专利名称：一种宽带码分多址系统中线性功放的频率检测装置和方法
技术领域：
本发明涉及移动通信系统的频率检测技术，尤其涉及一种宽带码分多址系统中线性功放的频率检测装置和方法。
背景技术：
频率检测技术被广泛地应用于各个领域中，特别是无线通信领域。
在宽带码分多址(WCDMA)系统中的线性功率放大器，特别是前馈线性功率放大器中，都有频率检测的需求。交调信号的检测，导频信号的设置，都需要要预先知道输入信号的频谱分布。如果没有频率检测装置，输入信号的频率分布必须通过系统告之或者手动设置，这限制了线性功率放大器的模块独立性和通用性，所以有必要在线性功率放大器中增加频率检测装置。
现有的频率检测技术可以分为两种类型计数式的频率检测和扫频式频率检测；计数式的频率检测通过测定一定时隙内通过的脉冲个数来得出频率。计数式频率检测被广泛应用于CW频率测量或者窄带调制载波的频率测量，许多频率计就是采用该方法进行频率检测的。但该计数式频率测量的局限是不适合宽带信号的频谱检测。
扫频式频率检测通过改变接收机的本振频率使之按分辨率带宽进行扫描，然后根据接收机每次扫描输出的结果，确定频谱分布。理论上只需要分辨率带宽足够小，能够实现精确的频率或者频谱分布检测。频谱分析仪就是基于扫频频率检测来测定频谱的。通用的扫频频率检测装置(比如频谱分析仪)，虽然能够达到频率检测的目的，但是其硬件上比较复杂，速度比较慢，成本比较高，不适合使用在线性功率放大器中。
发明内容
针对现有频率检测技术中存在计数式频率检测不适合宽带信号的频谱检测，通用的扫频式频率检测硬件复杂，速度慢，成本高的缺点，本发明的目的是提供一种根据宽带码分多址(WCDMA)的频谱分布特点而设计的专用的扫频式频率检测装置。使WCDMA多载波线性功放具有频谱检测功能，增强其通用性和独立性，为导频设置或者直接交调检测提供频率位置依据。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案，本发明所述的宽带码分多址系统中的线性功放的频率检测装置，包括混频器、第一中频滤波器、中频放大器、第二中频滤波器、检波器、锁相本地振荡器和A/D转换器，所述混频器将输入频率检测装置的宽带码分多址(WCDMA)信号与来自所述锁相本地振荡器的本振信号进行混频，将射频信号变到固定中频后输出到所述第一中频滤波器；所述第一中频滤波器对所述混频器的输出信号进行滤波，滤除带外分量后输出到所述中频放大器；所述中频放大器将所述第一中频率波器的输出信号放大到所述检波器的动态范围内的一个电平值后输出到第二中频滤波器；所述第二中频率波器对所述中频放大器的输出进行滤波并输出到所述检波器；所述检波器从所述第二中频滤波器的输出信号中检出反映功率变化的低频模拟信号输出到所述A/D转换器；所述A/D转换器将所述检波器的输出信号转换成数字信号；本频率检测装置还包括控制模块所述控制模块的输入信号为所述A/D转换器的数字输出信号，所述控制模块设置所述锁相本地振荡器的频率。
本发明所述的宽带码分多址线性功放的频率检测方法，如图2所示，包括a.粗扫，从低端频率开始以3.8MHz为间隔，进行扫描，直到检测出第一个高电平，记录该频率为频率1，进入步骤b；图2中A到B就是粗扫过程；b.精扫，沿步骤a中检测出的第一个高电平的频率频率1，向低端以100KHz为间隔做密集扫描，直到出现低电平，记录该频率为频率2，停止向低端扫描；然后从频率1位置向高端以100KHz为间隔做密集扫描，直到出现低电平，记录该频率为频率3，计算最低工作频率载波的中心频率频率4＝(频率2+频率3)/2；进入步骤c；图2中B到C就是精扫过程；c.跳跃扫描，沿步骤b中得到的频率4，开始以5MHz为间隔，向高端进行扫描，如果扫描输出高电平，则记录下该频率为频率5，频率6，…，直到超出宽带码分多址的载波频段高端为止；图2中C到D就是跳跃扫描过程。
所述的粗扫，精扫和跳跃扫描均包含多个单次扫描，一个单次扫描包括以下几个步骤1)频率置数；2)等待，由于频率检测装置的硬件有一个暂态过程，故必须等硬件状态恢复稳定后才能读取数据，在暂态持续过程中需要等待；3)读取A/D数据；4)进行电平判断。
本发明利用了宽带码分多址系统频率分布的特点载波中心频率OFFSET是按200KHz间隔分布的、单WCDMA载波占用带宽3.84MHz、同一运营上的载波频率是按间隔5MHz分布。设计了适当的检波装置和扫描方法，使本发明的检波装置具有硬件比较简易，检测速度快，容易实现，成本低的特点，在精度上也能够满足宽带码分多址(WCDMA)多载波线性功放的精度要求。
图1是本发明的频率检测装置的硬件原理框图。
图2是本发明的频率检测流程框图。
图3是本发明频率检测装置的控制模块原理框图。
具体实施例方式
本发明是一种宽带码分多址多载波线性功放的频率检测装置和方法，可以实现对输入的宽带码分多址(WCDMA)信号的频率检测，为导频设置或交调检测提供频谱分布信息。
本发明所述的宽带码分多址线性功放的频率检测装置，如图1所示，包括混频器101、第一中频滤波器102、中频放大器103、第二中频滤波器104、检波器105、锁相本地振荡器106、控制模块107和A/D转换器108，混频器101将输入频率检测装置的宽带码分多址(WCDMA)信号与来自锁相本地振荡器106的本振信号进行混频，将射频信号变到固定中频后输出到第一中频滤波器102；第一中频滤波器102对混频器101的输出信号进行滤波，滤除带外分量后输出到中频放大器103；中频放大器103将第一中频率波器102的输出信号放大到检波器105的动态范围内的一个电平值后输出到第二中频滤波器104；第二中频率波器104对中频放大器103的输出进行滤波并输出到检波器105；检波器105从第二中频滤波器104的输出信号中检出反映功率变化的低频模拟信号输出到所述A/D转换器108；A/D转换器108将检波器105的输出信号转换成数字信号后输出到控制模块107；控制模块107通过设置锁相本地振荡器106的频率来改变本振频率，如果按照预定的规律改变频率置数，就能实现频率扫描。
控制模块107的输入信号为A/D转换器108的数字输出信号，控制模块107包括，数据缓存器A1074、CPU单元1071、通信端口1076、程序存储器1072、数据存储器1073、数据缓存器B1075和D/A转换器1077；数据缓存器A1074的输入信号为A/D转换器108的输出信号，结果输出到所述CPU单元1071；CPU单元1071与通信端口1076、程序存储器1072、数据存储器1073和数据缓存器B1075双向连通，CPU单元的数据还输出到D/A转换器1077；数据缓存器B1075与锁相本地振荡器106双向连通；由于宽带码分多址(WCDMA)的载波频率的偏置(OFFSET)是200KHz的整数倍，并以之为间隔分布。所以为了准确地检测载波频率分布，要求分辨率带宽100KHz左右才能够避免检测误差。因此，所述第一，第二中频滤波器的带宽应小于等于100KHz。由于在宽带码分多址(WCDMA)载波边沿，信号功率谱密度变化比较大，为了使在载波边缘附近能够正确检测较弱的功率谱信号而不受载波的强功率谱信号影响，要求分辨率滤波有较高的边带抑制度，这就是采用两级中频滤波器的缘由；而在实施中，中频滤波器一般采用声表滤波器，以达到大于90dB的边带抑制。
具备了硬件基础，还必须进行正确的软件控制，才能完成频率检测的目的。该频率检测的软件控制关键就是频率扫描过程。如果以100KHz间隔，于全WCDMA频段密集扫描，虽然能够准确的检测载波OFFSET以及频谱分布，但是由于扫描次数多(60MHz带宽，需要600次)，故速度比较慢。
本发明的扫描方法是根据宽带码分多址(WCDMA)的频率分布特点，确定的扫描方法，具备速度快的特点。该方法是利用了宽带码分多址(WCDMA)频率分布的如下特点载波中心频率OFFSET是按200KHz间隔分布的、单WCDMA载波占用带宽3.84MHz、同一运营上的载波频率是按间隔5MHz分布。该方法的检测过程由多个单次扫描构成。一个单次扫描包括以下几个步骤1)频率置数；2)等待；由于频率检测装置的硬件有一个暂态过程，故必须等硬件状态恢复稳定后才能读取数据；在暂态持续过程中需要等待；3)读取A/D数；4)进行电平判断。
本发明所述的宽带码分多址频率检测方法，如图2所示，包括以下步骤a.粗扫，从低端频率开始以3.8MHz为间隔，进行扫描，直到检测出第一个高电平，记录该频率为频率1，停止步骤a，进入步骤b。步骤a简称为粗扫，其目的是找到频率最低的一个工作载波。图中2位置A到位置B就是描述的粗扫过程，具体包括以下步骤a1.设置起始频率FL；a2.进行一次单次扫描；a3.进行电平判断，为低电平则继续步骤a4，高电平则结束粗扫，记录该频率为频率1；a4.频率增加3.8MHz，回到步骤a2。
b.精扫，沿检测出第一个高电平频率频率1，向低端做以100KHz为间隔的密集扫描，直到出现低电平，记录该频率为频率2，停止向低端扫描；然后从频率1向高端做以100KHz为间隔密集扫描，直到出现低电平，记录该频率为频率3。计算最低工作频率载波的中心频率频率4＝(频率2+频率3)/2；计算完毕进入步骤c)。步骤b)简称为精扫。图2中位置B到位置C就是描述的精扫过程，具体包括以下步骤b1.设置起始频率为所述频率1；b2.进行一次单次扫描；b3.进行电平判断，为高电平则继续步骤b4，低电平则继续步骤b5；b4.频率减少100KHz，回到步骤b2；b5.记录该频率为频率2；b6.重新设置起始频率为所述频率1；b7.进行一次单次扫描；b8.进行电平判断，为高电平则继续步骤b9，低电平则继续步骤b10；b9.频率增加100KHz，回到步骤b7；b10.记录该频率为频率3，计算最低工作频率载波的中心频率频率4＝(频率2+频率3)/2；结束精扫。
c)跳跃扫描，沿所述频率4，开始以5MHz为间隔，向高端进行扫描。如果扫描输出高电平，记录该频率为频率5，频率6，直到超出宽带码分多址的载波频段高端为止。步骤c)简称跳跃扫描。图2中位置C到位置D就是描述的跳跃扫描过程，具体包括以下步骤c1.设置起始频率为频率4；c2.进行一次单次扫描；c3.进行电平判断，为低电平则继续步骤c4，高电平则继续步骤c5；c4.频率增加5MHz，如频率高于宽带码分多址的载波频段高端则结束跳跃扫描，否则回到步骤c2；c5.记录该高电平位置，频率增加5MHz，如频率高于宽带码分多址的载波频段高端则结束跳跃扫描，否则回到步骤c2。
为了保证频率检测的准确性，避免检测误差，高低电平的门限设置非常重要。在本装置中，电平门限等于检波器能够线性检测最低电平的加上20dB。高于该门限则为高电平，低于该门限则为低电平。
当只有一个载波时，并且该载波的位于2170MHz的情况下进行的频率检测需扫描的次数最多。计算如下粗扫int(575/38)+1＝16(次)精扫int(38.4/1)+1＝39(次)总共扫描次数为55次。
与全频段密集扫描相比较，该扫描方法其扫描速度提高了约11倍。
经过实验验证表明，本装置能够准确地检测出WCDMA载波信号的频谱分布。在具体实施过程中，要注意以下方面1)对于不同的输入信号电平范围，在硬件上要进行增益调整，使输入到检波器的信号电平落在检波器最佳的检测范围。
2)对于不同的输入信号电平范围，在设置高低电平判决门限时，要进行门限校准。校准原则是，按输入信号电平范围的最低电平小5dB输入载波信号，让扫描点落入载波的带内，其输出的电平是电平判决门限。
权利要求
1.一种宽带码分多址系统中线性功放的频率检测装置，其特征在于，包括混频器、第一中频滤波器、中频放大器、第二中频滤波器、检波器、锁相本地振荡器、A/D转换器，所述混频器将输入频率检测装置的宽带码分多址信号与来自所述锁相本地振荡器的本振信号混频，将射频信号变到固定中频后输出到所述第一中频滤波器；所述第一中频滤波器对所述混频器的输出信号进行滤波，滤除带外分量后输出到所述中频放大器；所述中频放大器将所述第一中频率波器的输出信号放大到所述检波器的动态范围内的一个电平值后输出到第二中频滤波器；所述第二中频率波器对所述中频放大器的输出进行滤波并输出到所述检波器；所述检波器从所述第二中频滤波器的输出信号中检出反映功率变化的低频模拟信号输出到所述A/D转换器；所述A/D转换器将所述检波器的输出信号转换成数字信号；该装置还包括控制模块，所述控制模块的输入信号为所述A/D转换器的数字输出信号，所述控制模块设置所述锁相本地振荡器的频率。
2.如权利要求1所述的宽带码分多址系统中线性功放的频率检测装置，其特征在于，所述控制模块包括数据缓存器A、CPU单元、通信端口、程序存储器、数据存储器、数据缓存器B和D/A转换器；所述数据缓存器A的输入信号为所述A/D转换器的输出信号，结果输出到所述CPU单元；所述CPU单元与所述通信端口、所述程序存储器、所述数据存储器和所述数据缓存器B双向连通，所述CPU单元的数据还输出到所述D/A转换器；所述数据缓存器B与所述锁相本地振荡器双向连通；
3.如权利要求1所述的宽带码分多址系统中线性功放的频率检测装置，其特征在于，所述第一中频滤波器和第二中频滤波器的带宽应小于100KHz。
4.一种宽带码分多址系统中线性功放的频率检测方法，其特征在于，包括以下步骤，a.进行粗扫，从低端频率开始以3.8M为间隔，进行扫描，直到检测出第一个高电平，记录该频率为频率1，进入步骤b；b.进行精扫，沿步骤a中检测出的第一个高电平的频率频率1，向低端以100KHz为间隔做密集扫描，直到出现低电平，记录该频率为频率2，停止向低端扫描；然后从频率1位置向高端以100KHz为间隔做密集扫描，直到出现低电平，记录该频率为频率3，计算最低工作频率载波的中心频率频率4＝(频率2+频率3)/2；进入步骤c；c.进行跳跃扫描，沿步骤b中得到的频率4开始以5M为间隔，向高端进行扫描，如果扫描输出高电平，则记录下该频率为频率5，频率6，...直到超出宽带码分多址的载波频段高端为止。
5.如权利要求4所述的宽带码分多址系统中线性功放的频率检测方法，其特征在于，所述粗扫，精扫和跳跃扫描均包括多个单次扫描过程，一个单次扫描进一步包括以下步骤1)频率置数；2)等待，在暂态持续过程中等待，等硬件状态恢复稳定；3)读取A/D数据；4)进行电平判断。
6.如权利要求4所述的宽带码分多址系统中线性功放的频率检测方法，其特征在于，所述进行粗扫进一步包括以下步骤a1.设置起始频率为低端频率；a2.频率置数；a3.等待硬件状态恢复稳定；a4.读取A/D数据；a5.进行电平判断，为低电平则继续步骤a6，高电平则结束粗扫，记录该频率为频率1；a6.将频率增加3.8MHz，回到步骤a2。
7.如权利要求4所述的宽带码分多址系统中线性功放的频率检测方法，其特征在于，所述进行精扫进一步包括以下步骤b1.设置起始频率为所述频率1；b2.频率置数；b3.等待硬件状态恢复稳定；b4.读取A/D数据；b5.进行电平判断，为高电平则继续步骤b6，低电平则继续步骤b7；b6.频率减少100KHz，回到步骤b2；b7.记录该频率为频率2；b8.重新设置起始频率为所述频率1；b9.频率置数；b10.等待硬件状态恢复稳定；b11.读取A/D数据；b12.进行电平判断，为高电平则继续步骤b13，低电平则继续步骤b14；b13.频率增加100KHz，回到步骤b9；b14.记录该频率为频率3，计算最低工作频率载波的中心频率频率4＝(频率2+频率3)/2；结束精扫。
8.如权利要求4所述的宽带码分多址系统中线性功放的频率检测方法，其特征在于，所述进行跳跃扫描进一步包括以下步骤c1.设置起始频率为频率4；c2.频率置数；c3.等待硬件状态恢复稳定；c4.读取A/D数据；c5.进行电平判断，为低电平则继续步骤c6，高电平则继续步骤c7；c6.频率增加5MHz，如频率高于宽带码分多址的载波频段高端则结束跳跃扫描，否则回到步骤c2；c7.记录该高电平位置，频率增加5MHz，如频率高于宽带码分多址的载波频段高端则结束跳跃扫描，否则回到步骤c2。
全文摘要
一种宽带码分多址系统中线性功放的频率检测装置和方法，该频率检测装置包括，混频器、第一中频滤波器、中频放大器、第二中频滤波器、检波器、锁相本地振荡器、A/D转换器和控制模块。该频率检测方法包括，粗扫，检测出第一个高电平；精扫，沿粗扫中检测出的第一个高电平的位置向高低两端做密集扫描，检测出两个低电平，计算最低工作频率载波的中心频率；跳跃扫描，沿上述中心频率进行扫描，记录下扫描到的高电平，直到超出宽带码分多址(WCDMA)的载波频段高端为止，频率检测由多个单次扫描构成。
文档编号H04W24/00GK1521971SQ03115240
公开日2004年8月18日 申请日期2003年1月29日 优先权日2003年1月29日
发明者田其, 其 田 申请人:深圳市中兴通讯股份有限公司