CN1778038A - 调节多速率无线通信系统中的发射功率的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于调节多速率移动设备发射机中的Tx功率的方法和设备包含信号相关增益级。将与发射信号和所需参考功率信号相对应的数据速率和信号格式指示符提供给映射器，所述映射器根据天线处的所需参考功率电平输出校准值。所述校准值实时地控制功率放大器增益特性。

Description

调节多速率无线通信系统中的发射功率的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求在2002年11月4日递交的美国临时申请No.60/423354的优先权的权益，其内容包括在此作为参考。

技术领域

本发明通常涉及功率调节。更具体地，本发明涉及无线传输系统中的功率调节。

背景技术

许多无线通信标准需要不仅根据无线链路而且根据数据速率和信号格式(即，编码和调制方法)对发射功率进行精确调节。例如，cdma2000已经定义了针对精确发射(Tx)功率控制的要求，例如在反向链路上的开环和闭环功率控制。还根据其数据速率和信号格式，针对各种编码信道中的每一个(例如导频，FCH：基本信道；SCH：补充信道：DCCH：专用控制信道；等等)定义了相对功率要求。在IS-2000-2的部分2.1.2中可以找到涉及cdma2000的关于发射功率要求的另外信息，其包括在此作为参考。这样的要求并非仅局限于cdma2000。需要其他通信标准也具有类似的要求，例如3GPP、UMTS、3GPP2、1xEVDO。为了满足这些要求，必须针对诸如AGC控制特性非线性等衰减实现精确的校准和补偿方法。该非线性是增益控制特性，表现为作为输入到AGC放大器中的控制电压的函数，在AGC放大器增益中的非线性。

另一变化源是信号相关增益变化(信号功率电平相关增益变化和信号分配相关增益变化)，到面前为止还未对其进行补偿。信号相关增益变化主要是由于放大器的非纯粹的A类特性或诸如混频器等其他设备的非线性。最为显著地，在需要高功率效率的功率放大器中观察到了这样的信号相关增益变化。为了实现高功率效率，市场上的许多PA利用了用于无线移动设备的自偏置设计，其中偏置量取决于输入信号强度(瞬时值或其包络幅度或这两者)。因此，输入电平的变化改变了该增益。数据速率或信号格式的变化引起了信号分布的变化(例如峰值与平均功率比)。这样的变化还典型地改变了在这样的放大器中的有效增益。

因此，需要提出一种对信号相关增益变化进行补偿的方法和设备。

发明内容

本发明的目的是缓解或减轻特别是在移动设备中调节所需Tx功率的先前方法和设备中的至少一个缺陷。本发明的另一目的是提出一种调节发射机中的Tx功率的方法和设备，包括其增益取决于信号变化的级。

在本发明的第一方面中，提出了一种发射无线信号的移动设备。所述移动设备包括：帧产生器、参考功率源、无线发射机和放大器控制器。帧产生器产生具有数据速率和信号格式的信号。参考功率源产生所需的参考功率电平。无线发射机具有拥有表明信号相关增益的至少一个级的放大器，所述放大器用于接收所产生的信号，并根据所接收到的放大器控制信号放大所接收到的信号以补偿所述用于表明信号相关增益的至少一个级。放大器控制器从帧产生器接收与所产生的信号相关的数据速率和信号格式，从参考功率源接收所需参考功率电平；根据与用于表明信号相关增益的至少一个级相关的已知非线性，将所需参考功率电平、数据速率和信号格式映射为放大器控制信号值；以及根据所映射的放大器控制信号值来产生放大器控制信号。

在本发明的第二方面中，提出了一种在移动设备中放大所产生的信号的方法，所述移动设备具有：拥有表明信号相关增益的至少一个级的放大器、放大器控制器和参考功率源。所述方法包括：接收与所产生的信号相关联的数据速率和信号格式信号；根据所述数据速率和信号格式信号、所需参考功率电平、以及与已知信号相关增益关联的非线性，确定所需放大程度；将所确定的放大程度映射为放大器控制信号值；根据所映射的放大器控制信号值来产生放大器控制信号；以及根据所产生的放大器控制信号来放大所产生的信号，以补偿所述表明了信号相关增益的至少一个级。

在本发明的第三方面中，提出了一种在移动设备中放大所产生的信号的方法，所述移动设备具有：拥有表明信号相关增益的至少一个级的放大器、放大器控制器和参考功率源。所述方法包括：接收与所产生的信号相关联的数据速率和信号格式信号；根据数据速率和信号格式信号，从映射阵列中选择映射，所述映射反映了与信号相关增益关联的已知非线性；根据从参考功率源接收到的参考功率电平，利用所选映射来确定放大器控制信号值；根据所映射的放大器控制信号值来产生放大器控制信号；以及根据所产生的放大器控制信号来放大所产生的信号，以补偿所述表明了信号相关增益的至少一个级。

通过阅读以下结合附图对本发明的特定实施例的描述，本发明的其他方面和特征对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。

附图说明

现在参考附图，仅通过示例来描述本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的发射系统的第一实施例的方框图；

图2是根据本发明的发射系统的第二实施例的方框图；

图3是根据本发明的发射系统的第三实施例的方框图；

图4是示出了根据本发明实施例的方法的流程图；

图5是示出了根据本发明实施例的另一方法的流程图；

图6是示出了根据本发明可选实施例的方法的流程图；

具体实施方式

一般地，本发明提出了一种用于调节特别是在移动设备中的发射(TX)功率的方法和设备。本发明提出了一种调节移动设备发射机中的TX功率的方法和设备，支持多种数据速率和信号格式且包含信号相关增益级。在整个说明书中，信号格式涉及编码和调制方法。

在许多功率放大器中，为了提高效率而实现自偏置设计。自偏置引入了放大器中的非线性。该非线性是信号相关的，并且以不同信号电平来改变放大器的增益特性，且具有由于数据速率和信号格式的变化而引起的不同信号分布。因此，在所需参考功率电平与用于产生所需的放大以实现所需的Tx功率的控制信号值之间的映射可以根据要放大的信号的数据速率和信号格式、以及输入到放大级以表明这样的非线性的信号电平发生改变。这些非线性是放大器特定的，并且作为放大器设计和特定制造工艺的结果而引起，因此利用相同工艺制造的两个不同放大器的非线性可能是不相同的。

为了简化描述，在整个说明书中，通过简化的模型来描述发射机。发射机的许多详细方面并不直接与本发明相关，且对于本领域的技术人员而言是公知的，因此有意地忽略其。这样的组件包括I-Q调制、升频转换和滤波。为了当前讨论的目的，以两个块对发射机进行建模：AGC放大器、以及表明信号相关增益变化的放大级。具有信号相关增益变化的放大级通常是功率放大器(PA)，但是也可以是诸如混频器等其他组件。无论如何，将信号相关增益变化的总量建模为增益增量G。

将cdma2000标准用作描述当前优选实施例的示例，然而，本发明可以应用于其他通信标准，包括3GPP UMTS和3GPP2 1xEVDO，如本领域的技术人员将会理解的。为此，这里所使用的“参考功率”涉及无线通信标准直接指定的总发射功率中特定部分的功率。例如，在IS-2000-2中，对于RC1和RC2(RC代表“无线电配置”)，在该说明书中的参考功率表示总选通功率；对于RC3和以上标准，参考功率表示导频信道中的功率部分。相对于参考功率对总功率的所有其他部分(如果存在)进行调节(例如相对于IS-2000-2中的默认参考功率，数据速率为9600bps处的FCH中的功率是+3.75dB)。

如图1所示，诸如数据编码器和调制器等帧产生器100产生信号s，将其传送到发射机120中的放大器124。与AGC放大器124串联的是表明增益增量G 126的放大级。由放大器控制器105控制放大器124以减轻增益增量G 126的非线性。

由AGC放大器124根据控制信号y对传送的信号进行增益调节，然后将其提供给表明信号相关增益变化G 126的放大级126，所述信号相关增益变化G 126的值取决于输入信号电平、输入信号数据速率和输入信号格式。为了简化，以下的描述忽略了增益变化源，例如与温度、频率和电池电压有关的增益变化。相反，关注于G自身，以及与G紧密关联的方面：AGC控制特性，其是作为电压受控AGC放大器124的控制电压的函数的以dB为单位的AGC放大器124的增益。如这里和在整个说明书中所使用的，“参考信号”或“参考数据速率和信号格式”表示数据速率和信号格式，经常是任选的，用于校准过程。

帧产生器100产生要以多个所支持的数据速率来传送的已编码和调制信号帧。所述数据速率可以根据时间而改变。将由帧产生器所产生的包含已编码和调制信号帧的输出信号s的总功率相对于所有数据速率的相同平均功率电平进行归一化，并且还由数字装置将各个编码信道的相对功率精确调节到所需值。还由帧产生器同时产生数据速率和信号格式指示信号r。在一个实施例中，采用了延迟块“τ”114以确保信号s和放大器控制信号y的时间对准。本领域的技术人员将会意识到在实现中，延迟块“τ”114可能并未作为延迟单元而实际存在，只要保持了信号s和相应的放大器控制信号的对准。在进行延迟对准和在D/A1116处的数字到模拟转换之后，将发射信号s提供到发射机120。由AGC放大器124对信号s进行增益调节，且在对其进行发射之前，该信号受到信号相关增益G126的影响。

在第二数据路径上，由帧产生器100提供数据速率和信号格式指示符r，并由放大器控制器105中的第一映射器106来接收。第一映射器106包括从数据速率和信号格式r到通过校准处理所产生的增益调节量d(r)的映射，以确保对信号相关增益G126的非线性进行适当地补偿。下面将更详细地讨论校准处理。该调节d(r)是以dB为单位的值，或以比例因子与dB成正比。对于表示为r_ref的选定参考数据速率，将值d(r_ref)设置为0dB。参考功率源108产生以dBm为单位(或者如果存在，按照与dBm乘以在d(r)中使用的相同的比例因子成比例的单位)的天线处所期望的所需参考功率电平p。本领域的技术人员将会意识到：通过确保按照p用于在天线处所期望的功率的比例因子是按照d(r)用于增益偏移的相同比例因子，能够简化该系统。在cdma2000移动设备中，同时从开环和闭环功率控制系统中获得参考功率电平p。该参考功率电平p的获得在本领域中是容易理解的。同时将d(r)和p提供给第二映射器110，优选地，在由加法器112进行组合之后。利用第一映射器106的适当校准，由d(r)和p的相加组合所得到的值与对信号s的所需放大程度相关。将该值提供给第二映射器110以映射到放大器控制信号y。通过校准过程来确定第二映射器110中的映射表值，其反映了与AGC放大器124、信号相关增益变化126和发射机120中的其他组件有关的实现专用信息。将放大器控制信号y提供给放大器124的控制输入，优选地，在AGC放大器124的输出处与信号s进行时间对准。

优选地，由数字到模拟转换器116和118，分别将信号s和放大器控制信号y从数字信号转换为这些数字信号的模拟表示。还可以由LPF122对放大器控制y的模拟表示进行低通滤波以使放大器124的控制变得平稳。然后，AGC放大器124根据平稳的放大器控制信号y、y的模拟表示或其滤波版本，对信号s的模拟表示进行放大。放大的结果在于：按照对信号相关增益G126进行补偿的方式放大了信号s。

现在将描述校准第一映射器106和第二映射器110映射表值的方法。利用由帧产生器100利用参考数据速率和信号格式所产生的参考信号，由以下的当前所示实施例的系统对第二映射器110输出值y进行校准。对于参考数据速率和信号格式r_ref，将值d(r_ref)定义为0dB，对于每一个给定值p，第二映射器110调节与p相对应的输出值y，从而使在天线处测量到的发射参考功率是期望值p。注意，确定值y的方式已经作为放大器控制信号y的值的函数，补偿了发射机中的非线性关系，即，放大器124的以dB为单位的增益，以及作为输入信号电平的函数，补偿了G126中的变化，其中用于校准的输入信号是所选的参考数据速率和信号格式。例如，如果选择IS-2000-2中的RC1作为参考信号，该参考信号是总选通发射功率。存储在第二映射器中的校准值y针对由参考功率源108所产生的任意值p，引起了在天线处的期望总发射功率p。

优选地，按照如下方式来校准第一映射器106的输出d(r)：对于移动设备所支持的每一个数据速率和信号格式r，并且对于预选的值p，对值d(r)进行调节，从而使针对数据速率r在天线处测量到的发射输出参考功率为p。注意：确定值d(r)的方式导致d(r)由两个部分构成。第一部分涉及在给定相同参考功率的情况下，r和r_ref之间的总发射功率的差值(以dB为单位)，其中r和r_ref分别是当前和参考数据速率和信号格式。通常可以根据标准对该部分预先进行计算。第二部分对由r和r_ref之间的信号分布变化所引起的数据速率和信号格式r和r_ref之间的G126中的增益差进行补偿。通常不能够对该第二部分进行预先计算，并且必须对其进行校准(如果显著的话)。无论何时当数据速率和信号格式改变时，由于如以上已经描述的，已经对两条路径进行了延迟校准，因此同时施加适当的增益调节d(r)。在上述校准中，假定了由数据速率和信号格式所引起的以dB为单位的增益变化几乎与由信号电平变化引起的增益变化无关，这在大范围的所关心的操作中情况的确如此。

在其中由增益变化所引起的信号电平和信号增益是相关的示例中，可以使用图2所示的可选实施例来补偿相关增益变化。参考图2，第一映射器106是映射器阵列。使用数据速率和信号格式指示符r来选择阵列内的成员映射器。根据r所选的阵列中的每一个成员映射器从参考功率源108中接收所需参考功率电平p，并根据值p和r，将其映射到相应的输出值d(r，p)上。在将p和r映射到d(r，p)上之后，并且在加法器112处将d(r，p)与来自参考功率源108的p进行相加组合之后，将组合信号提供给第二映射器110，所述第二映射器110将d(r，p)和p的和映射到放大器控制信号y。优选地，该实施例的其他方面与图1所示的实施例保持相同。

校准第二映射器110的方法还与以上针对图1的实施例所述的方法保持相同。在该示例中，分别针对每一种数据速率和信号格式r，对映射器106中所存储的调节量d(r，p)进行校准，从而针对输入到第一映射器106中的所需参考功率电平p的每一个值，在天线处实现所需的参考功率p。

可选地，在另外的实施例中，如图3所示，去除了第一和第二映射器106和110、以及加法器112，且由具有两个输入的阵列映射器111来替代其。第一输入是由帧产生器100提供的数据速率和信号格式指示符r；第二输入是由参考功率源108提供的所需参考功率p。输入r选择用于将输入p映射到放大器控制信号y的输出的阵列映射器111中的成员映射器。其他方面与图1或图2的实施例保持相同。每一个成员映射器包含映射表，针对相应的r对其进行校准以便针对由参考功率源108提供的任意值p，获得天线处的正确的参考功率值p。

图4示出了根据本发明实施例的方法。在步骤200，接收所产生的信号s的数据速率和信号格式。在步骤202，根据接收到的信号的数据速率和信号格式、基于放大器的非线性特性而确定的参考功率电平和预校准值，确定所需的放大程度。随后，在步骤203，将该所需的放大程度映射到放大器控制信号值。优选地，根据反映了放大器和发射系统的特性的预校准值来执行所需放大程度到放大器控制信号值的映射。在步骤204，根据步骤203的映射来产生放大器控制信号。

图5示出了根据本发明的实施例的另一方法。如前所述，在步骤200，接收所产生的信号的数据速率和信号格式。在步骤202，通过首先根据所确定的数据速率和信号格式来选择成员映射表来实现所需放大程度的确定，如步骤208所示。然后，在步骤209，接收所需的参考功率电平，并且将其映射为与预校准增益调节值，反映了与所确定的数据速率和信号格式相对应的放大器的非线性信号相关增益特性。在步骤210，根据预校准增益调节值和参考功率电平来确定放大程度。在步骤203，将所确定的所需放大程度映射为放大器控制信号值。在步骤204，根据步骤203的映射来产生放大器控制信号。

对于采用阵列放大器111的该实施例，存在图6所示的典型方法。在步骤200中，接收所产生的信号的数据速率和信号格式。与所需参考功率电平一起使用这些值。在步骤202a，为了选择考虑到放大器的非线性的映射阵列之一，利用相同的输入来预先确定几乎一样的放大程度。在步骤203a中使用所选的映射以便将参考功率电平映射到放大器控制信号值上。在步骤204中使用该放大器控制信号值来产生放大器控制信号。

本发明的上述实施例仅是示例性的。在不脱离本发明的范围的情况下，可以由本领域的技术人员对特性实施例进行修改和变化，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

工业应用性

本发明在移动设备的功率调节领域中提供了优点。

Claims (13)

1、一种发射无线信号的移动设备，所述移动设备包括：

帧产生器，用于产生具有数据速率和信号格式的信号；

参考功率源，用于产生所需的参考功率电平；

无线发射机，具有拥有表明信号相关增益的至少一个级的放大器，所述放大器用于接收所产生的信号，并根据所接收到的放大器控制信号放大所接收到的信号以补偿所述用于表明信号相关增益的至少一个级；以及

放大器控制器，用于从帧产生器接收与所产生的信号相关的数据速率和信号格式，从参考功率源接收所需参考功率电平；根据与用于表明信号相关增益的至少一个级相关的已知非线性，将所需参考功率电平、数据速率和信号格式映射为放大器控制信号值；以及根据所映射的放大器控制信号值来产生放大器控制信号。

2、根据权利要求1所述的移动设备，其特征在于所述放大器控制器包括映射器，用于将所需参考功率电平、与所产生的信号相关的数据速率和信号格式、以及与用于表明信号相关增益的至少一个放大级相关的已知非线性映射为放大程度，并将所述放大程度映射为放大器控制信号值。

3、根据权利要求2所述的移动设备，其特征在于还包括：延迟缓冲器，用于接收和保持来自帧产生器的产生信号；以及当放大器控制器产生了与所保持的信号相对应的放大器控制信号时，将所接收到的信号提供给放大器。

4、根据权利要求3所述的移动设备，其特征在于还包括：

第一数字到模拟转换器，用于接收来自延迟缓冲器的缓冲信号，将所述缓冲信号转换为模拟表示，并将所述模拟表示提供给发射机；以及

第二数字到模拟转换器，用于接收来自放大器控制器的放大器控制信号，将所述放大器控制信号转换为模拟表示，并将所述放大器控制信号的模拟表示提供给放大器。

5、根据权利要求1所述的移动设备，其特征在于所述放大器控制器包括：

第一映射器，用于接收来自帧产生器的数据速率和信号格式，根据预校准值，将所述数据速率和信号格式映射为增益调节值；以及

第二映射器，用于接收来自第一映射器的增益调节值，接收来自参考功率源的所需参考功率电平，以及根据已知非线性，将所需参考功率电平和增益调节值映射为放大器控制信号值。

6、根据权利要求5所述的移动设备，其特征在于所述放大器控制器包括加法器，用于将来自第一映射器的增益调节值与来自参考功率源的所需参考功率电平相加，并将所得到的信号提供给第二映射器。

7、根据权利要求5所述的移动设备，其特征在于第一映射器包括：具有反映了发射机中的非线性的预校准条目的查找表，用于根据数据速率和信号格式指示符来确定增益调节值；以及第二映射器包括：具有反映了发射机中的非线性的预校准条目的查找表，用于根据所需参考功率电平和增益调节值来确定放大器控制信号值。

8、根据权利要求1所述的移动设备，其特征在于所述放大器控制器包括查找表，用于根据所需参考功率电平、与所产生的信号相关的数据速率和信号格式以及发射机的已知非线性，确定放大程度。

9、一种在移动设备中放大所产生的信号的方法，所述移动设备具有：拥有表明信号相关增益的至少一个级的放大器、放大器控制器和参考功率源，所述方法包括：

接收与所产生的信号相关联的数据速率和信号格式信号；

根据所述数据速率和信号格式信号、所需参考功率电平、以及与已知信号相关增益关联的非线性，确定所需放大程度；

将所确定的放大程度映射为放大器控制信号值；

根据所映射的放大器控制信号值来产生放大器控制信号；以及

根据所产生的放大器控制信号来放大所产生的信号，以补偿所述表明了信号相关增益的至少一个级。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于确定放大程度的步骤包括：根据数据速率和信号格式信号、所需参考功率电平和与信号相关增益关联的非线性，执行表查找。

11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于确定放大程度的步骤包括：根据数据速率和信号格式信号，选择具有反映了放大器中的非线性的预校准条目的多个查找表之一；根据所需参考功率电平和所需的参考功率电平执行表查找。

12、根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括步骤：在放大步骤之前，对所产生的放大器控制信号进行滤波以防止放大程度的快速变化。

13、一种在移动设备中放大所产生的信号的方法，所述移动设备具有：拥有表明信号相关增益的至少一个级的放大器、放大器控制器和参考功率源，所述方法包括：

接收与所产生的信号相关联的数据速率和信号格式信号；

根据数据速率和信号格式信号，从映射阵列中选择映射，所述映射反映了与信号相关增益关联的已知非线性；

根据从参考功率源接收到的参考功率电平，利用所选映射来确定放大器控制信号值；

根据所映射的放大器控制信号值来产生放大器控制信号；以及

根据所产生的放大器控制信号来放大所产生的信号，以补偿所述表明了信号相关增益的至少一个级。

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