波束成形系统的相位测量

　　测量相位

　　显而易见，对于波束成形，系统必须能够测量各发射机输出的相对相位失调。完成相对相位失调计算后，除了用于波束控制的相位和幅度系数外，BBP还会对各信号路径应用一个校正因数。

　　图6显示了一种确定相对相位失调的常用方法，即利用系统中的额外接收机。所示的曲线路径同样是为了强调从各RF前端到RF开关的路径长度必须相等。经过下变频、滤波和发射信号数字化后，计算相位Tan-1 (Q/I)以得出各路径的相位失调。然后，BBP将这些校正因数应用于波束成形系数。

图6 具有发射路径相位检测功能的4天线波束成形系统

　　下变频处理要求一个全功能接收机子系统，但接收路径的最大增益不需要像正常接收机那样高。这种解决方案会增加成本，但波束成形带来的利益更大。

 　　通过集成降低成本

　　提高集成度可以在保有波束成形好处的同时，降低图6实现方案的成本。集成可分为多个级别。例如，整个接收机子系统或发射机子系统可以使用一个IC以降低成本。进一步的集成，例如将多个发射机和接收机集成到单个IC中，可以在保持波束成形功能的同时实现最低成本解决方案。

　　对于时分双工(TDD)系统，将接收机和发射机集成到同一IC封装中还能提供其它好处。这种情况下，接收机和发射机并非同时使用，因此在发送子帧期间，可以让接收机执行其它任务，例如测量发射机输出的相位。图7所示就是这种架构。图中显示的是发送子帧期间的情况。标为“Tx Monitor”的模块是被改派用场的接收机，用于在发送子帧期间测量耦合器的功率并提供I/Q数据输出。对于接收子帧，接收机电路断开Tx Monitor输入，作为正常接收机工作。

　　第一个2x2收发器的发射和监控路径使用内部LO。第二个2x2收发器的发射和监控路径使用不同的LO。LO的频率相同，但可能存在相位差，而且每次收发器上电时，该相位差可能发生变化。

　　图7中，Tx Monitor 2的输出相位等于ΦAnt1（从发射路径中的LO 1到耦合器的延迟）加上ΦTxMon2（Tx Monitor路径返回LO 1的延迟）。图中将它表示为Φ(det)。如果两条粗线路径匹配，则Tx Monitor 3的输出 = Φ(det) + ΦAnt2 + ΦLO 2 - ΦLO 1。从该值中减去Φ(det)便得到Ant1与Ant2之间的相位差。其它天线路径的相位差可以类似方式求得。

图7 集成波束成形系统

　　总结

　　波束成形是提高覆盖范围，同时减小对其它小区干扰的实用方法。在波束成形中，至关重要的是系统必须能够测量各信号与其相关天线的相对相位。接收机子系统可以执行这种功能，但集成器件能够在保有波束成形好处的同时，显著降低成本。ADI公司的AD9356或AD9357 2x2收发器在同一芯片上集成两个接收机、两个发射监控器和两个发射机，还能够进一步降低成本。