智能天線校正技術(shù)交流

1、智能天線校正技術(shù)1. 引言在實(shí)際陣列天線系統(tǒng)中，陣列各支路間存在有兩種誤差:非時(shí)變誤差和時(shí)變誤差。非時(shí)變誤差包括由陣列排布引起的如陣元幾何位置差異、陣元間的互耦效應(yīng)、天線方向圖差異、各陣元間饋線差異等帶來的誤差。時(shí)變誤差是指陣列各射頻通道隨溫度而變化的放大器相位和增益差異、混頻器等器件的老化、濾波器時(shí)延、幅頻相頻特性失真、正交調(diào)制解調(diào)器哎不平衡等引起的頻率響應(yīng)不一致所帶來的誤差.這樣，真實(shí)的陣列流型與理想的有較大差異，而許多波束形成算法的性能與陣列流型緊密相關(guān)，陣列流型的誤差將會(huì)影響零點(diǎn)的位置和陷零的深度。從而降低了算法的性能，將引起波束形狀和功率控制精度的變化而降低系統(tǒng)容量、影響系統(tǒng)性能。因

2、此陣列誤差的校正問題是智能天線實(shí)現(xiàn)中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。實(shí)際陣列誤差一般都比較復(fù)雜，有的誤差可以用少量參數(shù)來進(jìn)行描述，如各陣元射頻通道間幅相誤差，天線陣的陣元位置誤差等，而有些誤差則難以用幾個(gè)參數(shù)來進(jìn)行描述，如方向圖誤差等。對(duì)于可以參數(shù)化描述的誤差，用誤差校正方法可以取得良好的效果，而難以用參數(shù)進(jìn)行描述的誤差，一般需要從提高算法對(duì)誤差的穩(wěn)健性或通過測(cè)量各個(gè)方向的陣列流形來解決。通過檢測(cè)和校正射頻通道間的誤差可使智能天線有效地控制波束方向和形狀，實(shí)現(xiàn)智能發(fā)射和智能接收。智能天線兩種誤差可分兩步分別校正，非時(shí)變誤差采用離線校正方法，時(shí)變誤差采用在線校正方法。通道誤差校正的實(shí)質(zhì)是跟蹤和補(bǔ)償通道幅

3、相特性，減少通道間相對(duì)誤差，滿足上、下行波束形成算法控制精度要求。在線校正的基本思想是當(dāng)校正信道性能滿足于3GPP對(duì)應(yīng)協(xié)議要求前提下，通過跟蹤和補(bǔ)償使陣列通道的幅頻、相頻特性相對(duì)于校正信道的幅相特性而趨于一致。目前通道時(shí)變誤差的在線校正有三種方法:注入?yún)⒖夹盘?hào)校正方法、無線饋入校正方法和盲校正方法。前兩種方法都是把校正單元作為一個(gè)“UE”用戶，在基帶通過將接收和發(fā)射的已知標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和解調(diào)輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)相比較得到誤差信號(hào)并進(jìn)行補(bǔ)償，不同之處在于校正信號(hào)饋入的方法。注入?yún)⒖夹盘?hào)校正方法是通過饋線將校正信號(hào)與陣列天線的射頻前端連接，無線饋入校正方法是通過校正單元的檢測(cè)天線(安置于陣列天線中央且與其不在

4、同一截面)從空間饋入到陣列天線，因此在線校正的范圍擴(kuò)大到天饋。盲校正是把陣元天線在上行鏈路(或下行鏈路)接收到(或發(fā)射)的信號(hào)的合成作為參考信號(hào)通過校正信道解調(diào)后再與陣列上行通道解調(diào)輸出(或下行要發(fā)出)信號(hào)的合成比較得出合成誤差信號(hào)，并利用NLMS算法更新校正權(quán)值來跟蹤和補(bǔ)償誤差，不需要其他附加的參考信號(hào)。如前所述，通道時(shí)變誤差是智能天線系統(tǒng)校正的關(guān)鍵。陣元射頻通道的校正從技術(shù)概念上來講應(yīng)做三個(gè)方面的工作:1）校正檢測(cè)信號(hào)的饋入設(shè)計(jì);2）校正檢測(cè)電路模塊的設(shè)計(jì);3）校正基帶板對(duì)通道誤差信號(hào)的分離、校正權(quán)值計(jì)算及輸出等的設(shè)計(jì)。不同的校正方法對(duì)應(yīng)檢測(cè)電路模塊硬件的設(shè)計(jì)有所區(qū)別。智能天線基本的校正參

5、數(shù)檢測(cè)單元的組成及其在智能天線NodeB中所處位置如圖1所示。圖1 校正參數(shù)檢測(cè)單元在智能天線NODE-B中所處位置示意圖由于無線通信的特殊性，有效的校正算法應(yīng)能跟蹤和補(bǔ)償通道時(shí)變誤差，這正是在線校正的優(yōu)點(diǎn)。智能天線校正參數(shù)檢測(cè)單元完成對(duì)各陣元射頻通道間幅相不平衡的檢測(cè)，并向智能天線基帶提供其誤差校正和補(bǔ)償信息。因此，在線校正系統(tǒng)工作要與智能天線系統(tǒng)并行工作，并且不影響系統(tǒng)性能、不降低系統(tǒng)容量，硬件復(fù)雜度較低且易于實(shí)現(xiàn);在系統(tǒng)初始使用以及以后的工作中，校正系統(tǒng)都能夠校正陣列誤差;在整個(gè)工作頻寬范圍內(nèi)都能夠達(dá)到所要求的校正精度;校正電路具有保護(hù)和告等裝置。下面分別描述注入?yún)⒖夹盘?hào)的校正方法、無線

6、饋入信號(hào)的校正方法和盲校正方法。2 注入?yún)⒖夹盘?hào)的校正方法(一)一種注入?yún)⒖夹盘?hào)的下行通道誤差校正原理方框如圖2 所示。這種方法實(shí)時(shí)校正過程占用一個(gè)用戶資源。下行通道由于將發(fā)射的己知信號(hào)作為參考基準(zhǔn)信號(hào)，通過向通道分時(shí)發(fā)送、選擇接收后與參考基準(zhǔn)信號(hào)比較，就可以得到下行通道幅相誤差信號(hào)并進(jìn)行誤差校正。 其過程原理是下行信號(hào)通過定向耦合器引入到射頻切換組合電路經(jīng)下變頻、基帶處理和濾波后再與參考基準(zhǔn)信號(hào)比較得到通道幅相誤差，并在基帶進(jìn)行校正。該校正方法須事先測(cè)量耦合器、饋線的誤差并補(bǔ)償。圖2 注入?yún)⒖夹盘?hào)校正方法的下行鏈路校正原理框圖圖3 為一種注入?yún)⒖夹盘?hào)校正方法的上行鏈路校正原理框圖，把一個(gè)RF

7、信號(hào)產(chǎn)生器與一個(gè)分路器相連，分路器的多個(gè)輸出分別送到陣元的射頻前端雙向耦合器的RTE端。理想情況，多個(gè)有相同幅度、初相的信號(hào)被輸入陣列的各條支路。這種方法是以信號(hào)產(chǎn)生器的輸出作為參考，用NLMS算法進(jìn)行校正的。在實(shí)際應(yīng)用中，分路器的多個(gè)輸出通道的相位響應(yīng)有幾度的差異，所以要想準(zhǔn)確估計(jì)陣列硬件所帶來的幅相響應(yīng)，必須要先測(cè)出分路器各輸出口的相位差。校正過程分兩步，先校正分路器誤差，再校正陣元通道幅相誤差。圖3 注入?yún)⒖夹盘?hào)校正方法的上行鏈路校正原理框圖3. 注入?yún)⒖夹盘?hào)的校正方法(二)如圖4 所示，收、發(fā)通道的校正檢測(cè)信號(hào)由12根饋線分別聯(lián)接到各天線單元支路RFE中雙向耦合器的RTE端口。校正檢測(cè)

8、電路模塊分三部分，包括RF switch部分、TxRx switch收發(fā)轉(zhuǎn)換部分、Rx檢測(cè)TX檢測(cè)等，其中，RF switch用于切換12 路檢測(cè)信號(hào);Tx Rx switch是收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)。圖4 第二種注入?yún)⒖夹盘?hào)的校正方法原理方框圖在基帶控制下，校正電路模塊被視為虛擬的“UE”用戶與智能天線通信而實(shí)施在線檢測(cè)校正，其中收、發(fā)通道分時(shí)檢測(cè)。上行校正時(shí)其發(fā)信頻率為射頻通道接收頻率，檢測(cè)電路模塊在基帶控制下可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地對(duì)收信機(jī)送出(通過耦合器)檢測(cè)信號(hào)，各通道摸擬I, Q解調(diào)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換復(fù)用后進(jìn)入基帶，基帶接收機(jī)分離出各支路測(cè)試信號(hào)的幅度和相位信息，比較其不平衡度，再得出模擬通道的誤差信息，在基帶

9、以此誤差信號(hào)進(jìn)行校正。下行校正時(shí)系統(tǒng)控制部分通過智能天線發(fā)射通道產(chǎn)生一個(gè)對(duì)虛擬用戶的下行測(cè)試信號(hào)，經(jīng)禍合器RTE口取出送入校正檢測(cè)收信機(jī)，由檢測(cè)收信機(jī)和校正基帶板完成誤差的檢測(cè)并輸出給基帶進(jìn)行校正。誤差檢測(cè)分兩部分，即各天線單元支路收信通道檢測(cè)和發(fā)信通道檢測(cè)，校正檢測(cè)電路模塊硬件設(shè)計(jì)依照3G TS25A04和30 TS25.141的有關(guān)規(guī)定。4無線饋入校正方法圖5 無線饋入校正參數(shù)檢測(cè)單元在智能天線NODE-B的位置如圖5所示，校正參數(shù)檢測(cè)單元是一個(gè)專用收發(fā)設(shè)備，作為近端移動(dòng)用戶，采用全方向性天線，受基帶控制完成檢測(cè)信號(hào)的發(fā)射和接收。三扇區(qū)直線陣或園環(huán)陣的中央安置校正參數(shù)檢測(cè)單元的檢測(cè)天線。檢

10、測(cè)天線與陣列天線單元間因空間位置布局引起的初始相位是已知的。檢測(cè)天線到園環(huán)陣列各天線單元的距離相等，與三扇區(qū)直線陣列各天線的距離分為相等的幾組，根據(jù)相對(duì)位置可求得各天線的初始相位。上行通道的誤差檢測(cè)同時(shí)進(jìn)行，下行則分時(shí)進(jìn)行，校正及其過程控制原理與圖4中注入?yún)⒖夹盘?hào)的校正方法(二)相同。這種方法校正電路與智能天線射頻通道完全實(shí)現(xiàn)硬件分離:校正誤差的空間延伸止天饋系統(tǒng)，但校正檢測(cè)信號(hào)收、發(fā)天線與陣列天線的信號(hào)禍合設(shè)計(jì)難度較大。5 盲校正方法盲校正方法把陣元天線在上行鏈路(或下行鏈路)接收到(或發(fā)射)的信號(hào)合成作為參考信號(hào)，不僅參考信號(hào)不會(huì)對(duì)用戶產(chǎn)生干擾，而且校正單元相對(duì)簡(jiǎn)單。它利用NLMS算法的快

11、收斂性使該方法能夠跟蹤幅頻誤差的變化，而且適用于上行、下行鏈路。盲校正方法硬件電路由三個(gè)部分組成，即上下行信號(hào)饋入及合成、校正接收檢測(cè)、校正基帶處理(權(quán)值分離與控制)。圖5上半部為智能天線射頻通道及收發(fā)層接口和基帶部分，下半部為校正參數(shù)檢測(cè)單元部分，接口分為射頻和數(shù)字接口。其中，上行校正數(shù)字信號(hào)從收發(fā)層接口板上行輸出口引入，產(chǎn)生的權(quán)值輸出給基帶，下行校正處理串在下行與TRIF數(shù)字接口中間。圖6 盲校正方法硬件組成框圖6TD-SCDMA基站通道天線校正的設(shè)計(jì)TD-SCDMA智能基站的陣列結(jié)構(gòu)包括直線陣和園環(huán)陣。陣列通道誤差可分為非時(shí)變誤差(無源器件如天線，饋線、腔體濾波器、耦合網(wǎng)絡(luò)等引起的誤差)

12、和時(shí)變誤差(TPA和RFU中有源器件等引起的誤差)，通道校正包括對(duì)通道相對(duì)誤差的檢測(cè)和基帶數(shù)字補(bǔ)償，使通道特性達(dá)到相對(duì)一致而滿足波束形成要求。通道校正針對(duì)生產(chǎn)階段和系統(tǒng)運(yùn)行階段分為離線校正和在線校正。校正時(shí)關(guān)于基站的收發(fā)通道、工作時(shí)隙、射頻工作頻率、邏輯信道的設(shè)置和校正參考信號(hào)的發(fā)送與接收信號(hào)的采集處理等的控制則需通過對(duì)控制寄存器的設(shè)置和訪問來啟動(dòng)和執(zhí)行。校正功能包括:上、下行通道相對(duì)幅相誤差檢測(cè)；室內(nèi)外電纜正確連接檢測(cè)及收發(fā)通道失效檢測(cè)。6.1基站鏈路的結(jié)構(gòu)天線陣列的配置TD-SCDMA基站陣列基本配置為兩種，一種是8陣元等距園陣多波束全向覆蓋的智能天線配置，一種是3(多)扇區(qū)覆蓋的均勻線陣

13、(每扇區(qū)4/6/8陣元)智能天線配置。園環(huán)陣和線陣的通道之間要求滿足相干特性，對(duì)應(yīng)收發(fā)信機(jī)的相干設(shè)計(jì)應(yīng)滿足園環(huán)陣及線陣陣元數(shù)配置要求。以4單元線陣和8單元園環(huán)陣兩種基本陣列配置為例，基站至少滿足4和8陣元的相干。校正以最小相干通道(扇區(qū))分組進(jìn)行。8陣元(園環(huán)陣或一個(gè)扇區(qū)線陣)的智能天線系統(tǒng)架構(gòu)如圖31所示，兩個(gè)收發(fā)信機(jī)通過本振信號(hào)的互聯(lián)構(gòu)成相干通道，每個(gè)收發(fā)信機(jī)為4收4發(fā)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)置其1為主收發(fā)信機(jī)而另一為從收發(fā)信機(jī)，主收發(fā)信機(jī)連接到室外單元的偶數(shù)天線(0, 2, 4, 6)，從收發(fā)信機(jī)連接到室外單元的奇數(shù)天線(1, 3, 5, 7)。系統(tǒng)在其一個(gè)收發(fā)信機(jī)失效時(shí)仍能降額保持通訊。圖 相干陣

14、元基站架構(gòu)框圖根據(jù)TD-SCDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)，通道在線校正可選擇在下行導(dǎo)頻時(shí)隙和上行導(dǎo)頻時(shí)隙之間的保護(hù)時(shí)間間隔期間進(jìn)行，這種方法不占用信道資源;也可選擇在空閑的載波時(shí)隙或定時(shí)進(jìn)行。因此，校正時(shí)通過開關(guān)矩陣的切換使每個(gè)收發(fā)信機(jī)第一收發(fā)通道同時(shí)工作來構(gòu)成校正上下行鏈路，而不需設(shè)計(jì)專用校正輔助通道。即下行校正時(shí)，收發(fā)信機(jī)的第一收通道作為校正鏈路的收輔助通道:而上行校正時(shí)，收發(fā)信機(jī)的第一發(fā)通道作為校正鏈路的發(fā)輔助通道。開關(guān)矩陣設(shè)置在收(發(fā))信機(jī)各通道的輸入(出)端，其原理參見圖。圖中左邊為室外單元，右邊為室內(nèi)單元，室內(nèi)外單元通過名個(gè)通道射頻信號(hào)電纜和1個(gè)校正射頻電纜連接。任一個(gè)收發(fā)信機(jī)都可作為校正輔助

15、通道。當(dāng)圖3.1為園環(huán)陣結(jié)構(gòu)時(shí)，校正鏈路通過天線單元幾何結(jié)構(gòu)中間位置的信標(biāo)天線空饋校正檢測(cè)信號(hào)，天線結(jié)構(gòu)參見圖3.2。當(dāng)圖3.1為線陣結(jié)構(gòu)時(shí)，校正鏈路通過天線單元下端位置的耦合網(wǎng)絡(luò)來耦合饋入校正檢測(cè)信號(hào)，耦合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參見圖3.3。園環(huán)陣結(jié)構(gòu)天線單元也應(yīng)有耦合網(wǎng)絡(luò)，主要用于電纜測(cè)試和通過工作狀態(tài)測(cè)試。如果園環(huán)陣中設(shè)置了耦合網(wǎng)絡(luò)，可將其校正信號(hào)接口和校正天線通過射頻轉(zhuǎn)換開關(guān)連接到校正射頻電纜。鏈路控制功能及信號(hào)功率分配校正鏈路簡(jiǎn)化模型圖描述了校正鏈路的結(jié)構(gòu)，其簡(jiǎn)化的鏈路模型如圖3.6,圖3.7所示。圖 下行校正鏈路簡(jiǎn)化模型圖 為下行校正鏈路工作時(shí)，影響通道幅度、相位特性的各主要電路構(gòu)成的校正鏈路簡(jiǎn)

16、化模型圖。A IQ_TX txcal為TX各通道校正參考信號(hào)，A-10 RX txcal為經(jīng)下行校正接收機(jī)輸出的各通道下行相應(yīng)信號(hào).右邊的校正網(wǎng)絡(luò)理解為園環(huán)陣的空饋和線陣時(shí)的藕合網(wǎng)絡(luò)。圖 上行校正鏈路簡(jiǎn)化模型圖 為上行校正鏈路工作時(shí)，影響通道幅度、相位特性的各主要電路構(gòu)成的校正鏈路簡(jiǎn)化模型圖.AJQ_TX rxcal為上行校正發(fā)射機(jī)的校正參考信號(hào)，A -IQ-RX rxcal為各通道接收機(jī)輸出上行信號(hào)響應(yīng)。右邊的校正網(wǎng)絡(luò)理解為園環(huán)陣的空饋和線陣時(shí)的藕合網(wǎng)絡(luò)。校正鏈路控制關(guān)系主從收發(fā)信機(jī)的設(shè)置由系統(tǒng)定義信標(biāo)天線接到主收發(fā)信機(jī)的W1中S4的RFC端，見圖 TD-SCDMA中的智能天線校正技術(shù)研究校

17、正控制模式8個(gè)通道同時(shí)校正，此時(shí)s個(gè)通道收/發(fā)同步控制，但第一個(gè)通道校正時(shí)作為參考信標(biāo)，RFU中的收/發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，而其它通道收發(fā)不同時(shí)工作。因此第一通道的收發(fā)控制應(yīng)能單獨(dú)控制。下行校正單通道循環(huán)進(jìn)行，此時(shí)8個(gè)發(fā)通道需分時(shí)異步(單步)控制。校正射頻信號(hào)功率指標(biāo)分配上行校正:信標(biāo)發(fā)信機(jī)輸出功率一30dBm ，經(jīng)開關(guān)矩陣、電纜到信標(biāo)天線后為53dBm，經(jīng)空間-26dB衰減后到各接收通道天線處為一80dBm。經(jīng)電纜和開關(guān)矩陣后到接收機(jī)輸入端約為一62dBm。上行校正各接收通道是完整的。下行校正:各通道發(fā)信機(jī)輸出功率一5dBm，經(jīng)電纜、TPA到天線后為12dBm。經(jīng)空間一26dB衰減后到接收信標(biāo)天線

18、處為一14dBm，經(jīng)電纜、開關(guān)矩陣后到參考接收機(jī)輸入端為一54dBm。下行校正各發(fā)射通道是完整的。發(fā)信功率調(diào)整:通過對(duì)基帶校正參考信號(hào)幅度加權(quán)來控制碉整發(fā)信輸出功率。影響通道特性變化的因素上行通道:室外單元中的天線濾波器插損、低噪放增益、電纜的損耗:RFU中接收機(jī)的固定放大器增益、射頻(壓控)及中頻(數(shù)控)收衰減器的調(diào)整、數(shù)字下變頻增益。這些數(shù)據(jù)在離線校正時(shí)測(cè)量并儲(chǔ)存在對(duì)應(yīng)單元的EEPROM中。下行通道:RFU發(fā)信機(jī)數(shù)字上變頻增益、固定放大器增益、射頻(壓控)及中頻(數(shù)控)收衰減器的調(diào)整;室外單元中的天線濾波器插損、功放增益、電纜的損耗。這些數(shù)據(jù)在離線校正時(shí)測(cè)量并儲(chǔ)存在對(duì)應(yīng)單元的EEPROM中

19、。通道工作狀態(tài)檢測(cè)通道連接電纜檢測(cè):通過射頻單元室內(nèi)發(fā)信機(jī)和室外功放的一一對(duì)應(yīng)使能和功率檢測(cè)來判斷室內(nèi)外對(duì)應(yīng)單元連接電纜的狀態(tài)。發(fā)射通道欠功率檢測(cè):通過在各發(fā)信機(jī)基帶輸入額定幅度的I, Q信號(hào)，測(cè)定8個(gè)通道的最大輸出功率，與每個(gè)通道的發(fā)射功率之比大于某一值時(shí)即可判定該通道欠功率輸出或出現(xiàn)故障。接收通道低靈敏度檢測(cè):信標(biāo)天線發(fā)一額定功率檢測(cè)信號(hào)，在各接收機(jī)I、 Q輸出端測(cè)量信號(hào)幅度，其中的最大值與各通道接收信號(hào)幅度的比值大于某一值時(shí)即可判定該通道靈敏度低或出現(xiàn)故障。6.2 校正方式及校正指標(biāo)要求離線校正離線校正是指系統(tǒng)還沒有投入正式運(yùn)營，為保證陣列通道的幅相一致性而采取的校正措施，這時(shí)由于不考慮

20、對(duì)通信的影響，使用的校正算法、參考信號(hào)的功率和形式可以根據(jù)需要選取，目的是盡最大努力使通道幅相特性一致。離線校正在系統(tǒng)調(diào)試階段或工程實(shí)施階段應(yīng)該是必備的一種校正手段。如前所述，通道總體來講是時(shí)變系統(tǒng)，但是對(duì)于無源器件和有源模塊進(jìn)行有條件的事先測(cè)試和記錄儲(chǔ)存將有助于在線校正。離線校正主要用于無源器件和有源模塊中的衰減器和放大器等的測(cè)試和補(bǔ)償。離線校正事先耦合出被測(cè)器件在一定環(huán)境溫度、工作頻率下的信號(hào)響應(yīng)，并測(cè)試出隨溫度、頻率變化的信號(hào)響應(yīng)補(bǔ)償曲線，以供系統(tǒng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償和在線校正時(shí)參考使用。離線校正是驗(yàn)證在線校正結(jié)果的一個(gè)必要過程，也是生產(chǎn)過程的一個(gè)檢測(cè)環(huán)節(jié)。各通道的射頻部分如TPA中的天線濾波器、L

21、PA和LNA的增益以及RFu中的收發(fā)信機(jī)內(nèi)放大器增益和數(shù)控衰減器的值的設(shè)置狀態(tài)都是要通過離線校正進(jìn)行檢測(cè)的。離線校正的結(jié)果儲(chǔ)存在對(duì)應(yīng)單元電路的EEPROM中。離線校正包括如下內(nèi)容:1.線陣和園環(huán)陣天線的校正;2 耦合網(wǎng)絡(luò)的校正(幅度和相位);3 室外單元內(nèi)天線濾波器的校正和補(bǔ)償計(jì)算，天線濾波器的參數(shù)預(yù)存測(cè)試;4. TPA中的LNA和PA的中的增益測(cè)試;5 室內(nèi)外單元連接電纜的生產(chǎn)離線校正:6. RFU單元的TX通道的增益和可變衰減器的調(diào)整:7. RFU中RX通道的增益和可變衰減器的調(diào)整.在線校正在線校正是指系統(tǒng)已經(jīng)正式投入運(yùn)營，為保證陣列通道的幅相一致性而采取的校正措施，這時(shí)使用的校正算法、參

22、考信號(hào)的功率和形式，以及參考信號(hào)的獲得方式等，都應(yīng)該控制在不影響正常通信的前提下進(jìn)行的，因此進(jìn)行在線校正是比較關(guān)鍵的，因?yàn)橥ǖ赖姆嗖灰恢抡`差是時(shí)變的。在線校正的實(shí)時(shí)啟動(dòng)以及校正過程中對(duì)鏈路的控制、校正工作時(shí)隙的選擇、校正參考信號(hào)(序列)的選擇、校正射頗信號(hào)的功率確定以及校正信號(hào)的檢測(cè)處理算法都對(duì)通道校正的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性起決定作用。收發(fā)信機(jī)第一通道的隔離設(shè)計(jì)也對(duì)校正檢測(cè)的準(zhǔn)確性有較大影響，如果接收的檢測(cè)信號(hào)包括了通過輻射和泄露而進(jìn)入的中頻或射頻非正常路徑信號(hào)將影響校正的正確性。在線校正即實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)上下行通道的幅度和相位的校正。對(duì)于射頻通道的幅度特性可以通過室內(nèi)外各射頻通道模塊電路的工作溫度的檢

23、測(cè)并結(jié)合離線校正的結(jié)果和射頻通道溫度的測(cè)試和計(jì)算來進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于通道相位則必須通過校正鏈路的收發(fā)參考信號(hào)測(cè)試來完成。各收發(fā)通道，特別是各收發(fā)信機(jī)的第一收發(fā)通道的單獨(dú)收發(fā)時(shí)隙的協(xié)同控制是實(shí)現(xiàn)在線校正的前提?？筛鶕?jù)上下行校正的控制要求結(jié)合開關(guān)矩陣設(shè)計(jì)出相應(yīng)的校正通道控制圖案，配合校正基帶算法處理來完成在線校正。具體的校正控制圖案待定。一個(gè)校正過程的結(jié)果可通過連續(xù)10次校正的均值來確定。離線校正實(shí)際上是對(duì)在線校正的一種單步執(zhí)行驗(yàn)證過程，因此配合校正過程控制所需的收發(fā)時(shí)隙控制信號(hào)、通道選擇、及信源調(diào)制解調(diào)應(yīng)能按一定的控制圖案進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置包括對(duì)校正過程所使用的控制寄存器及射頻模塊內(nèi)EEPROM的地址單

24、元物理意義的具體定義。校正在多個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行，校正的結(jié)果寫入相應(yīng)的寄存器，并由控制單元對(duì)應(yīng)寫入EEPROM中。對(duì)于EEPROM的內(nèi)容一般不去更新，而基站實(shí)時(shí)校正的補(bǔ)償結(jié)果值可開辟一些專用的控制寄存器空間儲(chǔ)存。校正時(shí)隙在線校正鏈路的控制、校正時(shí)隙的選擇和校正參考信號(hào)(序列)的選擇與射頻電路的切換時(shí)延要求和校正處理算法等應(yīng)同步考慮。校正檢測(cè)過程目前可選的工作時(shí)隙有三種方案:1)校正可選擇在空閑的載波上單用戶執(zhí)行(占用信道資源)。2)載波的空閑時(shí)隙進(jìn)行(占用信道資源).3)在下行導(dǎo)頻時(shí)隙和上行導(dǎo)頻時(shí)隙之間的保護(hù)時(shí)間間隔期間進(jìn)行。校正參考信號(hào)校正檢測(cè)信號(hào)實(shí)質(zhì)是一個(gè)已知序列:1)利用特殊時(shí)隙的導(dǎo)頻同步信號(hào)

25、.2)選用8個(gè)碼組相互正交的循環(huán)碼，上I下行通道校正分時(shí)進(jìn)行。這種校正處理算法所有的資源比起采用標(biāo)準(zhǔn)用戶信號(hào)實(shí)現(xiàn)校正算法處理時(shí)要簡(jiǎn)化許多。所有校正的啟動(dòng)和過程控制以及結(jié)果輸出均通過與MCU通訊協(xié)調(diào)來完成。通道校正性能指標(biāo)在各種環(huán)境下，校正后的上行通道或下行通道間的幅度、相位相對(duì)誤差(最低要求)為:相對(duì)幅度誤差小于士0.5dB;相對(duì)相位誤差小于土5度。6.3校正算法實(shí)現(xiàn)原理通道校正算法(一)通道校正算法(一)是一種相關(guān)算法.收發(fā)通道表示從天線到收發(fā)信機(jī)下端的通道所有電路，上行校正按1發(fā)8收同時(shí)進(jìn)行，下行校正按1發(fā)1收分時(shí)進(jìn)行或8發(fā)1收同時(shí)進(jìn)行。為了簡(jiǎn)化說明，認(rèn)為園環(huán)陣時(shí)信標(biāo)天線與陣列天線的傳遞函

26、數(shù)都為I，認(rèn)為線陣時(shí)耦合網(wǎng)絡(luò)的特性(誤差己事先測(cè)試并記入)也是理想的，不一致性完全由通道內(nèi)部產(chǎn)生。設(shè)基站上行通道不一致性分別為Cmrl，Cmr2， Cmr3，。Cmr8;下行通道不一致性分別為Cmtl， Cmt2， Cmt。Cmt8;校正的目的是得到上下行通道的不一致特性Cmrl-8, Cmt1-8，計(jì)算出一組校正權(quán)值Wadj，以消除上下行通道的不一致性。下面以4個(gè)通道上行校正原理為例，校正算法可以描述如下:設(shè)信號(hào)源發(fā)送的經(jīng)加擴(kuò)加擾的原始數(shù)據(jù)為TX(一個(gè)m位的已知系列)，則四個(gè)通道接收的數(shù)據(jù)分別為: (3-l) (3-2) (3-3) (3一4)用已知的TX數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)做相關(guān)運(yùn)算: (3-5

27、) (3-6) (3-7) (3-8)我們?cè)僖酝ǖ?為基準(zhǔn)，計(jì)算其它通道相對(duì)于通道1的幅相不一致性: (3-9) (3-10) (3-11) (3-12)由此我們可以獲得上行每個(gè)收信機(jī)中各個(gè)通道間不一致性系數(shù)，其倒數(shù)即為補(bǔ)償權(quán)值。通道校正算法(二)通道校正算法(二)是一種信道估計(jì)算法。天線校正選擇在下行導(dǎo)頻時(shí)隙和上行導(dǎo)頻時(shí)隙之間的保護(hù)時(shí)間間隔期間進(jìn)行的。天線校正算法的基本原理等同于信道估計(jì)的處理過程，通過估計(jì)各個(gè)通道的沖激相應(yīng)，得到相互之間的幅度差異和相位差異，其中上述訓(xùn)練序列則與Midamble碼相似。K個(gè)工作天線通道沖激響應(yīng)組合成一個(gè)矢量h (3-13)總長(zhǎng)度為KW, W為窗長(zhǎng)。K個(gè)工作天

28、線通道對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練序列為: (3-14)其中P是基本訓(xùn)練序列的長(zhǎng)度，接收端利用訓(xùn)練序列估計(jì)K個(gè)工作天線通道的沖激響應(yīng)，可表示為: (3-15)其中為加性高斯白噪聲序列為PW矩陣，表示為: (3-16)式中根據(jù)矩陣G的表達(dá)式，得到h的最大似然估計(jì)h為 (3-17)窗長(zhǎng)，通常取P=32。目前工作天線陣列為8天線的均勻圓陣，即K=8，因此W=4。如果各工作天線通道對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練序列具有循環(huán)特性，則估計(jì)天線通道沖激響應(yīng)可采用FFT的方法，即 (3-18)式中m表示基本訓(xùn)練序列，m (R)取決于接收的訓(xùn)練序列。發(fā)射通道的天線校正算法發(fā)射通道的天線校正補(bǔ)償各工作天線發(fā)射通道的不一致性。工作天線同時(shí)發(fā)射各自對(duì)應(yīng)的

29、訓(xùn)練序列，校正天線接收到訓(xùn)練序列后，就可計(jì)算各工作天線TX通道之間的幅度差異和相位差異。發(fā)射校正的訓(xùn)練序列長(zhǎng)度為35chips，其中基本訓(xùn)練序列為32chips，所有工作天線對(duì)應(yīng)的訓(xùn)練序列由32chips基本序列循環(huán)移位而得到。設(shè)實(shí)基本訓(xùn)練序列為m =(mi,m2,A ,m32)，對(duì)應(yīng)的復(fù)基本訓(xùn)練序列為接收通道的天線校正算法接收通道的天線校正補(bǔ)償各工作天線接收通道的不一致性。校正天線發(fā)射訓(xùn)練序列，工作天線同時(shí)接收到訓(xùn)練序列后，就可計(jì)算各工作天線接收通道之間的幅度差異和相位差異。接收校正的訓(xùn)練序列長(zhǎng)度為35chips，其中基本訓(xùn)練序列為32chips 。64 校正流程圖 所示為基站在線校正流程，

30、主要描述在線校正時(shí)各模塊間的控制流程。校正是由系統(tǒng)控制、基帶處理、射頻單元這三部分協(xié)調(diào)工作。校正的過程管理及校正權(quán)值計(jì)算在基帶DSP中進(jìn)行。校正的啟動(dòng)在測(cè)試階段由LMT控制，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)由系統(tǒng)控制單元按照一定的時(shí)間間隔或某種約定啟動(dòng)。校正權(quán)值在在基帶DSP中應(yīng)用。校正在保護(hù)時(shí)隙每載扇單獨(dú)進(jìn)行。校正參考信號(hào)類似于訓(xùn)練序列，校正算法原理類似于信道估計(jì)。校正基帶信每次校正按10次有效數(shù)據(jù)(連續(xù)10次的過程權(quán)值波動(dòng)，幅度小于0.5dB ,相位小于5度)的均值輸出。驗(yàn)證是指在該載波下利用產(chǎn)生的權(quán)值進(jìn)行加權(quán)后重新進(jìn)行校正，檢驗(yàn)通道的一致性是否滿足要求，以提高校正的準(zhǔn)確度和成功率。圖 基站在線校正流程圖

31、7TD-SCDMA基站在線校正 實(shí)現(xiàn)7.1基站在線校正概述在線校正實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償基站通道的幅相差異，流程由系統(tǒng)控制板發(fā)起，需要基帶處理板、收發(fā)信機(jī)和塔頂雙向放大器的配合，軟件模塊天線校正模塊運(yùn)行在基帶處理板的DSP上。硬件結(jié)構(gòu)見圖7.1。圖7.1在線校正流程相關(guān)硬件結(jié)構(gòu)與天線校正模塊相關(guān)的各硬件接口的說明見表7.1.表7.1 校正相關(guān)硬件接口說明DSP基帶處理子系統(tǒng)軟件模塊結(jié)構(gòu)見圖7.2.圖7.2 基帶軟件模塊結(jié)構(gòu)與天線校正模塊相關(guān)的各軟件接口的說明見表7.2.表7.2校正相關(guān)模塊接口說明 天線校正模塊通過發(fā)射/收訓(xùn)練序列，估計(jì)各陣元通道的幅相不一致性，計(jì)算出一組補(bǔ)償權(quán)值，實(shí)現(xiàn)基站通道的在線校正

32、。整個(gè)校正過程在保護(hù)時(shí)隙內(nèi)完成圖4.3)，不占用額外的信道資源。但為了實(shí)現(xiàn)高精度校準(zhǔn)，發(fā)射長(zhǎng)序列的需要，控制流程應(yīng)該考慮可以通過業(yè)務(wù)時(shí)隙發(fā)送訓(xùn)練序列。圖4.3 TD-SCDMA幀結(jié)構(gòu)7.2在線校正設(shè)計(jì)原理在線校正運(yùn)行子基站的正常工作狀態(tài)，無需中斷業(yè)務(wù)，通過收發(fā)序列的幅相差異估計(jì)通道幅相特性，補(bǔ)償效果受到瞬時(shí)硬件環(huán)境的影響。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，校正模塊的調(diào)試工作極為繁瑣，而且在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中容易出現(xiàn)校正失敗(如連續(xù)10次的補(bǔ)償權(quán)值計(jì)算結(jié)果偏差超過閥值)。針對(duì)這一特點(diǎn)天線校正模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)該著重考慮以下幾點(diǎn):. 配置性。系統(tǒng)控制板可以通過命令字選擇校正通道、校正內(nèi)容、下行發(fā)射模式、連續(xù)通道估計(jì)次數(shù)等。. 獨(dú)立

33、性。天線校正相對(duì)其它基帶模塊獨(dú)立性更強(qiáng)，再調(diào)試過程中，模塊內(nèi)部的算法修改不應(yīng)牽連到其它模塊或流程的任何變動(dòng)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一外部接口，統(tǒng)一校正流程，減少模塊的調(diào)試工作量。. 監(jiān)控性。天線校正應(yīng)提供反映模塊狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)供系統(tǒng)控制板查詢之用，在校正失敗時(shí)應(yīng)提供反映失敗原因的錯(cuò)誤碼。這些措施有利于調(diào)試過程中監(jiān)視校正異常狀況，也便于系統(tǒng)控制板在校正失敗時(shí)參考。由于天線校正功能的特殊性，不同于其它基帶模塊的單一數(shù)據(jù)處理，與各個(gè)軟件、硬件單元接口較多，而且自身需要調(diào)用多次才能完成一次校正權(quán)值更新，相對(duì)校正算法而言，流程與接口設(shè)計(jì)需要更多的考慮。對(duì)于兩種仿真算法，考慮到仿真性能相當(dāng)，前者計(jì)算量更小，在編碼中選擇前者。下行校正發(fā)送模式分為輪發(fā)和齊發(fā)，輪發(fā)模式各通道序列之間無影響，上下行楷度相當(dāng)，但需要更長(zhǎng)的時(shí)間，齊發(fā)模式與之相反。訓(xùn)練序列由Matlab生成固化在程序中，上行模式和下行輪發(fā)