用于校准毫米波天线阵列的方法技术

提供了使用空中测量和优化算法来校准毫米波有源天线阵列的方法。可以分开优化传输路径和接收路径，并且可以分开或一起对幅值和相位执行优化。在一些实施例中，被优化的参数可以包括主瓣的接收功率或零位的位置处的接收功率。

Method for calibration of millimeter wave antenna array

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于校准毫米波天线阵列的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年9月20日提交的美国临时专利申请序列No.62/560,712的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及通信系统，并且更具体地涉及在毫米波谱中操作的无线通信系统。
技术介绍
无线射频(“RF”)通信系统(诸如蜂窝通信系统、WiFi网络、微波回程系统等)在本领域中是众所周知的。这些系统中的一些系统(诸如蜂窝通信系统)在所谓的“许可的”频谱中操作，其中频带的使用被仔细规定为使得在任何给定地理区划中只有特定用户可以在频带的选定部分中进行操作以避免干扰，而其它系统(诸如WiFi)则在“非许可的”频谱中进行操作，该“非许可的”频谱对所有用户可用，虽然通常对传输功率有限制以减少干扰。蜂窝通信系统现已广泛部署。在典型的蜂窝通信系统中，地理区域被划分为称为“小区”的一系列区域，并且每个小区由基站服务。基站可以包括基带装备、无线电装置和天线，天线被配置为与遍布小区定位的固定和移动订户提供双向RF通信。基站天线生成朝外指向的辐射波束(“天线波束”)，以服务于整个小区或其一部分。通常，基站天线包括辐射元件的一个或多个相控阵列。对无线通信的需求已迅速增长，其中提出了许多新的应用，在这些新的应用中无线通信将取代以前通过铜通信电缆或光纤通信电缆执行的通信。按照惯例，大多数无线通信系统以低于6.0GHz的频率操作，其中有几个值得注意的例外，诸如微波回程系统、各种军事应用等。随着容量需求持续增加，正在考虑使用更高的频率，包括在许可的谱和非许可的谱二者中的频率。当考虑更高的频率时，包括从约25GHz到高达大约300GHz的频率的毫米波频谱是有潜力的候选，因为在这个频率范围内存在大的连续频带有潜力可用于新应用。还已设想将蜂窝技术用于所谓的“固定无线接入”应用，诸如通过无线“drop”链路将有线电视或其它光纤、同轴电缆或混合同轴电缆-光纤宽带网络连接到单独的订户场所。对于使用第五代(“5G”)蜂窝通信技术的此类固定无线接入应用，目前有兴趣潜在地部署在28GHz至60GHz(或甚至更高)频率范围内操作的通信系统。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了校准有源天线阵列的方法，在该方法中，针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第一幅值和相位设置，其中，第一幅值和相位设置被配置为生成具有主瓣的辐射方向图，该主瓣相对于有源天线阵列的视轴指向方向指向第一方向。使用幅值和相位设置的第一集合通过有源天线阵列传输第一毫米波信号。确定传输的第一毫米波信号在第一位置处的接收功率。使用优化算法来针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置。使用第二幅值和相位设置通过有源天线阵列传输第二毫米波信号。最终，确定传输的第二毫米波信号在第二位置处的接收功率。在一些实施例中，第一位置在辐射方向图的主瓣内。在一些实施例中，第二位置可以与第一位置相同。优化算法可以被配置为针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列识别幅值和相位设置的集合，与第一毫米波信号的所确定的接收功率相比，该幅值和相位设置增加由有源天线阵列传输的毫米波信号在第一位置处的接收功率。在一些实施例中，第一位置不沿着从有源天线阵列沿着第一方向延伸的向量。例如，第一位置可以在辐射方向图中的期望零位(null)的方向中。优化算法可以被配置为针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列识别幅值和相位设置的集合，与第一毫米波信号的所确定的接收功率相比，该幅值和相位设置减小由有源天线阵列传输的毫米波信号在第一位置处的接收功率。在一些实施例中，方法还可以包括使用优化算法来确定幅值和相位设置的附加集合，每个附加集合包括针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列的幅值和相位设置，并且对于幅值和相位设置的附加集合中的每一个集合，通过有源天线阵列传输使用幅值和相位设置的附加集合生成的附加毫米波信号并且确定在第一位置处的来自每个传输的附加毫米波信号的接收功率。方法还可以包括识别针对从有源天线阵列传输的毫米波信号在沿着第一方向的一位置处具有最高或者最低的接收功率水平的幅值和相位设置的集合。在一些实施例中，优化算法可以是共轭梯度优化算法、粒子群优化算法或蝙蝠优化算法之一。在一些实施例中，第一毫米波信号的中心频率可以在15GHz和90GHz之间。在一些实施例中，子阵列中的每一个可以包括单个辐射元件。在一些实施例中，使用优化算法来针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置可以包括使用这样的优化算法：该优化算法改变针对多个子阵列中的每一个子阵列的幅值设置或者针对多个子阵列中的每一个子阵列的相位设置，以提供针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列的第二幅值和相位设置。在一些实施例中，使用优化算法来确定针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列的第二幅值和相位设置可以包括将传输的第一毫米波信号在第一位置处的所确定的接收功率输入到优化算法中。根据本专利技术的另外的实施例，提供了现场校准有源天线阵列的方法，其中针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第一幅值和相位设置，第一幅值和相位设置被配置为生成具有主瓣的辐射方向图，主瓣相对于有源天线阵列的视轴指向方向指向第一方向。使用第一幅值和相位设置通过有源天线阵列传输第一毫米波信号。接收第一信号，第一信号包括第一毫米波信号在接收器处的接收功率水平。使用优化算法来针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置。使用幅值和相位设置的第二集合通过有源天线阵列传输第二毫米波信号。接收第二信号，第二信号包括第二毫米波信号在接收器处的接收功率水平。然后，使用优化算法来确定幅值和相位设置的附加集合，幅值和相位设置的每个附加集合包括针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列的幅值和相位设置，使用确定的幅值和相位设置的附加集合中的相应集合通过有源天线阵列传输附加毫米波信号，并从接收器接收包括相应的附加毫米波信号在接收器处的接收功率水平的附加信号，直到优化算法针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列识别使由有源天线阵列传输的毫米波信号在接收器处的接收功率水平最大化的幅值和相位设置的集合为止。在一些实施例中，优化算法被配置为针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列识别幅值和相位设置的集合，与第一毫米波信号的所确定的接收功率相比，该幅值和相位设置增加由有源天线阵列传输的毫米波信号在接收器处的接收功率。在一些实施例中，优化算法是共轭梯度优化算法、粒子群优化算法或蝙蝠优化算法之一。在一些实施例中，第一毫米波信号的中心频率在15GHz和90GHz之间。根据本专利技术的又一些实施例，提供了校准有源天线阵列的方法，在该方法中，通过有源天线阵列传输一系列测试毫米波信号，该测试毫米波信号在相对于有源天线阵列以固定关系定位的接收器处被接收。优化算法被用于选择施加到通过有源天线阵列传输的测试毫米波信号的子分量的多个幅值和/或相位设置中的至少一些。优化算法被配置为识别使由有源天线阵列传输的毫米波信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种校准有源天线阵列的方法，所述方法包括：/n针对所述有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第一幅值和相位设置，其中，所述第一幅值和相位设置被配置为生成具有主瓣的辐射方向图，所述主瓣相对于有源天线阵列的视轴指向方向指向第一方向；/n使用幅值和相位设置的第一集合通过有源天线阵列传输第一毫米波信号；/n确定传输的第一毫米波信号在第一位置处的接收功率；/n使用优化算法来针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置；/n使用所述第二幅值和相位设置通过有源天线阵列传输第二毫米波信号；以及/n确定传输的第二毫米波信号在第二位置处的接收功率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170920 US 62/560,7121.一种校准有源天线阵列的方法，所述方法包括：
针对所述有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第一幅值和相位设置，其中，所述第一幅值和相位设置被配置为生成具有主瓣的辐射方向图，所述主瓣相对于有源天线阵列的视轴指向方向指向第一方向；
使用幅值和相位设置的第一集合通过有源天线阵列传输第一毫米波信号；
确定传输的第一毫米波信号在第一位置处的接收功率；
使用优化算法来针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置；
使用所述第二幅值和相位设置通过有源天线阵列传输第二毫米波信号；以及
确定传输的第二毫米波信号在第二位置处的接收功率。


2.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一位置在辐射方向图的主瓣内。


3.如权利要求2所述的方法，其中，所述第二位置与所述第一位置相同。


4.如权利要求3所述的方法，其中，所述优化算法被配置为针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列识别幅值和相位设置的集合，与所述第一毫米波信号的所确定的接收功率相比，所述幅值和相位设置增加由有源天线阵列传输的毫米波信号在所述第一位置处的接收功率。


5.如权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述第一位置不沿着从有源天线阵列沿着所述第一方向延伸的向量。


6.如权利要求5所述的方法，其中，所述第一位置在辐射方向图中的期望零位的方向中。


7.如权利要求5所述的方法，其中，所述优化算法被配置为针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列识别幅值和相位设置的集合，与所述第一毫米波信号的所确定的接收功率相比，所述幅值和相位设置减小由有源天线阵列传输的毫米波信号在所述第一位置处的接收功率。


8.如权利要求1至7中的任一项所述的方法，还包括使用优化算法来确定幅值和相位设置的附加集合，每个附加集合包括针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列的幅值和相位设置，并且对于幅值和相位设置的附加集合中的每一个附加集合，通过有源天线阵列传输使用幅值和相位设置的所述附加集合生成的附加毫米波信号并且确定在所述第一位置处的来自每个传输的附加毫米波信号的接收功率。


9.如权利要求8所述的方法，还包括识别针对从有源天线阵列传输的毫米波信号在沿着所述第一方向的位置处具有最高或者最低的接收功率水平的幅值和相位设置的集合。


10.如权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述优化算法是共轭梯度优化算法、粒子群优化算法或蝙蝠优化算法之一。


11.如权利要求1-10中的任一项所述的方法，其中，所述第一毫米波信号的中心频率在15GHz和90GHz之间。


12.如权利要求1-11中的任一项所述的方法，其中，子阵列中的每一个子阵列包括单个辐射元件。


13.如权利要求1-12中的任一项所述的方法，其中，使用优化算法来针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置包括使用一优化算法，该优化算法改变针对所述多个子阵列中的每一个子阵列的幅值设置或者针对所述多个子阵列中的每一个子阵列的相位设置，以提供针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列的所述第二幅值和相位设置。


14.如权利要求1-13中的任一项所述的方法，其中，使用优化算法来针对有源天线阵列的所述多个子阵列中的每一个子阵列确定第二幅值和相位设置包括将传输的第一毫米波信号在第一位置处的所确定的接收功率输入到优化算法中。


15.一种现场校准有源天线阵列的方法，所述方法包括：
针对有源天线阵列的多个子阵列中的每一个子阵列确定第一幅值和相位设置，所述第一幅值和相位设置被配置为生成具有主瓣的辐射方向图，所述主瓣相对于有源天线阵列的视轴指向方向指向第一方向；
使用所述第一幅值和相位设置通过有源天线阵列传输第一毫米波信号；
接收第一信号，所述第一信号包括所述第一毫米波信号在接收器处的接收功率水平；
使用优化算法来针对有源天线阵列的所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·维拉科利洛，
申请(专利权)人：康普技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US