CN1304259A - 产生代表发射射频功率的基带信号的方法、装置及发射台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种产生代表由发射台发射的功率的基带信号(Vp)用的方法。该基带信号尤其用来控制发射台的发射功率。按照本发明,提取发射台发射的射频信号S的一部分(S’),然后将所述一部分(S’)与其本身混频,以产生至少带有直流分量的电压信号(S”)。然后对电压信号S”进行过滤,最后利用对数函数进行放大。本申请书的主要领域:移动无线电电信***。

Description

产生代表发射射频功率的基带信号的方法、装置及发射台
本发明涉及产生代表由发射台发射的功率的基带信号用的方法。本发明的主要用途是在移动无线电电信***的领域。
移动无线电***目前已由3GPP(第三代伙伴关系项目-3rdGeneration Partnership Project)委员会标准化了。用于这种***的CDMA(码分多址)技术包括对每一个符号的调制如下：
在频谱扩展阶段期间用扩展码调制符号，以便形成脉冲流，在传统上用术语“码片”表示每一个脉冲。
然后每一个码片通过成型滤波器，然后在无线电调制阶段期间用射频载波调制；每一个符号用能量Es发射，该能量是这个符号中每一个码片的能量Ec与表示每个符号的脉冲数的扩展因数的乘积。
按照CDMA技术工作的移动台概略地示于图1。它包括产生待发射的符号的信息源100、频谱扩展装置102、无线电调制装置104和天线106。
在现有技术的其余描述中，假定数据发射台是移动无线电***的移动台，而同一***中的数据接收站是基站。另外，假定几个移动台同时向至少一个基站发射。利用CDMA技术，几个移动台可以同时在相同的载波频率上发射。若以大致相等的Es/I比率值接收来自移动台的信号，则在基站可以接收，其中I表示当时在通信中考虑的移动台以外的移动台产生的干扰电平。在本说明书的其余部分，在3GPP委员会规范中定义的这个比率的量度用SIR(信号干扰比)表示。因此，来自移动台的信号应该用彼此相等的大体恒定的SIR接收。实际上，来自不提供相同业务(电话、数据传输等)的两个移动台的信号不必以相等的SIR接收。这就是为什么基站对于每一个移动台都有一个表示为SIRtarget的目标SIR的原因。对于提供相同业务的移动台，所述比率SIRtarget相同。因此，每一个移动台应该以大致等于与相关的移动台相联系的SIRtarget的SIR被基站接收。
为了达到这一点，符号的发射分成时隙。每一个时隙除数据符号以外还包含导引符号。对于每一个时隙，基站在接收时尤其是利用导引符号来估计SIR，并向移动台发射TPC(发射功率控制)命令。在下一个时隙之前，TPC命令被移动台接收并解调。移动台随着这个命令的值用反馈回路增大或减小它的发射功率。这个功率一般用分贝表示。
为了使移动台更好地控制它的发射功率，它们的发射功率范围必须非常大，例如大约80分贝，而且它们必须能够以相当好的分辨率，例如约1分贝修正它。若来自所有移动台的信号都以大致等于相应的SIRtarget被接收，则移动台必须以与分隔接收站和发射台的距离成正比的功率发射，以便精确地补偿路径造成的衰减。在不使用CDMA技术的***中，例如在GSM网络中，接近基站的移动台可以在不干扰来自其它移动台的信号接收的情况下“非常强地”发射。这在CDMA中是不可能的，因为这个移动台会防碍接收使用相同的射频载波频率的其它移动台。
因此，在产生代表来自移动台的发射功率的符号之前，移动台必须确定它的发射功率。有几种已知的方法来做到这一点。每一种已知的方法都可以用于与无线电调制器104输出的射频信号S一部分对应的射频信号S’。例如，射频信号S’从与无线电调制器104输出端相连的无源耦合器输出。
第一种方法包括用包络检波装置处理无源耦合器输出的射频信号。这个包络检波装置是通过把偏压二极管和低通滤波器串联起来而形成的。这个方法的主要缺点是所产生的信号只代表具有恒定包络的无线电调制的发射功率。因此，无法用于使用具有非恒定包络的无线电调制的3GPP委员会***。此外，它无法用来处理非常高的功率范围。对于非常低的发射功率，与耦合的射频信号对应的电流与通过该二极管偏置电阻的偏置电流相比可以忽略不计。因此不可能把二极管整流的电流与它的偏置电流区分开。
第二种方法包括用完成与无线电调制***相反功能的无线电解调***对射频信号S’进行解调。但是，加上这种类型的无线电解调***有若干缺点，就成本、尺寸和能耗而言尤为如此。
第三种方法包括用一种可以在高频下工作的对数放大器来处理射频信号S’。但是，这种类型的对数放大器的使用复杂，因而昂贵。
所以，本发明的目的是建议一种能够产生代表发射台发射的射频信号功率的基带信号的方法和装置，这个基带信号可以用来在宽动态范围内控制来自发射台的发射功率，而同时保持良好的分辨率。
于是，本发明的一个要点是一种产生代表发射台所发射的射频信号的发射功率的基带信号的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
提取所述发射台发射的所述射频信号的一部分；
把射频信号的所述一部分与它本身混频产生至少带有一个直流分量的电压信号；
对所述电压信号进行滤波，以便只保留所述电压信号的直流分量；并
利用对数函数放大所述滤波后的电压信号，
来产生代表所述发射台发射的所述射频信号的发射功率的所述基带信号。
按照第一实施例，电压信号的滤波步骤利用低通滤波器进行，而利用对数函数的放大步骤利用对数放大器进行。
按照第二实施例，电压信号的滤波步骤和利用对数函数的放大步骤用同一个对数放大器进行。
最好，该方法在利用CDMA类型的多址技术的电信***的发射台中实现。
本发明的另一个要点是产生代表发射台发射的射频信号发射功率的基带信号用的装置，其特征在于所述装置包括：
无源耦合器，用来提取所述发射台发射的射频信号的一部分；
混频器，用来把所述发射台发射的射频信号的所述一部分与它本身混频，以产生至少包括一个直流分量的电压信号；和
对数放大器，
以便从所述电压信号产生代表所述发射台发射的所述射频信号的发射功率的所述基带信号。
最好，所述装置还包括处于所述混频器和所述对数放大器之间的低通滤波器，以便只允许所述混频器输出的电压信号的直流分量通过。
本发明的另一个要点是包括类似上述装置的装置的发射台和包括至少一个这样的发射台的电信***，所述电信***在至少一个属于包括以下组件的组的电信网络中实现：
GSM(全球移动***)电信网络；
PCS(个人通信***)电信网络；
UMTS(通用移动电信***)电信网络。
参照附图阅读以下描述之后，本发明的特征和优点将变得更加清晰。附图中：
图1，已经描述，代表已知发射台的方框图；
图2代表实现本发明的装置；
图3代表图2装置的一个不同的实施例。
图2表示用来实现按照本发明的方法的装置的示意图。这个装置放在图1的发射台中。还要认为这个站以功率P发射射频信号S。
按照本发明的装置首先包括无源耦合器200，后者以功率α.P从射频信号S提取射频信号S’。射频信号S’输入模块202。这个模块包括一个把射频信号S’与它本身混频用的混频器204。在3GPP委员会建议的移动无线电***中，射频信号S(或者S’)在1.920和1.980GHz之间的载波频率Fc附近占用5MHz的频带。
射频信号S”按照以下关系从混频器204输出：
S”(t)=β.S’(t).S’(t)
式中β代表混频器204的转换增益，因为信号S’是实数，所以我们有S’(t)=S’*(t)，并因而当β等于1时：
S”(t)=｜S’(t)｜2
因此，信号S”代表信号S’的瞬间功率，因而也代表信号S的瞬间功率。更具体地说，信号S”的直流分量代表射频信号S’的功率。这个直流分量是利用低通滤波器206提取的。对于3GPP委员会所建议的移动无线电***，低通滤波器3分贝处的截止频率一般约为2kHz。请注意，于是时隙的长度约等于666.7μm(微秒)(就是说时隙的频率为1.5kHz)。所以，为了获得在每一个时隙期间发射的功率的估计值，需要使用具有与时隙频率同一数量级的截止频率的低通滤波器。
然后把以瓦或多刻度例如以mW(毫瓦)为单位表示的代表射频信号S的发射功率的低通滤波器206输出的电压信号施加在对数放大器208的输入端上。这个对数放大器的主要功能之一是产生以对数刻度表示发射功率的量值Vp，例如以dBm而不再以mW为单位，正如在低通滤波器206的输出信号上可以看到的。这种对数放大器有个好处，就是输入功率的动态范围宽，例如约80dB。
请注意，在按照本发明的装置中使用的对数放大器208，其复杂性比先有技术已知解决方案所用的对数放大器小得多。该装置对在基带上，因而在例如约1kHz的小带宽的输入信号上起作用。换句话说，对数放大器208至少在低频下工作。对数放大器208输出处得到的信号代表例如以dBm为单位表示的、换句话说以mW为单位表示的发射功率的对数表示的发射功率。于是，所得到的信号输入到例如控制发射台的发射功率的反馈回路。
这种类型的装置具有特别的优点，就是它能够提供作为发射的射频信号S的发射功率的函数而大致线性变化的基带信号。
这种类型的装置可以用在任何类型的发射台，尤其是移动无线电电信***的基站和/或移动台。
尤其是，该移动无线电电信***可以用于一个或多个GSM,PCS和/或UMTS类型的电信网络。
如图3所示，一个不同的实施例可以在模块302中包括截止频率足够低的对数放大器208。这种类型的截止频率足够低的对数放大器208使取消模块202(见图2)中的低通滤波器206成为可能。

Claims (10)

1．一种产生代表发射台所发射的射频信号(S)的发射功率的基带信号(Vp)的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
从所述发射台发射的所述射频信号(S)提取一部分(S’)；
把所述一部分射频信号(S’)与它本身混频，产生至少带有一个直流分量的电压信号(S”)；
对所述电压信号(S”)进行滤波，以便只保留所述电压信号的直流分量；并
利用对数函数放大所述滤波后的电压信号，
来产生代表所述发射台发射的所述射频信号的发射功率的所述基带信号(Vp)。
2．按照权利要求1的方法，其特征在于，所述电压信号(S”)的滤波步骤和所述利用对数函数的放大步骤用同一个对数放大器(208)进行。
3．按照权利要求1的方法，其特征在于，所述电压信号(S”)的滤波步骤利用低通滤波器(206)进行，而所述利用对数函数的放大步骤利用对数放大器(208)进行。
4．按照权利要求1至3中任何一个方法，其特征在于所述方法在利用CDMA类型的多址技术的电信***内的发射台中实现。
5．按照权利要求1至4中任何一个方法的、用于控制发射台发射功率的应用，其特征在于由所述方法产生的基带信号提供给控制所述发射台的发射功率的反馈回路。
6．一种产生代表发射台发射的射频信号(S)发射功率的基带信号(Vp)用的装置，其特征在于所述装置包括：
无源耦合器(200)，用来提取所述发射台发射的射频信号(S)的一部分(S’)；
混频器(204)，用来把所述发射台发射的射频信号(S)的所述一部分(S’)与它本身混频，以产生至少包括一个直流分量的电压信号(S”)；和对数放大器(208)，
以便从所述电压信号(S”)产生代表所述发射台发射的所述射频信号(S)的发射功率的所述基带信号(Vp)。
7. 按照权利要求6的装置，其特征在于所述装置还包括处于所述混频器(204)和所述对数放大器(208)之间的低通滤波器(206)，以便只允许所述混频器(204)输出的电压信号(S”)的直流分量通过。
8．一种电信***内的发射台，其特征在于所述发射台包括按照权利要求6或7的装置。
9．按照权利要求8的发射台，其特征在于所述发射台是所述电信***内的基站或移动台。
10．包括至少一个按照权利要求8或9的发射台的电信***，其特征在于，它在至少一个属于包括以下部分的组的电信网络中实现：
GSM电信网络；
PCS电信网络；
UMTS电信网络。
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