TWI737035B - 使用混合波束成形並執行天線校準方法的收發器 - Google Patents

Abstract

本揭露提供一種使用混合波束成形並執行天線校準方法的通訊系統中收發器。在根據本揭露的示例性實施例中，所述收發器可產生多個加擾序列。所述收發器可包括多個耦合電路以接收回授訊號。所述收發器可使用所述多個加擾序列從所述回授訊號恢復由天線元件輸出的傳送訊號。因此，所述傳送器可針對每一天線元件執行天線校準。

Description

使用混合波束成形並執行天線校準方法的收發器

本發明涉及一種使用混合波束成形並執行天線校準方法的收發器。

第五代（5G）通訊系統使用大規模多輸入多輸出（multiple input multiple output，MIMO）技術及波束成形。大規模MIMO技術使用極高數目的天線。大規模MIMO技術提供增加的資料流、小規模衰落消除（fading elimination）及更大的波束成形增益。

圖1示出使用波束成形的大規模MIMO系統的實例。在圖1中，下一代節點B（Generation Node B，gNB）向若干用戶設備（user equipment，UE）傳送訊號。gNB包括極高數目的天線。gNB的天線被分組成若干子陣列。另外，gNB使用波束成形向UE傳送訊號。類似地，gNB通過波束從UE接收訊號。UE通過gNB來接入網路。

圖2示出使用全數位波束成形的大規模MIMO系統的收發器的實例。在圖2中，收發器向基頻預編碼塊FBB輸入Ns個基頻訊號。FBB輸出Lt個經預編碼訊號。所述經預編碼訊號是Lt個數位/類比轉換器（digital-to-analog converter，DAC）的輸入。所述DAC的Lt個輸出是Lt個射頻（radio frequency，RF）鏈的輸入。所述RF鏈的Lt個輸出通過收發器的Nt個天線被傳送。類似於圖1，圖2所示收發器也使用波束成形。FBB執行預編碼，以在不同波束中傳送經預編碼訊號。

全數位波束成形受以下限制：空間、訊號處理複雜性及硬體複雜度，包括高功耗。

圖3示出使用混合數位/類比波束成形的大規模MIMO系統的收發器的實例。混合波束成形在數位域中及類比域中執行預編碼。類似於圖2，收發器向基頻預編碼塊FBB輸入Ns個基頻訊號。FBB在數位域中執行預編碼。FBB輸出Lt個經預編碼訊號。所述經預編碼訊號是Lt個DAC的輸入。所述DAC的Lt個輸出是Lt個RF鏈的輸入。然而，不同於圖2，在圖3中，所述RF鏈的Lt個輸出是RF預編碼塊FRF的輸入。FRF在類比域中執行預編碼。FRF輸出Nt個經預編碼訊號，這些經預編碼訊號通過收發器的Nt個天線被傳送。

比較圖2至圖3，基頻訊號的數目Ns小於或等於RF鏈的數目Lt：Ns ≤ Lt。在圖2中，RF鏈的數目Lt等於天線的數目Nt：Lt = Nt。然而，在圖3中，由於混合波束成形具有RF預編碼，因此RF鏈的數目Lt可小於天線的數目Nt：Lt > Nt。

圖4A、圖4B及圖4C示出使用混合波束成形的收發器的實例。在圖4A、圖4B及圖4C中，收發器向數位預編碼器FB輸入Ns個基頻訊號。FB輸出NR個經預編碼訊號。所述經預編碼訊號是NR個RF鏈的輸入。所述RF鏈執行升頻轉換並輸出多個RF訊號。類比預編碼器FR對所述多個RF訊號執行類比預編碼。在類比預編碼之後，多個功率放大器（power amplifier，PA）放大所述多個RF訊號。最後，在放大之後，收發器的天線子陣列傳送所述多個RF訊號。

圖4A示出具有全連接結構（fully-connected structure）的收發器，其中每一RF鏈連接到所有天線。在圖4A中，第一RF鏈的第一RF訊號連接到第一天線，第一RF鏈的第二RF訊號連接到第二天線，且第一RF鏈的第Nt RF訊號連接到第Nt天線。類似地，第NR RF鏈的第一RF訊號連接到第一天線，第NR RF鏈的第二RF訊號連接到第二天線，且第NR RF鏈的第Nt RF訊號連接到第Nt天線。在圖4A中，每一RF鏈連接到所有天線子陣列。

圖4B示出具有部分連接結構（partially-connected structure）的收發器，其中每一子陣列僅連接到單個RF鏈。在圖4B中，第一RF鏈的第一RF訊號連接到第一天線子陣列的第一天線，第一RF鏈的第二RF訊號連接到第一天線子陣列的第二天線，且第一RF鏈的第N RF訊號連接到第一天線子陣列的第N天線。類似地，第NR RF鏈的第一RF訊號連接到第NR天線子陣列的第一天線，第NR RF鏈的第二RF訊號連接到第NR天線子陣列的第二天線，且第NR RF鏈的第N RF訊號連接到第NR天線子陣列的第N天線。

圖4C示出具有混合連接結構（hybridly-connected structure）的收發器，其中每一天線子陣列連接到多個RF鏈。在圖4C中，每一子陣列RF鏈包括S個RF鏈。在類比預編碼之後，天線子陣列的每一天線從S個RF鏈傳送RF訊號。

圖5A及圖5B示出使用混合波束成形的收發器的另一實例。在圖5A中，收發器向數位預編碼器FB輸入Ns個基頻訊號。FB輸出NR個經預編碼訊號。所述經預編碼訊號是NR個DAC的輸入。在經預編碼訊號由DAC轉換成類比訊號之後，RF鏈執行升頻轉換並輸出多個RF訊號。類比預編碼器FR對所述多個RF訊號執行類比預編碼。在類比預編碼之後，多個功率放大器（PA）放大所述多個RF訊號。最後，在放大之後，收發器的天線子陣列傳送所述多個RF訊號。另外，在圖5A中，通過類比加權來執行類比預編碼，其中將RF訊號乘以加權因數。

圖5B示出圖5A所示的若干組件。移相器是執行類比預編碼的類比電子電路。移相器的輸入是類比訊號，且移相器輸出具有預定相移的類比訊號。移相器可包括DAC，以將由數位電路輸入的數位控制訊號轉換成類比訊號來控制移相器。功率放大器是增加輸入類比訊號功率的類比電子電路。天線元件是天線。可將一群組的天線元件連接在一起以形成天線陣列。天線陣列可作為單個天線而工作以傳送及接收無線電波。

圖6A及圖6B示出第四代（4G）通訊系統及5G通訊系統的天線的實例。圖6A及圖6B示出向覆蓋區域中的若干用戶終端提供網路接入的基站。

圖6A示出4G通訊系統的天線的實例。在圖6A中，天線向若干用戶終端提供網路接入。一些用戶終端在天線的覆蓋區域之外，且未連接到網路。

圖6B示出5G通訊系統的天線陣列的實例。在圖6B中，基站使用大規模主動式相位陣列天線（active phased antenna array， APAA）及波束成形。因此，基站的覆蓋區域被劃分成多個波束。用戶終端通過所述波束中的一者來接入網路。由於基站使用波束成形，因此基站可將訊號的功率朝向用戶引導，並向用戶提供網路接入，即使用戶不在基站附近也如此。

圖7示出理想天線校準的方塊圖。天線校準包括估計及補償。收發器可接收待傳送的訊號xn的輸入。方塊hn將由收發器硬體對訊號xn引起的通道效應進行分組。首先，天線校準器估計通道效應hn。然後，天線校準器通過以濾波器響應（1/hn）對輸入訊號xn進行預濾波來執行對通道效應的補償。在執行估計及補償之後，天線傳送訊號xn。可通過在時域中以濾波器響應（1/hn）對輸入訊號xn進行預濾波或者通過在頻域中將濾波器與頻率響應（1/H）相乘來提供補償，其中H是hn的頻率響應。

圖8A及圖8B示出由硬體損傷引起的脈衝響應以及通過天線校準進行的補償的實例。在圖8A及圖8B中，收發器包括N個天線元件。天線校準針對每一天線執行補償。

圖8A示出僅具有一個脈衝的脈衝響應的實例。在圖8A中，天線元件#1處的脈衝響應是一個脈衝h1。天線元件#2處的脈衝響應是一個脈衝h2。天線元件#N處的脈衝響應是一個脈衝hN。在理想校準中，在估計時不存在誤差，且校準器通過將待傳送的訊號乘以脈衝響應的倒數來執行補償。因此，在補償之後，天線元件#1、天線元件#2及天線元件#N處的脈衝響應具有值為1的一個脈衝。

圖8B示出具有若干脈衝的脈衝響應的實例。在圖8B中，天線元件#1處的脈衝響應具有脈衝h11、h12、h13、…、h1p。天線元件#2處的脈衝響應具有脈衝h21、h22、h23、…、h2p。天線元件#N處的脈衝響應具有脈衝hN1、hN2、hN3、…、hNp。在理想校準中，在估計時不存在誤差。校準器利用無限脈衝響應（infinite impulse response，IIR）濾波器來執行補償，其中IIR濾波器的頻率響應是對應天線元件處的頻率響應的倒數。因此，在補償之後，天線元件#1、天線元件#2及天線元件#N處的脈衝響應具有值為1的一個脈衝。

由於上述益處，在混合波束成形系統中如何實現天線校準遂成為需求之一。然而，大規模MIMO系統中的天線校準也呈現特定的挑戰。

因此，為了解決已知技術的困難，本發明提供一種使用混合波束成形並被配置成執行天線校準的通訊系統中收發器。所述收發器可產生多個正交加擾序列。所述收發器可使用所述多個正交加擾序列從回授訊號恢復天線元件的傳送訊號。因此，所述收發器可針對每一天線元件執行校準。

在一方面中，本發明涉及一種使用混合波束成形的通訊系統中收發器，被配置成執行天線校準方法，所述收發器包括：處理器，輸出多個數位經預編碼訊號；多個數位/類比轉換器（DAC），耦合到所述處理器，接收所述多個數位經預編碼訊號，並輸出多個類比基頻訊號；多個射頻（RF）鏈，耦合到所述多個DAC，接收所述多個類比基頻訊號，執行升頻轉換，並輸出多個RF訊號；多個移相器，從所述多個RF鏈接收所述多個RF訊號，根據多個正交加擾序列對所述多個RF訊號執行相移，並輸出多個經相移RF訊號；多個功率放大器，從所述多個移相器接收所述多個經相移RF訊號，放大所述多個經相移RF訊號，並輸出多個傳送訊號；多個天線元件，耦合到所述多個功率放大器，接收所述多個傳送訊號，並傳送所述多個傳送訊號；多個耦合電路，耦合到所述多個天線元件，接收所述多個傳送訊號，組合所述多個傳送訊號，並輸出回授訊號；回授網路，耦合到所述多個耦合電路，接收所述回授訊號；以及觀測接收器（observation receiver，ORX），耦合到所述回授網路，接收所述回授訊號，對所述回授訊號執行降頻轉換，並將所述回授訊號轉換成數位回授訊號，其中所述處理器被配置成執行多個模組，所述多個模組包括：數位預編碼器，對多個數位訊號執行預編碼，並輸出所述多個數位經預編碼訊號；多個校準補償模組，對所述多個數位經預編碼訊號執行校準補償，以補償所述多個傳送訊號中的相位、增益及延遲過剩量，所述相位、增益及延遲過剩量由所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器及所述多個功率放大器引起；以及校準器，接收所述數位回授訊號，向所述多個校準補償模組發送多個校準序列，並向所述多個移相器發送多個正交加擾序列，其中所述多個移相器根據所述多個正交加擾序列對所述多個RF訊號執行相移，其中當所述處理器將所述多個校準序列輸出到所述多個DAC時，所述校準器接收所述數位回授訊號，所述校準器將所述數位回授訊號與所述多個校準序列及所述多個正交加擾序列進行比較，以確定所述相位、增益及延遲過剩量並調整由所述多個校準補償模組執行的所述校準補償。

為了使本發明的前述特徵及優點易於理解，以下結合圖式來詳細闡述各示例性實施例。應理解，上述一般說明及以下詳細說明均為示例性的，且旨在提供對所主張公開內容的進一步解釋。

然而，應理解，本發明內容可能不包含本揭露的所有方面及實施例，且因此決不意在為限制性或限定性的。此外，本發明將包括對所屬領域中的技術人員來說顯而易見的改進及修改。

現在將詳細參照本發明的當前示例性實施例，在圖式中示出了這些實施例的實例。只要可能，在圖式及說明中使用相同的圖式編號來指代相同或相似的部件。

為了解決已知技術的困難，本揭露提供一種使用混合波束成形並執行天線校準方法的收發器。舉例來說，由於大規模MIMO系統包括極高數目的天線元件，且每一天線元件需要回授電路。由於天線元件的數目是極高的，因此期望對組合了若干天線元件的傳送訊號的回授訊號執行天線校準。而在傳統系統的天線校準中，由於天線元件的數目不高，因此不需要經組合回授訊號。

於是，本發明涉及一種使用混合波束成形及天線校準的具有許多天線陣列的收發器。本發明的收發器可包括單個回授電路，所述回授電路可將天線元件的傳送訊號組合成一個回授訊號。由於校準方法使用正交加擾序列，因此校準器能夠恢復天線元件的傳送訊號。因而，本發明的收發器可執行天線校準並較可降低回授電路硬體複雜度。

圖9示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。在圖9中，收發器可包括：數位預編碼器FB；多個校準補償模組；多個數位/類比轉換器（DAC）；多個射頻（RF）鏈；多個移相器；多個功率放大器（PA）；多個天線元件；多個耦合電路；回授網路（feedback network，FB NW）；觀測接收器（ORX）；以及校準器。

數位預編碼器FB可接收多個（Ns個）數位訊號，對所述多個數位訊號執行預編碼，並輸出多個數位經預編碼訊號。所述多個校準補償模組可對所述多個數位經預編碼訊號執行校準補償。所述多個DAC可接收所述多個數位經預編碼訊號並輸出多個類比基頻訊號。所述多個RF鏈可接收所述多個類比基頻訊號，執行升頻轉換，並輸出多個RF訊號。所述多個移相器可從所述多個RF鏈接收所述多個RF訊號，對所述多個RF訊號執行相移，並輸出多個經相移RF訊號。所述多個PA可從所述多個移相器接收所述多個經相移RF訊號，放大所述多個經相移RF訊號，並輸出多個傳送訊號。耦合到所述多個功率放大器的所述多個天線元件可接收所述多個傳送訊號，並傳送所述多個傳送訊號。

耦合到所述多個天線元件的所述多個耦合電路可從所述多個天線陣列接收所述多個傳送訊號，組合所述多個傳送訊號，並輸出回授訊號。耦合到所述多個耦合電路的FB NW可接收所述回授訊號。耦合到FB NW的ORX可接收所述回授訊號，對所述回授訊號執行降頻轉換，並將所述回授訊號轉換成數位回授訊號。

校準器可接收由ORX輸出的數位回授訊號。校準器還可向所述多個校準補償模組發送多個校準序列。

校準器可進一步向所述多個移相器發送多個正交加擾序列c。所述多個移相器可根據所述多個正交加擾序列c對所述多個RF訊號執行相移。根據所述多個正交加擾序列c進行的相移可使校準器能夠在僅接收單個數位回授訊號的同時針對所述多個天線元件中的每一天線元件執行校準。

如前面所述，所述多個校準補償模組可對所述多個數位經預編碼訊號執行校準補償。可執行校準補償來去除相位、增益及延遲過剩量。這些相位、增益及延遲過剩量在天線元件處被添加到傳送訊號。所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器及所述多個功率放大器引起這些相位、增益及延遲過剩量。可為每一天線元件確定相位、增益及延遲過剩量。

為了確定相位、增益及延遲過剩量，校準器可使用所述多個校準序列。所述多個校準序列可被輸入到所述多個DAC中，校準器可接收數位回授訊號且可將校準序列與所接收的數位回授訊號進行比較，以確定相位、增益及延遲過剩量。

因此，所述多個校準序列可被輸入到所述多個DAC中，校準器可接收數位回授訊號，校準器可將數位回授訊號與所述多個校準序列及所述多個正交加擾序列c進行比較，以確定相位、增益及延遲過剩量並調整由所述多個校準補償模組執行的校準補償。

此外，所述多個耦合電路可為耦合到天線元件的多個類比電子電路。例如，耦合電路可為可將由天線元件傳送的訊號相加以提供回授訊號的類比電子電路。另外，若干天線元件可被分組以形成天線陣列來傳送及接收全向天線波束或定向天線波束。

此外，所述多個DAC及所述多個PA可為所屬領域中的技術人員所熟知的電子電路。所述多個RF鏈可為將類比訊號轉換成RF訊號的類比電子電路。例如，RF鏈可包括用於升頻轉換及降頻轉換的混頻器、本地振盪器、類比濾波器及功率放大器。類似地，ORX可為將類比RF訊號轉換成數位回授訊號的電子電路。例如，ORX可包括用於降頻轉換的混頻器、本地振盪器、類比濾波器、功率放大器及DAC。

圖10示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。在圖10中，收發器可包括：硬體處理器、非暫時性儲存媒體、多個DAC、多個RF鏈、多個移相器、多個PA、多個天線元件、多個耦合電路、FB NW及ORX。

所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器、所述多個PA、所述多個天線元件、所述多個耦合電路、FB NW及ORX類似於圖9中的那些。可在對圖9的說明中找到對這些元件的說明。

圖10不同於圖9，因為圖10所示收發器包括硬體處理器及非暫時性儲存媒體。硬體處理器電連接到非暫時性儲存媒體，且至少被配置成根據示例性實施例及替代變型而執行收發器的多個模組。硬體處理器可被配置成至少執行數位預編碼器FB、所述多個校準補償模組及校準器。可在對圖9的說明中找到對由硬體處理器執行的這些模組及元件的說明。

此外，硬體處理器被配置成處理數位訊號，並根據本發明提出的示例性實施例而至少執行收發器的所述多個模組。此外，硬體處理器可存取儲存由硬體處理器指派的程式設計代碼、代碼簿配置、經緩衝資料及記錄配置的非暫時性儲存媒體。可通過使用例如微處理器、微控制器、數位訊號處理器（digital signal processor，DSP）晶片、現場可程式設計閘陣列（field programmable gate array，FPGA）等可程式設計單元來實作硬體處理器。也可利用單獨的電子裝置或積體電路（integrated circuit，IC）來實作硬體處理器的功能。應注意，可利用硬體或軟體來實作硬體處理器的功能。

因此，圖9及圖10聯合示出使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器，所述收發器包括：處理器，輸出多個數位經預編碼訊號；多個數位/類比轉換器（DAC），耦合到處理器，接收所述多個數位經預編碼訊號並輸出多個類比基頻訊號；多個射頻（RF）鏈，耦合到所述多個DAC，接收所述多個類比基頻訊號，執行升頻轉換，並輸出多個RF訊號；多個移相器，從所述多個RF鏈接收所述多個RF訊號，根據多個正交加擾序列對所述多個RF訊號執行相移，並輸出多個經相移RF訊號；多個功率放大器，從所述多個移相器接收所述多個經相移RF訊號，放大所述多個經相移RF訊號，並輸出多個傳送訊號；多個天線元件，耦合到所述多個功率放大器，接收所述多個傳送訊號，並傳送所述多個傳送訊號；多個耦合電路，耦合到所述多個天線元件，接收所述多個傳送訊號，組合所述多個傳送訊號，並輸出回授訊號；回授網路，耦合到所述多個耦合電路，接收回授訊號；以及觀測接收器（ORX），耦合到回授網路，接收回授訊號，對回授訊號執行降頻轉換，並將回授訊號轉換成數位回授訊號，其中處理器被配置成執行多個模組，所述多個模組包括：數位預編碼器，對多個數位訊號執行預編碼，並輸出所述多個數位經預編碼訊號；多個校準補償模組，對所述多個數位經預編碼訊號執行校準補償，以補償所述多個傳送訊號中的相位、增益及延遲過剩量，所述相位、增益及延遲過剩量由所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器及所述多個功率放大器引起；以及校準器，接收數位回授訊號，向所述多個校準補償模組發送多個校準序列，並向所述多個移相器發送多個正交加擾序列，其中所述多個移相器根據所述多個正交加擾序列對所述多個RF訊號執行相移，其中當處理器向所述多個DAC輸出所述多個校準序列時，校準器接收數位回授訊號，校準器將數位回授訊號與所述多個校準序列及所述多個正交加擾序列進行比較，以確定相位、增益及延遲過剩量並調整由所述多個校準補償模組執行的校準補償。

根據本發明的一個示例性實施例，圖9所示校準器可為基頻單元（baseband unit，BBU）。BBU可為包括處理器的裝置，所述處理器處理基頻訊號。

根據本發明的一個示例性實施例，圖9所示校準器可為遠端無線電頭（remote radio head，RRH）。RRH可為包括類比濾波器、放大器、DAC、類比/數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC）、以及用於升頻轉換及降頻轉換的混頻器的電子裝置。

因此，根據本發明的一個示例性實施例，校準器位於基頻單元（BBU）或遠端無線電頭（RRH）中。

根據本發明的一個示例性實施例，所述多個正交加擾序列c可為多個哈達瑪（Hadamard）序列或多個沃爾什（Walsh）序列。所述多個哈達瑪序列或所述多個沃爾什序列以及所述多個校準序列可形成碼分校準訊號。所述多個哈達瑪序列或所述多個沃爾什序列可容許校準器從回授訊號恢復所述多個校準序列。因此，在此實施例中，所述多個加擾序列是多個哈達瑪序列或沃爾什序列。另外，可根據所述多個校準序列來設計所述多個加擾序列，以便不影響所述多個校準序列的校準估計結果。

根據本發明的一個示例性實施例，圖9所示收發器可進一步耦合到外部基頻處理單元。外部基頻處理單元可為包括處理器的裝置，所述處理器處理基頻訊號。外部基頻處理單元可產生所述多個校準序列。因此，在此實施例中，外部基頻處理單元耦合到收發器，且被配置成產生所述多個校準序列。在本發明的另一實施例中，外部基頻處理單元耦合到收發器，且被配置成估計相位、增益及延遲過剩量。另外，在本發明的另一實施例中，外部基頻處理單元耦合到收發器，且被配置成產生所述多個校準序列並估計相位、增益及延遲過剩量。

圖11示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。圖11類似於圖9及圖10。不同之處在於，在圖11中，收發器可進一步包括耦合到FB NW的耦合天線，而非所述多個耦合電路。耦合天線可在所述多個天線元件與耦合到FB NW的耦合天線之間提供空中（over-the-air，OTA）耦合。

數位預編碼器FB、所述多個校準補償模組、所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器、所述多個PA、所述多個天線元件、FB NW、ORX及校準器類似於圖9中的那些。可在對圖9的說明中找到對這些元件的說明。

圖12示出根據本發明的一個示例性實施例的正交加擾序列及校準序列。正交加擾序列可以某一週期而為週期性的。與正交序列的週期對應的時間間隔可包括多個校準序列。

校準序列可包括循環前綴CP1及CP2以及校準訊號SEQ。CP1及CP2可添加在校準序列的開頭處及末尾處。CP1可容許校準器執行同步程序並定位校準序列的開頭。CP1的長度可大於整體通道響應的最大延遲擴展。CP2可容許校準器執行公共通道響應估計並確定相位、增益及延遲過剩量。圖14及本說明書的對應段落闡述公共通道響應。如前面針對圖9及圖10所述，所述多個校準序列可被輸入到所述多個DAC，以確定相位、增益及延遲過剩量並調整校準補償。所述多個DAC中的第一DAC可接收第一校準序列。所述多個DAC中的第二DAC可接收第二校準序列。在此種情形中且參照圖12，第一校準序列的SEQ及第二校準序列的SEQ可為不同的校準訊號。

如前面針對圖9及圖10所述，所述多個正交加擾序列可被輸入到所述多個移相器，其中所述多個移相器對所述多個RF訊號執行相移。所述多個移相器中的第一移相器可接收第一正交加擾序列。所述多個移相器中的第二移相器可接收第二正交加擾序列。在此種情形中，第一正交加擾序列及第二正交加擾序列可不同。因此，校準器可通過將數位回授訊號與所述多個校準序列及所述多個正交加擾序列進行比較來確定相位、增益及延遲過剩量。

如前面針對圖9及圖10所述，移相器可根據正交加擾代碼來執行相移。參照圖12，移相器可接收多個校準序列的輸入，其中各校準序列包括相同的CP1、CP2及SEQ。換句話說，在與正交加擾代碼的週期對應的時間間隔中，輸入到移相器中的所有校準序列是相同的。移相器可根據正交加擾代碼的第一係數對正交加擾代碼的週期的第一校準序列執行相移。移相器可根據正交加擾代碼的第二係數對正交加擾代碼的週期的第二校準序列執行相移。移相器可以類似的方式繼續對校準序列執行相移。最後，移相器可根據正交加擾代碼的最後一個係數對正交加擾代碼的週期的最後一個校準序列執行相移。

圖13示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。不同於圖9，圖13示出具有接收校準架構的收發器。收發器可包括：多個天線元件；多個耦合電路；多個移相器；多個（NR個）RF鏈；多個類比/數位轉換器（ADC）；校準器；觀測傳送器（observation transmitter，OTX）；及傳送器網路（transmitter network，TX NW）。

多個校準序列中的第一校準序列可對應於所述多個（NR個）RF鏈中的第一RF鏈。所述多個校準序列中的第二校準序列可對應於所述多個（NR個）RF鏈中的第二RF鏈。多個正交加擾序列被劃分成NR組正交加擾序列。各組正交加擾序列中的第一組可對應於耦合到第一RF鏈的移相器。各組正交加擾序列中的第二組可對應於耦合到第二RF鏈的移相器。

校準器可執行所述多個校準序列與所述多個正交加擾序列的乘法，並將乘積相加在一起。因此，校準器可將第一校準序列與第一組的正交加擾序列中的每一者相乘。校準器可將第二校準序列與正交加擾序列中的每一者相乘。在對所有校準序列及正交加擾序列執行乘法之後，校準器可將乘積相加在一起並將結果輸入到OTX中。

OTX可對由校準器輸入的結果執行升頻轉換。OTX可向TX NW輸出RF訊號。TX NW可將RF訊號輸入到所述多個耦合電路。OTX可為將數位訊號轉換成類比RF訊號的電子電路。例如，OTX可包括用於升頻轉換的混頻器、本地振盪器及ADC。

所述多個耦合電路可從TX NW接收RF訊號，並將所述RF訊號輸入到所述多個移相器。所述多個移相器可根據所述多個正交加擾序列對所述多個RF訊號執行相移。耦合到所述多個RF鏈中第一RF鏈的移相器根據各組正交加擾序列中的第一組執行相移。耦合到所述多個RF鏈中第二RF鏈的移相器根據各組正交加擾序列中的第二組執行相移。

所述多個RF鏈可從所述多個移相器接收經相移RF訊號。由於所述多個RF鏈中的任一RF鏈可接收若干經相移RF訊號，因此所述多個RF鏈可組合所接收的經相移RF訊號以輸出多個經組合訊號。例如，所述多個RF鏈可使用最大比率組合（maximum ratio combining，MRC）來獲得所述多個經組合訊號。所述多個ADC可將所述多個經組合訊號轉換成多個數位訊號。所述多個數位訊號可能具有相位、增益及延遲過剩量。校準器可接收所述多個數位訊號，將所述多個數位訊號與所述多個校準序列進行比較以確定相位、增益及延遲過剩量，並調整校準補償。

圖14示出根據本發明的若干實施例由多個DAC、多個RF鏈、多個移相器及多個功率放大器引起的相位、增益及延遲過剩量。數位經預編碼訊號可被輸入到圖14所示DAC中。在DAC執行數位/類比轉換且RF鏈執行升頻轉換之後，RF訊號可被輸入到多個移相器中。所述多個移相器可耦合到多個PA。在放大之後，所述多個天線元件可傳送多個傳送訊號。然而，這些元件可能在所述多個傳送訊號中引起相位、增益及延遲過剩量。所述多個校準補償模組可對所述多個數位經預編碼訊號執行校準補償，以補償所述多個傳送訊號中的相位、增益及延遲過剩量。

任何校準補償模組均可補償由DAC、RF鏈以及耦合到相應RF鏈的移相器及PA引起的過剩量。RF鏈可耦合到若干移相器。因此，由移相器及PA形成的線路所引起的相位、增益及延遲過剩量不同於另一由移相器及PA形成的線路所引起的相位、增益及延遲過剩量。然而，由移相器及PA形成的線路以及另一由移相器及PA形成的線路可耦合到同一RF鏈，因此具有相位、增益及延遲過剩量的公共分量。公共寬頻通道響應h可包括由DAC及RF鏈引起的相位、增益及延遲過剩量。由移相器及PA形成的線路的增益及相位是c。綜上所述，任何天線元件處的相位、增益及延遲過剩量是h與c的乘積，此被稱為寬頻通道響應

。

在本發明的一個示例性實施例中，圖9所示收發器的校準器可調整校準補償以補償公共寬頻通道響應。因此，在此實施例中，公共寬頻通道響應是由所述多個DAC及RF鏈引起的相位、增益及延遲過剩量，且校準器調整校準補償以補償公共寬頻通道響應。

圖15示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。圖15類似於圖9及圖10。不同之處在於，在圖15中，收發器可進一步包括耦合到所述多個移相器的多個延遲電路。校準器可針對每一由移相器及PA形成的路線調整延遲

，其中針對由移相器及PA形成的線路調整的延遲可不同於針對另一由移相器及PA形成的線路調整的延遲。此外，校準器可利用以下方程式來確定多個正交加擾序列c、多個延遲

及補償

至

：

數位預編碼器FB、所述多個校準補償模組、所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器、所述多個PA、所述多個天線元件、FB NW、ORX及校準器類似於圖9中的那些。可在對圖9的說明中找到對這些元件的說明。所述多個校準補償模組可通過數位濾波器來提供補償

至

。

圖16示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器的多個可調諧類比濾波器。圖16示出多個可調諧類比濾波器及多個延遲電路。所述多個可調諧類比濾波器可在所述多個RF鏈與所述多個延遲電路之間耦合到圖15所示收發器。校準器可進一步調整所述多個可調諧類比濾波器，以補償殘餘響應

。類似於圖15，校準器也可針對每一由移相器及PA形成的線路調整延遲

。此外，校準器可利用以下方程式來確定多個正交加擾序列c、多個延遲

、補償

至

以及殘餘響應

：

圖17示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器的多個可調諧類比濾波器。圖17示出多個可調諧類比濾波器。所述多個可調諧類比濾波器可在所述多個RF鏈與所述多個移相器之間耦合到圖9所示收發器。類似於圖16，校準器可進一步調整所述多個可調諧類比濾波器，以補償殘餘響應

。此外，校準器可利用以下方程式來確定多個正交加擾序列c、多個延遲

、補償

至

以及殘餘響應

：

數位預編碼器FB、所述多個校準補償模組、所述多個DAC、所述多個RF鏈、所述多個移相器、所述多個PA、所述多個天線元件、FB NW、ORX及校準器類似於圖9中的那些。可在對圖9的說明中找到對這些元件的說明。

在本發明的一個示例性實施例中，圖17所示收發器的校準器可調整所述多個可調諧類比濾波器，以對由所述多個移相器及所述多個PA引起的相位、增益及延遲過剩量提供校準補償。因此，在此實施例中，公共寬頻通道響應是由所述多個DAC及RF鏈引起的相位、增益及延遲過剩量，且校準器調整所述多個校準補償模組的校準補償以補償公共寬頻通道響應，其中校準器調整所述多個可調諧類比濾波器以對由所述多個移相器及所述多個功率放大器引起的相位、增益及延遲過剩量提供校準補償。

鑒於上述說明，本發明適用於使用混合波束成形的具有高數目的天線元件的收發器。在具有許多天線元件的收發器中，每一天線元件將需要回授網路。此種要求將導致硬體複雜度的增加。本發明的收發器可包括單個回授網路，所述回授網路可將天線元件處的傳送訊號組合成一個回授訊號。由於所述多個移相器根據多個正交加擾序列對RF訊號執行相移，因此校準器能夠恢復由天線元件輸出的傳送訊號。因此，本發明的收發器可執行校準以去除由RF元件引起的相位、增益及延遲過剩量、並較可降低回授網路的硬體複雜度。

在對本申請所公開的實施例的詳細說明中使用的任何元件、動作或指令均不應被解釋為對本發明絕對關鍵或必要，除非明確如此闡述。此外，本文中所使用的每一不定冠詞“一個（a及an）”可包括多於一個專案。如果預期僅有一個項目，則將使用用語“單個（a single）”或類似的語言。此外，本文中所使用的後跟多個項目及/或多個項目類別的列表的用語“…中的任一者”旨在單獨地或與其他項目及/或其他項目類別結合地包括所述項目及/或項目類別“中的任一者”、“的任一組合”、“的任何多個”及/或“中的多個的任一組合”。此外，本文中所使用的用語“集合（set）”旨在包括任何數目的專案，包括零個。此外，本文中所用的用語“數目（number）”旨在包括任何數目，包括零個。

對於所屬領域中的技術人員來說，在不背離本發明的範圍或精神的條件下，可對所公開的實施例的結構作出各種等效修改及變化。鑒於所揭露的內容，本揭露旨在涵蓋所揭露內容的修改及變化，只要所述修改及變化歸入以下權利要求書及其等效內容的範圍內即可。

ADC:類比/數位轉換器 APAA:主動式相位陣列天線 c:增益和相位

:正交加擾序列 CP1、CP2:循環前綴 DAC:數位/類比轉換器 FB:數位預編碼器 FBB:基頻預編碼塊 FR:類比預編碼器 FRF:射頻（RF）預編碼塊 gNB:下一代節點B h:公共寬頻通道響應

:殘餘響應

:寬頻通道響應 h1、h2、…、hN、h11、h12、h13、…、h1p、h21、h22、h23、…、h2p、hN1、hN2、hN3、…、hNp:脈衝 hn:通道效應 1/hn:濾波器響應 N、NR、Ns、Nt、Lt、S:數目 PA:功率放大器 RF:射頻 SEQ:校準訊號 Tx:傳送器 UE:用戶設備 xn:訊號

、…、

:補償

:延遲

包含圖式是為了提供對本發明的進一步理解，並且圖式被併入本說明書並構成本說明書的一部分。圖式示出本發明的實施例，且與本說明一起用於解釋本發明的原理。 圖1示出使用波束成形的大規模MIMO系統的實例。 圖2示出使用全數位波束成形的大規模MIMO系統的收發器的實例。 圖3示出使用混合數位/類比波束成形的大規模MIMO系統的收發器的實例。 圖4A、圖4B及圖4C示出使用混合波束成形的收發器的實例。 圖5A及圖5B示出使用混合波束成形的收發器的另一實例。 圖6A及圖6B示出4G通訊系統及5G通訊系統的天線的實例。 圖7示出理想天線校準的方塊圖。 圖8A及圖8B示出由硬體損傷引起的脈衝響應以及通過天線校準進行的補償的實例。 圖9示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。 圖10示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。 圖11示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。 圖12示出根據本發明的一個示例性實施例的校準序列。 圖13示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。 圖14示出根據本發明的若干實施例由多個DAC、多個RF鏈、多個移相器及多個功率放大器引起的相位、增益及延遲過剩量。 圖15示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器。 圖16示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器的多個可調諧類比濾波器。 圖17示出根據本發明的一個示例性實施例使用混合波束成形、被配置成執行天線校準方法的通訊系統中收發器的多個可調諧類比濾波器。

:正交加擾序列

DAC:數位/類比轉換器

FB:數位預編碼器

NR、Ns:數目

PA:功率放大器

Tx:傳送器

、...、

:補償

Claims (8)

1. 一種使用混合波束成形的通訊系統中收發器，被配置成執行天線校準方法，所述收發器包括：處理器，輸出多個數位經預編碼訊號；多個數位/類比轉換器，耦合到所述處理器，接收所述多個數位經預編碼訊號，並輸出多個類比基頻訊號；多個射頻鏈，耦合到所述多個數位/類比轉換器，接收所述多個類比基頻訊號，執行升頻轉換，並輸出多個射頻訊號；多個移相器，從所述多個射頻鏈接收所述多個射頻訊號，根據多個正交加擾序列對所述多個射頻訊號執行相移，並輸出多個經相移射頻訊號；多個功率放大器，從所述多個移相器接收所述多個經相移射頻訊號，放大所述多個經相移射頻訊號，並輸出多個傳送訊號；多個天線元件，耦合到所述多個功率放大器，接收所述多個傳送訊號，並傳送所述多個傳送訊號；多個耦合電路，耦合到所述多個天線元件，接收所述多個傳送訊號，組合所述多個傳送訊號，並輸出回授訊號；回授網路，耦合到所述多個耦合電路，接收所述回授訊號；以及觀測接收器，耦合到所述回授網路，接收所述回授訊號，對所述回授訊號執行降頻轉換，並將所述回授訊號轉換成數位回授訊號， 其中所述處理器被配置成執行多個模組，所述多個模組包括：數位預編碼器，對多個數位訊號執行預編碼，並輸出所述多個數位經預編碼訊號；多個校準補償模組，對所述多個數位經預編碼訊號執行校準補償，以補償所述多個傳送訊號中的相位、增益及延遲過剩量；以及校準器，接收所述數位回授訊號，向所述多個校準補償模組發送多個校準序列，並向所述多個移相器發送所述多個正交加擾序列以對所述多個射頻訊號執行相移，其中當所述處理器將所述多個校準序列輸出到所述多個數位/類比轉換器時，所述校準器接收所述數位回授訊號，所述校準器將所述數位回授訊號與所述多個校準序列及所述多個正交加擾序列進行比較，以確定所述相位、增益及延遲過剩量並調整由所述多個校準補償模組執行的所述校準補償。
2. 如申請專利範圍第1項所述的收發器，其中所述校準器是基頻單元或遠端無線電頭。
3. 如申請專利範圍第1項所述的收發器，其中所述多個正交加擾序列是多個哈達瑪序列或沃爾什序列。
4. 如申請專利範圍第1項所述的收發器，其中外部基頻處理單元耦合到所述收發器，且被配置成產生所述多個校準序列。
5. 如申請專利範圍第1項所述的收發器，其中外部基頻處理單元耦合到所述收發器，且被配置成估計所述相位、增益及延遲過剩量。
6. 如申請專利範圍第4項所述的收發器，其中所述外部基頻處理單元進一步被配置成估計所述相位、增益及延遲過剩量。
7. 如申請專利範圍第1項所述的收發器，其中公共寬頻通道響應是由所述多個數位/類比轉換器及所述多個射頻鏈引起的相位、增益及延遲過剩量，且所述校準器調整所述校準補償以補償所述公共寬頻通道響應。
8. 如申請專利範圍第1項所述的收發器，其中所述收發器進一步包括：多個可調諧類比濾波器，從所述多個射頻鏈接收所述多個射頻訊號，並耦合到所述多個移相器，其中公共寬頻通道響應是由所述多個數位/類比轉換器及所述多個射頻鏈引起的相位、增益及延遲過剩量，且所述校準器調整所述多個校準補償模組的所述校準補償以補償所述公共寬頻通道響應，其中所述校準器調整所述多個可調諧類比濾波器，以對由所述多個移相器及所述多個功率放大器引起的相位、增益及延遲過剩量提供校準補償。

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