CDMA移動臺功率控制與校準的工程實現

CDMA移動臺功率控制與校準原理及設計

??? 為了保證每一個CDMA移動臺的射頻指標都滿足行業(yè)標準（3GPP2）的要求，保證CDMA網絡的性能，必須對每部移動臺進行射頻校準。在進行射頻校準算法論述之前，首先對CDMA移動臺功率控制算法原理進行說明。CDMA移動臺的射頻電路存在大量的模擬器件，模擬器件具有很大的器件離散性。

RASRAM線性控制原理

??? 基帶移動臺功率控制算法采用RASRAM線性控制原理。由于中頻（IF）AGC放大器線性度不好，增益衰減量與增益控制電壓大小不成正比。換句話說，衰減的變化與控制電壓的變化不成正比，衰減與增益控制電壓函數非線性化。RAS （Rf Analog System）RAM linearizer產生可變的增益放大控制電壓， 使Pulse Density Modulation(以下簡稱PDM) 驅動電路補償上述非線性特性。RAS RAM linearizer是一個簡單的轉換函數，它通過一個可編程的分段線性函數，使校準后的RAS RAM linearizer輸入和衰減線性化。

CDMA移動臺射頻校準算法

??? 基準信道（功率控制的參考信道）的功率校準部份是整個CDMA移動臺校準系統(tǒng)最基本最重要的部分，它的準確程度關系到整個系統(tǒng)的功率準確度。在各種功率校準算法中，業(yè)界普遍應用的算法主要有兩種：功率迭代測量算法和線性擬合算法。下面分別介紹這兩種算法的原理和在CDMA移動臺功率校準中的實現過程。

1 線性擬合基本算法

??? 線性擬合算法分為最優(yōu)差補與外延兩種算法，兩種算法的計算數學模型都是一樣的。下面以最優(yōu)差補算法為例來介紹。

??? 假定移動臺理想輸出功率數組為：

??? Table[i]=-66.8;-63.6;-60.4;-57.2;-54;-50.8;-47.6;-44.4;-41.2;-38;-34.8;-31.6;-28.4;-25.2;-22;-18.8;-15.6;-12.4;-9.2;-6;-2.8;0.4;3.6;6.8;10;13.2;16.4;18;19.6;21.2;22.8;24.4;26;27.6;
29.2;30.8;32.4;34;35.6;37.2;38.8;40.4;42;45.2;48.4；單位：dBm。

??? 對于每一個理想輸出功率測試點來說，理想輸出功率Table[i]確定后，即可通過其他最近相鄰功率測試點插值求出PDM的補償值。

圖1? 線性差補法

由圖1可知，

Yi-y0=K (xi-x0)=(y1-y0)/(x1-x0)*(xi-x0)????????????????? （1）

將y0移到右邊得，

Yi=K (xi-x0)=( y1-y0)/(x1-x0)*(xi-x0)+y0?????????????????? （2）

已知Yi=Table[i], y1、y0為最近相鄰測試功率值，x0、x1為最近相鄰測試點的測試功率對應PDM值，xi即為所求理想輸出功率的對應PDM值。

圖2? 線性外延法

??? 如果所求理想輸出功率電平落在測試功率電平的范圍之外，那么需要用如圖2所示外延方法計算，原理同上，不再贅述。

2 線性擬合實現過程

??? 首先把CDMA輸出功率等級分為高功率等級和低功率等級兩組。在每一組中按照功率控制的動態(tài)范圍分為若干個測試點，測試過程中測試各個點得出對應的功率控制管腳的電壓(對應PDM值)和功率放大器輸出功率的數值，然后通過線性擬合得出在該功率等級上的功率控制管腳的電壓和功率放大器輸出功率之間的近似線性關系。

圖3? 實際生產中采用的一種校準算法

??? 最后再根據該功率等級組中不同功率等級所需要的理想輸出功率計算出所對應的功率控制管腳的電壓值。

??? 這一校準過程需要在高、低二個功率等級上分別進行。最多時可以測試多達64個點。經過上述校準以后的CDMA移動臺，其發(fā)射功率的精度可以達到? ±0.4dB左右。

3 線性擬合特點

??? 優(yōu)點：每個功率點校正僅進行一次測量，校準速度較快，生產節(jié)拍快，生產成本低。

??? 缺點：如果測量的功率值沒有落在最優(yōu)差補的區(qū)間范圍內，由于模擬射頻硬件的陰極特性，功率電壓曲線是非線性的，但是程序算法會按照線性外延算法計算，因而導致計算值與理想的功率值存在較大的精度差距，測試精度較低。

4 功率迭代測量基本算法

??? 移動臺功率電壓的特性曲線可以看作是一個非線性函數。一個非線性函數的功率電壓特性曲線可以通過劃分成36個小段的曲線來擬合，而每一段可以看作是一線性關系的函數。

??? 針對不同的功率曲線線段的特性，為了提高收斂速度，增加收斂因子K的概念，將上述CDMA功率的功率迭代測量公式轉化為分段迭代公式，參數實例化如下：

X1(n+1)-X1(n)=(int)4*(Y1(n)-Ynd)
(Y1(n)-Y1d)<4, Y1(n)<17dbm， 0X2(n+1)-X2(n)=(int)3*(Y2(n)-Ynd)
(Y2(n)-Y2d)>=4,Y2(n)<17dbm，0X3(n+1)-X3(n)=(int)6*(Y3(n)-Ynd)
(Y3(n)-Y3d)<3,Y3(n)>=17dbm，0X4(n+1)-X4(n)=(int)5*(Y4(n)-Ynd)
(Y4(n)-Y4d)>=3,Y4(n)>=17dbm，0

??? 初值Xd為物理特性為驅動電壓值。

Xd[36]={100，120，140，170，……460，480}????????????

Ynd為理想輸出功率為。

Ynd[36]={48.4，45.2；42,38.8,35.6,32.4,29.2,26,22.8,19.6,16.4,13.2,10,6.8,3.6,0.4,
-2.8,-6,-9.2,-12.4,-15.6,-18.8,-22,-25.2,-28.4,-31.6,-34.8,-38,-41.2,-44.4,-47.6,-50.8,-54,-57.2,-60.4}????????????

????其中，單位為dBm，收斂因子K=3、4、5、6。

??? 迭代算法是用計算機解決問題的一種基本方法。它利用計算機運算速度快、適合做重復性操作的特點，讓計算機對一組指令（或一定步驟）進行重復執(zhí)行，在每次執(zhí)行這組指令（或這些步驟）時，都從變量的原值推出它的一個新值。但利用迭代算法解決問題，需要有以下三步。

??? 確定迭代變量。在可以用迭代算法解決的問題中，至少存在一個直接或間接地不斷由舊值遞推出新值的變量，這個變量就是迭代變量。

??? 建立迭代關系式。所謂迭代關系式，指如何從變量的前一個值推出其下一個值的公式（或關系）。迭代關系式的建立是解決迭代問題的關鍵，通?？梢允褂眠f推或倒推的方法來完成。

??? 對迭代過程進行控制。在什么時候結束迭代過程？這是編寫迭代程序必須考慮的問題。不能讓迭代過程無休止地重復執(zhí)行下去。迭代過程的控制通常可分為兩種情況：一種是所需的迭代次數是個確定的值，可以計算出來；另一種是所需的迭代次數無法確定。對于前一種情況，可以構建一個固定次數的循環(huán)來實現對迭代過程的控制；對于后一種情況，需要進一步分析出用來結束迭代過程的條件。對于要實現移動臺的功率校正功能算法來說，屬于后一種情況，迭代中止規(guī)則通常采用fabs(Y(n)-Yd) <ε(其中ε>0，是設定的相對誤差容限)。這里，根據測試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，我們取ε=0.2dB。

??? 根據PA的電路驅動原理，在某一段特性曲線內，輸出功率對PA輸入電壓可以近似看作K倍的線性關系，因此可有△x=K△y+θ,也就是說：X(i+1)-X(i)=K(Y(i)-Y(d))+θ，θ是一個固定的常數。我們可以將此作為迭代公式，運用計算機求對應某個功率的準確電壓值（在一定的迭代精度ε前提條件下）。

??? 單點功率三次迭代過程如圖4所示。???

圖4? 迭代算法原理

第一次迭代：X0=Xd,Y0-Yd>ε,不滿足|Y0-Yd|<ε迭代停止條件，繼續(xù)迭代；
第二次迭代：X1=X0,Y1-Yd>ε,不滿足|Y0-Yd|<ε迭代停止條件，繼續(xù)迭代；
第三次迭代：X2=X1,Y2-Yd<ε,滿足|Y0-Yd|<ε迭代停止條件，停止迭代；X2即為所求的PA輸入電壓值（迭代精度ε前提條件：ε=0.2dB）。

??? 顯然，單點迭代次數受收斂因子K的影響很大，K越大，迭代次數越少，但是迭代精度越低；相反，K越小，迭代次數越多，但是迭代精度越高。

??? 根據以上分析，對于每個功率點，實現CDMA功率迭代測量公式可以用數學語言描述如下：

X(n+1)-X(n)=(int)K*(Y(n)-Yd)

K是收斂因子，Y(n) 是移動臺發(fā)送X(n) PDM值時由測量儀表測量獲得；Yd是移動臺功率電壓曲線為線性時發(fā)送的理想輸出功率。

初始條件：X(0)=Xd?????? Xd是移動臺的迭代發(fā)送PDM初始值。

5 功率迭代測量實現過程

??? 把CDMA輸出功率等級分為二組：高功率等級和低功率等級。在每一組中按照功率控制的動態(tài)范圍分為若干個測試點。

??? 測試過程中，首先根據該功率等級組中選定的不同功率測試點所需要的理想輸出功率，采用功率迭代測量算法逐步發(fā)送PDM，并測量發(fā)出的功率值，直到達到理想輸出功率為止，然后將得到的PDM寫入計算鏈表。

??? 根據計算鏈表，結合未選擇的不同功率等級所需要的理想輸出功率，通過插補與外延得出在該功率等級上的功率控制管腳的電壓和功率放大器理想輸出功率之間的對應計算鏈表。

??? 為了能夠滿足CDMA移動臺功率控制精度要求。這一校準過程需要在高、低二個功率等級上分別進行。經過上述校準以后的CDMA移動臺，其發(fā)射功率的精度可以控制在系統(tǒng)的測試誤差范圍之內。

6 功率迭代測量特點

??? 特點：校準速度較慢，生產成本高，精度較高。

??? 優(yōu)點：由于測量值與理想輸出功率之間的誤差可以通過調整相對誤差容限來控制，因此測試精度可以控制的比較高（最好情況下，控制在測試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差內），也可以控制比較低。

??? 缺點：每個功率點測量因為選擇的迭代因子K不同，導致迭代次數或多或少，并且每個點至少進行一次功率測量，因此校準速度較慢，生產節(jié)拍慢，會占用較多的寶貴生產儀表測試資源，因此生產成本比較高。

結束語

??? 綜上所述，功率迭代測量算法和線性擬合算法各有利弊。鑒于CDMA系統(tǒng)功率控制精度按照1dB的步長控制移動臺的功率變化精度，同時考慮移動臺測試校準的生產成本，結合線性擬合算法速度快，并且校準精度也滿足系統(tǒng)要求，因此，在生產和研發(fā)工程實踐中，一般選擇線性擬合算法實現CDMA移動臺的生產功率校正算法。