CN100533157C - 电压驻波比测量设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于OFDM信号，特别是CDMA信号的VSWR测量设备(1)，包括射频开关(3)、用于将来自RF(射频)开关的信号转换到数字基带中的单元(4)、用于从多个OFDM/CDMA信号中提取导频信号的装置(6)、定时单元(5)和与所述提取装置相关联的码生成器(7)、控制器(8)。

Description

电压驻波比测量设备
技术领域
本发明涉及采用正交频分复用(OFDM)并且特别是码分多址(CDMA)的无线通信网络。更特别地，本发明涉及用于天线网(antennanetwork)的VSWR(电压驻波比)测量设备，其中可以将天线网集成到用于这种采用OFDM并且特别是采用CDMA的通信网络的基站中。
背景技术
诸如UMTS(通用移动通信系统)之类的无线通信系统的运营商通常必须管理成千上万的基站。必须实现最大程度的自动监控，以便能够以合理的成本良好的质量来运营网络。
不同的方法被用于监控天线及其连接电缆/馈线。最重要的一种方法是VSWR监控。采用这种本领域的普通技术人员基本已知的方法，测量向天线传播的信号(即前向信号)的功率Pfwd和从天线返回的相同信号(即反向信号)的功率Prev。对比值VSWR＝(1+Prev/Pfwd)/(1-Prev/Pfwd)进行监测，其中超过某个界限的突变或者缓慢变化表明在测量点和辐射点之间某处或者在测量点和辐射点处发生了故障。
执行用于GSM系统的VSWR测量是一种标准技术。因为通过空间的GSM发射是以恒定的发射功率在时隙中执行的，因此可以在时隙的第一部分中测量发向天线的前向信号，并在同一时隙的第二部分中测量相应的反向信号。
将这种VSWR测量设备用于诸如UMTS系统之类的CDMA系统所表现出不令人满意的结果。主要原因是，在UMTS的情况下，发射功率不是恒定的而是取决于要服务的用户设备(UE)的数目。因此将由基站服务的用户设备的数目改变会改变VSWR比，并且因此引起VSWR测量的失真。
发明内容
本发明的一个目的是提供适用于采用CDMA的通信系统的VSWR测量设备和相应的方法。
独立权利要求的特征解决了该目的和其他的目的。从属权利要求的特征描述了本发明的另外的实施例。应该着重注意，不应该将权利要求中的任何参考标号解释为对本发明范围的限制。
根据本发明的VSWR测量设备包括射频(RF)开关和用于将从RF开关收到的信号转换到数字基带中的单元。将数字化的CDMA信号馈入用于从CDMA信号中提取导频信号的装置。而且，该设备包括定时单元、与所述提取装置相关联的码生成器以及控制器。
根据本发明的方法用于测量CDMA信号的VSWR比，并且包括以下步骤：
a)将前向CDMA信号转换到数字基带中；
b)从CDMA信号中提取导频信号；
c)测量导频信号的信号强度；
d)对相应的反向CDMA信号重复步骤a)、b)和c)。
本发明基于这样的想法，即应该只使用导频信号来执行用于CDMA系统的VSWR测量，原因是导频信号是以恒定的发射功率发射的。由于VSWR测量中的前向CDMA信号包括多个UE信号和导频信号，因此VSWR测量设备必须具有用于提取导频信号的装置。这确保所测量的功率Pfwd只源于导频信号。相应地，将相同的方法用于反向信号，其中只将从UE信号中分离出的导频信号用于测量反向信号的功率Prev。
因此，VSWR测量设备包括上述提取装置并且适用于天线网，该天线网可以是基站的一部分。
该VSWR测量设备适用于CDMA信号，并且具有提供较高精确度的VSWR测量值的优点。
如果将VSWR测量设备集成到作为基站一部分的天线网中，该VSWR测量设备将提供另外的优点，即有助于在发射机与天线网之间进行电缆布线。更为具体地，该VSWR测量设备有助于确保这些组件间的电缆布线已经正确完成。基站可以具有连接到多个天线网的多个发射机。重要的是保证正确地进行电缆布线，即将天线网的正确输入端口连接到正确的发射机。使用VSWR测量设备可以自动地监测将哪个发射机连接到了天线网的哪个输入/输出端口。作为结果，避免了电缆布线错误。
该VSWR测量设备的另一个优点是能够测量从天线网到天线或到TMA(塔顶放大器)的馈线电缆的衰减。这能简化安装过程并且使其更加可靠。该VSWR测量设备的再一个优点是能够实现这样一种测量，即当VSWR比失真时能够对馈线电缆中的反射点进行定位。
根据下文描述的实施例，并参考这些实施例进行阐述，本发明的这些方面和其他方面将变得明显。应当注意，使用参考标号不应理解为对本发明范围进行限制。
附图说明
图1示出了具有VSWR测量设备的基站的框图；
图2示出了作为VSWR测量设备的一部分的测量单元的框图。
具体实施方式
图1示出了具有VSWR测量设备1的基站10的框图。基站10具有用于生成射频(RF)CDMA信号的功率生成单元(未示出)。通过发射链11将该RF信号耦合到天线网2中。
天线网2将CDMA信号耦合到与VSWR测量设备1相连的双工器13中。为了清楚起见，没有示出Rx路径。VSWR天线网2的输入/输出端口16通过馈线14连接到天线15。
VSWR测量设备1包括传统的定向耦合器12和测量单元17。定向耦合器12的目的包括向测量单元17提供输入信号。该定向耦合器12在端口18上输出前向信号而在端口19上输出反向信号。
测量单元17的输入信号包括多个UE信号，其数目在VSWR测量中可以改变。测量单元17的输入信号还包括传送给用户设备的以恒定发射功率发射的导频信号。
测量单元17从输入信号中提取导频信号，并且用该导频信号来确定前向功率和反向功率，下文将对其进行更详细的解释。
图2更详细地示出了测量单元17的框图。其具有连接到RF开关3的两个输入端口18和19。如图1所示，将输入端口18和19连接到定向耦合器12。
RF开关3根据测量目的允许输入前向信号或者反向信号。在第一循环中，只输入前向信号以测量导频信号的前向功率Pfwd。接着使用RF开关使得只输入反向信号以测量导频信号的反向功率Prev。由控制器8控制RF开关3的定时。
由转换器4将RF开关3的输出转换成数字基带信号I和Q。转换器4具有一个WCDMA(宽带码分多址)载波的带宽，其中由控制器8选择载波频率。以一倍或者两倍的WCDMA码片速率执行采样。
转换器4可以包括用PLL(锁相环)和VCO(压控振荡器)实现的本地振荡器、增益可变的放大器、I/Q转换器、2个A/D转换器以及2个FIR(有限冲激响应)滤波器。
将已转换的信号馈入提取装置6，其在OFDM信号的情况下可以是FFT(快速傅里叶变换)解调器。在用于实现UMTS服务的CDMA系统中，可以使用相关器或者解调器。提取装置6从UE信号中分离出导频信号。为了进行这种分离，转换器4不仅接收已转换的信号，还从码生成器7接收SCH(同步信道)码或者CPICH(公共导频信道)码。提取装置6将已转换的信号与所生成的码匹配。如果该码与该信号匹配，则提取装置6的输出是导频信号的前向功率或者反向功率。
将时钟和定时单元5连接到码生成器7，并且时钟和定时单元5产生具有适当定时的码所需的必要定时信号。而且，将时钟和定时单元5连接到转换器4用于转换过程的正确同步和定时。
时钟和定时单元5可以使用接近码片时钟但没有锁定于Tx时钟的稳定的参考时钟。在这种情况下，需要不时地重新定时。在替代性的方案中，使用锁定于码片时钟的时钟。在后一种情况下，只有初始同步是必需的。
为获得时间同步，优选地使用SCH码。通过使用某些NodeB(节点B)的参考时钟或者通过使用SCH码，可以实现将时钟锁定于码片时钟以恢复发射时钟。这由图1中的时钟9与测量单元17之间的虚线示出。最高效的实现方式是在发射链11与VSWR测量设备1之间共享时钟信号。
时钟和定时单元5的实现可以通过使用VCXO(压控晶体振荡器)和FPGA的PLL来实现。在这种情况下，FPGA还可以包含码生成器7和提取装置6。
将提取装置6的输出馈入控制器8。控制器8计算提取装置6输出的功率(Pfwd或Prev)，并且执行滤波。而且，如果需要，控制器可以执行对输出的处理。例如，其可以相干地增加几个符号以提高信噪比(signal-to-noise-ratio)。
VSWR测量设备1的优点是其只测量前向信号和反向信号，并且高效地抑制了源自其他源的信号的影响。原因是提取装置通过CPICH码只提取导频信号。外部信号与CPICH码不匹配，从而不对测量值产生影响。因此，VSWR测量设备1以最高的精确度运行。
以下述方式使用VSWR测量单元1：
在第一步骤中，将转换器4的增益调整为从数字信号I和Q获得令人满意的信号电平。
在第二步骤中，必须发现前向信号。这在SCH(同步信道)上完成：在期望的时间窗口上缓慢地扫描从码生成器7到RF开关3的信号的定时。将具有可接受的信干比(signal-to-interference-ratio)的最大信号作为时间参考。
在第三步骤中，由提取装置6搜索导频信号。为了该目的，根据传统的UMTS移动站的表现，通过搜索包含在SCH中的码组，完成时间和码的检测。该过程对于本领域的普通技术人员是已知的，并且在3GPP(第三代合作方案)文献3GPP TS 25.214第4.1节和第4.2节中进行了规定。
如果控制器已知CPICH码或者可能的CPICH码的列表，则可以简化对时间和CPICH码的检测。在这种情况下，控制器适合于对每个码进行尝试以发现信号。所得结果是反向信号或者前向信号的CPICH码。另外，在发射分集的情况下，还检测信号是第一发射信号还是第二发射信号。
如果发射链11和VSWR测量设备1共享同一时钟9，则可以按强制(brute force)方式实现CPICH码的检测。为了减少搜索工作量，应该向控制器8提供可能的CPICH码的列表。
使用所检测的CPICH码，可以提取前向CDMA信号的导频信号。提取装置的输出得到该信号的功率Pfwd。
在下一步骤中，将RF开关3切换到相反方向，因此RF开关3只允许输入反向信号。因为用于前向信号的CPICH码与用于反向信号的CPICH码相同，所以不需要对反向信号进行时间和CPICH码的检测。使用所检测的CPICH码，缓慢地扫描反向路径，从而以相同的方式测量反向功率Prev。反向功率是整个扫描的总和。因此交替地测量Pfwd和Prev，并且按本公开文件的“背景技术”部分所述的方式计算VSWR。
如果将VSWR测量设备集成到作为基站一部分的天线网中，则该VSWR测量设备可提供自动检测将哪个发射机连接到天线网的哪个输入/输出端口的可能性。这种可能性存在的原因是CPICH码对于每个天线都不相同。由VSWR测量设备测量的、借助于某个CPICH码获得的前向功率属于与该CPICH码相关联的发射机。将该测量值传给基站中的中央单元以检查正确配置。
如上所述，该VSWR测量设备能够测量从天线网到天线或者到TMA(塔上安装的放大器)的馈线电缆的衰减。为了该目的，将(前向)CDMA信号发送给TMA，并且检测相应的反向信号。如上所述地测量导频信号的前向功率Pfwd和反向功率Prev。现在存在两种可能：
如果馈线电缆是与TMA分离的，则可以将回波损耗(Pfwd-Prev)假设为单程电缆损耗。可以通过使分离的电缆末端短路而完成验证。
如果电缆是连接到TMA的，则通常可以通过突出两种特征数据之间的差异的反向剖析(profiling)来发现TMA：一种特征数据的TMA是加电的，一种特征数据的TMA是未加电的-两种情况下TMA的匹配不同。如果已知电缆特性，则可以使用电缆的传播延迟计算长度并使用每米的电缆衰减连同已计算的长度一起计算衰减。
如上所述，该VSWR测量设备在VSWR比失真时还能够测量反射点位于馈线电缆中何处。
在重要VSWR的情况下，故障定位使用剖析功能(profiling function)来实现。将完整的特征数据呈现给用户，或者只示出最重要的峰值。如果已知电缆特性，则可以将时间值转换为距离。

Claims (8)

1.一种用于CDMA信号的电压驻波比测量设备(1)，所述设备包括：
a)射频开关(3)；
b)用于将来自所述射频开关的CDMA信号转换到数字基带中的单元(4)；
c)用于从同步信道上发现的CDMA信号中提取导频信号并且用于输出所述导频信号的前向功率和反向功率的装置(6)，其中所述装置(6)使用同步信道码或公共导频信道码来提取导频信号，并且其中所述同步信道码或所述公共导频信道码与所述CDMA信号相关；
d)时钟和定时单元(5)和码生成器(7)，所述码生成器(7)与所述装置相关联，其中所述码生成器(7)提供所述同步信道码和/或所述公共导频信道码，其中所述时钟和定时单元(5)提供用于所述码生成器生成具有适当定时的同步信道码和/或公共导频信道码所需的定时信号；
e)控制器(8)，其用于控制RF开关的定时。
2.根据权利要求1所述的电压驻波比测量设备，其特征在于：
所述装置(6)是相关器或者解调器。
3.根据权利要求1所述的电压驻波比测量设备，其特征在于：
所述码生成器(7)根据UMTS标准生成同步信道码以及/或者公共导频信道码。
4.根据权利要求1所述的电压驻波比测量设备，其特征在于：
所述时钟和定时单元包括使用压控晶体振荡器和现场可编程门阵列的锁相环。
5.一种天线网，其特征在于：
其包括根据权利要求1到4中的任意一项所述的电压驻波比测量设备。
6.一种基站，其特征在于：
其包括根据权利要求1到4中的任意一项所述的电压驻波比测量设备或者根据权利要求5所述的天线网。
7.根据权利要求6所述的基站，其特征在于：
其包括时钟，所述时钟传送信号给发射链与时钟和定时单元。
8.一种用于测量CDMA信号的电压驻波比的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将CDMA信号转换到数字基带中；
b)通过使用同步信道码或公共导频信道码从同步信道上发现的CDMA信号中提取导频信号，其中所述同步信道码或所述公共导频信道码与所述同步信道上的所述CDMA信号相关；
c)测量所述导频信号的信号强度；
其中所述CDMA信号是前向CDMA信号，其中进一步针对对应的反向CDMA信号重复步骤a)、b)和c)。
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