有源天线相关设备、系统及收发校准方法
【专利摘要】本发明公开了一种有源天线相关设备、系统及收发校准方法，用以实现天线阵列的可扩展设计，降低工程实施难度的同时提供工程实施可靠性。该有源天线设备包括：N个有源天线阵列、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元以及光载无线通信ROF光电转换单元，所述N大于1；所述有源天线阵列至少包括天线耦合电路单元以及M个连接至所述天线耦合电路单元的天线振子，所述M大于1；所述有源天线阵列的天线校准耦合电路单元通过校准通道连接至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路与所述收发校准单元连接，所述收发校准单元以及所述校准参数存储单元分别连接至所述ROF光电转换单元。
【专利说明】有源天线相关设备、系统及收发校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，尤其涉及一种有源天线相关设备、系统及收发校准方法。
【背景技术】
[0002]目前，第三代移动通信(3G)网络中，采用基带处理单元(BBU)和射频拉远单元(RRU)组成的通信系统架构，其中，BBU和RRU之间采用光纤连接，一个BBU可以支持多个RRU。
[0003]如图1所示为由BBU+RRU组成的通信系统的架构示意图，其中，BBU通过光纤连接至RRU的光接口，RRU中光接口与数字中频连接，数字中频分别与收发信机阵列和收发校准单元连接，其中，收发信机阵列连接PA/LNA，该PA/LNA通过N路天线通道连接至无源天线阵列，且收发校准单元通过一路校准通道与无源天线阵列连接。可见，RRU和无源天线之间通过(N+1)路射频上跳线连接，射频上跳线的数量随着天线通道的数量N的增大而增大。
[0004]大规模输入输出(Massive ΜΙΜΟ)通信系统中，天线通道的数量N大于等于64，即射频上跳线的个数大于64，为了减少天线和RRU之间的传输损耗，通常上跳线采用具有一定直径的射频线缆，数量较大的射频线缆在工程实现上相当困难，且难以提供可靠性保障。
[0005]因此，现有的BBU和RRU以及无源天线组合的通信系统解决方案，在Massive MIMO通信系统中是不可行的。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种有源天线相关设备、系统及收发校准方法，用以实现天线阵列的可扩展设计，降低工程实施难度的同时提供工程实施可靠性。
[0007]本发明实施例提供的具体技术方案如下:
[0008]第一方面，本发明提供了一种有源天线设备，包括:
[0009]N个有源天线阵列、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元以及光载无线通信ROF光电转换单兀,所述N大于I ;
[0010]所述有源天线阵列至少包括天线耦合电路单元以及M个连接至所述天线耦合电路单元的天线振子，所述M大于I ;
[0011]所述有源天线阵列的天线校准耦合电路单元通过校准通道连接至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路与所述收发校准单元连接，所述收发校准单元以及所述校准参数存储单元分别连接至所述ROF光电转换单元；
[0012]所述校准参数存储单元保存N个所述有源天线阵列的校准通道的传输参数，以及将所述传输参数传送给所述ROF光电转换单兀，由所述ROF光电转换单兀转换为光信号后经光纤发送；
[0013]所述有源天线阵列中的天线校准耦合电路单元将接收的M路校准射频信号耦合为一路发射校准射频信号通过校准通道输出至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将N个所述有源天线阵列传送的N路发射校准射频信号合并为一路发射校准射频信号，所述收发校准单元将所述主校准耦合电路单元传送的所述一路发射校准射频信号进行功率放大后，解调为发射校准IQ模拟信号输出至所述ROF光电转换单元，所述ROF光电转换单元将所述发射校准IQ模拟信号转换为光信号并通过光纤传送；
[0014]或者，
[0015]所述收发校准单元将所述ROF光电转换单元传送的接收校准IQ模拟信号调制为接收校准射频信号，进行功率放大后传送给所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将功率放大后的所述接收校准射频信号分路为相同的N路接收校准射频信号，分别通过N个所述有源天线阵列所对应的校准通道发送至相对应的所述天线校准耦合电路单元，所述天线校准耦合电路单元将接收的一路所述校准射频信号分路成M路校准射频信号。
[0016]第二方面，本发明提供了一种有源天线设备，包括:
[0017]N个有源天线阵列、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元、数字处理单元以及光纤接口单元，所述N大于I ;
[0018]所述有源天线阵列至少包括天线耦合电路单元以及M个连接至所述天线耦合电路单元的天线振子，所述M大于I ;
[0019]所述有源天线阵列的天线校准耦合电路单元通过校准通道连接至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路与所述收发校准单元连接，所述收发校准单元以及所述校准参数存储单元分别连接至所述数字处理单元；
[0020]所述校准参数存储单元保存N个所述有源天线阵列的校准通道的传输参数，以及将所述传输参数传送给所述数字处理单元；
[0021]所述有源天线阵列中的天线校准耦合电路单元将接收的M路校准射频信号耦合为一路发射校准射频信号通过校准通道输出至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将N个所述有源天线阵列传送的N路发射校准射频信号合并为一路发射校准射频信号，所述收发校准单元将所述主校准耦合电路单元传送的所述一路发射校准射频信号进行功率放大后，解调为发射校准IQ模拟信号输出至所述数字处理单元，由所述数字处理单元将所述发射校准IQ模拟信号转换为发射校准IQ数字信号并通过光纤接口单元传送；
[0022]或者，
[0023]所述数字处理单元将通过所述光纤接口单元接收的接收校准IQ数字信号转换为接收校准IQ模拟信号，所述收发校准单元将所述数字处理单元传送的接收校准IQ模拟信号调制为接收校准射频信号，进行功率放大后传送给所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将功率放大后的所述接收校准射频信号分路为相同的N路接收校准射频信号，分别通过N个所述有源天线阵列所对应的校准通道发送至相对应的所述天线校准耦合电路单元，所述天线校准耦合电路单元将接收的一路所述校准射频信号分路成M路校准射频信号。
[0024]第三方面，本发明提供了一种基带处理设备，包括:
[0025]依次连接的光载无线通信ROF光电转换单元、数字处理单元和基带处理单元；
[0026]所述基带处理单元将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送至所述数字处理单元；以及接收N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数；
[0027]或者，
[0028]所述基带处理单元将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，并发送修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号至所述数字处理单元，由所述数字处理单元将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号转换为N乘M路发射校准IQ模拟信号后通过所述ROF光电转换单元转换为光信号经光纤发送；以及接收I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数；
[0029]所述接收的N乘M路接收校准IQ数字信号为所述I路接收校准IQ数字信号依次经有源天线设备的I路校准通道、N乘M路射频通道传输后，经由所述光纤接收并经所述ROF光电转换单元和数字处理单元处理后获得；
[0030]所述接收的I路发射校准IQ数字信号为修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号依次经有源天线设备的N乘M路射频通道、I路校准通道传输后，由所述光纤接收并经所述ROF光电转换单元和数字处理单元处理后获得；
[0031 ] 所述预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述ROF光电转换单元以及所述数字处理单元传送至所述基带处理单元。
[0032]第四方面，本发明提供了一种基带处理设备，包括:相互连接的光纤接口单元和基带处理单元；
[0033]所述基带处理单元将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送至所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元通过光纤发送；以及接收经由所述光纤接口单元传送的N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据所述修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数；
[0034]或者，
[0035]所述基带处理单元将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，并发送修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号至所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号转换为光信号经光纤发送；以及接收由所述光纤接口单元传送的I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数；
[0036]接收的所述N乘M路接收校准IQ数字信号为所述I路接收校准IQ数字信号依次经有源天线设备的I路校准通道、N乘M路射频通道传输后，经由所述光纤接收并经所述光纤接口单元处理后获得；[0037]接收的所述I路发射校准IQ数字信号为所述修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号依次经有源天线设备的N乘M个射频通道、I路校准通道传输后，由所述光纤接收并经所述光纤接口单元处理后获得；
[0038]所述预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述光纤接口单元传送至所述基带处理单元。
[0039]第五方面，本发明提供了一种通信系统，包括第一方面所述的有源天线设备以及第三方面所述的基带处理设备，所述基带处理设备与所述有源天线设备通过光纤连接。
[0040]第六方面，本发明提供了一种通信系统，包括第二方面所述的有源天线设备以及第四方面所述的基带处理设备，所述基带处理设备与所述有源天线设备通过光纤连接。
[0041]第七方面，本发明提供了一种接收校准方法，包括:
[0042]基带处理设备将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送给有源天线设备，由所述有源天线设备依次经I路校准通道、N乘M路射频通道传输所述I路接收校准IQ数字信号后，得到N乘M路接收校准IQ
数字信号；
[0043]所述基带处理设备接收所述N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数。
[0044]第八方面，本发明提供了一种发射校准方法，包括:
[0045]基带处理设备将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号发送给有源天线设备，由所述有源天线设备依次经N乘M路射频通道、I路校准通道传输所述修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号后，得到I路发射校准IQ数字信号；
[0046]所述基带处理设备接收所述I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数。
[0047]基于上述技术方案，本发明实施例中，通过在有源天线设备中增设天线耦合电路单元、校准通道、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元，以为收发校准提供硬件支撑，使得能够基于该具有校准通道和校准电路的有源天线设备实现各射频通道的收发校准，在采用有源天线设备实现天线通道的可扩展设计的同时，保证各天线通道的性能保持一致，降低工程实施难度的同时，提高了实施可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]图1为现有的分布式通信系统架构示意图；
[0049]图2为本发明实施例中有源天线阵列的结构示意图；
[0050]图3为本发明实施例中大规模有源天线设备的结构示意图；
[0051]图4为本发明实施例中收发校准单元的结构示意图；
[0052]图5为本发明实施例中另一大规模有源天线设备的结构示意图；[0053]图6为本发明实施例中大规模基带处理设备的结构示意图；
[0054]图7为本发明实施例中另一大规模基带处理设备的结构示意图；
[0055]图8为本发明实施例中通信系统的架构示意图；
[0056]图9为本发明实施例中另一通信系统的架构示意图；
[0057]图10为本发明实施例中接收校准的过程示意图；
[0058]图11为本发明实施例中发射校准的过程示意图。
【具体实施方式】
[0059]为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0060]对于N大于等于64的大规模有源天线系统，N个射频通道之间的不一致性会导致N路上行信号或下行信号之间无法达到性能最优的合并处理。因此，在N个射频道通道之间实现校准是至关重要的。
[0061]同时，对于N大于等于64的大规模有源天线来讲，实现可扩展，灵活地实现128路，256路的大规模有源天线也是至关重要的。
[0062]可扩展与N路天线一致性校准之间是相互制约的，N路天线校准需要将N路信号耦合到一路，但可扩展则需要独立考虑各个子阵列的结构。
[0063]本发明第一实施例中，提供了一种有源天线阵列21，如图2所示，该有源天线阵列包括依次连接的滤波器阵列201、功率放大器和低噪声放大器(PA/LNA)阵列202和收发信机阵列203，以及M个天线振子204，其中，M大于I，该M个天线振子204连接至天线校准耦合电路单元205，该天线校准耦合电路单元205与滤波器阵列201连接，该天线校准耦合电路单元205还连接有一路校准通道。
[0064]其中，M个天线振子204，用于接收电磁波并转换为M路射频信号，或者，分别接收M路射频信号并转换为电磁波后发射；
[0065]天线校准耦合电路单元205在射频信号的传输过程中，用于在滤波器阵列201与M个天线振子204之间传输M路射频信号；在接收信号或发射信号校准过程中，将滤波器阵列201传送的M路校准射频信号耦合为一路校准射频信号通过校准通道输出；或者，通过校准通道接收一路校准射频信号，将接收的校准射频信号分路成M路校准射频信号并传送给滤波器阵列201 ；
[0066]滤波器阵列201，用于对M路射频信号进行滤波；
[0067]PA/LNA阵列202，用于对M路射频信号进行功率放大；
[0068]收发信机阵列203，用于将M路射频信号转换为M路IQ模拟信号并发送，或者，将接收的M路IQ模拟信号转换为M路射频信号。
[0069]具体实施中，滤波器阵列201由相互独立的M路滤波器组成。
[0070]具体实施中，PA/LNA阵列202由相互独立的M路功率放大器和相互独立的M路低噪声放大器组成。
[0071]具体实施中，收发信机阵列203由M路收发信机单元组成。[0072]具体实施中，天线振子204可以是单极化天线振子，也是可以双极化或多极化天线振子中任何一个极化的极化振子。
[0073]具体地，在信号发射时，通过收发信机阵列将输入的M路输入IQ模拟信号，调制上变频为M路射频信号，该M路射频信号经过PA/LNA阵列信号功率放大、滤波器阵列滤波形成M路具有相应频谱的射频信号，此M路具有相应频谱的射频信号经由天线校准耦合电路单元传输给M个天线振子，通过M个天线振子将此具有相应频谱的射频信号转化为电磁波，并将电磁波向空间发射出去。
[0074]具体地，在信号接收时，M个天线振子将接收到来自空间电磁波转化M路射频信号，M路射频信号经由天线校准耦合电路单元传输给滤波器阵列进行射频滤波，形成M路具有相应频谱的射频信号，此M路具有相应频谱的射频信号经过PA/LNA阵列信号功率放大，然后输出到收发信机阵列，收发信机阵列将来自于PA/LNA阵列的M路射频信号下变频解调为M路IQ模拟信号，并输出M路IQ模拟信号。
[0075]具体地，在天线射频通道的发射校准时，将M路发射校准IQ模拟信号输入到收发信机阵列，通过收发信机阵列调制上变频为M路发射校准射频信号，M路发射校准射频信号经过PA/LNA阵列信号功率放大，滤波器阵列滤波，形成M路具有相应频谱的发射校准射频信号，此M路具有相应频谱的发射校准射频信号输入天线校准耦合电路单元，经由天线校准耦合电路单元耦合形成I路发射校准射频信号，通过I路校准通道输出。
[0076]具体地，在天线射频通道的接收校准时，将I路接收校准射频信号通过I路校准通道输入到天线校准耦合电路单元，经由天线校准耦合电路单元分路成M路接收校准射频信号，此M路接收校准射频信号输出给滤波器阵列进行射频滤波，形成M路具有相应频谱的接收校准射频信号，此M路具有相应频谱的接收校准射频信号经过PA/LNA阵列信号功率放大，然后输出到收发信机阵列，收发信机阵列将来自于PA/LNA阵列的M路接收校准射频信号下变频解调为M路接收校准IQ模拟信号，并输出M路接收校准IQ模拟信号。
[0077]具体实施中，当系统工作在非天线射频通道校准时，在信号发射过程中，天线校准耦合电路单元接收来自于滤波器阵列的M路射频信号，并将M路射频信号传输给M个天线振子。在信号接收过程中，天线校准耦合电路单元接收来自于M个天线振子射频信号，并将M路射频信号传输给滤波器阵列。
[0078]当系统工作在天线射频通道校准时，在发射校准过程中，天线校准耦合电路单元接收来自于滤波器阵列的M路校准射频信号，并将M路校准射频信号耦合输出到I路校准通道，形成一路校准射频信号的输出。在接收校准过程中时，天线校准耦合电路接收来自于I路校准通道的校准射频信号的输入，并将输入的校准射频信号通过耦合形成M路校准射频信号，并将M路校准射频信号传输给滤波器阵列。
[0079]具体实施中，滤波器阵列对射频信号进行射频滤波，控制发射和接收到的射频信号在一定的频率范围内，以减少系统间的干扰。在信号发射过程中，将来自于PA/LNA阵列的射频信号进行射频滤波，将滤波后的射频信号传输给天线校准耦合电路单元。滤波器阵列在信号接收过程中，将来自于天线校准耦合电路单元的射频信号进行射频滤波，将滤波后的射频信号传输PA/LNA阵列。
[0080]具体实施中，PA/LNA阵列实现发射(或接收)信号的功率放大，在信号发射过程中，将来自于收发信机阵列的M路射频信号进行功率放大，并将放大后的M路射频信号输入到滤波器阵列；在信号接收过程中，将来自于滤波器阵列的M路射频信号进行功率放大，并将放大后的M路射频信号输入收发信机阵列。
[0081]具体实施中，收发信机阵列在信号发射过程中，将输入的M路IQ模拟信号调制上变频为射频信号，输出给PA/LNA阵列；在信号接收过程中，将来自于PA/LNA阵列的M路射频信号下变频解调为M路IQ模拟信号。
[0082]本发明第二实施例中，提供了 一种有源天线设备31，如图3所示，该大规模有源天线设备31包括光载无线通信(ROF)光电转换单元301和N个有源天线阵列21，其中，N大于1，以及包括主校准耦合电路单元302和收发校准单元303 ;还包括连接至ROF光电转换单元301的校准参数存储单元304。
[0083]其中，有源天线阵列21的具体实施可参见第一实施例的描述，具体地，该有源天线阵列包括依次连接的滤波器阵列201、功率放大器和低噪声放大器(PA/LNA)阵列202和收发信机阵列203，以及M个天线振子204，其中，M大于I，该M个天线振子204连接至天线校准耦合电路单元205，该天线校准耦合电路单元205与滤波器阵列201连接，该天线校准耦合电路单元205还连接有一路校准通道。
[0084]其中，每个有源天线阵列21的天线校准耦合电路单元205通过校准通道连接至主校准耦合电路单元302，主校准耦合电路单元302与收发校准单元303连接，收发校准单元303以及校准参数存储单元304分别连接至ROF光电转换单元301。
[0085]其中，校准参数存储单元304用于保存N个有源天线阵列21的校准通道的传输参数，以及将保存的传输参数传送给ROF光电转换单元301，由ROF光电转换单元301转换为光信号后经光纤发送。
[0086]具体实施中，N个有源天线阵列可组合形成平面形阵列结构，圆柱形结构，以及其它任何可能结构。
[0087]其中，ROF光电转换单元301和有源天线阵列21针对信号接收和信号发射，具有不同的信号处理过程，具体如下:
[0088]第一种，信号接收的具体过程如下:
[0089]有源天线阵列21通过M个天线振子204将接收的电磁波转换为M路射频信号，天线校准耦合电路单元205接收该M路射频信号并传送给滤波器阵列201进行滤波后传送至PA/LNA阵列202进行功率放大，功率放大后的M路射频信号经由收发信机阵列203转换为M路IQ模拟信号，并传送给ROF光电转换单元301 ；
[0090]ROF光电转换单元301将N个有源天线阵列21传送的N乘M路IQ模拟信号转换为光信号并通过光纤发送。
[0091]第二种，信号发射的具体过程如下:
[0092]ROF光电转换单元301将通过光纤接收的光信号转换为N乘M路IQ模拟信号，将该N乘M路IQ模拟信号划分为N组分别传送给N个有源天线阵列21 ；
[0093]每个有源天线阵列21，用于将通过收发信机阵列203接收的M路IQ模拟信号转换为M路射频信号后，经PA/LNA阵列202进行功率放大并经滤波器阵列201进行滤波后，由天线校准耦合电路单元205将滤波后的M路射频信号分别传送至M个天线振子204，由天线振子204转换为电磁波并发射。
[0094]在校准过程中，根据接收校准和发射校准可以有以下两种处理过程:[0095]第一种，发射校准的具体过程信号处理过程如下:
[0096]有源天线阵列21中的天线校准耦合电路单元205将接收的M路校准射频信号耦合为一路发射校准射频信号通过校准通道输出至主校准耦合电路单元302，主校准耦合电路单元302将N个有源天线阵列21传送的N路发射校准射频信号合并为一路发射校准射频信号，该收发校准单元303将主校准耦合电路单元302传送的一路发射校准射频信号进行功率放大后，解调为发射校准IQ模拟信号输出至ROF光电转换单元301，ROF光电转换单元301将发射校准IQ模拟信号转换为光信号并通过光纤传送。
[0097]第二种，接收校准的具体信号处理过程如下:
[0098]收发校准单元303将ROF光电转换单元301传送的接收校准IQ模拟信号调制为接收校准射频信号，进行功率放大后传送给主校准耦合电路单元302，主校准耦合电路单元302将功率放大后的接收校准射频信号分路为相同的N路接收校准射频信号，分别通过N个有源天线阵列21所对应的校准通道发送至相对应的天线校准耦合电路单元205，天线校准耦合电路单元205将接收的一路校准射频信号分路成M路校准射频信号。
[0099]具体实施中，主校准耦合电路单元302由一个以上的合路分路器组成，或者，由一个以上的合路分路器和耦合器组成，或者，由一个以上的开关矩阵组成。
[0100]具体实施中，如图4所示，收发校准单元303由相互连接的射频信号放大单元401和收发信机单元402组成，具体地，射频信号放大单元401与主校准耦合电路单元302连接，收发信机单元23与ROF光电转换单元301连接。在天线射频通道的发射校准时，收发校准单元将来自于主校准耦合电路单元的I路发射校准射频信号，进行功率放大，并且下变频解调为发射校准IQ模拟信号，并将发射校准IQ模拟信号输出到ROF光电转换单元。在天线射频通道的接收校准时，收发校准单元将来自于ROF光电转换单元的接收校准IQ模拟信号调制上变频为接收校准射频信号，并进射频功率放大，将放大后的接收校准射频信号输出到主校准耦合电路单元。
[0101]具体实施中，滤波器阵列201由相互独立的M路滤波器组成。
[0102]具体实施中，PA/LNA阵列202由相互独立的M路功率放大器和相互独立的M路低噪声放大器组成。
[0103]具体实施中，收发信机阵列203由M路收发信机单元组成。
[0104]本发明第三实施例中，提供了 一种有源天线设备51，如图5所示，该大规模有源天线设备包括数字处理单元501、光纤接口单元502、主校准耦合电路单元503、收发校准单元504以及N个有源天线阵列21，N大于I ;
[0105]N个有源天线阵列21分别与数字处理单元501连接，数字处理单元501与光纤接口单元502连接；
[0106]还包括连接至数字处理单元501的校准参数存储单元505。
[0107]其中，有源天线阵列21的具体实施可参见第一实施例的描述，具体地，该有源天线阵列包括依次连接的滤波器阵列201、功率放大器和低噪声放大器(PA/LNA)阵列202和收发信机阵列203，以及M个天线振子204，其中，M大于I，该M个天线振子204连接至天线校准耦合电路单元205，该天线校准耦合电路单元205与滤波器阵列201连接，该天线校准耦合电路单元205还连接有一路校准通道。
[0108]其中，每个有源天线阵列21的天线校准耦合电路单元205通过校准通道连接至主校准耦合电路单元503，主校准耦合电路单元503与收发校准单元504连接，收发校准单元504以及校准参数存储单元505分别连接至数字处理单元501。
[0109]其中，校准参数存储单元505用于保存N个有源天线阵列21的校准通道的传输参数，以及用于将该传输参数传送给数字处理单元501。
[0110]具体实施中，N个有源天线阵列可组合形成平面形阵列结构，圆柱形结构，以及其它任何可能结构。
[0111]其中，针对信号接收和信号发射的不同处理过程，具体如下:
[0112]第一种，信号接收的具体过程如下:
[0113]有源天线阵列21，用于通过M个天线振子204将接收的电磁波转换为M路射频信号，将M路射频信号通过天线校准耦合电路单元205传送给滤波器阵列201进行滤波后传送至PA/LNA阵列202进行功率放大，功率放大后的M路射频信号经由收发信机阵列203转换为M路IQ模拟信号，并传送给数字处理单元501 ；
[0114]数字处理单元501将N个有源天线阵列21传输的N乘M路IQ模拟信号转为N乘M路IQ数字信号；
[0115]光纤接口单元502将数字处理单元501传输的N乘M路IQ数字信号转换为光信号，并经光纤发送。
[0116]第二种，信号发射的具体过程如下:
[0117]光纤接口单元502将通过光纤传送的光信号转换为N乘M路IQ数字信号；
[0118]数字处理单元501将光纤接口单元502传送的N乘M路IQ数字信号转换为N乘M路IQ模拟信号，并将N乘M路IQ模拟信号划分为N组分别传送至N个有源天线阵列21 ；
[0119]有源天线阵列21，用于将通过收发信机阵列203接收的M路IQ模拟信号转换为M路射频信号后，经PA/LNA阵列202进行功率放大并经滤波器阵列201进行滤波后，由天线校准耦合电路单元205将滤波后的M路射频信号分别传送至M个天线振子204，由天线振子204转换为电磁波并发射。
[0120]在校准过程中，根据接收校准和发射校准可以有以下两种处理过程:
[0121]第一种，发射校准的具体信号处理过程如下:
[0122]有源天线阵列中的天线校准耦合电路单元将接收的M路校准射频信号耦合为一路发射校准射频信号通过校准通道输出至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将N个所述有源天线阵列传送的N路发射校准射频信号合并为一路发射校准射频信号，所述收发校准单元将所述主校准耦合电路单元传送的所述一路发射校准射频信号进行功率放大后，解调为发射校准IQ模拟信号输出至所述数字处理单元，由所述数字处理单元将所述发射校准IQ模拟信号转换为发射校准IQ数字信号并通过光纤接口单元传送。
[0123]具体地，在天线射频通道的发射校准时，N个有源天线阵列接收来自数字处理单元的N乘M路发射校准IQ模拟信号，并将N乘M路发射校准IQ模拟信号转化成N乘M路发射校准射频信号，同时，对N乘M路发射校准射频信号进行耦合合并成N路发射校准射频信号，并将N路发射校准射频信号输出到主校准耦合电路单元。
[0124]第二种，接收校准的具体信号处理过程如下:
[0125]数字处理单元将通过所述光纤接口单元接收的接收校准IQ数字信号转换为接收校准IQ模拟信号，所述收发校准单元将所述数字处理单元传送的接收校准IQ模拟信号调制为接收校准射频信号，进行功率放大后传送给所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将功率放大后的所述接收校准射频信号分路为相同的N路接收校准射频信号，分别通过N个所述有源天线阵列所对应的校准通道发送至相对应的所述天线校准耦合电路单元，所述天线校准耦合电路单元将接收的一路所述校准射频信号分路成M路校准射频信号。
[0126]具体地，在天线射频通道的接收校准时，N个有源天线阵列接收来自主校准耦合电路单元的N路接收校准射频信号，并将接收到的N路接收校准射频信号分路成N乘M路接收校准射频信号，同时，将N乘M路接收校准射频信号转化为N乘M路接收校准IQ模拟信号，并将N乘M路接收校校准IQ模拟信号输出到数字处理单元。
[0127]具体实施中，主校准耦合电路单元503由一个以上的合路分路器组成；或者，由一个以上的合路分路器和耦合器组成，或者，由一个以上的开关矩阵组成。
[0128]具体实施中，同上一实施例，收发校准单元504由相互连接的射频信号放大单元和收发信机单元组成，具体地，该射频信号放大单元与主校准耦合电路单元503连接，该收发信机单元与数字处理单元501连接。在天线射频通道的发射校准时，收发校准单元将来自于主校准耦合电路单元的I路发射校准射频信号进行功率放大，并且下变频解调为发射校准IQ模拟信号，并将发射校准IQ模拟信号输出到数字处理单元。在天线射频通道的接收校准时，收发校准单元将来自于数字处理单元的接收校准IQ模拟信号调制上变频为接收校准射频信号，并进射频功率放大，将放大后的接收校准射频信号输出到主校准耦合电路单元。
[0129]具体实施中，滤波器阵列201由相互独立的M路滤波器组成。
[0130]具体实施中，PA/LNA阵列202由相互独立的M路功率放大器和相互独立的M路低噪声放大器组成。
[0131]具体实施中，收发信机阵列203由M路收发信机单元组成。
[0132]相应于第二实施例中提供的有源天线设备31，本发明第四实施例中，提供了一种基带处理设备61，如图6所示，该基带处理设备包括依次连接的ROF光电转换单元601、数字处理单元602和基带处理单元603。
[0133]其中，针对信号接收和信号发射的不同处理过程，具体如下:
[0134]第一种，信号接收的具体过程如下:
[0135]ROF光电转换单元601将接收的光信号转换为N乘M路IQ模拟信号，N大于1，且M大于I ;
[0136]数字处理单元602将从ROF光电转换单元601接收的N乘M路IQ模拟信号转换为N乘M路IQ数字信号；
[0137]基带处理单元603对从数字处理单元602接收的N乘M路IQ数字信号进行数据处理获得接收数据；
[0138]第二种，信号发射的具体过程如下:
[0139]基带处理单元603对待发射的数据进行数据处理为N乘M路IQ数字信号；
[0140]数字处理单元602将从基带处理单元603接收的N乘M路IQ数字信号转换为N乘M路IQ模拟信号；
[0141 ] ROF光电转换单元601将从数字处理单元602接收的N乘M路IQ模拟信号转换为光信号，并经光纤发送。
[0142]在校准过程中，根据接收校准和发射校准可以有以下两种处理过程:
[0143]第一种，接收校准的具体信号处理过程如下:
[0144]基带处理单元将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送至所述数字处理单元；以及接收N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数。
[0145]其中，接收的N乘M路接收校准IQ数字信号为所述I路接收校准IQ数字信号依次经有源天线设备的I路校准通道、N乘M路射频通道传输后，经由所述光纤接收并经所述ROF光电转换单元和数字处理单元处理后获得。
[0146]其中，预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述ROF光电转换单元以及所述数字处理单元传送至所述基带处理单元。
[0147]优选地，基带处理单元603获取上行数据，并采用接收校准幅度修正参数对该上行数据进行幅度修正，以及采用接收校准相位修正参数对该上述数据进行相位修正；
[0148]其中，上行数据为根据经由光纤接收后经ROF光电转换单元601以及数字处理单元602传送至基带处理单元603的上行信号得到。
[0149]第二种，发射校准的具体信号处理过程如下:
[0150]基带处理单元将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，并发送修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号至所述数字处理单元，由所述数字处理单元将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号转换为N乘M路发射校准IQ模拟信号后通过所述ROF光电转换单元转换为光信号经光纤发送；以及接收I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数。
[0151]其中，接收的I路发射校准IQ数字信号为修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号依次经有源天线设备的N乘M路射频通道、I路校准通道传输后，由所述光纤接收并经所述ROF光电转换单元和数字处理单元处理后获得。
[0152]其中，预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述ROF光电转换单元以及所述数字处理单元传送至所述基带处理单元
[0153]优选地，基带处理单元603对待发射的数据进行波束赋形，并采用发射校准幅度修正参数对波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用发射校准相位修正参数对波束赋形处理后的数据进行相位修正后发送给数字处理单元602，经由数字处理单元602和ROF光电转换单元601处理后经由光纤发送。
[0154]具体地，基带处理单元具有波束赋形、信号检测、校准检测、校准补偿等功能。校准检测功能包括:发射校准和接收校准等。校准补偿功能包括发射校准补偿和接收校准补偿。在发射时，基带处理单元将发射的数据，经过波束形处理，发射校准补偿处理后，形成N乘M路IQ数字信号输出到数字处理单元。在接收时，基带处理单元将来自于数字处理单元的N乘M路IQ数字信号，进行接收校准补偿处理后，进行信号的检测，得到接收的数据。
[0155]相应于第三实施例提供的有源天线设备51，本发明第五实施例中提供了一种基带处理设备71，如图7所示，该大规模基带处理设备71包括相互连接的光纤接口单元701和基带处理单元702。
[0156]其中，针对信号接收和信号发射的不同处理过程，具体如下:
[0157]第一种，信号接收的具体过程如下:
[0158]光纤接口单元701将接收的光信号转换为N乘M路IQ数字信号，N大于I，且M大于I ;
[0159]基带处理单元702对从光纤接口单元701接收的N乘M路IQ数字信号进行数据处理获得接收数据。
[0160]第二种，信号发射的具体过程如下:
[0161]基带处理单元702对待发射的数据进行数据处理为N乘M路IQ数字信号；
[0162]光纤接口单元701将从基带处理单元702接收的N乘M路IQ数字信号转换为光信号，并将光纤发送。
[0163]在校准过程中，根据接收校准和发射校准可以有以下两种处理过程:
[0164]第一种，接收校准的具体信号处理过程如下:
[0165]基带处理单元将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送至所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元通过光纤发送；以及接收经由所述光纤接口单元传送的N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据所述修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数。
[0166]其中，接收的所述N乘M路接收校准IQ数字信号为所述I路接收校准IQ数字信号依次经有源天线设备的I路校准通道、N乘M路射频通道传输后，经由所述光纤接收并经所述光纤接口单元处理后获得。
[0167]其中，预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述光纤接口单元传送至基带处理单元。
[0168]优选地，基带处理单元702获取上行数据，并采用接收校准幅度修正参数对上行数据进行幅度修正，以及采用接收校准相位修正参数对上述数据进行相位修正；
[0169]上行数据为根据经由光纤接收后经光纤接口单元701传送至基带处理单元702的上行信号得到。
[0170]第二种，发射校准的具体信号处理过程如下:
[0171]基带处理单元将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，并发送修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号至所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号转换为光信号经光纤发送；以及接收由所述光纤接口单元传送的I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数。[0172]其中，接收的所述I路发射校准IQ数字信号为所述修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号依次经有源天线设备的N乘M个射频通道、I路校准通道传输后，由所述光纤接收并经所述光纤接口单元处理后获得。
[0173]其中，预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述光纤接口单元传送至所述基带处理单元。
[0174]优选地，基带处理单元702对待发射的数据进行波束赋形，并采用发射校准幅度修正参数对波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用发射校准相位修正参数对波束赋形处理后的数据进行相位修正后发送给光纤接口单元701，经由光纤接口单元701后由光纤发送。
[0175]具体实施中，基带处理单元具有波束赋形、信号检测、校准检测、校准补偿等功能。校准检测功能包括发射校准和接收校准。校准补偿功能包括发射校准补偿和接收校准补偿。在发射时，基带处理单元将发射的数据，经过波束赋形、发射校准补偿处理后，形成N乘M路IQ数字信号输出到光纤接口单元。在接收时，基带处理单元将来自于光纤接口单元的N乘M路IQ数字信号，进行接收校准补偿处理后，进行信号的检测，得到接收的数据。
[0176]本发明第六实施例中，还提供了一种通信系统，如图8所示，包括第二实施例所提供的有源天线设备(Massive AAU) 31以及第四实施例所提供的基带处理设备(MassiveBBU)61 ；
[0177]其中，有源天线设备31和基带处理设备61通过光纤连接。
[0178]该实施例中，有源天线设备31的具体结构可参见上述第二实施例的描述，此处不再赘述。
[0179]该实施例中，基带处理设备61的具体结构可参见上述第四实施例的描述，此处不再赘述。
[0180]本发明第七实施例中，提供了另一种通信系统，如图9所示，包括第三实施例所提供的有源天线设备51和第五实施例所提供的基带处理设备71 ；
[0181]其中，有源天线设备51与基带处理设备71通过光纤连接。
[0182]该实施例中，有源天线设备51的具体结构可参见上述第三实施例的描述，此处不再赘述。
[0183]该实施例中，基带处理设备71的具体结构可参见上述第五实施例的描述，此处不再赘述。
[0184]基于同一发明构思，本发明第八实施例中，还提供了一种接收校准方法，以对各天线通道进行接收校准，具体过程如下:
[0185]基带处理设备将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送给有源天线设备，由所述有源天线设备依次经I路校准通道、N乘M路射频通道传输所述I路接收校准IQ数字信号后，得到N乘M路接收校准IQ
数字信号；
[0186]所述基带处理设备接收所述N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数。[0187]其中，预设的N乘M个校准通道的传输参数预存储在所述有源天线设备中；基带处理设备从所述有源天线设备中获取所述预设的N乘M个校准通道的传输参数。
[0188]优选地，基带处理设备获取上行数据，并采用所述接收校准幅度修正参数对所述上行数据进行幅度修正，以及采用所述接收校准相位修正参数对所述上述数据进行相位修正。
[0189]基于以上第六?第七实施例所提供的通信系统，如图10所示，进行接收校准的具体过程如下:
[0190]步骤1001:接收校准开始；
[0191]步骤1002 =Massive AAU将校准参数存储单元中保存的各校准通道的传输参数发送给Massive BBU,该传输参数可表示为Si, i = 1，...，NM ;
[0192]步骤1003 =Massive BBU通过I路校准通道发送校准序列c后，然后通过N乘M路射频通道分别接收，进行接收校准，
[0193]步骤1004 =Massive BBU在N乘M个射频通道共接收到N乘M路接收校准IQ数字信号ri; i = 1，...，NM，接收校准IQ数字信号为校准序列c经Massive AAU的校准通道传输后返回给Massive BBU的信号；
[0194]步骤1005 =Massive BBU根据第i个射频通道对应的接收校准IQ数字信号，以及第i个射频通道对应的传输参数，对该射频通道所对应的接收校准IQ数字信号修正为rjSi ;
[0195]步骤1006 =Massive BBU根据修正后的接收校准IQ数字信号以及校准序列，计算得到每个射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数；
[0196]步骤1007 =Massive BBU在接收上行数据后，根据各射频通道所对应的接收校准幅度修正参数对接收的上行数据的幅度进行修正，以及根据各射频通道所对应的接收校准相位修正参数对接收的上行数据的相位进行修正，以保证各天线振子接口处的幅度和相位一致。
[0197]基于同一发明构思，本发明第九实施例中，还提供了一种发射校准方法，以对各天线通道进行发射校准，具体过程如下:
[0198]基带处理设备将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号发送给有源天线设备，由所述有源天线设备依次经N乘M路射频通道、I路校准通道传输所述修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号后，得到I路发射校准IQ数字信号；
[0199]所述基带处理设备接收所述I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数。
[0200]优选地，预设的N乘M个校准通道的传输参数预存储在所述有源天线设备中；
[0201]基带处理设备从所述有源天线设备中获取所述预设的N乘M个校准通道的传输参数。
[0202]优选地，基带处理设备对待发射的数据进行波束赋形，并采用所述发射校准幅度修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用所述发射校准相位修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行相位修正后发送给所述有源天线设备。
[0203]基于以上第六?第七实施例所提供的通信系统，如图11所示，进行发射校准的具体过程如下:
[0204]步骤1101:发射校准开始；
[0205]步骤1102 =Massive AAU将校准参数存储单元中保存的各校准通道的传输参数发送给Massive BBU,该传输参数可表示为Si, i = 1，...，NM ;
[0206]步骤1103 =Massive BBU根据各射频通道所对应的校准通道的传输参数，将所对应的射频通道所对应的校准序列Ci (i = 1，...，NM)修正为Ci/Si ；
[0207]步骤1104 =Massive BBU通过N乘M路射频通道分别发送修正后的校准序列CiAi后，然后通过I路校准通道接收，进行发射校准；
[0208]步骤1105 =Massive BBU接收来自I路校准通道的I路混合发射校准IQ数字信号r，并根据混合发射校准IQ数字信号以及射频通道所对应的校准序列Ci，计算每个射频通道的发射校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数；
[0209]步骤1106 =Massive BBU对待发射的数据进行波束赋形，并采用发射校准幅度修正参数对波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用发射校准相位修正参数对波束赋形处理后的数据进行相位修正。
[0210]基于上述技术方案，本发明实施例中，通过在有源天线设备中增设天线耦合电路单元、校准通道、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元，以为收发校准提供硬件支撑，使得能够基于该具有校准通道和校准电路的有源天线设备实现各射频通道的收发校准，在采用有源天线设备实现天线通道的可扩展设计的同时，保证各天线通道的性能保持一致，降低工程实施难度的同时，提高了实施可靠性。
[0211]同时，本发明实施例提供的发射校准方法，消除了校准网络内部参数对的发射校准性能的影响，确保了各天线振子的接口处的幅度和相位的一致。
[0212]本发明实施例提供的接收校准方法，消除了校准网络内部参数对接收校准性能的影响，确保了各天线振子的接口处的幅度和相位的一致。
[0213]本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0214]本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0215]这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0216]这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0217]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1.一种有源天线设备，其特征在于，包括: N个有源天线阵列、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元以及光载无线通信ROF光电转换单元，所述N大于I ; 所述有源天线阵列至少包括天线耦合电路单元以及M个连接至所述天线耦合电路单元的天线振子，所述M大于I ; 所述有源天线阵列的天线校准耦合电路单元通过校准通道连接至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路与所述收发校准单元连接，所述收发校准单元以及所述校准参数存储单元分别连接至所述ROF光电转换单元； 所述校准参数存储单元保存N个所述有源天线阵列的校准通道的传输参数，以及将所述传输参数传送给所述ROF光电转换单兀，由所述ROF光电转换单兀转换为光信号后经光纤发送； 所述有源天线阵列中的天线校准耦合电路单元将接收的M路校准射频信号耦合为一路发射校准射频信号通过校准通道输出至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将N个所述有源天线阵列传送的N路发射校准射频信号合并为一路发射校准射频信号，所述收发校准单元将所述主校准耦合电路单元传送的所述一路发射校准射频信号进行功率放大后，解调为发射校准IQ模拟信号输出至所述ROF光电转换单元，所述ROF光电转换单元将所述发射校准IQ模拟信号转换为光信号并通过光纤传送； 或者， 所述收发校准单元 将所述ROF光电转换单元传送的接收校准IQ模拟信号调制为接收校准射频信号，进行功率放大后传送给所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将功率放大后的所述接收校准射频信号分路为相同的N路接收校准射频信号，分别通过N个所述有源天线阵列所对应的校准通道发送至相对应的所述天线校准耦合电路单元，所述天线校准耦合电路单元将接收的一路所述校准射频信号分路成M路校准射频信号。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述有源天线阵列还包括: 依次连接的滤波器阵列、功率放大器和低噪声放大器PA/LNA阵列和收发信机阵列，所述滤波器阵列与所述天线校准耦合电路单元连接，所述收发信机阵列与所述ROF光电转换单元连接； 所述滤波器阵列，用于对M路校准射频信号进行滤波； 所述PA/LNA阵列，用于对M路校准射频信号进行功率放大； 所述收发信机阵列，用于将M路校准射频信号转换为M路IQ模拟信号并发送，或者，将接收的M路IQ模拟信号转换为M路校准射频信号。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述主校准耦合电路单元包括: 一个以上的合路分路器； 或者，一个以上的合路分路器和耦合器； 或者，一个以上的开关矩阵。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述收发校准单元包括:相互连接的射频信号放大单元和收发信机单元； 所述射频信号放大单元与所述主校准耦合电路单元连接，所述收发信机单元与所述ROF光电转换单元连接。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述滤波器阵列包括:相互独立的M路滤波器。
6.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述PA/LNA阵列包括: 相互独立的M路功率放大器和相互独立的M路低噪声放大器。
7.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述收发信机阵列包括:M路收发信机单元。
8.一种有源天线设备，其特征在于，包括: N个有源天线阵列、主校准耦合电路单元、收发校准单元、校准参数存储单元、数字处理单元以及光纤接口单元，所述N大于I ; 所述有源天线阵列至少包括天线耦合电路单元以及M个连接至所述天线耦合电路单元的天线振子，所述M大于I ; 所述有源天线阵列的天线校准耦合电路单元通过校准通道连接至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路与所述收发校准单元连接，所述收发校准单元以及所述校准参数存储单元分别连接至所述数字处理单元； 所述校准参数存储单元保存N个所述有源天线阵列的校准通道的传输参数，以及将所述传输参数传送给所述数字处理单元； 所述有源天线阵列中的天线校准耦合电路单元将接收的M路校准射频信号耦合为一路发射校准射频信号通过校准通道输出至所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将N个所述有源天线阵列传送的N路发射校准射频信号合并为一路发射校准射频信号，所述收发校准单元将所述主校准耦合电路单元传送的所述一路发射校准射频信号进行功率放大后，解调为发射校准IQ模拟信号输出至所述数字处理单元，由所述数字处理单元将所述发射校准IQ模拟信号转换为发射校准IQ数字信号并通过光纤接口单元传送； 或者， 所述数字处理单元将通过所述光纤接口单元接收的接收校准IQ数字信号转换为接收校准IQ模拟信号，所述收发校准单元将所述数字处理单元传送的接收校准IQ模拟信号调制为接收校准射频信号，进行功率放大后传送给所述主校准耦合电路单元，所述主校准耦合电路单元将功率放大后的所述接收校准射频信号分路为相同的N路接收校准射频信号，分别通过N个所述有源天线阵列所对应的校准通道发送至相对应的所述天线校准耦合电路单元，所述天线校准耦合电路单元将接收的一路所述校准射频信号分路成M路校准射频信号。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述有源天线阵列还包括: 依次连接的滤波器阵列、功率放大器和低噪声放大器PA/LNA阵列和收发信机阵列，所述滤波器阵列与所述天线校准耦合电路单元连接，所述收发信机阵列与所述数字处理单元连接； 所述滤波器阵列，用于对M路校准射频信号进行滤波； 所述PA/LNA阵列，用于对M路校准射频信号进行功率放大； 所述收发信机阵列，用于将M路校准射频信号转换为M路IQ模拟信号并发送，或者，将接收的M路IQ模拟信号转换为M路校准射频信号。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述主校准耦合电路单元包括: 一个以上的合路分路器；或者，一个以上的合路分路器和耦合器； 或者，一个以上的开关矩阵。
11.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述收发校准单元包括:相互连接的射频信号放大单元和收发信机单元； 所述射频信号放大单元与所述主校准耦合电路单元连接，所述收发信机单元与所述数字处理单元连接。
12.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述滤波器阵列包括:相互独立的M路滤波器。
13.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述PA/LNA阵列包括: 相互独立的M路功率放大器和相互独立的M路低噪声放大器。
14.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述收发信机阵列包括:M路收发信机单J Li ο
15.一种基带处理设备，其特征在于，包括: 依次连接的光载无线通信ROF光电转换单元、数字处理单元和基带处理单元； 所述基带处理单元将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送至所述数字处理单元；以及接收N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数；或者， 所述基带处理单元将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，并发送修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号至所述数字处理单元，由所述数字处理单元将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号转换为N乘M路发射校准IQ模拟信号后通过所述ROF光电转换单元转换为光信号经光纤发送；以及接收I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数； 所述接收的N乘M路接收校准IQ数字信号为所述I路接收校准IQ数字信号依次经有源天线设备的I路校准通道、N乘M路射频通道传输后，经由所述光纤接收并经所述ROF光电转换单元和数字处理单元处理后获得； 所述接收的I路发射校准IQ数字信号为修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号依次经有源天线设备的N乘M路射频通道、I路校准通道传输后，由所述光纤接收并经所述ROF光电转换单元和数字处理单元处理后获得； 所述预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述ROF光电转换单元以及所述数字处理单元传送至所述基带处理单元。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述基带处理单元还用于: 获取上行数据，并采用所述接收校准幅度修正参数对所述上行数据进行幅度修正，以及采用所述接收校准相位修正参数对所述上述数据进行相位修正；所述上行数据根据经由所述光纤、所述ROF光电转换单元以及所述数字处理单元传送至基带处理单元的上行信号得到。
17.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述基带处理单元还用于: 对待发射的数据进行波束赋形，并采用所述发射校准幅度修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用所述发射校准相位修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行相位修正后发送给所述数字处理单元，经由所述数字处理单元和所述ROF光电转换单元处理后经由所述光纤发送。
18.一种基带处理设备，其特征在于，包括:相互连接的光纤接口单元和基带处理单元; 所述基带处理单元将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送至所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元通过光纤发送；以及接收经由所述光纤接口单元传送的N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据所述修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数； 或者， 所述基带处理单元将 预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，并发送修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号至所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号转换为光信号经光纤发送；以及接收由所述光纤接口单元传送的I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数； 接收的所述N乘M路接收校准IQ数字信号为所述I路接收校准IQ数字信号依次经有源天线设备的I路校准通道、N乘M路射频通道传输后，经由所述光纤接收并经所述光纤接口单元处理后获得； 接收的所述I路发射校准IQ数字信号为所述修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号依次经有源天线设备的N乘M个射频通道、I路校准通道传输后，由所述光纤接收并经所述光纤接口单元处理后获得； 所述预设的N乘M个校准通道的传输参数由所述光纤接收后经所述光纤接口单元传送至所述基带处理单元。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述基带处理单元还用于: 获取上行数据，并采用所述接收校准幅度修正参数对所述上行数据进行幅度修正，以及采用所述接收校准相位修正参数对所述上述数据进行相位修正； 所述上行数据根据经由所述光纤、所述光纤接口单元传送至所述基带处理单元的上行 号得到。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述基带处理单元还用于: 对待发射的数据进行波束赋形，并采用所述发射校准幅度修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用所述发射校准相位修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行相位修正后发送给所述光纤接口单元，由所述光纤接口单元转换为光信号后通过所述光纤发送。
21.一种通信系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的有源天线设备以及权利要求15-17任一项所述的基带处理设备，所述基带处理设备与所述有源天线设备通过光纤连接。
22.一种通信系统，其特征在于，包括权利要求8-14任一项所述的有源天线设备以及权利要求18-20任一项所述的基带处理设备，所述基带处理设备与所述有源天线设备通过光纤连接。
23.一种接收校准方法，其特征在于，包括: 基带处理设备将预设的I个接收校准序列转化为I路接收校准IQ数字信号，并将所述I路接收校准IQ数字信号发送给有源天线设备，由所述有源天线设备依次经I路校准通道、N乘M路射频通道传输所述I路接收校准IQ数字信号后，得到N乘M路接收校准IQ数字信号; 所述基带处理设备接收所述N乘M路接收校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数，对所述N乘M路接收校准IQ数字信号进行修正，并根据修正后的N乘M路接收校准IQ数字信号以及所述接收校准序列，计算所述校准通道所对应的各射频通道的接收校准幅度修正参数和接收校准相位修正参数。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述预设的N乘M个校准通道的传输参数预存储在所述有源天线设备中； 所述基带处理设备从所述有源天线设备中获取所述预设的N乘M个校准通道的传输参数。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 所述基带处理设备获取上行数据，并采用所述接收校准幅度修正参数对所述上行数据进行幅度修正，以及采用所述接收校准相位修正参数对所述上述数据进行相位修正。
26.一种发射校准方法，其特征在于，包括: 基带处理设备将预设的N乘M个发射校准序列转化为N乘M路发射校准IQ数字信号，采用预设的N乘M个校准通道的传输参数对所对应的校准通道的N乘M路发射校准IQ数字信号进行修正，将修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号发送给有源天线设备，由所述有源天线设备依次经N乘M路射频通道、I路校准通道传输所述修正后的N乘M路发射校准IQ数字信号后，得到I路发射校准IQ数字信号； 所述基带处理设备接收所述I路发射校准IQ数字信号，并根据接收的所述I路发射校准IQ数字信号及所述N乘M个发射校准序列计算所述校准通道所对应的各射频通道的发射校准幅度修正参数和发射校准相位修正参数。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述预设的N乘M个校准通道的传输参数预存储在所述有源天线设备中； 所述基带处理设备从所述有源天线设备中获取所述预设的N乘M个校准通道的传输参数。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 所述基带处理设备对待发射的数据进行波束赋形，并采用所述发射校准幅度修正参数对所述波束赋形处理后的数据进行幅度修正，以及采用所述发射校准相位修正参数对所述波束赋形处理后 的数据进行相位修正后发送给所述有源天线设备。
【文档编号】H04B1/38GK103997352SQ201410204038
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月14日 优先权日:2014年5月14日
【发明者】李传军, 苏昕 申请人:电信科学技术研究院