天線校準系統和方法
2023-05-04 04:43:36
專利名稱：天線校準系統和方法
技術領域：
本發明涉及無線通信系統，尤其涉及一種天線校準系統和方法。
技術背景
由於在組成智能天線的系統中，所使用的各種元器件特別是有源器件的特性，對 工作頻率，環境溫度都非常敏感，而每條鏈路的特性因上述原因所產生的變化也不相同，所 以對智能天線陣的校準應在無線基站運行的同時周期性地進行。
基站開始運行及運行中通過下面三個步驟完成收發天線的校準
步驟一，選擇具有良好抗白噪特性的基本校準序列，校準序列由基本校準序列通 過周期循環移位形成。
步驟二，發射校準每個發射天線單元發射固定電平的校準序列，基帶處理器按照 所提供的算法對校準天線接收的數據進行處理，計算出每個發射通路的幅度及相位響應， 然後根據它們以及預校準的補償係數計算出每條發射通路的補償係數(含幅度及相位補 償)，並且在基帶處理器對無線基站的所有下行數據進行補償。
步驟三，接收校準校準天線單元發射固定電平的校準序列，基帶處理器根據各工 作天線單元接收的數據，用所提供的算法計算出每個接收通路的幅度及相位響應，然後根 據它們以及預校準的補償係數計算出每條接收通路的補償係數(含幅度及相位補償)，並 且在基帶處理器對無線基站所有的上行數據進行補償。
由於實際移動通信系統不可能隨時都是滿負荷運行的，總有空閒時隙，這些空閒 時隙就可以用來作為實時校準使用。對第三代移動通信中的TD-SCDMA系統，則可以使用其 幀結構中處於上下導引時隙(DwPTS和UpPTS)之間的保護時隙(GP)來進行此實時校準。
此方法計算時間短，控制簡單，適合使用於採用智能天線技術的具有高碼片速率 的第三代移動通信系統。
圖1示出無線基站進行預校準的原理框圖。如果天線陣的結構設計得比較牢固， 在沒有相對位置破壞的條件下，我們可以認為各天線單元與校準天線間的信道特性在固定 頻率的條件下是基本不隨環境條件變化的。我們可以用網絡分析儀將它進行預校準發射 校準時，分別由各發射單元發送固定大小的數據，校準天線進行接收，這樣可以得到Ai到Ac間的補償係數cf";接收校準時，由校準單元發送固定大小的數據，各接收天線分別進行接 收，這樣可以得到AcJIj Ai間的補償係數c廣。一般對於時分雙工(TDD)碼分多址的無線基站
圖2示出一個典型的具有智能天線的時分雙工(TDD)碼分多址的無線基站的原理 性結構框圖，它包括N個相同的天線單元201-1，201-2，....，201-N，N條饋電電纜202-1， 202-2，....，202-N，N個射頻收發信機203-1，203-2，....，203-N，和相應的基帶處理器 204，射頻收發信機使用相同的本振208。為了實現校準，在此結構的基礎上還包括饋電電纜 206及校準收發信機207組成的校準鏈路。
智能天線實時校準流程分為下面幾個步驟
步驟一校準序列的生成
選擇具有良好抗白噪特性的基本校準序列，基本校準序列的長度是w*N，其中N是 工作天線單元的個數，w是每條鏈路信道估計的窗長。做發射及接收校準時的校準序列的 長度是w*N+w-l。校準序列由基本校準序列通過周期循環移位形成。在此種算法下，w是一 個只跟各天線單元硬體時延不一致性有關的數(一般很小)，因此採用的方法校準持續時 間短，而且在某些校準持續時間受限的系統中，N可以取較大的值，系統可以有更大的天線 增 ο
設基本校準序列(二進位序列)為mP :
mP = Ov m2，· · ·，mP)p = w*N，選擇為2的冪次方比較方便。
為了保證相位不突變，提高校準的準確性，對此校準序列進行相位均衡，生成校準 序列的複數矢量
nip = (Hl1，Hl2，· · ·，Π ρ)
匹由％中的Hii得來
Iiii =· Iiii for all i = 1，...，P
為了產生所需的每個天線單元的校準序列，對此基本校準序列進行周期性的擴 展。得到一個新的復矢量 。
m =)= {m2,m2,...,mp ,mum2,...,mp)
由這個周期性復矢量可以得到每個天線單元的校準矢量「 π(k) I (k) (k)(k) \
m =K ,m2 ,..,mLJ k=1...N, Lm=p+W_i
這裡W,= mi+iN-k)w with i = \,...,Lm and k = I,...,N
此算法還需要計算和基本校準序列有關一個矢量S，作為此算法的常數矢量存儲 在基帶處理器中
S=L /fft (mp) = 1. /fft ( , Hi2, . . . , mP)
選擇基本校準序列就是選擇使得S具有最小範數，長度為P的二進位序列。
步驟二 發射校準
N個發射鏈路在以&點以一定功率發射校準矢量 (k)，這些信號經過射頻收發信 機，饋電電纜以及天線陣由校準天線接收，基帶處理器經過對從校準鏈路接收的數據進行 計算，可以得到每個發射通路(Bk —Ak)的幅度及相位響應。
設R為各天線單元發射信號在校準天線疊加後，從基帶處理器204接收到的復矢 量
R = (r1 r2, . . . , T1) 1 = p+2*(w_l)
令 Sp = (r1 r2, ... , rP) = (rw_1 rw, . . . , rw+p_2)
CIR = (C1, c2，. · ·，cp) = if ft (fft (Rp. S))
所以CIIik = fmax (cw*(k_1)+1，· · ·，cw*k)，k = 1，· · N。
fmax為求第k條發射鏈路信道估計結果 ·_1)+1 cw#k之間峰值的插值函數(視 計算精度要求確定)。
CIRk為一個複數，包含了第k條鏈路(Bk — Ac)的幅度及相位響應信息。
CIRk ^CIRk*cTk\ k=1. . .N。
CIR' k也是一個複數，包含了第k條發射鏈路(Bk —Ak)的幅度及相位響應信息。
步驟三接收校準
校準鏈路在校準天線單元以B。以一定功率發射校準矢量ni(k) (k可以任意選取)， 這些信號經過射頻收發信機，饋電電纜以及耦合校準網絡由各工作鏈路接收，基帶處理器 經過對接收數據進行計算，可以得到每個接收通路(Ak —Bk)的幅度及相位響應。
設Rk為各鏈路在基帶處理器204接收到的復矢量
RkHd , I=p+2*(W-1), k=l..N
令Ikp== {^―乂」..』心k=1 N
CIRk =Ckp)^ ifft{fft{Rkp.S))，k=1..N
所以C/民=/max( ",ci)，k=1,..N
fmax為求第k條接收鏈路信道估計結果< < 之間峰值的插值函數(視計算精 度要求確定)。
CIRk為一個複數，包含了第k條鏈路(A。一 Bk)的幅度及相位響應信息。
CIRk =CIRk* C^x ^ k=1 N
CIR' k也是一個複數，包含了第k條接收鏈路(Ak —Bk)的幅度及相位響應信息。
步驟四計算補償係數
計算各支路的平均功率N
Meanjower = (^ (abs(CIRk))2)/N這樣每個鏈路上的補償係數為 =
,
Corr_factork = sqrt (Mean_power) /CIR' k k = 1. . N
現有的天線校準通過相應的補償係數在基帶對發射和接收的數據進行補償，在軟 件上實現了天線校準的功能，但是現有天線校準流程是基於沒有DPD處理模塊下完成的校 準。隨著運營商對功放的效率提出了越來越高的要求，必然在每一個射頻通道(天線)的 中頻部分加入DPD處理模塊。DPD的處理會使得輸入信號在時域和頻域上都會引起畸變，是 否會破壞天線校準的流程以及如何融合DPD處理和AC校準流程，現在技術沒有給出。圖3 示出了預失真前後頻譜圖，從DPD後的頻譜看出來，信號經過DPD以後頻譜有很大的失真。 在時域上體現出來的是信號的幅度和相位有很大的失真，其中，A表示中頻信號，B表示預 失真後的中頻信號。發明內容
針對相關技術中存在的問題，本發明的目的在於提供一種天線發射校準系統和方 法、天線接收校準系統和方法、以及天線校準系統，以解決上述問題中的至少之一。
根據本發明的實施例，提供了一種天線發射校準系統，包括
數字預失真模塊，用於對一個或多個發射校準序進行數字預失真處理；6
一個或多個工作發射通道，用於分別對經過預失真的發射校準序列進行處理並將 處理後的發射校準序列發送至耦合網絡，其中，工作發射通道包括功率放大部分；
校準接收通道，用於接收來自耦合網絡的一個或多個發射校準序列，並對發射校 準序列進行處理得到一個或多個發射通道的幅度和相位響應。
根據本發明的實施例，提供了一種天線接收校準系統，包括
校準發射通道，用於對一個或多個接收校準序列進行處理並將處理後的接收校準 序列發送至耦合網絡；
一個或多個工作接收通道，用於分別接收來自耦合網絡的接收校準序列並對接收 校準序列進行處理，得到一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
根據本發明的實施例，提供了一種天線校準系統，包括
預失真模塊，用於對一個或多個發射校準序列進行數字預失真處理；
一個或多個工作發射通道，用於分別對經過預失真的發射校準序列進行處理，並 將處理後的發射校準序列發送至耦合網絡，其中，工作發射通道包括功率放大部分；
校準接收通道，用於接收來自耦合網絡的發射校準序列並對發射校準序列進行處 理，得到一個或多個發射通道的幅度和相位響應；
校準發射通道，用於對一個或多個接收校準序列進行處理並將處理後的接收校準 序列發送至耦合網絡；
一個或多個工作接收通道，用於分別接收來自耦合網絡的接收校準序列並對接收 校準序列進行處理，得到一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
根據本發明的實施例，提供了一種天線發射校準方法，包括
對一個或多個發射校準序列進行數字預失真；
將經過數字預失真的一個或多個發射校準序列分別通過一個或多個工作發射通 道發送至耦合網絡，其中，一個或多個工作發射通道包括功率放大部分；
由校準接收通道從耦合網絡接收一個或多個發射校準序列並將一個或多個發射 校準序列，並進行處理得到一個或多個工作發射通道的幅度和相位響應。
根據本發明的實施例，提供了一種天線接收校準方法，包括
將一個或多個接收校準序列通過校準發射通道發送至耦合網絡；以及
由一個或多個工作接收通道分別從耦合網絡接收一個或多個接收校準序列，並進 行處理得到一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
藉助本發明實施例的上述至少一個技術方案，使DPD處理和AC校準協同工作，消 除了由於功放導致的非線性，從而不會影響校準序列的幅度和相位，使得天線校準更加準 確，並且通過採用工作天線和校準天線共用模式，大大節省了硬體資源。
圖1是根據相關技術的無線基站進行預校準的原理框圖2是一個典型的具有智能天線的時分雙工(TDD)碼分多址的無線基站的原理性 結構框圖3是預失真前後的頻譜圖4是根據本發明實施例的天線校準系統的整體框圖5A和圖5B是根據本發明實施例的天線發射校準方法和天線接收校準方法的流 程圖6是根據本發明實施例的PA-LNA內部結構圖7是根據本發明實施例的天線校準系統的框圖8是根據本發明實施例的預失真器和功放級聯的示意圖9示出了根據本發明實施例的預失真和功放的非線性疊加後仿真圖10示出了根據本發明實施例的發校準定標關係示意圖IlA為根據本發明實施例的I路信號預失真前後幅度圖，圖IlB為根據本發明 實施例的Q路信號預失真前後幅度圖12示出了根據本發明實施例的接收準定標關係示意圖13是根據本發明實施例的TD-S⑶MA校準序列時序圖14是根據本發明實施例的一次完整的周期性AC校準的具體流程圖15示出了根據本發明實施例的開關控制預失真數據流和AC校準數據流的示意 圖；以及
圖16是根據本發明實施例的時分復用進行GP時段進行AC校準和DPD訓練的示意圖。
具體實施方式
考慮到相關技術中存在的相關問題，本發明實施例給出了一種發射天線校準系統 和方法、接收天線校準系統和方法、以及天線校準系統的實例，解決了現有技術中的一個或 多個問題。
圖4是根據本發明實施例的天線校準系統的整體框圖。如圖4所示，天線校準系 統400包括天線發射校準系統和天線接收校準系統。
天線發射校準系統包括預失真模塊402-2，用於對一個或多個發射校準序列進 行數字預失真處理；一個或多個工作發射通道402-4，用於分別對經過預失真的發射校準 序列進行處理，並將處理後的發射校準序列發送至耦合網絡，其中，工作發射通道包括功率 放大部分；校準接收通道402-6，用於接收來自耦合網絡的發射校準序列並對發射校準序 列進行處理，得到一個或多個發射通道的幅度和相位響應。
其中，在天線發射校準時，採用工作接收通道之一中除低噪聲放大部分之外的部 分作為校準接收通道，在不進行校準時，該工作接收通道正常工作。
天線接收校準系統包括校準發射通道404-2，用於對一個或多個接收校準序列 進行處理並將處理後的接收校準序列發送至耦合網絡；一個或多個工作接收通道404-4， 用於分別接收來自耦合網絡的接收校準序列並對接收校準序列進行處理，得到一個或多個 工作接收通道的幅度和相位響應。
其中，在天線接收校準時，採用工作發射通道之一中除功率放大部分之外的部分 作為校準發射通道，在不進行校準時，該工作發射通道正常工作。
其中，根據以下至少一個因素確定發射校準的定標關係和數據幅度天線口的額 定功率、耦合網絡的耦合度、模數轉換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
數字預失真模塊在天線校準周期之外在保護時隙發送預失真訓練序列進行預失8真係數估計。
圖5A是根據本發明實施例的天線發射校準方法的流程圖。如圖5A所示，天線發 射校準方法包括
步驟S502T，對一個或多個發射校準序列進行數字預失真；
步驟S504T，將經過數字預失真的一個或多個發射校準序列分別通過一個或多個 工作發射通道發送至耦合網絡，其中，一個或多個工作發射通道包括功率放大部分；
步驟S506T，由校準接收通道從耦合網絡接收一個或多個發射校準序列並將一個 或多個發射校準序列，並進行處理得到一個或多個工作發射通道的幅度和相位響應。
其中，在進行發射校準過程中，可以採用工作接收通道之一中除功率放大部分之 外的部分作為校準接收通道，在不進行校準時，該工作接收通道正常工作。
圖5B是根據本發明實施例的天線接收校準方法的流程圖。如圖5B所示，天線接 收校準方法包括
步驟S502R，將一個或多個接收校準序列通過校準發射通道發送至耦合網絡；以 及
步驟S504R，由一個或多個工作接收通道分別從耦合網絡接收一個或多個接收校 準序列，並進行處理得到一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
其中，在進行天線接收校準過程中，可以採用工作發射通道之一中除功率放大部 分之外的部分作為校準發射通道，在不進行校準時，該工作發射通道正常工作。
其中，根據以下至少一個因素確定發射校準和接收校準的定標關係和數據幅度 天線口的額定功率、耦合網絡的耦合度、模數轉換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
具體地，根據本發明的實施例，採用校準天線和發射天線共用一個射頻通道，射頻 信號發送到PA(功率放大)模塊時，通過功分器分離出校準天線和工作天線。工作天線的 信號繼續發送給PA模塊，而校準天線的信號通過電纜直接發送到耦合網絡。軟體根據是否 發起校準來控制開關，如果需要發起接收校準，開關打向校準發射通道，此時的射頻發射通 道作為校準發射通道使用。如果需要發起發射校準，開關打向校準接收通道，此時的射頻接 收通道作為校準接收通道使用。
所以校準發射通道沒有PA，正常通道有PA模塊。這樣就存在一個問題，在做收校 準的時候。校準通道發送，同時校準通道有DPD系統，所以校準發送出去的信號是有畸變 的。圖6是根據本發明實施例的PA-LNA內部結構圖，示出了收通路放大器的電源RXVON和 發通路放大器的電源TXVON控制，這組控制信號每個Path (通道)需要單獨提供以便於單 獨對某一通道進行控制；開關控制分為收/發切換控制SWEN和DPD&0PD與RPD的切換控制 DPD_RPD_SEL, SffEN控制信號兩個I^ath可以復用，DPD_RPD控制信號可以兩個I^ath共用。
控制信號說明
權利要求
1.一種天線發射校準系統，其特徵在於，包括數字預失真模塊，用於對一個或多個發射校準序列進行數字預失真處理； 一個或多個工作發射通道，用於分別對經過預失真的發射校準序列進行處理並將處理 後的發射校準序列發送至耦合網絡，其中，所述工作發射通道包括功率放大部分；校準接收通道，用於接收來自所述耦合網絡的一個或多個發射校準序列，並對所述發 射校準序列進行處理得到所述一個或多個工作發射通道的幅度和相位響應。
2.根據權利要求1所述的天線發射校準系統，其特徵在於，在進行天線發射校準時，採 用工作接收通道之一中除低噪聲放大部分之外的部分作為所述校準接收通道，在不進行校 準時，所述工作接收通道正常工作。
3.根據權利要求1或2所述的天線發射校準系統，其特徵在於，根據以下至少一個因素 確定發射校準的定標關係和數據幅度天線口的額定功率、所述耦合網絡的耦合度、模數轉 換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
4.根據權利要求1或2所述的天線發射校準系統，其特徵在於，所述數字預失真模塊在 天線校準周期之外在保護時隙發送預失真訓練序列進行預失真係數估計。
5.一種天線接收校準系統，其特徵在於，包括校準發射通道，用於對一個或多個接收校準序列進行處理並將處理後的接收校準序列 發送至所述耦合網絡；一個或多個工作接收通道，用於分別接收來自所述耦合網絡的接收校準序列並對所述 接收校準序列進行處理，得到所述一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
6.根據權利要求5所述的天線接收校準系統，其特徵在於，在進行天線接收校準時，採 用工作發射通道之一中除功率放大部分之外的部分作為所述校準發射通道，在不進行校準 時，所述工作發射通道正常工作。
7.根據權利要求5或6所述的天線接收校準系統，其特徵在於，根據以下至少一個因素 確定接收校準的定標關係和數據幅度天線口的額定功率、所述耦合網絡的耦合度、模數轉 換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
8.一種天線校準系統，其特徵在於，包括預失真模塊，用於對一個或多個發射校準序列進行數字預失真處理； 一個或多個工作發射通道，用於分別對經過預失真的發射校準序列進行處理，並將處 理後的發射校準序列發送至耦合網絡，其中，所述工作發射通道包括功率放大部分；校準接收通道，用於接收來自所述耦合網絡的發射校準序列並對所述發射校準序列進 行處理，得到所述一個或多個工作發射通道的幅度和相位響應；校準發射通道，用於對一個或多個接收校準序列進行處理並將處理後的接收校準序列 發送至所述耦合網絡；一個或多個工作接收通道，用於分別接收來自所述耦合網絡的接收校準序列並對所述 接收校準序列進行處理，得到所述一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
9.根據權利要求8所述的天線校準系統，其特徵在於，其中，在天線發射校準時，採用 工作接收通道之一中除低噪聲放大部分之外的部分作為所述校準接收通道，在不校準時， 所述工作接收通道正常工作。
10.根據權利要求8所述的天線校準系統，其特徵在於，其中，在天線接收校準時，採用工作發射通道之一中除功率放大部分之外的部分作為所述校準發射通道，在不校準時，所 述工作發射通道正常工作。
11.根據權利要求8至10中任一項所述的天線校準系統，其特徵在於，根據以下至少一 個因素確定發射校準和接收校準的定標關係和數據幅度天線口的額定功率、所述耦合網 絡的耦合度、模數轉換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
12.根據權利要求8至10中任一項所述的天線校準系統，其特徵在於，所述數字預失真 模塊在天線校準周期之外在保護時隙發送預失真訓練序列進行預失真係數估計。
13.根據權利要求8至10中任一項所述的天線校準系統，其特徵在於，在進行天線接收 校準過程中，旁路所述數字預失真模塊，使得旁路所述預失真模塊的處理延時與所述預失 真模塊進行處理的延時一致。
14.一種天線發射校準方法，其特徵在於，包括對一個或多個發射校準序列進行數字預失真；將經過數字預失真的一個或多個發射校準序列分別通過一個或多個工作發射通道發 送至耦合網絡，其中，所述一個或多個工作發射通道包括功率放大部分；由校準接收通道從所述耦合網絡接收一個或多個發射校準序列並將所述一個或多個 發射校準序列，並進行處理得到所述一個或多個工作發射通道的幅度和相位響應。
15.根據權利要求14所述的天線發射校準方法，其特徵在於，在進行發射校準時，採用 工作接收通道之一中除低噪聲放大部分之外的部分作為所述校準接收通道，在不進行校準 時，所述工作接收通道正常工作。
16.根據權利要求14或15所述的天線發射校準方法，其特徵在於，根據以下至少一個 因素確定發射校準的定標關係和數據幅度天線口的額定功率、所述耦合網絡的耦合度、模 數轉換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
17.一種天線接收校準方法，其特徵在於，包括將一個或多個接收校準序列通過校準發射通道發送至所述耦合網絡；以及由一個或多個工作接收通道分別從所述耦合網絡接收所述一個或多個接收校準序列， 並進行處理得到所述一個或多個工作接收通道的幅度和相位響應。
18.根據權利要求17所述的天線接收校準方法，其特徵在於，在進行天線接收校準時， 採用工作發射通道之一中除功率放大部分之外的部分作為所述校準發射通道，在不進行校 準時，所述工作發射通道正常工作。
19.根據權利要求17所述的天線接收校準方法，其特徵在於，根據以下至少一個因素 確定發射校準的定標關係和數據幅度天線口的額定功率、所述耦合網絡的耦合度、模數轉 換器的飽和功率點、以及收發鏈路增益。
全文摘要
本發明提供一種天線發射校準系統和方法、天線接收校準系統和方法及天線校準系統，天線校準系統包括預失真模塊，對發射校準序列進行數字預失真處理；一個或多個工作發射通道，分別處理經過預失真的發射校準序列並發送至耦合網絡，工作發射通道包括功率放大部分；校準接收通道，接收來自耦合網絡的發射校準序列；校準發射通道，對接收校準序列進行處理並將處理後的接收校準序列發送至耦合網絡；一個或多個工作接收通道，分別接收來自耦合網絡的接收校準序列。本發明使DPD處理和AC校準協同工作，消除了由於功放導致的非線性，從而不會影響校準序列的幅度和相位，使得天線校準更加準確，通過採用工作天線和校準天線共用模式，大大節省了硬體資源。
文檔編號H01Q3/26GK102035076SQ20091023558
公開日2011年4月27日 申請日期2009年9月29日 優先權日2009年9月29日
發明者房治國, 熊軍, 王新生, 王桂珍, 高桂香 申請人:大唐移動通信設備有限公司