對周期信號檢測的裝置和方法
2023-05-04 23:25:21
專利名稱：對周期信號檢測的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種對周期信號檢測的方法和裝置，尤其對於周期信號中同時存在強信號與弱信號的檢測。特別涉及TDD系統中對發射開功率、關功率進行檢測的方法和裝置。
此檢測方法適用於，對於隨時間有大幅度功率/電壓變化的電信號，要對低功率/電壓時間段的信號進行檢測，而檢測儀器的檢測動態範圍不能滿足高低功率差/電壓差的情景。
背景技術：
本專利申請文件中出現的術語解釋如下在發送時，產生的功率為「發射開功率」(TX_ON PWR)。
在接收時，產生的功率為「發射關功率」(TX_OFF PWR)。
Chip，即碼片，為一定長度的時間單位。例如1chip＝1/(1.28MHz)＝0.78125us。
Chip級，裝置的測量精度可以達到單位Chip時間長度的程度。
強弱信號幅度差超出儀表測量動態範圍。「弱信號」，現有檢測設備在現有技術條件下，相對強信號較低的信號，接近於設備噪聲的信號。
「強信號」，現有檢測設備在現有技術條件下，相對弱信號較高的信號，以及甚至超出檢測設備量程的信號。
在時分通信系統中，基站(NB)或終端(UE)都是收發同頻的，只是時間不同。為了防止不同基站/終端在同步接收信號時因為功率洩漏而彼此幹擾，所以對基站或者終端的發射機、接收機的射頻指標有限制。即，在發送信號時，要按額定功率發射；在接收信號時，要使得洩漏的功率小於一定的限值。在實際應用中，要對系統中的發射功率或者電壓進行精確的測量，而如下情況是不可避免的待測信號的時域波形包含強信號和弱信號，而且強弱信號的幅度差超過現有檢測儀器的動態檢測範圍。甚至最弱的電信號低於現有檢測儀器的檢測精度，而最強的電信號超出了現有儀器的量程。從而無法完成對電信號的檢測。
在3GPP25.142TD-SCDMA Node-B一致性檢測規範中，對發射開/關功率的相關規定是1.基站發射功率為標稱功率(30dBm)，發射時隙為TS 0、4、5、6；2.在發射機關閉期間(從接收時隙開始前8個碼片開始，到下一發射時隙開始前8個碼片結束)，在碼片上測量的RRC(根升餘弦)濾波平均功率低於-82dBm。
以下結合圖1對發射開/關功率的檢測進行說明。
圖1中縱坐標是發射功率，橫坐標是時間(圖中是用Chip(碼片)表示的，1chip＝1/(1.28MHz)＝0.78125us)，實線表示發射功率限值，虛線表示功率等級。「DL TIME SLOTS」表示「下行時隙」，即NB進行發射的時間。兩邊的虛線矩形表示的是NB進行接收的時間。NB在接收時間(包括接收開始前8chip，接收結束後8chip，發射關功率要小於-82dBm；在發射時隙前的8chip內，功率值不受限；在發射時隙開始時，發射開功率要基本達到額定功率(Average ON power，一般是30dBm)；在發射時隙結束後的85chip內，功率值不限；在隨後的3chip內，功率值要小於-42dBm。
即最強的信號為30dBm，最弱的信號為-82dBm，其幅度差為112dBm。
對於該系統的終端UE同樣有類似要求。
目前最普遍的檢測發射開/關功率的測量設備是頻譜儀。
頻譜儀的測量動態範圍上限由儀表最大輸入功率指標確定，下限由特定測量帶寬下的儀表噪底確定。當測量微弱信號時，要考慮頻譜儀動態範圍是否足夠，即微弱信號是否可能被儀表噪底淹沒的問題。
該頻譜儀的底噪一般是-155dBm/Hz。設置內部衰減器Atten＝0dB，解析度帶寬RBW＝1.6MHz。而在Atten＝0dB時，頻譜儀支持的輸入功率上限為-10dBm；RBW＝1.6MHz時，儀表噪底為-155dBm/Hz+10*log(1.6MHz)＝-93dBm。
為了測量強信號(30dBm)需要設置頻譜儀內部Atten參數或在外部串入衰減器。以直接輸入功率上限為-10dBm、外部串入40dB衰減器為例，此時發射時隙的強信號和弱信號均被衰減40dB，待測的發射關功率(弱信號)的數值將低於-82dBm-40dB＝-122dBm。
儀表噪底(-93dBm)遠高於待測的發射關功率電平(-122dBm)，即無法測得弱信號。
如果設置頻譜儀的Atten＝40dB，而不引入外部衰減器，雖然經軟體補償後，待測發射關功率的量值保持不變，但此時儀表噪底讀數也因同樣的補償過程被抬升，其值為-155dBm/Hz+10*log(1.6MHz)+40dB＝-53dBm因此在頻譜儀內部/外部串入衰減器的實質相同，均將導致儀表底噪淹沒待測信號，發射關功率檢測無法完成。
雖然一些高端頻譜儀在輸入功率容限指標上有所提高，但現有技術中頻譜儀均無法在標稱發射功率為30dBm的條件下，檢測低於-80dBm的發射關功率。
現有技術中針對待測信號的具體特徵，有如下兩種方案實現對弱信號的測量1.在頻譜儀內部，對弱信號進行有選擇的放大，使得所需動態範圍減小；
2.改變待測信號，減小強信號的幅度，使得所需動態範圍減小。
例如，為了解決Node-B發射關功率無法檢測的問題，分別遵循上述兩種思路，可以選擇如下方案I.選用升級了開/關功率檢測模塊的頻譜儀。
選用升級了發射開/關功率檢測功能模塊的頻譜儀可以測量發射關功率。該模塊包含有發射關功率測量的一種解決方案，其內容是檢測發射關功率(TX_OFF PWR)時，控制頻譜儀內部預放大器打開，檢測TX_OFF PWR。檢測發射開功率(TX_ON PWR)時，將頻譜儀內部預放大器關閉形成直通，檢測TX_ON PWR。
II.改變TX_OFF PWR的檢測條件根據TD-SCDMA收發信機設計原理，如果滿足如下條件在TX_OFF時隙，Node-B的Tx通道電源關閉，而且沒有數據發送，則無論Node-B建立多大功率的小區，對TX_OFF時隙的Tx射頻通道而言，都是同樣的性質通道電源關閉和沒有下行數據發送。因此，理論上小區功率大小不會影響發射關功率的量值。
如果設置基站發射功率為-10dBm或0dBm，此時鏈路至多只引入10dB衰減器，儀表噪底讀數將低於-82dBm，理論上可以檢測TX_OFF PWR。
但上述方案存在如下缺點上述方案I可以得到準確的測量結果，但該模塊是在頻譜儀內部實現，升級該功能模塊的價格很高；並且僅適用於特定系列的頻譜儀，對測量儀表有局限性，不夠靈活。
上述方案II實際上是改變了待測信號和檢測的前提條件。例如對上例，對本檢測項預設了「發射機開功率與發射機噪底量值無關」的前提條件。如果不滿足這個前提，或者發射開關時間模板有問題，則不能證明檢測結果和3GPP要求的檢測結果等效。另外，由於改變了3GPP所要求的檢測條件，檢測結果的可信度有所降低。
發明內容
本發明涉及一種對周期信號檢測的方法和裝置，尤其對於周期信號中同時存在強信號與弱信號的檢測。特別涉及TDD系統中對發射開功率、關功率進行檢測的方法和裝置。
此檢測方法適用於，對於隨時間有大幅度功率/電壓變化的電信號，要對低功率/電壓時間段的信號進行檢測，而檢測儀器的檢測動態範圍不能滿足高低功率差/電壓差的情景。
根據本發明的第一方面，提供一種對周期時域信號進行檢測的適配裝置，包括切換信號產生裝置，根據外部輸入的同步信號，確定輸入信號中強信號與弱信號出現的時刻，產生切換信號；開關裝置，接收輸入信號，並根據切換信號分別為不同時刻出現的強弱信號開關不同的支路，從而衰減輸出給測量儀器的強信號。
可選的，該適配裝置中切換信號產生裝置包括模式選擇裝置，用於提供控制適配裝置工作模式的操作接口，振蕩器，輸出振蕩信號，控制裝置，根據同步信號以及模式選擇裝置傳來的模式選擇信號和振蕩信號產生切換信號，切換信號對開關裝置進行控制。
可選的，該適配裝置中開關裝置包括第一支路，用於輸出信號給測量儀器，以及第二支路，含有旁路負載的元件，開關裝置通過切換信號操作第一支路與第二支路的閉合與斷開。
可選的，該適配裝置中開關裝置兩個或者兩個以上級聯。
可選的，提供一種對TDD時域周期信號進行檢測的適配裝置，其中強信號為發射關功率，弱信號為發射開功率，同步信號為幀定時信號，檢測裝置為頻譜儀。
根據本發明的第二方面，提供一種對周期時域信號進行檢測的方法，包括以下步驟a)接收同步信號；b)根據所述同步信號確定輸入信號中強弱信號出現的時間段；c)生成隨強弱信號出現的時間段變化的切換信號；d)根據切換信號分別為輸入信號中不同時刻出現的強弱信號開關不同的支路，從而衰減輸出給測量儀器的強信號。
可選的，該檢測方法步驟b)中根據同步信號、模式選擇信號和振蕩信號產生切換信號，切換信號對開關裝置進行控制。
可選的，該檢測方法中不同的支路為帶有旁路負載的支路和不帶旁路負載的支路，其中步驟d)中對弱信號時間段，斷開旁路支路，閉合不帶旁路負載的支路，直接輸出信號給測量儀器；以及對強信號時間段，斷開不帶旁路負載的支路，閉合帶有旁路負載的支路，以耦合連接將衰減的信號輸出給測量儀器。
可選的，該檢測方法中輸入信號中強弱信號的幅度差超出測量儀表的量程。
可選的，該檢測方法中檢測的信號是TDD時域周期信號，強信號為發射開功率，弱信號為發射關功率，同步信號為幀定時信號，檢測裝置為頻譜儀。
通過下面結合示例性地對本發明的附圖進行的描述，本發明的上述和其他目的和特點將會變得更加清楚，其中圖1是3GPP TD-SCDMA通信標準規範中對「發射開/關功率「的要求圖。
圖2是檢測適配裝置的示意圖。
圖3為開關裝置13的示意圖。
圖4為針對3GPP25.142 TD-SCDMA中Node-B的發射開/關功率檢測適配裝置框圖。
圖5為切換信號產生裝置112的示意圖。
圖6為級聯的開關裝置113的示意圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細說明本發明的實施例。
實施例1本發明針對周期時域波形中同時出現弱信號和固定範圍的強信號，並且強弱信號的幅度差超出頻譜儀測量動態範圍的情況，提供如下解決方案如圖2所示，在待測信號11與測量儀器14之間接入檢測適配裝置15。該裝置與周期波形保持同步，包括切換信號產生裝置12，根據外部輸入的同步信號20，確定周期信號波形的起始點，判定強信號與弱信號出現的時刻，產生切換信號21；開關裝置13，包括第一支路，用於輸出信號給測量儀器；以及第二支路，含有旁路負載30的元件。開關裝置通過切換信號21操作第一支路與第二支路的閉合與斷開。
圖3為開關裝置13示意圖。
在弱信號出現的時間段，開關裝置13根據切換信號21將導通埠5和埠41。這樣待測信號11直接輸出給第一支路到測量儀器14。在強信號出現的時間段，開關裝置13根據切換信號21導通埠5和埠42，斷開埠5和埠41。這樣待測信號11輸出給第一支路的旁路負載30，從而降低第二支路輸出給測量儀器的信號。
需要說明的是，當開關中埠之間相互斷開時，待測信號11仍會通過空氣以及其他介質傳輸，可以是電容性耦合或者電感性耦合，即電磁場耦合。當埠5與埠41斷開時，即第一支路斷開時，射頻信號仍然可通過電磁耦合通過第一支路傳輸，只是耦合過去的信號會小很多。用耦合隔離度表示這種衰減，耦合隔離度為40dB表示信號強度可衰減40dB，即1萬倍。因為開關元件中的耦合隔離度是常量。所以，待測信號的強信號的衰減是可以計算、校準的。從而達到對周期信號中同時存在的強弱信號的檢測。
進一步的，開關裝置為射頻開關。旁路負載為接地的旁路電阻。待測信號的檢測參數為電壓或者功率。
實施例2本發明為針對3GPP25.142 TD-SCDMA中Node-B一致性檢測規範中規定的發射開/關功率檢測，提供如下解決方案如圖4所示在Node-B111與頻譜儀114之間接入檢測適配裝置115。該裝置與周期波形保持同步，包括切換信號產生裝置112，根據外部輸入的幀定時信號120，確定周期信號波形的起始點，判定強信號與弱信號出現的時刻，產生切換信號121；兩個串聯的開關裝置113，包括第一支路，用於輸出信號給測量儀器；以及第二支路，含有旁路負載130的元件。開關裝置通過切換信號121操作開關裝置第一支路與第二支路的閉合與斷開。
下面結合圖5對切換信號產生裝置112進行說明。
模式選擇裝置61是適配裝置115與操作人員之間的接口，例如為按鈕或者撥碼開關，操作人員通過此模塊即可決定控制模塊的工作模式。在此提供兩種模式，即正常工作模式與直通工作模式。
振蕩器63，輸出一定頻率(如1MHz)的方波或正弦波。具體的，該振蕩器為高精度晶振。
控制裝置62用於定時/計數，並輸出信號進行控制。在正常工作模式時(從模式選擇模塊得知)，控制裝置52從接收到幀定時信號120開始計數，計算振蕩器輸出的方波的個數，數到一定的數後(程序設定，如1000，即延時了1ms)就輸出一個控制信號(如高電壓-＞低電壓)使開關裝置完成從第二支路到第一支路的切換動作；再數一定的數後(程序設定，如2500，即再延時2.5ms)輸出另一個控制信號(如低電壓-＞高電壓)使開關裝置113完成從第一支路到第二支路的切換動作，從而達到控制的功能。若是直通工作模式，則控制裝置不計數，始終輸出一個控制信號(如低電壓)，則開關裝置113就始終處於接通狀態。
進一步的，切換信號產生裝置應當達到chip級同步(檢測時，精度應更高些)，若達不到chip級，可能使NB已是開功率，而開關裝置113還未切換到第二支路，使大功率灌入頻譜儀，損害儀器。或該測關功率時，開關裝置113還未切換到第一支路，測量結果無效。
下面結合圖6對級聯的開關裝置113進行說明。每個開關裝置均接收切換信號裝置112來的切換信號121分別控制自己的第一支路與第二支路的閉合與斷開。第一個開關裝置的輸出埠41與第二開關裝置的輸入埠5相連，從而達到級聯。具體的，開關裝置為射頻開關。為了達到更高的耦合隔離度，可以採用2個或者更多的開關裝置進行級聯，從而彌補單個開關裝置的局限性。
下面結合圖4-6說明操作過程。
接收Node-B111輸出的周期TD-SCDMA幀定時信號120作為時間零點，利用振蕩器63和控制裝置62計算時間，從而與TD-SCDMA幀信號保持chip級同步。在上下行時隙切換點輸出切換信號121控制射頻開關113的開關導通在發射時隙，開關裝置113的第二支路導通，將基站發射信號引入旁路電阻，只有小部分功率耦合至第一支路(設計耦合隔離度約為40dB)進入頻譜儀114；而在接收時隙開關裝置113的第一支路導通，將基站發射機噪底直接引入頻譜儀114供測量。
在正常工作模式下，除適配裝置和必需電纜連線的固定插損(均較小，且可以準確標定)外，頻譜儀內部和外部不需引入衰減器，計算儀表底噪在-90dBm以下，可以測得準確的發射關功率。另外，此時發射時隙耦合入頻譜儀的信號強度大約為-10dBm左右，與約-80dBm的發射機關功率有明顯的區別，也可以進行精確的開關時間模板測量。
可以選擇直通模式，此時射頻通道在所有時隙均打開，不能測量發射機噪底，但可以將基站發射時隙信號引入頻譜儀進行對比檢測或標定鏈路的固定插損。
接入適配裝置後，發射開/關功率的檢測分為2個步驟進行1.選擇直通模式，測量開功率計入適配器固定插損後，TX_ONPWR應該達到標稱最大發射功率；2.選擇正常工作模式，適配器中衰減器設置為0dB，測量關功率TX_OFF PWR。
實施例3隻需將第二實施例中的切換時間點適應於TDD UE作出相應的調整，就可以應用於TDD UE的發射開關功率檢測項。
本發明的有益效果如下可以廣泛的解決如下場合的弱信號檢測難題待測的周期波形包含弱信號和固定範圍的強信號，而且強弱信號幅度差超出儀表測量動態範圍。
檢測方案實現簡單、可靠，成本很低；輔助檢測裝置是在檢測儀表和待測設備外部實現的獨立模塊，不需改變檢測條件或升級、更換現有檢測儀表，使用靈活；對TDD Node-B/UE發射開/關功率檢測而言，可以方便的對上下行切換點進行精確調整和改變時隙配置；
可以嚴格按照3GPP規範要求實現準確的TDD Node-B/UE發射開/關功率測量。
本發明僅是示例性的，並不限於上述實施例，在不脫離本發明實質的情況下，可以進行各種變形和修改，都落入本發明要求保護的範圍內。
權利要求
1.對周期時域信號進行檢測的適配裝置，包括切換信號產生裝置，根據外部輸入的同步信號，確定輸入信號中強信號與弱信號出現的時刻，產生切換信號；開關裝置，接收輸入信號，並根據切換信號分別為不同時刻出現的強弱信號開關不同的支路，從而衰減輸出給測量儀器的強信號。
2.如權利要求1所述的適配裝置，其中切換信號產生裝置包括模式選擇裝置，用於提供控制適配裝置工作模式的操作接口，振蕩器，輸出振蕩信號，控制裝置，根據同步信號以及模式選擇裝置傳來的模式選擇信號和振蕩信號產生切換信號，切換信號對開關裝置進行控制。
3.如權利要求1或2所述的適配裝置，其中開關裝置包括第一支路，用於輸出信號給測量儀器，以及第二支路，含有旁路負載的元件，開關裝置通過切換信號操作第一支路與第二支路的閉合與斷開。
4.如權利要求3所述的適配裝置，其中開關裝置兩個或者兩個以上級聯。
5.如權利要求1-4所述的適配裝置，其中輸入信號中強弱信號的幅度差超出測量儀表的量程。
6.如權利要求5所述的適配裝置，其中檢測的信號是TDD時域周期信號，強信號為發射開功率，弱信號為發射關功率，同步信號為幀定時信號，檢測裝置為頻譜儀。
7.對周期時域信號進行檢測的方法，包括以下步驟a)接收同步信號；b)根據所述同步信號確定輸入信號中強弱信號出現的時間段；c)生成隨強弱信號出現的時間段變化的切換信號；d)根據切換信號分別為輸入信號中不同時刻出現的強弱信號開關不同的支路，從而衰減輸出給測量儀器的強信號。
8.如權利要求7所述的檢測方法，其中步驟b)中根據同步信號、模式選擇信號和振蕩信號產生切換信號，切換信號對開關裝置進行控制。
9.如權利要求7或8所述的檢測方法，其中不同的支路為帶有旁路負載的支路和不帶旁路負載的支路，其中步驟d)中對弱信號時間段，斷開旁路支路，閉合不帶旁路負載的支路，直接輸出信號給測量儀器；以及對強信號時間段，斷開不帶旁路負載的支路，閉合帶有旁路負載的支路，以耦合連接將衰減的信號輸出給測量儀器。
10.如權利要求7-9所述的檢測方法，其中輸入信號中強弱信號的幅度差超出測量儀表的量程。
11.如權利要求10所述的檢測方法，其中檢測的信號是TDD時域周期信號，強信號為發射開功率，弱信號為發射關功率，同步信號為幀定時信號，檢測裝置為頻譜儀。
全文摘要
本發明涉及一種對周期信號檢測的方法和適配裝置，尤其對於周期信號中同時存在強信號與弱信號的檢測。特別涉及TDD系統中對發射開功率、關功率進行檢測的方法和裝置。該裝置包括切換信號產生裝置，根據外部輸入的同步信號，確定輸入信號中強信號與弱信號出現的時刻，產生切換信號；開關裝置，接收輸入信號，並根據切換信號分別為不同時刻出現的強弱信號開關不同的支路，從而衰減輸出給測量儀器的強信號。此檢測方法解決了如下問題對於隨時間有大幅度功率/電壓變化的電信號，要對低功率/電壓時間段的信號進行檢測，而檢測儀器的檢測動態範圍不能滿足高低功率差/電壓差的情景。
文檔編號H04B17/00GK101039153SQ20061006574
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月15日 優先權日2006年3月15日
發明者王宇, 蔣守寧, 何雅蘭 申請人:大唐移動通信設備有限公司