CN102685042B - 发送器和接收器中失配延迟下的载波相位差的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在整个信号带宽上有效地检测相互通讯的通讯设备之间之载波相位差（CPD）的方法和相应的装置，CPD的检测利用载波相位差的线性结构，消除了绝大部分的反馈开销，本发明描述了可压缩数字化反馈和信令协议反馈两种反馈机制，CPD可以分解成固定/缓变部分和迅变部分，前者可以在通讯过程之前被预校准并被发送至相关通讯装置，从而进一步降低反馈开销和改进CPD的检测精度。发送接收链中的非线性也可以被预校准，这样，检测线性结构CPD的方法可以被用来检测具有更一般性结构的CPD，本发明中所描述的方法和装置的应用包括无线多点传播系统（在LTE-advanced系统中又被称为协作多点传输，即CoMP），和一组基站之间的频率和相位同步。

Description

发送器和接收器中失配延迟下的载波相位差的检测方法

技术领域

本发明涉及电讯系统以及无线通讯系统领域，特别涉及无线通信载波相位检测技术领域，具体是指一种发送器和接收器中失配延迟下的载波相位差的检测方法。

背景技术

无线移动网络的数据流量是网络性能的一个最重要的指标。数据流量越高，网络中每一小区能够服务的移动用户就越多，每一用户可以达到的数据率也就越高。然而在小区边缘，受相邻小区干扰的影响，移动用户的数据率会极低。在统计上，小区边缘较之基站附近分布着更多的移动用户，因此小区的平均数据流量会比峰值数据流量低很多。一般来说，小区平均数据流量会较峰值数据流量低一个数量级或更低。

为了改进网络性能，多点传播方案最近被引入无线移动网络。一个例子是三代无线移动网络长期演进技术的先进版本中（long-term evolution of 3^rd generation of wireless cellularnetwork,advanced）的协作多点传输（CoMP，Coordinated Multi-Point transmission）。多点传播方案的重点在于提高小区边缘的性能，它的原理可以描述如下。一个多点传播系统的实例见图1。基站112、114、116构成了一个协作多点传播集。移动用户122、124、126构成了一个多点传播系统的接收集。在图1的多点传播系统中，基站112、114、116发送的是针对移动用户122、124、126信号的组合。对于每个基站来说，每个移动用户的组合权重可以是不一样的。借助精妙复杂的算法，各个基站发送的组合信号可以实现如下的效果：当来自基站112，114、116的信号抵达移动用户122时，针对移动用户124和126的信号被抵消或最小化，而针对移动用户122的信号则被最大化或增强，从而移动用户122的信号质量得到了显著的提高。同理，移动用户124和126的信号在相应的移动用户处也得到了显著的提高。在各个基站上的信号组合被称为“预编码”。对应于每个移动用户和每个基站的组合权重则构成“预编码矩阵”中的元素。

在移动网络中，由基站至移动用户的信道被称为下行信道，由移动用户至基站的信道则被称为上行信道。在多点传播中，协作基站需要下行信道信息。在频分双工（FDD）网络中，移动用户经上行信道将下行信道信息反馈至协作基站。然而反馈开销会占据相当大的上行信道容量。在时分双工（TDD）网络中，理论上可以通过信道互易原理（即共享同一频率的上行信道与下行信道对等）来省去绝大部分的反馈开销。因此基站可以通过估计上行信道来导出下行信道。

然而，TDD网络中的信道互易原理只适用于介于基站天线与移动用户天线之间的信道。一般来说，基站中的发送器和接收器与移动用户中的发送器和接收器具有不同的特性。因此，信道互易原理对于基站与移动用户之间的总体信道来说并不成立。在这里，基站与移动用户之间的总体信道包括基站天线与移动用户天线之间的无线信道，以及基站和移动用户中的发送链和接收链。克服信道非互易性的一种方法就是通过上行信道来反馈下行信道信息。然而这种方法会产生与FDD网络一样的反馈开销，而且由于上下行信道共用同一频率，剩下可用的上行信道容量更少。另外一种方法是对基站和移动用户中的发送接收链的差异实行校准。基站中的校准包含如下步骤：（i）移动用户发送导频信号至基站，（ii）基站从来自移动用户的导频信号中估计上行信道，（iii）基站发送导频信号至移动用户，（iv）移动用户从来自基站的导频信号中估计下行信道，（v）移动用户将全部下行信道信息反馈至基站，以及（vi）基站利用下行信道与上行信道的差别来校准发送接收链的非匹配或失配。移动用户中的校准可以类似地实现。

然而，上述校准方案因为下述缺点而不现实。第一，校准算法和详尽的信息反馈使得校准过程十分缓慢，因此对于迅速变化的信道会产生失真。第二，发送接收链的差异的一些部分是固定或缓变的，而另外一些部分是迅变的。校准过程因其缓慢只能补偿发送接收链失配中的固定或缓变部分，而对迅变部分则无能为力。第三，即使校准次数可以做到更频繁，从而能够跟踪射频失配中的迅变部分，由于通常的校准步骤需要在整个信号带宽内的全部信道信息，反馈开销会接近或达到FDD网络中的反馈开销，从而使校准失去意义。

由于缺乏有效可行的方法来对发送接收链失配进行补偿和跟踪，多点传播的益处因为没有准确的下行信道信息和/或过高的反馈开销而大大减弱。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点，提供一种能够有效进行发送器和接收器中失配延迟下的载波相位差的检测的方法。

下面的描述作为关于本发明的若干方面的概要，提供了对这些方面的基本理解。本概要的目的是：就本发明若干方面的有关概念给出作为后续详细描述的前奏的简要介绍。

在TDD网络中，基站与移动用户间的发送接收链失配引起的信道非互易可以通过一频率的复函数描述。该函数的幅值描述了增益失配，该函数的相位描述了相位失配。在下文中，相位失配被称为载波相位差。

在检测两射频失配的无线设备之间的载波相位差（CPD）这一主题下，本发明的若干方面通过本发明若干实现以及相关的公布细节而得以描述。考虑TDD网络中的一个基站和一个移动用户的情形。典型的CPD可以用一频率的线性函数来建模。因此，在整个信号带宽内检测CPD，移动用户只需要将在两个不同频率上的两个相位值反馈至基站，反馈数据只占全部下行信道信息的极小的一部分。

本发明的另一方面涉及改进CPD检测精度。CPD反馈可以包含多个频率点，从而显著地提高检测与估计精度，同时仍使反馈开销远远小于全部下行信道信息反馈。

本发明的再一方面涉及使基站跟踪时变的反馈机制。移动用户经上行信道将压缩编码后的数字化的下行信道相位信息加以反馈，或者，移动用户采用快速信令协议将下行信道相位通过上行导频信道反馈以消除上行数据信道中编码解码带来的延迟。这种反馈机制与低反馈开销一起缩短了反馈周期，使得基站得以跟踪CPD随时间的变化。

本发明的又一方面涉及进一步减少反馈开销。CPD中的固定或缓变的部分不需要频繁的反馈。发送器和接收器特性中的固定部分可以被“预校准”并在通讯过程开始前被发送至基站。

本发明还有一方面涉及对具有比线性模型更为广泛的结构的CPD的检测。发送器和接收器中的非线性部分也可以被“预校准”并在通讯过程开始前被发送至基站，这样，需要检测的只是CPD的线性部分。

附图说明

图1描述了一个包含一多点传播系统的无线移动网络。

图2描述了一个信道非互易的基本模型。

图3描述了一个描述了一个信道非互易的详细模型。

图4描述了一个采用数字化相位反馈来检测CPD的示范系统。

图5描述了一个采用示范信令协议来检测CPD的示范系统。；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

本发明借助附图描述了在本发明中所公开的发明主旨。描述中所引用的数字标记对应于附图中相应的元素。下文中描述了若干用于解释目的的具体细节，以期达到对发明主旨的详细理解。然而在许多情况下，将发明主旨付诸实践可能并不一定需要这些具体细节。

本发明采用了若干术语来描述在各种无线网络中相互通讯的双方。比如无线移动网络中的“基站”与“移动用户”。更普适的术语，即“参考设备”以及“非参考设备”在更广泛性的描述中也被用来表示通讯的双方。参考设备和非参考设备之间的区别在于非参考设备可以从参考设备所发出的信号或数据中提取所需的信息，比如CPD。在CPD检测这一主题下，基站属于非参考设备，而移动用户则属于参考设备。相应地，由非参考设备至参考设备的信道被称为下行信道，由参考设备至非参考设备的信道则被称为上行信道。

图2示出了一个因基站与移动用户间发送器和接收器失配而引起产生信道非互易的基本模型。因为增益失配可以被独立地校准和补偿，在这里不考虑增益失配。发送器和接收器失配可以简要地用两个随机相位来表示：基站的载波相位φ_b和移动用户的载波相位φ_m。CPD的定义为两者之差：Δφ＝φ_b-φ_m。下行信道h_dl、上行信道h_ul、以及基站天线与移动用户天线之间的无线信道h存在如下关系：

$h_{\mathrm{dl}}=e^{j({\mathrm{\φ}}_b-{\mathrm{\φ}}_m)}h$

(1)

$h_{\mathrm{ul}}=e^{j({\mathrm{\φ}}_m-{\mathrm{\φ}}_b)}h$

需要指出的是，对于窄带信号或平坦衰落信道而言，h是一个复标量。对于通过频率选择性信道的宽带信号来说，h、φ_b、以及φ_m则为频率的函数。由式（1），下行信道h_dl和上行信道h_ul的关系为

$h_{\mathrm{dl}}=e^{j2({\mathrm{\φ}}_b-{\mathrm{\φ}}_m)}{h}_{\mathrm{ul}}=e^{j2\mathrm{\Δ\φ}}{h}_{\mathrm{ul}}---\left(2\right)$

从式（1）和（2）可以清楚地看出，因为发送器和接收器的失配，下行信道和上行信道不再互易。还可看出，一旦CPD为已知，下行信道h_dl可以从上行信道h_ul恢复出来。

图3示出了一个揭示CPD数学结构的详细模型。在基站端，和分别为发送链和接收链的增益，和分别为发送器和接收器基带处理的延迟，和分别为发送器和接收器通带（非基带）处理的延迟，和分别为调制相位和解调相位。振荡器生成载波频率f_c。两个导出量和分别为发送器和接收器信号处理的总延迟，定义如下：

$d_{\mathrm{TX}}^b=d_{\mathrm{TX},B}^b+d_{\mathrm{TX},P}^b$

(3)

$d_{\mathrm{RX}}^b=d_{\mathrm{RX},B}^b+d_{\mathrm{RX},P}^b$

上述在基站端定义的各量在移动用户端均有相对应的量。上标“m”表示代表用户，上标“b”代表基站。

由图3，给定频率为f的输入信号，基站端发送链和接收链的总相位和分别为

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX}}^b={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX},0}^b-2\mathrm{\π}{f}_c{d}_{\mathrm{TX},P}^b-2\mathrm{\πf}{d}_{\mathrm{TX}}^b$

(4)

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX}}^b=-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX},0}^b-2\mathrm{\π}{f}_c{d}_{\mathrm{RX},P}^b-2\mathrm{\πf}{d}_{\mathrm{RX}}^b$

在移动用户端，类似地有

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX}}^m={\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX},0}^m-2\mathrm{\π}{f}_c{d}_{\mathrm{TX},P}^m-2\mathrm{\πf}{d}_{\mathrm{TX}}^m$

(5)

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX}}^m=-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX},0}^m-2\mathrm{\π}{f}_c{d}_{\mathrm{RX},P}^m-2\mathrm{\πf}{d}_{\mathrm{RX}}^m$

下行信道h_dl和上行信道h_ul现在又可写成

$h_{\mathrm{dl}}=e^{j({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX}}^b-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX}}^b-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX}}^m+{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX}}^m)}{h}_{\mathrm{ul}}=e^{j2\mathrm{\Δ\φ}}{h}_{\mathrm{ul}}---\left(6\right)$

在这里，增益失配在其可以被独立地校准和补偿的前提下而不被考虑。比较式（6）和式（2）可以看到，图3中的更详细的模型作为一个特例被包含在图2的基本模型中，模型参数的对应关系如下：

${\mathrm{\φ}}_b=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX}}^b-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX}}^b)$

(7)

${\mathrm{\φ}}_m=\frac{1}{2}({\mathrm{\φ}}_{\mathrm{TX}}^m-{\mathrm{\φ}}_{\mathrm{RX}}^m)$

并且，CPD为信号频率f的一线性函数：

Δφ＝β+αf                （8）

其中，α只依赖于发送链和接收链中的延迟，可以认为是固定的或非常缓变。β则包含了振荡器相位、相位噪声、载波频率变化，等等。当上行信道延迟和下行信道延迟相等时，α＝0。由于相位噪声、来自自动频率控制的载波频率调节等原因，β的变化要比α快得多。因此量β使得校准方案不适用于多点传播方案。即使在多点传播中的基站和移动用户在某一时间t实现了完全校准，信道非互易由于β的原因会很快地重新出现。校准过程的缓慢特性使得基站无法跟踪信道随时间的迅速变化。

图4描述了一个采用数字化相位反馈来检测CPD的示范系统。基站410包含下行导频装置412，上行信道估计器414，CPD参数估计器416，以及CPD重构器418。移动用户450包含下行信道估计器452，第一上行导频装置454，以及多相位反馈装置456。下行导频装置412发送一下行导频信号。下行信道估计器452接收该下行导频信号并产生一下行信道估计第一上行导频装置454发送一第一上行导频信号。上行信道估计器414接收该第一上行导频信号并产生一上行信道估计多相位反馈装置456发送经若干数字化后的、在若干频率上的下行信道相位。CPD参数估计器416接收下行信道相位，并利用下行信道相位和上行信道估计来估计CPD参数α和β。CPD重构器418利用所估计的CPD参数在整个信号带宽内重构CPD。

基于本发明的若干体现，多相位反馈装置456将两个在频率f₁和f₂上的下行信道相位估计和发送至基站。CPD参数估计器416利用来自多相位反馈装置456的下行信道相位估计和来自上行信道估计器414的上行信道相位对CPD参数α和β按下式进行估计：

$\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_1\right)=\frac{1}{2}[{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_1\right)-{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{ul}}\left(f_1\right)]$

$\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_2\right)=\frac{1}{2}[{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_2\right)-{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{ul}}\left(f_2\right)]---\left(9\right)$

$\widehat{\mathrm{\α}}=\frac{\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_1\right)-\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_2\right)}{f_1-f_2}$

$\widehat{\mathrm{\β}}=\frac{f_1\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_2\right)-f_2\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_1\right)}{f_1-f_2}$

CPD重构器418按下式在整个信号带宽内重构CPD：

$\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f\right)=\widehat{\mathrm{\β}}+\widehat{\mathrm{\α}}f---\left(10\right)$

由于在整个信号带宽内检测CPD只需要两个下行信道相位估计，反馈开销只占全下行信道反馈的极小部分，绝大部分上行信道容量得以用来传送有用数据。极小的反馈开销以及式（9）和（10）所描述的简捷的CPD检测方案使得反馈速率可以更快，从而信道的迅速变化可以被跟踪。

另外地，在保持低反馈开销的同时，反馈至基站的下行信道相位估计可以多于两个。这改进了CPD参数估计的精度，进而改进了CPD检测的精度。当下行信道相位估计多于两个时，CPD参数估计器416可以采用各种带有不同优化准则的算法（如最小二乘曲线拟合）来估计α和β。

下行信道相位估计中的频率的选择也会影响CPD的检测精度。例如，在两个下行信道相位估计的情形，一般说来|f₁-f₂|取最大可能值时检测精度最佳。

下行信道相位估计可以通过量化进一步减小数据量。比如，将单位圆量化成若干区域可以取代发送的实部和虚部。发送所在区域的序号只需要几个比特，如8比特或更少。其他数据压缩手段也可以应用于下行信道相位估计。

值得指出的是，多相位反馈装置456的反馈数据可以是下行信道相位估计的任何函数，该函数可以帮助基站导出CPD和/或下行信道信息。

图5描述了一个采用示范信令协议来检测CPD的示范系统。在前述的数字化反馈中，下行信道相位以数字编码的形式通过上行数据信道被发送至基站。与数字化反馈相比，信令协议采用上行导频信道的已知导频信号将下行信道相位信息发送至基站。在图5中，基站510包含下行导频装置412和CPD检测器514。移动用户550包含下行信道估计器452和第二上行导频装置554。下行导频装置412发送一下行导频信号。下行信道估计器452接收该下行导频信号并产生一下行信道估计第二上行导频装置554发送一第二上行导频信号，该信号承载下行信道估计的相位信息。CPD检测器514接收该第二上行导频信号并检测CPD。

在本发明的一个具体实现中，基站与移动用户间使用正交频分复用（OFDM）传输。第二上行导频装置554通过两个位于频率f₁和f₂的导频子载波发送一第二上行导频信号。位于f₁和f₂的导频字符P₁和P₂由下式给出：

$P_1=e^{-j{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_1\right)}{Q}_1---\left(11\right)$

$P_2=e^{-j{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_2\right)}{Q}_2$

其中Q₁和Q₂为已知字符，和为下行信道估计在频率f₁和f₂处的相位。CPD检测器514接收第二上行导频信号并消去已知字符Q₁和Q₂。忽略上行信道噪声，消去已知字符Q₁和Q₂后的第二上行导频信号的相位为

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ul}}\left(f_1\right)-{\widehat{\mathrm{\φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_1\right)\stackrel{\·}{=}-2\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_1\right)$

(12)

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ul}}\left(f_2\right)-{\widehat{\mathrm{\φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_2\right)\stackrel{\·}{=}-2\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f_2\right)$

由式（12），CPD检测器可以依式（9）估计CPD参数α和β。当α和β估计出后，在整个信号带宽上的CPD便可根据式（10）得出。和数字化反馈相同的是，频率的选择会影响CPD的检测精度。在两个导频子载波的情形，检测精度一般说来在|f₁-f₂|取最大可能值时达到最高。

由于CPD检测只需两个子载波，并且由于无线OFDM网络一般使用很大数量的子载波（例如某些LTE系统中的子载波多于1200个），上述信令协议具有极小的开销。因此，信令协议使用的导频子载波可以多于两个，仍然可以使得占用的子载波资源相对子载波总数而言很少。如果信令协议中的导频子载波多于两个，CPD检测器516可以从众多的具有不同优化准则的算法中选择以估计α和β并检测CPD。

在本发明的另一实现中，基站与移动用户间使用单一载波（例如码分复用，CDMA）传输。第二上行导频装置554发送一第二上行导频信号。第二上行导频信号的频域表达式P(f)在信号带宽内的频率f满足下式：

$P\left(f\right)=e^{-j{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f\right)}Q\left(f\right)---\left(13\right)$

需要指出的是，f可以取信号带宽内的任何频率值，也可以只取信号带宽内的某些指定频率值。Q(f)为已知导频字符序列的频域表达式，为下行信道估计的相位函数。CPD检测器514接收第二上行导频信号并消去已知频谱Q(f)。忽略上行信道噪声，消去已知频谱Q(f)后的第二上行导频信号的相位函数为

${\mathrm{\Φ}}_{\mathrm{ul}}\left(f\right)-{\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f\right)\stackrel{\·}{=}-2\widehat{\mathrm{\Δ\φ}}\left(f\right)---\left(14\right)$

该函数即为整个信号带宽内的CPD的负值的两倍。

当频率f可以取信号带宽内的任何值时，估计α和β显得不必要，因为对应任一频率f的CPD值均可由式（14）得到。然而在许多情形下估计α和β还是必要的，原因如下。如果式（8）准确地描述了CPD的结构，那么CPD的检测精度可以通过估计α和β再经式（10）估计CPD而大大提高。式（14）中在每一频率上的CPD值会包含噪声，然而利用式（14）中所有的数据来估计α和β则具有用一平均滤波器消除绝大部分噪声的效应。众多的具有不同优化准则的算法可以应用于式（14），以在多个频率上估计α和β。

由于下行信道相位信息直接嵌入在上行导频信号中，通过信令协议的反馈具有快速的特点，从而避免了经上行数据信道的数字化反馈所需的行动编码与解码，也避免了因编码解码而产生的延迟。

对于下行信道相位估计来说，式（11）和（13）中的表达式为其共轭相量。值得指出的是，式（11）和（13）可以更广义地写成

$P_1=g\left({\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_1\right)\right)Q_1---\left(15\right)$

$P_2=g\left({\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f_2\right)\right)Q_2$

及

$P\left(f\right)=g\left({\widehat{\mathrm{\Φ}}}_{\mathrm{dl}}\left(f\right)\right)Q\left(f\right)---\left(16\right)$

其中g(·)可以为其自变量的任何函数，该函数在下行信道相位估计作为自变量时，可以帮助基站检测CPD和/或导出下行信道信息。

式（8）中CPD的线性项αf源自基站和移动用户的发送接收链中的延迟。固定的延迟可以被校准并存储在相应的装置中（基站或移动用户）。在多点传播中，移动用户可将所存储的延迟分布在多点传播过程开始之前发送至协作基站。移动用户也可以在满足下面更新条件的情形下向基站更新其延迟分布：即延迟分布的变化不再可以忽略不计，或距上一次更新的时间达到了触发新的更新的阈值。类似地，基站可以在满足类似更新条件的情形下更新其本身的延迟分布。综合移动用户的延迟分布和基站本身的延迟分布，基站便拥有了CPD中线性项αf的全部信息。上述作法的一个优点是进一步减少了反馈开销，因为在正常的反馈过程中，只需要一个下行信道相位值即可以实现CPD检测。另一优点是提高了CPD检测精度，因为从同样数目的下行信道相位估计中只需估计一个参数β，而不是两个参数α和β。

如果发送接收链包含具有非线性相位的处理单元，延迟分布可以分解成线性延迟分布和非线性延迟分布两部分。非线性延迟分布在下文中被称为非线性相位分布。线性延迟分布在不致混淆的情况下则简称为延迟分布。非线性相位分布可以被校准并存储在相应的装置中。在多点传播中，移动用户可将所存储的非线性相位分布在多点传播过程开始之前发送至协作基站。移动用户也可以在满足下面更新条件的情形下向基站更新其延迟分布：即延迟分布的变化不再可以忽略不计，或距上一次更新的时间达到了触发新的更新的阈值。类似地，基站可以在满足类似更新条件的情形下更新其本身的非线性相位分布。综合移动用户的非线性相位分布和基站本身的非线性相位分布，基站便拥有了CPD中非线性相位分布的全部信息。基站可以应用前述的本发明的若干实现来检测CPD的线性部分β+αf，再将CPD的线性部分与非线性部分合成来完成对CPD的检测。

延迟分布和非线性相位分布可以被参数化和/或被索引以使描述这些分布的数据量最小化。例如，一个分布如果属于某一种类，该种类的索引指数便可以用来描述该分布。一个分布也可以通过一组参数来描述，或者通过索引与参数的组合来描述。其它数据压缩技术也可以被应用在延迟分布和非线性相位分布。

CPD的检测精度可以通过时域滤波或平均而进一步改进。如果反馈或信令协议的频率快于信道的变化速率，相邻的CPD的估计则是相关的。滤波可以应用于由CPD的估计而形成的时间序列，从而进一步减少估计噪声。如果滤波被应用于参数估计和对α和β采用不同的滤波器会更有益处。比如，一般来说α的变化较之β要缓慢的多，或根本没有变化。因此，α的滤波器与β的滤波器相比可以有更窄的带宽。这使得α和β的估计质量可以被独立地优化，从而改进整体的CPD检测质量。

结论，派生结果与范围

由于基站和移动用户之间的发送器和接收器失配，TDD网络中的下行信道和上行信道不再互易。获取基站和移动用户之间的CPD在多点传播中至关重要，因为CPD使得基站可以从上行信道中导出下行信道。如果下行信道的延迟不同于上行信道的延迟，CPD还会随着信号频率而变化。比如，在OFDM系统中，某一子载波上的CPD可以不同于另一子载波上的CPD。现有的解决方案，如校准方案，需要反馈全部的下行信道信息，从而导致过高的反馈开销，降低了上行信道容量，抵消了TDD网络中多点传播的优点。而且，校准过程非常缓慢，使得跟踪CPD中的迅变部分十分困难或不可能。

因此可以看到，本发明各种体现中的CPD检测为发送器和接收器失配下的CPD检测提供了有效的解决方案。通过利用CPD模型下的数学结构，反馈开销被减少到全信道反馈的极小的一部分。基于参数估计的、在整个信号带宽上的CPD检测具有极高的计算效率。低反馈开销和高效的检测处理使得CPD检测成为一个在无线移动网络中能够成功实现多点传播的、切实可行的解决方案。

CPD反馈既可以采用压缩编码数据，也可以采用信令协议。压缩编码数据进一步减少了反馈开销。在LTE网络中，快速信令协议可以只用上千个子载波中的两个子载波传送CPD信号，因此占用资源极少。快速信令协议不需要信道编码解码，从而缩短了反馈周期。极低的反馈或信令开销使得通过快速反馈来跟踪时变的CPD成为可能，并保证了绝大部分的上行信道容量不被占用。

将CPD分解为固定或缓变部分和迅变部分可以进一步减少反馈开销。固定部分只需在通讯过程开始前传递一次。CPD的缓变部分则不需要经常更新。

将CPD分解为固定或缓变部分和迅变部分克服了由CPD中的非线性带来的困难。在典型的通讯装置中，非线性延迟或相位分布或者是固定的，或者是缓变的。固定的非线性特征可以被预校准并在多点传播开始以前被传递。缓变的非线性特征则可以用缓慢的速率更新。

反馈更多的数据同时保持低反馈开销可以显著提高CPD的检测精度。对CPD的检测值序列或CPD的参数估计序列进行时域滤波可以进一步改进检测精度。

需要指出的是，在权力要求中的发明主旨并不限于无线网络。比如，向量DSL（数字用户线）TDD系统可以被类似地考虑成多点传播系统，因此对下行信道获取来说是至关重要的CPD检测可以通过本发明所描述的方式实现。另外一个应用是通过电缆或光缆等有线连接的设备所构成的系统之间的同步。此类系统的一个例子是无线网络中一组经高速主干回路连接的基站。该组基站中的某些基站作为参考设备，其它基站作为非参考设备从参考设备处获得CPD以实现相位或频率同步。

本发明描述了本发明的若干方面和特征。然而，熟悉相关背景的专业人士不难设想许许多多的改动、置换、变化、以及等效实现。因此，所有上述的改动和变化，只要它们落入所公开的发明主旨的精神实质与范围，均为附在本发明上的权利要求所包括。

Claims (17)

1.一种在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备，其特征在于，该方法包括：

(a)从所述非参考设备端，经一下行信道发送一下行导频信号至所述参考设备，

(b)在所述参考设备端，从所述下行导频信号中产生一下行信道估计，

(c)从所述参考设备端，经一上行导频信道发送一第一上行导频信号至所述非参考设备，

(d)在所述非参考设备端，从所述第一上行导频信号中产生一上行信道估计，

(e)从所述参考设备端，经一上行数据信道发送一下行信道相位的函数之多个估计值至所述非参考设备，

(f)将所述非参考设备端与所述参考设备端之间的载波相位差建模为在所述信号带宽上的频率的载波相位差函数，该函数由若干参数完全确定，以及

(g)在所述信号带宽上，通过所述非参考设备所接收到的所述下行信道相位的函数之估计值，和通过所述上行信道的估计，来估计载波相位差函数的参数，进而确定载波相位差。

2.根据权利要求1所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，所述的网络为一无线移动网络，所述参考设备为一移动用户，所述非参考设备为一基站。

3.根据权利要求1所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，所述下行信道相位的函数为下行信道相位本身。

4.根据权利要求1所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，发送所述下行信道相位的函数之多个估计值进一步包括：

(a)对所述下行信道相位的函数之多个估计值进行压缩，以及

(b)发送压缩后的数据。

5.根据权利要求1所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，在所述信号带宽上，估计所述载波相位差函数的所述参数，进而确定所述载波相位差进一步包括：

(a)将所述载波相位差建模为一在所述信号带宽上的频率的线性函数，

(b)通过所述下行信道相位的函数值的估计，和通过所述上行信道的估计，来估计所述线性函数的参数，以及

(c)通过在所述信号带宽上的频率的所述线性函数之参数来重构所述载波相位差。

6.根据权利要求5所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，估计所述线性函数的参数进一步包括选择用来估计所述下行信道相位的函数值的频率，使所述线性函数之参数的估计精度得以优化或改进。

7.一种在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备，其特征在于，该方法包括：

(a)从所述非参考设备端，经一下行信道发送一下行导频信号至所述参考设备，

(b)在所述参考设备端，从所述下行导频信号中产生一下行信道估计，

(c)在所述参考设备端，将一下行信道相位的函数之多个估计值嵌入一第二上行导频信号，

(d)从所述参考设备端，经一上行导频信道发送所述第二上行导频信号至所述非参考设备，以及

(e)通过所述非参考设备所接收的所述第二上行导频信号中嵌入的下行信道相位的函数之多个估计值，在所述信号带宽上来确定载波相位差。

8.根据权利要求7所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，将所述下行信道相位的函数之多个估计值嵌入所述第二上行导频信号进一步包括：

(a)计算一已知导频字符序列的频域表达式，以及

(b)在所述信号带宽内事先指定的频率上，将所述已知导频字符序列的频域表达式与所述下行信道相位的函数之估计值相乘，

据此，上面的乘积即为所述第二上行导频信号的频域表达式。

9.根据权利要求8所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，所述已知导频字符序列的频域表达式为位于一正交频分复用OFDM传输系统中的一导频子载波集合上的所述已知导频字符序列。

10.根据权利要求8所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，所述已知导频字符序列的频域表达式为在一单一载波传输系统中的所述已知导频字符序列的频谱。

11.一种在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备，其特征在于，该方法包括：

(a)在一通讯过程之前，校准并存储所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(b)在所述通讯过程之前，校准并存储所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(c)在所述通讯过程之前，将所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分发送至所述非参考设备，

(d)通过所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，和通过所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，在所述信号带宽上确定载波相位差的固定/缓变部分，

(e)从所述非参考设备端，经一下行信道发送一下行导频信号至所述参考设备，

(f)在所述参考设备端，从所述下行导频信号中产生一下行信道估计，

(g)从所述参考设备端，经一上行导频信道发送一第一上行导频信号至所述非参考设备，

(h)在所述非参考设备端，从所述第一上行导频信号中产生一上行信道估计，

(i)从所述参考设备端，经一上行数据信道发送一下行信道相位的函数之至少一个估计值至所述非参考设备，

(j)在所述信号带宽上，通过所述非参考设备所接收到的所述下行信道相位的函数之估计值，和通过所述上行信道的估计，来确定所述载波相位差的迅变部分，以及

(k)通过所述载波相位差的缓变部分和所述载波相位差的迅变部分来确定所述载波相位差。

12.根据权利要求11所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，发送所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分进一步包括：

(a)将所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分压缩以减少发送的数据量，以及

(b)发送压缩后的数据。

13.根据权利要求11所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分包括所述参考设备的一非线性相位分布，所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分包括所述非参考设备的一非线性相位分布。

14.根据权利要求11所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，进一步包括：

(a)当一第一组更新条件被满足时，重新校准和存储所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(b)当一第二组更新条件被满足时，重新校准和存储所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(c)当所述第一组更新条件被满足时，将所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分的更新发送至所述非参考设备，以及

(d)通过所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，和通过所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，在所述信号带宽上重新确定载波相位差的固定/缓变部分。

15.一种在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备，其特征在于，该方法包括：

(a)在一通讯过程之前，校准并存储所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(b)在所述通讯过程之前，校准并存储所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(c)在所述通讯过程之前，将所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分发送至所述非参考设备，

(d)通过所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，和通过所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，在所述信号带宽上确定载波相位差的固定/缓变部分，

(e)从所述非参考设备端，经一下行信道发送一下行导频信号至所述参考设备，

(f)在所述参考设备端，从所述下行导频信号中产生一下行信道估计，

(g)在所述参考设备端，将一下行信道相位的函数之至少一个估计值嵌入一第二上行导频信号，

(h)从所述参考设备端，经一上行导频信道发送所述第二上行导频信号至所述非参考设备，

(i)通过所述非参考设备所接收的所述第二上行导频信号，在所述信号带宽上来确定载波相位差的迅变部分，以及

(j)通过所述载波相位差的缓变部分和所述载波相位差的迅变部分来确定所述载波相位差。

16.根据权利要求15所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分包括所述参考设备的一非线性相位分布，所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分包括所述非参考设备的一非线性相位分布。

17.根据权利要求15所述的在具有一定信号带宽的网络中的通讯方法，其特征在于，进一步包括：

(a)当一第一组更新条件被满足时，重新校准和存储所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(b)当一第二组更新条件被满足时，重新校准和存储所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，

(c)当所述第一组更新条件被满足时，将所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分的更新发送至所述非参考设备，以及

(d)通过所述参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，和通过所述非参考设备中发送器和接收器延迟分布的固定/缓变部分，在所述信号带宽上重新确定载波相位差的固定/缓变部分。