用于校准具有一个天线阵列的无线通信站的方法和设备技术

一种在通信站中工作用于校正通信站的方法，通信站包括天线单元的天线阵列，每个天线单元具有与其相关连并被包括在发射设备电路和接收机设备电路之中。该方法包括使用与天线阵列相关连的发射设备电路从每个天线单元发射一个预定信号，同时在不与该天线相关连的接收机设备电路中接收所发射的信号。使用预定信号和在发射过程中接收的每个信号，根据相关连的发射设备电路和接收机设备电路的传递函数，确定对每个天线单元的校正因子。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
专利
本专利技术涉及使用天线阵列的射频系统，尤其涉及这种系统的校准。背景可以在使用一个或多个天线发射或接收射频信号的各种系统中使用天线阵列。这种系统的例子是无线电通信系统、雷达和使用射频信号的某些医疗系统。相对于使用单个振子天线，在这些系统中使用天线阵列改进了天线的性能。天线性能的改进包括对于接收信号的改进的方向性、信噪比和抗干扰性，以及对于发射信号的改进的方向性、安全性和降低所需要的发射功率。天线阵列可以仅用于信号接收，仅用于信号发射，或者同时用于信号接收和发射。典型的天线阵列系统由一个天线阵列和一个信号处理器组成，所述信号处理器组合进入和来自各个天线阵列振子的信号。这种处理有时被称作“波束成形”。天线阵列系统的一种典型应用是在无线通信系统中。这样的例子包括蜂窝通信系统和无线本地环路系统。这种无线通信系统包括一个或多个通信站，通常称作基站，每个基站与也称作远程终端和手机的它的用户单元通信。在蜂窝系统中，远程终端通常是移动的，而在无线本地环路系统中，远程终端通常位于固定的位置。天线阵列通常位于基站内。通信方向方面的术语来自于常规卫星通信，仅是用基站代替了卫星。因此，从远程终端到基站的通信被称作上行链路，从基站到远程终端的通信被称作下行链路。因而天线阵列在下行链路方向上发送和在上行链路方向上接收。天线阵列还可以在无线通信系统中使用以增加空分多址(SDMA)的能力，这是在同一“常规”(FDMA、TDMA或CDMA)信道上同时与多个用户通信的能力。我们已经公开了使用天线阵列进行空间处理以增加SDMA和非SDMA系统的频谱效率。参见1996年5月7日公开的美国专利US5,515,378，标题为“SpatialDivision Multiple Access Wireless Communications System(空分多址无线通信系统)”，在此引用作为参考，1997年1月7日公开的美国专利US5,592,490，标题为“Spectrally Efficient HighCapacity Wireless Communications System(高效频谱利用率的高容量无线通信系统)”，也在此引用作为参考，1996年10月23日提交的序列号为08/735,520的美国专利申请，标题为“SpectrallyEfficient High Capacity Wireless Communications System withSpatio-Temporal Processing(进行时空处理的高效频谱利用率的高容量无线通信系统)”，也在此引用作为参考，1996年10月11日提交的序列号为08/729,390的美国专利申请，标题为“Method andApparatus for Decision Directed Demodulation Using AntennaArrays and Spatial Processing(使用天线阵列和空间处理判决直接解调的方法和设备)”，也在此引用作为参考。使用天线阵列来改善通信效率和/或提供SDMA的系统有时被称作智能天线系统。上述专利和专利申请在此被通称为“我们的智能天线专利技术文献”。对于智能天线通信系统，在上行链路通信过程中，对在天线阵列振子上接收到的每个信号进行幅度和相位调整以选择(即择优接收)有用信号，同时最小化无用的信号或噪声即干扰。这种幅度和相位调整可以用复数值加权即“接收加权”来表示，并且所有阵列振子的接收加权可以用复数值向量即“接收加权向量”来表示。类似地，通过调整进入天线阵列的每个天线用以发射的信号的幅度和相位来处理下行链路信号。这种幅度和相位控制可以用复数值加权即“发射加权”来表示，并且所有阵列振子的接收加权可以用复数值向量即“发射加权向量”来表示。在一些系统中，接收(和/或发射)加权包括时间处理，并且在这种情况下，接收(和/或发射)加权可以是频率的函数并应用在频域，或者也可以等效地是时间的函数并用作卷积核。一般根据特定远程用户的空间特征标记确定接收加权矢量，所述空间特征标记又通过不同的技术来确定，例如根据在阵列天线上从远程用户接收的上行链路信号。空间特征标记(也称作接收多样矢量)表示在没有任何干扰或其它用户单元存在的情况下基站阵列如何从一个特定用户单元接收信号。在常规操作中，可以通过空间特征标记和任一干扰来确定接收加权矢量。用于在下行链路中与特定用户通信的发射加权矢量同样根据特定用户的空间特征标记来确定。因此，希望根据用于特定用户的接收加权矢量来确定发射加权矢量。时分双工(TDD)系统是在其中与特定远程用户的上行链路和下行链路的通信出现在同一频率不同时隙的系统。频分双工(FDD)系统是在其中与特定用户的上行链路和下行链路的通信出现在不同频率上的系统。实际问题可能导致很难根据特定用户的接收加权矢量来确定发射加权矢量。时分双工(TDD)系统是在其中与特定远程用户的上行链路和下行链路的通信出现在同一频率不同时隙的系统。频分双工(FDD)系统是在其中与特定用户的上行链路和下行链路中的通信出现在不同频率上的系统。因为公知的互易性原理，可以预见根据接收加权矢量确定发射加权矢量是直接的。然而，在上行链路中，被处理的接收信号可能因与天线阵列的每个天线单元相连的接收设备电路而产生少量失真。接收设备电路包括天线单元、电缆、滤波器、射频电子设备和物理连接，并且如果处理是数字的，还包括模数转换器(“ADC”)。在多振子天线阵列的情况下，通常每个天线阵列振子都有各自的接收设备，因此，在每个振子上所接收的每个信号的幅度和相位可能因每个接收设备电路而产生不同的失真。并不考虑这一点的接收矢量加权将是错误的，导致基站上的非最佳接收。然而，实际上，通信依然将是可行的。当通过天线阵列发射下行链路信号时，由天线单元辐射的每个信号通过不同的发射设备电路，因而可能在发射信号中导致不同的幅度和相位偏移。如果根据接收加权矢量确定发射加权矢量，并不考虑接收设备电路的不同，可能很难实现基站的发射。而且，如果发射加权矢量并不考虑发射设备的不同，可能产生其它困难，也许导致使用这种发射加权矢量的通信不是最佳的。校正的目的是确定校正因子，以补偿在接收电路的信号中出现的不同幅度和相位误差和在发射电路中出现的不同幅度和相位误差。应当说明，在接收和发射设备电路中出现的相位和幅度偏移通常与频率相关。根据用于特定用户的接收加权矢量来确定发射加权矢量在FDD系统情况下更加困难，因为可能不能再假定互易性。还需要考虑的是在上行链路和下行链路中传播的不同。一旦考虑这些不同，依然需要确定补偿因子，以补偿在接收电路的信号中出现的不同幅度和相位误差和在发射电路中出现的不同幅度和相位误差。原先，使用信号处理器的天线阵列的制造者假设理想的天线阵列，其中假设所有的发射和接收电子设备是最佳的，或者假设发射和接收设备电路对于每个天线是相同的。因此，这些天线系统不仅难于设计和制造，而且非常昂贵并随着时间产生错误、干扰和偏移。使用接收加权确定发射加权可能不会使这种系统进行有效地通信。已知，通过一个复数校正函数(即通过复数值时间序列)卷积由天线单元发射或接收的m个信号可以实现补偿，其中每个校正函数描述补偿当信号通过发射(或接收)设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校正通信站的方法，通信站包括一个带有多个天线单元的天线阵列，与每个天线单元相关连的一个接收机设备电路，和与每个天线单元相关连的一个发射设备电路，每个接收机设备电路包括与其相关连的天线单元，每个发射设备电路包括与其相关连的天线单元，每个接收机设备电路的相对相位和幅度状况基本上可使用用于所述每个接收机设备电路的接收机设备电路传递函数来描述，每个发射设备电路的相对相位和幅度状况基本上可使用用于所述每个发射设备电路的发射设备电路传递函数来描述，该方法包括： （ａ）使用第一发射设备电路从第一天线单元发射第一预定信号，同时在不与第一天线单元相关连的至少一个接收机设备电路中接收所发射的信号，第一天线单元与第一发射设备电路相关连； （ｂ）重复步骤（ａ），使用其它发射设备电路从其它天线单元发射规定信号，直到已经从需要校正因子的所有天线单元发射预定信号为止；和 （ｃ）为在所述步骤（ａ）和所述步骤（ｂ）的重复中使用的每个天线单元确定校正因子，用于一个特定天线单元的校正因子分别取决于发射设备电路的传递函数和接收机设备电路的传递函数，所述发射和接收机设备电路包括特定天线单元，所述确定使用第一预定信号和预定信号以及在步骤（ａ）和重复（ｂ）中接收的每个信号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：DM帕里斯，F发扎内赫，CH巴拉特，
申请(专利权)人：阿雷伊通讯有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]