自适应数字调幅调相系统的制作方法

本发明涉及的是一种信号处理领域的技术，具体是一种自适应数字调幅调相系统。

背景技术：

具有多个功率放大器模块(简称功放)的发射机系统中，由于各个模块的器件特性和电气长度的不一致，会存在功放模块之间的幅度和相位的差异。然而为了提高功率合成的效率和输出功率，需要这个差异尽可能小。现有的处理技术主要是：用精密测量仪器测量各模块之间的幅度和相位的具体值，通过调整射频线长度调整相位，通过衰减器调整幅度。这样一来不但需要外部仪器，而且需要人工进行测量，线长等调整方式精度不高，耗时长。最严重的是，如果因为环境温度、器件老化等变化，原先的测量和补偿将不再准确，需要重新测量补偿的话，费时费力。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种自适应数字调幅调相系统，无需网络分析仪扫描和测量幅度和相位的具体读值即能够实现输出功率的快速精确调整。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：用于第一级推动的预放单元、并联设置的n个功率放大单元、合路单元、用于检测吸收功率和前向功率的检波单元、定向耦合单元以及微处理单元，其中：预放单元接收来自激励单元的射频输入信号并分成n路射频输出至各个功率放大单元，每个功率放大单元输出进一步放大后的射频信号至合路单元，检波单元分别从合路单元和定向耦合单元采集吸收功率信息和前向功率信息并输出微处理单元，微处理单元通过自适应计算处理得到每一路独立的相位和增益调整信号后合并输出至预放单元进行每路独立幅度和相位调整。

技术效果

与现有技术相比，本发明通过微处理器单元全自动、无需人工干预：一键完成，无需人工对各个链路逐个测量、记录、计算和随时随地可以对整个发射链路的相位增益不平衡进行校准；由于功率放大单元通过数字方式调整控制，根据选用的可调衰减器和移相器的规格书，幅度可以精确到0.05db，相位可以精确到0.1度。本发明在不需要网络分析仪扫描和测量幅度和相位的具体读值，仅通过检波电路测量计算吸收功率的情况下，通过优选算法，能够至少在3分钟内能完成多达10个功放模块的发射机相位、增益调整。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为功率放大单元示意图；

图3为实施例效果展示图；

图中：fwd为前向功率，rejt1～3为吸收功率，其中最大的为0.005597w。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种自适应数字调幅调相系统，包括：用于第一级推动的预放单元、并联设置的n个功率放大单元、合路单元、用于检测吸收功率和前向功率的检波单元、定向耦合单元以及微处理单元，其中：预放单元接收来自激励单元的射频输入信号并分成n路射频输出至各个功率放大单元，每个功率放大单元输出进一步放大后的射频信号至合路单元，检波单元分别从合路单元和定向耦合单元采集吸收功率信息和前向功率信息并输出微处理单元，微处理单元通过自适应计算处理得到每一路独立的相位和增益调整信号后合并输出至预放单元进行每路独立幅度和相位调整。

如图2所示，所述的预放单元包括：第一级推动功率放大器、n路分配器、n个控制独立链路增益的可调衰减器、n个用于控制独立链路相位的数字移相器和n个推动级放大器，其中：第一级推动功率放大器接收来自激励单元的射频输入进行一级功率放大，n路分配器将放大后的射频信号分为n路，每路射频信号分别经可调衰减器、数字移相器和推动级放大器后输出至对应的n个功率放大单元，每个可调衰减器和数字移相器分别与微处理器相连以接收幅度控制信号和相位控制信号，实现每个链路上相位和增益的自适应独立调整，最终使得各个功率放大单元最终合路输出后的前向功率最大化。

所述的功率放大单元包括：功率放大电路和电源模块，其中：功率放大电路接收来自预放单元的、经过功率预放和自适应幅度相位调整的射频信号，并对其进行功率进一步放大后输出至合路单元。

所述的系统中进一步设有分别向微处理单元、预放单元以及功率放大单元供电的配电单元。

所述的系统中进一步设有滤波单元，其接收合路单元或定向耦合单元的输出并输出射频信号。

所述的自适应计算处理是指：检波单元从合路单元采集吸收功率信息为n-1路吸收功率中的最大值m＝max{pr1，pr2，…prn-1}，其中：pr1，pr2，…prn-1为n-1路吸收功率值，从定向耦合单元采集前向功率读值，即前向功率信息f，微处理单元通过目标导向法、穷举法、拐点法、二分法或其组合计算使得满足：

a.f尽可能大，或

b.m尽可能小，或

c.在dbm单位下y＝f-m尽可能大时

对应的每个链路上相位值p1、p3，…、pn和增益值a1、a2、a3，…、an。

以上各个方法可以适用于先调相位，再调幅度，同样也可以适用于先调幅度，再调相位。也可以为了追求最优结果，在得到初轮结果后再进行一轮，优化相位和幅度的调整。

所述的预放单元中的可调衰减器的可调范围是amax(单位db)，可调步长设置为sa，则实际可衰减的值为0，1*sa，2*sa，…、amax(单位db)，n路的衰减值a1、a2、a3，…、an的可选值在0，1*sa，2*sa，…、amax(单位db)范围内。

所述的数字移相器的可调范围是pmax(单位°)，可调步长设置为sp，则实际可调相位的值为0，1*sp，2*sp，…、pmax(单位°)。则每路移相的值p1、p3，…、pn的可选值在0，1*sp，2*sp，…、pmax(单位°)范围内。

所述的自适应计算处理中的目标导向法具体是指：允许用户通过微处理单元设定一个最小需要达到的目标值y0，以分贝数(db)表示，目标导向法的目的就是，找到一个n路可调衰减器和n路数字移相器的衰减值组合，使得y(前向功率和最大吸收功率的差值)大于预设目标值y0。此时记n路可调衰减器的衰减值为a1y0、a2y0、a3y0，…、any0，记n路数字移相器的值为p1y0、p2y0、p3y0，…、pny0，为实际微处理器最终送到预放单元的幅度相位控制值。

具体来说如何找到这样的衰减值组合：因为相位和幅度各自的变化都会对最终的y0有影响，因此可以采取一定的次序，例如先调相位，再调幅度来进行(先调幅度再调相位亦可)。此时当幅度不做衰减，即n路可调衰减器a1、a2、a3，…、an＝0(单位db)，n路数字移相器中，第一路p1的值先设为0，第二路p2的值设为1*sp(最小步长走一步)，其余各路的值都设为0(p3，…、pn＝0)，此时得到一个前向功率和最大吸收功率的差值记为y1。如果y1大于预设目标值y0则目标达到，最终微处理器送出的控制值固定为p1、p3，…、pn＝0、p2＝1*sp(单位°)，a1、a2、a3，…、an＝0(单位db)，搜寻结束。如果此时y1小于预设目标值y0则目标未完成，则进一步调整p2的值，如设为2*sp(最小步长走2步)，其余值仍保持不变，得到新的y2，再与y0比较，如果y2大于预设目标值y0则目标导向完成，最终微处理器送出的控制值为p1、p3，…、pn＝0、p2＝2*sp(单位°)，a1、a2、a3，…、an＝0(单位db)，搜寻结束。否则进一步调整p2。当p2已经穷尽所有组合(0，1*sp，2*sp，…、pmax)而尚未完成目标，则记录下来得到最大y值时候对应上的p2的值，固定下来，然后同样的方法开始调整p3，直到把p1、p2、p3，…、pn等n路的值都固定下来；则用同样的方法去搜索a1、a2、a3，…、an的值；该方法的好处在于，从概率上来看，很有可能在中途已经满足了客户需求，因此不需要一直穷尽所有组合下去。虽然得到的结果不一定是最优，但是已经满足了客户需求，因此计算时间比较快。

所述的自适应计算处理中的穷举法是指：逐步尝试每一路的相位和幅度的值，穷尽每一种组合并记录每一组组合得到的功率差值大小，当穷尽了所有组合后，用最小功率差值对应的幅度和相位的值作为最终微处理器送出去的控制值；该方法的好处自然是能找到一个最优解，弊端在于它需要穷尽所有的组合，花费时间会比目标导向法多。

所述的自适应计算处理中的拐点法是指：在穷尽某一路的所有可能取值后，通过前后点的比较，找到拐点，即功率差值y一直变小直到开始变大的时候对应的点。例如在穷尽p2的选值时，当从p2＝m*sp到p2＝(m+1)*sp的时候，发现y的值不继续变小反而开始变大的，就认为p2＝m*sp是个拐点，记录值为p2max＝m*sp，并放弃继续尝试p2＝(m+2)*sp直至p3＝pmax的剩余可能；该方法的好处是既没有放弃找到最优点，通过概率计算相比穷举法节约了时间。

所述的自适应计算处理中的二分法是指：在尝试某一路的所有可能读值时，先在整个可调衰减范围取值等于该范围的最小点、中间点和最大点。例如对相位来说是就是0，0.5*pmax和pmax，看出来的y哪个更小，然后下一次选择的范围就在这个点上下的0.25*pmax的范围寻找。例如最小的是相位0对应的那个点，那么下一次选取的测试的三个点就选择0，0.25*pmax和0.5*pmax；如果最小的是相位0.5*pmax对应的那个点，那么下一次选取的测试三个点就是0.25*pmax，0.5*pmax和0.75*pmax；如果最小的是相位pmax对应的那个点，那么下一次选取的测试三个点就是0.5*pmax，0.75*pmax和pmax三个点。通过每次二分来确定下一次的范围，能够迅速缩小搜寻范围，极大的减少需要尝试的点的个数，直到最终确认最优化的一个点。这个比起挨个的去尝试的拐点法，虽然也是通过确认拐点的方式，但是会更快得到结果。

以上各个方法优选综合使用，例如先通过二分法迅速收窄范围，然后通过拐点法挨个尝试确认最优值。可根据客户需要自行探索最优解法。

例如一个四功放模块的10kw数字电视发射机，包括：激励器、预放单元、4(n＝4)个功率放大单元、四合路器、检波单元、定向耦合器和微处理单元，其中：预放单元里的输入信号经过第一级推动级放大器，然后四分配器后分成四路射频信号，每路分别经过一个可调衰减器，一个数字移相器以及一个推动级放大器，同时预放单元接收来自微处理器的四路相位控制信号(p1、p2、p3、p4)和四路幅度控制信号(a1、a2、a3、a4)。

基于上述装置的自适应计算处理在采用目标导向法的步骤包括：当希望达到的效果是前向功率f为10kw(对应70dbm)时，最大吸收功率m不高于10w(对应40dbm)，则公式中目标值y0＝70-40定义为30db。先调相位的话，则设a1、a2、a3、a4＝0。然后假设数字移相器相位可调范围为90°、最小步长为0.5°，则设p1、p3、p4＝0、p2＝0.5°、得到此时y1如果大于30db(例如f＝70dbm，m＝37dbm)则自适应算法结束，目标达成。如果y1小于30db(例如f＝70dbm，m＝43dbm)则保持其余幅度相位不变，尝试p2＝1°，直到p2尝试到最大相位可调范围(90°)或者达到预设目标y>30db为止。在停下来之前一直记录当前得到最大的y时对应的p2的值为p2max，如果p2试到90°仍未达到目标则固定设p2＝p2max。然后用同样方法开始找p3max、p4max，直到达到预设目标或者p3、p4都穷尽尝试为止。此时如果尚未达到预设目标，则记录当前得到最大的y时对应的p1max、p2max、p3max、p4max的值，然后用同样方法开始找a1max、a2max、a3max、a4max。任何时候如果满足了预定要求则停下，否则再反复在相位，幅度之间来回尝试，直到最终满足要求为止。

基于上述装置的自适应计算处理在采用穷举法的步骤包括：同上示例，数字移相器相位可调范围为90°、最小步长为0.5°，且先调相位。则设a1、a2、a3、a4＝0，先设p1、p3、p4＝0，遍历p2所有可能读值，{0,0.5°,1°,1.5°,...,90°}，得到最大的y时记录对应的p2的值为p2max，然后用同样方法开始找p3max、p4max，直到p3、p4都穷尽所有可能性为止。此时记录当前得到最大的y时对应的p1max、p2max、p3max、p4max的值，然后用同样方法开始找a1max、a2max、a3max、a4max；上述方式的优点在于能够遍历所有的可能性并找到最优的相位幅度组合，但是明显会比目标导向法多花时间。

基于上述装置的自适应计算处理在采用拐点法的步骤包括：同上示例，数字移相器相位可调范围为90°、最小步长为0.5°、且先调相位。则设a1、a2、a3、a4＝0，先设p1、p3、p4＝0，按照从小到大或者从大到小的次序，依次尝试p2可能读值，例如从小到大就是从0，依次到0.5°、1°、1.5°、...、90°。观察尝试每个p2时候得到的y，假设p2≤30°的时候，得到y的值一直不断增大，直到为p2＝30.5°的时候，y值开始比p2＝30°的时候减少，则认为p2＝30°是遇到的第一个拐点，记p2max＝30°并停止对p2的尝试。然后用同样方法开始找p3max、p4max，直到p3、p4都找到各自的第一个拐点为止。此时记录当前得到最大的y时对应的p1max、p2max、p3max、p4max的值，然后用同样方法开始找a1max、a2max、a3max、a4max；上述方式的优点是通过概率计算相比穷举法节约了时间。缺点是比较起穷举法，它找到的第一个拐点值不一定是所有组合里的最优解。

基于上述装置的自适应计算处理在采用二分法的步骤包括：同上示例，数字移相器相位可调范围为90°、最小步长为0.5°、且先调相位。则设a1、a2、a3、a4＝0，先设p1、p3、p4＝0、p2先分别尝试0°、45°和90°三种可能，并比较由此得到的三个y(分别设为y0，y45，y90)的值。如果其中最大的是y0，那么就把下一次的搜索范围收窄在[0°,45°]这个范围内，因此第二次尝试为0°、22.5°和45°三种可能，再得到y0，y22.5，y45，如果还是y0最大，则下一次搜索范围收窄在[0°,22.5°]这个范围内。也就是每次测三个点都能有效的收窄搜索范围到上一次的一半。如此多次经过最多8次(2的8次方＝256，而90°除以最小步长最多有180种值的可能)即可找到对应最大y的p2的值，记为p2max，然后用同样方法开始找p3max、p4max，以及a1max、a2max、a3max、a4max。通过每次二分来确定下一次的范围，能够迅速缩小搜寻范围，极大的减少需要尝试的点的个数，直到最终确认最优化的一个点；上述方式相比挨个的去尝试的拐点法，虽然也是通过确认拐点的方式，但是会更快得到结果。

本实施例在一台10kw(对应70dbm)的四模块发射机中，在应用本发明之前，通常由于各模块幅度相位不平衡，导致的吸收功率在100w(对应于50dbm)上下，前向功率和吸收功率的差值y＝20db。如图3所示，通过使用本自动调幅调相装置及算法，最大吸收功率能低于0.006w，相当于前向功率的0.00005％，比起通常的数值降低了99.4％，对于提高整机的发射功率、发射效率以及减少热量排放都有极大的改进。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。