MXPA02001463A - Metodo y aparato para calibrar un sistema de antena inteligente. - Google Patents
Metodo y aparato para calibrar un sistema de antena inteligente.Info
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Abstract
Esta invención se refiere a un método y aparato para calibrar un sistema de antena inteligente, que se utiliza para calibrar un sistema de antena inteligente en un tiempo real;se provee un enlace de calibración que se construye conectando una estructura de conexión, cables de alimentación y un tranceptor de guía;la estructura de conexión se calibra previamente con un analizador de red vectorial, y se registran sus factores de transmisión receptor y transmisor respectivamente;la calibración de la recepción se lleva a cabo en el sistema de antena inteligente, la amplitud del factor de transmisión de cada enlace receptor se ajusta para estar igual a la del enlace de referencia, y se registra la diferencia de fase F en un procesador de banda base;se lleva a cabo la calibración de la transmisión, la amplitud del factor de transmisión de cada enlace transmisor se ajusta para ser igual a la delenlace de referencia, y la diferencia de fase ? se registra en un procesador de banda base;la estructura de conexión de la invención incluye una antena de guía que emplea un modo de acoplamiento espacial y una red pasiva que emplea un mo
Description
METODO Y APARATO PARA CALIBRAR UN SISTEMA DE ANTENA INTELIGENTE
CAMPO DE LA TECNOLOGIA
La presente invención se refiere generalmente a una tecnología de antena inteligente de un sistema de comunicación inalámbrico, y más particularmente a un método para calibrar un sistema de antena inteligente, así como a un dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En el sistema moderno de comunicación inalámbrica, en especial en el sistema de comunicación inalámbrico CD A, para aumentar la capacidad def sistema, para aumentar la sensibilidad del sistema y para tener una distancia de comunicación más lejana con una potencia de emisión más baja, se utiliza generalmente una antena inteligente. En la patente china con nombre "Sistema de comunicación inalámbrico de acceso múltiple, con división de código sincrónico doble, de división de tiempo, con antena inteligente" (CN 97 1 04039.7) se describe una estructura de estación de base para un sistema de comunicación inalámbrico con antena inteligente. Éste incluye un sistema de antena que consiste en una o varias unidades de antena, correspondiendo a cables de alimentación de radiofrecuencia y un conjunto de transceptores de radiofrecuencia coherentes. De acuerdo con la respuesta diferente de cada unidad de antena en el sistema de antena para la señal recibida de una terminal del usuario, un procesador de banda base obtiene un vector característico del espacio y la dirección de llegada (DOA) de la señal; después, con un algoritmo de correspondencia, se instrumenta la formación del haz de la antena receptora. Entre ellos, a cualquier unidad de antena, correspondiente a un cable de alimentación y a un transceptor de radiofrecuencia coherente, juntos se les llama un enlace. Utilizando el valor estadístico, que se obtiene de la formación del haz receptor de enlace ascendente, para la formación de haz de transmisión de enlace descendente, se puede instrumentar toda la funcionalidad de la antena inteligente, bajo una propagación simétrica de la onda de radio. En la patente china antes mencionada, para hacer que la antena inteligente combine el haz receptor y transmisor de manera precisa, debe de conocerse la diferencia entre cada unidad de antena, que comprende el sistema de antena inteligente, el cable de alimentación de radiofrecuencia y el transceptor de radiofrecuencia, es decir, debe de conocerse la diferencia de amplitud y de variación de fase después de que la señal de radiofrecuencia pasa por cada enlace; y el procedimiento para obtener la diferencia entre los enlaces del sistema de antena inteligente es justamente lo que concierne a la calibración de antena inteligente de la invención.
La calibración del sistema de antena inteligente es una tecnología de núcleo para antena inteligente, característica de los elementos electrónicos, que comprende un sistema de radiofrecuencia de antena inteligente, especialmente característico de los elementos activos, que es muy sensible a la frecuencia de trabajo, a la temperatura del ambiente y a la duración del trabajo, etc., la variación característica de cada enlace, causada por las razones antes mencionadas, es imposible que sea la misma, por lo que en cualquier momento puede ser necesaria la calibración del sistema de antena inteligente. En la actualidad hay aproximadamente dos tipos de métodos para calibrar una antena inteligente. Uno es el método de medición directa: medir cada conjunto de transceptor de radiofrecuencia y obtener la información relacionada con su amplitud y fase, después añadir la característica de amplitud y de fase medidas de la unidad de antena y del cable de alimentación para formar un conjunto de datos de calibración; el procedimiento de calibración de este método es muy complicado, es difícil tomar todas las medidas en el campo, en especial para los sistemas de comunicación inalámbricos que ya están operando. Otro método es calibrar por un transceptor piloto en una región de antena lejos del campo, pero este método necesita que el transceptor piloto se localice en una región fuera del campo, sin propagación por trayectos múltiples; esto también es difícil de llevar a cabo en la práctica. Por lo tanto, es obvia la desventaja de estos dos métodos.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
Por lo tanto, un objetivo de la invención es proporcionar un método y un dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente en tiempo real, para que de esta manera sea practicable el sistema de antena inteligente; el dispositivo de la invención sirve para hacer que trabaje de manera eficiente el método de la invención. Otro objetivo de la invención es proveer un diseño y un método de calibración de estructura de conexión para calibrar un sistema de antena inteligente, que hace que funcione de manera efectiva el método de la invención. Un método de la invención para calibrar un sistema de antena inteligente comprende: 1.- Establecer un enlace de calibración que consiste en la conexión de una estructura de conexión, un cable de alimentación y un transceptor piloto; la estructura de conexión está acoplada con las unidades de antena N del sistema de antena inteligente, y el transceptor piloto está conectado a un procesador de banda base de la estación de base por medio de una barra colectora digital; 2.- calibrar la estructura de conexión con un analizador de red vectorial antes de que se ponga en funcionamiento el sistema de antena inteligente, registrar su coeficiente de transmisión receptor y su coeficiente de transmisión transmisor, respectivamente;
3. - hacer la calibración de la recepción, en donde ésta comprende: transmitir una señal de nivel de voltaje definido en la frecuencia portadora que establece el trabajo, mediante un transmisor análogo del transceptor piloto, y hacer que los enlaces receptores N, que están en la estación de base calibrada, se pongan en estado de recepción; detectar la salida de cada enlace receptor respectivamente mediante un procesador de banda base en la estación de base, y calcular la relación de cada coeficiente de transmisión de enlace al coeficiente de transmisión de enlace de referencia durante la recepción, de acuerdo con cada salida de enlace receptor; controlar cada salida de enlace receptor mediante el control del amplificador de ganancia variable, en cada receptor de analogía de enlace, para hacer que la relación de amplitud del coeficiente de transmisión receptor de enlace al coeficiente de transmisión de enlace de referencia, sea igual a 1 ; registrar y almacenar la diferencia de fase F entre cada enlace receptor y el enlace de referencia en un procesador de banda base; 4. - hacer la calibración de transmisión, en donde ésta comprende: hacer que sólo un enlace esté en un estado de transmisión a la vez, y que los otros enlaces de transmisión estén en estado de cierre entre los enlaces de transmisión N, y recibir las señales que vienen desde cada enlace transmisor respectivamente, en la frecuencia portadora de trabajo establecida, mediante el receptor análogo en el transceptor piloto; procesar las señales detectadas mediante un procesador de banda base de la estación de base y calcular la relación de cada coeficiente de transmisión de enlace al coeficiente de transmisión de enlace de referencia durante la transmisión; controlar la salida de cada enlace transmisor controlando el amplificador de ganancia variable, en cada transmisor análogo de enlace, para hacer que la relación de amplitud de cada coeficiente de transmisión de enlace a coeficiente de transmisión de enlace de referencia sea igual a 1 durante la transmisión; registrar y almacenar la diferencia de fase ? entre cada enlace transmisor y enlace de referencia en el procesador de banda base. La estructura de conexión para calibrar con analizador de red vectorial, en donde ésta comprende: establecer una antena piloto y un modo de acoplamiento espacial; dicho analizador de red vectorial está conectado a una terminal de cable de alimentación de la señal piloto y a la terminal de unidad de antena del enlace que se le va a calibrar, la terminal de unidad de antena del enlace no calibrado está conectada a la carga apareada, medir y registrar el coeficiente de transmisión receptor y transmisor que se va a calibrar, enlazado bajo cada una de las frecuencias portadoras de trabajo necesarias; repetir los pasos anteriores hasta que los coeficientes de transmisión para recibir y transmitir de los enlaces N hayan sido medidos y registrados. La estructura de conexión calibrada con el analizador de red vectorial, en donde ésta también comprende: establecer una estructura de conexión de red pasiva que consiste de acopladores N y un distribuidor/combinador pasivo 1 :N conectado con los acopladores N, los acopladores N están conectados con la terminal de antena de las unidades de antena N del sistema de antena inteligente respectivamente, y la salida del distribuidor/combinador pasivo es la terminal del cable de alimentación de la señal piloto; dicho analizador de red vectorial está conectado a la terminal del cable de alimentación de la señal piloto y a la terminal de unidad de antena del enlace que se va a calibrar, la terminal de unidad de antena del enlace no calibrado está conectada con la carga apareada, medir y registrar el coeficiente de transmisión receptor y el coeficiente de transmisión transmisor del enlace que se va a calibrar, bajo cada frecuencia portadora de trabajo necesaria; repetir los pasos anteriores hasta que todos los coeficientes de transmisión receptores y los coeficientes de transmisión transmisores de los enlaces N hayan sido medidos y registrados. Un dispositivo dé la invención para calibrar un sistema de antena inteligente, en donde éste comprende una estructura de conexión ya calibrada, un cable de alimentación y un transceptor piloto; las estructuras de conexión están acopladas a las unidades de antena N del sistema de antena inteligente, el cable de alimentación está conectado con la estructura de conexión y el transceptor piloto, el transceptor piloto está conectado a un procesador de banda base en la estación de base por medio de una barra colectora digital. Dicha estructura de conexión es una antena piloto con un modo de acoplamiento espacial, la antena piloto está en el lóbulo principal de trabajo del diagrama de directividad de radiación de las unidades de antena N, las cuales componen el sistema de antena inteligente; una terminal de antena de la antena piloto es la terminal de línea de alimentación de la señal piloto. Cuando las unidades de antena N, las cuales componen al sistema de antena inteligente, son antenas omnidireccionales, dicha antena piloto se localiza en cualquier posición de la región cerca de campo de cada unidad de antena. La estructura de conexión es una red pasiva, en donde ésta incluye acopladores N, correspondientes con las unidades de antena N de dicho sistema de antena inteligente, y un distribuidor/combinador pasivo 1 :N conectado con los acopladores N; dichos acopladores N están conectados con terminales de antena de las unidades de antena N respectivamente, la salida de dicho distribuidor/combinador pasivo es la terminal de línea de alimentación de la señal piloto. Dicho transceptor piloto tiene la misma estructura que el transceptor de radiofrecuencia de la estación de base, incluyendo un duplexor, un receptor análogo conectado con el duplexor, un transmisor análogo conectado con el duplexor, un convertidor análogo-digital conectado con el receptor análogo y un convertidor digital-análogo conectado con el transmisor análogo; la interfaz de radiofrecuencia de dicho duplexor está conectada con el cable de alimentación de la estructura de conexión, el convertidor análogo-digital y el convertidor digital-análogo están conectados a dicha barra colectora digital. En el receptor análogo se establece un amplificador de ganancia variable, controlado por software, para controlar la ganancia; en el transmisor análogo se establece un amplificador de ganancia variable, controlado por software, para controlar la ganancia. La invención proporciona un método y un dispositivo de calibración para un sistema de antena inteligente, que comprende utilizar un transceptor piloto y un conjunto de estructura de conexión acoplado con el sistema de antena inteligente, en donde la estructura de conexión incluye dos esquemas técnicos: uno utiliza un método para calibrar un sistema de antena inteligente mediante una antena piloto de estructura simétrica geométrica, el cual se localiza en una región cercana al campo o en una región lejana al campo, y un sistema de antena que instrumenta dicho método, en donde la antena piloto y el software de calibración relacionado son una parte compuesta de una estación de base inalámbrica; el otro utiliza una red pasiva que consiste en acopladores y un distribuidor/combinador para instrumentar las alimentaciones de la estructura de conexión y calibra el sistema de antena inteligente. Cualquiera de los dos esquemas técnicos hace que una estación de base con antena inteligente pueda calibrarse fácilmente en cualquier momento, hace que las partes y los elementos de radiofrecuencia puedan cambiarse en cualquier momento, por lo tanto, un problema práctico de ingeniería del sistema de antena inteligente se resuelve por completo. El método y dispositivo de la invención para calibrar un sistema de antena inteligente, describe principalmente un sistema de comunicación inalámbrico CDMA, pero después de unos simples cambios, el método y el dispositivo propuestos también se pueden utilizar para calibrar la antena inteligente de un sistema de comunicación inalámbrico FDMA y TDMA.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama de principio de una estación de base de comunicación inalámbrica que usa el método y dispositivo de la invención. La figura 2 es un diagrama de principio de un transceptor análogo. La figura 3 es un diagrama de una estructura de conexión que utiliza antena piloto. La figura 4 es un diagrama de conexión de una estructura de conexión, en un sistema de antena inteligente, que consiste en distribuidor/combinador y acoplador. La figura 5 es otra estructura de conexión de la invención. La figura 6 es un diagrama de flujo del procedimiento de calibración de la estructura de conexión. La figura 7 es un diagrama de flujo del procedimiento de calibración de la antena inteligente.
MODALIDADES DE LA INVENCION
Con modalidades y dibujos, el método y dispositivo de la invención se describen al detalle de la siguiente manera.
Haciendo referencia a la figura 1 , se puede ver una típica estructura de estación de base de un sistema de comunicación inalámbrico, que utiliza el método y dispositivo de la invención para un sistema de comunicación móvil o un sistema de bucle inalámbrico para el usuario, etc., con una antena inteligente. La estructura de estación de base, excepto por la parte de calibración, es similar a la estructura de estación de base descrita en la patente china "Sistema de comunicación inalámbrica de acceso múltiple con división de código sincrónico doble con división de tiempos con antena inteligente" (CN 97 1 04039.7). Ésta incluye principalmente números N de unidad de antena idéntica 201 A, 201 B 201 N; números N de cable de alimentación casi idéntico 202A, 202B, ..., 202N; números N de transceptor de radiofrecuencia 203A, 203B, ..., 203N y un procesador de banda base 204. En todos los transceptores de radio frecuencia 203, hay un convertidor análogo-digital (ADC) y un convertidor digital-análogo (DAC), por lo que todas las señales de la banda base de entrada y salida de todos los transceptores de radiofrecuencia, son señales digitales; están conectados con un procesador de banda base 204 por medio de una barra colectora digital de alta velocidad 209; utilizan el mismo oscilador local 208 para garantizar que cada transceptor de radiofrecuencia trabaje en coherencia. Para instrumentar una calibración en tiempo real de antena inteligente basándose en esta estructura de estación, el enlace de calibración consiste en una estructura de conexión 205 (circuito de radiofrecuencia de acoplamiento), un cable de alimentación 206 y un transceptor piloto 207 que se añade según los diferentes sistemas de antena. La estructura de conexión 205 está acoplada con cables de alimentación N 202A, 202B 202N; el cable de alimentación 206 se utiliza para conectar la estructura de conexión 205 y el tranceptor piloto 207; el tranceptor piloto 207 está conectado con una barra colectora digital de alta velocidad 209, y utiliza un mismo oscilador local 208, con todo el tranceptor de radiofrecuencia 203. La figura 2 muestra una estructura de tranceptor de radiofrecuencia 203 o tranceptor piloto 207 que aparece en la figura 1 . Éste incluye un duplexor 210, un receptor análogo 211 , un convertidor análogo-digital 212, un transmisor análogo 213 y un convertidor digital-análogo 214. En el receptor análogo 21 1 , se establece un amplificador de ganancia variable 215 (que se puede controlar por software), que se utiliza para controlar su ganancia. En el transmisor análogo 213, se establece un amplificador de ganancia variable 216 (que se puede controlar por software), para controlar su ganancia. La ¡nterfaz de radiofrecuencia 217 de duplexor 210 está conectada al cable de alimentación 202 y 206 directamente. El convertidor análogo-digital 212 y el convertidor digital-análogo 214 están conectados con el procesador de banda base 204 a través de una barra colectora digital de alta velocidad 209. En el sistema de antena inteligente, que usa la estructura de estación de base que aparece en la figura 1 , hay enlaces N que transmiten y reciben en total; cualquiera de ellos consiste en una unidad de antena de conexión (201 A, 201 B, 201 N), cable de alimentación (202A, 202B,
202N) y tranceptor de radiofrecuencia (203A, 203B 203N), además hay un enlace de calibración que consiste en el tranceptor piloto 207 y que corresponde a la estructura de conexión (205 y 206). Suponiendo que se toma como referencia el enlace Ath (cualquier enlace se puede seleccionar como enlace de referencia), entonces la calibración del sistema de antena inteligente sirve para obtener la amplitud del coeficiente de transmisión y la diferencia de fase entre otro enlace, y el enlace de referencia en la frecuencia portadora de trabajo establecida, durante la recepción y la transmisión; por lo tanto, en la invención, la calibración de una antena inteligente es todo un sistema de calibración que incluye un cable de alimentación de antena y un tranceptor análogo. Suponiendo que se toma al punto A en la antena de la región lejos del campo en la figura 1 , y B¡, que es una ¡nterfaz de banda base entre BA, BB, .... B¡ BN del tranceptor 203 en la estación de base, como punto de referencia de observación, la característica de transmisión de la antena inteligente está representada en las siguientes fórmulas: característica de transmisión del enlace receptor: Ar¡ = Sr¡ x R¡ x br (1 ) característica de transmisión del enlace transmisor: Bt¡ = St¡ x R¡ x at (2) en donde ¡ = 1 , 2 N representa del primero al Nth enlace respectivamente; en la fórmula (1), Ar¡ representa la señal receptora del enlace ITH en el punto B¡ durante la emisión del punto A, Sr¡ representa la degradación de la recepción del enlace ith por propagación espacial, R¡ representa el coeficiente de transmisión cuando se recibe el enlace ith y br representa la señal de transmisión del punto A durante la recepción; en la fórmula (2), Bt¡ representa la señal recibida en el punto de recepción A, proveniente del enlace ith durante la emisión del punto B¡, St¡ representa la degradación del enlace ith, transmitiendo por propagación espacial, T¡ representa el coeficiente de transmisión cuando la emisión del enlace ith y at representa la señal de transmisión del punto B¡ en la emisión. Ambas señales de transmisión br y at, en las dos fórmulas respectivamente, son todas señales digitales, y deben de mantenerse sin cambio durante la calibración. El trabajo de calibración de la invención sirve para obtener, con una medida de tiempo real, la diferencia entre el coeficiente de transmisión del enlace ith, R¡, T¡, representando la recepción y la transmisión respectivamente, y el coeficiente de transmisión del enlace de referencia. El medio básico para la realización de la invención es mover el punto de referencia A, descrito anteriormente, en el sistema de antena, es decir, el punto de terminal de salida C del cable de alimentación 206 en la figura 1 , ajustando el tranceptor piloto 207, el cable de alimentación relacionado 206 y la estructura de conexión 205; las fórmulas (1 ) y (2) se vuelven a escribir respectivamente: característica de transmisión del enlace receptor: Acr¡ = Cr¡ x R¡ x br (3) característica de transmisión del enlace transmisor: BCt¡ = Ct¡ x T¡ x at (4) en donde i = 1 , 2, N representa del primero al Nth enlace respectivamente; en la fórmula (3), ACr¡ representa la señal de recepción del enlace ith en el punto B¡ en la emisión del punto C, Cr¡ representa el coeficiente de transmisión de la estructura de conexión en la prueba de recepción del enlace Ith; en la fórmula (4), BCT¡ representa el punto de recepción C que recibe la señal proveniente del enlace i,h, durante la emisión del punto B¡, Ct¡ representa el coeficiente de transmisión de la estructura de conexión cuando se transmite la prueba al enlace ith. Si la estructura de conexión está diseñada como una red pasiva, entonces esta estructura de conexión tiene intercambiabilidad, es decir: Cr¡ = Ct¡ = C¡ (5) Al remplazar la fórmula (5) en las fórmulas (3) y (4), se pueden obtener las fórmulas: enlace receptor: Acr¡/(C¡ x br) (6) enlace transmisor = T¡= BCt¡/(C¡ x at) (7) En la invención se puede establecer cualquier enlace como enlace de referencia, suponiendo que se establece el enlace 1 como enlace de referencia, entonces las fórmulas (6) y (7) cambian a las siguientes fórmulas: enlace receptor: x Ci/(C¡ x Acr-i) (8) enlace transmisor: = ?\G?· = BCt¡ x C¡/(C¡x BCt (9) en donde ¡ = 2,3, N representa del segundo al N enlace, todos Acn, BCti, Acr¡ y BCt¡ se pueden medir en tiempo real, d y C¡ se pueden calibrar de antemano y se definen mediante la estructura de conexión, de manera que R¡/Ri y T¡/Ti que se necesitan para la calibración del sistema de antena inteligente, pueden calcularse simplemente. Refiriéndose a la figura 3, ésta muestra una estructura de conexión de la invención, es decir, una estructura con modo de acoplamiento espacial que aplica una antena piloto. La antena piloto 230 es una antena que tiene una posición física relativamente fija con el sistema de antena que será calibrado, la antena piloto 230 debe de estar en el lóbulo principal de trabajo del diagrama de directividad de radiación de la unidad de antena del sistema de antena. Cuando cada unidad de antena es una antena omnidireccional, la antena piloto se puede establecer en cualquier posición, incluyendo en una región cerca del campo de la unidad de antena. Al aplicar esta estructura de conexión, el método de calibración es: conectar un analizador de red vectorial 231 con la terminal D de la línea de alimentación de la señal piloto de la antena piloto 230 y la terminal de antena E¡ del enlace im que se va a calibrar; al mismo tiempo, otras terminales de antena del sistema de antena que se va a calibrar, tales como Ei, E2, EN se conectan a la carga apareada 232A, 232B 232N respectivamente; después se mide el coeficiente de transmisión C¡ del enlace ith que será calibrado con el analizador de red vectorial 231 , después de N números de medición, se obtienen todos los coeficientes de transmisión C-i, C C-N de todos los enlaces. La ventaja de esta estructura de conexión es simple, cuando se calibra, se considera la no consistencia de cada unidad de antena; la desventaja de esta estructura de conexión es que la posición de la antena piloto es limitada. Como la antena piloto debe de establecerse en una región lejos del campo del rango de funcionamiento del sistema de antena inteligente que se va a calibrar, para garantizar la precisión de la calibración, es muy difícil de llevarlo a cabo en la práctica. Por lo tanto, solamente cuando la unidad de antena es una antena omnidireccional, la antena piloto se establece en su región cerca del campo, y su característica de región lejos del campo se reemplaza por su característica de región cerca del campo, entonces se puede practicar la calibración. Por ejemplo, cuando se utiliza un sistema de antena de anillo, la antena piloto se puede establecer en el centro de este sistema de antena de anillo, con su simetría geométrica para garantizar la confiabilidad de la medición de su región cerca del campo. Refiriéndose a la figura 4, ésta muestra la estructura de conexión de red pasiva 240, que consiste en un distribuidor/combinador y acoplador, y su conexión con el sistema de antena inteligente 201 A, 201 B 201 N. La estructura de conexión incluye acopladores N 242A, 242B 242N que corresponden con las antenas N 201 , y un distribuidor/combinador pasivo 1 :N 241 ; cada acoplador de 242 se localiza en el punto de conexión ?-? , E2, .... EN entre cada unidad de antena 201 A, 20 B, 201 N y su cable de alimentación 202A, 202B 202N. La estructura de conexión ha sido calibrada independientemente antes de montarla en el sistema de antena. Refiriéndose a la figura 5, cuando se aplica la estructura de conexión que aparece en la figura 4, el método de calibración es: conectar un analizador de red vectorial 231 con la terminal D de la línea de alimentación de señal piloto de la antena piloto 230 y la terminal de antena E¡ del enlace ith que será calibrado, al mismo tiempo, otras terminales de antena del sistema de antena que será calibrado, tales como E-t, E2 EN están conectadas a la carga apareada 232A, 232B, ..., 232N respectivamente; después se mide el coeficiente de transmisión C¡ del enlace i"1 que será calibrado, con el analizador de red vectorial 231 , después de N números de mediciones, se obtienen los coeficientes de transmisión Ci C¡ C de todos los enlaces. El método de calibración que aparece en la figura 5 es el mismo método de calibración que aparece en la figura 3. La estructura de conexión de red pasiva que aparece en la figura
4, es más compleja que la estructura de conexión de la antena piloto que aparece en la figura 3, y no se puede considerar la no consistencia de cada unidad de antena durante la calibración, pero se puede usar convenientemente en la calibración de cualquier tipo de sistema de antena inteligente. La figura 6 muestra un procedimiento de calibración con una estructura de conexión, este método de calibración se puede utilizar en ambas estructuras de conexión que aparecen en la figura 3 y la figura 4. La estructura de conexión ha sido calibrada antes de que el sistema de antena inteligente se ponga en operación, el coeficiente de transmisión C obtenido, se guarda en la estación de base. En el paso 601 empieza la calibración; en el paso 602, se calibra el primer enlace de enlaces N, es decir, i = 1; en el paso 603, con el modo de conexión que aparece en la figura 3 o en la figura 5, se calibra el primer enlace; en el paso 604 la primera frecuencia de calibración establecida es igual a la primera frecuencia portadora de trabajo de J frecuencias portadoras de trabajo, es decir j = 1; en el paso 605 se establece la primera frecuencia portadora de trabajo del enlace igual a la primera frecuencia portadora de trabajo; en el paso 606, con el analizador de red vectorial, se mide el coeficiente de transmisión C¡ del primer enlace cuando la frecuencia de calibración es igual a la primera frecuencia portadora de trabajo; en el paso 607 se registra este resultado de medición; en los pasos 608 y 611 , juzgando si ¿i = J? y calculando si j = j + 1 , se repiten los pasos 605 a 608, que miden el primer coeficiente de transmisión de enlace a J números de frecuencia portadora de trabajo respectivamente, se obtiene y se registra el coeficiente de transmisión C¡; en los pasos 609 y 610 se repite la medición anterior hasta que esté terminada la medición de todas las frecuencia portadoras de trabajo; y juzgando si ¿i = N? y calculando si i = i + 1, se repiten los pasos 604 a 608, que miden el coeficiente de transmisión de enlaces N para J números de frecuencia portadora de trabajo, y se registra el resultado de la medición.
Se mide cada enlace en cada frecuencia portadora necesaria y se registran todos los resultados de la medición, después se completa la calibración de la estructura de conexión y se obtienen todos los coeficientes de transmisión C. Refiriéndose a la figura 7, ésta muestra el procedimiento completo de la calibración de un sistema de antena inteligente, antes de poner en funcionamiento el sistema de antena inteligente, ya se ha calibrado su estructura de conexión de acuerdo con el procedimiento que aparece en la figura 6, y se mantuvo en la estación de base el coeficiente de transmisión C de recepción y transmisión, en donde se localiza la estructura de conexión. En el paso 702, se hace primero la calibración de recepción; en el paso 703 el transmisor del transceptor piloto transmite una señal de nivel de voltaje definido con la frecuencia portadora de trabajo establecida, para asegurar que el sistema receptor de la estación de base que será calibrada, esté trabajando a un nivel de voltaje de trabajo normal; en el paso 704 todos los transceptores en el sistema receptor de la estación de base que será calibrada se encuentran en estado receptor, es decir, todos los enlaces N se encuentran en estado receptor; en el paso 705 cada salida de enlace receptor es detectada por un procesador de banda base para asegurar que el sistema esté trabajando al nivel de recepción establecido y que cada receptor esté trabajando en una región de linealidad, de acuerdo con la salida de cada receptor de enlace, y el procesador de banda base de la formula (8) calcula R¡/Ri; los pasos 706 y 707, de acuerdo con R¡/Ri calculado, controlando el amplificador de ganancia variable (213 y 216 en la figura 2) en cada receptor, la salida de cada enlace receptor es controlada hasta que |R¡ / Ri| = 1 ; se registra y almacena la diferencia de fase <t>¡, entre el enlace receptor y el enlace de referencia en el procesador de banda base, el cual será utilizado por la antena inteligente cuando funcione; en el paso 708, cuando |R¡ / = 1 , cambia a la calibración de transmisión; en los pasos 709 a 715, cuando se calibran los enlaces de transmisión N, el receptor del transceptor piloto recibe, respectivamente, las señales provenientes de cada enlace transmisor en la frecuencia portadora de trabajo establecida; en este momento entre los enlaces de transmisión N, descritos antes, solamente un enlace se encuentra en estado de transmisión a un tiempo, y todos los demás están en estado de cierre (paso 710); por lo tanto, en cada momento el receptor piloto solamente recibe la señal proveniente de este enlace; en este momento, en enlace transmisor de referencia debe de medirse y calibrarse de antemano, para asegurar que su potencia transmisora se encuentre en un nivel de voltaje medido; en esta condición, el receptor del transceptor piloto recibe una señal proveniente de cada enlace transmisor (paso 71 1 ); entonces el procesador de banda base procesa el resultado medido y calcula si T¡/Ti con la fórmula (9) (paso 714); después de esto, de acuerdo con este valor, se controla la salida de cada enlace transmisor con un amplificador de ganancia variable (211 y 215 en la figura 2) de cada transmisor hasta que |T¡ / Ti| = 1 para cada enlace transmisor (paso 716); al mismo tiempo, la diferencia de fase ?\ entre el enlace receptor y el enlace de referencia se registra en el procesador de banda base, hasta aquí se completa la calibración en tiempo real de la antena inteligente. Aunque se propone el método y dispositivo de la invención señalando al sistema de comunicación inalámbrico CDMA, pero después de cambios simples, se pueden utilizar en el sistema de comunicación inalámbrico FDMA y TDMA. La estructura de la estación de base de la comunicación inalámbrica, que aparece en la figura 1 , es un ejemplo del sistema de comunicación inalámbrico TDD, pero también se puede utilizar en el sistema de comunicación inalámbrico FDD. Cualquier técnico cuya carrera sea la investigación y el desarrollo de sistemas de comunicación inalámbricos, puede instrumentar la calibración en tiempo real para antena inteligente, después de entender el principio básico de la antena inteligente y refiriéndose al método y dispositivo de la invención.
Claims (14)
1.- Un método para calibrar un sistema de antena inteligente, en donde el método comprende: 1 ) establecer un enlace de calibración que consiste en conectar una estructura de conexión, un cable de alimentación y un transceptor piloto; la estructura de conexión está acoplada con unidades de antena N del sistema de antena inteligente, y el transceptor piloto está conectado a un procesador de banda base de la estación de base por medio de una barra colectora digital; 2) calibrar la estructura de conexión antes de que el sistema de antena inteligente se ponga en funcionamiento, registrar su coeficiente de transmisión receptor y su coeficiente de transmisión transmisor, respectivamente; 3) hacer una calibración de recepción, ajusfar la amplitud del coeficiente de transmisión del enlace receptor y el coeficiente de transmisión del enlace de referencia para hacerlos iguales, obtener la diferencia de fase F entre el enlace receptor y el enlace de referencia, para utilizarla cuando la antena inteligente se ponga en funcionamiento; 4) hacer una calibración de transmisión, ajusfar la amplitud de cada coeficiente de transmisión del enlace transmisor y el coeficiente de transmisión del enlace de referencia para hacerlos iguales, obtener la diferencia de fase ? entre cada enlace receptor y enlace de referencia, para utilizarla cuando la antena inteligente se ponga en funcionamiento.
2. - El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha estructura de conexión calibrada utiliza un analizador de red vectorial.
3. - El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque la estructura de conexión calibrada con un analizador de red vectorial comprende: establecer una antena piloto y un modo de acoplamiento espacial; el analizador de red vectorial se conecta a la terminal del cable de alimentación de la señal piloto y a la terminal de la unidad de antena del enlace que será calibrado, la terminal de la unidad de antena del enlace que no será calibrado se conecta a una carga apareada, se mide y registra el coeficiente de transmisión receptor y transmisor del enlace que será calibrado, bajo cada frecuencia portadora de trabajo necesaria; se repiten los pasos anteriores hasta que se hayan medido y registrado todos los coeficientes de transmisión receptores y transmisores de los enlaces N.
4. - El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque dicha antena piloto se encuentra en el lóbulo principal de trabajo del diagrama de directividad de radiación de las unidades de antena N, las cuales componen el sistema de antena inteligente; la terminal de antena de la antena piloto es la terminal de la línea de alimentación de la señal piloto.
5. - El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque las unidades de antena N, las cuales componen al sistema de antena inteligente, son una antena omnidireccional, dicha antena piloto se localiza en cualquier posición de la región cerca del campo de cada unidad de antena.
6.- El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha calibración de recepción también comprende: transmitir una señal de nivel de voltaje definido en la frecuencia portadora de trabajo establecida, mediante un transmisor análogo del tranceptor piloto, y hacer que los enlaces receptores N, que están en la estación de base calibrada, se pongan en estado de recepción; detectar la salida de cada enlace receptor respectivamente mediante el procesador de banda base en la estación de base, y calcular la relación de cada coeficiente de transmisión de enlace al coeficiente de transmisión de enlace de referencia durante la recepción, de acuerdo con cada salida del enlace receptor; controlar cada salida del enlace receptor controlando el amplificador de ganancia variable en cada receptor de analogía de enlace, para hacer que la relación de amplitud del coeficiente de transmisión de enlace receptor al coeficiente de transmisión de enlace de referencia, sea igual a 1; registrar y almacenar la diferencia de fase F entre el enlace receptor y el enlace de referencia en el procesador de banda base.
7.- El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha calibración de transmisión también comprende: hacer que sólo un enlace esté en estado de transmisión a un tiempo, y todos los demás enlaces de transmisión estén en estado cerrado entre los enlaces de transmisión N, y recibir las señales provenientes desde cada enlace transmisor respectivamente, en la frecuencia portadora de trabajo establecida por el receptor análogo en el transceptor piloto; procesar las señales detectadas por el procesador de banda base de la estación de base y calcular la relación del coeficiente de transmisión de enlace al coeficiente de transmisión de enlace de referencia durante la transmisión; controlar la salida del enlace transmisor, controlando el amplificador de ganancia variable en cada transmisor análogo de enlace, para hacer que la relación de amplitud de cada coeficiente de transmisión de enlace al coeficiente de transmisión de enlace de referencia, sea igual a 1 , durante la transmisión; registrar y almacenar la diferencia de fase ? entre el enlace transmisor y en enlace de referencia en el procesador de banda base.
8.- El método para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado además porque dicha estructura de conexión calibrada con un analizador de red vectorial comprende: establecer una estructura de conexión de red pasiva que consiste de acopladores N y un distribuidor/combinador pasivo 1 :N conectado con acopladores N, los acopladores N están conectados con la terminal de antena de las unidades de antena N del sistema de antena inteligente respectivamente, y la salida del distribuidor/combinador pasivo es la terminal del cable de alimentación de la señal piloto; dicho analizador de red vectorial se conecta a la terminal del cable de alimentación de la señal piloto y a la terminal de unidad de antena del enlace que será calibrado, la terminal de unidad de antena del enlace que no será calibrado se conecta con una carga apareada, se mide y registra el coeficiente de transmisión receptor y el coeficiente de transmisión transmisor del enlace que será calibrado, bajo cada frecuencia portadora de trabajo necesaria; se repiten los pasos anteriores hasta que se miden y registran todos los coeficientes de transmisión receptores y los coeficientes de transmisión transmisores de los enlaces N.
9. - Un dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente, en donde el dispositivo comprende: una estructura de conexión ya calibrada, un cable de alimentación y un tranceptor piloto; las estructuras de conexión están acopladas en las unidades de antena N del sistema de antena inteligente, el cable de alimentación está conectado con la estructura de conexión y el tranceptor piloto, el tranceptor piloto está conectado a un procesador de banda base en la estación de base, por medio de una barra colectora digital.
10. - El dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicha estructura de conexión es una antena piloto con modo de acoplamiento espacial, la antena piloto se encuentra en el lóbulo principal de trabajo del diagrama de directividad de radiación de las unidades de antena N, las cuales componen al sistema de antena inteligente; la terminal de antena de la antena piloto es la terminal de línea de alimentación de la señal piloto.
11. - El dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado además porque las unidades de antena N, las cuales componen al sistema de antena inteligente, son una antena omnidireccional, la antena piloto se localiza en cualquier posición de la región cerca del campo de cada unidad de antena.
12. - El dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicha estructura de conexión es una red pasiva, en donde ésta incluye acopladores N, que corresponden con las unidades de antena N del sistema de antena inteligente, y un distribuidor/combinador pasivo 1 :N conectado con los acopladores N; dichos acopladores N están conectados con las terminales de antena de las unidades de antena N respectivamente, la salida del distribuidor/combinador pasivo es la terminal de línea de alimentación de la señal piloto.
13.- El dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque dicho tranceptor piloto tiene la misma estructura que el tranceptor de radiofrecuencia de la estación de base, incluyendo un duplexor, un receptor análogo conectado con el duplexor, un transmisor análogo conectado con el duplexor, un convertidor análogo-digital conectado con el receptor análogo y un convertidor digital-análogo conectado con el transmisor análogo; la ¡nterfaz de radiofrecuencia de dicho duplexor está conectada con el cable de alimentación de la estructura de conexión, el convertidor análogo-digital y el convertidor digital-análogo están conectados a dicha barra colectora digital.
14.- El dispositivo para calibrar un sistema de antena inteligente de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque en dicho receptor análogo, un amplificador de ganancia variable, controlado por medio de software, se establece para controlar la ganancia; en dicho transmisor análogo, un amplificador de ganancia variable, controlado por software, se establece para controlar la ganancia.
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