TD-SCDMA直放站系统中的ALC控制原理介绍

1 引言

本文所讨论的ALC(Automatic level control自动电平控制)是直放站系统中极为重要的一环，它是指当放大器输出信号电平到达ALC设定值时，增加输入信号电平，放大器对输出信号电平的控制能力。对于直放站来说，ALC技术所实现的功能就是一方面控制输出电平保证功放器件不会工作在过功率状态下,另一方面控制直放站的输出功率在覆盖允许范围内，既能够满足网络规划时的覆盖距离要求，又不会产生过强的输出信号对相邻基站造成干扰。

2．ALC控制方案研究

2.1 ALC的控制原理

要做到在输出信号到达设定值时，增加输入信号电平，而输出信号电平基本保持不变，也就是使放大电路的增益自动地随信号强度而调整,使系统的输出电平保持在一定范围内,因此称为自动电平控制。一般的ALC电路可以分成增益受控放大电路和控制电压形成电路两部分。其工作原理示意图如下：

图1 ALC电路工作原理图

增益受控放大电路位于正向放大通路，其增益随控制电压而改变。控制电压形成电路的基本部件是检波器和低通平滑滤波器，有时也包含门电路和直流放大器等部件。放大电路的输出信号Uo 经检波并经滤波器滤除低频调制分量和噪声后，与设定的最大输出功率进行比较，产生用以控制增益受控放大器的电压Uc 。当输入信号Ui增大时，Uo和Uc亦随之增大 。而作为一个负反馈网络， Uc 增大使放大电路的增益下降，从而使输出信号的变化量显著小于输入信号的变化量，达到自动增益控制的目的。也就是说，ALC电路的主要工作原理是用反应信号幅度变化趋势的直流缓变电压去控制压控衰减器，以达到控制输出电平的目的。

2.2 TD-SCDMA信号的特点

图2 TD-SCDMA信号结构
TD-SCDMA信号的结构如上图所示。其帧结构将10ms的无线帧分成两个5ms的子帧，每个子帧中有7个常规时隙和3个特殊时隙。三个特殊时隙分别为下行导频时隙DwPTS、主保护时隙GP和上行导频时隙UpPTS。在7个常规时隙中TS0总是分配给下行链路，而TS1总是分配给上行链路。通过灵活配置上下行时隙的个数，使TD-SCDMA适用于上下行对称及非对称业务模式。上行时隙和下行时隙之间由转换点分开。在TD-SCDMA系统中，每个 5ms的子帧有两个转换点：第一个转换点是从下行链路转到上行链路，位置在DwPTS和UpPTS之间的GP；第二个转换点是从上行链路转到下行链路，位置在每个子帧中最后一个上行时隙和第二个下行时隙之间，TS0是第一个下行时隙。其中，第一个转换点相对于每个子帧的开始时间是固定的；第二个转换点随着分配给上下行的时隙数不同而变化。

由于TD-SCDMA综合使用了时分、频分、码分和空分多种复用技术，也就是说，在每个频点的每个常规时隙都可同时承载多个用户，这些用户按照不同的扩频码来区分,在智能天线技术更加成熟之后甚至可以同扩频码根据空间区分。而系统根据一定的DCA算法动态的将信道分配给用户,在某个时隙中的多个用户距离基站的距离会有不同,移动的速度也会不同并且具有不同的信道衰落特性。实际上，在一个子帧中,不同的时隙会有不同的码道占用情况,造成各时隙功率的差异，而多个连续子帧的同一常规时隙的功率也都是不同的。

2.3 ALC控制方案分析

由TD-SCDMA的信号子帧格式可以发现，这是一种高峰均比的突发脉冲信号，而并非连续信号，这就对普通放大器的自动电平控制带来一定的困难，当信号出现的时候由于自动电平控制不能立即做出响应，而自动电平控制开始响应后造成突发信号已经失真，没有真正起到自动电平控制的作用。并且由于每个用户在一个子帧中都只能分配到一个时隙，那么传统的电平控制就存在这样一个问题：在进行电平控制的时候是对于整个链路的衰减，所以当某个时隙功率过大后，会将整个链路进行衰减，这必然使其他没有过功率的时隙的功率也跟着降低，那么必然影响其它时隙用户通话。因此，我们提出一种分时隙ALC的方案。

2.3.1 硬件分时隙ALC根据ALC的控制原理和TD-SCDMA子帧的特点，直接的解决方案是通过减小ALC回路中RC滤波器的时间常数以提高反应速度，使 ALC电路在每个时隙的突发时刻都进行一次增益控制，但同时带来的问题就是当RC的时间常数较小时，高峰均比的TD突发信号就会通过RC低通滤波器频繁控制压控衰减器动作，使时隙内链路增益波动，造成EVM指标恶化。

EVM （Error Vector Magnitude误差矢量幅度）定义为误差矢量功率与参考信号矢量功率的均方比，以百分数形式表示，测试的时间为一个时隙，它所表征的是测量信号同参考信号的误差矢量，用于衡量总体调制质量，反应信号的损伤程度。经过实验，不同时间常数的EVM恶化情况可见下表（转换点在TS3和TS4之间）：