專利名稱：在混合矩陣放大系統中用于誤差補償的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及無線通信設備，特別涉及混合矩陣放大系統和無線通信設備的天線陣列。
背景技術：
混合矩陣放大器包括一組平行的放大器，通過有混合連接器組成的多端口矩陣來反饋其輸入，組合其輸出。其中，矩陣為傅立葉變換矩陣(FTM)的混合矩陣放大器的示例配置如美國專利申請5,834,972所述，該專利轉讓給了本發明的受讓人，在此通過引用將其整個結合進來。一般來說，施加到輸入FTM的輸入端的信號平均分布在FTM的多個輸出端口中。然后FTM將每個信號輸出發送到分離的放大器，在其中放大信號，然后將其發送至輸出FTM的多個輸入端口之一。然后將在輸出FTM的輸入端上接收到的每個信號分布在輸出FTM的多個輸出端口中。
建議服務于多個小區扇區(multiple cell sectors)并包括多個自適應天線陣列的基站子系統(BSS)使用包括混合矩陣放大器的發射器，其中多個天線陣列中的每個天線陣列向多個小區扇區中的不同扇區提供服務。在這樣的BSS中，在輸出FTM的多個輸出端口之一產生的每個信號都被發送到天線陣列中的一個天線單元上。此外，接收FTM輸出信號的每個天線單元都在與從FTM接收輸出信號的其它天線單元不同的天線陣列中。
例如，假設BSS服務于被劃分為四個扇區的小區。BSS包括四個天線陣列，其中每個陣列包括四個天線單元并服務于四個小區扇區之一。BSS還包括四個發射分支。每個發射分支包括具有四個輸入和四個輸出端口的輸入FTM、具有四個輸入和四個輸出端口的輸出FTM以及包含四個放大器的放大器部分，其中四個放大器中的每個都可操作連接到輸入FTM的輸出端口上和輸出FTM的輸入端口上。此外，發射分支的輸出FTM的每個輸出端口都可操作連接到不同于其它FTM輸出端口所連接到的單元和陣列的天線陣列中的天線單元。也就是說，FTM的第一輸出可操作連接到四個天線陣列的第一天線陣列中的一個單元上，第二輸出端口可操作連接到四個陣列的第二陣列中的一個單元上，第三輸出端口可操作連接到四個陣列的第三陣列中的一個單元上，第四輸出端口可操作連接到四個陣列的第四陣列中的一個單元上。由此，每個發射分支都可操作連接到每個天線陣列中的一個天線單元上。
由于在連接線纜的發射分支長度上的變化、部件老化以及部件性能上的變化，通過發射分支傳播的信號的增益和相位可以在時間上很緩慢地變化。當輸入到發射分支并輸出到與其它輸入信號不同的天線單元的多信號中的每個都經歷與其它輸入信號不同的增益和相位時，存在交叉扇區信號泄露的可能性。交叉扇區信號泄露導致本來打算在某一小區扇區中傳輸的信號受到了在其它小區扇區中傳輸的信號的干擾。此外，當傳播路徑通過發射分支和連接的天線單元的信號的增益和相位是已知的、非校準的或者易在時間上變化時，在組成加權(weight)的波束用于包括連接單元的陣列的單元時存在不合適的波束形成的可能性。因此，需要一種對包括混合矩陣放大器的發射分支的信號傳播路徑校準或提供誤差補償的方法和設備，尤其是要在不關閉BSS的情況下可確定校準或誤差補償。
圖1是根據本發明實施例的無線通信系統的方框圖。
圖2是根據本發明實施例的圖1的基站子系統的發射器部分的方框圖。
圖3A是根據本發明實施例的發射分支的方框圖。
圖3B是圖3A方框圖的延續，是根據本發明實施例的發射分支的方框圖。
圖4是根據本發明實施例的基站2×2傅立葉變換矩陣的方框圖。
圖5是根據本發明實施例的射頻2×2傅立葉變換矩陣的方框圖。
圖6是根據本發明實施例的4×4傅立葉變換矩陣的方框圖。
圖7是根據本發明實施例，在執行內環誤差補償處理過程中由圖3的發射分支所執行的步驟的邏輯流程圖。
圖8是根據本發明實施例，由圖3的內環反饋電路產生內環控制信號所執行的步驟的邏輯流程圖。
圖9是根據本發明實施例，在執行外環誤差補償處理過程中由圖3的發射分支所執行的步驟的邏輯流程圖。
圖10是根據本發明實施例，由圖3的外環反饋電路產生外環控制信號所執行的步驟的邏輯流程圖。
具體實施例方式
為了滿足對一種對包括混合矩陣放大器的發射分支的信號傳播路徑的方法和設備的需要，其中可以在不關閉BSS的情況下確定校準或誤差補償，提供一種基站子系統，其包括至少一個發射分支，其具有前向路徑，該前向路徑包括輸入連接到輸入傅立葉變換矩陣(FTM)、輸出連接到輸出FTM的信號處理單元。發射分支還包括兩個誤差補償環路、一個內反饋環路和一個外反饋環路。內反饋環路對由信號處理部分引入到發射分支的信號輸入的誤差提供誤差補償。外環提供對在內反饋環可進行誤差補償之后通過發射分支前向路徑發送時引入到信號中的所有殘余誤差的誤差補償。
一般來說，本發明包含用于在混合矩陣放大系統中誤差補償的設備。該設備包括輸入信號前向路徑，其含有具有多個輸入端口和多個輸出端口的輸入傅立葉變換矩陣(FTM)和輸出FTM。信號處理部分有多個輸入端口和多個輸出端口，其中多個信號處理部分輸入端口的每個輸入端口連接到多個信號處理部分輸出端口的一個輸出端口。該設備還包括連接到輸入信號前向路徑上的外環反饋電路，該電路對輸入信號前向路徑輸出的信號進行采樣以產生衰減的輸出信號，基于衰減的輸出信號確定外環誤差，基于外環誤差產生外環控制信號。基于外環控制信號，輸入信號前向路徑調整連接到輸入信號前向路徑上的信號的增益和相位中的至少一個。
本發明另一實施例包括多信道發射器，其包含輸入信號前向路徑和連接到輸入信號前向路徑上的外環反饋電路，該輸入信號前向路徑具有多個輸入端口和多個輸出端口。輸入信號前向路徑還包括輸入FTM、信號處理部分和輸出FTM。輸入FTM具有多個輸入端口和多個輸出端口，并在多個輸入端口中的一個上接收預定的信號，將至少一部分預定信號發送到多個輸出端口中的每個輸出端口，以產生多個輸入FTM的輸出信號。信號處理部分具有多個輸入端口和多個輸出端口，其中信號處理部分的多輸入端口中的每個都接收多個輸入FTM輸出信號中的一個。信號處理部分放大每個接收到的輸入FTM輸出信號，以產生放大信號并將每個放大信號發送到多個信號處理部分輸出端口中的一個輸出端口。輸出FTM具有多個輸入端口和多個輸出端口，其中輸出FTM的多個輸入端口中的每個接收來自信號處理部分的多個輸出端口中的一個輸出端口的放大信號，其中輸出FTM基于多個接收到的放大信號，在多個輸出端口中的一個上產生前向路徑輸出信號。外環反饋電路接收至少一部分的前向路徑輸出信號，基于至少一部分的前向路徑信號來確定外環誤差，基于外環誤差來產生外環控制信號。輸入信號前向路徑基于外環控制信號來調整連接到輸入信號前向路徑上的信號的增益和相位中的至少一個。
本發明又一實施例提供一種在混合矩陣放大系統中誤差補償的方法。該方法包括如下步驟將預定信號連接到第一傅立葉變換矩陣(FTM)以產生多個第一FTM輸出信號，處理多個第一FTM輸出信號中的每個以產生多個放大信號。該方法還包括如下步驟將多個放大信號中的每個連接到第二FTM的多個輸入端口中的一個上，其中第二FTM基于多個放大信號來產生第二FTM輸出信號，并基于第二FTM的輸出信號來確定環路誤差。該方法還包括如下步驟基于確定的環路誤差來產生控制信號，其中控制信號可操作調整連接到混合矩陣放大系統的信號的增益和相位中的至少一個。
下面將結合圖1-10更加全面地描述本發明。圖1是根據本發明實施例的無線通信系統100的方框圖。通信系統100包括固定的無線通信設備，優選為基站子系統(BSS)102，其對服務覆蓋區域或小區160提供通信服務。小區160被分成多個地理扇區161-164(示出的四個)。BSS 102包括雙工器部分104和接收器108并進一步連接到天線112，其中雙工器部分104連接到多信道發射器106中的每個。多信道發射器106和接收器108每個都還連接到處理器110，諸如一個或多個微處理器、微控制器、數字信號處理器(DSP)、這些或本領域普通技術人員公知的其它設備的組合。天線112是方向性天線，被分為多個天線扇區120、130、140、150(示出的四個)，其中多個天線扇區中的每個對應于多個地理扇區161-164中各自的地理扇區，并向該地理扇區提供通信服務。
每個天線扇區120、130、140、150包括一個天線陣列，該陣列包括多個，優選為四(4)個天線單元。例如，天線扇區120包括天線單元121-124，天線扇區130包括天線單元131-134，天線扇區140包括天線單元141-144，天線扇區150包括天線單元151-154。通過利用天線陣列廣播信號到位于天線陣列所服務的小區扇區中的移動站，BSS 102能夠利用多個已知波束形成方法中的一個來進行信號的廣播。
圖2是根據本發明實施例的BSS 102的多信道發射器106的方框圖。如圖2所示，BSS 102的多信道發射器106包括四個發射分支201-204；但是，當本發明不需要四個發射分支時，發射分支的數量取決于BSS 102的設計者。優選地，每個發射分支201-204通過雙工器部分104(圖2中未示出)可操作連接到天線112的每個扇區或陣列120、130、140、150中的天線單元，使得發射分支的數量與每個天線陣列120、130、140、150中的天線單元的數量一致。由此，每個發射分支201-204服務于小區160的多個扇區161-164中的每個，并因此在小區的扇區中共享。每個發射分支201-204提供多條路徑，射頻(RF)信號或RF信號的衍生物通過這些路徑作為從處理器110到連接于發射分支上的天線單元的信號而傳輸。
現在參看圖3A和3B，提供了根據本發明實施例的發射分支300(諸如發射分支201-204)的方框圖。發射分支300包括混合矩陣放大系統，該系統包括連接到第一、內環反饋電路302和第二、外環反饋電路303的發射分支前向路徑301。發射分支300可操作地連接到多個天線單元385-388中的每個，例如發射分支201和相關的天線單元121、131、141和151，發射分支202和相關的天線單元122、132、142、152，發射分支203和相關的天線單元123、133、143、153，發射分支204和相關的天線單元124、134、144、154。
發射分支前向路徑301包括連接到數字基帶傅立葉變換矩陣(FTM)320的輸入電路310，連接到基帶FTM320的信號處理部分330，連接到信號處理部分330的RF FTM 360以及連接到RF FTM矩陣360的輸出電路370。內環反饋電路302包括多個內環信號連接器355-358，優選為方向性連接器，其中每個對信號處理部分330的多個前向路徑中一個輸出的信號進行采樣，內環反饋電路302還包括連接到多個信號連接器355-358上的內環信號組合器390，連接到信號組合器390的內環RF接收單元391，連接到RF接收單元391的內環RF切換器392，連接到RF切換器392的RF解調器393，連接到RF解調器393的模數轉換器(A/D)394，以及連接到A/D 394上的補償控制器395。外環反饋電路303包括多個外環信號連接器381-384，優選為方向性連接器，其中每個對發射分支前向路徑301輸出的多個信號中的一個進行采樣，外環反饋電路303還包括連接到多個外環信號連接器381-384上的外環信號組合器396，連接到信號組合器396和RF切換器392的外環RF接收單元397，RF解調器393，模數轉換器(A/D)394，以及補償控制器395。
可操作地連接到發射分支300的多個天線385-388中的每個天線與多扇區天線的不同天線扇區相關聯，例如天線單元121、131、141、151與發射分支201相關聯，還分別與天線112的扇區120、130、140、150相關聯。由于天線112包括四個扇區，混合矩陣放大系統300包括四個天線385-388，并接收四個輸入信號S1、S2、S3、S4，也就是說四個扇區的每個扇區對應一個輸入信號。如果使用三個扇區，就只有三個天線單元可連接到發射分支300，即只有天線單元385-387，并且只有三個輸入信號S1、S2和S3可輸入到分支中。同時，在三扇區結構中的發射分支300的輸出端，可通過50歐姆的負載169來終止RF FTM矩陣360的未使用的輸出端，否則該輸出端可操作連接到第四天線單元388。
基帶FTM 320是4×4的FTM，其包括四個數字、基帶FTM單元321-324，即第一輸入FTM單元321、第二輸入FTM單元322、第一輸出FTM單元323、第二輸出FTM單元324。每個FTM單元321-324都是2×2的FTM。輸入FTM單元321和322每個都連接到輸出FTM單元323和324中的每個。
RF FTM 360是4×4的FTM，其包括四個RF FTM單元361-364，即第一輸入FTM單元361、第二輸入FTM單元362、第一輸出FTM單元363、第二輸出FTM單元364。每個RF FTM單元361-364都是2×2的FTM，包括90°混合或3dB連接器。FTM，諸如FTM 320和360，在FTM的多個輸出端口中分布在FTM的多個輸入端口中的每個上接收到的信號，使得每個FTM輸出信號都是所有FTM輸入信號的衍生物，并且具有與其它每個FTM輸出信號的特定的相位關系。
發射分支300處理從諸如處理器110的信息源接收到的多個發射分支輸入信號S1、S2、S3、S4，用于通過前向路徑301和天線單元385-388的傳輸，如下所述。每個發射分支輸入信號S1、S2、S3、S4對應于連接到發射分支300上的天線單元385-388。也就是說，輸入信號S1對應天線單元385，輸入信號S2對應天線單元386，輸入信號S3對應天線單元387，輸入信號S4對應天線單元388。優選地，每個輸入信號S1、S2、S3、S4都是數字基帶輸入信號，優選是正交調制信息信號，其中基帶輸入信號包括同相(I)分量和正交(Q)分量。
發射分支300將每個輸入信號S1、S2、S3、S4發送到前向路徑301的輸入部分310。輸入部分310將每個輸入信號S1、S2、S3、S4通過第一組前向路徑信號組合器311-314中各自的前向路徑信號組合器而發送到第一組增益和相位調整器315-318中各自的增益和相位調整器。在如下所述由發射分支300進行的外環誤差補償處理過程中，每個信號組合器311-314用于將多個外環測試信號TAi(i＝1，2，3，4)中一個射入到前向路徑301中。每個增益和相位調整器315-318基于接收自補償控制器395的一組外環控制信號ACi(i＝1，2，3，4)中的一個來調整接收自相應組合器的信號的增益和/或相位，以產生調整后的信號。優選地，根據接收自補償控制器395的外環控制信號，包括在每個增益和相位調整器315-318中的電壓可變衰減器或可變增益放大器調整接收到信號的增益，包括在每個增益和相位調整器315-318中的電壓可變移相器調整接收到的信號的相位。每個增益和相位調整器315-318隨后將調整器調整后的信號發送到數字基帶4×4 FTM 320的各自的輸入端320a、320b、320c和320d。
根據接收自增益和相位調整器315-318的調整后的信號，FTM 320如后面詳述，在FTM的各自的輸出端口320e-320h上產生輸出信號U1、U2、U3、U4。每個輸出信號U1、U2、U3、U4隨后被路由到信號處理部分330。信號處理部分330包括多個(優選為四個)前向路徑，其中前向路徑的數目與由部分330接收自FTM 320的輸出信號U1、U2、U3、U4的數目以及連接到發射分支300的天線單元385-388的數目相一致。這四個信號處理部分330前向路徑的每個前向路徑提供對接收自FTM 320的信號的RF調制和放大。每個信號處理部分330前向路徑包括連接到第二組增益和相位調整器335-338的一個增益和相位調整器上的第二組前向路徑信號組合器331-334的一個信號組合器，連接到增益和相位調整器上的多個數模轉換器(D/A)340-343之一，連接到D/A的多個RF調制器345-348之一，以及連接到RF調制器的多個RF功率放大器350-353之一。在發射分支如下所述進行內環誤差補償處理過程中，每個信號組合器331-334都被發射分支300用于將多個內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)之一射入到前向路徑301中。
在信號處理部分330的四個前向路徑的第一前向路徑中，信號U1被通過信號組合器331路由到第二組增益和相位調整器335-338中的第一增益和相位調整器335。在信號處理部分330的四個前向路徑的第二前向路徑中，輸出信號U2被通過信號組合器332路由到第二組增益和相位調整器335-338中的第二增益和相位調整器336。在信號處理部分330的四個前向路徑的第三前向路徑中，輸出信號U3被通過信號組合器333路由到第二組增益和相位調整器335-338中的第三增益和相位調整器337。在信號處理部分330的四個前向路徑的第四前向路徑中，輸出信號U4被通過信號組合器334路由到第二組增益和相位調整器335-338中的第四增益和相位調整器338。
每個增益和相位調整器335-338根據接收自補償控制器395的多個內環控制信號GC4、GC3、GC2和GC1的一個內環控制信號來調整接收自各自組合器331-334的信號的增益和/或相位，以產生進一步調整的信號。優選地，根據接收自補償控制器395的內環控制信號，包括在每個增益和相位調整器331-334中的電壓可變衰減器或可變增益放大器調整接收到信號的增益，包括在每個增益和相位調整器331-334中的電壓可變移相器調整接收到的信號的相位。每個增益和相位調整器335-338隨后將調整器調整后的增益和/或相位信號發送到各自的D/A 340-343。每個D/A 340-343將接收自各自增益和相位調整器335-338的調整后的增益和/或相位信號轉換成模擬信號，并將該模擬信號發送到各自的RF調制器345-348。每個RF調制器345-348通過接收自各自D/A 340-343的模擬信號進行RF載波ejωt調制，以產生RF調制信號，并將調制信號發送到各自的RF功率放大器350-353。每個RF功率放大器350-353放大接收自各自的RF調制器345-348的RF調制信號，以產生各自的放大信號P1、P2、P3、P4，隨后由RF功率放大器和信號處理部分330輸出。每個放大信號P1、P2、P3、P4隨后由部分330通過各自的內環信號連接器355-358發送到RF FTM 360的各自的輸入端口360a、360b、360c和360d。
根據接收自RF功率放大器350-353的放大信號P1、P2、P3、P4，RF FTM 360如后面詳述，在FTM的各自的輸出端口360e-360h上產生輸出信號R1、R2、R3、R4。FTM 360將每個輸出信號R1、R2、R3、R4通過各自的雙工器371-374和各自的外環信號連接器381-384發送到各自的天線單元385-388。當每個FTM輸出信號R1、R2、R3、R4從FTM 360傳播到各自的天線單元385-388時，每個FTM輸出信號R1、R2、R3、R4都要經受各自的輸出路徑信號衰減A1、A2、A3和A4，其中通過圖3中的單元375-378來表示上述衰減。
現在參看圖4、5和6，根據本發明實施例說明了諸如FTM 320和360的4×4 FTM以及諸如FTM 320的FTM單元321-324和FTM 360的FTM單元361-364的2×2 FTM。圖4是根據本發明實施例的諸如FTM單元321-324的2×2基帶FTM 400的方框圖。FTM 400包括4個端口兩個輸入端口401、402和兩個輸出端口403、404。當在兩個輸入端口的第一輸入端口401上接收到第一信號V1時，該信號連接到第一輸出端口403和第二輸出端口404中的每個上，連接到第二輸出端口的信號中引入了90°的相位旋轉。由此，隨后發射自第二輸出端口404的信號的相位相對隨后發射自第一輸出端口403的信號的相位偏移了90°。類似地，當在兩個輸入端口的第二輸入端口402上接收到第一信號V2時，該信號連接到第二輸出端口404和第一輸出端口403中的每個上，連接到第一輸出端口的信號中引入了90°的相位旋轉。由此，隨后發射自第一輸出端口403的信號的相位相對隨后發射自第二輸出端口404的信號的相位偏移了90°。
優選地，每個輸入信號V1和V2是正交調制信號，其中V1＝I1+jQ1，V2＝I2+jQ2。當把V1施加于第一輸入端口401，把V2施加于第二輸入端口402時，分別出現在輸出端口403和404的輸出信號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)。
則FTM單元400的傳遞函數可由下述公式表示V3V4=m1m2m3m4V1V2=1jj1V1V2---(1)]]>圖5是根據本發明實施例，諸如FTM單元361-364的2×2的RFFTM 500的方框圖。FTM 500包括4個端口兩個輸入端口501、502和兩個輸出端口503和504。當在兩個輸入端口的第一輸入端口501上接收到信號V1時，該信號的功率或能量分成兩個相等的量，一個量反饋到第一輸出端口503，另一個量反饋到第二輸出端口504。隨后發射自第二輸出端口504的信號的相位相對發射自第一輸出端口503的信號的相位旋轉了90°或四分之一波長。類似地，當在兩個輸入端口的第二輸入端口502上接收到信號時，該信號的功率或能量分成兩個相等的量，一個量反饋到第一輸出端口503，另一個量反饋到第二輸出端口504。隨后發射自第一輸出端口503的信號的相位相對發射自第二輸出端口504的信號的相位旋轉了90°或四分之一波長。
RF FTM 500可以通過下面的公式來表示。把V1施加于第一輸入端口501，把V2施加于第二輸入端口502時，分別出現在輸出端口503和504的輸出信號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的傳遞函數可由下述公式表示V3V4=m1m2m3m4V1V2=12ejπ212e-jπ12e-jπ12ejπ2V1V2---(2)]]>在常數中，上述公式(1)和(2)每個中的mi′(mI′s)都是相同的。
圖6是根據本發明實施例，諸如FTM 320和360的4×4 FTM 600的方框圖。FTM 600包括兩個輸入2×2 FTM 601、602和兩個輸出2×2FTM 603、604。如上關于2×2 FTM 400和500的描述，每個2×2 FTM601-604包括兩個輸入端口和兩個輸出端口。輸入2×2 FTM 601和602可以一起由下面的傳遞函數表示y1y2y3y4=m1m200m3m40000m1m200m3m4x1x2x3x4---(3)]]>其中x1和x2是分別輸入到輸入FTM單元601的第一輸入端口和第二輸入端口中的每個的信號，x3和x4是分別輸入到輸入FTM單元602的第一輸入端口和第二輸入端口中的每個的信號，y1和y2是分別由輸入FTM單元601的第一輸出端口和第二輸出端口中的每個輸出的信號，y3和y4是分別由輸入FTM單元602的第一輸出端口和第二輸出端口中的每個輸出的信號。系數mi(i＝1，2，3，4)是復數，表示每個FTM 601、602的輸入和輸出信號之間的相位和幅度關系。理想地，包括在4×4 FTM中的每個2×2 FTM都與4×4 FTM的另一個2×2 FTM相同，因此，包括在4×4 FTM 600中的每個2×2 FTM 601、602、603和604的相應的系數mi(i＝1，2，3，4)也都相同。
由第一輸入FTM 601輸出的信號y1和y2分別輸入到第一輸出FTM單元603的第一輸入端口和第二輸出FTM單元604的第一輸入端口。由第二輸入FTM 602輸出的信號y3和y4分別輸入到第一輸出FTM單元603的第二輸入端口和第二輸出FTM單元604的第二輸入端口。第一輸出FTM 603從FTM 603的第一輸出端口輸出信號z1，從FTM 603的第二輸出端口輸出信號z2，第二輸出FTM 604從FTM 604的第一輸出端口輸出信號z3，從FTM 604的第二輸出端口輸出信號z4。由此，FTM 600的傳遞函數可以如下面的公式所示，z1z2z3z4=m1m200m3m40000m1m200m3m4m1m20000m1m2m3m40000m3m4x1x2x3x4=m12m1m2m1m2m22m1m3m2m3m1m4m2m4m1m3m1m4m2m3m2m4m32m3m4m3m4m42x1x2x3x4---(4)]]>通過在公式(4)中代入4×4基帶FTM 320的FTM單元321-324的相應的2×2 FTM傳遞函數分量或4×4 RF FTM 360的FTM單元361-364的相應的2×2 FTM傳遞函數分量，就可以得到相應的4×4 FTM的FTM傳遞函數。
此外，對于4×4基帶FTM 320，當FTM的輸入是S4、S3、S2、S1時，FTM的輸出為U1、U2、U3、U4，FTM單元321-324的系數為m1＝m4＝1，m2＝m3＝j。將這些值代入公式(4)可得到下面的公式U=U1U2U3U4=1jj-1j-11jj1-1j-1jj1S4S3S2S1---(5)]]>當只有S1輸入到FTM 320中時，公式(5)變為U=U1U2U3U4=1jj-1j-11jj1-1j-1jj1000S1=-S1jS1jS1S1---(6)]]>從公式(6)很明顯可看出，四個信號幅度在輸出FTM單元323和324的輸出端上輸出，因此由FTM 320輸出的信號與|S1|相同。因此，功率均勻地分布在FTM 320的四個輸出端口中的每個中，并且對于任一輸入信號，FTM 320總是將進入的信號功率均勻地分布在信號處理部分330的所有四個RF功率放大器350-353中。此外，通過使用FTM 360，只有在多個發射天線單元385-388中的一個上看到所需的放大信號。也就是說，通過使用第一FTM 320和第二FTM 360，符合施加到第一FTM上的信號(諸如外環測試信號TAi)的功率共享，被第二FTM重新定向到特定的天線單元385-388。
本領域普通技術人員應該知道，通過發射分支300的前向路徑301傳播的信號的幅度和相位可以在時間上發生改變。例如，由于變化的線纜長度或部件老化造成的零件差別可能對通過發射分支前向路徑傳播的信號產生增益和相位失配。接著，增益和相位失配可能造成從預定用于一個天線單元的信號傳播路徑到預定用于另一個天線單元的信號傳播路徑的不希望的功率泄露，這導致其它天線和覆蓋扇區內的干擾。此外，這樣的泄露可導致在預定發射天線單元上低于所預期的功率級。在自適應天線陣列應用中，這樣的功率泄露可導致不希望的天線波束模式。
為了對這樣的改變做出補償，發射分支300執行誤差補償操作，提供如所期望的發射自天線單元385-388的信號。由于一旦BSS建立并在實地中操作就不希望關閉BSS，誤差補償處理可以由發射分支300在BSS建立期間執行，從而校準了BSS，或可以在操作期間由BSS自執行，而不用關機，從而提供了對BSS中發生的時間上變化的補償。發射分支300包括兩個誤差補償環路，一個內反饋環路和一個外反饋環路，因此，由發射分支300執行的誤差補償操作可分為兩個階段，第一、內環誤差補償階段和第二、外環誤差補償階段。內環誤差補償階段補償由FTM 320和360之間的基帶和RF路徑引入的誤差，即在信號處理部分330中的誤差，而外環誤差補償階段補償由發射分支300輸入到天線單元385-388的信號中的相位和幅度誤差。
在內環誤差補償階段，由信號處理部分330引入到發射分支前向路徑301中的誤差是由包括信號處理部分330和內環反饋電路302的內反饋環路補償的。在外環誤差補償階段，在內反饋環路進行誤差補償之后，引入到通過發射分支前向路徑301發送的信號的所有殘留誤差是由包括發射分支前向路徑301和外環反饋電路303的外反饋環路補償的。優選地，內環誤差補償階段在執行外環誤差補償階段之前執行。但是，本領域普通技術人員可以認識到，無論內環誤差補償階段還是外環誤差補償階段，都可以在不執行另一個的前提下執行，不過，最優的誤差補償是通過執行內環和外環這兩個誤差補償階段而獲得的。
為了補償幅度和相位誤差，一組預定復數內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)中的每個測試信號都被射入到內反饋環路的前向路徑中，一組預定復數外環測試信號TAi(i＝1，2，3，4)中的每個測試信號都被射入到外反饋環路的前向路徑中。內環和外環測試信號組中的每個測試信號都與發射分支300的普通輸入信號Si(i＝1，2，3，4)正交(例如使用未使用的具有PN擴頻的沃爾什(Walsh)碼)，并且彼此正交。內環和外環測試信號組中的每個測試信號還包括比發射分支300的普通輸入信號更小的功率。由于每個信號都與普通輸入信號Si(i＝1，2，3，4)正交，可允許假定普通輸入信號為0。通過測試信號的相應內環或外環的前向路徑的每個測試信號的傳播產生了多個內環或外環輸出信號。每個換路反饋電路對環路的多個輸出信號進行采樣，并將多個采樣的輸出信號組合。環路使組合的信號與延遲的測試信號相關或對二者進行比較，以根據相關或比較的結果產生控制信號。環路使用控制信號來調整輸入到環路中的信號，由此提供對由環路的前向路徑引入的輸入到環路中的信號的誤差。
圖7是根據本發明實施例，在進行內環誤差補償處理過程中由發射分支300的內反饋環路所執行的步驟的邏輯流程圖700。如上面所提及的，由于內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)與發射分支輸入信號Si(i＝1，2，3，4)正交，可假定基帶FTM 320的輸出為0。當內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)的第一測試信號TG1射入內反饋環路，尤其是連接(702)到信號處理部分330時，邏輯流程圖700開始。在本發明一個實施例中，當發射分支300沒有接收任何輸入信號Si(i＝1，2，3，4)時，內環測試信號可以在BSS 102建立、啟動或關機期間執行的誤差補償處理過程中射入內反饋環路中。在本發明另一實施例中，測試信號可在BSS 300的操作期間射入到內反饋環路中。在后者的情況中，由于每個測試信號TGi(i＝1，2，3，4)優選與每個普通輸入信號S1、S2、S3、S4正交，為了便于理解內環誤差補償處理過程的操作的基本原理，可假定FTM 320輸出的每個信號U1、U2、U3、U4為0。
第一測試信號連接到信號處理部分330的多個前向路徑的第一前向路徑中的多個組合器331-334的第一組合器331。組合器331產生輸出信號，該信號是信號U1和測試信號TG1的組合(在系統建立或系統校準期間，信號U1、U2、U3、U4中的每個都可以為0)。然后，組合器將組合的信號發送到增益和相位調整器335。增益和相位調整器335基于接收自補償控制器395的控制信號GC4調整(704)包括測試信號在內的組合信號的增益和/或相位，從而產生調整后的信號。優選地，根據接收自補償控制器395的控制信號，包括在增益和相位調整器335中的電壓可變衰減器或可變增益放大器調整接收自信號組合器331的信號的增益，包括在增益和相位調整器335中的電壓可變移相器調整接收自組合器331的信號的相位。調整后的信號隨后被發送到D/A 340，在D/A 340中將增益和/或相位調整后的信號被轉換(706)為路由到調制器345的模擬信號。RF調制器345通過模擬信號進行RF載波ejωt調制，并將生成的RF調制信號發送到RF功率放大器350。RF功率放大器350放大(710)RF調制信號以產生放大信號Pi(i＝1)，其對應于測試信號TGi(i＝1)，該放大信號通過RF功率放大器350和信號處理部分330輸出以產生信號處理部分的輸出信號。
在本發明實施例中，其中內環誤差補償處理過程式在BSS 330的操作期間執行的，由信號處理部分330從FTM 320接收到的剩余信號U2、U3、U4中的每個被它們各自的信號組合器332-335通過各自的增益和相位調整器336-338、各自的D/A 341-343、各自的RF調制器345-348以及各自的RF功率放大器350-353被發送到各自的內環信號連接器355-358。但是，如上所述，由于每個測試信號TGi(i＝1，2，3，4)優選與每個原始信號S1、S2、S3、S4正交，為了便于理解內環誤差補償處理過程的操作的基本原理，可假定每個信號U1、U2、U3、U4為0。
信號處理部分輸出的放大信號P1隨后通過多個內環信號連接器355-358的第一內環信號連接器355被發送到內環反饋電路302。內環反饋電路302隨后根據接收自內環反饋電路的信號處理部分輸出信號P1來確定(712)內環誤差，并根據確定的內環誤差來產生(714)內環控制信號GCi。內環反饋電路302將內環控制信號GCi傳送到信號處理部分330的增益和相位調整器335-338，在這里根據內環控制信號來調整輸入到前項路徑301中的信號如信息信號Si、隨后輸入的內環測試信號TGi和/或外環測試信號TAi的增益和/或相位。
圖8是根據本發明實施例，由內環反饋電路302執行以基于接收到的信號處理部分輸出信號Pi產生內環控制信號GCi的步驟的邏輯流程圖800。當內環信號連接器355對信號處理部分輸出信號Pi(i＝1)進行采樣(802)以產生衰減輸出信號、并將衰減的輸出信號通過信號組合器390發送到RF接收單元391時，邏輯流程圖800開始。RF接收單元391預放大并縮放(804)接收自組合器390的衰減輸出信號以產生內環反饋信號Q1i(i＝1)，并將內環反饋信號Q11通過RF切換器392發送到RF解調器393。優選地，RF切換器392連接到補償控制器395并受其控制。由于內環反饋信號Q11是射入多個內環測試信號TGi的第一內環測試信號TG1的產物，內環反饋信號Q11可以通過下面的公式以矩陣形式表示
Q11=α‾τG1TG1000=α1α2α3α4G1TG1*000---(7)]]>其中向量α是四個內環信號連接器355-358和內環信號組合器390的系數向量表示。
RF解調器393解調(806)內環反饋信號以產生基帶信號并將基帶信號發送到A/D 394。A/D 394數字化(808)基帶信號以在節點SZi產生數字化后的信號 i＝1，該信號可以通過公式T‾^Gi=αi(Gi+ΔGi)TGiGCi,]]>i＝1來表示。A/D 394隨后將數字化信號 (i＝1)發送到補償控制器395。補償控制器395比較(810)數字化信號 與所需的信號T*Gi，i＝1，以產生內環相關值 i＝1。補償控制器395隨后比較(812)內環相關值 與已知、所需相關值f1，并基于這個比較產生(814)內環控制信號GCi，i＝1。補償控制器395隨后將控制信號GC1傳送到增益和相位調整器335，在這里根據控制信號來調整輸入到增益和相位調整器中的前項路徑信號(諸如信息信號SI，i＝1、外環測試信號TAi，i＝1和/或內環測試信號TGi，i＝1)的增益和/或相位。
補償控制器395優選包括一個或多個微處理器、微控制器、數字信號處理器(DSP)、其組合或本領域普通技術人員公知的其它這樣的設備，或者也可以包含在處理器110之中。對于每個接收到的數字化信號 補償控制器395比較接收到的數字化信號 與所需的A/D394輸出信號T*Gi，以產生內環相關值 補償控制器395隨后比較內環相關值 與已知、所需的相關值f，并且基于這個比較來產生由控制器395傳送到增益和相位調整器335-338的控制信號GCi。
當內環誤差補償處理過程在BSS 300操作期間執行時，由補償控制器395接收的數字化信號 包括內環測試信號部分和輸入信號部分。如上面的詳述，每個內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)都與發射分支300的普通輸入信號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擴頻的沃爾什碼)。由于正交的關系，通過利用公知的信號處理技術，諸如信號處理器在典型碼分多址(CDMA)接收機中用于分離接收機所需數據和以相同帶寬發射但具有與所需數據不同的沃爾什碼的其它數據的技術，補償控制器395能夠將放大部分輸出信號的內環測試信號部分與放大部分輸出信號的輸入信號部分分開。由于發射分支300的輸入信號Si(i＝1，2，3，4)可以通過補償控制器395分離到內環組合信號之外，為了便于理解內反饋環路的操作，可允許假定輸入信號Si(i＝1，2，3，4)都為0。
與內環測試信號TG1射入到信號處理部分330的多個前向路徑的第一前向路徑中的多個輸入環路信號組合器331-334的第一信號組合器311相類似，內環測試信號TG2、TG3和TG4都射入到各自的輸入環路信號組合器332-335。每個信號組合器332-335都將接收到的測試信號與各自的FTM 320輸出信號U2、U3和U4相組合(假定當執行誤差補償處理時，BSS 102處于操作中)。如上所述，對了理解本發明的目的，可假定FTM 320輸出信號U2、U3和U4為0。每個信號組合器332-334隨后將其組合的信號傳送到各自的增益和相位調整器336-338，在這里基于由增益和相位調整器從補償控制器395接收的各自的控制信號GC2、GC3和GC4來調整每個信號的增益和/或相位，以產生調整后的信號。優選地，基于控制信號，包括在增益和相位調整器中的電壓可變衰減器或者可變增益放大器調整接收自輸入環路信號組合器的信號的增益，包括在增益和相位調整器中的電壓可變移相器調整接收自輸入環路組合器的信號的相位。每個增益和相位調整器336-338隨后將其各自的增益和/或相位調整后的信號發送到各自的D/A 341-343，在這里將接收到的增益和/或相位調整后的信號轉換成模擬信號，隨后將模擬信號發送到各自的乘法器346-348。每個乘法器346-348以RF載波ejωt調制接收到的模擬信號，并將調整信號發送到各自的RF功率放大器351-353。每個RF功率放大器351-353放大接收到的調制信號，以產生各自的放大信號P2、P3和P4，該放大信號由RF功率放大器和信號處理部分330輸出。
每個信號處理部分330的輸出信號，即每個放大信號P2、P3和P4隨后通過多個內環信號連接器355-358中各自的內環信號連接器356-358被發送到內環反饋電路302。每個內環信號連接器356-358分別對接收到的放大信號P2、P3和P4進行采樣，以產生衰減的放大信號，并將衰減的放大信號發送到RF接收單元391。RF接收單元391預放大并縮放每個接收自內環信號連接器356-358的衰減的放大信號，以產生各自的內環反饋信號Q1i(i＝2，3，4)也即Q12、Q13和Q14，并通過RF切換器392將每個內環反饋信號Q12、Q13和Q14發送到RF解調器393。
RF解調器393解調每個內環反饋信號Q12、Q13和Q14以產生基帶信號并將每個基帶信號發送到A/D 394。A/D 394數字化每個基帶信號以在節點SZi產生數字化后的信號 該信號可以通過公式T‾^Gi=αi(Gi+ΔGi)TGiGCi(i=2,3,4)]]>來表示。A/D 394隨后將每個數字化信號 發送到補償控制器395。補償控制器395比較每個數字化信號 與所需的信號T*Gi(i＝2，3，4)，以產生內環相關值 補償控制器395隨后比較每個內環相關值 與已知、所需相關值fi(i＝2，3，4)，并基于這個比較產生相應的控制信號GCi(i＝2，3，4)，隨后將控制信號傳送到增益和相位調整器336-338。控制信號被設計用于產生輸入到增益和相位調整器336-338的內環測試信號的增益和/或相位的調整，由此，相應數字化信號 與所需的信號T*Gi的比較將生成所需的相關值fi。
在本發明一個實施例中，補償控制器395可以增量地調整增益和/或相位，也即產生第一控制信號來實現內環測試信號TGi的第一調整，測量并比較生成的數字化信號 產生第二控制信號來實現對內環測試信號TGi進一步的調整，再次測量和比較生成的數字化信號 等等。在本發明另一實施例中，補償控制器395可以通過使用逐次逼近程序(SAR)來調整增益和/或相位。在本發明又一實施例中，控制器395可以做出單獨的調整，用于對準數字化信號 與所需的信號T*Gi，從而生成所需的相關值fi。
在上述處理的向量表示中，內環反饋信號Q12、Q13和Q14可以通過分別表示每個單獨內環測試信號來得到，如下面向量所示0TG200,00TG30,000TG4,---(8)]]>相應的內環測試信號向量可以表示為TG＝[TG1，TG2，TG3，TG4]T。內環反饋電路302，特別是補償控制器395隨后根據內環測試信號向量來確定增益校正向量GCi＝[GC1，GC2，GC3，GC4]T，從而使由信號處理部分330的前向路徑輸出的信號互相一致并等于一個已知值。
如此設計控制信號GC4、GC3、GC2和GC1的每個來調整信號處理部分330的多個前向路徑的每個前向路徑所產生的放大信號，從而使得放大信號在其相位和增益中互相對準。在矩陣形式中，控制信號GC4、GC3、GC2和GC1可通過下面的信號處理部分330的增益和相位控制信號(或對應于增益校正向量GCi的校正)系數矩陣GCC來表示GCC=GC10000GC20000GC30000GC4---(9)]]>RF功率放大器350-353引入到每個調制信號的增益和相位也可以通過RF放大器增益和相位矩陣來表示如下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)是每個RF放大器350-353的放大器增益和相位誤差。
測試信號TGi及其相應A/D 394輸出信號 的關系隨后可由下面的公式表示。D/A的輸入“x”和輸出“y”的轉換可由下面的方程表示y＝DA(x) (11)當系統是A/D，諸如A/D 394，且“y”用作輸入，“x”用作輸出時，系統可以表示為x=DA-1(y)---(12)]]>假定只有一個測試信號TGi，其它信號都看作0。在RF功率放大器350-353的輸出，也即在信號處理部分330的輸出，放大信號Pi可由下式表示Pi＝DA(TGiGCi)ejωt(Gi+ΔGi) (13)然后，在RF接收電路391的輸出，信號Q1可以由下式表示Q1i＝αiPi(14)其中，α是表示內環信號連接器355-358和內環信號組合器390的連接系數。則A/D 394的輸出 可以由下式表示T‾^Gi=DA-1(e-jωtQ1)=α(Gi+ΔGi)TGiGCi---(15)]]>則GCi的值可以如下遞歸地更新GCi(k)=f‾f^GCi(k-1)---(i=1,2,3,4)---(16)]]>其中， 是所需測試信號T*Gi與接收自A/D 394的實際輸出信號 之間的相關值，f是在離線校準期間得到的所需校準相關值。通過校準的子系統，ΔGi＝0，并且基于公式(16)，A/D 394的輸出變為T‾^Gi=αGiTGiGCi---(17)]]>進行相關，f可由下式表示f‾=ΣnαGiGCiTGiTGi*=αGiGCiΣnTGiTGi*---(18)]]>
假定ΣnTGiTGi*=1---(19)]]>其中TGi*是A/D 394的所需輸出，則可簡化公式(14)，得到f＝αGiGCi(20)類似地， 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)可改寫為GCi(k)=GiGi+ΔGiGCi(k-1)---(i=1,2,3,4)---(23)]]>當ΔGi為正時，意味著Gi在增加，Gi/(Gi+ΔGi)的比值變小，使得GCi的值減小。當ΔGi為負時，意味著Gi在減小，Gi/(Gi+ΔGi)的比值變大，使得GCi的值增加。因此，GCi的值總是與ΔGi的變化方向相反，對功率放大器增益的誤差提供了有效的補償。
總之，在內環補償處理過程中，一組預定復數內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)的每個測試信號都射入到內反饋環路的前向路徑中，尤其射入到信號處理部分330的前向路徑中。內環測試信號通過信號處理部分330的前向路徑的傳播產生了相應的內環輸出信號Pi(i＝1，2，3，4)。內環反饋電路302對內環輸出信號進行采樣，內環反饋電路302的補償控制器395比較采樣的信號與所需的信號(優選為延遲的測試信號)，以產生一個比較結果。優選地，將采樣的信號與所需的內環輸出信號相關聯以產生相關值，該相關值隨后將與所需的相關值進行比較以產生一個比較結果。基于比較結果，補償控制器395產生相應的內環控制信號GCi(i＝1，2，3，4)，該信號提供給通過信號處理部分330的信號的傳播路徑中的相應的增益和相位調整器335-338。根據接收到的控制信號GCi(i＝1，2，3，4)，相應的增益和相位調整器335-338調整隨后連接到信號處理部分330的信號的增益和相位中的至少一個，從而優化所需內環輸出信號與從隨后連接的信號中得到的內環輸出信號的相關。
圖9是根據本發明實施例，在進行外環誤差補償處理過程中由發射分支300的外反饋環路所執行的步驟的邏輯流程圖900。當外環測試信號TAi(i＝1，2，3，4)的第一測試信號TA4射入外反饋環路并通過多個信號組合器311-314的第一信號組合器311和多個增益和相位調整器315-318的第一增益和相位調整器315而連接(902)到FTM 320時，邏輯流程圖900開始。類似于內環誤差補償階段和內環測試信號TGi(i＝1，2，3，4)，在本發明一個實施例中，當發射分支沒有接收任何輸入信號Si(i＝1，2，3，4)時，外環測試信號可在建立、啟動關閉BSS 102期間執行的誤差補償處理過程中射入到外反饋環路中。在本發明另一實施例中，測試信號可在BSS 300的操作期間射入到外反饋環路中。在后者的情況中，由于每個測試信號TAi(i＝1，2，3，4)優選與每個普通輸入信號S1、S2、S3、S4正交，為了便于理解外環誤差補償處理過程的操作的基本原理，可假定每個輸入信號S1、S2、S3、S4為0。
信號組合器311產生輸出信號，該信號是輸入信號S1和測試信號TG1的組合(假定在外環誤差補償處理過程中BSS 102在操作中)。組合器311隨后將組合的信號發送到第一組多個增益和相位調整器315-318的第一增益和相位調整器315。增益和相位調整器315基于接收自補償控制器395的外環控制信號AC4調整組合信號的增益和/或相位。優選地，根據接收自補償控制器395的控制信號，包括在增益和相位調整器315中的電壓可變衰減器或可變增益放大器調整接收自信號組合器311的信號的增益，包括在增益和相位調整器315中的電壓可變移相器調整接收自組合器311的信號的相位。增益和/或相位調整后的信號隨后被發送到FTM 320，在這里將調整后的信號連接到每個FTM 320的輸出端口320e-320h，以如上所述地產生多個FTM輸出信號U1、U2、U3和U4。多個FTM輸出信號U1、U2、U3和U4的每個輸出信號隨后被發送到信號處理部分330的多個前向路徑的一個前向路徑。
在信號處理部分330的多個前向路徑的每個前向路徑中，接收到的FTM輸出信號U1、U2、U3和U4都調制到RF載波上并放大(904)以產生放大的RF調制信號。特別地，多個FTM輸出信號U1、U2、U3和U4的每個都通過各自的信號組合器331-334、各自的增益和相位調整器335-338、各自的D/A 340-343被發送到各自的RF調制器345-348。優選地，在外環誤差補償處理過程中，沒有內環測試信號連接到信號組合器331-334，每個組合器331-334都將其各自接收到的信號U1、U2、U3和U4發送到各自的增益和相位調整器335-338。如上所述，每個增益和相位調整器335-338根據接收自補償控制器395的各自的控制信號GC4、GC3、GC2、GC1來調整接收自各自的組合器331-334的信號的增益和/或相位。優選地，根據接收自補償控制器395的控制信號，包括在每個增益和相位調整器335-338中的電壓可變衰減器或可變增益放大器調整接收自信號組合器331-334的信號的增益，包括在每個增益和相位調整器335-338中的電壓可變移相器調整接收自組合器331-334的信號的相位。
每個增益和相位調整器335-338將調整過的增益和/或相位信號發送到各自的D/A 340-343。每個D/A 340-343將接收自各自的增益和/或相位調整器335-338的增益和/或相位調整后的信號轉換為模擬信號，并將模擬信號發送到各自的RF調制器345-348。每個RF調制器345-348通過接收自各自的D/A 340-343的模擬信號進行RF載波ejωt調制，以產生RF調制信號，并將調制信號發送到各自的RF功率放大器350-353。每個RF功率放大器350-353放大接收自各自RF調制器345-348的RF調制信號以產生各自的放大信號P1、P2、P3、P4，該放大信號隨后通過RF功率放大器和信號處理部分330輸出。然后，部分330將每個放大信號P1、P2、P3、P4通過各自的內環信號連接器355-358連接(906)到4×4 FTM 360的各自的輸入端口360a、360b、360c和360d。
對于每個測試信號TAi(i＝1，2，3，4)，FTM 360隨后在FTM各自的輸出端口360e-360h上產生相應的輸出信號Ri(i＝1，2，3，4)。每個輸出信號Ri(i＝1，2，3，4)都基于作為對將相應測試信號連接到前向路徑301的響應而產生并接收自RF功率放大器350-353的放大信號P1、P2、P3和P4。FTM 360將相應的輸出信號Ri(i＝1，2，3，4)通過各自的雙工器371-374和各自的外環信號連接器381-384發送到各自的天線單元385-388。在從FTM 360到天線單元385-388的傳播過程中，每個輸出信號Ri(i＝1，2，3，4)都收到了各自的輸出路徑衰減Ai(i＝1，2，3，4)。由此，將衰減的輸出信號Ri(i＝1，2，3，4)，也即各自的前向路徑或發射器分支輸出信號Oi(i＝1，2，3，4)連接到各自的天線單元385-388。
對于每個測試信號TAi(i＝1，2，3，4)，至少一部分的相應輸出信號Oi(i＝1，2，3，4)通過外環信號連接器381-384連接(908)到外環反饋電路303。每個外環信號連接器381-384都在各自的雙工器371-374和各自的天線單元385-388之間連接，并被設計來對各自的前向路徑(或發射分支)輸出信號O1、O2、O3和O4進行采樣，以產生衰減的前向路徑輸出信號。對于每個輸出信號Oi(i＝1，2，3，4)，外環反饋電路303根據采樣的輸出信號，也即根據由各自外環信號連接器381-384產生的衰減的前向路徑輸出信號來確定(910)外環誤差。根據確定的外環誤差，外環反饋電路303隨后產生(912)相應的外環控制信號ACi(i＝1，2，3，4)。外環反饋電路303將每個外環控制信號ACi(i＝1，2，3，4)傳送到前向路徑301的輸入部分310中各自的增益和相位調整器315-318，在這里根據外環控制信號來調整輸入到前向路徑中的信號(例如信息信號Si和/或隨后輸入的外環測試信號ACi)的增益和/或相位。
圖10是根據本發明實施例，由外環反饋電路303執行以基于連接的前向路徑(或發射分支)輸出信號Oi產生外環控制信號ACi的步驟的邏輯流程圖1000。當外環信號連接器381-384對各自的前向路徑(或發射分支)輸出信號Oi(i＝1，2，3，4)進行采樣(1002)以產生衰減的前向路徑輸出信號時，邏輯流程圖1000開始。每個衰減的輸出信號隨后被信號各自的信號連接器發送到外環信號組合器396。優選地，如此涉及發射分支300使得天線單元385-388的每個天線單元到外環信號組合器的電距離大約與天線單元385-388的其它天線單元的每個到到外環信號組合器的電距離相同。外環信號連接器381-384隨后將接收自信號連接器381-384的衰減的發射分支輸出信號通過外環信號組合器396傳送(1004)到外環RF接收單元397。
RF接收單元397預放大并縮放(1006)接收自外環信號連接器381-384的外環組合信號以產生外環反饋信號Q21。由此，第一測試信號TA1的射入生成了Q21的外環反饋信號。類似地，每個測試信號TA2、TA3和TA4分別射入到信號組合器312-314就會在RF接收單元397的輸出生成各自的外環反饋信號Q22、Q23和Q24。
類似于對內環反饋信號Q11、Q12、Q13和Q14的處理，RF接收單元397通過RF切換器392將每個外環反饋信號Q21、Q22、Q23和Q24發送RF解調器393。RF解調器393解調(1008)接收自RF切換器392的每個外環反饋信號Q21、Q22、Q23和Q24以產生基帶信號并將每個基帶信號發送到A/D 394。A/D 394隨后數字化(1010)每個接收到的基帶信號以在節點SZi產生數字化后的信號 并將數字化信號 發送到補償控制器395。對于每個接收到的數字化信號 補償控制器395比較每個接收到的數字化信號 與所需的A/D 394輸出信號T*Ai，以產生外環相關值 補償控制器395隨后比較(1014)外環相關值 與所需的外環相關值g，并基于這個比較產生(1016)控制信號ACi，隨后將控制信號傳送到增益和相位調整器311-314之一。
與內環誤差補償處理過程相類似，在本發明一個實施例中，補償控制器395可以增量地調整增益和/或相位，也即產生第一控制信號來實現外環測試信號TAi的第一調整，測量并比較生成的數字化信號 產生第二控制信號來實現對外環測試信號TAi進一步的調整，再次測量和比較生成的數字化信號 等等。在本發明另一實施例中，補償控制器395可以通過使用逐次逼近程序(SAR)來調整增益和/或相位。在本發明又一實施例中，控制器395可以做出單獨的調整，用于對準數字化信號 與所需的信號T*Ai，從而生成所需的相關值g。
當外環誤差補償處理是在BSS 102操作中執行時，補償控制器395可以接收到前向路徑輸出信號的衍生物，其包括外環組合信號的外環測試信號部分和輸入信號部分，從而產生外環前向路徑輸出信號Q21。如上詳述，每個外環測試信號TAi(i＝1，2，3，4)與發射分支300的普通輸入信號Si(i＝1，2，3，4)正交，具有較小的功率(例如，使用未使用的具有PN擴頻的沃爾什碼)。由于正交的關系，通過利用公知的信號處理技術，補償控制器395能夠將外環輸出信號的外環測試信號部分與外環輸出信號的輸入信號部分分開。由于發射分支300的輸入信號Si(i＝1，2，3，4)可以通過補償控制器395分離到外環輸出信號之外，為了便于理解外反饋環路的操作，可允許假定輸入信號Si(i＝1，2，3，4)都為0。
外反饋環路可以通過下面的公式以矩陣形式表示。外反饋環路控制信號(或校正)系數矩陣是ACC=AC40000AC30000AC20000AC1---(24)]]>其中，ACC是外環測試信號向量ACi＝[AC4，AC3，AC2，AC1]的矩陣表示。發射分支300在輸入到天線單元385-388的誤差矩陣為A=A1+ΔA10000A2+ΔA20000A3+ΔA30000A4+ΔA4---(25)]]>其中，A1是當信號從信號處理部分330的第一輸出端口傳播到多個天線單元385-388的第一天線單元385(也即通過輸出部分370沿著第一路徑傳播)時引入到信號中的衰減，A2是引入到信號處理部分330的第二輸出端口傳播與多個天線單元385-388的第二天線單元386之間的信號(也即通過輸出部分370沿著第二路徑傳播)的衰減，A3是引入到信號處理部分330的第三輸出端口傳播與多個天線單元385-388的第三天線單元387之間的信號(也即通過輸出部分370沿著第三路徑傳播)的衰減，A4是引入到信號處理部分330的第四輸出端口傳播與多個天線單元385-388的第四天線單元388之間的信號(也即通過輸出部分370沿著第四路徑傳播)的衰減，ΔAi(i＝1，2，3，4)對應于輸出部分370的這四個信號傳播路徑中衰減的變化。
從公式(4)、(5)、(10)和(25)，可以得到發射分支300的輸入和輸出之間關系得廣義表示O1O2O3O4=12ejωtGA-1-j-j1-j1-1-j-j-11-j1-j-j-11jj-1j-11jj1-1j-1jj1S4S3S2S1---(26)]]>式中，G和A是上面定義的對角矩陣，Oout＝[O1O2O3O4]T是輸出向量，S＝[S4S3S2S1]T是輸入向量。在化簡之后，公式(26)變為O1O2O3O4=ejωtGA0002002002002000S4S3S2S1=2ejωtGAS1S2S3S4---(27)]]>因此，每個輸入信號分別在其相應的天線部分看見，不會有串擾發生。
整個系統的傳遞函數是Oout＝ejωtA·H·G·GCC(TG+F·ACC(TA+S))(28)式中，TA＝[TA4TA3TA2TA1]T是在組合器311-314輸入的測試信號向量，矩陣ACC和GCC在公式(9)和(24)中定義并且如上所述。
通過設置輸入S＝0(正交假設)，TG＝0，并且使用TA作為輸入向量，補償控制器395可以利用方法來確定適當的ACC值，即控制信號系數AC1、AC2、AC3和AC4，其與有關確定內環校正系數GC1、GC2、GC3和GC4的控制器所利用的方法相類似。Q2可以由公式表示如下Q2＝βTOout＝[β1β2β3β4]Oout(29)其中，向量β是四個外環信號連接器381-384和外環信號組合器396的系數向量表示。
通過在內環誤差補償處理過程中確定的已知GCC，以及S＝0和TG＝0，我們可以得到輸入TA的輸出Oout＝ejωt4·H·G·GCC·F·ACC·TA(30)讓TA作為外環輸入測試信號，取下面向量之一TA4000,0TA300,00TA20]]>或000TA1---(31)]]>那么信號Q2i可以通過下式表示Q2i＝βT·ejωt·A·H·G·GCC·F·ACC·TiA(32)式中，i＝1，2，3和4，Q2i對應于向量TA中第i個非零元素。對于測試信號TAi的輸入，節點Szi生成輸出信號 類似于 的計算，相關值 可由下式計算g^=ΣnT^AiTAi*---(33)]]>Aci的值隨后更新為ACi(k)=g‾g^ACi(k-1)---(i=1,2,3,4)---(34)]]>其中，g是根據標準測量的已知、所需相關值，如f的情況。因此可得到所有GCi、Aci的值用于增益誤差校正。
類似于GCi，Aci可由下式表示
ACi(k)=AiAi+ΔAiACi(k-1)---(35)]]>類似于ΔGi，當ΔAi為正時，意味著Ai在增加，Ai/(Ai+ΔAi)的比值變小，使得ACi的值減小。當ΔAi為負時，意味著Ai在減小，Ai/(Ai+ΔAi)的比值變大，使得ACi的值增加。因此，ACi的值總是與ΔAi的變化方向相反，對功率放大器增益的誤差提供了有效的補償。
總之，在外環補償處理過程中，一組預定復數外環測試信號TAi(i＝1，2，3，4)的每個測試信號都射入到混合矩陣放大系統300的前向路徑中。外環測試信號通過前向路徑301的傳播產生了相應的外環輸出信號Ri(i＝1，2，3，4)。外環反饋電路303對外環輸出信號進行采樣，補償控制器395比較采樣的信號與所需的信號(優選為延遲的測試信號)，以產生一個比較結果。優選地，將采樣的信號與所需的外環輸出信號相關聯以產生相關值，該相關值隨后將與所需的相關值進行比較以產生一個比較結果。基于比較結果，補償控制器395產生相應的外環控制信號ACi(i＝1，2，3，4)，該信號提供給通過前向路徑301的測試信號的傳播路徑中的相應的增益和相位調整器315-318。根據接收到的控制信號ACi(i＝1，2，3，4)，相應的增益和相位調整器315-318調整隨后連接到混合矩陣放大系統300的前向路徑301的信號的增益和相位中的至少一個，從而優化所需外環輸出信號與從隨后連接的信號中得到的外環輸出信號的相關。
盡管本發明是通過結合特殊實施例而示出和說明的，但本領域技術人員應該理解，在不背離所附權利要求所闡述的本發明的范圍的前提下，可以對其中元素做出各種修改及等價替換。因此，這里的說明書和附圖應被理解被說明性的，而非限定意義，所有這樣的修改和替換都是包含在本發明的范圍內的。
以上說明了有關特定實施例的利益、其它優點以及問題的解決方案。但是，利益、優點、問題的解決方案，以及可以使得任何利益、優點或問題解決方案出現或變得更明顯的任何元素都不是任何或所有權利要求的關鍵、所需或重要特征或元素。這里所使用的術語“包括”、“包含”(comprises、comprising)或者其它的變型意旨涵蓋非排他性的包含，因此，包括一系列元素的過程、方法、物品或裝置不僅僅包括所列出的這些元素，還可包括其它未明確列出或這樣的過程、方法、物品或裝置所固有的元素。
權利要求
1.一種用于在混合矩陣放大系統中進行誤差補償的設備，其包括輸入信號前向路徑，其包括具有多個輸入端口和多個輸出端口的輸入傅立葉變換矩陣(FTM)；具有多個輸入端口和多個輸出端口的信號處理部分，其中，所述多個信號處理部分輸入端口中的每個輸入端口都連接到所述輸入FTM的多個輸出端口中的一個輸出端口；具有多個輸入端口和多個輸出端口的輸出FTM，其中，所述輸出FTM的多個輸入端口中的每個輸入端口都連接到所述多個信號處理部分輸出端口中的一個輸出端口；和外環反饋電路，其連接到所述輸入信號前向路徑，用于對所述輸入信號前向路徑所輸出的信號進行采樣以產生衰減的輸出信號，根據所述衰減的輸出信號來確定外環誤差，并根據外環誤差來產生外環控制信號，其中，所述輸入信號前向路徑根據所述外環控制信號來調整連接到所述輸入信號前向路徑上的信號的增益和相位中的至少一個。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述衰減的輸出信號基于所述輸入FTM在所述輸入FTM的輸入端口接收到的外環測試信號，所述外環反饋電路將所述衰減輸出信號的至少一部分與外環所需信號進行比較以產生比較結果，并根據所述比較結果來產生所述外環控制信號。
3.如權利要求1所述的設備，其中，所述輸入信號前向路徑接收輸入信號，還接收外環測試信號，所述衰減的輸出信號包括輸入信號部分與外環測試信號部分，其中，所述外環反饋電路將所述衰減輸出信號的輸入信號部分與所述衰減輸出信號的外環測試信號部分分離，并根據所述輸出FTM輸出信號的外環測試信號部分來產生所述外環控制信號。
4.如權利要求1所述的設備，還包括連接到所述信號處理部分上的內環反饋電路，其中，所述信號處理部分產生信號處理部分輸出信號，其中，所述內環反饋電路對所述信號處理部分輸出信號進行采樣以產生衰減的信號處理部分輸出信號，并根據所述衰減的信號處理部分輸出信號來產生所述內環控制信號。
5.如權利要求4所述的設備，其中，所述輸入信號前向路徑接收輸入信號，所述信號處理部分接收內環測試信號，其中，所述信號處理部分產生包括輸入信號部分和內環測試信號部分的信號處理部分輸出信號，所述內環反饋電路將所述信號處理部分輸出信號的輸入信號部分與所述信號處理部分輸出信號的內環測試信號部分分離，并根據所述信號處理部分輸出信號的內環測試信號部分產生所述內環控制信號。
6.一種多信道發射器，其包括具有多個輸入端口和多個輸出端口的輸入信號前向路徑，所述輸入信號前向路徑還包括具有多個輸入端口和多個輸出端口的輸入傅立葉變換矩陣(FTM)，其在所述多個輸入端口中的一個輸入信號端口上接收預定的信號，并將至少一部分的所述預定信號發送到多個輸出端口中的每個輸出端口以產生多個輸入FTM輸出信號；具有多個輸入端口和多個輸出端口的信號處理部分，其中，所述信號處理部分的多個輸入端口中的每個輸入端口接收所述多個輸入FTM輸出信號中的一個輸入FTM輸出信號，所述信號處理部分放大每個接收到的輸入FTM輸出信號以產生放大信號，并將每個放大信號發送到所述多個信號處理部分輸出端口中的一個輸出端口；具有多個輸入端口和多個輸出端口的輸出FTM，其中，所述輸出FTM的多個輸入端口中的每個輸入端口都從所述信號處理部分的多個輸出端口中的一個輸出端口接收放大的信號，所述輸出FTM相據所述多個接收到的放大信號來在所述多個輸出端口中的一個輸出端口上產生前向路徑輸出信號；和外環反饋電路，其連接到所述輸入信號前向路徑，用于接收至少一部分的所述前向路徑輸出信號，根據所述至少一部分的前向路徑輸出信號來確定外環誤差，并根據所述確定的外環誤差來產生外環控制信號，其中，所述輸入信號前向路徑根據所述外環控制信號來調整連接到所述輸入信號前向路徑上的信號的增益和相位中的至少一個。
7.如權利要求6所述的發射器，還包括連接到所述信號處理部分上的內環反饋電路，所述內環反饋電路用于確定所述信號處理部分中的內環誤差，并根據所述內環誤差來產生內環控制信號，所述信號處理部分根據所述內環控制信號來調整輸入到所述信號處理部分中的信號的增益和相位中的至少一個。
8.一種用于在混合矩陣放大系統中進行誤差補償的方法，其包括如下步驟將預定信號連接到第一傅立葉變換矩陣(FTM)以產生多個第一FTM輸出信號；處理所述多個第一FTM輸出信號中的每個第一FTM輸出信號，以產生多個放大信號；將所述多個放大信號中的每個放大信號連接到第二FTM的多個輸入端口中的一個輸入端口上，其中，所述第二FTM根據所述多個放大信號來產生第二FTM輸出信號；根據所述第二FTM輸出信號來確定環路誤差；和根據所述確定的環路誤差來產生控制信號，其中，所述控制信號可操作地用于調整連接到所述混合矩陣放大系統的信號的增益和相位中的至少一個。
9.如權利要求8所述的方法，其還包括一步驟將信息信號連接到所述第一傅立葉變換矩陣(FTM)，從而使得所述多個第一FTM輸出信號中的每個第一FTM輸出信號包括信息信號部分和預定信號部分，其中，所述確定環路誤差的步驟包括對所述第二FTM輸出信號進行采樣以產生包括信息信號部分和預定信號部分的采樣輸出信號的步驟，所述確定環路誤差的步驟包括步驟將所述采樣輸出信號的信息信號部分與所述采樣輸出信號的預定信號部分分離，并且根據所述采樣輸出信號的預定信號部分來確定環路誤差。
10.如權利要求8所述的方法，其中，所述混合矩陣放大系統包括連接于所述第一傅立葉變換矩陣(FTM)和所述第二FTM之間的信號處理部分，所述預定信號包括第一預定信號，所述環路誤差包括第一環路誤差，所述控制信號包括第一控制信號，所述方法還包括如下步驟將第二預定信號連接到所述信號處理部分以產生信號處理部分輸出信號；根據所述信號處理部分輸出信號來確定第二環路誤差；和根據所述確定的第二環路誤差來產生第二控制信號，其中，所述第二控制信號可操作地用于調整連接到所述信號處理部分的信號的增益和相位中的至少一個。
全文摘要
本發明公開一種基站子系統(102)，其包括至少一個發射分支(300)，該發射分支具有包括輸入連接到輸入傅立葉變換矩陣(FTM)(320)和輸出連接到輸出FTM(360)的信號處理單元(330)的前向路徑(301)。發射分支還包括兩個誤差補償環路，包括內環反饋電路(302)的內反饋環路和包括外環反饋電路(303)的外反饋環路。內反饋環路為信號處理部分引入到發射分支的信號輸入的誤差提供誤差補償。外環提供對在誤差補償之后可由內反饋環路通過發射分支前向路徑進行發送時引入到信號中的所有殘留誤差的誤差補償。
文檔編號H03F3/68GK1533632SQ03800675
公開日2004年9月29日 申請日期2003年4月29日 優先權日2002年5月15日
發明者尤達·盧斯, 陳江南, 周淵平, 尤達 盧斯 申請人:摩托羅拉公司