一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置及方法
【專利摘要】本發明公開了一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置及方法，包括二路發射和二路接收通道，發射通道內部包含一個時分同步運算單元，用于把檢波采樣的數字信號，時隙內多次平均及復合運算，時隙外保持原數據，把數據轉換成模擬電壓來控制調制器的不同衰減。采用無限逼近、負反饋的形式，采樣的數據最終達到動態恒定值，滿足發射通道信號的功率準確度優于0.2dB。發射通道利用查表的方式對輸出信號功率進行控制，通過發射通道對接收通道的衰減器及中頻增益等進行校準，同時反過來利用接收機的性能來校準發射機的功率平坦度，滿足接收通道的測試功率準確度在優于0.5dB。
【專利說明】一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無線通訊【技術領域】，具體是一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置及方法。
【背景技術】
[0002]新一代寬帶無線移動通信網將實現LTE產業化及規模應用，并開展LTE-Advanced關鍵技術、標準化及整體產業鏈的研發和產業化。TD-LTE- Advanced/ TD-LTE/LTE-Advanced FDD/LTEFDD/TD-SCDMA/WCDMA/GSM
多模多頻終端是終端發展的方向。能夠對多模多頻終端進行射頻測試的系統是多模終端研發和認證的必備測試驗證平臺。
[0003]多模多頻多通道系統根據設計需要至少為雙發雙收，需要有二路發射通道，二路接收通道通道。一般儀器出廠時通過外部儀器源校準，功率等指標都能滿足儀器設計要求。但是儀器隨著外界溫度變化，器件老化等因素的影響，即使是同平臺的同樣設計也會是不同的電性能，對于多通道系統更是這樣，不同通道之間隨著時間的變化電性能差異會很大，如果每次都回原廠校準時間和空間上都很不方便。因此如何通過多通道系統自身的特點，設計一種校準方法以大大提高單通道功率準確度、通道之間的功率一致性，已成為迫切需求。
[0004]
【發明內容】
本發明的目的是提供一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置及方法，以解決現有技術存在的問題。
[0005]為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為:
一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置，包括兩路相同的接收通道RX1、RX2，以及兩路相同的發射通道分別為TX1、TX2，每路發射通道包含十三個單元:發射參考時鐘單元，用于產生614.4MHz的時鐘信號；基帶數據產生單元，用于原始PN序列按照調制格式不同產生不同的IQ兩路數據；上變頻器單元，用于把基帶產生的IQ兩路數據生成153.6MHz中頻調制信號。寬帶本振單元，用于產生400MHz - 6000MHz本振信號；射頻混頻單元，用于中頻調制信號與寬帶本振信號進行混頻，產生寬帶的射頻調制信號發送出去；開閉環轉換單元，用于把時分同步運算后的數據，通過DA轉換器轉換成模擬電壓信號來控制調制器的不同衰減量。調制器單元，是一個壓控的可調的衰減器，通過開閉環轉換單元輸出的電壓來改變調制器的不同衰減量；多級放大單元，是由二個低噪聲放大器組成，用于發射信號放大，滿足信號輸出最大功率的要求；功分器單元，用于發射信號一路分成兩路，一路發射出去，一路去檢波采樣。檢波采樣單元，用于把發射的射頻信號檢波轉化成模擬電壓信號，并通過DA轉換器轉變成數字信號。時分同步運算單元，用于把檢波采樣的數字信號，時隙內多次平均及復合運算，時隙外保持原數據，根據設置不同的發射功率調用不同的出廠數據與時分同步運算后的數據求差，求差后的數據再乘以穩幅系數，送給開閉環轉換單元，把數據轉換成模擬電壓來控制調制器的不同衰減。在下一時隙，進行進行同樣的操作，采用無限逼近、負反饋的形式，采樣的數據最終達到動態恒定值，滿足發射通道信號的功率準確度優于0.2dB。功率調整單元，用于對發射信號功率進行1dB步進，OdB到120dB不同衰減量。MIMO接口單元，用于發射信號和接收信號合路輸出到對外接口上。
[0006]每路接收通道包含八個單元:接收功率衰減單元，用于對大功率信號進行衰減，1dB步進，OdB到50dB不同衰減量，確保滿足后端電路處理要求。前置增益控制單元，用于小功率信號增益放大。寬帶本振單元，用于產生400MHz…6000MHz本振信號。混頻單元，用于射頻調制信號與寬帶本振信號進行混頻，產生153.6MHz調制信號便于后端分析。匹配濾波單元，用于濾除混頻中產生的無用信號。下變頻器單元，用于153.6MHz中頻信號經過下變頻器產生IQ兩路信號。接收參考時鐘單元，用于產生122.88MHz的時鐘信號。數據分析單元，下變頻器后得到的IQ兩路，分析信號的功率值、EVM、IQ偏移等指標。
[0007]所述多模多頻多通道系統的功率自校準裝置的校準方法，其特征在于:發射通道利用查表的方式對輸出信號功率進行控制，主要是查調制器校準表，衰減器校準表，衰減器誤差校準表等。發射通道內部包含一個時分同步運算單元，用于把檢波采樣的數字信號，時隙內多次平均及復合運算，時隙外保持原數據，根據設置不同的發射功率調用不同的出廠數據與時分同步運算后的數據求差，求差后的數據再乘以穩幅系數，送給開閉環轉換單元，把數據轉換成模擬電壓來控制調制器的不同衰減。在下一時隙，進行進行同樣的操作，采用無限逼近、負反饋的形式，采樣的數據最終達到動態恒定值，滿足發射通道信號的功率準確度優于0.2dB。通過發射通道對接收通道的衰減器及中頻增益等進行校準，同時反過來利用接收機的性能來校準發射機的功率平坦度，滿足接收通道的測試功率準確度優于
0.5dB。系統內有兩個獨立的發射通道和接收通道進行互測試，測量的結果進行數學分析、利用最小一乘法求出最佳差值來逼近真實值，把得到的校準數據存入通道I和通道2的發射和接收校準數據中，滿足通道I和通道2的功率差值優于0.2dB，滿足功率測試一致性的要求。通過多模多頻多通道系統的功率自校準可以大大提高本系統功率準確度和多通道功率的一致性。
[0008]本發明利用自身系統帶有的發射通道和接收通道的特點，發射通道采用查表的方式設置功率輸出，利用發射通道對接收的衰減器及中頻增益等進行校準，同時反過來利用接收機的性能來校準發射機的功率平坦度。本發明利用自身的硬件大大提高了整個系統通道內以及通道之間的功率準確度。
[0009]本發明的有益效果是，設計了一種多模多頻多通道系統的功率自校準的方法和裝置，利用自身發射機和接收機進行功率校準，大大提高了整機的功率準確度，對其他各種多通道通信系統的自校準也有良好的效果，具有較強的通用性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明的雙通道系統發射和接收原理框圖。
[0011]圖2為本發明的發射程控衰減器各檔與實際測試值誤差曲線圖。
[0012]圖3為本發明的發射調制器的壓控曲線圖。
[0013]圖4為本發明的TD-LTE信號發射一個巾貞周期內的時隙分布圖。
[0014]圖5為本發明的檢波采集的數據數值曲線圖。
[0015]圖6為本發明的發射機數字穩幅流程圖。
[0016]圖7為本發明的接收衰減器校準流程圖。
[0017]圖8為本發明的發射機頻響數據校準流程圖。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，本發明的系統原理圖，包括二路接收通道分別為RX1，RX2，二路發射通道分別為TX1，TX2。二路接收和二路發射技術方案相同。單路發射通道包含十三個單元:發射參考時鐘單元、基帶數據產生單元、上變頻器單元、射頻混頻單元、寬帶本振單元、開閉環轉換單元、調制器單元、多級放大單元、功分器單元、檢波采樣單元、時分同步運算單元、功率調整單元、MIMO接口單元。單路接收通道包含八個單元:接收功率衰減單元、前置增益控制單元、混頻單元、寬帶本振單元、匹配濾波單元、下變頻器單元、接收參考時鐘單元、數據分析單兀。
[0019]通道I校準過程具體步驟按如下進行:
(I)根據終端測試需求，單通道的校準如下，原始PN序列按照調制格式不同經過數字上混頻，產生不同的調制載波信號，如TD-SCDMA信號、TD-LTE信號等等，經過與寬帶本振混頻產生頻率范圍為400MHz - 6000MHz調制信號，發射信號的功率是假設是Ρτχ:
Ptx = Pif+AT+ Δ ΑΤ+Μ公式(I)
上式中Pif指的是中頻輸出的功率，在不改變中頻增益的情況下，一般是固定值，大約為-3dBm ；AT指的發射前端功率調整模塊中程控衰減器的衰減設置值，1dB步進，可控范圍為120dB ；ΔΑΤ為程控衰減器實際衰減值與理論值的差值；Μ為調制器的衰減值，步進為
0.05 dB步進，可控范圍為20dB。ΛΑΤ和M為出廠前的校準值以某一臺機器的數據為例:Λ AT 指的是 10dB、20dB、30dB、40dB、50dB、60dB、70dB、80dB、90dB、100dB、110dB、120dB 指的是程控衰減器與實際的誤差值分別為:-1.277dBm、-l.438dBm、_0.866dBm、_l.713dBm、_l.710dBm、-0.919dBm、-l.740dBm、_l.835dBm、_l.810dBm、_2.452dBm、_l.571dBm、_l.107dBm ;對應的曲線圖如圖2所示。M指的是調制器衰減量分別是-24.177dBm、-23.787dBm、_23.332dBm、-22.802dBm、-22.181dBm,-21.463 dBm,-20.632dBm、_19.673dBm、_18.437dBm、_17.174dBm> 15.692dBm、-13.958 dBm、-11.888dBm、-9.373dBm、-6.376dBm、-3.068dBm、-0.476dBm、
1.575dBm、3.985dBm、5.625,5.934,5.966,6.003 ;對應的線形曲線圖如圖3所示。程控衰減器是大功率步進，調制器是小功率步進，程控衰減器的誤差值對于定的頻點來說是定值。
[0020](2)以發射TD-LTE信號，TSl時隙為例，圖4為TD-LTE —個幀周期內的時隙分布圖。發射出的調制信號一路發射到輸出端口，另一路經過檢波轉化成模擬電壓信號，以TD-LTE幀周期的同步信號上升沿作為觸發信號，按照調制格式不同延遲一定時間，開始采樣時隙內數據，延遲的時間包括通道延遲時間、時隙在幀周期所處的位置、以及一定的保護時隙。
[0021](3)時隙內采集到的數據經過時分同步運算及復合運算，時隙外保持原數據，根據設置不同的發射功率調用不同的出廠數據與時分同步運算后的數據求差，時隙內的差值乘以穩幅系數得到的數據，通過開閉環轉換單元把數字信號轉成模擬電壓加到調制器中，控制調制器不同的衰減量。在時隙內短時間內多次把誤差值加到調制器中，形成負反饋系統達到發射功率輸出穩定的效果，時隙內數據閉環，時隙外開環，可以滿足發射信號的功率準確度在0.2dB以下。圖5為檢波采樣的數據隨時間變化逐步穩定的曲線，圖6為數字穩幅流程圖。
[0022](4)發射出來TD-LTE信號時隙在TS1，頻率2017.4MHz,功率_20dBm，經過前端功分器加到接收機中，混頻到中頻經過下變頻器進行功率分析處理，經過子幀同步信號，設置不同的參考電平由-20dBm, -1OdBm, OdBm, 1dBm, 20dBm, 30dBm讀出各檔衰減器OdB，1dB, 20 dB，30dB，40dB，50dB 與實際的差值 Λ ΑΤ0，Λ AT10, AAT20, Λ AT30, AAT40, Λ AT50 存入工控機中。進行數據處理后加入接收衰減器修正數據中，具體流程圖參見圖7。
[0023](5)分別控制發射TD-LTE信號在不同頻率，起始點400MHz，終止點6000MHz，頻率步進1MHz，發射功率-20dBm，發射TD-LTE信號時隙TS1，通過前端功分器回饋到接收機中把接收測試到差值存到工控機中，反饋到發射機出廠數據進行修正發射機的頻響，發射機頻率整數點靠校準，中間頻率點靠曲線擬合的方式，最大程度的接近實際情況，可以滿足接收機的測試功率準確度在0.5dB以下。頻響校準的具體流程參見圖8。
[0024](6)通道2的單通道校準如通道I 一樣，得到校準數據，通過發射機的數字穩幅環路來校接收機的絕對功率，通過接收機來校準發射機的頻響。
[0025](7)然后把通道I多入多出接口接到通道2的多入多出接口，用通道I的發射接到通道2的接收得到一組校準數據，然后用通道2的發射接入通道I的接收得到一組校準數據，例如:對于同一個頻點的不同功率點，分別設置通道1、通道2發射信號功率P1、P2、P3、-,Pn ;用接收通道I測出發射I的功率為Ρ1+ΛΑ1、Ρ2+ΛΑ2、Ρ3+ΛΑ3、…、Ρη+ΛΑη ；用接收通道I測出發射2的功率為Ρ1+ΛΒ1、Ρ2+ΛΒ2、Ρ3+ΛΒ3、…、Pn+Λ Bn ;用接收通道2測出發射I的功率為P1+AC1、P2+AC2、P3+AC3、…、Pn+Λ Cn ;用接收通道2測出發射2 的功率為 P1+AD1、P2+AD2、P3+AD3、…、Pn+Λ Dn ; ΛΑη、Λ Bn、ACn、ADn 為測試出的功率誤差值，包括線損值和測試誤差值。X近似為線損值，把所有的測試誤差值的絕對值求和最小即N最小，如公式2所示，得出X的確定值。
[0026]N=+++ 公式(2)
通過得到X的確定值，反過來來確定接收通道1、接收通道2的在不同頻點的定標值。利用最小一乘法進行數據優化后的校準數據存入通道I和通道2的發射和接收校準數據中，滿足通道I和通道2的功率之間的功率差值在0.2dB以下，滿足通道之間功率測試一致性的要求。
【權利要求】
1.一種多模多頻多通道系統的功率自校準裝置，其特征在于:包括二路接收通道分別為RX1，RX2，二路發射通道分別為TX1，TX2 ;單路發射通道包含十三個單元:發射參考時鐘單元、基帶數據產生單元、上變頻器單元、射頻混頻單元、寬帶本振單元、開閉環轉換單元、調制器單元、多級放大單元、功分器單元、檢波采樣單元、時分同步運算單元、功率調整單元、MIMO接口單元；單路接收通道包含八個單元:接收功率衰減單元、前置增益控制單元、混頻單元、寬帶本振單元、匹配濾波單元、下變頻器單元、接收參考時鐘單元、數據分析單J Li ο
2.一種基于權利要求1所述多模多頻多通道系統的功率自校準裝置的校準方法，其特征在于:發射通道內部包含一個時分同步運算單元，用于把檢波采樣的數字信號，時隙內多次平均及復合運算，時隙外保持原數據，根據設置不同的發射功率調用不同的出廠數據與時分同步運算后的數據求差，求差后的數據再乘以穩幅系數，送給開閉環轉換單元，通過DA轉換器把數據轉換成模擬電壓來控制調制器的不同衰減，在下一時隙，進行進行同樣的操作，采用無限逼近、負反饋的形式，采樣的數據最終達到動態恒定值，滿足發射通道信號的功率準確度優于0.2dB。
3.一種基于權利要求1所述多模多頻多通道系統的功率自校準裝置的校準方法，其特征在于:發射通道利用查表的方式對輸出信號功率進行控制，主要是查調制器校準表，衰減器校準表，衰減器誤差校準表，通過發射通道對接收通道的衰減器及中頻增益等進行校準，同時反過來利用接收機的性能來校準發射機的功率平坦度，滿足接收通道的測試功率準確度優于0.5dB。
4.一種基于權利要求1所述多模多頻多通道系統的功率自校準裝置的校準方法，其特征在于:系統內有兩個獨立的發射通道和接收通道進行互測試，測量的結果進行數學分析、利用最小一乘法求出最佳差值來逼近真實值，把得到的校準數據存入通道I和通道2的發射和接收校準數據中，滿足通道I和通道2的功率差值在0.2dB以下，滿足功率測試一致性的要求。
【文檔編號】H04B17/11GK104301047SQ201410571753
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】楊政, 凌云志, 鐵奎, 張煜 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所