CN1167204C - 基于测得的rf噪声补偿rf增益的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于补偿RF模块增益的装置，包括：根据增益控制信号控制射频信号增益的射频处理器；用于检测射频信号频段之外噪声信号电平的信号电平检测器；和，用于比较噪声信号电平与射频信号从而产生增益控制信号的增益控制器。

Description

基于测得的RF噪声补偿RF增益的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种基于测得的射频(RF)噪声补偿RF信号增益的装置和方法，特别涉及一种基于频段外RF噪声补偿RF信号增益以保持RF信号模块通道增益不变的装置和方法，以及一种用于存储实施该方法的指令的计算机可读记录介质。

背景技术

在增益补偿方法中，为了进行RF模块的增益补偿，通常采用自动环路控制(ALC)和自动增益控制。信号电平由定向耦合器、功率分配器等取自接收信号，输出信号按所取信号电平与参考电平之间的比较结果进行补偿。换言之，当使用ALC与AGC时，信号增益补偿是为了保持输出信号电平为常值。

在另一传统补偿方法中，信号的增益基于信号频段外的音调(tone)信号的变化进行补偿。以下称信号的频段为“信号频段”。这里信号频段外的含义是信号频段以外的频段与信号频段里不用的频段。

在基于信号频段内的信号实现增益补偿时，由于信号电平随信号源位置改变而变化，因此，很难保持RF模块的增益为常值，这称为“环路控制”。

在基于信号频段外的信号如音调信号实现增益补偿时，环路控制可以实现。但需要额外的信号源，系统也将因此变得复杂。

基于频段内信号实现的增益补偿的缺点详述如下。

大多数通信系统中，AGC是基于信号传输通道里的信号电平完成的。然而，当必须进行控制功率时，AGC就不能使用。例如，在码分多址(CDMA)系统中，终端控制功率以使该终端接收到的功率电平保持不变。但由于衰减等原因，接收到的功率电平是波动的。这种情况下，如果进行AGC，则不认为CDMA系统的功率控制也能正常实现。

换言之，由于AGC与ALC用于补偿信号的增益和保持输出信号的功率为常值，就存在很难保持RF模块的增益的问题。

发明概述

本发明的目的是为了提供一种用于基于信号频段外噪声信号补偿RF模块增益的装置和方法。

根据本发明目的的一个方面，提供了一种用于补偿无线通信系统增益的装置，包括：基于增益控制信号控制射频(RF)信号增益的射频(RF)处理器、用于检测射频信号以外的噪声电平的信号电平检测器、和根据参考电平与测得噪声电平之间的比较结果产生增益控制信号的控制器。

根据本发明目的的另一方面，提供了一种基于噪声信号补偿无线通信系统增益的方法，该方法包括以下步骤：a)设置参考增益与参考电压；b)比较噪声信号电平与参考电平；c)如果噪声信号电平大于参考电平，减小射频(RF)处理模块的增益；d)如果噪声信号电平小于参考电平，增加射频(RF)处理模块的增益。

根据本发明目的更进一步的另一方面，提供了一种计算机可读记录介质，用于存储用于实施基于噪声信号补偿无线通信系统增益的方法的指令，该方法包括以下步骤：a)设置参考增益与参考电压；b)比较噪声信号电平与参考电平；c)如果噪声信号电平大于参考电平，减小射频(RF)处理模块的增益；d)如果噪声信号电平小于参考电平，增加射频(RF)处理模块的增益。

附图简要说明

通过结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述及其他目的与特征会变得很清楚。附图中：

图1A和1B是根据本发明的增益补偿器的框图；

图2是根据本发明的增益补偿器的框图；

图3是根据本发明的增益补偿方法的流程图；和

图4是描述本发明中使用的信号频段的示意图。

本发明的优选实施例

传统增益控制装置中，为了进行环路增益控制，使用环路中的信号电平或者用信号频段外的信号，如音调信号。

室外装置的设计应充分考虑温度的影响。例如，温度高时有源元件如放大器的增益低，相反，温度低时其增益高。相应地，如果没有建立耐温装置，总模块的通道增益会随温度变化。

码分多址系统中，信号电平随用户和环境改变，因此基于信号电平控制通道增益是不合适的。

为了解决基于信号电平的通道增益补偿方法中存在的上述问题，要产生预定信号，如音调信号，该预定信号的电平用于补偿通道增益。这种情况下，由于要产生预定信号，系统会变得复杂。

本发明中，使用所有系统中都存在的热噪声来控制回路增益。热噪声随温度变化而变化，但热噪声随温度的变化比有源元件随温度的变化小得多。

无信号时，热噪声被放大，通信系统的输出就是被放大了的热噪声。热噪声的电平也随着温度而变化。换句话说，由于热噪声的变化是有源元件的变化引起的，热噪声的增益就可由测量有源元件的电平来完成控制。

如前面所述，由于信号频段内信号的电平随信号源的位置变化，因此，测量的是放大后的信号频段外热噪声。

信号外频段在温度变化之前由带通滤波器滤除，热噪声固定为某个电平。这个固定电平就是参考值。参考值也可由理论方法设置。增益根据该参考值自动调节。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

本发明适用于直接发送、初级频率转换和二级频率转换。直接发送与初级频率转换分别示于图1A和1B。

图1A和1B是根据本发明实施例的增益补偿器的框图。

增益补偿器的每一个元件都可修改、增加或删除。

本实施例说明应用于CDMA系统中转发器的增益补偿器。本发明也可应用于增益需保持为常值的其他系统。

上述直接发送情况下的增益补偿器示于图1A，上述初级频率转换情况下的增益补偿器示于图1B。

上述直接发送情况下的增益补偿器包括射频(RF)模块11、信号电平检测模块12、和控制模块13。

上述RF模块11包括：放大器101、103和105；可调衰减器102；滤波器104；和分配器106。可调增益放大器可替代上述可调衰减器102，定向耦合器可替代上述分配器106。换句话说，如果RF模块11的增益保持为常值，该RF模块11的元器件可以添加、删除、调换和修改。

上述信号电平检测模块12包括放大器107、滤波器108、对数放大器109和电平转换器110。

上述控制模块13包括模/数转换器111和处理和控制单元112。

通道增益基于从放大器101到分配器106的热噪声进行控制。尽管分配器106输出信号的电平随输入信号的电平变化，但热噪声的电平与总通道的增益总和及噪声系数成正比。

举例说明，由于CDMA系统的热噪声在1.23MHz频段为113dBm/1.23MHz(-174dBm/Hz+10*log(1.23MHz))，如果增益为60db，噪声系数为5db，则输出噪声功率电平为-48dBm/1.23MHz，该噪声功率电平用于保持通道增益为常值。换言之，如果检测到的噪声功率小于-48dBm，则通道增益按该减量增加，反之通道增益按该增量减小。

由于对信号的滤波，信号频段外信号的增益小于频段内信号的增益。相应地，当频段内信号的电平保持为参考增益时，频段外的噪声相对于该衰减值进行控制。

放大器107通常是低噪声放大器，滤波器108让相应于上述噪声的频率通过。

对数放大器109输出输入功率-输出功率值。换句话说，对数放大器109从滤波器108接收噪声信号，输出该噪声信号的电压电平。

电平转换器110用电压电平放大元件如运算放大器放大对数放大器109的输出功率。

电平转换器110的输出电压电平被模/数(A/D)转换器111转换为数字信号。从A/D转换器11接收到的数字电压电平被转换成功率电平。该数字电压电平也可以转换成增益电平。功率电平与参考电平比较。如果功率电平变得小于参考电平，意味着增益减小了，则可调衰减器102的衰减值减小。反之，如果功率电平变得大于参考电平，意味着增益增加了，则可调衰减器102的衰减值增大。这时，可用可调增益放大器替代可调衰减器102。

参照图1B，图1B所示为初级频率转换情况下的增益补偿器。

本实施例中，除RF模块15与RF模块11有所区别外，其他元器件都与上述参照图1A说明的第一实施例相同。

增益补偿器包括RF模块15、信号电平检测模块16和控制模块17。信号电平检测模块16与控制模块17每个元件的功能都与前面参照图1A提到的信号电平检测模块12和控制模块13的相应元件相同。

与图1A中的RF模块11相比，RF模块15还包括本地振荡器156、混频器155和滤波器157。

RF模块15接收到输入信号时，该输入信号首先被放大器151放大。可调衰减器152根据从控制模块17的收到的控制信号控制来自经放大器151的放大信号。可调衰减器152的输出信号分别通过放大器153、滤波器154和混频器155进行放大、滤波和与上述本地振荡器156的输出信号混频。相应地，转换输入信号的频率。经过频率转换的信号分别经滤波器157、放大器158和分配器159进行滤波、放大和分配。

这时，RF模块15的元件产生热噪声，该噪声随着输入信号通过这些元件。

RF模块15的输出信号以与上述第一实施例相同的方式经信号电平检测模块16和控制模块17处理。因此，本实施例省略了处理RF模块15输出信号的详细说明。

图2是根据本发明的另一个实施例的增益补偿器方框图。

参照图2，图2所示是模拟增益补偿器。该模拟增益补偿器包括RF模块21、信号电平检测模块22和控制模块23。

RF模块21与信号电平检测模块22的元器件和功能与前面参照图1A提到的RF模块11和信号电平检测模块12的完全相同，因此本实施例将省略其祥述。

信号电平检测模块22的输出电平在控制模块23中的差动放大器205中与参考电平进行比较。该差动放大器205产生并向可变衰减器152发送控制信号，从而控制RF模块21的增益。

这时，参考电压是在总通道增益为要保持不变的那个值时由电平转换器204测量得到的电压电平。

差动放大器205可被用于图1A与图1B所示的数值增益补偿器中。这时，差动放大器205位于A/D转换器111之前。该差动放大器比较参考电压与信号电平检测模块122的输出电压，比较结果由A/D转换器111转换为数字值。

若参考电压与信号电平检测模块22的输出电压之差为0，则控制和处理单元产生指示保持RF模块21的增益为当前值不变的增益控制信号。

若信号电平检测模块22的输出电压与参考电压之差小于0，控制和处理单元产生指示加大RF模块21的增益的增益控制信号，以将该差值变为0。

若信号电平检测模块22的输出电压与参考电压之差大于0，控制和处理单元产生指示减小RF模块21的增益的增益控制信号，以将该差值变为0。

A/D转换器111接收某从负到正的范围之内的电压值。差值的符号根据差动放大器205的输入值确定。当RF模块21的增益保持为常值时，参考电压设定为与测得电压有预定差值的某电压值。例如，当参考电压设为50，测得电压为100时，差动放大器205的输出是参考值。差动放大器的符号根据该参考值设定。

图1A到图2中，可调衰减器可位于RF模块的任意位置，并根据控制模块给出的控制信号来保持RF模块的增益为常值。

关于图1A到图2中，信号电平检测模块以上叙述只说明了其可用于检测直接传送到那里的信号的电平。但是，信号电平检测模块也可检测经混频器初次频率转换或二次频率转换后的信号电平。

图3所示是根据本发明的增益补偿方法的流程图。

首先在步骤300中，控制模块的控制和处理单元112设置参考增益与参考电压。

步骤301与步骤302中，将来自A/D转换器111的测得电压与参考电压比较。

若测得电压小于参考电压，则测得电压与参考电压之间的电压差被转换成增益差值Diff_G，从而在步骤303中按照该增益差增加增益。

若测得电压大于参考电压，则测得电压与参考电压之间的电压差被转换成增益差值Diff_G，从而在步骤304中按照该增益差减小增益。根据可调衰减器的情况不同，增益差值可以是模拟值也可以是数字值。

图4是本发明使用的噪声频段的示意图。

参照图4，噪声频段包括信号频段外与信号频段内的未使用频段。由于经滤波等处理噪声频段的电平比信号频段的电平低，因此，使用信号频段内的未使用频段来控制增益。

为便于说明，本说明书记述了应用于CDMA移动通信的增益补偿器。然而，该增益补偿器还可应用于CDMA个人通信系统(PCS)、国际移动电信(IMT)-2000系统、时分多址系统和频分多址系统。换言之，本发明可应用于任何具有有源元件的装置中。

为了检测噪声电平，信号被上/下转换和被带通滤波器滤波。

本发明中，运用信号频段外和信号频段内的未使用频段的噪声来控制RF模块的增益，因此适用于任何系统。

本发明可广泛应用于那些需要基于通道噪声信号来保持通道增益不变的系统。

尽管本发明的优选实施例是出于示意的目的进行阐明的，但本领域的技术人员应理解的是，可在不背离由所附权利要求书限定的范围和实质的情况下，对这些实施例进行各种改型、添加和替换。

Claims (5)

1.一种用于补偿无线通信系统的增益的装置，该装置包括：

射频处理装置，用于根据增益控制信号控制射频信号增益；

信号电平检测装置，用于检测射频信号之外的噪声信号的电平；和

控制装置，用于根据参考电平与测得噪声信号电平之间的比较结果产生增益控制信号。

2.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其中控制装置包括：

模/数转换装置，用于将作为模拟值的噪声信号电平转换为数字信号；和

控制和处理装置，用于比较参考电平与测得噪声信号电平，从而产生增益控制信号。

3.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其中控制装置包括：

差动放大装置，用于得到测得噪声信号电平与参考电平的差分值；

模/数转换装置，用于将差分值转换为数字差分值；和

控制和处理装置，用于根据数字差分值产生控制信号。

4.根据权利要求1所述的增益补偿装置，其中控制装置包括：

差动放大装置，用于比较参考电平与测得噪声信号电平，从而产生增益控制信号。

5.一种基于噪声信号补偿无线通信系统的增益的方法，该方法包括下列步骤：

a)设置参考增益与参考电平；

b)比较射频信号频带外的噪声信号电平与参考电平；

c)若所述噪声信号电平大于参考电平，则减小射频处理模块的增益；

  和

d)若所述噪声信号电平小于参考电平，则增加射频处理模块的增益。

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