用于控制放大器以节省功率的装置和方法

专利名称：用于控制放大器以节省功率的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及移动通信系统中的一种放大器控制装置和方法，更具体地，涉及一种用于控制基站(BS)中的放大器以节省BS在前向链路中的发射功率的装置和方法。
背景技术：
尽管在传统上码分多址主要提供语音业务，但第三代移动通信系统使语音业务和高速数据传输都成为可能。高质量语音、移动图像、和互联网浏览在第三代系统中也是可能的。在这些通信系统中，可以将移动台(MS)与BS间的无线链路描述为一个从BS到MS的前向链路和一个从MS到BS的反向链路。
前向链路上的发射功率必须随用户数目和所提供的服务而变化。但是，现有移动通信系统在前向链路上在所有时刻都以满功率发射。为了在前向链路上发射功率，BS配备有至少两个放大器。传统上，BS被设计为在所有时刻都向放大器提供电源。
图1是一个图示了在一个典型BS上一天的平均业务分布的图。
参考图1，横轴表示时间，纵轴表示电流消耗量。参考字符(a)和(c)指示了例如在早晨或黄昏，仅有很少语音和数据通信的时期。参考字符(b)代表语音和数据通信处于活动状态的白天或晚间。在(a)和(c)的时期内，仅有很少的用户，因此不需要在前向链路上提供全电平的发射功率。
图2是BS中一个常规的发射功率控制装置的方框图。
参考图2，发射功率控制装置包括信道处理器200、发射器210和包括至少一个放大器(AMP)的放大部分220。在信道处理器200和发射器210中处理后，在发射给MS之前输入信号被放大部分220放大。
如上所述，因为在时期(a)和(c)中只有很少的语音和数据通信，BS并不需要以满功率向MS发射信号。但是，在常规技术中前向信号以满功率发射。这导致不必要的功率浪费和运营成本。
另外，因为连续的满功率发射，热应力和电压力被施加在BS的所有放大器上。结果，放大器中的设备的寿命被缩小了，从而减小了放大器故障间的平均时间。

发明内容
本发明的一个目的是充分解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少下述优点。因此，本发明的一个目的是提供一种用于减小BS中的功率消耗的方法和装置。
本发明的另一个目的是提供一种用于延长BS中的放大器的寿命的方法和装置。
上述目的通过提供一种用于控制放大器以节省功率的方法和装置来实现。
根据本发明的一个方面，提供一种方法来控制BS中提供的至少两个放大器，其中放大器对发射给MS的信号进行放大。该方法包括BS判断至少两个放大器中的一个放大器被启用还是被停用，并启用或停用该放大器。
根据本发明的另一方面，在一个用于控制BS中提供的至少两个放大器的装置中，其中放大器对发射给MS的信号进行放大。用于控制至少两个放大器的装置包括，信道合并器，用于测量BS的每个扇区的总功率，和休眠模式操作器，用于基于测量的功率判断是否启用或停用至少两个放大器。


参考附图，本发明的上述和其它目的、特性及优点从下面的详细描述中将变得更加明显。附图为图1是一个图示了在一个典型BS上一天的平均业务分布的图；图2是BS中一个常规的发射功率控制装置的方框图；图3是根据本发明一个实施例的BS中的功率放大器控制装置的方框图；图4是图示了根据本发明的一个实施例的功率放大器控制方法的流程图；图5是图示了根据本发明的另一个实施例的另一种功率放大器控制方法的流程图；
图6是图示了根据本发明的第三实施例的另一种功率放大器控制方法的流程图；图7是图示了当使用根据本发明的实施例的方法和装置时，作为放大器工作模式的函数的可靠性在时间上的增加的图。
具体实施例方式
下面将参考附图对本发明的多个实施例进行描述。在下面的描述中，众所周知的函数或结构将不进行详细描述，因为这将使本发明在不必要的细节中变得难以理解。
本发明的实施例属于一种通过控制BS中的至少两个放大器而用于控制BS至MS的发射功率的装置和方法。
BS配备有预定的控制器。该控制器计算放大器的功率，并根据该功率停用/启用特定的放大器。更具体地，该控制器比较所需功率与当前加载的功率，如果从功率放大器中有当前加载的功率的富余(即与所需相比，从功率放大器中可以得到更多的功率)，则停用一个功率放大器。停用/启用控制在放大器上如图3所述执行。根据本发明的实施例的放大器的操作下文中指休眠模式。
下面将描述根据本发明的实施例的功率放大器的操作的实例。
根据连接至天线的放大器的数目，功率放大器的操作可以被以不同的方式(这里为三种)来考虑。
事例1当两个放大器被提供给BS并且共享负载时，在低业务量周期内一个放大器工作在休眠模式，而另一个放大器处于空闲模式，仅在过载信道上发射。
事例2当三个放大器被提供给BS并且共享负载时，在低业务量周期内两个放大器工作在休眠模式，而第三个放大器处于空闲模式，仅在过载信道上发射。
事例2当四个放大器被提供给BS并且共享负载时，在低业务量周期内三个放大器工作在休眠模式，而第四个放大器处于空闲模式，仅在过载信道上发射。
在上述操作中，启用的放大器的数目随所需的功率而变。
放大器休眠模式当根据本发明的实施例控制放大器时，休眠模式工作预示着自动模式传统，并可以被分成下列三种模式。
1.手工模式手工模式根据操作者的请求被临时设置。操作者决定启动的放大器的数目。为了防止完全依赖于操作者对要启动的放大器的数目的判断而产生的错误，在手工模式中还有非强制模式。
这样，手工模式被分成强制模式和非强制模式，后者可以或者指一种人工智能模式。
在强制模式中，操作者可以仅基于他的判断启用一个放大器。在任何时侯BS接收到放大器的ID，并启用/停用所选放大器。
在人工智能模式下，尽管启用放大器整体上依赖于操作者的判断，但如果由操作者设置的要启用的放大器的数目小于实际的功率要求，则BS自动生成一个命令错误消息，并不停用任何放大器使得所需放大器保持启用状态。
在如操作者的需要设置了放大器数目后，功率放大器被以与下面要描述的自动模式下相同的模式控制。但是，手工模式不同于自动模式，在于手工模式是临时的，而在自动模式中控制操作在预定时间间隔重复。
2.自动模式在自动模式中，BS本身计算所需功率放大器的数目，如果有多余的放大器，则自动停用该功率放大器。
考虑可变检测时间间隔来调节要启用的功率放大器的数目。检测时间间隔是一个表示时间间隔的变量，在该时间间隔上比较所需放大器的数目与启用放大器的数目，并确定要被启用的放大器的数目。此变量由操作者来改变。在短检测时间间隔的情况下，可以更灵活地处理业务量的变化，但系统的负载将增加。
3.调度模式调度模式可以使操作者在其设置的时间周期内手工调节要启用的放大器的数目。在此意义上，调度模式是具有调度概念的手工模式的扩展。操作者在手工模式可以自由地启用/停用特定放大器，但是在调度模式下他仅被允许在预定时期内启用/停用特定的放大器。
图3是根据本发明一个实施例的BS中的功率放大器控制装置的方框图。
参考图3，功率放大器控制装置包括信道处理器300、发射器310、休眠模式操作器340和具有大量放大器的放大部分330。信道处理器300包括信道合并器305，休眠模式操作器340包括计算器342、存储器344和控制器345。图3中所示组件将在下面结合休眠模式操作的描述进行描述。
功率计算和放大器控制为了标记的简单，将参考图3，在不区分手工、自动和调度模式的情况下，对功率计算和放大器控制进行描述。
在放大器控制算法中，操作者激活放大器休眠模式，BS从操作者接收一个补偿因子。该补偿因子被存储在存储器344中。BS自动判断当前工作的放大器的数目，并将数目信息存储在存储器344中。信道合并器305向计算器342和存储器344报告每个扇区的总功率。因为针对基站的每个扇区求数字增益之和，信道合并器305可以测量每个扇区所需的功率。在休眠模式，计算器342基于存储在存储器344中的所需功率、当前工作的放大器的数目和补偿因子通过下式来计算所需放大器的数目RR＝ROUNDUP[所需功率/每AMP×C的功率] (1)控制器346将所需放大器的数目与当前工作的放大器的数目进行比较。如果要启用更多的放大器，则控制器346启用这些放大器。相反，如果不必要的放大器当前正在工作，则控制器346停用它们。根据在手工模式或调度模式中从操作者处接收的启用/停用命令，计算器342计算所需放大器的数目，并判断是否执行该命令或显示命令错误信息，控制器346根据判断相应地控制放大器。
为了计算R，计算器342需要下列参数。
(表1)

补偿参数C将进一步描述。
C＜1，当需要稳定的系统操作时，“C”被设置为小于1。当BS服务于一个城市环境时，或者当可以使用多于所需的放大器时出现这种情况，并且可以灵活处理快速业务量需求。
C＝1，当与所需相等的放大器工作时，“C”被设置为等于1。
C＞1，在保证最小成本的服务区内，而不是在需要稳定系统操作的区域内，“C”被设置为大于1。这些环境包括郊区设置。可以是少于所需的放大器在工作。
图4是图示了根据本发明的一个实施例的功率放大器控制方法的流程图。
参考图4，表1中列出的参数(R、O、D、E和C)及参数M在步骤400中设置。M是Check_Time_Interval，表示在自动/调度模式下自动计算所需放大器的数目的时间间隔。
在判断步骤405，BS判断休眠模式是否为手工模式。休眠模式的类型可以由操作者选择。如果休眠模式不是手工模式(判断步骤405的“否”路径)，则BS在判断步骤415判断是否是调度模式。在调度模式的情况下(判断步骤415的“是”路径)，BS进入例行程序A，在自动模式的情况下(判断步骤415的“否”路径)，它进入例行程序B，这将参考图5和6稍后描述。
如果休眠模式被设置为手工模式(判断步骤405的“是”路径)，操作者在步骤410中，输入启用/停用命令以及要启用/停用的功率放大器单元(PAU)的ID。如上所述，手工模式为由操作者临时以命令设置。操作者进一步在步骤410中设置强制模式或人工智能模式。在判断步骤420中，BS接着判断手工模式是否是强制模式。如果是强制模式(判断步骤420的“是”路径)，则BS在步骤480中启用/停用所请求的PAU，然后在步骤470中手工模式操作结束。
如果在判断步骤420中确定出手工模式不是强制模式(判断步骤420的“否”路径)，则BS在判断步骤425中判断操作者是否具有命令性的启用或停用。如果命令指示停用(判断步骤425的“是”路径)，则BS在步骤430中通过公式(1)计算所需PAU的数目R，并通过“O-D”计算要被启用的PAU(启用PAU)的数目。
在判断步骤435中，BS判断E是否大于R。如果(O-D)大于R(判断步骤435的“是”路径)，则BS在步骤440停用所请求的PAU，并且在步骤470手工模式操作结束。在另一方面，如果(O-D)小于或等于R(判断步骤435的“否”路径)，则在步骤445BS输出一个命令错误消息，并不停用任何PAU，并在步骤470结束手工模式操作。
同时，如果在判断步骤425中命令指示启用(判断步骤425的“否”路径)，则BS在步骤450中通过公式(1)计算R，通过“O+E”计算启用PAU的数目。然后，BS在判断步骤455中判断E是否小于R。如果(O+E)小于R(判断步骤455的“是”路径)，则BS在步骤460中启用所请求的PAU。如果(O+E)等于或大于R(判断步骤455的“否”路径)，则BS进入步骤445。当休眠模式要终止时，生成一个中断信号。此外，执行PAU停用使得可用PAU被等价地停用。这同样适用于其它模式。
图5是图示了功率放大器控制方法的另一个实施例，特别是根据本发明的一个实施例的自动模式操作的流程图。当在图4的判断步骤415中确定出休眠模式不是调度模式时，执行该操作。
由操作者命令而初始化自动模式操作后，在步骤500中设置M(Check_Time_Interval)和C(补偿参数)以调节启用PAU的数目。在步骤510，BS通过公式(1)计算R，从而基于这两个参数自动启动/停用PAU。
在判断步骤520中，BS判断工作PAU的数目O是否等于R。如果O等于R(判断步骤520的“是”路径)，则BS返回步骤510。如果它们不同(判断步骤520的“否”路径)，则BS在判断步骤530中判断O是否大于R。如果O大于R(判断步骤530的“是”路径)，这暗示了有多余的PAU，则BS在步骤540中停用多余的PAU。相反，如果O小于R(判断步骤530的“否”路径)，则BS启用步骤550中所需数量的停用PAU。当在步骤555中M结束时，BS根据步骤500中设置的定时器重复步骤510至550。自动模式根据操作者的命令而终止。例如，可以执行向自动模式操作生成中断信号的算法。
图6是图示了功率放大器控制方法的第三实施例，也即根据本发明的一个实施例的调度模式操作的流程图。当在图4的判断步骤415中确定出休眠模式为调度模式时执行该步骤。
由操作者命令而初始化调度模式后，设置一个开始时间和一个结束时间使得PAU在步骤600中在间隔时间周期内以休眠模式工作。同样，启用/停用命令、要被启用/停用的PAU的ID、M和C被输入，并且设置强制/人工智能模式。
在判断步骤610中，BS判断结束时间是否已到。如果结束时间未到(判. 断步骤610的“否”路径)，则BS在判断步骤620中判断休眠模式是否是强制模式。在强制模式的情况下(判断步骤620的“是”路径)，则BS在步骤690中启用/停用请求的PAU，然后返回步骤610。
如果在步骤620中休眠模式是人工智能模式(判断步骤620的“否”路径)，则BS在步骤630中通过公式(1)计算R，通过“O-D+E”计算启用PAU的数目。在判断步骤640中，BS比较(O-D+E)与R。如果它们相等(判断步骤640的“是”路径)，则BS通过步骤680返回步骤610。相反，如果它们不同(判断步骤640的“否”路径)，则BS在判断步骤650中判断(O-D+E)是否大于R。如果(O-D+E)大于R(判断步骤650的“是”路径)，这暗示了多余的PAU正在工作，则BS在步骤660中停用操作者请求的PAU。同时，如果(O-D+E)小于R(判断步骤650的“否”路径)，则BS在步骤670中启用请求的PAU。在步骤680中超时后，BS返回步骤610。如果在步骤610结束时间结束，则调度模式被终止。
本发明的应用结果下面将在功率效率和成本的意义上，描述本发明提出的休眠模式。
1.用于效率估计的放大器模型下面的表2示出了根据它们的状态PAU模型中的功率消耗。PAU以实际在BS中所使用的PAU为模型。对应于2FA的OVHD输出被假定为35dBm，电流消耗量为实际测量。
表2

表3示出了PAU-C的功率减小效率。在仅输出开销的空闲状态下，正常模式与休眠模式在功率减小效率方面进行了比较。
表3

表4示出了PAU-K的功率减小效率。在仅输出开销的空闲状态下，正常模式与休眠模式在功率减小效率方面进行了比较。
表4

功率减小效率由下式计算

以PAU-K作为例子，事例1下的功率减小效率计算为


2.在休眠模式下的每种事例中的功率比减小在节省的功率和节省的功率费用的意义上在每个事例中对PAU-K和PAU-C进行了比较。
表5示出了由韩国电力公司提供的低压季节性功率比的时间表。
表5

表6列出了每种事例中的功率费用。从表6中可以知道，功率费用节省随共享负载的PAU的数目而增加。示出的节省费用是针对4000BS。
表6

3.通过休眠模式的可靠性增加的估计休眠模式的使用在放大器内的功率变压器上施加了较小的电和热应力，从而增加了放大器的可靠性。
可靠性增加的分析如下。
确定一个比较设备用于PAU内的功率MOSFET的可靠性比较的比较设备为MRF9180。
设置工作环境MSFET在下述环境中以通常和休眠模式工作。
1)通常模式条件工作温度＝80℃Pout＝17W功率比＝10％在此条件下工作24小时2)休眠模式条件工作温度＝25℃(室内温度)Pout＝0W功率比＝0％在此条件下工作8小时，在一般模式下工作16小时MTBF计算每种模式下的MTBF在Telcordia TR-000332标准的方法1的事例3的情况下计算，使用的仿真工具为Relex 7.3。
表7示出了每种模式下对MRF9180的MTBF计算。
表7

在表7中，对单个功率MOSFET组件计算MTBF，而不是在系统级或PAU级进行。如指出的那样，PAU的寿命增加了大概1.3倍。
两种模式下MRF9180对时间的可靠性曲线显示在图7中。图7是图示了可靠性对时间的图。随着时间的流逝可靠性在休眠模式下比在通常模式下高很多。
根据上面所述本发明的实施例，与传统的技术相比，BS的功率节省方法和装置减弱了PAU上的电和热应力。因此PAU寿命被延长了。
考虑到设计PAU和BS中的冷却的重要性，在PAU休眠模式下，低业务量时期内的热辐射的降低减小了散热系统的负载。
此外，根据本发明的实施例的装置和方法的实现，通过防止系统中的致命错误(可能由于操作者在手工模式中的误调节而产生)，提供了增强的安全余量。
尽管本发明是参考它的特定优选实施例而显示和描述的，本领域中的技术人员可以理解，形式和细节上可能进行的各种改变并不脱离本由附属权利要求所定义的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种在一个具有至少两个用于放大用于移动台(MS)的发射功率的放大器的基站(BS)中控制放大器的方法，包括下列步骤在至少两个放大器中判断一个放大器被启用还是停用；启用或停用判断出的放大器。
2.如权利要求1所述的方法，其中判断放大器被启用还是被停用的步骤包括根据操作者的输入判断放大器被启用还是停用；确定根据操作者的输入作出的放大器被启用还是停用的判断是否正确。
3.如权利要求2所述的方法，其中确定根据操作者的输入作出的放大器被启用还是停用的判断是否正确的步骤包括将所需放大器的数目与要被启用的放大器的总数目进行比较，根据所需功率和放大器特性计算所需放大器的数目，根据放大器要被启用或停用的判断计算要被启用的放大器的总数目。
4.如权利要求3所述的方法，还包括如果要启用的放大器的总数目大于所需放大器的数目，则启用所需数目的放大器。
5.如权利要求3所述的方法，还包括输出一个错误消息，该消息指示如果要启用的放大器的总数目小于所需放大器的数目，则根据操作者的输入进行的放大器要被启用或停用的判断是一个错误判断。
6.如权利要求1所述的方法，其中判断一个放大器要被启用还是停用的步骤包括通过根据所需功率和放大器特性计算所需放大器的数目，自动确定一个放大器要被启用还是停用。
7.如权利要求6所述的方法，其中在每个预定时间间隔上执行计算。
8.如权利要求7所述的方法，其中预定时间间隔由操作者设置。
9.如权利要求8所述的方法，其中判断一个放大器要被启用还是停用的步骤包括将当前工作的放大器的数目与所需放大器的数目进行比较；和如果当前工作的放大器的数目大于所需放大器的数目，则停用多余的放大器。
10.如权利要求9所述的方法，还包括如果当前工作的放大器的数目小于所需放大器的数目，则启用尽可能多的未使用放大器。
11.如权利要求1所述的方法，其中判断一个放大器要被启用还是停用的步骤包括由操作者设置一个时期；对时期根据操作者的输入，判断放大器被启用还停用。
12.如权利要求11所述的方法，其中判断一个放大器要被启用还是停用的步骤包括根据操作者输入的放大器的ID判断放大器被启用还停用。
13.如权利要求12所述的方法，还包括确定对放大器要被启用还是停用作出的判断是否正确。
14.如权利要求13所述的方法，其中确定对放大器要被启用还是停用作出的判断是否正确进行判断的步骤包括将所需放大器的数目与要被启用的放大器的总数目进行比较，根据所需功率和放大器的特性计算所需放大器的数目，根据对放大器被启用还是停用的判断计算要被启用的放大器的总数目。
15.如权利要求14所述的方法，还包括如果要启用的放大器的总数目大于所需放大器的数目，则启用所需数目的放大器。
16.如权利要求14所述的方法，还包括输出一个错误消息，该消息指示如果要启用的放大器的总数目小于所需放大器的数目，则对放大器要被启用或停用进行的判断是一个错误判断。
17.如权利要求11所述的方法，其中判断一个放大器被启用还是停用的步骤包括通过根据所需功率和放大器特性计算所需放大器的数目，自动确定一个放大器要被启用还是停用。
18.一种在一个具有至少两个用于放大用于移动台(MS)的发射功率的放大器的基站(BS)中用于控制所述放大器的装置，包括信道合并器，用于为BS的每个扇区测量总功率；休眠模式操作器，用于基于测量到的功率判断启用还是停用这至少两个放大器。
19.如权利要求18所述的装置，其中休眠模式操作器包括存储器，用于存储控制放大器所需的参数，以及当前工作的放大器的数目；计算器，用于基于所需功率、工作中的放大器的数目、和预定补偿参数计算所需放大器的数目。控制器，用于根据预定算法根据所需放大器的数目控制该至少两个放大器要处于启用还是停用状态。
20.如权利要求18所述的装置，其中休眠模式操作器根据操作者的输入判断放大器要被启用还是停用，并确定根据操作者的输入作出的放大器要被启用还是停用的判断是否正确。
21.如权利要求20所述的装置，其中休眠模式操作器通过比较所需放大器的数目与要被启用的放大器的总数目，来判断根据操作者的输入作出的放大器要被启用还是停用的判断是否正确，根据所需功率和放大器的特性计算所需放大器的数目，根据对放大器被启用还是停用的判断计算要被启用的放大器的总数目。
22.如权利要求21所述的装置，其中如果所需放大器的数目大于要启用的放大器的总数目，则休眠模式操作器启用所需数目的放大器。
23.如权利要求21所述的装置，其中休眠模式操作器输出一个错误消息，该消息指示如果所需放大器的数目小于要启用的放大器的总数目，则根据操作者的输入进行的要被启用或停用的放大器的判断是一个错误判断。
24.如权利要求18所述的装置，其中休眠模式操作器通过根据所需功率和放大器特性计算所需放大器的数目，自动确定一个放大器要被启用还是停用。
25.如权利要求24所述的装置，其中休眠模式操作器在每个预定时间间隔上执行计算。
26.如权利要求25所述的装置，其中时间间隔由操作者设置。
27.如权利要求24所述的装置，其中休眠模式操作器将当前工作的放大器的数目与所需放大器的数目进行比较，并且如果当前工作的放大器的数目大于所需放大器的数目，则停用多余的放大器。
28.如权利要求27所述的装置，其中如果当前工作的放大器的数目小于所需放大器的数目，则休眠模式操作器启用尽可能多的未使用放大器。
29.如权利要求18所述的装置，其中休眠模式操作器接收由操作者设置的一个时期，对于该时期根据操作者的输入，判断放大器被启用还停用。
30.如权利要求29所述的装置，其中休眠模式操作器根据操作者输入的放大器的ID判断放大器被启用还停用。
31.如权利要求30所述的装置，其中休眠模式操作器确定对放大器要被启用还是停用作出的判断是否正确。
32.如权利要求31所述的装置，其中休眠模式操作器将所需放大器的数目与要被启用的放大器的总数目进行比较，根据所需功率和放大器的特性计算所需放大器的数目，根据对放大器被启用还是停用的判断计算要被启用的放大器的总数目。
33.如权利要求32所述的装置，其中如果要启用的放大器的总数目大于所需放大器的数目，则休眠模式操作器启用所需数目的放大器。
34.如权利要求32所述的装置，其中休眠模式操作器输出一个错误消息，该消息指示如果要启用的放大器的总数目小于所需放大器的数目，则对放大器要被启用或停用进行的判断是一个错误判断。
35.如权利要求29所述的装置，其中休眠模式操作器通过根据所需功率和放大器特性计算所需放大器的数目，自动确定一个放大器要被启用还是停用。
全文摘要
提供了一种用于控制放大器以节省功率的方法和装置。在控制BS中提供的至少两个放大器的方法中，为了放大发射给MS的信号，BS判断至少两个放大器中的一个放大器被启用还是停用，并启用或停用判断出的放大器。
文档编号H04B1/04GK1723637SQ200480002036
公开日2006年1月18日 申请日期2004年2月12日 优先权日2003年2月14日
发明者许硕均 申请人:三星电子株式会社