CN110492959B

CN110492959B - 用于发射器同步的设备和方法

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Publication number: CN110492959B
Application number: CN201910405403.7A
Authority: CN
Inventors: 拉尔斯·范默尔兹; 阿莱西奥·菲利皮; 阿里·海尔特·科内利斯·科佩拉尔; 马里纳斯·范斯普伦特
Original assignee: NXP BV
Current assignee: NXP BV
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2024-04-12
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: CN110492959A; EP3570602A1; EP3570602B1; US10985805B2; US20190356360A1

Abstract

一种用于天线分集方案的第一收发器。第一收发器包括第一时间/时钟生成单元；第一接收器；以及第一发射器。第一接收器被配置成从具有第二时间/时钟生成单元的第二收发器接收无线第二对准信号。无线第二对准信号表示第二时间/时钟生成单元的状态。第一收发器被配置成基于无线第二对准信号设置第一时间/时钟生成单元，以减少第一时间/时钟生成单元与第二时间/时钟生成单元之间的对准误差。第一发射器被配置成根据第一时间/时钟生成单元发射无线第一发射信号，作为天线分集方案的部分。第一发射信号对应于由第二收发器发射的第二发射信号。天线分集方案包括第一发射信号与第二发射信号两者的对准发射。

Description

用于发射器同步的设备和方法

技术领域

本公开涉及用于发射对准的设备和方法，所述发射具体地说但未必是由设计用于天线分集使用的分布式收发器系统提供的发射。

背景技术

在无线通信系统中，多个完全分离的天线可用于在相同频率上同时进行无线电发射以提高这些系统的性能。这些发射可采用多天线处理技术和/或天线分集方案，例如：发射分集方案；循环延迟分集；阿拉莫提(Alamouti)技术；多入多出技术(MIMO)技术；以及波束成形技术，来进一步增强性能。接收器通常依赖于通过多个天线发射的RF信号在时间和/或频率上良好对准以便能够接收并正确地解码所发射的信号的可能性。

在一些发射器架构中，多个发射器可并置(例如，在相同芯片、印刷电路板(PCB)或模块上)并共享相同时间/频率参考或时钟。然而，接着需要昂贵的电缆来将RF信号从每个发射器传输到天线。为了受益于发射分集方案，天线应完全分离，这使这些电缆过长且因此甚至更昂贵。

发明内容

根据本公开的第一方面，提供用于天线分集方案的第一收发器，所述第一收发器包括：

第一时间/时钟生成单元；

第一接收器，其被配置成从具有第二时间/时钟生成单元的第二收发器接收无线第二对准信号，其中所述无线第二对准信号表示所述第二时间/时钟生成单元的状态；以及

第一发射器；

其中：

所述第一收发器被配置成基于所述无线第二对准信号设置所述第一时间/时钟生成单元，以减少所述第一时间/时钟生成单元与所述第二时间/时钟生成单元之间的对准误差；

所述第一发射器被配置成根据所述第一时间/时钟生成单元发射无线第一发射信号，作为所述天线分集方案的部分，其中：

所述第一发射信号对应于由所述第二收发器发射的第二发射信号；以及

所述天线分集方案包括所述第一发射信号与所述第二发射信号两者的对准发射。

有利的是，此第一收发器可提供用于天线分集方案的对准解决方案，其未必需要额外有线接口、来自接收方的任何反馈，或GPS信号或基站的可用性。

在一个或多个实施例中，第一发射器被配置成发射无线第一对准信号，其表示第一时间/时钟生成单元的状态，以用于减少第二时间/时钟生成单元与第一时间/时钟生成单元之间的对准误差。

在一个或多个实施例中，第一收发器被配置成通过调整第一时间/时钟生成单元的时间和/或第一时间/时钟生成单元的频率来设置第一时间/时钟生成单元。

在一个或多个实施例中，第一时间/时钟生成单元包括频率合成器和系统计时器。第一收发器可被配置成通过以下各项中的一个或多个设置第一时间/时钟生成单元：

向所述系统计时器的计数施加偏移；

向以下各项中的一个或多个施加频率偏移：

提供到所述发射器和/或所述接收器的调谐器的载波频率，

提供到所述发射器的DAC和/或所述接收器的ADC的采样频率，

提供到所述系统计时器的系统计时器频率；

调谐与所述频率合成器相关联的晶体振荡器；

改变与所述频率合成器相关联的锁相回路的分频器设置；

以数字方式旋转数字样本，以补偿RF载波频率偏移；以及

重新采样数字信号，以补偿DA(或AD)转换器频率的差异。

在一个或多个实施例中，对准发射包括关于时间和/或频率对准的第一发射信号和第二发射信号的发射，使得它们在远程接收器处被接收时相长地组合。

在一个或多个实施例中，无线第二对准信号包括先前第二发射信号的前缀和/或后缀部分。先前第二发射信号可在第二发射信号之前发射。

在一个或多个实施例中，第一收发器可另外包括控制器，其被配置成确定与第一收发器相关联的对准误差。如果所述对准误差大于预定阈值，那么所述第一收发器可被配置成基于所述无线第二对准信号设置所述第一时间/时钟生成单元。

在一个或多个实施例中，第一收发器被另外配置成：

从包括所述第二收发器的多个其它收发器接收包括所述无线第二对准信号的多个无线对准信号；以及

基于所述多个无线对准信号设置所述第一时间/时钟生成单元，以减少所述第一时间/时钟生成单元与所述其它收发器的多个时间/时钟生成单元之间的对准误差。

在一个或多个实施例中，第一发射信号对应于第二发射信号，第一发射信号和第二发射信号包括信息信号的对应表示。

在一个或多个实施例中，无线第二对准信号是无线射频信号。

还存在公开的多收发器系统，其包括：

本文中所公开的任何第一收发器，

第二收发器，以及

数字通信信道，其被配置成在所述第一收发器与所述第二收发器之间交换协调传信以协调设置所述第一时间/时钟生成单元和/或所述第二时间/时钟生成单元。

在一个或多个实施例中，协调传信包括以下各项中的一个或多个：

所述第二对准信号的发射时间；

在相对于所述第二对准信号的所述发射时间的预限定时刻处的所述第二时间/时钟生成单元的值；

在所述第二对准信号的发射时间处的所述第二时间/时钟生成单元的值；

所述第二对准信号的所述发射时间与接收时间之间的延迟；

在所述第一收发器处所述无线第二对准信号的预期到达时间；和/或

在所述第二收发器处所述无线第一对准信号的预期到达时间。

在一个或多个实施例中，数字通信信道连接在以下两者之间：

(i)计时控制器；与

(ii)所述第一收发器和所述第二收发器，

其中所述计时控制器被配置成向所述第一收发器和/或所述第二收发器提供所述协调传信以协调设置所述第一时间/时钟生成单元和/或所述第二时间/时钟生成单元。

在一个或多个实施例中，第一收发器与第二收发器间隔开。

根据另一方面，提供一种操作用于天线分集方案的第一收发器的方法，所述方法包括：

从具有第二时间/时钟生成单元的第二收发器接收无线第二对准信号，其中所述无线第二对准信号表示所述第二时间/时钟生成单元的状态；以及

基于所述无线第二对准信号设置第一时间/时钟生成单元，以减少所述第一时间/时钟生成单元与所述第二时间/时钟生成单元之间的对准误差；

根据所述第一时间/时钟生成单元发射无线第一发射信号，作为所述天线分集方案的部分，其中：

还存在公开的电子装置或集成电路，其包括本文中所公开的任何第一收发器或多收发器系统。

虽然本公开容许各种修改和替代形式，但是已经借助于例子在图式中示出其特殊性且将进行详细描述。然而，应理解，超出所描述的特定实施例的其它实施例也是可能的。也涵盖落入所附权利要求书的精神和范围内的所有修改、等效物和替代实施例。

以上讨论不旨在表示当前或未来权利要求集的范围内的每个示例实施例或每种实施方式。图式和之后的详细描述还举例说明各种示例实施例。结合附图并考虑以下具体实施方式可以更全面地理解各种例子实施例。

附图说明

现将仅借助于例子参看附图描述一个或多个实施例，附图中：

图1示出分布式收发器系统的例子；

图2示出具有无线对准传信的多收发器系统的示例实施例；

图3A更详细地示出多收发器系统的两个收发器的示例实施例；

图3B示出用于收发器的时间/时钟生成单元的示例实施方案；

图4A示出可接收无线对准信号以减少对准误差的收发器的示例实施例；

图4B示出可接收无线对准信号以减少对准误差的收发器的另一示例实施例；

图5A示出具有连接到系统中的每个收发器的数字通信信道的多收发器系统的示例实施例；

图5B示出类似于图5A中示出的另外包括连接到数字通信信道的中央控制器的多收发器系统的示例实施例；

图6示出多收发器系统和发射时间线的示例实施例，其中无线对准信号是专用同步信号；

图7示出类似于图6的多收发器系统以及替代发射时间线的示例实施例；

图8示出由多收发器系统作出的发射的时间线的示例实施例，其中对准信号是帧发射的前缀；

图9示出多收发器系统和发射时间线的示例实施例，其中对准信号是帧发射；

图10示出类似于图9的多收发器系统以及替代发射时间线的示例实施例；

图11A示出车载多收发器系统的示例实施例；

图11B示出向另一车辆提供对准的多天线发射的车载多收发器系统的示例实施例；

图12示出模拟数据的示例图表，其示出误码率如何随两个发射器之间的频率偏移增加而增加；且

图13示出相比于其它可能收发器系统的用于多收发器系统的随信噪比而变的所测得误码率数据的图表的示例实施例。

具体实施方式

在分布式发射器架构中，用于每个天线的RF信号可由优选地靠近其相关联的天线定位的单独发射器生成。通过靠近天线生成RF信号，不需要、需要更少或需要更短的昂贵电缆来将RF信号从每个发射器传输到每个天线。

在分布式架构中，每个发射器可具有其自身独立的时间/频率参考(例如，来自振荡器或时钟的信号)。由于天线/发射器组合可以是完全分离的，共享/锁定发射器的振荡器将需要额外昂贵的接口和/或昂贵的电缆。可能的问题是有成本效益的振荡器可能彼此偏差过多且使发射的信号之间缺乏充分对准。这可能导致不期望这种情况的接收器在接收由这些多个发射器发射的信号时存在问题。由于振荡器偏移引起的载波频率偏移(CFO)、发射器之间的采样频率偏移(SFO)和发射时间偏移(多个发射器之间的偏移)，接收器可能会出现问题，从而致使接收器不当地受到影响而具有更高的误差率。下文提供另外细节。

确保分布式收发器之间的充分同步/对准可能不是直截了当的，这有利于实现时间和/或频率对准发射，例如对于发射分集方案。

本公开提供了一种通过无线地交换RF信号或通过在发射的RF帧上同步来使具有独立时间和/或频率参考(例如独立振荡器)的多个分布式射频(RF)收发器的时间和/或频率同步的新方式。以此方式，多个发射器可以能够发射重叠(在时间和频率上)信号，其可以有效地在空中相加以一起形成用于接收器的期望信号，其可以在没有显着对准问题的情况下被接收。这可以是例如发射分集方案和/或天线分集方案的部分。

图1示出具有多个收发器102a-n的系统100。系统100包括第一收发器102a、第二收发器102b和第N收发器102n。在此例子中，第一收发器102a、第二收发器102b和第N收发器102n相对于彼此在物理上间隔开，这样可以帮助克服由干扰引起的问题，例如衰减，如下文所描述。

分布式收发器102a-n中的每一个包括至少一个RF发射器和至少一个RF接收器。发射器和接收器可共享或锁定到相同时间和/或频率参考(例如，从本地振荡器导出的一个)。它们还能够与彼此共享信息，例如协调传信，如下文将描述。此类信息可经由数字接口或无线地共享。这些收发器还可被称作分布式系统的子系统。

第一收发器102a可发射第一发射信号104a，且第二收发器102b可发射第二发射信号104b。虽然系统100具有被布置成发射N个发射信号104a-n的N个收发器102a-n，但其它类似系统可具有仅两个收发器或任何其它较大数目个收发器。

第一发射信号104a可对应于第二发射信号104b。举例来说，第一发射信号104a可表示信息信号，但第二发射信号104b还表示相同信息信号。第一发射信号104a和第二发射信号104b可由此包括相同信息内容，对应于信息信号，使得它们当在远程接收器处被接收时相长地组合。

以此方式，图1的系统100可提供第一发射信号104a和第二发射信号104b的对准发射，例如作为发射分集方案的部分。此处，对准发射意指第一发射信号104a和第二发射信号104b的发射时间和/或发射频率是协调的。在一些例子中，此类协调可意指以相同时间和相同频率(在由对准误差的可接受的量值确定的公差内)发射第一发射信号104a和第二发射信号104b。提供来自两个单独发射器的第一发射信号104a和第二发射信号104b的对准发射可有利地改善接收第一发射信号104a和第二发射信号104b的接收器的性能，尤其在其中一个或两个信号经历例如衰减等干扰的情况中。这种情况可能出现，具体地说，其中衰减致使发射信号中的一个的明显衰减，但另一信号未受严重影响，因为第一收发器102a和第二收发器102b在物理上间隔开，使得其相应信号不经由相同信号路径传播到接收器。这可以有利地在接收器处提供降低的误差率。

在其它例子中，第一发射信号104a和第二发射信号104b可以略微不同的时间发射，作为例如波束成形或相控阵列系统的部分。在此类状况下，在不同时间的发射是对准发射的例子，因为可以相对于彼此小心地控制发射时间的差异以实现期望的效果。

当同步收发器102a-n(关于时间和/或频率)时，收发器102a-n中的每个发射器能够连同其它收发器中的其对应发射器执行时间和/或频率对准发射。如果在可接受的对准误差余量内实现同步，那么想要从收发器/子系统102a-n接收对准发射且未被设计成应对发射时间/频率之间的未对准的接收器(远程)的接收性能不应受影响。

对准或同步本文中所公开的多个收发器的问题的解决方案包括在不同收发器之间无线地共享同步信号。若干不同架构可用以实现对准，如下文另外公开。

图2示出用于多收发器系统的示例架构200。

在此示例架构200中，通过使用每个收发器202a-n内的一个或多个可用RF接收器和发射器来通过无线通信信道在多个收发器202a-n中的每一个之间共享对准传信204a-n。在一些例子中，此发射可以非常低的发射功率发生或者甚至低于噪声基底(即，使用扩频通信或超宽带(UWB)通信)。多个收发器202a-n也可任选地无线地共享额外信息，例如协调传信和其它计时信息，如下文所论述。

以此方式，收发器可能够令人满意地与彼此同步/对准，而不需要来自接收方的反馈且不需要其之间的有线连接。

图3A示出具有第一收发器302和第二收发器304的可用于发射分集方案的多收发器系统300。收发器还可被称作子系统。第一收发器302具有K个相异的发射器312a-k和L个相异的接收器314a-1。一般来说，K和L可以是任何整数，1或更大。此多收发器系统300中的发射器312a-k和接收器314a-1可符合不同通信标准并可在不同频率下操作。

第一收发器302包括时间/时钟生成单元(时间/频率参考共享/同步)，其提供用于第一收发器302的一个或多个频率和/或时间参考。类似地，第二收发器304包括第二时间/时钟生成单元306。

图3B是例如图3A中所示出的一个时间/时钟生成单元316的示例实施方案。时间/时钟生成单元316包括频率合成器309和系统计时器310。

频率合成器309包括频率参考，其在此例子中是晶体振荡器330。在一些例子中，晶体振荡器330设置有温度控制，以实现稳定性。在此例子中，晶体振荡器330可提供40MHz的参考频率和＜＝20ppm的准确度。IEEE 802.11标准要求此准确度。应了解，使用更精确振荡器将更昂贵。

频率合成器309从由晶体振荡器330提供的参考频率导出若干频率。举例来说，锁相回路(PLL)可用以导出以下频率中的一或多个：用于系统计时器310的频率、RF载波频率、数模转换器(DA)转换器频率、模拟数字(AD)转换器频率、CPU时钟频率、DSP时钟频率等。

在全局上，可以将导出频率(fi)和参考频率fref之间的关系写为fi＝Ni*fref/Mi，其中Ni和Mi是对应锁相回路(PLL_i)的分频器设置。

对于两个或多于两个收发器，在至少一些导出频率之间具有足够小的偏移可能是重要的。存在偏移的可能原因是由于晶体振荡器330的不准确度。

系统计时器310可实施为在系统计时器频率上运行的模数计数器，从0到C-1运行。对于两个或多于两个收发器，系统计时器310应：(i)在相同系统计时器频率上运行；以及(ii)应具有相同相位。关于“相位”：即，在给定时刻处，收发器中的每一个的系统计时器310应具有相同值(或差异应足够小)。如果系统知道计数器值的差异，那么其可通过将计数器预设成特定值来校正差异。

存在若干方式来校正/补偿偏移，如下文将论述。

返回到图3A，第一接收器314a可经由天线318接收无线第二对准信号320。在此例子中，无线第二对准信号320是无线射频(RF)信号。无线第二对准信号320由第二收发器304发射，使得无线第二对准信号320表示第二时间/时钟生成单元306的状态。如下文将论述，第一收发器302可使用第二对准信号320来设置时间/时钟生成单元316，以便减少第一时间/时钟生成单元316与第二时间/时钟生成单元306之间的对准误差，包括从这些单元导出的频率和时钟。

第二收发器304类似于第一收发器302，因此此处将不另外描述第二收发器304和其组成部分。

应了解，本文中将组件命名为‘第一’或‘第二’(如上文第一时间/时钟生成单元316和第二时间/时钟生成单元306)不暗示任何结构或时间顺序限制，且仅用以识别哪些组件是哪些收发器的部分。因此，第一收发器302可将表示第一时间/时钟生成单元316的状态的无线第一对准信号发射到第二收发器304，以用于减少第二时间/时钟生成单元306与第一时间/时钟生成单元316之间的对准误差。

更一般地说，第N收发器可发射无线第N对准信号，其表示第N收发器中的第N时间/时钟生成单元的状态，用于减少第N时间/时钟生成单元与第M收发器中的第M时间/时钟生成单元之间的对准误差，所述第M收发器接收第N对准信号(其中N和M用作包括2个或更多个收发器的收发器系统中的任何相应收发器的索引)。

第一收发器302可基于无线第二对准信号320设置与第一时间/时钟生成单元316相关联的一个或多个参数，以减少第一时间/时钟生成单元316与第二时间/时钟生成单元306之间的对准误差。如果第一时间/时钟生成单元316与第二时间/时钟生成单元306之间存在明显差异，那么设置第一时间/时钟生成单元316可意味着调整参数或设置，以便改变第一时间/时钟生成单元316的时间和/或频率。上文描述此类调整的例子。以此方式，可减小对准误差，即，第一时间/时钟生成单元316与第二时间/时钟生成单元306的时间和/或频率的差异。应了解，如果不存在明显对准误差，那么可能不需要调整第一时间/时钟生成单元316。

图3A还示出协调传信322，其在第一收发器302与第二收发器304之间提供无线通信。此协调传信322可使多收发器系统300能够确定哪个收发器将发射对准信号，且哪个收发器将接着处理对准信号并相应地对准其时间/时钟生成单元。在具有大量收发器的多收发器系统中，此类协调传信322可使一个或多个收发器用作具有‘主’时间/时钟生成单元的‘主’收发器，而其它收发器用作‘从’收发器，其将其时间/时钟生成单元对准到‘主’时间/时钟生成单元。协调传信322可使收发器能够在不同时间扮演‘主’收发器的角色。以此方式，协调传信322可协调设置第一时间/时钟生成单元316和/或第二时间/时钟生成单元306。

第一发射器312a可根据时间/时钟生成单元316已对准的时间和/或频率经由天线318发射用于远程接收器的无线第一发射信号303a，作为天线分集方案的部分。因此，第一发射信号的发射可以在由时间/时钟生成单元316的状态和/或使用从时间/时钟生成单元参考(例如，时钟/时钟发生单元内的晶体振荡器)导出的载波和采样频率确定的时间发生。类似地，第二收发器304的发射器可根据第二时间/时钟生成单元306的时间和/或频率发射用于远程接收器的无线第二发射信号303b，作为天线分集方案的部分。以此方式，天线分集方案包括第一发射信号303a和第二发射信号303b的对准发射。

图4A和4B示出两个收发器400、420，其可相对于在分布式收发器系统中其它处定位的其它收发器校正对准误差。也就是说，基于接收到的无线对准信号427、428同步这两个收发器400、420。

图4A示出收发器实施例‘A’400。收发器A400包括接收器417、发射器415、天线418、系统计时器410和频率合成器409。系统计时器410和频率合成器409可被视为时间/时钟生成单元的部分，如上文所描述。接收器417包括RX时间估计块411和CFO估计块413，其被配置成处理在天线418处接收到的信号。发射器415包括频率校正块419，其如下文所论述可用于载波频率偏移(CFO)和/或采样频率偏移(SFO)校正。

频率合成器409处理由振荡器(例如如上文所描述晶体振荡器)提供的时钟源信号并生成具有不同频率的信号。这些信号包括：(i)具有提供到发射器415和接收器417的调谐器的载波频率；(ii)具有提供到发射器415的DAC和接收器417的ADC的采样频率(或数字信号处理频率)的信号；以及(iii)具有提供到系统计时器410的系统计时器频率的信号。

SFO是每个分布式发射器的采样频率之间的偏移，其相当于样本周期的差异。当样本周期不相同时，从每个发射器发射的样本可在帧发射期间随时间推移而逐渐不对准，这可能对接收器具有负面效应。

CFO是作为天线分集方案的部分提供对准发射信号的两个发射器之间的载波频率偏移。由于远程接收器经历多个发射信号的组合信号，因此可能无法校正来自多个收发器的单独的载波频率偏移。如果多个发射信号之间的载波频率偏移足够小，那么远程接收器将不经历偏移。

在一些例子中，频率合成器409可从一个参考频率导出载波频率、采样频率和系统计时器频率。在此状况下，这些频率彼此具有已知的关系。因此收发器400可估计载波频率偏移，如下文所论述，且接着明确地确定其它频率的偏移。举例来说，在一些应用中，估计CFO可能更不复杂，且因此收发器可基于估计的CFO确定SFO，且接着校正所述SFO。

在一些应用中，SFO效应的影响远小于CFO效应。这是因为，一般来说，采样频率比载波频率小得多(fs＜＜fc)。在一些系统中，SFO的影响可能不明显且使得不必校正SFO。

在此例子中，系统计时器410是计数从频率合成器409接收的输入时钟信号的周期以生成经过时间的参考的组件。除了其它方面，此经过时间可用以对发射计时。在分布式系统中，应同步系统计时器410，以对准各个分布式发射器的帧发射(在时间上)。

在此例子中，收发器400在其天线418处接收无线(RF)信号427。RF信号427表示发送其的发射器的时间/时钟生成单元的状态。收发器400内的接收器417可因此确定关于RF信号427的特性的信息。如下文所论述，其可估计以下两者之间的偏移：(i)其系统计时器410(其提供用于发射发射信号的计时信息)和(ii)时间/时钟生成单元，其在发送RF对准信号427的发射器处提供时间和/或频率参考。另外或替代地，接收器417可估计以下两者之间的偏移：(iii)其频率合成器409(其提供用于发射发射信号的频率信息)和(iv)时间/时钟生成单元，其在发送RF对准信号427的发射器处提供时间和/或频率参考。

当已知这些偏移时，可以抵消任何SFO/CFO和计时器时钟歪斜，如下文将论述。举例来说，相关性技术可用以确定这些偏移。可用于此目的的所接收RF信号427的示例特性可包括RF信号427的一个或多个预定部分，或RF信号427的已知重复接收。这些特性可经由可以是无线或硬接线的可用通信信道而被预限定或传达为协调传信。

Rx时间估计块411可生成ToA信号405，其表示RF信号427的到达时间(ToA)(根据接收子系统的时基)。

在一些例子中，发射收发器可经由可用通信信道(其可以是无线或有线的)将发射时间(根据发射子系统的时基)提供到收发器400，例如作为协调信号的部分。此发射时间可提供为在作出发射的时刻发射收发器的系统计时器的计数值。此计数值也可被称作发射时间处发射子系统的经过时间。

RF对准信号427的发射时间与接收时间之间的延迟可在收发器400处根据往返飞行时间测量来确定或可通过校准来预限定。收发器400可接着确定时间参考信号407，其表示根据发射子系统的时基的预期接收时间，作为发射时间(根据发射子系统)和发射与接收之间的延迟的总和。时间参考信号407可由数字接口提供，如图4A中所示出。

收发器400可处理(i)根据发射子系统的时基的预期接收时间(提供为时间参考信号407)，和(ii)根据发射子系统的时基的接收时间(由ToA信号405提供)。收发器400可接着生成估计时间偏移信号412，其表示系统计时器时间偏移，作为以下两者之间的差异：(i)根据发射RF信号427的发射器的系统计时器的接收时间，和(ii)根据接收器417的系统计时器的接收时间。

应了解，在其它例子中，收发器400可通过从根据接收子系统的时基的接收时间减去发射与接收之间的延迟来实现相同结果，且接着比较根据发射和接收子系统的时基的发射时间。

估计时间偏移信号412被提供到系统计时器410，使得其可减少/最小化其与第二收发器的系统计时器的时间偏移并生成由发射器415使用的经过时间的参考以对与第二收发器对准的发射计时。

CFO估计块413生成估计载波频率偏移信号421，根据所述估计载波频率偏移信号，可确定本地系统计时器410与远程系统计时器(例如第二系统计时器，未示出)之间由发射器使用以触发RF信号427的发送的计时器频率偏移。估计频率偏移信号421被提供到系统计时器410，使得其对系统计时器410施加时钟歪斜校正，以减少计时器频率偏移。也就是说，如果系统计时器410计数太快或太慢(即，存在时钟歪斜)，那么由于具有频率偏移的输入信号，收发器400可通过使系统计时器410基于估计频率偏移信号421更快/更慢计数来校正此情况。在此例子中，计载波频率偏移信号421涉及计时器频率偏移，因为单个振荡器用以将时钟源信号提供到频率合成器409，且系统计时器410用于发射器415和接收器417两者。

CFO估计块413还将估计频率偏移信号421提供到发射器415的频率校正块419。以此方式，发射器415可校正待发射的信号的载波频率和/或采样频率，由此校正CFO和/或SFO。

上文所描述的且图4A中所示出的功能性能够使收发器A 400在发射信号时采用数字基带中的频率偏移来补偿载波频率偏移(CFO)。在其它实施例中，可在收发器的模拟前端处采用频率偏移。校正系统计时器410频率偏移可以是有益的，因为较低频率偏移将导致发射时间偏移，其随时间推移增加更少。

图4B示出收发器实施例‘B’420。收发器B 420包括接收器417、发射器和本地系统计时器。接收器417包括Rx时间估计块411和CFO估计块425。

Rx时间估计块411生成以与图4A相同的方式使用的ToA信号。

CFO估计块425生成以与图4A相同的方式使用的估计频率偏移信号424。在此例子中，估计频率偏移信号424被提供到频率合成器423，使得频率合成器423向系统计时器422和发射器两者施加频率偏移。以此方式，收发器420可通过减少在来源(即，振荡器或频率合成器423)处的偏移而非如参考图4A所描述的抵消结果来校正CFO和/或SFO，以及系统计时器422中的任何计时器频率偏移。

以此方式，收发器B 420可间接地调谐系统计时器422以使用由CFO估计块425提供的估计频率偏移信号424来减少/最小化其计时器频率偏移/时钟歪斜。

参看图4A和4B所描述的对准和/或同步处理可有利地定期执行以确保收发器彼此保持对准。这可有利地减少残余偏移并可抵抗改变时间和/或频率参考(例如由于漂移振荡器)。

应了解，图4A和4B仅是例子，且收发器可以不同方式补偿估计时间和/或频率偏移。校正/补偿时间/频率偏移的方式可包括以下各项中的一个或多个：

·向所述系统计时器的计数施加偏移；

·向提供到发射器和/或接收器的调谐器的载波频率、提供到发射器的DAC和/或接收器的ADC的采样频率、提供到系统计时器的系统计时器频率中的一个或多个施加频率偏移；

·调谐晶体振荡器；

·改变PLL的分频器设置。举例来说，对于RF载波频率PLL，这可以是可能的，因为对应分频器设置Ni、Mi可以是许多位数字；

·以数字方式旋转数字样本(例如，利用协调旋转数字计算机(CORDIC))，以用于补偿RF载波频率偏移；以及

·重新采样数字信号，以补偿DA(或AD)转换器频率的差异。

图5A示出用于多收发器系统的架构500，其提供对上文关于图2所描述的架构的替代。在此架构500中，对准信号由收发器502a-n无线地发射和接收，其方式与图2的收发器无线发射和接收对准信号的方式相同。然而，在图5A的架构500中，收发器502a-n使用数字通信信道510借助于非无线传信来交换协调传信512a-n。协调传信512a-n可用以协调设置收发器502a-n中的时间/时钟生成单元中的一个或多个，以便改善收发器502a-n的对准/同步。举例来说，通过在任何给定时间确定哪个收发器将是‘主’收发器且哪个收发器将是‘从’收发器。对于上文参看图4A和4B所描述的例子，协调传信512a-n可包括信息，所述信息表示在发射时间处发射子系统的系统计时器和/或频率合成器的相位(即，计数)；发射时间也就是说，根据发射子系统的时基的发射时间。

图5B示出用于多收发器系统的另一架构550，其提供对上文关于图2所描述的架构的替代。在图5B的架构550中，对准信号由收发器552a-n无线地发射和接收，其方式与图2的收发器无线发射和接收对准信号的方式相同。然而，在此架构550中，借助于非无线传信在收发器552a-n与数字通信信道560之间交换协调传信562a-n。此外，此架构550具有中央控制单元570。数字通信信道560连接于中央控制单元570与收发器552a-n之间。中央控制单元570被设计成协调收发器552a-n的同步。中央控制单元570是计时控制器的例子，所述计时控制器可经由数字通信信道560将计时信号572提供到收发器552a-n。计时信号572是协调传信的例子，所述协调传信可用以协调设置收发器552a-n时间/时钟生成单元中的一个或多个。

根据上文关于图4A和4B所论述架构，收发器可以能够通过比较以下两者来校正系统计时器相位(即，计数)：(i)无线对准信号的预期到达时间(根据发射收发器的时基)；与(ii)无线对准信号的实际到达时间(根据接收收发器的时基)。收发器可接收协调传信，其包括无线对准信号的发射时间(根据发射收发器的时基)，且接着确定“预期到达时间”，作为发射时间和发射收发器与接收收发器之间的飞行时间的总和。到达时间和发射时间可由相关联的收发器的系统计时器的计数器值表示。当预期到达时间与对准信号的实际到达时间相比时，两者之间的差异可表示发射和接收收发器的系统计时器的状态之间的差异。系统计时器的一个或另一个或两个可接着视需要被(直接或间接地)设置，以减小差异并由此改善相应系统计时器之间的对准。

图2、5A和5B的架构中的一个或多个也可彼此组合使用。

本公开提出了将多个分布式RF收发器的时间和频率与独立的时间和/或频率参考(例如，振荡器)同步的新方法，以实现时间和/或频率对准的多个天线发射，使得它们当在远程接收器处被接收时相长地组合。下文公开了两种用于提供用于分布式收发器系统的同步或对准的无线对准信号的不同方法。可以单独使用或组合使用两种方法。

关于图6到8公开了第一种方法，并且大体上涉及使用专用同步信号作为无线对准信号。这些专用同步信号可以是由发射器在传统帧发射之间发射的RF信号。包括待同步发射器的分布式系统中的每个其它收发器接收此信号并且可以与其同步。

关于图9和10公开了第二种方法。在第二种方法中，在分布式系统的传统帧发射上进行同步。不参与这些发射的收发器可接收帧并与其同步。以此方式，那些收发器中的每一个可同步到发射收发器的平均时间和/或频率参考。

图6示出具有第一收发器602a、第二收发器602b和第N收发器602n的分布式收发器系统600。图6还示出由收发器系统600的相应收发器602a-n作出的发射612a-n的时间线610。

在此例子中专用于对准/同步的无线RF第一对准信号604由第一收发器602a发射。(在此例子中，第一收发器602a发射对准信号，但应了解，在任何给定时间周期内，发射可由不同收发器提供)。其它收发器602b-n接收此RF第一对准信号604并确定其时间/时钟生成单元相对于第一对准信号604的偏移并补偿所述偏移。在此例子中预限定接收收发器602b-n需要用于偏移估计的第一对准信号604的特性。

当收发器602a-n已对准/同步时，它们可各自向远程接收器发射相应的数据块616a-n。这些数据块616a-n可以被称作帧发射。由于每个收发器602a-n提供的给定时间周期内的每个帧发射616a-n彼此对准，因此可以显着提高由远程接收器接收的信号的质量，从而降低误差率。

在后续时间周期中，第N收发器602n可发射第N对准信号618且第二收发器602b可随后发射第二对准信号620。

取决于所采用的收发器系统的架构，用以在每个不同时间周期内发射对准信号的发射器可由中央控制器选择或经由可用无线或硬接线数字通信信道由收发器协商而选择，或可被预限定。

可使用具有冲突避免的载波感测多重存取(CSMA-CA)类协议，以减少对其它系统的干扰或符合规定。本文中所描述的对准信号的无线发射可以有利地以非常低的发射功率执行，甚至可以低于噪声基底(即扩频、超宽带(UWB))以减少干扰。举例来说，当收发器系统天线相对于收发器系统与收发器系统可与之通信的其它远程系统之间的范围彼此靠近定位时。利用合适的通信信道，协调传信可被提供到其它收发器，因此它们可感知何时预期对准/同步信号。这可增大成功接收的机率，而降低误差率。

图7示出类似于图6的收发器的具有第一收发器702a、第二收发器702b和第N收发器702n的分布式收发器系统700。图7还示出由收发器系统700作出的发射712a-n的时间线710。在此例子中，多个收发器同时发射对准信号704a-b，其是专用同步信号。举例来说，图7示出第一收发器702a和第二收发器702b可同时发射对准信号704a-b。非发射子系统，在此状况下是第N收发器702n，可接收对准信号704a-b并基于多个对准信号，例如基于对准信号704a-b的总和对准/同步。当对准收发器702a-n时，它们可各自发射相应帧发射716a-n。

以此方式，收发器702a-n可通过同步到来自多个不同收发器的RF对准信号而同步到多个同时发射的对准信号的时间和/或频率参考的平均值。

如上文所论述，可预限定收发器中的哪些将执行对准信号发射且收发器中的哪些将设置其时间/时钟生成单元以改善对准/同步。替代地，协调传信可在收发器之间交换或从中央控制器接收以限定收发器中的哪些用作主收发器，且哪些用作从收发器。

图8示出可由图6的收发器作出的替代对准发射的时间线800。代替与常规发射分开地发射对准/同步信号，对准信号可以被包括作为常规帧发射804的前缀部分802，或者替代地作为常规帧发射的后缀部分(未示出)。

使用专门为了对准不同收发器的时间/时钟生成单元而创建的对准信号的上述方法的替代方案可以涉及出于对准目的使用由收发器中的一个或多个发射的帧的不同收发器。在这些例子中，帧包括要发射到远程接收器的数据，但是还可以用于对准目的。

图9示出具有第一收发器902a、第二收发器902b和第N收发器902n的多收发器系统900，其中个别收发器能够接收由一个发射器发射的帧。图9还示出由多收发器系统900发射的帧的发射的时间线910。在此例子中，仅第一收发器902a发射第一帧904a-n。也就是说，没有其它收发器902b-n发射对应帧。这可能是因为收发器902b-n已经确定它们可能不同步并且可能仅在它们自身不发射帧时才能够从第一收发器902a接收帧。当它们从另一收发器接收所述帧时，它们可再次同步。任选地，系统可施加算法，所述算法基于漂移预测何时收发器的同步性水平降低到某一水平之间。举例来说，通过确定上次执行同步的时间。在一些例子中，分布式多收发器系统可在正常操作中执行单天线和/或多天线发射。

可以在远程接收器904a、第二收发器902b和第N收发器902n处接收到第一帧904a-n的单次发射。第二收发器902b和第N收发器902n可使用第一帧904b-n以使其相应时间/时钟生成单元与第一收发器902a中的时间/时钟生成单元对准，例如如上文所论述。接着，多收发器系统900的所有收发器902a-n可发射第二帧920a-n，且具有令人满意的时间和/或频率对准。

随后，可基于由不同收发器发射的帧，例如由第N收发器902n发射的帧940n再同步/再对准收发器。

在一些例子中，无线对准信号可基于先前第N发射信号940n(其中N可以是大于一的任何数字)。在此例子中，第一收发器902a的对准/同步可在特定时隙940a期间发生。在多收发器系统900已对准后，其可发射第一发射信号950a、第二发射信号950b和第N发射信号950n。由于第一收发器使用在第N发射信号950n之前发射的帧940n，因此帧940n可被称作先前第N发射信号。

在一些例子中，多收发器系统可具有控制器，其被配置成确定与收发器相关联的对准误差。如果对准误差大于预定阈值，那么收发器可基于无线对准信号设置第一时间/时钟生成单元。

举例来说，控制器可比较表示第一发射信号930a的传信和表示第N发射信号930n的传信，以确定对准误差。如果对准误差大于预定阈值，那么第一收发器902a可基于第N发射信号940n设置第一时间/时钟生成单元。在一些例子中，控制器可仅比较接收为接收到的对准信号或发射信号的部分的计时/频率信息与关于本地时间/时钟生成单元的信息。

对于在此期间执行对准的特定时隙，可通过不发射任何第一发射信号来去激活第一收发器902a。这可以改善第一收发器902a接收先前第N发射信号940n以进行对准的能力。

图10示出多收发器系统1000和时间线1010。多收发器系统具有第一收发器1002a、第二收发器1002b和第N收发器1002n。在此例子中，第一收发器1002a和第二收发器1002b彼此充分对准且发射相应帧1004、1006。第N收发器1002n不具有充足同步且因此不与第一收发器1002a和第二收发器1002b同时发射帧。第N收发器1002n接收由第一收发器1002a发射的第一帧1004b和由第二收发器1002b发射的第二帧1006b。第N接收器1002n可能不能够区分两个帧，且因此可接收两个帧的总和。第N收发器可接着同步到所发射的帧1004b、1006b的时间/频率偏移的平均值。接收第N收发器以执行偏移估计所需的帧1004b、1006b的信号特性可以是已知的，因为例如帧1004b、1006b符合标准。(这还适用于图9中的帧904a和940n。)替代地，特性可作为协调传信经由可用数字通信信道从发射收发器1002a、1002b传达到接收收发器1002n。举例来说，可以共享用于重构基带信号的全部数据(每个收发器已经可以访问以便参与发射分集方案)或甚至用于帧1004、1006的基带IQ样本。可用信号的信息越多，估计的偏移就越精确。

为了确保充分对准/同步发射，可以控制收发器，使得它不加入某些多天线发射；例如，如果系统中的组件确定收发器没有充分同步。此确定可在收发器当中协商或由中央控制单元确定。如果收发器不发射帧，那么其可被配置成接收并处理来自其它收发器中的一个或多个的帧且接着基于来自其它收发器的帧同步/对准其时间/时钟生成单元。

本文中所描述的对准解决方案的优点是可重复使用硬件。此外，这些解决方案不必要求额外有线接口、来自接收方的任何反馈、GPS信号或基站的可用性。

关于图9和10所描述的实施例优于关于图6到8所描述的实施例的优点在于可能不需要额外发射来执行对准/同步。然而，在图9和10的实施例中，这可以意味着有时收发器不会加入特定帧的既定多天线发射，以便能够接收发射并代替地进行同步。也就是说，收发器可能不能够同时发射和接收。在其它例子中，全双工通信可用。在全双工通信的情况下，收发器可同时加入多个发射(如果对准误差不太大)并从其它收发器接收发射，以便同步其时间/时钟生成单元(减小对准误差)。

图11A和11B示出本公开的实施例可如何用于基于IEEE 802.11p的车辆到车辆和车辆到基础设施通信网络中。第一车辆1100a具有两个天线多收发器系统，其具有第一收发器1110a和第二收发器1112a，所述系统任选地可采用循环延迟分集(CDD)。在第一时间，可通过使用无线对准信号1114使第一收发器1110a与第二收发器1112a对准/同步。接着，在后续时间处，图11B示出第一车辆1100b可利用第一收发器1110b发射第一帧1116且利用第二收发器1112b发射第二帧1118。第一帧1116和第二帧1118可由可在第二车辆1120处接收到的相同数据信号的对应表示组成。因为第一收发器1110b与第二收发器1112b间隔开，因此对于在第二车辆1120处接收到的信号1116、1118中的至少一个，可有利地减少干扰，例如衰减。

图12示出未充分对准的两个发射器之间的百万分率(PPM)的不同载波频率偏移(CFO)的性能仿真结果的图表1200，未充分对准会导致接收器处的较高误码率。误码率在竖轴1202上示出且信噪比在横轴1204上示出。第一线1210示出针对0.25PPM的CFO误码率如何随信噪比变化。第二线1212示出针对0.1PPM的CFO误码率如何随信噪比变化。明显的是，与第一线1210的较大未对准相比，第二线1212的较小的未对准提供了显着降低的误码率。图表1200还示出了若干其它线1214，CFO的范围为0.001到0.05PPM，其示出比第二线1212稍好的性能。因此，此图表1200示出了用于减少误差在任何多收发器系统中的多个收发器之间保持良好对准的重要性。

图13示出已实施用于本公开的实施例的解决方案的性能的图表1300。图表1300示出竖轴1302上的误包率和在横轴1304上的接收器处接收的功率。图表1300示出随第一线1310(其涉及单天线系统)、第二线1312(其涉及非分布式的两个天线系统)和第三线1314(其涉及根据本公开的分布式的两个天线系统且具有对准误差减少功能性)的所接收功率而变的误包率。第一线1310示出跨接收到的功率宽范围的发射的信号的相对高的误差率。第二线1312示出比第一线1310明显更低的误差率，正如预期，这是由于第二线1312涉及具有两个天线的系统，所述两个天线使用相同时间/时钟生成单元来向两个收发器提供计时，这可因此预期无明显对准误差。明显地，第三线1314所指示的性能看起来与第二线的性能非常相似，尽管第三线涉及具有驱动两个单独的分布式天线的两个独立的时间/时钟生成单元的系统。因此，此图表1300确认，与具有驱动所有收发器的单个时间/时钟生成单元的系统相比，根据本公开的对准两个分布式时间/时钟生成单元可使分布式发射器架构能够以可忽略的性能损耗执行。

除非明确陈述特定次序，否则可以任何次序执行上图中的指令和/或流程图步骤。此外，本领域的技术人员将认识到，虽然已经论述一个示例指令集/方法，但是在本说明书中的材料可以多种方式组合从而还产生其它例子，并且应在此详细描述提供的上下文内来进行理解。

在一些示例实施例中，上文描述的指令集/方法步骤实施为体现为可执行指令集的功能和软件指令，所述可执行指令集在计算机或以所述可执行指令编程和控制的机器上实现。此类指令经过加载以在处理器(例如，一个或多个CPU)上执行。术语处理器包括微处理器、微控制器、处理器模块或子系统(包括一个或多个微处理器或微控制器)，或其它控制或计算装置。处理器可指代单个组件或多个组件。

在其它例子中，本文示出的指令集/方法以及与其相关联的数据和指令存储于相应存储装置中，所述存储装置被实施为一个或多个非暂时性机器或计算机可读或计算机可用存储媒体。此类计算机可读或计算机可用存储媒体被视为物品(或制品)的部分。物品或制品可以指代任何所制造的单个组件或多个组件。如本文所定义的非暂时性机器或计算机可用媒体不包括信号，但此类媒体可能能够接收并处理来自信号和/或其它瞬态媒体的信息。

本说明书中论述的材料的示例实施例可整体或部分地经由网络、计算机或基于数据的装置和/或服务实施。这些可以包括云、因特网、内联网、移动装置、台式电脑、处理器、查找表、微控制器、消费者设备、基础架构，或其它启用装置和服务。如本文和权利要求书中可使用，提供以下非排他性定义。

在一个例子中，使本文论述的一个或多个指令或步骤自动化。术语自动化或自动(和其类似变型)意指使用计算机和/或机械/电气装置控制设备、系统和/或过程的操作，而不需要人类干预、观测、努力和/或决策。

应了解，据称将耦合的任何组件可直接或间接地耦合或连接。在间接耦合的状况下，可在据称将耦合的两个组件之间安置额外的组件。

在本说明书中，已经依据选定的细节集合而呈现示例实施例。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以实践包括这些细节的不同选定集合的许多其它示例实施例。希望所附权利要求书涵盖所有可能的示例实施例。

Claims

1.一种用于天线分集方案的第一收发器，其特征在于，所述第一收发器包括：

第一时间/时钟生成单元；

第一发射器；

其中：

所述天线分集方案包括所述第一发射信号与所述第二发射信号两者的对准发射；以及

所述第一发射器被配置成发射无线第一对准信号到所述第二收发器，以用于减少所述第二时间/时钟生成单元与所述第一时间/时钟生成单元之间的对准误差，其中所述无线第一对准信号表示所述第一时间/时钟生成单元的状态；

其中所述无线第一对准信号和所述无线第二对准信号分别包含各自的数据块的帧发射，所述数据块被配置为发送到所述远程接收器。

2.根据权利要求1，其特征在于，所述第一收发器被配置成通过调整所述第一时间/时钟生成单元的时间和/或所述第一时间/时钟生成单元的频率来设置所述第一时间/时钟生成单元。

3.根据权利要求2所述的第一收发器，其特征在于，所述第一时间/时钟生成单元包括频率合成器和系统计时器，且其中所述第一收发器被配置成通过以下各项中的一个或多个来设置所述第一时间/时钟生成单元：

向所述系统计时器的计数施加偏移；

向以下各项中的一个或多个施加频率偏移：

提供到所述发射器和/或所述接收器的调谐器的载波频率，

提供到所述发射器的DAC和/或所述接收器的ADC的采样频率，

提供到所述系统计时器的系统计时器频率；

调谐与所述频率合成器相关联的晶体振荡器；

改变与所述频率合成器相关联的锁相回路的分频器设置；

以数字方式旋转数字样本，以补偿RF载波频率偏移；以及

重新采样数字信号，以补偿DA转换器频率的差异。

4.根据在前的任一项权利要求所述的第一收发器，其特征在于，所述对准发射包括关于时间和/或频率对准的所述第一发射信号和所述第二发射信号两者的发射，使得它们在远程接收器处被接收时相长地组合。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的第一收发器，其特征在于，所述无线第二对准信号包括先前第二发射信号的前缀和/或后缀部分，且其中所述先前第二发射信号在所述第二发射信号之前被发射。

6.根据权利要求5所述的第一收发器，其特征在于，进一步包括被配置成确定与所述第一收发器相关联的对准误差的控制器；以及

如果所述对准误差大于预定阈值，那么所述第一收发器被配置成基于所述无线第二对准信号设置所述第一时间/时钟生成单元。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的第一收发器，其特征在于，被进一步配置成：

8.一种多收发器系统，其特征在于，包括：

根据在前的任一项权利要求所述的第一收发器，

第二收发器，以及

9.一种操作用于天线分集方案的第一收发器的方法，其特征在于，所述方法包括：

所述天线分集方案包括所述第一发射信号与所述第二发射信号两者的对准发射；

发射表示所述第一时间/时钟生成单元的状态的无线第一对准信号，以用于减少所述第二时间/时钟生成单元与所述第一时间/时钟生成单元之间的对准误差；

其中所述无线第一对准信号和所述无线第二对准信号分别包含各自的数据块的帧发射，所述数据块配置为发送到所述远程接收器。