CN102651672B - 一种用于协作式mimo系统的基站校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于协作式MIMO系统的基站校准方法及装置。该方法包括：补偿相互协作的各个扇区的校准收发通路之间的特性差异；在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准。该装置包括存储单元和校准运算控制单元；所述存储单元，用于存储协作扇区集合中各个扇区校准收发通路的特性数据；所述校准运算控制单元，用于从存储单元读取所述特性数据，根据读取的特性数据补偿协作扇区集合中各个扇区的校准收发通路之间的特性差异，在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准。应用本发明能够降低协作式MIMO系统基站校准的运算复杂度。

Description

一种用于协作式MIMO系统的基站校准方法及装置

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种用于协作式MIMO系统的基站校准方法及装置。

背景技术

协作式多输入多输出(MIMO)系统是3GPP为解决小区边缘干扰问题、提高小区边缘用户吞吐量而拟引入LTE Rel.11的标准化技术之一，其基本原理是通过多个相邻小区协作，对协作覆盖范围内的用户终端(UE)进行联合MIMO发送和接收。

图1是目前的协作式MIMO系统组成示意图。

如图1所示，在协作式MIMO系统中，基带处理单元(BBU)通过光纤连接多个远程射频单元(RRU)，每个RRU覆盖1个小区。UE可同时与多个相邻RRU通信，BBU负责该UE数据的联合发送或联合接收等相关基带处理。

具体地，若进行下行联合MIMO发送，则位于相邻小区的多个UE基带数据信息(UE1，UE2，...，UEM)在BBU中进行联合赋形，然后送给多个RRU发射出去；位于协作小区内的UE对接收到来自多个RRU信号各自进行独立处理和检测。上行联合MIMO接收与下行联合MIMO发送类似，即BBU对多个RRU接收的信号进行集中联合处理。

由此可知：下行联合MIMO发送需要在BBU中对UE基带数据信息进行联合赋形，然后再将联合赋形信息通过多个相邻RRU发射出去。为保证联合赋形准确性，必须保证多个RRU所有发射通路特性的一致性。对TDD协作式MIMO系统来说，由于需要利用TDD系统上下行信道互异性进行信道测量，必须保证多个RRU所有收发通路特性的一致性。

实际上由于多个RRU收发通路的器件差异及外部环境变化的影响，多个RRU的收发通路间的相位和幅度特性存在显著的差异，为了获得理想的联合赋形效果，必须对多个RRU的收发通路进行校准。

目前TDD系统的基站校准方案是每个扇区独立进行的，通常为辅助校准基站，每个扇区在天线内部(或基站内部)引入无源校准网络，并在基站内部引入校准收发通路(包括校准接收通路和校准发射通路)。目前每个扇区独立进行的基站校准方案包含发射校准和接收校准两部分，其中，发射校准的主要思路为：各发射通路发送互相正交的校准序列给校准接收通路，校准接收通路接收校准序列后，估计出各天线阵元对应发射通路和电缆的相位、幅度差异，并根据相位、幅度差异对多组发射通路和电缆间的相位和幅度误差进行补偿；接收校准的主要思路为：校准发射通路发送校准序列，并通过校准网络传给各接收通路，各接收通路接收校准序列后，估计各天线阵元对应接收通路的相位和幅度差异，并根据相位、幅度差异对多组接收通路和电缆间的相位和幅度误差进行补偿。

显然每个扇区独立进行的基站校准方案只能保证单个RRU的多个收发通路特性的一致性，由于多个RRU的校准收发通路和无源校准网络具有不同的幅度和相位特性，因此每个扇区独立进行的基站校准方案无法满足TDD协作MIMO系统的基站校准需求。

现有用于TDD协作MIMO系统的基站校准方案主要是空口校准方案，即通过基站和基站间(或UE和基站间)空口进行信息交互以进行基站校准，下面以基站和基站间空口校准方案为例，介绍现有方案的主要思路：

假设各扇区已完成自身的基站校准(即扇区内多个收发通路的特性差异已经补偿完毕)，因此可以认为每个扇区各有1根天线需要校准。以某一个扇区(中心扇区)的基站为中心进行校准，该扇区有单独的天线用于校准，称为校准天线；校准天线发送一个已知序列，其他扇区的基站都估计出各自的信道系数，记为：h^UL(m)，即扇区m的天线的上行信道系数；各扇区通过X2接口将估计得到的信道增益反馈到中心扇区；各扇区的基站天线发送一个已知序列，中心扇区的校准天线接收该序列，估计出信道增益，记为：h^DL(m)，即扇区m的天线的下行信道系数；然后根据上下行信道系数计算出校准因子：β(m)＝h^DL(m)/h^UL(m)；最后根据计算出的校准因子，对除中心扇区外的其他扇区的收发通路特性进行补偿，从而完成TDD协作式MIMO系统的基站校准。

可见，目前协作式MIMO系统的基站校准方法存在如下的缺点：

现有TDD协作式MIMO系统的基站校准方案是空口校准方案，必须对校准序列格式及发送校准序列的资源位置等进行空口标准化工作，存在较大的标准化工作推进难度；而且空口校准方案过程比较复杂、运算量较大，且目前还没有实用案例，其方案鲁棒性和实际校准精度存在一定风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于协作式MIMO系统的基站校准方法及装置，以便降低协作式MIMO系统基站校准的运算复杂度。

本发明采用的技术方案具体是这样实现的：

一种用于协作式多输入多输出MIMO系统的基站校准方法，该方法包括：

补偿相互协作的各个扇区的校准收发通路之间的特性差异；

在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准。

一种用于协作式MIMO系统的基站校准装置，该装置包括存储单元和校准运算控制单元；

所述存储单元，用于存储协作扇区集合中各个扇区校准收发通路的特性数据；

所述校准运算控制单元，用于从存储单元读取所述特性数据，根据读取的特性数据补偿协作扇区集合中各个扇区的校准收发通路之间的特性差异，在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准。

由上述技术方案可见，本发明通过先对各个协作扇区的校准收发通路进行补偿，使得各个协作扇区的校准收发通路的特性一致，然后在每个扇区内部，再利用补充后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行补偿，可以获得足够高的协作式MIMO系统基站校准精度，并且不需要像空口校准方案那样进行复杂的运算，因此能够降低协作式MIMO系统基站校准的运算复杂度。

附图说明

图1是目前的协作式MIMO系统组成示意图。

图2是本发明提供的协作式MIMO系统的基站校准方法流程图。

图3是本发明提供的协作式MIMO系统的基站校准方法详细流程图。

图4是本发明提供的基站校准装置结构图。

具体实施方式

本发明提出一种用于TDD协作式MIMO系统的基站校准方法和装置。考虑到TDD协作式MIMO系统的多个扇区各有一个校准收发通路，且校准收发通路幅度和相位特性存在较为明显的差异，为保证TDD协作式MIMO系统多个扇区的全部收发通路特性的一致性，以达到TDD协作式MIMO系统基站校准的目的，本发明提供了如图2所示的校准方法。如果有TDD制式以外的其他协作式MIMO系统也需要进行基站校准，则也可以采用本发明。

图2是本发明提供的协作式MIMO系统的基站校准方法流程图。

如图2所示，该流程包括：

步骤201，补偿多个扇区校准收发通路之间的特性差异。

步骤202，在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路进行基站校准，即根据补偿后的校准收发通路对该扇区内部的多个射频收发通路进行校准，从而完成协作式MIMO系统的基站校准工作。

具体来说，事先测量出参与协作MIMO的每个扇区校准收发通路的幅度和相位特性数据，并将校准收发通路的幅度和相位特性数据存储于基站的存储器中；各扇区启动基站校准前，首先根据协作扇区集合的配置信息确定基准扇区，然后根据该基准扇区的校准收发通路对该协作扇区集合中其他扇区的校准收发通路进行校准，具体执行如下操作：

单个基站内部进行协作MIMO时，从基站存储器中将协作扇区集合内所有扇区的校准收发通路特性数据读出，并以某个扇区的校准收发通路信息为基准，计算出其他扇区的校准收发通路误差数据；然后根据计算出的校准收发通路误差数据，对其他扇区的校准收发通路特性进行补偿；最后协作扇区集合内的所有扇区各自执行扇区内的基站校准。

多个基站间进行协作MIMO时，各协作扇区从各自对应的存储器中读出校准收发通路特性数据，并发送到预设的基准扇区；基准扇区以自己的校准收发通路信息为基准，计算出其他扇区的校准收发通路误差数据，然后将该误差数据发送回其它协作扇区；其他协作扇区先对校准收发通路特性差异进行补偿后，最后协作扇区集合内的全部扇区执行扇区内基站校准。

考虑到基站运行过程中，协作扇区集合中多个扇区的校准收发通路相位和幅度特性会随环境温度变化产生较为明显的变化。为提高校准精度，可以在多个温度范围内分别测量出多个扇区校准收发通路的相位和幅度特性数据，并将多个温度范围对应的校准收发通路的幅度和相位特性数据存储于基站存储器中，每次基站校准时，执行如下的校准过程：

步骤1，采用温度传感器测量出校准收发通路所处的环境温度，进而获知校准收发通路所处的温度范围，然后从基站存储器中读出对应温度范围的协作扇区集合内所有扇区的校准收发通路特性数据。

本步骤中，如果有必要，可采用专用信令接口在参与协作的扇区间交互所述特性数据。

步骤2，根据读出的多个扇区校准收发通路特性数据，计算出多个校准收发通路的误差数据，并对多个校准收发通路特性误差进行补偿。

本步骤中，如果有必要，也可以采用专用信令接口在参与协作的扇区间交互所述误差数据。

步骤3，协作扇区集合内的所有扇区各自执行扇区内的基站校准，从而完成基站校准过程。

本步骤中，各个扇区根据经步骤2校准后的校准收发通路执行扇区内的基站校准工作。

图3是本发明提供的协作式MIMO系统的基站校准方法详细流程图。

如图3所示，该详细流程包括步骤一和步骤二，其中步骤一在基站产品安装部署前执行，具体包括步骤301～步骤302，步骤二在基站产品安装部署后，每次基站校准时执行，具体包括步骤303～步骤306。

步骤301，将基站校准收发通路所处的环境温度范围C分为若干个子温度范围C1，...，CN，其中C＝C1+...+CN，N是不小于1的整数；

步骤302，在每个子温度范围内，测出每个扇区校准收发通路的相位和幅度特性数据，并将子温度范围信息及测出的每个扇区校准收发通路的相位和幅度特性数据存储于基站中的存储器中。

步骤303，采用温度传感器测量出校准收发通路所处的环境温度，并把测出的环境温度和存储器中的子温度范围信息进行对比后，获知校准收发通路所处环境温度对应的子温度范围Cn。

步骤304，从基站存储器中读出协作扇区集合内所有扇区的校准收发通路在子温度范围Cn内对应的相位和幅度特性数据。

步骤305，根据读出的多个扇区校准收发通路特性数据，以某个扇区的校准收发通路的幅度和相位特性数据为基准，计算出其他校准收发通路的幅度和相位特性误差数据，并对其他扇区校准收发通路的幅度和相位特性误差进行补偿。

步骤306，在对协作扇区集合内校准收发通路的幅度和相位特性误差补偿完毕后，协作扇区集合内的所有扇区根据各自补偿后的校准收发通路执行扇区内的基站校准，从而完成基站校准过程。

考虑到校准收发通路的幅度和相位特性会随着环境温度的变化产生变化，多个扇区校准收发通路幅度和相位特性误差也会随着环境温度的变化而变化，因此需要每隔一段时间T执行一次步骤二。

由于环境温度的变化周期通常为小时级，因此基站校准时等待时间T通常设置为1个小时或半个小时即可。如果协作小区集合的配置在较长时间内保持不变，例如协作小区集合在较长的时间内固定由特定的小区组成，可以将对应于某些子温度范围的校准收发通路特性差异数据保存在基站存储器中，以供下次直接调用，从而省去一些计算过程。

本发明还提供了一种基站校准装置，其能够执行图2和图3所示的基站校准方法。

本发明提供的基站校准装置包括存储单元和校准运算控制单元。

所述存储单元，用于存储协作扇区集合中各个扇区的校准收发通路特性数据。

所述校准运算控制单元，用于从存储单元读取所述特性数据，根据读取的特性数据补偿协作扇区集合中各个扇区的校准收发通路之间的特性差异，在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准。

为了提高校准精度，还可以在存储单元中存储各个温度范围内的校准收发通路特性数据，则所述校准运算控制单元根据校准收发通路当前所处温度范围，从所述存储单元中读取与当前所处温度范围对应的特性数据，根据读取的特性数据补偿各个扇区的校准收发通路的特性差异。

图4是包括本发明提供的基站校准装置的基站结构图。

如图4所示，本发明提供的基站校准装置包括校准运算控制单元401、存储单元402和温度传感单元403。

单个基站内部的多个扇区进行协作时，参与协作的多个扇区可以共享存储单元402、校准运算控制单元401和温度传感单元403；多个基站间的多个扇区进行协作时，参与协作的多个扇区可以各自拥有存储单元402、校准运算控制单元401和温度传感单元403。

如图4所示，除了基站校准装置外，基站中还包括多阵元天线、射频馈缆、射频收发通路和校准收发通路，现对各部分详细描述如下：

多阵元天线：含有多根阵元的天线，用于发射和接收射频信号；此外天线内部还包含用于辅助扇区内基站校准的无源校准网络；每个扇区采用1个多阵元天线。

射频馈缆：包含多根馈线，其中1根馈线用于校准收发通路和天线校准端口的连接，其他馈线则用于射频收发通路和天线射频端口的连接；每个扇区采用1组射频馈缆。

射频收发通路：包含多个发射通路和接收通路，其中，发射通路负责把基带信号转化为大功率的射频信号，接收通路负责把接收到的射频信号转化为基带信号。

校准收发通路：包含校准发射通路和校准接收通路两部分，用于辅助扇区内基站校准；每个扇区具有1个校准收发通路。

校准运算控制单元401，用于进行基站校准的运算及控制。

具体地，校准运算控制单元401收到温度传感器单元403输出的温度信息后，判断出该温度信息对应的子温度范围；然后从存储单元402读出与子温度范围对应的协作扇区集合内所有扇区的校准收发通路特性数据；同时根据协作场景不同，具有不同运算控制功能：

单个基站内部的多个扇区进行协作时，校准运算控制单元401计算出多个扇区校准收发通路特性的差异，并对多个扇区校准收发通路特性差异进行补偿；最后根据传统单扇区基站校准方法完成扇区内的基站校准。

多个基站间的多个扇区进行协作时，作为基准扇区的校准运算控制单元401接收来自其它协作扇区的存储单元的校准收发通路特性数据，计算出该其他扇区校准收发通路与该基准扇区的校准收发通路的特性差异数据，并将所述差异数据发给该其他协作扇区的运算控制单元，该其他协作扇区的运算控制单元利用接收到的差异数据对校准收发通路特性差异进行补偿。

存储单元402：存储子温度范围信息及每个扇区校准收发通路的幅度和相位特性数据。

温度传感单元403：负责测量校准收发通路所处的环境温度。

根据目前测试仪表的相位和幅度特性的测量精度，应用本发明的方法及装置后，多个协作扇区校准收发通路的相位和幅度特性误差被比较精确的补偿后，多个扇区再分别执行扇区内部的基站校准，从而获得足够高的协作式MIMO系统基站校准精度。

与现有的空口校准方案相比，采用本发明的方法及装置，具有如下三个主要优点：

无需进行空口标准化：此校准方案的实现不涉及基站和基站间(或基站和终端间)的空口信息交互，因此无需进行协作式MIMO系统基站校准的空口标准化工作。

运算复杂度低：基于多个扇区校准收发通路的测量数据，直接计算出多个扇区校准收发通路的特性差异，因此具有较低的校准运算复杂度。

不存在算法鲁棒性风险：与空口校准方案相比，本校准方案基于测量数据及传统扇区内基站校准方法，校准算法稳定性好，不存在算法鲁棒性风险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于协作式多输入多输出MIMO系统的基站校准方法，其特征在于，该方法包括：

在多个温度范围内分别测量出协作扇区集合中各扇区的校准收发通路的特性数据，并将测得的特性数据存储在基站的存储器中；

补偿相互协作的各个扇区的校准收发通路之间的特性差异；

在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准；

其中，所述补偿相互协作的各个扇区的校准收发通路之间的特性差异包括：

测量出校准收发通路当前所处的环境温度，根据该环境温度确定校准收发通路当前所处的温度范围，从存储器中读取该温度范围对应的校准收发通路的特性数据，根据该特性数据对相互协作的各个扇区的校准收发通路之间的特性差异进行补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特性差异包括相位特性差异和幅度特性差异。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿相互协作的各个扇区的校准收发通路之间的特性差异包括：

根据协作扇区集合的配置信息确定基准扇区，根据基准扇区的校准收发通路的特性对该协作扇区集合中其他扇区的校准收发通路的特性进行校准。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据基准扇区的校准收发通路的特性对该协作扇区集合中其他扇区的校准收发通路的特性进行校准包括：

单个基站内部进行协作MIMO时，从基站存储器中将协作扇区集合内所有扇区的校准收发通路特性数据读出，以基准扇区的校准收发通路的特性数据为基准，计算出该协作扇区集合中其他扇区的校准收发通路误差数据，根据计算出的校准收发通路误差数据，对该其他扇区的校准收发通路特性进行补偿。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据基准扇区的校准收发通路的特性对该协作扇区集合中其他扇区的校准收发通路的特性进行校准包括：

多个基站间进行协作MIMO时，协作扇区集合中的各扇区从各自对应的存储器中读出校准收发通路的特性数据，并发送到预设的基准扇区；

基准扇区以自身的校准收发通路特性数据为基准，计算出该协作扇区集合中的其他扇区的校准收发通路误差数据，然后将该误差数据发送回该协作扇区集合中的其他协作扇区；该协作扇区集合中的其他协作扇区根据该误差数据对自身的校准收发通路特性进行补偿。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每隔预定时间段，进入从所述存储器中读取各个扇区的校准收发通路的特性数据的步骤。

7.一种用于协作式MIMO系统的基站校准装置，其特征在于，该装置包括存储单元、校准运算控制单元和温度传感单元；

所述温度传感单元，用于测量校准收发通路当前所处的环境温度；

所述存储单元，用于存储温度范围信息，以及在各个温度范围内协作扇区集合中各个扇区校准收发通路的特性数据；

所述校准运算控制单元，用于根据所述温度传感单元测得的环境温度确定校准收发通路当前所处的温度范围，从存储单元中读取该温度范围内相互协作的各个扇区的所述特性数据，根据读取的特性数据补偿协作扇区集合中各个扇区的校准收发通路之间的特性差异，在每个扇区内部，根据补偿后的校准收发通路对该扇区内的各个射频收发通路进行校准。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，单个基站内部的多个扇区进行协作时，参与协作的各个扇区共享所述存储单元、所述校准运算控制单元和所述温度传感单元。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，多个基站间的多个扇区进行协作时，参与协作的各个扇区分别拥有各自的存储单元、校准运算控制单元和温度传感单元。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，多个基站间的多个扇区进行协作时，基准扇区的校准运算控制单元接收来自其他协作扇区的存储单元的校准收发通路特性数据，计算出该其他扇区校准收发通路与该基准扇区的校准收发通路的特性差异数据，将所述特性差异数据发给该其他协作扇区的运算控制单元，该其他协作扇区的运算控制单元利用接收到的差异数据对校准收发通路特性差异进行补偿。