本发明属于通信技术领域，特别涉及一种宽带信号自校准方法、装置。
背景技术：
随着科学技术的发展，通信技术的进步，宽带作为在基本电子和电子通信上，描述信号或者电子线路包含或能够同时处理较宽的频率范围，它是能够满足人们感观所能感受到的各种媒体在网络上传输所需要的带宽，已经发展成为与人们工作、生活息息相关的技术手段。在现有技术中，由于在组成智能天线的系统中，所使用的各种元器件特别是有源器件的特性，对工作频率，环境温度都非常敏感，而每条链路的特性因上述原因所产生的变化也不相同，所以对智能天线阵的校准应在无线基站运行的同时周期性地进行。对智能天线校准需要增加校准通道，依赖于校准通道进行校准工作，可操作性差，不容易执行。
技术实现要素：
为了至少解决上述技术问题，本发明提供了一种宽带信号自校准方法、装置。
根据本发明第一方面，提供了一种宽带信号自校准方法，包括：
获取所有待校准天线，逐一将半数待校准天线发射信号，其他待校准天线接收信号；
采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应；
根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各天线接收通道进行校正，根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数，对各天线发射通道进行校正。
进一步地，所述获取所有待校准天线，逐一将半数待校准天线发射信号，其他待校准天线接收信号，包括：
获取待校准天线的总数，逐一将半数待校准天线作为信号发射端，将除所述信号发射端的其他待校准天线作为信号接收端，对一信号发射端与所述信号发射端对应的各信号接收端，建立一组发射通道。
进一步地，所述根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各天线接收通道进行校正，根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数，对各天线发射通道进行校正，包括：
根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数计算各天线接收通道的幅相误差，对各天线接收通道进行校正；
根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数计算得到各天线发射通道的幅相误差，对各天线发射通道进行校正。
进一步地，所述总的冲击响应为根据天线发射通道的冲击响应、空间传输的冲击响应以及接收通道的冲击响应进行卷积运算，得到的运算结果。
进一步地，所述天线发射信号包括，单载波宽带信号。
进一步地，所述方法包括：从天线发射信号中选择具有良好抗白噪特性的基本校准序列，校准序列由基本校准序列通过周期循环移位形成。
进一步地，所述逐一将半数待校准天线发射信号，包括：在所述待校准天线的数量为奇数的情形下，将所述待校准天线的数量加1再取半数，逐一将所述半数待校准天线发射信号。
根据本发明第二方面，提供一种宽带信号自校准的装置，包括：
建组模块，用于获取所有待校准天线，逐一将半数待校准天线发射信号，其他待校准天线接收信号；
冲击响应计算模块，用于采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应；
校正模块，用于根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各天线接收通道进行校正，根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数，对各天线发射通道进行校正。
根据本发明第三方面，提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现：获取所有待校准天线，逐一将半数待校准天线发射信号，其他待校准天线接收信号；
采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应；
根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各天线接收通道进行校正，根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数，对各天线发射通道进行校正。
根据本发明第四方面，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有程序，所述程序被执行时，能够实现如上所述的方法。
本发明的有益效果：本发明技术方案通过将半数的待校准天线逐一作为信号发射端，将其余的待校准天线作为信号接收端，建立发射通道，通过采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响，再根据各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各发射通道、各接收通道进行校正，本技术方案使用空间传输的对称性进行通道参数的提取，宽信号的自校准，无需增加校准通道，操作简单，容易执行，本方案由于实际移动通信系统不可能随时都是满负荷运行的，总有空闲时隙，这些空闲时隙就可以用来作为实时校准使用，提高系统的有效利用率，避免造成资源浪费。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
图1为本发明提供的一种宽带信号自校准方法的流程图；
图2为本发明提供的多天线自校准和通信示意图；
图3为本发明提供的天线1发射信号示意图；
图4为本发明提供的天线2发射信号示意图；
图5为本发明提供的校准之前硬件通道星座图；
图6为本发明提供的校准之后的硬件通道星座图；
图7为本发明提供的系统更新过程中的误差曲线收敛过程图；
图8为本发明提供的一种宽带信号自校准装置结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供一种宽带信号自校准方法，如图1所示，包括：
步骤201：获取所有待校准天线，逐一将半数天线发射信号，其他天线接收信号；
在本发明实施例中，多个待校准天线进行宽带信号校准的情形下，可以逐一将半数待校准天线作为信号发射端，其中，待校准天线的数量为奇数的情形下，将待校准天线的数量加1再取半数。将除信号发射端的其他待校准天线作为信号接收端，对一信号发射端与对应的信号接收端，建立一组发射通道，每组发射通道包含若干个数量的发射通道。进一步地，每组发射通道的数量与待校准天线总数减一的结果相同，也就是说，发射通道的数量与信号接收端的数量相同。
本发明方法利用天线自身发射的信号进行校准，校正信号为单宽带信号。从天线发射信号中选择具有良好抗白噪特性的基本校准序列，校准序列由基本校准序列通过周期循环移位形成。
步骤202：采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应；
本发明实施例中，采用自适应滤波(lms，leastmeansquare)算法，对接收到的信号进行迭代，得到的计算结果为信号到达接收天线及接收通道后的总的冲击响应。
例如，以4天线宽频信号自校准为例说明校准流程进行说明，该方法利用自身发射的信号进行校准，校正信号为单载波宽带信号。在某个时刻，一个天线发射，其他三个天线接收。
首先天线1发射，其他天线接收，然后天线2发射，其他天线接收，该方法利用自身发射的信号进行校准，校正信号为宽带信号。对于宽带调制系统，由于通道带内的不平坦和群时延波动，各通道的幅相误差不能只用一个系数表示，而是有一定长度的冲击响应滤波器来表示，滤波器系数的长度取决于通道群时延波动的大小。
校正方法为，在某个时刻，一个天线发射，其他三个天线接收。
天线i发射通道的冲击响应为hsi、接收通道的冲击响应为hri，空间传输的冲激响应可仍为平坦宽带，仍为cd和cl，只有一个系数。天线1发射的信号到达天线2及其接收通道后，总的冲击响应为
h12＝hs1*cd*hr2
式中，*为卷积运算。同理，其他的有：
h14＝hs1*cd*hr4
h21＝hs2*cd*hr1
h23＝hs2*cd*hr3
h24＝hs2*cl*hr4
进一步地，hij可以通过接收的信号求得，采用自适应滤波算法，对接收到的信号进行迭代，得到hij，自适应滤波算法采用lms算法，lms算法为一种迭代算法，如下：
e(n)＝x(n)thij(n)-y(n)
hij(n+1)＝hij(n)-2ue(n)x(n)*
其中：
x(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-l+1)]t
hij(n)＝[hij0(n),hij1(n),...,hijl-1(n)]t
其中，l为冲击响应的阶数；y(n)为期望输出值，即接收信号；e(n)为误差；u为步长因子；x(n)表示时刻n的调制信号矢量；hij(n)表示时刻n的冲击响应的系数。lms算法收敛的条件为：0＜u＜1/λmax，λmax为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
相应的，采用自适应滤波算法，对发射出的信号进行迭代，得到各发射通道总的冲击响应，具体方法与上述步骤相同，此处不再赘述，得到的各发射通道总的冲击响应为：
h21＝hs2*cd*hr1
h41＝hs4*cd*hr1
h12＝hs1*cd*hr2
h32＝hs3*cd*hr2
h42＝hs4*cl*hr2
得到：
hs′3＝h′32*h12*hs′1
hs′4＝h′42*h23*hs′3*(cl/cd)
hs′2＝h31*h′21*hs′4
步骤203：根据各接收通道总的冲击响应，计算各天线接收通道的幅相误差，对各天线接收通道进行校正，根据各发射通道总的冲击响应，计算各天线发射通道的幅相误差，对各天线发射通道进行校正。
在本发明实施例中，根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数计算各天线接收通道的幅相误差，对各天线接收通道进行校正；
根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数计算得到各天线发射通道的幅相误差，对各天线发射通道进行校正。
本发明实施例要求得h′ij，只需将x(n)与y(n)互换过来，再用上述算法进行迭代即可。
得到：
hr′4＝h′13*h12*hr′2
hr′3＝h′23*h21*hr1′
hr′4＝h′24*h23*hr′3*(cl/cd)
式中：h′为h的反卷积，有h′*h＝h*h′＝1。cd/cl可以通过如下方法算出：
天线1发射的信号到达天线2及其接收通道后，除了乘上天线1发射通道的幅相误差s1和天线2接收通道的幅相误差r2外，还有空间信道的幅相误差cd，总的幅相误差为
c12＝s1cdr2
同理天线4接收总的幅相误差为
c14＝s1cdr4
天线3接收总的幅相误差为
c13＝s1clr3
天线4接收总的幅相误差除以天线2接收总的幅相误差，有
c14/c12＝r4/r2
天线4接收总的幅相误差除以天线3接收总的幅相误差，有
c14/c13＝(r4/r3)*(cd/cl)
各天线接收总的幅相误差可以通过接收信号求得。
然后天线2发射，其他天线接收，天线2发射的信号到达天线1及其接收通道后，除了乘上天线2发射通道的幅相误差s2和天线1接收通道的幅相误差r1外，还有空间信道的幅相误差cd，总的幅相误差为
c21＝s2cdr1
天线3接收总的幅相误差为
c23＝s2cdr3
天线4接收总的幅相误差为
c24＝s2clr4
天线3接收总的幅相误差除以天线1接收总的幅相误差，有
c23/c21＝r3/r1
天线4接收总的幅相误差除以天线3接收总的幅相误差，有
c24/c23＝(r4/r3)*(cl/cd)
结合之前的式子，有
(c14/c13)/(c24/c23)＝(cd/cl)2
(c14/c13)*(c24/c23)＝(r4/r3)2
因此有：
整理后可得：
hr′3＝h′23*h21*hr1′
hr′4＝h′24*h23*hr′3*(cl/cd)
hr′2＝h13*h′12*hr′4
以天线1接收为基准，即假设hr1＝1，可以得到各个天线接收通道的幅相误差，从而对各个天线接收通道进行校正。
以天线1发射为基准，即假设hs1＝1，可以得到各个天线发射通道的幅相误差，从而对各个天线发射通道进行校正。
本发明采用的方法，通过利用自身发射的信号进行校准，校正信号为宽带信号。对于宽带调制系统，由于通道带内的不平坦和群时延波动，各通道的幅相误差是采用具有一定长度的冲击响应滤波器来表示，滤波器系数的长度取决于通道群时延波动的大小，此种方式要远比只用一个系数表示各通道的幅相误差进行校准更精确。
综上所述，本发明技术方案通过将半数的待校准天线逐一作为信号发射端，将其余的待校准天线作为信号接收端，建立发射通道，通过采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响，再根据各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各发射通道、各接收通道进行校正，本技术方案使用空间传输的对称性进行通道参数的提取，宽信号的自校准，无需增加校准通道，操作简单，容易执行，本方案由于实际移动通信系统不可能随时都是满负荷运行的，总有空闲时隙，这些空闲时隙就可以用来作为实时校准使用，提高系统的有效利用率，避免造成资源浪费。
在本发明另一实施例中，以4天线宽频信号自校准为例说明校准流程，如图2所示，
该方法利用自身发射的信号进行校准，校正信号为单载波宽带信号。在某个时刻，一个天线发射，其他三个天线接收。
首先天线1发射，其他天线接收，如图3所示。再用天线2发射，其他天线接收，如图4所示。
该方法利用自身发射的信号进行校准，校正信号为宽带信号。对于宽带调制系统，由于通道带内的不平坦和群时延波动，各通道的幅相误差不能只用一个系数表示，而是有一定长度的冲击响应滤波器来表示，滤波器系数的长度取决于通道群时延波动的大小。
校正方法为，在某个时刻，一个天线发射，其他三个天线接收。
天线i发射通道的冲击响应为hsi、接收通道的冲击响应为hri，空间传输的冲激响应可仍为平坦宽带，仍为cd和cl，只有一个系数。天线1发射的信号到达天线2及其接收通道后，总的冲击响应为
h12＝hs1*cd*hr2
式中，*为卷积运算。同理，其他的有：
h14＝hs1*cd*hr4
h21＝hs2*cd*hr1
h23＝hs2*cd*hr3
h24＝hs2*cl*hr4
hij可以通过发送和接收的信号求得，采用自适应滤波算法，对接收到的信号进行迭代，得到hij，自适应滤波算法采用lms算法，lms算法为一种迭代算法，描述如下：
e(n)＝x(n)thij(n)-y(n)
hij(n+1)＝hij(n)-2ue(n)x(n)*
其中：
x(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-l+1)]t
hij(n)＝[hij0(n),hij1(n),...,hijl-1(n)]t
l为冲击响应的阶数；y(n)为期望输出值，即接收信号；e(n)为误差；u为步长因子；x(n)表示时刻n的调制信号矢量；hij(n)表示时刻n的冲击响应的系数。lms算法收敛的条件为：0＜u＜1/λmax，λmax为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
要求得hi′j，只需将x(n)与y(n)互换过来，再用上述算法进行迭代即可。
故有：
hr′4＝h′13*h12*hr′2
hr′3＝h′23*h21*hr1′
hr′4＝h′24*h23*hr′3*(cl/cd)
式中：h′为h的反卷积，有h′*h＝h*h′＝1。cd/cl的计算方法与步骤203中的方法相同，此处不再赘述：
整理后可得：
hr′3＝h′23*h21*hr1′
hr′4＝h′24*h23*hr′3*(cl/cd)
hr′2＝h13*h′12*hr′4
以天线1接收为基准，即假设hr1＝1，可以得到各个天线接收通道的幅相误差，从而对各个天线接收通道进行校正。
同理可得到各个天线发射通道的冲击响应。
h21＝hs2*cd*hr1
h41＝hs4*cd*hr1
h12＝hs1*cd*hr2
h32＝hs3*cd*hr2
h42＝hs4*cl*hr2
故有：
hs′3＝h′32*h12*hs′1
hs′4＝h′42*h23*hs′3*(cl/cd)
hs′2＝h31*h′21*hs′4
以天线1发射为基准，即假设hs1＝1，可以得到各个天线发射通道的幅相误差，从而对各个天线发射通道进行校正。
根据本发明第二方面，提供一种宽带信号自校准的装置，包括：
建组模块401，用于获取所有待校准天线，逐一将半数待校准天线发射信号，其他待校准天线接收信号；
在本发明实施例中，建组模块401，用于在多个天线进行宽带信号校准的情形下，可以逐一将半数天线作为信号发射端，其中，天线的数量为奇数的情形下，将天线的数量加1再取半数。将除信号发射端的其他天线作为信号接收端，对一信号发射端与对应的信号接收端，建立一组发射通道，每组发射通道包含若干个数量的发射通道。进一步地，每组发射通道的数量与天线总数减一的结果相同，也就是说，发射通道的数量与信号接收端的数量相同。
本发明方法利用天线自身发射的信号进行校准，校正信号为单宽带信号。
冲击响应计算模块402，用于采用自适应滤波算法，分别对接收到的信号和发射出的信号进行迭代，得到各接收通道总的冲击响应和各发射通道总的冲击响应；
本发明实施例中，采用自适应滤波(lms，leastmeansquare)算法，对接收到的信号进行迭代，得到的计算结果为信号到达接收天线及接收通道后的总的冲击响应。
例如，天线i发射通道的冲击响应为hsi、接收通道的冲击响应为hri，空间传输的冲激响应可仍为平坦宽带，仍为cd和cl，只有一个系数。天线1发射的信号到达天线2及其接收通道后，总的冲击响应为
h12＝hs1*cd*hr2
式中，*为卷积运算。同理，其他的有：
h14＝hs1*cd*hr4
h21＝hs2*cd*hr1
h23＝hs2*cd*hr3
h24＝hs2*cl*hr4
进一步地，hij可以通过接收的信号求得，采用自适应滤波算法，对接收到的信号进行迭代，得到hij，自适应滤波算法采用lms算法，lms算法为一种迭代算法，如下：
e(n)＝x(n)thij(n)-y(n)
hij(n+1)＝hij(n)-2ue(n)x(n)*
其中：
x(n)＝[x(n),x(n-1),...,x(n-l+1)]t
hij(n)＝[hij0(n),hij1(n),...,hijl-1(n)]t
其中，l为冲击响应的阶数；y(n)为期望输出值，即接收信号；e(n)为误差；u为步长因子；x(n)表示时刻n的调制信号矢量；hij(n)表示时刻n的冲击响应的系数。lms算法收敛的条件为：0＜u＜1/λmax，λmax为输入信号自相关矩阵的最大特征值。
相应的，采用自适应滤波算法，对发射出的信号进行迭代，得到各发射通道总的冲击响应，具体方法与上述步骤相同，此处不再赘述，得到的各发射通道总的冲击响应为：
h21＝hs2*cd*hr1
h41＝hs4*cd*hr1
h12＝hs1*cd*hr2
h32＝hs3*cd*hr2
h42＝hs4*cl*hr2
得到：
hs′3＝h′32*h12*hs′1
hs′4＝h′42*h23*hs′3*(cl/cd)
hs′2＝h31*h′21*hs′4
校正模块403，用于根据各接收通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数对各天线接收通道进行校正，根据各发射通道总的冲击响应，以及预校准的补偿系数，对各天线发射通道进行校正。
在本发明实施例中，校正模块403，要求得h′ij，只需将x(n)与y(n)互换过来，再用上述算法进行迭代即可。
得到：
hr′4＝h′13*h12*hr′2
hr′3＝h′23*h21*hr1′
hr′4＝h′24*h23*hr′3*(cl/cd)
式中：h′为h的反卷积，有h′*h＝h*h′＝1。cd/cl可以通过如下方法算出：
天线1发射的信号到达天线2及其接收通道后，除了乘上天线1发射通道的幅相误差s1和天线2接收通道的幅相误差r2外，还有空间信道的幅相误差cd，总的幅相误差为
c12＝s1cdr2
同理天线4接收总的幅相误差为
c14＝s1cdr4
天线3接收总的幅相误差为
c13＝s1clr3
天线4接收总的幅相误差除以天线2接收总的幅相误差，有
c14/c12＝r4/r2
天线4接收总的幅相误差除以天线3接收总的幅相误差，有
c14/c13＝(r4/r3)*(cd/cl)
各天线接收总的幅相误差可以通过接收信号求得。
然后天线2发射，其他天线接收，天线2发射的信号到达天线1及其接收通道后，除了乘上天线2发射通道的幅相误差s2和天线1接收通道的幅相误差r1外，还有空间信道的幅相误差cd，总的幅相误差为
c21＝s2cdr1
天线3接收总的幅相误差为
c23＝s2cdr3
天线4接收总的幅相误差为
c24＝s2clr4
天线3接收总的幅相误差除以天线1接收总的幅相误差，有
c23/c21＝r3/r1
天线4接收总的幅相误差除以天线3接收总的幅相误差，有
c24/c23＝(r4/r3)*(cl/cd)
结合之前的式子，有
(c14/c13)/(c24/c23)＝(cd/cl)2
(c14/c13)*(c24/c23)＝(r4/r3)2
因此有：
整理后可得：
hr′3＝h′23*h21*hr1′
hr′4＝h′24*h23*hr′3*(cl/cd)
hr′2＝h13*h′12*hr′4
以天线1接收为基准，即假设hr1＝1，可以得到各个天线接收通道的幅相误差，从而对各个天线接收通道进行校正。
以天线1发射为基准，即假设hs1＝1，可以得到各个天线发射通道的幅相误差，从而对各个天线发射通道进行校正。
采用本发明提供的方法，通过更换一根天线进行与前同样操作，利用天线间距的特性，相同天线间距，认为空间传递特性一样，不同天线间距，空间特性认为不一样。此时的空间特性也是一个复数。
由于实际移动通信系统不可能随时都是满负荷运行的，总有空闲时隙，这些空闲时隙就可以用来作为实时校准使用。现在移动通信容量带宽不断增加，宽频信号在发射通道和接收通道不能再仅认为是一个相位的跳动，而是带有多个抽头的时域冲击响应cir。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。