專利名稱：天線陣列校正的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于蜂窩通信系統(tǒng)基站的天線陣列，更具體地涉及用于改善基站性能的天線陣列校正系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
蜂窩通信工業(yè)已在美國和世界的其它地區(qū)的商業(yè)經(jīng)營上取得了非凡的進(jìn)展。在大城市地區(qū)的蜂窩通信的用戶數(shù)目已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過預(yù)期結(jié)果并將超過系統(tǒng)容量。如果這個(gè)趨勢繼續(xù)下去，即使在最小的市場上，快速增長的效果將很快達(dá)到。因此需要有創(chuàng)新的解決辦法來滿足這些增長的容量需求以及保持高質(zhì)量的服務(wù)和避免提高價(jià)格。而且，當(dāng)蜂窩通信用戶數(shù)目增加時(shí)，與共信道干擾有關(guān)的問題變得越來越重要。


圖1顯示了在典型的蜂窩移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中的十個(gè)蜂窩區(qū)C1-C10。通常，蜂窩移動(dòng)無線系統(tǒng)將以十個(gè)以上的蜂窩區(qū)來實(shí)施。然而，為了簡單起見，本發(fā)明可藉使用圖1所示的簡化表示來加以說明。對于每個(gè)蜂窩區(qū)，C1-C10，有一個(gè)基站B1-B10，它具有和相應(yīng)的蜂窩區(qū)同樣的參考號碼。圖1顯示了位于蜂窩區(qū)中心附近的，且具有全方向性天線的基站。
圖1也顯示了九個(gè)移動(dòng)臺M1-M9，它們可在蜂窩區(qū)內(nèi)移動(dòng)，并從一個(gè)蜂窩區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)蜂窩區(qū)。在典型的蜂窩無線系統(tǒng)中，通常將有多于九個(gè)的蜂窩移動(dòng)臺。事實(shí)上，具有的移動(dòng)臺的數(shù)目典型地為具有的基站數(shù)目的許多倍。然而，為了說明本發(fā)明的目的，減少數(shù)目的移動(dòng)臺是足夠的。
在圖1上也顯示了移動(dòng)交換中心MSC。圖1上所示的移動(dòng)交換中心MSC通過電纜被連接到所有十個(gè)基站B1-B10。移動(dòng)交換中心MSC也通過電纜連接到固定交換電話網(wǎng)或類似的固定網(wǎng)。在圖上未示出從移動(dòng)交換中心MSC到基站B1-B10的所有電纜和從MSC到固定網(wǎng)的電纜。
除了圖上所示的移動(dòng)交換中心MSC以外，還可以有另一個(gè)移動(dòng)交換中心，它通過電纜連接到除圖1所示基站以外的基站。除了電纜，也可使用其它裝置，例如，固定的無線鏈路，來把基站連接到移動(dòng)交換中心。移動(dòng)交換中心MSC、基站和移動(dòng)臺都是計(jì)算機(jī)控制的。
在傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)無線系統(tǒng)中，如圖1所示，每個(gè)基站具有全方向性的或定向性的天線，用來把信號廣播到基站所覆蓋的區(qū)域。因此，通過使用該系統(tǒng)把給特定移動(dòng)臺的信號廣播到全部覆蓋區(qū)域。而不管該移動(dòng)臺的相對位置。在基站中，發(fā)射機(jī)對每個(gè)載頻有一個(gè)功率放大器。放大的信號被組合并連接到一個(gè)具有窄方位波束的共用天線。由于共用天線的寬波束，例如在方位上覆蓋120°或360°，天線增益較低和沒有空間選擇性可用來減小干擾問題。
最新的技術(shù)集中在使用線性功率放大器以放大由幾個(gè)載頻的組合信號，然后把它饋送到共用天線。在這些系統(tǒng)中，共用天線也具有寬的方位波束。因而，這些系統(tǒng)也遇到干擾問題。
為了克服這些問題，天線系統(tǒng)已被設(shè)計(jì)成能增加對發(fā)射信號的增益同時(shí)減小與典型的基站有關(guān)的干擾問題。一個(gè)這樣的天線系統(tǒng)被描述于美國專利申請No.—，題為“微帶天線陣列”，此處引用以供參考。所揭示的微帶天線陣列使用幾個(gè)帶窄波束寬度的波束來覆蓋由基站提供服務(wù)的區(qū)域。因而，單獨(dú)波束的增益可高于由傳統(tǒng)天線所使用的典型寬波束的增益。而且，可使用極化分集而不用空間分集，以減小衰落變化和干擾問題。然而，為了更精確地成形和指向天線波束，這些陣列天線需要被精確地校準(zhǔn)。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是通過提高天線波束的波束形狀和指向的精度來改善移動(dòng)臺的性能。這是通過對位于波束成形裝置和輻射場之間天線陣列元件中出現(xiàn)的誤差和元件特性變化進(jìn)行測量和校正而完成的。結(jié)果，天線陣列元件并不需要達(dá)到如精確匹配的那樣，因?yàn)槿魏尾町惗伎赏ㄟ^使用本發(fā)明而得到校正。而且，本發(fā)明也可被用來測試天線陣列以證實(shí)天線陣列在被通信系統(tǒng)使用以前陣列元件在正常地工作。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，揭示了用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中所使用的天線陣列的發(fā)送的方法和設(shè)備。首先，輸入信號被輸入到每個(gè)天線段，一次一個(gè)天線段。由每個(gè)天線段發(fā)送的信號然后被測量，且對每個(gè)天線段可形成校正因子，然后通過使用校正因子調(diào)整天線段以便確保每段都被正確地校正。
按照本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，揭示了用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)所使用的天線陣列的接收的方法和設(shè)備。首先，產(chǎn)生一輸入信號并注入天線陣列的每個(gè)天線段。由每個(gè)天線段所接收的信號被測量，然后通過把注入信號和測量信號進(jìn)行比較可對每個(gè)天線段形成一校正信號。然后通過使用校正因子調(diào)整天線段以便確保每個(gè)天線段都被正確地校正。校正因子也可為單獨(dú)天線單元的已知特性被加以調(diào)整。
附圖簡述現(xiàn)在將參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例更詳細(xì)地描述本發(fā)明，這些實(shí)施例僅以實(shí)例方式給出并被顯示于附圖中，其中圖1顯示了典型的蜂窩無線通信系統(tǒng)；圖2顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于得出對于天線陣列接收的校正因子的配置；圖3顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于得出對于天線陣列發(fā)送的校正因子的配置；圖4顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波束形成校正；以及圖5顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的波束形成的數(shù)字校正。
本

發(fā)明內(nèi)容
的詳細(xì)描述本發(fā)明主要打算用于蜂窩通信系統(tǒng)的基站，雖然對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白，本發(fā)明可被用于其它各種不同的通信應(yīng)用。
按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，校正網(wǎng)絡(luò)被用來校正與天線陣列的每個(gè)天線段有關(guān)的元件。圖2顯示了用于校正在基站結(jié)構(gòu)中的天線陣列的接收的配置。接收校正是通過注入已知信號到每個(gè)天線段和測量來自每個(gè)天線段的輸出來完成的。如圖2所示，發(fā)射機(jī)18產(chǎn)生一信號，它被校正網(wǎng)絡(luò)16加到每個(gè)天線段10，校正網(wǎng)絡(luò)16是無源分配網(wǎng)絡(luò)，它把所產(chǎn)生的信號分送到每個(gè)天線段的校正端口。然后，每個(gè)信號通過其各自的低噪聲放大器12，作為結(jié)果的信號在波束形成裝置14中被檢測。然后，波束形成裝置14通過把發(fā)射信號和接收信號相比較來產(chǎn)生校正因子，以便單獨(dú)地校正天線陣列10的每個(gè)天線段。如果來自每個(gè)天線段的接收信號和注入到該天線段的已知信號相一致，則不必應(yīng)用校正因子。誤差和元件特性變化的出現(xiàn)將改變這些關(guān)系，這將由波束形成裝置中的測量器件檢測出來。然后計(jì)算出描述在每個(gè)天線中為進(jìn)行補(bǔ)償所需要的校正量的校正因子。校正因子可被描述為幅度和相位校正或者是I和Q中的校正。
圖3中顯示了用于校正在基站中的天線陣列的發(fā)射的配置。按照本實(shí)施例，波束形成裝置34產(chǎn)生一發(fā)送信號，它被加到天線陣列30的每個(gè)天線段，一次一個(gè)天線段。在發(fā)送信號通過各自的功率放大器32以后，校正網(wǎng)絡(luò)36對來自每個(gè)天線段的作為結(jié)果的信號進(jìn)行采樣。然后作為結(jié)果的信號被送到接收機(jī)38、計(jì)算裝置40把來自接收機(jī)38的接收信號和對于每個(gè)天線段的原先的發(fā)送信號相一致。誤差和元件特性變化的出現(xiàn)將改變這些關(guān)系，這將由計(jì)算裝置檢測出來，且計(jì)算出描述在每個(gè)天線段中為進(jìn)行補(bǔ)償所需要的校正量的校正因子。校正因子可被描述為幅度和相位校正，或者是I和Q的校正。
天線陣列使用測量的校正因子來形成帶有優(yōu)選的低副瓣電平的窄天線波束?？梢杂袔追N用于使用校正因子以調(diào)整天線陣列的方法。如圖4所示，校正因子可被用來調(diào)整在波束形成裝置42和天線陣列44之間的信號的相位和/或幅度。在本例中，校正因子可被加到放大器46以改變信號的幅度和/或加到移相器48以改變信號的相位。而且，如圖5所示，如果在A/D變換以前通過數(shù)字化地相加I和Q校正因子來使用數(shù)字波束形成，那么校正因子可被波束形成裝置使用。
因?yàn)楸景l(fā)明對于由連接到每個(gè)天線段的元件所產(chǎn)生的誤差進(jìn)行測量和校正，因此本發(fā)明大大地降低了對這些元件所要求的精度。另外，校正網(wǎng)絡(luò)同時(shí)測試了和每個(gè)天線段有關(guān)的器件，以便證實(shí)天線陣列在正常地工作。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將可看到，本發(fā)明可以以其它具體形式被體現(xiàn)而不背離本發(fā)明的精神和中心思想。因此，目前所揭示的實(shí)施例可被看作為在所有方面都是示意性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求來表示而不是由以上的描述來限制，而且在本發(fā)明的等價(jià)物的意義和范圍內(nèi)所作的所有改變也打算被包括在權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中所使用的天線陣列的發(fā)送的方法，所述天線陣列包括多個(gè)天線段，所述方法包括以下步驟把輸入信號輸入到每個(gè)天線段，一次一個(gè)天線段；測量由每個(gè)天線段發(fā)送的信號；從所述測量的信號形成對每個(gè)天線段的校正因子，以及用所述校正因子調(diào)整所述天線段的輸出。
2.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的發(fā)送的方法，其中所述校正因子調(diào)整天線段的輸出的相位。
3.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的發(fā)送的方法，其中所述校正因子調(diào)整天線段的輸出的幅度。
4.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的發(fā)送的方法，其中所述校正因子調(diào)整天線段的輸出的相位和幅度。
5.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的發(fā)送的方法，其中校正因子被加到在波束形成裝置和天線段之間的信號上。
6.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的發(fā)送的方法，其中校正因子數(shù)字地加到波束形成裝置。
7.用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中所使用的天線陣列的接收的方法，所述天線陣列包括多個(gè)天線段，所述方法包括以下步驟產(chǎn)生輸入信號；把所述輸入信號注入每個(gè)天線段；測量由每個(gè)天線段輸出的信號；通過比較注入信號和所述測量信號形成對每個(gè)天線段的校正信號；以及用所述校正因子調(diào)整所述天線段。
8.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的接收的方法，其中所述校正因子調(diào)整在每個(gè)天線段上所接收到的信號的相位。
9.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的接收的方法，其中所述校正因子調(diào)整在每個(gè)天線段上所接收到的信號的幅度。
10.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的接收的方法，其中所述校正因子調(diào)整在每個(gè)天線段上所接收到的信號的相位和幅度。
11.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的接收的方法，其中校正因子被加到在波束形成裝置和天線段之間的信號上。
12.按照權(quán)利要求1的用于校正天線陣列的接收的方法，其中校正因子數(shù)字地加到波束形成裝置。
13.用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中所使用的天線陣列的發(fā)送的系統(tǒng)，所述天線陣列包括多個(gè)天線段，所述系統(tǒng)包括用于把輸入信號輸入到每個(gè)天線段一次一個(gè)天線段的裝置；用于測量由每個(gè)天線段發(fā)送的信號的裝置；用于從所述測量的信號形成對每個(gè)天線段的校正因子的裝置；以及用于用所述校正因子調(diào)整所述天線段的輸出的裝置。
14.按照權(quán)利要求13的用于校正天線陣列的發(fā)送的系統(tǒng)，其中所述校正因子調(diào)整天線段的輸出的相位。
15.按照權(quán)利要求13的用于校正天線陣列的發(fā)送的系統(tǒng)，其中所述校正因子調(diào)整天線段的輸出的幅度。
16.按照權(quán)利要求13的用于校正天線陣列的發(fā)送的系統(tǒng)，其中所述校正因子調(diào)整天線段的輸出的相位和幅度。
17.按照權(quán)利要求13的用于校正天線陣列的發(fā)送的系統(tǒng)，其中校正因子被加到在波束形成裝置和天線段之間的信號上。
18.按照權(quán)利要求13的用于校正天線陣列的發(fā)送的系統(tǒng)，其中校正因子數(shù)字地加到波束形成裝置。
19.用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中所使用的天線陣列的接收的系統(tǒng)，所述天線包括多個(gè)天線段，所述系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生輸入信號的裝置；用于把所述輸入信號注入每個(gè)天線段的裝置；用于測量由每個(gè)天線段輸出的信號的裝置；用于通過比較注入信號和所述測量信號形成對每個(gè)天線段的校正信號的裝置；以及用于用所述校正因子調(diào)整所述天線段的裝置。
20.按照權(quán)利要求19的用于校正天線陣列的接收的系統(tǒng)，其中所述校正因子調(diào)整在每個(gè)天線段上所接收到的信號的相位。
21.按照權(quán)利要求19的用于技正天線陣列的接收的系統(tǒng)。其中所述校正因子調(diào)整在每個(gè)天線段上所接收到的信號的幅度。
22.按照權(quán)利要求19的用于校正天線陣列的接收的系統(tǒng)，其中所述校正因子調(diào)整在每個(gè)天線段上所接收到的信號的相位和幅度。
23.按照權(quán)利要求19的用于校正天線陣列的接收的系統(tǒng)，其中校正因子被加到在波束形成裝置和天線段之間的信號上。
24.按照權(quán)利要求19的用于校正天線陣列的接收的系統(tǒng)，其中校正因子數(shù)字地加到波束形成裝置。
全文摘要
本文揭示了用于校正在移動(dòng)無線通信系統(tǒng)中所使用的天線陣列的發(fā)送的方法和設(shè)備，以提高天線波束的波束形狀和方向的精度。首先，把輸入信號輸入到每個(gè)天線段，一次一個(gè)天線段，然后由每個(gè)天線段發(fā)送的信號被測量，且對每個(gè)天線段可形成校正因子。然后通過使用校正因子調(diào)整天線段以便確保每段都被正確地校正。
文檔編號G01S7/02GK1150499SQ95193418
公開日1997年5月21日 申請日期1995年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月3日
發(fā)明者B·G·約翰尼森, U·福森 申請人:艾利森電話股份有限公司