专利名称：一种对数字接收机通道增益校准的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及对接收机进行校准的技术，特别是指一种对数字接收机通道增益校准的方法和系统。
背景技术：
图1是常用数字接收机的结构示意图，输入信号从输入端口进入接收机，经过声表面波滤波器(SAWF，Surface Acoustic Wave Filter)后到达低噪声放大器(LNA，Low Noise Amplifier)，通过LNA后的输入信号和本振信号在混频器中作乘法操作，输出基带信号，该基带信号经过可变增益放大器(VGA，VariableGain Amplifier)放大后送入采样电路，采样后获取的数字信号进入数字基带，进行后继的数字信号处理过程。由于输入信号的幅度会随着应用场合，传输环境，时间等因素的变化而改变，因此数字基带中采样后的数字信号的幅度也会发生相应的变化；对接收机本身来说，其工作状态和工作温度等因素的改变也会影响数字基带中数字信号的幅度。
现有的数字接收机校准系统，通常着眼于对输入信号功率和数字基带中数字信号幅度关系进行校准，并建立输入信号功率、自动增益控制(AGC，Automatic Gain Control)控制电压以及数字信号幅度之间的关系。但是对于扩频通信系统来说，由于数字接收机通常可以实现负载波噪比解调，所以现有的校准系统通常无法解决通道增益初始值误差较大的问题；另外目前的校准系统不能支持多个接收机的校准，校准效率较低，不适合大规模生产的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种对数字接收机通道增益校准的方法和系统，解决现有数字接收机校准系统中，不能支持多个接收机同时校准导致的校准效率较低且不适合于大规模生产，以及现有校准系统的采样电路在通道增益较高时会受到热噪声和接收机噪声系数的不利影响等缺陷。
一种对数字接收机通道增益校准的方法，包括以下步骤步骤一，待校准的数字接收机开机后与控制主机建立通信连接；步骤二，所述数字接收机与接收的校准信号进行初始同步，并在所述初始同步完成后，该控制主机与所述数字接收机进行初始通道增益对齐；步骤三，所述控制主机预测控制字，并确定与该控制字相对应的通道增益；步骤四，所述控制主机根据所记录的控制字以及所述通道增益，制定通道增益校准表。
上述方法，其中，所述步骤一中，所述数字接收机开机后进一步包括该数字接收机首先向所述控制主机发送开机信号，所述控制主机收到该开机信号后，双方通过初始握手过程建立连接。
上述方法，其中，所述步骤二中进行初始同步进一步包括所述数字接收机开机后即刻执行初始同步过程并与所述校准信号进入同步状态；如果所述数字接收机已经处于开机状态，则接收所述控制主机的指令启动小区搜索，与搜索到的所述校准信号进入同步状态。
上述方法，其中，所述通道增益校准表中记录所述数字接收机的通道增益G与所述控制字的对应关系；且所述通道增益G是数字基带中经过采样电路采样后形成的数字信号的功率pDBB和所述校准信号的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
上述方法，其中，所述校准信号的功率pin存在最低端pin，min和最高端pin，max；且所述通道增益G存在最大值Gmax和最小值Gmin；所述数字信号的功率存在目标值pDBBTarget，且该目标值由数字接收机结构、器件类型确定，则所述通道增益的最大值Gmax和最小值Gmin分别表示为 上述方法，其中，所述步骤二中初始通道增益对齐进一步包括控制主机首先控制所述校准信号的功率达到其最高端pin，max，则所述通道增益的初始值为该通道增益的最小值Gmin；且各个数字接收机的实测通道增益为Gi，则该通道增益初始值的误差为ΔGi＝Gi-Gmin；则将该通道增益初始值调整到Gmin所需的控制字长度为Δci＝[-ΔGi/ki]；则数字接收机的控制字调整为ci＝cmin+Δci；其中，[]表示取整；i至少为1，且不大于所连接的数字接收机的数目；通道增益控制系数ki表示单位控制字所调整的通道增益；cmin是所述校准开始时的控制字的最小值。
上述方法，其中，所述通道增益控制系数ki为初始值，且该初始值由所述数字接收机的型号、批次确定。
上述方法，其中，所述步骤三中控制主机预测控制字进一步包括根据公式计算出当前的通道增益控制系数；根据公式ΔGi＝Gi，n+1-Gi，n计算出当前的所述通道增益的调整步长；则下一次调整的控制字调整步长为ci，n+1＝ci，n+[ΔGi/ki，n]；式中，Gi，n是当前通道增益，Gi，n-1是上一次调整的通道增益，Gi，n+1为下一次调整的目标通道增益，cin是当前控制字，ci，n-1是上一次调整的控制字。
上述方法，其中，所述通道增益接近最大值时，所述控制主机控制所述校准信号的功率不超过使采样电路饱和的预定数值，并增加通道增益。
上述方法，其中，所述制定通道增益校准表进一步包括控制主机采用插值和/或曲线拟合对校准过程中记录的数据进行操作，并产生通道增益校准表，将该通道增益校准表发送给所述数字接收机。
一种对数字接收机通道增益校准的系统，包括至少一个校准工位、控制主机、信号发生器、功率分配器；所述校准工位用于连接数字接收机；所述控制主机通过控制总线连接各个所述校准工位，控制位于所述校准工位的所述数字接收机的工作模式，并调整所述信号发生器的工作模式和相应参数；在获取校准数据后，处理该些校准数据并生成通道增益校准表；所述信号发生器用于产生原始校准信号，并将该原始校准信号通过信号线输入功率分配器；所述功率分配器通过信号线与各个所述校准工位连接，用于把所述原始校准信号分配到位于各个所述校准工位上的所述数字接收机。
上述系统，其中，所述数字接收机的通道至少包括声表面波滤波器、低噪声放大器、混频器、可变增益放大器；该通道的通道增益由数字基带控制； 所述数字基带生成自动增益控制字，该控制字经过数模转换形成电压信号并输入到可变增益放大器的增益控制端，该电压信号控制所述可变增益放大器的增益。
上述系统，其中，所述信号发生器发出的所述原始校准信号由所述功率分配器均匀分配，分配后的校准信号输入各个位于所述校准工位上的所述数字接收机，且当所述分配后的校准信号的功率低于预定值时，所述功率分配器连接的校准工位不再增加。
上述系统，其中，所述通道增益校准表中记录所述数字接收机的通道增益G与所述控制字的对应关系；且所述通道增益G是数字基带中经过采样电路采样后形成的数字信号的功率pDBB和所述校准信号的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
应用本发明提供的这种对数字接收机通道增益校准的方法和系统，由于支持多接收机同时校准，使接收机的校准时间和仪器设备使用成本大幅降低，因此本发明的校准方法和系统适合接收机大规模生产时使用；由于对通道增益控制系数进行动态预测，使得增益调整快速准确，提高了校准速度；同时消除通道增益较高时热噪声和接收机噪声系数的影响，提高了校准精度。
图1为本发明实施例常用数字接收机的结构示意图； 图2为本发明实施例对多个数字接收机的通道增益进行校准的系统结构示意图。
具体实施例方式 为使本发明的目的、技术特征和实施效果更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明的技术方案进行详细描述。
本发明的目的是提供一种对数字接收机通道增益校准的方法和系统，以图1所描述的常用数字接收机为例，数字接收机通道通常包括SAWF、LNA、混频器、VGA等元器件。由于器件的不一致性，生产工艺偏差等因素的影响，不同的数字接收机在同一VGA控制电压下的通道增益可能不同；为了能够快速准确地把进入到采样电路的模拟输入信号调整到正常的幅度，也为了保证系统的测量精度能够满足系统设计的要求，同时也为了消除输入数字基带的数字信号的幅度变化引起接收机性能恶化；这就需要在接收机出厂前进行通道增益校准，消除接收机个体性差异，这些校准通常包括了数字基带根据对通道增益的调整需要，生成对应的AGC控制字，该AGC控制字通过数模转换后形成电压信号输入到VGA的增益控制端，以此保证进入到采样电路的模拟输入信号时刻处在正常的幅度；由此可知从数字基带看到的对通道增益的校准过程，实质上就是一个建立AGC控制字和通道增益的对应关系的过程；接收机需要对天线端口的输入信号的功率等参数进行测量，这就要求接收机除了需要检测出数字基带中的数字信号的功率外，也需要知道该数字接收机的通道增益，根据这两个参数计算出天线端口的输入信号的功率等参数。
需要说明的是，图1是一种典型的数字接收机结构原理示意图，是本发明的一个较佳实施例，但并不表示本发明的技术只能适用于图1所示的接收机，实际上只要数字基带可以通过某种方法控制接收机的通道增益，并且这种精确的控制关系需要通过校准才能确定，本发明就可以适用。
数字接收机通道增益校准系统的结构如图2所示，主要包括控制主机201，校准工位202、数字接收机203、信号发生器204以及功率分配器205；所述的校准工位202可以有多个，其具体数目可以根据所选用的信号发生器204的参数和功率分配器205参数确定。
控制主机201用于控制数字接收机203的工作模式，并调整信号发生器204的工作模式和参数，并在获取校准数据后，处理该些校准数据生成通道增益校准表。
信号发生器204用于产生原始校准信号sref，并将该原始校准信号输入功率分配器205。
功率分配器205用于把所述信号发生器204产生的原始校准信号分配到各个校准工位202上面的数字接收机203。
数字接收机203的通道增益的计算由以下公式实现，在数字基带中，数字信号的平均功率可以表示为 其中pDBBW是数字基带中的数字信号功率，N是对进入到采样电路的模拟输入信号进行采样的采样点数目，In、Qn则表示采样后I路信号、Q路信号。采用对数单位表示为 式中1mW表示1毫瓦；且此后如果不特别说明，功率的单位都是dBm，增益的单位都为dB。
数字接收机的通道增益可以表示为数字信号和天线端口的输入信号的功率差 G＝pDBB-pin(3) 在校准过程中，pDBB可以通过式(1)和式(2)计算得到，pin是接收机天线端口的输入信号的功率，可以通过查询信号发生器204的工作状态和工作参数得到，由此根据公式(3)计算得到通道增益G。且对应于校准信号动态范围的最低端pin，min和最高端pin，max，接收机通道增益的动态范围也有最大值和最小值，记为Gmax和Gmin，且Gmax对应校准信号动态范围的最低端，Gmin对应校准信号动态范围的最高端，设数字信号功率的目标值为pDBBTarget，则通道增益的最大值和最小值可以表示为 所述校准信号动态范围的最低端pin，min和最高端pin，max，通常由使用领域的国家标准标、行业标准等具体规定，数字信号功率的目标值pDBBTarget则是在系统设计时根据接收机结构，器件类型等因素确定的；这样，当接收机设计确定时，Gmax和Gmin也就唯一的确定了。
在根据式(1)计算数字信号功率时，采样点的数量必须足够的多，所述的足够的多是指要达到保证计算得到的功率值可以表征数字信号的实际功率，且校准使用的由信号发生器204发出的信号也必须符合数字接收机正常工作的要求，确保数字信号能真实地反映通道的增益特性。
应用上述装置以及公式进行校准的过程根据不同的校准阶段，可以分为步骤A至步骤F，A.工位检测，B.初始同步，C.初始通道增益对齐，D.步长预测，E.全动态范围校准，F.数据处理。
步骤A.工位检测工位检测的主要目的是判断各个工位是否有数字接收机203存在，当数字接收机203被连接到校准工位202并开机时，该数字接收机203和控制主机201之间通过初始握手过程建立连接，从而使得控制主机201知道在该校准工位202上存在数字接收机203。
步骤B.初始同步初始同步是数字接收机203通过执行预先设定的同步过程，和信号发生器204产生的校准信号sref实现同步的过程； 初始同步可以分为a.开机初始同步，b.开机后初始同步 a.开机初始同步是数字接收机203开机后即刻开始执行同步过程并与信号发生器204的校准信号sref进入同步状态的过程； b.开机后初始同步是数字接收机203在开机状态下，通过控制总线接收控制主机201的指令，启动小区搜索过程并与信号发生器204的校准信号sref进入同步状态的过程。
在成功完成该初始同步后，数字接收机203会不断地接收到信号发生器204产生的校准信号并维持与信号发生器204之间的同步状态。
以下的步骤C至步骤F描述了在校准过程开始时，控制主机201控制各个校准工位202的数字接收机203经过初始通道增益对齐后，从最小通道增益Gmin开始校准，此后控制主机201通过步长预测，控制各个校准工位202的数字接收机203的通道增益同步上升，具体包括 步骤C.初始通道增益对齐当校准过程开始后，控制主机201给每个数字接收机203发送指令，令其开始进行通道增益校准；控制主机201首先控制信号发生器204产生校准信号动态范围的最高端pin，max，而由于数字接收机203在此前可能没有经过通道增益校准，因此此时使用的AGC控制字通常并不是通道增益动态范围的最小值Gmin。
假定初始通道增益为通道增益动态范围的最小值Gmin，各校准工位202上面的数字接收机203的实测通道增益为Gi，则通道增益误差可以表示为 ΔGi＝Gi-Gmin(6) 对于数字接收机203，为了把通道增益调整到Gmin，需要调整的AGC控制字长度为 Δci＝[-ΔGi/ki](7) 其中[]表示取整，i至少为1，且不大于所连接的数字接收机的数目，ki是通道增益控制系数，表示单位控制字所能调整的通道增益，其定义见式(11)，ki的初始值可根据接收机的型号，批次等因素确定。
为了对齐初始通道增益Gmin，则数字接收机203的AGC控制字可以调整为 ci＝cmin+Δci(8) 其中cmin是校准开始时使用的最小AGC控制字，可根据接收机型号和批次确定。
经过上述初始通道增益对齐后，各个数字接收机203的初始通道增益之间的差值会缩小到一定范围内，实际上只要ki的初始值和cmin选择合适，各数字接收机203的初始通道增益之间的差值不会超过2dB；在实际校准过程中，如果第一次初始通道增益对齐后增益误差依然较大，可以再执行一次对齐操作，在第二次对齐后，根据实践得出的结论是此时的通道增益的误差通常不超过1dB。
步骤D.步长预测在初始通道增益对齐之后的校准过程中，为了能够使数字接收机203快速准确地调整到目标增益，就需要比较准确地预测出AGC控制系数k，因为控制系数是一个与接收机型号、批次和当前通道增益的范围相关的参数，因此在校准过程中根据当前校准数据动态的预测步长。
对于较小范围的AGC控制字，通道增益可以近似认为和该AGC控制字的数值大小成一阶函数关系；设当前数字接收机203通道增益为Gi，n，功率控制系数为ki，n，下一次调整的目标通道增益为Gi，n+1，则通道增益调整步长为 ΔGi＝Gi，n+1-Gi，n(9) 则AGC控制字调整步长为 ci，n+1＝ci，n+[ΔGi/ki，n] (10) 公式(10)中的增益控制系数ki，n为 式中，Gi，n是当前的通道增益，Gi，n-1是上一次调整的通道增益，Gi，n+1为下一次调整的目标通道增益，ci，n是当前控制字的步长，ci，n-1是上一次调整的控制字的步长，因此由式(11)可知，本系统中使用前一次实际的增益控制系数作为当前步长预测的增益控制系数。
步骤E.全动态范围校准为了保证数字接收机203能够准确地计算数字信号的功率，控制主机201根据当前的通道增益及时地调整信号发生器204的输出功率，使得到达数字基带的数字信号功率位于pDBBTarget附近。
在某个工位的数字接收机203的通道增益达到最大增益Gmax后，控制主机201停止该接收机的通道增益的校准，当所有工位的接收机通道增益都达到Gmax后，控制主机201即可停止全动态范围校准过程。在全动态范围校准过程中，控制主机201记录下每次调整时的AGC控制字和实际测量得到的通道增益，以备后续的数据处理。
需要进一步说明的是，在通道增益G位于最大值附近时，由于热噪声和接收机噪声系数的影响，数字基带中的数字信号的信噪比通常会出现比较严重的恶化，为了削除信噪比恶化给数字基带的功率测量带来的较大影响，当通道增益接近最高时，可以不再减小输入信号功率，此时如果逐步增加通道增益G，数字信号的功率会高于设计值pDBBTarget，但是只要校准信号不使采样电路饱和，就基本可以忽略测量的误差，这种方法可以克服现有的校准系统中在通道增益G的最高端测量不准的问题。
步骤F.数据处理在全动态范围校准过程中，为了加快校准速度，每次测量时通道增益G可以以较大步长调整。在接收机实际工作的过程中，为了能够精确地调整通道增益，通常需要有高精度的通道增益校准表，为了满足接收机工作需要，控制主机201必须对校准过程中记录的数据进行处理，通过插值或者曲线拟合的办法产生出满足实际工作要求的校准表。
本发明所支持的数字接收机数量只受信号发生器输出功率的限制，因此通过检测通道增益和AGC控制字之间的关系，可以支持多部接收机同时校准。由于支持多接收机同时校准，使接收机的校准时间和仪器设备使用成本大幅降低，因此本系统适合接收机大规模生产时使用；由于对通道增益控制系数进行动态预测，使得增益调整快速准确，提高了校准速度，同时消除通道增益较高时热噪声和接收机噪声系数的影响，提高了校准精度。
应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，所有的参数取值可以根据实际情况调整，且在该权利保护范围内。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种对数字接收机通道增益校准的方法，其特征在于，包括以下步骤
步骤一，待校准的数字接收机开机后与控制主机建立通信连接；
步骤二，所述数字接收机与接收的校准信号进行初始同步，并在所述初始同步完成后，该控制主机与所述数字接收机进行初始通道增益对齐；
步骤三，所述控制主机预测控制字步长，并确定与该控制字步长相对应的通道增益；
步骤四，所述控制主机根据所记录的控制字以及所述通道增益，制定通道增益校准表。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中，所述数字接收机开机后进一步包括该数字接收机首先向所述控制主机发送开机信号，所述控制主机收到该开机信号后，双方通过初始握手过程建立连接。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中进行初始同步进一步包括
所述数字接收机开机后即刻执行初始同步过程并与所述校准信号进入同步状态；
如果所述数字接收机已经处于开机状态，则接收所述控制主机的指令启动小区搜索，与搜索到的所述校准信号进入同步状态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通道增益校准表中记录所述数字接收机的通道增益G与所述控制字的对应关系；且所述通道增益G是数字基带中经过采样电路采样后形成的数字信号的功率pDBB和所述校准信号的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述校准信号的功率pin存在最低端pin，min和最高端pin，max；且所述通道增益G存在最大值Gmax和最小值Gmin；所述数字信号的功率存在目标值pDBBTarget，且该目标值由数字接收机结构、器件类型确定，则所述通道增益的最大值Gmax和最小值Gmin分别表示为
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步骤二中初始通道增益对齐进一步包括
控制主机首先控制所述校准信号的功率达到其最高端pin，max，则所述通道增益的初始值为该通道增益的最小值Gmin；且各个数字接收机的实测通道增益为Gi，则该通道增益初始值的误差为ΔGi＝Gi-Gmin；
则将该通道增益初始值调整到Gmin所需的控制字长度为Δci＝[-ΔGi/ki]；则数字接收机的控制字调整为ci＝cmin+Δci；
其中，[]表示取整；i至少为1，且不大于所连接的数字接收机的数目；通道增益控制系数ki表示单位控制字所调整的通道增益；cmin是所述校准开始时的控制字的最小值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述通道增益控制系数ki为初始值，且该初始值由所述数字接收机的型号、批次确定。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中控制主机预测控制字进一步包括
根据公式计算出当前的通道增益控制系数；根据公式ΔGi＝Gi，n+1-Gi，n计算出当前的所述通道增益的调整步长；
则下一次调整的控制字调整步长为ci，n+1＝ci，n+[ΔGi/ki，n]；
式中，Gi，n是当前通道增益，Gi，n-1是上一次调整的通道增益，Gi，n+1为下一次调整的目标通道增益，ci，n是当前控制字，ci，n-1是上一次调整的控制字。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通道增益接近最大值时，所述控制主机控制所述校准信号的功率不超过使采样电路饱和的预定数值，并增加通道增益。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制定通道增益校准表进一步包括控制主机采用插值和/或曲线拟合对校准过程中记录的数据进行操作，并产生通道增益校准表，将该通道增益校准表发送给所述数字接收机。
11.一种对数字接收机通道增益校准的系统，其特征在于，包括至少一个校准工位、控制主机、信号发生器、功率分配器；
所述校准工位用于连接数字接收机；
所述控制主机通过控制总线连接各个所述校准工位，控制位于所述校准工位的所述数字接收机的工作模式，并调整所述信号发生器的工作模式和相应参数；在获取校准数据后，处理该些校准数据并生成通道增益校准表；
所述信号发生器用于产生原始校准信号，并将该原始校准信号通过信号线输入功率分配器；
所述功率分配器通过信号线与各个所述校准工位连接，用于把所述原始校准信号分配到位于各个所述校准工位上的所述数字接收机。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述数字接收机的通道至少包括声表面波滤波器、低噪声放大器、混频器、可变增益放大器；该通道的通道增益由数字基带控制；
所述数字基带生成自动增益控制字，该控制字经过数模转换形成电压信号并输入到可变增益放大器的增益控制端，该电压信号控制所述可变增益放大器的增益。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述信号发生器发出的所述原始校准信号由所述功率分配器均匀分配，分配后的校准信号输入各个位于所述校准工位上的所述数字接收机，且当所述分配后的校准信号的功率低于预定值时，所述功率分配器连接的校准工位不再增加。
14.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述通道增益校准表中记录所述数字接收机的通道增益G与所述控制字的对应关系；且所述通道增益G是数字基带中经过采样电路采样后形成的数字信号的功率pDBB和所述校准信号的功率pin的差值G＝pDBB-pin。
全文摘要
本发明提供一种对数字接收机通道增益校准的方法和系统，方法包括步骤一，待校准的数字接收机开机后与控制主机建立通信连接；步骤二，数字接收机与接收的校准信号进行初始同步，并在初始同步完成后，该控制主机与数字接收机进行初始通道增益对齐；步骤三，所述控制主机预测控制字步长，并确定与该控制字步长相对应的通道增益；步骤四，所述控制主机根据所记录的控制字步长以及所述通道增益，制定通道增益校准表。应用本发明技术，支持多接收机同时校准，使接收机的校准时间减少，因此适合接收机大规模生产时使用；且由于对通道增益控制系数进行动态预测，提高了校准速度，消除通道增益较高时热噪声和接收机噪声系数的影响，提高了校准精度。
文档编号H04L25/03GK101123595SQ20071012131
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月3日 优先权日2007年9月3日
发明者冯星辉, 杨龙波 申请人:北京天碁科技有限公司