CN102170320A - 一种CoMP系统中两基站间参考天线校准方法和校准装置及基站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CoMP系统中两基站间天线校准的方法、实现上述校准方法的装置以及包含上述校准装置的基站，包括：确定网络中的协作校准节点；待校准基站和协作校准节点获取相互间的平均信干噪比；协作校准节点向归属基站反馈平均信道质量信息；中心调度器选择两基站间的校准路径；在校准路径上，选择一个节点作为校准的起始节点并开始进行校准路径上相邻两节点所选天线的校准。采用本发明方案，以利用空中接口反馈少量信息来校准两基站间的参考天线，较好地实现基站间的校准。

Description

一种CoMP系统中两基站间参考天线校准方法和校准装置及基站

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及CoMP系统中基站间天线校准的方法、实现上述方法的校准装置以及包含上述校准装置的基站。

背景技术

在同频组网的传统蜂窝系统中，小区边缘的用户将受到相邻小区信号的干扰，这些干扰严重限制了边缘用户的服务质量和吞吐量。多基站协作式多点传输系统指多个基站(或者多个拉远的射频节点)通过协作共同接收用户信号并合并接收的信号(上行链路：用户往基站发射信号，基站接收信号)，或者通过协作将用户信号经过不同加权后共同发射加权后的用户信号(下行链路：基站往用户发射信号，用户接收信号)，从而提高小区边缘用户的服务质量和吞吐量，提高系统的频谱利用率。

协作式基站簇可以看成一组基站的集合，其中基站通过共享信息协作传输以提高吞吐量、边缘速率和频谱效率。一个基本的协作式多点传输系统如图1所示。每个协作簇包含了三个基站。基站1、基站2和基站3组成一个协作式基站簇，基站4、基站5和基站6组成另一个协作式基站簇。用户1、用户2和用户3组成一个协作用户组，基站1、基站2、基站3同时向用户1、用户2、用户3服务，构成一个虚拟的MIMO系统。类似的，基站4、基站5、基站6同时向用户4、用户5、用户6服务。

在协作式无线电系统中，基站需要知道准确的下行信道信息。正是利用信道的互易性的优势，在TDD系统中，基站可通过检测出的上行信道得到下行信道。即，理想情况下，用户到基站端的上行信道响应等于短时间内基站端到该用户的下行信道响应。于是，理论上，基站可以不需要用户端反馈下行信道信息而直接通过检测的上行信道信息得到该用户的下行信道，从而减小了系统的反馈开销。

事实上，信道互易性只适用于空间中的传播信道。在物理实现上，每根天线的射频端需要两套电路来分别完成信号的发送和接收。由于硬件方面的工艺误差，加上放大器的非线性失真，很难实现射频端的两套电路具有完全一样的特性。另外，每个射频电路的特征响应也随着环境(如温度，湿度等)和时间的变化而变化。这样，从对信号的影响上看，每个硬件电路实际上等效于对信号乘以了一个时变的额外的系数，而这些系数常常不相等。

对现有技术的研究和实践过程中，本发明的发明人发现，现有技术存在以下缺点：

方案1、基站/用户天线自校准方案，基站选择一根天线作为参考天线。通过参考天线与其他天线互相发送和接收参考信号来求出基站间天线之间的匹配系数。具体如下，首先确定一根天线作为基准天线。然后，基准天线发送测试信号。其他天线检测来自基准天线的信号，并基于这一检测结果基站就可以得到合适的接收校准参数。基准天线接收其他天线发送的信号，类似的得到其他天线的发送校准参数。这样，最终基站内部的天线都以基准天线为参考，通过附加相应的校准参数弥补了硬件设施的不匹配实现了。事实上，如果UE端也如此做自校准，基站到UE的信道的互易性得到保证。基站和用户都校准后有上/下行信道关系H_DL＝c*H_UL。其中c为一个复数，H_DL和H_UL分别为实际下行和上行信道矩阵。基站内天线自校准方案只适用于单个基站内部天线的校准。对于多基站协作式多点传输系统，如果每个基站独立的对其天线做校准，则会导致协作传输的这几个基站间仍然存在天线参数比例的不一致。从而，在由所有协作基站与用户组成的虚拟MIMO系统中，信道的互易性仍然得不到保证。

方案2、空中接口校准方案，利用UE反馈下行信道信息，BS可以完全估计出到用户下行信道与检测到的上行信道的误差。该方案需要BS和UE间空口的交互。通过空中接口完成校准的方案虽然能避免因天线误差造成的基站端和具体用户间上下行信道的不一致，但在应用到协作多点传输系统中会遇到两个问题。第一个问题是，对每一个调度上的用户在传输前都需要做一次这样的校准，这就带来了较大的系统反馈开销。事实上，理论分析和仿真表明影响信道互易性的主要因素是发射端天线的不匹配，而用户端天线的影响较小。第二个问题是，在协作多点传输系统中用户到所有基站的信道不一定都很好，这会影响到通过空中接口向基站反馈的检测信道的准确性。如果用户检测到的信道与实际误差较大，必然会使得最后的校准存在较大的误差。

发明内容

本发明提供了一种CoMP系统中两基站间天线校准的方案，以利用空中接口反馈少量信息来校准两基站间的参考天线，较好地实现基站间的校准。

为了描述本专利，需要引入协作校准节点这个概念。所谓协作校准节点，是指在两个基站所覆盖的区域内，被选为用于协助基站间的参考天线校准的具有无线通信的能力的网络节点。

本发明的主要思路是在基站间建立由基站和协作校准节点组成的校准路径。校准路径包括待校准基站节点和若干协作校准节点。由校准路径上的初始参考节点开始，通过校准路径上相邻两个节点的依次校准，将初始参考节点天线的发送模块与接收模块的比例传递给待校准的基站。即以接力的形式，最终实现不同基站的参考天线的发送模块与接收模块的比例相一致。

根据本发明提出了一种用于对两个基站进行校准的校准装置以及包括该校准装置的基站，所述校准装置包括：确定模块，确定网络中的协作校准节点；收集模块，获取节点间的平均信道质量；计算模块，计算两基站间的校准路径，选取起始校准节点；循环模块，从起始校准节点开始，一次完成校准路径上已校准节点对相邻未校准节点天线校准。

附图说明

图1为一个基本的协作式多点传输系统示意图。

图2为本发明CoMP系统中两基站间天线校准方法的流程图。

图3为本发明实施例中由中心调度器选出的校准路径示意图。

图4为本发明CoMP系统中两基站间天线校准装置的示意图。

具体实施方式

本发明实施例提出的两基站间天线校准的方法是：采用静态方式确定网络中的协作校准节点，待校准基站和协作校准节点获取相互间的平均信干噪比，协作校准节点向归属基站反馈平均信道质量信息，中心调度器选择两基站间的校准路径，在校准路径上，选择一个节点作为校准的起始节点(采用方式2)并开始进行校准路径上相邻两节点所选天线的校准。

下面结合说明书附图来说明本发明的具体实施方式。

图2为本发明CoMP系统中两基站间天线校准方法的流程图，主要流程如下：

步骤1、确定网络中的协作校准节点，可以采用两种方式进行：

方式1(静态方式)：在这种方式下，要求网络中的部分节点支持协助天线校准的功能。在网络运行之初，网络规划者或管理者对区域中的某些无线节点进行配置，开启它们的协作校准功能(即，设置为协作校准节点)。每一个协作校准节点检测到周围基站的无线链路质量，并确定一个信道质量最好的基站作为其归属基站。随后，协作校准节点向它的归属基站报告并与归属基站建立通信连接。归属基站在统计了其覆盖区域内的所有协作校准节点后，向这些协作校准节点分别通告区域内其他协作校准节点的信息(如节点的唯一标识符)。归属基站通过与协作校准节点周期性的信令交互，监测区域内协作校准节点的状态(如是否正常运行等)。归属基站负责周期性的向区域内所有协作校准节点通知区域内各个协作校准节点的状态变化信息(如新加入了协作校准节点或某些协作校准节点变为不支持协作校准或运行不正常)。当有新的节点被设置为协作校准节点时，该节点同样通过信道质量检测归属基站报告并通过归属基站获知其它协作校准节点信息，而归属基站则向已有的协作校准节点更新区域内的协作校准节点的状态。

方式2(动态方式)：在区域内的所有无线节点设备都设有一个校准优先级。优先级越高的节点表示其越有能力提供校准的协助工作。优先级的设置由设备的移动状态和其所有者的属性确定。静止的设备优先级高于可移动的设备优先级，运营商的设备的优先级高于用户终端的优先级。基站周期性选取其区域内优先级最高的M个节点作为其协作校准节点。需要说明的是这个周期持续时间可以较长。一旦选择好协作校准节点后，基站与这些协作校准节点建立连接并成为它们的归属基站。当连接建立后，归属基站在每个周期内，监测区域内协作校准节点的状态。

步骤2、待校准基站和协作校准节点获取相互间的平均信干噪比：

每个基站和每个协作校准节点都选择一根特定的天线周期性的在不同的时频资源块上发送导频信号。特别的，基站选择其自校准的参考天线发送导频信号。两个基站通过它们的参考天线接收并检测两个基站区域内的其他协作校准节点的导频信号，获取这些协作校准节点到它们的平均信道质量(信干噪比)。两个基站区域内的协作校准节点在它们各自选中的天线上接收并检测两个基站和其他协作校准节点的导频信号，并获取其它协作校准节点和基站到其的平均信道质量(信干噪比)。

步骤3、协作校准节点向归属基站反馈平均信道质量信息：

每个协作校准节点通过无线的方式向归属基站反馈检测到的到其他节点的平均信道质量(信干噪比)。两个基站将收到的反馈数据通过有线的方式传给中心调度器。

步骤4、中心调度器选择两基站间的校准路径：

中心调度器首先建立一个以两个基站和区域内所有协作校准节点为顶点，任意两个顶点间有一条无向边的无向图。无向图中每一条边的权重设置如下：两基站节点间的边的权重设为无穷大，其余任意两点间的边的权重由函数f(SINR₁，SINR₂)确定，其中SINR₁和SINR₂分别表示这两个顶点代表的节点间双向链路的平均SINR。函数f(SINR₁，SINR₂)具有如下特征，函数值随着SINR₁，SINR₂值的增大而减小。最后中心调度器在这个无向图中，选择一条连接两个基站的权重和最小的路径或者选择一条连接两个基站且路径上的节点数不超过M的权重和最小的路径。该路径作为校准路径

步骤5、在校准路径上，选择一个节点作为校准的起始节点并开始进行校准路径上相邻两节点所选天线的校准：

选择起始点位置有两种方式：

方式1：设校准路径上一共有N个节点，依次编号为1，2，3，......，N。如果N为奇数，选择校准路径上第(N+1)/2个节点为校准的起始节点。如果N为偶数，则选择校准路径上第N/2或者(N/2)+1个节点作为校准的起始节点。

方式2：以两个基站之一作为校准的起始节点。

在进行校准路径上的校准时，每一个节点可能处于三种状态，分别是参考状态，已校准状态和未校准状态。开始时，我们将这个校准的起始节点的状态设为参考状态，将校准路径上其他节点状态均设置为未校准状态。校准路径上的校准方法描述如下：

过程1：每一个处于参考状态的节点向在校准路径上与它相邻的未校准状态的节点反馈它检测到的对应未校准节点到自己的及时信道响应。反馈信道响应之后，处于参考状态的节点改变自己的状态为已校准状态。

过程2：收到反馈信道的未校准节点利用各自得到的反馈信道响应值与自己检测的信道响应值的比值来校准自己的天线，然后改变自己的状态为参考状态。

过程3：判断两个基站是否都已经是已校准状态或参考状态。如果是，则此次校准结束。如果不是，继续执行过程2。

下面以一个具体的实施例来说明本发明提供的两基站间天线校准方法。

协作校准节点的选取采用静态方式。且协作校准节点都正常工作。令f(SINR₁，SINR₂)值等于这两个节点的双向链路的平均信噪比或信干噪比的倒数的线性组合，即

$\frac{1}{\mathrm{SIN}{R}_1}+\frac{1}{{\mathrm{SINR}}_2}$

如图3所示为由中心调度器选出的校准路径。图中，两基站的校准路径包含了3个协作校准节点。选择基站1为校准的起始节点，则此次校准需经过4个时隙。

在时隙1期间，协作校准节点1向基站1发送导频信号，基站1检测得到协作校准节点1到其的当前信道。然后基站1向协作校准节点1发送导频信号，并向协作校准节点1反馈基站检测到的信道。协作校准节点1利用检测得到基站1到自己的当前信道与基站1反馈的信道值之比作为校准系数1，并将该系数加在天线的接收模块上。理想状态下，此时有

在时隙2、时隙3和时隙4期间，利用同样的方式，依次进行协作校准节点1与协作校准节点2的校准得到校准系数2、协作校准节点2与协作校准节点3的校准得到校准系数3和协作校准节点3与基站2的校准得到校准系数4。于是，理想状态下有：

因此，整理可得

至此，两基站间的参考天线校准完成。

图4为本发明提出的一种用于对两个基站进行校准的校准装置，所述校准装置包括确定模块41、收集模块42、计算模块43、循环模块44。确定模块41，确定网络中的协作校准节点；收集模块42，获取节点间的平均信道质量；计算模块43，计算两基站间的校准路径，选取起始校准节点；循环模块44，从起始校准节点开始，一次完成校准路径上已校准节点对相邻未校准节点天线校准。

本发明中所用到的协作校准节点可以是区域内的任何可以进行无线通信的节点，如中继节点、微型基站以及小区内的用户等。

本发明中两基站间的校准可以推广至更多基站间校准。可以从所有待校准的基站中选择一个基站作为参考校准基站，其余基站作为协作校准基站。只需为每一个协作校准基站建立一条连接它和参考校准基站的校准路径，所有校准路径的参考起始点都从参考校准基站开始，即可完成所有基站间的校准。

本发明可以用于单频点系统的校准也可用于全频带校准。当对全频带校准时，可以利用本方案对一些离散的频点校准然后再进行频域插值得到全频带校准系数。

本发明基站间参考天线的校准应根据实际情况周期性的进行。

Claims (10)

1.一种基站间天线校准的方案，其特征在于，包括：

确定出网络中的协作校准节点；

根据确定出的协作校准节点获取待校准基站与协作校准节点相互间的平均信干噪比，协作校准节点向归属基站反馈平均信道质量信息；

确定出两基站间的校准路径；

根据校准路径，选择以校准路径中某一校准节点或以两个基站之一作为起始节点并逐步完成各节点所选天线的校准，从而完成基站间的校准工作。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，本发明中所述协作校准节点，是指在两个基站所覆盖的区域内，被选为用于协助基站间的参考天线校准的具有无线通信能力的网络节点，可以是区域内的任何可以进行无线通信的节点，如中继节点、微型基站以及小区内的用户等。确定网络中的协作校准节点，可以采用两种方式进行，具体包括：静态方式；动态方式。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在静态方式下，要求网络中的部分节点支持协助天线校准的功能。在网络运行之初，网络规划者或管理者对区域中的某些无线节点进行配置，开启它们的协作校准功能(即，设置为协作校准节点)。每一个协作校准节点检测到周围基站的无线链路质量，并确定一个信道质量最好的基站作为其归属基站。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在动态方式下，区域内的所有无线节点设备都设有一个校准优先级。优先级越高的节点表示其越有能力提供校准的协助工作。优先级的设置由设备的移动状态和其所有者的属性确定。静止的设备优先级高于可移动的设备优先级，运营商的设备的优先级高于用户终端的优先级。基站周期性选取其区域内优先级最高的M个节点作为其协作校准节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，两个基站通过它们的参考天线接收并检测两个基站区域内的其他协作校准节点的导频信号，获取这些协作校准节点到它们的平均信道质量(信干噪比)。每个协作校准节点通过无线的方式向归属基站反馈检测到的到其他节点的平均信道质量(信干噪比)。两个基站将收到的反馈数据通过有线的方式传给中心调度器。两基站间的校准路径是由中心调度器确定的。中心调度器建立一个以两个基站和区域内所有协作校准节点为顶点，任意两个顶点间有一条无向边的无向图。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，无向图中每一条边的权重设置为：两基站节点间的边的权重设为无穷大，其余任意两点间的边的权重由函数f(SINR₁，SINR₂)确定，其中SINR₁和SINR₂分别表示这两个顶点代表的节点间双向链路的平均SINR。函数f(SINR₁，SINR₂)具有如下特征，函数值随着SINR₁，SINR₂值的增大而减小。

7.根据权利要求5，权利要求6所述的方法，其特征在于，校准路径的确定由中心调度器在这个无向图中，选择一条连接两个基站的权重和最小的路径或者选择一条连接两个基站且路径上的节点数不超过M的权重和最小的路径。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，校准路径中起始校准节点按如下方法选择，设校准路径上一共有N个节点，依次编号为1，2，3，......，N。如果N为奇数，选择校准路径上第(N+1)/2个节点为校准的起始节点。如果N为偶数，则选择校准路径上第N/2或者(N/2)+1个节点作为校准的起始节点。

9.一种两基站间天线校准的装置，用于对两个基站进行天线校准，所述校准装置包括：

确定模块，确定网络中的协作校准节点；

收集模块，获取节点间的平均信道质量；

计算模块，计算两基站间的校准路径，选取起始校准节点；

循环模块，从起始校准节点开始，一次完成校准路径上已校准节点对相邻未校准节点天线校准。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，可以从所有待校准的基站中选择一个基站作为参考校准基站，其余基站作为协作校准基站。只需为每一个协作校准基站建立一条连接它和参考校准基站的校准路径，所有校准路径的参考起始点都从参考校准基站开始，即可完成所有基站间的校准。

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