CN101094487A

CN101094487A - Wcdma信号边界频率检测方法和系统

Info

Publication number: CN101094487A
Application number: CNA2007100939221A
Authority: CN
Inventors: 马如涛; 蒋荟林; 罗石惠
Original assignee: Wavicle Wireless Communication Technology (shanghai) Co Ltd
Current assignee: Wavicle Wireless Communication Technology (shanghai) Co Ltd
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2007-12-26

Abstract

本发明公开了一种WCDMA信号边界频率检测方法和系统，所述方法包括：以固定步长的方式在WCDMA信号的全频率范围内进行扫描获得近似边界频率值；然后在所述近似边界频率值的基础上以变步长的方式对WCDMA信号进行扫描，获取所需精度的边界频率值。从而在保证检测精度的情况下，提高了对WCDMA移动通信系统中多载波信号边界频率的检测速度，并有效改善了WCDMA系统中前馈线性功率放大器的效率与线性度。所述系统包括：锁相环、数控衰减器、混频器、中频信号检测器、模数转换器和微控制器单元，其中主要由所述微控制器单元控制完成边界频率的全频率范围扫描和边界扫描过程；其他设备则主要用于联合实现对WCDMA信号功率大小的检测。

Description

WCDMA信号边界频率检测方法和系统

技术领域

本发明涉及一种频率检测方法，尤其涉及一种WCDMA信号边界频率检测方法；本发明还涉及一种用于实现所述WCDMA信号边界频率检测方法的系统。

背景技术

频率检测技术被广泛地应用于各个领域中，特别是无线通信领域。在WCDMA系统中的线性功率放大器，特别是前馈线性功率放大器中，为了检测失真分量大小，实现子系统实时闭环控制，有必要获得WCDMA信号的边界频率参数。由于WCDMA信号为多载波信号，其可以是二载波、三载波、四载波等等，因此如图1所示所述WCDMA信号的边界频率是指：在WCDMA信号的全频率范围内(2110MHz～2170MHz)处于WCDMA信号的最大功率电压值与底噪声功率值之差的75％～85％(分别对应于图1的B和A处)之间的频率值中频率最低的那个值。

现在通常获得WCDMA信号边界频率的的方法主要有如下几种：

1、系统告知。即由通讯系统发送指令，告知WCDMA信号的边界频率。其缺点是：必须增加设备与系统的通信接口，同时增加了系统负担，而且许多系统不具备告知功能。

2、硬件设置。即现场通过硬件设置，设置WCDMA信号的边界频率。其缺点是：需要现场人员进行维护，不能实现频率实时变换。

3、软件设置。即通过更改软件代码或软件配置参数的方法设置WCDMA信号的边界频率。其缺点是：更改软件工作烦琐，工作量大，不便于软件维护，同样不能实现频率实时变换。更改软件配置，需要增加配置工具软件及通信接口。

而现有的频率检测技术可以分为两种类型：通用频率检测装置和计数式的频率检测；通用频率检测装置，虽然能够达到频率检测的目的，但是就其结果就是一个小型的频谱仪，其硬件上非常复杂，同时速度比较慢，成本比较高，根本不适合使用在线性功率放大器中。计数式的频率检测通过测定一定时隙内通过的脉冲个数来得出频率。计数式频率检测只能被广泛应用于CW频率测量或者窄带调制载波的频率测量，许多频率计就是采用该方法进行频率检测的。但是由于是依靠脉冲个数来计算出频率，这样会照成带宽越宽响应的速度越慢因此该计数式频率测量的局限是不适合宽带信号的频谱检测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种WCDMA信号边界频率检测方法，可提高对WCDMA移动通信系统中多载波信号边界频率检测速度；为此，本发明还提供一种用于实现所述WCDMA信号边界频率检测方法的系统。

为解决上述技术问题，本发明提供一种WCDMA信号边界频率检测方法，包括：全频率范围扫描过程和边界扫描过程；

所述全频率扫描过程，指以固定步长的频率间隔在WCDMA信号的全频率范围内进行扫描，获取近似边界频率值；

所述边界扫描过程，指以所获取的所述近似边界频率值为基础，以变步长的频率间隔对WCDMA信号进行扫描，获取所需精度的边界频率值。

本发明还提供一种用于实现所述WCDMA信号边界频率检测方法的系统，包括：锁相环301，用于产生本振信号；混频器303，用于将WCDMA射频信号与锁存器301产生的本振信号进行混频，产生中频信号；中频信号检测器305，用于检测所述中频信号的功率大小，并将中频信号功率转换为电压信号输出；模数转换器306，用于将所述中频信号检测器305输出的电压信号转换为数字信号；微控制器单元307，用于设置锁相环301的输出频率，并根据其所读取的经模数转换器306转换后的中频信号电压值的数字量，控制完成边界频率的全频率范围扫描和边界扫描过程。

本发明由于采用了上述技术方案，具有这样的有益效果，即通过以固定步长的方式在WCDMA信号的全频率范围内进行扫描获得近似边界频率值，然后在所述近似边界频率值的基础上以变步长的方式对WCDMA信号进行精确扫描，获取精确的边界频率值，从而提高了对WCDMA移动通信系统中多载波信号边界频率的检测速度，并有效保证了边界频率检测的精度，而且由此改善了WCDMA系统中前馈线性功率放大器的线性度和效率。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为WCDMA系统中多载波频谱的示意图；

图2为根据本发明WCDMA信号边界频率检测方法的流程示意图；

图3为用于实施图1所述方法的系统的一个实施例的结构示意图；

图4为使用图2所示系统进行全频率范围扫描的一个实施例的流程示意图；

图5为使用图2所示系统进行边界扫描的一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了提高对WCDMA移动通信系统中多载波信号边界频率检测速度，如图2所示，本发明提出了如下方法：首先，进行全频率范围扫描过程，即以固定步长的频率间隔为间隔频率在WCDMA信号的全频率范围，即2110MHz～2170MHz的范围内进行扫描，获取近似边界频率值；然后，进行边界扫描过程，即以所获取的所述近似边界频率值为基础，以变步长的频率间隔为间隔频率对WCDMA信号进行扫描，获取所需精度的边界频率值。其中固定步长的频率间隔和变步长的频率间隔均应小于WCDMA信号的载波带宽3.84MHz。在本发明中，优选地，采用逐步缩进的方法改变边界扫描过程中频率扫描的频率间隔，并且应根据所要得到的边界频率的精度确定最小扫描步长的大小。

所述固定步长的频率间隔是根据WCDMA信号载波特征进行设定的。由于WCDMA信号的每个载波带宽为3.84MHz，因此在一个优选实施例中，取所述固定步长的频率间隔为3MHz，从而不仅可确保能够捕捉到每个载波信号，而且也能保证以最快速度完成全频率范围扫描过程。

根据边界频率值的定义，将WCDMA信号最大功率值与底噪声功率值之差的75％～85％范围内的功率值称为门限。因此，在确定近似边界频率值时，具体可按如下方法进行判断：

将在每一个扫描点上所对应的功率大小与所述门限进行比较，如果经比较发现存在多个扫描点的功率大小高于所述门限，则确定具有最低频率的扫描点所对应的频率为近似边界频率值；如果只存在一个扫描点的功率大小高于所述门限，则确定该扫描点所对应的频率为近似边界频率值。在一个实施例中，为了方便进行判断，可用表征功率大小的电压值来作为判断基准。

在一个优选实施例中，取所述的变步长的频率间隔在3.2MHz～50KHz范围内，并采用逐步缩进的方法改变频率扫描的频率间隔，因此在一个实施例中，所述边界扫描的过程如下：第一步，以全频率范围扫描过程所获取的近似边界频率值为当前频率，并设定3.2MHz为初始当前扫描步长的频率间隔，在当前频率的基础上增加或减少当前频率间隔作为当前扫描频率，然后探测频率边界的方向，探测频率边界方向的目的主要是用于确定频率扫描过程中当前扫描频率的更新方向；第二步，将当前扫描步长的频率间隔设定为前一扫描步长的频率间隔的二分之一，并按之前经探测确定的频率更新方向，在之前扫描频率的基础上增加或减小当前频率间隔，取得当前扫描频率，然后再探测频率边界的方向；重复第二步，直到频率间隔为50KHz，这时的当前扫描频率值即为所需精度为50KHz的边界频率值。

上述频率边界方向的探测是：如果经检测当前扫描频率下的功率大小超过了门限范围，则判断应向减小频率的方向更新当前扫描频率；如果经检测当前扫描频率下的功率大小低于门限范围，则判断应向增大频率的方向更新当前扫描频率；如果经检测当前扫描频率下的功率大小在门限范围内，则保持原先确定的方向更新当前扫描频率。

为了能够有效地避免外界干扰，保证判断的可靠性，在优选实施例中，还可采用连续多次的判断方法来探测频率边界的方向，即采用连续多次的判断方法，如果对当前扫描频率下的功率大小经连续多次检测均超过门限范围，则判断应向减小频率的方向更新当前扫描频率；如果对当前扫描频率下的功率大小经连续多次检测均低于门限范围，则判断应向增大频率的方向更新当前扫描频率；如果对当前扫描频率下的功率大小经连续多次检测均在门限范围内，则保持原先确定的方向更新当前扫描频率；在一个实施例中，为了确保边界频率的检测速度，采用连续3次进行判断。

在一个优选实施例中，用表征WCDMA信号功率大小的电压值等作为判断标准，因为电压值更易于进行测量和处理。

前文所述的方法只是本发明的优选实施例，本领域的一般技术人员应该知道，由于在本发明所述边界频率检测方法的精度取决于所采用的最小扫描步长频率，因此具体实现时可跟据实际涉及的WCDMA系统的不同要求与频率设置精度，改变最小扫描步长的频率，以实现不同的频率检测精度。当然，本领域的技术人员应该可以意识到，全频率范围扫描过程中的固定步长和边界扫描过程中的初始步长都可以根据实际情况进行选取，变步长的规律也可进行改变，这都在本发明的范围之内。

如图3所示，在一个实施例中，可采用如下系统300来实施本发明所述WCDMA信号边界频率检测方法，该系统300包括：锁相环(PLL)301，用于产生本振信号。混频器303，用于将WCDMA信号与PLL 301输出的本振信号进行混频，产生中频(IF)信号。滤波器304，用于在将所述中频信号送入中频信号检测器305进行检测之前，将所述中频信号先进行滤波，以达到平滑信号、降低干扰的目的。中频信号检测器305，用于检测中频信号的功率大小，并将中频信号功率转换为电压信号输出；之所以将功率信号转换为电压信号，是因为电压信号更易于处理，而且其也可用于表征WCDMA信号的功率大小。由于，一般中频信号检测器305都会有一个有效工作区域，因此为了确保保证所检测出的边界频率值的可靠性，所述系统300还包括一数控衰减器(ATT)302，用于当WCDMA信号功率过大或过小时，对所述WCDMA信号的功率进行调整，然后再将调整后的WCDMA信号送入所述混频器303，以此来确保所述中频信号检测器305能够处于正常工作区域。模数转换器(ADC)306，用于将中频信号检测器305输出的电压信号转换为可为MCU 307处理的数字信号。微控制器单元(MCU)307，用于控制PLL 301输出本振信号频率，并根据其所读取的经ADC转换后的中频信号电压值的数字量，控制完成边界频率的全频率范围扫描和边界扫描过程。

对于上述系统300，由于混频器303的主要作用是将WCDMA信号与PLL信号进行混频，产生中频信号，这只是为了便于对WCDMA信号进行处理而对其频率进行了偏移，但是并没有改变WCDMA信号功率的大小；虽然为了确保中频信号检测器305能够处于正常工作区域，可使用ATT 302对WCDMA信号进行衰减，但是本领域的一般工作人员应该可以推断出：这并不会改变边界频率所对应信号的功率大小的分布比例。而且在该系统300中，由于经中频信号检测器305转换所得的电压信号是表征WCDMA信号功率大小的，所以当中频信号检测器305再将所述中频信号转换为电压信号后，WCDMA信号边界频率就对应于：在WCDMA信号的全频率范围内(2110MHz～2170MHz)，处于WCDMA信号的最大功率电压值与底噪声电压值之差的75％～85％之间的频率值中频率最低的那个值。

在本实施例中，暂且将处于WCDMA信号的最大功率电压值与底噪声电压值之差的75％～85％范围内的电压值称为门限电压。

通过系统300，在MCU 307的控制下，可实现全频率范围扫描过程，如图4所示，在一个实施例中，其详细步骤如下：

1、检测当前WCDMA信号功率电平是否处于中频信号检测器305的正常工作区域内，若不处于正常工作区域则调整ATT 302，使WCDMA信号电平处于正常检测区域。这样就可有效避免由于中频信号检测器305工作不正常所带来的检测误差。

2、将初始扫描频率设为2110MHz，并检测底噪声，以用于计算门限电压值。

3、在当前扫描频率的基础上增加3MHz。

4、检测当前扫描频率下中频信号检测器305所输出的电压量。

5、判断当前扫描频率是否已经到达最大频率值2170MHz，若小于2170MHz，则返回步骤3；否则，执行步骤6。

6、根据扫描结果，统计扫描过程中出现的最大中频检测电压量，并利用该最大中频检测电压与底噪声电压计算门限电压，即计算：V1＝(最大中频检测电压-底噪声电压)×75％和V2＝(最大中频检测电压-底噪声电压)×85％两个电压值，因此根据前面的描述，门限电压就是V1～V2范围内的电压值。

7、用计算所得的门限电压，将每一个扫描点上所检测到的中频电压值与所述门限电压进行比较，如果经比较发现存在多个扫描点的中频电压值均高于所述门限电压，则确定具有最低频率的扫描点所对应的频率为近似边界频率值；如果只有存在一个扫描点的中频电压值高于所述门限电压，则确定该扫描点所对应的频率为近似边界频率值。

通过系统300，并在MCU 307的控制下，也可实现边界扫描过程，如图5所示，在一个实施例中其详细过程如下：

1、获取当前计算所得的近似边界频率值，并将该频率值作为边界扫描的起点。

2、设置初始当前扫描步长，如设为3.2MHz。

3、在之前扫描频率的基础上增加当前扫描步长或者减少扫描步长以作为当前扫描频率，分别采集在当前扫描频率下所检测到的当前中频电压量。

4、根据当前中频电压量，判断边界频率扫描方向，即应该是增加步长方向还是减小步长方向更接近于精确的频率分界点。具体判断标准如下：如果当前中频电压量大于门限电压的范围，则判断为应向减小步长的方向改变扫描频率，如果当前中频电压量小于门限电压的范围，则判断为应向增大步长的方向改变当前扫描频率。在一个实施例中，为了有效地避免外界干扰，确保判断的可靠性，可采用连续多次的判断方法，即只有在同一当前扫描频率下连续多次(如3次)所检测到的中频电压均超过门限时才认为是真正超过了门限电压，由此再确定应向减小频率的方向变化当前扫描频率；同样，对于低于门限的情况，也采用连续低于的判断方法，即只有当在同一当前扫描频率下连续多次所检测到的中频电压均低于门限时才认为是真正低于门限，由此再确定应向增大频率的方向变化当前扫描频率。

5、将当前扫描步长缩小为之前扫描步长的二分之一，开始精确扫描。

6、根据步骤4确定的频率变化方向及步骤5所得的步长，变化PLL频率，即得到当前扫描频率。

7、获取在当前扫描频率下检测到的当前中频电压量。

8、判断步骤7得到的当前中频电压量是否处于门限电压范围之内，若不在门限范围之内则返回步骤4，再次判断频率变化方向，以避免频率变化过度。反之，若在边界频率电压范围之内，则执行步骤9。

9、判断当前步长是否已经是要求的最小步长，如50KHz，若是说明已经找到了精确的频率边界处。若不是则说明还没有找到最精确的频率边界，则返回步骤5。

根据上面的实施例，如果按固定大步长为3MHz且变步长为从3.2MHz的初始扫描步长到50KHz的最小步长计算，则无论WCDMA信号是几载波，频率检测扫描的次数都是固定的，计算方法如下描述：

全范围扫描次数：(2170MHz-2110MHz)/3MHz＝20次；

边界扫描次数：3.2MHz/50KHz＝64＝2^7-1，所以边界扫描的次数为7次；

因此，边界扫描的总次数为27次，这相比全范围均采用50KHz的固定步长进行扫描的方法来说(其总扫描次数为60MHz/50KHz＝1200次)，找到边界频率的速度提高了约44倍。

Claims

1、一种WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，包括：全频率范围扫描过程和边界扫描过程；

2、根据权利要求1所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，在边界扫描过程中，以变步长的频率间隔对WCDMA信号进行扫描时，采用逐步缩进的方法改变频率扫描的频率间隔，并且最小扫描步长的频率间隔大小取决于所要获取的边界频率值的精度。

3、根据权利要求1所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，在确定所述近似边界频率值时，按如下方法进行判断：将在每一个扫描点上的功率大小与门限进行比较，如果经比较发现存在多个扫描点上的功率大小高于所述门限，则确定具有最低频率的扫描点所对应的频率为近似边界频率值；如果只有存在一个扫描点的功率大小高于所述门限，则确定该扫描点所对应的频率为近似边界频率值；其中，所述门限指WCDMA信号最大功率值与底噪声功率值之差的75％～85％范围内的功率值。

4、根据权利要求1或3所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，所述固定步长取3MHz。

5、根据权利要求2所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，所述边界扫描过程的步骤如下：第一步，以所述近似边界频率值为当前频率，并设定初始当前扫描步长的频率间隔，在当前频率的基础上增加或减少当前频率间隔作为当前扫描频率，然后探测频率边界的方向；第二步，将当前扫描步长的频率间隔设定为之前扫描步长的频率间隔的二分之一，并按之前确定的频率更新方向，在之前扫描频率的基础上增加或减小当前频率间隔，取得当前扫描频率，然后再探测频率边界的方向；第三步，重复第二步，直到频率间隔为最小扫描步长，这时的当前扫描频率值即为所需精度的边界频率值。

6、根据权利要求5所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，按如下方法探测频率边界的方向：如果经检测当前扫描频率下的功率大小超过门限范围，则判断应向减小频率的方向更新当前扫描频率；如果经检测当前扫描频率下的功率大小低于门限范围，则判断应向增大频率的方向更新当前扫描频率；如果经检测当前扫描频率下的功率大小在门限范围内，则保持原先确定的方向更新当前扫描频率；其中所述门限指WCDMA信号最大功率值与底噪声功率值之差的75％～85％范围内的功率值。

7、根据权利要求5所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，探测频率边界方向时，采用连续多次的判断方法，如果对当前扫描频率下的功率大小经连续多次检测均超过门限范围，则判断应向减小频率的方向更新当前扫描频率；如果对当前扫描频率下的功率大小经连续多次检测均低于门限范围，则判断应向增大频率的方向更新当前扫描频率；如果对当前扫描频率下的功率大小经连续多次检测均在门限范围内，则保持原先确定的方向更新当前扫描频率；其中所述门限指WCDMA信号最大功率值与底噪声功率值之差的75％～85％范围内的功率值。

8、根据权利要求7所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，所述多次为3次。

9、根据权利要求2或5到8中任一项所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，所述变步长的频率间隔在3.2MHz～50KHz范围内。

10、根据权利要求3、6、7或8所述的WCDMA信号边界频率检测方法，其特征在于，所述功率大小及用于确定所述门限范围的功率值均用电压值来表征。

11、一种用于实现权利要求1所述WCDMA信号边界频率检测方法的系统，其特征在于，包括：锁相环(301)，用于产生本振信号；混频器(303)，用于将WCDMA射频信号与锁存器(301)产生的本振信号进行混频，产生中频信号；中频信号检测器(305)，用于检测所述中频信号的功率大小，并将中频信号功率转换为电压信号输出；模数转换器(306)，用于将所述中频信号检测器(305)输出的电压信号转换为数字信号；微控制器单元(307)，用于控制锁相环(301)输出本振信号频率，并根据其所读取的经模数转换器(306)转换后的中频信号电压值的数字量，控制完成边界频率的全频率范围扫描和边界扫描过程。

12、根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括数控衰减器(302)，用于在将所述WCDMA射频信号送入混频器(303)前，对所述WCDMA射频信号的功率进行调整，确保所述中频信号检测器(305)能够处于正常工作区域。

13、根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，还包括一滤波器(304)，用于将所述中频信号先进行滤波后，再送入所述中频信号检测器(305)。