專利名稱：一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線通信系統(tǒng)的智能天線技術(shù)，更確切地說是涉及一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法和裝置。
在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中，特別是在碼分多址(CDMA)無線通信系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)容量及靈敏度，和在較低的發(fā)射功率下獲得盡量遠(yuǎn)的通信距離，一般都希望使用智能天線(Smart Antenna)技術(shù)。
在名稱為“具有智能天線的時分雙工同步碼分多址無線通信系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請中(97104039.7)，公開了一種采用現(xiàn)代智能天線的無線通信系統(tǒng)的基站結(jié)構(gòu)，包括由一個或多個天線單元組成的天線陣列、相應(yīng)的射頻饋電電纜和一組相干的射頻收發(fā)信機(jī)。根據(jù)天線陣列中各天線單元所接收到的來自用戶終端的信號的不同反應(yīng)，由基帶處理器獲得此信號的空間特征矢量和信號到達(dá)方向(DOA)，再使用相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)接收天線波束賦形。其中任一個天線單元、相應(yīng)的射頻饋電電纜及相干的射頻收發(fā)信機(jī)組成一條鏈路。將從上行接收波束賦形中獲得的每一條鏈路的權(quán)重用于下行發(fā)射波束賦形，在對稱的電波傳播條件下，可達(dá)到智能天線的全部功能。
在“具有智能天線的時分雙工同步碼分多址無線通信系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請中，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、射頻饋電電纜和射頻收發(fā)信機(jī)之間的差別，即射頻信號在通過各條鏈路后信號幅度及相位的變化之差，而求得此智能天線系統(tǒng)中各條鏈路之間差別的過程就是本發(fā)明所要涉及的智能天線的校準(zhǔn)。
智能天線陣的校準(zhǔn)是智能天線中的一項(xiàng)核心技術(shù)，由于在組成智能天線的射頻系統(tǒng)中，所使用的各種電子元器件特別是有源元器件的特性，對工作頻率、環(huán)境溫度及使用時間等都是很敏感的，而且每一條鏈路的特性因上述原因所產(chǎn)生的變化也不可能相同，故對智能天線系統(tǒng)的校準(zhǔn)應(yīng)隨時進(jìn)行。
現(xiàn)有的智能天線的校準(zhǔn)方法大致有兩種一種是使用直接測量方法，即對每一套射頻收發(fā)信機(jī)進(jìn)行測量，獲得與其幅度、相位有關(guān)的數(shù)據(jù)，然后加上由測量獲得的天線單元及饋電電纜的幅度、相位特性，以耦合成一組校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，該方法的校準(zhǔn)過程非常復(fù)雜，所有測量都難以在現(xiàn)場進(jìn)行，特別是對于已經(jīng)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行的無線通信系統(tǒng)來說，更是一個復(fù)雜和難以保證實(shí)行的過程。另一種方法是用一只處于天線遠(yuǎn)場區(qū)域的信標(biāo)收發(fā)信機(jī)來進(jìn)行校準(zhǔn)，該方法要求信標(biāo)收發(fā)信機(jī)處于沒有多徑傳播的遠(yuǎn)場區(qū)域，這在實(shí)際系統(tǒng)中也是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，上述兩種方法的缺點(diǎn)都是非常明顯的。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法和裝置，以實(shí)現(xiàn)對智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)，從而使智能天線系統(tǒng)實(shí)用化，本發(fā)明的裝置使本發(fā)明的方法能有效地工作。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法，其特征在于包括1)設(shè)置由耦合結(jié)構(gòu)、饋電電纜及信標(biāo)收發(fā)信機(jī)連接構(gòu)成的校準(zhǔn)鏈路，耦合結(jié)構(gòu)與智能天線陣的N個天線單元成耦合連接，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)通過數(shù)字總線連接基站的基帶處理器；2)利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，分別記錄其接收與發(fā)射傳輸系數(shù)；3)進(jìn)行接收校準(zhǔn)，包括由信標(biāo)收發(fā)信機(jī)中的模擬發(fā)信機(jī)在給定的工作載波頻率上發(fā)射有確定電平的信號，并使被校準(zhǔn)基站N條接收鏈路均處于接收狀態(tài)；由基站的基帶處理器分別檢測各接收鏈路的輸出，并根據(jù)各接收鏈路的輸出計算各鏈路在接收時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)之比；通過控制各鏈路模擬收信機(jī)中的可變增益放大器來控制各接收鏈路的輸出，使各鏈路在接收時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)的幅度之比等于1；將每條接收鏈路與參考鏈路的相位差φ記錄儲存在基帶處理器中；4)進(jìn)行發(fā)射校準(zhǔn)，包括使N條發(fā)射鏈路在一個時間內(nèi)只有一條鏈路處于發(fā)射狀態(tài)，而其它發(fā)射鏈路均處于關(guān)閉狀態(tài)，由信標(biāo)收發(fā)信機(jī)中的模擬收信機(jī)在給定的工作載波頻率上分別接收來自各條發(fā)射鏈路的信號；由基站的基帶處理器對檢測到的結(jié)果進(jìn)行處理，并計算各鏈路在發(fā)射時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)之比；通過控制各鏈路模擬發(fā)信機(jī)中的可變增益放大器來控制各發(fā)射鏈路的輸出，使各鏈路在發(fā)射時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)的幅度之比等于1；將每條發(fā)射鏈路與參考鏈路的相位差Ψ記錄在基帶處理器中。
所述的利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)包括設(shè)置信標(biāo)天線及空間耦合方式；所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接信標(biāo)信號的饋線端和待校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口，非校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口接匹配負(fù)載，在所需的各工作載頻下測量并記錄待校準(zhǔn)鏈路的傳輸系數(shù)；重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至全部測量并記錄完N條鏈路的傳輸系數(shù)。
所述的利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)包括設(shè)置由N個耦合器和與N個耦合器連接的一個1∶N的無源分路/合路器構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)，N個耦合器分別與所述智能天線陣的N個天線單元的天線端口連接，無源分路/合路器的輸出端是信標(biāo)信號的饋線端；所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接信標(biāo)信號的饋線端和待校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口，非校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口接匹配負(fù)載，在所需的各工作載頻下測量并記錄待校準(zhǔn)鏈路的傳輸系數(shù)；重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至全部測量并記錄完N條鏈路的傳輸系數(shù)。
本發(fā)明的一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于包括已校準(zhǔn)的耦合結(jié)構(gòu)、饋電電纜和信標(biāo)收發(fā)信機(jī)；耦合結(jié)構(gòu)與智能天線陣的N個天線單元耦合連接，饋電電纜連接耦合結(jié)構(gòu)和信標(biāo)收發(fā)信機(jī)，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)通過數(shù)字總線與基站的基帶處理器連接。
所述的耦合結(jié)構(gòu)是采用空間耦合方式的信標(biāo)天線，該信標(biāo)天線處于組成智能天線陣的N個天線單元輻射方向圖的工作主瓣內(nèi)，信標(biāo)天線的天線端口是信標(biāo)信號的饋線端。
在組成智能天線陣的N個天線單元是全向天線時，所述的信標(biāo)天線處于包括各天線單元近場區(qū)域內(nèi)的任何位置處。
所述的耦合結(jié)構(gòu)是無源網(wǎng)絡(luò)，包括與所述智能天線陣的N個天線單元相對應(yīng)的N個耦合器和與N個耦合器連接的一個1∶N的無源分路/合路器；所述的N個耦合器分別與N個天線單元的天線端口連接，所述的無源分路/合路器的輸出端是信標(biāo)信號的饋線端。
所述的信標(biāo)收發(fā)信機(jī)具有與基站的射頻收發(fā)信機(jī)相同的結(jié)構(gòu)，包括雙工器、與雙工器連接的模擬收信機(jī)、與雙工器連接的模擬發(fā)信機(jī)、與模擬收信機(jī)連接的模擬至數(shù)字變換器和與模擬發(fā)信機(jī)連接的數(shù)字至模擬變換器；所述雙工器的射頻接口與耦合結(jié)構(gòu)的饋電電纜連接，所述的模擬至數(shù)字變換器及數(shù)字至模擬變換器與所述的數(shù)字總線連接。
所述的模擬收信機(jī)中設(shè)置有用于控制增益并用程序軟件控制的可變增益放大器；所述的模擬發(fā)信機(jī)中設(shè)置有用于控制輸出功率并用程序軟件控制的可變增益放大器。
由本發(fā)明所提供的校準(zhǔn)智能天線陣的方法和裝置，包括使用信標(biāo)收發(fā)信機(jī)和一套與智能天線陣相耦合的耦合結(jié)構(gòu)，其中的耦合結(jié)構(gòu)包括有兩種技術(shù)方案其一是使用一個在幾何結(jié)構(gòu)上對稱的、處于天線近場區(qū)域的信標(biāo)天線來對智能天線系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)的方法和實(shí)現(xiàn)此方法的天線陣列，其信標(biāo)天線及相關(guān)的校準(zhǔn)軟件是無線基站的組成部分；其二是使用一個由耦合器與功分器組成的無源網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)耦合結(jié)構(gòu)對智能天線陣列的饋電和校準(zhǔn)。無論哪一種技術(shù)方案，都可使使用了智能天線的基站隨時且方便地進(jìn)行校準(zhǔn)，隨時更換射頻部件和元器件，徹底解決智能天線系統(tǒng)的工程實(shí)用化問題。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的方法及裝置。


圖1是使用了本發(fā)明方法及裝置的無線通信基站的結(jié)構(gòu)原理框2是圖1中模擬收發(fā)信機(jī)的結(jié)構(gòu)原理框3是使用信標(biāo)天線的耦合結(jié)構(gòu)示意4是由功分器和耦合器組成的耦合結(jié)構(gòu)在智能天線陣中的連接結(jié)構(gòu)示意5是本發(fā)明另一種耦合結(jié)構(gòu)示意6是耦合結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)過程流程框7是本發(fā)明智能天線校準(zhǔn)過程流程框圖參見圖1，圖中示出一個典型的使用了本發(fā)明方法及裝置的具有智能天線的移動通信系統(tǒng)或無線用戶環(huán)路系統(tǒng)等無線通信系統(tǒng)中的基站結(jié)構(gòu)。除校準(zhǔn)部分外的基站結(jié)構(gòu)與“具有智能天線的時分雙工同步碼分多址無線通信系統(tǒng)(97104039.7)中介紹的基站相類似。主要包括N個全同的天線單元201A、201B、…、201N，N條接近全同的饋電電纜202A、202B、…、202N，N個射頻收發(fā)信機(jī)203A、203B、…、203N，和相應(yīng)的基帶處理器204。所有射頻收發(fā)信機(jī)203的基帶輸入、輸出均為數(shù)字信號，即在所有的射頻收發(fā)信機(jī)203內(nèi)均設(shè)有模擬至數(shù)字變換器ADC及數(shù)字至模擬變換器DAC，它們與基帶處理器204間用一條高速數(shù)字總線209連接，并使用同一個本振信號源208。
為實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)，本發(fā)明在此基站結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上還根據(jù)所使用的不同天線陣增加由耦合結(jié)構(gòu)205(耦合射頻電路)、饋電電纜206及信標(biāo)收發(fā)信機(jī)207構(gòu)成的校準(zhǔn)鏈路，耦合結(jié)構(gòu)205與N條饋電電纜202A、202B、…、202N耦合連接，饋電電纜206用于連接耦合結(jié)構(gòu)205與信標(biāo)收發(fā)信機(jī)207，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)207連接高速數(shù)字總線209，并與所有的射頻收發(fā)信機(jī)203共用同一個本振信號源208。
參見圖2，圖2示出圖1中射頻收發(fā)信機(jī)203或信標(biāo)收發(fā)信機(jī)207的結(jié)構(gòu)。包括雙工器210、模擬收信機(jī)211、模擬至數(shù)字變換器212、模擬發(fā)信機(jī)213和數(shù)字至模擬變換器214。其中的模擬收信機(jī)211中設(shè)置有控制其增益的可變增益放大器215(可用程序軟件控制)，模擬發(fā)信機(jī)213中設(shè)置有控制其增益的可變增益放大器216(可用程序軟件控制)，雙工器210的射頻接口217直接與饋電電纜202及206連接，模擬至數(shù)字變換器212及數(shù)字至模擬變換器214通過高速數(shù)字總線209與基帶處理器204連接。
在使用圖1所示基站結(jié)構(gòu)的智能天線系統(tǒng)中，共有N條收發(fā)信鏈路，其中任一條收發(fā)信鏈路都由天線單元(201A、201B、…、201N)、饋電電纜(202A、202B、…、202N)和射頻收發(fā)信機(jī)(203A、203B、…、203N)構(gòu)成，此外還有由信標(biāo)收發(fā)信機(jī)207及相應(yīng)的耦合結(jié)構(gòu)(205、206)構(gòu)成的校準(zhǔn)鏈路。
若以第A條鏈路作為參考鏈路(可選擇任一條鏈路作為參考鏈路)，則對智能天線系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)就是在給定的工作載波頻率上獲得其它鏈路與此參考鏈路在接收與發(fā)射時的傳輸系數(shù)幅度及相位差，因此，本發(fā)明的智能天線的校準(zhǔn)是對整個包括天線饋線和模擬收發(fā)信機(jī)系統(tǒng)的校準(zhǔn)。
若將圖1中天線遠(yuǎn)區(qū)場的A點(diǎn)及基站內(nèi)各收發(fā)信機(jī)203基帶接口BA、BB、…Bi、…、BN中的Bi作為觀察參考點(diǎn)，此智能天線的傳輸特性用公式表示為接收通路的傳輸特性Ari=Sri×Ri×br…(1)發(fā)射通路的傳輸特性Bti=Sti×Ti×at…(2)式中，i=1、2、…、N，分別表示第一至第N條鏈路；式(1)中，Ari表示在A點(diǎn)發(fā)射時，第i鏈路在Bi點(diǎn)所接收的信號，Sri表示空間傳播對i鏈路接收的衰耗，Ri表示第i鏈路接收時的傳輸系數(shù)，br表示在接收時A點(diǎn)的發(fā)射信號；式(2)中，Bti表示在Bi點(diǎn)發(fā)射時，在接收點(diǎn)A所接收到的來自第i鏈路的信號，Sti表示空間傳播對第i鏈路發(fā)射的衰耗，Ti表示第i鏈路發(fā)射時的傳輸系數(shù)，at表示在發(fā)射時Bi點(diǎn)的發(fā)射信號。式中的br、at是數(shù)字信號，在校準(zhǔn)過程中應(yīng)保持不變。
本發(fā)明的校準(zhǔn)工作就是通過實(shí)時測量，求得第i鏈路分別在接收及發(fā)射時的傳輸系數(shù)Ri、Ti與參考鏈路的傳輸系數(shù)之差。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的基本手段就是將上述的參考點(diǎn)A移至天線內(nèi)，即圖1中饋電電纜206的輸出端C點(diǎn)，于是式(1)、(2)將分別改寫為接收通路的傳輸特性ACri=Cri×Ri×br…(3)發(fā)射通路的傳輸特性BCti=Cti×Ti×at…(4)式中，i=1、2、…、N，分別表示第一至第N條鏈路；式(1)中，ACri表示在C點(diǎn)發(fā)射時，第i鏈路在Bi點(diǎn)所接收的信號，Cri表示耦合結(jié)構(gòu)對第i鏈路在接收測試時的傳輸系數(shù)；式(2)中，BCti表示在Bi點(diǎn)發(fā)射時，在接收點(diǎn)C所接收到的來自第i鏈路的信號，Cti表示耦合結(jié)構(gòu)對第i鏈路在發(fā)射測試時的傳輸系數(shù)。
若將耦合結(jié)構(gòu)設(shè)計為一個無源網(wǎng)絡(luò)，則該耦合結(jié)構(gòu)將具有互易性，即Cri=Cti=Ci…(5)將式(5)代入式(3)及(4)中，可以獲得接收鏈路Ri=ACri/(Ci×br)…(6)發(fā)射鏈路Ti=BCti/(Ci×at)…(7)本發(fā)明可以將任一條鏈路設(shè)定為參考鏈路，如果將第1條鏈路設(shè)定為參考鏈路，則上述(6)式及(7)式為接收鏈路Ri/R1=ACri×C1/(Ci×ACr1)…(8)發(fā)射鏈路Ti/T1=BCti×C1/(Ci×BCt1)…(9)式中，i=2，3，…，N，分別表示第2至第N條鏈路，其中的Acr1、BCt1、ACri及BCti都是可以實(shí)時測量的，C1及Ci是可以預(yù)先校準(zhǔn)并由耦合結(jié)構(gòu)確定的，故智能天線系統(tǒng)校準(zhǔn)所需要獲得的Ri/R1和Ti／T1就可以簡單地計算出來。
參見圖3，圖中描述了本發(fā)明所采用的一種耦合結(jié)構(gòu)，即使用信標(biāo)天線230的空間耦合方式結(jié)構(gòu)。信標(biāo)天線230是一個在物理位置上和待校準(zhǔn)的天線陣相對固定的天線，該信標(biāo)天線230必須處于天線陣的各天線單元輻射方向圖的工作主瓣內(nèi)。當(dāng)各天線單元采用全向天線時，則信標(biāo)天線可置于任何位置，包括天線單元的近場區(qū)域內(nèi)。
采用此耦合結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)方法是將一矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀231與信標(biāo)天線230的信標(biāo)信號饋線端D及第i個被校準(zhǔn)鏈路的天線端口Ei連接，同時被校準(zhǔn)天線陣的其它天線端口，如E1、E2、…、EN則分別連接匹配負(fù)載232A，232B、…、232N，用此矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀231測量第i個被校準(zhǔn)鏈路的傳輸系數(shù)Ci，并通過N次測試，而獲得全部鏈路的傳輸系數(shù)C1，…，Ci…，CN之值。
該耦合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是簡單，校準(zhǔn)時考慮了每個天線單元的不一致性；其缺點(diǎn)是受到信標(biāo)天線位置的限制。因?yàn)闉榱吮ＷC校準(zhǔn)精度，應(yīng)將信標(biāo)天線設(shè)置在待校準(zhǔn)智能天線陣工作范圍的遠(yuǎn)場區(qū)域，這在實(shí)際工作環(huán)境中是很難實(shí)現(xiàn)的。因而只有在使用各向同性的全向天線作為天線陣元時，在其近場區(qū)域內(nèi)設(shè)置信標(biāo)天線，用其近場特性代替其遠(yuǎn)場特性并獲得其校準(zhǔn)。例如在使用環(huán)行天線陣時，可以將信標(biāo)天線置于此環(huán)行天線陣的中心，以其幾何結(jié)構(gòu)的對稱性來保證近場測試的可靠性。
參見圖4，圖中示出用功分器、耦合器組成無源網(wǎng)絡(luò)240的耦合結(jié)構(gòu)及其與智能天線陣201A、201B、…、201N的連接。該耦合結(jié)構(gòu)包括與N個天線201對應(yīng)的N只耦合器242A、242B、…、242N和一個1∶N的無源分路/合路器241，每只耦合器242處于各天線單元201A、201B、…、201N與其饋電電纜202A、202B、…、202N的連接點(diǎn)E1、E2、…、EN上。該耦合結(jié)構(gòu)在安裝進(jìn)天線陣之前已獨(dú)立進(jìn)行過校準(zhǔn)。
參見圖5，采用圖4所示的耦合結(jié)構(gòu)時，其校準(zhǔn)方法包括將一矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀231與信標(biāo)信號的饋線端D及第i個被校準(zhǔn)鏈路的天線端口Ei連接，同時被校準(zhǔn)天線陣的其它天線端口，如E1、E2、…、EN則分別連接匹配負(fù)載232A，232B、…、232N，用此矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀231測量第i個被校準(zhǔn)鏈路的傳輸系數(shù)Ci，并通過N次測試，而獲得全部鏈路的傳輸系數(shù)C1，…，Ci…，CN之值。圖5所示的校準(zhǔn)方法與圖3所示的校準(zhǔn)方法是相同的。
圖4所示的無源網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)比圖3所示的信標(biāo)天線耦合結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且不能將各天線單元的不一致性校準(zhǔn)進(jìn)去，但它可方便地使用于任何一種智能天線陣的校準(zhǔn)。
參見圖6，圖中示出耦合結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)過程，其校準(zhǔn)方法通用于圖3、圖4所示的兩種耦合結(jié)構(gòu)。耦合結(jié)構(gòu)在智能天線陣投入工作前已經(jīng)進(jìn)行了校準(zhǔn)，所獲得的傳輸系數(shù)C保存在基站內(nèi)部。
步驟601，開始校準(zhǔn)；步驟602，對N條鏈路中的第一條鏈路進(jìn)行校準(zhǔn)，即設(shè)i=1；步驟603，按圖3或圖5所示的方式進(jìn)行連接，對第一條鏈路進(jìn)行校準(zhǔn)；步驟604，將第一個校準(zhǔn)頻率設(shè)定為J個工作載頻中的第一個工作載頻，即表示為j=1；步驟605，將第一條鏈路的工作載頻設(shè)定為該第一個工作載頻；步驟606，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測量第一鏈路、校準(zhǔn)頻率為第一個工作載頻的傳輸系數(shù)Ci；步驟607，記錄該測試結(jié)果；步驟608、609，通過判斷i=J 和使j=j+1重復(fù)執(zhí)行步驟605至608，使第一條鏈路分別在J個工作載頻下進(jìn)行傳輸系數(shù)的測試，獲得并記錄下傳輸系數(shù)Ci；步驟609、610，上述測試重復(fù)執(zhí)行直至進(jìn)行完全部工作載頻的測試，通過判斷i=N 和使i=i+1重復(fù)執(zhí)行步驟604至608，對N條鏈路進(jìn)行全部J個工作載頻的傳輸系數(shù)的測試，并記錄測試結(jié)果。
對每一條鏈路進(jìn)行所需的各個載頻下的測試，并記錄所有的測試結(jié)果，就可完成耦合結(jié)構(gòu)的校準(zhǔn)，獲得全部傳輸系數(shù)C。
參見圖7，圖中示出智能天線陣的校準(zhǔn)全過程，而在智能天線陣投入工作以前，已經(jīng)按圖6所示的過程對其耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了校準(zhǔn)，所獲得的接收及發(fā)射傳輸系數(shù)C已經(jīng)保存在所在的基站內(nèi)部。
步驟702，首先進(jìn)行接收校準(zhǔn)；步驟703，由信標(biāo)收發(fā)信機(jī)的發(fā)射機(jī)在給定的工作載波頻率上發(fā)射有確定電平的信號，以保證被校準(zhǔn)的基站接收系統(tǒng)工作于正常工作電平；步驟704，被校準(zhǔn)的基站接收系統(tǒng)中的所有收發(fā)信機(jī)均處于接收狀態(tài)，即N條接收通路均處于接收狀態(tài)；步驟705，由基帶處理器分別檢測各接收鏈路的輸出，保證系統(tǒng)工作于給定的接收電平和使每個接收機(jī)工作在線性范圍，基帶處理器根據(jù)各鏈路接收機(jī)的輸出并利用公式(8)計算Ri/R1；步驟706、707，根據(jù)計算的Ri/R1，再通過控制各接收機(jī)中的可變增益放大器(圖2中的213、216)來控制每條接收鏈路的輸出，直至|Ri/Rl|=1，將每條接收鏈路與參考鏈路的相位差φi記錄儲存在基帶處理器中，供智能天線工作時使用；步驟708，在|Ri/R1|=1時轉(zhuǎn)入發(fā)射校準(zhǔn)；步驟709至715，在校準(zhǔn)N條發(fā)射鏈路時，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)中的接收機(jī)將在給定的工作載波頻率上分別接收來自每條發(fā)射鏈路的信號，此時上述N條發(fā)射鏈路在一個時間內(nèi)只有一條鏈路處于發(fā)射狀態(tài)，而其它發(fā)射鏈路處于關(guān)閉狀態(tài)(步驟710)，因此在每個時間內(nèi)，信標(biāo)接收機(jī)只接收來自此鏈路的信號，此時參考發(fā)射鏈路必須預(yù)先測量和校準(zhǔn)，以保證其發(fā)射功率是在額定電平下，在此條件下，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)中的接收機(jī)將分別接收來自每一條發(fā)射鏈路的信號(步驟711)，并由基帶處理器對檢測到的結(jié)果進(jìn)行處理，并利用公式(9)計算Ti/Tl；(步驟714)，然后根據(jù)此值分別通過每個發(fā)射機(jī)的可變增益放大器(圖2中211、215)來控制每條發(fā)射鏈路的輸出，直至每條發(fā)射鏈路的|Ti/Tl|=1(步驟716)，同時將每條接收鏈路與參考鏈路的相位差Ψi記錄在基帶處理器中，至此即完成了智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。
本發(fā)明的方法及裝置，雖針對碼分多址無線通信系統(tǒng)提出，但對其方法及裝置經(jīng)過簡單改變，即可用于頻分多址(FDMA)和時分多址(TDMA)的無線通信系統(tǒng)。任何從事無線通信系統(tǒng)研究開發(fā)的技術(shù)人員，在了解了智能天線的基本原理并參照本發(fā)明的方法及裝置，就可實(shí)現(xiàn)智能天線的實(shí)時校準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1．一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法，其特征在于包括1)設(shè)置由耦合結(jié)構(gòu)、饋電電纜及信標(biāo)收發(fā)信機(jī)連接構(gòu)成的校準(zhǔn)鏈路，耦合結(jié)構(gòu)與智能天線陣的N個天線單元成耦合連接，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)通過數(shù)字總線連接基站的基帶處理器；2)利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)，分別記錄其接收與發(fā)射傳輸系數(shù)；3)進(jìn)行接收校準(zhǔn)，包括由信標(biāo)收發(fā)信機(jī)中的模擬發(fā)信機(jī)在給定的工作載波頻率上發(fā)射有確定電平的信號，并使被校準(zhǔn)基站N條接收鏈路均處于接收狀態(tài)；由基站的基帶處理器分別檢測各接收鏈路的輸出，并根據(jù)各接收鏈路的輸出計算各鏈路在接收時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)之比；通過控制各鏈路模擬收信機(jī)中的可變增益放大器來控制各接收鏈路的輸出，使各鏈路在接收時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)的幅度之比等于1；將每條接收鏈路與參考鏈路的相位差φ記錄儲存在基帶處理器中；4)進(jìn)行發(fā)射校準(zhǔn)，包括使N條發(fā)射鏈路在一個時間內(nèi)只有一條鏈路處于發(fā)射狀態(tài)，而其它發(fā)射鏈路均處于關(guān)閉狀態(tài)，由信標(biāo)收發(fā)信機(jī)中的模擬收信機(jī)在給定的工作載波頻率上分別接收來自各條發(fā)射鏈路的信號；由基站的基帶處理器對檢測到的結(jié)果進(jìn)行處理，并計算各鏈路在發(fā)射時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)之比；通過控制各鏈路模擬發(fā)信機(jī)中的可變增益放大器來控制各發(fā)射鏈路的輸出，使各鏈路在發(fā)射時的傳輸系數(shù)與參考鏈路的傳輸系數(shù)的幅度之比等于1；將每條發(fā)射鏈路與參考鏈路的相位差Ψ記錄在基帶處理器中。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)智能天線陣的方法，其特征在于所述的利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)包括設(shè)置信標(biāo)天線及空間耦合方式；所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接信標(biāo)信號的饋線端和待校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口，非校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口接匹配負(fù)載，在所需的各工作載頻下測量并記錄待校準(zhǔn)鏈路的輸系數(shù)；重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至全部測量并記錄完N條鏈路的傳輸系數(shù)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的校準(zhǔn)智能天線陣的方法，其特征在于所述的信標(biāo)天線處于組成智能天線陣的N個天線單元輻射方向圖的工作主瓣內(nèi)，信標(biāo)天線的天線端口是信標(biāo)信號的饋線端。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的校準(zhǔn)智能天線陣的方法，其特征在于在組成智能天線陣的N個天線單元是全向天線時，所述的信標(biāo)天線處于包括各天線單元近場區(qū)域內(nèi)的任何位置處。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準(zhǔn)智能天線陣的方法，其特征在于所述的利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)進(jìn)行校準(zhǔn)包括設(shè)置由N個耦合器和與N個耦合器連接的一個1∶N的無源分路/合路器構(gòu)成的無源網(wǎng)絡(luò)耦合結(jié)構(gòu)，N個耦合器分別與所述智能天線陣的N個天線單元的天線端口連接，無源分路/合路器的輸出端是信標(biāo)信號的饋線端；所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接信標(biāo)信號的饋線端和待校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口，非校準(zhǔn)鏈路的天線單元端口接匹配負(fù)載，在所需的各工作載頻下測量并記錄待校準(zhǔn)鏈路的傳輸系數(shù)；重復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至全部測量并記錄完N條鏈路的傳輸系數(shù)。
6．一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于包括已校準(zhǔn)的耦合結(jié)構(gòu)、饋電電纜和信標(biāo)收發(fā)信機(jī)；耦合結(jié)構(gòu)與智能天線陣的N個天線單元耦合連接，饋電電纜連接耦合結(jié)構(gòu)和信標(biāo)收發(fā)信機(jī)，信標(biāo)收發(fā)信機(jī)通過數(shù)字總線與基站的基帶處理器連接。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于所述的耦合結(jié)構(gòu)是采用空間耦合方式的信標(biāo)天線，該信標(biāo)天線處于組成智能天線陣的N個天線單元輻射方向圖的工作主瓣內(nèi)，信標(biāo)天線的天線端口是信標(biāo)信號的饋線端。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于在組成智能天線陣的N個天線單元是全向天線時，所述的信標(biāo)天線處于包括各天線單元近場區(qū)域內(nèi)的任何位置處。
9．根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于所述的耦合結(jié)構(gòu)是無源網(wǎng)絡(luò)，包括與所述智能天線陣的N個天線單元相對應(yīng)的N個耦合器和與N個耦合器連接的一個1∶N的無源分路/合路器；所述的N個耦合器分別與N個天線單元的天線端口連接，所述的無源分路/合路器的輸出端是信標(biāo)信號的饋線端。
10．根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于所述的信標(biāo)收發(fā)信機(jī)具有與基站的射頻收發(fā)信機(jī)相同的結(jié)構(gòu)，包括雙工器、與雙工器連接的模擬收信機(jī)、與雙工器連接的模擬發(fā)信機(jī)、與模擬收信機(jī)連接的模擬至數(shù)字變換器和與模擬發(fā)信機(jī)連接的數(shù)字至模擬變換器；所述雙工器的射頻接口與耦合結(jié)構(gòu)的饋電電纜連接，所述的模擬至數(shù)字變換器及數(shù)字至模擬變換器與所述的數(shù)字總線連接。
11．根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種校準(zhǔn)智能天線陣的裝置，其特征在于所述的模擬收信機(jī)中設(shè)置有用于控制增益并用程序軟件控制的可變增益放大器；所述的模擬發(fā)信機(jī)中設(shè)置有用于控制輸出功率并用程序軟件控制的可變增益放大器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)智能天線陣的方法和裝置,用于實(shí)時校準(zhǔn)智能天線陣。包括:設(shè)置由耦合結(jié)構(gòu)、饋電電纜及信標(biāo)收發(fā)信機(jī)連接構(gòu)成的校準(zhǔn)鏈路;利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對耦合結(jié)構(gòu)預(yù)先進(jìn)行校準(zhǔn),分別記錄其接收與發(fā)射傳輸系數(shù);對智能天線陣進(jìn)行接收校準(zhǔn),將每條接收鏈路與參考鏈路傳輸系數(shù)的幅度調(diào)整為相同,將相位差Φ記錄儲存在基帶處理器中;進(jìn)行發(fā)射校準(zhǔn),將每條發(fā)射鏈路與參考鏈路的傳輸系數(shù)的幅度調(diào)整為相同,將相位差Ψ記錄在基帶處理器中。
文檔編號H01Q3/26GK1283901SQ99111350
公開日2001年2月14日 申請日期1999年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月10日
發(fā)明者李世鶴 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電信科學(xué)技術(shù)研究院