太阳城集团

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多点传播信道中的载波相位差的检测与跟踪方法及其装置.pdf

摘要
申请专利号:

太阳城集团CN201210027581.9

申请日:

2012.02.08

公开号:

太阳城集团CN102546491B

公开日:

2015.01.21

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效号牌文件类型代码:1604号牌文件序号:101322510774IPC(主分类):H04L 25/02专利申请号:2012100275819申请日:20120208|||公开
IPC分类号: H04L25/02; H04W24/00(2009.01)I 主分类号: H04L25/02
申请人: 王晓安
发明人: 王晓安
地址: 美国宾夕法尼亚州阿伦敦亚历山大博士大街312号
优先权: 2011.03.21 US 13/052,691
专利代理机构: 上海智信专利代理有限公司 31002 代理人: 王洁
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201210027581.9

授权太阳城集团号:

102546491B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.21|||2012.09.05|||2012.07.04

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种借助信令协议来获取相互通讯的通讯设备之间之载波相位差(CPD)的方法和相应的装置。两异地设备之间的随机CPD可以通过在此描述的信令协议来测量;在获得CPD太阳城集团之后,通讯设备亦可获取其出行信道(发送信道)之太阳城集团,从而避免了在一些无线通讯系统中被考虑和/或被应用的信道太阳城集团反馈。本发明还涉及一种通过CPD实现两个或以上设备间时钟同步的方法和相应的装置,以及跟踪时变CPD信号以获得可靠的CPD的测量和跟踪环运行的方法和相应的装置。在此涉及的方法和装置的应用包括无线多点传播系统(在LTE-advanced系统中又被称为CoMP)、点对点无线MIMO系统、以及一般性的无线设备网络。

权利要求书

1.一种通讯网络中的通讯方法,该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备,
其特征在于,该方法包括:
(a)从上述非参考设备经下行信道发送一下行导频信号至上述参考设备,
(b)在上述参考设备端从上述下行导频信号中产生一下行信道估计,
(c)从上述参考设备端发送至少一个来自一上行链信号集合的上行链信号至上述非参考
设备,其中,至少一个上述上行链信号依赖于在上述参考设备端的上述下行信道估计,以及
(d)从由上述非参考设备接收到的上述上行链信号来计算载波相位差CPD;
据此,上述非参考设备获取了上述载波相位差CPD的值。
2.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于:
(a)上述上行链信号集合包含一第一上行导频信号和一第二上行导频信号,其中,上述
第二上行导频信号由一个第二基本上行导频信号在上述参考设备端被反旋而得到,反旋的相
位即为上述下行信道估计的相位,以及
(b)上述第二上行导频信号被发送至上述非参考设备以计算上述载波相位差CPD。
3.根据权利要求2所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,计算上述载波相位差
CPD进一步包括:
(a)在上述非参考设备端从上述第二上行导频信号中消去上述第二基本上行导频信号,
以及
(b)从消去上述第二基本上行导频信号后的上述第二上行导频信号中检测载波相位差
CPD。
4.根据权利要求2所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述第二基本上行导频
信号与上述第一上行导频信号相同。
5.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述上行链信号集合包
含上述第一上行导频信号和至少一个下行信道相位,上述第一上行导频信号和上述下行信道
相位被发送至上述非参考设备以计算上述载波相位差CPD。
6.根据权利要求5所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,计算上述载波相位差
CPD进一步包括:
(a)在上述非参考设备端通过上述第一上行导频信号生成一上行信道估计,以及
(b)由上述上行信道估计和上述下行信道相位计算上述载波相位差CPD,
据此,上述非参考设备获取了上述载波相位差CPD的值。
7.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,进一步包括:
(a)在上述网络中的上述非参考设备端,由上述上行链信号生成一上行信道估计,以及
(b)由上述载波相位差CPD和上述上行信道估计生成一下行信道估计,
据此,上述非参考设备获取了上述下行信道的估计。
8.根据权利要求7所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述网络为一多点传播
系统,上述非参考设备为一基站,上述参考设备为一移动用户,进一步包括:
(a)将生成上述下行信道估计之步骤重复若干遍,直到上述基站获取了上述多点传播系
统中全部上述移动用户的相应下行信道,
(b)基站之间通过主干回路网络交换下行信道估计,使得在交换之后,所有上述基站都
拥有了所有的下行信道估计,以及
(c)通过上述下行信道估计计算预编码矩阵,
据此,上述多点传播系统得以使用上述预编码矩阵。
9.根据权利要求7所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述网络为一点对点无
线多输入多输出系统,该系统包含一第一子系统和一第二子系统,进一步包括重复地执行在
上述非参考设备端生成上述下行信道估计之步骤两遍,并且:
(a)在第一次执行上述步骤时,上述第一子系统被指定为上述非参考设备,上述第二子
系统被指定为上述参考设备,据此,上述第一子系统获取了作为其发送信道估计的上述下行
信道估计,以及
(b)在第二次执行上述步骤时,上述第一子系统被指定为上述参考设备,上述第二子系
统被指定为上述非参考设备,据此,上述第二子系统获取了作为其发送信道估计的上述下行
信道估计。
10.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述网络为一点对点
无线多输入多输出系统,该系统包含一第一子系统和一第二子系统,上述第一子系统作为上
述非参考设备,上述第二子系统作为上述参考设备,进一步包括:
(a)在上述非参考设备端,由上述上行链信号生成一上行信道估计,
(b)在上述非参考设备端,由上述载波相位差CPD和上述上行信道估计生成一下行信
道估计,上述非参考设备端的上述下行信道估计亦为上述第一子系统的发送信道估计,
(c)在上述非参考设备端经上述下行信道发送上述载波相位差CPD至上述参考设备,
以及
(d)在上述参考设备端,由上述载波相位差CPD和上述下行信道估计生成一上行信道
估计,上述参考设备端的上述上行信道估计亦为第二子系统的发送信道估计,
据此,上述第一子系统和上述第二子系统都获取了上述发送信道估计。
11.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,进一步包括:
(a)将上述非参考设备的时钟通过上述载波相位差CPD而实现与上述参考设备的时钟
同步,以及
(b)重复执行时钟同步步骤若干遍,直至所有上述非参考设备都同步于上述参考设备。
12.根据权利要求11所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,时钟同步进一步包括
通过锁相环实现相位同步。
13.根据权利要求11所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,时钟同步进一步包括
通过锁频环实现频率同步。
14.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述网络的双工方式
为时分双工。
15.根据权利要求1所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述网络的双工方式
为混合时分双工与频分双工。
16.一种通讯网络中的通讯方法,该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备,
其特征在于,该方法包括:
(a)从上述非参考设备经下行信道发送一下行导频信号至上述参考设备,
(b)在上述参考设备端,由上述下行导频信号产生一下行信道估计,
(c)在上述参考设备端经上行信道发送一第一上行导频信号至上述非参考设备,
(d)在上述非参考设备端,由上述第一上行导频信号生成一上行信道估计,
(e)经上述上行信道发送一第二上行导频信号,上述第二上行导频信号依赖于在上述参
考设备端的上述下行信道估计,以及
(f)在上述非参考设备端生成一下行信道估计,
据此,上述非参考设备获取了上述下行信道估计。
17.根据权利要求16所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述网络为一多点传
播系统,上述非参考设备为一基站,上述参考设备为一移动用户。
18.根据权利要求16所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述第二上行导频信
号由一个第二基本上行导频信号在上述参考设备端被反旋而得到。反旋的相位即为上述下行
信道估计的相位。
19.根据权利要求16所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,生成上述下行信道估
计进一步包括:
(a)在上述非参考设备端,从上述第二上行导频信号中消去上述第二基本上行导频信号,
以及
(b)反旋上述上行信道估计,反旋的相位为上述第二上行导频信号在消去上述第二基本
上行导频信号后的相位。
20.一种通讯网络中的通讯方法,包括:
(a)获取两个相互通讯的通讯设备之间的一新的载波相位差CPD的测量值,
(b)将上述载波相位差CPD建模为一个依赖于上述两个相互通讯的通讯设备之间的频
率差和一初始相位的函数,
(c)由一上述载波相位差CPD数值的太阳城集团序列来计算上述频率差和上述初始相位,从
而得到一频率差的估计和一初始相位的估计,以及
(d)通过上述依赖于上述频率差和上述初始相位的函数,利用上述频率差的估计和上
述初始相位的估计来重构上述载波相位差CPD,
据此,重构的载波相位差CPD被认为是上述新的载波相位差CPD的测量值的更精确的
版本。
21.根据权利要求20所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述新的载波相位差
CPD的测量值经上述两个相互通讯的通讯设备之间的信令协议而获得。
22.根据权利要求20所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,上述依赖于上述频率
差和上述初始相位的函数太阳城集团太阳城集团是线性的。
23.根据权利要求20所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,进一步包括通过对多
个估计进行组合而细化上述频率差的估计和上述初始相位的估计。
24.根据权利要求23所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,对多个估计进行的组
合进一步包括至少下列之一:
(a)平均,以及
(b)滤波。
25.根据权利要求20所述的通讯网络中的通讯方法,其特征在于,进一步包括在太阳城集团上
连续地重复由上述新的载波相位差CPD的测量值来重构上述载波相位差CPD的步骤,据此,
上述重构的载波相位差CPD用于跟踪上述新的载波相位差CPD的测量值随太阳城集团的变化。
26.一个用于通讯网络的装置,该网络具有至少一个参考设备和至少一个非参考设备,
其特征在于,该装置包括:
(a)一在上述非参考设备端的下行导频信号发送器,用来在上述非参考设备端经下行信
道发送下行导频信号至上述参考设备,
(b)一在上述参考设备端的下行信道估计器,用来在上述参考设备端由上述下行导频信
号产生一下行信道估计,
(c)一在上述参考设备端的包含至少一个上行链发送器之集合,用来在上述参考设备端
发送至少一个来自一上行链信号集合的上行链信号至上述非参考设备,其中,至少一个上述
上行链信号依赖于上述参考设备端的下行信道估计,以及
(d)一在上述非参考设备端的载波相位差CPD检测器,用来通过上述上行链信号计算
上述载波相位差CPD;
据此,上述载波相位差CPD检测器将检测出的载波相位差CPD提供给上述非参考设备。
27.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于:
(a)上述上行链信号集合包含一第一上行导频信号和一第二上行导频信号,上述第二上
行导频信号由一个第二基本上行导频信号在上述参考设备端被反旋而得到,反旋的相位即为
上述下行信道估计的相位,以及
(b)在上述参考设备端的上述上行链发送器之集合包含一第二上行导频信号发送器,该
发送器将上述第二上行导频信号发送至上述非参考设备,使上述载波相位差CPD检测器得以
计算上述载波相位差CPD。
28.根据权利要求27所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述载波相位差CPD
检测器首先从上述第二上行导频信号中消去上述第二基本上行导频信号,然后从消去上述第
二基本上行导频信号的上述第二上行导频信号中检测上述载波相位差CPD。
29.根据权利要求27所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述第二基本上行导频
信号与上述第一上行导频信号相同。
30.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于:
(a)上述上行链信号的集合包含上述第一上行导频信号和至少一个下行信道相位,
(b)在上述参考设备端的上行链发送器之集合包含一第一上行导频信号发送器和一下行
信道相位发送器,以及
(c)上述第一上行导频信号发送器将上述第一上行导频信号、上述下行信道相位发送器
将上述下行信道相位,发送至上述非参考设备,使得上述载波相位差CPD检测器得以计算上
述载波相位差CPD。
31.根据权利要求30所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,进一步包括一在上述非
参考设备端的上行信道估计器,用来产生一上行信道估计,以使上述载波相位差CPD检测器
得以计算上述载波相位差CPD。
32.根据权利要求31所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述载波相位差CPD
检测器通过上述上行信道估计和上述下行信道相位来检测上述载波相位差CPD。
33.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,进一步包括:
(a)一在上述网络中的上述非参考设备端的上行信道估计器,用来生成一上行信道估计,
以及
(b)一在上述非参考设备端的下行信道估计器,用来由上述载波相位差CPD和在上述
非参考设备端的上述上行信道估计生成一下行信道估计。
34.根据权利要求33所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述网络为一多点传播
系统,上述非参考设备为一基站,上述参考设备为一移动用户,进一步包括:
(a)一第一控制器,用来将生成上述下行信道估计之操作重复若干遍,直到上述基站获
取了上述多点传播系统中全部上述移动用户的相应下行信道,
(b)一主干回路网络,
(c)一第二控制器,用来促成上述多点传播系统中所有上述基站经上述主干回路网络来
交换上述下行信道估计,从而在交换之后,每一上述基站都拥有所有上述下行信道估计,以

(d)一计算机处理器,用来通过上述下行信道估计计算预编码矩阵,
据此,上述多点传播系统得以使用上述预编码矩阵。
35.根据权利要求33所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述网络为一点对点无
线多输入多输出系统,该系统包含一第一子系统和一第二子系统,进一步包括一信令协议控
制器,用来重复执行在上述非参考设备端生成上述下行信道估计之操作两遍,并且:
(a)在第一次执行上述操作时,上述第一子系统被指定为上述非参考设备,上述第二子
系统被指定为上述参考设备,据此,上述第一子系统获取了作为其发送信道估计的上述下行
信道估计,以及
(b)在第二次执行上述操作时,上述第一子系统被指定为上述参考设备,上述第二子系
统被指定为上述非参考设备,据此,上述第二子系统获取了作为其发送信道估计的上述下行
信道估计。
36.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述网络为一点对点无
线多输入多输出系统,该系统包含一第一子系统和一第二子系统,上述第一子系统作为上述
非参考设备,上述第二子系统作为上述参考设备,进一步包括:
(a)一在上述非参考设备端的上行信道估计器,用来由上述上行链信号生成一上行信道
估计,
(b)一在上述非参考设备端的下行信道估计器,用来由上述载波相位差CPD和上述上
行信道估计生成一下行信道估计,上述非参考设备端的上述下行信道估计亦为上述第一子系
统的发送信道估计,
(c)一在上述非参考设备端的载波相位差CPD发送器,用来将上述载波相位差CPD经
上述下行信道发送至上述参考设备,以及
(d)一在上述参考设备端的上行信道估计器,用来在上述参考设备端由上述载波相位差
CPD和上述下行信道估计生成一上行信道估计,上述参考设备端的上述上行信道估计亦为第
二子系统的发送信道估计,
据此,上述第一子系统和上述第二子系统都获取了上述发送信道估计。
37.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,进一步包括:
(a)一在上述非参考设备端的同步模块,用来将上述非参考设备的时钟通过上述载波相
位差CPD而实现与上述参考设备的时钟同步,以及
(b)一信令协议控制器,用来重复执行时钟同步操作若干遍,直至所有上述非参考设备
都同步于上述参考设备。
38.根据权利要求37所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述同步模块进一步包
括一锁相环模块。
39.根据权利要求37所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述同步模块进一步包
括一锁频环模块。
40.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述网络的双工方式为
时分双工。
41.根据权利要求26所述的用于通讯网络的装置,其特征在于,上述网络的双工方式为
混合时分双工与频分双工。

说明书

多点传播信道中的载波相位差的检测与跟踪方法及其装置

技术领域

本发明涉及电讯系统以及无线通讯系统领域,特别涉及无线通信载波相位检测跟踪技术
领域,具体是指一种多点传播信道中的载波相位差的检测与跟踪方法及其装置。

背景技术

常见的无线移动网络包含许多小区,每一小区中设有一个或多个基站。由于小区中移动
用户的位置是随机的,移动用户与服务基站之间的信道质量变化范围很大。以图1中的移动
用户120和122为例,移动用户120和122都在由基站112服务的小区内。移动用户120与
基站112距离很近,因此两者之间的信道质量较高,可以实现高数据流量。

另一方面,移动用户122位于受服小区的边缘,与基站112之间距离较远。在基站112
用于向移动用户122输送信号的下行信道中,下行信号的强度因距离的增加而受到更多的衰
减。此外,由于移动用户122更接近相邻小区,它所受到的来自相邻小区基站114和116的
信号的干扰也更强大。因此在小区边缘,下行信道的质量会很差。再者,在移动用户122用
于向基站112输送信号的上行信道中,移动用户122的上行信号也会受位于相邻小区的移动
用户124和126的影响而变坏。所以小区边缘的上行信道质量也会很差。综上所述,小区边
缘的数据流量会较当移动用户极为靠近基站时所能达到的峰值流量低很多。小区边缘的低数
据流量降低了整个小区的总体数据流量,从而大大地降低了网络性能。

为了改进基于数据流量的网络性能,多点传播方案最近被引入无线移动网络。参见图1,
移动用户122与基站112相连,移动用户124与基站114相连,移动用户126与基站116相
连。在不采用多点传播时,每一个基站独立地与相应的移动用户通讯。以移动用户122为例,
来自基站114和116的信号形成了干扰噪声。如图1所示,移动用户122位于小区边缘,来
自基站114和116的干扰可以远比来自基站112和116的信号强大,从而使得移动用户122
的通讯质量变得很差,进而导致极低的数据流量。

多点传播方案的重点在于提高小区边缘的性能,它的原理可以描述如下。一个多点传播
系统的实例见图1。基站112、114、116构成了一个协作多点传播集。移动用户122、124、
126构成了一个多点传播系统的接收集。在图1的多点传播系统中,基站112、114、116发送
的是针对移动用户122、124、126信号的组合。对于每个基站来说,每个移动用户的组合权
重可以是不一样的。借助精妙复杂的算法,各个基站发送的组合信号可以实现如下的效果:
当来自基站112,114、116的信号抵达移动用户122时,针对移动用户124和126的信号被
抵消或最小化,而针对移动用户122的信号则被最大化或增强,从而移动用户122的信号质
量得到了有效的提高。同理,移动用户124和126的信号在相应的移动用户处也得到了有效
的提高。在各个基站上的信号组合普遍被称为“预编码”。对应于每个移动用户和每个基站的
组合权重则构成“预编码矩阵”中的元素。

移动网络中的基站信号具有广播或传播的性质。多点传播方案形成了一个多点传播信道
的集合。多点传播信道具有全部抵消干扰以及为每个移动用户构造清晰信道的能力,这使得
它的信道容量(一衡量网络数据流量的指标)数倍于传统的移动网络。多点传播方案已被LTE
(长期演进技术)的先进版本采纳,并被称为CoMP(协作多点传输),该名称源自相邻基站
通过协作方式来实现多点传播。

尽管多点传播可以给无线移动网络带来巨大的益处,它的性能直接取决于协作基站能否
拥有下行信道的太阳城集团。在图1的多点传播系统中,每个基站必须拥有全部介于基站和移动用
户间的下行信道的太阳城集团以实现干扰抵消。图1的多点传播系统有3个基站和3个移动用户,
因此一共有9个下行信道。基站如何获得下行信道太阳城集团和网络的上下行信道的双工方式有关。

移动网络有两种双工方式。一种是图2所示的频分双工(FDD)。在FDD方式下,上行
和下行信道同时工作于两个不同的频段。另一种是图3所示的时分双工(TDD)。在TDD方
式下,上行和下行信道共用一个频段。在时域中,上行和下行信道交互工作,在太阳城集团上不重
叠。还有一种仍处于概念阶段的单一频道全双工系统,在这个系统中,两个无线设备(比如,
一个基站和一个移动用户)在同一频段上进行全双工通讯。然而这种双工方式要进入实用阶
段,必须要克服若干关键难题,譬如自干扰抵消和有限动态范围。

在FDD无线网络中,基站可以通过来自其服务的移动用户的信号来估计上行信道,移动
用户可以通过来自服务基站的信号来估计下行信道。上行和下行信道一般来讲因为位于不同
的频段而并不相同,所以下行信道对基站来讲是未知的。为了实现多点传播,移动用户需要
通过上行信道将下行信道太阳城集团反馈给基站。然而反馈所需要的数据率可以很高,因此会消耗
掉相当一部分甚至绝大部分的上行信道容量。上行信道容量的损失削弱甚至抵消了多点传播
的益处。

此外,基站需要可靠地恢复反馈数据,因此反馈的信道太阳城集团需要很强的纠错编码。然而,
编码的纠错能力越强,编码解码的延迟越长。如果信道在编解码过程中发生变化,基站所获
得的信道数据则已经过时了。

在TDD无线网络中,上行和下行信道共用一个频段,因而上行信道和下行信道有紧密的
联系。假设基站和移动用户采用相位同步的载波(即基站载波与移动用户载波的相位差为零
或已知),那么上行信道和下行信道是相同的。一旦基站估计出上行信道,自然地也就获得了
下行信道的太阳城集团。当然,由于移动网络的运动性,信道会随太阳城集团而变化。因此严格说来,上
行信道和下行信道并不精确相等,原因在于如图3所示的上行信道和下行信道的传输乃是在
不同的太阳城集团发生。然而,一般情况下上行信道和下行信道交互工作的周期相对于无线信道的
变化速度很短,因此上行信道和下行信道的差别很小,因此足以认为二者相等。

由于基站只能估计与之相连的移动用户的上行信道,多点传播系统中的每个基站需要与
其它协作基站交换信道估计太阳城集团。一般说来,这种交换是通过连接所有基站的高速主干回路
来实现,如以太网或光缆。在图1的例子中,基站112可以估计介于基站112和移动用户122,
介于基站112和移动用户124,以及介于基站112和移动用户126的上行信道。然后基站112
将上述信道的太阳城集团发送至基站114和基站116,并从基站114和基站116获得相应的与之相连
的移动用户之上行信道的太阳城集团。上述的太阳城集团交换通过高速主干回路连接110实现。太阳城集团交换
结束后,每个基站都拥有多点传输的预编码矩阵所需的整体信道太阳城集团。

在实际情况中,基站载波与移动用户载波之间的相位差不仅存在而且是随机的。因此即
使在TDD网络,基站观察到的上行信道和移动用户观察到的下行信道不再相同。一种使基站
获取下行信道太阳城集团的办法与FDD无线网络的情形一样,即通过移动用户经上行信道进行反
馈。然而,在TDD无线网络中,上行链容量已经被共享频段的下行链所减少,因此上行信道
的反馈开销对上行链容量的削弱更大。此外,在FDD网络中提到的编解码延迟的缺点也同样
存在于FDD网络。

基站和移动用户有可能通过复杂昂贵的手段实现相位锁定。譬如,所有的基站和移动用
户可以通过全球定位基准(GPS)的参考信号实行同步。但是这需要高性能高价格的射频器
件以及繁杂的信号处理算法,为此而增加的体积、成本、功耗并不适合对体积、成本、功耗
有严格限制的移动用户设备。此外。基于GPS的同步方案要求来自多个GPS卫星的直达视
距信号,而这些信号常常会被建筑物和树林等障碍物所阻挡,从而连贯一致的性能质量得不
到保障。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中的缺点,提供一种有效进行多点传播信道中的载波
相位差的检测与跟踪的方法及其装置。

下面的描述作为太阳城集团本发明的若干方面的概要,提供了对这些方面的基本理解。本概要
的目的是:就本发明若干方面的有关概念给出作为后续详细描述之前奏的简要介绍。

在两个无线设备之间的载波相位差(CPD)的检测这一主题下,本发明的若干方面通过
一些发明体现以及相关的所公布之细节而得以描述。考虑TDD网络中的一个基站和一个移动
用户的情形。在一个示范性的信令协议中,移动用户发送第一训练信号(导频信号)至基站
来估计上行信道,基站发送一个训练信号至移动用户来估计下行信道。然后,移动用户发送
经下行信道相位所补偿的第二训练信号至基站,基站通过来自移动用户的第二训练信号来检
测CPD。或者,移动用户可以发送下行信道估计的相位至基站来检测CPD。

本发明的另一方面涉及无线网络中的多点传输,该网络的双工方式可以是TDD或混合
TDD/FDD。若干基站可以构成一多点传播集合以产生针对一移动用户集合的多点传播信道。
多点传播集中的基站首先通过预先指定的信令协议检测出下行信道集的CPD,然后,基站通
过检测出的CPD与基站获得的相应的上行信道来获得下行信道集的太阳城集团。最后各个基站利用
下行信道集来计算每个移动用户的组合权重,使得当组合信号抵达移动用户时,该移动用户
的信号得到增强,而其它移动用户的信号则被减弱或完全抵消。

本发明的又一方面涉及一种无线通讯机制。在无线多输入多输出(MIMO)系统中,两
个带有多个天线的子系统可以相互通讯。对于其中一个子系统来说,它所用来向另外一个子
系统发送数据的MIMO信道被称为该子系统的“发送”信道,它所用来从另外一个子系统接收
数据的MIMO信道则被称为该子系统的“接收”信道。每个无线子系统可以通过预先指定的信
令协议来获得其发送信道的太阳城集团,从而可以利用所获得的发送信道的太阳城集团来实现基于各种准
则的预编码。

本发明的再一个方面涉及另一种无线通讯机制。一个由若干无线设备组成的系统通过采
用检测到的CPD来同步各设备的时钟。CPD可以用来驱动锁相环或锁频环,从而实现无线设
备时钟之间的相位同步或频率同步。

本发明还有一方面涉及一种装置。该装置采集一组CPD的测量数据,并根据各种准则对
数据实施各种组合以产生CPD的最终检测结果。此外,还可以对检测到的CPD序列进行滤
波而得到更可靠的检测和跟踪CPD随太阳城集团的变化。更进一步地,CPD的时域变化可以用包含
一组参数的模型来描述,因此CDP的时变跟踪可以等效地转化为CDP模型参数的估计与跟
踪。估计和跟踪随机CPD信号的参数模型中有限数目的参数与跟踪随机CPD信号本身相比,
前者更加可靠,因而可以从模型中重构出更精确的CPD估计。

本发明的一些方面包含了在下面即将详细描述特别是在权力要求中即将得以强调的特
性,而达到了前述及与之相关的目的。随后的描述以及附图详细地阐明了本发明的一些方面
中若干具有解说性的特性。必须说明的是,实现本发明诸多方面的原理有各种各样的方式,
所阐述的特性仅仅代表了这些方式中的若干种。而本申请中的全篇描述则适用并涵盖本发明
的全部方面以及它们的等效表达。

附图说明

图1描述了一个包含一多点传播系统的无线移动网络。

图2描述了FDD系统的时域和频域特性。

图3描述了TDD系统的时域和频域特性。

图4描述了TDD系统中下行信道、上行信道、以及载波相位之间的关系。

图5描述了一个应用信令协议检测CPD的示范系统。

图6描述了一个检测CPD的示范性步骤。

图7描述了一个采用下行信道相位反馈的、示范性的信令协议来检测CPD的示范系统。

图8描述了一个基站用于获得下行信道太阳城集团的示范系统。

图9描述了一个不需通过专门检测CPD而获取下行信道太阳城集团的示范系统。

图10描述了一个不需通过专门检测CPD而估计下行信道太阳城集团的示范步骤。

图11展示了一个通过下行信道相位反馈而获取下行信道太阳城集团的示范系统。

图12描述了一个混合FDD/TDD示范系统。

图13描述了一个示范性的点对点无线系统。

图14描述了一个利用CPD检测实现同步的示范性无线设备系统。

图15描述了一个没有第一上行导频信号的示范协议时序。

图16描述了一个利用CPD信号的参数模型来跟踪CPD的示范系统。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容,特举以下实施例详细说明。

本申请借助附图描述了在本申请中所公开的发明主旨。描述中所引用的数字标记对应于
附图中相应的元素。下文中描述了许多用于解释目的的具体细节,以期达到对发明主旨的详
细理解。然而在许多情况下,将发明主旨付诸实践可能并不一定需要这些具体细节。

本发明采用了若干术语来描述在各种无线网络中相互通讯的双方。比如,无线移动网络
中的“基站”与“移动用户”。又比如,在点对点无线MIMO系统中,“子系统”被用来描述通讯
双方的任何一方。对于某些无线网络来说,采用该类网络的专用术语会使描述更具针对性。
在另外一些情形下,其中包括本发明的一些方面涵盖不止一种无线网络的情形,更普适的术
语则会使描述更加精确。因此,除了上述专用术语外,“参考设备”以及“非参考设备”也被用
来描述通讯的双方。参考设备和非参考设备之间的区别在于非参考设备可以依据事先确定的
信令协议从参考设备所发出的信号中提取下文所描述的所需的太阳城集团。在无线移动网络中,基
站属于非参考设备,而移动用户则属于参考设备。相应地,由非参考设备至参考设备的信道
被称为下行信道,由参考设备至非参考设备的信道则被称为上行信道。在点对点无线MIMO
系统中,上述区别则无关紧要,一个子系统可以被称之为参考设备,而另一个子系统则被称
之为非参考设备,反之亦然。

无线通讯网络中的多点传播系统要求协作基站拥有下行信道太阳城集团。该太阳城集团可以通过移动
用户经上行信道反馈至基站。然而反馈开销会在相当程度上减小上行链容量,对于TDD无线
网络来说尤其如此。此外,如果信道变化迅速,编码与解码所带来的网络延迟会使得下行信
道太阳城集团在抵达基站时已经过时。

另外一种使基站与移动用户相位同步的办法是通过精密公共参考源,如GPS。对于TDD
网络中同步的基站移动用户对来说,上行信道与下行信道对等(不计已知的相位差),故基站
可以通过从移动用户所发出的信号中估计上行信道来获得下行信道。然而,实现基站与移动
用户的相位同步需要昂贵的射频器件和复杂的信号处理,这对于要求低功耗、低价格、小尺
寸的移动设备来说并不现实。此外,通过GPS信号实现相位同步要求多个来自GPS卫星的
直接视距信号,当移动用户在室内、城市街道上以及树下等环境中,这样的要求不一定得到
满足。所以这种方法并不能保证连贯如一的服务质量。

相位差(CPD)检测

图4描述了TDD系统中下行信道hdl,上行信道hul,基站载波相位φb,以及移动用
户载波相位φm之间的关系。不计调制路径(发射路径)与解调路径(接收路径)的相位差,
上述变量之间存在如下关系:

h dl = e j ( φ b - φ m ) h h ul = e j ( φ m - φ b ) h - - - ( 1 ) ]]>

其中h为基站与移动用户之间的信道。为简单起见,图4中的h被作为标量处理。
然而需要指出的是本申请之描述可以直接推广至矩阵信道的情形,例如MIMO信道,在其中
基站或移动用户配置了一个以上的天线。

需要指出的是,对于诸如LTE网络中子载波等窄带信道而言,信道在频域上是平的,因
此h代表相应子载波频率处的信道增益。对于信道增益随频率而变化的宽带信道来说,h则
为频率的函数:h=h(f)。

由式(1),下行信道与上行信道的关系为:

h dl = d j 2 ( φ b - φ m ) h ul - - - ( 2 ) ]]>

由式(2)可见,如果基站与移动用户间的相位差即CPD Δφ=φb-φm为已知,下行
信道便可以从上行信道的太阳城集团中恢复出来。换句话说,为了从上行信道太阳城集团中导出下行信道
太阳城集团,必须要首先检测CPD。

图5描述了一个应用信令协议检测CPD的示范系统。在图5中,基站510包含下行导频
信号装置512,上行信道估计器514和CPD检测器516。在此和后续的描述中,术语“导频信
号”与“训练信号”以及“参考信号”等等含义相同,均表示为通讯双方所知的用于信道估计的信
号。如果一个导频信号在发送前还经过处理,那么处理前的导频信号则被称为“基本”导频信
号。移动用户550包含下行信道估计器552,第一上行导频信号装置554和第二上行导频信
号装置556。下行导频信号装置512发送下行导频信号,该信号被下行信道估计器552接收
以估计下行信道hdl。第一上行导频信号装置554发送第一上行导频信号P1,该信号等同于
第一“基本”上行导频信号Q1,即P1=Q1。上行信道估计器514接收并利用第一上行导频信
号来估计上行信道hul。第二上行导频信号装置556利用估计出的下行信道的相位来反旋第
二“基本”上行导频信号Q2,从而生成第二上行导频信号P2:

P 2 = h ^ dl * | h ^ dl | Q 2 - - - ( 3 ) ]]>

其中为下行信道hdl的估计,为的幅值,为的共轭。Q2的
一个方便选择是Q2=Q1,这样信令协议用一个基本上行导频信号就够了。如果Q2=Q1,
图5中从第一上行导频信号装置554至第二上行导频信号装置556的虚线则表示第二上行导
频信号依赖于第一上行导频信号。在信令协议的结尾,CPD检测器516接收第二上行导频信
号并检测CPD。

图6描述了一个检测CPD的示范性的步骤。CPD检测器516包含导频信号相关器602
和相位估计器604。导频信号相关器602接收来自第二上行导频信号装置556的第二上行导
频信号。导频信号相关器602的输入端所收到的第二上行导频信号r2可以写成

r 2 = h ul P 2 = h ul h ^ dl * | h ^ dl | Q 2 - - - ( 4 ) ]]>

导频信号相关器602通过对接收到的第二上行导频信号和第二基本上行导频信号作相关
运算而消除第二基本上行导频信号。这在数学上可以表示如下(借助适当的归一化):

r 2 Q 2 * | Q 2 | 2 = h ul h ^ dl * | h ^ dl | Q 2 Q 2 * | Q 2 | 2 = h ul h ^ dl * | h ^ dl | - - - ( 5 ) ]]>

相位估计器604首先估计导频信号相关器602输出的相位,即式(5)的相位。忽略下行
信道的估计误差,即认为并应用式(2),式(5)的相位可以写成

( r 2 Q 2 * | Q 1 | 2 ) = ( h ul h ^ dl * | h ^ dl | ) = 2 ( φ m - φ b ) - - - ( 6 ) ]]>

即CPD负值的两倍。换句话说,CPD的检测值为式(5)相位负值的一半。然后,相位
估计器604输出CPD的检测值。

需要指出的是,随实现方案的不同,相位估计器的输出形式可以是k(φb-φm)或
其中k为常数。k的取值包括k=±1和k=±2。然而,所公开的发明主旨
的范围并不局限于上述数值。

在一些无线设备中,由于发送路径和接收路径上的不同数字处理算法、模块以及装置,
包括调制和解调,发送路径和接收路径可能具有不同的延迟。对于发送路径和接收路径具有
不同的延迟的基站和移动用户,CPD检测可以推广如下。首先需要注意到的是,信号路径上
的延迟引入了额外的与频率成正比的相位偏置。将基站发送路径,基站接收路径,移动用户
发送路径,以及移动用户接收路径上的因延迟而产生的相位偏置分别用φb,dl、φb,ul、φm,ul、
以及φm,dl表示,式(1)和(2)则可推广为

h dl = e j ( φ b + φ b , dl + φ m , dl - φ m ) h h ul = e j ( φ m + φ m , ul + φ b , ul - φ b ) h - - - ( 7 ) ]]>

以及

h dl = e j ( 2 φ b - 2 φ m + φ b , dl - φ b , ul + φ m , dl - φ m , ul ) h ul - - - ( 8 ) ]]>

相应地,

( r 2 Q 2 * | Q 2 | 2 ) = ( h ul h ^ dl * | h ^ dl | ) = 2 ( φ m - φ b ) + φ b , dl - φ b , ul + φ m , dl - φ m , ul - - - ( 9 ) ]]>

与式(6)相比,可以看出式(9)由两个分量组成:一个分量来自“真正的”CPD,另外
一个分量则来自基站和移动用户的发送路径和接收路径上的延迟差异。根据不同的应用场合,
有两种情形需要考虑。第一种情形的应用场合只需检测真正的CPD分量。因为无线设备中发
送路径和接收路径上的延迟可以事先测定校准,所以因发送路径和接收路径上的延迟差异而
产生的额外相位可以容易地获得。因此,该额外相位可以从相位估计器604的输出扣除,只
留下真正的CPD分量。第二种情形的应用场合则需要考虑相位估计器604的整体输出,即式
(9)的全部。例如,下面将要描述的多点传播就属于此类情形。因此在第二种情形下,式(9)
可以被认为代表了“广义的”CPD。显然,在两种情形下,因发送路径和接收路径上的延迟差
异而产生的相位不会给相位估计器604的运作带来实质性的区别。换句话说,发送路径和接
收路径上的不同延迟并没有实质性地改变在此描述的CPD检测原理。因此,在后面太阳城集团本发
明诸方面的描述适用于发送路径和接收路径上的相同延迟与不同延迟。

第一和第二上行导频信号可以时分复用,也可以并行发送。例如,在LTE系统中,某些
子载波被指定用来传送导频信号。这些子载波可以通过时分复用来发送第一和第二上行导频
信号(即子载波交替地发送第一和第二上行导频信号)。或者,第一和第二上行导频信号可以
通过不同的子载波集并行发送,从而减少信令太阳城集团。当第一和第二上行导频信号经不同的子
载波集发送时,承载相对应的第一和第二上行导频信号的两个子载波在频域上应足够接近,
从而,这样的两个子载波可以被认为处于同一无线信道。在例如,在诸如CDMA(时分复用)
等扩频系统中,导频信号通常通过码道传输。该码道可以时分复用地发送第一和第二上行导
频信号。或者,第一和第二上行导频信号可以通过两个正交的码道来并行发送。

需要指出的是,在前述例子中,基站510对CPD的检测是通过对接收到的第二上行导频
信号进行处理,而不需要接收到的第一上行导频信号。因此,移动用户550中的经第一上行
导频信号装置554来发送第一上行导频信号的步骤可以省去。相应地,基站510中的上行信
道估计器514的操作也可以省去。然而,需要注意的是第一上行导频信号装置554以及上行
信道估计器514在一些后面所描述的其它信令协议中仍然有用。

基于本发明的若干体现,CPD检测可以借助下行信道的相位反馈。图7描述了一个采用
下行信道相位反馈、的示范性的信令协议来检测CPD的示范系统。在图7中,基站710包含
下行导频信号装置512,上行信道估计器514,以及CPD检测器716。移动用户750包含下
行信道估计器552,第一上行导频信号装置554,以及相位反馈装置756。下行导频信号装置
512发送下行导频信号,该信号为下行信道估计器552接收并用来估计下行信道hdl。第一
上行导频信号装置554发送第一上行导频信号,该信号为上行信道估计器514接收并用来估
计上行信道hul。相位反馈装置756将估计出的下行信道相位经上行信道反馈至基
站710。CPD检测器716计算下面两者之差:来自上行信道估计器514的上行信道估计的相
位,和由相位反馈装置756所反馈的下行信道估计的相位,结果为忽略信道
估计误差,取决于发送路径和接收路径上是否存在延迟差异,上面的相位差或者等于式(6),
或者等于式(9)。因此,通过相位反馈获得的CPD检测的理论值与由前述经第二上行导频信
号得到的CPD值是一致的。

需要提请注意的是,相位反馈装置756既可用相量形式也可用相位形式
来反馈下行信道相位。何种方式更好取决于应用场合。

需要指出的是,如果在信号频谱内上下行信道的未知相位差为常数,例如通常无线系统
在发送路径和接收路径上延迟差异被校准后便属于此类情形,需要反馈的相位数目可以小至
一个。因此,反馈开销以及编码解码延迟可以远远小于前述现有技术中的全信道太阳城集团反馈。
比如,在具有众多窄带子载波信道的LTE系统中,需要相位反馈的导频信号子载波的数目可
以小至一个就可以使基站检测CPD。

需要提请注意的是,基于在此描述的本发明的若干方面,CPD检测可以利用多个频率点。
比如,在LTE网络中,第一或第二上行导频信号可以经若干子载波发送从而产生若干个CPD
检测值。这些CPD检测值可以依不同的准则加以各种组合,以达到比组合前的单独CPD值
更好更精确的结果。

还需要指出的是,式(1)和(2)中的,或式(8)和(9)中的CPD模型乃是基于产生
有关信号的物理现象而导出。该模型同样适用于上下行信道相差一个复因子,而该复因子在
信令协议的一个周期里变化很小的情形,而产生上下行信道差异的物理机制则无关紧要。复
因子相位的角色与CPD相同,因此可以通过前述的方法或机制来检测。

多点传播

多点传播系统中的协作基站需要下行信道的太阳城集团来计算预编码矩阵。在图1中的多点传
播系统中,每一协作基站首先获取相应所有接收移动用户的下行信道太阳城集团。然后所有协作基
站通过高速主干回路连接110来交换下行信道太阳城集团。在太阳城集团交换后,每个基站都拥有相同的
整体信道太阳城集团,即所有协作基站与接收移动用户之间的下行信道的太阳城集团。

图8描述了一个基站用于获得下行信道太阳城集团的示范系统。在图8中,基站810包含下行
导频信号装置512,上行信道估计器514,CPD检测器516,以及下行信道估计器818。图8
中的示范系统检测CPD的方式与图5中的示范系统相同。CPD检测之后,下行信道估计器
818将估计出的上行信道反旋来得到下行信道的估计。图8中的示范系统重复上述操作以对
接收移动用户集中的每一移动用户进行下行信道估计。需要指出的是,第一和第二上行导频
信号可以依接收移动用户的顺序发送,若干接收移动用户也可以同时发送上行导频信号,其
中每一移动用户使用上行信道的不同部分。例如,在LTE网络中,若干移动用户可以使用导
频子载波的不同子集来并行发送导频信号。这使得信令周期相对于所有移动用户顺序发送导
频信号来说得以缩短。

基站也可使用另外一种方法获得下行信道太阳城集团。图9描述了一个示范系统,该系统可以
不必通过显性地检测CPD来获得下行信道太阳城集团。在图9中,基站910包含下行导频信号装置
512,上行信道估计器514,以及下行信道估计器916。下行信道估计器916通过合成来自上
行信道估计器514的上行信道估计和接收到的来自第二上行导频信号装置556的第二上
行导频信号来获得下行信道估计图10描述了一个不需通过专门检测CPD而估计下行
信道太阳城集团的示范步骤。在图10中,下行信道估计器916包含导频信号相关器602和上行信道
反旋器1004。导频信号相关器602消去第二基本上行导频信号。导频信号相关器602的输出
可参见式(5)。上行信道反旋器1004利用导频信号相关器602输出的相位对估计出的上行信
道实施反转,数学上可表为

h ^ ul ( h ul h ^ dl * | h ul | | h ^ dl | ) * = h ^ ul h ul * h ^ dl | h ul | | h ^ dl | - - - ( 10 ) ]]>

忽略信道估计误差,即设并假设|hdl|=|hul|,那么式(10)就
是hdl。因此上行信道反旋器1004在反旋后生成了下行信道hdl。

需要注意的是,由于基站和移动用户的不同的增益设置,经常地,|hdl|=A|hul|,其中A
为一正常数且并不一定为一。然而,在针对基站和移动用户对实施校准和比例缩放后,可以
认为|hdl|=|hul|。在多个基站与多个移动用户的系统中,在针对所有的基站和移动用户对实
施校准和比例缩放后,只要比例缩放与所有的基站和移动用户对的增益设置相容,也可以认
为|hdl|=|hul|。

在TDD无线网络中,第二上行导频信号的使用消除了上行信道中的随机相位,因而下行
信道太阳城集团可以方便地恢复。对全下行信道太阳城集团反馈的需求不复存在,从而多点传播的优势得
以充分发挥。另外一种获得下行信道太阳城集团的方法是下行信道的相位反馈。如前所述,反馈相
位的数目可以小至一,故反馈开销和编码解码延迟可以远远小于全下行信道太阳城集团反馈的情形。
图11展示了一个通过下行信道相位反馈而获取下行信道太阳城集团的示范系统。在图11中,基站
1110包含下行导频信号装置512,上行信道估计器514,CPD检测器716,以及下行信道估计
器818。CPD检测器716检测CPD的方式与图7的示范系统相同。在CPD检测之后,下行
信道估计器818对估计出的上行信道实施反旋以得到下行信道的估计。图11中的示范系统可
以重复地操作,从而对每一个接收移动用户的下行信道进行估计。

对于FDD无线网络中的基站移动用户对来说,上行与下行信道是不同的。FDD网络可
以加以改动成为混合FDD/TDD网络,使得下行信道太阳城集团可以方便地提供给多点传播系统中
的协作基站。

在图2中的示范性FDD系统中,上行链的中心频率为f1,下行链的中心频率为f2。图
12描述了一个由一个示范FDD系统改动而来的混合FDD/TDD示范系统。在图12的示范系
统中,上行链频段1210与图2相同。下行链频段则以TDD方式运行。上行链区间1222被置
入f2频段,因此上行链区间1222与下行链区间1220共用f2频段。上行链区间1222的
目的在于为协作基站提供前面所描述的必要的信令。上行链区间1222中的信令可以包含第一
上行导频信号,第二上行导频信号,和/或下行信道相位反馈。

混合FDD/TDD网络保持了TDD和FDD的优点。专用上行链频段为上行链传输所独享,
而另外共享频段中的上行链区间使基站能够获取下行信道。如果共享频段中的上行链区间只
用来传递上行信令交通,那么上行链区间所导致的下行链容量的损失可以减至最小。

点对点MIMO系绕

在无线MIMO系统中,两个配置多个天线的无线子系统可以相互通讯。一个多点传播系
统可以被认为是一个特殊种类的无线MIMO系统,在该类系统中协作基站集构成一个子系统,
而接收移动用户集则构成另一个子系统。在基站子系统中的天线可以协作或联合处理,而移
动用户子系统中的天线则不能被联合处理,除非所考虑的天线属于同一移动用户。

还有一类无线MIMO子系统是点对点式。在点对点无线MIMO系统中,任一子系统中
的天线都可以协作或联合处理。由于这一灵活性,在点对点无线MIMO系统的系统流量一般
会优于相应的多点传播系统。需要指出的是,在点对点MIMO系统中,一个子系统的天线并
不一定在同一地点。它们只需和同一地点的天线一样具有协作的能力。

如前所述,术语“发送信道”和“接收信道”被用在下面的描述中。对一个子系统来讲,发
送信道乃是该子系统向另一个子系统发送数据的MIMO信道。接收信道则是该子系统从另一
个子系统接收数据的MIMO信道。因此,一个子系统的发送信道和接收信道相应地是另一个
子系统的接收信道和发送信道。相应地,前面所描述的第一和第二“上行”导频信号,在描述
点对点MIMO的上下文中被称之为第一和第二“接收信道”导频信号,其中“接收信道”相对应
于接收该导频信号的子系统。

点对点MIMO系统中的每一个子系统需要发送信道太阳城集团来计算预编码矩阵。与用一个标
量h来表示SISO(单输入单输出)信道相比,MIMO信道在每一给定的频率上由一个信
道矩阵H所刻划。比如,一个3×3(3个发送天线和3个接收天线)MIMO系统的信道矩
阵具有如下形式:

H = h 11 h 12 h 13 h 21 h 22 h 23 h 31 h 32 h 33 - - - ( 11 ) ]]>

其中hij表示从发送天线j至接收天线i的标量信道。因此一个3×3MIMO系统中
有3×3=9个标量信道。

图13描述了一个示范性的点对点无线系统1300。子系统1310有3个天线:1312、1314、
以及1316。子系统1320有3个天线:1322、1324、以及1326。两个子系统1310和1320之
间的MIMO信道由9个个体信道构成。如果点对点无线系统1300的双工方式为TDD或混合
FDD/TDD,两个子系统1310和1320可以获取相应的发送信道太阳城集团而不须全信道反馈。子系
统1310可以用与多点传播系统中的基站相同的方式,来获取其9个发送信道的每一个信道的
太阳城集团。子系统1320也可以独立于子系统1310,来获取其9个发送信道的每一个信道的太阳城集团。
或者,在系统1310可以发送CPD的值给子系统1320,这样子系统1320可以通过CPD的值
和其接收信道太阳城集团来获取其发送信道太阳城集团。

在一些点对点无线MIMO系统中,每个子系统的天线的载波相位是同步的,即天线之间
载波相位或者相等,或者具有固定的相位差。如果两个子系统1310和1320中的每一个子系
统的天线都是相位同步的,那么9个CPD值可以认为是对应同一CPD值的9个测量值。这
些CPD的测量值可以依据各种准则加以组合,使得组合后的结果比每一单独的CPD检测值
更精确。一个例子就是对CPD测量值进行平均。

另外,相位同步的点对点无线MIMO系统可以使用更少的信令以减少信令开销。例如,
系统可以选择通过一个天线,譬如天线1322,来发送第二接收信道导频信号,而不是通过子
系统1320的所有3个天线。

无线设备系统的相位或时钟同步

多点传播和点对点无线MIMO都可以被认为是无线设备系统,在此类系统中,无线设备
之间需要或希望实现相位或时钟同步以提升系统流量。对相位或时钟同步的需求也存在于更
广泛的无线设备系统中。比如,一个专用的无线传感网络可能会需要所有的传感器同步到一
个共同时钟,以测量所监测物体的位置和/或速度。然而,将系统中所有的设备同步至一个
外参考源,例如GPS参考源,会非常昂贵和复杂。

图14描述了一个利用CPD检测实现同步的示范性无线设备系统。无线设备系统1400包
含4个无线设备:1402,1404,1406,以及1408。不失一般性,考虑无线设备1404,1406,
以及1408同步至无线设备1402的情形。相应地,无线设备1402被称为“参考设备”,而无线
设备1404,1406,以及1408则被称为“非参考设备”。值得指出的是,在所考虑的系统中,参
考设备并不一定要不同于或优越于非参考设备。

以无线设备1404为例来说明同步过程。首先,无线设备(非参考设备)1404与参考设
备1402执行如图5所示的信令协议,其中非参考设备1404作为基站,参考设备1402作为移
动用户。相应地,由非参考设备1404至参考设备1402的信道对应于“下行”信道,由参考设
备1402至非参考设备1404的信道对应于“上行”信道。

在信令协议结尾,非参考设备1404可以检测其与参考设备1402之间的CPD。然后,非
参考设备1404利用检测出的CPD来驱动PLL或FLL,使其时钟相位或频率同步于参考设备
1402。其余非参考设备1406和1408也遵循相同的步骤与参考设备1402同步。参考设备1402
和非参考设备1404,1406,以及1408之间的信令过程不断循环往复,使得PLL或FLL得以
持续地由CPD的新检测值驱动。

需要提请注意的是,基于在此描述的本发明的若干方面,如果非参考设备在实现同步时
并不需要下行信道或上行信道的估计,参考设备1402则不必发送第一上行导频信号。因此第
一上行导频信号可以从信令协议中省去。相应地,上行信道估计器514的操作也可以省去。
图15描述了一个没有第一上行导频信号的示范协议时序。

在图15中,非参考设备1404,1406,以及1408依顺序同步于参考设备1402。或者,非
参考设备1404,1406,以及1408也可以并行地同步于参考设备1402以缩短信令周期。具体
地讲,所有3个非参考设备1404,1406以及1408可以同时发送下行导频信号至参考设备1402。
参考设备1402从3个下行导频信号来估计下行信道。例如,在LTE系统中,上行导频信号
子载波可以分为若干组来同时发送不同移动用户的上行导频信号。

另外的一种方式是无线设备1404借助下行信道的相位反馈而与参考设备1402同步。无
线设备1404与参考设备1402之间的信令协议如图7所示。

上文描述了非参考设备如何检测CPD和实现与参考设备的同步。还有一种方法是:参考
设备反向应用信令协议来检测CPD,然后将检测出的CPD发送至非参考设备,非参考设备再
用相应的CPD值与参考设备同步。

图14中的设备也可以采用“两两同步”的方式实现同步。首先,设备1404作为非参考设
备与作为参考设备的1402同步。然后,设备1406作为非参考设备与作为参考设备的1404同
步。其余设备以此类推。

需要指出的是,参考设备仍然可以同步于更精确稳定的外部时钟源,如GPS。如此则使
得系统中的所有无线设备同步于外部时钟。这种同步方式的优点是非参考设备只须依在此描
述的方法和机制与参考设备同步,因此很大程度地减小了将系统中所有设备同步于高精度外
部参考时钟所带来的成本和复杂度。

值得注意的是,基于在此描述的本发明的若干方面,基带数字PLL或FLL可以被用来实
现无线设备系统中的同步。基带数字PLL或FLL采用多种信号处理算法,方法,以及机制,
利用检测出的CPD来跟踪设备时钟之间的实际相位差或频率差,并对存在于接收信号中的实
际相位差或频率差进行补偿,而不是去改变设备时钟本身。基带数字PLL或FLL也可以与标
准的PLL或FLL组合使用,其中,标准的PLL或FLL消除相位差或频率差的主要部分,而
基带数字PLL或FLL则跟踪和补偿剩余误差。因此,基带数字PLL或FLL放松了甚至消除
了对复杂且昂贵的高分辨率载波控制器的要求。

还需指出的是,当所考虑的无线设备网络为无线移动网络时,“非参考”设备对应于基站,
而“参考”设备则对应于移动用户。对于点对点无线MIMO系统,其中的一个子系统可以指定
为“非参考”设备,而另一子系统则为“参考”设备,反之亦然。

时变CPD的跟踪

受信道噪声影响,检测出的CPD也会含有噪声。如前所述,改进检测精度的一个办法是
在多个频率点上检测CPD,然后根据各种准则对多个CPD检测值加以组合以减小检测噪声。
另外一个方法(该方法可以和多频率点检测方法共同使用)是在时域上组合多个CPD检测值。
如果在组合时段内CPD保持不变或变化很小,检测精度则会在很大程度上得到改进。时域组
合或平均也可称为滤波,即检测出的CPD太阳城集团序列通过一个滤波器以降低检测噪声。由于
CPD通常随太阳城集团变化,滤波是一个跟踪时变CPD信号的标准方式。

滤波的一个重要特征是组合时段的长度,通常亦被称为滤波器的太阳城集团常数。设计一个滤
波器既能够使检测噪声最小又能够跟踪CPD的变化常常是困难的甚至是不可能的。小的太阳城集团
常数能够更好地跟踪时域上的变化但噪声抑制则较差。大的太阳城集团常数使得检测噪声更小但造
成CPD时域变化的失真。基于模型的CPD跟踪克服了上述缺点。

在许多实际应用中,CPD信号可以相当准确地由如下模型表示:

Δφ=φb-φm=tΔf+θ0    (12)

其中t代表太阳城集团,Δf和θ0为模型中的两个参数。Δf代表两个无线设备之间的频
率差,θ0代表CPD的初始相位。图16描述了一个利用由式(12)表示的CPD信号的参数
模型来跟踪CPD的示范系统。图16中的示范系统包含参数估计器1602,估计细化装置1604,
计时器1606,以及CPD重构器1608。

一个连续估计出的CPD序列,(Δφ)1,(Δφ2),…,(Δφ)n,…,被输送至参数估计器1602以
估计参数Δf和θ0。估计细化装置1604进一步对参数估计和进行细化,并输出细化后
的估计和估计细化装置1604中的细化可以包括同一参数的多个估计的组合,如平均
和滤波。如果估计细化装置1604没有采取任何细化,则计时器1606记
录太阳城集团太阳城集团,并向CPD重构器1608提供太阳城集团t。CPD重构器1608通过式(12)中的模型来
重构CPD:


需要指出的是,图16中的示范系统可以运行于如前所述的相位形式的CPD输入序列
(Δφ)1,(Δφ2),…,(Δφ)n,…,也可以运行于相量形式的CPD输入序列,即
其中k为常数。同样地,CPD重构的输出既可以是相位形式
也可以是相量形式。有许多常见的标准的算法,方法,以及机制可以用在参数估计器1602中,
以便从一个CPD相位或相量的观察集合中估计频率和初始相位。

基于模型的CPD跟踪有着许多优点。首先,跟踪由已知参数模型产生的随机信号与跟踪
毫无结构的随机信号相比,前者更加容易和可靠,特别是当信号模型中的参数数目不多的时
候。其次,一般说来,模型中的参数与随机信号本身相比,前者变化更为缓慢,因此可以通
过更长太阳城集团段中的更多观察得到更准确的估计。相应地,重构的CPD也会更加精确。第三,
式(12)和(13)中的模型可以进行准确可靠的预测。作为比较,基于跟踪无结构随机信号
的预测之可靠性可以很差。实现准确预测的能力常常是必要的,因为,对未来值的预测可以
(a)对信号处理包括滤波所带来的延迟进行补偿,以及(b)使一些依赖未来值的算法,方
法,以及机制成为可能。第四,基于模型的CPD跟踪可以与基带数字PLL或FLL联合使用,
从而进一步放松甚至消除对高精度和高分辨率载波控制的要求。

结论,派生结果与范围

综上所述,可以看到,本发明众多体现中的、使用简单信令协议的CPD检测为测量两个
无线设备之间的CPD提供了一种简捷和有效的方式。

在多点传播系统中,CPD检测使基站可以获取下行信道太阳城集团而不需代价高昂的全信道信
息反馈,从而使多点传播系统的优势得以充分发挥。

在点对点MIMO系统中,CPD检测使得两个子系统可以获取发送信道太阳城集团而不需全信道
太阳城集团反馈。这使得点对点MIMO系统得以通过在两个子系统处的联合处理包括预编码,来改
进数据流量。

在更广泛的无线设备系统中,CPD检测使得系统中的设备实现时钟的相位或频率同步,
从而消除或减少了与外部高精度参考时钟同步的成本。

CPD的参数模型使得估计和跟踪时变CPD信号更加可靠和精确。本发明各个方面和体现
中依赖CPD的元素均从改进的CPD的信号质量中获益。

值得指出的是,在此描述的本发明各个方面和/或体现可以被独立地实现,也可以通过
任何适当的组合实现。例如,跟踪时变CPD信号可以应用于多点传播系统中以提供连续的
CPD检测信号。又如,点对点MIMO系统中的两个子系统可以通过CPD检测来实现相位或
频率同步。

需要指出的是,在权力要求中的发明主旨并不限于TDD或混合FDD/TDD网络。比如,
在此所描述的本发明之各个方面或各个特征也适用于单一频段全双工无线通讯的概念。还需
要指出的是,在权力要求中的发明主旨并不限于无线网络。比如,向量DSL(数字用户线)
系统可以被类似地当作多点传播系统,因此下行信道或发送信道的获取可以通过本申请所描
述的方式实现。又如,由通过电缆或光缆相连接的设备构成的系统也可以通过上述有线连接,
采用与在此描述相同的信令协议来实现时钟同步。

在此所描述的本发明之各个方面或各个特征可以作为方法和/或机制,借助标准的编程
和/或工程技术来实现。进一步地,在此描述的、与本发明所公开的若干方面相关的方法或
算法中的步骤和/或行为,可以直接地经硬件实现,或经由一组处理器所执行的软件模块实
现,亦或经两者之组合实现。

对于软件实现来说,方法或算法中的步骤或行为可以作为至少一种代码或指令,或者多
种代码或指令的组合或集合,存在于可作为计算机程序产品一部分的有形介质上,例如软盘、
硬盘、CD-ROM、CD-R/W、DVD、存储器,以及其它任何可机器载入载出的存储介质。

对于硬件实现来说,方法或算法中的步骤或行为可以实施或执行于一种或多种设备上,
例如ASIC(专用集成电路)、DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、离散门
或晶体管逻辑、离散硬件器件、通用处理器、控制器、微控制器、微处理器、状态机、其它
为实现在此描述的功能而设计的电子单元,或者上述设备的某种组合。

本申请中的描述包括了权力要求中发明主旨的若干方面的例子。这些例子仅仅是为了描
述若干发明体现,而发明体现的范围不应被认为受这些例子所限。显然,在描述权力要求中
的发明主旨时,不可能将所有可以想象出的元素或方法的组合一一加以描述。然而,熟悉相
关背景的专业人士可以认识到,所公开的发明主旨的更多的组合与排列是可能的。因此,所
有的改动,修改,以及变化,只要它们落入附在本申请上的权利要求以及与其等效的法律条
款之精神实质与范围,均为所公开的发明主旨所包括。

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多点 传播 信道 中的 载波 相位差 检测 跟踪 方法 及其 装置
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