专利名称：发射设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用至少两个天线单元的发射设备，用于执行通信，同时通过利用天线权重对从每一个天线单元所发射的用户信号数据(代码、速度、频率或者发射功率)进行加权，从而形成发射波束，更具体地，涉及一种具有校准功能的发射设备，其根据设备中的发射路径的特性来校正天线权重。以下将用户信号数据简单地称作“用户信号”。
背景技术：
例如，在蜂窝移动通信系统中，为了提高信号速度/质量和客户容量，研究了使用自适应天线控制的方案。根据自适应天线控制技术，在包括具有极高相关性的三个或多个天线单元的阵列天线中，通过控制使用相同频带从每一个天线单元所发射的用户信号的相位和幅度(以下称作“相位/幅度”)的至少之一，而形成发射波束方向图(pattern)，并且将方向性应用于希望信号的到达方向，或者对于干扰信号，形成空值(null)。
在具有连接到各个天线单元的多个发射路径的阵列天线发射/接收设备中，通常，由于在每一个发射路径上的组成部件(包括电缆)的频率特性(相位和幅度)、由温度或者湿度波动所引起的特性变动、或者例如长期变化的变动，无法形成理想的发射方向图。为此，在形成发射方向图时，必须补偿由上述因素所引起的相位和幅度的变动。该操作被称作校准。校准包括联机(online)校准和脱机(offline)校准。在前者中，即使在设备操作期间也进行校准，并且应用己更新的最新校准系数。在后者中，即使在操作期间，应用在设备的操作之前所测量的校准系数(在安装或者加载(shipment)时)。
传统地，在该类型的阵列天线发射/接收设备的校准方法中，向连接到每一个天线单元的无线电发射单元输入公知的校准信号，并且通过使用由解调校准信号所得到的结果，对每一个发射路径的、在各个时刻独立变化的相位(延迟)和幅度(增益)的变动进行补偿。参考图8至11，将更具体地描述传统的校准方法。
图8示出了执行联机校准的传统阵列天线发射/接收设备的设置示例。该阵列天线发射/接收设备包括包含N个天线单元8021至802N的阵列天线801、分配器1 8031至分配器N 803N、天线1无线电发射单元8041至天线N无线电发射单元804N、天线1信号处理单元8051至天线N信号处理单元805N、校准信号产生单元1 8061至校准信号产生单元N 806N，所述阵列天线发射/接收设备还包括用户信号处理单元807、加法器808、无线电接收单元809、校准信号解调单元1 8101至校准信号解调单元N 810N以及解调结果处理单元811。
在阵列天线801中，N个天线单元8021至802N紧密地排列在阵列中。通过利用用户信号处理单元807控制天线权重(相位/幅度)，其可以形成希望的发射方向图。将天线单元的数字N设置为3或者更大，以便于从一般的分集排列中区分天线。
用户信号处理单元807向天线1信号处理单元8051至天线N信号处理单元805N输出由天线权重针对各个用户所加权的用户信号。
校准信号产生单元1 8061至校准信号产生单元N 806N产生在基带中的所有发射路径中彼此正交的校准信号，并且分别向天线1信号处理单元8051至天线N信号处理单元805N输出信号。
天线1信号处理单元8051至天线N信号处理单元805N接收从用户信号处理单元807所输出的用户信号以及从校准信号产生单元18061至校准信号产生单元N 806N所输出的校准信号，执行扩频调制和多路复用，并且分别向天线1无线电发射单元8041至天线N无线电发射单元804N输出结果的多路复用信号。用户信号和由每一个天线信号处理单元所进行码多路复用的校准信号彼此正交。
天线1无线电发射单元8041至天线N无线电发射单元804N接收从天线1信号处理单元8051至天线N信号处理单元805N所输出的多路复用信号，针对基带中的多路复用信号，执行数字/模拟转换、正交调制、从基带到无线电频带的频率转换、放大、频带限制等，并且分别向分配器1 8031至分配器N 803N输出信号。
分配器1 8031至分配器N 803N接收从天线1无线电发射单元8041至天线N无线电发射单元804N所输出的多路复用信号，并且分别向天线单元8021至802N输出多路复用信号。分配器1 8031至分配器N803N还向加法器808部分地分配功率。
加法器808接收从分配器1 8031至分配器N 803N输出的多路复用信号，与无线电频带中的多路复用信号相结合，并且向无线电接收单元809输出信号。
无线电接收单元809接收从加法器808所输出的多路复用信号，执行频带限制、放大、从无线电频带到基带的频率转换、正交调制、模拟/数字转换等，并且向校准信号解调单元1 8101至校准信号解调单元N 810N输出信号。
在发射路径1至N中，校准信号解调单元1 8101至校准信号解调单元N 810N接收从无线电接收单元809输出的多路复用信号，并且从多路复用信号中提取校准信号。更具体地，校准信号解调单元1 8101提取由校准信号产生单元1 8061所产生的校准信号。类似地，校准信号解调单元2 8102至校准信号解调单元N 810N分别提取由校准信号产生单元2 8062至校准信号产生单元N 806N所产生的校准信号。如上所述，校准信号彼此正交。因此，可以通过解扩多路复用信号将其提取。
校准信号解调单元1 8101至校准信号解调单元N 810N从所提取的校准信号中检测发射路径1解调标记点(相位/幅度信息)至发射路径N解调符号点(相位/幅度信息)。将包括天线1无线电发射单元8041的发射路径的相位/幅度变动添加到发射路径1解调标记点。这还应用于发射路径2解调标记点至发射路径N解调标记点。将检测到的发射路径1解调符号点至发射路径N解调标记点输出到解调结果处理单元811。
解调结果处理单元811从校准信号解调单元1 8101至校准信号解调单元N 810N接收发射路径1解调标记点至发射路径N解调标记点，从这些解调标记点计算校准系数，作为各个发射路径的校正信息，并且向用户信号处理单元807输出校准系数。更具体地，按照以下方法计算校准系数。
定义包括天线1无线电发射单元8041的发射路径始终是参考路线。由校准信号产生单元1 8061所产生的校准信号通过校准信号解调单元1 8101进行解调。将所得到的标记点定义为参考标记点S1，如图9所示。将由校准信号产生单元2 8062产生并且由校准信号解调单元28102解调的标记点定义为S2。将由校准信号产生单元N 806N产生并且由校准信号解调单元N 810N解调的标记点定义为Sn。解调结果处理单元811检测相位差θ2和S1和S2之间的幅度比r2＝B/A，以及相位差θn和S1和Sn之间的幅度比rn＝C/A。当相对于参考标记点S1的归一化完成时，可以表达标记点，如图10所示。此时，r2＝B/A＝B’/1，并且rn＝C/A＝C’/1，尽管相位差θ2和θn的值以及幅度比r2和rn不变。针对每一个校准阶段，解调结果处理单元811向用户信号处理单元807输出值θ2至θn和r2至rn作为校准系数。
用户信号处理单元807通过使用从解调结果处理单元811输出的校准系数来校正用户信号，针对各个用户，对所述用户信号进行天线权重(相位/幅度)控制。
即使当在设备的操作期间在发射路径中相位/幅度变化时，通过向用户信号处理单元807给出校准系数，该阵列天线发射/接收设备可以校正所产生的相位/幅度变化。当在校正发射路径中的相位/幅度变化之后发射用户信号时，所述用户信号利用天线权重(相位/幅度)控制形成发射方向图，可以形成准确的发射方向图(例如，日本专利待审公开No.10-336149)。
图11示出了执行脱机校准的传统阵列天线发射/接收设备的设置示例。该阵列天线发射/接收设备包括包含N个天线单元11021至1102N的阵列天线1101、天线1无线电发射单元11041至天线N无线电发射单元1104N、天线1信号处理单元11051至天线N信号处理单元1105N、校准信号产生单元1 11061至校准信号产生单元N 1106N，所述阵列天线发射/接收设备还包括用户信号处理单元1107、加法器1108、校准信号解调单元1 11101至校准信号解调单元N 1110N以及解调结果处理单元1111。
在设备的安装或者加载时间，当要测量设备中的校准系数时，将来自加法器1108的设置连接到天线1无线电发射单元11041至天线N无线电发射单元1104N。在设备的操作中，从天线1无线电发射单元11041至天线N无线电发射单元1104N断开设置，并且代替地，连接阵列天线1101。
将在设备的安装时间所测量的校准系数存储在用户信号处理单元1107中。即使在操作期间，也可以通过将校准系数添加到天线权重而得到对于发射方向图形成的影响。该校准方法是有效的，尤其针对共享要提供给所有天线无线电发射单元的本地信号或者操作时钟的设备，因为作为相位变动的主要因素的本地信号的影响是可以忽略的。
但是，在图8所示的传统的阵列天线发射/接收设备中，始终在操作期间执行校准。因此，连续地发射作为用户信号不需要的无线电波的校准信号。此外，扩频设备在数量上等于一直工作的天线单元。这抑制了在每一个发射路径中的载波功率的剩余系统容量。
在该阵列天线发射/接收设备中，按照较短的时间周期解调从所有天线无线电发射单元同时发射的校准信号，从而计算校准系数。由于这要求高速运算处理，信号处理的负荷较大。
在该阵列天线发射/接收设备中，相对于设置功率增加或者减少的用户信号，始终路复用和发射具有相同功率的校准信号。结果是，对于用户信号看似干扰的校准信号超过了所需，并且校准的准确性较低。
在图11所示的传统的阵列天线发射/接收设备中，即使在操作期间执行校准时，也使用在安装或加载的时间所测得的校准系数。为此，不反馈作为发射路径中相位/幅度变动的主要原因之一的总发射功率信息的信息。因此，考虑到发射路径中的组成部件的饱和特性，无法进行校正。结果是，不可能准确的校正。
以上已经描述了使用自适应天线控制的阵列天线发射/接收设备的校准问题。但是，即使执行发射分集的发射设备的校准具有相同的问题。发射分集是通过执行从无线电基站发射设备的两个天线单元的发射从而提高终端接收质量的技术，通过使用相同的频带并且控制从每一个天线单元所发射的用户信号的相位/幅度，其排列几乎不相关。
发明内容
本发明的主要目的是，在利用对天线权重进行加权从而形成发射方向图的发射设备中，实现联机(在操作期间)发射路径校准，从而根据剩余系统容量调整校准执行定时。
本发明的另一个目的是，在利用对天线权重进行加权从而形成发射方向图的发射设备中，实现联机(在操作期间)发射路径校准，从而通过调整校准频率减少信号处理的负荷。
本发明的另一个目的是，在利用对天线权重进行加权从而形成发射方向图的发射设备中，实现联机(在操作期间)发射路径校准，从而相对于用户信号优化校准信号的设置功率。
本发明的另一个目的是，在利用对天线权重进行加权从而形成发射方向图的发射设备中，根据发射路径中的组成部件的饱和特性，实现脱机(在操作之前)发射路径校准。
为了实现上述目的，根据本发明，提供了包括以下的发射设备多个天线单元；用户信号输出装置，用于通过天线权重对用户信号进行加权以及将用户信号输出到每一个天线单元；校准信号产生装置，用于输出要使用的校准信号，从而检测发射路径的特性；天线信号处理装置，设置在发射路径中，用于针对从用户信号输出单元输入的用户信号和从校准信号产生单元输入的校准信号，执行扩频调制和多路复用，并输出获得的多路复用信号；以及总发射功率测量装置，用于根据从天线信号处理装置输入的多路复用信号，测量要从每一个天线单元发射的多路复用信号的总发射功率值，其中天线权重校正装置根据总发射功率值来执行校正操作。
图1是示出了根据本发明的第一实施例(联机校准)的阵列天线发射/接收设备的排列的方框图；图2是示出了图1所示的用户信号处理单元的排列的方框图；图3是示出了在每一个传输路径中(当没有执行校准时)设置阈值与总发射功率测量值之间的关系的图解；图4是示出了在每一个传输路径中(当执行校准时)设置阈值与总发射功率测量值之间的关系的图解；图5是示出了根据本发明的第三实施例(脱机校准)的阵列天线发射/接收设备的排列的方框图；图6是示出了在设备操作之前(脱机)，测量校准系数的排列的方框图；图7是示出了图5所示的用户信号处理单元的排列的方框图；图8是示出了传统的阵列天线发射/接收设备(联机校准)的排列示例的方框图；图9是用于通过图8所示的解调结果处理单元(在归一化之前)解释校准系数计算方法的视图；图10是用于通过图8所示的解调结果处理单元(在归一化之后)解释校准系数计算方法的视图；以及图11是示出了传统阵列天线发射/接收设备(脱机校准)的另一个排列示例的方框图。
具体实施例方式
接下来将参考附图详细描述本发明的实施例。以下将描述执行自适应天线控制的形式。
图1示出了根据本发明的第一实施例的阵列天线发射/接收设备。该阵列天线发射/接收设备具有执行联机校准的功能。更具体地，阵列天线发射/接收设备包括包含N个天线单元1021至102N的阵列天线101、分配器1 1031至分配器N 103N、天线1无线电发射单元1041至天线N无线电发射单元104N、天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N、校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N106N、用户信号处理单元107、加法器108、无线电接收单元109、校准信号解调单元1 1101至校准信号解调单元N 110N、解调结果处理单元111以及总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N。将包括天线1无线电发射单元1041的发射路径定义为发射路径1。类似地，将包括天线2无线电发射单元1042至天线N无线电发射单元104N的发射路径定义为发射路径2至N。
在阵列天线101中，N个天线单元1021至102N紧密地设置在阵列中，以使其之间的相关性变得较高。通过由用户信号处理单元107控制天线权重(相位/幅度)，其可以形成希望的发射方向图。将天线单元的数字N设置为3或更大，以便于从一般的分集设置中区分天线。
用户信号处理单元107向天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N输出由天线权重针对各个用户所加权的用户信号。用户信号处理单元107还通过使用从解调结果处理单元111输出的校准系数来校正天线权重，如随后所述。用户信号处理单元107还根据从总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N所输出的总发射功率值，确定是否执行校准。只有当要执行校准时，将校准执行定时和校准信号的设置功率输出到校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N。将在以下对用户信号处理单元107详细描述。
根据由用户信号处理单元107指定的执行定时和设置功率，校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N产生校准信号，并且将校准信号分别输出给天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N。校准信号产生单元在基带的所有发射路径1至N中产生彼此正交的校准信号。
天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N接收从用户信号处理单元107输出的用户信号，以及从校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N输出的校准信号，执行扩频调制和多路复用，并且分别向天线1无线电发射单元1041至天线N无线电发射单元104N以及总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N输出结果多路复用信号。
由每一个天线信号处理单元代码多路复用的用户信号和校准信号彼此正交。执行校准时，输入用户信号和校准信号。然而，当不执行校准时，仅输入用户信号。
天线1无线电发射单元1041至天线N无线电发射单元104N接收从天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N输出的多路复用信号，针对基带中的多路复用信号执行数字/模拟转换、正交调制、从基带到无线电频带的频率转换、放大、频带限制等，并且分别向分配器1 1031至分配器N 103N输出信号。
总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N接收从天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N输出的多路复用信号，测量从各个发射路径中的天线单元1021至102N所发射的多路复用信号的总发射功率值，并向用户信号处理单元107输出所测量的值。
分配器1 1031至分配器N 103N接收从天线1无线电发射单元1041至天线N无线电发射单元104N输出的多路复用信号。分配器1 1031至分配器N 103N分别向天线单元1021至102N输出多路复用信号的大部分功率，并且还向加法器108部分地分配功率。
加法器108接收从分配器1 1031至分配器N 103N输出的多路复用信号，与无线电频带中的多路复用信号相结合，并且向无线电接收单元109输出信号。仅在执行校准时多路复用校准信号。当不准备执行校准时，仅向无线电接收单元109输出用户信号。
无线电接收单元109接收从加法器108输出的多路复用信号，执行频带限制、放大、从无线电频带到基带的频率转换、正交解调、模拟/数字转换等，并且向校准信号解调单元1 1101至校准信号解调单元N 110N输出信号。
校准信号解调单元1 1101至校准信号解调单元N 110N接收从无线电接收单元109输出的多路复用信号，并且从多路复用信号中提取发射路径1至N中的校准信号。更具体地，校准信号解调单元1 1101提取由校准信号产生单元1 1061所产生的校准信号。类似地，校准信号解调单元2 1102至校准信号解调单元N 110N分别提取由校准信号产生单元2 1062至校准信号产生单元N 106N所产生的校准信号。如上所述，校准信号彼此正交。因此，可以通过解扩多路复用信号将其提取。
校准信号解调单元1 1101至校准信号解调单元N 110N从所提取的校准信号中检测发射路径1解调标记点(相位/幅度信息)至发射路径N解调标记点(相位/幅度信息)。发射路径的相位/幅度变动添加了发射路径解调标记点。检测到的发射路径1解调标记点至发射路径N解调标记点被输出到解调结果处理单元111。
解调结果处理单元111接收从校准信号解调单元1 1101至校准信号解调单元N 110N输出的发射路径1解调标记点至发射路径N解调标记点，从这些解调标记点计算校准系数，作为各个发射路径的校正信息，并且向用户信号处理单元107输出校准系数。更具体地，执行以下处理。
对于所有发射路径中的解调标记点，根据从校准信号解调单元11101输出的作为发射路径1的解调结果的发射路径1解调标记点，解调结果处理单元111对作为发射路径2至N的解调结果的发射路径2解调标记点至发射路径N解调标记点进行归一化，从校准信号解调单元2 1102至校准信号解调单元N 110N输出所述解调标记点，因此得到相位(延迟)/幅度(增益)信息。按照这种方式，针对由校准信号产生单元2 1062至校准信号产生单元N 106N所产生的所有校准信号，解调结果处理单元111向用户信号处理单元107输出作为校准系数的归一化的解调标记点(相位/幅度)。
发射路径1中的解调标记点用作归一化的参考(I/Q)＝(1，0)。因此，不需要将解调结果输出给用户信号处理单元107。归一化前后的发射路径1解调标记点、发射路径2解调标记点以及发射路径N解调标记点的示例与图9和图10相同。
接下来将参考图2更详细地描述用户信号处理单元107。图2示出了用户信号处理单元107的设置。与图1相同的参考数字表示图2中相同的或者相对应的组成部件。
用户信号处理单元107包括校准系数存储单元201、天线权重校正单元202、用户信号输出单元203、总发射功率值加法单元204、校准执行确定单元205以及校准信号设置单元206。
校准系数存储单元201存储用于每一个发射路径的最新校准系数，当在设备的操作期间要执行校准时，从解调结果处理单元111输出所述最新校准系数。
天线权重校正单元202根据每一个发射路径中的相位/幅度变动来校正天线权重，从而对用户信号进行加权，并且向用户信号输出单元203输出已校正的天线权重。更具体地，针对重新设置天线权重的每一个时间周期，从校准系数存储单元201读取最新的校准系数。所读取的校准系数加到天线权重上，从而校正天线权重。即使当不是最近执行校准时，通过使用存储在校准系数存储单元201中的校准系数来校正天线权重。
用户信号输出单元203通过使用由天线权重校正单元202所校正的天线权重，对每一个用户信号进行加权，并且向天线1信号处理单元1051至天线N信号处理单元105N输出用户信号。
利用该设置，即使当在设备操作期间的每一个发射路径中出现相位/幅度变动时，也可以通过使用校准系数来校正天线权重，从而去除所产生的相位/幅度变动。结果是，在天线终端可以形成准确的发射方向图。
总发射功率值加法单元204将从总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N输出的总发射功率值相加，从而计算来自所有天线单元的总发射功率之和。将所计算的总发射功率之和输出到校准执行确定单元205。
根据阵列天线发射/接收设备的最大发射功率值和由总发射功率值加法单元204所计算的总发射功率值，校准执行确定单元205确定是否执行校准，即，是否引起校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N输出校准信号。
例如，从“设备的最大发射功率值”减去“总发射功率之和”，从而计算剩余的系统容量。所计算的剩余系统容量与当前阈值相比较。如果剩余系统容量大于阈值，则确定应该执行校准。
可选地，“总发射功率之和”除以“设备的最大发射功率值”，从而计算载波功率的利用率之和。所计算的利用率之和与当前阈值相比较。如果利用率之和小于阈值，则确定应该执行校准。将通过使用详细的示例详细描述后一种情况。
例如，假设设备的最大发射功率是20W，并且阵列天线101的天线单元的数量是4。当所测量的、从总发射功率测量单元1 1121至用户信号处理单元107所输出的总发射功率值是3.2W时，载波功率利用率是16％。当根据总发射功率测量单元2 1122至总发射功率测量单元4 1124的测量值分别是1.8W、208W和4.5W时，载波功率利用率分别是9％、14％和22.5％。
因此，载波功率利用率之和是61.5％。将相对于载波功率利用率之和的阈值设为60％。由于载波功率利用率之和超过了阈值，校准执行确定单元205确定不执行校准。当载波功率利用率下降并且载波功率利用率之和变得小于阈值时，则校准执行确定单元205确定应该执行校准。
当校准执行确定单元205确定应该执行校准时，校准信号设置单元206确定校准信号输出定时，并且向校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N输出结果。在由校准信号设置单元206所指定的定时处，校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N输出校准信号。然后，执行校准。为此，可以防止校准抑制载波功率的剩余系统容量。另外，由于校准频率变低，可以降低信号处理的负荷。
校准信号设置单元206还确定每一个校准信号的设置功率以及校准信号输出定时，并且向校准信号产生单元1 1061至校准信号产生单元N 106N输出结果。根据从总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N输出的总发射功率的测量值，确定校准信号的设置功率。例如，相对于在每一个发射路径中的总发射功率的测量值，设置校准信号的功率低于其20dB。利用这种设置，即使当用户信号的设置功率增加或减少时，用户信号相对于校准信号的功率比可以总是保持恒量。因此，对于用户信号，可以防止校准信号看似超过所需的干扰，可以防止并且校准准确度的降低。
接下来将描述对于第一实施例的修改。在第一实施例中，在用户信号处理单元107中，设置针对载波功率利用率之和的阈值，并且确定校准的执行。相反，针对每一个发射路径中的载波功率利用率，可以通过设置任意阈值确定校准的执行。通过将从总发射功率测量单元1 1121至总发射功率测量单元N 112N中对应一个输出的发射路径中的总发射功率值除以从该发射路径可发射的最大发射功率值，得到每一个发射路径中的载波功率利用率。当针对每一个发射路径设置阈值时，排列还可以满足仅从任意天线单元发射控制信道的系统。
图3和图4示出了在每一个发射路径中设置阈值和总发射功率之间的关系。
参考图3，3011表示针对发射路径1的阈值，并且3012至301N表示针对发射路径2至N的阈值。3021表示通过发射路径1中的总发射功率测量单元1 1121的测量值，并且3022至302N表示通过发射路径2至N中的总发射功率测量单元2 1122至总发射功率测量单元N112N的测量值。
在该示例中，仅将针对发射路径1的阈值设为大于剩余发射路径2至N的阈值。在该示例中，由于发射路径1中的总发射功率测量值3021超过了阈值3011，确定不执行校准。
参考图4，4011表示针对发射路径1的阈值，并且4012至401N表示针对发射路径2至N的阈值。4021表示通过发射路径1中的总发射功率测量单元1 1121的测量值，并且4022至402N表示通过发射路径2至N中的总发射功率测量单元2 1122至总发射功率测量单元N112N的测量值。
在该示例中，在所有发射路径1至N中的总发射功率的测量值4021至402N均小于阈值4011至401N。因此，确定要执行校准。
这样，当任意设置每一个发射路径中的阈值时，可以调整校准执行频率。更具体地，当阈值较高时，频繁地执行校准。当阈值较低时，仅当每一个发射路径中的载波利用率(系统容量)具有富余时，才执行校准。
图5示出了根据本发明的第三实施例的阵列天线发射/接收设备的设置。
该阵列天线发射/接收设备具有执行脱机校准的功能。更具体地，阵列天线发射/接收设备包括包含N个天线单元5021至502N的阵列天线501、天线1无线电发射单元5041至天线N无线电发射单元504N、天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N、校准信号产生单元1 5061至校准信号产生单元N 506N、用户信号处理单元507以及总发射功率测量单元1 5121至总发射功率测量单元N 512N。将包括天线1无线电发射单元5041的发射路径定义为发射路径1。类似地，将包括天线2无线电发射单元5042至天线N无线电发射单元504N的发射路径定义为发射路径2至N。
在阵列天线501中，N个天线单元5021至502N紧密地设置在阵列中，从而使得其之间的相关性变得较高。将天线单元的数字N设置为3或更大，以便于从一般的分集设置中区分天线。
用户信号处理单元507向天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N输出由天线权重针对各个用户所加权的用户信号。为了在设备操作之前(在安装或者加载的时间)测量校准系数，用户信号处理单元507输出校准信号输出定时，并且向校准信号产生单元15061至校准信号产生单元N 506N设置功率。用户信号处理单元507存储所得到的校准系数，并且通过使用校准系数来校正天线权重。将在以下详细描述用户信号处理单元507。
校准信号产生单元1 5061至校准信号产生单元N 506N根据从用户信号处理单元507所指派的定时和设置功率来产生校准信号，并且分别向天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N输出校准信号。由于在设备操作期间不执行校准系数测量，校准信号输出定时和设置功率都不从用户信号处理单元507输入。
天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N接收从用户信号处理单元507输出的用户信号以及从校准信号产生单元1 5061至校准信号产生单元N 506N输出的校准信号，执行扩频调制和多路复用，并且分别向天线1无线电发射单元5041至天线N无线电发射单元504N以及总发射功率测量单元1 5121至总发射功率测量单元N 512N输出结果多路复用信号。在设备操作期间，不输入校准信号，而仅输入用户信号。
天线1无线电发射单元5041至天线N无线电发射单元504N接收从天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N输出的多路复用信号，针对基带中的多路复用信号执行数字/模拟转换，正交调制、从基带到无线电频带的频率转换、放大、频带限制等，并且分别向天线单元5021至502N输出信号。在设备的操作期间，输入仅包含用户信号的多路复用信号。
总发射功率测量单元1 5121至总发射功率测量单元N 512N接收从天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N所输出的多路复用信号，测量从各个发射路径中的天线单元5021至502N发射的多路复用信号的总发射功率值，并且向用户信号处理单元507输出所测量的值。
图6示出了在设备操作之前(脱机)测量校准系数的设置。
为了测量校准系数，包括如图6所示的加法器608、无线电接收单元609、校准信号解调单元1 6101至校准信号解调单元N 610N以及解调结果处理单元611的所述校准系数测量设备连接到图5所示的阵列天线发射/接收设备。以与第一实施例中所描述的联机校准系数测量(在操作期间)相同的方法执行测量。但是，在该设置中，从天线单元5021至502N所发射的发射频率值和总发射功率值变化不同，并且在各个条件下测量校准系数。
图7示出了图5所示的用户信号处理单元507的设置。与图5相同的参考数字表示图7中相同或者相应的组成部件。
用户信号处理单元507包括校准系数存储单元701、天线权重校正单元702、用户信号输出单元703以及总发射功率值输入单元704。
校准系数存储单元701在设备的操作之前，与测量校准系数中的总发射功率值和发射频率值相对应，提前存储所测量的校准系数值。
在设备操作期间，总发射功率值输入单元704接收从总发射功率测量单元1 5121至总发射功率测量单元N 512N的每一个输出的总发射功率测量值以及来自用户信号输出单元703的用户信号的发射频率(载波频率)设置值。总发射功率值输入单元704从校准系数存储单元701读取与总发射功率测量值和总发射频率设置值相对应的校准系数，并且向天线权重校正单元702输出校准系数。
天线权重校正单元702通过将总发射功率值输入单元704读取的校准系数加到天线权重来加权用户信号，从而校正天线权重，并且向用户信号输出单元703输出已校正的天线权重。
用户信号输出单元703通过使用由天线权重校正单元702校正的天线权重对每一个用户信号进行加权，并且向天线1信号处理单元5051至天线N信号处理单元505N输出用户信号。用户信号输出单元703还向总发射功率值输入单元704输出每一个用户信号的发射频率设置值。
发射路径中的相位/幅度变动的主要因素是总发射功率和发射频率。因此，当考虑到发射路径中组成部件的饱和特性和频率特性，通过使用与总发射功率测量值和发射频率设置值相对应的校准系数执行校准时，可以准确地执行脱机校准(在操作之前)。
在设备的操作之前所测量的校准系数存储在校准系数存储单元701中。在操作期间，读取校准系数并用于校准。利用该设置，不需要图6中所示的校准系数测量设备(加法器608、无线电接收单元609、校准信号解调单元1 6101至校准信号解调单元N 610N以及解调结果处理单元611)。为此，可以最小化用于校准所需的设备规模。
以上已经描述了执行自适应天线控制的阵列天线发射/接收设备。但是，本发明还可以应用于具有两个天线单元并且执行发射分集的发射设备。
例如，本发明可以用于校准W-CDMA无线电基站发射设备的相位(延迟)/幅度(增益)特性，所述发射设备执行自适应天线控制或者发射分集。
如上所述，在本发明的发射设备中，测量从天线单元所发射的总发射功率值，并且基于所测量的值校正天线权重。
根据从天线单元所发射的总发射功率的测量值可以知道载波功率的剩余系统容量。因此，当根据剩余系统容量确定校准信号输出定时时，可以根据剩余系统容量适当地执行校准。即使在联机校准中(在操作期间)，可以防止校准抑制载波功率的剩余系统容量。
确定校准信号输出定时，并且基于从天线单元所发射的总发射功率的测量值调整校准频率。因此，在联机校准中(在操作期间)可以减轻信号处理的负荷。
根据从天线单元发射的总发射功率的测量值，确定校准信号的设置功率，因此，针对用户信号最优化校准信号设置功率。利用该设置，在联机校准中(在操作期间)，可以防止校准信号对于用户信号看似超过所需的干扰，并且可以防止校准准确性较低。
在操作之前，通过使用总发射功率值(和发射频率值)作为参数所获得的校准系数提前存储在存储装置中。在操作期间，从存储装置读取与总发射功率测量值(和发射频率值)相对应的校准系数，并用于校正天线权重。发射路径中的相位/幅度变动的主要因素是总发射功率(和发射频率)。因此，当考虑到发射路径中的组成部件的饱和特性(和频率特性)，通过使用与总发射功率测量值(和发射频率设置值)相对应的校准系数执行校准时，可以准确地执行脱机校准(在操作之前)。
在操作之前，通过使用总发射功率值(和发射频率值)作为参数所获得的校准系数用于校正天线权重。利用该设置，可以省略组成部件(例如，分配器、无线电接收单元、校准信号解调单元以及解调结果处理单元)，直到分配了校准信号，并且计算校准信号。为此，可以最小化用于校准所需的设备规模。
权利要求
1.一种发射设备，其特征在于包括多个天线单元(101、1021-102N)；用户信号输出装置(203、703)，用于利用天线权重对用户信号进行加权，并且向所述天线单元(101、1021-102N)的每一个输出用户信号；校准信号产生装置(1061-106N)，用于输出要使用的校准信号，从而检测发射路径的特性；天线信号处理装置(1051-105N)，设置在发射路径中，用于针对从所述用户信号输出装置输入的用户信号和从所述校准信号产生装置所输入的校准信号，执行扩频调制和多路复用，并且输出所获得的多路复用信号；以及总发射功率测量装置(1121-112N)，用于根据从所述天线信号处理装置(1051-105N)输入的多路复用信号，测量要从所述天线单元(101、1021-102N)的每一个发射的多路复用信号的总发射功率值，其中天线权重校正装置(202)根据总发射功率值来执行校正操作。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于还包括天线权重校正装置(202，702)，用于根据从所述用户信号输出装置(203，703)至所述天线单元(101、1021-102N)的发射路径的特性来校正天线权重。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于还包括校准信号产生控制装置(206)，用于根据从所述总发射功率测量装置(1121-112N)输入的总发射功率值，确定校准信号的输出定时和校准信号的设置功率的至少之一，并且向所述校准信号产生装置(1061-106N)输出结果。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于还包括校准信号解调装置(1101-110N)，用于根据从发射路径所提取的多路复用信号，解调与每一个发射路径相对应的校准信号，以及解调结果处理装置(111)，用于通过比较与发射路径相对应的、从所述校准信号解调装置(1101-110N)输入的校准信号，基于发射路径的特性来计算校准系数，其中所述天线权重校正装置(202)基于校准系数来校正天线权重。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于还包括存储装置(201)，用于存储从所述解调结果处理装置(111)输入的校准系数，其中所述天线权重校正装置(202)基于存储在所述存储装置(201)中的校准系数来校正天线权重。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述校准信号产生控制装置(206)包括加法装置(204)，用于将从所述总发射功率测量装置(1121-112N)输入的总发射功率值相加，以及校准执行确定装置(205)，用于基于装置的最大发射功率值和从所述相加装置(204)得到的总发射功率之和，确定是否使所述校准信号产生装(1061-106N)输出校准信号。
7.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，校准信号产生控制装置(206)包括校准执行确定装置(205)，用于根据从所述每一个天线单元(101、1021-102N)可发射的最大发射功率值和总发射功率值，确定是否引起所述校准信号产生装置(1061-106N)输出校准信号。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述校准信号产生控制装置(206)确定校准信号的设置功率，从而得到用户信号相对于校准信号的预定功率比。
9.根据权利要求2所述的设备，其特征在于还包括存储装置(701)，用于基于根据总发射功率值而变动的发射路径的特性，与总发射功率值相对应地提前存储校准系数，以及总发射功率值输入装置(704)，用于从所述存储装置(701)读取校准系数，所述校准系数与从所述总发射功率测量装置(5121-512N)输入的总发射功率值相对应，并且用于向所述天线权重校正装置(702)输出校准系数，其中所述天线权重校正装置(702)基于从所述总发射功率值输入装置(704)输入的校准系数来校正天线权重。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于所述存储装置(701)基于根据总发射功率值和发射频率值而变动的发射路径的特性，与总发射功率值和发射频率值相对应地提前存储校准系数，以及所述总发射功率值输入装置(704)从所述存储装置(701)读取从所述总发射功率测量装置(5121-512N)输入的、与总发射功率值和发射频率设置值相对应的校准系数，并且向所述天线权重校正装置(702)输出校准系数。
11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于天线单元的数目不少于3。
全文摘要
一种发射设备，包括多个天线单元；用户信号输出单元、校准信号产生单元、天线信号处理单元、以及总发射功率测量单元。用户信号输出单元通过天线权重对用户信号进行加权，并且将其输出到每一个天线单元。校准信号产生单元输出要使用的校准信号，从而检测发射路径的特性。天线信号处理单元安装在发射路径中，针对从用户信号输出单元输入的用户信号和从校准信号产生单元输入的校准信号执行扩频调制和多路复用，并输出多路复用信号。总发射功率测量单元，根据从天线信号处理单元输入的多路复用信号，测量要从每一个天线单元发射的多路复用信号的总发射功率值。天线权重校正单元基于总发射功率值来执行校正操作。
文档编号H04B17/00GK1713552SQ200510076478
公开日2005年12月28日 申请日期2005年6月14日 优先权日2004年6月16日
发明者东友洋 申请人:日本电气株式会社