CN1147177C - 一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法及其装置，该方法利用增益调整系数来调节载波输出幅度，以满足宽带基站系统对不同载波数和输出功率的需求，以实现在载波数目减小时提高每个或部分载波的输出功率。该方法使宽带基站能够在不修改硬件和满足协议指标的前提下仅通过软件设置就可以支持不同载波数输出，并能够充分利用宽带基站的功率输出能力，使其在非满配置工作时提高每个载波的输出功率，增加基站的覆盖范围。

Description

一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法及其装置
技术领域
本发明涉及适用于宽带无线基站系统的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法。
背景技术
伴随着超大规模数字集成电路(VLSI)技术的发展，无线通信领域已经经历了模拟到数字、固定到移动的两次变革，但由于各种原因在这一领域一直面临着多种通信体系并存、各种标准激烈竞争、频率资源紧张等诸多问题。为了根本上解决这些问题，迫切希望无线通信领域进行从硬件到软件、从窄带到宽带的第三次变革。
宽带基站是基站系统发展的一个必然趋势，这种趋势所带来的好处是容易生产、成本低廉、功能更多、性能更好。能够支持多路载波同时工作是宽带软件无线电基站系统的固有特性，它要求这种基站在不改变硬件的前提下通过软件设置就能够满足用户不同的载波数要求(在其设计容量范围内)。解决这一问题最基本的方法是：整个基站按照最大容量来设计，在实际应用时直接通过在数字中频或基带部分关闭适当数目的载波来满足用户对载波数的需求。宽带系统从数字中频合路到天馈都是公共部分，显然这种解决方法没有能够充分发挥这一部分的潜力，必然造成基站工作效率低，运营成本高。
一般来讲为了扩大基站的覆盖范围希望各个载波的发射功率尽可能大。宽带基站应该能够在非满配置的情况下提高每个载波的输出功率，但具体如何实现目前在国内外尚未见到相关解决办法。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术的缺点，而提供的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法及其装置，该方法可在不改变硬件和满足协议指标要求的前提下，充分利用功放的功率输出潜力来提高各载波输出功率。
实现本发明目的的技术方案是：一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其特点是，包括以下步骤：
①按照系统设计的最大容量来设计宽带基站系统，合理进行指标分配，使在满配置时能够满足系统性能指标的要求；
②当需要载波输出数目比系统最大容量时的载波输出数目少时，直接通过软件关闭相应数目的载波通道；
③根据该宽带基站支持的载波数和用户的实际需求按照预定的计算方法设置每个载波的增益调节系数；
④当得到各个载波的增益调节系数后将其存在相应的寄存器中，使用时根据配置的情况取出相应的增益调节系数，控制各载波的增益，使其达到输出功率最大。
上述一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其中，所述的步骤③得到的各载波的增益调节系数一经设定即不会改变，当要求改变这些系数时再按步骤①、②、③重新获得。
上述一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其中，每个载波的增益调节系数设置的原则是：
a、以满足系统指标为衡量条件；
b、当载波数减小时多载波合成信号的峰值功率比满配置时小，但功放输出的总平均功率等于或略大于满配置的总平均输出功率；
c、不同的载波数配置对应不同的增益调节系数，当采用相同载波数配置的各个载波数增益调节系数不相等时，需满足b步骤的条件；
d、载波数越少，功放输出的总平均就越大，但峰值功率就越低，反之亦然；
e、所有的增益调节系数的计算方法应以不修改硬件和满足指标需求为前提。
上述一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其中，所述的提高载波输出功率的增益调节系数计算方法，在载波数减少时各个载波的平均输出功率总和等于或略大于满配置时功放的平均输出功率，同时峰值功率必须小于满配置时的峰值功率。
上述一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其中，所述的增益调节系数的设置应根据：不同的载波数目对应不同的增益调节系数，相同的载波数配置时各个载波的增益调节系数相等或者不相等。
一种提高宽带多载波基站载波输出功率的装置，其特点是，包括一个可以提高载波输出功率的宽带基站，该基站包括：多个基带处理单元、相应多个包含有增益调节功能的数字上变频器、一多路合成加法器、一高性能宽带数模转换器、一宽带发信机、一宽带功放；所述的多个基带处理单元的输出分别与多个数字上变频器的输入端连接；各数字上变频器的输出通过一多路合成加法器后输出到高性能宽带数模转换器，再从高性能宽带数模转换器输出经由宽带发信机后到宽带功放输出经天线发送出去；当载波数目比系统最大容量时的载波数目少时，通过改变每个或者某些数字上变频器里的增益系数来提高相应载波的发射功率。
上述一种提高宽带多载波基站载波输出功率的装置，其中，所述的每个数字上变频器包括一调制器、一第一乘法器、一内插和滤波器件、一第二乘法器、以及一数控振荡器；从一路基带处理单元输出的信号经调制器后到第一乘法器，同时将计算的增益调节系数也输入到第一乘法器，其输出经内插和滤波器件后到第二乘法器，同时数控振荡器也输出一振荡信号到第二乘法器，经该第二乘法器后输出到所述的多路合成加法器。
由于本发明采用了以上的技术方案，通过将各个载波在数字上变频器里面乘以一个与载波数有关的比例系数，因此使其能够在满足指标和不改变硬件的前提下提高每个或某个载波的输出功率。该方法使宽带基站能够在不修改硬件和满足协议指标的前提下仅通过软件设置就可以支持不同载波数输出，并能够充分利用宽带基站的功率输出能力，使其在非满配置工作时提高每个载波的输出功率，增加基站的覆盖范围。
附图说明
本发明的具体性能、特征由以下的实施例及其附图进一步说明。
图1是本发明支持不同载波数输出的宽带发信机系统框图。
图2为本发明一种数字上变频器内部结构框图。
具体实施方式
请参阅附图。
宽带基站系统的主要特征是在数字合路到天馈部分为各个载波所共用，希望都是宽带超线性的。另外多载波合成信号为非恒包络信号，其包络携带了各个载波的有用信息，所以希望在数字合路到天馈这个环节合成信号的包络尽量不失真。N路等幅载波合成信号的平均功率是单载波的N倍，峰值功率是单载波的N2倍，所以载波数越多对系统线性度和动态范围的要求也就越高。宽带基站系统线性度的提高通常是以牺牲效率为代价的，所以其工作效率一般都不高，于是在满足指标的前提下尽量提高各个载波的输出功率，对于提高系统的工作效率和增加覆盖有着极其重要的意义。
本发明的方法是针对整个系统先按照最大容量来设计，使其在满配置时能够满足指标需求；当载波数减少时通过适当改变每个(或某些)数字上变频器里的比例系数来提高相应载波发射功率。这种实现方法在载波数减少时DAC(数模转换器)总的动态范围受到了一定的损失，但按单个载波来看其动态范围随着载波数的减少反而加大，即对信号的动态范围并没有什么损失。另外宽带基站系统在工作时线性度一般不会改变，只要在DAC不饱和的情况下多路载波合成信号总平均功率相近，功放输出多载波信号的线性度指标就可以得到保证；当载波数减少时，多载波合成信号的峰值功率随着降低，所以在实际操作时还可以适当提高每个(或某些)载波的输出功率。由此可见这种方法可以实现在不改变硬件和不影响输出指标的情况下可以提高载波的输出功率。
图1是支持N个载波的宽带发信机系统框图，一种提高宽带多载波基站载波输出功率的装置，包括一个可以提高载波输出功率的宽带基站，该基站包括：多个基带处理单元101-1～101-n、相应多个包含有增益调节功能的数字上变频器102-1～102-n、一多路合成加法器103、一高性能宽带DAC104、一宽带发信机105、一宽带功放106；所述的多个基带处理单元101-1～101-n的输出分别与多个数字上变频器102-1～102-n的输入端一一连接。
基带处理单元101完成信道编码和交织等功能，其中基带处理单元101-1～101-n分别代表结构相同的n个载频的基带处理单元，基带处理单元101与数字上变频器102之间可以通过总线的方式传输数据。数字上变频器102主要完成数据的调制、内插和滤波器件、数字上变频以及其他一些诸如功率控制和增益调节等辅助功能，其中数字上变频器102-1～102-n分别代表结构相同的N个数字上变频器，它与基带处理单元101-1～101-n一起构成了N个相互独立的载频。多路合成加法器103实现N个数字上变频器102-1～102-n输出相加，完成多路载波在数字域的合成，合成信号为非恒包络信号，在这里实现窄带到宽带的过渡。数模转换器DAC104实现数字到模拟的转换，它是数字电路到模拟电路的桥梁，从103开始就要求系统支持宽带多载波工作。宽带发信机BTX105完成滤波，频谱搬移，以及将各个载波放大到希望的电平等工作，宽带功放BPA106用以实现多载波信号的功率放大，放大后输出信号经天线107发射出去。从数字加法器103到天线107都需要支持宽带多载波信号同时工作，为了减小各个载波间的相互影响，要求这一部分就有很高的线性度和稳定性，宽带基站系统的线性度主要由数模转换器DAC104、宽带发信机BTX105和宽带功放BPA106体现。
各数字上变频器102-1～102-n的输出通过一多路合成加法器103后输出到高性能宽带DAC104，再从高性能宽带DAC104输出经由宽带发信机105后到宽带功放106输出经天线发送出去。
图2给出了本发明每个数字上变频器的内部结构框图。本发明一种提高宽带多载波基站载波输出功率的装置中所述的每个数字上变频器包括一调制器202、一第一乘法器203、一内插和滤波器件204、一第二乘法器205、以及一数控振荡器207；从一路基带处理单元输出的信号经调制器202后到第一乘法器203，同时将计算的增益调节系数206也输入到第一乘法器203，其输出经内插和滤波器件器204后到第二乘法器205，同时数控振荡器207也输出一振荡信号到第二乘法器205，经该第二乘法器205后输出到加法器103。
其中调制器202可以根据用户的需求实现多种调制方式；内插和滤波器件204用以提高数据速率和滤除由内插引入的频率分量；第二乘法器205和数控振荡器207实现频谱搬移，它通过数字混频的方式将基带数据调制到中频，数字混频需要的本振信号由数控振荡器NCO207提供。增益调节乘法器(第一乘法器)203用于调整载波输出信号幅度，在具体实现是为了降低其占用的资源，通常将该乘法器放在内插前实现，本发明就是利用该乘法器，通过一定的算法改变系数206，使得宽带基站在降低载波数输出时提高每个载波的输出功率。
本发明的具体操作步骤是：
1、按照系统设计的最大容量来设计宽带基站系统，合理进行指标分配，使高性能宽带DAC104、宽带发信机105、宽带功放106在满配置时能够满足系统性能指标的要求，在满足指标的前提下尽量利用宽带功放106的功率输出能力；
2、当需要载波输出数目减少时，如当需要载波输出数目比系统最大容量时的载波输出数目少时，直接通过软件关闭相应数目的载波通道，如停止给基带处理单元101-i和数字上变频器102-i供电(i表示需要关闭的载波通道)。
3、根据该宽带基站支持的载波数和用户的实际需求按照一定的计算方法设置该模块每个载波的增益调节系数206，达到提高部分或每个载波的输出功率。在设置各个载波的增益调整系数206时应该遵循以下原则：
a、通过设置系数206来提高每个载波的输出功率是有限度的，它以满足系统指标为衡量条件；
b、当载波数减小时多载波合成信号的峰值功率比满配置时小，但宽带功放106输出的总平均功率可以等于或略大于满配置的总平均输出功率；
c、不同的载波数配置对应不同的增益调节系数206，并且在相同载波数配置时各个载波数的系数也可以不相等，但需满足b步骤的条件；
d、载波数越少，宽带功放106输出的总平均就可以越大，但峰值功率就越低，反之亦然；
e、所有的增益调节系数206的计算方法应以不修改硬件和满足指标需求为前提。
4.当得到各个载波的增益调节后将其存在相应的寄存器中，该系数一经设定即使在非连续发射DTX状态也不会改变。只有当用户要求改变载波数或一些特殊要求时这些系数才需要重新按步骤1、2、3重新获得各个载波的增益调节系数206。
本发明可以在不修改硬件和不恶化指标的前提下通过在数字中频部分改变各个载波的增益调节系数来提高载波的发射功率，增加覆盖范围，提高基站的工作效率；
利用增益调整系数206来调节载波输出幅度，以满足宽带基站系统对不同载波数和输出功率的需求，可以实现在载波数目减小时提高每个或部分载波的输出功率。
在载波数减少时各个载波的平均输出功率总和可以等于或略大于满配置时功放的平均输出功率，同时峰值功率必须小于满配置时的峰值功率。
本发明对增益调节系数的设置是采用：不同的载波数目可以对应不同的增益调节系数206，相同的载波数配置时各个载波的增益调节系数可以不等，但需满足以上原则。
本发明的方法适用于宽带多载波基站，在载波非满配置时提高每个或某些载波的发射功率，从而提高基站的工作效率，增大基站覆盖范围。

Claims (7)

1、一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
①按照系统设计的最大容量来设计宽带基站系统，合理进行指标分配，使在满配置时能够满足系统性能指标的要求；
②当需要载波输出数目比系统最大容量时的载波输出数目少时，直接通过软件关闭相应数目的载波通道；
③根据该宽带基站支持的载波数和用户的实际需求按照预定的计算方法设置每个载波的增益调节系数；
④当得到各个载波的增益调节系数后将其存在相应的寄存器中，使用时根据配置的情况取出相应的增益调节系数，控制各载波的增益，使其达到输出功率最大。
2、根据权利要求1所述的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其特征在于，所述的步骤③得到的各载波的增益调节系数一经设定即不会改变，当要求改变这些系数时再按步骤①、②、③重新获得。
3、根据权利要求1所述的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其特征在于，每个载波的增益调节系数设置的原则是：
a、以满足系统指标为衡量条件；
b、当载波数减小时多载波合成信号的峰值功率比满配置时小，但功放输出的总平均功率等于或略大于满配置的总平均输出功率；
c、不同的载波数配置对应不同的增益调节系数，当采用相同载波数配置的各个载波数增益调节系数不相等时，需满足b步骤的条件；
d、载波数越少，功放输出的总平均就越大，但峰值功率就越低，反之亦然；
e、所有的增益调节系数的计算方法应以不修改硬件和满足指标需求为前提。
4、根据权利要求1所述的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其特征在于，所述的提高载波输出功率的增益调节系数计算方法，在载波数减少时各个载波的平均输出功率总和等于或略大于满配置时功放的平均输出功率，同时峰值功率必须小于满配置时的峰值功率。
5、根据权利要求1所述的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的方法，其特征在于，所述的增益调节系数的设置应根据：不同的载波数目对应不同的增益调节系数，相同的载波数配置时各个载波的增益调节系数相等或者不相等。
6、一种提高宽带多载波基站载波输出功率的装置，其特征在于，包括一个可以提高载波输出功率的宽带基站，该基站包括：多个基带处理单元、相应多个包含有增益调节功能的数字上变频器、一多路合成加法器、一高性能宽带数模转换器、一宽带发信机、一宽带功放；所述的多个基带处理单元的输出分别与多个数字上变频器的输入端连接；各数字上变频器的输出通过一多路合成加法器后输出到高性能宽带数模转换器，再从高性能宽带数模转换器输出经由宽带发信机后到宽带功放输出经天线发送出去；当载波数目比系统最大容量时的载波数目少时，通过改变每个或者某些数字上变频器里的增益系数来提高相应载波的发射功率。
7、根据权利要求6所述的一种提高宽带多载波基站载波输出功率的装置，其特征在于，所述的每个数字上变频器包括一调制器、一第一乘法器、一内插和滤波器件、一第二乘法器、以及一数控振荡器；从一路基带处理单元输出的信号经调制器后到第一乘法器，同时将计算的增益调节系数也输入到第一乘法器，其输出经内插和滤波器件后到第二乘法器，同时数控振荡器也输出一振荡信号到第二乘法器，经该第二乘法器后输出到所述的多路合成加法器。
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