CN1371223A - 数字移动通讯系统宽带多载波基站功率控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

数字移动通讯系统宽带多载波基站功率控制装置及其方法,采用开环功率控制方法,在多路合成后通过压控衰减器实现载波功率控制。该方法将静态功率等级、动态功率等级和上下坡控制分离,采用一条上下坡控制曲线来同时实现各个载波的功率控制,并保证各个载波的各个功率等级同时满足GSM协议对时域和频域模板的要求。该方法可以保证各个载波的功率等级控制相互独立,能灵活方便地改变任意载波任一时隙的发射功率。

Description

数字移动通讯系统宽带多载波基站功率控制装置及其方法

本发明涉及一种适用于各种需要功率控制的时分多址(TDMA)系统的宽带GSM基站的多载波功率控制装置及其方法，尤其涉及一种在多路合成后通过压控衰减器实现载波功率控制的数字移动通讯系统宽带多载波基站功率控制装置及其方法。

GSM通信系统是目前世界上最成熟且市场占有量最多的一种数字蜂窝移动通讯系统，它采用FDMA与TDMA结合的数字无线通信技术。

GSM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。目前减少干扰的方法主要有3种：自动功率控制、跳频与不连续发射(DTX)。不连续发射(DTX)实质上也可以归属于功率控制的范畴。由此可见GSM的功率控制是减少多址干扰的重要手段，不但可以极大提高信道质量，而且很大程度上增加系统容量。

自动功率控制的原理在于：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，从而减少了对其它信道的干扰。功率控制在发信机中占据有重要的地位，一个发信机性能质量的好坏很大程度上取决于功率控制的性能。实际上在GSM的无线指标测试中，有多项指标是专门针对功率控制来提的。

传统的窄带GSM基站一般采用如图1所示的闭环功率控制方案，它是针对每个载波单独进行功率控制的。该控制装置包括：衰减器101、放大器102、积分器103、加法器104、检测器105。检测器105检测得到功放输出的正向功率检测电压，然后将该电压与按照一定的算法预先得到的模板曲线106在加法器104处实现减法运算，其差值再通过积分器103去控制发射通道中的压控衰减器101去改变发射功率。若在某时刻检测到的功率电压低于的已知模板电压106，则积分器103输出电压上升，衰减器101衰减量降低，输出功率增加，促使正向功率检测电压提升；当检测电压高于模板电压106时，积分器103输出电压下降，衰减器101衰减量增加，功放的最终输出功率下降，导致检测器输出电压下降。

宽带多载波GSM系统的功率控制是GSM基站由窄带到宽带演变过程中出现的一个新课题，它也是宽带多载波GSM基站必须解决的一个问题。由于宽带基站与传统的基站结构有很大的区别，传统的单载波功率控制方法很难实用于宽带基站中，目前在国内外尚未见到有关GSM多载波功率控制的相关资料。

多载波信号是各单载波信号的合成，由于各载波的频点和功率的可变性以及多载波合成信号包络的难以预测性，很难通过简单的方法检测出各个载频的功率包络，而实时检测出每个载波的功率包络是实现功率闭环控制的前提条件，因此实现多载波信号的闭环功率控制难度较大。

本发明的目的是为了克服以上对多载波信号的闭环功率控制难度较大的缺点，而提供的基于宽带GSM基站的一种开环功率控制解决方法，该方法利用了多载波发信机发射通道具有超线性特性这一固有特性，它可以使多个载波同时完成功率控制，并能同时满足时域和频域模板的要求，另外各载波的功率控制相互独立，可以灵活方便地改变任意载波任一时隙的发射功率。

实现本发明目的的技术方案是：数字移动通讯系统宽带多载波基站的多载波开环功率控制装置，其特点是，包括n个数字变频器，一加法器、一第一数模转换器、一滤波器、一压控衰减器、一第二数模转换器、一数据处理器；数据处理器接收各个载频的动态和静态功率控制等级，产生动态功率等级数据和上下坡控制数据，然后将上下坡控制数据和动态功率等级数据分别送至第二数模转换器及对应的数字上变频器中去；各数字变频器的输出到加法器，再顺序输入到第一数模转换器、滤波器和压控衰减器输出。

一种采用上述装置进行多载波功率控制的方法，其特点是，采用开环控制方法，在多路合成后通过压控衰减器实现载波的功率控制，具体步骤是；

(1)数据处理器接收功率数据与各载频信息，产生各载频的动态控制数据与上下坡控制数据以及相应的静态控制数据；

(2)数据处理器将产生的各载频的动态控制数据和静态功率控制数据发送给相应的数字变频器和压控衰减器，数字变频器实现动态功率等级控制；

(3)数字变频器输出信号通过求和模块得到多路合成后的多载波信号，该多载波信号发送给加法器；

(4)加法器将经过动态功率等级控制的多载波信号发送给数模转换器、滤波器，经数模转换和滤波后发送给压控衰减器；

(5)压控衰减器根据上下坡控制数据和静态功率控制数据对接收到的多载波信号在射频部分完成功率爬坡控制和静态功率控制。

上述一种方法，其中，所述的上下坡控制数据在模拟域实现。

上述一种方法，其中，所述的动态功率等级在数字域内做简单的切换控制。

上述一种方法，其中，所述的静态功率等级既可以和动态功率等级合并控制，又可以和上下坡曲线合在一起控制，还可以单独用压控衰减器来实现。

上述一种方法，其中，所述的静态功率等级与动态功率等级合并控制的方法是：数据处理器将静态功率等级数据和动态功率控制数据放在一起直接发送给各数字上变频器实现功率控制等级控制，上下坡控制则通过压控衰减器实现静态功率控制。

上述一种方法，其中，所述的静态功率等级与上下坡曲线合并在一起控制的方法是：数据处理器将静态功率等级数据和上下坡控制数据放在一起发送给压控衰减器来实现。

上述一种方法，其中，所述的静态功率等级单独采用压控衰减器来实现的方法是：数据处理器将静态功率等级数据发送给压控衰减器来实现。

上述一种方法，其中，所述的上下坡功率控制曲线的生成方法是：先确定一种功率控制爬坡曲线，然后将该曲线数据存储在数据处理器中，实际使用中再调用。

上述一种方法，其中，不同的功率等级具有相同的爬坡控制曲线和相同的爬坡动态范围。

本发明由于采用了以上的技术措施，将静态功率等级、动态功率等级和上下坡控制分离，采用一条上下坡控制曲线通过压控衰减器来同时实现各个载波的功率控制，使之能保证各个载波的各个功率等级同时满足GSM协议对时域和频域模板的要求，还可以保证各个载波的功率等级控制相互独立，以灵活方便地改变任意载波任一时隙的发射功率。

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是传统单载波GSM基站闭环功率控制实现原理框图。

图2是一种GSM基站多载波功率控制装置结构示意图。

本发明的方法用于GSM无线通信系统中基站的功率控制，实现宽带多载波GSM基站系统的功率控制。

图2给出了一种本发明可实现的多载波功率控制装置框图，本发明多载波功率控制装置包括n个数字变频器204-1～204-n，一加法器208、一第一数模转换器209、一滤波器210、一压控衰减器211、一第二数模转换器212、一数据处理器207。数字上变频器DUC204、205、206既可实现基带信号的调制、滤波及数字上变频，还具有功率控制的功能。数据处理器207用于接收各个载频的动态和静态功率控制等级，产生动态功率等级数据和上下坡控制数据，然后将上下坡控制数据和动态功率等级数据分别送至第二数模转换器DAC212及对应的数字上变频器DUC204-1～204-n中去。各数字变频器的输出到加法器，再顺序输入到第一数模转换器、滤波器和压控衰减器输出。

本发明通过多载波开环功率控制方法在多路合成后通过压控衰减器来实现载波的功率控制，其具体步骤是；

(1)数据处理器207接收功率控制数据与各载频信息，产生各载频的动态控制数据与上下坡控制数据以及相应的静态控制数据。

(2)数据处理器207将产生的各载频的动态控制数据和静态功率控制数据发送给相应的DUC204、205、206和控衰减器211、DUC204、205、206实现动态功率等级控制。

(3)数字上变频器DUC204、205、206输出信号通过求和模块210得到多路合成后的多载波信号，该多载波信号发送给数据处理器207。

(4)数据处理器207对接收到的多载波信号用一条功率控制曲线实现功率爬坡控制。经过动态功率控制和功率爬坡控制的多载波信号经过DAC208数模转换、滤波器209滤波后发送给压控衰减器211。

(5)压控衰减器211根据静态功率控制数据对接收到的多载波信号在射频部分完成静态功率控制(静态功率控制与上下坡控制分开控制)。

本发明利用各载频的上下坡是同步进行的这一固有特性，将动态功率等级和上下坡分开控制。其中：动态功率等级分载频控制，在各载频的DUC204、205、206中完成功率等级间的简单切换。所述的静态功率等级既可以和动态功率等级合并控制，又可以和上下坡曲线合在一起控制，还可以单独用压控衰减器来实现。上下坡控制通过控制DAC212后面的压控衰减器来实现，若将静态功率等级与上下坡控制放在一起则总共需要N条(N为基站支持的静态功率等级数)上下坡控制数据曲线。该上下坡功率控制曲线的生成方法是：先预先确定一种功率控制爬坡曲线，然后将该曲线数据存储在数据处理器中，实际使用中再调用。将静态功率等级与上下坡曲线合并在一起控制的方法是：数据处理器将静态功率等级数据和上下坡控制数据放在一起发送给压控衰减器来实现。不同的功率等级具有相同的爬坡控制曲线和相同的爬坡动态范围。若静态功率控制通过另外一个压控衰减器或与动态功率等级一起放在数字域控制，则只需要一条上下坡曲线即可。静态功率等级与动态功率等级合并控制的方法是：数据处理器将静态功率等级数据和动态功率控制数据放在一起直接发送给各数字上变频器实现功率控制等级控制，上下坡控制则通过压控衰减器实现静态功率控制。工作时数据处理器207接收载频和功率等级信息，通过处理后功率控制需要的信息发送到相应的模块中，同时由数模转换器DAC212产生一条“V”形曲线去控制压控衰减器，压控衰减器211和DAC212应该有足够的动态范围用于功率控制上下坡。

虽然数字变频器DUC中的功率控制在功率等级切换时存在突变，而压控衰减器的控制曲线在不同的功率等级是相同的，所以经过功率控制后的曲线在功率等级切换点也存在突变，不过由于上下坡能够保证达到足够的动态范围，因此仿真和实验结果表明该突变对最终的功率控制效果的影响可以忽略不计。对于不连续发射(DTX)，可以通过关断该载频的DUC输出来达到这一目的。

如前所述，本发明所涉及的功率控制方法具有以下优点：

1、功率控制数据的存储量很少，其数据存储由FPGA即可来完成，可适当降低成本并将减小电路板设计面积。

2、只用一条上下坡控制曲线，不同功率等级具有相同的爬坡控制曲线和相同的爬坡动态范围，提高了功率控制的一致性，避免不同功率等级需要不同功率曲线而引起的测试和生产困难。

3、采用了压控衰减器作为功率控制的核心器件，通常压控衰减器的衰减量与控制电压呈现近视线性的关系，所以只需要DAC按照一定的规律生成一条电压曲线即可完成功率控制。为了提高功率控制性能，这种方法需要测试通道的衰减特性，然后通过对功率控制数据预失真的方法对衰减器的非线性进行矫正。

4、上下坡功率控制的位置选择具有很大的灵活性，既可选在图2所示的位置，也可在中频到射频部分间选择。

5、静态功率等级既可以和动态功率等级合并控制，又可以和上下坡曲线合在一起控制，还可以单独用压控衰减器来实现。

6、功率等级的控制精度高。

Claims (10)

1、数字移动通讯系统宽带多载波基站的多载波开环功率控制装置，其特征在于，包括n个数字变频器，一加法器、一第一数模转换器、一滤波器、一压控衰减器、一第二数模转换器、一数据处理器；数据处理器接收各个载频的动态和静态功率控制等级，产生动态功率等级数据和上下坡控制数据，然后将上下坡控制数据和动态功率等级数据分别送至第二数模转换器及对应的数字上变频器中去；各数字变频器的输出到加法器，再顺序输入到第一数模转换器、滤波器和压控衰减器输出。

2、一种采用权利要求1的装置进行多载波功率控制的方法，其特征在于，采用开环控制方法，在多路合成后通过压控衰减器实现载波的功率控制，具体步骤是；

(1)数据处理器接收功率数据与各载频信息，产生各载频的动态控制数据与上下坡控制数据以及相应的静态控制数据；

(2)数据处理器将产生的各载频的动态控制数据和静态功率控制数据发送给相应的数字变频器和压控衰减器，数字变频器实现动态功率等级控制；

(3)数字变频器输出信号通过求和模块得到多路合成后的多载波信号，该多载波信号发送给加法器；

(4)加法器将经过动态功率等级控制的多载波信号发送给数模转换器、滤波器，经数模转换和滤波后发送给压控衰减器；

(5)压控衰减器根据上下坡控制数据和静态功率控制数据对接收到的多载波信号在射频部分完成功率爬坡控制和静态功率控制。

3、根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述的上下坡控制数据在模拟域实现。

4、根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述的动态功率等级在数字域内做简单的切换控制。

5、根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，所述的静态功率等级既可以和动态功率等级合并控制，又可以和上下坡曲线合在一起控制，还可以单独用压控衰减器来实现。

6、根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于，所述的静态功率等级与动态功率等级合并控制的方法是：数据处理器将静态功率等级数据和动态功率控制数据放在一起直接发送给各数字上变频器实现功率控制等级控制，上下坡控制则通过压控衰减器实现静态功率控制。

7、根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于，所述的静态功率等级与上下坡曲线合并在一起控制的方法是：数据处理器将静态功率等级数据和上下坡控制数据放在一起发送给压控衰减器来实现。

8、根据权利要求5所述的一种方法，其特征在于，所述的静态功率等级单独采用压控衰减器来实现的方法是：数据处理器将静态功率等级数据发送给压控衰减器来实现。

9、根据权利要求2中的一种方法，其特征在于，所述的上下坡功率控制曲线的生成方法是：先确定一种功率控制爬坡曲线，然后将该曲线数据存储在数据处理器中，实际使用中再调用。

10、根据权利要求2所述的一种方法，其特征在于，不同的功率等级具有相同的爬坡控制曲线和相同的爬坡动态范围。

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