SE513340C2 - Kalibreringsmetod för fasstyrd gruppantenn - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 513 340 Sammanfattning av uppfinningen Således tillhandahåller föreliggande uppfinning en kalibreringsmetod för sänd- och mottagningsvägar för en fasstyrd gruppantenn som har ett flertal antenn- element. Varje antennelement har en individuell signalväg ansluten till ett lob- forrnande nät och innefattar en justeringsenhet med variabla justeringsfaktorer för fas och amplitud.

Enligt uppfinningen är överföringsfunktionen för en första signalväg hos ett första antennelement inställd till ett fast värde och en kalibreringssignal matas in i en ände utav den första signalvägen. Sedan matas en kalibreringssignal in sekven- tiellt i en ände utav de övriga signalvägama. En första signal som är förorsakad av den inmatade kalibreringssignalen genom den första signalvägen mäts. Därefter mäts signaler genom de övriga vägama sekventiellt och överföringsfirnktionema för de övriga signalvägama justeras, så att samma förhållanden för fas och amplitud existerar mellan den första signalen och de övriga signalema förorsakade av den inmatade kalibreringssignalen.

Uppfinningen är definierad i de oberoende patentkraven l och 6, medan föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende kraven.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Uppfmningen beskrivs nedan med hänvisning till de åtföljande ritningarna, av vilka: figur l är en schematisk vy av signalvägarna för den fasstyrda grupp- antennen, och figur 2 är en schematisk vy av åtta antennelement, och illustrerar kopplingen mellan elementen.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsforrner Såsom är känt kan prestandan och kapaciteten för mobila telekommunika- tionssystem förhöjas genom att använda spatiellt uppdelad multiplexering, dvs att i stället för rundstrålande eller tresektorantenner upprättas smala lober mellan bas- stationema och de mobila stationema. Detta ökar spektrumeffektiviteten och sänker interferensen i systemet. Smala lober kräver fasstyrda gruppantenner som innefattar ett antal antennelement. En signal som skall sändas (eller mottas) i en smal lob leds igenom ett lobformande nät som applicerar fas- och amplitudmoduleringar på signalen, vilken delas upp och sänds till ett antal antennelement. För vissa lobvidder och riktningar är fas- och amplitudmodulationskoefficienterna fasta. Dock kan sändnings- och mottagningsvägama från det lobformande nätet till antennelementen variera i tiden och det måste finnas en metod för kalibrering eller samstämning av 10 15 25 30 35 513 340 3 antennelementen så att det lobforrnande nätet ger noggranna lober. Detta är syftet med föreliggande uppfinning.

En schematisk vy av en väg for ett fasstyrt gruppsignaleringssystem visas i figur I. Signaler som skall sändas i en lob inmatas till ett lobformande nät LSN. Det lobforrnande nätet styr uppdelningen och fas- respektive amplitudmodulationema i syfte att skapa de olika lobema. Det lobformande nätet kan innefatta en fast matris för fas- och amplitudmodulationsfaktorerna for de olika lobema. Från det lob- formande nätet (LSN) går individuella si gnalvägar till vardera antennelement. Varje signalväg innefattar en enhet Adj. för modulering eller justering av fas och amplitud. Altemativt kan det lobformande nätet bestå av digitala individuellt styrbara fas- och amplitudmodulationsenheter (PAM). I detta fall är justerings- enheten i praktiken en integrerad del av PAM-enheten, eller så justeras PAM direkt.

Signalvägama måste också innefatta filter (visas ej). Det är underförstått att även om endast en signalväg visas för vardera antennelement finns där de facto två si gnalvägar for mottagning respektive sändning.

Enligt uppfinningen styr en kalibreringsenhet Cal. fas- och amplitud- faktorema for justeringsenheterna. Kalibreringsenheten matar in en kalibrerings- signal vid en punkt i systemet och mäter signaler vid andra punkter i systemet, såsom beskrivs mer i detalj nedan. Kalibreringssignalen är inte kritisk och kan vara en pilotton eller en signal med godtycklig modulering såsom CW-brus, pseudo- slumpmässigt brus, etc. Kalibreringsenheten är lämpligen placerad inomhus i samma stativ som det lobformande nätet.

Först diskuteras sändningsfallet, dvs kalibrering av sändningsvägama från det lobformande nätet till de individuella antennelementen. En forsta sändningssignal- väg väljs som referens, t ex nr 4; Justeringsenheten for denna väg sätts till ett lämpligt värde som hålls fast genom kalibreringen. Det fasta värdet är inte kritiskt så länge det inte är så extremt att kalibrering av de andra signalvägarna blir omöjlig.

Således är ett lämpligt jämt eller centrerat värde att föredra. Kalibreringssignalen inmatas vid en punkt B i sändningsvägen nära utgången för det lobforrnande nätet.

Den inmatade kalibreringssignalen ger upphov till en signal som kan mätas.

Mätningen kan utföras vid olika punkter såsom beskrivs nedan.

Sedan sänds en kalibreringssignal genom de övriga sändningssignalvägama som skall kalibreras, dvs från motsvarande punkter B till antennelementen i respektive sändningsvägar. I syfte att illustrera uppfinningen tar vi här en titt på antennelement nr 5.

I enlighet med en forsta utforingsform av uppfinningen, mäts signalerna förorsakade av den inmatade kalibreringssignalen genom ett annat antennelement, t ex nr 3. Signalen kan tappas ut vid en punkt A nära antennelementet, t ex med hjälp av en riktkopplare som tillhandahåller en kalibreringsutgång för antennboxen, 10 15 20 25 30 35 513 340 4 eller vid en punkt B nära det lobformande nätet. Då används en mottagningsväg från antennelementet till punkt B för mätning av signalen. Det är mest föredraget att använda punkt A.

I en annan utföringsforrn av uppfinningen mäts signalema som förorsakats av de inmatade kalibreringssignalema vid en punkt C i antennfältet för den fasstyrda gruppantennen.

Kalibreringsmätningama och -beräkningarna är samma som for mottagnings- fallet som beskrivs nedan.

Vi skall nu beskriva mottagningsfallet, dvs kalibreringen av mottagnin gs- vägarna från de individuella antennelementen till det lobformande nätet LSN för den fasstyrda gruppantennen. Mottagningsfallet liknar sändningsfallet, bortsett från att inmatningspunkterna för kalibreringssignalema motsvarar mätpunkterna i sändningsfallet och vice versa.

En första mottagningssignalväg väljs som referens, t ex nr 4. Justerings- enheten för denna väg sätts till ett lämpligt värde som hålls fast genom kalibre- ringen. Det fasta värdet är inte kritiskt så länge det inte är så extremt att kalibre- ringen för de andra si gnalvägama blir omöjlig. Således är ett jämt eller centrerat värde att föredra. Kalibreringssignalen matas in i mottagningsvägen och fortplantar sig från antennelementet till en punkt B i mottagningsvägen nära ingången till det lobformande nätet. Inmatningen kan ske vid olika punkter såsom beskrivs nedan.

Den inmatade kalibreringssignalen ger upphov till en signal som kan mätas.

Sedan sänds en kalibreringssignal genom de övri ga mottagningssignal- vägama som skall kalibreras, dvs från antennelementen till motsvarande punkter B i respektive mottagningsvägar. I syfte att illustrera uppfinningen tar vi här en titt på antennelement nr 5.

I enlighet med en första utföringsform av uppfinningen inmatas signalerna som förorsakats av den inmatade kalibreringssignalen genom ett annat antenn- element, t ex nr 3. Signalen kan inmatas vid en punkt A nära antennelementet, t ex med hjälp av en riktkopplare som tillhandahåller en kalibreringsingång för antenn- boxen, eller vid en punkt B nära det lobformande nätet. Då används en sändnings- väg från punkt B till antennelementet för inmatning av signalen. Användning av punkt A är att föredra.

I en annan utföringsforrn av uppfinningen inmatas signalerna förorsakade av de inmatade kalibreringssignalema vid en punkt C i antennfältet for den fasstyrda gruppantennen.

Om den inmatade kalibreringssignalen matas in genom ett annat antenn- element, använder avstämningskaliberingen den kända interelementkopplingen mellan elementen i gruppantennen som referens. Kopplingen mellan elementen mäts när antennen installeras. Kopplingen är känd som sij.

II 10 15 20 25 30 513 340 5 En kalibreringssignal inmatas t ex i riktkopplaren för lågbrusförstärkaren i antennboxen placerad i masten (visas ej) ansluten till antennelementet 3. Kalibre- ringssignalen mottas sedan genom varje signalväg motsvarande element 1, 2, 4 och 5. Signalen som mottas genom elementet 4 används som referens. De andra signal- vägarna jämförs sedan med referenselementet.

Kalibreringsmätningarna och -beräkningarna som utnyttjar element 4 som referens är som följer.

Uteffekten på element 3 är P3.

Insignalerna på elementen 4 och 5 är: P4 :Pfsu Ps :Pfssz De uppmätta signalerna är sedan: M4=P4'H4=P3' 'H4 Ms :Ps 'H5 :P1 'S53 'H5 där H” är överföringsfunktionen för den individuella mottagningssignal- vägen eller ~kanalen och innefattar både fasens och amplitudens uppförande.

Alltså: Det förstås härav att H och M berörs av justeringsenhetema, vilka vardera har styrbara justeringsfaktorer. Med användande av mottagningssignalvägen 4 som referens, hålls justeringsfaktorn för denna signalväg fast medan justeringsfaktom för signalvägen 5 justeras så att förhållande H5/H4 uppnår ett visst värde. Sedan repeteras detta för de andra si gnalvägama, så att förhållandet H¿/H4 uppnår samma värde. 10 15 20 25 30 513 340 6 Om den inmatade kaliberingssignalen matas in via antennfältet vid punkt C använder anpassningskalibreringen de kända kopplingama mellan elementen i gmppantennen och punkt C som referens. Denna koppling kan också mätas när antennen installeras. Generellt sätts amplitudkarakteristiken lika mellan elementen och faskarakteristiken ges av de geometriska förhållandena. Kopplingen är känd som ti. Annars är kalibreringsmetodema och -beräkningama desamma som ovan, om sij ersätts med ti.

Då det är vanligt att fasstyrda gruppantenner består av paneler med åtta antennelement, är det föredraget att kalibreringsmetoden itereras med användande av olika antennelement som referens. T ex kan antennelementen 6 och 5 användas som referens. Kalibreringssignalen sänds då med element 6 som referens och elementen 4, 5, 7 och 8 mäts. Kalibreringssignalen sänds slutligen med element 5 som referens och elementen 3, 4, 6 och 7 mäts.

Detta görs i syfte att nå och mäta si gnalvägama för de olika antennelementen.

En fasstyrd gruppantenn kan vidare innefatta ett flertal paneler anordnade i en sluten ring. I fallet med flerpanelsexcitation inmatas kalibreringssignalen i element 1 och mäts i element 8 i den angränsande panelen, och vice versa. Således används antennelementen nära den intilliggande panelen som referenser för att nå de olika panelerna.

Det bör förstås att vissa si gnalvägar mäts mer än en gång med olika referenser, där vardera referens ger en grupp av kalibreringsmätningar. I ett sådant fall kan samtliga mätresultat användas för medelvärdesbilda justeringsfaktorerna som tillhör mer än en kalibreringsgrupp.

Inmatningen av kalibreringssignalerna vid de olika punktema i det fasstyrda gruppantennsystemet kan åstadkommas med hjälp av lämpliga omkopplare och riktkopplare. En fackman inom ornrådet inser att kalibreringsenheten och inmat- ningen av kalibreringssignalen kan utföras på olika sätt med hjälp av lämpliga kombinationer av hårdvara och mjukvara, vilka alla avses falla inom nedanstående patentkravs omfång.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 513 340 7 PATENTKRAV

1. En kalibreringsmetod för sändningsvägar för en fasstyrd gruppantenn med ett flertal antennelement, vilka vardera har en individuell signalväg ansluten till ett lobformande nät (LSN) och innefattar en justeringsenhet med variabla fas- och amplitudjusteringsfaktorer, kännetecknad av stegen: att överföringsfimktionen för en första sändningssignalväg till ett första antennelement sätts till ett fast värde; att en kalibreringssignal inmatas i en ände utav den första sändningssignal- vägen; att en kalibreringssignal inmatas sekventiellt i en ände utav övriga sändnings- si gnalvägar; , att en första signal förorsakad av den inmatade kalibreringssignalen mäts genom den första sändningssignalvägen och att signaler mäts sekventiellt genom de övri ga sändningssignalvägama; att överföringsfunktionema för de övri ga signalvägama justeras genom att variera respektive justeringsfaktorer så att samma fas- och amplitudförhållanden existerar mellan den första signalen och alla de övri ga signalema förorsakade av den inmatade kalibreringssignalen. g

2. En kalibreringsmetod enligt krav 1, kännetecknad av att: en signal mäts vid en punkt (A) elektriskt näraliggande ett andra antenn- element, vilken signal orsakas av kalibreringssignalen som inmatats i en ände utav nämnda första signalväg och nämnda övriga signalvägar genom radiokoppling mellan de således existerande antennelementen och det andra antennelementet; och överföringsfunktionema justeras med hänsyn tagen till den kända inter- elementkopplingen (sij) mellan de exciterade antennelementen och det andra antennelementet.

3. En kalibreringsmetod enligt krav 1, kännetecknad av att: en signal mäts med användande av mottagningsvägen för ett andra antenn- element vid en punkt (B) näraliggande det lobformande nätet (LSN), vilken signal orsakas av kalibreringssignalen som matas in i en ände utav nämnda första signal- väg och nämnda övriga signalvägar genom radiokoppling mellan de således exciterade antennelementen och det andra antennelementet; och överföringsfimktionerna justeras med hänsyn tagen till den kända inter- elementkopplingen (sij) mellan de exciterade antennelementen och det andra antennelementet.

4. , En kalibreringsmetod enligt krav 1, kännetecknad av att: en signal mäts via radio vid en punkt (C) i antennfältet för den fasstyrda gmppantennen, vilken si gnal orsakas av kalibreringssigrtalen som inmatats i en ände utav den första och de övriga signalvägarna; och 10 15 20 25 30 35 513 340 8 överföringsfiinktionema justeras med hänsyn tagen till de kända överförings- faktorema (ti) for radiovägen mellan punkten (C) i antennfaltet och respektive antennelement.

5. En kalibreringsmetod enligt något av kraven l - 4, kännetecknad av att: metodstegen itereras sekventiellt med användande av olika signalvägar som den forsta signalvägen, där vardera iteration bildar en grupp; justeringsfaktorerna för de olika si gnalvägama uppskattas i respektive grupper; justeringsfaktorer för signalvägar tillhörande mer än en grupp medelvärdes- bildas.

6. En kalibreringsmetod för mottagningsvägar för en fasstyrd gruppantenn med ett flertal antennelement, vilka vardera har en individuell signalväg ansluten till ett lobformande nät (LSN) och innefattande en justeringsenhet med variabla fas- och amplitudjusteringsfaktorer, kännetecknad av stegen: att överföringsfunktionen för en första mottagningssignalväg till ett första antennelement sätts till ett fast värde; att en kalibreringssignal inmatas i en ände utav den första mottagningssignal- vägen; att en kalibreringssignal inmatas sekventiellt i en ände utav övriga mottagningssignalvägar; att en forsta signal förorsakad av den inmatade kalibreringssignalen mäts genom den första mottagningssignalvägen och signaler mäts sekventiellt genom de övriga mottagningssignalvägama; att överforingsfunktionema for de andra signalvägama justeras genom att variera respektive justeringsfaktorer så att samma fas- och amplitudförhållanden existerar mellan den första signalen och alla de övriga signalerna förorsakade av den inmatade kalibreringssignalen.

7. En kalibreringsmetod enligt krav 6, kännetecknad av att: en signal inmatas vid en punkt (A) elektriskt näraliggande ett andra antenn- element för att excitera det andra antennelementet, så att kalibreringssignalen inmatas i en ände utav nämnda första si gnalväg och nämnda övri ga signalvägar genom radiokoppling mellan det andra antennelementet och det första antenn- elementet och de övriga antennelementen; och överföringsfianktionema justeras med hänsyn tagen till den kända inter- elementkopplingen (sij) mellan det andra antennelementet och de övriga antenn- elementen.

8. En kalibreringsmetod enligt krav 6, kännetecknad av att: en signal inmatas med användande av sändningsvägen for ett andra antenn- element vid en punkt (B) näraliggande det lobforrnande nätet (LSN) for att excitera 10 15 20 513 340 9 det andra antennelementet, så att kalibreringssignalen matas in i en ände utav nämnda första signalväg och nämnda övriga si gnalvägar genom radiokoppling mellan det andra antennelementet och de övriga antennelementen; och överföringsfiinktionerna justeras med hänsyn tagen till den kända inter- elementkopplingen (sij) mellan det andra antennelementet och de övriga antenn- elementen.

9. En kalibreringsmetod enligt krav 6, kännetecknad av att: en signal inmatas vid en punkt (C) i antennfältet för den fasstyrda grupp- antennen, så att kalibreringssignalen inmatas i en ände utav den första och de övriga signalvägarna; och överföringsfunktionerna justeras med hänsyn tagen till de kända överförings- faktorema (ti) för radiovägen mellan punkten (C) i antennfältet och respektive antennelement.

10. En kalibreringsmetod enligt något av kraven 6 - 9, kännetecknad av att: metodstegen itereras sekventiellt med användande av olika si gnalvägar som den första signalvägen, där vardera iteration bildar en grupp; justeringsfaktorema för de olika si gnalvägama uppskattas i respektive BTUPPCTS justeringsfaktorer för signalvägar tillhörande mer än en grupp medelvärdes- bildas.