一种校准智能天线阵的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种校准智能天线阵的方法和装置，用于实时校准智能天线阵。包括：设置由耦合结构、馈电电缆及信标收发信机连接构成的校准链路；利用矢量网络分析仪对耦合结构预先进行校准，分别记录其接收与发射传输系数；对智能天线阵进行接收校准，将每条接收链路与参考链路传输系数的幅度调整为相同，将相位差Φ记录储存在基带处理器中；进行发射校准，将每条发射链路与参考链路的传输系数的幅度调整为相同，将相位差Ψ记录在基带处理器中。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种无线通信系统的智能天线技术，更确切地说是涉及一种校准智能天线阵的方法和装置。在现代无线通信系统中，特别是在码分多址(CDMA)无线通信系统中，为了提高系统容量及灵敏度，和在较低的发射功率下获得尽量远的通信距离，一般都希望使用智能天线(Smart Antenna)技术。在名称为“具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统”的专利技术专利申请中(97104039.7)，公开了一种采用现代智能天线的无线通信系统的基站结构，包括由一个或多个天线单元组成的天线阵列、相应的射频馈电电缆和一组相干的射频收发信机。根据天线阵列中各天线单元所接收到的来自用户终端的信号的不同反应，由基带处理器获得此信号的空间特征矢量和信号到达方向(DOA)，再使用相应的算法实现接收天线波束赋形。其中任一个天线单元、相应的射频馈电电缆及相干的射频收发信机组成一条链路。将从上行接收波束赋形中获得的每一条链路的权重用于下行发射波束赋形，在对称的电波传播条件下，可达到智能天线的全部功能。在“具有智能天线的时分双工同步码分多址无线通信系统”的专利技术专利申请中，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天线单元、射频馈电电缆和射频收发信机之间的差别，即射频信号在通过各条链路后信号幅度及相位的变化之差，而求得此智能天线系统中各条链路之间差别的过程就是本专利技术所要涉及的智能天线的校准。智能天线阵的校准是智能天线中的一项核心技术，由于在组成智能天线的射频系统中，所使用的各种电子元器件特别是有源元器件的特性，对工作频率、环境温度及使用时间等都是很敏感的，而且每一条链路的特性因上述原因所产生的变化也不可能相同，故对智能天线系统的校准应随时进行。现有的智能天线的校准方法大致有两种一种是使用直接测量方法，即对每一套射频收发信机进行测量，获得与其幅度、相位有关的数据，然后加上由测量获得的天线单元及馈电电缆的幅度、相位特性，以耦合成一组校准数据，该方法的校准过程非常复杂，所有测量都难以在现场进行，特别是对于已经投入业务运行的无线通信系统来说，更是一个复杂和难以保证实行的过程。另一种方法是用一只处于天线远场区域的信标收发信机来进行校准，该方法要求信标收发信机处于没有多径传播的远场区域，这在实际系统中也是难以实现的。因此，上述两种方法的缺点都是非常明显的。本专利技术的目的是设计一种校准智能天线阵的方法和装置，以实现对智能天线的实时校准，从而使智能天线系统实用化，本专利技术的装置使本专利技术的方法能有效地工作。本专利技术的目的是这样实现的一种校准智能天线阵的方法，其特征在于包括1)设置由耦合结构、馈电电缆及信标收发信机连接构成的校准链路，耦合结构与智能天线阵的N个天线单元成耦合连接，信标收发信机通过数字总线连接基站的基带处理器；2)利用矢量网络分析仪对耦合结构进行校准，分别记录其接收与发射传输系数；3)进行接收校准，包括由信标收发信机中的模拟发信机在给定的工作载波频率上发射有确定电平的信号，并使被校准基站N条接收链路均处于接收状态；由基站的基带处理器分别检测各接收链路的输出，并根据各接收链路的输出计算各链路在接收时的传输系数与参考链路的传输系数之比；通过控制各链路模拟收信机中的可变增益放大器来控制各接收链路的输出，使各链路在接收时的传输系数与参考链路的传输系数的幅度之比等于1；将每条接收链路与参考链路的相位差φ记录储存在基带处理器中；4)进行发射校准，包括使N条发射链路在一个时间内只有一条链路处于发射状态，而其它发射链路均处于关闭状态，由信标收发信机中的模拟收信机在给定的工作载波频率上分别接收来自各条发射链路的信号；由基站的基带处理器对检测到的结果进行处理，并计算各链路在发射时的传输系数与参考链路的传输系数之比；通过控制各链路模拟发信机中的可变增益放大器来控制各发射链路的输出，使各链路在发射时的传输系数与参考链路的传输系数的幅度之比等于1；将每条发射链路与参考链路的相位差Ψ记录在基带处理器中。所述的利用矢量网络分析仪对耦合结构进行校准包括设置信标天线及空间耦合方式；所述的矢量网络分析仪连接信标信号的馈线端和待校准链路的天线单元端口，非校准链路的天线单元端口接匹配负载，在所需的各工作载频下测量并记录待校准链路的传输系数；重复执行上述步骤，直至全部测量并记录完N条链路的传输系数。所述的利用矢量网络分析仪对耦合结构进行校准包括设置由N个耦合器和与N个耦合器连接的一个1∶N的无源分路/合路器构成的无源网络耦合结构，N个耦合器分别与所述智能天线阵的N个天线单元的天线端口连接，无源分路/合路器的输出端是信标信号的馈线端；所述的矢量网络分析仪连接信标信号的馈线端和待校准链路的天线单元端口，非校准链路的天线单元端口接匹配负载，在所需的各工作载频下测量并记录待校准链路的传输系数；重复执行上述步骤，直至全部测量并记录完N条链路的传输系数。本专利技术的一种校准智能天线阵的装置，其特征在于包括已校准的耦合结构、馈电电缆和信标收发信机；耦合结构与智能天线阵的N个天线单元耦合连接，馈电电缆连接耦合结构和信标收发信机，信标收发信机通过数字总线与基站的基带处理器连接。所述的耦合结构是采用空间耦合方式的信标天线，该信标天线处于组成智能天线阵的N个天线单元辐射方向图的工作主瓣内，信标天线的天线端口是信标信号的馈线端。在组成智能天线阵的N个天线单元是全向天线时，所述的信标天线处于包括各天线单元近场区域内的任何位置处。所述的耦合结构是无源网络，包括与所述智能天线阵的N个天线单元相对应的N个耦合器和与N个耦合器连接的一个1∶N的无源分路/合路器；所述的N个耦合器分别与N个天线单元的天线端口连接，所述的无源分路/合路器的输出端是信标信号的馈线端。所述的信标收发信机具有与基站的射频收发信机相同的结构，包括双工器、与双工器连接的模拟收信机、与双工器连接的模拟发信机、与模拟收信机连接的模拟至数字变换器和与模拟发信机连接的数字至模拟变换器；所述双工器的射频接口与耦合结构的馈电电缆连接，所述的模拟至数字变换器及数字至模拟变换器与所述的数字总线连接。所述的模拟收信机中设置有用于控制增益并用程序软件控制的可变增益放大器；所述的模拟发信机中设置有用于控制输出功率并用程序软件控制的可变增益放大器。由本专利技术所提供的校准智能天线阵的方法和装置，包括使用信标收发信机和一套与智能天线阵相耦合的耦合结构，其中的耦合结构包括有两种技术方案其一是使用一个在几何结构上对称的、处于天线近场区域的信标天线来对智能天线系统进行校准的方法和实现此方法的天线阵列，其信标天线及相关的校准软件是无线基站的组成部分；其二是使用一个由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阵列的馈电和校准。无论哪一种技术方案，都可使使用了智能天线的基站随时且方便地进行校准，随时更换射频部件和元器件，彻底解决智能天线系统的工程实用化问题。下面结合实施例及附图进一步说明本专利技术的方法及装置。附图说明图1是使用了本专利技术方法及装置的无线通信基站的结构原理框2是图1中模拟收发信机的结构原理框3是使用信标天线的耦合结构示意4是由功分器和耦合器组成的耦合结构在智能天线阵中的连接结构示意5是本专利技术另一种耦合结构示意6是耦合结构的校准过程流程框7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准智能天线阵的方法，其特征在于包括： １）设置由耦合结构、馈电电缆及信标收发信机连接构成的校准链路，耦合结构与智能天线阵的Ｎ个天线单元成耦合连接，信标收发信机通过数字总线连接基站的基带处理器； ２）利用矢量网络分析仪对耦合结构进行校准，分别记录其接收与发射传输系数； ３）进行接收校准，包括：由信标收发信机中的模拟发信机在给定的工作载波频率上发射有确定电平的信号，并使被校准基站Ｎ条接收链路均处于接收状态；由基站的基带处理器分别检测各接收链路的输出，并根据各接收链路的输出计算各链路在接收时的传输系数与参考链路的传输系数之比；通过控制各链路模拟收信机中的可变增益放大器来控制各接收链路的输出，使各链路在接收时的传输系数与参考链路的传输系数的幅度之比等于１；将每条接收链路与参考链路的相位差φ记录储存在基带处理器中； ４）进行发射校准，包括：使Ｎ条发射链路在一个时间内只有一条链路处于发射状态，而其它发射链路均处于关闭状态，由信标收发信机中的模拟收信机在给定的工作载波频率上分别接收来自各条发射链路的信号；由基站的基带处理器对检测到的结果进行处理，并计算各链路在发射时的传输系数与参考链路的传输系数之比；通过控制各链路模拟发信机中的可变增益放大器来控制各发射链路的输出，使各链路在发射时的传输系数与参考链路的传输系数的幅度之比等于１；将每条发射链路与参考链路的相位差Ψ记录在基带处理器中。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李世鹤，
申请(专利权)人：信息产业部电信科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]