CN1197239C - 功放电路及其控制电路和方法 - Google Patents

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Abstract

为了增加输入到功放中的信号的分辨率，本系统包括了一个功率控制电路，它采用了存储在存储装置中的∑-Δ调制值。在从可寻址存储器中检出后，这些值在送到功放的控制输入端之前仅加到低通滤波器上。使用∑-Δ调制值可使通信装置的功率控制电路中所用的硬件减少，并通过从信号中除去噪声元而使信号分辨率提高。

Description

功放电路及其控制电路和方法
发明领域
本发明总地说来涉及无线通信系统，具体讲，涉及有效地控制移动通信系统中无线发射机中的功率放大器的控制电路和相关方法。
背景技术
移动电话业在美国以至世界各处都使商业运作前进了一大步。在人口稠密的大都市远超过所能想象的并且已使系统的容量不够了。如果此趋势继续下去的话，这种迅猛增涨将会对最小的市场也会带来影响。需要改进的方案来解决这些增容的问题。以及保证高质服务并避免增加费用的问题。
在整个世界上，移动通信系统中的一个重要步骤就是将模拟传输改变为数字传输。同等重要的是选择有效的数字传输方案，以实现下一代的移通技术。此外，广大人士都相信第一代个人通信网络(PCN)(可在家中、办公室中、大街上、小汽车上等地方便地携带并用来接收电话呼叫的低价、便携、无绳电话)将由使用下一代数字移动系统基础设施和移动频率的移动载体所取代。在这些新系统中所需的关键特征是增加通话容量。
当前，信道接入最常见的是用频分复用(FDMA)和时分复用(TDMA)方法。在FDMA中，通信信道是单一射频波段，其上的信号传输功率是集中的。通过使用仅使在特定频带内的信号通过的带通滤波器来限制相邻信道的干扰。这样，每个信道被分配有一个不同的频率，系统容量就受各可用频率以及信道所用射频的限制。
而在TDMA系统中，一个信道中包括在同一频率上周期性的时间间隔串中的时隙。每个时隙期间称作一帧。所给定信号的能量被限制到这些时隙之一中。通过使用时间门或其它仅使在适当时间接收的信号能量通过的同步元件来限制相邻信道的干扰。因此，不同相对信号强度级的干扰中的部分得以减少。
通过将传输信号压缩到较短时隙内使TDMA系统的容量加大。结果，信息必须要以相应较快地比特率发射出去，这就正比地增加了所占频谱的量。
用FDMA或TDMA系统，或FDMA/TDMA混合系统可以避免两个潜在的干扰信号同时占用同一频率。与此形成对照，码分多址(CDMA)则允许信号在时间和频率上交叠。因此，所有CDMA信号共享同一频谱。在频域或时域中，多址信号似乎在相互彼此之上出现。
对于特别除CDMA系统的所有系统。功率控制是一项重要技术，以及彼此间不引起太多干扰的同时平衡向末端用户提供足够强的信号的需求。现已有各种功率控制技术，许多都可调节功率，使信号以预定增量发射出去。
功放(PA)在无线发射机中广泛采用，以产生放大的发射信号。前面描述的功率控制技术可以控制发射机的功率放大器，以将RF信号在几个不同功率级上加以放大。这些信号的放大中功放精度越高，发射机工作的效率就越高。
为了使功放高效工作，就要使功率级之间以及功放上电时的跳升和功放断电时的跳降时功率级跳跃平滑和准确。当跳升到下一功率级或从前一功率级跳降时，就使用确定功放功率级值的功放功率控制电路。在工作中使用功放的跳跃串越平滑，功放的精度就越高，且由此引起的噪声和其它问题就越小。在大多数系统中，对于广播介面来讲已预定并具体化了功率跳跃值的最佳序列。这些值如以下参考图1所描述的，存储在与功放控制电路相关的存储器上。每个功率级的序列被存在存储器中，并在要控制功放时再存取。但甚至当控制电路的存储器载有最有效的跳升和跳降值时，则要改进发到功放的模拟控制信号的分辨率。
通常在功放功率控制电路输出与功放之间正常出现的信号处理包括将在控制部分确定的数字值转换成模拟值并通过使用通带滤波器去除瞬变信号，它在不影响发送到功放的信号低频的情况下去除瞬变信号能量。
在数/模(D/A)转换器中采用的∑-Δ调制针对数字信号是有几个优点的。∑-Δ技术比用模拟元件构成的传统D-A转换器具有更好的分辨率。∑-Δ调制器具有可去除信号低频中噪声的能力。对∑-Δ调制器本身的使用及实现的进一步描述(虽不是功放控制的内容)已在美国专利5117234中描述了。
使用模/数转换器中采用的∑-Δ调制器的实例已在美国专利5,754,591中公开了。在此专利中公开了一种通过使用数字技术来接收正交幅度调制的数据的方法。一种∑-Δ调制的数/模转换器被用于控制AGC即自动增益控制。在美国专利4,992,753和5,416,441中公开了使用其它功放电路的例子。在美国专利4,992,753中，由功放放大射频信号，其中输出功率受控于数/模转换器。美国专利5,416,441公开了自动控制电路，它与功放一起用于控制功放的输出波形中不希望的变化，这种不希望的变化是由对低通滤波器中的电容上的不希望的电荷的累积形成的。
这种实施方案的一个缺点是∑-Δ调制器比较复杂。因此需要一种系统，它取了在功放控制电路中∑-Δ调制的模/数转换器的优点却廉价且不复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功放，它具有输入到功放中的改进的动态功率控制信号，该信号具有较高的分辨率，并可在信号传输期间由通信装置有效利用。
本发明的另一目的在于提供一种用于控制功放的电路，它解决了与减噪和降成本有关的问题。本发明的再一目的在于减少控制电路中所需硬件的数目，因此，可以低成本减少噪声。
本发明的示范实施例采用了一个用于控制功放的存储装置。在存储装置中存储了用于功放的适当跳升和跳降的多串数据，这些数据串首先被用∑-Δ调制技术处理。由于∑-Δ调制器输出预定的数字位流，可建立一种系统，使由∑-Δ调制器产生的离散数据串与数字跳升和跳降数据串相组合以确定出一组∑-Δ调制的跳升和跳降数据串。通过减少所用的硬件数目，将这些数据串存放在功放的控制电路的存储装置内，而使成本降低。
附图简述
图1为传统的功放电路的方框图；
图2为∑-Δ数/模转换器的方框图；
图3为根据本发明的示范实施例的功放电路的方框图；
图4为在根据本发明的示范实施例的移动无线电话系统的方框图。
具体实施方式
图1示出典型功放及与功率控制部分5有关的方框图。所示的功率控制部分5与功放10的控制输入相连。功放10的射频输入15具有一射频信号，它被根据加在功放控制输入端的值放大到预定的功率级上。放大后的信号随后被耦合到天线20上并被发射到接收机上(未示出)。
功率控制部分5确定了发送到功率放大器10上的特定功率级控制数据串50。用诸如可寻址的ROM或RAM可寻址存储器35来存储在不同时刻要加到功放10上的多个跳升和跳降数据串。这些数据串通常被用广播干扰标准来预定。例如，某GSM发射机可具有16个不同的功率级。如此可有存在存储器35中的16个不同的跳升数据串和16个不同的跳降数据串。因此，当功率控制部分5在控制单元30上接收控制输入25后，控制单元30从存储装置35上根据控制输入25检索出一串跳升和跳降值。代表跳升和跳降值的功率控制数据串50被发送到数/模转换器40上，将数据串转换成模拟信号。在被发送到功放10上执行控制之前，由滤波器45将模拟信号进行平滑处理。
对于高效的功放操作来说，非常明显要有高效的数/模数据转换。当从数字转换成模拟信号要获得较高信号分辨率时，已采用了∑-Δ数模转换器，它采用了置于数/模转换器内的∑-Δ调制器。∑-Δ调制器将数字信号再量化，这样，任何再量化误差都以较高频率分配，以噪声整形“信号”。∑-Δ将多位数字信号转换成减少的多位数字信号。
图2示出典型的∑-Δ数/模转换器75。在该转换器内，数字信号80被输入到内插器85上，该内插器将数字输入信号过采样(即提高采样率)从内插器85输出的过采样的数字信号被送到∑-Δ调制器90。如上面讨论的，∑-Δ调制器90的工作对象为噪声整形过采样信号。位于低频端的噪声被移到高频处。由于∑-Δ调制器90的输出仍为数字形式，输出则被送到输出平滑滤波器100上，以将信号平滑处理并输出模拟信号105。
如申请人所认识到的，以及由于∑-Δ调制器输出已知和重复的数字数据流，数/模转换器40就可以从控制部分5中取消。事实上，只要有足够的存储量，则与功放有关的跳升和跳降值就可首先被∑-Δ调制然后以一组∑-Δ调制的跳升和跳降数据串形式存在存储器中。为了给功放提供一精确的高分辨率功率控制信号，本发明提供了如图3方框图所示的存储和检索∑-Δ调制的跳升和跳降数据串方案。
其中，所示功率控制部分5与功放10的控制输入相耦合。功放10的RF输入15被放大到预定的功率级，然后如参考图1在上面讨论的那样被天线20发射出去。功率控制部分5确定功率级以及适当的功率串，使放大器10放大RF信号15。存储装置110(例如可寻址ROM或RAM)根据系统所需的功率级将要加到功放上的∑-Δ调制的跳升和跳降数据串存储起来。尽管以ROM或RAM在上面讨论了存储装置，本领域的普通技术人员将认识到可用任何适当的可寻址的存储器来存储所需的功率控制数据串。
由功率控制部分5所用的具体跳升和跳降数据串是已知的，并且被诸如广播接口规范和被用的系统类型的基本发射需求来确定。因此，根据控制信号25，功率控制部分5从存储装置110中检索出所要的∑-Δ调制的跳升和跳降值。代表∑-Δ调制的跳升和跳降值的功率级控制序列115数据在被发送到功放10用于控制之前，被发送到滤波器45。滤波器45(例如低通滤波器)的功能是将控制单元30输出的数字串转换成功放10控制输入所需的模拟值。
如早先提到的，本发明的功放可用在诸如移动电话上。这些装置可被用来以不同的功率级发射消息以支持在无线通信系统中移动站与基站之间的通信。图4表示根据本发明一个实施例的移动无线电话系统的方框图，其中上述功放可被用来产生用作数据传输的RF信号。该系统示出一种实例性的基站910和移动站920。基站包括一个控制和处理单元930，它与MSC940相连，再与公共交换电话网(未示出)相连。
用于网孔上的基站910包括多个由语音信道收发机950处理的语音信道，它由控制和处理单元930控制。还有，每个基站包括一个控制信道收发机960，它能对多于一个信道的信道中的信号加以处理。由控制和处理单元930控制控制信道收发器960。控制信道收发机960将控制信息通过基站或网孔将控制信息发到与该控制信道锁定的移动站上。语音信道收发机处理通话或语音信道，它包括如先前所描述的数字控制信道位置信息。
当移动站920首先进入空闲状态时，它周期性地扫描象基站90的基站的控制信道，以确定要锁定到哪个网孔上或驻留在哪个网孔上。移动站920接收在语音和控制信道收发机970所处的控制信道上广播的绝对和相对信息。然后，处理单元980评估包括备选网孔的特征的所接收的控制信道信息，并确定移动站被锁定在哪个网孔上。所接收的控制信道信息不仅包括与之相关的网孔的绝对信息，而且也包括与控制信道有关的网孔接近的其它网孔有关的相对信息。在监视主要控制信道的同时，周期地扫描这些相邻的网孔，以确定是否有更适合的备选者。与移动站和基站的具体情况有关的额外信息可从P.Dent和B.Euelund于1992年10月27日提交的名为“Multimode SignalProcessing”的美国专利申请07/967,027中获知，它在此引作参考。
尽管前述实施例是以基站和移动站为例描述的，但本发明也可用于任何无线通信系统，例如，卫星可发射和接收在包括便携单元、PCS装置、个人数字助手等的遥距装置进行通信的数据。
尽管本发明是参考优选实施例来加以描述的，但本领域技术人员应当明白本发明并不局限于这些实施例。例如，尽管在本发明的实施例描述中涉及了∑-Δ调制，但其它转换技术也可用在重复产生位图且有足够用于控制序列存储的存储区的地方。

Claims (13)

1.一种功率控制电路(5)，用于控制一个功放(10)，其特征在于：
存储用于控制所述功放(10)的放大的∑-Δ调制的跳升和跳降值的数据串的存储装置(110)；和
用于从所述存储装置(110)中检索出所述∑-Δ调制的跳升和跳降数据串的功率控制单元(30)，该数据被加到所述功放(10)上以改变所述功放(10)的放大。
2.如权利要求1所述的功率控制电路(5)，其特征在于还包括平滑滤波器(45)，用于平滑直接从存储器(110)上提供的∑-Δ调制的跳升和跳降值的数据串，并输出一模拟值。
3.如权利要求2的功率控制电路(5)，其中所述平滑滤波器(45)为低通滤波器。
4.如权利要求2的功率控制电路(5)，其中所述模拟值是从所述平滑滤波器(45)直接加到所述功放(10)上的。
5.一种功放电路，其特征在于：
具有数据输入(15)和控制输入(115)的功放(10)，用于根据所述控制输入(115)上所接收的值放大在所述数据输入上的信号；
存储用于所述功放(10)的跳升/跳降功率控制值的存储装置(110)；
用于对所述存储装置(110)寻址的控制单元(30)，将从所述存储装置上检出的功率控制命令输出到所述控制输入(115)上；以及
置于所述存储装置(110)与所述控制输入(115)之间的滤波器(45)，其中所述滤波器(45)直接连所述控制单元(30)，并直接连到所述功放(10)上。
6.如权利要求5的电路，其中所述滤波器(45)是低通滤波器。
7.如权利要求5的电路，其中所述跳升/跳降功率控制值是∑-Δ调制的数据串。
8.一种操作功放电路的方法，其特征在于：
在存储器(110)中存储功率控制命令，其中所述功率控制命令包括用于控制功放电路(10)的∑-Δ调制的跳升和跳降数据串；
寻址所述存储器(110)，以在有命令时将所选的功率控制命令输出；
对所述功率控制命令滤波；
向所述功率放大器(10)发送所述滤波的功率控制命令；以及
根据所述滤波选择的功率控制命令，操作所述功放电路(10)。
9.如权利要求8的方法，其中所述∑-Δ调制的数据串包括所述功放的跳升和跳降数据串。
10.一种具有发射出射信号的发射机的通信装置，其特征在于：
在发射前放大所述出射信号的功放(10)；
存储用于控制所述功放(10)的放大的∑-Δ调制跳升和跳降值的数据串的存储器(110)；
功率控制电路(5)，用于从所述存储装置(110)中检索所述∑-Δ调制的跳升和跳降值，并将所述∑-Δ调制的跳升和跳降值加到功放(10)上以改变所述功放(10)的放大；以及
接收进入信号的接收机，该进入信号作用于所述控制电路(5)，使得用于控制所述功放(10)的放大的∑-Δ调制跳升和跳降值的数据串从所述存储器(110)中被检索。
11.如权利要求10的通信装置，其中所述功率控制电路(5)还包括平滑滤波器(45)，用于平滑直接来自存储装置(110)的所述∑-Δ调制的跳升和跳降值并输出一模拟值。
12.如权利要求11的通信装置，其中所述平滑滤波器(45)为低通滤波器。
13.如权利要求12的通信装置，其中所述平滑的数据是直接从所述平滑滤波器(45)加到所述功放(10)上的。
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