一种射频矩阵开关的自校准实现方法及装置
阅读：168发布：2020-05-08
专利汇可以提供一种射频矩阵开关的自校准实现方法及装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种射频矩阵 开关 的自校准实现方法，包括：获取射频 锁 相环(PLL)输出的射频 信号 ；检测所述输出的 射频信号 的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的接收信号强度指示(RSSI)值；将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一 阈值 时，确定相应通道已完成在当前 频率 下的自校准。本发明还同时公开了一种射频矩阵开关的自校准实现装置。，下面是一种射频矩阵开关的自校准实现方法及装置专利的具体信息内容。
1.一种射频矩阵开关的自校准实现方法，其特征在于，所述方法包括：
获取射频锁相环PLL输出的射频信号；
检测所述输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的接收信号强度指示RSSI值；所述射频矩阵开关的各个通道相位差一致；
将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射频矩阵开关包括14个同轴开关；所述14个同轴开关包括12个1分2开关和2个1分12开关，组成两级级联方式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，根据所分配的寄存器地址值的变化，实时记录对应同轴开关的切换次数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述同轴开关的每一路均包括驱动电路；
所述方法还包括：所述驱动电路为所述同轴开关提供工作所需的电压和电流，并协助所述同轴开关实现通道的断开和闭合。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述PLL工作时的参考时钟是
10MHz时钟信号，输出的射频信号的频率范围是100MHz～3.5GHz；
所述第一阈值根据射频线缆的损耗、以及所述射频矩阵开关的通道插损设置。
6.一种射频矩阵开关的自校准实现装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取射频锁相环PLL输出的射频信号；
检测读取模块，用于检测所述输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的接收信号强度指示RSSI值；所述射频矩阵开关的各个通道相位差一致；
自校准判断模块，用于将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述射频矩阵开关包括14个同轴开关；所述14个同轴开关包括12个1分2开关和2个1分12开关，组成两级级联方式。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：同轴开关切换记录模块，用于对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，根据所分配的寄存器地址值的变化，实时记录对应同轴开关的切换次数。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：同轴开关驱动模块，用于驱动所述同轴开关的每一路，以提供所述同轴开关工作所需的电压和电流，并协助所述同轴开关实现通道的断开和闭合。
10.根据权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，所述PLL工作时的参考时钟是
10MHz时钟信号，输出的射频信号的频率范围是100MHz～3.5GHz；
所述第一阈值根据射频线缆的损耗、以及所述射频矩阵开关的通道插损设置。
11.一种自校准的射频矩阵开关，其特征在于，所述射频矩阵开关包括权利要求6至10任一项所述的射频矩阵开关的自校准实现装置。
一种射频矩阵开关的自校准实现方法及装置
技术领域
[0001] 本发明涉及无线通信领域中测试仪器实现技术，尤其涉及一种射频矩阵开关的自校准实现方法及装置。
背景技术
[0002] 在目前的移动通信网中，由于网规和组网的设计要求，无线通信系统中的射频拉远单元(RRU，Radio Remote Unit)均是多发多收模式，这给RRU在出厂过程中的校准和无线性能测试带来了繁琐的流程，例如：采用人工换线方式对RRU进行测试，不仅效率低下，且极易由于误操作导致生产批量返工，无法满足批量发货的要求，也不适应新形势下无线通信技术的发展，因此，需要寻找一种射频矩阵开关或者其它装置来实现自动化测试的目标。
[0003] 目前，对RRU进行校准和测试的通常做法是：通过功分器或合路器，如：1分8功分器或8合1合路器，采用上行测试和下行测试分开的方法，如图1和图2所示。该方法需要增加一道测试工序，不仅效率低下，且极易出现制造工序混乱的现象。同时，由于功分器或合路器的各个通道端口驻波差、隔离度指标无法满足测试要求的限制，因此，会导致应用场所受限，不具备可推广性。
[0004] 然而，现有技术中还有一种比较先进的技术方案是：采用射频矩阵开关实现自动化测试，如图3所示，将射频矩阵开关应用到RRU的测试环境中，通过后台测试软件对仪器和被测件进行控制，形成自动化测试平台。与图1和图2所示方法相比，图3所示方法虽具有先进性和可推广性，但是，该传统意义上的射频矩阵开关因其内部同轴开关的组装方式不同，成本价格差异较大。例如：常见的12端口的全矩阵射频开关，其内部同轴开关的拓扑连接方式如图4所示，此连接需要14个1×2同轴开关和4个1×6同轴开关，组成三级同轴开关级联方式。该方式组装成的射频矩阵开关的各个端口驻波、通道插损、通道隔离度以及相位差均可达到理想指标，且适用于不大于12个端口的被测件测试；但此级联方式采用的同轴开关数量多、占用空间大、内部布线复杂、成本高。
[0005] 同时，由于现有的射频矩阵开关仅具备不同通道切换的功能，能实现自动化测试的目标，而对于射频矩阵开关自身的校准和维护却并未考虑在其中，功能较为单一，导致射频矩阵开关校准过程繁琐，需借助外在矢量网络分析仪、信号源或者频谱仪等仪器，才能判断射频矩阵开关的各个通道指标是否正常。而且，用户也无法获得射频矩阵开关内同轴开关的工作情况，以判断射频矩阵开关性能是否正常，以及是否需要拆卸装置，这对仪器在使用过程中的维护带来很大不便。
发明内容
[0006] 有鉴于此，本发明实施例期望提供一种射频矩阵开关的自校准实现方法及装置，能够实现可自校准、易维护的智能化射频矩阵开关。
[0007] 为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：
[0008] 本发明实施例提供一种射频矩阵开关的自校准实现方法，所述方法包括：
[0010] 检测所述输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的接收信号强度指示(RSSI，Received Signal Strength Indication)值；
[0012] 上述方案中，所述射频矩阵开关包括14个同轴开关；所述14个同轴开关包括12个1分2开关和2个1分12开关，组成两级级联方式。
[0013] 上述方案中，所述方法还包括：对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，根据所分配的寄存器地址值的变化，实时记录对应同轴开关的切换次数。
[0014] 上述方案中，所述同轴开关的每一路均包括驱动电路；
[0017] 所述第一阈值根据射频线缆的损耗、以及所述射频矩阵开关的通道插损设置。
[0018] 本发明实施例还提供一种射频矩阵开关的自校准实现装置，所述装置包括：
[0019] 获取模块，用于获取PLL输出的射频信号；
[0020] 检测读取模块，用于检测所述输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的RSSI值；
[0021] 自校准判断模块，用于将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。
[0022] 上述方案中，所述射频矩阵开关包括14个同轴开关；所述14个同轴开关包括12个1分2开关和2个1分12开关，组成两级级联方式。
[0023] 上述方案中，所述装置还包括：同轴开关切换记录模块，用于对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，根据所分配的寄存器地址值的变化，实时记录对应同轴开关的切换次数。
[0024] 上述方案中，所述装置还包括：同轴开关驱动模块，用于驱动所述同轴开关的每一路，以提供所述同轴开关工作所需的电压和电流，并协助所述同轴开关实现通道的断开和闭合。
[0025] 上述方案中，所述PLL工作时的参考时钟是10MHz时钟信号，输出的射频信号的频率范围是100MHz～3.5GHz；
[0026] 所述第一阈值根据射频线缆的损耗、以及所述射频矩阵开关的通道插损设置。
[0027] 本发明实施例还提供一种自校准的射频矩阵开关，所述射频矩阵开关包括上述任一项所述的射频矩阵开关的自校准实现装置。
[0028] 本发明实施例所提供的射频矩阵开关的自校准实现方法及装置，获取PLL输出的射频信号，检测输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的RSSI值，将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。如此，不仅可以实现可自校准、易维护的智能化射频矩阵开关，还解决了现有12端口射频矩阵开关中同轴开关数量多、成本高、校准和维护过程繁琐，以及功能单一的问题。
[0029] 进一步地，本发明实施例的射频矩阵开关采用14个同轴开关组成两级级联方式，因此，采用的同轴开关数量最少，取得了技术上的进步，功能更强大，从而达到了射频矩阵开关自校准的效果；另外，用户还可对射频矩阵开关内的同轴开关的工作情况进行实时监控，可针对性地排查故障，方便用户维护。附图说明
[0030] 图1为现有技术中采用功分器测试RRU上行链路的方法示意图；
[0031] 图2为现有技术中采用合路器测试RRU下行链路的方法示意图；
[0032] 图3为现有技术中采用射频矩阵开关测试RRU的方法示意图；
[0033] 图4为现有技术中2×12端口全矩阵射频开关内部同轴开关拓扑连接方式示意图；
[0034] 图5为本发明实施例射频矩阵开关的自校准实现方法流程示意图；
[0035] 图6为本发明实施例2×12端口射频矩阵开关内部同轴开关拓扑连接方式示意图；
[0036] 图7为本发明实施例同轴开关驱动电路的组成结构示意图；
[0037] 图8为本发明实施例自校准射频发射链路设计示意图；
[0038] 图9为本发明实施例自校准射频接收链路设计示意图；
[0039] 图10为本发明实施例射频矩阵开关自校准具体流程示意图；
[0040] 图11为本发明实施例射频矩阵开关自校准接线示意图一；
[0041] 图12为本发明实施例射频矩阵开关自校准接线示意图二；
[0042] 图13为本发明实施例射频矩阵开关的自校准实现装置的组成结构示意图。
具体实施方式
[0043] 为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本发明实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本发明。
[0044] 如图5所示，本发明实施例中射频矩阵开关的自校准实现流程包括以下步骤：
[0045] 步骤501：获取PLL输出的射频信号；
[0046] 这里，所述PLL工作时的参考时钟可以是10MHz时钟信号，输出的射频信号的频率范围是100MHz～3.5GHz。
[0047] 这里，所述射频矩阵开关包括14个同轴开关；所述14个同轴开关包括12个1分2开关和2个1分12开关(分别用1×2和1×12表示)，组成两级级联方式。本发明实施例设计的2×12端口射频矩阵开关内部同轴开关拓扑连接方式如图6所示。
[0048] 其中，两个1×12同轴开关的COM端口分别作为射频矩阵开关的传输(Transmission)端口和反射(Reflection)端口，在实际使用过程中，Transmission端口和Reflection端口作为信号输出端口和输入端口，分别接到频谱仪和信号源的射频口上。编号为a的1×12开关的1～12端口分别接到12个1×2开关的J1端口上，编号为b的1×12开关的1～12端口分别接到12个1×2开关的J2端口上，12个1×2开关的COM口分别作为射频矩阵开关的端口1～端口12，在实际应用中分别接被测件的各个射频口。这样，可将射频矩阵开关的端口驻波和通道插损指标分解到各级同轴开关以及射频线缆上，使无线指标满足设计要求：
[0049] 通道插损≤2dB@4GHz；
[0050] 端口驻波≤1.3@4GHz；
[0051] 通道隔离度≥100dB@4GHz。
[0052] 并且，还可将所有射频线缆设计为等长，以保证射频矩阵开关的各个通道相位差保持一致，例如，本发明实施例设计在4GHz频段范围内所有通道相位差小于15°，该方式的同轴开关拓扑连接，能够实现全矩阵射频开关功能，完全满足无线产品RRU及其部件测试需求，且采用的同轴开关数量最少。
[0053] 这里，所述方法还包括：对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，根据所分配的寄存器地址值的变化，实时记录对应同轴开关的切换次数。
[0054] 这里，所述同轴开关的每一路均包括驱动电路；所述方法还包括：所述驱动电路为所述同轴开关提供工作所需的电压和电流，并协助所述同轴开关实现通道的断开和闭合。
[0055] 本发明实施例中，同轴开关驱动电路的组成结构如图7所示，采用NPN三极管和P沟道增强型的MOSFET管组合的方式。其中，当NPN三极管基极有电流iB通过时，NPN三极管导通，通过基极电流iB的大小可以控制三极管工作在饱和区，这时集电极和发射极之间的压降很小，这样，在P沟道MOSFET管的栅极Gate和源极Source之间就可以形成负的电压差，MOSFET管导通，MOSFET管漏极Drain输出正电压，并提供负载所需的电流，对应同轴开关的某一路导通。
[0056] 这里，射频矩阵开关的中央处理单元(CPU，Central Processing Unit)可对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，共分配14个寄存器地址，每一个寄存器的值为16bit位宽，每一位对应此同轴开关的一路。当写入寄存器值为0x01(十六进制)时，该寄存器值对应第一路的NPN三极管导通，即同轴开关的第一路导通。同理，当写入寄存器值为0x04时，对应同轴开关的第四路导通。需要特别注意的是，同轴开关寄存器地址写入的寄存器值对应二进制数不能有两位或两位以上同时为1，否则会影响操作系统对写入的值作出正确译码，因为当写入的寄存器值有两位或两位以上同时为1时，该值无效。另外，所选取的P沟道MOSFET管的源极到漏极之间最大电压差和漏极最大输出电流要满足负载的工作条件，因此，需要合理选取P沟道MOSFET管的型号。
[0057] 这里，所述同轴开关驱动电路中的电阻R3和R4组成的分压电路应保证在三极管导通时，P沟道MOSFET管的栅极和源极之间形成电压差Vgs，此Vgs值应满足MOSFET管导通的要求。其中，电容C1的作用是延缓MOSFET管的导通时间，以避免在印制电路板(PCB，Printed circuit board)走线设计时，因寄生电感过大而导致MOSFET管在导通瞬间漏极输出负电压。通过写CPU内部寄存器的方式可提供同轴开关驱动电路所需的晶体管-晶体管逻辑(TTL，Transistor-transistor logic)电平。
[0058] 步骤502：检测所述输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的RSSI值；
[0059] 步骤503：将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。
[0060] 这里，所述对应频点的基准值是规范协议中规定的标准值；所述第一阈值可根据射频线缆的损耗、以及射频矩阵开关的通道插损设置；由于射频线缆的损耗小于1dB，而正常情况下射频矩阵开关的所有通道插损小于2dB，因此，检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值的差值，即RSSIi-RSSI0(i≥1且小于等于通道总数)的取值范围应该是小于3dB。
[0061] 下面对本发明实施例射频矩阵开关的自校准过程作进一步的详细介绍：
[0062] 射频矩阵开关自校准单元实施采用图8和图9所示的框架，其中，射频矩阵开关自校准单元包括射频发射链路部分和射频接收链路部分，发射链路恒温晶体振荡器(OCXO，Oven Controlled Crystal Oscillator)输出10MHz时钟信号，作为带压控振荡器(VCO，Voltage-controlled oscillator)的PLL工作时的参考时钟。其中，PLL可输出100MHz～3.5GHz频率的射频信号，功率最大可到10dBm，其输出射频信号的相位噪声以及高次谐波抑制均满足要求，3dBπ网调节发射链路输出端匹配。此外，接收链路功率检测器件将射频信号转化为电压信号，模数(AD)转换器件将电压信号转换为数字信号。
[0063] 射频矩阵开关自校准流程如图10所示，其详细实现过程如下：
[0064] 步骤1001：用户在触摸屏上选择自校准程序，并输入所要校准的通道，导通所述通道；
[0065] 比如：Transmission到PORT1通道，这时，射频矩阵开关的Transmission端口到PORT1通道导通；
[0066] 步骤1002：利用射频线缆a将射频发射通道和接收通道连接；
[0067] 这里，如图11所示，由处理器给PLL配置参数，使其输出100MHz到3.5GHz频段的单音信号，功率为-10dBm。接收通道功率检测器件检测输入的射频信号，并将输入的射频信号转换成电压信号，经过模数转换后输出数字信号，处理器通过串行外设接口(SPI，Serial Peripheral Interface)读取此数字信号，这样，就可对功率检测芯片在100MHz到3.5GHz频段范围内进行校准，并进行曲线拟合和写表验证，确保在此频段内检测到的信号功率和实际发射信号的功率一致。
[0068] 步骤1003：利用射频线缆b连接射频矩阵开关通道，确保有射频信号接入；
[0069] 这里，将射频线缆a射频接收通道这一端拧下，接到射频矩阵开关的PORT1端口，同时将另一根射频线缆b的两端分别接到射频矩阵开关的Transmission端口和射频接收RX通道，这样，射频接收通道有射频信号输入，如图12所示。
[0070] 步骤1004：在所要校准的频点，检测被校准通道的RSSI值，并与对应频点的基准值进行比较，判断校准值是否正常；
[0071] 步骤1005：更换射频线缆的连接方式，依次对其它通道进行校准。
[0072] 具体地，用户在触摸屏上输入所要校准的频率(或者某一频段范围)，读取接收通道功率RSSI1值，并与对应频点的基准值RSSI0进行比较，若RSSI1-RSSI0小于3dB，即完成了射频矩阵开关Transmission端口到PORT1端口在当前频率下的自校准。同理，可依次对其它通道进行自校准，当所有通道的RSSIi-RSSI0(i≥1且小于等于通道总数)都小于该第一阈值时，则表明射频矩阵开关自校准通过。
[0073] 在完成各个通道的自校准后，射频自校准链路的开关模式电源转换器均去使能，这样，射频矩阵开关自校准单元的各个器件均不工作，以节省系统装置功耗，且防止时钟高次谐波对其它电路产生干扰。
[0074] 在实际应用中，射频矩阵开关通过千兆网口(Gigabit Ethernet)和外部设备通讯，在应用于自动化测试平台中时，后台测试软件根据实际应用需求，给射频矩阵开关发送通道切换命令，CPU接到命令后，将命令译码，解析出所要处理的寄存器地址，分别将相应地址对应的某一位写入二进制1，CPU相关的通用输入/输出(GPIO，General Purpose Input/Output)口输出TTL高电平，这样其对应MOSFET管驱动电路输出正电压，同轴射频开关导通，显示屏上直观显示对应某一路通道导通。
[0075] 这里，还可以事先在存储器中对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，其初始值均为0，其中一个同轴开关切换一次，对应寄存器值加上1，这样可实时记录所有同轴开关的切换次数，对临近或者超过寿命的同轴开关提出预警，方便用户维护。用户也可以通过触摸显示屏直观查看每一个同轴开关当前的切换次数。
[0076] 这里，可以以单位小时为基准计算同轴开关临近或超过寿命，进而对临近或者超过寿命的同轴开关提出预警。
[0077] 为实现上述方法，本发明实施例还提供了一种射频矩阵开关的自校准实现装置，如图13所示，该装置包括获取模块130、检测读取模块131、自校准判断模块132；其中，[0078] 获取模块130，用于获取PLL输出的射频信号；
[0079] 检测读取模块131，用于检测所述输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的RSSI值；
[0080] 自校准判断模块132，用于将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。
[0081] 这里，所述射频矩阵开关包括14个同轴开关；所述14个同轴开关包括12个1分2开关和2个1分12开关，组成两级级联方式。
[0082] 所述PLL工作时的参考时钟是10MHz时钟信号，输出的射频信号的频率范围是100MHz～3.5GHz；所述第一阈值一般根据射频线缆的损耗、以及射频矩阵开关的通道插损设置，可以是3dB。
[0083] 其中，所述装置还包括：同轴开关切换记录模块133，用于对每一个同轴开关分配一个寄存器地址，根据所分配的寄存器地址值的变化，实时记录对应同轴开关的切换次数；
[0084] 同轴开关驱动模块134，用于驱动所述同轴开关的每一路，以提供所述同轴开关工作所需的电压和电流，并协助所述同轴开关实现通道的断开和闭合。
[0085] 在实际应用中，所述获取模块130、检测读取模块131、自校准判断模块132、同轴开关切换记录模块133、同轴开关驱动模块134均可由位于测试仪器上的CPU、微处理器(MPU，Micro Processor Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)、或现场可编程门阵列(FPGA，Field Programmable Gate Array)等实现。
[0086] 本发明实施例获取PLL输出的射频信号，检测输出的射频信号的功率，并读取射频矩阵开关的射频接收通道上检测到的RSSI值，将检测到的每一通道上的RSSI值与对应频点的基准值进行比较，两者差值的绝对值小于预设的第一阈值时，确定相应通道已完成在当前频率下的自校准。如此，不仅可以实现可自校准、易维护的智能化射频矩阵开关，还解决了现有12端口射频矩阵开关中同轴开关数量多、成本高、校准和维护过程繁琐，以及功能单一的问题。
[0087] 进一步地，本发明实施例的射频矩阵开关采用14个同轴开关组成两级级联方式，因此，采用的同轴开关数量最少，取得了技术上的进步，功能更强大，从而达到了射频矩阵开关自校准的效果；另外，用户还可对射频矩阵开关内的同轴开关的工作情况进行实时监控，可针对性地排查故障，方便用户维护。
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