CN111193557B - 一种用于超高速无线局域网的校准测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超高速无线局域网校准测试仪，包括：操控处理单元，用于操作控制校准测试过程，处理校准测试中的相关数据；通信单元，通过并行数据总线与操控处理单元连接，用于MAC层和/或物理层的数据处理；射频收发单元，用于将基带信号变频到预定频率的射频信号或将接收到的射频信号变频为基带信号，并发射或接收射频信号；放大器及可调衰减器。以及用于监测操控处理单元工作状态的监控单元。本发明提供的智能化监控装置可以在自主完成检测或死机之后，使得系统重新上电，保证系统内的各模块能全部恢复初始状态，利于维护和智能化管理。

Description

一种用于超高速无线局域网的校准测试仪

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及通信测试技术领域，具体地涉及一种用于超高速无线局域网的校准测试仪。

背景技术

超高速无线局域网(增强型超高吞吐EUHT，Enhanced Ultra High Throughput)技术已经被认定为国家电信行业标准，并开始在农村网络村村通工程、轨道应用、监控应用市场开始得到商用，生产和测试中需要对射频进行校准，让射频芯片和前端个体参数差异导致的射频参数差异通过校准仪器获得的数据，予以纠正校准，实际的整机满足射频的EUHT规范和国家无线电管理的约束和规范。针对EUHT分析仪是必不可少的，目前是市场空白，由于EUHT是自主研发的通信技术，市场上无直接适用的校准仪器，迫切需要EUHT生产方提供校准仪器的服务。

EUHT的无线通信系统有大带宽、多用户、低延时等特点，EUHT基站和终端设备射频性能是此技术优势的重要特性，对于MIMO2X2的吞吐率能达到300Mbps,MIMO4X4的吞吐率能达到600Mbps,要实现MIMO2X2、MIMO4X4需要在发送端和接收端都要保证正交的信号强度保持在很小的偏差上，并且满足误差向量幅度(EVM，Error Vector Magnitude)在一定的水平上，才能满足高阶调制，针对这些要求，EUHT的基站和终端都要经过严格的校准，保证TX的功率和EVM,RX的接受增益及灵敏度，必须达到一定阈值，满足EUHT的布网要求，必须通过仪器进行校准。

EUHT校准测试仪，主要应用在实验室开发和测试环境中，对于EUHT的设备设计和制造商都要用到EUHT校准仪器，在开发设计阶段，确认射频的硬件匹配元件，达到最优配置；在工厂测试阶段，需要对生产的批次进行射频参数校准，达到出厂要求。被校准的设备，可以通过治具上的射频馈线与校准仪器对应的射频连接器相连接，分别对EVM，TX,RX进行校准，而且会针对设备的不同的频点，并有特定的PC工具，将保存被校准的设备的所有参数，用于追溯设备测试历史。

因此，需要一种专用于超高速无线局域网的校准测试仪。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种超高速无线局域网校准测试仪，包括：

操控处理单元，用于操作控制校准测试过程，处理校准测试中的相关数据；

通信单元，通过并行数据总线与所述操控处理单元连接，用于MAC层和/或物理层的数据处理；

射频收发单元，用于将基带信号变频到预定频率的射频信号或将接收到的射频信号变频为基带信号，并发射或接收射频信号；

放大器，用于调整输出信号的功率；

可调衰减器，用于调整输出信号功率或所接收信号的功率。

更适宜地，所述操控处理单元采用可编程系统级芯片(SoC)，包括：

系统级芯片控制逻辑模块、微处理器/微控制器CPU内核模块、数字信号处理器DSP模块、嵌入的存储器模块、和外部进行通讯的接口模块。

优选地，数字信号处理器DSP模块数字用于处理数字基带信号。

更适宜地，微处理器/微控制器CPU内核模块采用双核处理器，并在片上集成应用处理模块；和/或

其中，嵌入的存储器模块包括缓存CATCH,片上ROM,外部RAM接口，支持DDR3存储和EMMC FLASH存储器；和/或

所述和外部进行通讯的接口模块支持如下接口：

SPI,UART,I2C,CAN,USB,SDIO,GPIO。

优选地，本发明提供的校准测试仪，包括至少两个不同频段的射频收发单元和选择开关；

选择开关用于选择切换各射频收发单元到校准测试通道上。

本发明提供的校准测试仪，还包括：

监控单元，用于监测所述可编程系统级芯片(SoC)的工作状态，并在所述可编程系统级芯片(SoC)出现异常情况下，自动复位或重启所述可编程系统级芯片(SoC)；

监控单元具体包括监控模块、电源时序控制模块、电源调整器：

监控模块，用于监测所述可编程系统级芯片(SoC)的状态信号，当接收到异常状态信号时，发送控制信号给电源时序控制模块；

电源时序控制模块，根据接收到的控制信号指示电源调整器为所述可编程系统级芯片(SoC)供电。

优选地，监控模块为看门狗模块。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明实施例提供的校准测试仪架构示意图；

图2是本发明实施例提供的校准测试仪中采用的监控单元架构示意图；

图3a及图3b是本发明实施例提供的校准测试仪中监控单元输入输出时序示意图；

图4是本发明应用实例中的测试环境示意图；

图5是本发明实施例提供校准测试仪的一种测试模式流程图；

图6是本发明实施例提供校准测试仪的另一种测试模式流程图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

超高速无线局域网EUHT校准测试仪的设计需要重点考虑的是校准参数的精度，仪器设备的稳定性和操作使用便捷性、以及智能化、良好的屏蔽性能等。

有鉴于此，本发明提供一种用于超高速无线局域网的校准测试仪100，如图1所示，具体包括：

操控处理单元10，用于操作控制校准测试过程，处理校准测试中的相关数据；

通信单元20，通过并行数据总线与所述操控处理单元连接，用于MAC层和/或物理层的数据处理；

射频收发单元30，用于将基带信号变频到预定频率的射频信号或将接收到的射频信号变频为基带信号，并发射或接收射频信号；

放大器PA40，用于调整输出信号的功率；

可调衰减器50，用于调整输出信号功率或所接收信号的功率。

其中，操控处理单元10采用可编程系统级芯片(SoC，System on Chip，也称片上系统)，包括：

系统级芯片控制逻辑模块10a、微处理器/微控制器CPU内核模块10b、数字信号处理器DSP模块10c、嵌入的存储器模块10d、和外部进行通讯的接口模块10e。

其中，数字信号处理器DSP模块10c还用于处理数字基带信号。

微处理器/微控制器CPU内核模块10b采用双核处理器，并在片上集成应用处理子模块；和/或

嵌入的存储器模块10d包括缓存CATCH,片上ROM,外部RAM接口，支持DDR3存储和EMMC FLASH存储器；和/或

所述和外部进行通讯的接口模块10e支持如下接口：

SPI,UART,I2C,CAN,USB,SDIO,GPIO。

该校准测试仪100，包括至少两个不同频段的射频收发单元30和选择开关60；

选择开关60用于选择切换各射频收发单元30到校准测试通道上。

该校准测试仪100，还包括：

监控单元70，用于监测所述可编程系统级芯片SoC的工作状态，并在可编程系统级芯片SoC出现异常情况下，自动复位或重启所述可编程系统级芯片SoC；

如图2所示，监控单元70具体包括监控模块70a、时序控制模块70b、电源调整器70c：

监控模块70a，用于监测操控处理单元10(可编程系统级芯片SoC)的状态信号，当接收到异常状态信号时，发送控制信号给时序控制模块；

时序控制模块70b，根据接收到的控制信号指示调整器(Regulator)70c为所述可编程系统级芯片(SoC)供电。

在具体实施例中，监控模块70a采用看门狗模块。

具体实施例中，操控处理单元10采用全可编程SOC，支持双核处理器(如，CortexTM-A9)、片上集成应用处理单元，缓存CATCH,片上ROM,外部RAM接口，支持DDR3存储和EMMC FLASH存储器,拥有8通道DMA控制器，和及其丰富的IO接口，包含SPI,UART,I2C,CAN,USB,SDIO,GPIO等，可以扩展接传感器，GPS,TF卡等设备。另外，ZYNQ 7Z030还包含可编程逻辑部分，拥有可配置逻辑模块和RAM,DPS模块，可编程IO模块，JTAG测试接口，PCIE模块，串行模块和2个12bit ADC。整个芯片拥有丰富的资源来完成数据控制收发和信号处理的逻辑，适合通信设备或仪器的方案设计。

为使本发明的原理、特性和优点更加清楚，下面基于超高速无线局域网EUHT描述本发明提供一种用于超高速无线局域网的校准测试仪的主要部分的操作控制流程。

操控处理单元10运转如下：

首先，执行内部的BROM代码，通过SPI总线读取SPI FLASH存储的UBOOT程序代码，该段代码包含基本的时钟配置，GPIO配置，EMMC控制器初始化，DDR控制器及DRAM初始化，这部分工作完成之后，得以保证嵌入式软件最小系统的基本完成。

嵌入式最小系统启动，下一步是运行内核和文件系统，此时操控处理单元10的CPU发出指令,EMMC控制器开始通过EMMC总线读取存储在EMMC FLASH内的软件，软件数据读取之后，通过操控处理单元10内部总线，转移到DDR的总线上，通过DDR3数据总线，并将软件代码数据写入到DDR3-DRAM中，并依照时序解压内核，执行代码，所需的文件系统临时存储在DRAM内，CPU根据软件的启动过程和硬件自检的结果，自主调度执行对应的指令，此时整个LINUX操作系统启动完成，文件系统也准备完成，各功能项的应用开始运行。

通信部分包含以太网，EUHT基带和PHY及射频部分；

操控处理单元10内部的可编程逻辑硬件，运行特定的超高速无线局域网EUHT基带部分的硬件代码，EUHT数字基带部分的功能在操控处理单元10完成，传输总线是并行的数据总线，通过并行数字总线与EUHT物理层芯片EUHT PHY芯片进行数据交互，接收EUHT PHY芯片的ADC转换的EUHT数字信号进行数字编码，处理，解析EUHT接收方向的参数，进行分析和阈值判断，随后通过以太网的控制器打包成IP数据包，通过以太网物理层PHY芯片发送给PC或网络传输给后台或显示设备，通过软件和工具显示出来，供研发和测试分析使用。同理另外一个发送通道，是个相反的流程，网络的IP数据包，通过以太网物理层PHY芯片发送给以太网控制器，通过CPU和DRAM的交互过程解析出数据存储在DRAM中，同时，EUHT的数字基带部分按照EUHT协议进行编码，将数字信号通过并行数字信号发送给EUHT PHY芯片,经过DAC变换发送给射频收发芯片了，整个过程是从有线数据包收发，本地解析编码，再转无线数字信号编解码的处理过程。整个过程中，数据的处理过程，都是CPU和DRAM在反复写入数据读出数据的过程。

现就本发明实施例中的监控模块的监控原理进行简要描述，参照图2，其中监控模块70a采用看门狗芯片(如，MAX6369)。低压差线性稳压器LDO1(Low Dropout Regulator)采用VBUS电源，默认上电使能，LDO1输出的WDT_VCC为看门狗芯片供电，此看门狗芯片上电后，该看门狗输出(WDO，Watch Dog Output)为开漏电路(OD，Open Drain)电路，默认输出为高电平，该看门狗计时器输出信号(WDTOUT，Watch Dog Timer Out)信号可以作为使能信号控制低压差线性稳压器LDO2的上电，输出时序如图3a所示，LDO2输出为时序控制模块70b供电，该时序控制模块控制SoC系统的供电，逐级按照需要打开电源调整器70c(REGULATOR),之后供给SOC系统，SOC启动成功后，CPU配置看门狗输入信号(WDI，watch dog input)，在看门狗的t_WD时间内输出边沿跳变信号，保证系统的持续供电，当SOC检测到系统的EUHT故障或参数异常等信息，会配置复位寄存器，重启SoC，重启成功后会再次检测状态是否正常，当检测系统异常，系统可以主动关闭WDI信号，让看门狗芯片的喂狗信号WDI超出t_WD的时间窗口，这样看门狗芯片输出WDO为低电平持续100ms-300ms，这个低脉冲信号会关闭低压差线性稳压器LDO2,从而导致供给芯片系统的供电断电，当100ms-300ms时间以后，信号释放为高电平，低压差线性稳压器LDO2输出电源重新打开，会重新开启系统的上电时序，从而完成了系统的重新上电，WDO的主动操作时序如图3b所示。

对于另外一种情况，就是系统出现死机，原理是一样的，WDI信号无法输出信号，看门狗芯片延时输出WDO信号，也会让系统重新上电，这样可以让系统重新上电，解决某些模块电路，由于无法重新上电，导致的逻辑状态无法恢复的情况，增加了系统的鲁棒性。

本发明提供的智能化监控装置使用了新设计的重启电路，可以在自主完成检测或死机之后，使得系统重新上电，保证系统内的各模块能全部恢复初始状态，避免不方便的环境人为参与重启上电，利于维护和智能化管理。

EUHT校准测试仪具有智能化管理，系统可以通过自主检测重启和死机重启两种情况下的，完全掉电再上电的重启动作，自主恢复工作，该技术可以应用到所有超高速无线局域网相关的通信设备上，当然需要额外增加成本，根据产品维护性，可靠性的不同要求做出取舍。

具体应用实例

本发明提供的EUHT校准测试仪，其校准测试环境如图4。上位机(PC应用软件)通过网线及交换机连接校准仪和待校准设备；校准仪的射频口和待校准设备的射频口通过射频线连接，针对5G/u-band/1.8G/3.5G各频段的校准，通过校准仪内部switch分别切换不同射频通路。

上位机通过网络远程登录到校准仪及待校准设备，通过下发交互指令，要求校准仪及待校准设备工作在合适状态，或要求获取校准仪及待校准设备当前的校准状态。当校准仪及待校准设备接收到交互指令时，会调用用户空间的应用程序，应用程序会调执行ioctl操作，此时arm通过系统调用从user模式进入到svc(Supervisor)模式，然后在内核空间下将设备配置到要求的工作状态，或者返回要求的状态。

校准仪工作分为发送校准模式和接收校准模式

发送校准模式

上位机下发指令，配置待校准设备工作在发送模式，并按特定功率配置字来发射预期功率大小的信号；同时配置校准仪工作在接收模式，并按照预期接收功率来配置合适的接收增益。

待校准设备射频口发送出来的射频信号经过射频连接线进入到校准仪内部，在校准仪内部首先经过可调衰减器，switch(工作在接收模式)，到达9808射频芯片，然后经过AD转换成数字IQ信号。IQ信号经过基带处理，计算出信号强度及信号质量等信息。上位机通过指令从校准仪上获取相关校准信息，从而计算得到待校准设备射频口的校准后的发射功率；同时通过EVM、SNR等接收指标，来评估待校准设备发射通路的质量。

上位机通过下发指令，通过配置不同频点、不同功率配置字，来完成校准过程。发射校准流程示意图5所示。

接收校准模式

上位机下发指令，配置校准仪工作在发送模式，并按特定功率配置字来发射指定功率大小的信号；同时配置待校准设备工作在接收模式，并按照预期接收功率来配置合适的接收增益。

校准仪射频口发送出来的射频信号经过射频连接线进入到待校准设备内部，在待校准设备内部经过switch(工作在接收模式)，到达9808射频芯片，然后经过AD转换成数字IQ信号。IQ信号经过基带处理，计算出信号强度及信号质量等信息。上位机通过指令从待校准设备上获取相关校准信息，从而计算得到待校准设备射频口到数字基带的接收增益；同时通过EVM、SNR等接收指标，来评估待校准设备接收通路的质量。

上位机通过下发指令，通过配置不同频点、不同功率配置字，来完成校准过程。接收校准流程示意图6所示。

本领域技术人员可以明白，这里结合所公开的实施例描述的各种示例性的方法步骤和装置单元均可以电子硬件、软件或二者的结合来实现。为了清楚地示出硬件和软件之间的可交换性，以上对各种示例性的步骤和单元均以其功能性的形式进行总体上的描述。这种功能性是以硬件实现还是以软件实现依赖于特定的应用和整个系统所实现的设计约束。本领域技术人员能够针对每个特定的应用，以多种方式来实现所描述的功能性，但是这种实现的结果不应解释为背离本发明的范围。

结合上述公开的实施例所描述的方法的步骤可直接体现为硬件、由处理器执行的软件模块或者这二者的组合。软件模块可能存在于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、移动磁盘、CD-ROM或者本领域熟知的任何其他形式的存储媒质中。一种典型存储媒质与处理器耦合，从而使得处理器能够从该存储媒质中读信息，且可向该存储媒质写信息。在替换实例中，存储媒质是处理器的组成部分。处理器和存储媒质可能存在于一个ASIC中。该ASIC可能存在于一个用户站中。在一个替换实例中，处理器和存储媒质可以作为用户站中的分立组件存在。

根据所述公开的实施例，可以使得本领域技术人员能够实现或者使用本发明。对于本领域技术人员来说，这些实施例的各种修改是显而易见的，并且这里定义的总体原理也可以在不脱离本发明的范围和主旨的基础上应用于其他实施例。以上所述的实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于校准测试仪的异常处理方法，其中，所述校准测试仪包括操控处理单元、通信单元、射频收发单元、放大器、可调衰减器、选择开关和监控单元，其中，所述操控处理单元连接到所述监控单元和所述通信单元，所述通信单元连接到所述射频收发单元，所述射频收发单元连接到所述选择开关，所述选择开关连接到所述放大器，所述选择开关连接到所述可调衰减器，其中所述监控单元包括看门狗芯片、时序控制模块、电源调整器、第一低压差线性稳压器、第二低压差线性稳压器，其中所述第一低压差线性稳压器连接到所述看门狗芯片，所述看门狗芯片连接到所述第二低压差线性稳压器，所述第二低压差线性稳压器连接到所述时序控制模块，所述时序控制模块连接到所述电源调整器，并且其中，所述操控处理单元包括可编程系统级芯片；所述异常处理方法应用于所述校准测试仪，

当所述可编程系统级芯片检测到异常信息时，配置复位寄存器，重启所述可编程系统级芯片，重启成功后再次检测状态是否正常，当检测到系统异常，关闭看门狗输入信号，并且所述看门狗芯片输出低电平看门狗输出信号并且持续100ms至300ms，低电平且持续100ms至300ms的看门狗输出信号关闭所述第二低压差线性稳压器，从而导致芯片系统的供电断电，在100ms至300ms后，所述看门狗输出信号变为高电平，所述第二低压差线性稳压器输出电源重新打开，并且重新启动系统的上电时序，从而完成系统的重新上电。