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专利名称：通信中继装置驻波定标方法及其相应的驻波校准方法
通信中继装置驻波定标方法及其相应的驻波校准方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统中诸如基站、射频拉远单元之类的通信中继装置，尤其涉及其所采用的驻波定标方法及相应的驻波校准方法。
背景技术：
无线通信领域，采用了数字预失真技术的功率放大系统的基站、数字拉远单元等通信中继装置均需与天线相连接。通信中继装置的天线端口由于阻抗失配会产生很大的反射信号，导致严重影响通信系统的正常工作和各种射频指标。通过检测驻波比值可以及时发现并解决问题，当检测到驻波比值出现异常时，得以告警或者关闭通信中继装置中的功率放大系统。天线端口阻抗失配的原因包括天线端口阻抗不匹配和各种器件电气性能不一致两种主要情况，尤其是在具有较大带宽的通信系统中，这种失配没有一定的规律。为了实现天线端口的驻波校准，一种可行的方式是在通信中继装置出厂时先行对其各个天线端口进行定标，形成一组参照数据，在通信中继装置运行时，基于该组参照数据实现天线端口的校准。传统的定标和校准方法运用了较高复杂度的计算，这些计算在通信中继装置内部的主控制器中执行，导致主控制器的运算变慢，占用了主控制器的数据处理时间，提高了对芯片的硬件指标要求和相应的成本。

发明内容本发明的目的之一在于克服上述不足，提供一种通信中继装置驻波定标方法，以较低复杂度的计算和较低成本的投入建立通信中继装置驻波校准的参照数据。本发明的另一目的在于提供一种与前述驻波定标方法相对应的通信中继装置驻波校准方法，以使通信中继装置能够快速地实现驻波校准。为实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案本发明的通信中继装置驻波定标方法，其包括如下步骤1)根据通信中继装置的工作带宽要求，将该工作带宽划分为若干子频段，确定每个子频段的工作频点；2)针对每个天线端口，以不同的工作频点、预设的多个发射功率提供发射电压信号，获取该发射电压信号和相应的反射电压信号进行数字化采样后执行如下子过程2. 1以正比于发射电压信号的数据长度的对应关系求取发射电压信号的统计电压值；2. 2求取该反射电压信号对应的反射功率值与发射电压信号对应的发射功率值之间的差值转换为回波损耗，将该回波损耗换算成驻波比；3)将每个天线端口在步骤幻获得的不同频率不同发射功率下的驻波比、回波损耗、统计电压值之间存在的对应关系以数据表形式存储于通信中继装置的主控制器中供驻
4波比校准之用。根据本发明的一个实施例所揭示，步骤幻中，将所述回波损耗与统计电压值之间的对应关系、回波损耗与驻波比之间的对应关系分别以独立的数据表形式存储于通信中继装置的主控制器中供驻波比校准之用，两个数据表间以回波损耗相关联。为了提交驻波比、 回波损耗与统计电压值之间的相关性，在形成数据表时，针对各工作频点下回波损耗与统计电压值之间的对应关系构建函数曲线并对曲线进行拟合使之平滑。根据本发明的另一实施例所揭示，步骤幻中，仅将所述驻波比与统计电压值之间的对应关系以数据表形式存储于通信中继装置的主控制器中供驻波比校准之用。为了提交驻波比与统计电压值之间的相关性，在形成数据表时，针对各工作频点下驻波比与统计电压值之间的对应关系构建函数曲线并对曲线进行拟合使之平滑。适应程序设计的需要，步骤2)以如下方式重复所述子过程的执行21、确定当前进行定标的天线端口 ；22、针对当前天线端口，执行如下操作a、确定当前进行定标的工作频点；b、针对当前工作频点，为发射电压信号初始设定所述预设多个发射功率中的一个，执行如下操作bl、执行所述子过程2. 1-2. 2 ；b2、改变所述发射功率为所述预设多个发射功率中的另一个，返回步骤bl进行循环，直至所有预设的多个发射功率被调用完毕；C、改变当前工作频点为另一工作频点，返回步骤b进行循环，直至通信中继装置的各工作频点被调用完毕；23、改变当前天线端口为另一天线端口，返回步骤22进行循环，直至通信中继装置的各天线端口均被调用完毕。具体的，所述反射电压信号与发射电压信号的数字化采样在一模数转换器中执行，而子过程2. 1-2. 2在一芯片中执行，该芯片的寄存器的计数表征了所述发射电压信号的数据长度，所述统计电压值正比于该寄存器计数。较佳的，步骤幻中通过失配负载实现对天线端口的模拟。本发明的通信中继装置驻波校准方法，其对应于前述的驻波定标方法而包括如下步骤1)获取需校准的天线端口的发射电压信号，将该信号数字化采样；2)求取正比于发射电压信号的数字化采样所得数据长度的统计电压值；3)查找预存于通信中继装置主控制器中确立了驻波比与统计电压值之间直接或间接对应关系的一个或多个数据表中统计电压值与步骤幻的统计电压值之间差值最小的记录，将该记录相对应的驻波比确定为该天线端口的驻波比。根据本发明的一个实施例所揭示，因存在所述驻波比与回波损耗之间、回波损耗与统计电压值之间分别建立直接对应关系的两个数据表，两个数据表之间以回波损耗为关联建立驻波比与统计电压值之间的间接对应关系，步骤幻基于该两个数据表执行。根据本发明的另一实施例所揭示，存在所述驻波比与统计电压值之间建立直接对应关系的唯一一个数据表，步骤3)基于该唯一一个数据表执行。
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同理，基于与前一方法的对应性，所述发射电压信号的数字化采样在一模数转换器中执行，而步骤幻在一芯片中执行，该芯片的寄存器的计数表征了所述发射电压信号的数据长度，所述统计电压值正比于该寄存器计数。与现有技术相比，本发明具有如下优点1、本发明在通信中继装置出厂时对其进行驻波定标，而在通信中继装置运行时， 则利用与驻波定标方法相对应的驻波校准方法进行驻波校准，简化了后期驻波校准时的复杂，出厂时驻波定标时的一次性操作，换来后续运行过程中驻波校准的便利；2、在驻波定标时，通过对发射电压信号进行电压统计，并将各工作频点的统计电压值与回波损耗乃至驻波比之间对应关系进行了曲线拟合，使曲线函数可导，提高了统计电压值与回波损耗乃至驻波比之间的相关性，为程序计算提供了更多的便利；3、定标时通过将统计电压值与回波损耗乃至驻波比之间的对应关系以电子数据表的形式存储于内存中，在驻波校准时检索数据表中的统计电压值以确定一条记录，并将依据该记录的对应关系检索出驻波比，中间或引用回波损耗，不管如何，表查找的方式大大提高了驻波检测、校准时的计算效率，降低了通信中继装置的主控制器的数据处理时间；4、因上述所述及的优点，使得本发明的各方法降低了相应计算芯片以及通信中继装置的主控制器的硬件指标要求，可以采取诸如FPGA、DSP之类的成本低廉的芯片实现，从而也降低了通信中继装置的整体成本。

图1是本发明的通信中继装置的局部电路的原理框图；图2为本发明驻波定标方法中与各工作频点相对应的统计电压值与回波损耗间对应关系投射的曲线示意图，其横坐标表征回波损耗，纵坐标表征统计电压值；图3为本发明驻波定标方法中与各回波损耗相对应的工作频点与统计电压值间对应关系投射的曲线示意图，辅以从不同角度观测所述统计电压值与回波损耗间对应关系；图4是对图2的曲线进行拟合后进一步形成的投射效果；图5是对图3的曲线进行拟合后进一步形成的投射效果。
具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明本发明遵循在出厂时对通信中继装置先进行驻波定标，在通信中继装置运行时对通信中继装置进行驻波校准的规则，因此，本发明的驻波定标方法与驻波校准方法之间具有相对应性。请参阅图1，本发明的一个通信中继装置的局部电路原理框图中，揭示了通信中继装置的下行链路通过耦合器61耦合一路由数字预失真功放系统的末级放大管41输出的发射信号，同时利用了一路由上行链路反射的反射信号，该发射信号与反射信号被一时隙开关62按时隙切换传输到一功分器64中，该功分器64将所述发射信号和反射信号各分配成两路输出，其中一路馈入到所述数字预失真功率系统的反馈变频链路65中，另一路分配到一个价格较为低廉的RMS功率检测管66中。发射信号与反射信号经功率检波管66检测后，分别成为发射电压信号与反射电压信号，即为分别表征发射信号与反射信号的电压幅值的模拟信号，该两个模拟信号进一步被一模数转换器67数字化采样转换为数字格式，然后传输给一由FPGA芯片实现的计算单元68中，由该计算单元68中实现本发明的驻波定标方法和驻波检测方法的部分计算功能后，再由一诸如计算机之类的控制单元(未图示)与通信中继装置的主控制器(未图示)配合完成本发明的驻波定标方法和驻波检测方法的其它功能。在本发明的一个典型实施例中，本发明的驻波定标方法包括如下具体步骤1、公知的，根据通信中继装置的工作带宽要求，将通信系统的工作带宽进行划分， 将其划分为若干个细分的子频段，继而确定每个子频段的中心频点，即为其工作频点。2、针对通信中继装置的各个天线端口进行定标。具体是先设定一个初始的天线端口进行定标，然后依次对后续的天线端口进行定标，直至所有天线端口定标完毕。对于天线端口的模拟，通过所述控制单元依次设置不同的失配负载实现。对于每个天线端口，必须针对通信中继装置的多个子频段进行定标。具体是先在所述多个工作频点中选取一个设定为当前工作频点进行定标。继而依次设定后续的工作频点进行定标，直至所有的工作频点被定标完毕。针对每一个工作频点，则需要为发射信号预设多个发射功率，使得最终的发射电压信号在不同的发射功率下形成。众所周知的，发射信号与反射信号之间随功率幅值不同而具有确定的正比关系，回波损耗为反射电压信号与发射电压信号之差，表现为如下公式RL (dB) = PindBm_PrefdBm可见，通过求取某天线端口的发射电压信号(Pin)与反射电压信号(Pref)各自所表征的功率的差值，便能得到所述回波损耗(RL)的具体数值。此一计算过程在所述计算单元 68中实现。在计算单元68中，除计算所述发射信号与反射信号之间的差值之外，还对所述发射电压信号进行电压幅值进行统计。所述模数转换器的位数既定，例如有效位数η是12位， 则计算单元68的芯片按次读取模数转换器的发射电压信号数据，读取的次数记载在芯片的寄存器中。寄存器的计数显然表征了发射电压信号中的数据长度，具体取决于发射电压信号的信号帧中的数据帧长度。对发射电压信号的电压值的统计以如下公式进行V = -^YjUm= Jsample)
sample其中V为发射电压信号的统计电压值，a为寄存器的十进制计数，Vp_p为ADC的最大量化峰峰电压值，T为读取一次寄存器的时间，Nsample为ADC实际工作的采样速率，指数η 是指模数转换器的有效数据位数。由以上公式可以看出，所述统计电压值与寄存器的计数之间存在正比关系，因寄存器的计数表征了发射电压信号数据长度，因此，所述统计电压值正比于发射电压信号的数据长度。计算单元68为每一个发射功率作用下的发射电压信号记载相应的统计电压值和相应的回波损耗，即确认了一个特定发射功率下的发射电压信号的统计电压值与回波损耗之间的对应关系，以此类推，即确立了各个端口的各个具体工作频点下各个预设的发射功
7率作用下的发射电压信号的统计电压值与回波损耗之间的对应关系。针对每个天线端口将其在各个工作频点下的多个发射功率作用下的统计电压值与回波损耗间的对应关系投射在坐标系上，以横轴表征回波损耗，以纵轴表征统计电压值， 对各个点进行连线，即构建了一个函数曲线，如图2所示，这个函数显然是不可导的。为了进一步说明这种不平滑关系，可进一步参阅图3，图3以各回波损耗为基�。�将对应各回波损耗的各工作频点与各统计电压值间建立对应关系，并投影在坐标上形成图象。由图3同理可看出其所形成的曲线欠缺平滑。因此，计算单元68进一步对该函数曲线进行曲线拟合，使之可导，提高回波损耗与统计电压值之间的相关性，拟合的具体算法如下图2中，横坐标表示为X，表征回波损耗；纵坐标表示为y，表征统计电压值。工作频点的一维数组表示为[y1; y2，y3....yN]，yM(l彡M彡N)，发射功率数据抽象为(Xl， Y1)... (χ , y )，首先计算如式⑴-式⑶的值P =Χ!+Χ2+Χ;!+· · · +XM(1)
Q =2丄 2丄 Xl +X2 +,...+Xm(2)
R =3丄 3丄 Xl +X2 +,...+Xm(3)
S =4 4 Xl +X2 +,...+Xm(4)
T =Yi+Y2+- · +y (5)
U =XiYi+X2Y2+- · · +XMYM(6)
V =Χι2Υι+Χ2:V2+- · · +Xm2YM(7)
D =N*Q*S+2*P*Q*R-Q3-P:、S-N*R2 (8)然后根据式(1)式(8)来确定最终的二次曲线的方程，设该方程表达式为y = ax2+bx+c(9)那么可以得到a = (N*Q*V+P*R*T+P*Q*U_Gf *T-P2*V-N*R*U)/D (10)b = (N*S*U+P*Q*V+Q*R*T-Gf *U-P*S*T-N*R*V)/D (11)c = ^!*S*T+Q*R*U+P*R*V-Gf *V-P*S*U-RVr)/D (12)然后将(Xl，yi). . . (xM,yM)中的横坐标分别带入上述二次方程，就可以得到二次曲线拟合后的平滑曲线的图形如图4和图5所示。图4、图5分别与图2、图3相对应，后者属于前者经数据拟合后的改进效果。实际工程应用表明，该曲线拟合算法能较好满足实际需要，可以提高无线宽带基站的驻波检测精度要求。通过拟合后的曲线如图4和图5所示，可见，拟合后的函数可导，曲线平滑，大大提高了统计电压值与回波损耗之间的相关性。为便于进一步确定统计电压值与驻波比之间的对应关系，在计算单元68中，每得出一个回波损耗之时，直接将回波损耗按照公知的转换关系转换为驻波比，则每一统计电压值有一个回波损耗与之对应，进而有一个驻波比与之相对应。为了编程的便利，将本步骤中计算单元68执行各天线端口的定标的子过程以如下形式进行程序设计即可1)、确定当前进行定标的天线端口 ；
2)、针对当前天线端口，执行如下操作a、确定当前进行定标的工作频点；b、针对当前工作频点，为发射电压信号初始设定所述预设多个发射功率中的一个，执行如下操作bl、执行所述子过程2. 1-2. 2 ；b2、改变所述发射功率为所述预设多个发射功率中的另一个，返回步骤bl进行循环，直至所有预设的多个发射功率被调用完毕；C、改变当前工作频点为另一工作频点，返回步骤b进行循环，直至通信中继装置的各工作频点被调用完毕；3)、改变当前天线端口为另一天线端口，返回步骤22进行循环，直至通信中继装置的各天线端口均被调用完毕。当然，程序设计的方式是灵活的，即可以采用以上方式，以while语句实现，也可以for语句实现，以取得最优算法的设计方式为准。3、当完成所有天线端口的各个工作频点下的不同发射功率作用下的统计电压值与回波损耗、驻波比之间对应关系的曲线拟合运算之后，由所述控制单元将这种曲线拟合后的对应关系以数据表的形式存储在通信中继装置内部的主控制器中，以便后续驻波校准方法进行表查找。统计电压值与回波损耗、驻波比之间的对应关系在控制单元的控制下以两个数据表分别实现，两个数据表之间以回波损耗建立关联。也即，数据表之一记载统计电压值与回波损耗之间的对应关系，数据表之二记载回波损耗与驻波比之间的对应关系，回波损耗是两个表之间的关联数据域。两个数据表均被存储在通信中继装置的主控制器中供查找之用。对于表征统计电压值与回波损耗之间对应关系的数据表，是由计算单元68确立的。对于表征回波损耗之间对应关系的数据表，因回波损耗与驻波比之间的对应关系是公知可推算的，因此，该数据表本身的建立可灵活处理。在本实施例中，回波损耗与驻波比之间对应关系的数据表在出厂时便被形成，并与所述统计电压值与驻波比间对应关系的数据表一同被控制单元处理并存储于通信中继装置的主控制器(主控制器包括有内置或外置的存储单元，下同)中。而在本发明的另一实施例中，可以由通信中继装置在运行时即通过自身的运算建立一个临时的回波损耗与驻波比之间对应关系的数据表，而不必指定在计算单元68 中实现。由此可进一步简化所述计算单元68的计算量。如前所述，通过集合多天线端口多个工作频点的各种发射功率下的统计电压值与回波损耗之间的对应关系可以形成一个存储于通信中继装置主控制器的更完整的数据表， 便于通信中继装置后续运行时引用。构建该数据表的方式，在形式上，可以以三维数据表实现。具体如下表所示设定多个数据域，分别为“回波损耗”、“fl”、“f2”……对于数据表的每一行记录，每一行代表某特定端口的多个不同工作频点的统计电压值与同一回波损耗间对应关系。其中，“H”用于记载第一个特定工作频点下的统计电压值，“f2”用于记载第二个特定工作频点下的统计电压值，以此类推……而“回波损耗”数据域则用于记载与这些统计电压值相对应的回波损耗的具体数值。表1 表征统计电压值与回波损耗之间对应关系的数据表
权利要求
1.一种通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，其包括如下步骤1)根据通信中继装置的工作带宽要求，将该工作带宽划分为若干子频段，确定每个子频段的工作频点；2)针对每个天线端口，以不同的工作频点、预设的多个发射功率提供发射电压信号，获取该发射电压信号和相应的反射电压信号进行数字化采样后执行如下子过程2.1以正比于发射电压信号的数据长度的对应关系求取发射电压信号的统计电压值；2. 2求取该反射电压信号对应的反射功率值与发射电压信号对应的发射功率值之间的差值转换为回波损耗，将该回波损耗换算成驻波比；3)将每个天线端口在步骤幻获得的不同频率不同发射功率下的驻波比、回波损耗、统计电压值之间存在的对应关系以数据表形式存储于通信中继装置的主控制器中供驻波比校准之用。
2.根据权利要求1所述的通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，步骤幻中，将所述回波损耗与统计电压值之间的对应关系、回波损耗与驻波比之间的对应关系分别以独立的数据表形式存储于通信中继装置的主控制器中供驻波比校准之用，两个数据表间以回波损耗相关联。
3.根据权利要求2所述的通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，在形成数据表时， 针对各工作频点下回波损耗与统计电压值之间的对应关系构建函数曲线并对曲线进行拟合使之平滑。
4.根据权利要求1所述的通信中继装置驻波标定方法，其特征在于，步骤幻中，仅将所述驻波比与统计电压值之间的对应关系以数据表形式存储于通信中继装置的主控制器中供驻波比校准之用。
5.根据权利要求4所述的通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，在形成数据表时， 针对各工作频点下驻波比与统计电压值之间的对应关系构建函数曲线并对曲线进行拟合使之平滑。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，步骤2)以如下方式重复所述子过程的执行21、确定当前进行定标的天线端口；22、针对当前天线端口，执行如下操作a、确定当前进行定标的工作频点；b、针对当前工作频点，为发射电压信号初始设定所述预设多个发射功率中的一个，执行如下操作bl、执行所述子过程2. 1-2. 2 ；b2、改变所述发射功率为所述预设多个发射功率中的另一个，返回步骤bl进行循环， 直至所有预设的多个发射功率被调用完毕；c、改变当前工作频点为另一工作频点，返回步骤b进行循环，直至通信中继装置的各工作频点被调用完毕；23、改变当前天线端口为另一天线端口，返回步骤22进行循环，直至通信中继装置的各天线端口均被调用完毕。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，所述反射电压信号与发射电压信号的数字化采样在一模数转换器中执行，而子过程2. 1-2. 2 在一芯片中执行，该芯片的寄存器的计数表征了所述发射电压信号的数据长度，所述统计电压值正比于该寄存器计数。
8.根据权利要求1至5中任意一项所述的通信中继装置驻波定标方法，其特征在于，步骤2)中通过失配负载实现对天线端口的模拟。
9.一种通信中继装置驻波校准方法，其特征在于，其对应于如权利要求1-8中任意一项所述的驻波定标方法而包括如下步骤1)获取需校准的天线端口的发射电压信号，将该信号数字化采样；2)求取正比于发射电压信号的数字化采样所得数据长度的统计电压值；3)查找预存于通信中继装置主控制器中确立了驻波比与统计电压值之间直接或间接对应关系的一个或多个数据表中统计电压值与步骤幻的统计电压值之间差值最小的记录，将该记录相对应的驻波比确定为该天线端口的驻波比。
10.根据权利要求9所述的通信中继装置驻波校准方法，其特征在于，具体对应于权利要求2或3，存在所述驻波比与回波损耗之间、回波损耗与统计电压值之间分别建立直接对应关系的两个数据表，两个数据表之间以回波损耗为关联建立驻波比与统计电压值之间的间接对应关系，步骤3)基于该两个数据表执行。
11.根据权利要求9所述的通信中继装置驻波校准方法，其特征在于，具体对应于权利要求4或5，存在所述驻波比与统计电压值之间建立直接对应关系的唯一一个数据表，步骤 3)基于该唯一一个数据表执行。
12.根据权利要求9所述的通信中继装置驻波校准方法，其特征在于，具体对应于权利要求7，所述发射电压信号的数字化采样在一模数转换器中执行，而步骤幻在一芯片中执行，该芯片的寄存器的计数表征了所述发射电压信号的数据长度，所述统计电压值正比于该寄存器计数。
全文摘要
本发明公开一种通信中继装置驻波定标方法及其相应的驻波校准方法，在驻波定标方法中，利用反射信号与发射信号的差值确定回波损耗，利用发射电压信号进行数据统计而确定统计电压值，建立统计电压值与回波损耗乃至驻波比之间的对应关系，将这种对应关系以数据表的形式存储于通信中继装置的主控制器的相应存储单元中，最好对数据表所依赖的数据进行曲线拟合。在驻波校准方法中，同理将发射电压信号进行数据统计，利用统计出的统计电压值在所述数据表中直接进行表查找而确定驻波比。本发明以数据表的形式对拟合后的数据进行存储，便于后续运行时的驻波比校准，校准时计算量极少，大大提高了检测效率，降低了硬件成本，适用于宽带系统中。
文档编号G01R27/06GK102281112SQ201110220690
公开日2011年12月14日 申请日期2011年8月3日 优先权日2011年8月3日
发明者侯瑞亮, 刘畅远, 姚攀攀, 张凯 申请人:京信通信系统(中国)有限公司