CN112737707B - 使用混合波束成形并执行天线校准方法的收发器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种使用混合波束成形并执行天线校准方法的通信***中收发器。在根据本公开的示例性实施例中，所述收发器可产生多个加扰序列。所述收发器可包括多个耦合电路以接收反馈信号。所述收发器可使用所述多个加扰序列从所述反馈信号恢复由天线组件输出的传送信号。因此，所述传送器可针对每一天线组件执行天线校准。

Description

使用混合波束成形并执行天线校准方法的收发器
技术领域
本发明涉及一种使用混合波束成形并执行天线校准方法的收发器。
背景技术
第五代(5G)通信***使用大规模多输入多输出(multiple input multipleoutput，MIMO)技术及波束成形。大规模MIMO技术使用极高数目的天线。大规模MIMO技术提供增加的数据流、小规模衰落消除(fading elimination)及更大的波束成形增益。
图1示出使用波束成形的大规模MIMO***的实例。在图1中，下一代节点B(Generation Node B，gNB)向若干用户设备(user equipment，UE)传送信号。gNB包括极高数目的天线。gNB的天线被分组成若干子阵列。另外，gNB使用波束成形向UE传送信号。类似地，gNB通过波束从UE接收信号。UE通过gNB来接入网络。
图2示出使用全数字波束成形的大规模MIMO***的收发器的实例。在
图2中，收发器向基频预编码块FBB输入Ns个基频信号。FBB输出Lt个经预编码信号。所述经预编码信号是Lt个数字/模拟转换器(digital-to-analog converter，DAC)的输入。所述DAC的Lt个输出是Lt个射频(radio frequency，RF)链的输入。所述RF链的Lt个输出通过收发器的Nt个天线被传送。类似于图1，图2所示收发器也使用波束成形。FBB执行预编码，以在不同波束中传送经预编码信号。
全数字波束成形受以下限制：空间、信号处理复杂性及硬件复杂度，包括高功耗。
图3示出使用混合数字/模拟波束成形的大规模MIMO***的收发器的实例。混合波束成形在数字域中及模拟域中执行预编码。类似于图2，收发器向基频预编码块FBB输入Ns个基频信号。FBB在数字域中执行预编码。FBB输出Lt个经预编码信号。所述经预编码信号是Lt个DAC的输入。所述DAC的Lt个输出是Lt个RF链的输入。然而，不同于图2，在图3中，所述RF链的Lt个输出是RF预编码块FRF的输入。FRF在模拟域中执行预编码。FRF输出Nt个经预编码信号，这些经预编码信号通过收发器的Nt个天线被传送。
比较图2至图3，基频信号的数目Ns小于或等于RF链的数目Lt：Ns≤Lt。在图2中，RF链的数目Lt等于天线的数目Nt：Lt＝Nt。然而，在图3中，由于混合波束成形具有RF预编码，因此RF链的数目Lt可小于天线的数目Nt：Lt<Nt。
图4A、图4B及图4C示出使用混合波束成形的收发器的实例。在图4A、图4B及图4C中，收发器向数字预编码器FB输入Ns个基频信号。FB输出NR个经预编码信号。所述经预编码信号是NR个RF链的输入。所述RF链执行升频转换并输出多个RF信号。模拟预编码器FR对所述多个RF信号执行模拟预编码。在模拟预编码之后，多个功率放大器(power amplifier，PA)放大所述多个RF信号。最后，在放大之后，收发器的天线子阵列传送所述多个RF信号。
图4A示出具有全连接结构(fully-connected structure)的收发器，其中每一RF链连接到所有天线。在图4A中，第一RF链的第一RF信号连接到第一天线，第一RF链的第二RF信号连接到第二天线，且第一RF链的第Nt RF信号连接到第Nt天线。类似地，第NR RF链的第一RF信号连接到第一天线，第NR RF链的第二RF信号连接到第二天线，且第NR RF链的第NtRF信号连接到第Nt天线。在图4A中，每一RF链连接到所有天线子阵列。
图4B示出具有部分连接结构(partially-connected structure)的收发器，其中每一子阵列仅连接到单个RF链。在图4B中，第一RF链的第一RF信号连接到第一天线子阵列的第一天线，第一RF链的第二RF信号连接到第一天线子阵列的第二天线，且第一RF链的第NRF信号连接到第一天线子阵列的第N天线。类似地，第NR RF链的第一RF信号连接到第NR天线子阵列的第一天线，第NR RF链的第二RF信号连接到第NR天线子阵列的第二天线，且第NRRF链的第N RF信号连接到第NR天线子阵列的第N天线。
图4C示出具有混合连接结构(hybridly-connected structure)的收发器，其中每一天线子阵列连接到多个RF链。在图4C中，每一子阵列RF链包括S个RF链。在模拟预编码之后，天线子阵列的每一天线从S个RF链传送RF信号。
图5A及图5B示出使用混合波束成形的收发器的另一实例。在图5A中，收发器向数字预编码器FB输入Ns个基频信号。FB输出NR个经预编码信号。所述经预编码信号是NR个DAC的输入。在经预编码信号由DAC转换成模拟信号之后，RF链执行升频转换并输出多个RF信号。模拟预编码器FR对所述多个RF信号执行模拟预编码。在模拟预编码之后，多个功率放大器(PA)放大所述多个RF信号。最后，在放大之后，收发器的天线子阵列传送所述多个RF信号。另外，在图5A中，通过模拟加权来执行模拟预编码，其中将RF信号乘以加权因子。
图5B示出图5A所示的若干组件。移相器是执行模拟预编码的模拟电子电路。移相器的输入是模拟信号，且移相器输出具有预定相移的模拟信号。移相器可包括DAC，以将由数字电路输入的数字控制信号转换成模拟信号来控制移相器。功率放大器是增加输入模拟信号功率的模拟电子电路。天线组件是天线。可将一群组的天线组件连接在一起以形成天线阵列。天线阵列可作为单个天线而工作以传送及接收无线电波。
图6A及图6B示出***(4G)通信***及5G通信***的天线的实例。图6A及图6B示出向覆盖区域中的若干用户终端提供网络接入的基站。
图6A示出4G通信***的天线的实例。在图6A中，天线向若干用户终端提供网络接入。一些用户终端在天线的覆盖区域之外，且未连接到网络。
图6B示出5G通信***的天线阵列的实例。在图6B中，基站使用大规模有源相位阵列天线(active phased antenna array，APAA)及波束成形。因此，基站的覆盖区域被划分成多个波束。用户终端通过所述波束中的一者来接入网络。由于基站使用波束成形，因此基站可将信号的功率朝向用户引导，并向用户提供网络接入，即使用户不在基站附近也如此。
图7示出理想天线校准的方块图。天线校准包括估计及补偿。收发器可接收待传送的信号xn的输入。方块hn将由收发器硬件对信号xn引起的通道效应进行分组。首先，天线校准器估计信道效应hn。然后，天线校准器通过以滤波器响应(1/hn)对输入信号xn进行预滤波来执行对通道效应的补偿。在执行估计及补偿之后，天线传送信号xn。可通过在时域中以滤波器响应(1/hn)对输入信号xn进行预滤波或者通过在频域中将滤波器与频率响应(1/H)相乘来提供补偿，其中H是hn的频率响应。
图8A及图8B示出由硬件损伤引起的脉冲响应以及通过天线校准进行的补偿的实例。在图8A及图8B中，收发器包括N个天线组件。天线校准针对每一天线执行补偿。
图8A示出仅具有一个脉冲的脉冲响应的实例。在图8A中，天线组件#1处的脉冲响应是一个脉冲h1。天线组件#2处的脉冲响应是一个脉冲h2。天线组件#N处的脉冲响应是一个脉冲hN。在理想校准中，在估计时不存在误差，且校准器通过将待传送的信号乘以脉冲响应的倒数来执行补偿。因此，在补偿之后，天线组件#1、天线组件#2及天线组件#N处的脉冲响应具有值为1的一个脉冲。
图8B示出具有若干脉冲的脉冲响应的实例。在图8B中，天线组件#1处的脉冲响应具有脉冲h11、h12、h13、…、h1p。天线组件#2处的脉冲响应具有脉冲h21、h22、h23、…、h2p。天线组件#N处的脉冲响应具有脉冲hN1、hN2、hN3、…、hNp。在理想校准中，在估计时不存在误差。校准器利用无限脉冲响应(infinite impulse response，IIR)滤波器来执行补偿，其中IIR滤波器的频率响应是对应天线组件处的频率响应的倒数。因此，在补偿之后，天线组件#1、天线组件#2及天线组件#N处的脉冲响应具有值为1的一个脉冲。
由于上述益处，在混合波束成形***中如何实现天线校准遂成为需求之一。然而，大规模MIMO***中的天线校准也呈现特定的挑战。
发明内容
因此，为了解决已知技术的困难，本发明提供一种使用混合波束成形并被配置成执行天线校准的通信***中收发器。所述收发器可产生多个正交加扰序列。所述收发器可使用所述多个正交加扰序列从反馈信号恢复天线组件的传送信号。因此，所述收发器可针对每一天线组件执行校准。
在一方面中，本发明涉及一种使用混合波束成形的通信***中收发器，被配置成执行天线校准方法，所述收发器包括：处理器，输出多个数字经预编码信号；多个数字/模拟转换器(DAC)，耦合到所述处理器，接收所述多个数字经预编码信号，并输出多个模拟基频信号；多个射频(RF)链，耦合到所述多个DAC，接收所述多个模拟基频信号，执行升频转换，并输出多个RF信号；多个移相器，从所述多个RF链接收所述多个RF信号，根据多个正交加扰序列对所述多个RF信号执行相移，并输出多个经相移RF信号；多个功率放大器，从所述多个移相器接收所述多个经相移RF信号，放大所述多个经相移RF信号，并输出多个传送信号；多个天线组件，耦合到所述多个功率放大器，接收所述多个传送信号，并传送所述多个传送信号；多个耦合电路，耦合到所述多个天线组件，接收所述多个传送信号，组合所述多个传送信号，并输出反馈信号；反馈网络，耦合到所述多个耦合电路，接收所述反馈信号；以及观测接收器(observation receiver，ORX)，耦合到所述反馈网络，接收所述反馈信号，对所述反馈信号执行降频转换，并将所述反馈信号转换成数字反馈信号，其中所述处理器被配置成执行多个模块，所述多个模块包括：数字预编码器，对多个数字信号执行预编码，并输出所述多个数字经预编码信号；多个校准补偿模块，对所述多个数字经预编码信号执行校准补偿，以补偿所述多个传送信号中的相位、增益及延迟过剩量，所述相位、增益及延迟过剩量由所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器及所述多个功率放大器引起；以及校准器，接收所述数字反馈信号，向所述多个校准补偿模块发送多个校准序列，并向所述多个移相器发送所述多个正交加扰序列，其中所述多个移相器根据所述多个正交加扰序列对所述多个RF信号执行相移，其中当所述处理器将所述多个校准序列输出到所述多个DAC时，所述校准器接收所述数字反馈信号，所述校准器将所述数字反馈信号与所述多个校准序列及所述多个正交加扰序列进行比较，以确定所述相位、增益及延迟过剩量并调整由所述多个校准补偿模块执行的所述校准补偿。
为了使本发明的前述特征及优点易于理解，以下结合图式来详细阐述各示例性实施例。应理解，上述一般说明及以下详细说明均为示例性的，且旨在提供对所主张公开内容的进一步解释。
然而，应理解，本发明内容可能不包含本公开的所有方面及实施例，且因此决不意在为限制性或限定性的。此外，本发明将包括对所属领域中的技术人员来说显而易见的改进及修改。
附图说明
包含图式是为了提供对本发明的进一步理解，并且图式被并入本说明书并构成本说明书的一部分。图式示出本发明的实施例，且与本说明一起用于解释本发明的原理。
图1示出使用波束成形的大规模MIMO***的实例。
图2示出使用全数字波束成形的大规模MIMO***的收发器的实例。
图3示出使用混合数字/模拟波束成形的大规模MIMO***的收发器的实例。
图4A、图4B及图4C示出使用混合波束成形的收发器的实例。
图5A及图5B示出使用混合波束成形的收发器的另一实例。
图6A及图6B示出4G通信***及5G通信***的天线的实例。
图7示出理想天线校准的方块图。
图8A及图8B示出由硬件损伤引起的脉冲响应以及通过天线校准进行的补偿的实例。
图9示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。
图10示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。
图11示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。
图12示出根据本发明的一个示例性实施例的校准序列。
图13示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。
图14示出根据本发明的若干实施例由多个DAC、多个RF链、多个移相器及多个功率放大器引起的相位、增益及延迟过剩量。
图15示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。
图16示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器的多个可调谐模拟滤波器。
图17示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器的多个可调谐模拟滤波器。
附图标记列表
ADC：模拟/数字转换器
APAA：有源相位阵列天线
c：增益和相位
Figure BDA0002296086480000071
正交加扰序列
CP1、CP2：循环前缀
DAC：数字/模拟转换器
FB：数字预编码器
FBB：基频预编码块
FR：模拟预编码器
FRF：射频(RF)预编码块
gNB：下一代节点B
h：公共宽带通道响应
Figure BDA0002296086480000072
残余响应
Figure BDA0002296086480000073
宽带通道响应
h1、h2、…、hN、h11、h12、h13、…、h1p、h21、h22、h23、…、h2p、hN1、hN2、hN3、…、hNp：脉冲
hn：通道效应
1/hn：滤波器响应
N、NR、Ns、Nt、Lt、S：数目
PA：功率放大器
RF：射频
SEQ：校准信号
Tx：传送器
UE：用户设备
xn：信号
Figure BDA0002296086480000074
补偿
Figure BDA0002296086480000075
延迟
具体实施方式
现在将详细参照本发明的当前示例性实施例，在图式中示出了这些实施例的实例。只要可能，在图式及说明中使用相同的图式编号来指代相同或相似的部件。
为了解决已知技术的困难，本公开提供一种使用混合波束成形并执行天线校准方法的收发器。举例来说，由于大规模MIMO***包括极高数目的天线组件，且每一天线组件需要反馈电路。由于天线组件的数目是极高的，因此期望对组合了若干天线组件的传送信号的反馈信号执行天线校准。而在传统***的天线校准中，由于天线组件的数目不高，因此不需要经组合反馈信号。
于是，本发明涉及一种使用混合波束成形及天线校准的具有许多天线阵列的收发器。本发明的收发器可包括单个反馈电路，所述反馈电路可将天线组件的传送信号组合成一个反馈信号。由于校准方法使用正交加扰序列，因此校准器能够恢复天线组件的传送信号。因而，本发明的收发器可执行天线校准并较可降低反馈电路硬件复杂度。
图9示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。在图9中，收发器可包括：数字预编码器FB；多个校准补偿模块；多个数字/模拟转换器(DAC)；多个射频(RF)链；多个移相器；多个功率放大器(PA)；多个天线组件；多个耦合电路；反馈网络(feedback network，FB NW)；观测接收器(ORX)；以及校准器。
数字预编码器FB可接收多个(Ns个)数字信号，对所述多个数字信号执行预编码，并输出多个数字经预编码信号。所述多个校准补偿模块可对所述多个数字经预编码信号执行校准补偿。所述多个DAC可接收所述多个数字经预编码信号并输出多个模拟基频信号。所述多个RF链可接收所述多个模拟基频信号，执行升频转换，并输出多个RF信号。所述多个移相器可从所述多个RF链接收所述多个RF信号，对所述多个RF信号执行相移，并输出多个经相移RF信号。所述多个PA可从所述多个移相器接收所述多个经相移RF信号，放大所述多个经相移RF信号，并输出多个传送信号。耦合到所述多个功率放大器的所述多个天线组件可接收所述多个传送信号，并传送所述多个传送信号。
耦合到所述多个天线组件的所述多个耦合电路可从所述多个天线阵列接收所述多个传送信号，组合所述多个传送信号，并输出反馈信号。耦合到所述多个耦合电路的FBNW可接收所述反馈信号。耦合到FB NW的ORX可接收所述反馈信号，对所述反馈信号执行降频转换，并将所述反馈信号转换成数字反馈信号。
校准器可接收由ORX输出的数字反馈信号。校准器还可向所述多个校准补偿模块发送多个校准序列。
校准器可进一步向所述多个移相器发送多个正交加扰序列c。所述多个移相器可根据所述多个正交加扰序列c对所述多个RF信号执行相移。根据所述多个正交加扰序列c进行的相移可使校准器能够在仅接收单个数字反馈信号的同时针对所述多个天线组件中的每一天线组件执行校准。
如前面所述，所述多个校准补偿模块可对所述多个数字经预编码信号执行校准补偿。可执行校准补偿来去除相位、增益及延迟过剩量。这些相位、增益及延迟过剩量在天线组件处被添加到传送信号。所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器及所述多个功率放大器引起这些相位、增益及延迟过剩量。可为每一天线组件确定相位、增益及延迟过剩量。
为了确定相位、增益及延迟过剩量，校准器可使用所述多个校准序列。所述多个校准序列可被输入到所述多个DAC中，校准器可接收数字反馈信号且可将校准序列与所接收的数字反馈信号进行比较，以确定相位、增益及延迟过剩量。
因此，所述多个校准序列可被输入到所述多个DAC中，校准器可接收数字反馈信号，校准器可将数字反馈信号与所述多个校准序列及所述多个正交加扰序列c进行比较，以确定相位、增益及延迟过剩量并调整由所述多个校准补偿模块执行的校准补偿。
此外，所述多个耦合电路可为耦合到天线组件的多个模拟电子电路。例如，耦合电路可为可将由天线组件传送的信号相加以提供反馈信号的模拟电子电路。另外，若干天线组件可被分组以形成天线阵列来传送及接收全向天线波束或定向天线波束。
此外，所述多个DAC及所述多个PA可为所属领域中的技术人员所熟知的电子电路。所述多个RF链可为将模拟信号转换成RF信号的模拟电子电路。例如，RF链可包括用于升频转换及降频转换的混频器、本地振荡器、模拟滤波器及功率放大器。类似地，ORX可为将模拟RF信号转换成数字反馈信号的电子电路。例如，ORX可包括用于降频转换的混频器、本地振荡器、模拟滤波器、功率放大器及DAC。
图10示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。在图10中，收发器可包括：硬件处理器、非暂时性储存介质、多个DAC、多个RF链、多个移相器、多个PA、多个天线组件、多个耦合电路、FB NW及ORX。
所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器、所述多个PA、所述多个天线组件、所述多个耦合电路、FB NW及ORX类似于图9中的那些。可在对图9的说明中找到对这些组件的说明。
图10不同于图9，因为图10所示收发器包括硬件处理器及非暂时性储存介质。硬件处理器电连接到非暂时性储存介质，且至少被配置成根据示例性实施例及替代变型而执行收发器的多个模块。硬件处理器可被配置成至少执行数字预编码器FB、所述多个校准补偿模块及校准器。可在对图9的说明中找到对由硬件处理器执行的这些模块及组件的说明。
此外，硬件处理器被配置成处理数字信号，并根据本发明提出的示例性实施例而至少执行收发器的所述多个模块。此外，硬件处理器可存取储存由硬件处理器指派的程序设计代码、代码簿配置、经缓冲数据及记录布局的非暂时性储存介质。可通过使用例如微处理器、微控制器、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)芯片、现场可程序设计门阵列(field programmable gate array，FPGA)等可程序设计单元来实作硬件处理器。也可利用单独的电子装置或集成电路(integrated circuit，IC)来实作硬件处理器的功能。应注意，可利用硬件或软件来实作硬件处理器的功能。
因此，图9及图10联合示出使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器，所述收发器包括：处理器，输出多个数字经预编码信号；多个数字/模拟转换器(DAC)，耦合到处理器，接收所述多个数字经预编码信号并输出多个模拟基频信号；多个射频(RF)链，耦合到所述多个DAC，接收所述多个模拟基频信号，执行升频转换，并输出多个RF信号；多个移相器，从所述多个RF链接收所述多个RF信号，根据多个正交加扰序列对所述多个RF信号执行相移，并输出多个经相移RF信号；多个功率放大器，从所述多个移相器接收所述多个经相移RF信号，放大所述多个经相移RF信号，并输出多个传送信号；多个天线组件，耦合到所述多个功率放大器，接收所述多个传送信号，并传送所述多个传送信号；多个耦合电路，耦合到所述多个天线组件，接收所述多个传送信号，组合所述多个传送信号，并输出反馈信号；反馈网络，耦合到所述多个耦合电路，接收反馈信号；以及观测接收器(ORX)，耦合到反馈网络，接收反馈信号，对反馈信号执行降频转换，并将反馈信号转换成数字反馈信号，其中处理器被配置成执行多个模块，所述多个模块包括：数字预编码器，对多个数字信号执行预编码，并输出所述多个数字经预编码信号；多个校准补偿模块，对所述多个数字经预编码信号执行校准补偿，以补偿所述多个传送信号中的相位、增益及延迟过剩量，所述相位、增益及延迟过剩量由所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器及所述多个功率放大器引起；以及校准器，接收数字反馈信号，向所述多个校准补偿模块发送多个校准序列，并向所述多个移相器发送多个正交加扰序列，其中所述多个移相器根据所述多个正交加扰序列对所述多个RF信号执行相移，其中当处理器向所述多个DAC输出所述多个校准序列时，校准器接收数字反馈信号，校准器将数字反馈信号与所述多个校准序列及所述多个正交加扰序列进行比较，以确定相位、增益及延迟过剩量并调整由所述多个校准补偿模块执行的校准补偿。
根据本发明的一个示例性实施例，图9所示校准器可为基频单元(baseband unit，BBU)。BBU可为包括处理器的装置，所述处理器处理基频信号。
根据本发明的一个示例性实施例，图9所示校准器可为远程无线电头(remoteradio head，RRH)。RRH可为包括模拟滤波器、放大器、DAC、模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)、以及用于升频转换及降频转换的混频器的电子装置。
因此，根据本发明的一个示例性实施例，校准器位于基频单元(BBU)或远程无线电头(RRH)中。
根据本发明的一个示例性实施例，所述多个正交加扰序列c可为多个哈达玛(Hadamard)序列或多个沃尔什(Walsh)序列。所述多个哈达玛序列或所述多个沃尔什序列以及所述多个校准序列可形成码分校准信号。所述多个哈达玛序列或所述多个沃尔什序列可容许校准器从反馈信号恢复所述多个校准序列。因此，在此实施例中，所述多个加扰序列是多个哈达玛序列或沃尔什序列。另外，可根据所述多个校准序列来设计所述多个加扰序列，以便不影响所述多个校准序列的校准估计结果。
根据本发明的一个示例性实施例，图9所示收发器可进一步耦合到外部基频处理单元。外部基频处理单元可为包括处理器的装置，所述处理器处理基频信号。外部基频处理单元可产生所述多个校准序列。因此，在此实施例中，外部基频处理单元耦合到收发器，且被配置成产生所述多个校准序列。在本发明的另一实施例中，外部基频处理单元耦合到收发器，且被配置成估计相位、增益及延迟过剩量。另外，在本发明的另一实施例中，外部基频处理单元耦合到收发器，且被配置成产生所述多个校准序列并估计相位、增益及延迟过剩量。
图11示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。图11类似于图9及图10。不同之处在于，在图11中，收发器可进一步包括耦合到FB NW的耦合天线，而非所述多个耦合电路。耦合天线可在所述多个天线组件与耦合到FB NW的耦合天线之间提供空中(over-the-air，OTA)耦合。
数字预编码器FB、所述多个校准补偿模块、所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器、所述多个PA、所述多个天线组件、FB NW、ORX及校准器类似于图9中的那些。可在对图9的说明中找到对这些组件的说明。
图12示出根据本发明的一个示例性实施例的正交加扰序列及校准序列。正交加扰序列可以某一周期而为周期性的。与正交序列的周期对应的时间间隔可包括多个校准序列。
校准序列可包括循环前缀CP1及CP2以及校准信号SEQ。CP1及CP2可添加在校准序列的开头处及末尾处。CP1可容许校准器执行同步程序并定位校准序列的开头。CP1的长度可大于整体通道响应的最大延迟扩展。CP2可容许校准器执行公共通道响应估计并确定相位、增益及延迟过剩量。图14及本说明书的对应段落阐述公共通道响应。如前面针对图9及图10所述，所述多个校准序列可被输入到所述多个DAC，以确定相位、增益及延迟过剩量并调整校准补偿。所述多个DAC中的第一DAC可接收第一校准序列。所述多个DAC中的第二DAC可接收第二校准序列。在此种情形中且参照图12，第一校准序列的SEQ及第二校准序列的SEQ可为不同的校准信号。
如前面针对图9及图10所述，所述多个正交加扰序列可被输入到所述多个移相器，其中所述多个移相器对所述多个RF信号执行相移。所述多个移相器中的第一移相器可接收第一正交加扰序列。所述多个移相器中的第二移相器可接收第二正交加扰序列。在此种情形中，第一正交加扰序列及第二正交加扰序列可不同。因此，校准器可通过将数字反馈信号与所述多个校准序列及所述多个正交加扰序列进行比较来确定相位、增益及延迟过剩量。
如前面针对图9及图10所述，移相器可根据正交加扰代码来执行相移。参照图12，移相器可接收多个校准序列的输入，其中各校准序列包括相同的CP1、CP2及SEQ。换句话说，在与正交加扰代码的周期对应的时间间隔中，输入到移相器中的所有校准序列是相同的。移相器可根据正交加扰代码的第一系数对正交加扰代码的周期的第一校准序列执行相移。移相器可根据正交加扰代码的第二系数对正交加扰代码的周期的第二校准序列执行相移。移相器可以类似的方式继续对校准序列执行相移。最后，移相器可根据正交加扰代码的最后一个系数对正交加扰代码的周期的最后一个校准序列执行相移。
图13示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。不同于图9，图13示出具有接收校准架构的收发器。收发器可包括：多个天线组件；多个耦合电路；多个移相器；多个(NR个)RF链；多个模拟/数字转换器(ADC)；校准器；观测传送器(observation transmitter，OTX)；及传送器网络(transmitter network，TX NW)。
多个校准序列中的第一校准序列可对应于所述多个(NR个)RF链中的第一RF链。所述多个校准序列中的第二校准序列可对应于所述多个(NR个)RF链中的第二RF链。多个正交加扰序列被划分成NR组正交加扰序列。各组正交加扰序列中的第一组可对应于耦合到第一RF链的移相器。各组正交加扰序列中的第二组可对应于耦合到第二RF链的移相器。
校准器可执行所述多个校准序列与所述多个正交加扰序列的乘法，并将乘积相加在一起。因此，校准器可将第一校准序列与第一组的正交加扰序列中的每一者相乘。校准器可将第二校准序列与正交加扰序列中的每一者相乘。在对所有校准序列及正交加扰序列执行乘法之后，校准器可将乘积相加在一起并将结果输入到OTX中。
OTX可对由校准器输入的结果执行升频转换。OTX可向TX NW输出RF信号。TX NW可将RF信号输入到所述多个耦合电路。OTX可为将数字信号转换成模拟RF信号的电子电路。例如，OTX可包括用于升频转换的混频器、本地振荡器及ADC。
所述多个耦合电路可从TX NW接收RF信号，并将所述RF信号输入到所述多个移相器。所述多个移相器可根据所述多个正交加扰序列对所述多个RF信号执行相移。耦合到所述多个RF链中第一RF链的移相器根据各组正交加扰序列中的第一组执行相移。耦合到所述多个RF链中第二RF链的移相器根据各组正交加扰序列中的第二组执行相移。
所述多个RF链可从所述多个移相器接收经相移RF信号。由于所述多个RF链中的任一RF链可接收若干经相移RF信号，因此所述多个RF链可组合所接收的经相移RF信号以输出多个经组合信号。例如，所述多个RF链可使用最大比率组合(maximum ratio combining，MRC)来获得所述多个经组合信号。所述多个ADC可将所述多个经组合信号转换成多个数字信号。所述多个数字信号可能具有相位、增益及延迟过剩量。校准器可接收所述多个数字信号，将所述多个数字信号与所述多个校准序列进行比较以确定相位、增益及延迟过剩量，并调整校准补偿。
图14示出根据本发明的若干实施例由多个DAC、多个RF链、多个移相器及多个功率放大器引起的相位、增益及延迟过剩量。数字经预编码信号可被输入到图14所示DAC中。在DAC执行数字/模拟转换且RF链执行升频转换之后，RF信号可被输入到多个移相器中。所述多个移相器可耦合到多个PA。在放大之后，所述多个天线组件可传送多个传送信号。然而，这些组件可能在所述多个传送信号中引起相位、增益及延迟过剩量。所述多个校准补偿模块可对所述多个数字经预编码信号执行校准补偿，以补偿所述多个传送信号中的相位、增益及延迟过剩量。
任何校准补偿模块均可补偿由DAC、RF链以及耦合到相应RF链的移相器及PA引起的过剩量。RF链可耦合到若干移相器。因此，由移相器及PA形成的线路所引起的相位、增益及延迟过剩量不同于另一由移相器及PA形成的线路所引起的相位、增益及延迟过剩量。然而，由移相器及PA形成的线路以及另一由移相器及PA形成的线路可耦合到同一RF链，因此具有相位、增益及延迟过剩量的公共分量。公共宽带通道响应h可包括由DAC及RF链引起的相位、增益及延迟过剩量。由移相器及PA形成的线路的增益及相位是c。综上所述，任何天线组件处的相位、增益及延迟过剩量是h与c的乘积，此被称为宽带通道响应
Figure BDA0002296086480000141
在本发明的一个示例性实施例中，图9所示收发器的校准器可调整校准补偿以补偿公共宽带通道响应。因此，在此实施例中，公共宽带通道响应是由所述多个DAC及RF链引起的相位、增益及延迟过剩量，且校准器调整校准补偿以补偿公共宽带通道响应。
图15示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器。图15类似于图9及图10。不同之处在于，在图15中，收发器可进一步包括耦合到所述多个移相器的多个延迟电路。校准器可针对每一由移相器及PA形成的路线调整延迟
Figure BDA0002296086480000151
其中针对由移相器及PA形成的线路调整的延迟可不同于针对另一由移相器及PA形成的线路调整的延迟。此外，校准器可利用以下方程式来确定多个正交加扰序列c、多个延迟
Figure BDA0002296086480000152
及补偿
Figure BDA0002296086480000153
至
Figure BDA0002296086480000154
Figure BDA0002296086480000155
数字预编码器FB、所述多个校准补偿模块、所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器、所述多个PA、所述多个天线组件、FB NW、ORX及校准器类似于图9中的那些。可在对图9的说明中找到对这些组件的说明。所述多个校准补偿模块可通过数字滤波器来提供补偿
Figure BDA0002296086480000156
至
Figure BDA0002296086480000157
图16示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器的多个可调谐模拟滤波器。图16示出多个可调谐模拟滤波器及多个延迟电路。所述多个可调谐模拟滤波器可在所述多个RF链与所述多个延迟电路之间耦合到图15所示收发器。校准器可进一步调整所述多个可调谐模拟滤波器，以补偿残余响应
Figure BDA0002296086480000158
类似于图15，校准器也可针对每一由移相器及PA形成的线路调整延迟
Figure BDA0002296086480000159
此外，校准器可利用以下方程式来确定多个正交加扰序列c、多个延迟
Figure BDA00022960864800001510
补偿
Figure BDA00022960864800001511
至
Figure BDA00022960864800001512
以及残余响应
Figure BDA00022960864800001513
Figure BDA00022960864800001514
Figure BDA00022960864800001515
图17示出根据本发明的一个示例性实施例使用混合波束成形、被配置成执行天线校准方法的通信***中收发器的多个可调谐模拟滤波器。图17示出多个可调谐模拟滤波器。所述多个可调谐模拟滤波器可在所述多个RF链与所述多个移相器之间耦合到图9所示收发器。类似于图16，校准器可进一步调整所述多个可调谐模拟滤波器，以补偿残余响应
Figure BDA00022960864800001516
此外，校准器可利用以下方程式来确定多个正交加扰序列c、多个延迟
Figure BDA00022960864800001517
补偿
Figure BDA00022960864800001518
至
Figure BDA00022960864800001519
以及残余响应
Figure BDA00022960864800001520
Figure BDA00022960864800001521
Figure BDA00022960864800001522
数字预编码器FB、所述多个校准补偿模块、所述多个DAC、所述多个RF链、所述多个移相器、所述多个PA、所述多个天线组件、FB NW、ORX及校准器类似于图9中的那些。可在对图9的说明中找到对这些组件的说明。
在本发明的一个示例性实施例中，图17所示收发器的校准器可调整所述多个可调谐模拟滤波器，以对由所述多个移相器及所述多个PA引起的相位、增益及延迟过剩量提供校准补偿。因此，在此实施例中，公共宽带通道响应是由所述多个DAC及RF链引起的相位、增益及延迟过剩量，且校准器调整所述多个校准补偿模块的校准补偿以补偿公共宽带通道响应，其中校准器调整所述多个可调谐模拟滤波器以对由所述多个移相器及所述多个功率放大器引起的相位、增益及延迟过剩量提供校准补偿。
鉴于上述说明，本发明适用于使用混合波束成形的具有高数目的天线组件的收发器。在具有许多天线组件的收发器中，每一天线组件将需要反馈网络。此种要求将导致硬件复杂度的增加。本发明的收发器可包括单个反馈网络，所述反馈网络可将天线组件处的传送信号组合成一个反馈信号。由于所述多个移相器根据多个正交加扰序列对RF信号执行相移，因此校准器能够恢复由天线组件输出的传送信号。因此，本发明的收发器可执行校准以去除由RF组件引起的相位、增益及延迟过剩量、并较可降低反馈网络的硬件复杂度。
在对本申请所公开的实施例的详细说明中使用的任何组件、动作或指令均不应被解释为对本发明绝对关键或必要，除非明确如此阐述。此外，本文中所使用的每一不定冠词“一个(a及an)”可包括多于一个项目。如果预期仅有一个项目，则将使用用语“单个(asingle)”或类似的语言。此外，本文中所使用的后跟多个项目及/或多个项目类别的列表的用语“…中的任一者”旨在单独地或与其他项目及/或其他项目类别结合地包括所述项目及/或项目类别“中的任一者”、“的任一组合”、“的任何多个”及/或“中的多个的任一组合”。此外，本文中所使用的用语“集合(set)”旨在包括任何数目的项目，包括零个。此外，本文中所用的用语“数目(number)”旨在包括任何数目，包括零个。
对于所属领域中的技术人员来说，在不背离本发明的范围或精神的条件下，可对所公开的实施例的结构作出各种等效修改及变化。鉴于所公开的内容，本公开旨在涵盖所公开内容的修改及变化，只要所述修改及变化归入权利要求书及其等效内容的范围内即可。

Claims (8)

1.一种使用混合波束成形的通信***中收发器，被配置成执行天线校准方法，所述收发器包括：
处理器，输出多个数字经预编码信号；
多个数字/模拟转换器，耦合到所述处理器，接收所述多个数字经预编码信号，并输出多个模拟基频信号；
多个射频链，耦合到所述多个数字/模拟转换器，接收所述多个模拟基频信号，执行升频转换，并输出多个射频信号；
多个移相器，从所述多个射频链接收所述多个射频信号，根据多个正交加扰序列对所述多个射频信号执行相移，并输出多个经相移射频信号；
多个功率放大器，从所述多个移相器接收所述多个经相移射频信号，放大所述多个经相移射频信号，并输出多个传送信号；
多个天线组件，耦合到所述多个功率放大器，接收所述多个传送信号，并传送所述多个传送信号；
多个耦合电路，耦合到所述多个天线组件，接收所述多个传送信号，组合所述多个传送信号，并输出反馈信号；
反馈网络，耦合到所述多个耦合电路，接收所述反馈信号；以及
观测接收器，耦合到所述反馈网络，接收所述反馈信号，对所述反馈信号执行降频转换，并将所述反馈信号转换成数字反馈信号，
其中所述处理器被配置成执行多个模块，所述多个模块包括：
数字预编码器，对多个数字信号执行预编码，并输出所述多个数字经预编码信号；
多个校准补偿模块，对所述多个数字经预编码信号执行校准补偿，以补偿所述多个传送信号中的相位、增益及延迟过剩量；以及
校准器，接收所述数字反馈信号，向所述多个校准补偿模块发送多个校准序列，并向所述多个移相器发送所述多个正交加扰序列以对所述多个射频信号执行相移，
其中当所述处理器将所述多个校准序列输出到所述多个数字/模拟转换器时，所述校准器接收所述数字反馈信号，所述校准器将所述数字反馈信号与所述多个校准序列及所述多个正交加扰序列进行比较，以确定所述相位、增益及延迟过剩量并调整由所述多个校准补偿模块执行的所述校准补偿。
2.如权利要求1所述的收发器，其中所述校准器是基频单元或远程无线电头。
3.如权利要求1所述的收发器，其中所述多个正交加扰序列是多个哈达玛序列或沃尔什序列。
4.如权利要求1所述的收发器，其中外部基频处理单元耦合到所述收发器，且被配置成产生所述多个校准序列。
5.如权利要求1所述的收发器，其中外部基频处理单元耦合到所述收发器，且被配置成估计所述相位、增益及延迟过剩量。
6.如权利要求4所述的收发器，其中所述外部基频处理单元进一步被配置成估计所述相位、增益及延迟过剩量。
7.如权利要求1所述的收发器，其中公共宽带通道响应是由所述多个数字/模拟转换器及所述多个射频链引起的相位、增益及延迟过剩量，且所述校准器调整所述校准补偿以补偿所述公共宽带通道响应。
8.如权利要求1所述的收发器，其中所述收发器进一步包括：
多个可调谐模拟滤波器，从所述多个射频链接收所述多个射频信号，并耦合到所述多个移相器，
其中公共宽带通道响应是由所述多个数字/模拟转换器及所述多个射频链引起的相位、增益及延迟过剩量，且所述校准器调整所述多个校准补偿模块的所述校准补偿以补偿所述公共宽带通道响应，
其中所述校准器调整所述多个可调谐模拟滤波器，以对由所述多个移相器及所述多个功率放大器引起的相位、增益及延迟过剩量提供校准补偿。
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