CN103997382B - 一种发射信号功率检测电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发射信号功率检测电路及方法，电路包括功率检测模块和数据处理模块，具体包括依次连接的下变频器、可控增益放大器、抗混叠滤波器、ADC芯片、FPGA、MCU；具体方法为：当设备发射大信号时，调大反馈电路的衰减值，降低链路增益，防止反馈电路的ADC饱和，从而准确测量出发射信号的功率；当发射信号的功率变小时，调小反馈电路的衰减值，增益链路增益，并采用限定带宽检测功率的方式，检测小信号情况下的射频功率。与现有技术相比，本发明的检测范围更宽，测试结果更加可靠，解决了机载小型通信系统对发射信号检测要求高的问题，此外还具有通用性强，架构实现简单，资源少、成本低的特点，有利于提高系统在实际应用中的稳定性及可靠性。

Description

一种发射信号功率检测电路及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其是涉及一种发射信号功率检测电路及方法。

背景技术

随着通信技术的发展和市场竞争的日趋激烈，各运营商对设备的性能提出了越来越高的要求，除了要求软硬件支持平滑升级、兼容性强、成本低廉、绿色环保等外，还要保证产品功能指标有所提高，其中，对发射信号的检测进度及检测范围提出了更高的要求。

在分布式基站系统中，RRU（RemoteRadioUnit，远端射频单元）的作用主要是完成从基带载波数据到射频信号的调制及发测。针对本发明运用的场景，是运用在航空领域的小型通信模块，对发射信号的功率提出了更高的控制要求。

在传统的分布式基站系统中，对发射信号的功率只作了规定和大信号时功率检测精度的要求，而对于本发明运用于机载小型通信系统，对发射信号有了更高的精度要求和更大的检测范围的要求，以保证产品稳定性和安全性。

由此可见，需要一种高精度大范围的发射信号功率检测电路及方法来满足机载小型通信系统的需求。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统方法存在的缺陷，以保证发射信号的检测进度及检测范围为核心，提供了一种通用性强、架构实现简单、有利于系统安全性的发射信号功率检测的电路和方法，实现了发射信号功率检测的测试与统计。

本发明的技术方案为：

一种发射信号功率检测电路包括连接在一起的功率检测模块和数据处理模块，

所述功率检测模块，用于实时监测发射信号的功率强度，并将模拟信号转换成基带数字信号；

所述数据处理模块，用于数字信号的处理及功率归一化处理。

所述功率检测模块，包括依次连接的下变频器、可控增益放大器、抗混叠滤波器、ADC芯片；FPGA、MCU；所述数据处理模块包括连接在一起的FPGA模块和MCU模块；ADC芯片与FPGA模块连接；

所述下变频器，将射频信号转换为中频信号，以便ADC进行数据采样；

所述可控增益放大器，用于调整电路增益，实现大范围的功率检测；

所述抗混叠滤波器，用于抑制带外杂散信号，减少其对ADC的影响；

所述ADC芯片，用于模数转换及数据采集；

所述FPGA模块（芯片），用于处理基带数字信号，进行数字下变频，再进行滤波，并得到数字信号的数据；

所述MCU模块（芯片），接收FPGA模块发送来的数据，将其归一化处理，换算成基带功率。

本发明还提供一种基于以上发射信号功率检测电路实现的高精度大范围的功率检测方法。包括以下步骤，

步骤1：通过功率检测模块来接收到发射通道反馈回来的宽带信号。

步骤2：在数据处理模块中，由FPGA（基带处理单元）进行数字信号处理，其中包括ADC（模数转换芯片）接口数据处理，变频处理，FIR低通滤波及基带信号功率统计并上报至微控制单元MCU；微控制单元MCU对上报的功率统计结果进行归一化处理；步骤3：对得到的统计结果和系统设定值进行比对；

当得到的功率值小于系统设定区间值的时候，可控增益放大器增加功率检测模块中的电路增益，重复步骤1、2，得到修正之后的统计结果；当得到的功率值大于系统设定区间值，可控增益放大器减小功率检测模块中的电路增益，重复步骤1、2，得到修正之后的统计结果；

步骤4：将修正后的信号功率统计结果上报。

相对于传统的射频功率检测方法而言，本发明的技术方案具有检测范围更宽，测试结果更加可靠的优点，其解决了机载小型通信系统对发射信号检测要求高的问题，此外还具有通用性强，架构实现简单，资源少、成本低的特点，有利于提高系统在实际应用中的稳定性及可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构图。

图2为本发明实施例功率检测的数据流程图框图。

图3为本发明实施例数据产生及转换流程图。

图4为本发明实施例的检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明实施例以RRU为基础测试发射信号功率强度，所述的测试电路，主要由数字中频盘的功率检测模块来完成，所示功率检测模块的作用是进行发射信号的功率统计。

如图2所示，所述信号功率检测可基于现有RRU系统中的数据处理部分实现，分别由以下几个部分构成，分别为FPGA（现场可编程门阵列，基带处理单元）和MCU（微控制单元）。其中FPGA主要的功能是处理数字信号，进行数字下变频，再进行有针对性的滤波，并得到数字信号的相关数据。再将这些数据发送给MCU处理，将其归一化处理，换算成基带功率。

具体的功率检测方法如下所述，现已知模块发射功率为P1(dBm)，FB1电路的链路增益为G1(dB)，而对应的FPGA（现场可编程门阵列）对信号进行处理和变换，等效成增益G2(dB)，再加上MCU对数据进行归一化处理，系数为K，那么可以得到换算出的基带功率为P2(dBFS)。

由上可知，P2=P1+G1+G2+K，（1-1）

在得到这对应关系之后，就可以根据接收到的数字功率推算出发射信号功率。为了增强测量小功率信号时的精度，设定一个功率门限P3，当模块接收到的基带信号P2>P3，那么公式（1-1）成立；即当换算出的基带功率大于门限值P3的时候，则不调整FB1通道的参数，可以直接推导出此时的发射信号的功率值，P1=P2-G1-G2-K

当模块接收到的基带信号P2′<P3时，调整FB1的链路增益增加△G，模块接收到的基带信号P2′对应的增加△G，则此时的模块的发射功率值，P1=(P2′+△G)-(G1+△G)-G2-K。即当换算出的基带功率小于门限值P3，增加FB1通道的增益值，就可以推导出此时的发射信号的功率值。之所以采用增加FB1通道的增益值的方法，是因为在接收到的功率较小时，通路中的噪声和ADC的底噪会对测量信号的精度造成影响，再将接收到的信号放大之后，可以减小噪声对测量精度的影响。

同样在FPGA（现场可编程门阵列）中，对信号进行滤波处理也是出于提高测量信号精度的考虑。具体分析如下，之所以对信号进行滤波处理，是因为FB1通道上的接收ADC是一个宽带器件，而且FB1通道的带宽由发射信号的带宽及模块实现DPD（数字预失真）功能所需带宽共同决定的，针对本发明所述的产品，FB1通道的带宽为信号带宽的5倍。这样一来，在功率检测的时候，会将整个通道带宽内的信号及邻道和次邻道的噪声都统计进去。在大信号的时候，由于主信号功率大，邻道和次邻道的噪声功率小，对检测功率的强度未造成影响；在小信号的时候，由于信号功率比较小，与邻道和次邻道的噪声功率相差不大，会对检测功率的精度造成影响。所以通过数字信号处理的FIR滤波器将不需要的噪声滤除掉，得到准确的信号功率值。如图3所示，虚线宽度为检测不同强度的信号的不同带宽。

对每个模块分别而言：

所述功率检测模块为接收发射信号的信号通道，用于完成DPD（数字预失真）带宽的信号的接收和模数转换，实现信号的采样和功率检测；具体实施时，可根据接收到的信号强度的不同，设置不同衰减值的电路增益。

所述的数据处理模块由基带处理单元和微控制单元组成。其中基带处理单元FPGA位于ADC（模数转换芯片）和MCU（微控制单元）之间，主要负责基带数据处理。其中包括ADC（模数转换芯片）接口数据处理，变频处理，FIR低通滤波器，数字域功率统计。

所述微控制单元主要起处理FPGA透传过来的数据的作用，然后对上报的功率统计结果进行归一化处理。

功率检测的工作原理为，FB1电路中ADC（模数转换芯片）发射过来的偏中频信号，经过模数转化处理，然后把数字信号传给FPGA（现场可编程门阵列），FPGA（现场可编程门阵列）经过相应的接口处理，获得有效的数据，然后在FPGA中进行变频处理变成零中频复信号，这里搬移到零中频的好处是便于后面的FIR滤波进行低通滤波处理以及节省FPGA（现场可编程门阵列）资源，然后在经过FIR低通滤波器，用FIR低通滤波器抑制带外信号，通带为10MHz，阻带为61.44MHz，阻带抑制50dB，阻带抑制度在DSP资源比较充足的情况下，可以适当提高，会提高最后的统计精度，然后在FPGA中进行功率统计，如果是FDD—LTE信号统计10ms长度，如果是TDD—LTE信号根据TDD—LTE帧结构统计下行有用信号，FPGA每10ms更新一次统计结果，并将计算的结果通过LocalBus（总线）上报给MCU（微控制单元），在MUC（微控制单元）中对上报的功率统计结果进行归一化处理转换为数字基带功率。

本发明的上述实例仅仅为说明本发明的方法实现，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，都可轻易想到其变化和替换，因此本发明保护范围都应涵盖在由权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种发射信号功率检测方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤1、通过功率检测模块来接收到发射通道反馈回来的宽带信号；

步骤2、在数据处理模块中，由FPGA—基带处理单元进行数字信号处理；其中包括ADC芯片—模数转换芯片接口数据处理，变频处理，FIR低通滤波及基带信号功率统计并上报至微控制单元MCU；微控制单元MCU对上报的功率统计结果进行归一化处理；

步骤3、对得到的统计结果设定值进行比对；

当得到的功率值小于设定区间值的时候，增加功率检测模块中的电路增益，重复步骤1、2，得到修正之后的统计结果；当得到的功率值大于系统设定区间值，减小功率检测模块中的电路增益，重复步骤1、2，得到修正之后的统计结果；

步骤4、将修正后的信号功率统计结果上报至上级系统。

2.一种基于权利要求1所述方法的功率检测电路，其特征在于：包括连接在一起的功率检测模块和数据处理模块；

所述功率检测模块，用于实时监测发射信号的功率强度，并将模拟信号转换成基带数字信号；

所述数据处理模块，用于数字信号的处理及功率归一化处理；

所述功率检测模块，包括依次连接的下变频器、可控增益放大器、抗混叠滤波器、ADC芯片；所述数据处理模块包括连接在一起的FPGA模块和MCU模块；ADC芯片与FPGA模块连接；

所述下变频器，将射频信号转换为中频信号，以便ADC进行数据采样；

所述可控增益放大器，用于调整电路增益，实现大范围的功率检测；

所述抗混叠滤波器，用于抑制带外杂散信号，减少其对ADC的影响；

所述ADC芯片，用于向模数转换及数据采集；

所述FPGA模块，用于处理基带数字信号，进行数字下变频，再进行滤波，并得到数字信号的数据；

所述MCU模块接收FPGA模块发送来的数据，将其归一化处理，换算成基带功率。