CN106877946B - 一种高性能信道模拟器自动控制接收机及其验证装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，具体地说是一种高性能信道模拟器自动控制接收机及其验证装置，其特征在于：还包括射频可变衰减单元、宽带耦合单元、射频解调单元、检波单元、运算放大器单元、本振单元、主控单元；所述的主控单元，其内设有存储单元，用于存储各种频率所对应的最佳功率值，并控制检测单元与本振单元。本发明与现有技术相比，无需事先预设接收功率，可自动调节通路的电平，保证接收机稳定在最佳的工作状态，具有频带宽、动态大、自动化等特点，使用十分简便，精高度，具有极佳的市场推广性。

Description

一种高性能信道模拟器自动控制接收机及其验证装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体地说是一种高性能信道模拟器自动控制接收机及其验证装置。

背景技术

随着人类对通信需求的提升，以及国家对通信行业的支持，无线通信技术得到了快速的发展。无线通信信道环境复杂，存在着多径衰落、延迟扩展、多普勒衰落等影响通信质量的特性。越来越复杂的无线通信环境，给设计开发高质量无线通信系统带来困难。在通信系统研制过程中，需要充分考虑无线信道存在的不利因素。信道模拟器对无线信道有较好的近似模拟效果，采用无线信道模拟器模拟真实无线信道环境，可大大缩短基站与终端的总体开发周期，减少大量的外场测试。

在信道模拟器的系统中，主要包含三个部分：发射机、接收机及主控单元。接收机接收到信号并解调为基带信号。基带信号由主控单元，经过一系列信道模拟的算法后，再传输给发射机。具体硬件结构及应用场景参见图1。

在信道模拟器的使用过程中，一般都需要告之信道模拟器，接收到的信号功率。接收机通过相应的计算，改变接收机通路中的功率分配，使得信道模拟通路更合理，通过这种方式来达到信道模拟器的最佳工作状态。

可见，一般的信道模拟器都有预设值的过程，接收机无法自动判断识别接收到信号的大小，自适应改变通信链路的功率分配。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种无需预设接收信号功率，只需根据相应频率校准好其最佳功率值事先录入主控单元中，便会根据接收到的信号大小自动调节通路衰减达到最佳工作状态的接收机。

为实现上述目的，设计种高性能信道模拟器自动控制接收机，包括主控单元，其特征在于：

还包括射频可变衰减单元、宽带耦合单元、射频解调单元、检波单元、运算放大器单元、本振单元、主控单元；

所述的射频可变衰减单元，用于将接收到的来自基站或终端的宽带射频信号进行功率分配后，再发送至宽带耦合单元；

所述的宽带耦合单元，用于将接收到的宽带射频信号中的≥80％的能量传输给射频解调单元，并将余下能量输出给检波单元；

所述的射频解调单元，用于对从宽带耦合单元接收到的信号解调为模拟信号I和模拟信号Q输出；

所述的检波单元，用于对从宽带耦合单元接收到的信号进行检波得到相应的检波电压，并且发送至主控单元与主控单元中记录的相应的最佳功率值对应电压做比对得到误差电压，从主控单元反馈获取的误差电压再发送至运放单元；

所述的运放单元，用于从检波单元获取的误差电压值，然后驱动控制所述的射频可变衰减单元来改变射频可变衰减单元的衰减量，进而改变了宽带耦合单元两个输出端口的功率值；

所述的本振单元，其受主控单元控制用于给射频解调单元提供相应的本振信号；

所述的主控单元，其内设有存储单元，用于存储各种频率所对应的最佳功率值，并控制检测单元与本振单元。

所述射频可变衰减单元的输入频率为0.4～6GHz，输入功率动态-60～+15dBm。

所述的射频可变衰减单元包括串联的若干射频可变衰减器和若干射频放大器；

所述的宽带耦合单元采用宽带耦合器；宽带耦合器的输入端连接所述的射频可变衰减单元的输出端；

所述的射频解调单元包括一个射频解调器，以及与射频解调器的两个输出端分别串联的低通滤波器，射频解调器的一个输入端连接所述宽带耦合器的一个输出端；

所述的本振单元采用本机振荡器；本机振荡器的输出端连接所述射频解调器的另一个输入端；本机振荡器的输入端连接主控单元的一个输出端；

所述的检波单元包括一个做检波器的二极管、以及与二极管的阴极串联的加法器；所述的二极管的阳极连接所述宽带耦合单元的另一个输出端；所述加法器的一个信号端与主控单元的一个信号端双向连接；

所述的运放单元包括运算放大器、电容，所述的运算放大器的反相输入端分两路，反相输入端一路连接电容的一端，反相输入端另一路连接所述加法器的输出端；运算放大器的同相输入端接地；运算放大器的输出端分两路，运算放大器的输出端的一路连接电容的另一端，运算放大器的输出端的另一路分别连接射频可变衰减单元中的各个电位器余下的引出端。

当射频可变衰减单元接收到信号，并依次经宽带耦合单元和检波单元处理送入主控单元后，主控单元在存储单元中记录其功率值，并根据公式：最佳功率值＝Pi-n×衰减功率值+m×Po，计算出衰减功率值，其中，n为射频可变衰减单元中所串联的射频可变衰减器的数量，m为射频可变衰减单元中所串联的射频放大器的数量，Pi为宽带耦合单元的输入功率，Po为射频放大器的放大功率。

将所述接收机中的射频解调单元替换为频谱仪，并拆除所述接收机中的本振单元，用频谱仪查看在射频解调单元中的输入信号，所述的射频解调单元中的输入信号＝宽带耦合单元的输出信号。

本发明与现有技术相比，无需事先预设接收功率，可自动调节通路的电平，保证接收机稳定在最佳的工作状态，具有频带宽、动态大、自动化等特点，使用十分简便，精高度，具有极佳的市场推广性。

附图说明

图1为无线信道模拟器在工作环境下的结构示意图。

图2为本发明的原理连接框图。

图3为本发明在实施例中的电路连接框图。

图4为本发明在实施例中的电路连接框图。

图5为本发明实施例中采用频谱仪来验证本发明效果的原理连接框图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步地说明。

实施例1

参见图2，本发明的一种高性能信道模拟器自动控制接收机，包括主控单元，其特征在于：

还包括射频可变衰减单元、宽带耦合单元、射频解调单元、检波单元、运算放大器单元、本振单元、主控单元；

所述的射频可变衰减单元，用于将接收到的来自基站或终端的宽带射频信号进行功率分配后，再发送至宽带耦合单元；参见图3，本例中所述的射频可变衰减单元包括三个射频可变衰减器和三个射频放大器，每个射频可变衰减器串联一个所述的射频放大器形成一个衰减单元，三个衰减单元之间再串联。

所述的宽带耦合单元，用于将接收到的宽带射频信号中的≥80％的能量传输给射频解调单元，并将余下能量输出给检波单元；本例中所述的宽带耦合单元采用宽带耦合器；宽带耦合器的输入端连接所述的射频可变衰减单元中最后一个射频放大器的输出端；

所述的射频解调单元，用于对从宽带耦合单元接收到的信号解调为模拟信号I和模拟信号Q输出；本例中所述的射频解调单元包括一个射频解调器，以及与射频解调器的两个输出端分别串联的低通滤波器，射频解调器的一个输入端连接所述宽带耦合器的一个输出端；

所述的本振单元，其受主控单元控制用于给射频解调单元提供相应的本振信号；本例中所述的本振单元采用本机振荡器；本机振荡器的输出端连接所述射频解调器的另一个输入端；本机振荡器的输入端连接主控单元的一个输出端；

所述的检波单元，用于对从宽带耦合单元接收到的信号进行检波得到相应的检波电压，并且发送至主控单元与主控单元中记录的相应的最佳功率值对应电压做比对得到误差电压，从主控单元反馈获取的误差电压再发送至运放单元；本例中所述的检波单元包括一个做检波器的二极管、以及与二极管的阴极串联的加法器；所述的二极管的阳极连接所述宽带耦合单元的另一个输出端；所述加法器的一个信号端与主控单元的一个信号端双向连接；

所述的运放单元，用于从检波单元获取的误差电压值，然后驱动控制所述的射频可变衰减单元来改变射频可变衰减单元的衰减量，进而改变了宽带耦合单元两个输出端口的功率值；本例中所述的运放单元包括运算放大器、电容，所述的运算放大器的反相输入端分两路，反相输入端一路连接电容的一端，反相输入端另一路连接所述加法器的输出端；运算放大器的同相输入端接地；运算放大器的输出端分两路，运算放大器的输出端的一路连接电容的另一端，运算放大器的输出端的另一路分别连接射频可变衰减单元中的各个电位器余下的引出端；

所述的主控单元，其内设有存储单元，用于存储各种频率所对应的最佳功率值，并控制检测单元与本振单元。

本例中，信道模拟器接收机的输入频率范围0.4～6GHz，输入功率动态-60～+15dBm。

在本发明设计开发阶段，首先校准好各频点对应的最佳功率值。现以1GHz接收机最佳工作状态时为例，其对应射频解调单元的输入功率为0dBm，将0dBm转换为对应的控制字保存在主控单元。由于频率对本发明的影响较小，故以频点为例：

射频可变衰减单元中，每一个射频可变衰减器可调节衰减量的范围为0～30dB，则每一个射频放大器固定的增益为20dB；

当接收机接收到信号时，主控单元记功率值为Pi∈[-60，+15]，本例中射频可变衰减单元采用了3个射频可变衰减器和3个射频放大器，且本例中所采用的射频放大器的固定的增益为20dB，因此根据公式：最佳功率值＝Pi-3×衰减功率值+3×20，可以算出衰减功率值∈[0，+25]，衰减功率值在0～30dB范围内，可以满足设计要求。

当接收机接收到-60dBm输入信号，检波单元会自动调节最佳功率值和检波电压之间的误差，该误差通过运放单元积分后调节可变衰减器的衰减量，直至宽带耦合单元输出给射频解调单元的功率稳定到0dBm最佳功率值；

当接收机接收到+15dBm输入信号，同样检波单元会比对误差电压，最终将接收机稳定在最佳工作状态。

同样，改变其他输入信号功率，改变其他频率，本发明接收机会自动调节功率值，直至接收机稳定在最佳工作状态。

实施例2

本例与实施例1基本相同，只是所述的射频可变衰减单元稍作调整，参见图4，本例中采用三个射频可变衰减器和4个射频放大器，第一个射频可变衰减器依次串联第二个射频可变衰减器、第一个射频放大器、第二射频放大器、第三个射频可变衰减器、第四个射频放大器、第五个射频放大器。

当然为了防止某些大信号对接收电路的损坏，第一个射频可变衰减器位置不变，后面的射频可变衰减器和射频放大器可调换位置，也即第一个射频可变衰减器依次串联第一个射频放大器、第二射频放大器、第二个射频可变衰减器、第四个射频放大器、第五个射频放大器、第三个射频可变衰减器。

本例中，增加一个放大器，信道模拟器接收机的输入频率范围0.4～6GHz，输入功率动态-60～+15dBm。

在设计开发阶段，首先校准好各频点对应的最佳功率值。现以2GHz频点为例，其对应射频解调单元的输入功率为0dBm，将0dBm转换为对应的控制字保存在主控单元。由于频率对本发明的影响较小，故以点频为例：

射频可变衰减单元中，每一个射频可变衰减器可调节衰减量的范围为0～`0dB，则每一个射频放大器固定的增益为15dB；

当接收机接收到信号时，主控单元记功率值为Pi∈[-60，+15]，根据公式：最佳功率值＝Pi-3×衰减功率值+4×15，可以算出衰减功率值∈[0，+25]，衰减功率值在0～30dB范围内，可以满足设计要求。

当接收机接收到-60dBm输入信号，检波单元会自动调节最佳功率值和检波电压之间的误差，该误差通过运放单元积分后调节可变衰减器的衰减量，直至宽带耦合单元输出给射频解调单元的功率稳定到0dBm最佳功率值；

当接收机接收到+15dBm输入信号，同样检波单元会比对误差电压，最终将接收机稳定在最佳工作状态。

实施例3

参见图5，为了证明本发明的效果，下面对本发明设计的电路进行验证，具体办法如下：

首先校准好信道模拟器接收机最佳状态对应的最佳功率值。以1GHz最佳功率值0dBm为例。用信号源模拟信道模拟器接收机接收到的信号，用频谱仪查看射频解调单元的输入信号，也即宽带耦合单元的输出信号；将信号源的输出口连接信道模拟器接收机输入口，信道模拟器接收机的宽带耦合单元的输出口连接频谱仪输入口，并拆除检波单元。

再设置信号源的输出频率为1GHz，功率为-60dBm，调制带宽为20MHz。设置频谱仪的中心频率为1GHz，带宽为50MHz，可看到此时的信号频谱，频谱仪测量此时信号的带宽和功率，可测得带宽为20MHz，输出功率为0dBm；

改变信号源的输入功率为+15dBm，其他设置不变，查看此时频谱仪测得的信号带宽和功率，测得带宽仍为20MHz，信道功率仍为0dBm。

信号源其他设置不变，改变信号源的输出功率为-60dBm～+15dBm中的任意值，查看此时频谱仪测得的数据，发现测得信号的信道功率几乎不变。

更换信号源的输出频率，重复以上步骤，可发现在-60dBm～+15dBm任意改变输出功率，频谱仪测得的信号功率在此频率下，可一直稳定在最佳功率值。

上述试验证明本发明的接收机可将接收到的信号自动稳定在一个最佳的功率。

将本发明应用于信道模拟器接收机，很显然，无需告之信道模拟器输入信号功率的大小，接收机可自动调节电路，保证信道模拟器工作在最佳状态，使用非常方便，调控效果极佳，很具实用性。

Claims (5)

1.一种高性能信道模拟器自动控制接收机，包括主控单元，其特征在于：

还包括射频可变衰减单元、宽带耦合单元、射频解调单元、检波单元、运算放大器单元、本振单元、主控单元；

所述的射频可变衰减单元，用于将接收到的来自基站或终端的宽带射频信号进行功率分配后，再发送至宽带耦合单元；

所述的宽带耦合单元，用于将接收到的宽带射频信号中的≥80%的能量传输给射频解调单元，并将余下能量输出给检波单元；

所述的射频解调单元，用于对从宽带耦合单元接收到的信号解调为模拟信号I和模拟信号Q输出；

所述的检波单元，用于对从宽带耦合单元接收到的信号进行检波得到相应的检波电压，并且发送至主控单元与主控单元中记录的相应的最佳功率值对应电压做比对得到误差电压，从主控单元反馈获取的误差电压再发送至运放单元；

所述的运放单元，用于从检波单元获取的误差电压值，然后驱动控制所述的射频可变衰减单元来改变射频可变衰减单元的衰减量，进而改变了宽带耦合单元两个输出端口的功率值；

所述的本振单元，其受主控单元控制用于给射频解调单元提供相应的本振信号；

所述的主控单元，其内设有存储单元，用于存储各种频率所对应的最佳功率值，并控制检测单元与本振单元。

2.如权利要求1所述的一种高性能信道模拟器自动控制接收机，其特征在于：所述射频可变衰减单元的输入频率为0.4～6GHz，输入功率动态-60～+15dBm。

3.如权利要求1所述的一种高性能信道模拟器自动控制接收机，其特征在于：

所述的射频可变衰减单元包括串联的若干射频可变衰减器和若干射频放大器；

所述的宽带耦合单元采用宽带耦合器；宽带耦合器的输入端连接所述的射频可变衰减单元的输出端；

所述的射频解调单元包括一个射频解调器，以及与射频解调器的两个输出端分别串联的低通滤波器，射频解调器的一个输入端连接所述宽带耦合器的一个输出端；

所述的本振单元采用本机振荡器；本机振荡器的输出端连接所述射频解调器的另一个输入端；本机振荡器的输入端连接主控单元的一个输出端；

所述的检波单元包括一个做检波器的二极管、以及与二极管的阴极串联的加法器；所述的二极管的阳极连接所述宽带耦合单元的另一个输出端；所述加法器的一个信号端与主控单元的一个信号端双向连接；

所述的运放单元包括运算放大器、电容，所述的运算放大器的反相输入端分两路，反相输入端一路连接电容的一端，反相输入端另一路连接所述加法器的输出端；运算放大器的同相输入端接地；运算放大器的输出端分两路，运算放大器的输出端的一路连接电容的另一端，运算放大器的输出端的另一路分别连接射频可变衰减单元中的各个电位器余下的引出端。

4.如权利要求3所述的一种高性能信道模拟器自动控制接收机，其特征在于：当射频可变衰减单元接收到信号，并依次经宽带耦合单元和检波单元处理送入主控单元后，主控单元在存储单元中记录其功率值，并根据公式：最佳功率值=Pi-n×衰减功率值+m×Po，计算出衰减功率值，其中，n为射频可变衰减单元中所串联的射频可变衰减器的数量，m为射频可变衰减单元中所串联的射频放大器的数量，Pi为宽带耦合单元的输入功率，Po为射频放大器的放大功率。

5.一种如权利要求1~4任一项所述的高性能信道模拟器自动控制接收机的验证装置，其特征在于：将所述接收机中的射频解调单元替换为频谱仪，并拆除所述接收机中的本振单元，用频谱仪查看在射频解调单元中的输入信号，所述的射频解调单元中的输入信号=宽带耦合单元的输出信号。

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