[发明专利]用于补偿天线增益失衡的系统和方法

说明书

本发明领域

本公开一般涉及多输入多输出（MIMO）无线通信系统，尤其涉及用于改善发射性能的系统和方法。

发明背景

采用多个天线以用于传送和接收数据的无线通信站被称为多输入多输出（MIMO）系统。多个天线的使用提供了数据吞吐量和链路范围上的显著改善，而无需附加带宽或增大发射功率。MIMO系统较常规的单天线系统呈现了更好的频谱效率，同时具有更稳定的链路和降低的衰落。如由其名称所暗示的，典型的MIMO通信站在发射机和接收机处采用多个天线。由各MIMO系统提供的改进的一个基础是对其中常使用此类系统的多径环境的利用。相应地，每一个信号体验到多径传播，这允许在发射机与接收机之间产生多个正交信道。进而，数据在那些信道上同时并行传送，而无需更多带宽。

尽管有由MIMO通信系统所表现出的诸优势，但还是有可改善性能的领域。如以上所讨论的，各站之间的多条独立传播路径对于创建使能够在数据吞吐量上进行多流改善的多条正交信道是必需的。然而，这多条传播路径之间的相对路径损耗上的失衡可能导致抵达接收机处的这多个信号的功率上的张开超过接收机的动态范围的状况。

由于接收机通常采用自动增益功能来将总带内功率调节至期望级别，因此体验到相对而言最小的路径损耗的信号将相应地较强并被恰适地校平。另一方面，体验到相对较大的路径损耗的信号将较弱并且可能更接近于接收机的噪声本底，导致它具有不良的信噪比。实际上，在各信号之间的路径损耗失衡足够大时，接收机的动态范围被越过，并且它将不能够同时正确地恢复强信号和弱信号两者。结果，发射机被强制使用较低的调制速率或者较少数目的独立的同时数据流，由此降低了物理层（PHY）数据吞吐量。

如将领会的，各发射天线增益自身还可能遭受可导致此状况的失衡。短程、视线（LOS）信道条件对于发射和接收天线的直接和交叉路径通常具有相对均等的损耗。然而，各独立天线的物理取向和定位是影响MIMO系统中的天线增益的主要因素。结果，这些天线可能呈现增益上的显著失衡，其结果导致在LOS条件下受损的性能。因此，即使存在关于路径损耗而言相对平衡的信道，但是进入到信道中的功率由于发射天线增益上的失配而已失衡，并且各信号以很大的功率张开抵达接收机。这对接收机的动态范围造成与以上所述的失衡路径损耗状况相同类型的压力。

图1示出此状况的一示例，其示意性地表示了在3x3MIMO系统中失衡的发射天线增益对从节点A到节点B的平衡信道的影响。基带递送由功率-频率标绘指示的、进入到三条发射链106、108和110中的功率电平基本等同的有代表性的脉冲波形信号100、102和104。由于由发射天线增益框112指示的失衡的天线增益，信号116和118是相对于信号114衰减了的。每条链是在框120中的平衡信道上传送的。相应地，由每条发射链发送的信号抵达示为具有平衡的天线增益的接收天线增益框122。因此，每条接收链124、126和128接收来自每条发射链的信号的合成物，其关于接收链124由信号130指示。如可见的，信号130的各分量并不具有等同的功率电平，并且其张开潜在地超过了接收机的动态范围或以其他方式使其性能降级。尽管未示出，但在其他两条链处的接收到的复合信号中存在相同状况。

通过测试，已确定了失衡天线增益传输影响远侧接收机，但是接收处的失衡天线增益由通常存在于如图2中所示的接收机中的自动增益控制来补偿。具有基本上等同的功率电平的信号200、202和204被馈送到三条发射链206、208和210中以供从节点B传送至节点A。这些信号在发射期间具有平衡的天线增益，如发射天线增益框212所指示的。这些信号在框214中的平衡信道上传送。这样，抵达节点A的复合信号216、218和220的各分量也具有基本上等同的功率电平。节点A处的各信号体验到如接收天线增益框222所指示的失衡的天线增益，并被馈送到接收链224、226和228中。由于失衡的增益，复合信号232和234是相对于复合信号230衰减了的。然而，接收机的用于每条链的独立自动增益控制（AGC）在AGC框236中对该衰减进行补偿，从而将经均衡的复合信号238、240和242递送至基带。

用于补偿MIMO通信系统的各发射信道中的失衡的一种常规策略依赖于波束成形技术，波束成形技术寻求调节从每一个天线广播的信号的特性以在接收机处聚焦所传送的能量。然而，波束成形技术必然要求关于各通信信道的特性的知识以允许对各传输信号作出恰适的调节，并且相应地要求相对复杂的信道估计策略，诸如确定恰适的调向矩阵。