一种CDMA接收机功率校准与实时校正装置及其实现方法

摘要

本发明涉及一种CDMA接收机的功率校准与实时校正装置及其实现方法，该方法可用于CDMA系统中终端设备、基站设备、路测仪表的功率校准和实时校正，该方法采用一种分段查表法，既利用查表法简单速度快的性质，又结合分段处理，尽量减少存储空间消耗，对于接收链路的线性增益区间，即所谓的大信号校准，直接采用查表法即可，但是对于非线性增益区间，即小信号校准，采用噪声补偿的校准方法。本发明尤其适用于对大批量设备进行功率校准和实时校正，本功率校准方法满足自动化要求，具备低成本、速度快、校准精度高的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及CDMA接收机的功率校准与实时校正装置及其实现方法，该方法可用于CDMA系统中终端设备、基站设备、路测仪表的校准和实时校正。

背景技术

对于所有的CDMA设备，功率测量都是不可避免要遇到的。比如，对于终端设备，网络初始接入的时候，需要进行路损估计，在区域更新或者小区切换时需要定期执行对信标信道的功率测量；对于路测设备，需要测量工作频点的功率，信标信道的码域功率；对于基站设备，需要进行发送信号强度，接收信号强度指示测量等等。虽然每一类设备要求提供的测量精度不同，但是提供更准确的功率测量是所有CDMA设备追求的目标，是一个重要的性能指标。对于CDMA测量设备，精确的测量水平更是必须的。

通常，在一个CDMA设备出厂之前，测量的码道信号强度、工作频点强度都是无量纲的强度数值，要完成强度到功率的转换，需要进行功率定标，也就是功率校准过程。功率校准有多种方法，一般包括多项式法，查表法等。这些方法都是在功率校准之后，存储一个校准表到设备闪存FLASH，在实时测量时，通过查表或者多项式计算来完成功率校正。通常多项式法生成的校准表很小，只存储多项式系数，但是该方法受限于系统链路的增益线性化程度，对于信号的波动非常敏感，对于复杂的无线环境不太适用。普通的查表法对系统接收链路的增益线性化要求不高，但是查表法生成的校准表比较大，比较消耗设备的存储空间，增加了设备成本。

以往在功率校准时，对于强信号，由于输入信噪比很高，所以校准方法比较简单。但是对于小信号，功率校准水平将受限于一个CDMA接收机的底噪水平。比如对于一个WCDMA系统来说，热噪声功率典型值为-108dBm，若对应接收机噪声系数为NF＝6，则该接收机的底噪水平则为-102dBm，对于接近-102dBm或者小于-102dBm的输入信号来说，接收机的噪声水平将严重干扰信号的功率校准，所以小信号的功率校准需要考虑噪声补偿，同时考虑到CDMA系统工作频带很宽，像WCDMA系统就有上、下行各60M的带宽范围，这样就需要考虑噪声系数的频响特性。毕竟在大带宽情况下，不同频点上的链路增益水平、噪声水平肯定是不平坦的，如果做噪声补偿，那么就需要考虑频率的影响。另外，现有技术的方法在小信号时，由于没有噪声补偿，无法进行准确的功率校准，只能通过使用更低噪声的高档链路器件来降低接收链路上总噪声系数，由此明显地增加设备成本。

因此，需要一种既能少占用设备存储空间、又能够不降低器件噪声水准而在小信号条件下也精确地进行功率校准的方法以及相应的功率实时校正方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种CDMA接收机的功率校准和实时校正装置及其实现方法。

本发明的一种CDMA接收机的功率校准和实时校正装置，包括：基带数据采集模块，强度测量模块，功率校准模块，校正处理模块，输出模块，校正表；其中，

基带数据采集模块，用于完成功率校准与实时校正所需要的基带采样数据，以I、Q方式存入处理器内存；

强度测量模块，用于完成基带功率的测量；

功率校准模块，用于执行本地维护终端下发的功率校准命令，执行校准流程，生成校正表；

校正处理模块，为CDMA接收机正常工作时，用于功率校正使用，根据强度测量模块输出的基带功率以及本地存储的校正表执行功率校正；

输出模块，用于执行功率校正之后的输出功能；

校正表，该表在功率校准过程中创建，并被存储在闪存芯片中，设备启动时读入内存，用于实时功率校正。

本发明的一种CDMA接收机的功率校准和实时校正方法，包括下列过程：

功率分段过程，用于将CDMA接收机的输入信号功率划分为线性增益区间和非线性增益区间；

自动功率校准过程，用于测量CDMA接收机工作频率范围内每个频点的线性增益区间的功率校正系数，由此获得所有频点的校正关系以构成校正表；

实时校正过程，利用线性增益区间和非线性增益区间的校正关系，计算实际输入信号功率。

本发明所述一种CDMA接收机的功率校准和实时校正方法，其中，所述功率分段过程，具体包括以下步骤：

步骤1：选择适当的第一通信线缆和第二通信线缆，连接可控信号源、CDMA接收机与LMT；

步骤2：可控信号源上电，预热一段时间，待时钟与功率输出稳定；

步骤3：CDMA接收机上电正常运行；

步骤4：启动LMT，选择自动功率比对程序，该程序用于控制CDMA接收机，并实时读取基带信号强度，在未校准前，基带信道强度仅表征信号强弱，单位dB；

步骤5：对LMT输入CDMA接收机工作频带的中心频率、最小输入信号功率、最大输入信号功率以及功率调整步长设置为1dB，按照上述参数启动自动功率比对程序；

步骤6：LMT20自动配置信号源输出指定频率和功率的射频信号，同时通知CDMA接收机执行基带强度测量；

步骤7：CDMA接收机完成测量后上报测量结果到LMT，LMT将设定功率与测量结果存储到自己的内存；

步骤8：LMT根据功率调整步长，重复步骤6至步骤7；

步骤9：在完成所有指定功率的比对之后，LMT输出实际功率与基带信号强度间的比对关系；

步骤10：根据比对关系，选择该接收机的线性增益区间的中心位置输入信号功率P_L，以及线性区间与非线性区间的边界位置输入信号功率P_non，P_non以上至最大输入功率之间范围为接收链路的线性增益区间，P_non以下至最小输入功率之间范围为非线性增益区间。

本发明所述的一种的CDMA接收机的功率校准和实时校正方法，其中，所述自动功率校准过程，具体包括以下步骤：

步骤1至3：执行权利要求2所述功率分段过程中的步骤1至3；

步骤4：启动LMT，选择自动功率校准程序，以控制CDMA接收机执行自动功率校准过程；

步骤5：在LMT输入功率校准的频率范围、频率调整步长，启动功率校准程序，每一个频点只校准功率点P_L；

步骤6：LMT根据配置的频率范围的最小频率启动校准，发送校准启动请求到CDMA接收机，待CDMA接收机给出成功响应之后，开始控制信号源与接收机开始校准；

步骤7：LMT通过配置命令完成对信号源的频率、功率配置，通知CDMA接收机所设定的相应频率与功率，启动输入信号的功率测量；

步骤8：CDMA接收机完成测量之后，根据未校准基带功率P_B与输入功率P_L的比对关系(P_B，P_L)，得到校准系数ΔP＝P_L-P_B，存入本地闪存，并上报测量结果到LMT；

步骤9：LMT得到CDMA接收机测量的基带功率上报之后，根据设定频率步长设置信号源到下一个频点，重复步骤7与8；

步骤10：在完成设定频率范围的校准之后，LMT下发校准中止消息到CDMA接收机，中止该次校准过程，CDMA接收机准备生成校准表；

步骤11：生成校准表，具体包括步骤：

对于线性增益区间，将每一个频点，在P_L处测量得到的ΔP＝P_L-P_B作为该频点的功率校正系数，在实时功率校正时，该频点上线性增益区间内的实际输入信号功率P_in就等于基带功率P_B与该校正系数ΔP的和，即表示为公式1：

P_in＝P_B+ΔP           (1)

对于非线性增益区间，对测量获得的基带功率，还需要进行噪声补偿；即在非线性增益区间内测量的基带功率为P_B，由于噪声影响，该接收机输入端口的实际接收功率中含有噪声成分，肯定会高于CDMA接收机22的输入信号功率P_in，该频点链路噪声系数为NF条件下，则有如下前述公式3的关系：

$>P_{\mathrm{in}}=10·\log 10({10}^{(P_B+\mathrm{\Delta P})/10}-{10}^{(\mathrm{KTB}+\mathrm{NF})/10})---\left(3\right)$>

在已知CDMA接收机的噪声功率KTB，基带测量功率P_B，噪声系数NF，线性增益区间中间输入信号功率所获得的校正系数ΔP，根据公式3，可以获得在非线性增益区间的输入信号功率。

本发明所述的一种CDMA接收机的功率校准和实时校正方法，其中，所述实时校正过程，具体包括以下步骤：

CDMA接收机将根据校准表，按照线性增益区间，以及非线性增益区间执行功率校正，计算出输入信号功率为P_in，基带侧测量得到的未校准功率为P_B，

对于线性增益区间，计算实际输入信号功率：

P_in＝P_B+ΔP              (1)

对于非线性区间的功率，根据公式3，结合校准表，计算实际输入信号功率：

$>P_{\mathrm{in}}=10·\log 10({10}^{(P_B+\mathrm{\Delta P})/10}-{10}^{(\mathrm{KTB}+\mathrm{NF})/10})---\left(3\right)$>

本发明提出的功率校准方法采用一种分段查表法，即利用查表法简单速度快的性质，又结合分段处理，尽量减少存储空间消耗。对于接收链路的线性增益区间，即所谓的大信号校准，直接采用查表法即可，但是对于非线性增益区间，即小信号校准，采用噪声补偿的校准方法。本发明尤其适用于对大批量设备进行功率校准和实时校正，本功率校准方法满足自动化要求，具备低成本、速度快、校准精度高的特点。

采用本发明的方法进行功率校准和实时校正，适用于大批量CDMA设备生产、安装使用。相比现有技术的逐点校准方法省时、省力，更适应信号复杂的实际环境，对于两个校准功率点之间的输入信号校准也能够准确校正。另一方面，本发明的快速的功率校准方法，可以快速同时准确的完成功率校准与实时校正过程，同时由于校准表小，校准迅速，也节省了存储器件资源，降低设备生产成本。

同时我们通过软件方法，使得小信号也得到了准确的功率校准，相对于采用更昂贵的低噪声器件，降低链路噪声的方法，这也节省了设备成本。

附图说明

图1为采用本发明方法的CDMA接收机功率校准与实时校正软件功能模块示意图；

图2为采用本发明方法的CDMA接收机功能结构示意图；

图3为采用本发明方法的设备连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

首先结合图3说明本发明的技术原理。本发明的功率校准过程所采用的设备如图3所示。附图3为采用本发明功率校准方法的设备连接关系示意图。图3中，20代表本地维护终端LMT，用于控制自动校准程序；22代表CDMA接收机，为待校准的CDMA设备；24代表可控的信号源24，CDMA接收机22和信号源24分别通过21第一通信线缆和23第二通信线缆由LMT进行控制，信号源24输出CDMA调制信号者单音信号，作为校准信号。

图3中，使用通信线缆将连接本地维护终端LMT20分别连接到可控的信号源24、CDMA接收机22。可控信号源24一般都提供了GPIB接口、串行接口、网络接口等多种控制选择，用于控制所产生信号的调制方式、频率和功率。其中LMT通常可使用PC机。

为了在小信号情况下也能够精确进行功率校准和实时校正，利用上述测量装备，首先在CDMA接收机工作频带的中心频率上以固定功率步长，利用信号源测量从接收机最大输入信号功率到接收机最小输入信号功率之间的多个功率点，获得CDMA接收机输入信号功率与基带功率的关系。在上述关系曲线中确定最大输入信号功率、最小输入信号功率和线性增益区间与非线性增益区间的边界点输入信号功率P_non，最大输入功率与该边界点P_non之间范围属于线性增益区间，该边界点与最小输入功率之间范围属于非线性增益区间。

线性增益区间的功率校准：

在线性增益区间，CDMA接收机基带侧测量的基带信号功率与射频输入的实际功率之间为线性关系。可控的信号源产生的信号进入CDMA接收机之后，在基带侧，根据I、Q两路采样计算得到基带功率强度P_B，减去链路增益，得到基带功率P_B。P_B随着来自外部的信号源的输入功率P_in的改变呈线性或单调变化。基于该特点，我们通过逐点比对可以获得在基带侧的功率校正表ΔP＝P_in-P_B。在线性增益区间采用下列公式1进行实时校正：

P_in＝P_B+ΔP                  (1)

为了提高功率校准的效率，本发明采用了自动功率校准方法。

在LMT20上运行自动功率校准程序，控制信号源24发射指定频率、功率的CDMA信号或者非调制信号，同时通知CDMA接收机准备对指定频率、功率信号的测量。通过射频线缆25，CDMA接收机接收已知频率、功率的信号，将测量得到的基带信号功率输出给LMT20，由此获得功率校正关系，即基带功率与接收实际接收功率的关系。控制信号源24逐步修改功率与频率，LMT20就获得了CDMA接收机22在任意功率与频点上的功率校正表。校准的功率步长与频率步长与CDMA接收机的硬件设计性能相关，根据实际情况确定。在完成CDMA接收机的接收功率校准之后，我们得到了基带信号强度与实际输入功率之间的对照关系。在大信号时，输入信号相对接收机噪声要大的多，因此噪声对信号测量影响不大，采用上述线性增益区间的功率校准方法。

但是在小信号情况下，受噪声影响，测量功率往往高于输入信号功率，采用下面的包含噪声补偿的非线性增益区间的功率校准方法。

非线性增益区间的功率校准：

由于噪声的作用，在接近于CDMA接收机底噪水平时，CDMA接收机在基带测量到的信号强度与输入的实际信号之间关系为非线性关系。

在CDMA接收链路设计时，我们可以根据器件特性，测量或者计算得到链路噪声系数，以及对应的频响变化。链路噪声系数与接收功率存在如同下列公式2的关系：

$>P_B+\mathrm{\Delta P}=10\times \log ({10}^{(\mathrm{KTB}+\mathrm{NF})/10}+{10}^{(P_{\mathrm{in}}/10)})---\left(2\right)$>

其中，基带功率为P_B(单位：dBm)，输入信号功率为P_in(单位：dBm)，NF为噪声系数(单位：dB)，KTB为热噪声功率，ΔP为在特定频点上线性增益区间中间输入功率上测量获得的基带功率与输入功率差。

而CDMA接收机工作带宽内的所有频点的校正关系(ΔP，NF)构成了一张校准表，存入CDMA接收机的闪存芯片，在CDMA接收机进行非线性增益区间的实时校正时，基于下面的公式3，就可以获得实际来自天线口的输入信号功率P_in，从而补偿了噪声对测量的误差。

$>P_{\mathrm{in}}=10·\log 10({10}^{(P_B+\mathrm{\Delta P})/10}-{10}^{(\mathrm{KTB}+\mathrm{NF})/10})---\left(3\right)$>

公式3中的各项符号含义与公式2相同。在实时校正过程中CDMA接收机内的功率校正软件，通过在基带侧测量获取P_B，在非线性增益区间采用上述公式3计算出实际输入的信号功率。

图1表示采用本发明方法CDMA接收机所运行校准和实时校正程序的功能模块示意图。图1中，1代表基带数据采集模块，2代表强度测量模块，3代表功率校准模块，4代表校正处理模块，5代表输出模块，6代表存储在闪存的校正表。其中：基带数据采集模块1，用于完成功率校准与实时校正所需要的基带采样数据，以I、Q方式存入处理器内存；强度测量2，用于完成基带功率的测量；功率校准模块3，用于在CDMA接收机设备出厂时，执行LMT20下发的功率校准命令，执行校准流程，生成校正表6；校正处理模块4，为CDMA接收机正常工作时，用于功率校正使用，根据强度测量模块2输出的基带功率以及本地存储的校正表6执行功率校正；输出模块5，用于执行功率校正之后的输出功能；校正表6，该表在功率校准过程中创建，并被存储在CDMA接收机设备的FLASH芯片中，设备启动时读入内存，用于实时功率校正。上述软件在LMT20指定参数后，由CDMA接收机内控制器10执行。

下面结合图2和图3，详细说明在对一个CDMA接收机设备进行校准之前，所需的测量该设备的链路增益特性以确定线性增益区间、非线性增益区间的测量功率分段过程。该过程对一台设备来说，只需要做一次，获得线性增益区间、非线性增益区间的分布即可。下面给出线性与非线性增益区间分段方法的详细步骤：

步骤1：选择适当的第一通信线缆21和第二通信线缆23，连接可控信号源24、CDMA接收机22与LMT20；

步骤2：可控信号源24上电，预热一段时间，待时钟与功率输出稳定；

步骤3：CDMA接收机22上电正常运行；

步骤4：启动LMT20，选择自动功率比对程序，该程序用于控制CDMA接收机22，并实时读取基带信号强度，在未校准前，基带信道强度仅表征信号强弱，单位dB；

步骤5：对LMT20输入CDMA接收机22工作频带的中心频率、最小输入信号功率、最大输入信号功率以及功率调整步长设置为1dB，按照上述参数启动自动功率比对程序；

步骤6：LMT20自动配置信号源24输出指定频率和功率的射频信号25，同时通知CDMA接收机22执行基带强度测量；

步骤7：CDMA接收机22完成测量后上报测量结果到LMT20，LMT20将设定功率与测量结果存储到自己的内存；

步骤8：LMT20根据功率调整步长，重复步骤6至步骤7；

步骤9：在完成所有指定功率的比对之后，LMT输出实际功率与基带信号强度间的比对关系；

步骤10：根据比对关系，选择该接收机的线性增益区间的中心位置输入信号功率P_L，以及线性区间与非线性区间的边界位置输入信号功率P_non，P_non以上至最大输入功率之间范围为接收链路的线性增益区间，P_non以下至最小输入功率之间范围为非线性增益区间。

完成上述线性、非线性增益区间划分后，执行自动功率校准，具体步骤如下：

步骤1至3：线性与非线性增益区间分段方法中的步骤1至3；

步骤4：启动LMT20，选择自动功率校准程序，以控制CDMA接收机22执行自动功率校准过程；

步骤5：在LMT20输入功率校准的频率范围、频率调整步长，启动功率校准程序，每一个频点只校准功率点P_L；

步骤6：LMT20根据配置的频率范围的最小频率启动校准，发送校准启动请求到CDMA接收机22，待CDMA接收机22给出成功响应之后，开始控制信号源与接收机开始校准；

步骤7：LMT20通过配置命令完成对信号源24的频率、功率配置，通知CDMA接收机22所设定的相应频率与功率，启动输入信号的功率测量；

步骤8：CDMA接收机22完成测量之后，根据未校准基带功率P_B与输入功率P_L的比对关系(P_B，P_L)，得到校准系数ΔP＝P_L-P_B，存入本地闪存，并上报测量结果到LMT20；

步骤9：LMT20得到CDMA接收机23测量的基带功率上报之后，根据设定频率步长设置信号源到下一个频点，重复步骤7与8；

步骤10：在完成设定频率范围的校准之后，LMT20下发校准中止消息到CDMA接收机22，中止该次校准过程，CDMA接收机22准备生成校准表；

步骤11：生成校准表，具体包括步骤：

对于线性增益区间，将每一个频点，在P_L处测量得到的ΔP＝P_L-P_B作为该频点的功率校正系数，在实时功率校正时，该频点上线性增益区间内的实际输入信号功率P_in就等于基带功率P_B与该校正系数ΔP的和，即表示为公式1：

P_in＝P_B+ΔP    (1)

对于非线性增益区间，对测量获得的基带功率，还需要进行噪声补偿；即在非线性增益区间内测量的基带功率为P_B，由于噪声影响，该接收机输入端口的实际接收功率中含有噪声成分，肯定会高于CDMA接收机22的输入信号功率P_in，该频点链路噪声系数为NF条件下，则有如下前述公式3的关系：

$>P_{\mathrm{in}}=10·\log 10({10}^{(P_B+\mathrm{\Delta P})/10}-{10}^{(\mathrm{KTB}+\mathrm{NF})/10})---\left(3\right)$>

在已知CDMA接收机(22)的噪声功率KTB，基带测量功率P_B，噪声系数NF，线性增益区间中间输入信号功率所获得的校正系数ΔP，根据公式3，可以获得在非线性增益区间的输入信号功率P_in。

由此，每一个频点我们存储一个功率校准记录(Freq，ΔP，NF)，就可以完成该频点线性增益区间以及非线性增益区间的功率校准了，多个频点的校准记录联合，存入FLASH，就构成了系统校准表。

在实时功率校正时，CDMA接收机(22)将根据校准表，按照线性增益区间，以及非线性增益区间执行功率校正。计算出输入信号功率为P_in，基带侧测量得到的未校准功率为P_B。

对于线性增益区间，计算实际输入信号功率：

P_in＝P_B+ΔP                  (1)

对于非线性区间的功率，根据公式3，结合校准表，可以计算出实际输入信号功率：

$>P_{\mathrm{in}}=10·\log 10({10}^{(P_B+\mathrm{\Delta P})/10}-{10}^{(\mathrm{KTB}+\mathrm{NF})/10})---\left(3\right)$>

使用本发明的一种CDMA接收机的自动功率校准与实时校正方法，可准确完成CDMA接收机的功率校准，速度快、校准表存储空间小，校正效果好。上述实施例及其变形技术方案均属于本申请保护范围，本申请保护范围由所附的权利要求书限定。