CN1340973A - 具有功率控制功能的数字上变频方法及上变频器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有功率控制功能的数字上变频方法及上变频器,它利用发信通道的线性度,先在低数据速率的基带对已调制数字信号进行功率等级和功率爬坡控制,然后再对控制后的调制信号进行数字上变频,并使功率控制与上变频器为一体,采用本发明上变频方法和上变频器后,可以降低射频的设计难度,具有生产容易、成本低廉、性能更好、控制精度高且更为灵活、存储量少、数据流速度低的优点。
Description
本发明涉及数字移动通信系统，更具体地指一种具有功率控制功能的数字上变频方法及上变频器。
通信系统中提高系统容量的有效措施之一是提高频谱的利用率，其具体表现形式是减少信道间的干扰。自动功率控制是减少干扰的有效途径之一，它的原理在于：当不需要最大发射功率就能达到良好传输质量的情况时自适应降低发射机发射功率，即在保证传输质量高于给定门限的前提下降低移动台和基站的平均发射功率，从而减少了对其他信道的干扰。不连续发射是减少干扰的另一有效途径，它利用语音激活检测技术，在用户不讲话时禁止功率发射(可将有效发射功率至少降低一半)，减少了对其他通话的干扰。事实上不连续发射归根结底也是功率控制，由此可见全球移动通信系统(GSM，下同)的功率控制对于增加系统容量和提高信道质量意义重大，一个GSM发信机性能质量的好坏很大程度上取决于它的功率控制性能。
GSM功率等级步径定义为2dB，共分为至少7(0～6)个静态功率等级和16(0～15)个动态功率等级，即至少达到42dB动态范围。静态功率等级一般以小区为单位设置，一旦给定一般不会改变，工作时动态功率等级是时变的。根据GSM05.05的规范要求，经控制功率的射频发射信号既要满足时域模板要求，又要满足频域模板要求。传统的功率控制通常是在射频部分用模拟器件实现的，其控制难度较大，且稳定性、一致性、控制精度也较难保证。
大规模集成电路(VLSI)的飞速发展带来的数字化和宽带化是当今信息技术发展的一个主要特征，它反映在无线电通信设备上就是数字器件越来越接近天线，发信通道的线性度越来越高。数字中频技术在目前移动通信领域里得到了广泛的应用，与数字中频技术相结合，利用发信通道良好的线性特性，将功率控制用数字化实现，并使功率控制与上变频器为一体，不但可以降低射频的设计难度，而且具有生产容易、成本低廉、性能更好、控制更灵活的优点，具有重要的意义。本发明特别适用于宽带多载波GSM系统。
为此，本发明的目的是提供一种具有功率控制功能的数字上变频方法及上变频器。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
该具有功率控制功能的数字上变频方法是利用发信通道的线性度，先在低数据速率的基带对已调制信号进行功率等级和功率爬坡控制，然后再对控制后的调制信号进行数字上变频。
该具有功率控制功能的数字上变频器包括一地址发生器、一爬坡数据存储器、二只数字乘法器、二只级联积分梳状滤波器、二只高速数字乘法器、一高速加法器、一数控振荡器，
其中，
所述的地址发生器用于产生读取功率爬坡数据的地址；
所述的爬坡数据存储器用于存储动态功率爬坡数据，并由地址发生器和动态功率控制等级共同控制；
所述的二只数字乘法器分别完成从数据存储器中读取的功率控制数据与经高斯最小移频键控调制基带信号的乘法处理；
所述的二只积分梳状滤波器分别对数字乘法器输出的二路基带信号进行内插和低通滤波并得到高速基带调制信号；
所述的数控振荡器用于产生正交载波信号，并将该载波信号输出至二只高速乘法器；
所述的二只高速数字乘法器分别对数控振荡器的输出以及二只积分梳状滤波器的输出进行相乘；
所述的高速加法器对二只高速数字乘法器的输出相加，并输出数字中频信号。
由于本发明利用发信通道的线性度，先在低数据速率的基带对已调制信号进行功率等级和功率爬坡控制，然后再对控制后的调制信号进行数字上变频；并使功率控制与上变频器为一体，采用数字方式在基带进行功率控制。因此，采用本发明的方法后，可以降低射频的设计难度，而且具有生产容易、成本低廉、性能更好、控制精度高且更为灵活、存储量少、数据流速度低。
下面结合附图和实施例，对本发明作一详细地说明：
图1为本发明的数字上变频器结构原理方框示意图。
图2为本发明的数字上变器应用示意图。
通过对GSM系统的仿真和实验表明，一旦发信模拟通道具有一定的线性度，功率控制就可以在数字域部分进行，发信模拟通道对功率控制的影响就可以忽略不记。本发明正是利用这一基本思想，即，利用发信通道的线性度，在低数据速率的基带对已调制信号进行功率等级和功率爬坡控制，然后对其进行数字上变频，
因此，本发明的方法为：利用发信通道的线性度，先在低数据速率的基带对已调制信号进行功率等级和功率爬坡控制，然后再对控制后的调制信号进行数字上变频。
所述的功率等级功率爬坡控制是指在低数据速率的基带通过数字乘法器实现已调制信号和功率控制曲线相乘，功率控制曲线数据通过外部接口预先写入到数字上变频器内部的爬坡数据存储器中。
载频的静态功率等级一般是按小区来设置的，一经设定一般不会改变，所以可以将静态功率等级与动态功率等级和上下坡控制分离出来单独控制，在这里就按这个方法考虑功率控制方法与实现。首先计算不同动态功率等级的爬坡曲线，并存储下来。存储容量与实现功率爬坡时的基带数据插值率和功率爬坡数据的位宽有关。比如，GSM05.05协议规定0～15动态功率等级，基带GMSK调制插值率是R，功率爬坡数据位宽是n，上下坡时间8.25bits，则存储的功率爬坡数据容量为16*R*n*8.25。功率爬坡的动态范围约6.02*ndB。基带GMSK调制插值率R必须保证功率爬坡数据的个数，不影响爬坡质量。功率爬坡数据由动态功率等级和地址发生器控制读取。动态功率控制的关键器件数字乘法器主要完成功率控制数据与基带调制信号的乘法处理。数字乘法器没有非线性问题，可以避免传统模拟功率控制对非线性复杂的预失真处理，另外乘法在基带完成，数据速率低，对其处理速度没有过高的要求。
请结合图1所示，依据本发明的上述方法而设计的数字上变频器202包括一地址发生器106、一爬坡数据存储器107、二只数字乘法器102、103、二只级联积分梳状滤波器104、105、二只高速数字乘法器109、110、一高速加法器111、一数控振荡器108，其中，
所述的地址发生器106用于产生读取功率爬坡数据的地址；
所述的爬坡数据存储器107用于存储动态功率爬坡数据，并由地址发生器106和动态功率等级Pg共同控制；
所述的二只数字乘法器102、103分别完成从数据存储器107中读取的功率控制数据与经高斯最小移频键控调制基带信号的乘法处理；
所述的二只积分梳状滤波器104、105分别对数字乘法器102、103输出的二路基带信号进行内插和低通滤波并得到高速基带调制信号；
所述的数控振荡器108用于产生正交载波信号，并将该载波信号输出至二只高速乘法器109和110；
所述的二只高速数字乘法器109、110分别对数控振荡器108的输出以及二只积分梳状滤波器104、105的输出进行相乘；
所述的高速加法器111对二只高速数字乘法器109、110的输出相加，并输出数字中频信号。
上述的数字上变频器的工作原理为：基带数据输入到GMSK调制器101后，输出两路正交的数据速率为270.833*RkHz的GMSK调制基带信号，I、Q基带信号随后进入本发明涉及的具有动态功率控制功能的数字上变频器202。地址发生器106与系统送来的功率等级一起作为查表地址，从功率爬坡数据表中读出爬坡数据，送给数字乘法器102和103，在102和103中实现GMSK调制I、Q信号分别与功率控制数据相乘。对每一个时隙，功率控制数据包括8.25*R个功率爬坡数据和148*R个功率保持数据，这148*R个保持数据等于该动态功率等级上坡数据的最大值，在数据存储时存一个值即可，这样可以灵活的实现每个时隙的功率等级和爬坡控制。经过动态功率控制的基带GMSK调制I、Q信号输入-级联积分梳状滤波器(CIC滤波器)104和105，分别对I、Q信号进行内插和低通滤波，得到高速的基带调制信号。104和105的输出分别与数控振荡器(NCO)108输出的正交载波信号相乘并相加，实现数字上变频。两个高速数字乘法器109和110和是高速加法器111共同构成了数字混频器，111输出是数字中频信号。
对于线性度不高的窄带和宽带系统，利用本发明所涉及的数字上变频器，通过对上下坡曲线采取预失真的方式来达到整个系统的功率控制目的方法和控制思想也属于本发明保护内容。
图2是本发明的数字上变频器的实际应用实例，201是基带处理器、202是本发明的数字上变频器202，203是数模转换器。
Claims (3)
1、一种具有功率控制功能的数字上变频方法，其特征在于：该方法利用发信通道的线性度，先在低数据速率的基带对已调制信号进行功率等级和功率爬坡控制，然后再对控制后的调制信号进行数字上变频。
2、如权利要求1所述的具有功率控制功能的数字上变频方法，其特征在于：所述的功率等级功率爬坡控制是指在低数据速率的基带通过数字乘法器实现已调制信号和功率控制曲线相乘，功率控制曲线数据通过外部接口预先写入到数字上变频器内部的爬坡数据存储器中。
3、一种具有功率控制功能的数字上变频器，其特征在于：
该上变频器包括一地址发生器、一爬坡数据存储器、二只数字乘法器、二只级联积分梳状滤波器、二只高速数字乘法器、一高速加法器、一数控振荡器，其中，
所述的地址发生器用于产生读取功率爬坡数据的地址；
所述的爬坡数据存储器用于存储动态功率爬坡数据，并由地址发生器和动态功率控制等级共同控制；
所述的二只数字乘法器分别完成从数据存储器中读取的功率控制数据与经高斯最小移频键控调制基带信号的乘法处理；
所述的二只积分梳状滤波器分别对数字乘法器输出的二路基带信号进行内插和低通滤波并得到高速基带调制信号；
所述的数控振荡器用于产生正交载波信号，并将该载波信号输出至二只高速乘法器；
所述的二只高速数字乘法器分别对数控振荡器的输出以及二只积分梳状滤波器的输出进行相乘；
所述的高速加法器对二只高速数字乘法器的输出相加，并输出数字中频信号。
所述的数控振荡器用于产生正交载波信号，并将该载波信号输出至二只高速乘法器。
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