专利名称：在混合矩阵放大系统中用于误差补偿的方法和设备的利记博彩app
技术领域：
本发明一般涉及无线通信设备，特别涉及混合矩阵放大系统和无线通信设备的天线阵列。
背景技术：
混合矩阵放大器包括一组平行的放大器，通过有混合连接器组成的多端口矩阵来反馈其输入，组合其输出。其中，矩阵为傅立叶变换矩阵(FTM)的混合矩阵放大器的示例配置如美国专利申请5,834,972所述，该专利转让给了本发明的受让人，在此通过引用将其整个结合进来。一般来说，施加到输入FTM的输入端的信号平均分布在FTM的多个输出端口中。然后FTM将每个信号输出发送到分离的放大器，在其中放大信号，然后将其发送至输出FTM的多个输入端口之一。然后将在输出FTM的输入端上接收到的每个信号分布在输出FTM的多个输出端口中。
建议服务于多个小区扇区(multiple cell sectors)并包括多个自适应天线阵列的基站子系统(BSS)使用包括混合矩阵放大器的发射器，其中多个天线阵列中的每个天线阵列向多个小区扇区中的不同扇区提供服务。在这样的BSS中，在输出FTM的多个输出端口之一产生的每个信号都被发送到天线阵列中的一个天线单元上。此外，接收FTM输出信号的每个天线单元都在与从FTM接收输出信号的其它天线单元不同的天线阵列中。
例如，假设BSS服务于被划分为四个扇区的小区。BSS包括四个天线阵列，其中每个阵列包括四个天线单元并服务于四个小区扇区之一。BSS还包括四个发射分支。每个发射分支包括具有四个输入和四个输出端口的输入FTM、具有四个输入和四个输出端口的输出FTM以及包含四个放大器的放大器部分，其中四个放大器中的每个都可操作连接到输入FTM的输出端口上和输出FTM的输入端口上。此外，发射分支的输出FTM的每个输出端口都可操作连接到不同于其它FTM输出端口所连接到的单元和阵列的天线阵列中的天线单元。也就是说，FTM的第一输出可操作连接到四个天线阵列的第一天线阵列中的一个单元上，第二输出端口可操作连接到四个阵列的第二阵列中的一个单元上，第三输出端口可操作连接到四个阵列的第三阵列中的一个单元上，第四输出端口可操作连接到四个阵列的第四阵列中的一个单元上。由此，每个发射分支都可操作连接到每个天线阵列中的一个天线单元上。
由于在连接线缆的发射分支长度上的变化、部件老化以及部件性能上的变化，通过发射分支传播的信号的增益和相位可以在时间上很缓慢地变化。当输入到发射分支并输出到与其它输入信号不同的天线单元的多信号中的每个都经历与其它输入信号不同的增益和相位时，存在交叉扇区信号泄露的可能性。交叉扇区信号泄露导致本来打算在某一小区扇区中传输的信号受到了在其它小区扇区中传输的信号的干扰。此外，当传播路径通过发射分支和连接的天线单元的信号的增益和相位是已知的、非校准的或者易在时间上变化时，在组成加权(weight)的波束用于包括连接单元的阵列的单元时存在不合适的波束形成的可能性。因此，需要一种对包括混合矩阵放大器的发射分支的信号传播路径校准或提供误差补偿的方法和设备，尤其是要在不关闭BSS的情况下可确定校准或误差补偿。
图1是根据本发明实施例的无线通信系统的方框图。
图2是根据本发明实施例的图1的基站子系统的发射器部分的方框图。
图3A是根据本发明实施例的发射分支的方框图。
图3B是图3A方框图的延续，是根据本发明实施例的发射分支的方框图。
图4是根据本发明实施例的基站2×2傅立叶变换矩阵的方框图。
图5是根据本发明实施例的射频2×2傅立叶变换矩阵的方框图。
图6是根据本发明实施例的4×4傅立叶变换矩阵的方框图。
图7是根据本发明实施例，在执行内环误差补偿处理过程中由图3的发射分支所执行的步骤的逻辑流程图。
图8是根据本发明实施例，由图3的内环反馈电路产生内环控制信号所执行的步骤的逻辑流程图。
图9是根据本发明实施例，在执行外环误差补偿处理过程中由图3的发射分支所执行的步骤的逻辑流程图。
图10是根据本发明实施例，由图3的外环反馈电路产生外环控制信号所执行的步骤的逻辑流程图。
具体实施例方式
为了满足对一种对包括混合矩阵放大器的发射分支的信号传播路径的方法和设备的需要，其中可以在不关闭BSS的情况下确定校准或误差补偿，提供一种基站子系统，其包括至少一个发射分支，其具有前向路径，该前向路径包括输入连接到输入傅立叶变换矩阵(FTM)、输出连接到输出FTM的信号处理单元。发射分支还包括两个误差补偿环路、一个内反馈环路和一个外反馈环路。内反馈环路对由信号处理部分引入到发射分支的信号输入的误差提供误差补偿。外环提供对在内反馈环可进行误差补偿之后通过发射分支前向路径发送时引入到信号中的所有残余误差的误差补偿。
一般来说，本发明包含用于在混合矩阵放大系统中误差补偿的设备。该设备包括输入信号前向路径，其含有具有多个输入端口和多个输出端口的输入傅立叶变换矩阵(FTM)和输出FTM。信号处理部分有多个输入端口和多个输出端口，其中多个信号处理部分输入端口的每个输入端口连接到多个信号处理部分输出端口的一个输出端口。该设备还包括连接到输入信号前向路径上的外环反馈电路，该电路对输入信号前向路径输出的信号进行采样以产生衰减的输出信号，基于衰减的输出信号确定外环误差，基于外环误差产生外环控制信号。基于外环控制信号，输入信号前向路径调整连接到输入信号前向路径上的信号的增益和相位中的至少一个。
本发明另一实施例包括多信道发射器，其包含输入信号前向路径和连接到输入信号前向路径上的外环反馈电路，该输入信号前向路径具有多个输入端口和多个输出端口。输入信号前向路径还包括输入FTM、信号处理部分和输出FTM。输入FTM具有多个输入端口和多个输出端口，并在多个输入端口中的一个上接收预定的信号，将至少一部分预定信号发送到多个输出端口中的每个输出端口，以产生多个输入FTM的输出信号。信号处理部分具有多个输入端口和多个输出端口，其中信号处理部分的多输入端口中的每个都接收多个输入FTM输出信号中的一个。信号处理部分放大每个接收到的输入FTM输出信号，以产生放大信号并将每个放大信号发送到多个信号处理部分输出端口中的一个输出端口。输出FTM具有多个输入端口和多个输出端口，其中输出FTM的多个输入端口中的每个接收来自信号处理部分的多个输出端口中的一个输出端口的放大信号，其中输出FTM基于多个接收到的放大信号，在多个输出端口中的一个上产生前向路径输出信号。外环反馈电路接收至少一部分的前向路径输出信号，基于至少一部分的前向路径信号来确定外环误差，基于外环误差来产生外环控制信号。输入信号前向路径基于外环控制信号来调整连接到输入信号前向路径上的信号的增益和相位中的至少一个。
本发明又一实施例提供一种在混合矩阵放大系统中误差补偿的方法。该方法包括如下步骤将预定信号连接到第一傅立叶变换矩阵(FTM)以产生多个第一FTM输出信号，处理多个第一FTM输出信号中的每个以产生多个放大信号。该方法还包括如下步骤将多个放大信号中的每个连接到第二FTM的多个输入端口中的一个上，其中第二FTM基于多个放大信号来产生第二FTM输出信号，并基于第二FTM的输出信号来确定环路误差。该方法还包括如下步骤基于确定的环路误差来产生控制信号，其中控制信号可操作调整连接到混合矩阵放大系统的信号的增益和相位中的至少一个。
下面将结合图1-10更加全面地描述本发明。图1是根据本发明实施例的无线通信系统100的方框图。通信系统100包括固定的无线通信设备，优选为基站子系统(BSS)102，其对服务覆盖区域或小区160提供通信服务。小区160被分成多个地理扇区161-164(示出的四个)。BSS 102包括双工器部分104和接收器108并进一步连接到天线112，其中双工器部分104连接到多信道发射器106中的每个。多信道发射器106和接收器108每个都还连接到处理器110，诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、这些或本领域普通技术人员公知的其它设备的组合。天线112是方向性天线，被分为多个天线扇区120、130、140、150(示出的四个)，其中多个天线扇区中的每个对应于多个地理扇区161-164中各自的地理扇区，并向该地理扇区提供通信服务。
每个天线扇区120、130、140、150包括一个天线阵列，该阵列包括多个，优选为四(4)个天线单元。例如，天线扇区120包括天线单元121-124，天线扇区130包括天线单元131-134，天线扇区140包括天线单元141-144，天线扇区150包括天线单元151-154。通过利用天线阵列广播信号到位于天线阵列所服务的小区扇区中的移动站，BSS 102能够利用多个已知波束形成方法中的一个来进行信号的广播。
图2是根据本发明实施例的BSS 102的多信道发射器106的方框图。如图2所示，BSS 102的多信道发射器106包括四个发射分支201-204；但是，当本发明不需要四个发射分支时，发射分支的数量取决于BSS 102的设计者。优选地，每个发射分支201-204通过双工器部分104(图2中未示出)可操作连接到天线112的每个扇区或阵列120、130、140、150中的天线单元，使得发射分支的数量与每个天线阵列120、130、140、150中的天线单元的数量一致。由此，每个发射分支201-204服务于小区160的多个扇区161-164中的每个，并因此在小区的扇区中共享。每个发射分支201-204提供多条路径，射频(RF)信号或RF信号的衍生物通过这些路径作为从处理器110到连接于发射分支上的天线单元的信号而传输。
现在参看图3A和3B，提供了根据本发明实施例的发射分支300(诸如发射分支201-204)的方框图。发射分支300包括混合矩阵放大系统，该系统包括连接到第一、内环反馈电路302和第二、外环反馈电路303的发射分支前向路径301。发射分支300可操作地连接到多个天线单元385-388中的每个，例如发射分支201和相关的天线单元121、131、141和151，发射分支202和相关的天线单元122、132、142、152，发射分支203和相关的天线单元123、133、143、153，发射分支204和相关的天线单元124、134、144、154。
发射分支前向路径301包括连接到数字基带傅立叶变换矩阵(FTM)320的输入电路310，连接到基带FTM320的信号处理部分330，连接到信号处理部分330的RF FTM 360以及连接到RF FTM矩阵360的输出电路370。内环反馈电路302包括多个内环信号连接器355-358，优选为方向性连接器，其中每个对信号处理部分330的多个前向路径中一个输出的信号进行采样，内环反馈电路302还包括连接到多个信号连接器355-358上的内环信号组合器390，连接到信号组合器390的内环RF接收单元391，连接到RF接收单元391的内环RF切换器392，连接到RF切换器392的RF解调器393，连接到RF解调器393的模数转换器(A/D)394，以及连接到A/D 394上的补偿控制器395。外环反馈电路303包括多个外环信号连接器381-384，优选为方向性连接器，其中每个对发射分支前向路径301输出的多个信号中的一个进行采样，外环反馈电路303还包括连接到多个外环信号连接器381-384上的外环信号组合器396，连接到信号组合器396和RF切换器392的外环RF接收单元397，RF解调器393，模数转换器(A/D)394，以及补偿控制器395。
可操作地连接到发射分支300的多个天线385-388中的每个天线与多扇区天线的不同天线扇区相关联，例如天线单元121、131、141、151与发射分支201相关联，还分别与天线112的扇区120、130、140、150相关联。由于天线112包括四个扇区，混合矩阵放大系统300包括四个天线385-388，并接收四个输入信号S1、S2、S3、S4，也就是说四个扇区的每个扇区对应一个输入信号。如果使用三个扇区，就只有三个天线单元可连接到发射分支300，即只有天线单元385-387，并且只有三个输入信号S1、S2和S3可输入到分支中。同时，在三扇区结构中的发射分支300的输出端，可通过50欧姆的负载169来终止RF FTM矩阵360的未使用的输出端，否则该输出端可操作连接到第四天线单元388。
基带FTM 320是4×4的FTM，其包括四个数字、基带FTM单元321-324，即第一输入FTM单元321、第二输入FTM单元322、第一输出FTM单元323、第二输出FTM单元324。每个FTM单元321-324都是2×2的FTM。输入FTM单元321和322每个都连接到输出FTM单元323和324中的每个。
RF FTM 360是4×4的FTM，其包括四个RF FTM单元361-364，即第一输入FTM单元361、第二输入FTM单元362、第一输出FTM单元363、第二输出FTM单元364。每个RF FTM单元361-364都是2×2的FTM，包括90°混合或3dB连接器。FTM，诸如FTM 320和360，在FTM的多个输出端口中分布在FTM的多个输入端口中的每个上接收到的信号，使得每个FTM输出信号都是所有FTM输入信号的衍生物，并且具有与其它每个FTM输出信号的特定的相位关系。
发射分支300处理从诸如处理器110的信息源接收到的多个发射分支输入信号S1、S2、S3、S4，用于通过前向路径301和天线单元385-388的传输，如下所述。每个发射分支输入信号S1、S2、S3、S4对应于连接到发射分支300上的天线单元385-388。也就是说，输入信号S1对应天线单元385，输入信号S2对应天线单元386，输入信号S3对应天线单元387，输入信号S4对应天线单元388。优选地，每个输入信号S1、S2、S3、S4都是数字基带输入信号，优选是正交调制信息信号，其中基带输入信号包括同相(I)分量和正交(Q)分量。
发射分支300将每个输入信号S1、S2、S3、S4发送到前向路径301的输入部分310。输入部分310将每个输入信号S1、S2、S3、S4通过第一组前向路径信号组合器311-314中各自的前向路径信号组合器而发送到第一组增益和相位调整器315-318中各自的增益和相位调整器。在如下所述由发射分支300进行的外环误差补偿处理过程中，每个信号组合器311-314用于将多个外环测试信号TAi(i＝1，2，3，4)中一个射入到前向路径301中。每个增益和相位调整器315-318基于接收自补偿控制器395的一组外环控制信号ACi(i＝1，2，3，4)中的一个来调整接收自相应组合器的信号的增益和/或相位，以产生调整后的信号。优选地，根据接收自补偿控制器395的外环控制信号，包括在每个增益和相位调整器315-318中的电压可变衰减器或可变增益放大器调整接收到信号的增益，包括在每个增益和相位调整器315-318中的电压可变移相器调整接收到的信号的相位。每个增益和相位调整器315-318随后将调整器调整后的信号发送到数字基带4×4 FTM 320的各自的输入端320a、320b、320c和320d。
根据接收自增益和相位调整器315-318的调整后的信号，FTM 320如后面详述，在FTM的各自的输出端口320e-320h上产生输出信号U1、U2、U3、U4。每个输出信号U1、U2、U3、U4随后被路由到信号处理部分330。信号处理部分330包括多个(优选为四个)前向路径，其中前向路径的数目与由部分330接收自FTM 320的输出信号U1、U2、U3、U4的数目以及连接到发射分支300的天线单元385-388的数目相一致。这四个信号处理部分330前向路径的每个前向路径提供对接收自FTM 320的信号的RF调制和放大。每个信号处理部分330前向路径包括连接到第二组增益和相位调整器335-338的一个增益和相位调整器上的第二组前向路径信号组合器331-334的一个信号组合器，连接到增益和相位调整器上的多个数模转换器(D/A)340-343之一，连接到D/A的多个RF调制器345-348之一，以及连接到RF调制器的多个RF功率放大器350-353之一。在发射分支如下所述进行内环误差补偿处理过程中，每个信号组合器331-334都被发射分支300用于将多个内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)之一射入到前向路径301中。
在信号处理部分330的四个前向路径的第一前向路径中，信号U1被通过信号组合器331路由到第二组增益和相位调整器335-338中的第一增益和相位调整器335。在信号处理部分330的四个前向路径的第二前向路径中，输出信号U2被通过信号组合器332路由到第二组增益和相位调整器335-338中的第二增益和相位调整器336。在信号处理部分330的四个前向路径的第三前向路径中，输出信号U3被通过信号组合器333路由到第二组增益和相位调整器335-338中的第三增益和相位调整器337。在信号处理部分330的四个前向路径的第四前向路径中，输出信号U4被通过信号组合器334路由到第二组增益和相位调整器335-338中的第四增益和相位调整器338。
每个增益和相位调整器335-338根据接收自补偿控制器395的多个内环控制信号GC4、GC3、GC2和GC1的一个内环控制信号来调整接收自各自组合器331-334的信号的增益和/或相位，以产生进一步调整的信号。优选地，根据接收自补偿控制器395的内环控制信号，包括在每个增益和相位调整器331-334中的电压可变衰减器或可变增益放大器调整接收到信号的增益，包括在每个增益和相位调整器331-334中的电压可变移相器调整接收到的信号的相位。每个增益和相位调整器335-338随后将调整器调整后的增益和/或相位信号发送到各自的D/A 340-343。每个D/A 340-343将接收自各自增益和相位调整器335-338的调整后的增益和/或相位信号转换成模拟信号，并将该模拟信号发送到各自的RF调制器345-348。每个RF调制器345-348通过接收自各自D/A 340-343的模拟信号进行RF载波ejωt调制，以产生RF调制信号，并将调制信号发送到各自的RF功率放大器350-353。每个RF功率放大器350-353放大接收自各自的RF调制器345-348的RF调制信号，以产生各自的放大信号P1、P2、P3、P4，随后由RF功率放大器和信号处理部分330输出。每个放大信号P1、P2、P3、P4随后由部分330通过各自的内环信号连接器355-358发送到RF FTM 360的各自的输入端口360a、360b、360c和360d。
根据接收自RF功率放大器350-353的放大信号P1、P2、P3、P4，RF FTM 360如后面详述，在FTM的各自的输出端口360e-360h上产生输出信号R1、R2、R3、R4。FTM 360将每个输出信号R1、R2、R3、R4通过各自的双工器371-374和各自的外环信号连接器381-384发送到各自的天线单元385-388。当每个FTM输出信号R1、R2、R3、R4从FTM 360传播到各自的天线单元385-388时，每个FTM输出信号R1、R2、R3、R4都要经受各自的输出路径信号衰减A1、A2、A3和A4，其中通过图3中的单元375-378来表示上述衰减。
现在参看图4、5和6，根据本发明实施例说明了诸如FTM 320和360的4×4 FTM以及诸如FTM 320的FTM单元321-324和FTM 360的FTM单元361-364的2×2 FTM。图4是根据本发明实施例的诸如FTM单元321-324的2×2基带FTM 400的方框图。FTM 400包括4个端口两个输入端口401、402和两个输出端口403、404。当在两个输入端口的第一输入端口401上接收到第一信号V1时，该信号连接到第一输出端口403和第二输出端口404中的每个上，连接到第二输出端口的信号中引入了90°的相位旋转。由此，随后发射自第二输出端口404的信号的相位相对随后发射自第一输出端口403的信号的相位偏移了90°。类似地，当在两个输入端口的第二输入端口402上接收到第一信号V2时，该信号连接到第二输出端口404和第一输出端口403中的每个上，连接到第一输出端口的信号中引入了90°的相位旋转。由此，随后发射自第一输出端口403的信号的相位相对随后发射自第二输出端口404的信号的相位偏移了90°。
优选地，每个输入信号V1和V2是正交调制信号，其中V1＝I1+jQ1，V2＝I2+jQ2。当把V1施加于第一输入端口401，把V2施加于第二输入端口402时，分别出现在输出端口403和404的输出信号V3和V4可由如下公式表示V3＝V1+jV2＝(I1-Q2)+j(Q1+I2)，和V4＝V2+jV1＝(-Q1+I2)+j(I1+Q2)。
则FTM单元400的传递函数可由下述公式表示V3V4=m1m2m3m4V1V2=1jj1V1V2---(1)]]>图5是根据本发明实施例，诸如FTM单元361-364的2×2的RFFTM 500的方框图。FTM 500包括4个端口两个输入端口501、502和两个输出端口503和504。当在两个输入端口的第一输入端口501上接收到信号V1时，该信号的功率或能量分成两个相等的量，一个量反馈到第一输出端口503，另一个量反馈到第二输出端口504。随后发射自第二输出端口504的信号的相位相对发射自第一输出端口503的信号的相位旋转了90°或四分之一波长。类似地，当在两个输入端口的第二输入端口502上接收到信号时，该信号的功率或能量分成两个相等的量，一个量反馈到第一输出端口503，另一个量反馈到第二输出端口504。随后发射自第一输出端口503的信号的相位相对发射自第二输出端口504的信号的相位旋转了90°或四分之一波长。
RF FTM 500可以通过下面的公式来表示。把V1施加于第一输入端口501，把V2施加于第二输入端口502时，分别出现在输出端口503和504的输出信号V3和V4可由如下公式表示V3=12[V1ejπ2+V2e-jπ],]]>和
V4=12[V1e-jπ+V2ejπ2].]]>RF FTM 500的传递函数可由下述公式表示V3V4=m1m2m3m4V1V2=12ejπ212e-jπ12e-jπ12ejπ2V1V2---(2)]]>在常数中，上述公式(1)和(2)每个中的mi′(mI′s)都是相同的。
图6是根据本发明实施例，诸如FTM 320和360的4×4 FTM 600的方框图。FTM 600包括两个输入2×2 FTM 601、602和两个输出2×2FTM 603、604。如上关于2×2 FTM 400和500的描述，每个2×2 FTM601-604包括两个输入端口和两个输出端口。输入2×2 FTM 601和602可以一起由下面的传递函数表示y1y2y3y4=m1m200m3m40000m1m200m3m4x1x2x3x4---(3)]]>其中x1和x2是分别输入到输入FTM单元601的第一输入端口和第二输入端口中的每个的信号，x3和x4是分别输入到输入FTM单元602的第一输入端口和第二输入端口中的每个的信号，y1和y2是分别由输入FTM单元601的第一输出端口和第二输出端口中的每个输出的信号，y3和y4是分别由输入FTM单元602的第一输出端口和第二输出端口中的每个输出的信号。系数mi(i＝1，2，3，4)是复数，表示每个FTM 601、602的输入和输出信号之间的相位和幅度关系。理想地，包括在4×4 FTM中的每个2×2 FTM都与4×4 FTM的另一个2×2 FTM相同，因此，包括在4×4 FTM 600中的每个2×2 FTM 601、602、603和604的相应的系数mi(i＝1，2，3，4)也都相同。
由第一输入FTM 601输出的信号y1和y2分别输入到第一输出FTM单元603的第一输入端口和第二输出FTM单元604的第一输入端口。由第二输入FTM 602输出的信号y3和y4分别输入到第一输出FTM单元603的第二输入端口和第二输出FTM单元604的第二输入端口。第一输出FTM 603从FTM 603的第一输出端口输出信号z1，从FTM 603的第二输出端口输出信号z2，第二输出FTM 604从FTM 604的第一输出端口输出信号z3，从FTM 604的第二输出端口输出信号z4。由此，FTM 600的传递函数可以如下面的公式所示，z1z2z3z4=m1m200m3m40000m1m200m3m4m1m20000m1m2m3m40000m3m4x1x2x3x4=m12m1m2m1m2m22m1m3m2m3m1m4m2m4m1m3m1m4m2m3m2m4m32m3m4m3m4m42x1x2x3x4---(4)]]>通过在公式(4)中代入4×4基带FTM 320的FTM单元321-324的相应的2×2 FTM传递函数分量或4×4 RF FTM 360的FTM单元361-364的相应的2×2 FTM传递函数分量，就可以得到相应的4×4 FTM的FTM传递函数。
此外，对于4×4基带FTM 320，当FTM的输入是S4、S3、S2、S1时，FTM的输出为U1、U2、U3、U4，FTM单元321-324的系数为m1＝m4＝1，m2＝m3＝j。将这些值代入公式(4)可得到下面的公式U=U1U2U3U4=1jj-1j-11jj1-1j-1jj1S4S3S2S1---(5)]]>当只有S1输入到FTM 320中时，公式(5)变为U=U1U2U3U4=1jj-1j-11jj1-1j-1jj1000S1=-S1jS1jS1S1---(6)]]>从公式(6)很明显可看出，四个信号幅度在输出FTM单元323和324的输出端上输出，因此由FTM 320输出的信号与|S1|相同。因此，功率均匀地分布在FTM 320的四个输出端口中的每个中，并且对于任一输入信号，FTM 320总是将进入的信号功率均匀地分布在信号处理部分330的所有四个RF功率放大器350-353中。此外，通过使用FTM 360，只有在多个发射天线单元385-388中的一个上看到所需的放大信号。也就是说，通过使用第一FTM 320和第二FTM 360，符合施加到第一FTM上的信号(诸如外环测试信号TAi)的功率共享，被第二FTM重新定向到特定的天线单元385-388。
本领域普通技术人员应该知道，通过发射分支300的前向路径301传播的信号的幅度和相位可以在时间上发生改变。例如，由于变化的线缆长度或部件老化造成的零件差别可能对通过发射分支前向路径传播的信号产生增益和相位失配。接着，增益和相位失配可能造成从预定用于一个天线单元的信号传播路径到预定用于另一个天线单元的信号传播路径的不希望的功率泄露，这导致其它天线和覆盖扇区内的干扰。此外，这样的泄露可导致在预定发射天线单元上低于所预期的功率级。在自适应天线阵列应用中，这样的功率泄露可导致不希望的天线波束模式。
为了对这样的改变做出补偿，发射分支300执行误差补偿操作，提供如所期望的发射自天线单元385-388的信号。由于一旦BSS建立并在实地中操作就不希望关闭BSS，误差补偿处理可以由发射分支300在BSS建立期间执行，从而校准了BSS，或可以在操作期间由BSS自执行，而不用关机，从而提供了对BSS中发生的时间上变化的补偿。发射分支300包括两个误差补偿环路，一个内反馈环路和一个外反馈环路，因此，由发射分支300执行的误差补偿操作可分为两个阶段，第一、内环误差补偿阶段和第二、外环误差补偿阶段。内环误差补偿阶段补偿由FTM 320和360之间的基带和RF路径引入的误差，即在信号处理部分330中的误差，而外环误差补偿阶段补偿由发射分支300输入到天线单元385-388的信号中的相位和幅度误差。
在内环误差补偿阶段，由信号处理部分330引入到发射分支前向路径301中的误差是由包括信号处理部分330和内环反馈电路302的内反馈环路补偿的。在外环误差补偿阶段，在内反馈环路进行误差补偿之后，引入到通过发射分支前向路径301发送的信号的所有残留误差是由包括发射分支前向路径301和外环反馈电路303的外反馈环路补偿的。优选地，内环误差补偿阶段在执行外环误差补偿阶段之前执行。但是，本领域普通技术人员可以认识到，无论内环误差补偿阶段还是外环误差补偿阶段，都可以在不执行另一个的前提下执行，不过，最优的误差补偿是通过执行内环和外环这两个误差补偿阶段而获得的。
为了补偿幅度和相位误差，一组预定复数内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)中的每个测试信号都被射入到内反馈环路的前向路径中，一组预定复数外环测试信号TAi(i＝1，2，3，4)中的每个测试信号都被射入到外反馈环路的前向路径中。内环和外环测试信号组中的每个测试信号都与发射分支300的普通输入信号Si(i＝1，2，3，4)正交(例如使用未使用的具有PN扩频的沃尔什(Walsh)码)，并且彼此正交。内环和外环测试信号组中的每个测试信号还包括比发射分支300的普通输入信号更小的功率。由于每个信号都与普通输入信号Si(i＝1，2，3，4)正交，可允许假定普通输入信号为0。通过测试信号的相应内环或外环的前向路径的每个测试信号的传播产生了多个内环或外环输出信号。每个换路反馈电路对环路的多个输出信号进行采样，并将多个采样的输出信号组合。环路使组合的信号与延迟的测试信号相关或对二者进行比较，以根据相关或比较的结果产生控制信号。环路使用控制信号来调整输入到环路中的信号，由此提供对由环路的前向路径引入的输入到环路中的信号的误差。
图7是根据本发明实施例，在进行内环误差补偿处理过程中由发射分支300的内反馈环路所执行的步骤的逻辑流程图700。如上面所提及的，由于内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)与发射分支输入信号Si(i＝1，2，3，4)正交，可假定基带FTM 320的输出为0。当内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)的第一测试信号TG1射入内反馈环路，尤其是连接(702)到信号处理部分330时，逻辑流程图700开始。在本发明一个实施例中，当发射分支300没有接收任何输入信号Si(i＝1，2，3，4)时，内环测试信号可以在BSS 102建立、启动或关机期间执行的误差补偿处理过程中射入内反馈环路中。在本发明另一实施例中，测试信号可在BSS 300的操作期间射入到内反馈环路中。在后者的情况中，由于每个测试信号TGi(i＝1，2，3，4)优选与每个普通输入信号S1、S2、S3、S4正交，为了便于理解内环误差补偿处理过程的操作的基本原理，可假定FTM 320输出的每个信号U1、U2、U3、U4为0。
第一测试信号连接到信号处理部分330的多个前向路径的第一前向路径中的多个组合器331-334的第一组合器331。组合器331产生输出信号，该信号是信号U1和测试信号TG1的组合(在系统建立或系统校准期间，信号U1、U2、U3、U4中的每个都可以为0)。然后，组合器将组合的信号发送到增益和相位调整器335。增益和相位调整器335基于接收自补偿控制器395的控制信号GC4调整(704)包括测试信号在内的组合信号的增益和/或相位，从而产生调整后的信号。优选地，根据接收自补偿控制器395的控制信号，包括在增益和相位调整器335中的电压可变衰减器或可变增益放大器调整接收自信号组合器331的信号的增益，包括在增益和相位调整器335中的电压可变移相器调整接收自组合器331的信号的相位。调整后的信号随后被发送到D/A 340，在D/A 340中将增益和/或相位调整后的信号被转换(706)为路由到调制器345的模拟信号。RF调制器345通过模拟信号进行RF载波ejωt调制，并将生成的RF调制信号发送到RF功率放大器350。RF功率放大器350放大(710)RF调制信号以产生放大信号Pi(i＝1)，其对应于测试信号TGi(i＝1)，该放大信号通过RF功率放大器350和信号处理部分330输出以产生信号处理部分的输出信号。
在本发明实施例中，其中内环误差补偿处理过程式在BSS 330的操作期间执行的，由信号处理部分330从FTM 320接收到的剩余信号U2、U3、U4中的每个被它们各自的信号组合器332-335通过各自的增益和相位调整器336-338、各自的D/A 341-343、各自的RF调制器345-348以及各自的RF功率放大器350-353被发送到各自的内环信号连接器355-358。但是，如上所述，由于每个测试信号TGi(i＝1，2，3，4)优选与每个原始信号S1、S2、S3、S4正交，为了便于理解内环误差补偿处理过程的操作的基本原理，可假定每个信号U1、U2、U3、U4为0。
信号处理部分输出的放大信号P1随后通过多个内环信号连接器355-358的第一内环信号连接器355被发送到内环反馈电路302。内环反馈电路302随后根据接收自内环反馈电路的信号处理部分输出信号P1来确定(712)内环误差，并根据确定的内环误差来产生(714)内环控制信号GCi。内环反馈电路302将内环控制信号GCi传送到信号处理部分330的增益和相位调整器335-338，在这里根据内环控制信号来调整输入到前项路径301中的信号如信息信号Si、随后输入的内环测试信号TGi和/或外环测试信号TAi的增益和/或相位。
图8是根据本发明实施例，由内环反馈电路302执行以基于接收到的信号处理部分输出信号Pi产生内环控制信号GCi的步骤的逻辑流程图800。当内环信号连接器355对信号处理部分输出信号Pi(i＝1)进行采样(802)以产生衰减输出信号、并将衰减的输出信号通过信号组合器390发送到RF接收单元391时，逻辑流程图800开始。RF接收单元391预放大并缩放(804)接收自组合器390的衰减输出信号以产生内环反馈信号Q1i(i＝1)，并将内环反馈信号Q11通过RF切换器392发送到RF解调器393。优选地，RF切换器392连接到补偿控制器395并受其控制。由于内环反馈信号Q11是射入多个内环测试信号TGi的第一内环测试信号TG1的产物，内环反馈信号Q11可以通过下面的公式以矩阵形式表示
Q11=α‾τG1TG1000=α1α2α3α4G1TG1*000---(7)]]>其中向量α是四个内环信号连接器355-358和内环信号组合器390的系数向量表示。
RF解调器393解调(806)内环反馈信号以产生基带信号并将基带信号发送到A/D 394。A/D 394数字化(808)基带信号以在节点SZi产生数字化后的信号 i＝1，该信号可以通过公式T‾^Gi=αi(Gi+ΔGi)TGiGCi,]]>i＝1来表示。A/D 394随后将数字化信号 (i＝1)发送到补偿控制器395。补偿控制器395比较(810)数字化信号 与所需的信号T*Gi，i＝1，以产生内环相关值 i＝1。补偿控制器395随后比较(812)内环相关值 与已知、所需相关值f1，并基于这个比较产生(814)内环控制信号GCi，i＝1。补偿控制器395随后将控制信号GC1传送到增益和相位调整器335，在这里根据控制信号来调整输入到增益和相位调整器中的前项路径信号(诸如信息信号SI，i＝1、外环测试信号TAi，i＝1和/或内环测试信号TGi，i＝1)的增益和/或相位。
补偿控制器395优选包括一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、其组合或本领域普通技术人员公知的其它这样的设备，或者也可以包含在处理器110之中。对于每个接收到的数字化信号 补偿控制器395比较接收到的数字化信号 与所需的A/D394输出信号T*Gi，以产生内环相关值 补偿控制器395随后比较内环相关值 与已知、所需的相关值f，并且基于这个比较来产生由控制器395传送到增益和相位调整器335-338的控制信号GCi。
当内环误差补偿处理过程在BSS 300操作期间执行时，由补偿控制器395接收的数字化信号 包括内环测试信号部分和输入信号部分。如上面的详述，每个内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)都与发射分支300的普通输入信号Si(i＝1，2，3，4)正交，具有更小的功率(例如，使用未使用的具有PN扩频的沃尔什码)。由于正交的关系，通过利用公知的信号处理技术，诸如信号处理器在典型码分多址(CDMA)接收机中用于分离接收机所需数据和以相同带宽发射但具有与所需数据不同的沃尔什码的其它数据的技术，补偿控制器395能够将放大部分输出信号的内环测试信号部分与放大部分输出信号的输入信号部分分开。由于发射分支300的输入信号Si(i＝1，2，3，4)可以通过补偿控制器395分离到内环组合信号之外，为了便于理解内反馈环路的操作，可允许假定输入信号Si(i＝1，2，3，4)都为0。
与内环测试信号TG1射入到信号处理部分330的多个前向路径的第一前向路径中的多个输入环路信号组合器331-334的第一信号组合器311相类似，内环测试信号TG2、TG3和TG4都射入到各自的输入环路信号组合器332-335。每个信号组合器332-335都将接收到的测试信号与各自的FTM 320输出信号U2、U3和U4相组合(假定当执行误差补偿处理时，BSS 102处于操作中)。如上所述，对了理解本发明的目的，可假定FTM 320输出信号U2、U3和U4为0。每个信号组合器332-334随后将其组合的信号传送到各自的增益和相位调整器336-338，在这里基于由增益和相位调整器从补偿控制器395接收的各自的控制信号GC2、GC3和GC4来调整每个信号的增益和/或相位，以产生调整后的信号。优选地，基于控制信号，包括在增益和相位调整器中的电压可变衰减器或者可变增益放大器调整接收自输入环路信号组合器的信号的增益，包括在增益和相位调整器中的电压可变移相器调整接收自输入环路组合器的信号的相位。每个增益和相位调整器336-338随后将其各自的增益和/或相位调整后的信号发送到各自的D/A 341-343，在这里将接收到的增益和/或相位调整后的信号转换成模拟信号，随后将模拟信号发送到各自的乘法器346-348。每个乘法器346-348以RF载波ejωt调制接收到的模拟信号，并将调整信号发送到各自的RF功率放大器351-353。每个RF功率放大器351-353放大接收到的调制信号，以产生各自的放大信号P2、P3和P4，该放大信号由RF功率放大器和信号处理部分330输出。
每个信号处理部分330的输出信号，即每个放大信号P2、P3和P4随后通过多个内环信号连接器355-358中各自的内环信号连接器356-358被发送到内环反馈电路302。每个内环信号连接器356-358分别对接收到的放大信号P2、P3和P4进行采样，以产生衰减的放大信号，并将衰减的放大信号发送到RF接收单元391。RF接收单元391预放大并缩放每个接收自内环信号连接器356-358的衰减的放大信号，以产生各自的内环反馈信号Q1i(i＝2，3，4)也即Q12、Q13和Q14，并通过RF切换器392将每个内环反馈信号Q12、Q13和Q14发送到RF解调器393。
RF解调器393解调每个内环反馈信号Q12、Q13和Q14以产生基带信号并将每个基带信号发送到A/D 394。A/D 394数字化每个基带信号以在节点SZi产生数字化后的信号 该信号可以通过公式T‾^Gi=αi(Gi+ΔGi)TGiGCi(i=2,3,4)]]>来表示。A/D 394随后将每个数字化信号 发送到补偿控制器395。补偿控制器395比较每个数字化信号 与所需的信号T*Gi(i＝2，3，4)，以产生内环相关值 补偿控制器395随后比较每个内环相关值 与已知、所需相关值fi(i＝2，3，4)，并基于这个比较产生相应的控制信号GCi(i＝2，3，4)，随后将控制信号传送到增益和相位调整器336-338。控制信号被设计用于产生输入到增益和相位调整器336-338的内环测试信号的增益和/或相位的调整，由此，相应数字化信号 与所需的信号T*Gi的比较将生成所需的相关值fi。
在本发明一个实施例中，补偿控制器395可以增量地调整增益和/或相位，也即产生第一控制信号来实现内环测试信号TGi的第一调整，测量并比较生成的数字化信号 产生第二控制信号来实现对内环测试信号TGi进一步的调整，再次测量和比较生成的数字化信号 等等。在本发明另一实施例中，补偿控制器395可以通过使用逐次逼近程序(SAR)来调整增益和/或相位。在本发明又一实施例中，控制器395可以做出单独的调整，用于对准数字化信号 与所需的信号T*Gi，从而生成所需的相关值fi。
在上述处理的向量表示中，内环反馈信号Q12、Q13和Q14可以通过分别表示每个单独内环测试信号来得到，如下面向量所示0TG200,00TG30,000TG4,---(8)]]>相应的内环测试信号向量可以表示为TG＝[TG1，TG2，TG3，TG4]T。内环反馈电路302，特别是补偿控制器395随后根据内环测试信号向量来确定增益校正向量GCi＝[GC1，GC2，GC3，GC4]T，从而使由信号处理部分330的前向路径输出的信号互相一致并等于一个已知值。
如此设计控制信号GC4、GC3、GC2和GC1的每个来调整信号处理部分330的多个前向路径的每个前向路径所产生的放大信号，从而使得放大信号在其相位和增益中互相对准。在矩阵形式中，控制信号GC4、GC3、GC2和GC1可通过下面的信号处理部分330的增益和相位控制信号(或对应于增益校正向量GCi的校正)系数矩阵GCC来表示GCC=GC10000GC20000GC30000GC4---(9)]]>RF功率放大器350-353引入到每个调制信号的增益和相位也可以通过RF放大器增益和相位矩阵来表示如下G=G1+ΔG10000G2+ΔG20000G3+ΔG30000G4+ΔG4---(10)]]>其中G1是RF放大器350的增益，G2是RF放大器351的增益，G3是RF放大器352的增益，G4是RF放大器353的增益，ΔGi(i＝1，2，3，4)是每个RF放大器350-353的放大器增益和相位误差。
测试信号TGi及其相应A/D 394输出信号 的关系随后可由下面的公式表示。D/A的输入“x”和输出“y”的转换可由下面的方程表示y＝DA(x) (11)当系统是A/D，诸如A/D 394，且“y”用作输入，“x”用作输出时，系统可以表示为x=DA-1(y)---(12)]]>假定只有一个测试信号TGi，其它信号都看作0。在RF功率放大器350-353的输出，也即在信号处理部分330的输出，放大信号Pi可由下式表示Pi＝DA(TGiGCi)ejωt(Gi+ΔGi) (13)然后，在RF接收电路391的输出，信号Q1可以由下式表示Q1i＝αiPi(14)其中，α是表示内环信号连接器355-358和内环信号组合器390的连接系数。则A/D 394的输出 可以由下式表示T‾^Gi=DA-1(e-jωtQ1)=α(Gi+ΔGi)TGiGCi---(15)]]>则GCi的值可以如下递归地更新GCi(k)=f‾f^GCi(k-1)---(i=1,2,3,4)---(16)]]>其中， 是所需测试信号T*Gi与接收自A/D 394的实际输出信号 之间的相关值，f是在离线校准期间得到的所需校准相关值。通过校准的子系统，ΔGi＝0，并且基于公式(16)，A/D 394的输出变为T‾^Gi=αGiTGiGCi---(17)]]>进行相关，f可由下式表示f‾=ΣnαGiGCiTGiTGi*=αGiGCiΣnTGiTGi*---(18)]]>
假定ΣnTGiTGi*=1---(19)]]>其中TGi*是A/D 394的所需输出，则可简化公式(14)，得到f＝αGiGCi(20)类似地， 可由下式表示f^=Σnα(Gi+ΔGi)GCiTGiTGi*=α(Gi+ΔGi)GCi---(21)]]>然后，合并公式(20)和(21)，f‾f^=GiGi+ΔGi---(22)]]>公式(16)可改写为GCi(k)=GiGi+ΔGiGCi(k-1)---(i=1,2,3,4)---(23)]]>当ΔGi为正时，意味着Gi在增加，Gi/(Gi+ΔGi)的比值变小，使得GCi的值减小。当ΔGi为负时，意味着Gi在减小，Gi/(Gi+ΔGi)的比值变大，使得GCi的值增加。因此，GCi的值总是与ΔGi的变化方向相反，对功率放大器增益的误差提供了有效的补偿。
总之，在内环补偿处理过程中，一组预定复数内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)的每个测试信号都射入到内反馈环路的前向路径中，尤其射入到信号处理部分330的前向路径中。内环测试信号通过信号处理部分330的前向路径的传播产生了相应的内环输出信号Pi(i＝1，2，3，4)。内环反馈电路302对内环输出信号进行采样，内环反馈电路302的补偿控制器395比较采样的信号与所需的信号(优选为延迟的测试信号)，以产生一个比较结果。优选地，将采样的信号与所需的内环输出信号相关联以产生相关值，该相关值随后将与所需的相关值进行比较以产生一个比较结果。基于比较结果，补偿控制器395产生相应的内环控制信号GCi(i＝1，2，3，4)，该信号提供给通过信号处理部分330的信号的传播路径中的相应的增益和相位调整器335-338。根据接收到的控制信号GCi(i＝1，2，3，4)，相应的增益和相位调整器335-338调整随后连接到信号处理部分330的信号的增益和相位中的至少一个，从而优化所需内环输出信号与从随后连接的信号中得到的内环输出信号的相关。
图9是根据本发明实施例，在进行外环误差补偿处理过程中由发射分支300的外反馈环路所执行的步骤的逻辑流程图900。当外环测试信号TAi(i＝1，2，3，4)的第一测试信号TA4射入外反馈环路并通过多个信号组合器311-314的第一信号组合器311和多个增益和相位调整器315-318的第一增益和相位调整器315而连接(902)到FTM 320时，逻辑流程图900开始。类似于内环误差补偿阶段和内环测试信号TGi(i＝1，2，3，4)，在本发明一个实施例中，当发射分支没有接收任何输入信号Si(i＝1，2，3，4)时，外环测试信号可在建立、启动关闭BSS 102期间执行的误差补偿处理过程中射入到外反馈环路中。在本发明另一实施例中，测试信号可在BSS 300的操作期间射入到外反馈环路中。在后者的情况中，由于每个测试信号TAi(i＝1，2，3，4)优选与每个普通输入信号S1、S2、S3、S4正交，为了便于理解外环误差补偿处理过程的操作的基本原理，可假定每个输入信号S1、S2、S3、S4为0。
信号组合器311产生输出信号，该信号是输入信号S1和测试信号TG1的组合(假定在外环误差补偿处理过程中BSS 102在操作中)。组合器311随后将组合的信号发送到第一组多个增益和相位调整器315-318的第一增益和相位调整器315。增益和相位调整器315基于接收自补偿控制器395的外环控制信号AC4调整组合信号的增益和/或相位。优选地，根据接收自补偿控制器395的控制信号，包括在增益和相位调整器315中的电压可变衰减器或可变增益放大器调整接收自信号组合器311的信号的增益，包括在增益和相位调整器315中的电压可变移相器调整接收自组合器311的信号的相位。增益和/或相位调整后的信号随后被发送到FTM 320，在这里将调整后的信号连接到每个FTM 320的输出端口320e-320h，以如上所述地产生多个FTM输出信号U1、U2、U3和U4。多个FTM输出信号U1、U2、U3和U4的每个输出信号随后被发送到信号处理部分330的多个前向路径的一个前向路径。
在信号处理部分330的多个前向路径的每个前向路径中，接收到的FTM输出信号U1、U2、U3和U4都调制到RF载波上并放大(904)以产生放大的RF调制信号。特别地，多个FTM输出信号U1、U2、U3和U4的每个都通过各自的信号组合器331-334、各自的增益和相位调整器335-338、各自的D/A 340-343被发送到各自的RF调制器345-348。优选地，在外环误差补偿处理过程中，没有内环测试信号连接到信号组合器331-334，每个组合器331-334都将其各自接收到的信号U1、U2、U3和U4发送到各自的增益和相位调整器335-338。如上所述，每个增益和相位调整器335-338根据接收自补偿控制器395的各自的控制信号GC4、GC3、GC2、GC1来调整接收自各自的组合器331-334的信号的增益和/或相位。优选地，根据接收自补偿控制器395的控制信号，包括在每个增益和相位调整器335-338中的电压可变衰减器或可变增益放大器调整接收自信号组合器331-334的信号的增益，包括在每个增益和相位调整器335-338中的电压可变移相器调整接收自组合器331-334的信号的相位。
每个增益和相位调整器335-338将调整过的增益和/或相位信号发送到各自的D/A 340-343。每个D/A 340-343将接收自各自的增益和/或相位调整器335-338的增益和/或相位调整后的信号转换为模拟信号，并将模拟信号发送到各自的RF调制器345-348。每个RF调制器345-348通过接收自各自的D/A 340-343的模拟信号进行RF载波ejωt调制，以产生RF调制信号，并将调制信号发送到各自的RF功率放大器350-353。每个RF功率放大器350-353放大接收自各自RF调制器345-348的RF调制信号以产生各自的放大信号P1、P2、P3、P4，该放大信号随后通过RF功率放大器和信号处理部分330输出。然后，部分330将每个放大信号P1、P2、P3、P4通过各自的内环信号连接器355-358连接(906)到4×4 FTM 360的各自的输入端口360a、360b、360c和360d。
对于每个测试信号TAi(i＝1，2，3，4)，FTM 360随后在FTM各自的输出端口360e-360h上产生相应的输出信号Ri(i＝1，2，3，4)。每个输出信号Ri(i＝1，2，3，4)都基于作为对将相应测试信号连接到前向路径301的响应而产生并接收自RF功率放大器350-353的放大信号P1、P2、P3和P4。FTM 360将相应的输出信号Ri(i＝1，2，3，4)通过各自的双工器371-374和各自的外环信号连接器381-384发送到各自的天线单元385-388。在从FTM 360到天线单元385-388的传播过程中，每个输出信号Ri(i＝1，2，3，4)都收到了各自的输出路径衰减Ai(i＝1，2，3，4)。由此，将衰减的输出信号Ri(i＝1，2，3，4)，也即各自的前向路径或发射器分支输出信号Oi(i＝1，2，3，4)连接到各自的天线单元385-388。
对于每个测试信号TAi(i＝1，2，3，4)，至少一部分的相应输出信号Oi(i＝1，2，3，4)通过外环信号连接器381-384连接(908)到外环反馈电路303。每个外环信号连接器381-384都在各自的双工器371-374和各自的天线单元385-388之间连接，并被设计来对各自的前向路径(或发射分支)输出信号O1、O2、O3和O4进行采样，以产生衰减的前向路径输出信号。对于每个输出信号Oi(i＝1，2，3，4)，外环反馈电路303根据采样的输出信号，也即根据由各自外环信号连接器381-384产生的衰减的前向路径输出信号来确定(910)外环误差。根据确定的外环误差，外环反馈电路303随后产生(912)相应的外环控制信号ACi(i＝1，2，3，4)。外环反馈电路303将每个外环控制信号ACi(i＝1，2，3，4)传送到前向路径301的输入部分310中各自的增益和相位调整器315-318，在这里根据外环控制信号来调整输入到前向路径中的信号(例如信息信号Si和/或随后输入的外环测试信号ACi)的增益和/或相位。
图10是根据本发明实施例，由外环反馈电路303执行以基于连接的前向路径(或发射分支)输出信号Oi产生外环控制信号ACi的步骤的逻辑流程图1000。当外环信号连接器381-384对各自的前向路径(或发射分支)输出信号Oi(i＝1，2，3，4)进行采样(1002)以产生衰减的前向路径输出信号时，逻辑流程图1000开始。每个衰减的输出信号随后被信号各自的信号连接器发送到外环信号组合器396。优选地，如此涉及发射分支300使得天线单元385-388的每个天线单元到外环信号组合器的电距离大约与天线单元385-388的其它天线单元的每个到到外环信号组合器的电距离相同。外环信号连接器381-384随后将接收自信号连接器381-384的衰减的发射分支输出信号通过外环信号组合器396传送(1004)到外环RF接收单元397。
RF接收单元397预放大并缩放(1006)接收自外环信号连接器381-384的外环组合信号以产生外环反馈信号Q21。由此，第一测试信号TA1的射入生成了Q21的外环反馈信号。类似地，每个测试信号TA2、TA3和TA4分别射入到信号组合器312-314就会在RF接收单元397的输出生成各自的外环反馈信号Q22、Q23和Q24。
类似于对内环反馈信号Q11、Q12、Q13和Q14的处理，RF接收单元397通过RF切换器392将每个外环反馈信号Q21、Q22、Q23和Q24发送RF解调器393。RF解调器393解调(1008)接收自RF切换器392的每个外环反馈信号Q21、Q22、Q23和Q24以产生基带信号并将每个基带信号发送到A/D 394。A/D 394随后数字化(1010)每个接收到的基带信号以在节点SZi产生数字化后的信号 并将数字化信号 发送到补偿控制器395。对于每个接收到的数字化信号 补偿控制器395比较每个接收到的数字化信号 与所需的A/D 394输出信号T*Ai，以产生外环相关值 补偿控制器395随后比较(1014)外环相关值 与所需的外环相关值g，并基于这个比较产生(1016)控制信号ACi，随后将控制信号传送到增益和相位调整器311-314之一。
与内环误差补偿处理过程相类似，在本发明一个实施例中，补偿控制器395可以增量地调整增益和/或相位，也即产生第一控制信号来实现外环测试信号TAi的第一调整，测量并比较生成的数字化信号 产生第二控制信号来实现对外环测试信号TAi进一步的调整，再次测量和比较生成的数字化信号 等等。在本发明另一实施例中，补偿控制器395可以通过使用逐次逼近程序(SAR)来调整增益和/或相位。在本发明又一实施例中，控制器395可以做出单独的调整，用于对准数字化信号 与所需的信号T*Ai，从而生成所需的相关值g。
当外环误差补偿处理是在BSS 102操作中执行时，补偿控制器395可以接收到前向路径输出信号的衍生物，其包括外环组合信号的外环测试信号部分和输入信号部分，从而产生外环前向路径输出信号Q21。如上详述，每个外环测试信号TAi(i＝1，2，3，4)与发射分支300的普通输入信号Si(i＝1，2，3，4)正交，具有较小的功率(例如，使用未使用的具有PN扩频的沃尔什码)。由于正交的关系，通过利用公知的信号处理技术，补偿控制器395能够将外环输出信号的外环测试信号部分与外环输出信号的输入信号部分分开。由于发射分支300的输入信号Si(i＝1，2，3，4)可以通过补偿控制器395分离到外环输出信号之外，为了便于理解外反馈环路的操作，可允许假定输入信号Si(i＝1，2，3，4)都为0。
外反馈环路可以通过下面的公式以矩阵形式表示。外反馈环路控制信号(或校正)系数矩阵是ACC=AC40000AC30000AC20000AC1---(24)]]>其中，ACC是外环测试信号向量ACi＝[AC4，AC3，AC2，AC1]的矩阵表示。发射分支300在输入到天线单元385-388的误差矩阵为A=A1+ΔA10000A2+ΔA20000A3+ΔA30000A4+ΔA4---(25)]]>其中，A1是当信号从信号处理部分330的第一输出端口传播到多个天线单元385-388的第一天线单元385(也即通过输出部分370沿着第一路径传播)时引入到信号中的衰减，A2是引入到信号处理部分330的第二输出端口传播与多个天线单元385-388的第二天线单元386之间的信号(也即通过输出部分370沿着第二路径传播)的衰减，A3是引入到信号处理部分330的第三输出端口传播与多个天线单元385-388的第三天线单元387之间的信号(也即通过输出部分370沿着第三路径传播)的衰减，A4是引入到信号处理部分330的第四输出端口传播与多个天线单元385-388的第四天线单元388之间的信号(也即通过输出部分370沿着第四路径传播)的衰减，ΔAi(i＝1，2，3，4)对应于输出部分370的这四个信号传播路径中衰减的变化。
从公式(4)、(5)、(10)和(25)，可以得到发射分支300的输入和输出之间关系得广义表示O1O2O3O4=12ejωtGA-1-j-j1-j1-1-j-j-11-j1-j-j-11jj-1j-11jj1-1j-1jj1S4S3S2S1---(26)]]>式中，G和A是上面定义的对角矩阵，Oout＝[O1O2O3O4]T是输出向量，S＝[S4S3S2S1]T是输入向量。在化简之后，公式(26)变为O1O2O3O4=ejωtGA0002002002002000S4S3S2S1=2ejωtGAS1S2S3S4---(27)]]>因此，每个输入信号分别在其相应的天线部分看见，不会有串扰发生。
整个系统的传递函数是Oout＝ejωtA·H·G·GCC(TG+F·ACC(TA+S))(28)式中，TA＝[TA4TA3TA2TA1]T是在组合器311-314输入的测试信号向量，矩阵ACC和GCC在公式(9)和(24)中定义并且如上所述。
通过设置输入S＝0(正交假设)，TG＝0，并且使用TA作为输入向量，补偿控制器395可以利用方法来确定适当的ACC值，即控制信号系数AC1、AC2、AC3和AC4，其与有关确定内环校正系数GC1、GC2、GC3和GC4的控制器所利用的方法相类似。Q2可以由公式表示如下Q2＝βTOout＝[β1β2β3β4]Oout(29)其中，向量β是四个外环信号连接器381-384和外环信号组合器396的系数向量表示。
通过在内环误差补偿处理过程中确定的已知GCC，以及S＝0和TG＝0，我们可以得到输入TA的输出Oout＝ejωt4·H·G·GCC·F·ACC·TA(30)让TA作为外环输入测试信号，取下面向量之一TA4000,0TA300,00TA20]]>或000TA1---(31)]]>那么信号Q2i可以通过下式表示Q2i＝βT·ejωt·A·H·G·GCC·F·ACC·TiA(32)式中，i＝1，2，3和4，Q2i对应于向量TA中第i个非零元素。对于测试信号TAi的输入，节点Szi生成输出信号 类似于 的计算，相关值 可由下式计算g^=ΣnT^AiTAi*---(33)]]>Aci的值随后更新为ACi(k)=g‾g^ACi(k-1)---(i=1,2,3,4)---(34)]]>其中，g是根据标准测量的已知、所需相关值，如f的情况。因此可得到所有GCi、Aci的值用于增益误差校正。
类似于GCi，Aci可由下式表示
ACi(k)=AiAi+ΔAiACi(k-1)---(35)]]>类似于ΔGi，当ΔAi为正时，意味着Ai在增加，Ai/(Ai+ΔAi)的比值变小，使得ACi的值减小。当ΔAi为负时，意味着Ai在减小，Ai/(Ai+ΔAi)的比值变大，使得ACi的值增加。因此，ACi的值总是与ΔAi的变化方向相反，对功率放大器增益的误差提供了有效的补偿。
总之，在外环补偿处理过程中，一组预定复数外环测试信号TAi(i＝1，2，3，4)的每个测试信号都射入到混合矩阵放大系统300的前向路径中。外环测试信号通过前向路径301的传播产生了相应的外环输出信号Ri(i＝1，2，3，4)。外环反馈电路303对外环输出信号进行采样，补偿控制器395比较采样的信号与所需的信号(优选为延迟的测试信号)，以产生一个比较结果。优选地，将采样的信号与所需的外环输出信号相关联以产生相关值，该相关值随后将与所需的相关值进行比较以产生一个比较结果。基于比较结果，补偿控制器395产生相应的外环控制信号ACi(i＝1，2，3，4)，该信号提供给通过前向路径301的测试信号的传播路径中的相应的增益和相位调整器315-318。根据接收到的控制信号ACi(i＝1，2，3，4)，相应的增益和相位调整器315-318调整随后连接到混合矩阵放大系统300的前向路径301的信号的增益和相位中的至少一个，从而优化所需外环输出信号与从随后连接的信号中得到的外环输出信号的相关。
尽管本发明是通过结合特殊实施例而示出和说明的，但本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求所阐述的本发明的范围的前提下，可以对其中元素做出各种修改及等价替换。因此，这里的说明书和附图应被理解被说明性的，而非限定意义，所有这样的修改和替换都是包含在本发明的范围内的。
以上说明了有关特定实施例的利益、其它优点以及问题的解决方案。但是，利益、优点、问题的解决方案，以及可以使得任何利益、优点或问题解决方案出现或变得更明显的任何元素都不是任何或所有权利要求的关键、所需或重要特征或元素。这里所使用的术语“包括”、“包含”(comprises、comprising)或者其它的变型意旨涵盖非排他性的包含，因此，包括一系列元素的过程、方法、物品或装置不仅仅包括所列出的这些元素，还可包括其它未明确列出或这样的过程、方法、物品或装置所固有的元素。
权利要求
1.一种用于在混合矩阵放大系统中进行误差补偿的设备，其包括输入信号前向路径，其包括具有多个输入端口和多个输出端口的输入傅立叶变换矩阵(FTM)；具有多个输入端口和多个输出端口的信号处理部分，其中，所述多个信号处理部分输入端口中的每个输入端口都连接到所述输入FTM的多个输出端口中的一个输出端口；具有多个输入端口和多个输出端口的输出FTM，其中，所述输出FTM的多个输入端口中的每个输入端口都连接到所述多个信号处理部分输出端口中的一个输出端口；和外环反馈电路，其连接到所述输入信号前向路径，用于对所述输入信号前向路径所输出的信号进行采样以产生衰减的输出信号，根据所述衰减的输出信号来确定外环误差，并根据外环误差来产生外环控制信号，其中，所述输入信号前向路径根据所述外环控制信号来调整连接到所述输入信号前向路径上的信号的增益和相位中的至少一个。
2.如权利要求1所述的设备，其中，所述衰减的输出信号基于所述输入FTM在所述输入FTM的输入端口接收到的外环测试信号，所述外环反馈电路将所述衰减输出信号的至少一部分与外环所需信号进行比较以产生比较结果，并根据所述比较结果来产生所述外环控制信号。
3.如权利要求1所述的设备，其中，所述输入信号前向路径接收输入信号，还接收外环测试信号，所述衰减的输出信号包括输入信号部分与外环测试信号部分，其中，所述外环反馈电路将所述衰减输出信号的输入信号部分与所述衰减输出信号的外环测试信号部分分离，并根据所述输出FTM输出信号的外环测试信号部分来产生所述外环控制信号。
4.如权利要求1所述的设备，还包括连接到所述信号处理部分上的内环反馈电路，其中，所述信号处理部分产生信号处理部分输出信号，其中，所述内环反馈电路对所述信号处理部分输出信号进行采样以产生衰减的信号处理部分输出信号，并根据所述衰减的信号处理部分输出信号来产生所述内环控制信号。
5.如权利要求4所述的设备，其中，所述输入信号前向路径接收输入信号，所述信号处理部分接收内环测试信号，其中，所述信号处理部分产生包括输入信号部分和内环测试信号部分的信号处理部分输出信号，所述内环反馈电路将所述信号处理部分输出信号的输入信号部分与所述信号处理部分输出信号的内环测试信号部分分离，并根据所述信号处理部分输出信号的内环测试信号部分产生所述内环控制信号。
6.一种多信道发射器，其包括具有多个输入端口和多个输出端口的输入信号前向路径，所述输入信号前向路径还包括具有多个输入端口和多个输出端口的输入傅立叶变换矩阵(FTM)，其在所述多个输入端口中的一个输入信号端口上接收预定的信号，并将至少一部分的所述预定信号发送到多个输出端口中的每个输出端口以产生多个输入FTM输出信号；具有多个输入端口和多个输出端口的信号处理部分，其中，所述信号处理部分的多个输入端口中的每个输入端口接收所述多个输入FTM输出信号中的一个输入FTM输出信号，所述信号处理部分放大每个接收到的输入FTM输出信号以产生放大信号，并将每个放大信号发送到所述多个信号处理部分输出端口中的一个输出端口；具有多个输入端口和多个输出端口的输出FTM，其中，所述输出FTM的多个输入端口中的每个输入端口都从所述信号处理部分的多个输出端口中的一个输出端口接收放大的信号，所述输出FTM相据所述多个接收到的放大信号来在所述多个输出端口中的一个输出端口上产生前向路径输出信号；和外环反馈电路，其连接到所述输入信号前向路径，用于接收至少一部分的所述前向路径输出信号，根据所述至少一部分的前向路径输出信号来确定外环误差，并根据所述确定的外环误差来产生外环控制信号，其中，所述输入信号前向路径根据所述外环控制信号来调整连接到所述输入信号前向路径上的信号的增益和相位中的至少一个。
7.如权利要求6所述的发射器，还包括连接到所述信号处理部分上的内环反馈电路，所述内环反馈电路用于确定所述信号处理部分中的内环误差，并根据所述内环误差来产生内环控制信号，所述信号处理部分根据所述内环控制信号来调整输入到所述信号处理部分中的信号的增益和相位中的至少一个。
8.一种用于在混合矩阵放大系统中进行误差补偿的方法，其包括如下步骤将预定信号连接到第一傅立叶变换矩阵(FTM)以产生多个第一FTM输出信号；处理所述多个第一FTM输出信号中的每个第一FTM输出信号，以产生多个放大信号；将所述多个放大信号中的每个放大信号连接到第二FTM的多个输入端口中的一个输入端口上，其中，所述第二FTM根据所述多个放大信号来产生第二FTM输出信号；根据所述第二FTM输出信号来确定环路误差；和根据所述确定的环路误差来产生控制信号，其中，所述控制信号可操作地用于调整连接到所述混合矩阵放大系统的信号的增益和相位中的至少一个。
9.如权利要求8所述的方法，其还包括一步骤将信息信号连接到所述第一傅立叶变换矩阵(FTM)，从而使得所述多个第一FTM输出信号中的每个第一FTM输出信号包括信息信号部分和预定信号部分，其中，所述确定环路误差的步骤包括对所述第二FTM输出信号进行采样以产生包括信息信号部分和预定信号部分的采样输出信号的步骤，所述确定环路误差的步骤包括步骤将所述采样输出信号的信息信号部分与所述采样输出信号的预定信号部分分离，并且根据所述采样输出信号的预定信号部分来确定环路误差。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述混合矩阵放大系统包括连接于所述第一傅立叶变换矩阵(FTM)和所述第二FTM之间的信号处理部分，所述预定信号包括第一预定信号，所述环路误差包括第一环路误差，所述控制信号包括第一控制信号，所述方法还包括如下步骤将第二预定信号连接到所述信号处理部分以产生信号处理部分输出信号；根据所述信号处理部分输出信号来确定第二环路误差；和根据所述确定的第二环路误差来产生第二控制信号，其中，所述第二控制信号可操作地用于调整连接到所述信号处理部分的信号的增益和相位中的至少一个。
全文摘要
本发明公开一种基站子系统(102)，其包括至少一个发射分支(300)，该发射分支具有包括输入连接到输入傅立叶变换矩阵(FTM)(320)和输出连接到输出FTM(360)的信号处理单元(330)的前向路径(301)。发射分支还包括两个误差补偿环路，包括内环反馈电路(302)的内反馈环路和包括外环反馈电路(303)的外反馈环路。内反馈环路为信号处理部分引入到发射分支的信号输入的误差提供误差补偿。外环提供对在误差补偿之后可由内反馈环路通过发射分支前向路径进行发送时引入到信号中的所有残留误差的误差补偿。
文档编号H03F3/68GK1533632SQ03800675
公开日2004年9月29日 申请日期2003年4月29日 优先权日2002年5月15日
发明者尤达·卢斯, 陈江南, 周渊平, 尤达 卢斯 申请人:摩托罗拉公司