專利名稱：智能天線系統(tǒng)中的發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)闹谱鞣椒?br> 智能天線系統(tǒng)中的發(fā)射/接收補(bǔ)償技術(shù)領(lǐng)域本公開旨在無線電通信系統(tǒng)，更具體地，旨在在智能天線系統(tǒng)中使用的 補(bǔ)償技術(shù)。
背景技術(shù)：
在諸如移動電話系統(tǒng)和無線網(wǎng)絡(luò)之類的無線電通信系統(tǒng)中，通過一個或 多個天線來發(fā)射和接收信號。這些信號傳播通過受各種因素影響的通信信道，所述因素包括大氣、人造結(jié)構(gòu)、地形和無線電干擾。系統(tǒng)性能可能由 于來自多個源的干擾而^皮損害。當(dāng)信號進(jìn)行傳播、從物體彈回并促使多路信號到達(dá)接收機(jī)時，發(fā)生多徑 干擾。所接收的多路信號由于相位和振幅方面的差異而彼此干擾。例如，所 發(fā)射信號可能通過視線路徑和從建筑物反射的路徑二者抵達(dá)接收機(jī)。所反射 的信號行進(jìn)了較長的距離，導(dǎo)致進(jìn)一步的衰減和相位改變。在這個示例中， 該兩個所接收信號可相互干擾，從而降低了鏈路質(zhì)量。此外，以其它無線電的信號頻率的發(fā)射、以及各種寄生發(fā)射可能干擾信 號接收。干擾可以由無關(guān)的設(shè)備導(dǎo)致，或可以是計劃頻率復(fù)用(reuse)的結(jié)果。 在遍布地理區(qū)域的通信網(wǎng)絡(luò)中，復(fù)用頻率是很正常的。盡管頻率復(fù)用通常被 策劃為最小化有害干擾，但是可導(dǎo)致一些干擾。在許多情況中，從除干擾信號方向之外的方向接收期望的信號?？赡懿?用諸如波束形成和時空編碼的空間處理技術(shù)來修改無線電收發(fā)機(jī)的發(fā)射和/ 或接收特性，以減輕有害干擾的影響。天線具有影響整個系統(tǒng)容量和性能的輻射特性。例如，全向天線在任何 方向、以相似性能來輻射或接收信號。因此，全向天線本身容易受上述各種 有害干擾的影響。當(dāng)使用天線陣列(即，具有以任何方式排列的多個天線元件的天線系統(tǒng)) 時，可以采用空間處理技術(shù)來變化由每個天線元件輻射或接收的信號的增益 和相位特性，以形成被設(shè)計為在一個或多個方向上削弱了干擾并提高了信號
增益的輻射方向圖(radiationpattern)。這允許，作為多路無線電的已增加容 量可以以減少的干擾似然性和多徑衰落而在相同或相似頻率上發(fā)射、并且在 每個感興趣信號的方向上具有已增加增益的改善的可靠性。
發(fā)明內(nèi)容
'在一個總方面，無線電通信系統(tǒng)包括多個天線和與該多個天線耦接的處 理器。該處理器包括無探測(probeless)發(fā)射/接收補(bǔ)償組件，其使得所述無 線電通信系統(tǒng)能夠在發(fā)射信號的同時補(bǔ)償發(fā)射和接收路徑中的變化。在一些實現(xiàn)方式中，該多個天線形成天線陣列?？梢詫⑻幚砥鲗崿F(xiàn)為數(shù) 字信號處理器，其中通過與由其它天線使用的發(fā)射路徑無關(guān)的發(fā)射路徑、和 與由其它天線使用的接收路徑無關(guān)的接收路徑來將多個天線的每一個耦接 到處理器。在示范實現(xiàn)方式中，所述處理器的無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償組件可操作為通 過多個天線中的每一個周期性地迭代來計算一組復(fù)數(shù)權(quán)重(complex weight), 從而補(bǔ)償發(fā)射和接收路徑中的變化，使用多個天線之一來發(fā)射已知信號，同 時使用剩余的天線接收所發(fā)射的已知信號；基于諸如正交頻分多路復(fù)用 (OFDM )信號的所接收信號來計算一組補(bǔ)償參數(shù)。當(dāng)發(fā)射具有多音頻(tone ) 的OFDM信號時，處理器的發(fā)射/接收補(bǔ)償組件可被配置成為OFDM音頻群 計算單獨(dú)的一組復(fù)數(shù)權(quán)重。在另一總方面，無線電設(shè)備包括信號處理單元、和至少兩個射頻單元。 每個射頻單元耦接到信號處理單元，并可獨(dú)立地操作以使用天線接收信號和 發(fā)射信號，從而無線電設(shè)備可通過射頻單元之一來發(fā)射信號同時使用另一個 射頻單元來接收所發(fā)射的信號。例如，可使用數(shù)字信號處理器或?qū)Ｓ眉呻?路來實現(xiàn)該信號處理單元。在一些實現(xiàn)方式中，信號處理單元包括與每個射頻單元相關(guān)聯(lián)的模數(shù)轉(zhuǎn) 換器以及與數(shù)模轉(zhuǎn)換器。該信號處理單元可操作為例如通過使用射頻單元中 的每一個連續(xù)發(fā)射已知信號、同時使用其它射頻單元接收已知信號，來執(zhí)行 無才笨測發(fā)射M妾收補(bǔ)償。在另一總方面，發(fā)射/接收補(bǔ)償方法包括對于天線陣列中的每個天線， 使用天線發(fā)射已知信號，同時使用天線陣列中的其它天線接收所發(fā)射的信 號，并基于所接收信號和所發(fā)射信號之間的比率來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償?；?br> 所接收信號和所發(fā)射信號之間的比率來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償可執(zhí)行通 過以下步驟來執(zhí)行對于天線陣列中的每對天線，確定由天線j發(fā)射由天線i接收的信號的轉(zhuǎn)移函數(shù)Hij;對于天線陣列中每對天線，使用轉(zhuǎn)移函數(shù)H皿 和Hnm的比率來確定系統(tǒng)函數(shù)Gmn;并且對于天線陣列中的每個天線x,通 過求和天線陣列中的每個天線y的系統(tǒng)函數(shù)Gxy來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償。在一些實現(xiàn)方式中，確定轉(zhuǎn)移函數(shù)Hij的步驟包括確定由天線i接收的信 號對使用天線j發(fā)射的已知信號的比率。在發(fā)射/接收4卜償與其它通信同時發(fā) 生的實現(xiàn)方式中，確定由天線j發(fā)射由天線i接收的信號的轉(zhuǎn)移函數(shù)Hjj的步 驟包括將天線i接收的信號與由天線j發(fā)射的信號相關(guān)聯(lián)以確定一組權(quán)重； 將該組權(quán)重施加到由天線i接收的信號上以識別從天線j接收的信號；使用 從天線i接收的信號和由天線j發(fā)射的信號的比率來確定轉(zhuǎn)移函數(shù)Hij;并將 另 一組權(quán)重施加到由天線i接收的信號上以識別另 一接收信號。在另 一總方面，用于具有n個天線的天線陣列的無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償方 法包括將已知信號從天線陣列中的已識別天線i發(fā)射到天線陣列中的剩余 (n-l)個天線中的每一個；連續(xù)將已知信號從天線陣列中的剩余(n-l) 個天線中的每一個發(fā)射到已識別天線i;并使用等式hi = Gu + Gi2 + ...... + Gm來確定已識別天線i的發(fā)射/接收補(bǔ)償權(quán)重hi,其中函數(shù)Gy是基于所發(fā)射信 號和已接收信號的比率計算的系統(tǒng)函數(shù)。在一些實現(xiàn)方式中，使用等式Gij-H/Hji來計算系統(tǒng)函數(shù)Gij,其中 是轉(zhuǎn)移函數(shù)。該轉(zhuǎn)移函數(shù)Hij可以使用等式Hj廣Xij/Y來計算，其中Xjj是再 天線i上對由天線j發(fā)射的信號的響應(yīng)，而Y是由天線j發(fā)射的已知信號。下面在附圖和描述中陳述一個或多個實現(xiàn)方式的細(xì)節(jié)。其它特征和優(yōu)點 將從描述和附圖以及權(quán)利要求中顯而易見。


圖l是無線電通信系統(tǒng)的圖。圖2是當(dāng)使用空間處理技術(shù)來改善性能時實現(xiàn)無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)?無線電設(shè)備。圖3A是在波束形成實現(xiàn)方式中的期望天線輻射方向圖的圖。圖3B是在沒有發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)那闆r下所得到的天線輻射方向圖的圖。圖4A、 4B和4C是對于向多設(shè)備波束形成系統(tǒng)中的每三個設(shè)備發(fā)射的
信號或從其接收的信號的期望天線輻射方向圖的圖。圖4D示出圖4A-4C的組成信號同時與多個設(shè)備通信的期望組合。 圖4E示出在多設(shè)備波束形成系統(tǒng)中沒有發(fā)射/接收補(bǔ)償時的潛在變化。 圖5A是使用空間處理技術(shù)的無線電傳輸系統(tǒng)的框圖。 圖5B是當(dāng)采用空間處理技術(shù)時使用發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)臒o線電傳輸系統(tǒng)的 框圖。圖6是在無線電通信系統(tǒng)中計算發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)奶幚淼牧鞒虉D。 圖7是以角度0接收噪聲信號的無線電通信系統(tǒng)的示意圖。 圖8是用具有提供發(fā)射/接收定時的獨(dú)立控制的多個天線的、用于實現(xiàn)無 探測發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)臒o線電設(shè)備。圖9是圖8所示的無線電設(shè)備的射頻(RF)組件的框圖。 圖10是圖8所示的無線電設(shè)備的數(shù)字組件的框圖。
具體實施方式
參考圖1，無線電通信系統(tǒng)100包括基站102，其可操作以與多個遠(yuǎn)程 站104進(jìn)行通信。該基站102耦接到網(wǎng)絡(luò)106,從而該基站102可以在網(wǎng)絡(luò) 106和遠(yuǎn)程站104之間傳輸信息。該無線電通信系統(tǒng)100可用于提供無線服 務(wù)，諸如無線城域網(wǎng)、無線局域網(wǎng)、無線視頻點#"、和/或無線語音服務(wù)。例如，無線電通信系統(tǒng)IOO可用于基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)無線局域 網(wǎng)(WLAN)。在這樣的實現(xiàn)方式中，基站102充當(dāng)將一個或多個遠(yuǎn)程站104 連接到網(wǎng)絡(luò)106的接入點或路由器，該網(wǎng)絡(luò)106可以是局域網(wǎng)(LAN)或諸 如因特網(wǎng)的廣域網(wǎng)(WAN)。遠(yuǎn)程站104典型地為配備有無線網(wǎng)絡(luò)接口卡的 膝上型或臺式計算機(jī)?；?02是有助于與遠(yuǎn)程站104進(jìn)行射頻(RF)通信 的硬件設(shè)備。該RF通信典型為雙向通信(基站102和遠(yuǎn)程站104 ;f皮此發(fā)射 和接收信息)。為了促進(jìn)雙向RF通信，基站102包括至少一個天線和信號處 理單元。信號處理單元典型地包括進(jìn)行如下操作的組件對信號進(jìn)行濾波和 放大，在模擬和數(shù)字之間轉(zhuǎn)換信號，以及譯碼和處理所接收的數(shù)據(jù)。可以利用專用集成電路和/或商用成品組件，使用傳統(tǒng)的電子設(shè)計和制造 技術(shù)來實現(xiàn)所述基站102和遠(yuǎn)程站104?？梢栽谟密浖渲玫臄?shù)字信號處理 器(DSP)或通用微處理器中實行部分實現(xiàn)方式。改善無線電通信系統(tǒng)100的性能的一種方式是使用智能天線技術(shù)，其處
理所發(fā)射的和/或所接收的信號以減少潛在干擾和/或增加增益。單個全向天 線在任何方向均等地發(fā)射和接收無線電信號。然而，在許多無線電通信系統(tǒng)中，期望佳JE,越基站102和一個或多個遠(yuǎn)程站104之間的(多個)通信鏈鴻^ 的性能最大化。當(dāng)多個天線一起使用時，可以采用信號處理技術(shù)來修改天線 的有效輻射特性，使得天線變得更具有方向性，從而增加期望方向上的增益， 并使?jié)撛诟蓴_趨于零。智能天線系統(tǒng)包括信號處理的任意使用，以改變多個 天線在無線電通信信號的發(fā)射和接收中的有效輻射特性。當(dāng)使用智能天線系統(tǒng)時，采用信號處理技術(shù)來針對所使用的每個天線 (其可包括所有可用天線或者為可用天線的子集)而改變相位和/或振幅。由 于這些振幅和相位變化確定天線輻射方向圖，所以它們影響使用智能天線技 術(shù)的無線電通信系統(tǒng)的整體性能。各種因素可改變在智能天線系統(tǒng)中的天線 之間的相關(guān)發(fā)射和/或接收特性，諸如熱噪聲、差異饋線長度、和組件變化。 這些變化可以使期望的天線輻射方向圖失真，從而導(dǎo)致性能惡化?？臻g處理用于增加特定方向上的信號增益，并使從其它方向接收的干擾 信號趨于零。為了調(diào)整天線系統(tǒng)的方向特性，可以將一系列的復(fù)數(shù)權(quán)重施加 到通過每個天線發(fā)射或接收的信號上?？梢栽谑盏叫盘枙r計算這些復(fù)數(shù)權(quán) 重，使得所發(fā)射的信號在對應(yīng)的接收信號的方向上將具有最大增益。然而， 發(fā)射和接收路徑不同是很正常的。因此，如果接收路徑用于計算發(fā)射路徑的 復(fù)數(shù)權(quán)重，則發(fā)射信號的振幅和相位很可能變化遠(yuǎn)離期望和預(yù)期的發(fā)射，從 而導(dǎo)致輻射方向圖的不期望變化。這些變化可降低系統(tǒng)性能；因此，期望提 供一種技術(shù)來補(bǔ)償發(fā)射和接收路徑之間的差異，使得空間處理可以準(zhǔn)確有效 地修改傳輸特性，以改善整體系統(tǒng)性能?？捎糜诎l(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)囊环N技術(shù)是為陣列中的每個天線添加一探測 (probe)路徑，使得該探測路徑可用于檢測和補(bǔ)償傳輸差異。這里描述的技 術(shù)提供了探測路徑在執(zhí)行發(fā)射/接收補(bǔ)償中的應(yīng)用的替代方案，從而減少了實 現(xiàn)成本并潛在地去除了單點的系統(tǒng)故障。參考圖2，包括與天線陣列204耦接的信號處理器202的無線電設(shè)備200 可用作基站102或用作遠(yuǎn)程站104。該無線電設(shè)備200實現(xiàn)空間處理技術(shù)， 以改善通過無線電設(shè)備200進(jìn)行的信號接收和/或發(fā)射。在示范實現(xiàn)方式中， 無線電設(shè)備200是基站102,其向一個或多個遠(yuǎn)程站104提供無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
計算復(fù)數(shù)權(quán)重?？梢詫⒃搹?fù)數(shù)權(quán)重施加到所發(fā)射的信號，以修改將通過天線陣列204中的每個天線發(fā)射的信號的相位和/或增益。因為發(fā)射和接收路徑可以不同，所以使用無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償來改善系統(tǒng)性能。圖3A圖示了在單用戶波束形成系統(tǒng)中的期望輻射方向圖。使用傳統(tǒng)的 波束形成技術(shù)，天線陣列302用于將信息發(fā)射到設(shè)備304。計算復(fù)數(shù)權(quán)重來 改變天線陣列302的輻射方向圖，使得最大增益是在設(shè)備304的方向上。可 使用信號處理技術(shù)基于從設(shè)備304接收的一個或多個信號來確定設(shè)備304的 方向。此外，天線陣列302使用在設(shè)備306和308的方向上趨于零的輻射方 向圖。利用發(fā)射波束形成，在設(shè)備306和308的方向上衰減所發(fā)射信號，以 減少潛在干擾。如果將對應(yīng)的權(quán)重施加到所接收的信號上，則在天線陣列302 的輻射方向圖中的零值將減少從設(shè)備306和308的方向收到的可能干擾。此 外，通過改變所發(fā)射的信號來提高在期望方向上的增益并衰減在其它方向上 的信號，可以減少多徑干擾。在這個實現(xiàn)方式中，使用信號處理技術(shù)來改變通過天線陣列302發(fā)射的 信號的輻射方向圖。例如，使用傳統(tǒng)的波束形成技術(shù)，通過天線陣列302接 收信號的無線電設(shè)備200可以計算一組復(fù)數(shù)權(quán)重，該復(fù)數(shù)權(quán)重可用于改變由 天線陣列302的部分或所有元件發(fā)射的信號的相位和/或振幅。由于接收和發(fā) 射路徑可能不同，所以所計算的復(fù)數(shù)權(quán)重可能不會象所期望的那樣起作用。圖3B示出了在沒有補(bǔ)償發(fā)射/接收路徑差異的情況下進(jìn)行的發(fā)射示例。 在這個示例中，相位和/或振幅的變化促使輻射方向圖輕微地變化偏離圖3A 所示的期望方向圖。這里，最大信號增益不是如所希望的指向設(shè)備354。反 之，最大增益朝設(shè)備358偏移，并且旁瓣朝設(shè)備356偏移。這個偏離可導(dǎo)致 在設(shè)備356和358方向上的千擾增加，并降低了設(shè)備354的方向上的信號強(qiáng) 度。這些偏離可能降低單個用戶的性能，在多用戶系統(tǒng)中該影響變得更大。參考圖4A，多用戶系統(tǒng)在基站天線402與各個設(shè)備404、 406和408之 間提供通信。通過使用空間處理技術(shù)(例如，波束形成)，可以計算一組復(fù) 數(shù)權(quán)重來引導(dǎo)最大增益朝向特定設(shè)備(在這個情況中朝向設(shè)備404 )。傳統(tǒng)的 空間處理技術(shù)改變所發(fā)射信號的輻射方向圖，將最大增益集中在一個總方向 上；然而，輻射方向圖通常包括一個或多個旁瓣，從而在除預(yù)期通信目標(biāo)的 方向之外的方向上發(fā)射信號。在這個示例中，計算一組復(fù)數(shù)權(quán)重，來產(chǎn)生將 最大增益朝設(shè)備404集中的輻射方向圖410。
參考圖4B和圖4C，還可以計算復(fù)數(shù)權(quán)重，以通過產(chǎn)生輻射方向圖420 和430來引導(dǎo)信號朝向設(shè)備406和408。在某時與單個設(shè)備進(jìn)行通信的無線 電通信系統(tǒng)中，在與對應(yīng)的預(yù)期設(shè)備404 、 406或408進(jìn)行通信時可以分別 施加輻射方向圖410、 420和430中每一個。然而，還可以組合這些輻射方 向圖，使得可以與多個設(shè)備同時進(jìn)行無線電通信。例如，當(dāng)同時發(fā)射到多個 設(shè)備時，無線電系統(tǒng)可以將生成輻射方向圖410、 420和430的三組復(fù)數(shù)權(quán) 重中的每一個施加到不同的發(fā)射信號?？梢越M合所得到的信號，并將其發(fā)射 到每個預(yù)期的設(shè)備404、 406和408。因為使用權(quán)重來處理天線402與設(shè)備 404、 406和408的每一個之間的信號以生成輻射方向圖410、 420和430, 所以在天線402和單個設(shè)備之間的通信不會干擾與其它設(shè)備的通信。因此， 對設(shè)備404、 406和408的每一個甚至有可能同時使用相同的頻率，而沒有 設(shè)備間干擾。圖4D示出對輻射方向圖410、 420和430進(jìn)行組合的結(jié)果?？梢詫⒚總€ 輻射方向圖施加到相同的信號或不同的信號，使得可以將信息同時通信到多 個設(shè)備。在這個示例中，天線402通過施加復(fù)數(shù)權(quán)重以產(chǎn)生天線輻射方向圖 410、 420和430,而與i殳備404、 406和408通信。當(dāng)天線402正同時接收 來自設(shè)備404、 406和408的信息時，信號處理器可連續(xù)施加與輻射方向圖 410、 420和43 0對應(yīng)的4又重以隔離期望的通信信號。例如，如果來自設(shè)備404和408的信號激發(fā)天線402,則附連的無線電 可通過施加與預(yù)期設(shè)備對應(yīng)的復(fù)數(shù)權(quán)重來隔離期望的信號。為了接收來自設(shè) 備404的信號，可以對通過天線402接收的信號使用信號處理技術(shù)，以施加 與輻射方向圖410對應(yīng)的復(fù)數(shù)權(quán)重。這有效地放大了從設(shè)備404的方向接收 的信號，并濾掉從其它方向接收的信號。類似地，可以使用信號處理來隔離 來自其它設(shè)備的通信。使用諸如波束形成的空間處理的多用戶無線電系統(tǒng)可以通過確定要發(fā) 射的一個或多個通信信號、向每個通信信號施加適當(dāng)?shù)男盘柼幚怼⒔?jīng)處理 的信號組合在一起、并發(fā)射所組合的信號，而將通信信號發(fā)射到各個設(shè)備 404、 406、和/或408。例如，使用波束形成來向設(shè)備404發(fā)射第一通信信號 并向設(shè)備406發(fā)射第二通信信號的無線電設(shè)備可以將與輻射方向圖410對應(yīng) 的復(fù)數(shù)權(quán)重施加到第 一通信信號并將與與輻射方向圖420對應(yīng)的復(fù)數(shù)權(quán)重施 加到第二通信信號?？梢越M合所得到的兩個通信信號，并使用天線402來發(fā) 射。因為復(fù)數(shù)權(quán)重改變輻射方向圖，所以第一信號應(yīng)該主要在設(shè)備404的方 向上發(fā)射，而第二信號應(yīng)該主要在設(shè)備406的方向上發(fā)射。如果兩個通信信號使用相同的頻率，則它們可潛在地相互干擾；然而， 只要空間處理充分隔離該兩個信號，則這樣的通信就是可能的。經(jīng)常地，使 用空間處理的系統(tǒng)將基于所收到的信號計算某些參數(shù)(諸如波束形成中的復(fù) 數(shù)權(quán)重)。然后，可使用這些參數(shù)來控制所發(fā)射的信號。因為發(fā)射和接收路 徑可能不同，所以相位和振幅的變化是有可能的。圖4E示出具有由于接收和發(fā)射路徑的差異導(dǎo)致偏移的相位和振幅的示 范發(fā)射。即使具有輕微的變化，發(fā)射輻射方向圖也可偏移，使得在設(shè)備之間 發(fā)生泄漏，從而導(dǎo)致SINR (信號對干擾噪聲比)惡化，這是因為設(shè)備404、 406和408中的一個或多個接收預(yù)期朝向另 一設(shè)備的信號的一部分。圖4A到4E圖示了由振幅和/或相位失真導(dǎo)致的潛在性能惡化。例如， 當(dāng)使用所接收的信號計算用于發(fā)射的空間處理參數(shù)時，采用空間處理技術(shù)來 使用天線陣列204發(fā)射信息的無線電通信系統(tǒng)200可能因為因為發(fā)射/接收路 徑差異而遭遇振幅和/或相位失真。下面描述補(bǔ)償這些差異的技術(shù)。參考圖5A，使用空間處理器技術(shù)的典型無線電通信系統(tǒng)500將一組復(fù)數(shù)權(quán)重(即，wr w2........ wn)施加到輸出信號y(t)，以提供增加的頻譜效率。在一些實現(xiàn)方式中，無線電通信系統(tǒng)500通過利用計算一組復(fù)數(shù)權(quán)重(Wl、 w2.......、 wn)來執(zhí)行發(fā)射波束形成，其中每個權(quán)重對應(yīng)于一個天線(502、 504或506)。天線(502、 504和506)作為可包括任何lt目天線的天線陣列來一起操作。將復(fù)數(shù)權(quán)重(Wl、 w2........ wn)施加到輸出信號y(t)，并通過天線502、 504和506發(fā)射所得到的信號。由于基于所接收的信號來計算復(fù)數(shù)權(quán)重(w,、 w2........ wn),所以發(fā)射路徑可能引入相位和/或增益的一些不希望有的變化。參考圖5B,無線電通信系統(tǒng)500通過將一組復(fù)數(shù)權(quán)重(h,、 h2........hn)施加到輸出信號而補(bǔ)償發(fā)射/接收路徑差異。在這個實現(xiàn)方式中，復(fù)數(shù)權(quán)重(h!、 h2........ hn)分別對應(yīng)于特定的天線502、 504或506?？梢栽趫?zhí)行任何其他處理之前或之后施加該復(fù)數(shù)權(quán)重(h!、 h2........ hn),或者將用于特定天線的 一 系列復(fù)數(shù)權(quán)重組合在一起以形成執(zhí)行期望信號處理的單個 權(quán)重以及任何必需的發(fā)射/接收補(bǔ)償。在這個實現(xiàn)方式中，通過施加用以實現(xiàn) 空間處理技術(shù)的復(fù)數(shù)權(quán)重(Wp w2.......、 wn)和通過施加用于補(bǔ)償發(fā)射/
接收路徑變化的復(fù)數(shù)權(quán)重(h!、 h2........ hn)來處理輸出信號y(t)。可以實現(xiàn)天線502、 504和506,爿(人而獨(dú)立地控制它們(即，每個天線 502、 504、或506獨(dú)立地在發(fā)射和接收才莫式之間切換)。通過提供獨(dú)立的控 制，無線電設(shè)備500可使用下描的技術(shù)來計算復(fù)數(shù)權(quán)重(h,、 h2........ hn)。參考圖6,可以通過使用陣列中的每個天線依次發(fā)射已知信號，來針對 天線陣列計算發(fā)射/接收補(bǔ)償。在使用一個天線來發(fā)射已知信號時，剩余天線 接收該信號?？梢曰谒邮盏男盘栍嬎阋唤M補(bǔ)償權(quán)重。圖6示出用以執(zhí)行 發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ囊环N實現(xiàn)方式。在這個實現(xiàn)方式中，處理通過識別將 用于發(fā)射的第一天線而開始(602 )。從將在發(fā)射/接收補(bǔ)償中使用的一群天線 中選擇第一天線。該群天線可包括天線陣列中的部分或所有天線。 一旦識別 了第一天線，則該天線用于發(fā)射已知信號(604)。由群中的其它天線的每一 個接收這個發(fā)射(606)并保持將用于計算一組發(fā)射/接收補(bǔ)償權(quán)重的信息。這個處理通過確定是否剩余另外的天線而繼續(xù)(608)。如果剩余另外的 天線，則識別下一個天線(610)并用來發(fā)射已知信號(604)。 一旦每個天 線已經(jīng)用來發(fā)射已知信號，則可以計算發(fā)射/接收補(bǔ)償權(quán)重。為了計算發(fā)射/ 接收補(bǔ)償(612),系統(tǒng)首先通過將所接收的信號除以預(yù)料的信號，而針對每 對發(fā)射/接收天線計算一組轉(zhuǎn)移函數(shù)，該轉(zhuǎn)移函數(shù)是所接收信號與所發(fā)射信號 的比率。通過確定每對天線之間的轉(zhuǎn)移函數(shù)的比率，而使用轉(zhuǎn)移函數(shù)計算一 組系統(tǒng)函數(shù)。然后，這些系統(tǒng)函數(shù)確定一組補(bǔ)償權(quán)重(hp h2........ hn)。在一個實現(xiàn)方式中，對三個天線系統(tǒng)(Antl、 Ant2和Ant3)計算發(fā)射/ 接收補(bǔ)償。發(fā)射和接收路徑之間的增益和相位變化之間的差異可導(dǎo)致性能惡 化。為了補(bǔ)償這些變化，我們從天線Antl發(fā)射已知信號Y,并在其它天線 上接收這個信號。在這個實現(xiàn)方式中，已知信號Y是OFDM (正交頻分多 路復(fù)用)信號的頻域表示。為了簡化這個問題，為了示例的目的而假設(shè)Y是 單OFDM音頻1?？梢詾閅選擇任何已知值。例如，如果Y是旋轉(zhuǎn)的BPSK (二進(jìn)制相移鍵控)信號，則Y可以表示為-l-i或者1 + i。選擇具有恒定模 數(shù)的已知信號可能是有利的。在OFDM實現(xiàn)方式中創(chuàng)建這樣的信號的一種 方式是在音頻中填充恒定振幅(例如-l和1),并使-1和1的選擇是偽隨機(jī) 的但是經(jīng)過FFT是已知的。通過使-1和1的選擇(具有某一恒定尺度因子) 隨機(jī)化，信號在時域的波峰因子(crest factor)較小，并因此具有較少的機(jī) 會來對數(shù)模轉(zhuǎn)換器削波(clipping)或使放大器飽和。類似地，已知信號中的 每個音頻的相位可以變化以有助于波峰因子。當(dāng)發(fā)射已知信號Y時，受以下因素的影響(l)對應(yīng)天線的發(fā)射轉(zhuǎn)移函 數(shù)T(n); (2)空氣的轉(zhuǎn)移函數(shù)C(n); ( 3 )接收天線的接收轉(zhuǎn)移函數(shù)R(n);以 及(4)從熱噪聲、時間誤差、或任何其它源產(chǎn)生的噪聲N(n)。為了計算發(fā) 射/接收補(bǔ)償權(quán)重，通過天線Antl發(fā)射已知信號Y,并通過其它天線(Ant2 和Ant3 )接收該信號。所接收的信號Xpq是若從天線q發(fā)射的信號而在天線 p上的測得的響應(yīng)。在這個示例中，分別測量當(dāng)在天線Antl上發(fā)射和在天線 Ant2上接收、以及當(dāng)在天線Antl上發(fā)射和在天線Ant3上接收時的如下響應(yīng)X21 = C(l)*R(2)*T(l)*Y+N(l)=39.01+39.02i;以及X31 = C(3)*R(3)*T(l)*Y+N(2)=69.04+32.98i。接下來，利用以下響應(yīng)/人天線Ant2發(fā)射已知信號Y并通過其它天線才妄 收該信號X12 = C(1)*R(1)*T(2)*Y+N(3)= - 49.95+9.卯i; %在Ant2上發(fā)射，在Antl 上接收；X32 = C(2)*R(3)*T(2)*Y+N(4)= - 39.98+19.60i; %在Ant2上發(fā)射，在 Ant3上4妄收。最后，利用以下響應(yīng)從天線Ant3發(fā)射已知信號Y并通過其它天線接收 該信號X13 = C(3)*R(1)*T(3)*Y+N(5)=100.01 - 19.70i; %在Ant3上發(fā)射，在Antl 上接收；X23 = C(2)*R(2)*T(3)*Y+N(6)=64.03 - 7.90i; 。/。在Ant3上發(fā)射，在Ant2 上接收。如下所示，將每個響應(yīng)除以于所發(fā)射信號Y，以確定對應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)H21 = X21/Y = 39.01+39.02i;H31 = X31/Y = 69.04+32.98i;H12 = X12/Y = - 49.95+9.90i;H32 = X32/Y= — 39.98+19.60i;H13 = X13/Y= 100.01 - 19.70i;以及H23 = X23/Y = 64.03 - 7.90i;接下來，使用所述轉(zhuǎn)移函數(shù)來計算每個系統(tǒng)函數(shù)Gpq,其是發(fā)射和接收轉(zhuǎn)移函數(shù)的比率，Gpq = Hpq/Hqp。在這個示例中，這產(chǎn)生了如下系統(tǒng)函數(shù) Gu = l;G22 = 1; G33 = 1;G12 = H12/H21= - 0.51317+0.76708i;G21 = H21/H12 = 1/G12 = - 0.60249 - 0細(xì)59i;G13 = H13/H31 = 1.0685 - 0.79574i;G31 = H31/H13 = 1/G13 = 0.60201 + 0.44835i;G23 = H23/H32= - 1.3693 -0.4737i;以及G32 = H32/H23 = 1/G23 = - 0.65223 + 0.22563i;然后，如下所示，使用這些系統(tǒng)函數(shù)來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償權(quán)重(h,、h2........ hn):h尸Gu+Gi2+G!產(chǎn)1.5553 - 0.028661i; h2=G22+G21+G23=-0.97181 - L3743i;以及 h3=G33+G31+G32=0.94978 + 0.67399i。當(dāng)使用天線Antl、 Ant2或Ant3發(fā)射信號時，可以施加對應(yīng)的補(bǔ)償權(quán)重 h,、 h2、和h3以補(bǔ)償由發(fā)射/接收路徑差異導(dǎo)致的增益和/或相位的變化。參考圖7,上面論述的技術(shù)可用于計算一組復(fù)數(shù)權(quán)重以補(bǔ)償發(fā)射/接收路 徑變化；然而，這個補(bǔ)償是頻率獨(dú)立的。例如，考慮通過兩個天線的陣列進(jìn) 行的無線電接收信號。起源于方向9的干擾信號n(t)到達(dá)第一天線702，然 后在t秒后到達(dá)第二天線704,其中t - (Az/c)sine，以及c是信號的傳播速 度。零引導(dǎo)(null steering)可用于通過計算一組復(fù)數(shù)權(quán)重506和508來消除干 擾信號n(t)。在這個實現(xiàn)方式中，如下所示，輸出y(t)是干擾信號n(t)的函數(shù)y(t) = v^n(t)+W2 n(t — t)。進(jìn)行傅立葉變換，頻域表示如下Y(co,t) = N(co，t)+[Wi + w2e-jraT]。如果干擾是固定(stationary)信號，其中頻譜N(co,t)在時間上相對于co緩 慢地變化，并且具有中心頻率為fo的窄帶，則N((D,t)在除co等于COo之外的 任何地方都為零。為了使用零引導(dǎo)而完美地消除信號，選擇權(quán)重使得w^ w2e-jfflT。利用這些權(quán)重，信號y(t)的頻域表示變成Y(G),t) = 0。不幸的是，如果信號不是真正的窄帶，則每個天線上的響應(yīng)在頻率上改 變。正如OFDM的情況，如果用一組權(quán)重來聚合太多的音頻，則所述權(quán)重
導(dǎo)致較不完美的消除。對于固定環(huán)境N(co,t)-N(co),該權(quán)重導(dǎo)致轉(zhuǎn)移函數(shù):如果hl2-l，則輸出功率|//")2變成 <formula>formula see original document page 16</formula>
如所預(yù)料的，輸出在中心頻率處具有無窮大衰減，但是當(dāng)我們從干擾信 號的中心頻率處移開時迅速降低。在其上計算權(quán)重的離開中心頻率的頻率將 僅僅被輕微地衰減，并沒有完全消除。正像零引導(dǎo)是頻率獨(dú)立的一樣，發(fā)射 /接收補(bǔ)償也類似地是頻率獨(dú)立的。因此，將所計算的權(quán)重施加到窄群組的發(fā) 射頻率上是有用的?，F(xiàn)場試驗建議對于OFDM系統(tǒng)，應(yīng)該不再將音頻聚 合到上至50-100kHz大塊(chunk)。在大約100kHz之外，則天線響應(yīng)開始變 化。
類似地，發(fā)射/接收補(bǔ)償可以是時間獨(dú)立的。當(dāng)溫度、信道、和噪聲特性 隨時間改變時，補(bǔ)償權(quán)重的有效性很可能要變化。周期性地重新計算權(quán)重以 確保有效的發(fā)射/接收補(bǔ)償將是有用的。應(yīng)該每隔多長時間執(zhí)行發(fā)射/接收補(bǔ) 償是實現(xiàn)獨(dú)立的。如果溫度穩(wěn)定，每天重新計算權(quán)重兩次將是足夠的；然而， 在大多數(shù)情況中，每隔10分鐘重新計算一次發(fā)射/接收補(bǔ)償權(quán)重是足夠的。 在維持高信噪比很重要的高性能無線電通信系統(tǒng)中，每隔20秒重新計算發(fā) 射/接收補(bǔ)償可能是有用的。
參考圖8,無線寬帶基站800包括多個天線802、與每個天線相關(guān)聯(lián)的 RF組件804、以及至少一個數(shù)字組件806。盡管基站800最少可采用兩個天 線802,但典型的實現(xiàn)方式將通常采用更大數(shù)目(例如，4、 12、 16、或32 個天線802)。通過使用多個天線，數(shù)字組件806可實現(xiàn)空間處理技術(shù)，從而 改變發(fā)送到每個RF組件804的信號或從其接收的信號以改善性能。在實現(xiàn) 發(fā)射波束形成的寬帶無線無線電設(shè)備的實現(xiàn)方式中，基站無線電設(shè)備包括16
件804諸如為下面結(jié)合圖9描述的RF組件804。 RF組件804耦接到數(shù)字組 件806，其中數(shù)字組件806可使用專用集成電路(ASIC )或數(shù)字信號處理器 (DSP)或其它處理器件來實現(xiàn)。在這個實現(xiàn)方式中，RF組件804提供兩種模式發(fā)射和接收。在發(fā)射 模式中，從數(shù)字組件806接收要發(fā)射的信號，上頻轉(zhuǎn)換到一個或多個發(fā)射頻
率，放大，然后發(fā)射。還可以實現(xiàn)各種濾波來改善所發(fā)射信號的質(zhì)量。例如， 典型地在基帶頻率調(diào)制從數(shù)字組件806接收的信號。這個信號可傳遞通過低通濾波器，以防止放大任何外來人造假象(artifact )。 一旦已經(jīng)上頻轉(zhuǎn)換并 放大了信號，則可以將其傳遞通過帶通濾波器，以防止任何帶外發(fā)射。類似地，RF組件804可置于接收模式，使得將天線802接收的信號傳 遞通過低噪聲放大器，然后下頻轉(zhuǎn)換為基帶頻率，并然后傳遞到數(shù)字組件806 進(jìn)行處理?？稍黾痈鞣N濾波來改善性能，諸如可將帶通濾波器應(yīng)用于通過天 線802接收的信號，以防止帶外信號的處理，可以對下頻轉(zhuǎn)換的信號使用低 通濾波器。在一些實現(xiàn)方式中，RF組件可包括在數(shù)字和模擬表示之間轉(zhuǎn)換 信號的組件；然而，在這個實現(xiàn)方式中，信號轉(zhuǎn)換發(fā)生在數(shù)字組件806中。在這個設(shè)計中，可獨(dú)立地控制每個天線802，使得一個或多個天線802 可以在剩余天線正在進(jìn)行接收的同時進(jìn)行發(fā)射。這允許在沒有中斷客戶通信 并且沒有引入不必要的延遲的情況下完成發(fā)射/接收補(bǔ)償。例如，可通過使用 天線802之一發(fā)射已知信號來執(zhí)行發(fā)射/接收補(bǔ)償。剩余天線802接收由第一 天線802發(fā)射的信號以及由其它設(shè)備發(fā)射的任何信號。使用空間處理技術(shù)， 如上所述可以計算一組權(quán)重以隔離已知信號并執(zhí)行發(fā)射/接收補(bǔ)償。此外，可 以施加一組或多組權(quán)重，以識別通過其它設(shè)備發(fā)射的信號。參考圖9,RF組件804的示范實現(xiàn)方式包括與天線802耦接的帶通濾波 器(BPF) 902,并使用在發(fā)射和接收路徑二者上以濾掉在感興趣的一個頻率 或多個頻率之外的信號。BPF 902耦接到選擇性地使得接收路徑或發(fā)射路徑 能夠使用天線802的開關(guān)904。開關(guān)904耦接到接收路徑，其中在信號傳遞 到數(shù)字組件806之前被傳遞通過低噪聲放大器(LNA) 906、然后通過下頻 轉(zhuǎn)換器908、最后通過低通濾波器(LPF) 910。當(dāng)發(fā)射時，信號被從數(shù)字組 件806接收，傳遞通過低通濾波器(LPF ) 912,通過上頻轉(zhuǎn)換器914轉(zhuǎn)換到 一個或多個發(fā)射頻率，并傳遞通過功率放大器(PA) 916。使用開關(guān)904將 發(fā)射路徑耦接到天線802,使得將已放大的信號傳遞通過BPF 902，然后使 用天線802發(fā)射。參考圖10，圖8的數(shù)字組件806的示范實現(xiàn)方式接收來自多個RF組件 804的信號。為了處理所接收的信號，數(shù)字組件包括一個或多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 1002。在這個實現(xiàn)方式中，正交頻分多路復(fù)用(OFDM)提供了增 加的帶寬利用，同時支持多個用戶。為了處理OFDM信號，數(shù)字組件806
的這個實現(xiàn)方式包括快速傅立葉變換(FFT)組件1004。然后將所變換的數(shù) 字信號傳遞到基帶器件1006進(jìn)行處理。典型地使用數(shù)字信號處理器來實現(xiàn) 基帶器件1006。為了發(fā)射信號，基帶器件1006將信號發(fā)送通過逆快速傅立 葉變換1008和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 1010。然后，將已轉(zhuǎn)換的信號傳遞通過 RF組件以使用天線802發(fā)射。已經(jīng)描述了幾個實現(xiàn)方式。然而，將理解的是，可以進(jìn)行各種修改，而 不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此，其它實現(xiàn)方式都處于以下權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種無線電通信系統(tǒng)，包括 多個天線；和與該多個天線耦接的處理器，該處理器包括無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償組件， 其使得所述無線電通信系統(tǒng)能夠在發(fā)射信號的同時補(bǔ)償發(fā)射和接收路徑中 的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中所述多個天線形成天線陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中所述處理器是數(shù)字信號處 理器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中通過與由其它天線使用的 發(fā)射路徑無關(guān)的發(fā)射路徑、和與由其它天線使用的接收路徑無關(guān)的接收路 徑，來將所述多個天線的每一個耦接到所述處理器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的無線電通信系統(tǒng)，其中所述處理器的無探測發(fā)射/ 接收補(bǔ)償組件可操作為通過多個天線中的每一個來周期性地迭代，以計算 用于補(bǔ)償發(fā)射和接收路徑中的變化的一組復(fù)數(shù)權(quán)重，使用多個天線之一來發(fā) 射已知信號，同時使用剩余的天線接收所發(fā)射的已知信號；以及基于所接收 的信號來計算一組補(bǔ)償參數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的無線電通信系統(tǒng)，其中所述與多個天線耦接的處 理器可操作為發(fā)射和接收正交頻分多路復(fù)用(OFDM)信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的無線電通信系統(tǒng)，其中所述OFDM信號包括多個 音頻，并且所述處理器的發(fā)射/接收補(bǔ)償組件可操作來為OFDM音頻群計算 單獨(dú)的一組復(fù)數(shù)權(quán)重。
8. —種無線電設(shè)備，包括 信號處理單元；和至少兩個射頻單元，每個射頻單元耦接到所述信號處理單元，并可獨(dú)立 地操作以使用天線接收信號和發(fā)射信號，從而所述無線電設(shè)備可通過射頻單 元之一來發(fā)射信號，同時使用另 一個射頻單元來接收所發(fā)射的信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的無線電設(shè)備，其中所述信號處理單元是數(shù)字信號處理器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8的無線電設(shè)備，其中所述信號處理單元是專用集成 電路。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8的無線電設(shè)備，其中所述信號處理單元包括與每個射頻單元相關(guān)聯(lián)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8的無線電設(shè)備，其中該信號處理單元可操作以執(zhí)行 無才笨測發(fā)射/接收補(bǔ)償。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的無線電設(shè)備，其中該信號處理單元可操作為通 過使用射頻單元中的每一個連續(xù)發(fā)射已知信號、同時使用其它射頻單元接收 該已知信號來執(zhí)行無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償。
14. 一種發(fā)射/接收補(bǔ)償方法，包括對于天線陣列中的每個天線，使用天線發(fā)射已知信號，同時使用天線陣 列中的其它天線接收所發(fā)射的信號；以及基于所接收信號和所發(fā)射信號之間的比率來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中基于所接收信號和所發(fā)射信號之間 的比率來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償?shù)牟襟E包括對于天線陣列中的每對天線，確定由天線j發(fā)射并由天線i接收的信號 的轉(zhuǎn)移函數(shù)Hij;對于天線陣列中的每對天線，使用轉(zhuǎn)移函數(shù)Hmn和Hnm的比率來確定系 統(tǒng)函數(shù)G眼；以及對于天線陣列中的每個天線x，通過對天線陣列中的每個天線y的系統(tǒng) 函數(shù)Gxy求和來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中確定轉(zhuǎn)移函數(shù)Hjj的步驟包括確定由 天線i接收的信號對使用天線j發(fā)射的已知信號的比率。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中確定由天線j發(fā)射并由天線i接收的 信號的轉(zhuǎn)移函數(shù)*的步驟包括將天線i接收的信號與由天線j發(fā)射的信號相關(guān)聯(lián)，以確定一組權(quán)重； 將該組權(quán)重施加到由天線i接收的信號上以識別從天線j接收的信號； 使用從天線j接收的信號和由天線j發(fā)射的信號的比率來確定轉(zhuǎn)移函數(shù) 以及將另一組權(quán)重施加到由天線i接收的信號上以識別另一接收信號。
18. —種無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償方法，包括 在具有n個天線的天線陣列中，將已知信號從天線陣列中的已識別天線 i發(fā)射到天線陣列中的剩余(n-1)個天線中的每一個；連續(xù)將已知信號從天線陣列中的剩余(n- 1 )個天線中的每一個發(fā)射到 所述已識別天線i;使用等式hi = Gu + Gi2 + ...... + Gin來確定所述已識別天線i的發(fā)射/接收補(bǔ)償權(quán)重hi,其中函數(shù)Gij是基于所發(fā)射信號和已接收信號的比率而計算的 系統(tǒng)函凄史。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償方法，其中使用等式 Gij-Hij/Hji來計算系統(tǒng)函數(shù)Gij,其中Hij是轉(zhuǎn)移函數(shù)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償方法，其中該轉(zhuǎn)移函數(shù) Hij使用等式& = Xy/Y來計算，其中Xij是在天線i上對由天線j發(fā)射的信號 的響應(yīng)，而Y是由天線j發(fā)射的已知信號。
全文摘要
無線電通信系統(tǒng)包括多個天線(204)和與該多個天線(204)耦接的處理器(202)。該處理器(202)包括無探測發(fā)射/接收補(bǔ)償組件，其使得所述無線電通信系統(tǒng)能夠在發(fā)射信號的同時補(bǔ)償發(fā)射和接收路徑中的變化。所述發(fā)射/接收補(bǔ)償方法包括對于天線陣列(204)中的每個天線，使用天線發(fā)射已知信號，同時使用天線陣列(204)中的其它天線接收所發(fā)射的信號，并基于在所接收信號和所發(fā)射信號之間的比率來計算發(fā)射/接收補(bǔ)償。
文檔編號H04B17/00GK101124732SQ200580048365
公開日2008年2月13日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者邁克爾·利布曼 申請人:普爾韋夫網(wǎng)絡(luò)股份有限公司