用於移動通訊系統終端設備中的發射功率控制器的製作方法
2023-07-13 19:35:46 1
專利名稱：用於移動通訊系統終端設備中的發射功率控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一個用於移動通訊系統終端設備中的發射功率控制器。
用來把最大平均功率控制在低於一定值的範圍內的控制電路一般包括在常規模擬FM(頻率調製)系統的移動通信終端設備中稱為ALC(自動電平控制)電路，其中該一定值規定在無線電相關法規中。
圖4例舉出這個電路的方案。
VCXO(電壓控制晶體振蕩器)21產生一個用調製信號的頻率調製的IF(中頻)頻率信號。
帶通濾波器23對VCXO 21的輸出信號限制一個帶寬以便消除不期望的波形並且允許期望頻率的中頻信號通過。
中頻放大器24放大帶通濾波器23輸出的中頻信號。帶通濾波器25對中頻放大器24的輸出信號限制一個帶寬以便消除不期望的波形並且允許期望頻率的中頻信號通過。
混頻器26混頻從帶通濾波器25輸出的中頻信號和本地振蕩器27輸出的本地信號以變換中頻信號到一個RF(射頻)信號。
帶通濾波器28對混頻器26輸出的信號限制一個帶寬以便消除不期望的波形並且允許期望頻率的射頻信號通過。這個從帶通濾波器28輸出的射頻信號在發射功率放大器29進行功率放大，然後作為一個發射無線電波從天線30輻射。
分路濾波器31部分地隔離從發射功率放大器29輸出的信號。檢波器32檢測由分路濾波器31從發射功率放大器29輸出的信號。平滑電路33平滑從檢波器32輸出的信號。因此獲得的是一個相當於來自包括圖4中發射功率控制器的移動通信終端設備的平均發射功率。
另一方面，閾值設置電路34以一個閾值數據信號為基礎輸出一個相當於無線電相關法規所規定的最大平均發射功率。
電壓比較器35比較從平滑電路33輸出的電壓與從閾值設置電路34輸出的閾值電壓。
一個負反饋控制進一步被執行以致於通過調節電源電壓控制器36的電源電壓、偏置電壓和發射功率放大器29等這一類電壓，利用一個允許的最大平均發射功率來均衡平均發射功率。
上面描述的是常規模擬調頻系統的移動通信終端設備中發射功率控制器(ALC電路)的工作。
CDMA(碼分多址)是最近提出的一種作為用於下一代移動通信終端設備的技術。
為了克服在CDMA系統中的近-遠的問題，必須在一定範圍內精確地控制移動通信終端設備的發射功率，以致於從屬於相同小區的移動通信終端設備發射的無線電波能夠以實質上同樣電平到達一個基站。該控制的範圍比80dB寬，以及控制精度是1dB。
然而，要通過如圖4所示的ALC電路實現複雜的發射功率控制是不可能的。
為了克服這樣的問題，一種精確地調節可變增益放大器的控制電壓的方法被採用，該可變增益放大器工作在具有寬動態範圍的中頻級。現有射頻微器件公司(RF Micro Device Inc.)的「RF 2609」被認為是一種好的可變增益放大器的例子。
圖5顯示了具有可變增益放大器的發射功率控制器的方案實例。在CDMA中使用正交調製器41替代模擬調頻系統的移動通信終端設備中的VCXO，因為採用的調製方法是QPSK(四相移鍵控)和偏移QPSK。
正交調製器41具有兩個基帶輸入信號一個同相位分量(I-信號)；和一個正交分量(Q-信號)。正交調製器41利用I-信號和Q-信號調製本地振蕩器42輸出的本地信號以產生一個中頻信號。
帶通濾波器43限制正交調製器41輸出信號的帶寬以消除不期望的波形而獲得一個具有期望頻率的中頻信號。
可變增益放大器44放大從帶通濾波器43輸出的該中頻信號。帶通濾波器45限制可變增益放大器44輸出信號的帶寬以消除不期望的波形而允許具有期望頻率的中頻信號通過。
混頻器46混頻從帶通濾波器45輸出的中頻信號與本地振蕩器47輸出的本地信號以變換中頻信號到一個射頻信號。
帶通濾波器48對混頻器46輸出的信號限制一個帶寬以便消除不期望的波形並且允許期望頻率的射頻信號通過。這個從帶通濾波器48輸出的射頻信號在發射功率放大器49進行功率放大，然後作為一個發射無線電波從天線50輻射。
不象圖4中的情況，圖5的電路沒有使用ALC電路。替代地，圖5的電路包括為可變增益放大器44產生一個控制電壓的D/A變換器57和為D/A變換器57提供數據的控制器56。
在CDMA系統中實現的兩種類型發射功率控制是開環功率控制和閉環功率控制。在開環功率控制中，移動通信終端設備監視來自一個基站的發射功率。如果該發射功率相對較高，該移動通信終端設備判定該終端位於該基站附近並且降低它本身的發射功率。如果該發射功率相對較低，該移動通信終端設備判定該終端遠離該基站並且提高它本身的發射功率。(一個此時由沒有描述的移動通信終端設備的CPU在控制器56中設置的功率控制信號被稱為開環功率控制信號)。
在閉環功率控制中，基站監視來自移動通信終端設備的發射功率。基站發射給移動通信終端設備一個控制信號用於在該發射功率相對較高時降低發射功率，以及在該發射功率相對較低時提高發射功率。該移動通信終端設備利用一定的變化量如依照控制信號的1dB梯階周期地改變發射功率的控制值。(一個從基站發射到移動通信終端設備的功率控制信號被稱為總功率控制信號)。
開環功率控制與閉環功率控制可以共同存在於包括可逆計數器61的控制器56中，如圖6所示。
前述總功率控制信號是一個1比特位的信號。當該信號具有「1」值時，該信號指示提高發射功率。當該信號具有「0」值時，該信號指示降低發射功率。總功率控制信號經過控制器56的TPC(總功率控制)端饋送給可逆計數器61的U/DB端。
可逆計數器61周期地與饋送到CK端的時鐘同步地計數以及當輸入給U/DB端的是「1」或「0」時遞增計數或遞減計數。可逆計數器61從Dout端以數字數據形式輸出其計數值。D/A變換器57變換這個輸出數據到模擬信號並且輸出該模擬信號作為一個控制信號給可變增益放大器44。
從D/A變換器57輸出的控制電壓控制可變增益放大器44的增益，它依次控制移動通信終端設備的發射功率。
可逆計數器61在一個加載信號給到LOAD時，它加載從Din端饋入的開環功率控制信號，並且從Dout端以數字數據形式輸出一個計數值相當於用控制信號表示的功率控制值。D/A變換器57變換控制器56的輸出數據到一個模擬信號並且輸出該模擬信號作為類似於上述可變增益放大器44的控制信號。
上面所描述的是在CDMA系統的移動通信終端設備中常規發射功率控制器的工作。
圖5的發射功率控制器帶來下述缺點。
(1)當移動通信終端設備遠離基站時，在基站檢測的移動通信終端設備的發射功率變低。然後，基站發射一個總功率控制信號指示增加發射功率。因此，如果移動通信終端設備距離基站非常遠，用於增加發射功率的閉環功率控制可能是過度地執行。結果，有時從移動通信終端設備可能輸出超過允許最大平均發射功率的發射功率。在這種情況下，雖然移動通信終端設備滿足了基站的要求但是它違反了無線電相關法規的規定。這種情況下其工作還可能干擾相鄰的基站。
(2)當移動通信終端設備遠離基站時，在移動通信終端設備檢測的基站的發射功率變低。然後，移動通信終端設備的CPU輸出一個開環功率控制信號指示增加發射功率。因此，如果移動通信終端設備距離基站非常遠，用於增加發射功率的開環功率控制可能是過度地執行。結果，與閉環功率控制情況下同樣的缺點發生。
(3)可變增益放大器的增益依賴周圍溫度而變化。則即使總功率控制信號或者開環功率控制信號合適期望的發射功率也不能獲得。結果，與閉環功率控制情況下同樣的缺點發生。
為了克服上述缺點，而作出本發明，相應地其目的是提供一種能夠抑制平均發射功率低於無線電相關法規所規定的最大平均發射功率的發射功率控制器。該發射功率控制器適合於一種需要用相對精確(用1dB的梯階並且對於分貝單位是線性的)在寬範圍內(約80dB)控制其發射功率的移動通信終端設備，以便在CDMA系統中的克服遠-近問題。
根據本發明的第一方面，在此提供的一種用在移動通信終端設備中的發射功率控制器，包括一個安排在發射機中的可變增益裝置，用來放大發射信號；一個用來判定來自移動通信終端設備的平均發射功率是高於還是低於允許的最大平均發射功率的判定裝置；以及一個控制裝置，它用來控制可變增益裝置的增益以致於如果平均發射功率高於允許的最大平均發射功率就降低發射功率。
在這個發射功率控制器中，可變增益裝置可以放大一中頻信號，其中該中頻信號是該發射信號。
在這個發射功率控制器中，該判定裝置可能有滯後的輸入-輸出特性。
該發射功率控制器還包括一個用來把判定裝置的判定結果發射給基站的裝置。
根據本發明的第二方面，在此提供的一種用在移動通信終端設備中的發射功率控制器，包括一個安排在發射機中的可變增益裝置，它用來放大發射信號；一個檢測電壓產生裝置，它通過檢測與平滑用於放大射頻信號的發射功率放大器輸出的分支部分，來產生一個相當於來自移動通信終端設備的平均發射功率的檢測電壓；一個閾值產生裝置，它用來產生一個相當於允許最大平均發射功率的閾值電壓；一個判定裝置，它通過比較檢測的電壓和閾值電壓，來判定來自移動通信終端設備的平均發射功率是高於還是低於允許的最大平均發射功率；以及一個用來產生控制電壓去控制可變增益裝置的增益的控制裝置，其特點在於該控制裝置控制上述控制電壓以致於如果平均發射功率由判定裝置確定高於允許的最大平均發射功率就降低可變增益裝置的增益。
在根據第一與第二方面的發射功率控制器中，可變增益裝置能夠放大一個中頻信號，其特點在於該中頻信號是發射信號。
在根據第一與第二方面的發射功率控制器中，該判定裝置可能有滯後的輸入-輸出特性。
根據第一與第二方面的發射功率控制器還可以包括一個用來發射判定裝置的判定結果給基站的裝置。
根據本發明的第三個方面，這裡提供一種用來控制移動通信終端設備發射功率的方法，包括如下步驟判定移動通信終端設備的平均發射功率是高於還是低於允許的最大平均發射功率；以及控制可變增益裝置的增益，以在平均發射功率高於允許的最大平均發射功率時降低發射功率，該可變增益裝置安排在移動通信終端設備中的發射機裡並且用來放大發射信號。
本發明的其它特點與優點從下面所提實施例的描述中將更清楚。
圖1是一個根據本發明的第一實施例顯示發射功率控制器的方框圖；圖2是一個圖1中控制器的方框圖；圖3是一個根據本發明的第二實施例顯示發射功率控制器的方框圖；圖4是一個常規發射功率控制器的方框圖；圖5是另一種常規發射功率控制器的方框圖；以及圖6是一個圖5中的控制器的方框圖。
本發明的實施例將參考附圖詳細地描述。圖1一個顯示本發明的第一實施例的發射功率控制器的方框圖。
本實施例的發射功率控制器是用在CDMA系統的移動通信終端設備中。由於因為使用如QPSK(四相移鍵控)和偏移QPSK的調製方法，因此在CDMA中用正交調製器1而不是模擬調頻系統的移動通信終端設備中的VCXO。
正交調製器1有兩個基帶信號輸入一個同相位分量(I-信號)；和一個正交分量(Q-信號)。正交調製器1利用I-信號和Q-信號調製本地振蕩器2輸出的本地信號以產生一個中頻信號。
帶通濾波器3限制正交調製器1輸出信號通過的帶寬，以致於消除不期望的波形並且獲得期望頻率的中頻信號。
可變增益放大器4放大帶通濾波器3輸出的中頻信號。帶通濾波器5限制可變增益放大器4輸出信號的帶寬以致於消除不期望的波形並且允許一個期望頻率的中頻信號通過。對可變增益放大器4的增益控制將在後面描述。
混頻器6混頻從帶通濾波器5輸出的中頻信號與本地振蕩器7輸出的本地信號以變換中頻信號到一個射頻信號。
帶通濾波器8限制混頻器6輸出信號的帶寬以便消除不期望的波形並且允許具有期望頻率的射頻信號通過。
帶通濾波器8輸出的射頻信號在發射功率放大器9進行功率放大然後以發射無線電波的形式從天線輻射出去。
分路濾波器11部分地分離發射功率放大器9輸出的信號。檢波器12檢測從發射功率放大器9由分路濾波器11分離的輸出信號。平滑電路13平滑檢波器12輸出的信號。
因此獲得是一個來自相當於包括圖1中移動通信終端設備的平均發射功率的直流電壓(以後稱作為檢測電壓)。
例如，檢波器12包括一個肖特基勢壘二極體。平滑電路13包括一個由線圈和電容組成的低通濾波器。
平滑電路13還包括一個由運算放大器和電容組成的有源濾波器，這是為了獲得相當於一個長期平均發射功率的檢測電壓。
另一方面，閾值設置電路14以一個閾值數據信號為基礎輸出一個對應於無線電相關法規規定的最大平均發射功率的閾值電壓。例如，閾值設置電路14包括一個D/A變換器。閾值設置電路14接收相當於最大平均發射功率來自CPU的閾值數據信號並且輸出一個通過變換該閾值數據信號從數字到模擬獲得的直流電壓，這是一個閾值電壓。
閾值設置電路14還可以通過用一個可變電阻等分配電源電壓的簡單設計來實現。在這種情況下不需要閾值數據信號。
電壓比較器15比較平滑電路13輸出的檢測電壓和閾值設置電路14輸出的閾值電壓。在本實施例中，檢測電壓加到電壓比較器15的反向輸入端而閾值電壓加到非反向輸入端。
如果包括發射功率控制器的移動通信終端設備的平均發射功率高於允許的最大平均發射功率，電壓比較器15的輸出信號變成「L」電平(＝「0」)，因為檢測電壓變得高於閾值電壓。
相反，如果平均發射功率低於允許的最大平均發射功率，電壓比較器15的輸出信號變成「H」電平(＝「1」)，因為檢測電壓變得低於閾值電壓。
接下來將描述控制器16和D/A變換器17。在CDMA系統中實現的兩種類型發射功率控制是開環功率控制和閉環功率控制。
在開環功率控制中，移動通信終端設備監視來自一個基站的發射功率。如果該發射功率相對較高，該移動通信終端設備判定該終端位於該基站附近並且降低它本身的發射功率。如果來自基站的發射功率相對較低，該移動通信終端設備判定該終端遠離該基站並且提高它本身的發射功率。(一個由沒有描述的移動通信終端設備的CPU在控制器16中設置的功率控制信號被稱為開環功率控制信號)。
在閉環功率控制中，基站監視來自移動通信終端設備的發射功率。基站發射給移動通信終端設備一個控制信號用於在該發射功率相對較高時降低發射功率，以及在該發射功率相對較低時提高發射功率。該移動通信終端設備利用一定的變化量如依照控制信號的1dB梯階周期地改變發射功率的控制值。(一個從基站發射到移動通信終端設備的功率控制信號被稱為總功率控制信號)。
開環功率控制與閉環功率控制，以及依據本發明的根據通過比較檢測電壓和閾值電壓獲得的結果的發射功率控制都是可共同存在於控制器16中。該控制器16包括可逆計數器61和「與」門62如圖2中所示。
總功率控制信號是一個由在移動通信終端設備中的接收裝置(沒有描述)接收自基站的1比特組成的信號。當該信號具有「1」的值時，該信號指示提高發射功率。當該信號具有「0」的值時，該信號指示降低發射功率。總功率控制信號經過控制器16的TPC端饋送到「與」門62的一個輸入端。
可逆計數器61與饋送到CK端的時鐘同步周期地計數並且當用於交替遞增-計數和遞減計數到U/DB端的一個輸入是「1」或「0」時進行遞增或遞減計數。當計數器61連續遞增或遞減計數時避免計數器61上溢出或下溢出的功能當然是必要的，然而，沒有直接地涉及到本發明並且略去描述。
可逆計數器61以多個比特組成的數位訊號形式從Dout端輸出它的計數值。D/A變換器17變換計數器16(或者可逆計數器61)的輸出數據從數字到模擬並且輸出該變換的結果作為可變增益放大器4的控制信號。
D/A變換器17輸出的控制電壓控制可變增益放大器4的增益，它依次控制移動通信終端設備的發射功率。
可逆計數器61在一個加載信號提供給加載端時，加載饋送到Din端由多個比特組成開環功率控制信號，並且以多個比特組成的數字數據形式從Dout端輸出相當於用控制信號表示的功率控制值的計數值。D/A變換器17變換控制器16的輸出數據從數字到模擬並且輸出可變增益放大器的控制信號，類似於上面所述。
在這個實施例中，電壓比較器15的輸出信號經過控制器15的CONT端饋送給」與」門62的另一個輸入端。」與」門62產生一個總功率控制信號和電壓比較器15的輸出信號與的邏輯結果。」與」門62的輸出信號加到可逆計數器61的U/DB端。
如果移動通信終端設備的平均發射功率高於允許的最大平均發射功率，電壓比較器15的輸出信號如上所述變成「0」。相反，如果移動通信終端設備的平均發射功率低於允許的最大平均發射功率，電壓比較器15的輸出信號變成「1」。
因此，當移動通信終端設備的平均發射功率高於允許的最大平均發射功率時，即使總功率控制信號表現出「1」，其指示提高發射功率，「與」門62的輸出也變成「0」。因此，可逆計數器61遞減計數。結果，D/A變換器17的控制電壓輸出減小並且發射功率降低。
當總功率控制信號表現出「1」，其指示提高發射功率，並且移動通信終端設備的平均發射功率低於允許的最大平均發射功率時，「與」門62的輸出就變成「1」。因此，可逆計數器61遞增計數。結果，D/A變換器17的控制電壓輸出增加並且發射功率提高。
不用說，當總功率控制信號呈現指示降低發射功率的「0」時，門62的輸出就變成「0」並且發射功率降低。
因此，基於開環功率控制信號的開環功率控制與基於總功率控制信號的閉環功率控制，以及依據本發明的根據通過比較檢測電壓(平均功率)和閾值電壓(允許的最大平均發射功率)獲得的結果的發射功率控制是可以共同存在的。如果移動通信終端設備的平均發射功率高於允許的最大平均發射功率，很可能要強制地降低發射功率，而忽視開環功率控制和閉環功率控制。
當移動通信終端設備遠離基站時，在基站監視的移動通信終端設備的發射功率與在移動通信終端設備監視的基站的發射功率兩者都變的低了。然後，基站發射總功率控制信號指示增加發射功率而移動通信終端設備也從其CPU產生開環功率控制信號指示增加發射功率。所以在這種情況下，閉環功率控制與開環功率控制兩者在相同方向都執行發射功率控制。
圖3是一個顯示本發明的第二實施例發射功率控制器的方框圖，在圖中與圖1中相同的部件標以相同的參考編號。圖3隻顯示了與圖1所示發射功率控制器不同的部分。
本實施例的發射功率控制器具有基本上類似於第一實施例的方案。本實施例對電壓比較器給出滯後作用是為了避免來自於寄生振蕩的確定結果。用於正反饋電壓比較器15的輸出回到閾值電壓一邊的電阻18和19被加到圖1中電路是為了給出滯後作用到電壓比較器15。
電壓比較器15的輸出信號(這是通過比較檢測電壓與閾值電壓而獲得的結果)可以由一個檢測裝置如沒有描述的CPU來檢測，而這個檢測結果能夠發射到基站。為了實行檢測結果的發射，該檢測裝置檢測的結果被變換到饋送給正交調製器1的一個I-信號和/或一個Q-信號。
基站能夠識別是否移動通信終端設備的平均發射功率超過了最大平均發射功率。
因此，當移動通信終端設備的平均發射功率超過了最大平均發射功率時，還可以通過指示利用基站發射的總功率控制信號減小發射功率來控制移動通信終端設備。
可變增益放大器4可以安排在放大射頻或者基帶信號的地方，雖然在上述實施例中它是安排在放大中頻信號的地方。
根據本發明，可變增益放大器安排在發射機中並且也使用判定裝置與控制裝置。因此，發射功率被強制地降低。如果移動通信終端設備的平均發射功率高於最大平均發射功率，而忽視開環功率控制和閉環功率控制。適合CDMA等系統具有寬範圍和相對高精度的發射功率控制能夠與防止平均發射功率超過在無線電相關法規的規定之下最大平均發射功率的發射功率控制共同存在於一個系統中。因此，要防止移動通信終端設備的平均發射功率過度，要防止違反無線電相關法規的規定，以及要防止幹擾相鄰的小區都是可以實現的。還可以防止由於周圍溫度引起的移動通信終端設備的發射功率過度。
給出的具有滯後作用的輸入-輸出特性對於判定裝置可以避免來自寄生振蕩的確定結果。
提供用於發射確定結果給基站的裝置可以把移動通信終端設備的發射功率是否超過了最大平均發射功率的情況通知基站。然後基站能夠根據這個通知來控制移動通信終端設備的發射功率。
雖然本發明參考所提實施例已經進行了顯示和描述，技術上熟知的人們應該懂得在不違背本發明的精神和範圍下，可以在作出形式和細節上做出各種其它變化、刪除、以及添加。
權利要求
1.一個用在移動通訊終端設備中的發射功率控制器，包括一個安排在發射機中的可變增益裝置，用來放大發射信號；一個用來判定來自移動通信終端設備的平均發射功率是高於還是低於允許的最大平均發射功率的判定裝置；以及一個控制裝置，它用來控制可變增益裝置的增益以致於如果平均發射功率高於允許的最大平均發射功率就降低發射功率。
2.根據權利要求1所述的發射功率控制器，其特徵在於所述可變增益裝置放大中頻信號，所述中頻信號是所述發射信號。
3.根據權利要求1所述的發射功率控制器，其特徵在於所述判定裝置具有存在滯後的輸入-輸出特性。
4.根據權利要求1所述的發射功率控制器，還包括一個用來發射所述判定裝置的確定結果給基站的裝置。
5.一個用在移動通訊終端設備中的發射功率控制器，包括一個安排在發射機中的可變增益裝置，它用來放大發射信號；一個檢測電壓產生裝置，它通過檢測與平滑用於放大射頻信號的發射功率放大器輸出的分支部分，來產生一個相當於來自所述移動通信終端設備的平均發射功率的檢測電壓；一個閾值電壓產生裝置，它用來產生一個對應於所允許最大平均發射功率的閾值電壓；一個判定裝置，它通過比較檢測的電壓和閾值電壓，來判定來自所述移動通信終端設備的平均發射功率是高於還是低於允許的最大平均發射功率；以及一個用來產生控制電壓去控制所述可變增益裝置的增益的控制裝置，其特點在於所述控制裝置控制所述控制電壓以致於如果所述平均發射功率由所述判定裝置確定高於允許的所述最大平均發射功率就降低所述可變增益裝置的增益。
6.根據權利要求5所述的發射功率控制器，其特徵在於所述可變增益裝置放大中頻信號，所述中頻信號是所述發射信號。
7.根據權利要求5所述的發射功率控制器，其特徵在於所述判定裝置具有滯後作用的輸入-輸出特性。
8.根據權利要求5所述的發射功率控制器，還包括一個用來發射所述判定裝置的確定結果給基站的裝置。
9.一種用於控制移動通信終端設備的發射功率的方法，包括步驟判定所述移動通信終端設備的平均發射功率是高於還是低於允許的最大平均發射功率；以及控制可變增益裝置的增益以致於如果所述平均發射功率高於所述允許的最大平均發射功率就降低發射功率，所述可變增益裝置安排在所述移動通信終端設備中的發射機裡並且用來放大發射信號。
全文摘要
一種防止移動通信終端設備中發射功率過度的發射功率控制器。分路濾波器11、檢波器12和平滑電路13結合在一起產生一個對應於移動通信終端設備的發射功率的檢測電壓。閾值設置電路14產生一個對應於允許的最大平均發射功率的閾值電壓。電壓比較器15通過比較檢測的電壓與閾值電壓來判定移動通信終端設備的發射功率是否高於允許的最大平均發射功率。當判定平均發射功率高於允許的最大平均發射功率時降低可變增益放大器的增益。
文檔編號H04B7/005GK1248104SQ9911114
公開日2000年3月22日 申請日期1999年7月27日 優先權日1998年7月27日
發明者市原正貴 申請人:日本電氣株式會社