CN102421176A - 用于直放站自动电平控制的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于直放站自动电平控制的装置，所述信号通道中包括将输入射频信号进行衰减的衰减器，将所述衰减器输出的信号进行模拟混频的混频器，将所述混频器输出的信号进行模数转换的模数转换器、取得所述模数转换器输出信号的功率统计值并传送到所述直放站控制单元的功率统计模块以及将所述经过功率统计的信号进行放大的乘法器；所述衰减器、混频器、模数转换器、功率统计模块以及乘法器在所述信号通道上依次串接，所述控制单元分别控制所述衰减器和乘法器并与所述功率统计模块连接。本发明还涉及一种用于直放站自动电平控制的方法。实施本发明的用于直放站自动电平控制的装置及方法，具有以下有益效果：其调节次数较少、能够放大信号。

Description

用于直放站自动电平控制的装置及方法

技术领域

本发明涉及通信领域，更具体地说，涉及一种用于直放站自动电平控制的装置及方法。

背景技术

 随着通信技术的发展，在移动通信网络中存在有许多无线覆盖盲区或无线信号干扰区，造成移动用户不能接入、掉话或者通话质量降低。直放站产品就是为解决这些问题而推出的，直放站使双向中继无线信号的覆盖区加大、对特殊地形可消除覆盖盲区、调配小区业务以平衡各小区的话务量、在“导频污染”地区强化主导频等，以达到低成本扩大无线网络覆盖范围、优化网络的目的。通常，在直放站中需要对信号进行ALC处理，ALC (Automatic Level Control，自动电平控制)是一种自动控制输出功率的技术，可防止信号过载并优化动态范围。即通过限制功率输入输出来保护器件。既提升低电平信号，又不会使高电平信号失真。在直放站中，通过控制输入信号的功率来实现ALC，防止输出信号过大或过小。在现有技术中，也涉及一些ALC装置及方法，大多是通过逐次逼近方法来实现衰减器的控制，其不足在于：对于功率变化越大的情况，需要调节衰减器步骤次数越多，才能逼近设定的功率；而对于输入功率小于指定功率并且衰减器衰减为0的情况，没有功率放大功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的调节次数较多、不能放大信号的缺陷，提供一种调节次数较少、能够放大信号的用于直放站自动电平控制的装置及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于直放站自动电平控制的装置，包括接收输入射频信号并将其转换为数字的、恒定功率信号输出的信号通道，所述信号通道中包括将输入射频信号进行衰减的衰减器，将所述衰减器输出的信号进行模拟混频的混频器，将所述混频器输出的信号进行模数转换的模数转换器（A/D转换器）、取得所述模数转换器输出信号的功率统计值并传送到所述直放站控制单元的功率统计模块以及将所述经过功率统计的信号进行放大的乘法器；所述衰减器、混频器、模数转换器、功率统计模块以及乘法器在所述信号通道上依次串接，所述控制单元分别控制所述衰减器和乘法器并与所述功率统计模块连接。

在本发明所述的用于直放站自动电平控制的装置中，所述衰减器和乘法器分别与所述控制单元连接，并在所述控制单元输出的控制信号下调整其衰减值和增益。

在本发明所述的用于直放站自动电平控制的装置中，所述功率统计模块取得功率统计值并存储在可编程逻辑器件的指定寄存器中。

在本发明所述的用于直放站自动电平控制的装置中，所述功率统计模块以及所述乘法器设置在同一可编程逻辑器件上。

在本发明所述的用于直放站自动电平控制的装置中，所述功率统计模块以及所述乘法器分别由同一可编程逻辑器件的不同DSP计算单元构成。

本发明还涉及一种用于在上述装置中实现自动电平控制的方法，所述自动电平控制的方法包括如下步骤：

    A）取得当前直放站输出功率值P；

    B）判断所述当前输出功率值P是否大于设定功率值P^'，如是，调节所述衰减器的衰减量为指定量ATT^'；否则，执行下一步骤；

    C）将当前衰减值ATT与当前输出功率值P和设定功率值P^'进行如下运算：ATT+P-P^'，并判断所述运算结果是否大于或等于零，如否，跳转到步骤E）；如是，执行下一步骤；

    D）调节所述衰减器的衰减量为ATT+P-P^'；并返回步骤A）；

    E）调节所述乘法器增益为P^'-（P+ATT），同时调节所述衰减器的衰减量为0；并返回步骤A）。 

在本发明所述的实现自动电平控制的方法中，所述步骤A）中在设定时间间隔读取所述可编程逻辑器件中指定寄存器值，将其转换为当前输出功率值P并将所述可编程逻辑器件中指定寄存器清零。

在本发明所述的实现自动电平控制的方法中，还包括如下步骤：

    M）对所述衰减器输出的射频信号进行A/D转换；

    N）得到所述A/D转换后的信号功率统计值，并将所述信号功率统计值存储在所述可编程逻辑器件中指定寄存器内。 

在本发明所述的实现自动电平控制的方法中，所述设定时间间隔为30-80ms。

在本发明所述的实现自动电平控制的方法中，所述指定量ATT^'为所述衰减器的最大衰减量。

实施本发明的用于直放站自动电平控制的装置及方法，具有以下有益效果：由于在信号通道中加入用于放大的乘法器，且采取有别于现有技术中通常由信号通道输出端取得当前功率值的做法，同时通过控制单元控制衰减器的衰减量和乘法器的增益，所以其调节次数较少、能够放大信号。

附图说明

图1是本发明用于直放站自动电平控制的装置及方法实施例中装置的结构示意图；

图2是所述实施例中实现自动电平控制方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。

如图1所示，在本发明用于直放站自动电平控制的装置及方法实施例中，该用于直放站自动电平控制的装置包括接收输入射频信号并将其转换为数字的、恒定功率信号输出的信号通道，所述信号通道中包括衰减器1、（模拟）混频器2、模数转换器3、功率统计模块4、乘法器5以及控制单元（MCU）6；其中，衰减器1、混频器2、模数转换器3、功率统计模块4以及乘法器5在信号通道上依次串接，控制单元6分别控制衰减器1和乘法器5的衰减量和增益值，并与功率统计模块4连接；衰减器1将输入射频信号进行衰减，混频器2将衰减器1输出的信号进行模拟混频，模数转换器3将混频器2输出的信号进行模数转换，功率统计模块4取得模数转换器3输出信号的功率统计值，并将其传送到直放站的控制单元6，乘法器5将经过功率统计模块4处理后的信号进行放大。

在本实施例中，衰减器1和乘法器5分别与控制单元6连接，并在控制单元6输出的控制信号下调整其衰减值和增益。也就是说，衰减器1和乘法器5的参数在控制单元6的控制下变化，而控制单元6控制衰减器1和乘法器5的依据是来自于上述功率统计模块4输送到控制单元6的功率统计值；当上述功率统计值变化时，控制单元6使得衰减器1和乘法器5的参数变化，以保证输出的功率值是恒定的。在本实施例中，上述控制单元6为MCU，控制单元6定时读取功率统计模块4中存储在可编程逻辑器件指定寄存器里的数值（该数值就是当前的统计功率值）。当指定寄存器中的数值被读取后，该指定寄存器会被清零，以保证不会对后面的数据带来影响。在本实施例中，功率统计模块4以及乘法器5设置在同一可编程逻辑器件上，具体来讲，功率统计模块4以及乘法器5分别由同一可编程逻辑器件的不同DSP计算单元构成。该可编程逻辑器件在直放站中还具有其它的功能，例如逻辑转换等，是该直放站中原先就具有的。

本发明还涉及一种在上述装置中实现自动电平控制的方法，如图2所示，在该方法中，包括如下步骤：

步骤S11 取得当前功率值P：在本步骤中，取得直放站当前输出功率值P，在本实施例中，该当前输出功率值P是通过在设定时间间隔内读取指定寄存器值，将其转换为当前输出功率值P，读取后将指定寄存器清零。指定寄存器中存储的是表示信号通道当前输出信号的功率统计值，是由功率统计模块4（请参见图1）对通过其的信号功率按照一定的取样频率不断取样而得的，每次指定存储器内的值被取走后，都会对该指定存储器进行清零处理。当上述控制单元6取得功率统计值之后，对其进行运算，得到当前输出功率值P，例如，设读取到指定寄存器的值为X，则当前输出功率值为                                                

。

步骤S12 判断当前功率值P是否大于设定功率值P^'：在本步骤中，控制单元6判断当前输出功率值P是否大于设定功率值P^'，如是，跳转到步骤S16；否则，执行下一步骤；在本步骤中，上述设定功率值P^'是存储在控制单元6中的，在本步骤中只是将其取出比较；而该值通常是通过与上述控制单元6连接的上位机传输来的，使用者可以通过上位机对该值进行修改或设定；当然，在一些情况下，也可能是存储在上述控制单元6中的默认值。

步骤S13将当前衰减值ATT与当前输出功率值P和设定功率值P^'进行如下运算：ATT+P-P^'，并判断所述运算结果是否大于或等于零：在本步骤中，判断ATT+P-P^' 的值是否大于或等于零，如果是，执行步骤S15；否则，执行步骤S14。

步骤S14 输出控制信号使乘法器的增益为P^'-（P+ATT），同时调节所述衰减器的衰减量为0：在本步骤中，由于（ATT+P-P^'）的值小于零（即上述运算结果不是大于或等于零），说明指定功率值P^'比信号输出功率P与衰减器的衰减值ATT两者的总和还大，也就是P^'>（P+ATT）。因此需要调节所述衰减器的衰减量为0，从而放大输入射频信号的功率；对于本步骤中的上述情况而言，即使衰减器1不对输入信号进行衰减，其输出的功率也仍然比指定输出功率小，因此需要调节乘法器5的增益，使得其输出信号变大，保持输出功率值的恒定。为此，控制单元4输出控制信号使得乘法器5的增益为P^'-（P+ATT），值得一提的是，衰减器的衰减量ATT不能为负数，所以只能设置衰减为大于或等于零。

步骤S15 输出控制信号使衰减器的衰减量为ATT+P-P^'：在本步骤中，由于判断（ATT+P-P^'）的值不小于零（即上述运算结果是大于或等于零的），意味着虽然射频信号的输入功率较大，但是还是需要调节衰减器1的衰减量，为此，控制单元6输出控制信号使得衰减器1的衰减量为ATT+P-P^'，其中，ATT是当前衰减量，P是当前输出功率值，P^'是设定功率值。

步骤S16 输出控制信号使衰减器的衰减量为指定量ATT^'：在本步骤中，由于当前输出功率值P大于设定功率值P^'，为此使得衰减器1的衰减量为指定量ATT^'，在本实施例中，上述ATT^'是该衰减器1的最大可衰减值。

值得一提的是，上述步骤描述了一个周期或一次调节的步骤，不管最后执行的是步骤S14、S15或S16中的哪一个，执行后都返回步骤S11，开始下一周期的调节。也就是说，执行步骤S14、S15和S16后，均返回步骤S11。如此循环，使得该信号通道的输出功率即使在输入信号出现较大变化时，均可以在较快的时间内得到调节，趋于恒定。

在本实施例中，该方法还包括如下步骤：对衰减器1输出的射频信号进行A/D转换；得到所述A/D转换后的信号功率统计值，并将所述信号功率统计值存储在指定寄存器内。在上述步骤中，描述了输出功率当前值是按照设定时间间隔取得的，在本实施例中，上述设定时间间隔为30-80ms，一个较佳的取值是50ms。

总之，射频输入信号通过衰减器、模拟混频器、A/D转换器后，依次进入设置在可编程逻辑器件FPGA内部的功率统计模块和乘法器处理，最后输出所需的恒定功率信号。其中，控制单元6（MCU）负责定时读取可编程逻辑器件FPGA指定寄存器的功率统计值，与上位机设定的功率值进行相应判断处理后，控制衰减器衰减值以及乘法器输入值（即控制了其增益值），从而实现功率ALC控制功能。上位机用于灵活设定所需输出功率值。可编程逻辑器件FPGA内部主要有2个模块：平均功率统计模块和乘法器模块；控制单元6（MCU）实现相关控制处理。

首先，可编程逻辑器件FPGA通过平均功率统计模块对输入信号进行功率统计，统计时间为50ms（也就是每隔50ms，功率统计值寄存到指定寄存器中，该值被取走后清零该功率统计值并重新计算），而控制单元6（MCU）每50ms读取一次可编程逻辑器件FPGA指定寄存器中的数值，进行运算处理得到对应的功率值。

可编程逻辑器件FPGA中乘法器主要实现小信号放大功能。针对所需输出恒定功率，如果ATT衰减值为0，输入功率值仍小于所需功率，则需要控制单元6（MCU）控制该乘法器输入，实现信号放大功能。

控制单元6（MCU）每50ms读取一次可编程逻辑器件FPGA指定寄存器中的数值，进行公式运算处理得到功率值P，如果功率值P大于上位机配置的设定值P^'，则控制衰减器预先衰减一个指定值ATT^'（ATT^'取决于衰减器允许的最大衰减值，例如，最大衰减30dB）。当P不大于P^'，则判断当前衰减器的衰减量ATT与P、P^'进行运算（ATT+P- P^'）的值是否不小于0，如果是，那么控制衰减器的衰减值为ATT+P-P^'；如果ATT+P- P^'小于0，此时需要控制乘法器模块放大信号增益P^'- (P+ATT)（其余情况，信号通过乘法器后功率不变），同时调节所述衰减器的衰减量为0。当进行上述操作后，如果射频输入信号功率不变的话，所设的ATT衰减值能够保证P= P^'；重复上述步骤，衰减器的衰减值不变，乘法器设置值也不变。只有射频输入功率变化后，重复上述步骤后，衰减器的衰减值改变。

在本实施例中，无论功率变化多大，最多仅需要2步调节衰减器就能实现功率ALC控制；调节速度快，稳定性好。同时增加了小功率放大到指定功率的功能，实现了功率恒定输出作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于直放站自动电平控制的装置，包括接收输入射频信号并将其转换为数字的、恒定功率信号输出的信号通道，其特征在于，所述信号通道中包括将输入射频信号进行衰减的衰减器，将所述衰减器输出的信号进行模拟混频的混频器，将所述混频器输出的信号进行模数转换的模数转换器、取得所述模数转换器输出信号的功率统计值并传送到所述直放站控制单元的功率统计模块以及将所述经过功率统计的信号进行放大的乘法器；所述衰减器、混频器、模数转换器、功率统计模块以及乘法器在所述信号通道上依次串接，所述控制单元分别控制所述衰减器和乘法器并与所述功率统计模块连接。

2.根据权利要求1所述的用于直放站自动电平控制的装置，其特征在于，所述衰减器和乘法器分别与所述控制单元连接，并在所述控制单元输出的控制信号下调整其衰减值和增益。

3.根据权利要求2所述的用于直放站自动电平控制的装置，其特征在于，所述功率统计模块取得功率统计值并存储在可编程逻辑器件的指定寄存器中。

4.根据权利要求3所述的用于直放站自动电平控制的装置，其特征在于，所述功率统计模块以及所述乘法器设置在同一可编程逻辑器件上。

5.根据权利要求4所述的用于直放站自动电平控制的装置，其特征在于，所述功率统计模块以及所述乘法器分别由同一可编程逻辑器件的不同DSP计算单元构成。

6.一种用于权利要求1所述装置中实现自动电平控制的方法，其特征在于，所述自动电平控制的方法包括如下步骤：

    A）取得当前直放站输出功率值P；

    B）判断所述当前输出功率值P是否大于设定功率值P^'，如是，调节所述衰减器的衰减量为指定量ATT^'；否则，执行下一步骤；

    C）将当前衰减值ATT与当前输出功率值P和设定功率值P^'进行如下运算：ATT+P-P^'，并判断所述运算结果是否大于或等于零，如否，跳转到步骤E）；如是，执行下一步骤； 

    D）调节所述衰减器的衰减量为ATT+P-P^'；并返回步骤A）；

    E）调节所述乘法器增益为P^'-（P+ATT），同时调节所述衰减器的衰减量为0；并返回步骤A）。

7.根据权利要求6所述的实现自动电平控制的方法，其特征在于，所述步骤A）中在设定时间间隔读取所述可编程逻辑器件中指定寄存器值，将其转换为当前输出功率值P并将所述可编程逻辑器件中指定寄存器清零。

8.根据权利要求7所述的实现自动电平控制的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

    M）对所述衰减器输出的射频信号进行A/D转换；

    N）得到所述A/D转换后的信号功率统计值，并将所述信号功率统计值存储在所述可编程逻辑器件中指定寄存器内。

9.根据权利要求8所述的实现自动电平控制的方法，其特征在于，所述设定时间间隔为30-80ms。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的实现自动电平控制的方法，其特征在于，所述指定量ATT^'为所述衰减器的最大衰减量。

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