CN1633197A - 一种基站天线驻波比告警的实现装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基站天线驻波比告警的实现装置及方法。通过进行天线口驻波比校准，反向功率检测，数字信号处理模块(12)对反向功率检测信号取样，数字信号处理模块(12)对取样到的数字化信息进行处理，数字信号处理模块(12)输出驻波比告警信号步骤；借助于DSP处理，只通过检测反向信号功率大小就可以实现天线驻波比告警功能，从而来克服现有天线驻波比告警电路误警、漏警概率较高的问题，很好地满足无线通信业务运营商对基站设备可维护性高的需求。

Description

一种基站天线驻波比告警的实现装置及方法
技术领域
本发明属于移动通信领域，特别涉及具有天线驻波比告警功能的PHS基站等无线通信设备。
背景技术
随着现代移动通信技术的不断发展，无线业务运营商对无线网络的可维护性要求越来越高，不论无线设备，还是基站设备，都能够及时检测到天线驻波比过大(通常由于各种原因造成的物理连接不良引起)并告警，并要求很低的误告警和漏告警概率。目前业内主要采用基于比较前反向功率检测技术的驻波比告警电路来实现无线发射设备的天线驻波比告警功能，下文称此种方法为传统驻波比告警电路。
传统驻波比告警电路的原理是在基站的前向功率放大器输出口或天线口处使用耦合器取样发射功率和反射功率，再使用功率检测器件分别把它们转换为反映功率强弱的直流电压信号，一般还要分别经过一次运算放大器的放大处理，最后送入电压比较器进行比较以形成或高或低的输出电平，用来表示告警状态。这里进行反向功率取样的定向耦合器的耦合度较前向功率取样耦合器耦合度的差异量要根据所检测的驻波比大小决定，而且该耦合器的方向性必须优于所要检测的目标驻波比对应的回波损耗，这样才能保证检测的准确性。比如，基站要求在天线口驻波比为3时告警，那么反向功率取样耦合器的方向性则必须优于6dB(驻波比3对应的回波损耗)，才能在不计其他影响的条件下真实的反映反向功率的大小，从而准确地检测到天线口的驻波比情况。这种天线口驻波比检测告警电路存在误警、漏警概率较高的问题。因为在实际应用中，连接功率放大器和基站设备天线口的射频连接线以及连接基站设备天线口和天线的天馈线长度会因为设计和实际安装条件等的限制而有所变化，也就是说反向信号的相位相对于反向信号取样点也要随之改变。射频电路使用的PCB板材特性、加工过程中都存在偏差，连接器也无法做到理想的完全匹配，会存在阻抗不连续现象，反射信号而成为反射点，而这些反射信号会与真正负载处反射回来的信号及由于取样耦合器方向性有限泄漏过来的正向信号能量在信号取样点处相互叠加，因此实际电路中检测到的反向信号只能是多个信号的叠加强度，而不可能精确的判断出真正反映天线口驻波比大小的来自负载的反射信号强度。射频信号的叠加过程是一个矢量叠加过程，与各个参与叠加的分量(也就是来自各个反射点的反射信号)到达叠加点(信号取样点)的相位密切相关。在终接负载驻波比一定的条件下，这种射频连线长度的变化会使得信号叠加时的相位条件发生变化，使信号叠加的合成效果，即最终检测到的反向信号能量发生改变。在传统驻波比告警电路中，这个叠加能量是被当作天线口负载的反射能量对待的，那么以检测位置即反射信号取样点为参照点，向天线方向看去，这种叠加能量随相位的变化就可以等效为后面终接负载的驻波比在随相位变化，通常这个变化周期为360°。检测点后面反射点越多，反射点的反射系数越大，等效驻波比的变化幅度就越大。这种变化幅度较大而超越告警门限时，就会出现误警和漏警。这种由于外接线缆等条件带来的等效驻波比变化，正是传统驻波比告警电路误警、漏警概率较高的原因所在。
发明内容
本发明的目的是提供一种基站天线驻波比告警的实现装置及方法，克服现有天线驻波比告警电路误警、漏警概率较高的问题，降低基站设备的相关维护成本，很好地满足无线通信业务运营商对基站设备可维护性高的需求。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种基站天线驻波比告警的实现装置，该装置由两个电路模块组成：反向功率检测处理模块，数字信号处理模块。
所述反向功率检测处理模块进一步包括定向耦合器，固定衰减器，检波器，低通滤波电路，运算放大电路。
所述数字信号处理模块进一步包括A/D转换器，电可擦写存储器，DSP单元。
所述反向功率检测处理模块主要负责通过所述定向耦合器取样直接反映天线口驻波比情况的反射信号强度。所述固定衰减器则用于对取样信号强度做进一步调整，使其落入所用检波器件的最佳检测范围。所述检波器则用来将取样出的反射信号变换成与其强度相关的直流电压信号。所述低通滤波电路被用来有效降低纹波的幅度。滤波后的信号送入所述运算放大电路(进行放大处理，以调整检测电压信号的幅度和被检反向功率与电压的关系曲线斜率特性。所述反向功率检测处理模块的输出被数字信号处理模块中的A/D转换器转换为数字信号，通过数字总线与所述电可擦写存储器和所述DSP单元分别相连。所述电可擦写存储器用于在天线口驻波比校准时存储校准数据，所述DSP单元则用于在设备实际运营中实时处理所述A/D转换器送来的检测电压数据，并与所述电可擦存储器中的标准数据对比，判断是否需要告警。
为实现上述发明目的，本发明还提出了一种基站天线驻波比告警的实现方法，包括以下步骤：
下面具体描述中，设计目标天线口驻波比为x时不告警，驻波比为y时告警。
步骤一：天线口驻波比校准；
步骤二：反向功率检测；
步骤三：数字信号处理模块对反向功率检测信号取样；
步骤四：数字信号处理模块对取样到的数字化信息进行处理；
步骤五：数字信号处理模块输出驻波比告警信号。
所述的步骤一包括以下步骤：
(1)将基站设备的功率放大器输出功率调整到额定输出功率，关断输入信号。
(2)驻波比为x的失配负载通过一个可连续或跳跃改变至少360°相位的变相位装置与基站天线口相连，可变相位装置的另一端接在功率放大器的输出口。打开功率放大器输出，通过变相位装置在360°范围内连续或跳跃地改变信号相位，读取随相位改变的反向功率检测电压的最大、最小值，并在软件控制下写入电可擦写存储器中。
(3)将驻波比为x的失配负载换成驻波比为y的负载，重复上述过程。并比较两种情形下，检测电压范围有无重叠部分，有重叠则判定功率放大器不合格，须重新调试。
所述步骤二包括以下步骤：
(1)从天线端口终接负载处反射回的信号能量与其他干扰性反射信号等的叠加经PA输出口内部的定向耦合器取样，送给固定衰减器进一步调整强度后输出；
(2)检波器把上述取样得到的信号转换为易于处理的可以反映反射信号强度的直流电压信号；
(3)低通滤波电路再将检波器输出的带有纹波干扰的电压信号进行必要的滤波处理，提高检测精度以满足系统的要求。滤波后的信号送入运算放大电路进行放大，将电压信号幅度调整到适合A/D转换的幅度后送出。
所述步骤三中，反向功率检测处理模块输出的反向功率检测电压被送入A/D转换器的模拟信号输入端，在其内部完成模拟到数字的转换，并在相应控制信号的控制下，被DSP单元经由数字总线读取，完成反向功率检测电压的取样。
所述步骤四中，DSP单元把从A/D转换器读取的数字化的反向功率检测电压与电可擦写存储器中在步骤一中记录下来的校准数据对比，判断天线端口当时的连接驻波比是否已经落入告警范围。为保证告警的准确性，DSP程序设计时均以连续几次的对比数据超出标准作为告警的标准。
所述步骤五中，DSP单元将比较的最终结果以高低电平的形式输出。供系统程序上报网络管理层处理。
本发明通过借助DSP处理，DSP处理技术和校准程序的引入，消除了单纯依靠硬件电路实现的传统驻波比告警电路一旦调试完成就无法再考虑外界安装条件影响的局限性。可以只简单通过检测反射信号功率大小来实现天线驻波比告警功能，并且误警、漏警概率极低。所述方法独特、新颖，所述装置原理简单，成本低廉，开发技术风险小，可生产性高、有利于大规模批量生产。
附图说明
图1本发明所述基站天线驻波比告警的实现装置结构图；
图2本发明所述基站天线驻波比告警的实现方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
图1是本发明所述基站天线驻波比告警的实现装置结构图。反映天线口终接负载驻波比情况的反射信号功率经定向耦合器111耦合口取样送入固定衰减器112对取样信号强度做进一步调整，使其落入所用检波器件的最佳检测范围。该衰减器一般使用简单的电阻衰减网络即可，其衰减量视具体设计参数如定向耦合器耦合度、检波器类型、最佳检测范围、输出幅度指标等而定。检波器113则用来将取样出的反射信号功率变换成与其强度相关的直流电压信号，反向信号强度与检测电压的关系因检波器种类、型号的不同而有所差异，有的呈线性关系、有的呈指数关系。本发明中使用的是低成本的Schottky二极管HSMS-2850，其对信号的检波曲线为指数曲线。检波器113输出的直流电压信号会因为被检测信号的非恒包络特性而带有纹波干扰，影响检测精度。所以本装置中又引入了必要的低通滤波电路114，此处用LC、RC网络实现，降低纹波的影响。低通滤波电路114滤波后的信号被送入运算放大电路115进行放大处理，进一步调整直流电压信号的幅度和被检反向信号与电压的关系曲线斜率。然后输出给数字信号处理模块12中的A/D转换器121转换为数字信号，通过数字总线与电可擦写存储器122和DSP单元123分别相连。电可擦写存储器222用于在天线口驻波比校准时存储校准数据，而DSP单元则用于在设备实际运营中实时采样、处理A/D转换器121送来的检测电压数据，并与存储器122中的标准数据对比，判断是否需要告警。
图2是本发明所述基站天线驻波比告警的实现方法流程图。所述基站天线驻波比告警的实现方法具体包括以下步骤：
第一步202，在基站设备出厂前，对本驻波比告警系统进行设计目标驻波比x和y下的全相位天线口驻波比监测数据校准。在设备正常运营中，校准数据将作为本驻波比检测系统判断天线口驻波比状态的依据。详细校准过程可参阅上文中步骤一的描述，这里要重点说明的是校准过程中使用的变相位装置实际中多采用开关控制的跳跃移相装置，以便于外加自动控制，实现校准过程的自动化和高效化。校准过程中记录下来的反向功率检测电压输出在DSP单元123的控制下被记录在电可擦写存储器122中并判断是否合乎规格要求，校准不通过的PA模块不能在基站中采用。
第二步203，在设备正常运营中，对反向功率的取样、检测和处理。从天线端口终接负载处反射回的信号能量与其他干扰性反射信号等的叠加经PA输出口内部的定向耦合器111取样，送给固定衰减器112进一步调整强度后输出到检波器113，检波器113把它转换为指示反射信号强度的直流电压信号；然后，低通滤波电路114被用来滤除检测电压信号上带有的纹波干扰，提高检测精度以满足系统的要求。滤波后的信号送入运算放大电路115进行放大，将电压信号幅度调整到适合A/D转换的幅度后送出。
第三步204，对反向功率检测信号进行采样，运算放大电路115的输出通过模块间的接口连线到A/D转换器121，完成从模拟到数字的变换，并在DSP单元123的指令控制下输出到数字总线上，DSP单元则从总线上读入这个采样数据，暂存在内部寄存器中备用。
第四步205，采样到的反向功率检测信息处理，是在DSP单元123内进行的。简单地说，就是DSP单元123把读入的采样数据与校准时存入可读写存储器122的数据加以比对，以确定此时天线口外接天线负载的驻波比检测电压是否在目标告警驻波比对应的电压范围之内。
第五步206，DSP单元123将处理结果根据系统约定以高低电平的形式输出。供基站系统程序实事监测、上报网络管理层处理。

Claims (8)

1、一种基站天线驻波比告警的实现装置，包括：反向功率检测处理模块(11)，数字信号处理模块(12)；
其特征在于，所述反向功率检测处理模块(11)进一步包括：定向耦合器(111)，固定衰减器(112)，检波器(113)，低通滤波电路(114)，运算放大电路(115)；所述数字信号处理模块(12)进一步包括：A/D转换器(121)，电可擦写存储器(122)，DSP单元(123)；
所述定向耦合器(111)用于取样反向信号功率；
所述固定衰减器(112)用于对取样信号强度做进一步调整，使其落入所用检波器件的最佳检测范围；
所述检波器(113)用于将取样出的反射信号变换成与其强度相关的直流电压信号；
所述低通滤波电路(114)用于有效降低纹波的幅度；
所述运算放大电路(115)用于对滤波后的信号进行放大处理，以调整检测电压信号的幅度和被检反向功率与电压的关系曲线斜率特性；
所述A/D转换器(121)用于将反向功率检测处理模块(11)的输出转换为数字信号，通过数字总线与电可擦写存储器(122)和DSP单元(123)分别相连；
所述电可擦写存储器(122)用于在天线口驻波比校准时存储校准数据；
所述DSP单元(123)用于在设备实际运营中实时处理A/D转换器(121)送来的检测电压数据，并与存储器(122)中的标准数据对比，判断是否需要告警。
2、一种基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)天线口驻波比校准；
(2)反向功率检测；
(3)数字信号处理模块(12)对反向功率检测信号取样；
(4)数字信号处理模块(12)对取样到的数字化信息进行处理；
(5)数字信号处理模块(12)输出驻波比告警信号。
3、如权利要求2所述的基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，所述步骤(1)包括以下步骤：
(1)将基站设备的功率放大器输出功率调整到额定输出功率，关断输入信号；
(2)驻波比为x的失配负载通过一个可连续或跳跃改变至少360°相位的变相位装置与基站天线口相连，可变相位装置的另一端接在功率放大器的输出口；打开功率放大器输出，通过变相位装置在360°范围内连续或跳跃地改变信号相位，读取随相位改变的反向功率检测电压的最大、最小值，并在软件控制下写入电可擦写存储器(122)中；
(3)将驻波比为x的失配负载换成驻波比为y的负载，重复上述过程。并比较两种情形下，检测电压范围有无重叠部分，有重叠则判定功率放大器不合格，须重新调试。
4、如权利要求2所述的基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，所述步骤(2)包括以下步骤：
(1)从天线端口终接负载处反射回的信号能量与其他干扰性反射信号等的叠加经PA输出口内部的定向耦合器(111)取样，送给固定衰减器(112)进一步调整强度后输出；
(2)检波器(113)把上述取样得到的信号转换为易于处理的可以反映反射信号强度的直流电压信号；
(3)低通滤波电路(114)再将检波器输出的带有纹波干扰的电压信号进行必要的滤波处理，提高检测精度，满足系统的要求；滤波后的信号送入运算放大电路(115)进行放大，将电压信号幅度调整到适合A/D转换的幅度后送出。
5、如权利要求2所述的基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，所述步骤(3)进一步包括：
反向功率检测处理模块输出的反向功率检测电压送入A/D转换器(121)的模拟信号输入端，在其内部完成模拟到数字的转换，并在相应控制信号的控制下，由DSP单元(123)经数字总线读取，完成反向功率检测电压的取样。
6、如权利要求2所述的基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步包括：
DSP单元把从A/D转换器(121)读取的数字化的反向功率检测电压与电可擦写存储器(122)中在所述步骤(1)中记录下来的校准数据对比，判断天线端口当时的连接驻波比是否已经落入告警范围。
7、如权利要求2或6所述的基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，所述步骤(4)中，为保证告警的准确性，DSP程序设计时均以连续几次的对比数据超出标准作为告警的标准。
8、如权利要求2所述的基站天线驻波比告警的实现方法，其特征在于，所述步骤(5)中，DSP单元(123)将比较的最终结果以高低电平的形式输出，供系统程序上报网络管理层处理。
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