CN113825242A - 一种天线校准位置自适应调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天线校准位置自适应调整的方法，包括如下步骤：根据TDD帧配置和特殊子帧配比确定保护时隙中发送转换间隙及接收转换间隙的位置，动态计算出在发送转换间隙中校准位置可以移动的最大偏移量；发送和接收天线校准的时隙位置可以在固定范围之间自适应移动；在偏移范围内预先设定的初始位置发送校准序列，进行天线校准，根据计算结果来自适应调整下一次天线校准的时隙位置，保持或调整。本发明还提出了一种天线校准位置自适应调整的装置，包括位置调整模块和校准模块。根据本发明实施例提供的方法和装置，有效解决了天线校准受干扰的问题，防止天线校准频繁告警；提高了天线校准精度，从而保证TDD基站波束赋形的性能。

Description

一种天线校准位置自适应调整方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信领域，特别涉及一种天线校准位置自适应调整的方法及装置。

背景技术

为满足人们对快速增长的移动宽带数据业务的需求，智能天线和MIMO（Multi-input Multi-output，多输入多输出）技术受到广泛关注，该技术能够充分利用信道的空间特征，有效提高系统的传输速率，同时具有解决小区边界，增强覆盖率以及增强频谱效率等优势。为了保证智能天线的波束主瓣指向期望终端的同时有很小的副瓣，同时满足用户DOA（Direction Of Arrival，到达方向）估计精度要求，需要用到波束赋形技术。在TDD（TimeDivision Duplex，时分双工）系统中，上下行无线信道采用相同的频点收发信号，根据电磁场理论中无线信道的互易性，智能天线直接利用上行波束赋形参数来进行下行波束赋形。

智能天线要求各通道的幅度和相位一致，但在实际的TDD基站中，信号的发送和接收过程都需要经过射频链路，每个天线发送和接收的射频链路是由不同的电路来分别完成，由于发送和接收电路所处的温度和频率等特性不同，两套电路的特性不能做到完全相同，使得信道互易性受损。因此，补偿信道互易性损失的天线校准技术在智能天线和MIMO系统中具有非常重要的地位。

为了补偿各通道的幅度和相位差异，需要先计算出各通道的幅相差。通常的做法是在TDD无线帧的GP（Guard Period，保护时隙）中，发送一个校准序列，通过天线校准耦合网络环回，根据采集到的数据计算出发送和接收方向各通道的幅相差，生成校准补偿系数配置给FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），由FPGA实现各通道的幅相补偿，使得各通道的幅度和相位保持一致。该过程即称为天线校准。

天线校准包括发送天线校准和接收天线校准。其中，发送天线校准时，校准序列从工作天线经PA（Power Amplifier,功率放大器）发送，通过耦合网络由校准天线将数据收回；接收天线校准时，校准序列从校准天线发送，通过耦合网络由工作天线经LNA（LowNoise Amplifier，低噪声放大器）将数据收回。

由于天线校准时需要发送校准序列，使得多小区之间在做天线校准时很容易受到相邻小区校准序列的影响，以及其他外界干扰信号的影响，导致天线校准尤其是接收天线校准精度下降，甚至无法校准，频繁发生天线校准告警。为解决天线校准干扰的问题，现有方案主要有如下两种：

方案一：错开发送天线校准和接收天线校准子帧位置，保证不同小区之间发送天线校准和接收天线校准同步，避免在同一子帧的不同小区之间，有的小区在发送校准序列进行发送天线校准，而其他小区却在发送校准序列进行接收天线校准。

方案一虽然能够解决小区之间发送和接收天线校准相互干扰的情况，但不能解决小区间发送和发送天线校准之间的干扰，特别是当两个相邻的小区之间的距离较近的情况下，本小区会收到邻小区的校准序列，使本小区的校准结果出现异常，影响整个系统的校准性能。

方案二：在GP时隙中搜寻干扰水平最低的窗口，通过搜寻到的干扰水平最低的窗口，确定天线校准的时隙位置；或者在当前无线帧的GP时隙内进行干扰测量，根据获得的干扰测量结果，在GP时隙内选定天线校准位置。在下一个无线帧内的上述校准时间点到达时，执行校准操作。

方案二对于降低干扰信号对校准结果的影响确实有显著的效果，特别是外界干扰环境比较稳定的情况。但对于多小区天线校准信号之间的相互干扰情况，没有办法实时检测出；以及对于快速变化的无线环境，当前无线帧的干扰情况并不能完全代表下一无线帧的干扰情况，使得在下一无线帧的校准时间点执行的校准操作并不能获得期望的校准结果。另外，检测干扰水平需要额外的计算量，增加了系统负担。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是：提供一种天线校准位置自适应调整的方法及装置，使其在射频拉远单元RRU（Remote Radio Unit）进行天线校准时，有效降低多小区天线校准信号之间相互干扰以及其他环境干扰信号对校准流程的影响。

为了实现上述目的，本发明所采用的的技术方案为：一种天线校准位置自适应调整的方法，包括以下步骤：

步骤1：射频拉远单元RRU根据基带单元BBU（Base Band Unit）下发的帧配置和特殊子帧配比确定GP时隙中TTG（Transmit/receive Transition Gap，发送转换间隙）的位置，以及RTG（Receive/transmit Transition Gap，接收转换间隙）的位置，动态计算出TTG中校准位置可以移动的最大偏移量MAXOFFSET；

步骤2：发送和接收天线校准的时隙位置能够在[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间自适应移动；其中Tttg为发送转换间隙TTG开始的时间点；

步骤3：在偏移范围内预先设定的初始位置发送校准序列，进行天线校准；

步骤4：对采集到的校准序列进行处理，根据计算结果自适应调整下一次天线校准的时隙位置，保持或调整。

特别的，对于很容易受到外界环境干扰的接收天线校准，还可以在接收转换间隙RTG的位置做校准；

进一步的，步骤1中发送转换间隙TTG的位置为特殊子帧中下行导频时隙DwPTS结束后的位置；步骤1中接收转换间隙RTG的位置为上行子帧U->下行子帧D切换时下行子帧D前面624Ts的位置；步骤1中最大偏移量MAXOFFSET的计算方法为：

MAXOFFSET = 子帧长度(1ms) - Tdwpts – Tuppts - Tud(624Ts)。

其中，Tdwpts为下行导频时隙DwPTS的长度，Tuppts为上行导频时隙UpPTS的长度，Tud为上行帧的提前量624Ts。

发送和接收天线校准分别以一定的规则设置初始校准位置，发送校准序列，进行天线校准，根据本次计算结果来决定下一次的校准位置是否需要调整，以及往哪个位置调整，具体为：

当计算的结果干扰很低，满足天线校准精度的要求，会保持当前的位置作为下一次天线校准的位置；

当计算的结果干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，随后在偏移范围内移动到下一个校准位置，进行下一次天线校准流程。

本发明还提供了一种适用于上述天线校准位置自适应调整方法的装置，包括位置调整模块和校准模块：

位置调整模块，用于根据基带单元BBU下发的帧配置和特殊子帧配比，确定GP中TTG的位置，以及接收转换间隙RTG的位置，动态计算出在TTG中校准位置可以移动的最大偏移量MAXOFFSET；

[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间的位置都可以用来做发送和接收天线校准；

特别的，对于很容易受到外界环境干扰的接收天线校准，还可以在接收转换间隙RTG的位置做校准；

校准模块，用于进行天线校准。发送和接收天线校准分别以一定的规则设置初始校准位置，发送校准序列，进行天线校准，根据本次计算结果来决定下一次的校准位置是否需要调整，以及往哪个位置调整。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：根据本发明提供的方法和装置，可以自适应的调整天线校准的位置，挑选一个干扰程度相对最低的位置执行校准操作，从而最大程度地降低了干扰对校准流程的影响，防止天线校准频繁告警；提高了天线校准的精度，保证TDD基站波束赋形的性能。

附图说明

图1为本发明实施例的TD-LTE帧结构示意图。

图2为本发明实施例的上下行帧配置时隙，以及TTG和RTG的示意图。

图3为本发明实施例的TD-LTE不同帧配置的时隙示意图。

图4为本发明实施例的TD-LTE不同特殊子帧配比时DwPTS和UpPTS长度示意图。

图5为本发明实施例的天线校准位置自适应调整方法的示意图。

图6为本发明实施例的天线校准位置自适应调整装置的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中给出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元器件或具有相同或类似功能的元器件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

为了更好的解释本发明，结合图1，首先对TD-LTE上下行时隙以及天线校准时隙位置进行介绍。具体的说，TD-LTE无线帧的第2个子帧（Subframe）为特殊子帧（SpecialSubframe），特殊子帧由下行导频时隙（DwPTS），保护时隙GP，和上行导频时隙（UpPTS）构成。其中保护时隙GP中没有上下行业务，是用作下行->上行的硬件开关切换以及其他的校准操作如天线校准；

TD-LTE协议规定，UL（Up Link，上行）帧需要比DL（Down Link，下行）帧提前624Ts（1Ts = 1/30.72MHz）约20us发送，如图2中所示。其中的接收转换间隙RTG用作上行->下行的硬件开关切换时间，下行->上行的硬件开关切换时间发送转换间隙TTG缩短为GP–624Ts。发送转换间隙TTG和接收转换间隙RTG的位置取决于上下行帧配置和特殊子帧配比，如图3和图4所示；

射频拉远单元RRU根据基带单元BBU下发的帧配置和特殊子帧配比，动态计算出发送转换间隙TTG和接收转换间隙RTG位置，以及在发送转换间隙TTG中校准位置可以移动的最大偏移量MAXOFFSET；

发送转换间隙TTG的位置为特殊子帧中下行导频时隙DwPTS结束后的位置；

接收转换间隙RTG的位置为上行子帧U->下行子帧D切换时下行子帧D前面624Ts的位置。

最大偏移量MAXOFFSET的计算方法为：

MAXOFFSET = 子帧长度(1ms) - Tdwpts – Tuppts - Tud(624Ts)。

其中，Tdwpts为下行导频时隙DwPTS的长度，Tuppts为上行导频时隙UpPTS的长度，Tud为上行帧的提前量624Ts。

发送天线校准时，工作通道处于发送状态，校准通道处于接收状态；FPGA在发送转换间隙TTG中的某一预先设定的初始位置发送校准序列，从工作通道经过PA发出，由校准通道从耦合网络将数据收回，该段发送校准序列经过的通道延时位置记为TX_LATENCY；

本发明实施例预先设定的初始位置为偏移范围内的0偏移位置、最大偏移位置或者中间偏移位置；

优选的，为了提高数据采集窗口的准确性，本发明实施例预先设定FPGA在校准位置+TX_LATENCY位置处开始采集接收到的校准序列；

对采集到的校准序列进行处理，如果干扰很小，可以直接计算出各通道的发送幅度和相位差，生成校准补偿系数并配置给FPGA，实现各发送通道的幅度和相位一致。发送校准时隙位置保持不变；

如果处理结果发现干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，随后在[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间移动到下一个校准位置，进行下一次发送天线校准流程；

接收天线校准时，工作通道处于接收状态，校准通道处于发送状态；FPGA在发送转换间隙TTG中的某一预先设定的初始位置发送校准序列，从校准通道发出，由各个工作通道从耦合网络经LNA将数据收回，该段接收校准序列经过的通道延时位置记为RX_LATENCY；

本发明实施例预先设定的初始位置为偏移范围内的0偏移位置、最大偏移位置或者中间偏移位置；

优选的，为了提高数据采集窗口的准确性，本发明实施例预先设定FPGA在校准位置+RX_LATENCY位置处开始采集接收到的校准序列；

优选的，由于接收校准序列发送通道没有经过PA，为了消除DPD（Digital Pre-Distortion，数字预失真）带来的影响，本发明实施例在发送或接收校准序列时，绕过了DPD模块；

对采集到的校准序列进行处理，如果干扰很小，可以直接计算出各接收通道的幅度和相位差，生成校准补偿系数并配置给FPGA，实现各接收通道的幅度和相位一致。接收校准时隙位置保持不变；

如果处理结果发现干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，随后在[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间移动到下一个校准位置，进行下一次接收天线校准流程；

特别的，对于很容易受到外界环境干扰的接收天线校准，移动的位置还可以在接收转换间隙RTG。该位置的好处是不会受到其他小区发送天线校准的影响以及DwPTS拖尾的影响；

根据本发明实施例提供的方法，可以自适应的调整天线校准的位置，挑选一个干扰程度相对最低的位置执行校准操作，从而最大程度地降低了干扰对校准流程的影响，防止天线校准频繁告警；提高了天线校准的精度，保证TDD基站波束赋形的性能。

天线校准一般采用周期性校准的方式，为了自动调整天线校准的位置，本发明实施例还提出了一种天线校准位置自适应调整的装置。结合图6所示，该装置包括位置调整模块和校准模块；

其中，位置调整模块用于根据接收到的帧配置和特殊子帧配比，动态计算发送转换间隙TTG和接收转换间隙RTG的位置，以及在发送转换间隙TTG中校准位置可以移动的最大偏移量MAXOFFSET；

发送天线校准时，位置调整模块控制FPGA在发送转换间隙TTG中的某一预先设定的初始位置发送校准序列，从工作通道经过PA，由校准通道从耦合网络将数据收回，该段发送校准序列经过的通道延时位置记为TX_LATENCY；

优选的，为了提高数据采集窗口的准确性，本发明实施例位置调整模块预先设定FPGA在校准位置+TX_LATENCY位置处开始采集接收到的校准序列；

校准模块对采集到的校准序列进行处理，如果干扰很小，可以直接计算出各通道的发送幅度和相位差，生成校准补偿系数并配置给FPGA，实现各发送通道的幅度和相位一致。发送校准时隙位置保持不变；

如果校准模块处理结果发现干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，通知位置调整模块在[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间移动到下一个校准位置，进行下一次发送天线校准流程；

接收天线校准时，位置调整模块控制FPGA在发送转换间隙TTG中的某一预先设定的初始位置发送校准序列，从校准通道经耦合网络，由各个工作通道从耦合网络经LNA将数据收回，该段接收校准序列经过的通道延时位置记为RX_LATENCY；

优选的，为了提高数据采集窗口的准确性，本发明实施例位置调整模块预先设定FPGA在校准位置+RX_LATENCY位置处开始采集接收到的校准序列；

优选的，由于接收校准序列发送通道没有经过PA，为了消除DPD带来的影响，本发明实施例位置调整模块在发送接收校准序列时，绕过了DPD模块；

校准模块对采集到的校准序列进行处理，如果干扰很小，可以直接计算出各接收通道的幅度和相位差，生成校准补偿系数并配置给FPGA，实现各接收通道的幅度和相位一致。接收校准时隙位置保持不变；

如果校准模块处理结果发现干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，通知位置调整模块在[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间移动到下一个校准位置，进行下一次接收天线校准流程；

特别的，对于很容易受到外界环境干扰的接收天线校准，位置调整模块移动的位置还可以在接收转换间隙RTG。该位置的好处是不会受到其他小区发送天线校准的影响以及DwPTS拖尾的影响；

根据本发明实施例提供的装置，可以自适应的调整天线校准的位置，挑选一个干扰程度相对最低的位置执行校准操作，从而最大程度地降低了干扰对校准流程的影响，防止天线校准频繁告警；提高了天线校准的精度，保证TDD基站波束赋形的性能。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤，可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本发明的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：射频拉远单元RRU根据基带单元BBU下发的帧配置和特殊子帧配比确定保护时隙GP中发送转换间隙TTG的位置，以及接收转换间隙RTG的位置，动态计算出发送转换间隙TTG中校准位置可以移动的最大偏移量MAXOFFSET；

步骤2：发送和接收天线校准的时隙位置能够在[Tttg, Tttg + MAXOFFSET]之间自适应移动，其中Tttg为发送转换间隙TTG开始的时间点；

步骤3：在偏移范围内预先设定的初始位置发送校准序列，进行天线校准；

步骤4：对采集到的校准序列进行处理，根据计算结果自适应调整下一次天线校准的时隙位置，保持或调整。

2.如权利要求1所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于：

所述步骤1中发送转换间隙TTG的位置为特殊子帧中下行导频时隙DwPTS结束后的位置；

所述步骤1中接收转换间隙RTG的位置为上行子帧U->下行子帧D切换时下行子帧D前面624Ts的位置。

3.如权利要求1所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于，所述步骤1中最大偏移量MAXOFFSET的计算方法为：

MAXOFFSET = 子帧长度(1ms) - Tdwpts – Tuppts - Tud(624Ts)

其中，Tdwpts为下行导频时隙DwPTS的长度，Tuppts为上行导频时隙UpPTS的长度，Tud为上行帧的提前量624Ts。

4.如权利要求1所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于，所述步骤3具体为：

发送天线校准时，工作通道处于发送状态，校准通道处于接收状态；现场可编程门阵列FPGA在发送转换间隙TTG中的某一预先设定的初始位置发送校准序列，从工作通道经过功率放大器PA发出，由校准通道从耦合网络将数据收回，该段发送校准序列经过的通道延时位置记为TX_LATENCY；

接收天线校准时，工作通道处于接收状态，校准通道处于发送状态；现场可编程门阵列FPGA在发送转换间隙TTG中的某一预先设定的初始位置发送校准序列，从校准通道发出，由各个工作通道从耦合网络经低噪声放大器LNA将数据收回，该段接收校准序列经过的通道延时位置记为RX_LATENCY。

5.如权利要求1所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于，所述步骤2中，对于容易受到外界环境干扰的接收天线校准，时隙位置选择增加了接收转换间隙RTG的位置。

6.如权利要求4所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于：在发送天线校准时，所述预先设定的初始位置为偏移范围内的0偏移位置、最大偏移位置或者中间偏移位置，采集接收的校准序列位置为校准位置+TX_LATENCY位置处；在接收天线校准时，所述预先设定的初始位置为偏移范围内的0偏移位置、最大偏移位置或者中间偏移位置，采集接收的校准序列位置为校准位置+RX_LATENCY位置处。

7.如权利要求4所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于：

发送天线校准后，对采集到的校准序列进行处理，如果干扰很小，可以直接计算出各通道的发送幅度和相位差，生成校准补偿系数并配置给现场可编程门阵列FPGA，实现各发送通道的幅度和相位一致，则保持发送校准时隙位置不变，作为下一次天线校准的位置；

如果计算的结果干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，随后在偏移范围内移动到下一个校准位置，进行下一次天线校准流程；

接收天线校准后，对采集到的校准序列进行处理，如果干扰很小，可以直接计算出各接收通道的幅度和相位差，生成校准补偿系数并配置给现场可编程门阵列FPGA，实现各接收通道的幅度和相位一致，则保持接收校准时隙位置不变，作为下一次天线校准的位置；

如果处理结果干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，随后在偏移范围内移动到下一个校准位置，进行下一次接收天线校准流程。

8.如权利要求1所述的一种天线校准位置自适应调整方法，其特征在于：所述天线校准为周期性校准方式。

9.一种适用于上述权利要求1-8之一的天线校准位置自适应调整方法的装置，其特征在于，包括位置调整模块和校准模块：

所述位置调整模块，用于根据基带单元BBU下发的帧配置和特殊子帧配比，确定保护时隙GP中发送转换间隙TTG的位置，以及接收转换间隙RTG的位置，动态计算出在发送转换间隙TTG中校准位置可以移动的最大偏移量MAXOFFSET；位置调整模块能够在[Tttg, Tttg +MAXOFFSET]之间自适应移动发送和接收天线校准的时隙位置；对于容易受到外界环境干扰的接收天线校准，时隙位置选择增加了接收转换间隙RTG的位置；

所述校准模块根据采集到的校准序列进行计算，自适应调整下一次天线校准的时隙位置，保持或调整。

10.如权利要求9所述的一种天线校准位置自适应调整装置，其特征在于：

当所述校准模块计算的结果干扰很低，满足天线校准精度的要求，会保持当前的位置作为下一次天线校准的位置；

当所述校准模块计算的结果发现干扰很大，影响天线校准的计算流程，便丢弃这一组数据，随后在偏移范围内移动到下一个校准位置，进行下一次天线校准流程。

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