CN101313489A - 针对无线通信系统的天线阵列校准 - Google Patents

Abstract

针对在无线链路上将信息发射至多个装置的装置的发射链及在所述无线链路中一者上接收信息的所述多个装置的接收链的校准，利用从所述多个装置中的至少某些装置接收的多个正向链路信道估计及来自所述多个装置的多个反向链路信道估计。

Description

针对无线通信系统的天线阵列校准

根据35U.S.C§119主张优先权

本申请案根据35U.S.C.§119(e)主张于2005年4月22日提出申请的序列号为60/674,190的标题为“ANTENNA ARRAY CALIBRATION FOR WIRELESSCOMMUNICATION SYSTEM”的美国临时专利申请案以及于2005年11月2日提出申请的序列号为60/733,020的标题为“A METHOD FOR OVER THE AIRCALIBRATION OF TDD MULTI ANTENNA SYSTEMS”的美国临时专利申请案的利益，所述两个临时申请案以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

大体来说，以下说明涉及无线通信，且除其他之外，尤其涉及以无线方式校准天线阵列。

背景技术

无线网络连接系统已变成一种大多数人借以在全世界范围内进行通信的流行装置。为满足消费者的需要并提高便携性及方便性，无线通信装置已变得更小且功能更强大。诸如蜂窝式电话等移动装置的处理能力的增加已导致对无线网络传输系统的需求也在增加。而此类系统却通常不像通过其进行通信的蜂窝式装置一样易于更新。随着移动装置能力的扩展，可能难以以一种便于充分利用新的及改进的无线装置能力的方式来维持旧的无线网络系统。

更具体来说，基于频分的技术通常通过将频谱分裂成若干个均匀带宽块而将所述频谱分成不同的信道，例如，分配给无线蜂窝式电话通信的频带的划分可为分裂成若干个信道，其每一者可载送话音会话或者对于数字服务，可载送数字数据。每一信道一次只能指配给一个用户。一种通常利用的变型是正交频分技术，其将整个系统带宽有效地分割成多个正交副载波。这些副载波也称为音调、载波、频段及/或频率信道。对于基于时分的技术，将频带按时间顺序分裂成顺序性时间片或者时隙。可为信道的每一用户提供时间片段以便以循环的方式传输及接收信息。例如，在任一既定时间t处，用户都能所述信道进行短突发的存取。然后，存取会切换到另一用户，所述用户被提供用于传输及接收信息的短时间突发。所述“轮流”循环会继续进行下去，且最终为每一用户提供多个传输及接收突发。

基于码分的技术通常是在一定范围内的任一时间可获得的数个频率上传输数据。一般来说，在可用的带宽上对数据进行数字化及扩展，其中多个用户可重叠在所述信道上且各自的用户可被指派唯一的序列代码。各用户可在频谱的同一宽频块中进行传输，其中每一用户的信号通过其各自唯一的扩展代码而扩展在整个带宽上。所述技术可提供共享，其中一个或多个用户可同时进行传输及接收。此种共享可通过扩展频谱数字调制来实现，其中用户的比特流以伪随机方式编码并扩展在非常宽的信道上。接收器经设计以识别出相关联的唯一序列代码并去除随机化，以便以一致的方式收集特定用户的位。

典型的无线通信网路(例如，使用频分、时分及码分技术)包括一个或多个提供覆盖区域的基站及一个或多个可在所述覆盖区域内传输及接收数据的移动(例如，无线)终端。典型的基站可同时传输广播、多播及/或单播服务的多个数据流，其中数据流是移动终端可有独立接收兴趣的数据流。所述基站覆盖区域内的移动终端可能有兴趣接收由复合流所载送的一个或多于一个或全部数据流。同样，移动终端可向所述基站或另一移动终端传输数据。基站与移动终端之间或者各移动终端之间的这种通信可能会因信道变化及/或干扰功率变化而出现降级。例如，上述变化可能会影响基站调度、功率控制及/或一个或多个移动终端的速率预测。

当将天线阵列及/或基站与时域双工(TDD)信道传输技术结合使用时，可实现极大的增益。在实现所述增益时的关键假设是，由于传输与接收的TDD性质，正向链路(FL)与反向链路(RL)二者会观测到对应于共用载波频率的类似物理传播信道。然而，在实践中，全部发射链及接收链-其可包括模拟前端及数字取样发射器和接收器以及物理缆线及天线架构-会对接收器所经历的总体信道响应产生影响。换句话说，接收器将在发射器数字-模拟转换器(DAC)的输入端与接收器模拟-数字转换器(ADC)的输出端之间看到总的或等效的信道，此可包括发射器的模拟链、物理传播信道、物理天线阵列结构(包括缆线)、及模拟接收器链。

鉴于至少以上所述，在此项技术中需要一种在无线通信装置中所使用天线阵列中进行校准的系统及/或方法。

发明内容

下文提出对一个或多个实施例的简要概述，旨在提供对这些实施例的基本了解。所述概述并非对所有涵盖实施例的广泛概述，且既不打算表示所有实施例的关键或紧要元件、也不打算描述任何或所有实施例的范畴。其唯一目的是以简要形式提出一个或一个以上实施例的某些概念来作为下文提出的更详细说明的前序。

根据一个方面，一种校准无线网络中天线阵列的方法包括：从至少两个终端终端接收通信到所述终端的第一通信链路的估计；及从所述至少两个终端确定第二通信链路的估计。然后，基于对所述第一及第二通信链路的估计来确定校准比例。

根据另一方面，一种无线通信设备包括至少两个天线及一个与所述至少两个天线耦合的处理器。所述处理器经配置以基于来自多个接入终端的多个正向链路信道估计及反向链路信道估计来确定校准比例。

根据另一方面，一种设备可包括：用于接收对应于通到至少两个接入终端的通信的第一信道估计信息的装置；用于确定对应于来自至少两个接入终端的传输的第二信道估计信息的装置；及用于基于所述第一及第二信道估计信息来确定校准比例的装置。

另一方面涉及一种其上存储有供处理器使用的指令的处理器可读媒体。所述指令包括如下指令：为多个接入终端确定多个反向链路信道估计；及基于从所述多个接入终端中的至少某些接收的多个正向链路信道估计及来自所述多个接入终端的多个反向链路信道估计来确定校准比例。

在其他方面中，提供一种针对特定AGC状态确定最后一次校准的传输间隔的方法。然后，基于自从最后一次校准后的传输间隔来确定是对AGC状态实施另一次校准还是从存储器中读取AGC状态的先前校准向量或权重以在针对所述AGC状态校准当前的传输。

在另外方面中，一种无线通信装置包括处理器，所述处理器经配置以基于自从最后一次校准以后的传输间隔来确定是对AGC状态实施另一次校准还是从存储器中读取AGC状态的先前校准向量或权重以针对所述AGC状态校准当前的传输。所述处理器耦合至存储器。

在另一方面中，一种无线通信装置包括确定装置，所述确定装置用于基于自从最后一次校准后的传输间隔来确定是对AGC状态实施另一次校准还是从存储器中读取AGC状态的先前校准向量或权重以针对所述AGC状态校准当前传输。所述无线通信装置还可包括：用于在所述传输间隔小于某一标准的情况下从存储器读取权重或校准序列以校准当前传输的装置；及用于在所述传输间隔超过所述标准的情况下实施将要用于当前传输的另一校准操作。

为实现上述及相关目的，所述一个或多个实施例包括在下文中全面阐述并在权利要求书中所特别指出的特征。下文说明及附图详细阐述所述一个或多个实施例的某些说明性方面。然而，这些方面只表示各种可利用不同实施例原理的方式中的几种且所述实施例旨在包含所有此类方面及其等效物。

附图说明

图1图解说明多址无线通讯系统的方面。

图2图解说明根据本文所述各种方面的天线布置，所述天线布置包括接收器链及发射器链。

图3图解说明校准操作的定时方面。

图4图解说明促进校准天线阵列以补偿增益失配的逻辑的各方面。

图5图解说明促进校准天线阵列以补偿增益失配的系统的各方面。

图6图解说明用于校准天线阵列的方法的各方面。

图7图解说明用于校准天线阵列的方法的各方面。

图8图解说明无线通信系统中接收器及发射器的各方面。

图9图解说明接入点的各方面。

图10图解说明用于校准天线阵列的方法的各方面。

具体实施方式

现在将参照图式来说明各实施例，在各图式中，自始至终使用相同的参考编号来指代相同的元件。在下文说明中，出于解释的目的，阐述很多具体细节以便提供对一个或多个实施例的透彻理解。然而，显而易见，可在没有这些具体细节的情况下实施所述实施例。在其他实例中，以框图的形式来显示众所周知的结构和装置，以便于阐述一个或多个实施例。

本申请案中所用术语“组件”、“系统”及类似术语打算指代与计算机相关的实体，其可为硬件、硬件与软件的组合、软件或者可为执行中的软件。例如，组件可为(但不限于)在处理器上运行的方法、处理器、对象、可执行档、执行线程、程序、及/或计算机。一个或多个组件可驻存在过程及/或执行线程内，且组件可定域在一个计算机上及/或分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件可从各种其上存储有各种数据结构的计算机可读媒体上执行。所述组件可通过本地及/或远方过程的方式来进行通信，例如根据具有一个或多个数据分组的信号来进行通信(例如，来自一个与本地系统、分布式系统中的另一组件相互作用及/或通过信号的方式跨越网路(例如，因特网)与其他系统相互作用的组件的数据)。

此外，本文结合订户台来说明各种实施例。订户台也可称作系统、用户单元、移动台、移动装置、远程站、接入点、基站、远程终端、接入终端、用户终端、用户代理、用户设备等。订户台可为蜂窝式电话、无绳电话、对话启动协议(SIP)电话、无线局部回路(WLL)台、个人数字助理(PDA)、具有无线连接能力的手持式装置、或其它连接至无线调制解调器的处理装置。

此外，可使用标准的编程及/或工程设计技术将本文所述的各种方面或特征实施为一种方法、设备或制品。本文所用术语“制品”打算囊括可从任一计算机可读装置、载体或媒体存取的计算机程序。例如，计算机可读媒体可包括(但不限于)磁性存储装置(例如，硬盘、软盘、磁条…)、光盘(例如，光碟(CD)、多用途数字光盘(DVD)…)、智能卡、及快闪存储器装置(例如，卡、棒、口袋式保密磁盘…)及集成电路，例如，只读存储器、可编程只读存储器、及电可擦可编程只读存储器。

参照图1，其中图解说明根据一个实施例的多址无线通信系统。多址无线通信系统1包括多个小区，例如，小区2、104及106。在图1中，每一小区2、4及6可包括一个接入点，而所述接入点包括多个扇区。所述多个扇区由各自负责与所述小区一部分中的接入终端进行通信的天线群组形成。在小区2中，天线群组12、14及116各自对应于不同的扇区。在小区4中，天线群组18、20及22各自对应于不同的扇区。在小区6中，天线群组24、26及28各自对应于不同的扇区。

每一小区都包括数个与每一接入点的一个或多个扇区通信的接入终端。例如，接入终端30及32与接入点42通信，接入终端34及36与接入点44通信，且接入终端38及40与接入点46通信。

控制器50耦合至小区2、4及6的每一者。控制器50可包含一个或多个通到多个网络(例如，因特网、其他基于分组的网络、或电路交换话音网络)且往来于与多址无线通信系统1的小区通信的无线终端提供信息的连接。控制器50包括对往来于接入终端的传输进行调度的调度器或与所述调度器耦合。在其他实施例中，所述调度器可驻存在每一个别小区、小区的每一扇区或其一组合中。

为促进校准通到所述接入终端的传输，有益地，对所述接入点的增益校准回路进行校准以处理由于接入点的发射及接收链而引起的失配。然而，由于所述信道内的噪声，所以任何基于接入终端处接收(正向链路)的信号及从接入终端传输(反向链路)的信号的校准估计可能包含噪声及其他信道变化，这可能对所提供的用以提供校准的估计提出疑问。为克服所述信道噪声的效应，可在正向链路及反向链路二者上对多个接入终端实施多次校准。在某些方面中，为对既定扇区实施校准，会将往来于每一接入终端的多个传输考虑在内。

在某些方面中，可对接入点的发射链或者接入点的接收链进行校准。例如，这可通过利用校准比例以相对于接入点的发射链校准其接收链或相对于其接收链校准其发射链来完成。然后，可利用所述校准比例来校准接入点的发射链或接入点的接收链。

本文中使用的接入点可为用于与终端进行通信的固定台，且还可称作基站、节点B或某一其他术语，且可包括基站、节点B的某些或全部功能。接入终端(AT)还可称作用户设备(UE)、无线通信装置、终端、移动台或某一其他术语，且可包括用户设备(UE)、无线通信装置、终端、移动台的某些或全部功能。

应注意，虽然图1对多个物理扇区(也就是说，不同的扇区具有不同的天线群组)进行绘示，但也可利用其他的方法。例如，利用多个固定的“波束”可用来替代物理扇区或者可用来与所述物理扇区组合使用，所述多个固定“波束”各自在频率空间内覆盖不同的小区区域。这种方法绘示并揭示于共同待决的序列号为11/260,895的标题为“Adaptive Sectorization In Cellular System”的美国专利申请案中，所述申请案以引用方式并入本文中。

参照图2，其中图解说明根据本文所述各个方面的天线布置100，所述天线布置包括接收器链102及发射器链104。接收器链102包括下变频组件106，其在接收到信号时即刻将所述信号下变频至基带。下变频组件106以操作方式连接至自动增益控制(AGC)功能108，所述自动增益控制(AGC)功能108评估所接收信号的强度并自动地调节施加至所接收信号的增益，以使接收器链102保持在其相关联的线性操作范围内并提供恒定的信号强度来经由发射器链104输出。应了解，对于应本文所述的某些实施例，AGC组件108是可选的(例如，自动增益控制无需结合每一实施例实施)。AGC108以操作方式耦合至模拟数字(A/D)转换器110，所述模拟-数字(A/D)转换器110在所接收信号经过可减轻所接收信号中短期振荡的数字低通滤波器(LPF)112平滑之前将所接收信号转换成数字格式。最后，接收器链102可包括接收器处理器114，所述接收器处理器114处理所接收信号并可将所述信号传送至发射器链104中的一个或多个组件。

发射器链104可包括从接收器链102接收信号的发射器处理器116(例如，发射器接收最初由接收器链102接收并经过与其组件相关的各种处理的信号)。发射器处理器116以操作方式耦合至脉冲整形器118，脉冲整形器118可促进调处待发射的信号以使所述信号可被整形至处于带宽约束范围内而同时减轻及/或消除符号间干扰。一旦经整形，所述信号即可由D/A转换器120实施数字模拟(D/A)转换，然后经发射器链104中以操作方式相关联的低通滤波器(LPF)122进行平滑处理。脉冲放大器(PA)组件124可在由上变频器126将所述脉冲/信号上变频至基带之前放大所述脉冲/信号。

接入点及接入终端二者的每一天线都可有天线阵列100。因此，可能在发射器链104与接收器链102的传输特性及/或其样本之间观测到明显的差别，可不假设等效信道与/或发射器/接收器变化具有互反性。当校准天线100的阵列时，可利用关于沿发射器及接收器链传播的信号的量值变化(根据其对相位及/或振幅的影响)的理解以及其对互反性假设准确性的影响来促进所述校准过程。此外，在天线阵列的情况下，通常每一天线100都具有不同于每一另外的天线的发射器链104及接收器链102。因此，每一不同的发射器链104可分别具有不同于其他发射器链104的效应(在相位及/或振幅方面)。对于每一天线100的接收链102来说，同样如此。

这些效应上的失配可归因于天线100的物理结构、组件差别或若干其他因素。这些失配可包括(例如)互耦合效应、杆塔效应、不确切知道元件位置、因天线缆线而引起的幅值及/或相位失配等。另外，实例包括，失配可能是由于每一天线100的发射器链104及/或接收器链102中的硬件元件而引起。例如，这些失配可能与模拟滤波器、I与Q不平衡、所述链中低噪声放大器或放大器的相位及/或增益失配、各种非线性效应等相关联。

对于接入点，将每一发射链独立地校准其对应的接收链(即，对应于同一天线的接收链)将需要复杂且可能笨拙的过程。进一步，对于任一既定接入终端，任何正向链路传输的具体反馈或用于反向链路传输的导频会经受所述用户的噪声。因此，对于任一基于正向及反向链路二者进行估计的既定校准比例，信道变化及噪声会引入某些误差。因此，在数个方面中，将针对若干不同接入终端估计的一个或多个校准比例组合起来以获得单个拟由接入点使用的校准比例以传输至一个或所有接入终端。在某些方面中，所述组合可构成每一与接入点通信的接入终端的全部校准比例或某一预定子集合的平均值。在另一方面中，以联合优化的方式来完成所述组合，其中来自每一接入终端及针对其的信道测量结果经组合以估计单个校准比例(其是每一接入终端的增益失配的组合)，而无需针对每一接入终端计算个别的校准比例。

对于任一既定的接入终端，所述接入点使用相关的反向链路信道估计及正向链路信道估计以基于接入终端来估计或计算所述校准比例，所述相关的反向链路信道估计及正向链路信道估计在所述接入终端处实施并反馈至接入点。

可在接入终端处针对来自接入点的第i个发射天线的传输估计正向链路信道估计

。然而，任一信道估计都会有与所述信道噪声相关的分量以及由接入点发射链及接入终端接收链所导致的任一增益或失真。则所述正向链路信道估计可写为：

(方程式1)

在方程1中，信道估计是如下变量的函数：接入终端接收器链的增益失配β_AT；接入点发射器链的增益失配α_AP ⁽ⁱ⁾；h_i，其是所量测两个天线之间的物理信道；及所述信道的噪声n_i，其是所述信道估计的一部分。

在反向链路传输的情况下，接入点的第i个接收天线处的信道估计

(归因于来自AT的传输)本质上是方程1的逆。这可从以下方程2中看出：

(方程式2)

在方程2中，信道估计是如下变量的函数：接入终端发射链的增益失配α_AT；接入点接收器链的增益失配β_AP ⁽ⁱ⁾；h_i，其是所正量测两个天线之间的物理信道；及所述信道的噪声υ_i，其是所述信道估计的一部分。

为校准所述天线阵列，以下方程3显示天线100的接收器链102与发射器链104之间的失配误差。应注意，为实现阵列校准，可结合本文所述的方法及数学关系使用其他的方法及数学关系或使用其他的方法及数学关系取而代之。

$c_i=\frac{{\hat{h}}_{\mathrm{AP}}^{\left(i\right)}}{{\hat{h}}_{\mathrm{AT}}^{\left(i\right)}}=\frac{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{AT}}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{AT}}}\·\frac{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{AP}}^{\left(i\right)}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{AP}}^{\left(i\right)}}=\mathrm{\γ}\·\frac{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{AP}}^{\left(i\right)}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{AP}}^{\left(i\right)}}=\mathrm{\γ}\·{\mathrm{\η}}_i$ (方程式3)

在方程3中，c_i是反向链路传输与正向链路传输之间的总失配比，γ是接入终端传输及接收链之间增益的失配比，且η_i是接入点处第i个天线的接收及发射链的失配比。应注意，γ对于接入点处的每一天线对来说大体上恒定。此外，在某些方面中，方程3是理想化的，因为其中并不包含噪声估计。

校准比例c_i，i＝1，...，M，其中M是接入点天线阵列中可分组成1个向量

的天线的数量，对于每一接入终端，其可被称为“校准向量”。

$\tilde{c}=\left[\begin{array}{c}{\tilde{c}}_1\\ {\tilde{c}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\tilde{c}}_M\end{array}\right]=\mathrm{\γ}\·\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\η}}_1\\ {\mathrm{\η}}_2\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{\η}}_M\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{z}_1\\ z_2\\ .\\ .\\ .\\ z_M\end{array}\right]=\mathrm{\γ}\·\mathrm{\η}+n$ (方程式4)

在方程4中，向量

中的输入对应于与单个接入终端相关的接入点的每一天线的估计。应注意，向量

的元素可为复数，其包括接入点天线的每一发射及接收链的振幅及相位失配二者以及对应于接入终端传输及接收链的发生及接收失配的共有失配。

所述噪声向量n包括信道测量误差(MSE)的效应且还包括信道测量去相关的效应，因为所述增益的测量是在不同时间处测量，从而可允许随时间的信道变化以及温度及其他变化以实现所述测量。

对应于接入终端u的经估计校准向量

可确定为如下方程5所示：

${\tilde{c}}_u={\mathrm{\γ}}_u\·\mathrm{\η}$ (方程式5)

其中γ_u是对应于接入终端发射及接收链的增益失配，且η是对应于接入点天线阵列发射及接收链的失配向量。

是针对接入点天线阵列的所有天线来确定。

在以上所述中，应注意，有数种方法可组合不同的校准估计(对应于来自不同接入终端的测量)来产生总或组合的校准估计。进行此种组合的一个方式是平均所有的校准估计以获得单个估计。

在此方法中，每一校准向量估计都包括乘法因子γ_u，不同的接入终端，不同的γ_u。在其中一个或多个接入终端具有非常大的增益失配γ_u的情况下，简单的平均可得到使平均值偏向具有最大增益失配γ_u的接入终端的结果。

在另一方面中，根据所述向量的元素来正规化对应于具体接入终端的每一校准向量估计。这可在其中一个或多个接入终端具有高增益失配γ_u的情况下提供最小化。所述过程绘示在以下方程6中。

${\stackrel{\‾}{c}}_u=\frac{{\tilde{c}}_u}{{\tilde{c}}_{u,t}},$ $\tilde{c}=\frac{1}{U}\underset{u=1}{\overset{U}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{c}}_u$ (方程式6)

应注意，在某些方面中，所述正规化元素可为所述校准向量的任一元素，只要其对于每一校准向量估计是同一元素(例如，第一元素或另一元素)。然后，将所述经正规化元素的和除以向量

中元素U的总数。

可用来组合不同校准向量估计的另一方法可基于将矩阵中的估计向量组合在一起。例如，在某些方面中，情况可能是每一校准向量估计是同一向量的旋转及按比例缩放型式，且所述旋转及按比例缩放是因不同的接入终端失配γ_u而引起的。一种除去这种按比例缩放及旋转的方式是先使每一校准向量正规化而得到单位范数。然后，可通过所述校准向量来形成矩阵Q，Q的列是经正规化的校准向量估计。校准向量的单个估计是通过实施分解所述矩阵而获得的，例如，矩阵Q的奇异数值分解。对应于最大奇异值的特征向量可用作总的校准向量估计，例如，如以下方程(7)中显示。

$Q=\left[\begin{array}{cccc}{\hat{c}}_1& {\hat{c}}_2& \·\·\·& {\hat{c}}_U\end{array}\right],$ ${\hat{c}}_j=\frac{{\hat{c}}_j}{\left|\right|{\tilde{c}}_j\left|\right|},j=1,...,U$ (方程式7)

SVD(Q)＝U·S·V

如以上三种方法中举例说明，校准比例通常按照两个步骤来进行估计。首先，针对与个别接入终端相关的天线阵列或那些感兴趣的天线计算对应于校准向量元素的值。然后，根据一个或多个不同的数学过程来组合所述校准向量。

如下，计算多个校准向量的一个替代方案是使用多个接入点及接入终端测量从而利用联合优化程序。在某些情况下，所述接入终端及接入点可为不同的频率音调及在不同时刻处产生其信道估计。此外，接入点与第u个接入终端之间在时间k处可能有定时误差τ_k，u。在这种情况下，在接入终端处测量的正向链路信道向量估计g_i，k，u可与在接入点处测量的反向链路信道向量估计h_i，k，u有关。以下方程8中绘示一种利用校准向量η及接入终端失配γ_u的方法。

$g_{i,k,u}={\mathrm{\γ}}_u\·e^{-j{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{\τ}}_u}\·\mathrm{diag}\left(h_{i,k,u}\right)\·\mathrm{\η}+n_{i,k,u}$

$={\mathrm{\γ}}_{i,k,u}\·Z_{i,k,u}\·\mathrm{\η}+n_{i,k,u}$ (方程式8)

在方程8中，z_i，k，u是对角矩阵，其对角元素是反向链路信道向量估计的元素h_i，k，u且 ${\mathrm{\γ}}_{i,u}={\mathrm{\γ}}_u\·e^{-j{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{\τ}}_n}.$ 下标i，k，u分别为音调、时间及用户索引。在以上方程中，未知数是校准向量η及接入终端具体失配γ_i，k，u。方程8的特征是，接入终端失配除了由于接入终端发射及接收链而引起的增益失配以外还包括接入点与接入终端之间的定时失配的效应。获得η及γ_i，k，u的解的一个方式是利用方程9中所示的最小均方误差(MMSE)方法。

(方程式9)

η及γ_i，k，u的解可由如下方程10来得出。

的最小特征向量

${\mathrm{\γ}}_{i,k,u}=\frac{g_{i,k,u}^{*}\·Z_{i,k,u}\·\mathrm{\η}}{g_{i,k,u}^{*}{g}_{i,k,u}}$ (方程式10)

其中，对于向量x，正交投影算子Π_x ^⊥可界定为：

${\mathrm{\Π}}_x^{\⊥}=I-\frac{{\mathrm{xx}}^{*}}{x^{*}x}$ (方程式11)

为补偿所述失配，可使用所述校准比例以从接入点的发射器链的相位及振幅两个方面或其中一个方面来更改所述增益以使其匹配其接收器链或等效地更改接入点的接收链的增益以使其匹配其发射链。

在某些方面中，接入点可使用最大比例组合(MRC)波束形成、等增益组合(EGC)波束形成、或任一其他用于传输至任一接入终端的空间预处理技术。也就是说，如果所述反向链路信道向量是h，则所述接入点使用如下预处理权重来进行传输：

对于MRC   w_MRC(h)＝h^*/|h|， $\left|h\right|=\sqrt{h^{*}\·h}$

对于EGC    

方程(12)

对于校准向量估计η，接入点可使用如下预处理权重以补偿其发射及接收链失配：

对于MRC    w_MRC＝diag(η)·h^*/|h|， $\left|h\right|=\sqrt{h^{*}\·h}$

对于EGC    

方程(13)

其中

尽管图2绘示及阐述接收器链102及发射器链104的一个实施例，然而也可利用其它布局及结构。例如，可在接收器链102与发射器链104二者中使用不同数量的组件。另外，也可代之以不同的装置及结构。

图3图解说明来自单个接入终端的校准的定时循环，其中利用TDD系统，所述TDD系统具有毗邻于单个反向链路帧或突发的单个正向链路帧或突发。如图中看出，一个或多个在反向链路上发射的导频是在接入点处测量。所述测量时间周期是接入点解码时间的函数。在此解码周期期间，一个或多个导频在正向链路上传输至所述接入终端。然后，所述接入终端测量所述导频以估计所述正向链路信道。如同所述反向链路估计一样，存在一些解码滞后。所述经解码的正向链路估计需要传输回到接入点以产生校准比例。因此，可看出，存在某一最小时间量，且因此可无漂移地为其维持校准的最大接入终端速度是强大的或实质干扰因子。

如图3中可看出，如果利用来自多个接入终端的多个信道估计，则可减小相关联的噪声及漂移或可至少在一个时间及接收链范围内对其进行取样，从而接收总校准增益。

图4图解说明促进校准天线阵列以补偿增益失配的逻辑的各方面。系统300包括校准组件302，所述校准组件包括：失配估计组件304，其分析模型接收器链输出信号及/或各接收器链输出信号之间的比较；及比例集合计算器306，其计算用以产生向量

的比例并将其集合起来以用于使用上述其中一种方法将来自不同接入终端的不同测量结果组合在一起。

图5图解说明促进校准天线阵列以补偿增益失配的系统的各方面。系统400包括在操作上耦合至天线阵列404的处理器402。处理器402可利用校准组件406在接入终端及接入点处为个别天线组合确定增益失配。处理器402进一步包括校准组件406，所述校准组件406确定所述校准比例并然后产生及利用向量

系统400可另外包括存储器408，所述存储器在操作上耦合至处理器402且存储有关阵列校准、比例产生及利用以及产生校准数据等的信息、及任何其他适合的有关校准天线阵列404的信息。应了解，处理器402可为专用于分析及/或产生处理器402所接收信息的处理器、对系统400中一个或多个组件进行控制的处理器、及/或分析及产生处理器402所接收信息且同时控制系统400中一个或多个组件的处理器。

存储器408可另外存储与产生信号副本及模型/表示形式、失配估计值等相关联的协议，以使系统400可使用所存储的协议及/或算法来实现本文所述的天线校准及/或失配补偿。应了解，本文所述的数据存储装置(例如，存储器)组件可为易失性存储器或者可为非易失性存储器，或者可包含易失性与非易失性两种存储器。通过图解而非限定的方式，非易失性存储器可包含只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除ROM(EEPROM)、或快闪存储器。易失性存储器可包含用作外部高速缓存存储器的随机存取存储器(RAM)。通过图解而非限定的方式，RAM可具备许多种形式，例如，同步RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据速率SDRAM(DDR SDRAM)、增强的SDRAM(ESDRAM)、同步链路DRAM(SLDRAM)及直接存储器总线RAM(DRRAM)。本发明系统及方法中的存储器408打算包括但不限于所述及任何其它适宜类型的存储器。

在某些方面中，存储器408可为AGC的每一状态(也就是说，振幅的水平)存储校准向量

在这些方面中，对于每一传输，处理器402可存取AGC状态的校准向量

而不实施校准。关于是实施另一次校准还是为既定的传输存取先前校准向量

的决定可基于自从获得所述AGC状态的校准向量

以后的时间周期或传输数量。这可为系统的参数或可根据信道的条件(例如，信道的加载)而变化。

图6图解说明用于校准天线阵列以便进行传输的方法。从接入终端接收正向链路的信道估计，框500。如上论述，可从由接入点发射的正向链路导频来产生这些信道估计。另外，所述接入点会产生对反向链路信息(例如，反向链路信道导频)的信道估计，框502。

在收集到正向链路及反向链路信道估计二者之后，可确定每一接入终端与接入点天线的校准比例，框504。在某些方面中，利用彼此在时间上最近的正向链路及反向链路信道估计来形成校准比例。在这些情况下，可基于正向链路及反向链路估计的连续信道估计对来实施针对既定接入终端的多个估计。

如关于图3所论述，不同的计算与传输之间存在一些时间滞后。进一步，框500及502的功能对于相同或不同的接入终端可大体上同时发生或者可在不同的时间处发生。因此，可基于在时间上可连续或者可不连续的正向链路及反向链路传输的信道估计来确定既定接入终端的校准比例。

然后，组合所述校准比例以形成对多个接入终端的校准估计，框506。此经组合的校准比例可包括既定扇区或小区内某些或全部接入终端的校准比例，且对于正为其获得一个或多个校准比例的每一接入终端来说具有不等或等数量的校准比例。

可通过简单地平均所述校准比例或利用关于图2所论述的其他方法(例如，关于方程5或7所论述的方法)来获得所述经组合的校准比例。

然后，为来自接入点每一发射链的每一传输加上基于所述发射链的经组合校准比例的权重，框508。此外，可针对所述接入点的一个或多个发射链利用一组经组合或联合的校准权重。作为另一选择，可将此基于经组合校准比例的经组合校准比例或校准指令传输至一个或多个接入终端。然后，接入终端将基于所述经组合校准比例的权重应用于接入终端处所接收传输的解码。

此外，在某些方面中，针对特定的AGC状态而不针对其他的AGC状态利用所述校准权重。如此，框508只适用于框500期间的AGC状态。

图7图解说明另一用于校准天线阵列以便传输的方法。从接入终端接收正向链路的信道估计，框600。如上论述，可从由接入点发射的正向链路导频来产生这些信道估计。另外，接入点会产生对反向链路信息(例如，反向链路信道导频)的信道估计，框602。

在收集到正向链路及反向链路信道估计二者之后，可确定针对多个接入终端604利用多个信道估计的校准比例，框504。在某些方面中，利用彼此在时间上最近的正向链路及反向链路信道估计。在这些情况下，可基于正向链路及反向链路估计的连续信道估计对来实施针对既定接入终端的多个估计。

如关于图3所论述，不同的计算与传输之间存在一些时间滞后。进一步，框600及602的功能对于相同或不同的接入终端可大体上同时发生或者可在不同的时间处发生。因此，可基于在时间上可连续或者可不连续的正向链路及反向链路传输的信道估计来确定既定接入终端的校准比例。

可通过利用如关于图2(例如，关于方程8)论述的联合优化过程来获得所述联合校准比例。

然后，为来自接入点每一发射链的每一传输加上基于所述发射链的联合校准比例的权重，框608。此外，可针对所述接入点的一个或多个发射链利用一组经组合或联合的校准权重。作为另一选择，可将此基于联合校准比例的联合校准比例或校准指令传输至一个或多个接入终端。然后，接入终端将基于所述联合校准比例的权重应用于接入终端处所接收传输的解码。

此外，在某些方面中，针对特定的AGC状态而不针对其他的AGC状态利用所述校准权重。如此，框608只适用于框600期间的AGC状态。

图8图解说明例示性无线通信系统1300。为简明起见，无线通信系统1300绘示一个基站和一个终端。然而，应了解，所述系统可包含一个以上基站及/或一个以上终端，其中额外的基站及/或终端可大体上类似于或者不同于下文所述的例示性基站及终端。此外，应了解，基站及/或终端可使用本文所述的系统(图1-5)及/或方法(图6-7及10)以促进其间的无线通信。

现在参见图8，在正向链路传输上，在接入点1305处，发射(TX)数据处理器1310接收、格式化、编码、交错、及调制(或者符号映射)业务数据并提供调制符号(“数据符号”)。符号调制器1315接收并处理所述数据符号及导频符号并提供符号流。符号调制器1320对适当副载波上的数据及导频符号进行多路复用，为每一未使用的副载波提供信号值零，并为每一OFDM符号周期获得所述N个副载波的一组N个发射符号。每一发射符号可为数据符号、导频符号、或信号值零。所述导频符号可在每一符号周期内连续发送。应了解，所述导频符号可经时分多路复用(TDM)、频分多路复用(FDM)、正交频分多路复用(OFDM)、码分多路复用(CDM)等。符号调制器1320可使用N-点IFFT将每一组N个发射符号变换至时域，以获得含有N个时域码片的“已变换”符号。符号调制器1320通常会重复每一已变换符号的一部分以获得对应的符号。所重复部分称作循环前缀，且用于抵抗无线信道中的延迟扩展。

发射单元(TMTR)1320接收所述符号流并将其转换成一个或多个模拟信号，并进一步调节(例如，放大、滤波及上变频)所述模拟信号，以产生适于在无线信道上传输的正向链路信号。然后，所述正向链路信号经由天线1325发射至所述终端。在终端1330处，天线1335接收所述组成链路信号并将接收的信号提供至接收单元(RCVR)1340。接收器单元1340调节(例如，滤波、放大、及下变频)所接收的信号，并将所述经调节的信号数字化以获得样本。符号解调器1345移除附加至每一符号的循环前缀，使用N-点FFT将每一接收的已变换符号变换至频域，并为每一符号周期获得所述N个副载波的N个接收符号，然后将接收的导频符号提供至处理器1350以用于信道估计。符号解调器1345进一步从处理器1350接收正向链路的频率响应估计，对接收的数据符号实施数据解调以获得数据符号估计(其系所发射数据符号的估计值)，并将所述数据符号估计提供至RX数据处理器1355，所述RX数据处理器对所述数据符号估计进行解调(也就是符号解映射)、解交错及解码以恢复所传输的业务数据。符号解调器1345及RX数据处理器1355所进行的处理分别与符号调制器1315及TX数据处理器1310在接入点1300处所进行的处理互补。

在反向链路上，TX数据处理器1360处理业务数据并提供数据符号。符号调制器1365接收所述数据符号并将其与导频符号一同进行多路复用，实施调制，并提供符号流。所述导频符号可在已指派给终端1330用于导频传输的副载波上传输，其中反向链路的导频副载波数量可相同于或者可不同于正向链路的导频副载波数量。然后，发射器单元1370接收并处理所述符号流，以产生反向链路信号，所述反向链路信号通过天线1335发射至接入点1310。

在接入点1310处，来自终端1330的反向链路信号由天线1325接收并经接收器单元1375处理以获得样本。然后，符号解调器1380处理所述样本并为反向链路提供所接收的导频符号及数据符号估计。RX数据处理器1385处理所述数据符号估计，以恢复由终端1335所传输的业务数据。处理器1390为每一在反向链路上进行传输的现用终端实施信道估计。

分别如图2、6及7论述，处理器1390还可经配置以实施产生校准比例及经组合的校准比例或联合校准比例。

处理器1390及1350分别指挥(例如，控制、协调、管理等)接入点1310及终端1335处的操作。各自处理器1390及1350可与存储程序代码及数据的存储器单元(未显示)相关联。处理器1390及1350也可分别执行计算以导出反向链路及正向链路的频率及脉冲响应估计。

参照图9，接入点可包括主单元(MU)1450及无线电单元(RU)1475。MU 1450包括接入点的数字基带组件。例如，MU 1450可包括基带组件1405及数字中频(IF)处理器单元1410。数字IF处理单元1410通过实施诸如滤波、信道化、调制等功能以中频数字地处理无线电信道数据。RU 1475包括接入点的模拟无线电部分。本文中使用的无线电单元是接入点的模拟无线电部分或其他类型的具有通到移动交换中心或对应装置的直接或非直接连接的收发台。无线电单元通常在通信系统中用作特定的扇区。例如，RU 1475可包括一个或多个连接至一个或多个天线1435a-t的接收器1430以从移动订户单元接收无线电通信。在一个方面中，将一个或多个功率放大器1482a-t耦合至一个或多个天线1435a-t。模拟数字(A/D)转换器1425连接至接收器1430。A/D转换器1425将接收器1430所接收的模拟无线电通信转换成数字输入以经由数字IF处理单元1410传输至基带组件1405。RU 1475还可包括一个或多个连接至相同或不同天线1435的发射器120以将无线电通信发射至接入终端。数字模拟(D/A)转换器1415连接至发射器1420。D/A转换器1415将经由数字IF处理单元1410从基带组件1405接收的数字通信转换成模拟输出以传输至所述移动订户单元。在某些方面中，多路复用器1484用于对多信道信号进行多路复用及对各种包含话音信号及数据信号在内的信号进行多路复用。中央处理器1480耦合至主单元1450及无线电单元以控制各种包含话音或数据信号处理在内的处理。

对于多址系统(例如，频分多址(FDMA)系统、正交频分多址(OFDMA)系统、码分多址(CDMA)系统、时分多址(TDMA)系统等)，多个终端可同时在反向链路上进行传输。对于这种系统，可在不同终端之中共享所述导频副载波。信道估计技术可用于其中每一终端的导频副载波横跨整个操作频带(可能频带边缘除外)的情况。为获得每一终端的频率分集，期望使用这种导频副载波结构。本文所述技术可由各种装置来实施。例如，这些技术可实施在硬件、软件、或其组合中。对于硬件实施方案，信道估计所用的处理单元可实施在一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、其它设计用于执行本文所述功能的电子单元、或其组合中。对于软件，实施方案可是借助实施本文所述功能的模块(例如，程序、功能等)。软件代码可存储在存储器单元中并由处理器1390及1350来执行。

图10图解说明用于校准天线阵列以便传输的额外方法。确定自从将要用于传输的当前AGC状态的最后一次校准以后的传输间隔，框1500。在某些情况下，所述间隔可为自从AGC状态的最后一次校准以后所逝去时间的函数，而在其他情况下，其可为自从AGC状态的最后一次校准以后的传输数量(正向链路传输、反向链路传输或二者)的函数。此确定是基于阈值T，阈值T可为预定的或者可基于条件(例如，加载)而变化。

如果传输间隔大于T，则实施另一次校准操作，其中从接入终端接收正向链路的信道估计，框1502，且所述接入点会产生针对反向链路的信道估计，框1504。在收集到正向链路及反向链路信道估计二者之后，确定对于多个接入终端利用多个信道估计的校准比例，框1506。

在收集到正向链路及反向链路信道估计二者之后，确定对于多个接入终端利用多个信道估计的校准比例，框1512。然后，对于AGC状态，为来自接入点的每一传输链的每一传输加上基于所述发射链的联合校准比例的用于AGC状态的权重(1510)。

如果所述传输间隔大于τ，则从存储器存取用于所述特定AGC状态的校准向量(例如，权重)，框1512。然后，为来自接入点每一传输链的每一AGC状态传输加上基于存储器存取的AGC状态权重的权重(1510)。

上文所述包括一个或多个实施例的实例。当然，不可能出于阐述前述实施例的目的而阐述各组件或方法的每一种可构想组合，但所属技术领域的技术人员可认识到，各个实施例也可存在很多进一步的组合及排列。相应地，所述实施例旨在囊括归属于随附权利要求书的精神及范畴内的所有这些改变、修改及变化型式。此外，关于说明书或权利要求书中使用措词“包括(includes)”，所述措词的包含方式拟与措词“包含(comprising)”在权利要求中用作转折词时所解释的方式相同。

Claims (26)

1、一种校准无线网络中天线阵列的方法，其包括：

接收对应于到第一接入终端的传输的第一信道估计信息；

确定对应于来自所述第一接入终端的传输的第二信道估计信息；

接收对应于到第二接入终端的传输的第三信道估计信息；

确定对应于来自所述第二接入终端的传输的第四信道估计信息；及

基于所述第一、第二、第三及第四信道估计信息为至少所述第一及第二接入终端确定校准比例。

2、如权利要求1所述的方法，其中确定所述校准比例包括：

基于所述第一及第二信道估计信息确定第一校准比例；

基于所述第三及第四信道估计信息确定第二校准比例；及

基于组合所述第一及第二校准比例来确定所述校准比例。

3、如权利要求2所述的方法，其中组合包括将所述第一与第二校准比例求平均。

4、如权利要求2所述的方法，其中所述第一及第二校准比例包括多个元素，其每一者对应于与所述第一及第二接入终端通信的接入点中的至少一个天线，且其中组合包括：

正规化所述第一校准比例；

正规化所述第二校准比例；及

基于包括所述第一及第二校准比例的矩阵确定所述校准比例。

5、如权利要求4所述的方法，其中基于所述矩阵确定所述校准比例包括利用奇异值分解来分解所述矩阵。

6、如权利要求1所述的方法，其中确定所述校准比例包括基于所述第一、第二、第三及第四信道估计信息来确定联合校准比例。

7、如权利要求1所述的方法，其中确定所述校准比例包括求解如下方程式：

$g_{i,k,u}={\mathrm{\γ}}_u\·e^{j{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{\τ}}_u}\·\mathrm{diag}\left(h_{i,k,u}\right)\·\mathrm{\η}+n_{i,k,u}$

$={\mathrm{\γ}}_{i,k,u}\·Z_{i,k,u}\·\mathrm{\η}+n_{i,k,u}$

其中Z_i，k，u是对角矩阵，其对角元素是所述反向链路信道向量估计h_i，k，u的元素， ${\mathrm{\γ}}_{i,u}={\mathrm{\γ}}_u\·e^{-j{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{\τ}}_u},$ 且下标i、k、u分别是音调、时间及用户索引。

8、如权利要求7所述的方法，其中求解包括使用MMSE技术来求解所述方程式。

9、如权利要求1所述的方法，其中确定所述校准比例包括利用具有所述第一、第二、第三及第四信道估计信息的联合优化方案。

10、如权利要求1所述方法，其进一步包括：

接收对应于到第三接入终端的传输的第五信道估计信息；

确定对应于来自所述第三接入终端的传输的第六信道估计信息；及

基于所述第一、第二、第三、第四、第五及第六信道估计信息为至少所述第一、第二及第三接入终端确定校准比例。

11、一种无线通信设备，其包括：

至少两个天线；及

处理器，其与所述至少两个天线耦合，所述处理器经配置以基于来自多个接入终端的多个正向链路信道估计及反向链路信道估计来确定校准比例，以用于与所述多个接入终端中的每一者通信。

12、如权利要求11所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以为所述多个接入终端中的每一接入终端确定校准比例，且基于组合所述校准比例的每一者来为所述接入终端中的每一者确定所述校准比例。

13、如权利要求12所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以通过将所述校准比例的每一者求平均来组合所述比例。

14、如权利要求12所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以通过正规化每一校准比例来组合所述比例且基于包含所述校准比例的每一者的矩阵来确定所述校准比例。

15、如权利要求14所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以利用奇异值分解来分解所述矩阵以获得所述校准比例。

16、如权利要求11所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以使用联合校准比例来确定所述校准比例。

17、如权利要求11所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以通过求解如下方程式来确定所述校准比例：

$g_{i,k,u}={\mathrm{\γ}}_u\·e^{-j{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{\τ}}_u}\·\mathrm{diag}\left(h_{i,k,u}\right)\·\mathrm{\η}+n_{i,k,u}$

$={\mathrm{\γ}}_{i,k,u}\·Z_{i,k,u}\·\mathrm{\η}+n_{i,k,u}$

其中Z_i，k，u是对角矩阵，其对角元素是所述反向链路信道向量估计h_i，k，u的元素， ${\mathrm{\γ}}_{i,u}={\mathrm{\γ}}_u\·e^{-j{\mathrm{\ω}}_i{\mathrm{\τ}}_u},$ 且下标i、k、u分别是音调、时间及用户索引。

18、如权利要求17所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以通过使用MMSE技术来求解所述方程式。

19、如权利要求17所述的无线通信设备，其中所述处理器经配置以确定所述校准比例包括：利用具有来自所述多个接入终端的所述多个正向链路信道估计及反向链路信道估计的联合优化方案。

20、一种设备，其包括：

用于接收对应于到至少两个接入终端的传输的第一信道估计信息的装置；

用于确定对应于来自至少两个接入终端的传输的第二信道估计信息的装置；及

用于基于至少所述第一及第二接入终端的所述第一及第二信道估计信息确定校准比例的装置。

21、如权利要求20所述的设备，其中所述用于确定所述校准比例的装置包括用于为所述至少两个接入终端中的每一者确定不同的校准比例并组合所述不同的校准比例的装置。

22、如权利要求21所述的设备，其中所述用于组合的装置包括用于将所述不同校准比例求平均的装置。

23、如权利要求21所述的设备，其中所述不同的校准比例包括多个元素，且其中用于确定的装置包括：

用于正规化所述不同的校准比例中的每一者的装置；及

用于基于包含所述第一及第二校准比例的矩阵来确定所述校准比例的装置。

24、如权利要求20所述的设备，其中所述用于确定所述校准比例的装置包括用于基于至少所述第一及第二接入终端的所述第一及第二信道估计信息来确定联合校准比例的装置。

25、如权利要求20所述的设备，其中所述用于确定所述校准比例的装置包括用于利用具有至少所述第一及第二接入终端的所述第一及第二信道估计信息的联合优化方案的装置。

26、一种处理器可读媒体，其上存储有供处理器使用的指令，所述指令包括用以进行如下操作的指令：

为多个接入终端确定多个反向链路信道估计；及

基于从所述多个接入终端中的至少某些接入终端接收的多个正向链路信道估计及来自所述多个接入终端的所述多个反向链路信道估计来确定校准比例。

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