CN108111235B - 一种多功能的lte无线网卡的工作方法 - Google Patents

一种多功能的lte无线网卡的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多功能的LTE无线网卡，包括基带芯片处理单元、电源处理单元、存储器、射频放大模块、天线端口驻波检测处理模块以及外部接口单元；所述电源处理单元、存储器、射频放大模块、外部接口单元均与基带芯片处理单元连接；所述天线端口驻波检测处理模块与所述射频放大模块连接。本发明解决了常规集成无线发射模块开发周期长、产品升级频繁、产品通用性较差的缺陷，并提供可检测各天线端口驻波的功能。

Description

一种多功能的LTE无线网卡的工作方法
本案是以申请日为2014.09.28，申请号为201410509629.9，名称为《一种多功能的LTE无线网卡》的专利申请为母案的分案申请。
技术领域
本发明涉及通讯设备技术领域，尤其涉及一种多功能的LTE无线网卡。
背景技术
随着智能手机等新一代终端的不断普及以及移动互联网业务的发展，无线数据业务呈现了爆炸式的增长趋势，传统蜂窝网络的覆盖方式对于支持室内无线数据业务的瓶颈日益突出，对移动运营商的网络发展提出种种挑战，随着近期中国LTE牌照的发放，长期演进LTE将迎来一个高速的发展阶段。
目前，支持LTE制式的通讯设备一般都把无线发射及接收模块集成在主板当中，这样经常造成开发周期较长、产品更新升级较频繁，使得产品在开发过程中成本高昂；现市场上的无线网卡大部分发射功率较小，覆盖范围较小，不满足企业级要求。
现有的LTE产品几乎都采用了MIMO(多输入多输出)技术，随着MIMO技术的广泛使用，多天线间的空间相关性研究也引起研究人员的重视，各种多天线、多扇区布局技术也慢慢成熟，因此监控各链路天线的工作状态逾显得重要。
现有技术中公开了一种“LTE无线网卡终端装置”，见公开号为：102291854A，公开日为：2011-12-21的中国专利，包括主处理模块、外部接口模块、存储器模块、电源管理模块、无线接入模块、天线,所述主处理模块包括控制器、分别与控制器相连的LTE协议处理器、应用处理器、扩展应用处理器；所述控制器还分别与无线接入模块、存储器模块、电源管理模块、外部接口模块相连。该发明的优点是:能同时支持TD-LTE及FDD-LTE两种制式,存储器不仅可以实现传统的存储代码、数据、运行软件等功能,亦可映射为光盘,实现自动安装功能；采用双天线设计,支持MIMO传输方式,下载和上传速率高,能承载在线高清视频会议等宽带数据业务,该发明采用集成与分离器件相结合的方式，体积小，功耗低。但是该发明是小功率网卡，覆盖范围小，无法达到企业级要求；且该发明的网卡的功能较简单，无法满足一些高要求场合；另外也无法对宏基站同步信号的提取。本申请的网卡功率可达到24dBm，满足企业级要求；本申请集成天线驻波检测功能，可监控多天线网络的各天线工作状态；且本无线网卡硬件支持对宏基站同步信号的提取。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种多功能的LTE无线网卡，解决了常规集成无线发射模块开发周期长、产品升级频繁、产品通用性较差的缺陷，并提供可检测各天线端口驻波的功能。
本发明是这样实现的：一种多功能的LTE无线网卡，包括基带芯片处理单元、电源处理单元、存储器、射频放大模块、天线端口驻波检测处理模块以及外部接口单元；所述电源处理单元、存储器、射频放大模块、外部接口单元均与基带芯片处理单元连接；所述天线端口驻波检测处理模块与所述射频放大模块连接；所述电源处理单元完成对LTE无线网卡的接口处传来电压进行转换，为各个单元提供稳定电源；所述存储器用于存储无线网卡的功率校准数据、MAC地址、产品序列号信息，在不同的设备上可拔插对换；所述外部接口单元用于传输主板的处理器传送来的数字信号；所述基带芯片处理单元完成射频信号与数字信号间的转换，并完成对存储器、外部接口的控制，并将得到的射频信号发送给射频放大模块；所述射频放大模块实现对基带芯片输出的下行射频信号进行放大，对天线接收到的上行信号进行放大，并可在天线前端加入射频链路开关，实现对宏基站的同步检测；所述天线端口驻波检测处理模块对天线端口反馈回来的功率进行检测来实现对天线端口驻波的检测。
进一步地，所述射频放大模块包括第一射频放大单元和第二射频放大单元，所述第一射频放大单元和第二射频放大单元结构相同；所述天线端口驻波检测处理模块包括第一驻波检测单元和第二驻波检测单元，所述第一驻波检测单元和第二驻波检测单元结构相同；所述第一射频放大单元包括：第一滤波器、第二滤波器、低噪声放大器、功率放大器、第一开关以及第二开关；第一滤波器与基带芯片处理单元的RX1连接，第二滤波器与基带芯片处理单元的TX1连接，低噪声放大器与第一滤波器连接，功率放大器与第二滤波器连接，第一开关分别与低噪声放大器、功率放大器、第二开关连接；第二开关与基带芯片处理单元的TX_MON1连接；所述第一驻波检测单元包括：依次连接的功率检测器和耦合器；所述耦合器的一端与第二开关连接，耦合器的另一端连接一天线；
所述第二射频放大单元的第一滤波器与基带芯片处理单元的RX2连接，第二射频放大单元的第二滤波器与基带芯片处理单元的TX2连接，第二射频放大单元的第二开关与基带芯片处理单元的TX_MON2连接。
进一步地，所述外部接口单元的协议采用JESD207标准的11比特并行接口协议。
进一步地，所述LTE无线网卡的工作方式具体为：终端设备系统启动后，终端设备的主板处理器通过外部接口单元与基带芯片处理单元进行数据的交互传递，读取无线网卡存储器的信息，并控制射频放大模块的第一开关和第二开关控制，实现对上下行切换的控制；终端设备系统工作在下行时，主板处理器把需发送的数据通过外部接口单元传输到基带芯片处理单元，通过内部DA功能模块处理转换为射频信号，输出到TX1端，经过第二滤波器、功率放大器、第一开关、第二开关及耦合器，通过天线输出LTE信号；终端设备系统工作在上行时，天线接收到信号经过耦合器、第二开关、第一开关后，经低噪声放大器放大再经第一滤波器滤波后，输入到基带芯片处理单元的RX1口，经基带芯片处理单元内部AD采样转换为数字信号后，通过外部接口单元传输给主板处理器；所述无线网卡为双天线，另一天线的工作方式与上述天线工作方式相同。
进一步地，对天线端口驻波的检测具体实现方式为：通过对下行信号的检测来实现，当两天线的一天线工作正常时，发射功率大部分通过天线发射到空间中，只有小部分反馈回耦合器，功率检测器通过耦合器所耦合到的信号很小；当天线工作异常时，此时驻波变大，发射功率大部分反射回耦合器，此时功率检测器接收到的信号较大；通过对功率检测器检测到功率值与无线网卡配置的发射功率值的对比，能判断出天线端口驻波的大小，两者功率值之间的差值越小，能反映出天线端口驻波越大；取一个合适的值为参考值，当两者功率间的差值小于参考值时，即可判断出天线工作是否异常。
进一步地，终端设备系统可通过对第二开关的控制，使宏基站的下行同步信号直接输入到基带芯片处理单元的TX_MON1口，基带芯片处理单元对接收到的下行信号进行提取同步信号，以实现终端设备系统跟宏基站同步。
进一步地，所述功率放大器的放大芯片采用MGA-43040芯片，功率放大器的放大管的OP1dB为35dBm。
本发明具有如下优点：1.无线网卡天线端口发射功率较大，单天线口满功率出24dBm时，各项指标满足TS36-141(基站一致性测试)规范要求。
2.天线端口驻波检测可较好的监控天线工作状态，当天线端驻波较大时，可提示驻波告警，并指示具体天线故障链路。
3.当软件配置为基站同步信号检测时，网卡可提供专门射频通道，使基带芯片能接收到宏基站同步信号，并通过软件解调可获得同步信号。
4.本无线网卡安装简单，散热较好，设备满功率运行12小时，温升在30摄氏度以内。
附图说明
图1为本发明无线网卡的结构示意图。
图2为无线网卡PCB板布局框图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明的一种多功能的LTE无线网卡，包括基带芯片处理单元、电源处理单元、存储器、射频放大模块、天线端口驻波检测处理模块以及外部接口单元；所述电源处理单元、存储器、射频放大模块、外部接口单元均与基带芯片处理单元连接；所述天线端口驻波检测处理模块与所述射频放大模块连接；所述电源处理单元完成对LTE无线网卡的接口处传来电压进行转换，为各个单元提供稳定电源；所述存储器用于存储无线网卡的功率校准数据、MAC地址、产品序列号信息，在不同的设备上可拔插对换；所述外部接口单元用于传输主板的处理器传送来的数字信号；所述基带芯片处理单元完成射频信号与数字信号间的转换，并完成对存储器、外部接口的控制，并将得到的射频信号发送给射频放大模块；所述射频放大模块实现对基带芯片输出的下行射频信号进行放大，对天线接收到的上行信号进行放大，以提高接收灵敏度；并可在天线前端加入射频链路开关，实现对宏基站的同步检测；所述天线端口驻波检测处理模块在天线口处加入一个30dB的耦合器，通过耦合器对天线端口反馈回来的功率进行检测来实现对天线端口驻波的检测。
对天线端口驻波的检测具体实现方式为：通过对下行信号的检测来实现，当两天线的一天线工作正常时，发射功率大部分通过天线发射到空间中，只有小部分反馈回耦合器，功率检测器通过耦合器所耦合到的信号很小；当天线工作异常时，此时驻波变大，发射功率大部分反射回耦合器，此时功率检测器接收到的信号较大；通过对功率检测器检测到功率值与无线网卡配置的发射功率值的对比，能判断出天线端口驻波的大小，两者功率值之间的差值越小，能反映出天线端口驻波越大；取一个合适的值为参考值，当两者功率间的差值小于参考值时，即可判断出天线工作是否异常。
在本发明中，所述射频放大模块包括第一射频放大单元和第二射频放大单元，所述第一射频放大单元和第二射频放大单元结构相同；所述天线端口驻波检测处理模块包括第一驻波检测单元和第二驻波检测单元，所述第一驻波检测单元和第二驻波检测单元结构相同；所述第一射频放大单元包括：第一滤波器、第二滤波器、低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、第一开关以及第二开关；第一滤波器与基带芯片处理单元的RX1连接，第二滤波器与基带芯片处理单元的TX1连接，低噪声放大器与第一滤波器连接，功率放大器与第二滤波器连接，第一开关分别与低噪声放大器、功率放大器、第二开关连接；第二开关与基带芯片处理单元的TX_MON1连接；所述第一驻波检测单元包括：依次连接的功率检测器和耦合器；所述耦合器的一端与第二开关连接，耦合器的另一端连接一天线；
所述第二射频放大单元的第一滤波器与基带芯片处理单元的RX2连接，第二射频放大单元的第二滤波器与基带芯片处理单元的TX2连接，第二射频放大单元的第二开关与基带芯片处理单元的TX_MON2连接。
其中，所述外部接口单元的协议采用JESD207标准的11比特并行接口协议,便于与世界上大多数基带芯片进行对接，通用性较好，采用QSH-090-01-L-D-A-K-TR型号的板端连接器，可靠性好，可传输高速率数字信号。
所述LTE无线网卡的工作方式具体为：终端设备系统启动后，终端设备的主板处理器通过外部接口单元与基带芯片处理单元进行数据的交互传递，读取无线网卡存储器的信息，并控制射频放大模块的第一开关和第二开关控制，实现对上下行切换的控制；终端设备系统工作在下行时，主板处理器把需发送的数据通过外部接口单元传输到基带芯片处理单元，通过内部DA功能模块处理转换为射频信号，输出到TX1端，经过第二滤波器、功率放大器、第一开关、第二开关及耦合器，通过天线输出LTE信号；终端设备系统工作在上行时，天线接收到信号经过耦合器、第二开关、第一开关后，经低噪声放大器放大再经第一滤波器滤波后，输入到基带芯片处理单元的RX1口，经基带芯片处理单元内部AD采样转换为数字信号后，通过外部接口单元传输给主板处理器；所述无线网卡为双天线，另一天线的工作方式与上述天线工作方式相同。
终端设备系统可通过对第二开关的控制，使宏基站的下行同步信号直接输入到基带芯片处理单元的TX_MON1口，基带芯片处理单元对接收到的下行信号进行提取同步信号，以实现终端设备系统跟宏基站同步。
所述功率放大器的放大芯片采用MGA-43040芯片，功率放大器的放大管的OP1dB为35dBm；在天线端出24dBm时，各项指标都可满足LTE规范要求。
如图2所示，是本发明LTE无线网卡的PCB布局框图，板端连接器放置在右边，因采用QSH-090-01-L-D-A-K-TR型号，板间接触牢固，无线网卡中间位置两边各放置螺丝固定孔，就可把无线网卡可靠的与主板固定。第一射频放大单元和第二射频放大单元处，需增加屏蔽罩，以防止射频信号串扰到其他电路；功率放大器的放大管的功耗较大，底部需增加散热块，增加无线网卡散热效果。天线接口采用IPEX接口的连接器，通用性好、价格便宜、性能可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种多功能的LTE无线网卡的工作方法，其特征在于：包括基带芯片处理单元、存储器、射频放大模块、天线端口驻波检测处理模块以及外部接口单元；所述存储器、射频放大模块、外部接口单元均与基带芯片处理单元连接；所述天线端口驻波检测处理模块与所述射频放大模块连接；所述存储器用于存储无线网卡的功率校准数据、MAC地址、产品序列号信息，在不同的设备上可拔插对换；
在天线前端加入射频链路开关，实现对宏基站的同步检测；所述天线端口驻波检测处理模块对天线端口反馈回来的功率进行检测来实现对天线端口驻波的检测；
所述射频放大模块包括第一射频放大单元和第二射频放大单元，所述第一射频放大单元和第二射频放大单元结构相同；所述天线端口驻波检测处理模块包括第一驻波检测单元和第二驻波检测单元，所述第一驻波检测单元和第二驻波检测单元结构相同；所述第一射频放大单元包括：第一滤波器、第二滤波器、低噪声放大器、功率放大器、第一开关以及第二开关；第一滤波器与基带芯片处理单元的RX1连接，第二滤波器与基带芯片处理单元的TX1连接，低噪声放大器与第一滤波器连接，功率放大器与第二滤波器连接，第一开关分别与低噪声放大器、功率放大器、第二开关连接；第二开关与基带芯片处理单元的TX_MON1连接；
所述LTE无线网卡的工作方式具体为：终端设备系统启动后，终端设备的主板处理器通过外部接口单元与基带芯片处理单元进行数据的交互传递，读取无线网卡存储器的信息，并控制射频放大模块的第一开关和第二开关控制，实现对上下行切换的控制；终端设备系统工作在下行时，主板处理器把需发送的数据通过外部接口单元传输到基带芯片处理单元，通过内部DA功能模块处理转换为射频信号，输出到TX1端，经过第二滤波器、功率放大器、第一开关、第二开关及耦合器，通过天线输出LTE信号；终端设备系统工作在上行时，天线接收到信号经过耦合器、第二开关、第一开关后，经低噪声放大器放大再经第一滤波器滤波后，输入到基带芯片处理单元的RX1口，经基带芯片处理单元内部AD采样转换为数字信号后，通过外部接口单元传输给主板处理器；所述无线网卡为双天线，另一天线的工作方式与上述天线工作方式相同；
终端设备系统可通过对第二开关的控制，使宏基站的下行同步信号直接输入到基带芯片处理单元的TX_MON1口，基带芯片处理单元对接收到的下行信号进行提取同步信号，以实现终端设备系统跟宏基站同步；
所述LTE无线网卡为PCB板。
2.根据权利要求1所述的一种多功能的LTE无线网卡的工作方法，其特征在于：所述第一驻波检测单元包括：依次连接的功率检测器和耦合器；所述耦合器的一端与第二开关连接，耦合器的另一端连接一天线；
所述第二射频放大单元的第一滤波器与基带芯片处理单元的RX2连接，第二射频放大单元的第二滤波器与基带芯片处理单元的TX2连接，第二射频放大单元的第二开关与基带芯片处理单元的TX_MON2连接。
3.根据权利要求1所述的一种多功能的LTE无线网卡的工作方法，其特征在于：所述外部接口单元的协议采用JESD207标准的11比特并行接口协议。
4.根据权利要求2所述的一种多功能的LTE无线网卡的工作方法，其特征在于：对天线端口驻波的检测具体实现方式为：通过对下行信号的检测来实现，当两天线的一天线工作正常时，发射功率大部分通过天线发射到空间中，只有小部分反馈回耦合器，功率检测器通过耦合器所耦合到的信号很小；当天线工作异常时，此时驻波变大，发射功率大部分反射回耦合器，此时功率检测器接收到的信号较大；通过对功率检测器检测到功率值与无线网卡配置的发射功率值的对比，能判断出天线端口驻波的大小，两者功率值之间的差值越小，能反映出天线端口驻波越大；取一个合适的值为参考值，当两者功率间的差值小于参考值时，即可判断出天线工作是否异常。
5.根据权利要求2所述的一种多功能的LTE无线网卡的工作方法，其特征在于：所述功率放大器的放大芯片采用MGA-43040芯片，功率放大器的放大管的OP1dB为35dBm。
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