非恒定包络调制的功率控制 【技术领域】
本发明涉及一种用于使用非恒定包络调制技术的发射机中的功率控制的技术，尤其涉及这种构成无线通信系统一部分的发射机，但不限于此。
背景技术
例如无线通信系统中提供的功率控制环通常用于把输出功率控制和维持在期望的水平上，以及当输出功率上升和下降时控制瞬时响应。
在TDMA信令格式中，一个成帧的结构包括许多时隙(或信道)。使用TDMA的无线通信系统，例如GSM系统(全球移动电信系统)，通过每个指定的时隙或信道发送和接收信息。帧中的每个信道被分配给不同的用户，其中某一个频段上的发送(上行链路)信息和一个分立频段上的接收(下行链路)信息通过各个信道来传送。
指定每个信道上升到要求的功率水平以进行脉冲串传输，并且在预定时间量内下降到一个要求的功率水平，这称为脉冲串。这样，脉冲串具有上升阶段或上升周期，工作阶段或工作周期，和下降阶段或下降周期。GSM规范也要求脉冲串的开始和结束时的功率必须在规定的最小水平上，并且从最小功率水平到最终要求的功率水平的过渡必须在被指定地时间窗口内完成。限定上升和下降阶段的时帧以便减少瞬时旁瓣的产生以及对邻近信道的干扰。
典型功率控制环的操作被分为开环模式和闭环模式。在功率放大器的输出未达到预定的水平，即切换点之前，功率控制环在开环模式下运行。在切换点处，利用所提供的参考信号和对控制环输出上的信号进行采样的检测器的输出之间的差异产生误差信号。使用积分器根据误差信号产生控制电压，该电压作为一种在功率升降时和传输脉冲串期间控制功率水平的手段来控制可变衰减器。
图1(a)所示的是由传统功率控制环控制的功率放大器的功率输出图。在上升阶段，即A部分，输出功率上升到一个适当的水平。在发送或工作期间，即B部分，功率控制环使得输出功率保持基本稳定。在下降阶段，即C部分，输出功率下降。
图1(b)示出了传统功率控制环的缺点。图1(b)是发送非恒定包络调制脉冲串，如AM脉冲串的功率放大器的功率输出图。如图1(a)所示，在上升阶段，即A部分，输出功率升高到一个适当的水平。然而在发送期间，即B部分，输出功率根据被发送信号的振幅而波动。在下降阶段，即C部分，功率输出下降。由于AM脉冲串，传统功率控制器往往使功率变化变平。这样的状况对于应用AM的先进无线传输是不能接受的。一个允许传统功率控制环应用于振幅调制传输的已知方案是增加采样和保持电路到功率控制环中。在升降期间，对功率水平进行采样，此水平在AM脉冲串期间保持稳定。然而，图1(b)示出了在应用到的先进调制方案时这个方案的被称作增益偏斜的缺点。在传输脉冲串期间可发生增益偏斜。图1(b)描述了增益偏斜效应，其中示出了在脉冲串结束处的期望增益水平和由于增益偏斜而实际得到的增益水平。传统功率控制器的采样和保持电路在下述假设下工作，即在脉冲串期间增益不变，并且采样和保持电路在脉冲串期间不试图去控制增益偏斜。
因为在功率控制环中由于非恒定包络调制而产生的问题，在现有技术下，在工作周期中通常只能在开环模式下工作，或在工作周期中只能使用很低的控制环带宽。后一种解决方案会导致两种特定的问题。首先，功率控制环不能校正脉冲串上的增益变化。其次，由于慢平均(slow averaging)，当恢复恰好在下降前的环带宽时，某些数据模式可在脉冲串结束处产生瞬时变化。
国际专利申请公开说明书WO 01/03292公开了一项涉及在应用非恒定包络调制的系统中改进功率控制的技术。此功率控制操作基于采样和保持电路的应用。在上升期间，将在放大器输出端检测到的功率水平与参考信号相比较以得到一个用来衰减输出信号的误差信号。在脉冲串阶段，将在放大器输出端检测的功率水平与要发送的调制RF信号相比较以得到用于衰减输出信号的误差信号。这样，在脉冲串期间，控制环实际上是在开环模式下工作，其中针对参考信号，利用定标(scaled)包络信号产生环误差信号。
WO 01/03292中公开的技术的一个潜在问题是，可能存在与采样和保持电路相关的小偏差。这样，在切换期间，用于衰减输出信号的控制信号中可能存在小的差异。当在上升阶段和工作阶段之间切换时，这会被转换成输出信号中的低频干扰(glitch)。
本发明的目的是提供一种适用于非恒定包络调制环境但保留了标准功率控制环的所有优点的改进功率控制环。
【发明内容】
本发明提供了一种用于控制发射机功率的技术，该技术保持调制特性，并且因此在用于具有非恒定调制方案的系统时尤其有利。通过在发送脉冲串期间将功率水平调节信号与调制RF载波信号的调制包络相组合来实现这种改进。通过在脉冲串期间降低控制系统的带宽可得到进一步的改进。
因此，根据本发明的第一个方面，这里提供了一个用于功率控制环中的控制的方法，包括以下步骤：放大非恒定包络调制信号以产生输出信号；将功率水平控制信号和代表调制包络的信号相组合；将该组合信号与代表输出信号功率水平的信号相比较，以产生比较信号；依据上述比较信号来衰减经过放大的信号。
此功率控制环可至少具有上升周期和工作周期。在工作周期期间，功率控制环的带宽可被降低。这种方法可在功率控制环的所有周期中实现。该功率控制环还可包括下降周期。
在一个优选实施例中，本发明的技术不仅可应用于脉冲串期间，而且可应用于所有阶段的操作期间。这样，这项技术被应用在上升阶段期间。这样，本发明就克服了上述WO 01/03292的现有技术的缺陷。
在另一方面，本发明提供了一种用于功率控制环中的控制的方法，包括以下步骤：在第一周期期间提升输出信号；在第二周期期间维持基本恒定的输出信号，其中在所述第一周期和第二周期中，所述方法进一步包括：放大非恒定包络调制信号以产生输出信号；将功率水平控制信号和代表调制包络的信号相组合；将该组合信号与代表输出信号功率水平的信号相比较，以产生比较信号；依据上述比较信号来衰减经过放大的信号。
在另一方面，本发明进一步提供了一种功率控制环，包括：用于放大非恒定包络调制信号以产生输出信号的放大器；用于组合功率水平控制信号和代表调制包络的信号的组合器；用于将该组合信号与代表输出信号功率水平的信号相比较以产生比较信号的比较器；依据上述比较信号来衰减要放大的信号的衰减器。
【附图说明】
图1(a)图解了由传统功率控制环控制的功率放大器的功率输出图；
图1(b)图解了发送非恒定包络调制信号的功率放大器的功率输出图；而
图(2)图解了根据本发明优选实施例的功率控制环的模块图。
【具体实施方式】
依照本发明的功率控制系统的优选实施例如图2所示。该功率控制系统包括可变衰减器500，功率放大器502，包括二极管528的检测器/线性化器，由电阻器506和526构成的比较器，混合器(mixer)504，包括运算放大器510和电阻器508的误差放大器，包括电阻器512和开关516的带宽开关，包括运算放大器522，电阻器518和电容器520的环路滤波器，和缓冲器524。
可变衰减器500在线路530上接收要发送的调制RF载波信号以作为第一输入信号。如在下文会更详细描述的那样，可变衰减器在线路540上接收衰减器控制信号以作为第二输入。通过可变衰减器500的衰减之后，调制RF载波信号被提供到功率放大器502。接着在线路536上产生经过放大的输出信号。
线路538上检测器/线性化器的输入端检测线路536上输出信号的样本，并且在线路542上产生检测电压信号Vdet。
混合器504接收线路532上的功率水平控制信号Vc以作为第一输入，并且接收线路534上调制RF载波的包络信号以作为第二输入。信号Vc在为发射机提供所有控制信号的数字ASIC中产生。在线路534上提供的调制包络也在这样的数字ASIC中产生。ASIC最好包括调制器，这样就易于直接产生调制的包络信号。
线路532和534上的信号，即Vc和调制包络，最好都是数字字(digital word)。通过把混合器的输出传送到数模转换器以产生模拟电压，可以产生在线路544上的信号Vc(e)。这样的实现是优选的，因为相对易于数字化地实施混合处理。从原理上说，如果信号Vc和调制包络都是模拟量，那么可以利用混合处理实现Vc(e)的生成。在这样的情况下，通过检测在IF或RF上的调制载波的幅度可以产生调制包络。然而，通过处理数字量来产生Vc(e)显然比使用模拟量的效率更高。
混合器504将功率水平控制信号Vc与包络信号相乘，从而在线路544上产生复合水平控制信号Vc(e)。复合水平控制信号Vc(e)的包络跟随(track)调制RF载波的包络。
在误差放大器的输入端将线路544上的复合水平控制信号Vc(e)与线路542上的检测电压水平Vdet相比较。误差放大器的输出经过放大并通过带宽开关，环路滤波器和缓冲器被提供给可变增益RF衰减器500的控制输入。这样，误差放大器的输出调节了线路536上的发射机输出水平。
功率水平控制信号Vc在每个时隙的开始和结束处被提升和降低(ramp)，并且在脉冲串期间设置平均RF功率水平。在混合器532的输入端，Vc的值设定了平均RF水平。由于在混合器504的输入端应用了调制包络信号，平均功率可以在调制包络没有失真的情况下得到控制。
由于混合器504的操作，功率水平控制信号的瞬时值跟随调制RF信号的包络，因此可以在RF调制包络无失真的情况下实现闭环功率控制。因此本发明的技术在使用非恒定调制技术的系统，例如EDGE系统中尤其有利。
对于校正操作，在复合水平控制信号Vc(e)和RF载波的调制包络之间应当有可忽略的时间差。但是在实际的系统中，时间误差会使控制环引起RF载波包络的失真。为了确保不会发生这样的失真，在本发明的优选实施例中，带宽开关在脉冲串的活跃部分期间是处于‘断开’状态，因此就降低了控制环带宽。在带宽较低时，定时差对控制环的影响被减小。
这样，在优选实施例中，在脉冲串的有用部分期间控制环带宽被降低，这就限制了控制环对实际系统中存在的定时差的灵敏度。在图2所示的本发明的优选实施例中，带宽开关降低了控制环对定时差的灵敏度。因此，当存在定时差时，带宽开关的使用实际上提高了控制环的效率。
跟随功率水平控制信号的上升和下降(在脉冲串的开始和结束处)所需的最小控制环带宽大约为50kHz。一般说来，由于可变衰减器的工作范围上的环带宽的变化，系统最好被设计成具有200kHz到300kHz的最大带宽。