智能天线校正技术(交流)

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1、智能天线校正技术1.引言在实际阵列天线系统中，阵列各支路间存在有两种误差:非时变误差和时变误差。非时变误差包括由阵列排布引起的如阵元几何位置差异、阵元间的互耦效应、天线方向图差异、各阵元间馈线差异等带来的误差。时变误差是指阵列各射频通道随温度而变化的放大器相位和增益差异、混频器等器件的老化、滤波器时延、幅频相频特性失真、正交调制解调器哎不平衡等引起的频率响应不一致所带来的误差.这样，真实的阵列流型与理想的有较大差异，而许多波束形成算法的性能与阵列流型紧密相关，阵列流型的误差将会影响零点的位置和陷零的深度。从而降低了算法的性能，将引起波束形状和功率控制精度的变化而降低系统容量、影响

2、系统性能。因此阵列误差的校正问题是智能天线实现中需要解决的关键技术之一。实际阵列误差一般都比较复杂，有的误差可以用少量参数来进行描述，如各阵元射频通道间幅相误差，天线阵的阵元位置误差等，而有些误差则难以用几个参数来进行描述，如方向图误差等。对于可以参数化描述的误差，用误差校正方法可以取得良好的效果，而难以用参数进行描述的误差，一般需要从提高算法对误差的稳健性或通过测量各个方向的阵列流形来解决。通过检测和校正射频通道间的误差可使智能天线有效地控制波束方向和形状，实现智能发射和智能接收。智能天线两种误差可分两步分别校正，非时变误差采用离线校正方法，时变误差采用在线校正方法。通道误差校

3、正的实质是跟踪和补偿通道幅相特性，减少通道间相对误差，满足上、下行波束形成算法控制精度要求。在线校正的基本思想是当校正信道性能满足于3GPP对应协议要求前提下，通过跟踪和补偿使阵列通道的幅频、相频特性相对于校正信道的幅相特性而趋于一致。目前通道时变误差的在线校正有三种方法:注入参考信号校正方法、无线馈入校正方法和盲校正方法。前两种方法都是把校正单元作为一个“UE”用户，在基带通过将接收和发射的已知标准信号和解调输出的标准信号相比较得到误差信号并进行补偿，不同之处在于校正信号馈入的方法。注入参考信号校正方法是通过馈线将校正信号与阵列天线的射频前端连接，无线馈入校正方法是通过校正单元

4、的检测天线(安置于阵列天线中央且与其不在同一截面)从空间馈入到阵列天线，因此在线校正的范围扩大到天馈。盲校正是把阵元天线在上行链路(或下行链路)接收到(或发射)的信号的合成作为参考信号通过校正信道解调后再与阵列上行通道解调输出(或下行要发出)信号的合成比较得出合成误差信号，并利用NLMS算法更新校正权值来跟踪和补偿误差，不需要其他附加的参考信号。如前所述，通道时变误差是智能天线系统校正的关键。阵元射频通道的校正从技术概念上来讲应做三个方面的工作:1）校正检测信号的馈入设计;2）校正检测电路模块的设计;3）校正基带板对通道误差信号的分离、校正权值计算及输出等的设计。不同的校正方法对

5、应检测电路模块硬件的设计有所区别。智能天线基本的校正参数检测单元的组成及其在智能天线NodeB中所处位置如图1所示。图1校正参数检测单元在智能天线NODE-B中所处位置示意图由于无线通信的特殊性，有效的校正算法应能跟踪和补偿通道时变误差，这正是在线校正的优点。智能天线校正参数检测单元完成对各阵元射频通道间幅相不平衡的检测，并向智能天线基带提供其误差校正和补偿信息。因此，在线校正系统工作要与智能天线系统并行工作，并且不影响系统性能、不降低系统容量，硬件复杂度较低且易于实现;在系统初始使用以及以后的工作中，校正系统都能够校正阵列误差;在整个工作频宽范围内都能够达到所要求的校正精度;校

6、正电路具有保护和告等装置。下面分别描述注入参考信号的校正方法、无线馈入信号的校正方法和盲校正方法。2．注入参考信号的校正方法(一)一种注入参考信号的下行通道误差校正原理方框如图2所示。这种方法实时校正过程占用一个用户资源。下行通道由于将发射的己知信号作为参考基准信号，通过向通道分时发送、选择接收后与参考基准信号比较，就可以得到下行通道幅相误差信号并进行误差校正。其过程原理是下行信号通过定向耦合器引入到射频切换组合电路经下变频、基带处理和滤波后再与参考基准信号比较得到通道幅相误差，并在基带进行校正。该校正方法须事先测量耦合器、馈线的误差并补偿。图2注入参考信号校正方法的下行链路校正

7、原理框图图3为一种注入参考信号校正方法的上行链路校正原理框图，把一个RF信号产生器与一个分路器相连，分路器的多个输出分别送到阵元的射频前端双向耦合器的RTE端。理想情况，多个有相同幅度、初相的信号被输入阵列的各条支路。这种方法是以信号产生器的输出作为参考，用NLMS算法进行校正的。在实际应用中，分路器的多个输出通道的相位响应有几度的差异，所以要想准确估计阵列硬件所带来的幅相响应，必须要先测出分路器各输出口的相位差。校正过程分两步，先校正分路器误差，再校正阵元通道幅相误差。图3注入