CN1352511A - 一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法和装置,其采用预先分别计算或测试模拟中频与射频的增益不均匀性,并存在两张表中,在工作前的初始化阶段根据每一载波对应的中频频率和射频频率,从表中查出相应的矫正值,并在数字上变频器中插值前的一个乘法器中具体实施矫正。可在不修改硬件和不恶化指标的前提下通过改变各载波的增益调节系数来均衡或矫正发信机共用通道对各载波幅频特性的不一致性,使各载波的增益一致性大为改善,而且降低资源消耗。

Description

一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法和装置
本发明涉及一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法和装置。
在微电子技术和软件技术的推动下，无线通信网同有线通信网一样，正在向数字化、个人化、宽带化、智能化和多媒体化的方向演进，其中宽带数字化是基础，在蜂窝网中的基站系统中表现为在中频甚至射频部分数字器件逐步取代模拟器件、出现了宽带多载波基站的概念。与窄带基站相比，宽带多载波基站具有通用性和灵活性的突出优点，比如可以通过改变数字部分的软件设置来满足用户的不同带宽、不同通信制式和不同应用的需求。
在宽带多载波基站中发射通道中的共用部分对各载波的增益具有一定的不一致性。宽带多载波基站发射通道各载波的公共部分包括宽带高速数模转换器(DAC)、宽带发信机、宽带线性功放和天馈部分，其中天馈部分一般在很宽的频带内具有较为理想的幅频特性，因此可以不考虑它对各载波引入的差异。DAC输出具有按SINC函数滚降的幅频特性，其在Fs/2(Fs是时钟频率)处的输出信号幅度响应比在0频率处低3.92dB，在实际应用中不会用到这种极端情况，不过如果宽带多载波的带宽大于Fs/10，则由DAC引入的各载波增益差异有可能会达到0.5dB甚至1dB；宽带发信机及宽带线性功放在工作带宽内对各个载波的增益差异也可能会达到1dB甚至2dB，这样多个等幅的数字中频信号通过宽带发信机后，各个载波最终输出的功率差异达到0.5dB甚至2dB以上都是有可能的。
在系统设计时要做到能够使每个载波都能够超过设计的标称值，对于宽带多载波系统来讲，要求增益最低的载波输出的最大功率达到这个标称值，这样系统中其他载波的最大发射功率会超过这个标称值，其值甚至可以达到2dB以上。于是在系统设计时对公共部分尤其是功放要留有较大的功率余量，这将导致系统设计难度和成本的增加。
本发明的目的是为了解决上述多载波基站发信通道幅频特性不平坦的问题，而提出的一种适用于各种宽带多载波基站的，可将发射通道中各载波的增益调整到标称值的一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法和装置。
实现本发明目的的技术方案是：
一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法，其特点是，预先分别计算或测试模拟中频与射频的增益不均匀性，并存在两张查询表中，在工作前的初始化阶段根据每一载波对应的中频频率和射频频率，从表中查出相应的矫正值，实施矫正；包括以下步骤：
a、计算各个载波在数模转换器输出口的增益，归一化，得到增益矫正因子表；
b、测试各个载波在射频通道的增益，归一化，得到增益矫正因子表；
c、把上述两个增益矫正因子表存储起来；
d、根据每一载波所对应的中频频率和射频频率，从上述两个增益矫正因子表中查出两个增益矫正因子，把这两个增益矫正因子相乘，其结果作为该载波的增益调节系数。
上述方法，其中，所述的a步骤中的增益矫正因子是这样得到的：在系统设计的中频带宽f1～f2内，以最小频道间隔为步长Δ，计算各个可能载波频点对应的理想插值函数 幅度值，并将各个频点的幅度值以f1为基准归一化并取倒数，得到中频频点增益矫正因子。
上述方法，其中，所述的中频频率f1应为最小频道间隔步长Δ的整数倍。
上述方法，其中，所述的各个可能载波频点的频率为f1+mΔ，共计(f2-f1)/Δ+1个点；其中m为整数。
上述方法，其中，所述的b步骤中的增益矫正因子是这样得到的：通过设置让DAC输出适当电平的一路载波给射频部分，通过改变本振频率使最终输出信号能够在在需要的频带f3～f4内以步长Δ任意改变，测试对应的增益值，找出其中的最大值，将各个频点的增益值以最大值为基准做归一化并取倒数运算，得到射频部分各个频点的增益矫正因子。
上述方法，其中，所述的各个可能载波频点的频率为f3+mΔ，共计(f4-f3)/Δ+1个点；其中m为整数。
上述方法，其中，所述的各载波中频频点由数字上变频器(DUC)中的数控振荡器(NCO)来控制，射频本振频率的设置也是在数字中频部分完成的。
上述方法，其中，所述的射频增益矫正因子表可从功放输出口测得的电压或功率得到。
一种基于宽带多载波基站的增益均衡的装置，其特点是，该发信机包括n个基带处理部分、n个数字上变频器、以及一多路合成加法器、一数模转换器、一宽带发信机、一宽带功放、一输出天线；n个基带处理部分的输出分别与n个数字上变频器各自连接，n个数字上变频器的输出与多路合成加法器连接，多路合成加法器、数模转换器、宽带发信机、宽带功放、输出天线顺序连接。
上述装置，其中，各数字上变频器包括一调制器、一增益调节数字乘法器、一内插滤波器、一高速数字乘法器、以及一数控振荡器；基带处理部分的输出与调制器连接，调制器、增益调节数字乘法器、内插滤波器、以及高速数字乘法器顺序连接，同时，增益矫正因子a和b分别送到增益调节数字乘法器，数控振荡器的输出送到高速数字乘法器。
上述装置，其中，所述的增益调节数字乘法器，由一个或两个相串的低速数字乘法器构成。
上述装置，其中，所述的各载波增益矫正因子是由查询DAC增益矫正因子表和射频增益矫正因子表而得到。
上述装置，其中，所述的射频增益矫正因子表可从功放输出口测得的电压或功率得到。
由于本发明采用了以上的技术方案，可以在不修改硬件和不恶化指标的前提下通过在数字中频部分改变各个载波的增益调节系数来均衡或矫正发信机共用通道对各载波幅频特性的不一致性，使得在各载波的通道增益相差很小，从而降低发射机尤其是功放部分的成本；同时，由于计算和测试出发射通道中公共部分对各载波增益的差异性，并将这个差异性通过各载波数字上变频器中的增益调节系数加以矫正或均衡，经过这样的处理之后，发射通道的公共部分对各载波的增益一致性将大为改善，这样可降低系统设计需考虑的功率余量，简化了设计；而且采用数字乘法器，可在低数据率部分实现增益调节以降低资源的消耗。
本发明的具体特征、性能由以下的实施例及其附图进一步给出。
图1为本发明一个多载波宽带基站的发信机系统框图。
图2为本发明一种数字上变频器内部结构框图。
受芯片性能限制，宽带多载波系统的中频频带目前尚难达到射频频带的宽度，因此这种宽带发信机最终输出信号频率需要由中频频率和射频本振频率共同决定。
本发明通过计算和测试出发射通道中公共部分对各载波增益的差异性，并将这个差异性通过各载波数字上变频器中的增益调节系数加以矫正或均衡。
图1是本发明某一支持N个载波的宽带发信机系统框图，该发信机包括n个基带处理部分101-1～101-n，n个数字上变频器102，以及一多路合成加法器103、一数模转换器DAC104、一宽带发信机BTX105、一宽带功放BPA106、一输出天线；n个基带处理部分的输出分别与n个数字上变频器各自连接，n个数字上变频器的输出与多路合成加法器连接，多路合成加法器、数模转换器DAC104、宽带发信机BTX105、宽带功放BPA106、输出天线顺序连接。基带处理部分101完成信道编码和交织等功能，其中101-1～101-n分别代表结构相同的n个载频的基带处理部分，101与数字上变频器102之间可以通过总线的方式传输数据。102主要完成数据的串并转换、调制、内插滤波、数字上变频以及其他一些诸如功率控制和增益调节等功能，其中102-1～102-n分别代表结构相同的N个数字上变频器，它与101-1～101-n一起构成了N个相互独立的载频。数字加法器103实现N个数字上变频器101-1～101-n输出相加，完成多路载波在数字域的合成，合成信号为非恒包络信号，在这里实现了窄带到宽带的过度。数模转换器(DAC)104实现数字到模拟的转换，它是数字电路到模拟电路的桥梁，从103开始就要求系统支持宽带多载波工作。宽带发信机(BTX)105完成滤波，频谱搬移，以及将各个载波放大到希望的电平等工作，宽带功放BPA106用以实现多载波信号的功率放大，放大后输出信号经天线107发射出去。从103到107都需要支持宽带多载波信号同时工作，为了减小各个载波间的相互影响，要求这一部分具有很高的线性度和稳定性，宽带基站系统的线性度主要由数模转换器104、宽带发信机(BTX)105和宽带功放(BPA)106体现。
本发明各数字上变频器包括一调制器、一增益调节数字乘法器、一内插滤波器、一高速数字乘法器、以及一数控振荡器。结构相同的n个载频的基带处理部分的输出分别对应n个数字上变频器，并各自连接。每个载频的基带处理部分的输出对应一数字上变频器，并与该数字上变频器调制器连接，调制器、增益调节数字乘法器、内插滤波器、以及高速数字乘法器顺序连接，同时，增益矫正因子a和b分别送到增益调节数字乘法器，数控振荡器的输出送到高速数字乘法器。其中，所述的增益调节数字乘法器，由一个或两个相串的低速数字乘法器构成。
图2给出了一种数字上变频器实施例的内部结构框图，该数字上变频器主要由调制器202、增益调节数字乘法器203和206、内插滤波204、高速数字乘法器205和数控振荡器207构成。结构相同的n个载频的基带处理部分中每个载频的基带处理部分的输出对应连接一数字上变频器，图2中给出了基带处理部分101-1的输出与该数字上变频器102-1的调制器202连接，调制器202、增益调节数字乘法器203和206、内插滤波器204、以及高速数字乘法器205顺序连接，同时，增益矫正因子a和b分别送到增益调节数字乘法器，数控振荡器的输出207送到高速数字乘法器205，再由高速数字乘法器205输出到加法器103。
其中基带处理部分101-1实现串行数据到并行数据的转换；根据用户的需求调制器202实现多种调制方式；内插滤波204用以提高数据速率和滤除由内插引入的频率分量；高速数字乘法器205和数控振荡器207实现频谱搬移，它通过数字混频的方式将基带数据搬移到中频，数字混频需要的本振信号由数控振荡器(NCO)207提供。增益调节数字乘法器203和206用于调整载波输出信号幅度，系数a和b分别代表DAC和射频通道的增益矫正因子，为了降低这两个数字乘法器占用的资源，将其放在低速率部分(内插前)实现。
本发明利用两个低速数字乘法器203和206，实现DAC和射频部分的增益矫正因子a和b(通过查表得到)相乘，以达到各个载波增益相同的目的，其中a*b就是各个载波的增益调节系数。对于给定的一个宽带系统，频点不同a值也不同，但频点不同b值很可能不同，于是各个载波的增益调节系数a*b不大可能相同，所以各个载波的增益矫正因子需分别通过查表得到。本发明使得宽带多载波基站的每个载波在相同的功率等级下输出功率相差很小，降低了设计需考虑的功率余量，简化了设计并著降低了发射机尤其是功放部分106的成本。
本发明求取各载波增益矫正因子的方法是：求取、存储并查询两张表：DAC增益矫正因子表和射频增益矫正因子表。这两张表可采用从功放输出口测得的电压或功率得到。
本发明涉及宽带系统的各载波中频频点由数字上变频器(DUC)中的数控振荡器(NCO)来控制，射频本振频率的设置也是在数字中频部分完成的。系统工作时，数字处理部分首先根据发信机期望输出的各载波频率和带宽，按照一定的运算规则得到各个载波数控振荡器(NCO)输出和射频本振输出频率，同时根据这些信息通过查表得到各个载波在DAC和射频部分的增益系数，然后按照一定的算法计算各个载波的增益调节系数，最后将增益调节系数、NCO和本振频率信息配置到对应的载波中去，具体步骤如下：
第一步：计算各个载波在DAC输出口的增益矫正因子。具体步骤为：在系统设计的中频带宽f1～f2内，以最小频道间隔为步长Δ(其中f1应为Δ的整数倍，GSM的Δ＝200KHz)，计算各个可能载波频点(频率为f1+mΔ，m为整数，共计(f2-f1)/Δ+1个点)对应的理想插值函数 幅度值，并将各个频点的幅度值以f1为基准归一化并取倒数，得到中频频点增益矫正因子表；
第二步：测试各个载波在射频通道的增益矫正因子。具体步骤为：通过设置让DAC输出适当电平的一路载波给射频部分，通过改变本振频率使最终输出信号能够在在需要的频带f3～f4内以步长Δ任意改变，测试各个可能载波频点(频率为f3+mΔ，m为整数，共计(f4-f3)/Δ+1个点)对应的增益值，找出其中的最大值，将各个频点的增益值以最大值为基准做归一化并取倒数运算，得到射频部分各个频点的增益矫正因子表；
第三步：把DAC的增益矫正因子表和射频增益矫正因子表存储起来。
第四步：正常工作时，数字处理部分首先根据发信机期望输出的各载波频率和带宽，确定各载波NCO频率，同时通过查表得到各载波在DAC和射频部分的增益矫正因子，最后将这两个增益矫正因子相乘结果作为各个载波增益调节系数。经过这样的处理之后，发射通道的公共部分对各载波的增益一致性将大为改善，这样可降低系统设计需考虑的功率余量，简化了设计并降低了硬件成本。
本发明可应用于各种宽带多载波基站，使各个载波的增益具有很好的一致性。

Claims (13)

1、一种基于宽带多载波基站的增益均衡方法，其特征在于，预先分别计算或测试模拟中频与射频的增益不均匀性，并存在两张查询表中，在工作前的初始化阶段根据每一载波对应的中频频率和射频频率，从表中查出相应的矫正值，实施矫正；包括以下步骤：
a、计算各个载波在数模转换器输出口的增益，归一化，得到增益矫正因子表；
b、测试各个载波在射频通道的增益，归一化，得到增益矫正因子表；
c、把上述两个增益矫正因子表存储起来；
d、根据每一载波所对应的中频频率和射频频率，从上述两个增益矫正因子表中查出两个增益矫正因子，把这两个增益矫正因子相乘，其结果作为该载波的增益调节系数。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的a步骤中的增益矫正因子是这样得到的：在系统设计的中频带宽f1～f2内，以最小频道间隔为步长Δ，计算各个可能载波频点对应的理想插值函数的幅度值，并将各个频点的幅度值以f1为基准归一化并取倒数，得到中频频点增益矫正因子。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的中频频率f1应为最小频道间隔步长Δ的整数倍。
4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的各个可能载波频点的频率为f1+mΔ，共计(f2-f1)/Δ+1个点；其中m为整数。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的b步骤中的增益矫正因子是这样得到的：通过设置让DAC输出适当电平的一路载波给射频部分，通过改变本振频率使最终输出信号能够在需要的频带f3～f4内以步长Δ任意改变，测试对应的增益值，找出其中的最大值，将各个频点的增益值以最大值为基准做归一化并取倒数运算，得到射频部分各个频点的增益矫正因子。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的各个可能载波频点的频率为f3+mΔ，共计(f4-f3)/Δ+1个点；其中m为整数。
7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的各载波中频频点由数字上变频器中的数控振荡器来控制，射频本振频率的设置也是在数字中频部分完成的。
8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的射频增益矫正因子表可从功放输出口测得的电压或功率得到。
9、一种基于宽带多载波基站的增益均衡的装置，其特征在于，该发信机包括n个基带处理部分、n个数字上变频器、以及一多路合成加法器、一数模转换器、一宽带发信机、一宽带功放、一输出天线；n个基带处理部分的输出分别与n个数字上变频器各自连接，n个数字上变频器的输出与多路合成加法器连接，多路合成加法器、数模转换器、宽带发信机、宽带功放、输出天线顺序连接。
10、根据权利要求9所述的装置，其特征在于，各数字上变频器包括一调制器、一增益调节数字乘法器、一内插滤波器、一高速数字乘法器、以及一数控振荡器；基带处理部分的输出与调制器连接，调制器、增益调节数字乘法器、内插滤波器、以及高速数字乘法器顺序连接，同时，增益矫正因子a和b分别送到增益调节数字乘法器，数控振荡器的输出送到高速数字乘法器。
11、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的增益调节数字乘法器，由一个或两个相串的低速数字乘法器构成。
12、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的各载波增益矫正因子是由查询增益矫正因子表和射频增益矫正因子表而得到。
13、根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述的射频增益矫正因子表可从功放输出口测得的电压或功率得到。
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