CN1947438A

CN1947438A - 自适应发射功率控制系统

Info

Publication number: CN1947438A
Application number: CNA2004800339640A
Authority: CN
Inventors: 普拉温库马尔·普雷马卡司恩; 马西普·拉哈曼
Original assignee: Freescale Semiconductor Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2024-11-04
Also published as: WO2005060451A2; WO2005060451A3; EP1917714A4; US20050122166A1; EP1917714B1; US7215972B2; JP2007514370A; CN100586207C; JP4921976B2; EP1917714A2

Abstract

公开了一种不要求在功率转变范围、操作频带、温度和电源电压上对功率控制环路带宽和反馈检测路径增益设定进行详尽出厂校准的自适应闭环发射功率控制系统。该系统自动地补偿模拟前馈和反馈路径中的任何增益或斜率变化，以便维持系统稳定性和满足性能规格。该系统通过在该闭环功率控制的反馈路径内使用自适应数字信号处理(DSP)系统体系结构，实现了上述操作。该系统消除了对在功率转变范围、操作频带、温度和电源电压上对诸如环路带宽和反馈检测路径增益设定之类的参数进行详尽出厂校准的需要。

Description

自适应发射功率控制系统

技术领域

本公开内容涉及功率控制系统，并且尤其涉及不要求环路控制参数的出厂校准的自适应功率控制系统。

背景技术

在当前的功率控制系统中，通过改变施加到功率放大器或压控放大器(VCA)调制器集成电路的控制或偏置电压，来控制发射(Tx)功率斜升和斜降曲线。例如，通常由闭环功率控制系统执行控制以便满足功率控制规格要求、诸如用于GSM-FracN、WCDMA和CartesianIQ多接入模式的功率对时间和瞬态相邻信道功率屏蔽(mask)。

因为所施加的控制电压对功率放大器或VCA级的发射功率输出特性之比以及所施加的控制电压对功率检测反馈路径的发射功率输出特性之比根据操作频带、功率放大器的输入功率电平、以及温度和电池电压的变化而改变，所以当前的闭环功率控制系统要求详尽的出厂校准。

由于一些系统的三频带需求(GSM、DCS或PCS频带)，所以控制电压对发射功率输出特性的斜率随每个操作频带而改变。另外，功率放大器发射功率对功率检测器所检测的功率特性之比也随不同操作频带而改变。

控制电压对发射功率输出曲线的斜率相对于功率放大器的输入功率电平(dBm)而改变。预测输入到功率放大器的功率的变化和编程相应的系统参数是困难的。控制电压对发射功率输出曲线的斜率也随温度和电池电压的变化而改变。

为了满足环路稳定性和性能需求，其中包括功率对时间屏蔽(mask)和切换瞬态规格，对于每个操作频带、对于不同的功率输入以及对于不同的温度和电池电压变化，必须对不同的AOC系统参数、例如环路带宽和模拟反馈增益进行编程。通常，使用在发射斜升和斜降期间用于环路带宽的预先校准的固定设定值。功率控制环路带宽的出厂校准是必须根据操作频带、功率放大器的输入功率电平、初始和最终目标功率电平、温度和电源电压执行的复杂任务。出厂校准是时间密集且昂贵的。

期望一种不需要在功率转变范围、操作频带、温度和电源电压上对功率控制环路带宽进行详尽出厂校准的发射功率控制系统。

附图说明

通过参考附图，可以更好地理解本公开内容、以及对本领域的技术人员来说显而易见的各种特征和优点。

图1举例说明根据本公开内容的实施例的功率控制系统的框图。

图2举例说明根据本公开内容的实施例的功率控制系统的一部分的详细框图。

图3举例说明根据本公开内容的实施例、用于闭环WCDMA系统的发射功率对时间的曲线图。

图4举例说明根据本公开内容的实施例、在GSM突发(burst)的发射功率斜升和斜降期间功率对时间屏蔽曲线和切换瞬态。

在不同的图中使用相同的标记来表示类似或相同的项。

具体实施方式

公开了一种不要求在功率转变范围、操作频带、温度和电源电压上对功率控制环路带宽进行详尽出厂校准的自适应发射功率控制系统。该系统自动地补偿功率控制前馈路径以及功率检测反馈路径中的任何增益或斜率变化，以便维持系统稳定性和满足期望的性能规格。该系统包括用于完成此操作的自适应数字信号处理系统体系结构。

图1举例说明根据本公开内容的实施例的功率控制系统的框图。功率控制系统100包括众所周知的部件，诸如射频(RF)发射机102、耦合器104、RF功率检测器106、可编程增益电路108、检测滤波器110、模数转换器(ADC)112、数字活动性(digital activity)检测单元114、其输出乘以最终目标功率电平的参考斜度(reference ramp)查找表116、环路滤波器118、功率控制数模转换器(DAC)120、重构滤波器122、模拟增益控制级124和功率放大器126。这些设备及它们的操作在本领域中是众所周知的。在此仅仅描述了与传统操作的任何不同之处。例如，根据本公开内容的实施例，环路滤波器118接收固定环路带宽。

功率控制系统100还包括误差平方(squaring)块204、自适应滤波器系数计算单元128和N-抽头(N-tap)自适应滤波器130。自适应滤波器130的抽头数量是可编程的。在操作中，基于参考斜度D_k和反馈信号A_k间的差值，调整自适应滤波器130的系数。将N抽头自适应DSP系统配置成跟踪功率控制系统的模拟前馈和反馈路径中的任何增益/斜率变化。将会意识到，可以将误差平方块204视为滤波器系数计算单元128的一部分。

图2举例说明根据本公开内容的实施例的功率控制系统的一部分的更详细框图。D_k是所期望的输入信号，A_k是与模拟前馈和反馈路径中的任何增益/斜率变化无关而必须理想地跟踪D_k的信号。它们间的差值E_k＝D_k-A_k，用来通过采用自适应技术、诸如最小均方(LMS)自适应算法来调整自适应滤波器130的抽头。在闭环调节后，自适应滤波器的输出S_k收敛于零，从而使环路稳定到所期望的稳定状态目标功率电平。

以例如N＝2抽头为例描述了该算法，但是应当意识到可以使用其他数目的抽头。假定初始加权矢量W₀＝[w₁₀，w₂₀]^T。在逐个采样的基础上，由求和单元202计算差值E_k＝D_k-A_k。然后，由平方单元204对误差信号E_k求平方，并将其用来调节自适应滤波器130的滤光器抽头，如图2中举例说明的那样，并如下述方程式所述。对迭代k，计算自适应滤波器130的输出S_k＝E_kw_1k+E_k-1w_2k。然后，由求和单元206根据LMS算法更新加权，

W_{k + 1} = W_{k} + 2 {μE}_{k}^{2} .

假定初始加权矢量和初始输入矢量E_k’为零。收敛因子μ确定收敛的稳定性和速度。将自适应滤波器130的输出馈送给环路滤波器118。根据本公开内容的实施例，环路带宽被设置成接近最佳设定值，并且自适应算法利用控制环路，调整任何增益/斜率变化以便满足功率控制规格。方程式1至5概述了调节过程的具体实施例。

(方程式1)E_k＝D_k-A_k

(方程式2)W_k＝[w_1k w_2k]

(方程式3)S_k＝E_kw_1k+E_k-1w_2k

(方程式5)

W_{k + 1} = W_{k} + {2 μE}_{k}^{2}

图3中的两个曲线图表示在天线处从15dBm至24dBm的功率上升变化。该图中的两个曲线图表示对信道上(on-channel)信号的功率对时间响应以及在相邻信道(5MHz偏移)和相间信道(10MHz偏移)上的功率对时间响应。左边的曲线图表示在不使用所提出的自适应信号处理方案的情况下的这些响应，而右边的曲线图表示在使用所提出的自适应信号处理方案的情况下的这些响应。在左边的曲线图中，在不使用所提出的自适应信号处理技术的情况下，通过采用编程在环路滤波器中的固定环路带宽，功率控制系统不能满足用于信道上功率的50μs的所需稳定(settling)时间。另外，在右边的曲线图中，通过采用所提出的自适应信号处理方案，利用固定环路带宽，能满足用于信道上信号的50μs的稳定时间。图4举例说明根据本公开内容的实施例在GSM-FracN突发(burst)的发射功率斜升和斜降期间的功率对时间屏蔽。功率控制系统补偿环路带宽的不适当设定值(-22dB而不是-11dB)。对相同的操作功率电平(26dBm)而言，为了满足功率对时间屏蔽和切换瞬态规格，环路带宽不需要被修改成不同值。

仿真表明根据本公开内容的实施例的自适应算法能使用固定收敛因子来补偿闭环系统增益中的高达+/-11dB的变化，以满足期望的功率对时间和瞬态功率规格。该算法令人满意地收敛，而不会引起任何另外的切换瞬态。

通过采用所公开的方案，能消除对PA的每个频带和每个输入功率电平的闭环参数进行出厂校准的需要，从而节省了时间和金钱。另外，因为逐个采样地调整滤波器抽头和跟踪参考斜度，从而补偿模拟RF发射路径中的任何功率放大器下降，所以能除去功率放大器下降补偿电路。另外，由于闭环系统更能容许前馈和反馈路径中的增益变化，所以提供了一个更稳定和更具鲁棒性的控制系统。

尽管在图中所公开的实施例描述了功率放大器的使用，但本领域的技术人员将会意识到，所公开的闭环DSP算法能控制任意模拟增益控制级。任意模拟增益控制级可以是基带放大器。作为选择，任意模拟增益控制级可以是RF放大器，其中，RF放大器是压控放大器或功率放大器。

上述公开的主题被认为是示例性的，而不是限制性的，并且所附的权利要求书意图涵盖落在本发明的实质和范围内的所有这些改进、增强和其他实施例。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围将由下述权利要求书和它们的等效内容的最宽可容许解释来确定，并且不应当受上述详细描述的限定或限制。例如，也可以采用另一种自适应算法，如递归最小平方(RLS)技术。

附加文本：

1.一种功率控制系统，包括：

增益控制级，被配置成放大输入信号以便产生放大了的信号；

功率检测器，耦合到增益控制级的输出，所述功率检测器用于检测放大了的信号的斜度以及提供斜度的指示；以及

控制器，耦合到所述功率检测器和所述增益控制级，所述控制器被配置成响应于斜度的指示，调整到增益控制级的电源电压或控制电压，以便使电源电压或控制电压随着所述斜度距预定斜度的变化而改变，其中，预定斜度包括由所需功率电平修改的期望波形曲线。

2.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，所需功率电平包括功率对时间屏蔽，并且期望波形曲线是上升余弦波。

3.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，所需功率电平包括根据预定的功率对时间规格和瞬态功率规格的屏蔽。

4.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，电压是电源电压和控制电压的一个。

5.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，预定斜度与功率控制系统的操作状态无关。

6.如权利要求5所述的功率控制系统，其中，操作状态包括放大器级的功率输入电平、温度、操作频带和电池电压电平。

7.如权利要求1所述的功率控制系统，控制器包括：

误差平方单元；以及

自适应滤波器系数计算单元；以及

自适应滤波器，具有耦合到自适应滤波器系数计算单元的多个抽头；

其中，将所述放大了的信号的斜度与预定斜度相比，以产生误差项；

其中，自适应滤波器系数计算单元使用该误差项计算和调整自适应滤波器的多个抽头中的一个或多个；

其中，自适应滤波器的输出被馈送到用于累计输出信号的环路滤波器。

8.如权利要求7所述的功率控制系统，其中，自适应滤波器系数计算单元利用最小均方(LMS)自适应算法。

9.如权利要求7所述的功率控制系统，其中，自适应滤波器系数计算单元利用递归最小平方算法。

10.如权利要求7所述的功率控制系统，其中，自适应滤波器的输出收敛于零。

11.如权利要求7所述的功率控制系统，其中，通过方程式E_KW_1K+E_K-1W_2K；+...+E_OW_NK得出滤波器的输出，其中N是表示滤波器的长度的整数；

其中，W_K+1为W_k+2μE_k ²；

其中，μ是收敛项；

其中，W_K初始为0，以及

其中，E_K是误差项。

12.如权利要求7所述的功率控制系统，进一步包括：

活动性检测电路，用于产生表示活动性检测的活动性输出，其中，活动性输出在当未检测到活动性时的空信号和当检测到活动性时的预定斜度间进行选择，以便与所述放大了的信号的斜度进行比较。

13.如权利要求7所述的功率控制系统，进一步包括耦合在所述控制器和所述增益控制级间的压控电路，其中，所述控制器响应于误差项而产生控制信号，所述压控电路处理该控制信号以便产生电源电压。

14.如权利要求1所述的功率控制系统，进一步包括：

环路滤波器，耦合到控制器的输出，用于使用固定环路带宽来滤波控制器的输出，其中，固定环路带宽与操作状态无关，所述操作状态包括模拟电路元件在温度、电源电压、操作频带上的变化。

15.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，所述控制器控制所述放大了的信号的斜升。

16.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，所述控制器控制所述放大了的信号的斜降。

17.一种用于放大射频(RF)信号的方法，所述方法包括：

利用增益控制级放大RF信号以便产生放大了的信号；

检测所述放大了的信号的斜度；

将所述放大了的信号的斜度与预定斜度进行比较，以产生误差差，其中，预定斜度包括由所需功率电平修改的期望波形曲线；

基于误差差信号，动态地调整自适应滤波器的多个抽头，以产生控制信号；

利用具有固定环路带宽的环路滤波器对该控制信号进行滤波，以产生经滤波的控制信号；以及

基于该经滤波的控制信号，控制所述增益控制级的控制电压。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所需功率电平包括功率对时间屏蔽，并且期望波形曲线包括上升余弦波。

19.如权利要求17所述的方法，其中，所需功率电平包括根据预定的功率对时间规格和瞬态功率规格的屏蔽。

20.如权利要求17所述的方法，其中，预定斜度与功率控制系统的操作状态无关。

21.如权利要求20所述的方法，其中，操作状态包括功率输入电平、温度和电池电压电平。

22.如权利要求17所述的方法，其中，调整自适应滤波器的多个抽头是根据最小均方(LMS)自适应算法进行的。

23.如权利要求17所述的方法，其中，调整自适应滤波器的多个抽头是根据递归最小平方算法进行的。

24.如权利要求17所述的方法，其中，控制信号收敛于零。

25.如权利要求17所述的方法，其中，通过方程式E_KW_1K+E_K-1W_2K；+...+E_OW_NK得出滤波器的输出，其中N是表示滤波器的长度的整数；

其中，W_K+1为W_k+2μE_k ²；

其中，μ是收敛项；

其中，W_K初始为0，以及

其中，E_K是误差差。

26.如权利要求17所述的方法，进一步包括：

检测所述放大了的信号的活动性，并产生活动性输出；其中，该输出被配置用来在当未检测到活动性时的空信号和当检测到活动性时的预定斜度间进行选择，以便与所述放大了的信号的斜度进行比较。

27.如权利要求17所述的方法，进一步包括：

使用具有固定环路带宽的环路滤波器对该控制信号进行滤波，其中，固定环路带宽与功率控制系统的操作状态无关。

28.如权利要求27所述的方法，其中，所述操作状态包括功率输入电平、温度、操作频带和电池电压电平。

29.如权利要求17所述的方法，其中，控制该控制电压的步骤控制所述放大了的信号的斜升。

30.如权利要求17所述的方法，其中，控制该控制电压的步骤控制所述放大了的信号的斜降。

Claims

1.一种功率控制系统，包括：

功率检测器，耦合到增益控制级的输出，所述功率检测器用于检测所述放大了的信号的斜度以及提供斜度的指示；以及

2.如权利要求1所述的功率控制系统，其中，所需功率电平包括根据预定的功率对时间规格和瞬态功率规格的屏蔽。

3.如权利要求1所述的功率控制系统，控制器包括：

误差平方单元；以及

自适应滤波器系数计算单元；以及

其中，自适应滤波器系数计算单元使用该误差项来计算和调整自适应滤波器的多个抽头中的一个或多个；

4.如权利要求3所述的功率控制系统，其中，通过方程式E_KW_1K+E_K-1W_2K；+...+E_OW_NK得出滤波器的输出，其中N是表示滤波器的长度的整数；

其中，W_K+1为W_k+2μE_k ²；

其中，μ是收敛项；

其中，W_K初始为0，以及

其中，E_K是误差项。

5.如权利要求1所述的功率控制系统，进一步包括：

6.一种用于放大射频(RF)信号的方法，所述方法包括：

利用增益控制级放大RF信号以便产生放大了的信号；

检测所述放大了的信号的斜度；

7.如权利要求6所述的方法，其中，所需功率电平包括功率对时间屏蔽，并且期望波形曲线包括上升余弦波。

8.如权利要求6所述的方法，其中，预定斜度与功率控制系统的操作状态无关。

9.如权利要求6所述的方法，进一步包括：

10.如权利要求6所述的方法，进一步包括：