專利名稱：智能天線通道陣列校正方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線移動通信系統(tǒng)的智能天線技術(shù)，尤其涉及一種智能天線通道陣列校正方法及裝置。
在無線通信系統(tǒng)中采用智能天線，可以提高系統(tǒng)容量、擴展通信系統(tǒng)的覆蓋范圍、在保證相同通信質(zhì)量的情況下降低發(fā)射功率、改善信號質(zhì)量等，從而大幅度提高無線通信系統(tǒng)的性能。
由于組成陣列的各個通道的幅度特性和相位特性有差異，通信信號經(jīng)過各個通道后的幅度和相位發(fā)生了變化。這種由通道的特性不一致引起的不同通道的信號的幅度和相位的差異導致智能天線性能下降甚至實效。在實際的系統(tǒng)中，陣列特性的非理想是無法完全消除的。為了能使自適應天線有效工作，必須采取措施把陣列的通道間的不一致性限制在一定的范圍內(nèi)。一方面，通過適當?shù)拇胧?如元器件篩選)盡可能縮小陣列的收/發(fā)通道的不一致性，另一方面，可以通過校正來進一步縮小通道特性的差異。
現(xiàn)有的通道陣列校正方法可分為已知源校正和自校正兩種。
在自校正方法中，無需方向準確已知的信號的信號源，直接利用接收信號本身以及其它某些先驗信息(如利用均勻直線陣的Toeplitz性質(zhì))進行誤差校正。有些自校正方法還對誤差參數(shù)與待估計的信號方向參數(shù)進行聯(lián)合尋優(yōu)同時估計誤差和信號方向。
在已知源校正方法中，根據(jù)所提供標準校正信號的時域和空域特征，測量各通道中信號實際的幅度和相位，從而得到通道誤差信息。由于該方法實現(xiàn)簡單，效果良好，已知源校正法是應用最多的一種校正方法。實際中廣泛采用的一種方法是相對陣列的某個確定角度的位置放置一個發(fā)射機，把實際的陣列響應同理想陣列響應相比較，可以得到通道幅度和相位的估計。
但是，自校正方法的缺點是需要進行多次迭代，且有可能收斂于局部最小值而不是全局最小值，因而會鎖定到錯誤的結(jié)果。
而已知源校正方法的局限性在于在很多實際的場合(如處于市區(qū)的移動通信環(huán)境)下無法消除多徑的影響。此外，近場發(fā)射源的放置誤差也是一個棘手的問題。
為此，本發(fā)明的目的是針對上述自校正方法和已知源校正方法存在的缺點，提供一種智能天線通道陣列校正方法及裝置，以減少誤差而得到更為準確校正信號，提高無線通信系統(tǒng)的性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的陣列校正方法是基于智能天線的發(fā)射和接收通道，通過比較一個參數(shù)已知的信號通過各個待校正通道前、后的幅度和相位特性，計算出待校正通道的幅度和相位特性，在此基礎(chǔ)上對待校正通道進行幅度和相位補償，使得校正后的各個通道的幅度和相位特性一致。
該方法詳細包括以下步驟a，用一個地址碼作為本地偽隨機碼來對校正信號進行擴頻，并使擴頻后的校正信號與用戶信號正交；b，當校正信號通過了所有的待校正通道后，對通過待校正通道后的信號進行解擴處理，并在一段時間內(nèi)積累，以消除噪聲和干擾的影響；c，恢復出攜帶待校正通道特性的校正信號，將該校正信號與原始的校正信號作比較，以得到待校正通道的幅度和相位特性；d，然后以待校正通道中的一個通道作為基準，調(diào)整其它待校正通道的幅度和相位，使得各個通道的幅度和相位特性一致。
本發(fā)明的智能天線發(fā)射通道陣列校正裝置包括信號發(fā)射機陣列，發(fā)射機陣列中含有數(shù)個發(fā)射機，其特征在于該裝置還包括信號處理單元、校正信號產(chǎn)生器、PN碼產(chǎn)生器、二乘法器、波束形成單元、選擇器、測試接收機、信號發(fā)射陣列耦合器，信號處理單元的輸出分別對校正信號產(chǎn)生器和PN碼產(chǎn)生器進行控制，校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號序列和PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機信號序列經(jīng)一乘法器相乘后送入波束形成單元，波束形成單元的輸出均送至發(fā)射機陣列中的各發(fā)射機，信號發(fā)射陣列耦合器將發(fā)射機陣列的各發(fā)射機的發(fā)射信號耦合至選擇器，選擇器在信號處理單元的控制下按順序選擇出各輸入信號并送至測試接收機，測試接收機的輸出和PN碼產(chǎn)生器的輸出經(jīng)另一乘法器相乘完成解擴處理，解擴后的信號又送至信號處理單元進行相干積累。
該發(fā)射通道陣列校正裝置還包括一頻率轉(zhuǎn)換器，該頻率轉(zhuǎn)換器接于選擇器和測試接收機之間，以完成發(fā)射頻率到接收頻率的轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明的智能天線接收通道陣列校正裝置包括信號接收機陣列，接收機陣列中含有數(shù)個接收機，其特征在于該裝置還包括校正信號處理單元、校正信號產(chǎn)生器、PN碼產(chǎn)生器、乘法器、波束形成單元、測試發(fā)射機、分配器、信號接收陣列耦合器，校正信號處理單元的輸出分別對校正信號產(chǎn)生器和PN碼產(chǎn)生器進行控制，校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號序列和PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機信號序列經(jīng)乘法器相乘后送入測試發(fā)射機，測試發(fā)射機的發(fā)射信號分別經(jīng)過分配器和信號接收陣列耦合器耦合至接收機陣列中的各接收機完成解擴處理，各接收機再將解擴后的信號送入校正信號處理單元進行相干積累得到各接收通道的幅度和相位特性參數(shù)，校正信號處理單元將各接收通道的幅度和相位特性參數(shù)送至波束形成單元。
該接收通道陣列校正裝置還包括一頻率轉(zhuǎn)換器，該頻率轉(zhuǎn)換器接于測試發(fā)射機與分配器之間，以完成發(fā)射頻率到接收頻率的轉(zhuǎn)換。
由于本發(fā)明采用了上述的陣列校正方法，通過比較一個參數(shù)已知的信號通過各個待校正通道前、后的幅度和相位特性，計算出待校正通道的幅度和相位特性，在此基礎(chǔ)上對待校正通道進行幅度和相位補償，使得校正后的各個通道的幅度和相位特性一致；以及依上述方法而設計的發(fā)射、接收通道陣列校正裝置。因此，本發(fā)明的優(yōu)點是能使智能天線有效工作在通信系統(tǒng)信噪比很低的情況，并解決了傳統(tǒng)方法不能用于碼分多址蜂窩移動通信系統(tǒng)的難題，克服了傳統(tǒng)的已知源校正方法存在的在實際的場合受到局限性；無法消除多徑的影響和近場發(fā)射源的放置誤差等棘手的問題。
下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作一詳細地說明

圖1為本發(fā)明的智能天線發(fā)射通道陣列校正裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明的智能天線接收通道陣列校正裝置示意圖。
本發(fā)明的方法是在移動通信系統(tǒng)中，如在碼分多址通信系統(tǒng)中，通過比較一個參數(shù)已知的信號通過各個待校正通道前、后的幅度和相位特性，從而計算待校正通道的幅度和相位特性，在此基礎(chǔ)上對待校正通道進行幅度和相位補償，使得校正后的各個通道的幅度和相位特性一致。這個參數(shù)已知的信號稱為校正信號。由于通道的幅度和相位特性是隨時間快速變化的，校正必須連續(xù)進行。為了不影響通信系統(tǒng)的正常工作，我們可以使用一個碼分多址移動通信系統(tǒng)中的地址碼作為本地偽隨機碼來對校正信號進行擴頻，在碼分多址移動通信系統(tǒng)中，由于擴頻后的校正信號與用戶信號正交，因此校正信號不會影響系統(tǒng)的正常工作。當校正信號通過了所有的待校正通道后，對通過待校正通道后的信號進行解擴處理，并在一段時間內(nèi)積累。由于噪聲和干擾與本地偽隨機碼不相關(guān)，通過積累可以消除噪聲和干擾的影響，恢復出攜帶待校正通道特性的校正信號，把它于原始的校正信號作比較，可以得到待校正通道的幅度和相位特性。然后以待校正通道中的一個通道作為基準，調(diào)整其它待校正通道的幅度和相位，使得各個通道的幅度和相位特性一致。具體步驟歸納如下a，用一個地址碼作為本地偽隨機碼來對校正信號進行擴頻，并將擴頻后的校正信號與用戶信號正交；b，當校正信號通過了所有的待校正通道后，對通過待校正通道后的信號進行解擴處理，并在一段時間內(nèi)積累，以消除噪聲和干擾的影響；c，恢復出攜帶待校正通道特性的校正信號，將該校正信號與原始的校正信號作比較，以得到待校正通道的幅度和相位特性；d，然后以待校正通道中的一個通道作為基準，調(diào)整其它待校正通道的幅度和相位，使得各個通道的幅度和相位特性一致。
請參閱圖1所示，依照本發(fā)明的上述校正方法的構(gòu)思，我們在在移動通信系統(tǒng)中智能天線發(fā)射通道中，設置一陣列校正裝置，該裝置包括信號發(fā)射機陣列101_1、101_2……101_N，發(fā)射機陣列中含有數(shù)個發(fā)射機103_1、103_2……103_N。該裝置還包括信號處理單元109、校正信號產(chǎn)生器108、PN碼產(chǎn)生器107、二乘法器111和112、波束形成單元110、選擇器104、測試接收機106、信號發(fā)射陣列耦合器102_1、102_2……102_N，信號處理單元109的輸出分別對校正信號產(chǎn)生器108和PN碼產(chǎn)生器107進行控制，校正信號產(chǎn)生器108產(chǎn)生的信號序列和PN碼產(chǎn)生器107產(chǎn)生的偽隨機信號序列經(jīng)一乘法器111相乘后送入波束形成單元110，波束形成單元110的輸出均送至發(fā)射機陣列中的各發(fā)射機103_1、103_2……103_N，信號發(fā)射陣列耦合器102_1、102_2……102_N將發(fā)射機陣列的各發(fā)射機103_1、103_2……103_N的發(fā)射信號耦合至選擇器104，選擇器104在信號處理單元109的控制下按順序選擇出各輸入信號并送至測試接收機106，測試接收機106的輸出和PN碼產(chǎn)生器107的輸出經(jīng)另一乘法器112相乘完成解擴處理，解擴后的信號又送至信號處理單元109進行相干積累。
在上述的裝置中，信號處理單元109控制校正信號產(chǎn)生器108產(chǎn)生一個已知的信號序列，信號處理單元109同時控制PN碼產(chǎn)生器107產(chǎn)生一個已知的偽隨機序列，二者相乘后得到一個被偽隨機序列擴頻的校正信號，該信號被送入波束形成單元110。來自基帶處理單元的數(shù)據(jù)信號也被送入波束形成單元110。數(shù)據(jù)信號在波束形成單元110經(jīng)過波束形成的處理后被送到各個發(fā)射機103_1、103_2……103_N，被偽隨機序列擴頻的校正信號也混疊在數(shù)據(jù)信號中被送到各個發(fā)射機103_1、103_2……103_N。對校正信號進行擴頻的偽隨機序列與對數(shù)據(jù)信號擴頻的偽隨機序列正交?；殳B后的信號在發(fā)射機的天線端口被耦合器102_1、102_2……102_N耦合出來，送到N1的選擇器104。信號處理單元109控制選擇器104按順序選擇其N個輸入信號的一個輸出，送到頻率轉(zhuǎn)換器105，完成發(fā)射—接收頻率的變換。隨后信號被輸入到測試接收機106，測試接收機106將輸入信號變換為基帶數(shù)字信號，其輸出與PN碼產(chǎn)生器107產(chǎn)生的偽隨機序列相乘完成對信號的解擴處理。解擴后的信號在信號處理單元109里進行相干積累，消除了噪聲和干擾后，根據(jù)校正信號的已知參數(shù)，從而得到所選擇通道的幅度和相位特性參數(shù)。信號處理單元109控制選擇器104對所有的通道進行操作，得到各個通道特性Aiexp(jφi)后，波束形成單元110用系數(shù)fi＝1/Aiexp(-jφi)與各通道數(shù)據(jù)相乘就可以補償各個通道特性的不一致。
假設PN碼產(chǎn)生器107輸出的偽隨機碼為p(t)，校正信號產(chǎn)生器108的輸出為c(t)，送入發(fā)射機103-i的信號為si(t)＝p(t)c(t)+sui(t)+ni(t)，i＝1，2，…，N(1)式中，sui(t)是發(fā)射機i的用戶信號，ni(t)是噪聲送到信號處理單元109的信號為s′i(t)＝Aiexp(jφi){p′(t)p(t)c(t)+p′(t)[sui(t)+ni(t)]}，i＝1，2，…，N(2)當p′(t)與p(t)完全同步時，p′(t)p(t)＝1。對信號在時間區(qū)間
進行累加，由于p′(t)與sui(t)+ni(t)不相關(guān)，經(jīng)過累加后只剩下Aiexp(jφi)c(t)一項。由于校正信號已知，于是得到通道i的幅度特性Ai和相位特性exp(jφi)。
用以上裝置得到各個通道特性Aiexp(jφi)后，波束形成單元110用系數(shù)fi＝1/Aiexp(-jφi)與各通道數(shù)據(jù)相乘就可以補償各個通道特性的不一致，最后再送入基帶處理單元中。
請再參閱圖2所示，本發(fā)明的智能天線接收通道陣列校正裝置包括信號接收機陣列207_1、207_2、……207_N，接收機陣列中含有數(shù)個接收機208_1、208_2、……208_N，該裝置還包括校正信號處理單元212、校正信號產(chǎn)生器201、PN碼產(chǎn)生器205、乘法器202、波束形成單元210、測試發(fā)射機203、分配器206、信號接收陣列耦合器209_1、209_2、……209_N，校正信號處理單元212的輸出分別對校正信號產(chǎn)生器201和PN碼產(chǎn)生器205進行控制，校正信號產(chǎn)生器201產(chǎn)生的信號序列和PN碼產(chǎn)生器205產(chǎn)生的偽隨機信號序列經(jīng)乘法器202相乘后送入測試發(fā)射機203，測試發(fā)射機203的發(fā)射信號分別經(jīng)過分配器206和信號接收陣列耦合器209_1、209_2、……209_N耦合至接收機陣列中的各接收機208_1、208_2、……208_N完成解擴處理，各接收機208_1、208_2、……208_N再將解擴后的信號送入校正信號處理單元212進行相干積累得到各接收通道的幅度和相位特性參數(shù)，校正信號處理單元212將各接收通道的幅度和相位特性參數(shù)送至波束形成單元210。
該頻率轉(zhuǎn)換器204接于測試發(fā)射機203與分配器204之間，以完成發(fā)射頻率到接收頻率的轉(zhuǎn)換。
校正信號處理單元212控制校正信號產(chǎn)生器201產(chǎn)生一個已知的信號序列，信號處理單元212同時控制PN碼產(chǎn)生器205產(chǎn)生一個已知的偽隨機序列，二者相乘后得到一個被偽隨機序列擴頻的校正信號，該信號被送入測試發(fā)射機203。頻率轉(zhuǎn)換器204把測試發(fā)射機203輸出的信號的頻率從發(fā)射頻率變換為接收頻率。經(jīng)過頻率轉(zhuǎn)換后的校正信號被1N分配器206等幅同相送到N個耦合器209_1、209_2、……209_N，通過耦合器209_1、209_2、……209_N校正信號被送入接收機208_1、208_2、……208_N。PN碼產(chǎn)生器105產(chǎn)生的偽隨機序列也被送入接收機108-1～108-N，這樣被偽隨機序列擴頻的校正信號混疊在接收數(shù)據(jù)信號中被各個接收機208_1、208_2、……208_N進行解擴處理，成為基帶數(shù)字信號。對校正信號進行擴頻的偽隨機序列與對數(shù)據(jù)信號擴頻的偽隨機序列正交。解擴后的信號在信號處理單元112里進行相干積累，消除了噪聲和干擾后，根據(jù)校正信號的已知參數(shù)，從而得到各個接收通道的幅度和相位特性參數(shù)Aiexp(jφi)。校正信號處理單元212把各個接收通道的幅度和相位特性參數(shù)送入波束形成單元210，波束形成單元210用系數(shù)fi＝1/Aiexp(-jφi)與各通道數(shù)據(jù)相乘就可以補償各個通道特性的不一致。
假設PN碼產(chǎn)生器205輸出的偽隨機碼為p(t)，校正信號產(chǎn)生器201的輸出為c(t)，接收機208_1、208_2、……208_N接收的信號為si(t)＝p(t)c(t)+sui(t)+ni(t)，i＝1，2，…，N(3)式中，sui(t)是到達接收機i的其它用戶的信號，ni(t)是噪聲送到校正信號處理單元212的信號為s′i(t)＝Aiexp(jφi){p′(t)p(t)c(t)+p′(t)[sui(t)+ni(t)]}，i＝1，2，…，N(4)當p′(t)與p(t)完全同步時，p′(t)p(t)＝1。對信號在時間區(qū)間
進行累加，由于p′(t)與sui(t)+ni(t)不相關(guān)，經(jīng)過累加后只剩下Aiexp(jφi)c(t)一項。由于校正信號已知，于是得到通道的幅度特性Ai和相位特性exp(jφi)。
用以上裝置得到各個通道特性Aiexp(jφi)后，波束形成單元210用系數(shù)fi＝1/Aiexp(-jφi)與各通道數(shù)據(jù)相乘就可以補償各個通道特性的不一致。
權(quán)利要求
1.一種智能天線通道陣列校正方法，該方法基于智能天線的發(fā)射和接收通道，其特征在于通過比較一個參數(shù)已知的信號通過各個待校正通道前、后的幅度和相位特性，計算出待校正通道的幅度和相位特性，在此基礎(chǔ)上對待校正通道進行幅度和相位補償，使得校正后的各個通道的幅度和相位特性一致。
2.如權(quán)利要求1所述的智能天線通道陣列校正方法，其特征在于，該方法詳細包括以下步驟a，用一個地址碼作為本地偽隨機碼來對校正信號進行擴頻，并使擴頻后的校正信號與用戶信號正交；b，當校正信號通過了所有的待校正通道后，對通過待校正通道后的信號進行解擴處理，并在一段時間內(nèi)積累，以消除噪聲和干擾的影響；c，恢復出攜帶待校正通道特性的校正信號，將該校正信號與原始的校正信號作比較，以得到待校正通道的幅度和相位特性；d，然后以待校正通道中的一個通道作為基準，調(diào)整其它待校正通道的幅度和相位，使得各個通道的幅度和相位特性一致。
3.一種智能天線發(fā)射通道陣列校正裝置，該裝置包括信號發(fā)射機陣列，發(fā)射機陣列中含有數(shù)個發(fā)射機，其特征在于該裝置還包括信號處理單元、校正信號產(chǎn)生器、PN碼產(chǎn)生器、二乘法器、波束形成單元、選擇器、測試接收機、信號發(fā)射陣列耦合器，信號處理單元的輸出分別對校正信號產(chǎn)生器和PN碼產(chǎn)生器進行控制，校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號序列和PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機信號序列經(jīng)一乘法器相乘后送入波束形成單元，波束形成單元的輸出均送至發(fā)射機陣列中的各發(fā)射機，信號發(fā)射陣列耦合器將發(fā)射機陣列的各發(fā)射機的發(fā)射信號耦合至選擇器，選擇器在信號處理單元的控制下按順序選擇出各輸入信號并送至測試接收機，測試接收機的輸出和PN碼產(chǎn)生器的輸出經(jīng)另一乘法器相乘完成解擴處理，解擴后的信號又送至信號處理單元進行相干積累。
4.如權(quán)利要求3所述的智能天線發(fā)射通道陣列校正裝置，其特征在于該裝置還包括一頻率轉(zhuǎn)換器，該頻率轉(zhuǎn)換器接于選擇器和測試接收機之間，以完成發(fā)射頻率到接收頻率的轉(zhuǎn)換。
5.一種智能天線接收通道陣列校正裝置，該裝置包括信號接收機陣列，發(fā)射機陣列中含有數(shù)個接收機，其特征在于該裝置還包括校正信號處理單元、校正信號產(chǎn)生器、PN碼產(chǎn)生器、乘法器、波束形成單元、測試發(fā)射機、分配器、信號接收陣列耦合器，校正信號處理單元的輸出分別對校正信號產(chǎn)生器和PN碼產(chǎn)生器進行控制，校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生的信號序列和PN碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽隨機信號序列經(jīng)乘法器相乘后送入測試發(fā)射機，測試發(fā)射機的發(fā)射信號分別經(jīng)過分配器和信號接收陣列耦合器耦合至接收機陣列中的各接收機完成解擴處理，各接收機再將解擴后的信號送入校正信號處理單元進行相干積累得到各接收通道的幅度和相位特性參數(shù)，校正信號處理單元將各接收通道的幅度和相位特性參數(shù)送至波束形成單元。
6.如權(quán)利要求5所述的智能天線接收通道陣列校正裝置，其特征在于該裝置還包括一頻率轉(zhuǎn)換器，該頻率轉(zhuǎn)換器接于測試發(fā)射機與分配器之間，以完成發(fā)射頻率到接收頻率的轉(zhuǎn)換。
全文摘要
本發(fā)明公開了智能天線通道陣列校正方法及裝置,通過比較一個參數(shù)已知的信號通過各個待校正通道前、后的幅度和相位特性,計算出待校正通道的幅度和相位特性,在此基礎(chǔ)上對待校正通道進行幅度和相位補償,使得校正后的各個通道的幅度和相位特性一致,本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的已知源校正方法存在的在實際場合受到局限性;無法消除多徑的影響和近場發(fā)射源的放置誤差等棘手的問題。
文檔編號H04B1/707GK1388668SQ0111298
公開日2003年1月1日 申請日期2001年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者郭俊峰, 丁齊, 李江, 張勁林 申請人:華為技術(shù)有限公司