CN102780518B - 校准天线增益的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种校准天线增益的方法和装置。该方法包括:获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息;获取该待校准天线到该参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息;获取该第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息;确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数;根据该校准系数对该待校准天线的发送信号进行校准。该装置包括第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块、确定模块和校准模块。本发明的方法和装置,能够消除发送功率变化对校准的影响,提高天线增益校准精度,从而能够提高系统信道的互易性,提高系统的容量和频谱利用率。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,尤其涉及通信领域中校准天线增益的方法和装置。
背景技术
随着移动分组业务流量的不断增加,人们对移动通信空口带宽的需求也不断增加。多输入多输出(Multiple Input Multiple Output,简称为“MIMO”)系统通过在发射端和接收端配置多根天线,可以在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率,因而被现有无线通信系统(例如长期演进系统(Long Term Evolution,简称为“LTE”))所广泛采用。在MIMO系统中,如果发送端不具备信道状态信息(Channel State Information,简称为“CSI”),则系统只能获得多天线的分集增益,而无法获得阵列增益。为了进一步挖掘多天线的性能增益,需要发送端已知信道状态信息。在时分双工(Time Division Duplexing,简称为“TDD”)系统中,由于上行信道和下行信道共享同一频段,人们通常认为TDD系统的上下行信道之间具有互易性。因此,在TDD MIMO系统中,基于信道互易性准则,发送端可以使用反向信道状态信息来得到前向信道状态信息。
然而,实际上,TDD系统的信道互易性只存在于基站天线和用户天线之间的空间信道中。由于实际中的信号处理都是在基带处理器中完成,所以实际的信道不仅包括空间信道,还包括位于天线端口和基带处理器之间的射频通道,该射频通道分别采用高功率放大器(High Power Amplifier,简称为“HPA”)和低噪声放大器(Low Noise Amplifier,简称为“LNA”)用于发送和接收,因而不满足互易性。因此,同时包含空间信道以及基站端和用户之间的射频链路的等效信道也不满足信号互易性。
通常人们采用天线校准方法来恢复TDD系统等效上下行信道之间的互易性,其中一种方案是采用自校准方法。该自校准方法可以在待校准设备(例如,基站或终端设备)中独立执行。
该自校准方法的流程如下:待校准设备设置一根参考天线;参考天线发送校准信号到待校准天线,并估计出参考天线到待校准天线的等效信道响应h1=tref·h·r,其中tref为参考天线发送链的射频链路响应,即该等效信道的发送链射频响应,h为参考天线到待校准天线的空间信道响应,r为待校准天线接收链的射频链路响应,即该等效信道的接收链射频响应;待校准天线发送校准信号到参考天线,并估计得到待校准天线到参考天线的等效信道h2=t·h·rref,其中t为待校准天线发送链的射频链路响应,h为待校准天线到参考天线的空间信道响应,rref为参考天线接收链的射频链路响应;计算得到待校准天线的校准系数,并对待校准天线的发送信号进行校准。
然而,由于射频通路的模拟特性通常与功率有关,因此当功率发生变化时,校准误差也会随之发生变化。在上述自校准方法中,为了避免接收机的低噪声放大器饱和,校准过程中采用的发送功率p1与发送数据时的发送功率p2是不同的。这样就会出现使用以p1得到的校准系数对功率p2下的校准误差进行补偿的情况。这样就会使得校准后的天线的收发增益比不等于参考天线的收发增益比,从而使得自校准方法的精度往往不能满足校准要求,因而不能够提高系统信道的互易性。
发明内容
为此,本发明实施例提供了一种校准天线增益的方法和装置,能够消除发送功率变化对校准的影响,使得校准后的天线的收发增益比等于参考天线的收发增益比,从而能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性。
一方面,本发明实施例提供了一种校准天线增益的方法,该方法包括:获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息;获取该待校准天线到该参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息;获取该第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息;根据该参考等效信道信息、该第一等效信道信息、该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数;根据该校准系数对该待校准天线的发送信号进行校准。
另一方面,本发明实施例提供了一种校准天线增益的装置,该装置包括:第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块、确定模块和校准模块,其中该第一获取模块用于获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息;该第二获取模块用于获取该待校准天线到该参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息;该第三获取模块用于获取该第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息;该确定模块用于根据该第一获取模块获取的该参考等效信道信息、该第二获取模块获取的该第一等效信道信息、该第三获取模块获取的该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数;该校准模块用于根据该确定模块确定的该校准系数,对该待校准天线的发送信号进行校准。
基于上述技术方案,本发明实施例的校准天线增益的方法和装置,通过获取待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率下的等效信道信息,并由此确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数,从而能够消除发送功率变化对校准的影响,使得校准后的天线的收发增益比等于参考天线的收发增益比,因而能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性,并提高系统的容量和频谱利用率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述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的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是时分双工多输入多输出系统的等效信道示意图。
图2是根据本发明实施例的校准天线增益的方法的示意性流程图。
图3是根据本发明实施例的确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数的方法的示意性流程图。
图4是待校准的多天线设备的示意性框图。
图5是采用不同天线校准方法得到的频谱效率比较曲线的示意图。
图6是根据本发明实施例的校准天线增益的装置的示意性框图。
图7是根据本发明实施例的确定模块的示意性框图。
图8是根据本发明另一实施例的确定模块的示意性框图。
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,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。
首先将结合图1对等效信道模型进行描述。图1示出了时分双工多输入多输出系统的等效信道示意图,应理解,本发明实施例仅以TDD MIMO系统为例,对等效信道模型进行说明,但本发明实施例不应限于此。
如图1所示,在典型的TDD MIMO系统等效信道模型中,基站端配置NT根天线,移动终端配置NR根天线。TBS表示基站端发信机的射频响应矩阵,即基站到用户的第一等效信道的发送链射频响应,该矩阵为NT×NT维对角矩阵,该矩阵对角线上的每一个元素对应一根天线的发信机的射频链路响应。类似地,RBS表示基站端接收机的射频响应矩阵,即该第一等效信道的接收链射频响应,该矩阵为NT×NT维对角矩阵。NR×NR维对角矩阵TUE和RUE分别表示用户端发信机和接收机的射频响应矩阵,即用户到基站的第二等效信道的发送链射频响应和接收链射频链路响应。H为基站和用户之间的空间信道的响应矩阵,该信道满足信道互易性。
通过信道估计得到的有效上行信道响应矩阵HUL和有效下行信道响应矩阵HDL分别为:
HUL=RBS·HT·TUE (1)
HDL=RUE·H·TBS (2)
由此可以得到:
为了使得系统的等效信道之间存在信道互易性,基站和用户的每根天线都需要具有相同的收发链路增益比。因此,在根据本发明实施例的校准天线增益的方法中,实现校准的标准是使得待校准设备的所有天线的收发链路增益比都等于参考天线的收发链路增益比。
图2示出了根据本发明实施例的校准天线增益的方法100的示意性流程图。如图2所示,该方法100包括:
S110,获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息。该参考等效信道信息包括该第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应,该参考等效信道信息也可以包括该第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应两者的乘积。可选地,该参考等效信道信息包括该第一信道在参考发送功率下的参考等效信道响应。该参考等效信道响应为该第一信道的发送链射频响应、接收链射频响应和参考天线到待校准天线的空间信道响应三者的乘积。
S120,获取该待校准天线到该参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息。该第一等效信道信息包括待校准天线发送校准信号的第一发送功率、参考天线接收该校准信号的第一接收功率、该第二信道在第一发送功率下的发送链射频响应和接收链射频响应。可选地,该第一等效信道信息包括该第二信道在第一发送功率下的第一等效信道响应、第一发送功率和第一接收功率。应理解,该第一等效信道信息也可以包括该第二信道在第一发送功率下的发送链射频响应和接收链射频响应两者的乘积、第一发送功率以及第一接收功率。
S130,获取该第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息。类似地,该第二等效信道信息包括第二发送功率、与第二发送功率对应的第二接收功率、该第二信道在第二发送功率下的发送链射频响应和接收链射频响应。该第三等效信道信息包括第三发送功率、与第二发送功率对应的第三接收功率、该第二信道在第三发送功率下的发送链射频响应和接收链射频响应。可选地,该第二和第三等效信道信息分别包括该第二信道在第二和第三发送功率下的等效信道响应、发送功率和接收功率。应理解,该第二等效信道信息也可以包括该第二信道在第二发送功率下的发送链射频响应和接收链射频响应两者的乘积、第二发送功率以及第二接收功率;应理解,该第三等效信道信息也可以包括该第二信道在第三发送功率下的发送链射频响应和接收链射频响应两者的乘积、第三发送功率以及第三接收功率。
S140,根据该参考等效信道信息、该第一等效信道信息、该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数。
S150,根据该校准系数对该待校准天线的发送信号进行校准。可选地,校准后的发送信号为该校准系数与该发送信号的乘积。例如,假设承载待发送数据的待发送信号为x,根据本发明实施例得到的待校准天线在特定发送功率下的校准系数为c,则该校准后的发送信号为c·x。校准后待校准设备的各天线的收发链路增益比相同。
本发明实施例的校准天线增益的方法,通过获取待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率下的等效信道信息,并由此确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数,从而能够消除发送功率变化对校准的影响,使得校准后的天线的收发增益比等于参考天线的收发增益比,因而能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性,并提高系统的容量和频谱利用率。
应理解,在本发明实施例中,上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。例如,参考等效信道信息、第一等效信道信息、第二等效信道信息和第三等效信道信息的获取没有时间上的先后次序,即在本发明实施例的方法100的流程中,S110、S120和S130的执行顺序不受编号大小的限制,可以先执行S110,再执行S120和/或S130,也可以先执行S130和/或S120,再执行S110,这些变化或替换的实施例都落入本发明的范围。
在本发明实施例中,具有天线的网络侧设备和用户侧设备都可以应用本发明,例如基站等。在本发明实施例中,还应理解,等效信道信息的获取可以采用相关技术而实现,例如,第二信道上的发送功率可以由待校准天线测量而获得,接收功率可以由参考天线测量而获得。等效信道响应也可以采用相关技术而获得。
在本发明实施例中,待校准设备可以基于该第二信道在不同发送功率下的发送链射频响应的对数域幅值响应的变化量,和该发送链射频响应的相位响应的变化量分别与发送功率的变化量成线性关系,以及该第二信道在不同发送功率下的接收链射频响应的对数域幅值响应的变化量,和该接收链射频响应的相位响应分别与接收功率的变化量成线性关系,根据所获取的该参考等效信道信息、该第一等效信道信息、该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数。
可选地,该第二信道的发送链或接收链的射频响应的对数域幅值响应和相位响应的变化量分别与发送功率或接收功率的变化量所成的线性关系是正比例关系,如下面的式(4)至式(7)所示。
其中,和|TP|dB分别为待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率p0和p下的发送链射频响应的对数域幅值响应;和Φ(tp)分别为待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率p0和p下的发送链射频响应的对数域相位响应;α和β分别为第一变化率和第二变化率,该第一变化率α表示该第二信道的发送链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,该第二变化率β表示该第二信道的发送链射频响应的相位响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率;|rref,p′|dB、Φ(rref,p′)则分别为该等效信道在不同接收功率p0′和p′下的接收链射频响应的对数域幅值响应和相位响应;αref和βref则分别表示该等效信道的接收链射频响应的对数域幅值响应和相位响应关于功率变化量的变化率。
在本发明实施例中,该待校准天线在特定发送功率pd下的校准系数cd可以由等式(8)和(9)确定:
|cd|dB=|ci|dB-α·(pd-pi) (8)
Φ(cd)=Φ(ci)-β·(pd-pi) (9)
其中,|cd|dB和Φ(cd)分别为该校准系数cd的对数域幅值和相位,α和β分别为第一变化率和第二变化率,pi为第i发送功率,i=1、2或3,|ci|dB和Φ(ci)分别为与发送功率pi相应的第i初始系数ci的对数域幅值和相位。
在本发明实施例中,该第一变化率α可以由等式(10)和(11)确定:
α·(p1-p2)+αref·(p′1-p′2)=|c2|dB-|c1|dB (10)
α·(p1-p3)+αref·(p′1-p′3)=|c3|dB-|c1|dB (11)
该第二变化率β可以由等式(12)和(13)确定:
β·(p1-p2)+βref·(p′1-p′2)=Φ(c2)-Φ(c1) (12)
β·(p1-p3)+βref·(p′1-p′3)=Φ(c3)-Φ(c1) (13)
其中,αref表示该第二信道的接收链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,βref表示该第二信道的接收链射频响应的相位响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,p′i为与第i发送功率pi对应的第i接收功率,i=1、2或3。
在本发明实施例中,该第i初始系数ci可以由等式(14)确定:
其中,h0为根据该参考等效信道信息确定的参考等效信道响应,hi为根据第i等效信道信息确定的第i等效信道响应,t0和r0分别为该第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应,和分别为该第二信道在第i发送功率pi下的第i发送链射频响应和第i接收链射频响应。
下面将结合待校准的多天线设备,对根据本发明实施例的确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数的方法140进行详细描述。图3示出了该方法140的示意性流程图,图4示出了待校准的多天线设备的示意性框图,其中tref、rref分别表示所选的参考天线到待校准天线的第一信道的发送链和接收链的射频响应;ti、ri分别表示待校准的第i(i=1、2…N)根天线到参考天线的第二信道的发送链和接收链的射频响应;href,i为参考天线到第i根待校准天线的空间信道响应,hi,ref为第i根待校准天线到参考天线的空间信道响应,href,i与hi,ref之间满足信道互易性。本发明实施例将以天线1作为待测天线为例,对该方法140进行详细说明。
如图3和4所示,该方法140包括:
在S142中,根据该参考等效信道信息、该第一等效信道信息、该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定分别与该第一发送功率、该第二发送功率和该第三发送功率对应的第一初始系数、第二初始系数和第三初始系数。
可选地,该确定第一初始系数、第二初始系数和第三初始系数包括:
根据该参考等效信道信息、该第一等效信道信息、该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该第一信道在参考发送功率下的参考等效信道响应,确定该第二信道分别在该第一发送功率、该第二发送功率和该第三发送功率下的第一等效信道响应、第二等效信道响应和第三等效信道响应;
确定该第一初始系数、该第二初始系数和该第三初始系数分别为该参考等效信道响应分别与该第一等效信道响应、该第二等效信道响应和该第三等效信道响应的比值。
可选地,该参考等效信道响应、该第一等效信道响应、该第二等效信道响应和该第三等效信道响应分别为各自信道的发送链射频响应、空间信道响应和接收链射频响应三者的乘积。
具体地,通过参考天线以参考发送功率将校准信号发送到天线1,可以得到参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息,该参考等效信道信息可以包括该第一信道的发送链射频响应tref和接收链射频响r1。由此根据该参考等效信道信息可以确定该第一信道在参考发送功率下的参考等效信道响应h1为:
h1=tref·href,1·r1 (15)
其中href,1为该第一信道的空间信道响应。
通过天线1以第一发送功率p1将校准信号发送到参考天线,可以得到第一等效信道信息,该第一等效信道信息可以包括第一发送功率p1、参考天线接收该校准信号的第一接收功率p′1、待校准天线到参考天线的第二信道在该第一发送功率p1下的发送链射频响应和接收链射频响应因此,根据该第一等效信道信息可以确定该第二信道在第一发送功率p1下的第一等效信道响应h2为:
其中h1,ref为该第二信道的空间信道响应,该第二信道的空间信道响应与第一信道的空间信道响应满足信道互易性,即:
h1,ref=href,1 (17)
因而可以确定第一初始系数c1为参考等效信道响应h1与第一等效信道响应h2的比值,即:
应理解,在本发明实施例中,也可以根据该参考等效信道信息所包括的发送链射频响应tref和接收链射频响r1,以及该第一等效信道信息所包括的发送链射频响应和接收链射频响应直接根据等式(18)确定该第一初始系数c1。
类似地,根据第二等效信道信息可以确定该第二信道在第二发送功率p2下的第二等效信道响应h3为:
其中,p′2为参考天线接收待校准天线以p2发送的校准信号的第二接收功率。
因而,可以确定第二初始系数c2为:
根据第三等效信道信息可以确定该第二信道在第三发送功率p3下的第三等效信道响应h4为:
其中,p′3为参考天线接收待校准天线以p3发送的校准信号的第三接收功率。
因而,可以确定第三初始系数c3为:
应理解,在本发明实施例中,也可以直接根据等式(20)和(22)确定第二初始系数c2和第二初始系数c3。
在S144中,根据该第一初始系数、该第二初始系数、该第三初始系数、该第一发送功率、与该第一发送功率对应的第一接收功率、该第二发送功率、与该第二发送功率对应的第二接收功率、该第三发送功率、与该第三发送功率对应的第三接收功率,确定第一变化率和第二变化率。
具体地,可以对式(18)、(20)和(22)两边求模再取对数,得到:
由式(23)至(25)得到c1、c2和c3的对数域幅值|c1|dB、|c2|dB和|c3|dB的关系满足下式:
同理得到c1、c2和c3的相位Φ(c1)、Φ(c2)和Φ(c3)之间满足下式:
其中,ci(i=1、2或3)的对数域幅值和相位分别为:
Φ(ci)=arg tan(im(ci)/re(ci)) (31)
其中,re(ci)和im(ci)分别表示ci的实部和虚部。
根据第二信道的发送链或接收链的射频响应的对数域幅值响应的变化量分别与发送功率或接收功率的变化量成正比关系,将式(4)和(6)分别代入式(26)和(27)得到:
α·(p1-p2)+αref·(p′1-p′2)=|c2|dB-|c1|dB (32)
α·(p1-p3)+αref·(p′1-p′3)=|c3|dB-|c1|dB (33)
根据式(32)和(33),可以得到该第一变化率α为:
类似地,根据第二信道的发送链或接收链的射频响应的相位响应的变化量分别与发送功率或接收功率的变化量成正比关系,将式(5)和(7)分别代入式(28)和(29)得到:
β·(p1-p2)+βref·(p′1-p′2)=Φ(c2)-Φ(c1) (35)
β·(p1-p3)+βref·(p′1-p′3)=Φ(c3)-Φ(c1) (36)
根据式(35)和(36),可以得到该第二变化率β为:
在S146中,根据该第一变化率、该第二变化率、该特定发送功率、该第一发送功率、该第二发送功率和该第三发送功率中的任一个、以及与所选取的发送功率相应的初始系数,确定该校准系数的对数域幅值和相位。
具体地,假设天线1发送信号时的特定发送功率为pd,那么该天线1在该特定发送功率pd下的校准系数cd,1可以由下式(38)和(39)确定:
|cd,1|dB=|ci|dB-α·(pd-pi) (38)
Φ(cd,1)=Φ(ci)-β·(pd-pi) (39)
其中,pi为第i发送功率,i=1、2或3,|ci|dB和Φ(ci)分别为与发送功率pi相应的第i初始系数ci的对数域幅值和相位。以i=2为例,该校准系数的对数域幅值|cd|dB为第二初始系数的对数域幅值|c2|dB减去第一变化率α与发送功率变化差值的乘积,该校准系数的对数域相位Φ(cd)为第二初始系数的对数域相位Φ(c2)减去第二变化率β与该发送功率变化差值的乘积,该发送功率变化差值为特定发送功率pd和第二发送功率p2的差值。
因而,可以使用该校准系数cd,1对天线1进行校准。假设天线1的发送数据的信号为x,则补偿后的发送信号为cd,1·x,也即执行校准后发送到接收端的数据信号为其中为在发送功率pd下天线1的发送链的射频响应,H为天线1到接收端之间的空间信道响应。类似地也可以得到其他待校准天线的校准系数。
对天线增益进行校准的标准是使得待校准设备的所有天线的收发链路增益比都等于参考天线的收发链路增益比。我们按照该标准对根据本发明实施例的天线校准方法与相关技术的原自校准方法的性能进行比较。以天线1为例,当该天线1以发送功率pd进行数据传输时,如果仍采用原自校准方法得到的校准系数c1执行校准操作,那么校准后天线1的收发链路增益比为:
由此可见,由于校准过程中采用的发送功率与数据传输时的发送功率相差较大,因而不同发送功率下待校准天线的发送链射频响应之间的差异,导致校准后天线的收发增益比不同于参考天线的收发增益比,而与天线的射频链路模拟特性相关。对不同天线而言,(i=1、2…N)是不同的,因此校准后设备的各天线的收发链路增益比仍然是不同的,这样就没能达到校准要求。
而在使用根据本发明实施例的天线校准方法得到的cd,1进行校准时,根据本发明实施例的天线校准方法实际是利用不同发送功率下校准系数之间所满足的关系,对发送功率p1下的校准系数进行修正后得到发送功率pd下的校准系数,这样在使用cd,1执行校准后,天线1的收发链路增益比为:
这样就实现了待校准设备的所有天线具有相同的收发链路增益比,满足了校准的要求。
本发明实施例的校准天线增益的方法,通过获取待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率下的等效信道信息,并根据不同发送功率下校准系数之间所满足的关系,确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数,从而能够消除发送功率变化对校准的影响,使得校准后的天线的收发增益比等于参考天线的收发增益比,因而能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性,并提高系统的容量和频谱利用率。
为了进一步说明根据本发明实施例的方法能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性,并提高系统的容量和频谱利用率,基于LTE下行链路级仿真平台,对根据本发明实施例的天线校准方法的有效性进行了验证,仿真中的使用的主要参数如下面的表1所示。
表1
仿真实验结果如图5所示,其中曲线1为不存在终端校准误差时的频谱效率曲线,曲线2为使用原自校准方法进行校准后的频谱效率曲线,曲线3为使用根据本发明实施例的天线校准方法进行校准后的频谱效率曲线。从该仿真结果可见,当终端校准误差受功率变化影响较严重时,如果仍然使用原自校准算法,可能导致系统性能的进一步下降。而使用根据本发明实施例的方法执行校准后,则可以使系统性能恢复到仅比理想情况损失0.16dB。由此可见,本发明实施例的方法能够消除发送功率变化对校准精度的影响,与传统的自校准方法相比,性能更加稳定且优越。
上文中详细描述了根据本发明实施例的校准天线增益的方法,下面将结合图6至图8,描述根据本发明实施例的校准天线增益的装置。
图6示出了根据本发明实施例的校准天线增益的装置500的示意性框图。如图6所示,该装置500包括:
第一获取模块510,用于获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息;
第二获取模块520,用于获取该待校准天线到该参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息;
第三获取模块530,用于获取该第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息;
确定模块540,用于根据该第一获取模块510获取的该参考等效信道信息、该第二获取模块520获取的该第一等效信道信息、该第三获取模块530获取的该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数;
校准模块550,用于根据该确定模块540确定的该校准系数,对该待校准天线的发送信号进行校准。可选地,校准后的发送信号为该校准系数与该发送信号的乘积。
本发明实施例的校准天线增益的装置,通过获取待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率下的等效信道信息,并由此确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数,从而能够消除发送功率变化对校准的影响,使得校准后的天线的收发增益比等于参考天线的收发增益比,因而能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性,并提高系统的容量和频谱利用率。
可选地,该确定模块540还用于基于该第二信道在不同发送功率下的发送链射频响应的对数域幅值响应的变化量,和该发送链射频响应的相位响应的变化量分别与发送功率的变化量成线性关系,以及在不同发送功率下该第二信道的接收链射频响应的对数域幅值响应的变化量,和该接收链射频响应的相位响应的变化量分别与接收功率的变化量成线性关系,根据该参考等效信道信息、该第一等效信道信息、该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定该待校准天线在特定发送功率下的校准系数。可选地,该第二信道的发送链或接收链的射频响应的对数域幅值响应和相位响应的变化量分别与发送功率或接收功率的变化量成正比例关系。
可选地,如图7所示,根据本发明实施例的装置500的确定模块540包括:
第一确定单元542,用于根据该第一获取模块510获取的该参考等效信道信息、该第二获取模块520获取的该第一等效信道信息、该第三获取模块530获取的该第二等效信道信息和该第三等效信道信息,确定分别与该第一发送功率、该第二发送功率和该第三发送功率对应的第一初始系数、第二初始系数和第三初始系数;
第二确定单元544,用于根据该第一确定单元542确定的该第一初始系数、该第二初始系数、该第三初始系数,该第二获取模块520获取的该第一发送功率、与该第一发送功率对应的第一接收功率,以及该第三获取模块530获取的该第二发送功率、与该第二发送功率对应的第二接收功率、该第三发送功率、与该第三发送功率对应的第三接收功率,确定第一变化率和第二变化率;
第三确定单元546,用于根据该第二确定单元544确定的该第一变化率和该第二变化率,以及该特定发送功率、该第一发送功率、该第二发送功率和该第三发送功率中的任一个、以及与所选取的发送功率相应的初始系数,确定该校准系数的对数域幅值和相位。
可选地,如图8所示,根据本发明实施例的装置500的确定模块540也可以包括:
校准系数确定单元541,用于根据下列等式确定该校准系数cd:
|cd|dB=|ci|dB-α·(pd-pi)
Φ(cd)=Φ(ci)-β·(pd-pi),
其中,|cd|dB和Φ(cd)分别为该校准系数cd的对数域幅值和相位,α和β分别为第一变化率和第二变化率,该第一变化率表示该第二信道的发送链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,该第二变化率表示该第二信道的发送链射频响应的相位响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,pi为第i发送功率,i=1、2或3,|ci|dB和Φ(ci)分别为与发送功率pi相应的第i初始系数ci的对数域幅值和相位。
可选地,如图8所示,确定模块540还可以包括:
第一变化率确定单元543,用于根据下列等式确定该第一变化率α:
α·(p1-p2)+αref·(p′1-p′2)=|c2|dB-|c1|dB
α·(p1-p3)+αref·(p′1-p′3)=|c3|dB-|c1|dB;以及
第二变化率确定单元545,用于根据下列等式确定该第二变化率β:
β·(p1-p2)+βref·(p′1-p′2)=Φ(c2)-Φ(c1)
β·(p1-p3)+βref·(p′1-p′3)=Φ(c3)-Φ(c1),
其中,αref表示该第二信道的接收链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,βref表示该第二信道的接收链射频响应的相位响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,p′i为与第i发送功率pi对应的第i接收功率,i=1、2或3。
可选地,如图8所示,确定模块540还可以包括:
初始系数确定单元547,用于根据下列等式确定第i初始系数ci:
其中,h0为根据该参考等效信道信息确定的参考等效信道响应,hi为根据第i等效信道信息确定的第i等效信道响应,t0和r0分别为该第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应,和分别为该第二信道在第i发送功率pi下的第i发送链射频响应和第i接收链射频响应。
根据本发明实施例的装置500的各模块、单元和子单元的上述和其它操作和/或功能分别为了实现图2至图3中的各个方法100和140的相应流程,为了简洁,在此不再赘述。
本发明实施例的校准天线增益的装置,通过获取待校准天线到参考天线的等效信道在不同发送功率下的等效信道信息,并由此确定待校准天线在特定发送功率下的校准系数,从而能够消除发送功率变化对校准的影响,使得校准后的天线的收发增益比等于参考天线的收发增益比,因而能够提高天线增益的校准精度,提高系统信道的互易性,并提高系统的容量和频谱利用率。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为描述的方便和简洁,上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的系统、装置和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种校准天线增益的方法,其特征在于,包括:
获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息;
获取所述待校准天线到所述参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息;
获取所述第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息;
根据所述参考等效信道信息、所述第一等效信道信息、所述第二等效信道信息和所述第三等效信道信息,确定分别与所述第一发送功率、所述第二发送功率和所述第三发送功率对应的第一初始系数、第二初始系数和第三初始系数;
根据所述第一初始系数、所述第二初始系数、所述第三初始系数、所述第一发送功率、与所述第一发送功率对应的第一接收功率、所述第二发送功率、与所述第二发送功率对应的第二接收功率、所述第三发送功率、与所述第三发送功率对应的第三接收功率,确定第一变化率和第二变化率;
根据所述第一变化率、所述第二变化率、所述特定发送功率、所述第一发送功率、所述第二发送功率和所述第三发送功率中的任一个、以及与所选取的发送功率相应的初始系数,确定所述校准系数的对数域幅值和相位;
根据所述校准系数对所述待校准天线的发送信号进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述参考等效信道信息包括所述第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应;所述第一等效信道信息包括所述第二信道在所述第一发送功率下的第一发送链射频响应、第一接收链射频响应、与所述第一发送功率相应的第一接收功率以及所述第一发送功率;所述第二等效信道信息包括所述第二信道在所述第二发送功率下的第二发送链射频响应、第二接收链射频响应、与所述第二发送功率相应的第二接收功率以及所述第二发送功率;所述第三等效信道信息包括所述第二信道在所述第三发送功率下的第三发送链射频响应、第三接收链射频响应、与所述第三发送功率相应的第三接收功率以及所述第三发送功率。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述待校准天线在特定发送功率pd下的校准系数cd由下列等式确定:
|cd|dB=|ci|dB-α·(pd-pi)
Φ(cd)=Φ(ci)-β·(pd-pi),
其中,|cd|dB和Φ(cd)分别为所述校准系数cd的对数域幅值和相位,α和β分别为第一变化率和第二变化率,所述第一变化率表示所述第二信道的发送链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,所述第二变化率表示所述第二信道的发送链射频响应的相位响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,pi为第i发送功率,i=1、2或3,|ci|dB和Φ(ci)分别为与发送功率pi相应的第i初始系数ci的对数域幅值和相位。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述第一变化率α由下列等式确定:
α·(p1-p2)+αref·(p′1-p′2)=|c2|dB-|c1|dB
α·(p1-p3)+αref·(p′1-p′3)=|c3|dB-|c1|dB;
所述第二变化率β由下列等式确定:
β·(p1-p2)+βref·(p′1-p′2)=Φ(c2)-Φ(c1)
β·(p1-p3)+βref·(p′1-p′3)=Φ(c3)-Φ(c1),
其中,αref表示所述第二信道的接收链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,βref表示所述第二信道的接收链射频响应的相位响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,p′i为与第i发送功率pi对应的第i接收功率,i=1、2或3。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述第i初始系数ci由下列等式确定:
其中,h0为根据所述参考等效信道信息确定的参考等效信道响应,hi为根据第i等效信道信息确定的第i等效信道响应,t0和r0分别为所述第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应,和分别为所述第二信道在第i发送功率pi下的第i发送链射频响应和第i接收链射频响应。
6.一种校准天线增益的装置,其特征在于,包括:
第一获取模块,用于获取参考天线到待校准天线的第一信道的参考等效信道信息;
第二获取模块,用于获取所述待校准天线到所述参考天线的第二信道在第一发送功率下的第一等效信道信息;
第三获取模块,用于获取所述第二信道分别在第二发送功率和第三发送功率下的第二等效信道信息和第三等效信道信息;
确定模块,用于根据所述第一获取模块获取的所述参考等效信道信息、所述第二获取模块获取的所述第一等效信道信息、所述第三获取模块获取的所述第二等效信道信息和所述第三等效信道信息,确定所述待校准天线在特定发送功率下的校准系数;其中,所述确定模块包括:
第一确定单元,用于根据所述第一获取模块获取的所述参考等效信道信息、所述第二获取模块获取的所述第一等效信道信息、所述第三获取模块获取的所述第二等效信道信息和所述第三等效信道信息,确定分别与所述第一发送功率、所述第二发送功率和所述第三发送功率对应的第一初始系数、第二初始系数和第三初始系数;
第二确定单元,用于根据所述第一确定单元确定的所述第一初始系数、所述第二初始系数、所述第三初始系数,所述第二获取模块获取的所述第一发送功率、与所述第一发送功率对应的第一接收功率,以及所述第三获取模块获取的所述第二发送功率、与所述第二发送功率对应的第二接收功率、所述第三发送功率、与所述第三发送功率对应的第三接收功率,确定第一变化率和第二变化率;
第三确定单元,用于根据所述第二确定单元确定的所述第一变化率和所述第二变化率,以及所述特定发送功率、所述第一发送功率、所述第二发送功率和所述第三发送功率中的任一个、以及与所选取的发送功率相应的初始系数,确定所述校准系数的对数域幅值和相位;
校准模块,用于根据所述确定模块确定的所述校准系数,对所述待校准天线的发送信号进行校准。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述确定模块包括:
校准系数确定单元,用于根据下列等式确定所述校准系数cd:
|cd|dB=|ci|dB-α·(pd-pi)
Φ(cd)=Φ(ci)-β·(pd-pi),
其中,|cd|dB和Φ(cd)分别为所述校准系数cd的对数域幅值和相位,α和β分别为第一变化率和第二变化率,所述第一变化率表示所述第二信道的发送链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,所述第二变化率表示所述第二信道的发送链射频响应的相位响应的变化量关于发送功率的变化量的变化率,pi为第i发送功率,i=1、2或3,|ci|dB和Φ(ci)分别为与发送功率pi相应的第i初始系数ci的对数域幅值和相位。
8.根据权利要求7所述的装置,其特征在于,所述确定模块还包括:
第一变化率确定单元,用于根据下列等式确定所述第一变化率α:
α·(p1-p2)+αref·(p′1-p′2)=|c2|dB-|c1|dB
α·(p1-p3)+αref·(p′1-p′3)=|c3|dB-|c1|dB;以及
第二变化率确定单元,用于根据下列等式确定所述第二变化率β:
β·(p1-p2)+βref·(p′1-p′2)=Φ(c2)-Φ(c1)
β·(p1-p3)+βref·(p′1-p′3)=Φ(c3)-Φ(c1),
其中,αref表示所述第二信道的接收链射频响应的对数域幅值响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,βref表示所述第二信道的接收链射频响应的相位响应的变化量关于接收功率的变化量的变化率,p′i为与第i发送功率pi对应的第i接收功率,i=1、2或3。
9.根据权利要求8所述的装置,其特征在于,所述确定模块还包括:
初始系数确定单元,用于根据下列等式确定第i初始系数ci:
其中,h0为根据所述参考等效信道信息确定的参考等效信道响应,hi为根据第i等效信道信息确定的第i等效信道响应,t0和r0分别为所述第一信道的发送链射频响应和接收链射频响应,和分别为所述第二信道在第i发送功率pi下的第i发送链射频响应和第i接收链射频响应。
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