专利名称：一种智能天线基站的离线校正方法
技术领域：
本发明涉及一种智能天线基站系统的阵列通道幅相一致性的测试技术，特别涉及一种使用宽带收发信机的智能天线基站系统，如采用智能天线的TD-SCDMA的基站系统的离线校正方法。
背景技术：
智能天线是近几年来通信领域的一门炙手可热的技术，在已被采纳的第三代移动通信技术的三大标准中，我国提交的TD-SCDMA标准明确将智能天线作为提高系统容量及覆盖范围的必选技术之一，其帧结构特别有利于智能天线技术的应用。同时WCDMA和CDMA2000两大标准为支持智能天线技术的应用提供了方便(如辅助导频)，使智能天线成为可选的技术之一。业界对于未来第四代移动通信技术的研究表明，智能天线很可能成为4G中的必选内容。
波束切换类的智能天线基站需要进行通道校正，否则无法形成预期指向和形状的波束。自适应波束的智能天线在上行自适应处理中虽然不需要校正，但若同时要在下行方向使用智能发射技术，则无论上行通道还是下行通道都需要进行校正。
阵列通道的幅相误差的校正主要有两种方式，即在线校正和离线校正。在线校正在基站正常工作时定期或事件触发地进行，补偿了阵列通道随时间及环境引起的幅相误差，是智能天线基站能长期稳定运行的保证。离线校正一般在工厂调试时使用，由于在线校正是智能天线领域一项专门研究的技术，在阵列基站的研发过程中，往往与整个基站的研发并行进行，因此其无法保证阵列通道智能天线基站研发试验的前期需要，这时离线校正就显得特别重要。同时离线校正精度较高，其结果也是验证在线校正技术成功与否的重要依据。试验表明，阵列通道的幅相误差变化缓慢，因此在基站的实际运行中，保存离线校正数据，在线校正不成功的情况下，使用离线校正的结果，能够增加智能天线基站运行的鲁棒性。
阵列通道的幅相误差主要是由天馈线的长度、射频及中频模拟器件的差异引起，而基带传输引起的差异完全可以忽略不计。有关离线校正的专利不太多见。尽管可以使用矢量网络分析仪等设备测量射频器件的幅相误差，但矢量网络分析仪一般工作在点频状态，对TD-SCDMA、WCDMA这些使用宽带收发信机的系统，需要在整个通道内进行综合测量，因此使用网络分析仪量，效果不是特别理想。而且对于包含多次变频的整个通道的幅相误差进行测量，这些仪器基本无能为力。
因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能天线基站的离线校正方法，简易、快速、准确的进行阵列通道离线校正，利用下行校正权值使用智能天线基站宽带发信机的带内功率而不是使用点频功率，上行校正权值使用宽带接收信号计算导向矢量，由此测量精度更高；包括天线、射频、中频、基带传输等在内的整个通道一体校正，减少由于分段校正引起的误差；并且方便工厂批量生产时的通道离线校正。
本发明的技术方案如下一种智能天线基站的离线校正方法，该方法包括处理下行通道的离线校正过程和处理上行通道的离线校正过程，其特征在于，该处理下行通道的离线校正过程以阵列通道中的任一通道为基准，保持基准通道的权值不变，改变其它通道的权值，使其它每一通道与基准通道的合成带内功率最小，记下此时的权值，将所得结果的相位加上或减去180°，即为此通道的校正权值；而该处理上行通道的离线校正过程通过本地操作维护单元配置信道板的上行各通道波束形成权值均为1，使各通道正常工作，通过本地操作维护单元命令信道板采集接收的阵列通道信号，并将结果传输到本地操作维护单元，结果以文件的形式保存；而后离线进行上行通道校正权值的计算。
所述的离线校正方法，其中，所述处理下行通道的离线校正过程包括以下步骤a1)将各通道的射频输出口分别连接功率合成器的输入端口，功率合成器的输出口通过衰减器连接到发信机测试仪的射频输入口；该功率合成器各路输入口到输出口引入的相移相同，且各个连接到射频前端口的电缆的长度相等；b1)通过本地操作维护单元、主控单元、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；c1)设置功率测试仪表工作在带内功率测试模式，带宽、工作频点与基站相同；d1)通过本地操作维护单元配置信道板处于测试模式并以一定的功率开始下行发射；e1)通过本地操作维护单元配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道和待测通道正常工作，其他待测通道关闭发射；f1)通过本地操作维护单元配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道依次和另一待测通道正常工作，其他通道关闭发射，测量得到各待测通道的幅度和相位权值；g1)保持各阵列通道的幅度权不变，将相位权加上或减去180°，即得到各下行通道校正权值，并将上述权值换算为复数表示形式。
所述的离线校正方法，其中，所述权值以幅度dB和相位°的形式表示，则所述测量过程为
e11)保持基准通道的幅度权值在a1＝0dB、相位权值φ1＝0°不变；e12)保持待测通道的幅度权为a2＝0dB，在0～360°范围内以一定的粒度不断改变该待测通道的相位权使基准通道和待测通道输出的合成宽带功率为最小，记录此时所述待测通道的相位权φ2；保持待测通道的相位权为φ2，改变该待测通道的幅度权，使所述基准通道和待测通道输出的合成宽带功率为最小，记录此时所述待测通道的幅度权a2；e13)依次得到各通道的幅度和相位权值。
所述的离线校正方法，其中，所述步骤a1)的另一种方式为通过射频电缆将发信机测试仪的输入口与信标天线相连，并且信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行。
所述的离线校正方法，其中，所述步骤a1)还可以为通过射频电缆将发信机测试仪的输入口与信标天线相连，并且信标天线的位置对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。
所述的离线校正方法，其中，所述处理下行通道的离线校正过程在测试软件的配合下可以自动地进行下行通道的离线校正测试。
所述的离线校正方法，其中，所述的处理上行通道的离线校正过程包括以下步骤a2)将阵列通道的各上行接收通道的天线连接口分别连接功分器的输出端口，功分器的输入口连接到信号源；该功分器各路输出口到输入口引入的相移相同，且各个连接到射频前端口的电缆的长度相等；b2)通过本地操作维护单元、主控单元、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；c2)设置信号源的工作频点与基站频点相同，输出信号与基站要求的信号相同；d2)通过本地操作维护单元配置信道板处于测试模式，基站工作于接收状态，关闭发射机；
e2)通过本地操作维护单元配置信道板的上行波束形成权值，使各通道正常工作；f2)通过本地操作维护单元命令信道板采集接收的阵列通道信号，并将结果传输到本地操作维护单元，结果以文件的形式保存；g2)离线进行上行通道校正权值的计算。
所述的离线校正方法，其中，所述步骤g2)中的计算工具采用Matlab，计算方法采用导向矢量方法。
所述的离线校正方法，其中，所述上行通道的权值计算方法，其步骤如下设采集到的阵列信号表示为X＝[X1，X2，…，XN]H其中Xn＝[xn(1)，xn(k)，…，xn(K)]H，n＝1，…，N，k＝1，…，K代表阵列的第n个通道接收的信号的K个样点，则阵列接收信号的空间协方差矩阵可以表示为R=XXHX1X2...XN[X1H,X2H,···,XNH]]]>对R进行特征值分解，得到R的N个特征值λ1～λN及对应的N个特征向量P1～PN，找出N个特征向量中的最大值λmax＝max(λ1，…，λN)，其对应的特征向量表示为Pmax＝[p1，p2，，pN]H，对Pmax＝[p1，p2，…，pN]H的各元素求倒数，并以其中模值最大的元素为基准进行归一化处理，即可得到上行通道的离线校正权值，即WUC＝[wUC1，wUC2，…，wUCN]H＝[1/p1，1/p2，…，1/pN]H/max(|1/p1|，|1/p2|，…，|1/pN|)。
所述的离线校正方法，其中，所述步骤a2)的另一种方式为通过射频电缆将信号源的输出口与信标天线相连，信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行；或通过射频电缆将信号源的输出口与信标天线相连，信标天线的位置对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。
本发明所提供的一种智能天线基站的离线校正方法，其有益效果为1)下行校正权值使用智能天线基站宽带发信机的带内功率而不是使用点频功率，上行校正权值使用宽带接收信号计算导向矢量，因此测量精度更高；2)包括天线、射频、中频、基带传输等在内的整个通道一体校正，减少了由于分段校正引起的误差；3)便于工厂批量生产时的通道离线校正；4)为验证在线校正结果的正确性提供了依据。
图1是本发明方法所述的智能天线基站的组成结构示意图；图2是本发明方法所述的智能天线基站使用功分器进行下行通道离线校正的示意图；图3是本发明方法所述的智能天线基站使用功分器进行上行通道离线校正的示意图；图4是本发明方法所述的智能天线基站使用信标天线进行通道的离线校正的示意图。
具体实施例方式
以下将详细描述本发明的较佳实施例。
本发明的一种智能天线基站离线校正的方法，所述基站具有阵列天线1-1～1-N，如图1所示的，该阵列天线的每一阵元连接有一用于收发双工、低噪声放大的前端2-1～2-N；该每一前端分别连接有一接收支路3-1～3-N和一发射支路4-1～4-N；所述接收支路3-1～3-N进行下变频、滤波、放大、A/D变换、成形滤波等操作；所述发射支路4-1～4-N进行成形滤波、D/A变换、上变频、滤波放大、功率放大等操作；所述基站还包括一块或几块信道板5-1～1-M以及一块主控单元6，每个信道板包括上行基带处理单元5-11、下行处理单元5-22、通信处理器5-33，完成接收信号的下变频、滤波、放大、A/D变换、成形滤波、上行波束形成和其它的信号、信令处理；以及发射信号的编码调制、波束形成、成形滤波、上变频、功率放大等功能控制，该信道板具有在测试模式下采集接收信号数据的功能；所述的信道板5-1～1-M用来进行上下行链路的基带信号处理，包括智能天线的波束形成功能；所述的主控单元6进行基站的主控和信令处理；所述基站的主控单元6与本地操作维护单元7相连，并通过操作维护单元7进行基站参数的设置和离线校正操作；本发明所述方法中还需包括一宽带功率测量仪器如发信机测试仪以及一信号源如ESG4437B等。
所述处理下行通道(发射通道)的离线校正过程，其基本思想是以阵列通道中的任一通道例如通道1为基准，保持基准通道的权值不变，改变其它通道的权值，使其它每一通道与基准通道的合成带内功率最小，记下此时的权值，将所得结果的相位加上或减去180°，即为此通道的校正权值。具体包括以下步骤1)将通道1～通道N的射频输出口分别连接功率合成器的输入端口1～N，功率合成器的输出口通过衰减器连接到发信机测试仪的射频输入口；该功率合成器各路输入口到输出口引入的相位相同且各个连接到射频前端口的电缆的长度相等，因此引入的总的相移一致。或者，通过射频电缆将发信机测试仪的输入口与信标天线相连；信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行，对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。
2)通过本地操作维护单元7、主控单元6、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；3)设置功率测试仪表如发信机测试仪(或频谱分析仪等)工作在带内功率测试模式，带宽、工作频点与基站相同；4)通过本地操作维护单元7配置信道板处于测试模式并以一定的功率开始下行发射；5)通过本地操作维护单元7配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道例如通道1和待测通道如通道2正常工作，待测通道3～N关闭发射。权值以幅度(dB)和相位(°)的形式表示a)保持通道1的幅度权值在a1＝0dB，相位权值φ1＝0°不变；b)保持通道2的幅度权为a2＝0dB，在0～360°范围内以一定的粒度(比如1°)不断改变通道2的相位权使通道1和2输出的合成宽带功率为最小，记录此时通道2的相位权φ2；c)保持通道2的相位权为φ2，以一定的粒度(比如0.1dB)改变通道2的幅度权，使通道1和2输出的合成宽带功率为最小，记录此时通道2的幅度权a2。
6)通过本地操作维护单元7配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道1和待测通道3正常工作，通道2、4～N关闭发射。重复5)中的步骤，测量通道3的幅度权a3和相位权φ3；7)同样的方法，可以得到N个通道的幅度和相位权值；8)保持阵列通道1～N的幅度权不变，将相位权加上或减去180°，即得到下行通道1～N校正权值a1＝0dB，φ1＝0°；a2＝a2，φ2＝φ2+180°；……，aN＝aN，φN＝φN+180°。
9)将以上权值换算为复数表示形式，即WDC=[wDC1,wDC2,···,wDCN]H=[a1ejφ1,a1ejφ2,···,a1ejφN]H]]>如图2所示是本发明方法所述的下行通道离线校正的一个具体实例。图中少了阵列天线1-1～1-N，但增加了功率合成器9、衰减器10、发信机测试仪11和GPIB卡12。所述本地操作维护单元7通过GPIB卡12直接读取发信机测试仪11输出的带内功率，因而在测试软件的配合下可以自动的进行下行通道的离线校正测试。该实例中的校正结果不包括阵列天线本身产生的幅相误差。
所述的处理上行通道(接收通道)的离线校正过程，其包括以下步骤1)将阵列通道的上行接收通道1～N的天线连接口分别连接功分器的输出端口1～N，功分器的输入口连接到信号源；该功分器各路输出口到输入口引入的相移相同且各个连接到射频前端口的电缆的长度相等，因此引入的总的相移一致。或者，通过射频电缆将信号源的输出口与信标天线相连，信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行，对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。
2)通过本地操作维护单元7、主控单元6、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；3)设置信号源的工作频点与基站频点相同，输出信号与基站要求的信号相同；4)通过本地操作维护单元7配置信道板处于测试模式，基站工作于接收状态，关闭发射机；5)通过本地操作维护单元7配置信道板的上行各通道波束形成权值均为1，使通道1～N正常工作。
6)通过本地操作维护单元7命令信道板采集接收的阵列通道信号，并将结果传输到本地操作维护单元7，结果以文件的形式保存；7)离线进行上行通道校正权值的计算，计算工具可以采用Matlab等，计算方法采用导向矢量方法。
所述的上行通道的权值计算方法，步骤如下设采集到的阵列信号表示为X＝[X1，X2，…，XN]H其中Xn＝[xn(1)，xn(k)，…，xn(K)]H，n＝1，…，N，k＝1，…，K代表阵列的第n个通道接收的信号的K个样点，则阵列接收信号的空间协方差矩阵可以表示为
R=XXH=X1X2...XN[X1H,X2H,···,XNH]]]>对R进行特征值分解，得到R的N个特征值λ1～λN及对应的N个特征向量P1～PN。找出N个特征向量中的最大值λmax＝max(λ1，…，λN)，其对应的特征向量表示为Pmax＝[p1，p2，…，pN]H。对Pmax＝[p1，p2，…，pN]H的各元素求倒数，并以其中模值最大的元素为基准进行归一化处理，即可得到上行通道的离线校正权值，即WUC＝[wUC1，wUC2，…，wUCN]H＝[1/p1，1/p2，…，1/pN]H/max(|1/p1|，|1/p2|，…，|1/pN|)如图3所示是本发明方法的所述上行通道离线校正的一个具体实例。图中少了阵列天线1-1～1-N，但增加了功分器13、信号源14。同样，该实例中的校正结果不包括阵列天线本身产生的幅相误差。
图4是本发明所述的下行通道或上行通道离线校正的另一个具体实例。图中智能天线基站的配置是完整的，测试系统中增加了发信机测试仪11、GPIB卡12和信标天线15。其中信标天线15的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行，对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。在进行上行通道的离线校正时，图4中的发信机测试仪11换为信号源14，并且GPIB卡12也可以不要。该实例得到的校正权值反映了智能天线基站所有可能的通道不一致性源引起的通道幅相误差。
由上，详细说明本发明方法的具体较佳实施例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述技术构思进行各种可能的改变或替换，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种智能天线基站的离线校正方法，该方法包括处理下行通道的离线校正过程和处理上行通道的离线校正过程，其特征在于，该处理下行通道的离线校正过程以阵列通道中的任一通道为基准，保持基准通道的权值不变，改变其它通道的权值，使其它每一通道与基准通道的合成带内功率最小，记下此时的权值，将所得结果的相位加上或减去180°，即为此通道的校正权值；而该处理上行通道的离线校正过程通过本地操作维护单元配置信道板的上行各通道的波束形成权值均为1，使各通道正常工作，通过本地操作维护单元命令信道板采集接收的阵列通道信号，并将结果传输到本地操作维护单元，结果以文件的形式保存；而后离线进行上行通道校正权值的计算。
2.根据权利要求1所述的离线校正方法，其特征在于，所述处理下行通道的离线校正过程包括以下步骤a1)将各通道的射频输出口分别连接功率合成器的输入端口，功率合成器的输出口通过衰减器连接到发信机测试仪的射频输入口；该功率合成器各路输入口到输出口引入的相移相同，且各个连接到射频前端口的电缆的长度相等；b1)通过本地操作维护单元、主控单元、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；c1)设置功率测试仪表工作在带内功率测试模式，带宽、工作频点与基站相同；d1)通过本地操作维护单元配置信道板处于测试模式并以一定的功率开始下行发射；e1)通过本地操作维护单元配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道和待测通道正常工作，其他待测通道关闭发射；f1)通过本地操作维护单元配置信道板的下行波束形成权值，使基准通道依次和另一待测通道正常工作，其他通道关闭发射，测量得到各待测通道的幅度和相位权值；g1)保持各阵列通道的幅度权不变，将相位权加上或减去180°，即得到各下行通道校正权值，并将上述权值换算为复数表示形式。
3.根据权利要求2所述的离线校正方法，其特征在于，所述权值以幅度dB和相位°的形式表示，则所述测量过程为e11)保持基准通道的幅度权值在a1＝0dB、相位权值φ1＝0°不变；e12)保持待测通道的幅度权为a2＝0dB，在0～360°范围内以一定的粒度不断改变该待测通道的相位权使基准通道和待测通道输出的合成宽带功率为最小，记录此时所述待测通道的相位权φ2；保持待测通道的相位权为φ2，改变该待测通道的幅度权，使所述基准通道和待测通道输出的合成宽带功率为最小，记录此时所述待测通道的幅度权a2；e13)依次得到各通道的幅度和相位权值。
4.根据权利要求2所述的离线校正方法，其特征在于，所述步骤a1)的另一种方式为通过射频电缆将发信机测试仪的输入口与信标天线相连，并且信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行。
5.根据权利要求2所述的离线校正方法，其特征在于，所述步骤a1)还可以为通过射频电缆将发信机测试仪的输入口与信标天线相连，并且信标天线的位置对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。
6.根据权利要求2所述的离线校正方法，其特征在于，所述处理下行通道的离线校正过程在测试软件的配合下可以自动地进行下行通道的离线校正测试。
7.根据权利要求1所述的离线校正方法，其特征在于，所述的处理上行通道的离线校正过程包括以下步骤a2)将阵列通道的各上行接收通道的天线连接口分别连接功分器的输出端口，功分器的输入口连接到信号源；该功分器各路输出口到输入口的引入的相移相同，且各个连接到射频前端口的电缆的长度相等；b2)通过本地操作维护单元、主控单元、信道板组成的控制链路配置基站的工作频点；c2)设置信号源的工作频点与基站频点相同，输出信号与基站要求的信号相同；d2)通过本地操作维护单元配置信道板处于测试模式，基站工作于接收状态，关闭发射机；e2)通过本地操作维护单元配置信道板的上行各通道波束形成权值均为1，使各通道正常工作；f2)通过本地操作维护单元命令信道板采集接收的阵列通道信号，并将结果传输到本地操作维护单元，结果以文件的形式保存；g2)离线进行上行通道校正权值的计算。
8.根据权利要求6所述的离线校正方法，其特征在于，所述步骤g2)中的计算工具采用Matlab，计算方法采用导向矢量方法。
9.根据权利要求7所述的离线校正方法，其特征在于，所述上行通道的权值计算方法，其步骤如下设采集到的阵列信号表示为X＝[X1，X2，...，XN]H其中Xn＝[xn(1)，xn(k)，...，xn(K)]H，n＝1，...，N，k＝1，...，K代表阵列的第n个通道接收的信号的K个样点，则阵列接收信号的空间协方差矩阵可以表示为R=XXH=X1X2...XN[X1H,X2H,...,XNH]]]>对R进行特征值分解，得到R的N个特征值λ1～λN及对应的N个特征向量P1～PN，找出N个特征向量中的最大值λmax＝max(λ1，...，λN)，其对应的特征向量表示为Pmax＝[p1，p2，...，pN]H，对Pmax＝[p1，p2，...，pN]H的各元素求倒数，并以其中模值最大的元素为基准进行归一化处理，即可得到上行通道的离线校正权值，即WUC＝[wUC1，wUC2，...，wUCN]H＝[1/p1，1/p2，...，1/pN]H/max(|1/p1|，|1/p2|，...，|1/pN|)。
10.根据权利要求6所述的离线校正方法，其特征在于，所述步骤a2)的另一种方式为通过射频电缆将信号源的输出口与信标天线相连，信标天线的位置对于圆环阵来说位于阵列的几何中心即圆点并与阵列天线平行；或通过射频电缆将信号源的输出口与信标天线相连，信标天线的位置对于直线阵来说位于阵列前方的法线方向上并满足远场要求。
全文摘要
本发明的一种智能天线基站的离线校正方法，该方法包括处理下行通道的离线校正过程和处理上行通道的离线校正过程，该处理下行通道的离线校正过程以阵列通道中的任一通道为基准，保持基准通道的权值不变，改变其它通道的权值，使其它每一通道与基准通道的合成带内功率最小，记下此时的权值，将所得结果的相位加上或减去180°，即为此通道的校正权值。本发明方法下行校正权值使用智能天线基站宽带发信机的带内功率而不是使用点频功率，上行校正权值使用宽带接收信号计算导向矢量，因此测量精度更高。
文档编号H04B7/04GK1588830SQ20041005092
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月2日 优先权日2004年8月2日
发明者康凤岐 申请人:中兴通讯股份有限公司