CN110875784B - 一种天线校准方法及装置 - Google Patents

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CN110875784B CN201810997036.XA CN201810997036A CN110875784B CN 110875784 B CN110875784 B CN 110875784B CN 201810997036 A CN201810997036 A CN 201810997036A CN 110875784 B CN110875784 B CN 110875784B
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Abstract

本申请公开了一种天线校准方法及装置，用以提高天线校准的准确性。本申请实施例提供的一种天线校准方法，包括：针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值。

Description

一种天线校准方法及装置
技术领域
本申请涉及通信领域，尤其涉及一种天线校准(Antenna Calibrate，AC)方法及装置。
背景技术
现有技术中，大规模天线之间，由于天线生产工艺问题，所以导致大规模天线的校准网络在现有工艺之下，能难保证各个天线的信噪比达到传统8天线的校准要求的信噪比。
现有的大规模天线校准系统是估计每路发送和接收射频通道的频域响应，对射频通道进行幅度、相位补偿，目的是保证各路发送和接收射频通道频域幅度以及相位的一致性，其输出为接收通道和发送通道的频域校准因子。天线校准系统包括射频通道发送校准和射频通道接收校准两部分功能。这种常规的校准方法仅对单个频点进行处理，在室外正式工作场景下，或低信噪比场景下，单个频点的频域响应结果作为最早校准结果必然产生极大的误差。
此时有两种解决办法，一种是提高工艺，但是意味着更高的成本和更低的产量；另一种是软件增加算法来解决生产工艺不够的问题，降低天线要求的工艺以及生产成本。
发明内容
本申请实施例提供了天线校准方法及装置，用以提高天线校准的准确性。
本申请实施例提供的一种天线校准方法，包括：
针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值。
通过该方法，针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值，提高了天线校准的准确性。
可选地，所述所有频点的相位进行线性拟合之后，每个频点的相位angle(ACPhasefitingprb(i))为：
Figure BDA0001782094770000021
其中，i为频点的序号，kprb为所述频点的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
可选地，相邻两个频点之间的相位的差值的绝对值小于或等于预设值。
可选地，每一频点的子载波的相位angle(ACPhasefitingsc(j))为：
Figure BDA0001782094770000022
其中，j为每一频点的子载波的位置序号，ksc为所述子载波的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
可选地，所述每一频点所包含的子载波的幅度为：
所述每一频点的幅度，或者选取所述每一频点所包含的子载波的相邻两个频点的幅度，进行插值得到。
相应地，在装置侧，本申请实施例提供的一种天线校准装置，包括：
第一单元，用于针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
第二单元，用于将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
第三单元，用于所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值。
本申请实施例还提供的一种天线校准装置，该装置包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述本申请实施例提供的任一种所述的方法。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行上述本申请实施例提供的任一种方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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为本申请实施例提供的PRB的划分示意图；
图2为本申请实施例提供的PRB中各个子载波的用法示意图；
图3为本申请实施例提供的原始天线校准频域系数示意图；
图4为本申请实施例提供的一种天线校准方法示意图；
图5为本申请实施例提供的理想情况下天线校准序列分布示意图；
图6为本申请实施例提供的相位翻转与补偿曲线示意图；
图7为本申请实施例提供的一种天线校准装置示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种天线校准装置示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供了天线校准方法及装置，用以提高天线校准的准确性。
传统天线校准的核心原理是：
(1)以较低频率，利用正交序列获取天线校准系数
将有效信号带宽划分为多个标准的物理资源块(physical resource block，PRB)带宽(例如通用移动通信技术的长期演进(Long Term Evolution，LTE)20MHz包含100个PRB、5G 100MHz 30KHz子载波情况下，可以包含250或272个PRB)。然后再对每个PRB进行子带划分；每个PRB中选取一部分子带依次分配给待校准天线，保留一部分信号带宽不发送，作为噪声估计。
在发校准时，每根天线发送标准的正交序列，由校准天线统一接收，并通过信道估计，确定当前PRB的校准信息；对于收校准，则有校准天线发送信号，各个天线接收信号，并进行信道估计，从而确认当前PRB的校准信息。
通常天线校准每小时或者每24小时工作一次，也可以开机完成一次。
(2)根据天线校准系数，对每个天线的发送数据或接收数据，实时进行补偿处理。
当获取天线的天线校准系数后，将对所有经过天线的数据转换到频域。由于天线校准系数是按照PRB带宽获取，因此还需要在相邻PRB间进行插值，从而获得单个子载波的天线校准系数。当获得子载波基本的天线校准系数后，将对每个天线频域数据进行补偿，即对每个频域数据乘以对应的子载波天线校准系数。
参见图1，本申请实施例提供的整个天线校准带宽的PRB的划分，图中整个天线校准带宽被划分为N+2个PRB。
默认情况下，单个PRB包含12个子载波，并按照如图2的形式进行划分，图中子载波0、子载波1、子载波10和子载波11不发送信号用于噪声估计，子载波2至子载波9中每个子载波被一根天线占用，用于估计该天线信号特征。
传统的第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)天线校准方案如下：
将100MHz带宽划分为275个PRB，每个PRB包含12个30K子带(等效97920KHz有效带宽，3264个30K子载波)，每个PRB分配给8根天线，以及4个噪声子载波。在发送校准时，每8根天线一组发送，在每个PRB中占据1个子载波，从而8根天线在整个频带上构成8个正交的ZC序列，剩下空余子载波则用于噪声估计。校准天线接收到上述被校准天线的发送序列，就能估计出各个天线在整个频段上的相位失真程度，从而完成分组发送校准；同样，收校准时，由校准天线在每个PRB的一个子载波上发送数据，最终在全部PRB上形成一个ZC(Zadoff-chu)序列，各个天线收到该ZC序列后进行信道估计即可完成收校准。
在发校准和收校准都完成信道估计后，需要在频域上，针对每个子带单独进行处理，然后将处理后的天线校准系数与天线上接收的频域数据进行相乘，从而完成校准。
典型的原始天线校准频域系数如图3所示，图中为64根天线的相位校准结果。
综上，参见图4，本申请实施例提供的一种天线校准方法，包括：
S101、针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
S102、将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
S103、所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值。
可选地，所述所有频点的相位进行线性拟合之后，每个频点的相位angle(ACPhasefitingprb(i))为：
Figure BDA0001782094770000051
其中，i为频点的序号，kprb为所述频点的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
可选地，相邻两个频点之间的相位的差值的绝对值小于或等于预设值。
可选地，每一频点的子载波的相位angle(ACPhasefitingsc(j))为：
Figure BDA0001782094770000061
其中，j为每一频点的子载波的位置序号，ksc为所述子载波的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
可选地，所述每一频点所包含的子载波的幅度为：
所述每一频点的幅度，或者选取所述每一频点所包含的子载波的相邻两个频点的幅度，进行插值得到。例如有N个PRB，通过天线发送或接收正交序列，获得每个PRB的原始天线校准的频域校准结果，将其转换为幅度和相位，表示为：
Figure BDA0001782094770000062
在实际系统中，由于天线校准通常是以子载波的形式进行校准，因此需要将PRB(目前5G/LTE定义为1个PRB包含12个子载波)之间的相位进行拟合。
将每个PRB的相位进行线性拟合，获得每个PRB的相位线性拟合值：
Figure BDA0001782094770000063
该相位线性拟合值满足下列公式：
Figure BDA0001782094770000064
其中，kprb表示斜率，即两个PRB之间的相位差，i表示PRB的序号，bprb为第0个PRB的初始估计相位。
本申请实施例定义每个PRB包含的子载波的校准相位因子为：
Figure BDA0001782094770000065
其中，j表示每个PRB包含的子载波的位置序号。
每个PRB包含的子载波的校准相位因子与每个PRB的相位线性拟合值的关系表示为：
当子载波是每个PRB的第0个子载波时，
ACPhasefitingsc(j)＝ACPhasefitingprb(i)
Figure BDA0001782094770000071
当子载波不是每个PRB的第0个子载波时，
Figure BDA0001782094770000072
Figure BDA0001782094770000073
上述表达式，实质是在相邻的PRB之间，插值12个子载波。
因此，在实际的计算中，可以按照另一个公式进行计算：
Figure BDA0001782094770000074
Figure BDA0001782094770000075
其中，ksc表示子载波的相位斜率。
将每个PRB的相位进行线性拟合的具体实现步骤如下：
(1)处理器获得单个天线的天线校准相位估计结果，然后计算相邻两个PRB信道估计的相位差，累计获得N-1个值。基于该值，可以得到相邻PRB之间的相位角度差异；
(2)对N-1个角度值进行有效性判断，当这N-1个角度中的任意一个绝对值大于预设值，预设值例如可以为π/4，则判断该绝对值异常，将该绝对值直接剔除，然后取平均时减少个数；
(3)将上述步骤(2)中的有效角度差值计算平均，获得PRB级别的相位斜率kprb；
(4)计算初始相位bprb：可以通过在整个带宽内，从中心频点为基准，例如有100个频点，第50、51个频点为中心频点，选择连续16个有效点，然后取平均计算得到；
(5)对初始相位做子载波位置调整：首先，由于直流(Direct Current，DC)子载波的存在，平均之后存在0.5子载波的偏移；然后，需要对不同的天线通道做Offset偏移，保证各个天线的第0个子载波对齐；具体操作如下：
首先处理0.5子载波偏移；然后如果当前处理信号天线校准的i通道，则应当将该信号的初相调整i个子载波，即将初相减去i个子载波偏移，保证各个子载波的初相一致。
理想情况下，如果不对相邻PRB的相位角度差值做有效性判断，则所有PRB的天线校准相位序列分布图如图5所示，分布图为一条直线；由于相位局限于[-π,+π]之间，因此相位累加+π或-π，通常会进行翻转，常见的图形如图6所示，图中虚线为经过相位翻转补偿后的曲线。而本申请实施例通过计算相位差值并做有效性判断，可以避免处理时出现的相位翻转。
当得到PRB的斜率kprb和初相bprb后，每个子载波的相位和幅度，按照下列步骤进行处理：
(1)计算当前子载波的索引号j；
(2)根据子载波索引号计算当前子载波的相位：根据PRB的斜率kprb和初相bprb得到子载波的斜率ksc和初相bprb，其中，ksc＝kprb/12，则子载波的相位为：
Figure BDA0001782094770000081
(3)计算当前子载波的幅度：有两种计算方法，第一种是选取子载波所属PRB的幅度作为当前子载波的幅度；第二种是选取当前子载波所属PRB的相邻两个PRB的幅度，进行插值得到，例如线性插值；
(4)将全部子载波的相位和幅度转换为IQ表示形式，即实数和虚数的表示形式，从而完成天线校准。
综上，上述天线校准的方法能够适应室外场景和低信噪比，抗干扰能力更强，提高了天线校准的准确性；并且，该方法使得全体子载波的天线校准系数，简化为存储N个幅度值以及全体子载波的斜率ksc和初相bprb，降低了存储要求。
相应地，在装置侧，参见图7，本申请实施例提供的一种天线校准装置，包括：
第一单元11，用于针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
第二单元12，用于将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
第三单元13，用于所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值。
参见图8，本申请实施例还提供的一种天线校准装置，包括：
处理器600，用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：
针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值。
通过该装置，针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值，实现了在室外正式工作场景下，或低信噪比场景下，该天线校准方法及装置能够正常工作。
可选地，处理器600还用于：所述所有频点的相位进行线性拟合之后，每个频点的相位angle(ACPhasefitingprb(i))为：
Figure BDA0001782094770000101
其中，i为频点的序号，kprb为所述频点的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
可选地，相邻两个频点之间的相位的差值的绝对值小于或等于预设值。
可选地，每一频点的子载波的相位angle(ACPhasefitingsc(j))为：
Figure BDA0001782094770000102
其中，j为每一频点的子载波的位置序号，ksc为所述子载波的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
可选地，处理器600还用于：
所述每一频点所包含的子载波的幅度为：
所述每一频点的幅度，或者选取所述每一频点所包含的子载波的相邻两个频点的幅度，进行插值得到。
其中，在图8中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器600代表的一个或多个处理器和存储器610代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。
本申请实施例提供了一种计算设备，该计算设备具体可以为桌面计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等。该计算设备可以包括中央处理器(Center Processing Unit，CPU)、存储器、输入/输出设备等，输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备可以包括显示设备，如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)等。
针对不同的用户设备，可选地，用户接口620可以是能够外接内接需要设备的接口，连接的设备包括但不限于小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆等。
处理器600负责管理总线架构和通常的处理，存储器610可以存储处理器600在执行操作时所使用的数据。
可选地，处理器600可以是CPU(中央处埋器)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。
存储器610可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，并向处理器提供存储器中存储的程序指令和数据。在本申请实施例中，存储器可以用于存储本申请实施例提供的任一所述方法的程序。
处理器通过调用存储器存储的程序指令，处理器用于按照获得的程序指令执行本申请实施例提供的任一所述方法。
本申请实施例提供了一种计算机存储介质，用于储存为上述本申请实施例提供的装置所用的计算机程序指令，其包含用于执行上述本申请实施例提供的任一方法的程序。
所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NAND FLASH)、固态硬盘(SSD))等。
综上所述，本申请实施例提供的一种天线校准方法及装置，能够适应室外场景和低信噪比，抗干扰能力更强，提高了天线校准的准确性；并且，该方法使得全体子载波的天线校准系数，简化为存储N个幅度值以及全体子载波的斜率ksc和初相bprb，降低了存储要求。同时，本申请实施例提供的一种天线校准方法及装置解决了大规模天线阵列校准问题，提高生产效率和生产成本，具有广泛使用性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种天线校准方法，其特征在于，该方法包括：
针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值；
所述所有频点的相位进行线性拟合之后，每个频点的相位angle(ACPhasefitingprb(i))为：
Figure FDA0002958170140000011
其中，i为频点的序号，kprb为所述频点的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数；
每一频点的子载波的相位angle(ACPhasefitingsc(j))为：
Figure FDA0002958170140000012
其中，j为每一频点的子载波的位置序号，ksc为所述子载波的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相邻两个频点之间的相位的差值的绝对值小于或等于预设值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每一频点所包含的子载波的幅度为：
所述每一频点的幅度，或者选取所述每一频点所包含的子载波的相邻两个频点的幅度，进行插值得到。
4.一种天线校准装置，其特征在于，该装置包括：
第一单元，用于针对每一频点，确定该频点的天线校准的频域校准结果，并确定所述频域校准结果对应的相位和幅度；
第二单元，用于将所有频点的相位进行最小二乘拟合，插值，最终确定每一频点的子载波的校准相位因子；
第三单元，用于所述所有频点的相位进行线性拟合之后，将任意相邻两个频点之间的子载波的相位按照相邻两个所述拟合之后的频点的相位进行插值；
所述所有频点的相位进行线性拟合之后，每个频点的相位angle(ACPhasefitingprb(i))为：
Figure FDA0002958170140000021
其中，i为频点的序号，kprb为所述频点的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数；每一频点的子载波的相位angle(ACPhasefitingsc(j))为：
Figure FDA0002958170140000022
其中，j为每一频点的子载波的位置序号，ksc为所述子载波的相位斜率，bprb为第0个频点的初始相位估计，N为频点的总数。
5.一种天线校准装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储程序指令；
处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行权利要求1～3任一项所述的方法。
6.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行权利要求1至3任一项所述的方法。
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