[发明专利]对接收和/或发射系统进行校准的方法及相应的移动台

说明书

发明领域是空分多址(Space Division Multiple Access，缩写为SDMA)数字蜂窝式移动无线系统所涉及的领域。

上述这种移动无线系统的每个基站都包括一个有源天线阵列(亦称之为“有源天线板”)。这个天线阵列在诸移动台的方向上动态地并电子化地产生了一些接收和/或发射波束(或称之为锥形波束(pencil beams))，上述移动台存在于与该基站有关的小区中。因而有源天线阵列增加了定向增益，并且代替了以前在常规移动无线系统的基站中所使用的单个天线(或者分集式系统(diversity system)的两个天线)。

有源天线阵列中的每付天线，当它用于接收时，由接收系统来驱动它；当它用于发射时，由发射系统来驱动它。请注意，如果该阵列的同一天线同时受到发射系统和接收系统的驱动，那么该天线可以同时用于发射和接收。

更准确地讲，本发明涉及一种对驱动上述这种有源天线阵列的诸接收和/或发射系统进行校准(calibration)的方法。

下文首先针对诸发射系统，然后针对诸接收系统来解释这种校准的必要性。

使用有源发射天线阵列的先决条件是执行两个步骤，即：对所跟踪的诸移动台的方向进行捕获和跟踪，并在欲求方向或诸方向上产生诸波束。通过处理在有源天线阵列接收到的信号来实施捕获和跟踪步骤。波束产生步骤包括：计算诸发射系统的输出端所需的相对幅度和相位，利用与产生所需波束相同的方式，驱动该阵列的有源天线中的每一个。

诸发射系统的最佳实施例包括在基带中即在射频变换、滤波和放大操作之前应用移相和衰减。不幸的是，在这些操作期间，会出现相位旋转(phaserotation)以及增益或衰减不完全处于控制之下的情况。此外，各自驱动着一个独立的天线的两个发射系统的传输功能不需要是相同的。两个发射系统之间的差别可以由不同的电缆长度、不同的放大器增益(并且增益随温度而变化)、诸放大器的幅度/相位(AM-PM)响应等因素造成。因此，在发射系统的输出端(即该阵列的诸天线处)基带相位和幅度关系下降，这就降低了波束形成(beam formation)的质量。

必须对每个发射系统带来的相位旋转进行估算，以便能够补偿该相位旋转。这种估算就是所谓的“发射系统校准”。在常规方式下，相对有规律地实施校准(例如每小时、每天或每周几次)。开环校准过程是不可行的，并且需要测量实际辐射的区域。

目前的解决方案是在覆盖区域内布设大量的转发器(transponder)(远程校准接收机)。专用于这种校准功能并且位于某一固定位置的每个转发器，确定本地接收的区域电平(field level)。这一当前的解决方案的主要缺点是成本昂贵，这是因为使用永久的测试设备需要安装、维护和后勤保障。

在接收系统方面，问题大致是同样的。当使用有源接收天线时，由该有源天线阵列接收的信号的相对相位，在到达各种接收系统的下一级(downstream)的探测器之前被丢失了。这是因为在到达相应的探测器之前，到达该阵列的诸天线之一的无线信号经过了该天线接收系统的各种部件(诸滤波器、放大器、电缆、连接器等)。换句话说，沿着接收路径(亦称之为“数据通路”)传输时，该信号的相位被改变了。这个相位旋转值慢慢改变(例如由于温度变化)，并且从一个接收系统到另一个接收系统，该相位旋转值是不同的。

正如上文已经解释的那样，所估算的诸信号的到达角度(arrival angle)的精度以及波束形成的质量取决于该阵列的诸天线之间的相对相位。在每个接收系统中导出的相位旋转必须被估算，以使它能够被补偿。这被称为“接收系统校准”。

当前解决接收系统校准问题的方案包括使用专用于这种校准功能并且专用于此区域中某一固定位置的远程校准发射机。这个位置必须与有源天线阵列离开相当大的距离(对于处在蜂窝式系统频率上的链路至少为100米)，以便平面波达到该有源天线阵列。远程校准天线发射机的方位角是已知的，有可能确定各接收系统之间的相位差，从而确定所实施的校准(即，所施加的补偿)，以修正所估算的到达角度和波束形成。

这个当前的解决办法效果良好，但是使用专用于这个用途并且专用于该区域的一个固定位置的远程校准发射机有很多缺点，这些缺点包括：增加了维护费用，需要找到并装备一个供远程校准发射机使用的站点，并且需要专门的发射装置来控制远程校准发射机。

本发明的一个目的是克服现有技术的这些缺点。