CN101068431A - 一种射频校准的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种射频校准的方法：采集射频模拟电路的原始样点；根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定曲线拟合方法；根据曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；根据曲线模型函数表达式，生成射频校准表。同时还公开了一种射频校准的装置，包括原始样点获取单元、曲线拟合方法判断单元、模型函数计算单元和校准表生成单元。通过本发明有效地提高了射频校准曲线拟合的精度，保证了射频校准的准确性和可靠性，从而更好地满足了系统对模拟器件参数的精度要求。
Description
技术领域
本发明主要涉及移动通信领域，尤其涉及一种射频校准的方法及装置。
背景技术
在电子电路系统中，尤其是在射频电路中，存在着大量的模拟器件。众所周知，模拟器件具有很大的器件离散性，对于通信系统来说，终端内的模拟器件也具有较大的器件离散性，因此，为了保证每台终端的射频指标都能满足行业标准的要求，保证终端和网络的性能，就必须对每台终端都进行射频校准。在射频校准过程中，最为重要的就是选择适当的射频校准曲线拟合方法，因为它将直接影响射频校准的准确度，进而影响整个系统增益的准确度。
在各种射频校准曲线拟合算法中，业界普遍采用的主要有两种：线性曲线拟合方法和非线性曲线拟合方法。对于不同类型的模拟器件，其校准曲线的特性是不同的。在现有的射频校准曲线拟合方案中，射频校准单元通过对模拟器件参数特性进行采样获得原始采样数据，然后根据原始采样数据进行曲线拟合得出系统要求的控制信号与输出数据之间的关系，但是，现有方案对于同一种模拟器件单一地采用相同的曲线拟合方法，并没有考虑同一种模拟器件在不同模拟电路中，由于其所承载的电流、电压的不同以及温度、湿度等工作环境的不同将造成同一种模拟器件在特性上的差异。因此，这势必会造成曲线拟合的不准确，从而造成射频校准精度的降低，最终影响整个系统的各方面性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种射频校准的方法及装置，该方法及装置有效地提高射频校准曲线拟合的精度，保证射频校准的准确性和可靠性，从而更好地符合系统对模拟器件参数的精度要求。
本发明提供了一种射频校准的方法，包括以下步骤：
A.采集射频模拟电路的原始样点；
B.根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定曲线拟合方法；
C.根据曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；
D.根据曲线模型函数表达式，生成射频校准表。
该方法所述原始样点为控制信号和受控信号，控制信号包括控制电压、控制字，受控信号包括终端发射功率、接收功率。
该方法所述步骤A进一步包括对原始样点进行数据归一化，当控制信号值与受控信号值的绝对值的比值相差超过预定值时，对控制信号值和/或受控信号值进行数据归一化。
该方法所述曲线拟合方法包括：多项式拟合法、对数函数拟合法和曲线分段拟合法。
该方法所述多项式拟合法：构建多项式函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
该方法所述对数函数拟合法：构建对数函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
该方法所述曲线分段拟合：根据原始样点的分布情况，将所述控制曲线分成多段，根据每段控制曲线的特性选择多项式拟合法或对数函数拟合法进行曲线拟合。
该方法所述系统的精度要求包括：系统要求的误差范围和曲线模型函数表达式的系数的误差范围。
本发明还提供了一种射频校准的装置，包括：
原始样点获取单元，用于采集射频模拟电路的原始样点；
曲线拟合方法判断单元，用于根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定曲线拟合方法；
模型函数计算单元，用于根据曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；
校准表生成单元，用于根据曲线模型函数表达式，生成射频校准表。
该装置中，所述原始样点为控制信号和受控信号，控制信号包括控制电压、控制字，受控信号包括终端发射功率、接收功率。
该装置中所述原始样点获取单元还用于对原始样点进行数据归一化，当控制信号值与受控信号值的绝对值的比值相差超过预定值时，对控制信号值和/或受控信号值进行数据归一化。
该装置中所述曲线拟合方法判断单元确定的曲线拟合方法包括：多项式拟合法、对数函数拟合法和曲线分段拟合法。
该装置中，所述多项式拟合法：构建多项式函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
该装置中，所述对数函数拟合法：构建对数函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
该装置中，所述曲线分段拟合：根据原始样点的分布情况，将所述控制曲线分成多段，根据每段控制曲线的特性选择多项式拟合法或对数函数拟合法进行曲线拟合。
该装置中所述系统的精度要求包括：系统要求的误差范围和曲线模型函数表达式的系数的误差范围。
本发明所述的射频校准的方法和装置，不但克服了现有技术中对不同模拟电路中的同一种模拟器件单一地采用相同的曲线拟合方法的缺点，而且实现了根据原始样点分布情况以及系统对模拟器件精度的要求，自动选取最优的曲线拟合方法，生成射频校准表，从而有效地提高了射频校准的准确性和校准曲线的精度，进而大大提高了系统中模拟器件的工作性能。
附图说明
图1为本发明中射频校准装置的结构框图；
图2为本发明中射频校准方法的流程图；
图3为采用多项式拟合方法的一阶、二阶、三阶曲线示意图；
图4为采用对数函数拟合方法的三阶、四阶曲线示意图；
图5为本发明具体实施例中以终端的发射功率校准为例的射频校准方法的流程图。
具体实施方式
本发明所述的射频校准的方法和装置，根据测试模拟器件所得原始采样点的分布特点，选择一种最合适的曲线拟合方法，计算出曲线的模型函数，生成射频校准表，即系统要求的理想输出信号与其所对应的控制信号组成的列表。
图1为本发明中射频校准装置的结构框图，图中包括原始样点获取单元101、曲线拟合方法判断单元102、模型函数计算单元103和校准表生成单元104。其中，
原始样点获取单元101，用于采集射频模拟电路的原始样点，如电路中的控制信号和受控信号，控制信号包括电压，控制字等，受控信号包括终端发射功率，接收功率等；原始样点采集完成后，将被保存，以便做进一步的数据处理。
数据处理包括对原始样点进行数据归一化，即当控制信号值与受控信号值的绝对值的比值相差超过预定值时，将对控制信号值或者受控信号值进行数据归一化，或者同时对控制信号值和受控信号值进行数据归一化。数据归一化将控制信号值与受控信号值的绝对值的比值控制在预定范围内。
曲线拟合方法判断单元102，用于根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定模拟器件控制曲线的曲线拟合方法。
具体来说，根据原始样点形成的控制曲线，选择合适的曲线来尽可能地与该控制曲线完全拟合，如果不能完全拟合，也要尽可能地与该控制曲线拟合，由于拟合曲线与原始样点形成的控制曲线的拟合程度将直接体现模拟器件是否满足系统精度要求，因此，选择合适的拟合曲线来尽可能地与该控制曲线完全拟合，目的是为了满足系统对模拟器件精度的要求。例如，理想输出校准表的精度为1dB，则所选择的曲线拟合方法，必须将对原始样点的拟合程度控制在1dB范围内。
曲线拟合方法包括多项式拟合法、对数函数拟合法、曲线分段拟合法。
模型函数计算单元103，用于根据曲线拟合方法判断单元102确定的曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；
该过程包括：模型函数计算单元103根据确定的曲线拟合方法，如果确定为多项式拟合法，则结合原始样点，使用最小二乘法计算出曲线模型函数表达式；如果确定为分段拟合法，则结合原始样点，分别计算出多个曲线模型函数表达式，将这些函数表达式进行组合，从而实现对原始样点地非线性曲线拟合。
另外，需要注意的是，如果计算得到的曲线模型函数表达式的系数小于σ，则认为这种曲线拟合方法不精确，需要在满足系统对曲线拟合精度的前提下，重新选择曲线拟合方法，直到满足系统的精度要求。其中，σ表示计算曲线模型函数表达式的系数的误差参考值。
校准表生成单元104，用于通过模型函数计算单元103得出的曲线模型函数表达式，计算出系统要求的理想输出信号所对应的控制信号的值，生成模拟器件能够正常工作的射频校准表。例如，将终端的发射功率作为输出信号代入曲线模型函数表达式，计算出与该输出信号对应的控制信号的控制电压。
由于不同系统对理想输出信号的要求不同，因此，可以针对不同的系统选取合适的输出信号，计算出与该输出信号对应的控制信号的值，从而生成符合该系统精度要求的射频校准表。
图2为本发明中射频校准方法的流程图，实施步骤具体如下：
步骤201，采集射频模拟电路中的原始样点，如电路中的控制信号和受控信号，控制信号包括电压，控制字等，受控信号包括终端发射功率，接收功率等；原始样点采集完成后，将被保存，以便做进一步的数据处理。
数据处理包括对原始样点进行数据归一化，即当控制信号值与受控信号值的绝对值的比值相差超过预定值时，将对控制信号值或者受控信号值进行数据归一化，或者同时对控制信号值和受控信号值进行数据归一化。数据归一化将控制信号值与受控信号值的绝对值的比值控制在预定范围内。
步骤202，根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定模拟器件控制曲线的曲线拟合方法。
具体来说，根据原始样点形成的控制曲线，选择合适的曲线来尽可能地与该控制曲线完全拟合，如果不能完全拟合，也要尽可能地与该控制曲线拟合，由于拟合曲线与原始样点形成的控制曲线的拟合程度将直接体现模拟器件是否满足系统精度要求，因此，选择合适的拟合曲线来尽可能地与该控制曲线完全拟合，目的是为了满足系统对模拟器件精度的要求。例如，理想输出校准表的精度为1dB，则所选择的曲线拟合方法，必须将对原始样点形成的控制曲线的拟合程度控制在1dB范围内。
曲线拟合方法包括多项式拟合法、对数函数拟合法和曲线分段拟合法，对于确定的曲线拟合方法，必须能够满足系统要求的曲线拟合精度指标，三种曲线拟合方法说明如下：
一、多项式拟合法：
本方法采用数学中的最小二乘法来进行计算，确定表示拟合曲线的多项式的系数，图3为采用多项式拟合方法的一阶、二阶、三阶曲线示意图，图3中，横坐标表示终端发射功率，单位为dBm，纵坐标为辅助模拟数字转换器(DAC，Digital to Analog Converter)输出值。
为了避免最小二乘法拟合时，求解病态矩阵，产生大的条件数，在控制信号和输出信号中，如果其中一组信号数据远大于另外一组信号数据，那么就先对相对较大的一组信号数据进行数据归一化，再对经过数据归一化的信号数据进行曲线拟合。前述病态矩阵和条件数是病态数学中的两个常见术语。所述病态矩阵为：在求解方程组时，对数据的微小变化非常敏感的系数矩阵。所述条件数是用来衡量病态矩阵的病态程度，条件数越大病态越严重。
二、对数函数拟合法
通过对原始样点形成的控制曲线进行观察，如果控制曲线的形状与对数曲线类似，则构建对数函数，对该控制曲线进行拟合，拟合方法同多项式拟合方法一致。需要注意的是，高阶对数曲线拟合存在拐点问题，以终端发射功率校准曲线拟合为例并结合图4说明如下：
图4为采用对数函数拟合方法的三阶、四阶曲线示意图，图4中，横坐标表示终端发射功率，单位为dBm，纵坐标为辅助DAC输出值。其中箭头所指的地方为四阶曲线的拐点。
采用对数函数进行曲线拟合，得出的曲线模型函数表达式的系数虽然可以满足运算精度，同时其输出数据的误差范围随着所得曲线模型函数的阶数的增加，其残余误差的精度能够满足曲线拟合的要求，但是从图4中采用对数函数拟合方法的四阶曲线示意图可以看出，箭头所指之处为整段曲线中不单调变化的一段曲线，该段曲线将直接影响曲线拟合的精度，因此，在选用高阶对数函数进行曲线拟合时，一定要注意避开曲线的拐点。
三、曲线分段拟合法
该方法根据原始样点的分布情况，将所有原始样点分成多个部分，每一部分对应一段控制曲线，根据每段控制曲线的特性选择最优的曲线拟合方法，例如，某段曲线特性表明采用对数函数拟合法，将能够最大限度地减小曲线拟合误差，则采用对数函数拟合法对该段曲线进行拟合。
因此，分段曲线拟合法根据原始样点形成的控制曲线，有目的地选择多项式拟合法或对数函数拟合法对原始样点进行曲线拟合，从而能够最大限度地减小曲线拟合的误差，进而满足系统的精度要求。
步骤203，根据步骤202确定的曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；
该过程包括：根据确定的曲线拟合方法，如果确定为多项式拟合法，则结合原始样点，使用最小二乘法计算出曲线模型函数表达式；如果确定为分段拟合法，则结合原始样点，分别计算出多个曲线模型函数表达式，将这些函数表达式进行组合，从而实现对原始样点的非线性曲线拟合。
另外，需要注意的是，如果计算得到的曲线模型函数表达式的系数远小于σ，则认为这种曲线拟合方法不精确，需要在满足系统对曲线拟合精度的前提下，重新选择曲线拟合方法，直到满足系统的精度要求。其中，σ表示计算曲线模型函数表达式的系数的误差参考值。
步骤204，根据步骤203得到的曲线模型函数表达式，计算出系统要求的理想输出信号所对应的控制信号的值，生成模拟器件能够正常工作的射频校准表。例如，将终端发射功率作为输出信号代入曲线模型函数表达式，计算出与该输出信号对应的控制信号的控制电压。
由于不同系统对理想输出信号的要求不同，因此，可以针对不同的系统选取合适的输出信号，计算出与该输出信号对应的控制信号的值，从而生成符合该系统精度要求的射频校准表。
提高射频校准曲线拟合精度可以采用很多种具体实现方法，如下提供一种提高射频校准曲线拟合精度的实现方法。
图5为本发明具体实施例中以终端的发射功率校准为例的射频校准方法的流程图。具体步骤如下：
步骤501，终端进入校准工作模式后，原始样点采集单元对终端的发射功率和控制信号进行数据采集，数据采集完毕后，发射功率和控制信号两组数据将被保存，以便做进一步的数据处理。
步骤502至509，曲线拟合判断单元根据原始样点进行曲线拟合方法的选择判断，过程如下：
步骤502，采用三阶多项式拟合法对原始采样点进行曲线拟合。
步骤503，判断|Yr-Yi|是否小于或等于ε，如果|Yr-Yi|≤ε，则进入步骤504；否则，进入步骤505。
步骤504，判断|ai|是否大于σ，如果|ai|＞σ，则确定选择三阶多项式拟合法对原始采样点进行拟合，进入步骤510；否则，进入步骤505。
步骤505，采用三阶对数函数拟合法对原始采样点进行曲线拟合。
步骤506，判断|Yr-Yi|是否小于或等于ε，如果|Yr-Yi|≤ε，则进入步骤507；否则，进入步骤508。
步骤507，判断|ai|是否大于σ，如果|ai|＞σ，则确定选择三阶对数函数拟合法对原始采样点进行拟合，进入步骤510；否则，进入步骤508。
步骤508，采用分段拟合法对原始采样点进行曲线拟合。
步骤509，判断|Yr-Yi|是否小于或等于ε，并且|ai|是否大于σ，如果|Yr-Yi|≤ε且|ai|＞σ，则确定选择分段拟合法对原始采样点进行拟合，进入步骤510；否则，返回步骤508，采用分段拟合法重新对原始采样点进行曲线拟合。
上述步骤中，Yr表示曲线拟合的输出结果；Yi表示理想的输出信号；ai表示多项式系数，其中i＝1，2，…n；ε表示系统要求的误差；σ表示计算多项式系数的误差参考值，当系数|ai|均大于σ时，能够将各个系数的绝对值之间的比值控制在预定范围内，保证曲线拟合的输出变量在输入变量即终端的发射功率有微小的变化时，不会产生很大的数值变化，从而能够更好满足系统曲线拟合精度指标。
步骤510，根据确定的曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式，该原始样点为(13.571，30720)、(18.084，30856)、(21.932，30992)、(24.996，31128)、(26.691，31264)。采用曲线拟合方法在不同阶数下计算得出的曲线模型函数表达式的特性如下：
(1)多项式拟合法
该方法采用的曲线模型函数表达式如下：
f(x)＝a1xn+a2xn-1+…an+1。
其中，f(x)为曲线拟合的输出变量，即辅助DAC的数值，x为终端的发射功率。下述第一列表为采用多项式拟合法计算得到的曲线模型函数表达式的系数列表。
| 阶数 | a1 | a2 | a3 | a4 | a5 |
| 2 | 0.006019 | -0.06166 | -1.427 | 0 | 0 |
| 3 | 0.0007771 | -0.03972 | 0.8032 | -6.649 | 0 |
| 4 | 0.0001655 | -0.01242 | 0.3463 | -4.088 | 15.94 |
(2)对数函数拟合法
该方法采用的曲线模型函数表达式如下：
lg[f(x)]＝a1[lg(x)]n+a2[lg(x)]n-1+…an+1
其中，lgf(x)中的f(x)为曲线拟合的输出变量，即辅助DAC的数值，lg(x)为终端的发射功率的对数表示。下述第二列表为采用对数函数拟合法计算得到的曲线模型函数表达式的系数列表。
| 阶数 | a1 | a2 | a3 | a4 | a5 |
| 2 | 0.056684 | -0.12079 | 4.5518 | 0 | 0 |
| 3 | 0.0007771 | -1.0564 | 1.2816 | 3.9658 | 0 |
| 4 | 3.7308 | -18.795 | 35.46 | -29.671 | 13.774 |
从上述两表可以看出，当阶数为4时，采用多项式拟合法得出的系数仍然会出现远小于1的数，如第一列表中的a1＝0.0001655，而采用对数拟合法得出的系数却没有出现远小于1的数，如第二列表中的a1＝3.7308；另外，采用对数拟合法得出的各个系数的绝对值的比值比采用多项式拟合法得出的系数的绝对值的比值要小很多，例如，第一列表中的a5/a1＝15.94/0.0001655＝96314.2；而第二列表中的a5/a1＝13.774/3.7308＝3.7，由于当系数的绝对值的比值很大时，曲线拟合的输出变量在输入变量即终端的发射功率有微小的变化时，将产生很大的数值变化，这种情况将严重影响曲线拟合的精度，甚至造成曲线拟合的失败，因此，采用对数拟合法比采用多项式拟合法得到的系数更为精确，从而能够更好满足系统曲线拟合精度指标。
步骤511，根据计算出曲线模型函数表达式，将系统要求的理想终端发射功率的值代入函数表达式中，计算出与理想终端发射功率的值相对应的控制信号的值，从而生成模拟器件能够正常工作的射频校准表。
上述实施例仅是用于对本发明进行说明的并不是用来对限定本发明，对于本领域的普通技术人员来说，在理解本发明所揭露的技术之后，在不脱离本发明的思想范围之外的各种更改都是属于本发明所保护的范围。
Claims (12)
1.一种射频校准的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.采集射频模拟电路的原始样点；
B.根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定曲线拟合方法；
C.根据曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；
D.根据曲线模型函数表达式，生成射频校准表。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原始样点为控制信号和受控信号，控制信号包括控制电压、控制字，受控信号包括终端发射功率、接收功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤A进一步包括对原始样点进行数据归一化，当控制信号值与受控信号值的绝对值的比值相差超过预定值时，对控制信号值和/或受控信号值进行数据归一化。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曲线拟合方法包括：多项式拟合法、对数函数拟合法和曲线分段拟合法。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述多项式拟合法：构建多项式函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
所述对数函数拟合法：构建对数函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
所述曲线分段拟合：根据原始样点的分布情况，将所述控制曲线分成多段，根据每段控制曲线的特性选择多项式拟合法或对数函数拟合法进行曲线拟合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述系统的精度要求包括：系统要求的误差范围和曲线模型函数表达式的系数的误差范围。
7.一种射频校准的装置，其特征在于，包括：
原始样点获取单元，用于采集射频模拟电路的原始样点；
曲线拟合方法判断单元，用于根据原始样点形成的控制曲线和系统的精度要求，确定曲线拟合方法；
模型函数计算单元，用于根据曲线拟合方法和原始样点计算出曲线模型函数表达式；
校准表生成单元，用于根据曲线模型函数表达式，生成射频校准表。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述原始样点为控制信号和受控信号，控制信号包括控制电压、控制字，受控信号包括终端发射功率、接收功率。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述原始样点获取单元还用于对原始样点进行数据归一化，当控制信号值与受控信号值的绝对值的比值相差超过预定值时，对控制信号值和/或受控信号值进行数据归一化。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述曲线拟合方法判断单元确定的曲线拟合方法包括：多项式拟合法、对数函数拟合法和曲线分段拟合法。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述多项式拟合法：构建多项式函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
所述对数函数拟合法：构建对数函数，对原始样点形成的控制曲线进行拟合；
所述曲线分段拟合：根据原始样点的分布情况，将所述控制曲线分成多段，根据每段控制曲线的特性选择多项式拟合法或对数函数拟合法进行曲线拟合。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述系统的精度要求包括：系统要求的误差范围和曲线模型函数表达式的系数的误差范围。
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