CN108075840B - 一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统，包括待标定的目标终端设备、支持通用仪器接口的计算机、支持相应仪器接口的功率测试仪器，所述计算机与所述功率测试仪器通过通用仪器接口实现互联，所述目标终端设备与所述计算机通过计算机通用接口实现互联，本发明通过操作运行在计算机中的目标终端设备遥控单元、仪器控制单元以及运行在目标终端设备底层控制器中的功率参数标定控制单元，实现标定功能。本发明快速准确标定出目标终端设备的功率参数，并且自动把唯一的功率参数存储在位于目标终端设备板卡中专用的功率参数的存储介质ROM中，基于这套功率参数数据，可以高标准地实现目标终端设备功率平坦控制和天线故障保护等功能。

Description

一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统

技术领域

本发明涉及到无线通信以及自动测试领域，具体地，涉及到一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统。

背景技术

在无线通信过程中，为了实现高质量远距离的通信，提高无线通信终端发射功率是必要手段。但是发射过高的功率，一方面会降低终端功率模块的使用寿命，增加目标终端设备的故障率，大大提高目标终端设备产品的生产成本和维护成本；另一方面也对环境造成了不必要的电磁波辐射污染。所以，在目标终端设备研发和生产过程中，对终端的射频发射功率大小平坦度有严格的要求。

在较大功率发射过程中,天线故障会使功率空发，大量功率反射回设备体转化为热损耗，短时间内就会损坏设备，所以在目标终端设备研发过程中，对终端的天线故障实时警告保护功能也有严格要求。

射频功率大小平坦度和天线故障实时警告保护功能的技术实现都基于目标终端设备的射频功率参数。射频功率参数，指的是目标终端设备中与射频功率相关的若干参数，在科研生产中，通常具体指设备发出某一功率对应的若干参数。目标终端设备的射频功率参数与诸多因素相关，不同的射频电路、不同的结构甚至元器件的个体差异都会导致目标终端设备的射频功率参数不同，每一台目标终端设备都有它唯一固有的射频功率参数。所以标定目标终端设备的射频功率参数的过程必不可少，此前常用的做法有两种，一是标定某型号某套目标终端设备的射频功率参数，并以此来适配同型号的所有设备，二是人工单独标定该型号的所有目标终端设备的射频功率参数，并把参数存储在底层控制器的控制固件里面。第一种做法做出来的设备无论是在射频功率大小平坦度方面还是在天线故障实时警告保护方面，性能都比较差，射频功率参数的差异性完全表现出来；第二种做法做出来的设备性能很好，但是标定工作需要的人员门槛较高，只能是对应的研发人员，耗时很长，需要反复试验判断，导致设备生产成本很高，并且控制固件不能保证统一，不利于设备量产。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能自动标定无线通信终端射频功率参数的系统，从而在保证目标终端设备高性能的前提下大大降低研发生产的时间和成本。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统，其特征在于，包括硬件主体和软固件，所述硬件主体包括待标定的目标终端设备、支持通用仪器接口的计算机、支持相应仪器接口的功率测试仪器，所述计算机与所述功率测试仪器通过通用仪器接口实现互联，所述目标终端设备与所述计算机通过计算机通用接口实现互联；

所述软固件包括目标终端设备遥控单元、仪器控制单元和标定控制单元，目标终端设备遥控单元调用计算机的通用接口连接并且遥控目标终端设备，控制目标终端设备完成标定过程中的上层动作；仪器控制单元通过仪器接口与功率测试仪器通信，调用计算机的通用接口与待标定的目标终端设备通信，控制功率测试仪器完成动作；标定控制单元运行在所述目标终端设备的底层控制器中，无缝添加在目标终端设备的功能固件中，控制目标终端设备完成所有的底层动作；

通过操作目标终端设备遥控单元、仪器控制单元以及标定控制单元，三者按照既定时序相互配合，控制硬件主体合理动作，标定出所述目标终端设备的功率参数，并且自动把唯一的功率参数存储在位于目标终端设备板卡中专用的功率参数的存储介质ROM中。

上述技术方案中，在标定过程开始前，在计算机中的目标终端设备遥控单元人机界面和仪器控制人机界面中分别输入本次标定的标定要求和单频调整参数，仪器控制单元和目标终端设备遥控单元依次发出两个人机界面的开始标定指令后，然后在目标终端设备遥控单元遥控下，目标终端设备按照标定的参数指标进行扫频发射，所述目标终端设备遥控单元把整体时序分割成了若干单频测试时间，在每个单频测试时间内，所述仪器控制单元和所述标定控制单元经过若干次交互反馈配合，最终在单频测试时间内标定出当前频率的功率参数。

上述技术方案中，所述仪器控制单元和所述标定控制单元的交互反馈配合包括：所述仪器控制单元把预设的单频调整参数传给目标终端设备遥控单元，其中不同的调整参数配合单频测试时间达到不同的标定精度，所述标定控制单元接收本次标定的单频调整参数，在每个单频测试时间内，所述功率测试仪器从目标终端设备的控制固件实时读取每次的测试激励信息，根据指示进行功率测试，把测试结果通过计算机实时送给目标终端设备底层控制器的标定控制单元，配合所述标定控制单元完成当前频率的功率参数标定，把激励和结果存储到功率参数的指定地址，并且将测试情况和最终收敛情况显示在计算机界面上。

上述技术方案中，所述标定控制单元完成当前频率的功率参数标定的过程包括：先控制模拟射频电路给出激励发起功率，当前激励的功率稳定后，给出指示发起测试仪器的功率测试并在测试完毕之后读取测试功率结果，把测试功率结果与当前功率的目标值相比较，进行反馈调节并启动下一次调整过程直到检测结果收敛到预设的功率目标值附近区域时，停止检测把当前的激励、电路中读取的功率参数、功率值存储到功率参数对应的存储单元中，扫频过程结束时，所有频点唯一的功率参数也依次标定在功率参数里。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明标定出每台目标终端设备在电路状态、结构状态最终固定之后形成的唯一的功率参数，这个参数不是理论值，而是工程实践中的实际值，能真实准确地反映该台设备在功率发射方面的表现情况，根据这套数据，控制器可以高标准地实现功率平坦控制和天线故障保护等功能。

2、本发明用软固件配合操作硬件的方式代替研发人员的繁琐重复操作实现了目标终端设备功率参数的自动标定，减少了单台设备的标定时间，并且全程只需要生产人员简单监控即可，一名生产人员可同时监控多套系统的自动运行，这大大减少了设备生产的人力成本和时间成本。

3、本发明采用了专门的功率参数来存储标定出来的该目标终端设备的功率参数供设备底层控制器调用，把差异化的数据存储在功率参数中就保证了同型号产品底层控制器控制固件的统一。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明系统硬件平台框图；

图2为本发明目标终端设备遥控单元操作界面；

图3为本发明仪器控制单元操作界面；

图4为本发明标定控制单元主体状态机示意图；

图5为本发明系统单元配合流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明所提供的一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统，包括硬件主体和软固件，所述硬件主体包括待标定的目标终端设备、支持通用仪器接口的计算机、支持相应仪器接口的功率测试仪器，所述计算机与所述功率测试仪器通过通用仪器接口实现互联，所述目标终端设备与所述计算机通过计算机通用接口实现互联；通用仪器接口包括VISA、GPIB、以太网口等，功率测试仪器包括功率计、8920综合测试仪。具体地，在本实施例中，系统硬件平台框图如图1所示，功率测试仪器采用支持GPIB程控接口的罗德施瓦茨NRT系列功率计，计算机与功率计通过安捷伦82357B USB/GPIB Interface实现互联，目标终端设备的功能逻辑处理核心包括上层处理器ARM和底层控制器FPGA，两者分别具备上层遥控串口和底层调试串口，分别与计算机通过USB转串实现互联。

软固件包括目标终端设备遥控单元、仪器控制单元和标定控制单元，目标终端设备遥控单元调用计算机的通用接口连接并且遥控目标终端设备，控制目标终端设备完成标定过程中的上层动作；仪器控制单元通过仪器接口与功率测试仪器通信，调用计算机的通用接口与待标定的目标终端设备通信，控制功率测试仪器完成动作；标定控制单元运行在所述目标终端设备的底层控制器中，无缝添加在目标终端设备的功能固件中，控制目标终端设备完成所有的底层动作。

本发明的系统标定功能的实现依靠待标定目标终端设备、功率测试仪器、计算机按照控制时序协调工作，所以需要多个层面的软固件完成整个时序架构的搭建和运算。具体地，在本实施例中，开发的软固件主要包括运行在计算机中的目标终端设备遥控单元、仪器控制单元以及运行在目标终端设备底层控制器(FPGA)中的功率参数标定控制单元。计算机是系统的操作主体，在下载完底层控制器固件后，普通生产人员按顺序操作运行在计算机中的两个单元，先启动仪器控制单元后启动目标终端设备遥控单元，就可以实现整个系统的功能，标定出目标终端设备的功率参数，并且自动把唯一的功率参数存储在位于目标终端设备板卡中专用的功率参数ROM中。

本实施例中，目标终端设备遥控单元调用上层遥控串口与目标终端设备上层处理器(ARM)通信，遥控待测目标终端设备按照指令动作。具体地，目标终端设备遥控单元的操作界面如图2所示，标定过程开始前，生产人员输入本次标定的相关参数指标，包括本次标定的频率上下限、频率间隔、标定单次使能时间和禁止时间、标定的功率档位，点击启动后标定过程开始，注意要先启动仪器控制单元“开始”按钮，标定过程中，在遥控单元遥控作用下，目标终端设备按照标定规则做固定频率间隔固定时间间隔的扫频发射功率动作，上层处理器按照目标终端设备内部时序给出单频发指令和单频停发指令。目标终端设备遥控单元把整体时序分割成了若干单频测试时间，在每个单频测试时间内，仪器控制单元和目标终端设备底层控制固件中的标定控制单元经过若干次交互反馈配合，最终在单频测试时间内标定出当前频率的功率参数，存储到功率参数中。

本实施例中，仪器控制单元调用计算机GPIB接口与功率计通信，调用底层调试串口与待标定的目标终端设备底层控制器通信，主要完成仪器自动测试相关的功能。具体地，本实施例的仪器控制单元操作界面如图3所示。标定过程开始前，先输入本次调整的单频调整参数，参数包括收敛值，即功率收敛的目标值；单频调整次数，即每个单频反馈的最大调整次数；初始栅压，即每个单频调整的起调激励；步进，即每次调整激励改变的最小增量，参数一般用默认值即可，不同的参数配合可以实现不同的标定收敛效果和标定精度。输入完整参数后，点击参数写入按钮，仪器控制单元把预设的参数传给待标定目标终端设备，然后在写入完成后，即所述标定控制单元接收本次标定的单频调整参数过程完成后，点击开始，仪器控制单元就开始工作并显示实时值。仪器控制单元开始工作后，标定就可以开始了，标定开始以目标终端设备遥控单元的启动指令为准，标定开始后，在每个单频测试时间内，功率测试仪器从目标终端设备的控制固件实时读取每次的测试激励信息，根据指令进行功率测试，把每次的测试结果通过计算机实时送给目标终端设备底层控制器，配合所述标定控制单元完成当前频率的功率参数标定，把激励和结果存储到功率参数的指定地址，并且将测试情况和最终收敛情况显示在计算机界面上，把每次测试的情况实时显示在左下角，把最终收敛的情况显示在右边表格里，其中栅压值是放大激励，检测值是底层控制器检测到的可以在当前设备中准确量化描述不同功率的值。

标定控制单元完成当前频率的功率参数标定的过程包括：先控制模拟射频电路给出激励发起功率，当前激励的功率稳定后，给出指示发起测试仪器的功率测试并在测试完毕之后读取测试功率结果，把测试功率结果与当前功率的目标值相比较，进行反馈调节并启动下一次调整过程直到检测结果收敛到预设的功率目标值附近区域时，停止检测把当前的激励、电路中读取的功率参数、功率值存储到功率参数对应的存储单元中。扫频过程结束时，所有频点唯一的功率参数也依次标定在功率参数ROM里。

本实施例中，标定控制单元运行在设备的底层控制器(FPGA)中，是在实现目标终端设备原有功能的固件中无缝添加的，完成本系统标定功能需要的所有的底层操作。具体的，本实施例的标定控制单元的主体状态机示意图如图4所示。如图4所示，系统复位后，状态机进入空闲态，空闲态是一个缓冲的中间状态。在空闲态中，若收到来自仪器控制单元的参数配置请求，则进入参数配置态，接收存储仪器控制单元传递过来的单频调整参数，配置完毕后回到空闲状态；在空闲态中，若收到来自上层处理器的单频发指令，则进入初始激励态，开始进行该单频的功率参数校正。初始激励态中，给出当前频率对应的初始栅压，并把初始栅压传递给仪器控制单元做实时显示随后进入功率建立等待态。功率建立等待态就是等待设备功率建立稳定的状态，给出栅压激励后，设备发出功率的建立需要一定时间，在这期间功率是变化的，仪器在这期间测试的结果不能反映当前激励的真实作用，设备功率建立完毕后，进入触发测试态。触发测试态中，给仪器控制单元发送测试触发指令，触发功率计进行功率测试，收到测试完毕信号后，进入反馈判断态。在反馈判断态中，对比当前功率计检测到的功率值和功率目标值，若当前的功率值在目标值附近，本实施例中定为5％，则认为调整已收敛，进入单频完成态，反之若未收敛则进入激励调整态。激励调整态中，根据当前功率值和功率目标值的大小和两者差值的大小，激励也即是栅压，对激励进行最小步进1、2、4倍的反馈调整，若当前功率值小于目标功率值，则增大栅压，反之则减小栅压。激励调整完毕后，再次进入功率等待态、触发测试态、反馈判断态、激励调整态，多次循环，直到反馈判断态判断出收敛或者达到最大次数后才进入单频完成态。进入单频完成态，说明完成了本次单频调整，即便是出现极少数未收敛的情况也已经最大限度接近收敛值，把最终的功率值和其对应的栅压值、检测值存储到专用功率参数中并传递给仪器控制单元显示在界面表格里。单频完成态中，若收到发缓冲指令，则回到空闲态，等待下一次单频指令，依次循环直到标定完成所有的频点。

在本发明中，目标终端设备遥控单元、仪器控制单元和标定控制单元的时序配合是实现标定功能的关键。在本实施例中，系统的单元配合流程示意图如图5所示。如图5所示，首先是仪器控制单元设置单频参数并进入测试准备；然后终端遥控单元启动标定过程，循环给单频发指令和缓冲指令，在每次单频发指令给出后，标定控制单元和仪器控制单元配合完成本单频的测试标定，缓冲指令可以让设备在每次单频标定过程中有个休息散热的时间，保护设备的同时提高测试标定的准确度；所有频率标定完成后，目标终端设备给出结束指令，复位整个系统。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (1)

1.一种无线通信终端射频功率参数自动标定系统，其特征在于，包括硬件主体和软固件，所述硬件主体包括待标定的目标终端设备、支持通用仪器接口的计算机、支持相应仪器接口的功率测试仪器，所述计算机与所述功率测试仪器通过通用仪器接口实现互联，所述目标终端设备与所述计算机通过计算机通用接口实现互联；

所述软固件包括目标终端设备遥控单元、仪器控制单元和标定控制单元，目标终端设备遥控单元调用计算机的通用接口连接并且遥控目标终端设备，控制目标终端设备完成标定过程中的上层动作；仪器控制单元通过仪器接口与功率测试仪器通信，调用计算机的通用接口与待标定的目标终端设备通信，控制功率测试仪器完成动作；标定控制单元运行在所述目标终端设备的底层控制器中，无缝添加在目标终端设备的功能固件中，控制目标终端设备完成所有的底层动作；

通过操作目标终端设备遥控单元、仪器控制单元以及标定控制单元，三者按照既定时序相互配合，控制硬件主体合理动作，标定出所述目标终端设备的功率参数，并且自动把唯一的功率参数存储在位于目标终端设备板卡中专用的功率参数的存储介质ROM中；

在标定过程开始前，在计算机中的目标终端设备遥控单元人机界面和仪器控制人机界面中分别输入本次标定的标定要求和单频调整参数，仪器控制单元和目标终端设备遥控单元依次发出两个人机界面的开始标定指令后，然后在目标终端设备遥控单元遥控下，目标终端设备按照标定的参数指标进行扫频发射，所述目标终端设备遥控单元把整体时序分割成了若干单频测试时间，在每个单频测试时间内，所述仪器控制单元和所述标定控制单元经过若干次交互反馈配合，最终在单频测试时间内标定出当前频率的功率参数；

所述仪器控制单元和所述标定控制单元的交互反馈配合包括：所述仪器控制单元把预设的单频调整参数传给目标终端设备遥控单元，其中不同的调整参数配合单频测试时间达到不同的标定精度，所述标定控制单元接收本次标定的单频调整参数，在每个单频测试时间内，所述功率测试仪器从目标终端设备的控制固件实时读取每次的测试激励信息，根据指示进行功率测试，把测试结果通过计算机实时送给目标终端设备底层控制器的标定控制单元，配合所述标定控制单元完成当前频率的功率参数标定，把激励和结果存储到功率参数的指定地址，并且将测试情况和最终收敛情况显示在计算机界面上；

所述标定控制单元完成当前频率的功率参数标定的过程包括：先控制模拟射频电路给出激励发起功率，当前激励的功率稳定后，给出指示发起测试仪器的功率测试并在测试完毕之后读取测试功率结果，把测试功率结果与当前功率的目标值相比较，进行反馈调节并启动下一次调整过程直到检测结果收敛到预设的功率目标值附近区域时，停止检测把当前的激励、电路中读取的功率参数、功率值存储到功率参数对应的存储单元中，扫频过程结束时，所有频点唯一的功率参数也依次标定在功率参数里；

标定控制单元运行在设备的底层控制器中，在实现目标终端设备原有功能的固件中无缝添加，完成本系统标定功能需要的所有的底层操作，系统复位后，状态机进入空闲态，在空闲态中，若收到来自仪器控制单元的参数配置请求，则进入参数配置态，接收存储仪器控制单元传递过来的单频调整参数，配置完毕后回到空闲状态；在空闲态中，若收到来自上层处理器的单频发指令，则进入初始激励态，开始进行该单频的功率参数校正；初始激励态中，给出当前频率对应的初始栅压，并把初始栅压传递给仪器控制单元做实时显示随后进入功率建立等待态，设备功率建立完毕后，进入触发测试态；触发测试态中，给仪器控制单元发送测试触发指令，触发功率计进行功率测试，收到测试完毕信号后，进入反馈判断态；在反馈判断态中，对比当前功率计检测到的功率值和功率目标值，若当前的功率值在目标值附近5％，则认为调整已收敛，进入单频完成态，反之若未收敛则进入激励调整态；激励调整态中，根据当前功率值和功率目标值的大小和两者差值的大小，激励即栅压，对激励进行最小步进1、2、4倍的反馈调整，若当前功率值小于目标功率值，则增大栅压，反之则减小栅压；激励调整完毕后，再次进入功率等待态、触发测试态、反馈判断态、激励调整态，多次循环，直到反馈判断态判断出收敛或者达到最大次数后才进入单频完成态；进入单频完成态，则完成本次单频调整，把最终的功率值和其对应的栅压值、检测值存储到专用功率参数中并传递给仪器控制单元显示在界面表格里；单频完成态中，若收到发缓冲指令，则回到空闲态，等待下一次单频指令，依次循环直到标定完成所有的频点；

系统的单元配合流程为，首先是仪器控制单元设置单频参数并进入测试准备；然后终端遥控单元启动标定过程，循环给单频发指令和缓冲指令，在每次单频发指令给出后，标定控制单元和仪器控制单元配合完成本单频的测试标定；所有频率标定完成后，目标终端设备给出结束指令，复位整个系统。

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