发明内容
本发明提供一种天线校准方法及装置,以解决依赖于校准网络的校准方法存在的难度大、成本高的问题。
为此,本发明实施例采用如下技术方案:
一种天线校准方法,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,包括:从所述n个天线中选取第i个天线作为基准天线,该基准天线的校准系数确定为预置值;所述第i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号,通过接收到的校准信号值,确定其余各天线的校准系数;利用校准系数对天线信号进行校准。
对于除第i个天线之外的任一第k个天线,确定其校准系数的过程为:确定第i个天线发送的校准信号在第k个天线处接收到的值为第一校准信号接收值;确定第k个天线发送的校准信号在第i个天线处接收到的值为第二校准信号接收值;确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第k个天线的校准系数。
所述第一校准信号接收值为Ri,k=TSiCi,kYk,所述第二校准信号接收值为Rk,i=TSkCi,kYi;其中,T为所述第i个天线和第k个天线互相发送的校准信号,Ci,k为第i个天线和第k个天线之间的传输系数;Si、Sk分别为第i个、第k个天线射频发射通道的传输系数,Yi、Yk分别为第i个、第k个天线射频接收通道的传输系数。
所述校准信号为训练序列;对于除第i个天线之外的任一第k个天线,确定其校准系数的过程为:确定第i个天线发往第k个天线的训练序列的第一信道估计结果;确定第k个天线发送第i个天线的训练序列的第二信道估计结果;根据所述第一信道估计结果与第二信道估计结果的比值,确定第k个天线的校准系数。
所述第一信道估计结果为
所述第二信道估计结果为
其中,m为第i个天线和第k个天线互相发送的训练序列,
为第i个天线发送的m在第k个天线处的训练序列接收值,
为第k个天线发送的m在第i个天线处的训练序列接收值。
所述第i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号的具体过程为:所述第i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准信号,然后和第二个天线互相发送校准信号,直至和最后一个天线互相发送校准信号;或者,所述第i个天线依次向其余天线发送校准信号,所述其余天线依次向所述第i个天线发送校准信号。
利用校准系数对天线信号进行校准的具体过程为:利用天线的校准系数以及预获得的加权系数,对天线待发送的信号进行补偿。
对天线进行补偿后的信号为:y=xwγSH;其中,x为待发送的信号,w为预先获得的加权系数,γ为校准系数,S为射频通道的传输系数,H为天线和终端之间的无线信道系数。
一种天线校准方法,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,其包括:在所述n个天线之外另选一个天线作为基准天线,该基准天线的校准系数确定为预置值;所述基准天线与待校准的各天线互相发送相同的校准信号,通过接收到的校准信号值,确定各天线的校准系数;利用校准系数对天线信号进行校准。
一种天线校准装置,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,包括:基准天线设置单元,用于从所述n个天线中选取第i个天线作为基准天线,并设定该基准天线的校准系数为预置值;校准信号收发单元,用于启动第i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号;校准系数计算单元,用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号值,计算除第i个天线的校准系数;校准执行单元,用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数,对天线进行校准。
所述校准信号收发单元,启动所述第i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准信号,然后和第二个天线互相发送校准信号,直至和最后一个天线互相发送校准信号;或者,所述校准信号收发单元,启动所述第i个天线依次向其余天线发送校准信号,然后所述其余天线依次向所述第i个天线发送校准信号。
所述校准系数计算单元进一步包括:第一接收值计算子单元、第二接收值计算子单元和校准系数确定子单元,当确定第k个天线校准系数时,所述第一接收值计算子单元,用于计算第i个天线发送的校准信号在第k个天线处接收到的值为第一校准信号接收值;所述第二接收值计算子单元,用于计算第k个天线发送的校准信号在第i个天线处接收到的值为第二校准信号接收值;所述校准系数确定子单元,用于确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第k个天线的校准系数。
所述校准信号收发单元收发的校准信号为训练序列时,所述校准系数计算单元进一步包括:第一信道估计子单元、第二信道估计子单元和校准系数确定子单元,当确定第k个天线校准系数时,所述第一信道估计子单元,用于计算第i个天线发往第k个天线的训练序列的第一信道估计结果;所述第二信道估计子单元,用于计算第k个天线发送的训练序列在第i个天线处接收到的第一信道估计结果;所述校准系数确定子单元,根据所述第一信道估计结果与第二信道估计结果的比值,确定第k个天线的校准系数。
所述校准执行单元进一步包括:加权系数获取子单元,用于获取天线发送的预加权系数;信号补偿子单元,用于根据所述校准系数计算单元确定的校准系数以及所述加权系数获取子单元确定的加权系数,对天线的信号进行补偿。
用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,包括:基准天线设置单元,用于从所述n个天线之外另选一个天线作为基准天线,并设定该基准天线的校准系数为预置值;校准信号收发单元,用于启动待校准的各天线与基准天线互相发送相同的校准信号;校准系数计算单元,用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号值,计算除各待校准天线的校准系数;校准执行单元,用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数,对天线进行校准。
可见,由于本发明提供的方法是设置各天线互相发送校准信号或者各天线和独立的校准天线互相发送信号,因此不需要校准网络,简单而言,就是不需要在各个天线之间建立连接,即不需要统一的校准端口收发校准信号,由此避免了现有方案由于校准网络而带来的成本高、实现难度大的问题。
具体实施方式
在多天线系统中,特别是TDD系统的过天线技术中,天线校准具有非常重要的意义。现有技术往往通过校准网络,由统一的校准端口收发校准信号,对多根天线的发射通道和接收通道分别进行校准,然而,这种基于校准网络的校准方案,不但成本高,而且对于大间距天线和拉远天线实现难度大。
为此,本发明提出一种全新的天线校准方法,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,参见图2,该方法包括以下步骤:
S201:从所述n个天线中选取第i个天线作为基准天线,该基准天线的校准系数确定为预置值;
S202:所述第i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号,通过接收到的校准信号值,确定其余各天线的校准系数;
S203:利用校准系数对天线信号进行校准。
可见,与现有基于校准网络的方法不同,本发明提供的校准方法不是由统一的校准端口收发校准信号,而是通过基准天线与其余天线互发校准信号,由此不必在各天线之间建立校准网络,由此可节省成本,减小实现难度,而且适用于大间距天线以及拉远天线的校准。
下面结合多天线通信系统示意图,对本发明实施例进行详细介绍。
参见图3,为本发明多天线通信系统局部示意图,图中示出了基带处理器、用户设备(User Equipment,UE)、无线信道和天线阵列,天线阵列包括天线1、天线2...天线n,天线1、天线2...天线n与基带处理器之间的端口分别为端口1、端口2...端口n,对于第k个天线,在基带处理器到UE的下行方向,信号从端口k经HPA然后通过无线信道发送给UE,在UE到基带处理器的上行方向,信号从UE经无线信道后经天线接收后,通过LNA然后经端口k传给基带处理器。图3中仅示出了天线阵列中的天线1和天线2,对于其余天线类似。对于各天线的性能参数,有如下设定:
天线1:射频发射通道的传输系数为S1、射频接收通道的传输系数为Y1;
天线2:射频发射通道的传输系数为S2,射频接收通道的传输系数为Y2;
...
天线k:射频发射通道的传输系数为Sk,射频接收通道的传输系数为Yk;
...
天线n:射频发射通道的传输系数为Sn,射频接收通道的传输系数为Yn。
并设定天线1为基准天线。
以天线1和天线2之间互相发送校准信号为例,对校准系数的计算过程进行说明。
假设天线1和天线2之间的无线信道传输系数为C1,2。
首先,从天线1的端口1发送信号T,则在天线2的端口2上接收到的信号接收值为:
R1,2=TS1C1,2Y2....................................公式1
然后,从天线2的端口2发送相同的信号T,则在天线1的端口1上接收到的信号接收值为:
R2,1=TS2C2,1Y1....................................公式2
由于无线信道具有互逆性,因此有C2,1=C1,2
则,由公式1和公式2得到:
..................公式3
即有:
那么,如果设定基准天线1的校准系数为1时,则天线1和天线2的校准系数可表示为:
γ1=1, ..............公式5
同理,可得天线3...天线n的校准系数为:
...............公式6
需要说明得是,对于基准天线的校准系数,不限于上面的1,可设定为其他值,例如0.5,那么,相应地,在计算其他天线的校准系数时依据该基准天线的校准系数计算得到,例如,
通过上面分析,可知,对于除第i个基准天线之外的任一第k个天线,确定其校准系数的过程为:
[1]确定第i个天线发送的校准信号在第k个天线处接收到的值为第一校准信号接收值;
[2]确定第k个天线发送的校准信号在第i个天线处接收到的值为第二校准信号接收值;
[3]确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第k个天线的校准系数。
如若采用公式表示,则:
所述第一校准信号接收值为Ri,k=TSiCi,kYk,所述第二校准信号接收值为Rk,i=TSkCi,kYi;
其中,T为所述第i个天线和第k个天线互相发送的校准信号,Ci,k为第i个天线和第k个天线之间的传输系数;
Si、Sk分别为第i个、第k个天线射频发射通道的传输系数,Yi、Yk分别为第i个、第k个天线射频接收通道的传输系数。
第k个天线的校准系数可表示为:
.................公式7
对于所述第i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号的具体过程为,可分为至少两种情况:
(1)第一种是:第i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准信号,然后和第二个天线互相发送校准信号,直至和最后一个天线互相发送校准信号;
如果仍以天线1为基准天线为例,则具体过程为:
(1.1)天线1发、天线2接收,计算得到R1,2;
天线2发、天线1接收,计算得到R2,1;
(1.2)天线1发、天线3接收,计算得到R1,3;
天线3发、天线1接收,计算得到R3,1;
......
(1.n)天线1发、天线n接收,计算得到R1,n;
天线n发、天线1接收,计算得到Rn,1。
然后,按照公式7求出各天线的校准系数。
(2)第二种是:第i个天线依次向其余天线发送校准信号,所述其余天线依次向所述第i个天线发送校准信号。
如果仍以天线1为基准天线为例,则具体过程为:
(2.1)天线1发,天线2、3...n接收,计算得到R1,2、R1,3...R1,n;
(2.2)天线2发、天线1接收,计算得到R2,1;
(2.3)天线3发、天线1接收,计算得到R3,1;
......
(2.n)天线n发、天线1接收,计算得到Rn,1.
然后,按照公式7求出各天线的校准系数。
在实际操作中,还可以采用特定的训练序列作为校准信号,此时,需要通过计算信道估计结果确定各天线的校准系数,具体过程如下:
(1)天线1发送训练序列m,通过天线2、3、。。。、Ka接收得到训练序列:
,并根据
计算发送信号从发送到接收所经历的信道估计结果:
...............公式8
这里设h1,1=1。
(2)天线2发送训练序列m,通过天线1接收得到;
....
并根据
计算发送信号从发送到接收所经历的信道估计结果:
.................公式9
(3)根据h1,ka,ka=1,...,Ka,hka,1,ka=1,...,Ka求得各天线校准系数。
则直接可以取h1,ka,ka=1,...,Ka,hka,1,ka=1,...,Ka中功率最大的抽头进行校准系数计算,即:
................公式10
采用训练序列作为校准信号对各天线进行校准,可以更加准确。
下面具体介绍利用校准系数对天线进信号进行校准的具体实现方式。概括而言,对天线信号进行校准的过程,就是利用天线的校准系数以及预先获得的加权系数,对天线传输的信号进行补偿的过程。下面仍参照图3,以TDD系统中波束赋形过程为例,对其进行详细介绍:
首先,设UE到天线1和天线2的信道系数为H1,H2;
UE发送信号U1,其通过天线1和天线2到达基带处理器端口1,端口2的接收信号为:
r1=U1H1Y1.........................................公式11
r2=U1H2Y2.........................................公式12
利用特征波束赋形(EBB)算法可求得赋形加权系数为:
w1=α1(H1Y1)*,w2=α2(H2Y2)*..............................公式13
其中,α1、α2为实数。
现设基站通过天线1,2发送信号x,并利用校准系数进行补偿:
则其通过天线1到达UE的信号为:
............公式14
根据公式4,则其通过天线2到达UE的信号为:
......................公式15
可见,y1,y2具有相同的相位,并且功率和信道环境成正比。因而实现了最大比合并,得到了赋形增益。因此,可验证本发明提供的校准系数可实现对天线信号的准确校准。
可见,由于本发明提供的方法是设置各天线和基准天线进行发送校准信号,因此不需要校准网络,简单而言,就是不需要在各个天线之间建立连接,即不需要统一的校准端口收发校准信号,由此避免了现有方案由于校准网络而带来的成本高、实现难度大的问题。
另外,本发明上述提供的方法还可以进一步扩展,即,在实现时可采用增加一根独立的基准天线,此基准天线可认为上述的第i个天线,只不过它是在待校准的n跟天线之外的天线,那么天线总数为n+1,具体校准方法与上述以图3为例介绍的方法类似。
那么,这种天线校准方法,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,包括以下步骤:
[1]在所述n个天线之外另选一个天线作为基准天线,该基准天线的校准系数确定为预置值;
[2]所述基准天线与待校准的各天线互相发送相同的校准信号,通过接收到的校准信号值,确定各天线的校准系数;
[3]利用校准系数对天线信号进行校准。
具体实现细节参见以图3为例的说明,在此不再赘述。
与上述方法相对应,本发明还提供一种天线校准装置,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,该装置具体可以是基带信号处理器,或者是位于基带信号处理器中的功能实体,可以通过软件、硬件或软硬件结合方式实现。
参见图4,该装置包括:
基准天线设置单元401:,用于从所述n个天线中选取第i个天线作为基准天线,并设定该基准天线的校准系数为预置值;
校准信号收发单元402,用于启动第i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号;
校准系数计算单元403,用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号值,计算除第i个天线的校准系数;
校准执行单元404,用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数,对天线进行校准。
其中,所述校准信号收发单元402的过程为:启动所述第i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准信号,然后和第二个天线互相发送校准信号,直至和最后一个天线互相发送校准信号;或者,启动所述第i个天线依次向其余天线发送校准信号,然后所述其余天线依次向所述第i个天线发送校准信号。
优选地,当确定第k个天线校准系数时,所述校准系数计算单元403进一步包括:
所述第一接收值计算子单元4031,用于计算第i个天线发送的校准信号在第k个天线处接收到的值为第一校准信号接收值;
所述第二接收值计算子单元4032,用于计算第k个天线发送的校准信号在第i个天线处接收到的值为第二校准信号接收值;
所述校准系数确定子单元4033,用于确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第k个天线的校准系数。
或者,当所述校准信号收发单元收发的校准信号为训练序列、并当确定第k个天线校准系数时,所述校准系数计算单元403还可进一步包括(图中未示出):
所述第一信道估计子单元,用于计算第i个天线发往第k个天线的训练序列的第一信道估计结果;
所述第二信道估计子单元,用于计算第k个天线发送的训练序列在第i个天线处接收到的第一信道估计结果;
所述校准系数确定子单元,根据所述第一信道估计结果与第二信道估计结果的比值,确定第k个天线的校准系数。
优选地,所述校准执行单元404进一步包括:
加权系数获取子单元4041,用于获取信号发送预加权的加权系数;
信号补偿子单元4042,用于根据所述校准系数计算单元403确定的校准系数以及所述加权系数获取子单元4041确定的加权系数,对天线的信号进行补偿。
可见,本发明不需要校准网络,简单而言,就是不需要在各个天线之间建立连接,即不需要统一的校准端口收发校准信号,由此避免了现有方案由于校准网络而带来的成本高、实现难度大的问题。
此外,本发明还提供另外一种天线校准装置,用于对n个天线进行校准,所述n大于或等于2,该装置包括:
基准天线设置单元,用于从所述n个天线之外另选一个天线作为基准天线,并设定该基准天线的校准系数为预置值;
校准信号收发单元,用于启动待校准的各天线与基准天线互相发送相同的校准信号;
校准系数计算单元,用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号值,计算除各待校准天线的校准系数;
校准执行单元,用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数,对天线进行校准。
本领域普通技术人员可以理解,实现上述实施例的方法的过程可以通过程序指令相关的硬件来完成,所述的程序可以存储于可读取存储介质中,该程序在执行时执行上述方法中的对应步骤。所述的存储介质可以如:ROM/RAM、磁碟、光盘等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。