一種多天線射頻信號駐波檢測的裝置及方法
2023-06-03 02:10:36 1
專利名稱：一種多天線射頻信號駐波檢測的裝置及方法
技術領域：
本發明屬於移動通信領域，特別是涉及寬帶多天線射頻信號駐波檢測。
背景技術：
現在人們對移動通訊系統的需求日益增大，為了保護無線設備，人們需要檢測無線設備天線口駐波(SWR)。
目前駐波檢測實現的方式主要有2種方式。中頻檢波和基帶檢測。中頻檢波如圖1所示，駐波檢測實現的整體過程為從雙定向耦合器耦合過來的前反向信號經過電子開關的切換，送到混頻器下變頻到中頻，經過中頻放大濾波將接收的射頻信號濾波、放大，然後通過檢波器再送到模數轉換器，最後送到DSP(Digital Signal Processing)進行處理。得到前向功率或反向功率，通過駐波換算公式得到天線埠駐波。該方法和裝置的缺點就是電路複雜、動態範圍小、集成度不高及精度不是很理想，多天線駐波檢測需要多個相同的射頻電路。
如圖2所示，駐波檢測在中頻基帶檢測單元實現的具體過程為前反向耦合信號經過開關切換到混頻下變頻得到IF中頻信號，中頻放大和濾波後，通過ADC模數轉換器變換，最後由DSP數位訊號處理器進行處理，得到的數字I/Q信號進行平方運算，然後得到天線埠駐波。因為DSP需要計算從AD過來的大量數據，這種方法和裝置的缺點就是運算複雜，硬體資源消耗比較大，多天線檢測駐波需要多個相同的電路，致使硬體成本過高。
對於多天線駐波檢測來說，用圖1、圖2的方法和裝置來進行駐波檢測就非常複雜，必須用多個RF鏈路才能區分出每載波信號，這樣代價太高，而且圖1的方法精度不是很高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題之一是提供一種多天線射頻信號駐波檢測的裝置，用以實現多天線駐波檢測，這種裝置只需要一個相同的電路就可對多天線駐波進行檢測，電路結構簡單，成本低。
本發明包括雙定向耦合器、電子開關、混頻器、中頻放大器、濾波器、模數變換器ADC和接收信號處理器RSP，它們之間順序信號連接，其特徵在於，還包括中心處理器，所述的電子開關是射頻電子開關陣列，中心處理器信號控制連接射頻電子開關陣列。本發明可以通過中心處理器控制開關陣列的切換。通過計算中頻功率來間接得到前反向射頻功率，然後得到駐波。通過通道校準來保證駐波檢測的精度。
本發明所要解決的技術問題之二是提供一種多天線射頻信號駐波檢測的方法，用以實現多天線駐波檢測，這種方法只需要一個相同的電路就可對多天線駐波進行檢測，電路結構簡單，成本低。
本發明所述的方法包括以下步驟A、多天線射頻信號經射頻電子開關陣列到混頻器中，射頻電子開關陣列由預設在中心處理器的程序控制開關；B、信號在混頻器中進行下變頻轉換成中頻信號；C、中頻信號再經中頻放大、濾波、到模數變換器中進行模數變換成數位訊號；D、數位訊號到接收信號處理器RSP，由RSP對這些數位訊號進行數字解調、抽取、濾波，計算得前向功率和反向功率，然後得到天線埠駐波。RSP是專用接收信號處理器，與通用DSP相比具有速度快，複雜度低的優點。
上述的具體控制射頻電子開關的設計思路可以採用如下方法如說明書附圖4，當天線需要計算天線1的駐波時，需要知道前向1與反向1的功率，讀取前向1時，射頻電子開關SPDT1，SPDT7，SPDT9，SPDT11通道導通，讀取反向1時，射頻電子開關SPDT4，SPDT8，SPDT10，SPDT11通道導通。當然，實際使用中，射頻電子開關的控制並不僅限於此種方法。
上述的步驟還包括一個頻率掃描校準步驟，在射頻信號進入混頻器後，以某一頻點檢測功率值為參考，對射頻信號進行頻率掃描，在一定步長、一定頻率範圍內記下檢測與參考值之差，然後存在FLASH裡面，在步驟D中，當RSP計算前項功率和反向功率時，將這個差值補償進去，提高計算精度。這個參考值是用戶根據自己的使用情況預先設定的。
上述的步驟中還包括一個溫度掃描檢測步驟，對單板的溫度進行掃描，以室溫下單板穩定工作後單板的檢測值為基準，把溫度與檢測差值的對應數據存在FLASH裡面，在步驟D中，當RSP計算前項功率和反向功率時，將這個差值補償進去，提高計算精度。這個檢測差值是掃描的溫度值與基準值的差值。對單板溫度的檢測可以在上述的A、B、C、D中任何一個步驟中進行。
由於本發明採用射頻開關陣列和軟體無線電技術來實現多天線駐波檢測，射頻電子開關陣列實現多天線前反向耦合信號的選擇，接收數位訊號處理器RSP(Receive SignalProcessing)來實現功率的檢測。裝置減小了射頻鏈路、結構簡單、適合大規模生產等，方法容易實現，減小了多天線駐波檢測成本，提高了效益，可以滿足競爭激烈的市場需求。
圖1是採用中頻檢波方式實現天線駐波檢測結構框圖。
圖2是在基帶處實現天線駐波檢測結構框圖。
圖3是本發明所述採用射頻電子開關陣列和軟體無線電的多天線駐波檢測結構框圖。
圖4是射頻電子開關的結構框圖。
圖5是本發明採用軟體無線電的具體結構圖。
具體實施例方式
鑑於目前的器件水平，我們可以採用射頻開關陣列來控制多天線的選擇，採用軟體無線電的形式來實現前反向功率的檢測，然後得到每個天線埠的駐波，這樣可以節省成本和提高系統性能。軟體無線電主要由射頻前端、A/D-D/A轉換器，通用和專用數位訊號處理器以及各種軟體組成，本技術領域的普通技術人員根據實際設計中射頻開關陣列的開關控制不需創造性勞動就能設計出這些控制軟體。本發明採用專用數位訊號處理器RSP，RSP是接收信號處理器，包括數字下變頻器和專用DSP，從A/D傳來的數位訊號，經過數字下變頻器降速處理後，再把數據送到DSP進行處理，RSP與DSP相比具有處理速度快，複雜度低的優點.圖3是本發明所述採用軟體無線電的多載波接收信號強度指示結構框圖。圖4是作為本發明射頻電子開關陣列具體結構圖。
下面用現有器件具體構造多天線駐波檢測使用電子開關的方法和裝置。以Node B3載波接收信號強度指示實現為例來說明本發明的方法和裝置的可行性。其中，圖3中的射頻電子開關選擇二選一開關；混頻器採用AD8343；中頻放大器採用SGA-4586；中頻濾波器採用B3608；模數轉換器ADC和RSP採用AD6654，AD6654包含ADC和RSP功能。射頻電子開關陣列共檢測6個天線口駐波，開關由中心處理器控制，對12個開關進行輪詢切換。
對於採用數字中頻結構來實現3載波接收機系統來說，確定IF頻率與採樣頻率很關鍵，根據奈奎斯特採樣準則，可以得知IF頻率與採樣頻率的關係為fIF=(2n+1)4fs]]>通過組合幹擾分析計算，得到中頻頻率fIF選擇為160MHz，採樣速率fs為92.88MHz。
為了檢測天線埠駐波，需要得到前向功率和反向功率。
P0＝G+P(1)其中G是射頻通道總的增益。P0表示待檢信號的實際功率，P為AD端輸入信號的功率。
即可得到天線駐波
VSWR＝{1+(P反/P入)0.5}/{1-(P反/P入)0.5}(2)系統要求天線駐波檢測精度在±1dB內，那麼要求前反向檢測精度為±0.5dB。由於射頻通道內模擬器件的影響，工作環境溫度為-5℃～55℃。在不同的頻率下模擬器件的頻響是不同的，檢測的值就存在差異，為了克服這缺點，提高上報精度，本發明裝置採用頻率掃描校準，以200kHz為步長，在60MHz範圍內記下檢測與參考值之差，然後存在FLASH裡面。在溫度變化範圍內，通道模擬器件的增益變化較大，致使前反向功率檢測存在很大誤差，即駐波檢測誤差變大。為了減小溫度變化對其精度的影響，也需要對溫度進行掃描，步長選擇1℃，以室溫下單板穩定工作後單板的檢測值為基準，把溫度與檢測差值的對應數據存在FLASH裡面，每次上報用戶的值就需要把這個頻響和溫度變化對應的差值補償進去，這樣可以提高駐波絕對精度。當溫度在-5℃～55℃間變化時，由於前反向射頻器件的不同，前反向功率隨溫度變化，最大可能到2dB，如不加溫度補償，駐波檢測精度達不到±1dB要求。因此在前反向分別加溫度補償，由公式(2)得到駐波，保證檢測精度。同樣頻率範圍較大時，由於射頻器件頻響原因，信號源發同樣功率，在不同頻率點時檢測的功率也不一樣，為保證精度，要作頻率掃描。
這種檢測方法同時也可以用來檢測多天線的發射功率，即可當作多個功率計使用，節省了成本。這種檢測方法相比中頻檢波方法節省了5條射頻鏈路，體積減小，射頻通道一致性升高，成本降低。相比基帶駐波檢測方法節省了2條射頻電路，複雜度降低。
本發明提出的在駐波檢測中使用電子開關陣列的檢測方法，與其它檢測方法不同就是通過開關陣列切換射頻通道，駐波的檢測採取軟體無線電方法實現，裝置減小了射頻鏈路、結構簡單、適合大規模生產等，方法容易實現，減小了多天線駐波檢測成本，提高了效益，可以滿足競爭激烈的市場需求。
權利要求
1.一種多天線射頻信號駐波檢測的裝置，包括雙定向耦合器、電子開關、混頻器、中頻放大器、濾波器、模數變換器ADC和接收信號處理器RSP，其特徵在於，還包括中心處理器，所述的電子開關是射頻電子開關陣列，中心處理器信號控制連接射頻電子開關陣列。
2.一種多天線射頻信號駐波檢測的方法，包括以下步驟A、多天線射頻信號經射頻電子開關陣列到混頻器中，射頻電子開關陣列由預設在中心處理器的程序控制開關控制；B、信號在混頻器中進行下變頻轉換成中頻信號；C、中頻信號再經中頻放大、濾波、到模數變換器中進行模數變換成數位訊號；D、數位訊號到接收信號處理器RSP，由RSP對這些數位訊號進行數字解調、抽取、濾波，計算得前向功率和反向功率，然後得到天線埠駐波。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於上述的步驟還包括一個頻率掃描校準步驟，在射頻信號進入混頻器後，以某一頻點檢測功率值為參考，對射頻信號進行頻率掃描，在一定步長、一定頻率範圍內記下檢測與參考值之差，然後存在FLASH裡面，在步驟D中，當RSP計算前項功率和反向功率時，將這個差值補償進去。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於上述的步驟中還包括一個溫度掃描檢測步驟，對單板的溫度進行掃描，以室溫下單板穩定工作後單板的檢測值為基準，把溫度與檢測差值的對應數據存在FLASH裡面，在步驟D中，當RSP計算前項功率和反向功率時，將這個差值補償進去。
全文摘要
本發明提供了一種多天線射頻信號駐波檢測的裝置及方法，本發明包括雙定向耦合器、電子開關、混頻器、中頻放大器、濾波器、模數變換器ADC和接收信號處理器RSP，它們之間順序信號連接，其特徵在於，還包括中心處理器，所述的電子開關是射頻電子開關陣列，中心處理器信號控制連接射頻電子開關陣列。本發明的所述的方法只需要一個相同的電路就可對多天線駐波進行檢測。由於本發明採用射頻開關陣列和軟體無線電技術來實現多天線駐波檢測，射頻電子開關陣列實現多天線前反向耦合信號的選擇，接收數位訊號處理器RSP來實現功率的檢測。裝置減小了射頻鏈路、結構簡單、適合大規模生產等，方法容易實現，減小了多天線駐波檢測成本，提高了效益。
文檔編號H04Q7/34GK1963545SQ200510101309
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月8日 優先權日2005年11月8日
發明者瞿兆斌, 馬興望 申請人:中興通訊股份有限公司