СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КАЛИБРОВКИ РЕШЕТКИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ АНТЕННЫ Российский патент 2005 года по МПК H01Q3/26 

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к области интеллектуальных антенн в беспроводных системах связи и, более того, касается способа калибровки решетки интеллектуальной антенны, а также устройства для калибровки решетки интеллектуальной антенны.

Уровень техники

В современных беспроводных системах связи, в частности в беспроводной системе связи CDMA (множественный доступ с кодовым разделением каналов) для повышения пропускной способности системы, чувствительности системы и обеспечения большей дальности связи при низкой мощности излучения обычно используют интеллектуальные антенны.

В патенте Китая под названием "Система беспроводной связи множественного доступа с временным уплотнением каналов, дуплексной синхронизацией, с кодовым разделением каналов с интеллектуальной антенной" (CN 97104039.7) раскрыта структура базовой станции беспроводной системы связи с интеллектуальной антенной. Она содержит интеллектуальную антенну, состоящую из одного или множества антенных модулей, соответствующих радиочастотных фидерных кабелей и ряда когерентных радиочастотных приемопередатчиков. В соответствии с различным для каждого антенного модуля откликом на сигнал, приходящий с терминалов пользователей, процессор обработки основной полосы частот получает вектор пространственных характеристик и направление прихода сигнала (DOA); затем с помощью соответствующего алгоритма осуществляют формирование приемного луча антенны. При этом антенный модуль, соответствующий фидерный кабель и когерентный радиочастотный приемопередатчик в совокупности называют линией связи. С помощью использования весовых коэффициентов, полученных из формирования приемного луча к центру каждой линии связи, для формирования передающего луча линии связи от центра можно использовать все функциональные возможности интеллектуальной антенны в условиях симметричного распространения радиоволн.

В указанном выше патенте Китая для обеспечения точного комбинирования интеллектуальной антенной приемного и передающего луча должно быть известно различие между каждым антенным блоком, составляющим интеллектуальную антенную решетку, радиочастотным фидерным кабелем и радиочастотным приемопередатчиком, т.е. различие изменения амплитуды и фазы после прохождения радиочастотного сигнала через каждую линию связи; и именно к процедуре получения разницы между линиями связи системы интеллектуальной антенны относится калибровка, согласно изобретению, интеллектуальной антенны.

Калибровка решетки интеллектуальной антенны является основой техники интеллектуальной антенны, поскольку характеристики электронных элементов, в частности характеристики активных элементов, являются очень чувствительными к рабочей частоте, окружающей температуре, к длительности работы и т.д., при этом изменение характеристик каждой линии связи, вызванное указанными выше причинами, всегда различно, так что необходимо в любое время выполнять калибровку системы интеллектуальной антенны.

В настоящее время существуют два типа калибровки интеллектуальной антенны. Один является способом непосредственного измерения: измеряют каждый комплект радиочастотного приемопередатчика и получают данные, относящиеся к его амплитуде и фазе, затем добавляют измеренные амплитудные и фазовые характеристики антенного модуля и фидера для образования комплекта данных калибровки; процедура калибровки этого способа является очень сложной, трудно выполнять все измерения в полевых условиях, в частности, для беспроводных систем связи, находящихся в эксплуатации. Другой способ заключается в калибровке с помощью контрольного приемопередатчика в зоне дальнего поля антенны, однако этот способ требует расположения контрольного приемопередатчика в зоне дальнего поля без многолучевого распространения радиоволн; это также трудно осуществить на практике. Поэтому очевидны недостатки этих двух указанных выше способов.

Сущность изобретения

Поэтому задачей данного изобретения является создание способа и устройства для калибровки решетки интеллектуальной антенны в реальном времени, что делает систему интеллектуальной антенны осуществимой; и устройства, согласно изобретению, для обеспечения эффективной работы способа, согласно изобретению.

Другой задачей изобретения является создание двух способов выполнения и калибровки соединительной структуры для калибровки решетки интеллектуальной антенны, что обеспечивает эффективную работу способа, согласно изобретению.

Способ, согласно изобретению, калибровки решетки интеллектуальной антенны содержит следующие этапы:

1) установки калибровочной линии, состоящей из соединения соединительной структуры, фидерного кабеля и контрольного приемопередатчика; при этом соединительная структура соединена с N антенными модулями решетки интеллектуальной антенны, а контрольный приемопередатчик соединен с процессором основной полосы частот базовой станции с помощью цифровой шины;

2) калибровки соединительной структуры с помощью векторного анализатора схем перед запуском решетки интеллектуальной антенны в работу, запись ее передаточного коэффициента при приеме и передаточного коэффициента при передаче соответственно;

3) выполнения калибровки при приеме, которая содержит: передачу сигнала с заданным уровнем напряжения на установленной рабочей несущей частоте с помощью аналогового передатчика контрольного приемопередатчика, и приведение N приемных каналов в калибруемой базовой станции в состояние приема; регистрацию выхода каждой приемной линии связи с помощью процессора основной полосы частот в базовой станции и вычисление отношения передаточного коэффициента каждой линии связи к передаточному коэффициенту опорной линии связи во время приема в соответствии с выходным сигналом каждой приемной линии связи; управление выходом каждой приемной линии с помощью управления усилителем с изменяемым коэффициентом усиления в аналоговом приемнике каждой линии связи для приведения амплитудного отношения передаточного коэффициента при приеме каждой линии связи к передаточному коэффициенту передачи линии связи к 1; запись и сохранение фазовой разницы Ψ между каждой приемной линией связи и опорной линией связи в процессоре основной полосы частот;

4) выполнения калибровки при передаче, которая содержит: приведение только одной линии связи в состояние передачи, в то время как все другие линии передачи среди N линий передачи находятся в запертом состоянии, и прием сигналов, приходящих с каждой линии передачи, соответственно, на установленной рабочей несущей частоте с помощью аналогового приемника в контрольном приемопередатчике; обработку обнаруженных сигналов с помощью процессора основной полосы частот базовой станции и вычисление отношения передаточного коэффициента каждой линии связи к передаточному коэффициенту опорной линии связи во время передачи; управление выходом каждой линии передачи с помощью управляемого усилителя с изменяемым коэффициентом усиления в аналоговом передатчике каждой линии связи для установки амплитудного отношения передаточного коэффициента каждой линии к передаточному коэффициенту опорной линии связи равным 1 во время передачи; запись и сохранение фазовой разницы Ψ между каждой линией передачи и опорной линией в процессоре основной полосы частот.

Указанная калибровочная соединительная структура с векторным анализатором схем содержит: установку контрольной антенны с режимом пространственного соединения; при этом векторный анализатор схем соединен с терминалом фидерного кабеля контрольного сигнала и терминалом антенного модуля подлежащей калибровке линии связи, терминал антенного модуля не подлежащей калибровке линии связи соединен с согласованной нагрузкой, измерение и запись передаточного коэффициента при передаче подлежащей калибровке линии связи при каждой необходимой рабочей несущей частоты; повторение указанных выше стадий, пока не будут измерены все передаточные коэффициенты при приеме и передаточные коэффициенты при передаче N линий связи.

Указанная калибровочная соединительная структура с векторным анализатором схем дополнительно содержит: установку соединительной структуры пассивной сети, состоящей из N ответвителей и пассивного 1:N распределителя/объединителя, соединенного с N ответвителями, при этом N ответвителей соединены с антенными терминалами N антенных модулей решетки интеллектуальной антенны соответственно и выходом пассивного распределителя/объединителя является терминал фидерного кабеля контрольного сигнала; указанный векторный анализатор схем соединен с терминалом фидерного кабеля контрольного сигнала и терминалом антенного модуля подлежащей калибровке линии связи, терминал антенного модуля не подлежащей калибровке линии связи соединен с согласованной нагрузкой, измерение и запись передаточного коэффициента при приеме подлежащей калибровке линии связи при каждой необходимой несущей рабочей частоте; повторение указанных выше стадий, пока не будут измерены и записаны все передаточные коэффициенты при приеме и передаточные коэффициенты при передаче N линий связи.

Устройство, согласно изобретению, для калибровки решетки интеллектуальной антенны содержит калиброванную соединительную структуру, фидерный кабель и контрольный приемопередатчик; при этом соединительные структуры соединены с N антенными модулями решетки интеллектуальной антенны, фидерный кабель соединен с соединительной структурой и контрольным приемопередатчиком, контрольный приемопередатчик соединен с процессором основной полосы частот в базовой станции с помощью цифровой шины.

Указанная соединительная структура является контрольной антенной с режимом пространственной связи, при этом контрольная антенна находится в рабочем главном луче диаграммы направленности излучения N антенных модулей, которые образуют решетку интеллектуальной антенны; антенный терминал контрольной антенны является терминалом линии подачи контрольного сигнала.

Когда N антенных модулей, образующих решетку интеллектуальной антенны, являются всенаправленными антеннами, то указанная контрольная антенна располагается в любом положении в зоне ближнего поля каждого антенного модуля.

Указанная соединительная структура является пассивной сетью, содержащей N ответвителей, соответствующих N антенным модулям указанной решетки интеллектуальной антенны, и пассивный 1:N распределитель/объединитель, соединенный с N ответвителями; при этом указанные N ответвителей соединены с антенными терминалами N антенных модулей соответственно, выход пассивного распределителя/объединителя является терминалом линии подачи контрольного сигнала.

Указанный контрольный приемопередатчик имеет ту же структуру, что и радиочастотный приемопередатчик базовой станции, содержащий дуплексер, аналоговый приемник, соединенный с дуплексером, аналоговый передатчик, соединенный с дуплексером, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с аналоговым приемником, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный с аналоговым передатчиком; при этом радиочастотный интерфейс указанного дуплексера соединен с фидерным кабелем соединительной структуры, указанные аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь соединены с указанной цифровой шиной.

В указанном аналоговом приемнике усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, управляемый с помощью программного обеспечения, и в указанном аналоговом передатчике усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, управляемый с помощью программного обеспечения, установлены с возможностью управления коэффициентом усиления.

Согласно изобретению созданы способ и устройство для калибровки решетки интеллектуальной антенны, которые содержат использование контрольного приемопередатчика и установку соединительной структуры, соединенной с решеткой интеллектуальной антенны, при этом соединительная структура содержит две технические схемы: одна использует способ калибровки системы интеллектуальной антенны с помощью геометрически симметричной контрольной антенны, расположенной в зоне ближнего поля или в зоне дальнего поля, и антенную решетку, осуществляющую указанный способ, при этом контрольная антенна и соответствующее калибровочное программное обеспечение являются составной частью беспроводной базовой станции; другая схема использует пассивную сеть, состоящую из ответвителей и распределителя/объединителя для осуществления питания соединительной структуры и калибровки решетки интеллектуальной антенны. Любая из двух технических схем обеспечивает в любое время очень простую калибровку базовой станции с интеллектуальной антенной, обеспечивает возможность замены в любое время радиочастотных частей и элементов, за счет чего успешно решены практические инженерные проблемы, связанные с системой интеллектуальной антенны.

Способ и устройство, согласно изобретению, калибровки решетки интеллектуальной антенны направлены главным образом на беспроводную систему связи множественного доступа с кодовым разделением каналов (CDMA), однако после простых изменений предложенных способа и устройства их можно использовать для калибровки интеллектуальной антенны беспроводной системы связи множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA) и временным разделением каналом (TDMA).

Краткое описание чертежей

На чертежах изображено:

фиг.1 - блок-схема беспроводной базовой станции связи, в которой используется способ и устройство согласно изобретению;

фиг.2 - блок-схема аналогового приемопередатчика;

фиг.3 - схема соединительной структуры с использованием контрольной антенны;

фиг.4 - схема соединения соединительной структуры, состоящей из распределителя/объединителя и ответвителя, в решетке интеллектуальной антенны;

фиг.5 - другая соединительная структура согласно изобретению;

фиг.6 - графическая схема процедуры калибровки соединительной структуры;

фиг.7 - графическая схема процедуры калибровки интеллектуальной антенны.

Варианты выполнения изобретения

Ниже приводится подробное описание изобретения на основе вариантов выполнения и чертежей.

На фиг.1 показана структура типичной базовой станции беспроводной системы связи, в которой используется способ и устройство, согласно изобретению, для мобильной системы связи или беспроводной кольцевой системы связи для пользователей с интеллектуальной антенной. Структура базовой станции за исключением калибровочной части аналогична структуре базовой станции, описанной в патенте Китая с названием "Система беспроводной связи множественного доступа с временным уплотнением каналов, дуплексной синхронизацией, с кодовым разделением каналов с интеллектуальной антенной" (CN 97104039.7). Она содержит в основном N идентичных антенных модулей 201А, 201В,... 201N; N почти идентичных радиочастотных питающих кабелей 202А, 202В,..., 202N; N радиочастотных приемопередатчиков 203А, 203В,..., 203N и процессор 204 основной полосы частот. В каждом радиочастотном приемопередатчике имеется аналого-цифровой преобразователь (ADC) и цифроаналоговый преобразователь (DAC), так что входные и выходные сигналы основной полосы частот всех радиочастотных приемопередатчиков являются цифровыми сигналами; они соединены с процессором 204 основной полосы частот с помощью высокоскоростной цифровой шины 209; они используют один и тот же осциллятор 208 для гарантии того, что каждый радиочастотный приемопередатчик работает когерентно.

Для осуществления калибровки в реальном времени интеллектуальной антенны на основе этой структуры базовой станции в соответствии с различными антенными решетками добавляется калибровочная линия связи, состоящая из соединительной структуры 205 (соединительной радиочастотной схемы), фидерного кабеля 206 и контрольного приемопередатчика 207.

Соединительная структура 205 соединена с N питающими кабелями 202А, 202В,..., 202N; при этом фидерный кабель 206 используется для соединения соединительной структуры 205 и контрольного приемопередатчика 207; контрольный приемопередатчик 207 соединен с высокоскоростной цифровой шиной 209 и использует тот же местный осциллятор 208, что и все радиочастотные приемопередатчики 203.

На фиг.2 показана структура радиочастотного приемопередатчика 203 или контрольного приемопередатчика 207, показанных на фиг.1. Он содержит дуплексер 210, аналоговый приемник 211, аналого-цифровой преобразователь 212, аналоговый передатчик 213 и цифроаналоговый преобразователь 214. В аналоговом приемнике 211 предусмотрен усилитель 215 с управляемым коэффициентом усиления (с возможностью управления с помощью программного обеспечения), используемый для управления усилением приемника. В аналоговом передатчике 213 предусмотрен усилитель 216 с управляемым коэффициентом усиления (с возможностью управления с помощью программного обеспечения), используемый для управления усилением передатчика. Радиочастотный интерфейс 217 дуплексера 210 соединен непосредственно с питающими кабелями 202 и 206. Аналого-цифровой преобразователь 212 и цифроаналоговый преобразователь 214 соединены с процессором 204 основной полосы частот через высокоскоростную цифровую шину 209.

В системе интеллектуальной антенны, которая использует структуру базовой станции, показанную на фиг.1, имеется в целом N передающих и приемных линий связи; любая из них состоит из соединенных антенного модуля (210А, 201В,..., 203N), фидерного кабеля (202А, 202В,..., 202N) и радиочастотного приемопередатчика (203А, 203В,..., 203N), кроме того, имеется калибровочная линия, состоящая из контрольного приемопередатчика 207 и соответствующей соединительной структуры (205 и 206).

Предположим, что линия связи А выбрана в качестве опорной линии связи (можно выбрать любую линию связи в качестве опорной), тогда калибровка системы интеллектуальной антенны состоит в получении разницы амплитуды и фазы передаточных коэффициентов между другой линией связи и опорной линией связи на установленной рабочей несущей частоте во время приема и передачи; поэтому, согласно изобретению, калибровка интеллектуальной антенны является калибровкой всей системы, включая антенный фидерный кабель и аналоговый приемопередатчик.

Предположим, что выбраны показанная на фиг.1 точка А в зоне дальнего поля антенны и в качестве опорной точки наблюдения B_i, который является интерфейсом основной полосы частот среди интерфейсов В_A, В_B,..., B_i,..., B_N приемопередатчика 203 в базовой станции, тогда передаточная характеристика интеллектуальной антенны представлена следующими формулами:

передаточная характеристика линии приема

передаточная характеристика линии передачи

где i=1, 2,..., N обозначает соответственно 1-N линии связи; в формуле (1) Ar_i обозначает сигнал, принятый линией i связи в точке В_i при излучении из точки A, Sr_i обозначает затухание в линии i приема за счет пространственного распространения, R_i обозначает передаточный коэффициент линии i во время приема и br обозначает сигнал, передаваемый из точки А при приеме; в формуле (2) Bt_i обозначает принятый в точке А приема сигнал, приходящий из линии i связи при излучении из точки В_i, St_i обозначает затухание в линии i передачи за счет пространственного распространения. Т_i обозначает передаточный коэффициент линии i во время передачи и at обозначает сигнал, передаваемый из точки B_i при передаче. Оба передаваемых сигнала br и at в обеих формулах соответственно являются цифровыми сигналами, и они должны оставаться неизменными во время калибровки.

Процесс калибровки, согласно изобретению, заключается в получении путем измерения в реальном времени разницы между передаточными коэффициентами Ri, Ti линии i связи соответственно при приеме и передаче и передаточными коэффициентами опорной линии связи.

Основным средством осуществления изобретения является перемещение опорной точки А, указанной выше, в антенную решетку, т.е. в точку С выходного терминала фидерного кабеля 206 на фиг.1, путем установки контрольного приемопередатчика 207, соответствующего фидерного кабеля 206 и соединительной структуры 205; таким образом, формулы (1) и (2) можно записать соответственно в следующем виде:

передаточная характеристика линии приема

передаточная характеристика линии передачи

где i=1, 2, ..., N обозначает соответственно 1-N линии связи; в формуле (3) ACr_i обозначает сигнал, принятый линией i связи в точке В_i при излучении из точки С, Cr_i обозначает затухание в соединительной структуре при испытании на прием линии i связи; в формуле (4) BCt_i обозначает принятый в точке С приема сигнал, приходящий из линии i связи при излучении из точки В_i, Ct_i обозначает затухание в соединительной структуре при испытании на передачу линии i связи.

Если соединительная структура выполнена в виде пассивной сети, то эта соединительная структура имеет свойство взаимозаменяемости, т.е.:

За счет подставления формулы (5) в формулы (3) и (4) могут быть получены следующие формулы:

линия приема:

линия передачи:

Согласно изобретению, любую линию связи можно выбрать в качестве опорной линии, предположим, что выбрана 1 линия связи в качестве опорной линии, тогда формулы (6) и (7) изменяются в следующие формулы:

линия приема:

линия передачи:

где i=2, 3, ..., N обозначает линии 2-N связи, ACr₁, BCt_i, ACr_i и BCt_i все могут быть измерены в реальном времени, C₁ и C_i могут быть калиброваны заранее и определяются соединительной структурой, так что легко можно вычислить R_i/R₁ и T_i/T₁, необходимые для калибровки системы интеллектуальной антенны.

На фиг.3 показана соединительная структура, согласно изобретению, т.е. соединительная структура в режиме пространственной связи с применением контрольной антенны. Контрольная антенна 230 является антенной, которая имеет фиксированное физическое положение относительно антенной решетки, подлежащей калибровке, при этом контрольная антенна должна быть в основном рабочем луче диаграммы направленности излучения антенного модуля антенной решетки. Когда каждый антенный модуль является всенаправленной антенной, то контрольная антенна может быть установлена в любом положении, включая зону ближнего поля антенного модуля.

При применении такой соединительной структуры способ калибровки сводится к следующему: векторный анализатор 231 схем соединяют с терминалом D линии подачи контрольного сигнала контрольной антенны 230 и терминалом Е_i антенны подлежащей калибровке линии i связи; в то же время терминалы Е₁, E₂, ..., E_N других антенн, подлежащей калибровке антенной решетки соединены соответственно с согласованной нагрузкой 232_A, 232_B, ..., 232_N; затем измеряют передаточный коэффициент Ci подлежащей калибровке линии i с помощью векторного анализатора 231 схем, после N измерений получают передаточные коэффициенты C₁, ..., С_i, ..., C_N всех линий связи.

Преимущество этой соединительной структуры заключается в том, что при калибровке учитывается непостоянство каждого антенного модуля; недостаток этой соединительной структуры заключается в том, что положение контрольной антенны ограничено. Поскольку контрольная антенна должна быть установлена в зоне дальнего поля рабочей зоны подлежащей калибровке решетки интеллектуальной антенны для гарантирования точности калибровки, то это очень трудно осуществимо на практике. Поэтому только когда антенна является всенаправленной антенной, то контрольная антенна устанавливается в зоне ее ближнего поля и ее характеристика зоны дальнего поля заменяется характеристикой ее ближнего поля, и калибровка становится осуществимой на практике. Например, когда используется круговая антенная решетка, то контрольная антенна может быть установлена в центре этой круговой антенной решетки, при этом ее геометрическая симметрия гарантирует надежность измерения зоны ее ближнего поля.

На фиг.4 показана соединительная структура из пассивной сети 240, состоящей из распределителя/объединителя и ответвителя, и их соединение с решеткой 201А, 201В, ..., 201N интеллектуальной антенны. Соединительная структура содержит N ответвителей 242А, 242В, ..., 242N, соответствующих N антеннам 201, и пассивный 1:N распределитель/объединитель 241; при этом каждый ответвитель 242 расположен в точке E₁, Е₂, ..., E_N соединения между каждым антенным модулем 201А, 201В, ..., 201N и его фидерным кабелем 202А, 202В, ..., 202N. Соединительную структуру калибруют отдельно перед ее установкой в антенную решетку.

Как показано на фиг.5, при применении соединительной структуры, показанной на фиг.4, способ калибровки заключается в следующем: векторный анализатор 231 схем соединяют с терминалом D линии подачи контрольного сигнала контрольной антенны 230 и антенным терминалом Е_i подлежащей калибровке линии i, в то время как другие антенные терминалы подлежащей калибровке антенной решетки, такие как E₁, Е₂, ..., E_N, соединяют с согласованными нагрузками 232А, 232В, ..., 232N соответственно; затем измеряют передаточный коэффициент Ci подлежащей калибровке линии i с помощью векторного анализатора 231 схем, после N измерений получают передаточные коэффициенты С1, ..., Ci, ..., CN всех линий связи. Способ калибровки, показанный на фиг.5, тот же, что и способ калибровки, показанный на фиг.3.

Соединительная структура из пассивной сети, показанная на фиг.4, является более сложной, чем соединительная структура с контрольной антенной, показанная на фиг.3, при этом нельзя учитывать непостоянство каждой антенны во время калибровки, однако ее можно удобно использовать при калибровке любого типа решетки интеллектуальной антенны.

На фиг.6 показана процедура калибровки с помощью соединительной структуры, при этом этот способ калибровки можно использовать для обеих соединительных структур, показанных на фиг.3 и 4. Соединительная структура калибрована перед задействованием решетки интеллектуальной антенны, при этом полученный передаточный коэффициент С хранится в базовой станции.

На стадии 601 начинают процесс калибровки; на стадии 602 выбирают первую линию связи из N линий, т.е. i=1; на стадии 603 с помощью соединений, показанных на фиг.3 или фиг.5, калибруют первую линию связи; на стадии 604 выбирают первую калибровочную частоту, равную первой рабочей несущей частоте из J рабочих несущих частот, т.е. j=1; на стадии 605 устанавливают первую рабочую несущую частоту линии, равную первой рабочей несущей частоте; на стадии 606 измеряют с помощью векторного анализатора схем передаточный коэффициент С_i первой линии связи, когда калибровочная частота равна первой рабочей несущей частоте; на стадии 607 записывают этот результат измерения; на стадии 608 и 611 посредством определения i=J? и вычисления j=j+1 повторяют стадии 605-608, за счет чего измеряют передаточный коэффициент первой линии связи при J рабочих несущих частотах соответственно, получают и записывают передаточный коэффициент C_j; на стадиях 609 и 610 повторяют указанные выше измерения, пока не закончат измерения при всех рабочих несущих частотах; и посредством определения i=N? и вычисления i=i+1 повторяют стадии 604-608, на которых измеряют передаточный коэффициент N линий связи для J рабочих несущих частот и записывают результаты измерений.

После измерения каждой линии связи на каждой необходимой несущей частоты и записи всех результатов измерения калибровку соединительной структуры заканчивают и получают все передаточные коэффициенты С.

На фиг.7 показана полная процедура калибровки решетки интеллектуальной антенны, при этом перед вводом в эксплуатацию решетки интеллектуальной антенны выполнена калибровка соединительной структуры в соответствии с процедурой, показанной на фиг.6, и полученные передаточные коэффициенты С на прием и передачу хранятся в базовой станции, где расположена соединительная структура.

На стадии 702 выполняют сначала калибровку при приеме; на стадии 703 передатчик контрольного приемопередатчика передает сигнал с заданным уровнем напряжения на установленной рабочей несущей частоте с обеспечением того, что приемная система подлежащей калибровке базовой станции работает с нормальным уровнем рабочего напряжения; на стадии 704 все приемопередатчики в приемной системе подлежащей калибровке базовой станции находятся в состоянии приема, т.е. все N линии связи находятся в состоянии приема; на стадии 705 выход каждой линии приема регистрируется процессором основной полосы частот для обеспечения того, что система работает с установленным уровнем приема и каждый приемник работает в линейной зоне, в соответствии с выходом каждого приемника линии связи и формулой (8) процессор основной полосы частот вычисляет R_i/R₁; на стадиях 706 и 707 в соответствии с вычисленным R_i/R₁ с помощью управления усилителем (213 и 216 на фиг.2) с изменяемым коэффициентом усиления в каждом приемнике управляют выходом каждой линии приема, пока |R_i/R₁|=1; записывают и сохраняют фазовую разность Ψi между каждой линией приема и опорной линией в процессоре основной полосы частот, который используется при работе интеллектуальной антенны; на стадии 708, когда |R_i/R₁|=1, переходят к калибровке при передаче; на стадиях 709-715, когда калибруют N линий передачи, приемник контрольного приемопередатчика принимает соответственно сигналы, приходящие от каждой линии передачи на установленной рабочей несущей частоте; в то же время из N линий передачи, указанных выше, только одна линия находится в состоянии передачи в одно и то же время, а все остальные находятся в запертом состоянии (стадия 710); поэтому в каждое время контрольный приемник принимает только сигналы, приходящие из этой линии; в этом случае опорная линия передачи должна быть измерена и калибрована заранее для обеспечения того, что мощность ее передачи находится на уровне номинального напряжения; в этих условиях приемник контрольного приемопередатчика принимает сигнал, приходящий из каждой линии передачи (стадия 711); затем процессор основной полосы частот обрабатывает результаты измерений и вычисляет T_i/T₁ по формуле (9) (стадия 714); после этого в соответствии с этой величиной управляют выходом каждой линии передачи с помощью усилителя (211 и 215 на фиг.2) с изменяемым коэффициентом усиления каждого передатчика, пока |T_i/T₁|=1 для каждой линии передачи (стадия 716); в то же время записывают в процессоре основной полосы частот фазовую разницу Ψi между каждой линией приема и опорной линией, после чего калибровка в реальном времени интеллектуальной антенны закончена.

Хотя способ и устройство, согласно изобретению, предложены главным образом для беспроводной системе связи CDMA, ее можно после простых изменений использовать в беспроводной системе связи FDMA и TDMA. Структура базовой станции беспроводной связи, показанная на фиг.1, является примером беспроводной системы связи с разделением во времени (TDD), однако ее можно использовать также в беспроводной системе связи с разделением по частоте (FDD). Любой технический специалист, который работает в области исследования и разработки беспроводной системы связи, может осуществить калибровку в реальном времени интеллектуальной антенны после усвоения основного принципа работы интеллектуальной антенны и с помощью способа и устройства, согласно изобретению.

Изобретение относится к радиотехники и может быть использовано в интеллектуальных антеннах беспроводных систем связи. Изобретение используют для калибровки в реальном времени решетки интеллектуальной антенны, устройство содержит установку соединительной структуры, питающих кабелей и контрольного приемопередатчика, образующих вместе калибровочную линию, предварительную калибровку соединительной структуры с помощью векторного анализатора схем и запись ее передаточного коэффициента при приеме и передаче соответственно, выполнение калибровки при приеме решетки интеллектуальной антенны посредством регулирования передаточного коэффициента каждой приемной линии и опорной линии на одно амплитудное значение, и запись, и сохранение фазовой разницы Ψ между каждой приемной линией и опорной линией в процессоре основной полосы частот; выполнение калибровки при передаче посредством регулирования передаточного коэффициента каждой линии передачи и опорной линии на одно амплитудное значение, и запись, и сохранение фазовой разницы Ψ между каждой линией передачи и опорной линией в процессоре основной полосы частот. Соединительная структура, согласно изобретению, осуществляется с помощью контрольной антенны, использующей пространственный режим соединения, или пассивной сети. Технический результат - упрощение калибровки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ калибровки интеллектуальной антенной решетки, содержащей N линий приема и передачи, при этом каждая линия содержит антенный модуль и радиочастотный приемопередатчик, подключенный через фидерный кабель, при этом способ содержит этапы установки калибровочного звена, состоящего из соединительной структуры, фидерного кабеля и контрольного приемопередатчика, при этом соединительная структура соединена с N антенными модулями интеллектуальной антенной решетки, а контрольный приемопередатчик соединен с процессором основной полосы частот базовой станции с помощью цифровой шины, калибровки соединительной структуры перед запуском интеллектуальной антенной решетки в работу и записи ее передаточного коэффициента при приеме и передаточного коэффициента при передаче, соответственно, выполнение калибровки при приеме путем передачи калибровочного сигнала с заданным уровнем напряжения на установленной рабочей несущей частоте с помощью аналогового передатчика контрольного приемопередатчика и одновременно приема указанного сигнала N линиями приема калибруемой интеллектуальной антенной решетки и выбора линии приема в качестве опорной линии, регулирования амплитуды передаточного коэффициента каждой линии приема интеллектуальной антенной решетки и передаточного коэффициента опорной линии для выравнивания их и далее вычисления фазовой разницы Ψ между каждой линией приема и опорной линией с использованием записанного передаточного коэффициента при передаче соединительной структуры и выполнения калибровки при передаче путем передачи калибровочного сигнала с заданным уровнем напряжения на установленной рабочей несущей частоте с помощью только одной линии передачи, установка в тоже время всех других линий передачи в запертое состояние, прием сигнала, приходящего соответственно с каждой линии передачи с помощью аналогового приемника контрольного приемопередатчика, и выбора линии передачи в качестве опорной линии, регулирования амплитуды передаточного коэффициента каждой линии передачи интеллектуальной антенной решетки и передаточного коэффициента опорной линии для выравнивания их и далее вычисления фазовой разницы Ψ между каждой линией передачи и опорной линией с использованием записанного передаточного коэффициента при приеме соединительной структуры.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в указанной калибровочной соединительной структуре используют векторный анализатор схем.3. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанная калибровка соединительной структуры с векторным анализатором схем содержит установку контрольной антенны в режим пространственного соединения, соединения векторного анализатора схем с контрольной антенной и антенным модулем, подлежащей калибровке линии связи, терминал антенного модуля, не подлежащей калибровке линии связи, соединение терминала антенного модуля, не подлежащей калибровке линии связи с согласованной нагрузкой, измерение и запись передаточного коэффициента при приеме и передаче подлежащей калибровке линии связи при каждой необходимой рабочей частоте, повторение указанных выше этапов, пока не будут измерены и записаны все передаточные коэффициенты при приеме и передаче N линий связи.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что указанная контрольная антенна находится в рабочем главном луче диаграммы направленности излучения N антенных модулей, которые образуют интеллектуальную антенную решетку, векторный анализатор схем подключен к контрольной антенне через антенный терминал, содержащий терминал фидерной линии контрольного сигнала.5. Способ по п.3, отличающийся тем, что N антенных модулей интеллектуальной антенной решетки являются всенаправленными антеннами и указанная контрольная антенна расположена в любом положении зоны ближнего поля каждого антенного модуля.6. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная калибровка при приеме интеллектуальной антенной решетки дополнительно содержит регистрацию выхода каждой линии приема с помощью процессора основной полосы частот в базовой станции и вычисление отношения передаточного коэффициента каждой линии к передаточному коэффициенту опорной линии во время приема, в соответствии с выходом каждой линии приема, управление выходом каждой линии приема посредством управления усилителем с изменяемым коэффициентом усиления в аналоговом приемнике каждой линии для приведения амплитудного отношения передаточного коэффициента каждой линии приема к передаточному коэффициенту опорной линии к 1, запись и сохранение фазовой разницы Ψ между каждой линией приема и опорной линией в процессоре основной полосы частот.7. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная калибровка при передаче интеллектуальной антенной решетки дополнительно содержит обработку сигналов с помощью процессора основной полосы частот в базовой станции и вычисление амплитудного отношения передаточного коэффициента каждой линии к передаточному коэффициенту опорной линии во время передачи, управление выходом каждой линии передачи посредством управления усилителем с изменяемым коэффициентом усиления в аналоговом передатчике каждой линии для приведения амплитудного отношения передаточного коэффициента каждой линии к передаточному коэффициенту опорной линии к 1 во время передачи, запись и сохранение фазовой разницы Ψ между каждой линией передачи и опорной линией в процессоре основной полосы частот.8. Способ по п.2, отличающийся тем, что указанная калибровка соединительной структуры с векторным анализатором схем дополнительно содержит установку соединительной структуры пассивной сети, состоящей из N ответвителей и пассивного 1:N распределителя/объединителя, соединенного с N ответвителями, при этом N ответвителей соединены с антенными терминалами N антенных модулей интеллектуальной антенной решетки соответственно и выход пассивного распределителя/объединителя является терминалом фидерного кабеля контрольного сигнала, соединение указанного векторного анализатора схем с терминалом фидерного кабеля контрольного сигнала и терминалом антенного модуля подлежащей калибровке линии связи, соединение терминала антенного модуля, по меньшей мере, одной другой линии связи с согласованной нагрузкой и измерение и запись передаточного коэффициента при приеме и передаточного коэффициента при передаче подлежащей калибровке линии связи при каждой необходимой несущей рабочей частоте, повторения указанных выше этапов, пока не будут измерены и записаны все передаточные коэффициенты при приеме и передаточные коэффициенты при передаче N линий связи.9. Устройство для калибровки интеллектуальной антенной решетки, содержащее калибровочное звено, расположенное в зоне ближнего поля подлежащей калибровке интеллектуальной антенной решетки, и процессор основной полосы частот, где калибровочное звено содержит калиброванную соединительную структуру, фидерный кабель и контрольный приемопередатчик, при этом соединительная структура соединена с N антенными модулями интеллектуальной антенной решетки, фидерный кабель соединен с соединительной структурой и контрольным приемопередатчиком, контрольный приемопередатчик соединен с процессором основной полосы частот в базовой станции с помощью цифровой шины, при этом, когда калибровочное звено передает калибровочный сигнал, N линий приема интеллектуальной антенной решетки получают этот сигнал в то же время, и когда каждая из линий передачи интеллектуальной антенной решетки передает калибровочный сигнал, калибровочное звено принимает указанный сигнал.10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанная соединительная структура является контрольной антенной с режимом пространственной связи, при этом контрольная антенна находится в рабочем главном луче диаграммы направленности излучения N антенных модулей, которые образуют интеллектуальную антенную решетку, контрольная антенна содержит антенный терминал, содержащий терминалом фидерной линии подачи контрольного сигнала.11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что N антенных модулей интеллектуальной антенной решетки, являются всенаправленными антеннами и указанная контрольная антенна расположена в любом положении в зоне ближнего поля каждого антенного модуля.12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанная соединительная структура является пассивной сетью, содержащей N ответвителей, соответствующих N антенным модулям указанной интеллектуальной антенной решетки, и пассивный 1:N распределитель/объединитель, соединенный с N ответвителями, при этом указанные N ответвителей соединены с антенными терминалами N антенных модулей соответственно и выход пассивного распределителя/объединителя является терминалом линии подачи контрольного сигнала.13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанный контрольный приемопередатчик имеет ту же структуру, что и радиочастотный приемопередатчик базовой станции, и содержит дуплексер, аналоговый приемник, соединенный с дуплексером, аналоговый передатчик, соединенный с дуплексером, аналого-цифровой преобразователь, соединенный с аналоговым приемником, и цифроаналоговый преобразователь, соединенный с аналоговым передатчиком, при этом дуплексер содержит радиочастотный интерфейс, соединенный с фидерным кабелем соединительной структуры, указанные аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь соединены с указанной цифровой шиной.14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что аналоговый приемник содержит усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, управляемый с помощью программного обеспечения, установленного с возможностью управления коэффициентом усиления, и аналоговый передатчик содержит усилитель с изменяемым коэффициентом усиления, управляемый с помощью программного обеспечения, установленного с возможностью управления коэффициентом усиления.