專利名稱：移動通信系統(tǒng)中用于校準接收信號的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及移動通信系統(tǒng)，尤其涉及智能天線系統(tǒng)中用于校準接收信號的裝置和方法。
背景技術：
移動通信系統(tǒng)的性能和容量基本受無線電波信道特性所控制，比如在小區(qū)間或小區(qū)內產生的相同信道干擾、路徑衰減、多徑衰落、信號延遲、多普勒頻譜以及靜區(qū)現象。
目前，為了克服性能和容量上的限制，移動通信系統(tǒng)應用了多種技術，包括功率控制、信道編碼、雷克接收、分集天線、小區(qū)扇區(qū)化、分頻、擴頻以及類似補償技術。然而，隨著移動通信服務逐漸變得多樣化，對這些服務的需求也大大增加。因此考慮到會逐漸難以僅僅用現有的技術來滿足對移動通信系統(tǒng)的高性能和高容量的日益增加的需求。
此外，與現有的蜂窩電話和個人便攜式通信相比，21世紀的移動通信系統(tǒng)會提供要求高質量和更大容量的多媒體通信服務，即使對于音調品質而言，也會要求這些系統(tǒng)提供高質量的語音服務，該語音服務至少要與有線通信內的音調質量一樣好。同樣，在其中混合各種服務信號的混合小區(qū)環(huán)境中，21世紀的移動通信系統(tǒng)將必須減少由于傳輸功率和傳輸帶寬相對較大的高速數據所引起的強干擾信號的效應。移動通信系統(tǒng)還必須在所謂熱點或靜區(qū)內提供令人滿意的服務。
為了克服由于干擾信號及其他信道特性所引起的性能降級，已經使用了智能天線，并將其評估為預期的廣泛用于商業(yè)系統(tǒng)的核心技術。
不像由兩根現有分集天線耦合多徑信號的情況，在智能天線系統(tǒng)中，使用了具有多個天線傳感器的陣天線，其中以特定的間隔排列傳感器，并且使用了基帶內的高級高性能數字信號處理。智能天線通過向移動通信系統(tǒng)添加了空間處理能量而增加了設計自由度，從而改進了系統(tǒng)的總性能。也就是，智能天線把定向波束而不是全方向波束僅發(fā)送到受影響的訂戶，使工作在一個扇區(qū)內的所有訂戶的信號間干擾最小。這導致通信質量和系統(tǒng)信道容量的提高。
當使用相關技術的智能天線系統(tǒng)進行通信時，接收機計算信號處理內所需的加權向量，并且根據接收到的信號提取信道的特定參數，比如到達方向(DOA)等等。如果各天線的特性不同，則信號處理的準確性降級。因此執(zhí)行用于維持各接收機的特性的校準方法。
通常，有兩種相關技術校準方法。一種使用參考路徑，而另一種使用了本地產生的參考信號。在使用參考路徑的方法中，接收信號通過參考路徑一個和將要被校準的陣列。然后，通過使用通過參考路徑的信號作為參考，使用諸如LMS(最小均方)或NLMS(標準化的LMS)這樣的算法可以獲得用于校準陣列的值。
LMS是自適應濾波的代表性算法，并且類似于由Widrow開發(fā)的自適應濾波器系數算法。但是不像Widrow濾波器，在LMS中，均方誤差(MSE)沒有二維向量，因此LMS表現出在簡化算法結構和計算數據處理速度時的極佳性能。
NLMS是根據多個自適應濾波器執(zhí)行的算法，尤其控制了影響自適應濾波器的收斂速度和穩(wěn)定性的收斂常數，然后通過控制影響自適應濾波器系數的快速收斂的收斂常數而規(guī)劃了系統(tǒng)內的最佳濾波器，以便克服由于固定收斂常數而產生的系統(tǒng)降級。同樣，NLMS是一種方法的代表性算法，其中在每次取樣中，用重復計算的輸入信號的功率把收斂常數改變?yōu)橐贿m當值。
通過使用算法和參考路徑的方法，陣列的輸出與參考RF(射頻)的輸出維持相同。然而，這種方法的缺點是參考信號不穩(wěn)定。
圖1a和1b說明了一種校準過程，其中使用本地產生的信號作為參考信號。參照圖1a，為了產生參考信號，把RRF傳輸塊10定位在陣列外。從RF塊產生的輸出被輸入到分離器20內。輸出通過分離器并被分成幾個信號(1:N)。然后把經分割的信號輸入到陣列30的各個部分。
如果使用了理想分離器，則每個所分割的信號的大小和相位需要相同。因而，如果忽略了分離器的誤差，由于把相同的信號輸入到陣列中，因此很容易發(fā)現并校準在陣列處產生的誤差。
實際分離器不同于理想分離器，因此從分離器輸出的信號具有彼此不同的大小和相位。也就是，當在已經通過RF塊10和分離器20把信號輸入到陣列30中后測量從陣列30輸出的信號時，分離器和陣列的固有誤差在輸出信號中混合，因此不能校準陣列30的誤差。
為了正確地校準陣列的誤差，首先需要校準分離器的誤差。因此，如圖1b所示，對陣列輸出進行測量的過程需要執(zhí)行兩次；也就是，測量陣列的輸出，然后再次測量一根線變化后的陣列輸出。
通過測量輸出的兩次執(zhí)行的過程，檢測并校準了分離器的固有誤差，然后校準了接收機的誤差，從而維持了陣列的相同特性。
在上述的智能天線系統(tǒng)校準過程中，使用參考路徑的方法有缺點，因此參考信號自身不穩(wěn)定。因而，難以執(zhí)行準確的校準。同樣，使用本地產生的參考路徑的方法也有缺點，因為為了校準當信號通過分離器時產生的誤差，需要執(zhí)行兩次復雜的測量過程。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是至少解決相關技術的一個或多個問題并且/或者至少實現下列優(yōu)點之一。
本發(fā)明另一目的是提供用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的裝置和方法，所述校準通過對陣天線內各天線的RF路徑的不同特性進行校準，從而改進了整個系統(tǒng)的性能。
為了實現這些及其他優(yōu)點，并且按照這里包含且寬泛描述的發(fā)明目的，提供了用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的裝置，按照本發(fā)明一實施例的該裝置包括參考信號發(fā)生單元，用于通過校準本地產生的信號的相位而輸出具有相同相位的多個參考信號；以及陣天線單元，用于通過使用多個參考信號以及校準各條陣天線路徑的失真，從而通過多條接收路徑接收無線電信號。
參考信號發(fā)生單元最好包括本地參考信號發(fā)生器，用于本地地產生參考信號；RF轉換器，用于把參考信號轉化成RF信號；分離器，用于把RF信號分成與天線一樣多的數目；鑒相器，用于檢測經分割的信號的相位信息；以及移相器，用于按照相位信息均勻地控制經分割的信號的相位。
天線單元最好包括用于接收無線電信號的多根天線；前端部分，用于接收從參考信號發(fā)生單元輸出的參考信號以及天線處接收到的無線電信號；RF發(fā)射機，用于把基帶信號轉換成RF信號并發(fā)射到前端部分；RF接收機，用于通過前端部分把輸入到其中的RF信號轉換成基帶信號；以及基帶處理器，用于接收基帶信號并校準接收到的基帶信號。
按照另一實施例，用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的方法包括通過校準本地產生的信號的相位而輸出多個具有相同相位的參考信號；通過使用多個參考信號并把接收到的無線電信號轉換成基帶信號，從而通過多條天線路徑接收無線電信號；以及校準基帶信號。
校準基帶信號最好包括把通過一條天線路徑接收到的無線電信號設為參考；以及把通過其它天線路徑輸入的無線電信號與被設為參考的無線電信號的校準向量相乘。
本發(fā)明還可以包括從檢測到的相位信息中計算共軛復數的過程，以及用于計算共軛復數的共軛復數計算器。
本發(fā)明的附加優(yōu)點、目的和特征將部分在以下的描述中提出，部分將在本領域普通技術人員查閱了下文中變得明顯，或者從本發(fā)明的實踐中得知。本發(fā)明的目的和優(yōu)點可以像在所附權利要求中特別指出的那樣實現或達到。


圖1是說明使用本地產生的信號作為參考信號的相關技術校準方法的視圖。
圖2是說明按照本發(fā)明一實施例，用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的裝置內部結構的視圖。
圖3是說明按照本發(fā)明一實施例，用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的方法過程的視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明最好在智能天線系統(tǒng)中實現，然而本發(fā)明也可以在其它移動通信系統(tǒng)中實現，包括其中使用陣天線發(fā)送并接收信號的任一系統(tǒng)。
圖2是說明按照本發(fā)明一實施例，用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的裝置內部結構的視圖。該裝置包括參考信號發(fā)生單元100和陣天線單元110。
參考信號發(fā)生單元100包括本地參考信號發(fā)生器101，用于產生校準所用的的參考信號；RF轉換器102，用于把參考信號轉化成RF信號；分離器103，用于把RF信號最好分成與天線一樣多的數目；鑒相器104，用于檢測經分割的信號的相位信息；以及移相器105，用于按照相位信息均勻地控制經分割的信號的相位。參考信號發(fā)生單元100還包括共軛復數計算器106，用于按照所檢測的相位信息對信號的共軛復數進行計算。
本地參考信號發(fā)生器101產生用于校準智能天線系統(tǒng)的參考信號，RF轉換器102把在本地參考信號發(fā)生器101處產生的基帶信號轉換成實際的RF信號。
分離器103把從RF轉換器102輸出的RF信號分成與天線一樣多的數目。也就是，在其中使用N根天線的系統(tǒng)中，通過使用1N分離器把RF信號分成N個信號。
鑒相器104檢測從分離器103輸出的RF信號的相位，并且使移相器105按照所檢測的相位信息均勻地控制信號的相位。
在鑒相器104檢測到信號的相位之后，共軛復數計算器106計算信號的共軛復數，以便控制信號所檢測的相位。但是，共軛復數計算器106的使用是選擇性的。因此，如果從分離器103輸出的信號的相位相同，而無須計算共軛復數，那么就不需要共軛復數計算器106。這里，共軛復數是如果信號為1+2i，則信號的共軛復數成為1+2i＝1-2i，并被稱為“拔(bar)”。
移相器105均勻地控制信號的相位。移相器105使用從上述鑒相器104檢測到的相位信息均勻地控制相位，或者通過把RF信號與共軛復數計算器106所獲得的共軛復數相乘而均勻地控制相位。無論使用哪種方法，移相器105校準當信號通過分離器103時產生的相位誤差，并且把具有相同相位的參考信號輸入到前端部分112中。
在按照本發(fā)明的參考信號發(fā)生單元處產生的各個RF信號被輸入到與各天線111相連的前端部分，具有相同的相位，并且通過RF接收機(RF Rx)114進入基帶處理器115。
在相關技術方法中，由于通過分離器的參考信號彼此不同，因此測量過程執(zhí)行了兩次。但是在本發(fā)明中，把相同的參考信號輸入陣天線單元110，從而簡單地執(zhí)行了校準。這里，陣天線單元被視為一個塊，包括天線111、前端部分112、RF發(fā)射機(RF Tx)113、RF Rx 114以及基帶處理器115，它們在圖2的右側被說明。
RF RX 114把已經通過陣天線單元的前端部分112輸入的參考信號轉換成基帶信號?；鶐幚砥?15接收該基帶信號并執(zhí)行校準以使接收特性相同。
圖3是說明按照本發(fā)明一實施例，用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的方法的過程流程圖。當在基站處開始接收時，從參考信號發(fā)生器產生用于校準接收信號的參考信號(S10)。然后，把所產生的參考信號輸入到RF轉換器，并把輸入的參考信號轉換成要輸出的RF信號(S20)。此后，把輸出RF信號輸入到分離器，并把RF信號分成與天線一樣多的數目(S30)。同時，發(fā)生從分離器輸出的信號的大小和相位彼此不同的誤差。
為了首先校準誤差，檢測已經從分離器輸出的RF信號的相位信息(S40)。通過使用該相位信息，執(zhí)行了用于均勻控制信號相位的移相(S50)。在執(zhí)行移相之前，可以選擇性地添加根據相位信息計算共軛復數的過程(S45)。同時，通過把RF信號與在過程(S45)中獲得的共軛復數相乘而執(zhí)行均勻控制信號相位的移相。
經過上述過程的信號通過前端部分被輸入RF接收機，并被轉換成基帶信號(S60)。同時，經歷了移相的所有信號都相同。因此理論上，由接收機轉換的基帶信號也應該相同。但是，由于各RF接收機的接收特性彼此不同，因此實際輸出的基帶信號也彼此不同。因而，需要執(zhí)行使接收特性相同的校準。為了校準各天線的輸出，把校準向量與基帶信號相乘，從而使各天線的輸出與參考天線的輸出相同(S70)。
現在將描述通過把基帶信號與校準向量相乘而校準天線輸出的方法，假定有四個RF Rx(在圖2中說明了兩個RF Rx)。如果有四個RF Rx，那么有四個基帶信號，例如四個基帶信號a、b、c、d。當把一根特定的天線指定為用于校準的參考天線時，(例如當把“a”指定為參考天線并把對應于該參考天線的基帶信號稱之為“a”時)，用于校準各天線的輸出的校準向量變成[1，a/b，a/c，a/d]。下面給出原始信號乘以該校準向量的表達式abcd·1a/ba/ca/d=aaaa]]>因而，各天線的輸出變得與參考天線的輸出(a)相同。這通過把基帶信號與校準向量相乘而實現，從而陣天線接收部分(RF Rx)的接收特性可以維持相同。
如上所述，按照本發(fā)明用于在移動通信系統(tǒng)中校準接收信號的裝置和方法省去了用于校準誤差的復雜的測量過程，而同時仍在智能天線的校準過程中使用了本地產生的參考信號，并且校準通過分離器的信號的誤差以產生相同的參考信號，從而簡化了對陣天線各接收機的校準。
由于本發(fā)明可以包括在幾種形式中而不背離其精神或基本特性，因此應該理解，上述實施例不限于上述描述的任何細節(jié)，除非特別指明，而應被寬泛地理解為在所附權利要求定義的精神和范圍內，因此所附權利要求應該包括落在本發(fā)明界限或者這種界限等價形式中的所有變化和修改。
上述實施例和優(yōu)點僅僅是示例性的，而不應被視為限制本發(fā)明。本發(fā)明的原理可以容易地應用于其它裝置類型。本發(fā)明的描述是說明性的，而不是限制權利要求的范圍。許多替代、修改和變化對于本領域的技術人員來說都是顯而易見的。在權利要求中，用裝置加功能的條款來覆蓋這里描述的執(zhí)行所述功能的結構，不僅包括結構等價物，還包括等價的結構。
權利要求
1.一種用于在移動通信系統(tǒng)中對陣天線的接收信號進行校準的裝置，包括參考信號發(fā)生器，用于通過校準本地產生的信號的相位而輸出多個具有相同相位的參考信號；以及天線陣，用于由多個參考信號通過多條天線路徑接收無線電信號，并且校準各陣天線路徑的失真。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述參考信號發(fā)生單元包括本地參考信號發(fā)生器，用于本地地產生參考信號；RF轉換器，用于把參考信號轉換成RF信號；分離器，用于把RF信號分成與陣中的天線一樣多的數目；鑒相器，用于檢測經分割的信號的相位信息；以及移相器，用于根據相位信息均勻地控制經分割的信號的相位。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述參考信號發(fā)生器還包括共軛復數計算器。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述共軛復數計算器計算經分割的RF信號的共軛復數。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述天線陣包括用于接收無線電信號的多根天線；前端部分，用于接收從參考信號發(fā)生器輸出的參考信號以及由天線接收到的無線電信號；RF發(fā)射機，用于把基帶信號轉換成RF信號并把RF信號發(fā)射到前端部分；RF接收機，用于把RF信號轉換成基帶信號；以及基帶處理器，用于校準基帶信號。
6.如權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述基帶處理器把通過一條天線路徑接收到的無線電信號設為參考，并把通過其它天線路徑接收到的無線電信號與被設為參考的無線電信號的校準向量相乘，從而執(zhí)行校準。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述天線陣包括智能天線系統(tǒng)。
8.一種用于在移動通信系統(tǒng)中對陣天線的接收信號進行校準的方法，包括通過校準本地產生的信號的相位，而輸出多個具有相同相位的參考信號；通過使用多個參考信號的多條天線路徑接收無線電信號，并把無線電信號轉換成基帶信號；以及校準基帶信號。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述輸出多個參考信號包括本地地產生參考信號；把參考信號轉換成RF信號；把RF信號分成多個信號；檢測經分割的信號的相位信息；以及通過在檢測到相位信息后執(zhí)行移相而輸出具有相同相位的多個參考信號。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述輸出多個參考信號包括計算共軛復數。
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述分割RF信號包括把RF信號分成與天線一樣多的數目。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于，通過使用相位信息和共軛復數之一來校準信號的相位，從而執(zhí)行移相。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述使用共軛復數進行相位校準包括把各個經分割的RF信號與所述各信號的共軛復數相乘。
14.如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述校準基帶信號包括把通過一條天線路徑接收到的無線電信號設為參考；以及把通過其它天線路徑輸入的無線電信號與被設為參考的無線電信號的校準向量相乘。
全文摘要
一種用于在智能天線系統(tǒng)中校準接收信號的方法包括本地地產生參考信號，把參考信號轉換成RF信號，以及把RF信號分成與天線一樣多的數目。然后檢測經分割的RF信號的相位信息。接著通過執(zhí)行移相操作而輸出具有相同相位的多個參考信號，把RF信號轉換成基帶信號，以及通過把基帶信號與校準向量相乘而校準基帶信號。一種用于在智能天線系統(tǒng)中校準接收信號的裝置包括參考信號發(fā)生單元和陣天線單元。參考信號發(fā)生單元包括本地參考信號發(fā)生器、RF轉換器、分離器、鑒相器和移相器。陣天線單元包括天線、前端部分、RF發(fā)射機、RF接收機和基帶處理器。還可以包括計算共軛復數的過程以及共軛復數計算器。在該方法中，由于把相同的參考信號輸入陣天線單元，因此可以大大簡化校準過程。
文檔編號H04B7/10GK1543087SQ20041004220
公開日2004年11月3日 申請日期2004年4月21日 優(yōu)先權日2003年4月29日
發(fā)明者金永宰 申請人:Lg電子株式會社