CN101180551B - 天线阵列校准系统及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种智能天线校准系统用于校准具有多个天线的天线阵列。各个天线具有校准耦合器，用于提供表示经过与之关联的收发器的信号的监视信号，以及处理单元，该处理单元包括至少一个信号分割器和组合器阵列，所述信号分割器分割至少一个监视信号，并且所述组合器阵列包括一个或者多个组合器，用于组合来自第一天线和第二天线的至少两个分割监视信号，从而产生表示同相叠加的第一组合信号和表示正交叠加的第二组合信号。功率检测器与所述处理单元进行通信，配置为估计通过第一天线和第二天线的每一个的信号的功率水平和所述同相叠加和正交叠加的同相功率和正交功率，从而确定天线上信号的相位差。

Description

天线阵列校准系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请涉及并要求2004年8月31日提交的美国临时专利申请序列号No.60/606,534和2005年4月27日提交的美国专利申请序列号No.11/115,598的优先权。 

技术领域

本发明一般地涉及无线通信系统，并且尤其涉及一个或者多个无线通信用智能天线的校准以确保无线通信系统的性能和信号质量。

背景技术

智能天线技术可以在很大程度上改善无线通信系统的性能和经济成本。它可以让PCS、蜂窝和无线本地环路运营商在信号质量、容量和覆盖范围方面获取大幅提升。运营商在不同时间通常需要这些优点的不同组合。能够在配置和升级能力方面提供最大灵活性的系统通常是最具效益成本的长期解决方案。

智能天线也称为自适应天线，其在现代无线通信系统中具有明显优点。智能天线能够波束赋形或者能够将辐射能量的波束引导至所需接收器。在天线阵列中布设一个或者多个智能天线的系统的双重目的是，通过更加聚集的无线电信号发射而提高基于无线电的系统的信号质量并且不降低信号容量。这种功能的一个优点是将更多功率引导至所需接收器。使用智能天线阵列以进行波束赋形的另一个优点是由于智能天线更强的方向性特质而导致的降低发射功率的能力。最后，布设智能天线阵列的系统通常改善了任何智能天线阵列和所需收发器之间的信道状况，例如接收到的信号的信干比。

为了准确形成所需波束，应当对自适应阵列子系统的各个组件的 幅度和相位有适当精确程度的了解。具有智能天线的系统中增益和相位方面的未补偿差异恶化了天线性能。理想地，增益和相位特性在制造期间即预先确定并且不随环境变化。然而，实际上，这些特性随着时间和不同环境而改变。因此，需要一种校准天线阵列的方法和设备。更具体地说，需要一种能够确定具有一个或者多个智能天线的系统的增益和相位变化以补偿这些变化的方法。

一种传统的校准方法是“远程用户/转发器辅助校准”。这种方法需要来自预定位置的远程用户/转发器单元的辅助。需要产生一组数量为N的正交校准信号，并且然后从各个天线发射该信号以允许用户/转发器计算来自各个天线的各个信号的相位和功率，其中N是天线阵列中天线的数量。而且，用户/转发器应当位于天线阵列的视线(LOS)位置处，否则由于多路径造成的空中信道效应可能大幅恶化校准精度。

另一种传统的校准方法是“并置(collocated)校准单元的现场校准”。这种方法需要专门的并置校准单元并且涉及产生和注入专门的校准信号至发射器和接收器链中。并置校准必须能够计算多个信号(校准信号)的相位和功率。

两种传统方法均需要专门的校准阶段，在此期间产生专门的校准信号并且将被信号注入或者发射到校准单元。这样导致对正常系统操作的中断。而且，两种方法均需要专门的校准单元或者用户单元/转发器来同时检测多个校准信号的相位和功率二者。所述中断和对专门设备的需求在某些无线通信系统设计中均是成本高昂的。

因此，在智能天线阵列设计领域中需要一种改善的阵列校准系统和方法，能够确保无线通信系统的性能和信号质量。

发明内容

根据以上内容，以下提供了一种确保具有智能天线阵列的无线通信系统的性能和信号质量的系统和方法。

在一个实施例中，公开了一种智能天线校准系统，用于校准具有 多个天线的天线阵列。各个天线具有校准耦合器，用于提供表示经过与之关联的收发器的信号的监视信号；以及处理单元，该处理单元包括至少一个信号分割器和组合器阵列，所述信号分割器分割至少一个所述监视信号，并且所述组合器阵列包括一个或者多个组合器，用于组合来自第一天线和第二天线的至少两个所述分割监视信号，从而产生表示其同相叠加的第一组合信号和表示其正交叠加的第二组合信号。功率检测器与所述处理单元进行通信，配置为估计通过第一天线和第二天线的每一个的信号的功率水平和同相叠加和正交叠加的同相功率和正交功率，从而确定两个天线上信号的相位差。功率和相位差可以被用于校准天线阵列中的一个或者多个天线。

然而，本发明的构造和操作方法以及其他目标和优点通过下面的结合附图对特定实施例的详细描述可以更好的理解。

附图说明

图1表示传统的天线阵列；

图2表示传统的正交组合器；

图3表示根据本发明一个实施例的用于新型智能天线阵列的校准系统；

图4表示根据本发明一个实施例的具有校准耦合器的新型智能天线阵列；

图5表示根据本发明一个实施例的RF路由和处理结构；

图6表示根据本发明一个实施例的另一种RF路由和处理结构；以及

图7A和图7B表示总结根据本发明一个实施例的校准方法的流程图。

具体实施方式

下面的内容提供了对确保无线通信系统的性能和信号质量的改进阵列校准系统和方法的详细描述。

图1表示传统天线阵列100。为了简化起见，显示了具有四个天线的阵列。四个天线中的各个天线(标示为“a1”、“a2”、“a3”和“a4”)从收发器102接收发射(Tx)输入，并且释放接收(Rx)输出至收发器102。天线增益和相位特性在制造期间确定。然而，由于时间和环境二者的效应，天线增益和相位特性可能变化，并且天线需要被测试。并且，可能需要在现场进行额外校准。由于各个天线的增益和相位互相之间可能在很大程度上不同，因此需要开发系统和方法以经济地执行天线测试和校准而不中断正常通信业务。

图2表示传统的正交组合器200。基于图2，本领域技术人员应当理解，传统的正交组合器200是包括三个2:1组合器/分割器202、204和206以及一个90度混合组合器/分割器208的2×2设备。输入信号Va1被分割为两个相同的同相信号210和212。并且，输入信号Va2被分割为两个功率相等的信号214和216，但是信号214与信号210和212同相，而信号216与信号210、212和214正交(90度异相)。传统正交组合器200的输出信号Vb1是信号210和214的同相叠加，而传统正交组合器200的输出信号Vb2是信号212和216的正交叠加。在数学上，输出信号Vb1和Vb2表示如下：

Vb1＝A*(Va1+Va2)

Vb2＝A*[Va1+Va2*exp(j90°)]

其中Va1、Va2、Vb1和Vb2是包含功率和相位的复数电压。A是通过预定硬件校准确定的常数。

应当注意，检测到的功率Pb1和Pb2分别与Vb1和Vb2关联，并且其通过如下功率方程式确定：

P_b1＝A_I·{|V_a2|²+|V_a1|²+2·|V_a2|·|V_a1|·cos(φ_a2-φ_a1)}

P_b2＝A_Q·{|V_a2|²+|V_a1|²+2·|V_a2|·|V_a1|·cos(90°+φ_a2-φ_a1)}

＝A_Q·{|V_a2|²+|V_a1|²+2·|V_a2|·|V_a1|·sin(φ_a2-φ_a1)}

其中φa1和φa2是Va1和Va2的相位。A_I是同相增益，并且A_Q是正交增益，它们均是通过预定硬件校准确定的常数，并且|V_a1|和|V_a2|分别是输入信号的功率水平。

本发明的一个方面通过使用上面定义的功率方程式来计算两个天线之间的相位差(φa1-φa2)而简化了智能天线校准。当正交组合器200的输入信号功率|V_a1|和|V_a2|可以通过基于某些预定校准数据和P_b1 与P_b2的测量的简单推导而确定时，计算可以简化。因此，阵列中各个天线的功率增益和相位可以使用针对各个天线测量的功率和计算的相位值而补偿。这与传统校准方法差异很大，在传统技术中，载波频率处的信号必须被转换(例如通过解调模块进行解调)至基带频率以进行进一步处理，并且功率和相位检测必须单独进行。本发明通过功率测量和基于其上的附加计算而推导相位差，这是“标量检测”并且避免了复杂的“向量检测”。

图3表示根据本发明一个实施例的新型智能天线阵列的校准系统300。它包括具有新型天线信号耦合器的新型智能天线阵列400、基站收发器(BTS)302、通过连接306连接到RF信号路由和处理结构308的功率检测器(PD)304。应当理解，连接306可以为有线或者无线连接。PD 304可以为标准移动终端或者任何其他具有功率检测和输出功率控制功能的定制设计。

在此实施例中，尽管为了简化使用了具有四个天线的阵列，但应当理解，可以在阵列中包括不同数量的天线，而并不背离本发明的实质。智能天线阵列400类似于传统的天线阵列100，除了智能天线阵列400具有在各个天线(标示为“a1”、“a2”、“a3”和“a4”)及其关联收发器之间串联添加的多个校准耦合器，这将在下文参考图4进一步详述。校准耦合器允许监视发射至各个天线的信号或者来自各个天线的接收信号，但是并不中断正常的通信业务。智能天线阵列400的监视信号H1、H2、H3和H4被发送至RF信号路由和处理结构308，由PD 304通过连接306进一步监视以推导出各个天线的同相和正交组合功率。然 后该信息被发送至BTS 302以对四个天线中每一个的增益和相位值进行计算以备用于智能天线阵列400的校准。

RF信号路由和处理结构308以及PD 304利用各个监视信号H1、H2、H3和H4估计下行链路发射功率并且通过使用上述功率方程式来计算天线之间的相位差。然后，针对各个天线所估计的功率和计算的相位值被发送到BTS 302并且由其使用，以校准各个天线从而得到一致的功率和相位结果。

图4表示根据本发明一个实施例的具有校准耦合器的新型智能天线阵列400。如图所示，新型智能天线阵列400类似于传统的天线阵列100，除了在各个天线及其对应收发器102之间添加有校准耦合器402。校准耦合器402允许监视部分的发射或者接收信号而不中断正常通信业务。通过这种方式，可以将信号的已知定标(scaled)版本用于本发明的测量和校准方法。校准耦合器402应当在物理上尽可能靠近各个天线(标示为“a1”、“a2”、“a3”和“a4”)。然后监视信号H1、H2、H3和H4被发送到先前如图3所示的RF信号路由和处理结构。

图5表示根据本发明一个实施例的RF路由和处理结构500。应当理解，RF路由和处理结构500可以如同图3中的RF路由和处理结构308一样实现在校准系统300中。RF路由和处理结构500包括具有RF开关S1、S2、S3和S4的第一开关阵列502，具有四个2:1分割器的分割器阵列504，具有三个正交组合器512、514和516的组合器阵列506，具有RF开关W1、W2、W3、W4、W5和W6以切换输出功率信号T1、T2、T3、T4、T5和T6的第二开关阵列508，以及6:1功率组合器模块510。当实现在校准系统300中时，RF路由和处理结构500通过连接306连接到PD 304(未示出)。PD 304(如图3所示)可以为具有接收信号强度指示器(RSSI)功率检测功能的用于发射器校准的移动接收器。如果天线阵列接收器链要求在预定水平校准，则PD 304(未示出)还可能需要在预定水平设置其输出功率的功能。RF信号路由和处理结构500进一步从智能天线阵列400接收监视信号H1、H2、H3和 H4。RF路由/处理结构500中的关键组件是正交组合器512、514和516，其中同时将两个信号进行同相和正交(例如90度异相)组合。

RF路由和处理结构500通过第一开关阵列502、分割器阵列504以及组合器阵列506路由并且处理监视信号H1、H2、H3和H4上的选定RF信号以允许PD 304检测同相/正交(I/Q)功率水平。输出功率和天线发射器链之间的相位差的检测可以周期性进行或者通过来自BTS302的命令启动。在周期性校准的情况下，PD 304检测天线之间的功率，并且基于特定协议周期性发送信号回到BTS 302。当PD 304发送回发射器信息时，它可以通过正常的通信协议。通过PD 304用来发送回发射器信息的上行链路信号，BTS 302将可以获得阵列接收器链校准数据。

然后可以使用上述功率方程式通过组合的I/Q功率水平而计算出天线之间的相位水平。例如，相位差可以如下计算。当输入功率例如|V_a1|²和|V_a2|²通过测量而已知时，功率方程式将可以确定两个天线之间的相位差。

例如，表示天线a1和天线a2之间的相位差的相位方程式如下：

${\mathrm{\φ}}_{a2}-{\mathrm{\φ}}_{a1}=\±a\cos \left\{\frac{P_{b1}-A_I\·({\left|V_{a2}\right|}^2+{\left|V_{a1}\right|}^2)}{2\·A_I\·\left|V_{a2}\right|\·\left|V_{a1}\right|}\right\}$

相位方程式中符号的不确定性可以通过使用如下所示的用于校验通过第二功率方程式获得的sin(φa2-φa1)的符号的校验方程式而去除：

$\sin ({\mathrm{\φ}}_{a2}-{\mathrm{\φ}}_{a1})=\frac{P_{b2}-A_Q\·({\left|V_{a2}\right|}^2+{\left|V_{a1}\right|}^2)}{2\·A_Q\·\left|V_{a2}\right|\·\left|V_{a1}\right|}$

如果校验方程式中给出的sin(φa2-φa1)大于零，则在相位方程式中采用正号。否则，采用负号。

通过类似过程，可以计算天线a2和a3之间以及天线a3和a4之间 的相位差。其中Δφ_{a2_1}表示天线a2和a1之间的相位差，Δφ_{a3_2}表示天线a3和a2之间的相位差，并且Δφ_{a4_3}表示天线a4和a3之间的相位差。在此实施例中，如果使用天线a1作为参考天线，则可以得出任何其他天线与a1之间的相位差。例如，如果a1和a2之间的相位差Δφ_{a2_1}已知，并且a2和a3之间的相位差Δφ_{a3_2}已知，则通过简单的数学叠加即可得出a1和a3之间的相位差。

图6表示根据本发明一个实施例的另一个RF路由和处理结构600。RF路由和处理结构600类似于RF路由和处理结构500，除了正交组合器输入的互连。应当理解，RF路由和处理结构600可以如同图3中的RF路由和处理结构308一样实现在校准系统300中。在结构600中，各个正交组合器512、514和516从分割器阵列602中的3:1分割器601接收其同相输入。由于3:1分割器601分割监视信号H1，而监视信号H1来自于天线a1，因此天线a1被用作参考天线，而所有其他天线值均参考天线a1。并且，分割器阵列602中的三个衰减器604也发送一个或者多个信号至正交组合器512、514和516以对所有四个路径(包括上行链路和下行链路校准路径)保持一致信号路径，从而改善校准精度。应当理解，这些衰减器604是可选的，并且各个衰减器604呈现出类似于3:1分割器601的衰减特性。这样，衰减后的信号也可以被看作是分割监视信号。当RF路由和处理结构600实现在校准系统300中时，其可进一步被理解为产生类似于在校准系统300中实现RF路由和处理结构500的校准性能特性和优点。

图7A表示根据本发明一个实施例的得出必要校准数据的校准方法的处理流程700。流程700开始于步骤702，其中一个或者多个智能天线阵列被预先校准以消除硬件导致的差异。该过程可以在布设天线阵列之前在制造商工厂或者实验室中完成。然后流程700进行到步骤704，其中执行发射校准过程以确定发射路径损耗和相位结果。可替换地，流程700还可以进行到步骤706，其中执行接收校准过程以确定接收路径损耗和相位结果。应当理解，发射路径校准和接收路径校准是独立的， 它们不需要被同时执行。

参考图3、图4和图7A，步骤702被用于消除或者补偿由于校准硬件例如校准耦合器402和RF信号路由和处理结构308导致的不希望的功率和相位变化。对于预先校准，首先，可以在H1注入具有已知功率和相位的校准信号并且在输出306处检测输出的功率和相位而不被来自H2、H3或者H4的其他信号源干扰(例如通过仅开启开关W1)。这样可以确定由H1和W1之间的校准硬件导致的功率和相位变化。

然后，可以通过顺次仅开启W2、W3和W4中的一个选定开关并且相应地在H2、H3或者H4注入相同的校准信号而检测输出306的功率和相位。通过在输出306处检测已知开关W1、W2、W3、W4开启情况下的输出的功率和相位，可以识别通过这些路径的校准硬件导致的功率和相位变化。由于馈送给H1-H4的校准信号是已知的，因此RF信号路由和处理结构308的预先校准也产生A_I(或者同步增益)与A_Q (或者正交增益)，这是功率方程式和相位方程式计算天线相位差所必需的。获得的信息被统称为预校准数据，并且将被提供给BTS 302并且存储在其中以从校准过程中的最终校准数据中去除由于校准硬件导致的功率损耗和相位变化。

在步骤704中，进行发射路径校准。PD 304监视输出功率信号T1至T6的下行链路功率水平和同一天线阵列的不同天线之间的相位差。该校准包括两个部分，即功率检测和相位差检测部分。对于功率检测，PD 304监视非业务信道例如导频信道、寻呼信道、接入信道，或者随着时间保持恒定功率的任何其他物理信道。天线的输出功率基于由功率检测器检测到的功率水平的测量(将在下文描述)而估计。一旦对应于天线a1、a2、a3和a4的天线输出功率P1、P2、P3和P4已知，则可以执行相位差估计。在对应的同相和正交功率(P_I和P_Q)被测量之后，天线之间的相位差可以被从数学上确定。

在图7B中，步骤704进一步分解为三个步骤：步骤708用于获得天线输出功率值，步骤710用于获得同相和正交功率值；以及步骤712 用于使用步骤708和710中计算的功率值获得相位差。

现在假定结构500或者结构600被实现在校准系统300中。参考图3至图7B，并且在步骤708中，通过开启开关S1和W1而启动天线的输出功率测量。在此情况下，只有天线a1被分析。PD 304在监视的输出功率信号T1经过功率组合器模块510之后对其进行检测。然后通过下式计算天线a1的输出功率：

P₁＝C₁*P_T1

其中P_I是天线a1的发射输出功率，P_T1是通过PD 304监视的输出功率信号T1，并且C₁是常数。C₁表示包括与天线a1关联的校准耦合器402和RF信号路由和处理结构308在内的校准系统的影响，其可以包括例如对应于天线a1的校准耦合器402的耦合系数(损耗)、监视信号H1和输出功率信号T1之间的损耗、组合器模块510的损耗、被用于PD 304的功率检测的监视信道上的信号功率和天线a1的总发射功率之间的功率比率等因素。应当理解，这些因素全部可以在上述预校准过程中确定，或者对于校准系统是已知的。例如，对应于天线a1的校准耦合器402的耦合系数(损耗)、监视信号H1和输出功率信号T1之间的损耗以及组合器模块510的损耗可以在预校准步骤702中获得，而功率比率是预设置的并且对于校准系统是已知的。例如，如果耦合系数是20dB，H1和T1之间的损耗是32dB，6:1组合器模块510的损耗是8dB，并且发射功率与监视功率的功率比率为20％，则常数C₁等于：

C₁＝20+32+8+10*log10(1/0.2)(dB).

天线a2、a3和a4的功率检测和计算过程类似。天线a2的输出功率是通过首先仅开启开关S2和W3而得出，在由PD 304检测到被监视的输出功率信号T3之后，天线a2输出功率可以被计算。类似地，天线a3的输出功率是通过首先仅开启开关S3和W5而得出。在由PD 304检测到被监视的输出功率信号T5之后，天线a3的输出功率可以被计 算。可以应用类似过程来计算天线a4的输出功率。在首先仅开启开关S4和W5之后，通过PD 304检测被监视的输出功率信号T5，从而可以计算天线a4输出功率。

相位差确定步骤712依赖于步骤710，该步骤710被执行以确定来自各个天线对的组合的同相和正交信号。例如，为了分析来自天线a1和a2的同相和正交信号，开关S1、S2和W1被开启。现在，T1表示组合信号。PD 304首先通过功率组合器模块510检测组合信号的被监视的同相功率(P_I)。当开关S1和S2保持开启时，开关W1被关断并且开关W2被开启。然后PD 304检测组合信号的被监视的正交功率(P_Q)。然后可以利用下面的方程式来计算天线a1和a2之间的相位差，该方程式仅是功率方程式的另一种表示：

$P_I=A_I\·\{P_1+P_2+2\·\sqrt{P_1}\·\sqrt{P_2}\·\cos ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\φ}}_1)\}$

$P_Q=A_Q\·\{P_1+P_2+2\·\sqrt{P_1}\·\sqrt{P_2}\·\sin ({\mathrm{\φ}}_2-{\mathrm{\φ}}_1)\}$

其中P_I是组合信号的同相功率并且P_Q是正交功率，二者均已被测量，P₁和P₂是先前在步骤708中计算的天线a1和天线a2的输出功率，并且A_I和A_Q是在预校准中确定的常数，该常数依赖于校准耦合器的耦合系数、H1至T1和H2至T2之间的损耗以及组合器模块510的损耗。由于在这两个公式中唯一未知的是相位差，并且存在两个方程式用于确定，所以通过求解这两个公式中的任意一者可以获得a1和a2之间的相位差。

然后天线a3和a2之间的相位差以及天线a4和a3之间的相位差可以通过利用相同过程而计算。例如，天线a3和a2之间的相位差可以通过在PD 304检测输出功率信号T3的同相功率(P_I)时首先开启开关S2、S3和W3而得出。在开关S2和S3保持开启的同时，开关W3关断并且开关W4开启。然后PD 304检测输出功率信号T4的被监视的正交功率(P_Q)。然后可以计算出天线a3和a2之间的相位差。

类似地，天线a4和a3之间的相位差可以通过在PD 304检测输出 功率信号T5的同相功率(P_I)时首先开启开关S3、S4和W5而得出。在开关S3和S4保持开启的同时，开关W5关断并且开关W6开启。然后PD 304检测输出功率信号T6的被监视的正交功率(P_Q)。然后可以计算出天线a4和a3之间的相位差。

优选地，任何两个天线的功率检测执行之后紧跟这两个天线的相位差推导。例如，天线a1和a2的功率可以被首先检测，并且然后可以推导天线a1和a2之间的相位差。此后，执行天线a3和a2功率和相位差的推导。然而，应当理解，可以执行所有天线的功率检测之后进行各个天线对的相位差推导。还应当理解，通常BTS通过天线阵列中的不同天线发射相同信号，但是如果这些信号具有起始的功率或者相位变化，则信息应当经过校准系统从而将这些因素考虑在内并且从校准过程中去除。

在步骤706中，执行接收路径校准。该步骤基本与发射路径校准相同，除了在该步骤中检查接收路径的校准信息。步骤706也可以被划分为步骤708、710和712。例如，所述过程可以通过发送校准信号至天线阵列400而启动。同相校准信号可以被同时发送到所有天线。校准信号可以通过PD 304或者某个其他信号源发送，并且可以为正常业务信号、接入信号或者其他上行链路信号。当智能天线阵列400接收到信号时，校准耦合器402产生监视信号H1、H2、H3和H4，它们表示原始校准信号的副本。各个这些信号表示天线功率和相位特性。与发射路径校准类似，BTS 302将基于功率测量来计算相位差。

通过接收器链接收的功率是PD 304发射信号功率以及PD 304输出和天线输入之间传输损耗的函数。例如，通过天线a1接收器接收的功率水平(P_R1)通过下式计算：

P_R1＝C₁*P_ST

其中P_ST是PD 304的输出功率，并且C₁是表示PD输出端口和天线a1输入端口之间的损耗的常数。

如果要求在预定输入信号水平校准各个天线阵列接收器链，则发射信号的PD 304或者任何其他设备必须具有在预定水平设置其输出功率的功能。可以利用具有通过内部参数映射其输出功率的功能的功率模块例如自动增益控制(AGC)。通过这种映射功能，功率模块可以通过AGC将内部参数设置为适当值以通过PD 304产生所需的输出功率。

而且，校准可以根据需要被启动或者编程为周期性进行。BTS和PD均可以启动所述过程，只要二者经过通信以在校准过程中合作。例如，PD 304监听非业务信道例如寻呼信道或者接入信道或者用于寻呼/广播用途的任何信道以监视通过BTS 302发布的校准启动信号。一旦检测到校准启动信号，PD 304将启动功率和相位差检测。进一步应当理解，本发明要求数据处理，但是所述处理可以在天线侧进行也可以PD侧进行。例如，RF信号路由和处理结构308可以附着到智能天线，但是也可以与天线进行通信而不与其物理连接。类似地，可以根据资源分配而在PD或者BTS中执行数学计算。

本发明相对于传统的智能天线阵列校准方法具有显著优点。例如，由于不需要专门的校准阶段，正常的通信业务不会被中断。由于不需要专门的下行链路校准信号，各个天线用以跟踪各个天线相位差的单独的下行链路信号得以消除。最后，由于不需要专门的校准模块，可以使用功率检测器例如具有功率检测功能和在预定水平设置输出功率的功能的标准移动终端，所以总校准设备成本得以降低。

上述示意提供了很多不同实施例或者实现本发明不同特征的实施例。描述了组件和过程的特定实施例以帮助理解本发明。当然，这些仅为示例实施例并且并不限制本发明，本发明仅由权利要求限制。

尽管在一个或者多个特定示例中描述了本发明，然而并不将本发明限制于这些细节，因为可以对本发明做出各种修改和结构变化但是并不背离本发明的实质，并且仍然在权利要求的等同方案的范围之内。因此，应当将所附权利要求书按照与本发明范围一致的方式广泛理解。

Claims (22)

1.一种智能天线校准系统，包括：

具有多个天线的天线阵列，各个天线具有校准耦合器，用于提供表示经过与各个天线关联的收发器的信号的监视信号；

包括组合器阵列和至少一个信号分割器的处理单元，所述信号分割器分割至少一个所述监视信号，并且所述组合器阵列包括一个或者多个组合器，用于组合来自第一天线和第二天线的至少两个所述分割监视信号，从而产生表示其同相叠加的第一组合信号和表示其正交叠加的第二组合信号；以及

与所述处理单元进行通信的功率检测器，

其中所述功率检测器和处理单元配置为检测通过所述第一天线和第二天线的每一个的信号的功率和所述第一组合信号和第二组合信号的同相功率和正交功率，从而确定所述两个天线之间的所述监视信号的相位差。

2.根据权利要求1所述的校准系统，其进一步包括耦合到所述天线阵列用于数据计算和数据存储的基站收发器。

3.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述处理单元进一步包括具有一个或者多个信号开关的第一开关阵列，用于选择一个或者多个所述监视信号。

4.根据权利要求3所述的校准系统，其中所述处理单元进一步包括耦合到所述组合器阵列的第二开关阵列，用于选择一个或者多个所述第一组合信号和第二组合信号。

5.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述组合器为正交组合器。

6.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述信号分割器提供所述分割监视信号给超过两个的组合器，并且进一步包括衰减器，用于发送所述监视信号的衰减后信号至预定组合器，所述衰减后信号具有的衰减与所述信号分割器的衰减相同。

7.根据权利要求1所述的校准系统，其中所述功率检测器是具有接收信号强度指示器(RSSI)功率检测功能的移动接收器。

8.一种用于校准具有多个天线的智能天线阵列的方法，所述方法包括：

基于经过各个天线的信号而提供监视信号；

将各个监视信号分割为一个或者多个分割监视信号；

通过与各个天线关联的所述分割监视信号来估计所述经过各个天线的信号的功率水平；

组合来自每两个所述天线的分割监视信号以产生两个组合信号，第一组合信号表示其同相叠加并且第二组合信号表示其正交叠加；

对每两个所述天线估计所述第一组合信号和第二组合信号的功率水平；

基于所述估计的经过各个天线的信号的功率水平和所述第一组合信号和第二组合信号的估计功率水平而检测所述天线之间的相位差；以及

基于所述检测到的相位差和估计的经过所述天线的信号的功率水平而校准所述智能天线阵列。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括监视所述分割监视信号和所述第一组合信号和第二组合信号。

10.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括执行预校准以确定由于检测所述相位差涉及的硬件导致的损耗。

11.根据权利要求8所述的方法，其中所述监视信号是由通过所述智能天线的接收路径接收到的信号而产生的。

12.根据权利要求8所述的方法，其中所述监视信号是由通过所述智能天线的发射路径发射的信号而产生的。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述分割使用衰减器以产生所述分割监视信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述分割进一步包括使用与一个预定天线关联的分割监视信号作为参考以与来自各个其他天线的分割监视信号组合。

15.一种用于校准具有多个天线的智能天线阵列的方法，所述方法包括：

执行预校准以获得与校准硬件关联的预校准数据；

执行发射路径校准或者接收路径校准或者二者，

其中各个天线的监视信号是基于经过该天线的信号而产生的，通过该监视信号估计所述经过各个天线的信号的功率水平，并且从经过任意两个天线的信号的功率水平和从所述监视信号产生的两个分割监视信号的同相叠加和正交叠加信号的同相功率和正交功率而确定所述两个天线之间的相位差。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述执行发射路径校准进一步包括：

从所述天线发射所述信号；

通过因式分解所述预校准数据而由与各个天线关联的分割监视信号来估计所述经过各个天线的信号的功率水平；

组合来自每两个天线的所述分割监视信号以产生两个组合信号，第一组合信号表示其同相叠加并且第二组合信号表示其正交叠加；

估计每两个天线的第一组合信号和第二组合信号的功率水平；以及

基于估计的通过各个天线发射的信号的功率水平和估计的所述第一组合信号和第二组合信号的功率水平而检测天线之间的相位差。

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括基于所述检测的相位差和估计的通过所述天线发射的信号的功率水平而校准所述智能天线阵列。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括监视所述分割监视信号和所述第一组合信号和第二组合信号。

19.根据权利要求16所述的方法，其中所述执行预校准确定由于检测所述相位差涉及的硬件导致的损耗。

20.根据权利要求15所述的方法，其中所述执行接收路径校准进一步包括：

从功率检测器接收信号；

通过因式分解所述预校准数据而由与各个天线关联的分割监视信号来估计所述经过各个天线的信号的功率水平；

组合来自每两个天线的所述分割监视信号以产生两个组合信号，第一组合信号表示其同相叠加并且第二组合信号表示其正交叠加；

估计每两个所述天线的第一组合信号和第二组合信号的功率水平；以及

基于所述估计的通过各个天线接收的信号的功率水平和估计的所述第一组合信号和第二组合信号的功率水平而检测天线之间的相位差。

21.根据权利要求15所述的方法，其中将一个预定天线标识为参考以与其他天线比较从而获得功率和相位差。

22.根据权利要求21所述的方法，其中使用衰减器以产生另一个天线的分割监视信号。

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