專利名稱：自動功率控制優(yōu)化方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全球移動通信系統(tǒng)中的自動功率控制技術(shù)，特別涉及對全球移動通信系統(tǒng)中的自動功率控制模板生成進行優(yōu)化的技術(shù)。
背景技術(shù)：
全球移動通信系統(tǒng)(Global System for mobile Communication，簡稱“GSM”)，為歐洲80年代末研制出來的、以數(shù)字為主的第二帶代移動電話系統(tǒng)，是全球最成熟的數(shù)字移動電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)之一，用的主要是窄帶時分多址(Time DivisionM ultiple Access，簡稱“TDMA”)技術(shù)，能提供非話業(yè)務(wù)及全面的語音、文字和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并提供一些諸如短消息服務(wù)、語音信箱、呼叫轉(zhuǎn)移等的增值業(yè)務(wù)。
GSM通過基站收發(fā)信機(Base Transceiver Station，簡稱“BTS”)和移動臺(Mobile Station，簡稱“MS”)進行通信。為了能夠使得通信的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地傳遞，很關(guān)鍵的一點是BTS的自動功率控制(Automatic PowerControl，簡稱“APC”)。如圖1所示，在GSM協(xié)議中，要求基站常規(guī)突發(fā)Burst(脈沖)的功率-時間(Po-t)曲線應(yīng)該在兩塊陰影之間的區(qū)域。圖1中的曲線是一條符合該要求的典型曲線，這條曲線按照時間可以分成3段(11、12和13)，曲線段11是功率上升曲線，理想的功率上升曲線可以用升余弦曲線模擬。因為功率不穩(wěn)定，所以BTS在這一段中發(fā)送的數(shù)據(jù)一般是不能使用的。曲線段12是功率穩(wěn)態(tài)部分，理想的功率穩(wěn)態(tài)部分是一條水平的直線，代表輸出功率保持恒定。這一段大約可以傳送147個比特(bit)的有用數(shù)據(jù)。曲線段13是功率下降曲線，理想的功率下降曲線可以用降余弦曲線模擬。因為功率也不穩(wěn)定，因此這一段中發(fā)送的數(shù)據(jù)一般也是不能使用的。
為了能夠使得BTS能夠按照GSM協(xié)議中的規(guī)定進行功率輸出，一般對BTS中的APC部分會采用類似于圖2的設(shè)計，由地址發(fā)生器21、APC數(shù)據(jù)存儲器22、D/A模塊23、積分器24、功率放大器25和檢測電路26構(gòu)成。
地址發(fā)生器21用于產(chǎn)生一個地址序列，每一個地址都指向APC數(shù)據(jù)存儲器22中的一個數(shù)據(jù)存儲單元。
APC數(shù)據(jù)存儲器22用于保存數(shù)據(jù)，并且根據(jù)來自地址發(fā)生器21的地址取出相應(yīng)數(shù)據(jù)存儲單元中的數(shù)據(jù)送到D/A模塊23。
D/A模塊23用于把來自APC數(shù)據(jù)存儲器22的數(shù)據(jù)(數(shù)字信號)轉(zhuǎn)換為模擬的電壓信號Vapc，并把Vapc送到積分器24的第一端口。
積分器24是一個理想積分器，有第一和第二兩個端口，用于根據(jù)兩個端口的電壓信號的相對高低確定輸出電壓的高低，在圖2所示的例子中，如果第一端口(帶“+”記號)的電壓比第二端口(帶“-”記號)的電壓高的話，積分器24的輸出電壓Vc會持續(xù)升高，反之，如果第一端口的電壓比第二端口的電壓低的話，Vc會持續(xù)下降。如果兩個端口的電壓一樣高，則Vc保持不變。
功率放大器25用于對輸入信號Pin的功率進行放大，輸出放大后的信號Po，放大的比例是根據(jù)控制信號Vc確定的。在BTS中，對于功率放大器25有比較嚴(yán)格的線性要求，如圖3所示，在工作范圍內(nèi)(圖3中兩根虛線之間)，要求Po-Vc呈線性關(guān)系，如果用數(shù)學(xué)公式表達的話應(yīng)該是Po＝PO+a*Vc，其中PO、a為常數(shù)。
檢測電路26用于從功率放大器25的輸出Po采集檢波反饋電壓信號Vf，并且反饋到積分器24的第二端口。熟悉本發(fā)明領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解，檢測電路26、功率放大器25和積分器24構(gòu)成了一個負(fù)反饋放大系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)APC的功能，需要進行以下步驟
首先，確定一條理想的功率輸出曲線Po-t(如圖1所示)。該曲線能夠滿足GSM時域協(xié)議的理想載波功率/時間包絡(luò)，并且以時域的形式來表示。
其次，測量功率放大器25的輸出功率-控制電壓(Po-Vc)曲線。該曲線類似于圖3所示的曲線。測量時功率放大器25按照開環(huán)方式設(shè)置，也就是不設(shè)置從檢測電路26到積分器24第二端口的反饋回路。
最后，根據(jù)功率輸出曲線(Po-t)和測得的Po-Vc曲線計算得到對應(yīng)的控制電壓Vapc曲線。該Vapc曲線由一個序列的電壓值構(gòu)成，該序列中每一個電壓值Vapc[i](i為整數(shù)，代表該數(shù)值在整個序列中的序號)對應(yīng)一個預(yù)期的功率值Po[i]，希望通過向積分器24依次輸出Vapc[i]使得功率放大器25的功率輸出與理想的功率輸出曲線Po-t一致。Vapc[i]保存在APC數(shù)據(jù)存儲器22中，被保存的數(shù)據(jù)Vapc[i]被稱為“模板”，這個生成并保存模板的工序稱為“燒模”。
使用時，地址發(fā)生器21每隔一個時間間隔向APC數(shù)據(jù)存儲器22發(fā)送一個地址，這些地址所對應(yīng)的APC數(shù)據(jù)存儲器22中的存儲單元中依次保存有Vapc曲線的每一個電壓值Vapc[i]。當(dāng)APC數(shù)據(jù)存儲器22根據(jù)來自地址發(fā)生器21的地址，通過D/A模塊23向積分器24輸出一個預(yù)定的電壓Vapc[i]后，如果功率放大器25當(dāng)前的輸出功率Po小于預(yù)期的功率Po[i]，則由于功率放大器25的輸出功率-控制電壓曲線滿足單調(diào)遞增的線性關(guān)系，此時檢波電壓Vf也小于Vapc[i]，積分器24的輸出電壓Vc上升，導(dǎo)致功率放大器25的輸出電壓Po也上升，當(dāng)Po上升到Po＝Po[i]時，Vf＝Vapc[i]，Vc保持穩(wěn)定，Po也穩(wěn)定在Po[i]。當(dāng)APC數(shù)據(jù)存儲器22根據(jù)來自地址發(fā)生器21的地址，通過D/A模塊23向積分器24輸出一個預(yù)定的電壓Vapc[i]后，如果功率放大器25當(dāng)前的輸出功率Po大于預(yù)期的功率Po[i]，則由于功率放大器25的輸出功率-控制電壓曲線滿足單調(diào)遞增的線性關(guān)系，此時檢波電壓Vf也大于Vapc[i]，積分器24的輸出電壓Vc下降，導(dǎo)致功率放大器25的輸出電壓Po也下降，當(dāng)Po下降到Po＝Po[i]時，Vf＝Vapc[i]，Vc保持穩(wěn)定，Po也穩(wěn)定在Po[i]。
通過上面的分析可以知道，只要APC數(shù)據(jù)存儲器22中的模板正確，理論上可以得到預(yù)先設(shè)計的理想功率輸出曲線Po-t。
此外，在實際的BTS在工作時每一個頻點可能會有不同的功率等級。
功率等級的表示形式是(M，N)，其中M、N是非零正整數(shù)，例如(0，0)、(5，10)等，M代表靜態(tài)功率等級，一般不變化，N是動態(tài)功率等級，會隨著通信過程中無線信號的質(zhì)量和電平動態(tài)調(diào)整。目前每一個頻點會有一個模板相對應(yīng)，但是不同的功率等級共享同一個模板。
在實際應(yīng)用中，上述方案存在以下問題在BTS的測試中發(fā)現(xiàn)有兩個問題問題一，實際輸出功率有時會比設(shè)計值低或高0.2dB左右；問題二，在一些功率等級下功率輸出曲線Po-t和理想曲線不完全符合。
導(dǎo)致問題一的原因是功率放大器25的功率-控制電壓(Po-Vc)曲線線性程度不好。圖4示出了一根功率放大器Po-Vc的實際曲線，為了說明問題，這根線的比例適當(dāng)放大了。圖中的四個圓點(91、92、93、94)代表實際采集的四個數(shù)據(jù)點，曲線99代表實際的Po-Vc曲線。把數(shù)據(jù)點93和94之間的線段再次放大可以得到如圖5的結(jié)果。由于我們的數(shù)據(jù)點采集不可能無限制地加密，因此只能夠得到若干個離散點，而為了能夠按照功率輸出曲線Po-t輸出功率，所需要的Vapc很可能不在離散點的集合中，因此通常采用線性插值的方法，即假設(shè)每兩個點之間的Po-Vc曲線是直線，例如圖5中的直線98，根據(jù)需要輸出的Po值在直線98上尋找應(yīng)有的Vapc值，假定是圖5中的虛線和直線98的交點，這個交點的Vc座標(biāo)就是通過線性插值找到的Vapc值。但是該Vapc值真正對應(yīng)的輸出功率Po是曲線99和虛線的交點的縱坐標(biāo)。在縱坐標(biāo)上，前一個交點大于后一個交點，也就意味著實際的功率輸出會低于理想值。熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知道，類似的原因也可能使實際的功率輸出高于理想值。
導(dǎo)致問題二的原因是采用了同一個模板去應(yīng)付所有的功率等級。實際上，功率放大器25在不同的功率等級下Po對Vapc的響應(yīng)會有一些不同，如圖6所示，圖中的實線81、實線82和虛線分別代表三種功率等級下采用同一個模板時的實際Po-t曲線，其中虛線與理想的曲線形態(tài)符合較好，而其他功率等級時Po-t曲線會有一些不希望出現(xiàn)的變化。這個變化最大的問題是使得Po-t曲線的功率穩(wěn)態(tài)部分產(chǎn)生了波動。目前的技術(shù)方案忽視了這個變化，因此導(dǎo)致了問題二。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種自動功率控制優(yōu)化方法及其系統(tǒng)，使得BTS的功率輸出曲線和理想曲線吻合得更好。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種自動功率控制優(yōu)化方法，用于基站收發(fā)信機的自動功率控制，包含以下步驟A測量功率放大器的功率-控制電壓曲線；C生成自動功率控制電壓模板，在所述步驟A和C之間，所述方法還包含以下步驟B計算所述功率-控制電壓曲線中每兩個相鄰數(shù)據(jù)點之間連線的斜率，判斷所有的斜率是否都在預(yù)先設(shè)定的上、下閾值之間，如果是則進入步驟C，否則棄用該功率放大器。
其中，所述功率-控制電壓曲線是在所述功率放大器開環(huán)的條件下，保持輸入功率不變，通過測量不同控制電壓下所述功率放大器輸出的功率得到的。
所述步驟B還進一步包含以下子步驟B1讀取所述功率-控制電壓曲線的第一個數(shù)據(jù)點；
B2讀取所述功率-控制電壓曲線的下一個數(shù)據(jù)點；B3計算當(dāng)前數(shù)據(jù)點和前一個數(shù)據(jù)點之間的斜率，并判斷該斜率是否在預(yù)先設(shè)定的上、下閾值之間，如果是則進入步驟B4，否則進入步驟B5；B4判斷是否還有剩余的數(shù)據(jù)點，如果是則進入步驟B2，否則判定所述功率放大器為合格，進入步驟C；B5判定所述功率放大器為不合格。
所述自動功率控制電壓模板保存在自動功率控制數(shù)據(jù)存儲器中。
所述上、下閾值可以預(yù)先保存在配置文件中。
本發(fā)明還提供了一種自動功率控制優(yōu)化系統(tǒng)，用于基站收發(fā)信機的自動功率控制，所述系統(tǒng)中對每一個頻點的每一個功率等級都有獨立的自動功率控制電壓模板，該模板用于控制功率放大器產(chǎn)生突發(fā)脈沖。
其中，所述每一個功率等級的自動功率控制電壓模板是在作為基準(zhǔn)的自動功率控制電壓模板的基礎(chǔ)上，將作為基準(zhǔn)的自動功率控制電壓模板的功率上升曲線段的數(shù)據(jù)乘以一個系數(shù)得到。
通過比較可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于，在生成APC模板以前對功率放大器開環(huán)時的Po-Vc曲線進行線性檢測，確保該曲線上每兩個相鄰數(shù)據(jù)點之間連線的斜率在規(guī)定范圍以內(nèi)。
在系統(tǒng)中對每一個頻點的每一個功率等級都采用一個獨立的模板，并提出了生成這些模板的簡便方法。
這種技術(shù)方案上的區(qū)別，帶來了較為明顯的有益效果，即通過預(yù)先對功率放大器進行線性檢測，在“燒?！币郧皺z測出了不合格的功率放大器，因此可以使每一個BTS都能夠達到設(shè)計的功率，提高了品質(zhì)，大大減少BTS系統(tǒng)的缺陷率，節(jié)省了因為維修和返工而導(dǎo)致的后續(xù)工序工作量。
此外，通過對每一個功率等級設(shè)定獨立的模板，使得功率放大器的功率輸出曲線在每一個頻點的每一個功率等級都能夠達到或接近理想功率輸出曲線，保證了功率輸出曲線的功率穩(wěn)態(tài)部分能夠符合設(shè)計的要求，提高了BTS的通信質(zhì)量。


圖1是GSM協(xié)議規(guī)定的理想載波的功率-時間包絡(luò)示意圖；圖2是GSM系統(tǒng)中APC設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是Po-Vc關(guān)系示意圖；圖4是一根功率放大器Po-Vc的實際曲線示意圖；圖5是功率輸出不足的原因分析圖；圖6是不同功率等級下的Po-t曲線示意圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的功率放大器線性檢測流程圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步地詳細(xì)描述。
在本發(fā)明的一個較佳實施例中，在測得功率放大器25開環(huán)時的輸出功率-控制電壓(Po-Vc)曲線后，在計算控制電壓Vapc曲線并將計算結(jié)果保存到APC數(shù)據(jù)存儲器22(“燒?！?之前，增加了一個對功率放大器25的檢測工序。該工序用于檢測功率放大器25的Po-Vc曲線的線性程度能否滿足設(shè)計要求，具體的流程如圖7所示。
在步驟110中，讀取Po-Vc曲線的第一個數(shù)據(jù)點。Po-Vc曲線的每一個數(shù)據(jù)點包含成對的兩個數(shù)據(jù)，一個是Vc值，另一個是該Vc值對應(yīng)的Po值。
此后進入步驟120，讀取Po-Vc曲線的下一個數(shù)據(jù)點。
此后進入步驟130，計算當(dāng)前數(shù)據(jù)點和前一個數(shù)據(jù)點之間連線的斜率。如果把當(dāng)前數(shù)據(jù)點標(biāo)記為(Vc[i]，Po[i])，則前一個數(shù)據(jù)點可以標(biāo)記為(Vc[i-1]，Po[i-1])，其中i是1到N之間的正整數(shù)，N是Po-Vc曲線上數(shù)據(jù)點的總數(shù)目。當(dāng)前數(shù)據(jù)點和前一個數(shù)據(jù)點之間連線的斜率K[i]可以通過以下公式計算K[i]＝(Po[i]-Po[i-1])/(Vc[i]-Vc[i-1])。
此后進入步驟140，判斷斜率K[i]是否在規(guī)定的兩個上下閾值之間，如果是則進入步驟150，否則進入步驟160。這里提到的兩個上下閾值是在系統(tǒng)中預(yù)先定義好的，分別代表了可以容忍的斜率上限和斜率下限。在本發(fā)明的一個較佳實施例中，兩個上下閾值可以通過配置文件預(yù)先設(shè)置在系統(tǒng)中。
在步驟150中，判斷是否還有剩余的數(shù)據(jù)點，如果有則進入步驟120，讀取下一個數(shù)據(jù)點進行處理，否則進入步驟170，提示該放大器線性合格。
在步驟160中，提示該功率放大器線性不合標(biāo)準(zhǔn)，退出流程。如果在步驟140里發(fā)現(xiàn)Po-Vc曲線中至少有一對相鄰數(shù)據(jù)點之間的斜率不滿足要求，則該功率放大器25不能夠被用于BTS中。此時可以通過人機交互界面對操作人員進行提示，例如可以通過顯示器或者打印機輸出文字警告信息，同時還可以把出現(xiàn)問題的數(shù)據(jù)點參數(shù)一起輸出。
采用以上的檢測工序以后，如果再遇到類似于圖4所示的Po-Vc曲線，則數(shù)據(jù)點92和93之間的斜率會被判定為不合格，因此該功率放大器就不會被用到BTS中去。因為在“燒?！惫ば蛞郧熬皖A(yù)先檢測出了不合格的功率放大器，因此可以大大減少BTS系統(tǒng)的次品率，節(jié)省了大量不必要的后續(xù)工作量。
在本發(fā)明的另一個方案中，對如圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)中APC設(shè)備作了改進，在APC數(shù)據(jù)存儲器22中對每一個功率等級都保存了一個模板，這樣做的不利地方是增加了對存儲器容量的要求，從而會導(dǎo)致一些成本上的增加。不過隨著近年來科技的迅速發(fā)展，存儲器的價格直線下降，而容量卻成倍增加，因此由此導(dǎo)致的成本增加并不多，但是由此使得每一個功率等級的功率輸出曲線都符合理想功率輸出曲線成為可能。
增加了模板數(shù)目以后，常規(guī)的想法是在每一個功率等級下都測定功率放大器25的Po-Vc曲線，然后計算出對應(yīng)的模板并寫到APC數(shù)據(jù)存儲器22中。因為功率等級比較多，對每一個功率放大器的每一個功率等級進行測定會導(dǎo)致工作量增加一個數(shù)量級以上，不可取。
本發(fā)明利用同一個功率放大器不同功率等級的Po-Vc曲線比較類似的特點，在先獲得一個基準(zhǔn)功率等級下的模板(后文稱為“基準(zhǔn)模板”)后，其他功率等級的模板通過對基準(zhǔn)模板進行修改得到。修改的方法如下僅修改基準(zhǔn)模板的功率上升曲線(如圖1中的曲線段11)，將基準(zhǔn)模板中功率上升曲線的數(shù)據(jù)都統(tǒng)一乘一個系數(shù)A，A是一個1左右的正數(shù)。對于每一個功率等級，A是通過實際的測試和調(diào)整確定的。下面以圖6為例來說明對某一個功率等級是如何確定A的數(shù)值的。假定圖6中的虛線代表基準(zhǔn)模板，則圖6中的實線81和82分別代表在不同的功率等級下模板的兩種可能形態(tài)。如果經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)是類似于實線81的形態(tài)，則應(yīng)該減小A，如果經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)是類似于實線82的形態(tài)，則應(yīng)該增大A。通過反復(fù)調(diào)整，當(dāng)調(diào)整到功率穩(wěn)態(tài)部分是一根直線的時候，就可以得到該功率等級下最合適的系數(shù)A。對于一個功率放大器的某一個功率等級下得到的系數(shù)A可以作為同種類型功率放大器相同功率等級下的系數(shù)A的參考值。
需要說明的是，本發(fā)明沒有去調(diào)整模板中的功率下降曲線，這是因為這個部分的信號不是有用信號，產(chǎn)生一些變化沒有關(guān)系。而且功率下降曲線位于整個模板的最后，不可能對后面的曲線產(chǎn)生影響。而功率上升曲線則可能會對后續(xù)的功率穩(wěn)態(tài)部分產(chǎn)生影響，因此成為本發(fā)明調(diào)整的對象。
雖然通過參照本發(fā)明的某些優(yōu)選實施例，已經(jīng)對本發(fā)明進行了圖示和描述，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種各樣的改變，而不偏離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種自動功率控制優(yōu)化方法，用于基站收發(fā)信機的自動功率控制，包含以下步驟A測量功率放大器的功率-控制電壓曲線；C生成自動功率控制電壓模板，其特征在于，在所述步驟A和C之間，所述方法還包含以下步驟B計算所述功率-控制電壓曲線中每兩個相鄰數(shù)據(jù)點之間連線的斜率，判斷所有的斜率是否都在預(yù)先設(shè)定的上、下閾值之間，如果是則進入步驟C，否則棄用該功率放大器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動功率控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述功率-控制電壓曲線是在所述功率放大器開環(huán)的條件下，保持輸入功率不變，通過測量不同控制電壓下所述功率放大器輸出的功率得到的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動功率控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟B還進一步包含以下子步驟B1讀取所述功率-控制電壓曲線的第一個數(shù)據(jù)點；B2讀取所述功率-控制電壓曲線的下一個數(shù)據(jù)點；B3計算當(dāng)前數(shù)據(jù)點和前一個數(shù)據(jù)點之間的斜率，并判斷該斜率是否在預(yù)先設(shè)定的上、下閾值之間，如果是則進入步驟B4，否則進入步驟B5；B4判斷是否還有剩余的數(shù)據(jù)點，如果是則進入步驟B2，否則判定所述功率放大器為合格，進入步驟C；B5判定所述功率放大器為不合格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動功率控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述自動功率控制電壓模板保存在自動功率控制數(shù)據(jù)存儲器中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動功率控制優(yōu)化方法，其特征在于，所述上、下閾值可以預(yù)先保存在配置文件中。
6.一種自動功率控制優(yōu)化系統(tǒng)，用于基站收發(fā)信機的自動功率控制，其特征在于，所述系統(tǒng)中對每一個頻點的每一個功率等級都有獨立的自動功率控制電壓模板，該模板用于控制功率放大器產(chǎn)生突發(fā)脈沖。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動功率控制優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述每一個功率等級的自動功率控制電壓模板是在作為基準(zhǔn)的自動功率控制電壓模板的基礎(chǔ)上，將作為基準(zhǔn)的自動功率控制電壓模板的功率上升曲線段的數(shù)據(jù)乘以一個系數(shù)得到。
全文摘要
本發(fā)明涉及全球移動通信系統(tǒng)中的自動功率控制技術(shù)，公開了一種自動功率控制優(yōu)化方法及其系統(tǒng)，使得BTS的功率輸出曲線和理想曲線吻合得更好。這種自動功率控制優(yōu)化方法及其系統(tǒng)在生成APC模板以前對功率放大器開環(huán)時的輸出功率－控制電壓曲線進行線性檢測，確保該曲線上每兩個相鄰數(shù)據(jù)點之間連線的斜率在規(guī)定范圍以內(nèi)。在系統(tǒng)中對每一個頻點的每一個功率等級都采用一個獨立的模板，并提出了生成這些模板的簡便方法。
文檔編號H04W52/52GK1697530SQ20041004446
公開日2005年11月16日 申請日期2004年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者文凱 申請人:華為技術(shù)有限公司