WO2011097784A1

WO2011097784A1 - 互易误差校准设备和互易误差校准方法

Info

Publication number: WO2011097784A1
Application number: PCT/CN2010/001594
Authority: WO
Inventors: 罗庆霖; 石璟
Original assignee: 上海贝尔股份有限公司; 阿尔卡特朗讯
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-08-18

Description

互易误差校准设备和互易误差校准方法

技术领域

本发明的实施例涉及无线通信，具体涉及一种互易误差校准设备和互易误差校准方法。背景技术

对于基于时分双工多入多出（TDD MIMO)***的互易性（reciprocity) 原则，链路级仿真显示出，尽管用户设备 UE侧互易误差对性能的影响较小，但在信噪比（SNR) 较高的情况下影响比较大。

文献 [1]和文献 [2]讨论了互易误差对于 MIMO性能的影响，其结论是必需使用互易误差校准（ calibration )。文献 [3]和文献 [4]提出了多种基于空中接口（OTA， over-the-air) 技术的校准***，用于在单个小区的情况下校准基带到基带非互易性。文献 [5]首次提出了应当特别注意 TDD 协作多点处理（CoMP)情形下的天线阵列校准，但并没有给出具体的解决方案。文献 [6]提出了一种 TDD CoMP情况下的校准方案，用于天线校准。

以上讨论主要涉及基站 eNB侧的互易误差校准。

对于用户设备 UE侧的互易误差校准，文献 [1]给出了分析及***级仿真结果。该***级仿真结果显示出，通常 UE侧的互易误差对于***流量的影响不明显。

但是，由发明人进行的链路级仿真显示出：在低信噪比情况下， UE 侧的互易误差对于性能的影响不大；但是当信噪比变大时，影响变得明显，并且应当进行校准以实现最优性能。

参考文献：

1： 3GPP RANI Tdoc for LTE and LTE-A, Rl -094622；

2: 3GPP RANI Tdoc for LTE and LTE-A, Rl-093026;

3: 3GPP RANI Tdoc for LTE and LTE-A, Rl -080494;

4: 3GPP RANI Tdoc for LTE and LTE-A, Rl -090563;

5: 3GPP RANI Tdoc for LTE and LTE-A, Rl-093378;

6: 3GPP RANI Tdoc for LTE and LTE-A, Rl -094623。发明内容

根据本发明的第一方面，提出了一种互易误差校准方法，包括步骤：测量下行链路信道响应 >_i;测量上行链路信道响应 ^基于 11。和11 ，根据互易模型 ^Η^ ^{= Ε}^^Η^^Ε ，来同时计算基站的互易误差 Ε₆和用户设备的互易误差 Ε„ ; 以及利用计算得到的用户设备的互易误差 Ε„和基站的互易误差 E_h，执行互易误差校准操作。

优选地，使用相同的基准来分别计算基站的互易误差 E₆和用户设备的互易误差 E_M 。

优选地，使用不同的基准来分别计算基站的互易误差 E₄和用户设备的互易误 ¾ E_M 。

优选地，用户设备的互易误差 £：„的解是：

其中， ,.表示用户设备的第 i根天线的互易误差， i=l〜M， M是用户设备的天线数目；表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的下行链路的信道响应； ^表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的上行链路的信道响应，表示用户设备的第 1根天线的互易误差。

优选地，用户设备的互易误差 Ε„的解是：

其中， e„ 表示用户设备的第 i根天线的互易误差， i=l〜M， M是用户设备的天线数目； _y表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的下行链路的信道响应； _y表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的上行链路的信道响应；表示基站的第 1根天线的互易误差。

优选地，在用户设备或基站处执行所述方法。根据本发明的第二方面，提出了一种互易误差校准设备，包括：下行链路测量装置，测量下行链路信道响应^) / ; 上行链路测量装置，测量上行链路信道响应^/ _{i ;} 计算装置，基于 H_DL和 Η^ , 根据互易模型

H_FLI = E-jK_U ^r _LE_b；来同时计算基站的互易误差 ^和用户设备的互易误差 _{Em ;} 以及互易误差校准装置，利用计算得到的用户设备的互易误差 _Εί„和基站的互易误差 Ε₆，执行互易误差校准操作。本发明提出了一种针对 TDD***的 eNB侧和 UE侧的互易误差校准解决方案，可以用于单个小区或 CoMP情况。与仅进行 eNB侧的互易误差校准的传统技术方案相比较，本发明实现了显著的校准增益，尤其是在 SNR 较高的区域。附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图 1示出了传统 TDD***中的空中接口误差校准的示意图；

图 2示出了 CoMP情况下的空中接口误差校准的示意图；

图 3示出了互易误差校准的模型；

图 4示出了根据本发明实施例的互易误差校准方法的流程图；图 5示出了根据本发明实施例的互易误差校准设备的框图；以及图 6示出了根据本发明实施例的互易误差校准方法与传统的互易误差校准方法比较的仿真结果。具体实施方式

下面将说明本发明的多种实施例。随后的说明提供了对这些实施例的全面理解的详细细节。但是，本领域的技术人员应当了解，无需一些所述细节也可以实施本发明。此外，可能不会示出或详细说明一些公知的结构或者功能，以免不必要地使本发明多种实施例的相关说明不清楚。

首先，为了更好地理解本发明，对现有技术中基于空中接口的误差校准方法进行简要说明。

图 1示出了传统 TDD***中的空中接口误差校准的示意图，其中示意性地给出了传统 TDD***中 eNB和 UE的结构以及二者之间的校准信令。可以定义以下变

：第 i根天线的发射校准回路的测量响应

/¾，,.：第 i根天线的接收校准回路的测量响应

K ,.：基站的第 i根天线的发射响应

,.：基站的第 i根天线的接收响应

用户设备的发射响应

用户设备的接收响应

h_ni ,.：第 i根天线的空中接口响应可以利用以下公式来进行传统的 eNB侧的空中接口校准:

A 测量信道响应：

h, 1,/ · = h_L. h h ,

B 计算第 i根天线的互易:

其中

， w_j = c 归一化并获取相对互易:

这里，可以选择作为该 eNB的基准互易，用作第 i根天线的校准权

上行链路 UL/下行链路 DL信道互易是 TDD***的关键特征之一。然而， UE和 eNB中发射 Tx/接收 Rx射频（RF) 电路的不对称导致不能始终实现互易。因此需要天线阵列互易校准来满足不同情况下的需要。

自校准（Self Calibration) 无需空中接口信令，并且能够提供全波段精确 RF失配校准，因此，在多种 TDD***中均使用了自校准。

空中接口（OTA)互易校准是一种纯软件校准，通常无需任何硬件支持。更重要地，在分布式天线***中，空中接口互易校准无需完全的互易测量。因此， 3GPP LTE-A标准更关注于 OTA校准。对于空中接口互易校准，通常 eNB用于收集上行链路和下行链路信道度量并计算由于其结构造成的对于 UE的互易校准权重。通常，认为 UE侧的校准需要额外的 UE侧复杂度，因此会造成 UE电池和 UE尺寸方面的负担。对于 UE而言，与有限的校准增益相比较，通常认为电池和 UE尺寸的大小更为关键，因此，在实践中倾向于不在 UE侧进行校准。因此，本发明的基本思想在于： UE将从其所有天线测量到的下行链路（DL) 响应^ ^ (例如信道状态信息（CSI) ) 反馈给 eNB; 基于完整的下行链路信道响应和（例如从上行链路基准信号（Sounding Reference Signal, SRS ) ) 测量的完整的上行链路信道响应 ^/i， eNB能够按照以下实施例来同时计算 eNB侧和 UE侧的校准权重。以下实施例以协作多点发射与接收（CoMP)为例进行说明。图 2示出了用于 TDD CoMP的空中接口互易误差校准的示意图。不失一般性，以每个 eNB配备有两个天线单元、并且仅有两个 eNB参与了 CoMP为例进行描述。本领域的普通技术人员可以将其直接推广到更为复杂的 CoMP情形或更为简单的单个小区的情形。

本发明使用了互易误差校准模型（参见文献 [1] )。由于非对称干扰不属于本发明研究的范畴，本发明主要针对非干扰类型的互易误差，例如包括但不局限于 RF失配、 ***性误差等。

图 3给出了根据本发明实施例的互易误差校准模型，其中 H 、 H_A,、 U_mr , H„„分别表示：基站的接收响应、基站的发射响应、用户设备的接收响应、用户设备的发射响应， n_UL、 H_Di分别表示上行链路和下行链路的信道响应。

无线发射机具有与无线接收机不同的 RF电路。假设不存在天线间耦合，可以利用对角矩阵来建模 RF通道 (^H* ^Η- , ^Η Η»" )的有效信道响应。例如：

H_br = diag(h_{br ]} , h_{br 2},..., h_{br N} )

其中， N是基站的天线的数目， «_g[]表示对角变换。通过综合考虑 eNB 和 UE之间的非互易效应，有 ¹¹ DL― ⁿmrⁿAI,DLⁿbl ( )

^HUL = H_ArH^_{/ i;i}H_m(

其中，对于相干时间内的上行链路和下行链路传输， Η = Ι¾。

^Em = ^H _m,^H _m'r = diag(e_{m l} ,e_{m 2},...,e_m^ )

将互易误差的定义¹^^¹¹^^^.¹，^…，^) 应用到公式（1 )中，其中下标 b和分别表示基站（eNB)和用户设备（UE)，表示用户设备的互易误差，表示基站的互易误差，表示用户设备的第 i根天线的互易误差（i=l ...M)，表示基站的第 i根天线的互易误差（i=l ...N)。则可以将有效下行链路和上行链路的信道响应表示为：

^HDI = ^Em'^Hl/I^E6 (2) 公式（2)可以用于对存在 RF失配的有效上行链路和下行链路信道的互易建模。等式（2) 提供了实际上行链路和下行链路信道之间的互易模型。

互易误差校准的目标在于根据导频信号来计算 eNB侧互易误差 E_b和 UE侧互易误差 E_m，并将其用于补偿用户信号，以保证 11^和11^的互易。

通常，由于移动站侧的复杂度限制，仅在 eNB侧执行互易误差校准，没有解决 UE侧的互易误差问题。传统地，认为 UE侧相位误差（互易误差的一种）不会影响 MIMO性能。然而， UE侧 RF接收机增益的失配会对

MIMO性能造成影响。在低阶 MIMO或低信噪比情况下，这种影响相对较小，但当 MIMO阶数增大或 SNR增大的情况下，这种影响会越来越大。对于具有上行链路和下行链路的信道测量导频的***，可以通过导频信令（例如， LTE-A***中的下行链路 CSI-RS和上行链路 SRS)来测量和 Η^。等式¹ ^ ^{= Ε}^^Η^^Ε 中的矩阵 E_b和 E_m是未知的。显然这是不可直接求解的。根据本发明，可以将公式（2) 改写为矩阵形式: h

■· ^ridl,\N h h ^em, i !， ^eb,\ … ^emM ^ulMN^eb,N

其中，，' = 1，···，Μ 和 U = 1，〜，W是未知的。为求解，可以写为:

通过分别在等式两端执行对数运算，可以将上述等式转换为一个线性方程组。该方程组是否有解取决于以下矩阵的秩：

其中， ones(_a,b)是大小为 axb的全 1矩阵的通用函数。可以证明： rank{A) = M + N ~\

例如，对于一个 ΜχΝ等于 2x4的 MIMO***，上述矩阵（3) 可以是:

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 0 1

0 0 0 0

A =

1 1 0 0

1 0 1 0 0

1 0 0 1 0

0 1 0 0 0 1

该矩阵的秩是 ί 而存在 6个未知数，因而无解, 根据以上分析，可以得到以下基本思想：

1) 从¹^ 和的测量值通过求解和来进行完全校准不可行；

2)通过将 ^表示为 '^{ί = 1}，···，^Μ 或 ^{= 1}，，w的函数来进行基站侧的相对校准是可行的；

3) 对于任意 M，<M， N，=N， rank(A')=M'+N-l, 因此， UE天线的数目不会影响 '， ⁼ ^的可解性；

4) 通过将 ^E表示为， ^{= 1}，'··，^Μ 或 ⁼¹， ^的函数来进行 UE侧的相对校准是可行的；

5)对于任意 N，<N， M'=M, rank(A，)=M，+N-l，因此， eNB天线的数目不会影响^ '，' ⁼ ，^M的可解性；

6) UE和 eNB能够共享一个公共互易基准，或取决于实际情况使用不同的互易基准。实际上，传统的互易校准技术正是基于以上思想第（1) ~ (3) 点，而第（4)〜（6)点则是根据本发明实施例在单个小区或 CoMP情况下进行 eNBUE相对校准的理论基础。

根据本发明的思想，在信道响应矩阵是全对角阵（例如 /¾^=0， h_dtiJ = 0 , i≠j ) 的情况下，将和之一 ^'和之一（或者 Ε„^ΠΕ₆中的任意一个元素）作为基准时，等式 =^E:'^H ^有解且有无穷多个解。当使用作为基准时， eNB侧互易误差的解是:

这等同于传统的相对校准方法。

如果 UE侧也使用 '

种情况下，如果 UE侧使用 ^e" 作为基准，则 UE侧互易误差的解

针对不同的相对校准目的，可以使用其他操作来去除解中的公共因子。

利用求解得到的 eNB/UE侧互易误差，可以将 eNB互易误差校准权重计算为：

UE互易误差校准权重是：

= ^em ,i = -,M 因此，可以将互易误差校准操作表示为-

其中， W_m =diag(w_{m l},w_{m 2},...,w_mM)

W_A =diag(w_{b l},w_{b 2},...,w_bN) 本领域的普通技术人员可以理解，上述互易误差校准应用于上行链路，当然可以根据互易原理将其应用于下行链路。为了更好地理解本发明，下面将参考图 4来描述根据本发明优选实施例的互易误差校准方法。

图 4示出了根据本发明实施例的互易误差校准方法的流程图。

首先，在步骤 S101， UE从其所有天线测量下行链路信道响应^ ^，并将测量的^)反馈给 eNB。例如，可以通过信道状态信息（CSI)将测量的 ¾反馈给 eNB。

在步骤 S102， eNB根据上行链路基准信号（Sounding Reference Signal,

SRS) 测量上行链路信道响应^^

在步骤 S103， eNB基于 H_DL和 H^ , 根据互易模型 ^H^ = ^E^^H^^E 同时计算基站的互易误差£₄和用户设备的互易误差。

在步骤 S104, eNB利用计算得到的用户设备的互易误差 E„和基站的互易误差 E₆，执行互易误差校准操作。如上所述，经过校准的上行链路信道响应，

W = ^M， e_b eE_b, W

具体地，在步骤 S103，如上所述，基于信道响应矩阵是全对角阵（例如 =0， h_{dl u} =0 , 的假设以及将 '和之一（或者 Ε„和^中的任意一个元素）作为基准，来对公式¹ ^=^Ε;'^Η^^求解。

图 5示出了根据本发明实施例的互易误差校准设备的框图。

如图 5所示，根据本发明实施例的基站处的互易误差校准设备包括：下行链路测量装置 101，用于通过测量而获取下行链路信道响应 _;上行链路测量装置 102，用于通过测量而获取上行链路信道响应 / _;计算装置 103，用于基于测量的 ^和，根据互易模型 ^{H =E}^^H^^E ，来同时计算基站的互易误差 ^和用户设备的互易误差 E„_; 以及互易误差校准装置 104, 用于利用计算得到的用户设备的互易误差 E„和基站的互易误差 E₄，执行互易误差校准操作。

结合图 4和图 5描述的根据本发明实施例的互易误差校准方法和互易误差校准设备被示出为在 eNB处实现。本领域技术人员可以认识到，本发明并不局限于此。根据本发明实施例的互易误差校准方法和互易误差校准设备也可在 UE处实现。例如，下行链路测量装置 101可以布置于 UE处。在这种情况下，根据本发明实施例的互易误差校准设备还包括 UE处的发送装置，用于将 UE从其所有天线测量的下行链路信道响应^^发送给 eNB; 以及 eNB处的接收装置，用于从 UE接收下行链路信道响应 ^。本发明提出了一种针对 TDD***的 UE/eNB互易误差校准解决方案，可以用于单个小区或 CoMP情况。与仅由 eNB进行互易误差校准的传统技术方案相比较，尤其在 SNR较高的区域实现了显著的校准增益。图 6示出了根据本发明实施例的互易误差校准方法与传统的互易误差校准方法比较的仿真结果。

在仿真中使用以下配置： LTE-A链路， 3xUE， 3 eNB_; 每一个 UE配备有 2个天线，每一个 eNB配备有 4个天线； 16QAM调制， Turbo编码；速率 Imps, Urban Micro; -5dB的小区间干扰。

如图 6所示，为了简要，使用了解调器输出信号的信号干扰加噪声比 ( SINR)作为性能度量。通过在 16QAM+Turbo编码的输入 /输出 SNR映射表中进行查找，可以将该度量映射为误码率（BER) 或误块率（BLER)。

图 6中， "SRS w/o RE"表示无互易误差的信道测量结果； "eNB+UE Cal"表示应用了根据本发明的互易误差校准方法的信道测量结果； "eNB Cal"表示应用了根据传统互易误差校准方法的仅针对 eNB进行互易误差校准的信道测量结果； "RE w/o Cal"表示没有应用互易误差校准方法的信道测量结果。

从图 6中可以看出，在 eNB侧执行 UE的互易误差校准能够显著增强链路性能。当 SNR等于 20dB时，可以实现约为 3dB的链路级增益。

本发明的实施例描述了一种 eNB UE校准方法，能够在几乎不增大 UE 复杂度的情况下在 eNB侧执行 UE互易校准。从上面的描述也可看出， UE 仅需要测量下行链路信道响应并将其反馈给 eNB。仿真结果显示，与仅对 eNB进行互易误差校准的方法相比较，根据本发明的解决方案提供了更好的性能虽然上面以方法步骤的形式描述了本发明的实施例所提出的基站所实现的功能，但是图 4中示出的每一个步骤在实际应用中可以用图 5中示出的一个或多个功能模块实现。所述功能模块在实际应用中也可以集成在一块芯片或一个设备中。本领域普通技术人员应该理解，本发明实施方式中的基站还可包括用于其它目的的任何单元或装置。

本领域技术人员应该很容易认识到，可以通过编程计算机实现上述方法的不同步骤。在此，一些实施方式同样包括机器可读或计算机可读的程序存储设备（如，数字数据存储介质）以及编码机器可执行或计算机可执行的程序指令，其中，该指令执行上述方法的一些或全部步骤。例如，程序存储设备可以是数字存储器、磁存储介质（如磁盘和磁带）、硬件或光可读数字数据存储介质。实施方式同样包括执行上述方法的所述步骤的编程计算机。

描述和附图仅示出本发明的原理。因此应该意识到，本领域技术人员能够建议不同的结构，虽然这些不同的结构未在此处明确描述或示出，但体现了本发明的原理并包括在其精神和范围之内。此外，所有此处提到的示例明确地主要只用于教学目的以帮助读者理解本发明的原理以及发明人所贡献的促进本领域的构思,并应被解释为不是对这些特定提到的示例和条件的限制。此外，此处所有提到本发明的原则、方面和实施方式的陈述及其特定的示例包含在其等同物内。

Claims

1. 一种互易误差校准方法，包括步骤：

测量下行链路信道响应

测量上行链路信道响 H_UL；

基于！！^和！！，根据互易模型 ^{H = E} _m ^{lH E} ，来同时计算基站的互易误差 ^和用户设备的互易误差 E„; 以及

利用计算得到的用户设备的互易误差£„和基站的互易误差 E_T，执行互易误差校准操作。

2. 根据权利要求 1所述的方法，其中，使用相同的基准来分别计算基站的互易误差 £₆和用户设备的互易误差 _E)„。

3. 根据权利要求 1所述的方法，其中，使用不同的基准来分别计算基站的互易误差 1：₄和用户设备的互易误差 E_M。

4. 根据权利要求 2所述的方法，其中，用户设备的互易误差 E„的解是：

其中，表示用户设备的第 i根天线的互易误差， i=l〜M， M是用户设备的天线数目； _Λν表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的下行链路的信道响应；表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的上行链路的信道响应，表示用户设备的第 1根天线的互易误差。

5. 根据权利要求 3所述的方法，其中，用户设备的互易误差 E„的解是-

其中， ,表示用户设备的第 i根天线的互易误差， i=l〜M， M是用户设备的天线数目表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的下行链路的信道响应；表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的上行链路的信道响应；表示基站的第 1根天线的互易误差。

6. 根据权利要求 1-5之一所述的方法，其中，在用户设备或基站处执行所述方法。

7. 一种互易误差校准设备，包括:.

下行链路测量装置，测量下行链路信道响应

上行链路测量装置，测量上行链路信道响应^^

计算装置，基于！！^和！!^，根据互易模型 ^Η^ ^{= Ε}^^Η^^Ε ，来同时计算基站的互易误差！^和用户设备的互易误差 Ε„ ; 以及

互易误差校准装置，利用计算得到的用户设备的互易误差£„和基站的互易误差 Ε₆，执行互易误差校准操作。

8. 根据权利要求 7所述的设备，其中，使用相同的基准来分别计算基站的互易误差 ^和用户设备的互易误差 Ε„。

9. 根据权利要求 7所述的设备，其中，使用不同的基准来分别计算基站的互易误差 ^和用户设备的互易误差 Ε„。

10. 根据权利要求 8所述的设备，其中，用户设备的互易误差 Ε„的解是：

e . = e ,

,2 ,2 ,2\ 其中，表示用户设备的第 i根天线的互易误差， i=l〜M， M是用户设备的天线数目；表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的下行链路的信道响应；表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的上行链路的信道响应， ,表示用户设备的第 1根天线的互易误差。

11. 根据权利要求 9所述的设备，其中，用户设备的互易误差 E„的解是：

=

,2 ⁼ ,2\ 其中，表示用户设备的第 i根天线的互易误差， i=l〜M， M是用户设备的天线数目表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的下行链路的信道响应； ,表示用户设备的第 i根天线与基站的第 j根天线之间的上行链路的信道响应；表示基站的第 1根天线的互易误差。

12. 根据权利要求 7-11之一所述的设备，其中，所述设备实现在用户设备或基站处。