CN105812073A - 一种有源天线阵列水平和垂直联合校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种有源天线阵列的水平和垂直联合校准方法及装置，其中的方法包括：对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据；将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准；发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据。通过该方法可以对同一时刻的发送数据和接收数据进行校准，并将校准后的发送数据和接收数据分别进行发送和接收，实现了对发送数据和接收数据的实时动态校准，不仅具有较高的校准精度，而且能够获得较高的数据一致性和信号与干扰加噪声比，从而进一步提高了系统容量和覆盖范围。

Description

一种有源天线阵列水平和垂直联合校准方法及装置

技术领域

本发明涉及有源天线阵列(AAA)校准领域，尤其涉及一种LTE3D信道模型下(该模型定义在3GPP标准TR36.873，但不限于这种信道模型)有源天线阵列的水平和垂直联合校准方法及装置。

背景技术

在现有的智能多天线技术中，MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多输入多输出)(空间维度)和波束赋形(BF,Beamforming)(分集技术)用于消除和抑制用户间的干扰、改善小区覆盖和提高系统的性能及频谱效率。尤其是波束赋形，是一种基于天线阵列的信号处理技术，它通过调整每个元素的权重的方式提高阵列增益，从而提升波束赋形指向方位信号强度。

波束赋形对应的无线信道在上行(UL)/下行(DL)之间并不是对称的。波束赋形信号处理的过程一般是在基带处理单元(BBU，BasebandUnit)中完成。作为信道的一的部分：PA(PowerAmplifier，功率放大器)射频器件、腔体滤波器、光纤、甚至温度等因素均应不影响各个信道的整体一致性。为了保证波束赋形和MIMO的质量，有必要在校准过程中补偿每个天线路径上时域和/或频域信号通过RRU(RadioRemoteUnit，射频拉远单元)或BBU(BasebandUnit，基带处理单元)带来的幅度和相位误差。

现有的AAA(ActiveAntennaArray，有源天线阵列)设备，主要关注的是分别在任一水平或垂直方向、FD-MIMO(单用户-多输入多输出或多用户-多输入多输出)以及在2D信道模型下的扇区化小区的波束赋形校准，但在3D信道模型下却无法精确地校准。

发明内容

本发明解决的技术问题之一是在3D信道模型下对发送通路和接收通路进行精确地联合校准。

根据本发明一方面的一个实例，提供了一种有源天线阵列的水平和垂直联合校准方法，其中，包括：

对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据；

将所述发送数据和所述接收数据分别通过提取校准信号进行发送和接收通路的联合校准；

发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据。

根据本发明另一方面的一个实例，提供了一种有源天线阵列的同时水平和垂直联合校准装置，其中，包括：

用于对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据的装置；

用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准的装置；

用于发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据的装置。

由于本实施例可以通过对同一时刻的水平和垂直方向发送数据和接收数据进行校准，并将校准后的发送数据和接收数据分别进行发送和接收，实现了对发送数据和接收数据的实时动态校准，不仅具有较高的校准精度，而且能够获得较高的数据一致性和信噪比增益，从而进一步提高了系统容量和覆盖范围。

本领域普通技术人员将了解，虽然下面的详细说明将参考图示实施例、附图进行，但本发明并不仅限于这些实施例。而是，本发明的范围是广泛的，且意在仅通过后附的权利要求限定本发明的范围。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示出根据本发明一个实施例的有源天线阵列的水平和垂直联合校准方法的流程图。

图2示出根据本发明一个实施例的实现基于三维通道校准网络的水平和垂直的校准方法的装置结构图。

图3示出根据本发明一个实施例的校准后的剩余相位误差示意图，其中a表示时域校准前的相位误差，b表示频域校准前的相位误差，c表示时域校准后的剩余相位误差，d表示频域校准后的剩余相位误差。

图4示出根据本发明一个实施例的典型的2D交叉极化天线的方案示意图。

图5示出根据本发明一个实施例的球形角度和球形单位矢量的笛卡尔坐标系示意图。

图6示出根据本发明一个实施例的单水平方向波束赋形校准方法的二维最佳解决方案示意图。

图7示出根据本发明一个实施例的单垂直方向波束赋形校准方法的二维最佳解决方案示意图，其中的是天线预设的倾角。

图8示出根据本发明一个实施例的有源天线阵列的水平和垂直方向联合校准装置的框图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

图1是根据本发明一个实施例的有源天线阵列的水平和垂直方向联合校准方法的流程图。

如图1中所示，本实施例所述数据查看方法包括如下步骤：

S100、对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据。

S110、将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号(预定义的已知参考信号)进行校准。

S120、发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据。

下面对各步骤做进一步详细介绍。

步骤S100中，对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据，校准数据为无线信道定义的预知的参考信号。

其中，本实施例中的有源天线阵列可选择M＝8，N＝2或M＝2，N＝8这两种典型的天线阵列。但所述的M和N的取值仅为例举，本领域技术人员应理解任何可适用于本发明的M和N的合理取值组成的有源天线阵列，也应落入本发明的保护范围，为简明起见，仅以引用方式包含于此，而不做赘述。

在图2中的第一开关阵列21和第二开关阵列22用于在对发送数据进行校准时对每列天线阵列的发送数据的发送顺序进行调整，第二开关阵列22用于在对接收数据进行校准时对每列天线的接收数据的接收顺序进行调整。例如，当第一列天线发送数据时，第一开关阵列21接通第一列天线与模拟装置23之间的电路，第二开关阵列22接通第二列天线与发送校准路径24之间的电路；当第二列天线接收数据时，第二开关阵列22接通第二列天线与接收校准路径25之间的电路。

对于进入发送校准路径的数据，需要对第一开关阵列21和第二开关阵列22的两路数据进行耦合。具体可两个方向上采用双向耦合器并通过1:10分路器减少数据损耗，使从任意列天线的端口到任意两个列天线的端口和校准路径端口之间的相位小于±5度。

进一步优选的，所述提取同一时刻的发送数据和接收数据的过程具体可以包括：每隔预定时间帧从所述有源天线阵列的一列天线中提取一个完整的正交频分多址符号(OFDMA)作为发送数据或接收数据。

其中，以FDDLTE(FrequencyDivisionDuplexingLongTermEvolution，频分双工长期演进)系统为例，TX(发送数据)和RX(接收数据)的校准可分别进行处理。在对每列天线的发送数据的校准过程中，首先每隔10毫秒帧从该列天线提取一个完整的OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交频分多址)符号，并重复该操作到每列天线。例如对于M*N或N*M＝16的有源天线阵列，则进行16×5＝90次校准，则需要900毫秒。相应的，RX也可通过上述方法进行校准，需要注意的是，RX在FDD系统中的接收频率与TX的发射频率相同，才能实现在同一时刻提取发送数据和接收数据。

而在TDDLTE(TimeDivisionDuplexingLongTermEvolution，时分双工长期演进)系统中，校准依赖于帧和特殊子帧的配置。采用最低限度的RB(资源块)的开销，可采用两种方法中的任意一种：第一种是指由基带(Baseband)特殊符号(可根据MAC层调度器自动检查)或OAM(操作维护平台)进行校准，第二种是与上述的“在FDD系统中提取同一时刻的发送数据和接收数据”的方式相同。

步骤S110中，将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准。

具体的，校准的过程可以包括：通过第一开关阵列对每行天线提取的发送数据分别通过发送校准路径进行校准；以及通过第二开关阵列对每列天线提取的接收数据分别通过接收校准路径进行校准。

优选的，相应的校准信号是在时域中基于峰值平均功率比最小的用于减少限幅和失真效应的恒定幅度零自相关(CAZAC)波形序列。

相应的校准信号是在基于LTEOFDMA在CAZAC条件下的序列，并被用于对接收数据和发送数据进行校准。可用子载波的仅1/3至2/3被用于校准。在校准信号中有一半的数据被用于校准，并在增加了一倍后更容易捕捉到数据。对于有源阵列天线(AAA)，基于LTE的校准信号是在OFDMA的调节下使用。例如对于20MHz的带宽的子载波是可用的，而在时域中，对于一个66.6μs的时域信号，一半的数据只产生33.3μs。然后将这个时域信号加倍，像在LTE中的交叉极化阵列中，可以对限制进行放宽以使其足以捕获在校准信号的仅一半的时域信号。

其中，相应的校准信号是在频域生成，因此在时域中的返回信号需经过快速傅里叶变换至频域。结合图3所示，时域校准算法规影响的是在频域的等价线性校正匹配群时延，频域校准的性能依赖上采样RB(资源块)的大小。RB的尺寸更小，则会获得更少的相位误差以及更多的系统资源。当RB越接近子载波时，能够获得接近于零的相位误差；当RB的尺寸较大时只能获得较少的样本以及较大的相位误差和较少的系统资源。当RB的大小是接口带宽时，对时域的影响较小，只能完成中心频率校准。

步骤S120中，发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据。

具体的，经过校准后的发送数据和接收数据可通过有源天线阵列进行发送。例如对于需要由第一列天线发送的数据，可通过发送校准路径24发送校准后的数据，需要由第二列天线接收的数据，可通过接收校准路径25接收校准后的数据。

进一步优选的，在发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据之前还包括：将经过校准的所述发送数据和所述接收数据分别通过基于组延迟模型的时域补偿校准算法校正在不同频率的剩余相位误差。

其中，如图4所示，时域均衡器26可以在基于组延迟模型的时域补偿校准算法完成后校正在不同的频率处的剩余相位误差，能够在当存在更多的并发均衡器和多个频率点时，获得较少的剩余相位误差。优选的，当组延迟的平整度变得足够好时在不同的相位误差和组时延直接建立关系，使相位误差的变化是线性的。基于组延迟模型的校准算法利用此特性近似为拟合曲线并计算组延迟的值，并且补偿误差。校准算法基于组延迟模型是建立在更好的信道平整度，如图3所示，特别是在100MHz的带宽下，能够获得较好的组延迟平坦度。

在本发明一优选实施例中，无功率损耗广播的典型2D交叉极化方案通常部署在电信厂商和运营商处。2D交叉极化的解决方案是基于传统的双45度交叉极化天线阵列(M*N＝2*4)。图4所示的是典型的2D双重45度交叉极化天线阵列。

本实施例的总体思路是高度相关的渠道产生较好的波束赋形(如低ASD)和MIMO，从而通过低相关性来获得多个数据流，也就是类似的特征值。图4中的斜线“\\\\或\\\\”相当于高相关性的BF(波束赋形)。不同的斜线“\和/”相当于用于MIMO中的较低相关性。例如：\\\\表示MIMO分支1、////表示MIMO分支2。优选的解决方案是结合“相关”的端口分组和“不相关”的天线元件。在这个解决方案的实际应用中，两个相邻的簇被映射到同一个端口，与固定权重分别为端口0和端口1，以形成两个虚拟交叉极化天线通过利用不同的物理天线的组合。

通过分配的权值，则如图5所示，左侧的群集可以等同于一个虚拟的垂直极化天线，右侧的群集可以被看作是一个具有权重的虚拟水平极化天线。将两个群集结合可以视为被“组合”为45度的交叉极化天线。

到二维交叉极化的天线和它们的路径自动校准和补偿的上方，该信道通过信道模拟器模拟并且被调谐到的到达特定UE方向，例如：具有λ/2间隔的两组交叉极化天线如图4所示，则图6所示的是单水平方向波束赋形校准方法的二维最佳实施例，其在水平校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}},e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}2\sin \mathrm{\θ}},...,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}(N-1)\sin \mathrm{\θ}}]$

其中，d是相邻天线阵子之间的间距，dsinθ是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，N是水平方向天线个数。

而图7所示的是单水平方向波束赋形校准方法的二维最佳实施例，其在垂直校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$w\_m=1/\sqrt{K}\exp (-j2\mathrm{\π}/\mathrm{\λ}(m-1)\mathrm{dv}\cos (\mathrm{\θ}\_\mathrm{etilt}))$

其中，dv是相邻天线阵子之间的间距，dvcosθ_etilt是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，m＝0,1，…，M是垂直方向天线个数，K是比例因子。

本实施例的有源天线阵列的水平和垂直联合校准方法，可以通过对同一时刻的发送数据和接收数据进行校准，并将校准后的发送数据和接收数据分别进行发送和接收，实现了对发送数据和接收数据的实时动态校准，不仅具有较高的校准精度，而且能够获得较高的数据一致性和信号与干扰加噪声比，从而进一步提高了系统容量和覆盖范围。

图8示出根据本案发明一个有源天线阵列的水平和垂直联合校准装置。如图8中所示，该有源天线阵列的水平和垂直联合校准装置包括：

用于对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据的装置(以下简称“提取单元”)800；

用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准的装置(以下简称“校准单元”)810；

用于发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据的装置(以下简称“发送接收单元”)820。

所述提取单元800用于对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据。

其中，本实施例中的有源天线阵列可选择M＝8，N＝2或M＝2，N＝8这两种典型的天线阵列。但所述的M和N的取值仅为例举，本领域技术人员应理解任何可适用于本发明的M和N的合理取值组成的有源天线阵列，也应落入本发明的保护范围，为简明起见，仅以引用方式包含于此，而不做赘述。

在图2中的第一开关阵列21和第二开关阵列22用于在对发送数据进行校准时对每列天线阵列的发送数据的发送顺序进行调整，第二开关阵列22用于在对接收数据进行校准时对每列天线的接收数据的接收顺序进行调整。例如，当第一列天线发送数据时，第一开关阵列21接通第一列天线与模拟装置23之间的电路，第二开关阵列22接通第二列天线与发送校准路径24之间的电路；当第二列天线接收数据时，第二开关阵列22接通第二列天线与接收校准路径25之间的电路。

对于进入发送校准路径的数据，需要对第一开关阵列21和第二开关阵列22的两路数据进行耦合。具体可两个方向上采用双向耦合器并通过1:10分路器减少数据损耗，使从任意列天线的端口到任意两个列天线的端口和校准路径端口之间的相位小于±5度。

进一步优选的，在提取单元800中，提取同一时刻的发送数据和接收数据的过程具体可以包括：每隔预定时间帧从所述有源天线阵列的一列天线中提取一个完整的正交频分多址符号作为发送数据或接收数据。

其中，以FDDLTE(FrequencyDivisionDuplexingLongTermEvolution，频分双工长期演进)系统为例，TX(发送数据)和RX(接收数据)的校准可分别进行处理。在对每列天线的发送数据的校准过程中，首先每隔10毫秒帧从该列天线提取一个完整的OFDMA(OrthogonalFrequencyDivisionMultipleAccess，正交频分多址)符号，并重复该操作到每列天线。例如对于M*N或N*M＝16的有源天线阵列，则进行16×5＝90次校准，则需要900毫秒。相应的，RX也可通过上述方法进行校准，需要注意的是，RX在FDD系统中的接收频率与TX的发射频率相同，才能实现在同一时刻提取发送数据和接收数据。

而在TDDLTE(TimeDivisionDuplexingLongTermEvolution，时分双工长期演进)系统中，校准依赖于帧和特殊子帧的配置。对于最低限度的RB(资源块)的开销，可采用两种方法中的任意一种：第一种是指由BB特殊符号(自动检查根据MAC调度器)或OAM(固定符号)进行校准，第二种是与上述的“在FDD系统中提取同一时刻的发送数据和接收数据”的方式相同。

所述校准单元810用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准。

具体的，校准的过程可以包括：通过第一开关阵列对每列天线提取的发送数据分别通过发送校准路径进行校准；以及通过第二开关阵列对每列天线提取的接收数据分别通过接收校准路径进行校准。

优选的，相应的校准信号是在时域中基于峰值平均功率比最小的用于减少限幅和失真效应的恒定幅度零自相关(CAZAC)波形序列。

相应的校准信号是在基于LTEOFDMA在CAZAC条件下的序列，并被用于对接收数据和发送数据进行校准。可用副载波的仅1/3至2/3被用于校准。在校准信号中有一半的数据被用于校准，并在增加了一倍后更容易捕捉到数据。对于有源阵列天线(AAA)，基于LTE的校准信号是在OFDMA的调节下使用。例如对于20MHz的带宽的副载波是可用的，而在时域中，对于一个66.6μs的时域信号，一半的数据只产生33.3μs。然后将这个时域信号加倍，像在LTE中的循环前缀(CP)中，可以对限制进行放宽以使其足以捕获在校准信号的仅一半的时域信号。

其中，相应的校准信号是在频域生成，因此在时域中的返回信号需经过快速傅里叶变换至频域。结合图3所示，时域校准算法规影响的是在频域的等价线性校正匹配群时延，频域校准的性能依赖上采样RB(资源块)的大小。RB的尺寸更小，则会获得更少的相位误差以及更多的系统资源。当RB越接近子载波时，能够获得接近于零的相位误差；当RB的尺寸较大时只能获得较少的样本以及较大的相位误差和较少的系统资源。当RB的大小是接口带宽时，对时域的影响较小，只能完成中心频率校准。

所述发送接收单元820用于发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据。

具体的，经过校准后的发送数据和接收数据可通过有源天线阵列进行发送。例如对于需要由第一列天线发送的数据，可通过发送校准路径24发送校准后的数据，需要由第二列天线接收的数据，可通过接收校准路径25接收校准后的数据。

进一步优选的，在发送接收单元820中还包括：用于将经过校准的所述发送数据和所述接收数据分别通过基于组延迟模型的时域补偿校准算法校正在不同频率的剩余相位误差的装置。

其中，如图4所示，时域均衡器26可以在基于组延迟模型的时域补偿校准算法完成后校正在不同的频率处的剩余相位误差，能够在当存在更多的并发均衡器和多个频率点时，获得较少的剩余相位误差。优选的，当组延迟的平整度变得足够好时在不同的相位误差和组时延直接建立关系，使相位误差的变化是线性的。基于组延迟模型的校准算法利用此特性近似为拟合曲线并计算组延迟的值，并且补偿误差。校准算法基于组延迟模型是建立在更好的信道平整度，如图3所示，特别是在100MHz的带宽下，能够获得较好的组延迟平坦度。

在本发明一优选实施例中，无功率损耗广播烦人典型2D组合极化通常方案部署在电信厂商和运营商处。2D组合极化的解决方案是基于传统的双45度交叉极化天线阵列(M*N＝2*4)。图4所示的是传统的2D双重45度交叉极化天线阵列。

本实施例的总体思路是高度相关的渠道产生较好的波束赋形(如低ASD)和MIMO，从而通过低相关性来获得多个数据流，也就是类似的特征值。图4中的斜线“\\\\或\\\\”相当于高相关性的BF(波束赋形)。不同的斜线“\和/”相当于用于MIMO中的较低相关性。例如：\\\\表示MIMO分支1、////表示MIMO分支2。优选的解决方案是结合“相关”的端口分组和“不相关”的天线元件。在这个解决方案的实际应用中，两个相邻的簇被映射到同一个端口，与固定权重分别为端口0和端口1，以形成两个虚拟交叉极化天线通过利用不同的物理天线的组合。

通过分配的权值，则如图5所示，左侧的群集可以等同于一个虚拟的垂直极化天线，右侧的群集可以被看作是一个具有权重的虚拟水平极化天线。将两个群集结合可以视为被“组合”为45度的交叉极化天线。

到二维交叉极化的天线和它们的路径自动校准和补偿的上方，该信道通过信道模拟器模拟并且被调谐到的到达特定UE方向，例如：具有λ/2间隔的两组交叉极化天线如图4所示，则图6所示的是单水平方向波束赋形校准方法的二维最佳实施例，其在水平校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}},e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}2\sin \mathrm{\θ}},...,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}(N-1)\sin \mathrm{\θ}}]$

其中，d是相邻天线阵子之间的间距，dsinθ是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，N是水平方向天线个数。

而图7所示的是单水平方向波束赋形校准方法的二维最佳实施例，其在垂直校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$w\_m=1/\sqrt{K}\exp (-j2\mathrm{\π}/\mathrm{\λ}(m-1)\mathrm{dv}\cos (\mathrm{\θ}\_\mathrm{etilt}))$

其中，dv是相邻天线阵子之间的间距，dvcosθ_etilt是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，m＝0,1，…，M是垂直方向天线个数，K是比例因子。

本实施例所述的有源天线阵列的水平和垂直联合校准装置，可以通过对同一时刻的发送数据和接收数据进行校准，并将校准后的发送数据和接收数据分别进行发送和接收，实现了对发送数据和接收数据的实时动态校准，不仅具有较高的校准精度，而且能够获得较高的数据一致性和信号与干扰加噪声比，从而进一步提高了系统容量和覆盖范围。

需要注意的是，本发明可在软件和/或软件与硬件的组合体中被实施，例如，可采用专用集成电路(ASIC)、通用目的计算机或任何其他类似硬件设备来实现。在一个实施例中，本发明的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地，本发明的软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中，例如，RAM存储器，磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外，本发明的一些步骤或功能可采用硬件来实现，例如，作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。

另外，本发明的一部分可被应用为计算机程序产品，例如计算机程序指令，当其被计算机执行时，通过该计算机的操作，可以调用或提供根据本发明的方法和/或技术方案。而调用本发明的方法的程序指令，可能被存储在固定的或可移动的记录介质中，和/或通过广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输，和/或被存储在根据所述程序指令运行的计算机设备的工作存储器中。在此，根据本发明的一个实施例包括一个装置，该装置包括用于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器，其中，当该计算机程序指令被该处理器执行时，触发该装置运行基于前述根据本发明的多个实施例的方法和/或技术方案。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (10)

1.一种有源天线阵列的水平和垂直联合校准方法，其中，包括：

对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据；

将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准；

发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述校准信号是在时域中基于峰值平均功率比最小的用于减少限幅和失真效应的恒定幅度零自相关波形序列。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准包括：

通过第一开关阵列对每列天线提取的发送数据分别通过发送校准路径进行校准；以及

通过第二开关阵列对每列天线提取的接收数据分别通过接收校准路径进行校准。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，在水平校准过程中的光程差校准依赖公式如下所示：

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}},e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}2\sin \mathrm{\θ}},\·\·\·,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}(N-1)\sin \mathrm{\θ}}]$

其中，上式中d是相邻天线阵子之间的间距，dsinθ是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，N是水平方向天线个数；

在垂直校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$w\_m=1/\sqrt{K}\exp (-j2\mathrm{\π}/\mathrm{\λ}(m-1)\mathrm{dv}\cos (\mathrm{\θ}\_\mathrm{etilt}))$

其中，上式中dv是相邻天线阵子之间的间距，dvcos(θ_etilt)是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，m＝0,1，…，M是垂直方向天线个数，K是比例因子。

5.一种有源天线阵列的水平和垂直联合校准装置，其中，包括：

用于对所述有源天线阵列中的每列天线分别提取同一时刻的发送数据和接收数据的装置；

用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准的装置；

用于发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据的装置。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，在所述用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准的装置中，所述校准信号是在时域中基于峰值平均功率比最小的用于减少限幅和失真效应的恒定幅度零自相关波形序列。

7.根据权利要求5所述的装置，其中，所述用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准的装置还用于：

通过第一开关阵列对每列天线提取的发送数据分别通过发送校准路径进行校准；以及

通过第二开关阵列对每列天线提取的接收数据分别通过接收校准路径进行校准。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述用于将所述发送数据和所述接收数据分别通过校准信号进行校准的装置中，在水平校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$a\left(\mathrm{\θ}\right)=[1,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}\sin \mathrm{\θ}},e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}2\sin \mathrm{\θ}},\·\·\·,e^{-j2\mathrm{\π}\frac{d}{\mathrm{\λ}}(N-1)\sin \mathrm{\θ}}]$

其中，上式中d是相邻天线阵子之间的间距，dsinθ是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，N是水平方向天线个数；

在垂直校准过程中的光程差校准公式如下所示：

$w\_m=1/\sqrt{K}\exp (-j2\mathrm{\π}/\mathrm{\λ}(m-1)\mathrm{dv}\cos (\mathrm{\θ}\_\mathrm{etilt}))$

其中，上式中dv是相邻天线阵子之间的间距，dvcos(θ_etilt)是到达波束之间的光程差，λ是载波波长，m＝0,1，…，M是垂直方向天线个数，K是比例因子。

9.根据权利要求5所述的装置，其中，在用于发送经过校准的所述发送数据并同时接收经过校准的所述接收数据的装置中包括：

用于将经过校准的所述发送数据和所述接收数据分别通过基于组延迟模型的时域补偿校准算法校正在不同频率的剩余相位误差的装置。

10.根据权利要求5所述的装置，其中，在用于从每列有源天线阵列中分别提取同一时刻的发送数据和接收数据的装置中包括：

用于每隔预定时间帧从所述有源天线阵列的一列天线中提取一个完整的正交频分多址符号作为发送数据或接收数据的装置。