CN101548479A - 扩频通信系统中的校准 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括：从用于对扩频多址通信系统中的重叠的无线传输进行分离的正交扩频码集合中选择可用正交扩频码；使用所选的扩频码来扩频预定序列；将扩频的预定序列作为校准无线传输来传输；检测与校准无线传输对应的校准信号；并且使用检测的校准信号来修改扩频多址通信系统内的后续无线传输。

Description

扩频通信系统中的校准
技术领域
本发明的实施例涉及扩频通信系统中的校准。具体而言，它们涉及扩频通信系统中的波束成形校准
背景技术
波束成形天线阵列包括多个天线元件。各天线元件由发射器单独地驱动，该发射器例如包括功率放大器和用于将RF载波信号与输入的基带调制信号相组合的机制。
修改向各发射器提供的基带信号以具有特定相位和幅度偏移，从而来自多个天线元件的无线传输构造性地和解构性地相加以创建在一个方向上比在另一方向上更明显延伸的辐射图案(波束)。
可以通过使用单独发射器和天线阵列引入相位和幅度的额外未知相对差异。如果要准确地控制波束成形天线阵列则需要补偿这些差异。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供一种方法，该方法包括：从用于对扩频多址通信系统中的重叠无线传输进行分离的正交扩频码集合中选择可用正交扩频码；使用所选扩频码来扩频预定序列；将扩频的预定序列作为校准无线传输来传输；检测与校准无线传输对应的校准信号；并且使用检测的校准信号来修改扩频多址通信系统内的后续无线传输。
根据本发明的另一实施例，提供一种装置，该装置包括：码控制器，用于将码分配给至少第一天线元件，该码控制器可操作用于将用于对扩频多址通信系统中的重叠无线传输进行分离的正交扩频码集合中的正交扩频码分配给第一天线元件；第一合并器，用于将输入信号与分配的码合并以创建作为输出的扩频输入信号；存储器，存储预定序列；控制器，用于控制码控制器以将可用扩频码分配给第一天线元件并且将预定序列作为输入信号提供给第一合并器；第一发射器，用于将第一合并器输出的扩频预定序列转换成第一天线元件的校准无线传输；第一检测器，用于检测与校准无线传输对应的校准信号；以及滤波器，用于使用对检测的校准信号进行处理的结果来修改第一天线元件的后续无线传输。
根据本发明的又一实施例，提供一种对具有N个元件的波束成形天线阵列的校准进行控制的方法，该天线阵列可在使用正交扩频码集合来提供多址的扩频多址通信系统中操作，该方法包括：根据为多址通信分配正交扩频码集合来控制校准处理的定时，其中仅在正交扩频码集合中至少有N个成员没有用于多址通信时才执行校准处理。
根据本发明的另一实施例，提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于根据为多址通信分配正交扩频码集合来控制校准处理的定时的计算机程序，其中仅在正交扩频码集合中至少有N个成员没有用于多址通信时才执行校准处理。
根据本发明的又一实施例，提供一种生成用于对具有N个元件的波束成形天线阵列进行校准的校准无线传输的方法，该天线阵列可在使用正交扩频码集合来提供多址的扩频多址通信系统中操作，该方法包括：使用N个正交扩频码将不旨在用于接收的公共预定序列进行扩频以创建用于各天线元件的不同扩频的公共预定序列；并且重叠传输扩频的公共预定序列。
根据本发明的另一实施例，提供一种方法，该方法包括：在扩频多址通信系统的通信信道没有用于在基站与终端之间传送信息时使用该通信信道来传输预定波束成形阵列校准序列。
根据本发明的又一实施例，提供一种计算机程序，该计算机程序包括用于在扩频多址通信系统的通信信道没有用于在基站与终端之间传送信息时实现使用该通信信道来传输预定波束成形阵列校准序列的计算机程序指令。
根据本发明的另一实施例，提供一种方法，该方法包括：在扩频多址通信系统的多个通信信道没有用来在基站与终端之间传送信息时将各通信信道与多个波束成形天线元件之一进行关联；并且从多个波束成形天线元件中的各天线元件同时传输预定校准序列，其中使用与天线元件相关联的通信信道的正交扩频码来扩频由该天线元件传输的预定校准序列。
本发明的实施例具有多个优点。
在校准时仅将可用正交扩频码重用于数据传输的实施例避免或者减少对数据传输的干扰。
干扰的避免或者减少允许在基站处于原位(in-situ)并且在使用中之时在基站出现校准。无需使基站离线。
干扰的避免或者减少允许校准出现在更高功率级别。这允许在更短时间段内实现准确校准。
在校准之时天线元件之间相互干扰的避免允许各传输支路的校准并行出现。这提高准确度并且使得传输支路共有的相位漂移得以补偿。
在校准时将正交码重用于数据传输的本发明实施例允许将系统的用于数据通信的功能部件重用于校准。
附图说明
为了更好地理解本发明，现在将仅通过例子对以下附图进行参照，在附图中：
图1示意地图示了宏蜂窝扩频多址通信系统10；
图2示意地图示了具有波束成形天线阵列的基站；
图3和图4图示了校准处理；并且
图5示意地图示了用于执行或者实现校准处理的计算机系统。
具体实施方式
图1示意地图示了宏蜂窝扩频多址通信系统10。系统10包括各自具有基站4的多个小区2。基站由通常包括交换中心的核心网络控制器6控制。小区2中的终端8使用射频传输3来与该小区2的服务基站4进行通信。
系统10使用正交扩频码集合。不同正交码用来限定用于传输数据的不同通信信道，该数据可以是控制数据和/或用户数据。因而正交码可以称为信道化码。信道化码对共享相同时间和相同频率空间的重叠传输进行分离。
正交扩频码之间的互相关对于同步传输而言为零、即对于零延迟而言有正交性。
使用分配的正交码来扩频用于传输到特定终端的数据，从而将该数据在其本身的信道中作为无线传输来传送。使用分配的正交码来扩频用于从特定终端传输的数据，从而该数据在其本身的信道中作为无线传输来传送。
在IS-95及其派生如CDMA2000中使用Walsh码作为正交扩频码。
在UMTS/WCDMA中使用树形结构化正交码如正交可变扩频因子(OVSF)码作为正交扩频码。
参照图2，基站4包括波束成形天线阵列12，该阵列包括多个天线元件14i，其中i＝1、2、..N。当形成用于将信号传达到终端的波束时，相位和幅度施加了不同变化的信号被应用于N个天线元件14i中的各天线元件。相位和幅度的变化由波束控制器16控制，从而相互重叠的天线元件辐射图案的构造性和解构性干扰形成定向辐射图案(波束)。
各天线元件14i具有连接到它的关联收发器20i。收发器20i包括发射器22i、接收器24i和用于将接收器24i与发射器22i隔离的双工器26i。
各发射器22i被配置成使用相应输入基带信号21i来调制RF载波频率以创建无线传输27i。
基站4具有两个操作模式—正常模式和校准模式。在图中由开关30示意性地图示了这些模式之间的转变。当开关30“向上”时，基站4在校准模式中，而当开关30向下时，基站4在正常模式中。
在正常操作模式中，通过N个单独支路32来同时处理包括控制和/或用户数据的数据31以创建相应N个基带信号21。
在各支路32i中，包括数据31的数据信号11在合并器34i处与由码控制器36提供的正交码37合并形成扩频信号35。在正常模式中将相同正交码提供给N个支路32中的N个合并器34中的各合并器。
然后将N个扩频信号35提供给N个相应滤波器38。滤波器38i向扩频信号35i添加相位延迟/超前并且向扩频信号35i添加幅度增益。
相位延迟/超前和幅度增益的量值由波束控制器16控制并且也由补偿电路40控制。如先前所述，波束控制器16控制N个滤波器38以将相对相位和幅度差异引入到基带信号21中，从而由滤波器38产生的N个基带信号21从N个天线元件产生辐射波束。补偿电路40提供相位和幅度调节以补偿期望的辐射波束与实际辐射波束之间的差异。
发射器22和‘发射器链’或者支路32包括可能将时间可变非自然因素(artefact)或者噪声引入到无线传输27中的多个部件，从而形成的实际辐射波束不是期望的辐射波束。补偿电路40补偿由发射器或者发射器链引入的非自然因素。为各滤波器38确定单独修正因子41。修正因子41提供为了补偿由滤波器38产生的基带信号21而需要的相位和幅度调节值。
在校准操作模式中确定正常操作模式中所用修正因子41。
通过开关30来提供存储于存储器52中的预定训练序列50以便通过N个支路32同时处理以创建相应的N个基带信号21。该序列在它预先已存在而不是同期生成的意义上来说为预定的。因此可以反复地重用它。
训练序列50被配置成具有良好的自相关性质，因为原训练序列将如下文所述与检测的训练序列互相关。
在各支路32i中，预定训练序列50在合并器34i处与由码控制器36提供的正交码37i合并形成扩频信号35i。在校准模式中，将不同的正交码37i提供给N个支路中的各合并器34i。
在校准操作模式中重用正常操作模式中所用的正交码集合。也就是说，用于数据传输的正交码也用于扩频校准训练序列。关于图3为更具体地描述候选正交扩频码的生成。
然后将N个扩频的预定训练序列35提供给相应的N个滤波器38。滤波器38向扩频的预定训练序列35添加相位延迟/超前和幅度增益。
相位延迟/超前和幅度增益的量值由波束控制器16控制并且也由补偿电路40控制。如先前所述，波束控制器16控制不同支路的滤波器38以将相对相位和幅度差异引入基带信号21中。补偿电路40根据校准模式的实施来提供相位和幅度调节以补偿期望的辐射波束与实际辐射波束之间的差异或者不提供补偿。在第一实施中，校准过程确定对相位和幅度调节的修正。在第二种实施中，校准过程重新计算相位和幅度调节。
控制器46控制设备的模式。当改变模式时，它转换开关30并且通知码生成器36。
在图3中图示了校准处理60。将该处理图示为一连串块。这些块可以是方法中的步骤或者一些块可以是计算机程序80中的代码部分。
在块61处，在控制器46处确定时段Tn从上一次重置计数器起是否已经过期。
如果时段Tn尚未过期，则该处理在延迟62之后返回到块60。
如果时段Tn已经过期，则该处理转向块63。
在块63处，由控制器46确定N个候选正交码是否可用。控制器46知道目前为数据传输分配正交码集合中的哪些正交码。因此它也知道未分配哪些正交码。
如果使用从码树导出的OVSF码或者其它码，则可以向码集合中的码成为候选的要求添加其它条件。在码树中，使用具有扩频因子M的码通常阻止使用依赖于该码的码。使用大小为S的树中具有扩频因子M的码因而可能阻止使用2S-M个码。因此该其它条件希望要求候选码在码树内具有指定位置，如例如具有大于阈值的扩频因子或者具有最大可用扩频因子。
如果数目正确的候选正交码不可用，则该处理在延迟64之后返回到块63。
如果正确数目的候选正交码可用，则该处理转向块65。
在块65处，从候选码中选择N个正交扩频码，并且各所选N个候选码37i与N个天线元件14i中的相应一个天线元件相关联。
接着在块67处，使用N个所选候选正交码37i来单独地扩频预定训练序列50以形成N个扩频的预定序列35i。可以或者可以不对预定训练序列35进行滤波。
接着在块69处，N个扩频的预定训练序列35i的同时传输开始并且继续直至在块71处检测到中断。传输预定数据序列是为了校准发射器22或者发射器链而不是由终端接收。
例如可以内部生成中断，因为N个扩频预定序列35的传输已经持续了不止一个设置的阈值。可选地，可以外部生成中断。核心网络控制器6通常将码分配给数据通信信道，从而最小化相邻小区之间的干扰。核心网络控制器6向基站控制器46通知它的小区中的码分配。如果在核心网络控制器6对数据传输的正交码分配与基站2针对天线阵列校准的候选正交码选择之间有冲突，则以核心网络控制器分配为准。因而，可以在核心网络控制器分配所选候选码中用来对传输的预定序列之一进行扩频的候选码时生成中断。
在检测到中断之后，扩频预定序列的传输停止，而在块73处，重置计数器并且可以重新计算值Tn。值Tn在一些实施例中可以固定。它在其它实施例中变化。例如，它可以根据扩频预定码的持续传输的时间段来变化—传输时间段越久，Tn越大。
校准处理60也包括如图4中所示反馈检测和分析处理。将该处理图示为一连串块，这些块可以是方法中的步骤或者一些块可以是计算机程序80中的代码部分。从图3的块69启动该处理。
参照图2和图4，在块90处，在无线传输27i馈送到相应天线元件14i时检测它们。各馈送具有相关联的RF耦合器43i，该耦合器耦合该馈送上的一部分RF信号以形成校准信号45i。用于天线元件14i的校准信号45i因此对应于该天线元件的同期无线传输。用于天线元件的被检测校准信号45i用来修改该天线元件14i在扩频多址通信系统内的后续无线传输27i。
用于天线元件14i的校准信号45i各自固有地由所选正交码37i中的不同一个正交码来扩频。它们因此可以在作为接收信号47由接收器接收之前在合并器48处合并而无相互干扰。
接收器从接收信号47获得接收基带信号49。在块92处，基带信号49然后由补偿电路40使用各所选正交码37i来单独地解扩以创建各自与不同天线元件14i相关联的N个基带信号。
在块94处，N个基带信号中的各基带信号在这一例子中然后与预定训练序列50互相关以确定向关联天线元件14i提供无线传输27i的发射器(发射器链)22i的冲激响应(IRi)。因此使用预定数据序列作为用于发射器(发射器链)的校准参考。
在块96处，冲激响应(IRi)由补偿电路40用来创建用于如下滤波器38i的修正因子41i，该滤波器对输入到如下发射器(发射器链)的基带信号21进行滤波，该发射器(发射器链)22i向相关联的天线元件14i提供无线传输27i。
滤波器38可以是一个抽头滤波器，而修正因子41可以是幅度值和相位值。
虽然已经描述用于获得修正因子的特定相关过程，但是可以使用其它处理并且不应认为本发明限于使用训练序列和互相关。
在块96处，将用于各支路32i的新确定的修正因子41i上传到相应滤波器38i以对将来的传输基带信号21i进行滤波并且因而控制将来的无线传输27i。
在中断的情况下，至此获得的部分相关结果可以用来估计继而使用的修正因子41。对估计的修正因子的使用可以是有条件的。例如，只有在估计的修正因子的准确度有充分置信度时才可以使用它们。
图2示意性地图示了多个功能块，如图5中所示，其中一些功能块可以由处理器62执行，该处理器62由存储于存储器64中的计算机程序60控制。例如，图3和图4中的一些或者所有块可以由实施为专用硬件或者可编程处理器的数字信号处理器执行或者实现。
存储器64存储对这样的处理器62的操作进行控制的计算机程序指令60。计算机程序指令60提供使处理器62能够执行或者实现图3和图4中所示方法的逻辑和例程。
计算机程序指令可以经由电磁载波信号到达存储器64或者从物理实体66来复制，该物理实体66比如是计算机程序产品、存储器设备或者记录介质如CD-ROM或者DVD。
在上述实施例中，对无线传输27的检测是由基站进行的‘下行链路’无线传输。校准处理因此补偿基站发射器(发射器链)相对于理想情况的变化、但是没有补偿天线元件相对于理想情况的变化。
在其它实施例中，作为在基站的检测的一种替代或者除了在基站的检测之外，还可以在远程移动终端处出现检测、即空中检测。校准信号然后可以返回到基站进行处理，或者可能的是可以在移动终端发生处理而处理结果返回到基站。然而，在移动终端处检测的校准信号将已经不仅受基站发射器(发射器链)和天线元件的冲激响应的影响而且受无线通信信道、移动终端的天线元件和接收器(或者接收器链)的冲激响应的影响。因而，需要附加处理以至少去除无线通信信道的特别是对于CDMA通信系统而言可能随时间而明显变化的冲激响应。
虽然已经在先前段落中参照各种例子描述了本发明的实施例，但是应当认识到可以进行对给出的例子的修改而不脱离要求保护的本发明范围。例如，虽然将波束成形天线阵列描述为基站中的部件，但是应当认识到波束成形系统10可以使用于包括移动终端、卫星、中继器等任何无线通信设备中。例如，虽然前文描述描述了将公共的预定训练序列用于各支路32，但是应当理解不同参考可以用于各支路32。
在先前校准例子中，使用N个不同的所选正交扩频码来并行同时校准N个天线元件14。
在另一种实施中，可以使用M个不同的所选正交扩频码按照大小为M的组来校准N个天线元件，其中M＝2、3...或者N。在这一实施中，同时校准组内M个天线中的各天线，但是单独地(可能依次地)校准多个组。
尽管在前文说明书中致力于关注本发明的被认为特别重要的那些特征，但是应当理解的是，无论是否已经特别强调在上文中提及的和/或在附图中示出的任何可授予专利权的特征或者特征组合，申请人关于该特征或者特征组合都要求获得保护。

Claims (23)

1.一种方法，包括：
从用于对扩频多址通信系统中的重叠的无线传输进行分离的正交扩频码集合中选择可用的正交扩频码；
使用所述选择的扩频码来扩频预定序列；
将所述扩频的预定序列作为校准无线传输来传输；
检测与所述校准无线传输相对应的校准信号；并且
使用所述检测的校准信号来修改所述扩频多址通信系统内的后续无线传输。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
从所述正交扩频码集合中选择N个可用的正交扩频码；
将所述选择的N个可用的正交扩频码中的各扩频码与N个天线元件中的相应一个天线元件相关联；并且
从所述N个天线元件中的各天线元件传输N个相应的校准无线传输，其中由天线元件传输的校准无线传输是已经使用所述天线元件的相关联正交扩频码来扩频的预定数据序列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中同时传输N个校准无线信号。
4.根据权利要求2或者3所述的方法，其中控制所述N个天线元件以提供波束成形天线阵列。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，其中无线传输包括由已经通过以下操作来创建的调制信号所调制的RF载波：使用所述正交码集合中的成员来扩频；并且根据先前检测的校准信号使用滤波器来滤波，以修改所述无线传输。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述正交扩频码集合中的至少一些正交扩频码是不可用的，因为它们用来扩频向/从所述扩频多址通信系统的终端传输的数据，并且所述选择的正交扩频码在将来将是不可用的，因为它们将用来扩频向/从所述扩频多址通信系统的终端传输的数据。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中使用所述检测的校准信号来修改后续无线传输包括：
对所述检测的校准信号解扩，并且将所述解扩的校准信号与所述预定序列互相关，以确定用于修改后续无线传输的信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其中互相关的结果用来确定用于修改所述扩频多址通信系统内的后续无线传输的幅度滤波值和相位滤波值。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括如果为多址通信分配所述选择的正交扩频码，则中断所述方法。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，还包括根据为多址通信分配所述正交扩频码集合来控制所述方法的启动定时，其中仅在所述正交扩频码集合中至少有N个成员没有用于多址通信时才执行所述方法。
11.一种装置，包括：
码控制器，用于将码分配给至少第一天线元件，所述码控制器可操作用于将来自用于对扩频多址通信系统中的重叠的无线传输进行分离的正交扩频码集合中的正交扩频码分配给第一天线元件；
第一合并器，用于将输入信号与分配的码进行合并，以创建作为输出的扩频输入信号；
存储器，用于存储预定序列；
控制器，用于控制所述码控制器以将可用的扩频码分配给所述第一天线元件，并且将所述预定序列作为所述输入信号提供给所述第一合并器；
第一发射器，用于将所述第一合并器输出的扩频预定序列转换成所述第一天线元件的校准无线传输；
第一检测器，用于检测与所述校准无线传输相对应的校准信号；以及
滤波器，用于使用对所述检测的校准信号进行处理的结果，修改所述第一天线元件的后续无线传输。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述码控制器可操作用于将来自正交扩频码集合的N个可用的正交扩频码分配给N个天线元件。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括：
至少N个合并器，每个合并器被配置成将所述预定序列与N个分配的码中的不同的一个进行合并，以创建作为输出的扩频输入信号；以及
N个发射器，用于将所述N个合并器输出的N个扩频预定序列转换成所述N个天线元件的N个校准无线传输。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括：
N个检测器，用于检测与所述N个校准无线传输相对应的所述N个校准信号。
15.根据权利要求14所述的装置，还包括：
N个滤波器，用于使用处理N个所述检测的校准信号的N个结果，修改所述N个天线元件的后续无线传输。
16.根据权利要求12至15中的任一权利要求所述的装置，还包括用于控制所述N个天线元件以提供波束成形天线阵列的装置。
17.根据权利要求11至16中的任一权利要求所述的装置，其中所述码控制器可操作用于如果多址通信需要正交扩频码，则重新分配已分配的正交扩频码。
18.一种对具有N个元件的波束成形天线阵列的校准进行控制的方法，所述天线阵列可在使用正交扩频码集合来提供多址的扩频多址通信系统中操作，所述方法包括：
根据为多址通信分配所述正交扩频码集合来控制校准处理的定时，其中仅在所述正交扩频码集合中至少有N个成员没有用于多址通信时才执行所述校准处理。
19.一种计算机程序，包括用于根据为多址通信分配所述正交扩频码集合来控制校准处理的定时的计算机程序，其中仅在所述正交扩频码集合中至少有N个成员没有用于多址通信时才执行所述校准处理。
20.一种生成用于对具有N个元件的波束成形天线阵列进行校准的校准无线传输的方法，所述天线阵列可在使用正交扩频码集合来提供多址的扩频多址通信系统中操作，所述方法包括：
使用N个正交扩频码来扩频不旨在用于接收的公共预定序列，以创建用于每个所述天线元件的不同扩频的公共预定序列；并且
重叠传输所述扩频的公共预定序列。
21.一种方法，包括：
在扩频多址通信系统的通信信道没有用于在基站与终端之间传送信息时，使用所述通信信道来传输预定波束成形阵列校准序列。
22.一种计算机程序，包括用于在扩频多址通信系统的通信信道没有用于在基站与终端之间传送信息时，实现使用所述通信信道来传输预定波束成形阵列校准序列的计算机程序指令。
23.一种方法，包括：
在扩频多址通信系统的多个通信信道没有用来在基站与终端之间传送信息时，将所述扩频多址通信系统的多个通信信道中的每个与多个波束成形天线元件之一相关联；并且
从多个波束成形天线元件中的每个天线元件同时传输预定校准序列，其中使用与天线元件相关联的所述通信信道的正交扩频码，扩频由所述天线元件传输的所述预定校准序列。
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