確定不同載波增益的方法、無線發射裝置和無線發射裝置模塊的製作方法
2023-04-24 15:26:56 2
專利名稱：確定不同載波增益的方法、無線發射裝置和無線發射裝置模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及在無線通信系統的無線發射裝置的多載波發射機中確定用於不同載波的單獨射頻增益的方法，多載波發射機包括用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置、計算調製裝置輸出的信號總和的裝置，和放大用於發射的總信號的多載波功率放大器。本發明還涉及無線發射裝置、這種無線發射裝置的模塊和包括這種無線發射裝置的無線通信系統。
背景技術：
在無線通信系統中，眾所周知可以利用蜂窩基站發射機輸出具有不同載波頻率的信號。在這種發射機中，有一點很重要，即能夠控制射頻增益和從而控制每個載波的輸出功率精確到預定電平。
在包含用於每個載波的單獨發射機的傳統基站發射機中，能夠從其他載波的增益獨立地確定用於每個載波的射頻增益。
為了說明，圖1示出了基於RF(射頻)IQ(同相和正交)調製器的這種傳統基站發射機的方框圖。基站發射機包括N個單載波發射機，圖中示出了第一個和最後一個。具有標引1或N的發射機數值或部件的標記表示它們被分配給第一或第N個單載波發射機。
N個單載波發射機的每一個包括基帶調製器1，其輸入端連接到提供數據符號的通信網絡元件(未示出)並且其輸出端連接到兩個數模轉換器3、4。數模轉換器3、4連接到RF調製器5的輸入端。RF調製器另一個輸入端連接到本地振蕩器(LO)6，同時RF調製器5的輸出端連接到可變增益RF放大器7的輸入端。RF放大器7的輸出端連接到單載波功率放大器(SCPA)8並且每個單載波發射機的SCPA8的輸出端通過公共求和裝置10連接到發射天線11。SCPA8的輸出端還連接到屬於各個單載波發射機的功率檢測和控制裝置9的輸入端。
同樣地，基帶調製器1通過基帶功率檢測裝置2連接到功率檢測和控制裝置9的輸入端。功率檢測和控制裝置9的輸出端形成了RF放大器7的增益控制輸入端。實際上，還包括更多的上變頻級和放大器，並且也可能包括濾波器。
N個單載波發射機的基帶調製器1從網絡接收通過發射天線11經空中接口發射的符號。各個發射機的基帶調製器1以IQ格式產生複合的簡單的數位化信號軌跡(trajectory)並且將信號轉送到兩個數模轉換器(DAC)3、4。每個數字IQ信號由兩個數模轉換器3、4之一轉換成模擬信號I、Q，然後提供給RF調製器5。在RF調製器5中，將信號I和Q調製到與各個單載波發射機相關的本地振蕩器6確定的N個載波之一上。然後，RF放大器7根據用於各自RF放大器7的增益控制信號GC1、GCN設置的增益將RF調製器5的輸出信號放大，並提供給SCPA8。求和裝置10在SCPA8的輸出端將N個單載波發射機輸出的功率組合用於通過發射天線11發射。
在相關基帶功率檢測裝置2中計算每個基帶調製器1輸出信號的功率REF1，REFN並且送到各個功率檢測和控制裝置9。同樣地，將每個SCPA8的輸出也提供給各個功率檢測和控制裝置9，在功率檢測和控制裝置9中測量輸出載波功率並且將輸出載波功率與相應單載波發射機的基帶功率檢測裝置2提供的輸出功率比較。這些功率的商構成了各個RF路徑的增益G1，GN。如果N個單載波發射機RF路徑上的測量增益G1、GN偏離了期望值，則為了操縱增益G1、GN到期望增益的方向，負責的功率檢測和控制裝置9將改變提供給用於這條路徑的各個RF放大器7的增益控制信號GC1、GCN。
同樣地，不同載波的獨立功率控制可以在圖2所示的傳統基站發射機另外一個實施例中實現。除了每個基帶調製器1經由數字上變頻器12和單個數模轉換器14連接到各個RF放大器7以外，圖2所示基站發射機都相應於圖1中的基站發射機。數字上變頻器12的輸入端還連接到數控振蕩器(NCO)13。相應於圖1的單載波發射機部件，相同附圖標記分配給圖2中的單載波發射機部件。
對照圖1的例子，在此，由相應數字上變頻器12在數字域內執行由基帶調製器1之一輸出的數字IQ信號向已調製RF信號的轉換，已調製RF信號的頻率由與數字上變頻器12相關的NCO13確定。然後由單個數模轉換器14將數字上變頻器12的輸出轉換成模擬信號。目前，數模轉換器14在GHz頻率不能產生高質量信號。因此，在實際中，圖2的結構具有至少一個額外的模擬上變頻級。但是為了簡化圖中沒有示出。
因為基帶調製器1的功率輸出和SCPA8的功率輸出相應於圖1的基帶調製器1和SCPA8的輸出並且和圖1實施例一樣將之提供給功率檢測和控制裝置9，所以可以如圖1所述的那樣獨立地確定用於每個載波的RF增益。此外，為了將用於每個載波的增益調整到預定值，功率檢測和控制裝置9根據確定的增益G1、GN提供增益控制信號GC1、GCN並且將它們提供給各個RF放大器7。
基站需要控制用於每個載波的輸出功率精確到預定值。在最大輸出功率處，GSM(全球移動通信系統)和WCDMA(寬帶碼分多址)標準要求每個載波超過±2dB的準確度。為了可靠地實現這個準確度，功率測量準確度實際上甚至要超過±1dB。
如果單個載波功率放大器用於每個載波，這個準確度可以例如通過圖1和2所述的結構之一實現，因為提供了對每個載波單獨輸出功率的訪問。僅僅在單個載波功率放大器輸出處將載波合併具有幾個缺點。輸出功率被浪費以及在基站付出許多努力改變載波的數量。因此，未來的基站將在功率放大之前就合併載波或者甚至更早。載波因而是單個多載波功率放大器放大的功率。然而，這將導致功率控制上的問題，因為功率放大的載波的各個功率不能被再次訪問而僅僅是單個多載波功率放大器輸出的多載波信號。因此，各個載波RF增益的準確估計變得更加複雜。
在一種公知的方法中，簡單地假定用於所有載波的RF增益都相等。因此，測量總輸出功率並且用基帶調製器輸出功率的總和除總輸出功率。這個商構成總增益。如果測量的增益偏離期望值，那麼為了調整該增益到正確值，用於每個RF放大器的增益控制信號被作同樣的改變。這種方法的缺點是在所有環境條件下和基站的整個壽命期間無法確保用於不同載波的RF增益真正地都相等並且保持公共增益控制信號的全部數值都相等。只有在基站的裝配期間和基站投入使用之後通過現場訪問核對增益彼此之間的關係。
在一種替代的方法中，建議了在單個多載波功率放大器的輸出端使用信道化器以彼此分離各個載波。然後測量被分離載波的功率並且將之與基帶信號的功率比較。通過用於一個載波的各對數值相除，得到用於各個載波的增益。如果該得到的增益之一偏離了用於這個載波的預定增益，則通過相應的增益控制信號可以單獨地調整增益。這種方法的缺點是需要信道化器。這種需要的選擇性使得必須在中頻或基帶才能實現。因此，需要一個或兩個下變頻級，這增加了測量的複雜性和不確定性。實際中，功率測量線路還需要某些自動檢驗迴路以便維持精確度。因此，功率控制變得相當昂貴並且佔空間。而且，如果使用跳頻發射機，例如類似GSM中，信道化器還不得不適應跳頻，這使得構造更加複雜。
發明內容
本發明的一個目的是提供能夠在無線通信系統的無線發射裝置的多載波發射機中簡單地確定用於不同載波的單獨射頻增益的方法、無線發射裝置、用於該無線發射裝置的模塊和包括這種無線發射裝置的無線通信網絡。
在一方面，這個目的可在本發明第一備選方案的無線通信系統的無線發射裝置的多載波發射機中利用確定用於不同載波的單獨射頻增益的方法實現，多載波發射機包括使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置、用於計算由調製裝置輸出的已調製載波總和的裝置，和用於放大發射的總和載波的多載波功率放大器，其中為在不同載波上調製的與載波數目一樣多的不同信號的功率組，確定多載波功率放大器輸出的總和載波的功率；並且其中通過算術地估計調製信號的功率組和相應的多載波功率放大器輸出的總和載波的功率，為每個載波確定調製裝置的信號輸入和多載波功率放大器輸出之間的射頻增益。
在本發明第一方案的這種方法的變形中，多載波發射機包括用於每個載波的數模轉換器，該數模轉換器用於在將它們提供給用於計算已調製載波總和的裝置之前，將數字已調製載波轉換到模擬已調製載波。這種轉換器也可以包括在用於現有第一種方法的多載波中。但是在所述變形中，確定多載波功率放大器輸出的總載波的功率使得輸入到數模轉換器的信號的不同功率組至少和載波一樣多。然後通過算術地估計輸入到數模轉換器的信號的功率組和多載波功率放大器輸出的總載波的相應功率，確定數模轉換器的輸入端和多載波功率放大器輸出端之間的射頻增益以便用於每個載波。
在另一方面，這個目的可以在本發明的第一方案中利用用於無線通信網絡的帶有多載波發射機的無線發射裝置實現，該無線發射裝置包括使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置、用於計算由調製裝置輸出的已調製載波總和的裝置，和用於放大發射的總和載波的多載波功率放大器，和利用功率檢測和控制裝置接收作為輸入的至少與調製裝置提供的載波一樣多的用於調製載波的信號的功率組，以及用於每組的多載波功率放大器輸出的總和載波的相應功率，功率檢測和控制裝置要適於在用於每個載波的多載波發射機中從接收的功率算術地確定射頻增益。
在相應於所述方法的變形的無線發射裝置的變形中，無線發射裝置的多載波發射機另外還包括用於將每一個數字已調製載波轉換成模擬已調製載波的數模轉換器、用於計算數模轉換器輸出的模擬已調製載波總和的裝置。在第一改進無線發射裝置中也包括這種數模轉換器。對照該第一改進無線發射裝置，在此變形中，功率檢測和控制裝置接收作為輸入的至少與載波一樣多的輸入到數模轉換器的信號的功率組，以及用於每組的多載波功率放大器輸出的總載波的相應功率。如同現有的第一無線發射裝置，功率檢測和控制裝置適合在用於每個載波的多載波發射機中從接收的功率算術地確定射頻增益。
本發明的目的還可以在具有用於無線通信系統中的無線發射裝置的模塊的第一方案中實現，包括現有變形之一中的無線發射裝置的功率檢測和控制裝置。
本發明第一方案的方法、無線發射裝置和模塊來自這樣的思想，即多載波功率放大器輸出的總載波的總和功率可以用單個載波裝置中作為變量但為已知係數的預定信號的功率和作為未知量的用於每個載波的總RF增益算術地描述。預定信號可以是輸入到用於調製不同載波的裝置的信號，或者是輸入到包括在單個載波裝置中的數模轉換器的信號。單個載波裝置中的信號的功率可以容易地確定並且這些功率中的每個變化導致了總輸出功率中的相應變化。將信號的多組不同功率分別輸入到調製裝置或數模轉換器並且將相應的總輸出功率提供給多個可以算術地求解的方程，假設提供的組至少與現有的載波一樣多。因此，根據本發明第一個方面的改進方法、無線發射裝置和模塊能夠不使用信道化器而確定各個載波的增益，但仍然準確。避免使用信道化器使得實施較簡單並且跳頻很少出現問題。
本發明的目的同樣可以在本發明的第二方案中通過用於在無線通信系統的無線發射裝置的多載波發射機中確定用於不同載波的單獨射頻增益的方法實現，多載波發射機包括使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置、用於計算由調製裝置輸出的已調製載波總和的裝置，和用於放大發射的總和載波的多載波功率放大器，其中分別為每個載波確定輸入到求和裝置的已調製載波的功率，並且其中為了確定不同載波對用於確定用於不同載波的射頻增益的多載波功率放大器輸出的總載波功率的貢獻，估計輸入到求和裝置的已調製載波的功率分配。
在本發明的第二方案中，本發明的目的還可以通過用於無線通信網絡的帶有多載波發射機的相應無線發射裝置實現，該無線發射裝置包括使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置、用於計算由調製裝置輸出的已調製載波總和的裝置，和用於放大發射的總和載波的多載波功率放大器，並且利用增益計算和控制裝置接收作為輸入值的多載波功率放大器輸出的總載波的總功率、由調製裝置提供給求和裝置的已調製載波的功率，和用於調製載波的信號的功率，所述增益計算和控制裝置估計輸入到求和裝置的已調製載波的功率分配，以便確定不同載波對多載波功率放大器輸出的總載波的總功率的貢獻、確定用於不同載波的射頻增益。
在用於本發明第二方案的無線發射裝置的變形中，無線發射裝置的多載波發射機另外包括用於將每一個數字已調製載波轉換成模擬已調製載波的數模轉換器、用於計算數模轉換器輸出的模擬已調製載波總和的裝置。在現有的第一無線發射裝置中和用於本發明第二方案的方法的無線發射裝置中也包括這種數模轉換器。在此變形中，增益計算和控制裝置接收作為輸入值的多載波功率放大器輸出的總載波的功率、分別地用於每個載波的數模轉換器提供給求和裝置的已調製載波的功率，和輸入到數模轉換器的信號的功率。增益計算和控制裝置然後就不同載波估計輸入到求和裝置的信號的功率分配，以便確定不同載波對多載波功率放大器輸出的總載波的總功率的貢獻、確定用於不同載波的射頻增益。
相應於無線發射裝置的這些變形，可以在基於用於調製各個載波的信號的功率或基於輸入到各個數模轉換器的信號的最後示出的方法中確定增益。
最後，本發明的目的可以在本發明具有用於這種無線發射裝置的相應模塊的第二方案中實現，該模塊包括這種增益計算和控制裝置和/或分別地用於每個載波的、用於檢測提供給求和裝置的已調製載波的功率的裝置。
根據本發明第二方案的方法、無線發射裝置和模塊是基於這樣的事實，即多載波放大器通過設計趨向於具有非常準確的增益。
多載波功率放大器的輸入功率相當小，典型地小於10dBm rms(均方根)。如果發射機在最大功率電平不能發射，功率甚至可以更小，例如0到-10dBm。在這種低輸入電平操作的RF檢測器不是特別準確和熱穩定。因此在多載波功率放大器的輸入端執行準確的載波功率測量比較困難。原則上，可以為多載波功率放大器產生較高的輸入信號，但是如果例如是WCDMA，這要求來自激勵放大器的最大線性度。這意味著僅僅使用測量的輸入功率給多載波功率放大器是不可取的，測量的輸入功率與用於每個載波的多載波功率放大器中的各個增益相乘用於計算每個載波的總輸出功率。
相反，根據本發明第二改進方案，在已調製載波的求和之前將單路載波功率確定為多載波信號，但只相對於彼此使用。儘管不能準確地確定輸入到多載波功率放大器的已調製載波的功率，但是可以相互地準確跟蹤功率。這樣可以在多載波發射機低功率部分的輸出端比較各個載波功率的相對強度。確定的相對強度然後能夠用來將確定用於總載波的總功率或總增益分配到各個載波。多載波功率放大器中的用於不同載波的增益可以考慮用於這個分配。因此，可以獲得用於每個載波的準確各個增益值。
本發明第二改進方案比較第一改進方案具有幾個優點。不需要解方程組和可以在簡單測量後直接獲得增益信息，所以不需要等待一系列測量。可能地，甚至在多載波信號的測量中只需較小的準確性。最後，本發明第二方案也適用於固定載波功率。相反，第一改進方案的優點是只需較少的RF功率檢測器。而且，在第二方案中，除了常量外，MCPA的頻率響應能夠可靠地推理獲得。
為了考慮到多載波無線發射裝置中的不同載波的各個RF增益的簡單和準確的確定，根據本發明的兩個方案都使用了確定功率的數學計算。
應注意到在兩個方案各個變型中是基於輸入到數模轉換器的信號的功率確定增益，措辭「輸入到數模轉換器」不一定必須表示直接輸入到這些轉換器。相反，輸入到不同單路載波單元的任何元件都構成了這個輸入到數模轉換器，輸入載波提供給數模轉換器雖然已經調製但仍在數字域。
本發明的無線發射裝置特別可以是基站，但是同樣地可以是任何其他使用用於發射的多載波信號的發射裝置。
本發明的目的還可以利用包含本發明任意一個方案中的無線發射裝置的無線通信網絡實現。本發明的優選實施例可以從下面的權利要求書變得清楚。
在大部分無線發射裝置中，為了使發射的功率能夠適應移動需要，可以在時隙內改變提供用於RF調製的信號的功率。更具體地，在TDMA系統中，在時隙內可以改變每個載波的功率。相反，在CDMA系統，在用戶具體時隙內可以改變用戶代碼的功率，不同用戶的時隙彼此不同步並且每個載波服務於多個用戶。因此，在CDMA信號的載波功率中，時隙不能再次識別。改變發射功率的可能性減少了網絡內部的和與其他網絡的幹擾。
建議在TDMA系統中使用本發明第一方案，輸入到調製裝置或輸入到數模轉換器的信號的功率相應於一個載波時隙的功率，特別是一個載波時隙的功率平均值。那意味著使用的測量時隙方便地與載波時隙同步。但是在TDMA系統，用於測量的時隙不一定必須與用於功率控制的時隙一致。用於測量時隙的唯一要求是它們必須足夠長以便提供足夠準確的功率測量和緩和用於輸入到調製裝置的信號的功率的間隙和用於多載波功率放大器的RF輸出信號的功率的間隙之間可能的、微小的不對準的影響。
因為在CDMA系統中，可以用任意地方式改變功率，所以在這種系統中沒有同步的需要，儘管測量也最好在時隙內執行。
在具有兩種系統的第一方案中，幾個測量時隙的功率值可存儲在寄存器中並作為輸入給算術算法。
在一方面，在功率正常業務量期間利用的變形可以使用在第一改進方案中用於形成連續不斷地功率組和用於確定基於那些連續功率組的射頻增益。在另一方面，特別是低業務量時間期間，可以有意地改變信號的功率。在後面的情形下，RF增益應穩定以致它們在幾個小時的時間範圍內沒有較大地改變。在靜寂時間期間，載波功率能以例如下面的方式操作即在CDMA系統中可以通過增加偽業務信道臨時增大載波的功率。在TDMA系統中可用這樣的方式安排業務量，即全部載波依次具有空時隙。這樣就產生了零(或最小)功率和典型操作功率之間的變化。在GSM系統中，因為它的全部時隙必須是在相等的功率，所以對BCCH載波造成了問題。然而，如果發射機具有跳頻能力，則能夠將BCCH載波改變方向到達另外的RF路徑。這樣在正常地發射BCCH的發射機內也可以安排零或最小發射功率。
原則上，為了能夠確定N個不同載波的增益，在本發明第一方案中N個線性方程足夠滿足需要，其中每個方程中具有N個增益作為N個未知數。但是實際上，特別是如果載波功率可以根據無線網絡的需要任意地改變時，則不能保證方程組可以容易地求解。還有測量的輸出功率可能包含一些錯誤，儘管這些錯誤在計算RF增益中不會導致更大的錯誤。因此，在本發明第一方案的優選實施例中，確定了多於N組的功率組並且使用最大似然方法來獲得最適合方程的增益。
在本發明的第二方案中，單路載波的功率在求和之前的測量最好用一個或多個專用的有源元件執行。如果用其自己的有源元件處理每個載波，則用於不同載波的元件應該相匹配。為此，為了在確定的功率關係中確保良好的準確性，相應元件能夠例如從相同衰耗(die)的相同區域產生從而它們具有相同的電特性，並且它們具有緊密的熱接觸。至少一個的專用有源元件可以尤其是單個RF集成電路。此外，其他有源元件，例如二極體，也用於實現檢測器。在另外的優選實施例中，在單個射頻集成電路中實現用於檢測全部載波的功率的裝置。
在本發明第二方案中，用於不同載波的增益可以通過根據輸入到多載波功率放大器彼此的不同載波的功率關係將多載波功率放大器輸出的總載波的功率分配給不同載波而確定。然後各個增益可以通過用分別地輸入到用於調製這個載波的裝置或輸入到這個載波裝置的數模轉換器的各個信號的功率除分配給一個載波的輸出功率的確定部分而確定。應清楚在MCPA中的增益可以因為用於不同載波而不同。
在本發明的兩個方案中，用來確定不同載波的RF增益的算法可以用幾種方式進一步改善。例如，用於檢測多載波功率放大器輸出的功率的RF功率檢測器的輸出信號可以是多載波功率放大器的真實輸出功率的非線性函數，該非線性函數構成了檢測器特性。為了使方程組再次線性，可以將這個檢測器特性圍繞一些操作點線性化。儘管這個線性化可以在檢測器自身內發生，但是最好在數值算法中執行。
在本發明兩個方案的優選實施例中，基於用來調製載波的信號確定不同載波的射頻增益，將基帶調製器提供的基帶信號提供給用於調製載波的裝置作為這種用於調製的信號。在這種情形下，可以在基帶調製器內部或通過在基帶調製器的數字基帶輸出端上操作的單獨處理器數值地計算基帶功率。
當在本發明兩個方案的任意一個中，基於輸入到數模轉換器的信號的功率確定不同載波的射頻增益時，不一定必須在各個數模轉換器的輸入端測量各個功率。在NCO調製器結構中，如圖2所示的那樣，可以在數模轉換器之前的數字上變頻器內部或在這種數字上變頻器的輸出端測量輸入到數模轉換器的信號的功率。輸入到數模轉換器的信號的功率還可以在這種數字上變頻器的輸出端作為複合調製信號的功率乘以一個乘法因子從而計算。
通過RF集成電路能夠在本發明的兩個方案中執行多載波功率放大器輸出功率的測量，但是這樣得不到非常準確的測量結果。代替的，最好首先下變頻多載波功率放大器輸出的射頻信號。下變頻的信號然後轉換進數字域，在其中確定了功率。為了監測和控制線性化性能，大部分MCPA內部已經具有了下變頻器和ADC塊。這個塊可以方便地用作向用來檢測多載波功率放大器輸出的信號的功率的MCPA增加數字rms檢測的基礎。
在本發明兩個方案的另外的優選實施例中，在軟體中實現RF增益估計。此外，在第一方案中，增益控制和測量值的存儲可以在軟體中實現。
在本發明兩個方案中，最好將確定的RF增益與用於每個載波的預定增益值比較，以便可以相應地調節用於每個載波的增益。
兩個方案的無線發射裝置能夠以各種基站結構的方式使用。例如，調製裝置能夠以圖1和2所述用於每個載波的單獨RF IQ調製或NCO調製路徑的方式實現，分別地從基帶調製器的輸出端到RF放大器的輸出端、用於調製如圖1和2所述基帶調製器提供的載波的信號。在兩個方案中，附加的元件可以安排在調製裝置、求和裝置和功率檢測和控制裝置或增益計算和控制裝置之間。
可以將改進方法之一與本發明背景中提到的方法相結合，其中總是相等地調節增益以用於全部載波。在正常操作期間，功率控制以上述的所述傳統方法工作。如已經提到的，這個功率控制具有這樣的缺點，即它依靠不能保證的各個RF增益的相等。因此，在某個時間，最好在低業務量時間期間，使用本發明的方法之一不出錯地確定載波增益。如果用於各個載波的RF增益依然相等，則這些增益用來校核。如果不是這種情形，則對載波的增益作一些自動和個別調節。
根據本發明的方法、無線發射裝置和模塊尤其可以用於GSM和WCDMA，儘管不是專用的。
下面將參照附圖更加詳細地說明本發明，其中圖1示出了基於RF IQ調製的傳統基站發射機的框圖；圖2示出了基於NCO調製的傳統基站發射機的框圖；圖3示出了基於本發明第一方案使用的RF IQ調製的多載波基站發射機的框圖；圖4示出了基於本發明第一方案使用的NCO調製的多載波基站發射機的框圖；圖5說明了在圖4或5的基站發射機中使用的根據本發明的第一種方法；圖6示出了基於本發明第一方案使用的NCO調製的可替代多載波基站發射機的一部分的框圖；圖7示出了基於根據本發明第二方案的NCO調製的多載波基站發射機的框圖；和圖8示意地示出了圖7的基站發射機的檢測和求和裝置的細節。
具體實施例方式
已經針對本發明的背景描述了圖1和2。
圖3和4分別示出了能夠方便地實施本發明第一方案的多載波基站發射機的不同實施例的框圖。
圖3是基於類似於圖1示出的傳統基站發射機的RF IQ調製的多載波基站發射機。它同樣也包括用於N個載波每一個的通過兩個數模轉換器3、4和RF調製器5連接到可變增益射頻放大器7的基帶調製器1。每個基帶調製器1還連接到基帶功率檢測裝置2並且每個RF調製器5連接到本地振蕩器(LO)6。然而，對照圖1，每個RF放大器7的輸出端沒有連接到專用的SCPA而是通過求和裝置10連接到唯一的多載波功率放大器(MCPA)15。MCPA15的輸出端連接到發射天線11和公共的功率檢測和控制裝置16。功率檢測和控制裝置16在其另外的輸入端連接到基帶功率檢測裝置2的輸出端並且其輸出端連接到RF放大器7的增益控制輸入端。
圖4是基於類似於圖2示出的傳統基站發射機的NCO調製的多載波基站發射機。它同樣包括用於N個載波每一個的通過數字上變頻器12和數模轉換器14連接到RF放大器7的基帶調製器1。每個基帶調製器1還連接到基帶功率檢測裝置2並且每個數字上變頻器12連接到NCO13。對照圖2並且與圖3一樣，每個RF放大器7的輸出端通過求和裝置10連接到公共的MCPA15。MCPA15的輸出端連接到發射天線11和公共的功率檢測和控制裝置16。功率檢測和控制裝置16另外的輸入端和輸出端如圖3的基站發射機一樣分別地連接到基帶功率檢測裝置2和RF放大器7。
在圖3和4的多載波基站發射機中，提供給基帶調製器1的符號如圖1和2所述的那樣被分別地處理，直到它們離開RF放大器7。在兩個實施例中，然後在求和裝置10中將RF放大器7的輸出信號求和並且將之作為多載波信號提供給MCPA15，MCPA15將接收的信號放大。
設置在MCPA15輸出端的功率檢測和控制裝置16接收MCPA15輸出的總功率和通過基帶功率檢測裝置2的數字基帶調製器1的輸出功率作為輸入。為此，為了能夠實現輸出功率的數字rms檢測，一方面在功率放大之後將總RF信號轉送到用於發射的發射天線11並且另一方面將總RF信號下變頻和轉換到MCPA15的數字域內部。可替代地，在MCPA15外部可以有RF檢測器或下變頻路徑和數位化。為了能夠給功率檢測和控制裝置16提供各個基帶調製器1輸出的功率值，每個基帶功率檢測裝置2形成了在其連接的基帶調製器1的數字基帶輸出端上操作的處理器並且在數值上計算基帶功率。根據本發明的第一方法，功率檢測和控制裝置16能夠根據這個功率信息分別地設置用於每個載波的增益控制信號GC1到GCN，這一點將在下面參照圖5詳細說明。
圖5說明了根據如圖3或4所述用於多載波基站發射機的本發明第一方法的在功率檢測和控制裝置16中處理的基本原理。
rms功率檢測器20一方面連接到使用的基站發射機的MCPA15的輸出端和另一方面通過抽樣器21連接到第一寄存器22。同樣地，基站發射機的每個基帶功率檢測裝置2的輸出端通過專用抽樣器23連接到提供用於多個數值的存儲室的另外的專用寄存器24。每個寄存器22、24都具有用於每個存儲值的連接到能夠解決矩陣方程的裝置25的單獨輸出端。裝置25具有N個輸出端，每個輸出端通過單獨求和元件26連接到單獨控制器27。每個求和元件27具有另外的給其提供有預定增益值的輸入端。每個控制器27的輸出端連接到RF放大器7之一的增益控制輸入端。儘管目前是作為硬體框圖，但是大部分的實施可以方便地在功率檢測和控制裝置16的軟體中實現。
將基站發射機經空中接口發射的符號提供給基帶調製器1。基帶調製器1的輸出功率，即在基帶功率檢測裝置2中確定並轉送到功率檢測和控制裝置16的各個抽樣器23的各個rms功率值REF1和REFN，在幾個測量時隙內被改變。每個抽樣器23按一個測量時隙求接收的基帶功率的平均值並且將每個測量時隙的平均功率值轉送到連接的基帶寄存器24，直到用於N個測量時隙的數值均存儲用於各個載波。因此，用於每個測量時隙的一組基帶功率值REF1和REFN被分別存儲在N個基帶寄存器24上。
此外，如上所述，在兩種情形下，依靠RF放大器7、求和裝置10和MCPA15使用的基站發射機，基帶調製器1輸出的信號進一步由數模轉換器3、4和RF調製器5或由數字上變頻器12和數模轉換器14處理。
通過功率檢測器20檢測MCPA15輸出的信號的功率的rms值並將rms值轉送到相關的抽樣器21。抽樣器21按一個測量時隙求解接收的功率的平均值並將用於每個測量時隙的平均MCPA15輸出功率值存儲在寄存器22內，其中一組平均基帶功率值存儲在基帶功率寄存器24內。當至少N組基帶功率值和相應的MCPA15輸出功率值存儲在寄存器24、22內時，將寄存器22、24的內容提供給能夠處理帶有N個未知數的N個方程式組成的方程組的裝置25。如果在TDMA系統中使用基站發射機，測量時隙可以方便地與載波時隙同步。
在給定的測量時隙m期間，MCPA15輸出的RF信號的每個功率P0〈m〉是那個時隙期間的放大的基帶參考功率的和，如下面方程式所示P0m=REF1mG1+REF2mG2++REFNmGN,]]>REFim是在基帶調製器輸出端按照測量時隙m平均的N個載波中第i(i＝1...N)個的功率，並且Gi(i＝1...N)是用於第i個載波的要估計的RF功率增益。假設N組基帶功率和N個相應的MCPA輸出功率存儲在寄存器中，則得到帶有N個未知數的N個方程式組成的方程組，從中可以計算出用於每個載波的未知RF增益Gi。利用能夠解矩陣方程的裝置25解這個方程組，提供了用於每個載波的射頻路徑的估計的增益作為方程組的解。
專用的求和元件26將估計的增益Gi與用於每個載波的預定增益比較，在專用的求和元件26中從預定增益減去估計的增益Gi。連接到各個求和元件26的控制器27因此通過調節提供給各個RF放大器7的增益控制輸入端的增益控制信號GCi(i＝1-N)，利用這個結果差值控制用於各個載波的增益。
在一個優選實施例中，為了準確地設置用於每個載波的增益，上述的程序也被有規律地運用。在中間，通過僅僅用輸入功率的總和除以總的輸出功率確定總增益。將該總增益與期望的總增益比較並且利用它們的差值相等地改變全部RF放大器7的增益，象現有技術描述的一種可能性一樣。在低業務量時刻期間通過改變載波功率系統地執行根據本發明第一方法的增益的設置。如果在增加偽代碼信道期間以一種方式改變載波功率以致矩陣方程容易求解，則能夠在很少出錯的情況下解出各個RF增益，同時數據發射不受影響。
在圖4的實施例的變形中，提供給功率檢測和控制裝置16的不是基帶信號的功率，而是提供到數模轉換器14的輸入端的信號的功率。這些信號的功率已經在數字上變頻器12內或在數字上變頻器12的輸出端確定。不同載波的RF增益的確定相應於圖4和5所述的確定。然而，在這種情形下，確定的增益不包括數字上變頻器12中的增益。
圖6示出了能夠作為GSM多載波基站發射機使用的這種多載波基站發射機的另一個變形，同時先前的實施例特別能用於WCDMA。除了在每個單個載波裝置內的基帶功率檢測裝置2和數模轉換器14之間的各個部分的改變以外，多載波基站發射機相應於圖4的發射機。因此，僅僅示出了這部分，並且僅僅是第一載波的這部分。
在描述的單個載波裝置中，在數字上變頻器12和數模轉換器14之間設置了兩個乘法器40、41，其中數字上變頻器12和數模轉換器14在圖4中也存在。基帶功率檢測裝置2的輸出端還連接到第三乘法器42的輸入端。此外，功率控制電平信號的共用源連接到第二乘法器41的輸入端和第三乘法器42的輸入端，在圖6中用第二和第三乘法器41、42之間的雙箭頭表示。
在操作中，第一乘法器40將數字上變頻器12的輸出與斜坡輪廓(ramping profile)信號43相乘。該斜坡輪廓信號用來彼此分隔調製的載波信號的時隙。然後將結果信號提供給第二乘法器41的輸入端。功率控制電平信號在時隙內是常數並且在每個各個時隙內相應於需要的發射機輸出功率，該功率控制電平信號作為第二輸入信號提供給第二乘法器41。因此，第二乘法器41將從第一乘法器41接收的斜坡(tamped)和已調製載波信號與接收的功率控制電平相乘並且將結果轉送到數模轉換器14。另一方面，第三乘法器42通過基帶功率檢測裝置2接收作為第一輸入信號的數字基帶調製器1的輸出功率和作為第二輸入信號的功率控制電平信號。第三乘法器42將兩個接收的信號相乘並作為結果輸出參考功率REF1。
假如數字上變頻器的增益與斜坡輪廓的峰值的乘積是整體，也就是由斜坡輪廓的峰值在相乘中補償數字上變頻器的增益，則第三乘法器42輸出的功率REF1與輸入到數模轉換器14的功率相等。然後將功率REF1和用於其他載波的相應功率提供給功率檢測和控制裝置16，從而在功率檢測和控制裝置16如圖3-5所述的那樣利用它們確定用於不同載波的RF增益。
圖7示出了基於根據本發明第二方案可以使用的NCO調製的多載波基站發射機實施例的框圖。基站發射機包括與圖4中一樣的用於N個載波每一個的單獨發射機部分。這些單獨發射機部分的每一個包括基帶調製器1、數字上變頻器12、數模轉換器14和RF放大器7。實際上，結構還將包括更多的上變頻級、放大器、濾波器等。RF放大器7的輸出端通過檢測和求和裝置17和MCPA15連接到發射天線11。檢測和求和裝置17另外的輸出端連接到增益計算和控制裝置18的輸入端。另外，MCPA15的輸出端通過rms功率檢測器19連接到增益計算和控制裝置18的輸入端。最後，每個基帶調製器1的數字輸出端通過基帶功率檢測裝置2連接到增益計算和控制裝置18的輸入端。增益計算和控制裝置18的N個輸出端的每一個連接到N個單獨發射機部分的RF放大器7之一的增益控制輸入端。
圖8更詳細地示出了圖7的檢測和求和裝置17。檢測和求和裝置17包括單個集成電路中的一組檢測器30。然而，用於檢測器30的單個集成電路的使用僅僅是優選的實施。作為替代，也可能使用用於每個檢測器的單獨電路。每個檢測器30的輸入端連接到RF放大器7之一的輸出端。檢測器30的輸出端連接到增益計算和控制裝置18的輸入端。另外，檢測和求和裝置17包括通過其每個RF放大器7的輸出端連接到MCPA15的輸入端的求和元件31。檢測和求和裝置17的檢測器30組可以位於任何地方，但是為了將發射機中的電纜減少到最少，檢測器位於單路載波信號無論如何都可以集合的地方，也就是在MCPA15的輸入端的求和元件31的附近。
基站發射機將要發射的信號在基帶調製器1、數字上變頻器12、數模轉換器14和RF放大器7中的處理相應於圖4中所述的處理。
然而，對照圖4的結構，在求和元件31將調製的載波求和之前，在檢測和求和裝置17中分別地檢測各個載波功率。為了能夠根據其它載波的功率準確地跟蹤每個載波的功率，用於檢測N個載波之一的功率P1-PN的N個檢測器30最好彼此相匹配。將檢測的功率P1-PN提供給增益計算和控制裝置18並且將總多載波信號轉送到用於功率放大的MCPA15。
一方面，將MCPA15輸出的多載波信號轉送到用於發射的發射天線11。另一方面，通過rms功率檢測器19確定多載波信號的功率P0。檢測的功率P0輸入到增益計算和控制裝置18。
而且，在基帶功率檢測裝置2中確定N個基帶調製器1輸出的基帶信號的功率REF1-REFN並且將之輸入到增益計算和控制裝置18。
增益計算和控制裝置18包含用於從接收的不同功率值P0、P1-PN、REF1-REFN估計不同載波的各個RF增益的算術算法。所有的功率都是在被算法使用之前按照同樣的測量時隙求出的平均數。
因為檢測器30確定的測量功率P1-PN只有每個載波共有的乘法誤差，所以它們的比例沒有誤差。任意地將單載波信號的檢測功率與第一載波的功率P1比較，載波的標準輸出功率通過下式得到PiP1=REFiGiREF1G1,]]>其中Pi(i＝1...N)是各個檢測器30確定的第i個載波的功率，REFi(i＝1...N)是用於第i個載波調製的第i個基帶調製器1輸出的信號的功率，和Gi(i＝1...N)是第i個載波在求和之前的RF增益。從上述方程得出，第一載波在求和之前的RF增益G1標準化了的增益是GiG1=REFiPiREF1P1]]>而且，在給定的測量時隙內的多載波輸出功率是放大的基帶功率的總和並且從下面的方程獲得P0＝REF1·G1·G01+REF2·G2·G02+...+REFN·GN·G0N在這個方程中用於第i個載波的總放大用Gi*G0i(i＝1...N)給出，其中G0i是用於檢測和求和裝置17的求和元件31中和MCPA15中的第i個載波的RF功率增益。除了未知的公因數以外，假定G0i的值可推理得到。後面的方程可以重寫成G1G01=P0REF1+REF2G2G1G02G01+...+REF2GNG1G0NG01]]>如上所述，比例Gi/G1可以容易地從測量的單載波RF功率Pi和基帶功率REFi獲得。假定比例G0i/G01可從MCPA15的頻率響應推理得知。因此，可以容易地從上述的方程解得構成第一載波使用的第一RF路徑的增益G1*G01。因為增益比例是已知的，所以可以從第一路徑的增益計算出第i個RF路徑的增益Gi*G0i。如果從預定增益值獲得RF增益，則增益計算和控制裝置18調節輸入到RF放大器7的增益控制信號GCi(i＝1...N)以便使估計的增益接近期望增益。
圖7的基站發射機是基於NCO調製，還可以根據圖6將其改變從而用於本發明的第二方案的這個實施例。根據本發明的第二方法同樣地可用於基於圖3中所述RF IQ調製的基站發射機。
儘管本發明的上述實施例全部來自基於RF IQ調製或基於NCO調製的傳統基站發射機，但是本發明的特徵能夠與任何可以了解的基站結構結合。還有當是來自基於RF IQ調製或基於NCO調製的基站發射機時，可以在本發明的範圍內進行各種修改。
權利要求
1.一種用於確定無線通信系統的無線發射裝置的多載波發射機中的用於不同載波的單獨射頻增益的方法，所述多載波發射機包括用於使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置(7，12-14)、用於計算調製裝置(7，12-14)輸出的已調製載波總和的裝置(17)，和用於放大用於發射的總和載波的多載波功率放大器(15)，其中分別地為每個載波確定輸入到求和裝置(17)的已調製載波的功率(P1-PN)，並且其中為了確定不同載波對多載波功率放大器(15)輸出的總和載波的總功率(P0)的貢獻，估計已調製載波的確定功率(P1-PN)的分配以確定不同載波的射頻增益(G1G01-GNG0N)。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，通過將用來調製各個載波的信號功率除各個載波對總功率的貢獻，確定用於不同載波的射頻增益(G1G01-GNG0N)。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，多載波發射機包括用於在已調製載波用求和裝置(17)求和之前將它們轉換成模擬域的數模轉換器，並且其中通過用輸入到用於各個載波的數模轉換器(14)的信號的功率除各個載波對總功率的貢獻，從而確定用於不同載波的射頻增益(G1G01-GNG0N)。
4.根據權利要求1-3之一所述的方法，其中，用於確定多載波功率放大器(15)的輸出功率(P0)的檢測器的特性圍繞一些工作點附近線性化。
5.根據權利要求1-4之一所述的方法，其中，通過下變頻多載波功率放大器(15)輸出的射頻信號並且通過將之轉換到數字域，從而在數字域中確定多載波功率放大器(15)的輸出功率(P0)。
6.根據權利要求1-5之一所述的方法，其中，集成在多載波功率放大器(15)內的用於監測和控制線性化性能的下變頻裝置和數模轉換塊用於檢測多載波功率放大器(15)輸出的信號的功率(P0)。
7.根據權利要求1-6之一所述方法的用途，用於通過將確定的射頻增益(G1-GN)與用於每個載波的預定增益相比較，並且通過相應地調節用於每個載波的射頻增益，從而控制不同載波的射頻增益。
8.根據權利要求1-6之一所述方法的用途，用於控制不同載波的射頻增益，其中根據權利要求1-6之一偶爾地確定不同載波的增益(G1-GN)並且將之用於不同載波增益的各個調節，同時在剩餘時間期間內，通過用單個功率組的功率總和除多載波功率放大器(15)輸出的總和載波的功率確定總增益，其中對於全部載波根據確定的總增益相等地調節載波的增益。
9.一種用於無線通信網絡的無線發射裝置，具有多載波發射機，包括用於使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置(7，12-14)、用於計算調製裝置(7，12-14)輸出的已調製載波總和的裝置(17)，和用於放大用於發射的總和載波的多載波功率放大器(15)，以及增益計算和控制裝置(18)，接收作為輸入值的多載波功率放大器(15)輸出的總和載波的功率(P0)、分別地用於每個載波的由調製裝置(7，12-14)提供給求和裝置(17)的已調製載波的功率(P1-PN)，和用於調製載波的信號的功率(REF1-REFN)，所述增益計算和控制裝置(18)估計輸入到求和裝置(17)的不同載波的信號功率分配，以便確定不同載波對多載波功率放大器(15)輸出的總和載波的功率(P0)的貢獻，從而確定用於不同載波的射頻增益(G1G01-GNG0N)。
10.根據權利要求9所述的無線發射裝置，其中，輸入到調製裝置的信號由單獨的基帶調製器提供，所述基帶調製器為每個載波輸出相應於接收的數據符號的數字同相和數字正交分量並且連接到基帶功率檢測裝置，該基帶功率檢測裝置向功率檢測和控制裝置提供輸出信號的功率，其中，調製裝置包括用於每個載波的兩個數模轉換器，用於將從用於各個載波的基帶調製器接收的數字同相和正交分量轉換成模擬同相和正交分量，用於使用數模轉換器輸出的分量調製從本地振蕩器接收的載波的射頻調製器，和用於放大已調製載波的射頻放大器，其增益通過增益計算和控制裝置控制以便用於至少一個載波。
11.根據權利要求9所述的無線發射裝置，其中，輸入到調製裝置的信號由單獨的基帶調製器提供，所述基帶調製器為每個載波輸出相應於接收的數據符號的數字同相和數字正交分量並且連接到基帶功率檢測裝置(2)，該基帶功率檢測裝置向增益計算和控制裝置(18)提供輸出信號的功率(REF1-REFN)，其中，用於調製載波的裝置包括連接到數字振蕩器(13)的用於每個載波的至少一個數字上變頻器(12)，用於將用於各個載波的基帶調製器(1)輸出的分量上變頻到數字振蕩器(13)提供的各個載波的頻率，用於將上變頻器(12)的輸出轉換成模擬信號的數模轉換器(14)，和用於放大數模轉換器(14)輸出的信號的射頻放大器(7)，其增益通過增益計算和控制裝置(18)控制以便用於至少一個載波。
12.一種用於無線通信網絡的無線發射裝置，具有多載波發射機，包括用於在數字域中使用調製信號調製至少兩個不同載波的裝置(12，13)、用於將每個數字已調製載波轉換成模擬已調製載波的數模轉換器(14)、用於計算數模轉換器(14)輸出的模擬已調製載波總和的裝置(10)，和用於放大發射的總和載波的多載波功率放大器(15)；以及增益計算和控制裝置(18)，接收作為輸入值的多載波功率放大器(15)輸出的總和載波的功率(P0)、分別地用於每個載波的由數模轉換器(14)提供給求和裝置(17)的已調製載波的功率(P1-PN)，和輸入到數模轉換器(14)的信號的功率，所述增益計算和控制裝置(18)估計輸入到求和裝置(17)的不同載波上的信號功率分配，以便確定不同載波對多載波功率放大器(15)輸出的總和載波的功率(P0)的貢獻，從而確定用於不同載波的射頻增益(G1G01-GNG0N)。
13.根據權利要求9-12之一所述的無線發射裝置，包括用於檢測提供給求和裝置(17、31)的已調製載波的功率(P1-PN)的裝置(17、30)，所述用於檢測功率(P1-PN)的裝置(17、30)作為單個射頻集成電路實現。
14.根據權利要求9-12之一所述的無線發射裝置，包括用於檢測提供給求和裝置(17、31)的已調製載波的功率(P1-PN)的裝置(17、30)，所述用於檢測功率(P1-PN)的裝置(17、30)包括至少一個用於每個載波的專用射頻有源元件，該有源元件與用於不同載波的相應專用有源元件相匹配。
15.根據權利要求9-14之一所述的無線發射裝置，其中，在用於監測和控制線性化性能的多載波功率放大器(15)中集成了用於下變頻的裝置和數模轉換塊，並且其中所述用於下變頻的裝置和所述數模轉換塊被用來檢測多載波功率放大器(15)放大的總和載波的功率(P0)。
16.根據權利要求9-15之一所述的無線發射裝置，其中，在軟體中實現射頻增益估計。
17.一種用於無線通信系統的無線發射裝置的模塊，包括根據權利要求9-16之一所述的增益計算和控制裝置(18)。
18.一種用於無線通信系統的無線發射裝置的模塊，包括根據權利要求9-16之一所述的分別地對於每個載波用於檢測提供給求和裝置(17，31)的已調製載波的功率的裝置(17，30)。
19.一種無線通信網絡，包括9-16之一的無線發射裝置。
全文摘要
本發明涉及在無線通信系統的無線發射裝置的多載波發射機中確定用於載波的單獨射頻增益的方法。為了能夠簡單和準確地估計增益，建議在每個單路載波單元內的一些點處從不同組功率(REF
文檔編號H04L5/06GK1620002SQ20041008815
公開日2005年5月25日 申請日期2001年4月17日 優先權日2001年4月17日
發明者安德烈·德克爾 申請人:諾基亞公司