專利名稱：Cdma通信系統、傳輸功率控制系統及控制方法
技術領域：
本發明有關于一種傳輸功率控制器，適用于移動電信裝置中，特別是關于CDMA通信系統、傳輸功率控制系統及控制方法。
背景技術：
用于碼分多址(Code Division Multiple Access, CDMA)數據與電話系統(例如3GPP、 WCDMA、 CDMA200)方面的傳送器功率控制規格中，對于這些3G手機的操作要求十分嚴格。 一般而言，與一個蜂巢區(cell)內多個手機聯系的基站要求到達基站的所有信號具有大致相等的功率電平。假如不是這樣，對于具有較弱強度的信號而言，具有較大強度的這些信號就變成通道上干擾，且最終導致此蜂巢區終止操作。
一般而言，在移動裝置(例如手機與無線網卡)內傳送器的增益會隨著傳送頻率、環境與芯片溫度、供應電壓、以及制造工藝的差異而變化。然而，這些3G規格要求移動單元應該能在默認步進尺寸(step size)下根據來自基站的指令來改變其輸出功率。移動手機一般期望能在輸出功率上達到ldB的改變，并具有0.5dB的精確性，且在功率上達到10dB步進變化，并具有2dB的精確性。此外，由基站所傳送的絕對最大功率應被控制在2dB內。
為了在要求的動態范圍內達到指定的步進尺寸，制造者己廣泛地使用下面兩個技術之一 (或兩者結合)。在第一個方案中，在產品測試期間大強度地校正手機，以使手機至少在頻率方面的響應特征化以及在電池電壓方面的響應特征化(該項可選)。 一般會避免對溫度的校正，因為其非常耗時間。第二個方案是在一般傳送操作下使用功率偵測器。此功率偵測器一般是對數放大器
5或接收信號強度指示器的形式，其通常花數百微秒來執行一次測量。這防止 了偵測器在手機內一個時隙接著一個時隙地來使用，這是為了將傳輸功率控 制在一個時隙內，并且因此結合校正數據的方法以及在高傳輸功率層級下較 少使用偵測器的方法，來避免手機超過相關3G標準所允許的最大傳輸功率。
應注意，CDMA信號看似噪聲，因此一般而言，為了達到可靠的功率測量， 這些偵測器需要相對長的測量時間。每一 WCDMA時隙持續大約670微秒以 及每一秒中大約有1500個來自基站且由移動電話接收的功率校正指令。

發明內容
為了解決移動電話的功率校正中的誤差的技術問題，本發明提供一種傳 輸功率控制系統來減少傳送器的傳輸功率與要求功率之間的誤差。
本發明提供一種傳輸功率控制系統，包括輸出功率估計器與傳輸功率控 制器。輸出功率估計器估計傳送器的傳輸功率。傳輸功率控制器響應于輸出 功率估計器，且用以比較傳輸功率與要求功率以便計算目標功率，其中目標 功率考慮傳輸功率控制器統內的誤差，以及用來改變在傳送信號路徑上放大 器的增益，以便減少傳送器的傳輸功率與要求功率之間的誤差。
本發明另提供一種CDMA (碼分多址)通信系統，其包括輸出功率估計 器，用以估計傳送器的傳輸功率；以及傳輸功率控制器，響應于輸出功率估 計器，且用以比較傳輸功率與要求功率以便計算目標功率，其中目標功率考 慮傳輸功率控制器統內的誤差，以及用來改變在傳送信號路徑上放大器的增
益，以便減少傳送器的傳輸功率與要求功率之間的誤差。
本發明另提供一種傳輸功率的控制方法，用以控制移動裝置的傳輸功率， 且此移動裝置操作在碼分多址模式或寬帶碼分多址模式下。此控制方法包括-比較時間校準版本的基帶信號或中間信號與傳送信號的降頻部分，以形成傳 輸功率的估計；以及使用傳輸功率的估計，以在碼分多址或寬帶分碼多址的 時隙的功率切換期間內調整所述傳輸功率趨向目標值。
6本發明改變在傳送信號路徑上放大器的增益，減少了傳送器的傳輸功率 與要求功率之間的誤差。


圖1表示根據本發明實施方式，根據一個CDMA標準來操作的移動電話 裝置。
圖2表示圖1中功率估計器的組件示意圖。
圖3A及圖3B表示圖1中插補査找表單元的內部數據結構示意圖。 圖4表示根據本發明實施方式，通過比較未校正功率放大器與移動裝置 的響應所獲得的輸出功率對要求功率的示意圖。
圖5表示相似于圖1的電路圖，但顯示了額外的數據流路徑。 圖6A與圖6B表示根據本發明實施方式的操作流程圖。
具體實施例方式
在說明書及權利要求書當中使用了某些詞匯來稱呼特定的元件。本領域 的技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。 本說明書及權利要求書并不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元 件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及權利要求書當中所提 及的"包含"是開放式的用語，故應解釋成"包含但不限定于"。此外，"耦 接" 一詞在此是包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第 一裝置耦接于第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接于第二裝置，或通 過其它裝置或連接手段間接地電氣連接到第二裝置。
圖1表示根據本發明實施方式的移動裝置(例如移動電話)的傳送部分 簡化方框示意圖。在提供至模擬基帶處理系統10之前，先在移動裝置的數字 基帶處理器2中將被傳送的信號(不論是語音或數據)乘以由移動裝置所使 用的展頻編碼來將傳送信號編碼且展頻。此電路配置為此技術領域中技術人員所熟知。輸出信號(包括同相信號與正交信號)傳送給射頻(RF)傳送器
部分以進行升頻操作，RF傳送器以標號12來標示，盡管傳輸功率不足，其 輸出待傳送的信號。此技術領域中技術人員已知RF傳送器12，因此圖中簡 單地以可變增益放大器來表示。與此移動電話裝置的許多其它核心組件一起， RF傳送器12設于單片集成電路13上。來自RF傳送器12的RF信號提供至 功率放大器14，其中所述功率放大器14作為一個分離組件位于單片集成電路 13夕卜，單片集成電路13用于執行升頻與第一階段的放大。功率放大器14的 輸出信號經由電路板18的中間組件而提供至天線16，電路板18通常包括雙 工器(duplexer)，以便提供將被提供至天線的相對強大的傳送信號，而同時將 明顯較弱的接收信號路由至移動裝置內接收電路(未顯示于圖中)。
芯片上傳送器(on-chip transmitter)(如RF傳送器12)的操作如同一個小信
號裝置，且小心操作以優化線性。同樣地，芯片外功率放大器(如功率放大器 14)也優化為在其操作范圍的頂端上實現最大線性化。在最大功率或接近最大 功率時達到線性化的代價是消耗了大量電流。然而，在較低輸出功率電平上， 線性的需求削弱，因此功率放大器14的電流消耗可減少。結果，在較低輸出 功率電平上，功率放大器14的設計者傾向于對功率放大器14進行電流消耗 方面的優化，而不是通過提供多個增益范圍來控制線性。在此文中，關于特 定增益范圍的控制線性表示在輸出功率電平Po上的改變dPo (其中，"d"表示 一個小改變)總是導致增益改變dGo，使得dPo/dGo維持固定。在現有技術 中，數字基帶處理器2已被分派根據來自與移動裝置聯系的基站(未顯示于 圖中)的控制信號，來控制芯片上傳送器12與功率放大器14的增益。在基 站控制中，基站提供用來指示步進增加或減少的信號，且此為基站控制系統 的特征。在基站與移動裝置之間的協同操作可稱為關于功率控制的"系統閉 環"。然而，在本發明的一些實施方式中，其與本地回路一起工作。在本地回 路中，本地測量系統與控制系統25監控已產生的功率改變，且企圖于一個時 間幀內實施校正，而此時間幀明顯地短于在CDMA通信架構中所使用的時隙
8期間。
為了實現此本地回路，提供指向性耦合器(directional coupler)30與衰減器 32，以便分支(tap-off)來自功率放大器的輸出信號的一些信號下游。此指向 性耦合器30與衰減器32可達到足夠的帶寬，使得其轉移特性(transfer characteristic)在電話或相似移動通信裝置的頻率范圍內實質上固定不變。提供 衰減器32的輸出信號至功率估計器40的第一輸入端42，其中，為了將分支 的信號降頻至基帶頻率，功率估計器40也在第二輸入端44接收傳送振蕩器 信號的副本(copy)，使得分支的RF信號可與傳送本地振蕩器信號混合。接著， 其可與功率估計器40的第三輸入端46所提供的副本基帶信號來比較。功率 估計器40也響應一些其它信號(將以圖2來更詳細說明)，這使能功率估計 器40在功率放大器14的輸出端上建立輸出功率的估計。此估計(以Pmeas 來表示)被傳送至傳輸功率控制引擎(Transmit Power Control Engine, TPCE) 50 (其操作如同傳輸功率控制器)，其中，傳輸功率控制引擎(TPCE) 50比 較由功率估計器40所估計的獲得的測量輸出功率與從數字基帶處理器2接收 的需求輸出功率，來計算目標功率"Ptgt"(考慮到在功率控制回路中的不一 致)。目標功率"Ptgt"接著作為輸入信號提供至查找表單元60，其中，查找表 單元60是用來査找關于傳送器12與功率放大器14的增益控制設定。
在一個較佳實施方式中，根據現有所使用的查找表標準，查找表單元60 是一個插補査找表單元，其尺寸較小且因此減少很多內存要求。結果，其占 用不多的空間，且被要求集中于此的數據可以很快地獲得。此查找表單元60 將在稍后根據圖3來說明。
圖2更詳細地說明本發明實施方式的功率估計器40的內部架構。經由指 向性耦合器30自功率放大器14分支出的偵測到的RP信號"Pdetrf'，被提供 至混波器70的第一輸入端42。此混波器70在第二輸入端44接收本地振蕩器 信號LO (與RF傳送器12所使用的信號相同)，因此輸出基帶頻率的降頻信 號"Pmix"，其表示原始基帶信號。 一般會提供兩個混波器， 一個是處理同相
9通道，另一個則是處理正交通道。為了方便說明，假設只有一個信號通道存
在來繼續討論。此混波器70的輸出信號被提供至可變增益放大器72，其提供 可變增益"Gvga"給信號Pmix，以獲得標示為"Padc"的信號。可變增益放大器 72的輸出提供至模數轉換器74。對應的模數轉換器(Analog to Digital Converter,圖中表示為"ADC") 76接收來自模擬基帶處理系統10的基帶信號 "Pbb"，且模數轉換器76的輸出信號被提供至數據路徑校準電路(data path align circuit)77。數據路徑校準電路77的輸出信號與模數轉換器(圖中表示為 "ADC") 74的輸出信號一起提供至數據路徑比較電路(data path compare circuit)78。數據路徑校準電路77使用一連串的緩存器以提供可選擇的延遲 "Ts"，使得提供至模數轉換器(圖中表示為"ADC") 74的信號與提供至模數 轉換器76的信號可進入近似時間校準(approximate time alignment),以至于可 通過計算其數值的比率或差異來比較這些信號。這些方法中的任一者提供足 夠的信息以使能將被估計的增益。以dB為較佳表示單位的信號比較操作(例 如用來估計其增益比率"Pdp")由數據路徑比較電路78來執行。在計算每一 信號的均方根(Root Mean Square, RMS)功率計算的期間內，此信號比較操作 在整合時間間隔"Tint"內執行，且信號被比較之前，直流(DC)偏移被移除。
在一個較佳實施方式中(且如之前所提及)，數據路徑比較電路78的輸 出信號為信號強度的比率，且優選以分貝來表示。通過在分貝上的操作，此 系統的數個部分的各種增益可被加總在一起以提供功率測量。
設置可變增益放大器72，是為了抑制(更確切地說是調整)其輸入端上 提供至模數轉換器74的信號振幅，使其具有相對較窄的振幅帶寬。這減少了 模數轉換器74與76上的動態范圍要求，且因此使這些組件的實施變得更加 簡單且便宜。接著說明上下文中可變增益放大器72的操作，其任務是調整(在 限制內)其輸入端上提供至模數轉換器74的信號振幅。可得知由于傳送的 RF功率減少，接著在混波器70的輸出端上的振幅也減少。因此，可變增益 放大器72的增益需要被增加以將模數轉換器74的輸出端上的信號維持在所要求的操作范圍內。相反地，假使傳輸功率增加，可變增益放大器72的增益 則需要減少。
可變增益放大器72的增益調整可由系統使用關于目標輸出功率的消息與 此無線系統設計的知識自動地執行。如前所提及，數字基帶處理器2維持連 續總量的編碼信號特性，因此，盡管是在標準化的刻度上，其具有可利用的"長 期基帶功率平均"測量數值。長期基帶功率平均"Kbb"提供至功率估計器40的 第三輸入端90。此長期基帶功率平均"Kbb"也提供至加總器100的第一加總輸 入端，其中，加總器100接收來自加總器102的輸入信號。加總器102的第 一輸入端104接收提供至模數轉換器74的目標功率的估計"Kadc"，且其相減 輸入端106接收功率目標值"Ptgt"，其中，功率目標值Ptgt是由傳輸功率控制 引擎(Transmit Power Control Engine, TPCE) 50來取得，將在下文進行說明。 加總器100的輸出信號被提供至加總器110的第一加總輸入端，于其中，加 總器100的輸出信號被加入至單一測量增益參數"Kdet"。單一測量增益參數 "Kdet"是代表在由功率放大器14的輸出端至功率估計器40的輸入端42的偵 測路徑上的增益(在此包括衰減)。在此方式中，所需要的VGA增益由功率 估計器40自動地取得。
在一個較佳實施方式中，可變增益放大器72是在預設尺寸的步進下以增 益變化的方式而數字控制。在一個較佳實施方式中，增益在6dB的步進下變 化。然而，實際步進尺寸將不會精確地為6dB，所以每一增益變化具有小誤 差。由于可變增益放大器72優選為受數字控制，因此，可更精確地稱為可編 程增益放大器，請注意盡管其中差異(如果有的話)很小。
發明人已了解到，如果在要求的傳送輸出功率上的變化僅為相對稍小， 假設小于1.2dB (此變化臨界值僅是用來作為范例，在其它例子中，此值可為 在0至2dB之間的任一者)，接著，可變增益放大器72應被禁止在功率測量 與校正周期中間產生增益變化。這移除了步進誤差(在當增益變化發生時有 可能產生)的一種來源。在計算或實施功率校正后，可應用所述增益變化。
ii在本地回路運作時，可對功率放大器的每一功率放大器增益范圍測量參
數Kdet，且其也本身說明了基帶信號路徑的選擇的全范圍電平(foll-scale level) 或降頻混波器70的增益與其標稱增益(nominal gain)之間的偏差。
一個可替代且同樣可執行的方法是不釆用可變增益放大器72 (其可以用 一個固定增益放大器來取代)，且接受測量范圍減少的實際情況以及/或提供具 有較大動態范圍的模數轉換器。應注意到，雖然在一個可替換的配置中已敘 述兩個模數轉換器的情況，但是也可通過分時多任務傳輸方法使用一個模數 轉換器。
為了將數據路徑比較電路78的輸出信號轉換為絕對功率測量，第一加總 器92將長期基帶功率平均"Kbb"加入至參考信號與偵測信號的比率上，以在 加總器92的輸出端94上產生中間值，其用來表示關于全范圍值的傳送信號 的功率。此相關的功率Pdbfs被傳送至第二加總器96的加總輸入端。加總器 96的另一輸入信號為可變增益放大器(VGA)增益設定，且在將功率Pdbfs 減去可變增益放大器(VGA)增益設定后，為了在功率放大器的輸出端上提 供放大器功率的估計"Pmeas"，加總器96的輸出信號通過加總器120加入至 增益偵測路徑參數Kdet。因此，增益偵測路徑參數使得有關于全范圍輸出的
標稱輸出功率映射至功率放大器的輸出端上的輸出功率估計。
傳輸功率控制引擎50接收測量獲得的功率估計Pmeas與來自數字基帶處 理器2的功率請求信號Prqst，且根據這些來設定提供至査找表單元60的目標 功率。傳輸功率控制引擎50不再企圖減少測量功率與要求功率之間的差異， 這是因為，當傳輸功率控制引擎50操作在明顯低于最大傳輸功率的功率下時
(例如低于傳輸功率臨界值)，以及操作在功率放大器在其步進尺寸下可被視 為接近線性的情況下時，包含功率估計器40的本地控制回路不需要是有效的
(將于稍后解釋說明)。因此，既使一旦考慮對基站的連接而功率控制操作在 系統閉環中，功率控制仍可被視為操作在"本地開環"。然而，當信號振幅明顯 地增加以操作混波器72，且因此將輸入至數字模擬轉換器74的信號振幅提升
12至足以使功率估計器40操作的范圍時，就建立了"本地閉環"。與包含基站的
系統閉環比較起來，此本地閉環本身仍為線性回路。
在操作于本地開環與操作于本地閉環之間的轉換(即在跨越傳輸功率臨
界的傳輸功率上的變化)可能加大了當傳輸功率控制引擎50進入本地閉環模
式時需要估計且調節的增益誤差。
傳輸功率控制引擎50比較要求功率與測量功率，且考慮任何已知的低功 率本地開環功率誤差，并使用所述誤差來修改提供至查找表單元60的功率目 標。
此插補查找表單元可被分隔成多個子范圍，如圖3A與圖3B所示。具體 如圖3A所示，對于放大器輸出，可通過將放大器特性細分為多個段落(例如 SEG1-SEG4)來特征化功率放大器14的增益。每一段落覆蓋一個特定功率輸 出范圍且由起始值與斜率來定義，如此便可估計在此查找表單元中任何中間 點的增益。根據圖3A可得知，多個增益范圍并非連續的，反而是彼此相隔固 定的增益步進。這是典型的實際放大器性能，其中，提供至放大器的偏壓電 流與供應電壓可用數字步進來切換，以改變放大器的特性。這些步進中每一 個都有效地定義一個操作范圍，這些操作范圍是以插補查找表單元內記載的 特性來表示。
在此例中，圖3B所示的插補查找表被細分為8個區域，以行1至行8來 標示，每一個具有5個字段第一字段"功率指數"是定義最小功率指標，即期 望的輸出功率，且部分窗體可適用于此最小功率指數；第二字段"基本增益" 是定義基本增益，其表示當輸出功率等于功率指標時的功率放大器增益；第 三字段"增益斜率"定義關于輸出功率的增益變化率，這是功率放大器增益圖示 中特定部分的斜度；另外兩個控制字段"GPO"與"DAC"都是有關于控制功率放 大器操作的參數，例如分別是偏壓電流與跨越功率放大器的供電電壓。
在一個較佳實施方式中，在查找表單元中每一區域行持有相對適度的數 據量，例如，在圖3B中，每一區域行包括32比特且窗體只需要32個區域行。
13對于每一區域行而言，第一字段"功率指數"具有7個比特(1/4 dBm步進)， 第二字段"基本增益"具有9個比特(1/16dBm步進)，第三字段"增益斜率"具 有8個比特(1/128 dBm步進)，第四字段"GPO"具有4個比特，且第五字段 "DAC，，具有6個比特。
査找表單元可用來接受另一輸入，即長期基帶功率平均(long term baseband power average)Kbb，使得期望的輸出功率可被選擇為基帶功率與放大 器增益的函數。
在用直流-直流轉換器來控制功率放大器增益切換與通過字段GPO或 DAC設定來于插補査找表單元中實施直流-直流轉換器控制(DC-DC converter control)的一些情況下，功率控制系統必須提供額外時間來采取測量以證明直 流-直流轉換器已經穩定。為了達到此目的，功率控制系統在査找表內偵測有 效字段DAC或GPO設定上的變化，且暫時推遲(suspend)其操作序列一段預 設時間，以等待直流-直流變為穩定。此延遲可被編程。此外，為了避免傳送 放大器在趨于穩定期間內操作于不穩的電平，控制器可在趨于穩定期間內關 閉傳送器。
圖4表示根據本發明實施方式的操作示意圖。沿著圖4的X軸(橫坐標)
所繪制的要求功率是通過功率放大器的功率增益設定來表示由功率放大器要 求的功率，而顯示于Y軸(縱坐標)的天線功率則表示實際輸出功率。實際 上，此圖示將以ldB步進來量化，但為了簡單表示，這些步進已被平坦化。 在較低的操作功率范圍內，如區域150所指示，功率放大器明顯地為線性。 因此，雖然存在一個較低功率本地開環誤差，如圖4的區域152所指示，放 大器的功率輸出精確地逼近要求功率。此誤差的大小無法在區域150內測量， 如圖所示，這是因為其處于功率估計器40的動態范圍170之外。但是，因為 由對應基站提供的功率增加或功率減少指令而相應操作的移動裝置形成的系 統閉環能覆蓋此誤差，因此，此誤差無關緊要。然而，隨著要求功率增加， 功率將越過一個較低臨界值160，其中，此較低臨界值160可視為功率估計器40變為有效時所處的傳輸功率臨界值。
在圖4中，標號154表示功率放大器擴展/比較、標號155表示功率放大 器增益控制步進、標號156表示開環與傳送設計所保證的步進準確性、標號 157表示絕對準確性與估計器測量所控制的步進準確性、標號158表示無校正 的控制曲線、以及標號159表示功率控制系統響應。
假使系統閉環功率控制(即包含基站的閉環)要求用來使天線功率由區 域150增加至區域170 (其表示功率估計器40的操作動態范圍)某處的一個 功率變化時，傳輸功率控制器分兩個步驟來達到功率變化，以便調節任何開 環功率誤差。首先，把給下一時隙的功率設定成對應處于或接近于低臨界值 160的中間值，使得可測量低功率本地開環增益或功率誤差152。將此誤差向 前傳送以作為部分的功率目標計算，以確保一旦本地閉環功率控制變為有效 時，其無法突然通過提升輸出功率的步進變化來強迫此誤差被校正，其中， 提升輸出功率的步進變化會逐漸損害基站與手持式裝置之間的系統閉環操 作。然而，相對于現有技術中必須花費長時間來平均類噪聲信號(noise-like signal),由于偵測到的信號與已知的傳送信號之間的比較可快速地估計放大器 增益，因此， 一旦功率估計器運行操作，傳送數據信號的"偵測"版本可與來自 模擬基帶處理系統10的數據信號進行比較，以非常短時間期間(一般是幾微 秒)完成放大器增益的估計。
傳輸功率控制引擎50也可控制任何輔助集成方框的設定，例如功率放大 器、模擬轉數字轉換器或增益控制器，而這些方框都可使用來控制輸出功率。 由于天線處信號振幅的相對較快速穩定，傳輸功率控制引擎50可使功率估計 器40在一個時隙開始之后非常快速地完成輸出功率測量，且使功率估計器40 計算步進尺寸校正并將此步進尺寸校正傳回到插補查找表單元60，使得另一 功率放大器增益校正可完成。當將最終校正提供至輸出功率時，可禁止查找 表單元去改變有效功率放大器增益，且可控制設定以防止此變化所引發的其 它功率誤差。
15一旦傳輸功率己被建立，數字基帶處理器2讀取天線功率的最終測量， 以根據由基站傳送至移動裝置的下一個傳輸功率控制指令來計算下一個功率 要求。
同樣地，當由區域170至區域160轉變時，傳輸功率控制引擎50產生待 執行的一個中間步進，使得低功率本地開環誤差152可在由本地反饋管轄 (regime )至本地開環管轄的轉換中被測量到。
傳輸功率控制引擎50也可用來限制來自基站的傳輸功率的要求，以進一 步增加傳輸功率。假使傳輸功率控制引擎50開始實施功率限制，則設定"限 制旗標"，使得數字基帶處理器2可被告知限制已經發生。限制功能也可在傳 輸功率范圍的較低部分(最小功率)上被使能。
數字基帶處理器2可同步地或異步地與傳輸功率控制器互相作用。在同 步模式下，通過自天線讀取來自前一個功率調整步驟中測量獲得的功率且一 起使用此測量獲得的功率與基站所發出的傳輸功率變化指令，數字基帶處理 器2產生每一功率要求，以計算新的功率目標。在異步模式下，數字基帶處 理器2發出功率變化要求，而不需讀取來自先前步驟測量獲得的功率。由于 來自基站的反饋，全部的功率控制仍繼續進行。
圖5表示本發明的實施方式，本地測量與控制系統25的插補查找表單元 適用于升頻轉換器12的混波器204之前與之后的小信號放大器200與202的 增益控制。如此，通過使用所述功率控制系統，可調整射頻(RF)傳送器的 基帶與射頻增益。査找表單元60也提供數據以控制GPO、 DAC1、與DAC2， GPO、 DAC1、與DAC2通過設定在功率放大器內有效的晶體管的數量、以及 由直流-直流轉換器210所提供的功率放大器內的偏壓電流與跨越功率放大器 的供應電壓來控制功率放大器增益。測量與控制系統接收來自數字基帶處理 器2 (未顯示)的數據，但也回傳實際傳輸功率的估計與狀態旗標，使得數字 基帶處理器2可讀取更新的功率估計，且也知道限制何時發生。
圖6A與6B圖是表示根據本發明實施方式的操作流程圖。判斷程序開始
16于步驟300，在此步驟中，執行一個測試以察看是否發生改變傳輸功率的請求。
假使改變傳輸功率的請求已發生，控制前進至步驟302，否則控制則繞回至步 驟300。
步驟302檢查以察看功率的要求變化是否將導致由圖4的區域150至區 域170的轉變，在區域170中測量窗口 (以及因此本地閉環功率控制)會變 為有效的。假使此轉變發生，控制進入至步驟310，在步驟310中，自插補查 找表單元查找與期望增益有關且用以提供中間輸出功率的放大器參數，且將 這些放大器參數提供給放大器。控制接著前進至步驟312。在步驟314完成傳 輸功率的測量之前，于步驟312中計算出穩定期間。如前所述，這表示對一 個中間值設定功率。
控制由步驟314前進至步驟320，于其中，查找表單元被檢查以獲得要求 的輸出功率，且放大器參數自査找表單元60獲得，放大器操作參數則提供至 功率放大器。控制接著前進至步驟322，在此步驟中，執行測試以察看功率放 大器偏壓與增益控制設定是否已改變。在此情況下，外部組件(例如直流-直流
轉換器)需要的穩定時間需要被列入考慮，且結果若為是則控制進入至步驟 324。在步驟324中，等待渡過這些組件的穩定期間。因為功率放大器14所 輸出的信號可能發生錯誤且可能暫時地(關于增益切換之期間)導致其它射 頻系統參數惡化，此功率放大器在此穩定期間內被限制提供輸出信號(例如 通過中斷其輸入信號以及/或關閉圖5的放大器200/202或圖1的放大器12的 輸出)。控制由步驟324進入至步驟326,在此步驟中，等待進一步的與傳送 放大器12相關的穩定期間完成。假使步驟322判斷在放大器內操作區域上的 變化沒有發生，則控制直接進入步驟326。
控制由步驟326進入至步驟328，在步驟328中，測量輸出功率。接著， 控制進入步驟330，在此步驟中，測量獲得的功率與要求的傳輸功率進行比較， 以估計在放大器增益中的適當校正。此校正以更新目標功率的形式來進入至 插補査找表單元60，而插補查找表單元60將其轉換為一個增益設定。在此校正期間，為了避免通過移動至精確增益尚未測量的一個相異功率放大器范圍 來使校正無效，插補查找表單元60阻止改變功率放大器增益范圍。
控制由步驟330前進至步驟332，在步驟332中，再次執行實際輸出功率 的測量，當操作在同步模式時其可用來提供更精確的輸出功率讀取給數字基 帶處理器2，此外，使用最后的測量給下一個要求作基礎。在步驟332的測量 可在一個延長時間期間內執行，其中，此延長時間期間通過指定一個完成期 間或者通過參考一個預設完成期間的的參數t所定義。控制接著返回步驟300。
重新回到步驟302，假使判斷出并沒有因為需要的功率變化產生進入測量 窗口 170的轉變，則控制進入至歩驟340。步驟340測試要求功率變化是否表 示僅發生在區域170內的變化。假使是，控制進入至步驟320，否則控制則前 進至步驟350。
步驟350檢查確認步驟300所要求的傳輸功率變化是否將引起自可用估 計器來執行測量的區域170到不可使用估計器的區域150的轉變。假使此轉 變發生，控制則進入至步驟352，否則控制進入步驟360。
步驟352導致查找表單元被存取，以查找對應臨界值160的中間值上操 作的參數，使得在步驟354中提供放大器時間穩定之后，低功率開環增益誤 差可在步驟356中被測量到。 一旦增益誤差已被測量到，在步驟358中，計 算、査表、且應用校正過的功率(考慮到要求的功率與誤差)。控制接著進入 至步驟300。在一些實施方式中，相等于步驟322與324的步驟可介于步驟 352與354之間。或者，通過省略步驟356與358，可省略在由區域170至區 域150的轉換期間內的增益誤差測量。在此情況下，步驟352立刻將輸出功 率設定為要求的功率，且增益控制僅對應基站來執行。
返回執行步驟350，假使判斷出功率控制步驟僅發生在區域150內，控制 前進至步驟360，在步驟360中，自査找表單元中査找要求的功率變化，且將 此變化提供至放大器，在步驟362的穩定期間后，控制接著返回步驟300。
應注意到， 一些傳送功率變化可由數字基帶上的變化、功率放大器上的
18變化、或者這些方法的結合來促成。 一般而言，假使僅在數字基帶上獲得變 化，由于對功率放大器的操作造成較小的擾亂，因此這是獲得變化的最佳方 法。
因此可提供一個系統，其通過偵測在功率放大器的輸出端上的信號且比 較這些信號與提供至放大器的輸入端和升頻鏈路的對應信號，此系統可快速 地估計射頻傳送器增益。接著，根據其使用的單一系數的轉換(可在每一個增 益范圍)，可將此增益映射為功率，其中，此單一系數是在室溫特性階段期間 中被測量到，以將傳輸功率的內部估計轉換為傳輸功率的外部測量估計。最 后，根據全范圍而測量獲得的傳送功率的連續平均值，其由數字基帶處理器 如編碼流程部分般保持，如此提供了關鍵的最后部分，以將傳送信號的特性 與放大器增益的消息轉換為可靠的放大器傳輸功率估計。
另外，通過估計傳送器級的增益以及使用輸入信號功率的優先通知，其 能提供更快速的傳輸輸出功率的控制，以形成傳送信號功率的估計，其中， 輸入信號功率的優先通知可由移動裝置(例如移動電話)的數字基帶處理器 來獲得。信號功率的估計是用來告知在移動電話系統內本地提供的控制回路 的判斷。在此方法下，在逐時隙的基礎上，可動態地提供精確的功率控制， 因此消除了在生產測試期間的冗長電話校正。
輸出功率估計器比較在放大器輸出端上且被降頻的信號或部分信號與輸 入至放大器的信號(或基帶信號)。應注意到，放大器可以由數個放大器階來 形成，例如小信號放大器或功率放大器，且在兩放大器階之間可存在例如降 頻的步驟。通過使用模擬基帶信號與放大器的降頻輸出信號，可方便地執行 比較操作，且可推演出放大器增益。在一個較佳實施方式中，對于每一個被
比較的信號而言，可測量直流偏移的RMS功率凈值。通過使用關于基帶信號 的絕對功率電平的消息以及通過使用關于由天線至估計器輸入的測量信號路 徑上的損失的消息，此結果接著轉換為絕對功率。
為了將放大器的輸入端上的信號與放大器的輸出端上的信號來進行的充
19分的時間校準，提供了延遲系統，以進行將要執行的增益比較。可通過比較 在升頻與放大前的基帶信號與傳送至天線的信號的解調部分來完成這個比 較。
在3G移動電話裝置的數據與控制系統中，盡管是根據移動裝置內數字模 擬轉換器的數字全范圍來標準化，處理器維持長期平均信號功率的測量來提 供給放大器，且長期平均功率的測量因此可與放大器增益評估以及在室溫研
究室特性下所獲得的另一個單一參數相結合，以使得可計算放大器的輸出端 上的實際信號功率。其中該單一參數可在逐頻帶的基礎上提供來實現更好的性能。
本發明的傳輸功率控制器以及/或估計器只在每一個傳送時隙的起始上執 行一小段時間，且在時隙所要求的目標功率電平上來計算射頻傳送功率校正。 這些校正接著立刻實施于每一個時隙的傳送開始。在一個較佳實施方式中， 在此傳送架構下，每670微秒的時隙中，控制器僅運行大約25-50微秒。
本發明雖用較佳實施方式說明如上，然而其并非用來限定本發明的范圍， 任何本領域中技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，做的任何更動與 改變，都在本發明的保護范圍內，具體以權利要求界定的范圍為準。
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權利要求
1. 一種傳輸功率控制系統，其特征在于，所述傳輸功率控制系統包括輸出功率估計器，用以估計傳送器的傳輸功率；以及傳輸功率控制器，響應于所述輸出功率估計器，且用來比較所述傳輸功率與要求功率以便計算目標功率，其中所述目標功率考慮所述傳輸功率控制器統內的誤差，以及用來改變在傳送信號路徑上的放大器的增益，以便減少所述傳送器的所述傳輸功率與所述要求功率之間的誤差。
2. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，所述輸出功率估計器比較時間校準版本的輸入信號與所述傳送信號，以判斷所述傳送信號的功率。
3. 如權利要求2所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，在降頻后，所述輸出功率估計器比較所述輸入信號的振幅與所述傳送信號的振幅以估計所述放大器的增益。
4. 如權利要求3所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，為了估計所述傳送功率，所述輸出功率估計器更響應于基帶信號功率的估計、信號偵測路徑上的增益、與提供至在所述信號判斷路徑上的模數轉換器的信號功率目標中至少一個以及所述目標功率。
5. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，所述系統更包括插補查找表單元，其中，所述傳送功率控制器計算目標功率值，且所述目標功率值被提供至所述插補查找表單元，其中所述插補査找表單元插補所述放大器的多個增益控制設定。
6. 如權利要求5所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，所述插補查找表單元用來提供多個控制值給至少一個小信號放大器以及功率放大器，且所述插補查找表單元劃分成多個輸出功率區域，每一所述多個輸出功率區域是由與輸出功率有關的基本增益與增益變化速率來定義的。2
7. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，所述傳送信號的一部分與本地振蕩信號混合，以便形成降頻信號，所述降頻信號由可變增益放大器來放大且接著由模數轉換器來轉換成數字信號，且假使所述傳輸功率的變化低于變化臨界值時，可限制所述可變增益放大器的增益變化。
8. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，當所述傳輸功率的變化低于變化臨界值時，所述輸出功率估計器是無效的，且所述傳輸功率控制器響應由基站所發出的功率變化請求。
9. 如權利要求8所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，當所述傳輸功率變化以跨越所述傳輸功率臨界值時，所述傳輸功率控制器估計開環功率誤差，且在計算所述目標功率時使用所述開環功率誤差。
10. 如權利要求9所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，當所述傳輸功率的變化導致所述傳輸功率由低于所述傳輸功率臨界值增加至高于所述傳輸功率臨界值時，所述傳輸功率控制器的變化分兩步驟執行，在第一步驟中，所述傳輸功率控制器將所述傳輸功率設定為等于或稍高于所述傳輸功率臨界值的數值上，使得可估計所述開環功率誤差，且在第二步驟中，所述傳輸功率控制器使用所述開環功率誤差以作為所述目標功率計算的一部分，使得所述開環功率增益不會立刻被移除。
11. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，所述傳輸功率控制器用來控制信號放大器、功率放大器、以及數字模擬轉換器中至少一個的設定，以控制所述功率放大器的供電電壓或偏壓電流，以便改變所述功率放大器或所述信號放大器、所述功率放大器與所述數字模擬轉換器中每一個的增益。
12. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，更包括數字基帶處理器，其中，為了根據基站所發出的下一個傳送功率控制指令來計算隨后要求功率，所述數字基帶處理器讀取增益測量或傳送信號功率的測量。
13. 如權利要求1所述的傳輸功率控制系統，其特征在于，當所述傳送功率改變以跨越臨界值而由第一區域轉變至第二區域時，所述傳輸功率控制器的變化分兩步驟來執行；在所述第一區域中，所述傳輸功率對于所述輸出功率估計器而言足以估計所述傳送器的所述傳送功率，在所述第二區域中，所述輸出功率估計器無法估計所述傳輸功率；在第一步驟中，所述傳輸功率控制器將所述傳輸功率設定為等于或稍高于所述傳輸功率臨界值的數值上，使得可估計幵環功率誤差；以及在第二步驟中，所述傳輸功率控制器使用所述開環功率誤差以作為所述目標功率計算的一部分。
14. 一種CDMA通信系統，其特征在于，所述CDMA通信系統包括輸出功率估計器，用以估計傳送器的傳輸功率；以及傳輸功率控制器，響應于所述輸出功率估計器，且用來比較所述傳輸功率與要求功率以便計算目標功率，其中所述目標功率考慮所述傳輸功率控制器統內的誤差，以及用來改變在傳送信號路徑上放大器的增益，以便減少所述傳送器的所述傳輸功率與所述要求功率之間的誤差。
15. —種控制傳輸功率的方法，其特征在于，所述方法用以控制移動裝置的傳輸功率，所述移動裝置操作在碼分多址模式或寬帶碼分多址模式下，所述控制方法包括比較時間校準版本的基帶信號或中間信號與傳送信號的降頻部分，以形成所述傳輸功率的估計；以及使用所述傳輸功率的估計，以在碼分多址或寬帶分碼多址的時隙的功率切換期間內調整所述傳輸功率來趨向目標值。
16. 如權利要求15所述的控制傳輸功率的方法，其特征在于，比較輸入信號振幅與所述傳送信號的降頻部分，以形成放大器增益的估計，且結合所述放大器增益的估計與在所述輸入信號內的長期平均功率的估計，以在50微秒期間內形成所述傳送信號的功率估計。
全文摘要
提供一種CDMA通信系統、傳輸功率控制系統及控制方法，其中傳輸功率控制系統包括輸出功率估計器與傳輸功率控制器。輸出功率估計器估計傳送器的傳輸功率。傳輸功率控制器響應輸出功率估計器，且用來比較傳輸功率與要求功率以便計算目標功率，其中目標功率考慮傳輸功率控制器統內的誤差，以及用來改變在傳送信號路徑上放大器的增益，以便減少傳送器的傳輸功率與要求功率之間的誤差。本發明改變在傳送信號路徑上放大器的增益，減少了傳送器的傳輸功率與要求功率之間的誤差。
文檔編號H04B17/00GK101500302SQ200910005988
公開日2009年8月5日 申請日期2009年1月22日 優先權日2008年1月31日
發明者克里斯多福·葛倫特·瓊斯, 柏納得·馬克·坦博克, 迪米崔斯·諾班提斯 申請人:聯發科技股份有限公司