WO2010034184A1 - 天线校准方法及装置 - Google Patents

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WO2010034184A1
WO2010034184A1 PCT/CN2009/001016 CN2009001016W WO2010034184A1 WO 2010034184 A1 WO2010034184 A1 WO 2010034184A1 CN 2009001016 W CN2009001016 W CN 2009001016W WO 2010034184 A1 WO2010034184 A1 WO 2010034184A1
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WO
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antenna
calibration
signal
coefficient
antennas
Prior art date
Application number
PCT/CN2009/001016
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English (en)
French (fr)
Inventor
吴柯维
李传军
孙长果
Original Assignee
大唐移动通信设备有限公司
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267Phased-array testing or checking devices

Definitions

  • Antenna calibration plays a very important role in smart antennas and Multi Input Multi Output (MIMO) systems. This is because the RF channel of the antenna tends to be asymmetrical.
  • the antenna transmitting channel generally adopts a High Power Amplifier (HPA), and the receiving channel uses a Low-noise Amplifier (LNA).
  • HPA High Power Amplifier
  • LNA Low-noise Amplifier
  • the uplink and downlink channels of the system are considered to be the same, and the downlink channel is often estimated through the uplink channel of the system.
  • the signal is often processed in the baseband portion, so the RF channel can be considered part of the wireless channel, which results in the uplink and downlink wireless channels of the TDD system are not completely consistent.
  • antenna calibration technology is often introduced, that is, the difference between the RF channels of each antenna is obtained by pre-measurement, and the difference is compensated in the signal transmission process, thereby implementing each receiving antenna and The radio frequency transmission and reception between the transmitting antennas is consistent.
  • each antenna in the antenna calibration system is coupled to the calibration network by a directional coupler.
  • each transmitting antenna sequentially transmits a calibration sequence, and each calibration sequence is uniformly outputted from the calibration port through the coupler, and transmitted to the baseband processor through the RF device, and the baseband processor performs amplitude and phase estimation on each receiving sequence. Further, the calibration coefficient of each antenna transmission direction is obtained.
  • the antenna calibration scheme is difficult to implement because the distance between the antennas of the large-pitch antenna is relatively long, for example, several tens of centimeters to several meters apart. Even larger, the way to calibrate the network requires a hardware connection between the antennas. As shown in Figure 1, a coupling path needs to be established between each antenna and the calibration port. This way, for a large-pitch antenna, this path will contain For the longer cable part, this part must be made strictly the same length, which makes the above antenna calibration scheme more cumbersome to implement. In addition, the calibration network and the antenna are not integrated, which is very inconvenient for engineering installation. From a cost perspective, adding a calibration port and calibrating the network is bound to increase the cost of the antenna calibration system. Summary of the invention
  • the present invention provides an antenna calibration method and apparatus for solving the problem of high difficulty and high cost in the calibration method depending on the calibration network.
  • An antenna calibration method for calibrating n antennas includes: selecting an ith antenna from the n antennas as a reference antenna, and determining a calibration coefficient of the reference antenna
  • the preset value is: the i-th antenna and the remaining antennas transmit the same calibration signal to each other, and the calibration coefficients of the remaining antennas are determined by the received calibration signal value; and the antenna signal is calibrated by using the calibration coefficient.
  • the process of determining the calibration coefficient is: determining that the calibration signal transmitted by the ith antenna receives the value of the first calibration signal at the kth antenna. Determining that the calibration signal sent by the kth antenna receives the value of the second calibration signal received at the ith antenna; determining that the ratio of the first calibration signal received value to the second calibration signal received value is the kth The calibration factor of the antenna.
  • the second calibration signal receiving value is R k TSW, where ⁇ is the ith antenna and the kth antenna are mutually
  • the transmitted calibration signal t is the wireless channel transmission coefficient between the ith antenna and the kth antenna; s t and ⁇ are the transmission coefficients of the ith and kth antenna RF transmission channels, respectively; The transmission coefficient of the i-th, k-th antenna RF receiving channel.
  • the estimation result of the first channel is (m)
  • is the training sequence received by the mth antenna at the kth antenna, and is transmitted for the kth antenna
  • the training sequence at the ith antenna receives the value.
  • An antenna calibration method for calibrating n antennas comprising: selecting an antenna other than the n antennas as a reference antenna, the calibration coefficient of the reference antenna is determined as a preset value; the reference antenna and the antenna to be calibrated send the same calibration signal to each other, and the calibration coefficient of each antenna to be calibrated is determined by the received calibration signal value; and the signal to be transmitted by the antenna is calibrated by using the calibration coefficient .
  • the calibration coefficient calculation unit further includes: a first received value calculation subunit, a second received value calculation subunit, and a calibration coefficient determination subunit, when the kth antenna calibration coefficient is determined, the first received value calculation subunit For calculating a value received by the calibration signal transmitted by the ith antenna at the kth antenna and receiving the value as the first calibration signal; the second received value calculation subunit for calculating the kth antenna The value of the transmitted calibration signal received at the ith antenna and as the first And a calibration coefficient determining subunit, configured to determine a ratio of the first calibration signal received value to the second calibration signal received value as a calibration coefficient of the kth antenna.
  • the calibration execution unit further includes: a weighting coefficient acquisition subunit, configured to acquire a pre-weighting coefficient of a signal to be transmitted by the antenna; a signal compensation subunit, configured to perform calibration coefficients determined according to the calibration coefficient calculation unit, and the weighting The coefficient obtains the weighting coefficient determined by the subunit to compensate the signal to be transmitted by the antenna.
  • An antenna calibration apparatus configured to calibrate n antennas, wherein the n is greater than or equal to 2, comprising: a reference antenna setting unit, configured to select another antenna from the n antennas as a reference antenna, and set The calibration coefficient of the reference antenna is a preset value; the calibration signal transceiver unit is configured to start each of the antennas to be calibrated and the reference antenna to transmit the same calibration signal to each other; and the calibration coefficient calculation unit is configured to receive according to the calibration signal transceiver unit The calibration signal value obtained is calculated by dividing the calibration coefficient of each antenna to be calibrated; and the calibration execution unit is configured to calibrate the antenna by using the calibration coefficient determined by the calibration coefficient calculation unit.
  • DRAWINGS 1 is a schematic diagram of a prior art antenna calibration system
  • FIG. 2 is a flow chart of an antenna calibration method according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a multi-antenna communication system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic structural view of an antenna calibration apparatus according to the present invention. detailed description
  • antenna calibration is of great importance.
  • the prior art often uses a calibration network to transmit and receive calibration signals from a unified calibration port, and separately calibrates the transmission channel and the reception channel of multiple antennas.
  • a calibration network-based antenna calibration scheme is not only costly but also large. The pitch antenna and the remote antenna are difficult to implement.
  • S201 selecting an ith antenna from the n antennas as a reference antenna, where a calibration coefficient of the reference antenna is determined as a preset value;
  • S202 The ith antenna and the remaining antennas send the same calibration signal to each other, and determine calibration coefficients of the remaining antennas by using the received calibration signal values;
  • the antenna calibration method provided by the present invention does not send and receive calibration signals by the unified calibration port, but sends a calibration signal to each other through the reference antenna, thereby eliminating A calibration network is established between the antennas, thereby saving cost, reducing implementation difficulty, and being suitable for calibration of large-pitch antennas and remote antennas.
  • FIG. 3 is a partial schematic diagram of a multi-antenna communication system according to the present invention.
  • the figure shows a baseband processor, a user equipment (User Equipment, UE), a wireless channel, and an antenna array.
  • the antenna array includes an antenna 1, an antenna 2, and an antenna.
  • antenna 1, antenna 2... the port between the antenna n and the baseband processor is port 1, port 2...port n, respectively.
  • the signal is from Port k is sent to the UE via the wireless channel via the HPA, and is processed from the UE to the baseband.
  • the transmission transmission coefficient of the RF channel of the antenna 1 is, the transmission transmission coefficient of the RF channel is the transmission transmission coefficient of the RF channel of the antenna 2 is ⁇ , the reception transmission coefficient of the RF channel is; the transmission transmission coefficient of the RF channel of the antenna k is S k
  • the receiving and transmitting coefficient of the RF channel is Y k ; the transmitting and transmitting coefficient of the RF channel of the antenna n is S forum, and the receiving and transmitting coefficient of the RF channel is 1.
  • the antenna 1 is set as the reference antenna.
  • the wireless channel transmission coefficient between antenna 1 and antenna 2 is C u .
  • the calibration coefficient of the reference antenna it is not limited to adopting the above value 1 and can be set to other values, for example, 0.5, then, correspondingly, when calculating the calibration coefficients of other antennas, the reference antenna can also be used.
  • the calibration coefficient is calculated, for example,
  • the antenna 2 transmits a calibration signal, and the antenna 1 receives the calibration signal, and then calculates ? 2 , ,;
  • the i-th antenna sequentially transmits a calibration signal to the remaining antennas, and the remaining antennas sequentially transmit a calibration signal to the i-th antenna.
  • Antenna 1 transmits a calibration signal, and antennas 2, 3...n receive the calibration signal, and then calculate, ⁇ 3 ... ⁇ , repet;
  • Antenna 2 sends a calibration signal, antenna 1 receives a calibration signal, and then calculates ? 2 l ;
  • Antenna 3 sends the calibration signal, antenna 1 receives the calibration signal, and then calculates
  • antenna n sends a calibration signal
  • antenna 1 receives a calibration signal
  • antenna 1 receives a calibration signal
  • the calibration coefficient of each antenna is obtained according to Equation 7.
  • a specific training sequence can also be used as the calibration signal.
  • the calibration coefficients of each antenna need to be determined by calculating the channel estimation result.
  • the specific process is as follows:
  • Antenna 2 transmits training sequence m, and receives fi 2 through antenna 1;
  • the antenna 3 transmits the training sequence m, receives the fi w antenna Ka through the antenna 1 to transmit the training sequence m, receives the S 1 through the antenna 1, and calculates the transmission signal from the transmission to the reception according to iS ⁇ fi ⁇ , .
  • Estimated result of the channel Equation 9
  • Calibration of each antenna using the training sequence as a calibration signal can be more accurate.
  • the process of calibrating the antenna signal is to use the calibration coefficient of the antenna and obtain it in advance. Weighting factor, the process of compensating the signal transmitted by the antenna. Referring still to FIG. 3 below, the beamforming process in the TDD system is taken as an example to introduce it in detail:
  • the UE sends a signal to the baseband processor port 1 through the antenna 1 and the antenna 2, and the received signal of the port 2 is:
  • the eigenbeamforming (EBB) algorithm can be used to determine the weighting coefficients of the shape:
  • the base station now transmits the signal X through the antenna 1, 2, and compensates by using the calibration coefficient: then the signal sent by the signal c to the UE through the antenna 1 is:
  • the signal that the transmitted signal x reaches the UE through antenna 2 is:
  • the method provided by the present invention is to set each antenna and the reference antenna to transmit calibration signals to each other, there is no need to calibrate the network. In short, it is not necessary to establish a connection between the antennas, that is, a unified calibration port is not required to be transmitted and received. The signal is calibrated, thereby avoiding the problem of high cost and difficulty in implementing the existing solution due to the calibration network.
  • the above method provided by the present invention can be further extended, that is, an independent reference antenna can be added in implementation, and the reference antenna can be regarded as the ith antenna described above, except that it is in the n to be calibrated. With the antenna outside the antenna, then the total number of antennas is n + l, and the specific calibration method is similar to the method described above with reference to FIG.
  • an antenna other than the n antennas is selected as a reference antenna, and a calibration coefficient of the reference antenna is determined as a preset value;
  • the calibration coefficient determining subunit 4033 is configured to determine a ratio of the first calibration signal received value to the second calibration signal received value as a calibration coefficient of the kth antenna.
  • the calibration coefficient calculation unit 403 may further include (not shown):
  • the first channel estimation subunit is configured to calculate an estimated threshold of the first channel experienced by the training sequence of the i th antenna sent to the kth antenna;
  • the second channel estimation subunit is configured to calculate an estimation result of the second channel experienced by the training sequence of the kth antenna to the i th antenna;
  • the calibration coefficient determining subunit determines a calibration coefficient of the kth antenna according to a ratio of an estimation result of the first channel to an estimation result of the second channel.
  • the calibration execution unit 404 further includes:
  • a weighting coefficient acquisition sub-unit 4041 configured to obtain a weighting coefficient for signal transmission pre-weighting
  • a signal compensation sub-unit 4042 configured to perform, according to the calibration coefficient determined by the calibration coefficient calculation unit 403 and the weight determined by the weighting coefficient acquisition sub-unit 4041
  • the coefficient compensates for the signal of the antenna. It can be seen that the present invention does not require a calibration network. In short, it is not necessary to establish a connection between the antennas, that is, a unified calibration port is not required to transmit and receive calibration signals, thereby avoiding the cost of the existing solution due to the calibration network. High, difficult to achieve problems.
  • the present invention provides another antenna calibration apparatus for calibrating n antennas, wherein n is greater than or equal to 2, the apparatus includes:
  • a reference antenna setting unit configured to select another antenna from the n antennas as a reference antenna, and set a calibration coefficient of the reference antenna to a preset value
  • a calibration signal transceiver unit configured to start each of the antennas to be calibrated and the reference antenna to transmit the same calibration signal to each other;
  • a calibration coefficient calculation unit configured to calculate, according to the calibration signal value received by the calibration signal transceiver unit, a calibration coefficient of each antenna to be calibrated except the reference antenna;
  • a calibration execution unit for calibrating the antenna using the calibration coefficient determined by the calibration coefficient calculation unit.
  • An antenna calibration method and an antenna calibration apparatus are exemplified in the above embodiments of the present invention, in which the method and the apparatus are selected for selecting one antenna from the n antennas as a reference antenna or from the n antennas.
  • the above embodiments all give the case where the antenna to be calibrated and the reference antenna transmit the same calibration signal to each other, but according to the process of calculating the calibration coefficient according to the formulas of Equations 1 to 4, It is not difficult for a person skilled in the art to understand that the calibration signals sent by the antenna to be calibrated and the reference antenna are not limited to the same case, and different calibration signals may be transmitted to each other. When different calibration signals are transmitted, the calibration coefficients are calculated according to the above derivation. The process can be concluded that for Equation 7 to calculate the calibration factor, only one scale factor is added.
  • the antenna calibration method and apparatus should also fall within the scope of the present invention.
  • the storage medium may be, for example, a ROM/RAM, a magnetic disk, an optical disk, or the like.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Description

天线校准方法及装置 技术领域
本发明涉及无线通信技术领域, 尤其涉及一种天线校准方法及装置。 背景技术
在智能天线和多输入输出 (Multi Input Multi Output , MIMO ) 系统中, 天线校准具有非常重要的地位。 这是由于天线的射频通道上下行往往具有不 对称性。 天线发射通道一般发射采用高功率放大器(Higher Power Amplifier, HPA ), 而接收通道采用低噪声放大器( Low-noise Amplifier, LNA ), 这两个 有源射频器件完全独立, 因而导致发送通道和接收通道不一致。
而对于时分双工(Time Division Duplex, TDD ) 系统, 认为系统的上下 行通道是相同的, 往往通过系统的上行信道来估计下行信道。 而信号往往在 基带部分进行处理,因此射频通道可以看作无线信道的一部分,这样导致 TDD 系统的上下行无线信道也不完全一致。 为了在 TDD系统中实现波束赋形和 MIMO技术,往往引入天线校准技术,即通过预先测量得到各个天线的射频通 道之间的差异, 在信号发送过程中通过补偿这个差异, 从而实现各个接收天 线和各个发送天线之间的射频收发一致。
目前时分-同步码分多址 ( Time-Division Synchronization Code Division Multiple Access, TD-SCDMA )系统中天线校准主要是基于校准耦合网络实现 的。 参见图 1 , 天线校准系统中各天线通过定向耦合器耦合到校准网络。 在进 行发送方向的校准时, 各发射天线依次发送校准序列, 各校准序列统一通过 耦合器从校准端口输出, 并通过射频器件发送至基带处理器, 基带处理器对 各个接收序列进行幅相估计, 进而求得各天线发送方向的校准系数。 在进行 接收方向的校准时, 校准序列信号从校准端口统一馈入, 各个天线同时接收 该信号, 并将其送至基带处理器, 基带处理器对各个天线接收到的校准序列 信号进行幅相估计, 进而求得各天线接收方向的校准系数。 可见, 现有天线校准方案需要特殊的校准网络, 且依赖于硬件, 该天线 校准方案对于小间距阵列天线能解决校准问题, 但是却存在校准网络稳定性 问题, 如果校准网络出现故障, 则校准完全失效; 而对于大间距天线、 拉远 天线、 分布式天线等系统, 则该天线校准方案实现难度较大, 原因在于, 大 间距天线的天线之间距离较远, 例如相隔几十厘米到几米, 甚至更大, 采用 校准网络的方式需要在各个天线之间建立硬件连接, 如图 1所示, 需要在各个 天线和校准端口之间建立耦合通路, 这样对于大间距天线而言, 这个通路将 包含较长线缆部分, 这部分必须要做成严格一样长, 这样使上述天线校准方 案实现起来比较麻烦, 此外校准网络和天线不是一体的, 对于工程安装也非 常不方便。 从成本角度, 增加一个校准端口和校准网络势必会增加天线校准 系统成本。 发明内容
本发明提供一种天线校准方法及装置, 以解决依赖于校准网络的校准方 法存在的难度大、 成本高的问题。
为此, 本发明实施例采用如下技术方案:
一种天线校准方法, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 该 方法包括: 从所述 n个天线中选取第 i个天线作为基准天线, 该基准天线的校 准系数确定为预置值; 所述第 i 个天线与其余各天线互相发送相同的校准信 号, 通过接收到的校准信号值, 确定其余各天线的校准系数; 利用校准系数 对天线信号进行校准。
对于除第 i个天线之外的任一第 k个天线, 确定其校准系数的过程为: 确 定第 i个天线发送的校准信号在第 k个天线处接收到的值为第一校准信号接收 值;确定第 k个天线发送的校准信号在第 i个天线处接收到的值为第二校准信 号接收值;确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第 k 个天线的校准系数。 所述第一校准信号接收值为 Ri,k = TStC,kYk, 所述第二校准信号接收值为 Rk TSW, 其中, Γ为所述第 i个天线和第 k个天线互相发送的校准信号, t为第 i个天线和第 k个天线之间的无线信道传输系数; st、 ^分别为第 i 个、 第 k个天线射频发射通道的传输系数, 、 ; ^分别为第 i个、 第 k个天线 射频接收通道的传输系数。
所述校准信号为训练序列; 对于除第 i个天线之外的任一第 k个天线, 确 定其校准系数的过程为:确定第 i个天线发往笫 k个天线的训练序列所经历的 第一信道的估计结果;确定第 k个天线发往第 i个天线的训练序列所经历的第 二信道的估计结果; 根据所述第一信道的估计结果与第二信道的估计结果的 比值, 确定第 k个天线的校准系数。
所述第一信道的估计结果为 (m)
所述第二信道的估计结果为 ht i . (^¾ )) ;
(m)
其中, m为第 i个天线和第 k个天线互相发送的训练序列, ίδ,Λ为第 i个 天线发送的 m在第 k个天线处的训练序列接收值, ,为第 k个天线发送的在 第 i个天线处的训练序列接收值。
所述第 i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号的具体过程为:所 述第 i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准信号,然后和第二个天线 互相发送校准信号, 直至和最后一个天线互相发送校准信号; 或者, 所述第 i 个天线依次向其余各天线发送校准信号,所述其余各天线依次向所述第 i个天 线发送校准信号。
利用校准系数对天线信号进行校准的具体过程为: 利用天线的校准系数 以及预获得的加权系数, 对天线待发送的信号进行补偿。 对天线进行补偿后的信号为: y = ff ; 其中, C为待发送的信号, W为 预先获得的加权系数, 为校准系数, S为射频通道的传输系数, H为天线和 终端之间的无线信道系数。
一种天线校准方法, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 其 包括: 在所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天线, 该基准天线的校准 系数确定为预置值; 所述基准天线与待校准的各天线互相发送相同的校准信 号, 通过接收到的校准信号值, 确定待校准的各天线的校准系数; 利用校准 系数对天线待发送的信号进行校准。
一种天线校准装置, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 包 括:基准天线设置单元,用于从所述 n个天线中选取第 i个天线作为基准天线, 并设定该基准天线的校准系数为预置值; 校准信号收发单元, 用于启动第 i 个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号; 校准系数计算单元, 用于根 据所述校准信号收发单元接收到的校准信号值,计算除第 i个天线其余各天线 的校准系数; 校准执行单元, 用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系 数, 对天线进行校准。
所述校准信号收发单元,启动所述第 i个天线和除自身外的第一个天线互 相发送校准信号, 然后和第二个天线互相发送校准信号, 直至和最后一个天 线互相发送校准信号; 或者, 所述校准信号收发单元, 启动所述第 i个天线依 次向其余各天线发送校准信号,然后所述其余各天线依次向所述第 i个天线发 送校准信号。
所述校准系数计算单元进一步包括: 第一接收值计算子单元、 第二接收 值计算子单元和校准系数确定子单元, 当确定第 k个天线校准系数时, 所述 第一接收值计算子单元,用于计算第 i个天线发送的校准信号在第 k个天线处 接收到的值并将其作为第一校准信号接收值; 所述第二接收值计算子单元, 用于计算第 k个天线发送的校准信号在第 i个天线处接收到的值并将其作为第 二校准信号接收值; 所述校准系数确定子单元, 用于确定第一校准信号接收 值与第二校准信号接收值的比值为所述第 k个天线的校准系数。
所述校准信号收发单元收发的校准信号为训练序列时, 所述校准系数计 算单元进一步包括: 第一信道估计子单元、 第二信道估计子单元和校准系数 确定子单元, 当确定第 k个天线的校准系数时, 所述第一信道估计子单元, 用于计算第 i个天线发往第 k个天线的训练序列所经历的第一信道的估计结 果; 所述第二信道估计子单元, 用于计算第 k个天线发往第 i个天线的训练序 列所经历的的第二信道的估计结果; 所述校准系数确定子单元, 根据所述第 一信道估的计结果与第二信道的估计结果的比值, 确定第 k个天线的校准系 数。
所述校准执行单元进一步包括: 加权系数获取子单元, 用于获取对天线 待发送的信号的预加权系数; 信号补偿子单元, 用于根据所述校准系数计算 单元确定的校准系数以及所述加权系数获取子单元确定的加权系数, 对天线 待发送的信号进行补偿。
一种天线校准装置, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 包 括: 基准天线设置单元, 用于从所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天 线, 并设定该基准天线的校准系数为预置值; 校准信号收发单元, 用于启动 待校准的各天线与基准天线互相发送相同的校准信号; 校准系数计算单元 , 用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号值, 计算除各待校准天线 的校准系数; 校准执行单元, 用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系 数, 对天线进行校准。
可见, 由于本发明提供的方法是设置各天线互相发送校准信号或者各天 线和独立的校准天线互相发送信号, 因此不需要校准网络, 简单而言, 就是 不需要在各个天线之间建立连接, 即不需要统一的校准端口收发校准信号, 由此避免了现有方案由于校准网络而带来的成本高、 实现难度大的问题。 附图说明 图 1为现有技术天线校准系统示意图;
图 2为本发明天线校准方法流程图;
图 3为本发明实施例多天线通信系统示意图;
图 4为本发明天线校准装置结构示意图。 具体实施方式
在多天线系统中, 特别是采用多天线的 TDD系统中, 天线校准具有非常 重要的意义。 现有技术往往通过校准网络, 由统一的校准端口收发校准信号, 对多根天线的发射通道和接收通道分别进行校准, 然而, 这种基于校准网络 的天线校准方案, 不但成本高, 而且对于大间距天线和拉远天线实现难度大。
为此, 本发明提出一种全新的天线校准方法, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 参见图 2, 该方法包括以下步骤:
S201: 从所述 n个天线中选取第 i个天线作为基准天线,该基准天线的校 准系数确定为预置值;
S202: 所述第 i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号,通过接收 到的校准信号值, 确定其余各天线的校准系数;
S203: 利用校准系数对天线信号进行校准。
可见, 与现有基于校准网络的天线校准方法不同, 本发明提供的天线校 准方法不是由统一的校准端口收发校准信号, 而是通过基准天线与其余各天 线互发校准信号, 由此不必在各天线之间建立校准网络, 由此可节省成本, 减小实现难度, 而且适用于大间距天线以及拉远天线的校准。
下面结合多天线通信系统示意图, 对本发明实施例进行详细介绍。
参见图 3,为本发明多天线通信系统局部示意图,图中示出了基带处理器、 用户设备(User Equipment, UE )、 无线信道和天线阵列, 天线阵列包括天线 1、 天线 2...天线 n, 天线 1、 天线 2...天线 n与基带处理器之间的端口分别为 端口 1、 端口 2…端口 n, 对于第 k个天线, 在从基带处理器到 UE的下行方 向,信号从端口 k经 HPA然后通过无线信道发送给 UE,在从 UE到基带处理 器的上行方向,信号从 UE经无线信道后经天线接收,经天线接收后通过 LNA 经端口 k传给基带处理器。 图 3中仅示出了天线阵列中的天线 1和天线 2的 上下行通道, 对于其余天线的上下行通道类似。 对于各天线的性能参数采用 下方式设定:
天线 1的射频通道的发射传输系数为 、 射频通道的接收传输系数为 天线 2的射频通道的发射传输系数为 ^ , 射频通道的接收传输系数为 ; 天线 k的射频通道的发射传输系数为 Sk , 射频通道的接收传输系数为 Yk; 天线 n的射频通道的发射传输系数为 S„ , 射频通道的接收传输系数为 1 。 并设定天线 1为基准天线。
以天线 1和天线 2之间互相发送校准信号为例, 对校准系数的计算过程 进行说明。
假设天线 1和天线 2之间的无线信道传输系数为 Cu。 首先,从天线 1的端口 1发送信号 Γ , 则在天线 2的端口 2上接收到的信 号接收值为:
R、2 =rslc 2r2 公式 1
然后,从天线 2的端口 2发送相同的信号 Γ , 则在天线 1的端口 1上接收 到的信号接收值为:
R2 I = TS2C2 1Y} 公式 2
由于无线信道具有互逆性, 因此有 C2 1 = CU
贝 |J , 由公式 1和公式 2得到:
str2 R
公式 3
S2Y、 R 那么, 如果设定基准天线 1的校准系数为 1时, 则天线 1和天线 2的校 准系数 7l、 可分别表示为:
Ά = ^ = , 公式 5
K2,l
同理, 可得天线 3.. .天线 η的校准系数为: 公式 6
Figure imgf000010_0001
需要说明的是, 对于基准天线的校准系数, 不限于采用上面的值 1 , 可设 定为其它值, 例如 0.5 , 那么, 相应地, 在计算其他天线的校准系数时同样可 以依据该基准天线的校准系数计算得到, 例如,
Figure imgf000010_0002
通过上面分析可知,对于除第 i个基准天线之外的任一第 k个天线, 确定 其校准系数的过程为:
[1] 确定第 i个天线发送的校准信号在第 k个天线处接收到的值为第一校 准信号接收值;
[2] 确定第 k个天线发送的校准信号在第 i个天线处接收到的值为第二校 准信号接收值;
[3] 确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第 k 个天线的校准系数。
如果采用公式表示, 则:
所述第一校准信号接收值为 - TS Yk, 所述第二校准信号接收值为 Rk, = TSkCl<kY,
其中, : Γ为所述第 i个天线和第 k个天线间互相发送的校准信号, C,,k 第 i个天线和第 k个天线之间的无线信道传输系数;
S,、 分别为第 i个、 第 k个天线的射频通道的发射传输系数, ;^、 Y ^ 别为第 i个、 第 k个天线的射频通道的接收传输系数。 第 k个天线的校准系数 可表示为:
Yk 公式 7
Figure imgf000011_0001
对于所述第 i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号的具体过程 为, 可分为至少两种情况:
( 1 )第一种情况是: 笫 i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准 信号, 然后和第二个天线互相发送校准信号, 直至和最后一个天线互相发送 校准信号;
如果仍以天线 1为基准天线为例, 则具体过程为:
( 1.1 )天线 1发送校准信号、 天线 2接收校准信号, 之后计算得到
天线 2发送校准信号、 天线 1接收校准信号, 之后计算得到 ?2,,;
( 1.2)天线 1发送校准信号、 天线 3接收校准信号, 之后计算得到 ,3; 天线 3发送校准信号、 天线 1接收校准信号, 之后计算得到 7?31
( 1.n )天线 1发送校准信号、 天线 n接收校准信号, 之后计算得到 ; 天线 n发送校准信号、 天线 1接收校准信号, 之后计算得到 。 然后, 按照公式 7求出各天线的校准系数。
(2)第二种情况是: 第 i个天线依次向其余天线发送校准信号, 所述其 余天线依次向所述第 i个天线发送校准信号。
如果仍以天线 1为基准天线为例, 则具体过程为:
(2.1 )天线 1发送校准信号, 天线 2、 3...n接收校准信号, 之后计算得 到 、 ^3...^,„;
(2.2)天线 2发送校准信号、 天线 1接收校准信号, 之后计算得到 ?2 l;
(2.3)天线 3发送校准信号、 天线 1接收校准信号, 之后计算得到
(2.n)天线 n发送校准信号、 天线 1接收校准信号, 之后计算得到 ?, 然后, 按照公式 7求出各天线的校准系数。
在实际操作中, 还可以采用特定的训练序列作为校准信号, 此时, 需要 通过计算信道估计结果确定各天线的校准系数, 具体过程如下:
(1) 天线 1发送训练序列 m, 通过天线 2、 3 Ka接收得到训练序 列: S^fiiw...^^, 并根据^^,^^,…, 计算发送信号从发送到接收所经历 的信道的估计结果:
Figure imgf000012_0001
公式 8
这里设 hu=l。
( 2 ) 天线 2发送训练序列 m, 通过天线 1接收得到 fi2
天线 3发送训练序列 m, 通过天线 1接收得到 fiw 天线 Ka发送训练序列 m , 通过天线 1接收得到 S 1 并根据 iS^fi^,...^^计算发送信号从发送到接收所经历的信道的估计 结果: 公式 9
Figure imgf000012_0002
(3)根据 hlto,to = i,..., , htol,to = U。求得各天线的校准系数。
则直接可以取^^ ^,...,^ , 1ι½1,Αα = 1,..., β中功率最大的抽头进行校 准系数计算, 即:
公式 10
Figure imgf000012_0003
采用训练序列作为校准信号对各天线进行校准, 可以更加准确。
下面具体介绍利用校准系数对天线信号进行校准的具体实现方式。 概括 而言, 对天线信号进行校准的过程, 就是利用天线的校准系数以及预先获得 的加权系数, 对天线传输的信号进行补偿的过程。 下面仍参照图 3, 以 TDD 系统中波束赋形过程为例, 对其进行详细介绍:
首先, 设 UE到天线 1和天线 2的信道系数为 H,, H2;
UE发送信号 其通过天线 1和天线 2分别到达基带处理器端口 1、 端 口 2的接收信号为:
rx =
Figure imgf000013_0001
公式 11 r2 = f/,H2F2 公式 12
利用特征波束赋形 (EBB) 算法可求得赋形加权系数为:
w, =a,(H,} )',w2 =or2(H272)' 公式 13 其中, α,、 为实数。
现设基站通过天线 1, 2发送信号 X, 并利用校准系数进行补偿: 则发送信号 c通过天线 1到达 UE的信号为:
Figure imgf000013_0002
, , , c 公式 14
= a1|H1|2^1^- = a1|H1|2|i |2-l 根据公式 4, 则发送信号 x通过天线 2到达 UE的信号为:
Figure imgf000013_0003
公式 15 可见, 信号 , _y2具有相同的相位, 并且其功率和信道环境成正比。 因而 实现了最大比合并, 得到了赋形增益。 因此, 可验证本发明提供的校准系数 可实现对天线信号的准确校准。
可见, 由于本发明提供的方法是设置各天线和基准天线进行互相发送校 准信号, 因此不需要校准网络, 简单而言, 就是不需要在各个天线之间建立 连接, 即不需要统一的校准端口收发校准信号, 由此避免了现有方案由于校 准网络而带来的成本高、 实现难度大的问题。 另外, 本发明提供的上述方法还可以进一步扩展, 即, 在实现时可采用 增加一根独立的基准天线, 此基准天线可认为是上述的第 i个天线, 只不过它 是在待校准的 n跟天线之外的天线, 那么天线总数为 n + l, 具体校准方法与 上述以图 3为例介绍的方法类似。
那么, 这种天线校准方法, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等 于 2, 包括以下步骤:
[1] 在所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天线,该基准天线的校准 系数确定为预置值;
[2] 所述基准天线与待校准的各天线互相发送相同的校准信号,通过接收 到的校准信号值, 确定待校准的各天线的校准系数;
[3] 利用所述校准系数对天线信号进行校准。
具体实现细节参见以图 3为例的说明, 在此不再赘述。
与上述方法相对应, 本发明还提供一种天线校准装置, 用于对 n个天线 进行校准, 所述 n大于或等于 2, 该装置具体可以是基带信号处理器, 或者是 位于基带信号处理器中的功能实体, 可以通过软件、 硬件或软硬件结合方式 实现。
参见图 4, 该装置包括:
基准天线设置单元 401: 用于从所述 n个天线中选取第 i个天线作为基准 天线, 并设定该基准天线的校准系数为预置值;
校准信号收发单元 402, 用于启动第 i个天线与其余各天线互相发送相同 的校准信号;
校准系数计算单元 403,用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信 号值, 计算除第 i个天线其余各天线的校准系数;
校准执行单元 404, 用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数, 对 天线进行校准。
其中, 所述校准信号收发单元 402的启动过程为: 启动所述第 i个天线和 除自身外的第一个天线互相发送校准信号, 然后和第二个天线互相发送校准 信号, 直至和最后一个天线互相发送校准信号; 或者, 启动所述第 i个天线依 次向其余各天线发送校准信号,然后所述其余各天线依次向所述第 i个天线发 送校准信号。
优选地, 当确定第 k个天线校准系数时, 所述校准系数计算单元 403进 一步包括:
所述第一接收值计算子单元 4031, 用于计算第 i个天线发送的校准信号 在第 k个天线处接收到的值并将其作为第一校准信号接收值;
所述第二接收值计算子单元 4032, 用于计算第 k个天线发送的校准信号 在第 i个天线处接收到的值并将其作为第二校准信号接收值;
所述校准系数确定子单元 4033, 用于确定第一校准信号接收值与第二校 准信号接收值的比值为所述第 k个天线的校准系数。
或者, 当所述校准信号收发单元收发的校准信号为训练序列、 并当确定 第 k个天线校准系数时, 所述校准系数计算单元 403还可进一步包括(图中 未示出):
所述第一信道估计子单元,用于计算第 i个天线发往第 k个天线的训练序 列所经历的第一信道的估计结杲;
所述第二信道估计子单元,用于计算第 k个天线发往第 i个天线的训练序 列所经历的第二信道的估计结果;
所述校准系数确定子单元, 根据所述第一信道的估计结果与第二信道的 估计结果的比值, 确定第 k个天线的校准系数。
优选地, 所述校准执行单元 404进一步包括:
加权系数获取子单元 4041, 用于获取信号发送预加权的加权系数; 信号补偿子单元 4042, 用于根据所述校准系数计算单元 403确定的校准 系数以及所述加权系数获取子单元 4041确定的加权系数, 对天线的信号进行 补偿。 可见, 本发明不需要校准网络, 简单而言, 就是不需要在各个天线之间 建立连接, 即不需要统一的校准端口收发校准信号, 由此避免了现有方案由 于校准网络而带来的成本高、 实现难度大的问题。
此外, 本发明还提供另外一种天线校准装置, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 该装置包括:
基准天线设置单元, 用于从所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天 线, 并设定该基准天线的校准系数为预置值;
校准信号收发单元, 用于启动待校准的各天线与基准天线互相发送相同 的校准信号;
校准系数计算单元, 用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号 值, 计算除基准天线外各个待校准天线的校准系数;
校准执行单元, 用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数, 对天 线进行校准。
本发明的上述实施例中示例了天线校准方法和天线校准装置, 上述方法 和装置中, 不管是针对从所述 n个天线中选一个天线作为基准天线, 还是从 所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天线的情况, 上述实施例均给出的 是待校准天线与基准天线互相发送相同的校准信号的情况, 但是, 根据公式 1〜公式 4的推导计算校准系数的过程来看, 本领域的技术人员不难理解, 待 校准天线与基准天线互相发送的校准信号不局限于相同的情况, 可以是互相 发送不同的校准信号, 在发送不同的校准信号时, 按上述推导计算校准系数 的过程可以得出对于计算校准系数的公式 7来说, 只是增加了一个比例系数。 天线校准方法及装置, 也应落在本发明的保护范围内。
本领域普通技术人员可以理解, 实现上述实施例的方法的过程可以通过 程序指令相关的硬件来完成, 所述的程序可以存储于可读取存储介质中, 该 程序在执行时执行上述方法中的对应步骤。 所述的存储介质可以如: ROM/RAM、 磁磉、 光盘等。 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

权 利 要 求
1、 一种天线校准方法, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 其特征在于, 包括:
从所述 n个天线中选取第 i个天线作为基准天线,该基准天线的校准系数 确定为预置值;
所述第 i个天线与其余各天线互相发送相同的校准信号,通过接收到的校 准信号值, 确定其余各天线的校准系数;
利用校准系数对天线信号进行校准。
2、 根据权利要求 1所述方法, 其特征在于, 对于除第 i个天线之外的任 一第 k个天线, 确定其校准系数的过程为:
确定第 i个天线发送的校准信号在第 k个天线处接收到的值为第一校准信 号接收值;
确定第 k个天线发送的校准信号在第 i个天线处接收到的值为第二校准信 号接收值;
确定第一校准信号接收值与第二校准信号接收值的比值为所述第 k个天 线的校准系数。
3、 根据权利要求 2所述方法, 其特征在于,
所述第一校准信号接收值为 H,,k = TS,C„Yk, 所述第二校准信号接收值为
其中, Γ为所述第 i个天线和第 k个天线互相发送的校准信号, C 为第 i 个天线和第 k个天线之间的无线信道传输系数;
S〖、 &分别为第 i个、 第 k个天线射频通道的发射传输系数, };、 I分别 为第 i个、 第 k个天线射频通道的接收传输系数。
4、 根据权利要求 1所述方法, 其特征在于, 所述校准信号为训练序列; 对于除第 i个天线之外的任一第 k个天线, 确定其校准系数的过程为: 确定第 i个天线发往第 k个天线的训练序列所经历的第一信道的估计结 果;
确定第 k个天线发往第 i个天线的训练序列所经历的第二信道的估计结 果;
根据所述第一信道的估计结果与第二信道的估计结果的比值, 确定第 k 个天线的校准系数。
5、 根据权利要求 4所述方法, 其特征在于,
所述第一信道的估计结果为
Figure imgf000019_0001
所述第二信道的估计结果为
, .
K = iffi( f mfti(m、) ), 其中, m为第 i个天线和第 k个天线互相发送的训练序列, ϋ 为第 i个 天线发送的 m在第 k个天线处的训练序列接收值, 为第 k个天线发送的 m 在第 i个天线处的训练序列接收值。
6、 根据权利要求 1至 5任一项所述方法, 其特征在于, 所述第 i个天线 与其余各天线互相发送相同的校准信号的具体过程为:
所述第 i个天线和除自身外的第一个天线互相发送校准信号,然后和第二 个天线互相发送校准信号, 直至和最后一个天线互相发送校准信号;
或者,
所述第 i个天线依次向其余各天线发送校准信号,所述其余各天线依次向 所述第 i个天线发送校准信号。
7、 根据权利要求 1至 5任一项所述方法, 其特征在于, 利用校准系数对 天线信号进行校准的具体过程为:
利用天线的校准系数以及预获得的加权系数, 对天线待发送的信号进行 补偿。
8、 根据权利要求 7所述方法, 其特征在于, 对天线待发送的信号进行补 偿后的信号为: y = JCM^SH ;
其中, X为待发送的信号, IV为预先获得的加权系数, ;为校准系数, S为 射频通道的传输系数, H为天线和终端之间的无线信道系数。
9、 一种天线校准方法, 用于对 n个天线进行校准, 所述 n大于或等于 2, 其特征在于, 包括:
在所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天线, 该基准天线的校准系 数确定为预置值;
所述基准天线与待校准的各天线互相发送相同的校准信号, 通过接收到 的校准信号值, 确定所述其余各天线的校准系数;
利用校准系数对天线信号进行校准。
10、一种天线校准装置,用于对 n个天线进行校准,所述 n大于或等于 2, 其特征在于, 包括:
基准天线设置单元,用于从所述 n个天线中选取第 i个天线作为基准天线, 并设定该基准天线的校准系数为预置值;
校准信号收发单元,用于启动第 i个天线与其余各天线互相发送相同的校 准信号;
校准系数计算单元, 用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号 值, 计算除第 i个天线外其余各天线的校准系数;
校准执行单元, 用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数, 对天 线进行校准。
11、 根据权利要求 10所述装置, 其特征在于,
所述校准信号收发单元,启动所述第 i个天线和除自身外的第一个天线互 相发送校准信号, 然后和第二个天线互相发送校准信号, 直至和最后一个天 线互相发送校准信号;
或者, 所述校准信号收发单元,启动所述第 i个天线依次向其余各天线发送校准 信号, 然后所述其余各天线依次向所述第 i个天线发送校准信号。
12、 根据权利要求 10所述装置, 其特征在于, 所述校准系数计算单元进 一步包括: 第一接收值计算子单元、 第二接收值计算子单元和校准系数确定 子单元, 当确定第 k个天线校准系数时,
所述第一接收值计算子单元, 用于计算第 i个天线发送的校准信号在第 k 个天线处接收到的值并将其作为第一校准信号接收值;
所述第二接收值计算子单元, 用于计算第 k个天线发送的校准信号在第 i 个天线处接收到的值并将其作为第二校准信号接收值;
所述校准系数确定子单元, 用于确定第一校准信号接收值与第二校准信 号接收值的比值为所述第 k个天线的校准系数。
13、 根据权利要求 10所述装置, 其特征在于, 所述校准信号收发单元收 发的校准信号为训练序列时, 所述校准系数计算单元进一步包括: 第一信道 估计子单元、 第二信道估计子单元和校准系数确定子单元, 当确定第 k个天 线的校准系数时,
所述第一信道估计子单元,用于计算第 i个天线发往第 k个天线的训练序 列所经历的第一信道的估计结果;
所述第二信道估计子单元,用于计算第 k个天线发往第 i个天线的训练序 列所经历的第二信道的估计结果;
所述校准系数确定子单元, 根据所述第一信道的估计结果与第二信道的 估计结果的比值, 确定第 k个天线的校准系数。
14、 根据权利要求 10、 11、 12或 13所述装置, 其特征在于, 所述校准 执行单元进一步包括:
加权系数获取子单元, 用于获取对天线发送信号的预加权系数; 信号补偿子单元, 用于根据所述校准系数计算单元确定的校准系数以及 所述加权系数获取子单元确定的加权系数, 对天线待发送的信号进行补偿。
15、一种天线校准装置,用于对 n个天线进行校准,所述 n大于或等于 2, 其特征在于, 包括:
基准天线设置单元, 用于从所述 n个天线之外另选一个天线作为基准天 线, 并设定该基准天线的校准系数为预置值;
校准信号收发单元, 用于启动待校准的各天线与基准天线互相发送相同 的校准信号;
校准系数计算单元, 用于根据所述校准信号收发单元接收到的校准信号 值, 计算除基准天线外各个待校准天线的校准系数;
校准执行单元, 用于利用所述校准系数计算单元确定的校准系数, 对天 线进行校准。
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