CN1418028A - 智能天线子系统的校正方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种智能天线子系统的校正方法和装置，用于频分双工一宽带码分多址系统，其主要由智能天线与校正检测系统链接而成，校正方法包括预先校正检测阵列天线中的各天线单元和馈电电缆中的各电缆、以及预先测试单独由耦合器组件与校正检测系统连接构成的耦合结构的传输参数，并将测试结果储存在校正检测系统中；系统处于正常运输状态下，实时校正检测系统上、下行收发信道传输参数并计算校正权值输出给基带波束形成器进行加权。本发明优点是：校正检测系统与天线系统并行工作，在整个工作频段都能达到校正精度，上、下行通道可同时校正。

Description

智能天线子系统的校正方法和装置

技术领域

本发明涉及一种宽带码分多址系统中智能天线射频子系统的校正方法和装置，特别是涉及一种频分双工--宽带码分多址(FDD-WCDMA)系统智能天线基站阵列射频通道幅相误差的校正方法和装置。

背景技术

智能天线其实质是以阵列天线技术和先进的信号处理方法为核心的。智能天线的基本思想是在基站采用了由多个天线单元(单元之间满足相干特性)组成的天线阵列，通过对多个天线单元接收和发射的信号进行相位和幅度加权，可以控制天线波束的方向和形状，并能形成多个独立的波束对多个用户实现定向发射和接收。从而实现空域滤波、最大限度地抑制同信道(工作载频)干扰，从而提高信道(工作载频)复用率，达到改善通信质量、增大通信距离、扩大系统通信容量的目的。

但是，在实际的智能天线基站阵列系统中，有许多难以确定的因素导致阵列通道的不一致，即存在阵列误差。阵列误差可分为非时变误差和时变误差。非时变误差包括由天线排布引起的如阵元几何位置差异、阵元间的互耦效应、天线方向图差异、各阵元间馈线差异等带来的误差，这些误差不随温度等环境的变化而变化，可通过精确测量得到并可以在基带得到校正。时变误差是指阵列各射频通道间随环境温度、时间、工作频率而变化的放大器相位和增益差异、混频器件的老化、滤波器时延及其幅频相频特性失真、正交调制解调器I/Q不平衡等引起的通道频率响应不一致所带来的误差。这样，真实的通道特性与理想的特性会有较大差异。而基带波束形成算法的性能与阵列特性紧密相关，阵列通道的误差将会影响零点的位置和陷零的深度而降低算法的性能。将引起波束形状的变化和功率资源的失控而影响系统性能。因此，阵列误差的校正是智能天线实现中需要解决的一个关键技术。

为了准确形成上行接收波束和下行发射波束，就必须预先知道阵列通道的性能差异，或者知道射频信号经阵列通道响应后的幅度相位变化误差。在系统正常运行的同时，通过实时检测和计算得到阵列通道间误差的校正权值，在基带波束形成器进行数字加权补偿，达到校正通道幅相误差的目的。通道误差在线校正的实质是跟踪和补偿通道幅相特性，最大限度减少通道间相对误差，满足上、下行波束形成算法控制精度要求。

现有智能天线阵列的校正技术大致有三种：(1)使用直接测量的方法：即对每套收发信机、低噪声放大器、线性功率放大器、双工器和天馈直接预先测量，获得各部分的幅度、相位数据后，耦合成一组校正补偿数据记录在基带上，波束形成时预以校正。这种方法的缺点是过程复杂、难以在现场进行和投入系统业务运行难以保证精度；(2)利用处于远场区域的信标收发信机进行检测校正并要求无多径传播，实际系统难以实现；(3)在时分双工系统采用连续波信号进行测量校正，例如；近期检索到的有关WCDMA自适应阵列天线/智能天线阵列通道校正技术方面的专利文献：如A)美国专利US6157340：Adaptive antenna array subsystem calibration；B)美国专利US6124824：Adaptive antenna array system calibration；这二个专利都是TDD-WCDMA时分双工系统的专利方法，系统采用连续波信号进行测量校正。校正时，系统停运或者在给定时隙进行。

上述所检索到的有关校正的专利文献，均为TDD-WCDMA(时分双工)系统的自适应阵列天线/智能天线基站的校正方法。但对于FDD-WCDMA(频分双工)系统，以上校正方法难以实现智能天线基站的实时在线校正。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供出一种将一个已知特征信号扩频、加扰后作为一个用户信号(校正检测信号)分时注入到智能天线基站阵列各收发信通道、并从基带多用户信号中分离出经各收发信通道响应后的已知特征信号，然后以此信号提取各收发信通道的幅相误差、计算出校正权值，对计算产生的校正权值先行验证后，再输出到智能天线基站的波束形成器中进行加权，使通道特性达到一致，从而，对FDD-WCDMA系统智能天线基站阵列通道幅度、相位误差进行实时校正的方法。

本发明所解决的另一技术问题是提出一种在FDD-WCDMA系统智能天线基站实现上述校正方法的装置。

本发明的智能天线子系统的校正的方法，包括：(1)、在系统投入使用前，对天线阵列中12个天线单元和馈电电缆中12根电缆预先校正测试，并将结果保存在智能天线基站内部，特点是：还有(2)、将智能天线子系统与校正检测系统链接后，先单独测试和校正耦合结构的上、下行耦合通路的传输系数CRij、CTij并储存在该校正检测系统中，该耦合结构系包括依次以电路连接的上行射频信号切换器(该校正检测系统中)、上行校正射频信号耦合电缆、耦合器组件(该智能天线中)、下行校正射频信号耦合电缆和下行射频信号切换器，(3)、启动系统，实时校正检测智能天线系统分别在给定第j个工作载频时的上下行各收发信通道的传输系数Ri和Ti(i＝1、2、…12)，计算校正权值输出给基带波束形成器进行加权。

上述的本发明方法中关于对耦合结构的上、下行耦合通道传输系数预先测试校正与实时校正上、下行各收发信通道的传输系数以及对基带波束形成器进行加权，其步骤包括：

第一步、1)、利用矢量网络分析仪对耦合结构进行预先校正，并将耦合结构的传输系数存储在校正检测系统，2)、设置由天线阵列、馈电电缆、耦合器组件、校正检测系统、收发阵列、波束形成器、上行校正射频信号耦合电缆、下行校正射频信号耦合电缆、校正检测系统与智能天线基站波束形成器间数字通信接口构成智能天线基站的实时校正链路，3)、使智能天线基站系统处于正常运行状态；

第二步、进行上行通道校正，包括：1)、校正检测系统向基站协议层申请一个用户扰码，2)、检测智能天线在第j个工作载频时的上行所有12个收信通道响应后的已知特征信号并采样、保存，3)、采用算法得出在第j个工作载频时的上行各收信通道误差的校正权值，4)、检验上行校正权值正确性，不正确重复本第二步中的2)和3)，

第三步、进行下行通道校正，包括：1)、校正检测系统向基站协议层申请一个用户扩频码，2)、检测智能天线在第j个工作载频时的下行所有12个发信通道响应后的已知特征信号并采样、保存，3)、采用算法得出在第j个工作载频时的下行各通道误差的校正权值，4)、检验下行校正权值正确性，不正确重复本第三步中的2)和3)，

第四步、将上行或下行在给定工作载频时的校正权值送入波束形成器与其它权系数一并加权，释放申请的扰码或扩频码，一次校正结束。

所述第一步中的1)包括：将耦合结构的上行射频信号切换器、下行射频信号切换器经预先老化并始终处在恒温环境中，用矢量网络分析仪预先测出耦合结构在上、下行工作频段各工作载频时的传输系数；并将其接收和发射的传输系数已存储在校正检测系统中，将耦合结构的传输系数作为收发通道进行校正时计算的依据。

所述第二步中的2)包括：上行校正检测信号源对一个已知特征(频率、幅度、相位)信号扩频至3.84MHz、加扰经调制器调制在给定工作载频上输出确定电平的信号，经过上行射频信号切换器、12根上行耦合电缆、耦合器组件注入到被校正的上行收信阵列中的12个收信通道的某一通道；该被校正的上行收信通道响应后的多用户数字信号由12个相应的数字通信接口进入基带数字信号切换器选通进入上行检测信号分离器，从多用户合成信号中分离出该上行收信通道响应后的已知特征信号并在上行校正权值产生器中采样、储存；依次对12个上行收信通道完成上述检测过程。

所述第二步中的3)包括：以某一个收信通道响应后的已知特征信号为基准，各收信通道响应后的已知特征信号在上行校正权值产生器中采用算法得出12个收信通道中的各个收信通道误差的校正权值。

所述第二步中的4)包括：利用各收信通道的校正权值去修正上行校正检测信号源的调制信号即已知特征(频率、幅度、相位)信号，并重复上述误差检测过程，直到检验误差校正权值正确后转入第四步。

所述第三步中的2)包括：下行校正检测信号源对一个已知特征(频率、幅度、相位)信号扩频至3.84MHz、加扰后由数字通信接口传送到下行波束形成器中先与其它的用户信号合并再经被校正的发信阵列中的12个发信通道的某一通道调制在给定工作载频上，输出的信号通过耦合器组件、馈电电缆到天线阵列，同时被校正发信通道含有校正检测信号的多用户信号通过12根下行耦合电缆、下行射频信号切换器到解调器，经解调器响应后的多用户数字信号进入下行检测信号分离器从多用户合成信号中分离出已知特征信号提供给下行校正权值产生器中采样、储存，依次对12个下行发信通道完成上述检测过程。

所述第三步中的3)包括：以某一个发信通道响应后的已知特征信号为基准，各发信通道响应后已知特征信号在下行校正权值产生器中采用算法得出12个发信通道中的各个发信通道误差的校正权值。

所述第三步中的4)包括：利用各发信通道的校正权值去修正下行校正检测信号源的调制信号即已知特征(频率、幅度、相位)信号，并重复上述误差检测过程，直到检验误差校正权值正确后转入第四步。

所述第四步包括：将上行12个收信通道中的各个收信通道误差的校正权值由数字通信接口送入上行波束形成器与其它权系数(包含天线、馈电电缆的上行校正权值)一并加权，释放申请的扰码，一次上行校正结束；将下行12个发信通道中的各个发信通道误差的校正权值由数字通信接口送入下行波束形成器与其它权系数(包含天线、馈电电缆的下行校正权值)一并加权，释放申请的扩频码，一次下行校正结束。

本发明的智能天线子系统的校正方法构成的校正装置按照以下技术方案实现：

其包括一主要由依次成双向电路联结的天线阵列、馈电电缆、耦合器组件、收发阵列和波束形成器构成的智能天线子系统，特点是还有一校正检测系统，其由上行校正射频信号耦合电缆、下行校正射频信号耦合电缆，而与该耦合器组件成双向电路联结和设一数字通信接口来双向联结该波束形成器。并还在该校正检测系统中驻留耦合结构之上、下行耦合通路检测程序和智能天线基站校正程序。

所述的校正检测系统包括下行校正检测系统、上行校正检测系统，并与该智能天线子系统链接构成下行校正链路和上行校正链路；所述的收发阵列包括发信阵列、收信阵列；所述的波束形成器包括下行波束形成器、上行波束形成器。

所述的下行校正检测系统包括依次成电路联结的下行射频信号切换器、解调器、下行检测信号分离器和下行校正权值产生器以及与该下行校正权值产生器双向联结的下行校正检测信号源。

所述的上行校正检测系统包括依次成电路联结的上行校正检测信号源、调制器和上行射频信号切换器以及依次成电路联结的基带数字信号切换器、上行检测信号分离器和上行校正权值产生器，而且，该上行校正权值产生器与该上行校正检测信号源成双向电路联结。

所述的下行校正链路包括依次以电路联结的下行波束形成器、发信阵列、耦合器组件、馈电电缆和天线阵列以及依次后接该耦合器组件的下行校正射频信号耦合电缆、下行校正检测系统，和连接校正检测系统与智能天线基站波束形成器的两个数字通信接口。

所述的上行校正链路包括依次以电路联结的天线阵列、馈电电缆、耦合器组件、收信阵列和上行波束形成器、以及自耦合器组件连接上行校正检测系统的上行校正射频信号耦合电缆、连接校正检测系统与智能天线基站波束形成器的13个数字通信接口。

由依次以电路联络的上行射频信号切换器、上行校正射频信号耦合电缆、耦合器组件、下行校正射频信号耦合电缆、下行射频信号切换器构成耦合结构。该耦合结构用于耦合上、下行校正检测信号。所述的耦合器组件串接在馈电电缆和收发阵列之间，是由12个独立的用微带线制作在一个PCB(即刷电路板)上的上、下行校正检测信号耦合器组合在一起构成，每个耦合器含有一个上行注入信号耦合口和一个下行注入信号输出耦合口。上行校正射频信号耦合电缆包括12根耦合电缆。下行校正射频信号耦合电缆也同样包括12根耦合电缆。所述的上行射频信号切换器是一12选1的射频开关组件，将来自调制器输出的上行校正检测信号分时送入被选校正收信通道。所述的下行射频信号切换器是也是一12选1的射频开关组件，将来自被选校正发信通道的下行校正检测信号输出分时送入解调器。耦合器组件中的12个上行注入信号耦合口通过上行12根耦合电缆连接到上行射频信号切换器，耦合器组件中的12个下行注入信号输出耦合口通过12根下行耦合电缆连接到下行射频信号切换器。所述的耦合结构中的上行射频信号切换器和下行射频信号切换器经预先老化且处在恒温环境中，以保证整个耦合结构传输系数的稳定。所述的耦合结构装入系统时已单独进行过耦合结构的预先校正，并将其接收和发射的传输系数已存储在校正检测系统。上述的耦合结构的传输系数作为收发通道进行校正的依据。

当下行校正链路工作时，下行校正检测信号源对已知特征信号扩频、加扰后由数字通信接口输出到智能天线基站的下行波束形成器与其它用户信号合并后进入被校正的发信阵列中的12个发信通道的某一发信通道，由耦合器组件、馈电电缆到天线阵列，司时，被校正发信通道含有校正检测信号的多用户信号，经耦合结构至解调器到下行检测信号分离器，从多用户合成信号中分离出已知特征信号提供给下行校正权值产生器，并在下行校正权值产生器中计算出校正权值。检验误差校正权值正确后，再将确认的校正权值由数字通信接口送入下行波束形成器与其它权系数一并加权。

当上行校正链路工作时，上行校正检测信号源对已知特征信号扩频、加扰后输出到调制器，经耦合结构注入被校正的收信阵列中收信通道的某一通道，同时由天线阵列，馈电电缆接收的其它多用户信号也经耦合器组件进入该被校正的收信通道，其输出的基带数字信号由相应的12个数字通信接口进入基带数字信号切换器、经上行检测信号分离器从多用户合成信号中分离出已知特征信号提供给上行校正权值产生器，并在上行校正权值产生器中计算出校正权值。检验误差校正权值正确后，再将确认的校正权值由数字通信接口送入上行波束形成器与其它权系数一并加权。

所述的收信阵列包括12个结构相同的收信通道，该每一收信通道包括依次后接于双工器的低噪声放大器、收信机和数模转换器；同样，所述的发信阵列包括12个结构相同的发信通道，该发信通道包括依次成电路连接的数模转换器、发信机和线性功率放大器、并且，该线性功率放大器输出端连接双工器的发信输入端。

所述的解调器具有与智能天线基站的一个收信通道相同的结构。

所述的调制器具有与智能天线基站的发信通道中的一个发信机和数模转换器相同的结构。

所述的数字通信接口连接校正检测系统与智能天线的波束形成器。

本发明的积极效果是：依照本发明所述的方法和装置可以实现FDD-WCDMA系统智能天线基站阵列通道幅度、相位误差的校正。该校正方法具有以下优点：1)、在线校正检测系统与智能天线系统并行工作而不影响系统性能；2)、校正通道范围全面，包括双工器、低噪声放大器、线性功率放大器、收发信机、数模转换器、模数转换器，不用预先校正双工器的误差；3)、对由于维修、单元置换、老化等原因引起的阵列通道幅度和相位的变化能够校正；4)、在整个工作频段都能够达到所要求的校正精度；5)、上、下行通道可司时校正。

附图说明

本发明的附图简单说明如下：

图1是本发明的FDD-WCDMA系统智能天线基站的装置结构示意图。

图2是图1中下行校正链路的装置结构示意图。

图3是图1中上行校正链路的装置结构示意图。

图4是图1收发阵列中第一收发通道的装置结构框图。

图5是图2、图3中耦合器组件、耦合电缆、上下射频信号切换器在智能天线基站的耦合结构的校正框图。

图6是本发明中耦合结构的预先校正方法流程图。

图7是本发明FDD-WCDMA系统智能天线基站校正方法流程图。

具体实施方式

下面根据图1～图7给出本发明的实施例，进一步说明本发明方法和装置。

请参见图1，图中示出使用了本发明方法和装置的FDD-WCDMA系统智能天线基站的结构。主要包括依次成双向电路联结的天线阵列100、馈电电缆101、耦合器组件102、收发阵列104、波束形成器105、和由上、下行校正射频信号耦合电缆106、107与该耦合器组件102成双向联结的校正检测系统103，以及联结该校正检测系统103与该波束形成器105的数字通信接口108。上述的收发阵列104由12支收发信通道组成，与波束形成器105的接口信号均为数字信号；所说的数字通信接口108包括280、281、282、283、284、…、294；上述的耦合组件102由12个用微带线制作在一个PCB板上的上、下行校正射频信号耦合器组合在一起构成。

请参见图2，图2示出图1中下行校正链路的结构，其包括依次以电路联结的下行波束形成器105A，由12个发信通道237、238、…、248组成的发信阵列104A、由12个校正射频信号耦合器225、226、…、236组成的耦合器组件102、由12条接近全同的电缆213、214、…、224组成的馈电电缆101和由12个天线单元201、202、…、212组成的天线阵列100、以及由电缆261、262、…、272组成的下行校正射频信号耦合电缆107、下行校正检测系统103A、数字通信接口280、281。

该下行校正检测系统103A包括依次以电路联结的下行射频信号切换器251、解调器252、下行检测信号分离器253、下行校正权值产生器254、以及与该下行校正权值产生器254成双向联结的下行校正检测信号源255。

图1所示的FDD-WCDMA系统智能天线基站结构中共有12条收发链路，其中的发信链路分别由图2中12列构成：第1列发信链路由天线单元201、电缆213、校正射频信号耦合器225、发信通道237组成；第2列发信链路由天线单元202、电缆214、校正射频信号耦合器226、发信通道238组成；…；第12列发信链路由天线单元212、电缆224、校正射频信号耦合器236、发信通道248组成。

参见图3，图3示出图1中上行校正链路的结构。其包括依次以电路连结的由12个天线单元201、202、…、212组成的天线阵列100，由12条接近全同的电缆213、214、…、224组成的馈电电缆101，由12个校正射频信号耦合器225、226、…、236组成的耦合器组件102，由12个收信通道337、338、…、348组成的收信阵列104B，上行波束形成器105B，以及上行校正检测系统103B、自该上行校正检测系统103B连接该耦合器组件102的由电缆301、302、…、312组成的上行校正射频信号耦合电缆106和双向联结上行校正检测系统103B与上行波束形成器105B的数字通信接口282、283、284、…、294。

上行校正检测系统103B包括依次以电路联结的上行校正检测信号源353，调制器352和上行射频信号切换器351，以及依次以电路联结的基带数字信号切换器354，上行检测信号分离器355，上行校正权值产生器356；而且该上行校正检测信号源353与上行校正权值产生器356成双向电路联结。

图1所示的FDD-WCDMA系统智能天线基站结构中共有12条收发链路，其中的收信链路分别由图3中12列构成：第1列收信链路包括依次成电路联结的天线单元201、电缆213、校正射频信号耦合器225、发信通道337；第2列收信链路包括依次以电路联结的天线单元202、电缆214、校正射频信号耦合器226、发信通道338；…；第12列收信链路包括依次以电路联结的天线单元212、电缆224、校正射频信号耦合器236、发信通道348。

参见图4，图中描述了智能天线基站阵列中的第一收发信通道的结构，即第1收信通道337和第1发信通道237的结构，各收信通道的结构是相同的。同样，各发信通道的结构也是相同的。图中双工器401的上端连接到图5中的A1点，其收信输出端连接到第1收信通道337，发信输入端连接到线性功率放大器405。收信通道337后接于双工器401，其包括依次以电路相联结的低噪声放大器(LNA)402、收信机403和模数转换(ADC)404。发信通道237包括依次以电路相联结的数模转换器(DAC)407、发信机406和线性功率放大器405，双工器401后接于发信通道237。

参见图5，图5描述了本发明方法和装置的FDD-WCDMA系统智能天线基站中所采用的校正链路射频信号的耦合结构502，它是由依次以电路相联结的上行射频信号切换器351、上行校正射频信号耦合电缆106、耦合器组件102和下行校正射频信号耦合电缆107、下行射频信号切换器251组成注入信号的耦合结构。图5中电缆301、302、…、312是分别连接相应耦合器225、226、…、236到上行射频信号切换器351之间的耦合电缆，电缆261、262、…、272是分别连接相应耦合器225、226、…、236到下行射频信号切换器251之间的耦合电缆。图5中点A1、点B1是第1收发信通道耦合器225的输入、输出端口；点A2、点B2是第2收发信通道耦合器226的输入、输出端口，…，点A12、点B12是第12收发信通道耦合器236的输入、输出端口。点A1、点A2、…、点A12连接到各收发信通道双工器的输出端如双工器401的上端，点B1、点B2、…、点B12连接到各收发链路天馈的下端。点C是下行射频信号切换器251与解调器252的连接点，点D是上行射频信号切换器351与调制器352的连接点。该耦合结构502在安装进智能天线基站之前已单独进行过预先校正。

图5中所示的耦合结构502的上行和下行预先校正是分别进行的，其下行校正包括：将一矢量网络分析仪501与各收发信通道耦合器225、226、…236的输入端口A1、A2、…、A12中的第i个端口以及与下行射频信号切换器251输出点C连接。同时被校正的各收发信通道耦合器225、226、…236的输出端口B1、B2、…、B12中的第i个端口连接匹配负载，用矢量网络分析仪501分别测量耦合结构502中第i个被校正的下行耦合通路的传输系数CTij，其中i＝1、2、…12表示12个收发通道，j＝1、2、…、12表示12个下行工作载频。通过i×j次测试获得耦合结构502全部下行耦合通路的传输系数CTij。其上行校正包括：将一矢量网络分析仪501与上行射频信号切换器351输入点D以及与各收发信通道耦合器225、226…236的输出端口A1、A2、…、A12中的第i个端口连接。同时被校正的各收发通道耦合器225、226…236的输出端口B1、B2、…、B12中的第i个端口连接匹配负载，用矢量网络分析仪501分别测量耦合结构中第i个被校正的上行耦合通路的传输系数CRij，其中i＝1、2、…12表示12个收发通道，j＝1、2、…、12表示12个上行工作载频。通过i×j次测试获得耦合结构全部上行耦合通路的传输系数CRij。

本发明的校正工作就是由校正检测系统103通过与FDD-WCDMA系统智能天线基站构成校正链路，实时检测各通道的传输系数Ri和Ti，计算校正权值输出给基带波束形成器105进行加权。本发明的原理描述如下：在给定第j个工作载频时设发信通道237、238、…、248的传输系数为Ti(i＝1、2、…12)，耦合结构502的下行耦合通路传输系数为CTi，解调器252的传输系数为CR，收信通道337、338、…、348的传输系数为Ri(i＝1、2、…12)，耦合结构502的上行耦合通路的传输系数为CRi，调制器352的传输系数为CT；设下行校正时(参见图2)，点a1发送的校正检测信号为S1，点b1分离出的信号为STi；设上行校正时(参见图3)，点a2发送的校正检测信号为S2，点b2分离出的信号为SRi；

上行校正链路输出信号为：  SRi＝Ri×CRi×CT×S2                (1)

下行校正链路输出信号为：  STi＝Ti×CTi×CR×S1                (2)

上行收信通道的传输系数为：Ri＝SRi/〔CRi×CT×S2〕             (3)

下行发信通道的传输系数为：Ti＝STi/〔CTi×CR×S1〕             (4)

将第1通道作为参考通道，则式(3)、(4)为：

上行收信通道的传输系数为：Ri/R1＝〔SRi×CR1〕/〔SR1×CRi〕    (5)

下行发信通道的传输系数为：Ti/T1＝〔STi×CT1〕/〔CTi×ST1〕    (6)

式(5)、(6)中i＝1、2、…12。CR1、CRi、CT1、CTi是由图5耦合结构502决定的，并按图6可预先校正检测得到。SRi、SR1、STi、ST1是校正检测系统检测信号分离装置的输出，可实时检测得到。因此，Ri/R1和Ti/T1可计算得到，并可计算出收信通道和发信通道的校正权值。

参见图6，图中描述了图5所述耦合结构502的校正方法步骤。耦合结构502在智能天线基站投入使用之前已单独进行过预先校正，所获得的上下行耦合通路的传输系数CRij、CTij储存在智能天线基站的校正检测系统103。

图6中所描述的耦合结构上行耦合通路的校正过程60包括：步骤601，开始校正；步骤602，选择上行耦合通路进行校正；步骤603，按上行耦合通路测试要求连接系统，对第1个上行耦合通路进行校正，取i＝1；步骤604，设置矢量网络分析仪501的工作载频为j个工作载频中的第1个，取j＝1；步骤605，设置矢量网络分析仪501的工作载频为第j个工作载频；步骤606，用矢量网络分析仪501测试耦合结构第i个上行耦合通路的校正频率为第j个工作载频时的传输系数CRij并记录测试结果；步骤607、608，通过判断j是否等于12按步骤605、606来完成第i个上行耦合通路的全部12个工作载频时的传输系数CRij并记录测试结果；步骤609、610，通过判断i是否等于12按步骤604至608来完成全部12个上行耦合通路的在全部12个工作载频时的传输系数CRij并记录测试结果而转入下行耦合通路校正。

图6中所描述耦合结构502的下行耦合通路校正过程61包括：步骤611，按下行耦合通路测试要求连接系统，对第1个上行耦合通路进行校正，取i＝1；步骤612，设置矢量网络分析仪501的工作载频为j个工作载频中的第1个，取j＝1；步骤613，设置矢量网络分析仪501的工作载频为第j个工作载频；步骤614，用矢量网络分析仪测试耦合结构第i个下行耦合通路的校正频率为第j个工作载频时的传输系数CTij并记录测试结果；步骤615、616，通过判断j是否等于12按步骤613、614来完成第i个下行耦合通路的全部12个工作载频时的传输系数CTij并记录测试结果；步骤617、618，通过判断i是否等于12按步骤613至614来完成全部12个下行耦合通路的在全部12个工作载频时的传输系数CTij并记录测试结果；步骤619，获得全部上、下行耦合通路的传输系数CRij、CTij后结束耦合结构的校正。

参见图7，图中描述了智能天线基站全部12个上、下行收发信通道校正方法步骤。耦合结构502在投入使用之前已按图5、图6单独进行过校正并将结果储存在智能天线基站的校正检测系统103。天线阵列100中的天线单元201、202、…、212和馈电电缆213、214、…、224在投入使用之前也已单独进行过校正测试并将结果保存在智能天线基站内部，本发明不含对天线阵列100和馈电电缆213、214、…、224的预先校正。

图7中智能天线基站上、下行收发信通道校正过程包括：步骤701、702，智能天线基站系统正常进入工作状态；步骤703，校正检测系统103启动，与智能天线基站内部基带控制部分沟通握手；步骤704，上行收信通道校正初始设置；步骤705，校正检测系统103从基带控制部分获取工作载频号j，申请一个用户扰码，选择12个上行接收通道的第1个进行校正，取i＝1；步骤706，对应第i个接收通道进行上行射频信号切换器351和基带数字信号切换器354的预置；步骤707，上行校正检测信号源对已知特征信号扩频、加扰输出到调制器上变频为第j个工作载频并输出给定信号功率，该信号通过上行射频信号切换器、所选第i个上行校正射频信号耦合器注入到第i个上行接收通道，经第i个收信通道含双工器401、低噪放402、收信机403、ADC模数转换404输出的数字信号进入基带数字信号切换器354选通、经上行检测信号分离器355分离出响应后的已知特征信号；步骤708，采样、保存第i个响应后的已知特征信号；步骤709、710，判断全部12个上行通道是否检测完，如未检测完则i＝i+1并按步骤706、707、708继续进行；步骤711，计算上行通道校正权值；步骤712，检验各上行收信通道校正权值，如不正确则重复步骤706到步骤711；步骤713，下行发射通道校正初始设置；步骤714，校正检测系统103从基带控制部分获取工作载频号(j)，申请一个用户扩频码，选择12个下行发射通道的第1个进行校正，取i＝1；步骤715，对应第i个发射通道进行下行射频信号切换器251的预置；步骤716，下行校正检测信号源255对已知特征信号扩频、加扰后输出到基带的下行波束形成器105A与所选第i个被校正发信通道的基带其它用户信号合并后经第i个发信机含DAC数模转换407、发信机406、功率放大器405、双工器401经耦合器组件、馈电电缆输出到天线阵列，同时信号由耦合器组件经下行射频信号耦合电缆、下行射频信号切换器、解调器下变频后输出的数字信号经下行检测信号分离器分离出响应后的已知特征信号；步骤717，采样、保存第i个响应后的已知特征信号；步骤718、719，判断全部12个下行通道是否检测完，如未检测完则i＝i+1并按步骤71 5、716、717继续进行；步骤720，计算下行通道校正权值；步骤721，检验下行通道校正权值，如不正确则重复步骤715到步骤720；步骤722，输出上、下行各通道校正权值到上、下行波束形成器105A、105B与其它权系数一并加权，释放用户扰码和扩频码；步骤723，一次实时校正结束。

本发明方法和装置的FDD-WCDMA系统智能天线基站结构中的12个阵元可构成三扇区直线阵和一个圆环阵。圆环阵时各收发阵列使用同一个本阵信号源，三扇区直线阵时各扇区直线阵的4个收发阵列使用同一个本阵信号源。为了实现系统实时快速校正，系统为三扇区直线阵结构时，各扇区直线阵的4个收发阵列使用同一个本阵信号源，此时校正按扇区进行，阵元数N＝4。

Claims (29)

1.一种智能天线子系统的校正方法，其步骤包括：

(1)、在系统投入使用前，对天线阵列(100)中的天线单元(201、202、…、

     212)和馈电电缆(101)中的电缆(213、214、…、224)预先校正测

     试，并将结果保存在智能天线基站内部，其特征在于：还有

(2)、将智能天线子系统与校正检测系统(103)链接后，先单独测试和校

     正耦合结构(502)的上下行耦合通路的传输系数CRij、CTij，并储存在

     检测系统(103)中，该耦合结构(502)系包括依次以电路连接的校正

     检测系统(103)中的上行射频信号切换器(351)、上行校正射频信号

     耦合电缆(106)、智能天线中的耦合器组件(102)、下行校正射频信号

     耦合电缆(107)和校正检测系统(103)中的下行射频信号切换器(251)

(3)、启动系统，实时校正检测上、下行各收发信通道在给定工作载频j时

     的传输系数Ri和Ti，计算校正权值输出给基带波束形成器(105)进行

     加权。

2.根据权利要求1所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所说的(2)关于校正测试耦合结构(502)的传输系数和(3)关于实时检测上、下行各收发信通道的传输系数以及对基带波束形成器(105)进行加权，

其步骤包括：

第一步(71)：1)利用矢量网络分析仪(501)对耦合结构(502)进行预先校正(60、61)，并将耦合结构(502)的传输系数存储在校正检测系统(103)、2)  设置由天线阵列(100)、馈电电缆(101)、耦合器组件(102)、校正检测系统(103)、收发阵列(104)、波束形成器(105)、上行校正射频信号耦合电缆(106)、下行校正射频信号耦合电缆(107)和校正检测系统(103)与智能天线基站波束形成器(105)间的数字通信接口(108)构成智能天线基站的实时校正链路、3)使智能天线基站系统处于正常运行状态；

第二步(72)：  进行上行通道校正，包括：1)校正检测系统(103)向基站协议层申请一个用户扰码、2)检测上行所有12个收信通道响应后的已知特征信号并采样、保存、3)采用算法得出上行各收信通道误差的校正权值、4)检验上行校正权值正确性，如不正确则重复本第二步(72)的2)和3)，

 第三步(73)：进行下行通道校正，包括：1)校正检测系统(103)向基站协议层申请一个用户扩频码、2)检测下行所有12个发信通道响应后的已知特征信号并采样、保存、3)采用算法得出下行各通道误差的校正权值、4)检验下行校正权值正确性，如不正确则重复本第三步(73)的2)和3)，

第四步(74)：将上行或下行校正权值送入波束形成器(105)与其它权系数一并加权，释放申请的扰码或扩频码，一次校正结束。

3.根据权利要求2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第一步(71)中的1)包括：将耦合结构(502)中的上行射频信号切换器(351)、下行射频信号切换器(251)经预先老化并始终处在恒温环境中，用矢量网络分析仪(501)预先测出耦合结构(502)在上、下行工作频段各工作载频时的传输系数，并将其接收和发射的传输系数存储在校正检测系统(103)，耦合结构(502)的传输系数作为收、发通道进行校正时计算的依据。

4.根据权利要求2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第二步(72)中的2)包括：上行校正检测信号源(353)对一个已知特征信号扩频至3.84MHz、加扰经调制器(352)调制在给定工作载频上输出确定电平的信号，经过上行射频信号切换器(351)、上行耦合电缆(301、302、…、312)、耦合器组件(102)注入到被校正的上行收信阵列(104B)中的收信通道(337、338、…、348)的某一通道，该被校正的上行收信通道响应后的多用户数字信号由数字通信接口(283、284、…、294)进入基带数字信号切换器(354)选通进入上行检测信号分离器(355)，从多用户合成信号中分离出该上行收信通道响应后的已知特征信号并在上行校正权值产生器(356)中采样、储存，依次对12个上行收信通道完成上述检测过程。

5.根据权利要求2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第二步(72)中的3)包括：以某一个收信通道响应后的已知特征信号为基准；各收信通道响应后的已知特征信号在上行校正权值产生器(356)中采用算法得出各收信通道(337、338、…、348)误差的校正权值。

6.根据权利要求2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第二步(72)中的4)包括：利用各收信通道的校正权值去修正上行校正检测信号源(353)的调制信号，并重复上述误差检测过程，直到检验误差校正权值正确后转入第四步(74)。

7.根据权利要求2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第三步(73)中的2)包括：下行校正检测信号源(255)对一个已知特征信号扩频至3.84MHz、加扰后由数字通信接口(281)传送到下行波束形成器(105A)中先与其它的用户信号合并，再经被校正的发信阵列(104A)中的发信通道(237、238、…、248)的某一通道调制在给定工作载频上，输出的信号通过耦合器组件(102)、馈电电缆(101)到天线阵列(100)，同时被校正发信通道含有校正检测信号的多用户信号通过下行耦合电缆(261、262、…、272)、下行射频信号切换器(251)到解调器(252)，经解调器(252)响应后的多用户数字信号进入下行检测信号分离器(253)，从多用户合成信号中分离出已知特征信号提供给下行校正权值产生器(254)中采样、储存，依次对12个下行发信通道完成上述检测过程。

8.根据权利要求2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第三步(73)中的3)包括：以某一个发信通道响应后的已知特征信号为基准，各发信通道响应后已知特征信号在下行校正权值产生器(254)中采用算法得出各发信通道(237、238、…、248)误差的校正权值。

9.根据权利要求书2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第三步(73)中的4)包括：利用各发信通道的校正权值去修正下行校正检测信号源(255)的调制信号，直到检验误差校正权值正确后转入第四步(74)。

10.根据权利要求书2所述的智能天线子系统的校正方法，其特征在于：所述第四步(74)包括：将上行各收信通道(337、338、…、348)误差的校正权值由数字通信接口(282)送入上行波束形成器(105B)与其它权系数一并加权，释放申请的扰码，一次上行校正结束；将下行各发信通道(237、238、…、248)误差的校正权值由数字通信接口(280)送入下行波束形成器(105A)与其它权系数一并加权，释放申请的扩频码，一次下行校正结束。

11.一种实现权利要求1～10所述的智能天线子系统的校正方法的智能天线子系统的校正装置，包括一主要由依次成双向电路联结的天线阵列(100)、馈电电缆(101)、耦合器组件(102)、收发阵列(104)和波束形成器(105)构成的智能天线子系统，其特征在于：还有一分别由上、下行射频信号耦合电缆(106、107)和数字通信接口(108)链接该智能天线子系统中的耦合器组件(102)和波束形成器(103)的校正检测系统(103)，而且，该校正检测系统(103)中驻留按上述权利要求1～10所述校正方法设计的耦合结构(502)上、下行耦合通路检测程序(60、61)和智能天线基站校正程序(70)；

上述的收发阵列(104)包括发信阵列(104A)和收信阵列(104B)；该波束形成器(105)包括下行波束形成器(105A)和上行波束形成器(105B)。

12.根据权利要求11所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的校正检测系统(103)包括下行校正检测系统(103A)、上行校正检测系统(103B)，并与智能天线子系统链接构成下行校正链路和上行校正链路。

13.根据权利要求12所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的下行校正检测系统(103A)包括依次成电路联结的下行射频信号切换器(251)、解调器(252)、下行检测信号分离器(253)和下行校正权值产生器(254)、以及与该下行校正权值产生器(254)成双向电路联结的下行校正检测信号源(255)。

14.根据权利要求12所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的上行校正检测系统(103B)包括依次成电路联结的上行校正检测信号源(353)、调制器(352)和上行射频信号切换器(351)，以及依次成电路联结的基带数字信号切换器(354)、上行检测信号分离器(355)和上行校正权值产生器(356)，而且该上行校正权值产生器(356)与该上行校正检测信号源(353)成双向电路联结。

15.根据权利要求11或12所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的下行校正链路包括依次以电路联结的下行波束形成器(105A)、发信阵列(104A)、耦合器组件(102)、馈电电缆(101)和天线阵列(100)，以及依次后接耦合器组件(102)的下行校正射频信号耦合电缆(107)、下行校正检测系统(103A)和连接校正检测系统(103)与智能天线基站波束形成器(105)间的数字通信接口(280、281)。

16.根据权利要求11或12所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的上行校正链路包括依次以电路联结的天线阵列(100)、馈电电缆(101)、耦合器组件(102)、收信阵列(104B)、上行波束形成器(105B)，和校正检测系统(103)与智能天线基站波束形成器(105)间的数字通信接口(282、283、284、…294)，以及上行校正检测系统(103B)和该上行校正检测系统(103B)链接该耦合器组件(102)的上行校正射频信号耦合电缆(106)。

17.根据权利要求13或14所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：在上行射频信号切换器(351)与下行射频信号切换器(251)之间形成一个用于耦合上、下行校正检测信号的耦合结构(502)，其包括依次以电路相联结的上行射频信号切换器(351)、上行校正射频信号耦合电缆(106)、耦合器组件(102)、下行校正射频信号耦合电缆(107)、下行射频信号切换器(251)。

18.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的耦合器组件(102)串接在馈电电缆(101)和收发阵列(104)之间，是由12个独立的用微带线制作在一个印刷电路板上的上、下行校正检测信号耦合器组件在一起构成，每个耦合器含有一个上行注入信号耦合口和一个下行注入信号输出耦合口。

19.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的上行校正射频信号耦合电缆(106)包括耦合电缆(301、302、…、312)。

20.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的下行校正射频信号耦合电缆(107)包括耦和电缆(261、262、…、272)。

21.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的上行射频信号切换器(352)输出的上行校正检测信号分时送入被选校正收信通道。

22.根据权利要求13或17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的下行射频信号切换器(251)是一将来自被选校正发信通道的下行校正检测信号输出分时送入解调器(252)的12选1射频开关组件。

23.根据权利要求18所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的耦合器组件(102)中的12个上行注入信号耦合口，它们分别通过上行12耦合电缆(301、302、…、312)连接到上行射频信号切换器(351)；耦合器组件(102)中的12个下行注入信号输出耦合口，它们分别通过12根下行耦合电缆(261、262、…、272)连接到下行射频信号切换器(251)。

24.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的耦合结构(502)中的上行射频信号切换器(351)、下行射频信号切换器(251)经预先老化且处在恒温环境中；耦合结构(502)装入系统时已单独进行过耦合结构的预先校正，并将其上行耦合通路和下行通路的传输系数存储在校正检测系统(103)。

25.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的耦合结构(502)的上、下行耦合通路的传输系数作为智能天线子系统的收发通道进行校正的依据。

26.根据权利要求17所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的收信阵列(104A)包括12个结构相同的收信通道(337)，该每一收信通道(337)包括依次后接于双工器(401)、低噪音放大器(402)、收信机(403)和模数据转换器(404)。

27.根据权利要求11所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的发信陈列(104B)包括12个结构相同的发信通道(237)，该每一发信通道包括依次成电路连接的数模转换器(407)、发信机(406)和线性功率放大器(405)，并且该线性功率放大器(405)的输出端连接双工器(401)的发信输入端。

28.根据权利要求13或26所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：

所述的解调器(252)具有与智能天线基站的收信通道(337)相同的结构。

29.根据权利要求14或27所述的智能天线子系统的校正装置，其特征在于：所述的调制器(352)具有与智能天线基站的发信通道(237)中的发信机(406)和数模转换器(407)相同的结构。

Images