[发明专利]具有相位补偿的波束形成

说明书

技术领域

本发明一般涉及波束形成中的相位补偿，具体的来说，涉及多天线时分双工（TDD）通信网络中波束形成中的相位补偿和用于实现波束形成中的相位补偿的基站。

背景技术

多天线技术在无线通信中已备受关注，因为它提供数据吞吐量和链路范围上的大大提高而无需额外带宽或发射功率。在3GPP（第三代伙伴项目）长期演进（LTE）中，例如在3GPP TS 36.211：“演进的通用地面无线电介入（E-UTRA）；物理信道和调制”V8.7.0（3GPP TS 36.211: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical channels and modulationV8..7.0）中，为下行链路传输已定义不同的多天线方案。该定义的方案包括传输模式3（TM3，开放回路空间复用）、TM4（闭合回路空间复用）、TM7（单层波束形成）和TM8（双层波束形成）等。一般，可以将它们分类成两种类型：基于码书的预编码（TM3、TM4）和基于非码书的波束形成（TM7、TM8）。在这些传输模式之中，由于TDD信道互易性的特性，即上行链路和下行链路中经由相同频带行进的信号将承受相同的物理扰动（即，反射、折射、衍射等）的属性，所以TM7和TM8首选被用于时分-长期演进（TD-LTE）。

波束形成的一个重要要求是消除或补偿如不同天线端口引入的不同相移。图1示出TDD系统中的一个天线端口的信道模型。如图1所示，下行链路信道由两个部分组成：发射器（DL）RF前端路径（下文称为RF路径）和空中无线信道（图1中表示为Uu）。以此相同方式，上行链路信道由接收器（UL）RF路径和空中无线信道组成。此处，RF路径包括演进的节点B（eNB）与天线之间的RF电缆、模拟装置（例如功率放大器（PA）、模数转换器/数模转换器（ADC/DAC）等）与天线。在实际的系统中，RF路径上的所有这些组件将在不同天线端口之间引入不同的相移。为了在例如下行链路中执行波形形成，由此需要不仅补偿下行链路Uu部分在天线之间引入的相移外，而且还要补偿下行链路RF路径引入的相移。

针对TDD系统，常常建议使用信道互易性。eNB可以基于上行链路信道估计来获取下行链路信道状态信息（CSI），进而获取每个天线端口的相移。典型地，上行链路信道估计是如在3GPP TS 36.213：“演进的通用地面无线电介入（E-UTRA）；物理层过程”V8.7.0（3GPP TS 36.213: Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA); Physical layer procedures, V8.7.0）中所定义的基于探测参考信号（SRS）的信道测探。图2中说明用于每个天线端口N的探测过程。首先，eNB通过每个用户设备（UE）的无线电资源控制（RRC）信令来配置探测带宽、周期性和跳跃模式。然后UE基于信令通知的配置周期性地发射SRS，并且eNB基于接收的SRS估计包含Uu和UL RF路径的上行链路等效信道并获取上行链路等效信道的CSI。

但是，应该注意信道互易性仅针对空中无线信道（Uu部分）有效。在实际的系统中，由于例如UL/DL RF路径中使用的不同电子组件、温度、湿度等，UL和DL RF路径之间存在显著差异。通过基于SRS的信道测探获取的包括Uu和UL RF的上行链路等效信道的CSI无法被用作用于计算每个天线端口的相移所基于的下行链路CSI。在传统TDD系统中，此问题通过天线校准来解决，其利用（与天线集成的）耦合网络来分别地检测下行链路和上行链路的RF路径的CSI。利用校准，eNB可以获取如UL/DL RF路径引入的相移，进而基于信道互易性计算整个DL信道引入的相移。

遗憾的是，用于天线校准的耦合网络并不总是可供使用。许多TDD运营商在2G和3G中对于4/8端口天线已投入很大。例如，在中国已经部署时分同步码分多址（TD-SCDMA）系统中，其中在每个基站处使用8个天线。在日本已经部署个人手持电话系统（PHS），其中基站配备4/8端口天线。从迁移的角度来看，运营商需要供应商提供用于在现有2G（如PHS）系统或3G系统（如TD-SCDMA）中部署TD-LTE的解决方案。但是，在这些现有的2G/3G TDD系统中，耦合网络并不总是可供使用的。例如，对于日本的PHS系统，天线中没有集成耦合网络，以及对于中国的TD-SCDMA系统，仅针对户外覆盖天线配备耦合网络，而对于室内覆盖天线，则没有配备耦合网络。

发明内容