CN1960348B - 一种多载波数字功率计算装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了移动通讯领域中的一种多载波数字功率计算装置，所述装置包括一个时序控制器、一个数据选择器、一个乘法器、n个累加器；所述时序控制器分别产生控制信号，控制数据选择器和累加器的工作状态；所述数据选择器的数据输入端口连接到所述n个载波的数据源，所述数据选择器的数据输出端口连接到乘法器的输入端，所述乘法器的输出端连接到n个累加器的输入端。采用本发明所述的装置，与现有技术相比，使用很少的逻辑资源就可以实现多个载波数字功率计算。

Description

一种多载波数字功率计算装置

技术领域

本发明涉及移动通讯领域中的一种多载波数字功率计算装置，具体涉及一种带时序控制器的多载波数字功率计算装置。

背景技术

在移动通讯系统中，发射部分包括：基带单元和射频单元两部分。射频单元负责将基带信号进行合路、D/A变换、上变频、信号放大、滤波等处理。为了节省成本、提高系统容量的需要，移动通讯系统的收发信机通常采用多载波设计，即在数字域将多载波数据合成一路，共用一个射频通路。

由于射频通路受到器件特性的限制，通路增益在不同的频点会有不同，而且还会随着温度、时间的变化而变化。为了保证射频通路输出的功率值与希望值一致，就需要对这些变化量进行补偿。

通常使用的通路补偿方法有两种：静态补偿方法与动态补偿方法。

静态补偿方法是找出可能影响通路增益的各种因素，针对每种因素进行实际的测量，取得补偿值，在实际的运行过程中，根据测得的补偿表进行补偿。

比如：对温度进行补偿时，先测得各个温度下的通路增益变化量，制作成补偿表后固化到每个单板当中，实际运行过程中，单板测量射频通道的实时温度值根据补偿表进行补偿。

动态补偿是单板实时测量单板发送的基带功率和射频输出功率。当射频通路的增益固定时，基带功率与射频输出功率为线性关系，射频端口的输出功率为一段时间之内瞬时功率的平均值， $P_{\mathrm{OUT}}=(\underset{0}{\overset{T0}{\∫}}{V}^2/R\·\mathrm{dt})/T_0,$ 输出的瞬时电压值与I，Q值的关系为： $V=K_1\·K_2\sqrt{I^2+Q^2},$ 其中K₁为A/D的转换系数，K₂为射频通路的增益系数。则 $P_{\mathrm{OUT}}=(\underset{n=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(K_1\·K_2)}^2\·(I^2+Q^2)/R)/m=K\·\underset{n=0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}(I^2+Q^2)/m$ 其中K＝K₁·K₂/R。用对数关系表示则P_OUT＝k+Δk+lg((I²+Q²)/m)，其中Δk为通道增益变化引入的变量。Δk＝P_OUT-k-lg((I²+Q²)/m)。

动态补偿过程中，测得射频输出口的功率值和基带功率就可以得到通道增益的变化值，依据变化值在模拟域或者数字域进行补偿，就可以保证整个通道增益值的恒定。

图1是通常使用的多载波数字功率计算装置的原理图，如图所示：如果实现一个主分两个通道、每个通道4载频的数字功率计算，则一共需要16个乘法器。在通过FPGA的具体实现中，乘法器是比较耗费资源的。

发明内容

本发明提出的一种多载波数字功率计算装置，可以使用很少的资源来计算多个载波的数字功率。

本发明具体是这样实现的：

一种多载波数字功率计算装置，包括：n个载波的数据源，其特征在于还包括：

一个时序控制器、一个数据选择器、一个乘法器、n个累加器；

所述时序控制器分别产生控制信号，控制数据选择器和累加器的工作状态；

所述数据选择器的数据输入端口连接到所述n个载波的数据源，所述数据选择器的数据输出端口连接到乘法器的输入端，所述乘法器的输出端连接到n个累加器的输入端。

所述n个载波的数据源可以是两个以上的数据源；

所述数据源的内容可以但是不限于正交的IQ值；

所述的n个载波的数据源是同步数字信号。

所述的时序控制器可以采用但是不限于状态机实现。

所述数据选择器的选择控制端的控制信号由时序控制器产生。

所述累加器进行累加运算的使能端，由时序控制器的输出控制信号控制，选择各自载波的IQ的平方值进行累加。

所述数据选择器为一个2n选1的多路选择器。

所述的时序控制器与乘法器工作的时钟速率为n个载波数据源速率的2n倍。

所述乘法器的两个输入端都连接到数据选择器的输出端，构成一个平方运算电路。

所述的累加器的个数与所计算的载波的个数一致。

采用本发明提出的多载波数字功率计算装置，与现有技术相比，使用很少的逻辑资源就可以实现多个载波数字功率计算。

附图说明

图1是通常使用的多载波数字功率计算装置的电路原理图；

图2是本发明所述的多载波数字功率计算装置的电路原理图；

图3是本发明所述的数据选择器并串转换的时序关系；

图4是本发明所述的各个累加器的使能信号时序关系。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

一种带时序控制器的多载波数字功率计算装置，包括n个载波的数据源、一个时序控制器、一个数据选择器、一个乘法器、n个累加器。

其中的n值为无线系统中需要计算数字功率的载波个数。所述的n个载波的数据源可以是两个以上的数据源，目前的宽带多载波系统有两到四个载波，但是本发明不限于两到四个载波。所述数据源的内容可以但是不限于正交的IQ值。所述的时序控制器可以采用但是不限于状态机实现。所述的累加器的个数与所计算的载波的个数一致。

所述的时序控制器与乘法器工作的时钟速率为n个载波数据源速率的2n倍。

所述时序控制器分别产生控制信号，控制数据选择器和累加器的工作状态。

所述数据选择器为一个2n选1的多路选择器，数据选择器的数据输入端口连接到所述n载波的数据源。

所述数据选择器的选择控制端的控制信号由时序控制器产生。

所述数据选择器的数据输出端连接到乘法器的输入端。

所述乘法器的两个输入端都连接到数据选择器的输出端，构成一个平方运算电路，所述乘法器的输出端连接到各个累加器的输入端。

所述的n个累加器的每个输入端都连接到乘法器的输出端。所述的累加器的累加运算的使能端由时序控制器的输出控制信号控制，选择各自载波的IQ的平方值进行累加。

图2是本发明所述的多载波功率计算装置的电路原理图。各个载波的IQ数据应该是同步的数字信号。数据选择器在时序控制器的控制下在不同的时钟周期选择相应的IQ数据通过，完成了数据的并串转换。数据在完成并串转换后速率提高变为原来IQ数据速率的2n倍，其中n为系统中的多载波数。

从数据选择器出来的数据直接通过乘法器完成平方运算，乘法器的工作速率也是原来IQ数据速率的2n倍。乘法器输出的平方值直接输出到各个累加器的输入端口。

各累加器的累加计算使能信号由时序控制器产生，选择在相应载波的IQ信号的平方值到来时打开使能，执行累加运算。这样每个累加器累加的就都是某个特定载波的IQ平方值，见图4。

累加器在累加满一定数量的IQ平方值后输出一个累加值。这个累加值与相应载波的基带功率呈线性关系。累加器每次累加数量根据基带信号的特性进行决定，较大的累加值可以较好的反映信号的平均功率，较小的累加值比较好的反映信号的瞬时功率。

如果实现一个主分两个通道、每个通道4载频的数字功率计算，是用此方法来进行，则只需要一个乘法器。乘法器的工作时钟为原来IQ数据的8倍，乘法器的工作时钟与原来的IQ数据的时钟为同步时钟。设计一个3bit计数器(000～111)。在计数器为000时，将主通道的第一个载频的I信号送到乘法器中；在计数器为001时，将主通道的第一个载频的Q信号送到乘法器中。依此类推，将4个载频的I、Q信号都送进乘法器进行计算。根据乘法器的计算延时，在计数器计数为特定值时将每个载频的数字功率计算结果得出。

Claims (9)

1.一种多载波数字功率计算装置，包括：n个载波的数据源，其特征在于还包括：

一个时序控制器、一个数据选择器、一个乘法器、n个累加器；

所述时序控制器分别产生控制信号，控制数据选择器和累加器的工作状态，使累加器选择相应载波的数据源的平方值进行累加；

所述数据选择器的数据输入端口连接到所述n个载波的数据源，所述数据选择器的数据输出端口连接到乘法器的输入端，所述乘法器的输出端连接到n个累加器的输入端，

所述数据选择器在不同的时钟周期选择相应的数据源通过，完成数据的并串转换，从所述数据选择器出来的数据直接通过所述乘法器运算后输出到各个所述累加器，各个所述累加器在不同的时钟周期执行累加运算，并在累加满一定数量后输出累加值。

2.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述n个载波的数据源可以是两个以上的数据源；

所述数据源的内容可以但是不限于正交的IQ值；

所述的n个载波的数据源是同步数字信号。

3.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述的时序控制器可以采用但是不限于状态机实现。

4.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述数据选择器的选择控制端的控制信号由时序控制器产生。

5.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述累加器进行累加运算的使能端，由时序控制器的输出控制信号控制，选择各自载波的IQ的平方值进行累加。

6.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述数据选择器为一个2n选1的多路选择器。

7.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述的时序控制器与乘法器工作的时钟速率为n个载波数据源速率的2n倍。

8.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述乘法器的两个输入端都连接到数据选择器的输出端，构成一个平方运算电路。

9.如权利要求1所述多载波数字功率计算装置，其特征在于：

所述的累加器的个数与所计算的载波的个数一致。

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