验证并减轻放大器中的振荡的制作方法

验证并减轻放大器中的振荡的制作方法
【专利摘要】提供一种检测和减轻放大器中的振荡的方法。放大器被配置为采样正被放大的信号，以确定放大器是否振荡。此外，基于放大信号的明显信号电平可以验证放大器的状态。然后根据放大器是否振荡调整放大器的增益，或在必要时保持与正在运行的放大器所处的系统相兼容的增益。
【专利说明】验证并减轻放大器中的振荡
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是2011年3月3日提交的美国序列N0.13/040，125 (其要求2010年3月5日提交的美国临时申请N0.61/310，988和2010年8月27日提交的美国临时申请N0.61/377，763的权益)中的一部分的连续申请。本申请是2012年4月4日提交的美国序列号N0.13/439，148 (其要求2011年8月23日提交的美国临时申请N0.61/526，452的权益)中的一部分的连续申请。本申请涉及U.S.7，409，186。通过参考将前述申请全部并入本文。

【背景技术】
[0003]升压放大器是用于增加经由放大器进行通信的蜂窝电话及其它设备的灵敏度和功率输出的双向放大器。但是，升压放大器的使用会扰乱设备正在进行通信的网络和设备未在进行通信的其它蜂窝网络的蜂窝系统。
[0004]升压放大器的不利作用会导致功率过载的情形，其中，过大的功率会屏蔽其它设备，从而导致它们掉线或断线。升压放大器还会增加本底噪声，这降低基站的灵敏度。本底噪声的增加通常会减小基站的覆盖面积，并妨害蜂窝服务。此外，升压器会开始自振荡，这是一种导致噪声并能够在蜂窝系统中引起干扰的状态。
[0005]除了扰乱蜂窝系统之外，非正常运行的升压放大器会导致基站接收的用户信号弱于所需值。这会导致基站对用户信号接收不良。在某些条件下，甚至会禁止用户拨打或接听电话。
[0006]随着引入更新的蜂窝无线技术，需要防止多个不同网络中运行的设备在这些网络中受到干扰。同时，需要增强设备的能力从而在其各自的网络中高效地通信。
[0007]附图简要说明
[0008]为了进一步阐明本发明的至少一些优点和特征，将通过参考附图中显示的【具体实施方式】，来对本发明进行更具体的描述。应当理解的是，这些附图仅仅显示了本发明的示例性实施方式，因此并不认为是对其范围的限制。将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中:
[0009]图1显示了通信系统中运行的放大器的一个示例；
[0010]图2显示了具有控制增益电平的控制电路的概括性放大器；
[0011]图3显示了被配置为控制至少两个设备之间的信号放大的双向放大器的实施方式；
[0012]图4显示了放大器的另一个实施方式；
[0013]图5A-5E显示了用于处理放大器中的振荡或减小放大器中的振荡的方法的示例；
[0014]图6显示了用于确定放大器的最佳增益的方法的示例；
[0015]图7显示了用于设置放大器中的最佳增益的方法及系统的实施方式；
[0016]图8显示了用于设置运行于网络环境中的放大器的增益的流程图的示例；
[0017]图9显示了用于设置放大器的增益的流程图的另一个示例；以及
[0018]图10显示了用于实现图8和/或图9中显示的流程图的系统和方法的实施方式。
[0019]优选实施方式的详细说明
[0020]正常运行的升压放大器(本文中也称为放大器)对于蜂窝系统而言应当是透明的，使得基站不会察觉到蜂窝电话自身通信的情形、或者蜂窝电话通过升压放大器通信的情形下的任何显著差别。附加地，还希望即使没有通过升压放大器进行通信的蜂窝电话，来自升压放大器的发射也应总是处于蜂窝系统所能接受的限度内。
[0021]下面参考在蜂窝网络或其它无线网络中运行的蜂窝电话或其它无线设备来讨论本发明的实施方式。仅通过举例的方式，典型的设备包括蜂窝电话、个人数字助理、智能电话、笔记本电脑、调制解调器或其它能够联网的设备。本领域技术人员可以理解的是，本发明的实施方式可应用于其它无线网络，包括在整个电磁波谱的各种频率上运行的那些无线网络。无线网络包括蜂窝网络以及其它无线网络。相比无线网络和无线系统，蜂窝网络和蜂窝系统的称法也更通用。
[0022]“小区站点”和“基站”在本文中可互换使用。小区站点和基站被定义为无线网络天线和通信设备所在的位置。无线网络通常具有许多处于运行状态的基站。小区站点或基站通常包括发射机/接收机、天线塔、传输无线电设备和无线电控制器，用于在给定范围内保持与诸如蜂窝电话或者其它无线设备之类的移动手持设备的通信。类似的，基站或小区站点可称为一个或多个基站。蜂窝电话也可表示可经由放大器通信的其它设备。举例来说，本文所讨论的放大器的实施方式可以放大与一个或多个基站通信的一个或多个蜂窝电话或其它设备的信号。
[0023]术语“反向链路”是指信号从设备发送到基站的发送路径。术语“正向链路”是指信号从基站发送到设备的发送路径。短语“反向链路信号”和“正向链路信号”并不是限制为可在设备和基站间传送的特定类型的数据，而是仅用于指定信号发送的方向。
[0024]本发明的实施方式涉及用于增强诸如蜂窝电话之类的设备(或被配置为通过无线网络通信的其它设备)在无线网络中通信的能力的放大器，包括升压放大器。实施方式扩展到调整(某些实施方式中是动态地调整)应用于无线信号的增益的放大器。实施方式进一步涉及用于管理基站过载、本底噪声保护和自振荡中的至少之一的系统和方法，因为它们涉及诸如升压放大器之类的放大器。
[0025]升压放大器的一个实施方式按照需要可变地调整其增益。可变地和/或自动地调整应用于无线信号的增益的能力能够防止放大器产生可能对正在运行的放大器所处的无线网络的操作、其它蜂窝或无线网络、或者放大器自身的操作产生干扰的发射。举例来说，太大的增益会导致升压放大器振荡，这会产生对无线网络的干扰，并可对无线网络的使用者产生不利影响。此外，太大的增益不必要地增大了基站的残留噪声量。而太小的增益会影响无线设备在无线网络中的通信能力。如前所述，本发明的实施方式防止功率过载振荡和/或过多本底噪声中的至少之一增加。
[0026]本发明的实施方式会考虑当设置放大器的增益时可能对放大器的运行产生影响的参数。放大器包括用于基于这些参数确定各个不同环境下的最佳增益的电路、模块和/或组件(例如，硬件、软件、固件等)。放大器可被配置为通过单独减轻特定问题和/或同时减轻多重问题的影响来确定最佳增益。放大器可确定最佳增益以减轻放大器已考虑的每个问题。在一个示例中，放大器为每个问题产生可能增益。这些可能增益随后可被协调，以产生考虑到所要减轻的所有问题而最佳化的最终增益。
[0027]放大器的实施方式可以与诸如蜂窝电话之类的无线设备(或其它设备)集成，或可以无线或有线地连接无线设备。放大器起到在基站(或其它小区站点)和无线设备之间的中介的作用。由无线设备产生的信号被放大器放大并重新发送。放大器也接收来自基站的信号并在对接收信号应用增益后将放大后的信号发送到无线设备。在一些示例中，增益会降低信号强度。
[0028]升压放大器经由第一天线接收来自基站的第一无线信号，并经由第二天线接收来自设备的第二无线信号。控制电路分析放大器的输入和/或输出，并以考虑了利用放大器的各种输入而感测到的参数的方式来调整增益(或放大系数)。
[0029]调整后的增益被应用于第一和/或第二无线信号，并将得到的无线信号经第一和第二天线分别重新发送到基站和设备。在一些实施方式中，应用于一个方向(例如从基站到无线设备)上的无线信号的增益可与应用于另一方向(例如从无线设备到基站)上的无线信号的增益不同。
[0030]图1显示了典型的通信系统100。通信系统100可以是蜂窝电话无线网络或其它无线网络。在这个示例中，升压放大器102 (也称为放大器)对基站106和设备104之间传输的信号进行放大。在一个典型系统中，与升压放大器102和基站106之间的距离相比，升压放大器102更靠近设备104。基站106发送信号108到周围空气中，由于本领域技术人员可知的各种原因，随着信号108从基站106向外传播，信号108被衰减。天线110接收信号108并将辐射信号转换为传导电信号。
[0031]升压放大器102放大电信号，并将放大信号传送到设备104。在一个不例中，升压放大器102可以将电信号作为放大的RF信号114，从第二天线112重新发送到设备104。放大信号114被设备104的天线116接收，设备104处理此信号并最终将适当的内容传送给设备104的使用者。
[0032]如前所述，升压放大器102可以是设备104的整体组成部分，或者与设备104分离开。升压放大器102也可被实现为保持设备104的托架。例如，托架可安装在汽车的仪表盘上，设备104可位于托架中。可包括升压放大器102的托架之间的通信可以是有线和/或无线的。此外，设备104发出或接收的信号可以利用有线电缆118和/或天线112与放大器102进行通信。更一般来说，可以以不同的形式包括升压放大器102。例如，当升压放大器102用于建筑物或其它区域中时，可以将其形式改变或者配置为适合在所处位置的放置或安装。
[0033]类似地，设备104可以通过从天线116发送RF信号来将内容传送到升压放大器102，RF信号最终被天线112接收。升压放大器102放大接收信号并利用天线110重新发送信号。发送的信号被基站106接收，基站106可如无线服务供应商所确定的那样，对信号执行多种操作。
[0034]在操作期间，放大器102可动态地放大发送到基站106的信号以及从基站106接收的信号。应用于这些放大信号的增益可以随时间并根据多个因素动态地调整。例如，增益可被设置为考虑或减轻无线环境中可能出现的潜在问题。放大器102可被配置为防止放大器本身干扰无线系统100或基站106或系统100中运行的其它设备或可处于运行状态的其它无线系统的运行。
[0035]例如，本发明的实施方式会考虑当设置放大器的增益时可对放大器102的运行产生影响的参数。特别是，放大器102的运行被监控以确保放大器102不振荡。如果在放大器102中检测到振荡，那就减小放大器102的增益或关闭放大器102，以消除振荡并减小振荡的不利影响。
[0036]因为有可能将振荡与有效的放大混淆，因此本发明的实施方式还会区分振荡和有效放大。仅通过举例的方式，当设备104用于在系统100中通信或收发信号时，可出现期望信号(例如蜂窝电话呼叫、互联网访问等，这些是出现期望信号时的示例)。当设备104空闲或未处于使用状态时，期望信号不会出现在升压放大器102的输入端。当放大有效信号时也可能出现振荡。
[0037]放大器包括用于在包括振荡的不同环境下确定最佳增益或最佳配置(包括关闭)的电路、模块和/或组件(例如硬件、软件、固件等)。举例来说，放大器102可被配置为，当检测到振荡或检测到其它问题时，减小、改变或取消放大器102所应用的增益。
[0038]图2显示了被配置为产生最佳增益电平的概括性定向放大器202(升压放大器102的一个示例)。从仅仅在反向链路方向或者正向链路方向上控制增益的意义上来讲，本示例中的升压放大器202是单向的。放大器202连接到天线210，天线210被配置为接收信号。天线210将接收信号转换为电信号。电信号被可变增益模块(VGM) 216接收，可变增益模块(VGM) 216对电信号应用放大系数。在一个实施方式中，电信号经由第二天线212传送，第二天线212将调整后的电信号作为RF信号发送，由可包括手持设备的一个或多个设备接收。
[0039]可变增益模块216受控制电路214的控制。控制电路214接收来自天线210的电信号，并基于例如电信号的属性和/或其它参数来确定应当应用于电信号的最佳放大系数。控制电路214向可变增益模块216提供控制信号。控制信号向可变增益模块216发出关于应当应用于电信号的放大系数的指示。
[0040]当计算所需的放大系数时，可考虑许多因素或参数。这些因素例如包括(但不限于)电信号的电平或者强度，以及是否存在任何表明升压放大器202正在以任何方式使蜂窝网络振荡或者过载、或者影响其它无线网络的指示。
[0041 ] 在一个实施方式中，放大系数可以是应用于电信号的倍数。放大系数可产生放大或衰减的输出信号。也就是说，当放大系数的绝对值小于I时，放大调整后的信号幅度将低于原始电信号。反之，当放大系数的绝对值大于I时，放大调整后的信号幅度将大于原始电信号。
[0042]控制电路214是能够用于处理输入的处理器的示例。如下文详细描述的那样，控制电路214也可以接收其它输入，这些输入是当设置待应用于电信号的增益时所使用的系数或者参数的示例。可以从输入信号中导出这些输入，或者从其它源接收这些输入。
[0043]图3显示了双向放大器302 (升压放大器102的一个示例)的一个实施方式，其被配置为控制基站和设备之间传输的无线信号(或两个设备或装置之间传输的其它无线信号)的放大。在放大器302中，在天线310接收来自基站的蜂窝信号，并将其传送到控制电路314和可变增益模块316。控制电路314控制可变增益模块316的放大系数。放大后的信号可以连接到第二天线312，第二天线312将蜂窝信号发送到至少一个手持设备。
[0044]双向蜂窝放大器302也被配置为接收来自一个或多个设备(如蜂窝设备)的信号，放大这些信号，并重新发送放大后的信号至基站。来自手持设备的信号可被天线312接收。信号被路由至第二可变增益模块304，其对信号应用放大系数。放大系数由控制电路314确定和控制。
[0045]为了允许天线310和312同时发送和接收信号，举例来说，提供双工器(DUP) 306和308。双工器被定义为一种允许同时经由公共点发送和接收的自动电路由设备。更一般而言，双工器是一种三端口设备，具有一个公共端口 “A”和两个独立端口 “B”和“C”。理想情况下，信号从A传送到B，从C传送到A，但不会在B和C之间传送。例如，双工器306接收来自基站的RF信号，并将信号转换为第一电信号，并路由至可变增益设备316和控制电路314的输入端。双工器306同时接收来自可变增益模块304的输出端的第二电信号，并使此信号作为RF信号经由天线310发送。
[0046]控制电路314可被配置为当确定应用于可变增益模块304和316的放大系数时完成多个目标。典型的目标包括但不限于:i)设置信号发送的功率电平为足够的电平，以确保信号到达目标目的地；以及ii)确保从升压放大器302发送来的信号以基本上消除了干扰的功率电平发送，这些干扰原本是会被引入周围蜂窝网络的。
[0047]首先，控制电路314确定可变增益模块304和316的放大系数，以便利用足够的功率发送得到的信号，从而使其足以到达目标目的地，比如设备或者基站，同时不会超过监管或者其它(例如行业)确立的功率限制。当天线310接收到的无线信号受到显著衰减时，例如，当目标目的地远离升压放大器302时，增大放大系数。反之，当天线310接收的无线信号具有足够高的电平时，为可变增益模块316和304确定较低的放大量。因此，可以通过考虑这些参数来确定不同条件下的放大系数或增益。
[0048]其次，控制电路314确保从升压放大器302发送来的信号以基本上消除干扰的功率电平来发送，此干扰原本会被引入周围蜂窝网络。许多蜂窝网络，例如CDMA系统，都被配置为由基站确定网络中的每个手持设备发射的功率电平。当设备和基站之间开始通信时，在设备和基站间发生“握手”，并且基站向设备指示设备应当用来发送的功率。如果基站确定来自设备的信号太强，则将指示设备降低发射信号的功率电平。将CDMA系统设计为，使得所有进入基站的信号大致为相同的功率。如果一个信号以显著高于其它信号的功率电平到达基站，则它可能会使基站处于过功率状态，并导致与正在与基站通信的其它设备发生干扰。
[0049]因此，控制电路314可确定天线310所能发射的最大幅度或功率电平，从而基本上消除干扰。在一个示例中，当升压放大器302发出的信号不会对周围蜂窝网络造成有害影响时，就认为基本上消除了干扰。例如，当在不导致基站处于过功率状态的情况下、或者不会以降低无线网络内其它设备的性能的方式导致与其它设备发生干扰的情况下发送信号时，基本上消除了干扰。控制电路314可确定应用于可变增益模块的放大系数，以便为了实现此目标而衰减或放大电信号。
[0050]放大系数值的确定可取决于经由天线310从基站接收的信号是否超出门限(本文中也称为阈值电平或阈值)。阈值可以是预定的设置值，或者可以是直到控制电路314作出确定结果才确定的变量。例如，如果在分析经天线310接收的信号的强度之后，控制电路314确定蜂窝升压放大器302和目标基站或手持设备之间的信号衰减很大，则控制电路314可以确定比当基站信号衰减较少时更高的阈值。较高的阈值允许对信号应用较大的放大系数，从而使发射信号能到达其目标目的地。由于信号必须穿越很大的距离，因此信号将在不超过适当功率电平的情况下到达目标目的地(例如，基站)，并且将因而不会使基站处于过功率状态或者与从其它手持设备发送的信号发生相当大的干扰。
[0051]在图3的实施方式中，应用于可变增益模块316和304的放大系数都可以基于经天线310从基站接收的信号的属性来确定。来自基站的输入信号由控制电路314在连接点318处经由天线310接收，并经天线312辐射至设备。控制电路314能够基于基站信号的属性作出多种确定结果。首先，控制电路314能确定来自基站的信号的幅度电平。基于幅度，控制电路能确定对可变增益模块316而言足够的放大系数，以便能够将所接收的信号传送至一设备。其次，从基站接收的信号的幅度也是成功将信号经天线310发送回基站所需的幅度的指示符。例如，如果控制电路314测量到较低幅度的第一电信号，那么基站发送的信号很可能在基站和升压放大器302之间被严重衰减了。因此，能够确定可变增益模块304所需的放大系数，从而使源自设备的第二电信号能够以足够的功率重新发送，以(在可容许的监管和/或其它已确定的功率限制内)到达基站。
[0052]控制电路314还可以接收附加输入。控制电路可从连接点320、322和324接收输入信号，上述连接点分别对应于来自手持设备的输入信号(可以是无线接收的)、VGM316的输出信号和VGM304的输出信号。
[0053]图4大致显示了升压放大器400的另一个实施方式，其为放大器102、202和/或302的示例。图4显示了在检测振荡的情形中的升压放大器400的示例，且图4用于举例说明放大器400中的振荡减轻的多个方面。
[0054]放大器400可以包括一个或多个级(包括最终功率级和一个或多个前级)，并且可以被配置为对发送到基站的信号以及从基站接收的信号进行放大。当本发明的实施方式在反向链路路径和正向链路路径中运行时，可将电路适配成考虑到信号路径。例如，一个放大器(或者放大器链)可以在反向链路方向上放大，而另一放大器(或者放大器链)可用于在另一个方向上放大。一些组件可以是共用的，比如微控制器414(它是控制电路314的一个例子)。微控制器414可以具有控制任一方向上的放大的能力。可以提供适当的硬件，以便按照需要在放大器400内路由这些信号。替代地，微控制器是控制电路的一个示例。微控制器414的操作可以以硬件和/或软件实现。
[0055]在本示例中，向前置放大器402提供输入406 (例如来自基站或来自无线设备的信号)。前置放大器402的输出通常包含放大后的输入信号(期望信号的示例)和放大后的热噪声，例如放大后的宽带热噪声。仅通过举例的方式，在800MHz的蜂窝频带中，反向链路带宽可为824至849MHz ;在1900MHZ的PCS频带中，反向链路带宽可为1850至1910MHZ。
[0056]前置放大器402的输出被提供给放大器链404。振荡检测器410被配置为检测或米样放大器链404的输出。可选的是，振荡检测器410能够在放大器链404中的任意点对信号采样，包括放大器链404对信号进行操作之前和/或之后。在本示例中，尽管振荡检测器410也可以像前面所说的那样在其它位置或其它时间对放大器400接收和/或发送的信号米样，但振荡检测器410可以对放大器链404的输出米样。此外，振荡检测器410可被配置为在确定频率(例如蜂窝频带)下运行。此外，前置放大器402可包括用于限制或控制通过的频率或频带的滤波器。
[0057]在振荡检测期间，振荡检测器410可在预定时间段内对放大器链404的输出进行多次采样。例如，可在例如3毫秒的较短时间段内对输出进行大约100次采样。本领域技术人员在本发明的教导下可以理解的是，采样的不同次数可以变化，并且可以在不同时间段内获取不同次数的采样。例如，在5毫秒内可以获取大约100次采样。采样的次数和获取采样的时间是可以变化的。此外，采样可以是连续的，也可以是以预定间隔进行的。在一个实施方式中，可以连续进行采样，并可将时间窗口应用于采样以评估采样。例如，可将3毫秒的窗口应用于振荡检测器410所获取的采样。通过连续获取并评估采样，放大器400的状态(例如振荡或不振荡)能够被重复评估。
[0058]振荡检测器410获取的采样可被提供给微控制器414。微控制器414然后评估采样以确定放大器400的状态。
[0059]在许多无线网络(例如CDMA，GSM, LTE，WiMAX)中，存在很高的峰值对平均功率的比(PAPR)(例如，在一些示例中为5至10dB)。与此相对照，放大器410中的振荡具有非常低的峰值对平均功率的比值，这是因为振荡使放大器饱和，并压缩信号。在这种情况下，PAPR可接近于OdB，这可表示载波或振荡。
[0060]因此,微控制器414利用在一定时间段内对信号进行的米样,能够确定PAPR并确定放大器400是否振荡。在一个示例中，如果PAPR超出阈值电平，则微控制器414确定放大器400未振荡。如果PAPR低于阈值，则放大器振荡。在一些示例中，可以执行附加处理，以在增益实际减小之前或者在升压放大器400关闭之前来验证振荡状态。可以执行这些处理，以防止对设备的任何使用被不必要地中断。也就是说，当放大期望信号并检测到振荡时，可首先减小增益。
[0061]当检测到振荡时，利用开关电路412减小放大器400的增益或关闭放大器400。微控制器414与开关电路412通信，从而在必要时控制放大器400的增益以消除振荡。增益可以逐渐减小，或逐步减小，等等。如果未出现振荡，正常的操作可以是放大器400动态调整增益。在一个实施方式中，当开关电路412的输出表示放大器404被关闭或已减小增益时，可以限制或降低放大器400动态调整增益的能力。也就是说，开关电路412可以具有取代升压放大器400的其它组件的控制能力。动态调整增益的能力、以及此处公开的其它方法可以以硬件、软件、固件或者其任何组合来实现。
[0062]本发明的实施方式能够减小振荡的影响。通过确定是否出现振荡来控制放大器。当放大器用于放大期望信号时，放大器能够正常运行。如果即使放大期望信号仍检测到振荡，则如此处讨论的，可以减小增益。
[0063]例如，在检测到振荡时，利用可变衰减器或通过改变放大器(例如放大器中的放大器链)的偏置电压，可以逐渐地达到放大器的正确增益。
[0064]图5A显示了处理或检测升压放大器例如放大器102、202、302和/或400中的振荡的典型方法。方法500还可用作识别潜在振荡的预兆，然后以另一种方式验证潜在振荡。这就可以消除当放大器的状态取决于较短时间帧内获取的信号采样或取决于具有较低PAPR的信号时可能出现的伪确定。图5A的方法(以及图5B-5E的方法)可以由振荡检测器410和/或微控制器414来执行。在一些不例中，振荡检测器410的输出被提供给微控制器414以用于进一步考虑。然后可将放大系数应用于放大器链404 (或其中的任意放大器)。
[0065]用于降低放大器噪声方法500可从在502对放大器中放大的信号进行米样开始。在一个示例中，采样可以是连续的，或者也可以是周期性地。可以在放大器链中的任意点进行采样。
[0066]然后，方法在504分析预定时间段内的采样。这可以通过将时间窗应用于采样来实现，采样可以存储在存储器中。例如，采样可以存储在旋转缓冲器中。分析采样以确定至少一个PAPR。然后，方法在506确定放大器的状态。如果PAPR低于阈值，则微控制器在508确定放大器中出现振荡，并相应地调整放大器的增益。例如，控制电路可减小增益，逐级减小增益，关闭放大器(或其中的任意级)，等等。如果当PAPR超出阈值时微控制器在508确定未出现振荡，则可允许放大器正常运行。通常，当确定出现振荡时，增益被减小，直至振荡的影响被消除为止，此时可允许放大器以减小后的增益恢复正常运行。
[0067]在一个示例中，当在506确定放大器的状态时，对预定时间量内的一定数量的采样取平均。可从采样中识别出采样的峰值，然后确定所有采样的平均值。然后，将得到的PAPR与阈值比较，以确定放大器的状态。当PAPR小于阈值时，放大器的状态为振荡；iPAPR超出阈值时，状态为正常。
[0068]给定窗口或预定时间量内的采样可用于确定一个或多个信号比或功率比，包括(仅仅作为举例)PAPR、峰值对峰值功率比、或者采样功率电平的变化。
[0069]更一般而言，例如(但并非限制)，信号或功率比的示例包括峰值对平均功率的比，信号的采样功率电平的变化，峰值对最小功率的比，或者峰值对平均功率的比。这些功率比中的一个或多个可被用于确定放大器的状态。例如，可将每个比率与阈值或预定值进行比较(对于不同功率比，可以有不同的预定值)。比较的结果可表明放大器的状态为振荡还是正常。在一个示例中，此状态可以由另一过程验证。
[0070]在确定峰值对峰值功率的比时，可以根据采样来确定比率，这些采样可以包括相邻峰值，多对相邻峰值，根据多对相邻峰值确定的平均值，非相邻峰值等等或者其任何组合。可以根据采样确定采样功率电平的变化。可以根据采样确定峰值对最小功率的比，这些采样包括峰值和最小值的各种组合。在本示例中，信号比可以包括对多对相邻采样的分析，并且可以对来自多对采样的功率电平变化进行平均化。
[0071]框506中确定的状态可利用一个或多个信号比来确定。当然，也可以只利用一个信号比来确定状态，而并没有要求必须使用多于一个的信号比来确定放大器的状态。
[0072]控制器可利用信号比和阈值或预定值之间的关系来确定放大器中是否出现振荡。本领域技术人员可以理解的是，可以选择预定值，以便可以利用信号比小于预定值、大于预定值、等于或者大于预定值、等于或者小于预定值等来确定振荡。
[0073]例如，如果信号比低于预定值或阈值，控制器确定出现振荡(状态为振荡)，则控制器可减小增益，关闭放大器(或任意级)，等等。通常，对增益进行控制直到消除了振荡的影响为止，在这时，可以允许放大器恢复正常运行。在这种情况下，连续地对信号比进行重新评估，以便确定何时已经消除或者控制了振荡。对信号比(或者多个信号比)进行监控提供了用于确定何时允许放大器恢复正常运行的有效手段。
[0074]在确定放大器的状态时，可以将预定时间量内的一定数量的采样取平均。在信号比是PAPR时，可识别采样的峰值并且也可确定所有采样的平均值。然后，将得到的PAPR与阈值或预定值比较，以确定放大器的状态。当PAPR小于阈值时状态为振荡；当PAPR等于或大于阈值时状态为正常。可选的是，也可以使用通过对与多个窗口相关联的PAPR进行平均化而获得的平均PAPR，来确定放大器的状态。
[0075]类似地，其它信号比也可用于确定放大器的状态。在至少一个窗口中的采样的峰值对峰值功率的比、或者至少一个窗口中的采样功率电平的变化也是可用于确定图5所示的放大器的状态的信号比。
[0076]在运行期间(或者在诸如评估或者测试的其它时间)，可以将放大器的增益增大到超过当前工作增益的电平，这种增大后的电平出现的地方就是振荡开始的地方。这实现了在工作增益与振荡点之间的裕度。此外，这在设备运行期间是有用的，因为放大器能够估计在放大器中发生振荡之前可以增大多少增益。如果裕度在运行中由于实际运行条件而变化，则本发明的实施方式可以与使用裕度相独立地确定放大器的状态。
[0077]在运行期间(或者在诸如评估或者测试期间的其它时间)，可以将放大器的增益增大到超过当前工作增益的电平，这种增大后的电平出现的地方就是振荡开始的地方。这能够确定在工作增益与振荡点之间的裕度。此外，这在设备运行期间是有用的，因为放大器能够估计在放大器中发生振荡之前可以增大多少增益。如果裕度在运行中由于实际运行条件而变化，则本发明的实施方式可以与使用裕度相独立地确定放大器的状态。
[0078]当在508确定放大器处于振荡或状态为振荡时，本发明中的一些实施方式可以执行进一步的例程，以确认升压放大器是振荡的。例如，采样的短时间窗口可能在升压放大器实际上没有振荡时表明升压放大器处于振荡。换言之，当PAPR小于阈值时在508确定状态时，升压放大器可能被认为或者可能不被认为是振荡的。
[0079]图5B-5E显示了用于减小放大器中的振荡的方法的进一步示例。图5B-5E中显示的方法，或其部分方法，也能与图5A中的方法组合，以使放大器停止振荡，或防止放大器振荡。图5B-5E中示出的一些元素可以在图5A中所示元素之前、期间和/或之后发生。例如，可以通过放大器连续地或者重复地执行接收下行链路信号、接收上行链路信号、以及测量这些信号的多个方面(例如输入功率)。可以在确定放大器的状态时使用这些值或者测量结果。
[0080]图5B显示了减小放大器中的振荡的方法520的流程图。放大器可包括一根或多根天线。第一天线可被配置为与设备通信，第二天线可被配置为与基站通信。
[0081]方法520包括在522在放大器处经由第一天线从基站接收下行链路信号，在524经由第二天线从设备接收上行链路信号。在526对下行链路和/或上行链路信号进行分析以确定由放大器产生的振荡的存在性或确认由放大器产生的振荡。如上所述，可以在根据PAPR确定振荡状态之后对这一确定结果进行确认。
[0082]如果检测到振荡，可以在528以充分减少振荡的存在的方式调整放大系数。控制电路(诸如控制电路314)执行对蜂窝信号的分析以及对放大系数的调整。在一个实施方式中，当将振荡的存在减少为不将干扰引入周围蜂窝网络的水平时，认为振荡被充分地减小。
[0083]在一个实施方式中，在526分析蜂窝信号的步骤包括测量下行链路和/或上行链路信号的信号电平(例如输入功率)。可将测量到的信号电平与预定值比较。预定值可以根据一些值来选择，其中如果下行链路和/或上行链路蜂窝信号超过这些值的话，则这些值很可能表明放大器中的振荡状况。
[0084]在一个实施方式中，当超过预定值时，将放大系数减小对于充分减小振荡所必需的量。例如，可以逐渐地减小放大系数，直到下行链路和/或上行链路信号低于预定值为止。下行链路以及上行链路信号可以与不同的预定值相关联。
[0085]可选的是，可以在下行链路和/或上行链路信号的信号电平超过预定值的情况中，自动地将放大系数减小为零值。另一方面，如果没有超过预定值，则可以确定放大系数，以便产生第一和第二放大蜂窝信号，其中第一和第二放大蜂窝信号足够强到被成功地传输到蜂窝电话和基站，而不会在基站或者设备处将噪声增大至超过可容许的限度。换言之，放大系数可以增大到这样的值，其允许在设备和基站之间传输信号，而不会造成不良接收或者呼叫掉线。
[0086]方法520进一步包括在530对上行链路和下行链路信号应用调整后的放大系数。可以利用可变增益模块将调整后的放大系数应用到信号。如上所述，放大系数实际上可包括第一和第二放大系数，其中第一放大系数应用于下行链路信号，第二放大系数应用于第二蜂窝信号。
[0087]方法520还包括在532经第一天线发送第一放大蜂窝信号至基站，以及经第二天线发送第二放大蜂窝信号至设备。
[0088]图5C显示了通过升压放大器中使用的控制电路执行的方法540的流程图。放大器包括第一和第二天线以及至少一个可变增益模块。如本文所述，放大器被配置为放大和传输设备和基站之间的蜂窝或其它无线信号。方法540包括在542分析蜂窝信号，以确定升压放大器中的振荡的存在性和/或程度。根据此分析，控制电路在544作出关于检测的振荡是否是超过预定值的程度的确定。
[0089]可以选择预定值来表示一振荡程度，如果超过此振荡程度，就会产生对于周围蜂窝或者无线网络的一定电平的干扰。如果确定振荡程度超过预定值(即，振荡程度很可能产生十分有害的干扰)，则可以在546立即将放大系数设置至零值。而另一方面，如果确定振荡程度被检测为处于不超过预定值的程度(即，振荡程度是可以忽略的或者相对较少的，因而不会导致干扰或者导致相对轻度的干扰)，则可以在548重复地递减放大系数，直到振荡被充分地减小为止。
[0090]最后，控制电路在550指示至少一个可变增益模块将得到的放大系数应用于蜂窝信号。控制电路可以指示可变增益模块将什么样的放大系数应用于蜂窝信号。
[0091]在一个实施方式中，如果确定放大器不存在严重的振荡程度，则方法540可进一步包括确定放大系数，以使重新发送的蜂窝信号具有足够的功率被传输到基站和/或设备。
[0092]图显不了检测并充分减小放大器中的振荡的方法560的一个实施方式。蜂窝(或无线)信号在562由第一天线接收。蜂窝信号在564被放大由第一放大系数确定的量。得到的放大蜂窝信号经第二天线发送至目标目的地，例如设备或基站。
[0093]在第一天线在562接收蜂窝信号之后，并在将第一放大系数应用于蜂窝信号的同时,在566测量蜂窝信号的电平，由此获得第一信号电平。第一信号电平被记录，然后在568将小于第一放大系数的第二放大系数应用于蜂窝信号。在一个实施方式中，第二放大系数约为零值(也就是说，可关闭放大蜂窝信号的功率放大器)。
[0094]在将第二放大系数应用于蜂窝信号的同时，在570再次测量蜂窝信号的电平，由此获得第二信号电平。在572将第二信号电平与第一信号电平比较。如果第二信号电平远小于第一信号电平，则确定使用第一放大系数很可能引起振荡状况的发生。因此，在576将第一放大系数减小预定量，且重复此处理，直至第一放大系数被减小足以消除振荡状况的量为止。但是，如果第二信号电平并非远小于第一信号电平，那么很可能在将第一放大系数应用于蜂窝信号时没有出现振荡状况。因此，在574第一放大系数保持不变，并可重复此处理。
[0095]图5E显示了检测并充分减小放大器中的振荡状况的另一方法580。总的来说，方法580包括在582和588测量蜂窝信号电平的处理，以及在584和590将信号电平与一个或多个阈值比较的处理。在586和592根据比较结果调整应用于蜂窝信号的放大系数。在594分析多重比较的结果，以便检测表明很可能存在振荡的模式，并且在596调整应用于蜂窝信号的放大系数以便消除振荡状况。
[0096]特别是，在一个典型实施方式中，在经天线接收蜂窝信号且将放大系数应用于蜂窝信号之后，在582测量蜂窝信号的电平，以在584确定蜂窝信号是否超出了预定最大阈值。如果蜂窝信号的信号电平未超出最大阈值，则方法580继续在582测量蜂窝信号并在584比较此信号与最大阈值。
[0097]在蜂窝信号的信号电平超过最大阈值的情况中，方法580在586减小应用于蜂窝信号的放大系数。在减小放大系数之后，方法580在588再次测量蜂窝信号的信号电平。方法580然后在590将新的信号电平与最大阈值和预定的最小阈值比较。如果信号电平仍超过最大阈值，则方法580将在586继续减小应用于蜂窝信号的放大系数，直到信号电平不再超过最大阈值为止。如果在588测量的信号电平下降到最大阈值和最小阈值之间，则方法从582的测量开始重复自身。然而，如果在588测量的信号电平低于最小阈值，则将应用于蜂窝信号的放大系数增大预定量。
[0098]最后，在594分析比较结果和/或对放大系数的调整，以确定是否很可能出现振荡。在一个实施方式中，分析测量的信号电平以检测可表明存在振荡的模式。
[0099]例如，在一个典型的实施方式中，分析测量的信号电平以便检测交替的模式，其中信号电平的测量结果在超过最大阈值电平和低于最小阈值电平之间交替。因此，如果在第一测量期间记录的信号电平超过最大阈值电平、在第二测量期间记录的信号电平低于最小阈值电平、并且在第三测量期间记录的信号电平超过最大阈值电平，则识别为振荡。类似地，如果在第一测量期间记录的信号电平低于最小阈值电平、在第二测量期间记录的信号电平超过最大阈值电平、并且在第三测量期间记录的信号电平低于最小阈值电平，也识别为振荡。
[0100]控制电路314还能基于其它参数执行附加的增益控制。图6显示了用于确定放大器例如本文所讨论的放大器的最佳增益的方法600的示例。方法600或其部分方法也可以与图5A-5E中的方法组合，以使放大器停止振荡。
[0101]输入602可被控制电路314接收。至少一些输入602可以被控制电路测量，在存储器中存储并在需要时访问，并由放大器定期更新，等等。
[0102]输入602对应于可能的外部参数，这些外部参数可涉及当设置放大器的增益时应减轻的问题。本发明的实施方式可以仅仅使用一些输入，并且可以被配置为接受附加的输入。仅仅作为举例，用作输入602的参数的示例包括:
[0103]从蜂窝电话(或者多个蜂窝电话)或者其它设备接收到的放大器的输入；
[0104]从放大器向蜂窝电话(或者多个蜂窝电话)或者其它设备的输出；
[0105]从蜂窝系统基站(或者多个基站)和/或其它无线网络接收到的放大器的输入；
[0106]从放大器向蜂窝系统基站(或者多个基站)和/或其它无线网络组件的输出；
[0107]从电源(例如电池、电源供应器等等)提供给升压放大器的功率/电流；和/或
[0108]蜂窝电话或者其它设备与放大器或者它的辅助设备(例如用于保持蜂窝电话的托架、天线等等)之间的距离的指示。
[0109]作为任何上述输入602的结果和/或考虑到相关的技术要求，本方法确定放大器电路的控制，以便在放大的两个方向上，即从基站至蜂窝电话或者其它设备、以及从蜂窝电话或者其它设备至基站，都获得最佳增益。
[0110]在本示例中，图6显示了例如控制电路314或其它处理器或控制器可执行的多个子例程604。子例程604基于相应输入确定可能增益。更具体而言，子例程604a, 604b,…604m确定用于各个输入602a, 602b,…602m的最佳增益，或用于一个或多个输入602a, 602b,…602m的组合的最佳增益。子例程604可包括接受一个或多个输入602的子例程。因此，输入的数量不必与子例程604的数量相同。在一些示例中，具体的子例程可以接收多个输入，并且能够识别用于输入的多个组合的增益。
[0111]例如，子例程604a可基于输入602a确定可能增益。每个子例程604可被配置为减轻某一问题(例如，功率电平，振荡，与基站的距离，与蜂窝电话的距离，来自电源的功率/电流等等)。当确定用以减轻问题的可能增益时，每一子例程可以使用多于一个的输入602。
[0112]在检测振荡的情形中，输入之一可以是通过比较PAPR和阈值而确定的状态。此状态(正常或者振荡)可以由子例程在确认振荡和/或减轻所检测的放大器振荡时使用。
[0113]子例程604不限于特定输入。例如，减轻放大器和基站之间的距离影响的最佳增益可以使用由放大器汲取的功率/电流以及来自基站的输入。
[0114]在另一示例中，子例程604可以根据从基站接收的信号的功率电平来确定可能增益。当考虑此问题而设置增益时，放大器可以i)考虑将用来传输信号的功率电平设置在足够的电平，以确保信号到达目标目的地；和ii)确保从升压放大器发送来的信号以基本上消除了干扰的功率电平发送。
[0115]在子例程604已经识别出用于减轻各种问题的可能增益之后，控制电路在606根据由子例程604产生的可能增益(Gl-m)确定最佳增益GOptimum。然后控制电路可以在608将放大器增益设置为等于最佳增益GOptimum。对于反向链路信号的放大器增益可以不同于对于正向链路信号的放大器增益。
[0116]因此，升压放大器的性能与蜂窝系统兼容，并能向使用放大器的用户提供最大增益/性能。在一个实施方式中，通过执行两个或更多个子例程来完成这一目标。每一子例程确定在考虑到子例程所减轻的问题的情况下可容许的最佳增益。在一些情况下，子例程可以使用相同输入减轻不同的问题。实施方式通过包含几个(两个或更多)子例程(每个子例程改善专门的问题)，来产生最佳的或者优选的增益。放大器确定在考虑到由至少一些子例程产生的可能增益的情况下可容许的放大器的最佳增益。升压放大器配置有适于添加需求变得明显的附加子例程的结构和体系架构。当识别出附加问题时，可以包含附加的子例程，并使用这些附加的子例程确定放大器的最佳增益。
[0117]图7显示了设置最佳增益的方法和系统的实施方式。输入702和704可以是发出电输出信号的传感器/检测器，这些电输出信号是对于放大器例如本文讨论的放大器的正向链路和反向链路功率输入的函数。正向链路功率输入704是从基站接收的功率，反向链路功率输入702是从蜂窝电话和/或其它设备接收的功率。放大器可以为蜂窝电话使用单个输入702，或者使用多个输入702。通过输入702和704产生的这些电信号由处理器，比如控制电路314或者其它微处理器/控制器，使用本示例中的三个独有的子例程来处理。
[0118]第一子例程706在考虑自振荡的条件下确定最佳增益Gl。第一子例程706可以与图5中的方法组合，从而在确定最佳增益Gl之前更明确地确定放大器处于振荡。第二子例程708在考虑行业标准(例如TIA-98-F-1和/或其它标准)的要求的条件下确定最佳增益G2。第三子例程710在考虑基站接收机或基站中的最大可容许噪声增加值的条件下确定最佳增益G3。这种噪声可以潜在地干扰基站的正常性能，并且可以通过控制升压放大器的增益而被减小到可接受的程度。
[0119]第一子例程706可以确定最大增益Gl以考虑放大器中的振荡或者振荡保护。例如，在一个不例中，第一子例程706分析输入(例如，蜂窝信号)，以检测放大器中的振荡的存在性。如上所述，在此子例程之前可执行图5的根据PAPR确定放大器的状态的方法。当检测或者确认了振荡时，控制电路以停止振荡状况的方式调整增益G1。增益Gl可以通过测量从设备和/或从基站接收的蜂窝信号的明显信号电平来确定。如果信号之一或两者超过预定信号值，则很可能存在振荡状况，然后将增益Gl的放大系数减小预定的量。
[0120]在另一实施方式中，当检测到振荡时，只是关闭放大器。可选的是，放大系数的值可被逐渐减小，直至消除振荡为止。本发明的一个实施方式组合了上述的两个方面，当检测到严重振荡时自动关闭放大，但是替代地，也可以逐渐减小放大量直至停止了较不严重的振荡为止。
[0121]在一个示例中，减轻振荡的方法包括在预定时间段内对信号多次采样。根据采样为信号确定峰值对平均功率的比。然后，确定放大器的初步状态。当PAPR低于阈值时将放大器确定为振荡，而当PAPR在阈值以上时将放大器确定为正常运行。
[0122]如果状态是振荡，则本方法继续对从设备和/或从基站接收的蜂窝信号的明显信号电平进行测量。如果这些信号之一或两者超过预定信号值，则很可能存在振荡状况，并据此设置增益Gl。换言之，通过测量从设备和/或基站接收的信号的信号电平，来验证或者确认通过评估PAPR初步检测出的振荡。
[0123]在一个状态是振荡的例子中，当检测出振荡时立即减小增益。反向链路和/或正向链路中的增益可以被减小或者停止。在减小增益或者关闭放大器的同时，可以依旧对来自设备的反向链路功率输入进行采样。
[0124]如前文所述，本文公开的放大器的实施方式可以放大正向链路和反向链路信号。当检测到振荡时，可以调整应用于上行链路和/或下行链路信号的放大系数。第二子例程708确定最大增益G2。蜂窝电话可具有内置的功率控制算法，用于基于其自基站接收的功率调整其功率输出。此内置功率控制算法与相关的行业标准的要求一致。例如，对于CDMA电话，标准是“用于cdma2000扩展频谱移动站的推荐最小性能标准(Recommended MinimumPerformance Standards for cdma2000； Spread Spectrum Mobile Stat1ns)-附录，TIA-98-F-1”，由电信行业协会出版。由蜂窝电话发送到基站的初始功率(即在处于其中基站控制蜂窝电话的发射功率的闭环之前)是从基站接收的功率的函数。此蜂窝电话反向链路(输出)功率应被保持在严格的容限内，以防止对基站造成干扰和/或危害蜂窝电话的通信能力。除了一些将被描述的例外情况之外，这被上述标准以数学方式描述为:
[0125]Pout=-Pin - K
[0126]其中，Pout是以dBm为单位的蜂窝电话(反向链路)输出功率；
[0127]Pin是以dBm为单位的蜂窝电话自基站接收的(正向链路)功率；以及
[0128]K是取决于频带和其它因素的常数，最常见的情况下，对824-894MHZ频带而言等于73dB，对1850-1910MHz频带而言等于76dB。
[0129]在一个实施方式中的例外情况:
[0130]最大功率绝不会超过30dBm，即使公式导出的是更大的值；
[0131]只要基站命令蜂窝电话发送最小功率，蜂窝电话的功率必须为-50dBm或更小；以及
[0132]只要基站命令蜂窝电话发送最大功率，蜂窝电话的功率必须至少为23dBm，但不大于 30dBm。
[0133]子例程708可能有两个输入。在一个示例中，第一个表示放大器从蜂窝电话接收的反向链路功率输入，第二个表示放大器从基站接收的正向链路功率。在任何情况下，获知来自蜂窝电话的反向链路功率和来自基站的正向链路功率将使子例程能够确定放大器的增益，使得它符合上述公式(例如，Pout=-Pin - K)和上文指出的例外情况。第二子例程708确定G2的最大值，这是按照上述公式和特殊情况(例外情况)可能的最大值。
[0134]第三子例程710确定本底噪声保护的增益。一般来说，放大器发射热噪声，热噪声在其输入端是固有的。例如(但不是限制)，可以使用下述公式计算从任何放大器输出的噪声功率:
[0135]Nwt=FGkTB,其中Ntjut=以瓦特(W)为单位的噪声功率输出，F=放大器的“噪声系数”(这是放大器内部产生的噪声的测量结果)，G=放大器的增益，k=波兹曼常数(1.38e-23w/Hz-K)，T=温度(开氏度)，B=带宽(Hz)。
[0136]通过获知从基站接收的正向链路功率和将要描述的附加因素，第三子例程能够确定用于第三子例程710的增益G3的最大值。
[0137]附加因素可包括:
[0138]基站发射机的等效辐射功率(也就是，由发射天线增益所增加的发射机功率输出，具有较少的损耗，比如电缆、连接器等等引起的损耗);
[0139]基站接收机允许的最大可容许噪声增加值，它更常见地称为“可容许的本底噪声增大量”;
[0140]基站接收天线的增益；
[0141]放大器天线的增益；
[0142]放大器的增益；以及
[0143]放大器的噪声系数。
[0144]基站的参数(例如，等效辐射功率，允许的噪声增加值，接收天线增益)可以被设置为通常所知的典型值，或者它们可以根据需要被设置为具体所需的值，或者一些可以为典型值而其它可以被设置为具体所需的值。
[0145]在任何情况下，基于接收的正向链路功率，第三子例程710考虑上述附加因素的至少一些因素，并确定最大增益G3，以使得由放大器发送的噪声功率不会导致基站的接收机中的本底噪声的增大量超过可容许的量。
[0146]通过考虑由子例程706、708和710为升压放大器714 (其为本文讨论的放大器的示例)产生的所有增益，对子例程706、708和710的增益G1、G2和G3分别进行解析以确定最佳增益712。例如可以通过平均、加权平均等等来解析出最佳增益。可以将最佳增益设置为由子例程产生的可能增益之一。替代地，最佳增益可以被设置为最低可能增益(Gl、G2、G3的最低值)。在一些情况下，来自一个子例程的增益可以被赋予偏好，或者可以充当最佳增益的一个限制。
[0147]例如，如果子例程706确定与振荡相关的增益，则第一子例程706所确定的可能增益可限制最佳增益。此外，可以重复或连续地更新最佳增益。随着子例程的输入改变，最佳增益也很可能改变。因此，本发明的实施方式可以动态地适应在反向链路和/或正向链路方向上的可能影响放大器的最佳增益的输入变化。
[0148]然后，具有适当的接口电路的微处理器或控制电路将电信号发送至升压放大器714的增益控制(例如可变衰减器或其它VGM)，其将升压放大器的增益设置为已按照本文描述所确定的最佳值。
[0149]当在基站和无线设备(例如蜂窝电话)之间完成实际连接(“闭环”)之前，蜂窝电话处于未连接状态(“开环”)并通过根据来自它想要连接的基站的接收功率设置它的初始输出功率来尝试建立连接。在与基站建立连接之后，基站控制蜂窝电话的发射功率，之后在必要时对蜂窝电话的功率输出进行连续校正。但是，如果蜂窝电话的未连接状态(“开环”)发射功率不在确定的容限内，则蜂窝电话不能与基站连接。蜂窝电话具有内置的功率控制算法，用于根据蜂窝电话从基站接收的功率调整它们的初始输出功率。蜂窝电话的内置功率控制算法与相关的行业标准的要求相一致。本文公开的升压放大器的实施方式确保放大器不会干扰闭环和/或开环算法。
[0150]本发明的实施方式确保升压放大器不会使附近信道外(ofT-channel)基站的本底噪声超出可接受的量。
[0151]升压放大器(例如升压放大器102 (具有相连的蜂窝电话、PDA等))发射的功率满足本文所限定的或蜂窝系统运营商、行业标准或者政府规章所限定的蜂窝系统的要求。这就确保了基站不会因过强信号而过载，同时确保了基站的正向链路信号(被蜂窝电话接收)的最佳增益，由此在不损坏蜂窝系统的同时为用户提供最大益处。
[0152]图8显示了用于设置运行于网络环境中的升压放大器或其它设备的增益的流程图。图9显示了设置升压放大器或其它设备的增益的流程图的另一个示例。图10显示了实现图8和9中所示逻辑的放大器的示例性实施方式。此外，图8、9和10显示了图7中所示子例程(例如，子例程706、708和/或710)的示例。
[0153]方法800常常从在802的感测输入开始。输入包括(作为举例但不是限制):(i)从蜂窝电话(或者多个蜂窝电话)或者其它设备接收的对于升压器的功率输入(本领域已知的一般将其称为“反向链路”输入)和(ii )从基站(或者多个基站)接收的对于升压器的功率输入(本领域已知的一般将其称为〃正向链路〃输入)。
[0154]获知来自蜂窝电话的反向链路功率和来自基站的正向链路功率使得能够在保持符合本文所说明的蜂窝系统要求的同时，确定为用户提供最大益处的升压放大器增益。
[0155]实施方式还充分减轻了对附近基站的干扰，这些基站并不与用户通信。在技术文献中通常将其称为“近/远”问题。这是当一设备与远离的(“远”)基站通信、同时此设备物理上的位置非常接近于没有与此设备通信的“近”基站时发生的。其结果是，用户蜂窝电话(或其它设备)的功率输出将是最大的，以使它能够与远基站通信。但是，这种最大功率对于近基站是过大的，由此引起干扰，这对于近基站的运行将是极其有害的。
[0156]因此，方法800通常从在802测量或者确定正向链路和反向链路功率电平开始。在框804，正向链路输入功率与本底噪声阈值电平(阈值I)相比较。阈值电平是与可发生本底噪声干扰的距离相对应的输入。如果正向链路输入功率超过本底噪声阈值电平，则在812将放大器的增益设置为升压放大器中存储的查找表中的增益。当输入功率不超过本底噪声阈值电平时，在806将正向链路输入功率与功率过载阈值电平相比较，以确定是否存在对附近基站造成功率过载的潜在问题。在框806，进行测量以确定正向链路输入功率是否大于功率过载阈值电平(阈值2)。当正向链路输入功率小于功率过载阈值电平时，可以在框810中将升压放大器的增益设置为最大增益(Gmax)。当正向链路输入功率大于功率过载阈值电平时，则检查反向链路输入功率，并在框808中将反向链路输入功率与第二功率过载阈值电平(阈值3)相比较。如果超过第二功率过载阈值电平，则在框810中将放大器的增益设置为最大增益(Gmax)。然而，如果不超过第二功率过载阈值电平，则在812中将放大器的增益设置为由查找表确定的值。在将放大器的增益设置为Gmax或者查找表中的值之后，本方法返回到框802的初始测量，此后如先前描述的继续进行。只要升压放大器开启就继续这一重复过程。
[0157]通过这种方式，升压放大器能动态地确定用于本底噪声保护和/或功率过载保护的最大增益。
[0158]本领域技术人员可以理解的是，图8显示了框804、806和808中执行的设置放大器增益的示例和比较。但是，框804、806和808中的测试或比较也可以以不同的顺序和/或不同的从属关系来执行。这些测试或比较也能独立地执行。可以在单个比较的基础上或在多重比较的基础上设置放大器的增益。此外，用于设置某一增益的比较可以随时间变化。
[0159]例如，升压放大器的增益可基于单个比较、任一对比较或任一组比较来设置。在另一示例中，框806中执行的比较的结果可用于触发框804和/或框808中的比较。
[0160]图9显示了用于设置放大器(例如升压放大器或其它设备)增益的方法900的另一个示例。在一个示例中，方法900 (类似于本文公开的其它装置和方法)可用于解决诸如放大器振荡、过载问题和本底噪声问题之类的问题。通常，方法900 (以及本文公开的其它方法)中设置或确定的增益是在根据当前状态不应被超过的意义上的最大增益。如本文所讨论的那样，可以基于例如保持放大器的线性等其它条件而减小或改变此增益。
[0161]方法900从在框902对诸如放大器302之类的放大器的输入进行采样开始。输入可以包括正向链路输入功率、反向链路输入功率、或者本文讨论的其它输入或者信号。
[0162]在框904，在输入和阈值之间进行比较。例如，正向链路输入功率可以与一个或多个阈值或阈值电平比较。类似地，反向链路输入功率可以与一个或多个阈值或阈值电平比较。
[0163]阈值可包括与放大器可能遇到的各种问题有关的阈值。阈值之一可以与本底噪声有关。另一种阈值可以与功率过载保护有关。在某些情况下，对于不同输入而言，用于本底噪声或功率过载保护的阈值可以不同。如本文所述，可以以任意顺序执行比较。
[0164]在框906，根据框904中执行的比较(本文已讨论过比较的示例，并以举例的方式在图8中显示)产生输出。在框910中，基于输出设置放大器增益。举例来说，当设置增益时，放大器可使用一个或多个输出。可以对输出进行选择性地评估，从而可以基于输出的任意组合来设置放大器的增益。举例来说，在一些示例中，各种输出中的每一种输出可以被分级或分优先级。但是，输出的级别或优先级可基于蜂窝电话、放大器、基站等所经受的条件而变化。此外，随着比较的输出发生变化，增益可随时间动态调整。
[0165]此外，放大器还可以应用框908中的自动增益控制。例如，自动增益控制可应用于放大器，以保持放大器的线性。结果，通过应用自动增益控制，利用比较输出而确定的增益可进一步改变。例如，如果比较输出暗示放大器应被设置为最大增益，则自动增益控制可减小增益例如以保持线性。自动增益控制可应用于正向链路和反向链路方向这两者，并且在正向链路和反向链路方向中的增益可以不同。
[0166]在一个示例中，当设置增益或设置放大系数时，可以使用例如图10中显示的查找表。当使用查找表设置增益时，仅仅作为举例，可以根据各种输入信号电平是大于或者小于各种阈值、根据升压放大器的一个或多个输入、根据正在减轻什么类型的问题等等或者其任何组合，来访问查找表。例如，当使用查找表设置增益时，可以根据正向链路输入功率、反向链路输入功率等等访问查找表。
[0167]在另一示例中，可以有多个查找表。在这种情况中，可以根据一个或多个输入(例如正向或者反向链路输入功率)和所要减轻的问题类型来访问查找表。其结果是，可以使用查找表使放大器的增益最佳化。图10示出升压放大器的一个示例。在图10中，检测与来自基站的正向链路信号的功率电平有关的采样，以确定信号是否超过或者低于阈值I或者阈值2。将采样1002提供到检测器1006和检测器1008。检测器1006可以确定采样1002是否超过阈值1，检测器1008可以确定采样1002是否超过阈值2。类似地，检测与来自用户蜂窝电话，PDA等等的反向链路信号的功率电平有关的采样1004，以使用检测器1010确定信号是否超过或者低于阈值3。可以以电压的形式提供采样，并且可以使用电压比较电路(它可以被包括在处理器1014中)来实现采样1002和1004与相关阈值的比较。可以在与相关阈值比较之前，将采样转换成数字值。
[0168]来自三个阈值检测器1006、1008和1010的输出被提供给处理器1014。处理器1014可以是微处理器或简单晶体管或其它逻辑电路。处理器还连接至查找表1012，查找表1012可以是处理器1014的整体组成部分，或者位于处理器外部的存储器中。处理器1014检查检测器1006、1008和1010的输出并(在必要时)检查查找表1012，从而如图8和9所描述的那样确定双向升压放大器1020所需的增益。在确定所需的增益或最佳增益之后，处理器1014发出馈入增益控制接口 1018的信号。增益控制接口 1018将正确的驱动(或者信号)提供给实际调整双向升压放大器1020的增益的设备。如上所述，增益控制接口 1018还可以将自动增益控制应用于放大器，这可以根据各种原因来改变或者减小最佳增益，从而例如保持放大器1000的线性。
[0169]存在能够实现可调整增益的几种类型的设备。一些示例是:引脚-二极管衰减器和增益取决于DC控制电压的有效增益设备，等等。依据由放大器1020放大的信号的特性，放大器1020的增益在正向链路和反向链路方向上可以相等或者可以不相等。阈值检测器1006、1008和1010、处理器1014、查找表1012和增益控制接口 1018可以被包括在一个硬件设备(例如PIC)中。
[0170]查找表可包括根据放大器、基站和蜂窝电话的特性确定的值。例如，升压放大器的最大增益以及升压放大器的噪声系数会影响查找表中的值。基站本底噪声的可容许增加值，基站的等效各向同性辐射功率，升压放大器的天线输入端接收的正向链路功率，最大蜂窝电话辐射功率，基站接收天线的增益，升压放大器和基站之间的路径损耗，以及升压放大器和蜂窝电话之间的路径损耗，都是可能影响查找表中设置的参数的值的附加示例。
[0171]以下段落采用下述值:
[0172]升压放大器最大增益=38dB
[0173]升压放大器噪声系数=6dB
[0174]基站本底噪声的可容许增加值=0.06dB
[0175]基站输出功率=30dBm
[0176]升压器的外部天线输入端接收的正向链路功率=-28.9dBm
[0177]最大蜂窝电话辐射功率=23dBm
[0178]升压器和基站之间的路径损耗=77.6dB
[0179]升压器和蜂窝电话之间的路径损耗=17dB
[0180]在本示例中，上述参数值可以用于具体放大器和典型的基站特性。本领域中的普通技术人员可以理解，可以根据放大器和/或基站特性和/或路径损耗来作出关于其它值的确定。此外，这些值的改变可能需要改变用于设置升压放大器中的增益的查找表。
[0181]如前文所述，可以根据放大器的特性确定一些值。例如，为了在正向链路输入功率等于-27dBm时保护基站本底噪声，放大器的最大可容许反向链路增益加上噪声系数是38dB。放大器应将它的增益减小到这一水平，即使这样做会导致放大器停止工作。这是对于例如图8中804的第一阈值，升压放大器的增益的一个示例。
[0182]对于第二阈值，为了防止基站过载，例如在图8中的806，当正向链路输入功率为-38dBm时，放大器的最大可容许反向链路增益为21dB。
[0183]对于第三阈值，为了防止基站过载，例如在图8中的808，当反向链路输入功率为+8dBm时，放大器的最大可容许反向链路增益为22dBm。反向和正向链路输入功率的电平允许放大器确定蜂窝电话是否与附近或远端的基站通信，从而优化增益。
[0184]在一个示例中，首先通过测量正向链路输入功率和/或反向链路输入功率来设置放大器中的增益。正向链路输入功率与本底噪声阈值电平进行比较。当正向链路输入功率超出本底噪声阈值电平时，将放大器的增益设置为查找表中的值。
[0185]在必要时，当正向链路输入功率未超出本底噪声阈值电平时，正向链路输入功率与第一功率过载保护阈值电平进行比较，且当正向链路输入功率未超出第一功率过载保护阈值电平时，将增益设置为最大增益。
[0186]在必要时，当正向链路输入功率超出第一功率过载保护阈值电平时，反向链路输入功率与第二功率过载保护阈值电平进行比较。当反向链路输入功率超出第二功率过载保护阈值电平时，将增益设置为最大增益。可选的是，当反向链路输入功率未超出第二功率过载保护阈值电平时，根据查找表中的值来设置增益。
[0187]本发明的实施方式可包括具有各种计算机硬件的专用或通用计算设备。放大器的实施方式中所包括的控制电路或其它处理器是计算设备的示例。
[0188]本发明的范围内的实施方式也包括承载或者在其上存储计算机可执行指令或者数据结构的计算机可读介质。这样的计算机可读介质可以是可由通用或者专用计算机访问的任何可用介质。作为举例而不是限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM，ROM，EEPROM，CD-ROM或者其它光盘存储、磁盘存储或者其它磁存储设备，或者可以用来承载或者存储计算机可执行指令或者数据结构形式的期望程序代码手段、并可以由通用或者专用计算机访问的任何其它介质。上述的组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。计算机可执行指令例如包括使通用计算机、专用计算机或者专用处理设备执行确定功能或者功能组合的指令和数据。
[0189]以下讨论的目的是提供对可以实施本发明的适当计算环境的简短概述。尽管并不是要求的，但是可以在由计算机在网络环境中执行的计算机可执行指令比如程序模块的一般环境下描述本发明。一般来讲，程序模块包括例程、程序、对象、组件、数据结构等等，用以完成确定的任务或者实现确定的抽象数据类型。计算机可执行指令、关联数据结构和程序模块表示用于执行本文公开方法的步骤的程序代码手段的示例。这样的可执行指令或者关联数据结构的具体序列表示用于执行在这样的步骤中描述的功能的对应动作的示例。
[0190]本领域技术人员可以理解的是，本发明可以在具有多种类型计算机系统配置的网络计算环境中实践，这些配置包括个人电脑、手持设备、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子装置、网络PC、微型计算机、大型主机等。本发明还可以在分布式计算环境中实践，其中通过经由通信网络(由硬布线链路、无线链路、或者硬布线或无线链路的组合)链接的本地和远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器存储设备两者中。
[0191]本发明可以在不脱离其精神或本质特性的前提下以其它具体形式来实现。所描述的实施方式在所有方面都仅认为是示例性的而非限制性的。因此，本发明的范围是由所附权利要求书而不是上述说明来限定。在权利要求书的等效含义和范围内的所有改变都应被涵盖在它们的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于处理在无线网络中运行的放大器中的振荡的方法，该方法包括: 对该放大器中的信号进行多次采样以获取信号的多个采样； 根据所述多个采样确定一个或多个功率比，所述功率比包括信号的峰值对平均功率(PAPR)的比、信号的采样功率电平的变化和/或信号的峰值对最小功率的比；以及 基于一个或多个功率比确定该放大器的状态，其中当该状态为振荡时减小该放大器的增益。
2.如权利要求1所述的方法，其中当所述功率比小于预定值时该状态为振荡，且其中当所述功率比超出预定值时该状态为正常。
3.如权利要求1所述的方法，其中当采样功率电平的变化小于预定值时该状态为振荡，且其中当采样功率电平的变化超出预定值时状态值为正常。
4.如权利要求1所述的方法，其中该状态为振荡，且该放大器包括放大器链，该放大器链具有末级功率放大器和相对于该末级功率放大器的前级，该方法还包括: 当该末级放大器或前级运行时、当该末级功率放大器或前级关闭时、或当该末级功率放大器或前级具有减小的增益时，在该末级功率放大器的输入端或前级的输入端对信号采样，并确定差值；以及 基于该差值确定该状态。
5.如权利要求1所述的方法，其中通过关闭该放大器或通过逐渐或逐步地减小增益来减小增益。
6.如权利要求1所述的方法，还包括确定工作增益和开始振荡时的增益之间的裕度。
7.如权利要求4所述的方法，还包括当该状态不是振荡时，基于至少一种状态确定工作增益以及确定裕度。
8.如权利要求1所述的方法，还包括通过以下步骤基于所述功率比来验证该放大器的状态: 对信号应用第一放大系数； 在对信号应用第一放大系数的同时测量信号的第一信号电平； 对信号应用第二放大系数，第二放大系数小于第一放大系数； 在对蜂窝信号应用第二放大系数的同时测量信号的第二信号电平；以及 当第二信号电平远小于第一信号电平时，确定该状态为振荡。
9.如权利要求8所述的方法，还包括当该状态被验证为振荡时，将第一放大系数减小预定量。
10.一种放大器,包括: 放大器链，该放大器链接收输入并提供输出，其中该放大器链接收的输入包括由该放大器链放大的信号，以产生输出； 振荡检测器，该振荡检测器对该放大器链中放大的信号进行采样； 根据采样确定一个或多个功率比，所述功率比包括信号的峰值对平均功率(PAPR)的t匕、信号的采样功率电平的变化和/或信号的峰值对最小功率的比； 控制电路，该控制电路分析该振荡检测器获取的采样和/或一个或多个功率比，以确定该放大器的状态；以及 开关电路，该开关电路根据该控制电路所确定的状态控制一个或多个放大器和/或该放大器链中所包括的前置放大器中的至少之一。
11.如权利要求10所述的放大器，其中，当采样的功率比小于阈值时该状态为振荡，且其中当功率比超出阈值时该状态为正常。
12.如权利要求10所述的放大器，其中，该控制电路验证该状态，其中该控制电路通过以下步骤验证该状态: 对信号应用第一放大系数； 在对信号应用第一放大系数的同时测量信号的第一信号电平； 对信号应用第二放大系数，第二放大系数小于第一放大系数； 在对蜂窝信号应用第二放大系数的同时测量信号的第二信号电平；以及 当第二信号电平远小于第一信号电平时，确定该状态为振荡。
13.如权利要求12所述的放大器，其中该控制电路基于所述状态控制应用于信号的增Mo
14.如权利要求12所述的放大器，其中该控制电路基于所述状态并基于附加子例程的结果控制增益，其中所述附加子例程被配置为分别产生用以减轻具体问题的可能增益。
15.如权利要求12所述的放大器，其中所述附加子例程减轻本底噪声控制和基站过载的影响。
16.如权利要求15所述的放大器，其中所述附加子例程基于正向链路功率输入和反向链路功率输入与一个或多个阈值的比较结果来减轻本底噪声控制和基站过载的影响。
17.一种用于处理在无线网络中运行的放大器中的振荡的方法，该方法包括: 对该放大器中放大的信号进行多次采样； 根据采样确定一个或多个功率比，所述功率比包括信号的峰值对平均功率(PAPR)的t匕、信号的采样功率电平的变化和/或信号的峰值对最小功率的比；以及 基于至少一个功率比确定该放大器的状态，其中当所述功率比低于阈值时该状态为振荡； 测量从一设备接收的第一无线信号和来自基站的第二无线信号中的至少之一的信号电平； 当第一无线信号或第二无线信号超出阈值时确认该状态为振荡；以及 基于该状态减小应用于信号的增益。
18.如权利要求17所述的方法，其中当所述功率比超出预定值时该状态为正常。
19.如权利要求17所述的方法，其中通过关闭该放大器或逐渐减小增益或逐步减小增益来减小增益，以减轻振荡。
20.如权利要求17所述的方法，其中确认该状态为振荡还包括: 对第一无线信号应用第一放大系数； 在对第一无线信号应用第一放大系数的同时测量第一无线信号的第一信号电平； 对第一无线信号应用第二放大系数，第二放大系数小于第一放大系数； 在对第一无线信号应用第二放大系数的同时测量第一无线信号的第二信号电平；以及 当第二信号电平远小于第一信号电平时，确定该状态为振荡。
21.如权利要求17所述的方法，还包括确定工作增益和开始振荡时的增益之间的裕度。
22.如权利要求17所述的方法，还包括在预定时间段内对信号进行采样。
23.如权利要求22所述的方法，其中将采样存储在旋转缓冲器中，且将窗口应用于采样，以确定该窗口内的峰值对平均功率的比或峰值对最小功率的比。
24.如权利要求17所述的方法,其中在放大器链中放大信号,其中在该放大器链的输入端、在该放大器链的输出端、或在该放大器链内的一个级，对信号进行采样。
25.如权利要求17所述的方法，其中根据由该放大器中运行的外部子例程所减轻的其它问题来确定增益。
【文档编号】G05B7/02GK104169815SQ201280051179
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2011年8月23日
【发明者】韦尔农·A·范布伦, 詹姆士·W·威尔逊, 帕特里克·L·库克, 克里斯托弗·K·阿什沃思, 理查德·M·克兰 申请人:威尔逊电子有限责任公司