BRPI0013095B1

BRPI0013095B1 - Método e dispositivo para a calibração de arranjo de antena inteligente

Info

Publication number: BRPI0013095B1
Application number: BRPI0013095-8A
Authority: BR
Inventors: Shihe Li
Original assignee: China Academy Of Telecomm Tech
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2015-06-16
Also published as: US6600445B2; AU777585B2; KR20020019600A; CA2381384A1; KR100602055B1; HK1034825A1; CN1118146C; EP1204161B1; EP1204161A4; JP2003522445A; EP1204161A1; US20020089447A1; DE60039988D1; RU2265263C2; AU5519100A; CA2381384C; MXPA02001463A; ATE405969T1; WO2001011719A1; CN1283901A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E DISPOSITIVO PARA A CALIB RAÇÃO DE ARRANJO DE ANTENA INTELIGENTE".

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se, em geral, a uma tecnologia de antena inteligente de um sistema de comunicação sem fio, e, mais particularmente, a um método para a calibração de um arranjo de antena inteligente, bem como a um dispositivo para a calibração de um arranjo de antena inteligente.

Fundamentos da Invenção [002] Em um sistema de comunicação sem fio moderno, especialmente em um sistema de comunicação sem fio CDMA, de modo a elevar a capacidade do sistema, para elevar a sensibilidade do sistema e para ter uma distância de comunicação mais longa com uma potência de emissão menor, uma antena inteligente é usada, em geral. [003] Na patente chinesa denominada "Time DiVision Duplex Synchronous Code Division Multiple Access Wireless Communication System with Smart Antenna" (CN 97 1 04039.7), uma estação base de sistema de comunicação sem fio com uma antena inteligente é mostrada. Ela inclui um arranjo de antena consistindo em uma ou várias unidades de antena, correspondendo a cabos alimentadores de radiofrequência e a um conjunto de transceptores coerentes de radiofrequência. De acordo com uma resposta diferente para cada unidade de antena no arranjo de antena para o sinal recebido do terminal de usuário, o processador de banda base obtém um vetor de característica espacial e a direção de chegada (DOA) do sinal; então, com um algoritmo de correspondência, a formação de feixe de antena de recepção é implementada. Dentre eles, qualquer uma da unidade de antena, do cabo alimentador correspondente e do transceptor de radiofrequência corrente, em conjunto, é denominado um link. Usando-se o peso, o qual é obtido a partir de uma formação de feixe de recepção de uplink de cada link, para uma formação de feixe de transmissão de downlink, toda a funcionalidade da antena inteligente pode ser implementada, sob uma propagação simétrica de onda de rádio. [004] Na referida patente chinesa referida acima, de modo a fazer com que a antena inteligente combine o feixe de recepção e de transmissão apropriadamente, a diferença entre cada unidade de antena, compreendida pelo arranjo de antena inteligente, pelo cabo alimenta-dor de radiofrequência e pelo transceptor de radiofrequência corrente, deve ser conhecida, isto é, a diferença de amplitude e variação de fase após um sinal de radiofrequência passar por cada link deve ser conhecida; e um procedimento de obtenção de diferença entre links do sistema de antena inteligente é apenas a referida pela calibração de antena inteligente da invenção. [005] A calibração de um arranjo de antena inteligente é uma tecnologia central na área de antenas inteligentes. Uma característica de elementos eletrônicos que compreendem sistemas de radiofrequência de antenas inteligentes, e especialmente em de elementos ativos, é a sensibilidade à frequência de trabalho, à temperatura ambiente e à duração do trabalho, etc. A variação de característica para cada link, como resultado das razões acima, tipicamente nunca é a mesma, de modo que se faz necessária uma calibração constante de sistemas de antena inteligente. [006] No presente, há cerca de dois tipos de método de calibração para antena inteligente. Um é um método de medição direta: medir todo conjunto de transceptor de radiofrequência e obter dados relacionados a sua amplitude e fase, então, adicionar uma amplitude medida e uma característica de fase de unidade de antena e do cabo alimen-tador, para a formação de um conjunto de dados de calibração; o procedimento de calibração deste método é muito complicado, é difícil de se fazerem todas as medidas no campo, especialmente para sistemas de comunicação sem fio que tenham sido colocados em operação. Um outro método é calibrado por um transceptor piloto em uma região de campo distante de antena, sem uma propagação em multi-percursos; isso também é difícil de implementar na prática. Portanto, uma desvantagem desses métodos referidos acima é óbvia.

Sumário da invenção [007] Portanto, um objeto da invenção é prover um método e um dispositivo para a calibração de um arranjo de antena inteligente em tempo real, desse modo um sistema de antena inteligente sendo viável; o dispositivo da invenção é para fazer o método da invenção funcionar efetivamente. [008] Um outro objeto da invenção é prover dois métodos de projeto e calibração de estrutura de acoplamento, para a calibração de um arranjo de antena inteligente, os quais fazem o método da invenção funcionar efetiva mente. [009] Um método da invenção para a calibração de um arranjo de antena inteligente compreende: [0010] regular um link de calibração consistindo em uma conexão de uma estrutura de acoplamento, um cabo alimentador e um transceptor piloto; a estrutura de acoplamento é acoplada com N unidades de antena do arranjo de antena inteligente, e o transceptor piloto é conectado a um processador de banda base da estação base por um barramento digital; [0011] calibrar a estrutura de acoplamento com um analisador ve-torial de rede, antes do arranjo de antena inteligente ser colocado em operação, registrar seu coeficiente de transmissão no estágio de recepção e seu coeficiente de transmissão, respectivamente; [0012] fazer uma calibração de recepção, onde ela compreende: transmitir um sinal com nível de voltagem definido em uma frequência portadora de trabalho de regulagem, por um transmissor analógico do transceptor piloto, e fazendo-se N links de recepção, na estação base calibrada, sendo colocadas no estado de recepção; detecção de uma saída de cada link de recepção, respectivamente, por um processador de banda base na estação base e calculando-se a razão entre cada coeficiente de transmissão de link e um coeficiente de transmissão do link de referência, durante a recepção, de acordo com cada saída do link de recepção; controle de cada saída do link de recepção pelo controle de um amplificador de ganho variável, em cada receptor analógico de link, para fazer uma razão de amplitude entre cada coeficiente de transmissão no estágio de recepção de link e um coeficiente de transmissão do link de referência igual a 1; gravação e armazenamento de uma diferença de fase Φ entre cada link de recepção e um link de referência no processador de banda base. [0013] fazer uma calibração de transmissão, onde ela compreende: fazer apenas um link estar no estado de transmissão em um tempo e outro link de transmissão estar em um estado de fechamento dentre os N links de transmissão, e receber sinais oriundos de cada link de transmissão, respectivamente, na frequência portadora de trabalho de regulagem por um receptor analógico, no transceptor piloto; processar os sinais detectados pelo processador de banda base de estação base e calcular a razão entre cada coeficiente de transmissão de link e um coeficiente de transmissão do link de referência, durante a transmissão; calcular a saída de cada link de transmissão, controlando um amplificador de ganho variável, em cada transmissor analógico de link, para fazer a razão de amplitude entre cada coeficiente de transmissão de link e o coeficiente de transmissão do link de referência equivaler a 1, durante a transmissão; registrar e armazenar a diferença de fase Ψ entre cada link de transmissão e link de referência em um processador de banda base. [0014] A referida estrutura de acoplamento de calibração com um analisador vetorial de rede, onde ele compreende: regular uma antena piloto em um modo de acoplamento espacial; o referido analisador vetorial de rede é conectado a um terminal de cabo alimentador de sinal piloto e um terminal de unidade de antena do link a ser calibrado, o terminal de unidade de antena de um link não calibrado é conectado a uma carga casada, medir e registrar um coeficiente de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão do link a ser calibrado, segundo cada frequência portadora de trabalho necessária; repetir as etapas referidas acima, até que todos os coeficientes de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão de N links tenham sido medidos e registrados. [0015] A referida estrutura de acoplamento de calibração com o analisador vetorial de rede, onde ela ainda compreende: regular uma estrutura de acoplamento de rede passiva, consistindo em N acoplado-res e um distribuidor / combinador passivo de 1:N conectado a N aco-pladores, os N acopladores sendo conectados a um terminal de antena das N unidades de antena do arranjo de antena inteligente, respectivamente, e a saída do distribuidor / combinador passivo é um terminal de cabo alimentador de sinal piloto; o referido analisador vetorial de rede é conectado a um terminal de cabo alimentador de sinal piloto e a um terminal de unidade de antena do link a ser calibrado, o terminal de unidade de antena do link não calibrado é conectado a uma carga casada, medir e registrar o coeficiente de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão do link a ser calibrado segundo cada frequência portadora de trabalho necessária; repetir as etapas referidas acima, até que todos os coeficientes de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão de N links tenham sido medidos e registrados. [0016] Um dispositivo da invenção para a calibração de um arranjo de antena inteligente, onde ele compreende uma estrutura de acoplamento tendo sido calibrada, um cabo alimentador e um transceptor piloto; as estruturas de acoplamento são acopladas em N unidades de antena do arranjo de antena inteligente, o cabo alimentador é conectado à estrutura de acoplamento e ao transceptor piloto, o transceptor piloto é conectado a um processador de banda base na estação base, por meio de um barramento digital. [0017] A referida estrutura de acoplamento é uma antena piloto com um modo de acoplamento espacial, a antena piloto está em um lobo principal de trabalho de diagrama de diretividade de radiação das N unidades de antena, as quais compõem o arranjo de antena inteligente; o terminal de antena da antena piloto é um terminal de linha de alimentação do sinal piloto. [0018] Quando as N unidades de antena, as quais compõem o arranjo de antena inteligente, são antenas omnidirecionais, a referida antena piloto está localizada em qualquer posição da região de campo próximo de cada unidade de antena. [0019] A referida estrutura de acoplamento é uma rede passiva, onde ela inclui N acopladores, correspondentes às N unidades de antena do referido arranjo de antena inteligente, e distribuidor / combina-dor passivo de 1:N conectado a N acopladores; os referidos N acopladores são conectados a terminais de antena das N unidades de antena, respectivamente, a saída do referido distribuidor / combinador passivo é um terminal de linha de alimentação de sinal piloto. [0020] O referido transceptor piloto tem uma mesma estrutura que o transceptor de radiofrequência de estação base, incluindo um duple-xador, um receptor analógico conectado ao duplexador, um transmissor analógico conectado ao duplexador, um conversor de analógico para digital conectado ao receptor analógico e um conversor de digital para analógico conectado ao transmissor analógico; uma interface de radiofrequência do referido duplexador é conectada ao cabo alimenta-dor da estrutura de acoplamento, o referido conversor de analógico para digital e o conversor de digital para analógico são conectados ao referido barramento digital. [0021] No referido receptor analógico, um amplificador de ganho variável, controlado por software, é regulado para controle de ganho; no referido transmissor analógico, um amplificador de ganho variável, controlado por software, é regulado para controle de ganho. [0022] A invenção provê um método e um dispositivo de calibra-ção; de arranjo de antena inteligente, que compreende usar um trans-ceptor piloto e uma regulagem de estrutura de acoplamento acoplada a um arranjo de antena inteligente, onde a estrutura de acoplamento inclui dois esquemas técnicos: um usa um método de calibração de sistema de antena inteligente por meio de uma antena piloto de estrutura geometricamente simétrica, localizada na região de campo próximo ou na região de campo distante, e um arranjo de antena que implementa o referido método, onde a antena piloto e o software de calibração relacionado são uma parte composta de uma estação base sem fio; um outro usa uma rede passiva, consistindo em acopladores e um distribuidor / combinador, para a implementação da estrutura de acoplamento alimentar e calibrar o arranjo de antena inteligente. Um dos dois esquemas técnicos faz com que uma estação base com uma antena inteligente seja calibrada de forma muito fácil em todos os tempos, faz com que as partes e elementos de radiofrequência sejam mudadas em todos os tempos, portanto, o problema prático de engenharia de um sistema de antena inteligente é resolvido completamente. [0023] O método e o dispositivo da invenção para a calibração de um arranjo de antena inteligente, principalmente, apontam para um sistema de comunicação sem fio CDMA, mas, após mudanças simples, o método e o dispositivo propostos também podem ser usados para a calibração de uma antena inteligente de um sistema de comunicação sem fio FDMA ou TDMA.

Breve Descrição dos Desenhos [0024] A Figura 1 é um diagrama de princípio de uma estação base de comunicação sem fio, que usa o método e o dispositivo da invenção. [0025] A Figura 2 é um diagrama de princípio de um transceptor analógico. [0026] A Figura 3 é um diagrama de estrutura de acoplamento que usa uma antena piloto, [0027] A Figura 4 é um diagrama de conexão de uma estrutura de acoplamento, em um arranjo de antena inteligente, consistindo em um distribuidor / combinador e um acoplador. [0028] A Figura 5 é uma outra estrutura de acoplamento da invenção. [0029] A Figura 6 é um fluxograma de um procedimento de calibração de estrutura de acoplamento. [0030] A Figura 7 é um fluxograma de um procedimento de calibração de antena inteligente.

Modalidades da invenção [0031] Com a modalidade e os desenhos, o método e o dispositivo da invenção são descritos em detalhes a seguir. [0032] Com referência à Fig. 1, ela mostra uma estrutura de estação base típica de um sistema de comunicação sem fio, o qual usa o método e o dispositivo da invenção para um sistema de comunicação móvel ou para um sistema de usuário de enlace sem fio, etc,, com uma antena inteligente. A estrutura de estação base, exceto pela parte de calibração, é similar à estrutura de estação base introduzida pela patente chinesa denominada "Time Dívision Duplex Synchronous Co-de Dívision Multiple Access Wireless Communication System with Smart Antenna" (CN 97 1 04039.7). Ela inclui, principalmente, N unidades de antenas idênticas 201 A, 201B, ..., 201N; N cabos alimenta-dores quase idênticos 202A, 202B.....202N; N transceptores de radio- frequência 203A, 203B, ..., 203N; e um processador de banda base 204. Em todos os transceptores de radiofrequência 203, há um Conversor de Analógico para Digital (ADC) e um Conversor de Digital para Analógico (DAC), de modo que sinais de banda base introduzidos e extraídos de todos os transceptores de radiofrequência sejam todos sinais digitais; eles são conectados ao processador de banda base 204 por meio de um barramento digital de alta velocidade 209; eles usam um mesmo oscilador local 208, para garantir que cada transcep-tor de radiofrequência trabalhe em coerência. [0033] De modo a implementar uma calibração em tempo real de antena inteligente, com base em sua estrutura de estação, um link de calibração consiste em uma estrutura de acoplamento 205 (acoplando um circuito de radiofrequência), um cabo alimentador 206 e um trans-ceptor piloto 207 é adicionado, de acordo com diferentes arranjos de antena. [0034] A estrutura de acoplamento 205 é acoplada a N cabos ali-mentadores 202A, 202B, ..., 202N; o cabo alimentador 206 é usado para conexão da estrutura de acoplamento 205 e do transceptor piloto 207; o transceptor piloto 207 é conectado ao barramento digital de alta velocidade 209, e usa um mesmo oscilador local 208, com todos os transceptores de radiofrequência 203. [0035] Com referência à Fig. 2, ela mostra uma estrutura de transceptor de radiofrequência 203 ou um transceptor piloto 207, mostrado na Fig. 1. Ela inclui um duplexador 210, um receptor analógico 211, um conversor de analógico para digital 212, um transmissor analógico 213 e um conversor de digital para analógico 214. No receptor analógico 211, um amplificador de ganho variável 215 (que pode ser contro- lado por software), usado para controlar seu ganho, é regulado. No transmissor analógico 213, um amplificador de ganho variável 216 (que pode ser controlado por software), usado para controlar seu ganho, é regulado. Uma interface de radiofrequência 217 do duplexador 210 é conectada ao cabo alimentador 202 e 206 diretamente. O conversor de analógico para digital 212 e o conversor de digital para analógico 214 são conectados ao processador de banda base 204, através de um barramento digital de alta velocidade 209. [0036] Em um sistema de antena inteligente, o qual usa uma estrutura de estação base mostrada na Fig. 1, há N links transmitindo e recebendo no total; qualquer uma delas consiste em uma unidade de antena de conexão (201 A, 201B, ..., 201N), um cabo alimentador (202A, 202B, ..., 202N) e um transceptor de radiofrequência (203A, 203B, ..., 203N), além de haver um link de calibração consistindo em um transceptor piloto 207 e na estrutura de acoplamento correspondente (205 e 206). [0037] Suponha que se tome o link A-ésimo como o link de referência (qualquer link pode ser selecionado como o link de referência), então, a calibração do sistema de antena inteligente é para obter uma amplitude de coeficiente de transmissão e uma diferença de fase entre um outro link e o link de referência na frequência portadora de trabalho de regulagem, durante a recepção e a transmissão; portanto, na invenção, a calibração de uma antena inteligente é a calibração de todo o sistema, incluindo o cabo alimentador de antena e o transceptor analógico. [0038] Suponha que se tome o ponto A na região de campo distante de antena na Fig. 1, e B,, a qual é uma interface de banda base dentre BA, Bb, ..., B,, ...BN do transceptor 203 na estação base, como um ponto de referência de observação, a característica de transmissão de uma antena inteligente é representada pelas fórmulas a seguir: [0039] Característica de transmissão do link de recepção: Αη = Sn x Ri x br....(1) [0040] Característica de transmissão do link de transmissão: Bt; = Stj x Tj x at...(2) [0041] onde i = 1, 2...N representa do primeiro ao enésimo link, respectivamente; na fórmula (1), Αη representa o sinal de recepção do i-ésimo link no ponto Bj, durante a emissão a partir do ponto A, Sn representa a degradação de recepção do i-ésimo link por propagação espacial, R; representa o coeficiente de transmissão do i-ésimo link durante a recepção e br representa um sinal de transmissão a partir do ponto A durante a recepção; na fórmula (2), Bt; representa um sinal recebido no ponto de recepção A, vindo do i-ésimo link, durante a e-missão a partir do ponto Bj, St, representa a degradação de transmissão a partir do i-ésimo link por propagação espacial, Ti representa o coeficiente de transmissão durante a emissão do i-ésimo link, e at representa o sinal de transmissão a partir do ponto Bj durante a emissão. Ambos os sinais de transmissão br e at, nas duas fórmulas, respectivamente, são todos sinais digitais, e devem permanecer inalterados, durante a calibração. [0042] O trabalho de calibração da invenção é para obter, com uma medição em tempo real, uma diferença entre o coeficiente de transmissão do i-ésimo link Rj, Tj, representando a recepção e a transmissão, respectivamente, e um coeficiente de transmissão do link de referência. [0043] O meio básico da implementação da invenção é mover um ponto de referência A, referido acima, para o arranjo de antena, isto é, o ponto de terminal de saída C do cabo alimentador 206 na Fig. 1, re-gulando-se o transceptor piloto 207, o cabo alimentador 206 relacionado e a estrutura de acoplamento 205, desse modo, as fórmulas (1) e (2) sendo reescritas, respectivamente: [0044] Característica de transmissão do link de recepção: ACr, = Cn x Rj x br....(3) [0045] Característica de transmissão do link de transmissão: BCt, = Ctj x Ti x at...(4) [0046] onde i = 1, 2, ..., N representa do primeiro ao enésimo link, respectivamente; na fórmula (3), ACr, representa o sinal de recepção do i-ésimo link no ponto Bj, durante a emissão a partir do ponto C, Cn representa um coeficiente de transmissão da estrutura de acoplamento durante o teste de recepção para o i-ésimo link; na fórmula (4), BCt, representa o sinal de recepção a partir do ponto C, proveniente do i-ésimo link, durante a emissão a partir do ponto Bj, e Ctj representa um coeficiente de transmissão da estrutura de acoplamento, durante o teste de transmissão para o i-ésimo link. [0047] Se a estrutura de acoplamento for projetada como uma rede passiva, esta estrutura de acoplamento tem intercambialidade, isto é: Cr, = Ct, = C,....(5) [0048] Substituindo-se a fórmula (5) nas fórmulas (3) e (4), então, as fórmulas a seguir podem ser obtidas: [0049] Link de recepção: R, = ACn / (C, x br)...(6) [0050] Link de transmissão: T, = BCt, / (C, x at)..(7) [0051] Na invenção, qualquer ligação pode ser regulada como um link de referência, e, supondo-se que o link 1 seja regulado como o link de referência, então, as fórmulas (6) e (7) são mudadas para as fórmulas a seguir: [0052] Link de recepção: R, / R-ι = ACr, x Ci / (Q x ACr-i).(8) [0053] Link de transmissão: T, / T-ι = BCt, x Ci / (Q x BCt-i).(9) [0054] onde i = 2, 3, ..., N representa do segundo ao enésimo link, todos dentre ACr-i, BCt-ι, ACr, e BCt, podem ser medidos em tempo real, Ci e Ci podem ser calibrados de antemão, e são definidos pela es- trutura de acoplamento, de modo que R, / R-ι e T, / Ti necessários para uma calibração de sistema de antena inteligente podem ser simplesmente calculados. [0055] Com referência à Fig. 3, ela mostra uma estrutura de acoplamento da invenção, isto é, uma estrutura de modo de acoplamento espacial aplicando uma antena piloto. A antena piloto 230 é uma antena a qual tem uma posição física relativamente fixa com o arranjo de antena a ser calibrado, a antena piloto 230 deve estar em funcionamento no lobo principal de diagrama de diretividade de radiação de unidade de antena do arranjo de antena. Quando cada unidade de antena é uma omnidirecional, a antena piloto pode ser regulada em qualquer posição, incluindo na região de campo próximo da unidade de antena. [0056] Aplicando-se esta estrutura de acoplamento, o método de calibração é: conectar um Analisador vetorial de rede 231 com um terminal de linha de alimentação de sinal piloto D da 230 e o terminal de antena Ej do i-ésimo link a ser calibrado; ao mesmo tempo, outros terminais de antena do arranjo de antena a ser calibrado, tais como E-i, E2, ..., En, são conectados a uma carga casada 232A, 232B....232N, respectivamente; então, medir o coeficiente de transmissão C, do i-ésimo link a ser calibrado com o analisador vetorial de rede 231, após N medições, os coeficientes de transmissão Ci, ..., C..... de todos os links são obtidos. [0057] A vantagem desta estrutura de acoplamento é simples, quando da calibração, uma não consistência de cada unidade de antena foi considerada; a desvantagem desta estrutura de acoplamento é que a posição da antena piloto é limitada. Devido ao fato da antena piloto dever ser regulada na região de campo distante da faixa de trabalho do arranjo de antena inteligente a ser calibrado, de modo a garantir uma acurácia de calibração, é muito difícil implementar isso na prática. Portanto, apenas quando a unidade de antena é uma antena omnidirecional a antena piloto é regulada em sua região de campo próximo e sua característica de região de campo distante é substituída por sua característica de região de campo próximo, então, a calibração é impraticável. Por exemplo, quando se usa um arranjo de antena em anel, a antena piloto pode ser regulada no centro deste arranjo de antena em anel, com sua simetria geométrica, para garantir confiabilidade de sua medição de região de campo próximo. [0058] Com referência à Fig. 4, ela mostra uma estrutura de acoplamento de uma rede passiva 240, que consiste em um distribuidor / combinador e um acoplador, e sua conexão com o arranjo de antena inteligente 201 A, 201B...201N. A estrutura de acoplamento inclui N acopladores 242A, 242B...... 242N correspondentes a N antenas 201, e um distribuidor / combinador passivo de 1:N 241; cada acoplador de 242 está localizado no ponto de conexão E-ι, E2, ..., EN, entre cada unidade de antena 201 A, 201B......201N e seu cabo alimentador 202A, 202B, ..., 202N. A estrutura de acoplamento foi independentemente calibrada, antes de ser montada no arranjo de antena. [0059] Com referência à Fig. 5, quando da aplicação da estrutura de acoplamento mostrada na Fig. 4, o método de calibração é: conectar um analisador vetorial de rede 231 com um terminal de linha de a-limentação de sinal piloto D de antena piloto 230 e um terminal de antena Ei do i-ésimo link a ser calibrado, ao mesmo tempo, outros terminais de antena do arranjo de antena a ser calibrado, tais como E-ι, E2, ..., En, são conectados à carga casada 232A, 232B,..., 232N, respectivamente; então, medir o coeficiente de transmissão C, do i-ésimo link a ser calibrado com o analisador vetorial de rede 231, após N medições, os coeficientes de transmissão Ci, ..., Cit ..., CN de todos os links são obtidos. O método de calibração mostrado na Fig. 5 é o mesmo que o método de calibração mostrado na Fig. 3. [0060] A estrutura de acoplamento de rede passiva, mostrada na Fig. 4, é mais complexa do que a estrutura de acoplamento de antena piloto, mostrada na Fig. 3, e uma não consistência de cada unidade de antena não pode ser considerada, durante a calibração, mas é convenientemente usada na calibração de qualquer tipo de arranjo de antena inteligente. [0061] Com referência à Fig. 6, ela mostra um procedimento de calibração com uma estrutura de acoplamento, este método de calibração podendo ser usado para ambas as estruturas de acoplamento mostradas na Fig. 3 e na Fig. 4. A estrutura de acoplamento foi calibrada antes do arranjo de antena inteligente ser colocado em operação, e o coeficiente de transmissão obtido C é mantido na estação base. [0062] Etapa 601, a calibração começa; etapa 602, calibrar o primeiro link de N links, isto é, i = 1; etapa 603, com o modo de conexão mostrado na Fig. 3 ou na Fig. 5, calibrar o primeiro link; etapa 604, regular a primeira frequência de calibração para ser igual à primeira frequência portadora de trabalho de J frequências portadoras de trabalho, isto é, j = 1; etapa 604, regular a primeira frequência portadora de trabalho de link igual à primeira frequência portadora de trabalho; etapa 606, com o analisador vetorial de rede, medir o coeficiente de transmissão C| do primeiro link, quando a frequência de calibração for igual à primeira frequência portadora de trabalho; etapa 607, registrar este resultado de medição; etapas 608 e 611, julgando se i = J, e calculando j = j + 1, repetir as etapas 605 a 608, as quais medem o primeiro coeficiente de transmissão de link em J frequências portadoras de trabalho, respectivamente, obter e registrar o coeficiente de transmissão C,; etapas 609 e 610, repetir o dito acima até a medição de todas as frequências portadoras de trabalho estar completa; e julgando se i = N, e calculando i = i + 1, repetir as etapas 604 a 608, as quais medem o coeficiente de transmissão de N links para J números de frequência portadora de trabalho, e registrar todo o resultado da medição. [0063] Medir cada link em cada frequência portadora necessária e registrar todos os resultados de medição, então, a calibração da estrutura de acoplamento é completada, e todos os coeficientes de transmissão C são obtidos. [0064] Com referência à Fig. 7, ela mostra todo o procedimento de calibração de arranjo de antena inteligente, antes do arranjo de antena inteligente ser colocado em operação, sua estrutura de acoplamento foi calibrada, de acordo com o procedimento mostrado na Fig. 6, e o coeficiente de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão recebido C foi mantido na estação base, onde a estrutura de acoplamento está localizada. [0065] Etapa 702, fazer uma calibração de recepção primeiro; etapa 703, o transmissor do transceptor piloto transmite um sinal com nível de voltagem definido com uma frequência portadora de trabalho de regulagem, de modo a garantir que o sistema de recepção da estação base a ser calibrada esteja funcionando no nível de voltagem de trabalho normal; etapa 704, todos os transceptores no sistema de recepção da estação base a ser calibrada estão no estado de recepção, isto é, N links estão todos no estado de recepção; etapa 705, cada saída do link de recepção é detectada por um processador de banda base, para garantir que o sistema esteja trabalhando no nível de recepção regulado e cada receptor esteja trabalhando na região de linearidade, de acordo com a saída de cada receptor de link e com a fórmula (8), o processador de banda base calcula R, / Ri; etapas 706 e 707, de acordo com R, / Ri calculada, pelo controle do amplificador de ganho variável (213 e 216 na Fig. 2) em cada receptor, a saída de cada link de recepção é controlada, até que |R, / R-i| = 1; registro e armazenagem da diferença de fase Φ; entre cada link de recepção e link de referência no proces- sador de banda base, o qual será usado pela antena inteligente quando trabalhando; etapa 708, quando |R, / Ri| = 1, deslocado para cali-bração de transmissão; etapas 709 a 715, quando da calibração de N links de transmissão, o receptor do transceptor piloto recebe, respectivamente, sinais oriundos de cada link de transmissão na frequência portadora de trabalho de regulagem; neste momento, dentre os N links de transmissão, referidos acima, apenas um link está no estado de transmissão em um tempo, e todos os outroas estão em um estado de fechamento (etapa 710); portanto, em cada tempo, o receptor piloto apenas recebe um sinal vindo deste link; exatamente agora, o link de transmissão de referência deve ser medido e calibrado de antemão, de modo a garantir que sua potência de transmissão esteja no nível de voltagem nominal; sob esta condição, o receptor do transceptor piloto recebe um sinal que vem de cada link de transmissão (etapa 711); então, o processador de banda base processa o resultado medido e calcula T, / T-ι com a fórmula (9) (etapa 714); após isso, de acordo com este valor, a saída de cada link de transmissão é controlada por um amplificador de ganho variável (211 e 215 na Fig. 2) de cada transmissor, até que |Τ, / T-i| = 1 para cada link de transmissão (etapa 716); ao mesmo tempo, a diferença de fase Ψ entre cada link de recepção e link de referência é registrada em um processador de banda base, uma calibração em tempo real atualizada da antena inteligente é completada. [0066] Embora o método e o dispositivo da invenção sejam propostos apontando para um sistema de comunicação sem fio CDMA, após mudanças simples, eles podem ser usados em um sistema de comunicação sem fio FDMA ou TDMA. A estrutura de estação base de comunicação sem fio, mostrada na Fig. 1, é um exemplo de um sistema de comunicação sem fio TDD, mas ela também pode ser usada em um sistema de comunicação sem fio FDD. Qualquer técnico, cuja car- reira seja de pesquisa e desenvolvimento de sistemas de comunicação sem fio, pode implementar uma calibração em tempo real de antena inteligente, após a compreensão do princípio básico da antena inteligente e com referência ao método e ao dispositivo da invenção.

Claims

1. Método para a calibração de um arranjo de antena inteligente, que compreende N links, em que cada link compreende uma unidade de antena (201 A, 201B,..., 201N) e um transceptor de radiofrequência (203) conectado por um cabo alimentador (202A, 202B.... 202N), caracterizado por compreender: 1) selecionar um link arbitrário dentre os N links como um link de referência; 2) regular um link de calibração consistindo em uma conexão de uma estrutura de acoplamento (205), um cabo alimentador (206) e um transceptor piloto (207); em que a estrutura de acoplamento (205) é acoplada com N unidades de antena (201 A, 201B,..., 201N) do arranjo de antena inteligente, e o transceptor piloto (207) é conectado a um processador de banda base (204) de uma estação base por um barramento digital (209); 3) calibrar a estrutura de acoplamento (702), antes do arranjo de antena inteligente ser colocado em operação, registrar seu coeficiente de transmissão no estágio de recepção e seu coeficiente de transmissão no estágio de transmissão, respectivamente; 4) calibrar os N links como links de recepção: transmitir (702) um sinal de nível de tensão definido em um frequência portadora de trabalho de regulagem pelo transceptor piloto (207), receber (704) o sinal de nível de tensão definido pelos N links de recepção; equalizar a amplitude do coeficiente de transmissão de cada link de recepção com amplitude de coeficiente de transmissão do link de referência e obter uma primeira diferença de fase Φ entre cada link de recepção e link de referência, utilizando o coeficiente de transmissão no estágio de recepção registrado da estrutura do acoplamento (205) e os sinais de nível de tensão definidos recebidos pelo link de recepção e o link de referência; 5) calibrar os N links como links de transmissão: fazer (710) cada link de transmissão estar em estado de transmissão e outros N-1 links de transmissão estarem em estado de fechamento, e receber (711) sinais provenientes dos N links de transmissão na frequência de portadora de trabalho de regulagem pelo transceptor piloto (207), respectivamente; equalizar a amplitude do coeficiente de transmissão de cada link de transmissão com a amplitude do coeficiente de transmissão do link de referência e obter uma segunda diferença de fase Ψ entre cada link de transmissão N e o link de referência, utilizando o coeficiente de transmissão no estágio de transmissão registrado da estrutura de acoplamento (205) e os sinais provenientes do link de referência e do link de transmissão recebidos pelo transceptor piloto (207).

2. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que: a calibração da estrutura de acoplamento (205) é realizada usando um a-nalisador vetorial de rede (231).

3. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a calibração da estrutura de acoplamento (205) usando um analisador vetorial de rede (231) compreende: regular uma antena piloto (230) em modo de acoplamento espacial; conectar o analisador vetorial de rede (231) a um terminal de linha de alimentação do sinal piloto e ao terminal de unidade de antena de um link a ser calibrado; conectar um terminal de unidade de antena de link não calibrado a uma carga casada; medir e registrar o coeficiente de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão do link a ser calibrado, sob cada frequência portadora de trabalho necessária; e repetir as etapas acima, até que todos os coeficientes de transmissão no estágio de recepção e no estágio de transmissão de N links tenham sido medidos e registrados.

4. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: a antena piloto (230) está em um lobo principal de trabalho de um diagrama de diretividade de radiação de N unidades de antena, as quais compõem o arranjo de antena inteligente; e um terminal de antena da antena piloto (230) é o terminal de linha de alimentação do sinal piloto.

5. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: quando as N unidades de antena, as quais compõem o arranjo de antena inteligente, são antenas omnidirecionais, a antena piloto (230) é localizada em qualquer posição de uma região de campo próximo de cada unidade de antena.

6. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que equa-lizar a amplitude do coeficiente de transmissão de cada link de recepção com a amplitude de coeficiente de transmissão do link de referencia compreende: detectar a saída de cada link de recepção, respectivamente, pelo processador de banda base (204) na estação base, e calcular a razão entre o coeficiente de transmissão de cada link de transmissão e o coeficiente de transmissão do link de referência, durante a recepção, de acordo com a saída de cada link de recepção; controlar a saída de cada link de recepção, controlando um amplificador de ganho variável (215), em um receptor analógico no link, para tornar a amplitude da razão entre o coeficiente de transmissão no estágio de recepção de cada link de recepção e o coeficiente de transmissão do link de referência durante a recepção igual a 1; e em que o método compreende: gravar e armazenar a diferença de fase Φ entre cada link de recepção e link de referência no processador de banda base (204).

7. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que equa-lizar a amplitude do coeficiente de transmissão de cada link de transmissão com a amplitude do coeficiente de transmissão do link de referência compreende: processar sinais detectados pelo processador de banda base (204) da estação base e calcular a razão entre o coeficiente de transmissão de cada link de transmissão e o coeficiente de transmissão do link de referência, durante a transmissão; controlar a saída de cada link de transmissão, pelo controle de um amplificador de ganho variável (216), em um transmissor analógico (213) em cada link, tornar a amplitude da razão entre o coeficiente de transmissão de cada link e o coeficiente de transmissão do link de referência durante a transmissão igual a 1; e em que o método compreende: gravar e armazenar a diferença de fase Ψ entre cada link de transmissão e link de referência, no processador de banda base (204).

8. Método para a calibração de arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que calibrar a estrutura de acoplamento (205) usando o analisador vetorial de rede (231) compreende: regular uma estrutura de acoplamento passiva (205) que consiste em N acopladores (242A, 242B, ..., 242N) e um distribuidor/ combinador passivo de 1:N conectado aos N acopladores (242A, 242B, ..., 242N), em que os N acopladores (242A, 242B, ..., 242N) são conectados com um terminal de antena das N unidades de antena do arranjo de antena inteligente, respectivamente, e a saída do distri- buidor / combinador passivo é um terminal de linha de alimentação do sinal piloto; conectar o analisador vetorial de rede (231) ao terminal de linha de alimentação do sinal piloto e um terminal de unidade de antena do link a ser calibrado; conectar um terminal de unidade de antena de link não calibrado com uma carga casada; medir e registrar o coeficiente de transmissão no estágio de recepção e o coeficiente de transmissão no estágio de transmissão do link a ser calibrado, em cada frequência portadora de trabalho necessária; repetir as etapas acima, até que todos os coeficientes de transmissão no estágio de recepção e os coeficientes de transmissão no estágio de transmissão de N links tenham sido medidos e registrados.

9. Dispositivo para implementar um método como definido na reivindicação 1, para a calibração de um arranjo de antena inteligente que compreende N links, em que cada link compreende uma unidade de antena (201) e um transceptor de radiofrequência (203) conectado a um cabo alimentador (202), caracterizado por compreender: um link de calibração localizado próximo a um arranjo de antena inteligente a ser calibrado em que um link arbitrário dentre os N links é selecionado como um link de referência, em que o link de calibração compreende: uma estrutura de acoplamento (205) que foi calibrada, um cabo alimentador (206) e um transceptor piloto (207); em que a estrutura de acoplamento (205) é acoplada em N unidades de antena (201) do arranjo de antena inteligente, o cabo alimentador (206) é conectado à estrutura de acoplamento (205) e ao transceptor piloto (207), o transceptor piloto (207) é conectado a um processador de banda base (204) em uma estação base, por um barramento digital (209); quando os N links como links de recepção são calibrados, o link de calibração transmite um sinal de calibração, os N links de recepção recebem o sinal de calibração, o processador de banda base (204) é utilizado para calcular a razão entre o coeficiente de transmissão de cada link de recepção e o coeficiente de transmissão do link de referência e obter a diferença de fase Ψ entre cada link de recepção e o link de referência; quando os N links como links de transmissão são calibrados, cada link de transmissão transmite um sinal de calibração, respectivamente, o link de calibração recebe o sinal; o processador de banda base (204) é também utilizado para calcular a razão entre o coeficiente de transmissão de cada link e o coeficiente de transmissão do link de referência e obter a diferença de fase entre Φ entre cada link de transmissão e o link de referência.

10. Dispositivo para calibração de um arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a estrutura de acoplamento (205) é uma antena piloto (230) em modo de acoplamento espacial, a antena piloto (230) está no lobo principal de trabalho de um diagrama de diretividade de radiação das N unidades de antena (201), as quais compõem o arranjo de antena inteligente; o terminal de antena da antena piloto (230) é um terminal de linha de alimentação de um sinal piloto.

11. Dispositivo para calibração de um arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: quando as N unidades de antena (201), as quais compõem o arranjo de antena inteligente, são antenas omnidirecionais, a antena piloto (230) está localizada em qualquer posição de uma região de campo próximo de cada unidade de antena (201).

12. Dispositivo para calibração de um arranjo de antena inte- ligente, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a estrutura de acoplamento (205) é uma rede passiva que inclui N acopladores (242A, 242B...... 242N), correspondentes às N unidades de antena (201) do arranjo de antena inteligente, e um distribuidor / combinador passivo de 1:N (241) conectado aos N acopladores (242); em que os N acopladores (242A, 242B, ..., 242N) são conectados aos terminais de antena das N unidades de antena (201), respectivamente; a saída do distribuidor / combinador passivo (241) é um terminal de linha de alimentação de um sinal piloto.

13. Dispositivo para calibração de um arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de: o transceptor piloto (207) possui a mesma estrutura que o transceptor de radiofrequência (203) da estação base, incluindo um duplexador (210), um receptor analógico (211) conectado ao duplexador (210), um transmissor analógico (213) conectado ao duplexador (210), um conversor de analógico para digital (211) conectado ao receptor analógico (211) e um conversor de digital para analógico (214) conectado ao transmissor analógico (213); uma interface de radiofrequência (217) do duplexador (210) é conectada ao cabo de alimentação (206) da estrutura de acoplamento (205), em que o conversor de analógico para digital (212) e o conversor de digital para analógico (214) são conectados ao barramento digital (209).

14. Dispositivo para calibração de um arranjo de antena inteligente, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que: no receptor analógico (211), um amplificador de ganho variável (215), controlado por software, é regulado para o controle de ganho; o transmissor analógico (213) compreende um amplificador de ganho variável (216), controlado por software, que é regulado para controle de ganho.