天线相位误差校正方法、装置、基站和存储介质

摘要

本申请涉及一种天线相位误差校正方法、装置、基站和存储介质。方法包括：获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。采用本方法能够应用在多径环境中，避免了在暗室中的系统部署，因此校正成本更低、耗时更短，且由于是在部署完成后的现场实现天线相位误差测量和估计，因此能够得到天线在当前环境中的真实响应，从而提高校正精度和阵列测向精度。

权利要求

1.一种天线相位误差校正方法，其特征在于，所述方法包括：获取相同终端在不同位置的定位信号，根据所述定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

根据所述频域响应矩阵得到所述定位信号中直达径的路径衰落系数；

根据所述直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

根据所述天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据所述天线相位误差估计值实现天线相位误差校正；

所述根据所述频域响应矩阵得到所述定位信号中直达径的路径衰落系数，包括：根据所述频域响应矩阵确定所述定位信号中的路径数量，在所述定位信号的所有路径中确定直达径，获取所述直达径的路径衰落系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述频域响应矩阵确定所述定位信号中的路径数量，在所述定位信号的所有路径中确定直达径，获取所述直达径的路径衰落系数，包括：基于所述频域响应矩阵，结合路径传播时延和所述所有路径的路径衰落系数构建对数似然函数；

解算所述对数似然函数，得到每条路径的所述路径衰落系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述解算所述对数似然函数，得到每条路径的所述路径衰落系数，包括：采用期望最大化算法对所述对数似然函数进行迭代计算，直至相邻两次迭代计算的结果之差小于设定值，得到所述路径衰落系数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述频域响应矩阵确定所述定位信号中的路径数量，在所述定位信号的所有路径中确定直达径，获取所述直达径的路径衰落系数，包括：解算所述对数似然函数，得到每条路径的所述路径传播时延；

根据所述路径传播时延在所述定位信号的所有路径中确定直达径。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差，包括：根据所述直达径的路径衰落系数，结合天线阵列结构，对天线阵列阵元间路径差造成的相位旋转进行补偿，得到更新后的直达径路径衰落系数；

提取所述更新后直达径路径衰落系数的相位；

根据所述更新后直达径路径衰落系数中的相位得到所述天线阵元间相位差。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据所述天线相位误差估计值实现天线相位误差校正，包括：通过多次获取定位信号，获取多个天线阵元间的相位差；

根据所述多个天线阵元间的相位差得到所述天线相位误差估计值；

通过所述天线阵元间的相位差估计值确定相位误差函数，根据所述相位误差函数实现天线相位误差校正。

7.一种天线相位误差校正装置，其特征在于，所述装置包括：获取单元，用于获取相同终端在不同位置的定位信号，根据所述定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

计算单元，用于根据所述频域响应矩阵得到所述定位信号中直达径的路径衰落系数，所述根据所述频域响应矩阵得到所述定位信号中直达径的路径衰落系，包括：根据所述频域响应矩阵确定所述定位信号中的路径数量，在所述定位信号的所有路径中确定直达径，获取所述直达径的路径衰落系数；

确定单元，用于根据所述直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

校正单元，用于根据所述天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据所述天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算单元还用于：基于频域响应矩阵，结合路径传播时延和所有路径的路径衰落系数构建对数似然函数；解算该对数似然函数，得到每条路径的路径衰落系数。

9.一种基站，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的方法的步骤。

说明书

天线相位误差校正方法、装置、基站和存储介质

技术领域

[0001] 本申请涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种天线相位误差校正方法、装置、基站和存储介质。

背景技术

[0002] 随着工业互联网、物联网和车联网的快速发展，高精度定位成为智能机器人、无人车等移动终端不可或缺的关键支撑服务。在对终端定位时，需要根据测量参数提升定位精度，降低定位误差，对定位误差进行校正。

[0003] 传统技术中，对于定位系统中的天线相位误差的有源校正，考虑了角度依赖的相位误差。然而，在测量相位曲线时，没有考虑多径信号的影响，因此在计算时，需要先在无反射的微波暗室或空旷的室外环境中测量相位曲线，成本较高且费时费力，实用性不高。

发明内容

[0004] 基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够基于多径信号实现的天线相位误差校正方法方法、装置、基站、计算机可读存储介质和计算机程序产品。

[0005] 第一方面，本申请提供了一种天线相位误差校正方法。该方法包括：

[0006] 获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

[0007] 根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；

[0008] 根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

[0009] 根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0010] 在其中一个实施例中，根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数，包括：

[0011] 根据所述频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数。在其中一个实施例中，根据所述频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数，包括：

[0012] 基于频域响应矩阵，结合路径传播时延和所有路径的路径衰落系数构建对数似然函数；

[0013] 解算该对数似然函数，得到每条路径的路径衰落系数。

[0014] 在其中一个实施例中，解算该对数似然函数，得到每条路径的路径衰落系数，包括：

[0015] 采用期望最大化算法对该对数似然函数进行迭代计算，直至相邻两次迭代计算的结果之差小于设定值，得到路径衰落系数。

[0016] 在其中一个实施例中，根据所述频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数，包括：

[0017] 解算该对数似然函数，得到每条路径的路径传播时延；

[0018] 根据路径传播时延在定位信号的所有路径中确定直达径。

[0019] 在其中一个实施例中，根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差，包括：

[0020] 根据直达径的路径衰落系数，结合天线阵列结构，对天线阵列阵元间路径差造成的相位旋转进行补偿，得到更新后的直达径路径衰落系数；

[0021] 提取更新后直达径路径衰落系数的相位；

[0022] 根据更新后直达径路径衰落系数中的相位得到天线阵元间相位差。

[0023] 在其中一个实施例中，根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正，包括：

[0024] 通过多次获取定位信号，获取多个天线阵元间的相位差；

[0025] 根据多个天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值；

[0026] 通过天线阵元间的相位差估计值确定相位误差函数，根据相位误差函数实现天线相位误差校正。

[0027] 第二方面，本申请还提供了一种天线相位误差校正装置。该装置包括：

[0028] 获取单元，用于获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

[0029] 计算单元，用于根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；

[0030] 确定单元，用于根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

[0031] 校正单元，用于根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0032] 第三方面，本申请还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

[0033] 获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

[0034] 根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；

[0035] 根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

[0036] 根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0037] 第四方面，本申请还提供了一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

[0038] 获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

[0039] 根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；

[0040] 根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

[0041] 根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0042] 第五方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

[0043] 获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

[0044] 根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；

[0045] 根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

[0046] 根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0047] 上述天线相位误差校正方法、装置、基站、存储介质和计算机程序产品，通过已知位置的终端在不同的终端位置向基站发送定位信号，在基站对接收到的不同位置的，包括直达径和反射径所有路径的混合信号进行处理，得到无线信道的频域响应矩阵；根据频域响应矩阵得到定位信号中提取到直达径的路径衰落系数；根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。本方法在复杂的多径环境中利用实际定位信号进行天线相位误差曲线的估计，无需增加额外的设施，与传统方法在微波暗室中进行有源实验的相位误差曲线测量方法相比，本方法可以应用在多径环境中通过获取直达径的路径衰落系数进而实现天线相位误差的准确估计，由于本申请避免了在暗室中的系统部署，因此本方法的天线相位校正方法计算复杂度低，成本低，耗时短。本方法在部署完成后的现场实现天线相位误差测量和估计，因此能够将部署过程中引入的误差考虑进去，得到的误差无线也更能够反映天线在当前环境中的真实响应，从而提高天线相位误差的校正精度和阵列测向精度。

附图说明

[0048] 图1为一个实施例中天线相位误差校正方法的应用环境图；

[0049] 图2为一个实施例中天线相位误差校正方法的流程图；

[0050] 图3为一个实施例中定位系统配置示意图；

[0051] 图4为另一实施例中天线相位误差校正方法的流程图；

[0052] 图5为一个实施例中频域响应矩阵计算方法流程图；

[0053] 图6为一个实施例中生成天线相位误差函数流程图；

[0054] 图7为一个实施例中天线相位误差校正的实验配置图；

[0055] 图8为一个实施例中天线相位误差函数估计值与采集数据估计值对比图；

[0056] 图9为另一实施例中天线相位误差校正与AoA估计的实验配置图；

[0057] 图10为一个实施例中AoA估计误差经验累积分布函数结果图；

[0058] 图11为一个实施例中天线相位误差校正装置的结构框图；

[0059] 图12为一个实施例中基站的内部结构图。

具体实施方式

[0060] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

[0061] 本申请实施例提供的天线相位误差校正方法，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，终端102与基站104进行通信。基站104获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；基站104根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；基站104根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；基站104根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0062] 其中，终端102可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。基站104可以是宏基站、微基站、射频拉远、直放站或室内分布系统等。

[0063] 在一个实施例中，如图2所示，提供了一种天线相位误差校正方法，以该方法应用于图1中的基站104为例进行说明，包括以下步骤：

[0064] 步骤202：获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵。

[0065] 定位系统中包括终端和基站，在基站上设置有天线，终端在基站天线覆盖范围内。在本实施例定位系统中，通过同一个终端在不同位置分别向基站发射定位信号，在每个定位信号的位置都对该终端的位置进行标定。基站通过定位信号进行天线相位误差的估计。

[0066] 无线信道的频域响应矩阵通过对定位信号进行信号处理得到。示例性地，在根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵时，先将接收到的定位信号进行滤波等数据处理，得到定位信号序列，再通过例如傅里叶变换等方法得到频域接收定位信号矩阵，然后根据该频域接收定位信号矩阵以及发射定位信号序列进行信道估计，得到终端与基站间的无线信道频域响应矩阵。在进行信道估计时，可以使用最小二乘（Least Squares，LS）信道估计器计算该无线信道频域响应矩阵。对于该频域响应矩阵，还可以通过射频通道校正系数对该矩阵中的射频通道误差进行校正，本实施例根据校正后的频域响应矩阵计算天线相位误差函数。

[0067] 步骤204：根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数。

[0068] 在获取的频域响应矩阵信号中，除了终端发射的定位信号，基于多径效应，对于墙壁、柱子、水管以及金属设备等对终端发射信号的反射产生的信号。本实施例针对该情况，先对定位信号进行处理，得到定位信号中直达径的路径衰落参数，然后再基于该直达径的路径衰落系数计算天线相位误差，实现天线相位误差估计。例如，可以先根据定位信号获取所有路径的路径衰落系数，然后获取定位信号中直达径的路径衰落系数。

[0069] 步骤206：根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差。

[0070] 对获取的直达径的路径衰落系数的相位提取，得到直达径衰落系数的相位。再根据路径衰落系数中的相位计算天线阵各阵元与参考阵元的相位差。

[0071] 步骤208：根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0072] 其中，天线相位误差估计值是根据多次重复测量的天线阵元间的相位差进行计算得到的估计值，通过多次重复测量获得的相位差可以提高相位误差的估计精度。在计算天线相位误差估计值时，可以使用滤波器剔除重复测量后序列中的异常值，或者通过取平均值的方式对天线相位误差值进行估计，也可以又剔除异常值又通过平均值进行误差估计。

[0073] 上述天线相位误差校正方法中，通过获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵，并根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数，通过该直达径的路径衰落系数提取相位，并进行计算得到天线阵元间的相位差，得到天线相位差估计值，根据该天线相位差估计值得到天线相位误差函数，实现对天线相位误差的校正。

[0074] 本方法基于定位系统，能够在存在复杂多径的现场环境中实现天线相位误差的解算，避免利用微波暗室对天线相位误差进行精密测量的步骤，显著降低天线相位误差的校正成本，提高无线定位系统中AOA（Angle of Arrival，到达角）技术的实用性。

[0075] 在一个实施例中，根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数，包括：根据频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数。

[0076] 如前所述，定位信号除了包括终端发送的信号，由于多径效应，还包括因为墙壁等反射到的信号，对定位信号中包括的路径总数进行估计。示例性地，可以依据Akaike信息论的AIC准则（Akaike Information Criteria，赤池信息准则）或MDL（Minimum Description Length，最小描述长度）准则估计该信道频域响应矩阵对应定位信号中的所有路径数量。

[0077] 在确定直达径的路径衰落系数时，可以先计算定位信号的所有路径的路径衰落系数，再确定定位信号所有路径中的直达径，通过对所有路径的路径衰落系数中直达径数据的提取得到该直达径对应的路径衰落系数。

[0078] 本实施例通过对多径信号的计算和处理，得到定位信号中直达径的路径衰落系数，后续可以通过该直达径的路径衰落系数得到天线相位，并基于此估计天线相位误差值，进行天线相位误差校正。

[0079] 在一个实施例中，根据频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数，包括：基于频域响应矩阵，结合路径传播时延和所有路径的路径衰落系数构建对数似然函数；解算该对数似然函数，得到每条路径的路径衰落系数。

[0080] 通过路径传播时延得到时延匹配向量函数；通过时延匹配向量函数、路径衰落系数和噪声分量表示频域响应向量，构建的函数可以是对数似然函数。通过对该对数似然函数求解，解算得到所有路径上的路径传播时延和路径衰落系数。

[0081] 在一个实施例中，解算该对数似然函数，得到每条路径的路径衰落系数，包括：采用期望最大化算法对该对数似然函数进行迭代计算，直至相邻两次迭代计算的结果之差小于设定值，得到路径衰落系数。

[0082] 对于该对数似然函数，直接求解运算量较大，可以采用EM（Expectation‑Maximization，期望最大化）算法进行快速求解。本实施例的信道频域响应向量在EM算法中称为非完备信号，而对于每条路径单独的信号加上各自的噪声在EM算法中称为完备信号。

[0083] 在EM算法中，将根据非完备信号获得完备信号的过程称为Expectation过程，将根据完备信号求解最大似然解的过程称为Maximization过程。EM算法迭代地进行Expectation和Maximization求解，直到相邻两次的估计结果没有显著变化，那么最后一次迭代的结果为本实施例的输出。

[0084] 本实施例通过EM算法实现多径分辨以及多路径到达接收天线衰落初相的估计，减小多径的干扰，使得在复杂多径环境中也能实现阵列天线相位误差的估计。

[0085] 在一个实施例中，根据频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数，包括：解算该对数似然函数，得到每条路径的路径传播时延；根据路径传播时延在定位信号的所有路径中确定直达径。

[0086] 通过解算上述对数似然函数，还可以得到路径传播时延。在定位信号的所有路径中，包括一条直达径（line‑of‑sight,，LOS）和若干条反射径（Non‑line‑of‑sight，NLOS）。在所有路径计算的路径传播时延和路径衰落系数中，选择路径传播时延最短径作为直达径，获取该直达径对应的路径衰落系数。

[0087] 在一个实施例中，根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差，包括：根据直达径的路径衰落系数，结合天线阵列结构，对天线阵列阵元间路径差造成的相位旋转进行补偿，得到更新后的直达径路径衰落系数；提取更新后直达径路径衰落系数的相位；根据更新后直达径路径衰落系数中的相位得到天线阵元间相位差。

[0088] 在通过直达径的衰落系数计算天线阵元间的相位差时，先对得到的直达径的衰落系数进行更新，结合天线阵列结构，对天线阵列阵元间路径差造成的相位旋转进行补偿，得到更新后的直达径路径衰落系数。对于更新后的直达径路径衰落系数提取相位，根据直达径路径衰落系数中的相位计算阵元间相位差。

[0089] 在一个实施例中，根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正，包括：通过多次获取定位信号，获取多个天线阵元间的相位差；根据多个天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值；通过天线阵元间的相位差估计值确定相位误差函数，根据相位误差函数实现天线相位误差校正。

[0090] 为了提高相位误差的估计精度，综合利用多次重复测量获得的相位差，计算天线相位误差估计值。对于多次重复计算得到的相位差，可以通过中值滤波器去除序列中的异常值，然后获取中值滤波后数据序列的平均值最为多次重复测量后的相位差估计值。

[0091] 根据相位差估计值计算天线阵列各阵元的相位误差函数，进而得到整个天线阵列的相位误差函数。根据计算得到的相位误差函数对定位系统中天线相位误差进行校正。

[0092] 在相位误差函数的计算时，可以首先使用中值滤波器去除数据中的异常值，随后可使用三次样条插值、多项式拟合或局部回归算法等方法实现对相位误差函数的估计。

[0093] 图3所示是定位系统配置示意图，如图3所示定位系统，包括基站和移动终端，移动终端在基站天线阵覆盖范围内的不同位置分别发射定位信号，该定位系统在每个发射定位信号的位置都对终端的位置进行准确标定，标定方法可以是采用全站仪、激光雷达或差分全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System, GNSS)信号等高精度位置测量方式。

[0094] 如图3所示，在一个实施例中，基站利用天线阵接收到的多通道定位信号进行相位误差的估计，该天线相位误差校正方法如图4所示，包括以下步骤：

[0095] 步骤410：接收相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵。

[0096] 步骤420：根据频域响应矩阵得到天线相位误差函数，通过天线相位误差函数进行天线相位误差校正。

[0097] 其中，如图5所示，步骤410中接收相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵包括以下步骤：

[0098] 步骤502：接收相同终端在不同位置发送的定位信号集合。

[0099] 为了更好地测量基站天线阵列覆盖范围内的相位误差，终端的位置覆盖天线阵覆盖范围，测量位置不要求等角度间距。

[0100] 假设基站接收天线阵的天线阵元数量为N，该天线阵测量的角度集合表示为，在每个测量角度处，配置阵列天线的基站都会接收到多通道的定位参考信号。将在测量角度 处的接收到的定位信号记为函数 ，其中，集合
表示实数空间， 表示复数空间， 表示N×1维的复数空间。将所有测量角度处接收的定位信号集合表示为 。本实施例的方法基于该接收的定位信号集合实现
天线相位误差的估计。

[0101] 在一个实施例中，考虑到相位误差曲线的连续性，测量终端定位信号的角度间距范围为3度至8度。

[0102] 步骤504：对获取的定位信号集合进行处理，得到定位信号序列。

[0103] 对定位信号集合中接收到的定位信号 进行射频和中频信号处理，包括信号滤波、下变频、抽取等处理方法，并进行ADC（Analog‑Digital Convert，数模转化），得到基带接收定位信号序列 。本实施例不限制对定位信号的处理方法和步骤，定位系统基站的接收机中可以设置对应的处理模块。

[0104] 步骤506：对定位信号序列进行时频转换，得到频域接收定位信号矩阵。

[0105] 对基带接收定位信号序列 进行时频变换，得到频域接收定位信号矩阵。示例性地，该时频变换可以通过FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）完成。

[0106] 对于宽带定位系统来说，终端发射的定位信号是占据一定带宽的宽带定位信号，设定位信号带宽为B，则频域信号占据的带宽B可划分为M个子带。通过FFT实现时频变换时，M就是FFT的点数，进而频域接收数据可排列为M×N维的矩阵，表示为 ，在该频域接收定位信号M×N矩阵中，第n列表示第n个接收通道接收的M维频域数据向量。

[0107] 步骤508：根据频域接收定位信号矩阵和发射定位信号序列进行信道估计，得到信道频域响应矩阵。

[0108] 根据频域接收定位信号矩阵以及发射定位信号序列进行信道估计，估计终端与基站间的无线信道频域响应CFR (Channel Frequency Response, 信道频域响应)。该频域接收定位信号矩阵为 ，该发射定位信号序列表示为 ，得到的无线信道频域响应矩阵表示为 。

[0109] 本实施例对信道估计的方法和步骤没有限制，示例性地，可以使用最小二乘信道估计器计算该无线信道频域响应矩阵。 表示无线信道频域响应矩阵中第m行第n列的元素，表达式为：

[0110]                     （1）

[0111] 公式（1）中， 表示频域接收定位信号矩阵 中第m行第n列的元素；xm为在第m个子带的发射定位信号序列，也就是发射定位信号序列向量x的第 m个元素。

[0112] 步骤510：通过射频通道校正系数测量值对信道频域响应矩阵进行校正，得到校正后的频域响应矩阵。

[0113] 通过测量的射频通道校正系数，对估计的信道频域响应矩阵中的射频通道误差进行校正。

[0114] 示例性地，在该定位系统中，作为接收设备的基站，测量得到基站的各射频通道在工作带宽B内的频率响应，将M个子带，N个接收通道的射频通道频率响应记为，该矩阵也就是作为接收设备的基站的射频通道校正系数。

[0115] 无线信道频域响应矩阵的校正过程为：

[0116]                        （2）

[0117] 公式（2）中， 运算符表示将两个矩阵对应元素相除，得到相同维度的矩阵。通过射频通道校正系数校正，得到校正后的无线信道频域响应矩阵，表示为 。

[0118] 如图6所示，步骤420根据频域响应矩阵得到天线相位误差函数，通过天线相位误差函数进行天线相位误差校正包括以下步骤：

[0119] 步骤602：根据频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量。

[0120] 在定位系统中，墙壁、柱子、水管、金属设备等物体会引起定位信号的反射，因此，采集的无线信道频域响应矩阵 中不仅仅有从 方向发送到天线阵列的信号分量，也有由于多径传播导致的其它方向入射的相关信号分量。通过信道频域响应矩阵估计定位信号的路径数量。

[0121] 示例性地，基于信道频域响应矩阵，可以依据Akaike信息论的AIC准则或MDL准则估计该信道频域响应矩阵对应定位信号中的所有路径数量，该路径总数表示为 。

[0122] 步骤604：计算所有路径的路径传播时延和路径衰落系数。

[0123] 根据信道频域响应矩阵构建对数似然函数，该对数似然函数以路径传播时延和路径衰落系数为待估参数。通过对该对数似然函数求解，解算得到所有路径上的路径传播时延和路径衰落系数。

[0124] 首先，假设在角度 处，对无线信道进行了Q次重复的测量，将第q次测量得到的信道频域响应矩阵表示 。本实施例独立地对每个角度 处的Q次测量结果进行计算，因此在后续描述中，省去k和q的标记，将某次测量的信道频域响应矩阵简化表示为。

[0125] 接着，该多通道的信道频域响应矩阵可以看作在同一时刻用N个天线对无线信道的N次测量，即 矩阵的每一列都可以看作一次空间上的快拍，表示为 。对于前述步骤估计得到的路径总数 ，每条路径的路径传播时延表示为 ，每个接
收通道接收信号对应的各路径复衰落系数表示为 ；将 个路
径传播时延统一表示为向量 ， 个路径衰落系数统一表示为N个向量
，则第n个接收通道测量的信道频域响应向量 的表达式是：

[0126]                      （3）

[0127] 公式（3）中， 为第n个接收通道上的噪声分量， ，其中 表示该定位系统的时延匹配向量函数，该函数的输入参数为路径传播时延 ，输出为时延匹配向量，时延匹配向量中的每一个元素表示时延在每个子带上造成的相位旋转。例如，当时延为 子带间隔为 时，时延匹配向量 的第m个元素表示为：

[0128]                （4）

[0129] 由于路径衰落系数均为复数，所以公式（3）中共有 个未知参量，假设噪声分量 服从复高斯分布，那么以路径传播时延和路径复衰落系数为未知参量，建立的对数似然函数表示为：

[0130]

[0131] 公式（5）中， 运算符表示取向量的 范数。需要求解的参数的最大似然解表示为：

[0132]

[0133] 由于上述公式的直接求解运算量较大，本实施例可以采用EM算法进行快速求解。由于信道频域响应向量 由 个信号混合而成，本实施例的信道频域响应向量在EM算法中称为非完备信号，而对于每条路径单独的信号加上各自的噪声在EM算法中称为完备信号。将第n个接收通道第l条路径的信号表示为 ，则：

[0134]      （7）

[0135] 非完备信号和完备信号之间的关系可以表示为：

[0136]

[0137] 在EM算法中，将根据非完备信号获得完备信号的过程称为Expectation过程，将根据完备信号求解最大似然解的过程称为Maximization过程。EM算法迭代地进行Expectation和Maximization求解，假设第p次迭代后得到未知参数的估计值 和 ，那么第p+1次迭代EM算法的求解过程如下：

[0138] 步骤（A）：Expectation：

[0139]步骤（B）：Maximization：

[0140]

[0141] 因为EM算法是需要迭代计算的迭代算法，因此在计算时需要设定初始值。可以使用全零初始化的方式设定初始值，但是全零初始化会使得达到收敛所需的迭代步骤较多。也可以从每个接收通道信道频域响应矩阵的逆傅里叶变换，即各通道的CIR（channel impulse response，信道冲击响应）中提取路径传播时延 和路径衰落系数 的初始值。

[0142] 重复以上EM算法的步骤（A）和步骤（B），直到相邻两次的估计结果没有显著变化，例如相邻想次迭代计算的结果之差小于设定值，那么最后一次迭代的结果 为本步骤的输出，其表示对各路径衰落系数的估计。

[0143] 对K个观测角度和Q次重复测量获得的信道频域响应矩阵都执行以上EM算法，得到所有 条路径的路径传播时延以及各路径在N个接收通道上的路径衰落系数，分别记为和 。

[0144] 步骤606：根据路径传播时延确定定位信号的直达径，获取直达径的路径衰落系数。

[0145] 在所有路径中，包括一条直达径和 条反射径。在 条路径计算的路径传播时延和路径衰落系数中，选择路径传播时延最短径作为直达径，将直达径的路径衰落系数记为 。

[0146] 步骤608：根据直达径的路径衰落系数，结合天线阵列结构，对天线阵列阵元间路径差造成的相位旋转进行补偿，得到更新后的直达径路径衰落系数。

[0147] 在直达径的路径衰落系数中，去除因为天线阵列阵元间的路径差产生的相位旋转。

[0148] 在不同通道观测的路径衰落系数 相位中，包括所需解算的天线阵列的相位误差；以及信号在自由空间中传播时，到达各阵元的路径长度不同造成的相位差，该由于路径长度不同产生的相位差与天线阵列的阵型结构有关。

[0149] 示例性地，对于ULA（Uniform Linear array，等距线阵），当入射信号与阵列法线方向的夹角为θ时，若以第一个阵元作为参考阵元，对于第n个阵元，该路径差d引起的相位旋转量表示为 。因此，在各阵元观测的直达径的路径衰落系数 中去除相位旋转量更新后的直达径路径衰落系数 表示为：

[0150]

[0151] 步骤610：提取更新后直达径路径衰落系数的相位，根据直达径路径衰落系数中的相位计算阵元间相位差，得到天线相位误差估计值。

[0152] 示例性地，通过提取复数 的辐角实现对更新后的直达径路径衰落系数 的相位提取，表示为：

[0153]                    （13）

[0154] 以天线阵列的第一个阵元为参考阵元，根据路径衰落系数中的相位 计算天线阵各阵元与参考阵元的相位差，表示为：

[0155]        （14）

[0156] 根据公式（14）可以得到， 。

[0157] 为了提高相位误差的估计精度，综合利用在角度 处Q次重复测量获得的相位差，计算角度 处的天线相位误差估计值。

[0158] 示例性地，先通过中值滤波器去除序列中的异常值，对于剔除的异常值，使用该异常值前后数据的中值来代替。再选取中值滤波后数据序列的平均值作为在角度 处的相位差估计值 。

[0159] 步骤612：通过天线阵元间的相位差估计值确定相位误差函数，根据相位误差函数实现天线相位误差校正。

[0160] 对于N阵元的天线阵列，每个阵元对应一个相位误差函数，表示为。其中， 表示该天线阵列的角度覆盖区间。以矢量函数的
形式记录，该相位误差函数表示为 ，该函数输入参数为入射角度θ，输
出为N个阵元在当前角度上的相位误差。例如，当入射角度为 时，该相位误差函数的输出为  ，其中， 表示向量或矩阵转置运算符。

[0161] 根据相位差估计值 计算天线阵列各阵元的相位误差函数 ，n=1,…,N，进而得到整个天线阵列的相位误差函数 。

[0162] 根据计算得到的相位误差函数 对定位系统中天线相位误差进行校正。

[0163] 在一个实施例中，在相位误差函数的计算时，可以首先使用中值滤波器去除数据中的异常值，随后可使用三次样条插值、多项式拟合或局部回归算法等方法实现对相位误差函数 的估计。由于 ，因此只需估计计算 即可。

[0164] 在一个实施例中，以基于sub‑6GHz频段的5G皮基站室内定位系统为例，验证天线相位误差校正方法的有效性。本实施例采用5G的SRS（Sounding Reference Signal，探测参考信号）作为定位信号，该定位信号占用的带宽为100MHz，所采用的皮基站配有四阵元ULA，定义阵列法线方向为零度角，入射信号与法线夹角定位为θ，天线阵覆盖角度范围为‑60度至+60度。

[0165] 图7为采集实测数据进行天线相位误差估计时的实验配置图，如图7所示，在二十八个不同的终端位置处采集定位信号，且在每个终端位置处重复采集了一百次，以上述示例为例，N=4，K=28，Q=100。

[0166] 本实施例通过一百次重复测量的数据估计计算该天线阵中各阵元的相位误差函数，图8所示为天线相位误差函数估计值与采集数据估计值对比图，图中的相位误差估计值，是实验时基于现场采集的定位数据对天线相位误差的估计值，天线相位误差函数估计值是根据上述实施例计算得到的天线相位误差估计值来进一步进行函数估计得到的。

[0167] 如图8所示，第二天线阵元至第四天线阵元的相位误差估计值分别根据一百次测量的 结 果通 过 相位 误差 函数 得 到。在 相位 误差 函数 的 估计 结果 中 ，以及 则都是根据该二十八个离散角度上终端位置的相位误差估计值，根据前述计算步骤，采用中值滤波器以及局部回归算法得到。

[0168] 在一个实施例中，如图9所示为另一实施例中采集实测数据进行天线相位误差校正与AOA估计时的实验配置图，基于前述天线误差相位校正方法，对如图9所示的五十六个终端位置，同样重复采集一百次定位数据，对于采集的定位数据分别通过不进行天线相位补偿以及根据上述实施例公开的天线误差相位校正方法补偿天线相位误差，得到的在该五十六个位置处的整体AoA估计误差的经验累积分布函数结果如图10所示，根据上述实施例天线相位校正方法得到的天线相位误差估计函数对天线相位误差补偿后，AOA估计精度有明显的提升，90%的AOA估计误差由4度降低为约2度。

[0169] 本实施例根据实际定位系统中的多路径信号估计天线相位误差并进行补偿，无需增加额外的设施，相比于在在微波暗室中进行有源实验的相位误差曲线测量方法，本实施例实用性好，计算复杂度不高，显著降低天线误差相位的校正成本，且具有较高的精准度，提高无线定位系统AOA技术的实用性。

[0170] 应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

[0171] 基于同样的发明构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的天线相位误差校正方法的天线相位误差校正装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个天线相位误差校正装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于天线相位误差校正方法的限定，在此不再赘述。

[0172] 在一个实施例中，如图11所示，提供了一种天线相位误差校正装置，包括：获取单元1102、计算单元1104、确定单元1106和校正单元1108，其中：

[0173] 获取单元1102，用于获取相同终端在不同位置的定位信号，根据定位信号获取无线信道的频域响应矩阵；

[0174] 计算单元1104，用于根据频域响应矩阵得到定位信号中直达径的路径衰落系数；

[0175] 确定单元1106，用于根据直达径的路径衰落系数得到天线阵元间的相位差；

[0176] 校正单元1108，用于根据天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值，根据天线相位误差估计值实现天线相位误差校正。

[0177] 在一个实施例中，计算单元1104还用于：根据频域响应矩阵确定定位信号中的路径数量，在定位信号的所有路径中确定直达径，获取直达径的路径衰落系数。

[0178] 在一个实施例中，计算单元1104还用于：基于频域响应矩阵，结合路径传播时延和所有路径的路径衰落系数构建对数似然函数；解算该对数似然函数，得到每条路径的路径衰落系数。

[0179] 在一个实施例中，计算单元1104还用于：采用期望最大化算法对该对数似然函数进行迭代计算，直至相邻两次迭代计算的结果之差小于设定值，得到路径衰落系数。

[0180] 在一个实施例中，计算单元1104还用于：解算该对数似然函数，得到每条路径的路径传播时延；根据路径传播时延在定位信号的所有路径中确定直达径。

[0181] 在一个实施例中，确定单元1106还用于：根据直达径的路径衰落系数，结合天线阵列结构，对天线阵列阵元间路径差造成的相位旋转进行补偿，得到更新后的直达径路径衰落系数；提取更新后直达径路径衰落系数的相位；根据更新后直达径路径衰落系数中的相位得到天线阵元间相位差。

[0182] 在一个实施例中，校正单元1108还用于：通过多次获取定位信号，获取多个天线阵元间的相位差；根据多个天线阵元间的相位差得到天线相位误差估计值；通过天线阵元间的相位差估计值确定相位误差函数，根据相位误差函数实现天线相位误差校正。

[0183] 上述天线相位误差校正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于基站104中的处理器中，也可以以软件形式存储于基站104中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

[0184] 在一个实施例中，提供了一种基站104，该基站104设置在定位系统中，配备天线阵列，用于与外部的通信。该基站内部结构图可以如图12所示。该基站包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该基站的处理器用于提供计算和控制能力。该基站的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机程序被处理器执行时以实现一种天线相位误差校正方法。

[0185] 本领域技术人员可以理解，图12中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

[0186] 在一个实施例中，提供了一种基站，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现上述各方法实施例中的步骤。

[0187] 在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

[0188] 在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。

[0189] 需要说明的是，本申请所涉及的用户信息（包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等）和数据（包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等），均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据。

[0190] 本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。

[0191] 其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器（Read‑Only Memory，ROM）、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器（ReRAM）、磁变存储器（Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM）、铁电存储器（Ferroelectric Random Access Memory，FRAM）、相变存储器（Phase Change Memory，PCM）、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）或动态随机存取存储器（Dynamic Random Access Memory，DRAM）等。

[0192] 本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。

[0193] 以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0194] 以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。