CN103916176A

CN103916176A - 一种无线直放站及其天线校准方法

Info

Publication number: CN103916176A
Application number: CN201310001452.7A
Authority: CN
Inventors: 闫渊; 许灵军; 王大鹏; 王军
Original assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Current assignee: China Mobile Communications Group Co Ltd
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2033-01-04
Also published as: CN103916176B

Abstract

本发明提供一种无线直放站及其天线校准方法，涉及通信领域。无线直放站包括：下行收发通路，用于将基站的信号发送给用户终端；上行收发通路，用于将用户终端的信号发送给基站；校准发通道，与下行收发通路以及上行收发通路连接，用于传输一校准信号给下行收发通路或者上行收发通路；校准收通道，与下行收发通路以及上行收发通路连接，用于传输经过下行收发通路或者上行收发通路传输来的信号；处理器，与校准收通道连接，用于根据校准收通道输出的信号，获取补偿下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数。本发明解决了无线直放站对上下行信道的互易性产生破坏这一问题。

Description

一种无线直放站及其天线校准方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是指一种无线直放站及其天线校准方法。

背景技术

由于无线信号随着传播距离的增大而发生衰减，因此小区边缘用户和盲区用户由于信号较弱，性能较差。为了解决弱覆盖和深度覆盖问题，在目前2G现网中广泛使用了直放站改善覆盖。按照应用场景，直放站可以分为室内直放站和室外直放站。

无线直放站是对移动通信信号直接放大的一种同频中继站。它不改变原信号的频率，也不对信号所携带的信息作任何处理。

在GSM系统中，上行信号和下行信号分别使用不同的频段，即采用FDD的双工方式。因为上行信号和下行信号的频段与方向不同，所要求的信号强度也不同，因此直放站必须具备对上下行信号分别进行处理的能力，即上行和下行信号分别采用两套独立的收发通路。目前GSM系统中使用的无线直放站的结构如图1所示，其下行收发通路和上行收发通路均包括：低噪放、频段选频以及攻放。

在TD-LTE系统中，由于采用了时分的双工方式（TDD），收发共用同一个传播信道（频率也相同），理论上可认为上行信道等于下行信道，即上行信道和下行信道具有互易性。正因如此，TDD系统中的发射端（比如基站）可利用用户发送到上行导频信号检测出上行信道进而得到下行信道，并进行波束赋形传输，如TD-LTE系统中的TM7单流，TM8双流传输等。

然而，在物理实现上，每个天线阵子的射频端需要两套电路来分别完成信号的发送和接收，如图2所示：

实际下行信道H_DL为：

H_DL＝R_UE·H·T_BS

实际上行信道H_UL为：

H_UL＝R_BS·H^T·T_UE

而基站利用上下行互易性得到的下行信道为：

其中，R_BS和T_UE是对角阵，对角线元素分别表示BS每个天线阵子上的接收复增益和用户终端（UE）每个天线阵子上的发送复增益。T表示发送通道，R表示接收通道，下标BS表示基站侧的，下标UE表示UE侧的。N_UE和N_BS分别表示用户和基站的天线阵子数，(1≤i≤N_UE)表示UE端的第i个天线阵子的收发通道失配系数，(1≤i≤N_BS)表示BS端的第i个天线阵子的收发通道系数比例。表示利用上下行信道互易性得到的下行信道，不等于实际的下行信道。

为了能够利用检测的上行信道得到下行信道信息，需要对基站端和用户端的天线阵子进行校准，如图4所示。

其校准目标是通过在基站端和用户端的天线阵子的收通道或发通道分别乘上一个校准补偿系数，以使校准后每个天线阵子的收发通道系数比例一致。即能够满足：

其中，表示基站端的第i个天线阵子的校准补偿系数，表示用户端的第i个天线阵子的校准补偿系数，表示公式对于任意第i个天线阵子都成立。事实上，用户端的天线失配对基站端的下行预处理影响有限。因此，实际中可只对基站端天线阵子进行校准近似实现上下行信道互易。

在目前的TD-SCDMA系统中广泛使用了天线校准来保证信道互易性的获得，其中的校准方案如图3所示：

该校准方案需要有一个校准端口协助进行射频收发通道一致性校准。

1）天线收发通道系数分别用r_j和t_j表示。其中，下标j(0～N)表示第j个天线，j＝0表示校准端口。

2）用x_jk表示第j个天线接收到的第k个天线发送的校准信号。

3）天线发通道、收通道补偿系数分别用α_j、β_j表示，其中，下标j(0～N)表示第j个天线，j＝0表示校准端口。

假设以第一根天线为参考天线，校准流程为：

A）各天线发射通道校准：

A.1）从各天线的发射通道发送校准信号s；

A.2）然后从校准端口的接收通道收回校准信号x₀₁=r₀t₁s，…，x_0N=r₀t_Ns；

A.3）估计出各天线发射通道的校准系数，完成对发射单元的校准。

\frac{x_{02}}{x_{01}} = \frac{r_{0} t_{2}}{r_{0} t_{1}} = \frac{t_{2}}{t_{1}}, . . .,

\frac{x_{0 N}}{x_{01}} = \frac{r_{0} t_{N}}{r_{0} t_{1}} = \frac{t_{N}}{t_{1}},

α₁＝1,

α_{2} = \frac{x_{01}}{x_{02}}, . . .,

α_{8} = \frac{x_{01}}{x_{0 N}}

B）各天线接收通道校准：

B.1）从校准发射通道发送校准信号s；

B.2）然后从各天线的接收通道收回该校准信号x₁₀=r₁t₀s，…，x_N0=r_Nt₀s；

B.3）估计出各天线接收通路的校准系数，完成对接收单元的校准。

\frac{x_{20}}{x_{10}} = \frac{r_{2} t_{0}}{r_{1} t_{0}} = \frac{r_{2}}{r_{1}}, . . .,

\frac{x_{N 0}}{x_{10}} = \frac{r_{N} t_{0}}{r_{1} t_{0}} = \frac{r_{N}}{r_{1}},

β₁＝1,

β_{2} = \frac{x_{20}}{x_{10}}, . . .,

β_{N} = \frac{x_{N 0}}{x_{10}}

得到α_j、β_j。

其中，校准信号处理单元可以位于BBU侧，也可以位于RRU侧。

现有的直放站上下行信号的处理一般采用独立的收发通路，如上图1所示，在TD-LTE系统中的eNB和UE之间，上下行信号经过了不同的收发通路，上行信号放大再生是经过上行收发通路，下行信号放大再生是经过下行收发通路，由于其电路响应不同，导致TDD的信号互易性不再满足。然而，由于直放站对网络是透明的，即eNB和UE都不知道系统中是否安装了直放站。如果eNB使用TM7单流波束赋形或者TM8双流波束赋形的传输模式，但由于此时TDD系统的信道互易性被直放站破坏，导致根据上行信道无法准确的估计下行信道，因而其性能会变化差。目前的TD-LTE系统中只有基站端进行天线校准是无法保证安装直放站之后仍满足信道互易性要求的。

现有的天线校准方案对发通路和收通路分别校准，以满足校准后各天线间收发通路的响应系数比例一致的要求。而无线直放站的校准要求是要满足整个上行收发通路和整个下行收发通路的响应的绝对值一致，因而现有的天线校准的结构（校准天线和校准网络的结构，如图3所示）无法直接应用到无线直放站上面。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无线直放站及其天线校准方法，可以在无线直放站处对天线进行校准，从而保证TDD上下行信道的互易性。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种无线直放站，包括：

下行收发通路，用于将基站的信号发送给用户终端；

上行收发通路，用于将所述用户终端的信号发送给基站；

校准发通道，与所述下行收发通路以及所述上行收发通路连接，用于传输一校准信号给所述下行收发通路或者所述上行收发通路；

校准收通道，与所述下行收发通路以及所述上行收发通路连接，用于传输经过所述下行收发通路或者所述上行收发通路传输来的信号；

处理器，与所述校准收通道连接，用于根据所述校准收通道输出的信号，获取补偿所述下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数。

其中，所述校准发通道通过分路器、第一耦合器以及第一环形器与所述下行收发通路和所述上行收发通路连接；

所述校准收通道通过合路器、第二耦合器以及第二环形器与所述下行收发通路和所述上行收发通路连接。

其中，所述第一耦合器用于与第一天线连接，接收所述基站的信号，并将所述基站的信号通过所述下行收发通路和第二天线发送给用户终端；所述第二耦合器用于与第二天线连接，接收所述用户终端的信号，并将所述用户终端的信号通过所述上行收发通路和第一天线发送给所述基站。

其中，所述下行收发通路包括：下行收通道，以及与所述下行收通道顺序连接的下行发通道；

所述上行收发通路包括：上行收通道，以及与所述上行收通道顺序连接的上行发通道；

所述下行收通道和所述上行发通道均与所述第一环形器连接，所述下行发通道和所述上行收通道均与所述第二环形器连接。

其中，本实施例的无线直放站还包括：

补偿单元，与所述处理器、所述下行收发通路和所述上行收发通路连接，用于根据所述下行收发通路的补偿系数对所述下行收发通路进行信号补偿或者根据所述上行收发通路的补偿系数对所述上行收发通路进行信号补偿。

其中，所述补偿单元包括：

设置于所述下行收发通路上的第一乘法器，用于将所述下行收发通路的补偿系数与来自所述基站的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述下行收发通路发送给所述用户终端；

设置于所述上行收发通路上的第二乘法器，用于将所述上行收发通路的补偿系数与来自所述用户终端的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述上行收发通路发送给所述基站。

其中，所述校准收通道输出的信号包括：所述校准信号经过所述下行收发通路以及所述校准收通道后输出的第一信号，和所述校准信号经过所述上行收发通路以及所述校准收通道后输出的第二信号；

其中，所述第一信号S_DL为：S_DL＝r_CAL·t_DL·r_DL·t_CAL·s₀；

所述第二信号s_UL为：s_UL＝r_CAL·t_UL·r_UL·t_CAL·s₀；其中，

t_DL是所述下行发通道的响应系数，t_UL是所述上行发通道的响应系数，r_DL是所述下行收通道的响应系数，r_UL是所述上行收通道的响应系数，t_CAL是所述校准发通道的响应系数，r_CAL是所述校准收通道的响应系数，s₀所述校准发通道发出的信号；

所述处理器在所述下行收发通路的补偿系数为1时，根据公式k_UL=s_DL/s_UL，获取补偿所述上行收发通路的补偿系数k_UL。。

本发明的实施例还一种无线直放站的天线校准方法，所述无线直放站包括：下行收发通路以及上行收发通路；所述方法包括：

传输一校准信号给下行收发通路或者上行收发通路；

获取所述校准信号经过一校准发通道、所述下行收发通路以及一校准收通道输出的信号，或者所述校准信号经过所述校准发通道、所述上行收发通路以及所述校准收通道输出的信号；

根据所述校准收通道输出的信号，获取补偿所述下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数。

其中，获取补偿所述下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数后还包括：

根据所述下行收发通路的补偿系数对所述下行收发通路进行信号补偿或者根据所述上行收发通路的补偿系数对所述上行收发通路进行信号补偿。

其中，根据所述下行收发通路的补偿系数对所述下行收发通路进行信号补偿的步骤包括：

将所述下行收发通路的补偿系数与来自所述基站的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述下行收发通路发送给所述用户终端。

其中，根据所述上行收发通路的补偿系数对所述上行收发通路进行信号补偿的步骤包括：将所述上行收发通路的补偿系数与来自所述用户终端的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述上行收发通路发送给所述基站。

其中，所述校准收通道输出的信号包括：所述校准信号经过所述下行收发通路以及所述校准收通道后输出的第一信号，和所述校准信号经过所述上行收发通路以及所述校准收通道后输出的第二信号；其中，

所述第一信号s_DL为：s_DL＝r_CAL·t_DL·r_DL·t_CAL·s₀；

所述第二信号s_UL为：s_UL＝r_CAL·t_UL·r_UL·t_CAL·s₀；其中，

获取补偿所述上行收发通路的补偿系数的步骤包括：

在所述下行收发通路的补偿系数为1时，根据公式k_UL=s_DL/s_UL获取补偿所述上行收发通路的补偿系数。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

对比现有技术，本发明在无线直放站处对上行收发通道以及下行收发通道进行校准，解决了TD-LTE系统中由于直接引入无线直通站，对TDD上下行信道的互易性产生破坏这一问题。

附图说明

图1为现有技术中无线直放站的结构示意图；

图2为现有技术中基站与客户终端进行信号校正的示意图；

图3为现有技术中射频拉远模块实现自校准的结构示意图；

图4为本发明的无线直放站的结构示意图；

图5为本发明的天线校准方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

实施例1

一种无线直放站，包括：

下行收发通路，用于将基站的信号发送给用户终端；

上行收发通路，用于将所述用户终端的信号发送给基站；

本方案在无线直放站处对上行收发通道以及下行收发通道进行校准，解决了TD-LTE系统中由于直接引入无线直通站，对TDD上下行信道的互易性产生破坏这一问题。

如图4所示，下面以单天线的无线直放站为例（多天线的无线直放站可以直接类推），对本方案的结构进行具体描述：

和传统的直放站相比，本发明需要增加校准发通道和校准收通道。另外，校准网络要满足的要求是：校准发通道分别到上行收通道和下行收通道经过的路径响应相同，上行发通道和下行发通道分别到校准收通道经过的路径响应相同。

其中，校准发通道通过分路器、第一耦合器以及第一环形器与所述下行收发通路和所述上行收发通路连接；校准收通道通过合路器、第二耦合器以及第二环形器与所述下行收发通路和所述上行收发通路连接。

所述第一耦合器用于与第一天线连接，接收所述基站的信号，并将所述基站的信号通过所述下行收发通路和第二天线发送给用户终端；

所述第二耦合器用于与第二天线连接，接收所述用户终端的信号，并将所述用户终端的信号通过所述上行收发通路和第一天线发送给所述基站。

所述下行收发通路包括：下行收通道，以及与所述下行收通道顺序连接的下行发通道；

本方案的无线直放站还包括：

具体地，所述补偿单元包括：

设置于所述下行收发通路上的第一乘法器，并与所述连接处理器，获取处理发送的针对下行通道的补偿系数，并将所述下行收发通路的补偿系数与来自所述基站的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述下行收发通路发送给所述用户终端；以及设置于所述上行收发通路上的第二乘法器，也与所述连接处理器，获取处理发送的针对上行通道的补偿系数，并将所述上行收发通路的补偿系数与来自所述用户终端的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述上行收发通路发送给所述基站。需要指出的是，所述第一乘法器可以位于下行收通道之前，也可以位于下行收通道与下行发通道之间，还可以位于下行发通道之后；所述第二乘法器可以位于上行收通道之前，也可以位于上行收通道与上行发通道之间，还可以位于上行发通道之后。

在上述实施例中，所述校准收通道输出的信号包括：所述校准信号经过所述下行收发通路以及所述校准收通道后输出的第一信号，和所述校准信号经过所述上行收发通路以及所述校准收通道后输出的第二信号；

具体的：通过校准发通道给下行收通道发送校准信号s₀，经过下行收通道，下行发通道，最后在校准收通道处输出的信号是s_DL（即第一信号）；

其中，s_DL＝r_CAL·t_DL·r_DL·t_CAL·s₀。

通过校准发通道给上行收通道发送同样的校准信号s₀，经过上行收通道，上行发通道，最后在校准收通道处输出的信号是s_UL（即第二信号）；

其中，s_UL＝r_CAL·t_UL·r_UL·t_CAL·s₀。

所述处理器在所述下行收发通路的补偿系数为1时（即以下行收发通路为基准），根据公式k_UL=s_DL/s_UL，获取补偿所述上行收发通路的补偿系数k_UL；

当然，在上行收发通路的补偿系数为1时（即以上行收发通路为基准），所述处理器可以根据公式k_DL＝S_UL/S_DL，获取所述下行收发通路的补偿系数k_DL。

其中，t_DL是所述下行发通道的响应系数，t_UL是所述上行发通道的响应系数，r_DL是所述下行收通道的响应系数，r_UL是所述上行收通道的响应系数，t_CAL是所述校准发通道的响应系数，r_CAL是所述校准收通道的响应系数，s₀所述校准发通道发出的校准信号；

当基站发出下行信号时，由第一天线接收，经过下行收发通路，此时第一乘法器，将所述下行收发通路的补偿系数k_DL与所述下行信号相乘，完成下行信号的补偿，并将相乘后得到的信号，通过所述下行收发通路和第二天线发送给用户终端；

当用户终端发出上行信号时，由第二天线接收，经过上行收发通路，此时第二乘法器将所述上行收发通路的补偿系数k_UL与所述上行信号相乘，完成上行信号的补偿，并将相乘后得到的信号，通过所述上行收发通路和第一天线发送给所述基站。

本实施例的无线直放站通过校准收通道以及校准发通道对上行收发通道以及下行收发通道进行校准，解决了TD-LTE系统中由于直接引入无线直通站，对TDD上下行信道的互易性产生破坏这一问题。进一步地，第一乘法器获取处理器发送的针对下行收发通道的补偿系数，将基站发送的下行信号与该补偿系数相乘；以及第二乘法器获取处理器发送的针对上行收发通道的补偿系数，将客户终端发送的上行信号与该补偿系数相乘，从而完成无线直放站的信号补偿。

实施例2

如图5所示，一种无线直放站的天线校准方法，所述无线直放站包括：下行收发通路以及上行收发通路；所述方法包括如下步骤：

步骤1，传输一校准信号给下行收发通路或者上行收发通路；

步骤2，获取所述校准信号经过一校准发通道、所述下行收发通路以及一校准收通道输出的信号，或者所述校准信号经过所述校准发通道、所述上行收发通路以及所述校准收通道输出的信号；

步骤3，根据所述校准收通道输出的信号，获取补偿所述下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数。

本方案在无线直放站处对天线进行校准，避免了TD-LTE系统中由于直接引入无线直通站，对TDD上下行信道的互易性产生破坏。

其中，获取补偿所述下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数后还可以包括：

根据所述下行收发通路的补偿系数对所述下行收发通路进行信号补偿（即下行收发通路的补偿系数与来自所述基站的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述下行收发通路发送给所述用户终端）或者根据所述上行收发通路的补偿系数对所述上行收发通路进行信号补偿（即上行收发通路的补偿系数与来自所述用户终端的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述上行收发通路发送给所述基站）。

具体补偿时，所述校准收通道输出的信号包括：所述校准信号经过所述下行收发通路以及所述校准收通道后输出的第一信号，和所述校准信号经过所述上行收发通路以及所述校准收通道后输出的第二信号；

其中，s_DL＝r_CAL·t_DL·r_DL·t_CAL·s₀。

其中，s_UL＝r_CAL·t_UL·r_UL·t_CAL·s₀。

在所述下行收发通路的补偿系数为1时（即以下行收发通路为基准），根据公式k_UL=s_DL/s_UL，获取补偿所述上行收发通路的补偿系数k_UL；

当然，在上行收发通路的补偿系数为1时（即以上行收发通路为基准），也可以根据公式k_DL＝S_UL/S_DL，获取所述下行收发通路的补偿系数k_DL。。

t_DL是所述下行发通道的响应系数，t_UL是所述上行发通道的响应系数，r_DL是所述下行收通道的响应系数，r_UL是所述上行收通道的响应系数，t_CAL是所述校准发通道的响应系数，r_CAL是所述校准收通道的响应系数，s₀所述校准发通道发出的校准信号；

本实施例的方法能对通对无线直放站的上行收发通道以及下行收发通道进行校准，解决了TD-LTE系统中由于直接引入无线直通站，对TDD上下行信道的互易性产生破坏这一问题。进一步地，本方法还将基站发送的下行信号与针对下行通道的补偿系数相乘；以及将客户终端发送的上行信号与针对上行通道的补偿系数相乘，从而完成无线直放站的信号补偿。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种无线直放站，其特征在于，包括：

下行收发通路，用于将基站的信号发送给用户终端；

上行收发通路，用于将所述用户终端的信号发送给基站；

2.根据权利要求1所述的无线直放站，其特征在于，

所述校准发通道通过分路器、第一耦合器以及第一环形器与所述下行收发通路和所述上行收发通路连接；

3.根据权利要求2所述的无线直放站，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的无线直放站，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的无线直放站，其特征在于，还包括：

6.根据权利要求5所述的无线直放站，其特征在于，所述补偿单元包括：

7.根据权利要求6所述的无线直放站，其特征在于，

所述校准收通道输出的信号包括：所述校准信号经过所述下行收发通路以及所述校准收通道后输出的第一信号，和所述校准信号经过所述上行收发通路以及所述校准收通道后输出的第二信号；其中，

所述第一信号s_DL为：s_DL＝r_CAL·t_DL·r_DL·t_CAL·s₀；

所述第二信号s_UL为：s_UL＝r_CAL·t_UL·r_UL·t_CAK·s₀；其中，

tDL是所述下行发通道的响应系数，t_UL是所述上行发通道的响应系数，r_DL是所述下行收通道的响应系数，r_UL是所述上行收通道的响应系数，t_CAL是所述校准发通道的响应系数，r_CAL是所述校准收通道的响应系数，s₀所述校准发通道发出的信号；

所述处理器在所述下行收发通路的补偿系数为1时，根据公式k_UL=s_DL/s_UL，获取补偿所述上行收发通路的补偿系数k_UL。

8.一种无线直放站的天线校准方法，所述无线直放站包括：下行收发通路以及上行收发通路；其特征在于，所述方法包括：

传输一校准信号给下行收发通路或者上行收发通路；

9.根据权利要求8所述的无线直放站的天线校准方法，其特征在于，获取补偿所述下行收发通路或者所述上行收发通路的响应系数的补偿系数后还包括：

10.根据权利要求9所述的无线直放站的天线校准方法，其特征在于，根据所述下行收发通路的补偿系数对所述下行收发通路进行信号补偿的步骤包括：

11.根据权利要求9所述的无线直放站的天线校准方法，其特征在于，根据所述上行收发通路的补偿系数对所述上行收发通路进行信号补偿的步骤包括：

将所述上行收发通路的补偿系数与来自所述用户终端的信号相乘，并将相乘后得到的信号，通过所述上行收发通路发送给所述基站。

12.根据权利要求8所述的无线直放站的天线校准方法，其特征在于，

所述第一信号s_DL为：s_DL＝r_CAL·t_DL·r_DL·t_CAL·s₀；

所述第二信号s_UL为：s_UL＝r_CAL·t_UL·r_UL·t_CAL·s₀；其中，

获取补偿所述上行收发通路的补偿系数的步骤包括：

所述下行收发通路的补偿系数为1时，根据公式k_UL=s_DL/s_UL获取补偿所述上行收发通路的补偿系数。