專利名稱：實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信系統(tǒng)的智能天線技術(shù)，特別是涉及一種實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法。
背景技術(shù)：
近年來，在無線通信技術(shù)領(lǐng)域中，智能天線技術(shù)已經(jīng)成為移動通信領(lǐng)域最具吸引力的技術(shù)之一。智能天線采用空分多址技術(shù)，利用信號在傳輸方向上的差別，將同頻率或同時隙、同碼道的信號區(qū)分開來，最大限度地利用有限的信道資源。與無方向性天線相比較，其上、下行鏈路的天線增益大大提高，降低了發(fā)射功率電平，提高了信噪比，有效地克服了信道傳輸衰落的影響。同時，由于天線波瓣直接指向用戶，減小了與本小區(qū)內(nèi)其它用戶之間，以及與相鄰小區(qū)用戶之間的干擾，而且也減少了移動通信信道的多徑效應(yīng)。智能天線技術(shù)在本質(zhì)上是利用多個通道單元空間的正交性，即空分多址復(fù)用功能，來提高系統(tǒng)的容量和頻譜利用率。為了使智能天線能準(zhǔn)確地合成接收及發(fā)射波束，必須要知道組成此智能天線陣的各天線單元、射頻饋電電纜及射頻收發(fā)信機(jī)之間的差別，即每條發(fā)射及接收信號通過各通道鏈路后的幅度與相位變化差。所以，要使用智能天線技術(shù)，就必須知道通道間的幅度及相位變化特性，即要對每條發(fā)射及接收鏈路進(jìn)行相位及幅度補(bǔ)償，這就引入了智能天線的校準(zhǔn)過程。
智能天線的校準(zhǔn)是無線通信系統(tǒng)智能天線中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，由于射頻通道中所用的器件種類很多，而各通道所選用的器件之間又存在一定的不一致性，多個特性不一致的器件串在一起造成了通道之間的幅度及相位變化差異。而此變化差異對溫度、使用頻率及外部環(huán)境比較敏感，所以要求智能天線系統(tǒng)的校準(zhǔn)應(yīng)能夠?qū)崟r進(jìn)行。
一種對智能天線陣系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)的方法的發(fā)明專利申請中(申請?zhí)枮?2158623.3)，公開了一種對智能天線陣進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)的方法，此方法需要一條專門為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)功能的校準(zhǔn)鏈路。且使用校準(zhǔn)序列的方法對智能天線進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)，所述校準(zhǔn)序列是由某個固定基本序列通過循環(huán)移位生成。實(shí)時校準(zhǔn)在基站運(yùn)行過程中周期性地進(jìn)行，即在發(fā)射校準(zhǔn)時，由發(fā)射鏈路發(fā)射固定電平的校準(zhǔn)序列，同時在校準(zhǔn)鏈路接收此信號；在接收校準(zhǔn)時，由校準(zhǔn)鏈路發(fā)射一個固定電平的校準(zhǔn)序列，同時在接收鏈路接收此信號，通過對接收信號進(jìn)行計(jì)算，得到待校準(zhǔn)的天線陣系統(tǒng)的接收鏈路和發(fā)射鏈路的校準(zhǔn)系數(shù)，達(dá)到實(shí)時校準(zhǔn)的目的。
另一種對智能天線陣進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)的方法的發(fā)明專利申請中(申請?zhí)枮?2131218.4)，公開了另外一種對智能天線陣進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)的方法，該方法不需要設(shè)置一條專門為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)功能的校準(zhǔn)鏈路，而是直接使用正常工作中的天線進(jìn)行。該發(fā)明在基站的空閑時隙中，順序發(fā)射每一條鏈路的發(fā)射單元校準(zhǔn)信號，同時將智能天線陣中除該條發(fā)射鏈路以外的其他鏈路置于接收狀態(tài)，并記錄接收鏈路所接收到的單元校準(zhǔn)信號。利用所接收到的全部單元校準(zhǔn)信號和傳輸系數(shù)預(yù)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出各待校準(zhǔn)天線系統(tǒng)接收鏈路的接收傳輸系數(shù)矩陣與參考鏈路接收傳輸系數(shù)矩陣之比，以及發(fā)射鏈路的發(fā)射傳輸系數(shù)矩陣與參考鏈路發(fā)射傳輸系數(shù)矩陣之比，實(shí)現(xiàn)智能天線陣的實(shí)時校準(zhǔn)。
由上述公開的技術(shù)方案可知，第一種現(xiàn)有技術(shù)方案需要校準(zhǔn)硬件通路和校準(zhǔn)天線(或者專用的耦合電路)，其硬件成本高，容易出故障。而另一種現(xiàn)有技術(shù)方案在不使用校準(zhǔn)通路的情況下，需要對每個天線進(jìn)行順序發(fā)射，同時除該發(fā)射的天線外所有天線都進(jìn)行接收，做一次校準(zhǔn)時間長，計(jì)算量大，不易于在基站中實(shí)時應(yīng)用，而且該方案只發(fā)送一個單位數(shù)據(jù)，抗干擾性和計(jì)算精確度都不是很好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種無專用校準(zhǔn)通路的實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，該方法依靠天線陣間的多個天線互相校準(zhǔn)的算法對正常工作運(yùn)行中的智能天線進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)，使智能天線更趨于實(shí)用化。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，所述方法包括步驟A、對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)，獲得各個天線之間的傳輸因子矩陣；B、將所述傳輸因子矩陣通過操作維護(hù)工具加載到安裝后投入使用該智能天線的無線基站中；C、確定各個天線的校準(zhǔn)序列和校準(zhǔn)工作時隙；D、在基站開始運(yùn)行或正常運(yùn)行后，利用所確定的校準(zhǔn)序列對工作天線的發(fā)射通路和接收通路分別進(jìn)行兩次互校準(zhǔn)，計(jì)算各個發(fā)送通路和接收通路的補(bǔ)償因子，實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。
步驟A中所述予校準(zhǔn)是利用自動測試裝置對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)的，其具體的過程為21)將自動測試裝置的兩個端口分別連接到智能天線的任意兩個天線口上，通過網(wǎng)絡(luò)測試儀分別對其進(jìn)行測試，得到不同頻率下各個天線單元的幅度傳輸系數(shù)和相位傳輸系數(shù)；22)對不同頻率下的各個幅度傳輸系數(shù)和相位傳輸系數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同頻率下各個天線單元之間的傳輸因子矩陣。
步驟22)中所述計(jì)算傳輸因子矩陣的過程為31)利用cij(f)＝Axy(f)cos(θxy(f))+jAxy(f)sin(θxy(f))計(jì)算各個天線單元之間的傳輸因子；其中，cij(F)表示天線i為發(fā)射天線的端口，天線j為接收天線的端口，工作在頻率f下的兩個天線間的傳輸因子；Axy(f)表示在頻率f下測得端口X相對于端口Y的幅度傳輸系數(shù)；θxy(f)表示在頻率f下測得端口X相對于端口Y的相位傳輸系數(shù)；
32)更換天線單元的端口，得到不同頻率下各個天線單元之間的傳輸因子矩陣。
將所述傳輸因子矩陣輸入到移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備中，再由網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備將其加載到使用該智能天線陣的無線基站中。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟C中根據(jù)本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼及其周期移位后的碼確定各個天線的校準(zhǔn)序列，校準(zhǔn)序列長度為128碼片；將幀結(jié)構(gòu)中下行導(dǎo)頻后的保護(hù)時隙加上行導(dǎo)頻時隙中的任意連續(xù)128碼片作為校準(zhǔn)工作時隙。
選取在幀結(jié)構(gòu)中下行導(dǎo)頻后的保護(hù)時隙的后64碼片和上行導(dǎo)頻的前64碼片作為校準(zhǔn)工作時隙。
根據(jù)校準(zhǔn)序列的長度及智能天線數(shù)目計(jì)算周期位移的窗長，其計(jì)算公式為W＝〔Lm/N〕其中，W為移位窗長，Lm為校準(zhǔn)序列長度，N為智能天線數(shù)目，〔〕表示取整函數(shù)。
所述確定各個天線的校準(zhǔn)序列的具體過程為在發(fā)射校準(zhǔn)時，多根天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列分別為本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼及經(jīng)過移位窗長W的訓(xùn)練序列碼；在接收校準(zhǔn)時，一根天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列為本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼。
步驟D中計(jì)算發(fā)送通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為91)在第一次發(fā)射校準(zhǔn)時，除一根天線j用于接收外，其余N-1個天線同時發(fā)射校準(zhǔn)序列，根據(jù)接收天線j接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼及對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出任意第i個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子ti；92)在第二次發(fā)射校準(zhǔn)時，將所述第j根天線和所述用于發(fā)射的任意一根天線i發(fā)射校準(zhǔn)序列，讓其余的另一根天線q進(jìn)行接收，根據(jù)第q根天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼及對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出所述第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子tj。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟91)中所述計(jì)算出任意第i個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為101)根據(jù)發(fā)射和接收的校準(zhǔn)序列及本地的基本訓(xùn)練序列碼通過傅立葉變換計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；102)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到任意天線i的發(fā)射通路與第j個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息aij；103)將所述aij除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cij，得到在同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異bij；104)在N-1個bij中選取任意一個差異bsj作為參考，并將其除以bij得到任意第i個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子ti。
步驟104)中所述在N-1個bij中選取任意一個差異bsj作為參考的算法為選取所述N-1個bij中絕對值和各個絕對值的均值最接近的一個作為參考差異bsj。
步驟92)中所述計(jì)算出第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為121)將所述第j根天線和其余的任意第i根天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，將其余不等于第i根天線的任意一根天線q進(jìn)行接收，根據(jù)天線q接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；122)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到所述第j個和第i個發(fā)射通路分別與所述第q個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息ajq和aiq；123)將所述ajq和aiq除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cjq和ciq，分別得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異bjq和biq；124)將所述biq除以bjq，得到第j根天線相對于第i根天線的發(fā)射補(bǔ)償系數(shù)；125)根據(jù)所述發(fā)射補(bǔ)償系數(shù)乘以ti，得到第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子tj。
步驟D中計(jì)算接收通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為131)在第一次接收校準(zhǔn)時，除任意一根天線i用作發(fā)射校準(zhǔn)序列外，其余N-1根天線都用作接收，根據(jù)天線j接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼及對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出任意第j個接收通路的補(bǔ)償因子rj；132)在第二次接收校準(zhǔn)時，將不同于天線i的其余任意一根天線q作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，將所述第i根天線和其余不等于天線q的任意一根天線j進(jìn)行接收，根據(jù)第i和第j根天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼和對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出所述第i個接收通路的補(bǔ)償因子ri。
步驟131)中所述計(jì)算出第j個接收通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為141)根據(jù)天線j接收的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及本地的基本訓(xùn)練序列碼計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；142)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到第i個發(fā)射通路與第j個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息dij；143)將所述dij除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cij，得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的射頻接收通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異eij；144)從N-1個eij中選取任意一個差異esj作為參考，并將其除以eij得到任意第j個接收通路的補(bǔ)償因子rj。
步驟144)中所述在N-1個eij中選取任意一個差異esj作為參考的算法為選取所述eij的絕對值和各個絕對值的均值最接近的一個作為參考差異esj。
16、根據(jù)權(quán)利要求13所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟132)中所述計(jì)算第i個接收通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為161)將所述第q根天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，將所述第i根和第j根天線進(jìn)行接收，根據(jù)第i和第j根天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；
162)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到第q個發(fā)射通路分別與該第i和不等于天線q的第j個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息dqi和dqj；163)將所述dqi和dqj分別除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cqi和cqj，分別得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異eqi和eqj；164)將所述eqj除以eqi，得到第i根天線相對于第j根天線的接收補(bǔ)償系數(shù)；165)將所述接收補(bǔ)償系數(shù)乘以rj得到第i個接收通路的補(bǔ)償因子ri。
由上述公開的技術(shù)方案可知，本發(fā)明提出一種對沒有專用校準(zhǔn)通路的智能天線陣進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)的方法，該方法可以對處于正常工作運(yùn)行中的智能天線進(jìn)行實(shí)時的校準(zhǔn)，且不需要專門的校準(zhǔn)硬件通路和校準(zhǔn)天線，依靠天線陣間的多個天線進(jìn)行互相校準(zhǔn)的算法對正常工作運(yùn)行中的智能天線進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)，使智能天線更趨于實(shí)用化。本發(fā)明所述方法特別使用于TD-SCDMA標(biāo)準(zhǔn)下的無線基站的智能天線的校準(zhǔn)，其實(shí)時校準(zhǔn)算法具有計(jì)算簡單，抗干擾性強(qiáng)，計(jì)算精度高的突出優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法的流程圖；圖2是沒有使用專用校準(zhǔn)通路的智能天線陣列的無線基站結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)的自動測試裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的核心是在不設(shè)置校準(zhǔn)通路的情況下，首先，使用自動測試裝置對智能天線陣中的各個天線單元進(jìn)行予校準(zhǔn)，得到各個天線單元之間傳輸因子矩陣；然后，選取本小區(qū)的基本訓(xùn)練序列碼(midamble)及其周期移位后的碼作為智能天線陣中各個天線單元的校準(zhǔn)序列，以及選取一定的校準(zhǔn)時隙，對智能天線陣中工作天線的發(fā)射和接收分別進(jìn)行兩次校準(zhǔn)，計(jì)算出所有發(fā)射和接收通路的補(bǔ)償因子，從而實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。其中，在對發(fā)射通路進(jìn)行校準(zhǔn)時，先由任意N-1個天線同時發(fā)射校準(zhǔn)序列，剩余的一根天線接收，根據(jù)接收天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的訓(xùn)練序列碼及其對應(yīng)的傳輸因子進(jìn)行計(jì)算，得到任意一個發(fā)射通路的補(bǔ)償因子；之后，再由上述中沒有發(fā)射的一根天線和其他任意一根已經(jīng)進(jìn)行過發(fā)射的天線再同時進(jìn)行發(fā)射校準(zhǔn)序列，剩余天線中的任意一根天線接收，再進(jìn)行相同計(jì)算，得到該發(fā)射通路的補(bǔ)償因子，從而得到發(fā)射校準(zhǔn)各個通路的補(bǔ)償因子。同理，對于接收校準(zhǔn)時，先由任意一根天線發(fā)射校準(zhǔn)序列，剩余的天線同時接收，進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算；再由上述中不是發(fā)射過校準(zhǔn)序列天線中的任意一根天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，而在上述發(fā)射過校準(zhǔn)序列的天線和剩余天線中的任意一根天線進(jìn)行接收，通過相應(yīng)的計(jì)算，得到接收校準(zhǔn)各個通路的補(bǔ)償因子。由此可見，在不使用專用校準(zhǔn)天線通路的情況下，使用本發(fā)明所述方案，對智能天線實(shí)時校準(zhǔn)的方法簡單，且抗干擾性能好，計(jì)算精度高。
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
請參閱圖1，為本發(fā)明所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法的流程圖，所述方法包括步驟步驟S11對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)，獲得各個天線之間的傳輸因子矩陣；步驟S12將所述傳輸因子矩陣通過操作維護(hù)工具加載到安裝后投入使用該智能天線的無線基站中；步驟S13確定各個天線的校準(zhǔn)序列和校準(zhǔn)工作時隙；步驟S14在基站開始運(yùn)行或正常運(yùn)行后，利用所確定的校準(zhǔn)序列對工作天線的發(fā)射通路和接收通路分別進(jìn)行兩次互校準(zhǔn)，計(jì)算各個發(fā)送通路和接收通路的補(bǔ)償因子，實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。
在說明本發(fā)明之前，先介紹一個典型的使用智能天線陣列且沒有專用校準(zhǔn)通路的無線基站結(jié)構(gòu)，如圖2所示。所述無線基站結(jié)構(gòu)主要包括智能天線陣1，所述智能天線陣11又包括N(N為任意正整數(shù))個天線單元，如圖中111-1，111-2，…，111-N所示；N條與天線單元相連的饋線12，如圖中12-1，12-2，…，12-N所示；以及N個射頻收發(fā)信機(jī)13，如圖中13-1，13-2，…，13-N所示。其中所述射頻收發(fā)信機(jī)通過N條饋線與天線單元連接，且所有的射頻收發(fā)信機(jī)使用同一個本振源14，所有的射頻收發(fā)信機(jī)連接到基帶處理器15。
本發(fā)明就是基于上述結(jié)構(gòu)通過不同的算法對智能天線陣列中工作天線發(fā)射和接收進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)的，其具體的實(shí)現(xiàn)過程為在步驟S11中，對智能天線陣的予校準(zhǔn)，也就是在智能天線陣出廠前，使用自動測試裝置對智能天線陣的各天線單元進(jìn)行校準(zhǔn)，其校準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。通過校準(zhǔn)可以得到各天線單元之間的傳輸因子矩陣。其中，所述校準(zhǔn)主要包括自動測試裝置32，包括控制計(jì)算機(jī)321和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀322；智能天線陣31及其各天線單元331(比如331-1、331-2、331-3…331-N)。所述控制計(jì)算機(jī)321和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀322之間使用網(wǎng)口或GPIB通用接口連接，其具體的自動測試過程為將自動測試裝置的兩個端口，也就是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀32的兩個端口1和2，連接到智能天線中任意兩個天線口上，比如為i和j，控制計(jì)算機(jī)31自動控制矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀22對任意天線單元進(jìn)行測試，測試得到不同頻率下的S21參數(shù)中的幅度傳輸系數(shù)A21(f)和相位傳輸系數(shù)θ21(f)，控制計(jì)算機(jī)31獲取這個參數(shù)后通過內(nèi)部的計(jì)算得出所述天線單元之間的傳輸因子cij(f)，其計(jì)算公式為cij(f)＝A21(f)cos(θ21(f))+jA21(f)sin(θ21(f))，同理，也可以測量出S12參數(shù)，其計(jì)算出的傳輸因子為cji(f)。
利用上述算法，更換天線端口就可以得到在各個可能使用的頻率f下各個天線單元之間的傳輸因子矩陣C(f)。所述C(f)為N×N的矩陣，矩陣中的每個元素cij(f)表示天線i為發(fā)射鏈路，天線j為接收鏈路，工作在頻率f下的兩個天線間的傳輸因子。此系數(shù)給出了由于兩天線的物理安裝位置和天線本身對天線之間數(shù)據(jù)傳輸帶來的幅度和相位影響。至于由空氣介質(zhì)的變化對數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆群拖辔坏挠绊懞苄?，本發(fā)明可以忽略不計(jì)。
在使用智能天線的無線基站安裝后投入使用時，通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)將上述測試出的傳輸因子矩陣C(f)上傳到基站中，在基站正常工作或運(yùn)行后，通過下述步驟中選取的校準(zhǔn)序列和校準(zhǔn)時隙就可以對能能天線陣中工作天線的發(fā)射和接收進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)了(即步驟S12)。
在步驟S13中，對校準(zhǔn)序列和校準(zhǔn)時隙選取的具體過程為所述校準(zhǔn)序列的選取，是使用本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼(midamble)及其周期移位后的碼來選取各個天線單元的校準(zhǔn)序列的，這樣選擇校準(zhǔn)序列不但可以保證不同小區(qū)使用不同的校準(zhǔn)序列，避免一個基站的兩個扇區(qū)使用相同的頻率同時進(jìn)行校準(zhǔn)時互相影響；而且由于校準(zhǔn)序列比較長，抗干擾性能比較好。比如，智能天線數(shù)目N＝8，位移窗長W＝16，本小區(qū)的基本訓(xùn)練序列碼為0xB2AC420F7C8DEBFA69505981BCD028C3；則周期移位一個窗長后的訓(xùn)練序列碼為0x420F7C8DEBFA69505981BCD028C3B2AC。
由于校準(zhǔn)序列長度Lm為128chip，當(dāng)同時發(fā)射校準(zhǔn)序列時，用于區(qū)分天線的訓(xùn)練序列碼(midamble)的移位窗長W為Lm/N的取整，其中N為智能天線數(shù)目。也就是說，在發(fā)射校準(zhǔn)時，多根天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列分別為本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼及經(jīng)過移位窗長W的訓(xùn)練序列碼；在接收校準(zhǔn)時，一根天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列為本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼。
假如第i個天線發(fā)射的復(fù)數(shù)校準(zhǔn)序列m(k)由Lm個復(fù)數(shù)元素mi(k)組成，復(fù)數(shù)元素mi(k)滿足下面的取值關(guān)系m‾i(k)=(j)i·mi(k)mi(k)∈{1,-1};]]>i＝1，…，Lm；k＝1，…，K.
通過上述關(guān)系將天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列映射到復(fù)數(shù)的過程。
所述Lm個二進(jìn)制元素mi(k)可以從一個單周期性基本midamble碼m用如下方法來產(chǎn)生
mi(k)=m(k-1)w+1,···,mLm+(k-1)W]]>mi∈{1，-1}；i＝(K-1)W+1，…，(Lm+(K-1)W)(該公式表示周期移位的計(jì)算)式中的mi·i滿足下面的關(guān)系對于i＝Lm+1，……(Lm+(I-1)W)子集，應(yīng)有mi＝mi-Lm。
所述校準(zhǔn)時隙的具體選取過程為選取在幀結(jié)構(gòu)中下行導(dǎo)頻后的保護(hù)時隙加上行導(dǎo)頻時隙中選取適當(dāng)遠(yuǎn)離下行導(dǎo)頻的128碼片(chip)作為校準(zhǔn)時隙。由于緊鄰下行導(dǎo)頻后的一些碼片會收到下行導(dǎo)頻的回波干擾，因此選取時需要避開這些碼片，目前這些碼片的長度不會超過32chip。舉個實(shí)例校準(zhǔn)時隙選在幀結(jié)構(gòu)中的GP時隙的后64chip和UpPTS的前64chip，這樣選取時，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可以避開下行導(dǎo)頻的強(qiáng)回波干擾。同樣，當(dāng)校準(zhǔn)碼片向后偏移但不超出上行導(dǎo)頻時隙的選取校準(zhǔn)時隙的方式時都是可以的。這樣選取校準(zhǔn)時隙后需要注意在做校準(zhǔn)時要停止做隨機(jī)接入的同步檢測，因?yàn)樾?zhǔn)和隨機(jī)接入共用了上行導(dǎo)頻的時隙。校準(zhǔn)的周期一般不是很頻繁，因此不會影響到隨機(jī)接入。
在步驟S14中，對智能天線陣中工作天線發(fā)射和接收的實(shí)時校準(zhǔn)具體過程為對于發(fā)射校準(zhǔn)過程主要包括兩步第一步，由任意N-1(N為自然數(shù))根天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，每根天線校準(zhǔn)序列的生成如上所述(即為本小區(qū)的基本訓(xùn)練序列碼及其周期移位后的碼，以下類同，不再描述)，剩余的一根天線(比如j，j的取值范圍是1～N)用作接收，根據(jù)所述天線j接收到校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和本地已知的訓(xùn)練序列碼(midamble)，可以計(jì)算出信道沖激響應(yīng)，其計(jì)算原理為由天線的接收信號和發(fā)射信號的關(guān)系為r(n)＝s(n)h(n)+n0，其中，所述r(n)為接收到的校準(zhǔn)序列，s(n)為發(fā)射的校準(zhǔn)序列，h(n)為信道沖激響應(yīng)，n0表示干擾和噪聲，表示卷積。由于校準(zhǔn)信號設(shè)計(jì)的功率比較強(qiáng)，因此接收的干擾和噪聲可以忽略不及，于是可以通過傅立葉變換及其反變換的算法計(jì)算出信道沖激響應(yīng)h(n)，其公式為h(n)＝IFFT(FFT(s(n))×FFT(r(n)))，在所述公式中所述FFT表示傅立葉變換，IFFT為傅立葉反變換，每根天線相應(yīng)的信道沖激響應(yīng)的窗長為Lm/(N-1)的取整。計(jì)算出的信道沖激響應(yīng)峰值的幅度和相位表征了任意一個(比如第i，i＝1～N且≠j)個發(fā)射通路和第j個接收通路構(gòu)成的通道的幅度和相位信息，記作aij，然后將所述aij除以由于天線間的傳輸因子cij造成的幅度和相位的變化，得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異，記作bij，其計(jì)算公式為bij＝aij/cij；最后從N-1個bij(i＝1～N且≠j)中選取其中任意一個bsj(s的取值范圍是1～N且≠j)作為參考，也可以選擇任意一個bij的絕對值和各個絕對值的均值最接近的一個作為參考，即|bij|=Σi=1(i≠j)N|bij|N-1]]>從而得到任意一個(比如第i個)發(fā)送通路的補(bǔ)償因子比如(ti)其計(jì)算公式為ti＝bsj/bij(i＝1～N且≠j)。
第二步，由上述第一步中用作接收的第j個天線和其余用于發(fā)射天線中的任意一根天線(比如i，i取值范圍是1～且≠j)作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，兩根天線校準(zhǔn)序列的生成如上所述，第q(q取值范圍是1～N且≠j，≠i)根天線進(jìn)行接收。每根天線的信道沖激響應(yīng)窗長為Lm/2，根據(jù)信道沖激響應(yīng)的峰值可以獲取第j、i個發(fā)射通路和第q個接收通路構(gòu)成的通道的幅度和相位信息，記為ajq和aiq，其具體的計(jì)算公式詳見上述，在此不再贅述，以下類同。然后，將所述ajq和aiq分別除以由于天線間的傳輸因子cjq和ciq造成的幅度和相位的變化，得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異，記為bjq和biq，其計(jì)算公式為bjq＝ajq/cjq和biq＝aiq/ciq。之后，將所述bjq除以biq，可以得到第j根天線相對于第I根天線的發(fā)射補(bǔ)償系數(shù)，其計(jì)算公式為biq/bjq，；最后通過公式tj＝biq/bjq×ti可以計(jì)算出第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子tj，其中，所述公式中ti為上述第一步中所得到的任意一個(比如ti)發(fā)射通路的補(bǔ)償因子。
對于接收校準(zhǔn)過程主要也包括兩步第一步，由智能天線陣中任意一根(比如第i根)天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，且校準(zhǔn)序列為本小區(qū)的基本訓(xùn)練序列碼(midamble)。剩余的N-1根天線用作接收，根據(jù)任意一根天線(比如天線j，j＝1～N且≠i)接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)和本地已知的midamble碼，同樣通過上述公式可以計(jì)算出信道沖激響應(yīng)，所述信道沖激響應(yīng)的窗長為Lm，其計(jì)算原理同上述發(fā)射校準(zhǔn)中的第一步所述的過程。根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值可以計(jì)算出任意一根天線(比如第i根)個發(fā)射通路和第j個接收通路構(gòu)成的通道的幅度和相位信息，記為dij，將所述dij除以由于天線間的傳輸因子cij造成的幅度和相位的變化，得到相對于同一個發(fā)射通道，僅由不同的射頻接收通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異，記為eij，其計(jì)算公式為eij＝dij/cij，然后，從N-1個eij((j＝1～N且≠i))中選取其中的一個esj(s的取值范圍是1～N且≠i)作為參考(也可以選擇|eij|最接近于 的一個作為esj)，從而計(jì)算出任意一個(比如第j個，j＝1～N且≠i)接收通路的補(bǔ)償因子(比如rj)，其計(jì)算公式為rj＝esj/eij。
第二步，由上述第一步中任意一根天線(比如q，q的取值范圍是1～N且≠i)作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，所述發(fā)射校準(zhǔn)序列使用本小區(qū)的基本midamble碼，窗長為Lm。第i和第j(j取值范圍是1～N且≠i，≠q)根天線進(jìn)行接收。根據(jù)信道沖激響應(yīng)的峰值可以計(jì)算(其計(jì)算公式詳見上述，在此不在贅述)出第q個發(fā)射通路和第i及第j個接收通路構(gòu)成的通道的幅度和相位信息，記為dqi和dqj，將所述dqi和dqj除以由于天線間的傳輸因子cqi和cqj造成的幅度和相位的變化，得到相對于同一個發(fā)射通道，僅由不同的射頻接收通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異，記為eqi和eqi，其計(jì)算公式為eqi＝dqi/cqi和eqj＝dqi/cqj，然后計(jì)算出第i個天線相對于第j個天線的接收補(bǔ)償系數(shù)，其計(jì)算公式為eqj/eqi，最后計(jì)算出第i個接收通路的補(bǔ)償因子，其計(jì)算公式為ri＝eqj/eqi×rj。
因此，通過上述對發(fā)射和接收校準(zhǔn)過程，可以得到所有智能天線陣中所有天線單元發(fā)射通路和接收通路的補(bǔ)償因子，也就說，在基站正常工作或運(yùn)行后，通過上述步驟的實(shí)現(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)對智能天線陣的實(shí)時校準(zhǔn)，其實(shí)時校準(zhǔn)算法簡單，抗干擾性能好，計(jì)算精度高。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，包括步驟A、對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)，獲得各個天線之間的傳輸因子矩陣；B、將所述傳輸因子矩陣通過操作維護(hù)工具加載到安裝后投入使用該智能天線的無線基站中；C、確定各個天線的校準(zhǔn)序列和校準(zhǔn)工作時隙；D、在基站開始運(yùn)行或正常運(yùn)行后，利用所確定的校準(zhǔn)序列對工作天線的發(fā)射通路和接收通路分別進(jìn)行兩次互校準(zhǔn)，計(jì)算各個發(fā)送通路和接收通路的補(bǔ)償因子，實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟A中所述予校準(zhǔn)是利用自動測試裝置對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)的，其具體的過程為21)將自動測試裝置的兩個端口分別連接到智能天線的任意兩個天線口上，通過網(wǎng)絡(luò)測試儀分別對其進(jìn)行測試，得到不同頻率下各個天線單元的幅度傳輸系數(shù)和相位傳輸系數(shù)；22)對不同頻率下的各個幅度傳輸系數(shù)和相位傳輸系數(shù)分別進(jìn)行計(jì)算，得到不同頻率下各個天線單元之間的傳輸因子矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟22)中所述計(jì)算傳輸因子矩陣的過程為31)利用cij(f)＝Axy(f)cos(θxy(f))+jAxy(f)sin(θxy(f))計(jì)算各個天線單元之間的傳輸因子；其中，cij(f)表示天線i為發(fā)射天線的端口，天線j為接收天線的端口，工作在頻率f下的兩個天線間的傳輸因子；Axy(f)表示在頻率f下測得端口X相對于端口Y的幅度傳輸系數(shù)；θxy(f)表示在頻率f下測得端口X相對于端口Y的相位傳輸系數(shù)；32)更換天線單元的端口，得到不同頻率下各個天線單元之間的傳輸因子矩陣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，將所述傳輸因子矩陣輸入到移動通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備中，再由網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備將其加載到使用該智能天線陣的無線基站中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟C中根據(jù)本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼及其周期移位后的碼確定各個天線的校準(zhǔn)序列，校準(zhǔn)序列長度為128碼片；將幀結(jié)構(gòu)中下行導(dǎo)頻后的保護(hù)時隙加上行導(dǎo)頻時隙中的任意連續(xù)128碼片作為校準(zhǔn)工作時隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，選取在幀結(jié)構(gòu)中下行導(dǎo)頻后的保護(hù)時隙的后64碼片和上行導(dǎo)頻的前64碼片作為校準(zhǔn)工作時隙。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，根據(jù)校準(zhǔn)序列的長度及智能天線數(shù)目計(jì)算周期位移的窗長，其計(jì)算公式為W＝〔Lm/N〕其中，W為移位窗長，Lm為校準(zhǔn)序列長度，N為智能天線數(shù)目，〔〕表示取整函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或7所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，所述確定各個天線的校準(zhǔn)序列的具體過程為在發(fā)射校準(zhǔn)時，多根天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列分別為本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼及經(jīng)過移位窗長W的訓(xùn)練序列碼；在接收校準(zhǔn)時，一根天線發(fā)射的校準(zhǔn)序列為本小區(qū)對應(yīng)的基本訓(xùn)練序列碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟D中計(jì)算發(fā)送通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為91)在第一次發(fā)射校準(zhǔn)時，除一根天線j用于接收外，其余N-1個天線同時發(fā)射校準(zhǔn)序列，根據(jù)接收天線j接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼及對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出任意第i個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子ti；92)在第二次發(fā)射校準(zhǔn)時，將所述第j根天線和所述用于發(fā)射的任意一根天線i發(fā)射校準(zhǔn)序列，讓其余的另一根天線q進(jìn)行接收，根據(jù)第q根天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼及對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出所述第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子tj。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟91)中所述計(jì)算出任意第i個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為101)根據(jù)發(fā)射和接收的校準(zhǔn)序列及本地的基本訓(xùn)練序列碼通過傅立葉變換計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；102)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到任意天線i的發(fā)射通路與第j個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息aij；103)將所述aij除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cij，得到在同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異bij；104)在N-1個bij中選取任意一個差異bsj作為參考，并將其除以bij得到任意第i個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子ti。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟104)中所述在N-1個bij中選取任意一個差異bsj作為參考的算法為選取所述N-1個bij中絕對值和各個絕對值的均值最接近的一個作為參考差異bsj。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟92)中所述計(jì)算出第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為121)將所述第j根天線和其余的任意第i根天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，將其余不等于第i根天線的任意一根天線q進(jìn)行接收，根據(jù)天線q接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；122)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到所述第j個和第i個發(fā)射通路分別與所述第q個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息ajq和aiq；123)將所述ajq和aiq除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cjq和ciq，分別得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異bjq和biq；124)將所述biq除以bjq，得到第j根天線相對于第i根天線的發(fā)射補(bǔ)償系數(shù)；125)根據(jù)所述發(fā)射補(bǔ)償系數(shù)乘以ti，得到第j個發(fā)送通路的補(bǔ)償因子tj。
13.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟D中計(jì)算接收通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為131)在第一次接收校準(zhǔn)時，除任意一根天線i用作發(fā)射校準(zhǔn)序列外，其余N-1根天線都用作接收，根據(jù)天線j接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼及對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出任意第j個接收通路的補(bǔ)償因子rj；132)在第二次接收校準(zhǔn)時，將不同于天線i的其余任意一根天線q作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，將所述第i根天線和其余不等于天線q的任意一根天線j進(jìn)行接收，根據(jù)第i和第j根天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼和對應(yīng)的傳輸因子矩陣計(jì)算出所述第i個接收通路的補(bǔ)償因子ri。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟131)中所述計(jì)算出第j個接收通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為141)根據(jù)天線j接收的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)及本地的基本訓(xùn)練序列碼計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；142)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到第i個發(fā)射通路與第j個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息dij；143)將所述dij除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cij，得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的射頻接收通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異eij；144)從N-1個eij中選取任意一個差異esj作為參考，并將其除以eij得到任意第j個接收通路的補(bǔ)償因子rj。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟144)中所述在N-1個eij中選取任意一個差異esj作為參考的算法為選取所述eij的絕對值和各個絕對值的均值最接近的一個作為參考差異esj。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，其特征在于，步驟132)中所述計(jì)算第i個接收通路的補(bǔ)償因子的具體實(shí)現(xiàn)過程為161)將所述第q根天線作為發(fā)射校準(zhǔn)序列，將所述第i根和第j根天線進(jìn)行接收，根據(jù)第i和第j根天線接收到的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合本地的基本訓(xùn)練序列碼計(jì)算出信道沖激響應(yīng)；162)根據(jù)所述信道沖激響應(yīng)的峰值得到第q個發(fā)射通路分別與該第i和不等于天線q的第j個接收通路構(gòu)成通道的幅度和相位信息dqi和dqj；163)將所述dqi和dqj分別除以構(gòu)成該通道天線間的傳輸因子cqi和cqj，分別得到相對于同一個接收通道上，僅由不同的發(fā)射通道產(chǎn)生的幅度和相位的差異eqi和eqj；164)將所述eqj除以eqi，得到第i根天線相對于第j根天線的接收補(bǔ)償系數(shù)；165)將所述接收補(bǔ)償系數(shù)乘以rj得到第i個接收通路的補(bǔ)償因子ri。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無專用校準(zhǔn)通路的實(shí)時校準(zhǔn)智能天線的方法，所述方法包括A.對智能天線進(jìn)行予校準(zhǔn)，獲得各個天線之間的傳輸因子矩陣；B.將所述傳輸因子矩陣通過操作維護(hù)工具加載到安裝后投入使用該智能天線的無線基站中；C.確定各個天線的校準(zhǔn)序列和校準(zhǔn)工作時隙；D.在基站開始運(yùn)行或正常運(yùn)行后，利用所確定的校準(zhǔn)序列對工作天線的發(fā)射通路和接收通路分別進(jìn)行兩次互校準(zhǔn)，計(jì)算各個發(fā)送通路和接收通路的補(bǔ)償因子，實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。本發(fā)明所述方法依靠天線陣間的多個天線互相校準(zhǔn)的算法對正常工作運(yùn)行中的智能天線進(jìn)行實(shí)時校準(zhǔn)，使智能天線更趨于實(shí)用化。
文檔編號H04B17/00GK101064902SQ200610074968
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月25日
發(fā)明者郭全成 申請人:大唐移動通信設(shè)備有限公司