波束成型校准系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种波束成型校准系统及方法。该波束成型校准系统包括发射器、接收器、及计算装置。该计算装置提供多个相位组合至发射器。当计算装置提供多个相位组合其中的第一相位组合至发射器时，发射器使用第一相位组合设定多个发射天线的相位，接收器接收来自多个发射天线的无线传输信号以取得对应于第一相位组合的第一辐射场型，计算装置比较第一辐射场型与预设场型，以计算对应于第一相位组合的场型近似程度。计算装置根据对应于各相位组合的场型近似程度从多个相位组合中选择一校准相位组合，并提供校准相位组合至发射器以校准波束成型。

Beam forming calibration system and method

The invention provides a beam forming calibration system and method. The beam forming calibration system includes a transmitter, a receiver and a calculating device. The calculating device provides multiple phase combinations to the transmitter. When the calculating device provides a plurality of phase combinations in which the first phase is combined to the transmitter, the transmitter uses the first phase combination to set the phase of multiple transmitting antennas, and the receiver receives the wireless transmission signals from multiple transmitting antennas to obtain the first radiation field type corresponding to the first phase combination. The calculating device compares the first radiation field type with the preset field type to calculate the corresponding to the first phase combination. The approximation degree of the field pattern of a phase combination. The calculating device selects a calibration phase combination from multiple phase combinations according to the approximation degree of the field pattern corresponding to each phase combination, and provides a calibration phase combination to the transmitter to calibrate beam forming.

【技术实现步骤摘要】
波束成型校准系统及方法
本专利技术涉及使用多个天线的无线信号传输，且特别涉及一种波束成型校准系统及方法。
技术介绍
相较于现今普遍使用的第三代(3G)或第四代(4G)通信系统，毫米波(MillimeterWave，简称mmWave)通信系统使用相对高频的频段来进行通信。由于接收器所接收到的电磁波能量强弱与信号传送距离的平方成反比并与电磁波信号的波长成正比，毫米波通信系统因为使用短波长的高频信号而提升信号能量衰减的幅度。再者，由于使用高频段的电磁波信号，因此毫米波通信系统中收发信号穿透障碍物的能力较为降低，且空气中的氧气跟水蒸气等等也会吸收掉毫米波能量。因此，为了确保通信质量，毫米波通信系统中的收发器通常需要使用多天线波束成型(Beamforming)技术来改善信号能量衰减的问题。波束成型是一种信号处理技术，一般是在基站(BaseStation)或用户设备(UserEquipment)上配置包括多个天线的天线阵列，藉由调整这些天线的发射信号，使得某些角度的信号获得相长干涉(建设性干涉)，而另一些角度的信号获得相消干涉(毁灭性干涉)，让基站或用户设备可产生具有指向性的波束，从而改善从发射器到接收器的通信质量。波束成型技术的优点包括能量集中、信号传送距离增加、用户之间干扰降低、以及数据传输速率快。由于波束成型技术对于毫米波无线通信系统的效能具有重要影响，为达到更精准的波束成型效果，有需要提出一种能够校准波束成型的系统与方法。
技术实现思路
本专利技术涉及一种波束成型校准系统与方法，能够考虑硬件造成的误差，对于发射天线设定适当的相位，以达到波束成型校准的效果。根据本专利技术的一实施例，提出一种波束成型校准系统包括发射器、接收器、及计算装置。发射器包括多个发射天线。计算装置提供多个相位组合至发射器。当计算装置提供多个相位组合其中的第一相位组合至发射器时，发射器使用第一相位组合设定多个发射天线的相位，接收器接收来自多个发射天线的无线传输信号以取得对应于第一相位组合的第一辐射场型，计算装置比较第一辐射场型与预设场型，以计算对应于第一相位组合的场型近似程度。计算装置根据对应于各相位组合的场型近似程度从多个相位组合中选择一校准相位组合，并提供校准相位组合至发射器以校准波束成型。根据本专利技术的另一实施例，提出一种波束成型校准方法，用于发射器、接收器、以及计算装置，发射器包括多个发射天线，该波束成型校准方法包括下列步骤。计算装置提供多个相位组合至发射器。当计算装置提供多个相位组合其中的第一相位组合至发射器时，执行以下步骤：(a)发射器使用第一相位组合设定多个发射天线的相位；(b)接收器接收来自多个发射天线的无线传输信号以取得对应于第一相位组合的第一辐射场型；(c)计算装置比较第一辐射场型与预设场型，以计算对应于第一相位组合的场型近似程度。计算装置根据对应于各相位组合的场型近似程度从多个相位组合中选择一校准相位组合。计算装置提供校准相位组合至发射器以校准波束成型。为了对本专利技术的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举实施例，并配合附图详细说明如下：附图说明图1绘示依照本专利技术一实施例的发射器示意图。图2绘示依照本专利技术一实施例的波束成型校准系统示意图。图3绘示依照本专利技术一实施例的波束成型校准方法流程图。图4绘示依照本专利技术一实施例的比较辐射场型与预设场型的示意图。图5绘示依照本专利技术另一实施例的比较辐射场型与预设场型的示意图。图6绘示依照本专利技术一实施例的邻近于初始相位组合的示意图。【符号说明】1：波束成型校准系统10：发射器20：接收器30：计算装置101：基带处理器102_1～102_N：数字模拟转换器103_1～103_N：相位旋转器104_1～104_N：发射天线P0_a、P0_b：预设场型P_01：第一辐射场型S200、S202、S204、S206、S208、S210：步骤具体实施方式波束成型技术可分为固定性波束成型(Fixedbeamforming)以及适应性波束成型(Adaptivebeamforming)。举例而言，做为发射器的基站，可依序朝不同方向传送波束，直到于正确的方向与用户设备相互建立联系，此步骤可称为固定性波束成型。而在基站与用户设备相互建立联系的情况下，可以依据基站与用户设备之间的信道(Channel)讯息，对于波束的方向和振幅作微调，此步骤可称为适应性波束成型。固定性波束成型技术可以利用阵列天线的相位旋转器(PhaseRotator，PR)达成，相位旋转器可对于个别天线旋转数个固定的相位角度，以达到想要的波束成型。图1绘示依照本专利技术一实施例的发射器示意图，发射器10可包括基带处理器(Basebandprocessor)101、多个数字模拟转换器(DigitaltoAnalogConverter，DAC)102_1～102_N、多个相位旋转器103_1～103_N、以及多个发射天线104_1～104_N。基带处理器101可用以处理基带信号，DAC102_1～102_N可将基带数字信号转换为模拟射频信号。每个DAC102_1～102_N的输出可耦接一个相位旋转器103_1～103_N，各个相位旋转器103_1～103_N可以分别设定每根发射天线104_1～104_N的相位角度，经由发射天线104_1～104_N传送无线射频信号。图1所示为一种关于发射器的示例性电路结构说明，本专利技术并不仅限于图1所绘示的电路结构，发射器10也可使用其他的硬件电路实现方式。如图1所示的发射器10包括多个硬件电路元件，而硬件元件可能存在许多误差，且硬件误差会随着时间而逐渐改变。当发射器10存在这些硬件误差时，有可能因为硬件的增益及相位误差，而造成合成波束的主要传递方向产生偏移、往错误方向传输、或造成波束能量衰减，如此将难以达到正确的固定性波束成型，使得基站和用户设备难以有效地建立联系。考虑硬件误差所造成的影响，以下提出一种波束成型校准系统与方法。图2绘示依照本专利技术一实施例的波束成型校准系统示意图，波束成型校准系统1包括发射器10、接收器20、以及计算装置30。发射器10包括多个发射天线104_1～104_N。计算装置30提供多个相位组合至发射器10。当计算装置30提供多个相位组合其中的第一相位组合至发射器10时，发射器10使用第一相位组合设定多个发射天线104_1～104_N的相位，接收器20接收来自多个发射天线104_1～104_N的无线传输信号以取得对应于第一相位组合的第一辐射场型(radiationpattern)P_01，计算装置30比较第一辐射场型P_01与预设场型P0，以计算对应于第一相位组合的场型近似程度。计算装置30根据对应于各相位组合的场型近似程度从多个相位组合中选择一校准相位组合，并提供校准相位组合至发射器10以校准波束成型。如图2所示的系统，发射器10例如是天线阵列、无线基站、或用户设备，接收器20例如是喇叭天线(hornantenna)、无线基站、或用户设备，发射器10与接收器20可通过无线信号传输进行通信。接收器20例如可包括功率传感器(powersensor)，用以检测来自发射器10的无线信号强度。发射器10与接收器20可具有旋转机制，例如是仪器外部的实体硬件旋转，或是在仪器内部使用信号处理方式运算的模拟信号旋转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波束成型校准系统，包括：发射器，包括多个发射天线；接收器；以及计算装置，提供多个相位组合至该发射器；其中当该计算装置提供该多个相位组合其中的第一相位组合至该发射器时，该发射器使用该第一相位组合设定该多个发射天线的相位，该接收器接收来自该多个发射天线的无线传输信号以取得对应于该第一相位组合的第一辐射场型，该计算装置比较该第一辐射场型与预设场型，以计算对应于该第一相位组合的场型近似程度；该计算装置根据对应于各该相位组合的该场型近似程度从该多个相位组合中选择校准相位组合，并提供该校准相位组合至该发射器以校准波束成型。

【技术特征摘要】
2017.12.04 TW 1061424311.一种波束成型校准系统，包括：发射器，包括多个发射天线；接收器；以及计算装置，提供多个相位组合至该发射器；其中当该计算装置提供该多个相位组合其中的第一相位组合至该发射器时，该发射器使用该第一相位组合设定该多个发射天线的相位，该接收器接收来自该多个发射天线的无线传输信号以取得对应于该第一相位组合的第一辐射场型，该计算装置比较该第一辐射场型与预设场型，以计算对应于该第一相位组合的场型近似程度；该计算装置根据对应于各该相位组合的该场型近似程度从该多个相位组合中选择校准相位组合，并提供该校准相位组合至该发射器以校准波束成型。2.如权利要求1所述的波束成型校准系统，其中该预设场型是预先设定的理想辐射场型。3.如权利要求1所述的波束成型校准系统，其中于该接收器的位置被设置后，该接收器接收来自该多个发射天线的无线传输信号以决定该预设场型。4.如权利要求1所述的波束成型校准系统，其中该计算装置提供的该多个相位组合包括该多个发射天线所有可使用的相位组合。5.如权利要求1所述的波束成型校准系统，其中该计算装置取得对应于该多个发射天线的初始相位组合，该计算装置提供的该多个相位组合仅包括邻近于该初始相位组合的相位组合。6.如权利要求1所述的波束成型校准系统，其中该计算装置将该多个发射天线划分为多个群组，该计算装置依序决定对应于各该群组的局部最佳相位组合，以根据各该群组的该局部最佳相位组合决定该校准相位组合。7.如权利要求6所述的波束成型校准系统，其中该多个群组包括第一群组，当该计算装置决定该第一群组的该局部最佳相位组合时，不属于该第一群组的发射天线的相位为固定值。8.如权利要求7所述的波束成型校准系统，其中当该计算装置决定该第一群组的该局部最佳相位组合时，该计算装置提供的该多个相位组合包括该第一群组的发射天线所有可使用的相位组合。9.如权利要求7所述的波束成型校准系统，其中该计算装置取得对应于该多个发射天线的初始相位组合，当该计算装置决定该第一群组的该局部最佳相位组合时，该计算装置提供的该多个相位组合仅包括邻近于该初始相位组合的相位组合。10.如权利要求6所述的波束成型校准系统，其中各该群组具有的发射天线数量为1。11.一种波束成型校准方法，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：温朝凯，王昶仁，陈荣杰，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71