CN102158265B - 多天线系统及其反馈信号接收链路复用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多天线系统及其反馈信号接收链路复用方法，该多天线系统包括：多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；当数字处理器以及反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至数字处理器；数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对发射链路进行数字预失真处理；同时，数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准。本发明实施例通过复用预失真处理电路与反馈信号接收链路，可以节省板的面积和成本。

Description

多天线系统及其反馈信号接收链路复用方法

技术领域

本发明涉及多天线系统，尤其涉及一种多天线系统及其反馈信号接收链路复用方法。

背景技术

多天线波束成型系统中，如智能天线系统，MIMO(Multiple Input MultipleOut-put，多输入多输出)系统，有源天线系统，利用多发射通道，在不同的通道上调整幅度相位，发射的信号在空口叠加，形成不同的空间波束。由于每路通道上有较多的有源和无源电路，以及本振等部分不可避免的相位差，使得各发射通道的时延幅度相位存在差异，如果不对通道的差异进行校准和补偿，则空口合路信号不能按照预期的方向进行同相叠加和异相抵消，不能形成预期的发射方向图。多天线系统中发射链路校准是多天线系统发射波束成形可正常工作的前提。发射链路校准环路需要一套定向耦合器、混频器、抗混叠滤波器、ADC(Analog to Digital Converter，模数变换器)等装置。

同时，为了提高发射链路的功率效率，每个发射链路都需要数字预失真环路。数字预失真需要对发射信号进行耦合采样，以驱动自适应环路收敛。对发射信号进行耦合采样需要一套定向耦合器、混频器、抗混叠滤波器、ADC等装置。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：上述发射链路校准环路和上述数字预失真环路都是反馈信号接收链路，现有的技术方案如果要实现数字预失真和发射链路校准两种操作，则需要两套反馈信号接收链路，这增加了板的面积和成本。

发明内容

本发明实施例提供一种多天线系统及其反馈信号接收链路复用方法，通过反馈信号接收链路的复用，在数字预失真检测过程中实现了对发射链路的校准，以节省板的面积和成本。

一方面，本发明实施例提供了一种多天线系统，所述多天线系统包括：多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；所述反馈信号接收链路通过多选一的反馈链路切换开关与每条发射链路的定向耦合器相连；当所述数字处理器以及所述反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，所述反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自所述连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至所述数字处理器；所述数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对所述发射链路进行数字预失真处理；同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准。

另一方面，本发明实施例提供了一种多天线系统中的反馈信号接收链路复用方法，其中，所述多天线系统包括：多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；所述反馈信号接收链路通过多选一的反馈链路切换开关与每条发射链路的定向耦合器相连；所述方法包括：当所述数字处理器以及所述反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，所述反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自所述连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至所述数字处理器；所述数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对所述发射链路进行数字预失真处理；同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准。

上述技术方案具有如下有益效果：因为采用在数字预失真检测过程中实现对发射链路的校准，节约了一套反馈信号接收链路，从而节省了板的面积和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种多天线系统结构示意图；

图2为本发明实施例另一种多天线系统结构示意图；

图3为本发明实施例反馈信号接收链路与业务信号接收链路复用的原理图；

图4为本发明实施例还提供一种多天线系统中的反馈信号接收链路复用方法流程图；

图5为本发明实施例滑动窗口相关器的一种实现方式的示意图；

图6为本发明实施例图5中相关器输出的滑动窗口内的相关峰示意图；

图7为本发明实施例图5中相关器输出的滑动窗口内的两个发射通道相关峰幅度的对比示意图；

图8为本发明实施例图5中相关器输出的滑动窗口内的两个发射通道相关峰相位的对比示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例一种多天线系统结构示意图，所述多天线系统包括：多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；其中，上述反馈信号接收链路通过多选一的反馈链路切换开关与上述多条发射链路的定向耦合器相连；

当所述数字处理器以及所述反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，所述反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自所述连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至所述数字处理器；

所述数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对所述发射链路进行数字预失真处理；同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准。

具体的，参见图1，本发明实施例中，发射链路包括：数字处理器、小信号发射链路(TX)、功率放大器、定向耦合器、环形器、双工器、天线等单元。反馈信号接收链路包括：定向耦合器、反馈链路切换开关、有源接收链路(RX)及数字处理器，其中，RX中包括混频器以及抗混叠滤波器，数字处理器可以用于实现模数变换器的功能。发射链路各单元的连接以及反馈信号接收链接中各单元的连接可以参见现有技术中连接的方式，在此不再赘述。

本发明实施例中，并不为每条发射链路都配置一条反馈信号接收链路，而是只设置一条反馈信号接收链路(以下简称反馈链路)，通过多选一的反馈链路切换开关来选择接收不同发射链路的反馈信号，即当数字处理器选择一条发射链路时，同时也控制反馈链路切换开关切换连接到对应的发射链路的定向耦合器，通过定向耦合器接收耦合自发射链路的信号。

其中，数字处理器选择发射链路的过程是一个不断轮循的过程，具体的，数字处理器通过一定的轮循规则来选择切换不同的发射链路，为了理解方便，也可以认为数字处理器中包括一个多选一的发射链路切换开关(实际中为选择不同发射链路的程序)，来选择不同的发射链路。

轮循的规则这里并不限定，例如，可以采用常用的周期性轮循规则，如第1秒选择第一条发射链路，第2秒选择第二条发射链路，第3秒选择第三条发射链路......依次类推，直至第N秒选择完第N条链路(假设第N条为最后一条链路)，再重新从第1秒开始选择。或者，也可以通过其他定义的规则进行轮循，如假设总共6条发射链路，前2个选择每隔一秒轮循一次，另4个每隔两秒轮循一次；或者在某个时间段以一定的时间进行轮循，再另一时间段以另一时间间隔进行轮循。

实际使用中，为了控制方便，一般都使用时间间隔固定的周期性轮循，如每隔100ms选择一条链路。在进行时间间隔固定的周期性轮循时，间隔的时间可以通过蜂窝体制确定，根据不同蜂窝体制完成发射链路校验算法所需的时间来确定不同的轮循间隔，校验算法所需时间长的，间隔也相应增加；以常见的WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)系统为例，间隔可选为5ms量级。

与此同时，数字处理器也控制反馈链路切换开关切换到对应的发射链路，例如，当发射链路切换开关(由数字处理器实现)切换到发射链路1时，则反馈链路切换开关也切换到发射链路1，反馈链路通过发射链路1的定向耦合器接收来自发射链路1的反馈信号。这里的反馈链路切换开关可以通过一些常用的开关器件实现，例如，通过三极管、MOS管等，如何利用三极管等器件实现多选一开关的技术为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

数字处理器根据接收到的反馈信号算出数字预失真系数，并对上述发射链路进行数字预失真处理，预失真处理的具体流程也可以参见现有技术，在此并不赘述。同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准。

这里的校准参数可以是幅度、相位或者时延等参数中的一个或者多个，校准的链路可以是一条或多条。这里的数字处理器可以是FPGA(FieldProgrammable Gata Array，可编程逻辑阵列)、多核DSP(Digital SignalProcessor，数字信号处理器)或者其他类似的处理器，可以通过数字处理器来实现“同时”对多条发射链路的校准，即具备同时进行预失真处理以及校准处理的功能。这里的“同时”也理解为用数字处理器实现对数据的并行处理(即并行进行预失真处理及校验处理)，如何通过FPGA、多核DSP进行并行处理为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

具体的校准可以采用如下方法：

S101、数字处理器将每条发射链路的反馈信号与对应的发射链路的数字发射信号进行滑动窗口相关，在窗口内搜索获取相关峰幅度最大值对应的时延位置和上述幅度最大值对应的I，Q值；

进行滑动窗口相关由数字处理器通过相关器实现，参见图5，为相关器的一个具体实现原理图，输入有：每条发射链路的反馈信号与对应的发射链路的数字发射信号，在多个延时单元的作用下，输出为各条发射链路的校准参数：各条发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置和上述幅度最大值对应的I，Q值。需要说明的是，图5中的相关器只是一个具体的实施方法，本领域技术人员可以对图5中的相关器进行调整以得到其他类似的相关器。

S102、数字处理器根据多条发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置以及幅度最大值对应的I，Q值，以其中一条发射链路为基准，对其他一条或多条的发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准。

上述数字处理器以其中一条发射链路为基准，根据上述多条发射链路中其他发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置，与上述作为基准的发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置的差异，获取其他发射链路的时延差，并根据上述其他发射链路的幅度最大值对应的I，Q值，与上述作为基准的发射链路的幅度最大值对应的I，Q值的差异，获取其他发射链路的幅度差和相位差；然后根据上述其他发射链路的时延差、幅度差和相位差，对其他一条或多条发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准。

上述幅度差还用于对发射功率进行闭环功控：选定某一路发射链路作为基准，其他发射链路和基准链路的幅度差体现了发射链路和基准链路的幅度差，因此，可在发射链路中补偿该幅度差，使得各发射链路与基准链路的幅度达到一致。

如图2所示，为本发明实施例另一种多天线系统结构示意图，其与上图1相类似，不同之处在于上述反馈信号接收链路与上述多天线系统的业务信号接收链路复用。如图3所示，为本发明实施例反馈信号接收链路与业务信号接收链路复用的原理图(其中DDC为Digital Down Conversion，数字下变频；LNA为Low Noise Amplifier，低噪声放大器)：选择特定的本振(LO，localoscillator)频点，将反馈信号和业务信号搬移到不同的低频频点上，两个信号在频率上分开。经过滤波后合路，由同一ADC采样后送入数字处理器，由数字处理器在数字域可恢复出反馈信号和业务信号这两个信号。

本发明实施例采用在数字预失真检测过程中实现对发射链路的校准，节约了一套反馈信号接收链路，从而节省了板的面积和成本，另外数字预失真和发射链路校准两种操作同时进行，互不干扰和制约，节省了两种操作的时间，提高了多天线系统运行稳定性。如果反馈信号接收链路与多天线系统的业务信号接收链路复用，还可以再节省一套反馈信号接收链路，更加节约板面积和成本。

实施例二

本发明实施例基于上述实施例一还提供一种多天线系统中的反馈信号接收链路复用方法流程图，如图4所示，其中，所述多天线系统包括：多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；所述反馈信号接收链路通过多选一的反馈链路切换开关与每条发射链路的定向耦合器相连；上述方法包括：

401、当所述数字处理器以及所述反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，所述反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自所述连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至所述数字处理器；

402、所述数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对所述发射链路进行数字预失真处理；同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准。

上述校准参数可以包括：幅度、相位或者时延中的一个或者多个。

上述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准可以包括：将所述反馈信号与所述发射链路的数字发射信号进行滑动窗口相关，在窗口内搜索获取相关峰幅度最大值对应的时延位置和所述幅度最大值对应的I，Q值；所述数字处理器根据多条发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置以及幅度最大值对应的I，Q值，以其中一条发射链路为基准，对其他发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准。

如图5所示，为本发明实施例滑动窗口相关器的一种实现方式的示意图，如图6所示，为本发明实施例图5相关器输出的滑动窗口内的相关峰示意图，具体如何计算为现有技术，本发明实施例不再赘述。

如图5所示的例子，为滑动窗口相关器实现的一种方式。输入为每条发射链路的反馈信号与对应的发射链路的数字发射信号，其中，发射链路的数字发射信号可以由伪噪声(PN)发生器产生。PN发生器产生的PN信号和反馈信号进行相乘，然后累加，得到滑动窗口内的一个相关峰幅度最大值对应的时延位置和上述幅度最大值对应的I，Q值；PN信号在延时单元的作用下，延迟一个单元后和反馈信号进行相乘，然后累加，得到滑动窗口内的另一个相关峰幅度最大值对应的时延位置和上述幅度最大值对应的I，Q值，以次类推，PN信号在若干个延时单元的作用下，延迟滑动若干个单位，得到滑动窗口内所有发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置和上述幅度最大值对应的I，Q值。不同通道的相关峰幅度的大小差别，为通道间的幅度差；相关峰的时延位置的差别为通道间时延差；相关峰相位的差别为通道间相位差。

如图7所示，为本发明实施例图5中相关器输出的滑动窗口内的两个发射通道相关峰幅度的对比示意图，通道1(带星形曲线)的相关峰位置为26(x坐标，单位为采样率，下同，可以直接描述为数字值)，峰值为255(y坐标，为表征幅度大小的相对值，下同，可以直接描述为数字值)；通道2(带圆形曲线)的相关峰位置为42，峰值为230；则两个通道的幅度差(此处所说的差可以用比值表示)为230/255＝0.9；两个通道的时延差为42-26＝16(单位为采样率)；如图8所示，为本发明实施例图5中相关器输出的滑动窗口内的两个发射通道相关峰相位的对比示意图，通道1(带星形曲线)的相关峰位置26(x坐标)的相位值为60(度)；通道2(带圆形曲线)的相关峰位置42(x坐标)的相位值为-60(度)；则两个通道的相位差为(-60)-60＝-120(度)。以通道1作为基准，通道2的幅度调整为原来的1/0.9＝1.11倍(即将通道2的幅度从230调高到255)，时延调整-16个采样率单位(调整方式为通道2的时延调整了-16个采样率单位)，相位调整-120度(调整方式为通道2的相位移动-120度，调整到60度)，经过上述校准，则通道2和通道1的幅度、相位、时延都调整到一致，完成通道校准。对于其他通道处理的校准处理也可以参考上述步骤，即选用其中一个作为基准通道(如共有8个通道需要校准，通道2-7都以通道1作为基准，来进行校准。

本发明实施例设计了一套把数字预失真反馈环路和发射链路校准环路/业务信号接收链路合二为一的系统及一种多天线系统中的反馈信号接收链路复用方法，其具有如下有益效果：1：使用同一组反馈信号数据，实现了对数字预失真自适应系数更新和对发射链路的幅度、相位和时延等参数的检测；2：数字预失真和发射链路校准两种操作同时进行，互不干扰和制约；避免了串行操作，节省了两种操作的时间；3：节省了一套反馈信号接收链路，节约了板面积和成本；如果反馈信号接收链路与多天线系统的业务信号接收链路复用，还可以再节省一套反馈信号接收链路，更加节约板面积和成本；4：发射链路校准操作不再制约数字预失真，提高了发射链路运行的稳定性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括上述全部或部分步骤，所述的存储介质，如：ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多天线系统，其特征在于，所述多天线系统包括：

多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；

所述反馈信号接收链路通过多选一的反馈链路切换开关与每条发射链路的定向耦合器相连；

当所述数字处理器以及所述反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，所述反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自所述连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至所述数字处理器；

所述数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对所述发射链路进行数字预失真处理；同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准；所述校准参数包括：幅度、相位或者时延中的一个或者多个；

其中，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准包括：

将所述反馈信号与所述发射链路的数字发射信号进行滑动窗口相关，在窗口内搜索获取相关峰幅度最大值对应的时延位置和所述幅度最大值对应的I，Q值；所述数字处理器根据多条发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置以及幅度最大值对应的I，Q值，以其中一条发射链路为基准，对其他发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准。

2.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述数字处理器根据多条发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置以及幅度最大值对应的I，Q值，以其中一条发射链路为基准，对其他发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准，包括：

所述数字处理器以其中一条发射链路为基准，根据所述多条发射链路中其他发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置，与所述作为基准的发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置的差异，获取其他发射链路的时延差，并根据所述其他发射链路的幅度最大值对应的I，Q值，与所述作为基准的发射链路的幅度最大值对应的I，Q值的差异，获取其他发射链路的幅度差和相位差；然后根据所述其他发射链路的时延差、幅度差和相位差，对其他一条或多条发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准。

3.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述数字处理器选择发射链路的过程是一个不断轮循的过程，具体的，所述数字处理器通过一定的轮循规则来选择切换不同的发射链路。

4.如权利要求1所述系统，其特征在于，所述反馈信号接收链路还用于与所述多天线系统的业务信号接收链路复用，所述反馈信号接收链路选择特定的本振频点，将反馈信号和业务信号搬移到不同的低频频点上，所述反馈信号和所述业务信号在频率上分开，经过滤波后合路，由同一模数变换器ADC采样后送入所述数字处理器，由所述数字处理器在数字域可恢复出所述反馈信号和所述业务信号。

5.一种多天线系统中的反馈信号接收链路复用方法，其特征在于，其中，所述多天线系统包括：多条发射链路，反馈信号接收链路，数字处理器；所述反馈信号接收链路通过多选一的反馈链路切换开关与每条发射链路的定向耦合器相连；所述方法包括：

当所述数字处理器以及所述反馈链路切换开关都选择连接同一发射链路时，所述反馈信号接收链路通过连接的发射链路的定向耦合器接收来自所述连接的发射链路的反馈信号，并将其传输至所述数字处理器；

所述数字处理器根据收到的反馈信号算出数字预失真系数，对所述发射链路进行数字预失真处理；同时，所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准；所述校准参数包括：幅度、相位或者时延中的一个或者多个；

所述数字处理器根据接收到的多条发射链路的反馈信号，得到多条发射链路的校准参数，并以其中一条发射链路为基准链路，对其他一条或多条发射链路进行校准包括：

将所述反馈信号与所述发射链路的数字发射信号进行滑动窗口相关，在窗口内搜索获取相关峰幅度最大值对应的时延位置和所述幅度最大值对应的I，Q值；所述数字处理器根据多条发射链路的相关峰幅度最大值对应的时延位置以及幅度最大值对应的I，Q值，以其中一条发射链路为基准，对其他发射链路的幅度、相位以及时延进行一致性补偿，从而实现对发射链路的校准。

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