智能天线系统中上行及下行通道相干性检测方法 【技术领域】
本发明涉及智能天线系统中通道相干性检测方法，尤其涉及一种智能天线系统中上行及下行通道相干性检测方法。
背景技术
智能天线技术已经成为移动通信中最具有吸引力的技术之一。智能天线又叫阵列天线，其采用空分多址技术，利用信号在传输方向上的差别，将同频率或同时隙、同码道的信号区分开来，最大限度地利用有限的信道资源。与无方向性天线相比较，其上、下行链路的天线增益大大提高，降低了发射功率电平，提高了信噪比，有效地克服了信道传输衰落的影响。智能天线技术利用信号传输的空间特性和数字信号处理技术，可以实现上行接收信号最大比合并、赋形权矢量估计以及下行发射信号波束赋形，从而达到降低干扰、增加容量、扩大覆盖、改善通信质量、降低发射功率和提高无线数据传输速率的目的。
各个通道之间相干性是衡量阵列天线性能的重要指标之一。对于使用了阵列天线的通信系统的上行链路而言，为了实现各上行通道接收信号的最大比合并，达到提高信噪比和抑制干扰等目的，各个上行通道之间的相干性必须满足要求，以实现对应的接收信号之间的高相关系数；对于阵列天线系统的下行链路而言，为了针对某一用户实现波束赋形，即各下行通道发射信号能够在该用户设备侧同相合并，达到波束提高信噪比和抑制干扰等目的，各个下行通道之间的相干性必须满足要求，以实现对应的发射信号之间的高相关系数。
公开号为CN1777071A的中国专利申请提供了一种用于智能天线基站的通道相干性测试方法，用于测试基站的多个上行通道或多个下行通道，包括以一通道作为基准通道，另一通道作为待测通道，关闭其余的通道；保持基准通道的权值不变，改变待测通道的权值，使合成带内功率最小并将该带内功率最小值作为第一功率值，将权值的相位加上或减去180°并记录此时的合成带内功率值作为第二功率值；根据所述第二和第一功率值的差值判断待测通道和基准通道之间的相干性。该申请依次测试各个待测通道与基准通道之间的相干性，在单次的测试过程中，仅基准通道与某一待测通道工作，而其余通道关闭，对于每个待测通道均需要基准通道单独发射信号或接收信号，上述测试过程的重复次数与待测通道数有关，若待测通道数较多时，则必然存在测试效率低等缺点，而且各个待测通道均是与基准通道组合进行测试，难以精确判断两个待测通道之间的相干性。并且，在测试过程中，需不断改变待测通道的权值来确定带内功率的最小值，这无疑增加了处理的复杂度，其处理结果的精确度也不够。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种智能天线系统中上行及下行通道相干性检测方法，通过测试信号的一次发送即可完成待测天线的测量，提高测试效率，通道之间相干性测量相对准确。
为了实现上述发明目的，本发明的主要技术方案为：
一种智能天线系统中上行通道相干性检测方法，包括：
通过校正天线或耦合网络校正口发射检测信号，智能天线中各天线和/或其对应的上行通道接收所述检测信号；
接收的检测信号与对应通道的上行通道校正权值相乘，得到响应信号；
计算任意两个待测通道响应信号的同相合成功率及反相合成功率，将同相合成功率及反相合成功率的比值与设定阈值进行比较，若大于或等于设定阈值则两通道的相干性达标，否则两通道的相干性不达标。
优选地，接收的检测信号由智能天线的信号处理单元检测。
优选地，所述同相合成功率是将两个待测通道响应信号相加后取其模的平方；所述反相合成功率是将两个待测通道响应信号相减后取其模的平方。
优选地，校正天线或耦合网络校正口发射的检测信号为伪随机序列符号或正交序列符号。
一种智能天线系统中下行通道相干性检测方法，包括：
根据智能天线中各下行通道对应的扩频码，基于同一符号级检测信号序列生成相互正交的码片级扩频信号序列，并通过天线和/或其对应的下行通道同时发射；
智能天线中校正天线或耦合网络校正口接收各天线和/或其对应的下行通道发射的信号；
检测出校正天线或耦合网络校正口所接收的信号，根据各下行通道对应地扩频码及符号级检测信号解扩出各下行通道符号级信号序列，与各通道的下行通道校正权值分别相乘，得到响应信号；
计算任意两个待测下行通道所解扩的符号级信号序列的同相合成功率及反相合成功率，将同相合成功率及反相合成功率的比值与设定阈值进行比较，若大于或等于设定阈值则两通道的相干性达标，否则两通道的相干性不达标。
优选地，所所述同相合成功率是将两个待测通道响应信号相加后取其模的平方；所述反相合成功率是将两个待测通道响应信号相减后取其模的平方。
优选地，所述校正天线或耦合网络校正口所接收的信号由智能天线的信号处理单元检测。
优选地，所述扩频码为正交的沃尔什码。
本发明利用智能天线中的校正天线或耦合网络校正口来发射或接收测试信号，通过一次的信号发射即可完成各天线通道相干性的检测，本发明直接对待测通道进行检测，其检测结果直接反应了天线通道的相干性。因此，本发明不仅检测效率明显提高，而且能够精确判断任意两个通道之间的相干性，具有实时性强、易于工程实现等优点。
【附图说明】
图1为本发明实施例的智能天线系统中上行通道相干性检测方法的流程图；
图2为本发明实施例的智能天线系统中下行通道相干性检测方法的流程图。
【具体实施方式】
本发明的基本思想是：现有智能天线系统中，需选用一基准天线通道，仅余下一条待测天线通道，才能实现天线通道相干性的检测，测试效率较低，测量结果准确度也不够高。针对于此，本发明利用智能天线中的校正天线及耦合网络校正口来发射或接收测试信号，通过一次的信号发射即可完成各天线通道相干性的检测，本发明直接对待测通道进行检测，其检测结果直接反应了天线通道的相干性。本发明检测效率高，能够保障检测的精确度，具有实时性强、易于工程实现等优点。以下结合附图对本发明进行详细描述。
图1为本发明实施例的智能天线系统中上行通道相干性检测方法的流程图，如图1所示，本发明实施例的智能天线系统中上行通道相干性检测方法包括以下步骤：
步骤101：通过校正天线或耦合网络校正口发射检测信号，智能天线中各天线和/或其对应的上行通道接收所述检测信号。
对于智能天线而言，为了实现波束赋形的目的，天线通道之间必须进行校正，以补偿各上行通道之间幅值、相位的不一致性，只有经过幅值、相位的补偿，才能实现信号的完全相干，才能实现主波束的发射功率达到极大值。为了保证信号的相干特性，智能天线需要通过天线的通道特性来调整信号，使之达到同相和/或同频的目的。通道特性与连接天线及耦合器的线缆长度、天线极化特性等相关，可通过相关测量手段得到这些通道特性即上行通道校正权矢量，可表示为wUL=[wUL(1),wUL(2),...,wUL(K)]T;]]>其中，K为有效的上行天线通道数，k＝1，2，...，K；为wUL(k)的幅值；(·)T表示复数矢量或矩阵的转置。上行通道校正权矢量wUL(k)数学上表现为复数。wUL(k)可对经过通道的信号的相位和/或幅值进行调节。wUL(k)可通过智能天线系统获取，其为已知量。
通过阵列天线的校正天线或耦合网络校正口发射某一检测信号序列，所有待测的上行天线通道同时接收该信号序列。通过阵列天线的校正天线或耦合网络校正口发射的检测信号序列可为伪随机(PN)序列信号或正交序列信号，持续的时长为P。所有待测的上行天线通道同时接收的信号序列表示为：rUL=[rUL(1),rUL(2),...,rUL(K)]T,]]>式中rUL(k)={rUL(k)(t),0≤t≤P}]]>表示上行通道k接收的信号序列，其可通过智能天线的信号处理单元测量获得，这也是智能天线能实现的最基本的功能。需要说明的是，耦合网络校正口能实现天线的所有功能，其也可发射相应的信号，但其信号功率较弱。
步骤102：接收的检测信号与对应通道的上行通道校正权值相乘，得到响应信号。
将天线通道所接收的信号rUL与该天线通道的上行通道校正权矢量wUL相乘，即得到该天线通道的响应信号，第m个天线通道上的响应信号为rUL(m)(t)·wUL(m)。该响应信号即是智能天线接收上行信号通过对应天线通道后的理论信号值，如果智能天线设计完好，那么经过各通道的信号应该是相干的，即能满足一定的相干性，这样，通过直接对响应信号的相干测量即可确定天线通道的相干性状况。
步骤103：计算任意两个待测通道响应信号的同相合成功率及反相合成功率，将同相合成功率及反相合成功率的比值与设定阈值进行比较，若大于设定阈值则两通道的相干性达标，否则两通道的相干性不达标。
上行待测通道m与n之间接收信号的同相合成功率表示为：P1(m,n)=Σt=0P|rUL(m)(t)·wUL(m)+rUL(n)(t)·wUL(n)|2,]]>m≠n，m，n＝1，2，...，K；上行待测通道m与n之间接收信号的反相合成功率表示为
若同相合成功率和反相合成功率之比等于或大于门限值，则两个上行待测通道满足相干性的设计要求，否则，即不满足相干性的设计要求。若10·lg(P1(m,n)P2(m,n))≥ΓUL,]]>则上行待测通道m与n之间的相干性满足设计要求，其中ΓUL为门限值，实际应用时选取ΓDL≥15dB；若10·lg(P1(m,n)P2(m,n))<ΓUL,]]>则上行待测通道m与n之间的相干性不满足设计要求。ΓUL值的选取与智能天线的相关参数及经验有关。
本发明可根据需要任意选择两待测天线通道进行相干性检测，检测信号只发一次即可实现所有天线通道的检测，方便快捷。
图2为本发明实施例的智能天线系统中下行通道相干性检测方法的流程图，如图2所示，本发明实施例的智能天线系统中下行通道相干性检测方法包括以下步骤：
步骤201：根据智能天线中各下行通道对应的扩频码，基于同一符号级检测信号序列生成相互正交的码片级扩频信号序列，并通过各天线和/或其对应的下行通道同时发射。其中，扩频码为正交的沃尔什(Walsh)码。
符号级检测信号序列表示为sDL＝{sDL(t)，t＝1，2，...，Y}，Y为序列的符号数；下行待测通道k对应的扩频码为cDL(k)={cDL(k)(q),q=1,2,...,Q},]]>Q为扩频因子，通常采用正交的沃尔什码；那么下行待测通道k对应的码片级扩频信号序列表示为rDL(k)=sDL(k)⊗cDL(k),]]>式中表示直积运算，相当于扩频过程。
步骤202：智能天线中校正天线或耦合网络校正口接收各天线和/或其对应的下行通道发射的信号。所有待测的下行天线通道同时发射各自的码片级扩频信号序列。
步骤203：检测出校正天线或耦合网络校正口所接收的信号，根据各下行通道对应的扩频码及符号级检测信号解扩出各下行通道符号级信号序列，与各通道的下行通道校正权值分别相乘，得到响应信号。
阵列天线的校正天线或耦合网络校正口可实现对智能天线检测信号序列的接收，由智能天线信号处理单元检测校正天线或耦合网络校正口所接收的信号，所检测的码片级信号序列表示为rDL=rDL(1)+rDL(2)+...+rDL(K)=sDL(1)⊗cDL(1)+sDL(2)⊗cDL(2)+...+sDL(K)⊗cDL(K)+n;]]>式中n为加性高斯白噪声(AWGN)矢量。校正天线或耦合网络校正口是智能天线的信号接收部分，检测所接收信号是其功能中的一部分。
由于扩频码采用正交的沃尔什码，而且下行天线通道与校正天线或耦合网络校正口之间的传播环境近似为高斯白噪声环境，因此校正天线或耦合网络校正口所接收的各下行通道对应的码片级扩频信号序列基本上相互正交，而由于是带内通道，多址干扰问题可忽略不计，因此，下行待测通道k解扩出的符号级信号序列表示为sDL(k)(t)=Σq=1QrDL((t-1)·Q+q))·cDL(k)(q)=sDL(t),]]>t＝1，2，...，Y。
步骤204：计算任意两个待测下行通道所解扩的符号级信号序列的同相合成功率及反相合成功率，将同相合成功率及反相合成功率的比值与设定阈值进行比较，若大于设定阈值则两通道的相干性达标，否则两通道的相干性不达标。
下行待测通道m与n之间接收信号的同相合成功率表示为：P1(m,n)=Σt=1Y|rDL(m)(u)·wDL(m)+rDL(n)(u)·wDL(n)|2,]]>m≠n，m，n＝1，2，...，K；下行待测通道m与n之间接收信号的反相合成功率表示为下行通道校正权矢量wDL=[wDL(1),wDL(2),...,wDL(K)]T,]]>wDL数学上表现为复数；wDL可对经过通道的信号的相位和/或幅值进行调节。wDL是保证信号到达天线时保证信号频率和/或相位角等一致的通道参数。基本wUL(k)可通过智能天线系统获取，其为已知量。
若同相合成功率和反相合成功率之比等于或大于门限值，则两个上行待测通道满足相干性的设计要求，否则，即不满足相干性的设计要求。若10·lg(P1(m,n)P2(m,n))≥ΓUL,]]>则上行待测通道m与n之间的相干性满足设计要求，其中ΓUL为门限值，实际应用时ΓDL≥15dB；若10·lg(P1(m,n)P2(m,n))<ΓUL,]]>则上行待测通道m与n之间的相干性不满足设计要求。ΓUL值的选取与智能天线的相关参数及经验有关。
本发明可根据需要任意选择两待测天线通道进行相干性检测，检测信号只发一次即可实现所有天线通道的检测，方便快捷。
本发明上下行天线通道的相干性检测，不仅检测效率明显提高，而且能够精确判断任意两个通道之间的相干性，具有实时性强、易于工程实现等优点。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。