专利名称：一种功率和驻波比检测的装置及方法
技术领域：
本发明涉及无线通信领域，特别涉及一种功率和驻波比检测的装置及方法。
背景技术：
在无线通信领域中，驻波比、输出功率一直都是发射机的重要指标，驻波比直接体现了发射机末级端口的匹配状况，匹配不好时，会影响到信号的发射与接收，特别是在信号下行输出时，输出功率和驻波比都比较大时，很容易烧坏末级电路，甚至会烧坏功率放大器，所以输出功率和驻波比的检测，保证发射机末级端口匹配良好一直是通信设备的一个硬性指标。另一方面，从环保和网络规划的角度考虑，输出信号强度必须在一定的范围内， 否则会直接影响到整个网络的信号质量。所以功率和驻波比的检测对通信设备中的功率放大器的保护非常重要。目前，驻波比和功率的检测主要用射频检波和基带检波两种检测方式来实现，其中射频检波主要借助于检波管以及一系列外围电路，这种检测方式的检测精度主要取决于检波管精度，而基带检波方式需要经过混频、ADC转换来实现。在现今2G和3G通信系统并存以及多模RRU系列产品诞生的情况下，相应的驻波检测、功率检测的方法也需要做相应的改善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种功率和驻波比检测的装置，该装置采用先定标后检测，提高了检测的精度。本发明的另一个目的还在于提供一种功率和驻波比检测的方法。本发明的目的通过下述技术方案实现一种功率和驻波比检测的装置，所述装置具体包括第一模数转换器AD、FPGA模块、数模转换器DA、功率放大器PA、前向耦合器、多工器、反向耦合器、负载、射频滤波器、射频选择开关和混频链路，所述第一模数转换器AD的输出端与FPGA模块相连接，所述FPGA模块的输出端与数模转换器DA连接，所述数模转换器DA的输出端分别与功率放大器PA连接，所述的功率放大器PA的输出端接入多工器，所述多工器的输出端与负载相连接；所述射频开关通过射频端口 FWDn与前向耦合器相连接，所述前向耦合器与功率放大器PA和多工器之间的射频线进行连接，所述射频开关还与射频滤波器的输出端REV相连接；所述射频滤波器通过射频线与反向耦合器相连接，所述反向耦合器与多工器和负载之间的射频线连接；所述前向耦合器是以微带耦合的方式与功率放大器PA和多工器之间的射频线进行微带耦合连接。所述反向耦合器是以微带耦合的方式与多工器和负载之间的射频线微带耦合连接。
所述射频开关的输出端与混频链路相连接；所述混频链路包括依次相连的混频器、中频滤波器、中小功率放大器、第二模数转换器AD ；所述第二模数转换器AD的输出端接入FPGA模块。所述前向耦合器是单向耦合器。所述反向耦合器是单向耦合器。所述功率和驻波比检测的装置的工作原理如下所述第一模数转换器AD中输出的前向功率进入FPGA模块中，在FPGA模块中进行前向功率统计后输出到数模转换器DA，通过功率放大器PA进行功率放大后，前向功率通过前向耦合器以微带耦合的方式耦合到射频线FWD中，所述耦合的前向功率称为前向反馈功率，前向反馈功率通过射频开关与混频链路相连接，进入FPGA模块进行前向反馈功率统计与计算，这样构成的链路是前向功率检测链路或者是DPD (digital Pre-distortion，数字预失真)反馈链路。上述从功率放大器PA中的输出前向功率进入多工器，当前向功率进入负载后，有部分功率反射回来，所述反射回来的功率为反向功率，反向功率通过反向耦合器以微带耦合的方式耦合到射频滤波器中，所述耦合的反向功率称为反向反馈功率，反向反馈功率通过射频开关与混频链路相连接，进入FPGA模块进行反向反馈功率统计与计算，这样构成的链路是反向功率检测链路。对于同时对至少一种制式的信号进行功率和驻波比检测时，所述一种功率和驻波比检测的装置包括至少一个数模转换器DA、至少一个功率放大器PA和至少一个前向耦合
器，所述射频开关通过射频端口 FWD1、FWD2.....FffDn分别与一个前向耦合器相连接，所述
每个前向耦合器与每个功率放大器PA和多工器之间的射频线进行连接。一种功率和驻波比检测的方法，所述方法包括以下步骤(1)通过射频开关选择需要检测的前向功率检测链路的射频端口 FWDn，使前向功率检测链路接通，调整功率放大器PA，使输出功率达到所需要的预设功率值Pout'；(2)前向功率的模拟信号通过第一模数转换器AD转化为数字信号进入FPGA模块， 并记录进入FPGA模块中的信号功率值，记为Pl ；(3)前向功率的数字信号从FPGA模块中输出，经过数模转换器DA进行数字信号和模拟信号转换以及功率放大器PA进行功率放大后，通过前向耦合器以微带耦合的方式将信号输入到混频链路中进行混频、滤波、功率放大以及模数转换处理，最后将处理过的信号提供给FPGA模块进行统计与计算；(4)在FPGA模块中记录从混频链路进入FPGA模块中的信号功率值，记为P2 ；(5)在FPGA模块中根据上述步骤统计的所述Pl和P2计算定标功率P3和定标增益G1，即完成功率检测的定标，所述定标功率P3的计算公式为P3 = P2+反馈链路温度补偿值，所述定标增益Gl的计算公式为G1 = P2+反馈链路温度补偿值-Pl，所述反馈链路温度补偿值为反馈链路中由于温度变化使通路中的信号增益发生变化而补偿的功率值；(6)完成功率检测的定标后，计算最终输出功率值，记为Pout，所述Pout的计算公式为Pout = Pout' +P2+反馈链路温度补偿值-P3，所述Pout'和P3为常量；(7)完成功率检测的定标和计算后，然后将射频开关拨到射频滤波器的输出端，使反向功率检测链路接通，前向功率的信号经过第一模数转换器AD、FPGA模块、数模转换器 DA、功率放大器PA、多工器，再经过失配负载，部分信号从负载反射回来，反射回来的反向功率通过反向耦合器以微带耦合的方式耦合到射频滤波器中，通过射频开关进入混频链路经过混频、放大、模数转换，最后将反向反馈功率的数字信号提供给FPGA模块进行统计，所述负载的驻波比为VSWR'，即回波损耗为RL'；⑶在FPGA模块中，统计反向反馈功率统计值、回波损耗增益的统计值、当前回波损耗的统计值以及回波损耗的定标值，分别记为P4、G2、RLl以及RL2，所述G2的计算公式为G2 = P4+反馈链路温度补偿值-Pl，所述RLl的计算公式为RL1 = G2-G1，所述RL2的计算公式为RL2 = RLl-RL'，即完成回波损耗定标，所述Gl和RL2为常量，P4、G2和RLl为变量；(9)回波损耗定标完成后，计算实际的回波损耗，记为RL，所述RL的计算公式为 RL = RL1-RL2 ；(10)得到RL后，计算实际驻波比VSWR，所述VSWR的计算公式为
5" 11 /5" 11
VSWR=G + ioi)/(i-ioi；)，其中公式中的 sn = -RL;(11)得到驻波比VSWR值后，在FPGA模块中检测输出端的匹配状况，当检测得到驻波比超过功率放大器PA的门限值时，FPGA模块能及时给出告警信息，关闭功率放大器PA， 通过FPGA模块使输出信号衰减，再打开功率放大器PA，使得功率放大器PA输出小信号，即使功率放大器PA处于全反射状态下也不至于烧坏功率放大器PA ；在链路有信号传输的状态下，检查链路，直到驻波比正常，系统继续正常工作。本发明相对现有技术具有以下优点1、本发明所述的前向功率检测链路和DPD反馈链路是同一链路，从而降低了电路复杂度以及耦合器的指标要求，而且系统空间也进一步缩小，产品成本也进而降低。2、本发明中无论是功率检测，还是驻波比检测，都采用先定标的方式，再进行检测，提高了检测精度，避免了烦琐的手动调式，减少了人为误差，方便了生产批量生产。3、FPGA直接检测出了实际输出端口的匹配状况，同时控制着功放的开关状态，可以有效、及时的保护功放，适应链路的稳定性。
图1是本发明所述的一种功率和驻波比检测的装置结构示意图；图2是本发明实施例2 —种功率和驻波比检测的装置结构示意图；图3是本发明实施例1和2功率检测流程框图；图4是本发明实施例1和2驻波比检测流程框图。
具体实施例方式下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。实施例1图1是一种功率和驻波比检测的装置示意图，所述装置具体包括第一模数转换器 AD、FPGA模块、数模转换器DA、功率放大器PA、前向耦合器、多工器、反向耦合器、负载、射频滤波器、射频开关和混频链路，所述第一模数转换器AD的输出端与FPGA模块相连接，所述 FPGA模块的输出端与模数转换器DA连接，所述模数转换器DA的输出端与功率放大器PA相连接，所述功率放大器PA的输出端接入多工器，所述多工器的输出端与负载相连接；所述射频开关通过射频端口 FWDn与前向耦合器相连接，所述前向耦合器以微带耦合的方式与功率放大器PA和多工器之间的射频线进行微带耦合连接，所述射频开关还与射频滤波器的输出端REV相连接；所述射频滤波器通过射频线与反向耦合器相连接，所述反向耦合器以微带耦合的方式与多工器和负载之间的射频线微带耦合连接；所述射频开关的输出端与混频链路相连接；所述混频链路包括依次相连的混频器、中频滤波器、中小功率放大器、第二模数转换器AD ；所述第二模数转换器AD的输出端接入FPGA模块。所述前向耦合器是单向耦合器。所述反向耦合器是单向耦合器。所述功率和驻波比检测的装置的工作原理如下所述第一模数转换器AD中输出的前向功率进入FPGA模块中，在FPGA模块中进行前向功率统计后输出到数模转换器DA将数字信号转换为模拟信号，通过功率放大器PA 进行功率放大后，前向功率通过前向耦合器以微带耦合的方式耦合到射频线FWD中，所述耦合的前向功率称为前向反馈功率，前向反馈功率通过射频开关与混频链路相连接，进入FPGA模块进行前向反馈功率统计与计算，这样构成的链路是前向功率检测链路或者是 DPD(digital Pre-distortion，数字预失真)反馈链路。上述从功率放大器PA中的输出前向功率进入多工器，当前向功率进入负载后，有部分功率反射回来，所述反射回来的功率为反向功率，反向功率通过反向耦合器以微带耦合的方式耦合到射频滤波器中，所述耦合的反向功率称为反向反馈功率，反向反馈功率通过射频开关与混频链路相连接，进入FPGA模块进行反向反馈功率统计与计算，这样构成的链路是反向功率检测链路。采用上述功率和驻波比检测的装置进行功率和驻波比检测，所述检测的方法包括以下步骤，流程如图3和图4所示(1)通过射频开关选择需要检测的前向功率检测链路的射频线端口 FWD，使前向功率检测链路接通，调整功率放大器PA，使输出功率达到所需要的预设功率值Pout'；(2)前向功率的模拟信号通过第一模数转换器AD转化为数字信号进入FPGA模块， 并记录进入FPGA模块中的信号功率值，记为Pl ；(3)前向功率的数字信号从FPGA模块中输出，经过数模转换器DA进行数字信号和模拟信号转换以及功率放大器PA进行功率放大后，通过前向耦合器以微带耦合的方式将信号输入到混频链路中进行混频、滤波、功率放大以及模数转换处理，最后将处理过的信号提供给FPGA模块进行统计与计算；(4)在FPGA模块中记录从混频链路进入FPGA模块中的信号功率值，记为P2 ；(5)在FPGA模块中根据上述步骤统计的所述Pl和P2计算定标功率P3和定标增益G1，即完成功率检测的定标，所述定标功率P3的计算公式为P3 = P2+反馈链路温度补偿值，所述定标增益Gl的计算公式为G1 = P2+反馈链路温度补偿值-Pl，所述反馈链路温度补偿值为反馈链路中由于温度变化使通路中的信号增益发生变化而补偿的功率值；(6)完成功率检测的定标后，计算最终输出功率值，记为Pout，所述Pout的计算公式为Pout = Pout' +P2+反馈链路温度补偿值-P3，所述Pout'和P3为常量；(7)完成功率检测的定标和计算后，然后将射频开关拨到射频滤波器的输出端 (反向耦合端)，使反向功率检测链路接通，前向功率的信号经过第一模数转换器AD、FPGA 模块、数模转换器DA、多工器，再经过失配负载，部分信号从负载反射回来，反射回来的反向功率通过反向耦合器以微带耦合的方式耦合到反向通路，经过射频滤波器和射频开关进入混频链路，经过混频、放大、模数转换，最后将反向反馈功率的数字信号提供给FPGA模块进行统计，所述负载的驻波比为VSWR'，即回波损耗为RL'；⑶在FPGA模块中，统计反向反馈功率统计值、回波损耗增益的统计值、当前回波损耗的统计值以及回波损耗的定标值，分别记为P4、G2、RLl以及RL2，所述G2的计算公式为G2 = P4+反馈链路温度补偿值-Pl，所述RLl的计算公式为RL1 = G2-G1，所述RL2的计算公式为RL2 = RLl-RL'，即完成回波损耗定标，所述Gl和RL2为常量，P4、G2和RLl为变量；(9)回波损耗定标完成后，计算实际的回波损耗，记为RL，所述RL的计算公式为 RL = RL1-RL2 ；(10)得到RL后，计算实际驻波比VSWR，所述VSWR的计算公式为
511 /511,,,
VSWR=(i + ioi)/(i-ioi)，公式中的刚=-RL ；(11)得到驻波比VSWR值后，在FPGA模块中检测输出端的匹配状况，当检测得到驻波比超过功率放大器PA的门限值时，FPGA模块能及时给出告警信息，关闭功率放大器PA， 通过FPGA模块使输出信号衰减，再打开功率放大器PA，使得功率放大器PA输出小信号，即使功率放大器PA处于全反射状态下也不至于烧坏功率放大器PA ；在链路有信号传输的状态下，检查链路，直到驻波比正常，系统继续正常工作。实施例2图2是对于多种制式的信号进行功率和驻波比检测时的一种功率和驻波比检测的装置示意图，所述装置具体包括第一模数转换器AD、FPGA模块、若干个数模转换器DA、若干个功率放大器PA、若干个前向耦合器、多工器、反向耦合器、负载、射频滤波器、射频开关、 混频器、中频滤波器、中小功率放大器以及第二模数转换器AD，所述第一模数转换器AD的输出端与FPGA模块相连接，所述FPGA模块的输出端分别与若干个模数转换器DA连接，每个模数转换器DA的输出端分别与一个功率放大器PA相连接，每个所述的每个功率放大器 PA的输出端接入多工器，所述多工器的输出端与负载相连接；所述射频开关通过射频线FWD1、FWD2.....FffDn分别与一个前向耦合器相连接，
所述每个前向耦合器以微带耦合的方式与每个功率放大器PA和多工器之间的射频线进行微带耦合连接，所述射频开关还与射频滤波器的输出端REV相连接；所述射频滤波器通过射频线与反向耦合器相连接，所述反向耦合器以微带耦合的方式与多工器和负载之间的射频线微带耦合连接；所述射频开关的输出端与混频器相连接；所述混频器、中频滤波器、中小功率放大器、第二模数转换器AD依次连接；所述第二模数转换器AD的输出端接入FPGA模块。本实施例的功率和驻波比检测方法的流程和实施例1相同。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述装置具体包括第一模数转换器 AD、FPGA模块、数模转换器DA、功率放大器PA、前向耦合器、多工器、反向耦合器、负载、射频滤波器、射频开关和混频链路，所述第一模数转换器AD的输出端与FPGA模块相连接，所述 FPGA模块的输出端与数模转换器DA连接，所述数模转换器DA的输出端与功率放大器PA相连接，所述功率放大器PA的输出端接入多工器，所述多工器的输出端与负载相连接，所述射频开关通过射频端口 FWDn与前向耦合器相连接，所述前向耦合器与功率放大器PA和多工器之间的射频线进行连接，所述射频开关还与射频滤波器的输出端REV相连接；所述射频滤波器通过射频线与反向耦合器相连接，所述反向耦合器与多工器和负载之间的射频线连接；所述射频开关的输出端、混频链路和FPGA模块依次相连接。
2.根据权利要求1所述的一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述装置还包括至少一个数模转换器DA、至少一个功率放大器PA和至少一个前向耦合器，所述射频开关通过射频端口 FWD1、FWD2.....FffDn分别与一个前向耦合器相连接，所述每个前向耦合器与每个功率放大器PA和多工器之间的射频线进行连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述前向耦合器是以微带耦合的方式与功率放大器PA和多工器之间的射频线进行微带耦合连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述反向耦合器是以微带耦合的方式与多工器和负载之间的射频线微带耦合连接。
5.根据权利要求1或2所述的一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述前向耦合器是单向耦合器。
6.根据权利要求1或2所述的一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述反向耦合器是单向耦合器。
7.根据权利要求1或2所述的一种功率和驻波比检测的装置，其特征在于，所述混频链路包括依次相连的混频器、中频滤波器、中小功率放大器、第二模数转换器AD。
8.—种功率和驻波比检测的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)通过射频开关选择需要检测的前向功率链路的射频线端口FWD，接通前向功率检测链路，调整功率放大器PA，使输出功率达到所需要的预设功率值Pout'；(2)前向功率的模拟信号通过第一模数转换器AD转化为数字信号进入FPGA模块，并记录进入FPGA模块中的信号功率值，记为Pl ；(3)前向功率的数字信号从FPGA模块中输出，经过数模转换器DA进行数模转换以及功率放大器PA进行功率放大后，通过前向耦合器以微带耦合的方式将信号输入到混频链路中进行混频、滤波、功率放大以及模数转换处理，最后将处理过的信号提供给FPGA模块进行统计与计算；(4)在FPGA模块中记录从混频链路进入FPGA模块中的信号功率值，记为P2；(5)在FPGA模块中根据上述步骤统计的所述Pl和P2计算定标功率P3和定标增益G1， 即完成功率检测的定标，所述定标功率P3的计算公式为P3 = P2+反馈链路温度补偿值，所述定标增益Gl的计算公式为G1 = P2+反馈链路温度补偿值-Pl，所述反馈链路温度补偿值为反馈链路中由于温度变化使通路中的信号增益发生变化而补偿的功率值；(6)完成功率检测的定标后，计算最终输出功率值，记为Pout，所述Pout的计算公式为Pout = Pout ‘ +P2+反馈链路温度补偿值-P3，所述Pout ‘和P3为常量；(7)完成功率检测的定标和计算后，然后接通反向功率检测链路，前向功率的信号经过第一模数转换器AD、FPGA模块、数模转换器DA、多工器，再经过失配负载，部分信号从负载反射回来，反射回来的反向功率通过反向耦合器以微带耦合的方式与射频滤波器耦合，通过射频开关进入混频链路经过混频、放大、模数转换，最后将反向反馈功率的数字信号提供给FPGA模块进行统计，所述负载的驻波比为VSWR'，即回波损耗为RL'；(8)在FPGA模块中，统计反向反馈功率统计值、回波损耗增益的统计值、当前回波损耗的统计值以及回波损耗的定标值，分别记为P4、G2、RLl以及RL2，所述G2的计算公式为G2 = P4+反馈链路温度补偿值-Pl， 所述RLl的计算公式为RL1 = G2-G1，所述RL2的计算公式为RL2 = RLl-RL'，即完成回波损耗定标，所述Gl和RL2为常量，P4、G2和RLl为变量；(9)回波损耗定标完成后，计算实际的回波损耗，记为RL，所述RL的计算公式为RL= RL1-RL2 ；(10)得到RL后，计算实际驻波比VSWR，所述VSWR的计算公式为5" 11 /5" 11VSWR=(i + ioi)/(i-ioi；)，其中公式中的 sn = -RL;(11)得到驻波比VSWR值后，在FPGA模块中检测输出端的匹配状况。
全文摘要
本发明提供一种功率和驻波比检测的装置，所述装置具体包括前向功率检测链路、DPD反馈链路以及反向功率检测链路，所述前向功率检测链路和DPD反馈链路是同一条链路。本发明还提供一种功率和驻波比检测的方法，该方法中无论是功率检测，还是驻波比检测，都采用先定标的方式，再进行检测，提高了检测精度，避免了烦琐的手动调式，减少了人为误差。
文档编号H04B17/00GK102215074SQ20111014967
公开日2011年10月12日 申请日期2011年6月3日 优先权日2011年6月3日
发明者付敏, 刘志, 朱加强, 陈建国 申请人:京信通信系统(中国)有限公司