專利名稱：自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，具體地說，本發(fā)明涉及這樣一種系統(tǒng)，在使用該系統(tǒng)的諸如TDD(時分雙工)之類通信系統(tǒng)的通信中，該系統(tǒng)可自動校正每個陣列天線元件的振幅和相位，諸如TDD(時分雙工)之類通信系統(tǒng)基于時分進(jìn)行發(fā)射和接收。
最近，由于諸如便攜式電話和／或PHS(個人手持式電話系統(tǒng))之類移動通信的快速發(fā)展，在有限的頻寬中具有盡可能多的用戶已變得越來越重要。于是，現(xiàn)在一種多信道訪問系統(tǒng)廣泛應(yīng)用在移動通信系統(tǒng)中，在該多信道訪問系統(tǒng)中，一個特定信道由多個用戶共享。目前的移動通信系統(tǒng)，例如蜂窩系統(tǒng)和／或PHS中使用的典型的多信道訪問系統(tǒng)是時分多路存取(TDMA)系統(tǒng)。此外，在頻率使用效率極好的微蜂窩系統(tǒng)中，使用了基于時分在同一頻率上共享發(fā)射和接收的時分雙工(TDD)系統(tǒng)。
另一方面，為了具有在無線電信道中具有高的頻率使用效率，消除相鄰蜂窩的干擾是必不可少的。提高頻率使用效率的常規(guī)技術(shù)是使用自適應(yīng)陣列天線。在Monzingo等的“Introduction to AdaptiveArray”，John willy&Sons，New York，1980中對此進(jìn)行了說明。自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)具有一系列天線振子，每個天線振子具有關(guān)于振幅和相位的加權(quán)輸入信號，從而天線系統(tǒng)對沿干涉波方向的輻射圖具有零方向性，消除干涉波的影響。


圖13表示了當(dāng)自適應(yīng)陣列天線用在TDD系統(tǒng)中時的常規(guī)構(gòu)造。當(dāng)自適應(yīng)陣列天線用在TDD系統(tǒng)中時，能夠把接收方中天線的輻射圖按原樣用作發(fā)射方的輻射圖，因?yàn)榘l(fā)射頻率與接收頻率相同。于是，自適應(yīng)陣列天線適用于考慮發(fā)射特性的TDD系統(tǒng)。
在圖13中，數(shù)字13-1-1～13-1-N代表N(N是大于2的整數(shù))個天線振子，每個天線振子通過發(fā)射／接收轉(zhuǎn)換器13-2-1～13-2-N與發(fā)射器13-3-1～13-3-N或者接收器13-4-1～13-4-N耦合。
接收信號通過天線振子和發(fā)射／接收轉(zhuǎn)換器被提供給接收器。接收器的輸出被提供給計(jì)算每個信道的振幅和相位的輻射圖控制計(jì)算電路13-7(或者方向控制計(jì)算電路)。加權(quán)乘法電路13-6把所述振幅和所述相位與要發(fā)射的信號相乘，并通過發(fā)射器和發(fā)射／接收轉(zhuǎn)換器把乘積提供給天線振子。天線振子的振幅和相位由加權(quán)乘法電路控制，從而獲得所需形狀的天線波束。
于是，當(dāng)輻射圖控制計(jì)算電路提供每個信道的振幅和相位，并且加權(quán)乘法電路提供所述振幅和所述相位與發(fā)射信號的乘積時，發(fā)射輻射圖和接收輻射圖基本相同。
不過，雖然一個天線振子的振幅和相位最好應(yīng)和所有天線振子中的振幅和相位相同，但是由于包括功率放大器，接線電纜的高頻電路的誤差，和／或安裝設(shè)備的地方的溫度變化，天線振子的振幅和相位實(shí)際上是互不相同的。這種誤差惡化了零迅號和旁瓣，從而降低了自適應(yīng)陣列天線的干擾抑制性能。在J．Litva等的“Digital Beamforming inWireless Communications”，Artech House Publishrs，1996中對此進(jìn)行了說明。
圖11表示了這種降低的一個例子。圖11表示了三個天線振子的環(huán)形布置的陣列天線。圖11(a)表示了理想的振幅／相位關(guān)系的情況，圖11(b)表示了由于每個天線振子的振幅和／或相位的誤差引起的輻射圖中零迅號的深度。理想情況下，得到如圖11(a)中所示的具有沿180°方向的零迅號。但是，當(dāng)在每個天線振子的振幅和／或相位中存在誤差時，輻射圖被顯著降低為如圖11(b)中所示。因此，當(dāng)發(fā)射輻射圖應(yīng)與TDD系統(tǒng)中自適應(yīng)陣列天線的接收輻射圖相一致時，應(yīng)調(diào)節(jié)陣列天線中各個分支中的振幅和相位。
通常，當(dāng)調(diào)節(jié)陣列天線的振幅和相位時，接收來自遠(yuǎn)場的信號，或者說由遠(yuǎn)場中的陣列天線發(fā)射的信號，并順序旋轉(zhuǎn)每個分支的相位。這稱為單元場矢量旋轉(zhuǎn)方法，在Mano和Kataki的“A Method forMeasuring Amplitude／Phase of Antenna Element in Phased ArrayAntenna”，日本的Institute of Electronics，Information andCommunication出版的Technical Journal(B)，Vol．J-65-B，No．5，第555-560頁中對此進(jìn)行了說明。
但是，當(dāng)在微蜂窩移動通信系統(tǒng)中，基站不是有規(guī)則地設(shè)置，而是考慮到消除服務(wù)區(qū)中的盲區(qū)，和／或通信量進(jìn)行設(shè)置時，不能夠在每個基站中使用上述方法。
此外，當(dāng)我們們嘗試終端站發(fā)射信號，以便進(jìn)行調(diào)節(jié)時，必須在實(shí)際通信過程中發(fā)射所述信號，于是，降低了通信幀的傳輸效率。
于是，在移動通信系統(tǒng)環(huán)境中，希望通過使用實(shí)際的通信設(shè)備本身，調(diào)節(jié)每個分支的振幅和相位。
通過使用實(shí)際的通信設(shè)備本身，調(diào)節(jié)每個分支的振幅和相位的一種現(xiàn)有建議是設(shè)備具有用于調(diào)節(jié)目的的參考信號，通過利用所述參考信號，調(diào)節(jié)陣列天線。在H．Steyscal等的“Digital Beamforming forReaders”，Microwave Journal，vol．32，no．1，pp121-136中對此進(jìn)行了說明。圖12中表示了文獻(xiàn)中的調(diào)節(jié)電路的構(gòu)造。
圖12中，按照如下所述調(diào)節(jié)陣列天線。
(1)參考信號發(fā)生器12-11通過分離器12-14a向接收器12-3發(fā)送為所有分支所共有的信號?；谠诿總€接收器中接收的值，和是由特定接收器接收的接收值的參考值，確定每個接收器的調(diào)節(jié)值。
(2)發(fā)射器12-4通過轉(zhuǎn)換器12-13和衰減器12-12，向接收器發(fā)送信號。根據(jù)每個接收器的輸出，以及在所述步驟(1)中確定的參考接收器的參考值，得到調(diào)節(jié)值。
(3)根據(jù)所述步驟(1)和所述步驟(2)的差值，得到發(fā)射調(diào)節(jié)值。
因此，通過只使用通信設(shè)備，圖12可調(diào)節(jié)陣列天線的每個分支的振幅和相位。
但是，圖12獨(dú)立地進(jìn)行發(fā)射器和接收器的調(diào)節(jié)，于是其缺點(diǎn)是不能在基于時分多路復(fù)用系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)射和接收的TDD系統(tǒng)中的實(shí)際通信過程中進(jìn)行調(diào)節(jié)。于是，不能隨著諸如如通信過程中溫度變化之類的環(huán)境變化和／或基站位置的變化而變化。
本發(fā)明的目的是提供一種自適應(yīng)陣列天線，在實(shí)際通信過程中，通過只利用通信設(shè)備本身，可調(diào)節(jié)該陣列天線。對于每個分支的振幅和相位的調(diào)節(jié)，本發(fā)明并不使用外部信號，于是，不會降低傳輸效率。
實(shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的特征在于一種自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，它包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(1-1-1～1-1-N)；N個發(fā)射器(1-3-1～1-3-N)，N個接收器(1-4-1～1-4-N)；通過對施加給與每個天線振子相關(guān)的相應(yīng)接收器的信號的振幅和相位加權(quán)，并組合加權(quán)后的信號，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的方向性計(jì)算電路(1-7)；所述自適應(yīng)陣列天線用在時分雙工通信系統(tǒng)中；在通信中的發(fā)射時隙中，每個發(fā)射器與相關(guān)的天線振子耦合，并具有把部分發(fā)射發(fā)送給至少一個接收器的裝置(1-5-1～1-5-N)；接收至少兩個接收器的輸出，并根據(jù)所述至少兩個接收器的輸出的比值，提供與所述發(fā)射器和所述接收器要關(guān)的分支的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路(1-6)，所述至少兩個接收器在發(fā)射時隙內(nèi)接收來自發(fā)射器的信號。
在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(2-1-1～2-1-N)；N個發(fā)射器(2-3-1～2-3-N)，N個接收器(2-4-1～2-4-N)；為各個天線振子配置的，用于選擇性地使相應(yīng)的天線振子與相應(yīng)的發(fā)射器或者與相應(yīng)的接收器耦合的N個第一轉(zhuǎn)換器(2-2-1～2-2-N)；通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的信號，控制所述陣列天線的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(2-10)；把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(2-11)；為各個發(fā)射器配置的，用于使相應(yīng)發(fā)射器的輸出與相應(yīng)天線振子耦合，并分離部分發(fā)射信號的N個分離器(2-5-1～2-5-N)；使第一分離器(2-5-1)分離的信號與第二～第N接收器(2-4-2～2-4-N)之一耦合的第二分轉(zhuǎn)換器(2-6)；使第二～第N分離器(2-5-2～2-5-N)分離的信號與第一接收器(2-4-1)耦合的第三轉(zhuǎn)換器(2-7)；使各個接收器(2-4-i)的輸入通過相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)換器(2-2-i)與相應(yīng)的天線振子(2-1-i)的信號耦合，或者與來自所述第二轉(zhuǎn)換器(2-6)或者所述第三轉(zhuǎn)換器(2-7)的信號耦合的第四轉(zhuǎn)換器(2-8-1～2-8-N)；通過利用在各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(2-9)。
最好，所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(2-9)通過分離來自第一發(fā)射器(2-3-1)的信號；通過所述第二轉(zhuǎn)換器(2-6)，使分離的信號與第i(2≤i≤N，i是整數(shù))個第四轉(zhuǎn)換器(2-8-i)耦合；在通過第i個第四轉(zhuǎn)換器(2-8-i)接收所述分離信號的所述第i個接收器(2-4-i)的輸出端得到值(1)；分離來自第i個發(fā)射器(2-3-i)的信號；通過所述第三轉(zhuǎn)換器(2-7)，使分離信號與第一個第四轉(zhuǎn)換器(2-8-1)耦合；在接收來自第i個發(fā)射器(2-4-i)的所述分離信號的第一接收器(2-4-1)的輸出端得到值(2)；并提供(所述值(1)／(所述值(2))的比值作為第i分支的校準(zhǔn)值，提供第i個天線振子的校準(zhǔn)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(4-1-1～4-1-N)；N個發(fā)射器(4-3-1～4-3-N)，N個接收器(4-4-1～4-4-N)；為各個天線振子配置的，用于把天線振子(4-1-i)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的發(fā)射器(4-3-i)，或者轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的接收器(4-4-i)的第一轉(zhuǎn)換器(4-2-1～4-2-N)；通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的值，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(4-10)；把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(4-11)；把每個發(fā)射器的輸出分離成兩個信號的N個分離器(4-5-1～4-5-N)；使第k個接收器(4-4-k)的輸入與第(k-1)分離器(4-5-k)(2≤k≤N-1，k是整數(shù))，或者與第k+1分離器(4-5-(k+1))相連的(N-2)個第二轉(zhuǎn)換器(4-6-2～4-6-(N-1))；使第k個分離器(4-5-k)與第(k-1)接收器(4-4-(k-1))的輸入，或者與第k+1接收器(4-4-(k+1))的輸入相連的(N-2)個第三轉(zhuǎn)換器(4-7-2～4-7-(N-1))；使相應(yīng)接收器(4-4-i)的輸入或者通過所述第一轉(zhuǎn)換器之一(4-2-i)與相應(yīng)的天線振子(4-1-i)連接，或者與來自所述第二轉(zhuǎn)換器(4-6-i)或所述第三轉(zhuǎn)換器(4-7-i)的信號相連的第四轉(zhuǎn)換器(4-8-1～4-8-N)；通過利用在所述各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(4-9)。
最好，所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(4-9)計(jì)算C(i)=A(i)／B(i)，(1≤i≤N-1，i是整數(shù))，并對第(i+1)分支的振幅／相位校準(zhǔn)值賦值，以致C(i) 當(dāng)i=1時D(i)=C(i-1)C(i)當(dāng)i≠1時這里A(i)是第(i+1)接收器(4-4-(i+1))的輸出，該接收器通過第i個分離器(4-5-i)，所述第二轉(zhuǎn)換器(4-6-(i+1))和第(i+1)第四轉(zhuǎn)換器(4-8-(i+1))接收第i發(fā)射器(4-3-i)的輸出，B(i)是第i接收器(4-4-i)的輸出，該接收器通過第(i+1)分離器(4-5-(i+1))，所述第三轉(zhuǎn)換器(4-7-i)和第i個第四轉(zhuǎn)換器(4-8-i)接收第(i+1)發(fā)射器(4-3-(i+1))的輸出。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(6-1-1～6-6-N)；N個發(fā)射器(6-3-1～6-3-N)，N個接收器(6-4-1～6-4-N)；把每個天線振子(6-1-i)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的發(fā)射器(6-3-i)，或者轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的接收器(6-4-i)的第一轉(zhuǎn)換器(6-2-1～6-2-N)；通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的值，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(6-10)；把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(6-11)；為各個發(fā)射器配置的，用于分離各個發(fā)射器的輸出信號的N個分離器(6-5-1～6-5-N)；把來自第一分離器(6-5-1)的信號與第1～第N接收器(6-4-1～6-4-N)之一相連的第二轉(zhuǎn)換器(6-6)；使第一接收器(6-4-1)的輸入與第1～第N分離器(6-5-1～6-5-N)之一相連的第三轉(zhuǎn)換器(6-7)；使相應(yīng)接收器(6-8-i)的輸入或者通過第一轉(zhuǎn)換器(6-2-1)與第一天線振子(6-1-1)連接，或者與來自第二轉(zhuǎn)換器(6-6)或第三轉(zhuǎn)換器(6-7)的信號相連的N個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1～6-8-N)；通過利用在各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(6-9)。
最好，所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(6-9)通過通過使用第一分離器(6-5-1)，分離來自第一發(fā)射器(6-3-1)的信號；通過所述第二轉(zhuǎn)換器(6-6)，使分離的信號與第i(1≤i≤N，i是整數(shù))個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-i)耦合；在通過第i個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-i)接收所述分離信號的第i個接收器(6-4-i)的輸出端得到值(1)；通過利用第i個分離器(6-5-i)，分離來自第i個發(fā)射器(6-3-i)的信號；通過所述第三轉(zhuǎn)換器(6-7)，使分離信號與第一個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1)耦合；在通過所述第一個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1)，接收來自第i個發(fā)射器(6-3-1)的所述分離信號的第一接收器(6-4-1)的輸出端得到值(2)；并提供(所述值(1)／(所述值(2))的比值作為第i個天線振子的校準(zhǔn)值，提供第i個天線振子的校準(zhǔn)值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(9-1-1～9-1-N)；N個發(fā)射器(9-3-1～9-3-N)，N個接收器(9-4-1～9-4-N)；為各個天線振子配置的，用于把天線振子轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的發(fā)射器，或者轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的接收器的第一轉(zhuǎn)換器(9-2-1～9-2-N)；通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的值，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(9-10)；把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(9-11)；為每個發(fā)射器配置的，用于分離來自相應(yīng)發(fā)射器的信號的N個分離器(9-5-1～9-5-N)；使第一分離器(9-5-1)的信號與第1～第N個接收器(9-4-1～9-4-N)之一連接的第二轉(zhuǎn)換器(9-6)；連接來自第一分離器(9-5-1)或者來自第k(2≤k≤N，k是整數(shù))個分離器的第k個接收器的輸入的第三轉(zhuǎn)換器(9-7-2～9-7-N)；使相應(yīng)接收器的輸入或者與通過相應(yīng)第一轉(zhuǎn)換器來自相應(yīng)天線振子的信號，或者與來自所述第二轉(zhuǎn)換器或所述第三轉(zhuǎn)換器的信號相連的N個第四轉(zhuǎn)換器(9-8-1～9-8-N)；通過利用在所述各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(9-9)。
最好，所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路計(jì)算C(i)=A(i)／A(1)D(i)=B(k=i)／A(i)并把C(i)／D(i)賦值為第i個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值，其中A(i)是第i個接收器(9-4-i)的輸出，該接收器通過第一分離器(9-5-1)，第二轉(zhuǎn)換器(9-6)和第i個第四轉(zhuǎn)換器(9-8-i)接收第一發(fā)射器(9-3-1)的輸出，B(k)(2≤k≤N，k是整數(shù))是第k個接收器(9-4-k)的輸出，該接收器通過第k個分離器(9-5-k)，第三轉(zhuǎn)換器(9-7-2)和第k個第四轉(zhuǎn)換器(9-8-k)接收第k個發(fā)射器的輸出。
在現(xiàn)有技術(shù)中，為了使天線的發(fā)射圖和天線的接收圖相一致，與收發(fā)器中的接收部分無關(guān)地校準(zhǔn)收發(fā)器中的發(fā)射器。于是，需要用于發(fā)射部分的校準(zhǔn)裝置，也需要用于接收部分的校準(zhǔn)裝置。
即使分支間存在振幅和／或相位誤差，通過恰當(dāng)?shù)匦纬商炀€的方向性，自適應(yīng)陣列天線一般可降低接收模式下的干擾。通過利用在接收模式下是最佳的天線圖，是足以進(jìn)行發(fā)射的，于是，在交替進(jìn)行發(fā)射和接收的TDD系統(tǒng)中，在發(fā)射時段內(nèi)，可校準(zhǔn)發(fā)射部分和接收部分。
根據(jù)本發(fā)明，設(shè)置了向接收器反饋發(fā)射信號的若干回路，從而發(fā)射信號不僅被反饋給發(fā)射器相同分支的接收器，而且被反饋給其它分支的接收器。換句話說，發(fā)射信號不僅如現(xiàn)有技術(shù)的情況一樣，被反饋給發(fā)射器所屬分支的接收器，而且發(fā)射信號還被反饋給其它分支，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射部分和接收部分的校準(zhǔn)。
在圖2和圖3的實(shí)施例中，單個分支被指定為參考分支，參考分支的發(fā)射信號被提供給其它分支的接收器，從而在通信過程中，發(fā)射器和接收器的值被校準(zhǔn)，振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路被校準(zhǔn)。
在圖4和5的實(shí)施例中，把參考信號反饋給接收器的轉(zhuǎn)換器的觸點(diǎn)被減少。在本實(shí)施例中，計(jì)算相鄰兩個分支之間的校準(zhǔn)值，一開始計(jì)算第一和第二分支之間的校準(zhǔn)值。隨后，按順序替換一對兩個分支，從而得到所有分支的校準(zhǔn)值。本實(shí)施例中表示了振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路的校準(zhǔn)。
在圖7和8的實(shí)施例中，不僅在通信過程中得到發(fā)射部分和接收部分的校準(zhǔn)值，而且獨(dú)立于接收部分的校準(zhǔn)值，得到發(fā)射部分的校準(zhǔn)值。本實(shí)施例中還表示了振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路的校準(zhǔn)。
在圖9和10的實(shí)施例中，不僅在通信過程中得到發(fā)射部分和接收部分的校準(zhǔn)值，而且獨(dú)立于接收部分的校準(zhǔn)值，得到發(fā)射部分的校準(zhǔn)值。本實(shí)施例還具有校準(zhǔn)電路中的布線較短的特征，因?yàn)槌藚⒖挤种е猓l(fā)射信號只被反饋給與發(fā)射信號相同分支的接收器。在本實(shí)施例中還表示了振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路的校準(zhǔn)。
圖1表示了本發(fā)明的概括結(jié)構(gòu)；圖2表示了本發(fā)明的一個實(shí)施例的方框圖；圖3表示了根據(jù)圖2的實(shí)施例進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖；圖4表示了本發(fā)明的另一實(shí)施例的方框圖；圖5表示了根據(jù)圖4的實(shí)施例進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖；圖6表示了本發(fā)明的又一實(shí)施例的方框圖；圖7表示了根據(jù)圖6的實(shí)施例進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖；圖8表示了根據(jù)圖6的實(shí)施例進(jìn)行校準(zhǔn)的另一工作流程圖；圖9表示了本發(fā)明的又一實(shí)施例的方框圖；圖10表示了根據(jù)圖9的實(shí)施例進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖；圖11表示了當(dāng)偏離陣列天線的振幅和相位的理想情況，在各個分支之間存在振幅和相位誤差時，零迅號深度的一個例子；圖12表示了現(xiàn)有校準(zhǔn)電路的結(jié)構(gòu)；圖13表示了用在TDD通信系統(tǒng)中的現(xiàn)有自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖14表示了當(dāng)本發(fā)明用在TDD通信系統(tǒng)中時的工作流程圖。
在TDD通信系統(tǒng)中，發(fā)射時隙T和接收時隙R交替分布，如圖14中所示。每個時隙的時間長度很短。于是，在發(fā)射時隙T內(nèi)，接收機(jī)處于空閑期。本發(fā)明通過向接收機(jī)反饋一部分發(fā)射信號，在空閑期內(nèi)，校準(zhǔn)陣列天線。在一個實(shí)施例中，在每個發(fā)射時隙中校準(zhǔn)一個單個天線振子。例如，當(dāng)在預(yù)定的時隙內(nèi)校準(zhǔn)i=2的天線陣列時，在下一時隙內(nèi)校準(zhǔn)i=3的另一天線振子。通過重復(fù)上述操作，校準(zhǔn)所有天線振子。當(dāng)完成對天線振子的校準(zhǔn)時，所述天線振子的振幅和相位被固定為校準(zhǔn)后的值。每隔預(yù)定的一段時間(例如每隔1小時)進(jìn)行一次校準(zhǔn)。
圖1表示了本發(fā)明的概括方框圖。在圖1中，數(shù)字1-1(1-1-1～1-1-k)是天線振子，1-2(1-2-1～1-2-k)是發(fā)射／接收分離電路，1-3(1-3-1～1-3-k)是發(fā)射器，1-4(1-4-1～1-4-k)是接收器，1-5(1-5-1～1-5-k)是分配器，1-6是振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路，1-7是輻射圖控制計(jì)算電路。
下面說明本發(fā)明的工作原理。為了簡化振幅和相位的表達(dá)式，假定以復(fù)值的形式表示各個參數(shù)。例如，當(dāng)振幅為A，相位為θ時，它們由參數(shù)B表達(dá)，從而B=A exp(jθ)。
接收情況下，第i個分支(第i個天線振子)的輸出yri被表示為yri=Wop1Xi=WiMiRiXi(1)這里，Xi是第i個分支的輸入信號，Wop1是當(dāng)接收情況下，分支之間不存在振幅差和相位誤差時，天線振子的最佳加權(quán)，Wi是通過使用經(jīng)受振幅變化和相位變化的接收信號，由接收器獲得的第i個單元的加權(quán)，Mi是由天線和天線電纜得到的振幅和相位，Ri是由接收器得到的振幅和相位。
另一方面，在陣列天線的輻射圖控制之后，輻射到空間的第i個發(fā)射器的輸出yti被表示為yti=WisiMiTi(2)這里，si是第i個發(fā)射器的輸出，Ti由發(fā)射器得到的振幅和相位。
關(guān)系式y(tǒng)ti=yri必須被滿足，以便發(fā)射圖和接收圖相一致。當(dāng)從等式(1)和(2)消去Wi時，得到下述等式。
yti=(Wopt／MiRi)siMiTi=Woptsi(Ti／Ri)(3)在等式(3)中，天線振子和天線電纜得到的振幅和相位被發(fā)射方和接收方對消。于是，如下所示獲得在第i個分支得到的振幅／相位Ki。
Ki=Ri／Ti(4)為每個分支獲得值Ki，隨后，特定分支被選定為參考分支，并得到值Ki相對于該參考值的相對值。相對值提供分支之間的振幅和相位的校準(zhǔn)。例如，當(dāng)參考分支是第一分支時，如下所示得到第i個分支的校準(zhǔn)值Hi。
Hi=(Ki／K1)=(Ri／Ti)／(R1／T1)=T1Ri／(TiR1)(5)通過利用等式(3)和(5)，得到如下所示的校準(zhǔn)后輸出yti′]]>。yti′=WoptsiTi/RiHi=Woptsi(1/K1)----(6)]]>由于在等式(6)中值K1是常數(shù)，因此通過使用等式(6)，具有最佳加權(quán)的傳輸是可能的，在該傳輸中，接收情況下各個分支之間不存在振幅差和相位差。于是，如果得到等式(5)的值，僅僅借助發(fā)射時段內(nèi)的測量，是能夠校準(zhǔn)每個分支的。
為了獲得等式(5)的值，圖1不僅向同一分支的接收器反饋發(fā)射信號，而且向其它分支反饋發(fā)射信號。例如，就第k個分支而論，通過向和發(fā)射器相同分支的接收器反饋發(fā)射信號，得到Tk／Rk值，但是該值不足以獲得要求的校正值。于是，在第一分支和第k個分支之間形成用于從第一發(fā)射器向第k個接收器發(fā)送信號的回路，及用于從第k個發(fā)射器向第一接收器發(fā)送信號的回路，從而分別得到T1Rk和TkR1。根據(jù)這些值(T1Rk和TkR1)的比例，得到等式(5)的值，從而得到第k個發(fā)射器／接收器相對于第一分支的振幅／相位校準(zhǔn)值。
因此，應(yīng)認(rèn)識到在本發(fā)明中，通過結(jié)合在發(fā)射時段內(nèi)向其它分支反饋發(fā)射信號的回路，得到必需的校準(zhǔn)值。
本發(fā)明的第一實(shí)施例圖2是本發(fā)明的方框圖，圖2是表示利用圖2的電路進(jìn)行校準(zhǔn)的過程的工作流程圖。
在圖2中，分支的數(shù)目為N，符號2-k-i中的i(1≤i≤N)表示與第i個分支耦合的單元。圖2中的箭頭代表信號的方向。在圖2中，2-1(2-1-1～2-1-N)表示天線振子，2-2(2-2-1～2-2-N)代表使天線振子與發(fā)射器或者與接收器耦合的第一轉(zhuǎn)換器，2-3(2-3-1～2-3-N)是發(fā)射器，2-4(2-4-1～2-4-N)是接收器，2-5(2-5-1～2-5-N)是使發(fā)射器的輸出與相關(guān)的天線振子耦合，并分離發(fā)射器的部分輸出的分離器，2-6(2-6-1～2-6-k)是使來自第一分離器2-5-1的信號與接收器2-5-1～2-5-N之一耦合的第二轉(zhuǎn)換器，2-7是使來自第二分離器2-5-2～2-5-N的信號之一與第一接收器2-4-1耦合的第三轉(zhuǎn)換器，2-8(2-8-1～2-8-N)是使第二轉(zhuǎn)換器2-6或者第三轉(zhuǎn)換器2-7與接收器2-4耦合的第四轉(zhuǎn)換器，2-9是振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路，2-10是輻射圖控制計(jì)算電路，2-11是加權(quán)乘法電路。
現(xiàn)在，將根據(jù)圖3的流程圖，說明如何為每個分支得到等式(5)的過程，及圖2的操作。
(1)第一分支中的發(fā)射器(2-3-1)向第i分支中的接收器(2-4-i)發(fā)送信號。這在圖3中表示于方框S-21中。信號通過分離器(2-5-1)，第二轉(zhuǎn)換器(2-6)和第四轉(zhuǎn)換器(2-8)。借助該步驟中的過程，振幅／相位校準(zhǔn)電路2-9接收值T1Ri(7)使用分離器從2-3-1向2-8發(fā)送信號的原因是衰減接收器的接收電平，因?yàn)樵谔炀€級前設(shè)置有提供足夠發(fā)射功率的功率放大器，于是，如果照原樣接收發(fā)射信號，則接收電平將太高并超過許可的最高接收電平。于是，設(shè)定從2-3-1到2-8的信號，以便電平低于實(shí)際的發(fā)射信號。分離器由，例如耦合器實(shí)現(xiàn)。
使用第二轉(zhuǎn)換器的原因是把分支1的發(fā)射信號發(fā)送給除分支1之外的分支之一中的接收器。
使用第四轉(zhuǎn)換器的原因是在通信中的接收時段內(nèi)，第i個接收器只請求第i個天線振子的信號，同時它請求由第一發(fā)射器(2-3-1)發(fā)送的，用于獲得校準(zhǔn)值的信號。
(2)和步驟(1)同時，從第i分支中的發(fā)射器(2-3-i)向第一分支中的接收器2-4-1發(fā)送信號。這由圖3中的S-22表示。信號通過分離器(2-5-i)，第三轉(zhuǎn)換器(2-7)和第四轉(zhuǎn)換器(2-8-1)。
借助該步驟中的過程，振幅／相位校準(zhǔn)電路2-9接收值TiR1(8)使用分離器從2-3-i向2-8發(fā)送信號的原因與步驟(1)(S-21)中的原因相同。
使用第三轉(zhuǎn)換器的原因是把第i個分支(i=2～N)的發(fā)射信號之后發(fā)送給第一分支中的接收器。
使用第四轉(zhuǎn)換器的原因是在通信中的接收時段內(nèi)，第一接收器只向一個天線振子請求信號，同時它向發(fā)射器(2-3-i)請求用于校準(zhǔn)的信號。
(3)等式(7)和(8)的比值(=等式(7)／等式(8))形成等式(5)。這樣，得到第i個分支相對于第一分支的校準(zhǔn)值(S-23)。
(4)在值i加1之后，重復(fù)上述步驟(1)～(3)，直到值i達(dá)到值N時為止。
最后，加法乘法電路2-11把這樣得到的校準(zhǔn)值和接收信號的振幅／相位值相乘，并通過利用所述乘法的乘積，實(shí)現(xiàn)傳輸。這樣，在發(fā)射器／接收器自身中實(shí)現(xiàn)陣列天線的分支間的校準(zhǔn)，并且仿佛在分支之間不存在任何振幅差和任何相位差地提供極好的發(fā)射。這樣，根據(jù)本發(fā)明，分支之間的振幅和相位被校準(zhǔn)。
應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明通過利用實(shí)際的發(fā)射信號，提供校準(zhǔn)值，于是，在實(shí)際通信過程中實(shí)時地實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。本發(fā)明可補(bǔ)償高頻電路中的溫度性能。在現(xiàn)有技術(shù)中這種補(bǔ)償是不可能的。
本發(fā)明的其它實(shí)施例圖4表示了本發(fā)明的方框圖，圖5表示了利用圖4的電路進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖。在圖4中，4-k-i中的符號i(1＜i＜N，i是整數(shù)=通常表示與第i個分支相關(guān)的裝置。圖4中的箭頭代表信號的方向。數(shù)字4-1(4-1-1～4-1-N)是天線振子，4-2(4-2-1～4-2-N)是在發(fā)射和接收之間轉(zhuǎn)換天線振子的第一轉(zhuǎn)換器，4-3(4-3-1～4-3-N)是發(fā)射器，4-4(4-4-1～4-4-N)是接收器，4-5(4-5-1～4-5-N)是分離器，4-7-k(2＜k＜N-1；k是整數(shù))是使來自4-5-k的信號與4-4-k-1或者與4-4-k+1耦合的第三轉(zhuǎn)換器，4-6-k(2＜k＜N-1；k是整數(shù))是使來自4-5-k-1或者來自4-5-k+1的信號與4-4-k耦合的第二轉(zhuǎn)換器，4-8(4-8-1～4-8-N)是使4-4與4-6或者4-7耦合的第四轉(zhuǎn)換器，4-9是振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路，4-10是輻射圖控制計(jì)算電路。數(shù)字4-11是加權(quán)乘法電路。
現(xiàn)在，根據(jù)圖5的流程圖來說明等式(5)的值是如何得到的。
(1)假定i=1。這樣，得到第一分支和第二分支之間的校準(zhǔn)值。第一分支的發(fā)射器(4-3-1)通過分離器(4-5-1)，第二轉(zhuǎn)換器(4-6-2)和第四轉(zhuǎn)換器(4-8-2)向第二分支的接收器(4-4-2)發(fā)送信號。借助該過程，振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路的輸出值為如下所示T1R2(9)使用分離器從4-3-1向4-4-2發(fā)送信號的原因在于在天線振子的輸入側(cè)使用了提供足夠的發(fā)射功率的功率放大器，并且如果接收器照原樣接收發(fā)射功率的話，接收電平將超過允許的最高接收電平。于是，和實(shí)際的發(fā)射信號相比，從4-3-1到4-4-2的信號被衰減。利用，例如耦合器實(shí)現(xiàn)分離器。
使用第二轉(zhuǎn)換器的原因是接收器4-4-2不僅必須接收分支1的發(fā)射信號，而且還必須接收分支3的發(fā)射信號，這在后面將進(jìn)行說明。
使用第四轉(zhuǎn)換器的原因是在實(shí)際通信過程中，接收器只向一個天線振子請求信號，此外它還向第一分支的發(fā)射器(4-3-1)請求信號。
(2)第二分支的發(fā)射器(4-3-2)通過分離器(4-5-2)，第三轉(zhuǎn)換器(4-7-2)和第四轉(zhuǎn)換器(4-8-1)向第一分支的接收器(4-4-1)發(fā)送信號。借助該過程，振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路的輸出值為T2R1(10)使用分離器從4-3-2向4-4-1發(fā)送信號的原因和上面說明的原因相同。
使用第三轉(zhuǎn)換器的原因在于第二分支的發(fā)射信號不僅必須被發(fā)送給第一分支的接收器，還必須被發(fā)送給第三分支的接收器，這在后面將進(jìn)行說明。
使用第四轉(zhuǎn)換器的原因在于在實(shí)際的通信過程中，接收器4-4-1只請求天線振子4-1-1的信號，并且在校準(zhǔn)過程中，只請求發(fā)射器4-3-2的信號。(3)得到等式(9)和等式(10)的比值(等式(9)／等式(10))，從而得到當(dāng)i=1時，等式(5)的值。這樣，得到分支2相對于分支1的校準(zhǔn)值。
(4)隨后，使值i加1，從而i=i+1。重復(fù)上述步驟(1)和(2)，從而在步驟(1)和(2)中分別得到下述值T2R3(11)T3R2(12)(等式(11)／等式(12))的比值產(chǎn)生第三分支相對于第二分支的校準(zhǔn)值。
(5)當(dāng)通過利用校準(zhǔn)后的值進(jìn)行實(shí)際發(fā)射時，必須獲得所有分支相對于特定參考分支的校準(zhǔn)值。假定參考分支是第一分支。假定H2，1=(等式(9)／等式(10))，并且H3，2=(等式(11)／等式(12))，則，第三分支相對于第一分支的校準(zhǔn)值H3，1如下所示H3，1=H2，1H3，2=[T1R2／(T2R1)][T2R3／(T3R2)]=T1R3／(T3R1)=(R3／T3)／(R1／T1)(13)如上所述，借助第i分支相對于第i-1分支的校準(zhǔn)值Hi，i-1和第i-1分支相對于第1分支的校準(zhǔn)值Hi-1，1得到第i分支的校準(zhǔn)值，如下所示Hi，1=Hi-1，1Hi，i-1=[T1Ri-1／(Ti-1R1)][Ti-1Ri／(TiRi-1)]=T1Ri／(TiR1)=(Ri／Ti)／(R1／T1)(14)
最后，對于每個分支，加權(quán)乘法電路把這樣獲得的校準(zhǔn)值和接收的振幅／相位值相乘。通過利用該加權(quán)值，實(shí)現(xiàn)發(fā)射。這樣，在收發(fā)器自身內(nèi)實(shí)現(xiàn)陣列天線的分支之間的振幅值和相位值的補(bǔ)償，并且仿佛不存在任何振幅差和任何相位差地實(shí)現(xiàn)發(fā)射。
如上所述，本實(shí)施例在實(shí)際通信過程中實(shí)現(xiàn)陣列天線的分支之間的振幅誤差和相位誤差的補(bǔ)償。這樣，在本發(fā)明中，溫度性能的補(bǔ)償是可能的，而在現(xiàn)有技術(shù)中，這種補(bǔ)償是不可能的。
此外，圖4的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是雖然和圖2相比，用于校準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換器的數(shù)目增加了，但是轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)目僅為2，而在圖2的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)目為N-1。利用市場上可買到的轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)具有兩個輸出觸點(diǎn)的轉(zhuǎn)換器，于是，即使當(dāng)天線振子的數(shù)目增加時，也可實(shí)現(xiàn)圖4的結(jié)構(gòu)。
圖6是本發(fā)明另一實(shí)施例的方框圖，圖7和圖8表示了利用圖6的設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖。
在圖6中，6-k-i中的數(shù)字i(1＜k＜i(1＜i＜N；i是整數(shù))表示與第i個分支相關(guān)的設(shè)備。圖6中的箭頭代表信號的方向。數(shù)字6-1(6-1-1～6-1-N)代表天線振子，6-2(6-2-1～6-2-N)代表在發(fā)射和接收之間轉(zhuǎn)換天線振子的第一轉(zhuǎn)換器，6-3(6-3-1～6-3-N)是發(fā)射器，6-4(6-4-1～6-4-N)是接收器，6-5(6-5-1～6-5-N)是分離器，6-6是連接來自6-5-1的信號與接收器6-4-1～6-4-N之一的第二轉(zhuǎn)換器，6-7是連接來自接收器6-4-1的信號與分離器6-5-1～6-5-N之一的第三轉(zhuǎn)換器，6-8(6-8-1～6-8-N)是連接接收器6-4-i與第二轉(zhuǎn)換器6-6或者第三轉(zhuǎn)換器6-7的第四轉(zhuǎn)換器，6-9是振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路，6-10是輻射圖控制計(jì)算電路。數(shù)字6-11是加權(quán)乘法電路。
現(xiàn)在，根據(jù)圖7描述為每個分支獲得等式(5)的值的操作。
(1)第一分支的發(fā)射器(6-3-1)通過分離器(6-5-1)，第二轉(zhuǎn)換器6-6和第四轉(zhuǎn)換器(4-8-i)向第i分支的接收器(6-4-i)發(fā)送信號。借助該過程，在振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路6-9的輸出端得到如下輸出T1Ri(15)
使用分離器從6-3-1向6-4-i發(fā)送信號的原因在于由于在發(fā)射器中使用了功率放大器，以便提供足夠的發(fā)射功率，并且如果功率放大后的信號照原樣被提供給接收機(jī)的話，接收電平將超過允許的最高接收電平。于是，和實(shí)際的發(fā)射信號相比，從6-3-1到6-7的信號被衰減。利用，例如耦合器實(shí)現(xiàn)分離器。
使用第二轉(zhuǎn)換器的原因是把第一分支的發(fā)射信號發(fā)送給分支1～N的接收器之一。
使用第四轉(zhuǎn)換器的原因是在實(shí)際通信過程中，接收器只請求天線振子i接收的信號，同時在校準(zhǔn)操作中，接收器只向發(fā)射器(6-3-1)請求信號。
(2)通過分離器(6-5-i)，第三轉(zhuǎn)換器6-7和第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1)，從第i分支的發(fā)射器(6-3-i)向第一分支的接收器(6-4-1)發(fā)送信號。這樣，振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路的輸出如下所示TiR1(16)使用分離器從6-3-i(i=2-N)向6-7發(fā)送信號的原因和第一步驟(1)中的原因相同。
使用第三轉(zhuǎn)換器的原因是把發(fā)射器之一的信號發(fā)送給第一分支的接收器。
使用第四轉(zhuǎn)換器的原因是在實(shí)際通信過程中，接收器6-4-1只向天線振子6-1-1請求信號，并且在校準(zhǔn)操作中，接收器6-4-1只向發(fā)射器(6-3-i)請求信號。
(3)比值(等式(15)／等式(16))提供等式(5)的值。這樣，得到分支i相對于第一分支的校準(zhǔn)值。
(4)使值i加1，從i=i+1，重復(fù)上述步驟(1)-(3)，直到i=N為止。
最后，對于每個分支，加權(quán)乘法電路把這樣獲得的校準(zhǔn)值和接收的振幅／相位值相乘，通過利用該加權(quán)值，實(shí)現(xiàn)發(fā)射。這樣，在陣列天線的分支之間補(bǔ)償了振幅誤差和相位誤差。從而通過利用實(shí)際的收發(fā)器，實(shí)現(xiàn)這種補(bǔ)償。
這樣，類似于先前的實(shí)施例，本實(shí)施例提供了陣列天線分支之間的振幅誤差和相位誤差的補(bǔ)償。通過利用實(shí)際的通信信號，根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)電路提供了校準(zhǔn)值，在實(shí)際通信過程中，實(shí)時校準(zhǔn)是可能的，溫度變化的補(bǔ)償也是可能的，而這在現(xiàn)有技術(shù)中是不可能的。
順便說明，當(dāng)通過利用估計(jì)接收信號的方向的算法，自適應(yīng)陣列天線工作時，不僅要求每個分支中總的發(fā)射器和接收器的一個分支的校準(zhǔn)值，而且要求單個發(fā)射器和單個接收器的一個分支的校準(zhǔn)值。圖8表示了分別提供發(fā)射器和接收器的校準(zhǔn)值的工作流程圖。借助圖8的循環(huán)(1)，對于分支1～N的每個分支，得到等式(15)的值，隨后，得到接收側(cè)的下述校準(zhǔn)值Ri／R1(17)類似地，借助圖8的循環(huán)(2)，對于分支1～N的每個分支，得到等式(16)的值，隨后，得到發(fā)射側(cè)的下述校準(zhǔn)值Ti／T1(18)圖9是本發(fā)明的又一實(shí)施例的方框圖，圖10是通過利用圖9的設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)的工作流程圖。
在圖9中，9-k-i中的數(shù)字i(1＜i＜N；i是整數(shù))表示與第i個分支相關(guān)的設(shè)備，圖9中的箭頭代表信號的方向。
在圖9中，數(shù)字9-1(9-1-1～9-1-N)代表天線振子，9-2(9-2-1～9-2-N)代表在發(fā)射和接收之間轉(zhuǎn)換天線振子的第一轉(zhuǎn)換器，9-3(9-3-1～9-3-N)代表發(fā)射器，9-4(9-4-1～9-4-N)是接收器，9-5(9-5-1～9-5-N)是分離器，9-6是把來自分離器9-5-1的信號與接收器9-4-1～9-4-N之一相連的第二轉(zhuǎn)換器，9-7(9-7-2～9-7-N)是把來自9-5-m(2＜m＜N)的信號與接收器9-4-m相連的第三轉(zhuǎn)換器，9-8(9-8-1～9-8-N)是連接接收器9-4(9-4-1～9-4-N)與9-6或者9-7的第四轉(zhuǎn)換器，9-9是振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路，9-10是輻射圖控制計(jì)算電路。9-11是加權(quán)乘法電路。
現(xiàn)在根據(jù)圖10的流程圖，說明獲取等式(5)的值的操作。
(1)第一分支的發(fā)射器9-3-1向第i分支(1＜i＜N)的接收器9-4-i發(fā)送信號。該信號通過分離器9-5-1，第二轉(zhuǎn)換器9-6及第四轉(zhuǎn)換器9-7-i。借助該過程，振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路9-9的輸出如下所示T1Ri(19)使用分離器從發(fā)射器9-3-1向第二轉(zhuǎn)換器9-6發(fā)送信號的原因是由于在發(fā)射器中使用了功率放大器，如果不使用分離器，接收器的接收電平將超過許可電平，于是，和實(shí)際通信電平相比，從9-3-1到9-6的信號被衰減。利用，例如耦合器實(shí)現(xiàn)分離器。
使用第二轉(zhuǎn)換器的原因是從第一分支向分支1～N之一中的接收器發(fā)送信號。
使用第四轉(zhuǎn)換器(9-8-1～9-8-N)的原因是在實(shí)際通信過程中，接收器只請求一個天線振子的信號，同時在校準(zhǔn)過程中，接收器只向第一分支的發(fā)射器9-3-1請求信號。
(2)第k分支(1＜k＜N)中的發(fā)射器9-3-k通過分離器和第二轉(zhuǎn)換器9-7-k向第k分支中的接收器9-4-k發(fā)送信號。借助該過程，振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路9-9的輸出如下所示TkRk(20)使用分離器從9-3-k向9-7-k發(fā)送信號的原因和步驟(1)中的原因相同。
使用第三轉(zhuǎn)換器9-7的原因是把第k分支的發(fā)射器的信號發(fā)送給第k分支的接收器。
使用第四轉(zhuǎn)換器9-8的原因是在實(shí)際通信過程中，接收器只請求一個天線振子的信號，同時在校準(zhǔn)過程中，接收器只請求發(fā)射器9-3-k的信號。
(3)使值i和k加1，從而i=i+1，k=k+1，并重復(fù)步驟(1)和(2)，直到i=N，k=N為止。
(4)在等式(20)中，賦值k=1，當(dāng)?shù)玫奖戎?等式(19)／等式(20))時，形成下述關(guān)系式T1Ri／(T1R1)=Ri／R1(21)等式(21)表示第i分支相對于第一分支的校準(zhǔn)值。
(5)當(dāng)k=i(i不為1)時，計(jì)算(等式(20／(等式(20))的比值，得到下述關(guān)系式TiRi／(T1Ri)=Ti／T1(22)等式(22)表示第i分支中的發(fā)射器相對于第一分支的校準(zhǔn)值。
(6)當(dāng)計(jì)算比值(等式(21)／等式(22))進(jìn)，得到下述關(guān)系式(Ri／R1)／(Ti／T1)=T1Ri／(TiR1)=Hi(23)這樣，得到等式(5)，或者說第i分支相對于第一分支的校準(zhǔn)值。
最后，對于每個分支，加權(quán)乘法電路9-11把這樣得到的校準(zhǔn)值和接收的振幅／相位值相乘，并通過利用這樣計(jì)算得到的加權(quán)值，實(shí)現(xiàn)發(fā)射。于是，在收發(fā)器自身內(nèi)實(shí)現(xiàn)陣列天線的分支之間的振幅和相位的補(bǔ)償，并且仿佛不存在任何振幅誤差和相位誤差地實(shí)現(xiàn)發(fā)射。這樣，本實(shí)施例提供陣列天線的分支之間的振幅誤差和相位誤差的補(bǔ)償。本校準(zhǔn)系統(tǒng)通過利用實(shí)際通信信號提供校準(zhǔn)值，于是，實(shí)時校準(zhǔn)是可能的。這樣，在本發(fā)明中，溫度性能的補(bǔ)償是可能的，而在現(xiàn)有技術(shù)中這種補(bǔ)償是不可能的。
從等式(21)和(22)的結(jié)果可看出，和圖6的結(jié)構(gòu)的情況相同，圖9的結(jié)構(gòu)分別提供發(fā)射側(cè)和接收側(cè)的校準(zhǔn)值。此外，由于發(fā)射信號只被反饋給自身分支的接收器，除了參考分支外，線路長度比其它實(shí)施例的線路長度短。對于制造校準(zhǔn)系統(tǒng)這是有利的。
本發(fā)明的效果如上詳細(xì)說明的一樣，本發(fā)明在自身的收發(fā)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，于是，防止了使用外部信號時會發(fā)生的發(fā)射效率的降低。此外，由于在實(shí)際通信過程中得到校準(zhǔn)值，因此可補(bǔ)償由于基站的位置及通信過程中溫度性能的改變，而由環(huán)境條件引起的振幅誤差和相位誤差。
權(quán)利要求
1．一種自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(1-1-1～1-1-N)，N個發(fā)射器(1-3-1～1-3-N)，N個接收器(1-4-1～1-4-N)，通過對施加給與每個天線振子相關(guān)的相應(yīng)接收器的信號的振幅和相位加權(quán)，并組合加權(quán)后的信號，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的方向性計(jì)算電路(1-7)，所述自適應(yīng)陣列天線用于時分雙工通信系統(tǒng)中，在通信中的發(fā)射時隙期間，每個發(fā)射器與相關(guān)的天線振子耦合，并具有把部分發(fā)射發(fā)送給至少一個接收器的裝置(1-5-1～1-5-N)，接收至少兩個接收器的輸出，并根據(jù)所述至少兩個接收器的輸出的比值，提供與所述發(fā)射器和所述接收器一關(guān)的分支的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)計(jì)算電路(1-6)，所述至少兩個接收器在發(fā)射時隙內(nèi)接收來自發(fā)射器的信號。
2．按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(2-1-1～2-1-N)，N個發(fā)射器(2-3-1～2-3-N)，N個接收器(2-4-1～2-4-N)，為各個天線振子配置的，用于選擇性地使相應(yīng)的天線振子與相應(yīng)的發(fā)射器或者與相應(yīng)的接收器耦合的N個第一轉(zhuǎn)換器(2-2-1～2-2-N)，通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的信號，控制所述陣列天線的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(2-10)，把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(2-11)，為各個發(fā)射器配置的，用于使相應(yīng)發(fā)射器的輸出與相應(yīng)天線振子耦合，并分離部分發(fā)射信號的N個分離器(2-5-1～2-5-N)，使第一分離器(2-5-1)分離的信號與第二～第N接收器(2-4-2～2-4-N)之一耦合的第二分轉(zhuǎn)換器(2-6)，使第二～第N分離器(2-5-2～2-5-N)分離的信號與第一接收器(2-4-1)耦合的第三轉(zhuǎn)換器(2-7)，使各個接收器(2-4-i)的輸入通過相應(yīng)的第一轉(zhuǎn)換器(2-2-i)與相應(yīng)的天線振子(2-1-i)的信號耦合，或者與來自所述第二轉(zhuǎn)換器(2-6)或者所述第三轉(zhuǎn)換器(2-7)的信號耦合的第四轉(zhuǎn)換器(2-8-1～2-8-N)，通過利用在各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(2-9)。
3．按照權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，其中所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(2-9)通過下述步驟提供第i個天線振子的校準(zhǔn)值分離來自第一發(fā)射器(2-3-1)的信號，通過所述第二轉(zhuǎn)換器(2-6)，使分離的信號與第i(2≤i≤N，i是整數(shù))個第四轉(zhuǎn)換器(2-8-i)耦合，在通過第i個第四轉(zhuǎn)換器(2-8-i)接收所述分離信號的所述第i個接收器(2-4-i)的輸出端得到值(1)，分離來自第i個發(fā)射器(2-3-i)的信號，通過所述第三轉(zhuǎn)換器(2-7)，使分離信號與第一個第四轉(zhuǎn)換器(2-8-1)耦合，在接收來自第i個發(fā)射器(2-4-i)的所述分離信號的第一接收器(2-4-1)的輸出端得到值(2)，及提供(所述值(1)／(所述值(2))的比值作為第i分支的校準(zhǔn)值。
4．按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(4-1-1～4-1-N)，N個發(fā)射器(4-3-1～4-3-N)，N個接收器(4-4-1～4-4-N)，為各個天線振子配置的，用于把天線振子(4-1-i)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的發(fā)射器(4-3-i)，或者轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的接收器(4-4-i)的第一轉(zhuǎn)換器(4-2-1～4-2-N)，通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的值，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(4-10)，把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(4-11)，把每個發(fā)射器的輸出分離成兩個信號的N個分離器(4-5-1～4-5-N)，使第k個接收器(4-4-k)的輸入與第(k-1)分離器(4-5-k)(2≤k≤N-1，k是整數(shù))，或者與第k+1分離器(4-5-(k+1))相連的(N-2)個第二轉(zhuǎn)換器(4-6-2～4-6-(N-1))，使第k個分離器(4-5-k)與第(k-1)接收器(4-4-(k-1))的輸入，或者與第k+1接收器(4-4-(k+1))的輸入相連的(N-2)個第三轉(zhuǎn)換器(4-7-2～4-7-(N-1))，使相應(yīng)接收器(4-4-i)的輸入或者通過所述第一轉(zhuǎn)換器之一(4-2-i)與相應(yīng)的天線振子(4-1-i)連接，或者與來自所述第二轉(zhuǎn)換器(4-6-i)或所述第三轉(zhuǎn)換器(4-7-i)的信號相連的第四轉(zhuǎn)換器(4-8-1～4-8-N)，通過利用在所述各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(4-9)。
5．按照權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，其中所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(4-9)計(jì)算C(i)=A(i)／B(i)，(1≤i≤N-1，i是整數(shù))，并對第(i+1)分支的振幅／相位校準(zhǔn)值賦值，以致C(i)當(dāng)i=1時D(i)=C(i-1)C(i) 當(dāng)i≠1時這里A(i)是第(i+1)接收器(4-4-(i+1))的輸出，該接收器通過第i個分離器(4-5-i)，所述第二轉(zhuǎn)換器(4-6-(i+1))和第(i+1)第四轉(zhuǎn)換器(4-8-(i+1))接收第i發(fā)射器(4-3-i)的輸出，B(i)是第i接收器(4-4-i)的輸出，該接收器通過第(i+1)分離器(4-5-(i+1))，所述第三轉(zhuǎn)換器(4-7-i)和第i個第四轉(zhuǎn)換器(4-8-i)接收第(i+1)發(fā)射器(4-3-(i+1))的輸出。
6．按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(6-1-1～6-6-N)，N個發(fā)射器(6-3-1～6-3-N)，N個接收器(6-4-1～6-4-N)，把每個天線振子(6-1-i)轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的發(fā)射器(6-3-i)，或者轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的接收器(6-4-i)的第一轉(zhuǎn)換器(6-2-1～6-2-N)，通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的值，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(6-10)，把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(6-11)，為各個發(fā)射器配置的，用于分離各個發(fā)射器的輸出信號的N個分離器(6-5-1～6-5-N)，把來自第一分離器(6-5-1)的信號與第1～第N接收器(6-4-1～6-4-N)之一相連的第二轉(zhuǎn)換器(6-6)，使第一接收器(6-4-1)的輸入與第1～第N分離器(6-5-1～6-5-N)之一相連的第三轉(zhuǎn)換器(6-7)，使相應(yīng)接收器(6-8-i)的輸入或者通過第一轉(zhuǎn)換器(6-2-1)與第一天線振子(6-1-1)連接，或者與來自第二轉(zhuǎn)換器(6-6)或第三轉(zhuǎn)換器(6-7)的信號相連的N個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1～6-8-N)，通過利用在各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(6-9)。
7．按照權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，其中所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(6-9)通過下述步驟提供第i個天線振子的校準(zhǔn)值通過使用第一分離器(6-5-1)，分離來自第一發(fā)射器(6-3-1)的信號，通過所述第二轉(zhuǎn)換器(6-6)，使分離的信號與第i(1≤i≤N，i是整數(shù))個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-i)耦合，在通過第i個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-i)接收所述分離信號的第i個接收器(6-4-i)的輸出端得到值(1)，通過利用第i個分離器(6-5-i)，分離來自第i個發(fā)射器(6-3-i)的信號，通過所述第三轉(zhuǎn)換器(6-7)，使分離信號與第一個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1)耦合，在通過所述第一個第四轉(zhuǎn)換器(6-8-1)，接收來自第i個發(fā)射器(6-3-1)的所述分離信號的第一接收器(6-4-1)的輸出端得到值(2)，并提供(所述值(1)／(所述值(2))的比值作為第i個天線振子的校準(zhǔn)值。
8．按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，包括N(N≥2，N是整數(shù))個天線振子(9-1-1～9-1-N)，N個發(fā)射器(9-3-1～9-3-N)，N個接收器(9-4-1～9-4-N)，為各個天線振子配置的，用于把天線振子轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的發(fā)射器，或者轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的接收器的第一轉(zhuǎn)換器(9-2-1～9-2-N)，通過對施加給每個接收器的信號的振幅和相位進(jìn)行加權(quán)，并組合加權(quán)后的值，控制所述自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)的輻射圖的輻射圖控制計(jì)算電路(9-10)，把發(fā)射信號和在所述輻射圖控制計(jì)算電路中得到的振幅和相位相乘的加權(quán)乘法電路(9-11)，為每個發(fā)射器配置的，用于分離來自相應(yīng)發(fā)射器的信號的N個分離器(9-5-1～9-5-N)，使第一分離器(9-5-1)的信號與第1～第N個接收器(9-4-1～9-4-N)之一連接的第二轉(zhuǎn)換器(9-6)，連接來自第一分離器(9-5-1)或者來自第k(2≤k≤N，k是整數(shù))個分離器的第k個接收器的輸入的第三轉(zhuǎn)換器(9-7-2～9-7-N)，使相應(yīng)接收器的輸入或者與通過相應(yīng)第一轉(zhuǎn)換器與來自相應(yīng)天線振子的信號，或者與來自所述第二轉(zhuǎn)換器或所述第三轉(zhuǎn)換器的信號相連的N個第四轉(zhuǎn)換器(9-8-1～9-8-N)，通過利用在所述各個接收器中得到的振幅值和相位值，提供各個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值的振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路(9-9)。
9．按照權(quán)利要求8所述的自適應(yīng)陣列天線系統(tǒng)，其中所述振幅／相位校準(zhǔn)值計(jì)算電路計(jì)算C(i)=A(i)／A(1)D(i)=B(k=i)／A(i)并把C(i)／D(i)賦值為第i個天線振子的振幅／相位校準(zhǔn)值，其中A(i)是第i個接收器(9-4-i)的輸出，該接收器通過第一分離器(9-5-1)，第二轉(zhuǎn)換器(9-6)和第i個第四轉(zhuǎn)換器(9-8-i)接收第一發(fā)射器(9-3-1)的輸出，B(k)(2≤k≤N，k是整數(shù))是第k個接收器(9-4-k)的輸出，該接收器通過第k個分離器(9-5-k)，第三轉(zhuǎn)換器(9-7-2)和第k個第四轉(zhuǎn)換器(9-8-k)接收第k個發(fā)射器的輸出。
全文摘要
在用在諸如TDD(時分雙工)系統(tǒng)之類的時分通信系統(tǒng)中的陣列天線中,在不使用外部信息的情況下,在實(shí)際通信過程中,在收發(fā)器自身中校準(zhǔn)每個天線振子的振幅和相位。第一發(fā)射器(1—3—1)具有向天線振子(1—1—1)發(fā)送發(fā)射信號,以及向至少一個接收器(1—4—1～1—4—N)發(fā)送發(fā)射信號的裝置(1—5—1)。除了第一發(fā)射器之外,其它發(fā)射器具有向相關(guān)的天線振子(1—1—2～1—1－k)發(fā)送發(fā)射信號,及向與第一發(fā)射器相關(guān)的第一接收器(1—4—1)發(fā)送發(fā)射信號的裝置(1—5－k)。在第一接收器(1—4—1)中得到的振幅/相位值和在除第一接收器之外其它接收器(1—4—2～1—4－k)中得到的振幅/相位值根據(jù)所需的輻射圖提供每個天線振子的加權(quán)振幅/相位值。
文檔編號H01Q3/26GK1294764SQ9980301
公開日2001年5月9日 申請日期1999年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月19日
發(fā)明者西森健太郎, 長敬三, 鷹取泰司, 堀俊和 申請人:日本電信電話株式會社