CN102281113A

CN102281113A - 通信中继装置及其驻波比检测装置和方法

Info

Publication number: CN102281113A
Application number: CN2011102207652A
Authority: CN
Inventors: 刘畅远; 赖权; 张凯
Original assignee: Comba Telecom Systems China Ltd
Current assignee: Comba Network Systems Co Ltd
Priority date: 2011-08-03
Filing date: 2011-08-03
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2031-08-03
Also published as: CN102281113B

Abstract

本发明公开一种通信中继装置及其所采用的驻波比检测装置和相应的检测方法，其包括：耦合器，耦合一路由闭环功控单元放大后的发射功率信号；时隙开关，根据通信系统的上、下行时隙对应选通天线端口上行链路的反射功率信号、所述耦合的发射功率信号；功分器，将时隙开关所选通的各功率信号均分到功率检波管和所述闭环功控单元的反馈变频链路中；所述功率检波管，将各功率信号转换为相应的电压信号；模数转换器，将所述各电压信号从模拟格式转换为数字格式；计算单元，利用均为数字格式的反射电压信号和发射电压信号计算天线端口的回波损耗，从而确定驻波比值。本发明以简易的电路和低廉的成本，实现了驻波比的检测，尤其适用于宽带通信系统中。

Description

通信中继装置及其驻波比检测装置和方法

【技术领域】

本发明涉及移动通信系统中应用了数字预失真技术功放系统的诸如基站、射频拉远单元之类的通信中继装置，具体涉及其中的一种驻波比检测装置，以及涉及一种相应的驻波比检测方法。

【背景技术】

无线通信领域，采用了数字预失真技术的功率放大系统的基站、数字拉远单元等通信中继装置均需与天线相连接。中继装置的天线端口由于阻抗失配会产生很大的反射信号，导致严重影响通信系统的正常工作和各种射频指标。通过检测驻波比可以及时发现并解决问题，当检测到驻波比出现异常时，得以告警或者关闭通信中继装置中的功率放大系统。

天线端口阻抗失配的原因包括天线端口阻抗不匹配和各种器件电气性能不一致、环境温度等主要情况，尤其是在具有较大带宽的通信系统中，这种失配没有一定的规律。过去常用的两种解决方案是通过降低功率检波管的误差或设计宽带驻波检测电路，这两种方式均会增加设计难度和设计成本，更关键的，是否有效果也存在不确定性。目前较常用的很多方案具有共通之处，就是增加反射功率检测电路，但是这类方案加大了PCB面积，增加了系统的复杂度。

上海华为技术有限公司提出的CN101557601号专利申请中揭示一种驻波检测方法、驻波检测装置和基站，其借助闭环的功率放大控制电路获取前向功率和反向功率进行驻波比值检测。这种方案要求相关芯片必须完成极高复杂度的计算，对芯片的性能、成本提出更高的要求，相应的，技术实现时也较为复杂。

因此，避免采用专用的检测电路、简化技术实现难度、降低实现成本，成为当前驻波比检测技术领域的关键考虑。

【发明内容】

本发明的主要目的在于克服上述不足，提供一种驻波比检测装置，以简便的方式实现通信中继装置对其天线端口驻波比具体数值的检测。

本发明的另一目的在于适应前一目的而提供一种与之相匹配的驻波比检测方法。

本发明的再一目的在于提供一种通信中继装置，以应用所述驻波比检测装置和/或驻波比检测方法。

为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的驻波比值检测装置，用于检测通信系统的天线端口的驻波比值，其包括：耦合器，耦合一路由闭环功控单元放大后的输出给该天线端口的发射功率信号；时隙开关，根据该通信系统的上、下行时隙对应选通该天线端口的反射功率信号、所述耦合的发射功率信号；功分器，将时隙开关所选通的各功率信号均分到功率检波管和所述闭环功控单元的反馈变频链路中；所述功率检波管，将经过其中的各功率信号转换为相应的电压信号；模数转换器，将所述各电压信号从模拟格式转换为数字格式；计算单元，利用均为数字格式的反射电压信号和发射电压信号计算天线端口的回波损耗，从而确定驻波比。

进一步，所述耦合器与时隙开关之间串接有衰减器，用于对所述耦合的发射功率信号进行增益调节。所述功率检波管为RMS功率检测器。所述闭环功控单元输出的发射功率信号经环行器向该天线端口下行。所述天线端口接有滤波器，以对环行器下行的发射功率信号和对天线端口传输给所述时隙开关的反射功率信号进行滤波。具体的，所述时隙开关为射频开关。

本发明的驻波比检测方法，其包括如下步骤：

1)耦合由闭环功控单元放大后的输出给天线端口的发射功率信号；

2)根据通信系统的发射、反射时隙不同分别选通所述发射功率信号、由该天线端口反射的反射功率信号；

3)在不同时隙，将相应的发射功率信号和反射功率信号均分别分配到两个支路中；

4)将分配到第一支路中的发射功率信号和反射功率信号馈入到所述闭环功控单元的反馈变频链路中，用于对功放的线性化；将分配到第二支路中的发射功率信号和反射功率信号分别转换为发射电压信号和反射电压信号；

5)将所述发射电压信号和反射电压信号从模拟格式转换为数字格式；

6)利用均为数字格式的反射电压信号和发射电压信号计算天线端口的回波损耗，从而确定驻波比。

进一步，在步骤1)和步骤2)之间具有对耦合而得的发射功率信号进行增益调节的步骤。

所述步骤6)具体包含如下步骤：

6.1、求取反射电压信号与发射电压信号的功率差值作为既定回波损耗；

6.2、在预设了回波损耗与驻波比值之间对应关系的数据表中检索其中预设的回波损耗与所述既定回波损耗差值最小的记录；

6.3、将该记录中的驻波比值作为本方法所确定的驻波比。

本发明的通信中继装置，其包括前述的驻波比检测装置。该通信中继装置还包括：平衡式低噪放单元，用于对一路上行信号的两路分支进行隔离和低噪声放大后给到上行链路。

所述平衡式低噪放单元包括：衰减器，用于对所述天线端口的上行信号进行增益调节；第一电桥，将经所述环行器上行的信号分路成两个输出链路，其隔离口由此形成所述反射功率信号；所述的每个输出链路中设置的限幅器，用于防止所述上行信号超过预设功率幅值；所述的每个输出链路中设置的射频开关，用于在发射时隙时提高上行信号中反射功率信号和掺杂的发射功率信号的隔离度；所述的每个输出链路中设置的低噪声放大器，用于放大所述隔离后的上行信号；所述的第二电桥，用于将所述第一电路的两个输出链路放大后的上行信号进行合路后上行。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、通过从闭环功控单元的放大信号输出端处耦合一路信号作为发射功率信号、采用平衡式低噪放的隔离口接收该发射功率信号在天线端口由于阻抗失配导致的反射功率信号，依据该发射功率信号和反射功率信号进行功率检测，最终通过计算得出该天线端口的驻波比，避免使用专用的检测电路。

2、结合闭环功控单元的反馈变频链路具有根据系统时隙智能化地只处理下行发射信号的特点，实现对时分通信系统的不同时隙的合理利用，在不同时隙对发射功率信号和反射功率信号进行有条不紊的处理，可见，本发明的电气结构、信号处理流程均较为简单。

3、仅仅利用了反射功率信号、发射功率信号转换而得的数字反射电压信号、数字发射电压信号进行功率差值计算，得出回波损耗，并以回波损耗在一预设的数据表中检索出相应的驻波比值，这样的实现方法使得其计算复杂度大大降低，对芯片的特性要求较低，其系统实现成本也就自然较低。

4、本发明具有普通适应性，本发明的驻波比检测装置及其相应方法适用于各种采用闭环功控单元(采用DPD数字预失真技术的功放系统)对下行信号进行放大的时分双工制式宽带通信中继装置中，设备的形式包括但不限定基站、射频拉远单元、塔顶放大器、直放站等。

5、本发明明显区别于现有技术且较为突出的另一特点在于：由于前述所称本发明具有计算复杂度低的优点，尤其适用于处理宽带系统，实测中，在工作频带为2500MHz 2650MHz范围内的WiMAX信号制式具有较高的驻波比检测精度和极短的检测时间。

【附图说明】

图1是本发明的通信中继装置的局部电路的原理框图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

请参阅CN101110571、CN101499777等专利公告，其均揭示公知的采用数字预失真技术(DPD)实现的功率放大器的结构和原理，总结DPD功率放大器的电气结构特点可知，功率放大器对下行信号进行放大处理，放大后的信号被一耦合器耦合后馈入反馈变频链路中，该反馈变频链路中设置了控制电路以便利用该耦合到的信号进行预失真处理并重新馈入下行链路中以传输给功率放大器，最终达到对消的目的。由此，功率放大器的各级推动管、耦合功率放大器输出信号的耦合器、用于进行预失真处理的反馈变频链路共同构成闭环的功率控制单元，简称闭环功控单元。该闭环功控单元中反馈变频链路的所耦合到的下行链路的发射信号被本发明加以运用。

如下的说明请参阅图1。图1揭示了本发明的通信中继装置的局部电路原理框图，具体是揭示其靠近天馈系统部分。众所周知的，每个诸如基站、射频拉远单元、直放站、塔顶放大器等通信中继装置均具有对通信系统信号进行上、下行链路分离的电气结构。本发明针对下行链路的发射功率信号和天线端口的反射功率信号进行驻波比检测，而揭示驻波比检测装置及其相应的检测方法，该装置和方法主要是利用于其下行链路中的闭环功控单元和天线端口反射功率信号加以实现。因为下行链路中设置的驻波比检测装置和环行器所引起的电气性能改变，相应地也需要在上行链路中做适应性的配置。

图1中，通信中继装置与天线确立了连接关系，天线1与通信中继装置的天线端口之间接入了滤波器2，以便对上行信号和下行信号进行滤波处理。减少不必要的带外杂散，通信中继装置的天线端口通过环行器5与滤波器2实现信号连接并实现上、下行链路的信号分离和合路。天线1的各端口与通信中继装置的各天线端口之间的连接关系是确定的，天线端口阻抗失配或其它原因所导致的问题需要借助对各天线端口的驻波比的检测加以解决。因此，通信中继装置的下行链路中，引入了两路信号进行解决。

所述两路信号中的第一路信号为功率放大器41输出的放大后下行信号，即用于传输给天线向空间进行发射的发射功率信号，其在下行链路的闭环功控单元的功率放大器41输出端生成并且经所述环行器5绕行后继续下行输出。该发射功率信号由闭环功控单元中固有的耦合器61耦合而得。

耦合而得的信号被通信中继装置所设置的一个固定或可调的衰减器62进行信号增益控制，例如本实施例中对耦合而得的发射功率信号进行20dB的信号衰减调节。

所述两路信号中的第二路信号为天线端口反射回来的上行信号，其经滤波器2滤波处理后直接以反射功率信号的形式被引用，该反射功率信号进入通信中继装置后未经特殊处理即进入时隙开关63。

通信中继装置设置有用于对所述发射功率信号和反射功率信号进行择一选通的时隙开关63。顾名思义，通信中继装置所适应的通信系统为时分双工制式(TDD)的通信系统。所述时隙开关63选用射频开关，对于同一天线端口，适应只有一路发射功率信号和反射功率信号的情况，优选二选一射频开关加以实现。而对于多个天线端口而言，则适应性地使用多选一射频开关，也可以采用多个二选一射频开关组合，实现多通道间的高隔离度。时隙开关63基于时分原理，在通信系统的上行时隙选通所述反射功率信号，在通信系统的下行时隙选通所述发射功率信号，如果有多个天线端口的驻波检测，即相应的增加二选一射频开关，每一个开关对应一个天线端口的发射、反射功率信号的检测。

被所述时隙开关63选通的所述反射功率信号和发射功率信号被传输到通信中继装置所设置的功分器64中，该功分器64的两个分配端口分别将其所接收的信号——发射功率信号或反射功率信号——分配到两个支路，其中支路之一即馈入所述闭环功控单元的(DPD)的反馈变频链路；支路之二即系传输到通信中继装置所设置的功率检波管66中。

由于闭环功控单元的反馈变频链路65中的控制电路具有对时隙及其相应信号进行识别的功能，因此，尽管所述功分器64馈入的信号不仅包含所述发射功率信号，还包括了反射功率信号，但其中的反射功率信号会被反馈变频链路65的控制电路所忽略，或者，反馈变频链路在上行时隙时并不工作。因此，反射功率信号馈入反馈变频链路65并不影响闭环功控单元的既有的DPD(数字预失真)功能。

另一路被馈入到功率检波管66的信号，也包括以不同时序进入的反射功率信号和发射功率信号，这两种信号均被功率检波管66进行检波处理，并分别转换成相应的反射电压信号和发射电压信号。功率检波管66优选RMS功率检波管66(RMS，Root mean square，均方根，亦称作有效值)，其成本较低、功能完备且性能可靠，且具有较大动态范围。

由功率检波管66转换而成的模拟格式的反射电压信号和发射电压信号，进一步被通信中继装置中设置的模数转换器(ADC)67对应地转换为数字格式的反射电压信号和发射电压信号，以便进一步进行计算。

为了实现上述计算功能，通信中继装置中设置一计算单元68，其采用诸如DSP、FPGA之类的专用数字芯片实现。该计算单元68主要是利用所述数字格式的反射电压信号和发射电压信号进行运算以求取与相应的反射功率信号和发射功率信号相应的天线端口的所述驻波比。

众所周知的，确定了下行发射信号和上行反射信号的功率，即可确定相应天线端口的回波损耗，而回波损耗与天线端口的驻波比值之间存在对应关系。因此，本实施例中，计算单元68所运用的计算方法，依赖于一个电子的数据表，该数据表在通信中继装置出厂时已预先确定，通过查找表可减小计算量，其表征了各天线端口的已知驻波比值(VSWR)与回波损耗(RL)之间的关系。如下表1所示：

VSWR	RL(dB)
		1.3	17.7
1.4	15.5
		1.5	14.0
1.6	12.7
		1.7	11.7
1.8	10.9
		1.9	10.2
2	9.5
		2.1	9.0
2.2	8.5
		2.3	8.1
2.4	7.7
		2.5	7.4

表1：预设的回波损耗与驻波比之间的对应关系电子数据表

回波损耗(RL)与发射信号(P_in)、反射信号(P_ref)之间的转换计算关系请参照如下公式：

RL(dB)＝P_indBm-P_rdfdBm (1)

可见，通过式(1)求取某天线端口的发射信号(P_in)与反射信号(P_ref)各自所表征的功率的差值，便能得到所述回波损耗(RL)的具体数值。而通过式(2)中，由RMS检波管输入的功率值P_in对应的模拟电压值V_sample，再由数字处理芯片采集ADC量化的数字电压值V_in，就建立了数字电压值和输入功率值的对应关系。

继而，为了最终得到与该回波损耗(RL)相对应的驻波比值(VSWR)，通过计算单元68所预设的程序，在表1中检索与前一公式得出的既定回波损耗(RL)数值差值最小的回波损耗数值所在的记录，然后，将该记录中的相应的驻波比值(VSWR)视为计算单元68所确定的驻波比。由此，该某一天线端口的驻波比得以确定，即可被用于做进一步的处理，以解决诸如天线端口阻抗匹配之类所导致的问题。

在需要对多个天线端口进行驻波比确定时，不脱离上述对单个天线端口的驻波比值进行确定的基本原理，因此，不行赘述。

由此可见，通过在通信中继装置的下行链路中装设时隙开关63、功分器64、功率检波管66以及模数转换器67和计算单元68等，结合对发射信号和反射信号的巧妙运用，确定了本发明的驻波比检测装置和相应的检测方法，可科学、快速、方便地确定任意天线端口的驻波比。由于采用了专用的计算单元68，不依赖于通信中继装置的既有芯片，故能降低各芯片的计算复杂度，因而，该计算单元68可由成本低廉的DSP、FGPA等芯片实现，也就进一步节约了本发明的实现成本，同时，低复杂度可使本发明更适用于宽带系统。

本发明的通信中继装置，适应其下行链路中所述驻波比值检测装置的应用，需要对其上行链路做适应性的配置。

请继续参阅图1，通信中继装置的上行链路中，设有平衡式低噪放单元，用于对上行信号进行低噪声放大后继续上行。

所述平衡式低噪放单元包括第一电桥32、第二电桥36以及设置于该两个电桥32、36之间的两条对信号进行放大的输出链路。该两个电桥均采用3dB电桥。每个所述的输出链路中，均依信号上行的顺序串接有限幅器33、射频开关34和低噪声放大器35，两条输出链路采用完全相同的结构，故实现平衡式设计。

所述的第一电桥32，。既可以用于上行时隙对上行信号的接收放大，也可以用于下行时隙对下行信号的反射功率的耦合，所述反射功率的耦合度由电桥隔离口的隔离度决定。经过所述滤波器2滤波之后，分成两路，其中一路经环行器5绕行后传输给该第一电桥32的另一个输入端口，另一路则经过一固定或可调的衰减器31进行20dB的增益调节之后传输给所述第一电桥32的一个输入端口。第一电桥32进而将两个分支输入的上行信号分到其两个输出端口，由此形成所述的两个输出链路。

结合所述上行链路和下行链路中设置的衰减器62、31可知，衰减器62、31是为了适应环行器5的功率衰减而增设的，因此，其衰减的增益值与环行器5的电气参数之间具有一定的对应关系。

所述的每一个输出链路中，首先，第一电桥32分配的上行信号被一限幅器33进行了限幅，也即允许低于某一功率幅值的信号通过。继而，已通过的上行信号经过一射频开关34，该射频开关34用于提高上行信号中发射功率信号和反射功率信号的隔离度，使得上行信号中有反射功率信号通过，而滤除了反射功率信号。被滤除了反射功率信号的上行信号继而被一低噪声放大器35进行信号放大后，馈入到第二电桥36的输入端口。

第二电桥36将两个所述输出链路输入至其两个输入端口的分支上行信号进行合路后输出，第二电桥36的两个输出端口之一匹配50欧姆的负载，另一输出端口则设置另一射频开关38，用于实现时隙控制，在上行时隙允许上行信号通过。

由此，本发明的通信中继装置既确保了上行信号与下行信号的并行不悖，又进一步实现了驻波比值检测的功能，实现了本发明的目的。

综上所述，本发明以简易的电路和低廉的成本，实现了驻波比值的检测，尤其适用于宽带通信系统中。

本发明尽管只给出以上实施例，但是，本领域内普通技术人员在通读本说明书后，结合公知常识，应能联想到更多的具体实施方式，但是这样的具体实施方式并不超脱本发明权利要求的精神，任何形式的等同替换或简单修饰均应视为被本发明所包括的实施例。

Claims

1.一种驻波比检测装置，用于检测通信系统的天线端口的驻波比，其特征在于，其包括：

耦合器，耦合一路由闭环功控单元放大后的输出给该天线端口的发射功率信号；

时隙开关，根据该通信系统的上、下行时隙对应选通该天线端口相对应的上行链路的反射功率信号、所述耦合的发射功率信号；

功分器，将时隙开关所选通的各功率信号均分到功率检波管和所述闭环功控单元的反馈变频链路中；

所述功率检波管，将经过其中的各功率信号转换为相应的电压信号；

模数转换器，将所述各电压信号从模拟格式转换为数字格式；

计算单元，利用均为数字格式的反射电压信号和发射电压信号计算天线端口的回波损耗，从而确定驻波比。

2.根据权利要求1所述的驻波比检测装置，其特征在于，所述耦合器与时隙开关之间串接有衰减器，用于对所述耦合的发射功率信号进行增益调节。

3.根据权利要求1所述的驻波比检测装置，其特征在于，所述功率检波管为RMS功率检测器。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的驻波比检测装置，其特征在于，所述闭环功控单元放大后输出的发射功率信号经环行器向该天线端口下行。

5.根据权利要求4所述的驻波比检测装置，其特征在于，所述天线端口接有滤波器，以对环行器下行的发射功率信号和对天线端口传输给所述时隙开关的反射功率信号进行滤波。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的驻波比检测装置，其特征在于，所述时隙开关为射频开关。

7.一种驻波比检测方法，其特征在于，其包括如下步骤：

2)根据通信系统的上、下行时隙不同分别选通所述发射功率信号、由该天线端口反射的反射功率信号；

3)在不同时隙，将相应的发射功率信号和反射功率信号均分到两个支路中；

4)将分配到第一支路中的发射功率信号和反射功率信号馈入到所述闭环功控单元的反馈变频链路中，用于对功放进行线性化处理；将分配到第二支路中的发射功率信号和反射功率信号分别转换为发射电压信号和反射电压信号；

8.根据权利要求7所述的驻波比检测方法，其特征在于，在步骤1)和步骤2)之间具有对耦合而得的发射功率信号进行增益调节的步骤。

9.根据权利要求7或8所述的驻波比检测方法，其特征在于，所述步骤6)具体包含如下步骤：

6.3、将该记录中的驻波比值作为本方法所确定的驻波比。

10.一种通信中继装置，其特征在于，其包括如权利要求4或5所述的驻波比检测装置。

11.根据权利要求10所述的通信中继装置，其特征在于，该通信中继装置还包括：平衡式低噪放单元，用于对一路上行信号的两路分支进行隔离和低噪声放大后给到上行链路。

12.根据权利要求11所述的通信中继装置，其特征在于，所述平衡式低噪放单元包括：

衰减器，用于对上行链路的反射功率信号进行增益调节；

第一电桥，将经所述环行器上行的信号分路成两个输出链路，其隔离口由此形成所述反射功率信号；

所述的每个输出链路中设置的限幅器，用于防止所述上行信号超过预设功率幅值；

所述的每个输出链路中设置的射频开关，用于在发射时隙时提高上行信号中反射功率信号和掺杂的发射功率信号的隔离度；

所述的每个输出链路中设置的低噪声放大器，用于放大所述隔离后的上行信号；

所述的第二电桥，用于将所述第一电路的两个输出链路放大后的上行信号进行合路后上行。