[发明专利]天线校准系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信系统，尤其涉及一种天线校准系统和方法。

背景技术

由于在组成智能天线的系统中，所使用的各种元器件特别是有源器件的特性，对工作频率，环境温度都非常敏感，而每条链路的特性因上述原因所产生的变化也不相同，所以对智能天线阵的校准应在无线基站运行的同时周期性地进行。

基站开始运行及运行中通过下面三个步骤完成收发天线的校准：

步骤一，选择具有良好抗白噪特性的基本校准序列，校准序列由基本校准序列通过周期循环移位形成。

步骤二，发射校准：每个发射天线单元发射固定电平的校准序列，基带处理器按照所提供的算法对校准天线接收的数据进行处理，计算出每个发射通路的幅度及相位响应，然后根据它们以及预校准的补偿系数计算出每条发射通路的补偿系数(含幅度及相位补偿)，并且在基带处理器对无线基站的所有下行数据进行补偿。

步骤三，接收校准：校准天线单元发射固定电平的校准序列，基带处理器根据各工作天线单元接收的数据，用所提供的算法计算出每个接收通路的幅度及相位响应，然后根据它们以及预校准的补偿系数计算出每条接收通路的补偿系数(含幅度及相位补偿)，并且在基带处理器对无线基站所有的上行数据进行补偿。

由于实际移动通信系统不可能随时都是满负荷运行的，总有空闲时隙，这些空闲时隙就可以用来作为实时校准使用。对第三代移动通信中的TD-SCDMA系统，则可以使用其帧结构中处于上下导引时隙(DwPTS和UpPTS)之间的保护时隙(GP)来进行此实时校准。

此方法计算时间短，控制简单，适合使用于采用智能天线技术的具有高码片速率的第三代移动通信系统。

图1示出无线基站进行预校准的原理框图。如果天线阵的结构设计得比较牢固，在没有相对位置破坏的条件下，我们可以认为各天线单元与校准天线间的信道特性在固定频率的条件下是基本不随环境条件变化的。我们可以用网络分析仪将它进行预校准：发射校准时，分别由各发射单元发送固定大小的数据，校准天线进行接收，这样可以得到A_i到A_c间的补偿系数接收校准时，由校准单元发送固定大小的数据，各接收天线分别进行接收，这样可以得到A_c到A_i间的补偿系数一般对于时分双工(TDD)码分多址的无线基站

图2示出一个典型的具有智能天线的时分双工(TDD)码分多址的无线基站的原理性结构框图，它包括N个相同的天线单元201-1，201-2，....，201-N，N条馈电电缆202-1，202-2，....，202-N，N个射频收发信机203-1，203-2，....，203-N，和相应的基带处理器204，射频收发信机使用相同的本振208。为了实现校准，在此结构的基础上还包括馈电电缆206及校准收发信机207组成的校准链路。

智能天线实时校准流程分为下面几个步骤：

步骤一：校准序列的生成

选择具有良好抗白噪特性的基本校准序列，基本校准序列的长度是w*N，其中N是工作天线单元的个数，w是每条链路信道估计的窗长。做发射及接收校准时的校准序列的长度是w*N+w-1。校准序列由基本校准序列通过周期循环移位形成。在此种算法下，w是一个只跟各天线单元硬件时延不一致性有关的数(一般很小)，因此采用的方法校准持续时间短，而且在某些校准持续时间受限的系统中，N可以取较大的值，系统可以有更大的天线增益。

设基本校准序列(二进制序列)为m_P：

m_P＝(m₁，m₂，...，m_P)p＝w*N，选择为2的幂次方比较方便。

为了保证相位不突变，提高校准的准确性，对此校准序列进行相位均衡，生成校准序列的复数矢量m_P：

m_P＝(m₁，m₂，...，m_P)

m_i由m_P中的m_i得来：