CN1254461A - 带有提升模块的射频信号的功率控制 - Google Patents

带有提升模块的射频信号的功率控制 Download PDF

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Abstract

在一个移动无线电通信网中输出射频信号的功率控制被叙述。一个基收发信机具有用于提高输出射频信号输出的一个附属的提升模块(12)。一个功率调整环控制非提升的收发信机的传输功率。当一个提升模块(12)被连接时,环路是可伸长的以控制来自提升模块的提升的射频信号输出的功率。一个节点(52,53)连接收发信机的放大电路(4)和提升模块(12)。该节点使要被提供的一个射频信号从放大器电路(4)传输到提升模块(12)。节点(52,53)也构成延展的功率控制环的一部分并使提升信号的检测电平返回到收发信机。

Description

带有提升模块的射频信号的功率控制
这个发明涉及对射频信号的功率控制，具体地涉及在移动通信网中射频信号的功率控制。
在一个移动通信网中，一个基收发信机***发射和接收在一个基站和移动站之间的无线电信号。根据GSM和其它标准，需要控制无线电信号的发射功率级而且这样做有赖于各种参数。在任何移动通信***中，需要相当准确地控制发射信号的功率电平，以便确保它们到达移动站时具有足够的但不是过大的功率电平，而且要防止以相同的频道工作的相邻基站之间的干扰。
小区的配置变化很广。对于大的小区，或对于有相当的信号衰减的小区，最好是提高发射功率级。这利用放大已经放大的信号的提升放大器可以做到。提升器可能不总是需要，因此最好是提供一种***，如果需要时可包含提升器，对***其它部分作最低限度的修改。尤其，最好是避免利用过于复杂的电路***及需要用户每次安装时引入提升器。
以前这个问题没有令人满意地被解决，因为在现有的***中所有必需的功率放大已经被包括在单一的机械限制之中。此外，为了准确地控制功率级，一个功率调整环被使用。预先假设提升器并入放大电路及在功率调整环内将需要多个模拟连接和复杂的对现有的产品硬件及软件修改。然而，随着升高的功率级，噪声检出问题变得更重要。
根据本发明的一个方面给一个基收发信机***提供一个功率调整环，包括：
连接以接收射频输入信号并提供一个第一放大信号给一个输出节点的第一放大电路***；
用于检测所述的第一放大信号并是可连接的第一检测电路，以根据第一放大信号检测电平修正第一放大电路的放大系数；
开关电路，具有连接到第一检测电路的一个第一输入，和连接到用于接收第二放大信号检测电平的装置的一个第二输入，开关是可控制的以选择第一或第二输入，其中当第二输入被选择时第一放大电路的放大系数根据第二放大信号的检测电平被修正。
在最佳实施例中，一个同轴电缆被连接到输出节点。本发明的最佳实施例集中在利用使用一根两通路电缆的闭环***。该电缆可以被用于传送来自第一放大电路的第一放大信号(放大的射频信号)和反馈第二放大信号(升高的信号)的检测电平到功率调整环。升高信号的检测电平是一个模拟电压，它以与射频输入信号相比很低的一个频率变化。因此有可能使用同轴电缆作为一条通路用于升高信号的检测电平和用于输出放大的射频信号。
在一个模块化基收发信机***(BTS)内，功率调整环可能被包含于一个收发信机模块，它具有用于接收射频输入信号的一个输入节点和从其提供第一放大信号的输出节点。这样的一个模块化***可能还包括用于一个基收发信机***的一个提升模块(booster module)，包括：
一个输入节点，用于接收第一放大信号；
一个提升放大器，用于从放大信号产生一个升高的信号；
一个检测电路，用于检测升高的信号和用于产生升高信号的检测电平；及
用于发射升高信号的检测电平经由提升模块的输入节点到一个功率调整环的装置。
发射和接收装置可能每个都包括允许升高信号的低频检测电平通过而防止高频射频信号通过的一个装置。这可以通过去掉发射装置和接收装置与高频射频信号的耦合来实现，例如通过利用一个电感或一个射频扼流圈。
在最佳实施例中，只有当现有的电缆线路在收发信机模块的输出和提升模块的输入之间被使用时，在BTS内对其它模块的改动是最小的。此外，噪声检出的可能性是最小，因为反馈通道被维持在一条同轴电缆内并且附近没有通过任何高速数字信号线路。
然而应该注意到当利用一条公用的同轴电缆表明本发明的一个特别有用和有利方法时，也有可能实现收发信机和提升模块，其中第二放大信号的检测电平以某种其它方式被反馈到功率调整环。例如，在一个架的底板上用于接收模块的可接入的备用跳线可以被使用。这就需要一个周密设计的底板以避免噪声检出问题。
为了更好地理解本发明及表示同样的发明如何能被执行，对照附图借助举例的方式进行说明。
图1是一个两收发信机的基收发信机***(BTS)的一个框图；
图2是一个功率控制包络线的图解；
图3是根据一个现有的结构说明在一个收发信机内的一个功率调整环；
图4是表示用于一个基收发信机***(BTS)的一个模数结构；
图5是说明包括一个提升模块的一个功率调整环；
图6是说明一个收发信机内部元件的一个框图；以及
图7是说明一个合适的积分电路元件的电路图。
图1是在一个移动通信***中借助于背景的方式说明一个两收发信机的基收发信机***(BTS)的框图。两收发信机TRX1，TRX2中每个都包含现有技术已知的发射和接收电路。发射电路的输出Tx1，Tx2被连接至一个滤波电路3，它以经由电线5传输的方式提供它们。发射的无线电信号由一个参考数字17表示。天线5也接收来自移动站的无线电信号19并把这些信号作为接收的信号RX提供给在收发信机TRX1，TRX2中的接收电路。
发射电路包括一个调制电路，它用于调制要被发射的数据到具有合适载频的频波上。现在，GSM标准具有900MHz的载频。如图6所示，每个收发信机TRX包括一个处理器7和一个射频单元RFU。要被发射的数据由处理器7提供。处理器7和RF单元也下变换，滤波，解调，和解码由滤波单元提供给它的接收信号Rx。处理器7还提供控制信号给RF单元。尤其，处理器7提供了控制由收发信机发射的信号的功率电平的一个功率控制信号Vc。功率控制信号采取用于规定电压电平的电压包络线的形式及在TDMA***中用于每个信号短促脉冲串的斜坡时间。一个举例说明的电压包络线在图2中被说明。用于每个脉冲串的斜坡时间和持续时间根据GSM的标准被设置。对于斜坡时间典型值为10μs而对于脉冲串的持续时间为577μs。电压包络线的幅度依赖于需要的功率级并且它根据多个参数被设置，包括在蜂窝式移动通信网络中的小区大小，天线的功效及由移动站报告的信号强度。
图3说明了在一个收发信机TRX内的一个功率调整环。一个放大电路4包括一个前置放大级4a和一个功率放大级4b，前置放大级4a具有第一及第二前置放大放大器24，26，功率放大级4b具有一个功率射频放大器28。前置放大级4a接收作为射频输入信号8的调制载波。前置放大级4a也包括一个增益控制电路30，例如一个可变的电压衰减器(VVA)。VVA 30被连接在第一和第二放大器24，26之间并接收来自积分电路34的一个控制输入32。积分电路34是一个标准的积分电路，本文将不进一步陈述，尽管它的一些元件在图5中被示出。一个合适的积分电路在图7中被表示。被输入到前置放大级4a的射频信号8在被提供给VVA 30和第二放大器26以前由第一射频放大器24放大。第二放大器26依赖于由控制信号32在VVA 30上设置的衰减进一步放大信号。因此放大的信号被提供到完成大部分功率放大的功率射频放大器28。放大的信号Vamp经由一个环流器46被提供到滤波电路3。参考数字40表示到滤波电路3的接线端。
积分电路34接收一个检测的电压电平Vdet，它表示来自功率放大器28的放大信号Vamp的峰值。检测电压电平通过一个检测电路20从来自一个功率耦合器44的一部分放大信号被检测。这可以作为一种边沿耦合，平行线路，微带混合方向的耦合器被提供。积分电路也从处理器7接收功率控制信号Vc并确定Vc和Vdet之间的差值32。这些差值32被作用于VVA 30以控制它的衰减。由此，一个功率调整环被建立。
图3表示用于一个收发信机的一个现有的功率控制结构，其中所有的放大级被包括在功率调整环内。然而，对于一个延伸的小区应用，一个功率提升器有时可能是必需的。由于它也需要准确地控制升高的功率级，最好是把提升器放在功率调整环内。
图4表示用于实现它的一个BTS的模块化结构。BTS包括带有一个底板的一个架11和分别被连接多个模块到它们的多个接线端子(未表示)。图4说明在状态A的一个滤波器模块3，一个第一收发信机模块TRX1，一个第二收发信机模块TRX2和一个电源模块PSU 9。还有其它实现BTS的功能必需的模块。收发信机凭借着在每个收发信机和滤波模块3之间的同轴电缆连接14，15是易于互换的。在状态A中说明的同轴连接是那些收发信机TRX1，TRX2作为发射机操作需要的，它们作为接收机操作所需要的未表示。第一收发信机TRX1可以通过从第一收发信机上的接线端子40释放同轴电缆14并把它连接到提升模块上的一个输出接线端子62而被提升模块12所替换。在剩余的收发信机TRX2上的同轴电缆15也被连接到在提升模块12(见图4中B)上的一个输入接线端子52。当收发信机模块TRX1由提升模块12所代替时，对于底板无修改的必要，在下文将变得更清楚。
图5是表示带有提升模块12的功率调整环结构的一个电路图。相同的数字表示和图3相同的部件。
提升模块12含有提供提升的信号Vboost的一个射频放大器18。功率放大电路4含有两个峰值检测器20中的第一个。两个峰值检测器中的第二个22被连接在射频放大器之后的提升电路12中。一部分提升信号Vboost经由一个耦合器58被连接到第二检测器22内。在所述的实施例中，耦合器是边沿耦合的，平行线路，微带混合方向的耦合器，尽管其它的实现也是可能的。提升信号Vboost的主要分量经由一个环流器60被提供给输出接线端子62用于供电给滤波电路。第二检测电路22提供一个检测电压电平VBDET，它代表射频提升信号Vboost的峰值电压。从第二检测电路22输出的信号经由同轴电缆14被传送回到功率放大器4的功率调整电路***30，34。
同轴电缆14提供来自功率放大器4的放大信号Vamp给提升器12并将来自提升器12的提升信号的检测电平VBDET返回到TRX2。
这通过使用一个射频扼流圈54，例如一个电感或四分之一波长轨迹(quarter wave track)，及电容50和51来实现。射频扼流圈54和电容51串联地被连接在输入接线端子52和地之间。电容50被连接在输入接线端子52和射频提升放大器18之间。检测电平VBDET在它连接到电容51处被提供给射频扼流圈54。
应该理解，检测电平VBDET化很慢并且可能在一个恒定的d.c.电平维持一段时间。它的变化频率与TDMA短促脉冲串的脉冲串频率有关。在任何情况下，一个电容表示对检测电平VBDET开路，而射频扼流圈表示一个低电阻的通路。因此，检测电平通过射频扼流圈54，经由同轴电缆14被传送到收发信机TRX2的输出53。借助于电容50防止影响射频放大器18。一个相类似的射频扼流圈和电容布置被提供于TRX的功率放大级4b以接收检测电平VBDET。因此，一个电容63防止检测电平反馈到功率放大器28，而一个射频扼流圈56将它沿着线路42传送到前置放大级4a。
导线42被馈送到前置放大级4a以把提升的信号VBDET的检测电平供给三端开关36的一个输入端。开关36的第二输入端接收来自如上文参照图3所述的初始功率调整环的放大信号的检测电平Vdet。
如果提升器被安装，在前置放大级4a内的开关36用于把来自第一检测电路20的输出Vdet或者来自第二检测电路22的输出VBDET施加给积分电路34。一个控制信号38决定把哪个输入施加于积分电路34。控制信号通过检测提升器的存在可以被手动或自动地产生。
因此，利用如图5中说明的电路***，当提升器不存在时，功率放大信号Vamp的电平经由由第一检测电路20，积分电路34和衰减电路30构成的功率调整环控制并在TRX的输出节点53被产生以提供给AFE模块3。当提升模块12存在时，提升功率信号Vboost的电平经由包括第二检测电路22，以射频扼流圈54形式的传送电路，以射频扼流圈56形式的接收电路，积分电路34和衰减电路30的功率调整环来控制。调整的提升功率信号Vboost随后在提升器的输出接线端子62上被提供给AFE模块3。
同轴电缆14用于将提升信号的检测电平传输回到放大级4a，4b。同轴电缆也被用于把功率放大信号Vamp传送到提升模块12。信号Vamp对于GSM标准在900MHz数量级的射频频率上(其它频率应用在其它标准上)，并因此不能通过射频扼流圈54，56。由此这些防止了射频信号Vamp向下传向导线42或影响第二检测电路22。电容50，63由于它的高频将让射频信号通过。因此同轴电缆14对于放大的射频信号Vamp和d.c.检测电平VBDET两个都提供了传输通路。由此，功率调整环可以用简单而有效的方式被闭合。尤其，当提升模块12代替收发信机模块TRX1时不要求对架11的底板作任何修改。
上文所述的***利用了在收发信机的输出和提升器的输入之间现有的电缆连接，因此在BTS上使得对其它模块的改变最小。噪声检出的可能性是最小的，因为反馈通路被保持在一条同轴电缆内而且不通过附近的任何高速数字信号线路。上文所述的***具有在BTS内的提升模块。然而有可能把提升模块从BTS移到，例如，杆顶，增加同轴电缆的长度。任何传播延迟的影响将必须被考虑到。
在上文所述的***中，提升信号的检测电压电平作为一个模拟电压被反馈到功率调整环。相反，它可能以将增加信噪比的数字化形式被反馈，但需要利用一个A到D的转换器。
其中在提升器内检测电路的电压输出可以被反馈到前置放大器的另一种方式是假设它被调制到一个载频上。例如，这可以采取在提升器内产生的100MHz FM调制载波，借助于一个双工器发射到同轴电缆上而通过另一个双工器在同轴电缆的另一端提取的形式。随后这个载波可以被解调并且原来的检测电路信号被复原。根据在主载波频率和反馈载波频率之间的差，可能需要一个双工滤波器去多路复用这些信号以取代上文所述的扼流圈***。

Claims (8)

1.一种用于基收发信机***的功率调整环，包括：
第一放大电路***，被连接以接收一个射频输入信号和提供一个第一放大信号给一个输出节点；
第一检测电路，用于检测所述的第一放大信号并是可连接的以依据第一放大信号的检测电平修正第一放大电路***的放大系数；
开关电路，具有连接到第一检测电路的第一输入和连接到用于接收第二放大信号的一个检测电平的装置的一个第二输入，开关是可控制的以选择第一或第二输入，其中当第二输入被选择时第一放大电路的放大系数根据第二放大信号的检测电平被修正。
2.如权利要求1所述的功率调整环，其中输出节点被连接到传送来自第一放大电路的第一放大信号并将第二放大信号的检测电平提供到输出节点的同轴电缆。
3.根据权利要求1或2的功率调整环，它包括连接到输出节点的一个提升模块，该提升模块包括用于产生第二放大信号的一个提压放大器。
4.根据权利要求3的功率调整环，其中提升模块包括用于提供第二放大信号的检测电平的一个检测电路。
5.根据前述任意一项权利要求的功率调整环，其中用于接收第二放大信号的检测电平的装置包括用于传送一个低频信号而防止高频的第一放大信号通过的一个装置。
6.根据权利要求3或4的功率调整环，其中提升模块包括用于传送第二放大信号的检测电平到输出节点的装置，该传送装置包括用于传送第二放大信号的低频检测电平而防止高频的射频输入通过的一个装置。
7.一种用于在一个移动通信网中的基发射机***的收发信机模块，包括：
连接的以接收一个射频输入信号的一个输入节点；
连接到输入节点并提供一个第一放大信号给一个输出节点的第一放大电路；
第一检测电路***，用于检测所述的第一放大信号并是可连接的以根据第一放大信号的检测电平修正第一放大电路的放大系数；
开关电路***，具有连接到第一检测电路的第一输入和连接到用于接收第二放大信号检测电平的装置的第二输入，开关是可控制的以选择第一或第二输入，其中当第二输入被选择时第一放大电路***的放大系数根据第二放大信号的检测电平被修正。
8.一种用于基收发信机***的提升模块包括：
用于接收一个第一放大信号的一个输入节点；
用于从放大信号产生提升信号的一个提升放大器；
用于检测提升信号及用于产生提升信号检测电平的一个检测电路；以及
用于经由提升模块的输入节点传送提升信号的检测电平到一个功率调整环的装置。
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