專利名稱：智能天線陣的校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)以及這種系統(tǒng)的天線陣的操作。更特別地，本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)天線陣的接收路徑和發(fā)射路徑的方法。由此天線陣連接到數(shù)字信號處理器并且包括至少三個天線。此外，本發(fā)明涉及一種用于實現(xiàn)上述方法的無線通信系統(tǒng)的天線陣，以及一種實現(xiàn)該方法的計算機(jī)程序產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
為了有效地利用無線通信系統(tǒng)的資源，智能天線陣系統(tǒng)受到了越來越多的關(guān)注。一般地，與基站協(xié)同定位，智能天線系統(tǒng)為天線陣結(jié)合了數(shù)字信號處理能力，使其以一種自適應(yīng)的、空間相關(guān)的方式發(fā)射和接收信號。換句話說，這樣一種系統(tǒng)能夠響應(yīng)于其信號環(huán)境而自動地改變其輻射方向圖的方向性。這能夠顯著地增加諸如系統(tǒng)能力之類的性能特性。
為了獲得這些好處，必須對智能天線陣進(jìn)行校準(zhǔn)。在現(xiàn)有技術(shù)中，為了這一目的，在一個公知的位置上放置一個單獨的天線。這個額外的天線向天線陣發(fā)送信標(biāo)信號并且從天線陣接收信號。通過分析這些信號的相位和幅度的變化可以校準(zhǔn)天線陣中的個別天線。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種方法、一種相應(yīng)的天線陣和一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，天線陣可以使用其來進(jìn)行校準(zhǔn)，而不必使用外部硬件。
這個目的和其它目的可以通過獨立權(quán)利要求的特征解決。本發(fā)明的優(yōu)選實施例是通過從屬權(quán)利要求的特征描述的。需要強(qiáng)調(diào)的是，權(quán)利要求中的任何參考符號不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，提供了一種校準(zhǔn)天線陣的接收路徑的方法。天線陣連接到數(shù)字信號處理器并且包括n≥3個天線。n是整數(shù)，因此天線陣至少包括3個天線。在該方法中的第一步中，通過一個單個天線Tx發(fā)射一個已知幅度和已知相位的電磁信號。這個天線Tx被稱作發(fā)射天線而且其是所述天線陣中的一個天線。被發(fā)射的信號被其它所述天線陣中的n-1天線RX1、RX2、...RXn-1接收，這些天線被稱作為接收天線。在第二步中，確定在n-1個被接收的信號每一個之間的相位差和幅度差。隨后，使用一個新的發(fā)射天線重復(fù)最后兩步直到每個天線都已經(jīng)作為發(fā)射天線使用過。在執(zhí)行所有這些測量之后將獲得的相位差和它們相關(guān)聯(lián)的幅度差補(bǔ)償?shù)剿鼈兊某鰪S設(shè)置值。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種校準(zhǔn)天線陣發(fā)射路徑的方法。天線陣連接到數(shù)字信號處理器并且包括n≥3個天線。本方法包括第一步，通過n-1個天線Tx1、Tx2、...Txn-1發(fā)射一個已知幅度和已知相位的電磁信號。這n-1個天線被稱為發(fā)射天線。這n-1個信號被稱為接收天線的第n個天線Rx接收。在第二步中，確定在n-1個被發(fā)射信號的每一個之間的相位差和幅度差。隨后，使用一個新的接收天線重復(fù)最后兩步直到每個天線都已經(jīng)作為接收天線使用過。最后，將獲得的相位差和相關(guān)聯(lián)的幅度差補(bǔ)償?shù)剿麄兊某鰪S設(shè)置值。
校準(zhǔn)發(fā)射路徑的思想在于，能夠?qū)⒂捎谡{(diào)制而彼此不同的被接收信號分派到單獨的發(fā)射天線。隨后，可以確定并且補(bǔ)償單獨的信號的相位和幅度相對于出廠設(shè)置值的差別。
當(dāng)單獨地執(zhí)行或者組合地執(zhí)行時，兩個方法均可以提供這樣的優(yōu)點，即對于校準(zhǔn)無需任何額外的硬件，例如與天線陣中天線獨立且不同的天線。相應(yīng)的，不需要任何關(guān)于放置用于收發(fā)信標(biāo)信號的附加天線的場所的租金。在下文中將詳細(xì)地描述，由于校準(zhǔn)只需要對駐留在數(shù)字信號處理器中的計算機(jī)程序的很少的修改，因此校準(zhǔn)是很容易實現(xiàn)的。
根據(jù)以上所述內(nèi)容，兩個方法都包括測量步驟，確定步驟，以及補(bǔ)償步驟。在兩個方法中，有可能在一個單個測量之后估計相位差和幅度差，改變天線并且隨后繼續(xù)進(jìn)行測量。然而，也有可能執(zhí)行所有測量，隨后估計相位差和幅度差，并且隨后執(zhí)行補(bǔ)償步驟。
根據(jù)優(yōu)選實施例，發(fā)射天線同時地發(fā)射它們的信號。以這種方式發(fā)射路徑的校準(zhǔn)能夠以一種快速的方式執(zhí)行。此外，并且更重要的，避免在單獨的發(fā)射之間天線陣的參數(shù)的變化以便提高測量值的精確性。為了使單個接收天線對n-1個信號進(jìn)行區(qū)分，這些信號是被單獨調(diào)制的或單獨編碼的。
對由單個接收天線接收的個別信號進(jìn)行區(qū)分可以通過發(fā)射OFDM(正交頻分復(fù)用)信號的副載波來完成，并且其中副載波彼此之間是不相同的。在此意義上，本發(fā)明可以應(yīng)用于使用OFDM的無線通信系統(tǒng)，例如，應(yīng)用于WIMAX系統(tǒng)。
如上所述，理想的情況是當(dāng)校準(zhǔn)發(fā)送路徑時，所有信號都在同一時間被發(fā)送。這并不一定意味著所有信號必須在完全相同的時間被發(fā)送出去，相反在個別的發(fā)射之間存在輕微的時間差是可以接受的。在此意義上，有可能使用時分復(fù)用(TDM)方法，因此本發(fā)明可以針對所有的TDMA系統(tǒng)而執(zhí)行。
如上所述，當(dāng)校準(zhǔn)發(fā)送路徑時使用OFDM信號的副載波是可能的。當(dāng)這樣做時，有可能選擇頻率上互相接近的副載波。以這種方式，校準(zhǔn)僅僅針對信道帶寬的有限部分而執(zhí)行。為了確保天線陣的校準(zhǔn)在整個信道帶寬上執(zhí)行，副載波應(yīng)該優(yōu)選地分布在整個信道帶寬上。
不用多說，用于校準(zhǔn)接收路徑的方法和用于校準(zhǔn)發(fā)送路徑的方法都能通過計算機(jī)程序來執(zhí)行。在接收信號之后，計算機(jī)程序能夠處理信號并且將相位差和相關(guān)聯(lián)的幅度差補(bǔ)償?shù)剿鼈兊某鰪S設(shè)置值。這些計算機(jī)程序存在于例如CD或者DVD的計算機(jī)可讀介質(zhì)中。這些計算機(jī)可讀的介質(zhì)包括計算機(jī)程序代碼裝置，當(dāng)所述程序加載時，其使計算機(jī)用于執(zhí)行上述方法。
如上所述，上述兩種方法可以單獨地或組合地執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種用于無線通信系統(tǒng)的天線陣，其中天線陣連接到數(shù)字處理器并且包括n≥3個天線。此外，數(shù)字信號處理器具有用于估計由所述天線陣中的第一個天線發(fā)射的數(shù)字信號與由所述天線陣中的第二個天線接收到的相同信號之間的相位差和幅度差的裝置，并且其包含用于將相位差和幅度差補(bǔ)償?shù)狡湎鄳?yīng)的出廠設(shè)置值的裝置。這兩個裝置能夠使用硬件或者軟件實現(xiàn)。在第一種情況中這些裝置可以實現(xiàn)為FPGA或者ASIC。當(dāng)裝置是計算機(jī)程序的單獨的模塊或者當(dāng)裝置是獨立的程序時可以提供更多的靈活性。事實上，兩個裝置能夠組合為一個具有兩個功能性的單個裝置。在這種情況下該裝置可以被選擇為數(shù)字信號處理器固件的一部分。
在天線陣的優(yōu)選實施例中，其適合發(fā)射0FDM信號，并且更特別地，其是一個具有自適應(yīng)天線的TDMA OFDM系統(tǒng)。
根據(jù)并參考以下描述的實施例，本發(fā)明的這些和其他一些方面將很明顯。應(yīng)當(dāng)注意參考標(biāo)號的用途不應(yīng)該被理解為限制本發(fā)明的范圍。


圖1示出了一個流程圖，其說明了天線陣中天線接收路徑的校準(zhǔn)；圖2示出了一個流程圖，其說明了天線陣中天線發(fā)射路徑的校準(zhǔn)；圖3示意性地示出了一個根據(jù)本發(fā)明的天線陣。
具體實施例方式
圖1示出了一個流程圖，其說明了校準(zhǔn)天線陣接收路徑的方法。該方法從步驟2開始。在步驟2中通過天線陣中的一個單個天線Tx發(fā)射一個發(fā)射信號。隨后該方法進(jìn)行到步驟4，通過所有其它的天線，即所述天線陣中的其它n-1個天線Rx1，Rx2，...Rxn-1，接收被發(fā)射的信號。在步驟6中檢查所有的天線是否都已經(jīng)當(dāng)作發(fā)射天線使用過。如果這個條件不滿足則在步驟8中選擇一個新的發(fā)射天線，隨后該方法從步驟2繼續(xù)。
如果每個天線都已經(jīng)當(dāng)作發(fā)射天線使用過，則該方法從步驟10繼續(xù)。在這種情況下獲得所有的測量值并且該方法處理這些測量值。該處理從步驟10開始。在步驟10中，估計來源于同一發(fā)射天線的所有接收信號之間的相位差和幅度差。
如果天線2是發(fā)射天線，則天線2’，2”和2用作接收天線，因此它們接收被發(fā)射的信息。隨后，確定通過天線2’，2”和2接收的信號之間的相位差和幅度差。然后，天線2’可以是新的發(fā)射天線，因此確定由天線2，2”和2接收的信號之間的相位差和幅度差。如果天線2”是發(fā)射天線，則確定通過天線2，2’和2接收的信號之間的相位差和幅度差。在最后一步中天線2是新的發(fā)射天線，確定通過天線2，2’和2”接收的信號之間的相位差和幅度差?？偣泊_定了12個幅度差和相應(yīng)的相位差。
在估計相位差和幅度差之后，該方法從步驟12繼續(xù)，在步驟12中將這些差補(bǔ)償?shù)剿鼈兊某鰪S值。這些出廠值是從通過天線陣的廠商那獲知的。如果完成該操作則方法結(jié)束于步驟14。
圖2示出一個流程圖，其說明了對天線陣發(fā)射路徑的校準(zhǔn)。該方法從步驟20開始。在步驟20中通過n-1個天線發(fā)射一個已知幅度和已知相位的單個信號。在步驟40中通過n-1個天線發(fā)射的上述n-1個信號被第n個天線接收。該方法隨后從步驟60繼續(xù)，在步驟60中檢查是否所有的天線都已經(jīng)當(dāng)作接收天線使用過。如果這個條件不滿足，則在步驟80中選擇一個新的天線作為接收天線。隨后該方法從步驟20繼續(xù)。
如果所有天線都已經(jīng)被作為接收天線使用過，則該方法從步驟100繼續(xù)進(jìn)行。在這種情況下該方法已經(jīng)獲得了校準(zhǔn)所需的所有測量值。處理這些測量值從步驟100開始，估計n-1個被發(fā)射且通過一個單個天線接收的信號的每一個之間的相位差和幅度差。將所有的這些相位差和幅度差與其已知的出廠值進(jìn)行比較并且對其進(jìn)行補(bǔ)償。該方法結(jié)束于步驟140。
通過流程圖說明的這兩個方法僅僅所述的天線，即天線陣的天線和處理邏輯來執(zhí)行校準(zhǔn)。因為不需要任何額外的硬件，這節(jié)省了硬件資源和關(guān)于放置信標(biāo)天線的場所的租金。
圖3示出了一個根據(jù)本發(fā)明的天線陣。天線陣1包括三個天線2’，2”，2，并且其連接到處理單元3。處理單元3包括一個用于從天線陣接收信號的接收器4。接收器4的輸入通過模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器5進(jìn)行數(shù)字化，并且模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器5輸出數(shù)字化的信號到數(shù)字信號處理器6。數(shù)字信號處理器6具有包括單獨的模塊8，9，10的固件7。第一個模塊8適用于估計第一個數(shù)字信號與第二個數(shù)字信號之間的相位差和幅度差。固件7的第二個模塊9能夠?qū)⒂赡K8估計的相位差和幅度差補(bǔ)償?shù)较鄳?yīng)的出廠值。主模塊10用于管理實施用于校準(zhǔn)發(fā)射路徑和用于校準(zhǔn)接收路徑的方法的方式。
最后一段的描述假定處理邏輯3從天線陣1接收信號。為了實現(xiàn)校準(zhǔn)方法，其也需要使單獨的天線2’，2”和2發(fā)射信號。為此目的，單元5還適用于操作為輸出模擬信號到單元4的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器，單元4適用于發(fā)射模擬信號到單獨的天線2’，2”或2。
權(quán)利要求
1.一種校準(zhǔn)天線陣的接收路徑的方法，所述天線陣連接到數(shù)字信號處理器并且包含n≥3個天線，所述方法包括步驟a)通過一個單個天線(發(fā)射天線)發(fā)射一個已知幅度和已知相位的電磁信號，并且通過所述天線陣中其它n-1個天線(接收天線)接收這個信號；b)估計所述n-1個被接收的信號的每一個之間的相位差和幅度差；c)使用一個新的發(fā)射天線重復(fù)最后兩步直到所述天線陣中的每個天線都已經(jīng)作為發(fā)射天線使用過；d)將所述相位差以及其相關(guān)聯(lián)的幅度差補(bǔ)償?shù)剿鼈兊某鰪S設(shè)置值。
2.一種校準(zhǔn)天線陣的發(fā)射路徑的方法，所述天線陣連接到數(shù)字信號處理器并且包含n≥3個天線，所述方法包括步驟a)通過n-1個天線(發(fā)射天線)發(fā)射一個已知幅度和已知相位的電磁信號，并且通過第n個天線(接收天線)接收所述信號；b)估計所述n-1個被發(fā)射信號的每一個之間的相位差和幅度差；c)使用一個新的接收天線重復(fù)最后兩步直到所述天線陣中的每個天線都已經(jīng)作為接收天線使用過；d)將所述相位差以及其相關(guān)聯(lián)的幅度差補(bǔ)償?shù)剿鼈兊某鰪S設(shè)置值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述發(fā)射天線同時進(jìn)行發(fā)射，并且所述發(fā)射天線的信號被單獨地調(diào)制或單獨地編碼。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述發(fā)射天線發(fā)射的信號是OFDM信號的副載波，而且每個副載波之間是不同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述副載波分布在整個信道帶寬上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述方法至少部分地通過計算機(jī)程序執(zhí)行。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述方法在執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法之后執(zhí)行。
8.一種計算機(jī)程序產(chǎn)品，所述計算機(jī)程序產(chǎn)品包括計算機(jī)可讀介質(zhì)，在其上具有計算機(jī)程序代碼裝置。當(dāng)所述程序加載時，所述計算機(jī)程序代碼裝置使計算機(jī)執(zhí)行以實現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法。
9.一種用于無線通信系統(tǒng)的天線陣，所述天線陣連接到數(shù)字信號處理器并且包括n≥3個天線，所述數(shù)字信號處理器具有a)用于估計所述天線陣中的第一個天線發(fā)射的數(shù)字化信號與所述天線陣中的第二個天線發(fā)射的相同信號之間的相位差和幅度差的裝置，以及/或者用于估計所述天線陣中的第一個天線接收到的數(shù)字化信號與所述天線陣中的第二個天線接收到的相同信號之間的相位差和幅度差；b)用于將在步驟a)中估計的相位差和相應(yīng)的幅度差補(bǔ)償?shù)狡湎鄳?yīng)的出廠設(shè)置值的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線陣，其中，其適合發(fā)射OFDM信號，特別是基于TDM的OFDM信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線陣，其中，所述估計裝置和所述補(bǔ)償裝置是用硬件或作為計算機(jī)程序模塊實現(xiàn)的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)天線陣的接收路徑和發(fā)射路徑的方法，所述天線陣包括至少三個天線并且連接到數(shù)字信號處理器。為了校準(zhǔn)接收路徑，通過一個單個天線發(fā)射已知幅度和已知相位的信號，由此這個信號被其它n－1個天線接收，由此估計n－1個被發(fā)射信號的每一個之間的相位差和幅度差。使用一個新的發(fā)射天線重復(fù)最后兩步直到每個天線都已經(jīng)作為發(fā)射天線使用過。在最后一步中相位差和它們相關(guān)聯(lián)的幅度差被設(shè)置為出廠值。為了校準(zhǔn)一個至少包含三個天線并且連接到數(shù)字信號處理器的天線陣的發(fā)射路徑，一種方法包括步驟通過n－1個天線發(fā)射一個已知幅度和已知相位的信號并且通過第n個天線接收這些信號，估計在n－1個被發(fā)射信號的每一個之間的相位差和幅度差，使用一個新的接收天線重復(fù)最后兩步直到每個天線都已經(jīng)作為接收天線使用過，將相位差和它們相關(guān)聯(lián)的幅度差給補(bǔ)償?shù)匠鰪S設(shè)置值。
文檔編號H01Q3/26GK1941501SQ20061015389
公開日2007年4月4日 申請日期2006年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者庫爾特·韋塞 申請人:阿爾卡特公司