CN101252378B - 用于tdd模式通信系统的闭环自动电平控制方法及装置 - Google Patents
用于tdd模式通信系统的闭环自动电平控制方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
一种用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制方法及装置，方法是在对输入的射频信号进行射频耦合、射频衰减、功率放大后再耦合过程中，先检测输入信号提取出信号包络给单片机中电压比较器，和设定的电压值比较得出同步信号时序；再检测输出信号电平给单片机中模数转换器；单片机中模数转换器采样输出检波信号，单片机判断信号电平；然后由单片机来控制链路中射频衰减器的状态来实现稳定的闭环自动电平控制。装置包括依次顺序串联的第一射频耦合器(7)、射频开关(1)、射频衰减器(2)、推动放大器(3)、功率放大器(4)和第二射频耦合器(8)。射频衰减器(2)的控制端连接嵌有电压比较器和模数转换器的单片机(9)；第一射频耦合器(7)、第二(8)的输出分别连接第一检波器(5)、第二检波器(6)；第一检波器(5)连接单片机中电压比较器的输入端，第二检波器(6)输出的信号连接单片机中模数转换器的输入端；单片机(9)的输出端还连接射频开关(1)的控制端。
Description
技术领域
本发明属于无线通信领域，尤其涉及一种用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制方法及其实现装置。
背景技术
目前在第一代和第二代移动通信系统中FDD模式一统天下，TDD模式没有引起重视。由于新业务的需要和新技术的发展，以及TDD模式的许多优势，TDD模式将日益受到重视。时分双工(TDD)是一种通信系统的双工方式，在移动通信系统中用于分离接收和发送信道。WLAN，WIMAX，TD-SCDMA等TDD模式通信系统正在高速发展及应用。以前TDD主要是基站设备实现闭环自动电平控制，该方法需要基带处理设备给出同步信号，然后检测输出功率给基带处理设备，这样的方法很复杂，并且需要基带处理设备。对于无线网络优化的一些设备商很难实现，成本很高。但目前WLAN，WIMAX的无线接入点功率一般不大，无线网络优化的一些设备商为扩大覆盖范围，增强信号强度，不得不外加双向放大器，而该种设备需要低成本的闭环自动电平控制方法及装置。以前FDD模式的CDMA2000，WCDMA标准的网优设备采用模拟积分电路实现闭环自动电平控制，但它不能用于TDD模式，因此需要新的闭环自动电平控制方法。
01819109.6“用于时分双工接收器的自动增益控制”公开了一种用于一TDD通信系统中自动增益控制(AGC)的方法和系统，其中通信信号的每个时隙包含一二进制移相键控(BPSK)格式的前同步码，其位于每个时隙的起始处。由于此前同步码允许AGC快速估计信号强度并据此调整增益，从而改善了接收器的信道估计功能。这实现了对在突发数据中跟随前同步码的所有数据符号的正确接收，并导致产生一更为精确的训练序列信道估计。其还允许TDD接收器中的AGC电路变得更为简单。
200610037141.6“TD-SCDMA覆盖系统及其数字时隙自动电平控制方法”公开了TD-SCDMA覆盖系统数字时隙自动电平控制方法，包括步骤：a.检测上、下行链路中相应位置的射频信号功率，输出包络检波信号；b.获取信号的自动电平控制起控值及上、下行时隙切换点信息；c.结合帧同步指示信号及时隙切换点信息产生时隙指示信号；
d.根据时隙指示信号输出相应的控制信息，并对各相应包络检波信号进行采样，获得各相应位置的各时隙的功率采样值；e.根据信号上、下行时的时隙指示信号、时隙功率采样值、自动电平控制起控值，在各个时隙开始前产生相应各衰减器的衰减控制值。还公开了一种应用数字时隙自动电平控制方法的TD-SCDMA覆盖系统。
200620157603.3“TD-SCDMA功率放大器的自动电平控制装置”公开了一种TD-SCDMA功率放大器的自动电平控制装置，它依次由能量检测单元、高速模数转换AD单元、现场可编程门阵列FPGA单元和增益调节单元电连接而成。本实用新型中各种数据的处理主要通过高速模数转换AD单元和现场可编程门阵列FPGA单元的配合，能够提供更快的响应速度，使该装置能成功的实现自动功率控制。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术中的不足，提出一种用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制方法及装置。
本发明的目的是这样实现的：
一种用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制方法，在对输入的射频信号进行射频耦合、射频衰减、功率放大后再耦合过程中，
步骤1)先检测输入的射频信号提取出信号包络给单片机中电压比较器，和设定的电压值比较得出同步信号时序；
步骤2)，经过射频耦合、射频衰减、功率放大后再耦合过程的输出信号，检测该输出信号电平给单片机中模数转换器；
步骤3)单片机中模数转换器采样经过射频耦合、射频衰减、功率放大后再耦合过程的输出信号，单片机判断该输出信号电平；
步骤4)由单片机来控制链路中射频衰减器的状态来实现稳定的闭环自动电平控制。
所述单片机的工作步骤包括：
1)初始设定射频衰减器的衰减值为G；这样可以保护功放不至于被损坏。
2)检测同步信号状态：
在上行工作时间，单片机保持射频衰减器的状态不变；
在下行工作时间，把采样检波器的输出信号A和设定的信号电平B做比较，如果A＜B-d1，则单片机控制射频衰减器的衰减值为G-E；如果A＞B+d1，则单片机控制射频衰减器的衰减值为G+E；如果B-d1≤A≤B+d1则保持射频衰减器的状态不变，其中E为衰减器的衰减步进值，d1为误差允许范围值。设定误差允许范围值d1，可以使得闭环稳定，不影响系统误差矢量幅度EVM指标等指标。
3)延时一段时间F，再返回步骤2；重复步骤2、3，直至功率放大器的输出保持在设定的功率上。该延时F，可控制快速闭环或慢速闭环。
所述步骤中2中，当G+E≥H，则单片机控制射频衰减器的衰减值为H；当G-E≤0，则单片机控制射频衰减器的衰减值为0，H为射频衰减器的最大衰减值。
一种实现上述方法的装置，包括依次顺序串联的第一射频耦合器7、射频开关1、射频衰减器2、推动放大器3、功率放大器4和第二射频耦合器8，其特征是所述射频衰减器2的控制端连接嵌有比较器和模数转换器的单片机9；第一射频耦合器7、第二射频耦合器8的输出分别连接第一检波器5、第二检波器6；第一检波器5连接单片机中电压比较器的输入端，第二检波器6输出的信号连接单片机中模数转换器的输入端；单片机9的输出端还连接射频开关1的控制端。
第一检波器5输出输入信号包络给单片机的电压比较器和设定的电平比较后产生同步信号，第一检波器5选用对数检波器，对数检波器实时性好，产生的同步信号延时小。单片机在下行工作时间采样第二检波器6的输出信号，和设定的电平值做比较，经过单片机中算法产生控制射频衰减器2的信号，经过一定的循环后使得功率放大器的输出保持在设定的电平上，误差小于0.5dB，第二检波器6采用均值检波器，均值检波器对不同峰均比的信号采样的值误差小，这样就能使得WLAN，WIMAX等不同调制方式信号都能控制在设定的电平值上，误差小。
本发明方法选择单片机(包含电压比较器，模数转换器A/D)来实现闭环自动电平控制，其成本低，且使用软件来实现算法，其精度高，易控制稳定，且方便修改延时参数，以达到快速或慢速闭环。
本发明的优点在于：
本发明可以用于WLAN双向放大器，WIMAX双向放大器，TD-SCDMA干放，TD-SCDMA直放站等设备的闭环自动电平控制。
1、闭环自动电平控制的误差小于0.5dB且稳定。
2、仅需要调整单片机中算法的参数和选用不同频段的器件就可以适用不同模式的TDD信号。
3、TDD模式无线网络优化设备直接根据模拟信号检波，不需要基带处理设备，用单片机就能实现闭环自动电平控制，成本低。
附图说明
图1是本发明的电路原理框图
射频开关1、射频衰减器2、推动放大器3、功率放大器4、第一检波器5、第二检波器6、第一射频耦合器7、第二射频耦合器8、单片机9。
图2是本发明的例1电路简图
图3是本发明单片机9中算法流程图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步说明。
用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制装置，包括依次顺序串联的第一射频耦合器7、射频开关1、射频衰减器2、推动放大器3、功率放大器4和第二射频耦合器8，其特征是所述射频衰减器2的控制端连接嵌有电压比较器和模数转换器的单片机9；第一射频耦合器7、第二射频耦合器8的输出分别连接第一检波器5、第二检波器6；第一检波器5连接单片机中电压比较器的输入端，第二检波器6输出的信号连接单片机中模数转换器的输入端；单片机9的输出端还连接射频开关1的控制端。
第一检波器5输出输入信号包络给单片机的电压比较器和设定的电平比较后产生同步信号，第一检波器5选用对数检波器，对数检波器实时性好，产生的同步信号延时小。单片机在下行工作时间采样第二检波器6的输出信号，和设定的电平值比较，经过单片机中算法产生控制射频衰减器2的信号，经过一定的循环后使得功率放大器的输出保持在设定的电平上，误差小于0.5dB，第二检波器6采用均值检波器，均值检波器对不同峰均比的信号采样的值误差小，这样就能使得WLAN，WIMAX等不同调制方式信号都能控制在设定的电平值上，误差小。
第一检波器5先检测输入信号，提取出信号包络给单片机中电压比较器，和设定的电压值比较得出同步信号时序；再由第二检波器6检测输出信号电平给单片机中模数转换器；单片机中模数转换器采样输出检波信号，判断下行信号电平；然后由单片机来控制链路中射频衰减器的状态来实现稳定的闭环自动电平控制；
上述过程中，在下行工作时间，由单片机9控制射频开关1将射频开关输入信号输出到数控射频衰减器。
所述单片机的工作步骤包括：
1)初始设定数控射频衰减器的衰减值为G；
2)检测同步信号状态：
在上行工作时间，单片机保持数控射频衰减器的状态不变；
在下行工作时间，采样第二检波器6的输出信号A和设定的电平值B做比较，如果A＜B-d1，则单片机控制数控射频衰减器的衰减值为G-E；如果A＞B+d1，则单片机控制射频衰减器的衰减值为G+E；如果B-d1≤A≤B+d1则保持射频衰减器的状态不变，其中E为衰减器的衰减步进值，d1为误差允许范围值，因为模数转换器会有一定误差，加入一定误差范围，可以避免衰减器误动作，保持闭环稳定；
3)延时一段时间F，再返回步骤2；重复步骤2、3，直至功率放大器的输出保持在设定的电平上；
所述步骤中2中，当G+E≥H，则单片机控制射频衰减器的衰减值为H，H为数控射频衰减器的最大衰减值；当G-E≤0，则单片机控制射频衰减器的衰减值为0。
例1，用于2.4GHz WLAN双向放大器下行链路的闭环自动电平控制，控制输出为0.5W
可选下列器件：
射频开关1：可选Skyworks的AS169-73
数控射频衰减器2：可选Hittite的HMC306
推动放大器3：可选WJ的AH1
功率放大器4：可选富士通的FLU35ZM
第一检波器5：可选Maxim的MAX4003EUA
第二检波器6：可选ADI的ADL5501
第一射频耦合器7：可选微带耦合器
第二射频耦合器8：可选微带耦合器
单片机(包含电压比较器、模数转换器A/D)9：可选Microchip的PIC16F88
设定的电平值B为0.5W输出时模数转换器A/D的采样值：0.8V；误差允许范围d1值为25mV；F为90us；初始衰减值G为8dB。
例2，用于2.5GHz WIMAX双向放大器下行链路的闭环自动电平控制，控制输出为1W。
可选下列器件：
射频开关1：可选Skyworks的AS169-73
数控射频衰减器2：可选Hittite的HMC306
推动放大器3：可选ASB的ASX423
功率放大器4：可选富士通的FLL120MK
第一检波器5：可选Maxim的MAX4003EUA
第二检波器6：可选ADI的ADL5501
第一射频耦合器7：可选微带耦合器
第二射频耦合器8：可选微带耦合器
单片机(包含电压比较器、模数转换器A/D)9：可选Microchip的PIC16F88
B为1W输出时模数转换器A/D的采样值：0.9V；d1为30mV；F为70us；初始衰减值G为10dB。
Claims (5)
1. 一种用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制方法，其特征是在对输入的射频信号进行射频耦合、射频衰减、功率放大后再耦合过程中，
步骤1）先检测输入的射频信号提取出信号包络给单片机中电压比较器，和设定的电压值比较得出同步信号时序；
步骤2）经过射频耦合、射频衰减、功率放大后再耦合过程的输出信号，检测该输出信号电平给单片机中模数转换器；
步骤3）单片机中模数转换器采样经检测的输出信号电平；
步骤4）由单片机来控制链路中执行射频衰减的射频衰减器的状态来实现稳定的闭环自动电平控制；
具体为，所述单片机判断同步信号时序，
在上行工作时间，单片机保持射频衰减器的状态不变；
在下行工作时间，单片机把经检测的输出信号电平A和设定的信号电平B做比较；设有误差参数d1；如果A< B－d1，则单片机控制射频衰减器的衰减值为G-E；如果A> B＋d1，则单片机控制射频衰减器的衰减值为G+E；如果B-d1≤A≤B+d1，则保持射频衰减器的状态不变；其中E为射频衰减器的衰减步进值，G为射频衰减器的初始衰减值；
重复上述过程，直至执行功率放大的功率放大器的输出保持在设定的功率上；
上述过程中，当G+E≥H，则单片机控制射频衰减器的衰减值为H；当G-E≤0，则单片机控制射频衰减器的衰减值为0；其中H为射频衰减器的最大衰减值；
在所述单片机对射频衰减器的控制动作完成后还延时一段时间F；延时结束后再判断同步信号时序；
在所述下行工作时间，由单片机控制射频开关，将所述输入的射频信号进行射频耦合后经射频开关输入到射频衰减器进行射频衰减。
2.根据权利要求1所述的用于TDD模式通信系统的闭环自动电平控制方法，其特征是所述G的值由单片机初始设定。
3.一种实现权利要求1所述的方法的装置，其特征是包括依次顺序串联的第一射频耦合器（7）、射频开关（1）、射频衰减器（2）、推动放大器（3）、功率放大器（4）和第二射频耦合器（8），其特征是所述射频衰减器（2）的控制端连接嵌有电压比较器和模数转换器的单片机（9）；第一射频耦合器（7）、第二射频耦合器（8）的输出分别连接第一检波器（5）、第二检波器（6）；第一检波器（5）连接单片机中电压比较器的输入端，第二检波器（6）输出的信号连接单片机中模数转换器的输入端；单片机（9）的输出端还连接射频开关（1）的控制端。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是所述第一检波器（5）是对数检波器；所述第二检波器（6）是均值检波器。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征是所述射频衰减器（2）是数控射频衰减器。
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