CN1446006A - 对智能天线阵进行实时校准的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种对智能天线阵进行实时校准的方法，可实时校准TDD方式与FDD方式、收发信分开的天线阵。包括：在智能天线阵现场安装前，对天线阵进行予校准，获得各天线单元之间的传输系数予校准数据；在智能天线阵安装到现场后，将予校准数据加载到无线基站内；在无线基站开始运行或运行过程中，在各一个工作时隙内，顺序让每一条发射链路发射单元校准信号，同时将其他链路都置于接收状态，并记录接收链路所接收到的该单元校准信号；利用所接收到的全部单元校准信号和传输系数予校准数据，分别计算出各待校准天线***接收/发射链路的接收/发射传输系数矩阵与参考链路接收/发射传输系数矩阵之比。无需信标天线、天线阵耦合结构及专门的校准链路。

Description

对智能天线阵进行实时校准的方法
技术领域
本发明涉及用于无线通信***的智能天线(Smart Antenna)技术，更确切地说是涉及一种实时校准智能天线阵的方法。
背景技术
现代无线通信***中，为了提高***容量，提高***灵敏度和在较低发射功率下获得较远的通信距离，通常都会采用“智能天线”技术。
在名称为“一种校准智能天线阵的方法和装置”的专利申请文件中[CN99111350.0]，用于实时校准智能天线阵的装置包括由耦合结构、馈电电缆及信标收发信机连接构成的校准链路，耦合结构与智能天线阵的天线单元对应进行耦合连接，信标收发信机连接基带处理器。校准方法包括的主要步骤是：利用矢量网络分析仪对耦合结构预先进行校准，分别记录其接收与发射传输系数；对智能天线阵进行接收校准，将每条接收链路与参考链路传输系数的幅度调整为相同，将各相位差Φ记录存储在基带处理器中；和进行发射校准，将每条发射链路与参考链路的传输系数的幅度调整为相同，将各相位差φ记录在基带处理器中。
在名称为“无线通信***智能天线阵的耦合校准网络及耦合校准方法”的专利申请文件中[CN01120547.4]，又在上述专利技术基础上进一步对耦合校准装置及耦合校准方法进行了实用化设计，以解决基站***无线发射机与无线接收机的发射及接收校准精度受智能天线阵安装环境与架设地域影响的问题，和达到产品生产与调试时的一致性。
在上述已有技术中，智能天线阵的校准装置与校准方法都必须使用信标天线或耦合校准网络，且必须有一条特定的校准链路；虽然前一技术中涉及到对智能天线阵的随时校准问题，但没有提出对正在运行中的智能天线***进行实时校准的具体方法。
发明内容
本发明的目的是设计一种对智能天线阵进行实时校准的方法，可以对正在运行中的智能天线***进行实时校准，且不需要任何信标天线、天线阵耦合结构及专门的校准链路，从而使智能天线***更趋于实用化。
实现本发明目的的技术方案是这样的：一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于包括以下处理步骤：
A.在智能天线阵现场安装前，对天线阵进行予校准，获得天线阵中各天线单元之间的传输系数予校准数据；
B.在智能天线阵安装到工程现场后，将对该智能天线阵的传输系数予校准数据加载到与此智能天线阵所连接的无线基站内；
C.在此无线基站开始运行或运行过程中，在各一个工作时隙内，顺序让每一条发射链路发射单元校准信号，同时将智能天线阵中除该条发射链路以外的其他链路都置于接收状态，并记录接收链路所接收到的单元校准信号；
D.利用所接收到的全部单元校准信号和传输系数予校准数据，分别计算出各待校准天线***接收链路的接收传输系数矩阵与参考链路接收传输系数矩阵之比，和发射链路的发射传输系数矩阵与参考链路发射传输系数矩阵之比，实现智能天线阵的实时校准。
本发明的方法，基于智能天线阵是一个无源的微波(射频)网络，在智能天线阵产品定型、结构固定的前提下，组成此智能天线阵各天线单元之间的相互耦合特性在给定频率下是固定不变的。这样，只需要在智能天线阵产品出厂前，对此智能天线阵各天线单元之间的相互耦合特性在给定频率范围内进行测试(予校准)，并将此校准结果即一组天线阵各天线单元之间的传输系数数据存储在网络管理设备的数据库中。在工程现场将该智能天线阵安装完毕后，就可通过网络管理设备(名称为0MC-R或LMT的网络管理设备)，将此智能天线阵的予校准数据加载到与此智能天线所连接的无线基站内。在基站开始工作或在运行过程中，就可以使用本发明的校准方法，对此智能天线阵进行实时校准。
对由N个智能天线单元组成的智能天线阵，每条链路都将发射一次，其它链路则进行接收，故实时校准的过程要重复N次，占用同一帧或不同帧的共N个时隙，总共不超过20-50ms。由于实际移动通信***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。
对时分双工码分多址移动通信***，一条链路的收发信共用一个智能天线单元，可直接采用步骤A进行予校准；但对于频分双工码分多址移动通信***，为了保证收信和发信链路的隔离，在使用智能天线技术时，其收信和发信一般分别使用不同的天线阵。步骤A中分别对接收天线阵和发射天线阵进行出厂前的予校准，并将予校准结果加载到基站。但是，在实际工程安装时，一对收发信天线阵需根据现场情况安装，其相互间的传输系数无法在现场校准。为了使用本发明的方法，必须在其收发信机上增加一些功能，包括：让收信机可以工作于发信频段，同时，让发信机可以工作于收信频段；而且，在每对收发信机与相应的收发信天线单元间增加一个相互耦合的耦合电路结构。这样，就可以采用与校准时分双工***相同的方法执行步骤C了，即分别对频分双工码分多址移动通信***的接收天线阵和发射天线阵进行实时校准。
进行计算时，根据接收信号的幅度和相位信息，利用予校准数据，就可计算出待校准的天线阵***相对于参考链路的接收和发射传输矩阵，达到实时校准的目的。
附图说明
图1是使用智能天线阵的时分双工无线通信基站的原理性结构框图；
图2是图1所示智能天线阵的传输系数的予校准示意图；
图3是采用本发明方法的时分双工码分多址移动通信***的实时校准流程框图；
图4是使用智能天线阵的频分双工码分多址移动通信***的无线基站原理性结构框图；
图5是图4中射频收发信机之间的一种耦合结构电路图；
图6是采用本发明方法的频分双工码分多址移动通信***的接收天线阵实时校准流程框图；
图7是采用本发明方法的频分双工码分多址移动通信***的发射天线阵实时校准流程框。
具体实施方式
图1中示出一个典型的、具有智能天线阵的时分双工(TDD)码分多址(CDMA)移动通信***或无线用户环路***等无线通信***中的基站结构。主要包括：由n(n为任意正整数)只天线单元201a，201b，...201n组成的天线阵205，连接天线单元和射频收发信机的n条馈电电缆202a，202b，...202n，n个射频收发信机203a，203b，...203n，和与射频收发信机连接的基带处理器204。所有的射频收发信机203a，203b，...203n均使用同一个本振信号源208，以保证此基站的各个射频收发信机是相干工作的。
在使用图1所示基站结构的条件下，对智能天线***进行校准的要求是：在此智能天线***中，共有n条收发信链路，其中任一条收发信链路都是由天线单元201x，馈电电缆202x和射频收发信机203x所构成(x是n中的任意一个正整数)。显然，每一条链路的特性，包括传输系数的幅度和相位，都不可能是相同的。而且，其特性将随环境温度、湿度、使用时间等变化。如果以第a条链路作为参考链路，则对智能天线***进行校准的要求就是在给定的工作载波频率上，获得其他链路与此参考链路分别在发射和接收时，其传输系数的幅度和相位的差别。即此校准是对整个包括天线单元、天馈线和模拟收发信机的天线***的校准。
在此结构中，如果天线阵205的结构设计得比较牢固，在没有相对位置破坏的条件下，可以认为天线阵本身的特性在固定频率的条件下是基本不随环境条件变化的。因而可以对它进行予校准。
参见图2，进行予校准时，在天线单元接口A点，如图1、图2中的Aa、Ab、...、An，采用通常的射频(微波)矢量网络分析仪231，一端连接一个发射天线单元，如201a的Aa，另一端分别连接接收天线单元，如201b、...、201n的Ab、...、An，就可以在各个可能使用的频率下，测量其传输系数C(矩阵)，如式(1)：
                       R＝CT    (1)
式中，R和T分别为接收和发射信号矩阵，即接收信号矩阵R等于传输系数矩阵C乘以发射信号矩阵T。在此予校准过程中，C是由矢量网络分析仪231测量出来的，R、T是在校准过程中由收发端获得的，R、C、T均为n个元素的列矩阵；而C则是此天线阵的传输系数矩阵，为予校准所得到的结果，它为一个n×n个元素的矩阵。由互易原理，此矩阵是对称的，即
                      Cij＝Cji    (2)
式中当i是发射链路时，j是接收链路；当j是发射链路时，i是接收链路。
在使用智能天线的无线基站安装完毕投入运行前，移动通信***的网络管理设备(计算机)必须将上述天线阵在予校准工作频率下的传输矩阵C加载到基站。在基站正常工作后或运行中，就可对此智能天线***进行实时校准。
实时校准在图1的接口B(Ba、Bb、...Bn)，即在其数字信号处理器(基带处理器)204和各射频收发信机203a，203b，...203n之间的接口进行。设第x链路的上行(接收)传输系数为Sx，下行(发射)传输系数为Yx，则在接口B的测量结果为：
                       R＝DT    (3)
式中，R和T分别为接收和发射矩阵，均为y个元素的列矩阵。在此校准过程中，R和T是由无线基站的基带信号处理器204读出的；而D则是此智能天线***的传输系数矩阵，为一个n×n个元素的矩阵。此矩阵是预校准时天线阵传输系数矩阵C、接收传输系数矩阵S及发射传输系数矩阵Y的函数。对此智能天线***的校准，就是通过此测量结果，计算出各接收及发射链路传输系数和参考链路传输系数之差。
可以以任何一条链路为参考链路，如果取第a条链路为参考链路，则校准的要求是获得实时的：
第x条链路的接收传输系数与参考链路的接收传输系数之比：Sx/Sa
(x＝b，c，...，n)
第x条链路的发射传输系数与参考链路的发射传输系数之比：Yx/Ya
(x＝b，c，...，n)    (4)
可结合图2说明对此智能天线***的校准过程。将图1中的B接口按要求连接到射频矢量分析仪231上，依次将每一条链路设为发射状态，并输入一个单位发射数据，同时将除该链路之外的其他(n-1)条链路设为接收状态，并接收前述链路发射的数据，则可得到：
从任意一条如第i链路发射时，在除该链路以外的其他链路接口(用x表示)所接收到的信号为：
Rix＝Yi*Cix*Sx    x≠i    (5)
由此可得到n×(n-1)个接收信号R的读数(由收信机测得)。由于C矩阵是已知的(予校准获得)，此时的接收和发射链路传输系数矩阵S和Y就能够简单地计算出来，达到了校准的要求。
作为例子，下面由式(5)推导给出了天线阵单元n分别为3、4、6、8时的接收和发射链路传输系数矩阵S和Y与参考链路的接收和发射链路传输系数矩阵S和Y之比的计算公式，实现实时校准。其中接收链路的接收传输系数矩阵S可以总结为：所有链路在依次发射时，各接收链路接收的单元校准信号乘以相关链路的天线单元与各发射天线单元间的传输系数予校准数据。其中发射链路的发射传输系数矩阵Y可以总结为：所有链路在依次发射时，各接收链路接收的单元校准信号乘以相关链路的天线单元与各接收天线单元间的传输系数予校准数据。根据相同的原理，实施时还可采用其它数字式进行计算。
3单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)和发射(Y)传输系数矩阵计算公式(以第1天线单元为参考链路)：
S2/S1＝R23C13/R13C23    S3/S1＝R32C12/R12C23
Y2/Y1＝R32C13/R31C23    Y3/Y1＝R23C12/R21C23    (6)
4单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)和发射(Y)传输系数矩阵计算公式(以第1天线单元为参考链路)：
S2/S1＝R23C13/R13C23    Y2/Y1＝R31C13/R32C23
S3/S1＝R32C12/R12C23    Y3/Y1＝R23C12/R21C23
S4/S1＝R42C12/R12C24    Y4/Y1＝R34C13/R31C34    (7)
6单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)和发射(Y)传输系数矩阵计算公式(以第1天线单元为参考链路)：
S2/S1＝R23C13/R13C23    Y2/Y1＝R32C13/R31C23
S3/S1＝R32C12/R12C23    Y3/Y1＝R23C23/R21C23
S4/S1＝R42C12/R12C24    Y4/Y1＝R54C13/R31C45
S5/S1＝R52C12/R12C23    Y5/Y1＝R45C14/R41C43
S6/S1＝R62C12/R12C26    Y6/Y1＝R56C15/R51C56    (8)
8单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)和发射(Y)传输系数矩阵计算公式(以第1天线单元为参考链路)：
S2/S1＝R23C13/R13C23    Y2/Y1＝R32C13/R31C23
S3/S1＝R32C12/R12C23    Y3/Y1＝R23C12/R21C23
S4/S1＝R42C12/R12C24    Y4/Y1＝R54C13/R31C45
S5/S1＝R52C12/R12C23    Y5/Y1＝R45C14/R41C43
S6/S1＝R62C12/R12C26    Y6/Y1＝R67C16/R61C57
S7/S1＝R72C12/R12C27    Y7/Y1＝R87C18/R81C78
S8/S1＝R82C12/R12C28    Y8/Y1＝R78C17/R71C78    (9)
图3中示出时分双工码分多址移动通信***的实时校准流程。基站正常工作，开始进行实时校准，智能天线阵共有n个天线单元，设置变量i＝1，并确定一个空闲的工作时隙。
步骤401，将第i＝1个天线单元置为发射状态，并发射一个单位数据，即第i＝1条链路为发射链路，其余n-1条链路为接收链路；
步骤402，让其余n-1个天线单元(其中之一为j)接收该单位数据；
步骤403，利用射频(微波)矢量网络分析仪逐一测量n-1条接收链路(j)的接收信号Rji；
步骤404，记录本次共n-1个测试结果；
步骤405，判断i是否等于n，并在i≠n时继续执行步骤406，和在i＝n时继续执行步骤407；
步骤406，让变量i＝i+1，并确定一工作时隙，按步骤401至405执行；
步骤407，全部测量完以n个天线单元中的每一个天线单元为发射链路、其余n-1个天线单元为接收链路时测量获得的接收信号，计算各接收链路和发射链路(x)的传输系数与参考链路(设为1)的传输系数之比(Si/S1，Yi/Y1)，就可结束时分双工码分多址移动通信***的实时校准过程。
图4示出一个典型的、具有智能天线的频分双工(FDD)码分多址(CDMA)移动通信***或无线用户环路***等无线通信***中的基站结构。此基站的主要部分包括：两个天线阵301、311，接收天线阵301由n只天线单元301a，301b，...301n组成，发射天线阵311由m只天线单元311a，311b，...311m组成；n条接收馈电电缆302a，302b，...302n，m条发射馈电电缆312a，312b，...312m；n个射频收信机303a，303b，...303n，m个射频发射机313a，313b，...313m和相应的基带处理器304。上述n和m分别为接收和发射天线阵的天线单元数量，它们可以相同，也可以不相同。与之对应，***还有n个接收机303和m个射频发射机313(包括功率放大器)。所有射频收、发信机303、313均使用同一个基准时钟，收信和发信本振信号源308、318均锁定在此基准时钟上，以保证此基站的各个射频收发信机是相干工作的。图中在每一对接收天线单元301和发射天线单元311及每一对收信机303和发信机313之间增加一个耦合电路315。图中示出设置m个耦合电路315a，315b，...315m的连接关系(当m≥n时)
两个天线阵301、311的予校准过程和前述TDD***的相同(见图2)，在予校准过程中，利用矢量网络分析仪检测图中天线单元接口ARa、ARb、...、ARn和ATa、ATb、...、ATm各点，安装完毕后则在接口BRa、BRb、...、BRn和BTa、BTb、...、BTm各点检测。检测结果将分别获得两个天线阵的传输系数矩阵，包括接收天线阵的传输系数矩阵CR和发射天线阵的传输系数矩阵CT。但是，由于此两个天线阵在实际工程中的安装位置是不固定的，它们之间的传输系数矩阵是不可能在现场进行校准的。而作为一个智能天线***，要求在给定的工作载波频率上，获得其各收信链路与参考链路的传输系数及发射链路与参考链路的传输系数之差，同样是***校准的基本要求(见公式(4))。
参见图5，为了保证FDD***能够用本发明的方法进行实时校准，在每一对接收天线单元301、发射天线311和收信机303、发信机313之间加上了一个耦合电路315(如图4中所示)，即让接收机在校准发射天线阵时，能测量出发射频率的信号；而发射机能够为校准接收天线阵发射接收频率的信号。
图5电路就是能实现此实时自动校准的一种耦合电路方案，此方案适合于收信天线阵天线单元数量n不小于发信天线阵天线单元数量m的一般情况。该电路需要具有以下功能：
收信机本振必须能提供合适的频率，使在发射天线阵校准时，可以将发射的校准射频信号转换为合适的接收中频，基带可以接收到此校准信号；
发信机本振必须能提供合适的频率，使在接收天线阵校准时，发射的校准射频信号频率和本基站工作的接收频率相同。
图5中，设任一接收链路的接收机为303x，接收天线单元为301x，任一发射链路的发信机为313j，发射天线单元为311j，收发信机间连接一耦合电路，该耦合电路主要包括第一、第二、第三耦合器325、324、322，第一、第二、第三射频开关326、323、328和匹配负载327、321。
接收天线单元301x与收信机303x间连接第一耦合器325。第一耦合器325再接至第一射频开关326的1端，此射频开关326的2端接匹配负载327，此开关326与第二射频开关323串联。开关323的1端接匹配负载321，2端接至第三射频开关328。此第三射频开关328的1端通过第二耦合器324接至发信机功率放大器338的输出端和发射天线单元311j，2端通过第三耦合器322接至发信机337的输出端。所有射频开关326，323及328的动作均由基站自动控制，所有耦合器325、324、322均为普通的射频耦合电路，控制其耦合量在-20至-40dB之间均可。
在基站正常工作条件下，第一射频开关326接至2端；第二射频开关323接至1端；第三射频开关328接至2端。以保证***有良好的收发隔离性。
当发信天线单元的数量m＞n时，还须对图5所示的结构进行改动。对此，熟悉微波技术的工程师都可以做，在本专利申请中，不再给出所有可能的具体方法。
图6、图7示出FDD智能天线***的实时校准过程。此过程含对接收天线阵的校准和对发射天线阵的校准两部分。为简化起见，图中以含三条链路的智能天线***的实时校准为例说明。
对接收天线阵的校准过程如图6所示。此时，如果将第1条链路(a)设为参考(可以将任何一条链路设为参考)链路，则只需要对第2和第3条链路的耦合电路进行控制：开关326接至1端；开关323接至2端；并关闭所有功率放大器338。然后，依次将第2和第3条链路设为发射状态，工作于接收频率，并在基带输入一个单位发射数据，同时将所有接收机打开，即有(n-1)条链路处于接收状态，并接收前述链路发射的数据，则可得到：
从第i链路发射时，其他接口(x)所接收到的信号为：
         Rxi＝Yi*CRxi*Sx  x≠i    (10)
由此可得到2×(n-1)个接收信号的读数。Rxi可由收信机测得，由于CR矩阵是已知的(予校准数据)，此时的接收链路传输系数矩阵S就能够简单地计算出来，达到了校准的要求。
图6所示步骤说明如下：
步骤501，基站***首先确定接收校准时隙，并设定链路2处于发射状态，将射频开关326接至1端和将射频开关323接至2端，该链路中，发信机通过耦合电路与收信机耦合；
步骤502，让链路2的发信机工作于接收频率，但关闭其他链路的发信机；
步骤503，让所有x≠2链路中的收信机处于接收状态；
步骤504，利用矢量网络分析仪在各天线***接口测量接收矩阵Ri2，(i是x≠2的任一收信机)；
步骤505，基站***确定接收校准时隙，通过将射频开关326接至2端和将射频开关323接至1端来设定链路2，和通过将射频开关326接至1端和将射频开关323接至2端来设定链路3；
步骤506，让链路3的发信机工作于接收频率，并关闭其它链路的发信机；
步骤507，让所有x≠3链路的收信机处于接收状态；
步骤508，利用矢量网络分析仪在各天线***接口测量接收矩阵Ri3，(i是x≠3的任一收信机)；
步骤510计算校准结果Si/S1；
步骤511，结束实时校准，***恢复工作状态。
作为例子，下面给出了天线阵天线单元数目分别为3、4、6、8时的计算公式(设第一链路为参考链路，S1为参考链路的接收传输系数矩阵)，根据相同的实现原理，实施时还可采用其它计算式进行计算：
3单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)传输系数矩阵计算公式：
S2/S1＝R23CR13/R13CR23
S3/S1＝R32CR12/R12CR23    (11)
4单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)传输系数矩阵计算公式：
S2/S1＝R23CR13/R13CR23
S3/S1＝R32CR12/R12CR23
S4/S1＝R42CR12/R12CR24    (12)
6单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)传输系数矩阵计算公式：
S2/S1＝R23CR13/R13CR23
S3/S1＝R32CR12/R12CR23
S4/S1＝R42CR12/R12CR
S5/S1＝R52CR12/R12CR23
S6/S1＝R62CR12/R12CR26    (13)
8单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的接收(S)传输系数矩阵计算公式：
S2/S1＝R23CR13/R13CR23
S3/S1＝R32CR12/R12CR23
S4/S1＝R42CR12/R12CR24
S5/S1＝R52CR12/R12CR2
S6/S1＝R62CR12/R12CR26
S7/S1＝R72CR12/R12CR27
S8/S1＝R82CR12/R12CR28    (14)
参见图7，是对发射天线阵的实时校准过程。此时，如果将第1条链路(a)设为参考(可以将任何一条链路设为参考)链路，则必需对所有链路的耦合电路进行控制：射频开关326接至1端；射频开关323接至2端；射频开关328接至1端。然后，依次将每一条发射链路设为发射状态，并在其基带输入一个单位发射数据，而将其他发射链路，包括发信机及功率放大器全部关闭。同时将除与此发射链路耦合的接收机外的所有接收机打开并工作于发射频率。此时有(m-1)条链路处于接收状态，并接收前述链路发射的数据，则可得到：
从第i链路发射时，其他接口(x)所接收到的信号为：
Rxi＝Yi*CTxi*Sx  x≠i    (15)
由此可得到m×(m-1)个接收信号的读数。Rxi可以测量获得，由于CT矩阵是已知的(予校准数据)，此时的发射链路传输系数矩阵Y就能够简单地计算出来，达到了校准的要求。
图7所示步骤说明如下：
步骤601，基站***首先确定发射校准时隙；
步骤602，设第一条链路为参考链路，设变量j＝1：
步骤603，让所有x≠j链路的收信机工作于发射频率，并处于接收状态，它们耦合电路中的射频开关326置于1端，射频开关323置于2端，射频开关328置于1端；
步骤604，第j链路的发信机发射，其它链路发信机关闭；
步骤605，利用矢量网络分析仪，测量m-1个收信机测量接收矩阵Rxj(x是m中除j以外的任一条链路)；
步骤606，判断j＝m？，若j＝m转步骤608执行，若j≠m转步骤607执行；
步骤607，让变量j加1并返回步骤603循环执行直至j＝m；
步骤608，计算Yj/Y1(除参考链路以外的链路相对于参考链路的发射(Y)传输系数矩阵计算公式)，实现实时校准：
步骤609，记录校准计算结果，***结束实时校准状态，恢复工作状态。
作为例子，下面给出接收天线阵天线单元数目为3、4、6、8时的实时校准计算公式(根据相同的实现原理，实施时也可采用其它计算式进行计算)：
3单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的发射(Y)传输系数矩阵计算公式：
Y2/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y3/Y1＝R23CT12/R21CT23    (16)
4单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的发射(Y)传输系数矩阵计算公式：
Y2/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y3/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y4/Y1＝R32CT13/R31CT23    (17)
6单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的发射(Y)传输系数矩阵计算公式：
Y2/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y3/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y4/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y5/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y6/Y1＝R32CT13/R31CT23    (18)
8单元天线阵时的待校准天线***，实现实时校准时，除参考链路以外的链路相对于参考链路的发射(Y)传输系数矩阵计算公式：
Y2/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y3/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y4/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y5/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y6/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y7/Y1＝R32CT13/R31CT23
Y8/Y1＝R32CT13/R31CT23    (19)
本发明方法的特点是：先对天线阵本身在出厂前进行予校准，获得其天线单元间的传输系数矩阵；再将此传输系数矩阵存储在无线通信***的网络管理设备中，和将此传输系数矩阵加载到安装完毕的无线基站内；然后在基站运行前或运行中的任何希望进行校准的时候，先确定一个时隙，顺序由一条发射链路发射一个固定电平的信号(数据)，同时在其它链路接收此信号(数据)。根据此接收信号的幅度和相位信息，就可计算出待校准的天线阵***的、相对于参考链路的接收和发射传输系数矩阵，达到实时校准的目的。
本发明的实时校准智能天线阵的方法，既可以用来校准TDD方式工作的收发信合并的天线阵，也可以用来校准FDD方式工作的收发信分开的天线阵。不需要任何信标天线、天线阵耦合结构及专门的校准链路。
以上实例主要针对说明的是码分多址无线通信***智能天线阵的实时校准方法，但本发明所提出的方法和装置，在经过简单改变后，完全可以使用于频分多址和时分多址无线通信***。
任何从事无线通信***研究开发的工程师，只要知道智能天线的基本原理，并阅读了本专利说明书，都可以实现智能天线的实时校准，从而使智能天线***实用化。

Claims (13)

1.一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于包括以下处理步骤：
A.在智能天线阵现场安装前，对天线阵进行予校准，获得天线阵中各天线单元之间的传输系数予校准数据；
B.在智能天线阵安装到工程现场后，将对该智能天线阵的传输系数予校准数据加载到与此智能天线阵所连接的无线基站内；
C.在此无线基站开始运行或运行过程中，在各一个工作时隙内，顺序让每一条发射链路发射单元校准信号，同时将智能天线阵中除该条发射链路以外的其他链路都置于接收状态，并记录接收链路所接收到的单元校准信号；
D.利用所接收到的全部单元校准信号和传输系数予校准数据，分别计算出各待校准天线***接收链路的接收传输系数矩阵与参考链路接收传输系数矩阵之比，和发射链路的发射传输系数矩阵与参考链路发射传输系数矩阵之比，实现智能天线阵的实时校准。
2.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于所述步骤A中的予校准，是利用射频/微波矢量网络分析仪，一端连接发射链路中的天线单元接口，另一端分别连接接收链路中的接收天线单元接口进行的；所述步骤C的实时校准，是利用射频/微波矢量网络分析仪，一端连接发射链路中的发射天线***接口，另一端分别连接接收链路中的接收天线***接口进行的。
3.根据权利要求2所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于所述的发射、接收天线***接口是发射链路和接收链路的射频收发信机与数字信号处理器之间的接口。
4.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：所述的步骤A是在给定的频率范围内，对天线阵中各天线单元之间的耦合特性进行测试，获得所述的各天线单元之间的传输系数予校准数据。
5.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：所述的步骤B，是将天线阵中各天线单元之间的传输系数予校准数据输入到移动通信***的网络管理设备中，再由网络管理设备将它们加载到与此智能天线阵所连接的无线基站内。
6.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：在所述智能天线阵的天线单元有N个时，所述的步骤C执行N次，占用同一帧或不同帧的共N个工作时隙，N为正整数。
7.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：所述的工作时隙是空闲时隙。
8.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：所述的步骤C，对于第三代移动通信的时分-同步码分多址(TD-SCDMA)***，是使用其帧结构中处于上下导引时隙(DwPTS和UpPTS)之间的保护时隙(G)作为实时校准的工作时隙。
9.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：
对于时分双工码分多址(TDD-CDMA)移动通信***，所述的步骤A与C，是对每一条收发信链路共用的智能天线阵分别进行予校准和实时校准。
10.根据权利要求1所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：对于频分双工码分多址(FDD-CDMA)移动通信***，所述的步骤A，是分别对收信天线阵的收信天线单元和发信天线阵的发信天线单元进行予校准；所述的步骤B是将收信天线阵和发信天线阵的传输系数予校准数据加载到基站；所述的步骤B还包括在每一对接收天线单元、发射天线单元和收信机、发信机之间设置一个可相互耦合的耦合电路，使在校准发射天线阵时，让收信机工作于发信频段，收信机能测量出发信机发射频率的信号，和在校准接收天线阵时，让发信机工作于收信频段，发信机能够发出收信机所接收频率的信号；所述的步骤C，是分别对发信天线***进行实时校准和对收信天线***进行实时校准。
11.根据权利要求10所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于所述的步骤C进一步包括：
在进行收信天线***实时校准时，通过控制耦合电路，逐一地将所选择的一条发信链路的接收天线单元与本对内的发信机耦合，并将除此链路以外其他链路的天线单元与相关的发信机隔离，将除此发信链路以外的所有链路设定为接收状态，关闭除此发信链路以外所有链路中发信机的发信功率放大器，将此发信链路设为发信状态，工作于接收频率，并发单元校准信号，和记录除此发信链路以外所有链路中收信机接收的单元校准信号；
在进行发信天线***实时校准时，通过控制耦合电路，将所有链路的收信机与各本对内的发射天线单元、发信机耦合，将所有链路依次设为发射状态，并将此发信链路与本对内的收信机隔离，关闭除当前发信链路以外的其它发信链路的发信机及其功率放大器，并由此当前发信链路发射单元校准信号，和记录除此发信链路之外所有链路中收信机接收的单元校准信号。
12.根据权利要求10所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：设置由第一、第二、第三耦合器，第一、第二、第三射频开关和第一、第二匹配负载组成的耦合电路；让，接收天线单元与收信机间连接第一耦合器，第一耦合器再接至第一射频开关的1端，第一射频开关的2端接第一匹配负载，第一射频开关与第二射频开关串联，第二射频开关的1端接第二匹配负载，第二射频开关的2端接第三射频开关，第三射频开关的1端通过第二耦合器接发信机功率放大器的输出端和发射天线单元，第三射频开关的2端通过第三耦合器接发信机的输出端；由基站自动控制第一、第二、第三射频开关的动作。
13.根据权利要求12所述的一种对智能天线阵进行实时校准的方法，其特征在于：所述的耦合器是普通射频耦合器，耦合量控制在-20dB至-40dB之间。
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