CN112088499B - 校准阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及对MIMO通信***(100)中的终端(300)的阵列天线(301)进行校准的方法。所述方法包括以下步骤：从终端(300)向MIMO通信***(100)的基站(200)传送校准能力指示，该校准能力指示表示终端(300)为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力；从MIMO通信***(100)的基站(200)向终端(300)传送指示无线电资源的控制消息；使用该无线电资源：通过对阵列天线(301)中的天线(310‑312)之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应对终端(300)的接收器和发送器进行校准。

Description

校准阵列天线
技术领域
0001本发明的各种实施方式涉及对多输入多输出（MIMO）无线通信***中的终端的阵列天线进行校准的方法。本发明的各种实施方式还涉及支持该方法的终端和基站。
背景技术
0002对移动语音和数据通信的越来越多的使用可能需要更有效地利用可用的射频资源。为了提高数据发送的性能和可靠性，可以在无线无线电电信***中使用被称为多输入多输出（MIMO）技术的技术，该无线无线电电信***在装置之间（例如，在基站与终端（例如，用户设备）之间）发送信息。终端可以包括诸如移动电话、移动计算机、平板计算机或可佩戴装置的移动装置，以及诸如个人计算机或收银机之类的固定装置。在使用MIMO技术的***中，所述装置可以使用多个发送和接收天线。例如，基站以及终端皆可以包括多个发送和接收天线。该MIMO技术形成了使用时间和空间维度以用于发送信息的编码技术的基础。在MIMO***中提供的增强编码可以提高无线通信的频谱和能量效率。
空间维度可以被空间复用所使用。空间复用是MIMO通信中从多个发送天线中的各个发送天线或者发送天线的组合发送独立且分开编码的数据信号（所谓的流）的发送技术。因此，空间维度被重新使用或复用超过一次。
所谓的全维MIMO（FDMIMO: full dimensional MIMO）是指安排波束形式向天线发送的信号的技术，所述波束能够以三个维度向多个接收器发送并聚焦辐射。此类技术对于mmWave（毫米波）和新无线电（New Radio（NR））5G无线通信也可以具有重要意义。例如，基站可以在二维网格中包括大量有源天线振子，并且FDMIMO技术的使用使得能够同时在同一时间/频率资源块上支持许多空间上分离的用户终端。这可以减少来自针对其它终端接收器的重叠发送的干扰，并且增加终端处的信号的接收功率。波束可以形成虚拟扇区，考虑到基站，所述虚拟扇区可以是静态的或动态的。基站的大量天线可使无线电能量在发送中在空间上聚焦并且实现方向敏感的接收，这提高了频谱效率和辐射能效。为了根据当前活动的接收终端，使基站的各个单独天线处的发送信号自适应，基站逻辑可能需要有关终端与该基站的天线之间的无线无线电信道特性的信息。反过来，为了使终端的各个单独天线处的发送信号自适应，终端逻辑可能需要有关基站与终端的天线之间的无线电信道特性的信息。为此，可以执行信道探测，以确定终端与基站之间的无线电信道特性。信道探测可以包括：发送预定义的导频信号，预定义的导频信号可以使基站和终端对它们的配置天线参数进行设定，以用于按将无线电能量聚焦的方式发送信号，或者用于从特定的方向接收无线电信号。
MIMO装置（例如，基站或终端）的大量天线可使无线电能量在空间上聚焦于形成发送波束的发送中以及形成接收波束的定向敏感接收中。可以通过波束扫描过程来建立MIMO装置之间的传输。例如，基站可以扫描其发送波束，从而随后覆盖多个空间扇区。对于来自基站的各个发送波束，终端可以扫描其接收波束，以确定用于基站与终端之间的通信的合适的一对基站发送波束和终端接收波束。可以基于所确定的一对基站波束和终端接收波束来建立从基站到终端的下行链路通信。
对于从终端到基站的上行链路通信，可以利用对应的一对基站接收波束和终端发送波束。具体地，在时分双工（TDD）***中，可以假设终端的天线与基站的天线之间的无线电信道在上行链路方向和下行链路方向上提供互易特性。因此，例如，为了获得基站接收波束，可以基于基站处针对基站发送波束的发送器配置的互易性来确定基站处的接收器配置。同样，为了获得终端发送波束，可以基于终端处针对终端接收波束的接收器配置的互易性来确定终端处的发送器配置。然而，这需要基站处的接收波束和发送波束的波束对应，以及终端处的接收波束和发送波束的波束对应。此外，可以将波束与码本条目相关联，并且同样需要是准确的。
可以将天线与包括模拟电路（接收器）的单独接收器硬件以及包括另一模拟电路（发送器）的发送硬件相关联。与天线相关联的接收器的接收特性可能不同于与该天线相关联的发送器的发送特性，使得可能无法给出基于接收器和发送器的互易性的波束对应。
在本领域中已知几种用于实现和增强波束对应的方法，举例来说，如在3GPP TSGRAN WG4 #86 meeting的R4-1801637和R4-1801798（Athens, Greece, 26 Feb. - 02March 2018）中所讨论的。Joao Vieira、Fredrik Rusek、Ove Edfors、Steffen Malkowsky、Liang Liu、Fredrik Tufvesson的论文“Reciprocity Calibration for Massive MIMO:Proposal, Modeling and Validation”（2017年2月21日提交至IEEE Transactions onWireless Communications，并且被引用为arXiv:1606.05156）呈现了一种用于时分双工大规模MIMO***的基于互耦合的校准方法，该方法使得能够基于上行链路信道估计进行下行链路预编码。整个校准过程仅仅是在需要被校准的装置（例如基站BS）处通过探测所有天线对来执行的。得出了期望最大化（EM）算法，该算法处理所测量的信道以便估计校准系数。
然而，特别是终端（例如，移动电话）可能因高性价比硬件、温度和湿度漂移和/或接收器和发送器的频率相关特性而使接收器和发送器遭受无法在接收方向和发送方向上提供互惠性。
发明内容
0003鉴于上述情况，本领域需要致力于解决常规MIMO***的上述缺点中的至少一些缺点的方法和装置。特别地，本领域需要改善无线通信***中的终端的波束对应。
根据本发明，提供了一种对多输入多输出（MIMO）通信***中的终端的阵列天线进行校准的方法。该终端可以包括移动用户设备，例如，移动电话、移动计算机、平板计算机、可佩戴装置或移动附件。可佩戴装置或移动附件可以包括：可佩戴计算机（还已知为身体承载计算机），或者简单为可佩戴物，该可佩戴物是可以由用户佩戴在服装之下、与衣服一起或衣服之上的微型电子装置。根据所述方法，从终端向MIMO通信***的基站传送校准能力指示，该校准能力指示表示终端为了波束对应而对接收器和发送器进行校准的能力。此外，指示无线电资源的控制消息是从MIMO通信***的基站传送至终端的。该控制消息指示终端为了波束对应对该终端的接收器和发送器进行校准而要使用的无线电资源。使用该无线电资源，通过对阵列天线中的天线之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应而对终端的接收器和发送器进行校准。
基于空中测量来确定终端的阵列天线中的天线的校准系数。
因此，基站提供由终端使用的无线电资源，以对该终端的接收器和发送器进行校准，使得可以实现终端处的波束对应。由于基站控制提供无线电资源，因此终端可以在不干扰MIMO通信***内的其它通信的情况下执行校准。
无线电资源可以包括在指派给MIMO通信***中的基站与终端之间的通信的频带上展开的无线电资源。特别地，无线电资源可以包括：时间资源、频率资源或者针对MIMO通信***中的有效载荷和控制通信定义的时频资源。
可以保留无线电资源。因此，可以使终端优选有权使用所述无线电资源。例如，可以阻止其它装置使用所述无线电资源。
此外，无线电资源可以包括带内无线电资源，带内无线电资源旨在用于MIMO通信***中的基站与终端之间的通信。
根据示例，无线电资源是基于阵列天线的硬件电路的相干带宽来选择的。因此，通过对阵列天线中的天线之间的互耦合的相干带宽执行空中测量，对所需的相干带宽的波束对应进行校准。
根据另一示例，可以在不同的时间实例或者全部同时地对不同的频率执行空中测量。例如，在各个频率和时间相干性间隔内，可以提供用于校准的无线电资源。时间相干性可以约为10s或更大，并且可以由终端或者基站或者计时器触发，而对于所有频率相干间隔的每次校准，都可以提供无线电资源。
根据另一些示例，指示无线电资源的控制消息是与校准能力指示相关联的。例如，当终端在基站进行注册时，该终端可以指示其校准能力，并且响应于该指示，基站可以发送指示可以由终端用于对其接收器和发送器硬件进行校准的无线电资源的控制消息。
例如，该校准能力指示可以指示阵列天线中的天线的数量和/或对阵列天线中的天线进行探测所需的资源的数量。基于该信息，基站可以确定对终端处的校准系数进行确定所需的资源量。例如，基站可以分配与终端的阵列天线中的天线的数量相对应的资源数或者终端请求的资源数。在该控制消息中，基站可以指示这些分配的资源。
资源数可以是预定义的值，例如，对于任何终端相同的值。在这种情况下，校准能力指示可以仅表示终端具有基于预定义的资源数来校准其接收器和发送器硬件的能力。
此外，可以提供资源数的预定义集合，例如，枚举类型。校准能力指示可以表示该资源数的预定义集合中的哪个资源数是由终端需要用于基于该预定义的资源数来对其接收器和发送器硬件进行校准的。
根据所述方法的另一示例，可以从终端向基站传送请求无线电资源的校准请求指示。因此，系数的校准可以由终端例如基于该终端中的测量或事件来触发。通常，系数的校准可以包括：传送指示无线电资源的控制消息、执行空中测量以及确定校准系数。例如，当终端正在基站处进行注册时，可以在注册处理期间传送指示无线电资源的消息。
例如，可以根据阵列天线的硬件电路的相干时间来重复地触发阵列天线的校准。阵列天线的硬件电路的相干时间是可以在终端中预先定义或确定的。例如，终端可以监测该终端的可能影响相干时间的条件，例如，温度、湿度水平或终端的移动。作为示例，位于室内桌上的终端可以具有以天为单位的相干时间，而在某些热带国家的室外终端可能仅有几分钟的相干时间。终端的移动可能导致该终端使用具有不同相干时间并且需要触发校准的不同天线面板。对阵列天线进行校准可以由终端或基站基于这些条件来触发，例如，基于从终端向基站传送的相干时间来触发。
根据另一示例，空中测量包括随后针对所述多个天线中的各个天线执行：使用无线电资源经由天线发送无线电信号；以及在所述多个天线中的至少一些天线处接收无线电信号。基于所接收的无线电信号，确定阵列天线的校准系数。例如，使用相应地指派的无线电资源，从阵列天线中的各个天线发送对应的无线电信号。例如，随后在对应的无线电资源中发送对应的无线电信号。作为示例，使用第一无线电资源从阵列天线中的第一天线发送第一无线电信号。随后，使用第二无线电资源从阵列天线中的第二天线发送第二无线电信号。对于阵列天线中的各个天线继续进行这种无线电信号发送。在阵列天线中的其它天线处接收从阵列天线中的各个天线发送的无线电信号，并且根据所接收的无线电信号确定阵列天线的校准系数。
校准系数可以补偿阵列天线的硬件电路的时间漂移。
校准系数可以表示阵列天线中的各个天线的发送增益、发送相移、接收增益和/或接收相移。
根据另一些示例，根据时间表重复地触发对阵列天线的校准。可以在基站或终端处提供该时间表。时间表可以包括制造商预定义的时间表，或者可以基于通信***或终端中的条件（例如基于上行链路通信和/或下行链路通信的劣化的性能）来确定。
根据另一些示例，执行空中测量的步骤包括：探测与阵列天线中的天线之间的互耦合相关联的直接信道。如上所述，可以从阵列天线中的各个天线发送对应的无线电信号，可以直接在阵列天线中的其余天线处在空中接收所述无线电信号。所述无线电信号可以包括已知的导频或探测信号，使得可以获得所接收的无线电信号的质量测量结果，以用于对阵列天线中的天线的系数进行校准。
根据示例，可以将所述方法包括在波束扫描过程中。特别地，可以对终端的阵列天线进行控制以执行多个接收波束扫描。各个接收波束扫描与基站的关联发送波束上的下行链路导频传输相关联。基于下行链路导频传输的接收质量的比较，从所述多个接收波束扫描中选择选定波束。接下来，如上所述，使用由基站提供的无线电资源，可以基于阵列天线中的天线之间的互耦合的空中测量来确定终端的阵列天线中的天线的校准系数。基于所述校准系数，执行使用选定波束的上行链路传输和/或下行链路传输。上行链路传输和/或下行链路传输例如可以包括MIMO通信***的有效载荷数据传输或控制数据传输。
可以基于以下项中的一项或更多项来启动或触发对终端的阵列天线的校准：
根据示例，可以确定上行链路传输的接收质量，并且可以基于上行链路传输的接收质量来触发对阵列天线的校准。例如，可以将上行链路传输的接收质量与阈值进行比较，并且可以在该阈值被超过时触发对阵列天线的校准。接收质量例如可以包括信噪比或者比特率错误率或者帧率错误率。
另外或者作为另选例，可以确定下行链路传输的接收质量，并且可以基于下行链路传输的接收质量来触发对阵列天线的校准。例如，可以将下行链路传输的接收质量与阈值进行比较，并且可以在该阈值被超过时触发对阵列天线的校准。接收质量例如可以包括信噪比或者比特率错误率或者帧率错误率。
根据另一示例，可以确定上行链路传输的接收质量和下行链路传输的接收质量。此外，可以确定上行链路传输的接收质量与下行链路传输的接收质量之间的差异。可以基于所确定的差异的变化或者基于上行链路传输的接收质量与下行链路传输的接收质量的比率的变化来触发阵列天线的校准。特别地，在下行链路传输的接收质量与上行链路传输的接收质量不同的情况下，这种影响可以基于劣化的波束相干性，而不是基站与终端之间的无线电信道的一般劣化。因此，在这种情况下进行重新校准可能是合适的。
而且，根据本发明，提供了一种MIMO通信***的终端。该终端包括阵列天线和处理单元。该处理单元被配置成向MIMO通信***的基站发送校准能力指示，该校准能力指示表示终端为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力。该处理单元还被配置成从MIMO通信***的基站接收控制消息，该控制消息指示终端为了波束对应对该终端的接收器和发送器进行校准而要使用的无线电资源。该处理单元还被配置成使用所述无线电资源，以通过对阵列天线中的天线之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应而对终端的接收器和发送器进行校准。可以将该终端配置成执行上述方法。
此外，根据本发明，提供了一种MIMO通信***的基站。该基站包括阵列天线和处理单元，该处理单元被配置成从MIMO通信***的终端接收校准能力指示，该校准能力指示表示终端为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力；以及向MIMO通信***的终端发送指示无线电资源的控制消息。所述无线电资源要由终端使用，通过对终端的阵列天线中的天线之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应而对该终端的接收器和发送器进行校准。可以将该基站配置成执行上述方法。
基站可以被配置成制止使用所述无线电资源进行发送并且防止其它终端使用所述无线电资源进行发送。
最后，根据本发明，提供了一种通信***，特别是MIMO通信***，该通信***至少包括上述终端和上述基站。
尽管结合本发明的具体实施方式和各方面，对上面的摘要和下面的详细描述中描述的特定特征进行了描述，但是应当理解，除非另外具体加以指明，否则可以彼此组合该示例性实施方式和方面的特征。
附图说明
0004现在，参照附图，对本发明进行更详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明的实施方式的无线通信***。
图2示出了根据本发明的实施方式的包括方法步骤的流程图。
图3示意性地示出了根据本发明的实施方式的天线之间的互耦合的空中测量。
图4示意性地示出了根据本发明的另一实施方式的天线之间的互耦合的空中测量。
图5示意性地示出了根据本发明的实施方式的使用校准系数的下行链路通信和上行链路通信。
实施方式
0005下面，对本发明的示例性实施方式进行更详细描述。要理解的是，除非另外具体指明，否则可以彼此组合本文所描述的各个示例性实施方式的特征。各个附图中的相同标号是指相似或相同的组件。除非另外具体指明，否则附图中示出的组件或装置之间的任何联接可以是直接联接或间接联接。
图1示出了无线通信***100。该无线通信***100包括基站200和终端300。基站200和终端300可以根据标准化的无线蜂窝通信协议（例如，针对5G NR的3GPP LTE）工作。尽管图1仅示出了一个终端300，但是无线通信***100可以包括与基站200进行通信的多个终端。终端可以包括：移动电话、移动和固定计算机、平板计算机、智能可佩戴装置或者智能移动装置。无线通信***100可以包括为无线通信***100的多个小区提供服务的多个基站。
基站200可以支持所谓的多输入多输出（MIMO）技术，因此基站200可以具有大量的天线，例如，几十个或超过一百个天线。同样，终端300可以支持MIMO技术，并因此也可以具有多个天线，例如，8至20个天线甚或超过该数量。
基站200包括阵列天线201，该阵列天线包括多个天线。图1所示的基站200的阵列天线201例如可以包括M个天线，为清楚起见，仅示出了其中的三个天线，并且由标号210至212来表示。阵列天线201中的天线可以在载体上以二维或三维阵列天线进行设置。基站200还包括天线210至212的关联发送器和接收器。特别地，可以向各个天线指派一对发送器和接收器。为清楚起见，在图1中，仅示出了指派给天线210的发送器220、指派给天线211的发送器221、指派给天线212的发送器222以及指派给天线211的接收器231。各个发送器可以具有表征发送器的增益和相位的传递函数，该传递函数可以取决于所发送的信号的频率并且可以随时间漂移，或者可以取决于环境条件（例如，温度）。各个接收器可以具有表征接收器的增益和相位的传递函数，该传递函数可以取决于所接收的信号的频率并且可以随时间漂移，或者可以取决于环境条件（例如，温度）。在图1中，发送器220具有传递函数tBS,1，发送器221具有传递函数tBS,m，发送器222具有传递函数tBS,M，并且接收器231具有传递函数rBS,m。
基站200还包括处理单元240。处理单元240联接至发送器和接收器，并且例如包括控制器、计算机或微处理器。尽管在图1中仅示出了一个阵列天线201，但是基站200可以包括超过一个阵列天线，例如，两个、三个、四个甚或更多个（例如，几十个）阵列天线，这些阵列天线可以彼此协作并且可以彼此靠近设置或者间隔开。
阵列天线201可以被配置成向特定的方向发送射频信号，这被称为发送波束。图1示出了这些波束中的五个波束，并且用标号250至254来表示这五个波束。波束250至254的配置可以是静态的或动态的。如在MIMO技术中所已知的，可以通过波束成形技术来实现向特定的波束方向发送射频信号。阵列天线201还可以被配置成从特定的方向接收射频信号，这被称为接收波束。根据接收器和发送器的配置，发送波束可以对应于接收波束，或者发送波束可以不对应于接收波束。
终端300包括阵列天线301，该阵列天线包括多个天线。如图1所示，终端300的阵列天线301例如可以包括N个天线，为清楚起见，仅示出了其中的三个天线，并且由标号310至312来表示。终端300的阵列天线301中的天线的数量N可以与基站200的阵列天线201中的天线的数量M不同。特别地，N可以小于M。阵列天线301中的天线可以在载体上以二维或三维天线阵列进行设置。终端300还包括天线310至312的关联发送器和接收器。特别地，可以向各个天线指派一对发送器和接收器。为清楚起见，在图1中，仅示出了指派给天线310的接收器330、指派给天线311的接收器331、指派给天线312的接收器332以及指派给天线311的发送器321。各个发送器皆可以具有表征发送器的增益和相位的传递函数，该传递函数可以取决于所发送的信号的频率并且可以随时间漂移，或者可以取决于环境条件（例如，温度）。各个接收器皆可以具有表征接收器的增益和相位的传递函数，该传递函数可以取决于所接收的信号的频率并且可以随时间漂移，或者可以取决于环境条件（例如，温度）。在图1中，接收器330具有传递函数rUE,1，接收器331具有传递函数rUE,n，接收器332具有传递函数rUE,N，并且发送器231具有传递函数tUE,n。
终端300还包括处理单元340。处理单元340联接至发送器和接收器，并且例如包括控制器、计算机或微处理器。
阵列天线301可以被配置成从特定的方向接收射频信号，这被称为接收波束。图1示出了这些接收波束中的五个接收波束，并且用标号350至354来表示这五个接收波束。波束350至354的配置可以是静态的或动态的。如在MIMO技术中所已知的，可以通过波束成形技术来实现从特定的波束方向接收射频信号。阵列天线301还可以被配置成向特定的方向发送射频信号，这被称为发送波束。根据接收器和发送器的配置，发送波束可以对应于接收波束，或者发送波束可以不同于接收波束。
下面将描述基站200结合终端300的使用波束成形技术的操作。
基站200可以开始在下行链路方向上执行波束扫描，这意味着基站200将其发送器配置成在第一方向上（例如，沿着发送波束250）发送无线电信号。基站200可以在发送波束250的方向上发送信道探测无线电信号，例如，下行链路导频信号。终端300执行接收波束扫描，并且随后利用各个接收波束350至354来接收在发送波束250中发送的下行链路导频信号。
接下来，基站200将其发送器配置成在第二方向上（例如，沿着发送波束251）发送无线电信号，例如，下行链路导频信号。再次，终端300执行接收波束扫描，并且随后利用各个接收波束350至354来接收在发送波束251中发送的下行链路导频信号。随后针对基站200的各个发送波束250至254执行该过程。
总之，终端300控制阵列天线301执行多个接收波束扫描，其中，各个接收波束扫描与基站200的关联发送波束上的下行链路导频传输相关联。
选择最强的一对基站和终端波束并报告给基站200。随后的下行链路传输可以使用所报告的波束对。
特别地，在时分双工（TDD）通信中，假设传播无线电信道的互易性，可以建立从终端300到基站200的上行链路通信。然而，无线电信道包括基站200和终端300两者的接收器和发送器的硬件，这可能无法提供合适的互易性。
原则上，可以将下行链路方向的信道特性yDL和上行链路方向的信道特性yUL定义为：
yDL= wUE TRUEHDLTBSwBS
yUL= wBS TRBSHDL TTUEwUE
其中，
HDL涉及下行链路传播信道矩阵，
HDL T涉及HDL的转置矩阵，
wUE涉及终端处的波束成形矩阵，
wUE T涉及wUE的转置矩阵，
wBS涉及基站处的波束成形矩阵，
wBS T涉及wBS的转置矩阵，
RUE涉及终端处的接收硬件的影响（包括rUE,1至rUE,N的对角矩阵），
TUE涉及终端处的发送硬件的影响（包括tUE,1至tUE,N的对角矩阵），
RBS涉及基站处的接收硬件的影响（包括rBS,1至rBS,M的对角矩阵），并且
TBS涉及基站处的发送硬件的影响（包括tBS,1至tBS,M的对角矩阵）。
为了提供具有与下行链路通信基本上相同的质量和性能的上行链路通信，可以努力使下行链路方向的信道特性yDL与上行链路方向的信道特性yUL对齐。
由于基站200中的高质量的射频分量以及基站200的内部互易性校准，可以使基站200的接收器和发送器的传递函数对齐，例如，使得
对于m = 1...M，rBS,m≈ tBS,m，
特别是，使得
对于m = 1...M，rBS,m≈ tBS,m≈ 1。
在该假设下，可以将下行链路方向的信道特性yDL和上行链路方向的信道特性yUL定义为：
yDL= wUE TRUEHDLwBS
yUL= wBS THDL TTUEwUE
为了实现下行链路方向的最优波束对（wBS、wUE）也是上行链路方向的最优波束对，在终端300处可能需要
对于n = 1...N，rUE,n= tUE,n，
使得：
yDL= wUE TRUEHDLwBS
yUL= wBS THDL TRUEwUE= yDL
这在终端300处被称为“完全波束对应”。可以将完全波束对应定义为最优上行链路波束对与为下行链路选择的波束对之间的信噪比（SNR）的劣化小于0.5 dB的条件。
由于可能很难实现完全波束对应，因此可以通过以下方式实现上行链路波束对和下行链路波束对的近最优对准
对于n = 1...N，rUE,n≈ tUE,n，
使得：
yDL= wUE TRUEHDLwBS
yUL≈ wBS THDL TRUEwUE≈ yDL
这在终端300处被称为“部分波束对应”。可以将部分波束对应定义为最优上行链路波束对与为下行链路选择的波束对之间的信噪比（SNR）的劣化小于2 dB的条件。
可以通过针对终端300的离线测量方法（例如，在制造商的实验室中）以及终端300的接收和发送硬件的对应校准来实现终端300处的部分或完全波束对应。然而，由于变化的环境条件（例如温度和湿度改变、硬件组件的漂移），因此可能难以实现合适的校准波束对应，并且波束对应可能还取决于工作频带。
因此，如下面将描述的，可以对终端300处的波束对应（BC）执行在线校准。图2示出了执行在线BC校准的方法步骤。虚线框中的步骤是可选步骤。
在步骤400中，可以执行基站200与终端300之间的上述波束扫描过程，使得优化的下行链路波束得以确定。
在步骤401中，终端300可以向基站200传送校准能力指示，该校准能力指示表示终端300为了波束对应（BC）对接收器和发送器进行校准的能力。基于该校准能力指示，基站200可以保留可被终端300用于进行BC校准的无线电资源。当接收到该校准能力指示时，基站200可以在步骤403中向终端300发送控制消息，该控制消息指示要由终端300用于进行BC校准的无线电资源。作为另选例，终端300可以在步骤402中请求用于进行BC校准的无线电资源，并且基站200可以在步骤403中将控制消息传送至终端300，该控制消息指示所请求的用于进行BC校准的无线电资源。在（步骤401的）校准能力指示和/或（步骤402的）请求中，终端300可以指示所需的无线电资源的数量。所需的无线电资源的数量例如可以对应于终端300的端口或天线的数量。所述无线电资源可以包括在通信***100中定义的时间/频率资源，特别是被指派给MIMO通信***100中的基站200与终端300之间的通信的带内无线电资源。所述无线电资源可以包括在指派给MIMO通信***100中的基站200与终端300以及其它终端之间的通信的频带上展开的无线电资源。所述无线电资源可以基于阵列天线301的硬件电路的相干带宽，特别是以覆盖发送波束的带宽的方式来进行选择。基站200可以被配置成制止使用所述无线电资源进行发送并且防止通信***100中的其它终端使用所述无线电资源进行发送。因此，所述无线电资源可以由终端300专门用于进行BC校准。所述无线电资源可以是保留的无线电资源。
在步骤404中，终端300使用从基站200接收到的无线电资源来执行阵列天线301中的天线之间的互耦合的空中测量。结合图3和图4，更详细地描述执行空中测量。
随后，对于阵列天线301中的各个天线310至312，使用所述无线电资源来发送无线电信号。在阵列天线301中的多个天线中的至少一些其它天线处接收该无线电信号。例如，如图3所示，使用由基站200提供的无线电资源中的第一无线电资源，经由天线310发送无线电信号。在阵列天线301中的其它天线311至312处接收该无线电信号。随后，如图4所示，使用由基站200提供的无线电资源中的第二无线电资源，经由天线311发送无线电信号。在阵列天线301中的其它天线310和312处接收该无线电信号。随后使用由基站200提供的无线电资源，随后对阵列天线301中的各个天线执行该过程。因此，执行空中测量的步骤包括：探测与阵列天线301中的天线310至312之间的互耦合相关联的直接信道。
在步骤405中，基于所接收到的空中测量的无线电信号，对阵列天线301的校准系数进行确定。所述校准系数可以指示终端300的各个发送器的对应发送增益和发送相移。另外，所述校准系数可以指示终端300的各个接收器330至332的对应接收增益和接收相移。例如，利用在k≠1的情况下的接收到的信号{rkl}，可以确定校准系数矩阵C，举例来说，如在Vieira, J.、Rusek, F.、Edfors, O.、Malkowsky, S.、Liu, L.以及Tufvesson, F.的论文“Reciprocity calibration for massive MIMO: Proposal, modeling, andvalidation”(2017) in IEEE Transactions on Wireless Communications, 16(5),3042-3056中所描述的。所述校准系数可以补偿阵列天线301的硬件电路以及关联的接收器和发送器的时间漂移。
可以将校准系数应用于经由终端300的发送器发送的信号。图5示出了将校准系数矩阵C中的校准系数C1至CN应用于由终端300的发送器320至322发送的信号的示例。在步骤406中，基于校准系数，可以使用选定波束对来传送上行链路传输，例如，控制数据或有效载荷数据。
由于硬件组件的时间漂移或者环境条件（例如温度和湿度）的变化，因此可能需要进行重新校准。可以利用多个触发器来启动BC重新校准。
例如，可以根据时间表重复地触发BC校准。例如，在步骤407中，可以监测从先前的BC校准开始的持续时间，并且在预定义的时间间隔到期时，可以通过在步骤402中请求无线电资源或者通过在步骤403中接收指示无线电资源的控制消息来启动BC校准。另外或者作为另选例，可以考虑将终端300的阵列天线301的硬件电路的相干时间用于重复地触发阵列天线301的BC校准。
而且，例如，基站200可以监测上行链路传输的质量或性能（步骤408）。在检测到劣化的上行链路传输的情况下，基站可以触发BC校准，例如，可以通过在步骤403中发送指示用于BC校准的无线电资源的控制消息来触发BC校准，或者通过向终端300通知有关劣化的上行链路传输来使得终端300可以在步骤402中请求用于BC校准的无线电资源来触发BC校准。
而且，例如，终端300可以监测下行链路传输的质量或性能（步骤409）。在检测到劣化的下行链路传输的情况下，在步骤402中，终端300可以请求用于BC校准的无线电资源。
如步骤410中所示，可以确定上行链路传输的接收质量和下行链路传输的接收质量，并且可以确定上行链路传输的接收质量与下行链路传输的接收质量之间的差异或比率。根据所确定的差异或比率，可以在步骤402或403中触发BC校准。上行链路质量和下行链路质量的差异或比率的变化可以是劣化的波束对应的典型症状。因此，在检测到上行链路质量与下行链路质量之间的差异或比率的变化时，可以触发BC重新校准。
当基于上行链路和/或下行链路质量监测来重新触发BC校准时，只有当针对预定义数量的连续传输监测到劣化的状态时，才可以执行重新触发，使得突发干扰不会触发不必要的BC校准。
尽管参照特定的优选实施方式示出并描述了本发明，但是本领域技术人员通过阅读并理解本说明书，将想到等同物和修改例。本发明包括所有这种等同物和修改例，并且仅通过所附权利要求的范围来加以限制。
例如，根据示例性修改例，可以省略从终端向MIMIO通信***的基站传送校准能力指示的步骤。从而，在多输入多输出（MIMO）通信***中对终端的阵列天线进行校准的方法包括以下步骤：从MIMO通信***的基站向终端传送指示无线电资源的控制消息。该控制消息指示终端为了波束对应对该终端的接收器和发送器进行校准而要使用的无线电资源。使用所述无线电资源，通过对阵列天线中的天线之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应对终端的接收器和发送器进行校准。
为了例示，已经描述了使用TDD执行空中测量的各种示例。另选地或者另外，也可以使用FDD来执行所述测量。

Claims (22)

1.一种对MIMO通信***中的终端的阵列天线进行校准的方法，所述方法包括以下步骤：
- 从所述终端（300）向基站（200）传送校准能力指示，所述校准能力指示表示所述终端（300）为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力；
- 从所述MIMO通信***（100）的所述基站（200）向所述终端（300）传送控制消息，所述控制消息指示所述终端为了波束对应对所述终端的接收器和发送器进行校准而要使用的无线电资源；以及
- 利用所述无线电资源：通过对所述阵列天线（301）中的天线（310 - 312）之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应对所述终端（300）的接收器和发送器进行校准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，为了波束对应对所述终端（300）的接收器和发送器进行校准的步骤包括：
- 基于所述空中测量来确定所述终端（300）的所述阵列天线（301）中的天线（310 -312）的校准系数（C1 - CN）。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述无线电资源包括位于被指派给所述MIMO通信***（100）中的所述基站（200）与所述终端（300）之间的通信的频带上的无线电资源。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无线电资源包括被指派给所述MIMO通信***（100）中的所述基站（200）与所述终端（300）之间的通信的带内无线电资源。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无线电资源是基于所述阵列天线（301）的硬件电路的相干带宽来选择的。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，
指示无线电资源的所述控制消息与所述校准能力指示相关联。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述校准能力指示表示所述终端为执行所述空中测量所需的资源的数量。
8.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
- 从所述终端（300）向所述基站（200）传送请求所述无线电资源的校准请求指示。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
- 从所述基站（200）向所述终端（300）传送校准请求指示，所述校准请求指示触发所述终端的所述阵列天线（301）的校准。
10.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
根据所述阵列天线（301）的硬件电路的相干时间，重复地触发所述阵列天线（301）的所述校准。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述空中测量包括：
- 随后针对所述阵列天线（301）中的多个天线中的各个天线（310 - 312）执行：
- 利用所述无线电资源，经由该天线发送无线电信号，以及
- 在所述多个天线中的至少一些天线处接收所述无线电信号，以及
- 基于所接收的无线电信号，确定所述阵列天线（301）的校准系数（C1 - CN）。
12. 根据权利要求2或权利要求11所述的方法，其中，所述校准系数（C1 - CN）对所述阵列天线（301）的硬件电路的时间漂移进行补偿。
13.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
- 根据时间表重复地触发所述阵列天线（301）的所述校准。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述执行空中测量的步骤包括：对与所述阵列天线（301）中的天线之间的互耦合相关联的直接信道进行探测。
15.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
- 对所述阵列天线（301）进行控制以执行多个接收波束扫描（350 - 354），各个接收波束扫描与所述基站（200）的关联发送波束（250 - 254）上的下行链路导频传输相关联；
- 基于所述下行链路导频传输的接收质量的比较，从所述多个接收波束扫描（350 -354）中选择选定波束，
- 基于所述校准：使用所述选定波束执行上行链路传输和下行链路传输中的至少一项。
16.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
- 基于上行链路传输、下行链路传输以及所述上行链路传输的接收质量与所述下行链路传输的接收质量之间的差异的变化，触发所述阵列天线（301）的所述校准。
17. 根据权利要求2或11所述的方法，其中，所述校准系数（C1 - CN）表示所述阵列天线（301）中的各个天线的发送增益、发送相移、接收增益、接收相移中的至少一项。
18. 一种MIMO通信***的终端，所述终端（300）包括：
- 阵列天线（301）；以及
- 处理单元（340），所述处理单元被配置成，
- 向所述MIMO通信***（100）的基站（200）发送校准能力指示，所述校准能力指示表示所述终端（300）为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力；
- 从所述MIMO通信***（100）的所述基站（200）接收控制消息，所述控制消息指示所述终端为了波束对应对所述终端的接收器和发送器进行校准而要使用的无线电资源；
- 利用所述无线电资源，通过对所述阵列天线（301）中的天线（310 - 312）之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应对所述终端（300）的接收器和发送器进行校准。
19.根据权利要求18所述的终端，其中，所述终端（300）被配置成执行根据权利要求1所述的方法。
20.一种对MIMO通信***中的基站进行操作的方法，所述方法包括以下步骤：
- 从所述MIMO通信***（100）的终端（300）接收校准能力指示，所述校准能力指示表示所述终端（300）为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力；
- 向所述MIMO通信***（100）的所述终端（300）发送指示无线电资源的控制消息，其中，所述无线电资源要由所述终端（300）使用，通过对所述终端（300）的阵列天线（301）中的天线（310 - 312）之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应而对所述终端（300）的接收器和发送器进行校准。
21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
- 制止使用所述无线电资源进行发送并且防止其它终端使用所述无线电资源进行发送。
22. 一种MIMO通信***的基站，所述基站（200）包括：
- 阵列天线（201）；以及
- 处理单元（240），所述处理单元被配置成，
- 从所述MIMO通信***（100）的终端（300）接收校准能力指示，所述校准能力指示表示所述终端（300）为了波束对应对接收器和发送器进行校准的能力；以及
- 向所述MIMO通信***（100）的所述终端（300）发送指示无线电资源的控制消息，其中，所述无线电资源要由所述终端（300）使用，通过对所述终端（300）的阵列天线（301）中的天线（310 - 312）之间的互耦合执行空中测量，为了波束对应而对所述终端（300）的接收器和发送器进行校准。
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