CN1155165C - 一种闭环射频功率控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种闭环射频功率控制装置及其方法，该装置包括电调衰减器、功率放大器、对数检波器、电压比较器、递增/递减控制器、低通滤波器和D/A变换器；方法包括查出与功率等级对应的控制数据，并进行处理，然后用处理后的控制数据开启、关闭功率。本装置在保证获得较高的功率控制精度的同时，又提高了“射频载波发射功率时间包络”及“开关瞬态频谱”等无线技术性能。

Description

一种闭环射频功率控制装置和方法

本发明涉及一种无线发信机，尤其是，涉及一种闭环射频功率控制的装置和方法。

在移动通信系统中，通常尽可能地降低周围环境的电磁干扰电平，以减轻移动网络对其它无线通信系统以及本网络的影响。移动通信相关规范对设备及移动终端提出了功率控制的要求。就GSM系统来说，GSM规范对基站收发信台提出了6级静态功率控制和15级动态功率控制要求。

GSM规范规定，移动设备对功率控制的支持，特别是动态功率控制的支持，必须在“射频载波平均发射功率”、“射频载波发射功率时间包络”及“开关瞬态频谱”满足一定的技术要求。“射频载波平均发射功率”提出了对功率控制精度的要求，基站收发信台应支持6级静态功率控制和15级动态功率控制，以静态功率控制为例，实际最大输出功率在一般条件下误差不超过±2dB。6级静态功率调整的级差为2dB，允许±1dB的误差。此外，静态功率等级N的实际输出功率比静态功率等级0小2×N个dB，一般条件下的允许误差为±3dB。“射频载波发射功率时间包络”要求对147比特有用信息部分的幅度平坦度不大于±1dB，对±18μs、±10μs处其上升/下降沿功率要求应不大于-30dBc、-6dBc。对非激活状态的时隙，其时隙功率应不大于-30dBc。“开关瞬态频谱”则限定了设备由于使用了开关功率而可能对频谱造成的展宽，一般至少不超过-36dBm。

现有功率控制技术可主要概括为两种，一种是直接式功率控制，这种方式中射频电路存在较大的离散性，生产测试一次通过率非常低，“射频载波平均发射功率”所要求的功率控制精度大大超标，需要采用一些其它方法加以解决，增加了生产成本。同时，由于功率控制电压为方波信号，当功率控制电压与GMSK信号相乘后，在频域上GMSK信号被Sa(x)函数卷积后展宽，形成“开关瞬态频谱”，由于理想方波信号在频域上高频分量太丰富，对“开关瞬态频谱”影响较大，通常可以在功率控制信号后安装模拟低通滤波器，适当滤除高频分量，但滤波后的功率控制信号在时域上不可避免地产生失真，又不符合“射频载波发射功率时间包络”的要求，如此，“射频载波发射功率时间包络”及“开关瞬态频谱”两项技术指标存在一定的矛盾，需要精心调试，才能满足要求，降低了生产效率。另一种为闭环功率控制方式，闭环功率控制方法与直接式功率控制方法相比，主要是增加了正向功率检测(即对数检波)和电压比较器，从而构成一个功率控制环。功率控制环只有在功率控制电压与对数检波输出电压完全相等时，环路才进入稳定状态。当要增大射频输出信号的功率时，可以先抬高功率控制电压电平，环路在稳定时，对数检波器输出电压的电平将抬高，而该电压的抬高与输出信号的功率成正比。从而达到增大输出信号功率的目的。虽然闭环功率控制可以保证获得良好的功率控制精度，但由于功率控制电压仍为方波信号，  “开关瞬态频谱”与“射频载波发射功率时间包络”矛盾仍未改变。本发明的目的是，提供一种闭环射频功率控制装置，在保证获得较高的功率控制精度的同时，又能提高“射频载波发射功率时间包络”及“开关瞬态频谱”等无线技术性能。

本发明的另一个目的是，提供一种射频功率控制方法，通过将相应功率等级的控制数据处理形成一组逼近控制数据的控制参数，实现功率的开启和关闭过程，从而保证了功率控制精度。

本发明是这样实现的：一种闭环射频功率控制装置，包括电调衰减器，功率放大器，对数检波器和电压比较器，射频输入信号通过级联的电调衰减器和功率放大器后，进入对数检波器和电压比较器构成的功率控制环，其特征在于，所述功率控制装置进一步包括：

递增/递减控制器，其信号输入端与发出功率控制等级命令的系统控制单元连接，输出端连接D/A变换器的输入端，用于根据功率等级控制信号，按照递增或递减方式产生功率控制电压，再进入所述功率控制环；

D/A变换器，连接在所述递增/递减控制器的输出端和所述低通滤波器的输入端之间，用于将所述功率控制电压转换为模拟控制电压；

低通滤波器，连接在所述D/A变换器的输出端和所述功率控制环的电压比较器的输入端之间，用于滤除所述模拟控制电压中的时钟信号分量后将其送入所述功率控制环。

本发明的射频功率控制方法采用以下步骤：

a)进行初始化，所述初始化包括将发信机的功率等级与各等级的功率控制数据一一对应存储在一个数表中；

b)系统控制单元向当前发信机发出发射功率设置的命令；

c)根据功率等级控制信息，通过查所述数表获得相应的功率控制数据；

d)所述功率控制数据经处理得到一组控制参数；

e)在时钟的控制下，所述控制参数按照递增/递减顺序发送，产生呈递增/递减方式的功率控制电压；

f)根据所述功率控制电压，开启发信机的射频发射功率，直到完成相应等级功率设置为止；

g)在时钟的控制下，所述控制参数按照递减/递增顺序发送，产生呈递减/递增方式的功率控制电压；

h)逐步关闭发信机的射频发射功率，直到完全关闭功率设置为止。

下面通过附图，对本发明进一步说明。

图1为现有技术中直接式功率控制装置的结构示意图。

图2为现有技术中闭环功率控制装置的结构示意图。

图3为本发明闭环射频功率控制装置一个实施例的结构示意图。

图4为本发明闭环射频功率控制方法的一个实施例的控制流程图。下面参照附图，通过关于本发明的详细描述，可以使本发明的上述和其他特征、优点显而易见。各附图中同一标号数表示相同含义。

图1为直接式功率控制装置的结构示意图。该装置由级联的电调衰减器1和功率放大器2组成。射频输入信号11在送入功率放大器2进行放大并最终馈入天线发送到空中之前，先经过一电调衰减器1，电调衰减器1是根据功率控制电压12的大小对输入的射频信号11进行衰减的。功率控制电压12来自于设备的控制部分，控制部分根据相关控制指令，产生相应的控制电压12，并最终通过电调衰减器1达到对射频输出信号21输出功率的控制。

图2为现有技术中闭环功率控制装置的结构示意图。闭环功率控制装置与直接式功率控制装置相比，主要是增加了对数检波器4和电压比较器3，从而构成功率控制环5。只有在功率控制电压12与对数检波输出电压完全相等时，功率控制环5才进入稳定状态。若要增大射频输出信号21的功率时，可以先抬高功率控制电压12的电平，环路稳定时，对数检波器4输出电压的电平将抬高，而该电压的抬高与输出信号21的功率成正比。从而达到增大输出信号功率的目的。由于对数检波器4具有良好的线性特性，因而，该方案在理论上提高了功率控制精度。

图3为本发明闭环射频功率控制装置一个实施例的结构示意图。该方式已应用于GSM系统基站收发信台的收发信机中，并分别应用到GSM900和GSM1800两个频段的发信装置部分。该实施例在闭环功率控制的基础上加入递增/递减控制器6、D/A变换器7和低通滤波器8。功率控制电压12是数字信号数表示的功率等级控制信号61通过递增/递减控制器6查找和计算，再通过D/A变换器7变换后形成，功率控制电压12经低通滤波器8进入所述功率控制环5内的电压比较器3。下面对其工作原理具体说明。

功率等级控制信号61为数字信号，通常是由系统核心控制器下发的，要求对应射频单元据此进行功率调整。和一般的功率控制不同，该实施例并不是直接给出最终的控制电压，而是根据控制等级命令，采用递增或递减方式产生控制电压，因此，经过D/A变换器后，输出到低通滤波器8的控制端的“功率控制电压”为平滑输出电压。递增/递减控制器6可以采用ANOLOG DEVICES公司的ADSP2189MKST-300数字信号处理芯片，也可以采用单片机或CPU等具有运算和控制功能的数字信号处理器。其作用是根据不同的功率等级参数，寻找对应波形数据库，产生与功率等级控制信号61对应的时间控制曲线数据，该数据经“D/A变换器”转换后，被变换成模拟电压输出，低通滤波器8的作用是滤除模拟电压中的时钟信号分量，以保证不会因此而对输出信号的频谱造成影响。递增/递减控制器6的外部接口主要包括：与系统控制单元的接口和与数字/模拟转换器7的接口，这里的系统控制单元泛指电路上一级控制电路，整个功率控制装置的输出功率等级的设定命令来自于此。递增/递减控制器6接收到该信息后进行相应运算和控制操作，输出控制数据送到D/A变换器7转换成模拟控制电压，然后，由通带截止频率设计为200KHz左右的有源低通滤波器处理，完成相应输出功率等级的设置。

参考图4，下面给出射频功率控制方法的一个实施例的流程图。发信机一旦开始工作，递增/递减控制器就进入控制转换的循环。如图4步骤600所示，递增/递减控制器接收系统上一级控制单元关于输出功率等级设置的命令，系统控制单元给出的命令信息是要求对发信机进行功率控制的具体等级为多少的数字信号；接着进入步骤601，为了实现对发信机输出功率的控制，递增/递减控制器需要给出一个正确的控制参数，在由预先贮存的各功率等级和控制参数对应关系的数据库中，查出对应功率等级的控制参数；接着进入步骤602，递增/递减控制器在获得控制参数后，并不直接将该参数送出，而对其进行一个处理过程，例如对数方式，其目的是使控制数据由小到大排列，并逐步逼近该控制参数。具体处理过程为：将控制参数乘以1/2所得到的数据作为控制数据1，将控制参数乘以(1/2+1/4)所得到的数据作为控制数据2，将控制参数乘以(1/2+1/4+1/8)所得到的数据作为控制数据3，...依此类推，以对其进行10次处理为例，将该参数乘以(1/2¹+1/2²+1/2³+1/2⁴+1/2⁵+1/2⁶+1/2⁷+1/2⁸+1/2⁹+1/2¹⁰)所得到的数据作为控制参数10，控制参数11为查数表所得参数本身；接着步骤603，进入开启功率过程，按先后顺序将控制参数1、控制参数2、控制参数3...控制参数11送出，进入D/A变换器，逐步开启相应时隙的发射功率；接着步骤604，进入关闭功率过程，按照先后顺序将控制参数11...控制参数3、控制参数2、控制参数1送出，最后送出全“0”起关闭功率作用，逐步关闭相应时隙的发射功率。完成上述工作后，递增/递减控制器进入步骤605处于等待状态，等待下一个功率控制命令，然后重复上述步骤600～605的过程。

本申请在闭环功率控制方式基础上对模拟功率控制信号进行数字化处理，使功率控制信号以逐步逼近方式形成，改善了功率控制信号上升沿及下降沿的直角高频分量，从而改善GSM规范要求的“开关瞬态频谱”的同时，满足“射频载波发射功率时间包络”要求。由于采用了递增或递减实现方式，从而改善了控制电压的频谱特性，降低了对低通滤波器的设计要求，而且，由于可以使用相对较宽的滤波器带宽，可以进一步降低由滤波器造成的对控制电压上升/下降沿的失真。该实施例在保证闭环功率控制功率控制精度的基础上，使“射频载波平均发射功率”的级差精度优于±0.5dB，所有功率等级的输出功率比静态功率等级在一般条件下的误差优于±1.5dB；“射频载波发射功率时间包络”还有2比特的冗余；“开关瞬态频谱”对于在要求较严格的GSM900频段，比技术要求仍有大于2dB的冗余。

上述对实施例的说明使本技术领域任何技术人员能生产或采用本发明。对这些实施例进行的多种改进在本领域技术人员都是显而易见的，这里所述的一般原则可以在无需创造技能的情况下用于其他实施例。由此，本发明并不受这里所给实施例的限制，而应该以权利要求范围为限。

Claims (7)

1.一种闭环射频功率控制装置，包括电调衰减器，功率放大器，对数检波器和电压比较器，射频输入信号通过级联的电调衰减器和功率放大器后，进入对数检波器和电压比较器构成的功率控制环，其特征在于，所述功率控制装置进一步包括：

递增/递减控制器，其信号输入端与发出功率控制等级命令的系统控制单元连接，输出端连接D/A变换器的输入端，用于根据功率等级控制信号，按照递增或递减方式产生功率控制电压，再进入所述功率控制环；

D/A变换器，连接在所述递增/递减控制器的输出端和所述低通滤波器的输入端之间，用于将所述功率控制电压转换为模拟控制电压；

低通滤波器，连接在所述D/A变换器的输出端和所述功率控制环的电压比较器的输入端之间，用于滤除所述模拟控制电压中的时钟信号分量后将其送入所述功率控制环。

2.根据权利要求2所述的闭环射频功率控制装置，其特征在于，所述低通滤波器包括有源低通滤波器。

3.根据权利要求1或2所述的闭环射频功率控制装置，其特征在于，所述功率等级控制信号为系统控制单元发出的数字信号。

4.一种闭环射频功率控制的方法，包括：

a)进行初始化，所述初始化包括将发信机的功率等级与各等级的功率控制数据一一对应存储在一个数表中；

b)系统控制单元向当前发信机发出发射功率设置的命令；

c)根据功率等级控制信息，通过查所述数表获得相应的功率控制数据；

d)所述功率控制数据经处理得到一组控制参数；

e)在时钟的控制下，所述控制参数按照递增/递减顺序发送，产生呈递增/递减方式的功率控制电压；

f)根据所述功率控制电压，开启发信机的射频发射功率，直到完成相应等级功率设置为止；

g)在时钟的控制下，所述控制参数按照递减/递增顺序发送，产生呈递减/递增方式的功率控制电压；

h)逐步关闭发信机的射频发射功率，直到完全关闭功率设置为止。

5.根据权利要求4所述的闭环功率控制方法，其特征在于，步骤b)中所述命令包括需要设定的功率等级控制信号。

6.根据权利要求4所述的闭环功率控制方法，其特征在于，所述控制参数经处理后顺序排列，并逐步逼近所述功率控制数据。

7.根据权利要求6所述的闭环功率控制方法，其特征在于，所述逼近方式包括对数方式。

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