CN102104943A - 动态地改变功率放大器的工作点的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的方法，所述方法包括如下步骤：基带处理单元BBU在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR；基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR；射频拉远单元RRU在所述保护间隔GP上根据所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点。本发明还涉及一种在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种TD-SCDMA(时分同步码分多址接入)***。更加具体而言，本发明涉及一种在这样的***中动态改变功率放大器的工作点的方法以及实现该方法的设备。
术语缩写
BBU 基带处理单元
CPRI 通用公共无线电接口
DL 下行链路
DSP 数字信号处理器
FPGA 现场可编程门阵列
GP 保护间隔
PA 功率放大器
PAPR 峰均功率比
RBS 无线电基站
RNC 无线电网络控制器
RRU 射频拉远单元
TD-SCDMA 时分同步码分多址接入
TS 时隙
UE 用户设备
背景技术
在现有通信***中，功率放大器是通常展现非线性的器件，这意味和输入信号相比，输出信号经常是失真的。为了降低由于非线性所带来的失真，功率放大器输出信号必须在其1dB压缩点上回退很多，这样会导致功率放大器效率的降低。在非恒定包络调制的数字通信***中，由于信号的峰均功率比PAPR很高，其受PA的非线性的限制更严重，PA的效率更差。
在现有技术中已经开发了用于优化PA的效率的方法，例如数字预失真。这种方法包括根据检测到的PA输出信号的失真，在PA输入的信号上加预失真，目的是实现在PA的输出端线性放大预失真之前的原始输入信号。
现有***也使用降低信号峰均功率比技术(削峰技术)连同数字预失真来提高PA的效率。然而，削峰和预失真技术通常使用PA固定偏置。当PA输出信号比额定功率低很多时，由于PA的工作点是固定的，偏置电压/电流不变，这时候PA的效率将会很低。
在美国专利申请US2003/0091123A1和US2003/0092462A1中，描述了用于优化PA的效率的方法，其中根据功率估计电路提供的功率估计值来适配PA的工作点。然而，这个方法的缺点在于该控制环路的收敛时间取决于功率估计的精度。因为如果功率估计不够精确的话，可能会影响控制环路的稳定性。另外，因为控制环路中的功率估计和偏置调整电路很复杂，所以实现该方法的电子电路器件成本很昂贵。
在现有技术中，还使用包络跟随(ET)技术来改进PA的效率。包络跟随技术是实时跟踪输入信号的包络，并改变电源电压来动态跟踪输入信号的变化。然而，此解决方案的缺点在于：很难找到能够快速动态调节电压的电源单元(PSU)。因为PSU难以保持高效率和稳定性，同时实现输出电压的快速变化。另外，由于信号是不断传输的，PSU输出电压改变的瞬间可能正在传输有用信号，所以PSU电压的调节将产生杂散信号，会恶化有用信号的质量。
因此，需要一种能够动态地改变PA的工作点，同时保持PA的性能稳定、增加PA的效率以及不会产生杂散信号的解决方案。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够动态地改变PA的工作点，同时保持PA的性能稳定、增加PA的效率以及不会产生杂散信号的方法和设备。
为了解决上述问题，本发明的基本构思是利用TD-SCDMA***中的保护间隔GP，也就是基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的GP上向射频拉远单元(RRU)通知下一个下行时隙TSDL (x+1)功率和PAPR；然后RRU在GP内根据BBU所通知的下一个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR来动态改变PA的偏置。
在本发明的第一方面中，提供了一种在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的方法，所述方法包括如下步骤：
基带处理单元BBU在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和和峰均功率比PAPR。
基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR；
射频拉远单元RRU在所述保护间隔GP上根据所述基带处理单元BBU所通知的第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均比PAPR来改变PA的工作点。
在一个实施例中，射频拉远单元RRU在所述保护间隔GP上根据所述功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点的步骤是这样实现的：
根据所述功率和峰均比PAPR，在包含偏置参数的查找表中选择合适的偏置控制值，并且将所述偏置控制值施加到PA的晶体管上。
在本发明的一个实施例中，所述偏置参数是取决于所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR的预先定义的栅极-源极电压值或预先定义的漏极-源极电压值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管作为偏置电压值。
在本发明的一个实施例中，基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均比PAPR的所述步骤是在Ir接口或通用公共无线电接口CPRI上执行的。
在本发明的实施例中，所述无线通信***是TD-SCDMA***。同样，本发明可以扩展到有保护间隔的其他无线通信***。
在本发明的第二方面中，提供了一种在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的设备，所述设备包括：
基带处理单元BBU，其被配置用于在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR；用于在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR；
射频拉远单元RRU，其被配置用于在所述保护间隔GP上根据所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点。
在一个优选实施例中，所述射频拉远单元RRU还包括偏置控制电路。其中所述偏置控制电路的输出与PA的晶体管相连接，并且其中所述偏置控制电路包括存储器装置，在其中存储包含偏置参数的查找表，并且其中所述偏置控制电路被设计用于根据第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR在包含偏置参数的查找表中选择偏置控制值，并且将所述偏置控制值施加到PA的晶体管上。
在一个实施例中，所述偏置参数是根据第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR所预先定义的栅极-源极电压值或预先定义的漏极-源极电压值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管作为偏置电压值。
在一个实施例中，基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上在Ir接口或通用公共无线电接口CPRI上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR。
在一个实施例中，所述无线通信***是TD-SCDMA***或有保护间隔的其他无线通信***。射频拉远单元RRU还包括数字处理单元，例如微处理器，可编程门阵列FPGA或数字信号处理器DSP。
本发明的优点在于在保护间隔上动态改变PA偏置，同时具有稳定的性能，没有杂散现象；增加了PA的效率。
附图说明
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是用于TD-SCDMA***的帧结构。
图2是根据本发明在无线通信***中动态地改变PA的工作点的方法的流程图。
图3是实现本发明的方法的设备的框图。
具体实施方式
图1是用于TD-SCDMA***的帧结构。物理信道用4层结构：超帧、无线帧、子帧和时隙/码。一个超帧长720ms，由72个无线帧组成，每个无线帧长10ms。TD-SCDMA将每个无线帧分为两个5ms的子帧，每个子帧由长度675μs的7个主时隙和3个特殊时隙组成。3个特殊时隙分别是下行导频时隙(DwPTS，75μs)、上行导频时隙(UpPTS，125μs)和保护间隔(GP，75μs)构成。在这7个主时隙中，TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路，其他时隙既可作为上行链路的时隙，也可作为下行链路的时隙。上行链路的时隙和下行链路的时隙之间由一个转换点分开，在TD-SCDMA***的每个5ms的子帧中，有两个转换点(上行链路到下行链路和下行链路到上行链路)，转换点的位置取决于小区上、下行时隙的配置，这种灵活的配置方案特别适合不对称业务的传输。
一个突发的持续时间就是一个时隙，主时隙突发结构由两个数据符号域、一个144chips的midamble码、L1控制信息和16chips的保护域组成，总共长864chips。数据区共704码片长，数据域中每个比特用QPSK调制，扩频系数为1～16。下行导频时隙(DwPTS)由64比特正交码组成，它是无线基站的导频信号，也是下行同步的信号。而上行导频时隙(UpPTS)由128比特正交码组成，它是用户终端的导频信号，主要用做上行同步。保护间隔(GP)用于保护和区分上下行时隙，使距离较远的终端能实现上行同步，在TD-SCDMA***中，此时隙的宽度保证了小区的最大半径可能达到10km以上。
参考图2，图2是根据本发明在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的方法的流程图。在步骤201，基带处理单元BBU在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR。基带处理单元BBU可以根据下行功率控制、载波、码道和用户等信息来在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR。在步骤S202，基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR。当无线电基站RBS首先进行载波建立时，无线电网络控制器RNC通过消息指定基带处理单元BBU最初下行时隙所需的功率；当无线电基站RBS与用户设备UE处于连接模式时，基带处理单元BBU通过闭环功率控制来确定下行时隙功率。在上述的这两种情况下，基带处理单元BBU都可以在第x个时隙TSx时提前知道第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率。基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率。另外，基带处理单元BBU还向射频拉远单元RRU通知峰均功率比PAPR。峰均功率比PAPR是信号峰值功率与平均功率的比值，该值取决于载波数量、使用的码道、用户数量以及码信功率等等。关于如何计算峰均功率比PAPR在本领域中是众所周知的，因此在此不做详细描述。
另外，在一个优选的实施例中，步骤S202是在Ir接口或通用公共无线电接口CPRI上执行的。BBU和RRU之间按照CPRI/Ir接口协议通过光纤连接，完成基带数据的传输。CPRI/Ir接口协议支持星型连接、链形连接和环形连接等网络拓扑结构，使BBU+RRU更能灵活地组网。CPRI是爱立信、华为、NEC、西门子和北电共同发起成立的CPRI(通用公共无线接口)标准化组织推出的标准，而Ir是由中国标准化协会推出的。
接下来，在步骤S203中，射频拉远单元RRU在所述保护间隔GP上根据所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点。在一个优选实施例中，根据所述下行时隙的功率和峰均功率比PAPR在包含偏置参数的查找表中选择偏置控制值，并且将所述偏置控制值施加到PA的晶体管上。所述偏置参数已经被预先计算或测量作为给定工作条件下的最佳偏置控制值。也就是说，射频拉远单元RRU维护着一个查找表，在其中下行时隙的功率、PAPR和偏置参数存在一一对应关系。根据下行链路功率、PAPR，就可以在查找表中选取相应的偏置参数作为偏置控制值来偏置PA的晶体管。所述偏置参数是取决于下行时隙的功率和峰均功率比PAPR的预先定义的栅极-源极电压值或预先定义的漏极-源极电压值。在偏置PA时，优选地施加栅极-源极电压或漏极-源极电压，因此这些电压比电流更容易被控制。
在本发明的动态地改变PA的工作点的方法中，射频拉远单元RRU在16个码片长度的保护间隔GP中改变PA的偏置，而在该GP上不传输任何信号，所以不会产生杂散信号。并且，在16个码片GP时间内，射频拉远单元RRU足以改变PA偏置，并且使PA重新稳定下来。本发明是开环控制，不需要PA输入或输出信号测量并且没有稳定性的问题。
图3是实现本发明的方法的设备300的框图。该设备包括基带处理单元BBU301，其被配置用于在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR；以及用于在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR；射频拉远单元RRU302，其被配置用于在所述保护间隔GP上根据所述第x+1个下行时隙的功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点。基带处理单元BBU301与射频拉远单元RRU302根据Ir接口协议或CPRI接口协议通过光纤连接。
射频拉远单元RRU302还包括数字处理单元303、PA 304、滤波器305以及偏置控制电路306。偏置控制电路的输出与PA相连接。根据本发明，偏置控制电路306被用于控制选择偏置参数以控制PA(也就是PA的晶体管)的偏置。根据BBU301通知的下行功率和PAPR改变PA的偏置以调整PA的偏置电流，从而优化PA的效率。偏置控制电路306包括存储器装置，在其中存储包含偏置参数的查找表。所述偏置控制电路被设计用于根据下行时隙的功率和峰均功率比PAPR从所述查找表中选择偏置控制值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管。偏置控制电路选择预先定义的偏置参数，例如栅极-源极电压值VGS和/或漏极-源极电压值VDS，并且将所述电压值施加到PA的晶体管。数字处理单元303是微处理器，还可以是现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。
尽管本公开已经描述了特定实施例以及通常地相关方法，这些实施例和方法的替换和改变对本领域技术人员来说将是明显的。因此，示例实施例的以上描述不限定或限制本公开。在不背离如所附权利要求所限定的本公开的实质和范围的前提下，其他变化、代替和改变也是可能的。
Claims (18)
1.一种在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的方法，所述方法包括如下步骤：
基带处理单元BBU在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR；
基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR；
射频拉远单元RRU在所述保护间隔GP上根据所述第x+1个下行时隙TSDL (x+1)的功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中射频拉远单元RRU在所述保护间隔GP上根据所述功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点的步骤是这样实现的：
根据所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR，在包含偏置参数的查找表中选择偏置控制值，并且将所述偏置控制值施加到PA的晶体管上。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述偏置参数是取决于所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR的预先定义的栅极-源极电压值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管作为偏置电压值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述偏置参数是取决于所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰值平均功率比PAPR的预先定义的漏极-源极电压值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管作为偏置电压值。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其中基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR的所述步骤是在Ir接口上执行的。
6.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其中基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR的所述步骤是在通用公共无线电接口CPRI上执行的。
7.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的方法，其中所述无线通信***是TD-SCDMA***，或有保护间隔的其他无线通信***.
8.一种在无线通信***的开环回路中动态地改变PA的工作点的设备，所述设备包括：
基带处理单元BBU，其被配置用于在第x个时隙TSx确定第x+1个下行时隙TSDL(x+1)所需的功率和峰均功率比PAPR；以及在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR；
射频拉远单元RRU，其被配置用于在所述保护间隔GP上根据所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR来改变PA的工作点。
9.根据权利要求8所述的设备，其中所述射频拉远单元RRU还包括偏置控制电路，其中所述偏置控制电路的输出与PA的晶体管相连接，并且其中所述偏置控制电路包括存储器装置，在其中存储包含偏置参数的查找表，并且其中所述偏置控制电路被设计用于根据所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR在包含偏置参数的查找表中选择偏置控制值，并且将所述偏置控制值施加到PA的晶体管上。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述偏置参数是取决于所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR的预先定义的栅极-源极电压值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管作为偏置电压值。
11.根据权利要求9所述的设备，其中所述偏置参数是取决于所述第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR的预先定义的漏极-源极电压值，并且将所述偏置控制值施加到所述晶体管作为偏置电压值。
12.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上在Ir接口上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR。
13.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中基带处理单元BBU在第x个时隙TSx与第x+1个下行时隙TSDL(x+1)之间的保护间隔GP上在通用公共无线电接口CPRI接口上向射频拉远单元RRU通知第x+1个下行时隙TSDL(x+1)的功率和峰均功率比PAPR。
14.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中所述无线通信***是TD-SCDMA***，或有保护间隔的其他无线通信***.
15.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中所述射频拉远单元RRU还包括与所述PA和所述偏置控制电路都连接的数字处理单元。
16.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中所述数字处理单元是微处理器。
17.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中所述数字处理单元是现场可编程门阵列FPGA。
18.根据权利要求8-11中任一权利要求所述的设备，其中所述数字处理单元是数字信号处理器DSP。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110622 |