[发明专利]校准相位阵列天线的射频路径

说明书

技术领域

本发明大体上涉及通信系统，更具体地涉及无线通信系统。

背景技术

无线通信系统典型地包括基站，用于提供无线连接以覆盖诸如小区或小区的扇区之类的地理区域。基站通过空中接口与小区或扇区内的移动单元进行通信。空中接口支持从基站至移动单元的下行链路(或前向链路)通信以及从移动单元至基站的上行链路(或后向链路)通信。上行链路和下行链路通信使用相应的上行链路和下行链路信道，上行链路和下行链路信道可以通过使用载波频率、调制、编码、频率/时间复用、多天线技术或其组合来实现。用于定义上行链路和/或下行链路信道的标准和协议的示例包括时分多址(TDMA)、频分多址(FDMA)、多输入多输出(MIMO)、码分多址(CDMA)、正交频分多址(OFDMA)、空分多址(SDMA)、单载波频分多址(SC-FDMA)等。

天线阵列可以用于使波束转向前向链路中的目标移动台，并控制由基站所服务的扇区的覆盖区域。例如，包括紧密分隔的天线的相位阵列系统可以用于控制天线阵列的波束宽度(例如，波束成形)并控制天线主瓣的指向方向(例如，波束方向控制)。基站可以使用天线阵列来使前向链路业务信号的波束转向扇区中的目标移动台，从而降低发射功率并且提高其扇区以及相邻扇区中的整体同信道干扰水平。在使用波束方向控制来使包含业务信息在内的各个窄波束定向至不同的移动台时，来自基站的公共广播信道由扇区内的所有移动台同时接收，并且必须具有比各个业务波束更宽的波束宽度，以便覆盖整个扇区覆盖区域。公共广播信道的波束是固定的，并且指向扇区的中心线。

天线阵列发射的公共广播信道的波束宽度通常比阵列中的任何单个天线的波束宽度更窄。例如，在具有半波长天线间隔的天线阵列中，垂直极化天线的波束宽度为大约110°，而横向极化天线的波束宽度为大约90°然而，针对配置有三页小区布局的三扇区基站，希望的扇区波束宽度典型地为65°。尽管具有65°波束宽度的单个天线已经商业化，但是，在紧密间隔的天线阵列中难以实现波束宽度这么小的天线。为了使用紧密间隔的天线阵列来实现公共广播信道的希望扇区波束宽度，需要通过波束成形，使用两个或多个天线来使公共广播信道变窄。这还有助于在功率放大器之间共享公共信道的发射功率。总而言之，针对从基站到移动台的传输，存在两种类型的波束成形：(1)包含业务和移动台专用信息在内的转向目标移动台的单个窄波束，(2)包含公共广播信道在内的指向扇区的中心线以覆盖在扇区覆盖内的所有移动台的较宽的扇区宽度的固定波束。

为了使用紧密间隔的多天线来形成波束，需要进行校准以使幅度和相位在无线电装置和天线之间的路径中的所有天线分支之间相等。由来自无线电装置的数字信号之间的相位差确定天线阵列的出射角度。通常在无线电装置中通过使用校准信号来测量适当路径中的幅度和相位差来数字地执行校准。然后可以将校准系数或权重应用于接收或发射信号，以补偿路径差。在更一般的频分双工(FDD)系统中，前向和反向链路中的载波频率是不同的。因此，必须以不同的频率在前向链路和反向链路中执行分离的校准。然而，在时分双工(TDD)系统中，前向链路和反向链路通过占用不同的时隙而共享相同的载波频率。理想地，按照互易性，天线处的前向链路增益和无线电接收机处的反向链路增益是彼此互为倒数的。如果无线电装置对反向链路中从移动台接收的信号的幅度和相位进行估计，则该幅度和相位等于接收信号的倒数。

在实际实现中，放大器的相位响应可以根据不同单元而变化，并且变化也可以是频率相关的。由于针对接收(低噪声放大器)和发射(功率放大器)路径使用分离的放大器，因此互易性并不针对所有分支都成立。因此，需要在所有分支之间校准发射/接收放大器环路。该校准可以实现针对移动台的业务信号的适当波束方向控制。互易性针对主要包括接地设备与塔台顶部的天线之间的RF缆线在内的从放大器到天线的部分仍然成立。因此，针对TDD系统中的业务信号，不需要针对该RF缆线部分的校准。然而，如果需要固定波束成形以发射公共广播信道，则需要RF缆线部分的校准。出射角度通常在视轴处或0°。