移动通信基站驻波系数检测及优化

无线通信
移动通信基站驻波系数检测及优化
刘志敏
京信网络系统股份有限公司
摘要：数字预失真系统在功放和双T.器之间包含功率检测功能，能很容易计算出功放末端的驻波系数，但是该驻 波系数并不等于天线口驻波系数。

本文利用S网络，分析功放末端驻波系数和天线口驻波系数之间的关系，从而实现低成本高精度的驻波系数检测功能
关键词：数字预失真；功率检测；驻波系数
0引言
移动通信是当前全球发展最快的行业之一，也是当今高 新技术的代表和国家战略性基础设施建设优质的移动通信网络，既有利于壮大信息消费、拉动有效投资，促进工业化、信息化、新型城镇化和农村现代化建设，也可以创造就业，扩大内需，推动“内循环”的稳步发展：基于蜂窝的窄带物 联网（Narrow Band Internet of Thing.NB-loT)是移动通信在 5G领域一个新的应用，支持低功耗设备在广覆盖的广域网的 蜂窝数据连接NB-loT宏基站是NB-loT网络的重要组成部分 NB-loT宏基站为了提升线性度和效率，普遍使用数字预失真 (Digital p re-Distortion,DPD)技术
在实际T.程使用过程中，天线异常、T.程安装不规范等 问题，会导致基站输出所接负载不匹配，回波显著提高，导 致设备输出功率明显降低、檀盖范围®著缩小、覆盖边缘的 物联网终端接人不稳定甚至离线如果长期处于这种状态，还将导致设备运行稳定性下降、设备可靠性降低，甚至出现 设备烧毁的现象基于此，驻波测试和告警就显得尤为重要1驻波检测方案
刘畅远等学者描述了在双T.器输出端参考点B处增加耦 合器，耦合双T.器输出端口前向和反向功率，然后计算出双 T.器输出口驻波。

该方案在主通路上增加了额外耦合器，降 低了基站输出功率和灵敏度，同时，增加了耦合器和功率检 测电路，导致硬件成本明显增加。

朱加强等学者描述了利用在PA (Power Amplifier)模块和 双T.器模块之间耦合器，引出耦合器的反向功率，通过切换 开关，复用DPD反馈回路进行功率检测。

该方案成本增加不 明显，但是所检测的是双T.器下行输人口参考点A处的驻波，不是双T.器输出口参考点B处的驻波。

当双T.器端口驻波不 等于1时，该方案测量的驻波和实际驻波之间存在明显误差。

如丨冬I 1所示。

本设计在不显著增加硬件成本、不在主链路增加额外损 耗的前提下，精确测量并计算出参考点B处的驻波
402021.04
I
无线通信
2理论推导
a 2
—►*^11 *^12
◄—b
'
.*^21
^22
b
2
◄—
—►
二端口网络可以使用s 矩阵进行描述，s 参数矩阵方程定 义为：
b '
a \
Pi
—
A .
^22 __a
2_
其中，是端口々的人射波，\是端口 A 的反射波（A =l ，2)。

其中，P 和/分别为I 端口电压和电流的列向量，4是昏-端口
的特酿抗：
从上述S 矩阵方程可以看出，当2端口接匹配负载时， 被完全吸收，为零：
〇2=〇
a
2=0
可以看出，5…表示的物理意义是端口 2接匹配负载时， 端口 1的电压反射系数；S 2，表示的物理意义是端口 2接匹配 负载时，端口 1到端口 2的传输系数。

当1端口接匹配负载时，b ,被完全吸收，〇1=0:
5
-h
.
°22
~
°2
a|=〇
可以将双丁器等效为二端口网络：其中，A 参考面为端口 1,
B 参考面为端口2对于该二端口网络S 参数，以方程的形式
描述如下：
b '
一 iS *j |C 7|
*^]2^2
Z ?2 _ *^21〇1 + *^22^2
对于该系统进行如下校准：在端口 2分别接匹配负载、 全反射负载和驻波为2 (反射系数为1/3 )的失配负载，从端 口1输入相同的入射波，测试端口1的反射波，分别记作％， &1，&2,
考虑到该双丁器是互易网络，得到如下方程组：
b\l = s n a \
b x2 =
S n a x +
S n a
22
b 22 = S 2la } + S 22a 2 2 a 22 = b 22
^,3 = 5,2^, +5,2^2 3
b 23 = S 2la { +S 22a 23
3
*
a 23 =
b 23
丨=5■丨2
在该方程组中，有S n , S l 2，&
,，S 22,
巧2,办22, a 23,心23 共8个未知数，解该八元一次方程组得到U 2，S 21，S 22。

于是，
得到了双工器二端口网络的5•参数。

当B 参考面接任意负载时，都可以在A 端口输入入射波， 测试人射波和反射波功率，从而计算出B 端口的人射波《2和 反射波匕。

从B 参考面向天线端看过去，入射波为反射 波为a 2。

通过&和七就可以计算出天线口的驻波系数：
a 2 __
_______^1 _______^2 ^1*^22 _*^ll *^22ai +*^12^2iai
S 2I
同理，可以看出，s 22表示的物理意义是端口 1接匹配负 载时，端口 2的电压反射系数；S l:表示的物理意义是端口 1 接匹配负载时，端口 2到端口 1的传输系数。

对于端口 1:
H 〜l
b
2
_______W 丨_______&1$22 ~~ *^11*^22 + *^12*^2 丨0丨
_____b \ ~
S \\a \
b x S 22 —
S u S 22
a x + S X 2
S 2^
c i x
4结束语
利用功放和双工器之间的DPD 功率检测，实现了功放末 端的VSWR 检测。

通过3次校准，计算出双丁.器二端口网络 的S 参数，从而推导出使用双工器前端入射功率和反射功率 计算出天线口 VSWR 的计算公式，实现了低成本高精度的驻
波检测方案，在实际基站中得以应用，取得较好的效果-
P i
1+ 1 ^22 I 1-|^22|
3驻波检测方案实现
作者简介：刘志敏（1979—),男，汉族，湖北武汉人， 通信技术T .程师，硕士；研究方向：移动通信基站系统。

(收稿日期：2020-11-19;责任编辑：赵明亮、王莖）
如图1所示，在上行低噪放输人端口匹配较好的情况下，
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1。