專(zhuān)利名稱(chēng)：用于校準(zhǔn)智能天線陣列的方法與裝置的制作方法
相關(guān)申請(qǐng)的相互參照參照1999年9月10日提出的申請(qǐng)序列號(hào)為60/153,247、名為“Smart Antenna System using External Calibration Method(使用外部校準(zhǔn)方法地智能天線系統(tǒng))”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)以及1999年12月16日提出的申請(qǐng)序列號(hào)為09/464,933、名為“Method andApparatus for Calibrating a Smart Antenna Array(校準(zhǔn)智能天線陣列地方法和裝置)”的美國(guó)申請(qǐng)，并要求這兩個(gè)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。
對(duì)于一個(gè)理想的天線陣列來(lái)說(shuō)，與陣列的每一元件相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，包括衰減和相移，是相等的。設(shè)計(jì)和制造一個(gè)天線陣列的重要的目標(biāo)是優(yōu)化該陣列的信號(hào)特征，以盡可能地接近理想的情況。因此，制造一個(gè)天線陣列系統(tǒng)是非常困難和十分昂貴的。天線陣列校準(zhǔn)提供了一種使用根據(jù)陣列的實(shí)際信號(hào)特征加以確定的一個(gè)校準(zhǔn)向量?jī)?yōu)化一個(gè)天線陣列的信號(hào)特征以補(bǔ)償陣列的每一元件的實(shí)際信號(hào)特征的性能差異的手段。


圖1給出了參考標(biāo)號(hào)為10的現(xiàn)有技術(shù)波束調(diào)向天線陣列校準(zhǔn)系統(tǒng)的一個(gè)概略性示意。系統(tǒng)10包括一個(gè)波束調(diào)向天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)12，包括一個(gè)天線陣列14，其擁有N個(gè)天線元件16；N個(gè)收發(fā)信機(jī)18，在圖中被指定為收發(fā)信機(jī)_1、收發(fā)信機(jī)_2、...、收發(fā)信機(jī)_N，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)18擁有一個(gè)端口20，端口20通過(guò)一條相應(yīng)的同軸電纜22與相應(yīng)的一個(gè)天線元件16通信地耦合；一個(gè)校準(zhǔn)處理單元24，與每一個(gè)收發(fā)信機(jī)18通信地耦合，如以下進(jìn)一步加以解釋的。
每一個(gè)收發(fā)信機(jī)18還包括一個(gè)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)30，其擁有一個(gè)通過(guò)收發(fā)信機(jī)的端口20并通過(guò)相應(yīng)的同軸電纜22與相應(yīng)的一個(gè)天線元件16通信地耦合的端口32、一個(gè)接收端口34、及一個(gè)發(fā)射端口36；一個(gè)接收處理器38，其擁有一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的端口34通信地耦合的輸入端口40、以及一個(gè)輸出端口42；以及一個(gè)發(fā)射處理器44，其擁有一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的端口36通信地耦合的端口46、以及一個(gè)輸入端口48。校準(zhǔn)處理單元24包括多個(gè)收發(fā)信機(jī)端口，在圖中被指定為收發(fā)信機(jī)_端口_1、收發(fā)信機(jī)_端口_2、...、收發(fā)信機(jī)_端口_N，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)端口擁有一個(gè)用于接收來(lái)自相應(yīng)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)18的接收處理器38的端口42的一個(gè)信號(hào)的輸入端口52、以及用于向相應(yīng)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)的發(fā)射處理器44的端口48提供一個(gè)信號(hào)的一個(gè)輸出端口54。
在操作過(guò)程中，波束調(diào)向天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)12可用于多個(gè)應(yīng)用中的任何一種應(yīng)用，包括蜂窩電話系統(tǒng)的基站。天線陣列14從移動(dòng)單元接收信號(hào)，控制處理器24進(jìn)行工作以分析所接收的信號(hào)，并確定與相應(yīng)的所接收的信號(hào)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)位置向量，以確定移動(dòng)單元的位置。然后使用位置向量以控制由天線陣列14所生成的一個(gè)輻射圖形，其中通過(guò)改變?cè)诳刂铺幚砥?4的輸出端口54處所生成的信號(hào)的相位來(lái)控制波束，以把波束按相應(yīng)的移動(dòng)單元的方向加以聚焦。
把每一個(gè)天線元件16與一個(gè)相應(yīng)的接收信號(hào)路徑和一個(gè)相應(yīng)的發(fā)射信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)。與每一個(gè)天線元件16相關(guān)聯(lián)的接收路徑從相應(yīng)的天線元件16向校準(zhǔn)處理單元24的相應(yīng)的輸入端口52延伸，跨越相應(yīng)的天線元件16、相應(yīng)的同軸電纜22、天線陣列收發(fā)信機(jī)30、以及相應(yīng)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)18的接收處理器38。與每一個(gè)天線元件16相關(guān)聯(lián)的發(fā)射信號(hào)路徑從校準(zhǔn)處理單元24的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)輸出端口54向相應(yīng)的天線元件16延伸，跨越相應(yīng)的發(fā)射處理器44、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)30、以及同軸電纜22。在一個(gè)理想的天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)中，與每一天線元件16相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征彼此相同，而且與每一個(gè)接收機(jī)信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征也彼此相同。信號(hào)路徑特征包括作為通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的路徑傳播的一個(gè)結(jié)果的信號(hào)中的衰減、或振幅差，以及作為通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的路徑傳播的一個(gè)結(jié)果的信號(hào)中的相移。因此，每一個(gè)天線元件16擁有相關(guān)聯(lián)的發(fā)射和接收信號(hào)特征的集合，包括與相應(yīng)的發(fā)射和接收信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)的相移和衰減。注意，由于天線元件的維數(shù)方面以及相應(yīng)天線元件的材料特性方面的微小變化，每一個(gè)天線元件本身可能擁有與此相關(guān)的不同的信號(hào)特征。
在實(shí)踐中，一個(gè)天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)提供了較少的理想性能，因?yàn)榕c每一天線元件相關(guān)聯(lián)的發(fā)射路徑和接收信號(hào)路徑的信號(hào)特征是變化的。因此，必須確定每一接收信號(hào)路徑和每一發(fā)射信號(hào)路徑的信號(hào)特征，以使校準(zhǔn)補(bǔ)償值可以針對(duì)每一情況加以確定。校準(zhǔn)補(bǔ)償值被使用以確定用于對(duì)與收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)的每一個(gè)發(fā)射信號(hào)路徑和接收信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征方面的變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男?zhǔn)向量。天線陣列校準(zhǔn)提供了一種實(shí)現(xiàn)與提供可接受性能的系統(tǒng)很接近的天線陣列的手段。
根據(jù)傳統(tǒng)的用于校準(zhǔn)一個(gè)波束調(diào)向定向天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)的過(guò)程，可使用一個(gè)遠(yuǎn)地校準(zhǔn)處理器64或一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器60以確定用于通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器和天線陣列14之間的位置關(guān)系所確定的多個(gè)波束方向中的每一個(gè)波束方向的一個(gè)校準(zhǔn)向量。轉(zhuǎn)發(fā)器60響應(yīng)從相應(yīng)的一些天線元件16傳輸給其的信號(hào)，并進(jìn)行工作以把一個(gè)返回信號(hào)傳輸回天線陣列14。由相應(yīng)的一些天線元件16接收返回信號(hào)，并通過(guò)相應(yīng)的一些同軸電纜22和收發(fā)信機(jī)18將其提供給校準(zhǔn)處理單元24的輸入端口52。盡管可以把外部校準(zhǔn)處理器64或轉(zhuǎn)發(fā)器60用于校準(zhǔn)系統(tǒng)12，但對(duì)外部校準(zhǔn)處理器64的使用是復(fù)雜的，因?yàn)楸仨毻ㄟ^(guò)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員遙控或手工地控制處理器64。
校準(zhǔn)過(guò)程的一個(gè)目的是確定在系統(tǒng)12的工作中所使用的一個(gè)補(bǔ)償向量，以調(diào)整在校準(zhǔn)處理單元24的端口52和54處所生成和所接收的發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)，以補(bǔ)償每一收發(fā)信機(jī)18和相關(guān)聯(lián)的天線元件16的每一發(fā)射和接收信號(hào)路徑的信號(hào)特征之間的差別。校準(zhǔn)過(guò)程通常包括陣列14的每一天線元件16和轉(zhuǎn)發(fā)器60之間的發(fā)射與接收信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)器60定位在離天線陣列14足夠遠(yuǎn)的地方，以使與轉(zhuǎn)發(fā)器60或處理器64和每一相應(yīng)的天線元件16之間所發(fā)射和所接收的信號(hào)相比，每一天線元件16之間的距離是可以忽略不計(jì)的。
校準(zhǔn)過(guò)程包括一個(gè)接收路徑校準(zhǔn)過(guò)程和一個(gè)發(fā)射路徑校準(zhǔn)過(guò)程。在發(fā)射路徑校準(zhǔn)過(guò)程中，校準(zhǔn)處理單元24進(jìn)行工作以把在收發(fā)信機(jī)_端口_1的端口54處的第一參考信號(hào)提供給收發(fā)信機(jī)_1，從而把一個(gè)信號(hào)從相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件16輻射到轉(zhuǎn)發(fā)器60。接下來(lái)，校準(zhǔn)處理單元24把在收發(fā)信機(jī)_端口_2的端口54處的第二參考信號(hào)提供給收發(fā)信機(jī)_2，從而把一個(gè)信號(hào)從相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件16輻射到轉(zhuǎn)發(fā)器60。接收這些信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)器60可以包括用于確定與每一信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征的邏輯。另外，也可以通過(guò)一條電纜(未在圖中示出)把轉(zhuǎn)發(fā)器60耦合于校準(zhǔn)處理單元24，校準(zhǔn)處理單元24接收數(shù)據(jù)并確定與這些信號(hào)中的每一信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，根據(jù)與每一信號(hào)相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，為每一個(gè)天線元件確定一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量。
在接收路徑校準(zhǔn)過(guò)程中，校準(zhǔn)處理單元24響應(yīng)在其端口52處所接收的合成信號(hào)(resultant signal)，各合成信號(hào)響應(yīng)由轉(zhuǎn)發(fā)器60所生成的參考信號(hào)，在處理器24的端口52處被導(dǎo)出，并由相應(yīng)的一些天線元件16接收，以及通過(guò)相應(yīng)的一條電纜22和收發(fā)信機(jī)18進(jìn)行傳送。通過(guò)確定合成信號(hào)和相關(guān)聯(lián)的參考信號(hào)之間的振幅差與相移可確定一個(gè)接收校準(zhǔn)向量。
注意，在波束調(diào)向過(guò)程中，必須移動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)器60或外部校準(zhǔn)處理器64的位置，以針對(duì)多個(gè)與天線陣列14相關(guān)聯(lián)的波束方向確定與每一轉(zhuǎn)發(fā)器和相應(yīng)元件相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。必須把波束聚焦于轉(zhuǎn)發(fā)器的位置。
另一種類(lèi)型的天線陣列收發(fā)信機(jī)陣列系統(tǒng)是一種智能天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)包括多載波智能天線陣列系統(tǒng)。與必須使用一個(gè)遠(yuǎn)地校準(zhǔn)處理器或轉(zhuǎn)發(fā)器以針對(duì)多個(gè)方向中的每一方向確定一個(gè)校準(zhǔn)方向向量的傳統(tǒng)的波束調(diào)向定向天線陣列系統(tǒng)不同，一智能天線陣列系統(tǒng)可以以一種不同的方式被校準(zhǔn)。智能天線陣列系統(tǒng)進(jìn)行工作以根據(jù)移動(dòng)目標(biāo)方向自適應(yīng)地改變波束方向。校準(zhǔn)向量對(duì)發(fā)射和接收信號(hào)路徑的變化提供補(bǔ)償。
圖2A描述的是用于校準(zhǔn)一智能天線陣列收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)82的內(nèi)部環(huán)路校準(zhǔn)系統(tǒng)80的概略性電路方框圖。系統(tǒng)82包括一個(gè)擁有多個(gè)天線元件16的天線陣列14；N個(gè)內(nèi)部環(huán)路校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)84，在圖中被指示為收發(fā)信機(jī)_1、收發(fā)信機(jī)_2、…、收發(fā)信機(jī)_N，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)84包括一個(gè)通過(guò)多個(gè)同軸電纜88中相應(yīng)的一條與相應(yīng)的一個(gè)天線元件16通信地耦合的端口86、一個(gè)與一個(gè)參考信號(hào)終端92通信地耦合的參考信號(hào)端口90、一個(gè)接收信號(hào)端口94、以及一個(gè)發(fā)射信號(hào)端口96；以及一個(gè)校準(zhǔn)處理單元100，其擁有N組收發(fā)信機(jī)端口，每組擁有一個(gè)與相應(yīng)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)84的端口94通信地耦合的相應(yīng)的輸入端口102、以及一個(gè)與相應(yīng)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)84的端口96通信地耦合的輸出端口104。一個(gè)參考信號(hào)發(fā)生器110，其擁有一個(gè)輸出端112，用于根據(jù)一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)“內(nèi)環(huán)路(in-loop)”校準(zhǔn)過(guò)程向每一終端92提供一個(gè)參考信號(hào)，以下將對(duì)現(xiàn)有技術(shù)“內(nèi)環(huán)路”校準(zhǔn)過(guò)程進(jìn)一步加以描述。
圖2B描述的是一個(gè)更詳細(xì)地說(shuō)明了圖2A的一個(gè)內(nèi)部環(huán)路校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)84的概略性電路方框圖。每一個(gè)收發(fā)信機(jī)84還包括一個(gè)第一RF信號(hào)耦合器122，其擁有一個(gè)經(jīng)由端口86并通過(guò)相應(yīng)的同軸電纜88與相應(yīng)的一個(gè)天線元件16通信地耦合的第一端口124、一個(gè)用于經(jīng)由端92接收來(lái)自參考信號(hào)發(fā)生器110(圖2A)的參考信號(hào)或校準(zhǔn)信號(hào)的耦合端口126、及一個(gè)第二端口128；一個(gè)第二RF信號(hào)耦合器130，其擁有一個(gè)與第一RF信號(hào)耦合器122的端口128通信地耦合的第一端口132、一個(gè)耦合端口134，以及一個(gè)第二端口136；一個(gè)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138，其擁有一個(gè)與第二RF信號(hào)耦合器130的端口136通信地耦合的端口140、一個(gè)發(fā)射端口142、以及一個(gè)接收端口144；一個(gè)發(fā)射處理器146，其擁有一個(gè)通過(guò)收發(fā)信機(jī)的端口96與校準(zhǔn)處理單元100的相應(yīng)的一個(gè)端口104通信地耦合的輸入端口148、和一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的發(fā)射端口142通信地耦合的輸出端口150；一個(gè)衰減器152，其擁有一個(gè)與第二RF信號(hào)耦合器130的端口134通信地禍合的輸入端口154、以及一個(gè)輸出端口156；一個(gè)開(kāi)關(guān)(switch)160，其擁有一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138的接收端口144通信地耦合的端口162、一個(gè)與衰減器152的端口156通信地耦合的端口164，以及端口166；以及一個(gè)接收處理器170，其擁有一個(gè)與開(kāi)關(guān)160的端口166通信地耦合的輸入端口172、以及一個(gè)通過(guò)收發(fā)信機(jī)84的端口94與校準(zhǔn)處理單元100的相應(yīng)的一個(gè)接收信號(hào)端口102通信地耦合的輸出端口174。
可以把開(kāi)關(guān)160設(shè)置成把其端口164連接于其端口166，或者可以設(shè)置成把其端口162連接于其端口166，以便確定發(fā)射校準(zhǔn)向量和接收校準(zhǔn)向量，在以下進(jìn)一步加以解釋。衰減器1 52還隨第一和第二RF信號(hào)耦合器122和130以及把參考信號(hào)提供給終端92的參考信號(hào)發(fā)生器110(圖2A)一起用于校準(zhǔn)過(guò)程。在現(xiàn)有技術(shù)校準(zhǔn)過(guò)程期間，通?，F(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員必須相繼把參考信號(hào)發(fā)生器110(圖2A)連接于收發(fā)信機(jī)84的每一個(gè)參考信號(hào)終端92。這將是一件艱苦的工作。
在一個(gè)接收校準(zhǔn)模式中，把開(kāi)關(guān)160設(shè)置成通過(guò)連接開(kāi)關(guān)的端口162和166把天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138的接收端口144耦合到接收處理器170的輸入端口172。另外，在接收校準(zhǔn)模式中，還把相應(yīng)的一條同軸電纜88同相應(yīng)的天線元件16斷開(kāi)，并終結(jié)該電纜，以把相應(yīng)的天線元件與收發(fā)信機(jī)隔離開(kāi)來(lái)。而且，在接收校準(zhǔn)模式中，還把參考信號(hào)發(fā)生器110(圖2A)連接于相應(yīng)的終端92，并對(duì)其加以激活以把一個(gè)參考信號(hào)提供給第一RF信號(hào)耦合器122的耦合端口126?，F(xiàn)有技術(shù)接收校準(zhǔn)過(guò)程的目的是確定與一個(gè)所測(cè)接收信號(hào)路徑180相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，接收信號(hào)路徑180經(jīng)由第一RF信號(hào)耦合器122的端口126和128、第二RF信號(hào)耦合器130的端口132和136、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138的接收端口140和144、開(kāi)關(guān)160的端口162和166、以及接收處理器170，從第一RF信號(hào)耦合器122的耦合端口126延伸至處理單元100的輸入端口102。
通過(guò)把參考信號(hào)施加于終端92，與此同時(shí)把開(kāi)關(guān)160設(shè)置在接收模式下，以及同時(shí)終結(jié)電纜88，如以上所描述的。作為通過(guò)所測(cè)接收信號(hào)路徑180傳播的參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果，在接收處理器170的端口174處導(dǎo)出一個(gè)接收校準(zhǔn)模式合成信號(hào)。校準(zhǔn)處理單元100響應(yīng)在其端口102處從接收處理器170的端口174所接收的接收模式校準(zhǔn)合成信號(hào)，并進(jìn)行工作以根據(jù)施加于終端92的參考信號(hào)和接收模式校準(zhǔn)合成信號(hào)之間的振幅差和相移確定與所測(cè)接收信號(hào)路徑180相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。根據(jù)這一現(xiàn)有技術(shù)方法，假設(shè)所測(cè)接收信號(hào)路徑180的信號(hào)特征充分地代表了一個(gè)實(shí)際接收路徑的信號(hào)特征，這一實(shí)際接收路徑經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的一條電纜88、第一RF信號(hào)耦合器122的端口124和128，第二RF信號(hào)耦合器130的端口132和136、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138的端口140和144、開(kāi)關(guān)160的端口162和166、以及接收處理器170，從相關(guān)聯(lián)的天線元件16延伸到處理單元100的相關(guān)聯(lián)的輸入端口102。與現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程相關(guān)聯(lián)的一個(gè)重要的問(wèn)題是，與所測(cè)接收信號(hào)路徑180相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征不包括與天線元件16以及相關(guān)聯(lián)的一條同軸電纜88相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，因?yàn)閷?duì)終端92注入?yún)⒖夹盘?hào)(在第一RF信號(hào)耦合器122的耦合端口126處對(duì)其注入)而繞過(guò)了這些元件。因此，所描述的現(xiàn)有技術(shù)校準(zhǔn)過(guò)程不考慮與每一天線元件16、每一條同軸電纜88、以及每一耦合器122的端口124和128之間的路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征方面的差別。
與現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程相關(guān)的另一個(gè)問(wèn)題是，開(kāi)關(guān)160、衰減器152以及RF信號(hào)耦合器122和130在收發(fā)信機(jī)84的接收信號(hào)路徑中引入了相當(dāng)大的衰減，這降低了天線系統(tǒng)的靈敏度。與現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部環(huán)路系統(tǒng)相關(guān)的又一問(wèn)題是，假設(shè)衰減器152擁有一個(gè)精確地已知的衰減值，而在實(shí)踐中，衰減器152的衰減值可能會(huì)發(fā)生變化。
在一個(gè)發(fā)射校準(zhǔn)模式中，把開(kāi)關(guān)160設(shè)置成通過(guò)連接開(kāi)關(guān)的端口164和166而把衰減器152的端口156耦合于接收處理器170的端口172。現(xiàn)有技術(shù)發(fā)射模式校準(zhǔn)過(guò)程要求根據(jù)一兩步驟的過(guò)程來(lái)測(cè)試兩個(gè)信號(hào)路徑的信號(hào)特征，如以下進(jìn)一步加以解釋的。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部環(huán)路發(fā)射模式校準(zhǔn)過(guò)程的第一步，校準(zhǔn)處理單元100在其每一個(gè)端口104處生成參考信號(hào)，每一個(gè)參考信號(hào)擁有一個(gè)已知的相位和振幅。在每一個(gè)端口104所生成的參考信號(hào)通過(guò)一個(gè)跨越發(fā)射處理器146、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138的端口142和140、第二RF信號(hào)耦合器130的端口136和134、衰減器152、開(kāi)關(guān)160的端口164和166、以及接收處理器170的環(huán)路信號(hào)路徑182加以傳播。校準(zhǔn)處理單元100響應(yīng)在其端口102處所接收的一個(gè)第一發(fā)射模式合成信號(hào)，作為在相應(yīng)的端口104處所生成的參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果在接收處理器的輸出端口174處導(dǎo)出第一發(fā)射模式結(jié)果信，并通過(guò)環(huán)路信號(hào)路徑182加以傳播。校準(zhǔn)處理單元100進(jìn)行工作以把在端口102處所接收的合成信號(hào)與在相應(yīng)的一個(gè)擁有已知相位和振幅的端口104處所生成的相關(guān)聯(lián)的參考信號(hào)加以比較。校準(zhǔn)處理單元100還工作以確定與環(huán)路信號(hào)路徑182相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。與每一收發(fā)信機(jī)84(圖2A)的信號(hào)路徑182相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征被使用以確定一個(gè)向量X，這一向量X被用于確定一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量，如以下進(jìn)一步加以解釋的。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部環(huán)路發(fā)射模式校準(zhǔn)過(guò)程的第二步，必須測(cè)量與一個(gè)剩余信號(hào)路徑184相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。剩余信號(hào)路徑184從第一RF信號(hào)耦合器122的端口126延伸至校準(zhǔn)處理單元100的端口102和第一RF信號(hào)耦合器的傳輸端口126和128、第二RF信號(hào)耦合器130的端口132和134、衰減器152、開(kāi)關(guān)160的端口164和166、以及接收處理器170。把開(kāi)關(guān)160設(shè)置成通過(guò)連接開(kāi)關(guān)的端口164和166把衰減器152的端口156與接收處理器170的端口172通信地耦合。然后，使用參考信號(hào)發(fā)生器110(圖2A)把一個(gè)擁有已知的相位和振幅的第二參考信號(hào)施加于參考信號(hào)終端92。校準(zhǔn)處理單元100響應(yīng)在其端口102處所接收到的一個(gè)第二合成信號(hào)，并進(jìn)行工作以通過(guò)確定提供給參考信號(hào)端92的參考信號(hào)和作為通過(guò)信號(hào)路徑184傳播的參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果導(dǎo)出的第二合成信號(hào)之間的相移與振幅差來(lái)確定與信號(hào)路徑184相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。把與收發(fā)信機(jī)84(圖2A)的每一路徑184相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征用于確定一個(gè)向量Y。
可以根據(jù)以下的關(guān)系(1)確定與一個(gè)所測(cè)發(fā)射信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)的一個(gè)發(fā)射校準(zhǔn)向量。
發(fā)射校準(zhǔn)向量＝X·/Y(1)其中，向量Y代表與收發(fā)信機(jī)84(圖2A)的每一剩余路徑184相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，向量X代表與收發(fā)信機(jī)84(圖2A)的每一環(huán)路信號(hào)路徑182相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。以上的關(guān)系(1)得到一個(gè)通過(guò)考慮與一個(gè)所測(cè)發(fā)射信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征加以確定的發(fā)射校準(zhǔn)向量，這一所測(cè)發(fā)射信號(hào)路徑經(jīng)由第一RF信號(hào)耦合器的端口126和128、第二RF信號(hào)耦合器130的端口132和136、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)138的端口140和144、開(kāi)關(guān)160的端口162和166、以及接收處理器170，從第一RF信號(hào)耦合器122的端口126延伸到接收處理器170的端口174。
與現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程相關(guān)的另一個(gè)重要的問(wèn)題是，與所測(cè)發(fā)射信號(hào)路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征不包括與天線元件16以及相關(guān)聯(lián)的一條同軸電纜88相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，因?yàn)樵诮K端92處的參考信號(hào)(在第一RF信號(hào)耦合器122的耦合端口126處對(duì)其注入)的注入繞過(guò)了這些元件。與每一天線元件16相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征是重要的，因?yàn)閬?lái)自每一元件16的輻射是不同的，原因在于每一元件16擁有不同的信號(hào)特征，包括稍微不同的維數(shù)和稍微不同的材料特性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種校準(zhǔn)一智能天線系統(tǒng)的裝置和方法，其中，系統(tǒng)的靈敏度未因校準(zhǔn)部件的引入而降低。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種校準(zhǔn)一智能天線系統(tǒng)的裝置和方法，其中，與每一天線元件相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，以及與連接于天線元件的電纜相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征被考慮于校準(zhǔn)過(guò)程中。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提高對(duì)一智能天線系統(tǒng)的校準(zhǔn)精度，以使智能天線波束形成的效率將得以提高。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是，提供一種能夠簡(jiǎn)化校準(zhǔn)一智能天線系統(tǒng)的過(guò)程的裝置。
簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明當(dāng)前的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例包括一種智能天線系統(tǒng)，這一智能天線系統(tǒng)包括一個(gè)天線陣列，這一天線陣列包括多個(gè)天線元件、以及至少一個(gè)用于向每一個(gè)天線元件輻射信號(hào)和從每一個(gè)天線元件接收所輻射的信號(hào)的天線校準(zhǔn)元件。天線元件放置在一個(gè)大體呈環(huán)形的陣列中，校準(zhǔn)元件放置在該陣列的中心點(diǎn)附近。
智能天線系統(tǒng)還包括多個(gè)收發(fā)信機(jī)單元，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元擁有一個(gè)通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線耦合裝置與相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件通信地耦合的輸入/輸出端口、一個(gè)接收端口、以及一個(gè)發(fā)射端口；一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元，其包括一個(gè)通過(guò)一條同軸電纜與校準(zhǔn)元件通信地耦合的校準(zhǔn)輸入/輸出端口、一個(gè)校準(zhǔn)接收端口、以及一個(gè)校準(zhǔn)發(fā)射端口；以及與每一收發(fā)信機(jī)單元的每一接收端口和發(fā)射端口通信地耦合，并與校準(zhǔn)單元的校準(zhǔn)接收端口和校準(zhǔn)發(fā)射端口通信地耦合的信號(hào)處理裝置。
一個(gè)與每一天線元件相關(guān)聯(lián)的發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)路徑從相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的發(fā)射端口延伸到相關(guān)聯(lián)的天線元件，從相關(guān)聯(lián)的天線元件延伸到校準(zhǔn)元件，以及從校準(zhǔn)元件延伸到校準(zhǔn)單元的校準(zhǔn)接收端口。一個(gè)與每一天線元件相關(guān)聯(lián)的接收機(jī)校準(zhǔn)路徑從校準(zhǔn)單元的校準(zhǔn)發(fā)射端口延伸到校準(zhǔn)元件，從校準(zhǔn)元件延伸到相關(guān)聯(lián)的天線元件，以及從相關(guān)聯(lián)的天線元件延伸到相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的接收端口。
信號(hào)處理裝置在一種發(fā)射校準(zhǔn)模式下工作以把一個(gè)發(fā)射模式參考信號(hào)提供給每一收發(fā)信機(jī)單元的發(fā)射端口，并響應(yīng)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一些發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的一些發(fā)射參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果所導(dǎo)出的發(fā)射模式合成信號(hào)。信號(hào)處理裝置還進(jìn)行工作以通過(guò)確定發(fā)射模式參考信號(hào)和相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式合成信號(hào)之間的振幅差和相移來(lái)確定一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量。
信號(hào)處理裝置在一個(gè)接收校準(zhǔn)模式下工作以把接收模式參考信號(hào)提供給校準(zhǔn)單元的校準(zhǔn)發(fā)射端口，并響應(yīng)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一些接收機(jī)校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的一些接收模式參考信號(hào)所導(dǎo)出的接收模式合成信號(hào)。信號(hào)處理裝置還進(jìn)行工作以通過(guò)確定接收模式參考信號(hào)和相關(guān)聯(lián)的接收模式合成信號(hào)之間的振幅差和相移來(lái)確定一個(gè)接收模式校準(zhǔn)向量。
本發(fā)明的智能天線系統(tǒng)的一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是，它提供了改進(jìn)的校準(zhǔn)精度，因而改進(jìn)了系統(tǒng)的波束形成效率。
本發(fā)明的智能天線系統(tǒng)的另一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)是，校準(zhǔn)了與每一天線元件，以及與把天線元件連接于收發(fā)信機(jī)的同軸電纜相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不會(huì)因引入了導(dǎo)致信號(hào)衰減的內(nèi)環(huán)路校準(zhǔn)部件而降低智能天線系統(tǒng)的靈敏度。
通過(guò)以下參照若干附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的先前所描述的以及其它的目的、特性、以及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得十分明顯。
圖5是圖3的校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)的概略性電路方框圖；對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述圖3描述的是根據(jù)本發(fā)明的一智能天線收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)200的概略性電路方框圖，系統(tǒng)200擁有系統(tǒng)內(nèi)(in-system)外部環(huán)路校準(zhǔn)特性。系統(tǒng)200包括一個(gè)天線陣列202，其擁有N個(gè)放置于一個(gè)大體呈環(huán)形的陣列中的天線元件204、以及放置在該元件陣列的中心點(diǎn)附近的一個(gè)天線校準(zhǔn)元件206；N個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210，被指示為收發(fā)信機(jī)_1、收發(fā)信機(jī)_2、…、收發(fā)信機(jī)_N，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210擁有通過(guò)多個(gè)同軸電纜214中相關(guān)聯(lián)的一條與相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件204相連接的輸入/輸出端口212、一個(gè)接收端口216、以及一個(gè)發(fā)射端口218；一個(gè)控制處理單元220，其擁有多組收發(fā)信機(jī)端口，每一組收發(fā)信機(jī)端口與相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210通信地耦合，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)端口擁有一個(gè)與相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)的接收端口216通信地耦合的輸入端口222、以及一個(gè)與相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)的發(fā)射端口218通信地耦合的端口224，處理單元220還擁有一個(gè)校準(zhǔn)控制信號(hào)端口226，將在以下進(jìn)一步對(duì)其加以解釋?zhuān)灰约耙粋€(gè)系統(tǒng)內(nèi)多載波外部環(huán)路校準(zhǔn)單元230，其擁有一個(gè)通過(guò)一條同軸電纜234與天線校準(zhǔn)元件206通信地耦合的輸入/輸出端口232、以及一個(gè)與控制處理單元220的端口226通信地耦合的校準(zhǔn)控制信號(hào)端口236。在本發(fā)明的一個(gè)可選的實(shí)施列中，可通過(guò)波導(dǎo)器或任何其它的高頻發(fā)射媒體把天線元件204和校準(zhǔn)元件206分別耦合于相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元210和校準(zhǔn)單元230。
校準(zhǔn)單元230包括一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238，其擁有一個(gè)通過(guò)端口232并通過(guò)電纜234與天線校準(zhǔn)元件206通信地耦合的輸入/輸入端口240、一個(gè)接收端口242、以及一個(gè)發(fā)射端口244；以及一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)處理單元246，其擁有一個(gè)與收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元的接收端口242通信地耦合的輸入端口248、一個(gè)與收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元的發(fā)射端口244通信地耦合的輸出端口250、以及一個(gè)通過(guò)校準(zhǔn)單元的端口236與控制處理單元220的端口226通信地耦合的校準(zhǔn)控制信號(hào)端口252。
控制處理單元220和校準(zhǔn)處理單元246提供了一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)處理子系統(tǒng)219。在本發(fā)明一實(shí)施例中，控制處理單元220包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器254和一個(gè)存儲(chǔ)單元255，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令，供數(shù)字信號(hào)處理器254加以執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)內(nèi)多載波外部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程。校準(zhǔn)處理單元246還包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器256和一個(gè)存儲(chǔ)單元257，用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令，供數(shù)字信號(hào)處理器256加以執(zhí)行，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)多載波外部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程的進(jìn)一步的步驟，如以下進(jìn)一步加以解釋的。在本發(fā)明一個(gè)可選的實(shí)施列中，把校準(zhǔn)處理子系統(tǒng)219形成為擁有單個(gè)存儲(chǔ)單元和單個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器的一整體單元，用于存儲(chǔ)和執(zhí)行本發(fā)明的外部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程的全部所需的指令。另外，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還把收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238和校準(zhǔn)處理單元246封閉在一個(gè)屏蔽的外殼中，以把校準(zhǔn)部件與來(lái)自收發(fā)信機(jī)210的潛在的輻射干擾隔離開(kāi)來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)內(nèi)多載波外部環(huán)路校準(zhǔn)過(guò)程，控制處理單元220和校準(zhǔn)處理單元246進(jìn)行工作以經(jīng)由收發(fā)信機(jī)單元210和校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)單元238，并經(jīng)由相應(yīng)的一些天線元件204和校準(zhǔn)元件206，生成接收參考信號(hào)和接收合成信號(hào)，如以下將進(jìn)一步加以解釋的。
與每一天線元件204相關(guān)聯(lián)的一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)路徑從相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210的發(fā)射端口218延伸到收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238的接收端口242。發(fā)射模式校準(zhǔn)路徑包括把相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)的輸入/輸出端口212耦合于相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)的發(fā)射端口218的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210的一個(gè)發(fā)射路徑段；相關(guān)聯(lián)的電纜214；相關(guān)聯(lián)的天線元件204；天線校準(zhǔn)元件206；電纜234；以及把校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)的輸入/輸入端口240耦合于校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)的接收端口242的收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238的一個(gè)接收路徑段。也可換種說(shuō)法與每一天線元件相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式校準(zhǔn)路徑從相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的發(fā)射端口218延伸到相關(guān)聯(lián)的天線元件204，從相關(guān)聯(lián)的天線元件204延伸到校準(zhǔn)元件206，并從校準(zhǔn)元件206延伸到接收端口242或校準(zhǔn)單元238。
一個(gè)與每一天線元件204相關(guān)聯(lián)的接收模式校準(zhǔn)路徑，從收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238的發(fā)射端口244延伸到相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210的接收端口216。接收模式校準(zhǔn)路徑跨越把校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)的輸入/輸入端口240耦合于校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)的發(fā)射端口244的校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)單元238的一個(gè)發(fā)射路徑段；電纜234；天線校準(zhǔn)元件206；相關(guān)聯(lián)的天線元件204；相關(guān)聯(lián)的一條電纜214；以及把相關(guān)的收發(fā)信機(jī)的輸入/輸入端口212耦合于相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)的接收端口216的相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210的一個(gè)接收路徑段。也可換種說(shuō)法與每一天線元件204相關(guān)聯(lián)的接收模式校準(zhǔn)路徑從校準(zhǔn)單元238的發(fā)射端口244延伸到校準(zhǔn)元件206，從校準(zhǔn)元件206延伸到相關(guān)聯(lián)的天線元件204，并從相關(guān)聯(lián)的天線元件204延伸到相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的接收端口216。
在一個(gè)接收校準(zhǔn)模式中，校準(zhǔn)處理單元246在其輸出端口250處生成一個(gè)接收模式參考信號(hào)。收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238響應(yīng)在其端口244處所接收的接收模式校準(zhǔn)參考信號(hào)，并工作以在其端口240處生成一個(gè)信號(hào)，然后通過(guò)同軸電纜234傳播這一信號(hào)，并從校準(zhǔn)天線元件206輻射出去。每一天線元件204響應(yīng)從校準(zhǔn)天線元件206所輻射的輻射的信號(hào)。控制處理單元220響應(yīng)在其輸入端226處從校準(zhǔn)處理單元246的端口252所接收的校準(zhǔn)控制信號(hào)，這一校準(zhǔn)控制信號(hào)指示在校準(zhǔn)處理單元246的端口250處所生成的接收模式參考信號(hào)的振幅和相位?？刂铺幚韱卧?20還響應(yīng)在與相應(yīng)的一些天線元件204相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的一些輸入端口222處所接收的接收模式校準(zhǔn)合成信號(hào)。作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的接收模式校準(zhǔn)路徑傳播的接收模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果，在相關(guān)聯(lián)的一些收發(fā)信機(jī)210的端口216處導(dǎo)出接收模式合成信號(hào)?？刂铺幚韱卧?20進(jìn)行工作以分析接收模式合成信號(hào)的相位和振幅，并把接收模式合成信號(hào)與在校準(zhǔn)處理單元246的輸出端口250處所生成的相關(guān)聯(lián)的接收模式參考信號(hào)進(jìn)行比較?？刂铺幚韱卧?20進(jìn)行工作以確定接收模式參考信號(hào)和相關(guān)聯(lián)的接收模式合成信號(hào)之間的相移和振幅差，以獲得一個(gè)接收模式校準(zhǔn)向量，如以下進(jìn)一步加以解釋的。
在一個(gè)發(fā)射校準(zhǔn)模式中，控制處理單元220進(jìn)行工作以在其每一輸出端口224處生成一個(gè)發(fā)射模式參考信號(hào)。每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210響應(yīng)提供給其發(fā)射端口218的接收模式參考信號(hào)，并工作以在其端口212處生成一個(gè)信號(hào)，以使一個(gè)所輻射的發(fā)射模式校準(zhǔn)參考信號(hào)被從相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件204輻射出去。校準(zhǔn)元件206響應(yīng)所輻射的發(fā)射模式校準(zhǔn)參考信號(hào)，且收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238響應(yīng)由校準(zhǔn)天線元件206響應(yīng)所輻射的發(fā)射模式校準(zhǔn)參考信號(hào)所導(dǎo)出的信號(hào)。校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)單元238進(jìn)行工作以在其接收端口242處提供一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)合成信號(hào)。作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果，在發(fā)射校準(zhǔn)單元238的接收端口242處導(dǎo)出發(fā)射模式合成信號(hào)。校準(zhǔn)處理單元246響應(yīng)與每一天線元件204相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式合成信號(hào)，并進(jìn)行工作以分析發(fā)射模式合成信號(hào)。系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)處理單元246進(jìn)行工作以把發(fā)射模式合成信號(hào)與發(fā)射模式參考信號(hào)進(jìn)行比較，并進(jìn)行工作以確定相應(yīng)的一些發(fā)射模式參考信號(hào)和發(fā)射模式合成信號(hào)之間的相移和振幅差，以獲得一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量Vtc如以下進(jìn)一步加以解釋的。
圖4描述的是一個(gè)進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的系統(tǒng)200(圖3)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210和收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238的概略性電路方框圖。每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210包括一個(gè)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)264，其擁有一個(gè)經(jīng)由收發(fā)信機(jī)單元的端口212和經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的一條同軸電纜214與相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件204通信地耦合的端口266、一個(gè)輸出端口268、以及一個(gè)輸入端口270；一個(gè)發(fā)射處理器272，其擁有經(jīng)由收發(fā)信機(jī)單元的發(fā)射端口218與校準(zhǔn)處理單元220的端口224通信地耦合的輸入端口274、和一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的端口270通信地耦合的輸出端口276；以及一個(gè)接收處理器278，其擁有一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的輸出端口268通信地耦合的輸入端口280、和一個(gè)經(jīng)由收發(fā)信機(jī)單元的端口216與校準(zhǔn)處理單元220的端口222通信地耦合的輸出端口282。
收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238非常類(lèi)似于收發(fā)信機(jī)單元210，并包括一個(gè)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)290，其擁有一個(gè)經(jīng)由收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元的端口240并經(jīng)由同軸電纜234與校準(zhǔn)天線元件206通信地耦合的端口292、一個(gè)輸出端口294、以及一個(gè)輸入端口296；一個(gè)校準(zhǔn)發(fā)射處理器298，其擁有一個(gè)經(jīng)由端口244與校準(zhǔn)處理單元246的端口250通信地耦合的輸入端口300、以及一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的端口296通信地耦合的輸出端口302；以及一個(gè)校準(zhǔn)接收處理器304，其擁有一個(gè)與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的端口294通信地耦合的輸入端口306、以及一個(gè)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)單元的端口242與校準(zhǔn)處理單元246的端口248通信地耦合的輸出端口308。
在校準(zhǔn)處理單元的端口250處生成的接收模式校準(zhǔn)參考信號(hào)經(jīng)由一個(gè)校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312從校準(zhǔn)處理單元的端口250傳播到校準(zhǔn)元件206的輸出端，校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312經(jīng)由校準(zhǔn)發(fā)射處理器298、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)290的端口296和292、同軸電纜234、以及校準(zhǔn)天線元件206，從校準(zhǔn)處理單元的輸出端口250延伸到校準(zhǔn)天線元件206的輸出端。在接收校準(zhǔn)模式中，在控制處理單元220的端口222處所接收的一個(gè)接收模式合成信號(hào)作為通過(guò)接收模式校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的接收模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果被導(dǎo)出。當(dāng)接收模式參考信號(hào)通過(guò)接收模式校準(zhǔn)路徑傳播時(shí)，參考信號(hào)跨越校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312，被從校準(zhǔn)元件206輻射到相關(guān)聯(lián)的天線元件204，并最終通過(guò)一個(gè)收發(fā)信機(jī)接收路徑314傳播，收發(fā)信機(jī)接收路徑314經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的天線元件204、相關(guān)聯(lián)的同軸電纜214、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)264的端口266和268、以及接收處理器278，從相應(yīng)的天線元件204的輸入端延伸到控制處理單元220的端口222。
在發(fā)射校準(zhǔn)中，一個(gè)在控制處理單元220的端口224處生成的發(fā)射模式參考信號(hào)經(jīng)由一個(gè)收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑316傳播，收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑316經(jīng)由發(fā)射處理器272的端口274和276、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)264的端口270和266、相關(guān)聯(lián)的同軸電纜214、以及相關(guān)聯(lián)的天線元件204，從控制處理單元220的端口224延伸到相關(guān)聯(lián)的天線元件204的輸出端。在校準(zhǔn)處理單元246的端口248處所接收的一個(gè)發(fā)射模式合成信號(hào)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑316傳播的相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果被導(dǎo)出，從相關(guān)聯(lián)的天線元件204輻射到校準(zhǔn)元件206，并最終通過(guò)一個(gè)校準(zhǔn)單元接收信號(hào)路徑318傳播，校準(zhǔn)單元接收信號(hào)路徑318經(jīng)由校準(zhǔn)天線元件206、同軸電纜234、天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)290的端口292和294，并經(jīng)由校準(zhǔn)接收處理器304，從校準(zhǔn)天線元件206的輸入端延伸到校準(zhǔn)處理單元246的端口248。每一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)路徑包括相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑316、一個(gè)從相關(guān)聯(lián)的元件204延伸到校準(zhǔn)元件206的相關(guān)聯(lián)的輻射路徑、以及校準(zhǔn)單元接收信號(hào)路徑318。
注意，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210不包括任何附加的校準(zhǔn)部件。這與現(xiàn)有技術(shù)的“內(nèi)部環(huán)路”校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)單元18(圖2B)相反。由于不象在圖2A和2B的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中那樣要求外部參照發(fā)生器信號(hào)，所以把本發(fā)明的智能天線系統(tǒng)的校準(zhǔn)部件稱(chēng)為“系統(tǒng)內(nèi)”。另外，由于沒(méi)有把校準(zhǔn)部件插入收發(fā)信機(jī)單元210的信號(hào)路徑314和316中，所以把收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238的部件稱(chēng)為“外部環(huán)路”部件。由于在收發(fā)信機(jī)單元210中不存在校準(zhǔn)部件，例如開(kāi)關(guān)、耦合器、以及衰減器，所以智能天線收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)200(圖3)提供了對(duì)由元件204所接收的信號(hào)的最佳的靈敏度。
在接收校準(zhǔn)模式中，校準(zhǔn)處理單元246在其端口250處生成一個(gè)接收模式參考信號(hào)，這一接收模式參考信號(hào)經(jīng)由校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312傳播。作為通過(guò)一個(gè)跨越校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312，校準(zhǔn)元件206和相關(guān)聯(lián)的天線元件204之間的一個(gè)輻射路徑，以及相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)接收路徑314的接收模式校準(zhǔn)信號(hào)路徑傳播的接收模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果，在控制處理單元220的端口222處導(dǎo)出一個(gè)接收模式合成信號(hào)?？刂铺幚韱卧?20進(jìn)行工作以確定在校準(zhǔn)處理單元246的端口250處生成的接收模式參考信號(hào)和在控制處理單元220的端口222處所導(dǎo)出的接收模式合成信號(hào)之間的相移和振幅差，以獲得一個(gè)接收校準(zhǔn)向量Vrc，Vrc指示與每一個(gè)接收模式校準(zhǔn)路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征?？梢愿鶕?jù)下列關(guān)系(2)表示接收模式校準(zhǔn)向量。
Vrc＝Vr·Vct’＝[Vrc1，Vrc2，…，VrcN]＝[Vr1，Vr2，…，VrN]*[Vct1，Vct2，…，VctN]’(2)其中，向量Vr是指示與每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210(圖3)的收發(fā)信機(jī)路徑314相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征的一個(gè)接收向量。向量Vct是一個(gè)指示與校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征的校準(zhǔn)單元發(fā)射向量。注意，校準(zhǔn)單元發(fā)射信號(hào)路徑312和收發(fā)信機(jī)接收路徑314是級(jí)聯(lián)的。因此，與整個(gè)接收模式校準(zhǔn)路徑，包括路徑312和314，相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特征，可以通過(guò)確定包括代表每一路徑的信號(hào)特征的復(fù)數(shù)的向量的點(diǎn)積而被確定。使用線性代數(shù)是為了確定接收模式校準(zhǔn)向量Vrc，因?yàn)橛蠳個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210(圖3)和N個(gè)天線元件204。注意，向量Vct的所有元素是相同的，因?yàn)閮H存在一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238，并且僅存在一個(gè)。
在發(fā)射校準(zhǔn)模式中，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210經(jīng)由相應(yīng)的天線元件204發(fā)射一個(gè)信號(hào)。校準(zhǔn)處理單元220在連接于相關(guān)聯(lián)的一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210的發(fā)射端口224處生成一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)參考信號(hào)，這一信號(hào)經(jīng)由相應(yīng)的收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑316傳播到相關(guān)聯(lián)的天線元件。作為經(jīng)由收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑316傳播從相關(guān)聯(lián)的元件204輻射到校準(zhǔn)元件206，并經(jīng)由校準(zhǔn)單元接收信號(hào)路徑318傳播的相關(guān)聯(lián)的發(fā)射參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果，導(dǎo)出在校準(zhǔn)處理單元的端口248處所接收的發(fā)射模式合成信號(hào)。校準(zhǔn)處理單元246進(jìn)行工作以確定在處理單元220的端口224處所生成的發(fā)射模式參考信號(hào)和在校準(zhǔn)處理單元246的端口248處所接收的相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式合成信號(hào)之間的相移和振幅差，以獲得一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量Vtc，Vtc指示與每一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)路徑相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征。
其中，可以根據(jù)下列關(guān)系(3)表示發(fā)射模式校準(zhǔn)向量Vtc。
Vtc＝Vt·Vcr’＝Vtc＝[Vtc1，Vtc2，…，VtcN]＝[Vt1，Vt2，…，VtN]*[Vcr1，Vcr2，…，VcrN]’(3)向量Vt是指示與每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元210(圖3)的收發(fā)信機(jī)發(fā)射路徑314相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征的一個(gè)發(fā)射向量。向量Vcr是指示與校準(zhǔn)單元接收信號(hào)路徑318相關(guān)聯(lián)的信號(hào)路徑特征的一個(gè)校準(zhǔn)單元接收向量。注意，發(fā)射模式校準(zhǔn)向量Vtc由發(fā)射向量Vt和校準(zhǔn)單元接收向量Vcr的乘積所確定，因?yàn)槁窂?16和318是級(jí)聯(lián)的。注意，校準(zhǔn)單元接收向量Vcrl的每一元件是相等的，并等于一個(gè)復(fù)常數(shù)，因?yàn)閷?duì)于與每一天線元件204相關(guān)聯(lián)的接收模式信號(hào)路徑來(lái)說(shuō)，校準(zhǔn)單元接收路徑318是共同的。
本發(fā)明的系統(tǒng)內(nèi)外部環(huán)路校準(zhǔn)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員經(jīng)由一個(gè)參考信號(hào)發(fā)生器施加一個(gè)參考信號(hào)，也無(wú)需在校準(zhǔn)過(guò)程期間終結(jié)同軸電纜。以上所描述的校準(zhǔn)過(guò)程是自動(dòng)化的，并可以遠(yuǎn)程地對(duì)其加以啟動(dòng)。
每一個(gè)元件204與相應(yīng)的多個(gè)信道或載波相關(guān)聯(lián)。在一實(shí)施例中，每一個(gè)元件204擁有8個(gè)與其相關(guān)聯(lián)的信道。把收發(fā)信機(jī)單元210、收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元238、以及校準(zhǔn)處理子系統(tǒng)219配置成可處理由這8個(gè)信道中的每一個(gè)信道所攜載的數(shù)據(jù)。
圖5是表示為320的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明校準(zhǔn)收發(fā)信機(jī)單元238(圖3)的一個(gè)概略性方框圖。校準(zhǔn)發(fā)射處理器298包括一個(gè)第一數(shù)字上變換器322，其擁有一個(gè)經(jīng)由校準(zhǔn)發(fā)射處理器的端口300與校準(zhǔn)處理單元246的端口250通信地耦合的輸入端口324、以及一個(gè)輸出端口328；一個(gè)第二數(shù)字上變換器330，其擁有一個(gè)與第一數(shù)字上變換器322的端口328通信地耦合的第一輸入端口334、一個(gè)經(jīng)由校準(zhǔn)發(fā)射處理器的端口300與處理單元246的端口250通信地耦合的第二輸入端口332、以及一個(gè)輸出端口336；一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)340，其擁有一個(gè)與第二數(shù)字上變換器330的端口336通信地耦合的輸入端口342、以及一個(gè)輸出端口344；一個(gè)帶通濾波器346，其擁有一個(gè)與D/A轉(zhuǎn)換器340的端口344通信地耦合的輸入端口348、以及一個(gè)輸出端口350；一個(gè)發(fā)射路徑混合器(mixer)354，其擁有一個(gè)被通信地耦合以接收來(lái)自濾波器346的端口350的帶通濾波的信號(hào)的輸入端口356、一個(gè)用于接收一個(gè)發(fā)射路徑參考信號(hào)的輸入端口358、以及一個(gè)輸出端口360；一個(gè)參考信號(hào)發(fā)生器362，其擁有一個(gè)用于把發(fā)射路徑參考信號(hào)提供給混合器354的輸入端口358的輸出端口364；以及一個(gè)前置放大器366，其擁有一個(gè)與混合器354的端口360通信地耦合的輸入端口368、以及經(jīng)由校準(zhǔn)發(fā)射處理器的端口302與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)290的輸入端口296通信地耦合的輸出端口370。
校準(zhǔn)接收處理器304包括一個(gè)前置放大器380，其擁有一個(gè)通過(guò)校準(zhǔn)接收處理器的端口306與天線收發(fā)轉(zhuǎn)換器290的端口294通信地耦合的輸入端口382、以及一個(gè)輸出端口384；一個(gè)接收機(jī)路徑混合器386，其擁有一個(gè)與放大器380的端口384通信地耦合的端口388、一個(gè)用于接收一個(gè)接收路徑參考信號(hào)的輸入端口390、以及一個(gè)輸出端口392；一個(gè)接收路徑參考信號(hào)發(fā)生器394，其擁有一個(gè)用于把接收路徑參考信號(hào)提供給混合器386的端口390的輸出端口396；一個(gè)帶通濾波器400，其擁有一個(gè)用于接收來(lái)自混合器386的輸出端392的混頻的接收信號(hào)的輸入端口402、以及一個(gè)用于提供一個(gè)帶通濾波的接收信號(hào)的輸出端口404；一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)408，其擁有一個(gè)用于接收濾波的接收信號(hào)的與帶通濾波器的端口404通信地耦合的輸入端口410、以及一個(gè)用于把一個(gè)數(shù)字接收信號(hào)提供給一個(gè)結(jié)點(diǎn)414的輸出端口412；一個(gè)第一數(shù)字下變換器416，其擁有一個(gè)用于經(jīng)由結(jié)點(diǎn)414接收來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器的端口412的4個(gè)信道的數(shù)字接收信號(hào)輸入端口418、以及一個(gè)經(jīng)由校準(zhǔn)接收處理器的端口308與系統(tǒng)內(nèi)校準(zhǔn)處理單元246的端口248通信地耦合的輸出端口420；以及一個(gè)第二數(shù)字下變換器424，其擁有一個(gè)用于經(jīng)由結(jié)點(diǎn)414接收在A/D轉(zhuǎn)換器408的端口412處所提供的數(shù)字接收信號(hào)的4個(gè)信道的輸入端口426，以及一個(gè)經(jīng)由校準(zhǔn)接收處理器的端口308與校準(zhǔn)處理單元246的端口248通信地耦合的輸出端口428。
數(shù)字上行和下變換器322、330、416、以及424提供了調(diào)諧至每一個(gè)發(fā)射給和接收自天線校準(zhǔn)元件206的發(fā)射和接收信號(hào)的相應(yīng)的信道或即載波的數(shù)字控制。
可以把本發(fā)明的系統(tǒng)內(nèi)外部環(huán)路校準(zhǔn)智能天線系統(tǒng)用于多種智能天線收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用。在一實(shí)施例中，把該系統(tǒng)用于可根據(jù)各種人們所熟悉的協(xié)議(包括TDMA和CDMA)中的任何一種協(xié)議操作的蜂窩電話系統(tǒng)的一個(gè)基站。針對(duì)不同的系統(tǒng)，這些信道被不同地分配和使用。注意，在校準(zhǔn)過(guò)程中，可以一次一個(gè)連續(xù)地為每一信道確定校準(zhǔn)向量。然而，在這一優(yōu)選的實(shí)施例中，為與天線陣列202的每一個(gè)天線元件204相關(guān)聯(lián)的8個(gè)信道或載波中的每一個(gè)同時(shí)確定校準(zhǔn)向量。
盡管以上已參照一個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了具體的說(shuō)明與描述，但應(yīng)該預(yù)料到對(duì)于本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，對(duì)本發(fā)明的變更與修改無(wú)疑將是十分明顯的。因此，旨在把以下的權(quán)利要求解釋為覆蓋所有這些落入本發(fā)明的構(gòu)思與范圍內(nèi)部的變更與修改。
權(quán)利要求
1.一種智能天線系統(tǒng)，包括一個(gè)天線陣列，包括多個(gè)天線元件、以及至少一個(gè)用于向每一個(gè)上述天線元件輻射信號(hào)和從每一個(gè)上述天線元件接收所輻射的信號(hào)的天線校準(zhǔn)元件；多個(gè)天線元件耦合裝置；多個(gè)收發(fā)信機(jī)單元，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元包括一個(gè)經(jīng)由上述相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線耦合裝置與相關(guān)聯(lián)的一個(gè)上述天線元件通信地耦合的輸入/輸出端口、一個(gè)接收端口、 以及一個(gè)發(fā)射端口；一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元，包括一個(gè)與上述校準(zhǔn)元件通信地耦合的校準(zhǔn)輸入/輸出端口、一個(gè)校準(zhǔn)接收端口、以及一個(gè)校準(zhǔn)發(fā)射端口；以及信號(hào)處理裝置，與每一上述收發(fā)信機(jī)單元的每一上述接收端口和上述發(fā)射端口通信地耦合，并與上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口和上述校準(zhǔn)發(fā)射端口通信地耦合；其中，與每一上述天線元件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)路徑從上述相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的上述發(fā)射端口延伸到上述相關(guān)聯(lián)的天線元件，從上述相關(guān)聯(lián)的天線元件延伸到上述天線校準(zhǔn)元件，并從上述校準(zhǔn)元件延伸到上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口；其中，與每一上述天線元件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)接收機(jī)校準(zhǔn)路徑從上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)發(fā)射端口延伸到上述校準(zhǔn)元件，從上述校準(zhǔn)元件延伸到上述相關(guān)聯(lián)的天線元件，并從上述相關(guān)聯(lián)的天線元件延伸到上述相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的上述接收端口；上述信號(hào)處理裝置在一發(fā)射校準(zhǔn)模式下工作以把一個(gè)發(fā)射模式參考信號(hào)提供給每一上述收發(fā)信機(jī)單元的上述發(fā)射端口，并響應(yīng)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一些上述發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的一些上述發(fā)射參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果而導(dǎo)出的發(fā)射模式合成信號(hào)，上述信號(hào)處理裝置還進(jìn)行工作以通過(guò)確定上述發(fā)射模式參考信號(hào)和上述相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式合成信號(hào)之間的振幅差和相移來(lái)確定一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量；上述信號(hào)處理裝置還在一接收校準(zhǔn)模式下工作以把接收模式參考信號(hào)提供給上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)發(fā)射端口，并響應(yīng)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一些上述接收機(jī)校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的一些上述接收模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果而導(dǎo)出的接收模式合成信號(hào)，上述信號(hào)處理裝置還進(jìn)行工作以通過(guò)確定上述接收模式參考信號(hào)和上述相關(guān)聯(lián)的接收模式合成信號(hào)之間的振幅差和相移來(lái)確定一個(gè)接收模式校準(zhǔn)向量；
2.如權(quán)利要求1中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述天線元件放置在一個(gè)大體呈環(huán)形的陣列中，而且其中上述校準(zhǔn)元件放置在該陣列的中心點(diǎn)附近。
3.如權(quán)利要求1中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)單元的上述輸入/輸出端口經(jīng)由一條同軸電纜與上述校準(zhǔn)元件通信地耦合。
4.如權(quán)利要求1中所述的智能天線系統(tǒng)，其中每一上述天線耦合裝置包括一條同軸電纜。
5.如權(quán)利要求1中所述的智能天線系統(tǒng)，其中每一上述收發(fā)信機(jī)單元還包括一個(gè)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其擁有一個(gè)與上述收發(fā)信機(jī)的上述輸入/輸出端口通信地耦合的第一端口、一個(gè)接收路徑端口、以及一個(gè)發(fā)射路徑端口；一個(gè)接收處理器，其擁有一個(gè)與上述天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的上述接收路徑端口通信地耦合的輸入端口、以及一個(gè)與上述收發(fā)信機(jī)單元的上述接收端口通信地耦合的輸出端口；以及一個(gè)發(fā)射處理器，其擁有一個(gè)與上述收發(fā)信機(jī)單元的上述發(fā)射端口通信地耦合的輸入端口、以及一個(gè)與上述天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的上述發(fā)射路徑端口通信地耦合的輸出端口。
6.如權(quán)利要求1中所述的一智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)單元包括一個(gè)天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其擁有一個(gè)與上述校準(zhǔn)單元的上述輸入/輸出端口通信地耦合的第一端口、一個(gè)接收路徑端口、以及一個(gè)發(fā)射路徑端口；一個(gè)校準(zhǔn)接收處理器，其擁有一個(gè)與上述天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的上述接收路徑端口通信地耦合的輸入端口、以及一個(gè)與上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口通信地耦合的輸出端口；以及一個(gè)校準(zhǔn)發(fā)射處理器，其擁有一個(gè)與上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)發(fā)射端口通信地耦合的輸入端口、以及一個(gè)與上述天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的上述發(fā)射路徑端口通信地耦合的輸出端口。
7.如權(quán)利要求6中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述信號(hào)處理裝置和每一個(gè)上述收發(fā)信機(jī)單元進(jìn)行工作以發(fā)射和接收載有多個(gè)信道的信號(hào)，而且其中每一個(gè)上述接收模式參考信號(hào)和每一個(gè)上述發(fā)射模式參考信號(hào)載有多個(gè)信道。
8.如權(quán)利要求7中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)發(fā)射處理器還包括一個(gè)第一數(shù)字上變換器，其擁有一個(gè)用于接收來(lái)自上述信號(hào)處理裝置的上述接收模式參考信號(hào)的上述信道的一個(gè)第一部分的輸入端口，和一個(gè)輸出端口；以及一個(gè)第二數(shù)字上變換器，其擁有一個(gè)用于接收來(lái)自上述信號(hào)處理裝置的上述接收模式參考信號(hào)的上述信道的一個(gè)第二部分的第一輸入端、一個(gè)與上述第一上變換器的上述輸出端口通信地耦合的第二輸入端口、以及一個(gè)輸出端口；一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，其擁有一個(gè)與上述第二上變換器的上述輸出端口通信地耦合的輸入端口、以及一個(gè)用于提供模擬參考信號(hào)的輸出端口；一個(gè)帶通濾波器，其擁有一個(gè)用于接收上述模擬參考信號(hào)的輸入端口、以及一個(gè)用于提供帶通濾波的信號(hào)的輸出端口；一個(gè)發(fā)射機(jī)混合器，其擁有一個(gè)用于接收上述帶通濾波的信號(hào)的第一輸入端口、一個(gè)用于接收一個(gè)校準(zhǔn)參考信號(hào)的第二輸入端口、以及一個(gè)用于提供一個(gè)混合的信號(hào)的輸出端口；一個(gè)參考信號(hào)發(fā)生器，用于把上述校準(zhǔn)參考信號(hào)提供給上述混合器的上述第二輸入端口；以及一個(gè)前置放大器，其擁有一個(gè)用于接收上述混合的信號(hào)的輸入端口、以及一個(gè)與上述天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的上述發(fā)射路徑端口通信地耦合輸出端口。
9.如權(quán)利要求7中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)接收處理器還包括一個(gè)前置放大器，其擁有一個(gè)與上述天線收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的上述接收路徑端口耦合的輸入端口，以及一個(gè)輸出端口。一個(gè)接收機(jī)混合器，其擁有一個(gè)與上述前置放大器的上述輸出端口通信地耦合的第一輸入端口、一個(gè)用于接收一個(gè)校準(zhǔn)參考信號(hào)的第二輸入端口、以及一個(gè)用于提供一個(gè)混合的信號(hào)的輸出端口；一個(gè)參考信號(hào)發(fā)生器，用于把上述校準(zhǔn)參考信號(hào)提供給上述混合器的上述第二端口；一個(gè)帶通濾波器，其擁有一個(gè)用于接收上述混頻的信號(hào)的輸入端口、 以及一個(gè)用于提供一個(gè)帶通濾波的信號(hào)的輸出端口；以及一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其擁有一個(gè)用于從上述帶通濾波器接收上述濾波的信號(hào)的輸入端口、以及一個(gè)提供一個(gè)擁有多個(gè)信道的數(shù)字信號(hào)的輸出端口；一個(gè)第一數(shù)字下變換器，其擁有一個(gè)響應(yīng)在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的上述輸出端口提供的上述數(shù)字信號(hào)的上述信道的第一部分的一個(gè)輸入端口、以及一個(gè)與上述信號(hào)處理裝置通信地耦合的輸出端口；以及一個(gè)第二數(shù)字下變換器，其擁有一個(gè)響應(yīng)在所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的上述輸出端口提供的上述數(shù)字信號(hào)的上述信道的第二部分的一個(gè)輸入端口、以及一個(gè)與上述信號(hào)處理裝置通信地耦合的輸出端口；以及
10.如權(quán)利要求1中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述信號(hào)處理裝置包括一個(gè)控制處理單元，其擁有與上述各收發(fā)信機(jī)單元的上述接收端口和上述發(fā)射端口通信地耦合的多個(gè)端口；以及一個(gè)校準(zhǔn)處理單元，與上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口和上述校準(zhǔn)發(fā)射端口通信地耦合，并與上述控制處理單元通信地耦合。
11.如權(quán)利要求10中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)處理單元和上述校準(zhǔn)單元封閉在一個(gè)屏蔽的外殼中。
12.一種智能天線系統(tǒng)，包括一個(gè)天線陣列，包括多個(gè)天線元件、以及至少一個(gè)用于向每一個(gè)上述天線元件輻射信號(hào)和從每一個(gè)上述天線元件接收所輻射的信號(hào)的天線校準(zhǔn)元件；多個(gè)天線元件耦合裝置；多個(gè)收發(fā)信機(jī)單元，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元包括一個(gè)經(jīng)由相關(guān)的一個(gè)上述天線耦合裝置與相關(guān)的一個(gè)上述天線元件通信地耦合的輸入/輸出端口、一個(gè)接收端口、以及一個(gè)發(fā)射端口；一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元，包括一個(gè)與上述校準(zhǔn)元件通信地耦合的校準(zhǔn)輸入/輸出端口、一個(gè)校準(zhǔn)接收端口、以及一個(gè)校準(zhǔn)發(fā)射端口；以及信號(hào)處理裝置，與每一上述收發(fā)信機(jī)單元的每一上述接收端口和上述發(fā)射端口通信地耦合，并與上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口和上述校準(zhǔn)發(fā)射端口通信地耦合；其中，與每一上述天線元件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)路徑從上述相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的上述發(fā)射端口延伸到上述相關(guān)聯(lián)的天線元件，從上述相關(guān)聯(lián)的天線元件延伸到上述校準(zhǔn)元件，并從上述校準(zhǔn)元件延伸到上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口；上述信號(hào)處理裝置在一發(fā)射校準(zhǔn)模式下工作以把一個(gè)發(fā)射模式參考信號(hào)提供給每一上述收發(fā)信機(jī)單元的上述發(fā)射端口，并響應(yīng)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一些上述發(fā)射機(jī)校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的一些上述發(fā)射參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果而導(dǎo)出的發(fā)射模式合成信號(hào)，上述信號(hào)處理裝置還進(jìn)行工作以通過(guò)確定上述發(fā)射模式參考信號(hào)和上述相關(guān)聯(lián)的發(fā)射模式合成信號(hào)之間的振幅差和相移來(lái)確定一個(gè)發(fā)射模式校準(zhǔn)向量；
13.如權(quán)利要求12中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述天線元件放置在一個(gè)大體呈環(huán)形的陣列中，而且其中上述校準(zhǔn)元件放置在該陣列的中心點(diǎn)附近。
14.如權(quán)利要求12中所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)單元的上述輸入/輸出端口經(jīng)由一條同軸電纜與上述校準(zhǔn)元件通信地耦合。
15.如權(quán)利要求12中所述的智能天線系統(tǒng)，其中每一上述天線耦合裝置包括一條同軸電纜。
16.一種智能天線系統(tǒng)，包括一個(gè)天線陣列，包括多個(gè)天線元件、以及至少一個(gè)用于向每一個(gè)上述天線元件輻射信號(hào)和從每一個(gè)上述天線元件接收所輻射的信號(hào)的天線校準(zhǔn)元件；多個(gè)天線元件耦合裝置；多個(gè)收發(fā)信機(jī)單元，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元包括一個(gè)經(jīng)由相關(guān)的一個(gè)上述天線耦合裝置與相關(guān)的一個(gè)上述天線元件通信地耦合的輸入/輸出端口、一個(gè)接收端口、 以及一個(gè)發(fā)射端口；一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元，包括一個(gè)與上述校準(zhǔn)元件通信地耦合的校準(zhǔn)輸入/輸出端口、一個(gè)校準(zhǔn)接收端口、以及一個(gè)校準(zhǔn)發(fā)射端口；以及信號(hào)處理裝置，與每一上述收發(fā)信機(jī)單元的每一上述接收端口和上述發(fā)射端口通信地耦合，并與上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)接收端口和上述校準(zhǔn)發(fā)射端口通信地耦合；其中，與每一上述天線元件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)接收機(jī)校準(zhǔn)路徑從上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)發(fā)射端口延伸到上述校準(zhǔn)元件，從上述校準(zhǔn)元件延伸到上述相關(guān)聯(lián)的天線元件，并從上述相關(guān)聯(lián)的天線元件延伸到上述相關(guān)聯(lián)的收發(fā)信機(jī)單元的上述接收端口；上述信號(hào)處理裝置在一接收校準(zhǔn)模式下工作以把接收模式參考信號(hào)提供給上述校準(zhǔn)單元的上述校準(zhǔn)發(fā)射端口，并響應(yīng)作為通過(guò)相關(guān)聯(lián)的一些上述接收機(jī)校準(zhǔn)路徑傳播的相關(guān)聯(lián)的一些上述接收模式參考信號(hào)的一個(gè)結(jié)果而導(dǎo)出的接收模式合成信號(hào)，上述信號(hào)處理裝置還進(jìn)行工作以通過(guò)確定上述接收模式參考信號(hào)和上述相關(guān)聯(lián)的接收模式合成信號(hào)之間的振幅差和相移來(lái)確定一個(gè)接收模式校準(zhǔn)向量；
17.如權(quán)利要求16所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述天線元件放置在一個(gè)大體呈環(huán)形的陣列中，而且其中上述校準(zhǔn)元件放置在該陣列的中心點(diǎn)附近。
18.如權(quán)利要求16所述的智能天線系統(tǒng)，其中上述校準(zhǔn)單元的上述輸入/輸出端口經(jīng)由一條同軸電纜與上述校準(zhǔn)元件通信地耦合。
19.如權(quán)利要求16中所述的智能天線系統(tǒng)，其中每一上述天線耦合裝置包括一條同軸電纜。
全文摘要
一種智能天線陣列，包括多個(gè)天線元件(204)、至少一個(gè)校準(zhǔn)元件(206)、多個(gè)收發(fā)信機(jī)單元(210)，每一個(gè)收發(fā)信機(jī)單元擁有一個(gè)與相關(guān)聯(lián)的一個(gè)天線元件(212)耦合的端口、一個(gè)接收端口(216)、以及一個(gè)發(fā)射端口(218)；一個(gè)收發(fā)信機(jī)校準(zhǔn)單元(238)，包括一個(gè)經(jīng)由一條同軸電纜(234)與校準(zhǔn)元件耦合的端口(240)、一個(gè)接收端口(242)、以及一個(gè)發(fā)射端口(244)；以及信號(hào)處理裝置(220)，與每一收發(fā)信機(jī)單元的每一接收端口和發(fā)射端口通信地耦合，并與校準(zhǔn)接收端口和校準(zhǔn)發(fā)射端口系統(tǒng)耦合。
文檔編號(hào)H01Q3/26GK1399846SQ00815528
公開(kāi)日2003年2月26日 申請(qǐng)日期2000年9月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月10日
發(fā)明者楊章平, 古余從, 李施平 申請(qǐng)人:阿茨達(dá)科姆公司