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。

??? 對于每一個(gè)理想輸出功率測試點(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為最近相鄰測試功率值，x0、x1為最近相鄰測試點(diǎn)的測試功率對應(yīng)PDM值，xi即為所求理想輸出功率的對應(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(dòng)態(tài)范圍分為若干個(gè)測試點(diǎn)，測試過程中測試各個(gè)點(diǎn)得出對應(yīng)的功率控制管腳的電壓(對應(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)該功率等級組中不同功率等級所需要的理想輸出功率計(jì)算出所對應(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)功率等級上分別進(jìn)行。最多時(shí)可以測試多達(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，測試精度較低。

4 功率迭代測量基本算法

??? 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(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。迭代過程的控制通常可分為兩種情況：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)對迭代過程的控制；對于后一種情況，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)定的相對誤差容限)。這里，根據(jù)測試系統(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，對于每個(gè)功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)CDMA功率迭代測量公式可以用數(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)由測量儀表測量獲得；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 功率迭代測量實(shí)現(xiàn)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(dòng)態(tài)范圍分為若干個(gè)測試點(diǎn)。

??? 測試過程中，首先根據(jù)該功率等級組中選定的不同功率測試點(diǎn)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(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(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)的測試誤差范圍之內(nèi)。

6 功率迭代測量特點(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)：由于測量值與理想輸出功率之間的誤差可以通過調(diào)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(nèi)），也可以控制比較低。

??? 缺點(diǎn)：每個(gè)功率點(diǎn)測量因?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。