CN206585560U - 一种实现4g及5g tdd双向信道模拟器自动收发隔离的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，包括第一SPDT和耦合器，端口1通过第一SPDT，切换发射信号和接收信号，发射信号经过第二SPDT传输到端口2，接收信号经过第三SPDT传输到端口3，端口1到端口3的通道，经过耦合器，再放大后送入检波器，得到检波电压，经过比较器后输出高低电平信号，传送给端口4。本实用新型可以实现快速收发双向通道切换，尤其适用于宽频带4G TD‑LTE及TD‑LTE‑A双向信道模拟器，5G TDD双向信道模拟器，以及其他TDD宽频带双向收发的信道模拟。

Description

一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置

技术领域

本实用新型涉及一种隔离装置，具体是一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置。

背景技术

目前，TD-LTE及TD-LTE-Advanced是4G主流无线通信技术。随着MIMO技术的演进，无线通信变得越来越复杂。无线信道是复杂多变信号的物理通道，存在着多径衰落、噪声等影响通信性能的不利因素，而这些都是通信系统研究必须重点考虑的问题。信道模拟器对无线信道有较好的近似模拟效果，可大大的缩短研发周期，减少基站与终端外场的测试。随着大规模多天线和高频技术的应用，5G信道模拟将成为5G基站和终端测试的重要工具，但实现难度也更大。在信道模拟器的系统中，射频部分包括了发射机和接收机。传统的信道模拟器发射机和接收机是分开的，包含两个端口：输入口及输出口。见图1。

从专利[201410263448.7]及专利[201410189336.7]可以看出，传统信道模拟器中的发射机频率范围0.4～6GHz，功率范围-120～-10dBm；接收机频率范围0.4～6GHz，功率范围-50～+15dBm。

MIMO信道模拟器技术正从单向往双向演进。单向信道模拟的天线端口只能工作于收或发中的一种，不能同时进行收发，实际每个端口要么连接射频发射通道，要么连接射频接收通道。单向信道模拟用于移动通信系统测试时，只支持下行或只支持上行，如果要同时支持上下行交互，只能再增加一台信道模拟器。图2中展示了下行测试，从基站发射信号，经过信道模拟机，终端接收信号。双向信道模拟的射频端口连接了接收和发射通道，可以同时进行上下行测试，具有明显的技术优势和应用价值。

如果想要实现双向测试，即信道模拟器支持基站和终端均可以发射或接收信号，则必须外接环行器，否则无法满足基站与终端的双向测试，如图3所示。而一般的环行器，使用频带都比较窄，且隔离度也不是很高。这就大大的限制了信道模拟器的使用灵活性，增加了测试时间，同时也意味着信道模拟器的性能指标的降低。普通的环行器，如2.5～2.7GHz，隔离度约25dB，这就意味着：信道模拟器只能用2.5～2.7GHz，如需使用信道模拟器测试其他频点，则需要更换环行器，给测试带来了极大的不方便性；同时，当发射机发射-10dBm信号时，接收机最小可接收的信号被牵制在，<-35dBm的信号则完全被发射信号干扰，接收机无法分辨接收到的哪个才是真正的有用的信号。

如果使用频带宽的环行器，如2～4GHz，则隔离度指标会降低，且价格非常昂贵。即使频带继续加宽，也很难实现0.4～6GHz全频段范围。

可见，传统的信道模拟器，测试起来比较麻烦，且无法满足双向测试，受外接环行器的影响，频带被限制的非常窄，接收功率和发射功率无法满量程，无法实现真正意义上的大动态范围。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，包括第一SPDT和耦合器，端口1通过第一SPDT，切换发射信号和接收信号，发射信号经过第二SPDT传输到端口2，接收信号经过第三SPDT传输到端口3，端口1到端口3的通道，经过耦合器，再放大后送入检波器，得到检波电压，经过比较器后输出高低电平信号，传送给端口4。

作为本实用新型进一步的方案：端口1为双向端口。

作为本实用新型进一步的方案：端口2为发射端口。

作为本实用新型进一步的方案：端口3为接收端口。

作为本实用新型再进一步的方案：端口4输出高低电平信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可以实现快速收发双向通道切换，尤其适用于宽频带4G TD-LTE及TD-LTE-A双向信道模拟器，5G TDD双向信道模拟器，以及其他TDD宽频带双向收发的信道模拟。

附图说明

图1为传统信道模拟器的框图。

图2为单向信道模拟器用于测试时的连接方法。

图3为传统信道模拟器用于双向测试的连接方法。

图4为采用本实用新型实现的双向信道模拟器。

图5为本实用新型装置的电路图。

图6是利用本实用新型装置实现4G及5G TDD双向控制切换的电路图。

图7是利用本实用新型装置实现的4G及5G TDD双向信道模拟器电路图。

图8是本实用新型装置的具体实施框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1～8，本实用新型实施例中，一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，端口1为公共端口，可传输发射信号和接收信号；端口2传输发射信号，端口3传输接收信号，端口4为高低电平信号。端口1通过射频单刀双掷开关(对应第一 SPDT)，切换发射信号和接收信号，发射信号经过第二SPDT传输到端口2，接收信号经过第三SPDT传输到端口3。接收通道，即端口1到端口3的通道，经过一个耦合器，再放大后送入检波器，得到检波电压，经过比较器后输出高低电平信号，传送给端口4。

本实用新型提供了一种基于4G及5G TDD信道模拟器的双向自动收发隔离的装置。4G 及5G TDD为时分通信，通信协议中规定了，上行时基站只接收信号不发送信号，下行时基站只发射信号不接收信号。对终端而言，上行时只发射信号，下行时只接收信号。利用 4G及5G TDD的时分特性，本实用新型找到了信道模拟器双向通信自动控制的切换方法。利用本实用新型装置可实现4G及5G TDD双向信道模拟器，且不影响频带0.4～6GHz，以及全频带-50～+15dBm接收动态。见图4。

本实用新型中采用SPDT，而不是环行器。SPDT很容易实现0.4～6GHz全带覆盖，且隔离度也很高，一般都能达到50dB以上，而且价格非常便宜。采用SPDT，可以实现用简单低成本的电路代替信道模拟器双向测试的环行器，而且真正意义上实现宽频带，大动态双向测试。

本实用新型中采用多级SPDT，主要用于发射信号和接收信号的隔离，为满足大动态范围接收。一般满足0.4～6GHz的SPDT的隔离度，最差都能达到30dB以上。当发射机发射最大信号-10dBm时，漏到接收端的信号也已经被隔离了90dB，漏到接收端的信号很小，也就是说接收端最小的信号，理论上可以达到-10-90＝-100dBm，远远满足最低-50dBm输入。

利用两组本实用新型装置，就可以实现TD-LTE信道模拟器收发双向信号的切换。

初始状态下，两组本实用新型的SPDT默认为打开接收通道。当基站发射信号、终端接收信号的时候，经过本实用新型第一组接收通道的耦合器耦合到一定的功率，放大后送入检波器就得到相应的检波电压，将比较器的电压置为略小于全功率范围-50～+15dBm对应的检波电压的最小电压，经过比较器后，则得到固定的高电平。(或将比较器的电压置为略大于全功率范围对应的检波电压的最大电压，则得到固定的低电平)。同时，本实用新型第二组的接收通道，由于检测不到信号，则端口4输出固定的低电平。

同样，当基站接收信号、终端发射信号时，本实用新型中第一组接收通道的检波器检测不到信号，经过比较器则输出固定的低电平；第二组的接收通道检测到信号，端口4输出固定的高电平。

假设本实用新型的SPDT，低电平“低电对应打开接收通道，高电平“应打对应打开发射通道。记两组本实用新型中端口4的输出分别为Y1、Y2，SPDT对应的控制信号为SW1、SW2。具体控制逻辑见以下真值表。可见，真值表关系非常简单，SW1＝Y2，SW2＝Y1。这就表明了电路非常简单易于实现。

注：*1，错误状态，4G及5G TDD理论上不会出现该状态。即使出现该错误，也会由于检波器检测不到信号而回到初始状态。

对于信道模拟器而言，初始状态为待使用状态，两组端口1均处在接收状态，发射通道处于关断状态。当第一组的端口1接收到信号，检波后Y1输出1，则将第二组的SW2置为“1”，SPDT自动切换到发射通道；同理，第二组端口1检测到信号后，SW1也会受Y2 控制为“1”。如果用户误操作，将两个发射信号同时连接到两组端口1，由于检波机制，对应的两组开关都被切换到发射通道，此时，接收通道均检测不到信号了，则又回到初始状态，等待接收信号。

4G及5G TDD通信协议中规定，上行和下行之间会有保护间隙，约几ms。而本实用新型中从检测到信号，到比较器正常切换高低电平，只需要＜100us，远远能满足控制切换要求。保证了实现4G及5G TDD双向信道模拟器的可行性。

公共端口1为双向端口，即可以发射信号，也可以接收信号，端口2为发射端口，端口3为接收端口，端口4为逻辑高低电平，SW为3个SPDT的控制信号，受第二组本实用新型的端口4控制，初始状态为“0”，即为打开接收通道，关闭发射通道。

端口1至端口2，为发射通道。通道中有两个SPDT，由于初始状态为打开接收通道，关闭发射通道，从电路框图中可以看出，与端口1连接的SPDT在接收通道，与端口2连接的SPDT处在关断的状态，便于增加隔离度。当打开发射通道时，通路中的两个SPDT，插损也很小，每个SPDT约1dB，两个SPDT则2dB插损，对发射通道的-120～-10dBm的影响很小。

端口1至端口3，为接收通道。通道中有两个SPDT，一个宽带定向耦合器。两个SPDT的用途与发射通道的相同。宽带定向耦合器可以实现在对主通道影响较小状态下，耦合一部分功率给第三个通道(端口1至端口4)。

端口1至端口4，耦合器耦合出的小功率，经过宽带射频放大器放大到检波器的输入功率范围，信号经过检波后得到相应的电压，再经过比较器则可以得到固定的高低电平。

电路验证过程如下：

1.发射通路：端口2射通端口1

端口2输入0.4～6GHz，-120～-10dBm的输入信号，在端口1测试，当SW置为“为“1”，打开发射通路时，全频带插损在3dB以内；当SW置为“0”，关断发射通路时，全频带隔离度大于-80dB。

2.接收通路：端口1收通端口3

端口1接收0.4～6GHz，-50～+15dBm的输入信号，在端口3测试，当SW置为“0”，打开接收通路时，全频带插损在4dB以内；当SW置为“1”，关断接收通路时，全频带隔离度大于-80dB。

3.隔离通路：端口2离通端口3

端口2发射0.4～6GHz，-10dBm，即发射每个频点的最强信号，在端口3测试接收到的信号幅度。该幅度要求小于-50dBm，以满足两个端口的隔离40dB。

全频带测试后，最差的隔离度在6GHz，隔离度达到85dB，完全满足隔离要求。

4.检波通路：端口1波通端口4

端口1接收0.4～6GHz，-50～+15dBm的输入信号，在端口4测试，端口1从有信号到无信号，端口4是否可以产生从低电平到高电平的上升沿，以及上升沿的时间；端口1 从无信号到有信号，端口4是否可以产生从高电平到低电平的下降沿，以及下降沿的时间。切换频率及功率，满频带满动态测试。

经测试全频带、全动态都可以实现上升沿及下降沿。图8展示了6GHz、-50dBm对应的上升沿及下降沿。切换时间见下表。可见上升沿和下降沿不超过55us。

在4G及5G TDD信道模拟器中，收发通道切换时间包括触发沿的时间、检波时间、SPDT 切换的时间等等。但其余时间均为ns数量级，通道切换时间主要由上升沿/下降沿决定。远远满足了4G及5G TDD信道模拟器通信中上下行切换时间。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，包括第一SPDT和耦合器，其特征在于，端口1通过第一SPDT，切换发射信号和接收信号，发射信号经过第二SPDT传输到端口2，接收信号经过第三SPDT传输到端口3，端口1到端口3的通道，经过耦合器，再放大后送入检波器，得到检波电压，经过比较器后输出高低电平信号，传送给端口4。

2.根据权利要求1所述的实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，其特征在于，端口1至端口2，为发射通道。

3.根据权利要求1所述的实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，其特征在于，端口1至端口3，为接收通道。

4.根据权利要求1所述的实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，其特征在于，端口3为接收端口。

5.根据权利要求1所述的实现4G及5G TDD双向信道模拟器自动收发隔离的装置，其特征在于，端口4输出高低电平信号。