CN101447813B - 一种td-scdma射频拉远单元的天线自校准方法及电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TD-SCDMA射频拉远单元的天线自校准方法及校准电路，在下行通路的小信号放大器和驱动放大器之间连接有功分器，在上行通路的环形器和低噪声放大器之间增加了一个开关，在开关与功分器之间有微带线，利用微带线将下行发送信号耦合到上行进行上行通路的校准。本发明能够解决射频拉远单元工作在分布式天线或者本来是单天线的校准通路的问题，而且校准精度高。对于智能天线系统，可以通过这种方法去掉校准通路，能够达到节约成本和布板面积。该方法能够主要应用在TD-SCDMA的单天线和分布式天线系统，对于多天线工作在智能天线模式下同样有用。
Description
技术领域
本发明涉及天线，尤其是涉及一种TD-SCDMA射频拉远单元的天线自校准方法及电路。
背景技术
随着TD-SCDMA网络建设的展开，用户数量逐渐增加，运营商对容量和覆盖的要求会越来越高。而在实际工作中，基站站址的选择不容易，有时候无法布设机房或机房位置不理想，成为了建网中的难题之一。
射频拉远单元是TD-SCDMA系统的远端射频拉远模块，可以直接安装于靠近天线位置的金属桅杆或墙面上，具有体积小、重量轻、安装简单方便的特点。通常射频拉远单元通过光纤和BBU(本地基带处理单元)连接在一起，其与BBU组成了分布式基站，如图1。分布式基站系统容量大、集成度高、组网灵活等特点，使其适用于多种覆盖场景，同时，功耗小、可靠性高、设备成本降低使得网络建设和维护的成本大大的下降，这些都使射频拉远单元在TD-SCDMA网络中得到广泛的应用，并在许多场合替代宏基站、微蜂窝和一些直放站的应用。
由于TD-SCDMA射频拉远单元既支持智能天线，又支持分布式天线，因此需要射频拉远单元需要判定天线是否故障。当射频拉远单元工作在智能天线模式下，由于具有多天线或者校准天线，很容易进行上下行通路的校准。然而对于单天线系统或者分布式天线模式下，就无法进行上行通路的校准，当上行硬件通路出现问题时，基站在无法和终端通信时，基站无法给检测出通路的故障。此时，系统已经出现故障是无法获得故障信息，造成大的损失，所以有必要对单天线或者分布式天线进行校准。
对单天线或者分布式天线进行校准的现有的方法中，对于单天线和分布式天线，通常只做下行的增益校准和天线连接状态的检测。利用反射信号的大小来判定天线是否连接或故障，利用输出功率检测来判断下行通路是否正常。这种方法的缺点是当上行通路出现故障时，系统是无法知道的。对于多天线系统，通常是采用校准天线发，工作天线收来实现天线的收校准，此时需要有校准天线和耦合盘，通过耦合盘将校准天线和正常天线连接在一起，连接方式复杂并且需要的成本高。上述方法测试不足在于：1、单天线上行通路无法校准；2、多天线工作在分布式天线模式下不能进行校准；3、多天线工作在智能天线下做校准成本较高。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种校准精度高的TD-SCDMA的射频拉远单元的天线自校准方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种TD-SCDMA射频拉远单元的天线自校准方法，该方法按如下步骤进行：
1)、利用输出信号和反射信号计算出驻波比，根据驻波比的值来判断天线接口的连接状态；
2)、通过功率检测装置计算出当前发射功率，判断射频拉远单元的发射通路是否正常，并校准下行通路的增益；
3)、在GP发送固定功率的下行数据，通过功分器将该信号一分为二，一路送给下行通路的驱动放大器，另一路通过微带线将该数据耦合到上行通路中，由射频拉远单元上的FPGA或者处理器接收经微带线耦合到上行通路的校准数据；
4)、射频拉远单元上的FPGA或者处理器将接收到的校准数据和发送出去的数据进行相关计算，计算出相关峰的幅度和位置；
5)、根据计算结果判断上行通路是否正常，进行相应的告警；
6)、校准上行通路，根据计算结果补偿校准因子到上下行通路中去。
本发明的目的之二是提供一种校准精度高、电路简单的TD-SCDMA的射频拉远单元的天线自校准电路。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种实现TD-SCDMA射频拉远单元的天线自校准方法的校准电路，包括环形器、功率放大器、驱动放大器、小信号放大器、低噪声放大器，其中在下行通路的小信号放大器和驱动放大器之间连接有功分器，在上行通路的环形器和低噪声放大器之间增加了一个开关，在开关与功分器之间有微带线，利用微带线将下行发送信号耦合到上行进行上行通路的校准。
本发明主要是实现单天线上行通路的检测和校准，它是利用微带线将下行发送信号耦合到上行进行上行通路的校准。本发明校准目的：一是检测出硬件通路的物理损坏，例如上行通道故障，下行通道故障；二是校准通路的增益和相位(由于不同天线的增益和相位可能不一致)；本发明当射频拉远单元为单天线或者工作在分布式天线模式下，当天线有故障时，能够判断定位天线是发射通路故障还是接收通路故障，并且校准的精度高。本发明同样也适用于多天线系统，采取这种方法能够去掉校准天线的硬件通路和耦合盘等，具有降低成本的作用，因此本发明能够不需要校准天线的情况下实现上下行通路的校准，实现起来步骤简单，容易实现，具有成本低，可靠等优点。本发明应用于不仅限于单天线和分布式天线，同样可以应用智能天线中。
本发明的优点是：本发明能够解决射频拉远单元工作在分布式天线或者本来是单天线的校准通路的问题，而且校准精度高。对于智能天线系统，可以通过这种方法去掉校准通路和耦合盘，能够达到节约成本和布板面积。该方法能够应用在TD-SCDMA的单天线和分布式天线系统，对于多天线工作在智能天线模式下同样适用。
附图说明
图1是分布式基站设备示意图；
图2是以前的射频通路；
图3是本发明具有上行自检功能的射频通路。
具体实施方式
如图3所示，本发明校准电路是在图2硬件电路上增加一根微带线、一个开关和一个功分器。如图3，在下行通路的小信号放大器和驱动放大器之间连接有功分器，在上行通路的环形器和低噪声放大器之间增加了一个开关，在开关与功分器之间有微带线，利用微带线将下行发送信号耦合到上行进行上行通路的校准。
本发明自校准实现方法的步骤为：
1、利用输出信号和反射信号计算出驻波比，根据驻波比的值来判断天线接口的连接状态。
2、通过功率检测装置计算出当前发射功率，判断射频拉远单元的发射通路是否正常，并校准下行通路的增益。
前两个步骤(1、2)的目的是出现校准故障时，能区分是发射通路故障还是天线连接处未接好。
现有的射频拉远单元都有这个功率检测和驻波比检测。
实现方法通常是：采用在功率放大器和环形器之间接了一根微带线的一端，微带线的另一端接了一个检波芯片，检波芯片是把信号的功率大小转换成电压，检波芯片的输出是电压值，然后通过一个ADC转换芯片，将电压值读取出来，按照电压和功率的对应关系计算出来输出功率值(由于导频最稳定，一般是检测的导频的输出功率)。另外，也可以利用上行的检测通路来测量下行的输出功率，去掉检波芯片和ADC采样芯片。
驻波比的检测是在环形器和低噪放之间接了一根微带线的一端，另一端也是检波芯片。驻波比是检测的发射与反射的差值，是将发送的功率转换成电压后减去发射回来的信号功率转换成电压值。然后同样进行ADC转换。如果天线未连接好，会出现全反射，这样计算出来的驻波比就不能满足要求。
前两个步骤(1、2)只能检测下行通路(发射通路)故障和天线接口处是否连接好，不能检测出上行通路(接收通路)是否正常。检测上行通路(接收通路)主要由下述的步骤3、4、5、6来完成。
3、在GP(TD-SCDMA的保护时隙)发送一定功率和一定规律的32个CHIP(码片)的下行数据，通过功分器将该信号一分为二，一路送给下行通路的驱动放大器，另一路通过微带线将该数据耦合到上行通路中，由射频拉远单元上的FPGA或者处理器接收经微带线耦合到上行通路的校准数据。
4、射频拉远单元上的FPGA或者处理器将接收到的校准数据和发送出去的数据进行相关计算，计算出相关峰的幅度和位置。(该步骤的计算方法为现有技术，计算方法如下：
1)发送的校准数据是本地基本序列*发射的幅度
本地基本序列的FFT变换：
calibration_inv_code(1:32)＝1/FFT(m1，m2…m31，m32)
2)接收到的天线数据：
calibration_data(1:32)＝received_antennal_data(3:34)
3)信道冲激响应的计算：
impulse_response(1:32)
＝IFFT(FFT(calibration_data(1:32)).calibration_inv_code(1:32))
32chips的数据按窗长为4chips/8chips(八天线/四天线工作模式)分配给N根天线，取出峰值来：
4)六天线/八天线模式：
Coeffients_tmp(1)＝impulse_response(2)
Coeffients_tmp(2)＝impulse_response(6)
…………
Coeffients_tmp(6)＝impulse_response(22)
…………
Coeffients_tmp(8)＝impulse_response(30)
5)得到峰值大小、位置和相位。
5、根据计算结果判断上行通路是否正常，进行相应的告警。相应的判断及告警如下：
1)如果下行检测到的输出功率在期望值范围内，表示下行通路正常。如果检测的功率不在期望值范围，进行“下行通路故障的告警”；
2)如果下行检测到的输出功率在期望值范围内，但是驻波检测不在门限内，需要进行“驻波比异常，请检查天线的连接状态的告警”；
3)如果下行输出功率和驻波都正常，但是校准结果不正确需要进行以下判断：
A.相关峰的幅度过低(不在门限以内)，进行“上行通路故障的告警”；
B.相关峰的幅度满足要求，再判断最大幅度和第二高幅度是否大于10倍，不大于，需要进行“上行通路有双峰，请上行采样时间点”；
C.满足上两个，但峰值位置不在期望的位置上，需要进行“整码片便宜的告警”；
D.只有峰值和位置都满足上面三种，才能是通道正常。
6、校准上行通路，根据计算结果补偿校准因子到上下行通路中去。(该步骤的补偿方法为现有技术，即需要将校准计算出来的幅度和期望上下行的幅度相减，如果差了几个dB将，通过调整到上下行的可调整的增益控制器进行补偿。相位也是可以调整初始相位)。
Claims (2)
1.一种TD-SCDMA射频拉远单元的天线自校准方法，其特征在于：该方法按如下步骤进行：
1) 、利用输出信号和反射信号计算出驻波比，根据驻波比的值来判断天线接口的连接状态；
2) 、通过功率检测装置计算出当前发射功率，判断射频拉远单元的发射通路是否正常，并校准下行通路的增益；
3）、在GP(TD-SCDMA的保护时隙)发送固定功率的下行数据，通过功分器将该信号一分为二，一路送给下行通路的驱动放大器，另一路通过微带线将该数据耦合到上行通路中，由射频拉远单元上的FPGA或者处理器接收经微带线耦合到上行通路的校准数据；
4）、射频拉远单元上的FPGA或者处理器将接收到的校准数据和发送出去的数据进行相关计算，计算出相关峰的幅度和位置；
5）、根据计算结果判断上行通路是否正常，进行相应的告警；
6）、校准上行通路，根据计算结果补偿校准因子到上下行通路中去。
2.一种实现权利要求1所述的TD -SCDMA射频拉远单元的天线自校准方法的校准电路，包括环形器、功率放大器、驱动放大器、小信号放大器、低噪声放大器，其特征在于：在下行通路的小信号放大器和驱动放大器之间连接有功分器，在上行通路的环形器和低噪声放大器之间增加了一个开关，在开关与功分器之间有微带线，利用微带线将下行发送信号耦合到上行进行上行通路的校准。
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