CN116438715A - 用于极化波束的时间、空间分离和信道非互易性校正的方法及利用其的多重波束天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于极化波束的时间、空间分离和信道非互易性校正的方法及利用其的多重波束天线装置。根据本发明的一方面，多重波束天线装置具有包括用于形成多个发射波束的发射天线单元及用于形成多个接收波束的接收天线单元的阵列天线。多重波束天线装置利用相互不同的两种正交极化，将极化波束在时间上及空间上进行分离并且校正因时间上极化分离而产生的信道非互易性。

Description

用于极化波束的时间、空间分离和信道非互易性校正的方法 及利用其的多重波束天线装置
技术领域
本发明涉及通常蜂窝通信系统中可使用的天线装置，更具体地，涉及一种通过在时间上及空间上分离(separation)极化波束(polarized beams)，并校正(correction)因极化分离产生的信道非互易性的方法及利用其的天线装置。
背景技术
此部分记载的内容只是单纯地用于提供本发明的背景信息，并不构成现有技术。
为了满足4G(第四代)通信系统商用化之后呈增加趋势的无线数据流量需求，正全力进行改善的5G(第五代)通信系统或者pre-5G通信系统的开发。
为此，5G通信系统或者pre-5G通信系统也称为后4G网络(Beyond 4GNetwork)通信系统或者后LTE(Long Term Evolution)系统(Post LTE)系统。
为了实现更高的数据传输速率，正在考虑在更高频率(mmWave)频带(例如60GHz频带)中实现5G通信系统。为了减少超高频带的传播路径损耗并增加传输距离，5G通信系统中正在讨论波束成形(beamforming)、大规模多输入多输出(massive MIMO)、全维MIMO(FullDimensional MIMO，FD-MIMO)、阵列天线(array antenna)及大规模天线(large scaleantenna)技术。
此外，为了改善系统网络，5G通信系统中正在开发基于进化的小型小区、先进的小型小区(advanced small cell)、云无线接入网络(cloud radio access network，cloudRAN)、超密集网络(ultra-dense network)、设备到设备通信(Device to Devicecommunication，D2D)通信、无线回程(wireless backhaul)、移动网络(moving network)、协作通信(cooperative communication)、协作多点(Coordinated Multi-Points，CoMP)、接收端干扰消除(interference cancellation)等技术。
此外，在5G系统中，作为高级编码调制(Advanced Coding Modulation，ACM)已经开发了FQAM(Hybrid Frequency Shift Keying and Quadrature Amplitude Modulation)和SWSC(Sliding Window Superposition Coding)，作为高级接入技术已经开发了FBMC(Filter Bank Multi Carrier)、NOMA(Non Orthogonal Multiple Access)及SCMA(SparseCode Multiple Access)等。
在5G通信系统中，为了克服因超高频带(例如mmWave)的特性引起的路径损失的问题，正利用波束成形方法来提高信号增益。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一方面，旨在提供一种利用两种不同正交极化，将极化波束在时间上及空间上进行分离，并对因极化分离产生的信道非互易性进行校正的方法及利用其的多重波束天线装置。
(二)技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种利用两种正交极化的多重波束天线装置中执行的方法。所述多重波束天线装置具有包括用于形成多个发射波束的发射天线单元及用于形成多个接收波束的接收天线单元的阵列天线。
所述方法包括：由与各发射波束关联的一对发射信道对应的发射信号，生成多个发射极化成分；对与各发射波束关联的一对发射信道，输出所述多个发射极化成分中与第一正交极化对应的一对发射极化成分或者与第二正交极化对应的一对发射极化成分，以使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化。
在一实施例中，所述方法进一步包括：为了进行信道非互易性校正，基于与各接收波束关联的一对接收信道所对应的接收信号生成多个接收极化成分的步骤；以及将所述多个接收极化成分中，与朝空间上相同的方向形成的发射波束的正交极化对应的一对接收极化成分输出至与各接收波束关联的一对接收信道的步骤。可选地，所述方法进一步包括：为了进行信道非互易性校正，基于与各接收波束关联的一对接收信道对应的接收信号，生成与各接收波束在空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化相应的极化转换信号的步骤。
根据本发明的另一方面，提供一种利用两种正交极化的多重波束天线装置。所述天线装置包括：阵列天线，其包括用于形成多个发射波束的发射天线单元及用于形成多个接收波束的接收天线单元；发射极化合成部，其由与各发射波束关联的一对发射信道对应的发射信号生成多个发射极化成分；发射极化分配部，其对与各发射波束关联的一对发射信道输出所述多个发射极化成分中与第一正交极化对应的一对发射极化成分或者与第二正交极化对应的一对发射极化成分，以使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化。
在一实施例中，所述天线装置进一步包括：接收极化合成部，其为了进行信道非互易性校正，基于与各接收波束关联的一对接收信道所对应的接收信号生成多个接收极化成分；以及接收极化分配部，其将所述多个接收极化成分中，朝空间上相同方向形成的发射波束的正交极化所对应的一对接收极化成分输出至与各接收波束关联的一对接收信道。可选地，所述天线装置进一步包括：极化转换部，其由与各接收波束关联的一对接收信道对应的接收信号，生成极化转换信号，所述极化转换信号与各接收波束在空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化相应。
(三)有益效果
如上所述，通过采用包括发射天线单元和接收天线单元的阵列天线，根据本发明的天线装置在实现TDD(Time Division Duplexing)过程中，无需进行可恶化信号损失和NF(noise figure，噪音指数)的切换操作。
此外，根据本发明的天线装置通过将多重波束向空间上的各方向分离从而可扩展小区覆盖范围，通过多重波束的极化分离(即，空间上的极化分离)可减少波束间的相关关系，从而可进一步提高通信品质。
进一步地，根据本发明的天线装置通过对从接收天线单元输入的接收信号进行极化转换(conversion)或者极化合成(composition)和极化分配，从而可校正因空间及时间上极化分离产生的上行链路信道和下行链路信道之间的信道非互易性。
附图说明
图1是用于说明现有的天线装置中产生的NF恶化问题的示意图。
图2a至图2d分别是概略地图示可实现本公开的技术的天线装置的示例性结构的方框图。
图3a至图3d是用于说明本发明的天线系统中可采用的天线模块的各种示例图。
图4是用于说明根据本发明一实施例的与一个发射天线单元关联地执行极化合成和极化分配的示意图。
图5是用于说明根据本发明一实施例的与一个接收天线单元关联地执行的极化和和极化分配的示意图。
图6是根据本发明一实施例的天线装置中用于对发射信号进行极化合成和极化分配的示例性结构的方框图。
图7是用于说明根据本发明一实施例的天线装置所提供的水平方向和垂直方向的空间上的极化分离的示意图。
图8是用于说明根据本发明一实施例的天线装置所提供的时间上的极化分离的示意图。
图9是用于说明信号发射与信号接收之间当使用不同的双重极化时可能会产生的信道非互易性(channel non-reciprocity)问题的示意图。
图10a和图10b是用于说明根据本发明一实施例的利用极化转换进行信道非互易性的校正方法的示意图。
图11a和图11b是用于说明根据本发明一实施例的利用极化合成和极化分配进行信道非互易性的校正方法的示意图。
图12是根据本发明一实施例的天线装置中用于执行发射极化合成校准的示例性结构的方框图。
图13是根据本发明一实施例的由利用四重极化的多重波束天线装置执行方法的流程图。
[附图标记的说明]
10：多重波束天线装置 110：数字处理部
120：RF处理部 130：阵列天线
1310：天线模块 1312：发射天线单元
1314：接收天线单元
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细说明。标注附图标记时，即使相同技术特征在不同的附图中出现，也尽可能使用了相同的附图标记。同时需要注意的是，在通篇说明书中，如果认为对相关已知的技术特征和功能的具体说明可能会导致本发明主题不清楚，则省略其详细说明。
此外，说明本发明时，可以使用第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语仅仅是为了区分相应技术特征与其他技术特征，并非限定其本质、次序或顺序等。贯穿说明书全文，如果一技术特征“包括”、“具备”另一技术特征，如果没有特别相反记载，可理解为一技术特征还包括另一技术特征，而非理解为一技术特征排斥另一技术特征。而且，说明书中记载的“…部”、“模块”等术语是指至少能够执行一个功能的单位，其可通过硬件、软件及硬件和软件的结合来实现。
图1是用于说明现有天线装置中产生的NF恶化问题的示意图。
图1所示的利用TDD方式工作的现有天线装置可设置为包括天线(ANT)、滤波器(Filter)、开关(S/W)、PA、LNA、AD转换器(未图示)及(由FPGA实现的)数字信号处理器(未图示)等。
天线(ANT)可具有多个天线模块形成阵列(array)的形态，各天线模块可以是由具有相互垂直的几何学方向(orientation)(即，具有相互正交极化特性)的两个辐射元件(radiators)构成的双重极化天线(dual polarized antenna)模块。当开关(S/W)与发射线(Tx线)连接时，天线模块执行信号发射功能，当开关(S/W)与接收线(Rx线)连接时，天线模块可执行信号接收功能。因此，图1的天线装置基于开关(S/W)的选择性切换操作实现TDD功能。
这种切换操作引发发射信号或者接收信号过程中的信号损失，接收信号通过电缆向装置内后端传递的过程中也会产生信号损失。这种信号损失可恶化噪音指数(NoiseFigure，NF)，引发无线通信系统的上行链路覆盖范围(coverage)扩张受限的问题。
根据本发明的多重波束天线装置采用由具有一对双重极化天线单元的天线模块构成的阵列天线，其中一个双重极化天线单元用于无线信号发射，另一对重极化天线单元用于无线信号接收。因此，根据本发明的多重波束天线装置在实现TDD的过程中无需进行可恶化信号损失和噪音指数的切换操作。
此外，根据本发明的多重波束天线装置，为了使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化，将两种(two kinds)正交极化分配给发射信道，从而可使两种正交极化在空间上分离。
图2a至图2d分别是概略地图示可实现本公开的技术的天线装置的示例性结构的方框图。
多重波束天线装置10可以是M×N多重输出入(MIMO)天线。因此，天线装置10可具有M个发射信道和M个接收信道。天线装置10可包括数字处理部110、RF处理部120及阵列天线130(array antenna)。
如图2a和图2b所示，数字处理部110可设置为包括前传接口1110、多重波束形成部1120、极化合成部1130、极化分配部1140、振幅和相位校正部1150及极化转换部1160。可选地，如图2c和图2d所示，数字处理部110可设置为包括极化合成部1170和极化分配部1180以取代极化转换部1160。
RF处理部120可设置为包括多个发射RF链1210(radio frequency chain；1210-1至1210-M)和多个接收RF链1220(1220-1至1220-M)。
应该理解的是，图2a至图2d的天线装置10的结构是出于明确性目的而绘制的示例性结构。另一实施例中，天线装置10还可以额外使用其它任意部件。这种天线装置10的各部件通常使用专用硬件，例如，至少一个专用集成电路(ASIC)、射频集成电路(RFIC)和/或现场可编程门阵列(FPGA)。或者部分部件可使用可编程的硬件中执行的软件或者利用硬件与软件的组合。
阵列天线130可包括由多个行和多个列排列的(arranged)多个阵列单元(arrayelements)或者天线单元。在一些实施例中，各阵列单元可以是具有双重极化(dualpolarization)特性的双重极化(dual polarized)天线单元。各多个阵列单元可分为发射天线单元和接收天线单元。发射天线单元可用于信号发射，接收天线单元可用于信号接收。发射天线单元的正交极化特性与接收天线单元的正交极化特性可相同，也可以不同。在其他一些实施例中，各阵列单元可以是具有四重极化(quadruple polarization)特性的四重极化(quadruple polarized)天线单元。阵列单元的极化特性及结构将参照图3a至图3d在后面进行说明。
天线装置10可利用阵列天线130提供的正交极化特性实现极化分集(polarization diversity)。天线装置10可向与各发射波束关联的两个发射信道(或者发射信号)分配双重正交极化。发射信道分配到的正交极化与阵列天线130所包括的发射天线单元的双重正交极化特性可相同，也可以不同。
天线装置10通过极化合成可生成与发射天线单元的正交极化特性不同的正交极化的发射波束，通过对接收信号的极化合成，可形成与接收天线单元的正交极化特性不同的正交极化所对应的接收波束(即，可生成与接收天线单元的正交极化特性不同的正交极化所对应的信号成分)。
天线装置10将两种正交极化分配给发射信道，以使空间上相邻的波束具有相互不同的正交极化，从而可将两种正交极化在空间上进行分离。
以下说明，虽然以两种正交极化为由±45度线形极化构成的正交极化及由水平/垂直(vertical/horizontal：V/H)线形极化构成的正交极化的情况为前提，但是本公开的技术还可适用于由这种正交线形极化、左圆/右圆极化构成的正交圆形极化的组合。
以下说明中，位于发射路径上的极化合成部1130和极化分配部1140也可分别称为发射极化合成部1130和发射极化分配部1140，位于接收路径上的极化合成部1170和极化分配部1180也可分别称为接收极化合成部1170和接收极化分配部1180。
发射信号处理
M个发射信道的发射信号经过由多重波束形成部1120、极化合成部1130、极化分配部1140、振幅和相位校正部1150及发射RF链1210-1至1210-M构成的发射路径并通过阵列天线130以波束形态发射。各发射信道具有对应的发射路径。其中，发射信号也可称为下行链路(downlink)信号。发射路径是指发射信号在天线装置10内行进的路径。因此，发射路径也可指“发射信号行进路径”或者“发射信号处理路径”。
首先，通过前传接口1110输入的发射信号可输入极化合成部1130并进行极化合成。极化合成部1130可为每个通过后述的发射天线单元待辐射的一对发射信号合成4个极化成分，并将其输出至极化分配部1140。由极化合成部1130输出的极化成分也可称为“极化信号”。需要注意的是，极化合成部1130中合成的极化成分经后续的部件向阵列天线130提供(feeding)并向自由空间辐射，实现实际上的极化合成。
极化分配部1140可确定用于分配给与各发射波束关联的两个发射信道(或者两个发射信号)的正交极化，以使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化。极化分配部1140可将极化合成部1130中合成的4个极化成分中的一部分，与确定的正交极化对应地输出至两个发射路径。用于输出至各发射路径的极化成分还可以称为“发射信号的极化成分(极化信号)”或者“发射信道的极化成分(极化信号)”或者“发射极化成分(发射极化信号)”。发射波束的正交极化可根据由极化分配部1140输出的极化成分和发射天线单元的正交极化特性确定。后续将参照图4说明基于极化合成和极化分配的发射天线单元中产生的极化合成。
为了校正发射RF链1210-1至1210-M之间的振幅(amplitude)和相位(phase)特性的偏差，各发射信号的极化成分在到达发射RF链1210-1至1210-M之前，输入到振幅和相位校正部1150。RF发射路径的振幅和相位特性涉及RF信号在发射RF链提供的RF发射路径中移动而产生的振幅变化和相位变化。
振幅和相位校正部1150可执行校正发射RF链1210-1至1210-M之间的振幅(amplitude)和相位特性偏差的功能。振幅特性的偏差对波束成形产生的影响十分微小，因此通常只对所有路径的相位进行校正(calibration)使其相同。但是，根据本发明的天线阵列130中产生的极化合成的准确度明显依赖于待合成的无线信号的振幅和相位，这种振幅和相位的校正将提高极化合成的准确度。
经振幅和相位的校正程序的发射信号的极化成分在发射RF链1210中转换为模拟信号，并可进行RF信号处理。发射RF链1210可设置为包括DAC(digital to analogconverter，数模转换器)、滤波器、用于上变频的混波器(mixer)、功率放大器(poweramplifier，PA)等。
发射RF链1210中经RF信号处理并转换为模拟形态的发射信号通过阵列天线130可以以波束形态辐射。
多重波束形成部1120可对发射信号进行预编码(precoding)，以在阵列天线130中形成多重波束。多重波束形成部1120基于加权向量(或者预编码矩阵)是在基带中使用还是在RF频带中使用，可位于天线装置10的发射路径上的不同位置。
首先，如图2a或者图2c的示例，多重波束形成部1122在信号的发射路径中可位于先于发射极化合成部1130的位置上。多重波束形成部1122进行数字波束成形。这种情况下，(基带)数字发射信号可在多重波束形成部1122中被施加加权向量(weight vector)或者预编码矩阵并转换为多个预编码的信号。
数字发射信号基于所施加的加权向量可分支为相位(phase)和振幅(amplitude)相异的多个信号。此外，所分支的信号通过阵列天线130在特定的角度或者方向(欲集中通信资源的方向)中进行相长干涉，从而可以以波束形态辐射。因此，基于数发射信号中所施加的加权向量的值可确定波束的方向和模样。
然后，如图2b或者图2d的示例，多重波束形成部1124可在信号的发射过程中位于发射RF链1210之后。因此多重波束形成部1124可进行模拟波束成形。这种情况下，多重波束形成部1124可将从各发射RF链1210接收的模拟信号向多个路径分发，并可调整各所分发的信号的相位和振幅。波束形成部1124可设置为包括用于调整各所分发的信号的相位的多个移相器(phase shifter)和用于调整各所分发的信号的振幅的多个功率放大器。即，移相器和功率放大器在模拟域中处理加权向量。相位和振幅经调整的模拟信号通过阵列天线130在特定的角度或者方向上进行相长干涉，从而可以以波束形态辐射。其中，发射RF链1210其功能实质上可由模拟部件构成的多重波束形成部1224执行，因此也可以从天线装置10中排除掉。
接收信号处理
与M个接收信道对应的接收信号(或者上行链路信号)由阵列天线130接收后，经由接收RF链1220、振幅和相位校正部1150、极化转换部1160(可选地，接收极化合成部1170，接收极化分配部1180)及多重波束形成部1120构成的接收路径进行处理。各接收信道具有对应的接收路径。其中，接收信号也可称为上行链路(uplink)信号。接收路径是指接收信号在天线装置10内行进的路径。因此，接收路径也可指“接收信号行进路径”或者“接收信号处理路径”。
通过阵列天线130接收的模拟接收信号可在对应的接收RF链1220-1至1220-M中进行RF信号处理。各接收RF链1220可设置为包括ADC(analog to digital converter，模数转换器)、滤波器、用于下变频的混频器、低噪音放大器(low noise amplifier，LNA)等。
经接收RF链1220转换为数字信号的接收信号可在振幅和相位校正部1150中进行校正接收RF链1220-1至1220-M之间的振幅和相位特性的偏差的过程。
对于朝相同空间方向形成的发射波束和接收波束，(基于发射极化分配部1140的正交极化分配而改变的)发射波束的正交极化与(基于接收天线单元的正交极化特性而定义的)接收信号的正交极化可相同，也可不同。如在后面所述，当发射波束的正交极化与接收信号的正交极化不同时，在上行链路与下行链路之间无线信道特性将会不同，由此下行链路/上行链路信道互易性不成立。
如图2a和图2b的示例，天线装置10可包括利用极化转换校正信道不可能性的极化转换部1160。极化转换部1160对从振幅和相位校正部1150输出的接收信号进行极化转换，并可输出具有与发射波束的正交极化相同正交极化的极化转换信号。
例如，当发射波束具有±45度正交极化，而接收天线单元具有V/H正交极化特性时，极化转换部1160对V/H极化的接收信号进行极化转换，并输出具有与发射波束的正交极化相同的正交极化(±45度)的极化转换信号。另一示例，当发射波束具有V/H正交极化而接收天线单元具有V/H正交极化特性时，由于发射波束的正交极化与接收信号的正交极化相同，因此极化转换部1160可能不对接收信号进行极化转换。
可选地，如图2c和图2d的示例，天线装置10可包括利用极化合成和极化分配校正信道非互易性的极化合成部1170及极化分配部1180。
极化合成部1170可以为每个通过各接收天线单元接收一对接收信号合成4个极化成分，并将其输出至极化分配部1180。由极化合成部1170输出的极化成分也可称为“极化信号”。
极化分配部1180可确定用于分配给与各接收天线单元关联的两个接收信道(或者两个接收信号)的正交极化。极化分配部1180可将与两个对应的发射信道中设定的正交极化(或者发射波束的正交极化)相同的正交极化分配给两个接收信道。
极化分配部1180可对应确定的正交极化，从极化合成部1170中合成的4个极化成分中输出将通过前传接口1110传送给DU(digital unit)的两个极化成分。分配给各接收信道的极化成分可称为“接收信道的极化成分(极化信号)”或者“接收信号的极化成分(极化信号)”或者“接收极化成分(接收极化信号)”。
例如，当两个发射信道中设置有±45度正交极化(因此，发射波束具有±45度正交极化)而接收天线单元具有V/H正交极化特性时，极化分配部1180可从极化合成部1170中合成的4个极化成分中输出与±45正交极化对应的两个极化成分。另一示例，当两个发射信道设置有V/H正交极化(因此，发射波束具有V/H正交极化)而接收天线单元具有V/H正交极化特性时，极化分配部1180可从极化合成部1170中合成的4个极化成分中输出与V/H正交极化对应的两个极化成分。
后续将参照图9、图10a、图10b、图11a及图11b详细说明信道非互易性及用于校正的极化转换部1160的操作及极化合成部1170和极化分配部1180的操作。
接收信号可包括与关联的接收天线单元对应且相位和振幅相异的多个信号。多重波束形成部1120在调整多个信号的相位和振幅之后，可对调整的信号进行累加，以形成或者复原接收信号。该过程可理解为是，多重波束形成部1120由发射信号形成相位和振幅不同的多个信号的过程的相反过程。为此，如图2a和图2c所示，多重波束形成部1122位于接收路径中极化合成部1160和接收极化分配部1180之后，可执行数字波束成形，或者如图2b和图2d所示，多重波束形成部1122位于接收路径中阵列天线130与接收RF链1220之间，可执行模拟波束成形。图2b中，接收RF链1220其功能实质上可由模拟部件构成的多重波束形成部1224执行，因此也可以从天线装置10中排除掉。
DU和RU
另外，所谓“stand-alone基站”是指分别与数字单元(digital unit，DU)和射频单元(radio unit，RU)对应的信号处理功能包含在一个物理系统中，一个物理系统设置于目标服务区域。相反地，根据云无线接入网(Cloud Radio Access Network，C-RAN)结构，DU和RU物理上相互分离，只有RU设置于目标服务区域，中央集中化(centralized)的DU即BBUpool具有对用于形成各自独立的小区的多个RU的控制管理功能。
DU作为负责数字信号处理和资源管理控制功能的单元，通过回程(backhaul)与核心网连接。RU作为负责无线信号处理功能的单元，将从DU接收的数字信号根据频率带宽转换为无线频率信号并进行放大，且将从天线接收的RF信号转换为数字信号并向DU传送。
天线装置10可设置于DU和RU包含在一个物理系统内的stand-alone基站，或者设置于DU和RU物理上分离的C-RAN结构中的RU。下面，以天线装置10设置于C-RAN结构中的RU的例子为中心进行说明。
基带信号可以是经置乱(scrambling)过程、调制过程、层映射过程等基带处理的信号。置乱过程相当于为了区分基站或者终端，利用置乱信号对基带信号进行加密的过程。调制过程相当于将置乱的信号调制为多个调制符号的过程。置乱的信号可根据输入调制映射程序(mapper)(未图示)的信号的种类和/或信道状态，通过BPSK(binary phase shiftkeying，二进制移相键控法)、QPSK(quadrature phase shift keying，四相相移键控)或者16QAM/64QAM(quadrature amplitude modulation，正交振幅调制)方式进行调制。层映射过程相当于为了将信号按照天线种类分离，将调制信号映射至一个以上的传输层的过程。对于通过调制过程获得的调制符号，还可执行将该调制符号映射至资源单元的过程。
当天线装置10设置于C-RAN结构中的RU时，上述过程可在中央集中化DU中执行。相反地，当天线装置10设置于stand-alone基站时，上述过程可在基站内的DU中执行。
DU与RU之间的信号或者数据的交换可通过前传(fronthaul)或者前传链路(fronthaul link)实现。前传链路是蜂窝无线接入网中用于连接DU与RU之间的链路。天线装置10的前传接口1110可以以遵守CPRI(Common Public Radio Interface，通用公共射频接口)、eCPRI(enhanced CPRI，增强CPRI)、ORI(Open Radio Equipment Interface，开放无线电设备接口)、OBSAI(Open Base Station Architecture Initiative，开放式基站架构)等标准的方式实现。
当本发明的天线装置10在RU中实施时，天线装置10可区分为数字处理部110、RF处理部120及阵列天线130。
RF处理部120负责对发射信号和接收信号的模拟信号处理。RF处理部120如图2a所示可包括RF链1210、1220，如图2b所示可包括RF链1210、1220和多重波束形成部1124。
数字处理部110负责发射信号和接收信号的数字信号处理。数字处理部110可由数字前端(digital front end，DFE)构成。DFE是指将现有模拟功能块替代为数字信号处理(digital signal processing，DSP)块。当数字处理部110由DFE构成时，不仅可减少实际消耗时间、功率消耗及面积，此外还可以确保能够支持多重模式、多重频带的灵活性。
数字处理部110可进一步对极化转换信号进行IFFT(inverse fast fouriertransform)运算和FFT运算。此外，数字处理部110为了防止码间干扰(inter-symbolinterference，ISI)可插入保护间隔(guard interval)。为此，数字处理部110可设置为进一步包括IFFT部(未图示)/FFT部(未图示)及CP(cyclicprefix，未图示)。
阵列天线的天线单元
图3a至图3d是用于说明本发明天线系统的阵列天线130中可采用的天线模块1310的各种结构及正交极化特性的示图。
如图3a至图3d所示，天线模块1310可由相当于发射用天线的发射天线单元1312和相当于接收用天线的接收天线单元1314的配对构成。发射天线单元1312可与发射线Tx1、Tx2连接且用于发射信号，接收天线单元1314可与接收线Rx1、Rx2连接且用于接收信号。
发射天线单元1312是包括具有相互正交的极化特性的两个辐射元件的双重极化天线单元，接收天线单元1314同样是包括具有相互正交的极化特性的两个辐射元件的双重极化天线单元。
发射天线单元1312的正交极化特性与接收天线单元1314的正交极化特性可不同(例如，参照图3a的(b)和(c))。例如，发射天线单元1312中包括的辐射元件可分别具有+45度和-45度的极化特性，接收天线单元1314中包括的辐射元件可分别具有V和H的极化特性。另一示例，发射天线单元1312中包括的辐射元件可分别具有V和H的极化特性，接收天线单元1314中包括的辐射元件可分别具有+45度和-45度的极化特性。即，天线模块1310可提供包括发射天线单元1312的双重正交极化(dual orthogonal polarizations)和接收天线单元1314的双重正交极化的两种(two kinds)正交极化特性。
发射天线单元1312的正交极化特性与接收天线单元1314的正交极化特性还可以相同(参照图3a的(a)和(d))。在采用这种天线模块1310的实施例中，如参照图4的后述说明中描述，依赖于通过发射线Tx1、Tx2待传递的发射信号的极化成分，由发射天线单元1312辐射的波束可具有与发射天线单元1312的双重极化特性不同的双重正交极化方向。因此，在利用图3a的(a)和(d)中示出的天线模块1310的情况下，天线装置10仍然可在发射波束与接收波束之间使用不同的双重正交极化。
图3a所示的天线模块1310中，用于构成发射天线单元1312的两个辐射元件布置为在第一交叉点上相互交叉，用于构成接收天线单元1314的辐射元件布置为在第二交叉点上相互交叉。第一交叉点与第二交叉点之间的距离越小天线模块1310占用面积的效率越高。
参照图3b，用于构成接收天线单元1314的一对辐射元件可布置如下：(1)靠近发射天线单元1312的左侧和上侧布置(参照图3b的(a))或者，(2)靠近发射天线单元1312的左侧和下侧布置(参照图3b的(b))或者，(3)靠近发射天线单元1312的右侧和上侧布置(参照图3b的(c))或者，(4)靠近发射天线单元1312的右侧和下侧布置(参照图3b的(d))。
参照图3c，用于构成发射天线单元1312的一对辐射元件可布置如下：(1)靠近接收天线单元1314的左上侧和左下侧布置(参照图3c的(a))或者，(2)靠近接收天线单元1314的左下侧和右下侧布置(参照图3c的(b))或者，(3)靠近接收天线单元1314的左上侧和右上侧布置(参照图3c的(c))或者，(4)靠近接收天线单元1314的右上侧和右下侧布置(参照图3c的(d))。
如上所述，图3b和图3c中所示的天线模块1310通过使任意一个天线单元(1312或者1314)靠近另一天线单元(1314或者1312)侧面布置，相较于图3a中所示的天线模块1310，可提高阵列天线130的面积利用率。此外，面积利用率的提高可带来制造、安装、维护等的方便性。
图3d中所示的天线模块1310中，用于构成发射天线单元1312的两个辐射元件和用于构成接收天线单元1314的辐射元件在一个交叉点1316上形成交叉，因此图3d的排列相较于图3a至图3c的排列，可最大化面积利用率。
此外，需要说明的是，在参照图3a至图3d进行的以上说明中，发射天线单元1312的位置与接收天线单元1314的位置可相互交换。
极化合成和极化分配
图4是用于说明根据本发明一实施例的与一个发射天线单元关联地执行极化合成和极化分配的示意图，图5是用于说明根据本发明一实施例的与一个接收天线单元关联地执行的极化和和极化分配的示意图。
如前所述，发射极化合成部1130可由通过一个发射天线单元1312待发射的两个发射信号合成4个不同极化成分并输出。
参照图4，发射极化合成部1130可由发射信号S1、S2合成不同极化成分(“S1”、“S2”、“S1+S2”、及“S1+S2ejπ”)并输出。其中，“S1”和“S2”用于生成具有与发射天线单元1312的极化特性相同的极化方向的波束，“S1+S2”和“S1+S2ejπ”用于生成具有与发射天线单元1312的极化特性不同的极化方向的波束。
发射极化合成部1130中执行的极化成分合成(composition)可通过以下数学公式1的矩阵运算来实现。
【数学公式1】
Figure BDA0004206900660000181
上述数学公式1中，
Figure BDA0004206900660000182
表示PVCD(polarization vector composition-decomposition，极化向量合成及分解)矩阵。其中，为了防止第三和第四极化成分(“S1+S2”和“S1+S2ejπ”)的功率增加，PD矩阵的第三行元素与第四行元素中可采用比例系数。比例系数可以是/>
Figure BDA0004206900660000183
发射极化分配部1140可从发射极化合成部1130输出的发射信号S1、S2的4个极化成分中将通过发射天线单元1312的两个辐射元件待辐射的两个极化成分输出至两个发射路径。
例如，发射极化分配部1140从4个极化成分(“S1”、“S2”、“S1+S2”、“S1+S2ejπ”)中可输出：(1)“S1”和“S2”(参照图4的(a))或者(2)“S1+S2”和“S1+S2ejπ”(参照图4的(b))。
根据从发射极化分配部1140输出的极化成分，从具有±45度正交极化特性的发射天线单元1312辐射的波束具有±45度正交极化或者V/H正交极化。
如图4的(a)所示，如果将极化成分“S1”和“S2”分配给发射信道，则通过具有+45°极化特性的辐射元件辐射的极化成分“S1”可形成具有+45°极化的波束图案，通过具有-45°极化特性的辐射元件辐射的极化成分“S1”可形成具有-45°极化的波束图案。即，具有±45°正交极化特性的发射天线单元1312可形成具有±45°正交极化的波束图案。
如图4的(b)所示，如果将极化成分“S1+S2”和“S1+S2ejπ”分配给发射信道，则通过具有+45°极化特性的辐射元件辐射的形成有极化成分“S1+S2”的波束，与通过具有-45°极化特性的辐射元件辐射的形成有极化成分“S1+S2ejπ”的波束之间，产生极化合成。
具体地，对于极化成分“S1”，通过具有+45°极化特性的辐射元件辐射的第一波束具有+45°极化方向(polarization orientation)，通过具有-45°极化特性的辐射元件辐射的第二波束具有-45°极化方向，因此第一波束和第二波束进行合成，呈现具有V极化方向的合成波束。对于极化成分“S2”，通过具有+45°极化特性的辐射元件辐射的第三波束具有+45°极化方向，通过具有-45°极化特性的辐射元件辐射的第四波束具有“-45°+π”极化方向，因此第三波束和第四波束进行合成并呈现具有V极化方向的合成波束。
另外，当接收天线单元1314接收自由空间上的无线信号S1、S2时，接收信号a、b的正交极化方向将基于接收天线单元1314的正交极化特性确定。例如，当接收天线单元1314的双重极化特性为V/H正交极化时，接收信号将具有V/H正交极化。
参照图5，对于无线信号S1、S2，由具有接收天线单元1314V极化的辐射元件捕获的接收信号(a)包括V极化的S1信号成分S1(V)和V极化的S2信号成分S2(V)，由具有H极化的辐射元件捕获的接收信号(b)包括H极化的S1信号成分S1(H)和H极化的S2信号成分S2(H)。
如前所述，接收极化合成部1170可基于一个接收天线单元1314接收的两个接收信号a、b合成不同的4个极化成分并输出。接收极化合成部1170中执行的极化成分合成可通过数学公式1的矩阵运算来实现。
如图5中所示，接收极化合成部1170可基于对RF信号S1、S2的接收信号a、b合成不同的极化成分(“a”，“b”，“a+b”和“a+a+bejπ”)并输出。其中，a”和“b”是具有与接收天线单元1314的极化特性相同的极化方向的极化成分，“a+b”和“a+a+bejπ”是具有与接收天线单元1314的极化特性不同的极化方向的极化成分。
具体地，极化成分“a”具有V极化的S1信号成分S1(V)和V极化的S2信号成分S2(V)，极化成分“b”具有H极化的S1信号成分S1(H)和H极化的S2信号成分S2(H)。
此外，极化成分“a+b”具有：(1)由V极化的S1信号成分S1(V)和H极化的S1信号成分S1(H)合成的+45°极化的S1信号成分S1(+45°)；和(2)由V极化的S2信号成分S2(V)和H极化的S2信号成分S2(H)合成的+45°极化的S2信号成分S2(+45°)。
此外，极化成分“a+a+bejπ”具有：(1)由V极化的S1信号成分S1(V)和H+π极化的S1信号成分S1(H+π)合成的-45°极化的S1信号成分S1(-45°)；和(2)由V极化的S2信号成分S2(V)和H+π极化的S2信号成分S2(H+π)合成的-45°极化的S2信号成分S2(-45°)。
接收极化分配部1180可从接收极化合成部1170输出的接收信号a、b的极化成分中将两个极化成分输出至两个接收路径。例如，接收极化分配部1180可从4个极化成分(“a”、“b”、“a+b”和“a+a+bejπ”)中输出：(1)“a”和“b”(参照图5(a))或者(2)“a+b”和“a+a+bejπ”(参照图5的(b))。
如图5的(a)所示，如果将极化成分“a”和“b”分配给接收信道，则对于RF信号S1、S1，可向接收信道输出与接收天线单元1314的正交极化特性相同的正交极化的信号成分“S1(V)、S2(V)”和“S1(H)、S2(H)”。
如图5的(b)所示，如果将极化成分“a+b”和“a+a+bejπ”分配给接收信道，则对于RF信号S1、S1，可向接收信道输出与接收天线单元1314的正交极化特性不同的合成的正交极化信号成分“S1(+45°)、S2(+45°)”和“S1(-45°)、S2(-45°)”。
图2a至图2d示出了天线装置10包括一个发射极化合成部1130和一个发射极化分配部1140，并对所有发射信号或者发射信道统一进行极化合成和极化分配。
但是，在另一实施例中，天线装置10还可以具有包括多个发射极化合成部和多个发射极化分配部的结构，以对与各发射波束关联的发射信号或者发射信道进行极化合成和极化分配。相似地，天线装置10还可以具有包括多个接收极化合成部和多个接收极化分配部的结构。作为这种结构的一个例子如图6所示。
图6是根据本发明一实施例的天线装置中用于对发射信号进行极化合成和极化分配的示例性结构的方框图。
参照图6，天线装置可设置为包括多个极化合成部1130-1至1130-M、多个极化分配部1140-1至1140-M及极化分配控制部1142。极化分配控制部1142统一管理多个发射极化合成部1130-1至1130-M所执行的对发射信号的极化分配。
极化分配控制部1142可基于波束的数量和基准波束的正交极化，确定对各发射信道的正交极化。其中，波束的数量是指利用阵列天线130将生成的波束数量，基准波束可以是多重波束中预定义的一个波束(例如，M个发射信道中与第一发射信道和第二发射信道关联的发射波束)。为了使多重发射波束中相互相邻的发射波束具有不同的正交极化，极化分配控制部1142可确定各发射信道的正交极化。
极化分配控制部1142为了控制对发射信道的正交极化的分配，可生成分配控制信号。极化分配控制部1142可向极化分配部1140-1至1140-M发送分配控制信号。各极化分配部1140-1至1140-M可从对应的极化合成部1130-1至1130-M中生成的4个极化成分中，输出基于分配控制信号指示的正交极化所对应的极化成分。
由各极化分配部1140-1至1140-M输出的极化成分可经后续的部件提供给对应的发射天线单元1312。分配有正交极化的发射信号通过发射天线单元1312可作为自由空间上不同方向的波束进行辐射。这种空间上的极化分离可由水平方向(direction)和垂直方向中的至少一个方向实现。
图7是用于说明根据本发明一实施例的天线装置所提供的水平方向和垂直方向的空间上的极化分离的示意图。
如图7中所示，天线装置10可利用阵列天线130形成与c个扇形片(sectors)对应地沿水平方向分离的c个波束，c个扇形片中的每一个可形成沿垂直方向分离的d个波束。即，天线装置10可提供3D波束成形。每个扇形片沿垂直方向空间分离的波束的数量可相同或者不同。因此天线装置10的覆盖区域(coverage area)最多可划分为c×d个子扇形片。
沿水平方向分离的波束与相邻的波束之间具有相互不同的正交极化(即，水平方向的空间上的极化分离)，因此水平方向上的相邻的波束之间的相关关系可充分变小。此外，在各扇形片中，沿垂直方向分离的波束与相邻的波束之间具有不同的正交极化(即，垂直方向的空间上的极化分离)，垂直方向上的相邻的波束之间的相关关系可充分变小。进一步地，相邻的扇形片之间具有相同正交极化的波束(例如，第一扇形片的第一波束与第二扇形片的第二波束)由于在水平方向及垂直方向上具有充分的间隔，两个波束之间的相关关系同样可充分变小。
需要注意的是，以前，由于±45°的正交极化和H/V的正交极化之间具有高度的相关关系，没有尝试同时使用这两种正交极化的天线装置。根据本发明的天线装置10通过在空间上相互相邻的波束之间分配不同的正交极化，改善正交极化之间的相关关系，可实现可有效地使用两种正交极化(即，4个不同的极化)提供的极化分集的极化再利用(polarization reuse)。“极化再利用”术语着眼于频率再利用(frequency reuse)。
图8是用于说明根据本发明一实施例的天线装置所提供的时间上的极化分离的示意图。
根据本发明的天线装置10通过将两种正交极化分配给发射信道和接收信道，以使朝相同方向形成的发射波束与接收波束具有不同的正交极化，从而可对两种正交极化在时间上进行分离。
图8中，斜线表示的区域Tx表示通过发射天线单元1312发射信号的时间区间，未用斜线表示的区域Rx表示通过接收天线单元1314接收信号的时间区间。
图8的示例中，在发射时间区间期间使用±45度的正交极化，在接收时间区间期间使用vertical/horizontal的正交极化，对不同正交极化在时间上进行分离并使用。与示例相反地，需要说明的是，在接收时间区间期间使用±45度的正交极化，发射时间区间期间使用vertical/horizontal的正交极化。
特别地，根据本发明的天线装置10为了TDD操作，可使使用的发射天线单元与接收天线单元之间的正交极化特性相互不同，因此信号的发射和信号的接收中使用的正交极化可相互不同。
信道非互易性校正(correction)
信道互易性是以相同频率带宽中下行链路信道和上行链路信道的信道特性相同为前提。即，信道互易性是指下行链路信道和上行链路信道具有相似的特性的性质。
如果利用信道互易性，则可实现基站利用上行链路信道响应，获得下行链路信道响应或者终端利用下行链路信道响应获得上行链路信道响应。因此，信道互易性可认为是相较于FDD(Frequency Division Duplexing)方式、TDD(Time Division Duplexing)方式所具有的最大优点。
图9是用于说明天线装置在信号发射与信号接收之间当使用不同的双重极化时可能会产生的信道非互易性(channel non-reciprocity)问题的示意图。
如前所述，根据本发明的天线装置使用空间上的极化分离与时间上的极化分离。因此，朝一空间方向形成的发射波束的正交极化与从该空间方向接收无线信号所使用的接收天线单元的正交极化特性可不同。例如，对于一空间方向，发射波束可具有±45°的正交极化，而接收天线单元可具有H/V的正交极化特性。另一示例，发射波束可具有H/V的正交极化，接收天线单元可具有±45°的正交极化特性。如上所述，如果下行链路与上行链路中使用不同的正交极化，则在上行链路与下行链路之间无线信道特性将不同，因此下行链路/上行链路之间的信道互易性不成立。即，产生信道非互易性。
这种信道互易性不成立(即，产生信道非互易性)，当不执行波束成形时或者5GNR基于基站gNB向终端UE传送的CSI-RS(channel state information-reference signal)执行波束成形时，不成问题。但是，当基于SRS(sounding reference signal)执行波束成形时，信道互易性不成立可导致天线装置的性能下降。
SRS作为终端UE为了估计上行链路信道的状态而向基站gNB传送的上行链路基准信号，终端UE可通过周期性地或者非周期性地向基站gNB传送SRS并告知上行链路信道的状态信息。基站gNB通过接收的SRS，可获知上行链路信道的信道状态信息CSI，利用获知的CSI可确定用于下行链路波束成形的加权值向量。
因此，当信道互易性不成立时，将利用SRS取得的加权值向量用于下行链路波束成形时将会导致天线装置的性能下降。
为了解决这种问题，根据本发明的实施例的天线装置10通过接收信号的信号处理，使接收信号的正交极化与发射信道(或者发射波束)的正交极化一致，从而可校正信道非互易性(即，确保信道互易性)。
如前所述，信道非互易性校正可基于极化转换部1160的极化转换，可选地，基于极化合成部1170和极化分配部1180的极化合成和极化分配实现。下面，参照图10a、图10b、图11a及图11b，将对用于校正信道非互易性的示例性结构及其动作进行说明。
图10的示例性结构包括用于执行信道非互易性的校正功能的极化转换部1160。
图10a的示例中，接收天线单元1314的正交极化特性(V/H)与下行链路信道的电波(或者发射波束)的正交极化(±45°)不同，需要进行信道非互易性或者互易性校正。
参照图10a，分配有±45°正交极化的两个数字发射信号经发射RF链1210的RF信号处理，向发射天线单元1312提供(feed)。如果发射RF链中输入与±45°正交极化对应的极化成分，则发射天线单元1312具有±45°正交极化特性，下行链路信道的电波具有±45°正交极化。接收天线单元1314接收上行链路信道的电波并输出模拟接收信号。接收天线单元1314具有V/H正交极化特性，模拟接收信号与电波的V/H正交极化成分对应。模拟接收信号经接收RF链1220的RF信号处理并转换为数字接收信号。
极化转换部1160对数字接收信号行进极化转换，并输出具有与下行链路信道的正交极化相同的正交极化的极化转换信号。极化转换部1160中执行的极化转换可通过以下数学公式2的矩阵运算来实现。
【数学公式2】
Figure BDA0004206900660000261
上述数学公式2中，a和b是输入极化转换部1160的数字接收信号。a+b和a+a+bejπ是从极化转换部1160输出的极化转变的接收信号。进一步地，
Figure BDA0004206900660000262
表示用于正交极化的转换的PD(polarization decomposition，极化分解)矩阵。只是，为了避免极化转变的接收信号的功率增加，PD矩阵内所有元素中可采用比例系数。比例系数可以是/>
Figure BDA0004206900660000263
图10b的示例中，接收天线单元1314的正交极化特性(V/H)与下行链路信道的电波(或者发射波束)的正交极化(V/H)相同，因此无需进行信道非互易性或者互易性校正。因此，极化转换部1160无需极化转换可将输入的数字接收信号直接输出。
在图11a和图11b的示例性结构中，信道非互易性的校正功能可由极化分配控制部1142、接收极化合成部1170、及接收极化分配部1180实现。
图11a的示例中，接收天线单元1314的正交极化特性(V/H)与下行链路信道的电波(或者发射波束)的正交极化(±45°)不同，因此需要进行信道非互易性或者互易性校正。因此，在输入接收极化合成部1170的信号与从接收极化分配部1180输出的信号之间，正交极化不同。
参照图11a，接收极化合成部1170对一对发射信号生成4个极化成分，响应于极化分配控制部1142的控制信号，接收极化分配部1140输出与±45°正交极化对应的两个极化成分。两个极化成分经发射RF链1210向发射天线单元1312提供(feed)。发射天线单元1312具有±45°正交极化特性，下行链路信道的电波(或者发射波束)具有±45°正交极化。
接收天线单元1314接收上行链路信道的电波并输出两个模拟接收信号。接收天线单元1314具有V/H正交极化特性，两个模拟接收信号与电波的V/H正交极化成分对应。两个模拟接收信号经接收RF链1220的RF信号处理转换为两个数字接收信号。接收极化合成部1170基于两个数字接收信号可合成4个正交极化成分。
为了校正信道非互易性，极化分配控制部1142选择与为发射极化分配部1140选择的正交极化相同的正交极化(即，±45°正交极化)，并将用于指示选择的正交极化的分配控制信号传送给接收极化分配部1180。接收极化分配部1180可从4个正交极化成分中，输出与基于分配控制信号指示的正交极化(即，±45°正交极化)对应的两个极化成分。
图11b的示例中，接收天线单元1314的正交极化特性(V/H)与下行链路信道的电波(或者发射波束)的正交极化(V/H)相同，因此无需进行信道非互易性或者互易性校正。因此，在输入接收极化合成部1170的信号与从接收极化分配部1314输出的信号之间，正交极化相同。
参照图11b，响应于极化分配控制部1142的控制信号，接收极化分配部1140输出与V/H正交极化对应的两个极化成分。两个极化成分经发射RF链1210向发射天线单元1312提供(feed)。发射天线单元1312具有±45°正交极化特性，基于极化合成的下行链路信道的电波(或者发射波束)具有V/H正交极化。
接收天线单元1314接收上行链路信道的电波并输出两个模拟接收信号。接收天线单元1314具有V/H正交极化特性，两个模拟接收信号与电波的V/H正交极化成分对应。两个模拟接收信号经接收RF链1220的RF信号处理，转换为两个数字接收信号。接收极化合成部1170基于两个数字接收信号可合成4个正交极化成分。
极化分配控制部1142选择与为发射极化分配部1140选择的正交极化相同的正交极化(即，V/H正交极化)，并将用于指示选择的正交极化的分配控制信号传送给接收极化分配部1180。接收极化分配部1180可从4个正交极化成分中，输出与基于分配控制信号指示的正交极化(即，V/H正交极化)对应的两个极化成分
如上所述，根据本发明的天线装置10对从接收天线单元1314输入的接收信号进行极化转换获知极化合成和极化分配，可输出与下行链路信道的(或者发射波束的或者发射信道的)正交极化相同的正交极化对应的信号成分。从而可校正上行链路信道与下行链路信道之间的信道非互易性，由此能够防止基于从上行链路信道接收的SRS所估计的上行链路信道的状态信息(CSI)执行的发射波束成形的性能下降。此外，通过在RU中实现天线装置10中对接收信号的信号处理，校正(correction)信道非互易性，从而DU中可确保信道互易性。
振幅和相位的校正(calibration)
如前所述，图2a和图2b中，振幅和相位校正部1150可校正RF信号在RF路径上移动的过程中产生的极化的振幅变化和相位变化的偏差。
振幅和相位校正部1150可由对多个发射/接收信号或者发射/接收信道统一地执行振幅和相位校正的一个部件构成，可选地，还可以由对多个发射/接收信号或者发射/接收信道中的每一个分别进行振幅和相位校正的多个模块构成。
根据本发明的天线阵列130中产生的极化合成的准确度依赖于合成的无线信号的振幅和相位的尺度，这种振幅和相位的校正可提高极化合成的准确度。因此振幅和相位校正可应用于所有RF路径，而且还可以选择性地只应用于多个RF发射路径中需要极化合成的发射路径，以及多个RF接收路径中需要信道非互易性校正的接收路径。
图12是根据本发明一实施例的天线装置中用于执行发射极化合成校准的示例性结构的方框图。
如图12所示，振幅和相位校正部1150可设置为包括校正控制部1152和多个校正执行部1154。
校正控制部1152可统一管理对多个发射信道进行的振幅和相位校正。校正控制部1152通过比较“从发射极化分配部1140输出的极化成分”与“从发射RF链1210输出的极化成分”，并生成用于控制将由校正执行部1154执行的振幅和相位校正的校正控制信号。校正控制信号可包括用于补偿的振幅值和相位值。
校正控制部1152可向各校正执行部1154发射控制信号。各校正执行部1154可执行基于校正控制信号的振幅和相位校正。
如前所述，多个发射路径中只对发射路径中所分配的正交极化与发射天线单元的正交极化特性不同的(因此发射天线单元中产生极化合成)发射路径选择性地采取振幅和相位校正。
因此，当发射天线单元未产生极化合成时，校正控制部1152不向关联的校正执行部1154传送校正控制信号，或者可向关联的校正执行部1154传送补偿用振幅值和相位值分别设定为0(zero)的校正控制信号。
参照图12，极化分配部1140-1分别向两个发射信道输出极化成分“a”和“b”，从而关联的发射天线单元1312中辐射的发射波束不伴随有极化合成。因此，校正控制部1152不向校正执行部1154-1传送校正控制信号，或者可向校正执行部1154-1传送补偿用振幅值和相位值分别设定为0(zero)的校正控制信号。相反地，极化分配部1140-E可分别向两个发射信道输出极化成分“i+j”和“i+jejπ”，从而关联的发射天线单元1312中辐射的发射波束伴随有极化合成。因此，校正控制部1152比较“从发射极化分配部1140-E输出的极化成分与从发射RF链1210E-1、1210E-2输出的极化成分，计算发射RF链1210E-1、1210E-2之间的偏差，并生成用于控制将由校正执行部1154-E执行的振幅和相位校正的校正控制信号。校正执行部1154-E基于校正控制信号可调整从发射极化分配部1140-E输出的极化成分的振幅和相位，从而可校正发射RF链1210E-1与发射RF链1210E-2之间的RF路径的振幅和相位特性的偏差。
图12中示出的结构及其操作方法同样可应用于校正接收RF链1210-1至1210-M之间的RF路径的振幅和相位特性的偏差。
通过这种振幅和相位的校正功能，可更加准确地实现天线阵列130中产生的极化合成及信道非互易性校正。此外，振幅和相位的校正功能选择性地只应用于伴随有极化合成的发射路径及伴随有信道非互易性校正的接收路径，从而可减少校正控制部1152生成校正控制信导致的运算负担，从而可实现快速的振幅和相位的校正。
图13是根据本发明一实施例的由利用四重极化的多重波束天线装置执行方法的流程图。多重波束天线装置具有包括用于形成多个发射波束的发射天线单元及用于形成多个接收波束的接收天线单元的阵列天线。
多重波束天线装置可基于与各发射波束关联的一对发射信道对应的发射信号生成多个发射极化成分(S1310)。
多重波束天线装置可对与各发射波束关联的一对发射信道输出所述多个发射极化成分中与第一正交极化对应的一对发射极化成分或者与第二正交极化对应的一对发射极化成分，以使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化(S1320)。
当与第一正交极化对应的一对发射极化成分辐射至具有第一正交极化的发射天线单元时，可形成具有第一正交极化的发射波束(即，不产生极化合成)。当与第二正交极化对应的一对发射极化成分辐射至具有第一正交极化的发射天线单元时，基于极化合成，可形成具有第二正交极化的发射波束。
为了校正与各发射波束关联的一对发射信道所对应的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差，多重波束天线装置可调整所述一对发射极化成分的振幅和相位(S1330)。
对发射路径间的振幅和相位特性的偏差的校正，只针对基于极化合成，发射波束具有与发射天线单元的正交极化特性不同的正交极化的情况进行。即，当分配的发射波束的正交极化与关联的发射天线单元的正交极化特性不同时，为了对与所述分配的发射波束关联的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差进行校正，多重波束天线装置可调整一对发射极化成分的振幅和相位。此外，当分配的发射波束的正交极化与关联的发射天线单元的正交极化特性相同时，多重波束天线装置可不对与所述分配的发射波束关联的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差进行校正。
为了对与各接收波束关联的一对接收信道对应的一对接收路径之间的振幅和相位特性的偏差进行校正，多重波束天线装置可调整从一对接收路径输出的一对接收信号的振幅和相位(S1340)。
针对接收路径之间的振幅和相位特性偏差的校正，只针对具有与对应发射波束的正交极化不同正交极化特性的接收天线单元中输入(因此需要执行信道非互易性校正)的一对接收信号进行。因此，当与分配的接收波束关联的接收天线单元的正交极化特性与朝空间上相同方向形成的发射波束的正交极化不同时，为了校正与所述分配的接收波束关联的一对接收路径之间的振幅和相位特性偏差，多重波束天线装置可调整一对接收信号的振幅和相位。此外，当与分配的接收波束关联的接收天线单元的正交极化特性与朝空间上相同方向形成的发射波束的正交极化相同时，多重波束天线装置可不进行对与所述分配的接收波束关联的一对接收路径之间的振幅和相位特性偏差的校正。
多重波束天线装置可对与各接收波束关联的一对接收信道所对应的接收信号，进行信道非互易性校正(S1350)。
在一些实施例中，作为执行信道非互易性校正(S1350)的一部分，多重波束天线装置可由与各接收波束关联的一对接收信道对应的接收信号，生成极化转换信号；所述极化转换信号与各接收波束在空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化相应。具体地，多重波束天线装置可对具有与对应发射波束的正交极化不同正交极化特性的接收天线单元中输入(因此需要执行信道非互易性校正)的一对接收信号进行极化转换，并输出与朝空间上相同方向形成的发射波束的正交极化相应的一对接收极化成分。
在另一些实施例中，作为执行信道非互易性校正(S1350)的一部分，多重波束天线装置可基于与各接收波束关联的一对接收信道所对应的接收信号，生成多个接收极化成分。此外，多重波束天线装置可将在所述多个接收极化成分中，朝空间上相同方向形成的发射波束的正交极化所相应的一对接收极化成分输出至与各接收波束关联的一对接收信道。
以上说明仅仅用于举例说明本实施例的技术思想，对于本实施例所属的技术领域具有通常知识的人员而言，在不超出本实施例的本质特征的范围内可进行各种修改和变形。因此，本实施例并非用于限定本实施例的技术思想而用于说明，本实施例的技术思想的范围不受所述实施例的限制。本实施例的保护范围应基于附上的权利要求书而诠释，并与其等同的范围内的所有技术思想应解释为皆属于本实施例的权利范围。
[相关申请的交叉引用]
本申请要求对2020年11月4日在韩国申请的专利申请号为10-2020-0145879及2021年11月4日在韩国申请的专利申请号为10-2021-0150406的优先权，其全部内容作为参考包含在本说明书中。

Claims (15)

1.一种由利用两种正交极化的多重波束天线装置执行的方法，所述多重波束天线装置具有阵列天线，所述阵列天线包括用于形成多个发射波束的发射天线单元及用于形成多个接收波束的接收天线单元，所述方法包括以下步骤：
由与各发射波束关联的一对发射信道对应的发射信号，生成多个发射极化成分；
对与各发射波束关联的一对发射信道，输出所述多个发射极化成分中与第一正交极化对应的一对发射极化成分或者与第二正交极化对应的一对发射极化成分，以使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化；以及
由与各接收波束关联的一对接收信道对应的接收信号，生成多个接收极化成分；以及
从所述多个接收极化成分中将空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化对应的一对接收极化成分输出至与各接收波束关联的一对接收信道。
2.如权利要求1所述的方法，其中，当与所述第一正交极化对应的一对发射极化成分发射到具有所述第一正交极化的所述发射天线单元时，形成具有所述第一正交极化的发射波束，
当与所述第二正交极化对应的一对发射极化成分发射到具有所述第一正交极化的所述发射天线单元时，形成具有基于极化合成的所述第二正交极化的发射波束。
3.如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括调整所述一对发射极化成分的振幅和相位，以校正与各发射波束关联的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差的步骤。
4.如权利要求1所述的方法，其中，包括当分配的发射波束的正交极化与关联的发射天线单元的正交极化特性不同时，调解一对发射极化成分的振幅和相位，以校正与所述分配的发射波束关联的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差的步骤。
5.如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括调整所述一对接收极化成分的振幅和相位，以校正与各接收波束关联的一对接收路径之间的振幅和相位特性的偏差的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中，进一步包括当与分配的接收波束关联的接收天线单元的正交极化特性与空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化不同时，调整一对接收信号的振幅和相位，以校正与所述分配的接收波束关联的一对接收路径之间的振幅和相位特性的偏差的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述发射天线单元与所述接收天线单元具有相互不同的正交极化特性。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述发射天线单元与所述接收天线单元具有相同的正交极化特性。
9.一种多重波束天线装置，其利用两种正交极化，所述装置包括：
阵列天线，其包括用于形成多个发射波束的发射天线单元及用于形成多个接收波束的接收天线单元；
发射极化合成部，其由与各发射波束关联的一对发射信道对应的发射信号生成多个发射极化成分；
发射极化分配部，其对与各发射波束关联的一对发射信道输出所述多个发射极化成分中与第一正交极化对应的一对发射极化成分或者与第二正交极化对应的一对发射极化成分，以使空间上相邻的发射波束具有相互不同的正交极化；
接收极化分配部，其由与各接收波束关联的一对接收信道对应的接收信号，生成多个接收极化成分；以及
接收极化分配部，其从所述多个接收极化成分中将空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化对应的一对接收极化成分输出至与各接收波束关联的一对接收信道。
10.如权利要求9所述的多重波束天线装置，其中，当与所述第一正交极化对应的一对发射极化成分发射到具有所述第一正交极化的所述发射天线单元时，形成具有所述第一正交极化的发射波束，
当与所述第二正交极化对应的一对发射极化成分发射到具有所述第一正交极化的所述发射天线单元时，形成具有基于极化合成的所述第二正交极化的发射波束。
11.如权利要求9所述的多重波束天线装置，其中，进一步包括：
用于形成与所述多个发射信道对应的多个发射路径的多个发射RF链和用于形成与所述多个接收信道对应的多个接收路径的多个接收RF链；以及
振幅和相位校正部，其调整所述一对发射极化成分的振幅和相位，以校正与各发射波束关联的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差，而且调整所述一对接收信号的振幅和相位，以校正与各接收波束关联的一对接收路径之间的振幅和相位特性的偏差。
12.如权利要求11所述的多重波束天线装置，其中，所述振幅和相位校正部设置为，
当分配的发射波束的正交极化与关联的发射天线单元的正交极化特性不同时，调整一对发射极化成分的振幅和相位，以校正与所述分配的发射波束关联的一对发射路径之间的振幅和相位特性的偏差。
13.如权利要求11所述的多重波束天线装置，其中，所述振幅和相位校正部设置为，
当与分配的接收波束关联的接收天线单元的正交极化特性与空间上朝相同方向形成的发射波束的正交极化不同时，调整一对接收信号的振幅和相位，以校正与所述分配的接收波束关联的一对接收路径之间的振幅和相位特性的偏差。
14.如权利要求9所述的多重波束天线装置，其中，所述发射天线单元与所述接收天线单元具有相互不同的正交极化特性。
15.如权利要求9所述的多重波束天线装置，其中，所述发射天线单元与所述接收天线单元具有相同的正交极化特性。
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