一種對數字接收機通道增益校準的方法和系統的製作方法
2023-06-01 04:16:56 1
專利名稱：一種對數字接收機通道增益校準的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及對接收機進行校準的技術，特別是指一種對數字接收機通道增益校準的方法和系統。
背景技術：
圖1是常用數字接收機的結構示意圖，輸入信號從輸入埠進入接收機，經過聲表面波濾波器(SAWF，Surface Acoustic Wave Filter)後到達低噪聲放大器(LNA，Low Noise Amplifier)，通過LNA後的輸入信號和本振信號在混頻器中作乘法操作，輸出基帶信號，該基帶信號經過可變增益放大器(VGA，VariableGain Amplifier)放大後送入採樣電路，採樣後獲取的數位訊號進入數字基帶，進行後繼的數位訊號處理過程。由於輸入信號的幅度會隨著應用場合，傳輸環境，時間等因素的變化而改變，因此數字基帶中採樣後的數位訊號的幅度也會發生相應的變化；對接收機本身來說，其工作狀態和工作溫度等因素的改變也會影響數字基帶中數位訊號的幅度。
現有的數字接收機校準系統，通常著眼於對輸入信號功率和數字基帶中數位訊號幅度關係進行校準，並建立輸入信號功率、自動增益控制(AGC，Automatic Gain Control)控制電壓以及數位訊號幅度之間的關係。但是對於擴頻通信系統來說，由於數字接收機通常可以實現負載波噪比解調，所以現有的校準系統通常無法解決通道增益初始值誤差較大的問題；另外目前的校準系統不能支持多個接收機的校準，校準效率較低，不適合大規模生產的需要。
發明內容
本發明的目的是提供一種對數字接收機通道增益校準的方法和系統，解決現有數字接收機校準系統中，不能支持多個接收機同時校準導致的校準效率較低且不適合於大規模生產，以及現有校準系統的採樣電路在通道增益較高時會受到熱噪聲和接收機噪聲係數的不利影響等缺陷。
一種對數字接收機通道增益校準的方法，包括以下步驟步驟一，待校準的數字接收機開機後與控制主機建立通信連接；步驟二，所述數字接收機與接收的校準信號進行初始同步，並在所述初始同步完成後，該控制主機與所述數字接收機進行初始通道增益對齊；步驟三，所述控制主機預測控制字，並確定與該控制字相對應的通道增益；步驟四，所述控制主機根據所記錄的控制字以及所述通道增益，制定通道增益校準表。
上述方法，其中，所述步驟一中，所述數字接收機開機後進一步包括該數字接收機首先向所述控制主機發送開機信號，所述控制主機收到該開機信號後，雙方通過初始握手過程建立連接。
上述方法，其中，所述步驟二中進行初始同步進一步包括所述數字接收機開機後即刻執行初始同步過程並與所述校準信號進入同步狀態；如果所述數字接收機已經處於開機狀態，則接收所述控制主機的指令啟動小區搜索，與搜索到的所述校準信號進入同步狀態。
上述方法，其中，所述通道增益校準表中記錄所述數字接收機的通道增益G與所述控制字的對應關係；且所述通道增益G是數字基帶中經過採樣電路採樣後形成的數位訊號的功率pDBB和所述校準信號的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
上述方法，其中，所述校準信號的功率pin存在最低端pin，min和最高端pin，max；且所述通道增益G存在最大值Gmax和最小值Gmin；所述數位訊號的功率存在目標值pDBBTarget，且該目標值由數字接收機結構、器件類型確定，則所述通道增益的最大值Gmax和最小值Gmin分別表示為 上述方法，其中，所述步驟二中初始通道增益對齊進一步包括控制主機首先控制所述校準信號的功率達到其最高端pin，max，則所述通道增益的初始值為該通道增益的最小值Gmin；且各個數字接收機的實測通道增益為Gi，則該通道增益初始值的誤差為ΔGi＝Gi-Gmin；則將該通道增益初始值調整到Gmin所需的控制字長度為Δci＝[-ΔGi/ki]；則數字接收機的控制字調整為ci＝cmin+Δci；其中，[]表示取整；i至少為1，且不大於所連接的數字接收機的數目；通道增益控制係數ki表示單位控制字所調整的通道增益；cmin是所述校準開始時的控制字的最小值。
上述方法，其中，所述通道增益控制係數ki為初始值，且該初始值由所述數字接收機的型號、批次確定。
上述方法，其中，所述步驟三中控制主機預測控制字進一步包括根據公式計算出當前的通道增益控制係數；根據公式ΔGi＝Gi，n+1-Gi，n計算出當前的所述通道增益的調整步長；則下一次調整的控制字調整步長為ci，n+1＝ci，n+[ΔGi/ki，n]；式中，Gi，n是當前通道增益，Gi，n-1是上一次調整的通道增益，Gi，n+1為下一次調整的目標通道增益，cin是當前控制字，ci，n-1是上一次調整的控制字。
上述方法，其中，所述通道增益接近最大值時，所述控制主機控制所述校準信號的功率不超過使採樣電路飽和的預定數值，並增加通道增益。
上述方法，其中，所述制定通道增益校準表進一步包括控制主機採用插值和/或曲線擬合對校準過程中記錄的數據進行操作，並產生通道增益校準表，將該通道增益校準表發送給所述數字接收機。
一種對數字接收機通道增益校準的系統，包括至少一個校準工位、控制主機、信號發生器、功率分配器；所述校準工位用於連接數字接收機；所述控制主機通過控制總線連接各個所述校準工位，控制位於所述校準工位的所述數字接收機的工作模式，並調整所述信號發生器的工作模式和相應參數；在獲取校準數據後，處理該些校準數據並生成通道增益校準表；所述信號發生器用於產生原始校準信號，並將該原始校準信號通過信號線輸入功率分配器；所述功率分配器通過信號線與各個所述校準工位連接，用於把所述原始校準信號分配到位於各個所述校準工位上的所述數字接收機。
上述系統，其中，所述數字接收機的通道至少包括聲表面波濾波器、低噪聲放大器、混頻器、可變增益放大器；該通道的通道增益由數字基帶控制； 所述數字基帶生成自動增益控制字，該控制字經過數模轉換形成電壓信號並輸入到可變增益放大器的增益控制端，該電壓信號控制所述可變增益放大器的增益。
上述系統，其中，所述信號發生器發出的所述原始校準信號由所述功率分配器均勻分配，分配後的校準信號輸入各個位於所述校準工位上的所述數字接收機，且當所述分配後的校準信號的功率低於預定值時，所述功率分配器連接的校準工位不再增加。
上述系統，其中，所述通道增益校準表中記錄所述數字接收機的通道增益G與所述控制字的對應關係；且所述通道增益G是數字基帶中經過採樣電路採樣後形成的數位訊號的功率pDBB和所述校準信號的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
應用本發明提供的這種對數字接收機通道增益校準的方法和系統，由於支持多接收機同時校準，使接收機的校準時間和儀器設備使用成本大幅降低，因此本發明的校準方法和系統適合接收機大規模生產時使用；由於對通道增益控制係數進行動態預測，使得增益調整快速準確，提高了校準速度；同時消除通道增益較高時熱噪聲和接收機噪聲係數的影響，提高了校準精度。
圖1為本發明實施例常用數字接收機的結構示意圖； 圖2為本發明實施例對多個數字接收機的通道增益進行校準的系統結構示意圖。
具體實施例方式 為使本發明的目的、技術特徵和實施效果更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發明的技術方案進行詳細描述。
本發明的目的是提供一種對數字接收機通道增益校準的方法和系統，以圖1所描述的常用數字接收機為例，數字接收機通道通常包括SAWF、LNA、混頻器、VGA等元器件。由於器件的不一致性，生產工藝偏差等因素的影響，不同的數字接收機在同一VGA控制電壓下的通道增益可能不同；為了能夠快速準確地把進入到採樣電路的模擬輸入信號調整到正常的幅度，也為了保證系統的測量精度能夠滿足系統設計的要求，同時也為了消除輸入數字基帶的數位訊號的幅度變化引起接收機性能惡化；這就需要在接收機出廠前進行通道增益校準，消除接收機個體性差異，這些校準通常包括了數字基帶根據對通道增益的調整需要，生成對應的AGC控制字，該AGC控制字通過數模轉換後形成電壓信號輸入到VGA的增益控制端，以此保證進入到採樣電路的模擬輸入信號時刻處在正常的幅度；由此可知從數字基帶看到的對通道增益的校準過程，實質上就是一個建立AGC控制字和通道增益的對應關係的過程；接收機需要對天線埠的輸入信號的功率等參數進行測量，這就要求接收機除了需要檢測出數字基帶中的數位訊號的功率外，也需要知道該數字接收機的通道增益，根據這兩個參數計算出天線埠的輸入信號的功率等參數。
需要說明的是，圖1是一種典型的數字接收機結構原理示意圖，是本發明的一個較佳實施例，但並不表示本發明的技術只能適用於圖1所示的接收機，實際上只要數字基帶可以通過某種方法控制接收機的通道增益，並且這種精確的控制關係需要通過校準才能確定，本發明就可以適用。
數字接收機通道增益校準系統的結構如圖2所示，主要包括控制主機201，校準工位202、數字接收機203、信號發生器204以及功率分配器205；所述的校準工位202可以有多個，其具體數目可以根據所選用的信號發生器204的參數和功率分配器205參數確定。
控制主機201用於控制數字接收機203的工作模式，並調整信號發生器204的工作模式和參數，並在獲取校準數據後，處理該些校準數據生成通道增益校準表。
信號發生器204用於產生原始校準信號sref，並將該原始校準信號輸入功率分配器205。
功率分配器205用於把所述信號發生器204產生的原始校準信號分配到各個校準工位202上面的數字接收機203。
數字接收機203的通道增益的計算由以下公式實現，在數字基帶中，數位訊號的平均功率可以表示為 其中pDBBW是數字基帶中的數位訊號功率，N是對進入到採樣電路的模擬輸入信號進行採樣的採樣點數目，In、Qn則表示採樣後I路信號、Q路信號。採用對數單位表示為 式中1mW表示1毫瓦；且此後如果不特別說明，功率的單位都是dBm，增益的單位都為dB。
數字接收機的通道增益可以表示為數位訊號和天線埠的輸入信號的功率差 G＝pDBB-pin(3) 在校準過程中，pDBB可以通過式(1)和式(2)計算得到，pin是接收機天線埠的輸入信號的功率，可以通過查詢信號發生器204的工作狀態和工作參數得到，由此根據公式(3)計算得到通道增益G。且對應於校準信號動態範圍的最低端pin，min和最高端pin，max，接收機通道增益的動態範圍也有最大值和最小值，記為Gmax和Gmin，且Gmax對應校準信號動態範圍的最低端，Gmin對應校準信號動態範圍的最高端，設數位訊號功率的目標值為pDBBTarget，則通道增益的最大值和最小值可以表示為 所述校準信號動態範圍的最低端pin，min和最高端pin，max，通常由使用領域的國家標準標、行業標準等具體規定，數位訊號功率的目標值pDBBTarget則是在系統設計時根據接收機結構，器件類型等因素確定的；這樣，當接收機設計確定時，Gmax和Gmin也就唯一的確定了。
在根據式(1)計算數位訊號功率時，採樣點的數量必須足夠的多，所述的足夠的多是指要達到保證計算得到的功率值可以表徵數位訊號的實際功率，且校準使用的由信號發生器204發出的信號也必須符合數字接收機正常工作的要求，確保數位訊號能真實地反映通道的增益特性。
應用上述裝置以及公式進行校準的過程根據不同的校準階段，可以分為步驟A至步驟F，A.工位檢測，B.初始同步，C.初始通道增益對齊，D.步長預測，E.全動態範圍校準，F.數據處理。
步驟A.工位檢測工位檢測的主要目的是判斷各個工位是否有數字接收機203存在，當數字接收機203被連接到校準工位202並開機時，該數字接收機203和控制主機201之間通過初始握手過程建立連接，從而使得控制主機201知道在該校準工位202上存在數字接收機203。
步驟B.初始同步初始同步是數字接收機203通過執行預先設定的同步過程，和信號發生器204產生的校準信號sref實現同步的過程； 初始同步可以分為a.開機初始同步，b.開機後初始同步 a.開機初始同步是數字接收機203開機後即刻開始執行同步過程並與信號發生器204的校準信號sref進入同步狀態的過程； b.開機後初始同步是數字接收機203在開機狀態下，通過控制總線接收控制主機201的指令，啟動小區搜索過程並與信號發生器204的校準信號sref進入同步狀態的過程。
在成功完成該初始同步後，數字接收機203會不斷地接收到信號發生器204產生的校準信號並維持與信號發生器204之間的同步狀態。
以下的步驟C至步驟F描述了在校準過程開始時，控制主機201控制各個校準工位202的數字接收機203經過初始通道增益對齊後，從最小通道增益Gmin開始校準，此後控制主機201通過步長預測，控制各個校準工位202的數字接收機203的通道增益同步上升，具體包括 步驟C.初始通道增益對齊當校準過程開始後，控制主機201給每個數字接收機203發送指令，令其開始進行通道增益校準；控制主機201首先控制信號發生器204產生校準信號動態範圍的最高端pin，max，而由於數字接收機203在此前可能沒有經過通道增益校準，因此此時使用的AGC控制字通常並不是通道增益動態範圍的最小值Gmin。
假定初始通道增益為通道增益動態範圍的最小值Gmin，各校準工位202上面的數字接收機203的實測通道增益為Gi，則通道增益誤差可以表示為 ΔGi＝Gi-Gmin(6) 對於數字接收機203，為了把通道增益調整到Gmin，需要調整的AGC控制字長度為 Δci＝[-ΔGi/ki](7) 其中[]表示取整，i至少為1，且不大於所連接的數字接收機的數目，ki是通道增益控制係數，表示單位控制字所能調整的通道增益，其定義見式(11)，ki的初始值可根據接收機的型號，批次等因素確定。
為了對齊初始通道增益Gmin，則數字接收機203的AGC控制字可以調整為 ci＝cmin+Δci(8) 其中cmin是校準開始時使用的最小AGC控制字，可根據接收機型號和批次確定。
經過上述初始通道增益對齊後，各個數字接收機203的初始通道增益之間的差值會縮小到一定範圍內，實際上只要ki的初始值和cmin選擇合適，各數字接收機203的初始通道增益之間的差值不會超過2dB；在實際校準過程中，如果第一次初始通道增益對齊後增益誤差依然較大，可以再執行一次對齊操作，在第二次對齊後，根據實踐得出的結論是此時的通道增益的誤差通常不超過1dB。
步驟D.步長預測在初始通道增益對齊之後的校準過程中，為了能夠使數字接收機203快速準確地調整到目標增益，就需要比較準確地預測出AGC控制係數k，因為控制係數是一個與接收機型號、批次和當前通道增益的範圍相關的參數，因此在校準過程中根據當前校準數據動態的預測步長。
對於較小範圍的AGC控制字，通道增益可以近似認為和該AGC控制字的數值大小成一階函數關係；設當前數字接收機203通道增益為Gi，n，功率控制係數為ki，n，下一次調整的目標通道增益為Gi，n+1，則通道增益調整步長為 ΔGi＝Gi，n+1-Gi，n(9) 則AGC控制字調整步長為 ci，n+1＝ci，n+[ΔGi/ki，n] (10) 公式(10)中的增益控制係數ki，n為 式中，Gi，n是當前的通道增益，Gi，n-1是上一次調整的通道增益，Gi，n+1為下一次調整的目標通道增益，ci，n是當前控制字的步長，ci，n-1是上一次調整的控制字的步長，因此由式(11)可知，本系統中使用前一次實際的增益控制係數作為當前步長預測的增益控制係數。
步驟E.全動態範圍校準為了保證數字接收機203能夠準確地計算數位訊號的功率，控制主機201根據當前的通道增益及時地調整信號發生器204的輸出功率，使得到達數字基帶的數位訊號功率位於pDBBTarget附近。
在某個工位的數字接收機203的通道增益達到最大增益Gmax後，控制主機201停止該接收機的通道增益的校準，當所有工位的接收機通道增益都達到Gmax後，控制主機201即可停止全動態範圍校準過程。在全動態範圍校準過程中，控制主機201記錄下每次調整時的AGC控制字和實際測量得到的通道增益，以備後續的數據處理。
需要進一步說明的是，在通道增益G位於最大值附近時，由於熱噪聲和接收機噪聲係數的影響，數字基帶中的數位訊號的信噪比通常會出現比較嚴重的惡化，為了削除信噪比惡化給數字基帶的功率測量帶來的較大影響，當通道增益接近最高時，可以不再減小輸入信號功率，此時如果逐步增加通道增益G，數位訊號的功率會高於設計值pDBBTarget，但是只要校準信號不使採樣電路飽和，就基本可以忽略測量的誤差，這種方法可以克服現有的校準系統中在通道增益G的最高端測量不準的問題。
步驟F.數據處理在全動態範圍校準過程中，為了加快校準速度，每次測量時通道增益G可以以較大步長調整。在接收機實際工作的過程中，為了能夠精確地調整通道增益，通常需要有高精度的通道增益校準表，為了滿足接收機工作需要，控制主機201必須對校準過程中記錄的數據進行處理，通過插值或者曲線擬合的辦法產生出滿足實際工作要求的校準表。
本發明所支持的數字接收機數量只受信號發生器輸出功率的限制，因此通過檢測通道增益和AGC控制字之間的關係，可以支持多部接收機同時校準。由於支持多接收機同時校準，使接收機的校準時間和儀器設備使用成本大幅降低，因此本系統適合接收機大規模生產時使用；由於對通道增益控制係數進行動態預測，使得增益調整快速準確，提高了校準速度，同時消除通道增益較高時熱噪聲和接收機噪聲係數的影響，提高了校準精度。
應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，所有的參數取值可以根據實際情況調整，且在該權利保護範圍內。本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1.一種對數字接收機通道增益校準的方法，其特徵在於，包括以下步驟
步驟一，待校準的數字接收機開機後與控制主機建立通信連接；
步驟二，所述數字接收機與接收的校準信號進行初始同步，並在所述初始同步完成後，該控制主機與所述數字接收機進行初始通道增益對齊；
步驟三，所述控制主機預測控制字步長，並確定與該控制字步長相對應的通道增益；
步驟四，所述控制主機根據所記錄的控制字以及所述通道增益，制定通道增益校準表。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟一中，所述數字接收機開機後進一步包括該數字接收機首先向所述控制主機發送開機信號，所述控制主機收到該開機信號後，雙方通過初始握手過程建立連接。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟二中進行初始同步進一步包括
所述數字接收機開機後即刻執行初始同步過程並與所述校準信號進入同步狀態；
如果所述數字接收機已經處於開機狀態，則接收所述控制主機的指令啟動小區搜索，與搜索到的所述校準信號進入同步狀態。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述通道增益校準表中記錄所述數字接收機的通道增益G與所述控制字的對應關係；且所述通道增益G是數字基帶中經過採樣電路採樣後形成的數位訊號的功率pDBB和所述校準信號的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
5.根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述校準信號的功率pin存在最低端pin，min和最高端pin，max；且所述通道增益G存在最大值Gmax和最小值Gmin；所述數位訊號的功率存在目標值pDBBTarget，且該目標值由數字接收機結構、器件類型確定，則所述通道增益的最大值Gmax和最小值Gmin分別表示為
6.根據權利要求1或5所述的方法，其特徵在於，所述步驟二中初始通道增益對齊進一步包括
控制主機首先控制所述校準信號的功率達到其最高端pin，max，則所述通道增益的初始值為該通道增益的最小值Gmin；且各個數字接收機的實測通道增益為Gi，則該通道增益初始值的誤差為ΔGi＝Gi-Gmin；
則將該通道增益初始值調整到Gmin所需的控制字長度為Δci＝[-ΔGi/ki]；則數字接收機的控制字調整為ci＝cmin+Δci；
其中，[]表示取整；i至少為1，且不大於所連接的數字接收機的數目；通道增益控制係數ki表示單位控制字所調整的通道增益；cmin是所述校準開始時的控制字的最小值。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述通道增益控制係數ki為初始值，且該初始值由所述數字接收機的型號、批次確定。
8.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟三中控制主機預測控制字進一步包括
根據公式計算出當前的通道增益控制係數；根據公式ΔGi＝Gi，n+1-Gi，n計算出當前的所述通道增益的調整步長；
則下一次調整的控制字調整步長為ci，n+1＝ci，n+[ΔGi/ki，n]；
式中，Gi，n是當前通道增益，Gi，n-1是上一次調整的通道增益，Gi，n+1為下一次調整的目標通道增益，ci，n是當前控制字，ci，n-1是上一次調整的控制字。
9.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述通道增益接近最大值時，所述控制主機控制所述校準信號的功率不超過使採樣電路飽和的預定數值，並增加通道增益。
10.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述制定通道增益校準表進一步包括控制主機採用插值和/或曲線擬合對校準過程中記錄的數據進行操作，並產生通道增益校準表，將該通道增益校準表發送給所述數字接收機。
11.一種對數字接收機通道增益校準的系統，其特徵在於，包括至少一個校準工位、控制主機、信號發生器、功率分配器；
所述校準工位用於連接數字接收機；
所述控制主機通過控制總線連接各個所述校準工位，控制位於所述校準工位的所述數字接收機的工作模式，並調整所述信號發生器的工作模式和相應參數；在獲取校準數據後，處理該些校準數據並生成通道增益校準表；
所述信號發生器用於產生原始校準信號，並將該原始校準信號通過信號線輸入功率分配器；
所述功率分配器通過信號線與各個所述校準工位連接，用於把所述原始校準信號分配到位於各個所述校準工位上的所述數字接收機。
12.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於，所述數字接收機的通道至少包括聲表面波濾波器、低噪聲放大器、混頻器、可變增益放大器；該通道的通道增益由數字基帶控制；
所述數字基帶生成自動增益控制字，該控制字經過數模轉換形成電壓信號並輸入到可變增益放大器的增益控制端，該電壓信號控制所述可變增益放大器的增益。
13.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於，所述信號發生器發出的所述原始校準信號由所述功率分配器均勻分配，分配後的校準信號輸入各個位於所述校準工位上的所述數字接收機，且當所述分配後的校準信號的功率低於預定值時，所述功率分配器連接的校準工位不再增加。
14.根據權利要求11所述的系統，其特徵在於，所述通道增益校準表中記錄所述數字接收機的通道增益G與所述控制字的對應關係；且所述通道增益G是數字基帶中經過採樣電路採樣後形成的數位訊號的功率pDBB和所述校準信號的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
全文摘要
本發明提供一種對數字接收機通道增益校準的方法和系統，方法包括步驟一，待校準的數字接收機開機後與控制主機建立通信連接；步驟二，數字接收機與接收的校準信號進行初始同步，並在初始同步完成後，該控制主機與數字接收機進行初始通道增益對齊；步驟三，所述控制主機預測控制字步長，並確定與該控制字步長相對應的通道增益；步驟四，所述控制主機根據所記錄的控制字步長以及所述通道增益，制定通道增益校準表。應用本發明技術，支持多接收機同時校準，使接收機的校準時間減少，因此適合接收機大規模生產時使用；且由於對通道增益控制係數進行動態預測，提高了校準速度，消除通道增益較高時熱噪聲和接收機噪聲係數的影響，提高了校準精度。
文檔編號H04L25/03GK101123595SQ20071012131
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月3日 優先權日2007年9月3日
發明者馮星輝, 楊龍波 申請人:北京天碁科技有限公司