CN100334826C - 确定不同载波增益的方法、无线发射装置及用于其的模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在无线通信***的无线发射装置的多载波发射机中确定用于载波的单独射频增益的方法。为了能够简单和准确地估计增益，建议在每个单路载波单元内的一些点处从不同组功率(REF₁-REF_N)算术地确定不同载波的各个增益(G₁-G_N)以及确定发射机相应总输出功率。或者，要恰好在载波组合成单个多载波信号之前确定不同载波彼此的功率关系。这个关系用来确定不同载波对多载波信号的发射功率的贡献和从而用来确定用于不同载波的射频增益。本发明还涉及相应的无线发射装置和这种无线发射装置的模块。

Description

确定不同载波增益的方法、 无线发射装置及用于其的模块

本申请是申请号为01811311.7，申请日为2001年4月17日，“发明名称”为“确定不同载波增益的方法、无线发射装置和无线发射装置模块”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在无线通信***的无线发射装置的多载波发射机中确定用于不同载波的单独射频增益的方法，多载波发射机包括用调制信号调制至少两个不同载波的装置、计算调制装置输出的信号总和的装置，和放大用于发射的总信号的多载波功率放大器。本发明还涉及无线发射装置、这种无线发射装置的模块和包括这种无线发射装置的无线通信***。

背景技术

在无线通信***中，众所周知可以利用蜂窝基站发射机输出具有不同载波频率的信号。在这种发射机中，有一点很重要，即能够控制射频增益和从而控制每个载波的输出功率精确到预定电平。

在包含用于每个载波的单独发射机的传统基站发射机中，能够从其他载波的增益独立地确定用于每个载波的射频增益。

为了说明，图1示出了基于RF(射频)IQ(同相和正交)调制器的这种传统基站发射机的方框图。基站发射机包括N个单载波发射机，图中示出了第一个和最后一个。具有标引1或N的发射机数值或部件的标记表示它们被分配给第一或第N个单载波发射机。

N个单载波发射机的每一个包括基带调制器1，其输入端连接到提供数据符号的通信网络元件(未示出)并且其输出端连接到两个数模转换器3、4。数模转换器3、4连接到RF调制器5的输入端。RF调制器另一个输入端连接到本地振荡器(LO)6，同时RF调制器5的输出端连接到可变增益RF放大器7的输入端。RF放大器7的输出端连接到单载波功率放大器(SCPA)8并且每个单载波发射机的SCPA8的输出端通过公共求和装置10连接到发射天线11。SCPA8的输出端还连接到属于各个单载波发射机的功率检测和控制装置9的输入端。

同样地，基带调制器1通过基带功率检测装置2连接到功率检测和控制装置9的输入端。功率检测和控制装置9的输出端形成了RF放大器7的增益控制输入端。实际上，还包括更多的上变频级和放大器，并且也可能包括滤波器。

N个单载波发射机的基带调制器1从网络接收通过发射天线11经空中接口发射的符号。各个发射机的基带调制器1以IQ格式产生复合的简单的数字化信号轨迹(trajectory)并且将信号转送到两个数模转换器(DAC)3、4。每个数字IQ信号由两个数模转换器3、4之一转换成模拟信号I、Q，然后提供给RF调制器5。在RF调制器5中，将信号I和Q调制到与各个单载波发射机相关的本地振荡器6确定的N个载波之一上。然后，RF放大器7根据用于各自RF放大器7的增益控制信号GC₁、GC_N设置的增益将RF调制器5的输出信号放大，并提供给SCPA8。求和装置10在SCPA8的输出端将N个单载波发射机输出的功率组合用于通过发射天线11发射。

在相关基带功率检测装置2中计算每个基带调制器1输出信号的功率REF₁，REF_N并且送到各个功率检测和控制装置9。同样地，将每个SCPA8的输出也提供给各个功率检测和控制装置9，在功率检测和控制装置9中测量输出载波功率并且将输出载波功率与相应单载波发射机的基带功率检测装置2提供的输出功率比较。这些功率的商构成了各个RF路径的增益G₁，G_N。如果N个单载波发射机RF路径上的测量增益G₁、G_N偏离了期望值，则为了操纵增益G₁、G_N到期望增益的方向，负责的功率检测和控制装置9将改变提供给用于这条路径的各个RF放大器7的增益控制信号GC₁、GC_N。

同样地，不同载波的独立功率控制可以在图2所示的传统基站发射机另外一个实施例中实现。除了每个基带调制器1经由数字上变频器12和单个数模转换器14连接到各个RF放大器7以外，图2所示基站发射机都相应于图1中的基站发射机。数字上变频器12的输入端还连接到数控振荡器(NCO)13。相应于图1的单载波发射机部件，相同附图标记分配给图2中的单载波发射机部件。

对照图1的例子，在此，由相应数字上变频器12在数字域内执行由基带调制器1之一输出的数字IQ信号向已调制RF信号的转换，已调制RF信号的频率由与数字上变频器12相关的NCO13确定。然后由单个数模转换器14将数字上变频器12的输出转换成模拟信号。目前，数模转换器14在GHz频率不能产生高质量信号。因此，在实际中，图2的结构具有至少一个额外的模拟上变频级。但是为了简化图中没有示出。

因为基带调制器1的功率输出和SCPA8的功率输出相应于图1的基带调制器1和SCPA8的输出并且和图1实施例一样将之提供给功率检测和控制装置9，所以可以如图1所述的那样独立地确定用于每个载波的RF增益。此外，为了将用于每个载波的增益调整到预定值，功率检测和控制装置9根据确定的增益G₁、G_N提供增益控制信号GC₁、GC_N并且将它们提供给各个RF放大器7。

基站需要控制用于每个载波的输出功率精确到预定值。在最大输出功率处，GSM(全球移动通信***)和WCDMA(宽带码分多址)标准要求每个载波超过±2dB的准确度。为了可靠地实现这个准确度，功率测量准确度实际上甚至要超过±1dB。

如果单个载波功率放大器用于每个载波，这个准确度可以例如通过图1和2所述的结构之一实现，因为提供了对每个载波单独输出功率的访问。仅仅在单个载波功率放大器输出处将载波合并具有几个缺点。输出功率被浪费以及在基站付出许多努力改变载波的数量。因此，未来的基站将在功率放大之前就合并载波或者甚至更早。载波因而是单个多载波功率放大器放大的功率。然而，这将导致功率控制上的问题，因为功率放大的载波的各个功率不能被再次访问而仅仅是单个多载波功率放大器输出的多载波信号。因此，各个载波RF增益的准确估计变得更加复杂。

在一种公知的方法中，简单地假定用于所有载波的RF增益都相等。因此，测量总输出功率并且用基带调制器输出功率的总和除总输出功率。这个商构成总增益。如果测量的增益偏离期望值，那么为了调整该增益到正确值，用于每个RF放大器的增益控制信号被作同样的改变。这种方法的缺点是在所有环境条件下和基站的整个寿命期间无法确保用于不同载波的RF增益真正地都相等并且保持公共增益控制信号的全部数值都相等。只有在基站的装配期间和基站投入使用之后通过现场访问核对增益彼此之间的关系。

在一种替代的方法中，建议了在单个多载波功率放大器的输出端使用信道化器以彼此分离各个载波。然后测量被分离载波的功率并且将之与基带信号的功率比较。通过用于一个载波的各对数值相除，得到用于各个载波的增益。如果该得到的增益之一偏离了用于这个载波的预定增益，则通过相应的增益控制信号可以单独地调整增益。这种方法的缺点是需要信道化器。这种需要的选择性使得必须在中频或基带才能实现。因此，需要一个或两个下变频级，这增加了测量的复杂性和不确定性。实际中，功率测量线路还需要某些自动检验回路以便维持精确度。因此，功率控制变得相当昂贵并且占空间。而且，如果使用跳频发射机，例如类似GSM中，信道化器还不得不适应跳频，这使得构造更加复杂。

发明内容

本发明的一个目的是提供能够在无线通信***的无线发射装置的多载波发射机中简单地确定用于不同载波的单独射频增益的方法、无线发射装置、用于该无线发射装置的模块和包括这种无线发射装置的无线通信网络。

在一方面，这个目的可在本发明第一备选方案的无线通信***的无线发射装置的多载波发射机中利用确定用于不同载波的单独射频增益的方法实现，多载波发射机包括：使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算由调制装置输出的已调制载波总和的装置，和用于放大发射的总和载波的多载波功率放大器，其中

为在不同载波上调制的与载波数目一样多的不同信号的功率组，确定多载波功率放大器输出的总和载波的功率；并且其中

通过算术地估计调制信号的功率组和相应的多载波功率放大器输出的总和载波的功率，为每个载波确定调制装置的信号输入和多载波功率放大器输出之间的射频增益。

在本发明第一方案的这种方法的变形中，多载波发射机包括用于每个载波的数模转换器，该数模转换器用于在将它们提供给用于计算已调制载波总和的装置之前，将数字已调制载波转换到模拟已调制载波。这种转换器也可以包括在用于现有第一种方法的多载波中。但是在所述变形中，确定多载波功率放大器输出的总载波的功率使得输入到数模转换器的信号的不同功率组至少和载波一样多。然后通过算术地估计输入到数模转换器的信号的功率组和多载波功率放大器输出的总载波的相应功率，确定数模转换器的输入端和多载波功率放大器输出端之间的射频增益以便用于每个载波。

在另一方面，这个目的可以在本发明的第一方案中利用用于无线通信网络的带有多载波发射机的无线发射装置实现，该无线发射装置包括：使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算由调制装置输出的已调制载波总和的装置，和用于放大发射的总和载波的多载波功率放大器，和利用功率检测和控制装置接收作为输入的至少与调制装置提供的载波一样多的用于调制载波的信号的功率组，以及用于每组的多载波功率放大器输出的总和载波的相应功率，功率检测和控制装置要适于在用于每个载波的多载波发射机中从接收的功率算术地确定射频增益。

在相应于所述方法的变形的无线发射装置的变形中，无线发射装置的多载波发射机另外还包括用于将每一个数字已调制载波转换成模拟已调制载波的数模转换器、用于计算数模转换器输出的模拟已调制载波总和的装置。在第一改进无线发射装置中也包括这种数模转换器。对照该第一改进无线发射装置，在此变形中，功率检测和控制装置接收作为输入的至少与载波一样多的输入到数模转换器的信号的功率组，以及用于每组的多载波功率放大器输出的总载波的相应功率。如同现有的第一无线发射装置，功率检测和控制装置适合在用于每个载波的多载波发射机中从接收的功率算术地确定射频增益。

本发明的目的还可以在具有用于无线通信***中的无线发射装置的模块的第一方案中实现，包括现有变形之一中的无线发射装置的功率检测和控制装置。

本发明第一方案的方法、无线发射装置和模块来自这样的思想，即多载波功率放大器输出的总载波的总和功率可以用单个载波装置中作为变量但为已知系数的预定信号的功率和作为未知量的用于每个载波的总RF增益算术地描述。预定信号可以是输入到用于调制不同载波的装置的信号，或者是输入到包括在单个载波装置中的数模转换器的信号。单个载波装置中的信号的功率可以容易地确定并且这些功率中的每个变化导致了总输出功率中的相应变化。将信号的多组不同功率分别输入到调制装置或数模转换器并且将相应的总输出功率提供给多个可以算术地求解的方程，假设提供的组至少与现有的载波一样多。因此，根据本发明第一个方面的改进方法、无线发射装置和模块能够不使用信道化器而确定各个载波的增益，但仍然准确。避免使用信道化器使得实施较简单并且跳频很少出现问题。

本发明的目的同样可以在本发明的第二方案中通过用于在无线通信***的无线发射装置的多载波发射机中确定用于不同载波的单独射频增益的方法实现，多载波发射机包括：使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算由调制装置输出的已调制载波总和的装置，和用于放大发射的总和载波的多载波功率放大器，其中分别为每个载波确定输入到求和装置的已调制载波的功率，并且其中为了确定不同载波对用于确定用于不同载波的射频增益的多载波功率放大器输出的总载波功率的贡献，估计输入到求和装置的已调制载波的功率分配。

在本发明的第二方案中，本发明的目的还可以通过用于无线通信网络的带有多载波发射机的相应无线发射装置实现，该无线发射装置包括：使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算由调制装置输出的已调制载波总和的装置，和用于放大发射的总和载波的多载波功率放大器，并且利用增益计算和控制装置接收作为输入值的多载波功率放大器输出的总载波的总功率、由调制装置提供给求和装置的已调制载波的功率，和用于调制载波的信号的功率，所述增益计算和控制装置估计输入到求和装置的已调制载波的功率分配，以便确定不同载波对多载波功率放大器输出的总载波的总功率的贡献、确定用于不同载波的射频增益。

在用于本发明第二方案的无线发射装置的变形中，无线发射装置的多载波发射机另外包括用于将每一个数字已调制载波转换成模拟已调制载波的数模转换器、用于计算数模转换器输出的模拟已调制载波总和的装置。在现有的第一无线发射装置中和用于本发明第二方案的方法的无线发射装置中也包括这种数模转换器。在此变形中，增益计算和控制装置接收作为输入值的多载波功率放大器输出的总载波的功率、分别地用于每个载波的数模转换器提供给求和装置的已调制载波的功率，和输入到数模转换器的信号的功率。增益计算和控制装置然后就不同载波估计输入到求和装置的信号的功率分配，以便确定不同载波对多载波功率放大器输出的总载波的总功率的贡献、确定用于不同载波的射频增益。

相应于无线发射装置的这些变形，可以在基于用于调制各个载波的信号的功率或基于输入到各个数模转换器的信号的最后示出的方法中确定增益。

最后，本发明的目的可以在本发明具有用于这种无线发射装置的相应模块的第二方案中实现，该模块包括这种增益计算和控制装置和/或分别地用于每个载波的、用于检测提供给求和装置的已调制载波的功率的装置。

根据本发明第二方案的方法、无线发射装置和模块是基于这样的事实，即多载波放大器通过设计趋向于具有非常准确的增益。

多载波功率放大器的输入功率相当小，典型地小于10dBm rms(均方根)。如果发射机在最大功率电平不能发射，功率甚至可以更小，例如0到-10dBm。在这种低输入电平操作的RF检测器不是特别准确和热稳定。因此在多载波功率放大器的输入端执行准确的载波功率测量比较困难。原则上，可以为多载波功率放大器产生较高的输入信号，但是如果例如是WCDMA，这要求来自激励放大器的最大线性度。这意味着仅仅使用测量的输入功率给多载波功率放大器是不可取的，测量的输入功率与用于每个载波的多载波功率放大器中的各个增益相乘用于计算每个载波的总输出功率。

相反，根据本发明第二改进方案，在已调制载波的求和之前将单路载波功率确定为多载波信号，但只相对于彼此使用。尽管不能准确地确定输入到多载波功率放大器的已调制载波的功率，但是可以相互地准确跟踪功率。这样可以在多载波发射机低功率部分的输出端比较各个载波功率的相对强度。确定的相对强度然后能够用来将确定用于总载波的总功率或总增益分配到各个载波。多载波功率放大器中的用于不同载波的增益可以考虑用于这个分配。因此，可以获得用于每个载波的准确各个增益值。

本发明第二改进方案比较第一改进方案具有几个优点。不需要解方程组和可以在简单测量后直接获得增益信息，所以不需要等待一系列测量。可能地，甚至在多载波信号的测量中只需较小的准确性。最后，本发明第二方案也适用于固定载波功率。相反，第一改进方案的优点是只需较少的RF功率检测器。而且，在第二方案中，除了常量外，MCPA的频率响应能够可靠地推理获得。

为了考虑到多载波无线发射装置中的不同载波的各个RF增益的简单和准确的确定，根据本发明的两个方案都使用了确定功率的数学计算。

应注意到在两个方案各个变型中是基于输入到数模转换器的信号的功率确定增益，措辞“输入到数模转换器”不一定必须表示直接输入到这些转换器。相反，输入到不同单路载波单元的任何元件都构成了这个输入到数模转换器，输入载波提供给数模转换器虽然已经调制但仍在数字域。

本发明的无线发射装置特别可以是基站，但是同样地可以是任何其他使用用于发射的多载波信号的发射装置。

本发明的目的还可以利用包含本发明任意一个方案中的无线发射装置的无线通信网络实现。本发明的优选实施例可以从下面的权利要求书变得清楚。

在大部分无线发射装置中，为了使发射的功率能够适应移动需要，可以在时隙内改变提供用于RF调制的信号的功率。更具体地，在TDMA***中，在时隙内可以改变每个载波的功率。相反，在CDMA***，在用户具体时隙内可以改变用户代码的功率，不同用户的时隙彼此不同步并且每个载波服务于多个用户。因此，在CDMA信号的载波功率中，时隙不能再次识别。改变发射功率的可能性减少了网络内部的和与其他网络的干扰。

建议在TDMA***中使用本发明第一方案，输入到调制装置或输入到数模转换器的信号的功率相应于一个载波时隙的功率，特别是一个载波时隙的功率平均值。那意味着使用的测量时隙方便地与载波时隙同步。但是在TDMA***，用于测量的时隙不一定必须与用于功率控制的时隙一致。用于测量时隙的唯一要求是它们必须足够长以便提供足够准确的功率测量和缓和用于输入到调制装置的信号的功率的间隙和用于多载波功率放大器的RF输出信号的功率的间隙之间可能的、微小的不对准的影响。

因为在CDMA***中，可以用任意地方式改变功率，所以在这种***中没有同步的需要，尽管测量也最好在时隙内执行。

在具有两种***的第一方案中，几个测量时隙的功率值可存储在寄存器中并作为输入给算术算法。

在一方面，在功率正常业务量期间利用的变形可以使用在第一改进方案中用于形成连续不断地功率组和用于确定基于那些连续功率组的射频增益。在另一方面，特别是低业务量时间期间，可以有意地改变信号的功率。在后面的情形下，RF增益应稳定以致它们在几个小时的时间范围内没有较大地改变。在静寂时间期间，载波功率能以例如下面的方式操作：即在CDMA***中可以通过增加伪业务信道临时增大载波的功率。在TDMA***中可用这样的方式安排业务量，即全部载波依次具有空时隙。这样就产生了零(或最小)功率和典型操作功率之间的变化。在GSM***中，因为它的全部时隙必须是在相等的功率，所以对BCCH载波造成了问题。然而，如果发射机具有跳频能力，则能够将BCCH载波改变方向到达另外的RF路径。这样在正常地发射BCCH的发射机内也可以安排零或最小发射功率。

原则上，为了能够确定N个不同载波的增益，在本发明第一方案中N个线性方程足够满足需要，其中每个方程中具有N个增益作为N个未知数。但是实际上，特别是如果载波功率可以根据无线网络的需要任意地改变时，则不能保证方程组可以容易地求解。还有测量的输出功率可能包含一些错误，尽管这些错误在计算RF增益中不会导致更大的错误。因此，在本发明第一方案的优选实施例中，确定了多于N组的功率组并且使用最大似然方法来获得最适合方程的增益。

在本发明的第二方案中，单路载波的功率在求和之前的测量最好用一个或多个专用的有源元件执行。如果用其自己的有源元件处理每个载波，则用于不同载波的元件应该相匹配。为此，为了在确定的功率关系中确保良好的准确性，相应元件能够例如从相同衰耗(die)的相同区域产生从而它们具有相同的电特性，并且它们具有紧密的热接触。至少一个的专用有源元件可以尤其是单个RF集成电路。此外，其他有源元件，例如二极管，也用于实现检测器。在另外的优选实施例中，在单个射频集成电路中实现用于检测全部载波的功率的装置。

在本发明第二方案中，用于不同载波的增益可以通过根据输入到多载波功率放大器彼此的不同载波的功率关系将多载波功率放大器输出的总载波的功率分配给不同载波而确定。然后各个增益可以通过用分别地输入到用于调制这个载波的装置或输入到这个载波装置的数模转换器的各个信号的功率除分配给一个载波的输出功率的确定部分而确定。应清楚在MCPA中的增益可以因为用于不同载波而不同。

在本发明的两个方案中，用来确定不同载波的RF增益的算法可以用几种方式进一步改善。例如，用于检测多载波功率放大器输出的功率的RF功率检测器的输出信号可以是多载波功率放大器的真实输出功率的非线性函数，该非线性函数构成了检测器特性。为了使方程组再次线性，可以将这个检测器特性围绕一些操作点线性化。尽管这个线性化可以在检测器自身内发生，但是最好在数值算法中执行。

在本发明两个方案的优选实施例中，基于用来调制载波的信号确定不同载波的射频增益，将基带调制器提供的基带信号提供给用于调制载波的装置作为这种用于调制的信号。在这种情形下，可以在基带调制器内部或通过在基带调制器的数字基带输出端上操作的单独处理器数值地计算基带功率。

当在本发明两个方案的任意一个中，基于输入到数模转换器的信号的功率确定不同载波的射频增益时，不一定必须在各个数模转换器的输入端测量各个功率。在NCO调制器结构中，如图2所示的那样，可以在数模转换器之前的数字上变频器内部或在这种数字上变频器的输出端测量输入到数模转换器的信号的功率。输入到数模转换器的信号的功率还可以在这种数字上变频器的输出端作为复合调制信号的功率乘以一个乘法因子从而计算。

通过RF集成电路能够在本发明的两个方案中执行多载波功率放大器输出功率的测量，但是这样得不到非常准确的测量结果。代替的，最好首先下变频多载波功率放大器输出的射频信号。下变频的信号然后转换进数字域，在其中确定了功率。为了监测和控制线性化性能，大部分MCPA内部已经具有了下变频器和ADC块。这个块可以方便地用作向用来检测多载波功率放大器输出的信号的功率的MCPA增加数字rms检测的基础。

在本发明两个方案的另外的优选实施例中，在软件中实现RF增益估计。此外，在第一方案中，增益控制和测量值的存储可以在软件中实现。

在本发明两个方案中，最好将确定的RF增益与用于每个载波的预定增益值比较，以便可以相应地调节用于每个载波的增益。

两个方案的无线发射装置能够以各种基站结构的方式使用。例如，调制装置能够以图1和2所述用于每个载波的单独RF IQ调制或NCO调制路径的方式实现，分别地从基带调制器的输出端到RF放大器的输出端、用于调制如图1和2所述基带调制器提供的载波的信号。在两个方案中，附加的元件可以安排在调制装置、求和装置和功率检测和控制装置或增益计算和控制装置之间。

可以将改进方法之一与本发明背景中提到的方法相结合，其中总是相等地调节增益以用于全部载波。在正常操作期间，功率控制以上述的所述传统方法工作。如已经提到的，这个功率控制具有这样的缺点，即它依靠不能保证的各个RF增益的相等。因此，在某个时间，最好在低业务量时间期间，使用本发明的方法之一不出错地确定载波增益。如果用于各个载波的RF增益依然相等，则这些增益用来校核。如果不是这种情形，则对载波的增益作一些自动和个别调节。

根据本发明的方法、无线发射装置和模块尤其可以用于GSM和WCDMA，尽管不是专用的。

在本发明的另一方面，提供了一种无线通信网络，其包括根据本发明的无线发射装置。

附图说明

下面将参照附图更加详细地说明本发明，其中：

图1示出了基于RF IQ调制的传统基站发射机的框图；

图2示出了基于NCO调制的传统基站发射机的框图；

图3示出了基于本发明第一方案使用的RF IQ调制的多载波基站发射机的框图；

图4示出了基于本发明第一方案使用的NCO调制的多载波基站发射机的框图；

图5说明了在图4或5的基站发射机中使用的根据本发明的第一种方法；

图6示出了基于本发明第一方案使用的NCO调制的可替代多载波基站发射机的一部分的框图；

图7示出了基于根据本发明第二方案的NCO调制的多载波基站发射机的框图；和

图8示意地示出了图7的基站发射机的检测和求和装置的细节。

具体实施方式

已经针对本发明的背景描述了图1和2。

图3和4分别示出了能够方便地实施本发明第一方案的多载波基站发射机的不同实施例的框图。

图3是基于类似于图1示出的传统基站发射机的RF IQ调制的多载波基站发射机。它同样也包括用于N个载波每一个的通过两个数模转换器3、4和RF调制器5连接到可变增益射频放大器7的基带调制器1。每个基带调制器1还连接到基带功率检测装置2并且每个RF调制器5连接到本地振荡器(LO)6。然而，对照图1，每个RF放大器7的输出端没有连接到专用的SCPA而是通过求和装置10连接到唯一的多载波功率放大器(MCPA)15。MCPA15的输出端连接到发射天线11和公共的功率检测和控制装置16。功率检测和控制装置16在其另外的输入端连接到基带功率检测装置2的输出端并且其输出端连接到RF放大器7的增益控制输入端。

图4是基于类似于图2示出的传统基站发射机的NCO调制的多载波基站发射机。它同样包括用于N个载波每一个的通过数字上变频器12和数模转换器14连接到RF放大器7的基带调制器1。每个基带调制器1还连接到基带功率检测装置2并且每个数字上变频器12连接到NCO13。对照图2并且与图3一样，每个RF放大器7的输出端通过求和装置10连接到公共的MCPA15。MCPA15的输出端连接到发射天线11和公共的功率检测和控制装置16。功率检测和控制装置16另外的输入端和输出端如图3的基站发射机一样分别地连接到基带功率检测装置2和RF放大器7。

在图3和4的多载波基站发射机中，提供给基带调制器1的符号如图1和2所述的那样被分别地处理，直到它们离开RF放大器7。在两个实施例中，然后在求和装置10中将RF放大器7的输出信号求和并且将之作为多载波信号提供给MCPA15，MCPA15将接收的信号放大。

设置在MCPA15输出端的功率检测和控制装置16接收MCPA15输出的总功率和通过基带功率检测装置2的数字基带调制器1的输出功率作为输入。为此，为了能够实现输出功率的数字rms检测，一方面在功率放大之后将总RF信号转送到用于发射的发射天线11并且另一方面将总RF信号下变频和转换到MCPA15的数字域内部。可替代地，在MCPA15外部可以有RF检测器或下变频路径和数字化。为了能够给功率检测和控制装置16提供各个基带调制器1输出的功率值，每个基带功率检测装置2形成了在其连接的基带调制器1的数字基带输出端上操作的处理器并且在数值上计算基带功率。根据本发明的第一方法，功率检测和控制装置16能够根据这个功率信息分别地设置用于每个载波的增益控制信号GC₁到GC_N，这一点将在下面参照图5详细说明。

图5说明了根据如图3或4所述用于多载波基站发射机的本发明第一方法的在功率检测和控制装置16中处理的基本原理。

rms功率检测器20一方面连接到使用的基站发射机的MCPA15的输出端和另一方面通过抽样器21连接到第一寄存器22。同样地，基站发射机的每个基带功率检测装置2的输出端通过专用抽样器23连接到提供用于多个数值的存储室的另外的专用寄存器24。每个寄存器22、24都具有用于每个存储值的连接到能够解决矩阵方程的装置25的单独输出端。装置25具有N个输出端，每个输出端通过单独求和元件26连接到单独控制器27。每个求和元件27具有另外的给其提供有预定增益值的输入端。每个控制器27的输出端连接到RF放大器7之一的增益控制输入端。尽管目前是作为硬件框图，但是大部分的实施可以方便地在功率检测和控制装置16的软件中实现。

将基站发射机经空中接口发射的符号提供给基带调制器1。基带调制器1的输出功率，即在基带功率检测装置2中确定并转送到功率检测和控制装置16的各个抽样器23的各个rms功率值REF₁和REF_N，在几个测量时隙内被改变。每个抽样器23按一个测量时隙求接收的基带功率的平均值并且将每个测量时隙的平均功率值转送到连接的基带寄存器24，直到用于N个测量时隙的数值均存储用于各个载波。因此，用于每个测量时隙的一组基带功率值REF₁和REF_N被分别存储在N个基带寄存器24上。

此外，如上所述，在两种情形下，依靠RF放大器7、求和装置10和MCPA15使用的基站发射机，基带调制器1输出的信号进一步由数模转换器3、4和RF调制器5或由数字上变频器12和数模转换器14处理。

通过功率检测器20检测MCPA15输出的信号的功率的rms值并将rms值转送到相关的抽样器21。抽样器21按一个测量时隙求解接收的功率的平均值并将用于每个测量时隙的平均MCPA15输出功率值存储在寄存器22内，其中一组平均基带功率值存储在基带功率寄存器24内。当至少N组基带功率值和相应的MCPA15输出功率值存储在寄存器24、22内时，将寄存器22、24的内容提供给能够处理带有N个未知数的N个方程式组成的方程组的装置25。如果在TDMA***中使用基站发射机，测量时隙可以方便地与载波时隙同步。

在给定的测量时隙m期间，MCPA15输出的RF信号的每个功率P₀ ^<m>是那个时隙期间的放大的基带参考功率的和，如下面方程式所示：

$P_0^{\&lang;m\&rang;}={\mathrm{REF}}_1^{\&lang;m\&rang;}\&CenterDot;G_1+{\mathrm{REF}}_2^{\&lang;m\&rang;}\&CenterDot;G_2+...+{\mathrm{REF}}_N^{\&lang;m\&rang;}\&CenterDot;G_N,$

REF_i ^<m>是在基带调制器输出端按照测量时隙m平均的N个载波中第i(i＝1…N)个的功率，并且G_i(i＝1…N)是用于第i个载波的要估计的RF功率增益。假设N组基带功率和N个相应的MCPA输出功率存储在寄存器中，则得到带有N个未知数的N个方程式组成的方程组，从中可以计算出用于每个载波的未知RF增益G_i。利用能够解矩阵方程的装置25解这个方程组，提供了用于每个载波的射频路径的估计的增益作为方程组的解。

专用的求和元件26将估计的增益G_i与用于每个载波的预定增益比较，在专用的求和元件26中从预定增益减去估计的增益G_i。连接到各个求和元件26的控制器27因此通过调节提供给各个RF放大器7的增益控制输入端的增益控制信号GC_i(i＝1-N)，利用这个结果差值控制用于各个载波的增益。

在一个优选实施例中，为了准确地设置用于每个载波的增益，上述的程序也被有规律地运用。在中间，通过仅仅用输入功率的总和除以总的输出功率确定总增益。将该总增益与期望的总增益比较并且利用它们的差值相等地改变全部RF放大器7的增益，象现有技术描述的一种可能性一样。在低业务量时刻期间通过改变载波功率***地执行根据本发明第一方法的增益的设置。如果在增加伪代码信道期间以一种方式改变载波功率以致矩阵方程容易求解，则能够在很少出错的情况下解出各个RF增益，同时数据发射不受影响。

在图4的实施例的变形中，提供给功率检测和控制装置16的不是基带信号的功率，而是提供到数模转换器14的输入端的信号的功率。这些信号的功率已经在数字上变频器12内或在数字上变频器12的输出端确定。不同载波的RF增益的确定相应于图4和5所述的确定。然而，在这种情形下，确定的增益不包括数字上变频器12中的增益。

图6示出了能够作为GSM多载波基站发射机使用的这种多载波基站发射机的另一个变形，同时先前的实施例特别能用于WCDMA。除了在每个单个载波装置内的基带功率检测装置2和数模转换器14之间的各个部分的改变以外，多载波基站发射机相应于图4的发射机。因此，仅仅示出了这部分，并且仅仅是第一载波的这部分。

在描述的单个载波装置中，在数字上变频器12和数模转换器14之间设置了两个乘法器40、41，其中数字上变频器12和数模转换器14在图4中也存在。基带功率检测装置2的输出端还连接到第三乘法器42的输入端。此外，功率控制电平信号的共用源连接到第二乘法器41的输入端和第三乘法器42的输入端，在图6中用第二和第三乘法器41、42之间的双箭头表示。

在操作中，第一乘法器40将数字上变频器12的输出与斜坡轮廓(ramping profile)信号43相乘。该斜坡轮廓信号用来彼此分隔调制的载波信号的时隙。然后将结果信号提供给第二乘法器41的输入端。功率控制电平信号在时隙内是常数并且在每个各个时隙内相应于需要的发射机输出功率，该功率控制电平信号作为第二输入信号提供给第二乘法器41。因此，第二乘法器41将从第一乘法器41接收的斜坡(tamped)和已调制载波信号与接收的功率控制电平相乘并且将结果转送到数模转换器14。另一方面，第三乘法器42通过基带功率检测装置2接收作为第一输入信号的数字基带调制器1的输出功率和作为第二输入信号的功率控制电平信号。第三乘法器42将两个接收的信号相乘并作为结果输出参考功率REF₁。

假如数字上变频器的增益与斜坡轮廓的峰值的乘积是整体，也就是由斜坡轮廓的峰值在相乘中补偿数字上变频器的增益，则第三乘法器42输出的功率REF₁与输入到数模转换器14的功率相等。然后将功率REF₁和用于其他载波的相应功率提供给功率检测和控制装置16，从而在功率检测和控制装置16如图3-5所述的那样利用它们确定用于不同载波的RF增益。

图7示出了基于根据本发明第二方案可以使用的NCO调制的多载波基站发射机实施例的框图。基站发射机包括与图4中一样的用于N个载波每一个的单独发射机部分。这些单独发射机部分的每一个包括基带调制器1、数字上变频器12、数模转换器14和RF放大器7。实际上，结构还将包括更多的上变频级、放大器、滤波器等。RF放大器7的输出端通过检测和求和装置17和MCPA15连接到发射天线11。检测和求和装置17另外的输出端连接到增益计算和控制装置18的输入端。另外，MCPA15的输出端通过rms功率检测器19连接到增益计算和控制装置18的输入端。最后，每个基带调制器1的数字输出端通过基带功率检测装置2连接到增益计算和控制装置18的输入端。增益计算和控制装置18的N个输出端的每一个连接到N个单独发射机部分的RF放大器7之一的增益控制输入端。

图8更详细地示出了图7的检测和求和装置17。检测和求和装置17包括单个集成电路中的一组检测器30。然而，用于检测器30的单个集成电路的使用仅仅是优选的实施。作为替代，也可能使用用于每个检测器的单独电路。每个检测器30的输入端连接到RF放大器7之一的输出端。检测器30的输出端连接到增益计算和控制装置18的输入端。另外，检测和求和装置17包括通过其每个RF放大器7的输出端连接到MCPA15的输入端的求和元件31。检测和求和装置17的检测器30组可以位于任何地方，但是为了将发射机中的电缆减少到最少，检测器位于单路载波信号无论如何都可以集合的地方，也就是在MCPA15的输入端的求和元件31的附近。

基站发射机将要发射的信号在基带调制器1、数字上变频器12、数模转换器14和RF放大器7中的处理相应于图4中所述的处理。

然而，对照图4的结构，在求和元件31将调制的载波求和之前，在检测和求和装置17中分别地检测各个载波功率。为了能够根据其它载波的功率准确地跟踪每个载波的功率，用于检测N个载波之一的功率P₁-P_N的N个检测器30最好彼此相匹配。将检测的功率P₁-P_N提供给增益计算和控制装置18并且将总多载波信号转送到用于功率放大的MCPA15。

一方面，将MCPA15输出的多载波信号转送到用于发射的发射天线11。另一方面，通过rms功率检测器19确定多载波信号的功率P₀。检测的功率P₀输入到增益计算和控制装置18。

而且，在基带功率检测装置2中确定N个基带调制器1输出的基带信号的功率REF₁-REF_N并且将之输入到增益计算和控制装置18。

增益计算和控制装置18包含用于从接收的不同功率值P₀、P₁-P_N、REF₁-REF_N估计不同载波的各个RF增益的算术算法。所有的功率都是在被算法使用之前按照同样的测量时隙求出的平均数。

因为检测器30确定的测量功率P₁-P_N只有每个载波共有的乘法误差，所以它们的比例没有误差。任意地将单载波信号的检测功率与第一载波的功率P₁比较，载波的标准输出功率通过下式得到：

$\frac{P_i}{P_1}=\frac{{\mathrm{REF}}_i\&CenterDot;G_i}{{\mathrm{REF}}_1\&CenterDot;G_1},$

其中P_i(i＝1…N)是各个检测器30确定的第i个载波的功率，REF_i(i＝1…N)是用于第i个载波调制的第i个基带调制器1输出的信号的功率，和G_i(i＝1…N)是第i个载波在求和之前的RF增益。从上述方程得出，第一载波在求和之前的RF增益G₁标准化了的增益是：

$\frac{G_i}{G_1}=\frac{{\mathrm{REF}}_i\&CenterDot;P_i}{{\mathrm{REF}}_1\&CenterDot;P_1}$

而且，在给定的测量时隙内的多载波输出功率是放大的基带功率的总和并且从下面的方程获得：

P₀＝REF₁·G₁·G₀₁+REF₂·G₂·G₀₂+…+REF_N·G_N·G_0N

在这个方程中用于第i个载波的总放大用G_i*G_0i(i＝1…N)给出，其中G_0i是用于检测和求和装置17的求和元件31中和MCPA15中的第i个载波的RF功率增益。除了未知的公因数以外，假定G_0i的值可推理得到。后面的方程可以重写成：

$G_1\&CenterDot;G_{01}=\frac{P_0}{{\mathrm{REF}}_1+{\mathrm{REF}}_2\&CenterDot;\frac{G_2}{G_1}\&CenterDot;\frac{G_{02}}{G_{01}}+...+{\mathrm{REF}}_N\&CenterDot;\frac{G_N}{G_1}\&CenterDot;\frac{G_{0N}}{G_{01}}}$

如上所述，比例G_i/G₁可以容易地从测量的单载波RF功率P_i和基带功率REF_i获得。假定比例G_0i/G₀₁可从MCPA15的频率响应推理得知。因此，可以容易地从上述的方程解得构成第一载波使用的第一RF路径的增益G₁*G₀₁。因为增益比例是已知的，所以可以从第一路径的增益计算出第i个RF路径的增益G_i*G_0i。如果从预定增益值获得RF增益，则增益计算和控制装置18调节输入到RF放大器7的增益控制信号GC_i(i＝1…N)以便使估计的增益接近期望增益。

图7的基站发射机是基于NCO调制，还可以根据图6将其改变从而用于本发明的第二方案的这个实施例。根据本发明的第二方法同样地可用于基于图3中所述RF IQ调制的基站发射机。

尽管本发明的上述实施例全部来自基于RF IQ调制或基于NCO调制的传统基站发射机，但是本发明的特征能够与任何可以了解的基站结构结合。还有当是来自基于RF IQ调制或基于NCO调制的基站发射机时，可以在本发明的范围内进行各种修改。

Claims (20)

1、一种用于确定无线通信***的无线发射装置的多载波发射机中的用于不同载波的单独射频增益的方法，所述方法包括：

-使用调制信号调制至少两个不同载波，

-计算已调制载波总和，

-通过多载波功率放大器放大总和载波用于进行发射，

-分别为每个载波确定在计算总和之前的已调制载波的功率，并且

-为了确定不同载波对多载波功率放大器输出的总和载波的总功率的贡献，估计已调制载波的确定的功率的分配以确定不同载波的射频增益，其中，通过将用来调制各个载波的信号功率除各个载波对总功率的贡献，确定用于不同载波的射频增益。

2、根据权利要求1所述的方法，其中，多载波发射机包括用于在已调制载波被求和之前将它们转换成模拟域的数模转换器，并且其中通过用输入到用于各个载波的数模转换器的信号的功率除各个载波对总功率的贡献，从而确定用于不同载波的射频增益。

3、根据权利要求1-2之一所述的方法，其中，用于确定多载波功率放大器输出的总和载波的总功率的检测器的特性围绕某一工作点线性化。

4、根据权利要求1所述的方法，其中，通过下变频多载波功率放大器输出的射频信号并且通过将之转换到数字域，从而在数字域中确定多载波功率放大器输出的总和载波的总功率。

5、根据权利要求1所述的方法，其中，集成在多载波功率放大器内的用于监测和控制线性化性能的下变频装置和模数转换块用于检测多载波功率放大器输出的总和载波的总功率。

6、根据权利要求1所述的方法，还包括：通过将确定的射频增益与用于每个载波的预定增益值相比较，并且通过相应地调节用于每个载波的射频增益，从而控制不同载波的射频增益。

7、根据权利要求1所述的方法，还包括：控制不同载波的射频增益，其中根据权利要求1确定不同载波的增益并且将之用于不同戴波增益的各个调节，同时在剩余时间期间内，通过用单个功率组的功率总和除多载波功率放大器输出的总和载波的功率来确定总增益，其中对于全部载波根据确定的总增益相等地调节载波的增益。

8、一种用于无线通信网络的无线发射装置，具有

-多载波发射机，其包括用于使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算调制装置输出的已调制载波总和的装置和用于放大总和载波以进行发射的多载波功率放大器，以及

-增益计算和控制装置，其作为输入值接收多载波功率放大器输出的总和载波的总功率以及分别用于每个载波的由调制装置提供给求和装置的已调制载波的功率，所述增益计算和控制装置被配置成估计输入到求和装置的信号在不同载波上的功率分配，以便确定不同载波对多载波功率放大器输出的总和载波的总功率的贡献，从而确定用于不同载波的射频增益，其中，通过将用来调制各个载波的信号功率除各个载波对总功率的贡献，确定用于不同载波的射频增益。

9、根据权利要求8所述的无线发射装置，其中，所述增益计算和控制装置作为额外输入值接收用于调制载波的信号的功率。

10、根据权利要求9所述的无线发射装置，其中，输入到调制装置的信号由单独的基带调制器提供，所述基带调制器为每个载波输出相应于接收的数据符号的数字同相和数字正交分量，并且连接到基带功率检测装置，该基带功率检测装置向增益计算和控制装置提供输出信号的功率，其中，调制装置包括：用于每个载波的两个数模转换器，所述数模转换器用于将从用于各个载波的基带调制器接收的数字同相和正交分量转换成模拟同相和正交分量；用于使用数模转换器输出的分量调制从本地振荡器接收的载波的射频调制器；和用于放大已调制载波的射频放大器，其增益通过增益计算和控制装置控制以便用于至少一个载波。

11、根据权利要求9所述的无线发射装置，其中，输入到调制装置的信号由单独的基带调制器提供，所述基带调制器为每个载波输出相应于接收的数据符号的数字同相和数字正交分量，并且连接到基带功率检测装置，该基带功率检测装置向增益计算和控制装置提供输出信号的功率，其中，用于调制载波的装置包括：连接到数字振荡器的用于每个载波的至少一个数字上变频器，用于将用于各个载波的基带调制器输出的分量上变频到数字振荡器提供的各个载波的频率；用于将上变频器的输出转换成模拟信号的数模转换器；和用于放大数模转换器输出的信号的射频放大器，其增益通过增益计算和控制装置控制以便用于至少一个载波。

12、根据权利要求8所述的无线发射装置，其中，调制装置被布置成在数字域中使用调制信号调制至少两个不同载波，其中，多载波发射机还包括用于将每个数字已调制载波转换成模拟已调制载波的数模转换器，以及其中，求和装置被布置成计算数模转换器输出的模拟已调制载波总和。

13、根据权利要求12所述的无线发射装置，其中，所述增益计算和控制装置作为额外输入值接收输入到数模转换器的信号的功率。

14、根据权利要求8所述的无线发射装置，包括用于检测提供给求和装置的已调制载波的功率的装置，所述用于检测提供给求和装置的已调制载波的功率的装置作为单个射频集成电路实现。

15、根据权利要求8所述的无线发射装置，包括用于检测提供给求和装置的已调制载波的功率的装置，所述用于检测提供给求和装置的已调制载波的功率的装置包括至少一个用于每个载波的专用射频有源元件，用于不同载波的相应专用有源元件是匹配的元件。

16、根据权利要求8所述的无线发射装置，其中，在用于监测和控制线性化性能的多载波功率放大器中集成了用于下变频的装置和模数转换块，并且其中所述用于下变频的装置和所述模数转换块被用来检测多载波功率放大器输出的总和载波的总功率。

17、根据权利要求8所述的无线发射装置，其中，在软件中实现射频增益计算。

18、一种用于无线通信***的无线发射装置的模块，其中，所述无线发射装置包括多载波发射机，该多载波发射机包括用于使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算调制装置输出的已调制载波总和的装置和用于放大总和载波以进行发射的多载波功率放大器，所述模块包括增益计算和控制装置，该增益计算和控制装置作为输入值接收多载波功率放大器输出的总和载波的总功率以及分别用于每个载波的由调制装置提供给求和装置的已调制载波的功率，所述增益计算和控制装置被配置成估计输入到求和装置的信号在不同载波上的功率分配，以便确定不同载波对多载波功率放大器输出的总和载波的总功率的贡献，从而确定用于不同载波的射频增益，其中，通过将用来调制各个载波的信号功率除各个载波对总功率的贡献，确定用于不同载波的射频增益。

19、一种用于无线通信***的无线发射装置的模块，其中，所述无线发射装置包括多载波发射机，该多载波发射机包括用于使用调制信号调制至少两个不同载波的装置、用于计算调制装置输出的已调制载波总和的装置、用于放大总和载波以进行发射的多载波功率放大器以及增益计算和控制装置，该增益计算和控制装置作为输入值接收多载波功率放大器输出的总和载波的总功率以及分别用于每个载波的由调制装置提供给求和装置的已调制载波的功率，所述增益计算和控制装置被配置成估计输入到求和装置的信号在不同载波上的功率分配，以便确定不同载波对多载波功率放大器输出的总和载波的总功率的贡献，从而确定用于不同载波的射频增益，其中，通过将用来调制各个载波的信号功率除各个载波对总功率的贡献，确定用于不同载波的射频增益，所述模块包括所述求和装置和用于分别对于每个载波检测提供给所述求和装置的已调制载波的功率的装置。

20、一种无线通信网络，包括根据权利要求8的无线发射装置。

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