CN101124732A - 智能天线系统中的发射/接收补偿 - Google Patents

Abstract

无线电通信系统包括：多个天线(204)和与该多个天线(204)耦接的处理器(202)。该处理器(202)包括无探测发射/接收补偿组件，其使得所述无线电通信系统能够在发射信号的同时补偿发射和接收路径中的变化。所述发射/接收补偿方法包括：对于天线阵列(204)中的每个天线，使用天线发射已知信号，同时使用天线阵列(204)中的其它天线接收所发射的信号，并基于在所接收信号和所发射信号之间的比率来计算发射/接收补偿。

Description

智能天线系统中的发射/接收补偿

技术领域

本公开旨在无线电通信系统，更具体地，旨在在智能天线系统中使用的补偿技术。

背景技术

在诸如移动电话系统和无线网络之类的无线电通信系统中，通过一个或多个天线来发射和接收信号。这些信号传播通过受各种因素影响的通信信道，所述因素包括：大气、人造结构、地形和无线电干扰。系统性能可能由于来自多个源的干扰而被损害。

当信号进行传播、从物体弹回并促使多路信号到达接收机时，发生多径干扰。所接收的多路信号由于相位和振幅方面的差异而彼此干扰。例如，所发射信号可能通过视线路径和从建筑物反射的路径二者抵达接收机。所反射的信号行进了较长的距离，导致进一步的衰减和相位改变。在这个示例中，该两个所接收信号可相互干扰，从而降低了链路质量。

此外，以其它无线电的信号频率的发射、以及各种寄生发射可能干扰信号接收。干扰可以由无关的设备导致，或可以是计划频率复用(reuse)的结果。在遍布地理区域的通信网络中，复用频率是很正常的。尽管频率复用通常被策划为最小化有害干扰，但是可导致一些干扰。

在许多情况中，从除干扰信号方向之外的方向接收期望的信号。可能采用诸如波束形成和时空编码的空间处理技术来修改无线电收发机的发射和/或接收特性，以减轻有害干扰的影响。

天线具有影响整个系统容量和性能的辐射特性。例如，全向天线在任何方向、以相似性能来辐射或接收信号。因此，全向天线本身容易受上述各种有害干扰的影响。

当使用天线阵列(即，具有以任何方式排列的多个天线元件的天线系统)时，可以采用空间处理技术来变化由每个天线元件辐射或接收的信号的增益和相位特性，以形成被设计为在一个或多个方向上削弱了干扰并提高了信号增益的辐射方向图(radiation pattern)。这允许，作为多路无线电的已增加容量可以以减少的干扰似然性和多径衰落而在相同或相似频率上发射、并且在每个感兴趣信号的方向上具有已增加增益的改善的可靠性。

发明内容

在一个总方面，无线电通信系统包括多个天线和与该多个天线耦接的处理器。该处理器包括无探测(probeless)发射/接收补偿组件，其使得所述无线电通信系统能够在发射信号的同时补偿发射和接收路径中的变化。

在一些实现方式中，该多个天线形成天线阵列。可以将处理器实现为数字信号处理器，其中通过与由其它天线使用的发射路径无关的发射路径、和与由其它天线使用的接收路径无关的接收路径来将多个天线的每一个耦接到处理器。

在示范实现方式中，所述处理器的无探测发射/接收补偿组件可操作为通过多个天线中的每一个周期性地迭代来计算一组复数权重(complex weight)，从而补偿发射和接收路径中的变化，使用多个天线之一来发射已知信号，同时使用剩余的天线接收所发射的已知信号；基于诸如正交频分多路复用(OFDM)信号的所接收信号来计算一组补偿参数。当发射具有多音频(tone)的OFDM信号时，处理器的发射/接收补偿组件可被配置成为OFDM音频群计算单独的一组复数权重。

在另一总方面，无线电设备包括信号处理单元、和至少两个射频单元。每个射频单元耦接到信号处理单元，并可独立地操作以使用天线接收信号和发射信号，从而无线电设备可通过射频单元之一来发射信号同时使用另一个射频单元来接收所发射的信号。例如，可使用数字信号处理器或专用集成电路来实现该信号处理单元。

在一些实现方式中，信号处理单元包括与每个射频单元相关联的模数转换器以及与数模转换器。该信号处理单元可操作为例如通过使用射频单元中的每一个连续发射已知信号、同时使用其它射频单元接收已知信号，来执行无探测发射/接收补偿。

在另一总方面，发射/接收补偿方法包括：对于天线阵列中的每个天线，使用天线发射已知信号，同时使用天线阵列中的其它天线接收所发射的信号，并基于所接收信号和所发射信号之间的比率来计算发射/接收补偿。基于所接收信号和所发射信号之间的比率来计算发射/接收补偿的补偿可执行通过以下步骤来执行：对于天线阵列中的每对天线，确定由天线j发射由天线i接收的信号的转移函数H_ij；对于天线阵列中每对天线，使用转移函数H_mn和H_nm的比率来确定系统函数G_mn；并且对于天线阵列中的每个天线x，通过求和天线阵列中的每个天线y的系统函数G_xy来计算发射/接收补偿。

在一些实现方式中，确定转移函数H_ij的步骤包括确定由天线i接收的信号对使用天线j发射的已知信号的比率。在发射/接收补偿与其它通信同时发生的实现方式中，确定由天线j发射由天线i接收的信号的转移函数H_ij的步骤包括：将天线i接收的信号与由天线j发射的信号相关联以确定一组权重；将该组权重施加到由天线i接收的信号上以识别从天线j接收的信号；使用从天线i接收的信号和由天线j发射的信号的比率来确定转移函数H_ij；并将另一组权重施加到由天线i接收的信号上以识别另一接收信号。

在另一总方面，用于具有n个天线的天线阵列的无探测发射/接收补偿方法包括：将已知信号从天线阵列中的已识别天线i发射到天线阵列中的剩余(n-1)个天线中的每一个；连续将已知信号从天线阵列中的剩余(n-1)个天线中的每一个发射到已识别天线i；并使用等式h_i＝G_i1+G_i2+......+G_in来确定已识别天线i的发射/接收补偿权重h_i，其中函数G_ij是基于所发射信号和已接收信号的比率计算的系统函数。

在一些实现方式中，使用等式G_ij＝H_ij/H_ji来计算系统函数G_ij，其中H_ij是转移函数。该转移函数H_ij可以使用等式H_ij＝X_ij/Y来计算，其中X_ij是再天线i上对由天线j发射的信号的响应，而Y是由天线j发射的已知信号。

下面在附图和描述中陈述一个或多个实现方式的细节。其它特征和优点将从描述和附图以及权利要求中显而易见。

附图说明

图1是无线电通信系统的图。

图2是当使用空间处理技术来改善性能时实现无探测发射/接收补偿的无线电设备。

图3A是在波束形成实现方式中的期望天线辐射方向图的图。

图3B是在没有发射/接收补偿的情况下所得到的天线辐射方向图的图。

图4A、4B和4C是对于向多设备波束形成系统中的每三个设备发射的信号或从其接收的信号的期望天线辐射方向图的图。

图4D示出图4A-4C的组成信号同时与多个设备通信的期望组合。

图4E示出在多设备波束形成系统中没有发射/接收补偿时的潜在变化。

图5A是使用空间处理技术的无线电传输系统的框图。

图5B是当采用空间处理技术时使用发射/接收补偿的无线电传输系统的框图。

图6是在无线电通信系统中计算发射/接收补偿的处理的流程图。

图7是以角度θ接收噪声信号的无线电通信系统的示意图。

图8是用具有提供发射/接收定时的独立控制的多个天线的、用于实现无探测发射/接收补偿的无线电设备。

图9是图8所示的无线电设备的射频(RF)组件的框图。

图10是图8所示的无线电设备的数字组件的框图。

具体实施方式

参考图1，无线电通信系统100包括基站102，其可操作以与多个远程站104进行通信。该基站102耦接到网络106，从而该基站102可以在网络106和远程站104之间传输信息。该无线电通信系统100可用于提供无线服务，诸如无线城域网、无线局域网、无线视频点播、和/或无线语音服务。

例如，无线电通信系统100可用于基于IEEE 802.11标准实现无线局域网(WLAN)。在这样的实现方式中，基站102充当将一个或多个远程站104连接到网络106的接入点或路由器，该网络106可以是局域网(LAN)或诸如因特网的广域网(WAN)。远程站104典型地为配备有无线网络接口卡的膝上型或台式计算机。基站102是有助于与远程站104进行射频(RF)通信的硬件设备。该RF通信典型为双向通信(基站102和远程站104彼此发射和接收信息)。为了促进双向RF通信，基站102包括至少一个天线和信号处理单元。信号处理单元典型地包括进行如下操作的组件：对信号进行滤波和放大，在模拟和数字之间转换信号，以及译码和处理所接收的数据。

可以利用专用集成电路和/或商用成品组件，使用传统的电子设计和制造技术来实现所述基站102和远程站104。可以在用软件配置的数字信号处理器(DSP)或通用微处理器中实行部分实现方式。

改善无线电通信系统100的性能的一种方式是使用智能天线技术，其处理所发射的和/或所接收的信号以减少潜在干扰和/或增加增益。单个全向天线在任何方向均等地发射和接收无线电信号。然而，在许多无线电通信系统中，期望使跨越基站102和一个或多个远程站104之间的(多个)通信链路的性能最大化。当多个天线一起使用时，可以采用信号处理技术来修改天线的有效辐射特性，使得天线变得更具有方向性，从而增加期望方向上的增益，并使潜在干扰趋于零。智能天线系统包括信号处理的任意使用，以改变多个天线在无线电通信信号的发射和接收中的有效辐射特性。

当使用智能天线系统时，采用信号处理技术来针对所使用的每个天线(其可包括所有可用天线或者为可用天线的子集)而改变相位和/或振幅。由于这些振幅和相位变化确定天线辐射方向图，所以它们影响使用智能天线技术的无线电通信系统的整体性能。各种因素可改变在智能天线系统中的天线之间的相关发射和/或接收特性，诸如热噪声、差异馈线长度、和组件变化。这些变化可以使期望的天线辐射方向图失真，从而导致性能恶化。

空间处理用于增加特定方向上的信号增益，并使从其它方向接收的干扰信号趋于零。为了调整天线系统的方向特性，可以将一系列的复数权重施加到通过每个天线发射或接收的信号上。可以在收到信号时计算这些复数权重，使得所发射的信号在对应的接收信号的方向上将具有最大增益。然而，发射和接收路径不同是很正常的。因此，如果接收路径用于计算发射路径的复数权重，则发射信号的振幅和相位很可能变化远离期望和预期的发射，从而导致辐射方向图的不期望变化。这些变化可降低系统性能；因此，期望提供一种技术来补偿发射和接收路径之间的差异，使得空间处理可以准确有效地修改传输特性，以改善整体系统性能。

可用于发射/接收补偿的一种技术是为阵列中的每个天线添加一探测(probe)路径，使得该探测路径可用于检测和补偿传输差异。这里描述的技术提供了探测路径在执行发射/接收补偿中的应用的替代方案，从而减少了实现成本并潜在地去除了单点的系统故障。

参考图2，包括与天线阵列204耦接的信号处理器202的无线电设备200可用作基站102或用作远程站104。该无线电设备200实现空间处理技术，以改善通过无线电设备200进行的信号接收和/或发射。在示范实现方式中，无线电设备200是基站102，其向一个或多个远程站104提供无线网络服务。无线电设备200使用传统的波束形成技术来基于无线电设备200接收的信号计算复数权重。可以将该复数权重施加到所发射的信号，以修改将通过天线阵列204中的每个天线发射的信号的相位和/或增益。因为发射和接收路径可以不同，所以使用无探测发射/接收补偿来改善系统性能。

图3A图示了在单用户波束形成系统中的期望辐射方向图。使用传统的波束形成技术，天线阵列302用于将信息发射到设备304。计算复数权重来改变天线阵列302的辐射方向图，使得最大增益是在设备304的方向上。可使用信号处理技术基于从设备304接收的一个或多个信号来确定设备304的方向。此外，天线阵列302使用在设备306和308的方向上趋于零的辐射方向图。利用发射波束形成，在设备306和308的方向上衰减所发射信号，以减少潜在干扰。如果将对应的权重施加到所接收的信号上，则在天线阵列302的辐射方向图中的零值将减少从设备306和308的方向收到的可能干扰。此外，通过改变所发射的信号来提高在期望方向上的增益并衰减在其它方向上的信号，可以减少多径干扰。

在这个实现方式中，使用信号处理技术来改变通过天线阵列302发射的信号的辐射方向图。例如，使用传统的波束形成技术，通过天线阵列302接收信号的无线电设备200可以计算一组复数权重，该复数权重可用于改变由天线阵列302的部分或所有元件发射的信号的相位和/或振幅。由于接收和发射路径可能不同，所以所计算的复数权重可能不会象所期望的那样起作用。

图3B示出了在没有补偿发射/接收路径差异的情况下进行的发射示例。在这个示例中，相位和/或振幅的变化促使辐射方向图轻微地变化偏离图3A所示的期望方向图。这里，最大信号增益不是如所希望的指向设备354。反之，最大增益朝设备358偏移，并且旁瓣朝设备356偏移。这个偏离可导致在设备356和358方向上的干扰增加，并降低了设备354的方向上的信号强度。这些偏离可能降低单个用户的性能，在多用户系统中该影响变得更大。

参考图4A，多用户系统在基站天线402与各个设备404、406和408之间提供通信。通过使用空间处理技术(例如，波束形成)，可以计算一组复数权重来引导最大增益朝向特定设备(在这个情况中朝向设备404)。传统的空间处理技术改变所发射信号的辐射方向图，将最大增益集中在一个总方向上；然而，辐射方向图通常包括一个或多个旁瓣，从而在除预期通信目标的方向之外的方向上发射信号。在这个示例中，计算一组复数权重，来产生将最大增益朝设备404集中的辐射方向图410。

参考图4B和图4C，还可以计算复数权重，以通过产生辐射方向图420和430来引导信号朝向设备406和408。在某时与单个设备进行通信的无线电通信系统中，在与对应的预期设备404、406或408进行通信时可以分别施加辐射方向图410、420和430中每一个。然而，还可以组合这些辐射方向图，使得可以与多个设备同时进行无线电通信。例如，当同时发射到多个设备时，无线电系统可以将生成辐射方向图410、420和430的三组复数权重中的每一个施加到不同的发射信号。可以组合所得到的信号，并将其发射到每个预期的设备404、406和408。因为使用权重来处理天线402与设备404、406和408的每一个之间的信号以生成辐射方向图410、420和430，所以在天线402和单个设备之间的通信不会干扰与其它设备的通信。因此，对设备404、406和408的每一个甚至有可能同时使用相同的频率，而没有设备间干扰。

图4D示出对辐射方向图410、420和430进行组合的结果。可以将每个辐射方向图施加到相同的信号或不同的信号，使得可以将信息同时通信到多个设备。在这个示例中，天线402通过施加复数权重以产生天线辐射方向图410、420和430，而与设备404、406和408通信。当天线402正同时接收来自设备404、406和408的信息时，信号处理器可连续施加与辐射方向图410、420和430对应的权重以隔离期望的通信信号。

例如，如果来自设备404和408的信号激发天线402，则附连的无线电可通过施加与预期设备对应的复数权重来隔离期望的信号。为了接收来自设备404的信号，可以对通过天线402接收的信号使用信号处理技术，以施加与辐射方向图410对应的复数权重。这有效地放大了从设备404的方向接收的信号，并滤掉从其它方向接收的信号。类似地，可以使用信号处理来隔离来自其它设备的通信。

使用诸如波束形成的空间处理的多用户无线电系统可以通过确定要发射的一个或多个通信信号、向每个通信信号施加适当的信号处理、将经处理的信号组合在一起、并发射所组合的信号，而将通信信号发射到各个设备404、406、和/或408。例如，使用波束形成来向设备404发射第一通信信号并向设备406发射第二通信信号的无线电设备可以将与辐射方向图410对应的复数权重施加到第一通信信号并将与与辐射方向图420对应的复数权重施加到第二通信信号。可以组合所得到的两个通信信号，并使用天线402来发射。因为复数权重改变辐射方向图，所以第一信号应该主要在设备404的方向上发射，而第二信号应该主要在设备406的方向上发射。

如果两个通信信号使用相同的频率，则它们可潜在地相互干扰；然而，只要空间处理充分隔离该两个信号，则这样的通信就是可能的。经常地，使用空间处理的系统将基于所收到的信号计算某些参数(诸如波束形成中的复数权重)。然后，可使用这些参数来控制所发射的信号。因为发射和接收路径可能不同，所以相位和振幅的变化是有可能的。

图4E示出具有由于接收和发射路径的差异导致偏移的相位和振幅的示范发射。即使具有轻微的变化，发射辐射方向图也可偏移，使得在设备之间发生泄漏，从而导致SINR(信号对干扰噪声比)恶化，这是因为设备404、406和408中的一个或多个接收预期朝向另一设备的信号的一部分。

图4A到4E图示了由振幅和/或相位失真导致的潜在性能恶化。例如，当使用所接收的信号计算用于发射的空间处理参数时，采用空间处理技术来使用天线阵列204发射信息的无线电通信系统200可能因为因为发射/接收路径差异而遭遇振幅和/或相位失真。下面描述补偿这些差异的技术。

参考图5A，使用空间处理器技术的典型无线电通信系统500将一组复数权重(即，w₁、w₂、......、w_n)施加到输出信号y(t)，以提供增加的频谱效率。在一些实现方式中，无线电通信系统500通过利用计算一组复数权重(w₁、w₂、......、w_n)来执行发射波束形成，其中每个权重对应于一个天线(502、504或506)。天线(502、504和506)作为可包括任何数目天线的天线阵列来一起操作。将复数权重(w₁、w₂、......、w_n)施加到输出信号y(t)，并通过天线502、504和506发射所得到的信号。由于基于所接收的信号来计算复数权重(w₁、w₂、......、w_n)，所以发射路径可能引入相位和/或增益的一些不希望有的变化。

参考图5B，无线电通信系统500通过将一组复数权重(h₁、h₂、......、h_n)施加到输出信号而补偿发射/接收路径差异。在这个实现方式中，复数权重(h₁、h₂、......、h_n)分别对应于特定的天线502、504或506。可以在执行任何其他处理之前或之后施加该复数权重(h₁、h₂、......、h_n)，或者将用于特定天线的一系列复数权重组合在一起以形成执行期望信号处理的单个权重以及任何必需的发射/接收补偿。在这个实现方式中，通过施加用以实现空间处理技术的复数权重(w₁、w₂、......、w_n)和通过施加用于补偿发射/接收路径变化的复数权重(h₁、h₂、......、h_n)来处理输出信号y(t)。

可以实现天线502、504和506，从而独立地控制它们(即，每个天线502、504、或506独立地在发射和接收模式之间切换)。通过提供独立的控制，无线电设备500可使用下描的技术来计算复数权重(h₁、h₂、......、h_n)。

参考图6，可以通过使用阵列中的每个天线依次发射已知信号，来针对天线阵列计算发射/接收补偿。在使用一个天线来发射已知信号时，剩余天线接收该信号。可以基于所接收的信号计算一组补偿权重。图6示出用以执行发射/接收补偿的方法的一种实现方式。在这个实现方式中，处理通过识别将用于发射的第一天线而开始(602)。从将在发射/接收补偿中使用的一群天线中选择第一天线。该群天线可包括天线阵列中的部分或所有天线。一旦识别了第一天线，则该天线用于发射已知信号(604)。由群中的其它天线的每一个接收这个发射(606)并保持将用于计算一组发射/接收补偿权重的信息。

这个处理通过确定是否剩余另外的天线而继续(608)。如果剩余另外的天线，则识别下一个天线(610)并用来发射已知信号(604)。一旦每个天线已经用来发射已知信号，则可以计算发射/接收补偿权重。为了计算发射/接收补偿(612)，系统首先通过将所接收的信号除以预料的信号，而针对每对发射/接收天线计算一组转移函数，该转移函数是所接收信号与所发射信号的比率。通过确定每对天线之间的转移函数的比率，而使用转移函数计算一组系统函数。然后，这些系统函数确定一组补偿权重(h₁、h₂、......、h_n)。

在一个实现方式中，对三个天线系统(Ant1、Ant2和Ant3)计算发射/接收补偿。发射和接收路径之间的增益和相位变化之间的差异可导致性能恶化。为了补偿这些变化，我们从天线Ant1发射已知信号Y，并在其它天线上接收这个信号。在这个实现方式中，已知信号Y是OFDM(正交频分多路复用)信号的频域表示。为了简化这个问题，为了示例的目的而假设Y是单OFDM音频1。可以为Y选择任何已知值。例如，如果Y是旋转的BPSK(二进制相移键控)信号，则Y可以表示为-1-i或者1+i。选择具有恒定模数的已知信号可能是有利的。在OFDM实现方式中创建这样的信号的一种方式是在音频中填充恒定振幅(例如-1和1)，并使-1和1的选择是伪随机的但是经过FFT是已知的。通过使-1和1的选择(具有某一恒定尺度因子)随机化，信号在时域的波峰因子(crest factor)较小，并因此具有较少的机会来对数模转换器削波(clipping)或使放大器饱和。类似地，已知信号中的每个音频的相位可以变化以有助于波峰因子。

当发射已知信号Y时，受以下因素的影响：(1)对应天线的发射转移函数T(n)；(2)空气的转移函数C(n)；(3)接收天线的接收转移函数R(n)；以及(4)从热噪声、时间误差、或任何其它源产生的噪声N(n)。为了计算发射/接收补偿权重，通过天线Ant1发射已知信号Y，并通过其它天线(Ant2和Ant3)接收该信号。所接收的信号X_pq是若从天线q发射的信号而在天线p上的测得的响应。在这个示例中，分别测量当在天线Ant1上发射和在天线Ant2上接收、以及当在天线Ant1上发射和在天线Ant3上接收时的如下响应：

X₂₁＝C(1)*R(2)*T(1)*Y+N(1)＝39.01+39.02i；以及

X₃₁＝C(3)*R(3)*T(1)*Y+N(2)＝69.04+32.98i。

接下来，利用以下响应从天线Ant2发射已知信号Y并通过其它天线接收该信号：

X₁₂＝C(1)*R(1)*T(2)*Y+N(3)＝-49.95+9.90i；％在Ant2上发射，在Ant1上接收；

X₃₂＝C(2)*R(3)*T(2)*Y+N(4)＝-39.98+19.60i；％在Ant2上发射，在Ant3上接收。

最后，利用以下响应从天线Ant3发射已知信号Y并通过其它天线接收该信号：

X₁₃＝C(3)*R(1)*T(3)*Y+N(5)＝100.01-19.70i；％在Ant3上发射，在Ant1上接收；

X₂₃＝C(2)*R(2)*T(3)*Y+N(6)＝64.03-7.90i；％在Ant3上发射，在Ant2上接收。

如下所示，将每个响应除以于所发射信号Y，以确定对应的转移函数：

H₂₁＝X₂₁/Y＝39.01+39.02i；

H₃₁＝X₃₁/Y＝69.04+32.98i；

H₁₂＝X₁₂/Y＝-49.95+9.90i；

H₃₂＝X₃₂/Y＝-39.98+19.60i；

H₁₃＝X₁₃/Y＝100.01-19.70i；以及

H₂₃＝X₂₃/Y＝64.03-7.90i；

接下来，使用所述转移函数来计算每个系统函数G_pq，其是发射和接收转移函数的比率，G_pq＝H_pq/H_qp。在这个示例中，这产生了如下系统函数：

G₁₁＝1；

G₂₂＝1；

G₃₃＝1；

G₁₂＝H₁₂/H₂₁＝-0.51317+0.76708i；

G₂₁＝H₂₁/H₁₂＝1/G₁₂＝-0.60249-0.90059i；

G₁₃＝H₁₃/H₃₁＝1.0685-0.79574i；

G₃₁＝H₃₁/H₁₃＝1/G₁₃＝0.60201+0.44835i；

G₂₃＝H₂₃/H₃₂＝-1.3693-0.4737i；以及

G₃₂＝H₃₂/H₂₃＝1/G₂₃＝-0.65223+0.22563i；

然后，如下所示，使用这些系统函数来计算发射/接收补偿权重(h₁、h₂、......、h_n)：

h₁＝G₁₁+G₁₂+G₁₃＝1.5553-0.028661i；

h₂＝G₂₂+G₂₁+G₂₃＝-0.97181-1.3743i；以及

h₃＝G₃₃+G₃₁+G₃₂＝0.94978+0.67399i。

当使用天线Ant1、Ant2或Ant3发射信号时，可以施加对应的补偿权重h₁、h₂、和h₃以补偿由发射/接收路径差异导致的增益和/或相位的变化。

参考图7，上面论述的技术可用于计算一组复数权重以补偿发射/接收路径变化；然而，这个补偿是频率独立的。例如，考虑通过两个天线的阵列进行的无线电接收信号。起源于方向θ的干扰信号n(t)到达第一天线702，然后在τ秒后到达第二天线704，其中τ＝(Δz/c)sinθ，以及c是信号的传播速度。零引导(null steering)可用于通过计算一组复数权重506和508来消除干扰信号n(t)。在这个实现方式中，如下所示，输出y(t)是干扰信号n(t)的函数：

y(t)＝w₁n(t)+w₂n(t-τ)。

进行傅立叶变换，频域表示如下：

Y(ω，t)＝N(ω，t)+[w₁+w₂e^-jωτ]。

如果干扰是固定(stationary)信号，其中频谱N(ω，t)在时间上相对于ω缓慢地变化，并且具有中心频率为f₀的窄带，则N(ω，t)在除ω等于ω₀之外的任何地方都为零。为了使用零引导而完美地消除信号，选择权重使得w₁＝w₂e^-jωτ。利用这些权重，信号y(t)的频域表示变成Y(ω，t)＝0。

不幸的是，如果信号不是真正的窄带，则每个天线上的响应在频率上改变。正如OFDM的情况，如果用一组权重来聚合太多的音频，则所述权重导致较不完美的消除。对于固定环境N(ω，t)＝N(ω)，该权重导致转移函数：

$H\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{Y\left(\mathrm{\ω}\right)}{N\left(\mathrm{\ω}\right)}{w}_1[1-e^{-j(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)\mathrm{\τ}}].$

如果|w₁|²＝1，则输出功率|H(ω)|²变成：

|H(ω)|²＝{2-2cos[τ(ω-ω₀)]}。

如所预料的，输出在中心频率处具有无穷大衰减，但是当我们从干扰信号的中心频率处移开时迅速降低。在其上计算权重的离开中心频率的频率将仅仅被轻微地衰减，并没有完全消除。正像零引导是频率独立的一样，发射/接收补偿也类似地是频率独立的。因此，将所计算的权重施加到窄群组的发射频率上是有用的。现场试验建议：对于OFDM系统，应该不再将音频聚合到上至50-100kHz大块(chunk)。在大约100kHz之外，则天线响应开始变化。

类似地，发射/接收补偿可以是时间独立的。当温度、信道、和噪声特性随时间改变时，补偿权重的有效性很可能要变化。周期性地重新计算权重以确保有效的发射/接收补偿将是有用的。应该每隔多长时间执行发射/接收补偿是实现独立的。如果温度稳定，每天重新计算权重两次将是足够的；然而，在大多数情况中，每隔10分钟重新计算一次发射/接收补偿权重是足够的。在维持高信噪比很重要的高性能无线电通信系统中，每隔20秒重新计算发射/接收补偿可能是有用的。

参考图8，无线宽带基站800包括多个天线802、与每个天线相关联的RF组件804、以及至少一个数字组件806。尽管基站800最少可采用两个天线802，但典型的实现方式将通常采用更大数目(例如，4、12、16、或32个天线802)。通过使用多个天线，数字组件806可实现空间处理技术，从而改变发送到每个RF组件804的信号或从其接收的信号以改善性能。在实现发射波束形成的宽带无线无线电设备的实现方式中，基站无线电设备包括16个天线802，其中每个天线802都与RF组件804相关联以进行处理，RF组件804诸如为下面结合图9描述的RF组件804。RF组件804耦接到数字组件806，其中数字组件806可使用专用集成电路(ASIC)或数字信号处理器(DSP)或其它处理器件来实现。

在这个实现方式中，RF组件804提供两种模式：发射和接收。在发射模式中，从数字组件806接收要发射的信号，上频转换到一个或多个发射频率，放大，然后发射。还可以实现各种滤波来改善所发射信号的质量。例如，典型地在基带频率调制从数字组件806接收的信号。这个信号可传递通过低通滤波器，以防止放大任何外来人造假象(artifact)。一旦已经上频转换并放大了信号，则可以将其传递通过带通滤波器，以防止任何带外发射。

类似地，RF组件804可置于接收模式，使得将天线802接收的信号传递通过低噪声放大器，然后下频转换为基带频率，并然后传递到数字组件806进行处理。可增加各种滤波来改善性能，诸如可将带通滤波器应用于通过天线802接收的信号，以防止带外信号的处理，可以对下频转换的信号使用低通滤波器。在一些实现方式中，RF组件可包括在数字和模拟表示之间转换信号的组件；然而，在这个实现方式中，信号转换发生在数字组件806中。

在这个设计中，可独立地控制每个天线802，使得一个或多个天线802可以在剩余天线正在进行接收的同时进行发射。这允许在没有中断客户通信并且没有引入不必要的延迟的情况下完成发射/接收补偿。例如，可通过使用天线802之一发射已知信号来执行发射/接收补偿。剩余天线802接收由第一天线802发射的信号以及由其它设备发射的任何信号。使用空间处理技术，如上所述可以计算一组权重以隔离已知信号并执行发射/接收补偿。此外，可以施加一组或多组权重，以识别通过其它设备发射的信号。

参考图9，RF组件804的示范实现方式包括与天线802耦接的带通滤波器(BPF)902，并使用在发射和接收路径二者上以滤掉在感兴趣的一个频率或多个频率之外的信号。BPF 902耦接到选择性地使得接收路径或发射路径能够使用天线802的开关904。开关904耦接到接收路径，其中在信号传递到数字组件806之前被传递通过低噪声放大器(LNA)906、然后通过下频转换器908、最后通过低通滤波器(LPF)910。当发射时，信号被从数字组件806接收，传递通过低通滤波器(LPF)912，通过上频转换器914转换到一个或多个发射频率，并传递通过功率放大器(PA)916。使用开关904将发射路径耦接到天线802，使得将已放大的信号传递通过BPF 902，然后使用天线802发射。

参考图10，图8的数字组件806的示范实现方式接收来自多个RF组件804的信号。为了处理所接收的信号，数字组件包括一个或多个模数转换器(ADC)1002。在这个实现方式中，正交频分多路复用(OFDM)提供了增加的带宽利用，同时支持多个用户。为了处理OFDM信号，数字组件806的这个实现方式包括快速傅立叶变换(FFT)组件1004。然后将所变换的数字信号传递到基带器件1006进行处理。典型地使用数字信号处理器来实现基带器件1006。为了发射信号，基带器件1006将信号发送通过逆快速傅立叶变换1008和数模转换器(DAC)1010。然后，将已转换的信号传递通过RF组件以使用天线802发射。

已经描述了几个实现方式。然而，将理解的是，可以进行各种修改，而不脱离本发明的精神和范围。因此，其它实现方式都处于以下权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种无线电通信系统，包括：

多个天线；和

与该多个天线耦接的处理器，该处理器包括无探测发射/接收补偿组件，其使得所述无线电通信系统能够在发射信号的同时补偿发射和接收路径中的变化。

2.根据权利要求1的无线电通信系统，其中所述多个天线形成天线阵列。

3.根据权利要求1的无线电通信系统，其中所述处理器是数字信号处理器。

4.根据权利要求1的无线电通信系统，其中通过与由其它天线使用的发射路径无关的发射路径、和与由其它天线使用的接收路径无关的接收路径，来将所述多个天线的每一个耦接到所述处理器。

5.根据权利要求4的无线电通信系统，其中所述处理器的无探测发射/接收补偿组件可操作为：通过多个天线中的每一个来周期性地迭代，以计算用于补偿发射和接收路径中的变化的一组复数权重，使用多个天线之一来发射已知信号，同时使用剩余的天线接收所发射的已知信号；以及基于所接收的信号来计算一组补偿参数。

6.根据权利要求1的无线电通信系统，其中所述与多个天线耦接的处理器可操作为发射和接收正交频分多路复用(OFDM)信号。

7.根据权利要求6的无线电通信系统，其中所述OFDM信号包括多个音频，并且所述处理器的发射/接收补偿组件可操作来为OFDM音频群计算单独的一组复数权重。

8.一种无线电设备，包括：

信号处理单元；和

至少两个射频单元，每个射频单元耦接到所述信号处理单元，并可独立地操作以使用天线接收信号和发射信号，从而所述无线电设备可通过射频单元之一来发射信号，同时使用另一个射频单元来接收所发射的信号。

9.根据权利要求8的无线电设备，其中所述信号处理单元是数字信号处理器。

10.根据权利要求8的无线电设备，其中所述信号处理单元是专用集成电路。

11.根据权利要求8的无线电设备，其中所述信号处理单元包括与每个射频单元相关联的模数转换器以及数模转换器。

12.根据权利要求8的无线电设备，其中该信号处理单元可操作以执行无探测发射/接收补偿。

13.根据权利要求12的无线电设备，其中该信号处理单元可操作为通过使用射频单元中的每一个连续发射已知信号、同时使用其它射频单元接收该已知信号来执行无探测发射/接收补偿。

14.一种发射/接收补偿方法，包括：

对于天线阵列中的每个天线，使用天线发射已知信号，同时使用天线阵列中的其它天线接收所发射的信号；以及

基于所接收信号和所发射信号之间的比率来计算发射/接收补偿。

15.根据权利要求14的方法，其中基于所接收信号和所发射信号之间的比率来计算发射/接收补偿的步骤包括：

对于天线阵列中的每对天线，确定由天线j发射并由天线i接收的信号的转移函数H_ij；

对于天线阵列中的每对天线，使用转移函数H_mn和H_nm的比率来确定系统函数G_mn；以及

对于天线阵列中的每个天线x，通过对天线阵列中的每个天线y的系统函数G_xy求和来计算发射/接收补偿。

16.根据权利要求15的方法，其中确定转移函数H_ij的步骤包括确定由天线i接收的信号对使用天线j发射的已知信号的比率。

17.根据权利要求15的方法，其中确定由天线j发射并由天线i接收的信号的转移函数H_ij的步骤包括：

将天线i接收的信号与由天线j发射的信号相关联，以确定一组权重；

将该组权重施加到由天线i接收的信号上以识别从天线j接收的信号；

使用从天线j接收的信号和由天线j发射的信号的比率来确定转移函数H_ij；以及

将另一组权重施加到由天线i接收的信号上以识别另一接收信号。

18.一种无探测发射/接收补偿方法，包括：

在具有n个天线的天线阵列中，将已知信号从天线阵列中的已识别天线i发射到天线阵列中的剩余(n-1)个天线中的每一个；

连续将已知信号从天线阵列中的剩余(n-1)个天线中的每一个发射到所述已识别天线i；

使用等式h_i＝G_i1+G_i2+......+G_in来确定所述已识别天线i的发射/接收补偿权重h_i，其中函数G_ij是基于所发射信号和已接收信号的比率而计算的系统函数。

19.根据权利要求18的无探测发射/接收补偿方法，其中使用等式G_ij＝H_ij/H_ji来计算系统函数G_ij，其中H_ij是转移函数。

20.根据权利要求19的无探测发射/接收补偿方法，其中该转移函数H_ij使用等式H_ij＝X_ij/Y来计算，其中X_ij是在天线i上对由天线j发射的信号的响应，而Y是由天线j发射的已知信号。

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