CN117318844A - 适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法及装置，属于通信领域。本发明包括：加载预配置数据；通过CPU计算本振单元频综的频率字，FPGA发送单载波的基带信号至DA转换单元；将DA信号与频综信号进行混频，将功率检测值以模拟信号形式输出；对功率检测值的模拟信号进行采样，以SPI消息形式送给FPGA；FPGA解析SPI消息，获取当前频点的功率值，CPU通过数据总线获取当前频点功率值；计算各频点的乘法器调整量；按各频点的乘法器调整量调整各频点乘法器因子。本发明具有简便、高效、高可靠性和自动化程度高的特点。

Description

适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法及装置

技术领域

本发明涉及宽频带信号发送电平一致性技术领域，特别是涉及一种可以有效、便捷地、自动化地调整宽频带范围内发送信号电平以实现发送信号在宽频带范围内电平一致性的方法与装置。

背景技术

发送信号电平一致性，是指带内信号在各频率点发送电平的相似度，其为衡量射频设备性能的一项重要参考指标。实际上，设备内部各个模拟滤波器的频率选择性，以及整个发射链路中各个器件之间的阻抗不匹配，会影响输出信号电平一致性。由于滤波器生产厂家很难做到同一型号、同一批次滤波器频率选择性完全一致，所以对于不同设备在相同频点上更难做到发送信号电平一致。

目前常用的措施是在设备出厂前，使用高精度阻容来构建模拟滤波器，然后通过矢网分析仪来拟合滤波器通带曲线，通过人工不断地调整高精度阻容的阻容值来实现预期的通带范围与滤波幅度的一致性。但当滤波器焊接至设备电路板时，由于不同设备的阻抗不可能完全相同，而且电磁环境也不尽相同，所以会出现不同设备输出信号幅度仍然千差万别，发送信号电平一致性差强人意。而且，该方法主要是调整滤波器的阻容值，当设备生产出来之后可操作性极低。软件补偿方法通常根据信号的幅频特性设计相应的拟合曲线来对滤波器进行补偿。目前业内常用的方法是首先借助仪器仪表获取信号的频谱，然后通过对信号频谱的分析进而获得滤波器的拟合曲线。此类方法需要对信号的频谱进行存储和分析处理，极大地增加了设备的处理负担、存储负担和功耗。同时需要人工干预，读取仪表仪器。当滤波器拟合曲线的数据获取后，还需要重新加载配置，操作繁琐、费时费力。

因此，如何提供一种简便、高效的自动化测试方法，在无需修改硬件电路、不依赖外部测试设备或测量仪器，且无需人工干预的前提下提高宽频带范围内各频点发送信号的电平一致性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法及装置，具有简洁、高效、高可靠性和自动化程度高的特点，适用于宽频带的射频通信系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法，包括如下步骤：

(1)设备启动，确认设备各个功能单元工作良好；

(2)进入测试模式，加载预配置数据；预配置包括乘法器初值、DA截位位数、射频发送单元的AGC增益步进值、电平一致性门限；根据设备的工作带宽确定频率变化步进并生成频率列表；

(3)设备准备切换至新频点，通过CPU计算本振单元频综的频率字，并通过FPGA配置频综，随后FPGA发送单载波的基带信号至DA转换单元；

(4)射频发送单元的混频模块将DA信号与频综信号进行混频，随后在射频频率上发送单载波；同时，功率检测模块对输出的单载波进行功率检测，并将功率检测值以模拟信号形式输出；

(5)采样单元对功率检测值的模拟信号进行采样，将其转换成数字信号后，以SPI消息形式送给FPGA；

(6)FPGA解析SPI消息，获取当前频点的功率值，随后向CPU发送中断请求，CPU通过数据总线获取当前频点功率值，记录至数组；

(7)CPU判断是否还有下一频点需要测试，若有则返回步骤(3)，若没有则执行步骤(8)；

(8)CPU根据各频点功率值，取它们的中位数，并将各频点功率值与中位数作差，将第i个频点功率值的差值记录为d[i]；

(9)判断设备本次执行任务是否对发送电平有明确的目标值，若无明确的电平目标值，则将d[i]作为乘法器调整量，执行步骤(13)；若有明确的电平目标值，则执行步骤(10)；

(10)将目标值与中位数作差，对差值取绝对值，记为D，将D与射频发送单元的AGC增益步进值做有余除法运算，若商不为0，则执行步骤(11)，若商为0，则执行步骤(12)；

(11)将商作为射频发送单元的AGC增益调整值，然后执行步骤(12)；

(12)将余数与d[i]之和作为各频点的乘法器调整量；

(13)按各频点的乘法器调整量调整各频点乘法器因子；

(14)调整完毕，退出测试模式，完成信号发送电平一致性自动调整。

一种适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整装置，用于实现上述的信号发送电平一致性自动调整方法，包括主控单元、基带单元、时钟单元、本振单元、DA转换单元、射频发射单元以及采样单元；其中：

主控单元基于CPU实现，用于完成各频点功率值的存储处理与计算、增益模块的增益控制、与基带单元的数据交互；

基带单元基于FPGA实现，用于完成基带信号的生成、发送功率控制、频综配置，以及对功率检测单元SPI数据的解析与处理；

时钟单元基于时钟管理芯片实现，用于向装置的各个单元提供不同频率的时钟；

本振单元即射频频率综合器，用于向射频发送单元的混频模块提供本振信号；

DA转换单元用于完成基带信号的数模转换；

射频发射单元包括混频模块、增益控制模块和功率检测模块；混频模块即混频器，用于完成基带信号的模拟信号与本振信号的混频功能；增益控制模块即增益可控的放大器集成电路，其通过接收主控单元指令完成对增益的调控；功率检测模块即射频功率检波器，用于检测射频功率大小，然后以模拟信号的形式回传给采样单元；

采样单元基于模数转换芯片实现，用于将功率检测模块输出的表征功率大小的模拟信号量采样为数字信号，然后以SPI消息的形式将数字信号传回给基带单元。

本发明的有益效果在于：

1、本发明可以适应超大带宽，而带宽增大导致处理复杂度的增加则可忽略不计。

2、本发明屏蔽了DA、频综、混频器等中间器件的幅频特性。

3、本发明采用数字方法与模拟方法相结合的方式，提高了程序一致性和发送电平适应范围。

4、本发明不需要外接频谱仪等测量仪器，省去了人工读取仪器仪表的步骤。

5、本发明装置仅需在测试模式下发送单载波，简单直观，单载波功率值即电平值，FPGA不需要生成复杂的基带测试波形。

6、本发明省去了信号的频谱分析过程，减轻了设备负担，不需要大规模的数字存储器件与数字信号处理过程。

7、本发明不仅适用于同一台设备在通带范围内不同频率上的发送电平一致性校正，也适用于不同设备之间在相同通带范围内的发送电平一致性校正。

附图说明

图1为本发明方法的原理示意图；

图2为本发明方法的处理流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅以一台测试设备为例解释本发明，并不用于限定本发明。实际上本发明尤其适用于型号相同、数量庞大的设备进行发送电平一致性校正。尤其适用于移动基站场景。

如图1和2所示，一种适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法，包括如下步骤：

(1)设备启动，确认设备各个功能单元工作良好；

(2)进入测试模式，加载预配置数据。预配置主要包括乘法器初值，DA截位位数，射频发送单元的AGC增益步进值、电平一致性门限等，根据设备的工作带宽确定频率变化步进并生成频率列表；

(3)设备准备切换至新频点，CPU计算本振单元频综的频率字并通过FPGA配置频综，随后FPGA启动发送单载波的基带信号至DA转换单元；

(4)射频发送单元的混频模块将DA信号与频综信号进行混频，随后在射频频率上发送单载波。同时功率检测模块对输出的单载波进行功率检测，并将功率检测值以模拟信号形式输出；

(5)采样单元对功率检测值的模拟信号进行采样，将其转换成数字信号后，以SPI消息形式送给FPGA；

(6)FPGA解析SPI消息获取当前频点的功率值，随后向CPU发送中断请求，CPU通过数据总线获取当前频点功率值，记录至数组；

(7)CPU判断是否还有下一频点需要测试，若有执行步骤(3)；若没有执行步骤(8)；

(8)CPU根据各频点功率值，取它们的中位数；并将各频点功率值与中位数作差，差值记录为d[i]；

(9)设备本次执行任务是否对发送电平有明确的目标值？若无具体的电平目标值，则将d[i]作为乘法器调整量，执行步骤(13)；若有具体的电平目标值，则执行步骤(10)；

(10)将目标值与中位数作差，差值取绝对值记D，将D与A做除法运算，若商不为0，执行步骤(11)；若商为0，执行步骤(12)；

(11)将商作为射频发送单元的AGC增益调整值，之后执行步骤(12)；

(12)将余数与d[i]之和作为乘法器调整量；

(13)按各频点调整量调整各自频点的乘法器因子；

(14)至此，通带范围内发送电平调整完毕，退出测试模式。

该方法可部署在具有CPU和FPGA的射频开发板卡上，要求射频发送单元具备功率检测与反馈电路即可。装置具体包括以下功能模块，各模块的连接关系如图1所示：

CPU作为主控单元，主要完成各频点功率值的存储处理与计算、增益模块的增益控制、与基带单元的数据交互；

FPGA作为基带单元，主要完成基带信号的生成、发送功率控制、频综配置、以及对功率检测模块SPI数据的解析与处理；

时钟单元主要是时钟管理芯片，其向装置的各个单元提供不同频率的时钟；

本振单元即射频频率综合器，简称频综，其向射频发送单元的混频模块提供本振信号；

DA转换单元即DA芯片，其主要完成基带信号的数模转换功能；射频发射单元包括混频模块、增益控制模块和功率检测模块。混频模块即混频器，主要完成基带信号的模拟信号与本振信号的混频功能；增益控制模块即增益可控的放大器集成电路，其通过接收主控单元指令完成对增益的调控；功率检测模块即射频功率检波器，其检测射频功率大小，然后以模拟信号形式回传给采样单元。

采样单元为模数转换芯片，其将功率检测模块输出的表征功率大小的模拟信号量采样为数字信号，然后通过SPI消息形式将数字信号传回给FPGA。

本发明方法可在设备的测试模式下实现，在完成通带范围内的电平校正后退出测试模式，设备不需要重新加电启动即可立即进入工作模式，此时设备在通带范围内已按预设的发送电平工作，从而实现发送信号的电平一致性。

本发明采用数字功率调控与模拟功率调控两种模式相结合的方式，极大地提高了设备程序一致性和发送电平动态适应范围，不需要外接频谱仪、不需要解析信号频谱，硬件简单、通用性强，尤其适用于宽频带通信系统。

Claims (2)

1.一种适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)设备启动，确认设备各个功能单元工作良好；

(2)进入测试模式，加载预配置数据；预配置包括乘法器初值、DA截位位数、射频发送单元的AGC增益步进值、电平一致性门限；根据设备的工作带宽确定频率变化步进并生成频率列表；

(3)设备准备切换至新频点，通过CPU计算本振单元频综的频率字，并通过FPGA配置频综，随后FPGA发送单载波的基带信号至DA转换单元；

(4)射频发送单元的混频模块将DA信号与频综信号进行混频，随后在射频频率上发送单载波；同时，功率检测模块对输出的单载波进行功率检测，并将功率检测值以模拟信号形式输出；

(5)采样单元对功率检测值的模拟信号进行采样，将其转换成数字信号后，以SPI消息形式送给FPGA；

(6)FPGA解析SPI消息，获取当前频点的功率值，随后向CPU发送中断请求，CPU通过数据总线获取当前频点功率值，记录至数组；

(7)CPU判断是否还有下一频点需要测试，若有则返回步骤(3)，若没有则执行步骤(8)；

(8)CPU根据各频点功率值，取它们的中位数，并将各频点功率值与中位数作差，将第i个频点功率值的差值记录为d[i]；

(9)判断设备本次执行任务是否对发送电平有明确的目标值，若无明确的电平目标值，则将d[i]作为乘法器调整量，执行步骤(13)；若有明确的电平目标值，则执行步骤(10)；

(10)将目标值与中位数作差，对差值取绝对值，记为D，将D与射频发送单元的AGC增益步进值做有余除法运算，若商不为0，则执行步骤(11)，若商为0，则执行步骤(12)；

(11)将商作为射频发送单元的AGC增益调整值，然后执行步骤(12)；

(12)将余数与d[i]之和作为各频点的乘法器调整量；

(13)按各频点的乘法器调整量调整各频点乘法器因子；

(14)调整完毕，退出测试模式，完成信号发送电平一致性自动调整。

2.一种适用于宽频带的信号发送电平一致性自动调整装置，其特征在于，用于实现如权利要求1所述的信号发送电平一致性自动调整方法，包括主控单元、基带单元、时钟单元、本振单元、DA转换单元、射频发射单元以及采样单元；其中：

主控单元基于CPU实现，用于完成各频点功率值的存储处理与计算、增益模块的增益控制、与基带单元的数据交互；

基带单元基于FPGA实现，用于完成基带信号的生成、发送功率控制、频综配置，以及对功率检测单元SPI数据的解析与处理；

时钟单元基于时钟管理芯片实现，用于向装置的各个单元提供不同频率的时钟；

本振单元即射频频率综合器，用于向射频发送单元的混频模块提供本振信号；

DA转换单元用于完成基带信号的数模转换；

射频发射单元包括混频模块、增益控制模块和功率检测模块；混频模块即混频器，用于完成基带信号的模拟信号与本振信号的混频功能；增益控制模块即增益可控的放大器集成电路，其通过接收主控单元指令完成对增益的调控；功率检测模块即射频功率检波器，用于检测射频功率大小，然后以模拟信号的形式回传给采样单元；

采样单元基于模数转换芯片实现，用于将功率检测模块输出的表征功率大小的模拟信号量采样为数字信号，然后以SPI消息的形式将数字信号传回给基带单元。