一种自适应发射功率监测及补偿方法

摘要

一种自适应发射功率监测及补偿方法，首先将发送至发射天线的射频信号进行下变频至中频信号，然后根据中频信号的功率生成ALC控制量，最后根据ALC控制量调节发射天线射频信号的发射功率，实现自适应监测及补偿。本发明通过闭环耦合电路，将射频信号变频至中频，再根据发射功率监测结果去调整发射功率输出量，解决了不同元器件增益‑温度特性曲线离散型、发射功率随元器件老化而变化的问题，具有对元器件适应范围广且不受元器件老化影响的优点，具有很好的使用价值。

权利要求

1.一种自适应发射功率监测及补偿方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)将发送至发射天线的射频信号进行下变频至中频信号；

(2)根据中频信号的功率生成ALC控制量，然后根据ALC控制量调节发送至发射天线的射频信号功率，实现自适应监测及补偿；

所述的根据中频信号的功率生成ALC控制量，然后根据ALC控制量调节发送至发射天线的射频信号功率的方法包括如下步骤：(21)接收中频信号后，对中频信号进行模数转换，得到数字信号；

(22)对当前中频信号对应的数字信号进行平方累加，生成中频功率估计值P_IF，然后将中频功率估计值P_IF与门限A、门限B进行比较，若中频功率估计值P_IF＜门限A，则令ALC控制量减1，ALC_sta_time清零，若中频功率估计值P_IF＞门限B，则令ALC控制量加1，ALC_sta_time清零，若门限A≤中频功率估计值P_IF≤门限B，则令ALC控制量不变，ALC_sta_time＝ALC_sta_time+1，其中，ALC控制量的最小值及初始值均为00000，最大值为11111，ALC_sta_time表示中频射频信号功率连续进入稳态的次数；

(23)如果ALC控制量不变，则不对当前发送至发射天线的射频信号的发射功率进行改变，如果ALC控制量减1，则将当前发射功率提高0.5dB，如果ALC控制量加1，则将当前发射功率衰减0.5dB，其中ALC控制量最小值为00000，最大值为11111，当当前ALC控制量为00000时，当前发射功率不能再提高，当当前ALC控制量为11111时，当前发射功率不能再衰减，然后转到步骤(21)；当ALC_sta_time≥3时，表明当前射频信号功率进入稳态，再转入步骤(21)对发射功率进行持续实时监测。

2.根据权利要求1所述的一种自适应发射功率监测及补偿方法，其特征在于：所述的将发射天线的射频信号进行下变频至中频射频信号的方法包括如下步骤：(11)使用功分器对发送至发射天线的射频信号进行功分，将功分后射频信号通过耦合器耦合至射频接收通道；

(12)在射频接收通道将射频信号变频至中频射频信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种自适应发射功率监测及补偿方法，其特征在于：所述的门限A为发射天线发射功率电平的下限，门限B为发射天线发射功率电平的上限。

说明书

一种自适应发射功率监测及补偿方法

技术领域

[0001] 本发明涉及发射功率监测补偿技术领域，特别是一种自适应发射功率监测及补偿方法。

背景技术

[0002] 北斗二号二期星间链路星间收发信机输出功率期望稳定，但是由于元器件受空间环境温度变化及设备老化等因素的影响，星间收发信机很难在轨长寿命维持一个固定的功率输出。为解决该问题，需要提出一种发射功率监测手段，实现对发射功率的实时监测及补偿的目的。

[0003] 专利《宽带单片低噪声放大器的增益温度补偿》、《一种采用CMOS工艺实现LDD自动温度》、《自动温度补偿电路的一种实现电路》，公开了一种发射功率监测及补偿技术，上述技术中的功率补偿都是根据元器件的温度-增益特性曲线去设计不同的温度-电压转换电路，并利用该电压量去调节放大器增益的方法，该方法从一定程度上可以实现温度变化条件下的功率补偿，但存在以下问题：

[0004] (1)必须通过大量试验来获取元器件的温度-增益特性曲线，再去设计响应的补偿电路，而对于不同类型的放大器器件，其温度-增益曲线自然不同，温度补偿电路也会不同；另外即使同一类器件，也可肯能因为元器件的离散型，使得不同批次的温度-增益曲线不同，因此电路复杂程度较高，重复性不好；

[0005] (2)功率补偿结果精度不高，该补偿方式的精度主要取决于温度-增益特性曲线的线性度如何，若温度-增益特性曲线线性度不好，加之温度传感电路线性度的影响，其控制精度自然受到影响；

[0006] (3)发射功率无法体现元器件老化带来的变化。

发明内容

[0007] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种自适应发射功率监测及补偿方法，解决了现有技术需要通过大量试验来获取元器件的温度-增益特性曲线，再设计补偿电路的缺陷，功率补偿结果精度低以及无法体现功率随元器件老化带来变化的问题，通过一种基于数模混合ALC的方法对发射功率进行监测，并根据监测结果对发射功率进行实时补偿，具有较好的使用价值。

[0008] 本发明的技术解决方案是：一种自适应发射功率监测及补偿方法，包括如下步骤：

[0009] (1)将发送至发射天线的射频信号进行下变频至中频信号；

[0010] (2)根据中频信号的功率生成ALC控制量，然后根据ALC控制量调节发送至发射天线的射频信号功率，实现自适应监测及补偿。

[0011] 所述的将发射天线的射频信号进行下变频至中频射频信号的方法包括如下步骤：

[0012] (1)使用功分器对发送至发射天线的射频信号进行功分，将功分后射频信号通过耦合器耦合至射频接收通道；

[0013] (2)在射频接收通道将射频信号变频至中频射频信号。

[0014] 所述的根据中频信号的功率生成ALC控制量，然后根据ALC控制量调节发送至发射天线的射频信号功率的方法包括如下步骤：

[0015] (1)接收中频信号后，对中频信号进行模数转换，得到数字信号；

[0016] (2)对当前中频信号对应的数字信号进行平方累加，生成中频功率估计值P_IF，然后将中频功率估计值P_IF与门限A、门限B进行比较，若中频功率估计值P_IF＜门限A，则令ALC控制量减1，ALC_sta_time清零，若中频功率估计值P_IF＞门限B，则令ALC控制量加1，ALC_sta_time清零，若门限A≤中频功率估计值P_IF≤门限B，则令ALC控制量不变，ALC_sta_time＝ALC_sta_time+1，其中，ALC控制量的最小值及初始值均为00000，最大值为11111，ALC_sta_time表示中频射频信号功率连续进入稳态的次数；

[0017] (3)如果ALC控制量不变，则不对当前发送至发射天线的射频信号的发射功率进行改变，如果ALC控制量减1，则将当前发射功率提高0.5dB，如果ALC控制量加1，则将当前发射功率衰减0.5dB，其中ALC控制量最小值为00000，最大值为11111，当当前ALC控制量为00000时，当前发射功率不能再提高，当当前ALC控制量为11111时，当前发射功率不能再衰减，然后转到步骤(1)；当ALC_sta_time≥3时，表明当前射频信号功率进入稳态，再转入步骤(1)对发射功率进行持续实时监测。

[0018] 所述的门限A为发射天线发射功率电平的下限，门限B为发射天线发射功率电平的上限。

[0019] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0020] (1)本发明通过闭环耦合电路，将射频信号变频至中频，在中频监测发射信号功率的方式，再根据发射功率监测结果去调整发射功率输出量，解决了不同元器件增益-温度特性曲线离散型、发射功率随元器件老化而变化的问题，具有对元器件适应范围广且不受元器件老化影响的优点；

[0021] (2)本发明通过中频功率监测加数控衰减器的方式，解决了温度特性-曲线线性度不好，功率补偿精度不高的问题，具有功率控制精度高的优点。

附图说明

[0022] 图1为本发明一种自适应发射功率监测及补偿方法原理图；

[0023] 图2为本发明方法中功率监测及自动增益控制流程图。

具体实施方式

[0024] 本发明提出一种数模混合ALC功率监测及补偿的方法，解决了现有技术需要通过大量试验来获取元器件的温度-增益特性曲线，再设计补偿电路的缺陷，功率补偿结果精度低以及无法体现功率随元器件老化带来变化的问题，通过一种基于数模混合ALC的方法对发射功率进行监测，并根据监测结果对发射功率进行实时补偿。本发明方法原理实现简单，控制精度高，收敛速度快；不但可以解决发射功率随高低温变化的问题，还能够实现适应由于元器件老化而带来的功率变化，针对不同温度-特性放大器器件其电路形式都不发生变化。

[0025] 本发明方法实现电路包括发射功率控制ALC模块、闭环耦合电路、射频接收通道、功率监测模块。闭环耦合电路包括功分器、闭环耦合开关、耦合器，功分器将发射至天线的信号一分为二，一路送至天线对外发射，一路作为闭环耦合信号送至闭环耦合开关，当闭环耦合开关闭合时，信号再送至耦合器，耦合器将闭环信号耦合至射频接收通道，在接收通道将射频信号变频至中频端，在中频通过一个功率监测模块对中频信号进行功率监测，中频功率监测模块根据中频监测功率结果会输出一个ALC控制量，ALC控制量可调节发射功率输出ALC模块的衰减值，最终实现发射功率的自适应监测及控制。

[0026] 本方法中发射功率控制ALC模块为一个数控衰减器，该数控衰减器根据输入数字控制码决定路径衰减值，该数字控制码由5bit组成，控制精度为0.5dB，其衰减真值表如下：

[0027] 表1数控衰减器真值表

[0028]数字控制码(ALC控制量) 衰减值(dB)
00000 0
00001 0.5
00010 1
00100 2
01000 4
10000 8
11111 15.5

[0029] 本方法中功率监测模块包括模数转换AD、FPGA，模数转换AD完成模数转换，FPGA对中频功率进行实时监测，首先数字信号进行平方累加，生成中频功率估计值，并将给中频功率估计值P_IF和所设门限A(发射功率电平控制要求的下限)、门限B(发射功率电平控制要求的上限)进行比较，若P_IF＜门限A，则ALC控制量减1，若P_if＞门限B，则ALC控制量加1，最终将中频功率调节至所需的(A,B)范围内，即也将发射功率调节至了所要求的控制范围内，控制精度可达到±0.5dB；

[0030] 如图2所示为本发明方法中功率监测及自动增益控制流程图，功率监测模块流程具体工作流程如下：

[0031] 步骤1：在发射时隙开启时刻，开始启动流程；

[0032] 步骤2：对模数转换后数字信号D(n)进行求平方；

[0033] 步骤3：对数字信号进行平方和累加；

[0034] 步骤4：一次数字平方累加和表示完成了一次中频功率监测，根据中频功率监测结果P_IF与门限A进行判决，若P_IF

[0035] 步骤5：若P_IF≥A，则再与门限B进行判决，若P_IF≤B，则说明射频功率达到所要控制稳态范围，此时ALC保持不变，射频发射功率保持不变；

[0036] 步骤6：对ALC_sta_time进行判决，若ALC_sta_time≥3，则表明本次自动增益控制收敛完成，若ALC_sta_time＜3，则继续进行下一轮的功率监测及控制，直至连续3次功率监测处于稳态范围；

[0037] 步骤7：在自动增益控制收敛完成后，发射功率监测仍然在实时监测，若发射功率突发变化，超出A≤P_IF≤B的门限范围，ALC_sta_time会自动清零，自动增益控制会重新启动，直至功率监测再次进入稳态；至此完成自适应发射功率监测及补偿。

[0038] 综上所述，发明方法与已知方法不同，其不需要模拟温度补偿电路，而是通过一种基于数模混合ALC的方法对发射功率进行监测，并根据监测结果对发射功率进行实时补偿，本发明方法功率控制精度高，收敛速度快，不但解决了发射功率随高低温变化的问题，同时解决了由于元器件老化而带来的功率变化问题，功率监测精度高，没有引入大量的温补模拟电路，调试简单，利用批量化生产可广泛应用于功率监测控制领域。

[0039] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。