CN116248201A - 一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路，包括测试终端侧屏蔽箱和被测基站侧屏蔽箱，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱多通道之间分别通过天线传递测试信号，在终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱之间设置无损衰减调节系统，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱每一路通道之间分别通过系统的无损衰减调节电路相互传递信号，系统控制器分别连接无损衰减调节电路的第一至第四程控衰减器实现信号传递的上行通路和信号传递的下行通路的0dB幅度调节。本发明相较传统的框架和解决方案，实现了极大的简化、更好的兼容性，为FR2基站与终端的网络验证与算法优化提供了有力的支撑。

Description

一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路

技术领域

本发明涉及一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路，用于毫米波多探头通信性能测试平台。

背景技术

FDD（频分双工，Frequency Division Duplexing）是移动通信系统中使用的全双工通信技术的一种，测试时FDD与TDD（时分双工、Time Division Duplexing）相对应。毫米波多探头通信性能测试平台主要用于实现设备实验室条件下，5G NR FR2高频毫米波频段（24.25GHz-52.6GHz内的n258，n260，n261）外场环境中通信功能和性能模拟测试。可模拟连接真实基站和终端设备进行单用户多流峰值测试，单小区多流峰值测试；网络KPI测试；以及手动波束选择测试，以满足同一测试环境可以匹配客户多种测试运用场景。

在FR2频段，相比频率范围450MHz-6GHz的FR1频段来讲各项损耗都会增加，导致终端上行发射信号经过该系统链路后，到达基站的接收信号强度RSRP无法达到极好点状态，致使峰值速率性能无法达到预期的状态，更无法做进一步性能模拟与算法优化。

发明内容

本发明的目的是提出一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路，用于毫米波多探头通信性能测试平台。在终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱之间通过无损衰减调节系统传递无线通讯信号，保证了两侧功放工作的稳定性与上下行信号多径影响的信噪比。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路，用于毫米波多探头通信性能测试平台，包括测试终端侧屏蔽箱和被测基站侧屏蔽箱，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱多通道之间分别通过天线传递测试信号，其中：在终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱之间设置无损衰减调节系统，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱每一路通道之间分别通过系统的无损衰减调节电路相互传递信号，所述无损衰减调节电路包括第一环形器和第二环形器，第一环形器和第二环形器是三端口单向波导环形器，三端口分别为输入输出端口、输入端口和输出端口，输入输出端口分别与输入端口和输出端口导通连接，第一环形器的输入输出端口通过第一天线与终端侧屏蔽箱信号连接，第二环形器的输入输出端口通过第二天线与基站侧屏蔽箱信号连接，其中：

第一环形器的输出端口连接第一程控衰减器输入，第一程控衰减器输出连接第一功率放大器输入，第一功率放大器输出连接第二程控衰减器输入，第二程控衰减器输出连接第二环形器的输入端口，信号从终端侧屏蔽箱经第一环形器的输出端口、第一程控衰减器、第一功率放大器、第二程控衰减器、第二环形器的输入端口到基站侧屏蔽箱形成了信号传递的上行通路；

第二环形器的输出端口连接第三程控衰减器输入，第三程控衰减器输出连接第二功率放大器输入，第二功率放大器输出连接第四程控衰减器输入，第四程控衰减器输出连接第一环形器的输入端口，信号从基站侧屏蔽箱经第二环形器的输出端口、第三程控衰减器、第二功率放大器、第四程控衰减器、第一环形器的输入端口到终端侧屏蔽箱形成了信号传递的下行通路；

系统控制器分别连接第一至第四程控衰减器实现信号传递的上行通路和信号传递的下行通路的0dB幅度调节。

方案进一步是：所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路相互对称，所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路的衰减调节、增益调节彼此独立。

方案进一步是：所述程控衰减器衰减值的选择以及功率放大器增益的选择，保证所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路可以达到信号传递初始态损耗为0dB衰减。

方案进一步是：所述第一至第四程控衰减器采用的是型号为IDA-0040-6D-PD数控衰减器芯片。

方案进一步是：所述第一和第二功率放大器采用的是型号为IPA0040-22的AGC功率放大器芯片。

本发明的有益效果是：在无损衰减调节系统中，由于有源双向放大的通路框架通过环形器的分离与合成实现上下行信号的分离，通过上下行信号内部独立配置放大器实现程控衰减初始损耗的补偿，达到初态无损耗的衰减动态调节能力，因为上下行实现了信号的分离，所以就可以引入功率放大器实现对链路损耗的补偿，从而根据链路的预算要求，配置相应的功率放大器去弥补衰减器的初态损耗、以及链路损耗；其中：由于环形器隔离度本身可以做到25dB以上，那么在这个振荡环路内两个环形器的隔离就能达到50dB，而上行、下行支路本身的损耗补偿后、净增益各做到5dB，就能完成接头、线缆、环形器损耗的补偿，因此整个环路损耗＞40dB，保证了两侧功放工作的稳定性与上下行信号多径影响的信噪比。

无损衰减调节系统中的上下行信号均植入放大器的衰减调节电路框架，即支持FDD也支持TDD，存在结构简单，控制方便，使用灵活，兼容性强等优势。

相比传统的TDD无损衰减调理系统，不需要根据客户的TDD制式去同步完成上下行信号通路的切换、避免了复杂的上下行信号采集、分析、同步、控制的一系列复杂电路，也避免了TDD同步中带来的时延牺牲与速率牺牲；

因此，本发明相较传统的框架和解决方案，实现了极大的简化、更好的兼容性，为FR2基站与终端的网络验证与算法优化提供了有力的支撑，通过本发明不管是FDD制式、还是TDD制式，都可以对上下行信号独立进行衰减动态调节。

下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。

附图说明

图1 是本发明电路结构示意图；

图2 是本发明无损衰减调节电路示意图。

具体实施方式

首先对毫米波多探头通信性能测试平台测试终端侧屏蔽箱和被测基站侧屏蔽箱之间信号链路中影响因素进行分析，如下公式：

P接收=Pout(终端)+Gain1-Loss1+Gain2-Loss2-Loss3-Loss4+Gain3-Loss5+Gain4；

其中：

Pout-终端：表示终端的发射功率

Gain1：表示终端天线增益

Loss1：表示终端屏蔽箱内终端天线与采集天线间的空间损耗

Gain2：表示终端屏蔽箱内的采集天线增益

Loss2：表示终端侧采集天线到信号调理模块的线缆损耗

Loss3：表示信号调理模块的初始损耗

Loss4：表示信号调理模块到基站侧采集天线间线缆损耗

Gain3：表示基站侧屏蔽箱内的采集天线增益

Loss5：表示基站侧屏蔽箱内基站天线与采集天线间的空间损耗

Gain4：表示基站侧天线增益。

基于这个公式可见，关系到基站接收功率的因素主要跟以上10个因素相关，这10个因素中与被测件基站、终端相关联的因素（Pout（终端）、Gain1、Gain4）需要分离出来，因此测试系统本身引入的影响主要由终端侧屏蔽箱、基站侧屏蔽箱、信号调理模块及两侧传输电缆7个（Loss1、Gain2、Loss2、Loss3、Loss4、Gain3、Loss5）主要因素影响着链路损耗。

其中：终端侧屏蔽箱、基站侧屏蔽箱并不能通过提高天线增益来实现路损的优化，原因在于随着天线增益的增大，空口采集远场距离也将相应增大,对应的路损也将增大，实际净增益反而恶化，同时还会导致屏蔽箱的增大，不利于实验室内大量屏蔽箱的放置，因此Loss1、Gain2、Gain3、Loss5优化起来的实际收益不大；Loss2、Loss4作为传输通道的电缆，可以通过缩短距离、采用低损耗电缆方式最小化损耗，因此在测试系统中已会按最佳状态配置；

基于以上分析，优化的焦点就延伸为Loss3的优化与改善成为该系统关注的焦点。为此，可以终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱之间加入衰减调理系统，然而，传统衰减调理系统，每个通道只需要根据衰减动态需要配置相应的程控衰减器数量串联级联在一起，通过控制器完成通道衰减值的配置，实现通道衰减状态的控制，通道数量根据测试系统的用户数量复制即可。如上文所述，程控衰减器初始状态存在固有损耗、级联越多损耗越大，因此Loss3就比较大。

已有支持24-30GHz频段内60dB动态衰减调节的产品中，Loss3＞8dB，所以本实施例是基于该测试系统背景，不仅实现了衰减调理系统的初态插损（Loss3）不再＞0dB，而是＜0dB的损耗状态；同时实现了基站终端在FDD、TDD两种通信制式的模拟都能兼容；形成了一套无损衰减调理系统。

因此，本实施例的一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路，用于毫米波多探头通信性能测试平台，如图1所示，所述调节电路包括测试平台的测试终端侧屏蔽箱1和被测基站侧屏蔽箱2，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱多通道之间分别通过扫描架天线传递测试信号，其中，为了实现信号传递的初态插损（Loss3）不再＞0dB，而是＜0dB的增益状态，在终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱之间设置无损衰减调节系统3，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱每一路通道之间分别通过系统的无损衰减调节电路相互传递信号，用以实现信号传递的上行通路和信号传递的下行通路的0dB幅度调节；如图2所示，所述无损衰减调节电路包括第一环形器301和第二环形器302，第一环形器301和第二环形器302是三端口单向波导环形器，三端口分别为输入输出端口a、输入端口c和输出端口b，输入输出端口分别与输入端口和输出端口单向导通连接，第一环形器的输入输出端口a通过第一天线303与终端侧屏蔽箱1信号连接，第二环形器302的输入输出端口a通过第二天线304与基站侧屏蔽箱2信号连接，其中：

第一环形器301的输出端口b连接第一程控衰减器305的输入，第一程控衰减器305的输出连接第一功率放大器306的输入，第一功率放大器306的输出连接第二程控衰减器307的输入，第二程控衰减器307的输出连接第二环形器302的输入端口c，信号从终端侧屏蔽箱经第一环形器的输出端口、第一程控衰减器、第一功率放大器、第二程控衰减器、第二环形器的输入端口到基站侧屏蔽箱形成了信号传递的上行通路；

第二环形器302的输出端口b连接第三程控衰减器308的输入，第三程控衰减器308的输出连接第二功率放大器309的输入，第二功率放大器309的输出连接第四程控衰减器310的输入，第四程控衰减器310的输出连接第一环形器301的输入端口c，信号从基站侧屏蔽箱经第二环形器的输出端口、第三程控衰减器、第二功率放大器、第四程控衰减器、第一环形器的输入端口到终端侧屏蔽箱形成了信号传递的下行通路；

系统控制器311分别连接第一至第四程控衰减器实现信号传递的上行通路和信号传递的下行通路的0dB幅度调节。

其中：所述程控衰减器衰减值的选择以及功率放大器增益的选择，保证所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路可以达到信号传递初始态损耗为0dB衰减，因此，所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路中功率放大器前后的程控衰减器至少是一个，当然前后可以设置不同的数量；并且，所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路相互对称，所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路的衰减调节、增益调节彼此独立。一个优选方案是，所述第一至第四程控衰减器采用的是型号为IDA-0040-6D-PD数控衰减器芯片。所述第一和第二功率放大器采用的是型号为IPA0040-22的AGC功率放大器芯片。

实施例中的环形器是一个具有单向传输特性的三端口单向波导器件，是已有技术，环形器由磁化的铁氧体片、传输线和输入输出连接器组成，改变铁氧体偏置场的方向可改变信号导通的方向；它表明器件信号从a到b，从c到a和从b到c是导通的，反过来信号从b到a，从a到c和从c到b是隔离的。

实施例中的程控衰减器可通过程序控制实现对输入信号的功率进行不同衰减的调节，可以采用芯谷IDA-0040-6D-PD数控衰减器芯片与MCU控制器就可以实现0.5-31.5dB动态的衰减范围调节，同时也会带来4.3dB的初始损耗。单通路内分别于功率放大器的输入输出各集成一级程控衰减器就能实现0.5-63dB动态的衰减调节，也就带来了8.6dB的损耗。功率放大器具备对输入射频信号实现功率放大的作用，可以采用芯谷微电子IPA0040-22覆盖24-30GHz支撑n258、n261频段提供近12dB增益的放大作用。

基于环形器的单向传输特性基站发射信号传输到终端称为下行信号；而终端发射信号到基站的信号称为上行信号；由此可见上行、下行信号的衰减调节、增益调节是彼此独立的，但链路的又是对称的。

上下行单个通路的损耗状态可以基于以上功率放大器、环形器、程控衰减器的损耗完成计算，根据以下公式计算可知，Gain_单通路=2.9dB，保证了增益＞0dB来满足无损耗的状态必要条件，结合程控衰减做对应衰减调节就能实现初始态损耗为0dB。

Gain_单通路= Gain_{功率放大器}+ Loss_环形器+ Loss_环形器+ Loss_{程控衰减器}+ Loss_{程控衰减器}

其中：Gain_{功率放大器}=12dB；Loss_环形器=-0.25dB；Loss_{程控衰减器}=-4.3dB。

程控衰减器和功率放大器的选择需要满足上述指标，它可以是一个程控衰减器，也可以是多个程控衰减器串联使用。

虽然上行、下行根据环形器的单向导通特性，可以独自完成上行、下行的衰减调节、增益补偿，但是环形器的隔离端（c到b）并不意味着没有信号泄露，通常环形器从c到b端口的隔离度为25dB，也就是说当基站发射信号经过环形器走下行通道完成衰减调节、增益补偿后，到达终端侧环形器时，c端口会泄露信号到到b端口，从而通过上行路径对下行信号进行放大，同样的道理经过上行放大后，则会泄露到下行通道的程控衰减入口，对下行信号造成叠加干扰；

环路增益=下行净增益+泄露损耗+上行净增益+泄露损耗=2.9+2.9-25-25=-44.2。

环路净增益＜-30dB则能保证通信信噪比已达到极好点状态，不影响通信验证。

如果出现环路净增益＞0dB，环路就会出现不稳定的振荡与自激，在通信设备领域一般上下行增益都远大于2.9dB，甚至到50dB都不为过，从而导致环路增益大于环路隔离出现不稳定，因此行业内几乎不会把两个环形器去形成一个环，也正是这种低增益的场景才使得本实施例这个架构有了可行性和其独特的价值。

Claims (5)

1.一种同时支持FDD和TDD模式的0dB幅度调节电路，用于毫米波多探头通信性能测试平台，包括测试终端侧屏蔽箱和被测基站侧屏蔽箱，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱多通道之间分别通过天线传递测试信号，其特征在于，在终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱之间设置无损衰减调节系统，终端侧屏蔽箱和基站侧屏蔽箱每一路通道之间分别通过系统的无损衰减调节电路相互传递信号，所述无损衰减调节电路包括第一环形器和第二环形器，第一环形器和第二环形器是三端口单向波导环形器，三端口分别为输入输出端口、输入端口和输出端口，输入输出端口分别与输入端口和输出端口导通连接，第一环形器的输入输出端口通过第一天线与终端侧屏蔽箱信号连接，第二环形器的输入输出端口通过第二天线与基站侧屏蔽箱信号连接，其中：

第一环形器的输出端口连接第一程控衰减器输入，第一程控衰减器输出连接第一功率放大器输入，第一功率放大器输出连接第二程控衰减器输入，第二程控衰减器输出连接第二环形器的输入端口，信号从终端侧屏蔽箱经第一环形器的输出端口、第一程控衰减器、第一功率放大器、第二程控衰减器、第二环形器的输入端口到基站侧屏蔽箱形成了信号传递的上行通路；

第二环形器的输出端口连接第三程控衰减器输入，第三程控衰减器输出连接第二功率放大器输入，第二功率放大器输出连接第四程控衰减器输入，第四程控衰减器输出连接第一环形器的输入端口，信号从基站侧屏蔽箱经第二环形器的输出端口、第三程控衰减器、第二功率放大器、第四程控衰减器、第一环形器的输入端口到终端侧屏蔽箱形成了信号传递的下行通路；

系统控制器分别连接第一至第四程控衰减器实现信号传递的上行通路和信号传递的下行通路的0dB幅度调节。

2.根据权利要求1所述的0dB幅度调节电路，其特征在于，所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路相互对称，所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路的衰减调节、增益调节彼此独立。

3.根据权利要求1所述的0dB幅度调节电路，其特征在于，所述程控衰减器衰减值的选择以及功率放大器增益的选择，保证所述信号传递的上行通路和信号传递的下行通路链路可以达到信号传递初始态损耗为0dB衰减。

4.根据权利要求1或2或3所述的0dB幅度调节电路，其特征在于，所述第一至第四程控衰减器采用的是型号为IDA-0040-6D-PD数控衰减器芯片。

5.根据权利要求1或2或3所述的0dB幅度调节电路，其特征在于，所述第一和第二功率放大器采用的是型号为IPA0040-22的AGC功率放大器芯片。

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