专利名称：连续交替的闭环-开环功率控制的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及用于无线发射器的功率控制，更具体地说，涉及用于无线发射 器的可变增益放大器电路。
背景技术：
无线通信系统采用功率控制来减少干扰并增加系统容量，同时保持最小信号质量 标准。无线通信系统(即，WCDMA(宽带码分多址)系统)的容量主要依靠上行功率控制的 精确执行。诸如3GPP TS 25. 101的许多无线通信标准都包括对无线通信设备中的传输功 率控制精度的具体要求。这些设备要求包括绝对精度传输功率要求和相对精度传输功率要 求。绝对要求限定了相对于额定传输功率的下限传输功率和上限传输功率。相对要求限定 了两个传输时隙(不必是相邻的时隙)之间的最小传输功率差和最大传输功率差，以及多 个时隙的合计传输功率差。闭环功率控制表示一种用于控制无线通信设备内的传输功率以符合相对和绝对 传输功率要求的方法。如在此所采用的，闭环功率控制是指无线通信设备中执行的反馈功 率控制。闭环功率控制系统确定测量传输功率和期望传输功率之间的误差。基于该误差， 闭环功率控制系统通过调节无线通信设备的无线发射器中的可变增益放大器的增益来调 节传输功率。由于功率检测器具有有限的动态范围，所以无线通信设备可能不能精确地测量低 传输功率，导致闭环功率控制在低传输功率下变得不可靠。为了避免这种情况，无线通信设 备可以另选地使用开环功率控制。如在此所采用的，开环功率控制是指在无线通信设备中 基于已知的设备运行参数和/或环境条件，响应于功率控制命令，而执行的调节传输功率 的功率控制。开环功率控制使得能够符合相对功率要求。然而，由于开环功率控制不包括 任何用于校验传输功率的精度的手段，所以开环功率控制可能产生偏离期望传输功率的传 输功率，从而违反了绝对功率要求。另一种方案可以采用闭环功率控制和开环功率控制的组合。当测量传输功率达到 或超过预定阈值时，无线通信设备执行闭环功率控制。否则，无线通信设备执行开环功率控 制。应当理解，这种组合方案总体上解决了与完全闭环功率控制系统和完全开环功率 控制系统相关的上述问题。然而，由于在切换到闭环之前，开环传输功率相对不确定，所以 当从开环功率控制切换到闭环功率控制时产生的功率阶跃(step)也将相对不确定，这可 能导致在转换期间产生不连续。此外，由于在闭环功率控制期间的增益控制信号可以明显 不同于从闭环功率控制切换到开环功率控制之后生成的增益控制信号，所以当从闭环功率控制切换到开环功率控制时也可能产生不连续。这些不连续可能导致在开环功率控制和 闭环功率控制之间进行转换的期间，相邻时隙之间的功率阶跃超过相对传输功率要求。因 此，必须仔细地控制开环功率控制和闭环功率控制之间的转换，以确保符合相对传输功率 要求。
发明内容
本发明包括用于在开环功率控制和闭环功率控制之间进行切换时连续地控制放 大器电路的增益的方法和装置。根据一个示例性实施方式，一种放大系统包括放大器电 路、检测电路以及功率控制电路。在开环功率控制模式和闭环功率控制模式期间，功率控制 电路分别基于开环功率控制基准和闭环功率控制基准来控制放大器电路中的可变增益放 大器的增益。检测电路测量放大器电路的输出功率。功率控制电路基于在从开环功率控制 切换至闭环功率控制之前测量的输出功率来确定闭环功率控制基准。在从开环功率控制切 换到闭环功率控制之后，功率控制电路基于所确定的闭环功率控制基准来控制可变增益放 大器的增益。根据另一示例性实施方式，功率控制电路在从闭环功率控制切换到开环功率控制 时，基于开环增益控制信号来控制可变增益放大器的增益。对于该实施方式，功率控制电路 产生当前开环功率控制基准和以前的开环功率控制基准之间的差值。在从闭环功率控制切 换到开环功率控制之后，功率控制电路将所述差值应用于以前的闭环增益控制信号，以生 成新的开环增益控制信号。
图1是表示根据本发明的一个示例性放大系统的框图。图2是表示用于图1的放大系统的一个示例性放大器电路的框图。图3是表示用于图1的放大系统的一个示例性检测电路的框图。图4A和图4B是表示用于图1的放大系统的两个示例性闭环控制器的框图。图5是表示用于图1的放大系统的一个示例性增益控制器的框图。图6表示根据本发明的一个示例性实施方式的控制放大器电路的方法。图7表示根据本发明的一个示例性实施方式的确定闭环功率控制基准的方法。图8是表示用于图1的放大系统的一个示例性插值电路的框图。图9表示根据本发明的一个示例性实施方式的控制放大器电路的方法。图10是表示用于图1的放大系统的一个示例性开环控制器的框图。图IlA和图IlB表示闭环功率控制性能和开环功率控制性能之间的比较。图12A和图12B表示闭环功率控制性能和不连续的开环/闭环功率控制系统的性 能之间的比较。图13A和图13B表示闭环功率控制性能和根据本发明的连续的开环/闭环连续功 率控制系统的性能之间的比较。
具体实施例方式图1是表示根据本发明的一个示例性实施方式的放大系统100的框图。在下文中，
5通过无线通信设备(例如，蜂窝式电话、卫星电话、个人通信服务(PCS)设备、个人数据助理 (PDA)、掌上电脑、传呼机等)的无线发射器中的放大系统100来描述本发明。然而，应当理 解，本发明适用于需要受控制的输出功率电平的任何电子器件中的任何放大系统100。此 外，尽管在下文中通过WCDMA系统中的无线通信设备来描述本发明，但是本领域的技术人 员应当理解，本发明也适用于诸如时分多址(TDMA)系统、正交频分复用(OFDM)系统等的其 它无线通信系统。放大系统100控制诸如WCDMA传输信号的输出信号的功率电平。功率控制命令可 以包括差动功率控制命令或绝对功率控制命令。在差动功率控制中，无线通信设备响应于 上升和下降命令，以固定的步长，逐步使功率上升和下降。在一个示例性实施方式中，与无 线通信设备进行通信的基站向无线通信设备发送功率控制命令。另选的是，无线通信设备 中的处理器可以生成功率控制命令。由于功率控制命令的生成和/或接收是公知的，所以 在此不再对其进行论述。根据一个示例性实施方式，放大系统100包括放大器电路110、检测电路120以 及数字功率控制电路130。放大器电路110响应于由功率控制电路130提供的增益控制信号 Ag而放大输入信号，以获得所需功率电平的放大信号^。检测电路120提取所述放大信号 A0的一小部分，测量所提取部分的功率，并且将测量到的功率Pm提供给功率控制电路130。 另外，检测电路120提供用于放大器系统100的输出信号。功率控制电路130响应于功率 控制命令和/或来自检测电路120的测量到的功率PM，生成增益控制信号Ae。如图2所示，放大器电路110包括至少一个可变增益放大器(VGA)，用于放大输入 信号，以获得所需功率电平的输出信号。概括地说，可变增益放大器112的增益响应于由功 率控制电路130提供的增益控制信号Ae而变化。另外，放大器电路110还可以包括一个或 更多个附加放大器114，以帮助可变增益放大器112将输入信号放大为所需输出功率电平 的输出信号。图3中所示的检测电路120测量输出信号的功率电平，并且将数字化形式的测量 值Pm提供给功率控制电路130。在一个示例性实施方式中，检测电路120包括分离器122、 功率检测器124以及模数转换器(ADC) 126。分离器122从放大信号k0中提取一小部分，并 且将所提取的部分提供给功率检测器124。功率检测器124测量所提取的部分的功率，并且 ADC 126将模拟测量值转换成数字功率测量值PM。功率检测器124可以包括任何已知的功 率检测电路。由于功率检测器是公知的，因此在此不再对其进行论述。功率控制电路130响应于功率控制命令和/或在开环功率控制和闭环功率控制期 间测量到的功率PM，产生用于放大器电路110的增益控制信号Ae。另外，根据本发明，功率 控制电路130以开环功率控制和闭环功率控制之间的转换不产生相对功率偏差的方式来 调节增益控制信号Ae。一个示例性功率控制电路130包括闭环控制器132、开环控制器140、增益控制器 150以及处理器160，如图1所示。处理器160生成用于对增益控制150进行控制的选择信 号，如以下进一步讨论的。另外，处理器160响应于功率控制命令Pe和/或测量到的功率 Pm而生成开环和闭环功率控制基准。在闭环功率控制期间，闭环控制器132基于闭环功率 控制基准Tc和测量到的功率Pm生成闭环增益调节值G。。在开环功率控制期间，开环控制器 140基于开环功率控制基准Ttj生成开环增益调节值Gtj，该开环功率控制基准Ttj是基于功率
6控制命令Pe选择的。增益控制器150基于从闭环增益调节值和开环增益调节值中选择的 一个值来生成增益控制信号Ae。处理器160包括查找表162和插值电路164。尽管图1示出了查找表162和插值 电路164是处理器160的一部分，但是本领域的技术人员应当理解，查找表162和插值电路 164中的一个或两者均可以独立于处理器160而实现。查找表162以有序列表的形式与多个功率控制水平相对应地存储多个开环和闭 环功率控制基准。根据一个实施方式，所存储的开环功率控制基准可以包括基准VGA控制 信号，并且所存储的闭环功率控制基准可以包括目标功率电平。响应于功率控制命令P。，处 理器160执行查找表162，以选择闭环功率控制基准和开环功率控制基准。功率控制命令Pe 可以根据任何公知的方法来生成。例如，可以基于测量到的导频信号强度由无线通信设备 来计算功率控制命令Pe。插值电路164可以修改闭环功率控制基准Tc，以提供比仅通过查找表162可以获 得的更高的分辨率。结果，在从开环功率控制转换为闭环功率控制时对闭环功率控制基准 Tc进行修改可以避免大的阶跃，该大的阶跃会导致上述的不期望的不连续。在下文中进一 步讨论插值电路164的操作。图4A示出了闭环控制器132的一个示例性实施方式，其基于测量到的输出功率Pm 和闭环功率控制基准Tc之间的差值来产生闭环增益调节值。闭环控制器132包括组合器 134和VGA转换器136。在正常操作期间，组合器134确定测量到的功率Pm和闭环功率控 制基准T。之间的功率差，其中闭环功率控制基准T。包括基于功率控制命令从查找表162中 选择的数字化目标功率电平。转换器136将该功率差映射成数字化VGA值，以产生闭环增 益调节值Gc。尽管图4A所示的实施方式示出的VGA转换器136在组合器134之后，然而另选的 是，VGA转换器136可以在组合器134之前，如图4B所示。在该实施方式中，VGA转换器136 将数字化的测量到的功率Pm映射成数字化VGA值。组合器134确定Pm的数字化VGA值与 闭环功率控制基准Te之间的差值，以产生闭环增益调节值Gc。在该实施方式中，正常闭环 操作期间的闭环功率控制基准T。包括基于功率控制命令从查找表162中选择的数字化目 标VGA值。闭环控制器132将闭环增益调节值G。(其代表数字化VGA调节值)提供给增益控 制器150。应当理解，尽管从查找表162中选择的闭环功率控制基准Tc仅响应于逐步上升 或逐步下降的功率控制命令而变化，但是只要测量到的功率Pm相对于所选择的闭环功率控 制基准Tc发生变化，闭环增益调节值Gc就变化。开环控制器140基于所选择的开环功率控制基准Ttj产生开环增益调节值Gtj，并且 将Gtj提供给增益控制器150。通常，处理器160基于功率控制命令从查找表162中选择开 环功率控制基准Tt^因此，与闭环功率控制基准T。一样，开环功率控制基准Ttj响应于逐步 上升或逐步下降的功率控制命令而变化。然而，与可以独立于功率控制命令而变化的闭环 增益调节值G。不同，开环增益调节值Gtl仅仅响应于功率控制命令的变化而变化，因此仅响 应于开环功率控制基准Ttj的变化而变化。如上所述，功率控制电路130调节可变增益放大器112的增益以满足传输功率要 求。为此，增益控制器150选择闭环增益调节值和开环增益调节值中的一个，并且基于所选
7择的增益调节值来调节增益控制信号Ae。根据一个示例性实施方式，增益控制器150包括 切换器152、组合器154和寄存器156，如图5所示。切换器152 (可以包括任何公知的切换 器，包括硬件切换器、软件切换器或它们的任意组合)响应于选择信号S而选择闭环增益调 节值Gc和开环增益调节值Gtj中的一个。处理器160可以响应于由检测电路120提供的测量到的功率Pm生成选择信号S。 当Pm达到或超过预定阈值时，处理器160生成选择信号S,以指示增益控制器150选择闭环 增益调节值G。。当Pm小于该阈值时，处理器160生成选择信号S，以指示增益控制器150选 择开环增益调节值&。另选的是，处理器160可以响应于所选择的基准在查找表162中的当前位置而生 成选择信号S。当该基准是从查找表162的闭环部分选择的时，处理器160生成选择信号 S，以指示增益控制器150选择闭环增益调节值Gc。另选的是，当该基准是从查找表162的 开环部分选择的时，处理器160生成选择信号S，以指示增益控制器150选择开环增益调节 值G0。在一个示例性实施方式中，处理器160可以采用这些技术的组合来在开环增益调 节值和闭环增益调节值之间进行选择。根据该实施方式，当测量到的功率Pm达到或超过预 定阈值时，处理器160生成选择信号S，以指示增益控制器150选择闭环增益调节值G。。然 而，当该基准是从查找表162的开环部分选择的时，处理器160生成选择信号S，以指示增益 控制器150选择开环增益调节值G。。在选择了开环增益调节值或闭环增益调节值中的一个之后，增益控制器150通过 基于所选择的增益调节值调节存储在寄存器156中的先前的增益控制信号Ae，来生成新的 增益控制信号Ae。根据一个示例性实施方式，组合器154将所选择的增益调节值与存储在寄 存器156中的先前的增益控制信号进行组合，以生成新的增益控制信号。随后，寄存器156 存储该新的增益控制信号，以在将来使用。增益控制器150可以将该数字增益控制信号Ae直接提供给放大器电路110，以控 制可变增益放大器112的增益。另选的是，如果可变增益放大器112需要模拟控制信号，则 增益控制器150还可以包括数模转换器(DAC) 158，以在将模拟增益控制信号Ae提供给放大 器电路110之前，将数字增益控制信号Ae转换成模拟增益控制信号Ae。当放大器电路110的输出的功率在功率检测器124的动态范围内时，闭环功率控 制提供精确的功率控制。当输出功率电平超出该范围时，则开环功率控制更为合适。然而， 如上所述，当在开环功率控制和闭环功率控制之间进行切换时，可能发生不连续。结果，在 开环功率控制和闭环功率控制之间的转换期间，输出功率可能违反无线通信设备的相对功 率要求。图6示出了一个示例性过程200，其用于防止由从开环功率控制到闭环功率控制 的转换而导致的输出信号功率的大阶跃变化。概括地说，功率控制电路130通过以下方式 来确定闭环功率控制基准T。在开环功率控制期间，基于在放大器电路110的输出处测量 到的功率(块210)，在LUT中找到用于闭环功率控制基准Tc(p)的调节值(块220)。在从 开环功率控制到闭环功率控制的切换之后，功率控制电路130基于所确定的闭环功率控制 基准T。来调节增益控制信号Ae (块230)。这样，本发明防止了在从开环功率控制到闭环功 率控制的转换期间传输功率的大阶跃变化。通过插值电路164执行闭环功率控制基准的调
8节。插值电路164通过基于测量到的功率Pm计算IF电路167中的插值因子(IF)来确 定闭环功率控制基准T。。插值电路164随后将该插值因子应用于所选择的闭环功率控制基 准。图7示出了使用这种方法的一个示例性过程220。根据这种方法220，插值电路164在查 找表162中选择使得开环功率控制期间测量到的输出功率Pm位于它们之间的两个闭环功 率控制基准(块222)。这两个所选择的闭环功率控制基准可以被表示为Τ。(ρ)和T。(p+1)， 其中P表示在查找表162中的位置，而Τ。(ρ+1)表示较大的闭环功率控制基准。如果ρ等 于预定的最大值(块224)，则处理器160将插值因子(IF)设置为零(块226)，以防止闭环 功率控制基准超过最大值T。(p = maX)。即使在非转换操作期间也是这样。然而，如果ρ小 于最大值，则IF电路167计算作为两个所选择的闭环功率控制基准Τ。(ρ)和Τ。(ρ+1)以及 测量到的输出功率Pm的函数的插值因子(块228)。在一个示例性实施方式中，IF电路167 可以根据下式计算插值因子
权利要求
一种连续地控制放大器电路的增益的方法，该方法包括在闭环功率控制期间，确定当前开环功率控制基准和先前的开环功率控制基准之间的基准差值；以及基于所述基准差值来确定开环增益调节值；以及在从闭环功率控制到开环功率控制的转换期间，基于所述开环增益调节值来调节闭环增益控制信号，以生成开环增益控制信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述闭环增益控制信号包括将所述增益调 节值与先前的闭环增益控制信号相加，以生成所述开环增益控制信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述先前的闭环增益控制信号包括在从闭环功 率控制切换到开环功率控制之前确定的增益控制信号。
4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括基于当前功率控制命令从查找表中选 择当前开环功率控制基准。
5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在延迟存储器中存储所述先前的开环 功率控制基准，其中，所述先前的开环功率控制基准是根据先前的功率控制命令从查找表 中选择的。
6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括在开环功率控制期间测量所述放大器电路的输出功率；基于测量到的输出功率来调节闭环功率控制基准，以产生经调节的闭环功率控制基 准；以及在从开环功率控制切换到闭环功率控制之后，基于所述经调节的闭环功率控制基准来 控制所述放大器电路的增益。
7.—种放大系统，该放大系统包括放大器电路，其包括至少一个可变增益放大器；功率控制电路，其被构造为基于当前开环功率控制基准和先前的开环功率控制基准之 间的差值来确定开环增益调节值，并且该功率控制电路还被构造为在从闭环功率控制到开 环功率控制的转换期间基于该开环增益调节值来调节闭环增益控制信号。
8.根据权利要求7所述的放大系统，其中，所述功率控制电路包括组合器，该组合器 被构造为将所述增益调节值与先前的闭环增益控制信号相加，以生成新的闭环增益控制信 号。
9.根据权利要求8所述的放大系统，其中，所述先前的闭环增益控制信号包括在从闭 环功率控制切换到开环功率控制之前确定的增益控制信号。
10.根据权利要求7所述的放大系统，其中，所述功率控制电路包括查找表，该查找表 被构造为存储多个开环功率控制基准和多个闭环功率控制基准。
11.根据权利要求10所述的放大系统，其中，所述功率控制电路被构造为分别基于当 前功率控制命令和先前的功率控制命令来选择当前开环功率控制基准和先前的开环功率 控制基准。
12.根据权利要求7所述的放大系统，该放大系统还包括检测电路，该检测电路被构造 为测量所述放大器电路的输出功率。
13.根据权利要求12所述的放大系统，其中，所述功率控制电路还被构造为在从开环功率控制切换到闭环功率控制时，基于由所述检测电路测量的输出功率来调节所述闭环功 率控制基准。
14.根据权利要求7所述的放大系统，其中，所述放大系统被设置在无线通信系统中所 使用的无线发射器中。
全文摘要
本发明包括用于在开环功率控制和闭环功率控制之间进行切换时连续地控制放大器电路的增益的方法和装置。在开环功率控制模式和闭环功率控制模式期间，控制电路基于所选择的基准来控制放大器电路的增益。在从开环功率控制切换到闭环功率控制之前，控制电路基于切换前在放大器电路的输出处测量的功率来确定闭环功率控制基准。在切换后，控制电路基于所确定的闭环功率控制基准来控制放大器电路的增益。在从闭环功率控制切换到开环功率控制之前，控制电路产生当前开环功率控制基准和先前的开环功率控制基准之间的差值。在切换后，控制电路基于通过将该差值应用于先前的闭环增益控制信号而生成的开环增益控制信号来控制放大器电路的增益。
文档编号H04W52/08GK101945466SQ20101028348
公开日2011年1月12日 申请日期2006年1月12日 优先权日2005年1月13日
发明者比约恩·古斯塔夫松, 马丁·阿克贝里 申请人:Lm爱立信电话有限公司