CN102547931A - 一种实现微型直放站节能的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现微型直放站节能的装置及方法。包括：耦合上行放大链路输入端的上行信号，进行滤波处理；对滤波的信号进行增益、小信号放大处理；检测放大处理后上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平；与预先设定的电压阈值进行比较，如果确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制设置于上行放大链路中有源元件与电源之间的开关截断各有源元件的电源，如果确定直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源。应用本发明，可以提高微型直放站的节能效率。

Description

一种实现微型直放站节能的装置及方法

技术领域

本发明涉及直放站节能技术，特别涉及一种实现微型直放站节能的装置及方法。

背景技术

直放站是通信网络系统中的无线电发射中继设备，在无线射频信号传输的过程中，增强无线射频信号功率以延伸基站覆盖范围，对基站覆盖范围进行补盲，从而保证通信网络系统正常的运行。

图1为现有微型直放站的结构示意图。参见图1，该微型直放站包括室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器以及室内重发天线，第一双工器分别与室外施主天线、下行放大链路模块、上行放大链路模块相连，第二双工器分别与室内重发天线、下行放大链路模块、上行放大链路模块相连，在下行链路中，由室外施主天线从基站现有的覆盖范围中拾取信号，通过第一双工器、下行放大链路模块对拾取信号进行带通滤波、隔离以及功放等处理，然后通过第二双工器以及室内重发天线再次发射。在上行链路中，室内重发天线拾取覆盖范围内的移动终端的信号，以同样的工作方式通过第二双工器、上行放大链路模块进行带通滤波、隔离以及功放等处理，然后通过第一双工器以及室外施主天线再次发射，从而保证基站与移动终端正常的通信。

其中，

上行放大链路模块包括：依序连接的第一声表面波(SAW，SurfaceAcoustic Wave)滤波器、低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)、第二声表面波滤波器、第一放大器(AMP，Amplifier)、第三声表面波滤波器、自动电平控制器(ALC，Auto Level Control)、第二放大器、第四声表面波滤波器、高功率放大器(HPA，High Power Amplifier)以及正极与高功率放大器输出端相耦合、负极与自动电平控制器相连的检波二极管；

下行放大链路模块的电路结构与上行放大链路模块的电路结构对称，对于下行放大链路模块以及上行放大链路模块对接收信号的处理过程，具体可参见相关技术文献，在此不再赘述。

随着资源使用的衰竭，设备运行中的节能技术受到越来越多的重视，现有的直放站中，高功率放大器的功耗约占整个直放站功耗的80％以上，因而，有效降低高功率放大器的功耗，是实现直放站节能的一个关键因素。现有技术中，除了研制新节能性能的高功率放大器外，还根据直放站的工作特性，例如，在上行链路上，移动终端并不一定需要实时保持与基站的通信联系，这样，可以在移动终端处于空闲时，将上行放大链路模块中的一部分功耗元件的电源关闭，从而有效降低整个直放站的功耗。

图2为现有采用节能技术的微型直放站结构示意图。参见图2，与图1不同的是，该节能的直放站在高功率放大器与电源之间设置开关，并在自动电平控制器输出端与高功率放大器之间并联信号检波比较电路，用于监测上行放大链路中第二放大器输出的上行信号的强度，即信号检波比较电路从上行放大链路末级功放电路耦合出上行信号，经射频二极管检波输出直流电平后与预先设定的电压阈值进行比较，如果移动终端处于空闲状态，即耦合得到的移动终端上行信号强度较小，则经耦合以及检波得到的直流电平值小于预先设定的电压阈值，通过设置的开关将上行放大链路末级功放电路(高功率放大器)的电源关闭，使上行放大链路末级功放电路停止工作，以达到节能的目的，如果确定移动终端的上行信号经过耦合以及检波得到的直流电平值大于预先设定的电压阈值，则输出控制开关闭合的控制电压，通过设置的开关迅速恢复上行放大链路末级功放电路的供电，使上行放大链路末级功放电路工作，以保证用户正常通信。

在图2中，每一级有源元件供电端标示的是该级电路供电电压以及消耗电流。以上行放大链路为例，功率消耗元件(有源元件)包括：低噪声放大器、第一放大器、第二放大器以及高功率放大器。

实际应用中，上行放大链路的末级功放电路功耗较大，以图2为例，假设移动终端的使用率为10％，即上行放大链路有10％的时间处于工作状态，则可以通过下述公式计算该直放站的节能效率：

$\mathrm{\η}=\frac{P_z-P_j}{P_z}x(1-\mathrm{\ξ})x100\%---\left(1\right)$

式中，

η为节能效率；

P_z为直放站未采用节能技术时功耗；

P_j为直放站采用节能技术时功耗；

ξ为移动终端使用率。

以图2为例，该直放站的节能效率：

$\mathrm{\η}=\frac{V_{\mathrm{cc}}x\left(\underset{k=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k\right)-V_{\mathrm{cc}}x\left(\underset{j=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{I}_j\right)}{V_{\mathrm{cc}}x\left(\underset{k=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k\right)}x(1-0.1)x100\%---\left(2\right)$

对上式进行整理，最后得到：

$\mathrm{\η}=\frac{I_8}{\underset{k=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k}x0.9x100\%---\left(3\right)$

式中，

I₁～I₈分别为图2中各有源元件耗电电流。

以微型直放站为例，一般地，V_cc＝5(V)，I₁＝I₂＝I₃＝I₅＝I₆＝I₇＝60(mA)，I₄＝I₈＝150(mA)，则上述直放站的节能效率约为20％。

由上述可见，现有采用节能技术的直放站，主要通过控制上行放大链路的末级功放电路功耗来实现直放站的节能效率，对于其他有源元件，在移动终端处于空闲状态时，仍处于工作状态，增加了直放站的功耗，降低了直放站的节能效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提出一种实现微型直放站节能的装置，提高微型直放站的节能效率。

本发明的另一目的在于提出一种实现微型直放站节能的方法，提高微型直放站的节能效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种实现微型直放站节能的装置，该装置包括：室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器、室内重发天线，该装置还包括：上行检测模块以及开关，其中，

上行检测模块，用于耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，进行滤波，对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测放大处理后的上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平，与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；

开关，设置于有源元件与电源之间，用于根据上行检测模块的控制，导通或截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

所述上行检测模块包括：耦合器、滤波器、能量检测器以及判决器，其中，

耦合器，用于耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，输出至滤波器；

滤波器，用于接收耦合的上行信号，进行滤波，输出至能量检测器；

能量检测器，用于对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测上行信号功率能量，并形成与输入信号功率线性变化的直流电平，输出至判决器；

判决器，用于将接收的直流电平值与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，向开关输出导通指令，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，向开关输出截断指令，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

所述判决器为单运放比较器，单运放比较器的第一端口与工作电源相连接，第二端口与参考电压相连接，第三端口通过第一电阻与输入信号电压相连接，第四端口用于接地，第五端口用于输出导通指令以控制开关导通或截断，在第三端口与第五端口之间，连接有第二电阻。

所述预先设定的电压阈值包括第一电压阈值以及第二电压阈值，其中，

V_IN1＝[V_REF×(R₁+R₂)]/R₂

V_IN2＝[V_REF×(R₁+R₂)-V_CC×R₁]/R₂

式中，

V_IN1为第一电压阈值；

V_REF为参考电压；

R₁为第一电阻；

R₂为第二电阻；

V_IN2为第二电压阈值；

V_CC为工作电源电压。

当输入判决器的电压信号电压从低值上升到预先设定的第一电压阈值前，判决器输出的导通指令控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；

当输入判决器的电压信号电压上升到不小于预先设定的第一电压阈值时，判决器输出的导通指令控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源；

当输入判决器的电压信号电压从高点回落时，如果不小于预先设定的第二电压阈值，判决器输出的导通指令控制开关维持导通上行放大链路模块中各有源元件的电源；

当输入判决器的电压信号电压如果小于预先设定的第二电压阈值，判决器输出的导通指令控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

所述能量检测器由第八电容、第一电感、第一电容、第一电阻、第二电阻、第二电容、第三电阻、第五电阻、第三电容、第四电容、第二电感、第四电阻、第九电容、放大器、第五电容以及射频检测器组成，其中，

第八电容一端接收滤波器的输出信号电压，另一端分别与第一电感、第九电容一端以及放大器第一端相连，第一电感的另一端分别与第一电容、第二电阻一端相连，第一电容的另一端与第一电阻的一端相连并接地，第一电阻的另一端分别与第二电阻的另一端、第二电容以及第三电阻的一端相连，第二电容的另一端接地，第九电容的另一端与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端分别与第二电感、第五电容的一端以及放大器第二端相连，放大器第三端接地，第二电感的另一端分别与第三电阻的另一端、第四电容以及第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端与第三电容的一端相连并接入工作电压，第三电容的另一端与第四电容的另一端以及射频检测器的第五端口相连并接地，射频检测器具有六个端口，第五电容的另一端接入射频检测器的第六端口，射频检测器的第一端口接入工作电压，并由第二端口输出信号电压。

所述耦合器由第七电阻、耦合微带线、第八电阻、第六电容以及第七电容组成，第七电阻一端接地，另一端通过耦合微带线分别与第六电容以及第七电容一端相连，第六电容另一端与第八电阻一端相连，第八电阻另一端接地，第七电容另一端输出耦合信号。

所述滤波器由声表面滤波器、第九电阻、第十电阻以及第十一电阻组成，声表面滤波器第一端口接收耦合器输出的电压信号，第二端口与第三端口接地，第四端口与第九电阻以及第十电阻一端相连，第十电阻另一端与第十一电阻一端相连并输出信号电压，第九电阻、第十一电阻另一端与第五端口相连。

所述判决器由第六电阻、第十四电阻、第十二电阻、第十五电阻以及比较器组成，其中，

第六电阻的一端与射频检测器的第二端口相连，另一端与第十四电阻的一端以及比较器的第二端口相连，第十四电阻的另一端与比较器的第六端口相连，比较器第六端口输出信号电压以控制开关，比较器的第七端口接入工作电压，第四端口接地，第三端口分别与第十二电阻、第十五电阻的一端相连，第十二电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端接入工作电压。

所述开关由第十三电阻、第十电容以及集成电路开关组成，其中，第十三电阻的一端与比较器输出第六端口相连，第十三电阻的另一端与集成电路开关的第一端口相连，第十电容的一端与比较器的第四端口相连并接地，另一端与集成电路开关的第三端口相连并接入工作电压。

一种实现微型直放站节能的方法，该方法包括：

耦合上行放大链路输入端的上行信号，进行滤波处理；

对滤波的信号进行增益、小信号放大处理；

检测功放处理后上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平；

与预先设定的电压阈值进行比较，如果确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制设置于上行放大链路中有源元件与电源之间的开关截断各有源元件的电源，如果确定直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源。

所述电压阈值包括第一电压阈值以及第二电压阈值，

确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值具体包括：

确定生成的直流电平值逐渐增加、且不大于预先设定的第一电压阈值；或，

确定生成的直流电平值逐渐降低、且不大于预先设定的第二电压阈值；

确定直流电平值大于预先设定的电压阈值具体包括：

确定生成的直流电平值逐渐增加、且大于预先设定的第一电压阈值；或，

确定生成的直流电平值逐渐降低、且不小于预先设定的第二电压阈值。

由上述的技术方案可见，本发明提供的一种实现微型直放站节能的装置及方法，包括：室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器、室内重发天线、上行检测模块以及开关，上行检测模块耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，进行滤波，对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测放大处理后的上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平，与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；开关设置于有源元件与电源之间，用于根据上行检测模块的控制，导通或截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。这样，通过设置具备两级放大增益的能量检测器，可以确保对上行信号的放大检测能力，可将上行放大链路中前面各级小信号放大电路均纳入节能范围，提高了直放站的节能效率。

附图说明

图1为现有微型直放站的结构示意图。

图2为现有采用节能技术的微型直放站结构示意图。

图3为本发明实施例实现微型直放站节能的装置结构示意图。

图4为本发明实施例判决器结构示意图。

图5为本发明实施例基于图4的判决器输入输出关系示意图。

图6为本发明实施例采用第一电压阈值与第二电压阈值进行判决以及现有采用单一电压阈值进行判决的对比示意图。

图7为本发明实施例上行检测模块的电路结构示意图。

图8为本发明实施例实现微型直放站节能的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

现有技术中，通过控制上行放大链路的末级功放电路功耗来实现微型直放站的节能效率，没有考虑上行放大链路中除末级功放电路外的其他各级小信号放大电路的功耗，使得直放站的节能效率较低，而如果将现有的信号检波比较电路与第二双工器的输出端相连，用以耦合并检测第二双工器的输出端的上行信号的强度，由于第二双工器输出的上行信号没有经过第一声表面波至第二放大器之间电路的有效滤波、放大，强度弱，容易受外界因素影响，使得信号检波比较电路判断时容易发生偏差，从而影响移动终端正常的上行通信性能。因而，本发明实施例中，考虑上行放大链路中各功耗电路，提出易于实施且成本低廉的独立上行信号检测电路，用以从第二双工器输出端耦合上行信号，并对上行信号进行有效处理，并根据处理后的上行信号控制各功耗电路的开关，从而在保持上行放大链路性能指标的基础上，提高直放站的节能效率。

图3为本发明实施例实现微型直放站节能的装置结构示意图。参见图3，该装置包括：室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器、室内重发天线、上行检测模块以及开关，其中，

室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器以及室内重发天线结构与连接关系与图1相同，在此不再赘述。

上行检测模块，用于耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，进行滤波，对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测放大处理后的上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平，与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；

开关，设置于有源元件与电源之间，用于根据上行检测模块的控制，导通或截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

本发明实施例中，开关可以是电子开关，也可以是晶体三极管，还可以是互补金属氧化物半导体管(MOS，Metal Oxide Semiconductor)等。可以是在每个有源元件与相应的电源之间设置一个开关，如果所有有源元件都接入同一电源，也可以只设置一个开关。

实际应用中，开关可以采用RTF020P02集成电路开关，该开关器件能控制高达20V、2A的工作电源，典型导通直流阻抗小于120mΩ，体积小、时延小，其导通时延仅12ns，能非常好的控制本发明实施例上行放大链路模块中各有源元件的5V、300mA～500mA的电源。

上行检测模块包括：耦合器、滤波器、能量检测器以及判决器，其中，

耦合器，用于耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，输出至滤波器；

本发明实施例中，耦合器具有三个端口，第一端口与室内重发天线侧第二双工器的输出端侧耦合微带线相连，第二端口与第一声表面波滤波器输入端侧耦合微带线相连，第三端口与滤波器输入端相连。较佳地，耦合器可以选用印制板微带线定向耦合器，该耦合器具有10dB定向耦合，隔离好，插入引起的损耗不到0.15dB，对上行放大链路性能影响极小，且无需专门元器件、成本极低。

滤波器，用于接收耦合的上行信号，进行滤波，输出至能量检测器；

本发明实施例中，滤波器可以选用3mm*3mm封装的声表面带通滤波器，通带为上行频段，例如，890MHz～915MHz，对下行频段的带外抑制一般大于25dB，可以有效抑制上行以外的信号干扰，增加上行检测的准确性。

能量检测器，用于对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测上行信号功率能量，并形成与输入信号功率线性变化的直流电平，输出至判决器；

本发明实施例中，能量检测器可以采用低噪声放大器SGA8343与射频检测器AD8312相结合的技术方案，SGA8343体积小、成本低、功耗低(额定电压：3V，额定电流：10mA)，在900MHz时具有23.9dB增益，在2.4GHz时具有17.7dB增益，为AD8312提供预放大，这样，可以有效扩展上行监测动态范围。射频检测器AD8312同样具备体积小、功耗低(额定电压：3V，额定电流：4.2mA)特点，可检测信号频带为100MHz-2.7GHz，有效涵盖了各类型移动通信频段，并在SGA8343配合下，可将信号功率检测范围扩展到-69dBm以下，并输出随输入信号功率大小(分贝值)线性变化的直流电平，为后级判决器提供稳定的上行信号检测电压。

判决器，用于将接收的直流电平值与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，向开关输出导通指令，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，向开关输出截断指令，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

本发明实施例中，可以向开关输出高电平以表示导通指令，当然，也可以根据预先的设置，向开关输出低电平以表示导通指令，电压阈值可以随原开关状态而不同。

实际应用中，判决器可以是单运放比较器，较佳地，选用非对称比较结构的单运放比较器，即预先设定的电压阈值包括第一电压阈值以及第二电压阈值，例如，可以采用LMV761比较器，该比较器具有判决精度高、功耗低(额定电压：2.7～5V，额定电流：225uA)。

图4为本发明实施例判决器结构示意图；

图5为本发明实施例基于图4的判决器输入输出关系示意图。参见图4和图5，判决器具有八个端口(其中三个端口图中未示出)，其第一端口与工作电源(V_cc)相连接，第二端口与参考电压(V_REF)相连接，第三端口通过第一电阻(R₁)与输入信号电压(V_IN)相连接，第四端口用于接地，第五端口用于输出导通指令(V_O)以控制开关导通或截断，在第三端口与第五端口之间，连接有第二电阻(R₂)。

下面对该判决器的工作原理进行简要说明：

当输入判决器的电压信号V_IN电压从0上升到预先设定的第一电压阈值V_IN1前，电压阈值可以随原开关状态而不同，对应移动终端从空闲状态向工作状态转变，判决器输出的导通指令(V_O)维持低电平不变，控制开关维持截断上行放大链路模块中各有源元件的电源，直至V_IN≥V_IN1，即移动终端进入工作状态，判决器输出的导通指令(V_O)从低电平变为高电平，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源。

V_IN1可以通过下式预先确定：

V_IN1＝[V_REF×(R₁+R₂)]/R₂

当输入判决器的电压信号V_IN从高点逐渐回落时，对应移动终端从工作状态向空闲状态转变，判决器输出的导通指令(V_O)维持高电平不变，控制开关维持导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，直至V_IN＜V_IN2，即移动终端进入空闲状态，其中，V_IN2为预先设定的第二电压阈值，判决器输出的导通指令(V_O)从高电平变为低电平，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

V_IN2可以通过下式预先确定：

V_IN2＝[V_REF×(R₁+R₂)-V_CC×R₁]/R₂

这样，在输入判决器的电压信号从小向大变化以及从大向小变化时，判决门限电平(预先设置的电压阈值)不是同一个值，而且，输入判决器的电压信号回落时的判决门限电平V_IN2(第二电压阈值)要小于输入判决器的电压信号上升时的判决门限电平V_IN1(第一电压阈值)，从而构成不对称比较结构，两者的电压差值为：

ΔV＝V_IN1-V_IN2＝V_CC×R₁/R₂

式中，ΔV为第二电压阈值与第一电压阈值之差。

通过设置第一电压阈值与第二电压阈值，可以延缓通信中信号急剧回落时开关关闭的时间，可以在通信中信号急剧变化时提高开关的平顺性、减少丢帧率，从而保证通信效果。实际应用中，判决器具体起控时间点可以通过综合考虑并调整V_REF、R₁、R₂、V_CC来进行设置。

图6为本发明实施例采用第一电压阈值与第二电压阈值进行判决以及现有采用单一电压阈值进行判决的对比示意图。参见图6，普通判决电路只有一个电压阈值判决门限，在通信过程中其判决输出的电压信号容易产生波动，造成开关不必要的多次短暂关闭，使得丢帧率、误码率上升，而本发明实施例中，具备不对称判决电路结构的判决器在电压信号上升以及回落时采用不同的两个电压阈值判决门限，因此，输出稳定，开关短暂关闭减少，提高了通信性能。

本发明实施例中，上行检测模块的工作流程如下：

由微带线定向耦合器组成的耦合器(图3中以A标注)从室内重发天线侧的第二双工器输出端口输出的上行信号中耦合出上行输入信号电压V_IN，通过由声表面带通滤波器组成的滤波器(图3中以B标注)对上行输入信号带宽以外的干扰信号进行20dB以上的抑制过滤，然后将滤波后的上行输入信号输入能量检测器(图3中以C标注)，能量检测器的能量检测电路由两级组成，第一级为小信号低噪声放大器SGA8343组成的放大器，在900MHz频段能提供约23dB的放大量，输出上行放大信号至第二级，然后第二级由射频检测器AD8312组成一个具备45dB放大能力的对数能量检波器，因此，整个能量检测电路能输出一个足够强度的信号能量检测信号，该检测信号输入判决器(图3中以D标注)，由高性能判决器组成的不对称判决电路对检测信号进行判决，如果为正常通信的信号，判决输出导通指令，用于直接控制上行放大链路的供电开关导通，如果为非正常通信的信号，即在上行无移动终端通信信号时关闭上行放大链路的供电开关以截断上行放大链路的工作电源，从而达到节能的目的。

图7为本发明实施例上行检测模块的电路结构示意图。参见图7，上行检测模块包括：耦合器、滤波器、能量检测器以及判决器，其中，

耦合器，由第七电阻(R₇)、第八电阻(R₈)、第六电容(C₆)以及第七电容(C₇)组成，R₇一端接地，另一端分别通过微带耦合线与C₆以及C₇一端相连，C₆另一端与R₈一端相连，R₈另一端接地，C₇另一端输出电压信号(V_IN)；

滤波器，由声表面滤波器(SAW)、第九电阻(R₉)、第十电阻(R₁₀)以及第十一电阻(R₁₁)组成，SAW第一端口接收电压信号(V_IN)，第二端口与第三端口接地，第四端口与R₉以及R₁₀一端相连，R₁₀另一端与R₁₁一端相连并输出信号电压(V_saw)，R₉、R₁₁另一端接地；

能量检测器，由第八电容(C₈)、第一电感(L₁)、第一电容(C₁)、第一电阻(R₁)、第二电阻(R₂)、第二电容(C₂)、第三电阻(R₃)、第五电阻(R₅)、第三电容(C₃)、第四电容(C₄)、第二电感(L₂)、第四电阻(R₄)、第九电容(C₉)、功放器(SGA8343)、第五电容(C₅)以及射频检测器(AD8312)组成，其中，

C₈一端接收滤波器的输出信号电压V_saw，另一端分别与L₁、C₉一端以及SGA8343第一端相连，L₁的另一端分别与C₁、R₂一端相连，C₁的另一端与R₁的一端相连并接地，R₁的另一端分别与R₂的另一端、C₂以及R₃的一端相连，C₂的另一端接地，C₉的另一端与R₄的一端相连，R₄的另一端分别与L₂、C₅的一端以及SGA8343第二端相连，SGA8343第三端接地，L₂的另一端分别与R₃的另一端、C₄以及R₅的一端相连，R₅的另一端与C₃的一端相连并接入工作电压(+5V)，C₃的另一端与C₄的另一端以及AD8312的第五端口相连并接地，AD8312具有六个端口，C₅的另一端输出信号电压(V₉)并接入AD8312的第六端口，AD8312的第一端口接入工作电压(+5V)，并由第二端口输出信号电压(V_d)；

判决器，由第六电阻(R₆)、第十四电阻(R₁₄)、第十二电阻(R₁₂)、第十五电阻(R₁₅)以及比较器(LMV761)组成，其中，

R₆的一端与AD8312的第二端口相连，另一端与R₁₄的一端以及LMV761的第二端口相连，R₁₄的另一端与LMV761第六端口相连，该第六端口输出电压(V_O)，LMV761的第一端口接入工作电压(+5V)，LMV761的第四端口接地，LMV761的第三端口分别与R₁₂、R₁₅的一端相连，R₁₂的另一端接地，R₁₅的另一端接入工作电压(+5V)。

开关由第十三电阻(R₁₃)、第十电容(C₁₀)以及集成电路开关(RTF020P02)组成，其中，R₁₃的一端与R₁₄的另一端相连，R₁₃的另一端与RTF020P02的第一端口相连，C₁₀的一端与LMV761的第四端口相连并接地，另一端与RTF020P02的第三端口相连并接入工作电压(+5V)。

由上述可见，本发明实施例的实现直放站节能的装置，包括：室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器、室内重发天线、上行检测模块以及开关，其中，上行检测模块耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，进行滤波，对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测上行信号功率能量，并形成与输入信号功率线性变化的直流电平，与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；开关设置于有源元件与电源之间，用于根据上行检测模块的控制，导通或截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。这样，通过设置具备23dB+45dB(900MHz时)两级放大增益的能量检测器，确保了对上行信号的放大检测能力，从而不必利用原先上行放大链路中前几级放大电路就能获取足够的上行信号监测能量，可将上行放大链路中前面各级小信号放大电路均纳入节能范围，并通过非对称电路结构，以保证电路切换稳定、不丢帧，维持上行放大链路指标基本不变。在上行输入天线(室内重发天线)未收到移动终端信号时，上行检测模块的检测电路检测到的上行信号电压值小于判决起控电压，即参考电压V_REF，因此整个上行放大链路中的有源元件均处于电源关闭的节能状态(i₅＝i₆＝i₇＝i₈＝0)，提高了直放站的节能效率；当上行输入天线有移动终端信号输入(强度大于-60dBm)时，上行检测模块检测到上行信号电压值大于判决起控电压V_REF，因此打开上行放大链路供电开关，整个上行放大链路正常工作，在移动终端正常通信期间，由于非对称比较电路结构，一些急剧的信号变化引起的检测电压频繁波动被有效过滤或平滑，使得通信中上行信道由于开关过多动作导致的丢帧率大大降低。

本发明实施例中，上行检测模块本身功耗极低，其检测电路电源消耗约为5V20mA，根据公式(1)，可以得到本发明实施例直放站的节能效率为：

$\mathrm{\η}=\frac{I_5+I_6+I_7+I_8}{\underset{k=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{I}_k+I_l}x0.9x100\%---\left(4\right)$

式中，

I_l为上行检测模块电流。

以前述的I₁＝I₂＝I₃＝I₅＝I₆＝I₇＝60(mA)，I₄＝I₈＝150(mA)，I_l＝20(mA)为例，代入式(4)，可得到：

η＝43.6％

因而，相较于现有直放站，其节能效率能提高一倍以上。

图8为本发明实施例实现微型直放站节能的方法流程示意图。参见图8，该流程包括：

步骤801，耦合上行放大链路输入端的上行信号，进行滤波处理；

本步骤中，耦合器耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，输出至滤波器进行滤波处理。

步骤802，对滤波的信号进行增益、小信号放大处理；

本步骤中，能量检测器对滤波器输出的滤波信号进行增益、小信号放大处理。

步骤803，检测功放处理后上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平；

本步骤中，能量检测器根据检测得到的信号功率能量，根据信号功率能量大小生成与该信号功率能量成线性变化的直流电平。由于检测得到的信号功率能量与上行放大链路模块输入端的上行信号强度线性相关，因而，生成的直流电平值可以线性反映上行信号的强弱。当然，实际应用中，生成的直流电平值也可以根据其他策略确定，例如，可以是预先设置的反比关系，即上行信号功率能量越高，对应的直流电平值越低。

步骤804，确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制设置于上行放大链路中有源元件与电源之间的开关截断各有源元件的电源。

本步骤中，将生成的直流电平值与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，向开关输出导通指令，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，向开关输出截断指令，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

实际应用中，电压阈值可以包括第一电压阈值以及第二电压阈值。则：

确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值具体包括：

确定生成的直流电平值逐渐增加、且不大于预先设定的第一电压阈值；或，

确定生成的直流电平值逐渐降低、且不大于预先设定的第二电压阈值。

上述步骤中，逐渐增加可以是当前生成的直流电平值不小于上一次生成的直流电平值，也可以是在预先设置的时间周期内，当前周期生成的直流电平值平均值不小于上一周期生成的直流电平值平均值。

确定直流电平值大于预先设定的电压阈值具体包括：

确定生成的直流电平值逐渐增加、且大于预先设定的第一电压阈值；或，

确定生成的直流电平值逐渐降低、且不小于预先设定的第二电压阈值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种实现微型直放站节能的装置，包括：室外施主天线、第一双工器、下行放大链路模块、上行放大链路模块、第二双工器、室内重发天线，其特征在于，该装置还包括：上行检测模块以及开关，其中，

上行检测模块，用于耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，进行滤波，对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测放大处理后的上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平，与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；

开关，设置于有源元件与电源之间，用于根据上行检测模块的控制，导通或截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述上行检测模块包括：耦合器、滤波器、能量检测器以及判决器，其中，

耦合器，用于耦合上行放大链路模块输入端的上行信号，输出至滤波器；

滤波器，用于接收耦合的上行信号，进行滤波，输出至能量检测器；

能量检测器，用于对滤波的信号进行增益、小信号放大处理，检测上行信号功率能量，并形成与输入信号功率线性变化的直流电平，输出至判决器；

判决器，用于将接收的直流电平值与预先设定的电压阈值进行比较，如果直流电平值大于预先设定的电压阈值，向开关输出导通指令，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源，如果直流电平值不大于预先设定的电压阈值，向开关输出截断指令，控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述判决器为单运放比较器，单运放比较器的第一端口与工作电源相连接，第二端口与参考电压相连接，第三端口通过第一电阻与输入信号电压相连接，第四端口用于接地，第五端口用于输出导通指令以控制开关导通或截断，在第三端口与第五端口之间，连接有第二电阻。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述预先设定的电压阈值包括第一电压阈值以及第二电压阈值，其中，

V_IN1＝[V_REF×(R₁+R₂)]/R₂

V_IN2＝[V_REF×(R₁+R₂)-V_CC×R₁]/R₂

式中，

V_IN1为第一电压阈值；

V_REF为参考电压；

R₁为第一电阻；

R₂为第二电阻；

V_IN2为第二电压阈值；

V_CC为工作电源电压。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，

当输入判决器的电压信号电压从低值上升到预先设定的第一电压阈值前，判决器输出的导通指令控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源；

当输入判决器的电压信号电压上升到不小于预先设定的第一电压阈值时，判决器输出的导通指令控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源；

当输入判决器的电压信号电压从高点回落时，如果不小于预先设定的第二电压阈值，判决器输出的导通指令控制开关维持导通上行放大链路模块中各有源元件的电源；

当输入判决器的电压信号电压如果小于预先设定的第二电压阈值，判决器输出的导通指令控制开关截断上行放大链路模块中各有源元件的电源。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述能量检测器由第八电容、第一电感、第一电容、第一电阻、第二电阻、第二电容、第三电阻、第五电阻、第三电容、第四电容、第二电感、第四电阻、第九电容、放大器、第五电容以及射频检测器组成，其中，

第八电容一端接收滤波器的输出信号电压，另一端分别与第一电感、第九电容一端以及放大器第一端相连，第一电感的另一端分别与第一电容、第二电阻一端相连，第一电容的另一端与第一电阻的一端相连并接地，第一电阻的另一端分别与第二电阻的另一端、第二电容以及第三电阻的一端相连，第二电容的另一端接地，第九电容的另一端与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端分别与第二电感、第五电容的一端以及放大器第二端相连，放大器第三端接地，第二电感的另一端分别与第三电阻的另一端、第四电容以及第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端与第三电容的一端相连并接入工作电压，第三电容的另一端与第四电容的另一端以及射频检测器的第五端口相连并接地，射频检测器具有六个端口，第五电容的另一端接入射频检测器的第六端口，射频检测器的第一端口接入工作电压，并由第二端口输出信号电压。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述耦合器由第七电阻、耦合微带线、第八电阻、第六电容以及第七电容组成，第七电阻一端接地，另一端通过耦合微带线分别与第六电容以及第七电容一端相连，第六电容另一端与第八电阻一端相连，第八电阻另一端接地，第七电容另一端输出耦合信号。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述滤波器由声表面滤波器、第九电阻、第十电阻以及第十一电阻组成，声表面滤波器第一端口接收耦合器输出的电压信号，第二端口与第三端口接地，第四端口与第九电阻以及第十电阻一端相连，第十电阻另一端与第十一电阻一端相连并输出信号电压，第九电阻、第十一电阻另一端与第五端口相连。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述判决器由第六电阻、第十四电阻、第十二电阻、第十五电阻以及比较器组成，其中，

第六电阻的一端与射频检测器的第二端口相连，另一端与第十四电阻的一端以及比较器的第二端口相连，第十四电阻的另一端与比较器的第六端口相连，比较器第六端口输出信号电压以控制开关，比较器的第七端口接入工作电压，第四端口接地，第三端口分别与第十二电阻、第十五电阻的一端相连，第十二电阻的另一端接地，第十五电阻的另一端接入工作电压。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述开关由第十三电阻、第十电容以及集成电路开关组成，其中，第十三电阻的一端与比较器输出第六端口相连，第十三电阻的另一端与集成电路开关的第一端口相连，第十电容的一端与比较器的第四端口相连并接地，另一端与集成电路开关的第三端口相连并接入工作电压。

11.一种实现微型直放站节能的方法，其特征在于，该方法包括：

耦合上行放大链路输入端的上行信号，进行滤波处理；

对滤波的信号进行增益、小信号放大处理；

检测功放处理后上行信号功率能量，并生成与输入上行信号功率线性变化的直流电平；

与预先设定的电压阈值进行比较，如果确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值，控制设置于上行放大链路中有源元件与电源之间的开关截断各有源元件的电源，如果确定直流电平值大于预先设定的电压阈值，控制开关导通上行放大链路模块中各有源元件的电源。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述电压阈值包括第一电压阈值以及第二电压阈值，

确定生成的直流电平值不大于预先设定的电压阈值具体包括：

确定生成的直流电平值逐渐增加、且不大于预先设定的第一电压阈值；或，

确定生成的直流电平值逐渐降低、且不大于预先设定的第二电压阈值；

确定直流电平值大于预先设定的电压阈值具体包括：

确定生成的直流电平值逐渐增加、且大于预先设定的第一电压阈值；或，

确定生成的直流电平值逐渐降低、且不小于预先设定的第二电压阈值。

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