CN1784837B - 设定移动通信设备的发射功率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在设定移动通信设备的发射功率的方法中，尤其是对于UMTS，以高的精度和良好的信噪比设定当时要求的发射功率。数字信号I，在施加到输出天线(7)上的信号的发射功率测量值与根据来自基站(12)的功率命令的发射功率期望值结果之间的差，用这种方式它们一起产生期望的发射功率。

Description

设定移动通信设备的发射功率的方法和装置 

技术领域

本发明涉及一种设定移动通信设备的发射功率的方法和装置，尤其是对于UMTS(通用移动电信***)***。 

背景技术

在移动通信***中，尤其是在UMTS***中，要求很准确地设定移动通信设备的发射功率。移动通信***的基站通常指定移动通信设备在任何给定时间以多大功率进行发射。在UMTS***中，对发射功率规定±0.5dB的相对精度。 

对于传统的模拟放大器，通过复杂和昂贵的电路以及复杂和昂贵的校准过程最多只可以确保这种精度，并且只是在有限的温度范围内。 

发明内容

本发明的目的是规定一种在开头段落中所述类型的方法和装置，利用该方法和装置，对于在任何给定时间上所要求的发射功率可以确保高的精度、优良的信噪比。 

根据本发明，关于该方法，借助于权利要求1的特征来达到上述目的，而关于该装置，借助于权利要求7的特征来达到上述目的。 

通过组合数字和模拟放大，可以准确地设定发射功率而无论其为高还是为低，从而使得它的相对精度甚至能够满足UMTS在宽的动态范围内的严格要求，昂贵的模拟放大器是不需要的，采用了基于数字放大以及数字放大对在工作电压和温度中波动的不敏感性所获得的高的相对精度。 

从从属权利要求2至5中可以看到优选实施例。 

总增益是由数字增益和模拟增益组成的这一事实使得有可能以容易的方式执行模拟放大器的自校准，正如在权利要求6中所述的。从属权利要求8和9涉及本发明的实施例。 

根据下文所述的实施例，本发明的这些和其它方面是显而易见的，并将参考下文所述的实施例对其进行阐明。 

附图说明

在附图中： 

图1是涉及在移动通信设备中设定发射功率的框图。 

图2示出属于移动通信设备的数字式两级放大器的结构，和 

图3是对应于图1并涉及自校准过程的方框电路图。 

具体实施方式

在移动通信设备中，数字数据源1使要发射的信息变得可用，该信息是以复值的形式作为两个数字信号I₁和Q₁。在数字放大器8中放大该数字信号I₁和Q₁以给出信号I₂和Q₂，并且通过数-模转换器2把这些信号转换为模拟信号I₃和Q₃。在调制器3中把后者调制在载波频率f_T上，从而给出一个调制的模拟信号X₃。不需要调制到中频上。 

在模拟放大器4(参见图1)中或者在串联连接的多个模拟放大器4(参见图3)中放大所调制的模拟信号X₃以给出信号X₄，在此情况中根据时间上的要求，模拟增益甚至可以小于1。模拟信号X₄被馈送给功率输出级6，并作为信号z(t)被施加到移动通信设备的天线7上。 

借助于由属于移动通信设备的微控制器构成的控制电路5，数字放大器8的增益因子可以经由控制线g₁和g₂来设定，并且模拟放大器4的增益因子可以经由控制线g₃(参见图1)或者经由控制线g₃、g₄、g₅ (参见图3)来设定。功率传感器9测量施加到天线7上的信号z(t)的实际发射功率，并把给出这个信息的相应信号p(t)发送到控制电路5。从通过上行链路从移动通信设备接收所发射的信号的那个基站12发射当时发射功率的期望值，该发射是通过到移动通信设备的下行链路执行的。基站12指定对发射功率需要或期望的变化。传统双工器13从下行链路信号中分离出上行链路信号，并通过接收路径14将其馈送给控制电路5。 

根据发射信号的期望值和发射信号的实际值，控制电路5确定当时在工作环境下在数字放大器8和模拟放大器4或放大器组4上要设定的增益因子。 

通过控制电路5，当时要求的发射功率所需的总增益在数字放大器8和模拟放大器/放大器组4之间进行分配。 

为了优化施加到天线7上的发射信号的信噪比，总增益的大部分被分配给数字放大器8，数-模转换器2的动态范围被最大可能程度地利用。在模拟放大器4或模拟放大器组4上设定尽可能低的增益因子，数字和模拟增益的电平的总和准确地产生了当时由基站12要求的发射功率的期望电平。在这种情况下控制电路5以这样一种方式控制数字放大器8，即充分改变信号I₁和Q₁的数字值，以允许在模拟放 大器或放大器组4中比较低的模拟增益，从而足以允许实现所要求的发射功率。用这种方式获得高信噪比。在特定数字增益因子中的改变可以是正的或负的。如果该变化是正的，那么进行某一实际的放大。如果该变化是负的，那么会发生衰减。 

特定基站要求的发射功率的期望电平可能迅速升高或降低，例如在几毫秒内。控制电路5相应快速地改变数字和模拟增益。 

假定例如下述： 

a)由于来自基站12的用于期望的发射功率的信号，所以从先前的基本态开始要改变增益+12.5dB，以及 

b)仅仅以...10dB、12dB、14dB、16dB...的步阶(step)来控制模拟放大器4或模拟放大器组4，以及 

c)在基本态，数字放大器8仅仅能够衰减，因为它在数-模转换器的动态范围中以其最大增益被充分驱动。 

为了获得增益增加+12.5dB，模拟放大器4于是被设定为+14dB，而数字放大器8被设定为衰减-1.5dB。 

如果采用另一个实例而改变增益+12dB，那么在上述假定下，模拟放大器4将被设定为+12dB，而数字放大器被设定为0dB。 

当模拟放大器4的增益因子不具有线性范围的调整而是仅仅可以以步阶调整时，使用所述装置尤其有利。不同于当时期望的总增益的模拟增益因子可以由数字放大器8用这样的方式来补充，即以足够的精度设定期望的总增益。在这种情况下同样有利的事实在于，不同于模拟增益，数字增益不依赖于电压上的波动和温度上的波动。 

对于两个信号I₁、Q₁的各自之一，数字放大器8可以由各自的第一级15和15’以及各自的第二级16和16’构成(参见图2)。第一级15、15’被用于利用精细分级的(finely graduated)因子来设定高信号电平。第二级16、16’以较粗糙的分级进行工作。通过使用它们，当要求的信噪比降低时可获得低信号电平。这在UMTS中是有用的，例如如果要获得非常低的发射功率而同时在信噪比方面要满足不太严格的要求，以及如果模拟放大器4的动态范围被设计成小的以允许实现高信噪比的话。 

作为对图1的补充，在图3所示的装置中有串联连接的N＝3个可编程放大器4。确定数字增益和模拟增益的增益因子的参数被存储 在微控制器5中。用这样的方法是可能的，即以下面的方式对模拟放大器组执行自校准。当移动通信设备正在被制造时，自校准简化了模拟放大器或模拟放大器组4的校准。而且，即使在移动通信设备运行期间也可以反复进行自校准，这意味着在工作电压上的变化和在温度上的变化对发射功率的影响被补偿了。 

令N个可编程模拟放大器4的第v个的增益是：A_v[k_v]，其中k_v∈[1，...，n_v]，v∈[1，...，N]，以及其中k_v是第v个放大器的增益确定参数。 

令数字放大器的增益为：D[k]，其中k∈[1，...，m]，以及其中k是数字增益的增益确定参数。 

忽略数-模转换器2和调制器3的恒定影响，由各个增益组成的该增益因此是： 

$G=D\left[k\right]\underset{v=1}{\overset{N}{\mathrm{\Π}}}{A}_v\left[k_v\right]=\frac{z\left(t\right)}{x\left(t\right)}$

假定有一个数字放大器和四个模拟放大器，下面的表给出可能参数的例子。 

具有第一组参数k⁽¹⁾、k_v ⁽¹⁾的总增益将被指定为下面的G⁽¹⁾。具有第二组参数k⁽²⁾、k_v ⁽²⁾的总增益被指定为下面的G⁽²⁾。 

对于自校准，首先用第一组参数编程放大器以便获得的总增益为： 

             G⁽¹⁾＝D[k⁽¹⁾]·∏A_v[k_v ⁽¹⁾]。 

通过未校准的功率传感器9从z(t)测量从上述公式有效产生的输出功率。所获得的是M⁽¹⁾·G⁽¹⁾的测量增益，其中M⁽¹⁾是功率发射因子。 

随后编程第二组参数以用来产生同一总增益。因此所获得的为： 

           G⁽¹⁾＝G⁽²⁾＝D[k⁽²⁾]·∏A_v[k_v ⁽¹⁾] 

在这个等式中适用的是： 

k⁽¹⁾≠k⁽²⁾

k_v ⁽¹⁾＝k_v ⁽²⁾ 

v∈[1，N]\λ， 

k_λ ⁽¹⁾≠k_λ ⁽²⁾

其中λ在1和N之间。 

根据上面的表格，G⁽¹⁾例如可以是： 

           G⁽¹⁾＝D[5]·A₁[1]·A₂[1]·A₃[1]·A₄[1] 

               ＝1dB+0dB+0dB+0dB+0dB 

               ＝1dB. 

而G⁽²⁾可以是 

           G⁽²⁾＝D[0]·A₁[2]·A₂[1]·A₃[1]·A₄[1] 

               ＝0dB+1dB+0dB+0dB+0dB 

               ＝1dB， 

在这种情况下λ等于1。 

随后测量由第二组参数产生的输出功率。当做完这些时获得测量增益M⁽²⁾·G⁽²⁾。定义在这个测量和测量M⁽¹⁾·G⁽¹⁾之间的关系： 

$\frac{M^{\left(1\right)}{G}^{\left(1\right)}}{M^{\left(2\right)}{G}^{\left(2\right)}}\≈\frac{D\left[k^{\left(1\right)}\right]{\·A}_{\mathrm{\λ}}\left[k_{\mathrm{\λ}}^{\left(1\right)}\right]}{D\left[k^{\left(2\right)}\right]{\·A}_{\mathrm{\λ}}\left[k_{\mathrm{\λ}}^{\left(2\right)}\right]}$

由于G⁽¹⁾和G⁽²⁾被打算为近似相等，所以M⁽¹⁾和M⁽²⁾之间的测量差别可被忽略，并且因此可以认为M⁽¹⁾＝M⁽²⁾。 

由于

和被数字化实现，并且因此精确已知，所以可以表示比A_λ[k_λ ⁽¹⁾]/A_λ[k_λ ⁽²⁾]。 

如果在上述的实例2中，当根据G⁽¹⁾设定参数时测量为1dB，并且当根据G⁽²⁾设定参数时测量为1.2dB，则这标志着在设定k₁＝2的参数时，模拟放大器A₍₁₎不是放大1dB的理论值而是1.2dB。然后这个值被输入修正表格中。下面的表格是这种修正表格的例子，在这种情况中其给出了在测量的增益和期望的增益之间的差ΔA_v。 

用同一方式把放大器所有其它可能的参数放置在相互关系式中。一旦如此，那么对于已经设定的给定的一组参数，在移动通信设备10中就可以存储给出为模拟放大器组4的参数k_v所确定的所有增益值的修正表(参见图3)，这仅仅在校准测量设备11的一个绝对(absolute)测量之后(参见图3)。参考这个表格，有可能作一个修正，该修正是在适当时并在数字放大器8的帮助下修正显示出差别的模拟增益。最后的结果是，放大器因此每次以这样的方式来设定，也就是即使当模拟放大器组受温度变化或工作电压变化的影响时也获得期望的发射功率。重新校准，即表格的调整可以偶尔或周期性进行。 

自校准也可以以下列方式进行： 

如上所述，设定第一总增益G⁽¹⁾并通过功率传感器9测量M⁽¹⁾G⁽¹⁾。然后设定已更改参数的第二总增益，并且直到对G⁽²⁾测量的功率M⁽²⁾G⁽²⁾ 与第一测量M⁽¹⁾G⁽¹⁾完全一致时才改变数字增益D⁽²⁾。如果例如在这种情况下模拟增益A₁[2]不是如理论上所应该的1dB而是1.25dB，那么在 这个过程中将数字增益D[2]改变-0.25dB，从而给出1dB。于是在修正表中可以进行输入，以指示A₁[2]不是1dB而是1.25dB。利用这个过程补偿了可能发生的功率的任何非线性测量，并且以更高的精度固定了增益电平的比G⁽²⁾/G⁽¹⁾。 

当仅仅要设定很低的发射电平时，在UMTS中对于数字放大产生另一个用途。在这种情况下，UMTS标准降低了信噪比所要满足的要求，这意味着模-数转换器不再必须被充分调制以满足它们。因为与在模拟放大器组4中相比，在数字放大器8中可以更廉价且以更高的精度产生附加的衰减，因此可以扩大数字放大器的调整范围以覆盖较小的因子。 

在前述例子中可以如下完成非常低发射电平(例如-20dB)的设定。设定模拟放大器或模拟放大器组为它们的最低增益(0dB)，并且把数字放大器8(参见图2)设定为-20dB。在这种情况下，这个值划分为粗略分级(coarsely graduated)因子(g₂＝4→2⁴，相应于-24dB)和精细分级因子(来自第一个表的+4dB)。 

Claims (10)

1.一种设定移动通信设备的发射功率的方法，其特征在于，

首先通过可控数字放大器(8)把来自属于移动通信设备的数据源(1)的数字信号(I₁，Q₁)放大/衰减数字增益因子，

随后由数-模转换器把放大/衰减的数字信号(I₂，Q₂)转换为模拟信号(I₃，Q₃)，并且模拟信号(I₃，Q₃)被调制到载波频率(f_T)上以得到调频模拟信号(X₃)，

在至少一个可控模拟放大器(4)中把调频模拟信号(X₃)放大模拟增益因子，和

控制数字增益因子和模拟增益因子，以作为在当前发射功率测量值的信号(p(t))和当前来自基站(12)的发射功率期望的值的信号之间差的函数，用这种方式数字增益因子和模拟增益因子一起产生期望的发射功率。

2.如在权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述移动通信设备是通用移动电信***UMTS。

3.如在权利要求1中所述的方法，其特征在于，用仅仅被分配给当前要求的总增益的一部分这样的方式控制数字增益因子，并且用被分配给总增益的剩余部分这样的方式控制模拟增益因子。

4.如在权利要求1中所述的方法，其特征在于，以这样一种方式控制数字增益因子，即在当前应用增益的情况下，用尽可能大的一个值调制数-模转换器到最大可能的程度。

5.如在权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，分步控制模拟增益因子。

6.如在权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，分两步来应用数字增益因子，在第一步中通过精细分级因子准确设定信号电平，以及在第二步中用较粗略的分级因子以降低的信噪比设定信号电平。

7.如在权利要求1-4中任何一项所述的方法，其特征在于，对所述至少一个可控模拟放大器(4)执行自校准过程，其中产生同一总增益的数字增益因子和模拟增益因子被改变，以及所得的数字增益因子和模拟增益因子被存储并被用于修正所述至少一个可控模拟放大器(4)的模拟增益因子。

8.一种设定移动通信设备的发射功率的装置，其特征在于，

可控数字放大器(8)被提供以用于来自属于移动通信设备的数据源(1)的数字信号(I₁，Q₁)，并且把数字信号(I₁，Q₁)放大/衰减后得到新的数字信号(I₂，Q₂)，

可控数字放大器(8)具有数-模转换器和连接在其下游的频率调制器(3)，数-模转换器把新的数字信号(I₂，Q₂)转换为模拟信号(I₃，Q₃)并且频率调制器(3)将模拟信号(I₃，Q₃)调制到载波频率(f_T)以得到调频模拟信号(X₃)，

一个或多个可控模拟放大器(4)被提供以放大调频模拟信号(X₃)，和

控制电路(5)控制可控数字放大器(8)和所述一个或多个可控模拟放大器(4)以给出期望的发射功率，以作为给出发射功率测量值的信号(p(t))与当前来自基站(12)的发射功率期望的值的信号之间的偏差的函数。

9.如在权利要求8中所述的装置，其特征在于，所述移动通信设备是通用移动电信***UMTS。

10.如在权利要求8-9中任何一项所述的装置，其特征在于，未校准的功率传感器(9)检测发射功率，并作为测量值使它可由控制电路(5)使用。

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