CN111077815B - 多频段hfc设备输出电平可自动调谐的补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统及方法，其中补偿系统包括双工器、微控制单元、补偿单元、网络分析仪和PC机；微控制单元与双工器连接，获得双工器上的电压值；微控制单元还接收PC机输出的配置数据，微控制单元根据所述电压值和所述配置数据，输出控制信号给补偿单元；补偿单元接收所述控制信号，对输入的射频信号进行补偿，将补偿后的射频信号输出到网络分析仪；网络分析仪接收补偿后的射频信号进行测试，得到测试曲线输出给PC机；PC机接收测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，根据比对结果输出相应的配置数据给微控制单元。本发明能实现对设备输出电平自动测试与调试，提高了输出电平精度。

Description

多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及射频传输技术领域，特别涉及一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统及方法。
背景技术
在现有的广播电视HFC(Hybrid Fiber-Coaxial，混合光纤同轴电缆网)网络中，对射频宽带传输设备的输出电平精度要求很高。电平精度的偏差一部分来源于器件和器件间级联的不确定性影响，属于频点和幅度未知的偏差。传统的方法是由工作人员对设备输出进行测试后，对照仪表进行手动调试，对工作人员的技术要求高，生产效率较低。
另一部分电平精度偏差来源于各网络运营商使用不同的上下行频率分割方式，如42/54MHz、65/87MHz、85/102MHz、204/258MHz等，要求一台设备同时兼容多种频段，在更改配置后，频率分割点的电平会发生较大变化，难以保证电平精度指标。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的难以保证电平精度指标的不足，提供一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统及方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，包括双工器、微控制单元、补偿单元、网络分析仪和PC机；
所述微控制单元与所述双工器连接，用于获得双工器上的电压值；所述微控制单元还接收所述PC机输出的配置数据，所述微控制单元根据所述电压值和所述配置数据，输出控制信号到所述补偿单元；
所述补偿单元接收输入的射频信号，并根据微控制单元输出的控制信号，对所述输入的射频信号进行补偿，并将补偿后的射频信号输出到网络分析仪；
所述网络分析仪接收到所述补偿后的射频信号进行测试，得到测试曲线，并将所述测试曲线输出到PC机；
所述PC机接收所述测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，并根据比对结果输出相应的配置数据给微控制单元。
优选的，所述补偿单元包括有第一补偿电路，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第一控制信号，从而选择对应频率的第一补偿电路，进行固定频点固定幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。
本系统中还包括分压电阻和直流电压源，所述双工器通过分压电阻与直流电压源连接，从而获得相应的分压电压，所述微控制单元与所述双工器的引脚连接，获得双工器上的电压值，从而控制补偿单元将对应谐振频率的第一补偿电路接入工作。所述微控制单元采用单片机开发而成。
优选的，所述补偿单元还包括有第二补偿电路，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第一电压信号，从而驱动第二补偿电路工作，进行固定频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号给所述网络分析仪。所述第二补偿电路与所述第一补偿电路串联连接。
优选的，所述补偿单元还包括有第三补偿电路，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第二电压信号和第二控制信号，从而驱动第三补偿电路工作，进行未知频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。所述第三补偿电路与所述第一补偿电路串联连接。
优选的，所述补偿单元还包括有第三补偿电路，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第二电压信号和第二控制信号，从而驱动第三补偿电路工作，进行未知频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。所述第三补偿电路、第一补偿电路和第二补偿电路串联连接。
优选的，所述第一补偿电路的谐振频率与双工器的类别型号对应。
优选的，所述微控制单元包括有存储器，所述存储器中存储有相关指令。
本发明还公开了一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿方法，利用上述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统进行补偿，包括以下步骤：
步骤一：微控制单元获得双工器的电压值，根据电压值范围控制补偿单元中对应的第一补偿电路进行补偿；
步骤二：所述网络分析仪测试补偿单元传输过来的射频信号得到测试曲线，并将测试曲线传输到PC机上；
步骤三：所述PC机接收所述测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，所述PC机对得到的比对结果与预设范围作比较，当比对结果小于或者等于预设范围，PC机不发送配置数据给所述微控制单元，即结束补偿；当比对结果大于预设范围，所述PC机发送配置数据给所述微控制单元，进入步骤四；
步骤四：所述微控制单元接收所述PC机传输过来的配置数据，根据配置数据控制所述补偿单元中对应的第二补偿电路进行补偿，和/或第三补偿电路进行补偿。
优选的，所述步骤三中的标准曲线为所述PC机对接收的所述测试曲线进行分析处理得到的。
优选的，所述步骤四进行补偿后，重复步骤二至步骤三。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明通过微控制单元、补偿单元、网络分析仪和PC机，构成一个反馈式校正补偿系统，使多频段HFC设备输出电平在系统中实现自动调试，提高了生产效率，并在设备兼容多频段的情况下提高了电平精度指标。
2、本发明通过微控制单元检测双工器的类型获得双工器上的电压值，从而控制补偿单元中对应频率的补偿电路工作，对双工器更换后出现的频率分割点的电平精度偏差进行补偿，以较低的成本解决了产品频段兼容问题。
3.本发明通过在补偿单元中设置有三种不同的补偿电路，实现了在固定频点固定幅度、固定频点未知幅度和未知频点未知幅度这三种不同情况下的电平补偿，提高了多频段HFC设备输出电平的精度。
附图说明：
图1是本发明实施例1所述的一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统的框图。
图2是本发明实施例1所述的补偿单元的结构图。
图3是本发明实施例1所述的补偿单元中第一补偿电路的结构图。
图4是本发明实施例2所述的补偿单元中第一补偿电路、第二补偿电路的结构图。
图5是本发明实施例3所述的补偿单元中第一补偿电路、第三补偿电路的结构图。
图6是本发明实施例4所述的补偿单元中第一补偿电路、第二补偿电路和第三补偿电路的连接结构图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，包括双工器、微控制单元、补偿单元、网络分析仪和PC机。
所述微控制单元与所述双工器连接，用于获得双工器上的电压值；所述微控制单元还接收所述PC机输出的配置数据，所述微控制单元根据所述电压值和所述配置数据，输出控制信号到所述补偿单元；
所述补偿单元接收输入的射频信号，并根据微控制单元输出的控制信号，对所述输入的射频信号进行补偿，并将补偿后的射频信号输出到网络分析仪；
所述网络分析仪接收到所述补偿后的射频信号进行测试，得到测试曲线，并将所述测试曲线输出到PC机；
所述PC机接收所述测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，并根据比对结果输出相应的配置数据给微控制单元。
本系统中还包括分压电阻和直流电压源，所述双工器通过分压电阻与直流电压源连接，从而获得相应的分压电压，所述微控制单元与所述双工器的引脚连接，获得双工器上的电压值。
如图2所示，所述补偿单元包括由三个电阻的T型衰减器构成的衰减网路，其中并联电阻R3决定了补偿电路的最大补偿能力，在本实施例中一般以双工器分割频点需要补偿的0.8-1dB为准，选定电阻值为270欧姆。串联的两个电阻R1和R2作用为：满足75欧姆阻抗匹配，均选择10欧姆。这样可以保证补偿电路具有良好的匹配性能，在电路中对前后级影响很小。特别的，若串联电阻选择0欧姆，可以有最好的插入损耗性能。
本实施例中，所述补偿单元包括有第一补偿电路，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第一控制信号，从而选择对应频率的第一补偿电路，进行固定频点固定幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。
如图3所示，所述第一补偿电路包括开关PIN二极管D1、电容C1和电感L1，所述开关PIN二极管D1、电容C1和电感L1并联连接。所述第一补偿电路与所述补偿单元中衰减网路中的电阻R3串联，且第一补偿电路中开关PIN二极管D1的正极端连接上述衰减网络的电阻R3。
所述第一补偿电路中开关PIN二极管D1的正极端连接微控制单元的输出IO接口。若要兼容四种频段：42/54MHz、65/85MHz、85/102MHz、204/258MHz，这四种频段对应使用四种不同类别型号的双工器，为了补偿双工器更换后频率分割点的电平精度偏差，需要级联4级第一补偿电路，且每级第一补偿电路的谐振频率分别对应需要兼容的四种频段，即分别对应不同类别型号的双工器，同时微控制单元输出的IO接口有4个，每个IO接口与每级第一补偿电路一对一连接。初始配置IO接口为高电平，当微控制单元获得双工器的电压值从而确定对应的频段，进而控制对应频率的第一补偿电路的IO接口为低电平，使对应频率的第一补偿电路进行补偿。
优选的，所述微控制单元包括有存储器，所述存储器中存储有相关指令。微控制单元能够根据接收的配置数据从而执行对应的相关指令来控制补偿单元进行补偿工作。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，在所述补偿单元增加了第二补偿电路，补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第一电压信号，从而驱动第二补偿电路工作，进行固定频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号给所述网络分析仪。
如图4所示，所述第二补偿电路包括变阻PIN二极管D2、电容C2和电感L2，所述变阻PIN二极管D2、电容C2和电感L2并联连接。所述第二补偿电路与所述第一补偿电路串联连接，且第二补偿电路中变阻PIN二极管D2的正极端连接上述第一补偿电路中开关PIN二极管D1的负极端。
实施例3
本实施例在实施例1的基础上，在所述补偿单元增加了第三补偿电路，补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第二电压信号和第二控制信号，从而驱动第三补偿电路工作，进行未知频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。
如图5所示，所述第三补偿电路包括变阻PIN二极管D3、DTC电容C3和电感L3，所述变阻PIN二极管D3、DTC电容C3和电感L3并联连接。所述第三补偿电路与所述第一补偿电路串联连接，且第三补偿电路中变阻PIN二极管D3的正极端连接上述第一补偿电路中开关PIN二极管D1的负极端。
实施例4
本实施例在实施例2的基础上，在所述补偿单元增加了第三补偿电路，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第二电压信号和第二控制信号，从而驱动第三补偿电路工作，进行未知频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。
如图6所示，所述第三补偿电路、第一补偿电路和第二补偿电路串联连接。第三补偿电路中变阻PIN二极管D3的正极端连接第二补偿电路中开关PIN二极管D2的负极端。
本发明所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，微控制单元的输入端获得双工器上的电压值，微控制单元根据电压值控制补偿单元中对应频率的第一补偿电路，进而补偿双工器更换后出现的频率分割点的电平精度偏差；补偿单元输出射频信号到网络分析仪；网络分析仪测试接收的射频信号的测试曲线，将测试曲线传输给PC机；PC机接收测试曲线进行分析得到标准曲线，PC机将测试曲线与标准曲线进行比对，根据比对结果确定是否要进行补偿。若要进行补偿，PC机可以输出补偿信号到微控制单元，微控制单元对补偿信号进行处理，进而控制补偿单元中的第二补偿电路或第三补偿电路进行补偿；若不进行补偿，PC机能够向工作人员呈现出补偿结果的测试曲线。本系统实现了对多频段HFC设备输出电平进行自动调试，提高了生产效率，并在设备兼容多频段的情况下提高了电平精度指标。
实施例5
本发明还提供了一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿方法，利用上述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统进行补偿，包括以下步骤：
步骤一：微控制单元获得双工器的电压值，根据电压值范围控制补偿单元中对应的第一补偿电路进行补偿；
步骤二：所述网络分析仪测试补偿单元传输过来的射频信号得到测试曲线，并将测试曲线传输到PC机上；
步骤三：所述PC机接收所述测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，所述PC机对得到的比对结果与预设范围作比较，当比对结果小于或者等于预设范围，PC机不发送配置数据给所述微控制单元，即结束补偿；当比对结果大于预设范围，所述PC机发送配置数据给所述微控制单元，进入步骤四；
所述标准曲线为所述PC机对接收的所述测试曲线进行分析处理得到的。所述测试曲线传输到PC机上，经过以下处理方法，得到标准曲线：
1、采集测试曲线上的1000个点集合为G，第n个点的频率为Fn，第n个点增益为Gn，1≤n≤1000。
2、以第一个点(F1，G1)和最后一个点(F1000，G1000)所在直线为基准，计算出平坦度D1。计算方法是将G集合的点依次和基准直线做差，差值中最大值与最小值的差的绝对值为平坦度。
3、以第一个点(F1，G1)和最后一个点的递增点(F1000，G1000+ΔG1000)所在直线为基准，计算出平坦度DΔG1000。其中ΔG1000以0.1dB步进递增，0≤ΔG1000≤0.9dB。
4、取平坦度D值最优的曲线作为标准曲线G'，平坦度D值最小表示平坦度最优。
通过上述方法得到标准曲线，取标准曲线上频率与测试曲线的1000个采集点频率所对应的点集合为G’，所述测试曲线的采集点集合G与标准曲线的集合G’进行做差，可以得到ΔG＝G-G'，求出集合ΔG中绝对值最大的值ΔGmax，即得到需要补偿的频点为F’，需要补偿的值为ΔGmax。所述配置数据即包括ΔG1000、F’和ΔGmax。
当PC机得到的比对结果小于或者等于预设范围，PC机不发送配置数据给所述微控制单元，即结束补偿，表示所得的测试曲线不需要再进行补偿。所述预设范围是根据工作人员以往调试经验得到的数据值来设定。
例如，平坦度最优时有ΔG1000＝0，0≤ΔGmax<0.1dB,将这两个值设为预设范围，当比对结果若小于或者等于设定的预设范围时，不需要进行补偿。
当PC机得到的比对结果大于预设范围，PC机发送配置数据给所述微控制单元，就进行下述步骤四。
步骤四：所述微控制单元接收所述PC机传输过来的配置数据，根据配置数据控制所述补偿单元中对应的第二补偿电路进行补偿，和/或第三补偿电路进行补偿。
微控器单元接收配置数据并进行处理，输出控制电压到第二补偿电路或第三补偿电路，从而使第二补偿电路或第三补偿电路进行电平补偿。微控制单元根据接收到的补偿幅度值即ΔG1000在其存储器内存储的表1中进行查询后，执行相关指令，输出对应的控制电压控制第二补偿电路进行补偿；微控制单元根据接收到的补偿幅度值即ΔGmax在其存储器内存储的表1中进行查询后，执行相关指令，输出对应的控制电压控制第三补偿电路进行补偿，控制电压的初始值为1.8V。表1的数据是以测试工作中工作人员进行手动调试的数据为依据而进行设定的。
表1补偿幅度与控制电压对应表
补偿幅度(dB) PIN管电阻值(欧姆) 控制电压值
0 0 1.0990309
0.1 27.5 0.6445747
0.2 57.5 0.6009543
0.3 96 0.5723927
0.4 146 0.5500426
0.5 213 0.5306569
0.6 307 0.5125447
0.7 450 0.4942591
0.8 693 0.4743951
0.9 1199 0.4503209
所述第二补偿电路对固定高频点进行电平补偿，若需要补偿的频点未知，则微控制单元通过计算来控制调节第三补偿电路中的DTC电容进行频点补偿，由于需要补偿的频点F’已知，微控制单元通过计算得到对应第三补偿电路需要调节的电容值C，本实施例所选DTC电容共32种状态，所述微控制单元能够通过控制配置字调节DTC电容。
配置字公式为：
C＝0.9+0.119×n
则n＝(C-0.9)÷0.119，对结果取整
n为配置字，取0到31,配置字的初始值为0。
上述步骤四进行补偿后，可以重复步骤二至步骤三，当步骤三中的比对结果小于或者等于预设范围，即表明测试曲线的平坦度结果优于上一次进行步骤三得到的标准曲线的平坦度值，实现较好的补偿结果。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，其特征在于，包括双工器、微控制单元、补偿单元、网络分析仪和PC机；
所述微控制单元与所述双工器连接，用于获得双工器上的电压值；所述微控制单元还接收所述PC机输出的配置数据，所述微控制单元根据所述电压值和所述配置数据，输出控制信号到所述补偿单元；
所述补偿单元包括第一补偿电路、第二补偿电路和第三补偿电路，并且第三补偿电路、第一补偿电路和第二补偿电路串联连接，补偿单元接收输入的射频信号，并根据微控制单元输出的控制信号，对所述输入的射频信号进行补偿，并将补偿后的射频信号输出到网络分析仪；
所述网络分析仪接收到所述补偿后的射频信号进行测试，得到测试曲线，并将所述测试曲线输出到PC机；
所述PC机接收所述测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，并根据比对结果输出相应的配置数据给微控制单元。
2.根据权利要求1所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，其特征在于，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第一控制信号，从而选择对应频率的第一补偿电路，进行固定频点固定幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。
3.根据权利要求1所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，其特征在于，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第一电压信号，从而驱动第二补偿电路工作，进行固定频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号给所述网络分析仪。
4.根据权利要求1所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，其特征在于，所述补偿单元能够接收所述微控制单元输出的第二电压信号和第二控制信号，从而驱动第三补偿电路工作，进行未知频点未知幅度补偿，输出补偿后的射频信号传输给所述网络分析仪。
5.根据权利要求2所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，其特征在于，所述第一补偿电路的谐振频率与所述双工器的类别型号对应。
6.根据权利要求1-5任一所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统，其特征在于，所述微控制单元包括有存储器，所述存储器中存储有相关指令。
7.一种多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿方法，其特征在于，利用如权利要求1-6任一所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿系统进行补偿，包括以下步骤：
步骤一：所述微控制单元获得双工器的电压值，根据电压值范围控制补偿单元中对应的第一补偿电路进行补偿；
步骤二：所述网络分析仪测试补偿单元传输过来的射频信号得到测试曲线，并将测试曲线传输到PC机上；
步骤三：所述PC机接收所述测试曲线与标准曲线进行分析比对，得到比对结果，所述PC机对得到的比对结果与预设范围作比较，当比对结果小于或者等于预设范围，PC机不发送配置数据给所述微控制单元，即结束补偿；当比对结果大于预设范围，所述PC机发送配置数据给所述微控制单元，进入步骤四；
步骤四：所述微控制单元接收所述PC机传输过来的配置数据，根据配置数据控制所述补偿单元中对应的第二补偿电路进行补偿，和/或第三补偿电路进行补偿。
8.根据权利要求7所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿方法，其特征在于，所述步骤三中的标准曲线为所述PC机对接收的所述测试曲线进行分析处理得到的。
9.根据权利要求8所述的多频段HFC设备输出电平可自动调谐的补偿方法，其特征在于，所述步骤四进行补偿后，重复步骤二至步骤三。
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