專利名稱：一種ofdm系統(tǒng)中的天線陣列校準(zhǔn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，特別是涉及一種OFDM系統(tǒng)中的天線陣列校準(zhǔn)方法和
直ο
背景技術(shù)：
在LTE系統(tǒng)(Long Term Evolution簡(jiǎn)稱LTE)中，為了增大小區(qū)覆蓋范圍，減少小區(qū)內(nèi)和小區(qū)間的用戶間的干擾和增大小區(qū)邊沿用戶的吞吐量，在基站(eNodeB)側(cè)引入了陣列天線波束賦形技術(shù)。陣列天線波束賦形是指由多個(gè)天線單元按照一定幾何形狀組成天線陣列，通過調(diào)節(jié)各陣列信號(hào)的加權(quán)幅度和相位來改變陣列的天線方向圖，使期望用戶接收的信號(hào)功率最大，同時(shí)使窄波束照射范圍以外的非期望用戶受到的干擾最小。陣列天線波束賦形技術(shù)應(yīng)用的前提是陣列天線間的延遲和初相具有一致性。由于不同天線陣列上發(fā)送的信號(hào)往往經(jīng)過不同的中頻處理單元和射頻發(fā)射通道， 會(huì)造成不同通道發(fā)射的信號(hào)具有不同的幅度和相位差。另外，天線、饋線和由模擬器件組成的射頻通道隨著器件老化、溫度和濕度等環(huán)境的變化，各通道往往具有不同幅度和相位變化特性。為了保證賦形波束方向的準(zhǔn)確性和可靠性，需要對(duì)各天線陣列通道進(jìn)行校準(zhǔn)，保證天線陣列間的幅度和相位保持高度的一致性。此外，LTE中采用了 OFDM(正交頻分復(fù)用)和 MIMO (多輸入多輸出)等關(guān)鍵技術(shù)，如果物理天線數(shù)多于邏輯天線端口數(shù)，在實(shí)現(xiàn)邏輯天線端口到物理天線端口的映射時(shí)，需要對(duì)由同一邏輯端口映射的不同的物理天線進(jìn)行幅度和相位的一致性校準(zhǔn)。一類在時(shí)域?qū)μ炀€陣列進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法的發(fā)明專利申請(qǐng)中(如申請(qǐng)?zhí)?200810068090. 2,200810148076. 3等)，公開了多種使用校準(zhǔn)序列對(duì)陣列天線進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法，該校準(zhǔn)序列由具有良好循環(huán)自相關(guān)特性的基本序列通過循環(huán)移位生成。校準(zhǔn)鏈路發(fā)射一個(gè)固定電平的校準(zhǔn)序列，接收鏈路通過對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行時(shí)域的信道估計(jì)得到待校準(zhǔn)的天線陣列的校準(zhǔn)系數(shù)，將之補(bǔ)償予天線陣列達(dá)到校準(zhǔn)的目的。此類方法現(xiàn)已很好的運(yùn)用于單載頻和載波聚合的TD-SCDMA系統(tǒng)。另外一類在頻域?qū)﹃嚵刑炀€進(jìn)行實(shí)時(shí)校準(zhǔn)的方法的發(fā)明專利中(如申請(qǐng)?zhí)?200910134214. 7，CN101854323. A, CN10106492. B 等)，公開了在 OFDM 系統(tǒng)中對(duì)子載波頻點(diǎn)進(jìn)行分組，根據(jù)分組確定發(fā)射天線的頻域校準(zhǔn)導(dǎo)頻信號(hào)，發(fā)射端根據(jù)頻域?qū)ьl信號(hào)獲得時(shí)域完整校準(zhǔn)導(dǎo)頻信號(hào)并利用時(shí)域完整校準(zhǔn)導(dǎo)頻信號(hào)構(gòu)造時(shí)域發(fā)射信號(hào)發(fā)送給接收端，接收端根據(jù)所有子載波的頻域響應(yīng)確定發(fā)射端補(bǔ)償系數(shù)。還有一類對(duì)陣列天線進(jìn)行校準(zhǔn)的方法的發(fā)明專利中(如申請(qǐng)?zhí)?00810044412. X)，公開了方法一的演進(jìn)，利用頻分或碼分的思想，在接收端聯(lián)合估計(jì)各個(gè)發(fā)射天線的頻域響應(yīng)，然后補(bǔ)償各個(gè)發(fā)射天線頻域響應(yīng)的差異， 從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)發(fā)射天線電通道的預(yù)校準(zhǔn)。這兩類方法期待的應(yīng)用場(chǎng)景是正交頻分復(fù)用的多載波系統(tǒng)。TD-SCDMA是一種單載波系統(tǒng)，天線校準(zhǔn)誤差不超過正負(fù)1/8個(gè)碼片就能滿足天線賦形波束方向小于5度得要求。20MHz的LTE系統(tǒng)擁有1200個(gè)子載波，每個(gè)子載波間隔15KHz，任何微小的時(shí)延在不同子載波上呈現(xiàn)很大的相位差，如果按通常要求子載波上陣列天線賦形波束方向誤差小于5度，天線陣列的校準(zhǔn)誤差將小于1/32采樣間隔Ts，顯然上述方法估計(jì)時(shí)延的精度無法滿足LTE系統(tǒng)的需求，這將會(huì)嚴(yán)重影響LTE系統(tǒng)波束賦形方向的準(zhǔn)確性和有效性。此外LTE系統(tǒng)中MIMO的應(yīng)用也對(duì)同一邏輯端口映射的多個(gè)物理天線陣列的時(shí)延和相位一致性提出了較高要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免以上現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種OFDM系統(tǒng)中的天線陣列校準(zhǔn)方法和裝置，以解決LTE系統(tǒng)中存在的陣列天線校準(zhǔn)的精度和校準(zhǔn)方法的復(fù)雜度問題。本發(fā)明的工作原理是將天線陣列的校準(zhǔn)分為兩個(gè)步驟預(yù)校準(zhǔn)和周期性校準(zhǔn)，也稱為初始化校準(zhǔn)和實(shí)時(shí)校準(zhǔn)。預(yù)校準(zhǔn)主要用于獲得天線單元相對(duì)校準(zhǔn)天線單元在發(fā)射方向和接收方向的補(bǔ)償系數(shù)；周期性校準(zhǔn)是按照預(yù)先設(shè)定的周期，準(zhǔn)實(shí)時(shí)地對(duì)各天線單元進(jìn)行發(fā)射校準(zhǔn)和接收校準(zhǔn)。其中，預(yù)校準(zhǔn)包括多陣列天線時(shí)延的粗校準(zhǔn)和精校準(zhǔn)。周期性校準(zhǔn)只有預(yù)校準(zhǔn)完成后才能進(jìn)行。具體是這樣實(shí)現(xiàn)的在基站預(yù)熱完成后，對(duì)陣列天線進(jìn)行預(yù)校準(zhǔn)；預(yù)校準(zhǔn)完成后，通過操作維護(hù)中心(OMC)以設(shè)定的周期在不中斷業(yè)務(wù)的情況下觸發(fā)周期性的天線校準(zhǔn)。預(yù)校準(zhǔn)包括發(fā)射通道的天線校準(zhǔn)和接收通道的天線校準(zhǔn)。為了在周期性校準(zhǔn)中不中斷業(yè)務(wù)，所有校準(zhǔn)都在TDD-LTE的GP(Guard Period)時(shí)隙進(jìn)行。天線陣列的校準(zhǔn)涉及無線通信系統(tǒng)中的射頻單元RRU(Rem0te RF Unit)和基帶控制單元(Base Band Unit)，它們既可以通過光纖或電纜等傳輸手段連接支持射頻拉遠(yuǎn)，也可以直接連接。校準(zhǔn)前，BBU構(gòu)造一個(gè)一定長(zhǎng)度的具有良好互相關(guān)特性的序列^(n)，例如 ZC序列，其長(zhǎng)度不超過待校準(zhǔn)的OFDM系統(tǒng)的子載波數(shù)，例如在20MHz的LTE系統(tǒng)中為1024。 按一定的準(zhǔn)則映射到系統(tǒng)的子載波上，做FFT轉(zhuǎn)換到時(shí)域，插入一定長(zhǎng)度的前后CP，用于天線校準(zhǔn)的基帶信號(hào)經(jīng)過收或發(fā)通道的延遲后不超過GP保護(hù)間隔。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下
權(quán)利要求
1.一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于該方法如下預(yù)校準(zhǔn)步驟1 :BBU構(gòu)造時(shí)頻域的校準(zhǔn)序列信號(hào)；步驟2 :RRU和BBU預(yù)熱且陣列天線收到來自操作控制臺(tái)OMC或系統(tǒng)缺省配置文件的預(yù)校準(zhǔn)命令請(qǐng)求后，RRU根據(jù)是發(fā)射校準(zhǔn)還是接收校準(zhǔn)將RRU的狀態(tài)切換到相應(yīng)的收或發(fā)校準(zhǔn)狀態(tài)；BBU接收來自GP時(shí)隙的天線校準(zhǔn)信號(hào)，抽取出有效子載波，利用本地序列與接收序列頻域相關(guān)獲得相應(yīng)天線單元的采樣間隔Ts級(jí)的粗延遲，將天線收通道或發(fā)通道相對(duì)最大收通道或發(fā)通道的天線時(shí)延差告知RRU，RRU分別補(bǔ)償各通道的相對(duì)時(shí)延；步驟3 =RRU將各天線接收信號(hào)時(shí)刻調(diào)整到收或發(fā)通道的最大時(shí)延處，BBU將校準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)FFT轉(zhuǎn)換到頻域，抽取有效子載波后，經(jīng)DFT轉(zhuǎn)換到時(shí)域，在時(shí)域降噪后轉(zhuǎn)換到頻域，計(jì)算各天線收或發(fā)方向的有效子載波k的相移θ k，基于最小均方誤差的準(zhǔn)則對(duì)θ k進(jìn)行線性擬合，按下式估算出各陣列天線收或發(fā)方向小數(shù)倍Ts的時(shí)延At和初相eini，其中
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于，所述步驟1 中的校準(zhǔn)序列信號(hào)為具有良好互相關(guān)特性的一定長(zhǎng)度序列^(n)，該長(zhǎng)度不超過待校準(zhǔn)的 OFDM系統(tǒng)的有效子載波數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于，步驟1中的天線校準(zhǔn)信號(hào)在GP空閑時(shí)隙發(fā)送或接收。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于，步驟3中，收發(fā)通道分別校準(zhǔn)，校準(zhǔn)收通道時(shí)，校準(zhǔn)天線發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)，陣列天線同時(shí)收校準(zhǔn)信號(hào)；校準(zhǔn)發(fā)通道時(shí)，天線陣列同時(shí)或依次發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)，校準(zhǔn)天線收校準(zhǔn)信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于，步驟4中，天線陣列時(shí)延和相位差在RRU和BBU同時(shí)補(bǔ)償，RRU補(bǔ)償中頻采樣間隔的時(shí)延差，BBU補(bǔ)償?shù)陀谥蓄l采樣間隔的殘余時(shí)延差和初相。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于，步驟6中， 周期性校準(zhǔn)中取全部或者部分子載波的頻響的相移θ k進(jìn)行時(shí)延估計(jì)At，在發(fā)通道的校準(zhǔn)上，可以將發(fā)送校準(zhǔn)序列在陣列天線間交錯(cuò)，聯(lián)合校準(zhǔn)所有通道，也可依次分別對(duì)單天線分別進(jìn)行校準(zhǔn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種OFDM系統(tǒng)中天線校準(zhǔn)的方法，其特征在于，該校準(zhǔn)方法中信號(hào)的時(shí)頻域轉(zhuǎn)換、計(jì)算相關(guān)、時(shí)域降噪采用了 FFT運(yùn)算。
8.一種天線校準(zhǔn)裝置，其特征在于，該裝置包括BBU的校準(zhǔn)信號(hào)生成模塊，用于校準(zhǔn)信號(hào)的產(chǎn)生和構(gòu)造；RRU的校準(zhǔn)鏈路收發(fā)切換和控制模塊，用于RRU收到收或發(fā)校準(zhǔn)命令后，將校準(zhǔn)天線的發(fā)送信號(hào)耦合到上行接收通道，或者將陣列天線的發(fā)送信號(hào)通過發(fā)射通道耦合到校準(zhǔn)天線上；BBU的校準(zhǔn)時(shí)延和相位計(jì)算模塊，用于收發(fā)通道整數(shù)倍Ts粗延時(shí)和小數(shù)倍Ts精延遲以及天線陣列初相的計(jì)算；RRU定時(shí)補(bǔ)償模塊，用于RRU補(bǔ)償中頻采樣間隔的延遲；BBU幅度和相位補(bǔ)償模塊，用于BBU補(bǔ)償?shù)陀谥蓄l采樣間隔的殘余延遲和初相。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種OFDM系統(tǒng)中的天線陣列校準(zhǔn)方法和裝置，本發(fā)明包括對(duì)天線預(yù)校準(zhǔn)和周期校準(zhǔn)。預(yù)校準(zhǔn)主要用于獲得天線單元相對(duì)校準(zhǔn)天線單元在發(fā)射方向和接收方向的補(bǔ)償系數(shù)；周期性校準(zhǔn)是按照預(yù)先設(shè)定的周期，準(zhǔn)實(shí)時(shí)地對(duì)各天線單元進(jìn)行發(fā)射校準(zhǔn)和接收校準(zhǔn)。本發(fā)明能對(duì)LTE系統(tǒng)的接收通道和發(fā)射通道相位的一致性進(jìn)行實(shí)時(shí)高精度的校準(zhǔn)，通過BBU和RRU對(duì)時(shí)延和相位的共同補(bǔ)償，能保證天線陣列空口發(fā)送信號(hào)和BBU接收信號(hào)相位高度一致，尤其適用于TDD-LTE等對(duì)天線一致性需要較高的通信系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04B7/06GK102404033SQ20111037821
公開日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者余少偉, 劉超, 裴麗 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)