CN104519518B - 一种便携wcdma无线信号场强测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携WCDMA无线信号场强测量装置，包括基带单元和射频单元，其中，射频单元采用精简的超外差结构，既可以减小体积，又可以达到和基站射频单元相同的接收灵敏度；基带单元将多个板卡的功能裁剪，在一块基带处理板卡上形成一个崭新的无线便携基带处理架构；射频单元与基带单元采用带锁扣的射频电缆连接，不同制式的场强测量装置只需要通过更换射频单元即可实现切换；同时，增加了便携终端对锂离子电池的充放电管理单元，即支持电池供电工作方式，增加了场强测量装置的机动性。本发明便携WCDMA无线信号场强测量装置可以满足在各种复杂无线环境下灵活的场强测量要求。

Description

一种便携WCDMA无线信号场强测量装置

技术领域

本发明涉及无线领域，特别是涉及WCDMA上、下行无线信号功率测量领域。

背景技术

随着WCDMA无线商用网络趋于稳定和成熟，WCDMA无线通信终端、无线上网等业务的普及率大大提高。针对用户对WCDMA上下行无线信号场强的测量需求，需要研制一种行之有效的WCDMA上、下行无线信号测量处理装置。

在无线通信领域，目前用于测量WCDMA无线信号场强的装置有商用基站和无线终端，还没有完整的针对终端发射功率（上行）、基站发射功率（下行）测量的便携解决方案。商用基站的原始用途是用于无线终端设备的无线接入，只能测量无线终端上行场强，不能测量基站自身发射场强，即不能完成本设备直接测量上、下行无线信号场强的功能。针对无线终端的发射功率测量多数都是通过简单修改微基站装置，修改软件及接口，再进行结构加工集成形成需求的装置。由于是拼凑的集成基站装置，体积庞大、笨重，不利于在交通不便、高层楼宇环境实施测量服务。从另一个方面讲，现有装置至今没有一个标准化的硬件平台，从而造成系统开发、管理和维护工作增加很多难度。

由于现有WCDMA上行场强测量便携装置没有统一的硬件平台方案，数字和射频板是借用现有成型商用板卡，使用数据线和射频线与射频单元连接，使用电源线连接电源模块，并固定在机箱里，几部分拼凑集成形成产品。这种基站结构功耗大、体积大、笨重，只能放在高端四驱SUV车中，给另外在散热设计和功率分布往往具有不合理性。

而现有WCDMA下行场强测量装置一般是利用无线终端实现，接收灵敏度低，测量速度慢。

针对当前WCDMA网络的迅猛发展，特别是对WCDMA上下行无线信号功率测量急迫需求，需要研制一种能够同时测量WCDMA上、下行无线信号的测量处理装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携WCDMA无线信号场强测量装置，包括基带单元、射频单元两大部分，该装置能够同时测量WCDMA上、下行无线信号，支持锂离子电池和交流电源适配器供电，通过改变射频板卡和基带软件可直接支持其他无线制式的场强测量，从而可以取代现有集成场强测量装置，价格低廉，充分体现携带方便，机动性强的特点。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种便携WCDMA无线信号场强测量装置，包括基带单元和射频单元，所述基带单元与射频单元通过射频电缆连接，所述射频单元双路接收上、下行信号，并将上、下行信号输出到基带单元进行场强测量。

所述射频单元采用超外差结构设计，将空间的无线信号经功分器从上、下行两路分别进行滤波、放大、混频、滤波送到基带单元的双路ADC转换单元。

所述射频单元，包括天线，功分器，上、下行滤波器，上、下行放大器，上、下行混频器和上、下行数控衰减器。

所述天线，用于接收空间的无线信号。

所述功分器，用于将接收到的无线信号分成双路能量输出相等的上、下行射频信号。

所述上、下行滤波器，用于滤除空间信号中工作频带外的上、下行射频信号，保留工作带宽内的上、下行射频信号。

所述上、下行放大器，用于将输入的上、下行射频信号做上、下行放大处理。

所述上、下行混频器，用于将上、下行射频信号转换成其他需求的工作信号。下变频时将射频信号转换成模拟中频信号，上变频时将模拟中频信号转换成射频信号。

所述上、下行数控衰减器，用于通过对多个控制线的高低控制，实现输出不同功率的上、下行信号。

本发明测量装置的射频单元采用精简的超外差结构，双路接收上、下行无线信号，既可以减小体积，又可以达到和基站射频单元相同的接收灵敏度。

所述基带单元包括主控处理（CPU）单元，DSP（Digital Signal Processor）单元，FPGA（Field-Programmable Gate Array）单元，双路ADC转换单元，时钟单元，以及电源充放电管理单元。

所述CPU单元，用于完成基带板各部分的程序加载、复位控制、时钟配置、DSP的消息交互、FPGA的功能配置、双路ADC转换的配置管理、充放电参数管理、通过射频接口控制射频单元、CPU单元与后台通信的交互。

所述DSP单元，用于实现无线物理层上、下行数据的处理，上报功率测量结果。

所述FPGA单元，用于实现双路ADC单元到DSP单元之间的数据转换，将数字中频滤波、下变频处理，变换成基带上、下行数据送交DSP单元进一步处理。

所述双路ADC转换单元：完成上、下行模拟中频数据到数字中频数据的转换。

所述时钟单元，用于产生便携无线场强测量装置内部系统工作时钟。

为了抛开测量装置对电源的依赖性，本发明增加了便携终端对锂离子电池的充放电管理单元，即支持电池供电工作方式，增加了场强测量装置的机动性。

所述电源充放电管理单元，用于提供便携无线场强测量装置内部的工作电源，完成对锂离子电池或交流电源的充放电管理。

基带单元将终端测量场强下行和基站测量场强上行两部分重新设计，在一块基带处理板卡上同时测量WCDMA上下行场强，形成一个崭新的无线便携基带处理架构。

硬件架构重新设计后的便携基带单元集成度高，能够同时处理WCDMA上、下行无线信号场强，处理能力强，能够避免板间接口带来的传输风险。

进一步地，所述射频单元与基带单元采用带锁扣的射频电缆连接。这样既增加了连接的可靠性，又具备了射频单元的可更换性，不同制式的场强测量装置只需要通过更换射频单元即可实现切换。

本发明的优点和积极效果：

1)同时实现对移动终端设备上行和基站下行基带信号处理，通过CPU实现软件业务配置等功能，可以满足在各种复杂无线环境下灵活的场强测量要求；

2)集成电池充放电管理，增强了对外天线接口的防静电功能，方便工作人员在各种环境下实施场强测量的需求，摆脱了原有车载集成装置只能测量到楼宇的局限性；

3)本发明采用了便携的结构设计，统一的基带单元设计方案，该方案可以使便携无线场强测量装置具有一个统一的基带硬件平台，只需要更换射频单元即可实现从WCDMA制式快速升级到其他的制式。

因此，本发明的便携WCDMA无线信号场强测量装置具备很强的通用性。

附图说明

图1是本发明测量装置在无线网络中的位置示意图；

图2是本发明测量装置的射频单元工作原理示意图；

图3是本发明测量装置的基带单元工作原理示意图；

图4是本发明测量装置的工作流程示意图。

具体实施方式

本发明便携场强测量装置的核心思想是通过改变原有车载集成的基站上行场强测量方案，重新设计一块全新的基带单元，将手机或无线上网卡的上行信号和基站的下行信号同时送入基带单元处理，测量接收到的功率变化，实施上报操作。为了达到基站的接收灵敏度，射频单元采用超外差方案（即通过混频技术将上、下行射频信号下变频到上、下行基带信号），同时接收上、下行WCDMA无线信号，与基带单元采用带锁扣的射频电缆连接。这样既增加了连接的可靠性，又具备了射频单元的可更换性，不同制式的场强测量装置只需要通过更换射频单元即可实现切换。

本发明具体实现如下：

图1是本发明测量装置在无线网络中的位置示意图。被测WCDMA无线终端处在无线商用基站覆盖范围之内，通过使用本便携WCDMA无线场强测量装置对空中无线信号进行上、下行功率测量，实施测量人员通过移动位置得到不同的功率信号，上报测量结果至后台显示。

图2是本发明测量装置的射频单元工作原理示意图。该射频单元主要包括天线，功分器，上、下行滤波器，上、下行放大器，上、下行混频器和上、下行数控衰减器。

天线：接收空间的无线信号。

功分器：用于将接收到的无线信号分成双路能量输出相等的上、下行射频信号。

上、下行滤波器：滤除空间信号中工作频带外的上、下行射频信号，保留工作带宽内的上、下行射频信号。

上、下行放大器：将输入的上、下行射频信号做放大处理。

上、下行混频器：将上、下行射频信号转换成其他需求的工作信号。下变频时将射频信号转换成模拟中频信号，上变频时将模拟中频信号转换成射频信号。

上、下行数控衰减器：通过对多个控制线的高低控制，实现输出不同功率的上、下行信号。

上、下行滤波器包括位于功分器和上、下行放大器之间的预选滤波器，为射频频段滤波器，以及位于上、下行混频器与下、下行数控衰减器之间的滤波器，为中频滤波器。

图3是本发明测量装置的基带单元工作原理示意图。该基带单元主要包括CPU单元，DSP单元，FPGA单元，双路ADC转换单元，时钟单元和电源充放电管理单元。

CPU单元：完成基带板各部分的程序加载、复位控制、时钟配置、DSP的消息交互、FPGA的功能配置、双路ADC转换的配置管理、充放电参数管理、通过射频接口对射频部分控制、CPU单元与后台通信的交互。

DSP单元：实现无线物理层上、下行数据的处理，上报功率测量结果。

FPGA单元：实现双路ADC单元到DSP之间的数据转换，将数字中频滤波、下变频处理，变换成基带上、下行数据送交DSP进一步处理。

双路ADC转换单元：在本实施例中为双路AD转换器，完成上、下行双路模拟中频数据到数字中频数据的转换。

时钟单元：产生无线便携场强测量装置内部系统工作时钟。

电源充放电管理单元：提供无线便携场强测量装置内部的工作电源，完成对锂离子电池或交流电源的充放电管理。

图4是本发明测量装置的工作流程示意图。该流程主要包括以下步骤：

1、测量装置上电；

2、测量装置程序加载和初始化：完成CPU程序加载，DSP程序加载，FPGA程序加载，初始化配置；

3、启动后台软件：启动电脑上的后台软件，配置上、下行场强测量模式，配置射频单元上、下行接收链路参数。

4、天线接收无线信号；

5、滤波器滤除带外信号，无线信号放大处理；

6、混频处理：将射频信号搬移到模拟中频信号；

7、中频滤波放大处理；

8、双路ADC转换单元将上下行模拟中频转换为数字中频信号，送入FPGA单元；

9、FPGA单元做接口速率匹配，将数字中频信号滤波送入DSP单元；

10、DSP单元接收来自FPGA单元的上、下行数据，计算上行或下行的无线信号场强，将计算结果上报CPU单元继续处理；

11、CPU单元将DSP的计算结果上报后台软件进行显示。

本发明便携场强测量装置与商用基站、无线终端性能测试结果对比，见表1。

表1.本发明便携场强测量装置与商用基站、无线终端性能测试结果

如表1所示，本发明便携场强测量装置与现有技术中的商用基站及无线终端相比，能够同时实现上、下行无线信号功率的测量，接收灵敏度与商用基站相当（均为-121dBm），体积小，便于携带，支持电池和交流电供电，并且上报速度快，能够达到50毫秒，具有广阔的应用前景。

另一方面，同时测量上、下行无线信号场强的实际价值在于：能够为实际的外场测试提供更有价值的优化依据，达到优化无线网络的实际目的，具有更实际的应用前景。

以上所述仅为本发明的实例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (8)

1.一种便携WCDMA无线信号场强测量装置，包括基带单元和射频单元，所述基带单元与射频单元通过射频电缆连接，所述射频单元接收无线数据并分成上、下行射频信号，经过滤波、放大、混频、滤波、衰减以得到上、下行信号，并将上、下行信号输出到基带单元进行场强测量；

所述射频单元包括：天线，功分器，上、下行滤波器，上、下行放大器，上、下行混频器和上、下行数控衰减器；

所述天线用于接收空间的无线信号；所述功分器用于将接收到的无线信号分成双路能量输出相等的上、下行射频信号；所述上、下行滤波器用于滤除空间信号中工作频带外的上、下行射频信号，保留工作带宽内的上、下行射频信号；所述上、下行放大器用于将输入的上、下行信号做放大处理；所述上、下行混频器用于将上、下行射频信号转换成其他需求的工作信号；所述上、下行数控衰减器用于通过对多个控制线的高低控制，实现输出不同功率的上、下行信号。

2.如权利要求1所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，所述基带单元在一块基带处理板卡上同时进行WCDMA无线信号的上、下行场强测量。

3.如权利要求1所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，所述射频单元采用超外差结构设计，将上、下行信号送到所述基带单元的双路ADC转换单元。

4.如权利要求1所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，所述基带单元包括CPU单元，DSP单元，FPGA单元，双路ADC转换单元，时钟单元，以及电源充放电管理单元。

5.如权利要求4所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，所述CPU单元，用于完成基带板各部分的程序加载、复位控制、时钟配置、DSP的消息交互、FPGA的功能配置、双路ADC转换的配置管理、充放电参数管理、通过射频接口控制射频单元、CPU单元与后台通信的交互；所述DSP单元，用于实现无线物理层上、下行数据的处理，上报功率测量结果；所述FPGA单元，用于实现双路ADC单元到DSP单元之间的数据转换，将数字中频滤波、下变频处理，变换成基带数据送交DSP单元进一步处理；所述双路ADC转换单元：完成上、下行模拟中频数据到数字中频数据的转换；所述时钟单元，用于产生便携无线场强测量装置内部系统工作时钟。

6.如权利要求4所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，所述电源充放电管理单元，用于提供便携无线场强测量装置内部的工作电源，完成对锂离子电池或交流电源的充放电管理。

7.如权利要求1所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，所述射频单元与基带单元采用带锁扣的射频电缆连接。

8.如权利要求1所述的便携WCDMA无线信号场强测量装置，其特征在于，通过更换射频单元实现便携WCDMA无线信号场强测量装置不同制式的切换。