CN103684566A

CN103684566A - 一种收发机及其天线校准方法

Info

Publication number: CN103684566A
Application number: CN201210334884.5A
Authority: CN
Inventors: 侯晓林; 王新; 原田笃; 须田博人
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明提供了一种收发机及其天线校准方法。具体地，该收发机包括N根天线，其中N大于或者等于2，则该方法包括：A、第一天线在第一天线校准时间内发出上行参考信号；B、每根其他天线接收所述第一天线发出的上行参考信号进行信道估计，获得从所述第一天线到所述每根其他天线的信道估计结果；C、所述每根其他天线在第二天线校准时间内发出上行参考信号；D、所述第一天线接收所述每根其他天线发出的上行参考信号进行信道估计，获得从所述每根其他天线到所述第一天线的信道估计结果；E、所述收发机根据从所述第一天线到所述每根其他天线的信道估计结果，以及从所述每根其他天线到所述第一天线的信道估计结果，计算天线校准系数。

Description

一种收发机及其天线校准方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤指一种收发机及其天线校准方法。

背景技术

长期演进（LTE，Long Term Evolution）***支持频分双工（FDD，Frequency Division Duplexing）和时分双工（TDD，Time Division Duplexing）两种模式，其中LTE TDD模式部署灵活、硬件成本较低，更适合于热点和室内覆盖。LTE TDD***的上下行占用相同的频带，上下行无线信道在理论上具有信道互易性，基站可以根据上行信道估计结果获取下行信道状态信息，进而优化下行传输性能。但是，由于收发射频电路存在特性差异，在实际通信中必须借助特定的天线校准算法，才能使LTE TDD***中的信道互易性得以满足。

现有通信***中，天线校准方法可分为三大类：1、基于特定射频校准电路的射频自校准；2、基于本地无线信号收发与计算的基带自校准；3、借助多个通信节点之间的数据交互来实现的互校准。其中，基带自校准具有低成本（相对于射频自校准）和无需修改现有空口协议（相对于互校准）的优点，适用于热点和室内覆盖所需的低功率节点（LPN，low power node），例如Pico eNB、Femto eNB等低成本、低功率的基站。

发明内容

本发明实施例提供了一种收发机及其天线校准方法，以降低天线校准的实现复杂度。

一种收发机的天线校准方法，该收发机包括N根天线，其中N大于或者等于2，该方法包括：

A、所述N根天线中的第一天线在第一天线校准时间内发出上行参考信号；

B、所述N根天线中除第一天线之外的每根其他天线接收所述第一天线发出的上行参考信号进行信道估计，获得从所述第一天线到所述每根其他天线的信道估计结果；

C、所述每根其他天线在第二天线校准时间内发出上行参考信号；

D、所述第一天线接收所述每根其他天线发出的上行参考信号进行信道估计，获得从所述每根其他天线到所述第一天线的信道估计结果；

E、所述收发机根据从所述第一天线到所述每根其他天线的信道估计结果，以及从所述每根其他天线到所述第一天线的信道估计结果，计算天线校准系数。

该方法进一步包括：所述收发机从本小区和邻小区的数据帧共同的保护间隔GP内选择所述第一天线校准时间和所述第二天线校准时间。

该方法进一步包括：所述收发机在选择用于本小区的天线校准的时频资源时，使其与邻小区的天线校准的时频资源按照时分或者频分关系保持相互正交。

该方法进一步包括：在执行步骤E后，如果所述收发机不退出天线校准模式，则返回执行步骤A。

该方法进一步包括：

在执行步骤E后，所述收发机判断预设的天线校准循环次数是否达到；

如果没有达到则返回执行步骤A；

如果达到则对每次循环计算出的天线校准系数进行选择或合并，得到天线校准结果，并结束天线校准。

所述上行参考信号为探测参考信号或者解调参考信号。

一种收发机，包括：N根天线，并为每根天线设置上行参考信号生成器、发射单元、接收单元、信道估计器、收发选择单元，其中N大于或者等于2；

所述N根天线中的第一天线的收发选择单元用于：在第一天线校准时间内，允许所述第一天线的上行参考信号生成器提供的上行参考信号通过所述第一天线的发射单元发出；

所述N根天线中除第一天线之外的每根其他天线的信道估计器用于：从所述每根其他天线的接收单元得到所述第一天线的发射单元发出的上行参考信号进行信道估计，获得从所述第一天线到所述每根其他天线的信道估计结果；

所述每根其他天线的收发选择单元用于：在第二天线校准时间内，允许所述每根其他天线的上行参考信号生成器提供的上行参考信号通过所述每根其他天线的发射单元发出；

所述第一天线的信道估计器用于：从所述第一天线的接收单元得到所述每根其他天线的发射单元发出的上行参考信号进行信道估计，获得从所述每根其他天线到所述第一天线的信道估计结果；

该收发机还包括：校准单元，用于根据从所述第一天线到所述每根其他天线的信道估计结果，以及从所述每根其他天线到所述第一天线的信道估计结果，计算天线校准系数。

该收发机进一步包括：时序控制器，用于在所述第一天线校准时间，将所述第一天线的收发选择单元置为发射状态，将所述每根其他天线的收发选择单元置为接收状态，并控制所述校准单元接收所述每根其他天线的信道估计器提供的信道估计结果；在所述第二天线校准时间，将所述每根其他天线的收发选择单元置为发射状态，将所述第一天线的收发选择单元置为接收状态，并控制所述校准单元接收所述第一天线的信道估计器提供的信道估计结果。

所述收发机上每根天线的收发选择单元包括：一个开关，其第一端连接所述发射单元或者所述接收单元，其第二端连接该收发选择单元对应的天线。

该收发机进一步包括：分路/合路器，连接所述N根天线的收发选择单元，用于在所述第一天线校准时间将所述第一天线提供的上行参考信号分别输出给所述每根其他天线，并在所述第二天线校准时间将所述每根其他天线提供的上行参考信号合路输出给所述第一天线。

所述收发机上每根天线的收发选择单元包括第一开关和第二开关；其中，所述第一开关的第一端连接所述发射单元或者所述接收单元，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述分路/合路器或者该收发选择单元对应的天线。

可以看出，本发明实施例在收发机上重用现有的上行参考信号和上行参考信号信道估计器进行天线校准，亦即将现有的上行参考信号复用为天线校准信号，从而降低天线校准的实现复杂度。其中，该上行参考信号可为探测参考信号（SRS，sounding reference signal）或者解调参考信号（DMRS，demodulation reference signal）。进一步地，当收发机上具有两根以上的天线时，利用多个正交的上行参考信号还可以节省天线校准所需的步骤和时间。进一步地，收发机从每个数据帧的保护间隔（GP，guard period）内选择天线校准时间，能够避免邻小区的数据传输对本小区的天线校准的干扰。进一步地，在多个通信小区共存时，通过多次执行天线校准，还可以避免或减小天线校准时的干扰。

附图说明

图1为本发明实施例中天线校准的流程示意图；

图2为本发明实施例中天线校准的具体流程图；

图3示出本发明实施例中LTE收发机选择的天线校准时间；

图4和图5为本发明实施例中多个天线交替收发天线校准信号的示意图；

图6为本发明实施例中进行多次天线校准的流程示意图；

图7为本发明实施例中实现天线校准的LTE收发机的结构示意图；

图8（a）和图8（b）示出本发明实施例中实现天线校准的LTE收发机的具体结构；

图9示出本发明实施例中实现天线校准的LTE收发机的又一具体结构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

现有的基带自校准方法没有考虑收发机的具体结构，需要另行设计、存储和使用天线校准信号，在实现上较为复杂。为此，本发明实施例提供了一种天线校准的方法，将通信***的上行参考信号及信道估计器用于天线校准，从而提供了一种增强型的基带自校准方法，降低了天线校准在收发机上的实现复杂度。进一步地，对于收发机上具有两根以上天线收发的情况，使用上行参考信号进行的天线校准只需要两步就可完成，还可节省天线校准的时间。实际应用中，该收发机可以为LTE***中采用的收发机（或称为LTE收发机），或者2G、3G***中采用的收发机，或者LPN，或者UE等。以下采用LTE收发机为例对本发明的具体实现加以说明，下述实现同样适用于其他类型的收发机。

图1为本发明实施例中LTE收发机上天线校准的流程示意图，该LTE收发机设置有N根天线，分别为第一天线、第二天线、……、第N天线，其中N≥2。需要指出，具体实现时可以将N根天线中的任意一根作为第一天线，也即参考天线。

步骤101：第一天线在第一天线校准时间内发送上行参考信号（比如SRS、DMRS等）作为天线校准信号。

步骤102：第n天线（n=2~N）接收并进行信道估计，获得从第一天线到第n天线的信道估计结果。

步骤103：第n天线在第二天线校准时间内发送上行参考信号（比如SRS、DMRS等）作为天线校准信号。

也即，除第一天线之外的每根其他天线均执行步骤102和103。在步骤103中，N-1根其他天线发送的上行参考信号相互正交。

步骤104：第一天线接收（N-1）组上行参考信号并进行信道估计，获得从第n天线到第一天线的信道估计结果。

步骤105：LTE收发机根据上述信道估计结果进行天线校准。

在具体实现中，LTE收发机可以使用任意空闲时刻作为天线校准时间，用以发送上行参考信号。不同数据帧上的空闲时刻可能是不同的，天线校准时间相应地也不是固定的。当然，LTE收发机也可以从每个数据帧的GP内选择天线校准时间，从而避免邻小区的数据传输对本小区的天线校准的干扰，其中本小区为该LTE收发机所在的小区。具体地，LTE收发机从本小区和邻小区的数据帧共同的GP中选择所述第一天线校准时间和所述第二天线校准时间。比如，所有小区的数据帧的子帧1中都存在GP，故LTE收发机可将每个数据帧的子帧1的GP内的时间选为天线校准时间。在步骤101-102中，第一天线在第一帧的天线校准时间内发送上行参考信号，由其他天线接收；在步骤103-104中，其他天线在第二帧的天线校准时间内发送上行参考信号，由第一天线接收。其中，第二帧可以是第一帧的下一数据帧，或者是第一帧的上一数据帧。又如，LTE收发机将某个数据帧的子帧1的GP内的第1个OFDM符号用于执行步骤101-102，第2个OFDM符号用于执行步骤103-104。再如，对于多个相邻小区的子帧6存在GP的情况，上述小区均可在每个数据帧的子帧6的GP内进行天线校准。

需要指出，第一天线校准时间和第二天线校准时间的时间先后不限。也即，可以先执行步骤101-102，后执行步骤103-104；或者，先执行步骤103-104，后执行步骤101-102。

以LPN为例，图2示出本发明实施例中天线校准的具体流程图，该LPN使用天线1、天线2、……、天线N收发数据，其天线校准的具体流程包括以下步骤。

步骤201：LPN从数据帧的GP内选定天线校准时间，进入天线校准模式。

在本发明的实施例中，LPN决定是否进入天线校准模式，并选定进行天线校准的时间。在一个具体实现中，为了避免邻小区的数据传输对本小区的天线校准的干扰，LPN从数据帧的GP内选择天线校准时间。在另一具体实现中，天线校准时间选定在每个数据帧的子帧1的GP内，位于DwPTS和UpPTS之间，具***置如图3所示。在又一具体实现中，可进一步指定仅子帧1的GP内的第1个OFDM符号用于天线校准，使得不同的帧结构具有相同的天线校准的周期。

步骤202：天线1在第t帧的天线校准时间内发送SRS1。其中，第t帧可以指任意一个数据帧。

步骤203：天线n(n=2~N)接收SRS1并进行信道估计，获得从天线1到天线n的信道

可以看出，天线2、……、天线N分别执行步骤203，如图4所示，接收天线1发送的SRS（即为SRS1）并各自进行SRS信道估计。

步骤204：在第(t+1)帧的天线校准时间内，天线2-N发送（N-1）组正交的SRS，上述（N-1）组SRS可通过Comb和/或CS区分。

步骤205：天线1接收天线2、……、天线N发送的SRS（分别为SRS2、……、SRSN），如图5所示，并通过SRS信道估计获得从天线n(n=2~N)到天线1的信道

步骤206：LPN利用上述步骤203和205获得的信道估计结果，以天线1为参考，计算出天线校准系数。

具体地，天线校准系数根据公式C₁＝1，

确定。其中，

为从天线1到天线n的信道估计结果，

为从天线n到天线1的信道估计结果；C₁为天线1的天线校准系数，C_n为天线n的天线校准系数。

步骤207：LPN退出天线校准模式。至此，整个天线校准的流程结束。

图1或图2为单个小区内的LPN进行天线校准的流程。考虑到多个LTETDD小区共存时，可能出现多个相邻小区同时进行天线校准的情况，为了消除相邻小区的天线校准信号之间的相互干扰，比如本小区的天线校准对邻小区的天线校准的干扰，或者邻小区的天线校准对本小区的天线校准的干扰，还可以采取进一步措施进行干扰抑制。比如，调整天线校准信号的发射功率，以减小对邻小区的干扰。又如，连续进行多次天线校准，对多组天线校准系数进行选择或合并。再如，相邻小区进行天线校准时频资源的协作，通过时分或频分方式避免相互干扰，LTE收发机在选择用于本小区的天线校准的时频资源时，使其与邻小区的天线校准的时频资源按照时分或者频分关系保持相互正交。

在本发明一个实施例中，LTE收发机可连续进行多次天线校准，具体流程如图6所示。其中，步骤601-606与步骤201-206类似，从步骤602到步骤606即完成一次天线校准（或称为单次循环），此处不再赘述。在步骤606之后，图6所示的流程进一步包括步骤607：LTE收发机判断预设的天线校准循环次数是否达到，以便判断是否退出天线校准模式；如果没有达到则返回执行步骤602；如果达到则执行步骤608-609，从每次循环计算出的天线校准系数得到天线校准结果，并退出天线校准模式、结束整个天线校准的流程。具体地，在步骤608中，LTE收发机将计算出的多组天线校准系数进行合并，比如将所有计算出的天线校准系数取平均，或者从所有计算出的天线校准系数中筛选出多组天线校准系数后再取平均，得到天线校准结果；或者，LTE收发机从每次循环计算出的天线校准系数中选择出最好的一组作为天线校准结果。

可以看出，出于避免或减小天线校准时干扰的考虑，LTE收发机可以根据实际情况判断是否退出天线校准模式，如果不退出则返回执行步骤202，以便多次执行步骤202-206，也即天线校准的单次循环。

在图1-6所示的流程中，可以重用上行参考信号以及LTE收发机中的信道估计器进行天线校准，从而降低天线校准的实现复杂度，采用上述天线校准方法的LTE收发机的示意性结构见图7。假设该LTE收发机共有N个天线（N≥2），则为每个天线设置一组处理单元。

其中，为天线1设置的处理单元包括：上行参考信号生成器711、发射单元712、收发选择单元713、接收单元714、信道估计器715。具体地，发射单元712对上行参考信号生成器711提供的上行参考信号进行处理，并在收发选择单元713处于发射状态时，允许发射单元712将处理后的上行参考信号发出；当收发选择单元713处于接收状态时，接收单元714接收对应于天线n(n=2~N)的上行参考信号，并将处理后的上行参考信号提供给信道估计器715，由信道估计器715进行相应的信道估计，获得从天线n(n=2~N)到天线1的信道

对于天线n(n=2~N)，以天线2为例，所设置的处理单元包括：上行参考信号生成器721、发射单元722、收发选择单元723、接收单元724、信道估计器725。具体地，当天线1的收发选择单元713处于发射状态时，收发选择单元723处于接收状态，接收单元724接收对应于天线1的上行参考信号，并将处理后的上行参考信号提供给信道估计器725，由信道估计器725进行相应的信道估计，获得从天线1到天线2的信道

当天线1的收发选择单元713处于接收状态时，收发选择单元723处于发射状态，发射单元722对上行参考信号生成器721提供的上行参考信号进行处理，并将处理后的上行参考信号发出。对于N＞2的情况，天线3、……、天线N的工作原理与天线2相同，此处不再赘述。

此外，该LTE收发机还包括：校准单元706，用于接收信道估计器725等在第一天线校准时间提供的信道估计结果

接收信道估计器715在第二天线校准时间提供的信道估计结果

并根据上述信道估计结果进行天线校准。

在本发明一个实施例中，LTE收发机的实现如图8（a）和图8（b）所示。具体地，该LTE收发机采用SRS序列进行天线校准。在图8（a）中，天线1处于发射状态、其他天线处于接收状态；在图8（b）中，天线1处于接收状态、其他天线处于发射状态。也即，天线1和其他天线交替通过空口收发SRS。

具体地，为天线1设置的处理单元包括：SRS生成器811、发射信号处理812、发射射频链路813、开关1814、接收射频链路815、接收信号处理816、SRS信道估计器817。其中，SRS生成器811和SRS信道估计器817与图7中的对应单元类似，此处不再赘述。发射信号处理812和发射射频链路813构成发射单元712，接收射频链路815和接收信号处理816构成接收单元714。发射信号处理812包括以下操作：对SRS生成器811提供的SRS序列执行IFFT，并增加CP。接收信号处理816包括以下操作：从接收射频链路815接收到的信号中去除CP，并执行FFT。

具体地，时序控制器809根据天线校准的流程对其他单元的控制如下：在第一天线校准时间，时序控制器809触发天线1的SRS生成器811，并将开关1置为发射状态，将天线2~N的开关置为接收状态，并控制校准系数计算器808记录天线2~N的SRS信道估计器提供的信道估计结果；在第二天线校准时间，时序控制器809触发天线2~N的SRS生成器，并将天线2~N的开关置为发射状态，将开关1置为接收状态，并控制校准系数计算器808记录天线1的SRS信道估计器817提供的信道估计结果。进一步地，时序控制器809用于指示校准系数计算器808计算出天线校准系数，校准系数计算器808计算天线校准系数的过程可参见步骤206，此处不再赘述。

在本发明一个实施例中，LTE收发机的又一具体实现如图9所示。其中，SRS生成器911、发射信号处理912、发射射频链路913、接收射频链路915、接收信号处理916、SRS信道估计器917与图8中为天线1设置的对应单元类似，为其他天线设置的处理单元与图8中亦类似，此处不再赘述。同样地，校准系数计算器908、时序控制器909与图8中的对应单元也是类似的。

与图8不同的是，图9所示的LTE收发机为每个天线设置由两个开关相互连接构成的收发选择单元，下面以天线1的收发选择单元914为例加以说明。收发选择单元914包括第一开关和第二开关，第一开关在发射射频链路913和接收射频链路915之间切换，第二开关在分路/合路器901和天线1之间切换。具体地，第一开关的第一端连接发射射频链路913或者接收射频链路915，第一开关的第二端连接第二开关的第一端，而第二开关的第二端连接分路/合路器901的合路端口或者天线1。每个其他天线的收发选择单元均包括第一开关和第二开关，其工作原理和天线1的收发选择单元914类似，此处不再赘述。不同的是，每个其他天线的第二开关的第二端连接分路/合路器901的一个分路端口或者对应的天线。

图9示出的是所有天线的第二开关均连接分路/合路器901的情况，此时LTE收发机进行天线校准。与图8不同的是，该实施例中，用于天线校准的SRS序列不必经过空口传输。当所有天线的第二开关连接对应的天线时，LTE收发机可进行正常的数据传输。图9中，在第一天线校准时间，天线1的第一开关连接发射射频链路913，其他天线的第一开关连接相应的接收射频链路。也即，天线1发出SRS序列，每个其他天线均接收SRS序列。在第二天线校准时间，天线1的第一开关连接接收射频链路915，其他天线的第一开关连接相应的发射射频链路，每个其他天线发出SRS序列且天线1接收N-1个SRS序列。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims

1.一种收发机的天线校准方法，该收发机包括N根天线，其中N大于或者等于2，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：所述收发机从本小区和邻小区的数据帧共同的保护间隔GP内选择所述第一天线校准时间和所述第二天线校准时间。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括：所述收发机在选择用于本小区的天线校准的时频资源时，使其与邻小区的天线校准的时频资源按照时分或者频分关系保持相互正交。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括：在执行步骤E后，如果所述收发机不退出天线校准模式，则返回执行步骤A。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，进一步包括：

如果没有达到则返回执行步骤A；

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述上行参考信号为探测参考信号或者解调参考信号。

7.一种收发机，其特征在于，

包括：N根天线，并为每根天线设置上行参考信号生成器、发射单元、接收单元、信道估计器、收发选择单元，其中N大于或者等于2；

8.根据权利要求7所述的收发机，其特征在于，进一步包括：时序控制器，用于在所述第一天线校准时间，将所述第一天线的收发选择单元置为发射状态，将所述每根其他天线的收发选择单元置为接收状态，并控制所述校准单元接收所述每根其他天线的信道估计器提供的信道估计结果；在所述第二天线校准时间，将所述每根其他天线的收发选择单元置为发射状态，将所述第一天线的收发选择单元置为接收状态，并控制所述校准单元接收所述第一天线的信道估计器提供的信道估计结果。

9.根据权利要求7或8所述的收发机，其特征在于，所述收发机上每根天线的收发选择单元包括：一个开关，其第一端连接所述发射单元或者所述接收单元，其第二端连接该收发选择单元对应的天线。

10.根据权利要求7或8所述的收发机，其特征在于，进一步包括：分路/合路器，连接所述N根天线的收发选择单元，用于在所述第一天线校准时间将所述第一天线提供的上行参考信号分别输出给所述每根其他天线，并在所述第二天线校准时间将所述每根其他天线提供的上行参考信号合路输出给所述第一天线。

11.根据权利要求7或8所述的收发机，其特征在于，所述收发机上每根天线的收发选择单元包括第一开关和第二开关；其中，所述第一开关的第一端连接所述发射单元或者所述接收单元，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第一端，所述第二开关的第二端连接所述分路/合路器或者该收发选择单元对应的天线。