專利名稱：通信中繼裝置及其駐波比檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
通信中繼裝置及其駐波比檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用了數(shù)字預(yù)失真技術(shù)功放系統(tǒng)的諸如基站、射頻拉遠(yuǎn)單元之類的通信中繼裝置，具體涉及其中的一種駐波比檢測裝置。
背景技術(shù)：
無線通信領(lǐng)域，采用了數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的功率放大系統(tǒng)的基站、數(shù)字拉遠(yuǎn)單元等通信中繼裝置均需與天線相連接。中繼裝置的天線端口由于阻抗失配會(huì)產(chǎn)生很大的反射信號(hào)，導(dǎo)致嚴(yán)重影響通信系統(tǒng)的正常工作和各種射頻指標(biāo)。通過檢測駐波比可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，當(dāng)檢測到駐波比出現(xiàn)異常時(shí)，得以告警或者關(guān)閉通信中繼裝置中的功率放大系統(tǒng)。天線端口阻抗失配的原因包括天線端口阻抗不匹配和各種器件電氣性能不一致、 環(huán)境溫度等主要情況，尤其是在具有較大帶寬的通信系統(tǒng)中，這種失配沒有一定的規(guī)律。過去常用的兩種解決方案是通過降低功率檢波管的誤差或設(shè)計(jì)寬帶駐波檢測電路，這兩種方式均會(huì)增加設(shè)計(jì)難度和設(shè)計(jì)成本，更關(guān)鍵的，是否有效果也存在不確定性。目前較常用的很多方案具有共通之處，就是增加反射功率檢測電路，但是這類方案加大了 PCB面積，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度。上海華為技術(shù)有限公司提出的CN101557601號(hào)專利申請(qǐng)中揭示一種駐波檢測方法、駐波檢測裝置和基站，其借助閉環(huán)的功率放大控制電路獲取前向功率和反向功率進(jìn)行駐波比值檢測。這種方案要求相關(guān)芯片必須完成極高復(fù)雜度的計(jì)算，對(duì)芯片的性能、成本提出更高的要求，相應(yīng)的，技術(shù)實(shí)現(xiàn)時(shí)也較為復(fù)雜。因此，避免采用專用的檢測電路、簡化技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度、降低實(shí)現(xiàn)成本，成為當(dāng)前駐波比檢測技術(shù)領(lǐng)域的關(guān)鍵考慮。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的主要目的在于克服上述不足，提供一種駐波比檢測裝置，以簡便的方式實(shí)現(xiàn)通信中繼裝置對(duì)其天線端口駐波比具體數(shù)值的檢測。本實(shí)用新型的另一目的在于提供一種通信中繼裝置，以應(yīng)用所述駐波比檢測裝置。為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型的駐波比值檢測裝置，用于檢測通信系統(tǒng)的天線端口的駐波比值，其包括耦合器，耦合一路由閉環(huán)功控單元放大后的輸出給該天線端口的發(fā)射功率信號(hào)；時(shí)隙開關(guān)，根據(jù)該通信系統(tǒng)的上、下行時(shí)隙對(duì)應(yīng)選通該天線端口的反射功率信號(hào)、所述耦合的發(fā)射功率信號(hào)；功分器，將時(shí)隙開關(guān)所選通的各功率信號(hào)均分到功率檢波管和所述閉環(huán)功控單元的反饋?zhàn)冾l鏈路中；所述功率檢波管，將經(jīng)過其中的各功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述各電壓信號(hào)從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式；計(jì)算單元，利用均為數(shù)字格式的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)計(jì)算天線端口的回波損耗，從而確定駐波比。
3[0010]進(jìn)一步，所述耦合器與時(shí)隙開關(guān)之間串接有衰減器，用于對(duì)所述耦合的發(fā)射功率信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。所述功率檢波管為RMS功率檢測器。所述閉環(huán)功控單元輸出的發(fā)射功率信號(hào)經(jīng)環(huán)行器向該天線端口下行。所述天線端口接有濾波器，以對(duì)環(huán)行器下行的發(fā)射功率信號(hào)和對(duì)天線端口傳輸給所述時(shí)隙開關(guān)的反射功率信號(hào)進(jìn)行濾波。具體的，所述時(shí)隙開關(guān)為射頻開關(guān)。本實(shí)用新型的通信中繼裝置，其包括前述的駐波比檢測裝置。該通信中繼裝置還包括平衡式低噪放單元，用于對(duì)一路上行信號(hào)的兩路分支進(jìn)行隔離和低噪聲放大后給到上行鏈路。所述平衡式低噪放單元包括衰減器，用于對(duì)所述天線端口的上行信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)；第一電橋，將經(jīng)所述環(huán)行器上行的信號(hào)分路成兩個(gè)輸出鏈路，其隔離口由此形成所述反射功率信號(hào)；所述的每個(gè)輸出鏈路中設(shè)置的限幅器，用于防止所述上行信號(hào)超過預(yù)設(shè)功率幅值；所述的每個(gè)輸出鏈路中設(shè)置的射頻開關(guān)，用于在發(fā)射時(shí)隙時(shí)提高上行信號(hào)中反射功率信號(hào)和摻雜的發(fā)射功率信號(hào)的隔離度；所述的每個(gè)輸出鏈路中設(shè)置的低噪聲放大器， 用于放大所述隔離后的上行信號(hào)；所述的第二電橋，用于將所述第一電路的兩個(gè)輸出鏈路放大后的上行信號(hào)進(jìn)行合路后上行。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)1、通過從閉環(huán)功控單元的放大信號(hào)輸出端處耦合一路信號(hào)作為發(fā)射功率信號(hào)、采用平衡式低噪放的隔離口接收該發(fā)射功率信號(hào)在天線端口由于阻抗失配導(dǎo)致的反射功率信號(hào)，依據(jù)該發(fā)射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)進(jìn)行功率檢測，最終通過計(jì)算得出該天線端口的駐波比，避免使用專用的檢測電路。2、結(jié)合閉環(huán)功控單元的反饋?zhàn)冾l鏈路具有根據(jù)系統(tǒng)時(shí)隙智能化地只處理下行發(fā)射信號(hào)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)分通信系統(tǒng)的不同時(shí)隙的合理利用，在不同時(shí)隙對(duì)發(fā)射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)進(jìn)行有條不紊的處理，可見，本實(shí)用新型的電氣結(jié)構(gòu)、信號(hào)處理流程均較為簡單。3、僅僅利用了反射功率信號(hào)、發(fā)射功率信號(hào)轉(zhuǎn)換而得的數(shù)字反射電壓信號(hào)、數(shù)字發(fā)射電壓信號(hào)進(jìn)行功率差值計(jì)算，得出回波損耗，并以回波損耗在一預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)表中檢索出相應(yīng)的駐波比值，這樣的實(shí)現(xiàn)方法使得其計(jì)算復(fù)雜度大大降低，對(duì)芯片的特性要求較低， 其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本也就自然較低。4、本實(shí)用新型具有普通適應(yīng)性，本實(shí)用新型的駐波比檢測裝置及其相應(yīng)方法適用于各種采用閉環(huán)功控單元(采用DPD數(shù)字預(yù)失真技術(shù)的功放系統(tǒng))對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行放大的時(shí)分雙工制式寬帶通信中繼裝置中，設(shè)備的形式包括但不限定基站、射頻拉遠(yuǎn)單元、塔頂放大器、直放站等。5、本實(shí)用新型明顯區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)且較為突出的另一特點(diǎn)在于由于前述所稱本實(shí)用新型具有計(jì)算復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于處理寬帶系統(tǒng)，實(shí)測中，在工作頻帶為 2500MHz-2650MHz范圍內(nèi)的WiMAX信號(hào)制式具有較高的駐波比檢測精度和極短的檢測時(shí)間。

圖1是本實(shí)用新型的通信中繼裝置的局部電路的原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明請(qǐng)參閱CN101110571、CN101499777等專利公告，其均揭示公知的采用數(shù)字預(yù)失真技術(shù)(DPD)實(shí)現(xiàn)的功率放大器的結(jié)構(gòu)和原理，總結(jié)DPD功率放大器的電氣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知， 功率放大器對(duì)下行信號(hào)進(jìn)行放大處理，放大后的信號(hào)被一耦合器耦合后饋入反饋?zhàn)冾l鏈路中，該反饋?zhàn)冾l鏈路中設(shè)置了控制電路以便利用該耦合到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真處理并重新饋入下行鏈路中以傳輸給功率放大器，最終達(dá)到對(duì)消的目的。由此，功率放大器的各級(jí)推動(dòng)管、耦合功率放大器輸出信號(hào)的耦合器、用于進(jìn)行預(yù)失真處理的反饋?zhàn)冾l鏈路共同構(gòu)成閉環(huán)的功率控制單元，簡稱閉環(huán)功控單元。該閉環(huán)功控單元中反饋?zhàn)冾l鏈路的所耦合到的下行鏈路的發(fā)射信號(hào)被本實(shí)用新型加以運(yùn)用。如下的說明請(qǐng)參閱圖1。圖1揭示了本實(shí)用新型的通信中繼裝置的局部電路原理框圖，具體是揭示其靠近天饋系統(tǒng)部分。眾所周知的，每個(gè)諸如基站、射頻拉遠(yuǎn)單元、直放站、塔頂放大器等通信中繼裝置均具有對(duì)通信系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行上、下行鏈路分離的電氣結(jié)構(gòu)。 本實(shí)用新型針對(duì)下行鏈路的發(fā)射功率信號(hào)和天線端口的反射功率信號(hào)進(jìn)行駐波比檢測，而揭示駐波比檢測裝置及其相應(yīng)的檢測方法，該裝置和方法主要是利用于其下行鏈路中的閉環(huán)功控單元和天線端口反射功率信號(hào)加以實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橄滦墟溌分性O(shè)置的駐波比檢測裝置和環(huán)行器所引起的電氣性能改變，相應(yīng)地也需要在上行鏈路中做適應(yīng)性的配置。圖1中，通信中繼裝置與天線確立了連接關(guān)系，天線1與通信中繼裝置的天線端口之間接入了濾波器2，以便對(duì)上行信號(hào)和下行信號(hào)進(jìn)行濾波處理。減少不必要的帶外雜散， 通信中繼裝置的天線端口通過環(huán)行器5與濾波器2實(shí)現(xiàn)信號(hào)連接并實(shí)現(xiàn)上、下行鏈路的信號(hào)分離和合路。天線1的各端口與通信中繼裝置的各天線端口之間的連接關(guān)系是確定的， 天線端口阻抗失配或其它原因所導(dǎo)致的問題需要借助對(duì)各天線端口的駐波比的檢測加以解決。因此，通信中繼裝置的下行鏈路中，引入了兩路信號(hào)進(jìn)行解決。所述兩路信號(hào)中的第一路信號(hào)為功率放大器41輸出的放大后下行信號(hào)，即用于傳輸給天線向空間進(jìn)行發(fā)射的發(fā)射功率信號(hào)，其在下行鏈路的閉環(huán)功控單元的功率放大器 41輸出端生成并且經(jīng)所述環(huán)行器5繞行后繼續(xù)下行輸出。該發(fā)射功率信號(hào)由閉環(huán)功控單元中固有的耦合器61耦合而得。耦合而得的信號(hào)被通信中繼裝置所設(shè)置的一個(gè)固定或可調(diào)的衰減器62進(jìn)行信號(hào)增益控制，例如本實(shí)施例中對(duì)耦合而得的發(fā)射功率信號(hào)進(jìn)行20dB的信號(hào)衰減調(diào)節(jié)。所述兩路信號(hào)中的第二路信號(hào)為天線端口反射回來的上行信號(hào)，其經(jīng)濾波器2濾波處理后直接以反射功率信號(hào)的形式被引用，該反射功率信號(hào)進(jìn)入通信中繼裝置后未經(jīng)特殊處理即進(jìn)入時(shí)隙開關(guān)63。通信中繼裝置設(shè)置有用于對(duì)所述發(fā)射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)進(jìn)行擇一選通的時(shí)隙開關(guān)63。顧名思義，通信中繼裝置所適應(yīng)的通信系統(tǒng)為時(shí)分雙工制式(TDD)的通信系統(tǒng)。所述時(shí)隙開關(guān)63選用射頻開關(guān)，對(duì)于同一天線端口，適應(yīng)只有一路發(fā)射功率信號(hào)和反射功率信號(hào)的情況，優(yōu)選二選一射頻開關(guān)加以實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于多個(gè)天線端口而言，則適應(yīng)性地使用多選一射頻開關(guān)，也可以采用多個(gè)二選一射頻開關(guān)組合，實(shí)現(xiàn)多通道間的高隔離度。時(shí)隙開關(guān)63基于時(shí)分原理，在通信系統(tǒng)的上行時(shí)隙選通所述反射功率信號(hào)，在通信系統(tǒng)的下行時(shí)隙選通所述發(fā)射功率信號(hào)，如果有多個(gè)天線端口的駐波檢測，即相應(yīng)的增加二選一射頻開關(guān)，每一個(gè)開關(guān)對(duì)應(yīng)一個(gè)天線端口的發(fā)射、反射功率信號(hào)的檢測。被所述時(shí)隙開關(guān)63選通的所述反射功率信號(hào)和發(fā)射功率信號(hào)被傳輸?shù)酵ㄐ胖欣^裝置所設(shè)置的功分器64中，該功分器64的兩個(gè)分配端口分別將其所接收的信號(hào)——發(fā)射功率信號(hào)或反射功率信號(hào)——分配到兩個(gè)支路，其中支路之一即饋入所述閉環(huán)功控單元的 (DPD)的反饋?zhàn)冾l鏈路；支路之二即系傳輸?shù)酵ㄐ胖欣^裝置所設(shè)置的功率檢波管66中。由于閉環(huán)功控單元的反饋?zhàn)冾l鏈路65中的控制電路具有對(duì)時(shí)隙及其相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別的功能，因此，盡管所述功分器64饋入的信號(hào)不僅包含所述發(fā)射功率信號(hào)，還包括了反射功率信號(hào)，但其中的反射功率信號(hào)會(huì)被反饋?zhàn)冾l鏈路65的控制電路所忽略，或者， 反饋?zhàn)冾l鏈路在上行時(shí)隙時(shí)并不工作。因此，反射功率信號(hào)饋入反饋?zhàn)冾l鏈路65并不影響閉環(huán)功控單元的既有的DPD (數(shù)字預(yù)失真)功能。另一路被饋入到功率檢波管66的信號(hào)，也包括以不同時(shí)序進(jìn)入的反射功率信號(hào)和發(fā)射功率信號(hào)，這兩種信號(hào)均被功率檢波管66進(jìn)行檢波處理，并分別轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)。功率檢波管66優(yōu)選RMS功率檢波管66 (RMS，Root mean square, 均方根，亦稱作有效值)，其成本較低、功能完備且性能可靠，且具有較大動(dòng)態(tài)范圍。由功率檢波管66轉(zhuǎn)換而成的模擬格式的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)，進(jìn)一步被通信中繼裝置中設(shè)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)67對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)，以便進(jìn)一步進(jìn)行計(jì)算。為了實(shí)現(xiàn)上述計(jì)算功能，通信中繼裝置中設(shè)置一計(jì)算單元68，其采用諸如DSP、 FPGA之類的專用數(shù)字芯片實(shí)現(xiàn)。該計(jì)算單元68主要是利用所述數(shù)字格式的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算以求取與相應(yīng)的反射功率信號(hào)和發(fā)射功率信號(hào)相應(yīng)的天線端口的所述駐波比。眾所周知的，確定了下行發(fā)射信號(hào)和上行反射信號(hào)的功率，即可確定相應(yīng)天線端口的回波損耗，而回波損耗與天線端口的駐波比值之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。因此，本實(shí)施例中， 計(jì)算單元68所運(yùn)用的計(jì)算方法，依賴于一個(gè)電子的數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表在通信中繼裝置出廠時(shí)已預(yù)先確定，通過查找表可減小計(jì)算量，其表征了各天線端口的已知駐波比值(VSWR)與回波損耗(RL)之間的關(guān)系。如下表1所示
VSWRRL(dB)1. 317. 71. 415. 51. 514. 01. 612. 71. 711. 71. 810. 9
權(quán)利要求1.一種駐波比檢測裝置，用于檢測通信系統(tǒng)的天線端口的駐波比，其特征在于，其包括耦合器，耦合一路由閉環(huán)功控單元放大后的輸出給該天線端口的發(fā)射功率信號(hào)； 時(shí)隙開關(guān)，根據(jù)該通信系統(tǒng)的上、下行時(shí)隙對(duì)應(yīng)選通該天線端口相對(duì)應(yīng)的上行鏈路的反射功率信號(hào)、所述耦合的發(fā)射功率信號(hào)；功分器，將時(shí)隙開關(guān)所選通的各功率信號(hào)均分到功率檢波管和所述閉環(huán)功控單元的反饋?zhàn)冾l鏈路中；所述功率檢波管，將經(jīng)過其中的各功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)； 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述各電壓信號(hào)從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式； 計(jì)算單元，利用均為數(shù)字格式的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)計(jì)算天線端口的回波損耗，從而確定駐波比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐波比檢測裝置，其特征在于，所述耦合器與時(shí)隙開關(guān)之間串接有衰減器，用于對(duì)所述耦合的發(fā)射功率信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的駐波比檢測裝置，其特征在于，所述功率檢波管為RMS功率檢測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的駐波比檢測裝置，其特征在于，所述閉環(huán)功控單元放大后輸出的發(fā)射功率信號(hào)經(jīng)環(huán)行器向該天線端口下行。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的駐波比檢測裝置，其特征在于，所述天線端口接有濾波器，以對(duì)環(huán)行器下行的發(fā)射功率信號(hào)和對(duì)天線端口傳輸給所述時(shí)隙開關(guān)的反射功率信號(hào)進(jìn)行濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的駐波比檢測裝置，其特征在于，所述時(shí)隙開關(guān)為射頻開關(guān)。
7.一種通信中繼裝置，其特征在于，其包括如權(quán)利要求4或5所述的駐波比檢測裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通信中繼裝置，其特征在于，該通信中繼裝置還包括平衡式低噪放單元，用于對(duì)一路上行信號(hào)的兩路分支進(jìn)行隔離和低噪聲放大后給到上行鏈路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的通信中繼裝置，其特征在于，所述平衡式低噪放單元包括 衰減器，用于對(duì)上行鏈路的反射功率信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)節(jié)；第一電橋，將經(jīng)所述環(huán)行器上行的信號(hào)分路成兩個(gè)輸出鏈路，其隔離口由此形成所述反射功率信號(hào)；所述的每個(gè)輸出鏈路中設(shè)置的限幅器，用于防止所述上行信號(hào)超過預(yù)設(shè)功率幅值； 所述的每個(gè)輸出鏈路中設(shè)置的射頻開關(guān)，用于在發(fā)射時(shí)隙時(shí)提高上行信號(hào)中反射功率信號(hào)和摻雜的發(fā)射功率信號(hào)的隔離度；所述的每個(gè)輸出鏈路中設(shè)置的低噪聲放大器，用于放大所述隔離后的上行信號(hào)； 所述的第二電橋，用于將所述第一電路的兩個(gè)輸出鏈路放大后的上行信號(hào)進(jìn)行合路后上行。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種通信中繼裝置及其所采用的駐波比檢測裝置，其包括耦合器，耦合一路由閉環(huán)功控單元放大后的發(fā)射功率信號(hào)；時(shí)隙開關(guān)，根據(jù)通信系統(tǒng)的上、下行時(shí)隙對(duì)應(yīng)選通天線端口上行鏈路的反射功率信號(hào)、所述耦合的發(fā)射功率信號(hào)；功分器，將時(shí)隙開關(guān)所選通的各功率信號(hào)均分到功率檢波管和所述閉環(huán)功控單元的反饋?zhàn)冾l鏈路中；所述功率檢波管，將各功率信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)；模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將所述各電壓信號(hào)從模擬格式轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式；計(jì)算單元，利用均為數(shù)字格式的反射電壓信號(hào)和發(fā)射電壓信號(hào)計(jì)算天線端口的回波損耗，從而確定駐波比值。本實(shí)用新型以簡易的電路和低廉的成本，實(shí)現(xiàn)了駐波比的檢測，尤其適用于寬帶通信系統(tǒng)中。
文檔編號(hào)H04B17/00GK202197283SQ20112027957
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月3日
發(fā)明者劉暢遠(yuǎn), 張凱, 賴權(quán) 申請(qǐng)人:京信通信系統(tǒng)(中國)有限公司