专利名称：一种ofdm系统中的天线阵列校准方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线通信技术，特别是涉及一种OFDM系统中的天线阵列校准方法和
直ο
背景技术：
在LTE系统(Long Term Evolution简称LTE)中，为了增大小区覆盖范围，减少小区内和小区间的用户间的干扰和增大小区边沿用户的吞吐量，在基站(eNodeB)侧引入了阵列天线波束赋形技术。阵列天线波束赋形是指由多个天线单元按照一定几何形状组成天线阵列，通过调节各阵列信号的加权幅度和相位来改变阵列的天线方向图，使期望用户接收的信号功率最大，同时使窄波束照射范围以外的非期望用户受到的干扰最小。阵列天线波束赋形技术应用的前提是阵列天线间的延迟和初相具有一致性。由于不同天线阵列上发送的信号往往经过不同的中频处理单元和射频发射通道， 会造成不同通道发射的信号具有不同的幅度和相位差。另外，天线、馈线和由模拟器件组成的射频通道随着器件老化、温度和湿度等环境的变化，各通道往往具有不同幅度和相位变化特性。为了保证赋形波束方向的准确性和可靠性，需要对各天线阵列通道进行校准，保证天线阵列间的幅度和相位保持高度的一致性。此外，LTE中采用了 OFDM(正交频分复用)和 MIMO (多输入多输出)等关键技术，如果物理天线数多于逻辑天线端口数，在实现逻辑天线端口到物理天线端口的映射时，需要对由同一逻辑端口映射的不同的物理天线进行幅度和相位的一致性校准。一类在时域对天线阵列进行实时校准的方法的发明专利申请中(如申请号 200810068090. 2,200810148076. 3等)，公开了多种使用校准序列对阵列天线进行实时校准的方法，该校准序列由具有良好循环自相关特性的基本序列通过循环移位生成。校准链路发射一个固定电平的校准序列，接收链路通过对接收信号进行时域的信道估计得到待校准的天线阵列的校准系数，将之补偿予天线阵列达到校准的目的。此类方法现已很好的运用于单载频和载波聚合的TD-SCDMA系统。另外一类在频域对阵列天线进行实时校准的方法的发明专利中(如申请号 200910134214. 7，CN101854323. A, CN10106492. B 等)，公开了在 OFDM 系统中对子载波频点进行分组，根据分组确定发射天线的频域校准导频信号，发射端根据频域导频信号获得时域完整校准导频信号并利用时域完整校准导频信号构造时域发射信号发送给接收端，接收端根据所有子载波的频域响应确定发射端补偿系数。还有一类对阵列天线进行校准的方法的发明专利中(如申请号200810044412. X)，公开了方法一的演进，利用频分或码分的思想，在接收端联合估计各个发射天线的频域响应，然后补偿各个发射天线频域响应的差异， 从而实现各个发射天线电通道的预校准。这两类方法期待的应用场景是正交频分复用的多载波系统。TD-SCDMA是一种单载波系统，天线校准误差不超过正负1/8个码片就能满足天线赋形波束方向小于5度得要求。20MHz的LTE系统拥有1200个子载波，每个子载波间隔15KHz，任何微小的时延在不同子载波上呈现很大的相位差，如果按通常要求子载波上阵列天线赋形波束方向误差小于5度，天线阵列的校准误差将小于1/32采样间隔Ts，显然上述方法估计时延的精度无法满足LTE系统的需求，这将会严重影响LTE系统波束赋形方向的准确性和有效性。此外LTE系统中MIMO的应用也对同一逻辑端口映射的多个物理天线阵列的时延和相位一致性提出了较高要求。
发明内容
本发明的目的在于避免以上现有技术的不足提供一种OFDM系统中的天线阵列校准方法和装置，以解决LTE系统中存在的阵列天线校准的精度和校准方法的复杂度问题。本发明的工作原理是将天线阵列的校准分为两个步骤预校准和周期性校准，也称为初始化校准和实时校准。预校准主要用于获得天线单元相对校准天线单元在发射方向和接收方向的补偿系数；周期性校准是按照预先设定的周期，准实时地对各天线单元进行发射校准和接收校准。其中，预校准包括多阵列天线时延的粗校准和精校准。周期性校准只有预校准完成后才能进行。具体是这样实现的在基站预热完成后，对阵列天线进行预校准；预校准完成后，通过操作维护中心(OMC)以设定的周期在不中断业务的情况下触发周期性的天线校准。预校准包括发射通道的天线校准和接收通道的天线校准。为了在周期性校准中不中断业务，所有校准都在TDD-LTE的GP(Guard Period)时隙进行。天线阵列的校准涉及无线通信系统中的射频单元RRU(Rem0te RF Unit)和基带控制单元(Base Band Unit)，它们既可以通过光纤或电缆等传输手段连接支持射频拉远，也可以直接连接。校准前，BBU构造一个一定长度的具有良好互相关特性的序列^(n)，例如 ZC序列，其长度不超过待校准的OFDM系统的子载波数，例如在20MHz的LTE系统中为1024。 按一定的准则映射到系统的子载波上，做FFT转换到时域，插入一定长度的前后CP，用于天线校准的基带信号经过收或发通道的延迟后不超过GP保护间隔。本发明的具体技术方案如下
权利要求
1.一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于该方法如下预校准步骤1 :BBU构造时频域的校准序列信号；步骤2 :RRU和BBU预热且阵列天线收到来自操作控制台OMC或系统缺省配置文件的预校准命令请求后，RRU根据是发射校准还是接收校准将RRU的状态切换到相应的收或发校准状态；BBU接收来自GP时隙的天线校准信号，抽取出有效子载波，利用本地序列与接收序列频域相关获得相应天线单元的采样间隔Ts级的粗延迟，将天线收通道或发通道相对最大收通道或发通道的天线时延差告知RRU，RRU分别补偿各通道的相对时延；步骤3 =RRU将各天线接收信号时刻调整到收或发通道的最大时延处，BBU将校准信号经FFT转换到频域，抽取有效子载波后，经DFT转换到时域，在时域降噪后转换到频域，计算各天线收或发方向的有效子载波k的相移θ k，基于最小均方误差的准则对θ k进行线性拟合，按下式估算出各阵列天线收或发方向小数倍Ts的时延At和初相eini，其中
2.根据权利要求1所述的一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于，所述步骤1 中的校准序列信号为具有良好互相关特性的一定长度序列^(n)，该长度不超过待校准的 OFDM系统的有效子载波数。
3.根据权利要求1所述的一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于，步骤1中的天线校准信号在GP空闲时隙发送或接收。
4.根据权利要求1所述的一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于，步骤3中，收发通道分别校准，校准收通道时，校准天线发校准信号，阵列天线同时收校准信号；校准发通道时，天线阵列同时或依次发校准信号，校准天线收校准信号。
5.根据权利要求1所述的一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于，步骤4中，天线阵列时延和相位差在RRU和BBU同时补偿，RRU补偿中频采样间隔的时延差，BBU补偿低于中频采样间隔的残余时延差和初相。
6.根据权利要求1所述的一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于，步骤6中， 周期性校准中取全部或者部分子载波的频响的相移θ k进行时延估计At，在发通道的校准上，可以将发送校准序列在阵列天线间交错，联合校准所有通道，也可依次分别对单天线分别进行校准。
7.根据权利要求1所述的一种OFDM系统中天线校准的方法，其特征在于，该校准方法中信号的时频域转换、计算相关、时域降噪采用了 FFT运算。
8.一种天线校准装置，其特征在于，该装置包括BBU的校准信号生成模块，用于校准信号的产生和构造；RRU的校准链路收发切换和控制模块，用于RRU收到收或发校准命令后，将校准天线的发送信号耦合到上行接收通道，或者将阵列天线的发送信号通过发射通道耦合到校准天线上；BBU的校准时延和相位计算模块，用于收发通道整数倍Ts粗延时和小数倍Ts精延迟以及天线阵列初相的计算；RRU定时补偿模块，用于RRU补偿中频采样间隔的延迟；BBU幅度和相位补偿模块，用于BBU补偿低于中频采样间隔的残余延迟和初相。
全文摘要
本发明涉及一种OFDM系统中的天线阵列校准方法和装置，本发明包括对天线预校准和周期校准。预校准主要用于获得天线单元相对校准天线单元在发射方向和接收方向的补偿系数；周期性校准是按照预先设定的周期，准实时地对各天线单元进行发射校准和接收校准。本发明能对LTE系统的接收通道和发射通道相位的一致性进行实时高精度的校准，通过BBU和RRU对时延和相位的共同补偿，能保证天线阵列空口发送信号和BBU接收信号相位高度一致，尤其适用于TDD-LTE等对天线一致性需要较高的通信系统。
文档编号H04B7/06GK102404033SQ20111037821
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年11月24日
发明者余少伟, 刘超, 裴丽 申请人:北京交通大学