CN109150323B - 一种天线校准方法、待校准无线远程单元及基站 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种天线校准方法、待校准无线远程单元及基站，待校准RRU采用两根及以上的天线同时发送的校准信号，然后基于自己对校准信号的接收结果向量确定出自己与各协作RRU之间进行协作传输时的协作校准系数向量，完成对天线的校准。这种校准方案中，各个RRU均两根及以上的天线进行校准信号收发，因此可通过分集增益更有效的对抗信号衰减，不必要求单根天线以极高的功率进行校准信号的发送，避免天线在校准时的射频参数与实际数据传输时的射频参数差异较大，进而导致校准获得的协作校准系数向量与实际情况不适配的问题，提升了校准的准确性与有效性。

Description

一种天线校准方法、待校准无线远程单元及基站
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种天线校准方法、待校准无线远程单元及基站。
背景技术
随着通信技术的发展，为了能够达到更高的频谱效率以及实现绿色无线通信，人们提出了分布式多天线技术。分布式多天线技术通过利用处于不同地理位置上的两个及以上的RRU(Radio Remote Unit，无线远程单元)协作传输，从而提高系统性能。
在多天线系统中，RRU进行数据传输时需要知道准确下行信道信息，进行下行预编码，进而服务多个用户，提高系统性能。在TDD(Time Division Duplexing，时分双工)通信模式下，RRU可以利用信道互易性，通过估计的上行信道信息来得到下行信道信息。然而，一个完整的通信信道不仅包括空中的无线信道，还包括发送机和接收机的射频(RadioFrequency，RF)电路。受温度、湿度等周围环境的影响，收发两端RF电路的增益并不对称。而RF增益的失配将会破坏上行信道与下行信道的互易性。因此，在进行下行预编码之前，RRU必须要进行互易性校准。在分布式多天线系统中，不仅需要各个RRU进行各自内部天线之间的校准，而且还需要进行各个RRU之间的校准从而保证协作传输时通信信道的互易性。
目前，比较常用的分布式天线校准方案中，基本都是在各RRU种选择一根天线作为参考天线，在BPU(Baseband Processing Unit，基带处理单元)的控制下实现校准，这相当于将各RRU视作单天线RRU来完成校准。这种校准方案存在这样一些弊端：第一，一个RRU中只有一根参考天线，则该参考天线在校准过程中发送信号所面临的衰减会比较厉害，为了克服衰减，该RRU在发送信号时需要提高发射功率，导致在校准时发送的校准信号功率大大高于在协作传输时发送数据信号的功率，这很有可能造成校准时天线射频电路的各项参数与协作传输时不一致，导致得到的校准系数在使用时不适配；第二，在这种校准方案中，校准时仅考虑了各RRU中参考天线与其他RRU的参考天线进行校准，而在实际通信中各个RRU进行协作传输时均采用多根天线(一般是全部天线)来进行数据信号的发送，根据单一参考天线所获得的协作校准系数跟实际通信中各RRU协作传输时采用多根天线发送数据信号的情况不适配，导致得到的校准系数在使用时不适配。所以，为了实现分布式多天线系统的互易性校准，现在亟需提出一种新的天线校准方案。
发明内容
本发明实施例提供的一种天线校准方法、待校准无线远程单元及基站，主要解决的技术问题是：提供一种新的天线校准方案，用以解决现有技术中选用单一参考天线实现校准所带来的校准结果不准确，不满足信道互易性的问题。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种天线校准方法，包括：
待校准无线远程单元RRU采用Nm根天线接收基站内M-1个协作RRU依次发送的校准信号，所述校准信号由各所述协作RRU在基带处理单元BPU的控制下采用至少两根天线发送，所述M为基站内RRU的总数，所述M和所述Nm均大于等于2；
所述待校准RRU基于对所述校准信号的接收结果向量得到本RRU与基站内各所述协作RRU协作传输时的协作校准系数向量，完成天线校准。
本发明实施例还提供一种待校准RRU，包括处理器、存储器以及包括至少两根天线的通信装置，所述处理器分别与所述通信装置、所述存储器通信连接；所述存储器中存储有天线校准程序供所述处理器执行以实现以下步骤：
控制通信装置采用Nm根天线接收基站内M-1个协作RRU依次发送的校准信号，所述校准信号由各所述协作RRU在基带处理单元BPU的控制下采用至少两根天线发送，所述M为基站内RRU的总数，所述M和所述Nm均大于等于2；
基于对所述校准信号的接收结果向量得到本RRU与基站内各所述协作RRU协作传输时的协作校准系数向量，完成天线校准。
本发明实施例还提供一种基站，包括BPU、M-1个协作RRU以及如上任所述的待校准RRU，所述M大于等于2；各所述协作RRU和所述待校准RRU分别与所述BPU通信连接；所述BPU用于控制各所述协作RRU依次采用至少两根天线向所述待校准RRU发送校准信号，并接收所述待校准RRU与各所述协作RRU发送的接收基础信息，以及基于各所述接收基础信息计算得到所述待校准RRU与各所述协作RRU之间的单元间校准系数向量。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任一项的天线校准方法。
本发明的有益效果是：
根据本发明实施例提供的天线校准方法、待校准无线远程单元、基站以及计算机存储介质，待校准RRU采用两根或两根以上的天线接收协作RRU依次采用两根及以上的天线同时发送的校准信号，然后基于自己对校准信号的接收结果向量确定出自己与各协作RRU之间进行协作传输时的协作校准系数向量，完成对天线的校准。这种校准方案中，各个RRU均两根及以上的天线进行校准信号收发，因此可通过分集增益更有效的对抗信号衰减，不必要求单根天线以极高的功率进行校准信号的发送，避免天线在校准时的射频参数与实际数据传输时的射频参数差异较大，进而导致校准获得的协作校准系数向量与实际情况不适配的问题，提升了校准的准确性与有效性。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的天线校准方法的一种流程图；
图2为本发明实施例一提供的待校准RRU根据接收结果向量确定协作校准系数向量的一种流程图；
图3为本发明实施例二提供的天线校准方法的一种流程图；
图4为本发明实施例二中BPU计算各待校准RRU单元间校准系数向量的一种流程图；
图5为本发明实施例三提供的一种基站的示意图；
图6为本发明实施例三提供的一种待校准RRU的硬件结构示意图；
图7为本发明实施例四提供的一种分布式多天线通信系统的一种示意图；
图8为图7中分布式多天线通信系统内各RRU收发校准信号的一种示意图；
图9为分布式多天线通信系统的系统和速率与校准信号SNR关系的仿真结果示意图；
图10为分布式多天线通信系统的系统和速率与RRU发送校准信号天线数的仿真结果示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明实施例作进一步详细说明。
实施例一：
为了解决现有技术中选用单一参考天线进行校准所带来的校准结果不准确，不满足信道互易性；以及现有技术中单一参考天线在发送校准信号时容易突破功放区域的问题，本实施例提供一种新的天线校准方案，请参见图1：
S102、待校准无线远程单元RRU采用Nm根天线接收基站内M-1个协作RRU依次发送的校准信号。
在本实施例中，基站内各个RRU进行天线校准时，都会采用至少两根天线进行校准信号的收发，所以本实施例中Nm大于等于2。M为基站内RRU的总数，M-1个协作RRU均为基站内除了待校准RRU以外的所有RRU。实际上，基站内的各个RRU均会作为待校准RRU参与校准，这里所说的“协作RRU”是指针对某一个待校准RRU而言，基站内除了其自身以外的其他RRU。因此，相对一个待校准RRU而言，可以有多个协作RRU，这些协作RRU在校准时所选用的天线数目也并不一定要相同。例如，在本实施例的一个示例当中，基站内包括甲、乙、丙三个地理位置分离的RRU，这三个RRU中均包括16根天线。在天线校准过程中，这三个RRU均是待校准RRU：相对待校准RRU甲而言，它的协作RRU包括RRU乙与RRU丙，而相对于待校准RRU乙而言，其协作RRU包括RRU甲与RRU丙；同样的，当RRU丙被视作待校准RRU时，其协作RRU包括RRU甲与RRU乙。在天线校准的时候，甲、乙、丙三个RRU会分别采用2根、4根、8根天线进行校准信号的收发，仅以RRU甲被视作待校准RRU为例，则它的两个协作RRU所选用的天线数目并不一致，所以，针对一个待校准RRU而言，它的各个协作RRU所选用的进行校准信号收发的天线数目可以不同。
校准信号是由发送端传输给接收端，而接收端事先已知原始信息的信号。校准信号的作用类似于导频，用于接收端根据预先已知的原始信息以及自己的接收结果完成校准。
当一个RRU在BPU的控制线发送校准信号时，基站内的其他RRU均作为接收端来接收该校准信号，而且，基站内的每个RRU均会作为发送端，控制至少两根天线同时工作以向其他RRU发送校准信号。根据前面的阐述，各个RRU的发送校准信号时，所选用的天线数目可以不同。同时，基站内的各RRU也会作为接收端，控制至少两根天线同时工作以接收其协作RRU在BPU的控制下依次发送的校准信号，各个RRU的接收校准信号时，选用的天线数目也可以不同。针对采用Nm根天线进行校准信号收发的待校准RRU而言，其接收结果向量应当是一个Nm×1的向量，为了便于描述，这里将该待校准RRU的接收结果向量记做yinter,m,n。
应当理解的是，每个RRU用于发送和接收校准信号的天线数是可以与其他RRU不同的，但是对于一个RRU来说，其用于校准信号发送和接收的天线数应当相同。更确切的说，一个RRU必须采用同样的若干的天线来进行校准信号的发送和接收，也即在发送校准信号时选用的是某几根天线，那么在接收校准信号时也必须采用这几根天线。
S104、待校准RRU基于自己对校准信号的接收结果向量得到本RRU与基站内各协作RRU协作传输时的协作校准系数向量，完成天线校准。
待校准RRU在计算本RRU与基站内各协作RRU协作传输时的协作校准系数向量时，需要知道自己的单元内校准系数向量与本RRU与各协作RRU的单元间校准系数。下面结合图2对本实施例中待校准RRU基于自己对校准信号的接收结果向量确定协作校准系数向量的过程进行介绍：
S202、待校准RRU基于对校准信号的接收结果向量向基带处理单元BPU发送接收基础信息。
待校准RRU基于自己对校准信号的接收结果向量yinter,m,n向BPU反馈接收基础信息，主要是用于BPU根据自己及基站内其他协作RRU所反馈的接收基础信息计算得到针对自己及其他各个协作RRU的单元间校准系数向量。在本实施例的一种示例当中，待校准RRU可以直接将自己Nm根天线对校准信号的接收结果向量yinter,m,n反馈给BPU，让BPU直接根据基站内各个RRU反馈的接收结果向量计算单元间校准系数向量。应当理解的是，待校准RRU若直接将自己对校准信号的接收结果向量反馈给BPU，则还应当将自己的单元内校准系数向量也发送给BPU。
考虑到待校准RRU向BPU反馈自己的单元内校准系数向量和自己对校准信号的接收结果向量的方案中，待校准RRU与BPU之间的数据传输量较大。而且，BPU在接收到待校准RRU反馈的单元内校准系数向量和接收结果向量后，还需要计算除单元内校准系数向量和接收结果向量的内积，作为计算待校准RRU的单元间校准系数的接收基础信息。若各个RRU均直接向BPU传输自己的单元内校准系数向量和自己的接收结果向量，则BPU的计算负担会比较大。因此，为了减少传输数据量，同时降低BPU的压力，本实施例的一种示例当中，在待校准RRU向BPU反馈接收基础信息时，并不会直接将自己内部Nm根天线的接收结果向量发送给BPU。而是先计算自己的单元内校准系数向量，然后根据单元内校准系数向量和接收结果向量计算得到接收基础信息后，将接收基础信息发送给BPU。对于采用Nm根天线进行校准信号收发的待校准RRU而言，其单元内校准系数向量应当是一个Nm×1的向量，本实施例将该待校准RRU的单元内校准系数向量记做ξintra,m。
在本实施例的一种示例当中，待校准RRU根据单元内校准系数向量ξintra,m对接收结果向量进行处理得到接收基础信息可以参照以下方式进行：待校准RRU将单元内校准系数向量ξintra,m与接收结果向量相乘计算内积，得到接收基础信息。
在计算获得单元内校准系数向量时，由于同一个待校准RRU内，各天线的之间的距离比较近，基本可以视作部署在同一物理位置，因此，对于单元内校准系数向量的计算，还可以让各天线采用硬件校准电路，以有线的方式完成校准信号的收发：选取一根天线作为“参考天线”，将本RRU内其他天线视作该参考天线的“协作天线”，并将该参考天线的射频发送通道分别与各协作天线的射频接收通道连接，同时协作天线的射频发送通道与该参考天线的射频接收通道连接。然后由各协作天线分别向参考天线发送内部校准信号，并让参考天线也分别向各协作天线发送内部校准信号，最后根据各协作天线对内部校准信号的接收结果和参考天线对相应内部校准信号的接收结果计算得到内部校准系数向量。
假定待校准RRU丁内包括4根天线，分别为天线A、天线B、天线C以及天线D。在计算获取待校准RRU丁的单元内校准系数向量时，这4根天线全部要参与校准信号收发。假定选择的是天线A作为参考天线，则天线B、C、D均作为协作天线。我们将参考天线的内部校准系数记做“1”，则天线B相对于天线A的内部校准系数计算结果为：
天线B的内部校准系数＝参考天线对内部校准信号的接收结果向量/天线B对内部校准信号的接收结果向量；
对于其他协作天线的内部校准系数的计算过程也一样。应当理解的是，内部校准信号与各RRU之间发送的校准信号可以完全相同，也可以不同，但二者的作用类似。
S204、待校准RRU接收BPU发送的的单元间校准系数。
在本实施例中，待校准RRU与BPU之间可以采用光纤连接，实现通信，也可以采用其他高速链路进行通信。
当BPU接收到该基站内各个待校准RRU发送的接收基础信息之后，将会根据接收基础信息计算得到各待校准RRU的单元间校准系数向量，在本实施例中，将各待校准RRU的单元间校准系数向量记做ξinter，第m个待校准RRU的单元间校准系数为ξinter,m。当BPU计算得到各待校准RRU的单元间校准系数向量之后，将会把分别对应于各待校准RRU的单元间校准系数反馈给对应的待校准RRU。
S206、待校准RRU根据本RRU的单元内校准系数向量和单元间校准系数计算得到协作校准系数向量。
各待校准RRU接收到属于自己的单元间校准系数之后，根据该单元间校准系数与自己预先得到的单元内校准系数向量进行计算，进而确定出本单元在与基站内各协作RRU向用户协作传输时所对应的协作校准系数向量。假定待校准RRU为基站内的第m个RRU，可选地，该RRU可以根据如下公式计算自己的协作校准系数向量：
ξm＝ξinter,m·ξintra,m
其中，ξm为该待校准RRU的协作校准系数向量；ξinter,m为该待校准RRU的单元间校准系数；ξintra,m为该待校准RRU的单元内校准系数向量。
本实施例提供的天线校准方法，每个待校准RRU均会选择至少两根天线来进行校准信号的收发，避免选择单一天线参与校准时为了克服信道衰减而一味增加该天线的发射功率，从而使得天线在参与校准与实际协作传输时射频参数差异大，校准所得的协作校准系数向量在实际协作传输过程中不适用的问题，提升了协作校准系数向量计算结果的准确性与有效性，更好的保证了上行信道与下行信道的互易性，提升了信号传输性能。
同时，因为各RRU内部校准过程与RRU之间的校准过程相互独立，而待校准RRU的单元间校准系数基于待校准RRU对校准信号的接收结果和该待校准RRU的单元内校准系数向量计算得到，所以增加了天线校准的灵活性。
实施例二：
本实施例将结合具体示例对前述实施例中的天线校准方法做进一步介绍，请参见图3：
S302、待校准RRU获取自己的单元内校准系数向量。
在实施例一中已经介绍了待校准RRU获取单元内校准系数向量的过程，本实施例中不再赘述。假定基站中有M个RRU，每个RRU均配置NRRU根天线，且这M个RRU均已计算得到了各自的单元内校准系数向量，且第m个RRU的内部校准系数为NRRU×1的向量
Figure GDA0001423098230000081
由于每根天线均对应一个校准系数，所以第m个RRU参与校准的Nm根天线对应的内部校准系数即为
Figure GDA0001423098230000091
中对应元素。
S304、待校准RRU接收其他RRU依次发送的校准信号。
假定基站内的每个RRU均在BPU的控制下采用多根天线依次发送校准信号，且第m个RRU中用于校准信号收发的天线数为Nm，则该RRU针对第n个RRU发送的校准信号的接收结果向量是Nm×1的向量，记做yinter,m,n。应当理解的是，本实施例中所说的“多根”可以包括两根及两根以上。
S306、待校准RRU根据自己的单元内校准系数向量对校准信号的接收结果向量进行处理生成接收基础信息。
在本实施例中，各待校准RRU根据自己的单元内校准系数向量对校准信号的接收结果向量进行处理生成接收基础信息，例如，第m个RRU处理生成接收基础信息的方式可以为将自己各天线的接收结果向量与自己的单元内校准系数向量相乘从而得到接收基础信息。应当明白的是，由于yinter,m,n与ξintra,m均是Nm×1的向量，所以，在进行矩阵乘法的时候，可以统一先对ξintra,m进行转置计算，然后将转置结果与yinter,m,n相乘得到与其他M-1个协作RRU相关的接收基础信息
Figure GDA0001423098230000092
S308、待校准RRU将自己的接收基础信息发送给BPU。
在本实施例中，待校准RRU与BPU之间可以采用光纤连接，实现通信，也可以采用其他高速链路进行通信。
S310、BPU根据各待校准RRU反馈的接收基础信息计算各待校准RRU的单元间校准系数向量。
当BPU接收到该基站内各个待校准RRU发送的接收基础信息之后，将会根据接收基础信息计算得到各待校准RRU的单元间校准系数向量，下面结合图4对BPU计算单元间校准系数向量的过程进行介绍：
S402、BPU根据各接收基础信息构建M×M的矩阵ψinter。
可选地，BPU可以根据如下公式构建矩阵ψinter：
Figure GDA0001423098230000101
上述公式是基于最优解算法推论得到的。其中，ξintra,m为第m个RRU的单元内校准系数向量；yinter,m,n为第m个RRU针对第n个RRU所发送校准信号的接收结果向量；ξintra,m和yinter,m,n均为Nm×1的向量，
Figure GDA0001423098230000102
Figure GDA0001423098230000103
为第m个RRU反馈的接收基础信息；ξintra,n为第n个RRU的单元内校准系数向量；yinter,n,m为第n个RRU针对第m个RRU所发送校准信号的接收结果向量；ξintra,n和yinter,n,m均为Nn×1的向量，
Figure GDA0001423098230000104
Figure GDA0001423098230000105
为第n个RRU反馈的接收基础信息。
S404、BPU计算矩阵ψinter最小特征值所对应的最小特征向量作为各待校准RRU的单元间校准系数向量。
构建出ψinter矩阵之后，BPU计算矩阵ψinter最小特征值所对应的最小特征向量作为各待校准RRU的单元间校准系数向量。
S312、BPU将属于各待校准RRU的单元间校准系数发送给对应的待校准RRU。
在本实施例中，BPU不需要向每一个待校准RRU发送计算出的所有单元间标准系数向量，针对某一个待校准RRU，BPU只需要向其发送对应的一单元间校准系数即可。
S314、待校准RRU计算各自的协作校准系数向量。
各待校准RRU接收到属于自己的单元间校准系数之后，通过将自己的单元间校准系数与单元内校准系数向量相乘得到协作校准系数向量，例如针对第m个待校准RRU，其根据入下公式计算自己的协作校准系数向量：
ξm＝ξinter,m·ξintra,m
其中，ξm为该待校准RRU的协作校准系数向量；ξinter,m为该待校准RRU的单元间校准系数；ξintra,m为该待校准RRU的单元内校准系数向量。
S316、待校准RRU根据协作校准系数向量进行天线校准。
计算出协作校准系数向量之后，待校准RRU每次在与对应的协作RRU协同向用户侧传输信息时，都会使用协作校准向量对天线进行校准：例如，将协作校准系数构造为校准矩阵A，则在需要向用户侧进行下行传输时，该待校准RRU先获得与该用户之间的上行信道矩阵，这里记做矩阵B，然后使用协作校准矩阵A对矩阵B进行校准得到矩阵C，该矩阵C即为经过校准后的下行信道矩阵，然后根据矩阵C计算得到相应的下行信号传输预编码矩阵D。在理想情况下，采用D进行下行预编码信号传输时，可以消除RRU端天线射频通道增益失配造成的性能损失。比如采用迫零算法(Zero Forcing，ZF)得到矩阵D，可以完全消除下行信号传输时，原先因RRU端天线射频通道增益失配引起的信号间干扰。
本发明实施例提供的天线校准方法，因为各个RRU均两根及以上的天线进行校准信号收发，因此可通过分集增益更有效的对抗信号衰减，不必要求单根天线以极高的功率进行校准信号的发送，降低了对单根天线发射功率的要求，也避免选择单一天线参与校准时为了克服信道衰减而一味增加该天线的发射功率，从而使得天线在参与校准与实际协作传输时射频参数差异大，校准所得的协作校准系数向量在实际协作传输过程中不适用的问题，提升了协作校准系数向量计算结果的准确性与有效性，更好的保证了上行信道与下行信道的互易性，提升了信号传输性能。
实施例三：
本实施例将结合附图对前述各实施例中的待校准RRU进行介绍，应当理解的是，前述实施例均是选择从基站内的一个RRU的天线校准过程进行阐述，因此有了中所谓“待校准RRU”和“协作RRU”之分，但实际上一个基站中的各个RRU均可以作为待校准RRU，所以，本实施例实际上也就是对RRU的进一步阐述：
基站可以包括两个及以上的RRU，请参见图5，基站5内包括三个RRU和一个基带处理单元40，各个RRU与基带处理单元40通过光纤或其他高速链路通信连接。这三个RRU除了部署的地理位置不同以外，其他性质可以均相同。因此，相对任意一个RRU而言，当该RRU作为待校准RRU时，会接收其他两个协作RRU发送的校准信号。本实施例以待校准无线远程单元50为例进行说明，请参见图6：
待校准无线远程单元50包括处理器51、存储器52以及通信装置53，其中通信装置53中包括至少两根天线。存储器52和通信装置53可以通过通信总线(图6中未示出)与处理器51通信连接。存储器52作为一种计算机可读存储介质，可以存储一个或一个以上的计算机程序，存储在存储器52中的计算机程序可供处理器51读取、编译并执行，从而实现对应的处理流程，在本实施例中，存储器52中至少存储有天线校准程序，处理器51执行该天线校准程序可以实现天线校准方法。
首先，处理器51控制通信装置53采用Nm根天线接收M-1个协作RRU依次发送的校准信号。M为基站内RRU的总数，在图5示出的基站5内，M等于3，M-1即说明一个待校准RRU会接收除自身以外其他所有RRU发送的校准信号。在本实施例中，基站5内各个RRU进行天线校准时，都会采用至少两根天线进行校准信号的收发，所以本实施例中Nm大于等于2。实际上，基站内的各个RRU均会作为待校准RRU参与校准，这里所说的“协作RRU”是指针对某一个待校准RRU而言，基站内除了其自身以外的其他RRU。因此，相对一个待校准RRU而言，可以有多个协作RRU，这些协作RRU在校准时所选用的天线数目也并不一定要相同。例如，在本实施例的一个示例当中，基站内包括甲、乙、丙三个地理位置分离的RRU，这三个RRU中均包括16根天线。在天线校准过程中，这三个RRU均是待校准RRU：相对待校准RRU甲而言，它的协作RRU包括RRU乙与RRU丙，而相对于待校准RRU乙而言，其协作RRU包括RRU甲与RRU丙；同样的，当RRU丙被视作待校准RRU时，其协作RRU包括RRU甲与RRU乙。在天线校准的时候，甲、乙、丙三个RRU会分别采用2根、4根、8根天线进行校准信号的收发，仅以RRU甲被视作待校准RRU为例，则它的两个协作RRU所选用的天线数目并不一致，所以，针对一个待校准RRU而言，它的各个协作RRU所选用的进行校准信号收发的天线数目可以不同。
校准信号是由发送端传输给接收端，而接收端事先已知原始信息的信号。校准信号的作用类似于导频，用于接收端根据预先已知的原始信息以及自己的接收结果完成校准。
当一个RRU在BPU40的控制线发送校准信号时，基站内的其他RRU均作为接收端来接收该校准信号，而且，基站内的每个RRU均会作为发送端，控制至少两根天线同时工作以向其他RRU发送校准信号。根据前面的阐述，各个RRU的发送校准信号时，所选用的天线数目可以不同。同时，基站内的各RRU也会作为接收端，控制至少两根天线同时工作以接收其协作RRU在BPU40的控制下依次发送的校准信号，各个RRU的接收校准信号时，选用的天线数目也可以不同。针对采用Nm根天线进行校准信号收发的待校准RRU50而言，其接收结果向量应当是一个Nm×1的向量，为了便于描述，这里将该待校准RRU50的通信装置53的接收结果向量记做yinter,m,n。
应当理解的是，每个RRU用于发送和接收校准信号的天线数是可以与其他RRU不同的，但是对于一个RRU来说，其用于校准信号发送和接收的天线数应当相同。更确切的说，一个RRU必须采用同样的若干的天线来进行校准信号的发送和接收，也即在发送校准信号时选用的是某几根天线，那么在接收校准信号时也必须采用这几根天线。
接收到校准信号后，处理器51会控制通信装置53基于对校准信号的接收结果向量yinter,m,n向BPU40反馈接收基础信息，接收基础信息主要是用于BPU40根据自己及基站内其他各协作RRU所反馈的接收基础信息计算得到针对各个待校准RRU的单元间校准系数向量。在本实施例的一种示例当中，处理器51可以控制通信装置53直接将该通信装置53的Nm根天线对校准信号的接收结果向量yinter,m,n反馈给BPU，让BPU直接根据基站内各个待校准RRU反馈的接收结果向量计算单元间校准系数向量。应当理解的是，待校准RRU若直接将自己对校准信号的接收结果向量反馈给BPU，则还应当将自己的单元内校准系数向量也发送给BPU。
考虑到待校准RRU向BPU反馈自己的单元内校准系数向量和自己对校准信号的接收结果向量的方案中，待校准RRU与BPU之间的数据传输量较大。而且，BPU在接收到待校准RRU反馈的单元内校准系数向量和接收结果向量后，还需要计算除单元内校准系数向量和接收结果向量的内积，作为计算待校准RRU的单元间校准系数的接收基础信息。若各个RRU均直接向BPU传输自己的单元内校准系数向量和自己的接收结果向量，则BPU的计算负担会比较大。因此，为了减少传输数据量，同时降低BPU的压力，本实施例的一种示例当中，处理器51在控制通信装置53向BPU40反馈接收基础信息时，并不会直接将自己内部Nm根天线的接收结果向量发送给BPU40：处理器51先计算自己的单元内校准系数向量，然后根据单元内校准系数向量和接收结果向量计算得到接收基础信息后，控制通信装置53将接收基础信息发送给BPU40，让BPU40可以根据基本不受单元内干扰的接收基础信息计算得到各个待校准RRU的单元间校准系数向量。对于采用Nm根天线进行校准信号收发的待校准RRU而言，其单元内校准系数向量应当是一个Nm×1的向量，本实施例将该待校准RRU的单元内校准系数向量记做ξintra,m。
在本实施例的一种示例当中，处理器51根据单元内校准系数向量ξintra,m对接收结果向量进行处理得到接收基础信息可以参照以下方式进行：处理器51将单元内校准系数向量ξintra,m与接收结果向量相乘计算内积，得到接收基础信息。
在计算获得单元内校准系数向量时，由于同一个待校准RRU内，各天线的之间的距离比较近，基本可以视作部署在同一物理位置，因此，对于单元内校准系数向量的计算，还可以让各天线采用硬件校准电路，以有线的方式完成校准信号的收发：选取一根天线作为“参考天线”，将本RRU内其他天线视作该参考天线的“协作天线”，并将该参考天线的射频发送通道分别与各协作天线的射频接收通道连接，同时协作天线的射频发送通道与该参考天线的射频接收通道连接。然后由各协作天线分别向参考天线发送内部校准信号，并让参考天线也分别向各协作天线发送内部校准信号，最后根据各协作天线对内部校准信号的接收结果向量和参考天线对相应内部校准信号的接收结果向量计算得到内部校准系数向量。
假定待校准RRU丁内包括4根天线，分别为天线A、天线B、天线C以及天线D。在计算获取待校准RRU丁的单元内校准系数向量时，这4根天线全部要参与校准信号收发。假定选择的是天线A作为参考天线，则天线B、C、D均作为协作天线。我们将参考天线的内部校准系数记做“1”，则天线B相对于天线A的内部校准系数计算结果为：
天线B的内部校准系数＝参考天线对内部校准信号的接收结果向量/天线B对内部校准信号的接收结果向量；
对于其他协作天线的内部校准系数的计算过程也一样。应当理解的是，内部校准信号与各RRU之间发送的校准信号可以完全相同，也可以不同，但二者的作用类似。
在本实施例中，待校准RRU50与BPU之间可以采用光纤连接，实现通信，也可以采用其他高速链路进行通信。
当BPU40接收到该基站内各个待校准RRU发送的接收基础信息之后，将会根据接收基础信息计算得到各待校准RRU的单元间校准系数向量，在本实施例中，将各待校准RRU的单元间校准系数向量记做ξinter，第m个待校准RRU的单元间校准系数为ξinter,m。当BPU40计算得到各待校准RRU的单元间校准系数向量之后，将会把分别对应于各待校准RRU的单元间校准系数反馈给对应的待校准RRU。
各待校准RRU接收到属于自己的单元间校准系数之后，根据该单元间校准系数与自己预先得到的单元内校准系数向量进行计算，进而确定出本单元在与基站内各协作RRU向用户协作传输时所对应的协作校准系数向量。假定待校准RRU50为基站内的第m个RRU，可选地，该RRU可以根据如下公式计算自己的协作校准系数向量：
ξm＝ξinter,m·ξintra,m
其中，ξm为该待校准RRU50的协作校准系数向量；ξinter,m为该待校准RRU50的单元间校准系数；ξintra,m为该待校准RRU50的单元内校准系数向量。
本实施例提供的待校准RRU，在进行校准时，会选择至少两根天线进行校准信号收发，避免选择单一天线参与校准时为了克服信道衰减而一味增加该天线的发射功率，从而使得天线在参与校准与实际协作传输时射频参数差异大，校准所得的协作校准系数向量在实际协作传输过程中不适用的问题，提升了协作校准系数向量计算结果的准确性与有效性，更好的保证了上行信道与下行信道的互易性，提升了信号传输性能。
同时，因为各RRU内部校准过程与RRU之间的校准过程相互独立，而待校准RRU的单元间校准系数基于待校准RRU对校准信号的接收结果向量和该待校准RRU的单元内校准系数向量计算得到，所以增加了天线校准的灵活性。
实施例四：
为了使本发明各实施例中的待校准RRU的细节与优点更为突出，本实施例将继续对待校准RRU进行介绍，请继续结合图5与图6：
在实施例三中已经介绍了待校准RRU50获取单元内校准系数向量的过程，本实施例中不再赘述。假定基站中有M个RRU，每个RRU均配置NRRU根天线，且这M个RRU均已计算得到了各自的单元内校准系数向量，第m个RRU的内部校准系数为NRRU×1的向量
Figure GDA0001423098230000161
由于每根天线均对应一个校准系数，所以第m个RRU参与校准的Nm根天线对应的内部校准系数即为
Figure GDA0001423098230000162
中对应元素。
假定基站内的每个RRU均在BPU的控制下采用多根天线依次发送校准信号，且第m个RRU中用于校准信号收发的天线数为Nm，则该RRU针对第n个RRU发送的校准信号的接收结果向量是Nm×1的向量，记做yinter,m,n。应当理解的是，本实施例中所说的“多根”可以包括两根及两根以上。
在本实施例中，待校准RRU50的处理器51根据自己的单元内校准系数向量对校准信号的接收结果向量进行处理生成接收基础信息，例如，第m个RRU处理生成接收基础信息的方式可以为将自己各天线的接收结果向量与自己的单元内校准系数向量相乘从而得到接收基础信息。应当明白的是，由于yinter,m,n与ξintra,m均是Nm×1的向量，所以，在进行矩阵乘法的时候，可以统一先对ξintra,m进行转置计算，然后将转置结果与yinter,m,n相乘得到与其他M-1个协作RRU相关的接收基础信息
Figure GDA0001423098230000163
在本实施例中，待校准RRU50与BPU之间可以采用光纤连接，实现通信，也可以采用其他高速链路进行通信。处理器51控制通信装置53将自己的接收基础信息发送给BPU40。
当BPU40接收到该基站内各个待校准RRU50发送的接收基础信息之后，将会根据接收基础信息计算得到各待校准RRU50的单元间校准系数向量，下面对BPU40计算单元间校准系数向量进行介绍：
首先，BPU40根据各接收基础信息构建M×M的矩阵ψinter。可选地，BPU40可以根据如下公式构建矩阵ψinter：
Figure GDA0001423098230000171
上述公式是基于最优解算法推论得到。其中，ξintra,m为第m个RRU的单元内校准系数向量；yinter,m,n为第m个RRU针对第n个RRU所发送校准信号的接收结果向量；ξintra,m和yinter,m,n均为Nm×1的向量，
Figure GDA0001423098230000172
Figure GDA0001423098230000173
为第m个RRU反馈的接收基础信息；ξintra,n为第n个RRU的单元内校准系数向量；yinter,n,m为第n个RRU针对第m个RRU所发送校准信号的接收结果向量；ξintra,n和yinter,n,m均为Nn×1的向量，
Figure GDA0001423098230000174
Figure GDA0001423098230000175
为第n个RRU反馈的接收基础信息。
构建出ψinter矩阵之后，BPU40计算矩阵ψinter最小特征值所对应的最小特征向量作为各待校准RRU的单元间校准系数向量。随后BPU40将属于各待校准RRU的单元间校准系数发送给对应的待校准RRU。应当理解的是，BPU40不需要向每一个待校准RRU发送计算出的所有单元间标准系数向量。各待校准RRU接收到属于自己的单元间校准系数之后，通过将自己的单元间校准系数与单元内校准系数向量相乘得到协作校准系数向量，例如针对第m个待校准RRU，其根据入下公式计算自己的协作校准系数向量：
ξm＝ξinter,m·ξintra,m
其中，ξm为该待校准RRU的协作校准系数向量；ξinter,m为该待校准RRU的单元间校准系数；ξintra,m为该待校准RRU的单元内校准系数向量。
计算出协作校准系数向量之后，待校准RRU50每次在与对应的协作RRU协同向用户侧传输信息时，都会使用协作校准向量对天线进行校准：例如，将协作校准系数构造为校准矩阵A，则在需要向用户侧进行下行传输时，该待校准RRU先获得与该用户之间的上行信道矩阵，这里记做矩阵B，然后使用协作校准矩阵A对矩阵B进行校准得到矩阵C，该矩阵C即为经过校准后的下行信道矩阵，然后根据矩阵C计算得到相应的下行信号传输预编码矩阵D。在理想情况下，采用D进行下行预编码信号传输时，可以消除RRU端天线射频通道增益失配造成的性能损失。比如采用迫零算法得到矩阵D，可以完全消除下行信号传输时，原先因RRU端天线射频通道增益失配引起的信号间干扰。
在本实施例示出的一个分布式多天线通信系统中，如图7所示，分布式多天线通信系统7的基站内布设4个RRU分别为第一RRU71、第二RRU72、第三RRU73、第四RRU74，每个RRU配置16根天线。各RRU均通过光纤与BPU75通信连接，并通过协作在同一时频资源块上服务四个UE，每个UE配置单根天线。RRU的RF幅度失配方差为2dB，相位失配范围为π/2。RRU均匀分布在半径为0.2km的圆上，UE均匀分布在半径为0.1km的圆上，路径损耗因子2。下行预编码采用迫零波束赋形预编码的方式。系统和速率为所有UE速率之和。该示例中，各RRU进行天线校准时，校准信号收发示意图如图8所示。本示例分布式多天线通信系统7进行天线校准时，可以参照前述实施例中的方案，因为该天线校准方案具有这样一些优势：
(1)天线校准时，各RRU互相进行校准信号的收发，并基于各RRU对校准信号的接收结果向量计算出协作校准系数，无需额外的硬件校准电路，校准算法实现简单；而且同时利用多天线进行校准信号的收发，获得分集增益，健壮性强；
(2)校准过程无需用户的参与，也无需用户进行信道状态信息的反馈，校准过程对用户而言是透明的；
(3)各RRU之间的单元间校准系数基于各自对校准信号的接收结果向量和各RRU内部单元内校准系数计算得到，保证了校准结果的准确性。
图9和图10分别示出了系统和速率与校准信号SNR(Signal Noise Ratio，信噪比)关系的仿真结果示意图，以及系统和速率与RRU发送校准信号天线数的仿真实验图，从图9与图10也可以看出根据该校准方案进行的天线校准，校准效果优秀。
本发明实施例提供的待校准RRU，因为该待校准RRU与对应的协作RRU均采用两根及以上的天线进行校准信号收发，因此可通过分集增益更有效的对抗信号衰减，不必要求单根天线以极高的功率进行校准信号的发送，降低了对单根天线发射功率的要求。也避免选择单一天线参与校准时为了克服信道衰减而一味增加该天线的发射功率，从而使得天线在参与校准与实际协作传输时射频参数差异大，校准所得的协作校准系数向量在实际协作传输过程中不适用的问题，提升了协作校准系数向量计算结果的准确性与有效性，更好的保证了上行信道与下行信道的互易性，提升了信号传输性能。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在计算机存储介质(ROM/RAM、磁碟、光盘)中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。所以，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上内容是结合具体的实施方式对本发明实施例所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种天线校准方法，包括：
待校准无线远程单元RRU采用Nm根天线接收基站内M-1个协作RRU依次发送的校准信号，所述校准信号由各所述协作RRU在基带处理单元BPU的控制下采用至少两根天线发送，所述M为基站内RRU的总数，所述M和所述Nm均大于等于2；
所述待校准RRU基于对所述校准信号的接收结果向量得到本RRU与基站内各所述协作RRU协作传输时的协作校准系数向量，完成天线校准，包括：所述待校准RRU基于对所述校准信号的接收结果向量向基带处理单元BPU发送接收基础信息；所述待校准RRU接收所述BPU发送的单元间校准系数，所述单元间校准系数由所述BPU根据所述待校准RRU与各所述协作RRU的接收基础信息计算得到；所述待校准RRU根据本RRU的单元内校准系数向量和所述单元间校准系数计算得到协作校准系数向量，并完成天线校准，所述协作校准系数向量为所述待校准RRU与基站内各协作RRU协作传输时的校准系数向量。
2.如权利要求1所述的天线校准方法，其特征在于，所述待校准RRU根据自身的单元内校准系数向量和所述单元间校准系数计算得到协作校准系数向量之前，还包括：
所述待校准RRU控制参考天线接收所述待校准RRU内其他协作天线依次发送的内部校准信号，并向各所述协作天线发送内部校准信号，所述参考天线的射频接收通道与射频发送通道分别同各所述协作天线的射频发送通道与射频接收通道通过硬件校准电路连通；
所述待校准RRU基于所述参考天线对来自各所述协作天线的所述内部校准信号的接收结果和各所述协作天线对来自所述参考天线的所述内部校准信号的接收结果确定所述待校准RRU的单元内校准系数向量。
3.如权利要求1所述的天线校准方法，其特征在于，所述待校准RRU根据自身的单元内校准系数向量和所述单元间校准系数计算得到协作校准系数向量包括：
所述待校准RRU将本RRU的单元间校准系数与单元内校准系数向量相乘，得到所述协作校准系数向量。
4.如权利要求1-3任一项所述的天线校准方法，其特征在于，所述待校准RRU基于对所述校准信号的接收结果向量向所述BPU发送接收基础信息包括：
所述待校准RRU根据本RRU的单元内校准系数向量对各所述接收结果向量进行处理得到接收基础信息；
所述待校准RRU将所述接收基础信息发送给所述BPU。
5.如权利要求4所述的天线校准方法，其特征在于，所述待校准RRU根据所述单元内校准系数向量对各所述接收结果进行处理得到接收基础信息包括：
所述待校准RRU计算所述单元内校准系数向量与所述接收结果向量的内积作为所述接收基础信息。
6.一种待校准RRU，其特征在于，包括处理器、存储器以及包括至少两根天线的通信装置，所述处理器分别与所述通信装置、所述存储器通信连接；所述存储器中存储有天线校准程序供所述处理器执行以实现以下步骤：
控制通信装置采用Nm根天线接收基站内M-1个协作RRU依次发送的校准信号，所述校准信号由各所述协作RRU在基带处理单元BPU的控制下采用至少两根天线发送，所述M为基站内RRU的总数，所述M和所述Nm均大于等于2；
基于对所述校准信号的接收结果向量得到本RRU与基站内各所述协作RRU协作传输时的协作校准系数向量，完成天线校准，包括：所述处理器基于对所述校准信号的接收结果向量确定出接收基础信息后控制所述通信装置将所述接收基础信息发送给所述BPU，并控制所述通信装置接收所述BPU发送的单元间校准系数，所述单元间校准系数由所述BPU根据所述待校准RRU与各所述协作RRU的接收基础信息计算得到；所述处理器还用于根据本RRU的单元内校准系数向量和所述单元间校准系数计算得到协作校准系数向量，并完成天线校准，所述协作校准系数向量为本RRU与基站内各协作RRU协作传输时的校准系数向量。
7.如权利要求6所述的待校准RRU，其特征在于，所述处理器根据本RRU的单元内校准系数向量对各所述接收结果向量进行处理得到所述接收基础信息。
8.一种基站，其特征在于，包括BPU、M-1个协作RRU以及如权利要求6-7任一项所述的待校准RRU，所述M大于等于2；各所述协作RRU和所述待校准RRU分别与所述BPU通信连接；所述BPU用于控制各所述协作RRU依次采用至少两根天线向所述待校准RRU发送校准信号，并接收所述待校准RRU与各所述协作RRU发送的接收基础信息，以及基于各所述接收基础信息计算得到所述待校准RRU与各所述协作RRU之间的单元间校准系数向量。
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