智能天线在TD-SCDMA系统中的应用
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只供内部使用智能天线在TD－SCDMA系统中的应用1. 文档控制1）2）3）文档发行范围目录1.1编写目的 (4)1.2预期读者和阅读建议 (4)1.3参考资料 (4)2.1智能天线结构简图 (6)2.2测试连接图 (6)3.1智能天线基本功能; (7)4.1概述 (8)4.2工厂校准 (9)4.3初始化校准 (9)4.3.1初始化校准的基本步骤 (9)4.3.2初始化校准流程图： (10)4.3.3初始化校准的消息流程图： (12)4.4周期性校准 (15)5 智能天线DOA和DOT的成形 (17)6 其它 (18)1 引言本测试报告是根据2003年10月27日LCR项目组话会议工作安排而编写的。
1.1 编写目的介绍LCR智能天线的基本概念。
1.2 预期读者和阅读建议适用现场测试部以及其它相关人员阅读1.3 参考资料A.TD-SCDMA Node B白箱集成测试规范－AC V2B. FC subsystem SW Function SpecificationC. SJ/M1 SW Function specification缩写术语ACU Access control unitAC Antenna CalibrationAPB Application Part on BICAS Antenna SystemBC Burst CompositionBF BeamFormingBPF Band Pass FilterBIC Basic information controlBSP Board Support PacketCAN Contorl Area NetworkCC Channel CodeDOA Direction of ArrivalDOT Direction of TransmissionDDC Digital Down ConverterDUC Digital Up ConverterDPCH Dedicated Physical ChannelFC Fast ControlFP Frame ProtocolFPGA Field programmable Gate ArrayF-PACH Fast Physical Access ChannelFPP Frame Protocol ProcessorHPI Host Port InterfaceLCU Least Configurable UnitLPB Lightening Protection Box for RF signalLIPRO LIghtening PROtection for power supply and signal lines LVDS Low Voltage Differential SignallingLNA Low Noise AmplifierM1 Measurement Layer 1MCPA Multi Carrier Power AmplifierNBAP Node B Application PartO/M Operation and MaintenancePID Product Identification DataPGC Programmable Gain ControllerRNC Radio Network ControllerRFTRXU Radio Frequency Transceiver UnitRRC Root Raised Cosine FilterSD Synchronization DetectionSJ Smart Antenna and Joint DetectionSIBASE SIPROC Base Process UnitSICAT Signal Process TD-SCDMA Air interface Processor SWIPA Switch-MCPA-LNA UnitEEPROM Electrically Erasable PROM2 配置结构说明2.1 智能天线结构简图图2-1智能天线阵简图2.2 测试连接图图2-2 基站智能天线测试连接图3 智能天线基本功能3.1 智能天线基本功能;TD-SCDMA采用的是TDD时分双工模式，比较适合智能天线技术，从某种意义上，TD-SCDMA系统就是基于智能天线来设计的。
智能天线基本功能主要包括：Node B使用8根智能天线阵和相干无线收发信机来实现射频信号的接收和发射，通过基带数字信号处理，对每根天线链路上接收到的信号按一定算法进行合并，实现上行波束赋形。
由于TD-SCDMA采用TDD模式，故可以用上行波束赋形的结果直接使用于下行波束赋形。
智能天线可以充分使用多天线分集效果，大大降低多址干扰，增加接收机灵敏度和发射机的EIRP。
1、智能天线校准智能天线校准分为初始化校准和周期性校准两个步骤。
采用校准算法，能够补偿八个射频传输通路的差异，使天线阵元的输出功率和相位达到一致；2、智能天线波束赋形智能天线利用上行信号来进行上下行波束赋形，形成较强的主波束指向终端，增强了有用信号，同时抑制了对其它用户的干扰。
3、智能天线联合空时处理技术和联合检测技术智能天线利用联合空时处理技术将接收到的用户信号（本小区和非本小区的），通过DSP采用协方差矩阵算法和联合检测算法等，将本小区和邻小区的干扰大大降低，从而抑制了干扰，提高了系统的容量。
4 智能天线校准4.1 概述智能天线是由一组空分的独立的天线元素组成的一个天线阵列系统。
该阵列的输出与收发信机的一组多个输入相结合，这些独立的天线元素结合在一起提供一个综合的时空信号。
与使用单个天线、采用固定方式、结合天线口信号的接收机相比较，智能天线能够动态地调整结合信号的机制以提高系统的性能。
正因为这个原因，智能天线相当于一个特性能够根据需要自动地调整的天线。
在TD-SCDMA移动通信系统中，我们使用8个完全相同的天线单元均匀地放置在一个半径为R的圆形上，组成我们所需的环形天线阵列。
这种阵列对于干扰消除技术特别有效。
每两个天线之间的距离d是载波波长λ的一半（d≈0.5λ＝7.5cm）。
TD-SCDMA智能天线系统中，天线阵主要有两种类型的天线，工作天线和校准天线。
八根工作天线呈环形排列，用来发送和接收射频信号，校准天线通过耦合网络与八根工作天线实现电路连接，用来校准八根工作天线。
校准包括八根工作天线发送、校准天线接收的校准，和校准天线发送、八根工作天线接收的校准。
校准过程包括工厂校准，初始化校准和周期校准，以保证8根阵元在工作状态下有相同的物理特性，并且收发具有相同的加权幅度和相位（对于BCCH和DwPTS来说）。
AC天线校准的目的：智能天线校准的目的主要包括：∙正确的设置载波频率∙正确的设置各天线单元的输出功率和相位∙正确的设置各RX单元的增益∙保证下行发射时，天线各单元的一致性（满足下行波束赋形的需要）。
∙保证上行接收时，天线各单元的一致性（满足上行接收的需要）天线校准是为了确保所有天线单元具有相同的幅度和相位，并且是波束赋形应用的前提。
在初始化校准中有10分钟的预热过程。
预热过程使得所有射频单元达到正常的工作温度，并比较与工厂校准的温度和频率的差异从而获得正确的增益设置。
此外通过校准还要获得射频往返时延以及馈线损耗，以便各射频单元调整参数，使8个射频通路达到平衡。
因此无论是对于单根天线还是8根天线来说，校准以达到准确的射频校准结果是非常必要的。
8根天线和单根天线的校准过程是相同的。
在使用智能天线时，必须具有对智能天线进行实时自动校准的技术。
在前述智能天线原理介绍中，我们在TDD系统中使用智能天线时是根据电磁场理论中的互易原理，直接利用上行波束赋形系数来进行下行波束赋形。
但对实际无线基站，每一条通路的无线收发信机不可能是全同的，而且，其性能将随时期、工作电平和环境条件等因素变化。
如果不进行实时自动校准，则下行波束赋形将受严重影响。
不仅得不到智能天线的优势，甚至完全不能通信。
4.2 工厂校准工厂校准：此校准过程由硬件测试平台HWTP控制实现。
工厂校准的目的是获得每个SWIPA和RFMAIN的原始校准数据。
根据测试结果，每个SWIPA和RFTRXU将得到各自的校准系数表；这些校准系数表主要由其物理特性决定，保存在SWIPA和RFTRXU的EEPROM中，并在初始化校准过程中的馈线损耗测量和增益调整中用到。
4.3 初始化校准初始化校准主要是对射频增益和基带IQ信号幅相进行设置，保证各收发通道的一致性，主要包括预热、电缆损耗测量和环回时延测量等过程。
初始校准发生在功能恢复阶段（基站开启阶段），由ACU发起并由SICAT中的AC子模块控制进行；在这个阶段，经过的初始化校准后，每个SWIPA末端的输出功率增益调整到标称值（SWIPA标称值为40dB，但一般工作在30dbm左右），8根天线的幅度通过RFTRXU的补偿Cable Loss的损失而达到基本一致。
但8根天线收发信号的相位没有进行调整。
4.3.1 初始化校准的基本步骤初始化校准共分为7个步骤：⑴NodeB上电，RFTRXU上电，SWIPA上电。
上电后RFTRXU和SWIPA向ACU上报O_CANSI_CAN_PROC_ID；⑵设置频点；⑶读取RFTRXU和SWIPA的EEPROM中存储的校准数据；⑷设置SWIPA和SIPROC的时间提前量；⑸对RFTRXU与SWIPA预热；⑹计算电缆损耗；⑺计算环路时延；4.3.2 初始化校准流程图：（1）初始化校准是在系统启动过程时进行。
RFTRXU和SWIPA上电后向ACU上报O_CANSI_CAN_PROC_ID，ACU接到O_CANSI_CAN_PROC_ID后发送响应消息CAN_PROC_ID_ACK，同时ACU检查是否全部CAN实体均已上报。
（2）设置频点。
设置频点之前，首先将SWIPA置为StandBy状态（此时MCPA和LNA均处于关断状态，从RFTRXU输出的信号不会对PA和LNA造成任何影响），以减小对其他工作的NodeB的干扰。
（3）RFTRXU和SWIPA的EEPROM中校准数据的读取。
RFTRXU和SWIPA都含有支持校准用的EEPROM，EEPROM中存储了校准要用的参数，这些参数可分为三类：定义参数(def.)，如参考温度；公用物理参数(com.)，这些参数在研发阶段决定，而不需工厂测试，如用于温度补偿的温度系数；独立物理参数(ind.)，这些参数需要由工厂测试确定，如RFTRXU各通道的收发增益固定部分G0(Ft)其中有些参数是随频率变化的，这时EEPROM中存储的是这些参数在4个不同测试频率点时的值。
在EEPROM中各参数，除非特殊说明，均以2字节的有符号整型数格式存储(-32767～32767)。
