CN100578974C - 一种时分双工系统射频通道的实时集中监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种时分双工系统射频通道的实时集中监控装置，包括多个射频通道，电源管理电路、接口电路和处理模块则集中设置，电源管理电路用于完成对各通道电路的供电、电源开关切换及对输入电流的检测；接口电路用于为所有通道提供与上层连接的电源供应、通信以及射频信号的接口；处理模块进一步包括：采集控制单元，用于控制对所有通道的数据采样；保护控制单元，用于根据所述检测数据在本地进行实时运算和处理，产生对射频通道的保护控制命令；通讯单元，用于向上层系统传递标志信息和非实时控制的命令。进一步还可以在本地完成对各通道电路的实时校准。本发明装置在保证可靠性的前提下提高了监控装置的快速性和可维护性，并降低了成本。

Description

一种时分双工系统射频通道的实时集中监控装置

技术领域

本发明涉及一种实现无线通信系统射频收发端的监控装置，尤其涉及一种时分双工(TDD)系统射频收发端的实时集中监控装置。

背景技术

TDD系统射频收发端的实时监控装置是整个室外基站通信系统射频部分的数据采集、控制和通讯核心。它用于TDD无线通信系统中，对系统中基站发射的无线信号进行多通道双向收发监控。

现代通讯技术的发展，要求单基站容量能够较大，因此需要增加较多的射频通道，四通道甚至以上的基站具有更大的市场潜力。与此同时每个射频单元通道维护工作的工作量也随之增加。

目前已有的TDD系统多个射频通道的监控电路中，为每个通道配有一套监控电路，包括电源电路、射频通道保护检测和控制电路、处理模块和接口电路等，通过射频通道保护检测和控制电路将射频线路信息传递给本层处理模块，然后经运算处理后，再将对应信息通过接口电路上报，从而达到对基站射频信息的实时监测。

这种方法每个通道的监控可靠性较高，结构紧凑。但由于硬件上每个通道配有一套监控电路，硬件复杂，成本费用高，维护困难，对通讯总线的要求高，并将占用上一层处理模块较多资源。尤其做天线的离线数据校准时，需要上一层将所存贮的数据回传下来才能进行。

对多通道工作状态进行集中和实时监控则可以保证对各通道状态进行统一判断，对所采集的所有数据进行集中处理，对提高维护工作的工作效率、减少维护工作量、保障网络的正常运营起着很重要的作用。

专利号为97100017.4的中国专利公开了一种移动通信基站集中监控系统及其方法，使现有分散在不同地点的900MHZ蜂窝式移动通信基站，可以通过直连方式集中监控，为准确分析和及时处理各种故障提供了良好的依据，大大节约了通信资源及维护费用。

但是，在TDD系统多通道的集中实时监控装置中不能简单套用这种方案。首先，这种监控系统的数字部分和射频部分不在一个大板上，需要很多的接插件和远距离连接信号线，降低了系统的可靠性和抗干扰能力。另外，如果本层CPU将集中采集的信息通过总线传至上层系统，上层CPU进行数据处理后，再回传控制信息。会导致实时性较差，在一些紧急故障中，比如射频输出功率过大，需要立即关闭整个射频通道电源确保安全，如果这时上传数据并等待命令的话，10ms的延时也会造成严重后果。

因此，如何在集中监控装置中兼顾可靠性和简单化的需求，在保证可靠性的前提下追求快速、简捷、低成本和可维护性，是急待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种时分双工系统射频通道的实时集中监控装置，在保证可靠性的前提下降低成本，并提高监控装置的快速性和可维护性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种时分双工系统射频通道的实时集中监控装置，包括多个射频通道，各个射频通道上包含多个射频开关电路，还包含低噪放单元、放大器电路、环形滤波器以及射频通道保护检测和控制电路，其中：所述环形滤波器通过腔体滤波器连接到天线阵列，第三个射频开关电路与室内单元连接，收信方向上第一个射频开关电路与所述低噪放单元的输入端口连接，发信方向上第二个射频开关电路与所述放大器电路的输入端口连接，所述射频通道保护检测和控制电路与所述射频开关电路、所述低噪放单元、所述放大器电路均连接；其特征在于还包括集中设置的电源管理电路、接口电路和处理模块，其中：

所述电源管理电路用于完成对构成各个通道的电路的供电、电源开关的切换，以及对输入电流的检测；

所述接口电路用于为所有通道提供与上层连接的电源供应接口、通信接口以及射频信号接口；

所述处理模块与所述各个通道的射频通道保护检测和控制电路以及所述电源管理电路相连，进一步包括：采集控制单元，用于控制所有通道的射频通道保护检测和控制电路完成检测数据的采集并传输到所述处理模块；保护控制单元，用于根据所述检测数据在本地进行实时运算和处理，产生的保护控制命令输出到相应通道的射频通道保护检测和控制电路执行；以及通讯单元，用于向上层系统传递标志信息和非实时控制的命令。

进一步地，为了便于维护，上述实时集中监控装置可具有以下特点：还包括集中设置的数据存储器，用于在所述处理模块的控制下存储故障信息。

进一步地，为了快速地对电路进行校准，上述实时集中监控装置可具有以下特点：还包括集中设置的数据存储器，该数据存储器中预先存储有射频通道校准数据，所述处理模块还包括校准控制单元，用于根据收到的检测数据和所述校准数据进行判断和运算，通过所述射频通道保护检测和控制电路对各个通道的相应电路进行校准。

进一步地，上述实时集中监控装置可具有以下特点：还包括在每个射频通道的收、发信通道上设置的温度补偿电路，用于通过温度补偿衰减器进行增益补偿，并根据输入输出的功率以及温度变化时对增益影响的程度，通过增大输入功率进行相应补偿。

进一步地，上述实时集中监控装置可具有以下特点：还包括在每个射频通道低噪放单元输入端设置的电流传感器，用于检测低噪放的电流消耗，在其发生异常时给出报警和控制信号。

进一步地，为了减少接插件和远距离连接信号线，提高可靠性和抗干扰能力，上述实时集中监控装置可具有以下特点：所述各个射频通道的构成电路以及集中设置的监控电路均设置在一个单板上。

进一步地，上述实时集中监控装置可具有以下特点：所述采集控制单元还从所述电源管理电路接收电压、电流检测数据。

进一步地，上述实时集中监控装置可具有以下特点：所述射频通道保护检测和控制电路包含在射频信号输入端将功放电路与它前端电路隔开的小功率隔离器，以及在输出端口接入的隔离器。

综上所述，本发明装置具有以下特点：有效地实现了对所有射频通道的统一监控；极大降低了系统的硬件和维护成本，降低了硬件设计的复杂度和故障率；解决了数据运算上传后会占用上层机资源和实时性不高的问题，并简化了总线设计；具有射频通道初始化校准数据和运行中故障数据存储功能，增加了系统设备的可维护性。减少了相互间接插件和远距离连接信号线，提高了可靠性和抗干扰性，缩小了室外单元的体积。因而，本发明装置在保证可靠性的前提下提高了监控装置的快速性和可维护性，降低了成本。

附图说明

图1是指示本发明实施例装置某个具体通道的电路结构方框图。

图2是指示本发明实施例装置多通道集中控制的电路结构方框图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的某个具体通道中主要包括有低噪放单元10、放大器电路11、二个温度补偿电路121，122、射频通道保护检测和控制电路13、三个射频开关电路141，142，143、电流传感器17、环形滤波器19。监控装置上的环形滤波器19通过腔体滤波器连接到天线阵列，装置上的第三射频开关143与室内单元连接，收信方向上第一射频开关141、电流传感器17、低噪放单元10、第一温度补偿电路121依次连接；发信方向上第二射频开关142、放大器电路11、第二温度补偿电路122依次连接。而射频通道保护检测和控制电路13与第一、第二射频开关电路、低噪放单元、放大器电路均连接。其中：

低噪放单元10的输入端口直接连接第一射频开关141，其内部通过激励级放大器将小信号低噪声放大，并且进行输入功率检测。射频信号通过高线性度推动级和末级放大管功率放大，通过定向耦合器经环行滤波器19传输至天线阵列。在定向耦合器耦合端监测输出功率，同时提供温度取样等信号。

放大器电路11用于满足整个功放的增益需求，其内部包括有用于检测输入功率的定向耦合器。

第一和第二温度补偿电路121，122的补偿采取两种方案相结合的方法。首先是温度补偿衰减器进行增益补偿，其次还根据输入输出的功率以及温度变化时对增益影响的程度，通过增大输入功率进行相应的补偿。

射频通道保护检测和控制电路13在射频信号的输入端采用小功率隔离器，将功放电路与它前端电路隔开。在输出端口也接入隔离器，减小驻波对功放管的损坏。

该电路还用于在处理模块的控制下，将该通道各种检测元件的检测信号进行数据采集，必要时进行模数转换，将检测数据传输到处理模块进行运算处理，同时接收处理模块的各种控制命令，实现对该通道电路的采样、保护和校准等控制功能。例如，通过定向耦合器耦合检测功率，经过衰减器，采用对数放大器输出检测电压供采样使用；另外，采用温度传感器以便对整个功率放大器的温度进行检测；在过功率或功放工作不正常的情况下，通过控制射频开关关掉放大器栅极的输入信号，从而保护放大器不损毁。

第一、第二和第三射频开关电路141、142、143，分别设在低噪放单元10输入端、放大器电路11输入端和监控装置与室内单元的连接处，用于实现上行和下行信号通道的闭合与切断，控制TDD工作方式的收发信切换开关，它由收发逻辑电路产生相应的差分信号来进行控制。这三个开关使得切换过程中低噪放输入和放大器输出相互隔离，互不干扰，保证了电路的稳定可靠运行和好的线性度。

电流传感器17主要用于检测低噪放的电流消耗，以便在其发生异常时给出报警和控制。

环形滤波器19用于提供射频接收和发送通道的转换功能。

如图2所示，本实施例多通道集中控制的电路结构中，除了具体通道中电路外，还包括集中设置的数据存储电路15、电源管理电路16、接口电路18和本层的处理模块(如CPU)20，处理模块20与各个通道的射频通道保护检测和控制电路13以及数据存储电路15、电源管理电路16相连。装置中所有通道的数字和射频部分都设置在一个大板上，以缩小体积，减少接插件，减少数字器件，提高系统可靠性和抗干扰性能。其中：

数据存储电路15使用高可靠性的芯片存储多个通道的相关故障数据、校准数据和生产标示号等信息。

电源管理电路16由DC-DC变换电路、开关控制电路、电流检测电路等几部分组成，用于完成监控装置上所有电路的供电、电源开关的切换和输入电流检测。

接口电路18间共有三类接口信号，电源供应接口、通信接口以及射频信号接口，用于完成与上层处理模块的通讯、供电和射频电路的连接。

处理模块20从功能上可以进一步分为采集控制单元、保护控制单元、校准控制单元和通讯单元，其中：

采集控制单元，用于控制所有通道的射频通道保护检测和控制电路13采集所需要的检测数据并传输到该处理模块，包括对TDD(时分双工)中收发交互工作的切换开关状态、所有射频通道温度、输入输出功率和发射工作电流等参数的检测。同时，还控制电源管理电路的电压、电流等参数的接收。

保护控制单元，用于根据检测数据进行实时集中运算和处理，产生的保护控制命令输出到相应通道的射频通道保护检测和控制电路执行，同时，故障时将故障信息记录在数据存储单元15中以便于维护。

校准控制单元，用于根据接收的检测数据和预存的射频通道校准数据进行判断和运算，对各通道的相关电路进行校准。例如，根据射频输入输出功率对通道增益进行校准，还可以实时地对因为电路自激引发的故障部分(主要指低噪放单元和放大器电路)进行重新校准，故障无法排除时由所述通讯单元上报警报，由所述保护控制单元发出关闭相应的射频通道的控制信号。

通讯单元，由于任何实时命令都在本地完成处理，在操作完成后上报标志。因而通讯单元只需向上层系统传递标志信息和非实时控制的命令(如参数，状态，故障数据读取)，极少占用上层资源，并且能得到最快速的实时控制，总线也十分简单。

综上所述，本发明装置具有以下特点：

1)通过对所有射频通道和电源部分集中控制，充分的从物理相关性方面考虑了所有硬件通道的需要，有效地实现了对所有射频通道的统一监控。

2)在装置中只用一套处理模块、接口和电源电路，极大降低了系统的硬件和维护成本，降低了硬件设计的复杂度和故障率。

3)通过在本地对所有通道的检测数据进行高速采样后统一实时处理，解决了数据运算上传后会占用上层机资源和实时性不高的问题，并简化了总线设计。

4)本装置可以根据实时采样数据对射频通道进行控制和调整，同时还具有射频通道初始化校准数据和运行中故障数据存储功能，增加了系统设备的可维护性。

5)采用收发射频通道和数字部分同处一块电路板的大板设计，减少了相互间接插件和远距离连接信号线，提高了可靠性和抗干扰性，缩小了室外单元的体积，方便设备安装。

因而，装置的可靠性和简约性在本发明中得到了充分平衡。在保证可靠性的前提下提高了监控装置的快速性和可维护性，降低了成本。

Claims (8)

1、一种时分双工系统射频通道的实时集中监控装置，包括多个射频通道，各个射频通道上包含多个射频开关电路，还包含低噪放单元、放大器电路、环形滤波器以及射频通道保护检测和控制电路，其中：所述环形滤波器通过腔体滤波器连接到天线阵列，第三个射频开关电路与室内单元连接，收信方向上第一个射频开关电路与所述低噪放单元的输入端口连接，发信方向上第二个射频开关电路与所述放大器电路的输入端口连接，所述射频通道保护检测和控制电路与所述射频开关电路、所述低噪放单元、所述放大器电路均连接；其特征在于还包括集中设置的电源管理电路、接口电路和处理模块，其中：

所述电源管理电路用于完成对构成各个通道的电路的供电、电源开关的切换，以及对输入电流的检测；

所述接口电路用于为所有通道提供与上层连接的电源供应接口、通信接口以及射频信号接口；

所述处理模块与所述各个通道的射频通道保护检测和控制电路以及所述电源管理电路相连，进一步包括：采集控制单元，用于控制所有通道的射频通道保护检测和控制电路完成检测数据的采集并传输到所述处理模块；保护控制单元，用于根据所述检测数据在本地进行实时运算和处理，产生的保护控制命令输出到相应通道的射频通道保护检测和控制电路执行；以及通讯单元，用于向上层系统传递标志信息和非实时控制的命令。

2、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，还包括集中设置的数据存储器，用于在所述处理模块的控制下存储故障信息。

3、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，还包括集中设置的数据存储器，该数据存储器中预先存储有射频通道校准数据，所述处理模块还包括校准控制单元，用于根据收到的检测数据和所述校准数据进行判断和运算，通过所述射频通道保护检测和控制电路对各个通道的相应电路进行校准。

4、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，还包括在每个射频通道的收、发信通道上设置的温度补偿电路，用于通过温度补偿衰减器进行增益补偿，并根据输入输出的功率以及温度变化时对增益影响的程度，通过增大输入功率进行相应补偿。

5、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，还包括在每个射频通道低噪放单元输入端设置的电流传感器，用于检测低噪放的电流消耗，在其发生异常时给出报警和控制信号。

6、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，所述各个射频通道的构成电路以及集中设置的监控电路均设置在一个单板上。

7、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，所述采集控制单元还从所述电源管理电路接收电压、电流检测数据。

8、如权利要求1所述的实时集中监控装置，其特征在于，所述射频通道保护检测和控制电路包含在射频信号输入端的小功率隔离器，将功放电路与它前端电路隔开，以及在输出端口接入的隔离器。

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