CN1307412A - 一种抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法及电路单元 - Google Patents

Abstract

一种通过调整输出功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法,其中发射机中包括有用于控制在不同的时隙产生不同的功率输出的增益受控器件,该方法包括:将耦合器的直通端与增益受控器件输出的电压信号直接耦合;在该耦合器上拾取小部分的功率;对功率控制信号与采样信号进行差动比较,并对差信号积分后输出;利用积分信号控制所述增益受控器件。该方法还包括滤除积分信号中高频分量。采用本发明的方法简化了生产工艺,节省了开发自动化测试设备的人力、物力和资金。

Description

一种抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法及电路单元

本发明涉及一种抑制发射频谱带外扩散的方法及电路单元，具体地说，是涉及一种通过调整输出功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法及电路单元。

由于采用时分多址(TDMA，Time Division multiple Address)方式的缘故，在全球移动通信系统(GSM，Global System For Mobile Communication)基站发射机中，在不同的时隙，发射机输出功率是不相同的。这通常靠使用一个在不同的时隙有不同的电平幅度的控制信号去控制发射机中的增益受控放大器，或其他增益受控器件，如可控增益衰减器，来实现在不同的时隙有不同的输出功率。

但在时隙与时隙过渡时，即发射机中的增益受控放大器转换输出功率时，由于增益受控放大器的非线性，以及等效的调制作用，通常会产生发射频谱的带外扩散现像，而在GSM协议或标准(GSM协议或标准是由国际或国家权威组织或部门制订的对GSM系统的各种性能、指标的规定和要求)中对这种扩散现象有严格的抑制指标要求，以避免带外扩散信号对相邻信道的影响。不幸的是，如果不采用一定的解决措施，发射频谱的带外扩散现像很难满足GSM协议的指标要求。

对于这一问题，现有的解决方案一般是使用软硬件结合的方法，即增加一些数字控制电路和相应的软件，在快闪存储器(Flash Memory)中存储许多组功率上升、下降曲线数据，当某个时隙与下一个时隙过渡时，以其中某一组数据去成形该过渡期间增益受控放大器的控制电压，简而言之，就是使控制信号的上升沿和下降沿被平滑了，而不再像原来那么陡峭。这样，增益受控放大器的输出功率在该过渡期间，随时间的上升或下降的变化曲线就成为某种特殊形状的光滑的曲线，如此，就可以使增益受控放大器的输出频谱的带外扩散指标合乎GSM协议或标准的要求。

然而，由于器件尤其是射频(RF，即Radio Frequency)器件的离散性，对某一块射频单板适用的控制数据，对另一块单板并不一定适用。在批量生产时，需要开发一套自动化测试设备，对每一块单板进行适用性测试，以得到适合该单板的控制数据，这增加了生产工艺的复杂性，提高了开发和生产成本。

同时，由于射频或微波电路需要屏蔽以免对其它电路造成干扰或被其它电路干扰，数字控制电路部分一般是离开射频单板即受控制对象一定距离的，因此，在数字控制电路中将快闪存储器中的数据成形为模拟控制电压后，通过这一段距离传送到受控制对象的过程中不免产生一些畸变，这也增加了控制电路和控制过程的复杂性。

针对现有技术的上述缺陷，本发明的一个重要目的在于提出一种通过调整功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法，该方法通过将环路控制部分产生的高频分量滤除，而有效地抑制了发射频谱的带外扩散，使其满足GSM协议的要求。

本发明的又一个重要目的在于提出一种通过调整功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的电路单元，通过采用一个模拟的控制环路单元及一个低通滤波器同时实现了功率调节及抑制时分多址发射信号的带外扩散。

为实现上述目的，本发明的一种通过调整输出功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法，其中发射机中包括有增益受控器件，用于控制在不同的时隙产生不同的功率输出，该方法的包括下列步骤：

a)将一个耦合器的直通端与增益受控器件输出的电压信号直接耦合；

b)在该耦合器上拾取一极小部分的功率；

c)对电路所控制的功率控制信号与该采样信号进行差动比较，并对该“差”信号进行积分后输出；

d)利用该“差”信号被积分后的输出控制该增益受控器件。

本发明的方法，在执行步骤C)以后及执行步骤D)之前，还包括下述处理：e)滤除该积分信号中高频分量。

本发明的方法，在执行步骤e)时还包括下述处理：将该被滤除被滤除高频分量的积分信号叠加一个线性电压。

本发明的方法，其中在执行步骤C)时还包括步骤：g)将所述采样信号进行放大，并对该放大的采样信号进行输出。

一种通过调整输出功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的电路单元，该电路的组成包括一个在发射机中设置的增益受控器件，用于对输入的微波或射频信号给予一定的放大后输出，其中该电路还包括一实现功率控制的环路控制单元，其输出信号用于控制该增益放大器的控制端口，包含

一个直通端与该增益受控器件之输出端相连的耦合器；

一个信号采样电路，用于从该耦合器中拾取极小一部分功率；以及

一个差动积分器，用于将电路所控制的功率控制信号与该信号采样及放大电路输出的采样信号比较。

本发明的电路单元，其中该环路控制单元还包括一个与该差动积分器连接的低通滤波器，用于滤除从该差动积分器输出的积分信号中的高频分量。

本发明的电路单元，其中该环路控制单元还包括一个电压合成器，用于与该被滤除高频分量的积分信号线性叠加。

本发明的电路单元，其中所述环路控制单元还包括一个用于对所述采样信号进行放大的放大电路。

根据本发明所采样的环路控制部分，首先，它具有可以调整输出功率和抑制发射频谱的带外扩散的作用。当前一个时隙结束，向下一时隙过渡时，功率控制电压106改变为某一个值，使环路输出电压109相应改变，从而改变增益受控放大器1的增益，使其输出功率上升或下降，最终使环路在第二个时隙开始时进入稳定状态，输出功率不再变化并一直保持到该时隙结束，完成一次输出功率调整过程；下一个时隙开始，再次重复这一过程。在这一过程中，由于本发明采用的方法，控制环路能够对由于功率控制信号电压在不同时隙之间跳变而导致的发射频谱的带外扩散现象有很好的抑制效果。

其次，本发明的环路控制部分可以稳定输出功率。在某个时隙持续期间，功率控制信号106稳定在某一个电压，这时环路起自动功率控制作用，抑制由于温度变化或器件参数变化等因素带来的输出功率波动，使输出功率稳定在所需要的数值上。

由此可见，由于在自动功率控制环路的适当位置中增加一级低通滤波器，就可以满足GSM协议所要求的发射频谱带外频谱抑制指标，从而省去了上述所增加的数字控制电路和相应的软件，而且不需要对每一块单板进行适用性测试，节省了开发自动化测试设备的人力、物力和资金，简化了生产工艺，是一种最彻底和最根本的解决方案。

下面结合附图，通过对本发明较佳实施例的描述将使本发明的上述目的以及其它优点显而易见。

附图中，

图1是本发明采用环路控制单元以及低通滤波器实现功率调节及抑制发射频谱带外扩散的电路原理图；

图2是采用本发明的方法而实现抑制频谱带外扩散的效果示意图。

下文将详细描述本发明。

本发明的技术方案基于这样的理论分析结果：增益控制信号对增益受控器件的控制过程，相当于一种调制过程；对增益控制信号的低通滤波过程，相当于对增益受控器件输出信号的带通滤波过程。如图1所示，本发明的技术方案由两部分组成：首先，第一部分是通常设置在发射机中的增益受控放大器1，它的主要作用是对输入的微波或射频信号100给予一定增益的放大后输出101，而增益的大小则由其控制脚上的控制电压信号109控制；第二部分是环路控制部分，分别由一个与该增益受控放大器1输出端直接耦合的耦合器2；一个从该耦合器2上拾取采样信号103的对数检波器7；一个将该对数检波器7拾取的采样信号103放大的采样信号放大器6；一个差动积分器5，将功率控制信号106以及该采样信号放大器6输出的放大信号105做比较的，进而输出一个上升沿和下降沿有平滑曲线的信号107；一个低通滤波器4，用于将该积分信号107中高频分量滤除而成信号108；以及一个电压合成器3，即将信号108叠加一线性电压信号，最后将该叠加后的信号109直接反馈给该增益受控放大器1。

由上述电路组成可以得知本发明的环路控制部分大致的工作过程。微波或射频信号100进入可控增益放大器1，获得一定的增益后输出101，并通过耦合器的直通端到达输出端102。而可控增益放大器的增益由其控制脚上的电压109的高低控制。

当被放大后的微波或射频信号101通过藕合器2输出到输出端口(out port)过程中，藕合器2从中拾取极小一部分功率信号103进入对数检波器7以便进行采样。

由于藕合器2只从中拾取极小一部分功率，所以对数检波器7输出的采样信号104很微小，须再经一级放大电路6后使其信号幅度增强，幅度增强后的采样信号105，然后与功率控制信号106同时进入差动积分器5。

差动积分器5将功率控制信号106与当前采样信号105进行比较，并对其“差”信号进行积分后输出107。当前一个时隙结束，向下一时隙过渡时，从功率控制端口(control port)输入的功率控制电压106改变，因此功率控制信号与当前采样信号的“差”信号将不为零，而“差”信号的积分107则随着时间的增长而上升或下降(视乎“差”信号的极性)，这种上升或下降的变化趋势与功率控制信号106的变化趋势刚好是相反的。

积分信号107进入一个低通滤波器4以滤除该积分信号107的高频分量后输出108。由于增益控制信号对增益受控器件的控制过程相当于一种调制过程，而GSM系统基站发射机在正常工作时，功率控制信号106是一个有各种电平值的脉冲串(每个脉冲对应一个时隙)，因此积分信号107也是一个有各种电平值的脉冲串，它包含有较宽的频谱成份，若对这种较宽的频谱成份不加以抑制将导致增益受控放大器的发射频谱带外扩散指标恶化，因此本发明正是采用这一低通滤波器滤除积分信号107中的高频分量，进而减少增益受控放大器的发射频谱带外分量。

最后，低通滤波器4输出信号108进入电压合成器3，最终得到可控增益放大器1的增益控制电压109。该电压合成器3的作用是在其输入电压的基础上线性叠加一个数值，以使最终的控制电压109的变化范围处于增益受控放大器1的线性控制范围内。最终的增益控制电压109加到增益受控放大器的增益控制端，使增益受控放大器的增益发生改变，进而改变增益受控放大器的输出功率，而输出功率的改变又使采样信号105随着时间的增长而上升或下降，这种变化趋势与“差”信号的积分107的变化趋势是相同的。

同时，“差”信号的积分107与功率控制信号106随时间变化的趋势刚好是相反的。这样，采样信号105与功率控制信号106随时间的变化趋势就是相反的，随着时间的增长，差动积分器5的输出107必将趋向于零。所以，经过一段时间，在第二个时隙开始时，差动积分器5的输出107将为零，而输出功率也将稳定在某一个值上，并保持到该时隙的结束。

综上所述，反馈控制环路就完成了输出功率的调整，并在这个过程中抑制发射频谱的带外扩散分量。

极有可能的是，在某个时隙持续期间，由于温度变化或器件参数变化等因素引起输出功率出现波动，当然，采样信号105也将出现波动。此时，功率控制信号106仍然稳定在某一个电压上，这将破坏本发明的先前采样信号105和功率控制信号106的平衡状态，导致差动积分器输出一个趋势相反的电压，使可控增益放大器1的增益发生趋势相反的变化，重新将反馈控制环路拉回到平衡状态，使输出功率重新稳定在所需要的数值上。

本发明对抑制GSM基站发射机中发射频谱的带外扩散现象是十分有效的，图2是从实验中观察到的一个微波单频信号在三种情况下的频谱示意图，图中可见，轨迹A是微波单频信号频谱示意图；轨迹B是没有低通滤波器时微波单频信号经过增益受控放大器后的频谱示意图，可以看出，未经滤波的微波信号含有较高的高频分量，而不能满足GSM协议的要求；轨迹C是有低通滤波器时微波单频信号经过增益受控放大器后的频谱示意图，这一被滤除的微波单频信号完全满足GSM协议或标准中对这种扩散现象严格的抑制指标要求的。

本发明虽然是以无线发射机为实施例举例说明，本领域的普通技术人员应当理解本发明的技术方案还可以用于一切时分系统控制环路中，均都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1、一种通过调整输出功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的方法，其中发射机中包括有增益受控器件，用于控制在不同的时隙产生不同的功率输出，该方法的特征在于包括下列步骤：

a)将一个耦合器的直通端与所述增益受控器件输出的电压信号直接耦合；

b)在所述耦合器上拾取一极小部分的功率；

c)对电路所控制的功率控制信号与所述采样信号进行差动比较，并对该“差”信号进行积分后输出；

d)利用所述“差”信号被积分后的输出控制所述增益受控器件。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤C)以后及执行步骤D)之前，还包括下述处理：

e)滤除所述积分信号中高频分量。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在执行步骤e)时还包括下述处理：

f)将所述被滤除高频分量的积分信号叠加一个线性电压。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在执行步骤C)时还包括步骤：

g)将所述采样信号进行放大，并对该放大的采样信号进行输出。

5、一种通过调整输出功率而实现抑制时分多址发射频谱带外扩散的电路单元，该电路的组成包括一个在发射机中设置的增益受控器件，用于对输入的微波或射频信号给予一定的放大后输出，其特征在于：该电路还包括一实现功率控制的环路控制单元，其输出信号用于控制所述增益放大器的控制端口，包含

一个直通端与所述增益受控器件之输出端相连的耦合器；

一个信号采样电路，用于从所述耦合器中拾取极小一部分功率；以及

一个差动积分器，用于将电路所控制的功率控制信号与所述信号采样及放大电路输出的采样信号比较。

6、根据权利要求5所述的电路单元，其特征在于：所述环路控制单元还包括一个与所述差动积分器连接的低通滤波器，用于滤除从所述差动积分器输出的积分信号中的高频分量。

7、根据权利要求6所述的电路单元，其特征在于：所述环路控制单元还包括一个电压合成器，用于与所述被滤除高频分量的积分信号线性叠加。

8、根据权利要求5所述的电路单元，其特征在于：所述环路控制单元还包括一个用于对所述采样信号进行放大的放大电路。

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