CN1248104A

CN1248104A - 用于移动通讯系统终端设备中的发射功率控制器

Info

Publication number: CN1248104A
Application number: CN99111142A
Authority: CN
Inventors: 市原正贵
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2000-03-22
Anticipated expiration: 2019-07-27
Also published as: EP0989689A2; EP0989689A3; KR100375902B1; DE69937093T2; JP3240998B2; CN1152475C; EP0989689B1; DE69937093D1; KR20000011950A; US6330455B1; JP2000049629A

Abstract

一种防止移动通信终端设备中发射功率过度的发射功率控制器。分路滤波器11、检波器12和平滑电路13结合在一起产生一个对应于移动通信终端设备的发射功率的检测电压。阈值设置电路14产生一个对应于允许的最大平均发射功率的阈值电压。电压比较器15通过比较检测的电压与阈值电压来判定移动通信终端设备的发射功率是否高于允许的最大平均发射功率。当判定平均发射功率高于允许的最大平均发射功率时降低可变增益放大器的增益。

Description

用于移动通讯系统终端设备中的发射功率控制器

本发明涉及到一个用于移动通讯系统终端设备中的发射功率控制器。

用来把最大平均功率控制在低于一定值的范围内的控制电路一般包括在常规模拟FM(频率调制)系统的移动通信终端设备中称为ALC(自动电平控制)电路，其中该一定值规定在无线电相关法规中。

图4例举出这个电路的方案。

VCXO(电压控制晶体振荡器)21产生一个用调制信号的频率调制的IF(中频)频率信号。

带通滤波器23对VCXO 21的输出信号限制一个带宽以便消除不期望的波形并且允许期望频率的中频信号通过。

中频放大器24放大带通滤波器23输出的中频信号。带通滤波器25对中频放大器24的输出信号限制一个带宽以便消除不期望的波形并且允许期望频率的中频信号通过。

混频器26混频从带通滤波器25输出的中频信号和本地振荡器27输出的本地信号以变换中频信号到一个RF(射频)信号。

带通滤波器28对混频器26输出的信号限制一个带宽以便消除不期望的波形并且允许期望频率的射频信号通过。这个从带通滤波器28输出的射频信号在发射功率放大器29进行功率放大，然后作为一个发射无线电波从天线30辐射。

分路滤波器31部分地隔离从发射功率放大器29输出的信号。检波器32检测由分路滤波器31从发射功率放大器29输出的信号。平滑电路33平滑从检波器32输出的信号。因此获得的是一个相当于来自包括图4中发射功率控制器的移动通信终端设备的平均发射功率。

另一方面，阈值设置电路34以一个阈值数据信号为基础输出一个相当于无线电相关法规所规定的最大平均发射功率。

电压比较器35比较从平滑电路33输出的电压与从阈值设置电路34输出的阈值电压。

一个负反馈控制进一步被执行以致于通过调节电源电压控制器36的电源电压、偏置电压和发射功率放大器29等这一类电压，利用一个允许的最大平均发射功率来均衡平均发射功率。

上面描述的是常规模拟调频系统的移动通信终端设备中发射功率控制器(ALC电路)的工作。

CDMA(码分多址)是最近提出的一种作为用于下一代移动通信终端设备的技术。

为了克服在CDMA系统中的近-远的问题，必须在一定范围内精确地控制移动通信终端设备的发射功率，以致于从属于相同小区的移动通信终端设备发射的无线电波能够以实质上同样电平到达一个基站。该控制的范围比80dB宽，以及控制精度是1dB。

然而，要通过如图4所示的ALC电路实现复杂的发射功率控制是不可能的。

为了克服这样的问题，一种精确地调节可变增益放大器的控制电压的方法被采用，该可变增益放大器工作在具有宽动态范围的中频级。现有射频微器件公司(RF Micro Device Inc.)的“RF 2609”被认为是一种好的可变增益放大器的例子。

图5显示了具有可变增益放大器的发射功率控制器的方案实例。在CDMA中使用正交调制器41替代模拟调频系统的移动通信终端设备中的VCXO，因为采用的调制方法是QPSK(四相移键控)和偏移QPSK。

正交调制器41具有两个基带输入信号：一个同相位分量(I-信号)；和一个正交分量(Q-信号)。正交调制器41利用I-信号和Q-信号调制本地振荡器42输出的本地信号以产生一个中频信号。

带通滤波器43限制正交调制器41输出信号的带宽以消除不期望的波形而获得一个具有期望频率的中频信号。

可变增益放大器44放大从带通滤波器43输出的该中频信号。带通滤波器45限制可变增益放大器44输出信号的带宽以消除不期望的波形而允许具有期望频率的中频信号通过。

混频器46混频从带通滤波器45输出的中频信号与本地振荡器47输出的本地信号以变换中频信号到一个射频信号。

带通滤波器48对混频器46输出的信号限制一个带宽以便消除不期望的波形并且允许期望频率的射频信号通过。这个从带通滤波器48输出的射频信号在发射功率放大器49进行功率放大，然后作为一个发射无线电波从天线50辐射。

不象图4中的情况，图5的电路没有使用ALC电路。替代地，图5的电路包括为可变增益放大器44产生一个控制电压的D/A变换器57和为D/A变换器57提供数据的控制器56。

在CDMA系统中实现的两种类型发射功率控制是开环功率控制和闭环功率控制。在开环功率控制中，移动通信终端设备监视来自一个基站的发射功率。如果该发射功率相对较高，该移动通信终端设备判定该终端位于该基站附近并且降低它本身的发射功率。如果该发射功率相对较低，该移动通信终端设备判定该终端远离该基站并且提高它本身的发射功率。(一个此时由没有描述的移动通信终端设备的CPU在控制器56中设置的功率控制信号被称为开环功率控制信号)。

在闭环功率控制中，基站监视来自移动通信终端设备的发射功率。基站发射给移动通信终端设备一个控制信号用于在该发射功率相对较高时降低发射功率，以及在该发射功率相对较低时提高发射功率。该移动通信终端设备利用一定的变化量如依照控制信号的1dB梯阶周期地改变发射功率的控制值。(一个从基站发射到移动通信终端设备的功率控制信号被称为总功率控制信号)。

开环功率控制与闭环功率控制可以共同存在于包括可逆计数器61的控制器56中，如图6所示。

前述总功率控制信号是一个1比特位的信号。当该信号具有“1”值时，该信号指示提高发射功率。当该信号具有“0”值时，该信号指示降低发射功率。总功率控制信号经过控制器56的TPC(总功率控制)端馈送给可逆计数器61的U/DB端。

可逆计数器61周期地与馈送到CK端的时钟同步地计数以及当输入给U/DB端的是“1”或“0”时递增计数或递减计数。可逆计数器61从Dout端以数字数据形式输出其计数值。D/A变换器57变换这个输出数据到模拟信号并且输出该模拟信号作为一个控制信号给可变增益放大器44。

从D/A变换器57输出的控制电压控制可变增益放大器44的增益，它依次控制移动通信终端设备的发射功率。

可逆计数器61在一个加载信号给到LOAD时，它加载从Din端馈入的开环功率控制信号，并且从Dout端以数字数据形式输出一个计数值相当于用控制信号表示的功率控制值。D/A变换器57变换控制器56的输出数据到一个模拟信号并且输出该模拟信号作为类似于上述可变增益放大器44的控制信号。

上面所描述的是在CDMA系统的移动通信终端设备中常规发射功率控制器的工作。

图5的发射功率控制器带来下述缺点。

(1)当移动通信终端设备远离基站时，在基站检测的移动通信终端设备的发射功率变低。然后，基站发射一个总功率控制信号指示增加发射功率。因此，如果移动通信终端设备距离基站非常远，用于增加发射功率的闭环功率控制可能是过度地执行。结果，有时从移动通信终端设备可能输出超过允许最大平均发射功率的发射功率。在这种情况下，虽然移动通信终端设备满足了基站的要求但是它违反了无线电相关法规的规定。这种情况下其工作还可能干扰相邻的基站。

(2)当移动通信终端设备远离基站时，在移动通信终端设备检测的基站的发射功率变低。然后，移动通信终端设备的CPU输出一个开环功率控制信号指示增加发射功率。因此，如果移动通信终端设备距离基站非常远，用于增加发射功率的开环功率控制可能是过度地执行。结果，与闭环功率控制情况下同样的缺点发生。

(3)可变增益放大器的增益依赖周围温度而变化。则即使总功率控制信号或者开环功率控制信号合适期望的发射功率也不能获得。结果，与闭环功率控制情况下同样的缺点发生。

为了克服上述缺点，而作出本发明，相应地其目的是提供一种能够抑制平均发射功率低于无线电相关法规所规定的最大平均发射功率的发射功率控制器。该发射功率控制器适合于一种需要用相对精确(用1dB的梯阶并且对于分贝单位是线性的)在宽范围内(约80dB)控制其发射功率的移动通信终端设备，以便在CDMA系统中的克服远-近问题。

根据本发明的第一方面，在此提供的一种用在移动通信终端设备中的发射功率控制器，包括：一个安排在发射机中的可变增益装置，用来放大发射信号；一个用来判定来自移动通信终端设备的平均发射功率是高于还是低于允许的最大平均发射功率的判定装置；以及一个控制装置，它用来控制可变增益装置的增益以致于如果平均发射功率高于允许的最大平均发射功率就降低发射功率。

在这个发射功率控制器中，可变增益装置可以放大一中频信号，其中该中频信号是该发射信号。

在这个发射功率控制器中，该判定装置可能有滞后的输入-输出特性。

该发射功率控制器还包括：一个用来把判定装置的判定结果发射给基站的装置。

根据本发明的第二方面，在此提供的一种用在移动通信终端设备中的发射功率控制器，包括：一个安排在发射机中的可变增益装置，它用来放大发射信号；一个检测电压产生装置，它通过检测与平滑用于放大射频信号的发射功率放大器输出的分支部分，来产生一个相当于来自移动通信终端设备的平均发射功率的检测电压；一个阈值产生装置，它用来产生一个相当于允许最大平均发射功率的阈值电压；一个判定装置，它通过比较检测的电压和阈值电压，来判定来自移动通信终端设备的平均发射功率是高于还是低于允许的最大平均发射功率；以及一个用来产生控制电压去控制可变增益装置的增益的控制装置，其特点在于该控制装置控制上述控制电压以致于如果平均发射功率由判定装置确定高于允许的最大平均发射功率就降低可变增益装置的增益。

在根据第一与第二方面的发射功率控制器中，可变增益装置能够放大一个中频信号，其特点在于该中频信号是发射信号。

在根据第一与第二方面的发射功率控制器中，该判定装置可能有滞后的输入-输出特性。

根据第一与第二方面的发射功率控制器还可以包括：一个用来发射判定装置的判定结果给基站的装置。

根据本发明的第三个方面，这里提供一种用来控制移动通信终端设备发射功率的方法，包括如下步骤：判定移动通信终端设备的平均发射功率是高于还是低于允许的最大平均发射功率；以及控制可变增益装置的增益，以在平均发射功率高于允许的最大平均发射功率时降低发射功率，该可变增益装置安排在移动通信终端设备中的发射机里并且用来放大发射信号。

本发明的其它特点与优点从下面所提实施例的描述中将更清楚。

图1是一个根据本发明的第一实施例显示发射功率控制器的方框图；

图2是一个图1中控制器的方框图；

图3是一个根据本发明的第二实施例显示发射功率控制器的方框图；

图4是一个常规发射功率控制器的方框图；

图5是另一种常规发射功率控制器的方框图；以及

图6是一个图5中的控制器的方框图。

本发明的实施例将参考附图详细地描述。图1一个显示本发明的第一实施例的发射功率控制器的方框图。

本实施例的发射功率控制器是用在CDMA系统的移动通信终端设备中。由于因为使用如QPSK(四相移键控)和偏移QPSK的调制方法，因此在CDMA中用正交调制器1而不是模拟调频系统的移动通信终端设备中的VCXO。

正交调制器1有两个基带信号输入：一个同相位分量(I-信号)；和一个正交分量(Q-信号)。正交调制器1利用I-信号和Q-信号调制本地振荡器2输出的本地信号以产生一个中频信号。

带通滤波器3限制正交调制器1输出信号通过的带宽，以致于消除不期望的波形并且获得期望频率的中频信号。

可变增益放大器4放大带通滤波器3输出的中频信号。带通滤波器5限制可变增益放大器4输出信号的带宽以致于消除不期望的波形并且允许一个期望频率的中频信号通过。对可变增益放大器4的增益控制将在后面描述。

混频器6混频从带通滤波器5输出的中频信号与本地振荡器7输出的本地信号以变换中频信号到一个射频信号。

带通滤波器8限制混频器6输出信号的带宽以便消除不期望的波形并且允许具有期望频率的射频信号通过。

带通滤波器8输出的射频信号在发射功率放大器9进行功率放大然后以发射无线电波的形式从天线辐射出去。

分路滤波器11部分地分离发射功率放大器9输出的信号。检波器12检测从发射功率放大器9由分路滤波器11分离的输出信号。平滑电路13平滑检波器12输出的信号。

因此获得是一个来自相当于包括图1中移动通信终端设备的平均发射功率的直流电压(以后称作为检测电压)。

例如，检波器12包括一个肖特基势垒二极管。平滑电路13包括一个由线圈和电容组成的低通滤波器。

平滑电路13还包括一个由运算放大器和电容组成的有源滤波器，这是为了获得相当于一个长期平均发射功率的检测电压。

另一方面，阈值设置电路14以一个阈值数据信号为基础输出一个对应于无线电相关法规规定的最大平均发射功率的阈值电压。例如，阈值设置电路14包括一个D/A变换器。阈值设置电路14接收相当于最大平均发射功率来自CPU的阈值数据信号并且输出一个通过变换该阈值数据信号从数字到模拟获得的直流电压，这是一个阈值电压。

阈值设置电路14还可以通过用一个可变电阻等分配电源电压的简单设计来实现。在这种情况下不需要阈值数据信号。

电压比较器15比较平滑电路13输出的检测电压和阈值设置电路14输出的阈值电压。在本实施例中，检测电压加到电压比较器15的反向输入端而阈值电压加到非反向输入端。

如果包括发射功率控制器的移动通信终端设备的平均发射功率高于允许的最大平均发射功率，电压比较器15的输出信号变成“L”电平(＝“0”)，因为检测电压变得高于阈值电压。

相反，如果平均发射功率低于允许的最大平均发射功率，电压比较器15的输出信号变成“H”电平(＝“1”)，因为检测电压变得低于阈值电压。

接下来将描述控制器16和D/A变换器17。在CDMA系统中实现的两种类型发射功率控制是开环功率控制和闭环功率控制。

在开环功率控制中，移动通信终端设备监视来自一个基站的发射功率。如果该发射功率相对较高，该移动通信终端设备判定该终端位于该基站附近并且降低它本身的发射功率。如果来自基站的发射功率相对较低，该移动通信终端设备判定该终端远离该基站并且提高它本身的发射功率。(一个由没有描述的移动通信终端设备的CPU在控制器16中设置的功率控制信号被称为开环功率控制信号)。

开环功率控制与闭环功率控制，以及依据本发明的根据通过比较检测电压和阈值电压获得的结果的发射功率控制都是可共同存在于控制器16中。该控制器16包括可逆计数器61和“与”门62如图2中所示。

总功率控制信号是一个由在移动通信终端设备中的接收装置(没有描述)接收自基站的1比特组成的信号。当该信号具有“1”的值时，该信号指示提高发射功率。当该信号具有“0”的值时，该信号指示降低发射功率。总功率控制信号经过控制器16的TPC端馈送到“与”门62的一个输入端。

可逆计数器61与馈送到CK端的时钟同步周期地计数并且当用于交替递增-计数和递减计数到U/DB端的一个输入是“1”或“0”时进行递增或递减计数。当计数器61连续递增或递减计数时避免计数器61上溢出或下溢出的功能当然是必要的，然而，没有直接地涉及到本发明并且略去描述。

可逆计数器61以多个比特组成的数字信号形式从Dout端输出它的计数值。D/A变换器17变换计数器16(或者可逆计数器61)的输出数据从数字到模拟并且输出该变换的结果作为可变增益放大器4的控制信号。

D/A变换器17输出的控制电压控制可变增益放大器4的增益，它依次控制移动通信终端设备的发射功率。

可逆计数器61在一个加载信号提供给加载端时，加载馈送到Din端由多个比特组成开环功率控制信号，并且以多个比特组成的数字数据形式从Dout端输出相当于用控制信号表示的功率控制值的计数值。D/A变换器17变换控制器16的输出数据从数字到模拟并且输出可变增益放大器的控制信号，类似于上面所述。

在这个实施例中，电压比较器15的输出信号经过控制器15的CONT端馈送给”与”门62的另一个输入端。”与”门62产生一个总功率控制信号和电压比较器15的输出信号与的逻辑结果。”与”门62的输出信号加到可逆计数器61的U/DB端。

如果移动通信终端设备的平均发射功率高于允许的最大平均发射功率，电压比较器15的输出信号如上所述变成“0”。相反，如果移动通信终端设备的平均发射功率低于允许的最大平均发射功率，电压比较器15的输出信号变成“1”。

因此，当移动通信终端设备的平均发射功率高于允许的最大平均发射功率时，即使总功率控制信号表现出“1”，其指示提高发射功率，“与”门62的输出也变成“0”。因此，可逆计数器61递减计数。结果，D/A变换器17的控制电压输出减小并且发射功率降低。

当总功率控制信号表现出“1”，其指示提高发射功率，并且移动通信终端设备的平均发射功率低于允许的最大平均发射功率时，“与”门62的输出就变成“1”。因此，可逆计数器61递增计数。结果，D/A变换器17的控制电压输出增加并且发射功率提高。

不用说，当总功率控制信号呈现指示降低发射功率的“0”时，门62的输出就变成“0”并且发射功率降低。

因此，基于开环功率控制信号的开环功率控制与基于总功率控制信号的闭环功率控制，以及依据本发明的根据通过比较检测电压(平均功率)和阈值电压(允许的最大平均发射功率)获得的结果的发射功率控制是可以共同存在的。如果移动通信终端设备的平均发射功率高于允许的最大平均发射功率，很可能要强制地降低发射功率，而忽视开环功率控制和闭环功率控制。

当移动通信终端设备远离基站时，在基站监视的移动通信终端设备的发射功率与在移动通信终端设备监视的基站的发射功率两者都变的低了。然后，基站发射总功率控制信号指示增加发射功率而移动通信终端设备也从其CPU产生开环功率控制信号指示增加发射功率。所以在这种情况下，闭环功率控制与开环功率控制两者在相同方向都执行发射功率控制。

图3是一个显示本发明的第二实施例发射功率控制器的方框图，在图中与图1中相同的部件标以相同的参考编号。图3只显示了与图1所示发射功率控制器不同的部分。

本实施例的发射功率控制器具有基本上类似于第一实施例的方案。本实施例对电压比较器给出滞后作用是为了避免来自于寄生振荡的确定结果。用于正反馈电压比较器15的输出回到阈值电压一边的电阻18和19被加到图1中电路是为了给出滞后作用到电压比较器15。

电压比较器15的输出信号(这是通过比较检测电压与阈值电压而获得的结果)可以由一个检测装置如没有描述的CPU来检测，而这个检测结果能够发射到基站。为了实行检测结果的发射，该检测装置检测的结果被变换到馈送给正交调制器1的一个I-信号和/或一个Q-信号。

基站能够识别是否移动通信终端设备的平均发射功率超过了最大平均发射功率。

因此，当移动通信终端设备的平均发射功率超过了最大平均发射功率时，还可以通过指示利用基站发射的总功率控制信号减小发射功率来控制移动通信终端设备。

可变增益放大器4可以安排在放大射频或者基带信号的地方，虽然在上述实施例中它是安排在放大中频信号的地方。

根据本发明，可变增益放大器安排在发射机中并且也使用判定装置与控制装置。因此，发射功率被强制地降低。如果移动通信终端设备的平均发射功率高于最大平均发射功率，而忽视开环功率控制和闭环功率控制。适合CDMA等系统具有宽范围和相对高精度的发射功率控制能够与防止平均发射功率超过在无线电相关法规的规定之下最大平均发射功率的发射功率控制共同存在于一个系统中。因此，要防止移动通信终端设备的平均发射功率过度，要防止违反无线电相关法规的规定，以及要防止干扰相邻的小区都是可以实现的。还可以防止由于周围温度引起的移动通信终端设备的发射功率过度。

给出的具有滞后作用的输入-输出特性对于判定装置可以避免来自寄生振荡的确定结果。

提供用于发射确定结果给基站的装置可以把移动通信终端设备的发射功率是否超过了最大平均发射功率的情况通知基站。然后基站能够根据这个通知来控制移动通信终端设备的发射功率。

虽然本发明参考所提实施例已经进行了显示和描述，技术上熟知的人们应该懂得在不违背本发明的精神和范围下，可以在作出形式和细节上做出各种其它变化、删除、以及添加。

Claims

1.一个用在移动通讯终端设备中的发射功率控制器，包括：

一个安排在发射机中的可变增益装置，用来放大发射信号；

一个用来判定来自移动通信终端设备的平均发射功率是高于还是低于允许的最大平均发射功率的判定装置；以及

一个控制装置，它用来控制可变增益装置的增益以致于如果平均发射功率高于允许的最大平均发射功率就降低发射功率。

2.根据权利要求1所述的发射功率控制器，其特征在于所述可变增益装置放大中频信号，所述中频信号是所述发射信号。

3.根据权利要求1所述的发射功率控制器，其特征在于所述判定装置具有存在滞后的输入-输出特性。

4.根据权利要求1所述的发射功率控制器，还包括：

一个用来发射所述判定装置的确定结果给基站的装置。

5.一个用在移动通讯终端设备中的发射功率控制器，包括：

一个安排在发射机中的可变增益装置，它用来放大发射信号；

一个检测电压产生装置，它通过检测与平滑用于放大射频信号的发射功率放大器输出的分支部分，来产生一个相当于来自所述移动通信终端设备的平均发射功率的检测电压；

一个阈值电压产生装置，它用来产生一个对应于所允许最大平均发射功率的阈值电压；

一个判定装置，它通过比较检测的电压和阈值电压，来判定来自所述移动通信终端设备的平均发射功率是高于还是低于允许的最大平均发射功率；以及

一个用来产生控制电压去控制所述可变增益装置的增益的控制装置，其特点在于所述控制装置控制所述控制电压以致于如果所述平均发射功率由所述判定装置确定高于允许的所述最大平均发射功率就降低所述可变增益装置的增益。

6.根据权利要求5所述的发射功率控制器，其特征在于所述可变增益装置放大中频信号，所述中频信号是所述发射信号。

7.根据权利要求5所述的发射功率控制器，其特征在于所述判定装置具有滞后作用的输入-输出特性。

8.根据权利要求5所述的发射功率控制器，还包括：

一个用来发射所述判定装置的确定结果给基站的装置。

9.一种用于控制移动通信终端设备的发射功率的方法，包括步骤：

判定所述移动通信终端设备的平均发射功率是高于还是低于允许的最大平均发射功率；以及

控制可变增益装置的增益以致于如果所述平均发射功率高于所述允许的最大平均发射功率就降低发射功率，所述可变增益装置安排在所述移动通信终端设备中的发射机里并且用来放大发射信号。