CN106209272B - 一种基于双检波lte信号电平闭环控制装置和方法 - Google Patents

一种基于双检波lte信号电平闭环控制装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置和方法，属于测试技术领域。本发明通过双检波方式消除了负反馈闭环电路本身固有的温度漂移以及器件老化引入的误差；通过通道组合放大电路实现了负反馈环路电路本身引入的信号插损补偿和幅度控制范围的扩展；通过FPGA数字信号处理单元实现了通信信号时域、频域、温度三维的幅度控制的快速处理；利用幅度负反馈闭环原理，在特定子帧内进行幅度负反馈闭环控制，有效解决了在宽带通信时隙信号无法进行负反馈闭环幅度控制的难题，实现了现代通信高速时隙信号稳定精准的输出，满足了现代通信设备和终端测试对大带宽通信信号要长期稳定精准输出的要求。

Description

一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置和方法
技术领域
本发明属于测试技术领域，具体涉及一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置和方法。
背景技术
模拟信号在现代通信当中有着广泛的应用，随着现代通信技术的发展，对模拟信号的电平精度和稳定度要求越来越高。在进行LTE等多标准通信测试中，最大输出功率、绝对功率控制容限、相对功率控制容限、聚合功率控制等多项主要指标测试都和下行信号的幅度稳定度、精度密切相关，而如何实现下行信号高稳定精确输出是进行LTE测试的一个难点。
传统的模拟信号幅度控制多采用模拟闭环负反馈方式，具有稳定性好、精度高等特点，因而在传统信号模拟器中广泛应用。但是闭环负反馈幅度控制电路受限于环路带宽限制，只能针对CW波信号进行闭环幅度控制，对于新一代通信的宽带时隙信号无法实现闭环，而在使用开环幅度控制时，因为电路器件温漂、老化等因素，导致通信信号的幅度误差较大。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置和方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的推广价值。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置，包括选频滤波单元、压控衰减单元、第一阻抗匹配单元、通道补偿放大单元、第二阻抗匹配单元、功率放大单元、耦合单元、主检波电路、辅检波电路、FPGA数据处理单元、DA控制单元和控制转换单元；
所述选频滤波单元，被配置为用于对宽带通信信号进行滤波处理；
所述压控衰减单元，被配置为用于对滤波后的宽带通信信号进行电平控制；
所述第一阻抗匹配单元，被配置为用于对电平控制后的宽带通信信号进行阻抗匹配；
所述通道补偿放大单元，被配置为用于对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大；
所述第二阻抗匹配单元，被配置为用于对补偿放大后的信号进行阻抗匹配；
所述功率放大单元，被配置为用于对经过第二阻抗匹配单元阻抗匹配后的信号进行功率放大；
所述耦合单元，被配置为用于对功率放大后的信号进行传输和取样，耦合出部分信号送入主检波单元；
所述主检波电路，包括主检波单元和主AD变换单元；
所述主检波单元，被配置为用于对经过耦合单元耦合出的信号进行检波处理；
所述主AD变换单元，被配置为用于对检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
所述辅检波电路，包括辅检波单元和辅AD变换单元；
所述辅检波单元，被配置为用于对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理；
所述辅AD变换单元，被配置为用于对经过辅检波单元检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
所述FPGA数据处理单元，被配置为用于对主检波电路和辅检波电路两路采集的数据进行处理；
所述DA控制单元，被配置为用于对经过FPGA数据处理单元处理的数据进行DA变换转换成模拟信号；
所述控制转换单元，被配置为用于对经DA控制单元转化的模拟信号进行放大或缩小处理，反相控制压控衰减单元；
通过选频滤波单元对宽带通信信号进行滤波处理，抑制远端和近端频谱杂散，滤波处理后的信号经过压控衰减单元进行电平控制，电平控制后的信号经过第一阻抗匹配单元对进行阻抗匹配，经过通道补偿放大单元对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大，补偿放大后的信号经过第二阻抗匹配单元进行阻抗匹配，经过功率放大单元对阻抗匹配后的信号进行功率放大，功率放大后的信号经过耦合单元进行信号幅度取样，取样后的信号送入主检波电路中的主检波单元进行检波处理，然后进入主AD变换单元进行AD变换转换成数字信号；
同时辅检波电路中的辅检波单元对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理，然后进入辅AD变换单元对经过辅检波单元进行AD变换转换成数字信号；
主检波电路和辅检波电路两路采集的数据同时进入FPGA数据处理单元进行数据处理，然后经过DA控制单元进行DA变换转换成模拟信号，最后进入控制转换单元进行模拟信号的放大或缩小，反相控制压控衰减单元，形成负反馈环路，最终实现宽带通信信号的稳定输出。
此外，本发明还提到一种基于双检波LTE信号电平闭环控制方法，该方法采用如上所述的一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置，包括如下步骤：
步骤1：通过选频滤波单元对宽带通信信号进行滤波处理；
步骤2：通过压控衰减单元将滤波后的宽带通信信号进行电平控制；
步骤3：通过第一阻抗匹配单元对电平控制后的宽带通信信号进行阻抗匹配；
步骤4：通过通道补偿放大单元对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大；
步骤5：通过第二阻抗匹配单元对补偿放大后的信号进行阻抗匹配；
步骤6：通过功率放大单元对经过第二阻抗匹配后的信号进行功率放大；
步骤7：通过耦合单元对功率放大后的信号进行传输和取样，其中的主路信号经过其输出端输出，耦合出的部分功率信号经过其耦合端进入到主检波单元；
步骤8：主检波单元对经过耦合单元耦合出的信号进行检波处理；
步骤9：主AD变换单元对检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
步骤10：辅检波单元对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理；
步骤11：辅AD变换单元对经过辅检波单元检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
步骤12：FPGA数据处理单元对主AD变换单元和辅AD变换单元采集的数据进行处理；
步骤13：DA控制单元对经过FPGA数据处理单元处理的数据进行DA变换转换成模拟信号；
步骤14：控制转换单元对经DA控制单元转化的模拟信号进行放大或缩小处理，反相控制压控衰减单元。
优选地，在步骤12中，具体包括如下步骤：
步骤12.1：对主AD变换单元和辅AD变换单元采集的数据进行数据拟合；
步骤12.2：根据主控同步信号判断拟合数据的有效沿；
步骤12.3：将拟合数据累加求平均值；
步骤12.4：将平均值与预置功率校准值通过比较器进行比较得到比较值；
步骤12.5：将比较值与预置功率参考值通过加法器进行求和运算得到功率差值；
步骤12.6：将功率差值进行数值修正得到修正数值。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明提出了一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置和方法，与现有技术相比，本发明利用主辅两路检波电路通过双检波方式消除了负反馈闭环电路本身固有的温度漂移以及器件老化引入的误差；通过通道组合放大电路实现了负反馈环路电路本身引入的信号插损补偿和幅度控制范围的扩展；通过FPGA数字信号处理单元实现了通信信号时域、频域、温度三维的幅度控制的快速处理；利用幅度负反馈闭环原理，在特定子帧内进行幅度负反馈闭环控制，有效解决了在宽带通信时隙信号无法进行负反馈闭环幅度控制的难题，实现了现代通信高速时隙信号稳定精准的输出，实现了LTE信号三维闭环控制输出，满足了现代通信设备和终端测试对大带宽通信信号要长期稳定精准输出的要求。
本发明一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置的前端采用灵活的选频滤波单元，可根据需要选择不同的通带频率；脉内闭环控制采用数字处理，因此本发明不仅适用于LTE信号，通过对FPGA数字信号处理单元内的控制时序进行调整，通过本装置也可以进行其它宽带调制信号的双检波幅度闭环精确控制，所以本发明具有较强的通用性。
附图说明
图1为基于双检波的三维数字化脉内LTE高速闭环控制的硬件原理图。
图2为FPGA内部LTE信号三维幅度控制数据处理流程图。
图3为LTE子帧幅度采样处理示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
针对通信宽带时隙LTE信号高精度长期稳定输出的测试需求，该实施例中说明一种利用新型可编程器件高速信号处理能力结合双检波温度异化消除特性进行LTE通信信号幅度控制装置。如图1所示的基于双检波的三维数字化脉内LTE高速闭环控制的硬件原理图，包括14个单元：选频滤波单元、压控衰减单元、第一阻抗匹配单元、通道补偿放大单元、第二阻抗匹配单元、高功率放大单元、宽带信号耦合单元、主检波电路、辅检波电路、主AD变换单元、辅AD变换单元、FPGA数据处理单元、DA控制单元和控制转换单元。
所述选频滤波单元，被配置为用于对宽带通信信号进行滤波处理；
所述压控衰减单元，被配置为用于对滤波后的宽带通信信号进行电平控制；
所述第一阻抗匹配单元，被配置为用于对电平控制后的宽带通信信号进行阻抗匹配；
所述通道补偿放大单元，被配置为用于对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大；
所述第二阻抗匹配单元，被配置为用于对补偿放大后的信号进行阻抗匹配；
所述高功率放大单元，被配置为用于对经过第二阻抗匹配单元阻抗匹配后的信号进行功率放大；
所述宽带信号耦合单元，被配置为用于对功率放大后的信号进行传输和取样，耦合出部分信号送入主检波单元；
所述主检波电路，包括主检波单元和主AD变换单元；
所述主检波单元，被配置为用于对经过耦合单元耦合出的信号进行检波处理；
所述主AD变换单元，被配置为用于对检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
所述辅检波电路，包括辅检波单元和辅AD变换单元；
所述辅检波单元，被配置为用于对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理；
所述辅AD变换单元，被配置为用于对经过辅检波单元检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
所述FPGA数据处理单元，被配置为用于对主检波电路和辅检波电路两路采集的数据进行处理；
所述DA控制单元，被配置为用于对经过FPGA数据处理单元处理的数据进行DA变换转换成模拟信号；
所述控制转换单元，被配置为用于对经DA控制单元转化的模拟信号进行放大或缩小处理，反相控制压控衰减单元；
通过选频滤波单元对宽带通信信号进行滤波处理，抑制远端和近端频谱杂散，滤波处理后的信号经过压控衰减单元进行电平控制，电平控制后的信号经过第一阻抗匹配单元对进行阻抗匹配，经过通道补偿放大单元对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大，补偿放大后的信号经过第二阻抗匹配单元进行阻抗匹配，经过功率放大单元对阻抗匹配后的信号进行功率放大，功率放大后的信号经过耦合单元进行信号幅度取样，取样后的信号送入主检波电路中的主检波单元进行检波处理，然后进入主AD变换单元进行AD变换转换成数字信号。
同时辅检波电路中的辅检波单元对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理，然后进入辅AD变换单元对经过辅检波单元进行AD变换转换成数字信号。
主检波电路和辅检波电路两路采集的数据同时进入FPGA数据处理单元进行数据处理，然后经过DA控制单元进行DA变换转换成模拟信号，最后进入控制转换单元进行模拟信号的放大或缩小，反相控制压控衰减单元，形成负反馈环路，最终实现宽带通信信号的稳定输出。
实施2：
在上述实施例的基础上，本发明还提到一种基于双检波的三维数字化脉内LTE信号电平闭环控制方法，具体按如下步骤进行：
(1)通过选频滤波单元①对宽带通信信号F1进行信号滤波处理，根据信号占用带宽选择合适滤波参数，抑制远端和近端频谱杂散；
(2)压控衰减单元②将滤波后的宽带通信信号F1进行信号电平控制，其幅度为Lv1，压控衰减单元②输出信号的幅度随着控制电压的大小进行线性变化，控制电压来自FPGA的控制数据，压控衰减单元②的幅度可变范围决定最终整个负反馈环路的幅度控制范围；
(3)宽带通信信号F1经压控衰减后通过第一阻抗匹配单元③和通道补偿放大单元④对信号进行通道插损补偿，用于整个环路本身引入的信号损耗补偿；
(4)第二阻抗匹配单元⑤和高功率放大单元⑥将经过补偿放大后的信号进行信号功率放大调整，根据设计要求进行大功率放大，信号电平为Lv2，考虑到LTE作为测试激励源需要大功率输出，这里采用宽带大功率放大单元对LTE信号进行功率提高，其中高功率放大单元⑥的功放能力也决定了整个负反馈环路所能输出的最大信号电平；
(5)宽带信号耦合单元⑦对放大后的信号Lv2进行传输和取样，主路信号经过耦合单元的主通路输出幅度为Lv3的信号，耦合单元的耦合端耦合出部分主路功率信号，幅度为Lv4，宽带信号耦合单元⑦的主路传输插损小于1dB，耦合端相对于主路信号插损大于15dB；
(6)主检波单元⑧和主AD变换单元⑩将对宽带信号耦合单元⑦输出的耦合信号进行检波处理和AD变换，耦合端输出取样后的信号Lv4经主检波单元⑧转换成直流电压，然后经AD变换单元⑩转换成数字信号，再然后送给FPGA数据处理单元这里得到的幅度为“Lv4+Lv5”(其中Lv4是主检波单元接收信号的幅度，Lv5是主路检波电路取样、采集过程中由于温度等因素引入的不确定参数)；辅检波单元⑨和辅AD变换单元不接入电路，其中辅检波单元⑨将作为标准参考进行检波，然后经辅AD变换单元转换成数字信号送给FPGA数据处理单元因辅检波单元⑨和辅AD变换单元与主检波电路处于同一电路环境中，其参数也与主检波电路完全相同，其温度误差、电路漂移等非期望误差因素与主检波电路基本一致，辅检波单元⑨将对主检波电路引入的温度误差、电路漂移等非期望误差因素进行同步采集，经辅检波电路采集的数据约为Lv5，两路数据同时送给FPGA数据处理单元进行数据处理；
(7)FPGA数据处理单元对主辅两检波电路采集的数据进行处理，其内部数据逻辑处理流程图如图2所示，其中主检波电路采集的数据主要是主通路信号幅度信息，辅检波电路采集的数据主要是主检波电路引入的温度误差、电路漂移参数，经过对两检波电路信号进行同步、数据拟合后得到纯净的通路LTE信号幅度信息Lv4(“Lv4+Lv5”-Lv5)，然后再在FPGA数据处理单元内进行主控同步判断数据有效前沿、数值累加求平均、通过比较器与预置功率校准值进行比较、通过加法器与预置功率参考值求和运算后得到现在通道功率Lv3与期望准确功率差值，将差值经数值修正后送入DA控制单元和控制转换单元反相控制压控衰减单元②；如图3所示，由于物理层的FPGA数据处理单元在发送LTE符号时，同时提供一个start子帧开始信号，但由于射频传输时延，需要根据start和触发电平产生触发信号，找出第一个符号，然后根据LTE子帧结构进行采样，然后按照算法处理平均。
(8)DA控制单元和控制转换单元将FPGA数据处理单元输出的差值数据转化成直流电压，并转换成与压控衰减单元②相匹配的控制范围，反相控制压控衰减单元②，形成负反馈环路，控制宽带通信LTE信号幅度的精准输出。
本发明利用主辅两路检波电路通过双检波方式消除了负反馈闭环电路本身固有的温度漂移以及器件老化引入的误差；通过通道组合放大电路实现了负反馈环路电路本身引入的信号插损补偿和幅度控制范围的扩展；通过FPGA数字信号处理单元实现了通信信号时域、频域、温度三维的幅度控制的快速处理；利用幅度负反馈闭环原理，在特定子帧内进行幅度负反馈闭环控制，有效解决了在宽带通信时隙信号无法进行负反馈闭环幅度控制的难题，实现了现代通信高速时隙信号稳定精准的输出，实现了LTE信号三维闭环控制输出，满足了现代通信设备和终端测试对大带宽通信信号要长期稳定精准输出的要求。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置，其特征在于：包括选频滤波单元、压控衰减单元、第一阻抗匹配单元、通道补偿放大单元、第二阻抗匹配单元、功率放大单元、耦合单元、主检波电路、辅检波电路、FPGA数据处理单元、DA控制单元和控制转换单元；
所述选频滤波单元，被配置为用于对宽带通信信号进行滤波处理；
所述压控衰减单元，被配置为用于对滤波后的宽带通信信号进行电平控制；
所述第一阻抗匹配单元，被配置为用于对电平控制后的宽带通信信号进行阻抗匹配；
所述通道补偿放大单元，被配置为用于对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大；
所述第二阻抗匹配单元，被配置为用于对补偿放大后的信号进行阻抗匹配；
所述功率放大单元，被配置为用于对经过第二阻抗匹配单元阻抗匹配后的信号进行功率放大；
所述耦合单元，被配置为用于对功率放大后的信号进行传输和取样，耦合出部分信号送入主检波单元；
所述主检波电路，包括主检波单元和主AD变换单元；
所述主检波单元，被配置为用于对经过耦合单元耦合出的信号进行检波处理；
所述主AD变换单元，被配置为用于对检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
所述辅检波电路，包括辅检波单元和辅AD变换单元；
所述辅检波单元，被配置为用于对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理；
所述辅AD变换单元，被配置为用于对经过辅检波单元检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
所述FPGA数据处理单元，被配置为用于对主检波电路和辅检波电路两路采集的数据进行处理；在FPGA数据处理单元内进行主控同步判断数据有效前沿、数值累加求平均、通过比较器与预置功率校准值进行比较、通过加法器与预置功率参考值求和运算后得到现在通道功率Lv3与期望准确功率差值，将差值经数值修正后送入DA控制单元；
所述DA控制单元，被配置为用于对经过FPGA数据处理单元处理的数据进行DA变换转换成模拟信号；
所述控制转换单元，被配置为用于对经DA控制单元转化的模拟信号进行放大或缩小处理，反相控制压控衰减单元；
通过选频滤波单元对宽带通信信号进行滤波处理，抑制远端和近端频谱杂散，滤波处理后的信号经过压控衰减单元进行电平控制，电平控制后的信号经过第一阻抗匹配单元对进行阻抗匹配，经过通道补偿放大单元对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大，补偿放大后的信号经过第二阻抗匹配单元进行阻抗匹配，经过功率放大单元对阻抗匹配后的信号进行功率放大，功率放大后的信号经过耦合单元进行信号幅度取样，取样后的信号送入主检波电路中的主检波单元进行检波处理，然后进入主AD变换单元进行AD变换转换成数字信号；
同时辅检波电路中的辅检波单元对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理，然后进入辅AD变换单元对经过辅检波单元进行AD变换转换成数字信号；
主检波电路和辅检波电路两路采集的数据同时进入FPGA数据处理单元进行数据处理，然后经过DA控制单元进行DA变换转换成模拟信号，最后进入控制转换单元进行模拟信号的放大或缩小，反相控制压控衰减单元，形成负反馈环路，最终实现宽带通信信号的稳定输出。
2.一种基于双检波LTE信号电平闭环控制方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种基于双检波LTE信号电平闭环控制装置，包括如下步骤：
步骤1：通过选频滤波单元对宽带通信信号进行滤波处理；
步骤2：通过压控衰减单元将滤波后的宽带通信信号进行电平控制；
步骤3：通过第一阻抗匹配单元对电平控制后的宽带通信信号进行阻抗匹配；
步骤4：通过通道补偿放大单元对阻抗匹配后的信号进行通道插损补偿放大；
步骤5：通过第二阻抗匹配单元对补偿放大后的信号进行阻抗匹配；
步骤6：通过功率放大单元对经过第二阻抗匹配后的信号进行功率放大；
步骤7：通过耦合单元对功率放大后的信号进行传输和取样，其中的主路信号经过其输出端输出，耦合出的部分功率信号经过其耦合端进入到主检波单元；
步骤8：主检波单元对经过耦合单元耦合出的信号进行检波处理；
步骤9：主AD变换单元对检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
步骤10：辅检波单元对主检波电路引入的包括温度误差、电路漂移在内的非期望误差因素进行同步检波处理；
步骤11：辅AD变换单元对经过辅检波单元检波处理后的信号进行AD变换转换成数字信号；
步骤12：FPGA数据处理单元对主AD变换单元和辅AD变换单元采集的数据进行处理；
步骤13：DA控制单元对经过FPGA数据处理单元处理的数据进行DA变换转换成模拟信号；
步骤14：控制转换单元对经DA控制单元转化的模拟信号进行放大或缩小处理，反相控制压控衰减单元。
3.根据权利要求2所述的基于双检波LTE信号电平闭环控制方法，其特征在于：在步骤12中，具体包括如下步骤：
步骤12.1：对主AD变换单元和辅AD变换单元采集的数据进行数据拟合；
步骤12.2：根据主控同步信号判断拟合数据的有效沿；
步骤12.3：将拟合数据累加求平均值；
步骤12.4：将平均值与预置功率校准值通过比较器进行比较得到比较值；
步骤12.5：将比较值与预置功率参考值通过加法器进行求和运算得到功率差值；
步骤12.6：将功率差值进行数值修正得到修正数值。
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