專利名稱：一種用于移動通信系統的功率控制裝置及方法
技術領域：
本發明涉及移動通信系統高、中頻信號的定量衰減技術，具體涉及一種用 于全球移動通信系統功率控制的裝置及方法。
背景技術：
衰減器是一種常用的電子測量設備，它通常插在信號源與負載之間，用于 調節信號的大小，防止負載電路過載，數控衰減器作為一種新型的衰減器在電 子領域有著廣泛的應用。很多電子設備(例如，通訊設備、雷達或無線電局域 網設備等)都需要對高、中頻信號進行定量衰減，所述定量衰減實際上是對高、 中頻信號進行精確量化，而數控衰減器量化精度的高低將直接影響到這些電子 設備的性能指標以及它們的使用性能。GSM(全球移動通信系統)作為以話音業務為主的第二代數字移動蜂窩通 信系統在全世界范圍內已經得到了廣泛的應用。在GSM系統中，通過功率控制 技術實現頻譜利用率的提高、信道間干擾的減少，以此提高系統的容量。為了 達到上述要求，根據GSM規范，需要實現0~6級靜態功率控制和0 15級動態 功率控制，共22級功率控制，其中每個等級大的功率間相差2dB,每個等級的 輸出功率波動范圍小于ldBm。同時，為了優化調制頻譜，GSM規范還規定了 相鄰時隙的功率包絡變化范圍，要求過渡區是一個上、下坡曲線漸進的過程， 曲線最低點的功率小于時隙載波功率30dB，因此，GSM功率控制的動態范圍要 達到72dB。目前一般釆用數控衰減器來實現GSM功率控制，如圖l所示為現有技術中實現功率控制的裝置的具體實現框圖，功率控制單元101根據載波輸出功率等 級和前向功率反饋;險測值計算出功率包絡類型和功率衰減等參數，將功率包絡類型參數得到功率時間包絡曲線表存入存儲器102中，與已調制的正交上變頻 信號通過乘法器103相乘，得到包含調制信息的功率控制信號，通過DAC轉換 器(數模轉換器)104得到模擬中頻已調信號，再通過射頻處理電路105完成射 頻混頻、濾波等處理，得到射頻已調信號，根據輸入的功率衰減參數，數控衰 減器106對射頻已調信號進行衰減控制，并將衰減后的射頻信號送到功率放大 器107進行》文大輸出，并同時送往前向功率反4責^r測電^各108對當前時隙載頻 輸出的功率進行耦合、檢波，再通過ADC轉換器(模數轉換器)109得到當前 時隙的前向功率反饋檢測值，通過功率反饋采集控制器將檢測值送給功率控制 單元101進行功率控制，所述數控衰減器106的標稱精度一般是士0.5dB。現有技術中采用兩片上述數控衰減器級聯的方式來實現22級的功率控制， 但是在具體實現時，所述數控衰減器很難精確地達到其標稱的控制步長和精度， 這大大影響了功率控制的精度。發明內容本發明的目的是提出 一種用于移動通信系統的功率控制的裝置及方法，用 以克服現有技術中存在的由于數控衰減器很難精確地達到其標稱的控制步長和 精度，而導致的功率控制精度不高的問題。為了實現上述發明目的，本發明具體是這樣實現的一種用于移動通信系統的功率控制裝置，包括，用于將已調正交上變頻信號與第一存儲器輸出的功率時間包絡曲線相乘的 第一乘法器；用于對數模轉換器的輸出信號進行射頻混頻和濾波處理的射頻處理電路； 用于對射頻處理電路的輸出信號進行放大的功率放大器； 用于對功率放大器的輸出進行耦合、檢波的前向功率反饋檢測電路；用于對前向功率反饋檢測電路輸出的模擬檢波電壓信號進行模數轉換的模數轉換器；用于將模擬轉換器輸出的信號進行釆集并送入功率控制單元的功率反饋采集控制器；用于根據功率反饋采集控制器輸出的信號和獲取的輸出功率等級得到功率 包絡類型參數和功率衰減參數的功率控制單元，并將得到的功率包絡類型參數 送入所述第一存儲器；還包括，現場可編程門陣列FPGA,所述FPGA,根據所述第一乘法器輸出 的包含調制信息的功率控制信號和功率控制單元輸出的功率衰減參數得到衰減 的已調信號，并送入凝^莫轉換器。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制裝置中，所述FPGA上設有第 二存儲器，用于存儲描述功率衰減參數和信號幅度調整比例對應關系的映射表；所述FPGA上設有第二乘法器，用于將第二存儲器輸出的信號幅度調整比 例與所述第一乘法器輸出的包含調制信息的功率控制信號進行相乘，得到衰減 的已調信號。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制裝置中，所述映射表的輸入的功率衰減參數和輸出的信號幅度調整比例滿足如下條件 <formula>formula see original document page 7</formula>
其中，P(dB)是功率衰減參數，As是信號幅度調整比例，Amax是數模轉換器 的滿量程值。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制裝置中，所述FPGA將所述功 率控制單元送入的待調制信號進行基帶數字調制、上變頻和正交調制處理得到 已調正交上變頻信號。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制裝置中，所述功率控制單元包括數字信號處理器DSP。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制裝置中，所述第一乘法器、功率反饋采集控制器和第一存儲器設在所述FPGA上。本發明還提出一種用于移動通信系統的功率控制方法，包括如下步驟 步驟1，通過功率控制單元確定功率包絡類型參數和功率衰減參數；變頻信號相乘得到包含調制信息的功率控制信號；步驟3，根據所述功率控制信號與功率衰減參數獲得衰減的已調信號； 步驟4,將所述已調信號進行數模變換、射頻混頻和濾波處理后送入功率放大器放大輸出。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制方法中，所述步驟3具體是這 樣實現的步驟31，根據在FPGA上預先存儲的映射表，獲得與功率衰減參數對應的 信號幅度調整比例；步驟32，將所述功率控制信號與所述信號幅度調整比例相乘得到衰減的已 調信號。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制方法中，所述功率衰減參數與信號幅度調整比例滿足如下關系 P, = 201g(As/Amax)其中，P(dB)是功率衰減參數，As是信號幅度調整比例，A^x是數模轉換器的滿量程值。其中，所述的用于移動通信系統的功率控制方法中，所述步驟l具體是這樣實現的步驟ll,對功率放大器的輸出信號進行耦合、檢波、模數變換后通過功率 反饋釆集控制器送入功率控制單元；步驟12，所述功率控制單元根據接收的功率反饋采集控制器的輸出信號， 和功率輸出等級確定功率包絡類型參數和功率衰減參數。本發明采用FPGA來實現信號衰減，實現數控衰減器的功能，由于FPGA處理的是純數字信號，所以在進行乘法運算時不存在非線性問題，可以精確的控制每個時隙的功率電平，保證功率控制的精度小于O.ldB,且僅受限于所用 DAC轉換器的精度，而且采用本發明不但可以筒化電路，降低成本且易于實現。
圖1為所述現有技術中基于數控衰減器實現的功率控制裝置的具體實現框圖；圖2為本發明所述裝置的一具體實施例的結構示意圖； 圖3為本發明所述裝置的另一具體實施例的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明所述方法進行詳細說明。本發明的基本技術思想是，在FPGA內部實現已調制正交上變頻信號與信 號幅度調整比例相乘來代替數控衰減器完成信號衰減，具體而言，通過在FPGA 中預存的功率衰減值和信號幅度調整比例的映射表，以功率衰減值作為映射表 的地址，選擇對應的信號幅度調整比例，將其與包含調制信息的功率控制信號 相乘得到的結果通過DAC轉換器和射頻處理電路，送到功率放大器進行放大輸 出，其中代替1級或2級數控衰減器由DAC轉換器的動態范圍決定。如圖2所示的本發明所述裝置的一具體實施例的結構示意圖，具體包括功率控制單元201,用于整個鏈路的功率控制，包括前向功率反饋檢測值 的采集、輸出功率等級的獲取、計算功率包絡類型參數和功率衰減參數；第一存儲器202:用以存儲描述相鄰時隙間的上、下坡曲線的功率時間包絡 曲線表，根據功率包絡類型參數選擇相應的功率時間包絡曲線；第一乘法器203:用于已調制正交上變頻信號與功率時間包絡曲線相乘，輸 出包含調制信息的功率控制信號；第二存儲器204:用以存儲描述功率衰減參數和信號幅度調整比例對應關系的映射表，根據功率衰減參數選擇相應的信號幅度調整比例；第二乘法器205:用于包含調制信息的功率控制信號與信號幅度調整比例相乘，輸出衰減的已調信號；DAC轉換器206:將所述第二乘法器205的輸出結果進行數模變換，得到模擬中頻信號；射頻處理電路207:完成模擬中頻信號的射頻混頻、濾波等處理，輸出完成 功率衰減的射頻已調信號；功率放大器208:用于對通過射頻處理電路的輸出信號進行放大，實現載頻 信號的發射；前向功率反饋檢測電路209:對功率放大器208的輸出信號進行耦合、檢波，得到模擬檢波電壓信號；ADC轉換器210:用于將模擬檢波電壓信號轉換成數字信號； 功率反饋采集控制器211:采集ADC轉換器210轉換后的信號送入功率控制單元。從如下公式中得到所述功率衰減參數和信號幅度調整比例的映射表<formula>formula see original document page 10</formula>max 其中P(犯)表示功率衰減參數，以dB表示；lg為對數符號；An^表示DAC 轉換器滿量程數值，Amax=2n-1,其中n為DAC轉換器的位數，例如DAC轉換 器為14bit，則A隨為16383; As表示信號幅度的調整量，(A/A腿)即為信號幅 度調整比例，以系統需要的功率衰減步長為基準，對總衰減量進行遍歷，得到 對應所有功率衰減值的映射表。圖3所示為本發明一具體實施例的結構示意圖，本發明應用于GSM基站收 發信機，如圖所示，FPGA31用以對待調制信號進行基帶數字調制、上變頻、 正交調制獲得已調制正交上變頻信號，以及生成功率時間包絡曲線表和映射表； 同時負責對前向功率反饋模擬檢波電壓信號經過A/D變換后的結果進行控制采 集，送入DSP; DSP ( digital singnal processor,數字信號處理器)33用以完成信源編碼、信道編碼、交織等基帶處理，作為功率控制單元，完成GSM基站發 射功率控制。系統上電后，DSP^妄時隙完成信源編碼、信道編碼、交織等基帶處理，輸 出待調制信號給FPGA;同時根據輸出功率等級和FPGA輸出的功率反饋檢測值 完成輸出功率控制，并得到功率衰減參數和功率包絡類型參數。根據功率包絡 類型參數到FPGA上存儲的功率時間包絡曲線表獲得功率時間包絡曲線，將所 述曲線與已調制正交上變頻信號相乘得到包含調制信息的功率控制信號，以功 率衰減參數作為FPGA上存儲的映射表的地址選擇相應的信號幅度調整比例與 所述包含調制信息的功率控制信號相乘，得到的乘積通過DAC轉換器32和射 頻處理電路，最終送到功率放大器進行放大輸出。所述DAC數模轉換器32,負責把FPGA輸出的低中頻數據轉換為模擬中頻 信號。由于目前FPGA中有豐富的LUT ( Look Up Table,查找表)資源和內嵌乘 法器，僅需幾十個LUTs就可以實現映射表的保存，再通過l個內嵌乘法器就可 以實現數控衰減器的功能，此資源耗費不及整個FPGA資源的千分之一，更進 一步，如果BlockRAM (內嵌塊RAM，不消耗FPGA邏輯資源)比較豐富，也 可由BlockRAM實現映射表的保存，即可更加節省FPGA的資源占用。本發明所述方法的一具體實施例的處理流程包括如下處理步驟步驟l,將射頻已調信號進行耦合、檢波、模數變換后通過功率反饋采集控 制器送入功率控制單元；步驟2，所述功率控制單元根據接收的功率反饋采集控制器的輸出信號和得 到的功率輸出等級，確定功率包絡類型參數和功率衰減參數；步驟3,根據功率包絡類型參數獲得功率時間包絡曲線與已調制的正交上變 頻信號相乘得到包含調制信息的功率控制信號；步驟4，根據在FPGA上預先存儲的映射表，獲得與功率衰減參數對應的信 號幅度調整比例；步驟5，將所述功率控制信號與所述信號幅度調整比例相乘得到衰減的已調 信號；步驟6，將所述已調信號進行數模變換、射頻混頻和濾波處理后送入功率放大器放大輸出。當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情 這些相應的改變和變形都應屬于本發明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種用于移動通信系統的功率控制裝置，包括，用于將已調正交上變頻信號與第一存儲器輸出的功率時間包絡曲線相乘的第一乘法器；用于對數模轉換器的輸出信號進行射頻混頻和濾波處理的射頻處理電路；用于對射頻處理電路的輸出信號進行放大的功率放大器；用于對功率放大器的輸出進行耦合、檢波的前向功率反饋檢測電路；用于對前向功率反饋檢測電路輸出的模擬檢波電壓信號進行模數轉換的模數轉換器；用于將模擬轉換器輸出的信號進行采集并送入功率控制單元的功率反饋采集控制器；用于根據功率反饋采集控制器輸出的信號和獲取的輸出功率等級得到功率包絡類型參數和功率衰減參數的功率控制單元，并將得到的功率包絡類型參數送入所述第一存儲器；其特征在于，還包括，現場可編程門陣列FPGA；所述FPGA，根據所述第一乘法器輸出的包含調制信息的功率控制信號和功率控制單元輸出的功率衰減參數得到衰減的已調信號，并送入數模轉換器。
2、 如權利要求1所述的用于移動通信系統的功率控制裝置，其特征在于 所述FPGA上設有第二存儲器，用于存儲描述功率衰減參數和信號幅度調整比例對應關系的映射表；所述FPGA上設有第二乘法器，用于將第二存儲器輸出的信號幅度調整比 例與所述第 一乘法器輸出的包含調制信息的功率控制信號進行相乘，得到衰減 的已調信號。
3、 如權利要求2所述的用于移動通信系統的功率控制裝置，其特征在于 所述映射表的輸入的功率衰減參數和輸出的信號幅度調整比例滿足如下條件P(dB)=201g(As/Amax)其中，P(dB)是功率衰減參數，As是信號幅度調整比例，Amax是數模轉換器的滿量程值。
4、 如權利要求1或2所述的用于移動通信系統的功率控制裝置，其特征在于所述FPGA將所述功率控制單元送入的待調制信號進行基帶數字調制、上 變頻和正交調制處理得到已調正交上變頻信號。
5、 如權利要求4所述的用于移動通信系統的功率控制裝置，其特征在于 所述功率控制單元包括數字信號處理器DSP。
6、 如權利要求1或2所述的用于移動通信系統的功率控制裝置，其特征在于所述第一乘法器、功率反饋采集控制器和第一存儲器設在所述FPGA上。
7、 一種用于移動通信系統的功率控制方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟1，通過功率控制單元確定功率包絡類型參數和功率衰減參數；變頻信號相乘得到包含調制信息的功率控制信號；步驟3,根據所述功率控制信號與功率衰減參數獲得衰減的已調信號； 步驟4，將所述已調信號進行數模變換、射頻混頻和濾波處理后送入功率放大器放大輸出。
8、 如權利要求7所述的用于移動通信系統的功率控制方法，其特征在于 所述步驟3具體是這樣實現的步驟31,根據在現場可編程門陣列FPGA上預先存儲的映射表，獲得與功 率衰減參數對應的信號幅度調整比例；步驟32，將所述功率控制信號與所述信號幅度調整比例相乘得到衰減的已 調信號。
9、 如權利要求8所述的用于移動通信系統的功率控制方法，其特征在于 所述功率衰減參數與信號幅度調整比例滿足如下關系<formula>formula see original document page 4</formula>其中，P(dB)是功率衰減參數，As是信號幅度調整比例，An^是數模轉換器 的滿量程值。
10、 如權利要求7或8所述的用于移動通信系統的功率控制方法，其特征 在于所述步驟1具體是這樣實現的步驟ll，對功率放大器的輸出信號進行耦合、檢波、模數變換后通過功率 反饋采集控制器送入功率控制單元；步驟12，所述功率控制單元根據接收的功率反饋采集控制器的輸出信號， 和功率輸出等級確定功率包絡類型參數和功率衰減參數。
全文摘要
本發明公開了一種用于移動通信系統的功率控制裝置及方法，所述方法包括，通過功率控制單元確定功率包絡類型參數和功率衰減參數；根據功率包絡類型參數獲得的功率時間包絡曲線與已調制的正交上變頻信號相乘得到包含調制信息的功率控制信號；根據所述功率控制信號與功率衰減參數獲得衰減的已調信號；將所述已調信號進行數模變換、射頻混頻和濾波處理后送入功率放大器放大輸出。采用本發明不但提高了功率控制的精度，還簡化電路，降低成本且易于實現。
文檔編號H04B7/005GK101232313SQ20081000759
公開日2008年7月30日 申請日期2008年2月29日 優先權日2008年2月29日
發明者馬麗珍 申請人:中興通訊股份有限公司