TWI617814B - Self-detection method for wireless base station and its array antenna - Google Patents
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Abstract
本創作提供了一種無線基地台及其陣列天線的自我檢測方法，於無線基地台上設置參考天線，當無線基地台的陣列天線發射訊號時，該參考天線可擷取信號並回傳至無線基地台進行分析，找出發射訊號功能異常的天線。該參考天線亦可發射訊號給該陣列天線接收、分析，找出接收訊號功能異常的天線。透過上述方式，本創作提供了一種簡化型的陣列天線自測平台，可進行陣列天線簡易功能測試，作為天線模組維修或更換之參考。
Description
本發明關於一種無線基地台陣列天線的自我檢測方法，特別是指一種於無線基地台上設置參考天線，測試無線基地台天線的收發功能有無異常之檢測方法。
目前行動通訊系統的目標為利用有限頻率資源和時間進行通訊，為了達到此目標，多重存取(BDMA)技術是必需的。波束多重存取是使用相位陣列天線實現分空多重存取(Space Division Multiple Access)，藉著使用波束成形技術及使用多個波束來達到多重存取，利用陣列天線來達到增加天線分集增益、空間多工和清除干擾的功用。其產生的場型可為多波束(Grid of Fixed Beam)或適應性波束(Adaptive Beam)，這些波束的形成與陣列天線中的天線單元、天線間距及陣列型態相關。
相位陣列天線大致可分為適應型波束系統(Adaptive Beams Systems)與切換式波束系統(Switched Beams Systems)，其原理為給予天線陣列單元不同之相位及功率大小分佈，使陣列發射/接收波束方向與波束寬度改變。在此概念下，行動裝置和無線基地台的狀態都在視線上(Line of Sight)，彼此可確切知道對方位置。若未在視線上，就須靠相位陣列天線並搭配使用智慧天線來進行波束掃瞄切換，透過波束掃瞄，從無線基地台和行動裝置來取得信號抵達角度訊息去支援無線電定位。
一般來說，為了傳輸信號時的順暢度，無線基地台多是架設在高處，例如建築物的頂樓或是電塔上。然而，當無線基地台的陣列天線傳輸出現異常時，由於檢測儀器體積龐大且造價昂貴，將檢測儀器搬運至現場就地測量有實行上的難度，因此維修人員必須將無線基地台的傳輸設備拆卸搬運至實驗室進行檢測維修，不僅曠日費時，維修成本也直線上升。
本創作的目的在於提供一種簡化型天線自測平台，可進行陣列天線簡易功能測試，作為天線模組維修或更換之參考。
為了達到上述目的，本創作係採取以下之技術手段予以達成，其中，本創作提供一種無線基地台陣列天線的自我檢測方法，包括下列步驟：a.提供一無線基地台以及一參考天線，該無線基地台包括一處理單元以及利用巴特勒矩陣排列的一陣列天線，該處理單元儲存有複數個場型圖，該場型圖包括該陣列天線發送該訊號正常時的合成波束圖以及發送該訊號異常時的合成波束圖，該參考天線與該無線基地台電訊連接，並與該陣列天線保持一距離。b.提供一信號，並將該信號傳輸至該陣列天線。c.該陣列天線發射該信號。d.該參考天線接收該信號形成一接收信號。e.將該接收信號傳輸至該處理單元。f.將該接收信號與各該場型圖相比對。g.該處理單元判斷該陣列天線的發射信號功能有無異常。
本創作還提供了無線基地台陣列天線的接收功能自我檢測方法，其包括下列步驟：a.提供一無線基地台以及一參考天線，該無線基地台包括一處理單元以及利用巴特勒矩陣排列的一陣列天線，該處理單元儲存有複數個場型圖，該場型圖包括該陣列天線接收該訊號正常時的場型
圖以及接收該訊號異常時的場型圖，該參考天線與該無線基地台電訊連接，並與該陣列天線保持一距離。b.提供一信號，並將該信號傳輸至該參考天線。c.該參考天線發射該信號。d.該陣列天線接收該信號形成一接收信號。e.將該接收信號傳輸至該處理單元。f.將該接收信號與各該場型圖相比對。g.該處理單元判斷該陣列天線的接收信號功能有無異常。
此外，本創作還提供一種無線基地台，與一參考天線電訊連接，可進行訊號發射功能及訊號接收功能之自我檢測，該無線基地台包括：一檢測模組、一控制模組、一陣列天線。該檢測模組用以提供校正頻率、振幅以及自我檢測功能，其包括：一處理單元、一信號收發器以及一切換器。該處理單元儲存有複數個場型圖，該信號收發器用以產生及接收信號，該切換器用以切換該陣列天線為發射模式或為接收模式。該控制模組用以控制該檢測模組執行自我檢測功能。該陣列天線透過巴特勒矩陣排列，並與該檢測模組電訊連接，用以發射或接收信號。其中，該參考天線與該陣列天線保持一距離，該參考天線可接收由該陣列天線發射的信號，或發射信號由該陣列天線接收，所接收的訊號為一接收信號，該處理單元將該接收信號與各該場型圖相比對，以判斷該陣列天線的發射或接收信號功能有無異常。
1‧‧‧無線基地台
11‧‧‧控制模組
111‧‧‧通訊單元
112‧‧‧計算單元
113‧‧‧類比數位轉換單元
114‧‧‧轉換電路
12‧‧‧檢測模組
121‧‧‧處理單元
122‧‧‧信號收發器
123‧‧‧切換器
124‧‧‧相位偵測器
125‧‧‧振幅調變單元
13‧‧‧陣列天線
131‧‧‧天線
2‧‧‧參考天線
3,3a‧‧‧信號
31,31a‧‧‧接收信號
4,4b‧‧‧場型圖
4a‧‧‧波束場型圖
D‧‧‧距離
110~170,210~270‧‧‧步驟
圖1為本創作自我檢測陣列天線發射功能之方法流程圖；圖2為本創作較佳實施例之無線基地台結構示意圖；圖3為本創作陣列天線發射信號示意圖；
圖4為本創作自我檢測陣列天線接收功能之方法流程圖；圖5為本創作陣列天線接收信號示意圖。
為達成上述目的及功效，本創作所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本創作較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解，但須注意的是，該等內容不構成本發明的限定。
本創作提供一種無線基地台陣列天線的自我檢測方法，包括陣列天線的發射功能及接收功能之自我檢測方法。請同時參閱圖1、圖2及圖3所示，陣列天線的發射功能自我檢測方法，包括下列步驟：
步驟110：提供一無線基地台1以及一參考天線2。該無線基地台1包括一控制模組11、一檢測模組12以及利用巴特勒矩陣排列的一陣列天線13。
該控制模組11為一波束掃瞄控制模組(Beam Steering Controller,BSC)，用以控制該檢測模組12執行自我檢測功能，其包括一通訊單元111、一計算單元112、一類比數位轉換單元113以及一轉換電路114。該通訊單元111用以接收從外部來的控制指令而進行該陣列天線13接收、發射及校正等程序。該計算單元112用以處理演算法，該類比數位轉換單元113以及該轉換電路114分別用以轉換訊號以及提供邏輯整合、通訊協定等作用。
該檢測模組12為一基頻驗證及自測平台(Baseband Verification and Self-calibration Platform,BVSP)，其為簡易型、便宜、小體積、頻率可達30MHz至2.7GHz之向量網路分析模組，該檢測模組12用以
提供校正頻率、振幅以及自我檢測功能，其包括一處理單元121、一信號收發器122以及一切換器123。該處理單元121儲存有複數個場型圖4，該場型圖4包括該陣列天線13發送該訊號正常時的合成波束圖以及發送該訊號異常時的合成波束圖，以及該處理單元121可以分析比對場型圖訊號有無異常。該信號收發器122用以產生及接收信號，該切換器123用以切換該陣列天線13為發射模式或為接收模式。此外，該檢測模組12更包括一相位偵測器124以及一振幅調變單元125，用以校正信號之相位及頻率。
該陣列天線13與該檢測模組12電訊連接，用以發射或接收信號。由於陣列天線13為複數個天線131經由巴特勒矩陣排列所組成，故所發射或接收的信號為一合成波束，具有特定的信號場型圖。
該參考天線2與該無線基地台1電訊連接，並與該陣列天線13保持一距離D，可接收由該陣列天線13發射的信號，或發射信號由該陣列天線13接收。
步驟120：提供一信號3，並將該信號3傳輸至該陣列天線13。在該切換器123為發射模式的情況下，該信號收發器122產生一信號3並傳輸至該陣列天線13，該信號3經過校準套件(Calibration Kit)或惠斯同反射電橋(Wheatstone type reflection bridge)校準後，產生一具有0度參考相位之發射信號(RF)，該信號3的振幅為｜VRF｜，角度為θRF。
步驟130：該陣列天線13發射該信號3。
步驟140：該參考天線2接收該信號3形成一接收信號31。請更加參閱圖3所示，當該陣列天線13的天線131發射該信號3時，該信號3會合成波束場型圖4a，故該參考天線2接收該信號3的波束場型圖4a形成該接收信號31。
步驟150：將該接收信號31傳輸至該處理單元121。
步驟160：將該接收信號31與各該場型圖4相比對。由於該處理單元121內部儲存有各種情況下的合成波束圖之場型圖4，該處理單元121將該接收信號31與各該場型圖4相比對，找出與該接收信號31匹配的該場型圖4。
步驟170：該處理單元121判斷該陣列天線13的發射信號功能有無異常。當與該接收信號31匹配的場型圖為正常時，則判斷該陣列天線13的發射信號功能為正常，反之則為異常。且該處理單元121可根據所匹配的場型圖得知該陣列天線13中異常天線131的位置。
請更加參閱圖4及圖5所示，本創作還提供了無線基地台陣列天線的接收功能自我檢測方法，其包括下列步驟：
步驟210：提供一無線基地台1以及一參考天線2。提供上述的該無線基地台1以及該參考天線2，且該場型圖4還包括該陣列天線13接收該訊號正常時的場型圖以及接收該訊號異常時的場型圖。
步驟220：提供一信號3a，並將該信號3a傳輸至該參考天線2。在該切換器123為接收模式的情況下，該信號收發器122產生一信號3a並傳輸至該參考天線2，並利用校準套件(Calibration Kit)或惠斯同反射電橋(Wheatstone type reflection bridge)將該信號3a校準，產生一具有0度參考相位之發射信號(RF)，該信號3a的振幅為｜VRF｜，角度為θRF。
步驟230：該參考天線2發射該信號3a。
步驟240：該陣列天線13接收該信號3a形成一接收信號31a。請更加參閱圖5所示，該信號3a會以場型圖4b方式傳遞，該陣列天線13接收該信號3a的場型圖4b形成該接收信號31a。
步驟250：將該接收信號31a傳輸至該處理單元121。
步驟260：將該接收信號31a與各該場型圖4相比對。由於該處理單元121內部儲存有各種情況下的場型圖4，該處理單元121將該接收信號31a與各該場型圖4相比對，找出與該接收信號31a匹配的該場型圖4。
步驟270：該處理單元121判斷該陣列天線13的接收信號功能有無異常。如上所述，當與該接收信號31a匹配的場型圖為正常時，則判斷該陣列天線13的接收信號功能為正常，反之則為異常。且該處理單元121可根據所匹配的場型圖得知該陣列天線13中異常天線131的位置。
本創作還提供一種無線基地台1，用以執行上述的無線基地台陣列天線的自我檢測方法。該無線基地台1與一參考天線2電訊連接，可進行訊號發射功能及訊號接收功能之自我檢測，該無線基地台1包括：一檢測模組12、一控制模組11以及一陣列天線13。
該檢測模組12用以提供校正頻率、振幅以及自我檢測功能，包括：一處理單元121、一信號收發器122以及一切換器123。該處理單元121儲存有複數個場型圖4，該場型圖4包括該陣列天線13發送該訊號正常時的合成波束圖以及發送該訊號異常時的合成波束圖，以及該處理單元121可以分析比對場型圖訊號有無異常。該信號收發器122用以產生及接收信號，該切換器123用以切換該陣列天線13為發射模式或為接收模式。此外，該檢測模組12更包括一相位偵測器124以及一振幅調變單元125，用以校正信號之相位及頻率。
該控制模組11用以控制該檢測模組執行自我檢測功能，其包括：一通訊單元111、一計算單元112、一類比數位轉換單元113以及一轉換電路114。該通訊單元111用以接收從外部來的控制指令而進行該陣列天線13接收、發射及校正等程序。該計算單元112用以處理演算法，該類
比數位轉換單元113以及該轉換電路114分別用以轉換訊號以及提供邏輯整合、通訊協定等作用。
該陣列天線13透過巴特勒矩陣排列，並與該檢測模組12電訊連接，用以發射或接收信號。
其中，該參考天線2與該陣列天線13保持一距離D，該參考天線2可接收由該陣列天線13發射的信號，或發射信號由該陣列天線13接收，所接收的訊號為一接收信號31，該處理單元121將該接收信號31與各該場型圖4相比對，以判斷該陣列天線13的發射或接收信號功能有無異常。
綜合上述，可以看出本創作揭示了一種無線基地台及其陣列天線的自我檢測方法，其在無線基地台上設置參考天線，可進行陣列天線簡易功能測試，作為天線模組維修或更換之參考。
經過上述的詳細說明，已充分顯示本創作具有實施的進步性，且為前所未見的新創作，完全符合發明專利要件，爰依法提出申請。惟以上所述僅為本創作的較佳實施例而已，當不能用以限定本創作實施的範圍，亦即依本創作專利範圍所作的均等變化與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋的範圍內。
Claims (8)
- 一種無線基地台陣列天線的自我檢測方法，包括下列步驟：a.提供一無線基地台以及一參考天線，該無線基地台包括一檢測模組以及利用巴特勒矩陣排列的一陣列天線，該檢測模組用以提供校正頻率、振幅以及自我檢測功能，該檢測模組包括一處理單元、一信號收發器以及一切換器，該信號收發器用以產生及接收信號，該切換器用以切換該陣列天線為發射模式或為接收模式，該處理單元儲存有複數個場型圖，該等場型圖包括該陣列天線發送該訊號正常時的合成波束圖以及發送該訊號異常時的合成波束圖，該參考天線與該無線基地台電訊連接，並與該陣列天線保持一距離；b.提供一信號，並將該信號傳輸至該陣列天線；c.該陣列天線發射該信號；d.該參考天線接收該信號形成一接收信號；e.將該接收信號傳輸至該處理單元；f.將該接收信號與各該場型圖相比對；以及g.該處理單元判斷該陣列天線的發射信號功能有無異常。
- 如申請專利範圍第1項所述的無線基地台陣列天線的自我檢測方法，其中該無線基地台更包括一通訊單元，用以接收從外部來的控制指令而進行該陣列天線接收、發射及校正等程序。
- 如申請專利範圍第1項所述的無線基地台陣列天線的自我檢測方法，其中該步驟b更包括：利用校準套件(Calibration Kit)或惠斯同反射電橋(Wheatstone type reflection bridge)將該信號校準。
- 一種無線基地台陣列天線的自我檢測方法，包括下列步驟：h.提供一無線基地台以及一參考天線，該無線基地台包括一檢測模組以及利用巴特勒矩陣排列的一陣列天線，該檢測模組用以提供校正頻率、振幅以及自我檢測功能，該檢測模組包括一處理單元、一信號收發器以及一切換器，該信號收發器用以產生及接收信號，該切換器用以切換該陣列天線為發射模式或為接收模式，該處理單元儲存有複數個場型圖，該等場型圖包括該陣列天線接收該訊號正常時的場型圖以及接收該訊號異常時的場型圖，該參考天線與該無線基地台電訊連接，並與該陣列天線保持一距離；i.提供一信號，並將該信號傳輸至該參考天線；j.該參考天線發射該信號；k.該陣列天線接收該信號形成一接收信號；l.將該接收信號傳輸至該處理單元；m.將該接收信號與各該場型圖相比對；以及n.該處理單元判斷該陣列天線的接收信號功能有無異常。
- 如申請專利範圍第4項所述的無線基地台陣列天線的自我檢測方法，其中該無線基地台更包括一通訊單元，用以接收從外部來的控制指令而進行該陣列天線接收、發射及校正等程序。
- 如申請專利範圍第4項所述的無線基地台陣列天線的自我檢測方法，其中該步驟b更包括：利用校準套件(Calibration Kit)或惠斯同反射電橋(Wheatstone type reflection bridge)將該信號校準。
- 一種無線基地台，與一參考天線電訊連接，可進行訊號發射 功能及訊號接收功能之自我檢測，該無線基地台包括：一檢測模組，用以提供校正頻率、振幅以及自我檢測功能，包括：一處理單元、一信號收發器以及一切換器，該處理單元儲存有複數個場型圖，該信號收發器用以產生及接收信號，該切換器用以切換該陣列天線為發射模式或為接收模式；一控制模組，用以控制該檢測模組執行自我檢測功能；一陣列天線，透過巴特勒矩陣排列，並與該檢測模組電訊連接，用以發射或接收信號；其中，該參考天線與該陣列天線保持一距離，該參考天線可接收由該陣列天線發射的信號，或發射信號由該陣列天線接收，所接收的訊號為一接收信號，該處理單元將該接收信號與各該場型圖相比對，以判斷該陣列天線的發射或接收信號功能有無異常。
- 如申請專利範圍第7項所述的無線基地台，其中，該控制模組包括：一通訊單元，用以接收從外部來的控制指令而進行該陣列天線接收、發射及校正等程序；一計算單元；用以處理演算法；一類比數位轉換單元，用以轉換訊號；以及一轉換電路，用以提供邏輯整合、通訊協定等作用。
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