專(zhuān)利名稱：模塊化寬范圍收發(fā)器的制作方法
背景技術(shù)：
人類(lèi)對(duì)通信的需求是無(wú)止境的。這種需求刺激了各種通信技術(shù)的發(fā)展，包括電信和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)形式的有線技術(shù)，和蜂窩式移動(dòng)電話、微波和衛(wèi)星系統(tǒng)等無(wú)線技術(shù)。
使所有這些系統(tǒng)一起工作已經(jīng)成為一項(xiàng)艱難的挑戰(zhàn)?；厮莸街挥幸粋€(gè)主要服務(wù)供應(yīng)商——美國(guó)和加拿大的貝爾系統(tǒng)的時(shí)代，在相當(dāng)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)中增加新技術(shù)是相對(duì)簡(jiǎn)單的。在無(wú)線系統(tǒng)中，升級(jí)常常涉及對(duì)已有RF(無(wú)線電頻率)單元的完全的替換。但是，以今天的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，有限的單元數(shù)量和固定的收發(fā)器特性(如，單一的調(diào)制類(lèi)型)，使那時(shí)的遷移遠(yuǎn)比今天容易的多。
今天，如果服務(wù)供應(yīng)商希望在變化的頻率下利用多種調(diào)制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接，典型地，服務(wù)商必須借助冗余設(shè)備來(lái)覆蓋不同形式的通信。例如，傳統(tǒng)上，微波RF單元的主收發(fā)器路徑裝有帶通濾波器，帶通濾波器的帶寬等于或稍大于將要處理的信號(hào)的帶寬。該容量依賴濾波器決定了對(duì)用于導(dǎo)出AGC(自動(dòng)增益控制)環(huán)路控制電壓的接收器路徑的采樣。RSL(接收信號(hào)電平)強(qiáng)度指示也類(lèi)似地導(dǎo)出。由于帶寬可調(diào)的IF(中間頻率)濾波器是昂貴而不成熟的技術(shù)，因此在本發(fā)明之前實(shí)現(xiàn)寬范圍(指多容量、多帶寬、多頻率)微波RF單元的唯一可用的方法需要一組IF帶通濾波器。然而，這種濾波器組，當(dāng)用于許多不同帶寬時(shí)，性價(jià)比并不高。它們?cè)赗F單元中占具非常大的空間，這往往與RF單元小而緊湊的目標(biāo)相違背。
當(dāng)試圖在寬范圍微波收發(fā)器中實(shí)現(xiàn)發(fā)送器路徑時(shí)，一種不同類(lèi)型的問(wèn)題會(huì)產(chǎn)生。為了在微波頻率下達(dá)到一個(gè)寬動(dòng)態(tài)范圍，例如40dB精確功率控制，目前大部分設(shè)計(jì)依賴于開(kāi)環(huán)校準(zhǔn)方法。這些一般地需要RF單元作為一個(gè)整體單元進(jìn)行校準(zhǔn)，從而導(dǎo)致復(fù)雜的整體測(cè)試安裝、成本的增加以及測(cè)試時(shí)間的增加。
在這兩種情況下，目前的設(shè)計(jì)不能充分地解決服務(wù)供應(yīng)商的需求所引發(fā)的問(wèn)題，以便更經(jīng)常地改變網(wǎng)絡(luò)配置。無(wú)論是由技術(shù)進(jìn)步還是不斷變化的客戶需求來(lái)驅(qū)動(dòng)，都需要一個(gè)更加靈活的RF單元設(shè)計(jì)，從而當(dāng)在給定鏈接下實(shí)現(xiàn)新容量/帶寬/頻率技術(shù)的時(shí)候，避免完全的單元替換。
因此，需要一個(gè)更好的微波RF單元設(shè)計(jì)、該設(shè)計(jì)允許以更低的成本實(shí)現(xiàn)高靈活性并且能更容易地實(shí)現(xiàn)多性能準(zhǔn)則(例如，容量、帶寬和/或頻率)，同時(shí)能夠滿足各種所選通信類(lèi)型的所有期望的和要求的規(guī)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種用于寬范圍微波通信的方法、設(shè)備和處理器指令。在一個(gè)示范實(shí)例中，一個(gè)寬范圍收發(fā)器具有包括IF無(wú)線電處理卡、RF發(fā)送器模塊和RF接收器模塊的預(yù)校準(zhǔn)模塊化單元。校準(zhǔn)系數(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中被加載到每個(gè)模塊的存儲(chǔ)器(如EEPROM)中。某種附加的校準(zhǔn)系數(shù)也可以在安裝和使用過(guò)程中被加載，例如連接RF單元和遠(yuǎn)程SPU(信號(hào)處理單元)的電纜的類(lèi)型和長(zhǎng)度的一次校準(zhǔn)。RF單元的處理器響應(yīng)于表示所期望的發(fā)送器和接收器配置的控制信號(hào)(如，特定頻率、帶寬和調(diào)制)，根據(jù)來(lái)自可應(yīng)用的模塊的預(yù)定的校準(zhǔn)系數(shù)，來(lái)衰減在發(fā)送器/接收器路徑上的信號(hào)。如果需要為新的收發(fā)器配置進(jìn)行不能單獨(dú)通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的改變，新的模塊可以容易地插入，而不需要進(jìn)行昂貴的RF單元的替換。一種用于高效率地、經(jīng)濟(jì)地校準(zhǔn)模塊的方法也已公開(kāi)。


被認(rèn)為是本發(fā)明的特征的新的特點(diǎn)在附隨的權(quán)利要求中已經(jīng)進(jìn)行了限定。然而，本發(fā)明本身以及特定目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)參考下面結(jié)合附圖閱讀的、對(duì)示意性的、當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例的具體描述而變得更加清楚，其中圖1是本發(fā)明構(gòu)成其一部分的示例通信系統(tǒng)的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的RF單元的實(shí)例的方框圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的第一IF(中間頻率)模塊；圖4A和4B分別示出了圖3的IF模塊的發(fā)送和接收路徑；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的RF發(fā)送模塊；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的RF接收模塊；圖7A和7B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的用于控制發(fā)送路徑設(shè)置的算法的流程圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的用于控制接收路徑設(shè)置的算法的流程圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)例的校準(zhǔn)系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的新的改進(jìn)克服了以上所描述的現(xiàn)有系統(tǒng)的限制，這些改進(jìn)通過(guò)以下的優(yōu)選實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)的描述。在本實(shí)例中，通常的發(fā)送路徑和接收路徑設(shè)計(jì)以模塊化形式實(shí)現(xiàn)。除了通常的設(shè)計(jì)，通過(guò)使用調(diào)制指數(shù)和組合調(diào)制/容量校正系數(shù)，各種調(diào)制(例如，OPSK，256QAM)、容量(例如，2Tl，STM1)和帶寬可以被收發(fā)，而不需要借助冗余的或昂貴的電路。這種改進(jìn)也允許預(yù)制模塊(pre-module)室溫校準(zhǔn)過(guò)程，這種校準(zhǔn)過(guò)程在標(biāo)準(zhǔn)模塊生產(chǎn)過(guò)程中執(zhí)行，其極大地降低了每個(gè)單元的生產(chǎn)成本以及工廠測(cè)試成本。并且，通過(guò)恰當(dāng)?shù)胤胖盟p器、檢測(cè)器、濾波器以及軟件控制和校正機(jī)構(gòu)，所公開(kāi)的實(shí)例可以在一個(gè)頻率非常寬的范圍內(nèi)(40dB的精確功率控制下從3至40GHz或更高)表現(xiàn)相同性能。
現(xiàn)在參考附圖，特別是圖1，一個(gè)通信系統(tǒng)的圖解式的說(shuō)明。在該圖中，根據(jù)本發(fā)明的當(dāng)前特定優(yōu)選實(shí)施例，示出了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的通信系統(tǒng)。該特定實(shí)例是許多微波中繼設(shè)計(jì)的代表，其中特定的組件以及功能件封裝在一個(gè)露天的單元(或者ODU 120)中，而其它的組件則遠(yuǎn)程地保存在更為保護(hù)性的環(huán)境中(參見(jiàn)IDU，或室內(nèi)單元110)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的特定無(wú)線系統(tǒng)，本發(fā)明可以連同各種其它配置一起被容易地實(shí)現(xiàn)。特別地，雖然下述的實(shí)例在微波傳輸系統(tǒng)環(huán)境中描述了本發(fā)明，然而本發(fā)明可以在基本上任何微波/毫米波頻率的無(wú)線系統(tǒng)，包括更加集成的單室內(nèi)系統(tǒng)，以及信號(hào)處理和無(wú)線電處理集中在一個(gè)單元中的系統(tǒng)中有利地實(shí)現(xiàn)。
在圖1中描述的情況下，室內(nèi)單元110是一個(gè)信號(hào)處理單元(SPU)，該單元包括微波通信所需的信號(hào)處理設(shè)備。它使得設(shè)計(jì)者將必須保存在室外單元120中、接近天線125的設(shè)備最小化。在這種情況下，SPU 110包括MUX或者多路復(fù)用單元112，該單元連接到有線網(wǎng)絡(luò)，比如局域網(wǎng)102和PABX 105。根據(jù)所要求的通信的類(lèi)型，室內(nèi)單元110還包括其它的必須的和/或可選的組件，如調(diào)制解調(diào)器/電源111、輔助單元114和控制器113。
SPU/室內(nèi)單元110通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞?，例如RG8同軸電纜連接到RF/室外單元120。RFU 110包括IF和RF組件(后面有更詳細(xì)的描述)，用于將來(lái)自SPU的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)挠脕?lái)通過(guò)天線125發(fā)送的無(wú)線信號(hào)。天線125利用其它的遠(yuǎn)程天線，例如126來(lái)接收/發(fā)送無(wú)線信號(hào)，所述天線126通過(guò)本地RF/信號(hào)處理設(shè)備130連接到另一網(wǎng)絡(luò)140。
1.RF單元綜述圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的模塊化RFU 120的實(shí)例。這里只闡述該電路的一部分，各個(gè)模塊更為詳細(xì)的描述將在下面結(jié)合圖3到6來(lái)提供。這里，RFU 120便利地被構(gòu)造為6個(gè)模塊，每一個(gè)都能夠獨(dú)立地制造和迅速安裝或從一個(gè)給定的RFU替換。這六個(gè)模塊為IF/RPC(無(wú)線電處理卡)200(在圖4A和4B中示出)、發(fā)送器單片微波IC(Tx MMIC)模塊300(也在圖5中示出)、接收器單片微波IC(RxMMIC)模塊400(也在圖6中示出)、合成模塊500、大功率放大器(HPA)模塊510、天線耦合單元(ACU)天線共用模塊520。如上所述，這是一個(gè)示意性實(shí)例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，可以使用各種不同的可選配置，包括高度集成或者那些使用離散組件(即，不僅是IC)的配置，以及代表從單個(gè)芯片到復(fù)合卡(multi-card)的子系統(tǒng)或一系列共同作用的單元的“模塊”；那些具有直接連接(無(wú)電纜)的配置，以及那些SPU和RPU(以及其它的處理/網(wǎng)絡(luò))功能集成在一個(gè)單元中的配置。
當(dāng)發(fā)送信號(hào)時(shí)，信號(hào)信息通過(guò)電纜從IDU 110接收。這個(gè)信號(hào)信息包括通過(guò)天線125被發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)，以及所需的特定控制和遙感信息?？刂菩畔⒖梢园ǎ?，對(duì)處理器(CPU 208)的指令，用于基于對(duì)給定的數(shù)據(jù)信號(hào)所需的特定頻率和調(diào)制形式，來(lái)控制模塊設(shè)置。遙感信息還包括特定功率和警報(bào)狀態(tài)信息。數(shù)據(jù)信號(hào)沿著RPC模塊200和Tx MMIC模塊300的傳輸路徑被恰當(dāng)?shù)貫V波和放大。合成模塊沿著傳輸路徑提供一個(gè)適當(dāng)?shù)木植空袷幤?LO)信號(hào)給混頻器225和310。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)纳献冾l(upconverted)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)ACU天線共用器520施加給天線125并被發(fā)送。
一旦接收到了數(shù)據(jù)信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)會(huì)沿著Rx MMIC模塊400和RPC模塊200的接收路徑被恰當(dāng)?shù)貫V波和放大。合成模塊500沿著接收路徑提供一個(gè)恰當(dāng)?shù)谋镜卣袷幤?LO)信號(hào)給混頻器235和410。在下變頻后，數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)電纜轉(zhuǎn)發(fā)至IDU/SPU 110來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。
雖然作為雙轉(zhuǎn)換收發(fā)器示出了圖2中的實(shí)例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易地知道，對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而言其它設(shè)計(jì)也同樣可用。所選擇的實(shí)現(xiàn)將取決于設(shè)計(jì)方案。
圖3描述了IF/RPC模塊200中的組件的可能的配置的卡級(jí)(card-level)視圖。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊化方法，具有其它模塊的IF/RPC 200組件和外部電纜之間的接口使用快速連接電纜和引線。開(kāi)始于對(duì)來(lái)自IDU/SPU 110的電纜的連接，一個(gè)連接器，例如N型適配器J1可以用于連接電纜到電纜接口201或者連接電纜到模塊200中。其它到電纜接口的連接器可以用于其它的信號(hào)，例如通過(guò)J7的正常/故障LED電源和通過(guò)J2的AGC(自動(dòng)增益控制)信息。在第一頻率(如310MHz)上，來(lái)自SPU的數(shù)據(jù)信號(hào)被提供給Tx IF電路204。Tx IF電路通過(guò)SMA連接器J3接收一個(gè)LO信號(hào)，并且利用通過(guò)無(wú)線電處理卡202施加的合適的處理，通過(guò)連接器J4，輸出IF信號(hào)到Tx MMIC模塊300。電纜接口201還耦合到DC電源209和開(kāi)/關(guān)遙感電路207，209為模塊組件提供各種設(shè)計(jì)的電壓，207進(jìn)一步控制RPC 202。
在接收電路中，通過(guò)J5為Rx IF電路203提供與Rx MMIC模塊400的恰當(dāng)相連，并且通過(guò)J6提供接收IF LO信號(hào)。Rx IF電路203類(lèi)似地耦合到RPC 202，其輸出依次連接到電纜接口201。
各種其它的模塊連接通過(guò)引線，例如P1到P9來(lái)提供。在示意性實(shí)例中，允許的功能類(lèi)型包括P1—到Tx上變頻轉(zhuǎn)換器的連接；P2—到Rx下變頻轉(zhuǎn)換器的連接；P3—到合成模塊500的連接；P4—到HPA510的控制連接；P5—與模塊的光學(xué)ID(圖4B中的242)的連接。P6—與模塊的EEPROM 250的連接；P7—到MHSB(監(jiān)控?zé)醾溆?開(kāi)關(guān)的連接；P8和P9-RF回送開(kāi)關(guān)(Tx和Rx)。當(dāng)然，根據(jù)對(duì)所期望的特殊功能的設(shè)計(jì)選擇，相當(dāng)多的連接和連接器類(lèi)型也可以使用。
2.發(fā)送路徑現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4A，示出了對(duì)IF/RPC模塊200的發(fā)送路徑更詳細(xì)的描述。如上所述，電纜205連接到RPC模塊200并提供數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)到RFU 120?？刂菩盘?hào)被提供給遙感單元207，并進(jìn)一步地應(yīng)用于在CPU 208中的例程處理。當(dāng)實(shí)現(xiàn)這些實(shí)例時(shí)被執(zhí)行的例程，或者作為操作系統(tǒng)的一部分、或者作為一個(gè)特定的應(yīng)用、組件、程序、對(duì)象、模塊或者指令隊(duì)列，被稱為CPU程序，或者簡(jiǎn)稱程序。典型地，這些程序包括在不同的時(shí)間駐留于與CPU208連接的不同存儲(chǔ)器或者存儲(chǔ)設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)指令，并且當(dāng)被一個(gè)或者多個(gè)處理器讀取或者執(zhí)行時(shí)，使系統(tǒng)執(zhí)行包括本發(fā)明的各個(gè)方面的步驟或元素所需的步驟。當(dāng)然，根據(jù)RFU 120所支持的所需應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求，CPU 208可以是任何處理器類(lèi)型。
IF發(fā)送路徑包括多個(gè)衰減器，這些衰減器用于精確地設(shè)定傳輸特征，以便遞送所需要的輸出RF信號(hào)。這些衰減器中的兩個(gè)，AT1(211)和AT4(214)，為數(shù)字衰減器。鑒于這些二極管所產(chǎn)生的高線性性質(zhì)，而且不存在與替換物，如各種增益衰減器、FET二極管及其它相關(guān)聯(lián)的費(fèi)用和性能問(wèn)題，目前優(yōu)選的衰減器應(yīng)該包括高P1DB引線二極管。剩余的衰減器優(yōu)選地通過(guò)模擬方法來(lái)應(yīng)用。因此，在雙衰減器的實(shí)現(xiàn)中，兩個(gè)DAC(數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器)、AT2(212)和AT3(213)用來(lái)對(duì)引線二極管施加偏壓，來(lái)控制阻抗值以改變RF信號(hào)電平。
在操作中，四個(gè)衰減器的作用如下所述。第一數(shù)字衰減器AT1(211)在AGC(自動(dòng)增益控制)電路220的閉環(huán)操作中起作用。不像其它的衰減器，AT1不需要在操作過(guò)程中被調(diào)節(jié)，但是需要在初始化(例如，通電)操作中一次性地進(jìn)行設(shè)置。其目的是為了補(bǔ)償由(未知的)在SPU 110和RFU 120之間電纜長(zhǎng)度引起的輸出功率的變化。第二數(shù)字衰減器，AT4(214)用來(lái)調(diào)制指數(shù)補(bǔ)償。其可根據(jù)不同的調(diào)制設(shè)置可被編程，它用來(lái)保持所有可選調(diào)制的發(fā)送器路徑的線性操作。衰減器AT2和AT3(212、213)與衰減器AT5(315)、IF檢測(cè)器307、RF檢測(cè)器320、和以下在圖5中討論的所有的Tx MMIC模塊一起在閉環(huán)方式中起作用。這些衰減器212、213、315與檢測(cè)器307、320一起提供各種功率下的閉環(huán)控制，和對(duì)任何頻率、調(diào)制、容量、溫度或者單元與單元之間變化的進(jìn)行補(bǔ)償。
下面參照?qǐng)D5，Tx MMIC模塊300利用功率檢測(cè)器307檢測(cè)到模塊300的IF輸入。在示出的例子中，來(lái)自功率分離器305的IF輸入被施加給多重區(qū)段(multi-section)帶通濾波器(BPF 306)，帶通濾波器拒絕通過(guò)混頻器310的任何LO泄漏和可能影響功率檢測(cè)器307的IF“刺”(spur)。這允許一個(gè)寬范圍的操作，例如從+5dBm到-32dBm。在通過(guò)混頻器310上變頻后，發(fā)送信號(hào)在AT5 312處進(jìn)一步衰減。最后，檢測(cè)器320的作用是提供高和低增益RF輸出檢測(cè)。例如，利用OPSK調(diào)制(例如，在10dB范圍內(nèi))的低增益檢測(cè)將是合適的，而高增益對(duì)高容量調(diào)制，如128 QAM(如，在10dB范圍內(nèi))將是合適的。以合適的尺寸/格式(例如，本例中的8位信號(hào))，兩個(gè)檢測(cè)器306、320的輸出提供給RPC 202 ADC，而AT5 325輸入控制來(lái)自于RPC 202 DAC。
3.發(fā)送路徑的操作在操作中，由于該實(shí)例使用雙上變頻，來(lái)自SPU 110的IF信號(hào)(例如310MHZ)，首先在混頻器210(如，在2-3GHz范圍內(nèi))處升頻至第二IF頻率。數(shù)據(jù)信號(hào)在混頻器310處被再一次上變頻至所需的RF輸出頻率(例如，在范圍6-40GHz的某處)。在遙感單元207/CPU 208處接收的控制信號(hào)，用來(lái)為輸出RF信號(hào)的所需頻率和調(diào)制，可編程地調(diào)節(jié)發(fā)送路徑設(shè)置。
在初始化/接通電源時(shí)，由于RF電纜長(zhǎng)度不同，AT1 211和AGC220的閉環(huán)(cloosed leveling loop)用來(lái)計(jì)量在Tx IF信號(hào)電平中的變化。AGC 211適合于調(diào)節(jié)AT1 211衰減器和開(kāi)關(guān)放大器增益以驅(qū)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的電壓檢測(cè)器到達(dá)目標(biāo)參考值(例如2V)。如果Tx IF檢測(cè)器電壓水平落到這些閾值之外，高和低報(bào)警閾值可用來(lái)觸發(fā)報(bào)警。例如，為測(cè)試和調(diào)試的目的，手動(dòng)模式也可以被提供以控制衰減器。
利用通過(guò)發(fā)送功率控制程序應(yīng)用的存儲(chǔ)值(例如，存儲(chǔ)于EEPROM 250、350中的校準(zhǔn)表值)完成發(fā)送功率控制過(guò)程。在優(yōu)選的過(guò)程中，該程序是一個(gè)使用頻率、動(dòng)態(tài)范圍和溫度的當(dāng)前值以及IF/RPC和Tx MMIC模塊200和300的所存儲(chǔ)的校準(zhǔn)值來(lái)執(zhí)行內(nèi)插過(guò)程，以運(yùn)行功率控制算法。由于嚴(yán)格的調(diào)節(jié)要求，對(duì)輸出功率設(shè)置進(jìn)行嚴(yán)格地控制，最好能夠達(dá)到最大值0.5dB/10ms和溫度傳感器大約每2秒鐘進(jìn)行刷新。
Tx MMIC和IF模塊的存儲(chǔ)器250、350優(yōu)選地存儲(chǔ)校準(zhǔn)表，該校準(zhǔn)表包含支持整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍(例如，OPSK為40dB，其中在RF路徑上達(dá)到8dB并且IF路徑上達(dá)到32dB，以每步遞增(1dB))的全部發(fā)送功率衰減值。校準(zhǔn)表包含衰減器控制電壓(DAC值)，該電壓是在表的相應(yīng)頻率下，獲得相關(guān)的功率輸出電平所必需的。Tx MMIC模塊300校準(zhǔn)表還包含IF和PA檢測(cè)器306、320電壓值(ADC值)，該電壓值在校準(zhǔn)過(guò)程中獲取，并存儲(chǔ)在EEPROM 350中。輸出功率穩(wěn)定性通過(guò)輸出功率限制窗保持，它是一個(gè)從RF/IF檢測(cè)器曲線中動(dòng)態(tài)地計(jì)算得到的一個(gè)值并保持在整個(gè)RF/IF檢測(cè)器范圍內(nèi)的固定的范圍內(nèi)(例如，+/-0.5dB)。因此該窗口是一個(gè)輸出功率和依賴于單位的數(shù)字。
發(fā)送功率控制過(guò)程優(yōu)選地在限制當(dāng)前RFU 200內(nèi)部溫度的兩個(gè)溫度臺(tái)階之間實(shí)現(xiàn)。然后根據(jù)當(dāng)前RFU 200溫度相對(duì)于邊界(存儲(chǔ)的/校準(zhǔn)的)的溫度臺(tái)階的內(nèi)插操作對(duì)結(jié)果衰減器控制電壓進(jìn)行內(nèi)插。計(jì)算出的控制電壓在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍、調(diào)制、容量、頻率和溫度上進(jìn)行補(bǔ)償，該控制電壓用于驅(qū)動(dòng)Tx PA(功率放大器318、表示為單級(jí)但實(shí)際上可能為多級(jí))來(lái)達(dá)到目標(biāo)輸出功率。該插值過(guò)程優(yōu)選地以頻率間隔時(shí)間(例如，每2秒)，或者頻率有任何改變的時(shí)候，或者Tx PA 318電平需要改變時(shí)執(zhí)行。
例如，對(duì)于給定的特定調(diào)制(例如，128QAM)和檢測(cè)溫度(通過(guò)傳感器244)，存儲(chǔ)于EEPROM 250中的適當(dāng)?shù)目刂浦涤脕?lái)設(shè)置AT4 214到一個(gè)適當(dāng)?shù)恼{(diào)制指數(shù)補(bǔ)償值。該補(bǔ)償值在校準(zhǔn)過(guò)程中被預(yù)先確定(例如，OPSK為2dB，而256QAM為低至10dB)。而后，衰減器212、213和315在IF和RF檢測(cè)器306、320的閉環(huán)方式中共同操作來(lái)提供所需的動(dòng)態(tài)范圍。為了使發(fā)出的噪音最小化，優(yōu)選地將這樣設(shè)置衰減器，從AT5 315開(kāi)始，遞增到其最大值(例如，從0到18dB)，然后添加AT 3 213遞增到其最大值(例如，從0到15dB)，之后按照需要添加AT2 212增加至最大值(如，從0到30dB)，來(lái)達(dá)到所需的整個(gè)范圍(例如，40dB)。當(dāng)移除衰減時(shí)，使用逆向過(guò)程，例如，先對(duì)AT2 212調(diào)零，然后AT3 213，最后遞減的調(diào)節(jié)AT5 315。AT5 315的初始/最小值設(shè)置優(yōu)選地是在整個(gè)所需的RF級(jí)衰減中的一個(gè)固定值(例如，4+8dB)，來(lái)避免RF PA 318的過(guò)驅(qū)動(dòng)。
發(fā)送控制算法在圖7A-7B的示例流程圖中進(jìn)一步示出。在第一次激活發(fā)送信號(hào)(例如，一個(gè)處理定時(shí)時(shí)鐘敲擊)時(shí)，計(jì)算需要的功率電平并且在沒(méi)有放大的情況下，將其與RF檢測(cè)器320的范圍相比較(步驟701-705)。如果功率電平分別在高或低范圍內(nèi)，RF檢測(cè)器電路的高增益開(kāi)關(guān)分別設(shè)置為高或低(步驟701到709)。之后使用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)器表(用于AGC檢測(cè)器或RF檢測(cè)器)來(lái)計(jì)算目標(biāo)ADC最小值和最大值，并且乘以在校準(zhǔn)過(guò)程中存儲(chǔ)的容量/調(diào)制校正系數(shù)。之后，在檢測(cè)器處測(cè)量的ADC值與目標(biāo)最小/最大值相比較，(步驟721-727)。如果目標(biāo)值在窗口中，可以以單值增量對(duì)實(shí)際目標(biāo)值應(yīng)用一個(gè)松的或其它慢速收斂原理(步驟759)。否則，從AT5、AT3和AT2朝著目標(biāo)衰減設(shè)置遞增地施加或移除衰減(步驟733到755)。
為遠(yuǎn)程、測(cè)試或調(diào)試目的，發(fā)送操作可以類(lèi)似地支持手動(dòng)模式。其它選擇，例如消音操作(例如，在頻率改變以允許合成器500進(jìn)行調(diào)節(jié)后，在達(dá)到100msec.時(shí)有用)也可以通過(guò)控制算法自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。
通過(guò)使用預(yù)校準(zhǔn)模塊200、300和本地存儲(chǔ)器250、350、溫度傳感器244和處理器208算法，本實(shí)例實(shí)現(xiàn)了一個(gè)全部軟件可編程的、公共路徑、調(diào)制和容量獨(dú)立的寬范圍發(fā)送器。因此，在示出的實(shí)例中，可以在單個(gè)模塊化室外收發(fā)器中，在寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)(例如40db，每節(jié)距1dB)、給定頻帶內(nèi)的寬的頻率范圍(即，37-40GHz)、變化的調(diào)制(例如，QPSK到256QAM)和容量(例如，1.5Mb/s(T1)到180Mb/s(4DS3))，以及寬的操作溫度范圍(例如，-33C到+55C)內(nèi)，令發(fā)送器滿足嚴(yán)格的功率控制需求(例如，+/-1dB)。
另外，通過(guò)使用如上所述的IF和RF檢測(cè)器、衰減器和EEPROM，這種改進(jìn)的發(fā)送器設(shè)計(jì)支持模塊級(jí)校準(zhǔn)。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)非常重要，因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)使制造商避免了傳統(tǒng)的超溫度、超頻率、超出動(dòng)態(tài)范圍以及整個(gè)RF單元校準(zhǔn)方法所引發(fā)的成本。這種設(shè)計(jì)造成減少的校準(zhǔn)次數(shù)，測(cè)試/生產(chǎn)/制造成本，和測(cè)試/生產(chǎn)所需的成本投資。
4.接收路徑和操作。
RFU 120的接收路徑在圖4B和6中進(jìn)行了解釋。在優(yōu)選實(shí)現(xiàn)方式中，不僅發(fā)送而且接收IF路徑和RPC組件有利地置于同一模塊中，雖然它們也可以在多模塊中實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)用公共路徑的、模塊化的、寬范圍微波接收器是在寬帶IF信號(hào)中出現(xiàn)的帶內(nèi)干擾。這種現(xiàn)象會(huì)出現(xiàn)，例如，由于有這樣的規(guī)則需求，即，系統(tǒng)需要在一個(gè)固定數(shù)量的信道中滿足干擾需求(例如，-30dB C/I<載波干擾比>)。設(shè)計(jì)了RFU來(lái)解決僅一個(gè)40MHZ的信道可能有所設(shè)計(jì)的濾波器來(lái)處理相鄰的信道干擾。然而，如果相同的接收路徑必須處理一個(gè)3.5MHz的信道，由于較大的濾波帶寬，干擾會(huì)落到帶內(nèi)。這種問(wèn)題可以通過(guò)借助一個(gè)變帶寬濾波器或者濾波器組來(lái)解決，但是由于使用它們帶來(lái)的相應(yīng)的尺寸和費(fèi)用的增加，因此這些當(dāng)中沒(méi)一個(gè)可以提供滿意的方案。
然而，在圖4B和6中公開(kāi)的接收路徑，使這樣一個(gè)寬范圍的公共路徑可以不借助過(guò)濾器組或者變帶寬解決方案。該解決方案通過(guò)下述濾波器、衰減器和AGC和RSL(接收到的信號(hào)電平)、檢測(cè)器的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了這種功能。
返回圖6，一個(gè)接收到的信號(hào)首先應(yīng)用于Rx MMIC模塊400的Rx RF輸入。由于傳輸路徑上各種干擾和其它的現(xiàn)象(例如，衰落)，收發(fā)器120通常設(shè)計(jì)為取回在一個(gè)寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的信號(hào)(例如，RxRF輸入為-20dBm到95dBm)。但是，下變頻的第二IF信號(hào)，必須在之后的IF階段和SPU 110處理中保持不變，這主要由在IF/RPC 200模塊中的由AGC和衰減器AR1-AE4 231-234形成的閉環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在Rx MMIC模塊400中，接收到的信號(hào)首先被濾波和放大，并通過(guò)混頻器410被下變頻。RF濾波器426必須是寬帶的，典型地充分大于所需的信號(hào)帶寬的最寬值。該寬帶RF濾波器的插入損失小于窄帶RF濾波器，小的插入損失可以帶來(lái)大的系統(tǒng)增益。
如果需要額外的衰減，可以使用一個(gè)可選的衰減器AR6 436，該衰減器與衰減器AR1-AR4 231-234和AGC 230一起工作，來(lái)提供必須的閉環(huán)控制。這種情況可能發(fā)生在，例如，256QAM調(diào)制信號(hào)中，在這種情況下，當(dāng)其它的衰減器已經(jīng)達(dá)到高水平來(lái)提供必須的額外的衰減和線性度時(shí)，AR6被觸發(fā)。AR5 435提供了溫度/頻率補(bǔ)償，該補(bǔ)償獨(dú)立于輸入信號(hào)電平。總而言之，Rx模塊提供了所設(shè)計(jì)的增益(例如，8dB+/-3dB)。如其它的模塊那樣，模塊400所必需的校準(zhǔn)系數(shù)存儲(chǔ)在本地存儲(chǔ)器450中，這個(gè)存儲(chǔ)器可以是各種方便的存儲(chǔ)器的任一種，包括但不僅限于EEPROM。
而后，將第一IF信號(hào)從Rx MMIC模塊傳遞到IF/RPC模塊200。接收路徑部分在主路徑上使用寬帶IF濾波器帶寬，該帶寬選為等于或者稍微大于所有容量下所要求的信號(hào)帶寬(例如，40MHz)。然而，AGC控制電壓使用窄帶通濾波器262從第二IF頻率樣本導(dǎo)出。同樣地，RSL電平檢測(cè)器電路使用窄帶通濾波器248。窄帶RSL濾波器選擇一個(gè)合適的帶寬(例如3.5MHz)，來(lái)對(duì)窄帶寬信號(hào)提供超過(guò)所需的隔離(例如，雙信道C/I在30dB時(shí))的干擾的抑制。通過(guò)使用寬帶濾波器261，當(dāng)無(wú)線電用來(lái)攜帶具有窄信道間隔的信號(hào)，可能有對(duì)相鄰信道干擾信號(hào)有限的拒收(如果有的話)。為克服這種情況，幾個(gè)獨(dú)立控制的衰減器在接收路徑的幾個(gè)階段被使用，并且當(dāng)相鄰的干擾信號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)時(shí)，IF AGC放大器在P1DB壓縮點(diǎn)以下(例如，20dB或者更多)操作。這種方案使得即使在強(qiáng)的相鄰信道干擾信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，也能夠確保所需信號(hào)的所需線性度。
為了保持第二IF信號(hào)電平恒定(例如，在70MHz)，AGC控制環(huán)從第二IF信號(hào)樣本中導(dǎo)出AGC放大器增益控制電壓。該IF信號(hào)可以用單個(gè)、相對(duì)窄的帶寬(例如，3.5MHz)的第二IF帶通濾波器中提取，用于所有的系統(tǒng)配置。因此，只需要一次校準(zhǔn)來(lái)為所有的系統(tǒng)配置提供用于AGC環(huán)的精確控制電壓。該方案通過(guò)為使用調(diào)制，例如從OPSK到256QAM的不同的容量、不同的信道間隔引入不同的校正系數(shù)。因?yàn)閹V波器262消除了所有的相鄰的信道干擾信號(hào)，AGC控制電壓最好設(shè)為與實(shí)際需要的信號(hào)強(qiáng)度成比例，即使在接收路徑上出現(xiàn)強(qiáng)的相鄰干擾信號(hào)情況下。
RSL檢測(cè)電路通過(guò)采樣第一IF信號(hào)(例如，在1GHz到2GHz的范圍內(nèi))獲得RSL指示電壓。來(lái)采用窄帶通濾波器247情況下，該第一IF信號(hào)的采樣進(jìn)一步通過(guò)混頻器246被下變頻到一個(gè)更低的IF頻率(例如，70MHz)。窄帶濾波器(例如，3.5MHz)247的輸出在RSL檢測(cè)器248中進(jìn)一步處理，該RSL檢測(cè)器可以是各種商業(yè)上可用的RSL芯片的任意一種。通過(guò)使用單次校準(zhǔn)以及為每個(gè)不同的所需信號(hào)帶寬和調(diào)制等級(jí)應(yīng)用校正系數(shù)，即使在強(qiáng)的相鄰信道干擾信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，也能獲得一個(gè)精確的RSL電平。
而且，這種軟件控制AGC閉環(huán)和RSL檢測(cè)過(guò)程可以獲得寬帶的、容量獨(dú)立以及調(diào)制獨(dú)立的微波RFU。通過(guò)利用公用路徑，成本被有利地降低。然而，對(duì)于容量范圍從1.5Mb/s(T1)到180Mb/s(4 DS3)以及超出的部分，通過(guò)使用各種授權(quán)信道間隔(例如，從2.5Mhz到56MHz)，該RFU 120仍然可以處理RF/IF信號(hào)。根據(jù)容量和被授權(quán)的信道間隔，使用不同的調(diào)制，范圍從OPSK到256QAM(或者超出)。系統(tǒng)配置也允許所有軟件可編程實(shí)現(xiàn)。
接收控制算法進(jìn)一步的由實(shí)例流程8示出。當(dāng)?shù)谝淮渭せ罱邮招盘?hào)，接收到的信號(hào)功率電平利用RSL檢測(cè)器238被計(jì)算出來(lái)。該用于衰減器AR5 435的值與預(yù)定的/所需要的值相比較(例如，在溫度和頻率影響下發(fā)生變化的情況下)，而且如果該值不同于預(yù)定的值，則該預(yù)定的值作為新的AR5 435的值被施加。如果AR5的值與目標(biāo)值相符，(例如，在一個(gè)1.5dB的目標(biāo)窗之內(nèi))，AGC檢測(cè)器230的值被確定并且與校正的目標(biāo)AGC 230的值相比較，所述校正值通過(guò)AGC 230檢測(cè)電平乘以預(yù)定的容量/調(diào)制校正系數(shù)來(lái)確定(步驟820-825)。如果AGC檢測(cè)器的值不再目標(biāo)窗之內(nèi)，通過(guò)增加衰減來(lái)逐步遞增衰減(例如，以1/2dB為節(jié)距)，優(yōu)選的順序是以AR1、AR2、AR3、AR6和AR4，或者通過(guò)移除節(jié)距值，優(yōu)選地以與增加衰減的順序相反的順序，直到檢測(cè)的值在目標(biāo)窗之內(nèi)(步驟825-830)。
5.校準(zhǔn)過(guò)程不同于現(xiàn)有的校準(zhǔn)過(guò)程，這里描述的方法避免了必須對(duì)無(wú)線電單元作為一個(gè)整體進(jìn)行校準(zhǔn)。本發(fā)明同時(shí)有利地避免了對(duì)每個(gè)單元的超溫度校準(zhǔn)(例如，在校準(zhǔn)范圍內(nèi)，對(duì)每個(gè)溫度增量值校準(zhǔn)整個(gè)RF單元)。由于校準(zhǔn)是在模塊的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，所以避免了整個(gè)無(wú)線電校準(zhǔn)?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)(pilot)和生產(chǎn)采樣校準(zhǔn)，來(lái)避免超溫度校準(zhǔn)。
a.Rx MMIC校準(zhǔn)從Rx MMIC模塊400開(kāi)始，這是最容易校準(zhǔn)的模塊，因?yàn)樾枰?zhǔn)的元件只有衰減器AR5和AR6 435、436。這個(gè)過(guò)程包括在第一頻率和溫度下，從AR6的0dB衰減開(kāi)始1)將RX輸入設(shè)置到所選擇的、具有最小Rx RF衰減(0dB或者DAC為0)的水平上(例如，-30dBm)；2)調(diào)整AR5的值為預(yù)定的總模塊增益值(例如，8dB)，并存儲(chǔ)AR5控制DAC值到存儲(chǔ)器中(EEPROM 450)；3)增加AR6的值(例如，1dB)，并存儲(chǔ)AR6 DAC值；4)重復(fù)步驟3直到對(duì)整個(gè)AR6動(dòng)態(tài)區(qū)域(例如，10dB)進(jìn)行了校準(zhǔn)；5)增加頻率，然后為每個(gè)新的頻率重復(fù)步驟1-4；以及6)增加溫度，為每個(gè)新的溫度重復(fù)步驟1-5。
在優(yōu)選方法中，步驟6只針對(duì)一小部分的初始(代表性)單元和來(lái)自生產(chǎn)周期的定期的采樣來(lái)進(jìn)行。測(cè)試溫度不需要是規(guī)則的間隔，由于線性內(nèi)插可以提供足夠的精確值，因此只有有限數(shù)量的溫度需要被測(cè)試(例如，在-25C、5C、35C和70C)。當(dāng)從初始生產(chǎn)單元取值時(shí)，小運(yùn)行，例如10個(gè)代表性(beta、指導(dǎo)或生產(chǎn))單元可以提供值，當(dāng)對(duì)所有的單元取平均值時(shí)，該值可以在內(nèi)插時(shí)提供精確的表值。優(yōu)選地，對(duì)生產(chǎn)性運(yùn)行進(jìn)行定期采樣，并且執(zhí)行全校準(zhǔn)，因?yàn)檫@樣可以響應(yīng)于組件的變化的特征(例如，不同批次、制造商或者等)來(lái)調(diào)整“主要”值。
當(dāng)生產(chǎn)時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)化的過(guò)程可以用來(lái)測(cè)試每個(gè)模塊。首先，每個(gè)模塊只在一個(gè)溫度(例如，25C或者室溫是最方便的，雖然如果在多溫度下，而不是比代表性單元更少的數(shù)量下，進(jìn)行測(cè)試也可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的經(jīng)濟(jì)效益)下測(cè)試。其它溫度下的值可以根據(jù)對(duì)測(cè)量值和當(dāng)前“主要”校準(zhǔn)值相比較來(lái)進(jìn)行內(nèi)插。在中等頻率增量(例如，100MHz的節(jié)距)下，一個(gè)純的音頻(CW或連續(xù)波)也可以有利地使用。在這種方式下，一般的單位校準(zhǔn)時(shí)間和費(fèi)用極大的減少，而不必犧牲每個(gè)模塊的校準(zhǔn)輸出的精確度。
b.Tx MMIC校準(zhǔn)Tx MMIC模塊300校準(zhǔn)是非常類(lèi)似的，校準(zhǔn)在檢測(cè)器307、320和衰減器AT5 315上執(zhí)行。一個(gè)衰減器315的示意校準(zhǔn)過(guò)程包括1)調(diào)整Tx IF輸入功率電平來(lái)得到目標(biāo)輸出功率電平(例如，OPSK-10dB)；2)調(diào)整AT5控制DAC值來(lái)校準(zhǔn)衰減器，并存儲(chǔ)AT5控制DAC值到存儲(chǔ)器(EEPROM 350，在AT5校準(zhǔn)表中)；3)在整個(gè)需要的范圍(例如，18dB)內(nèi)，增加Tx IF輸入功率(例如，1dB)；重復(fù)步驟1-2；4)增加溫度，并且為每個(gè)新的溫度重復(fù)步驟1-3。
一個(gè)Tx IF檢測(cè)器307的示意校準(zhǔn)過(guò)程包括1)調(diào)節(jié)AT5到初始目標(biāo)值(例如，13dB，基于用于模塊的實(shí)際溫度和頻率的AT5校準(zhǔn)表DAC值)；2)調(diào)節(jié)Tx IF輸入功率電平，來(lái)獲得所需要的Pout(模塊輸出功率電平，例如，OPSK-9dB)，并且存儲(chǔ)檢測(cè)器307 ADC值到存儲(chǔ)器中(EEPROM 350，在IF檢測(cè)器校準(zhǔn)表中)；3)在需要的范圍(例如，44dB，或者QPSK-9dB到OPSQ-53dB)內(nèi)，增加Tx IF輸入功率(例如，1dB)，重復(fù)步驟1-2；4)增加溫度，為每個(gè)新的溫度重復(fù)步驟1-3。
Tx RF檢測(cè)器320可以按照以下步驟校準(zhǔn)
1)設(shè)置AT5為一個(gè)初始目標(biāo)值(例如，4dB)，并調(diào)節(jié)Tx IF輸入功率電平來(lái)獲得所需的調(diào)制Pout(例如，OPSK功率電平)；2)設(shè)置RF檢測(cè)器320增益控制為低增益；3)存儲(chǔ)RF檢測(cè)器320 ADC值于存儲(chǔ)器中(EEPROM 350，在RF檢測(cè)器低增益校準(zhǔn)表中)；4)在所要求的范圍內(nèi)(例如，10dB，或者Pout為OPSK-0dB到OPSK-10dB)，增加Tx IF輸入功率(例如，1dB)，重復(fù)步驟3；而啟5)調(diào)節(jié)Tx IF輸入功率電平來(lái)獲得第二個(gè)所需要的調(diào)制Pout(例如，64QAM功率電平)，并且設(shè)置RF檢測(cè)器320增益控制到高增益；6)存儲(chǔ)檢測(cè)器320 ADC值于存儲(chǔ)器中(EEPROM 350，在RF檢測(cè)器320高增益校準(zhǔn)表中)；7)在所需要的范圍(例如10dB)內(nèi)，增加Tx IF輸入功率(例如，1dB)，重復(fù)步驟6；8)增加溫度，對(duì)每個(gè)新的溫度，重復(fù)步驟2-7。
除了這些校準(zhǔn)方法，工作人員可能想為T(mén)x調(diào)制指數(shù)，用于Tx IF過(guò)驅(qū)動(dòng)警報(bào)的檢測(cè)器307值以及Pout偏移量(例如，用于校準(zhǔn)的-1.5dB與特定的RFU輸出功率)確定和存儲(chǔ)適當(dāng)?shù)谋怼?br> c.IF/PRC(發(fā)送)校準(zhǔn)對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)，運(yùn)用如下的初始化步驟步驟1施加輸入信號(hào)(例如，-12dBm，310MHz，到電纜接口J3)；設(shè)置AT1和AT4到最小衰減(0)；設(shè)置電纜補(bǔ)償開(kāi)關(guān)219為旁路放大器；設(shè)置AT2和AT3到最小衰減(DAC 0)；不對(duì)Tx消音，注入LO(例如，+3dBm)；步驟2存儲(chǔ)Pout電平＝PoutRef(dBm)。
在PoutRef確定時(shí)，幾個(gè)其它的值也可以被確定。因此，例如，Tx電纜檢測(cè)器DAC值被存儲(chǔ)，并且通過(guò)比較該值的變化并且確認(rèn)當(dāng)在選定的范圍內(nèi)階躍時(shí)，它與輸入電平成比例從而檢驗(yàn)該范圍。Tx消音也可以被檢驗(yàn)(例如，確認(rèn)在消音后，PoutRef＜-85dBc)。
衰減器AT3 213可以作如下校準(zhǔn)1)初始化模塊200；2)調(diào)節(jié)AT3直到Pout下降(例如，最少0.1dB并且小于+0.2dB)，并且存儲(chǔ)AT3最小DAC值(EEPROM 250，在AT3校準(zhǔn)表中)；3)調(diào)節(jié)AT3直到Pout下降(例如，到1+/-0.1dB)，并且存儲(chǔ)AT3 DAC值；4)在需要的范圍內(nèi)(例如，15dB)，增加Tx IF輸入功率(例如，1dB)，重復(fù)步驟2-3；而后5)檢驗(yàn)delta Pout(例如，在從最小到最大衰減的15+/-0.2dB范圍內(nèi))；6)存儲(chǔ)值(例如，AT3控制DAC值到存儲(chǔ)器250中(應(yīng)該與衰減成比例)；最小和最大AT3 DAC值；最小1dB delta AT3 DAC值)；7)增加溫度，對(duì)每個(gè)溫度重復(fù)步驟1-6。
衰減器AT2 212按照以下步驟類(lèi)似地被校準(zhǔn)1)初始化模塊200；2)調(diào)整AT2直到Pout下降(例如最少0.1dB，并小于0.2dB)；并存儲(chǔ)AT2最小DAC值(EEPROM 250，在AT2校準(zhǔn)表中)；3)調(diào)節(jié)AT2直到Pout下降(例如，到1+/-0.1dB)，并存儲(chǔ)AT2DAC值；4)在需要的范圍內(nèi)，增加Tx IF輸入功率(例如，以1＝/-.15dB為節(jié)距)；重復(fù)步驟2-3；而后5)檢驗(yàn)delta Pout(例如，在從最小到最大衰減的29+/-0.25dB范圍內(nèi))；6)存儲(chǔ)值(例如，AT2控制DAC值到存儲(chǔ)器250中(應(yīng)該與衰減成比例)；最小和最大AT2 DAC值；最小1dB delta AT2 DAC值)；7)增加溫度，對(duì)每個(gè)溫度重復(fù)步驟1-6。
d.IF/PRC(接收)校準(zhǔn)在IF/PRC接收路徑校準(zhǔn)過(guò)程中，有三個(gè)主要校準(zhǔn)例程。首先RxIF AGC檢測(cè)器230可以按照如下步驟校準(zhǔn)1)設(shè)置AR2、AR3和AR4到最小衰減，并且設(shè)置Rx IF輸入(例如，在-80dBm)；2)調(diào)節(jié)AR1直到Rx IF輸出達(dá)到預(yù)選值(例如，-14.3+/-0.1dBm)，并存儲(chǔ)AGC ADC值(在EEPROM 250中，在Rx AGC校準(zhǔn)表中)；3)調(diào)節(jié)AR1直到Rx IF輸出達(dá)到預(yù)選值(例如，-15.8+/-0.1dBm)，并且存儲(chǔ)AGC ADC值。
Rx RSL檢測(cè)器248可以按照如下步驟進(jìn)行校準(zhǔn)1)通過(guò)AR4設(shè)置AR1到最大衰減，設(shè)置Rx RF輸入(例如，到-20dBm)，并且存儲(chǔ)Rx RSSI(接收信號(hào)強(qiáng)度指示)ADC值(Rx RSSI)和電壓(Rx RSSI Volt)；2)調(diào)節(jié)Rx RF輸入來(lái)降低一個(gè)預(yù)選值(例如，-1dB)，并且存儲(chǔ)Rx RSSI ADC值；3)重復(fù)步驟2直到Rx RF輸入達(dá)到預(yù)選值(例如，-87dBm)。
最后，Rx衰減器動(dòng)態(tài)范圍校準(zhǔn)可以按照如下步驟執(zhí)行1)設(shè)置Rx RF輸入(例如，到-65dBm)，并存儲(chǔ)Rx RSSI ADC值(Rx RSSI)和電壓(Rx RSSI Volt)；2)設(shè)置AR1到預(yù)選值(例如，150)，并且設(shè)置AR2-AR4為最小衰減(0dB)，并存儲(chǔ)Rx IF輸出功率電平；3)對(duì)第一衰減器，增加IF輸出(例如，以1+/-0.15dB為節(jié)距)直到達(dá)到最大衰減(對(duì)1dB的衰減，DAC計(jì)數(shù)變化最小可為2)；4)將第一衰減器的范圍和其操作范圍比較；5)存儲(chǔ)AR1-AR4 DAC值、最大和最小值以及最小DAC delta(例如，對(duì)1dB的改變)，到EEPROM 250。
e.RFU(多模塊)校準(zhǔn)由于在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有執(zhí)行整體單元校準(zhǔn)，因此當(dāng)模塊被放在一起作為RFU 120并且被接通電源時(shí)，需要執(zhí)行幾個(gè)校準(zhǔn)或計(jì)算。在發(fā)送路徑上，例子包括對(duì)電纜長(zhǎng)度補(bǔ)償進(jìn)行IF AGC校準(zhǔn)；IF電纜警報(bào)；額定輸出功率和輸出動(dòng)態(tài)控制；PA檢測(cè)器警報(bào)；功率消音；以及Tx IF過(guò)驅(qū)動(dòng)警報(bào)。
雖然本領(lǐng)域的技術(shù)人員知道如何實(shí)現(xiàn)這些，然而根據(jù)對(duì)它們的設(shè)計(jì)和其它的校準(zhǔn)程序，幾個(gè)例子是值得提及的。首先，在這個(gè)實(shí)例中，AT4用來(lái)調(diào)制指數(shù)，并且據(jù)此進(jìn)行計(jì)算。AT5為進(jìn)行溫度補(bǔ)償提供第一范圍(例如，10dB)；并且隨后為RF閉環(huán)控制提供后續(xù)的范圍(至8dB)。由于RF檢測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍，RF閉環(huán)范圍是依賴調(diào)制的。
為了使AT2和AT3的使用最大化，當(dāng)RF或IF檢測(cè)器組成閉環(huán)時(shí)，AT2和AT3的操作范圍之間沒(méi)有明顯的分界。首先與AT3組成閉環(huán)，然后當(dāng)AT3達(dá)到最大值衰減時(shí)再與AT2組成閉環(huán)。為避免在設(shè)置過(guò)程中，過(guò)高的輸出功率，輸出功率電平應(yīng)該從低級(jí)向高級(jí)地調(diào)整。AT2和AT3提供了組合的最大衰減范圍(例如，37dB)，但是除此之外，還可以進(jìn)行設(shè)計(jì)以關(guān)注溫度變化和單元到單元的增益變化。
對(duì)于校正系數(shù)，Tx輸出功率校正系數(shù)應(yīng)該被使用來(lái)校正天線端口的輸出功率。這種情況下，校正系數(shù)應(yīng)該為Prfu＝Ptxmodule+Initial Diplexer loss-L_Diplexer_L_RL_SW-RFAttenuation等式1其中，用戶天線共用器插入損失為L(zhǎng)_Diplexer，可選RF反饋開(kāi)關(guān)插入損失是L_RL_SW，一個(gè)初始天線共用器損失是預(yù)先設(shè)定好的(例如，1.5)。如果IF AGC檢測(cè)器不是一個(gè)真的功率檢測(cè)器，那么對(duì)不同的調(diào)制將需要一個(gè)校正系數(shù)來(lái)保持恒定水平。最后，如果IF/RF檢測(cè)器不使用一個(gè)真的功率檢測(cè)器，那么對(duì)不同的調(diào)制將需要一個(gè)校正系數(shù)來(lái)顯示Pout。
在Rx路徑上，有兩個(gè)項(xiàng)目可能需要校正或者計(jì)算。第一個(gè)是根據(jù)調(diào)制和容量的校正系數(shù)，用于顯示RSL。這個(gè)計(jì)算的一個(gè)例子是
RFU_RSL＝IF/RPC_RSL-8dB+L_Diplexer+L_RL_SW+AR6等式2其中，用戶天線共用器插入損失為L(zhǎng)_Diplexer，可選RF反饋開(kāi)關(guān)插入損失是L_RL_SW，并且RSL范圍在-35dBm和-20dBm之間。第二，AGC的范圍可能需要調(diào)節(jié)。在這個(gè)例子中，可以采用一個(gè)算法來(lái)確定Rx AGC檢測(cè)器電壓是否在預(yù)定的高-低范圍內(nèi)，而且如果是這樣，AR1-AR6的值將會(huì)被接受。如果不是的話，那么相應(yīng)的衰減器的值可能會(huì)漸漸增加或者減少直到檢測(cè)的AGC的值在這個(gè)高-低范圍內(nèi)。
最后，在圖9中顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試設(shè)置。在這個(gè)示出的設(shè)置中，測(cè)試單元910包含一個(gè)適當(dāng)電源和信號(hào)產(chǎn)生器911(如上所示，有利地，可以是一個(gè)純音生成器，該生成器可以在需要的測(cè)試頻譜范圍內(nèi)快速增加頻率(例如，以100MHz為節(jié)距))。該單元可以連接到模塊920以通過(guò)便利的方法測(cè)試，該方法包括人工方式，或者根據(jù)模塊使用的連接器，可以是任何合適的自動(dòng)或者快速連接單元(未示出)。在每個(gè)校準(zhǔn)測(cè)試過(guò)程中，一個(gè)測(cè)量單元912可以被適當(dāng)?shù)嘏渲脕?lái)捕捉功率和其它測(cè)量值，然后將它們提供給控制器/處理器913來(lái)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)?？刂破?13被配置以根據(jù)信號(hào)輸入運(yùn)行合適的校正例程，設(shè)置衰減器和檢測(cè)器值、溫度和測(cè)量值并將校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器914中，來(lái)為測(cè)試的模塊確定校準(zhǔn)值?？刂破?13也將所確定的校準(zhǔn)值存儲(chǔ)在模塊的EEPROM中，或者，當(dāng)收集代表性的(例如，指導(dǎo))單元信息時(shí)，被存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器914中。為指導(dǎo)模塊的溫度范圍測(cè)試提供受控環(huán)境930，但是正如上面描述的，并不需要在室溫下進(jìn)行生產(chǎn)模塊的測(cè)試。雖然圖9示出了一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試設(shè)置，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道，根據(jù)例如將要被測(cè)試的模塊的特定類(lèi)型和配置，和需要的自動(dòng)化程度等等因素，根據(jù)本發(fā)明，可以適用測(cè)試設(shè)置的多種變化。
因此，本發(fā)明提供了一個(gè)改進(jìn)的微波RF單元，以及校準(zhǔn)和操作該單元的過(guò)程。所述模塊化方法允許在制造過(guò)程中的簡(jiǎn)化的測(cè)試和校準(zhǔn)，并且簡(jiǎn)化了選定模塊的替代，使之無(wú)需更換整個(gè)RFU。其的唯一的公共路徑設(shè)計(jì)也使得在一個(gè)很寬范圍的容量、調(diào)制和頻率內(nèi)都可以使用，也一種性價(jià)比更高的模式中提供了比以前的模式更大的靈活性。
當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道對(duì)于每個(gè)元件，各種替代選擇是可能的，并且落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)，而且本領(lǐng)域的技術(shù)人員也知道如何對(duì)其設(shè)置。因此，注意到雖然本發(fā)明在一個(gè)特定的雙轉(zhuǎn)換微波RFU的環(huán)境中描述，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)知道本發(fā)明的組件和過(guò)程是可以進(jìn)一步被分散或者與其它元素組合起來(lái)，例如在一個(gè)完整的無(wú)線基站中，采用任何便利的調(diào)制(例如，F(xiàn)SK、ASK、OFDM等)，加上其它的功能例如失真控制，并且在可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，自然分布的所述組件可以被等價(jià)的功能硬件和/或者軟件芯片所替換。即使在一個(gè)更寬的溫度(否則所要求的頻率、功率)范圍內(nèi)進(jìn)行采樣，生產(chǎn)單元的室溫校準(zhǔn)的原理也可以應(yīng)用于一個(gè)高度集成的單個(gè)模塊系統(tǒng)。更進(jìn)一步，雖然特定傳輸類(lèi)型的介質(zhì)被特別地描述，其它采用類(lèi)似的微波傳輸形式的介質(zhì)也可以使用，如數(shù)字和模擬通信連接、有線或者無(wú)線通信連等。更進(jìn)一步，雖然與微波收發(fā)器相聯(lián)系地描述了本實(shí)例，然而術(shù)語(yǔ)“微波”應(yīng)該被理解為包含更高頻率的毫米波傳輸，這樣本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)仍然可以得到應(yīng)用。
總之，出于描述和解釋本發(fā)明的實(shí)例的目的進(jìn)行了上述描述，但是這些描述并不是為了窮舉的限制所公開(kāi)的形式。為了解釋本發(fā)明的原理、示出其實(shí)際應(yīng)用并使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知道怎樣制造和使用本發(fā)明，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了選擇和描述。許多修改和變化對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因此，應(yīng)該理解本發(fā)明并不僅限于上面描述的實(shí)例，而是應(yīng)當(dāng)由附隨的權(quán)利要求的整個(gè)精神和范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種模塊化寬范圍微波通信單元，包括多個(gè)預(yù)校準(zhǔn)模塊，每個(gè)模塊具有模塊存儲(chǔ)器，可操作用于存儲(chǔ)發(fā)送IF電路、發(fā)送RF電路、接收IF電路和接收RF電路組中至少一個(gè)的校準(zhǔn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的通信單元，其中第一預(yù)校準(zhǔn)模塊包括由下列模塊構(gòu)成的組中的一個(gè)RF發(fā)送模塊，包括RF發(fā)送電路和RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器可操作用于存儲(chǔ)RF發(fā)送電路的RF發(fā)送校準(zhǔn)值；其中，所述RF發(fā)送電路包括衰減器、IF檢測(cè)器和RF檢測(cè)器，并且所述RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器可操作用于存儲(chǔ)所述衰減器、所述IF和RF檢測(cè)器的校準(zhǔn)值；RF接收模塊，包括RF接收電路和RF接收模塊存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器可操作用于存儲(chǔ)RF接收電路的RF接收校準(zhǔn)值；其中，所述RF接收電路包括衰減器，并且所述RF接收模塊存儲(chǔ)器可操作用于存儲(chǔ)該衰減器的校準(zhǔn)值；IF模塊，包括IF發(fā)送電路和IF接收電路、IF模塊存儲(chǔ)器以及處理器和指令，所述處理器可配置用于執(zhí)行所述指令并且可操作地耦合到每個(gè)模塊存儲(chǔ)器，所述指令包括基于存儲(chǔ)在IF模塊存儲(chǔ)器中的IF發(fā)送校準(zhǔn)值和IF接收校準(zhǔn)值控制所述IF發(fā)送電路的發(fā)送指令以及控制所述IF接收電路的接收指令。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的通信單元，其中所述多個(gè)預(yù)校準(zhǔn)模塊還包括RF發(fā)送模塊和RF接收模塊，所述RF發(fā)送模塊包括RF發(fā)送電路和RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器，所述RF發(fā)送電路包括衰減器、IF檢測(cè)器和RF檢測(cè)器，所述RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器可操作用于存儲(chǔ)所述RF發(fā)送電路的RF發(fā)送校準(zhǔn)值，并且所述RF接收模塊包括RF接收電路和RF接收模塊存儲(chǔ)器，所述RF接收電路包括第一接收衰減器，所述RF接收模塊存儲(chǔ)器可操作用于存儲(chǔ)第一接收衰減器的RF接收校準(zhǔn)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的通信單元，其中，IF發(fā)送電路包括耦合到第一模擬衰減器的第一數(shù)字衰減器、耦合到第一模擬衰減器的第一混頻器、耦合到第一混和器的第二模擬衰減器、耦合到第二模擬衰減器的第二數(shù)字衰減器，和耦合到第一數(shù)字衰減器和第一模擬衰減器之間的發(fā)送IF AGC，并且其中，所述指令可操作用于基于IF和RF發(fā)送校準(zhǔn)值控制IF發(fā)送電路和RF發(fā)送電路的衰減器的衰減；以及所述IF接收電路包括接收RSSI檢測(cè)器，可操作地耦合到多個(gè)接收衰減器，所述多個(gè)接收衰減器可操作地耦合到第二混頻器，所述第二混頻器可操作地耦合到另一衰減器，所述另一衰減器耦合到接收AGC檢測(cè)器，并且其中，所述指令可操作用于，基于IF和RF接收校準(zhǔn)值控制IF接收電路和RF接收電路的衰減器的衰減。
5.一種微波通信系統(tǒng)，包括多個(gè)權(quán)利要求2所述的通信單元，其中多個(gè)通信單元的每一個(gè)還包括無(wú)線電處理單元和具有調(diào)制解調(diào)器的信號(hào)處理單元，所述無(wú)線電處理單元包括預(yù)校準(zhǔn)IF模塊和預(yù)校準(zhǔn)RF模塊，所述信號(hào)處理單元可操作地耦合到所述無(wú)線電處理單元，并且所述多個(gè)無(wú)線電處理單元通過(guò)無(wú)線通信連接可操作地耦合到其它無(wú)線電處理單元，并且所述多個(gè)信號(hào)處理單元通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)可操作地進(jìn)行耦合。
6.一種使用寬范圍通信單元的微波通信方法，包括在通信單元的處理器處從信號(hào)處理單元接收控制信號(hào)，所述控制信號(hào)含有包括調(diào)制和頻率值的第一信息；從多個(gè)存儲(chǔ)器中的至少一個(gè)取回所存儲(chǔ)的校準(zhǔn)值，所述校準(zhǔn)值包括在通信單元操作過(guò)程中使用的衰減值；以及處理器根據(jù)校準(zhǔn)值和控制信號(hào)分別控制發(fā)送電路和接收電路的組中的至少一個(gè)來(lái)衰減分別以調(diào)制和頻率值發(fā)送或接收的信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述發(fā)送電路包括預(yù)校準(zhǔn)IF模塊和預(yù)校準(zhǔn)RF發(fā)送模塊，所述預(yù)校準(zhǔn)IF模塊包括具有IF校準(zhǔn)值的IF存儲(chǔ)器，所述預(yù)校準(zhǔn)RF發(fā)送模塊包括具有RF校準(zhǔn)值的RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器，所述方法還包括根據(jù)在IF存儲(chǔ)器和RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的校準(zhǔn)值，將所述IF模塊的衰減器和所述RF發(fā)送模塊中的衰減器和檢測(cè)器控制在一個(gè)閉環(huán)中，以實(shí)現(xiàn)所期望的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，所述RF發(fā)送模塊的檢測(cè)器包括RF檢測(cè)器，其中所述控制步驟還包括首先根據(jù)對(duì)在IF存儲(chǔ)器和RF發(fā)送模塊存儲(chǔ)器中所存儲(chǔ)的、用于所測(cè)量的溫度、所選頻率、調(diào)制和容量的校準(zhǔn)表的內(nèi)插操作，確定RF檢測(cè)器的精確目標(biāo)最小值和最大值，并且將該目標(biāo)最小和最大值乘以一個(gè)校正系數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述接收電路包括預(yù)校準(zhǔn)IF模塊和預(yù)校準(zhǔn)RF接收模塊；所述IF模塊包括具有IF校準(zhǔn)值的IF存儲(chǔ)器，所述RF接收模塊包括具有RF校準(zhǔn)值的RF接收模塊存儲(chǔ)器，此外，所述方法還包括根據(jù)存儲(chǔ)在IF存儲(chǔ)器和RF接收模塊存儲(chǔ)器中的校準(zhǔn)值，將IF模塊的衰減器和RF接收模塊中的衰減器控制在一個(gè)閉環(huán)中，以實(shí)現(xiàn)所期望的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于寬范圍微波通信的方法、設(shè)備和處理器指令。在一個(gè)示范實(shí)例中，提供了一個(gè)寬范圍收發(fā)器，所述收發(fā)器具有包括IF無(wú)線電處理卡、RF發(fā)送器模塊和RF接收器模塊的預(yù)校準(zhǔn)模塊化單元。校準(zhǔn)系數(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中被加載到每個(gè)模塊的存儲(chǔ)器(如EEPROM)中。某種附加的校準(zhǔn)系數(shù)也可以在安裝過(guò)程中被加載，例如連接RF單元和遠(yuǎn)程SPU(信號(hào)處理單元)的電纜的類(lèi)型和長(zhǎng)度的一次校準(zhǔn)。RF單元的處理器響應(yīng)于表示所期望的發(fā)送器和接收器配置的控制信號(hào)(如，特定頻率、帶寬和調(diào)制)，根據(jù)來(lái)自可應(yīng)用的模塊的預(yù)定的校準(zhǔn)系數(shù)，來(lái)衰減在發(fā)送器/接收器路徑上的信號(hào)。本發(fā)明也描述了用于校準(zhǔn)模塊的方法。
文檔編號(hào)H04B7/00GK1938973SQ200580010288
公開(kāi)日2007年3月28日 申請(qǐng)日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月1日
發(fā)明者沈英, 蓋伊·塞伯格, 薩恩·喬, 法比奧·科西里奧, 紹恩·托馬斯·特朗普, 唐·E·佩克 申請(qǐng)人:哈里公司