CN1324504A

CN1324504A - 无线阵完全自含校准的系统和方法

Info

Publication number: CN1324504A
Application number: CN99812666A
Authority: CN
Inventors: 雷·K·巴特勒; 迈克尔·G·梅尔维尔; 柯蒂斯·F·迈克利夫; J·托德·艾尔森
Original assignee: Metawave Communications Corp
Current assignee: Metawave Communications Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2001-11-28
Also published as: EP1095425A1; BR9910961A; WO1999063619A1; CA2334243A1; WO1999063619A8; US6133868A

Abstract

本发明公开的系统和方法用于为从一个发射系统同时广播的信号提供相位关系的校准。在一个优选实施例中,校准信号被引入到发射系统中,且提供给各个天线阵子。在极靠近天线阵子的位置上该抽样校准信号,以便抽样由发射系统引入的相移。抽样后,各组天线阵子的信号被组合用于沿天线杆向下传输到本发明的有源电路。由此,本发明可用于选择性地激励各组天线阵子,以便沿组合信号路径向下提供一个校准信号。通过每次参考一个抽样信号,本发明确定一个必要的相位调整值,以在天线阵子产生信号所需要的相位关系。

Description

天线阵完全自含校准的系统和方法

在此可参考下面的同时待审的、通常被转让的美国专利申请：申请号08/582,525，名称“METHOD AND APPARATUS FORIMPROVED CONTROL OVER CELLULAR SYSTEMS”；申请号08/651,981，名称“SYSTEM AND METHOD FOR CELLULAR BEAMSPECTRUM MANAGEMENT”；申请号08/808,304，名称“CONICALOMNI-DIRECTIONAL COVERGE MULTIBEAM ANTENNA WITHMULTIPLE FEED NETWORK”；以及申请号08/924,285，名称“ANTENNA DEPLOYMENT SECTOR CELL SHAPING SYSTEMAND METHOD”，这些专利申请所公开的内容在此作为参考。

本发明一般涉及同时从一个天线阵的多个传输，更特别的是，涉及在该天线阵同时发射多个信号时，校准这些信号以避免破坏性的组合。

我们常希望同时广播信号，即从组成一个天线阵的多个天线振元同时发射多个信号(应理解的是，在此讨论的一个天线阵的天线振元实际上可以是，激励时能产生一种预定辐射方向图的天线结构中的任一部分)。这种同时广播信号的情况是常有的，例如，在相控阵天线中，提供给一个天线振元的每个信号逐渐同相，以便从所有天线振元辐射的能量能够组合和/或抵消，以形成理想的辐射方向图。同样地，在各个预定天线波束从一个天线阵提供的多波束系统中，可实现在多个天线波束上同时广播信号，如在一个控制信道，以便在比单个天线波束区域更大、或形状不同的区域上提供信号。

然而，在目前技术水平下，发射前面提到的信号通常要求发射机和天线阵之间要设置大量的电路。这些电路可包含相当长的传输电缆，以将来自发射机的信号向上送至天线杆，直到天线阵。另外，诸如滤波器、放大器、合路器以及类似电路的有源电路可设置在信号路径上，以提供信号的预定控制。这种有源电路一般地会对发射信号产生我们所不希望的影响。

例如，与将从天线阵同时广播的各个信号相关联的电缆长度可能不精确。由此，最初被引入以从天线阵提供预定辐射方向图的信号之间的相位关系、或相位序列，可能要受影响，因此造成组合辐射方向图上为零，或其它不希望得到的效果。

同样，其它电路，如设置在信号路径上的线性功率放大器(LPA)，也可能影响预定的相位关系，导致组合辐射方向图出现不希望有的结果。此外，这种电路可能在各个信号之间引入交叉耦合。例如，在使用分布式放大器的地方，每个输入信号之间的交叉耦合通常被放大。这种交叉耦合可能以非线性或不可预见的方式影响相位关系。因此，如果不是不可能的话，也很难正确地调谐信号电路，以便预先或永久维持预定的相位关系。

然而，如果对同时从多个天线阵子广播的信号不能维持正确的相位关系，那么组合辐射方向图可能包含由破坏性的信号组合而引起的前面所提到的零点。当前的校准技术通常要求在天线结构的辐射振子上放置探针、遥控设备、或中继通信设备，以便提供有关信号相位的信息。在颁证给Roy的美国专利5,546,090中公开了这一系统。然而，这种技术不太方便，因为它们要求在天线外面配置、维护和耗费一个应答器，而且发射系统要求校准。外部应答器是一种有源组件，它被物理分隔，而且通常放置不方便，因此对校准、服务和测试这种系统带来额外的花费。

因此，在技术上需要一种完全自含，即不在发送电路和天线电路之外，用于校准多个信号以同时广播，以便同时广播时提供预定相位关系的系统和方法。

技术上的另一需要是，一种适应于校准多个信号以同时广播的系统和方法，它能补偿其它信号导致的交叉耦合或串话。

技术上的另一需要是，一种用于校准信号的任何有源组件，方便和稳定地与发送系统的其它有源组件一起设置。

技术上的进一步需要是，该校准系统和方法能自动地工作以动态地校准多个信号。

上述这些以及其它目的、特征和技术优点可通过一种系统和方法实现，该系统和方法用于测量天线阵上的信号属性差，以及提供属性调整来相应地消除不需要的差值。本发明的一个优选实施例在尽可能靠近信号到辐射能的实际转换点上，抽样要从塔顶的一个天线阵同时广播的每个信号。非常接近于转换辐射能的信号的信号属性，如相位，与一个基准信号相比较，以测量或确定发射信号路径的效果。由此，这个实施例被调整，以便能抽样被抽样信号的发送电路所引入的基本上所有的信号属性变化。

此外，在信号同时从一种天线结构发射的情况下，比如该天线结构可能与一个扇区化系统的其它扇区相关，当我们所关心的多个信号被抽样时，这些信号可被发射。这就允许本发明抽样与这些其它信号相关的信号属性变化，这些属性变化是由发送电路中的交叉干扰或串话所导致的，以及在这些其它扇区中维持不间断的通信。

本发明的一个优选实施例在塔顶只使用无源电子元件。因此，简化了本发明的配置、操作和维护。此外，由于有源组件不配置在塔顶，而塔顶通常为对诸如大风和闪电等造成的损害敏感，而无法接近和苛刻的环境，因此实现了成本效益。配置在塔顶的无源组件比有源组件要便宜，因此由于苛刻条件造成了损害，更换起来也不那么昂贵。另外，在发射系统和天线结构之间的天线杆上配置的电缆线路，如用于供电和控制信号，也可减少。

此外，在一个优选实施例中，使用一个通用信号路径，或一根电缆，为多个同时广播信号的每个信号提供被抽样信号到本发明的有源组件中，因此得以维持上面提到的成本优点。除了提供成本优点外，本实施例还具有一个优点，即传递任何信号属性变化到由返回信号路径引入的抽样信号中，因为每个抽样信号经历了同样的信号路径。

由此，本发明提供了相对信号属性差的比较，如沿天线杆向下传输的相差。最好配置发射设备以便利用现有环境，并提供与现有设备的简单耦合的一种控制系统，确定由发送电路在信号中引入的信号属性变化，以及由此调整或校准发射信号。由于提供用于抽样信号的控制系统和电子设备全部包含在发送系统内，因此本发明可在，如一个维护周期期间内，自动地校准发射信号。

应理解的是，本发明的一个技术优势在于，提供一种完全自含系统和方法，用于校准同时广播信号的相位关系。

本发明的另一技术优势为，具有补偿与发射系统相关的其它信号产生的交叉耦合或串话的能力。

本发明的另一技术优势为，塔顶只配置无源电子设备，以便提供用于校准信号的任何有源组件与发射系统的其它组件方便和稳定地沿天线杆向下安装。

本发明的再一技术优势是，本发明具有自动校准信号的能力，而不要求中断系统提供的所有通信。

上面概略而不是全面地描述了本发明的特征和技术优势，以便下面对于本发明的详细描述能被更好地理解。下文中将描述本发明的其它特征和优点，这些将组成本发明的权利要求书的主题。本领域的技术人员应理解，在此公开的概念和特定实施例可方便地用作改进和设计其它结构的基础，这些结构可实现与本发明的相同的目的。本领域的技术人员还应理解，这些等效结构并不偏离所附权利要求书陈述的本发明的精神和范围。

为更充分地理解本发明以及本发明的优点，现在参考下面的描述连同附图，其中：

图1示意了拥有三个扇区的一个蜂窝通信系统中的一个小区；

图2示意了图1中的小区，其中相控阵天线用于照射扇区；

图3示意了图1中的小区，其中多波束天线用于照射扇区；

图4示意了本发明的一个优选实施例的电路方框图；以及

图5示意了本发明的操作流程图；

图6示意了一个可选实施例的图4中的部分电路，其中各个天线波束信号的校准被抽样。

对于提供信号发射，常希望用一个特定信号的发射来照射预定区域。为了提供一个信号所照射区域的控制，即产生预定的辐射方向图，通常使用各种天线结构，如相控阵或多波束天线。

相控阵天线使用以预定方式彼此相对配置的多个天线振元，比如以间隔一个波长的预定方式放置。这些天线振元由预定区域中要发射的信号激励，然而天线振元配有离散信号，它们被各自调整，以便在同时激励天线阵子时，形成预定的辐射方向图。例如，通过在这些离散信号之间提供一个特定的相位序列，它对应于天线振元的物理位置，由各个天线振元辐射的信号将创建性地和破坏性地组合，以产生预定的辐射方向图。

多波束天线使用与多波束天线的各个输入相关的多种预定的辐射方向图，或天线波束。提供给多波束天线中一个特定输入的信号将在相关的天线波束中被辐射。如果希望得到一个不同的天线辐射图，如照射一个更大的区域，那么该信号可同时提供给多波束天线的多个输入。然而，由于依赖于天线波束源的关系，在多个天线波束上同时广播信号可能会破坏性地组合，结果产生不想要的零点。因此，最好是能提供相互之间具有特定相位关系的多个信号被同时广播，以产生预定的组合辐射方向图。

参考图1，可能与一个蜂窝通信系统相关的一个小区示意为小区100。小区100拥有天线节111,112和113。每个天线节与小区中的一个扇区相关。然而，应理解的是，尽管为示意小区的扇区，图中示出了离散的天线结构，但本发明没有这种限制。

天线节111与α扇区，即扇区101相关，天线节112与β扇区，即扇区102相关，天线节113与γ扇区，即扇区103相关。当然，小区100可包含任何希望数量的扇区，包括单个扇区或全向扇区。

在诸如上述的相控阵系统中，每个天线节可包含，例如一个天线振元的操纵板。为帮助理解本发明，将讨论以一个波长的预定间隔交叉配置在天线节表面的一个阵列的4个天线振元，如图2所示。然而，应理解的是，本发明可工作于任何数量阵子的这种天线阵。

每个这种天线振元可配有一个离散信号，以便产生一个基本上限制于相关扇区区域内的复合辐射方向图。因此，每个天线振元配有的一个信号可根据该天线节的其它天线振元来适当调相，即提供给每个天线阵子一个扇区要发射信号的4个重复中的一个，每个重复信号彼此之间有预定的相位关系，以便在相关扇区之外的区域破坏性地组合。因此，可提供照射扇区的辐射方向图，如图2中示意的分别与天线节111、112和113相关的辐射方向图210、220和230。另外，通过调整提供给天线振元的信号的相位关系，可改变辐射方向图的属性，如形状、方向、或方位。

在诸如上述的多波束天线系统中，不管是多个天线还是单个天线来提供多个天线波束，每个天线节可包含，例如多个天线波束源。应理解的是，多个天线波束中的天线波束源实际上可包含通用天线振元的使用，如通过使用不同的相位序列激励，以便形成预定的天线波束。为帮助理解本发明，将讨论由每天线节4个天线提供的4个天线波束的操纵板，如图3所示。然而，应理解的是，本发明可工作于任何数量的天线波束，天线波束可以有或者没有天线阵操纵板标识。例如，根据本发明提供多个天线波束的一种天线结构，在上面参考的名为“Conical Omni-Directional Coverage Multibeam Antenna WithMultiple Feed Network”的专利申请中描述，之前它作为参考文献。

每个天线波束源可提供一个离散信号输入，以便通过提供一个信号到该特定的天线波束输入，来选择发射该信号的特定天线波束。当希望在不同于单个天线波束区域的区域中提供一个特定信号时，该信号被同时提供给多个天线波束输入。然而，为避免出现不希望的破坏性组合，或相反提供一种预定的复合辐射方向图，可提供给每个适当的天线波束要同时广播信号的多个重复中的一个，每个重复信号彼此之间有特定的相位关系，以便形成预定的复合辐射方向图。

另外，如上所述，提供给特定天线波束输入的信号实际上也可能激励与另一天线波束源相关的多个天线振元。由此，在多个天线波束上同时广播的一个信号实际上可提供给，与多个波束源相关具有多个相位序列关系的特定天线振元。因此，即使在发射信号之前，仍存在破坏性组合的机会，而且更需要提供具有精确调整属性的信号到天线波束源，以产生预定的辐射方向图。

例如，通过提供正确的调相信号到与所希望扇区相关的天线波束311-314、321-324、或331-334，可产生合成图2所示扇区辐射方向图的一种辐射方向图，它在重叠区域基本上没有零点。类似地，通过提供正确的调相信号到每个天线波束311-314、321-324以及331-334，整个小区可用一个信号，如一个控制信道信号照射。此外，如上所述，通过调整提供给天线振元的信号的相位关系，诸如形状、方向或方位等辐射方向图的属性可以预定方式改变。

参考图4，本发明的一个优选实施例的方框图示意为通信系统400的一部分。图中示出了天线401-412，它对应图1-3中的天线结构111、112和113。应理解的是，为理解本发明的构思，天线401-412是提供多个天线波束还是多个天线阵子并不重要，多个天线波束，如尽管用一个不同的相位序列激励以产生图3中所讨论的特定天线波束，天线401包含通用于天线402的天线振元；多个天线振元用于组合调相阵列中相邻天线的信号，如图2中所讨论的以及图3中的各个天线波束。尽管在实际实现中，应理解的是，对于上面两个天线系统来说，在相邻天线上同时广播的信号之间的特定相位关系或其它信号属性，可能远不相同。另外，应理解的是，根据本发明，尽管示意的是离散天线，但天线401-412实际可以是接受多个输入的任何天线结构，包括单个多波束天线。

语音信道信号提供给天线，用于通过发射合成模块(TSM)420中提供的接口420传输。语音信道可通过多种方式来提供，如通过一个特定扇区的所有天线发射的扇区信号，或被切换到适当波束以便一个特定的远端通信设备接收的信号。由此，应理解的是，接口421实际上可包含与离散信号相关的多个语音信道输入。因此，在诸如控制器425的控制器控制下工作的TSM420，可适当切换语音信道信号到天线401-412中的一个适当天线。适应于提供这种信号控制到特定天线或天线波束的系统和方法，在上面参考的名为“System and Methodfor Cellular Beam Spectrum Management”的专利申请中描述，在此之前作为参考。

信令收发信机430为与通信系统400通信的远端设备提供控制信道信号。在所示的实施例中，分路器431分路控制信号12，以通过TSM420提供给每个天线401-412。由此，控制信道信息可通过每个天线401-412同时广播，以便为与通信系统400通信的所有远端设备提供控制信道信息。这些分路信号由TSM420控制，以提供诸如相位关系等任何希望的信号属性，用于正确地同时广播信号。然而，应理解的是，本发明并没有限制同时广播一个特定信号到所有天线。

通信系统400的其余信号发送电路包括线性功率放大器(LPA)和双工网络440。这个网络可提供诸如滤波和/或放大等信号限制，以便提供预定信号到每个天线。例如，网络440可包含构成分布式放大器的多个LPA，即利用放置其间的多个LPA来提供Butler矩阵和反向Butler矩阵，以便在每个LPA为每个信号放大一部分。此外，在天线401-412为多个天线振元，用于通过正确的相位序列激励来形成各个天线波束的实施例中，如根据图3中各个天线波束所讨论的那样，网络440也可包含波束成形网络。例如可提供Butler矩阵，其输入与一个特定天线波束相关，其输出为天线401-412的其中一个提供正确的相位序列。然而，应理解的是，诸如网络440的网络在各个信号输入之间可能引入不希望有的交叉耦合。

另外，应理解的是，与提供给天线401-412的每个信号相关的发送电路可能会将信号属性变化引入到信号中。这些属性变化可包含信号衰落、相位延迟等类似变化。此外，对于每个天线信号，引入的属性变化可能大为不同。例如，在信令发射机正提供一个控制信道给每个天线401-412用于同时广播的情况下，尽管信号最初同相，并且具有相同幅度，或相反具有例如可受TSM420和/或网络440控制的特定属性关系，各个信号到达天线时也可能具有不同的相位和/或幅度，这是由电路TSM420和网络440，以及各种传输电缆和配置在信号路径上的任何其它电路中不想要的交叉耦合等引起的。

通常希望提供给天线具有特定相位和/或幅度关系的信号。例如，在上述的相控阵示例中，希望有一种特定的相位序列，以便提供具有特定大小、形状和/或方位的一种复合辐射方向图。同样地，在多波束天线系统中，希望有一种特定相位的步进，或没有，以防止组合辐射方向图中出现零点。

然而，如果不是不可能的话，上面提到的由发送电路引入的信号属性变化使得很难提供具有精确信号属性，如相位和/或幅度关系的各个信号。在天线中提供预定的信号属性关系的问题，由于发送信号路径上包含有源组件而被进一步复杂化，因为有源组件引入的属性变化很难预测，而且可随诸如时间、温度、频率或类似因素变化。

例如，诸如前述的分布式放大器或波束成形矩阵的电路，可能会提供不想要的交叉耦合，这些交叉耦合能引起信号属性的极大变化。此外，由于信号属性变化为正与系统通信的其它信号的函数，因此这些变化是不可预测，即除非提供交叉耦合信号，否则信号属性变化无法被补偿，而且同样地，除非和只有提供交叉耦合信号，交叉耦合不需要被补偿。

由此，本发明工作能在极靠近信号转换成辐射能量的实际点上抽样该天线信号，以便检测和补偿所有，或基本上所有由发送系统引入的信号属性变化。这些信号属性变化不仅包含线性相位和/或幅度变化，它由诸如与每个信号相关的传输电缆的物理长度引入，而且包含由各种其它信号的交叉耦合所引入的相位和幅度变化。

仍参考图4，合路器-451、452合453与网络440和天线401-412之间的信号路径耦合。应理解的是，尽管图4中示出的是使用4∶1的合路器，但本发明没有这个限制。根据本发明，组合用于抽样的信号路径的数量可为任何数量，它们可选择用于激励，或相反可识别用于校准，这将在下文中描述。

如上所述，提供天线信号到每个合路器的耦合器最好位于信号路径上离天线尽可能近的点上，以便尽可能多地包含由发送电路所引入的信号属性变化。另外，从下文的讨论中可更好地了解到，最好在传输路径上相对于每个天线的同一相对物理位置上设置耦合器，每个耦合器为合路器451、452和453提供天线信号，即每个耦合器在信号路径上与相应天线之间的距离相同。

每个合路器451-453提供一个信号到开关455。应理解的是，在本优选实施例中，合路器451-453，与它们的相关天线信号耦合器以及将信号提供给开关455的传输电缆一起，只是放置在塔顶的本发明的部分电路。因此，只有无源电子设备能用于塔顶条件下的典型苛刻环境。

开关455在控制器425的控制下，为相位检测器456提供抽样信号。在本优选实施例中，相位检测器456接受一个示例性的或基准信号，以与开关455所提供的抽样信号相比较。然而，在一个可选实施例中，相位检测器456可比较抽样信号，如通过存储一个抽样以比较或直接比较抽样信号。根据相位检测器456所做的比较，控制器425控制TSM420以补偿抽样的任何不想要的信号属性。应理解的是，尽管在一个优选实施例中，本发明描述为使用一个相位检测器，但本发明实际上可比较各种信号属性，包括幅度，以由控制器425校准。

在一个优选实施例中，提供信号生成器460以产生一个预选校准或测试信号，用于根据本发明的校准。该校准信号被分路器461分路，以同时提供给发送电路和相位检测器456。最好通过使用技术上公知的耦合技术将校准信号引入到发送信号路径中。由此，就不要求物理中断最初的信号路径，该信号路径与信令收发信机430控制信道的引入相关，以便根据本发明校准发送系统。当然，为更精确地抽样发送电路的效应，校准信号应在通信系统的频带内提供。因此，当希望同时发射发送系统的信号以及校准信号时，选择诸如频率和/或定时的校准信号的属性，以便基本上不干扰通信系统的信号。

当然，如果希望的话，可不利用信令收发信机的信号提供校准信号的不间断耦合，而将校准信号间断地引入到发射系统中。例如，可利用配置在信令收发信机430和分路器431之间的信号路径上的开关矩阵，可切换地选择替代其它信号的校准信号，比如在一个维护周期期间用于系统校准。

此外，不采用校准信号，本发明可抽样通信系统内部的一个信号，以确定系统引入的不想要的信号属性。例如，在收发信机430的信号路径上示意的耦合器不引入一个校准信号，而是可以抽样与此相关的内部信号，以提供给相位检测器456。

在发送信号路径上引入校准信号后，校准信号可用于通过相同的信号路径发射，因为它依赖于间断耦合的使用，该信号最初与信号路径相关。在该示意性实施例中，校准信号被分路器431分路，因此它可传输到天线401-412中的每个天线，每个天线可在控制器425的控制下由TSM420选择。因此，可根据本发明补偿与任何或每个信号路径相关的信号属性变化，通过这些信号路径信令收发信机的信号可被发射。

已经描述了本发明的电路，下面将参考图5的流程图描述本发明一个优选实施例的操作。应理解的是，图5的控制步骤在本优选实施例中，是由根据预定的一组指令工作的控制器425的一个处理器执行的。因此，控制器425是一个基于处理器的系统，它有足够的内存和接口来提供在此描述的功能。在具体实现本发明时，可采用一种根据本发明编程、且适应于包含上述接口的通用计算机系统。

在步骤501，本发明用于为发送系统提供一个校准信号。该校准信号的提供可包含步骤：控制器425为信号生成器460提供一个控制信号，以产生一个适当的校准信号。另外，在一个可选实施例中，控制器425可提供一个控制信号到一个开关，以可切换地中断一个特定信号，如信令收发信机430的控制信道信号，而不是提供该校准信号。当然，在采用一个内部信号确定信号属性的可选实施例中，在步骤501发送一个校准信号的步骤可取消。

在步骤502，本发明用于选择一个适当的抽样信号以提供给相位检测器456。例如，当希望校准诸如天线401-404的一组天线的信号时，与合路器451相关的沿天线杆向下的传输电缆可由开关455选择，以与相位检测器456通信。应理解的是，当希望校准所有天线的信号时，可及时选择每根沿天线杆向下传输电缆。当然，只提供一组天线时，比如在所有12个天线只使用一个合路器和一根沿天线杆向下传输电缆的可选实施例中，选择一个适当的抽样信号的步骤可省略。

在步骤503，与耦合于所选沿天线杆向下传输电缆的天线相关的信号路径每次被激励一个。应理解的是，在本实施例的波束成形矩阵中，天线401-412为分立的天线振元，用于通过正确的相位序列激励形成各种天线波束，这些根据图3中的各个天线波束讨论过，激励信号路径后，因此天线就可要求一次中断一个特定的信号路径。例如，在使用Butler矩阵波束成形网络来向各个天线提供一个具有正确相位序列的天线波束信号时，Butler矩阵的特定输出在输入一个特定的天线波束信号到Butler矩阵期间，可切换地一次被中断一个。因此，与所选天线波束信号相关的抽样，可视为提供给每个天线，该天线包含波束成形网络的影响。

应理解的是，上面提到的特定信号路径的中断，为一次激励一个与所选沿天线杆向下传输信号路径耦合的天线，可要求使用控制电路(未示出)。这个控制电路可包含配置在或伴随波束成形矩阵的可切换链路(未示出)，以及可切换链路和控制器425之间的控制信号路径(未示出)。在波束成形矩阵包含于网络440中的一个优选实施例中，上面提到的控制电路和控制信号路径仍处于下天线杆，因此并不增加塔顶上有源元件的配置。

另外，当一个多波束天线的波束成形矩阵放置在塔顶时，可根据本发明每次实现一个与所选沿天线杆向下传输信号路径相关的信号抽样，而不增加塔顶上有源元件的配置。参考图6，它示意了图4中发送电路的一部分，其中波束成形矩阵、矩阵601-603不属于网络400的组成部分。这个图表示，例如，在上面提到的实施例中，天线401-412中每个天线均提供各自的天线波束，如天线401包含与天线402通用的天线振元，尽管它们是用不同的相位序列激励以产生图3所讨论的一种特定的天线波束。在此与一个所选沿天线杆向下传输信号路径耦合的抽样信号为天线波束信号，即最终将被分路且被提供正确的相位序列，以通过一个阵列的天线振元发射的信号，而不是与每个天线振元相关的信号。因此，尽管每次只向与所选沿天线杆向下传输信号路径相关的一组天线波束中的一个天线波束提供校准信号，如通过TSM420的正确切换，可实现根据本发明的抽样。

上述的天线波束信号抽样并不抽样波束成形矩阵的效果。然而，应理解的是，根据图6描述的抽样的实现极接近于发射信号向辐射能量的转换，以便于补偿由发送系统引起的基本信号属性改变。当然，通过调整上述的波束成形矩阵601-605的输出，在图6的实施例中的信号抽样可适应于包含波束成形矩阵的效果。

没有被与开关455所选的特定沿天线杆向下传输电缆相关的合路器所组合的信号的信号天线，最好保持激励状态。在抽样一个特定天线的信号时使其它天线也保持激励状态，使得本发明在校准天线信号时能结合来自其它信号的交叉耦合效果。例如，在合路器451的传输电缆被开关455选中，而且天线401的信号当前被抽样以提供给相位检测器456的情况下，当天线405-412保持激励状态时，天线402-404不会被激励。由此，在根据本发明校准天线401的信号时，来自天线405-412的信号对天线401的信号的交叉耦合效果将被考虑。当然，在相关的特定天线实际使用时，一些或所有的其它信号不被同时提供的情况下，在抽样期间对其它天线的激励由此可被修正。

在该优选实施例中，每次实现激励单个合路器的一个天线，以便只提供该天线的信号到相位检测器456。如果单个合路器的多个天线同时被激励，那么它们的信号将由它们的通用合路器组合，因此一个合路信号，如果不是全部的话，将失去大部分有关单个天线信号属性变化的信息。当然，如果希望的话，也可使用其它方法，多个天线在不同相位和幅度关系时被激励，如数字信号处理。不管是通过何种方法获取信息的，本发明工作用于检测每个信号路径上的相差，以便用作它们各自的校准。

然而，最好为多个抽样天线信号使用通用信号路径，因为抽样信号的沿天线杆向下传输信号路径是确定天线信号相对相位上误差的最重要来源。具体地，如果在沿天线杆向下要为每个天线信号提供离散信号路径，那么除了要增加成本，而且必须要求它们的长度精确，以避免由独立抽样信号传输路径引入一个相对的相位差。由此，本发明为多个抽样信号使用一个通用的沿天线杆向下传输信号路径，目的是避免出现上面的问题和差错。

在步骤503提供的选择性天线激励可由控制器425提供，用于提供适当的控制信号到TSM420和/或网络440。例如，得到有关要抽样的一个特定天线信号的信息后，如天线401的信号，控制器425可提供一个控制信号，以便TSM420可切换地中断校准信号到与同一合路器，如合路器451相关的其它天线，如天线402-404的传输。然而，控制器425最好允许校准信号通过TSM420传递到其它天线，如天线405-412。

在步骤504，本发明确定要校准的每个天线的抽样信号，与产生的校准信号(或在使用内部信号时，始发的内部信号)之间的相差，Δφ。因此，由于与一个特定的所选合路器相关的每个天线利用校准信号激励，相位比较器456比较抽样信号与产生的校准信号的抽样，并提供有关相差Δφ_n的信息到控制器425，在此n为抽样的特定天线信号。根据这个信息，控制器425可确定抽样信号的相对相位。例如，与天线401和天线402相关的天线信号的相对相位，可通过控制器425比较Δφ₄₀₁和Δφ₄₀₂来确定。

或者，相位检测器456可直接将抽样信号相互之间比较，而不是比较抽样信号与信号源。由此，可使用多个沿天线杆向下传输信号路径来为比较提供多个抽样信号，或者可在塔顶配置有源元件，目的是便于直接比较抽样信号。或者，相位检测器456可存储伴随其它有关信息，如精确定时信息的一个抽样信号，以直接比较其后抽样的另一个信号。例如，通过参考与两个抽样相关的定时信息，可确定相对的相位信息，而不用参考前面提到的信号源。由此，如上所述，可使用单个沿天线杆向下传输信号路径来直接比较抽样信号。

应理解的是，使用任何长度的信号路径来提供抽样信号，引起诸如相差的抽样信号属性产生变化。然而，由于多个抽样信号使用同一信号路径，因此这个属性变化通用于所有这些信号。因此，在根据本发明的该优选实施例确定天线信号之间的相对相差时，由这个通用信号路径引入的属性变化可忽视。

由于确定抽样信号的相对相差部分地依赖于抽样信号的信号路径的通用性，因此为本发明的合路器提供抽样信号的每个耦合器放置在发射信号路径的相对同一位置。例如，在一个优选实施例中，每个耦合器放置在发射信号路径上相应天线耦合于传输电缆的位置上。由此，每个抽样信号引入的作为传输电缆长度的函数的相位延迟量相同。

应理解的是，尽管本发明中的一个优选实施例使用一个通用沿天线杆向下传输信号路径来传输最可能要求预定相位关系的天线信号，如单个天线节或操作板的天线，但本发明并不限于只校准有关天线信号的信号属性。例如，通过提供具有尽可能相似属性，即相同的电缆长度等的各种沿天线杆向下传输信号路径，本发明可比较与非同一合路器内的天线相关的抽样信号之间的相对相差。当然，不同抽样信号路径上的任何差别会对信号的校准引起误差。

在步骤506，本发明用于调整发送电路，以校准各种天线信号。在本优选实施例中，控制器425通过前面提到的比较量Δφ_n，确定一个或多个特定信号所必须的相位调制量，以实现预定的相位关系。例如，当希望提供同相的天线信号，即不存在相对相差，在每个天线401-404，控制器425比较与天线401-404相关的每个天线信号的相差，以确定是否存在相对相差。如果天线信号之间存在相对相差，那么提供给TSM420一个控制信号，以均衡这个相差。相差或其它被监视的信号属性的均衡，可通过调制一个特定信号的相位、或其它信号属性来实现，该特定信号的抽样被确定用来包含一个不想要的差值。或者，信号属性的调整也可通过调整其它信号的属性来实现，比如干扰该特定信号的信号，其抽样被确定用来包含一个不想要的差值。

在一个优选实施例中，TSM420包含同相和正交(I/Q)电路，以便独立调整每个天线信号的相位。由此，控制器425可控制两个90°正交信号的幅度，这两个信号被组合以便产生一个具有预定相位的信号。当然，如果希望的话，根据本发明可采用其它相位调整方法，如使用可切换相位延迟，这可通过不同长度的电缆、表面声波设备或数字信号处理器提供。

应理解的是，尽管本发明的一个优选实施例中示出的校准信号是被引入信令收发信机的信号路径中，但本发明没有这种限制。由此，可在其它点将校准信号引入到发送电路，如在语音信道接口421位置或之前位置。例如，当有一个电路可能引入与发送系统中语音信道的同时广播相关的误差时，最好在这些电路之前的语音信号路径上的某个点处引入本发明的校准信号，以便抽样其效果。

另外，本发明并不限于只在一个点引入校准信号。例如，可提供开关电路以在各个点处将校准信号引入到发送系统中，如上面提到的信令收发信机和语音信道信号路径，以便为这些信号中的每个信号校准系统。此外，可在发射信号路径的各个点处同时引入多个校准信号，这些校准信号以频率或代码等区别，以便抽样各个信号路径之间的信号效果。在这个可选实施例中，相位检测器456可适应于区分各个校准信号，以提供控制器425有关每个校准信号的变化的信号属性信息。由此，控制器425可用于控制TSM420电路，以独立校准各个信号路径，即彼此独立地调整语音信道信号和控制信道信号。

如上所述，本发明可用于校准信号，而不要求中断发射系统的所有通信。通过使用一个内部信号，或选择一个在抽样校准信号期间基本上不干扰要同时服务的通信的校准信号，这些通信可在抽样期间保持激励状态的一个天线振元上继续进行。由此，再参考上面天线401当前被抽样的例子，天线405-412可用于主机通信。当然，这种通信基本上被限制到扇区102和103。当内部信号用于抽样时，尽管某一时刻只在一个天线可利用，但在处于测试下的扇区内可维持有限的通信。此外，通过蜂窝系统的有源控制，工作在扇区101的通信设备可由其它附近扇区或小区服务，如通过预先有源切换和/或扇区或小区整形。在上面参考的名为“Method and Apparatus for Improved Controlover Cellular Systems”的专利申请中，公开了根据本发明在整个临近有用小区内提供通信调整的系统和方法，该专利申请之前作为参考。同样地，在上面参考的名为“Antenna Deployment Sector Cell ShapingSystem and Method”的专利申请中，公开了提供扇区和小区属性调整的系统和方法，该专利申请之前作为参考。

应理解的是，尽管本发明的一个优选实施例中天线信号的抽样示意为区分三组天线，但本发明没有这种限制。例如，如果希望的话，通过使用12∶1的合路器替代合路器451-453，使用一个合路器和一根沿天线杆向下传输电缆就可抽样所有天线信号。然而，如上所述，为便于使用无源电子设备的塔顶，以及减小由于使用大量沿天线杆向下传输电缆所带来的误差和成本，本发明在抽样时仅发射组合的一组天线信号中的一个特定的天线信号。因此，组合用于沿天线杆向下传输的抽样信号数量越大，抽样时可用来同时发射的信号就越少，而且交叉耦合被抽样和补偿的效果就越不明显。因此，本发明的一个优选实施例使用许多抽样信号合路器，因此沿天线杆向下传输电缆的数量等于小区中定义的扇区数量。

或者，本发明可使用更多的沿天线杆向下传输电缆，以提供更多天线信号的独立抽样，即在抽样一个特定天线信号时要求越少的天线解除激励。然而，应理解的是沿天线杆向下传输电缆是测量相差时误差的一个重要来源。因此，本发明的该优选实施例提供足够数量的合路器/沿天线杆向下传输链路，当具有足够少的合路器/沿天线杆向下传输链路，它们的相关抽样误差对信号校准的影响不会无法接受时，可保持同时发射当前不被抽样的至少一些信号。

应理解的是，根据本发明的信号路径电气长度的校准是符合各种通信协议的。具体地，希望本发明的电路可用于模拟和数字系统中，如CDMA系统中。

尽管已详细描述了本发明及其优点，但应理解的是，在此可进行各种改变、替代和更新，而不会偏离所附权利要求书定义的本发明的精神和范围。

Claims

1．一种校准多个信号中第一信号的特定信号属性的系统，所述第一信号的所述被校准信号属性与所述多个信号中其它信号具有预定关系，所述系统包含：

用于将一个已知信号引入到一个通信系统的装置，该通信系统具有与所述多个信号中每个信号相关的信号路径的至少一个离散部分，其中所述已知信号提供给信号路径中多个所述离散部分；

用于在与所述第一信号相关的信号路径的离散部分，以及在与所述多个信号中所述其它信号相关的信号路径的离散部分上抽样所述已知信号的装置；

用于确定所述第一信号的所述特定属性与所述多个信号中所述其它信号的所述特定属性的关系的装置；以及

利用所述确定的关系，来调整配置在与所述第一信号相关的信号路径的所述离散部分的电路的装置，以提供所述第一信号与所述多个信号中所述其它信号的所述预定关系。

2．根据权利要求1的系统，其中所述已知信号为所述通信系统内部的一个信号。

3．根据权利要求1的系统，其中所述已知信号为一个校准信号，该信号不是所述通信系统内部产生的。

4．根据权利要求1的系统，其中所述引入装置和所述抽样装置设置在所述通信系统中，以便通过所述通信系统内基本上所有的发送信号路径传输所述已知信号。

5．根据权利要求1的系统，其中所述确定装置包含：

比较所述已知信号的抽样与一个示例性的所述已知信号的装置；

确定所述已知信号的每个所述比较抽样与所述示例性的所述已知信号之间的所述特定信号属性变化的装置；以及

比较所述确定的变化，以确定所述第一信号的所述特定属性与所述多个信号中所述其它信号的所述特定属性之间的所述关系的装置。

6．根据权利要求1的系统，其中所述调整装置包含：

用于控制所述电路的基于处理器的装置，其中所述控制装置包含：

与所述电路耦合的一个控制信号接口；以及

与一个选择电路耦合的一个控制信号接口，所述选择电路在所述抽样装置和所述确定装置之间耦合，并在多组抽样的已知信号之间提供选择，其中所述第一信号以及所述多个信号中所述其它信号包含在所述分组中的同一个第一分组。

7．根据权利要求6的系统，其中所述电路提供信号路径的其中一个所述离散部分的选择性中断，而且其中所述电路允许在所述控制装置的控制下，每次通过所述第一分组中的一个信号。

8．根据权利要求7的系统，其中所述电路允许所述分组中第二分组的所述多个信号中的信号，在所述第一分组中的所述单个信号通过的同时通过。

9．根据权利要求8的系统，其中所述抽样装置包含：

用于组合所述分组中所述第一分组的信号的装置，其中从所述组合装置到所述确定装置提供一条信号路径。

10．根据权利要求8的系统，其中所述确定装置包含：

比较由所述选择电路选择的所述第一分组中的第一抽样信号与一个示例性的所述已知信号的装置；

确定所述比较的第一抽样信号与所述示例性的所述已知信号之间的属性变化的装置；

比较由所述选择电路选择的所述第一分组中第二抽样信号与一个示例性的所述已知信号的装置；

确定所述比较的第二抽样信号与所述示例性的所述已知信号之间的属性变化的装置；以及

比较所述第一抽样信号和所述第二抽样信号的所述属性变化，以确定所述第一抽样信号与所述第二抽样信号的所述相对属性差的装置。

11．根据权利要求1的系统，其中所述系统被设置成在所述通信系统的天线结构中仅提供无源组件。

12．根据权利要求1的系统，其中所述特定信号属性为所述第一信号的相位。

13．根据权利要求1的系统，其中所述特定信号属性为所述第一信号的幅度。

14．一种校准多个信号中第一信号的信号属性的方法，其中所述多个信号包含至少两组互不相同的信号，所述第一信号与所述至少两组信号中的第一组相关，所述第一信号的所述校准信号属性与所述第一组中的第二信号具有预定关系，所述方法包含步骤：

将一个已知信号引入到一个通信系统中，该通信系统具有与所述多个信号中每个信号相关的信号路径的至少一个离散部分，其中所述已知信号提供给信号路径中多个所述离散部分，该信号路径至少包含与所述第一信号相关的信号路径以及与所述第二信号相关的信号路径；

在与所述第一信号相关的信号路径的离散部分，以及在与所述第二信号相关的信号路径的离散部分抽样所述已知信号；

确定所述第一信号相对于所述第二信号的属性；以及

参考所述确定的属性来调整所述第一信号的所述信号属性，以产生在信号路径的所述离散部分抽样的所述第一信号与所述第二信号之间的一种预定信号属性关系。

15．根据权利要求14的方法，其中所述调整步骤包含步骤；

控制设置在与所述第一信号相关的信号路径的所述离散部分上的电路，其中与所述已知信号被抽样的信号路径的所述离散部分的位置相比，所述电路在信号路径上基本上更接近于所述第一信号源。

16．根据权利要求15的方法，其中所述确定步骤包含步骤：

比较所述第一信号的抽样与一个示例性的所述已知信号；

确定所述第一信号与所述示例性的所述已知信号之间的属性变化；

比较所述第二信号的抽样与一个示例性的所述已知信号；

确定所述第二信号与所述示例性的所述已知信号之间的属性变化；以及

比较所述第一和第二信号的所述属性变化，以确定所述相对属性差。

17．根据权利要求15的方法，其中所述确定步骤包含步骤：

比较所述第一信号的抽样与所述第二信号的抽样，以确定所述相对属性差。

18．根据权利要求15的方法，其中所述控制步骤包含步骤：

调整同相和正交组合的信号的幅度，以对所述第一信号提供所需要的相移。

19．根据权利要求14的方法，其中所述已知信号的信号路径的多个所述离散部分被引入到包含所述至少两个分组的第二分组的信号路径。

20．根据权利要求19的方法，其中所述抽样步骤包含步骤：

将与所述第一组信号相关的信号路径的离散部分抽样的信号，组合成为第一通用信号；

将与所述第二组信号相关的信号路径的离散部分抽样的信号，被组合成为第二通用信号；

控制一个选择电路，该选择电路提供所述第一和第二通用信号可切换地与所述确定步骤中工作的信号属性检测器通信，其中所述第一通用信号与所述属性检测器通信。

21．根据权利要求20的方法，还包含步骤：

中断所述第一组信号的信号路径中的所述离散部分，其中所述第一分组的一个信号在抽样步骤中可随时用于抽样。

22．根据权利要求20的方法，其中所述中断步骤在中断所述第一组信号的信号时，并不中断所述第二组信号的信号路径中的所述离散部分。

23．根据权利要求14的方法，其中所述特定信号属性为所述第一信号的相位。

24．根据权利要求14的方法，其中所述特定信号属性为所述第一信号的幅度。

25．一种具有多个分立天线的相控阵天线系统，用于同时广播一个信号，以便在每个这种分立天线上表现出的信号相位关系能确定最终产生的信号的覆盖区域，其中当信号出现在每个分立天线上以维持所述相位关系时，所述相控阵用于提供所述信号相位的自含调谐，所述系统包含：

用于与信号具有预定相位的每个这种分立天线通信的装置；

用于监视在每个这种天线上实际接收到的信号相位的装置；

由所述监视设备控制，用于调整每个这种通信信号的相位，直到所需要的相位在每个所述天线上确实被接收到且被监视的装置。

26．根据权利要求25的系统，其中所述监视装置包含：

限制信号在第一时间与所述分立天线的第一所选天线通信，以及限制信号在第二时间与所述分立天线的第二所选天线通信的装置；以及

包含一个通用信号路径、用于接受在所述第一时间期间在所述第一天线实际接收到的信号的被监视相位，以及用于接受在所述第二时间期间在所述第二天线实际接收到的信号的被监视相位的装置。

27．根据权利要求26的系统，其中所述监视装置还包含：

比较所述第一时间期间在所述第一天线实际接收到的信号相位，与所述第二时间期间在所述第二天线接收到的信号相位的装置，其中使用所述比较来控制所述调整装置。

28．根据权利要求27的系统，其中所述比较装置包含：

用于比较所述第一时间期间在所述第一天线实际接收的被监视信号与实际发射的所述信号，其中在所述第一天线实际接收到的信号的所述相位被确定；以及

用于比较所述第二时间期间在所述第二天线实际接收到的被监视信号与实际发射的所述信号，其中在所述第二天线实际接收到的信号的所述相位被确定。

29．一种提供相控阵天线系统的自含调谐的方法，该相控阵天线系统具有多个分立天线，用于同时广播一个信号，以便在每个这种分立天线上出现的信号的相位关系能确定最终产生信号的覆盖区域，所述方法包含步骤：

将具有所需要相位的信号与相控阵的多个分立天线通信；

监视在所述多个分立天线的每个天线上实际接收到的信号相位；以及

通过参考所述监视相位，调整每个这种通信信号的相位，直到预定相位在所述多个天线中的其中一个天线被实际接收到，且被监视。

30．根据权利要求29的系统，其中所述监视步骤包含步骤：

限制信号在第一时间与所述多个天线中的第一所选天线通信，以及限制信号在第二时间与所述多个天线中的第二所选天线通信；以及

通过一个通用信号路径，接受第一时间期间在所述第一天线实际接收到的信号的被监视相位，以及接受所述第二时间期间在所述第二天线实际接收到的信号的被监视相位。

31．根据权利要求30的系统，其中所述监视步骤还包含步骤：

比较所述第一时间期间在所述第一天线实际接收到的信号相位，与所述第二时间期间在所述第二天线实际接收到的信号相位，其中对所述被监视相位的所述参考包含对所述比较的参考。

32．根据权利要求31的系统，其中所述比较步骤包含步骤：

比较所述第一时间期间在所述第一天线实际接收到的被监视信号与实际发射的所述信号，其中在所述第一天线实际接收的信号的所述相位被确定；以及

比较所述第二时间期间在所述第二天线实际接收到的监视信号与实际发射的所述信号，其中在所述第二天线实际接收的信号的所述相位被确定。

33．一种调整从一种通信系统同时广播的至少两个信号之间相位关系的装置，该通信系统具有多个天线接口，这些接口可区分为至少第一组和第二组天线接口，其中所述通信系统提供所述至少两个信号中的第一信号以及所述至少两个信号中的第二信号到所述第一组天线接口的各个天线接口，所述装置包含：

耦合于所述通信系统的校准信号发生器，其中一个校准信号可受控地引入到所述通信系统中，以提供给所述多个天线接口的其中一个接口；

耦合于所述多个天线接口的多个合路器，其中所述多个合路器中的第一合路器组合来自所述第一组天线接口的信号，而所述多个合路器中的第二合路器组合来自所述第二组天线接口的信号；

耦合所述多个合路器的切换矩阵，其中与一组天线接口相关的信号可切换地被选择到与其它组天线接口相关的信号禁止；

与所述切换矩阵耦合，且接受所述所选天线接口组的所述信号的相位检测器，其中所述相位检测器也耦合于所述校准信号发生器并接受所述校准信号，而且其中所述相位检测器确定所述接受的天线组信号与所述接受的校准信号之间的相差；以及

耦合于所述相位检测器，并接受所述确定的所述相差的基于处理器的控制器，所述控制器也耦合于所述切换矩阵，并控制所述切换矩阵以选择所述天线接口组的一个所述特定信号，所述控制器也耦合于所述通信系统，并控制所述至少两个信号的其中一个信号的相位调整，以响应所述相差的所述确定。

34．根据权利要求33的装置，其中所述控制器提供所述通信系统的控制，以每次一个天线接口地在所述第一天线接口组提供所述校准信号，其中所述第一合路器在任何时候，基本上只提供与所述一个天线接口相关的所述校准信号到所述切换矩阵。

35．根据权利要求34的装置，其中所述控制器提供所述通信系统的控制，以在所述第二组天线接口中的每个所述天线接口提供所述校准信号，其中由所述第一合路器提供的所述校准信号包含，来自由所述通信系统引入的所述第二组天线接口的所述校准信号的交叉耦合效果。

36．根据权利要求33的装置，其中所述合路器耦合于所述天线接口，以抽样所述校准信号而不中断信号与一个天线的通信。

37．根据权利要求33的装置，其中所述校准信号发生器耦合于所述通信系统，以引入所述校准信号，而不中断信号与所述通信系统的通信。

38．根据权利要求33的装置，其中所述校准信号发生器可切换地耦合于所述通信，以可切换地选择所述校准信号以及所述通信系统的信号，其中由所述控制器提供控制所述可切换连接。