CN1457204A - 用于控制发射单元的功率的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种用于控制发射单元(220)的功率的方法(800)和装置。发射单元(220)通常包括处理组件(310)、基带控制器(320)、线性控制器(330)、可变基带源(340)、和射频(RF)组件(350)。可变基带源(340)可以根据输入信号生成基带信号。RF组件(350)可以根据基带信号生成RF信号。处理组件(310)可以生成第一控制信号和第二控制信号。此外，处理组件(310)可以向基带控制器(320)提供第一控制信号，以调节可变基带源(340)，并向线性控制器(330)提供第二控制信号，以调节RF频率组件(350)。
Description
发明领域
本发明涉及无线通信系统，具体地说，涉及用于控制发射单元的功率的方法和装置。
背景技术
无线通信系统是系统和元件的复合网络。典型的系统和元件包括(1)通常是由至少一个和多个基站提供的，到移动站(例如，用于访问无线通信系统的蜂窝电话或用户设备)的无线链路，(2)基站之间的通信链路，(3)控制器，通常是一个或多个基站控制器或集中基站控制器(BSC/CBSC)，用于控制基站之间的通信，和管理基站之间的操作和交互，(4)交换系统，通常包括移动交换中心(MSC)，用于在系统中执行呼叫处理，和(5)到陆线(即，公共交换电话网络(PSTN)或综合服务数字网(ISDN))的链路。
通常包括一个或多个基站控制器和多个基站的基站子系统(BSS)或无线访问网络(RAN)提供了全部与无线相关的功能。基站控制器提供全部的控制功能，和交换系统与基站之间的物理链路。基站控制器也是大容量的转换器，它提供诸如移交、小区形状、和控制基站中的射频(RF)功率的功能。
基站维护到移动站的无线接口。基站包括为系统中的每一个通信小区服务所需的无线设备(收发器、天线、放大器、等等)。一组基站由一个基站控制器控制。因此，作为基站子系统的一部分，基站控制器和基站一同工作，从而为移动站提供实时语音、数据、和多媒体服务(例如，呼叫)。
为了确保所有的移动站都能够接收到正常的通信服务，基站通常都提供功率控制信息。为了说明这个原理，由基站提供服务的移动站可以位于通信小区中从基站的天线底下到离基站几英里远的任何地方。如果所有的移动站都使用相同的发射功率(即，射频(RF)输出功率)，邻近基站的移动站就可能会引起对远离基站的移动站的干扰。为了减轻这个问题，基站向每个移动站提供功率控制信息，这样移动站就可以最佳地控制它们的发射功率，并且基站可以接收到功率完全相等的信号。例如，基站可能会指示移动站降低发射功率工作，以免引起对其它移动站的干扰。具体地说，移动站的发射功率可能在从几十毫微瓦到瓦特(W)级的范围内变化。为了降低发射功率，可以通过调节移动站的偏置电平(例如，降低移动站的控制电压)来削减移动站的增益。相应地，移动站需要较少的电源电流，这样，移动站的三级截点(intercept point)(IP3)的电平(clevel)也就降低了。具体地说，IP3的电平表示来自移动站的RF信号的线性度(即，信号的失真电平)。因此，较高的IP3电平可能导致来自移动站的RF信号具有较高的抗失真能力，但同时也需要更强的电源电流(即，导致移动站的功率消耗更大)。
通常，移动站的电源电流是恒定的(即，输出功率是恒定的)。然而，在发射功率降低的时候，三级截点(IP3)的电平也会降低。因此，除非移动站的输入功率也适当地降低了，否则，由于给定的输入功率下的IP3电平不够，在降低发射功率的时候就可能产生互调失真。具体地说，互调失真可能引起RF能量溢流到临近的和/或备用的(alternate)频带的信道中。也就是说，RF能量可能会超出由无线通信协议规定的，频带中所允许的可接受电平。其结果是，在降低发射功率的时候，可能会发生RF辐射和信号质量降低的情况。
此外，无线通信工业的趋势是不仅要提供小的手持便携设备，还要提供附加的用户特性和功能。因此，无线通信系统设计中的一个方面就是优化移动站的可用资源。也就是说，一种改善资源可用性的方法是降低移动站的发射单元的功率消耗量。通过降低移动站的功率消耗，可以延长发射时间，和/或减小所使用的电池的容量和体积。
因此，所需要的是控制移动站的发射单元的发射功率，以改善在功率降低时的发射效率，和优化无线通信系统的通信资源。
附图说明
本发明将通过描述若干实施例来说明它的主要技术。同时还要参考附图。
图1是表示可能适合按这里所描述的方式工作的无线通信系统的方框图；
图2是表示移动站的方框图；
图3是表示发射单元的方框图
图4是表示与发射单元相关的基带组件的方框图；
图5是表示发射单元的射频(RF)组件的方框图；
图6是表示适合按这里所描述的方式工作的发射单元的方框图；
图7是表示适合按这里所描述的方式工作的发射单元的方框图；和
图8是图解说明用于控制发射单元的发射功率的方法的流程图。
具体实施方式
这里将描述用于控制发射单元的发射功率的方法和装置。在无线通信系统中，基站向移动站提供用于发射射频(RF)信号的功率控制信息。移动站通常包括可用于根据输入信号和基带信号生成射频信号的发射单元。发射单元可以在不同的无线通信协议(诸如，但不限于：基于码分多址(CDMA)的通信协议、基于时分多址(TDMA)的通信协议、基于全球移动通信服务(GSM)的通信协议、基于蓝牙的通信协议、和无线局域网(WLAN)通信协议(例如，基于电气与电子工程师协会(IEEE)802.11的通信协议))下工作。具体地说，发射单元可以包括，但不限于，可变基带源、射频(RF)组件、功率放大器、处理组件、基带控制器、和线性控制器。
可变基带源与处理组件和基带控制器相连接。可变基带源可以用于根据来自处理组件的输入信号来生成基带信号。具体地说，可变基带源可能包括(但不限于)：与处理组件相连接的数字乘法器、与数字乘法器相连接的数字模拟转换器、与数字模拟转换器和基带控制器相连接的衰减器(例如，可编程的基带分级衰减器)、和与衰减器和RF组件相连接的基带滤波器。可变基带源可能还包括与处理组件和数字乘法器相连接的信道滤波器(例如，有限脉冲响应(FIR)滤波器)。
RF组件与可变基带源相连接。具体地说，RF组件可用于根据可变基带源(即基带信号)的输出来生成RF信号。RF组件可能包括(但不限于)：与可变基带源相连接的RF混频器、与RF混频器和线性控制器相连接的可变增益放大器组件、和与可变增益放大器组件和功率放大器组件相连接的级间滤波器。例如，可变增益放大器组件可能包括后混频器放大器、第一压控放大器(VCA)、和与线性控制器相连接的第二压控放大器(VCA)。在另外一个实施例中，第二VCA可能与处理组件相连接。
为了控制发射单元的发射功率(即，RF输出功率)，处理组件与可变基带源和RF组件相连接。也就是说，处理单元可能同步地调节发射单元的基带和RF控制器，以改变RF输出功率。例如，在RF输出功率降低(即，后退(back-off))的时候，处理组件可能降低与发射单元相关的输入功率和偏置电平(例如，电流或电压)。为了说明这个原理，处理组件可能根据来自基站的功率控制信息生成第一控制信号和第二控制信号。具体地说，处理组件可能向基带控制器提供第一控制信号，然后基带控制器可能根据第一控制信号来调节可变基带源。例如，基带控制器可降低与输入信号相关的功率，以生成基带信号(即，输入功率)。同样，处理组件可能向线性控制器提供第二控制信号，然后，线性控制器可根据第二控制信号来调节射频(RF)组件。根据第二控制信号，线性控制器可降低与基带信号相关的功率，以生成射频(RF)信号。也就是说，可以使用第二控制信号来调节RF组件的偏置电平，从而调节RF信号的增益/衰减。相应地，输入信号和基带信号的功率降低了，移动站所需要的电源电流也就可能随之降低了。其结果是，因为电源电流由于RF输出功率得到后退而降低了，所以移动站电池供电的发射时间(即，电池寿命)也就延长了。
这里将描述一种通信系统，具体地说，是以按照多种标准中的至少一种标准运行的无线通信系统的形式来描述的。这些标准包括模拟、数字或双模式的通信系统协议，诸如(但不限于)：高级移动电话系统(AMPS)、窄带高级移动电话系统(NAMPS)、全球移动通信系统(GSM)、IS-55时分多址(TDMA)数字蜂窝、IS-95码分多址(CDMA)数字蜂窝、CDMA2000、个人通信系统(PCS)、3G、通用移动电信系统(UMTS)和对这些协议的改变的演变。如图1所示，无线通信系统100包括通信网络110、和为整个服务区130提供服务的多个基站控制器(BSC)，它们一般性地显示为120和122。无线通信系统可能是(但不限于)：基于频分多址(FDMA)的通信系统、基于时分多址(TDMA)的通信系统、和基于码分多址(CDMA)的通信系统。正如在这种系统中已知的，每个BSC120和122都与多个基站(BS)相关，这些为整个服务区130内的通信小区(一般性地显示为150、152、154和156)提供服务的基站(一般性地显示为140、142、144和146)。BSC120和122，以及基站140、142、144和146由可应用的标准或为移动站(MS)(一般性地显示为160、162、164和166)提供无线通信服务的标准来规范，并按这些标准运行，这些移动站在通信小区150、152、154和156中运行，并且可以从伊利诺伊的Schaumburg的摩托罗拉处买到这些移动站中的每一个的元件。
为了确保在通信小区中能为移动站提供正确的通信服务，基站可能向移动站提供功率控制信息。功率控制信息可能规定了移动站的发射单元所产生的发射功率(即，RF输出功率)。例如，基站142可能向移动站162提供功率控制信息，因此移动站162可以向基站142发射信息，而不会干扰基站142所服务的、诸如移动站164的其它移动站。根据功率控制信息，移动站162可以控制发射功率，并改善发射效率。
如图2所示，本发明中的优选实施例中的移动站162可以控制与发射单元相关的发射功率。移动站162通常包括控制器210、发射单元220和接收单元225。控制器210通常包括处理器230和存储器240。处理器230与存储器240相连接，存储器240为处理器230存储程序或一组操作指令。相应地，处理器230执行程序或一组操作指令，从而让本发明中的优选实施例中的移动站162工作。程序或一组操作指令可记录在计算机可读的媒体中，诸如，但不限于：纸、可编程的门阵列、专用集成电路(ASIC)、可擦可编程只读存储器(EPROM)、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、磁性媒体、和光学媒体。
接收单元225与控制器210和天线250相连接。发射单元220同样与控制器210和天线250相连。参考图3，发射单元通常包括处理组件310、基带控制器320、线性控制器330、可变基带源340、和射频(RF)组件350。处理组件310与基带控制器320、线性控制器330、和可变基带源340相连接。处理组件310可能是(但不限于)：用于数字信号处理(DSP)的微处理器控制单元(MCU)。如同将在下面进一步详细描述的，基带控制器320与可变基带源340相连接，线性控制器330与射频(RF)组件350相连接。
如图4所示，可变基带源340通常包括数字乘法器410、数字模拟转换器(DAC)420、衰减器430(例如，可编程的基带分级衰减器)、和基带滤波器440。数字乘法器410与DAC420相连接，而DAC420与衰减器430相连接。衰减器430与基带滤波器440和基带控制器320相连接。如同将在下面进一步详细描述的，为了向RF组件350提供可变基带源340的输出，基带滤波器440与RF组件350相连接。可变基带源340还可包括与处理组件310相连接的信道滤波器450(例如，有限脉冲响应(FIR)滤波器)。信道滤波器450与数字乘法器410相连接，数字乘法器410与基带控制器320相连接。
如上面所注明的，可变基带源340与RF组件350相连接。参见图5，RF组件350通常包括RF混频器510、可变增益放大组件520、和级间滤波器530。具体地说，可变基带源340的基带滤波器440与RF混频器510相连接，然后，RF混频器510与可变增益放大组件520相连接。可变增益放大组件520可能包括(但不限于)：后混频器放大器542、和一般性的显示为第一VCA544和第二VCA546的多个压控放大器(VCA)。因此，线性控制器330与RF组件350相连接，因此，线性控制器330就可以调节可变增益放大组件520，即，后混频器放大器542、第一VCA544和第二VCA546。此外，可变增益放大组件520还与级间滤波器530相连接。
重新参考图3，发射单元220还包括功率放大器(PA)组件370和后PA组件380。具体地说，如图6所示，正如本领域普通技术人员容易地看到，PA组件370与RF组件350的级间滤波器530相连接，以将信号功率放大到发射电平。后PA组件380与PA组件370和天线250相连接。正如本领域普通技术人员容易地看到，后PA组件380可能包括(但不限于)：滤波器和开关，它们为通过天线250进行的发射准备射频信号。
在图2、3、4和5中所示的本发明的优选实施例中应用的，用于控制发射单元的发射功率的基本流程可能开始于移动站162(例如，经过接收单元225)接收来自如图1中所示的、诸如基站142的基站的功率控制信息。功率控制信息规定了移动站162的发射单元220生成的发射功率(即，RF输出功率)。例如，功率控制信息可能包括根据基站142所接收到的来自移动站162的RF信号的质量而确定的，RF输出功率所需要增加或减少的量。根据功率控制信息，处理组件310生成第一控制信号和第二控制信号，以满足基站142所规定的发射功率。例如，第一控制信号可能是数字形式的控制信号，而第二控制信号可能是模拟形式的控制信号。因此，处理组件310向基带控制器320和线性控制器330提供控制信号，以同步地分别对与发射单元220相关的基带和RF控制器进行调节。具体地说，处理组件310向基带控制器320提供第一控制信号，然后，基带控制器320对可变基带源340进行调节(即，调节发射单元220的输入功率)。同样，处理组件310向线性控制器330提供第二控制信号，然后，线性控制器330对RF组件350进行调节(即，调节发射单元220的偏置电平)。
通常，射频信号是基于基带信号的。因此，为了生成基带信号，处理单元310可能向可变基带源340提供输入信号。输入信号可能是数字形式的信号，它包括(但不限于)：声音、数据和多媒体。信道滤波器450可能是用于将输入信号的带宽限制在信号信道内的有限脉冲响应(FIR)滤波器。如同前面所注明的，处理组件310向基带控制器320提供第一控制信号，以对可变基带源340进行调节。例如，根据第一控制信号，基带控制器320可能生成第一调节信号和第二调节信号，以分别对可变基带源340的数字乘法器410(即，数字增益/衰减级)和衰减器430(即，模拟增益/衰减器)进行调节。在对来自基带控制器320的第一调节信号的响应中，数字乘法器410提供对信道滤波器450的输出进行放大的比例因数(即，精确地调节输入信号)。因此，信道滤波器450的输出可能是与来自处理组件310的输入信号成比例的信号(即，输入信号的倍数)。然后，DAC420将数字乘法器410的输出从数字形式转换成模拟形式。衰减器430可能响应来自基带控制器320的第二调节信号，对DAC420的输出进行调节(即，粗略的调节模拟形式的输入信号)。因此，基带滤波器440(例如，低通滤波器(LPF))有选择地将衰减器430的输出分出理想的频带(即，规定频率范围)，以从可变基带源340生成基带信号。
如上所述，RF组件350与可变基带源340相连接。因此，可变基带源340可以向RF组件350提供基带信号，以生成RF信号。具体地说，RF混频器510将基带信号调制到通过空中发射的较高的射频，即载波。因此，可变增益放大器组件520接收RF混频器510的输出。处理组件310向线性控制器330提供第二控制信号，以对可变增益放大器组件520进行调节。例如，处理组件310可能向线性控制器330提供第二控制信号(例如，模拟形式的控制信号)，然后，线性控制器330生成多个调节信号，以对可变增益放大器组件520进行调节。后混频器放大器542和第一与第二VCA544、546根据线性控制器330生成的多个调节信号，对RF混频器510的输出进行放大。具体地说，来自线性控制器330的第一调节信号可能对后混频器放大器542的偏置电平进行调节(例如，调节后混频器放大器542的电压或电流)。第二调节信号和第三调节信号可能分别通过第一和第二VCA544、546对RF信号的RF电平进行调节(例如，对第一和第二VCA544、546的电压进行调节，以控制对来自后混频器放大器542的输出的放大)。因此，级间滤波器530有选择地将可变增益放大器组件520的输出分出所希望的频率范围(即，“清除”边缘)，以生成RF信号。然后，PA组件370可能将RF信号的信号功率放大到发射电平，而后PA组件380可能准备用于经过空中广播信道发射的RF信号。
在另一个实施例中，处理组件310可能还直接调节RF组件350的偏置电平。具体地说，处理组件310可能与可变增益放大器组件520相连接。例如，如图6所示，线性控制器330可能与后混频器放大器542和第一VCA544相连接，而处理组件310可能与第二VCA546相连接。
在另一个实施例中，发射单元220可能完全是由处理组件310进行DSP控制的(即，在没有基带控制器320和线性控制器330的情况下工作)。处理组件310可能同时作为基带控制器320和线性控制器330工作。例如，参考图7，处理组件310可能与可变基带源340和RF组件350相连接。为了调节发射单元220的输入功率，处理组件310可能与可变基带源340的数字乘法器410和衰减器430相连接。此外，处理组件310可能与可变乘法器组件520相连接，以调节RF组件350的偏置电平。处理组件310可能与后混频器放大器542和第一与第二VCA 544和546相连接。
在另一个实施例中，正如本领域普通技术人员所看到，发射单元220可能包括其它调制器和中频(IF)组件，以根据来自可变基带源340的基带信号生成射频信号。例如，发射单元220可能包括与可变基带源340和RF组件350相连接的IF组件。
除了在移动站(例如，蜂窝电话)中运行之外，发射单元220还可以集成在其它电子设备中，诸如(但不限于)：无线电话、个人数字助理(PDA)、和膝上型电脑。此外，发射单元220还可能在不同的无线通信协议下运行，诸如(但不限于)：基于码分多址(CDMA)的通信协议、基于时分多址(TDMA)的通信协议、基于全球移动通信服务(GSM)的通信协议、基于蓝牙的通信协议、和无线局域网(WLAN)通信协议(例如，基于电气与电子工程师协会(IEEE)802.11的通信协议))。
参考图8，示出了根据本发明的优选实施例的用于控制移动站的发射单元的发射功率的方法800。方法800开始于步骤810，其中，移动站根据来自为移动站提供通信服务的基站的功率控制信息，生成第一控制信号和第二控制信号。功率控制信息提供信息，因此移动站可以根据无线通信协议(例如，CDMA)工作。因此，移动站可以对与发射单元相关的输入功率和偏置电平进行调节，以满足无线通信协议的输出功率和线性的需要。例如，在RF输出功率按照基站的规定降低的时候，移动站可能同步地降低与发射单元相关的输入功率和偏置电平。具体地说，处理组件在步骤820处提供第一控制信号，以调节与输入信号相关的功率，从而生成基带信号(即，降低发射单元的输入功率)。例如，处理组件可能向基带控制器(例如，图3中所示的320)提供第一控制信号，然后，基带控制器对与发射单元相关的可变基带源(图3中所示的340)进行调节，以根据输入信号生成基带信号。同样，在步骤830处，处理组件提供第二控制信号，以调节与基带信号相关的功率，从而生成射频信号(即，降低发射单元的偏置电平)。也就是说，处理组件向线性控制器(图3中所示的330)提供第二控制信号，线性控制器可对与发射单元相关的射频组件(图3中所示的350)进行调节，以生成射频信号。通过在降低RF输出功率的时候降低输入功率和偏置电平，移动站就可以降低运行发射单元所需要的电源电流量。作为发射单元消耗功率较少的结果，移动站的发射效率就可以得到改善(例如，移动站的电池供电的发射时间就可以延长了)。
可以对这里所描述的实施例进行各种改变和修改。前面讨论了一些改变的范围。从附加的权利要求书中可以了解其它改变的范围。
Claims (10)
1.在一种无线通信系统中，其中移动站包括可以根据输入信号和基带信号生成射频信号的发射单元，一种用于控制与所述发射单元相关的功率的方法，所述方法包括：
根据功率控制信息生成第一控制信号和第二控制信号；
响应所述第一控制信号来调节可变基带电路的电平，以响应所述输入信号，调节所生成的基带信号的功率；和
响应所述第二控制信号来调节射频电路的电平，以响应所述基带信号，调节所生成的射频信号的功率。
2.如权利要求1中的所述方法，其中根据功率控制信息生成第一控制信号和第二控制信号的步骤根据从基站接收到的功率控制信息来生成所述控制信号。
3.如权利要求2中所述方法，其中根据来自基站的功率控制信息生成第一控制信号和第二控制信号的步骤包括：根据来自基站的与射频(RF)输出功率降低相关的信息来生成第一控制信号和第二控制信号。
4.如权利要求1中所述方法，其中响应所述第一控制信号来调节可变基带电路的电平的所述步骤包括：降低与输入信号相关的功率，以生成基带信号。
5.如权利要求4中所述方法，其中响应所述第二控制信号来调节射频电路的电平的所述步骤包括：控制线性控制器，以调节与所述基带信号相关的功率，从而生成所述射频信号。
6.如权利要求1中所述方法，其中响应所述第二控制信号来调节射频电路的电平的所述步骤包括：调节与所述射频信号相关的偏置电平。
7.如权利要求1中所述方法，其中响应所述第二控制信号来调节射频电路的电平的所述步骤包括：在调节与所述基带信号相关的功率的时候，完全同步地调节所述偏置电平和所述射频信号。
8.在一种无线设备中，发射单元包括：
用于生成与输入信号相关的基带信号的可变基带电路；
与所述可变基带电路相连接的射频电路，所述射频电路用于生成与所述基带信号相关的射频信号；和
与所述可变基带电路和所述射频电路相连接的处理器电路，所述处理器电路用于控制所述基带电路和所述射频电路，以调节与所述基带信号相关的所述功率和与所述射频信号相关的所述功率。
9.如权利要求8中所述发射单元，其中所述处理电路用于生成应用于所述基带电路的第一控制信号和应用于所述射频电路的第二控制信号，以完全同步地调节与所述基带信号和所述射频信号相关的功率。
10.如权利要求9中所述发射单元，其中所述射频电路包括与所述处理电路和所述射频电路相连接的线性控制器，所述线性控制器用于响应所述第二控制信号，对所述射频信号进行调节。
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