CN107426807A - 中继站的功率控制系统及功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中继站的功率控制系统及功率控制方法，系统包括：射频电路、模数转换模块、FPGA和数模转换模块，所述射频电路包括衰减器，衰减器的输出端、模数转换模块、FPGA、数模转换模块和衰减器的控制端依次连接，射频电路用于与中继站通讯连接。方法包括：FPGA获取中继站发出的信号的当前点功率和当前平均功率；判断当前点功率是否大于第一门限值；若是，则控制衰减器将当前点功率衰减预设的最大衰减值；判断当前平均功率是否大于第二门限值；若是，则控制衰减器将当前平均功率衰减至第二门限值，若否，则控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值。能够够中继器发出的信号的功率进行快速调节。

Description

中继站的功率控制系统及功率控制方法

技术领域

本发明涉及移动通信射频技术领域，尤其涉及一种中继站的功率控制系统及功率控制方法。

背景技术

随着移动通信射频技术的发展，移动通信的应用也日趋广泛。为了扩大通信覆盖面，消除盲区和有效地利用通信网络的硬件资源，中继站(直放站)是首选的方案。

直放站主要用于基站信号过弱的地区，作中继站用，通过直放站放大基站信号，再传向更远更广的地区，扩大了网络覆盖范围，中继站是一个双向传输的双工放大器，一路是接收基站信号经放大后发射传向移动台，一路是接收移动台信号经放大后发射传向基站。

下行链路中，中继站接收来自基站的信号，信号功率相对稳定，没有太大的波动，只需要常规的慢速功控，就能达到信号稳定的接收。相反，上行链路中，直放站接收来自移动台的拨打信号。如果移动台离中继站天线比较远，那么接收的信号相对比较小，不会导致进入中继站信号过大而出现信号溢出。如果移动台离靠近天线，在拨打的过程中，瞬间的信号功率比较大。特别是GSM的信号瞬间信号功率更大，实际拨打中测试，该信号瞬间拨打时，比正常信号大25db左右，特别是多用户同时拨打时，瞬间信号的功率就更大了。这样会使得射频功放管进入饱和区，导致信号失真，同时也会导致输入数字直放站的数字处理链路溢出，从而出现呼叫不成功，或是拨打掉线的问题。

针对以上问题，如果使用常规的功控机制，会出现移动台拨打时，瞬间信号功率太大，常规功控机制来不及衰减，或是响应速度不够，而导致上行链路信号的失真，或是溢出的问题。这样就会大大的降低了中继站的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种中继站的功率控制系统及功率控制方法，能够解决拨打过程中瞬间信号功率过大、衰减不及时、响应速度慢的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种中继站的功率控制系统，包括射频电路、模数转换模块、FPGA和数模转换模块，所述射频电路包括衰减器，衰减器的输出端、模数转换模块、FPGA、数模转换模块和衰减器的控制端依次连接，射频电路用于与中继站通讯连接。

本发明提供的另一个技术方案为：

一种上述的中继站的功率控制方法，包括上述中继站的控制系统，

FPGA获取中继站发出的信号的当前点功率和当前平均功率；

判断当前点功率是否大于第一门限值；

若是，则控制衰减器将当前点功率衰减预设的最大衰减值；

判断当前平均功率是否大于第二门限值；

若是，则控制衰减器将当前平均功率衰减至第二门限值，若否，则控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明的中继站的功率控制系统，中继站发出的信号经衰减器到达模数转换模块，数模转换模块将该信号转换成数字信号后输入至FPGA处理，由于FPGA的快速响应特性，能够依据输入的信号对衰减器进行快速控制，从而实现对中继站发出的信号功率进行快速控制。

(2)本发明的中继站的功率控制系统，采用FPGA进行功率控制，若当前获取到的点功率大于第一门限值时，说明中继站当前发出的瞬时信号功率较大，因此直接控制衰减器将信号的功率衰减预设值，实现功率快速衰减达到信号溢出保护的目的，避免出现无法接通或者通话质量差的问题；接着再将平均功率回退到正常功率值，即第二门限值，以达到信号功率稳定、信号接收正常的目的，实现正常通话。

附图说明

图1为本发明实施例一的中继站的功率控制系统的结构连接示意图；

图2为本发明实施例的中继站的功率控制方法的流程示意图；

图3为本发明实施例二的中继站的功率控制方法的流程示意图。

标号说明：

1、射频电路；11、低噪声放大器；12、衰减器；13、混频器；14、放大管；2、模数转换模块；3、FPGA；4、数模转换模块。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

本发明最关键的构思在于：FPGA判断当前点功率是否大于第一门限值；若是，则控制衰减器将当前点功率衰减预设的最大衰减值；判断当前平均功率是否大于第二门限值；若否，则控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值。

请参照图1，本发明提供：

一种中继站的功率控制系统，包括射频电路1、模数转换模块2、FPGA3和数模转换模块4，所述射频电路1包括衰减器12，衰减器12的输出端、模数转换模块2、FPGA3、数模转换模块4和衰减器12的控制端依次连接，射频电路1用于与中继站通讯连接。

从上述描述可知，本发明中继站的功率控制系统的有益效果在于：能够对输入的信号进行快速响应，从而对衰减器进行快速控制，从而实现对中继站发出的信号功率的快速控制。如图1所示，其中箭头所指为数据的传输方向。

进一步的，所述衰减器12采用IDTF1953芯片，模数转换模块2采用AD58C28芯片，FPGA3采用X6cslx75t芯片。

从上述描述可知，IDTF1953芯片的最大响应速度为50M/s，需要的衰减响应时间为20ns，而AD58C28芯片的采样时钟为61.44M，即时钟周期为16ns，X6cslx75t芯片的处理时钟可以达到184.32M以上，即其响应时间可小于5.4ns，因此能够满足在20ns内就把较大的瞬间信号衰减下来，而这个时间完全可以满足现有2G/3G/4G中继系统的使用，保证移动台的正常拨打。需要说明的是，上述IDTF1953芯片指的是型号为IDTF1953的芯片，AD58C28芯片指的是型号为AD58C28的芯片，X6cslx75t芯片指的是型号为X6cslx75t的芯片。

进一步的，所述射频电路1还包括低噪声放大器11、混频器13和放大管14，所述低噪声放大器11、衰减器12、混频器13和放大管14依次连接，所述低噪声放大器11用于与中继站通讯连接。

请参照图2，本发明的另一个技术方案为：

一种上述的中继站的功率控制方法，包括上述中继站的控制系统，

FPGA获取中继站发出的信号的当前点功率和当前平均功率；

判断当前点功率是否大于第一门限值；

若是，则控制衰减器将当前点功率衰减预设的最大衰减值；

判断当前平均功率是否大于第二门限值；

若是，则控制衰减器将当前平均功率衰减至第二门限值，若否，则控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值。

从上述描述可知，本发明的中继站的功率控制方法的有益效果在于：采用FPGA进行纳秒级的点功率判断，若当前点功率大于第一门限值，直接纳秒级响应衰减，这样就避免了移动台靠近中继站进行电话拨打时有较大的瞬间信号输入到中继站，防止了中继站的功放管饱和及信号溢出等问题出现。并且若当前平均功率小于第二门限值时，将平均功率回退至第二门限值，输入信号保持恒定，以实现信号稳定控制。需要说明的是，所述点功率指的是FPGA每次获取得到的各个信号的瞬时功率。

进一步的，控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值，具体为：控制衰减器将当前平均功率以预设的步进值增强至第二门限值。

从上述描述可知，采用以固定的步进值将平均功率回退至正常值方式，能够防止信号的抖动过大。并且，由于拨打时瞬间的较大信号不会马上消失，而是会持续一段时间，因此分多次将平均功率慢慢回退，以满足信号的稳定性。

进一步的，FPGA获取中继站发出的信号的当前点功率和当前平均功率之前，还包括：

FPGA周期性地获取中继站发出的信号，得到信号的点功率和平均功率；

依据所述点功率与第一门限值的大小关系建立点功率查找表；

计算出与第二门限值差值在预设差值范围内的各功率值，依据所述功率值以及各功率值与第二门限值的差值生成平均功率查找表。

从上述描述可知，通过建立点功率查找表和平均功率查找表，点功率查找表能够体现点功率与第一门限值的关系，平均功率查找表能够体现平均功率与第二门限值的关系，因此FPGA能够通过查表进行快速的点功率和平均功率的大小判断。上述点功率表可以是只记录有大于第一门限值的点功率。并且，根据需求还可建立回退查找表，若当前平均功率小于第二门限值时，依据回退查找表进行功率增强。

进一步的，依据所述点功率查找表判断当前点功率是否大于第一门限值，依据所述平均功率查找表判断当前平均功率是否大于第二门限值。

从上述描述可知，FPGA能够通过查找点功率查找表快速得到点功率与第一门限值的大小关系，以及通过查找平均功率查找表快速得到平均功率与第二门限值的关系。

进一步的，控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值，具体包括：

依据平均功率查找表得到当前平均功率的衰减值，所述衰减值为当前平均功率与第二门限值的差值；

控制衰减器将当前平均功率衰减所述衰减值。

从上述描述可知，通过查找平均功率查找表可以直接得到当前平均功率与第二门限值的差值，从而直接使用该差值对平均功率进行衰减即可将平均功率调节至正常值。

进一步的，得到平均功率的方法为：

对中继站发出的信号进行抽取和滤波，得到预设带宽内各抽取点的功率；

对各抽取点的功率进行平方和计算，得到平均功率。

从上述描述可知，本发明采用上述方式计算得到信号的平均功率，当然也可以采用现有的其他方法计算信号的平均功率。

请参照图1，本发明的实施例一为：

一种中继站的功率控制系统，包括：射频电路1、模数转换模块2、FPGA3和数模转换模块4，所述射频电路1包括低噪声放大器11、衰减器12、混频器13和放大管14，所述低噪声放大器11、衰减器12、模数转换模块2、FPGA3、数模转换模块4依次连接，所述衰减器12、混频器13和放大管14依次连接，其中，所述低噪声放大器11连接衰减器12的输入端，模数转换模块2连接衰减器12的输出端，数模转换模块4还与衰减器12的控制器连接，所述低噪声放大器11用于与中继站通讯连接；所述衰减器12采用IDTF1953芯片，所述模数转换模块2采用AD58C28芯片，FPGA3采用X6cslx75t芯片。如图3所示，其中箭头所指为信号的传输方向。

请参照图3，本发明的实施例二为：

一种中继站的功率控制方法，包括上述实施例一的中继站的功率控制系统。

模数转换模块以固定的频率将中继站发出的信号转换成数字信号；具体的，AD58C28芯片的采样时钟为61.44M，因此AD58C28芯片以61.44M的采样率对中继站发出的信号进行模数转换；

FPGA采用Chipscope对模数转换模块转换得到的数字信号进行抓取，得到多个点功率；依据所述点功率建立点功率查找表；例如，中继站输出的信号中某个瞬时信号为-5dbm，模数转换模块对中继站输出的信号进行模数转换，而FPGA采用Chipscope抓取到该瞬时信号对应11位的数据000_1000_0000，并将该11位的数据写入至点功率查找表；

计算出与第二门限值差值在预设差值范围内的各功率值，依据所述功率值以及各功率值与第二门限值的差值生成平均功率查找表；例如，以第二门限值为基准，计算出其上下12DB的各功率值，这样便可以实现自动的平均功率表生成，如果我们需要第二门限控制在某个功率点时，只需要通过上位机设置第二门限值即可；例如根据公式:10*log(1.26)＝1DB，那么我要增大1DB相当于在第二门限值的基础上乘以1.26这个因子，减少1DB相当于在门限的基础上除以1.26这个因子；具体的，为了节省FPGA的资源以及优化代码，可采用移位逼近的方式来完成1.26这个因子的乘除算法，如乘以1.26可以转化为：1+1/2^2+1/2^7＝1+0.25+0.0078125＝1.2578125，即约等于1.26；

获取当前点功率；

查找点功率查找表，依据点功率查找表判断当前点功率是否大于第一门限值；

若是，则控制衰减器将当前点功率衰减预设的最大衰减值；具体的，该最大衰减值是针对不同系统的实际情况所设置的，如GSM系统需要直接衰减25db，这个衰减值是针对GSM系统实际拨打测试得出的经验值，集群中继站只要衰减17db等，这个衰减值是根据移动台，不同的通讯制式系统设置不同的衰减值；

对模数转换模块转换得到的数字信号进行抽取和滤波，得到预设带宽内各抽取点的功率，对各抽取点的功率进行平方和计算，得到平均功率；

以20M带宽的LTE信号为例：首先进行选频，将要使用的带宽搬移至0频，然后进行抽取滤波，采样率为30.72M对61.44M-30.72M这级滤波器的参数一共57阶，然后在此带宽上进行平均功率计算，平均功率计算主要分成两种功率统计，一种是TD系统的平均功率计算，另一种是非TD系统的平均功率计算。由于TD系统存在上下行切换开关的问题，所以如果要准确的统计TD系统的上行功率，必须要使用下行的同步开关，进行同步获取上行的位置进行平均功率计算。对于TD-SCDMA系统，由于一个时隙是675us，故统计其功率时间长度为675us；已知同步信号后，就可以知道上行第一个时隙的位置，然后进行功率统计，其平均功率的计算方法是：将数字下变频，选频输出的I/Q信号进行平方和的计算，即I^2+Q^2，其统计时间长度为675us；对于TD-LTE系统，由于其子帧为1ms,那边也是根据同步信号，确定上行第一个子帧的位置进行功率统计，其平均公功率的计算方法为：I^2+Q^2，其统计时间长度为1ms。对了非TD的时分系统，例如：GSM系统，一帧为577*8us，一个时隙为577us,只需要进行1/2时隙进行功检，即577/2us＝289us的统计时间。对于非TD的码分系统，例如FDD-LTE,WCDMA,CDMA等，只需要进行5ms的功率检测。其统计的计算公式也是：I^2+Q^2。

查找平均功率查找表，依据平均功率查找表判断所述平均功率是否大于第二门限值；

若是，则依据平均功率查找表得到当前平均功率的衰减值，所述衰减值为当前平均功率与第二门限值的差值；控制衰减器将当前平均功率衰减所述衰减值；例如当前平均功率比第二门限值大5db，则将当前平均功率衰减5db；

若否，则控制衰减器将当前平均功率以预设的步进值增强至第二门限值；例如，当前平均功率比第二门限值小10db，则并不是将当前平均功率直接增强10db，而是以2db的方式将当前平均功率回退至与第二门限值。

上述中继站的功率控制方法，预先通过上位机设置第一门限值、第二门限值、最大衰减值和步进值，进行功率控制时，先通过将当前点功率与点功率表进行查表对比，如果第一门限值，那么启动衰减器进行快速衰减，直接衰减最大衰减值，由于上述硬件配置，此衰减的响应时间为20ns，能够满足现有的2G/3G/4G所有通信制式的系统，即在通讯正常的情况下，能够保证信号不失真。由于经过第一门限值判断的衰减值较大，主要是为了避免信号溢出，如果衰减后的信号功率小于第二门限值，则会出现瞬间大信号消失后，小信号会被衰减的问题，从而影响到覆盖的距离，降低中继站的性能，因此要将功率回退至第二门限值，并且是以缓慢的回退方式，来避免信号的抖动过大，以及满足信号的稳定性。如果信号功率处在第一门限与第二门限之间时，则根据平均功率查找表可以得知目前的信号功率比第二门限大多少，比如大5db，那么就直接衰减5db。由于这里不存在信号溢出的情况，所以无需缓慢衰减，而是查到差值是多少，就衰减多少，以确保输出信号稳定，保证了通讯链路的正常拨打与通话，提升了中继站的性能。

综上所述，本发明提供的中继站的功率控制系统及功率控制方法，能够避免信号溢出，实现信号的稳定接收，确保通讯链路的正常拨打与通话，提升了中继站的性能。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种中继站的功率控制系统，其特征在于，包括射频电路、模数转换模块、FPGA和数模转换模块，所述射频电路包括衰减器，衰减器的输出端、模数转换模块、FPGA、数模转换模块和衰减器的控制端依次连接，射频电路用于与中继站通讯连接。

2.根据权利要求1所述的中继站的功率控制系统，其特征在于，所述衰减器采用IDTF1953芯片，模数转换模块采用AD58C28芯片，FPGA采用X6cslx75t芯片。

3.根据权利要求1所述的中继站的功率控制系统，其特征在于，所述射频电路还包括低噪声放大器、混频器和放大管，所述低噪声放大器、衰减器、混频器和放大管依次连接，所述低噪声放大器用于与中继站通讯连接。

4.一种中继站的功率控制方法，其特征在于，包括权利要求1-3任意一项所述的中继站的功率控制控制系统，

FPGA获取中继站发出的信号的当前点功率和当前平均功率；

判断当前点功率是否大于第一门限值；

若是，则控制衰减器将当前点功率衰减预设的最大衰减值；

判断当前平均功率是否大于第二门限值；

若是，则控制衰减器将当前平均功率衰减至第二门限值，若否，则控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值。

5.根据权利要求4所述的中继站的功率控制方法，其特征在于，控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值，具体为：控制衰减器将当前平均功率以预设的步进值增强至第二门限值。

6.根据权利要求4所述的中继站的功率控制方法，其特征在于，FPGA获取中继站发出的信号的当前点功率和当前平均功率之前，还包括：

FPGA周期性地获取中继站发出的信号，得到信号的点功率和平均功率；

依据所述点功率与第一门限值的大小关系建立点功率查找表；

计算出与第二门限值差值在预设差值范围内的各功率值，依据所述功率值以及各功率值与第二门限值的差值生成平均功率查找表。

7.根据权利要求6所述的中继站的功率控制方法，其特征在于，依据所述点功率查找表判断当前功率是否大于第一门限值，依据所述平均功率查找表判断当前平均功率是否大于第二门限值。

8.根据权利要求7所述的中继站的功率控制方法，其特征在于，控制衰减器将当前平均功率增强至第二门限值，具体包括：

依据平均功率查找表得到当前平均功率的衰减值，所述衰减值为当前平均功率与第二门限值的差值；

控制衰减器将当前平均功率衰减所述衰减值。

9.根据权利要求4所述的中继站的功率控制方法，其特征在于，得到平均功率的方法为：

对中继站发出的信号进行抽取和滤波，得到预设带宽内各抽取点的功率；

对各抽取点的功率进行平方和计算，得到平均功率。