自适应阵列天线系统技术方案

在用在诸如ＴＤＤ（时分双工）系统之类的时分通信系统中的阵列天线中，在不使用外部信息的情况下，在实际通信过程中，在收发器自身中校准每个天线振子的振幅和相位。第一发射器（１—３—１）具有向天线振子（１—１—１）发送发射信号，以及向至少一个接收器（１—４—１～１—４—Ｎ）发送发射信号的装置（１—５—１）。除了第一发射器之外，其它发射器具有向相关的天线振子（１—１—２～１—１－ｋ）发送发射信号，及向与第一发射器相关的第一接收器（１—４—１）发送发射信号的装置（１—５－ｋ）。在第一接收器（１—４—１）中得到的振幅／相位值和在除第一接收器之外其它接收器（１—４—２～１—４－ｋ）中得到的振幅／相位值根据所需的辐射图提供每个天线振子的加权振幅／相位值。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
自适应阵列天线系统本专利技术涉及一种自适应阵列天线系统，具体地说，本专利技术涉及这样一种系统，在使用该系统的诸如TDD(时分双工)之类通信系统的通信中，该系统可自动校正每个阵列天线元件的振幅和相位，诸如TDD(时分双工)之类通信系统基于时分进行发射和接收。最近，由于诸如便携式电话和／或PHS(个人手持式电话系统)之类移动通信的快速发展，在有限的频宽中具有尽可能多的用户已变得越来越重要。于是，现在一种多信道访问系统广泛应用在移动通信系统中，在该多信道访问系统中，一个特定信道由多个用户共享。目前的移动通信系统，例如蜂窝系统和／或PHS中使用的典型的多信道访问系统是时分多路存取(TDMA)系统。此外，在频率使用效率极好的微蜂窝系统中，使用了基于时分在同一频率上共享发射和接收的时分双工(TDD)系统。另一方面，为了具有在无线电信道中具有高的频率使用效率，消除相邻蜂窝的干扰是必不可少的。提高频率使用效率的常规技术是使用自适应阵列天线。在Monzingo等的“Introduction to AdaptiveArray”，John willy&Sons，New York，1980中对此进行了说明。自适应阵列天线系统具有一系列天线振子，每个天线振子具有关于振幅和相位的加权输入信号，从而天线系统对沿干涉波方向的辐射图具有零方向性，消除干涉波的影响。图13表示了当自适应阵列天线用在TDD系统中时的常规构造。当自适应阵列天线用在TDD系统中时，能够把接收方中天线的辐射图按原样用作发射方的辐射图，因为发射频率与接收频率相同。于是，自适应阵列天线适用于考虑发射特性的TDD系统。在图13中，数字13-1-1～13-1-N代表N(N是大于2的整数)个天线振子，每个天线振子通过发射／接收转换器13-2-1～13-2-N与发射-->器13-3-1～13-3-N或者接收器13-4-1～13-4-N耦合。接收信号通过天线振子和发射／接收转换器被提供给接收器。接收器的输出被提供给计算每个信道的振幅和相位的辐射图控制计算电路13-7(或者方向控制计算电路)。加权乘法电路13-6把所述振幅和所述相位与要发射的信号相乘，并通过发射器和发射／接收转换器把乘积提供给天线振子。天线振子的振幅和相位由加权乘法电路控制，从而获得所需形状的天线波束。于是，当辐射图控制计算电路提供每个信道的振幅和相位，并且加权乘法电路提供所述振幅和所述相位与发射信号的乘积时，发射辐射图和接收辐射图基本相同。不过，虽然一个天线振子的振幅和相位最好应和所有天线振子中的振幅和相位相同，但是由于包括功率放大器，接线电缆的高频电路的误差，和／或安装设备的地方的温度变化，天线振子的振幅和相位实际上是互不相同的。这种误差恶化了零迅号和旁瓣，从而降低了自适应阵列天线的干扰抑制性能。在J．Litva等的“Digital Beamforming inWireless Communications”，Artech House Publishrs，1996中对此进行了说明。图11表示了这种降低的一个例子。图11表示了三个天线振子的环形布置的阵列天线。图11(a)表示了理想的振幅／相位关系的情况，图11(b)表示了由于每个天线振子的振幅和／或相位的误差引起的辐射图中零迅号的深度。理想情况下，得到如图11(a)中所示的具有沿180°方向的零迅号。但是，当在每个天线振子的振幅和／或相位中存在误差时，辐射图被显著降低为如图11(b)中所示。因此，当发射辐射图应与TDD系统中自适应阵列天线的接收辐射图相一致时，应调节阵列天线中各个分支中的振幅和相位。通常，当调节阵列天线的振幅和相位时，接收来自远场的信号，或者说由远场中的阵列天线发射的信号，并顺序旋转每个分支的相位。这称为单元场矢量旋转方法，在Mano和Kataki的“A Method forMeasuring Amplitude／Phase of Antenna Element in Phased Array-->Antenna”，日本的Institute of Electronics，Information andCommunication出版的Technical Journal(B)，Vol．J-65-B，No．5，第555-560页中对此进行了说明。但是，当在微蜂窝移动通信系统中，基站不是有规则地设置，而是考虑到消除服务区中的盲区，和／或通信量进行设置时，不能够在每个基站中使用上述方法。此外，当我们们尝试终端站发射信号，以便进行调节时，必须在实际通信过程中发射所述信号，于是，降低了通信帧的传输效率。于是，在移动通信系统环境中，希望通过使用实际的通信设备本身，调节每个分支的振幅和相位。通过使用实际的通信设备本身，调节每个分支的振幅和相位的一种现有建议是设备具有用于调节目的的参考信号，通过利用所述参考信号，调节阵列天线。在H．Steyscal等的“Digital Beamforming forReaders”，Microwave Journal，vol．32，no．1，pp121-136中对此进行了说明。图12中表示了文献中的调节电路的构造。图12中，按照如下所述调节阵列天线。(1)参考信号发生器12-11通过分离器12-14a向接收器12-3发送为所有分支所共有的信号。基于在每个接收器中接收的值，和是由特定接收器接收的接收值的参考值，确定每个接收器的调节值。(2)发射器12-4通过转换器12-13和衰减器12-12，向接收器发送信号。根据每个接收器的输出，以及在所述步骤(1)中确定的参考接收器的参考值，得到调节值。(3)根据所述步骤(1)和所述步骤(2)的差值，得到发射调节值。因此，通过只使用通信设备，图12可调节阵列天线的每个分支的振幅和相位。但是，图12独立地进行发射器和接收器的调节，于是其缺点是不能在基于时分多路复用系统进行发射和接收的TDD系统中的实际通信过程中进行调节。于是，不能随着诸如如通信过程中温度变化之类的-->环境变化和／或基站位置的变化而变化。本专利技术的目的是提供一种自适应阵列天线，在实际通信过程中，通过只利用通信设备本身，可调节该阵列天线。对于每个分支的振幅和相位的调节，本专利技术并不使用外部信号，于是，不会降低传输效率。实现上述目的的本专利技术的特征在于一种自适应阵列天线系统，它包括：N(N≥2，N是整数)个天线振子(1-1-1～1-1-N)；N个发射器(1-3-1～1-3-N)，N个接收器(1-4-1～1-4-N)；通过对施加给与每个天线振子相关的相应接收器的信号的振幅和相位加权，并组合加权后的信号，控制所述自适应阵列天线系统的辐射图的方向性计算电路(1-7)；所述自适应阵列天线用在时分双工通信系统中；在通信中的发射时隙中，每个发射器与相关的天线振子耦合，并具有把部分发射发送给至少一个接收器的装置(1-5-1～1-5-N)；接收至少两个接收器的输出，并根据所述至少两个接收器的输出的比值，提供与所述发射器和所述接收器要关的分支的振幅／相位校准值的振幅／相位校准计算电路(1-6)，所述至少两个接收器在发射时隙内接收来自发射器的信号。在本专利技术的一个实施例中，根据本专利技术的自适应阵列天线系统包括：N(N≥2，N是整数)个天线振子(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应阵列天线系统，包括： Ｎ（Ｎ≥２，Ｎ是整数）个天线振子（１－１－１～１－１－Ｎ）， Ｎ个发射器（１－３－１～１－３－Ｎ）， Ｎ个接收器（１－４－１～１－４－Ｎ）， 通过对施加给与每个天线振子相关的相应接收器的信号的振幅和相位加权，并组合加权后的信号，控制所述自适应阵列天线系统的辐射图的方向性计算电路（１－７）， 所述自适应阵列天线用于时分双工通信系统中， 在通信中的发射时隙期间，每个发射器与相关的天线振子耦合，并具有把部分发射发送给至少一个接收器的装置（１－５－１～１－５－Ｎ）， 接收至少两个接收器的输出，并根据所述至少两个接收器的输出的比值，提供与所述发射器和所述接收器一关的分支的振幅／相位校准值的振幅／相位校准计算电路（１－６），所述至少两个接收器在发射时隙内接收来自发射器的信号。

【技术特征摘要】
JP 1998-11-19 328895/981．一种自适应阵列天线系统，包括：N(N≥2，N是整数)个天线振子(1-1-1～1-1-N)，N个发射器(1-3-1～1-3-N)，N个接收器(1-4-1～1-4-N)，通过对施加给与每个天线振子相关的相应接收器的信号的振幅和相位加权，并组合加权后的信号，控制所述自适应阵列天线系统的辐射图的方向性计算电路(1-7)，所述自适应阵列天线用于时分双工通信系统中，在通信中的发射时隙期间，每个发射器与相关的天线振子耦合，并具有把部分发射发送给至少一个接收器的装置(1-5-1～1-5-N)，接收至少两个接收器的输出，并根据所述至少两个接收器的输出的比值，提供与所述发射器和所述接收器一关的分支的振幅／相位校准值的振幅／相位校准计算电路(1-6)，所述至少两个接收器在发射时隙内接收来自发射器的信号。2．按照权利要求1所述的自适应阵列天线系统，包括：N(N≥2，N是整数)个天线振子(2-1-1～2-1-N)，N个发射器(2-3-1～2-3-N)，N个接收器(2-4-1～2-4-N)，为各个天线振子配置的，用于选择性地使相应的天线振子与相应的发射器或者与相应的接收器耦合的N个第一转换器(2-2-1～2-2-N)，通过对施加给每个接收器的信号的振幅和相位进行加权，并组合加权后的信号，控制所述阵列天线的辐射图的辐射图控制计算电路(2-10)，把发射信号和在所述辐射图控制计算电路中得到的振幅和相位相乘的加权乘法电路(2-11)，为各个发射器配置的，用于使相应发射器的输出与相应天线振子耦合，并分离部分发射信号的N个分离器(2-5-1～2-5-N)，-->使第一分离器(2-5-1)分离的信号与第二～第N接收器(2-4-2～2-4-N)之一耦合的第二分转换器(2-6)，使第二～第N分离器(2-5-2～2-5-N)分离的信号与第一接收器(2-4-1)耦合的第三转换器(2-7)，使各个接收器(2-4-i)的输入通过相应的第一转换器(2-2-i)与相应的天线振子(2-1-i)的信号耦合，或者与来自所述第二转换器(2-6)或者所述第三转换器(2-7)的信号耦合的第四转换器(2-8-1～2-8-N)，通过利用在各个接收器中得到的振幅值和相位值，提供各个天线振子的振幅／相位校准值的振幅／相位校准值计算电路(2-9)。3．按照权利要求2所述的自适应阵列天线系统，其中：所述振幅／相位校准值计算电路(2-9)通过下述步骤提供第i个天线振子的校准值：分离来自第一发射器(2-3-1)的信号，通过所述第二转换器(2-6)，使分离的信号与第i(2≤i≤N，i是整数)个第四转换器(2-8-i)耦合，在通过第i个第四转换器(2-8-i)接收所述分离信号的所述第i个接收器(2-4-i)的输出端得到值(1)，分离来自第i个发射器(2-3-i)的信号，通过所述第三转换器(2-7)，使分离信号与第一个第四转换器(2-8-1)耦合，在接收来自第i个发射器(2-4-i)的所述分离信号的第一接收器(2-4-1)的输出端得到值(2)，及提供(所述值(1)／(所述值(2))的比值作为第i分支的校准值。4．按照权利要求1所述的自适应阵列天线系统，包括：N(N≥2，N是整数)个天线振子(4-1-1～4-1-N)，N个发射器(4-3-1～4-3-N)，N个接收器(4-4-1～4-4-N)，为各个天线振子配置的，用于把天线振子(4-1-i)转换到相应的-->发射器(4-3-i)，或者转换到相应的接收器(4-4-i)的第一转换器(4-2-1～4-2-N)，通过对施加给每个接收器的信号的振幅和相位进行加权，并组合加权后的值，控制所述自适应阵列天线系统的辐射图的辐射图控制计算电路(4-10)，把发射信号和在所述辐射图控制计算电路中得到的振幅和相位相乘的加权乘法电路(4-11)，把每个发射器的输出分离成两个信号的N个分离器(4-5-1～4-5-N)，使第k个接收器(4-4-k)的输入与第(k-1)分离器(4-5-k)(2≤k≤N-1，k是整数)，或者与第k+1分离器(4-5-(k+1))相连的(N-2)个第二转换器(4-6-2～4-6-(N-1))，使第k个分离器(4-5-k)与第(k-1)接收器(4-4-(k-1))的输入，或者与第k+1接收器(4-4-(k+1))的输入相连的(N-2)个第三转换器(4-7-2～4-7-(N-1))，使相应接收器(4-4-i)的输入或者通过所述第一转换器之一(4-2-i)与相应的天线振子(4-1-i)连接，或者与来自所述第二转换器(4-6-i)或所述第三转换器(4-7-i)的信号相连的第四转换器(4-8-1～4-8-N)，通过利用在所述各个接收器中得到的振幅值和相位值，提供各个天线振子的振幅／相位校准值的振幅／相位校准值计算电路(4-9)。5．按照权利要求4所述的自适应阵列天线系统，其中：所述振幅／相位校准值计算电路(4-9)计算：C(i)=A(i)／B(i)，(1≤i≤N-1，i是整数)，并对第(i+1)分支的振幅／相...

【专利技术属性】
技术研发人员：西森健太郎，长敬三，鹰取泰司，堀俊和，
申请(专利权)人：日本电信电话株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]