CN101569110A - 通信方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种方法，包括：基于从多个天线单元中的至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差；以及基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。

Description

通信方法和系统
技术领域
本发明涉及一种方法、一种通信系统、一种基站、一种用户实体、一种网络实体、以及一种计算机可读程序分布介质。
背景技术
基于多发射和接收的天线的概念是实现高数据速率通信的最有前景的技术。然而，由于期望在未来的无线通信系统中增加载波频率(例如对于所谓的第四代来说增加到5GHz)，所以也增加了路径损耗，并弱化了由传统多输入多输出(MIMO)系统架构提供的优点。
为了克服这种损耗，近来提出一种基于分布式天线的新网络架构。这种提议(称为分布式MIMO系统)的主要思想包括：在较大地理区域上分布天线组。所有天线组连接至共同基站收发台(BTS)，其包括实际射频和基带处理单元、以及无线电资源和网络管理功能。这种系统的优点在于所有天线组可充分协作。然而，对于充分协作来说，需要载波频率和相位的同步，因此不能够使用对共位天线系统采用的传统同步方法。
作为实例，让我们考虑这样一种情况，即属于不同天线组的一些天线协作产生到期望方向的波束。从现在开始，这种技术称为分布式波束形成传输。清楚地，这种技术需要所有有源天线组在载波电平方面全相位同步，以控制在所有发射信号之间的相位差。然而，在位于较大距离(例如几百米)的天线组之间的载波相位同步是一个严峻的问题，难以仅通过校准天线组和共同BTS之间的连接电缆来解决。在没有载波相位同步时，使用不同天线组的协作传输被限制为非相干发射分集技术。这限制了可能在共同BTS中联合优化在不同天线组中发射的信号所提供的大部分增益。例如，2个不同的未同步天线组不能够执行对共同目标用户的联合波束形成。
提供了用于在共位的多个天线系统中进行载波相位校正的方法，所述系统包括锁相环，用于同步不同振荡器并校准连接电缆。这些已知算法依赖于这样的事实，即在BTS和天线组之间仅存在较小距离，即连接的初始校准在时间方面很好地得到保持(是稳定的)。然而，在BTS和天线组之间存在较大距离时，这并不适用。因此，需要找到在使用共同BTS的分布式通信系统中用于载波相位校正的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的方法、通信系统、基站、用户实体、网络实体、和计算机可读程序分布介质。
根据本发明一方面，提供一种方法，包括：基于从多个天线单元中的至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差；以及基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，包括：分布式天线系统的多个天线单元；所述多个天线单元的共同基站；用于基于从多个天线单元中的至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差的处理单元；用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站提供相位校正命令的处理单元；以及同步单元，用于基于所发送的相位校正命令同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
根据本发明另一方面，提供一种基站，包括：用于接收与分布式天线系统的多个天线单元相关的相位校正命令的处理单元，所述相位校正命令基于根据来自多个天线单元中的至少一个天线单元的至少一个导频信号所确定的至少两个天线单元之间的相位差来确定；以及同步单元，用于基于所接收的相位校正命令同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
根据本发明另一方面，提供一种天线单元，包括：一个或多个天线，用于支持信号的发送和接收；以及用于提供导频信号以确定分布式天线系统的多个天线单元中的至少两个天线单元之间的相位差，以及使得多个天线单元的共同基站能够基于所确定的相位差同步至少两个天线单元之间的载波相位的处理单元。
根据本发明另一方面，提供一种网络实体，包括：接收机，用于从分布式天线系统的多个天线单元接收导频信号；用于基于所接收的导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差的处理单元；以及发射机，用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
根据本发明另一方面，提供一种计算机可读程序分布介质，用于对执行同步的计算机处理的指令的计算机程序进行编码，该处理包括：基于从多个天线单元中的至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差；以及基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
根据本发明另一方面，提供一种通信系统，包括：分布式天线系统的多个天线单元；所述多个天线单元的共同基站；基于从至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差的处理装置；基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站提供相位校正命令的处理装置；以及同步装置，用于基于所发送的相位校正命令同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
根据本发明另一方面，提供一种天线单元，包括：一个或多个天线，用于支持信号的发送和接收；以及用于提供导频信号以确定在分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差，以及使得多个天线单元的共同基站能够基于所确定的相位差同步在至少两个天线单元之间的载波相位的处理装置。
根据本发明另一方面，提供一种网络实体，包括：接收装置，用于从分布式天线系统的多个天线单元接收导频信号；处理装置，用于基于所接收的导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差；以及发射装置，用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
本发明提供多个优点。支持任意分布式天线系统中的全载波相位同步，因此允许网络中的所有天线之间的全协作。网络容量得到增加。可补偿由于通过链路电缆的不同传播时间引起的相位误差。提供一种简单但有效的反馈辅助动态相位校正。
附图说明
以下，参照实施例和附图更详细描述本发明，其中：
图1示出可实现本发明实施例的通信系统的实例；
图2示出根据本发明实施例在分布式天线系统中的载波相位同步的信令图；
图3示出根据本发明实施例在分布式天线系统中用于载波相位同步的信令图的另一实例；以及
图4示出根据本发明实施例的同步处理的流程图。
具体实施方式
参照图1，让我们观察本发明实施例所适用的分布式天线系统的实例。该分布式天线系统具有在空间上分布遍及每个小区的多个天线。在图1的实例中，共同基站140分别通过通信链路101、103、105、107与多个天线单元100、102、104、106通信。在天线单元100、102、104、106与共同基站140之间的通信链路101、103、105、107可以是例如有线或无线的，例如基带(如通过光纤)或射频(如通过光纤的无线电)。此外，在天线单元和基站之间的无线链路也是可以的。系统可以是任意分布式天线系统。在实施例中，分布式天线系统是基于多输入多输出(MIMO)的4G系统。
天线单元100、102、104、106中的每个包括通过使用天线120至131发送和接收信息信号的能力。在实施例中，天线单元100、102、104、106可包括多个天线，以支持信号的多输入多输出(MIMO)发送和接收。
天线单元100、102、104、106还可包括处理单元110、112、114、116，以控制天线单元100、102、104、106的功能。处理单元110、112、114、116通过控制接收信号的处理来控制信息的接收。处理单元110、112、114、116可通过数字信号处理器或通过分离逻辑电路(例如ASIC(专用集成电路))来实现，所述数字信号处理器具有在计算机可读介质中嵌入的适当软件。
基站140可以是移动通信系统(例如UMTS(通用移动通信系统)或对WLAN(无线局域网)的接入点)的基站收发台。基站140还包括通信接口，以提供对电信系统的网络的有线连接。电信系统的网络可提供到其他网络(例如互联网)的连接。
基站140还包括处理单元141，以控制基站140的功能。处理单元141处理与分布式天线系统的天线单元100、102、104、106的通信。基站140还向天线单元100、102、104、106提供与到/从一个或多个用户实体150的数据传输相关的信息。所述信息可包括天线单元100、102、104、106应该在数据传输中使用的信息传输参数。处理单元141可通过数字信号处理器或通过分离逻辑电路(例如ASIC(专用集成电路))来实现，所述数字信号处理器具有在计算机可读介质中嵌入的适当软件。
假设用户实体150在2个天线单元100和102的覆盖区域中。需要对到用户实体150的所有传输信号进行相位同步。由于天线单元100和102彼此相隔较远，所以不能够使用已知方法。
在实施例中，提出一种简单但有效的反馈辅助动态相位校正方法。在实施例中，使用从天线单元100、102、104、106发送的导频信号来测量不同天线单元之间的相位差。然后，向共同基站140反馈简单的相位校正命令，用于同步不同天线单元之间的载波相位。
在图1的实施例中，天线单元100、102、104、106的处理单元110、112、114、116经由天线120至131直接从其他天线单元100、102、104、106接收一个或多个导频信号。当其他天线单元在临近时(例如几十到几百米)可发生这种情形。在实施例中，可以在专用于载波相位同步和/或任意其他控制处理的预定空闲时间段期间接收导频信号。相位校正信令可使用天线单元100、102、104、106与共同基站140之间的现有连接。
天线单元100、102、104、106的处理单元110、112、114、116基于来自多个天线单元中的至少一个天线单元的所接收的至少一个导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差。此外，处理单元110、112、114、116基于所确定的相位差向多个天线单元的共同基站140发送相位校正命令。共同基站的处理单元141使用所接收的相位校正命令来同步分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
在另一实施例中，专用网络实体200(例如固定或移动终端)用于载波相位同步。在天线单元100、102、104、106彼此相距太远或天线单元100、102、104、106之间的直接连接受到例如天线单元100、102、104、106之间的厚墙阻隔时，一个或多个专用网络实体200可位于天线单元100、102、104、106的至少一部分具有无线电覆盖的区域中。
在实施例中，专用网络实体200包括发射机/接收机单元160，用于与天线单元100、102、104、106通信。网络实体200还可具有与共同基站140的有线或无线通信链路161。网络实体200还包括处理单元204，用于控制网络实体200的功能。
专用网络实体200可以是仅专用于载波相位同步的简单发射机/接收机。可在网络实体200和共同基站140之间配置专用可靠连接161(例如光纤)。然而，在网络实体200和共同基站140之间的其他连接也是可以的。在实施例中，例如在低移动性应用的情况下，如果专用网络实体200的使用不是期望的，则也可以经由到基站140的任意连接132、133由一个或多个用户实体150测量和报告相位差。还可以通过仅使用反向无线电信道的资源的小部分在该反向信道上传送简单的反馈命令。
在实施例中，网络实体200的接收机160从分布式天线系统的多个天线单元100、102、104、106接收导频信号。然后，网络实体200的处理单元204基于所接收的导频信号确定多个天线单元的至少一部分之间的相位差，并且发射机160基于所确定的相位差向多个天线单元100、102、104、106的共同基站140发送相位校正命令，以便同步分布式天线系统的天线单元的至少一部分之间的载波相位。
图2示出根据本发明实施例在分布式天线系统中的载波相位同步的信令图。在步骤200，从不同天线单元100、102发送导频信号。在步骤202，天线单元确定多个天线单元的至少一部分之间的相位差。在步骤204，向天线单元的共同基站140发送相位校正命令。在步骤206，共同基站140基于所接收的相位校正命令优化天线单元的载波相位。最后，在步骤208，该基站向天线单元发送载波相位同步信息，以同步载波相位。
图3示出根据本发明实施例在分布式天线系统中用于载波相位同步的信令图的另一实例。在步骤300，从不同的天线单元100、102向专用网络实体200发送导频信号。网络实体200也可以是在天线单元100、102的覆盖区域中的用户实体。在步骤302，该网络实体确定从该天线单元所接收的导频信号之间的相位差。可使用任意方法来测量该相位差。在步骤304，该网络实体向基站140发送相位校正命令。根据实际系统架构，可容易地设计有效的反馈命令。反馈的所需数据速率可取决于共同基站和分布式天线单元之间的连接的稳定性。在步骤306，共同基站140基于从网络实体200所接收的相位校正命令优化天线单元的载波相位。最后，在步骤308，基站向该天线单元发送载波相位同步信息，以同步载波相位。还可以经由网络实体200提供载波相位同步信息。
图4示出根据本发明实施例的同步处理的流程图。该方法在400开始。在步骤402，从分布式天线系统的至少一个天线单元接收至少一个导频信号。在步骤404，基于从多个天线单元中的至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少2个天线单元之间的相位差。在步骤406，基于所确定的相位差向该多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步该分布式天线系统的至少2个天线单元之间的载波相位。该方法在408结束。
根据期望的精确性和成本问题，可通过许多不同方式实现根据本发明实施例的所提出的反馈辅助载波相位校正。在实施例中，在例如专用于载波相位同步处理的预定空闲时间段期间，可通过其他天线单元直接接收从该天线单元发送的导频信号。于是，可连续利用在天线单元和基站之间的现有连接，以提供高精确性的移相跟踪。在天线单元彼此相距较远或直接连接被阻隔时，可将专用固定终端设置在天线单元具有无线电覆盖的区域中。该专用终端(非实际用户)测量由不同天线单元发送的不同导频符号之间的相位差，然后经由有线或无线连接向基站反馈校正命令。
不同天线组之间的全载波同步允许网络中的某个基站的所有天线单元之间的全协作，因此大大增加网络容量。可通过简单方式将共位的多天线系统的所有现有传输技术扩展到分布式MIMO系统。通过经由反馈形成闭合环，也可补偿通过(在共同基站和不同分布式天线组之间的)链路电缆的不同传播时间产生的相位误差。基本上，可全局性补偿在天线组之间导致相位误差的总传输链(例如基带处理单元、频率转换、射频放大器、天线阵列校准等)所引起的所有缺陷。
此外，可通过相当廉价的基带连接(例如光纤)代替其他方式所需的共同基站和天线组之间的射频连接电缆，并且可在每个天线组独立实现从基带到无线电载波电平(载波调制)的转换。通过反馈自动补偿在每个天线组使用的振荡器之间的相位差。
本发明实施例可用于任意分布式天线系统的载波相位同步，并且其特别地用于基于未来MIMO的4G系统中，其中可需要2个或更多个分布式天线组以协作方式向给定用户进行发送。所提出的本发明的另一应用是传感器阵列网络，其中可将实现传输策略的性能看作在载波电平方面需要对该网络进行同步的分布式波束形成架构。本发明实施例还可适用于某些协作中继技术。
本发明实施例可在包括控制器的分布式系统中实现。该控制器可被配置为执行结合图4的流程图以及结合图2和3描述的步骤中的至少一些。实施例可作为计算机程序来实现，所述计算机程序包括执行用于同步的计算机处理的指令。
可将计算机程序存储在计算机或处理器读取可读的计算机程序分布介质上。该计算机程序介质可以是，例如但不限于，电、磁、光、红外或半导体系统、设备或传输介质。计算机程序介质可包括以下介质中的至少一个：计算机可读介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、随机存取存储器、可擦除可编程只读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读电信信号、计算机可读印刷品、和计算机可读压缩软件包。
尽管根据附图参照实例在以上描述了本发明，但是清楚地，本发明不限于此，并且在所附权利要求范围内可通过多种方式进行修改。

Claims (35)

1.一种方法，包括：
基于从多个天线单元中的至少一个天线单元接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差；以及
基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：直接从所述至少一个天线单元接收所述至少一个导频信号。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：在专用于任意控制处理的预定空闲时间段期间接收所述导频信号。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：通过所述分布式天线系统的一个或多个专用网络实体接收所述至少一个导频信号。
5.如权利要求4所述的方法，还包括：
确定在所述一个或多个专用网络实体中的天线单元之间的相位差；以及
通过所述一个或多个专用网络实体向所述共同基站发送所述相位校正命令。
6.如权利要求4所述的方法，还包括：配置所述一个或多个专用网络实体，以包括专用于载波相位同步的一个或多个发射机/接收机。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：基于所述相位校正命令补偿在所述分布式天线系统的每个天线单元处使用的振荡器之间的相位差。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：基于所述相位校正命令通过所述共同基站提供连续移相跟踪。
9.一种通信系统，包括：
分布式天线系统的多个天线单元；
所述多个天线单元的共同基站；
用于基于从多个天线单元中的至少一个天线单元所接收的至少一个导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差的处理单元；
用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站提供相位校正命令的处理单元；以及
同步单元，用于基于所发送的相位校正命令同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
10.如权利要求9所述的通信系统，其中所述用于确定相位差的处理单元存在于：所述分布式天线系统的天线单元中、所述分布式天线系统的用户实体中或所述分布式天线系统的一个或多个专用网络实体中。
11.如权利要求9所述的通信系统，其中所述用于向共同基站提供相位校正命令的处理单元存在于：所述分布式天线系统的天线单元中、用户实体中或所述分布式天线系统的一个或多个专用网络实体中。
12.如权利要求9所述的通信系统，其中通过所述分布式天线系统的天线单元直接从所述多个天线单元中的至少一个天线单元接收所述至少一个导频信号。
13.如权利要求12所述的通信系统，其中在专用于任意控制处理的预定空闲时间段期间接收所述导频信号。
14.如权利要求9所述的通信系统，其中通过所述分布式天线系统的一个或多个专用网络实体接收所述至少一个导频信号。
15.如权利要求9所述的通信系统，其中所述同步单元被配置为基于所述相位校正命令补偿在所述分布式天线系统的每个天线单元处使用的振荡器之间的相位差。
16.如权利要求9所述的通信系统，其中所述同步单元被配置为基于所述相位校正命令提供连续移相跟踪。
17.一种基站，包括：
用于接收与分布式天线系统的多个天线单元相关的相位校正命令的处理单元，所述相位校正命令基于根据来自所述多个天线单元中的至少一个天线单元的至少一个导频信号所确定的至少两个天线单元之间的相位差来确定；以及
同步单元，用于基于所接收的相位校正命令同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
18.如权利要求17所述的基站，还包括：用于基于所接收的相位校正命令补偿在所述分布式天线系统的每个天线单元处使用的振荡器之间的相位差的处理单元。
19.如权利要求17所述的基站，还包括：用于基于所接收的相位校正命令提供连续移相跟踪的处理单元。
20.一种天线单元，包括：
一个或多个天线，用于支持信号的发送和接收；以及
用于提供导频信号以确定分布式天线系统的多个天线单元中的至少一部分天线单元之间的相位差以及使所述多个天线单元的共同基站能够基于所确定的相位差同步在至少两个天线单元之间的载波相位的处理单元。
21.如权利要求20所述的天线单元，还包括：用于基于从所述多个天线单元中的至少一个天线单元所接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差的处理单元。
22.如权利要求21所述的天线单元，还包括：用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站提供相位校正命令的处理单元。
23.如权利要求20所述的天线单元，其中所述天线单元被配置为直接从所述多个天线单元中的至少一个天线单元接收至少一个导频信号。
24.如权利要求20所述的天线单元，其中所述天线单元被配置为向一个或多个专用网络实体发送所述导频信号以确定在所述一个或多个专用网络实体中的天线单元之间的相位差，以及通过所述一个或多个专用网络实体向所述共同基站发送相位校正命令。
25.一种网络实体，包括：
接收机，用于从分布式天线系统的多个天线单元接收导频信号；
用于基于所接收的导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差的处理单元；以及
发射机，用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
26.如权利要求25所述的网络实体，其中所述接收机被配置为在专用于任意控制处理的预定空闲时间段期间接收所述导频信号。
27.一种计算机可读程序分布介质，用于对执行同步的计算机处理的指令的计算机程序进行编码，该处理包括：
基于从多个天线单元中的至少一个天线单元所接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差；以及
基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
28.如权利要求27所述的计算机程序分布介质，所述分布介质包括以下介质中的至少一个：计算机可读介质、程序存储介质、记录介质、计算机可读存储器、计算机可读软件分发包、计算机可读信号、计算机可读通信信号、和计算机可读压缩软件包。
29.一种通信系统，包括：
分布式天线系统的多个天线单元；
所述多个天线单元的共同基站；
用于基于从至少一个天线单元所接收的至少一个导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差的处理装置；
用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站提供相位校正命令的处理装置；以及
同步装置，用于基于所发送的相位校正命令同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
30.如权利要求29所述的通信系统，其中所述用于确定相位差的处理装置存在于：所述分布式天线系统的天线单元中、所述分布式天线系统的用户实体中或所述分布式天线系统的一个或多个专用网络实体中。
31.如权利要求29所述的通信系统，其中所述用于向共同基站提供相位校正命令的处理装置存在于：所述分布式天线系统的天线单元中、用户实体中或所述分布式天线系统的一个或多个专用网络实体中。
32.一种天线实体，包括：
一个或多个天线，用于支持信号的发送和接收；以及
用于提供导频信号以确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差以及使得所述多个天线单元的共同基站能够基于所确定的相位差同步在至少两个天线单元之间的载波相位的处理装置。
33.如权利要求23所述的天线实体，还包括：用于基于所接收的至少一个导频信号确定分布式天线系统的至少两个天线单元之间的相位差的处理装置；以及用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站提供相位校正命令的处理装置。
34.如权利要求23所述的天线实体，还包括：发送装置，用于向一个或多个专用网络实体发送导频信号以确定在所述一个或多个专用网络实体中的天线单元之间的相位差，以及通过所述一个或多个专用网络实体向所述共同基站发送所述相位校正命令。
35.一种网络实体，包括：
接收装置，用于从分布式天线系统的多个天线单元接收导频信号；
处理装置，用于基于所接收的导频信号确定至少两个天线单元之间的相位差；以及
发射装置，用于基于所确定的相位差向所述多个天线单元的共同基站发送相位校正命令，以便同步所述分布式天线系统的至少两个天线单元之间的载波相位。
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