CN103701481A - 一种数字微波收发信机的接收电平校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字微波收发信机接收电平的校准方法，包括以下步骤：步骤1、根据数字微波收发信机接收射频信号电平和接收中频处理单元中的AGC控制芯片根据接收电平输出的RSSI检测电压，生成接收电平校准表格；步骤2、设置高频信号源的输出功率不变，通过调整数字微波收发信机的接收频率，记录每个通道接收频率时对应的RSSI检测电压，生成接收通道校准表格；步骤3、采用接收通道修正方法，修正接收电平校准表格中的RSSI检测电压值。具有该方法易实现，极大程度降低了生产调试工作量等优点。

Description

一种数字微波收发信机的接收电平校准方法

技术领域

本发明涉及一种微波射频技术，特别涉及一种数字微波收发信机接收电平的校准方法，本发明适用于5－42G数字微波收发信机。

背景技术

数字微波收发信机（射频单元）的接收机部分一般由多个放大器、混频器、滤波器、衰减器组成，由于微波器件的一致性较差，受温度影响较大，造成整个接收链路增益不稳定，影响接收机接收电平监测的精度（RSSI，ReceivedSignal Strength Indication），接收机监测电平值与实际接收电平偏差较大；随着通信行业发展，数字微波收发信机的工作频率越来越高，其通频带越来越宽，在如此宽频率范围内，器件在不同频率下的性能差异突显，使得接收机对于功率的检测精度不容易控制，在不同接收频率情况下，接收信号强度指示偏差较大。

为解决以上两条主要影响接收机RSSI精度性能的难点，现有技术中，多采用常温、高温、低温分别校准，及多频点校准的方法，增加了产品生产难度，且成本较高，不利于大规模运用及推广。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种数字微波收发信机接收电平的校准方法，该方法操作简单，通过软硬件配合，可以仅通过常温一次性校准，实现高温、低温环境下，以及全通频带范围内，均有很好的接收电平监测精度控制；该方法易实现，极大程度降低了生产调试工作量。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种数字微波收发信机接收电平的校准方法，包括以下步骤：

步骤1、根据数字微波收发信机接收射频信号电平和接收中频处理单元中的AGC控制芯片根据接收电平输出的RSSI检测电压，生成接收电平校准表格；

步骤2、设置高频信号源的输出功率不变，通过调整数字微波收发信机的接收频率，记录每个通道接收频率时对应的RSSI检测电压，生成接收通道校准表格；

步骤3、采用接收通道修正方法，修正接收电平校准表格中的RSSI检测电压值。

所述步骤1包括以下步骤：

（1-1）设置数字微波收发信机的接收频率为中频点，设置高频信号源输出的射频信号频率与该接收频率一致，输出功率为-90dBm；

（1-2）数字微波收发信机的AGC控制芯片检测接收电平大小，并通过电压的方式提供给MCU，生成实际射频接收电平和与该实际射频接收电平相对应的RSSI检测电压校准数据对；

（1-3）控制高频信号源输出功率增加1dB，即数字微波收发信机的射频接收电平增加一个设定的步进值，所述设定的步进值为1dB、0.5dB或0.2dB等类似能实现相同功能的步进值；

（1-4）MCU再次读取该步进接收电平时数字微波收发信机AGC控制芯片上报的RSSI检测电压，生成射频接收电平增加1dB后的实际射频接收电平和该实际射频接收电平相对应的RSSI检测电压校准数据对；

（1-5）判断数字微波收发信机的射频接收电平是否达到-20dBm，如果接收电平小于-20dBm，则重复执行步骤（1-3）至步骤（1-5），否则，执行步骤（1-6）；

（1-6）读取步骤（1-2）至步骤（1-4）中生成的实际接收电平和与该实际接收电平相对应的RSSI检测电压校准数据对的值，生成接收电平校准表。数字微波收发信机可以通过查询该表格，得到其射频接收电平值。

所述步骤2中的接收通道校准方法包括以下步骤：

（2-1）设置数字微波收发信机的接收频率为低频点，并设置高频信号源输出功率为-50dBm，即数字微波收发信机的射频接收电平为-50dBm（该电平仅为示例，其它类似步进如-40dBm、-45dBm、-55dBm等亦为该方法的具体实现方式中的一种，均在本发明的保护范围内）；

（2-2）读取接收电平为-50dBm及接收频率为低频点时数字微波收发信机AGC控制芯片上报的RSSI检测电压；

（2-3）接收频率从低频点以8MHz为步进（该步进仅为示例，其它类似步进如5MHz、10MHz等亦为该方法的具体实现方式中的一种，均在本发明的保护范围内）增加至设备的高频点；

（2-4）记录每个步进频率以及对应于该步进频率时的RSSI检测电压，生成接收通道校准表。

所述步骤2中的接收通道修正算法包括以下步骤：

（3-1）当设置通频带内的一个接收频率时，数字微波收发信机根据接收频率所处通道序号读取接收通道校准表中的电压值，并与接收通道校准表的中频点所对应通道校准电压相比较，得出电压差异；

（3-2）利用步骤（3-1）所述的电压差异，并根据接收通道修正算法，修正接收电平校准表中的RSSI检测电压，所述接收通道修正算法的表达式如下：

$V_{\mathrm{RSSI}}=V_{\mathrm{DETO}}\×\frac{V_{\mathrm{ch}}}{V_m},$

式中，V_RSSI表示最终修正后的RSSU检测电压值，V_DETO表示修正前的AGC控制芯片提供给MCU的功率监测电压，V_ch表示接收通道校准表中当前接收频率对应的接收通道校准电压，V_m表示接收通道校准表中接收电平校准使用中频点的频率所对应的通道校准电压。

本发明使用增益-温度补偿方法抵消温度对器件的影响，实现全温范围内RSSI监测精度控制，通过软件算法，补偿对应温度下的增益偏差。

本发明总结出具有典型意义的增益-温度补偿曲线，在各微波器件频率特性研究，以及数百台数字微波收发信机全面数据统计分析的基础上，总结出该发明涉及的接收链路在低温-33℃环境下的增益较常温+25℃增大约4dB，在高温+55℃环境下的增益较常温+25℃减小约2dB。(该增益变化值为接近具体产品使用数值的示例，不同型号产品的接收链路使用的电路方案，器件型号不一致，存在一定差异，该值需要收集特定型号产品数据进行统计分析得到。)在此温度范围内，温度对链路增益的影响呈线性化趋势。

本发明的技术方案详细描述如下：

1.常温接收电平校准；

在常温环境下，设置数字微波收发信机接收频率为中频点，对数字微波收发信机进行接收电平校准。如图2所示，数字微波收发信机的接收电平监测通过AGC控制芯片实现，AGC控制芯片具体功率监测功能，芯片的DETO管脚电压与芯片输入功率存在线性关系，DETO管脚的电压即为RSSI检测电压，经A/D转化后提供给MCU实现接收电平的监测。

如图3所示，高频信号源提供射频信号给数字微波收发信机，按数字微波收发信机指标为-90dBm至-20dBm，接收射频信号经过放大，下变频，滤波，衰减等处理后，输入到AGC控制芯片，AGC控制芯片反馈RSSI检测电压给MCU。高频信号源输出的射频信号以1dB为步进由-90dBm逐级递增至-20dBm，记录不同接收电平对应的RSSI检测电压生成接收电平校准表格，如表1所示。

表1

将表1中的数据存储到数字微波收发信机的存储器中，当数字微波收发信机接收到一定功率的射频信号时，AGC芯片反馈RSSI检测电压至MCU，MCU芯片通过查询表1即可得到对应接收电平值RSL，实现接收电平监测功能。

2、接收通道校准技术；

随着通信行业发展，数字微波收发信机的工作频率越来越高，其通频带越来越宽，在如此宽频率范围内，器件在不同频率下的性能差异突显，使得数字微波收发信机接收链路的增益平坦度不容易控制，在不同接收频率时，接收电平监测值偏差较大。本发明在各微波器件频率特性研究，以及数百台接收机全面数据统计分析的基础上，独特性的提出了选取其中某个功率点进行通道校准的方法。其利用的特性为器件频率特性在不同的输入输出功率时是保持一致的，即接收电平监测值在不同频率时的差异仅与器件频率特性有关，与接收电平大小无关。在选取某一接收频率（如中频点）对接收电平进行校准（步骤1）后，本发明创新性的增加了接收通道校准及补偿方法，实现全通频带范围接收电平监测精度控制。设置数字微波收发信机接收电平为某一特定值（如-50dBm），以一定步进频率（如8MHz）对全通频带进行扫频测试。通道校准与接收电平校准的差异如图5所示，通道校准与接收电平校准的关系如图6所示。通过不断调整数字微波收发信机接收频率以及高频信号源输出频率，对数字微波收发信机整个接收频率范围频率进行扫频测试，记录不同接收通道以及对应RSSI检测电压值，生成接收通道校准表格（如表2所示），存储到数字微波收发信机的存储器中。

表2

3、接收通道修正算法；

校表中电压值的变化，反应了数字微波收发信机接收链路各器件频率特性对接收电平的影响。当设置通频带内某一射频接收频率时，MCU根据接收通道校表中数值记录，对比接收电平校准表格值差异，进而修正表1接收电平校表RSSI电压值，实现全通频带范围接收电平监测精度控制。

实现方法：

$V_{\mathrm{RSSI}}=V_{\mathrm{DETO}}\×\frac{V_{\mathrm{ch}}}{V_m},$

式中，V_RSSI表示最终修正后用于查询得到RSL接收电平值的电压值，V_DETO表示AGC控制芯片提供给MCU的功率监测电压，V_ch表示接收通道校准表（表2）中当前接收频率对应的接收通道校准电压，V_m表示接收通道校准表（表2）中接收电平校准使用频率（中频点）对应的通道校准电压。

4、增益-温度补偿方法

数字微波收发信机为室外设备，其工作温度一般要求-33℃至+55℃，为保障数字微波收发信机在整个温度范围的接收电平监测精度不受温度影响，业界的一般做法为：在常温进行一次接收电平校准，然后分别在低温-33℃以及高温+55℃环境下再各进行一次接收电平校准，生成三份接收电平校准表格，然后通过监测数字微波收发信机内部温度，以及RSSI检测电压值，对比不同接收电平校准表格数据差异，对RSSI检测电压进行修正，提高RSSI在不同温度环境下的精度。该种校准方法使用设备繁多，校准时间长，温箱升温、降温均需要时间，且需要重复校准3次，内部存储器占用空间多，不利于大批量生产及后续代码升级。

本发明在各微波器件频率特性研究，以及数百台数字微波收发信机全面数据统计分析的基础上，提出了温度补偿软件方法，修正温度对硬件链路的影响，使接收机在全温范围内的接收电平监测值与常温校准时一致。

a)从图3数字微波收发信机的接收机各功能模块示意图可以看出，射频信号首先经过接收射频处理单元再经过接收中频处理单元，最终到达AGC控制芯片，AGC控制芯片前级含有多个放大器、混频器、滤波器、衰减器等器件，受电子热运动影响，温度对该些器件的作用在整个接收链路的表现为：低温增益增大，高温增益减小。

b)本发明在各微波器件频率特性研究，以及数百台数字微波收发信机全面数据统计分析的基础上，总结出该发明涉及的接收链路在低温-33℃环境下的增益较常温+25℃增大约4dB，在高温+55℃环境下的增益较常温+25℃减小约2dB。(该增益变化值为接近具体产品使用数值的示例，不同型号产品的接收链路使用的电路方案，器件型号不一致，存在一定差异，该值需要收集特定型号产品数据进行统计分析得到。)在此温度范围内，温度对链路增益的影响呈线性化趋势。本发明总结出具有典型意义的增益-温度补偿曲线，如图4所示。由于设备的温度传感器位于设备内部，根据设备的散热性能，设备内部温度较外部温度高10℃-20℃，增益-温度补偿曲线已根据设备内外部差异进行了修正。

c)为抵消环境温度对接收链路增益造成的变化导致接收电平监测不准确，通过软件算法，补偿对应温度下的增益偏差，根据曲线数据，软件补偿方法如下：

通过软件补偿，修正后的接收电平监测值抵消了温度对接收链路增益的影响，数字微波收发信机的RSSI在整个温度范围内均可以达到较高的精度。

本发明通过常温接收电平校准及接收通道校准，以及增益-温度补偿方法，实现了只需要在常温进行一次常规校准和一次通道校准，就可以实现全温范围及全通频带范围的RSSI接收电平监测精度，而不需要全温范围多温度点分别校准和通频带多频点分别校准，有效解决了温度影响和宽频率范围器件偏差的影响。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本发明实现了使数字微波收发信机的接收电平只需要在常温环境进行一次接收电平校准和一次接收通道校准就可以实现-33℃至+55℃温度环境和整个通频带内RSSI接收电平监测精度要求，而无需高低温分别校准和频带内多频点校准，方法简易可行，提高了批量生产效率，减小内存空间占用。

2、本发明对微波器件温度特性进行研究和测试后，提出高低温的增益-温度补偿方法，以及典型的增益-温度补偿曲线，通过软件计算不同温度下补偿值，对RSL监测值进行修正，实现全温范围内RSSI接收电平监测精度控制，软件实现方法简单，易实现且成本低，有效提高了校准效率。

2、本发明在传统接收电平校准基础上，创新性的增加接收通道校准，针对某一接收电平进行全通频带扫频测试，再根据实际工作频率点进行软件修正的方法，校准方法简单，无须增加测试设备及硬件电路，就可以实现全通频带范围接收电平监测精度控制。

附图说明

图1是数字微波收发信机主要模块框图。

图2是接收电平校准中使用的仪器设备连接框图。

图3是数字微波收发信机接收链路示意图及AGC自动增益控制及RSL检测电路。

图4是典型的接收链路增益-温度补偿曲线。

图5是接收电平校准示意图。

图6是接收通道校准与接收电平校准关系示意图。

图7是数字微波收发信机接收电平校准方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，为数字微波收发信机主要模块框图，数字微波收发信机包括腔体滤波器、接收射频处理单元、接收中频处理单元、监控单元和发射链路。腔体滤波器对接收射频信号进行滤波，抑制自由空间中的其它带外杂散信号进入到接收机中，数字微波收发信机同时具有发射功能，腔体滤波器还具有发射射频信号、接收射频信号的分离及合路功能。接收射频处理单元对接收射频信号进行低噪声放大，并进行一次下变频，将接收射频信号转换为接收中高频信号（如图3所示）。接收中频处理单元对接收中高频信号进行二次下变频，达到中频接口要求中频频率，并具有自动增益控制（AGC）功能，当接收射频信号在一定范围波动时，可以实现中频输出功率衡定，此外还具有信号选择功能，对主信号外的干扰信号进行抑制（如图3所示）。监控单元包含接收电平监控电路，AGC控制环路等，通过MCU芯片对接收电平大小进行监控和补偿。发射链路将发射中频信号进行上变频，放大，滤波，其还包含AGC（自动功率控制）电路，输出功率稳定的射频信号。

接收射频处理单元及接收中频处理单元，一般均由多个放大器、混频器、滤波器、衰减器等器件组成，由于微波器件的不一致性，整个接收链路增益不稳定，影响接收机接收电平监测精度指标，故有必要对接收机进行接收电平校准。如图2所示为接收电平校准中使用的仪器设备连接框图。高频信号源提供一定频率及功率标准输出的射频信号给数字微波收发信机用于校准。中频负载用于接收数字微波收发信机将高频信号转化并输出的中频信号。电脑PC用于控制射频信号源输出对应频率及功率的射频信号，并同时读取数字微波收发信机反馈的RSSI检测电压，生成数据对照表1或表2，并将校准数据写入到数字微波收发信机的存储器中。

如图3所示，为数字微波收发信机接收链路示意图及AGC自动增益控制及RSL检测电路。由接收射频处理单元、接收中频处理单元以及监控单元中的MCU（用于读取RSSI检测电压并处理）组成。接收射频处理单元的增益是固定的，当数字微波收发信机的接收射频信号变化时，接收射频处理单元提供给接收中频处理单元的功率对应变化，接收中频处理单元的AGC控制芯片检测功率值大小，并通过RSSI检测电压反馈给MCU，AGC自动增益控制电路开始作用，控制电调衰减器ATT的衰减量，实现接收中频信号功率稳定。MCU对RSSI检测电压进行处理。

如图4所示，为典型的增益-温度补偿曲线。数字微波收发信机的接收链路由多个放大器、混频器、滤波器、衰减器等器件组成。受电子热运动影响，温度对该些器件的作用在整个接收链路的表现为：低温增益增大，高温增益减小。如图4所示为典型的接收链路增益-温度补偿曲线。曲线中接收链路在低温-33℃环境下的增益较常温+25℃增大约4dB，在高温+55℃环境下的增益较常温+25℃减小约2dB，该增益变化值为接近具体产品使用数值的示例，不同型号产品的接收链路使用的电路方案，器件型号不一致，存在一定差异，该值需要收集特定型号产品数据进行统计分析得到。根据设备的散热性能，设备内部温度较外部温度高10℃-20℃，增益-温度补偿曲线已根据设备内外部差异进行了修正。在此温度范围内，温度对链路增益的影响呈线性化趋势。通过软件方法计算对应温度条件下的补偿值。

如图5所示为接收电平校准示意图。

1)接收电平校准时，高频信号源输出射频信号提供给数字微波收发信机，数字微波收发信机的AGC控制芯片检测接收信号电平值并提供给MCU，MCU反馈给PC电脑，高频信号源以1dB为步进由-90dBm逐级递增至-20dBm，记录不同接收电平对应的RSSI检测电压生成接收电平校准表格，如表1所示。

2)接收通道校准时，设置数字微波收发信机接收电平为-50dBm，以8MHz对全通频带进行扫频测试。通过不断调整数字微波收发信机接收频率以及高频信号源输出频率，对数字微波收发信机整个接收频率范围频率进行扫频测试，记录不同接收通道以及对应RSSI检测电压值，生成接收通道校准表格（如表2所示），存储到数字微波收发信机的存储器中。

如图6所示，展示了接收电平校准及接收通道校准的关系和区别，纵轴表示接收电平校准，高频信号源以1dB为步进控制数字微波收发信机接收射频信号电平，数字微波收发信机的AGC控制芯片检测电平值大小，并反馈给MCU，记录实际射频接收信号电平值与RSSI检测电压值生产接收电平校准表格（表1）；横轴表示接收通道校准，选择-50dBm接收电平为基准点，接收频率由8MHz为步进，遍历整机频率范围，记录每个通道时的RSSI检测电压，生成接收通道校准表格（表2）。通过这两个轴向的数据，以及通道修正算法，可以实现全通道范围及全接收电平值的校准和精度控制。

如图7所示，为数字微波收发信机接收电平校准方法的流程示意图。首先设置中间频点在常温环境下进行接收电平校准，高频信号源向数字微波收发信机提供接收射频信号，其电平值由-90dBm以1dB为步进递增至-20dBm，记录每个步进下数字微波收发信机的RSSI检测电压，生成接收电平校准表（表1），再设置接收频率为低频点，接收电平为-50dBm，接收频率以8MHz为步进从低频点到设备的最高频点，记录每个步进频率点对于-50dBm接收电平的RSSI检测电压，生成接收通道校准表（表2）。通过两个校准表数据，运用接收通道修正算法，可以实现全电平点、全通道范围RSSI接收电平监测精度控制。通过增益-温度补偿方式，补偿温度对数字微波收发信机接收链路增益的影响，可以实现在全温范围内RSSI接收电平监测精度控制。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种数字微波收发信机接收电平的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据数字微波收发信机接收射频信号电平和接收中频处理单元中的AGC控制芯片根据接收电平输出的RSSI检测电压，生成接收电平校准表格；

步骤2、设置高频信号源的输出功率不变，通过调整数字微波收发信机的接收频率，记录每个通道接收频率时对应的RSSI检测电压，生成接收通道校准表格；

步骤3、采用接收通道修正方法，修正接收电平校准表格中的RSSI检测电压值。

2.根据权利要求1所述的数字微波收发信机的接收电平校准方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：

（1-1）设置数字微波收发信机的接收频率为中频点，设置高频信号源输出的射频信号频率与该接收频率一致，输出功率为-90dBm；

（1-2）数字微波收发信机的AGC控制芯片检测接收电平大小，并通过电压的方式提供给MCU，生成实际射频接收电平和与该实际射频接收电平相对应的RSSI检测电压校准数据对；

（1-3）控制高频信号源输出功率增加1dB，即数字微波收发信机的射频接收电平增加设定的步进值；

（1-4）MCU再次读取该步进接收电平时数字微波收发信机AGC控制芯片上报的RSSI检测电压，生成射频接收电平增加1dB后的实际射频接收电平和该实际射频接收电平相对应的RSSI检测电压校准数据对；

（1-5）判断数字微波收发信机的射频接收电平是否达到-20dBm，如果接收电平小于-20dBm，则重复执行步骤（1-3）至步骤（1-5），否则，执行步骤（1-6）；

（1-6）读取步骤（1-2）至步骤（1-4）中生成的实际接收电平和与该实际接收电平相对应的RSSI检测电压校准数据对的值，生成接收电平校准表。数字微波收发信机可以通过查询该表格，得到其射频接收电平值。

3.根据权利要求1所述的数字微波收发信机的接收电平校准方法，其特在在于，所述步骤2中的接收通道校准方法包括以下步骤：

（2-1）设置数字微波收发信机的接收频率为低频点，并设置高频信号源输出功率为某一特定值；

（2-2）读取接收电平为-50dBm及接收频率为低频点时数字微波收发信机AGC控制芯片上报的RSSI检测电压；

（2-3）接收频率从低频点以某一设定的步进值为步进，增加至设备的高频点；

（2-4）记录每个步进频率以及对应于该步进频率时的RSSI检测电压，生成接收通道校准表。

4.根据权利要求1所述的数字微波收发信机的接收电平校准方法，其特在在于，所述步骤2中的接收通道修正算法包括以下步骤：

（3-1）当设置通频带内的一个接收频率时，数字微波收发信机根据接收频率所处通道序号读取接收通道校准表中的电压值，并与接收通道校准表的中频点所对应通道校准电压相比较，得出电压差异；

（3-2）利用步骤（3-1）所述的电压差异，并根据接收通道修正算法，修正接收电平校准表中的RSSI检测电压，所述接收通道修正算法的表达式如下：

$V_{\mathrm{RSSI}}=V_{\mathrm{DETO}}\×\frac{V_{\mathrm{ch}}}{V_m},$

式中，V_RSSI表示最终修正后的RSSU检测电压值，V_DETO表示修正前的AGC控制芯片提供给MCU的功率监测电压，V_ch表示接收通道校准表中当前接收频率对应的接收通道校准电压，V_m表示接收通道校准表中接收电平校准使用中频点的频率所对应的通道校准电压。

5.根据权利要求2所述的数字微波收发信机的接收电平校准方法，其特征在于，所述步骤（1-3）中，所述设定的步进值为1dB、0.5dB或0.2dB。

6.根据权利要求3所述的数字微波收发信机的接收电平校准方法，其特征在于，所述步骤（2-1）中，所述某一特定值为-50dBm、-40dBm、-45dBm或-55dBm。

7.根据权利要求3所述的数字微波收发信机的接收电平校准方法，其特征在于，所述步骤（2-3）中，所述某一设定的步进值为8MHz、5MHz或10MHz。

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