CN102610920A - 天馈系统和相位校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天馈系统和相位校准方法。该天馈系统包括第一移相网络和第二移相网络，两者包括相同数量且相对应的移相器，还包括：第一移相控制模块，用于接收相位改变量控制信号，根据所述相位改变量控制信号调节所述第一移相网络中的移相器的移相量；耦合器模块，用于耦合经所述第一移相网络和所述第二移相网络中的每一路移相器的射频信号，并将所述射频信号发送至所述相位差检测模块；相位差检测模块，用于根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络与所述第二移相网络中具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块；第二移相控制模块，用于根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量。

Description

天馈系统和相位校准方法

技术领域

本发明涉及信号校准技术，尤其涉及一种天馈系统和相位校准方法，属于通信技术领域。

背景技术

移动通信中，天线的俯仰角是网络维护和优化的一个重要的参数，合理设置天线的俯仰角是整个移动通信网络质量的基本保证。通过调节每个阵元上馈入信号的相对相位可以实现天线波束俯仰角的调节。

双极化天线由两组具有相互正交极化方向的辐射单元组成，每组辐射单元有相同的阵列特征。由于不同极化方向信号之间的相关性较弱，因此相对于单极化天线，双极化天线能够产生较好的极化分集的效果。

图1为典型的应用双极化天线的天馈系统的系统架构图。如图1所示，基带处理单元(BBU)11和射频拉远模块(RRU)12通过两根电缆将信号发送至天馈系统13。其中，信号经一根电缆传输至第一极化端口14a，并经另一根电缆传输至第二极化端口14b。图2为图1所示天馈系统的内部结构示意图。如图2所示，第一极化端口14a输入的射频信号经过第一功分网络22a和第一移相网络23a后，输入至第一极化阵列单元(如图2中天线阵列24的实线所示)，第二极化端口14b输入的射频信号经过第二功分网络22b和第二移相网络23b后，输入至第二极化阵列单元(如图2中天线阵列部分的虚线所示)。第一移相网络23a和第二移相网络23b中的各移相器预置有一定的移相角度，在实际应用中，可根据网络规划中所需天线的下倾角的角度的改变，在移相控制端口25设置信号相位改变量，该相位改变量可以为正值或负值，由移相控制模块26控制第一移相网络23a和第二移相网络23b中的各移相器，在当前的移相角度的基础上增大或减小相位改变量对应的角度，以改变馈入到两个极化阵列每一个阵元的信号相对相位，实现俯仰角的控制。

射频信号的相位敏感度较高，而且受多种因素的影响，传输电缆长度、传输器件性能等都能改变信号的相位。由于双极化天线两个极化阵列的射频信号经过独立的馈电网络(功分网络和移相网络)传输，馈电网络中线缆长度误差、功分网路的影响和移相网络移相误差等因素造成了两个极化阵列的馈入信号相位不一致，上述方案中虽然采用在移相控制端口设置信号相位改变量来调节两个极化阵列的相位，但无法校准两路射频信号经过独立的馈电网络产生的相位误差，导致两个极化方向上的天线辐射方向图俯仰角不一致，在小区边缘位置出现两个极化方向上的电磁波覆盖不一致的问题，降低了极化分集效果。

发明内容

本发明提供一种天馈系统和相位校准方法，用以消除天馈系统中两路射频信号因经不同馈电网络传输而产生的相位误差。

根据本发明的一方面，提供一种天馈系统，包括第一移相网络和第二移相网络，所述第一移相网络和所述第二移相网络包括相同数量的移相器，并且所述第一移相网络中的移相器与所述第二移相网络中的移相器相对应，还包括第一移相控制模块、第二移相控制模块、耦合器模块和相位差检测模块，其中：

所述第一移相控制模块用于接收相位改变量控制信号，根据所述相位改变量控制信号调节所述第一移相网络中的移相器的移相量；

所述耦合器模块用于耦合经所述第一移相网络和所述第二移相网络中的每一路移相器的射频信号，并将所述射频信号发送至所述相位差检测模块；

所述相位差检测模块用于根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络与所述第二移相网络中具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块；

所述第二移相控制模块用于根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量。

根据本发明的另一方面，还提供一种相位校准方法，包括：

第一移相控制模块接收相位改变量，根据所述相位改变量调节第一移相网络中的移相器的移相量；

耦合器模块耦合经所述第一移相网络和第二移相网络中的每一路移相器的射频信号，并将所述射频信号发送至相位差检测模块；

所述相位差检测模块根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络与所述第二移相网络中具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块；

所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量。

根据本发明提供的天馈系统和相位校准方法，由于第一极化移相控制模块仅根据接收的相位改变量控制第一移相网络，实现与第一移相网络对应的第一极化天线阵列的俯仰角度控制，同时在天馈系统中增加耦合器组和相位差检测模块，以实时检测出经第一移相网络和第二移相网络移相后的射频信号的相位差别，并根据相位差别量对第二移相网络的移相量进行调节，实现第二极化天线阵列的俯仰角控制。因此，该天馈系统可以消除由于两路射频信号经过两个不同路径，线缆长度误差、功分网络影响和移相网络精度等差别导致的信号相位不一致、从而造成的天线两个极化方向图俯仰角改变不一致问题，提高了双极化天线极化分集效果。

附图说明

图1为典型的应用双极化天线的天馈系统的系统架构图；

图2为图1所示天馈系统的内部结构示意图；

图3为本发明实施例一的天馈系统的结构示意图；

图4为本发明实施例二的天馈系统的结构示意图；

图5为图4所示的天馈系统的信号传输流程示意图；

图6为本发明实施例四的相位校准方法的流程示意图。

具体实施方式

实施例一

图3为本发明实施例一的天馈系统的结构示意图。如图3所示，该天馈系统包括第一移相网络31a、第二移相网络31b、第一移相控制模块32a、第二移相控制模块32b、耦合器模块33和相位差检测模块34，其中：

第一移相网络31a和第二移相网络31b包括相同数量的移相器，并且所述第一移相网络31a中的移相器与所述第二移相网络31b中的移相器相对应；

第一移相控制模块32a，用于接收相位改变量，根据所述相位改变量调节所述第一移相网络31a中的移相器的移相量；

耦合器模块33，用于耦合经所述第一移相网络31a和所述第二移相网络31b中的每一路移相器的射频信号，并将所述射频信号发送至相位差检测模块34；

所述相位差检测模块34，用于根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络31a与所述第二移相网络31b中，具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块32b；

所述第二移相控制模块32b，用于根据所述相位差，调节所述第二移相网络31b中的移相器的移相量。

具体地，图3中以第一移相网络31a和第二移相网络31b均包括n个移相器为例进行说明，n为根据需要设置的任意自然数，如图3中所示情况，n大于3。第一移相网络31a中包括移相器11至移相器1n，第二移相网络31b中包括移相器21至移相器2n，其中第一移相网络31a与第二移相网络31b中的移相器一一对应，即移相器11与移相器21相对应，移相器12与移相器22相对应，移相器13与移相器23相对应，类似地，移相器1n与移相器2n相对应。其中，该天馈系统在工作过程中，两路射频信号分别传送至第一移相网络31a和第二移相网络31b，并由第一移相网络31a和第二移相网络31b中的移相器进行移相后传送至极化天线阵列(图3中未示出)。例如，经移相器11进行移相的射频信号传送至第一极化天线，经移相器21进行移相的射频信号例如传送至第二极化天线，移相器11与移相器21相对应，即第一极化天线与第二极化天线为具有相互正交极化方向的双极化天线。

第一移相控制模块32a通过自身设置的移相控制端口(图3中未示出)获取由用户输入的、或由任意网络设备提供的相位改变量，根据相位改变量生成相位调节指令，并根据相位调节指令对第一移相网络31a中的移相器11至移相器1n的移相量进行调节，其中相位改变量可根据网络规划中所需天线的下行角的角度进行设置，其数值可以为正值也可以为负值。

耦合器模块33分别与第一移相网络31a和第二移相网络31b中的各移相器连接，用于对经各移相器移相后的射频信号进行耦合，获得与各移相后的射频信号对应的信号。此时，第一移相网络31a中的各移相器的移相量为第一移相控制模块32a根据本次获取的相位改变量调节后的移相量，而第二移相网络31b中的各移相器的移相量为未根据本次获取的相位改变量调节时的移相量。耦合器模块33将从具有对应关系的一对移相器耦合获得的一组信号(包括两路信号)发送至相位差检测模块34。具体地，相位差检测模块34与耦合器模块33之间通过2n个端口连接，并且该2n个端口两两一组，与第一移相网络31a和第二移相网络31b中的移相器相对应，耦合器模块33按照该2n个端口与移相器的对应关系发送耦合获得的信号。其中，耦合器模块33例如为一个包括2n路通道的多通道耦合器。

相位差检测模块34根据从耦合器模块33接收的成组信号，检测出该组信号中两路信号的相位差，并将该相位差发送至第二移相控制模块32b，以使得第二移相控制模块32b根据该相位差对第二移相网络31b中的移相器进行移相量调节。

本实施例中，相位差检测模块34可利用现有的相位差检测器来实现，第一移相控制模块32a和第二移相控制模块32b可利用现有的移相控制器来实现。

根据上述实施例的天馈系统，由于第一极化移相控制模块仅根据接收的相位改变量控制第一移相网络，实现与第一移相网络对应的第一极化天线阵列的俯仰角度控制，同时在天馈系统中增加耦合器组和相位差检测模块，以实时检测出经第一移相网络和第二移相网络移相后的射频信号的相位差别，并根据相位差别量对第二移相网络的移相量进行调节，实现第二极化天线阵列的俯仰角控制。因此，该天馈系统可以消除由于两路射频信号经过两个不同路径，线缆长度误差、功分网络影响和移相网络精度等差别导致的信号相位不一致、从而造成的天线两个极化方向图俯仰角改变不一致问题，提高了双极化天线极化分集效果。

实施例二

图4为本发明实施例二的天馈系统的结构示意图。在本实施例中，以耦合器组包括多个单通道耦合器为例进行说明，如图4所示，耦合器组包括2n个单通道耦合器，各耦合器的一端分别与第一移相网络43a中的移相器11至1n、以及第二移相网络43b中的移相器21至2n进行连接，另一端分别与移相器对应的极化天线连接，用于耦合出经移相器进行移相后、作为极化天线的输入信号的射频信号。

图5为图4所示的天馈系统的信号传输流程示意图。如图5所示，包括：

步骤S501，第一路射频信号输入至第一极化端口41a，经过第一功分网络42a，分成n路小功率信号；

步骤S502，移相控制信号通过移相控制端口47输入至第一移相控制模块46a，控制第一移相网络43a中的每一个移相器的移相量；

步骤S503，n路小功率信号经过第一移相网络43a，每一路信号发生相位改变；

步骤S504，n路经第一移相网络43a移相的小功率信号经耦合器输入至第一极化阵列单元(如图4中天线阵列45的实线所示)，辐射出第一路移相射频信号；

步骤S505，第二路射频信号输入至第二极化端口41b，经过第二功分网络42b，分成n路小功率信号；

步骤S506，第二功分网络42b输出的n路小功率信号经过第二移相网络43b，每一路信号发生相位改变；

步骤S507，n路经第二移相网络43b移相的小功率信号经耦合器输入至第二极化阵列单元(如图4中天线阵列45的虚线所示)，辐射出第二路移相射频信号；

步骤S508，耦合器组44中的2n个耦合器分别耦合出作为第一极化阵列单元和第二极化阵列单元的输入的小功率信号，形成n对输出，分别输出至相位差检测模块48的对应n对输入端口，并由相位差检测模块48检测出各对输入端口的两路小功率信号的相位差；

步骤S509，相位差检测模块48将每一对输入端口对应的相位差转换为相应的相位差信号，输入至第二移相控制模块46b；

具体地，相位差检测模块48与第二移相控制模块46b例如通过n条线路连接，即相位差检测模块48分别用于输出n路相位差信号的n个端口分别与第二移相控制模块46b的n个端口连接；例如，相位差检测模块48根据第1对输入端口接收信号获取的第1相位差信号通过自身的第1输出端口，传送至第二移相控制模块46b的第1输入端口；

步骤S510，第二移相控制模块46b根据从相位检测模块48接收到的相位差信号控制第二移相网络43b中的每一个移相器的移相量，；

具体地，第二移相控制模块46b根据自身的第1输入端口接收到的第1相位差信号，调节移相器21的移相量，类似地，根据自身的第n输入端口接收到的第n相位差信号，调节移相器2n的移相量。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实施例中，相位差检测模块与第二移相控制模块仅通过1条线路连接，相应地，所述相位差检测模块还用于为所述相位差设置标识；所述第二移相控制模块还用于根据所述标识确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

具体地，仍以图4中所示的天馈系统为例，相位差检测模块48通过n对输入端口接收耦合器提供的信号，例如通过第1对输入端口接收耦合器耦合到的经移相器11和移相器21移相的小功率信号，基于该小功率信号获取相位差信号，并为该相位差信号设置一个与移相器21对应的标识，将相位差信号连同标识发送至第二移相控制模块46b。第二移相控制模块46b接收到相位差信号后，根据相位差信号所携带的标识确定该相位差信号对应于移相器21，则根据相位差信号调节移相器21的移相量。

本实施例中的相位差检测模块，例如通过在现有的相位差检测器中增设一个用于执行标识功能的标识单元来实现，该标识单元既可通过软件实现也可通过硬件实现。

实施例四

图6为本发明实施例四的相位校准方法的流程示意图。如图6所示，该相位校准方法包括以下步骤：

步骤S601，第一移相控制模块接收相位改变量，根据所述相位改变量调节第一移相网络中的移相器的移相量；

步骤S602，耦合器模块耦合经所述第一移相网络和第二移相网络中的每一路移相器移相的射频信号，并将所述射频信号发送至相位差检测模块；

步骤S603，所述相位差检测模块根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络与所述第二移相网络中具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块；

步骤S604，所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量。

上述相位校准方法由上述任一实施例的天馈系统执行，其具体流程与上述实施例的天馈系统执行相位校准的过程相同，故此处不再赘述。

根据上述实施例的相位校准方法，由于第一极化移相控制模块仅根据接收的相位改变量控制第一移相网络，实现与第一移相网络对应的第一极化天线阵列的俯仰角度控制，同时在天馈系统中增加耦合器组和相位差检测模块，以实时检测出经第一移相网络和第二移相网络移相后的射频信号的相位差别，并根据相位差别量对第二移相网络的移相量进行调节，实现第二极化天线阵列的俯仰角控制。因此，可以消除由于两路射频信号经过两个不同路径，线缆长度误差、功分网络影响和移相网络精度等差别导致的信号相位不一致、从而造成的天线两个极化方向图俯仰角改变不一致问题，提高了双极化天线极化分集效果。

进一步地，在上述实施例的相位校准方法中，将所述相位差发送至第二移相控制模块具体包括：

所述相位差检测模块为所述相位差设置标识，并将携带有所述标识和所述相位差发送至所述第二移相控制模块；

相应地，所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量具体包括：

所述第二移相控制模块根据所述标识确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

进一步地，在上述实施例的相位校准方法中，将所述相位差发送至第二移相控制模块具体包括：

所述相位差检测模块通过与所述相位差对应的线路，将所述相位差发送至第二移相控制模块；

相应地，所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量具体包括：

所述第二移相控制模块根据接收所述相位差的线路，确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种天馈系统，包括第一移相网络和第二移相网络，所述第一移相网络和所述第二移相网络包括相同数量的移相器，并且所述第一移相网络中的移相器与所述第二移相网络中的移相器相对应，其特征在于，还包括第一移相控制模块、第二移相控制模块、耦合器模块和相位差检测模块，其中：

所述第一移相控制模块用于接收相位改变量控制信号，根据所述相位改变量控制信号调节所述第一移相网络中的移相器的移相量；

所述耦合器模块用于耦合经所述第一移相网络和所述第二移相网络中的每一路移相器的射频信号，并将所述射频信号发送至所述相位差检测模块；

所述相位差检测模块用于根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络与所述第二移相网络中具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块；

所述第二移相控制模块用于根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量。

2.根据权利要求1所述的天馈系统，其特征在于，所述耦合器模块为耦合器组，所述耦合器组包括多个单通道耦合器，其中所述单通道耦合器的数量等于所述第一移相网络和所述第二移相网络中的移相器的数量之和；或者

所述耦合器模块为单个多通道耦合器，所述多通道耦合器的通道数量不小于所述第一移相网络中和所述第二移相网络中的移相器的数量之和。

3.根据权利要求1或2所述的天馈系统，其特征在于，所述相位差检测模块通过一条线路与第二移相控制模块连接；

相应地，所述相位差检测模块还用于为所述相位差设置标识；所述第二移相控制模块还用于根据所述标识确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

4.根据权利要求1或2所述的天馈系统，其特征在于，所述相位差检测模块通过多条线路与第二移相控制模块连接，其中所述线路的数量与所述第二移相网络中的移相器的数量相等，所述线路与所述第二移相网络中的移相器相对应；

相应地，所述第二移相控制模块还用于根据接收所述相位差的线路，确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

5.一种基于权利要求1-4任一所述的天馈系统执行的相位校准方法，其特征在于，包括：

第一移相控制模块接收相位改变量，根据所述相位改变量调节第一移相网络中的移相器的移相量；

耦合器模块耦合经所述第一移相网络和第二移相网络中的每一路移相器的射频信号，并将所述射频信号发送至相位差检测模块；

所述相位差检测模块根据所述射频信号的相位值，获取所述第一移相网络与所述第二移相网络中具有对应关系的移相器的相位差，并将所述相位差发送至第二移相控制模块；

所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量。

6.根据权利要求5所述的相位校准方法，其特征在于，将所述相位差发送至第二移相控制模块具体包括：

所述相位差检测模块为所述相位差设置标识，并将所述标识和所述相位差发送至所述第二移相控制模块；

相应地，所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量具体包括：

所述第二移相控制模块根据所述标识确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

7.根据权利要求5所述的相位校准方法，其特征在于，将所述相位差发送至第二移相控制模块具体包括：

所述相位差检测模块通过与所述相位差对应的线路，将所述相位差发送至第二移相控制模块；

相应地，所述第二移相控制模块根据所述相位差，调节所述第二移相网络中的移相器的移相量具体包括：

所述第二移相控制模块根据接收所述相位差的线路，确定与所述相位差对应的第二移相网络中的移相器，并根据所述相位差，调节对应的移动器的移相量。

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