CN103229354A

CN103229354A - 获得至少一个校准参数的方法、天线阵列、计算机程序和计算机程序产品

Info

Publication number: CN103229354A
Application number: CN2010800704654A
Authority: CN
Inventors: H.马尔姆奎斯特; L.雷克斯贝格
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2010-12-01
Publication date: 2013-07-31
Also published as: WO2012074446A1; EP2647084B1; AU2010364993B2; JP5666717B2; JP2014505392A; AU2010364993A1; EP2647084A1

Abstract

本文介绍了一种用于获得天线阵列的校准参数的方法。天线阵列包括带有相应相关联天线的第一和第二无线电模块，其中，两个无线电模块均包括主传送器和已连接校准接收器，或者两个无线电模块均包括主接收器和已连接校准传送器。方法包括：在第一无线电模块中注入第一校准信号，并且测量在第一无线电模块中对第一校准的响应。为第一和第二无线电模块的所有组合重复进行此注入和测量。最后，使用响应计算数值；基于计算的数值计算校准参数。本文也介绍了对应的天线阵列、计算机程序和计算机程序产品。

Description

获得至少一个校准参数的方法、天线阵列、计算机程序和计算机程序产品

技术领域

本文中实施例涉及天线阵列，并且更具体地说，涉及获得用于天线阵列的至少一个校准参数。

背景技术

对蜂窝系统中容量的增大需求已促使3GPP（第三代合作伙伴计划）移动系统标准演化到LTE（长期演进）和LTE高级（LTE Advanced）。这为更高级天线技术的使用打开了门户。具体而言，经常应用诸如MIMO（多输入多输出）或波束成形等天线阵列技术。

天线阵列以前一直在雷达和卫星通信应用中使用。为形成波束，天线阵列要在天线端口进行相位对齐或校准。这经常是在部署前一旦在天线测量范围便执行的耗时、昂贵测量过程。然而，移动无线电行业中的商用天线推动了对也能够定期在线执行，即在操作期间执行的自足型快速校准方法的要求。

今天，在行业中存在用于校准方法的几种提议。在技术领域中，如何将校准信号注入TX无线电链和例如使用定向耦合器对靠近天线端口的无线电信号的一小部分进行采样，这已为人所熟知。通过将采样的输出信号和TX无线电链路输入信号（包括注入的校准信号）馈送到信号相关器，能够计算并在无线电链中，优选在数字基带部分中插入相位、增益和延迟相关。US-6339399中描述了用于此类型天线校准的通用方法。然而，此类型的方法包含通过开关或求和电阻连接到某一校准接收器的校准耦合器的网络。如果未通过设计适当进行相位对齐或者适当表征和校正，则这些校准链将带来错误。此类型的方法简单地预先假设校准网络特性已知，这是一个重要的要求。

技术领域中已知的另一方法只适用于TDD（时分复用）系统。构想是使用天线阵列互耦合以便使校准信号回到系统中用于相关和为RX与TX无线电链计算要求的校正。RX和TX无线电链在TDD中交替使用，但此类型的校准要求一些TX和RX链同时使用并且不交替使用，强制插入没有正常无线电业务的专用校准时间期。此类型的校准也预先假设在天线单元之间互耦合中的均匀性。在US-5657023中描述了根据这些思路的方法。然而，所述方法受限于TDD应用，留下了FDD（频分复用）的大范围未得以解决。此外，所述方法预先假设在天线互耦合中的均匀性。另一缺陷是需要将专用校准时间期插入常规的无线电业务中。

发明内容

本文中实施例的目的是提供用于天线阵列的改进校准。

第一方面是一种用于获得天线阵列的至少一个校准参数的方法。天线阵列包括第一和第二无线电模块、分别连接到第一和第二无线电模块的第一天线和第二天线，其中，第一和第二无线电模块每个包括主传送器和可选择性连接的校准接收器，或者第一和第二无线电模块每个包括主接收器和可选择性连接的校准传送器。方法包括：在第一无线电模块中注入第一校准信号，并且测量在第一无线电模块中对第一校准信号的第一响应；在第一无线电模块中注入第二校准信号，使得校准信号通过天线的互耦合到第二无线电模块，并且测量在第二无线电模块中对第二校准信号的第二响应；在第二无线电模块中注入第三校准信号，并且测量在第二无线电模块中对第三校准信号的第三响应；在第二无线电模块中注入第四校准信号，使得校准信号通过天线的互耦合到第一无线电模块，并且测量在第一无线电模块中对第四校准信号的第四响应；使用第一、第二、第三和第四响应，计算至少一个数值；以及基于计算的数值，计算至少一个校准参数。

方法适用于FDD和TDD，并且能够在线执行，即在业务期间执行。另外，方法是自足型，即，不依赖任何外部设备或设施，并且能够自动执行而无需操作员参与。

测量第一、第二、第三和第四响应可每个包括将相应响应与相应校准信号相关。

测量第一、第二、第三和第四响应可每个包括测量是相位、延迟或对数增益的幅度，以及其中，至少一个校准参数涉及调整测量的幅度以接近幅度的所需值。

在第一和第二无线电模块包括相应主传送器时，注入第一、第二、第三和第四校准信号可包括注入用于传送的常规输入信号作为校准信号。

在第一和第二无线电模块包括相应主接收器时，方法可还包括使用数值计算至少一个对消参数，应用至少一个对消参数，从主接收器收到的响应减去注入的校准信号。

计算至少一个数值可包括执行第一、第二、第三和第四响应的平均值和差的数字组合。

方法可还包括应用至少一个校准参数到第一和第二无线电模块之一。

存在仍要计算其至少一个校准参数的任何无线电模块时可重复方法，以及其中，在重复执行中，第一和第二无线电模块至少之一是在方法的前一执行中使用的无线电模块。

在重复执行期间，以前利用的校准接收器或校准传送器可被再使用以形成重复执行中使用的无线电模块的一部分。

第一和第二无线电模块可连接到分开的校准网络。例如，可布置多个天线阵列模块，使得天线阵列模块协作以实现所需的无线电特性。每个天线阵列模块包括多个天线和相应校准网络。在此类布置中，第一和第二无线电模块可以是分开的天线阵列模块的一部分，由此使得跨天线阵列模块的校准成为可能。

方法可在某个装置期间后重复进行。

第二方面是一种天线阵列，天线阵列包括控制器、第一和第二无线电模块、分别连接到第一和第二无线电模块的第一天线和第二天线，其中，第一和第二无线电模块每个包括主传送器和可选择性连接的校准接收器，或者第一和第二无线电模块每个包括主接收器和可选择性连接的校准传送器。天线阵列可布置成在第一无线电模块中注入第一校准信号，并且测量在第一无线电模块中对第一校准信号的第一响应；在第一无线电模块中注入第二校准信号，使得校准信号通过天线的互耦合到第二无线电模块，并且测量在第二无线电模块中对第二校准信号的第二响应；在第二无线电模块中注入第三校准信号，并且测量在第二无线电模块中对第三校准信号的第三响应；在第二无线电模块中注入第四校准信号，使得校准信号通过天线的互耦合到第一无线电模块，并且测量在第一无线电模块中对第四校准信号的第四响应。控制器布置成使用第一、第二、第三和第四响应，计算至少一个数值；以及基于计算的数值，计算至少一个校准参数。

至少一个无线电模块可还包括布置成应用至少一个校准参数的调整器。

调整器可包括FIR有限脉冲响应滤波器。

天线阵列可还包括用于选择性连接无线电模块内的校准接收器或校准传送器的校准网络。

天线阵列可还包括用于选择性连接无线电模块内的校准接收器或校准传送器的多个校准网络。

每个无线电模块可还包括可控多向耦合器，并且校准接收器或校准传送器可经可控多向耦合器在每个无线电模块内连接。

在第一和第二无线电模块包括相应主接收器时，控制器可布置成基于来自第一、第二、第三或第四响应的至少一个计算的数值，计算用于从主接收器收到的信号减去校准信号的至少一个对消参数。

天线阵列可还包括布置成应用至少一个对消参数以获得调整的信号的调整器和布置成从主接收器收到的响应减去调整的信号的减法器。

调整器可包括FIR有限脉冲响应滤波器。

第三方面是一种用于获得天线阵列的至少一个校准参数的计算机程序。天线阵列包括至少第一和第二无线电模块、分别连接到第一和第二无线电模块的第一天线和第二天线，其中，第一和第二无线电模块每个包括主传送器和可选择性连接的校准接收器，或者第一和第二无线电模块每个包括主接收器和可选择性连接的校准传送器。计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码在天线阵列的控制器上运行时，促使控制器执行以下操作：在第一无线电模块中注入第一校准信号，并且测量在第一无线电模块中对第一校准信号的第一响应；在第一无线电模块中注入第二校准信号，使得校准信号通过天线的互耦合到第二无线电模块，并且测量在第二无线电模块中对第二校准信号的第二响应；在第二无线电模块中注入第三校准信号，并且测量在第二无线电模块中对第三校准信号的第三响应；在第二无线电模块中注入第四校准信号，使得校准信号通过天线的互耦合到第一无线电模块，并且测量在第一无线电模块中对第四校准信号的第四响应；使用第一、第二、第三和第四响应，计算至少一个数值；以及基于计算的数值，计算至少一个校准参数。

第四方面是一种计算机程序产品，包括根据第三方面的计算机程序和存储计算机程序的计算机可读部件。

要注意的是，在适当之处，第一、第二、第三和第四方面的任何特征可应用到这些方面的任何其它方面。

通常，除非在本文中另有明确定义，否则，在申请中使用的所有术语可根据在技术领域中其普通含意理解。除非另有明确说明，否则，对“一个/该单元、设备、组件、部件、步骤等”的所有引用要以开放方式理解为指单元、设备、组件、部件、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则，本文中公开的任何方法的步骤不必按公开的确切顺序执行。

附图说明

现在将通过示例，参照附图描述本发明，其中：

图1A-1B是示出利用主传送器和校准接收器的一实施例的示意图；

图2A-2B是示出利用主接收器和校准传送器的一实施例的示意图；

图3是示出包括用于应用校准参数的调整器的天线阵列的示意图；

图4是示出根据一实施例的方法的流程图；

图5是包括对消电路的一实施例中天线阵列的示意图；

图6根据一实施例的耦合器的示意图；

图7示出包括计算机可读部件的计算机程序产品的一个示例；以及

图8是示出天线阵列模块的示意图。

具体实施方式

现在，将参照显示本发明的某些实施例的附图，在下文更全面地描述本发明。然而，本发明可以许多不同的形式实施，并且不应视为限于本文所述的实施例；相反，这些实施例做为示例提供，使得此公开内容将全面和完整，并且将本发明的范围全面传达给本领域的技术人员。类似的标号表示整个描述中类似的单元。

概述

本文中实施例的目的是提供用于天线阵列的一般自主在线校准，即，能够定期执行而在涉及诸如FDD和TDD等不同接入技术的正常业务操作期间无需同操作员干预的校准。另外，消除了对用于本领域熟知的FDD的方法所必需的辅助校准路径的表征或均匀设计以实现高精度的问题。此外，消除了对用于本领域熟知的TDD方法所必需的天线单元互耦合的均匀性的约束，并且实际上能够计算并且在关键波束成形应用中有利地使用此互耦合。

下面描述用于获得天线阵列的校准参数的方法。作为在天线阵列或一起工作的几个天线阵列模块中无线电模块的校准的一部分，方法隐含使用在天线单元之间的互耦合。天线阵列或天线阵列模块包括至少两个传送无线电模块和/或两个接收无线电模块，每个模块带有相关联天线，每个无线电模块包括传送器或接收器。除天线单元之间的互耦合外，方法也使用校准单元，校准单元除在校准网络中用于在靠近每个天线端口的耦合点分接或注入校准信号的特定路径外，还包括至少一个校准接收器或校准传送器。此外，此耦合点可提供用于从无线电和天线侧的分接以及用于注入无线电和天线侧，方向例如可通过开关选择。

与天线互耦合一起，校准单元允许设置包含为传送器模块或接收器模块的一对无线电模块的四个特定测量路径，以实现这些无线电模块的相对校准。测量路径的设置涉及校准信号在传送器无线电模块中的注入，或者经校准传送器到接收器无线电模块的注入，注入的信号在连接到传送器无线电模块的校准接收器中或者在接收器无线电模块中收到。注入和接收点能够与涉及的无线电模块对中的不同无线电模块或者相同无线电模块相关联。存在四个此类组合，因此提供了四个特定测量路径和响应。

在比较注入和收到信号，从而产生响应之处，例如，在信号相关器中，定义了参考平面，从响应中，能够计算数字测量值，为每个测量路径例如表示信号方面，如在频率内的增益、相位和延迟。从四个测量路径的测量值中，可能计算能够应用到实际对中两个无线电模块的任一模块的相对校准参数。

注入、测量、计算和校准参数应用的这些步骤能够重复进行，接连包括其它无线电模块，直至在至少一个过程中已包括天线阵列的所有无线电模块，并且已建立无线电模块对之间相对校准的连续链。这结束了校准方法，方法在某个闲置期间后能够重复进行。

方法也能够包含其对应天线单元定位在分开的天线阵列模块中的无线电模块，天线阵列因此包括几个天线阵列模块的配置。在此情况下，能够沿参考平面出现延迟，表示在模块之间的信号传播时间。方法不预先假设此延迟已知并得以校正。相位和增益通常与此部分的测量路径无关，这是因为参考平面能够定位在无线电数字基带的域中。

此外，通过使用适当的校准信号，例如，低功率扩频信号，整个校准方面能够在线进行，即在天线阵列的正常业务操作期间进行。宽带宽校准信号也允许从相同测量计算在整个使用频带内相位、增益和延迟的正确调整。

方法适用于FDD（频分复用）和TDD（时分复用）两者。另外，方法是自足型，即，不依赖任何外部设备或设施，并且能够自动执行而无需操作员参与。

在校准传送器无线电模块时，注入校准信号的步骤可转而包括将预期传送的常规输入信号用作校准信号。

在校准接收器无线电模块时，方法也可包括从测量值计算对消参数，并且应用对消参数，由此从主接收器收到的信号有效地减去校准信号，因此避免了在收到业务信号中注入校准信号的干扰。

每个无线电模块可包括布置成应用校准参数的调整器。此调整器可包括FIR（有限脉冲响应）滤波器。

参照图形的描述

图1A-1B是示出利用主传送器和校准接收器的一实施例的示意图，并且图2A-2B是示出利用主接收器和校准传送器的一实施例的示意图，实施例也利用在天线单元之间的互耦合。现在将陈述参照图1A-1B和2A-2B的天线阵列的校准的提议方法的论述。

TX_i 10i指示第i个传送器无线电模块4i的传送器，并且RXi 14i指示包括至少两个无线电模块的天线阵列1的第i个接收器无线电模块3i的接收器。同样地，TX_j 10j指示第j个传送器无线电模块4j的传送器，并且RX_j 14j指示天线阵列的第j个接收器无线电模块3j的接收器。注意，第i个和第j个无线电模块能够位于相同天线阵列模块中或者位于相邻天线阵列模块中。

与传送器和接收器类似，CR_i 11i指示连接到第i个传送器无线电模块的校准接收器，并且CT_i 15i指示连接到第i个接收器无线电模块的校准传送器。同样地，CR_j 11j指示连接到第j个传送器无线电模块的校准接收器，并且CT_j 15j指示连接到第j个接收器无线电模块的校准传送器。要注意的是，借助于校准网络连接几个无线电模块和天线到相同校准接收器或校准传送器，如果这些无线电模块和天线位于相同天线阵列模块中，则第i个和第j个校准接收器或传送器能够共享相同物理接收器或传送器。例如CR_i 11等指示的校准接收器或例如CT_i 15i等指示的校准传送器因此将理解为也包括连接到第i个传送或接收无线电模块的校准网络的相关部分，因此构成特定校准路径。

每个无线电模块的主要目的是传送和/或接收无线电信号。任何适合数量的无线电模块能够是天线阵列1的一部分。要注意的是，虽然RX无线电模块在图1A-B中示出，并且TX无线电模块在图2A-B中示出，但通过在无线电模块中使用双工滤波器，一个TX和一个RX无线电模块能够共享相同物理天线。也要注意的是，天线能够包括一个天线单元或在天线子阵列中连接的几个天线单元。

在图1A-1B中，示出了两个传送器(TX)无线电模块4i、4j。第一TX无线电模块4i包括主传送器10i，并且具有相关联天线19i。校准接收器(CR) 11i经可控多向耦合器12i连接到主传送器10i和天线19i。第二TX无线电模块4j是类似结构，包括带有相关联天线19j的其自己的主传送器10j。校准接收器11j经可控多向耦合器12j连接到主传送器10j和天线19j。注意，第i个和第j个校准接收器能够共享经校准网络连接到不同传送器无线电模块的相同物理接收器，因此构成特定校准路径。定义了对天线阵列1的所有TX无线电模块4i、4j共同的参考平面(RP) 5。在天线单元19i与19j之间，存在视方向而定也指示为A_ij和A_ji的互耦合2。在本文中介绍的模型中，假设互耦合是互易性的，即，。

在图2A-2B中，示出了两个接收器(RX)无线电模块3i、3j。第一RX无线电模块3i包括带有相关联天线19i的主接收器14i。校准传送器(CT) 15i经可控多向耦合器12i连接到主接收器14i和天线19i。第二RX无线电模块3j是类似结构，包括带有相关联天线19j的其自己的主接收器14j。校准传送器15j经可控多向耦合器12j连接到主接收器14j。注意，第i个和第j个校准传送器能够共享经校准网络连接到不同接收器无线电模块的相同物理传送器，因此构成特定校准路径。定义了对天线阵列1的所有RX无线电模块3i、3j共同，并且可选对所有RX无线电模块3i、3j和所有TX无线电模块4i、4j共同的参考平面5。

对于多向耦合器12i-j，预先假设耦合因子实际上对于无线电和天线侧是相等的。

天线阵列1的校准涉及计算在一个或多个无线电模块中相位、增益和/或时间延迟的校正以便在天线端口对齐无线电信号。对于TX和RX，如下面参照图3更详细解释的一样，能够在数字域中应用校正。

示出的无线电模块4i-j和/或3i-j形成天线阵列1的一部分或天线阵列1的几个模块的一部分。图1A-B中还示出的是用于TX无线电模块的校准的过程的四个测量路径20a-d，并且图2A-B中示出的是用于RX无线电模块的校准的过程的四个测量路径20e-h。

在天线单元19i与19j之间，存在视方向而定也指示为A_ij和A_ji的互耦合2。在本文中介绍的模型中，假设互耦合是互易性的，即，。

参考平面5是校准信号被注入或接收以及随后在完成特定测量路径20a-h后与原注入信号进行比较或相关以获得响应之处。此相关过程将产生用于所述测量路径20a-h的总相位偏移、幅度更改和/或延迟。

沿参考平面5在第i个无线电模块与第j个无线电模块之间，例如在天线阵列模块之间，表示信号传播时间的延迟示为RP _ij。出于天线校准目的，预先未假设沿参考平面5发生的任何延迟已知并得以校正。然而，如果要计算用于从在接收器模块中收到的信号对消校准信号的对消参数，或者如果要计算天线互耦合A_ij以供进一步使用，则必须知道此延迟。如果假设延迟是互易性的，即，

，则在技术领域中如何获得两点之间的此传播时间延迟是众所周知的。例如，通过直接记录在所述两点之间往返的总消息时间，或者通过在这两个点测量从共同点沿路径D1和D2发送的两个消息的到达时间的差M1和M2，消息之一因而也通过点之间的链路，能够完成此操作。这将得出M1= (D2 + RPji) – D1，并且M2 = (D1 + RPij ) - D2，并且寻求的时间延迟因而将是RP = (M1 + M2)/2。

要注意的是，为校准传送器无线电模块4i、4j，可选的是可能将预期传送的常规无线电信号用作由相应校准接收器收到的校准信号。

用于校准的数值的计算

现在将介绍如何通过使用不同路径20a-h计算用于相对校准的数值。方法涉及执行测量过程，设置用于每对无线电模块和相关联天线单元的多个校准测量路径。存在四个此类可能测量路径，其中的两个包括天线互耦合。从这四个测量而言，能够计算用于无线电模块的必需相位、增益和延迟校正以及用于校准模块和用于天线互耦合的所有特性。完整的测量和计算过程重复进行，直至在至少一个过程中已包括所有无线电模块，并且已建立无线电模块对之间相对校准的连续链。

考虑包括N _T个TX无线电模块4i、4j和N _R个RX无线电模块3i、3j的活动天线阵列，其中，每个模块连接到对应天线单元19i、19j。注意，TX和RX无线电模块的数量无需相同，即，数量N对于TX和RX能够不同。

TX _i、RX _i 10i、14i表示用于TX和RX的无线电路径，i=1、2、... N，

CR _i、CT _i 11j、15i表示带有接收器或传送器的校准路径，

A _ij表示在天线到天线路径中的互耦合，其中，

，

RP _ij表示在参考平面5中的路径，，并且

P _ii、P _ij表示测量路径20a-h的响应。

能够为每个路径定义复转移函数

其中

g _i表示增益的绝对值，

τ _i表示延迟，

φ _i相位偏移，以及

ω表示角频率。

为简化计算公式，将在后面的等式中使用转移函数的对数。在计算组合几个块成测量路径的结果，或者组合来自几个测量的结果时，等式[1]的对数版本将相乘转换成相加。增益的常用对数值是由

定义的dB值。在下述内容中，从图1A-B和图2A-B TX _i、RX _i等的指定用于表示在不同路径20a-h中的任一校准实体dB(g _i)、τ _i或φ _i。

在一些后面的等式中计算的平均值也适用于dB(g _i)，并且此对数平均值将在使用增益值时转换回几何平均值

。使用等式[1]的原线性形式将相加转换成相乘，相减转换成相除，除以2转换成开平方（如在几何平均公式中一样）。

TX校准

参照图1A-B，包括响应的测量路径矩阵P的元素将是

对应于路径20a [2]

对应于路径20b

对应于路径20c

对应于路径20d

TX天线耦合矩阵A _TX具有互易性属性

取差

和

的平均值（注意，

）产生了A _TX的元素。

现在，能够通过以下方式计算测量差矩阵：取等式[2]的适当子等式的差，得出

以及

取dCR _ij和-dCR _ji以及dTX _ij和-dTX _ji的均值，也注意

和

得出

等式8的结果是应相加到第j个TX无线电模块以便在天线端口i和j对齐信号的校正形式的校准参数。注意，用于天线的路径A和用于参考平面的RP将由于互易性条件而被对消。根据使用的定义，此校正能够是在实际角频率应用的偏移相位角、延迟或添加的dB增益（或相乘的线性增益因子）。通过使用适当调整的FIR滤波器，例如能够在数字基带应用这些校正本身或组合。

完整的TX测量和计算过程重复进行，包括其它TX无线电模块，直至在至少一个过程中已包括所有TX无线电模块，并且已建立TX无线电模块对之间相对校准的连续链。

RX校准

参照图2A-B，并且通过如对于TX校准类似的论述，测量路径矩阵P的元素将是

对应于路径20e [9]

对应于路径20f

对应于路径20g

对应于路径20h

RX天线耦合矩阵A _RX具有互易性属性

取差和

的平均值（注意

，）产生了A _RX的元素。

注意，这是与等式[4]中相同的表达式。

现在，能够通过以下方式计算测量差矩阵：取等式[9]的适当子等式的差，得出

以及

取dCT _ij和-dCT _ji以及dRX _ij和-dRX _ji的均值，也注意

和

得出

以及 [14]

等式[15]的结果是应相加到第j个RX无线电模块以便在天线端口i和j对齐信号的校正形式的校准参数。注意，用于天线的路径A和用于参考平面的RP将由于互易性条件而被对消。根据使用的定义，此校正能够是在实际角频率应用的偏移相位角、延迟或添加的dB增益（或相乘的线性增益因子）。通过使用适当调整的FIR滤波器，例如能够在数字基带应用这些校正本身或组合。

完整的RX测量和计算过程重复进行，包括其它RX无线电模块，直至在至少一个过程中已包括所有RX无线电模块，并且已建立RX无线电模块对之间相对校准的连续链。

图3是示出包括用于应用校准参数的调整器的天线阵列的示意图。此处，每个无线电模块包括调整器以如本文中所述应用校准参数。每个TX无线电模块4i-j包括相应调整器16i-j。类似地，每个RX无线电模块3i-j包括相应调整器17i-j。调整器16i-j、17i-j能够是允许应用校准参数的任何适合的构造，例如，FIR滤波器或类似物。

控制器22负责如上所解释一样的监视校准参数提取，并且也使用一个或多个调整器16i-j、17i-j应用获得的校准参数。

图4是示出根据一实施例的方法的流程图。方法是解释上面参照图1A-B和图2A-B介绍的过程的另一方式。方法在图1A-B和图2A-B的天线阵列1中包括或连接到该天线阵列1的控制器中执行，如图3的控制器22。

在初始注入校准信号步骤30中，在无线电模块中注入校准信号。如果无线电模块是RX无线电模块，则信号经校准传送器CT 15i-j和相关联校准网络注入到靠近天线的耦合点。如果无线电模块是TX无线电模块，则信号能够在无线电数字域中注入，或者能够是预期传送的常规无线电信号。

在测量响应步骤32中，在与注入校准信号相同的第一RX无线电模块中，或者在连接到相同第一TX无线电模块的校准接收器CR 11i中，测量对注入的校准信号的第一响应。这允许测量用于RX的第一路径20e和用于TX的20a。

在重复步骤34中，方法返回到步骤30，重复注入校准信号步骤30和测量响应步骤32，例如通过可控多向耦合器选择不同路径。

注入响应回路重复三次，依次测量在与原来注入校准信号之处不同的第二RX无线电模块中或者在连接到第二不同TX无线电模块的校准接收器CR 11j中对注入校准信号的第二响应，产生测量路径20f和20b。

对于最后两次回路，在第二无线电模块中注入校准信号，并且在与原来注入校准信号相同的第二RX无线电模块中或者在连接到与原来注入校准信号相同的第二TX无线电模块的校准接收器CR 11j中测量第三响应，产生测量路径20g和20c。在与原来注入校准信号不同的第一RX无线电模块中或者在连接到与原来注入校准信号不同的第一TX无线电模块的校准接收器CR 11i中测量对注入的校准信号的第四响应，产生测量最后路径20h和20d。方法随后继续到计算数值步骤36。

在计算数值步骤36中，在当前校准涉及TX无线电模块时，计算等式[8]。否则，在当前校准涉及RX无线电模块时，计算等式[15]。

一旦已获得数值，便在计算校准参数步骤38中计算校准参数。此步骤的一部分能够是比较在前一步骤中获得的数值和所需值，例如，在最小化两个无线电模块之间的差的情况下的零值。如果存在差异，可选的是高于阈值的绝对差异，则例如为FIR滤波器计算适当的参数。

在应用校准步骤40中，应用任何新的校准参数，例如，作为用于无线电模块的调整器的FIR滤波器的系数。

在条件重复步骤42中，确定是否有尚未成为校准计算的一部分的任何无线电模块。如果情况是如此，则方法返回到注入校准信号步骤30，包括新的以前未计算的无线电模块和以前已是校准计算的一部分的无线电模块。否则，方法结束。

可选的是，在某个闲置期间后再次执行校准方法。闲置期间能够选择为任何适当的长度，例如，10秒、1分钟、10分钟等。

图5是包括对消电路的一实施例中天线阵列的示意图。这应用于RX无线电模块3i-j，其中，来自校准传送器CT的添加的校准信号将作为干扰源出现，并且可能能够具有诸如降低的信噪比等缺点。注入的校准信号的对消将解决此问题。要注意的是，对消可能不完美，由此在应用对消后小部分的原信号或校正信号能够仍然存在。

图5示出图2A的路径20f的示例。校准信号生成器24生成在CTi 15i中注入的校准信号。信号传递到天线19i，并且通过空中经天线的互耦合到天线19j，并且由接收器RXj 14j接收。测量的信号被输入控制器22。控制器也具有对来自校准信号生成器24的注入的信号的访问权。这实际上是更早所述过程和方法的一部分，并且通过参照用于路径20f的等式[9]以及注意路径将只取到远至减法器25，应用到调整器23的适当校正将是

根据等式[9]，这也能够表示为

通过在减法器25中从收到的信号减去调整的生成的校准信号，在收到信号中注入的校准信号的影响得以大幅降低或甚至基本上消除。注意，通过引用等式[9]的适当部分，此对消能够用于为任何路径20e-h对消注入的校准信号。也要注意的是，在此情况下，沿参考平面的延迟RP必须是已知的。如此描述中更早所示，获得此延迟的方法在技术领域是众所周知的。

这样，基本上从用于RX无线电模块的收到信号中去除了使用CT的注入的校准信号。这允许为RX在线执行校准，而对常规无线电业务无任何重大影响。对于TX，情况已经是如此，这是因为预期传送的常规输入信号的电平已知，并且因此注入的校准信号的电平和谱分布能够被选择成它将不干扰传送的信号。此外，作为选项，预期传送的常规输入信号能够用作用于TX模块的校准信号。

图6根据一实施例的耦合器的示意图。耦合器具有耦合器52和开关54。开关54由控制器22控制，并且能够设置成将经校准网络在开关54下方连接的校准传送器或接收器连接到在耦合器12右侧连接的天线19和在耦合器12左侧连接的主传送器(10)/接收器(14)。

结论

如已经示出的一样，来自等式[8]和[15]的成对差

和

产生了应被应用到TX或RX无线电模块对以便在几个天线阵列模块的配置或天线阵列的天线端口对齐相位和延迟并且可能也对齐增益（等式产生对数增益或dB值）的寻求的相对校正。

天线端口应视为到天线单元或天线子阵列的电连接点。然而，对齐实际上在多向耦合点执行，因此在天线端口的对齐预先假设在耦合点与相应天线端口之间的路径是均匀的（或已知并且已校正）。通过将耦合点放置到靠近天线，由此最小化电路径和其中的变化，均匀性的准则经常容易通过设计而得以满足。本文中提议的方法因此实际上在天线端口提供了寻求的对齐。

对于带有N个无线电模块和相关联天线的天线阵列，存在根据等式[8]和[15]可能计算的(N-1)N/2个平均差值。这意味着经常可能通过使用提议方法的步骤，计算在与由于连接相邻天线单元的几个不同测量链而距离很远放置的天线单元相关联的两个无线电模块之间的差值。此外，可能通过使用比要求的最小数字N-1更多的差值，在最小均方意义上求解差值，由此增大校准的准确度。

用于也包括连接到耦合器点的校准网络的校准接收器和校准传送器路径的等式[7]和[14]的结果无需明确用于天线校准，并且这些路径中的差无需得以校正。然而，应注意的是，这些校准路径隐含包括在提议的方法中，并且这些路径的任何变化和差别因此得以与执行无线电模块的校准一样频繁地计及和隐含校正。提议的方法因此解决了表征校准HW（硬件）和实现与无线电传送器和接收器HW的校准中相同的准确度的问题。它也解决了影响校准路径及常规无线电传送器和接收器路径的老化和温度漂移的问题。

由于在提议的方法中天线互耦合的使用，因此，在扩展校准以包含几个天线阵列模块的同时，能够使必需的校准HW（例如，校准耦合器网络、校准接收器/传送器、信号相关器和校准信号生成器）变得对一个天线阵列模块是本地性的。

用于天线耦合矩阵的等式[4]和[11]的结果不是明确需要的，而是能够在天线波束方向图需要校正到更佳准确度时的高要求应用中使用。如果情况是如此，则沿参考平面发生的任何延迟必须知道。如在此描述中更早所示一样，在技术领域中如何获得此传播时间延迟是众所周知的。

图7示出包括计算机可读部件的计算机程序产品70的一个示例。在此计算机可读部件上能够存储计算机程序71，计算机程序能够促使控制器执行根据本文中所述实施例的方法。在此示例中，计算机程序产品是光盘，如CD（压缩光盘）、DVD（数字多功能光盘）或Blu-Ray盘。如上所解释的一样，计算机程序产品也能够实施为连接到控制器22的存储器。虽然计算机程序71在此处以示意图方式示为在所示光盘上的轨道，但计算机程序能够以适合用于计算机程序产品的任何方式存储。

图8是示出天线阵列模块的示意图。此处示出了天线阵列1如何分成两个天线阵列模块80a-b。每个天线阵列模块80a-b包括多个无线电模块4i-j，每个无线电模块包括主传送器10i-j。通过使用相应校准网络82a-b，使校准接收器11的选择性连接变得可能。天线阵列模块经参考平面5连接。类似地，天线阵列可布置成带有包括主接收器的无线电模块3i-j 或者包括主接收器和主传送器的无线电模块。

本发明在上面主要参照几个实施例进行描述。然而，如本领域技术人员将容易理解的一样，与上面公开实施例不同的其它实施例在如随附专利权利要求定义的本发明的范围内同样是可能的。

Claims

1. 一种用于获得天线阵列(1)的至少一个校准参数的方法，所述天线阵列(1)包括第一和第二无线电模块（3i-j，4i-j）、分别连接到所述第一和第二无线电模块的第一天线(19i)和第二天线(19j)，其中所述第一和第二无线电模块（3i-j，4i-j）每个包括主传送器(10i-j)和可选择性连接的校准接收器(11i-j)，或者所述第一和第二无线电模块每个包括主接收器(14i-j)和可选择性连接的校准传送器(15i-j)，所述方法包括：

在所述第一无线电模块中注入(30)第一校准信号，并且测量(32)在所述第一无线电模块中对所述第一校准信号的第一响应；

在所述第一无线电模块中注入第二校准信号，使得所述校准信号通过所述天线的互耦合(2)到所述第二无线电模块，并且测量在所述第二无线电模块中对所述第二校准信号的第二响应；

在所述第二无线电模块中注入(30)第三校准信号，并且测量在所述第二无线电模块中对所述第三校准信号的第三响应；

在所述第二无线电模块中注入第四校准信号，使得所述校准信号通过所述天线的互耦合(2)到所述第一无线电模块，并且测量在所述第一无线电模块中对所述第四校准信号的第四响应；

使用所述第一、第二、第三和第四响应，计算(36)至少一个数值；以及

基于所述计算的数值，计算(38)至少一个校准参数。

2. 如权利要求1所述的方法，其中所述测量第一、第二、第三和第四响应每个包括将相应响应与相应校准信号相关。

3. 如前面权利要求任一项所述的方法，其中所述测量第一、第二、第三和第四响应每个包括测量是相位、延迟或对数增益的幅度，以及其中所述至少一个校准参数涉及调整测量的所述幅度以接近所述幅度的所需值。

4. 如前面权利要求任一项所述的方法，其中在所述第一和第二无线电模块(4i-j)包括相应主传送器(10i-j)时，所述注入第一、第二、第三和第四校准信号包括注入用于传送的常规输入信号作为校准信号。

5. 如权利要求1到3任一项所述的方法，其中在所述第一和第二无线电模块(3i-j)包括相应主接收器(14i-j)时，所述方法还包括使用所述数值计算至少一个对消参数，应用所述至少一个对消参数，从所述主接收器(14i-j)收到的所述响应减去所述注入的校准信号。

6. 如前面权利要求任一项所述的方法，其中所述计算(36)至少一个数值包括执行所述第一、第二、第三和第四响应的平均值和差的数字组合。

7. 如前面权利要求任一项所述的方法，还包括应用(40)所述至少一个校准参数到所述第一和第二无线电模块之一。

8. 如前面权利要求任一项所述的方法，其中存在仍要计算其至少一个校准参数的任何无线电模块时重复(42)所述方法，以及其中在所述重复执行中，所述第一和第二无线电模块至少之一是在所述方法的前一执行中使用的无线电模块。

9. 如权利要求8所述的方法，其中在所述重复执行期间，以前利用的校准接收器或校准传送器被再使用以形成所述重复执行中使用的无线电模块的一部分。

10. 如前面权利要求任一项所述的方法，其中所述第一和第二无线电模块连接到分开的校准网络。

11. 如前面权利要求任一项所述的方法，其中所述方法在某个闲置期间后重复进行。

12. 一种天线阵列(1)，包括控制器(22)、第一和第二无线电模块（3i-j，4i-j）、分别连接到所述第一和第二无线电模块的第一天线(19i)和第二天线(19j)，其中所述第一和第二无线电模块（3i-j，4i-j）每个包括主传送器(10i-j)和可选择性连接的校准接收器(11i-j)，或者所述第一和第二无线电模块每个包括主接收器(14i-j)和可选择性连接的校准传送器(15i-j)，

其中所述天线阵列布置成在所述第一无线电模块中注入(30)第一校准信号，并且测量(32)在所述第一无线电模块中对所述第一校准信号的第一响应；

以及其中所述控制器布置成使用所述第一、第二、第三和第四响应，计算(36)至少一个数值；以及基于所述计算的数值，计算(38)至少一个校准参数。

13. 如权利要求12所述的天线阵列(1)，其中至少一个无线电模块（3i-j，4i-j）还包括布置成应用所述至少一个校准参数的调整器（16i-j，17i-j）。

14. 如权利要求13所述的天线阵列(1)，其中所述调整器（16i-j，17i-j）包括FIR有限脉冲响应滤波器。

15. 如权利要求12到14任一项所述的天线阵列(1)，还包括用于选择性连接无线电模块内的校准接收器或校准传送器的校准网络(82a-b)。

16. 如权利要求12到14任一项所述的天线阵列(1)，还包括用于选择性连接无线电模块内的校准接收器或校准传送器的多个校准网络(82a-b)。

17. 如权利要求12到16任一项所述的天线阵列(1)，其中每个无线电模块还包括可控多向耦合器（12，12i-j），并且所述校准接收器(11i-j)或校准传送器(15i-j)在每个无线电模块（3i-j，4i-j）内经所述可控多向耦合器（12，12i-j）连接。

18. 如权利要求12到17任一项所述的天线阵列(1)，其中在所述第一和第二无线电模块(3i-j)包括相应主接收器(14i- j)时，所述控制器布置成基于来自所述第一、第二、第三或第四响应的至少一个计算的数值，计算用于从所述主接收器(14i-j)收到的所述信号减去所述校准信号的至少一个对消参数。

19. 如权利要求18所述的天线阵列(1)，还包括布置成应用所述至少一个对消参数以获得调整的信号的调整器(23)和布置成从主接收器(14i-j)收到的所述响应减去所述调整的信号的减法器(25)。

20. 如权利要求19所述的天线阵列(1)，其中所述调整器（23）包括FIR有限脉冲响应滤波器。

21. 一种用于获得天线阵列(1)的至少一个校准参数的计算机程序(71)，所述天线阵列(1)包括至少第一和第二无线电模块（3i-j，4i-j）、分别连接到所述第一和第二无线电模块的第一天线(19i)和第二天线(19j)，其中所述第一和第二无线电模块（3i-j，4i-j）每个包括主传送器(10i-j)和可选择性连接的校准接收器(11i-j)，或者所述第一和第二无线电模块每个包括主接收器(14i-j)和可选择性连接的校准传送器(15i-j)，所述计算机程序(71)包括计算机程序代码，所述计算机程序代码在所述天线阵列的控制器(22)上运行时，促使所述控制器(22)执行以下操作：

在所述第一无线电模块中注入第二校准信号，使得所述校准信号通过所述天线的互耦合到所述第二无线电模块，并且测量在所述第二无线电模块中对所述第二校准信号的第二响应；

在所述第二无线电模块中注入第四校准信号，使得所述校准信号通过所述天线的互耦合到所述第一无线电模块，并且测量在所述第一无线电模块中对所述第四校准信号的第四响应；

基于所述计算的数值，计算(38)至少一个校准参数。

22. 一种包括如权利要求21所述计算机程序(71)和存储所述计算机程序(71)的计算机可读部件的计算机程序产品(70)。