作为判据，来控制数模转换器(DAC)16的输出电压值，然后通过运算放大器17，把信号加到衰减器13，进一步控制输出功率，使输出功率达到要求。这种闭环功率控制对恒包络的调制(GMSK)有效，对于非恒包络的调制信号则无能为力。另外，该方案是基于等幅波的基础上，因为闭环跟踪的原理就是对输出进行采样，然后根据采样结果对输入进行调整，使输出稳定在预期值上。如果输出幅度是变化的，在闭环情况下其幅度会受环路调整而失真。对EDGE(Enhanced Data rates for Global/GSM Evolution，增强数据率型GSM)和CDMA来说，幅度是时变的，由调制数据决定，无法可预测，因此闭环功率控制方案不能使用。

图2为基站开环功率控制的原理框图，与闭环功率控制的区别在于少一个反馈回路，即少一个耦合器和一个模数转换器。开环功率控制能够解决非恒包络的的调制信号的功率控制问题，但功率控制的精度很差，最大时功率控制误差可达10db。

本发明的目的在于解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基站的数字功率控制方法及实现该方法的装置，将数字调制和功率控制都放在数字域完成，实现非恒定包络信号的功率控制，同时又保障功率控制的精度。

为实现上述目的，本发明提供的一种基站功率控制方法包括以下步骤：

将原始基带信号与功率模板数据相乘得到带功率控制信息的基带信号；

带功率控制信息的基带信号经过滤波和数字上变频得到高速率基带信号；

将所述的高速率基带信号与载波信号进行调制；

调制后的基带信号经数模转换后，得到模拟的已调制信号，取已调制信号的谐波作为中频信号送入射频模块；

射频模块将上述中频信号进行上变频得到射频信号，放大后经天线发射。

所述的载波信号是正交的载波信号，所述的高速率基带信号与载波信号进行正交调制。

所述功率控制方法中，在将中频信号送入射频模块之前，先对中频信号进行滤波。

为实现上述功率控制方法，本发明提供的基站功率控制装置包括：基带处理单元、功率模板数据存储单元；将基带处理单元输出的原始基带信号和功率模板数据存储单元输出的功率模板数据相乘的可编程门阵列(FPGA)；对相乘结果进行滤波和数字上变频的数字上变频器；正交信号产生单元；将上变频得到的高速率基带信号调制到载波信号上的数字调制单元；将调制后的信号进行数模转换的数模转换单元；射频模块和天线。

所述的正交信号产生单元为产生正交信号的直接数字合成单元。

所述的数字调制单元为数字正交调制单元。

所述的功率控制装置还在数模转换单元和射频模块之间有一个射频低通滤波器。

由于本发明将原始基带数字信号和功率控制模板数据直接相乘，然后利用DDS(直接数字合成)得到相位、幅度信息一致性较好的正交信号，在数字域进行数字调制，再进行数模变化。因此本发明既能实现非恒定包络信号的功率控制，同时也能实现比较高的控制精度，能够满足协议对功率控制的要求，另外硬件电路实现也相对简单。

下面结合附图和实施例对本发明方案做进一步的说明。

图1  现有技术中的基站闭环功率控制原理框图；

图2  现有技术中的基站开环功率控制原理框图；

图3  本发明实施例原理框图。

图1和图2为现有技术的原理框图，已经在前边进行说明，在此不再赘述。

如图3所示，基站功率控制装置包括基带处理单元31、功率模板数据存储单元32、FPGA33、数字上变频器34、数字正交调制单元35、直接数字合成单元36、数模转换单元37、射频模块38和天线39。FPGA33将基带处理单元31输出的原始基带信号(I、Q信号)和功率模板数据存储单元32输出的功率模板数据相乘；数字上变频器34对相乘结果进行滤波并进行数字上变频，得到高速基带信号；直接数字合成单元36产生相位和幅度信息一致性比较好的正弦和余弦正交信号；数字正交调制单元35由乘法器组成，将上变频得到的高速率基带信号调制到正交信号上；数模转换单元37将调制后的信号进行数模转换；射频模块38和天线39作为通道，把带功率控制的中频信号上变频、放大，并进行发射。由于中频信号中的噪声和杂波会影响信号质量，所以在射频模块和天线之间加入一个低通滤波器，以滤出信号中的噪声和杂波。

下面结合图3对基站数字功率控制方法进行详细的说明。

由图3可以看到，基带处理单元31将原始的基带信号I、Q输出给FPGA，通过FPGA中的乘法器与功率模板数据存储单元32提供功率模板数据相乘，得到带有功率控制信息的基带信号I’、Q’；功率模板数据预先存储在功率模板数据存储器32，是由基站控制器(BSC)根据接收到信号的强弱及协议(指GSM/EDGE/WCDMA协议)要求来确定的。

带功率控制的基带信号I’、Q’在数字上变频器34经过滤波处理和数字上变频，得到高速率的基带信号；该高速基带信号在数字正交调制单元35与载波信号进行调制，所述的载波信号是由直接数字合成(DDS)单元36产生的正交的正弦、余弦信号，该正交信号具有良好的相位、幅度信息一致性。

经正交调制后的基带信号送入数模转换(DAC)单元37进行数模转换，得到模拟的基带调制信号，取其中的谐波映象信号作为中频，送入射频模块38；由于送入模数转换器的数据是带有功率控制信息的基带数据，故而得到的模拟基带调制信号和中频信号也是带有功率控制信息的，把带有功率控制信息的中频信号经过上变频得到射频(RF)信号，然后经功率放大，输出到天线39发射，实现基站的数字功率控制。

为了能更好地除去发射信号中的噪声和杂波，中频信号送入射频模块之前还可以先经射频低通滤波器进行滤波。

本发明中调制载波由直接数字合成(DDS)技术实现，产生相位、幅度信息一致性较好的正交的正弦和余弦载波信号，在本发明的数字正交调制单元中由乘法器将基带信号和载波信号进行数字正交调制，表达式可写为f(t)＝I′(t)*COS(wt)+Q′(t)*SIN(wt)。假设功率模板数据输出的爬坡曲线表达式为g(t)，正交调制信号表达式为：fg(t)＝g(t)*f(t)＝g(t)*[I′(t)*COS(wt)+Q′(t)*SIN(wt)]＝g(t)*I′(t)*COS(wt)+g(t)*Q′(t)*SIN(wt)

令Ig(t)＝g(t)*I(t)，Qg(t)＝g(t)*Q(t)；

则fg(t)＝Ig(t)*COS(wt)+Qg(t)*SIN(wt)

可见，将I、Q信号用爬坡曲线加权后再输入调制单元进行调制与对输出已调信号进行加权可以获得相同的功率控制效果，但在电路实现上相对传统功率控制方法要简单。

Claims (10)

1、一种基站功率控制方法，包括以下步骤：

将原始基带信号与功率模板数据相乘得到带功率控制信息的基带信号；

带功率控制信息的基带信号经过滤波和数字上变频得到高速率基带信号；

将所述的高速率基带信号与载波信号进行调制；

调制后的基带信号经数模转换后，得到模拟的基带调制信号，取本信号或者该信号的谐波映象信号作为中频信号送入射频模块；

射频模块和天线作为通道，把带功率控制的中频信号上变频、放大送入天线，并进行发射。

2、如权利要求1所述的基站功率控制方法，其特征在于：在将中频信号送入射频模块之前，先对中频信号进行滤波。

3、如权利要求1或2所述的基站功率控制方法，其特征在于：所述的载波信号是正交的载波信号，所述的高速率基带信号与载波信号进行正交调制。

4、如权利要求3所述的基站功率控制方法，其特征在于：所述的载波信号是正交的正弦和余弦信号。

5、如权利要求3所述的基站功率控制方法，其特征在于：所述的载波信号是由直接数字合成产生。

6、如权利要求4所述的基站功率控制方法，其特征在于：所述的正交的正弦和余弦信号是由直接数字合成产生。

7、一种实现如权利要求1所述的基站功率控制方法的装置包括基带处理单元、射频模块、天线，其特征在于：还包括功率模块数据存储单元；将基带处理单元输出的原始基带信号和功率模板数据存储单元输出的功率模板数据相乘的可编程门阵列；对相乘结果进行滤波和上变频的数字上变频器；载波信号产生单元；将上变频得到的高速率基带信号调制到载波信号上的数字调制单元；将调制后的信号进行数模转换的数模转换单元。

8、如权利要求7所述的功率控制装置，其特征在于：所述的功率控制装置还在数模转换单元和射频模块之间有一个滤波器。

9、如权利要求7或8所述的功率控制装置，其特征在于：所述的载波信号产生单元为产生正交信号的直接数字合成单元。

10、如权利要求7或8所述的功率控制装置，其特征在于：所述的数字调制单元为数字正交调制单元，所述正交调制单元为乘法器。