本公開一般地涉及收發(fā)器校準(zhǔn)。更特別地，本公開涉及天線陣列自校準(zhǔn)。

背景技術(shù)：

多天線發(fā)送和接收系統(tǒng)中，由不同的天線路徑發(fā)送和接收多個信號。由于若干因素，包括加工公差、網(wǎng)絡(luò)條件和干擾，由不同天線路徑發(fā)送的信號可能經(jīng)歷不同于預(yù)期的相移和/或時間延遲，而導(dǎo)致收發(fā)器性能的降低。

校準(zhǔn)天線路徑可以減小或消除這些差異。在安裝前使用外部設(shè)備可以校準(zhǔn)天線陣列。然而，這些方法只能被用于離線校準(zhǔn)，其適合于無源天線陣列而不適合有源天線陣列。

也可以使用包括在天線陣列內(nèi)的額外的電路來校準(zhǔn)天線陣列。然而，包括額外的電路可能在計算校準(zhǔn)所需的參數(shù)中引進(jìn)額外的誤差。這個誤差可能隨著包括在天線陣列中的天線和天線路徑的數(shù)目而成指數(shù)地增長。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開提供了天線陣列自校準(zhǔn)。

在一示例實施例中，提供了一種用于校準(zhǔn)天線陣列的裝置。所述裝置包括第一和第二耦合器、校準(zhǔn)收發(fā)器和控制器。第一耦合器可操作地連接到第一數(shù)目的天線。第二耦合器可操作地連接到第二數(shù)目的天線。校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)公共路徑可操作地連接到第一和第二耦合器。控制器被配置為基于由校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)公共路徑、從第一和第二耦合器接收的或發(fā)送到第一和第二耦合器的至少一個或多個信號來執(zhí)行對第二數(shù)目的天線的至少一個或多個發(fā)送/接收路徑的校準(zhǔn)。

在另一示例實施例中，提供了一種用于校準(zhǔn)天線陣列的裝置。所述裝置包括多個耦合器、多個T型接頭和控制器。每個耦合器可操作地連接到天線陣列中的天線。每個T型接頭經(jīng)公共路徑將對于成對的臨近天線的耦合器可操作地連接到校準(zhǔn)收發(fā)器?？刂破鞅慌渲脼榛谟尚?zhǔn)收發(fā)器經(jīng)公共路徑從耦合器接收或發(fā)送到耦合器的至少一個或多個信號來執(zhí)行對成對的臨近天線的校準(zhǔn)。

還是另一示例實施例中，提供了一種用于校準(zhǔn)天線陣列的裝置。所述裝置包括多個耦合器、多個T型接頭和控制器。每個耦合器可操作地連接到天線陣列中的天線組。每個T型接頭經(jīng)公共路徑將對于成對的臨近天線組的耦合器可操作地連接到校準(zhǔn)收發(fā)器?？刂破鞅慌渲脼榛谟尚?zhǔn)收發(fā)器經(jīng)公共路徑從耦合器接收或發(fā)送到耦合器的至少一個或多個信號來執(zhí)行對成對的臨近天線組的校準(zhǔn)。

為了執(zhí)行發(fā)送器校準(zhǔn)，控制器被配置為測量將由成對的臨近天線組中的第一天線組發(fā)送的一個或多個信號，測量將由成對的臨近天線組中的第二天線組發(fā)送的一個或多個信號，計算對于將由第一天線組發(fā)送的一個或多個信號相對于將由第一天線組發(fā)送的一個或多個信號的相位差和時間延遲，以及發(fā)送一個或多個信號以調(diào)整將由第二天線組發(fā)送的信號的相位或時間延遲中的至少一個。

為了執(zhí)行接收器校準(zhǔn)，控制器被配置為測量由校準(zhǔn)收發(fā)器發(fā)送的、由可操作地連接到成對的臨近天線組中的第一天線組的一個或多個第一收發(fā)器接收的一個或多個信號，測量由校準(zhǔn)收發(fā)器發(fā)送的、由可操作地連接到成對的臨近天線組中的第二天線組的一個或多個第二收發(fā)器接收的一個或多個信號，計算對于由一個或多個第二收發(fā)器接收的一個或多個信號相對于由一個或多個第一收發(fā)器接收的一個或多個信號的相位差和時間延遲，并且發(fā)送一個或多個信號以調(diào)整由第二天線組接收的信號的相位和時間延遲中的至少一個。

對于天線陣列中的天線組的發(fā)送/接收路徑包括多個臨近對的發(fā)送/接收路徑，并且控制器被配置為通過相對于與第一臨近的發(fā)送/接收路徑對中的一個發(fā)送/接收路徑執(zhí)行對第一臨近的發(fā)送/接收路徑對中的另一發(fā)送/接收路徑的校準(zhǔn)并且相對于與第一臨近的發(fā)送/接收路徑對中已校準(zhǔn)的發(fā)送/接收路徑執(zhí)行對下一個臨近的發(fā)送/接收路徑對中的發(fā)送/接收路徑的校準(zhǔn)，來遞歸地執(zhí)行對天線陣列中臨近的發(fā)送/接收路徑對的校準(zhǔn)。

還是另一示例實施例中，提供了一種用于校準(zhǔn)天線陣列的方法。所述方法包括以下兩個操作中的至少一個：由校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)將第一耦合器和第二耦合器連接到校準(zhǔn)電路的公共路徑、從可操作地連接到第一數(shù)目的天線的第一耦合器和可操作地連接到第二數(shù)目的天線的第二耦合器接收一個或多個信號，或者由校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)將第一耦合器和第二耦合器連接到校準(zhǔn)電路的公共路徑、向可操作地連接到第一數(shù)目的天線的第一耦合器和可操作地連接到第二數(shù)目的天線的第二耦合器發(fā)送一個或多個信號。此外，所述方法包括基于經(jīng)公共路徑接收的一個或多個信號或發(fā)送的一個或多個信號中至少其一，來執(zhí)行對第二數(shù)目的天線的至少一個或多個發(fā)送/接收路徑的校準(zhǔn)。

從下面的特征、描述和權(quán)利要求中，其它的技術(shù)特征對本領(lǐng)域技術(shù)人員可以是容易顯見的。

在進(jìn)行以下具體描述之前，說明貫穿本專利文檔使用的某些詞語和短語的定義可能是有益的。術(shù)語“耦合”及其衍生詞指代兩個或更多個元件之間的任何直接或非直接的通信，無論這些元件彼此是否是物理接觸的。術(shù)語“發(fā)送”、“接收”和“通信”及其衍生詞包含直接和非直接的通信兩者。術(shù)語“包括”和“包含”及其衍生詞指的是無限制的包括。術(shù)語“或”是包括性的，意思是和/或。短語“與…關(guān)聯(lián)”及其衍生詞，指的是包括、被包括在內(nèi)、與…互連、含有、被涵蓋在內(nèi)、連接到或與…連接、耦接到或與…耦接、與…通信、與…合作、交織、并排、靠近、與…緊密相連、有、具有…屬性、與…有關(guān)等。術(shù)語“控制器”指的是控制至少一個操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其部分。這樣的控制器可以在硬件或硬件和軟件的組合和/或固件中被實施。與任何特定控制器關(guān)聯(lián)的功能可以被集中或分布，無論在本地或遠(yuǎn)端地。短語“至少其中之一”，當(dāng)與列表項一起使用時，意思是列表項中的一個或多個的不同組合可以被使用，并且可能只需要列表中的一項。例如，“A、B和C中的至少一個”包括任一以下組合：A、B、C、A和B、A和C、B和C，以及A和B和C。短語“數(shù)目的天線”指的是任意數(shù)目的天線—從一根天線到大于1的任何數(shù)目，例如，可以只包括一根天線或者可以包括上百根天線。

此外，下面描述的各種功能可以由一個或多個計算機(jī)程序?qū)嵤┗蛑С?，每一個計算機(jī)程序是由計算機(jī)可讀程序代碼形成的并且在計算機(jī)可讀媒介中具體化。術(shù)語“應(yīng)用”和“程序”指代一個或多個計算機(jī)程序、軟件組件、指令集、步驟、功能、對象、類、實例、相關(guān)的數(shù)據(jù)或經(jīng)改寫以適合在合適的計算機(jī)可讀程序代碼中實施的其部分。短語“計算機(jī)可讀程序代碼”包括任何類型的計算機(jī)代碼，計算機(jī)代碼包含源代碼、目標(biāo)代碼和可執(zhí)行代碼。短語“計算機(jī)可讀媒介”包括可由計算機(jī)訪問的任何類型的媒介，諸如只讀存儲器(ROM)、隨機(jī)存取存儲器(RAM)、硬盤驅(qū)動器、致密盤(CD)、數(shù)字視頻盤(DVD)或任何其它類型的存儲器?！胺菚簯B(tài)”計算機(jī)可讀媒介不包括傳輸暫時的電的或其它信號的有線的、無線的、光學(xué)的或其它通信鏈路。非暫態(tài)計算機(jī)可讀媒介包括數(shù)據(jù)可以被永久地存儲在其中的媒介和數(shù)據(jù)可以被存儲在其中并之后被覆蓋的媒介，諸如可重寫的光盤或可擦除的存儲器設(shè)備。

貫穿本發(fā)明文檔提供了對于其它某些詞語和短語的定義。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在許多情況而非大多數(shù)情況下，這些定義適用于這樣定義的詞語和短語的從前的和將來的使用。

附圖說明

為了對本公開及其優(yōu)點的更加全面的理解，現(xiàn)在結(jié)合附圖在以下描述中進(jìn)行了引用，其中：

圖1示出了根據(jù)本公開的示例無線網(wǎng)絡(luò)；

圖2示出了根據(jù)本公開的示例eNodeB(eNB)；

圖3示出了根據(jù)本公開的示例用戶設(shè)備(UE)；

圖4示出了根據(jù)本公開的包括2個無線通信收發(fā)器和1個校準(zhǔn)收發(fā)器的實例兩收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)；

圖5A到圖5C示出了根據(jù)本公開的示例T型接頭(T-junction)；

圖6A和圖6B示出了根據(jù)本公開的示例耦合器；

圖7示出了根據(jù)本公開的實例多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)；

圖8示出了根據(jù)本公開的對32收發(fā)器天線路徑系統(tǒng)的校準(zhǔn)的示例過程；

圖9A到圖9C示出了根據(jù)本公開用于校準(zhǔn)天線陣列中成對的天線的系統(tǒng)的示例；

圖10示出了根據(jù)本公開用于校準(zhǔn)天線陣列中成對的天線組的示例多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)；

圖11示出了根據(jù)本公開用于對包括天線組的多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)的示例過程；

圖12示出了根據(jù)本公開對天線組的校準(zhǔn)的示例過程；

圖13示出了根據(jù)本公開用于對多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)中切換器的校準(zhǔn)的示例過程；以及

圖14示出了根據(jù)本公開的示例收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)。

具體實施方式

以下討論的圖1至圖14，以及本專利文檔中用來描述本公開的原理的各種實施例只意在闡述，并且不應(yīng)以任何方式解釋為限制本公開的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本公開的原理可以在任何適當(dāng)布置的無線通信系統(tǒng)中實施。

圖1示出了根據(jù)本公開的示例無線網(wǎng)絡(luò)100。圖1所示的無線網(wǎng)絡(luò)100的實施例只是用于闡述。無線網(wǎng)絡(luò)100的其它實施例在不脫離本公開的范圍的情況下可以被使用。

如圖1所示，無線網(wǎng)絡(luò)100包括eNodeB(eNB)101、eNB 102和eNB 103。eNB 101與eNB 102和eNB 103通信。eNB 101還與諸如因特網(wǎng)、專有網(wǎng)際協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)或其它數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的至少一個網(wǎng)絡(luò)130通信。

eNB 102為eNB 102覆蓋區(qū)120內(nèi)的第一多個用戶設(shè)備(UE)提供到網(wǎng)絡(luò)130的無線寬帶接入。第一多個UE包括：UE 111，可以位于小公司(SB)內(nèi)；UE 112，可以位于企業(yè)(E)內(nèi)；UE 113，可以位于WiFi熱點(HS)內(nèi)；UE 114，可以位于第一住宅(R)內(nèi)；UE 115，可以位于第二住宅(R)內(nèi)；以及UE 116，可以是移動設(shè)備(M)，如手機(jī)、無線膝上型計算機(jī)、無線PDA等。eNB 103為eNB 103的覆蓋區(qū)125內(nèi)的第二多個UE提供到網(wǎng)絡(luò)130的無線寬帶接入。第二多個UE包括UE 115和UE 116。在某些實施例中，eNB 101-103中的一個或多個可以使用5G、LTE、LTE-A、WiMAX或其它無線通信技術(shù)而彼此通信并且和UE 111-116通信。

依賴于網(wǎng)絡(luò)類型，其它周知的術(shù)語可以被使用以代替“eNodeB”或“eNB”，諸如“基站”或“接入點”。為了方便，術(shù)語“eNodeB”和“eNB”在本專利文檔中被使用以指代提供到遠(yuǎn)程終端的無線接入的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施組件。并且，依賴于網(wǎng)絡(luò)類型，其它周知的術(shù)語可以被使用以代替“用戶設(shè)備”或“UE”，諸如“移動站”、“用戶站”、“遠(yuǎn)程終端”、“無線終端”或“用戶裝置”。為了方便，術(shù)語“用戶設(shè)備”或“UE”在本專利文檔中被使用以指代無線地接入eNB的遠(yuǎn)程無線設(shè)備，無論UE是移動設(shè)備(諸如移動電話或智能電話)還是通常所認(rèn)為的固定設(shè)備(諸如臺式計算機(jī)或自動販賣機(jī))。

虛線示出了覆蓋區(qū)120和125的近似范圍，其只是出于闡述和解釋的目的而以近似地圓形示出。應(yīng)當(dāng)清楚地理解，與eNB關(guān)聯(lián)的覆蓋區(qū)，諸如覆蓋區(qū)120和125，依賴于eNB的配置和與自然和人為障礙有關(guān)的無線電環(huán)境的變化，可以具有其它形狀，包括不規(guī)則形狀。

如以下更具體地描述的，eNB和/或UE中的一個或多個可以包括用于執(zhí)行天線陣列自校準(zhǔn)的電路。盡管圖1示出了無線網(wǎng)絡(luò)100的一個示例，但可以對圖1進(jìn)行各種變化。例如，無線網(wǎng)絡(luò)100可以在任何合適的布置中包括任意數(shù)目的eNB和任意數(shù)目的UE。并且，eNB 101可以與任意數(shù)目的UE直接地通信并且向那些UE提供到網(wǎng)絡(luò)130的無線寬帶接入。類似地，每個eNB 102-103可以與網(wǎng)絡(luò)130直接地通信并且向UE提供到網(wǎng)絡(luò)130的直接的無線寬帶接入。進(jìn)一步，eNB 101、102和/或103可以提供到諸如外部電話網(wǎng)絡(luò)或其它類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的其它或額外的外部網(wǎng)絡(luò)的接入。

圖2示出了根據(jù)本公開的示例eNB 102。圖2所示的eNB 102的實施例只是用于闡述，并且圖1的eNB 101和103可以具有相同或相似的配置。然而，eNB以多種配置出現(xiàn)，并且圖2不將本公開的范圍限制于eNB的任何特定的實施方式。

如圖2所示，eNB 102包括多個天線205a-205n、多個RF收發(fā)器210a-210n、發(fā)送(TX)處理電路215和接收(RX)處理電路220。eNB 102還包括控制器/處理器225、存儲器230和回程或網(wǎng)絡(luò)接口235。

RF收發(fā)器210a-210n從天線205a-205n接收傳入的RF信號，諸如網(wǎng)絡(luò)100中UE發(fā)送的信號。RF收發(fā)器210a-210n將傳入的RF信號下變頻以生成IF或基帶信號。IF或基帶信號被發(fā)送到RX處理電路220，RX處理電路220通過將基帶或IF信號濾波、解碼和/或數(shù)字化來生成處理后的基帶信號。RX處理電路220將處理后的基帶信號發(fā)送到控制器/處理器225用于進(jìn)一步處理。

TX處理電路215從控制器/處理器225接收模擬或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(諸如語音數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、電子郵件或交互的視頻游戲數(shù)據(jù))。TX處理電路215將傳出的基帶數(shù)據(jù)編碼、復(fù)用和/或數(shù)字化以生成處理后的基帶或IF信號。RF收發(fā)器210a-210n從TX處理電路215接收傳出的處理后的基帶或IF信號并且將基帶或IF信號上變頻為經(jīng)天線205a-205n發(fā)送的RF信號。

控制器/處理器225可以包括控制eNB 102的整體操作的一個或多個處理器或其它處理設(shè)備。例如，控制器/處理器225可以通過RF收發(fā)器210a-210n、RX處理電路220和TX處理電路215、按照公知的原理來控制前向信道信號的接收和反向信道信號的發(fā)送?？刂破?處理器225也可以支持額外的功能，諸如更高級的無線通信功能。例如，控制器/處理器225可以支持波束形成和定向的路由操作，其中從多個天線205a-205n傳出的信號被賦予不同的權(quán)重以有效地將傳出的信號引導(dǎo)到期望的方向。任何的多種其它功能可在eNB 102中由控制器/處理器225支持。在某些實施例中，控制器/處理器225包括至少一個微處理器或微控制器。

控制器/處理器225還能夠運行駐留在存儲器213中的程序或其它進(jìn)程，諸如OS?？刂破?處理器225可以按運行的進(jìn)程的要求將數(shù)據(jù)移入或移出存儲器230。

控制器/處理器225還可以與回程或網(wǎng)絡(luò)接口235耦接?；爻袒蚓W(wǎng)絡(luò)接口235允許eNB 102通過回程連接或通過網(wǎng)絡(luò)與其它設(shè)備或系統(tǒng)通信。接口235可以支持通過任何合適的有線或無線連接的通信。例如，當(dāng)eNB 102被實施為蜂窩通信系統(tǒng)(諸如支持5G、LTE或LTE-A的通信系統(tǒng))的部分時，接口235可以允許eNB 102通過有線或無線的回程連接與其它eNB通信。當(dāng)eNB 102被實施為接入點時，接口235可以允許eNB 102通過有線或無線的局域網(wǎng)或通過有線或無線的連接來與更大的網(wǎng)絡(luò)(諸如因特網(wǎng))通信。接口235包括支持通過有線或無線連接的通信的任何合適的結(jié)構(gòu)，諸如以太網(wǎng)或RF收發(fā)器。

存儲器230與控制器/處理器225耦接。存儲器230的部分可以包括RAM，并且存儲器230的另一部分可以包括閃存或其它ROM。

如以下更具體地描述的，eNB 102可以包括用于執(zhí)行天線陣列自校準(zhǔn)的電路。盡管圖2示出了eNB 102的一個示例，但可以對圖2進(jìn)行各種變化。例如，eNB 102可以包括任意數(shù)目的圖2中示出的每個組件。如特定的實例，接入點可以包括許多接口235，并且控制器/處理器225可以支持路由功能以在不同的網(wǎng)絡(luò)地址之間路由數(shù)據(jù)。如另一特定的實例，雖然被示出為包括TX處理電路215的單一實例和RX處理電路220的單一實例，但eNB 102也可以包括每一個的多個實例(諸如每個收發(fā)器一個)。并且，圖2中的各種組件可以被組合、進(jìn)一步細(xì)分或省略，并且可以根據(jù)特定的需要添加額外的組件。

圖3示出了根據(jù)本公開的示例UE 116。圖3所示的UE 116的實施例只是用于闡述，并且圖1的UE 111-115可以具有相同或相似的配置。然而，UE以多種配置出現(xiàn)，并且圖3不將本公開的范圍限制于UE的任何特定的實施方式。

如圖3所示，UE 116包括天線305、無線電頻率(RF)收發(fā)器310、發(fā)送(TX)處理電路315、麥克風(fēng)320和接收(RX)處理電路325。UE 116還可以包括揚聲器330、處理器340、輸入/輸出(I/O)接口(IF)345、鍵區(qū)350、顯示器355和存儲器360。存儲器360包括操作系統(tǒng)(OS)361和一個或多個應(yīng)用362。

RF收發(fā)器310從天線305接收網(wǎng)絡(luò)100的eNB發(fā)送的傳入RF信號。RF收發(fā)器310將傳入RF信號下變頻以生成中頻(IF)或基帶信號。IF或基帶信號被發(fā)送到RX處理電路325，RX處理電路325通過將基帶或IF信號濾波、解碼和/或數(shù)字化來生成處理后的基帶信號。RX處理電路325將處理后的基帶信號發(fā)送到揚聲器330(諸如針對語音數(shù)據(jù))或處理器340用于進(jìn)一步處理(諸如針對網(wǎng)絡(luò)瀏覽數(shù)據(jù))。

TX處理電路315接收來自麥克風(fēng)320的模擬或數(shù)字的語音數(shù)據(jù)或來自處理器340的其它傳出基帶數(shù)據(jù)(諸如網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、電子郵件或交互的視頻游戲數(shù)據(jù))。TX處理電路315將傳出基帶數(shù)據(jù)編碼、復(fù)用和/或數(shù)字化來生成處理后的基帶或IF信號。RF收發(fā)器310從TX處理電路315接收傳出的處理后的基帶或IF信號并且將基帶或IF信號上變頻為經(jīng)天線305發(fā)送的RF信號。

處理器340可以包括一個或多個處理器或其它處理設(shè)備并且運行存儲在存儲器360中的OS 361以便控制UE 116的整體操作。例如，處理器340可以通過RF收發(fā)器310、RX處理電路325和TX處理電路315、按照公知的原理來控制前向信道信號的接收和反向信道信號的發(fā)送。在某些實施例中，處理器340包括至少一個微處理器或微控制器。

處理器340還可以運行駐留在存儲器360中的其它進(jìn)程或程序。處理器340可按運行的進(jìn)程的要求將數(shù)據(jù)移入或移出存儲器360。在某些實施例中，處理器340被配置為基于OS 361或者響應(yīng)于從eNB或運營商接收的信號來運行應(yīng)用362。處理器340還與I/O接口345耦接，I/O接口345向UE 116提供連接到諸如膝上型計算機(jī)和掌上型計算機(jī)的其它設(shè)備的能力。I/O接口345是這些附件和處理器340之間的通信路徑。

處理器340還與鍵區(qū)350和顯示器355耦接。UE 116的操作人員可以使用鍵區(qū)350向UE 116輸入數(shù)據(jù)。顯示器355可以是能夠渲染諸如來自網(wǎng)站的文本和/或至少有限的圖形的液晶顯示器或者其它顯示器。

存儲器360與處理器340耦接。存儲器360的部分可以包括隨機(jī)存取存儲器(RAM)，并且存儲器360的另一部分可以包括閃存或其它只讀存儲器(ROM)。

以下更具體地描述，UE 116可以包括用于執(zhí)行天線陣列自校準(zhǔn)的電路。盡管圖3示出了UE 116的一個示例，但可以對圖3進(jìn)行各種變化。例如，圖3中的各種組件可以被組合、進(jìn)一步細(xì)分或省略，并且可以根據(jù)特定的需要添加額外的組件。如特定的示例，處理器340可以被劃分成多個處理器，諸如一個或多個中央處理單元(CPU)和一個或多個圖形處理單元(GPU)。并且，盡管圖3示出了被配置為移動電話或智能電話的UE 116，但UE可以被配置為當(dāng)作其它類型的移動的或固定的設(shè)備來操作。

無線通信中，多輸入和多輸出(MIMO)是在發(fā)送器和收發(fā)器兩者處都使用多個天線以提高諸如數(shù)據(jù)吞吐量的通信性能，以及減輕深度衰落現(xiàn)象。MIMO是智能天線技術(shù)的若干形式之一。智能天線陣列(也稱為自適應(yīng)天線陣列)是具有智能信號處理算法的天線陣列，智能信號處理算法被用于從接收的數(shù)據(jù)中提取信息以便估計信號的到達(dá)方向，并且估計發(fā)送器和接收器之間的信道狀態(tài)信息。這一信息被用于計算波束成形的權(quán)重，其使在預(yù)期的接收器處的信號強(qiáng)度最大而在非預(yù)期的接收器處的干擾最小。

為了執(zhí)行精確的波束成形，包括天線路徑的所有收發(fā)器都應(yīng)當(dāng)以一致的(coherent)方式一起工作。換言之，在每一個天線端口處發(fā)送的信號應(yīng)當(dāng)在相位、時間和幅度上是同步的，并且所接收的信號必須在每一個模數(shù)切換器(ADC)端口處在相位、時間和幅度上是同步的。因為，由于制造的偏差、寬松的容差、溫度和老化而導(dǎo)致收發(fā)器的電路組件可能不同，所以收發(fā)器之間的一致性(coherency)可能喪失。為了提供并且恢復(fù)所有收發(fā)器之間的一致性，本公開的實施例提供了校準(zhǔn)方案。

本公開的實施例提供了針對智能天線陣列的實時自校準(zhǔn)方案。這一方案包括校準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)捕捉機(jī)制和基于所捕捉的數(shù)據(jù)來計算收發(fā)器的校準(zhǔn)參數(shù)的算法。這些參數(shù)包括發(fā)送和接收的每個信號的時間(τ)和相位(φ)。對于2-天線/收發(fā)器示例，當(dāng)下式成立時實現(xiàn)校準(zhǔn)：

τ_RX1＝τ_RX2；τ_TX1＝τ_TX2；φ_RX1＝φ_RX2；和φ_TX1＝φ_TX2

其中RXl和RX2分別指示針對第一和第二天線/收發(fā)器的接收路徑，以及TXl和TX2分別指示針對第一和第二天線/收發(fā)器的發(fā)送路徑。

為了提高這些參數(shù)的等同性，本公開的實施例通過測量估計這些參數(shù)。本公開的實施例測量并估計參數(shù)以及以使多個天線路徑的波束成形校準(zhǔn)的誤差降低或最小。

圖4示出了根據(jù)本公開的包括2個無線通信收發(fā)器410和420以及校準(zhǔn)收發(fā)器430的示例的兩收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)400。例如，系統(tǒng)400可以存在于諸如圖2中的eNB 102的基站中或者諸如圖3中的UE 116的UE中。所闡釋的示例是僅使用2臺收發(fā)器來實施的本公開的原理的簡單闡釋。系統(tǒng)400，例如諸如eNB 102的基站，包括分別經(jīng)天線412和422發(fā)送和接收信號的收發(fā)器410和420。系統(tǒng)400還包括分別與收發(fā)器410和天線412、收發(fā)器420和天線422之間的路徑耦接的2個耦合器414和424。2個耦合器414和424通過2個分離器416和426而連接在一起。2個耦合器414和424也可以直接地連接(如，沒有分離器416和426的情況下)。耦合器414和424之間在點M處的T型連接或T型接頭432被用于連接到點N，點N是校準(zhǔn)收發(fā)器430(校準(zhǔn)收發(fā)器和關(guān)聯(lián)的校準(zhǔn)電路可以被稱為公共校準(zhǔn)電路(CCC))的輸入或輸出。點N與點C1和點C2(在2個耦合器414和424處)之間的距離假定是已知的并且可以被設(shè)計為具有精確的固定長度。

校準(zhǔn)過程的主要關(guān)注點是找到相關(guān)的參數(shù)，諸如經(jīng)耦合器414和412連接的2臺收發(fā)器之間的時間延遲、相位和幅度。校準(zhǔn)過程的另一關(guān)注點是開發(fā)使用不同校準(zhǔn)電路的組合的校準(zhǔn)架構(gòu)和過程，以減少對于2臺或更多收發(fā)器的校準(zhǔn)誤差。此外，本公開引入了冗余的電路來提高校準(zhǔn)魯棒性以防校準(zhǔn)電路故障。

圖5A到圖5C示出了根據(jù)本公開的示例T型接頭。T型接頭432通過將每個收發(fā)器的耦合器一起連接至公共點M來將兩個收發(fā)器級連接在一起，并且還允許在點N連接到校準(zhǔn)收發(fā)器430。這些例證性的實施例討論了T型接頭的若干變化的實際的實施方式。

參考圖5A，3條1/4波長(λ/4)50Ω傳輸線連接到一起以形成T型接頭。這一配置可能是形成3路(3-way)RF連接的簡單方式但可能有如下缺陷——由于每個端口看到的是并聯(lián)的2條50Ω的路徑，其組合等價為25Ω，并且相應(yīng)的電壓駐波比(VSWR)為2:1，等價于9.5dB的回波損耗，所以每個50Ω端口處的阻抗不再匹配。這一配置引起了反射和駐波，其可以對校準(zhǔn)收發(fā)器430的測量產(chǎn)生相位不確定性。

參考圖5B，具有電阻值＝Z0/3的相同電阻器的有損耗組合器被用于將端口阻抗匹配為50Ω。由于每個端口看到的是16.7Ω+(16.7Ω+50Ω)||(16.7Ω+50Ω)＝50Ω，所以每個端口處的回波損耗幾乎完美。缺點是這些電阻器向3dB分離損耗添加了3dB損耗，形成了組合的6dB損耗。

參考圖5C，Wilkinson分離器/組合器可以被用來將端口阻抗匹配為50Ω并且還可以提供具有非常低的插入損耗(一般<0.2dB)的3dB功率分離。Wilkinson分離器/組合器使用兩條1/4波長(λ/4)的70.7Ω傳輸線和100Ω的隔離電阻器來實現(xiàn)這一性能。(λ/4)線是變壓器，其將阻抗在史密斯圓圖上旋轉(zhuǎn)90°以使70.7Ω線表現(xiàn)為100Ω。該100Ω線與該100Ω電阻器并聯(lián)，變?yōu)?0Ω，理想匹配的阻抗。缺點是λ/4線只在單一特定的頻率處匹配，并且隨著帶寬變得更寬，阻抗匹配變得更差。圖5A-圖5C示出了示例T型接頭變型。與不同T型接頭變型相關(guān)聯(lián)的值是出于闡述示例的目的并且可以基于設(shè)計目標(biāo)和參數(shù)來適當(dāng)?shù)匦薷暮?或縮放。

圖6A和圖6B示出了根據(jù)本公開的示例耦合器。耦合器414和424被使用在發(fā)送模式校準(zhǔn)中作為測量電路的部分，以對由天線412和422發(fā)送的信號的部分進(jìn)行采樣，并且將采樣的信號提供給校準(zhǔn)收發(fā)器430。在接收模式校準(zhǔn)中，校準(zhǔn)收發(fā)器430向耦合器414和424提供信號，其中耦合器414和424耦接到收發(fā)器410和420的接收路徑中。收發(fā)器410和420最后接收注入的信號，其被用于將在以下具體討論的測量。

圖6A示出了4端口耦合器，并且圖6B示出了6端口耦合器。這些例證性實例中，選擇≤-20dB的耦合值以最小化或減少去向校準(zhǔn)收發(fā)器430的信號量，并且最大化或增加去向天線的信號。例如，3dB耦合器會將正常情況下去向天線的功率分離出大約一半(如，-3dB功率損耗)，10dB耦合器會將所述功率分離出大約1/10(如，-0.46dB功率損耗)，以及20dB耦合器會將該功率分離出大約1/100(如，-0.043dB功率損耗)。結(jié)果是，這些實例中，當(dāng)使用20dB耦合器時，該耦合器只將天線的輸出功率減少了大約-0.043dB。典型的耦合器可以包括4個端口，不被使用的端口4端接50Ω。本公開的各種實施例還使用6端口耦合器，其可以如圖6B所示被實施。圖6A和圖6B示出了示例耦合器。與耦合器關(guān)聯(lián)的值是出于闡述示例的目的并且可以基于設(shè)計目標(biāo)和參數(shù)而適當(dāng)?shù)匦薷暮?或縮放。

針對以上討論的兩收發(fā)器校準(zhǔn)示例，使用4次測量以便計算收發(fā)器410和420的發(fā)送器之間的相對參數(shù)以及收發(fā)器410和420的接收器之間的相對參數(shù)。校準(zhǔn)過程包括捕捉并測量所發(fā)送的和所接收的信號，然后使用從所測量的信號中估計的信息來計算校準(zhǔn)參數(shù)。

對于第一測量，收發(fā)器410在點B處發(fā)送來自波形存儲器418的信號，而校準(zhǔn)收發(fā)器430在點A處接收并捕捉被發(fā)送的信號于存儲器434中。對于第二測量，收發(fā)器420在點C處發(fā)送來自波形存儲器428的信號，而校準(zhǔn)收發(fā)器430在點A處接收并捕捉被發(fā)送的信號于存儲器434中。運行相關(guān)技術(shù)和相位差檢測算法的控制器或處理器，諸如例如圖2中的控制器/處理器225、圖3中的處理器340或圖14中的控制器1405，計算點B和點A之間的信號的時間延遲和載波相位差、以及點C和點A之間的信號的時間延遲和載波相位差。以等式的形式表達(dá)為：

其中C₁和C₂是耦合器414和424的耦接的點。得到這兩個等式之間的差并且分離出針對各個發(fā)送路徑的時間得到等式3：

項(τ_BA-τ_CA)由通過2次測量可知，即測量1的結(jié)果是τ_BA，以及測量2的結(jié)果是τ_CA。由于按照設(shè)計點M的位置被選擇為點C1和點C2之間的中點，所以項也是已知的。如果并非剛好在中點，則可以基于點M和點C1/C2之間的路徑的各自的長度來計算或估計該值。結(jié)果是，針對天線412和422的發(fā)送路徑之間的相對時間延遲按照來計算。為了將發(fā)送路徑之間的時間延遲校準(zhǔn)為理想情況下的0，可以向任一收發(fā)器添加時間延遲用于適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。這一時間延遲(未示出)可以被實施于基帶TX路徑中或可以是模擬的/RF延遲。

相同的兩個被捕捉的數(shù)據(jù)集可以被用于計算針對天線412和422的發(fā)送路徑之間的載波相位差。對于時間延遲使用相同的分析產(chǎn)生下面針對相位的等式：

得到兩個等式之間的差并且分離出針對各個發(fā)送路徑的相位的結(jié)，產(chǎn)生等式6：

項(φ_BA-φ_CA)由通過兩次測量可知，即測量1的結(jié)果是φ_BA，以及測量2的結(jié)果是φ_CA。由于點M的位置被故意設(shè)計為點C1和C2之間的中點，所以項也是已知的。如果并非剛好在中點，則可以基于M和C1/C2之間的路徑的各自的長度來計算或估計該值。結(jié)果是，針對天線412和422的發(fā)送路徑之間的相對相位差按照來計算。為了將發(fā)送路徑之間的相位延遲校準(zhǔn)為理想情況下的0，可以向任一收發(fā)器添加相位調(diào)整用于適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。這一相位延遲(未示出)可以被實施于基帶TX路徑中或者可以是模擬的/RF延遲。

上面的針對發(fā)送器天線路徑的校準(zhǔn)過程還可以用于計算兩臺接收器之間的相對時間延遲和相位差。然而，對于接收器校準(zhǔn)，校準(zhǔn)收發(fā)器430執(zhí)行發(fā)送。例如，校準(zhǔn)收發(fā)器430可以發(fā)送來自波形存儲器436的信號，其經(jīng)耦合器414和424耦接到各自的接收路徑，供收發(fā)器410和420分別地在點D和E處接收以及由存儲器419和429分別進(jìn)行捕捉。用于校準(zhǔn)收發(fā)器430的電路可以按上面討論地來測量所接收的和所捕捉的信號。

在執(zhí)行了兩次測量之后，運行DSP算法的控制器或處理器，諸如例如圖2中的控制器/處理器225、圖3中的處理器340或圖14中的控制器1405，執(zhí)行相同或相似的分析和計算來獲得針對天線412和422的接收路徑之間的時間差和相位延遲為了將接收路徑之間的時間差和相位延遲校準(zhǔn)為理想情況下的0，可以向任一收發(fā)器添加時間延遲和相位調(diào)整以用于適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償。這一時間延遲和相位調(diào)整(未示出)可以被實施于基帶TX路徑中或者可以是模擬的/RF延遲。

以上兩收發(fā)器示例可被應(yīng)用到用于MIMO或波束成形系統(tǒng)的多個收發(fā)器(多于2個發(fā)送器和接收器)。可以在相連接的收發(fā)器之間執(zhí)行多次測量以建立系統(tǒng)所需的完全的校準(zhǔn)，來實現(xiàn)每個發(fā)送天線端口之間的時間、相位和幅度校準(zhǔn)，以及實現(xiàn)在模數(shù)切換器(ADC)端口處的每個接收器之間的時間、相位和幅度校準(zhǔn)。

圖7示出了根據(jù)本公開的示例多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)700。例如，多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)700可存在于諸如圖2中的eNB 102的基站中或在諸如圖3中的UE 116的UE中。如圖所示，對于有N個天線端口/天線路徑705的無線通信設(shè)備，多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)700包括N-1個T型接頭710、N個耦合器712和在校準(zhǔn)收發(fā)器720的輸入端的校準(zhǔn)電路715。校準(zhǔn)電路715可以包括N-1個分離器/組合器或N-1個切換器。在這個例子中，每一對鄰近的天線705共享T型接頭和校準(zhǔn)電路715之間的公共路徑，其中T型接頭連接了針對成對的天線中的各個天線的耦合器。這是重要的，因為N-1個分離器/組合器路徑或N-1個切換器路徑中的每一個由于制造偏差而在相位、幅度和延遲方面都彼此不同。這些電路容忍誤差通常會導(dǎo)致被實施于天線路徑705中的相同大小的校準(zhǔn)誤差。然而，使用本文所述的針對共享公共路徑的天線路徑705的相對校準(zhǔn)，減小、最小化和/或消除了這些差異對校準(zhǔn)誤差的影響。

例如，T型接頭1 710₁被用于收發(fā)器725₁和收發(fā)器725₂的天線路徑705₁和705₂的校準(zhǔn)，并且使用經(jīng)校準(zhǔn)電路715和經(jīng)校準(zhǔn)收發(fā)器720的公共路徑730。由于在系統(tǒng)700的附加校準(zhǔn)組件中只使用了一條路徑730來校準(zhǔn)兩個收發(fā)器725₁和725₂，所以在收發(fā)器725₁和725₂相對于彼此的校準(zhǔn)中，對從附加校準(zhǔn)組件(730、715和720)引入系統(tǒng)700的容許誤差(tolerance error)沒有依賴性。換言之，從附加的校準(zhǔn)組件引入系統(tǒng)700的任何容許誤差對于收發(fā)器725₁和725₂的校準(zhǔn)來說都是相同的或可忽略的(如，假定各自的耦合器712₁和712₂與T型接頭710₁之間的路徑是相同的或是已知的并且已說明的長度)。這是在消除或減小由于電路容差而導(dǎo)致的校準(zhǔn)誤差方面的最重要的優(yōu)點和突破。

盡管上面的討論在各種實施例中引用了具有N-1個T型接頭的N個天線和收發(fā)器，但是第1和第N個天線/收發(fā)器也可以經(jīng)第N個T型接頭而連接，從而基本上形成包括連接的天線/收發(fā)器對、總共N個T型接頭、和經(jīng)校準(zhǔn)電路715到校準(zhǔn)收發(fā)器720或從校準(zhǔn)收發(fā)器720到校準(zhǔn)電路715的路徑的回路的系統(tǒng)。

圖8示出了根據(jù)本公開的用于校準(zhǔn)32-收發(fā)器天線路徑系統(tǒng)的示例過程。圖8中所示的過程可以由圖7中的校準(zhǔn)收發(fā)器720和/或由與校準(zhǔn)收發(fā)器720關(guān)聯(lián)的控制電路來執(zhí)行，諸如圖2中的處理器/控制器225、圖3中的處理器340或圖14中的控制器1405，共同地或單獨地被稱為“所述系統(tǒng)”。

該過程開始于所述系統(tǒng)從存在于將要被校準(zhǔn)的無線通信設(shè)備中K＝32組中識別一組收發(fā)器725_j和725_j+1，其中在過程初始時J＝1(步驟805)。然后所述系統(tǒng)捕捉并測量針對該組中的兩個收發(fā)器725_j和725_j+1的發(fā)送參考和反饋數(shù)據(jù)(步驟810)。之后所述系統(tǒng)計算收發(fā)器725_j和725_j+1之間的發(fā)送時間延遲和相位差(步驟815)并且通過調(diào)整收發(fā)器725_j+1的發(fā)送器的相位和時間延遲來校準(zhǔn)收發(fā)器725_j和725_j+1之間的路徑(步驟817)。所述系統(tǒng)確定當(dāng)前被校準(zhǔn)的收發(fā)器組是否為最后一組，即J＝K(步驟820)。如果不是，則系統(tǒng)通過將J增加1來繼續(xù)到下一收發(fā)器組(步驟825)，以通過相對于之前被校準(zhǔn)的信道或天線路徑測量并校準(zhǔn)當(dāng)前信道或天線路徑來遞歸地重復(fù)該發(fā)送路徑校準(zhǔn)過程。

對于接收路徑校準(zhǔn)，系統(tǒng)開始于從存在于將要被校準(zhǔn)的無線通信設(shè)備中K＝32組中識別一組收發(fā)器725_j和725_j+1，其中在接收路徑校準(zhǔn)過程初始時J＝1，并且校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)針對該組中兩個收發(fā)器725_j和725_j+1的路徑發(fā)送參考信號(步驟830)。然后該系統(tǒng)捕捉并測量針對該組中兩個收發(fā)器725_j和725_j+1的接收路徑的接收信號參考和反饋數(shù)據(jù)(步驟835)。之后該系統(tǒng)計算收發(fā)器725_j和725_j+1之間的接收時間延遲和相位差(步驟840)并且通過調(diào)整收發(fā)器725_j+1的接收器的相位和時間延遲來校準(zhǔn)收發(fā)器725_j和725_j+1之間的路徑(步驟842)。該系統(tǒng)確定當(dāng)前被校準(zhǔn)的收發(fā)器組是否為最后一組，即J＝K(步驟845)。如果不是，則該系統(tǒng)通過將J增加1來繼續(xù)到下一收發(fā)器組(步驟850)，以通過相對于之前被校準(zhǔn)的信道或天線路徑測量并校準(zhǔn)當(dāng)前信道或天線路徑來遞歸地重復(fù)該接收路徑校準(zhǔn)過程。

該過程可能發(fā)生一次來校準(zhǔn)無線通信設(shè)備或者可能被周期性地或按照需要重復(fù)以提高或改進(jìn)對于無線通信設(shè)備的校準(zhǔn)。盡管TX校準(zhǔn)過程被描述為發(fā)生在RX校準(zhǔn)過程之前，但在進(jìn)行信道J+1的RX和TX校準(zhǔn)之前，對于正被校準(zhǔn)的當(dāng)前信道J的RX和TX路徑，各自的過程可以按任何順序或同時地執(zhí)行。

圖9A到圖9C示出了根據(jù)本公開的用于校準(zhǔn)天線陣列中的天線對的系統(tǒng)的示例。在這一作為例證的示例中，圖9A中的天線陣列900包括被表示為環(huán)形的天線/收發(fā)器陣列以及連接器，其表示天線/收發(fā)器由例如圖7中所示的T型接頭連接到另一天線/收發(fā)器。從天線/收發(fā)器連接處延伸的線代表臨近的天線/收發(fā)器對和校準(zhǔn)收發(fā)器之間共享的公共路徑，以及字母描述了對應(yīng)于圖9B中所示的多個收發(fā)器框圖的不同節(jié)點和圖9C中進(jìn)入校準(zhǔn)收發(fā)器的節(jié)點。

用于校準(zhǔn)的陣列中的天線/收發(fā)器之間的連接的網(wǎng)絡(luò)可以包括天線/收發(fā)器之間冗余的連接。該冗余的連接是收發(fā)器之間使用分離器(圖9B)而增加的額外的路徑，出于下面所討論的原因，其會是有益的。因為校準(zhǔn)方案使用了成對的收發(fā)器之間的相對參數(shù)(relative parameters)的計算，所以收發(fā)器未能適當(dāng)?shù)夭僮鲿?dǎo)致不能計算與出故障的收發(fā)器關(guān)聯(lián)的相對參數(shù)。例如，為了計算收發(fā)器/天線T1和T4之間的相對參數(shù)，除了T3和T4之間的參數(shù)之外，系統(tǒng)還可以計算T1和T3之間的相對參數(shù)。如果收發(fā)器T3故障，則這一類型的計算是不可能的。然而，在有冗余連接的情況下，系統(tǒng)可以使用經(jīng)收發(fā)器T2的另一路徑。系統(tǒng)可以通過首先計算T1和T2之間的相對參數(shù)，然后計算T2和T4之間的相對參數(shù)，來計算T1和T4之間的相對參數(shù)。此外，收發(fā)器之間有更多的連接增加了路徑的數(shù)目。結(jié)果是，可以進(jìn)行更多的測量，其有助于對收發(fā)器之間的相對參數(shù)的更好的估計。例如，可以使用路徑T1-T2-T4和T1-T3-T4來計算T1和T4之間的相對參數(shù)。將兩次測量的相對參數(shù)進(jìn)行平均可以減小誤差。

圖10示出了根據(jù)本公開的用于校準(zhǔn)天線陣列中成對的天線組的示例多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)1000。例如，多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)1000可以存在于諸如圖2中eNB 102的基站中或諸如圖3中UE 116的UE中。在這一作為例證的實例中，系統(tǒng)1000提供了對于成對的天線/收發(fā)器組1005而不是單一的天線/收發(fā)器對的校準(zhǔn)。

如圖所示，使用T型接頭1010和組合器/分離器1015的組合來用于校準(zhǔn)。一方面，在天線校準(zhǔn)中使用組合器/分離器可以簡化相對于上述單一天線/收發(fā)器對的方法的拓?fù)?。然而，在校?zhǔn)中使用的組合器和分離器的精度可能受到將要校準(zhǔn)的分支的限制。例如，4到1組合器/分離器可以被制造為在分離器路徑之間有大約1到3度的相位精度，而8到1組合器/分離器可以達(dá)到大約3到5度的相位精度。同樣構(gòu)成挑戰(zhàn)的是以小數(shù)目的分支級聯(lián)多個組合器/分離器，因為每一級誤差可以傳播(如，誤差傳播)。另一方面，上面討論的單一天線/收發(fā)器對的方法可以產(chǎn)生精確的逐對(pair-wise)相位精度。然而，對成對的天線/收發(fā)器組使用校準(zhǔn)的優(yōu)點是減少了對兩路耦合器的使用并且減少了T型接頭的數(shù)目，其結(jié)果是返回校準(zhǔn)收發(fā)器1020的相位匹配的傳輸線的數(shù)目的減少。例如，對于32個天線，使用單一天線對時，使用了31或32個T型接頭和匹配的公共校準(zhǔn)路徑，與之相對的是使用成對的4天線組時，使用了7或8個T型接頭和匹配的公共校準(zhǔn)路徑。

在這一作為例證的實施例中，系統(tǒng)1000基于連接到每個組1005的組合器/分離器1015、并且使用T型接頭1010以測量并之后補(bǔ)償由級聯(lián)的多個組合器/分離器1015所引進(jìn)的誤差，來校準(zhǔn)天線。例如，天線被分成多個組，其中在一個組中天線由具有高精度的組合器/分離器1015相連接。然后，不同的天線組被級聯(lián)到與校準(zhǔn)收發(fā)器1020連接的第二級切換器1025(如，一個或多個RF切換器)。第二級切換器1025中的每個分支由T型接頭1010相連。結(jié)果是，如上所述可以發(fā)現(xiàn)分支的相位差。然后，第二級切換器1025所引進(jìn)的誤差可以被補(bǔ)償。盡管圖10示出了用于校準(zhǔn)32天線陣列中成對的天線組的實例多-收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)，但是上面所討論的校準(zhǔn)方案可以被適當(dāng)?shù)乜s放以用于任何不同數(shù)目的天線陣列。

圖11示出了根據(jù)本公開的用于包括天線組的多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)的過程。圖11中示出的過程可以由圖10中的校準(zhǔn)收發(fā)器1020和/或與校準(zhǔn)收發(fā)器1020關(guān)聯(lián)的控制電路來執(zhí)行，諸如圖2中的處理器/控制器225、圖3中的處理器340或圖14中的控制器1405，共同地或單獨地被稱為“該系統(tǒng)”。

該過程開始于該系統(tǒng)執(zhí)行天線組校準(zhǔn)(步驟1105)，其中使用分離器/組合器1015和切換器1030校準(zhǔn)所述組中的各個天線。步驟1105中，系統(tǒng)計算天線的初始TX和RX相位偏移，這將在關(guān)于圖12的下文中更具體地討論。這些實施例中，天線i的初始TX/RX相位偏移分別被表示為φ_ti和φ_ri。在圖11的32天線示例中，M是天線的數(shù)目并且在這個例子中1≤i≤32。

該系統(tǒng)執(zhí)行切換器組校準(zhǔn)(步驟1110)，其中使用T型接頭1010和切換器1025來校準(zhǔn)所述組中的天線。步驟1110中，該系統(tǒng)計算校準(zhǔn)路徑相位誤差，其將在關(guān)于圖13的下文中具體討論。然后該系統(tǒng)補(bǔ)償最終計算出的切換器1025的TX和RX相位偏移(步驟1115)。

圖12示出了根據(jù)本公開的對于天線組的校準(zhǔn)的過程。該過程包括以上討論的圖11的步驟1105中的天線組校準(zhǔn)的細(xì)節(jié)。圖12中所示的過程可以由圖10中的校準(zhǔn)收發(fā)器1020和/或與校準(zhǔn)收發(fā)器1020關(guān)聯(lián)的控制電路來執(zhí)行，諸如圖2中的處理器/控制器225、圖3中的處理器340或圖14中的控制器1405，共同地或單獨地被稱為“該系統(tǒng)”。

該過程開始于該系統(tǒng)設(shè)置天線組來校準(zhǔn)該系統(tǒng)中天線組集合‘A’中的‘a(chǎn)’(步驟1205)，圖10的例子中的天線組集合‘A’中有8個天線組。然后該系統(tǒng)設(shè)置切換器(如，切換器1030)來連接到天線組‘a(chǎn)’(步驟1210)。然后該系統(tǒng)使用分離器和切換器來校準(zhǔn)天線組‘a(chǎn)’中的天線(步驟1215)。例如，該系統(tǒng)使用參考和反饋數(shù)據(jù)捕捉來一次一個地校準(zhǔn)每個天線路徑，以便確定路徑之間的相位和延遲差，并且調(diào)整與基帶和/或RF路徑的時間延遲和相位差，以將每個路徑校準(zhǔn)為具有相同或接近相同的相位和時間延遲。該過程然后重復(fù)對于每個天線組的校準(zhǔn)過程(步驟1225)直到已校準(zhǔn)了所有天線組(步驟1220)。結(jié)果是，可以測量所有天線的初始TX和RX相位偏移。

圖13示出了根據(jù)本公開的對于多收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)中切換器的校準(zhǔn)的過程。圖13中所示的過程可以由圖10中的校準(zhǔn)收發(fā)器1020和/或與校準(zhǔn)收發(fā)器1020關(guān)聯(lián)的控制電路來執(zhí)行，諸如圖2中的處理器/控制器225、圖3中的處理器340或圖14中的控制器1405，共同地或單獨地被稱為“該系統(tǒng)”。

該過程開始于系統(tǒng)基于臨近的T型接頭t選擇并設(shè)置將要被校準(zhǔn)的當(dāng)前的成對的天線組(步驟1305)，這是由連接到與T型接頭t連接的路徑的切換器1025完成的(步驟1310)，其中在圖10所示的例子中1≤t≤7。該系統(tǒng)然后設(shè)置切換器1030以選擇與T型接頭t連接的第一天線組(步驟1315)。校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)相連的T型接頭發(fā)送探測信號，如上面所討論的，該探測信號環(huán)回到校準(zhǔn)收發(fā)器并且被用于測量該環(huán)回信號和所發(fā)送的信號的相位差(步驟1320)。這一相位差被表示為θ_t1。

該系統(tǒng)然后設(shè)置切換器1030以選擇與T型接頭t連接的成對的天線組中的另一天線組(步驟1325)。類似地，校準(zhǔn)收發(fā)器經(jīng)相連的T型接頭發(fā)送探測信號，如上面所討論的，該探測信號環(huán)回到校準(zhǔn)收發(fā)器并且被用于測量該環(huán)回信號和所發(fā)送的信號的相位差(步驟1330)。這一相位差被表示為θ_t2。該系統(tǒng)然后計算切換器1030中由與兩個天線組相連的兩個分支所引進(jìn)的相位差，記作θ_t＝θ_t1-θ_t2(步驟1335)。

該過程然后重復(fù)這一針對連接成對的天線組的每個T型接頭的校準(zhǔn)路徑相位差計算過程(步驟1345)，直到已經(jīng)計算了每個校準(zhǔn)路徑的相位差為止(步驟1340)。計算切換器1025中的任何分支之間的逐對相位差的結(jié)果是，該系統(tǒng)計算該分支之間的相對相位差。例如，假定第一分支的相位是0，然后所有其它分支相對于前一分支具有相位(如，＝前一分支的相位-分支i的相位)。之后，該系統(tǒng)補(bǔ)償切換器1025的最終的TX和RX相位。

圖14示出了根據(jù)本公開的示例收發(fā)器校準(zhǔn)系統(tǒng)1400。系統(tǒng)1400是系統(tǒng)400、700、1000的一個實施例的示例，其包括用于控制收發(fā)器1410的校準(zhǔn)的性能的示例控制電路(如，控制器1405)的細(xì)節(jié)。

在這一例證性的實施例中，系統(tǒng)1400包括捕捉緩沖器1415，其存儲校準(zhǔn)數(shù)據(jù)以便控制器1405取回，用于處理和計算將要應(yīng)用到相位調(diào)整器1420和延遲調(diào)整器1425的相位和延遲校正系數(shù)。盡管所示出的緩沖器1415與用于控制器1405的存儲器1430是分開的，但在某些實施例中緩沖器1415可以被實施于存儲器1430內(nèi)。系統(tǒng)1400進(jìn)一步包括耦合器1435，諸如圖4中的耦合器414和424或圖7中的耦合器712_1-N。對于TX校準(zhǔn)，耦合器1435轉(zhuǎn)移將要被天線1440發(fā)送的信號的小采樣，并且將該采樣發(fā)送到校準(zhǔn)收發(fā)器1445，例如，諸如圖4中的校準(zhǔn)收發(fā)器430、圖7中的校準(zhǔn)收發(fā)器720或圖10中的校準(zhǔn)收發(fā)器1020。對于RX校準(zhǔn)，耦合器1435將經(jīng)校準(zhǔn)收發(fā)器1445接收的來自波形播放器1450的信號注入到每個收發(fā)器1410的接收器路徑。對于TX校準(zhǔn)，校準(zhǔn)收發(fā)器1445將來自耦合器1435的RF信號下變頻為基帶信號。對于RX校準(zhǔn)，校準(zhǔn)收發(fā)器1445將來自波形播放器1450的信號上變頻為RF信號并且將該信號注入到耦合器1435中并因此注入到收發(fā)器1410的接收器中。

例如，在對于相鄰發(fā)送器校準(zhǔn)的波束成形校準(zhǔn)期間的操作包括來自調(diào)制解調(diào)器1455的基帶頻率的數(shù)字TX數(shù)據(jù)被各個收發(fā)器1410處理，其中數(shù)字信號被轉(zhuǎn)換為模擬信號并被上變頻為RF信號并且從每個天線1440傳播出去。耦合器1435各自轉(zhuǎn)移將要被天線1440發(fā)送的TX信號的采樣并且將該采樣信號經(jīng)公共路徑1460發(fā)送給校準(zhǔn)收發(fā)器模塊用于轉(zhuǎn)換到數(shù)字基帶。捕捉緩沖器1415同時地捕捉去往收發(fā)器1410的調(diào)制解調(diào)器輸入(REF)和來自耦合器1435的采樣信號(FB)這兩者。控制器1405處理該信號并且確定相位和/或延遲校正的量以應(yīng)用到相位調(diào)整器1420和延遲調(diào)整器1425，從而使每個天線路徑的總的相位和延遲是相同的或更加相近的。

例如，在對于臨近的接收器校準(zhǔn)的波束成形校準(zhǔn)期間的操作包括控制器1405開啟波形播放器1450以生成信號存儲于存儲器1430中。該信號被捕捉緩沖器儲存(FB)并且被校準(zhǔn)收發(fā)器1445接收，其中校準(zhǔn)收發(fā)器1445將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，并且之后將模擬信號上變頻為RF信號。RF信號之后被耦合器1435注入到收發(fā)器1410的接收器路徑。收發(fā)器1410將RF信號下變頻為模擬信號，然后將模擬信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字基帶。捕捉緩沖器1415捕捉來自每個收發(fā)器1410的信號(REF)和直接來自波形播放器的信號(FB)這兩者。控制器1405處理該信號并且確定相位和/或延遲校正的量以應(yīng)用到相位調(diào)整器1420和延遲調(diào)整器1425，從而使每個天線路徑的總共的相位和延遲是相同的或更加近似的。

盡管上面的示例討論了對臨近天線的校準(zhǔn)，但是該校準(zhǔn)可以在控制器1405的控制下，遞歸地對于連續(xù)的臨近天線對來執(zhí)行，例如上面關(guān)于圖7到圖9C所示的實施例的所討論的。該校準(zhǔn)還可以在控制器1405的控制下，對于成對的多個天線組來執(zhí)行，例如上面關(guān)于圖10到圖12所示的實施例所討論的。

本公開的實施例提供了自校準(zhǔn)方案，其中校準(zhǔn)可以在內(nèi)部進(jìn)行而無需外界干預(yù)。此外，由于收發(fā)器和校準(zhǔn)電路之間的路徑大多是公共的并且天線發(fā)送/接收路徑是相對于鄰近天線或天線組而被校準(zhǔn)的，即，對于任意成對的天線或天線組，從T型接頭到校準(zhǔn)電路之間的路徑對于天線或天線組兩者是公共的，所以成對的收發(fā)器之間的T型接頭的位置減小或最小化校準(zhǔn)誤差。冗余的連接也可以減小測量誤差并且增加魯棒性以防收發(fā)器故障。本公開的實施例對于校準(zhǔn)用于MIMO和波束成形的大型天線陣列，諸如全維度MIMO、5G天線陣列和毫米波段天線陣列，可能是特別有用的。

本申請中的描述不應(yīng)被解讀為暗示任何特定的元件、步驟或功能是必須包括在本權(quán)利要求范圍中的必要的元素。要求專利保護(hù)的主題的范圍只是由權(quán)利要求而定義的。此外，本權(quán)利要求并不意圖援引35U.S.C§112(f)，除非有確切的表述“用于….裝置”。