CN117412265A - 一种tdd制式lte-r数据终端的功率线性控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TDD制式LTE‑R数据终端的功率线性控制方法及装置，方法包括通过LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号，通过功放模块电路单元工作将射频信号放大至预设所需功率，并基于预设所需功率，通过可编程衰减器控制LTE‑R数据终端的输出功率；其中，预设所需功率通过LTE‑R基站根据射频信号的质量控制而获得；当功放模块电路单元工作时，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区；并通过天线开路保护电路单元和天馈单元控制功放模块电路单元的偏置电压。本实施例实现了功率线性控制及失配保护，避免三阶互调失真，提高传输速度和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及功率控制领域，尤其涉及一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法及装置。
背景技术
LTE-R是铁路下一代宽带数字移动通信装置，技术基于现有4G蜂窝技术，具备高安全可靠、高速率传输、多业务融合等特点，满足500km/h高速列车移动通信。TDD制式LTE-R数据终端能满足高速列车视频监控、铁路物联网等多种数据业务应用，现有TDD制式LTE-R数据终端采取最大功率为23dBm的4G多模无线数据收发芯片集成网口、WIFI接口等设计而成，特殊应用设备外挂30—33dBm的功率放大器，不作功率线性控制及无失配保护。
居于现有标准的4G多模无线数据收发芯片设计的TDD制式LTE-R数据终端上行链路功率偏小(≦23dBm)，通信距离偏小，列车高速运行时导致过于频繁切换基站，影响数据传输速率和数据传输的稳定性。特殊应用设备外挂30—33dBm大功率模块，由于LTE装置的特性，功率放大器不能用自动增益控制或自动电平控制，工作在线性区或非线性区，完全取决于功放前端射频信号大小，无协同控制机制；功放的失配保护可采用取样、测量、控制的较复杂的办法，开、短路关机或不作失配保护。
因此，LTE-R装置的蜂窝覆盖范围设计为4-12km，有别于LTE装置的蜂窝覆盖范围1-5km，LTE-R数据终端的上行最大输出功率也需从23dBm提高到31dBm才能保证数据传输可靠及上下链路平衡。但是，LTE-R装置由于LTE本身制式的关系，终端设备功放设计不能进行自动增益控制(automatic gain control，AGC)，也不能进行自动电平控制(AutomaticLevel Control，ALC)，如果功放输入信号过大容易让功放工作在饱和区。
现有LTE-R数据终端增加上行链路功率容易出现如下问题：1、功放模块体积要求较小，输出功率过大，很容易过热烧毁；2、功放模块控制不好会工作在线性区外的饱和区，产生三阶互调失真，导致相邻信道泄漏率(ACLR)指标恶化，对相邻信道的LTE装置和UMTS装置产生干扰；3、功放模块的非线性工作，EVM(error vector magnitude，矢量幅度误差)会增大，严重影响上行数据的传输速率；4、LTE-R数据终端对功放模块有小体积的要求，但用传统方法很难设计小体积的功率检测和失配保护电路；5、LTE-R数据终端如改变用途用在普通工业场景或家庭场景，需能降低最大功率配置，否则会抬高LTE基站的接收信号底部噪声，影响其它LTE终端设备的使用。
发明内容
本发明提供了一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法及装置，实现功率线性控制及失配保护，避免三阶互调失真，提高传输速度和安全性。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，包括：
功率线性控制方法执行在TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置上，其中，功率线性控制装置包括：LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元和可编程衰减器；
其中，LTE无线数据收发和控制单元与可编程衰减器连接，可编程衰减器与功放模块电路单元连接，功放模块电路单元与功放限流保护电路单元连接，功放模块电路单元与天线开路保护电路单元连接，天线开路保护电路单元连接与天馈单元连接；
功率线性控制方法包括：
通过LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号，通过功放模块电路单元工作将射频信号放大至预设所需功率，并基于预设所需功率，通过可编程衰减器控制LTE-R数据终端的输出功率；其中，预设所需功率通过LTE-R基站根据射频信号的质量控制而获得；
当功放模块电路单元工作时，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区；并通过天线开路保护电路单元和天馈单元控制功放模块电路单元的偏置电压；其中，线性区为功放模块电路单元的工作电流小于临界线性工作电流。
实施本发明实施例，通过LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号，通过功放模块电路单元工作将射频信号放大至预设所需功率，并基于预设所需功率，通过可编程衰减器控制LTE-R数据终端的输出功率；其中，预设所需功率通过LTE-R基站根据射频信号的质量控制而获得；当功放模块电路单元工作时，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区；并通过天线开路保护电路单元和天馈单元控制功放模块电路单元的偏置电压；其中，线性区为功放模块电路单元的工作电流小于临界线性工作电流。通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，功放模块电路单元工作在线性区，功放模块功率控制在工作在线性区，TDD制式LTE-R数据终端的功放模块体积要求较小，控制输出功率，避免过热烧毁，同时，避免因产生三阶互调失真的相邻信道泄漏率(ACLR)指标恶化，减小对相邻信道的LTE装置和UMTS装置产生干扰，功放模块始终线性工作，提高上行数据的传输速率。LTE-R数据终端对功放模块有小体积的要求，通过功放限流保护电路单元，实现小体积的功率检测和失配保护电路，提高安全性。通过可编程衰减器，适应高功率场景(高铁、边远山区的无线网络接入)或低功率场景(城市工业控制、家庭网络接入)的需要，满足多场景多用途的通用性要求。
作为优选方案，功放限流保护电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、硅二极管、第一三极管、若干个第一电容和若干个第二电容；
其中，第一三极管分别与功放模块电路单元、硅二极管、各第一电容、第二电阻连接，第一电阻分别与硅二极管、第一三极管、第一电源连接，第二电阻分别与各第二电容、接地端连接，第三电阻分别与硅二极管、接地端连接；各第二电容与接地端连接；
通过各电容将功放模块电路单元的射频信号回路以最短距离的交流接地，通过第一三极管和第二电阻对功放模块电路单元的直流接地。
作为优选方案，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区，具体为：
当功放模块电路单元的当前的工作电流小于临界线性工作电流时，通过第一电阻提供第一三极管的偏置电流，导通第一三极管，以使功放限流保护电路单元不控制功放模块电路单元的当前的工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区；
当功放模块电路单元的当前的工作电流不小于临界线性工作电流时，根据硅二极管选择第三电阻的阻值，调节第一三极管的b极的对地电压，以限制功放模块电路单元的当前的工作电流，控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区。
作为优选方案，根据硅二极管选择第三电阻的阻值，调节第一三极管的b极的对地电压，以限制功放模块电路单元的当前的工作电流，具体为：
根据硅二极管选择第三电阻的阻值，使第二电阻的压降与第一三极管的be结压降之和接近第三电阻与硅二极管的压降之和，限制通过第一三极管的电流，以调节第一三极管的b极的对地电压，进而限制功放模块电路单元的当前的工作电流。
作为优选方案，通过天线开路保护电路单元和天馈单元控制功放模块电路单元的偏置电压，具体为：
当天馈单元与天线开路保护电路单元连通时，通过天馈单元输出直流检测信号至天线开路保护电路单元，通过天线开路保护电路单元输出电压供给功放模块电路单元的偏置电压，控制功放模块电路单元的输出功率；
当天馈单元与天线开路保护电路单元未连通时，天线开路保护电路单元无电压输出供给功放模块电路单元的偏置电压，控制功放模块电路单元无功率输出。
作为优选方案，天馈单元包括：天线和第一电感；
其中，天线与第一电感连接，第一电感接地；
通过第一电感，将天线直流接地；其中，第一电感为通直流阻射频信号的电感。
作为优选方案，通过天线开路保护电路单元输出电压供给功放模块电路单元的偏置电压，具体为：
天线开路保护电路单元包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电感和第三电容；
第二三极管分别与第二电源、第四电阻、第五电阻、第六电阻连接，第六电阻分别与第四电阻、第五电阻、第三电容连接，第五电阻分别与第四电阻、第二电感、第三电容连接，第二电感接地，第二电感与天馈单元连接；
通过第二三极管控制输出电压，以供给功放模块电路单元的偏置电压。
作为优选方案，基于预设所需功率，通过可编程衰减器控制LTE-R数据终端的输出功率，具体为：
根据当前的工作场景，设置可编程衰减器的当前的衰减量；其中，工作场景包括高功率场景和低功率场景；
基于预设所需功率和当前的衰减量，控制LTE-R数据终端的输出功率。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供了一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置，包括：LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元和可编程衰减器；
其中，LTE无线数据收发和控制单元与可编程衰减器连接，可编程衰减器与功放模块电路单元连接，功放模块电路单元与功放限流保护电路单元连接，功放模块电路单元与天线开路保护电路单元连接，天线开路保护电路单元连接与天馈单元连接；
LTE无线数据收发和控制单元用于执行TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法。
附图说明
图1：为本发明提供的一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法的一种实施例的流程示意图；
图2：为本发明提供的一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置的一种实施例的结构原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参照图1，为本发明实施例提供的一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法的流程示意图。本实施例的功率线性控制方法适用于TDD制式LTE-R数据终端，本实施例通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区，实现功率线性控制及失配保护，避免三阶互调失真，提高传输速度和安全性。功率线性控制方法执行在TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置上。
具体地，功率线性控制装置包括：LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元和可编程衰减器。
其中，LTE无线数据收发和控制单元与可编程衰减器连接，可编程衰减器与功放模块电路单元连接，功放模块电路单元与功放限流保护电路单元连接，功放模块电路单元与天线开路保护电路单元连接，天线开路保护电路单元连接与天馈单元连接。
在本实施例中，TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置的结构原理示意图，如图2所示，功率线性控制装置包括LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元、12v-5v(3.3v)DC-DC电源单元、收发转换开关、接口电路单元和可编程衰减器组成。接口电路单元与LTE无线数据收发和控制单元连接，收发转换开关分别与LTE无线数据收发和控制单元、可编程衰减器、功放模块电路单元、天线开路保护电路单元和天馈单元连接，DC-DC电源单元与LTE无线数据收发和控制单元连接。
作为本实施例的一种举例，TDD制式LTE-R数据终端的LTE无线数据收发芯片选用中兴微电子的ZX234220A1，功放模块的功放芯片选用SKYWORKS的SKY66391-12。数据终端采取一体化M.2PCI接口设计，要求体积小、性能可靠，方便移植到其他设备终端。针对功放芯片体积小，一旦输入过高容易使功放模块单元进入非线性区甚至饱和，很容易过热烧毁，首先设计一款保证功放模块工作在线性区的功放限流保护电路，保证功放模块电路工作在线性区。
可选的，功放限流保护电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、硅二极管、第一三极管、若干个第一电容和若干个第二电容；
其中，第一三极管分别与功放模块电路单元、硅二极管、各第一电容、第二电阻连接，第一电阻分别与硅二极管、第一三极管、第一电源连接，第二电阻分别与各第二电容、接地端连接，第三电阻分别与硅二极管、接地端连接；各第二电容与接地端连接；
通过各电容将功放模块电路单元的射频信号回路以最短距离的交流接地，通过第一三极管和第二电阻对功放模块电路单元的直流接地。
在本实施例中，第一电容为C1～C8，第二电容为C9～C10，C1～C10的主要是让功放模块的射频信号回路最快最短距离接地，保证功放模块RF APGND的交流接地特性，直流只通过Q1和小电阻R2(1Ω)连接到地。
可选的，天馈单元包括：天线和第一电感；
其中，天线与第一电感连接，第一电感接地；
通过第一电感，将天线直流接地；其中，第一电感为通直流阻射频信号的电感。
可选的，天线开路保护电路单元包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电感和第三电容；
第二三极管分别与第二电源、第四电阻、第五电阻、第六电阻连接，第六电阻分别与第四电阻、第五电阻、第三电容连接，第五电阻分别与第四电阻、第二电感、第三电容连接，第二电感接地，第二电感与天馈单元连接。
TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法包括步骤101至步骤102，各步骤具体如下:
步骤101：通过LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号，通过功放模块电路单元工作将射频信号放大至预设所需功率，并基于预设所需功率，通过可编程衰减器控制LTE-R数据终端的输出功率；其中，预设所需功率通过LTE-R基站根据射频信号的质量控制而获得。
在本实施例中，LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号，功放模块电路单元把射频信号放大到需要的功率(预设所需功率)，例如：本装置最大为31dBm，该预设所需功率由LTE-R基站根据信号质量控制增大或降低。
可选的，基于预设所需功率，通过可编程衰减器控制LTE-R数据终端的输出功率，具体为：
根据当前的工作场景，设置可编程衰减器的当前的衰减量；其中，工作场景包括高功率场景和低功率场景；
基于预设所需功率和当前的衰减量，控制LTE-R数据终端的输出功率。
需要说明的是，LTE-R数据终端如改变用途用在普通工业控制场景或家庭场景，需能降低最大功率配置，否则会抬高LTE基站的底噪，影响其它LTE终端设备的使用。
在本实施例中，可编程衰减器供不同场景最大功率需要设置调整的应用。可编程衰减器通过衰减量改变LTE-R数据终端的最大输出功率，例如：当可编程衰减器置值为0dB时，LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号的大小，让射频模块电路单元输出最大功率为31dBm，相应地，例如置值5dB时，射频模块电路单元输出最大功率为26dBm，满足特殊场景的需要。
作为本实施例的一种举例，采用一个0～7dB的可编程衰减器，可在生产时预置衰减量，也可在使用过程中软件升级设置改变衰减量，从而改变LTE-R数据终端最大输出功率，以适应高功率场景(高铁、边远山区的无线网络接入)或低功率场景(城市工业控制、家庭网络接入)的需要，实现LTE-R数据终端设备多场景多用途的通用性要求。
步骤102：当功放模块电路单元工作时，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区；并通过天线开路保护电路单元和天馈单元控制功放模块电路单元的偏置电压；其中，线性区为功放模块电路单元的工作电流小于临界线性工作电流。
在本实施例中，功放限流保护电路单元保证控制述功放模块电路单元的最大工作电流(功放电流的最大值)，让功放始终工作在线性区，从而保证输出LTE-R基站所需的功率(最小-30dBm，最大为31dBm)。
实施本发明实施例，保证功放模块工作在线性区的电路，解决了功放模块体积要求较小，输出功率过大，很容易过热烧毁的问题；还解决了功放模块控制不好会工作在线性区外的饱和区，产生三阶互调失真，导致相邻信道泄漏率(ACLR)指标恶化，对相邻信道的LTE系统和UMTS系统产生干扰的问题。
可选的，步骤102具体包括步骤1021至步骤1022，各步骤具体如下:
步骤1021：当功放模块电路单元工作时，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区。
可选的，步骤1021具体包括步骤S11-S12,各步骤如下：
S11：当功放模块电路单元的当前的工作电流小于临界线性工作电流时，通过第一电阻提供第一三极管的偏置电流，导通第一三极管，以使功放限流保护电路单元不控制功放模块电路单元的当前的工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区；
在本实施例中，如图2所示，当功放模块(功放模块电路单元)工作在线性区，工作电流不超过最大线性工作电流(临界线性工作电流)时，由第一电阻R1第一电阻提供三极管Q1(第一三极管)的偏置电流，三极管Q1饱和导通，对功放模块电流不起控制作用。
S12：当功放模块电路单元的当前的工作电流不小于临界线性工作电流时，根据硅二极管选择第三电阻的阻值，调节第一三极管的b极的对地电压，以限制功放模块电路单元的当前的工作电流，控制功放模块电路单元的最大工作电流，使功放模块电路单元工作在线性区。
可选的，根据硅二极管选择第三电阻的阻值，调节第一三极管的b极的对地电压，以限制功放模块电路单元的当前的工作电流，具体为：
根据硅二极管选择第三电阻的阻值，使第二电阻的压降与第一三极管的be结压降之和接近第三电阻与硅二极管的压降之和，限制通过第一三极管的电流，以调节第一三极管的b极的对地电压，进而限制功放模块电路单元的当前的工作电流。
在本实施例中，当功放模块(功放模块电路单元)的工作电流大于或等于临界线性工作电流(最大线性工作电流)时，R2(第二电阻)上的压降与三极管Q1的be结压降(约0.6v)之和接近R3与D1(约0.7v)压降之和，电路开始自动限制三极管Q1通过的电流，从而控制功放模块的最大工作电流；配合硅二极管D1选择R3(第三电阻)的阻值可调节Q1的b极的对地电压来调整功放模块的最大工作电流。
作为本实施例的一种举例，功放模块供电电压5v，最大线性电流为0.3A，功放模块最大射频输出功率为31dBm。当功放模块工作电流小于等于0.3A时，由R1提供三极管Q1的偏置电流，三极管Q1饱和导通，对功放模块电流不起控制作用；当功放模块大于或等于临界线性工作电流0.3A时，R2上的压降(约0.3v)与三极管Q1的be结压降(约0.6v)之和接近R3与D1(约0.7v)压降之和，电路开始自动限制三极管Q1通过的电流，从而控制功放模块的最大工作电流为0.3A；R3的功能是配合硅二极管D1选择R3的阻值，可调节Q1的b极的对地电压来调整功放模块的最大工作电流值为0.3A，也限制了功放模块的最大功耗为1.5w，最大射频功率为31dBm，SKY66391-12的标称最大线性功率31dBm对应的电流为0.3A。不会因为前端输入的射频信号过大工作在非线性区或烧毁，同时也因为功放线性的良好控制，产生三阶互调失真较小，相邻信道泄漏率(ACLR)也相应减小。D1的设计应用是利用了硅二极管稳定的正向导通电压特性(0.6-0.8v,通常为0.7v)，而普通1v左右稳压管稳压特性不佳，受导通电流影响较大，离散性也较大。
步骤1022：通过天线开路保护电路单元和天馈单元控制功放模块电路单元的偏置电压。
在本实施例中，LTE-R数据终端为免维护封装设计，但高功率射频功放当输出高功率且通路开短路失配时容易烧毁。短路问题可以通过模块生产工艺手段避免，但用户在安装使用过程中可能存在开机后才装天线的不规范操作，从而引起功放模块开路工作的危险，因此，天线开路保护电路单元通过PNP三极管Q2(第二三极管)控制功放模块的偏置电压，天馈单元采取直流接地的天线设计，即通过一个通直流阻射频信号的L1(第一电感)(27nH)与地相连，控制PNP三极管Q2(第二三极管)导通输出偏置电压，避免引起功放模块开路工作的危险，保证安全性，
可选的，步骤1022具体包括步骤S21-S22,各步骤如下：
S21：当天馈单元与天线开路保护电路单元连通时，通过天馈单元输出直流检测信号至天线开路保护电路单元，通过天线开路保护电路单元输出电压供给功放模块电路单元的偏置电压，控制功放模块电路单元的输出功率。
在本实施例中，天馈单元与天线开路保护电路单元连通时，即天馈单元连接时，提供直流检测信号给天线开路保护电路单元，由天线开路保护电路单元输出电压供给射频模块电路单元的偏置电压，控制射频模块电路单元输出功率。
可选的，通过天线开路保护电路单元输出电压供给功放模块电路单元的偏置电压，即通过第二三极管控制输出电压，以供给功放模块电路单元的偏置电压，具体为：第二三极管的b极通过第五电阻、第一电感和第二电感连接到地，导通第二三极管，通过第二三极管输出电压到功放模块电路单元的偏置输入电压端，以供给功放模块电路单元的偏置电压。
在本实施例中，Q2(第二三极管)的b极通过R5、L2、L1连接到地，Q2导通输出+5v电压到功放模块的偏置输入电压端，允许功放模块工作。
S22：当天馈单元与天线开路保护电路单元未连通时，天线开路保护电路单元无电压输出供给功放模块电路单元的偏置电压，控制功放模块电路单元无功率输出。
在本实施例中，天馈单元与天线开路保护电路单元未连通，天馈单元未连接时，天线开路保护电路单元无电压输出供给射频模块电路单元的偏置电压，射频模块电路单元无功率输出，Q2截止，无+5v电压输出给功放模块的偏置输入电压端，功放模块不工作，简单可靠，安全性高。
实施本发明实施例，1、通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，功放模块电路单元工作在线性区，功放模块功率控制在工作在线性区，TDD制式LTE-R数据终端的功放模块体积要求较小，控制输出功率，避免过热烧毁。2、避免因产生三阶互调失真的相邻信道泄漏率(ACLR)指标恶化，减小对相邻信道的LTE装置和UMTS装置产生干扰。3、功放模块始终线性工作，提高上行数据的传输速率。4、LTE-R数据终端对功放模块有小体积的要求，通过功放限流保护电路单元，实现小体积的功率检测和失配保护电路，提高安全性。5、通过可编程衰减器，适应高功率场景(高铁、边远山区的无线网络接入)或低功率场景(城市工业控制、家庭网络接入)的需要，满足多场景多用途的通用性要求。
实施例二
相应地，参见图2，图2是本发明提供的一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置的实施例二的结构原理示意图。如图2所示，LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元和可编程衰减器；
其中，LTE无线数据收发和控制单元与可编程衰减器连接，可编程衰减器与功放模块电路单元连接，功放模块电路单元与功放限流保护电路单元连接，功放模块电路单元与天线开路保护电路单元连接，天线开路保护电路单元连接与天馈单元连接；
LTE无线数据收发和控制单元用于执行TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法。
在本实施例中，功率线性控制装置包括LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元、12v-5v(3.3v)DC-DC电源单元、收发转换开关、接口电路单元和可编程衰减器组成。接口电路单元与LTE无线数据收发和控制单元连接，收发转换开关分别与LTE无线数据收发和控制单元、可编程衰减器、功放模块电路单元、天线开路保护电路单元和天馈单元连接，DC-DC电源单元与LTE无线数据收发和控制单元连接。
可选的，功放限流保护电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、硅二极管、第一三极管、若干个第一电容和若干个第二电容；
其中，第一三极管分别与功放模块电路单元、硅二极管、各第一电容、第二电阻连接，第一电阻分别与硅二极管、第一三极管、第一电源连接，第二电阻分别与各第二电容、接地端连接，第三电阻分别与硅二极管、接地端连接；各第二电容与接地端连接；
通过各电容将功放模块电路单元的射频信号回路以最短距离的交流接地，通过第一三极管和第二电阻对功放模块电路单元的直流接地。
在本实施例中，第一电容为C1～C8，第二电容为C9～C10，C1～C10的主要是让功放模块的射频信号回路最快最短距离接地，保证功放模块RF APGND的交流接地特性，直流只通过Q1和小电阻R2(1Ω)连接到地。
可选的，天馈单元包括：天线和第一电感；
其中，天线与第一电感连接，第一电感接地；
通过第一电感，将天线直流接地；其中，第一电感为通直流阻射频信号的电感。
可选的，天线开路保护电路单元包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电感和第三电容；
第二三极管分别与第二电源、第四电阻、第五电阻、第六电阻连接，第六电阻分别与第四电阻、第五电阻、第三电容连接，第五电阻分别与第四电阻、第二电感、第三电容连接，第二电感接地，第二电感与天馈单元连接。
实施本发明实施例，通过功放限流保护电路单元控制功放模块电路单元的最大工作电流，功放模块电路单元工作在线性区，功放模块功率控制在工作在线性区，TDD制式LTE-R数据终端的功放模块体积要求较小，控制输出功率，避免过热烧毁，同时，避免因产生三阶互调失真的相邻信道泄漏率(ACLR)指标恶化，减小对相邻信道的LTE装置和UMTS装置产生干扰，功放模块始终线性工作，提高上行数据的传输速率。LTE-R数据终端对功放模块有小体积的要求，通过功放限流保护电路单元，实现小体积的功率检测和失配保护电路，提高安全性。通过可编程衰减器，适应高功率场景(高铁、边远山区的无线网络接入)或低功率场景(城市工业控制、家庭网络接入)的需要，满足多场景多用途的通用性要求。
上述的一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置可实施上述方法实施例的一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法。上述方法实施例中的可选项也适用于本实施例，这里不再详述。本申请实施例的其余内容可参照上述方法实施例的内容，在本实施例中，不再进行赘述。
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，包括：
所述功率线性控制方法执行在TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置上，其中，所述功率线性控制装置包括：LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元和可编程衰减器；
其中，所述LTE无线数据收发和控制单元与所述可编程衰减器连接，所述可编程衰减器与所述功放模块电路单元连接，所述功放模块电路单元与所述功放限流保护电路单元连接，所述功放模块电路单元与所述天线开路保护电路单元连接，所述天线开路保护电路单元连接与所述天馈单元连接；
所述功率线性控制方法包括：
通过所述LTE无线数据收发和控制单元输出射频信号，通过所述功放模块电路单元工作将所述射频信号放大至预设所需功率，并基于所述预设所需功率，通过所述可编程衰减器控制所述LTE-R数据终端的输出功率；其中，所述预设所需功率通过LTE-R基站根据所述射频信号的质量控制而获得；
当所述功放模块电路单元工作时，通过所述功放限流保护电路单元控制所述功放模块电路单元的最大工作电流，使所述功放模块电路单元工作在线性区；并通过所述天线开路保护电路单元和所述天馈单元控制所述功放模块电路单元的偏置电压；其中，所述线性区为所述功放模块电路单元的工作电流小于临界线性工作电流。
2.如权利要求1所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述功放限流保护电路单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、硅二极管、第一三极管、若干个第一电容和若干个第二电容；
其中，所述第一三极管分别与所述功放模块电路单元、所述硅二极管、各所述第一电容、所述第二电阻连接，所述第一电阻分别与所述硅二极管、所述第一三极管、第一电源连接，所述第二电阻分别与各所述第二电容、接地端连接，所述第三电阻分别与所述硅二极管、所述接地端连接；各所述第二电容与所述接地端连接；
通过各所述电容将所述功放模块电路单元的射频信号回路以最短距离的交流接地，通过所述第一三极管和所述第二电阻对所述功放模块电路单元的直流接地。
3.如权利要求2所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述通过所述功放限流保护电路单元控制所述功放模块电路单元的最大工作电流，使所述功放模块电路单元工作在线性区，具体为：
当所述功放模块电路单元的当前的工作电流小于所述临界线性工作电流时，通过所述第一电阻提供所述第一三极管的偏置电流，导通所述第一三极管，以使所述功放限流保护电路单元不控制所述功放模块电路单元的当前的工作电流，使所述功放模块电路单元工作在线性区；
当所述功放模块电路单元的当前的工作电流不小于所述临界线性工作电流时，根据所述硅二极管选择所述第三电阻的阻值，调节所述第一三极管的b极的对地电压，以限制所述功放模块电路单元的当前的工作电流，控制所述功放模块电路单元的最大工作电流，使所述功放模块电路单元工作在线性区。
4.如权利要求3所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述根据所述硅二极管选择所述第三电阻的阻值，调节所述第一三极管的b极的对地电压，以限制所述功放模块电路单元的当前的工作电流，具体为：
根据所述硅二极管选择所述第三电阻的阻值，使所述第二电阻的压降与所述第一三极管的be结压降之和接近所述第三电阻与所述硅二极管的压降之和，限制通过所述第一三极管的电流，以调节所述第一三极管的b极的对地电压，进而限制所述功放模块电路单元的当前的工作电流。
5.如权利要求1所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述通过所述天线开路保护电路单元和所述天馈单元控制所述功放模块电路单元的偏置电压，具体为：
当所述天馈单元与所述天线开路保护电路单元连通时，通过所述天馈单元输出直流检测信号至所述天线开路保护电路单元，通过所述天线开路保护电路单元输出电压供给所述功放模块电路单元的偏置电压，控制所述功放模块电路单元的输出功率；
当所述天馈单元与所述天线开路保护电路单元未连通时，所述天线开路保护电路单元无所述电压输出供给所述功放模块电路单元的偏置电压，控制所述功放模块电路单元无功率输出。
6.如权利要求5所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述天馈单元包括：天线和第一电感；
其中，所述天线与所述第一电感连接，所述第一电感接地；
通过所述第一电感，将所述天线直流接地；其中，所述第一电感为通直流阻射频信号的电感。
7.如权利要求6所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述通过所述天线开路保护电路单元输出电压供给所述功放模块电路单元的偏置电压，具体为：
所述天线开路保护电路单元包括第二三极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二电感和第三电容；
所述第二三极管分别与第二电源、所述第四电阻、所述第五电阻、所述第六电阻连接，所述第六电阻分别与所述第四电阻、所述第五电阻、所述第三电容连接，所述第五电阻分别与所述第四电阻、所述第二电感、所述第三电容连接，所述第二电感接地，所述第二电感与所述天馈单元连接；
通过所述第二三极管控制输出所述电压，以供给所述功放模块电路单元的偏置电压。
8.如权利要求7所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述通过所述第二三极管控制输出所述电压，以供给所述功放模块电路单元的偏置电压，具体为：
所述第二三极管的b极通过所述第五电阻、所述第一电感和所述第二电感连接到地，导通所述第二三极管，通过所述第二三极管输出所述电压到所述功放模块电路单元的偏置输入电压端，以供给所述功放模块电路单元的偏置电压。
9.如权利要求1所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法，其特征在于，所述基于所述预设所需功率，通过所述可编程衰减器控制所述LTE-R数据终端的输出功率，具体为：
根据当前的工作场景，设置所述可编程衰减器的当前的衰减量；其中，所述工作场景包括高功率场景和低功率场景；
基于所述预设所需功率和所述当前的衰减量，控制所述LTE-R数据终端的输出功率。
10.一种TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制装置，其特征在于，包括：LTE无线数据收发和控制单元、功放模块电路单元、功放限流保护电路单元、天线开路保护电路单元、天馈单元和可编程衰减器；
其中，所述LTE无线数据收发和控制单元与所述可编程衰减器连接，所述可编程衰减器与所述功放模块电路单元连接，所述功放模块电路单元与所述功放限流保护电路单元连接，所述功放模块电路单元与所述天线开路保护电路单元连接，所述天线开路保护电路单元连接与所述天馈单元连接；
所述LTE无线数据收发和控制单元用于执行如权利要求1至9任意一项所述的TDD制式LTE-R数据终端的功率线性控制方法。
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