一种TDD无线通信系统智能天线阵校准的方法及装置制造方法及图纸

一种ＴＤＤ无线通信系统智能天线阵校准装置，包括：Ｎ个天线阵元、Ｎ个滤波耦合器、至少一个功率分路／合路器；Ｎ个滤波耦合器分别与Ｎ个天线阵元及Ｎ个基站射频通道对应连接；功率分路／合路器的合路端连接基站校准信号单元的校准端，其分路端分别连接Ｎ个滤波耦合器的耦合端。校准时，由基站输出校准信标信号，经由功率分路／合路器分成Ｎ路输入Ｎ个滤波耦合器后，传输至对应的基站接收通道，由基站接收通道处理接收到的校准信标信号；由基站的Ｎ个发信通道分别发送校准信标信号到相对应的滤波耦合器，再经功率分路／合路器输入至基站接收通道，由基站接收通道处理来自Ｎ个发信通道的校准信号。解决了校准过程受环境影响的问题，增加了校准精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种实现TDD(时分双工)无线通信系统校准的方法及装置，尤其涉及一种TD-SCDMA及PHS无线通信系统智能天线阵的校准技术，用于对TDD无线通信基站系统收发通道的幅度及相位特性进行校准。
技术介绍
近年来，在无线通信
中，智能天线技术已经成为移动通信领域最具吸引力的技术之一。智能天线采用空分多址技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。同时，由于天线波瓣直接指向用户，减小了与本小区内其它用户之间，以及与相邻小区用户之间的干扰，而且也减少了移动通信信道的多径效应。智能天线技术在本质上是利用多个通道单元空间的正交性，即空分多址复用功能，来提高系统的容量和频谱利用率。为了使智能天线能准确地合成接收及发射波束，必须要知道组成此智能天线阵的各阵元、各信道电缆及收发通道之间的差别，即射频信号通过各通道链路后的幅度与相位变化差。所以，要使用智能天线技术，就必须知道通道间的幅度及相位变化特性，这就引入了校准的概念。智能天线通道的校准是无线通信系统智能天线中的一项关键技术。由于射频通道中所用的器件种类很多，而各通道所选用的器件之间又存在一定的不一致性，多个特性不一致的器件串在一起造成了通道之间的幅度及相位变化差异。而此变化差异对温度、使用频率及外部环境比较敏感，所以要求智能天线系统的校准应能够实时进行。最初的智能天线校准技术主要是采用直接测量法。即利用仪表对每个射频通道分别进行测量，获取其幅度及相位变化特性，从而得到该系统的一组校准数据。该方法涉及到的测量包括各通道收发信机、射频馈线、天线阵等通道组成元素，所有的测量都必须在现场进行，过程比较繁杂。且此方法不能进行实时校准，校准精度也不够精确。但此校准方法可以获取各通道正常状态下通道间的幅度机相位差异，在现有方案中得到的校准数据一般用于离线校准。发展后的技术对无线通信基站系统的智能天线收发通道进行校准，主要是采用在智能天线阵中央放置一根校准天线的方式，通过由校准天线发、收(对应于基站射频通道收、发)校准信号来实现对基站收、发通道的幅度及相位的校准。但该方式在实际使用中受到以下因素的限制1、方式要求校准天线与正常收发天线之间的信号传输路径要严格一致。但在实际安装当中，天线安装环境不一样，智能天线受周围建筑物的影响而使校准天线与天线阵列各阵元之间传输信号的幅度和相位特性也就不一致，从而影响智能天线系统性能。2、位于智能天线阵中心位置处的校准天线会对其周围其它天线单元的辐射造成一定影响。3、该方式只能用于圆环阵智能天线系统，对于线阵智能天线系统，由于校准天线与天线阵列各阵元之间不是对称放置而无法应用。申请号为01120547.4的中国专利，利用图示分别描述了该中心校准天线方式在无遮挡物环境及有遮挡物环境中校准天线的信号传播路径，指出该方式必将影响系统的校准精度。同时，该专利申请还公开了一种智能天线阵的耦合校准网络，包括N(≥2)个完全相同的天线单元和制作在一印刷电路板上的N个微带定向耦合器以及功率分路/合成器。如图1所示，耦合校准网络采用1:2的功率分路/合路器，包括8个天线单元21、8个微带定向耦合器22、7个功率分路/合路器23、8个与天线单元的接口24、8个与基站系统的8个收发信机连接的射频收发接口25和1个与基站系统连接的射频校准接口26。各天线单元21分别通过各自的接口24与对应的微带定向耦合器22连接，各微带定向耦合器22分别通过各自的射频收发接口25与基站系统连接，实现各天线单元与基站系统收发信机的耦合连接，同时经7个功率分路/合路器23连接至射频校准接口26，通过射频校准接口26与基站系统连接。耦合校准时，发射机通过射频收发接口送出的已知功率信号经微带定向耦合器耦合及功率合成后，由射频校准接口输入发射机进行发射校准处理；基站通过射频校准接口送出的已知功率信号经功率分配及微带定向耦合器耦合后，由射频收发接口输入接收机进行接收校准处理。该方案可以在一定程度上提高校准精度，但由于所述方案将N个微带定向耦合器及功率分路/合成器制作在一印刷电路板上，使智能天线阵元数量受到限制，实际使用中配置不够灵活。中国专利99111350.0公开了一种用于实时校准智能天线阵的方法和装置。该专利申请中所建议的耦合结构的技术方案有二种一种是使用一个在几何结构上对称的、处于阵列天线中心的信标天线来对智能天线系统进行校准；另一种是使用一个耦合器与功分器组成的无源网络来实现耦合结构对智能天线系统进行校准。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是设计一种用于TDD无线通信系统智能天线阵的耦合校准装置及耦合校准方法，该技术方案能很好地解决工程实践中校准精度受安装环境及安装经验影响的问题，并且方法操作简便。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案为一种TDD无线通信系统智能天线阵校准装置，包括N个天线阵元、N个滤波耦合器、至少一个功率分路/合路器；所述的N个滤波耦合器分别与所述N个天线阵元一一对应连接，以及通过射频电缆与N个基站射频通道一一对应连接；所述功率分路/合路器的合路端通过射频电缆连接基站校准信号单元的校准端，其分路端分别通过射频电缆连接所述N个滤波耦合器的耦合端；其中N为大于或等于2的正整数。所述的天线阵校准装置，其中所述的N个滤波耦合器是由定向耦合器集成在系统所需要的腔体滤波器中构成；所述N个滤波耦合器的耦合值可以为任何有效值。所述的天线阵校准装置，其中所述的滤波耦合器包括与所述天线阵元相连接的天线端、与所述基站射频通道相连的基站端、与所述功率分路/合路器相连的耦合端、内部前向耦合器、内部反向耦合器以及用于信号隔离的环形器；当校准信标信号经由所述耦合端输入时，所述校准信标信号经过所述环形器进入所述内部反向耦合器，并经所述反向耦合器耦合在所述基站接口输出；当校准信标信号经所述基站接口输入时，所述校准信标信号经所述前向耦合器耦合至所述环形器，并经所述耦合端输出。所述的天线阵校准装置，其中所述的天线阵元可以是圆环阵或线阵智能天线阵阵元。所述的天线阵校准装置，其中所述的圆环阵可以是圆形、椭圆形、规则或不规则的多边形；所述的线阵阵元间隔可以是等间隔或不等间隔。所述的天线阵校准装置，其中所述的功率分路/合路器可以是单个1:N功率分路/合路器，也可以是由多个小于N路的分路/合路器连接而成的1:N功率分路/合路器。一种TDD无线通信系统智能天线阵校准方法，所述方法包括以下步骤A、N个智能天线阵元对应设置N个完全相同的滤波耦合器和与N个滤波耦合器相连接的至少一个功率分路/合路器；B、将所述N个滤波耦合器的天线端分别与所述N个智能天线阵元相连接，其基站端则通过射频电缆分别与N个基站射频通道相连接；将校准信标信号接入所述功率分路/合路器的合路端，所述功率分路/合路器的分路端通过射频电缆分别连接对应的所述N个滤波耦合器的耦合端；C、由基站输出校准信标信号，经所述合路端输入所述功率分路/合路器，再由所述功率分路/合路器把所述校准信号分成N路后经所述耦合端分别输入所述N个滤波耦合器，经所述滤波耦合器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＴＤＤ无线通信系统智能天线阵校准装置，包括：Ｎ个天线阵元、Ｎ个滤波耦合器、至少一个功率分路／合路器；其特征在于：所述的Ｎ个滤波耦合器分别与所述Ｎ个天线阵元一一对应连接，以及通过射频电缆与Ｎ个基站射频通道一一对应连接；所述功率分路／合路器的合路端通过射频电缆连接基站校准信号单元的校准端，其分路端分别通过射频电缆连接所述Ｎ个滤波耦合器的耦合端；其中Ｎ为大于或等于２的正整数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王长明，李景毅，张鸿，华海宁，
申请(专利权)人：中兴通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]