CN117040657B - 多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法 - Google Patents

多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，包括如下步骤：（1）通过调整幅度控制字，扫描第1通道内各幅度在不同相位控制字下的相位，在扫描的同时监控幅度，使幅度保持为预设值；（2）切换为第2‑N通道，在通道的各个幅度下的相位控制字范围内抽取K个关键字，通过调整幅度控制字，扫描通道内各幅度在K个关键字下对应的相位；在扫描的同时监控幅度，使幅度保持为预设值，以第1通道为基准，将K个关键字下对应的相位和第1通道内对应相位控制字的相位做差，通过拟合相位控制字和相位差的关系，校准第2‑N通道各幅度对应的相位。本发明校准效率高，校准后相位值准确，可以保持各个通道的幅度相位的一致性。

Description

多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法
技术领域
本发明涉及频点校准方法，具体是一种多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法。
背景技术
大规模天线阵列波束成形是5G的核心技术，为了仿真验证波束成型技术的性能，需要用到多通道、高精度的相位合成测试设备。
多通道移相调幅矩阵系统是一种用于相位合成的测试设备，在使用时，由于硬件特性，各个通道的幅度相位在上电后会产生较大的幅度相位偏差，这样会严重影响测试的准确性，而矩阵的通道及相位数量较大，手动依次调节十分费时，且调节准确度不高。
发明内容
基于此，有必要针对上述由于硬件特性导致的各个通道的幅度相位偏差、不一致性的技术问题，提供一种调节速度快、调节准确度高的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法。
一种多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，所述移相调幅矩阵包括N个通道，包括如下步骤：
（1）通过调整幅度控制字，扫描第1通道内各幅度在不同相位控制字下的相位，在扫描的同时，实时调整幅度，使幅度保持为预设值；
（2）切换为第i通道，i=2,3……N，N为通道数；在第i通道的各个幅度下的相位控制字范围内抽取K个相位控制字作为关键字，通过调整幅度控制字，扫描第i通道内各幅度在K个关键字下对应的相位；在扫描的同时，实时调整幅度，使幅度保持为预设值；以第1通道为基准，将K个关键字对应的相位和第1通道内对应相位控制字的相位做差，通过拟合相位控制字和相位差的关系，计算校准第i通道各幅度的相位。
在其中一个实施例中，步骤（1）采用幅度步进的方式设置第1通道各幅度；设置并调整幅度控制字，扫描各幅度在所有相位控制字下对应的相位值；具体过程如下：
（1-1）设置幅度控制字，判断第1通道的幅度初始值是否为0，若是，设置相位控制字，扫描相位控制字对应的相位，在扫描的同时监控幅度初始值，使其保持为0；
（1-2）采用幅度步进的方式设置第1通道其余幅度；设置幅度控制字，根据幅度步进值调整预设值，判断当前幅度是否达到当前的预设值，若是，设置相位控制字，扫描当前幅度下所有相位控制字对应的相位，在扫描的同时监控幅度，使其保持为当前的预设值；
直至将第1通道内的所有幅度设置完毕，得到第1通道各幅度在相位控制字范围内所有的相位值。
在其中一个实施例中，步骤（2）基于步骤（1），也采用相同的幅度步进方式设置第i通道各幅度；从第i通道内各幅度的相位控制字范围内选取K个相位控制字作为关键字，设置并调整幅度控制字，扫描各幅度在K个关键字下对应的相位值；具体过程如下：
（2-1）设置幅度控制字，判断第i通道的幅度初始值是否为0，若是，从相位控制字中选取K个关键字，扫描K个关键字对应的相位，在扫描的同时监控幅度初始值，使其保持为0；
（2-2）将K个关键字对应的相位和第1通道内0dB对应的相位控制字的相位做差，得到K个相位差；将相位控制字作为自变量x，相位差作为因变量y，则K个关键字对应K个点（x，y），将K个点中相邻的相位控制字所对应的两点连线，得到K-1条直线段，定义直线段公式为y=kx+b，其中x为相位控制字，y为该相位控制字对应的相位差；通过直线段的两个端点拟合确定常数k和b，得到用于表征相位控制字和相位差关系的线段公式；
（2-3）确定剩余相位控制字所在的直线段，根据直线段公式y=kx+b计算剩余相位控制字对应的相位差，而后与第1通道上对应相位控制字的相位求和，得到第i通道0dB下的对应相位控制字的相位；
（2-4）采用幅度步进的方式设置第i通道其余幅度；设置幅度控制字，根据幅度步进值调整预设值，判断当前幅度是否达到当前的预设值，若是，扫描当前幅度下K个关键字对应的相位，以第1通道相应幅度为基准，将K个关键字对应的相位和第1通道内相应幅度下相位控制字的相位做差，拟合相位控制字和相位差的关系，计算校准第i通道其他幅度（不为0的幅度）对应的相位；在扫描的同时监控幅度，使其保持为当前的预设值；
（2-5）更换下一个通道，重复步骤（2-1）到步骤（2-4），完成N个通道所有幅度的设置，以及所有幅度在K个关键字下相位的校准。
进一步的，所述步骤（2-1）中，第i通道0dB幅度下K个关键字的幅度控制字、相位控制字、幅度值和相位值已知；还包括如下步骤：
将第i通道0dB幅度下的K个幅度控制字与第1通道上0dB幅度下对应的幅度控制字做差，得到K个幅度控制字差值Δc；取K个幅度控制字差值Δc的平均值，记为Δa；则第i通道其他幅度控制字为第1通道对应幅度控制字的值与Δa的和。
可选的，所述通道数N为2-1024。所述相位控制字的范围为0-255。所述K取值为10-15。优选的，在第i通道的各个幅度下所选取的K个关键字包括0和255。
进一步优选的，按照幅度步进0.5dB或1dB的方式设置通道幅度。
和现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以设置校准第1通道为基础，选取其他通道的若干关键字实现了所有通道的相位校准，其校准效率高，可以保持各个通道的幅度相位的一致性，经验证，本发明能够满足通信系统超大规模天线阵列及各代移动通讯基站的波束成型测试要求，实现N通道上信号的幅度和相位独立可控。
附图说明
图1为一实施例中的幅度相位校准流程图；
图2为一实施例中采用的硬件系统框图；
图3为一实施例中的N通道调幅矩阵校准前相位示意图；
图4为一实施例中的N通道调幅矩阵校准后相位示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，若有出现指示方位或位置关系的术语，这些术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，若有出现术语“多个”，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
参阅图1，一种多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，移相调幅矩阵包括N个通道，包括如下步骤：
（1）通过调整幅度控制字，扫描第1通道内各幅度在相位控制字下的相位，在扫描的同时，实时调整幅度，使其保持为预设值；具体的：
采用幅度步进的方式设置第1通道各幅度；设置第1通道各幅度的相位控制字的范围为0-255，设置并调整幅度控制字，扫描各幅度在0-255相位控制字下对应的相位值；具体过程如下：
（1-1）设置幅度控制字，判断第1通道的幅度初始值是否为0，若是，设置相位控制字，扫描0-255相位控制字对应的相位，在扫描的同时针对幅度的波动实时调整幅度初始值，使其保持为0；
（1-2）采用幅度步进的方式对第1通道其余幅度进行设置；具体的，设置幅度控制字，根据幅度步进值调整预设值，判断当前幅度是否达到当前的预设值，预设值即预设的幅度值（图1中，第一、第四个判断框内的“是否达到幅度值”意思为“是否达到预设的幅度值”），若是，设置相位控制字，扫描当前幅度下0-255相位控制字对应的相位，在扫描的过程针对幅度的波动实时调整幅度，使其保持为当前的预设值；
将第1通道内的所有幅度设置完毕，得到第1通道各幅度在相位控制字范围内的256个相位值。
（2）切换为第i通道，i=2,3……N，N为通道数，N的取值范围为2-1024；在第i通道的各个幅度下的相位控制字范围内抽取K个相位控制字作为关键字，通常，K取值为10-15；通过调整幅度控制字，扫描第i通道内各幅度在K个关键字下对应的相位；在扫描的过程，同样需要实时调整幅度，使其保持为预设值；以第1通道为基准，将K个关键字对应的相位和第1通道内对应相位控制字的相位做差，通过拟合相位控制字和相位差的关系，计算校准第i通道各幅度的相位。具体的：
采用幅度步进的方式设置第i通道各幅度；设置第i通道各幅度的相位控制字的范围为0-255；从第i通道内不同幅度的0-255相位控制字范围内选取K个相位控制字作为关键字，设置并调整幅度控制字，扫描第i通道各幅度在关键字下对应的相位值；具体过程如下：
（2-1）设置幅度控制字，判断第i通道的幅度初始值是否为0，若是，从相位控制字0-255中选取K个关键字，扫描K个关键字对应的相位，在扫描的同时针对幅度的波动实时调整幅度初始值，使其保持为0；
（2-2）将K个关键字对应的相位和第1通道内0dB对应的相位控制字的相位做差，得到K个相位差；将相位控制字作为自变量x，相位差作为因变量y，则K个关键字对应K个点（x，y），将K个点中相邻的相位控制字所对应的两点连线，得到K-1条直线段，定义直线段公式为y=kx+b，其中x为相位控制字，y为该相位控制字对应的相位差；通过直线段的两个端点拟合确定常数k和b，得到用于表征相位控制字和相位差关系的线段公式；
（2-3）确定剩余相位控制字所在的直线段，根据直线段公式y=kx+b计算剩余相位控制字对应的相位差，而后与第1通道上对应相位控制字的相位求和，得到第i通道0dB下的对应相位控制字的相位；
（2-4）将幅度步进，根据幅度步进值调整预设值，采用步骤（2-1）-（2-3）的方式，完成第i通道其他幅度的设置，计算校准第i通道其他幅度对应的相位；具体的，设置幅度控制字，根据幅度步进值调整预设值，判断当前幅度是否达到当前的预设值，若是，扫描当前幅度下K个关键字对应的相位，以第1通道相应幅度为基准，将K个关键字对应的相位和第1通道内相应幅度下相位控制字的相位做差，拟合相位控制字和相位差的关系，计算校准第i通道其他幅度（＞0的幅度）对应的相位；在扫描的同时监控幅度，使其保持为当前的预设值；
（2-5）更换下一个通道，重复步骤（2-1）到步骤（2-4），直至将所有通道的幅度相位设置校准完毕。
进一步的，通过步骤（2-1）能够确定第i通道0dB幅度下K个关键字的幅度控制字、相位控制字、幅度值和相位值；还包括如下步骤：
将第i通道0dB幅度下的K个幅度控制字与第1通道上0dB幅度下对应的幅度控制字做差，得到K个幅度控制字差值Δc；取K个幅度控制字差值Δc的平均值，记为Δa；则第i通道其他幅度控制字为第1通道对应幅度控制字的值与Δa的和。
下面结合图2，对一种N通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法进行详细说明。该实施例中，上述幅度相位校准方法以软件产品的形式存储于计算机可读存储介质中，该存储介质中存储有至少一可执行指令，其在电子设备上运行时，电子设备执行幅度相位校准方法的操作。
本实施例需要用到的硬件设备有网络分析仪、开关矩阵、N通道移相调幅矩阵、计算机和交换机。
其中，网络分析仪用于提供射频信号的发射，以及幅度值、相位值的读取。开关矩阵用于切换链路通道。N通道移相调幅矩阵用于设置各个通道的幅度相位，此设备也是本申请用到的核心设备，本申请基于该设备进行幅度相位校准方法。计算机用于安装幅度相位校准软件，并执行幅度相位校准方法。
此处列举校准一个频点下的幅度(0-60dB)范围的相位一致性，其他频点校准方法与此频点一致。
S1、将网络分析仪设置成幅度相位模式；
S2、将开关矩阵切到CH1（通道1），同时将网络分析仪归零；
S3、先校准幅度为0dB时的相位，设置幅度控制字，通过网络分析仪读取此时幅度，如果幅度达到0dB，则不再调整幅度，此时进行相位的读取，分别设置相位控制字（0-255），设置相位控制字时，幅度可能会受影响并改变，再次进行调整，使其保持为0dB，并再次读取相位值；通过设置256个相位控制字，得到256个相位值；
S4、幅度0dB调整结束后，采用步进0.5dB或1dB等方式设置其余幅度，并继续扫描0-60dB幅度范围内的相位，方式与步骤S3一致，该过程中，预设值根据幅度步进做调整（例如，幅度为0.5dB时，则预设值也为0.5 dB），若扫描过程幅度偏离预设值，需实时调整，使其和当前的预设值一致，直至完成CH1下0-60dB幅度范围内所有幅度的设置以及相位信息的获取；
S5、CH1扫描完成后，继续校准剩余N-1个通道的幅度相位，由于每个衰减值都对应0-255个相位控制字的状态，校准时间会比较长；所以针对剩余的N-1个通道，幅度的设置按照通道1的设置方式进行，而各幅度相位信息的获取采用抽点的方式进行；例如，针对一个幅度，在其对应的相位控制字0-255中选取0，25，50，75，100，125，150，175，200，225，255 这11个相位控制字作为关键字，按照步骤S3、S4的方式设置幅度，扫描得到11个关键字对应的相位信息；
上述11个关键字的相位控制字和相位均是已知的，以CH1为基准，实现所有通道相位的校准。具体的，将这11个点的相位与通道1对应相位控制字的相位做差值，得到11个相位差Δ（y 1 ，y 2 ，y 3 ……，y 10 ，y 11 ）；
定义11个点（x，y），x表示相位控制字，y表示相位差Δ，将相邻的相位控制字对应的两点（（x 1 ，y 1 ）与（x 2 ，y 2 ）、（x 2 ，y 2 ）与（x 3 ，y 3 ）……，（x 10 ，y 10 ）与（x 11 ，y 11 ））连成直线，得到10条直线段，每条直线段都可以用于表征一定相位控制字范围（x 1 ~x 2 ，x 2 ~x 3 ， x 3 ~x 4 ……）内的相位控制字和相位差的关系，将相位控制字x作为自变量，相位差y作为因变量，定义直线段公式y=k j x+b j ，j=1,2,……,10，通过拟合得到常数k j 和b j ，由此确定10条直线段的公式；
S6、对于其余相位控制字，确定相位控制字所在的直线段，根据所在直线段的公式y=k j x+b j 计算对应的相位差值，而后与CH1对应的相位控制字的相位值求和，得到各个通道其余控制字下的相位值；例如：要得到CH2（通道2）相位控制字为10的相位值，首先查到通道1相位控制字为10的相位值 P1，然后确定通道2控制字10位于哪条直线（相位控制字0，25，50，75，100，125，150，175，200，225，255构成10条直线），由于10在0和25之间，所以10处在第一条直线上，则根据第一条直线公式y=k 1 x+b 1 算出此时的相位差Δy 1 ，控制字对应的相位值即为 P1+Δy 1 ，相位控制字 0-255对应的相位值，都按此种方式计算得出；
此外，还可以计算11 个幅度控制字和CH1中对应幅度控制字的差值，对差值做平均处理，记为Δa，除了这 11个点外的其他点的幅度控制字为CH1的幅度控制字的值加上Δa，最终得到当前通道的 256个幅度的相关信息；
S7、将校准计算后的所有数据保存，对N通道移相调幅矩阵的校准工作便全部结束。
如图3、图4所示为本实施例的N通道调幅矩阵校准前、后的相位示意图。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，所述移相调幅矩阵包括N个通道，其特征在于，包括如下步骤：
（1）通过调整幅度控制字，扫描第1通道内各幅度在不同相位控制字下的相位，在扫描的同时，实时调整幅度，使幅度保持为预设值；
具体的，采用幅度步进的方式设置第1通道各幅度，设置并调整幅度控制字，扫描各幅度在所有相位控制字下对应的相位值，过程如下：
（1-1）设置幅度控制字，判断第1通道的幅度初始值是否为0，若是，设置相位控制字，扫描相位控制字对应的相位，在扫描的同时监控幅度初始值，使其保持为0；
（1-2）采用幅度步进的方式设置第1通道其余幅度；设置幅度控制字，根据幅度步进值调整预设值，判断当前幅度是否达到当前的预设值，若是，设置相位控制字，扫描当前幅度下所有相位控制字对应的相位，在扫描的同时监控幅度，使其保持为当前的预设值；
直至将第1通道内的所有幅度设置完毕，得到第1通道各幅度在相位控制字范围内所有的相位值；
（2）切换为第i通道，i=2,3……N，N为通道数；在第i通道的各个幅度下的相位控制字范围内抽取K个相位控制字作为关键字，通过调整幅度控制字，扫描第i通道内各幅度在K个关键字下对应的相位；在扫描的同时，实时调整幅度，使幅度保持为预设值；以第1通道为基准，将K个关键字对应的相位和第1通道内对应相位控制字的相位做差，通过拟合相位控制字和相位差的关系，计算校准第i通道各幅度的相位；
具体的，采用幅度步进的方式设置第i通道各幅度，从第i通道内各幅度的相位控制字范围内选取K个相位控制字作为关键字，设置并调整幅度控制字，扫描各幅度在K个关键字下对应的相位值，过程如下：
（2-1）设置幅度控制字，判断第i通道的幅度初始值是否为0，若是，从相位控制字中选取K个关键字，扫描K个关键字对应的相位，在扫描的同时监控幅度初始值，使其保持为0；
（2-2）将K个关键字对应的相位和第1通道内0dB对应的相位控制字的相位做差，得到K个相位差；将相位控制字作为自变量x，相位差作为因变量y，则K个关键字对应K个点（x，y），将K个点中相邻的相位控制字所对应的两点连线，得到K-1条直线段，定义直线段公式为y= kx+b，其中x为相位控制字，y为该相位控制字对应的相位差；通过直线段的两个端点拟合确定常数k和b，得到用于表征相位控制字和相位差关系的线段公式；
（2-3）确定剩余相位控制字所在的直线段，根据直线段公式y=kx+b计算剩余相位控制字对应的相位差，而后与第1通道上对应相位控制字的相位求和，得到第i通道0dB下的对应相位控制字的相位；
（2-4）采用幅度步进的方式设置第i通道其余幅度；设置幅度控制字，根据幅度步进值调整预设值，判断当前幅度是否达到当前的预设值，若是，扫描当前幅度下K个关键字对应的相位，以第1通道相应幅度为基准，将K个关键字对应的相位和第1通道内相应幅度下相位控制字的相位做差，拟合相位控制字和相位差的关系，计算校准第i通道其他幅度对应的相位；在扫描的同时监控幅度，使其保持为当前的预设值；
（2-5）更换下一个通道，重复步骤（2-1）到步骤（2-4），完成N个通道所有幅度的设置，以及所有幅度在K个关键字下相位的校准。
2.根据权利要求1所述的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，其特征在于，所述步骤（2-1）中，第i通道0dB幅度下K个关键字的幅度控制字、相位控制字、幅度值和相位值已知；还包括如下步骤：
将第i通道0dB幅度下的K个幅度控制字与第1通道上0dB幅度下对应的幅度控制字做差，得到K个幅度控制字差值Δc；取K个幅度控制字差值Δc的平均值，记为Δa；则第i通道其他幅度控制字为第1通道对应幅度控制字的值与Δa的和。
3.根据权利要求1所述的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，其特征在于：所述通道数N为2-1024。
4.根据权利要求1所述的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，其特征在于：所述相位控制字的范围为0-255。
5.根据权利要求4所述的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，其特征在于：所述K取值为10-15。
6.根据权利要求5所述的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，其特征在于：在第i通道的各个幅度下所选取的K个关键字包括0和255。
7.根据权利要求1所述的多通道移相调幅矩阵的幅度相位校准方法，其特征在于：按照幅度步进0.5dB或1dB的方式设置通道幅度。
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