一种天线校准方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种天线校准方法及装置，该方法包括：在三维多输入多输出3D?MIMO天线系统中，根据各水平天线阵列的预设的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数；根据水平天线阵列预设的内部校准端口及水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数；根据确定出的第一校准系数和第二校准系数对所述3D?MIMO天线系统中的各天线阵子的发送通道和接收通道进行校准。能够较好地实现对基于3D?MIMO技术的天线系统中每个天线阵子进行校准。
【专利说明】一种天线校准方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信【技术领域】，尤其是涉及一种天线校准方法及装置。
【背景技术】
[0002]现有通信系统中天线系统一般采用的是二维多输入多输出(2D ΜΙΜ0, 2DMultiple-1nput Multiple-Out-put)技术,其基本原理是利用水平面上的二维空间自由度来改善信号的传输质量、提高通信系统容量。在采用2D MMO技术的天线系统中，根据终端地理位置水平面维度上的不同形成跟踪终端的窄波束，为终端提供服务的同时抑制对其它终端的干扰。如图1所示，UE1、UE2、UE4在水平面维度上与基站之间的夹角不同，所以基站可以在水平面维度形成3个分别对准他们的波束进行通信。但是对于UE2和UE3在水平维度上与基站之间的夹角相同，则UE2和UE3的波束会形成相互干扰，从而影响E2和UE3的通信质量。
[0003]基于此，为了进一步提高频谱效率，在现有2D MMO技术的基础上，提出了基于三维多输入多输出(3D ΜΙΜ0, 3D ΜΙΜΟ, 3D Multiple-1nput Multiple-Out-put)技术的天线系统。具体如图2所示，将UE2和UE3在垂直维度上再进行一次区分，分别形成对准UE2和UE3波束来进行通信。基于3D MMO技术的天线系统，需要对现有的天线系统进行改进，如图3所示，将原有的2D MIMO技术的天线系统中的N个天线，扩展为矩阵形式的NXM维天线，其中水平方向有N根天线，垂直方向有M根天线，原有的天线系统中，每根水平天线由M个(i例如8-10个)垂直方向的天线阵子组成。其中，水平天线是指IXM个垂直方向天线阵子组成的天线阵列。
[0004]对于时分双工(TDD, Time Division Duplexing)系统，由于信号的接收和发送共用一个传输信道，理论上可认为上行传输信道等于下行传输信道，即上行信道和下行信道具有互易性。而在FDD系统中，为保证3D MMO天线系统中每根水平方向天线内部特性一致，需要每根天线内部的M个天线阵子的信号接收通道和信号发送通道保持一致。
[0005]然而，在物理实现上，每个天线阵子的射频端需要两套电路来分别完成信号的发送和接收，如图4所示的传输系统，在基站(BS, Base Station)与终端(UE, Userequipment)之间存在传输信道H，BS侧与UE侧分别包括发送通道以及接收通道，其中，BS侧的发送通道对应发送通道系数Tbs，接收通道对应接收通道系数RBS，UE侧的发送通道对应发送通道系数Tue，接收通道对应接收通道系数Rue。由于硬件方面的工艺误差，加上放大器的非线性失真，很难实现射频端的两套电路具有完全一样的特性。另外，每个射频电路的特征也随着环境(如温度，湿度等)和时间的变化而变化。这样，从对基带信号的影响上看，天线i的发送通道和接收通道等效的对信号乘以了不同的系数，即Ti和民。这导致了信道的互易性受损。
[0006]基于图4所示的各通道系数，假设基站发送天线数为Nbs，终端接收天线数为Nue，则实际下行信道信息为:
[0007]Hdl = Rue.H.Tbs 公式 I[0008]其中，为NueX Nbs维的矩阵。
[0009]实际上行信道信息HmS:
[0010]Hul = Rbs.Ht.Tue 公式 2
[0011]其中，Hul为Nbs X Nue维的矩阵。
[0012]而基站利用上下行互易性得到的下行信道信息为:
[0013]Hdi=HL = In.:'H.Rbs 公式 3
[0014]其中NueXNbs维的矩阵。
[0015]其中，Rbs和Tue是对角矩阵，对角线元素分别表示BS每个天线阵子上的接收复增益和UE每个天线阵子上的发送复增益，T表示发送通道，R表示接收通道，下标BS表示基站侧对应参数，下标UE表示UE侧对应参数。
[0016]将上述公式(3)展开即得:
【权利要求】
1.一种天线校准方法，其特征在于，包括: 在三维多输入多输出3D MMO天线系统中，根据各水平天线阵列的预设的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数；并 根据水平天线阵列预设的内部校准端口及水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数； 根据确定出的第一校准系数和第二校准系数对所述3D MIMO天线系统中的各天线阵子的发送通道和接收通道进行校准。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据各水平天线阵列的预设的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数，包括: 在水平天线阵列内部设置内部校准端口，以及在水平天线阵列外部设置外部校准端口，其中每个水平天线阵列内部包含至少一个垂直天线阵子； 根据设置的内部校准端口和水平天线阵列内部的垂直天线阵子，确定出内部参考校准端口 ； 根据确定的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一校准系数包含各水平天线阵列内部参考校准端口的发送通道的补偿因子和接收通道的补偿因子； 根据确定的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数，包括: 选择任一水平天线阵列的内部参考校准端口作为主参考校准端口 ； 获得水平天线阵列的外部校准端口接收通道接收的由各水平天线阵列内部参考校准端口发送通道发送的校准信号和主参考校准端口发送通道发送的校准信号，确定所述外部校准端口接收通道接收的由主参考校准端口发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口发送通道发送的校准信号之间第一比例值，所述第一比例值作为各水平天线阵列的内部参考校准端口发送通道与确定的主参考校准端口发送通道之间差异的补偿因子；以及 获得各水平天线阵列内部参考校准端口接收通道接收的由水平天线阵列的外部校准端口发送通道发送的校准信号和主参考校准端口接收通道接收的校准信号，确定主参考校准端口接收通道接收的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口接收通道接收的校准信号之间的第二比例值，所述第二比例值作为各水平天线阵列的内部参考校准端口接收通道与主参考校准端口接收通道之间差异的补偿因子。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据水平天线阵列预设的内部校准端口及水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数，包括: 在水平天线阵列内部设置内部校准端口，其中每个水平天线阵列内部包含至少一个垂直天线阵子； 根据设置的内部校准端口和水平天线阵列内部的垂直天线阵子，确定出内部参考校准端口 ； 根据确定的内部参考校准端口、内部校准端口和水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号，确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数。
5.如权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述内部参考校准端口，包括: 以各水平天线阵列的内部校准端口作为内部参考校准端口 ；或者 以各水平天线阵列内部任一一个垂直天线阵子作为内部参考校准端口。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二校准系数包含水平天线阵列内部每个垂直天线阵子发送通道的补偿因子和接收通道的补偿因子； 根据确定的内部参考校准端口、内部校准端口和水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号，确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数，包括: 获得各水平天线阵列内部校准端口接收通道接收的由水平天线阵列内部各垂直天线阵子发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口的发送通道发送的校准信号，确定所述各水平天线阵列内部校准端口的接收通道接收的由内部参考校准端口发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部各垂直天线阵子发送通道发送的校准信号之间第三比例值，所述第三比例值作为水平天线阵列内部每个垂直天线阵子发送通道和内部参考校准端口发送通道之间差异的补偿因子；以及 获得各水平天线阵列内部各垂直天线阵子接收通道接收的由各水平天线阵列内部校准端口发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口的接收通道接收的由各水平天线阵列内部校准端口发送通道发送的校准信号，确定各水平天线阵列内部参考校准端口的接收通道接收的校准信号和各水平天线阵列内部各垂直天线阵子接收通道接收的校准信号之间的第四比例值，所述第四比例值作为水平天线阵列内部每个垂直天线阵子接收通道和内部参考校准端口接收通道之间差异的补偿因子。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据确定出的第一校准系数和第二校准系数对所述3D MIMO天线系统中的各天线阵子发送通道和接收通道进行校准，包括: 将确定出的各水平天线阵列的内部参考校准端口发送通道对应的第一校准系数，与确定出的水平天线阵列内部各垂直天线阵子发送通道对应的第二校准系数相乘，根据得到的结果对所述3D MIMO天线系统中的所有天线阵子发送通道进行校准；以及 将确定出的各水平天线阵列的内部参考校准端口接收通道对应的第一校准系数，与确定出的水平天线阵列内部各垂直天线阵子接收通道对应的第二校准系数相乘，根据得到的结果对所述3D MIMO天线系统中的所有天线阵子接收通道进行校准。
8.一种天线校准方法，其特征在于，包括: 在频分双工FDD系统中，根据三维多输入多输出3D MIMO天线系统中水平天线阵列预设的内部校准端口及水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子相对于内部参考校准端口的校准系数； 根据确定出的校准系数对所述3D MIMO天线系统中的各天线阵子的发送通道和接收通道进行校准。
9.一种天线校准装置，其特征在于，包括: 第一校准系数确定单元，用于在三维多输入多输出3D MMO天线系统中，根据各水平天线阵列的预设的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数； 第二校准系数确定单元，用于根据水平天线阵列预设的内部校准端口及水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数； 天线校准单元，用于根据第一校准系数确定单元确定出的第一校准系数和第二校准系数确定单元确定出的第二校准系数对所述3D MIMO天线系统中的各天线阵子的发送通道和接收通道进行校准。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一校准系数确定单元，具体用于在水平天线阵列内部设置内部校准端口，以及在水平天线阵列外部设置外部校准端口，其中每个水平天线阵列内部包含至少一个垂直天线阵子；根据设置的内部校准端口和水平天线阵列内部的垂直天线阵子，确定出内部参考校准端口 ；根据确定的内部参考校准端口和外部校准端口传输的校准信号确定每个水平天线阵列的内部参考校准端口对应的第一校准系数。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一校准系数包含各水平天线阵列内部参考校准端口的发送通道的补偿因子和接收通道的补偿因子； 所述第一校准系数确定单元，具体用于选择任一水平天线阵列的内部参考校准端口作为主参考校准端口 ；获得水平天线阵列的外部校准端口接收通道接收的由各水平天线阵列内部参考校准端口发送通道发送的校准信号和主参考校准端口发送通道发送的校准信号，确定所述外部校准端口接收通道接收的由主参考校准端口发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口发送通道发送的校准信号之间第一比例值，所述第一比例值作为各水平天线阵列的内部参考校准端口发送通道与确定的主参考校准端口发送通道之间差异的补偿因子；以及获得各水平天线阵列内部参考校准端口接收通道接收的由水平天线阵列的外部校准端口发送通道发送的校准信号和主参考校准端口接收通道接收的校准信号，确定主参考校准端口接收通道接收的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口接收通道接收的校准信号之间的第二比例值，所述第二比例值作为各水平天线阵列的内部参考校准端口接收通道与主参考校准端口接收通道之间差异的补偿因子。
12.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二校准系数确定单元，具体用于在水平天线阵列内部设置内部校准端口，其中每个水平天线阵列内部包含至少一个垂直天线阵子；根据设置的内部校准端口和水平天线阵列内部的垂直天线阵子，确定出内部参考校准端口 ；根据确定的内部参考校准端口、内部校准端口和水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号，确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子对应的第二校准系数。
13.如权利要求10或12所述的装置，其特征在于，所述内部参考校准端口，包括: 以各水平天线阵列的内部校准端口作为内部参考校准端口 ；或者 以各水平天线阵列内部任一一个垂直天线阵子作为内部参考校准端口。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二校准系数包含水平天线阵列内部每个垂直天线阵子发送通道的补偿因子和接收通道的补偿因子； 所述第二校准系数确定单元，具体用于获得各水平天线阵列内部校准端口接收通道接收的由水平天线阵列内部各垂直天线阵子发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口的发送通道发送的校准信号，确定所述各水平天线阵列内部校准端口的接收通道接收的由内部参考校准端口发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部各垂直天线阵子发送通道发送的校准信号之间第三比例值，所述第三比例值作为水平天线阵列内部每个垂直天线阵子发送通道和内部参考校准端口发送通道之间差异的补偿因子；以及获得各水平天线阵列内部各垂直天线阵子接收通道接收的由各水平天线阵列内部校准端口发送通道发送的校准信号和各水平天线阵列内部参考校准端口的接收通道接收的由各水平天线阵列内部校准端口发送通道发送的校准信号，确定各水平天线阵列内部参考校准端口的接收通道接收的校准信号和各水平天线阵列内部各垂直天线阵子接收通道接收的校准信号之间的第四比例值，所述第四比例值作为水平天线阵列内部每个垂直天线阵子接收通道和内部参考校准端口接收通道之间差异的补偿因子。
15.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述天线校准单元，具体用于将确定出的各水平天线阵列的内部参考校准端口发送通道对应的第一校准系数，与确定出的水平天线阵列内部各垂直天线阵子发送通道对应的第二校准系数相乘，根据得到的结果对所述3DMIMO天线系统中的所有天线阵子发送通道进行校准；以及将确定出的各水平天线阵列的内部参考校准端口接收通道对应的第一校准系数，与确定出的水平天线阵列内部各垂直天线阵子接收通道对应的第二校准系数相乘，根据得到的结果对所述3D MMO天线系统中的所有天线阵子接收通道进行校准。
16.一种天线校准装置，其特征在于，包括: 校准系数确定单元，用于在频分双工FDD系统中，根据三维多输入多输出3D MMO天线系统中水平天线阵列预设的内部校准端口及水平天线阵列内部各垂直天线阵子传输的校准信号确定水平天线阵列内部每个垂直天线阵子相对于内部参考校准端口的校准系数； 天线校准单元，用于根据确定出的校准系数对所述3D MIMO天线系统中的各天线阵子的发送通道和接收通道进行校准。
【文档编号】H04B7/04GK103916168SQ201310001218
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年1月4日 优先权日:2013年1月4日
【发明者】金婧, 王启星, 闫渊, 史志华, 许灵军, 王大鹏, 刘光毅, 胡臻平 申请人:中国移动通信集团公司