CN109525530A

CN109525530A - 多通道相位一致性的校准方法

Info

Publication number: CN109525530A
Application number: CN201710846398.4A
Authority: CN
Inventors: 张永伟
Original assignee: TD Tech Ltd
Current assignee: TD Tech Ltd; TD Tech Chengdu Co Ltd
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2019-03-26
Anticipated expiration: 2037-09-19
Also published as: CN109525530B

Abstract

本申请公开了一种多通道相位一致性的校准方法，包括：基于预设的基本校准序列，采用码片移位的方式，为发射天线的每个通道分别构造一个校准序列；在每个所述通道上发送本通道的所述校准序列；对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加；利用所述叠加的结果和所述基本校准序列，计算系统响应；根据所述系统响应，确定每个所述通道的系统相位值；根据每个所述通道的系统相位值，计算每个所述通道的相位校准参数，并利用所述相位校准参数对相应通道进行相位校准。采用本发明，可以有效提高校准效率。

Description

多通道相位一致性的校准方法

技术领域

本发明涉及移动通信技术，特别是涉及一种多通道相位一致性的校准方法。

背景技术

智能天线技术是无线基站中一个重要的特性，智能天线的原理是通过调节各个天线发射信号的加权幅度和相位来改变辐射的方向图，从而抑制干扰，提高信干比。

为了实现智能天线，首先必须保证无线发射模块上所有天线通道的特性是一致的，但由于发射通道中射频器件的非线性，很难保证通道间具有完全一致的相位特性，因此载波信号在通过各通道后的相位变化也是不一致的。为了保证所有通道相位变化的一致性，需要对各个通道进行相位校准。

传统的多通道相位校准方法是对多个通道依次进行校准的，每校准一个通道，就要重复一次校准流程，不仅要重复数据发送和接收操作，而且还需要重复运算，尤其当通道数目较多时，就会明显增加处理器的负担，降低了校准效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多通道相位一致性的校准方法，可以有效提高校准效率。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种多通道相位一致性的校准方法，包括：

基于预设的基本校准序列，采用码片移位的方式，为发射天线的每个通道分别构造一个校准序列；

在每个所述通道上发送本通道的所述校准序列；

对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加；利用所述叠加的结果和所述基本校准序列，计算系统响应；

根据所述系统响应，确定每个所述通道的系统相位值；根据每个所述通道的系统相位值，计算每个所述通道的相位校准参数，并利用所述相位校准参数对相应通道进行相位校准。

综上所述，本发明提出的多通道相位一致性的校准方法，仅需要利用一次校准流程就能够计算出所有天线通道的相位特性，因此，可以大幅度减少校准次数，提高校准效率。

附图说明

图1为本发明实施例的方法流程示意图；

图2为本发明实施例的8通道相位校准实现示意图；

图3为本发明实施例的8通道的校准序列示意图；

图4为图3中的校准序列增加了循环前缀后的示意图；

图5为图4中的校准序列经过各自通道输出后去除循环前缀后的示意图；

图6为图2所实现的8通道相位校准的相位特性图；

图7为传统的通道相位校准方案所实现的8通道相位校准过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明的核心思想是：在传统多通道相位校准算法的基础上，产生基于同一序列的不同偏移序列作为各天线的校准序列，利用不同偏移校准序列的信道响应分布在不同位置的特性，仅利用一次校准流程就能够计算出所有天线通道的相位特性，从而可以大幅度减少校准次数，提高校准效率。

为了便于理解，在阐述本发明实施例之前，先对本发明的实现原理进行详细分析说明如下：

要获取一个通道的相位特性，首先需要求取该通道的系统响应，下面描述了求取系统响应的基本算法，多通道下系统响应的传统算法和改进算法。

(1)系统响应基本算法

一个输入信号在通过一个系统时，根据线性卷积定理，输出信号等于输入信号与系统响应信号的线性卷积，表示为：y＝x*h，其中，x为输入信号，h为系统响应信号，y为输出信号，*为卷积运算符号。

那么，根据输入信号x和输出信号y，如何求取系统响应信号h呢？由线性卷积与圆周卷积之间的关系可知，圆周卷积替代线性卷积而不失真的条件为：L≥N+M-1，其中，N为输入信号x的长度，M为系统响应信号h的长度，L为圆周卷积的长度。也就是说，只要将输入信号x和系统响应信号h扩展为L≥N+M-1的长度，圆周卷积就等同于线性卷积的运算结果。

假设扩展后的输入信号、输出信号、系统响应信号分别表示为：x_L、y_L、h_L，根据圆周卷积性质，时域的卷积对应频域的乘积，即：

则可以推出：

由此可以看出，求取系统响应时，可将线性卷积转换为圆周卷积，然后由圆周卷积的性质计算得到h，根据h，就可以计算出信道相位偏移。

(2)传统的多通道下系统响应的算法

对于一个i天线的模块，在对每个天线通道进行相位校准时，假设每个通道的输入校准序列分别为：x1，x2，...，xi；每个通道的输出序列分别为：y1，y2，...，yi；每个通道的系统响应分别为：h1，h2，...，hi。

假设每个通道对应圆周卷积的序列长度为L，对应的输入校准序列分别表示为：x1_L，x2_L，...，xi_L；每个通道的输出序列分别表示为：y1_L，y2_L，...，yi_L，每个通道的系统响应分别表示为：h1_L，h2_L，...，hi_L，那么每个通道的系统响应可以根据以下公式计算：

…

(3)对多通道下系统响应算法的变形

在产生每个通道的输入校准序列时，假设基本序列为xbasic_L，将xbasic_L作2个周期的扩展得到(xbasic_L)₂：

把(xbasic_L)₂分别右移shift1，shift2，...，shifti，并取[0，N-1]区间的主值序列得到每个通道的输入校准序列：

x1_L＝xbasiC_L(n-shift1)

x2_L＝xbasic_L(n-shift2)

…

xi_L＝xbasic_L(n-shifti)

根据圆周移位定理：序列频域的相移对应时域的时移。每个通道的系统响应计算公式可变形为：

…

(4)多通道下系统响应的叠加

将所有通道的系统响应进行叠加，计算过程如下，可以看出有以下等效关系：即所有通道系统响应的叠加等于先对所有通道的输出信号进行叠加，然后再求系统响应。

利用这个等效关系，就可以先把所有通道的输出信号叠加在一起，然后一次性计算出所有通道的系统响应。

即

(5)生成相位校准系数

计算得到的各通道的系统响应为：h1＝A1e^jθ1，h2＝A2e^jθ2，...，hi＝Aie^jθi。

那么相位校准参数为：coef1＝e^-jθ1，coef2＝e^-jθ2，...，coefi＝e^-jθi。

图1为本发明实施例的流程示意图，如图1所示，该实施例实现的多通道相位一致性的校准方法主要包括：

步骤101、基于预设的基本校准序列，采用码片移位的方式，为发射天线的每个通道分别构造一个校准序列。

本步骤，用于产生基于同一序列(即基本校准序列)的不同偏移序列，作为各通道的校准序列，以便可以利用不同偏移校准序列的信道响应分布在不同位置的特性，仅利用一次校准流程就能够计算出所有天线通道的相位特性。

较佳地，在实际应用中可以采用下述两种方法实现本步骤。

方法一包括下述步骤：

步骤101a1、对两个所述基本校准序列xbasic_L串接在一起，得到一个扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂；N为基本校准序列xbasic_L包括的码片数。

步骤101a2、按照预设的移动方向和预设的每个通道对应的码片移位数shift_i，分别对所述扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂进行相应的码片移位，其中，相邻通道的所述码片移位数的差值大于等于2。

所述shift_i为每个通道i对应的码片移位数，该值大于等于最大的相邻通道的延时差值，具体可由本领域技术人员根据实际需要设置合适取值。其中，i为任一通道的编号。

步骤101a3、对于每个所述通道对应的码片移位结果，从中选择出[0，N-1]区间的主值序列，作为对应通道的所述校准序列。

考虑到实际链路会存在延时抖动，在接收时，校准序列会提前或者滞后到达，为了保证在链路存在延时抖动的情况下，仍然能够正常接收到一个完整的校准序列，在方法二中，在构造校准序列时，将在序列前面增加循环前缀，具体采用下述步骤实现：

步骤101b1、对两个所述基本校准序列xbasic_L串接在一起，得到一个扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂；N为基本校准序列xbasic_L包括的码片数；n为码片序号。

步骤101b2、按照预设的移动方向和预设的每个通道对应的码片移位数shift_i，分别对所述扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂进行相应的码片移位，其中，相邻通道的所述码片移位数的差值大于等于2。

步骤101b3、对于每个所述通道对应的码片移位结果，从中选择出[0，N-1]区间的主值序列，在该主值序列的前面增加K个码片的循环前缀后，将所得到的序列作为对应通道的所述校准序列，其中，K≥2t，t为链路延时或提前所对应的码片数。

所述K可由本领域技术人员根据实际需要进行设置。较佳地，所述为向上取整函数。

例如，当基准较准序列为32chips时，设延时抖动范围为正负一个chip的时间，循环前缀的长度可以为2chips，这样，所得到的各通道的校准序列长度为34chips。

步骤102、在每个所述通道上发送本通道的所述校准序列。

步骤103、对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加；利用所述叠加的结果和所述基本校准序列，计算系统响应。

较佳地，当步骤101中采用方法一实现时，即校准序列中不包含循环前缀，则可以采用下述方法对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加：

接收每个所述通道输出的所述校准序列；将所有所述通道输出的所述校准序列进行耦合，所述耦合的结果为所述叠加的结果。

具体的耦合方法为本领域技术所掌握，在此不再赘述。

较佳地，当步骤101中采用方法二实现时，即校准序列中包含循环前缀，则可以采用下述方法对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加：

接收每个所述通道输出的所述校准序列；将所有所述通道输出的所述校准序列进行耦合；将所述耦合的结果中的前K/2个码片和后K/2个码片删除后，将所得到的序列作为所述叠加的结果。

较佳地，本步骤中可以按照计算所述系统响应h_L，其中，所述y_L为所述叠加的结果，所述xbasic_L为所述基本校准序列。

步骤104、根据所述系统响应，确定每个所述通道的系统相位值；根据每个所述通道的系统相位值，计算每个所述通道的相位校准参数，并利用所述相位校准参数对相应通道进行相位校准。

较佳地，本步骤中可以采用下述方法确定每个所述通道的系统相位值：

根据所述系统响应中的峰值，得到每个所述通道的系统响应；根据每个所述通道的系统响应对应的相位值，得到每个所述通道的系统相位值。

较佳地，本步骤中可以按照coef_i＝e^-jθi，计算每个所述通道的相位校准参数，其中，coef_i为第i个通道的相位校准参数，θi为第i个通道的系统相位值。

通过上述技术方案，可以看出本发明仅利用一次校准流程就能够计算出所有天线通道的相位特性，从而可以大幅度减少校准次数，提高校准效率。下面以8天线的无线发射模块为例，对本发明所实现的8通道相位校准过程进行具体说明：

图2是本发明一实施例的8通道相位校准实现示意图。定义每个通道的系统响应为：h＝Ae^jθ，序列长度为M＝1；定义每个通道的输入校准序列为x，序列长度N＝32；定义每个通道的输出序列为y，序列长度N＝32。那么，x，h，y三者对应圆周卷积的长度可取为L＝M+N-1＝32+1-1＝32，扩展后的输入信号x_L，系统响应信号h_L，输出信号y_L分别表示如下：

x_L＝x

h_L＝{h，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0}

y_L＝y

(1)构造发送校准序列

选择一组自相关好的伪随机序列作为基本校准序列，序列长度为32chips：

xbasic_L

＝{m0，m1，...，m31}

＝{1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，-1}

将xbasic_L作2个周期的扩展得到：

(xbasic_L)2

＝{m0，m1，...，m31，m0，m1，...，m31}

＝{1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，-1

1，1，-1，-1，-1，1，-1，-1，-1，-1，-1，-1，1，1，1，-1，-1，1，-1，-1，1，-1，1，-1，-1，-1，1，-1，1，-1，1，-1}

把(xbasic_L)₂分别右移0chips，4chips，8chips，12chips，16chips，20chips，24chips，28chips，并取[0，31]区间的主值序列，得到8个通道的校准序列，如图3所示。

这里考虑到实际的链路存在延时抖动，在接收时，校准序列会提前或者滞后到达，为了保证在链路存在延时抖动的情况下，仍然能够正常接收到一个完整的校准序列，设延时抖动范围为正负一个chip的时间，分别在8个通道的校准序列前面增加2chips的循环前缀，得到的序列长度为34chips，如图4所示。

(2)预设通道的系统响应

设8个通道的系统响应分别为：

(3)接收校准序列

8个通道的校准序列经过各自通道后，输出表示为：y1_L′＝x1_L′*h1，y2_L′＝x2_L′*h2，y3_L′＝x3_L′*h3，y4_L′＝x4_L′*h4，y5_L′＝x5_L′*h5，y6_L′＝x6_L′*h6，y7_L′＝x7_L′*h7，y8_L′＝x8_L′*h8。

在接收时叠加在一起，叠加后的信号表示为：y_L′＝y1_L′+y2_L′+y3_L′+y4_L′+y5_L′+y6_L′+y7_L′+y8_L。接收时间为t0-t33，共接收34chips的数据，即序列y_L′的长度为34chips，丢掉y_L′的第一个数据和最后一个数据，取其中的32chips的数据，得到y_L＝y_L′(2∶33)，如图5所示

(4)计算系统响应

使用matlab计算的结果如图6所示，图中的8个峰值依次表示8个通道的系统响应，其中横坐标表示系统响应序列号，纵坐标表示幅值，在每个峰值点的上方标记了该通道的相位特性。

由此可以看出，计算得到的每个通道的系统相位值与步骤(2)设置的系统响应中的相位值是一一相等的。

(5)计算相位校准参数

计算每个通道的相位校准参数为：

下面将传统方案与本发明上述实施例所分别实现的通道相位校准结果进行比较，进一步阐述上述实施例的技术效果。

图7为传统的通道相位校准方案所实现的8通道相位校准过程示意图。可以看出，用传统方法实现信道相位校准，需要启动8次校准流程，而从图6中可以看出，使用上述实施例实现通道相位校准，则只需要启动1次校准流程，并且传统实现方法的一次流程与改进实现方法的一次流程所占用的时间开销是相同的，也就是说，8天线下，使用改进的方法将节省87.5％的效率，而两种方法的计算结果是相同的。本发明可以大幅度减少校准流程的执行次数，提高了系统校准的效率。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种多通道相位一致性的校准方法，其特征在于，包括：

在每个所述通道上发送本通道的所述校准序列；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为发射天线的每个通道分别构造一个校准序列包括：

对两个所述基本校准序列xbasic_L串接在一起，得到一个扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂；N为基本校准序列xbasic_L包括的码片数；

按照预设的移动方向和预设的每个通道对应的码片移位数shift_i，分别对所述扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂进行相应的码片移位，其中，相邻通道的所述码片移位数的差值大于等于2；

对于每个所述通道对应的码片移位结果，从中选择出[0，N-1]区间的主值序列，作为对应通道的所述校准序列。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为发射天线的每个通道分别构造一个校准序列包括：

对两个所述基本校准序列xbasic_L串接在一起，得到一个扩展的基本校准序列(xbasic_L)₂；N为基本校准序列xbasic_L包括的码片数；n为码片序号；

对于每个所述通道对应的码片移位结果，从中选择出[0，N-1]区间的主值序列，在该主值序列的前面增加K个码片的循环前缀后，将所得到的序列作为对应通道的所述校准序列，其中，K≥t，t为链路延时所对应的码片数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为向上取整函数。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加包括：

接收每个所述通道输出的所述校准序列；

将所有所述通道输出的所述校准序列进行耦合，所述耦合的结果为所述叠加的结果。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对每个所述通道输出的所述校准序列进行叠加包括：

接收每个所述通道输出的所述校准序列；

将所有所述通道输出的所述校准序列进行耦合；

将所述耦合的结果中的前K/2个码片和后K/2个码片删除后，将所得到的序列作为所述叠加的结果。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照计算所述系统响应h_L，其中，所述y_L为所述叠加的结果，所述xbasic_L为所述基本校准序列。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定每个所述通道的系统相位值包括：

根据所述系统响应中的峰值，得到每个所述通道的系统响应；

根据每个所述通道的系统响应对应的相位值，得到每个所述通道的系统相位值。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照coef_i＝e^-jθi，计算每个所述通道的相位校准参数，其中，coef_i为第i个通道的相位校准参数，θ_i为第i个通道的系统相位值。