CN104115429B - 天线阵列的减损补偿矩阵的确定 - Google Patents

Abstract

公开了用于补偿天线阵列中的减损的减损补偿矩阵的确定。确定在多个位置中的相应位置处形成至少一个零点的多信号发射的多个不同的组合。每个组合包括：多信号发射，其包括来自N个天线子阵列中的至少两个天线子阵列的至少两个同时信号发射；以及所述相应位置。基于与多信号发射的所述多个不同的组合相关联的信号特性和所述多个位置处的预期信号接收，确定标识所述N个天线子阵列间的减损的影响的减损矩阵。基于所述减损矩阵来确定所述减损补偿矩阵。

Description

天线阵列的减损补偿矩阵的确定

相关申请

本申请要求于2012年2月13日提交的序列号为61/597,903的临时专利申请的优先权，该申请的公开内容在此以引用的方式完整地并入本文。

技术领域

概括地说，实施例涉及无线通信，具体地说，涉及补偿天线减损(例如天线阵列的天线子阵列间的互耦)的减损补偿矩阵的确定。

背景技术

先进的无线通信系统(例如多输入多输出(MIMO)通信系统)越来越多地依赖于来自天线阵列的多个天线子阵列的同时信号发射，以形成期望的辐射方向图。天线子阵列可以由一个或多个天线元件构成。理论上，通过改变同时发射的信号的信号特性，例如通过改变同时发射的信号的相位或幅度，可以在期望的位置处形成波瓣和零点(null)中的一者或两者。在发射时，期望辐射方向图的波瓣以在接收机的位置处集中能量，并且期望零点以减少其他接收机遇到的干扰。在接收时，波瓣可以增加期望的发射机的信号强度，而零点可以消除来自非期望的发射机的干扰。

多个真实世界的因素(在本文中称为天线减损)可能影响天线阵列的理想或理论发射特性。这类减损可以包括但不限于：发射机与天线阵列的天线子阵列之间的信号路径的差异、天线子阵列之间的互耦、地平面缺陷、机械公差差异、无线设备硬件的差异等。减损改变理想或理论天线辐射方向图特性，从而影响在期望的地方准确地放置波瓣或零点的能力。这类减损可能导致较低的系统吞吐量。

通常在天线设计上投入大量的努力，以消除或最小化一些减损，例如天线子阵列之间的互耦。这增加了设计成本并且延长了天线阵列的设计时间。通常，被实现以避免减损(例如，互耦)的设计改变会导致性能的折衷。备选地，可以简单地忽略互耦的影响，这会导致非理想的辐射方向图。随着无线带宽和系统吞吐量变得越来越宝贵，根据需要准确地形成辐射方向图变得越来越重要。

发明内容

实施例涉及补偿与具有多个天线子阵列的天线阵列相关联的天线减损的减损补偿矩阵的确定。减损补偿矩阵包括补偿项或补偿元素，补偿项或补偿元素可以在通过天线子阵列进行发射之前的预处理阶段中被应用于信号。预处理阶段根据补偿元素改变信号，以减少或消除天线减损的影响，从而促进准确的和期望的辐射方向图的产生。

概括地说，实施例涉及用于补偿包括N个天线子阵列的天线阵列中的减损的减损补偿矩阵的确定。天线子阵列包括一个或多个天线元件，每个天线元件接收相同的信号进行发射。在一个实施例中，天线子阵列中的每个天线元件可以耦合到同一天线端口。

确定在多个位置中的位置处形成至少一个零点的多信号发射的多个不同的组合。每个组合包括：多信号发射，其包括来自N个天线子阵列中的至少两个天线子阵列的至少两个同时信号发射；以及形成至少一个零点的位置。至少两个同时信号发射具有相关联的信号特性。

基于与多信号发射的多个不同的组合相关联的信号特性和多个位置处的预期信号接收，确定标识N个天线子阵列间的减损的影响的减损矩阵。然后基于减损矩阵来确定减损补偿矩阵。

这些位置处的预期信号接收可以由天线矩阵定义，该天线矩阵标识每个天线子阵列与每个位置处的天线之间的预期信号传递。

在一个实施例中，通过针对每个不同的组合导出线性方程来确定标识减损的影响的减损矩阵。每个线性方程包括：信号元素，其标识与至少两个同时信号发射中的每个信号发射相关联的特定幅度和特定相位；传播元素，其标识至少两个天线子阵列中的每一个与相应位置处的天线之间的预期信号接收；以及减损变量，其表示未知的减损元素。

可以基于多个不同的组合导出多个独立的线性方程，并且例如使用最小均方函数对减损变量进行求解。每个减损变量是减损矩阵中的元素。可以对减损矩阵求逆或伪逆以确定减损补偿矩阵。

可以通过位于天线阵列的信号接收区域内的接收机来确定形成零点的位置。在一个实施例中，可以根据相对于天线阵列的视轴的方向来定义零点的位置。在一个实施例中，接收机可以包括移动设备。在这种实施例中，对于每个不同的组合，可以向移动设备发送信息块，信息块包括由至少两个天线子阵列中的单个天线子阵列产生的第一参考信号和由至少两个天线子阵列的同时发射产生的第二参考信号。移动设备可能接收到第一参考信号而未接收到第二参考信号，并且提供指示接收到第一参考信号和未能接收到第二参考信号的信号信息。发射机接收指示至少两个同时信号发射在该位置处形成零点的信号信息。可以请求移动设备提供移动设备的位置，并且识别移动设备的位置作为已经形成零点的位置。

在另一个实施例中，一种用于确定减损补偿矩阵的方法包括：从天线阵列的N个天线子阵列的子集发起多个多信号发射。每个多信号发射包括来自特定子集中的每个天线子阵列的信号的同时发射，并且每个信号具有至少包括特定幅度和相位的信号特性。确定天线阵列的信号接收区域内在多个多信号发射中的至少一些多信号发射期间形成零点的多个位置。基于多信号发射的信号特性和多个位置处的预期信号接收，确定标识N个天线子阵列间的减损的影响的减损矩阵。基于减损矩阵来确定减损补偿矩阵。

在另一个实施例中，提供了一种用于确定用于补偿天线阵列中的减损的减损补偿矩阵的方法，该方法包括确定多个不同的零点成形多信号发射。每个零点成形多信号发射包括：在多个位置中的位置处形成零点的来自N个天线子阵列中的至少两个天线子阵列的同时信号发射。基于与多个不同的零点成形多信号发射相关联的信号特性和多个位置处的预期信号接收，确定标识N个天线子阵列间的减损的影响的减损矩阵。基于减损矩阵来确定减损补偿矩阵。

另一个实施例包括一种具有多个天线端口的设备。每个天线端口被配置为与天线阵列的天线子阵列进行通信。设备包括可通信地耦合到多个天线端口的控制器。控制器被配置为确定在多个位置中的位置处形成至少一个零点的多信号发射的多个不同的组合。每个组合包括：多信号发射，其包括来自N个天线子阵列中的至少两个天线子阵列的至少两个同时信号发射；以及已经形成零点的位置。至少两个同时信号发射中的每一个具有相关联的信号特性。基于与多信号发射的多个不同的组合相关联的信号特性和多个位置处的预期信号接收，确定标识N个天线子阵列间的减损的影响的减损矩阵。基于减损矩阵来确定减损补偿矩阵。

除了其他优点之外，本文公开的实施例可以通过促进在期望的地方形成波瓣和零点来提高系统吞吐量，并且简化和减少天线阵列的设计时间。实施例还可以在天线元件设计的选择上提供更大的自由，以更好地优化天线阵列的属性，例如成本、可制造性和可重复性。实施例允许在单个过程中补偿天线阵列校准和其他减损(例如，互耦)这两者。

在结合附图阅读优选实施例的以下详细描述之后，本领域技术人员将了解本公开的范围并且认识到其额外方面。

附图说明

并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了本公开的几个方面，并与说明书一起用来解释本公开的原理。

图1是可以在其中实施实施例的系统的框图；

图2是图1所示的系统的框图，其示出了适合于实施一个实施例的额外组件；

图3是示出根据一个实施例用于确定天线阵列的减损补偿矩阵的方法的流程图；

图4是示出根据一个实施例用于确定天线阵列的减损补偿矩阵的方法的流程图；

图5是图1所示的系统的框图，其示出了根据一个实施例的多个不同矩阵的产生；

图6是更详细地示出图3中的步骤的流程图；

图7是示出在向移动设备发射之前使用减损补偿矩阵对信号进行预处理的框图；

图8是示出根据一个实施例用于使用减损补偿矩阵的方法的流程图；

图9是根据另一个实施例用于确定减损补偿矩阵的系统的框图；

图10是示出根据一个实施例用于使用移动设备确定减损补偿矩阵的方法的流程图；

图11是示出根据一个实施例从无线电单元到移动设备的同时信号发射的框图；

图12是示出根据一个实施例的参考信号的幅度和相位调整的示例性迭代和移动设备可以感知到怎样的幅度和相位调整影响的曲线图；以及

图13是适用于实现本文公开的实施例的方面的无线电单元的框图。

具体实施方式

下文阐述的实施例表示使本领域技术人员能够实施实施例的必要信息并且阐述了实施实施例的最佳模式。在对照附图阅读下面的描述之后，本领域的技术人员将理解本公开的概念并且将认识到本文没有特别提出的这些概念的应用。应当理解，这些概念和应用落入本公开和所附权利要求的范围内。

在深入研究实施例的细节之前，将提供可以在其中实施实施例的环境的上下文。图1是可以在其中实施实施例的系统10的框图。系统10包括耦合到天线阵列14的无线电单元12。无线电单元12可以包括能够产生信号并且将信号提供到天线阵列14以进行发射的任何处理或计算设备。通过非限制性示例的方式，无线电单元12可以包括基站，例如无线接入点(WAP)、或者演进型通用陆地无线接入网(E-UTRAN)节点B(eNodeB)基站。

天线阵列14包括多个天线子阵列16。每个天线子阵列16包括被配置为向自由空间辐射能量的一个或多个天线元件。天线子阵列16可以包括任何数量的天线元件，而不论天线元件的配置如何。通常，相应的天线子阵列16的天线元件接收相同的信号以进行发射。在一个实施例中，天线子阵列16中的天线元件耦合到同一天线端口。在一些实施例中，每个天线子阵列16包括一列天线元件。通常，天线子阵列16被放置在彼此一定的距离之内，例如由天线阵列14辐射的频率的波长的约二分之一之内，但本文所述的实施例不限于任何特定的间距。

无线电单元12耦合到网络18，网络18表示一个或多个其他设备(例如其他无线电单元12)、或下游网络(例如因特网)。无线电单元12可以从网络18接收数据以经由天线阵列14进行发射，并且可以经由天线阵列14接收数据以经由网络18传送到设备。

通过同时从天线阵列14的多个天线子阵列16发射信号，无线电单元12可以以期望的辐射方向图20辐射能量。辐射方向图20可以包括一个或多个波瓣22和一个或多个零点24。波瓣22表示由天线阵列14辐射的能量，而零点24表示在位置26处没有能量。

当在近场时，可以根据相对于天线阵列14的视轴的方位角和距离来定义位置26，而当在远场时，可以完全根据相对于天线阵列14的视轴的方位角来定义位置26。在一些实施例中，可以在垂直域(verticaldomain)中确定位置26，然后通过仰角表征位置26。因此，本文提及形成零点的位置(例如，位置26)不限于单个离散的位置，而是可以包括沿相对于天线阵列14的视轴的方位角的区域或体积。通常，相对于在与零点24同时形成的波瓣22中辐射的能量，零点24包括少量(insubstantial amount)能量或完全没有能量。

无线电单元12可以通过改变正在从天线子阵列16发射的信号的信号特性来形成波瓣22和零点24。具体地，可以改变信号特性(例如，幅度和相位)，使得经由天线子阵列16的同时信号发射形成期望的辐射方向图20。在一些实施例中，可以通过复系数来量化信号特性。例如，可能期望在接收机(例如，移动设备(未示出))的位置处形成波瓣22。也可能期望在相邻的无线电单元12的位置处形成零点24，以减少相邻的无线电单元12遇到的干扰。因此，准确地形成辐射方向图20的能力提高了系统10的系统吞吐量。

图2是图1所示的系统10的框图，其示出了适合于实施一个实施例的额外组件。系统10包括一个或多个接收机28-1到28-4(一般地，接收机28)。接收机28-1到28-4中的每一个在相应位置26-1到26-4(一般地，位置26)处，并且包括能够从天线阵列14接收信号发射的对应天线。如关于图1所讨论的，已经形成零点24的位置26包括：在天线阵列14的某些信号发射期间天线阵列14在其中辐射很少的能量或没有辐射能量的区域或体积，如本文将更详细描述的。虽然为了说明的目的仅示出了四个接收机28，但是在实施例中可以使用任何数量的接收机28。

接收机28可以耦合到频谱分析仪30，频谱分析仪30可以包括适合于分析由特定的接收机28在特定的时间点接收到的信号的频谱的任何处理或计算设备，包括例如数字接收机。虽然为了清楚的目的未示出，但是可以利用额外的组件，例如一个或多个交换机，或者在其他实施例中，接收机28可以包括集成的频谱分析仪30。因此，每个接收机28可以包括接收机28和频谱分析仪30两者。频谱分析仪30经由一个或多个网络18耦合到无线电单元12。

图3是示出根据一个实施例用于确定天线阵列14的减损补偿矩阵的方法的流程图，并且将结合图2对其进行讨论。在此实施例中，天线阵列14包括天线子阵列16-1到16-3(一般地，天线子阵列16)，并且因此天线子阵列16的数量N为3。然而，实施例并不限于任何特定数量的天线子阵列16并且适用于任何数量的天线子阵列16，其中数量N为两个或更多个。

无线电单元12确定在多个位置26-1到26-4中的至少一个位置26处形成零点24的多信号发射的多个不同的组合32-1到32-4(一般地，组合32)(图3，框100)。每个组合32包括多信号发射，该多信号发射包括来自N(例如，在这个示例中，N＝3)个天线子阵列16中的至少两个天线子阵列16的至少两个同时信号发射。例如，组合32-1包括来自天线子阵列16-1、16-2的两个同时信号发射。类似地，组合32-3包括来自天线子阵列16-2、16-3的两个同时信号发射。至少两个同时信号发射具有相关联的信号特性。因此，例如就组合32-1而论，来自天线子阵列16-1的信号发射具有某些相关联的信号特性，例如，特定的幅度和相位。类似地，来自天线子阵列16-2的同时信号发射具有某些相关联的信号特性，例如，特定的幅度和相位。与来自天线子阵列16-1的信号发射相关联的信号特性可能不同于与来自天线子阵列16-2的同时信号发射相关联的信号特性。

每个组合32还包括已经形成零点的至少一个相应位置26。因此，组合32包括来自两个天线子阵列16-1、16-2的至少两个同时信号发射和位置26-1。类似地，组合32-4包括来自天线子阵列16-2、16-3的同时信号发射和已经形成零点的位置26-4。

基于与来自天线子阵列16的多信号发射的多个不同的组合32相关联的信号特性和接收机28在已经形成零点的相应位置26处的预期信号接收，确定标识N个天线子阵列16间的减损的影响的减损矩阵(图3，框102)。然后基于减损矩阵来确定减损补偿矩阵(图3，框104)。

虽然为了说明目的仅示出了四个组合32，但是如本文将更详细讨论的，优选确定足够数量的组合32，使得可以导出足够数量的线性方程来确定减损矩阵。在天线阵列14的校准未知的实施例中，不同的组合32的数量应当足以导出至少N²个不同的组合32。在图2所示的示例中，如果天线阵列14的校准是未知的，则期望确定足以导出9((N＝3)²)个线性方程的数量的组合32。在已经执行了天线阵列14的校准的实施例中，不同的组合32的数量应当足以导出N²-N个不同的线性方程。因此，对于图2所示的示例来说，如果已经执行了天线阵列14的校准，则应当确定足够数量的组合32来导出6((N＝3)²-N)个线性方程。

在一个实施例中，无线电单元12可以改变同时信号发射的信号特性，直到在特定的位置26处形成零点24为止。无线电单元12可以响应于从频谱分析仪30接收到的信息来改变这样的并发信号发射的信号特性。具体地，频谱分析仪30可以实时地向无线电单元12提供标识接收机28在相应位置26处接收的能量的量的信息。响应于这样的信息，无线电单元12可以改变信号特性，直到来自特定的接收机28的反馈指示已经在相应位置26处形成零点24为止。

虽然为了说明目的将每个组合32示为包括N＝3个天线子阵列16中的两个天线子阵列16以及已经形成零点24的单个位置26，但是在其他实施例中，组合32可以包括任何数量的(N个)天线子阵列16(其中N至少等于2)、以及已经通过同时信号发射形成零点24的任何数量的位置26。

图4是示出描述根据一个实施例用于确定天线阵列14的减损补偿矩阵的方法的另一种方式的流程图。将结合图2来对图4进行讨论。无线电单元12从N＝3个天线子阵列16的子集发起多个多信号发射。因此，例如，组合32示出来自N＝3个天线子阵列16的包括天线子阵列16-1、16-2的子集的多信号发射(图4，框200)。组合32-4标识来自N个天线子阵列16的包括天线子阵列16-2、16-3的子集的多信号发射。每个多信号发射包括来自子集中的每个天线子阵列16的信号的同时发射。每个信号具有至少包括特定的相位和幅度的信号特性。

无线电单元12确定在多个多信号发射中的至少一些期间形成零点24的多个位置26(图4，框202)。基于多信号发射的信号特性和位置26处的预期信号接收，无线电单元12确定标识N＝3个天线子阵列16间的减损的影响的减损矩阵。无线电单元12然后基于减损矩阵来确定减损补偿矩阵(图4，框206)。

再次参照图2，虽然为了说明目的示出了四个接收机28，但是在其他实施例中，可以利用从一个位置26移动到另一个位置26的单个接收机28。例如，包括接收机28的车辆可以在一段时间内从一个位置移动到另一个位置，以便测量可能形成零点24的不同位置26处的信号。

根据一个实施例，从组合32(图2)导出的信息可以用于与额外信息相结合以导出线性方程，当解这些线性方程时，它们定义标识N个天线子阵列16间的减损的影响的减损矩阵。将关于图5描述这一过程。

图5是系统10的框图，其示出了根据一个实施例的多个不同的矩阵的产生。在确定合适数量的组合32之后，无线电单元12基于与组合32的同时信号发射相关联的信号特性来确定或以其他方式导出发射信号矩阵33。具体地，发射信号矩阵33包括多个行34-1到34-Y(一般地，行34)，其中“Y”是不同的组合32的数量。每行34包括与特定的组合32中的相应的天线子阵列16相对应的列36。与图2所示的示例相对比，在发射信号矩阵33中标识的组合32包括来自N＝3个子阵列16的同时信号发射，因此发射信号矩阵33包括三列36-1到36-3。如本文将更详细讨论的，每个组合还包括两个不同的位置26处的零点24的同时形成。发射信号矩阵33中的元素或者项表示与相应的组合32中的每个信号发射相关联的信号特性并且可以在本文中称为“信号元素”。信号元素可以包括例如与相应的信号相乘的复系数，有时也被称为“权重”。例如，行34-1包括信号元素d₁₁、d₁₂和d₁₃。信号元素d₁₁标识从天线子阵列16-1发射的信号的信号特性。因此，在一个实施例中，信号元素d₁₁包括与相应的信号相乘的复系数。如上面所讨论的，这样的信号特性至少包括特定的相位和幅度。信号元素d₁₂标识从天线子阵列16-2同时发射的信号的信号特性。信号元素d₁₃标识从天线子阵列16-3同时发射的信号的信号特性。因此，总起来说，发射信号矩阵33针对六个不同的组合32中的每一个标识来自天线16的每个信号发射的信号特性。为了确定信号元素的值，无线电单元12可以迭代地改变与组合32中的同时信号发射相关联的信号特性，直到频谱分析仪30识别已经在位置26处形成一个或多个零点24为止。根据来自频谱分析仪30的这样的识别，无线电单元12确定相应的组合32并且将标识与相应的组合32相关联的同时信号发射的信号特性的行34插入发射信号矩阵33。

传播矩阵38标识每个天线子阵列16与已经形成零点24的每个位置26处的天线之间的预期信号传递函数。传播矩阵38的元素或者项可以在本文中称作“传播元素”。当相应的接收机28在近场时，传播元素基于特定的天线子阵列16与相应的接收机28之间的角度以及相应的接收机28与相应的天线子阵列16的距离。传播矩阵38包括与每个接收机28相对应的列40。因此，在这个示例中，传播矩阵38包括四列40-1到40-4，其中每一列分别与接收机28-1到28-4相对应。传播矩阵38包括针对每个天线子阵列16的行42。因此，在这个示例中，传播矩阵38包括三行42-1到42-3，其分别与天线子阵列16-1到16-3相对应。传播矩阵38中的每个传播元素描述了特定的天线子阵列16与特定的接收机28之间的预期信号传递。因此，例如，传播元素a₁₁标识天线子阵列16-1与接收机28-1之间的预期信号传递。传播元素a₂₃标识天线子阵列16-2与接收机28-3之间的预期信号传递。传播矩阵38的传播元素优选地包括天线子阵列16之间的幅度和相位关系以及与天线子阵列16和接收机28相关联的极化的影响。

接收信号矩阵44标识在组合32被确定时在接收机28的相应位置处接收的实际能量。接收信号矩阵44的元素或者项可以在本文中称为“接收能量元素”。接收能量元素量化在特定的组合32期间在多个位置26中的一个或多个位置26处接收的能量的量。零值指示在特定的组合32期间在相应位置26处形成了零点24。接收信号矩阵44包括针对接收机28的每个位置26的列46。因此，在这个示例中，接收信号矩阵44包括四列46-1到46-4，它们与接收机28的位置26-1到26-4相对应。接收信号矩阵44包括针对每个组合32的行48。因此，在这个示例中，接收信号矩阵44包括六行48，它们分别与在发射信号矩阵33中所标识的六个组合32相对应。行48-1指示行34-1中所标识的同时信号发射的组合导致在位置26-1和26-2处形成零点24，而在位置26-3和26-4处接收到能量。行48-2指示行34-2中所标识的同时信号发射的组合导致在位置26-1和26-3处形成零点24，而在位置26-2和26-4处接收到能量。

可以使用在发射信号矩阵33、传播矩阵38以及接收信号矩阵44中确定并标识的信息以基于以下公式来确定标识天线子阵列16间的减损的影响的减损矩阵50：

E＝(DCA)

其中E表示接收信号矩阵44，D表示发射信号矩阵33，C表示减损矩阵50，A表示传播矩阵38。减损矩阵的元素或者项可以在本文中称为“减损变量”。在确定组合32之后，发射信号矩阵33的信号元素是已知的，传播矩阵38的传播元素是已知的，并且接收矩阵44的接收能量元素是已知的。减损矩阵50的减损变量是未知的。

通常，如上面所描述的，基于测量来确定发射信号矩阵33的信号元素和接收信号矩阵44的接收能量元素，并且基于天线的几何形状和形成零点24的接收机28的位置来确定传播矩阵38的传播元素。在一个实施例中，导出一组(K个)线性方程，其中DCA等于接收信号矩阵44的零元素。

例如，在图5所示的示例中(其中接收信号矩阵44标识四个位置26处的12个零点24的形成)，可以导出如下形式的12个线性方程：

d₁₁a₁₁c₁₁+d₁₁a₂₁c₁₂+d₁₁a₃₁c₁₃+d₁₂a₁₁c₂₁+d₁₂a₂₁c₂₂+d₁₂a₃₁c₂₃+d₁₃a₁₁c₃₁+d₁₃a₂₁c₃₂+d₁₃a₃₁c₃₃＝0 [1]

d₆₁a₁₄c₁₁+d₆₁a₂₄c₁₂+d₆₁a₃₄c₁₃+d₆₂a₁₄c₂₁+d₆₂a₂₄c₂₂+d₆₂a₃₄c₂₃+d₆₃a₁₄c₃₁+d₆₃a₂₄c₃₂+d₆₃a₃₄c₃₃＝0 [12]

然后可以使用例如最小均方函数或伪逆函数来解这组线性方程，以确定减损矩阵50的减损变量的值。

虽然图5所示的示例利用了所有N＝3个天线子阵列16，但是实施例不限于任何特定数量的天线子阵列16。例如，在组合32包括来自总共N＝3个天线子阵列16中的仅两个天线子阵列16的同时发射的另一个示例中，所得到的发射信号矩阵33可以包括：

$D=\left[\begin{array}{ccc}{d}_{11}& d_{12}& 0\\ d_{21}& 0& d_{23}\\ 0& d_{32}& d_{33}\\ d_{41}& d_{42}& 0\\ d_{51}& 0& d_{53}\\ 0& d_{62}& d_{63}\\ d_{71}& d_{72}& 0\\ d_{81}& 0& d_{83}\\ 0& d_{92}& d_{93}\\ d_{101}& d_{102}& 0\\ d_{111}& 0& d_{113}\\ 0& d_{122}& d_{123}\end{array}\right]$

其中零信号元素指示特定的天线子阵列16在相应的组合32期间未同时发射信号。再次假设四个接收机28，传播矩阵38可以表示为下式：

$A=\left[\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& a_{13}& a_{14}\\ a_{21}& a_{22}& a_{23}& a_{24}\\ a_{31}& a_{32}& a_{33}& a_{34}\end{array}\right]$

示例性的接收信号矩阵44可以包括下式：

$E=\left[\begin{array}{cccc}0& e_{12}& e_{13}& e_{14}\\ 0& e_{22}& e_{23}& e_{24}\\ 0& e_{32}& e_{33}& e_{34}\\ e_{41}& 0& e_{43}& e_{44}\\ e_{51}& 0& e_{53}& e_{54}\\ e_{61}& 0& e_{63}& e_{64}\\ e_{71}& e_{72}& 0& e_{74}\\ e_{81}& e_{82}& 0& e_{84}\\ e_{91}& e_{92}& 0& e_{94}\\ e_{101}& e_{102}& e_{103}& 0\\ e_{111}& e_{112}& e_{113}& 0\\ e_{121}& e_{122}& e_{123}& 0\end{array}\right]$

值得注意的是，在这个示例中，对于每个组合32来说，仅在单个位置26处形成零点24。类似于关于图5所描述的过程，然后可以通过基于与接收信号矩阵44、传播矩阵38和减损矩阵50相关联的所确定的值和已知的值导出线性方程来确定减损矩阵50。示例性线性方程可以表示为下式：

d₁₁a₁₁c₁₁+d₁₁a₂₁c₁₂+d₁₁a₃₁c₁₃+d₁₂a₁₁c₂₁+d₁₂a₂₁c₂₂+d₁₂a₃₁c₂₃＝0 [1]

d₁₂₂a₁₄c₂₁+d₁₂₂a₂₄c₂₂+d₁₂₂a₃₄c₂₃+d₁₂₃a₁₄c₃₁+d₁₂₃a₂₄c₃₂+d₁₂₃a₃₄c₃₃＝0 [12]

在一个实施例中，可以基于减损矩阵50来确定减损补偿矩阵。可以通过例如对减损矩阵50求逆或伪逆来确定减损补偿矩阵。具体地，通过定义B作为归一化的逆耦合矩阵，对角项(B₁₁，B₂₂，…)等于1。因此：

因此，校准项可以表示为：

$T=\left[\begin{array}{c}{T}_1\\ T_2\\ .\\ .\\ .\\ T_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{CI}}_{11}\\ {\mathrm{CI}}_{12}\\ .\\ .\\ .\\ {\mathrm{CI}}_{\mathrm{NN}}\end{array}\right]$

减损补偿矩阵B可以表示为

实际上，根据一个实施例，由天线阵列14发射的输入信号可以与补偿减损矩阵B相乘，并且然后再与校准向量T相乘以便校正减损(例如，互耦)并且执行校准。

图6是更详细地说明图3的步骤102到104的流程图。基于不同的组合32导出线性方程(图6，框300)。使用例如最小均方函数或伪逆函数解线性方程对减损矩阵50的未知的减损变量C₁₁到C₃₃进行求解，以确定值(图6，框302)。可以对减损矩阵50求逆以确定减损补偿矩阵(图6，框304)。

图7是示出在向移动设备58发射之前使用减损补偿矩阵56对信号进行预处理的框图。在此实施例中，无线电单元12包括预处理器功能60，预处理器功能60可通信地耦合到减损补偿矩阵56可以存储在其中的存储器62。当数据从网络18到达以用于发射到移动设备58时，预处理器功能60基于减损补偿矩阵56对数据进行处理以补偿天线子阵列16的减损。无线电单元12然后通过天线阵列14发射经预处理的信号，以形成合适的天线辐射方向图，例如，包括波瓣64并且优化用于移动设备58并且还可以考虑其他移动设备的天线辐射方向图。

图8是示出根据一个实施例用于使用减损补偿矩阵56的方法的流程图，并且将结合图7对其进行讨论。无线电单元12经由网络18接收数据以发射到移动设备58。无线电单元12基于数据产生信号以经由天线阵列14发射到移动设备58(图8，框400)。在经由天线阵列14进行发射之前，无线电单元12根据减损补偿矩阵56对信号进行预处理(图8，框402)。无线电单元12然后同时经由天线阵列14向移动设备58发射经预处理的信号(图8，框404)。

图9是根据另一个实施例用于确定减损补偿矩阵的系统的框图。在此实施例中，系统66包括无线电单元12，无线电单元12可通信地耦合到天线阵列14，在此示例中，天线阵列14包括三个天线子阵列16-1到16-3。在此实施例中，替代接收机28，可以使用移动设备68-1到68-12(一般地，移动设备68)(例如，控制无线电单元12的服务提供商的客户使用的那些移动设备)来确定多个组合70。每个组合70包括在多个位置26中的相应位置26处形成零点24的来自天线阵列14的多信号发射。因此，组合70-1包括在位置26-1处形成零点24的来自天线子阵列16-1、16-2的多信号发射。类似地，组合70-4包括在位置26-4处形成零点24的来自天线子阵列16-2、16-3的多信号发射。如先前关于图5所讨论的，确定合适数量的组合70，使得可以导出合适数量的线性方程，以确定对应的减损矩阵50。

图10是示出根据一个实施例用于使用移动设备来确定减损补偿矩阵的方法的流程图。将结合图9对图10进行讨论。首先，无线电单元12同时从至少两个天线子阵列16-1到16-3发起至少两个信号发射以由特定的移动设备68(例如，移动设备68-1)接收(图10，框500)。为了说明目的，假设从天线子阵列16-1、16-2发起至少两个信号发射。然后无线电单元12可以从移动设备68-1接收标识至少两个信号发射的信号强度的信号信息(图10，框502)。无线电单元12确定信号信息是否指示至少两个信号发射在移动设备68-1的位置26处形成了零点24(图10，框504)。如果否，则无线电单元12可以改变至少两个信号的信号特性，并且从天线子阵列16-1、16-2发起额外同时信号发射(图10，框506、500)。如果在框504处，无线电单元12确定信号信息指示至少两个信号发射在移动设备68-1的位置26处形成零点24，则无线电单元12可以在发射信号矩阵33中存储与至少两个信号发射相关联的信号特性(图10，框508)。无线电单元12还可以向移动设备68-1请求移动设备68-1的位置26(图10，框510)。然后，无线电单元12可以使用从移动设备68-1接收的位置26作为已经在组合70-1中形成零点24的位置(图10，框512)。

可以使用足够数量的移动设备68重复这个过程，以在足够数量的位置26处形成零点24，以便导出足够数量的独立线性方程，如上文所讨论的。以这种方式，可以在系统66的实际使用期间通过利用客户的移动设备68来确定减损补偿矩阵。

在其他实施例中，在移动设备68-1的位置处形成零点之前，无线电单元12可以首先确定移动设备68-1的位置。这可能是期望的，使得在足够不同的位置处选择多个移动设备68以便可以导出独立的线性方程。在这些实施例中，如果无线电单元12确定移动设备68不是在与已经针对其形成零点的另一个移动设备68足够不同的位置处，则无线电单元12将询问其它其他移动设备68，直到一个移动设备68被识别为在足够不同的位置处为止。

在另一个实施例中，可能经由天线子阵列16发射干扰参考信号R₁的干扰信号。当干扰信号没有在移动设备68-1的位置26处形成零点24时，参考信号R₁可以由移动设备68-1(例如，经由信道质量索引)报告为具有降级的质量。该实施例具有这样的优点：更容易产生信号，并且可以简单地产生信号(例如，恒定音调(constant tones))从而覆盖任何期望的带宽，并且信号在被无效(nulled)时将不会对移动设备68-1的性能有任何影响。

图11是示出根据一个实施例如图10的方框500所描述的从无线电单元12到移动设备68-1的同时信号发射的框图。在此实施例中，无线电单元12产生用于经由天线子阵列16-1发射的信息块72和用于经由天线子阵列16-2发射的第二信息块74。块72包括两个参考信号，表示为R_1A和R₀。还在块74中提供参考信号R_1B。与参考信号R_1B的相位和幅度相比，参考信号R_1A具有已调整的相位和/或幅度。无线电单元12同时分别经由天线子阵列16-1和16-2发送块72和74。移动设备68-1接收块72和74，并且对块72和74进行组合。然后无线电单元12可以询问移动设备68-1并且请求标识参考信号R₁和R₀的信号强度的信号信息。使用两个参考信号R₀和R₁可以帮助无线电单元12对由于衰落和其他影响导致的数据丢失与通过相位和幅度调整形成的零点24进行区分。例如，如果移动设备68-1报告较强地接收到参考信号R₀而未接收到参考信号R₁，则无线电单元12可以推断出参考信号R₁在移动设备68-1的位置26处形成了零点24。然后，无线电单元可以在发射信号矩阵33中标识两个参考信号R_1A和R_1B的特定的信号特性，例如特定的相位和幅度。这可以是迭代过程，使得在一段时间内，每当改变参考信号R_1A和R_1B的相对相位和/或幅度时，无线电单元12迭代地向移动设备68-1发送块72和74。在每次迭代之后，无线电单元12向移动设备62-1请求与参考信号R₀和R₁的信号强度有关的信息。这些迭代可以继续，直到移动设备68-1报告未接收到参考信号R₁，因而已经在移动设备68-1的位置26处形成零点24为止。

天线阵列14的辐射特性基于频率有所不同。因此，在一个实施例中，可以针对通常用来从天线阵列14发射信号的多个不同的频率执行本文描述的实施例，结果产生多个减损补偿矩阵。因此，可以使用本文描述的机制确定多个不同的减损补偿矩阵，每个不同的减损补偿矩阵与天线阵列14的带宽内的不同频率相对应。无线电单元12可以基于该特定发射的相应频率来选择用于对信号进行预处理的特定减损补偿矩阵。

图12是示出根据一个实施例的参考信号R_1A相对于R_1B的幅度和相位调整的示例性迭代和移动设备68-1可以感知到怎样的幅度和相位调整影响的曲线图76。

图13是适合于实现本文公开的实施例的方面的无线电单元12的框图。如上文所讨论的，在LTE或LTE-A系统的上下文中，无线电单元12可以包括eNodeB控制器。在系统的上下文中，无线电单元12可以包括例如WAP。无线电单元12包括通信接口78和控制器80。通信接口78通常包括用于向无线电单元12的无线覆盖区域内的移动设备发送通信和从它们接收通信以及直接地或经由网络18向其他无线电单元12发送通信和从它们接收通信的模拟和/或数字组件。本领域技术人员将了解，无线电单元12的框图必要地省略了对于完整地理解本公开来说不必要的众多特征。

虽然没有示出控制器80的所有细节，但是控制器80包括一个或多个通用或专用处理器82或者编程有适合于实施本文描述的无线电单元12的一些或全部功能的软件编程指令和/或固件的其他微控制器。另外或备选地，控制器80可以包括被配置为实施本文描述的无线电单元12的一些或全部功能的各种数字硬件块(例如，一个或多个专用集成电路(ASIC)、一个或多个现成的数字或模拟硬件组件或者它们的组合)(未示出)。存储器84(例如，随机存取存储器(RAM))可以由处理器82用来存储数据和编程指令，当由处理器82执行编程指令时，所述编程指令执行本文描述的功能的全部或一部分。无线电单元12还可以包括一个或多个存储介质(未示出)，所述存储介质用于存储实现本文描述的功能必要和/或适合的数据，并且用于存储当在处理器82上执行时实现本文描述的功能的全部或一部分的编程指令。本公开的一个实施例可以被实现为存储在计算机可读存储介质上的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括被配置为使处理器82实施本文描述的步骤的编程指令。

除了其他优点之外，本文公开的实施例可以通过促进在期望的地方形成波瓣和零点来提高系统吞吐量，并且简化和减少了天线阵列的设计时间。实施例还可以在元件设计的选择上提供更大的自由，以更好地优化天线阵列的属性，例如成本、可制造性和可重复性。实施例允许在单个过程中补偿天线阵列校准和其他减损(例如，互耦)这两者。实施例适用于广阔范围的不同天线阵列类型，包括(通过非限制性示例的方式)平面天线阵列和圆形天线阵列。

本领域技术人员将认识到对本公开的优选实施例的改进和修改。所有这样的改进和修改都被视为在本文公开的构思和所附权利要求的范围内。

Claims (21)

1.一种用于确定用于补偿包括N个天线子阵列(16)的天线阵列(14)中的减损的减损补偿矩阵(56)的方法,包括:

确定在对应于每个不同的组合的多个位置 (26) 中的相应位置 (26) 处形成至少一个零点 (24) 的多信号发射的多个不同的组合 (32 、 70), 每个不同的组合 (32 、 70) 包括 :

多信号发射 , 所述多信号发射包括来自所述 N 个天线子阵列 (16) 中的至少两个天线子阵列 (16) 的至少两个同时信号发射 , 所述至少两个同时信号发射具有相关联的信号特性 ; 以及

所述相应位置 (26);

基于与多信号发射的所述多个不同的组合 (32 、 70) 相关联的信号特性 (d) 和对应于多个不同的组合的每一个的所述多个位置处的预期信号接收 , 确定标识所述 N 个天线子阵列 (16) 间的减损的影响的减损矩阵 (50); 以及

基于所述减损矩阵 (50) 来确定所述减损补偿矩阵 (56) 。

2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述信号特性包括幅度特性和相位特性,并且所述至少两个同时信号发射中的每个信号发射具有不同的相关联的幅度特性和相位特性。

3.根据权利要求 1 所述的方法,其中,所述多个位置(26)处的所述预期信号接收是由传播矩阵(38)定义的,所述传播矩阵(38)标识每个天线子阵列(16)与所述多个位置(26)中的每个位置(26)处的天线(28)之间的预期信号传递。

4.根据权利要求1所述的方法,还包括:

产生用于经由所述天线阵列 (14) 同时发射到移动设备 (68) 的至少两个信号 ; 以及

在经由所述天线阵列 (14) 同时发射之前 , 根据所述减损补偿矩阵 (56) 对所述至少两个信号进行预处理以形成经预处理的信号。

5.根据权利要求1所述的方法,其中,确定标识所述 N 个天线子阵列(16)间的减损的影响的所述减损矩阵(50)还包括:

针对每个不同的组合 (32 、 70) 导出至少一个线性方程 , 至少一个线性方程中的每个线性方程包括 :

信号元素 (d), 所述信号元素 (d) 标识与每个不同的组合 (32 、 70 ) 相关联的信号特性 , 所述信号特性包括与所述至少两个同时信号发射中的每个信号发射相关联的特定幅度和特定相位 ;

传播元素 (a), 所述传播元素 (a) 标识所述至少两个天线子阵列 (16) 中的每个天线子阵列 (16) 与位于所述相应位置 (26) 处的天线 (28) 之间的预期信号传递 ; 以及

减损变量 , 所述减损变量表示未知的减损元素 (c) 。

6.根据权利要求5所述的方法,还包括:

基于所述多个不同的组合 (32 、 70) 导出至少 N² 个独立的线性方程 ; 以及

使用最小均方函数和伪逆函数之一对所述减损变量进行求解 , 以确定所述减损变量 , 每个减损变量包括所述减损矩阵 (50) 中的元素 (c) 。

7.根据权利要求6所述的方法,其中,基于所述减损矩阵(50)来确定所述减损补偿矩阵(56)包括:

对所述减损矩阵 (50) 求逆或伪逆 , 以确定所述减损补偿矩阵 (56) 。

8.根据权利要求 1 所述的方法,其中,确定所述多个不同的组合(32、70 )还包括:

针对每个不同的组合 (32 、 70 ):

从所述至少两个天线子阵列 (16) 发起所述至少两个同时信号发射 ; 以及

从所述相应位置 (26) 处的移动设备 (68) 接收指示所述至少两个同时信号发射在所述相应位置 (26) 处形成零点 ( 24 ) 的信号信息。

9.根据权利要求8所述的方法,还包括:

从所述移动设备 (68) 请求所述移动设备 (68) 的位置 (26); 以及

识别所述移动设备 (68 ) 的所述位置 (26) 作为所述相应位置 (26) 。

10.根据权利要求9所述的方法,其中,发起所述至少两个同时信号发射还包括:

向所述移动设备发送信息块 (72 、 74), 所述信息块 (72,74) 包括由所述至少两个天线子阵列 (16) 中的单个天线子阵列 (16) 产生的第一参考信号 (R₀) 和由所述至少两个天线子阵列 (16) 产生的第二参考信号。

11.根据权利要求10所述的方法,其中,从所述相应位置(26)处的所述移动设备接收指示所述至少两个同时信号发射在所述相应位置(26)处形成所述零点(24)的所述信号信息包括:

从所述移动设备 (68) 接收指示所述第一参考信号 (R₀) 由所述移动设备 (68) 接收的第一信号信息和指示所述第二参考信号 (R₁) 在所述相应位置 (26) 处形成所述零点 (24) 的第二信号信息。

12.根据权利要求1所述的方法,其中,确定所述多个不同的组合(32、70)还包括: 针对所述多个不同的组合(32、70)中的至少一些不同的组合(32、70):

从所述至少两个天线子阵列 (16) 发起所述至少两个同时信号发射 ; 以及

迭代地进行以下操作 :

从所述相应位置 (26) 处的移动设备 (68) 接收标识所述至少两个同时信号发射的信号强度的信号信息 ; 以及

改变所述至少两个同时信号发射的所述相关联的信号特性 , 直到所述信号信息指示所述至少两个同时信号发射在所述相应位置 (26) 处形成零点 (24) 为止。

13.根据权利要求1所述的方法,其中,所述相应位置(26)是根据相对于所述天线阵列 (14)的视轴的方位角和在其处检测到所述至少一个零点(24)的天线来定义的。

14.根据权利要求1所述的方法,还包括:

确定多个不同的减损补偿矩阵 (56), 每个不同的减损补偿矩阵 (56) 与所述天线阵列 (14) 的带宽内的不同频率相对应。

15.根据权利要求1所述的方法,其中,所述相应位置(26)是至少部分地基于仰角来定义的。

16.一种用于确定用于补偿包括 N 个天线子阵列(16)的天线阵列(14)中的减损的减损补偿矩阵(56 )的方法,包括:

从所述 N 个天线子阵列 (16) 的子集发起多个多信号发射的不同的组合 , 每个多信号发射包括来自所述子集中的每个天线子阵列 (16) 的信号的同时发射 , 每个信号具有至少包括特定幅度和相位的信号特性 ;

确定所述天线阵列 (14) 的信号接收区域内在所述多个多信号发射中的至少一些多信号发射期间形成零点 (24) 的多个位置 (26);

基于所述多信号发射的所述信号特性和对应于所述多个不同的组合的每一个的所述多个位置 (26) 处的预期信号接收 , 确定标识所述 N 个天线子阵列 (16) 间的减损的影响的减损矩阵 (50); 以及

基于所述减损矩阵 (50) 来确定所述减损补偿矩阵 (56) 。

17.一种用于确定用于补偿包括N个天线子阵列(16)的天线阵列中的减损的减损补偿矩阵(56)的方法,包括:

确定多个不同的零点成形多信号发射 , 每个零点成形多信号发射包括 :

在对应于每个不同的多信号发射的多个位置 (26) 中的位置 (26) 处形成零点 (24) 的来自所述 N 个天线子阵列 (16) 中的至少两个天线子阵列 (16) 的同时信号发射 ; 以及

基于与所述多个不同的零点成形多信号发射相关联的信号特性和对应于所述多个不同的多信号发射的每一个的所述多个位置 (26) 处的预期信号接收 , 确定标识所述 N 个天线子阵列 (16) 间的减损的影响的减损矩阵 (50); 以及

基于所述减损矩阵 (50) 来确定所述减损补偿矩阵 (56) 。

18.一种无线电单元(12),包括:

多个天线端口 , 每个天线端口被配置为与天线阵列 (14) 的 N 个天线子阵列 (16) 进行通信 ;

控制器 (80), 所述控制器 (80) 包括处理器 (82) 并且可通信地耦合到所述多个天线端口 , 所述控制器 (80) 被配置为 :

确定在对应于每个不同的组合的多个位置 (26) 中的相应位置 (26) 处形成至少一个零点 (24) 的多信号发射的多个不同的组合 (32 、 70), 每个不同的组合 (32 、 70) 包括 :

多信号发射 , 所述多信号发射包括来自所述 N 个天线子阵列 (16) 中的至少两个天线子阵列 (16) 的至少两个同时信号发射 , 所述至少两个同时信号发射具有相关联的信号特性 ; 以及

所述相应位置 (26);

基于与多信号发射的所述多个不同的组合 (32 、 70) 相关联的信号特性 (d) 和对应于所述多个不同的组合的每一个的所述多个位置处的预期信号接收 , 确定标识所述 N 个天线子阵列 (16) 间的减损的影响的减损矩阵 (50); 以及

基于所述减损矩阵 (50) 来确定所述减损补偿矩阵 (56) 。

19.根据权利要求18所述的无线电单元(12),其中,所述处理器(82)还被配置为:

产生用于经由所述天线阵列 (14) 发射到移动设备 (68) 的信号 ; 以及

在经由所述天线阵列 (14) 进行发射之前 , 根据所述减损补偿矩阵 (56 ) 对所述信号进行预处理以形成经预处理的信号。

20.根据权利要求 18 所述的无线电单元(12),其中,为了确定标识所述 N 个天线子阵列间的减损的影响的所述减损矩阵(50),所述控制器(80)还被配置为:

针对每个不同的组合 (32 、 70) 导出线性方程 , 每个线性方程包括 :

信号元素 (d), 所述信号元素 (d) 标识与所述不同的组合 (32 、 70) 的所述至少两个同时信号发射中的每个信号发射相关联的特定幅度和特定相位 ;

传播元素 (a), 所述传播元素 (a) 标识所述至少两个天线子阵列 (16) 中的每个天线子阵列 (16) 与位于所述相应位置 (26) 处的天线 (28) 之间的预期信号接收 ; 以及

减损变量 , 所述减损变量表示未知的减损元素 (c) 。

21.根据权利要求20所述的无线电单元(12),其中,所述控制器(80)还被配置为:

基于所述多个不同的组合 (32 、 70) 导出至少 N² 个独立的线性方程 ; 以及

使用最小均方函数和伪逆函数之一对所述未知的减损变量进行求解 , 以确定所述减损变量 , 每个减损变量包括所述减损矩阵 (56) 中的元素。