CN103109581B - 通过频率扫描在电压驻波比改变下的功率校准 - Google Patents

Abstract

在无线通信设备上执行功率校准算法，其中在设备的输出处以及在设备的功率放大器处在频率扫描上进行功率测量，以精确地跟踪电压驻波比阻抗和与VSWR阻抗相关联的误差。作为无线通信设备的生产的一部分以及在无线通信设备的联机操作期间执行测量。在联机操作期间，在功率放大器处的检测器在频率扫描的各种频率上进行测量。

Description

通过频率扫描在电压驻波比改变下的功率校准

背景技术

对于无线通信设备（例如宽带无线通信设备），可以执行校准以确保在无线通信设备的天线连接器处传送精确的射频（RF）功率。该校准可能对天线连接器的阻抗的效应敏感。这种阻抗可以是指或可归因于电压驻波比（VSWR）效应。

特定RF功率要在天线连接器处被提供，并且特别是特定RF功率要由无线设备的天线来传送。对于传送的功率，目标是使传送的功率精确，但是可能存在要解决的约束。约束可以包括关于传送的功率的操作最小和最大值的管理标准以及关于包括信号线性的信号完整性的考虑。

VSWR的改变可能引起传送功率中的显著误差，从而导致校准误差；例如+/-2dB的校准误差。这种校准误差的效应可能导致必须提供更强且更高成本的功率放大器，以及在特定情况下必须回退功率以防止关于传输的管理违反。在这种情况下，可能出现显著的成本和设计问题。下述将是理想的：使用较不强力的功率放大器以节省功率消耗，并且避免引入附加部件以便减小无线通信设备的大小。

无线通信设备在天线处传送期望的信号和信息；然而，VSWR改变可能发生，并且就RF而言，天线应当与提供信号的功率放大器相匹配。如果未提供匹配，则可能出现影响信号和信息的问题。

利用典型校准技术，可能存在显著的误差窗口，这是因为天线和线路的未知的匹配或者与天线的耦合。从功率放大器来说，可以考虑与天线的接口。接口可以由线路定义，包括将功率放大器连接至天线的耦合器。在特定情况下，耦合器可以是检测通过线路传送的信号的检测器。耦合器还可以是对所传送的实际功率进行采样的采样器。

在特定情况下，关于在功率放大器处的读数和在天线处传送的功率的读数可能存在差异。现有检测方法可能具有相当大的误差（例如+/-2dB），并且期望的功率传输与实际传输之间的误差窗口可能是大的。这可能导致下述问题：不具有足够的功率以满足调节功率传输，或者关于调节功率传输要求具有太多的功率。总之，这导致功率消耗和功率大小的问题。一般地，功率性能问题是所关注的。因此，需要改进无线设备中的功率检测和校准。

附图说明

参照附图来描述具体实施方式。在附图中，附图标记的最左侧的（一个或多个）数字标识该附图标记首次出现的图。在整个附图中使用相同附图标记来指代相似的特征和部件。

图1是根据一些实施的示例无线通信设备的框图。

图2是根据一些实施的可以使用校准算法或过程来实现的性能的示例曲线图。

图3是根据一些实施的可以选择的纹波校正因子的示例曲线图。

图4示出根据一些实施的检测器与输出之间的相移的曲线图。

图5示出根据一些实施的频移的校正的曲线图。

图6是根据一些实施的执行校准算法过程的流程图。

具体实施方式

概观

在包括无线发射机模块的无线通信设备（即无线通信系统）中，可以执行校准算法或过程以测量在无线通信设备的输出或天线处以及在无线发射机模块的检测器处的功率。可以在各种频率上（即频率扫描）执行功率测量以精确地跟踪电压驻波比（VSWR）阻抗和与VSWR阻抗相关联的误差。作为无线通信设备的生产的一部分以及在无线通信设备的联机操作期间，可以执行校准测量。在特定实施中，在联机操作期间，这些测量可以由检测器在各种频率上进行，并且这些测量可以使用无线通信接口而被发送，例如IEEE802.11标准（WiFi）的各种实施之一。

作为校准或过程的一部分，由于关于VSWR确定频率行为，因此可以通过对由检测器测量出的功率与在输出或天线处测量出的功率之差进行校准来执行校正。可以在生产中执行该校正。此外，可以通过执行纹波因子分解和频移来将检测器读数转换为输出读数。

示例无线通信设备

图1示出示例无线通信设备100。无线通信设备100使用校准算法过程来测量和调整功率以确保精确的功率传输。

无线通信设备100可以包括宽带设备，例如膝上型电脑、上网本、个人数字助理（PDA）、电子阅读器、智能电话等等。还想到，无线通信设备100可以包括仅有语音的设备，例如蜂窝电话。

在该实施中，无线通信设备100包括无线发射机模块102和（一个或多个）驱动器104。在特定情况下，无线发射机模块102可以以硬件实施，例如作为硅中集成电路的一部分。（一个或多个）驱动器104在特定情况下可以以软件和/或固件实施。无线设备包括接收和传送RF供电的信号的一个或多个天线106。如由连接器108所表示的线路或电缆将无线发射机模块102与（一个或多个）天线106相连。可以在无线通信设备100的生产期间在（一个或多个）天线106处针对功率输出进行测量。

无线通信设备100还可以包括：一个或多个处理器（未示出）和存储器（未示出），被配置成与无线通信设备100的所描述的部件进行通信并处理无线通信设备100的所描述的部件的过程。在特定情况下，（一个或多个）驱动器104可以被实施为存储器的一部分。存储器可以包括被配置成执行所描述的方法的计算机可读存储介质。

无线发射机模块可以包括专用内部控制器和存储器110、数字信号处理器（DSP）112和射频集成电路（RFIC）收发机114。控制器和存储器110可以包括计算机可读存储介质。RFIC收发机114包括功率放大器116和检测器118。功率放大器116提供在调节功率处的信号；该信号被发送至（一个或多个）天线196。由功率放大器116提供的调节功率可以包括在不同或扫描频率上提供的功率。检测器118读取在功率放大器116处的功率，并且在回顾（lookback）链或线路120上提供信号。检测器118被配置成在不同RF功率频率上（即频率扫描）读取信号。

数字信号处理器112包括读取由检测器118提供的信号的模块122。模块122将所读取的数据输出至控制器和存储器110。内部控制器和存储器110可以包括处理从模块122接收到的数据的特定模块。在该实例中，模块124提供/执行纹波校正因子和频移以针对功率误差和校准进行调整。另一模块126提供对DSP112和RFIC收发机114事务以及去往和来自（一个或多个）驱动器104的数据传送进行控制的功能。

在该实例中，驱动器104包括可以对检测器118的输出数据（即回顾链线路120上的信号）进行滤波的模块128。该模块还可以对检测器118的输出或读数进行重新成形。另一模块130可以计算预期的功率输出。由于检测器118在不同RF功率频率上（即频率扫描）测量功率，因此针对不同RF功率频率执行不同计算。

检测器118可以测量对PA116示出的阻抗改变或者VSWR的改变，其中阻抗改变造成信道。在图1的132处示出该所测量出的改变。可以将PA116的输出发送至滤波器134并由滤波器134处理。在特定实施中，可以包括定向耦合器136。可以实施定向耦合器136以相对于VSWR改变来改进所检测到的功率精度。

校准算法过程

可以针对无线通信设备100基于不同频率（即频率扫描）来执行校准算法过程。在输出或（一个或多个）天线106处以及由检测器118测量功率输出。可以在无线通信设备100的生产期间以及在无线通信设备100的联机（操作）期间执行该测量。

下列等式（1）定义了导出实际传送功率或Pdet_new_cal(f)的校准算法，其中“f”表示特定频率：

Pdet_new_cal(f)=Pant_cal_ref(f)–Pdet_real_ref(f)+Pdet_real_corrected(f)（1）。

Pant_cal_ref(f)描述在生产中测量出的且利用第一级近似或经滤波的响应在频带上求平均的输出功率的频率扫描。

Pdet_real_ref(f)描述在联机操作中测量出的且利用第一级近似或经滤波的响应在频带上求平均的内部检测器功率（即检测器118）的频率扫描。

Pdet_real_corrected(f)描述在联机操作中测量出的内部检测器功率的频率扫描，并且峰至峰（PTP）纹波被提取。例如，PTP按照近似2至2.5的因子被减小，并对该数据进行相移。可以在无线通信设备100的“工程或设计阶段”中定义实际减小因子和移位数。因此，Pdet_new_cal(f)可以提供可以与实际功率更好地类似的检测器功率（即检测器118）。

图2示出说明可以使用校准算法来实现的性能的曲线图200。曲线图200画出频率202对功率（以分贝表示的相对功率）的曲线。线206表示Pdet_real，其是在功率的各种频率上的内部检测器（例如检测器118）读数。由于天线连接器（即连接器108）的VSWR，检测器118可以在其读数中具有高纹波。为了得到精确读数，减去被示出为线208的、如由Pdet_real_ref表示的检测器118的平均读数和被示出为线210的、如由Pant_cal_ref表示的来自生产的实际功率的平均值，以获得从检测器118读数到在（一个或多个）天线106处的实际输出所需的功率补偿。检测器的纹波按照约2的因子被减小，并且从平均值添加校正。如由Pdet_new_cal表示的实际传送功率被示出为线212。比较起来，在天线处测量出的输出由Pant_real表示，如线214所示。在线212和214之间看出显著差异。

总之，Pdet_real是在检测器118处的读数；Pant_real是被递送至（一个或多个）天线106的实际功率；Pdet_real–Pant_real是粗略描述功率传输中的误差的差；以及Pdet_new_cal是从校准算法过程导出的实际功率。

取得两个读数：Pdet_cal_ref，其是从生产导出的在（一个或多个）天线106处的输出；以及Pdet_real_ref，其是Pdet_real的平均信号。这导致确定或检测功率中的纹波和移位，这是由于当在（一个或多个）天线106处作出读数时，可能因为总功率中的失配和移位而存在大纹波。Pant_ref和Pdet_real_ref示出在（一个或多个）天线106和检测器118处的平均功率以及功率移位和纹波。另外，由于检测器118与（一个或多个）天线106之间的不同接口（例如连接器108的不同值）和滤波器（滤波器134）等等，可能存在导致在检测器118处的纹波和在（一个或多个）天线106处的实际传输的另一因子。

可以执行两个分离的计算。一个计算构造检测器118读数与生产读数的平均值以及平均误差。第二计算是：从检测器取得输出信号（具有峰值），并且按照可以从无线通信设备100的“工程”或“设计”阶段导出的因子来减小该信号。例如，所述因子可以是约2至2.5，如上面所讨论的。

校准算法过程从检测器118取得纹波，并且按照因子（例如等于2至2.5的因子）最小化该纹波。基于如在生产中所确定的平均值，可以将因子用于不同平均功率。结果可以适配平均值并适配纹波。

因此，可以关于检测器118读数和所传送的实际功率来创建映射。在多个频率而不是单点频率上执行校准算法过程以理解纹波效应，这是由于单点频率未示出在何处存在纹波失效。可以对阻抗进行调整和改变，并且可以执行连续的重新校准。

图3示出说明可以选择的示例纹波校正因子的曲线图300。画出功率校正因子302对功率误差的曲线。线306表示针对功率误差的示例理想函数纹波校正因子。已知针对不匹配的天线端口的功率的频率扫描（即VSWR改变）可能使传送的功率具有纹波响应。检测器118可以被用来对在（一个或多个）天线106处的实际功率进行采样，所述实际功率可以显示出比通过纹波因子传送的实际状况更强的纹波。

在该实例中看出，在2至2.5周围，可以观察到最优校正因子。预期的是，在检测器118处的功率可以具有与在（一个或多个）天线106处的输出功率相比两倍的对输出阻抗的灵敏度。在实际系统中，在检测器118与天线连接器108之间预期附加元件，从而使因子改变一点（即线306的移位）。

图4示出说明检测器118与在（一个或多个）天线106处的输出之间的相移的曲线图400。画出频率402对以分贝表示的相对功率404的曲线。线406表示Pdet_real，以及线408表示Pant_real。这可能是最坏情况的场景。例如，在5GHz处，当滤波器（例如滤波器134）可以示出更差的匹配时，在检测器118的纹波与在天线106处的输出之间可能存在某一所观察到的频移。所观察到的相移是实际传送功率到在检测器118处的样本点之间的频率中的纹波的移位。应当校正该移位以便得到精确的校准读数。

图5示出说明频移的校正的曲线图500。画出移位502的样本对功率误差的曲线以导出线506。在该实例中，最后的校正误差508示出近似1.7dB的峰至峰误差。

考虑到无线通信设备100可以包括不同部件，以及特别是一直到连接器108的不同部件，特定纹波系数和频移可以给出检测器118与在天线处的实际功率输出之间的、利用不同天线连接器108VSWR计算出的良好拟合。为了获得用于校准的可接受平均，应当针对阻抗的变化导出峰值。例如，在2.4GHz处，在带限是100Mhz的情况下，可以实施3纳秒的总延迟。这种延迟可以针对典型滤波器和电缆线路。

图6是针对无线通信设备的功率校准的示例性过程的流程图600。并不意图将描述该方法的顺序解释为限制，并且可以按任何顺序将任何数目的所描述的方法框进行组合以实施该方法或替换的方法。另外，在不脱离本文描述的主题的精神和范围的情况下，可以从该方法中删除个体框。此外，在不脱离本发明的范围的情况下，该方法可以以任何合适的硬件、软件、固件或其组合来实施。

在框602处，执行在功率放大器处的功率的测量。该测量可以由上面讨论的内部检测器118执行。在各种频率处或者在频率扫描上执行该测量。可以在无线通信设备的生产期间执行该测量。测量数据例如可以被存储在上面描述的控制器和存储器110中。

在框604处，执行在无线通信设备的输出处或在无线通信设备的天线处的功率的测量。例如，该测量在各种频率处（即频率扫描）被执行，并由外部测量设备在点108处的连接器处来测量。测量数据例如可以被存储在上面描述的控制器和存储器110中。

在框606处，在联机操作或者无线通信设备的实际操作期间，执行在功率放大器处的功率的测量。该测量可以由内部检测器118执行。在特定实施中，无线接口或扫描接口（例如IEEE802.11标准的变型之一）可以从检测器118接收测量读数。特别是，IEEE802.11标准提供针对特定时段的协议，该特定时段允许执行不消耗用于校准的专用空中时间（airtime）的频率扫描（即扫掠）。

在框608处，导出实际传送功率。可以使用上面讨论的校准算法来执行该导出。特别是，可以通过下述来导出实际传送功率：在频带上求平均的如框604中测量的在生产中测量出的输出功率，减去在频带上求平均的如框606中测量的功率放大器的所测量出的联机输出功率，并在提取峰至峰纹波的情况下加上如框606中测量的功率放大器的所测量出的联机输出功率。可以在首先在DSP112中处理测量数据、然后由控制器和存储器110传送至（一个或多个）驱动器104之后，在（一个或多个）驱动器104（即模块130）处执行该算法过程。将结果反馈至DSP112以用于控制无线发射机模块102的传送功率。

结论

尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于所描述的特定特征或动作。相反，特定特征和动作被公开为实施权利要求的示例性形式。例如，所描述的系统可以被配置为通信设备、计算设备和其他电子设备。

Claims (20)

1.一种校准无线通信设备的功率的方法，包括：

在所述无线通信设备的生产期间在频率扫描上测量所述无线通信设备的输出功率；

在所述无线通信设备的联机操作期间在所述频率扫描上测量所述无线通信设备的功率放大器的输出功率；以及

通过下述操作来导出所传送的实际功率：在所述频率扫描的频率上对所述无线通信设备的所测量出的输出功率求平均；减去在频率上求平均的所述功率放大器的所测量出的功率；以及在提取峰至峰纹波的情况下加上在频率上求平均的所述功率放大器的所测量出的功率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述无线通信设备的输出功率是在所述无线通信设备的一个或多个天线处执行的。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述无线通信设备的输出功率是利用从所述功率放大器至所述无线通信设备的一个或多个天线的直接链路来执行的。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，测量所述无线通信设备的输出功率是由所述无线通信设备内部的闭环检测器来执行的。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，在联机操作期间在所述频率扫描上测量所述无线通信设备的功率放大器的输出功率对电压驻波比（VSWR）阻抗进行处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在联机操作期间在所述频率扫描上测量所述无线通信设备的功率放大器的输出功率考虑所述功率放大器与一个或多个天线之间的接口。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导出包括选择纹波校正因子。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导出考虑来自对所述功率放大器的输出和所述无线通信设备的输出进行测量的检测器的相位。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导出使用在所述无线通信设备的生产和联机操作中在所述频率扫描上对功率的移动平均计算。

10.一种无线通信设备，包括：

功率放大器；

一个或多个天线，所述一个或多个天线从所述功率放大器接收信号；以及

检测器，所述检测器测量在所述功率放大器处的输出，其中关于由所述功率放大器传送的功率来执行校准，所述校准基于：在所述一个或多个天线处在所述无线通信设备的生产期间在频率扫描上测量输出功率，以及由所述检测器测量出的联机功率。

11.根据权利要求10所述的无线通信设备，其中，所述一个或多个天线被连接至连接器，以及所述一个或多个天线的测量是在所述连接器处执行的。

12.根据权利要求10所述的无线通信设备，其中，所述检测器是闭环检测器。

13.根据权利要求10所述的无线通信设备，其中，所述检测器还考虑相位。

14.根据权利要求10所述的无线通信设备，还包括执行纹波校正和频移以针对功率误差进行调整的模块。

15.根据权利要求10所述的无线通信设备，还包括计算预期功率输出的模块。

16.根据权利要求10所述的无线通信设备，还包括对电压驻波比改变进行处理的定向耦合器。

17.一种由无线通信设备针对功率校准执行的方法，包括：

在频率扫描上在生产期间确定所述无线通信设备的输出传送功率；

减去在联机操作期间在所述频率扫描上的功率放大器的测量出的输出；以及

加上在所述频率扫描上的功率放大器的测量出的输出以导出所述无线通信设备的实际传送功率，其中峰至峰纹波被提取。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述确定输出和减去测量出的输出是第一级近似或者基于经滤波的响应。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所提取的峰至峰纹波基于预定的纹波因子。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述功率放大器的输出由闭环检测器来测量。