用於無線通信系統的可擴展自校準和配置射頻頭的製作方法

2023-06-15 08:07:06

用於無線通信系統的可擴展自校準和配置射頻頭的製作方法
【專利摘要】本發明涉及用於無線通信系統的可擴展自校準和配置射頻頭。一種方法、一種系統和一種設備，用於實現無線基站中的可擴展的、自校準和配置射頻頭，該射頻頭執行用於發射機輸出對的相干組合的相位校準。可配置天線校準CAC邏輯通過選擇第一配置並且觸發使用不同子載波的射頻RF發射機的基準信號的發射，來發起用於相干組合的相位校準。CAC邏輯通過將基準信號與校準接收機接收到的相應信號比較而生成相位值的向量。CAC邏輯還通過使相位值歸一化來生成用於相干組合的校準係數。此外，使用無源組合器機制來實現相干組合。CAC邏輯通過經由利用校準發射機和校準接收機的第二配置提供校準係數來執行智能天線的校準。
【專利說明】用於無線通信系統的可擴展自校準和配置射頻頭
[0001]分案說明
[0002]本申請是2010年8月30日向中國知識產權局提交的申請號為201010268865.8、題為「用於無線通信系統的可擴展自校準和配置射頻頭」的專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0003]本發明通常涉及無線傳輸系統並且具體地涉及無線傳輸系統中的射頻頭的校準。【背景技術】
[0004]無線系統有規律地使用智能天線操作來廣播獨立的射頻(RF)信號。然而，這些無線系統在正交頻分多址(OFDMA)空中接口上廣播組合的信號，可以偶爾組合獨立的信號。具體地，無線系統可以在特定的時間間隔中廣播獨立的信號並且在另一時間間隔期間廣播組合的輸出信號。常規地，對於獨立信號的傳輸和組合信號的傳輸，需要分立的校準機制。這些不同的校準機制通常由分立的專用硬體的集合提供。此外，不同天線元件的發射機和接收機支路的RF組件通常具有不同的性質。
[0005]因此，為了支持各種部署選項，許多截然不同的產品變化方案通常用於服務於多個市場。結果，增加了 RF頭的複雜性。最後，隨著無線基站集成了對增加的服務集合的支持，成本繼續逐步升高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]當結合附圖閱讀時，通過參照下面的說明性實施例的詳細描述，將最佳地理解本發明自身及其優點，在附圖中:
[0007]圖1是根據一個實施例的其中實施本發明的示例性無線基站的框圖；
[0008]圖2是根據一個實施例的圖1的無線基站的射頻頭的組件和電路的框圖；
[0009]圖3是根據一個實施例的配置用於相干輸出組合的無線基站的塔頂的框圖；
[0010]圖4是根據一個實施例的配置用於相干輸出組合的圖1的塔頂的射頻頭中的閉環增益控制(CLGC)反饋路徑和數字預失真(DPD)環路的示意圖；
[0011]圖5是圖示根據一個實施例的執行發射機自適應天線(TxAA)校準的過程的流程圖；以及
[0012]圖6是圖示根據一個實施例的執行用於相干輸出組合的發射機天線(TxA)校準的過程的流程圖。
[0013]圖7是圖示根據本發明的一個實施例的射頻頭的可擴展性的無線通信系統的框圖。
[0014]圖8是圖示根據本發明的另一實施例的射頻頭的可擴展性的無線通信系統的框圖。
【具體實施方式】[0015]說明性實施例提供了一種方法、一種系統和一種設備，用於實現無線基站中的可配置天線校準裝置，以對自適應天線進行校準並且執行用於發射機輸出對的相干組合的相位校準。可配置天線校準(CAC)邏輯通過選擇第一配置並且觸發使用不同子載波的射頻(RF)發射機的基準信號的傳輸，來發起用於相干組合的相位校準。CAC邏輯通過將基準信號與校準接收機接收到的相應信號比較而生成幅度值和相位值的向量。CAC邏輯還通過使幅度值和相位值歸一化來生成用於相干組合的校準係數。此外，使用無源組合器機制來實現相干組合。CAC邏輯通過經由利用校準發射機和校準接收機的第二配置提供校準係數來執行智能天線的校準。
[0016]在下面的本發明的示例性實施例的詳細描述中，充分詳細地描述了其中可以實施本發明的特定的示例性實施例，足以使本領域的技術人員能夠實施本發明，並且應當理解，在不偏離本發明的精神或範圍的情況下，可以利用其他的實施例並且可以進行邏輯、架構、程序、機械、電氣以及其他的修改。因此，下面的詳細描述不應被認為是限制性的，並且本發明的範圍由所附權利要求及其等同物限定。
[0017]在附圖的描述中，類似的元素被提供與前圖中的元素類似的名稱和附圖標記。在後圖利用不同的上下文中的元素或者利用具有不同功能的元素的情況中，元素被提供表示附圖編號的不同的前導數字。指配給元素的特定的數字被提供僅用於幫助描述，並非意味著對所描述的實施例的任何限制(結構或功能或者別的方式的限制)。
[0018]應當理解，特定的組件、設備和/或參數名稱的使用(諸如這裡描述的執行實用程序/邏輯的名稱)僅是示例性的，並非意味著對本發明的任何限制。因此可以無限制地通過用於描述這裡的組件/設備/參數的不同的名稱/術語來實現本發明。對於給定的其中利用術語的上下文，這裡利用的每個術語將被給出其最廣泛的解釋。
[0019]現在參照附圖，圖1是根據本發明的實施例的無線通信系統100的框圖。無線通信系統100實現了基於(但不限於)正交頻分復用(OFDM)技術，以及特別地，諸如長期演進方案(LTE)和全球微波接入互操作性(WIMAX)之類的第四代(4G)網絡的標準/網絡的公共射頻頭(RF頭)的利用。而且，公共射頻頭可以在多個配置中使用以支持關於WIMAX和LTE的若干所期望的部署選項。無線系統100包括多個移動站(MS) 101?103 (示出了三個)，例如但不限於，蜂窩電話、無線電話、或個人數字助理(PDA)、個人計算機(PC)、或者配備用於無線語音通信的膝上型計算機。在各種無線電技術中，諸如MS 101?103的移動站可以被稱為用戶設備(UE)、訂戶站(SS)、接入終端(AT)等。
[0020]多個MS 101?103全部經由包括多個天線的天線陣列107連接到基站105。MS中的一個或多個可以與移動用戶/訂戶關聯。因此，在某些情形中，這些MS在這裡可以被可互換地稱為用戶設備、移動用戶設備或者用戶，如對(一個或多個)設備與設備用戶的關聯的一般稱謂。然而，這些稱謂並非限制本發明對未直接與單獨用戶關聯的設備的適用性。基站105在這裡還可以被稱為接入點(AP)。MS 101?103共同地經由空中接口 104的(復)信道路徑「H」將獨立信息信號向量(例如，「s」)發射到基站105，該空中接口 104經由天線陣列107將MS 101?103中的每一個連接到基站105。
[0021]BS105包括塔頂106和基帶控制器單元(BOT) 117。塔頂106進一步包括天線陣列107和射頻(RF)頭設備108 (這裡被稱為「RF頭」)，該RF頭經由耦合116連接到BCU 117。RF頭108中包括數位訊號處理器(DSP)/處理器114和至少一個存儲器設備109，諸如隨機存取存儲器(RAM)、動態隨機存取存儲器(DRAM)和/或只讀存儲器(ROM)或者它們的等同物，該至少一個存儲器設備109耦合到處理器並且維持數據和程序，所述數據和程序可以由關聯處理器執行並且允許基站執行用於在通信系統100中操作所需的所有功能。RF頭108還包括校準裝置115。
[0022]除了上述的系統100的硬體組件之外，本發明的各種特徵是經由軟體(或固件)代碼或邏輯完成/支持的，該軟體代碼或邏輯存儲在至少一個存儲器設備109或其他存儲設備中並且由DSP/處理器114執行。因此，例如，在至少一個存儲器設備109中圖示了許多個軟體/固件/邏輯/數據組件，其包括可配置天線校準(CAC)實用程序110。再者，至少一個存儲器設備109中圖示了數據組件，其包括校準係數111、基準信號113以及幅度值和相位值112。在實際的實現方案中，CAC實用程序110可以與校準裝置115和基準信號113組合，以提供單個可執行組件，當對應的組合組件由DSP/處理器114執行時，所述單個可執行組件共同地提供每個單獨的軟體/邏輯組件的各種功能。為了簡化，CAC實用程序110被圖示和描述為孤立的或分立的軟體/固件/邏輯組件，其提供如下文描述的特定功能。
[0023]由CAC實用程序110支持和/或實現的某些功能利用由DSP/處理器114和/或設備硬體執行的處理邏輯來完成該功能的實現。為了簡化描述，實現這些各種功能的代碼共同體在這裡被稱為CAC實用程序110。在CAC實用程序110提供的並且對於本發明是特定的軟體代碼/指令/邏輯中，存在:(a)用於經由可配置天線校準裝置執行與基站操作多個水平關聯的天線校準的代碼/邏輯；(b)用於配置可配置天線校準裝置以執行如下操作中的一個或多個的代碼/邏輯:(i)自適應天線的幅度和相位校準；以及(ii)用於獨立發射機輸出的相干組合的天線的相位校準；以及(c)用於在具有無源組合器機制的無線系統中實現用於單獨的發射機輸出信號的相干組合的有效相位校準的代碼/邏輯。根據說明性實施例，當DSP/處理器114執行CAC實用程序110時，基站(BS) 105發起實現以上功能特徵以及附加特徵/功能的一系列功能過程。在下文中更詳細地描述了這些特徵/功能。
[0024]本領域的普通技術人員將意識到，圖1和其他圖中示出的硬體組件和基本配置可以變化。無線通信系統100中的說明性組件不意圖進行窮舉，而是代表性的，用以突出用於實現本發明的基本組件。例如，作為對所示出的硬體的補充或者替換，可以使用其他的設備/組件。所示出的示例並非意味著對於目前描述的實施例和/或總體發明進行架構的或其他的限制。
[0025]現在參照圖1和2，在無線通信系統100中，RF頭108的一個或多個接收機，諸如接收機230、232、234和236，經由天線陣列107接收由MS 101?103傳送的覆信號「x」的向量。信號「X」是在第η個OFDM碼元的第k個子載波中接收到的並且通過與共享相同時間-頻率資源的L個用戶關聯的獨立衰落信號的疊加而構成。因此，「X」也可以被稱為「x[n;k]」。接收到的信號因陣列元件(並且具體地因用於上行鏈路通信的接收元件)處的噪聲(「n(p)」或「η」)而被破壞。在下面的描述中，為了便於注釋已省略了索引[n;k]，產生 了等式 「x=Hs+n」。
[0026]頻域信道傳遞函數矩陣「H」由多個MS 101?103的信道向量的集合構成，每個信道向量包含(host)與諸如MS 101的特定用戶/MS關聯的單個發射機天線和接收機之間的經由天線陣列的頻域信道傳遞因子。不同用戶的頻域信道傳遞函數H(k)是不同的信道衰落過程。[0027]類似地，在下行鏈路上由基站105(例如由基站的多個發射機240、242(示出了兩個)中的一個)發射到MS 101~103的信號具有下行鏈路信道傳遞函數的分量，以及具有發射機元件處噪聲效應的分量。然而，可配置天線校準(CAC)實用程序110經由校準裝置115執行天線校準以生成校準係數111。此外，CAC實用程序110將校準係數111應用於經由下行鏈路無線傳輸而傳送的信號，以補償RF頭中的發射機和接收機對之間的幅度和相位的差。
[0028]現在參照圖2，提供了根據本發明的實施例的無線基站105的塔頂106中的RF頭108的框圖。塔頂106包括耦合到天線陣列107的射頻(RF)頭108。塔頂106中還包括基帶控制器單元(BCU)耦合116 (例如，光纖鏈路)，其將RF頭108連接到基帶控制器單元(B⑶)117。天線陣列107包括多個天線201~204 (示出了四個)。RF頭108包括收發信機(TRX)核心電路260，其耦合到校準裝置115。RF頭108進一步包括用於經由空中接口104從MS 101~103接收信號的多個射頻(RF)接收機230、232、234、236 (示出了四個)以及用於經由空中接口 104向MS 101~103發射信號的多個RF發射機240、242(示出了兩個)。
[0029]多個RF接收機230、232、234、236中的第一接收機(Rxl) 230經由RF頭108的多個接收機輸入/輸出埠 206、207(示出了兩個)中的第一接收機輸入/輸出埠(Rx I/0)206耦合到天線陣列107的多個天線201~204中的第一接收天線201。多個RF接收機230、232、234、236中的第二接收機(Rx2)232經由RF頭108的多個接收機輸入/輸出埠 206、207中的第二接收機輸入/輸出埠(Rx 1/02) 20 7耦合到天線陣列107的多個天線201~204中的第二接收天線202。多個RF接收機230、232、234、236中的第三接收機(Rx3)234經由(從天線移動到接收機)RF頭108的多個發射機/接收機輸入/輸出埠 208、209(示出了兩個)中的第一發射機/接收機輸入/輸出埠(TRx 1/0^208、可調諧濾波器214、第二耦合器電路217 (諸如包括多個定向耦合器的電路)和第一循環器218，而耦合到天線陣列107的多個天線201~204中的第一發射機/接收機或收發信機的天線203。並且，多個RF接收機230`、232、234、236中的第四接收機(Rx4)236經由(從天線移動到接收機)RF頭108的多個發射機/接收機輸入/輸出埠 208、209中的第二發射機/接收機輸入/輸出埠(TRx 1/02) 209、可調諧濾波器214、第二耦合器電路217和第二循環器220，而耦合到天線陣列107的多個天線201~204中的第二發射機/接收機或收發信機的天線204。每個RF接收機230、232、234、236和天線陣列107的對應天線之間的路徑，或者至少在RF接收機和多個輸入/輸出埠 206~210中對應輸入/輸出埠之間的接收機從空中接口 104接收信號所經由的路徑，在這裡可以被稱為基站105和/或RF頭108的「接收機路徑」或者「接收機支路」。類似地，每個RF發射機240、242和天線陣列107的對應天線之間的路徑，或者至少在RF發射機和多個輸入/輸出埠 206~210中對應輸入/輸出埠之間的發射機向空中接口 104傳送信號所經由的路徑，在這裡可以被稱為基站105和/或RF頭108的「發射機路徑」或者「發射機支路」。
[0030]多個RF發射機240、242中的第一發射機(Txl) 240經由(從發射機移動到天線)第一耦合器電路216 (諸如包括多個定向耦合器的電路)、第一循環器218、第二耦合器電路217、可調諧濾波器214和第一發射機/接收機輸入/輸出埠(TRx 1/(^)208耦合到天線陣列107的多個天線201~204中的第一發射機/接收機或收發信機的天線203。並且，多個RF發射機240、242中的第二發射機(Txl)242經由(從發射機移動到天線)第一耦合器電路216、第二循環器220、第二耦合器電路217、可調諧濾波器214和第二發射機/接收機輸入/輸出埠(TRx 1/02) 209耦合到天線陣列107的多個天線201?204中的第二發射機/接收機或收發信機的天線204。
[0031]由於天線201和202以及Rx I/O 206和207在這裡僅耦合到RF接收機，即分別耦合到RF接收機230和232，並且因此在這裡用於從空中接口 104接收信號，因此它們在這裡被稱為接收天線和接收機輸入/輸出埠。並且，由於天線203和204以及輸入/輸出埠 208和209在這裡耦合到RF接收機和RF發射機，即耦合到RF接收機234和236以及RF發射機240和242，並且在這裡用於從空中接口 104接收信號並且在空中接口上發射信號，因此它們在這裡被稱為發射機/接收機天線和發射機/接收機輸入/輸出埠。第一循環器218將在第一發射機/接收機輸入/輸出埠 208處接收到的入站信號路由到第三RF接收機234並且將第一 RF發射機240發射的出站信號路由到發射機/接收機輸入/輸出埠 208。類似地，第二循環器220將在第二發射機/接收機輸入/輸出埠 209處接收到的入站信號路由到第四RF接收機236並且將第二 RF發射機242發射的出站信號路由到發射機/接收機輸入/輸出埠 209。
[0032]TRX核心電路260包括耦合到至少一個存儲器設備109的DSP/處理器114。至少一個存儲器設備109維持校準係數111和基準信號113、校準表格/功率規範264、幅度值和相位值112和可配置天線校準(CAC)實用程序110。在一個實施例中，至少一個存儲器設備109和/或至少一個存儲器設備的一些組件(例如，校準係數111和基準信號113)實際上可以位於B⑶117中或者位於B⑶117中的存儲器中。校準裝置115包括校準發射機(Txcal) 250和校準接收機(Rx cal) 252 (儘管出於說明性的目的，Tx cal 250和Rx cal 252被示出在圖2中的校準裝置115的外面)。校準裝置115進一步包括配置選擇裝置/子電路262。處理器114和至少一個存儲器設備109還耦合到功率和噪聲控制子電路212的集合。功率和噪聲控制子電路212包括閉環增益控制(CLGC)子電路和數字預失真器(DB))子電路。處理器114和至少一個存儲器設備109還耦合到控制經由多個收發信機輸入/輸出埠 208、209的信號的輸入/輸出的TRX控制器/可調諧濾波器214。
[0033]校準接收機252是專用於通過接收校準基準信號來執行RF頭108的發射支路(即RF發射機240和242)的校準的接收機，該校準基準信號由RF發射機源發(source)並且經由第一耦合器電路216耦合到校準接收機252。
[0034]校準發射機250是專用於執行RF頭108的接收支路(即RF接收機230、232、234、236)的校準的發射機。校準發射機250經由第一開關電路222向第一和第二RF接收機230、232中的每一個源發校準基準信號。第一開關電路222耦合到校準發射機和RF接收機中的每一個並且提供用於在校準發射機和RF接收機之間路由信號。校準發射機250還經由第一開關電路222、耦合到第一開關電路的第二開關電路224、第二耦合器電路217 (其耦合到第二開關電路224)和第一循環器218向第三RF接收機234源發校準基準信號。類似地，校準發射機250經由第一開關電路222、第二開關電路224、第二耦合器電路217和第二循環器220向第四RF接收機236源發校準基準信號。然而，在本發明的另一實施例中，多個RF發射機240、242中的一個可以分別經由第一耦合器電路216以及循環器218和220向RF接收機234和236中的每一個源發校準基準信號，並且可以經由第一耦合器電路216、第一循環器218、第二耦合器電路217、第二開關電路224和第一開關電路222向RF接收機230和232中的每一個源發校準基準信號。每個開關電路222、224耦合到處理器114並且由處理器114控制，並且包括一個或多個開關，這些開關促進了向和從耦合到開關電路的RF頭108的多個組件的信號路由。
[0035]RF頭108進一步包括校準擴充輸入/輸出埠 210，其經由開關電路224和開關電路222耦合到校準發射機250。校準擴充輸入/輸出埠 210促進了 RF頭108將由校準發射機250源發的校準信號提供給另一 RF頭，用於在校準另一 RF頭的接收支路時使用。校準擴充輸入/輸出埠 210還促進了 RF頭108從另一 RF頭接收由另一 RF頭的校準發射機源發的校準信號，用於在校準RF頭108的接收支路時使用。因此校準擴充輸入/輸出埠 210促進了多個RF頭之間的諸如校準發射機250的校準發射機的共享，消除了對每個該RF頭中的校準發射機的需要並且由此降低了 RF頭的成本。
[0036]分集接入點(DAP)是併入了高的發射機輸出功率和自適應天線選項的寬帶時分雙工(TDD)接入點系統。在無線系統100中，可配置天線校準(CAC)實用程序110經由配置選擇裝置262配置校準裝置115，以執行發射自適應天線(TxAA)校準。校準裝置115包括特定於各種配置的子電路和校準選擇子電路(例如，配置選擇裝置262)，用於實現針對特定於相應配置的電路路徑的選擇和對應的信號接入。
[0037]發射自適應天線(TxAA)校準是如下過程，通過該過程，每個收發信機(TRX)(即關於發射機和接收機對)的發射機和接收機路徑的差異被計入數字域中的校準過程中。自適應天線是一種類型的智能天線。由於自適應天線通過針對給定時間的業務方向圖(trafficpattern)以及終端用戶位置(波束成形)和抗幹擾性(調零)(null steering)進行調整以提高信號強度和質量，較之傳統天線有所改進，因此自適應天線被稱為「智能的」。為了針對頻率和信道使用進行調整並且為了自適應地對天線方向圖整形，自適應天線使用多個天線。發射天線校準(TxA)在這裡可以用於表示可能不牽涉自適應/智能天線的更一般形式的天線校準。
[0038]例如，TxA校準可以牽涉用於發射作為單個高功率輸出的組合RF信號的天線。CAC實用程序110觸發TxAA校準，以確保當執行「波束成形」、「波束整形」或「調零」時考慮第一 TRX路徑和第二 TRX路徑之間的幅度和相位的差。結果，來自諸如RF發射機240和242的多個RF發射機的信號能夠被相干地和智能地(在空中)組合以實現「波束成形」或「調零」。CAC實用程序110分別經由多個配置發起各種操作水平的天線校準。取決於CAC實用程序110選擇的配置，天線校準可以使用校準發射機250，其是專用的並且是分立於多個射頻(RF)發射機240、242的發射機。此外，校準過程可以在各種配置中利用專用校準接收機252。然而，這裡提供/描述的功能同樣適用於不需要校準發射機或校準接收機功能的TxAA校準過程。
[0039]CAC實用程序110通過發起接收支路校準過程來發起TxAA校準過程。CAC實用程序110觸發校準發射機250 (或者RF發射機240、242中的一個)發射包括一個或多個碼元(例如，基準信號113)的已知序列。公共已知的信號耦合到多個RF接收機230、232、234、236中的每一個中。多個RF接收機230、232、234、236中的每一個對接收到的校準信號解調，並且在多個接收機230、232、234、236對信號解調之後，由TRX核心/電路260(並且更具體地由處理器114)確定每個接收路徑(即多個RF接收機230、232、234、236中的每一個)的接收碼元的幅度值和相位值，並且其被存儲為幅度值和相位值112。
[0040]CAC實用程序110還通過觸發多個RF發射機240、242中的每一個使用不同的子載波發射包括一個或多個碼元的已知/基準序列來發起發射支路校準過程。CAC實用程序110可以發起從多個RF發射機240、242的同時信號傳輸或順序信號傳輸。包括閉環增益控制(CLGC)子電路和數字預失真器(TOP)子電路的功率和噪聲控制子電路212提供(a)基於前導信號功率的振幅調整和(b)對RF功率放大器失真的補償。發射支路校準過程中由每個RF發射機240、242發射的序列被耦合到校準接收機252中。校準接收機252檢測信號並且對檢測到的信號解調。TRX核心/電路260 (並且更具體地處理器114)將每個檢測到的和解調的信號與發射的已知/基準序列比較，以確定與每個RF發射機240、222關聯的第二集合的已知碼元的幅度值和相位值，該確定的第二集合的幅度值和相位值也被存儲為幅度值和相位值112。
[0041]使所記錄的與多個RF發射機240、242中的每一個關聯的幅度值和相位值除以所記錄的與多個RF接收機230、232、234、236中的每一個關聯的幅度和相位，以產生TRX幅度變化量和相位變化量的向量。然而，該向量還包含來自該校準發射機/接收機(TRX)過程的噪聲效應。由於這些噪聲效應對於所有碼元是共同的，因此CAC實用程序110使該向量相對於向量中的第一元素歸一化。因此，第一 TRX元素(即，向量的第一元素，該元素與RF發射機/RF接收機對關聯)具有OdB和O相位的TxAA校準係數。通過使向量的元素歸一化，去除了來自校準過程的噪聲效應。剩餘的校準係數是每個校準TRX相對於第一校準TRX係數的幅度變化量和相位變化量。作為用於對其他校準TRX歸一化的基礎的第一校準TRX的使用是任意的。在一個實施例中，CAC實用程序110可以利用某種重複和平均規程來去除短期幅度誤差和相位誤差的效應(例如，由本地振蕩器(LO)相位噪聲引起的效應)。
[0042]智能天線系統使用每個天線上的接收信號來估計信道，並且據此對去往每個發射機的信號「加權」，以便於將「波束整形」回到移動站。然而，可以通過如上文所述確定的TxAA/TxA校準係數來調整發射信號上的權重，以考慮BS105中的每個RF發射機/RF接收機對的幅度和相位的差。
[0043]在本發明的另一實施例中，校準裝置115可以提供僅校準與RF發射機240、222關聯的發射路徑的配置過程(即，TxA校準過程)，以使只有發射機的幅度值/變化量和相位值/變化量最小(即，與上文討論的發射機和接收機變化量的情況形成對比)。結果，CAC實用程序110可以使用TxAA校準過程的子集(即，經修改的TxAA/TxA校準過程)。此外，CAC實用程序110可以經由校準裝置115利用另外的邏輯或固件代碼。該修改的過程使用接收機，優選地使用校準接收機252 (儘管可以使用RF接收機230、232、234、236中的任何接收機)，用於僅測量多個RF發射機240、242之間的幅度和相位的差，針對RF發射機中的一個使其歸一化。還可以按規則的時間間隔重複該過程，如同針對TxAA校準過程所做的。圖3中描述了只有發射機的校準。
[0044]圖3是根據本發明的另一實施例的無線基站105的塔頂106中的射頻頭108的框圖表示。塔頂106包括耦合到天線陣列107的射頻(RF)頭108。然而，除了關於圖2描述的組件之外，如圖3中示出的塔頂106還包括無源組合器電路301，其包括耦合到循環器302的組合器304。組合器304耦合到發射機/接收機輸入/輸出埠 208和209中的每一個，並且由此耦合到RF發射機240、242，並且循環器302耦合到接收輸入/輸出埠 207和天線202。然而，在RF頭108的該實施例中，校準接收機252還可選地經由開關電路222和224中的一個或多個耦合到接收輸入/輸出埠 207。
[0045]組合器304優選地利用無源組件(例如，電阻器、電容器、電感器等)將多個RF發射機240、242中的每一個輸出的信號組合為單個輸出信號,該信號隨後經由循環器302和接收輸入/輸出埠 207被路由到校準接收機252。結果，組合器電路301通過將單獨的發射機輸出信號組合為單個輸出信號而支持時分雙工(TDD)長期演進(LTE)標準，並且較之有源組合器是更廉價的並且確保了更高的穩定性和線性。因此，組合器電路301導致了不需要大量工廠校準的功率組合方案。組合器電路301是可以經由校準裝置115/配置選擇裝置262接入的電路路徑的組件。RF頭108通過使用不具有反饋機制的無源組合器301向TRX提供輸出組合。可配置天線校準(CAC)實用程序110配置校準裝置115以執行校準，以便於實現將多個信號相干組合為單個輸出信號。被配置用於相干輸出組合的系統不太可能使用智能/自適應天線。而且，相比於針對智能/自適應天線執行的對發射機加權以使發射機(Tx)和接收機(Rx)路徑差的最小的情況，對發射機加權以使只有發射誤差最小導致了不同的權重。然而，在一個實施例中，CAC實用程序110可以在相同的無線基站中使用用於智能天線系統和相干組合系統的天線校準的組合。
[0046]CAC實用程序110通過觸發多個RF發射機240、242中的每一個發射已知信號來發起TxA校準。包括閉環增益控制(CLGC)子電路和數字預失真器(DPD)子電路的功率和噪聲控制子電路212分別提供(a)基於前導信號功率的振幅調整和(b)對RF功率放大器失真的補償。校準接收機252接收每個發射信號並且如上文所述通過參照接收信號中的一個，基於用作用於歸一化目的的基準信號的接收信號對每個子載波的相位進行適當的調整，從而使每個接收信號的幅度和相位歸一化。使用/控制跨越信道的若干子載波的幅度和相位來執行該TxA校準，並且如果發射機改變了信道則重複該TxA校準。
[0047]圖4是根據本發明的實施例的塔頂106的RF頭108的CLGC反饋路徑和數字預失真器(DPD)環路的示意圖。如圖4中所示，塔頂106包括RF頭108和組合器301。RF頭108包括由第一 Txl240和第二 Tx2242圖示的示例性分集接入點(DAP)發射機對(未明確示出接收機)。RF頭108還包括與每個RF發射機240、242關聯的DTO控制(一個或多個)環路/接收機405和CLGC反饋路徑406。此外，RF頭108包括定向耦合器/耦合路徑414、校準Tx模塊250和校準Rx模塊252。在RF頭108中還包括DSP/處理器114。此外，RF頭108包括可調諧發射濾波器，其包括第一 Tx濾波器404和第二 Tx濾波器407。
[0048]通過將組合器301耦合到恰好位於多個TRX輸出(例如，TrX3208和TrX4209)的N型連接器之前的點來實現用於相干組合的幅度和相位校準。因此，幅度和相位校準影響了正好在RF頭108的發射機輸出處的每個發射機的相位。結果，避免了後耦合器的幅度和相位的誤差或者使其最小。
[0049]當CAC實用程序110發起用於相干輸出組合的幅度和相位校準時，與每個RF發射機240、242關聯的CLGC反饋路徑406測量由每個發射機240、242輸出的基準信號的功率。通過使用RF頭108中包括的前導檢測器(未示出)觀察發射機輸出的前導碼元的信號功率水平來測量發射機輸出功率。前導檢測器包括用於檢測前導碼元信號功率水平的對數檢測器電路和用於量化檢測到的信號功率水平的模數轉換器(ADC)。CAC實用程序110隨後將ADC輸出的量化信號功率水平與檢測器校準目標值比較。因此，當前導檢測器輸出等於目標值時，在對應的發射機數據猝發期間發射機信號功率基本上提供了滿額定功率下的所有碼兀的傳輸。
[0050]每個CLGC反饋路徑406檢測到的前導碼元幅度不受數據碼元的幅度或相位的影響。因此，如果TxA校準對例如Txl 240的第一 RF發射機的一些或所有數據碼元進行調整以便於使第一發射機針對例如Tx2 242的另一 RF發射機的幅度和/或相位歸一化，則每個RF發射機的前導碼元不受影響。CLGC反饋路徑406繼續監視前導碼元並且用於使前導的功率水平保持等於目標檢測器校準值。
[0051]與每個RF發射機240、242關聯的(一個或多個)數字預失真(DPD)環路/接收機405校正由對應的發射機引入的RF功率放大器(PA)失真。DH)控制環路/接收機405檢測並解調由對應RF發射機輸出的信號，將檢測到的和解調的信號與理想信號比較，並且將校正應用於輸入到對應的RF發射機中的預失真信號，從而在引入PA失真之後，發射機輸出更緊密地與理想信號匹配。因此，在每個RF發射機路徑上，顯著地減少了來自PA失真的頻譜再生(頻譜屏蔽)並且使帶內失真最小。特別是在使用信道濾波器時，單獨的發射機信號通過了頻譜屏蔽和寬帶噪聲規範。當RF頭108的諸如發射機240、242的兩個RF發射機(每個均具有獨立的隊列和DH)環路405)輸出的信號在DH)環路405外面被相干組合時，載波-噪聲比不會劣化並且可以指示可測量的改進。由於分集接入點(DAP)RF發射機支路/隊列具有分立的本地振蕩器(LO)和分立的增益級，因此這些RF發射機隊列是不相關的。因此，在信號組合期間，由於每個發射機支路的噪聲是不相關的，因此這些噪聲不會相干地相加以提供任何實質的噪聲增益。
[0052]給定CLGC反饋路徑406的絕對輸出功率精度性能和組合單獨的發射機信號時獲得的預期功率水平，天線校準的進一步振幅調整未提供顯著的影響。而且，CLGC反饋路徑406和DH)控制環路405的功率調整基本上提供了用於相干組合的所需幅度對準。此外，相位調整較之幅度調整提供了對組合輸出功率的基本上更大的影響。
[0053]結果，CAC實用程序110在不是唯一取決於RF頭中組件的特定配置的情況下執行用於相干組合的天線校準，以針對RF頭中的RF發射機之間的功率/振幅的差進行調整。在一個實施例中，CAC實用程序110允許與每個RF發射機關聯的單獨的功率控制機制(例如，CLGC反饋路徑406和DH)控制環路/接收機405)基本上控制每個發射機支路的振幅。在另一實施例中，CAC實用程序110允許單獨的功率控制機制和天線校準規程，以在控制每個發射機支路的振幅時共享。再者，儘管幅度差趨向於比相位差對結果的影響小，但是與這裡描述的TxA校準過程的使用關聯的功能並未被排除用於對振幅差進行歸一化。
[0054]CAC實用程序110提供了如下配置，該配置通過將基準信號的碼元/子載波的理想相位與每個發射機的碼元/子載波的實際相位比較，來唯一地執行發射機的相位校準。由於包括校準接收機的相位影響，因此CAC實用程序110未獲得來自任何發射機的絕對相位影響。然而，CAC實用程序110獲得一個發射機的相位和另一發射機的相位之間的差(即，出於特定的另一發射機的相位角度的發射機的相對相位影響/值)。發射機的相對相位影響可以用於調整單獨子載波的相應相位，以與另一發射機的相位匹配。在發射機的相位校準期間，CAC實用程序110通過針對選定的發射機的相位值使對應發射機的相對相位值歸一化來生成校準係數。
[0055]如上文所述，RF頭108可以使用功率檢測器子電路來向相干組合和關聯的天線校準提供進一步的精度。功率檢測器裝置可以與相位和/或振幅不平衡校準配置一同使用，以使因發射機的相位和/或振幅不平衡引起的組合誤差最小。因此，CAC實用程序110可以通過特定的配置執行天線校準，該特定配置主要是通過軟體和/或固件代碼實現/促進的。
[0056]圖5和6是圖示由無線基站105 (並且具體地RF頭108)執行上文的說明性實施例的過程的方法的流程圖。具體地，圖5圖示了根據本發明的實施例的執行發射機自適應天線(TxAA)校準的過程。儘管圖5和6中圖示的方法是參照圖1?4中示出的組件描述的，但是應當理解，這僅出於便利的目的並且當實現各種方法時可以使用其可替選的組件和/或配置。這些方法的關鍵部分可以由CAC實用程序110完成，該CAC實用程序110在RF頭108中的DSP/處理器114 (圖1)上執行並且控制RF頭108的/RF頭108上的特定操作，並且因此出於CAC實用程序110和RF頭108中的一個或兩者的角度而描述這些方法。
[0057]圖5的過程開始於始發框502並且前往框504，其中可配置天線校準(CAC)實用程序110選擇校準配置。在框506中，CAC實用程序110觸發TxAA校準發射機250對第一基準信號的傳輸。在框508中，信號由多個RF接收機230、232接收(即耦合到多個RF接收機230、232中)。在框510中，由對應的RF接收機對每個接收到的信號解調。如框512中所示，基於分別接收的信號，CAC實用程序110確定和記錄關於每個RF接收機230、232的接收到的碼元的幅度和相位。如框514中所示，CAC實用程序110觸發多個RF發射機240、242中每一個對第二基準信號的傳輸，每個RF發射機240、242使用不同的子載波。在框516中，TxAA校準接收機252接收所發射的信號，並且在框518中，對接收到的信號解調。在框520中，CAC實用程序110通過將接收到的信號與第二基準信號比較來確定來自每個RF發射機240、242的已知碼元的幅度和相位。
[0058]在框522中，CAC實用程序110通過使由校準接收機252接收到的RF發射機的碼元幅度和相位除以由RF接收機230、232接收到的/與RF接收機230、232相對應的碼元幅度和相位，來獲得TRX幅度變化量和相位變化量的向量。如框524中所示，CAC實用程序110通過使TRX幅度變化量和相位變化量的向量歸一化而獲得校準係數，用以從校準過程/收發信機去除幅度和相位的效應。
[0059]當CAC實用程序110和智能/自適應天線系統使用在每個天線上從移動用戶/無線通信設備接收到的信號來估計移動信道時，CAC實用程序110獲得第一集合的權重，所述權重最終用於執行從每個相應RF發射機230、232回到移動用戶/無線通信設備的「波束整形」或「波束形成」。CAC實用程序110通過利用TxAA校準係數調整第一集合的權重以考慮基站105中每個RF接收機/RF發射機對的幅度和相位的差，來獲得增強集合的波束整形權重。CAC實用程序110據此將增強集合的波束整形權重應用於去往每個RF發射機的信號，用以對回到移動站的波束進行整形。圖5的流程圖圖示的過程結束於框526。
[0060]圖6的流程圖圖示了根據本發明的實施例的用於執行用於相干輸出組合的發射機天線(TxA)校準的過程。圖6的過程開始於始發框602並且前往框604，其中可配置天線校準(CAC)實用程序110選擇用於執行用於相干輸出組合的TxA校準的配置。在框606中，CAC實用程序110觸發由多個RF發射機240、242對基準信號的傳輸，每個RF發射機240、242使用不同的子載波。在框608中，功率/噪聲控制電路執行幅度平衡。如框610中所示，由校準接收機252接收所發射的信號。在框612中，校準接收機252對接收到的信號解調。在框614中，CAC實用程序110通過將接收到的碼元/信號與基準信號比較來確定來自每個RF發射機240、242的檢測到的信號/碼元的幅度和相位值。
[0061]如框616中所示，CAC實用程序110通過使發射機(Tx)幅度值和相位值的向量歸一化而獲得校準係數，用以去除來自校準過程/收發信機的相位效應。圖6的流程圖圖示的過程結束於框618。
[0062]所描述的實施例在無線基站的射頻(RF)頭中提供了 CAC邏輯，該CAC邏輯:從如下配置中自動地選擇用於執行天線校準的校準配置:(a)用於自適應天線的幅度和相位校準的第一配置；和(b)用於獨立發射機輸出的相干組合所利用的天線幅度和相位校準的第二配置。CAC邏輯經由選定的校準配置生成校準係數。當選擇第二配置時，CAC邏輯通過無源組合器機制提供用於單獨發射機輸出信號的相干組合的有效相位校準，該無源組合器機制耦合到RF頭。CAC邏輯經由單獨的功率控制機制控制RF頭中的發射機信號的振幅。
[0063]此外，當選擇第一配置時，CAC邏輯經由自適應天線實現了調零和波束整形，即波束成形。調零和波束整形實現了接收設備方向上的高功率輸出信號的傳輸。當選擇第二配置時，CAC邏輯也通過使用對應的校準係數經由相干組合所利用的天線實現了調零和波束整形。
[0064]如上文提及的，RF頭108包括校準擴充輸入/輸出埠 210，其促進了 RF頭108將由校準發射機250源發的校準信號提供給另一 RF頭，用於在校準另一 RF頭的接收支路時使用，並且進一步促進了 RF頭108從另一 RF頭接收由另一 RF頭的校準發射機源發的校準信號，用於在校準RF頭108的接收支路時使用。現在參照圖7，提供了圖示根據本發明的實施例的RF頭108的可擴展性的無線通信系統700的框圖。圖7示出了兩個RF頭，即第一 RF頭(如上文所述的RF頭108)和第二 RF頭720。RF頭720具有與RF頭108相同的組件，包括第一和第二接收機輸入/輸出埠 706、707，第一和第二發射機/接收機輸入/輸出埠 708、709，和校準擴充輸入/輸出埠 710。然而，RF頭720可以包括或可以不包括校準發射機。
[0065]也就是說，RF頭720經由RF頭108的校準擴充輸入/輸出埠 210和RF頭720的校準擴充輸入/輸出埠 710耦合到RF頭108。因此校準擴充輸入/輸出埠 710經由校準擴充輸入/輸出埠 210和710從RF頭108的校準發射機250接收校準基準信號。RF頭720隨後可以使用從校準發射機250接收到的校準基準信號來對RF頭720的多個RF接收機中的每一個(對應於RF頭108的RF接收機230、232、234和236)進行校準。儘管圖7中僅示出了兩個RF頭108、720，但是本領域的普通技術人員應認識到，任何數目的RF頭可以經由它們相應的校準擴充輸入/輸出埠耦合到RF頭108，允許RF頭108 (具體地校準發射機250)用作每個此類RF頭的校準基準信號源。因此這裡示出的RF頭的可擴展本質可以通過減少對每個和各個RF頭中的校準發射機的需要來產生成本節約。
[0066]現在參照圖8，提供了圖示根據本發明的另一實施例的RF頭108的可擴展性的無線通信系統800的框圖。圖8描繪了兩個RF頭，即，第一 RF頭(如上文所述的RF頭108)和第二 RF頭820。RF頭820具有與RF頭108相同的組件，包括第一和第二接收機輸入/輸出埠 806、807，第一和第二發射機/接收機輸入/輸出埠 808、809，和校準擴充輸入/輸出埠 810。此外，RF頭108和RF頭280中的每一個耦合到相應的無源組合器電路830、840。每個組合器電路830、840包括耦合到相應循環器832、842的相應組合器834、844。組合器834、844中的每一個耦合到它們相應RF頭108、820的發射機/接收機輸入/輸出埠並且組合從這些輸入/輸出埠接收到的信號。就是說，組合器834耦合到RF頭108的第一和第二發射機/接收機輸入/輸出埠 208、209，並且組合器844耦合到RF頭820的第一和第二發射機/接收機輸入/輸出埠 808、809。循環器832和842中的每一個I禹合到相應的組合器834、844並且耦合到它們相應的RF頭108、820的接收機輸入/輸出埠。例如，如圖8中所示，循環器832耦合到接收機輸入/輸出埠 207並且循環器832耦合到接收機輸入/輸出埠 807。每個組合器830、840進一步經由它們相應的組合器832、842耦合到天線陣列107的天線202、204，因此允許在每個RF頭的多個發射機/接收機輸入/輸出埠處接收到的信號被組合併且被路由到單個天線。因此通信系統800不僅提供通過使用如上文關於圖3描述的組合器電路而促進的校準益處，而且通信系統800進一步提供多個RF頭的天線陣列107的天線的非重疊共享。
[0067]在上文的流程圖中，可以在包含計算機可讀代碼的計算機可讀介質中實施一個或多個方法，使得當在計算設備上(由處理單元)執行該計算機可讀代碼時執行一系列步驟。在一些實施方式中，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，這些方法的某些過程被組合，被同時地或者按照不同的順序執行，或者可能被省略。因此，儘管按照特定的順序描述和圖示了方法過程，但是過程的特定順序的使用並非意味著對本發明的任何限制。在不偏離本發明的精神或範圍的情況下，可以對過程的順序進行改變。因此特定順序的使用不應被認為限制性的，並且本發明的範圍延伸到本發明所附權利要求及其等同物。
[0068]如本領域的技術人員將意識到，本發明可以被實施為一種方法、系統和/或設備。因此，本發明可以採取全硬體實施例、全軟體實施例(包括固件、常駐軟體、微代碼等)或者組合軟體和硬體方面的實施例(其在這裡通常均可以被稱為「電路」、「模塊」、「邏輯」或「系統」)的形式。
[0069]如將進一步意識到的，可以使用軟體、固件、微代碼或硬體的任何組合來實現本發明的實施例中的過程。作為在軟體中實施本發明的準備步驟，編程代碼(軟體或固件)將典型地被存儲在一個或多個機器可讀存儲介質中，諸如固定(硬)驅動器，磁碟，磁碟，光碟，磁帶，諸如RAM、ROM、PROM的半導體存儲器等，由此實現根據本發明的製品。通過執行直接來自存儲設備的代碼，通過將代碼從存儲設備複製到諸如硬碟、RAM等的另一存儲設備中，或者通過使用諸如數字和模擬通信鏈路的傳輸類型介質來發射代碼用於遠程執行，來使用包含編程代碼的製品。該介質可以是電子、磁、光、電磁、紅外或半導體系統(或裝備或設備)或者傳播介質。此外，該介質可以是可以包含、存儲、傳遞、傳播或者輸送由執行系統、裝備或設備使用或者結合其使用的程序的任何裝備。通過使包含根據所述實施例的代碼的一個或多個機器可讀存儲設備與適當的處理硬體組合以執行其中包含的代碼，可以實施本發明的方法。用於實施本發明的裝備可以是一個或多個處理設備和存儲系統，其包含或具有(經由伺服器)針對根據本發明編碼的程序的網絡接入。通常，術語計算機、計算機系統或者數據處理系統可以被廣泛地定義為涵蓋具有執行來自存儲器介質的指令/代碼的處理器(或者處理單元)的任何設備。
[0070]因此，重要的是，儘管在具有安裝(或執行)軟體的全功能無線通信系統的上下文中描述了本發明的說明性實施例，但是本領域的技術人員將意識到，本發明的說明性實施例的軟體方面能夠作為製品分送，該製品包括記錄在一個或多個形式的介質上或者經由其分送的可執行代碼。
[0071]儘管通過參照示例性實施例描述了本發明，但是本領域的技術人員將理解，在不偏離本發明的範圍的情況下，可以進行各種改變，並且可以使用等同物替換其元素。此外，在不偏離本發明的基本範圍的情況下，可以進行許多修改以使其特定的系統、設備或組件適應本發明的教導。因此，本發明不應限於用於實現本發明而公開的特定實施例，本發明將包括落入所附權利要求範圍內的所有實施例。而且，術語第一、第二等的使用並非表示任何順序或重要性，而是，術語第一、第二等用於使一個元素區別於另一元素。
【權利要求】
1.一種無線通信系統，包括: 第一射頻RF頭設備，包括: 多個輸入/輸出埠，其中所述多個輸入/輸出埠中的一輸入/輸出埠是校準擴充輸入/輸出埠 ；以及 校準發射機，所述校準發射機能夠耦合到所述校準擴充輸入/輸出埠並且源發校準基準信號； 第二 RF頭設備，所述第二 RF頭設備包括多個輸入/輸出埠，其中所述多個輸入/輸出埠中的一輸入/輸出埠是校準擴充輸入/輸出埠；以及 其中所述第一 RF頭設備的所述校準擴充輸入/輸出埠耦合到所述第二 RF頭設備的所述校準擴充輸入/輸出埠，以及其中所述第一 RF頭設備的所述校準發射機經由所述第一 RF頭設備和所述第二 RF頭設備的所述校準擴充輸入/輸出埠向所述第二 RF頭設備源發所述校準基準信號。
2.如權利要求1所述的無線通信系統，其中所述第二RF頭設備包括多個RF接收機，以及其中所述第二 RF頭設備基於由所述第一 RF頭設備的所述校準發射機源發的所述校準基準信號來校準與所述多個RF接收機中每個RF接收機關聯的接收支路。
【文檔編號】H04B1/12GK103490789SQ201310343905
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2010年8月30日 優先權日:2009年8月31日
【發明者】託馬斯·J·孔德曼, 格裡高利·T·納什, 阿倫·W·內特塞爾, 託馬斯·J·科瓦裡克 申請人:摩託羅拉移動公司