ALC控制方案分析設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 ALC控制方案分析設(shè)計 引言 TD-SCDMA（Time Division Synchronous Code Division Multiple Access 時分同步碼分多址）技術(shù)是我國獲得國際電聯(lián)批準的 個第三代移動通信系統(tǒng)標準，該標準能滿足日益增長的無線通信高速多媒體業(yè)務和可在世界范圍移動的需求，采用了智能天線、聯(lián)合檢測、軟件無線電和接力切換等新技術(shù)，它必然成為我國部署 3G 網(wǎng)絡(luò)的主角。在 TD-SCDMA 系統(tǒng)中直放站是不可或缺的一部分。直放站的應用不僅可以增加網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使施主基站的覆蓋得到延伸，也能增加空閑基站的話務負荷，或是分攤繁忙基站的話務量，還

2、可以起到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的作用等，同時也是解決室內(nèi)覆蓋的重要設(shè)備。 本文所討論的 ALC（Automatic level control 自動電平控制）是直放站系統(tǒng)中極為重要的一環(huán)，它是指當放大器輸出信號電平到達 ALC 設(shè)定值時，增加輸入信號電平，放大器對輸出信號電平的控制能力。對于直放站來說，ALC 技術(shù)所實現(xiàn)的功能就是一方面控制輸出電平保證功放器件不會工作在過功率狀態(tài)下，另一方面控制直放站的輸出功率在覆蓋允許范圍內(nèi)，既能夠滿足網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃時的覆蓋距離要求，又不會產(chǎn)生過強的輸出信號對相鄰基站造成干擾。 2.ALC 控制方案研究 2.1 ALC 的控制原理 要做到在輸出信號到達設(shè)定值時，增加輸入信號電平

3、，而輸出信號電平基本保持不變，也就是使放大電路的增益自動地隨信號強度而調(diào)整，使系統(tǒng)的輸出電平保持在一定范圍內(nèi)，因此稱為自動電平控制。一般的 ALC 電路可以分成增益受控放大電路和控制電壓形成電路兩部分。其工作原理示意圖如下： 圖 1 ALC 電路工作原理圖 增益受控放大電路位于正向放大通路，其增益隨控制電壓而改變?？刂齐妷盒纬呻娐返幕静考菣z波器和低通平滑濾波器，有時也包含門電路和直流放大器等部件。放大電路的輸出信號 Uo 經(jīng)檢波并經(jīng)濾波器濾除低頻調(diào)制分量和噪聲后，與設(shè)定的 輸出功率開展比較，產(chǎn)生用以控制增益受控放大器的電壓 Uc 。當輸入信號 Ui 增大時，Uo 和 Uc 亦隨之增大 。而

4、作為一個負反應網(wǎng)絡(luò)， Uc 增大使放大電路的增益下降，從而使輸出信號的變化量顯著小于輸入信號的變化量，到達自動增益控制的目的。也就是說，ALC 電路的主要工作原理是用反應信號幅度變化趨勢的直流緩變電壓去控制壓控衰減器，以到達控制輸出電平的目的。 2.2 TD-SCDMA 信號的特點 圖 2 TD-SCDMA 信號構(gòu)造 TD-SCDMA 信號的構(gòu)造如上圖所示。其幀構(gòu)造將 10ms 的無線幀分成兩個 5ms 的子幀，每個子幀中有 7 個常規(guī)時隙和 3 個特殊時隙。三個特殊時隙分別為下行導頻時隙 DwPTS、主保護時隙 GP 和上行導頻時隙 UpPTS。在 7 個常規(guī)時隙中 TS0 總是分配給下行鏈

5、路，而 TS1 總是分配給上行鏈路。通過靈活配置上下行時隙的個數(shù)，使 TD-SCDMA 適用于上下行對稱及非對稱業(yè)務模式。上行時隙和下行時隙之間由轉(zhuǎn)換點分開。在 TD-SCDMA 系統(tǒng)中，每個 5ms 的子幀有兩個轉(zhuǎn)換點： 個轉(zhuǎn)換點是從下行鏈路轉(zhuǎn)到上行鏈路，位置在 DwPTS 和 UpPTS 之間的 GP；第二個轉(zhuǎn)換點是從上行鏈路轉(zhuǎn)到下行鏈路，位置在每個子幀中 一個上行時隙和第二個下行時隙之間，TS0 是 個下行時隙。其中， 個轉(zhuǎn)換點相對于每個子幀的開始時間是固定的；第二個轉(zhuǎn)換點隨著分配給上下行的時隙數(shù)不同而變化。 由于 TD-SCDMA 綜合使用了時分、頻分、碼分和空分多種復用技術(shù)，也就是說

6、，在每個頻點的每個常規(guī)時隙都可同時承載多個用戶，這些用戶按照不同的擴頻碼來區(qū)分，在智能天線技術(shù)更加成熟之后甚至可以同擴頻碼根據(jù)空間區(qū)分。而系統(tǒng)根據(jù)一定的 DCA 算法動態(tài)的將信道分配給用戶，在某個時隙中的多個用戶距離基站的距離會有不同，移動的速度也會不同并且具有不同的信道衰落特性。實際上，在一個子幀中，不同的時隙會有不同的碼道占用情況，造成各時隙功率的差異，而多個連續(xù)子幀的同一常規(guī)時隙的功率也都是不同的。 2.3 ALC 控制方案分析 由 TD-SCDMA 的信號子幀格式可以發(fā)現(xiàn)，這是一種高峰均比的突發(fā)脈沖信號，而并非連續(xù)信號，這就對普通放大器的自動電平控制帶來一定的困難，當信號出現(xiàn)的時候由于

7、自動電平控制不能立即做出響應，而自動電平控制開始響應后造成突發(fā)信號已經(jīng)失真，沒有真正起到自動電平控制的作用。并且由于每個用戶在一個子幀中都只能分配到一個時隙，那么傳統(tǒng)的電平控制就存在這樣一個問題：在開展電平控制的時候是對于整個鏈路的衰減，所以當某個時隙功率過大后，會將整個鏈路開展衰減，這必然使其他沒有過功率的時隙的功率也跟著降低，那么必然影響其它時隙用戶通話。因此，我們提出一種分時隙 ALC 的方案。 2.3.1 硬件分時隙 ALC 根據(jù) ALC 的控制原理和 TD-SCDMA 子幀的特點，直接的解決方案是通過減小 ALC 回路中 RC 濾波器的時間常數(shù)以提高反應速度，使 ALC 電路在每個時

8、隙的突發(fā)時刻都開展 增益控制，但同時帶來的問題就是當 RC 的時間常數(shù)較小時，高峰均比的 TD 突發(fā)信號就會通過 RC 低通濾波器頻繁控制壓控衰減器動作，使時隙內(nèi)鏈路增益波動，造成 EVM 指標惡化。 EVM （Error Vector Magnitude 誤差矢量幅度）定義為誤差矢量功率與參考信號矢量功率的均方比，以百分數(shù)形式表示，測試的時間為一個時隙，它所表征的是測量信號同參考信號的誤差矢量，用于衡量總體調(diào)制質(zhì)量，反應信號的損傷程度。經(jīng)過實驗，不同時間常數(shù)的 EVM 惡化情況可見下表（轉(zhuǎn)換點在 TS3 和 TS4 之間）： 由于實驗所用 ATT（attenuator 衰減器）電路不能對 T

9、D 突發(fā)信號有效的控制（即到達輸入增加 1dB，輸出增加在 0.2dB 內(nèi)），因而我們用加在壓控 ATT 上的控制電壓的有效值來區(qū)別衰減量的大小，0.68V 約對應起控 3dB；0.80V 約對應起控 5dB。 可以發(fā)現(xiàn)： ALC 起控衰減越大，EVM 惡化越嚴重； 起控回路濾波器的時間常數(shù)越小，EVM 惡化越嚴重； 突發(fā)信號的前沿（TS4）比突發(fā)信號的后沿（TS0），EVM 惡化嚴重； 同樣的時隙，碼道數(shù)少時 EVM 受 ALC 電路動作影響大。 由此可知，TD-SCDMA 信號的突發(fā)特性和高峰均比用傳統(tǒng)的 ALC 硬件電路是難以實現(xiàn)分時隙電平控制的：時間常數(shù)大則無法對突發(fā)信號前沿開展控制，

10、且易導致此時放大器工作于過功率等非線性狀態(tài)，造成放大器損壞；時間常數(shù)小則使得整個回路在一個子幀內(nèi)頻繁動作，造成各時隙信號削波，EVM 指標惡化。 因此我們提出軟件分時隙上下行 ALC 的實現(xiàn)方案。 2.3.2 軟件分時隙 ALC 此方案的主要思想是當直放站和基站建立同步以后，使用高速 AD 芯片對每個時隙功率開展采集，多幀對應時隙累加取平均并將結(jié)果存入對應各時隙輸出功率存放器中，再根據(jù)所設(shè)置的 ALC 值、當前各時隙輸出功率以及第二轉(zhuǎn)換點，計算出各時隙的衰減值存入存放器，然后根據(jù)系統(tǒng)同步計數(shù)器值分別在不同時隙命令按照衰減值存放器中的值執(zhí)行衰減。 此方案的優(yōu)點在于使用軟件定時控制，軟件可以控制衰

11、減鏈路在各時隙的保護間隔動作，起控后不會造成信號失真，因而也不會造成 EVM 的指標惡化；可以對各時隙分開控制，某時隙過功率后，只對這個時隙開展控制，而不會影響其它時隙功率，經(jīng)過驗證，即使在深度起控 10dB 情況下，直放站輸出信號各個時隙的射頻指標都不會受到影響；并且控制靈活，只需要軟件設(shè)置 ALC 值即可，不需要調(diào)節(jié)電位器來改變 ALC 值。 3. 小結(jié) 采用軟件分時隙 ALC 對 TD-SCDMA 信號開展功率控制輕易防止了傳統(tǒng)的硬件 ALC 電路所無法克服的控制電壓直流緩變特性與 TD-SCDMA 突發(fā)信號的矛盾，并且對不同的時隙有不同的衰減值，不僅保障本時隙射頻指標正常，對其它時隙也沒有