CN1917403B - 一种基于fpga实现的保护功放的方法和装置 - Google Patents

一种基于fpga实现的保护功放的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于FPGA实现的保护功放的装置，包括：前向基带功率检测单元，门限控制单元，比较处理单元，开关控制单元，数模转换单元，发信机单元，功率放大单元。本发明还公开一种基于FPGA实现的保护功放的方法。采用本发明所述方法和装置，通过采用在基带信号处理时对前向基带信号输出的功率进行检测和控制，避免功放出现过功率关断的现象。这样，增加了系统灵活性，基站的可靠性，节省了系统的成本，提高了移动通信基站系统的竞争力。

Description

一种基于FPGA实现的保护功放的方法和装置
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及移动通信基站系统中基于FPGA(可编程逻辑阵列)实现保护功放的方法和装置。
背景技术
现有的移动通信基站系统中，功放模块完成将前向发射信号放大后由天线输出的功能，为基站系统的关键模块，如果出现损坏故障导致没有输出，则影响该功放模块覆盖服务区的用户的正常通信，后果比较严重。所以，基站设备制造商或功放厂商都要在功放模块中增加很多的保护电路和措施，现有技术一般是采用出现过功率就将功放关断的方式，功率正常后再恢复。但是该方式还是会出现用户通信中断的情况。
在多载波基站的应用情况下，由于一个功放同时将多个载波的信号进行放大，如果一个载波出现功率异常，而其它载波功率正常，但是功放是将整个链路所有载波关断，造成所有载波的用户通信都中断，对用户造成不好的影响。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种避免功放出现过功率关断，且在多载波的应用中对各个载波进行功率监控的装置和方法。
本发明提供一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现的保护功放的装置，包括：前向基带功率检测单元，门限控制单元，比较处理单元，开关控制单元，数模转换单元，射频发送处理单元，功率放大单元；
所述前向基带功率检测单元，接收基带信号I和Q并进行功率的检测和计算；
所述门限控制单元，根据功放功率设置，确定门限；
所述比较处理单元，将前向基带功率检测单元计算输出的功率值与门限控制单元 设定的门限进行比较：若低于门限，则功率输出正常，并正常输出前向基带信号；如果高于门限，则为过功率输出，需要禁止前向基带信号输出，输出控制命令；
所述开关控制单元，根据比较处理单元输出的控制命令，控制输出前向基带信号或者禁止前向基带信号输出；
所述数模转换单元，将开关控制单元输出的信号转换成模拟的信号；
所述射频发送处理单元，将转换单元输出的模拟信号进行滤波，根据本振信号L0进行射频上变频，输出射频信号；
所述功率放大单元，对于射频发送处理单元输出的射频信号进行功率放大。
进一步地，上述装置还具有如下特点：
对于多载波系统，
所述前向基带功率检测单元对于多载波的基带信号进行功率的检测；
所述门限控制单元，根据功放功率设置，确定各载波的控制门限。
进一步地，上述装置还具有如下特点：
所述装置适用于GSM，CDMA95，CDMA2000，WCDMA，WinMax的基站系统中。
本发明还提供一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现的保护功放的方法，包括如下步骤：
步骤a、根据功放输出的功率确定门限数值；
步骤b、实时计算每路前向链路基带的功率，即对每路的I和Q采样求平方和(S＝I^2+Q^2)，再对该值求平均值；
步骤c、将计算的功率与门限值进行比较，如果功率正常，则正常输出前向基带信号；如果出现过功率，立即将该路的IQ信号置零，直到功率小于门限才恢复该路的IQ信号输出。
采用本发明所述方法和装置，通过采用在基带信号处理时对前向基带信号输出的功率进行检测和控制，避免功放出现过功率关断的现象。与现有技术相比，实现了功放过功率输入导致功放关断或者损坏的数字式保护，简化了功放模块自身的保护电路，特别是在多载波模式下，该装置可以对每一载波进行单独控制，如果某一个载波功率出现过功率，则只会中断该载波的通信，而其它载波则正常通信。这样，增加了系统灵活性，基站的可靠性，节省了系统的成本，提高了移动通信基站系统的竞争力。
附图说明
图1是应用本发明功放保护装置的数字中频多载波系统示意图一。
图2是应用本发明功放保护装置的数字中频多载波系统示意图二。
图3是本发明装置的一个具体实施例。
具体实施方式
图1是是应用本发明功放保护装置的数字中频多载波系统示意图一。该图显示了本发明运用的基于FPGA实现的保护功放的方法和装置的基本原理。
图1中，101-107是本发明装置组成部分。图中，微控制器单元为数字中频载波系统的构成，本发明中用于设定基带过功率门限值，通过设置命令发送给门限控制单元102。CDMA基带IQ信号分别输出到：前向基带功率检测单元101，供其进行功率检测；开关控制单元104，供其进行关断控制。
前向基带功率检测单元101：对于基带信号I和Q进行功率的检测，并实时计算每路前向链路基带的功率，即对每路的I和Q采样求平方和(S＝I^2+Q^2)，再对该值求平均值；常用的算法是P(n)＝[S(n)-P(n-1)]/2^k+P(n-1)，其中P(n)为n采样时刻计算得到的平均基带功率；
门限控制单元102：根据功放功率设置，确定门限数值；
比较处理单元103：将前向基带功率检测单元101计算输出的功率值与门限控制单元102设定的门限进行比较，低于门限则功率，则正常输出前向基带信号；如果高于门限则为过功率输出，则禁止前向基带信号输出，输出控制命令，并且立即将该路的IQ信号置零，直到功率小于门限才恢复该路的IQ信号输出；
开关控制单元104：根据比较处理单元103输出的控制命令，控制输出前向基带信号或者禁止前向基带信号输出；
D/A转换单元105：简称转换单元，将开关控制单元104输出的信号转换成模拟的信号
射频发送处理TX单元106：简称射频发送处理单元，将D/A转换单元105输出的模拟信号进行滤波，根据本振信号L0进行射频上变频，输出射频信号；
功率放大PA单元107：简称功率放大单元，对于射频发送处理TX单元106输出 的射频信号进行功率放大。
图2是应用本发明功放保护装置的数字中频多载波系统示意图二，与图1的区别是，其中基带信号为n路信号，即：I1...In和Q1...Qn。
前向基带功率检测单元201：对于多载波的基带信号I1...In和Q1...Qn进行功率的检测；
数字上变频处理TSP和DAC单元205：对开关控制单元204输出的多路基带信号I1...In和Q1...Qn进行数字上变频处理，合路，D/A转换，输出模拟中频信号。
图3是采用本发明装置的一个具体实施例，具体是以一个四载波的系统为例，完成四载波的各载波功率监控，介绍如下：
前向基带功率检测单元301：对于多载波的基带信号I1...I4和Q1...Q4进行功率的检测；
门限控制单元302：根据功放功率设置，确定各载波的控制门限；
比较处理单元303：将前向基带功率检测单元301计算输出的功率值与门限控制单元302设定的门限进行比较，低于门限则功率输出正常，则正常输出前向基带信号；如果高于门限则为过功率输出，则禁止前向基带信号输出，输出控制命令；
开关控制单元304：根据比较处理单元303输出的控制命令，控制输出前向基带信号或者禁止前向基带信号输出；
数字上变频处理TSP和DAC单元305：对开关控制单元304输出的多路基带信号I1...In和Q1...Qn进行数字上变频处理，合路，D/A转换，输出模拟中频信号；
射频发送处理TX单元306：将305输出的模拟中频信号进行滤波，射频上变频，输出射频信号；
功率放大PA单元307：对于射频发送处理TX单元306输出的射频信号进行功率放大。
基于上述装置，本实施例还提供了一种基于FPGA实现的保护功放的方法，包括如下步骤：
步骤a、根据功放输出的功率确定门限数值；
步骤b、实时计算每路前向链路基带的功率，对每路的I^2+Q^2信号求平均值；
步骤c、将计算的功率与门限值进行比较，如果功率正常，则正常输出前向基带信号，如果出现过功率，立即将该路的IQ信号置零，直到功率小于门限才恢复该路的IQ信号输出。
此外，本发明可以适用于各种通信系统，如GSM，CDMA95，CDMA2000，WCDMA，WinMax等通讯系统的基站系统中。
本发明可以对基带信号进行功率检测，而在多载波系统中则可以对各个载波进行独立的功率检测，从而对功放进行保护，可以增加系统的灵活性，提高系统的可靠性。

Claims (4)

1.一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现的保护功放的装置，其特征在于包括：前向基带功率检测单元，门限控制单元，比较处理单元，开关控制单元，数模转换单元，射频发送处理单元，功率放大单元；
所述前向基带功率检测单元，接收基带信号I和Q并进行功率的检测和计算；
所述门限控制单元，根据功放功率设置，确定门限；
所述比较处理单元，将前向基带功率检测单元计算输出的功率值与门限控制单元设定的门限进行比较：若低于门限，则功率输出正常，并正常输出前向基带信号；如果高于门限，则为过功率输出，需要禁止前向基带信号输出，输出控制命令；
所述开关控制单元，根据比较处理单元输出的控制命令，控制输出前向基带信号或者禁止前向基带信号输出；
所述数模转换单元，将开关控制单元输出的信号转换成模拟的信号；
所述射频发送处理单元，将转换单元输出的模拟信号进行滤波，根据本振信号L0进行射频上变频，输出射频信号；
所述功率放大单元，对于射频发送处理单元输出的射频信号进行功率放大。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，对于多载波系统，
所述前向基带功率检测单元对于多载波的基带信号进行功率的检测；
所述门限控制单元，根据功放功率设置，确定各载波的控制门限。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置适用于GSM，CDMA95，CDMA2000，WCDMA，WinMax的基站系统中。
4.一种基于可编程逻辑阵列(FPGA)实现的保护功放的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a、根据功放输出的功率确定门限数值；
步骤b、实时计算每路前向链路基带的功率，即对每路的I^2+Q^2信号求平均值；
步骤c、将计算的功率与门限值进行比较，如果功率正常，则正常输出前向基带信号，如果出现过功率，立即将该路的IQ信号置零，直到功率小于门限才恢复该路的IQ信号输出。
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