CN104301047B - 一种多模多频多通道系统的功率自校准装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模多频多通道系统的功率自校准装置及方法，包括二路发射和二路接收通道，发射通道内部包含一个时分同步运算单元，用于把检波采样的数字信号，时隙内多次平均及复合运算，时隙外保持原数据，把数据转换成模拟电压来控制调制器的不同衰减。采用无限逼近、负反馈的形式，采样的数据最终达到动态恒定值，满足发射通道信号的功率准确度优于0.2dB。发射通道利用查表的方式对输出信号功率进行控制，通过发射通道对接收通道的衰减器及中频增益等进行校准，同时反过来利用接收机的性能来校准发射机的功率平坦度，满足接收通道的测试功率准确度在优于0.5dB。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯技术领域，具体是一种多模多频多通道系统的功率自校准装置及方法。
背景技术
新一代宽带无线移动通信网将实现LTE产业化及规模应用，并开展LTE-Advanced关键技术、标准化及整体产业链的研发和产业化。TD-LTE-Advanced/TD-LTE/LTE-AdvancedFDD/LTEFDD/TD-SCDMA/WCDMA/GSM
多模多频终端是终端发展的方向。能够对多模多频终端进行射频测试的系统是多模终端研发和认证的必备测试验证平台。
多模多频多通道系统根据设计需要至少为双发双收，需要有二路发射通道，二路接收通道通道。一般仪器出厂时通过外部仪器源校准，功率等指标都能满足仪器设计要求。但是仪器随着外界温度变化，器件老化等因素的影响，即使是同平台的同样设计也会是不同的电性能，对于多通道系统更是这样，不同通道之间随着时间的变化电性能差异会很大，如果每次都回原厂校准时间和空间上都很不方便。因此如何通过多通道系统自身的特点，设计一种校准方法以大大提高单通道功率准确度、通道之间的功率一致性，已成为迫切需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种多模多频多通道系统的功率自校准装置及方法，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种多模多频多通道系统的功率自校准装置，包括两路相同的接收通道RX1、RX2，以及两路相同的发射通道分别为TX1、TX2，每路发射通道包含十三个单元：发射参考时钟单元，用于产生614.4MHz的时钟信号；基带数据产生单元，用于原始PN序列按照调制格式不同产生不同的IQ两路数据；上变频器单元，用于把基带产生的IQ两路数据生成153.6MHz中频调制信号。宽带本振单元，用于产生400MHz∽6000MHz本振信号；射频混频单元，用于中频调制信号与宽带本振信号进行混频，产生宽带的射频调制信号发送出去；开闭环转换单元，用于把时分同步运算后的数据，通过DA转换器转换成模拟电压信号来控制调制器的不同衰减量。调制器单元，是一个压控的可调的衰减器，通过开闭环转换单元输出的电压来改变调制器的不同衰减量；多级放大单元，是由二个低噪声放大器组成，用于发射信号放大，满足信号输出最大功率的要求；功分器单元，用于发射信号一路分成两路，一路发射出去，一路去检波采样。检波采样单元，用于把发射的射频信号检波转化成模拟电压信号，并通过DA转换器转变成数字信号。时分同步运算单元，用于把检波采样的数字信号，时隙内多次平均及复合运算，时隙外保持原数据，根据设置不同的发射功率调用不同的出厂数据与时分同步运算后的数据求差,求差后的数据再乘以稳幅系数,送给开闭环转换单元，把数据转换成模拟电压来控制调制器的不同衰减。在下一时隙,进行进行同样的操作,采用无限逼近、负反馈的形式，采样的数据最终达到动态恒定值，满足发射通道信号的功率准确度优于0.2dB。功率调整单元，用于对发射信号功率进行10dB步进，0dB到120dB不同衰减量。MIMO接口单元，用于发射信号和接收信号合路输出到对外接口上。
每路接收通道包含八个单元：接收功率衰减单元，用于对大功率信号进行衰减，10dB步进，0dB到50dB不同衰减量，确保满足后端电路处理要求。前置增益控制单元，用于小功率信号增益放大。宽带本振单元，用于产生400MHz∽6000MHz本振信号。混频单元，用于射频调制信号与宽带本振信号进行混频，产生153.6MHz调制信号便于后端分析。匹配滤波单元，用于滤除混频中产生的无用信号。下变频器单元，用于153.6MHz中频信号经过下变频器产生IQ两路信号。接收参考时钟单元，用于产生122.88MHz的时钟信号。数据分析单元，下变频器后得到的IQ两路，分析信号的功率值、EVM、IQ偏移等指标。
所述多模多频多通道系统的功率自校准装置的校准方法，其特征在于：发射通道利用查表的方式对输出信号功率进行控制，主要是查调制器校准表，衰减器校准表，衰减器误差校准表等。发射通道内部包含一个时分同步运算单元，用于把检波采样的数字信号，时隙内多次平均及复合运算，时隙外保持原数据，根据设置不同的发射功率调用不同的出厂数据与时分同步运算后的数据求差,求差后的数据再乘以稳幅系数,送给开闭环转换单元，把数据转换成模拟电压来控制调制器的不同衰减。在下一时隙,进行进行同样的操作,采用无限逼近、负反馈的形式，采样的数据最终达到动态恒定值，满足发射通道信号的功率准确度优于0.2dB。通过发射通道对接收通道的衰减器及中频增益等进行校准，同时反过来利用接收机的性能来校准发射机的功率平坦度，满足接收通道的测试功率准确度优于0.5dB。系统内有两个独立的发射通道和接收通道进行互测试，测量的结果进行数学分析、利用最小一乘法求出最佳差值来逼近真实值，把得到的校准数据存入通道1和通道2的发射和接收校准数据中，满足通道1和通道2的功率差值优于0.2dB，满足功率测试一致性的要求。通过多模多频多通道系统的功率自校准可以大大提高本系统功率准确度和多通道功率的一致性。
本发明利用自身系统带有的发射通道和接收通道的特点，发射通道采用查表的方式设置功率输出，利用发射通道对接收的衰减器及中频增益等进行校准，同时反过来利用接收机的性能来校准发射机的功率平坦度。本发明利用自身的硬件大大提高了整个系统通道内以及通道之间的功率准确度。
本发明的有益效果是，设计了一种多模多频多通道系统的功率自校准的方法和装置，利用自身发射机和接收机进行功率校准，大大提高了整机的功率准确度，对其他各种多通道通信系统的自校准也有良好的效果，具有较强的通用性。
附图说明
图1为本发明的双通道系统发射和接收原理框图。
图2为本发明的发射程控衰减器各档与实际测试值误差曲线图。
图3为本发明的发射调制器的压控曲线图。
图4为本发明的TD-LTE信号发射一个帧周期内的时隙分布图。
图5为本发明的检波采集的数据数值曲线图。
图6为本发明的发射机数字稳幅流程图。
图7为本发明的接收衰减器校准流程图。
图8为本发明的发射机频响数据校准流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的系统原理图，包括二路接收通道分别为RX1，RX2，二路发射通道分别为TX1，TX2。二路接收和二路发射技术方案相同。单路发射通道包含十三个单元：发射参考时钟单元、基带数据产生单元、上变频器单元、射频混频单元、宽带本振单元、开闭环转换单元、调制器单元、多级放大单元、功分器单元、检波采样单元、时分同步运算单元、功率调整单元、MIMO接口单元。单路接收通道包含八个单元：接收功率衰减单元、前置增益控制单元、混频单元、宽带本振单元、匹配滤波单元、下变频器单元、接收参考时钟单元、数据分析单元。
通道1校准过程具体步骤按如下进行：
(1)根据终端测试需求，单通道的校准如下，原始PN序列按照调制格式不同经过数字上混频，产生不同的调制载波信号，如TD-SCDMA信号、TD-LTE信号等等，经过与宽带本振混频产生频率范围为400MHz∽6000MHz调制信号,发射信号的功率是假设是PTX:
PTX＝PIF+AT+ΔAT+M 公式(1)
上式中PIF指的是中频输出的功率，在不改变中频增益的情况下，一般是固定值，大约为-3dBm；AT指的发射前端功率调整模块中程控衰减器的衰减设置值，10dB步进，可控范围为120dB；ΔAT为程控衰减器实际衰减值与理论值的差值；M为调制器的衰减值，步进为0.05dB步进，可控范围为20dB。ΔAT和M为出厂前的校准值以某一台机器的数据为例:ΔAT指的是10dB、20dB、30dB、40dB、50dB、60dB、70dB、80dB、90dB、100dB、110dB、120dB指的是程控衰减器与实际的误差值分别为:-1.277dBm、-1.438dBm、-0.866dBm、-1.713dBm、-1.710dBm、-0.919dBm、-1.740dBm、-1.835dBm、-1.810dBm、-2.452dBm、-1.571dBm、-1.107dBm；对应的曲线图如图2所示。M指的是调制器衰减量分别是-24.177dBm、-23.787dBm、-23.332dBm、-22.802dBm、-22.181dBm、-21.463dBm、-20.632dBm、-19.673dBm、-18.437dBm、-17.174dBm、15.692dBm、-13.958dBm、-11.888dBm、-9.373dBm、-6.376dBm、-3.068dBm、-0.476dBm、1.575dBm、3.985dBm、5.625、5.934、5.966、6.003；对应的线形曲线图如图3所示。程控衰减器是大功率步进，调制器是小功率步进，程控衰减器的误差值对于定的频点来说是定值。
(2)以发射TD-LTE信号，TS1时隙为例,图4为TD-LTE一个帧周期内的时隙分布图。发射出的调制信号一路发射到输出端口，另一路经过检波转化成模拟电压信号，以TD-LTE帧周期的同步信号上升沿作为触发信号，按照调制格式不同延迟一定时间，开始采样时隙内数据，延迟的时间包括通道延迟时间、时隙在帧周期所处的位置、以及一定的保护时隙。
(3)时隙内采集到的数据经过时分同步运算及复合运算，时隙外保持原数据，根据设置不同的发射功率调用不同的出厂数据与时分同步运算后的数据求差,时隙内的差值乘以稳幅系数得到的数据，通过开闭环转换单元把数字信号转成模拟电压加到调制器中，控制调制器不同的衰减量。在时隙内短时间内多次把误差值加到调制器中，形成负反馈系统达到发射功率输出稳定的效果，时隙内数据闭环，时隙外开环，可以满足发射信号的功率准确度在0.2dB以下。图5为检波采样的数据随时间变化逐步稳定的曲线，图6为数字稳幅流程图。
(4)发射出来TD-LTE信号时隙在TS1,频率2017.4MHz,功率-20dBm,经过前端功分器加到接收机中，混频到中频经过下变频器进行功率分析处理，经过子帧同步信号，设置不同的参考电平由-20dBm,-10dBm,0dBm,10dBm,20dBm,30dBm读出各档衰减器0dB，10dB，20dB，30dB，40dB，50dB与实际的差值ΔAT0，ΔAT10，ΔAT20，ΔAT30，ΔAT40，ΔAT50存入工控机中。进行数据处理后加入接收衰减器修正数据中，具体流程图参见图7。
(5)分别控制发射TD-LTE信号在不同频率,起始点400MHz，终止点6000MHz，频率步进10MHz，发射功率-20dBm，发射TD-LTE信号时隙TS1,通过前端功分器回馈到接收机中把接收测试到差值存到工控机中,反馈到发射机出厂数据进行修正发射机的频响，发射机频率整数点靠校准,中间频率点靠曲线拟合的方式，最大程度的接近实际情况,可以满足接收机的测试功率准确度在0.5dB以下。频响校准的具体流程参见图8。
(6)通道2的单通道校准如通道1一样，得到校准数据，通过发射机的数字稳幅环路来校接收机的绝对功率，通过接收机来校准发射机的频响。
(7)然后把通道1多入多出接口接到通道2的多入多出接口，用通道1的发射接到通道2的接收得到一组校准数据，然后用通道2的发射接入通道1的接收得到一组校准数据，例如：对于同一个频点的不同功率点，分别设置通道1、通道2发射信号功率P1、P2、P3、…、Pn；用接收通道1测出发射1的功率为P1+ΔA1、P2+ΔA2、P3+ΔA3、…、Pn+ΔAn；用接收通道1测出发射2的功率为P1+ΔB1、P2+ΔB2、P3+ΔB3、…、Pn+ΔBn；用接收通道2测出发射1的功率为P1+ΔC1、P2+ΔC2、P3+ΔC3、…、Pn+ΔCn；用接收通道2测出发射2的功率为P1+ΔD1、P2+ΔD2、P3+ΔD3、…、Pn+ΔDn；ΔAn、ΔBn、ΔCn、ΔDn为测试出的功率误差值，包括线损值和测试误差值。X近似为线损值，把所有的测试误差值的绝对值求和最小即N最小，如公式2所示，得出X的确定值。
通过得到X的确定值，反过来来确定接收通道1、接收通道2的在不同频点的定标值。利用最小一乘法进行数据优化后的校准数据存入通道1和通道2的发射和接收校准数据中，满足通道1和通道2的功率之间的功率差值在0.2dB以下，满足通道之间功率测试一致性的要求。
Claims (4)
1.一种多模多频多通道系统的功率自校准装置，其特征在于：针对TD-SCDMA信号、TD-LTE信号,该装置包括
二路接收通道分别为RX1，RX2，二路发射通道分别为TX1，TX2；
单路发射通道包含十三个单元：发射参考时钟单元、基带数据产生单元、上变频器单元、射频混频单元、宽带本振单元、开闭环转换单元、调制器单元、多级放大单元、功分器单元、检波采样单元、时分同步运算单元、功率调整单元、MIMO接口单元；单路接收通道包含八个单元：接收功率衰减单元、前置增益控制单元、混频单元、宽带本振单元、匹配滤波单元、下变频器单元、接收参考时钟单元、数据分析单元；
其中，发射参考时钟单元，产生614.4MHz的时钟信号；基带数据产生单元，把原始PN序列按照调制格式不同产生不同的IQ两路数据；上变频器单元，把基带产生的IQ两路数据生成153.6MHz中频调制信号；宽带本振单元，产生400MHz∽6000MHz本振信号；射频混频单元，将中频调制信号与宽带本振信号进行混频，产生宽带的射频调制信号发送出去；开闭环转换单元，把时分同步运算后的数据，通过DA转换器转换成模拟电压信号来控制调制器的不同衰减量；调制器单元，是一个压控的可调的衰减器，通过开闭环转换单元输出的电压来改变调制器的不同衰减量；多级放大单元，是由二个低噪声放大器组成，将发射信号放大，满足信号输出最大功率的要求；功分器单元，将发射信号一路分成两路，一路发射出去，一路去检波采样；检波采样单元，用于把发射的射频信号检波转化成模拟电压信号，并通过DA转换器转变成数字信号；时分同步运算单元，用于把检波采样的数字信号，时隙内多次平均及复合运算，时隙外保持原数据，根据设置不同的发射功率调用不同的出厂数据与时分同步运算后的数据求差，求差后的数据再乘以稳幅系数，送给开闭环转换单元，把数据转换成模拟电压来控制调制器的不同衰减，在下一时隙，进行同样的操作，采用无限逼近、负反馈的形式，采样的数据最终达到动态恒定值，满足发射通道信号的功率准确度优于0.2dB；功率调整单元，对发射信号功率进行10dB步进，0dB到120dB不同衰减量；MIMO接口单元，用于发射信号和接收信号合路输出到对外接口上；
接收功率衰减单元，用于对大功率信号进行衰减，10dB步进，0dB到50dB不同衰减量，确保满足后端电路处理要求；前置增益控制单元，用于小功率信号增益放大；宽带本振单元，用于产生400MHz∽6000MHz本振信号；混频单元，用于射频调制信号与宽带本振信号进行混频，产生153.6MHz调制信号便于后端分析；匹配滤波单元，用于滤除混频中产生的无用信号；下变频器单元，用于153.6MHz中频信号经过下变频器产生IQ两路信号；接收参考时钟单元，用于产生122.88MHz的时钟信号；数据分析单元，下变频器后得到的IQ两路，分析信号的功率值、EVM、IQ偏移指标。
2.一种基于权利要求1所述多模多频多通道系统的功率自校准装置的校准方法，其特征在于：发射通道内部利用时分同步运算单元把检波采样的数字信号，时隙内多次平均及复合运算，时隙外保持原数据，根据设置不同的发射功率调用不同的出厂数据与时分同步运算后的数据求差,求差后的数据再乘以稳幅系数,送给开闭环转换单元，通过DA转换器把数据转换成模拟电压来控制调制器的不同衰减，在下一时隙，进行同样的操作,采用无限逼近、负反馈的形式，采样的数据最终达到动态恒定值，满足发射通道信号的功率准确度优于0.2dB。
3.一种基于权利要求1所述多模多频多通道系统的功率自校准装置的校准方法，其特征在于：发射通道利用查表的方式对输出信号功率进行控制，主要是查调制器校准表，衰减器校准表，衰减器误差校准表，通过发射通道对接收通道的衰减器及中频增益进行校准，同时反过来利用接收机的性能来校准发射机的功率平坦度，满足接收通道的测试功率准确度优于0.5dB。
4.一种基于权利要求1所述多模多频多通道系统的功率自校准装置的校准方法，其特征在于：系统内有两个独立的发射通道和接收通道进行互测试，测量的结果进行数学分析、利用最小一乘法求出最佳差值来逼近真实值，把得到的校准数据存入通道1和通道2的发射和接收校准数据中，满足通道1和通道2的功率差值在0.2dB以下，满足功率测试一致性的要求。
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