CDMA移動(dòng)臺(tái)功率控制與校準(zhǔn)的工程實(shí)現(xiàn)

CDMA移動(dòng)臺(tái)功率控制與校準(zhǔn)原理及設(shè)計(jì)

??? 為了保證每一個(gè)CDMA移動(dòng)臺(tái)的射頻指標(biāo)都滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（3GPP2）的要求，保證CDMA網(wǎng)絡(luò)的性能，必須對(duì)每部移動(dòng)臺(tái)進(jìn)行射頻校準(zhǔn)。在進(jìn)行射頻校準(zhǔn)算法論述之前，首先對(duì)CDMA移動(dòng)臺(tái)功率控制算法原理進(jìn)行說明。CDMA移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)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(shù)非線性化。RAS （Rf Analog System）RAM linearizer產(chǎn)生可變的增益放大控制電壓， 使Pulse Density Modulation(以下簡稱PDM) 驅(qū)動(dòng)電路補(bǔ)償上述非線性特性。RAS RAM linearizer是一個(gè)簡單的轉(zhuǎn)換函數(shù)，它通過一個(gè)可編程的分段線性函數(shù)，使校準(zhǔn)后的RAS RAM linearizer輸入和衰減線性化。

CDMA移動(dòng)臺(tái)射頻校準(zhǔn)算法

??? 基準(zhǔn)信道（功率控制的參考信道）的功率校準(zhǔn)部份是整個(gè)CDMA移動(dòng)臺(tái)校準(zhǔn)系統(tǒng)最基本最重要的部分，它的準(zhǔn)確程度關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的功率準(zhǔn)確度。在各種功率校準(zhǔn)算法中，業(yè)界普遍應(yīng)用的算法主要有兩種：功率迭代測(cè)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(dòng)臺(tái)功率校準(zhǔn)中的實(shí)現(xiàn)過程。

1 線性擬合基本算法

??? 線性擬合算法分為最優(yōu)差補(bǔ)與外延兩種算法，兩種算法的計(jì)算數(shù)學(xué)模型都是一樣的。下面以最優(yōu)差補(bǔ)算法為例來介紹。

??? 假定移動(dòng)臺(tái)理想輸出功率數(shù)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(duì)于每一個(gè)理想輸出功率測(cè)試點(diǎn)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(cè)試點(diǎn)插值求出PDM的補(bǔ)償值。

圖1? 線性差補(bǔ)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(cè)試功率值，x0、x1為最近相鄰測(cè)試點(diǎn)的測(cè)試功率對(duì)應(yīng)PDM值，xi即為所求理想輸出功率的對(duì)應(yīng)PDM值。

圖2? 線性外延法

??? 如果所求理想輸出功率電平落在測(cè)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(jì)算，原理同上，不再贅述。

2 線性擬合實(shí)現(xiàn)過程

??? 首先把CDMA輸出功率等級(jí)分為高功率等級(jí)和低功率等級(jí)兩組。在每一組中按照功率控制的動(dòng)態(tài)范圍分為若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試過程中測(cè)試各個(gè)點(diǎn)得出對(duì)應(yīng)的功率控制管腳的電壓(對(duì)應(yīng)PDM值)和功率放大器輸出功率的數(shù)值，然后通過線性擬合得出在該功率等級(jí)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(guān)系。

圖3? 實(shí)際生產(chǎn)中采用的一種校準(zhǔn)算法

??? 最后再根據(jù)該功率等級(jí)組中不同功率等級(jí)所需要的理想輸出功率計(jì)算出所對(duì)應(yīng)的功率控制管腳的電壓值。

??? 這一校準(zhǔn)過程需要在高、低二個(gè)功率等級(jí)上分別進(jìn)行。最多時(shí)可以測(cè)試多達(dá)64個(gè)點(diǎn)。經(jīng)過上述校準(zhǔn)以后的CDMA移動(dòng)臺(tái)，其發(fā)射功率的精度可以達(dá)到? ±0.4dB左右。

3 線性擬合特點(diǎn)

??? 優(yōu)點(diǎn)：每個(gè)功率點(diǎn)校正僅進(jìn)行一次測(cè)量，校準(zhǔn)速度較快，生產(chǎn)節(jié)拍快，生產(chǎn)成本低。

??? 缺點(diǎn)：如果測(cè)量的功率值沒有落在最優(yōu)差補(bǔ)的區(qū)間范圍內(nèi)，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(huì)按照線性外延算法計(jì)算，因而導(dǎo)致計(jì)算值與理想的功率值存在較大的精度差距，測(cè)試精度較低。

4 功率迭代測(cè)量基本算法

??? 移動(dòng)臺(tái)功率電壓的特性曲線可以看作是一個(gè)非線性函數(shù)。一個(gè)非線性函數(shù)的功率電壓特性曲線可以通過劃分成36個(gè)小段的曲線來擬合，而每一段可以看作是一線性關(guān)系的函數(shù)。

??? 針對(duì)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(cè)量公式轉(zhuǎn)化為分段迭代公式，參數(shù)實(shí)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(qū)動(dòng)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(jì)算機(jī)解決問題的一種基本方法。它利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、適合做重復(fù)性操作的特點(diǎn)，讓計(jì)算機(jī)對(duì)一組指令（或一定步驟）進(jìn)行重復(fù)執(zhí)行，在每次執(zhí)行這組指令（或這些步驟）時(shí)，都從變量的原值推出它的一個(gè)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(gè)直接或間接地不斷由舊值遞推出新值的變量，這個(gè)變量就是迭代變量。

??? 建立迭代關(guān)系式。所謂迭代關(guān)系式，指如何從變量的前一個(gè)值推出其下一個(gè)值的公式（或關(guān)系）。迭代關(guān)系式的建立是解決迭代問題的關(guān)鍵，通常可以使用遞推或倒推的方法來完成。

??? 對(duì)迭代過程進(jìn)行控制。在什么時(shí)候結(jié)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(fù)執(zhí)行下去。迭代過程的控制通?？煞譃閮煞N情況：一種是所需的迭代次數(shù)是個(gè)確定的值，可以計(jì)算出來；另一種是所需的迭代次數(shù)無法確定。對(duì)于前一種情況，可以構(gòu)建一個(gè)固定次數(shù)的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)對(duì)迭代過程的控制；對(duì)于后一種情況，需要進(jìn)一步分析出用來結(jié)束迭代過程的條件。對(duì)于要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)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(shè)定的相對(duì)誤差容限)。這里，根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差，我們?nèi)ˇ?0.2dB。

??? 根據(jù)PA的電路驅(qū)動(dòng)原理，在某一段特性曲線內(nèi)，輸出功率對(duì)PA輸入電壓可以近似看作K倍的線性關(guān)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(gè)固定的常數(shù)。我們可以將此作為迭代公式，運(yùn)用計(jì)算機(jī)求對(duì)應(yīng)某個(gè)功率的準(zhǔn)確電壓值（在一定的迭代精度ε前提條件下）。

??? 單點(diǎn)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(diǎn)迭代次數(shù)受收斂因子K的影響很大，K越大，迭代次數(shù)越少，但是迭代精度越低；相反，K越小，迭代次數(shù)越多，但是迭代精度越高。

??? 根據(jù)以上分析，對(duì)于每個(gè)功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)CDMA功率迭代測(cè)量公式可以用數(shù)學(xué)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(dòng)臺(tái)發(fā)送X(n) PDM值時(shí)由測(cè)量儀表測(cè)量獲得；Yd是移動(dòng)臺(tái)功率電壓曲線為線性時(shí)發(fā)送的理想輸出功率。

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

5 功率迭代測(cè)量實(shí)現(xiàn)過程

??? 把CDMA輸出功率等級(jí)分為二組：高功率等級(jí)和低功率等級(jí)。在每一組中按照功率控制的動(dòng)態(tài)范圍分為若干個(gè)測(cè)試點(diǎn)。

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

??? 根據(jù)計(jì)算鏈表，結(jié)合未選擇的不同功率等級(jí)所需要的理想輸出功率，通過插補(bǔ)與外延得出在該功率等級(jí)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(duì)應(yīng)計(jì)算鏈表。

??? 為了能夠滿足CDMA移動(dòng)臺(tái)功率控制精度要求。這一校準(zhǔn)過程需要在高、低二個(gè)功率等級(jí)上分別進(jìn)行。經(jīng)過上述校準(zhǔn)以后的CDMA移動(dòng)臺(tái)，其發(fā)射功率的精度可以控制在系統(tǒng)的測(cè)試誤差范圍之內(nèi)。

6 功率迭代測(cè)量特點(diǎn)

??? 特點(diǎn)：校準(zhǔn)速度較慢，生產(chǎn)成本高，精度較高。

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

??? 缺點(diǎn)：每個(gè)功率點(diǎn)測(cè)量因?yàn)檫x擇的迭代因子K不同，導(dǎo)致迭代次數(shù)或多或少，并且每個(gè)點(diǎn)至少進(jìn)行一次功率測(cè)量，因此校準(zhǔn)速度較慢，生產(chǎn)節(jié)拍慢，會(huì)占用較多的寶貴生產(chǎn)儀表測(cè)試資源，因此生產(chǎn)成本比較高。

結(jié)束語

??? 綜上所述，功率迭代測(cè)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(dòng)臺(tái)的功率變化精度，同時(shí)考慮移動(dòng)臺(tái)測(cè)試校準(zhǔn)的生產(chǎn)成本，結(jié)合線性擬合算法速度快，并且校準(zhǔn)精度也滿足系統(tǒng)要求，因此，在生產(chǎn)和研發(fā)工程實(shí)踐中，一般選擇線性擬合算法實(shí)現(xiàn)CDMA移動(dòng)臺(tái)的生產(chǎn)功率校正算法。