CN109155678B - 用于天线阵列的校准方法、系统和存储介质 - Google Patents

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Abstract

公开了校准天线阵列通信的方法和系统。使用校准过程在理想化操作条件下通过天线阵列的至少一个天线元件获取签名以响应由天线阵列的至少一个其它天线元件传送的校准序列，在阵列的操作状态中通过至少一个天线元件获取签名以响应由至少一个其它天线元件进行的校准序列的传送，对比在理想化条件下和操作状态中获取的签名，以及基于其生成校准数据。

Description

用于天线阵列的校准方法、系统和存储介质
技术领域
本发明一般在天线阵列领域，以及具体来说涉及此类天线的校准。
背景技术
相控阵天线（PAA，也称为定向/电操纵天线）是天线元件的阵列/矩阵，其中以使得阵列的有效辐射图在所需的方向得到增强的方式设定馈送天线的相应信号的相对相位或延迟，同时，在不需要的方向受到抑制。PAA的天线元件之间的相位关系可以是固定的，或者也可以是可调整的。
在基本PAA应用中，RF（模拟）信号通过配置成影响所需辐射束方向的相移或延时装置递送至天线元件/从天线元件递送。以此方式，可通过以电子方式更改每个天线元件的RF信号的相移来实时立即设置定向波束的角度。通过同时更改每个天线元件的RF信号的幅度和相位两者可实现对辐射图的更好控制，也称为波束形成，用于实现更一般的形成波束的方向图、抑制旁瓣以及在某些方向创建辐射图空位。
为了实现准确的波束形成，PAA的所有天线元件的幅度和相位匹配是至关重要的，或先验地知道阵列的每个天线元件的增益和相位差（其必须在苛刻的环境条件下长时间保持）。按常规，这些目标使用严格容差的部件、相位匹配的线缆和/或工厂测量的校准表来实现。然而，这是一种昂贵的方法，对周围的环境条件没什么适应能力。
PAA天线元件之间的幅度和相位误差的存在导致天线辐射图在波束指向方向、旁瓣电平、半功率波束宽度和零深方面的失真。PAA校准典型地通过具有工厂确定的校准表的严格容差设计、利用内部和外部辐射源的辐射校准以及非辐射动态校准来实现。
美国专利号6,346,910描述了一种能够使用内部生成的校准和测试信号周期性地校准波束形成偏移的自动阵列校准设备。该设备优选地包括校准信号生成单元，其生成连续的波校准信号，所述波校准信号作为输入信号输入接收通道中。从已随校准信号提供的接收数据通道获取I/Q信号。该设备还包括环回操作，其中将测试信号注入传送数据通道，并在传送单元准备传送。传送信号环回到接收单元，并从随传送信号提供的接收数据通道获取I/Q信号。
发明内容
本领域需要可实时在现场进行而无需中断或推迟为PAA调度的数据通信的PAA校准技术。如今所用的传统校准技术需要使用内部和/或外部辐射源和/或昂贵的设备来实现严格容差设计目标。本申请提供利用在无菌环境（sterile environment）（实验室条件）中生成的离线签名和PAA正常操作期间现场生成的在线签名的PAA校准技术。签名是离线和在线执行的一组记录的信号测量并表征天线。
在一些实施例中，使用特别设计的数字波束形成硬件使校准过程能够在数字域中进行，并在PAA的正常使用期间将校准过程嵌入PAA的操作模式中。这通过将数字化的离线签名存储在系统的存储器中并（通过在PAA的正常操作期间生成的传送流中交织要在某个时刻从每个天线元件传送的一组已知符号）进行在线校准来实现。接收的签名被处理并与先前记录的离线签名对比，并基于对比结果在需要时调整校准数据。
在一些可能的实施例中，在阵列（包括多个通信模块和多个天线）的数字波束形成(DBF)电路中执行嵌入式校准（补偿和/或校正）过程。通信模块可包括至少一个波束形成单元（例如，在芯片上）和至少一个单独的RF转换单元（例如，在芯片上）。该过程可包括以下步骤：
a) 离线校准：在此步骤中，为PAA的每个天线元件执行测量，包括在不同频率和扫描角度对PAA辐射图的近场或远场测量，并相应地确定表征PAA的签名；
b)在线校准：在此步骤中，在某个时刻从PAA的一个单个天线元件传送校准波形。校准波形包括一组已知符号，其按照操作带宽速率传送，并与PAA的传送流交织；
c) 对比：在此步骤中，在步骤(b)中接收的在线校准波形与步骤(a)中确定的离线签名进行对比；以及
d)校准：基于从步骤(c)中的对比获得的结果，估计以下与PAA关联的参数中的至少一个：相位；增益；延迟；频率响应和互耦变化，并用于调整PAA的辐射图。
可选地，并且在一些实施例中优选地，该过程包括在数字域中校正减损（例如，互耦、不均匀频率响应等）（例如，其不可能在模拟域中校正）的步骤。因此降低原本否则将施加于模拟域的要求，并因此简化天线阵列结构。
本申请的一个广义方面涉及一种用于在阵列（包括多个通信模块和多个天线）的数字波束形成(DBF)电路中执行嵌入式校准和/或补偿和/或校正的方法。该方法包括执行离线校准过程（包括为阵列的每个元件执行测量以及在不同频率和扫描角度对阵列辐射图执行近场或远场测量）、确定表征阵列的签名、执行在线校准（包括在某个时刻按照操作带宽速率从单个元件传送一组已知符号并与传送流交织）、对比接收的波形与确定的离线签名、以及基于对比结果估计以下与阵列关联的参数中的至少一个：相位、增益、延迟、频率响应和互耦变化。
然后，估计的参数可用于在数字域中校正减损。可选地，并且在一些实施例中优选地，校正的减损包括互耦和不均匀频率响应中的至少一个。在线校准可基于分析接收元件响应由传送元件传送的校准信号而接收的信号，或基于从（一个或多个）功率放大器（PA）的输出到相同元件处的接收链的反馈，并使用常规传送信号执行在线校准过程。
在一些实施例中，在线校准包括从一个元件传送信号并从天线阵列的所有其它元件接收信号，由此有助于对接收链的增益相位和时间延迟的相对校准。在线校准可包括通过随机选择传送元件并将结果与其它传送元件进行对比来校准传送链的增益相位和时间延迟。
本文中使用的术语信号路径或通信路径是指信号在系统中一个或多个PAA天线元件与信号源或命运装置（调制器或解调器）之间传递的路径。在这个上下文中，本文公开的实施例中生成的校准数据用于操纵经过此类路径的数据流以便校正和/或补偿由模拟和/或数字部件/装置（信号通过其沿路径传递）引起的失真。本文中使用的术语签名是指由一个或多个PAA天线元件响应（一个或多个）校准序列从一个或多个其它PAA天线元件或从一个或多个外部辐射源的传送而进行的一组信号测量。
本文所公开主题的一个发明方面涉及一种PAA通信系统，其包括天线元件阵列、与天线元件中的至少一个关联的至少一个数字波束形成电路以及控制单元，其配置成且可操作以基于系统操作期间在一个或多个天线元件中接收的在线签名生成校准数据，并基于校准数据修改至少一个数字波束形成电路中的一个或多个元件的参数以补偿由于系统的模拟或数字部分的伪像而在系统中引起的缺陷。
可选地，并且在一些实施例中优选地，该系统包括至少一个存储器装置，用于存储理想化操作条件下在系统的一个或多个天线元件中接收的离线签名。因此，控制单元可配置成将在线签名与存储器装置中存储的离线签名的至少某个部分进行对比，并基于对比结果生成校准数据。
在一些实施例中，生成离线签名以响应一个或多个预定信号在理想化操作条件下（例如，工厂/实验室无菌条件）从天线元件中的至少一个的传送，并且其中，控制单元配置成且可操作以引起系统操作期间一个或多个预定信号从天线元件中的至少一个的传送，并对其进行响应而记录在阵列的一个或多个其它天线元件中接收的在线签名。可选地，并且在一些实施例中优选地，接收在线签名以响应系统操作期间在天线阵列的传送流中交织而不在其中引起中断或延迟的信号。
在一些实施例中，至少一个数字波束形成电路、控制单元和至少一个存储器装置在单个集成电路中实现，所述单个集成电路配置成以经由天线阵列生成的一个或多个传送波束的形式传送数据流。该集成电路可包括至少一个模拟信号路径，其配置成位于至少一个数字波束形成电路与天线元件中的至少一个之间中间。
射频前端单元可用于在集成电路的一个或多个模拟信号路径与天线元件中的至少一个之间连接。在一些实施例中，射频前端单元包括至少一个信号传送路径、至少一个信号接收路径以及至少一个振荡器。至少一个信号传送路径可使用加总单元来将由集成电路的一个或多个模拟信号路径输出的模拟信号加总到一起，使用混频器将由加总单元输出的信号移位到来自振荡器的频率，以及使用至少一个放大器来放大由混频器输出的信号。在一些实施例中，至少一个信号接收路径包括至少一个放大器（用于放大从天线元件中的至少一个接收的信号）、混频器（用于将由至少一个放大器输出的信号移位到振荡器的频率）以及信号拆分网络（用于将由混频器输出的信号传递到一个或多个模拟信号路径）。
在一些实施例中，至少一个数字波束形成电路包括真时间延迟单元，其配置成影响到数字域中的数据流的延迟。受真时间延迟单元影响的延迟用于在由系统从数据流生成的相应模拟信号中引起相移。可选地，并且在一些实施例中优选地，受真时间延迟单元影响的延迟至少部分基于校准数据。在一些实施例中，至少一个数字波束形成电路包括以下单元中的至少一个：数字预失真器，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以补偿系统的放大级中的非线性；前置均衡器，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以校正与数字波束形成电路关联的模拟通道的非平坦频率响应；和/或I/Q补偿器，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以校正I/Q失真。
在一些实施例中，控制单元配置成基于校准数据修改至少一个数字波束形成电路的一个或多个元件的参数以补偿天线元件之间的互耦和天线元件的不均匀频率响应中的至少一个。
本文所公开主题的另一个发明方面涉及一种校准由天线阵列进行的通信的方法。该方法包括在理想化操作条件下通过天线阵列的至少一个天线元件获取辐射图以响应由天线阵列的至少一个其它天线元件在理想化操作条件下传送的校准序列，在阵列的操作状态中通过至少一个天线元件获取辐射图以响应由至少一个其它天线元件进行的校准序列的传送，对比在理想化条件下和操作状态中获取的辐射图，以及生成校准数据以基于其校准通信。可选地，并且在一些实施例中优选地，校准序列的传送经由天线阵列在其正常操作期间在操作状态中传送的传送流中交织。
数字波束形成过程可用于操纵要经由天线阵列传递的数据流。该方法可相应地包括使用生成的校准数据通过数字波束形成过程调整数据流，以便校正经由天线阵列传递的信号中引起的错误。可选地，并且在一些实施例中优选地，数字波束形成过程包括真时间延迟过程，其配置成至少部分基于校准数据影响对数字域中的数据流的延迟以在经由天线阵列传递的相应模拟信号中引起延迟。数字波束形成过程可包括以下过程中的至少一个：复数增益过程，其配置成影响对数字域中的数据流的增益和相移以在经由天线阵列传送的相应模拟信号中引起增益和相移；数字预失真器过程，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以便补偿由天线阵列使用的放大级中的非线性；前置均衡器过程，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以校正与天线阵列关联的至少一个模拟通道的非平坦频率响应；和/或I/Q补偿过程，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以便校正经由天线阵列传递的信号的I/Q失真。
该方法可包括将理想化操作条件下获取的辐射图存储在存储器装置中，周期性地或间断地在阵列的操作状态中传送校准序列，以及生成对应的校准数据以采用自校准的方式校准通信。
在一些可能的应用中，使用非暂时机器可读介质存储由处理器可执行的指令，以执行上述方法以及与其关联的步骤/特征中的至少一个。
本文所公开主题的又一个发明方面涉及通信系统，其配置成经由天线阵列通过一个或多个波束传递数据流。该系统配置用于自校准其通信路径并包括：控制单元，其配置成且可操作以在传递的流中交织校准序列供天线阵列的一个天线元件传送并获取响应地在阵列的至少一个其它天线元件中接收的辐射图，对比获取的辐射图与由系统在校准过程期间类似地获取的一个或多个离线辐射图，并基于对比生成校准数据；以及数字波束形成单元，其配置成在应用于数字域中的数据流的操纵中使用校准数据以形成一个或多个波束并校正由系统的通信路径引起的失真。
在一些实施例中，控制单元配置成在传递的流中交织校准序列而不在其中引起中断或延迟。可选地，并且在一些实施例中优选地，数字波束形成单元包括以下单元中的至少一个：复数增益乘法器，其配置成至少部分基于校准数据影响数字域中的数据流的相对相移和增益；真时间延迟单元，其配置成至少部分基于校准数据影响对数字域中的数据流的延迟；数字预失真器，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以补偿系统的放大级中的非线性；前置均衡器，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以校正与数字波束形成电路关联的模拟通道的非平坦频率响应；和/或I/Q补偿器，其配置成至少部分基于校准数据调整数据流以校正I/Q失真。
附图说明
为了理解本发明并了解在实践中可如何执行它，现在将仅以非限制性示例的方式，参照附图来说明实施例。附图中所示的特征意在说明本发明的仅部一些施例，除非另有隐式指示。附图中，相似附图标记用于指示对应部件，并且其中：
图1是按照一些可能的实施例用于通过一个或多个波束传递数据流的阵列天线及与其配合使用的波束形成电路的顶部透视图；
图2是示意示出按照一些可能的实施例的数字波束形成单元的框图；
图3是示意示出按照一些可能的实施例的数字波束形成单元的数字和模拟域元件的框图；
图4是示意示出按照一些可能的实施例的数字传送波束形成部件的数字真时间延迟电路和数字信号校正部件的框图；
图5是示意示出按照一些可能的实施例的数字接收波束形成部件的数字真时间延迟电路和数字信号校正部件的框图；
图6是示意示出按照一些可能的实施例可用于在波束形成电路与天线元件之间耦合的射频前端的框图；
图7是示意示出按照一些可能的实施例利用多个波束形成电路通过多个天线阵列在一个或多个波束中传递数据流的通信系统的框图；
图8A和8B示意示出按照一些可能的实施例的PAA系统的在线现场校准技术，其中图8A是示出校准过程的流程图，而图8B是大体显示该PAA系统的部件的框图；
图9示范了利用按照一些可能的实施例的PAA系统的可能应用；
图10示意示出利用按照一些可能的实施例的PAA系统的通信平台；以及
图11和12分别示意示出按照一些可能的实施例的处于操作状态的完整卫星和通信模块。
具体实施方式
下面将参照附图描述本公开的一个或多个具体实施例，其在所有方面均被视作仅是说明性而非以任何方式限制性地。为了提供对这些实施例的简要说明，说明书中并未描述实际实现的全部特征。附图中示出的元件不一定按比例绘制，而是重点在于清楚示出发明原理。本发明可采取其它特定形式和实施例来提供，而没有背离本文所述的基本特性。
本申请涉及用于相控阵天线(PAA)的数字校准技术，其配置用于在天线元件正常操作期间调整其接收和/或传送路径参数，而无需中断或推迟其调度的数据通信。本文公开的校准技术的可能应用采用配置成操纵和定形经由PAA传递的信号图案的高度集成电路(IC)/芯片，并且特征在于极小的尺寸、低功耗和低成本。
按照本文公开的实施例构建的PAA数字波束形成芯片（图2中的10）允许其在PAA21内的集成，如图1所示。在这个特定并且非限制性的示例中，PAA 21包括并排布置的天线元件A i （其中1≤i≤M为正整数）的正方形阵列以形成矩阵形状的行和列。在这个特定并且非限制性的示例中，PAA 21包括四个天线矩阵，其中每个阵列矩阵为16个天线元件A i 的4×4矩阵。PAA电连接到电路板21c，其包括PAA数字波束形成芯片(10)、16个射频芯片（未示出）以及用于操作PAA的电路。
此类设计可缩放以达到它可同时处理的所需天线大小和波束数量。例如，具有256(16×16)天线元件阵列的PAA可类似地从四个8×8 PAA 21单元构成，其各自具有其相应的数字波束形成芯片(10)、射频芯片和用于操作PAA的电路。
要注意，在可能的实施例中，天线元件A i 可以采用其它阵列形式布置，其不一定是正方形/矩形形状或平面的。例如（而不限制），可以布置PAA 21的天线元件A i 以形成圆形矩阵。另外地或备选地，PAA 21的无线元件A i 可部署在非平坦表面上并包括在空间中随机定位的天线元件。
图2示意示出按照一些可能的实施例的数字波束形成芯片10的一般结构。芯片10包括具有一定数量N（例如，16）的传送(TX)链的传送器31，其各自包括传送器波束形成模块31t，所述传送器波束形成模块配置成操纵从基带调制解调器/调制器9t接收的数字数据流31i。对每个TX链的数字数据输入31i可由串行数字接口（例如，JEDEC JESD204B）生成，其配置成将常见数字数据流馈送到每个传送链中的波束形成模块31t。由每个波束形成模块31t生成的输入是基带(I/Q)模拟信号。
该芯片还包括具有一定数量N（例如，16）的接收(RX)链的接收器32，其各自包括接收器波束形成模块32r，所述接收器波束形成模块配置成操纵出自PAA 21的基带(I/Q)模拟信号。所有接收(RX)链的接收器波束形成模块32r的数字输出由加总单元32s加总到一起并经由串行数字接口32i（例如，JEDEC JESD204B）输出到基带解调器9r。
图3示出按照一些可能的实施例的波束形成芯片10的传送器阵列31的传送(TX)链的可能结构，示范为其设计波束形成的天线系统的操作原理和高级架构。传送阵列31包括N个传送器波束形成模块31t，其各自包括数字域部分10a（也称作数字基带波束形成通道）和模拟域部分10b。
在数字域10a中，每个传送器波束形成模块31t接收由基带调制器9（其对要通过PAA 21传送的波形信号进行编码）生成的数据流31i。数据流31i在乘法器12中乘以存储在寄存器11中的复数增益9c，其包含预定的增益和相位值。
此后，按照从PAA 21要求的传送方向来应用数字真时间延迟(TTD) 13。在TTD 13后，该数据流经过数字均衡器14，其配置成补偿朝向相应天线元件A i 的模拟传送路径上的通道衰减。该数据流能够可选地经历I/Q（同相/正交）失衡校正步骤（未示出）。然后，由I/Q数模转换器(I/Q DAC) 15将经过均衡和校正的信号转换成模拟信号。
如下文将描述，在一些实施例中，PAA系统的在线校准在TTD 13和/或均衡器13中的芯片的数字域10a、复数增益因子12和I/Q校正级（未示出）中执行。如由以下公开还显而易见的是，波束形成芯片10和/或PAA 21在可能的实施例中可包括自校准电路（未示出）。
在模拟域10b中，来自I/Q-DAC 15的模拟信号经过低通滤波器(LPF) 16，并且之后可选地由放大器18进行预放大，并由向上转换器(U/C) 19使用从合成器22接收的本地振荡器频率进行转换。然后，向上转换的信号由功率放大器(PA) 20放大，并经由相应的天线元件A i 传送。在一些实施例中，频率转换分级执行，例如，通过将模拟基带信号转换成中频(IF)，并且之后将模拟IF信号转换成通信传送的实际射频(RF)。
要注意，接收器(图2中的32)的结构与传送器阵列31非常相似，尽管反转了信号的方向。
图4示意示出按照可能的实施例的数字域部分(10a)中的TX波束形成模块31t的内部结构。到波束形成的输入数据流31i是调制基带信号的I（同相）和Q（正交）数字化样本的流。接收的数据流31i先经历由基本乘法器12和复数增益9c进行的适合所选中心频率的增益和相位校正。在信号校正步骤后，使用插值器42增大数据流的采样率，随后所述数据流经过包括移位寄存器43和重采样器单元44的TTD电路13。
移位寄存器43用于应用是采样时间的整数乘法的延迟，并且重采样器44用于应用小于采样率的延迟。在这个特定并且非限制性的示例中，使用Farrow重采样器来应用小于采样时间的延迟，但可改为使用其它适合的重采样技术。这里使用数字预失真单元45来补偿（一个或多个）模拟域(10b)中的放大器的非线性（通过将每个I/Q样本的相位放大经由查找表(LUT)从样本的原始幅度所得出的复数因子倍、衰减到该复数因子分之一或借助于该复数因此调整）。具体地说，预失真器45中接收的每个I/Q样本存储在延迟单元45d中，其配置成由LUT 45t基于I/Q样本的幅度得出对应的校正因子（如由幅度确定单元45p得出）后，将I/Q样本输入到乘法器45m。然后，存储在延迟单元45d中的I/Q样本由乘法器45m基于由LUT 45t输出的对应校正因子进行修改。
幅度确定单元45p可配置成基于每个样本的同相(I2)和正交(Q2)分量的二次值来确定样本的幅度。可选地，并且在一些实施例中优选地，使用在线放大校准数据C1来调整LUT 45t中记录的值以补偿系统常规使用期间检测到的，并且在系统的初始（离线）校准期间未考虑/出现的放大失真。
更具体地说，典型地基于系统制造期间在无菌实验室条件下获得的离线校准值为每个波束形成芯片系统确定LUT 45t的值。因此，随着系统在野外在变化环境条件下的使用，LUT 45t中记录的值可能随时间在某种程度上变得不准确。由于此类变化会影响放大级的非线性，使用本文公开的在线校准技术检测与系统的原始放大曲线的偏差，并按可能需要的来生成对应的放大校准数据C1以校正与原始放大曲线的偏差。
然后，使用前置均衡器单元46来校正/调整模拟域(10b)中的通道的非平坦频率响应。前置均衡器单元46配置成补偿系统制造期间在系统的原始离线校准期间检测到的非平坦通道频率响应，并因此可能无法补偿典型地在变化环境条件下在连续使用系统期间随时间出现的通道频率响应偏差。因此，在一些实施例中，使用通道校准因子C2根据由系统在其使用期间生成的在线校准数据来调整前置均衡器单元46。
在前置均衡后，应用I/Q失配和DC补偿级47来解决I/Q失衡。在一些实施例中，在I/Q失配和DC补偿级47中接收和使用I/Q校准因子C3来补偿在线校准过程中可能检测到的任何I/Q失真。
接着，通过另一个内插级48使样本的采样率匹配DAC 15的速率。之后，数模转换器15将信号样本转换成模拟域。
备选地，也可以应用先前由调制器(9)数字转换的中频(IF)的单个信号的样本。在这种情况下，不需要并可省略I/Q失配单元47，并且复数增益(9c)将会被实现为可变增益加相移元件。以下公式以可变增益和相移元件的形式例示了某个信号A(t)的复数增益的实现：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
按照复数表示（去掉A和
Figure DEST_PATH_IMAGE002
与t的相关性），这个公式变成：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
Figure DEST_PATH_IMAGE004
典型地对于相同信号，I/Q实现需要具有给定采样率的两条路径，而中频(IF)实现将会需要单个路径，尽管具有至少两倍的采样率。
图5示意示出按照可能的实施例的数字域部分(10a)中的RX波束形成模块32r的内部结构。出自连接到天线元件A i 的RF链的模拟信号5a由模数转换器(ADC) 51（在RF前端放大和下转换后）进行采样，并且随后样本信号在单元52中经历I/Q失配校正和DC补偿以解决I/Q失衡。然后，可使用抽选器53以便降低传入信号的采样率。信号样本随后经过由移位寄存器54和Farrow重采样器55组成的真时间延迟电路59。随后可使用抽选级56进一步降低采样率。信号样本随后受到由乘法器57和复数增益5c（复数增益和均衡器，与TX波束形成中提出的那一个相似）进行的适合所选中心频率的增益和相位校正。备选IF实现也是可能的。
可选地，并且在一些实施例中优选地，I-Q失配校正和DC补偿单元52配置成接收和使用在线校准因子R1来校正在线校准过程中识别的I/Q失真。在一些实施例中，真时间延迟电路59配置成接收和使用在线校准因子R2来调整应用于信号样本的延迟，以补偿可能由接收器放大级（未示出）引入并由在线校准过程检测到的任何相移。另外地或备选地，均衡器58适合接收和使用校准因子R3来补偿由在线校准过程检测到的接收器通道频率响应偏差。
可选地，并且在一些实施例中优选地，接收路径校准因子C1、C2和C3以及传送路径校准因子R1、R2和R3包括工厂（离线）校准因子和在系统的连续操作使用期间确定的在线校准因子。
在一些实施例中，波束形成芯片10连接到射频(RF)前端(RFE)，所述射频前端包括传送RFE 33和接收RFE 34，如图6所示。传送RFE 33包括多个传送通道，其各自包括加总单元33s，以用于加总由波束形成芯片31的传送器31输出的I/Q信号；混频器33m，配置成将加总信号的频率偏移到由本地振荡器(LO) 35生成的载波频率；以及功率放大器(PA) 33t，以用于经由（一个或多个）相应的天线元件传送由混频器33m产生的信号。接收RFE 34包括多个接收通道，每个包括低噪声放大器(LNA) 34r，以用于放大经由（一个或多个）相应天线元件接收的信号；以及混频器，以用于将接收的信号的频率移位到由LO 35生成的频率（例如，IF），其中由混合器34m生成的频移信号被分成馈送到波束形成芯片10的接收器32的多个模拟I/Q信号。
该芯片组还可连接并链接，以使其能用于多波束操作和/或更大的阵列中。本领域的技术人员将会意识到，所指的分离不一定是物理分离，而是概念上的分离。换言之，RFE的元件可实现为单个管芯上的波束形成芯片10的部分。备选地，波束形成芯片10的部件可在不同管芯上实现。
RFE包括多个TX路径和多个RX路径（例如，16），如图6的示例中所示。在一些实施例中，TX路径可包括两个重构低通滤波器(LPF)、从I-Q（或IF）到所需频带的直接上转换器、可变增益放大器(VGA)以及功率放大器(PA)。可能地，还可以需要某些RF滤波。在一些实施例中，RX路径可包括低噪声放大器(LNA)、VGA、从所需频率到I-Q（或IF）的直接下转换器、两个抗混叠滤波器（优选地在信号采样器前使用以限制信号带宽）。这里又一次，还可以需要某些RF滤波。此图中示范的本地振荡器(LO)系统包括两个锁相环(PLL)，即RX和TX，其被锁定到外部合成器。RX/TX开关（此图中未示出）被用于每个RX/TX对（例如，16），取决于该RX/TX对当前处于传送模式还是处于接收模式。
阵列缩放性
在一些实施例中，提供可缩放系统，其包括基本上经由简单基带模拟接口连接的基带数字波束形成芯片（BF芯片）和单独的RF转换芯片（RFE芯片）。因此，使用两个基本构件块，该配置使能（在传送侧和接收侧两者）构建具有大量天线的大型阵列和形成同时操作的分开的波束（多波束配置）。
因此，阵列的大小可通过使用所需数量的RFE构件块来扩大。如果要支持更大数量的波束，可添加BF芯片来为每个波束提供必需的信号处理。构件块之间的连接简单并可在必要时容易地延伸，例如（并且不限制），块之间的连接可通过块之间的简单模拟连接来实现，或它可经由串行数字数据总线来实现。此外，根据实际阵列大小或波束数量，对任何构件块本身的设计不存在限制。
此外，实施例中包括的数字补偿电路使得有可能校正此类阵列的构建中固有存在的各种减损和错误，如本领域的技术人员已知。这种能力使得有可能降低阵列本身的要求并且因此降低其成本。典型的示例就是到阵列内天线元件的电缆和连接路径长度的情况，其在传统设计中需要互相相等（容差极小），而这种差异可使用上述真时间延迟电路进行数字补偿。
图7例示用于形成四个波束、64个天线元件阵列的可能连接，其使用波束形成芯片BF (10)，其各自支持单个波束和16个天线元件；以及RF芯片，其各自也支持16个天线元件。在这个需要四个RF前端RFE芯片的配置中，部署了16个波束形成BF芯片。在传送侧，调制的数字信号由基带调制器BB1、BB2、BB3和BB4形成。在一些实施例中，每个输出链接（经由SerDes，例如，JEDEC JESD204B）到四个波束形成芯片。属于16个元件的给定群组的波束形成BF芯片的输出由RF前端芯片加总以驱动天线元件。应当注意，这个示例中的加总是在基带中执行的模拟加总。但是，BF芯片内的数字加总（其互相菊花链连接）也是可能的。
在接收侧，每个天线元件群组的天线输出在支持属于该群组的元件的所有BF芯片之间分配，其中这些元件中的每个配置成提供产生于元件输出的正确加总的相关数字输出。属于相同波束的BF芯片的输出互相链接并加总以形成波束基带芯片输入。分配可在模拟域或在数字域中进行。
本申请的实施例中使用的波束形成芯片10典型地在无菌/实验室条件下校准，以补偿放大级的非线性以及模拟接收和传送路径的不完善。但是，在现场条件中的正常使用期间，系统各种元件的操作由于变化的环境条件、系统元件的持续磨损以及系统中天线和通道元件的物理位移而受到影响。存在系统变化/不完善的各种来源，其可能随着系统的连续使用而出现，在系统的接收和传送路径中引起错误。这里只列举几个，此类来源可以是元件制造容差和失调；可以导致中央和边缘元件不同辐射图的元件之间的互耦；元件之间的功率放大器的增益和相位变化；过频和输入信号电平；元件之间的LO的相位变化；通道之间的I/Q DC偏移、相位和增益失配；连接失配以及功率放大器的不同路径长度和非线性特征。在数字侧，量化也可以是错误的来源。另外，上述参数的至少一些可以根据温度、制造差异和操作条件而变化。
在一些可能的实施例中，解决方案区分离线校准过程和在线校准过程之间。离线校准过程包括在制造和验证阶段期间执行的校准，而在线校准是指阵列监测过程，其在阵列部署阶段通过在系统操作使用期间确定一个或多个阵列辐射图（本文中也称作签名），并对比离线校准阶段在相似条件下记录的阵列辐射图来应用。阵列辐射图可通过元件辐射图，还可通过输入信号增益、延迟和相位，在每个频率为每个元件而确定。
离线校准过程包括为每个天线元件执行的特定测量以及在不同频率和扫描角度的阵列图的近场或远场测量。校准的阵列应随后经历将用于在线阶段中的“签名”记录。
可选地，并且在一些实施例中优选地，在离线校准过程中至少针对以下项目检查每个元件：
-元件辐射图，要在天线范围内执行。要为属于阵列的每个元件测量该图，而所有其它元件关闭或传送零信号。测量应跨预定义的频率范围进行。
-RF前端(RFE)芯片的增益和相位响应，优选地在操作的线性和非线性范围两者，在预定义的（例如，整个操作）频率范围上。
-本地振荡器分布树精度。这包括输入到每个RFE的LO的延迟、相位和增益的测量。
-应校准每个DAC输出以用于最小的I/Q失配和偏移。
这些离线测量的结果可针对每个扫描角度以校准表的形式提供，其将包括每一个元件的增益、相位和群组延迟校正。
然后，应在天线范围内使用前一阶段中得出的每元件校准表来测试阵列。应针对所有需要的扫描角度、操作频率范围和操作温度进行测试。优选地，在这个阶段调整校准表和内部部件。
在进行离线校准过程后，系统实际上变得可操作，并且在其为正常使用安装后，可通过携带在线校准过程并将获得的阵列辐射图与系统中记录的离线阵列辐射图进行对比来不时地或周期性地对其进行校准。在线校准过程的主要目的是确认所有天线元件正确操作并在需要时根据变化的操作条件修改校准表。
在一些实施例中，在线校准基于分析在接收元件处响应由传送元件传送的校准信号而接收的信号。在仅传送或仅接收阵列的情况下，可使用位于天线阵列平面前面或在天线阵列平面处的单个接收（或传送）元件。在任何情况下，校准接收器的位置应是固定的并在离线校准阶段期间进行校准。校准的其它选项可包括使用从PA的输出（通过定向耦合器或某些其它方式）传递到相同元件处的接收链的反馈，和使用常规传送信号来执行校准例程，其使能在PA传送高功率时对其进行校准。
从PAA的一个天线元件传送并从PAA的所有其它元件接收有助于对接收链的增益相位、时间延迟和频率响应的相对校准。通过随机选择传送天线元件并将结果与其它传送元件的那些结果对比，可校准传送链增益相位和时间延迟。需要考虑传送元件的位置。
可选地，并且在一些实施例中优选地，在线校准包括在系统操作期间将校准波形与由PAA系统进行的传送流交织。校准波形一次从一个单个天线元件传送，包括按照系统的操作带宽速率传送的一组已知符号。然后，由PAA的所有其它天线元件接收的波形与在离线校准阶段期间记录的“签名”波形进行对比。基于对比结果，可估计相位、增益、延迟、频率响应和互耦变化，对应的补偿在线校准数据被生成并输入到系统的校准表中。
由于此类在线校准过程中的校准接收器定位成靠近传送天线元件，预计接收中的信噪比(SNR)足够高以保证通过量化噪声准确确定并有效限制测量的参数。在一些实施例中，包括256个天线元件的PAA的完整在线校准周期在128ms内完成，假定0.5ms的超帧（对于1Gsps传送）。但是，假定参数变化受温度变化的影响，假定后者处于低得多的比率。
图8A示出流程图80，其示意示出按照一些可能的实施例的系统校准。在步骤S1中，在工厂/实验室条件下执行基本离线校准以补偿由系统的各种元件引起的增益和相位失真。在步骤S1的基本校准过程后，在步骤S2中，为PAA的每个和每一个天线元件生成辐射签名，并记录在系统存储器中。可选地，并且在一些实施例中优选地，为PAA的每个天线元件A i 生成辐射签名，这通过在工厂/实验室条件下从其传送预定义的符号序列，并记录在PAA的其它天线元件A j （其中1≤j≤M并且j≠i为正整数）中的每个接收的辐射波形以响应预定义符号序列的传送来实现。可为例如在系统的标称频率范围内定义的各种不同的传送频率生成离线签名。
以下步骤S3-S9典型地在现场条件下系统的正常操作期间执行。在步骤S3中，PAA的天线元件A i 被选择，并且在步骤S4中，以在步骤S2中生成离线签名所用的相同频率（或频率中的至少一个），从所选的天线元件A i 传送预定的符号序列。然后，响应预定符号序列的传送在所有其它天线元件A j （其中1≤j≤M并且j≠i为正整数）中接收的辐射波形被确定为天线元件A i 的相应在线签名S' i 。可选地，并且在一些实施例中优选地，预定符号序列从所选天线元件A i 的传送在PAA系统的正常操作期间由系统生成的传送流中交织。
在步骤S4-S5中，对比（例如，通过互相关）预定的在线签名S' i 与相应的离线签名S i 。如果在步骤S6中确定在线和离线签名大不相同，在步骤S7中，分析识别的差异并生成相应的在线校准数据，以用于修正在所选天线元件A i 的传送路径中和/或一个或多个（或全部）其它天线元件A j 的接收路径中的元件中演变的任何缺陷。步骤S8确定PAA的任何其它天线元件是否需要另外的在线校准签名。
如果在步骤S8中确定需要附加的在线签名，控制转回步骤S3以用于选择新的不同天线元件来传送预定的符号序列并测试其离线和在线签名。否则，如果在步骤S8中确定不需要附加在线签名，在步骤S9中，在芯片10的数字波束形成级中使用生成的校准数据来对系统的接收和/或传送路径中演变的任何缺陷应用减损和校正。
在一些实施例中，在线校准数据包括以下参数中的一个或多个：放大器的数字预失真以及增益、相位、延迟、均衡器分接值、DC偏移和I/Q失配。在线校准数据可存储在系统存储器中并针对不同操作条件应用于阵列系统。在芯片设计的数字域中可使用各种校准手段来影响大量减损的校正，例如但不限于，数字预失真单元、前置均衡器单元、I/Q失配校正和DC补偿单元。可选地，校准值可编程以在由系统使用的基本增益、相位和延迟值之外，使能执行针对将在链中出现的此类错误的校正。
应当理解，遍及本公开（其中示出或描述过程或方法时），方法的步骤可以采用任何顺序或同时执行，除非从上下文明确一个步骤取决于先执行的另一个步骤。
图8B是按照一些可能的实施例的PAA系统89的框图。PAA系统89包括电耦合到波束形成芯片10'（其配置成以一个或多个波束的形式经由天线阵列21传送或接收数据流9d）的天线元件A i 的阵列21。波束形成芯片10'包括数字波束形成单元87、控制单元82和存储器单元83，所述数字波束形成单元87包括多个数字波束形成单元31t/32r（在图2中示出）。
控制单元82配置成并可操作以向数字波束形成单元87提供校准数据82c，从数字波束形成单元87接收辐射波形数据82w，以及可选地操作数字波束形成单元87。存储器单元83包括离线辐射波形数据83o、校准数据83d，以及在一些实施例中还包括用于生成在线辐射波形82w和离线辐射波形83o的校准符号序列83s。
控制单元82配置成并可操作以操作波束形成单元87，以经由一个或多个天线元件A i 传送校准序列83d，并从波束形成单元87接收响应校准序列83d的传送而生成的对应辐射图82w，对比接收的辐射图82w与一个或多个离线辐射图83o，以及基于对比结果生成对应的校准数据82c并将其提供给数字波束形成单元87以用于在线校准其各种元件。可选地，并且在一些实施例中优选地，控制单元82配置成在系统89的正常操作使用期间生成的传送流中交织校准序列83d的传送，而不在其中导致任何中断或延迟。
因此，在一些实施例中，控制单元82包括一个或多个处理单元82p；比较器模块82r，其配置成对比从数字波束形成单元87接收的在线辐射波形82w与存储在存储器83（例 如，通过互相关）中的离线辐射波形83o；以及校准数据生成模块82g，其配置成分析来自比较器模块82r的对比结果并基于其生成新的校准数据82c。校准数据生成模块82g还可配置成提供新的校准数据82c给数字波束形成单元87以用于调整其数字部件的操作和/或配置成更新存储在存储器装置83中的校准数据记录83d。
如上文所述，使用可按照用户的需要缩放的相对极大的天线阵列使能以极低的成本、重量和功耗构建完全自适应和可导向的天线系统。这个事实使得本文公开的系统成为多种应用中的可行解决方案。以下是一些可能的应用。在一些实施例中，波束形成芯片10/10'配置成在16个元件的平板天线(4×4)（其可作为结合上述芯片10/10'的小型天线模块来提供）的数字域(TTD)中执行波束形成/导向。此类实施例可用于各种不同的实现，例如但不限于，装置之间的机器对机器(M2M)（即，直接）通信和物联网(IoT)，如下所述。
物联网(“IoT”)
互联网和通信手段的普遍可用性的发展使得将各种类型的装置（“所有事物”）（即传感器、器具、仪表、安全相机及其它）集成到单个网络中成为可能。这主要适用于蜂窝系统和无线局域网（WLAN，Wi-Fi）覆盖无所不在的都市和人口密集区域。在农村区域，卫星可提供缺失覆盖并将传感器和其它实体连接到互联网。这适用于诸如农业、水计量、天气传感器、汽油和天然气计量等领域。
上述PAA具有低成本和低功耗的性质，可用作IoT终端的天线，所述天线将使其自动找到、获取和跟踪指定的卫星称为可能。这又为终端提供自安装和跟踪能力，这大大降低了安装成本。它还使能操作移动应用。
图9示出了此类终端的示例，显示连接到水表82的终端81和连接到气表84的另一个终端83，其中两个终端均与卫星（未示出）通信。
还应当注意，由于适当波形的使用，使用小的天线大小在这些情况下是可能的，如同一申请人名为“用于在极低信噪比下操作的方法和装置”的国际专利公开号WO 2017/017667中所述，由此通过引用将其结合到本文中。此类终端的低功耗可使用同一申请人的国际专利公开号WO 2015/173793“在卫星和与其关联终端之间交换通信的方法”中所述的方法（由此通过引用将其结合到本文中）通过波形来支持，其可与ELSNR波形结合以便利用低占空比（预计那些终端在其中操作）。
小型机载平台的载荷
图10示范使用PAA携带通信载荷的小型机载平台，其中显示了一组机载平台，包括近地轨道(LEO)卫星、高空长航时(HALE)太阳能飞机、无人驾驶飞机(UAV)和无人机。另外，典型地传送到100到1000 km之间的高度的极小型卫星（即，“纳卫星”）也可以被视作这种应用的适当候选。图11和12示范这种卫星的示意图，其中图11示范完整卫星（具有40x10x10cm的尺寸）的示例，并且图12示出其处于操作状态中的通信模块。
这些平台中的每个可配置成携带通信载荷，服务于地面上的大面积。上述PAA可根据平台在链路预算、阵列物理大小、和重量及功耗方面的所需限制进行缩放。在载荷上使用PAA可使能一个或多个以下能力：
1. 多波束
● 单个PAA可照射多个同时波束以增大总吞吐量；
● 结合波束形成器、RF和天线的综合解决方案；
2. 波束跳
● 通过根据业务模式照射所需的波束尽可能多地利用载荷功率放大器；
● 通过避免相邻区域的同时照射使用可用频谱，由此避免波束间干扰并允许相邻小区对相同频率资源的再使用；
3. 功率低 – 大规模的集成，固有地减少天线阵列系统的功耗。典型地，这些系统以低占空比模式操作，因此在使用适当的空中接口波形和支持它的调制解调器时，在PAA不活动的时间可关闭电源。
4. 重量轻 – 由于缩减的尺寸（通过集成使能），整个系统的总重量可大大减少（Ku 频带中的 256 个元件的阵列达到 3 kg）。
所有上述变化和实现，以及对本领域的技术人员是容易的并且对于通过波束形成芯片的数字波束形成链操作和校准PAA有用的任何其它修改，可适当地利用并规定为落入本公开的范围之内。
还将会意识到，本文公开的实施例可实现为使用结构化编程语言（例如，C）、面向对象的编程语言（例如，C++）或任何其它高级或低级编程语言（包括汇编语言、硬件描述语言、以及数据库编程语言和技术）创建的计算机可执行代码（其可存储、编译或解释为在上述装置中的一个上运行），以及处理器的异构组合、处理器架构或不同硬件与软件的组合。处理可跨多个计算机化的装置分布，其可以在功能上集成到专用独立式PAA系统中。所有此类置换和组合规定为落入本公开的范围之内。
本领域的技术人员将会意识到，本文所述的诸如各种说明性块、模块、元件、部件、方法、操作、步骤和算法的项目可实现为硬件或硬件与计算机软件的组合。为了示出硬件和软件的可互换性，诸如各种说明性块、模块、元件、部件、方法、操作、步骤和算法的项目已经一般地根据其功能性描述。这种功能性是实现为硬件还是软件取决于具体应用以及对总体系统所施加的设计限制。技术人员可对每个具体应用按照多样化方式来实现所述功能性。
在一些实施例中，PAA系统的特征主要在硬件中使用例如诸如专用集成电路(ASIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)的硬件部件来实现。本领域的技术人员将清楚执行本文所述功能的硬件状态机的实现。在又一个实施例中，PAA系统的特征可使用硬件与软件两者的组合来实现。实现PAA系统的方面的软件可存储在介质上。该介质可以是磁性的（例如磁盘、磁带或固定磁盘）或光的（诸如CD-ROM）。另外，软件可经由互联网或某种类型的私有数据网络来提供。
如上文中描述并在相关附图中示出，本申请提供使用在系统在线操作期间在系统的一个或多个数字波束形成级中在现场生成的校准数据来校准PAA系统的技术。虽然已描述本发明的具体实施例，但将会理解，本发明并不局限于此，因为本领域的技术人员可进行修改，特别是根据上述教导。如技术人员将会意识到的，本发明可采用多种方式执行，采用多于一种上述技术，全部不超出权利要求书的范围。

Claims (28)

1.一种PAA通信系统，包括：
天线元件的阵列；
与所述天线元件中的至少一个关联的至少一个数字波束形成电路；以及
控制单元，所述控制单元配置成并且能够操作以
生成在线签名以响应在所述系统的操作期间在所述天线元件当中的一个或多个中接收的信号；
对比所述在线签名与响应于所述系统在理想化操作条件下时在所述天线元件当中的一个或多个中接收的信号而获取的离线签名的至少某个部分，生成所述在线签名和离线签名中的至少一个以响应一个或多个预定信号从所述天线元件的阵列的至少一个天线元件的传送以及所传送的信号在所述天线元件的阵列的至少一个其它天线元件中的接收；
基于所述签名之间的所述对比生成校准数据，以及
基于所述校准数据修改所述至少一个数字波束形成电路中的一个或多个元件的参数，以补偿由于所述系统的模拟或数字部分中的伪像在所述系统中引起的缺陷。
2.如权利要求1所述的系统，包括至少一个存储器装置以用于存储所述理想化操作条件下在所述系统的所述天线元件当中的一个或多个中接收的所述离线签名。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述控制单元配置成并且能够操作以引起所述系统操作期间所述一个或多个预定信号从所述天线元件中的至少一个的传送以及对其进行响应而记录在所述阵列的其它天线元件当中的一个或多个中接收的所述在线签名。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述在线签名响应于所述系统的操作期间在所述天线元件的阵列的传送流中交织而不在其中引起中断或延迟的信号。
5.如权利要求2到4中的任一项所述的系统，其中在单个集成电路中实现所述至少一个数字波束形成电路、所述控制单元和所述至少一个存储器装置，所述单个集成电路配置成以经由所述天线元件的阵列生成的一个或多个传送波束的形式来传送数据流。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述集成电路包括至少一个模拟信号路径，所述模拟信号路径配置成位于所述至少一个数字波束形成电路与所述天线元件中的至少一个之间的中间。
7.如权利要求6所述的系统，包括在所述集成电路的一个或多个模拟信号路径与所述天线元件中的至少一个之间连接的射频前端单元，并且包括至少一个信号传送路径、至少一个信号接收路径以及至少一个振荡器。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述至少一个信号传送路径包括用于加总由所述集成电路的所述一个或多个模拟信号路径输出的模拟信号的加总单元、用于将由所述加总单元输出的信号移位到来自所述振荡器的频率的混频器，以及用于放大由所述混频器输出的信号的至少一个放大器。
9.如权利要求7所述的系统，其中所述至少一个信号接收路径包括用于放大从所述天线元件中的至少一个接收的信号的至少一个放大器、用于将由所述至少一个放大器输出的信号移位到来自所述振荡器的频率的混频器，以及用于将由所述混频器输出的信号传递到所述模拟信号路径当中的一个或多个的信号拆分网络。
10.如权利要求1到4中的任一项所述的系统，其中所述至少一个数字波束形成电路包括真时间延迟单元，所述真时间延迟单元配置成影响数字域中的经由所述系统的数据流通信的延迟，所述延迟在由所述系统从所述数据流生成的相应模拟信号中引起相移。
11.如权利要求10所述的系统，其中受所述真时间延迟单元影响的所述数字域中的所述数据流的所述延迟至少部分基于所述校准数据。
12.如前述权利要求1到4中的任一项所述的系统，其中所述至少一个数字波束形成电路包括数字预失真器，所述数字预失真器配置成至少部分基于所述校准数据调整经由所述系统的数据流通信以补偿所述系统的放大级中的非线性。
13.如权利要求1到4中的任一项所述的系统，其中所述至少一个数字波束形成电路包括前置均衡器，所述前置均衡器配置成至少部分基于所述校准数据调整经由所述系统的数据流通信以校正与所述数字波束形成电路关联的模拟通道的非平坦频率响应。
14.如权利要求1到4中的任一项所述的系统，其中所述至少一个数字波束形成电路包括I/Q补偿器，所述I/Q补偿器配置成至少部分基于所述校准数据调整经由所述系统的数据流通信以校正I/Q失真。
15.如权利要求1到4中的任一项所述的系统，其中所述控制单元配置成并且能够操作以基于所述校准数据修改所述至少一个数字波束形成电路的所述元件当中的一个或多个的所述参数以补偿所述天线元件之间的互耦和所述天线元件的不均匀频率响应中的至少一个。
16.一种校准由电操纵天线进行的通信的方法，所述电操纵天线包括天线元件的阵列和与所述阵列的至少一个天线元件关联的至少一个数字波束形成电路，所述方法包括：
基于由所述阵列的所述至少一个天线元件在理想化操作条件下接收的信号生成所述阵列的所述至少一个天线元件的离线签名以响应由所述阵列的至少一个其它天线元件在所述理想化操作条件下进行的包括一个或多个预定信号的校准序列的传送；
在所述天线的操作状态期间生成所述至少一个天线元件的在线签名，据此响应于在所述操作状态期间由所述至少一个其它天线元件进行的所述校准序列的传送、基于由所述至少一个天线元件接收的信号来生成所述在线签名；
对比在所述理想化操作条件下获取的所述离线签名与在所述操作状态中获取的所述在线签名，以及
基于所述在线签名和离线签名之间的所述对比来生成校准数据以校准所述通信；以及
基于所述校准数据修改所述数字波束形成电路的至少一个参数。
17.如权利要求16所述的方法，包括在所述操作状态中在经由所述阵列在其正常操作期间传递的传送流中交织所述校准序列的所述传送。
18.如权利要求16所述的方法，包括使用数字波束形成过程在数字域中操纵要经由所述阵列传递的数据流，并且使用所生成的校准数据调整所述数据流以便校正经由所述阵列传递的信号中引起的错误。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述数字波束形成过程包括真时间延迟过程，所述真时间延迟过程配置成至少部分基于所述校准数据影响所述数字域中的所述数据流的延迟，以用于在经由所述阵列传递的相应模拟信号中引起延迟。
20.如权利要求18或19所述的方法，其中所述数字波束形成过程包括复数增益过程，所述复数增益过程配置成至少部分基于所述校准数据影响所述数字域中的所述数据流的增益和相移，以用于在经由所述阵列传递的相应模拟信号中引起增益和相移。
21.如权利要求18和19中的任一项所述的方法，其中所述数字波束形成过程包括数字预失真器过程，所述数字预失真器过程配置成至少部分基于所述校准数据调整所述数据流，以便补偿由所述阵列使用的放大级中的非线性。
22.如权利要求18和19中的任一项所述的方法，其中所述数字波束形成过程包括前置均衡器过程，所述前置均衡器过程配置成至少部分基于所述校准数据调整所述数据流，以校正与所述阵列关联的至少一个模拟通道的非平坦频率响应。
23.如权利要求18和19中的任一项所述的方法，其中所述数字波束形成过程包括I/Q补偿过程，所述I/Q补偿过程配置成至少部分基于所述校准数据调整所述数据流，以便校正经由所述阵列传递的信号的I/Q失真。
24.如权利要求16到19中的任一项所述的方法，包括将在所述理想化操作条件下获取的所述签名存储在存储器装置中，周期性地或间歇地在所述阵列的操作状态中传送所述校准序列，以及生成对应的校准数据以采用自校准的方式校准所述通信。
25.一种存储能够由处理器执行的指令的非暂时机器可读介质，所述指令用于执行权利要求16到19中的任一项。
26.一种配置成经由天线阵列通过一个或多个波束传递数据流的通信系统，其中所述系统配置用于自校准其通信路径，所述系统包括：
控制单元，所述控制单元配置成并且能够操作以在所述系统用于所述数据流的传递的操作期间执行下列：
（a）生成由所述天线阵列的一个或多个天线元件接收的信号的在线签名，据此所述在线签名的生成包括执行下列：
- 通过所述天线阵列的至少一个天线元件传送包括一个或多个预定信号的校准序列，并且
- 响应于所述传送而获取在所述阵列的至少一个其它天线元件中响应地接收的签名；
（b）对比所述在线签名与一个或多个离线签名的至少某个部分，响应于所述校准序列从所述天线阵列的所述至少一个天线元件的传送、基于由所述阵列的所述至少一个其它天线元件接收的信号、在校准过程期间、在所述系统的理想化操作条件下获取所述一个或多个离线签名；
（c）基于所述在线签名和所述离线签名之间的所述对比生成校准数据；以及
数字波束形成单元，所述数字波束形成单元配置成使用所述校准数据来修改其参数以用于将操作应用于数字域中的所述数据流，从而形成所述一个或多个波束并且校正由所述系统的所述通信路径引起的失真。
27.如权利要求26所述的系统，其中所述控制单元配置成并且能够操作以在所传递的流中交织所述校准序列而不在其中引起中断或延迟。
28.如权利要求26或27所述的系统，其中所述数字波束形成单元包括以下中的至少一个：
复数增益乘法器，所述复数增益乘法器配置成至少部分基于所述校准数据影响所述数字域中的所述数据流的相对相移和增益；
真时间延迟单元，所述真时间延迟单元配置成至少部分基于所述校准数据影响所述数字域中的所述数据流的延迟；
数字预失真器，所述数字预失真器配置成至少部分基于所述校准数据调整所述数据流以补偿所述系统的放大级中的非线性；
前置均衡器，所述前置均衡器配置成至少部分基于所述校准数据调整所述数据流以校正与所述数字波束形成电路关联的模拟通道的非平坦频率响应；和/或
I/Q补偿器，所述I/Q补偿器配置成至少部分基于所述校准数据调整所述数据流以校正I/Q失真。
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