天线系统中无源互调的移除的制作方法

1.本文中提出的实施例涉及一种用于天线系统中无源互调移除（passive intermodulation removal）的方法、控制器、计算机程序和计算机程序产品。


背景技术：

2.一般来说，无源互调（pim）是由小区站点处的诸如滤波器、双工器、连接器、天线等之类的无源组件的非线性生成的一种类型的失真。根据生成pim的组件的位置，pim被分类为内部或外部。例如，由小区站点处的天线系统中的传输（tx）无线电链的滤波器生成的pim被称为内部pim，而由小区站点附近的建筑物屋顶上的金属栅栏生成的pim被称为外部pim。pim可能引起小区站点的传输功率被回退，以便避免pim影响小区站点的天线系统中的接收器（rx）无线电链，从而损害网络性能。
3.减轻有源天线系统（aas）的pim的一种方式是将包括从2到8个tx无线电链（并且同样可以是rx无线电链）的经典天线系统的现有解决方案放大到包括从16到64个或更多tx无线电链或更多（并且同样可以是rx无线电链）的aas。这种方法的一个缺点是随之而来的计算成本。在aas中实现针对传统方法设计的pim消除功能可能不切实际。
4.减轻pim的另一方式是使用上行链路中的pim本征分量来转向（steer）下行链路中的零点。然而，这一原则只是试图避免激励pim源。下行链路中的零转向伴随着总功率和空间转向方面的容量降低的代价。
5.另外，在对pim进行多项式建模的情况下，三阶非线性建模的复杂度相对于天线数量n按照o（n3）增加。例如，如果需要六个多项式项来对具有两个tx天线和两个rx天线的天线系统的pim进行建模，则项数将增加到40。在具有4个tx天线和4个rx天线的天线系统中，每次改变传送器的波束方向时，都需要计算和跟踪40*4=160个多项式项。
6.因此，仍然需要一种改进的pim减轻，特别是对于aas。


技术实现要素：

7.本文中实施例的一目的是提供高效的pim减轻，不遭受上述问题，或者至少其中减少或减轻上文标识的问题。
8.根据第一方面，提出有一种用于天线系统中pim移除的方法。该方法由天线系统的控制器执行。该方法包括在使用基于码本的波束成形的传输期间，标识天线系统的哪些传输无线电链引起由天线系统的接收器无线电链接收的信号受pim影响。基于码本中的哪个码字被用于波束成形来标识这些传输无线电链。该方法包括通过使仅由所标识的传输无线电链所传送的信号经受pim的模型来确定校正信号。该方法包括通过从由接收器无线电链接收的信号中减去校正信号来从由接收器无线电链接收的信号中移除pim。
9.根据第二方面，提出有一种用于天线系统中pim移除的天线系统的控制器。控制器包括处理电路。处理电路被配置成使控制器在使用基于码本的波束成形的传输期间，标识天线系统的哪些传输无线电链引起由天线系统的接收器无线电链接收的信号受pim影响。
基于码本中的哪个码字被用于波束成形来标识这些传输无线电链。处理电路被配置成使控制器通过使仅由所标识的传输无线电链所传送的信号经受pim的模型来确定校正信号。处理电路被配置成使控制器通过从由接收器无线电链接收的信号中减去校正信号来从由接收器无线电链接收的信号中移除pim。
10.根据第三方面，提出有一种用于天线系统中pim移除的天线系统的控制器。所述控制器包括标识模块，所述标识模块被配置成在使用基于码本的波束成形的传输期间，标识天线系统的哪些传输无线电链引起由天线系统的接收器无线电链接收的信号受pim影响。基于码本中的哪个码字被用于波束成形来标识这些传输无线电链。所述控制器包括确定模块，所述确定模块被配置成通过使仅由所标识的传输无线电链所传送的信号经受pim的模型来确定校正信号。所述控制器包括移除模块，所述移除模块被配置成通过从由接收器无线电链接收的信号中减去校正信号来从由接收器无线电链接收的信号中移除pim。
11.根据第四方面，提出有一种用于天线系统中pim移除的计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，所述代码当在天线系统的控制器上运行时，使控制器执行根据第一方面的方法。
12.根据第五方面，提出有一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括根据第四方面的计算机程序和在其上存储计算机程序的计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可能是非暂时性计算机可读存储介质。
13.有利的是，这些方面提供了高效的pim减轻。
14.有利的是，所提出的pim移除不会遭受上述问题。
15.有利的是，这些方面能够实现pim模型的快速跟踪和收敛。
16.有利的是，这些方面基于相对于波束成形码本信息计算的pim模型系数。
17.有利的是，与用于pim减轻的传统机制相比，这些方面导致计算复杂度的降低。
18.根据以下详细公开、根据所附从属权利要求以及根据附图，所附实施例的其它目的、特征和优点将显而易见。
19.一般来说，权利要求中使用的所有术语要根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非本文中另有明确定义。对“一（a/an）/该元件、设备、组件、部件、模块、步骤等”的所有引用要开放地解释为指的是该元件、设备、组件、部件、模块、步骤等的至少一个实例，除非另有明确声明。本文中公开的任何方法的步骤都不必按所公开的确切顺序执行，除非明确声明。
附图说明
20.现在通过示例的方式参考附图来描述本发明的概念，附图中：图1是图示根据实施例的通信网络的示意图；图2示意性地图示了根据实施例的天线系统；图3和6是根据实施例的方法的流程图；图4示意性地图示了根据实施例的预编码解码权重的选择；图5示意性地图示了根据实施例的控制器中的pim移除；图7是示出根据实施例的控制器的功能单元的示意图；图8是示出根据实施例的控制器的功能模块的示意图；以及
图9示出了根据实施例的包括计算机可读存储介质的计算机程序产品的一个示例。
具体实施方式
21.现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明的概念，在附图中示出了本发明的概念的某些实施例。然而，本发明的概念可采用许多不同形式被体现并且不应解释为限于本文中阐述的实施例；而是，这些实施例通过示例的方式被提供使得此公开将是全面的且完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的概念的范围。贯穿本描述，相似的数字指的是相似的元件。由虚线图示的任何步骤或特征都应被视为可选的。
22.图1是图示其中能应用本文中提出的实施例的通信网络100的示意图。通信网络100可能是第三代（3g）电信网络、第四代（4g）电信网络或第五代（5g）电信网络并且在可适用的情况下支持任何3gpp电信标准。
23.通信网络100包括无线电网络节点180，该无线电网络节点被配置成向无线电接入网络110中的至少一个终端装置170a、170b提供网络接入。无线电接入网络110可操作地连接到核心网络120。核心网络120又可操作地连接到服务网络130，诸如因特网。由此经由无线电接入网络节点180使终端装置170a、170b能够访问服务网络130的服务并与服务网络130交换数据。
24.无线电接入网络节点180包括天线系统140、与该天线系统140并置、与该天线系统140集成或与该天线系统140进行可操作通信。天线系统140可能是有源天线系统。无线电接入网络节点180（经由其天线系统140）和终端装置170a、170b被配置成在波束160a、160b中相互通信。天线系统140从而被配置用于波束成形的传输。
25.通信网络100进一步包括控制器200。控制器200的另外方面将在下面公开。
26.无线电接入网络节点180的示例是无线电基站、基站收发信台、节点b、演进型节点b、g节点b、接入点和接入节点以及回传节点。终端装置170a、170b的示例是无线装置、移动站、移动电话、手机、无线本地环路电话、用户设备（ue）、智能电话、膝上型计算机、平板计算机、配备网络的传感器、配备网络的车辆以及所谓的物联网装置。
27.图2更详细地示意性图示了图1的天线系统140。天线系统140包括两个传输无线电链141和两个接收器无线电链142。原始信号x0和x1首先在编码器部分143中由预编码系数w加权，以形成信号u0和u1。信号u0和u1能被用于pim移除。在接收器侧的信号s0和s1在解码器部分152中由解码系数h加权。信号s0和s1（并且还有y0和/或y1）可用于pim移除。预编码系数w和解码系数h的值由哪个码字被用于波束成形传输来定义。预编码系数由预编码矩阵利用码本信息生成，即，码本索引指向具有用于特定方向上的波束成形的增益和相位信息的某些预编码系数。
28.每个传输无线电链141又包括诸如数模（dac）转换器144、功率放大器（pa）145、带通滤波器（bpf）146和单或双极化天线元件147之类的组件。每个接收器无线电链142又包括诸如单极化或双极化天线元件148、bpf 149、低噪声放大器（lna）150和模数（adc）转换器151之类的组件。技术人员将理解可如何将天线系统140扩展为包括诸如在aas中的多于两个的传输无线电链141和多于两个的接收器无线电链142。
29.图2还示意性地图示了外部pim源190。从而，从传输无线电链141中的一个或多个
传送的信号可能被外部pim源190反射（和失真）并被接收器无线电链142中的至少一个接收，从而引起pim。附加地或备选地，pim可能由传输无线电链141的组件143-147中的任何组件引起。也就是说，在一些实施例中，pim由天线系统140外部的pim源190引起，而在其它实施例中，pim由所标识的传输无线电链141中的至少一个的无源电子组件引起。
30.如上文所公开的，仍然需要一种改进的pim减轻，特别是对于aas。
31.更详细地说，用于pim消除的现有机制没有利用对于aas系统能利用的潜在继承系统信息以便降低用于移除pim的复杂度和计算成本。因此，pim模型跟踪以及pim建模本身将变得不必要的复杂和计算成本高。
32.因此，本文中公开的实施例涉及用于天线系统140中pim移除的机制。为了获得这样的机制，提供有天线系统140的控制器200、由控制器200执行的方法、包括例如以计算机程序的形式的代码的计算机程序产品，所述代码当在控制器200上运行时，使控制器200执行该方法。
33.图3是图示用于天线系统140中pim移除的方法的实施例的流程图。所述方法由天线系统140的控制器200执行。所述方法有利地作为计算机程序920来提供。
34.假设要使用基于码本的波束成形来执行信号传输。波束成形涉及使用由码字所指定的码本中的系数对信号进行预编码。然后，在波束成形的信号传输期间使用哪个码字的信息被用于pim减轻目的。特别地，控制器200被配置成执行步骤s104：s104：控制器200在使用基于码本的波束成形的传输期间，标识天线系统140的哪些传输无线电链141引起由天线系统140的接收器无线电链142接收的信号受pim影响。基于码本中的哪个码字被用于波束成形来标识这些传输无线电链141。
35.然后，仅基于由所标识的传输无线电链141传送的信号来减轻pim。也就是说，尚未被标识的任何传输无线电链141所传送的信号的信息没有被用于pim减轻。特别地，控制器200被配置成执行步骤s106：s106：控制器200通过使仅由所标识的传输无线电链141所传送的信号经受pim的模型来确定校正信号。
36.然后借助于所确定的校正信号从信号中移除pim。特别地，控制器200被配置成执行步骤s108：s108：控制器200通过从由接收器无线电链142接收的信号中减去校正信号来从由接收器无线电链142接收的信号中移除pim。
37.现在将公开与由天线系统140的控制器200所执行的天线系统140中pim移除的进一步细节相关的实施例。
38.在一些方面，从所有接收器无线电链142中移除pim，而在其它方面，仅从接收器无线电链142中的一些中移除pim。特别地，根据实施例，从仅来自接收器无线电链142中已经被标识为受pim影响的那些接收器无线电链的信号中移除pim。可能以与哪些传输无线电链141被标识为引起接收器无线电链142受pim影响类似的方式来确定需要从接收器无线电链142中的哪些接收器无线电链142移除pim。
39.可能有不同的方式来标识哪些传输无线电链141引起pim。在一些方面，借助于传输无线电链141和码字之间的映射来标识引起pim的传输无线电链141。因此，在一些实施例中，控制器200被配置成执行（可选的）步骤s102：
s102：控制器200通过标识对于码本中的每个码字，传输无线电链141中的哪些传输无线电链引起由天线系统140的接收器无线电链142接收的任何信号受pim影响来确定传输无线电链141和码字之间的映射。
40.该映射然后可用于标识引起pim的传输无线电链141。也就是说，在一些实施例中，该映射被用于在使用基于码本的波束成形的传输期间标识传输无线电链141中引起由接收器无线电链142接收的前面提到的任何信号受pim影响的那些传输无线电链。
41.图4示意性地图示了预编码权重选择器400，该选择器400基于哪个码字c被用于波束成形来选择预编码系数w和解码系数h。用于预编码的每个码本条目或码字提供指向一个或多个特定pim攻击者（aggressor）（即，指向传输无线电链141中一个或多个）的指针。从而，这些pim攻击者是将引起接收器无线电链142中的一个或多个受pim影响的传输无线电链141。来自不会引起pim的其它传输无线电链141的信号（例如，对于其，波束没有被外部pim源190反射）将不会被用于pim减轻目的。这样，可降低pim移除的计算复杂度。校正信号，在下文中表示为x
pim
：其中表示到传送器分支的信号，c是码本索引，m（c）是索引函数，其针对码本索引c产生要用于pim建模的传送器信号列表，定义由索引函数m所选择的用于建模的信号的子集。索引函数m从所有k个天线分支当中选择对于pim模型重要的k个（例如，64个天线分支当中的4个），并且然后函数fc适于仅使用这些输入来最佳地匹配和移除（乃至消除）接收器分支的pim。函数fc可能分别适用于每个接收器分支和每个码本索引（但是如果需要的话，可进行类似的处理，以便仅消除选定的几个接收器分支的pim）。在另外的示例中，索引函数m对于每个接收器分支是不同的。
42.因此，取决于要从哪个接收器无线电链142（即，从s0或s1）中移除pim，将从图2中的接收的s0或s1中减去建模的pim信号x
pim
（即，校正信号）。如将在下面进一步公开的，来自减法的误差可通过适配（adapt）模型而被最小化，产生无pim的接收的输出信号。
43.当在步骤s106中信号经受pim的模型时，可能有不同的方式来处理信号。在一些方面，处理涉及滤波。特别地，在一些实施例中，使信号经受模型涉及用定义滤波器抽头的模型的估计系数对信号进行滤波。可能有用于这种滤波的滤波器的不同示例。在一些实施例中，使用非线性滤波器对信号进行滤波。
44.如上文所述，在步骤s108中，从接收器无线电链142接收的信号中移除pim。从而，从由接收器无线电链142接收的信号中移除pim产生了pim移除的信号。在这方面，移除多少pim取决于校正信号捕获pim的程度。反过来，校正信号捕获pim的程度取决于模型捕获pim的程度。
45.在一些方面，引入了反馈机制，借助于该反馈机制来适配模型。特别地，在一些实施例中，控制器200被配置成执行（可选的）步骤s110：s110：控制器200基于在pim移除的信号中仍存在多少pim来适配所述模型的估计系数。
46.可有适配估计系数的不同的方式。在一些方面，根据其中目标是最小化pim的优化问题的解决方案来选择估计系数。也就是说，在一些实施例中，控制器200被配置成执行作
为步骤s110的一部分的（可选的）步骤s110a：s110a：控制器200确定对于传送器无线电链中按照每个码字引起由接收器无线电链142接收的任何信号受pim影响的那些传送器无线电链，按照码本中每个码字，哪些估计系数产生最小pim。
47.这里参考图5，图5示意性地图示了根据实施例的控制器200中的pim移除。基于哪个码字c被用于波束成形，在tx链标识块510中标识天线系统的引起由天线系统的接收器无线电链接收的信号受pim影响的那些传输无线电链。一般来说，模型系数对于每个码字是特定的。也就是说，在一些实施例中，模型按照每个码字具有一组估计系数。如果新的码字c’被用于波束成形，则新的码字c’被添加到码本520。通过使仅由标识的传输无线电链所传送的信号经受pim的模型530来确定校正信号x
pim
。然后，通过从由接收器无线电链所接收的信号s0或s1中减去校正信号x
pim
，从由接收器无线电链所接收的信号s0或s1中移除pim。适配块540将pim移除的信号作为输入，并确定对于码本中使用的码字，哪些估计系数产生最小pim。然后将所适配的估计系数提供给模型530。
48.图6是根据本文中公开的实施例的用于适配模型的方法的流程图。
49.s201：基于码本信息来标识天线系统140的引起由天线系统140的接收器无线电链142接收的信号受pim影响的那些传输无线电链141。
50.s202：检查是否已经对用于波束成形的码字执行了pim移除，或者码字是否指示波束成形在新的方向上。如果波束形成在新的方向上，则进入步骤s203，否则进入步骤s204。
51.s203：将新方向添加到码本。
52.s204：通过使仅由所标识的传输无线电链141所传送的信号经受pim的模型来确定校正信号。基于码本信息（诸如哪个码字被用于波束成形）对pim建模。也就是说，取决于哪个码字被用于波束成形来选择模型的估计系数。如果波束形成在新的方向上（即，进入步骤s203），则可能使用估计系数的使用默认值。
53.然后通过迭代执行的步骤s205、s206和s208来估计对于码字哪些估计系数产生最小pim。
54.s205：测量误差能量，作为接收信号和校正信号之间的差。这对应于pim移除的信号的能量。
55.s206：检查是否已经达到误差能量的最小值，并因此检查pim移除的信号的功率是否已经被最小化。如果是，则进入步骤s207，而否则进入步骤s208。
56.s207：存储模型的估计系数，以备以后在执行使用相同码字的波束形成时使用。
57.s208：基于在pim移除的信号中仍存在多少pim来适配模型的估计系数。然后再次进入步骤s204，其中当确定校正信号时，使用在步骤s208中所适配的估计系数。
58.已经公开了标识哪些传输无线电链141引起pim的方式。另外，在这方面，可能有不同的方式来确定有多少个传输无线电链141要被模型考虑并且从而要被标识。现在将公开与之相关的方面。
59.在一些方面，模型要考虑多少个传输无线电链141取决于天线系统140中总共有多少个传输无线电链141。例如，如果传输无线电链141的总数相对较高，则模型可能考虑所有传输无线电链141的仅一小部分，而如果传输无线电链141的总数相对较低，则模型可能考虑所有传输无线电链141的大部分，以便在控制器200处保持合理水平的复杂度和计算成
本。也就是说，在一些实施例中，在步骤s104中要标识多少个传输无线电链141取决于总共有多少个传输无线电链141。
60.在一些方面，模型要考虑多少个传输无线电链141取决于引起的pim量。特别地，在一些实施例中，在步骤s104中要标识多少个传输无线电链141取决于多少或多少个接收器无线电链142受pim影响。在这方面，对于相对较高水平的pim，与仅对于相对较低水平的pim相比，模型可考虑更多的传输无线电链141。由此，pim模型的设计可适用于以高效的方式处置不同水平的pim。
61.在一些方面，模型考虑了固定数量的传输无线电链141。也就是说，在一些实施例中，在步骤s104中，至多预定数量的所有传输无线电141被标识。这可能能够实现pim模型的高效实现，因为它可能被设计用于一个特定数量的传输无线电链141。
62.图7在多个功能单元方面示意性图示了根据实施例的控制器200的组件。使用以下项中的一个或多个的任何组合来提供处理电路210：能够执行存储在例如以存储介质230形式的计算机程序产品910（如图9中所示）中的软件指令的合适的中央处理单元（cpu）、多处理器、微控制器、数字信号处理器（dsp）等。处理电路210可进一步被提供为至少一个专用集成电路（asic）或现场可编程门阵列（fpga）。
63.特别地，处理电路210被配置成使得控制器200执行如上文公开的步骤或操作的集合。例如，存储介质230可存储操作的集合，并且处理电路210可被配置成从存储介质230检索操作的集合，以使得控制器200执行操作的集合。操作的集合可被提供为可执行指令的集合。
64.从而，处理电路210由此被布置成执行如本文中所公开的方法。存储介质230还可包括持久存储装置，所述持久存储装置例如可以是以下项中的任何单个或组合：磁存储器、光存储器、固态存储器乃至远程安装的存储器。控制器200可进一步包括至少被配置用于与天线系统140通信的通信接口220。这样，通信接口220可包括一个或多个传送器和接收器，所述传送器和接收器包括模拟和数字组件。处理电路210例如通过以下操作来控制控制器200的一般操作：向通信接口220和存储介质230发送数据和控制信号、从通信接口220接收数据和报告、以及从存储介质230检索数据和指令。省略了控制器200的其它组件以及相关功能性，以免模糊本文中提出的概念。
65.图8从多个功能模块方面示意性地图示了根据实施例的控制器200的组件。图8的控制器200包括多个功能模块；被配置成执行步骤s104的标识模块210b；被配置成执行步骤s106的确定模块210c以及被配置成执行步骤s108的移除模块210d。图8的控制器200可进一步包括多个可选的功能模块，诸如以下模块中的任何模块：被配置成执行步骤s210a的确定模块210a、被配置成执行步骤s110的适配模块210e和被配置成执行步骤s11a的确定模块210f。一般而言，每个功能模块210a-210f在一个实施例中可仅用硬件实现，而在另一个实施例中，在软件的帮助下实现，即，后一实施例具有存储在存储介质230上的计算机程序指令，所述指令当在处理电路上运行时，使控制器200执行上文结合图8提到的对应步骤。还应该提到的是，即使模块对应于计算机程序的部分，它们也不需要是其中的单独模块，但是用软件实现它们的方式则取决于所使用的编程语言。优选地，一个或多个或所有功能模块210a-210f可由处理电路210实现（可能与通信接口220和/或存储介质230协作）。从而，处理电路210可被配置成从存储介质230提取如由功能模块210a-210f提供的指令并执行这些指
令，由此执行如本文中所公开的任何步骤。
66.控制器200可被提供为独立装置或者至少一个另外的装置的一部分。例如，控制器200可被提供在无线电接入网络的节点中，并且可以是天线系统140的一部分、与该天线系统140集成或与该天线系统140并置。备选地，控制器200的功能性可被分布在至少两个装置或节点之间。从而，由控制器200执行的指令的第一部分可在第一装置中执行，并且由控制器200执行的指令的第二部分可在第二装置中执行；本文中公开的实施例不限于可在其上执行由控制器200执行的指令的任何特定数量的装置。因此，根据本文中公开的实施例的方法适合被驻留在云计算环境中的控制器200执行。因此，尽管图7中图示了单个处理电路210，但是处理电路210可分布在多个装置或节点之间。这同样适用于图8的功能模块210a-210j和图9的计算机程序920。
67.图9示出了包括计算机可读存储介质930的计算机程序产品910的一个示例。在该计算机可读存储介质930上，能存储计算机程序920，该计算机程序920能使处理电路210以及与之可操作地耦合的实体和装置（诸如通信接口220和存储介质230）执行根据本文中描述的实施例的方法。计算机程序920和/或计算机程序产品910从而可提供用于执行如本文中所公开的任何步骤的部件。
68.在图9的示例中，计算机程序产品910被图示为光盘，诸如cd（致密盘）或dvd（数字多功能盘）或蓝光盘。计算机程序产品910还可能被体现为存储器，诸如随机存取存储器（ram）、只读存储器（rom）、可擦除可编程只读存储器（eprom）或电可擦除可编程只读存储器（eeprom），并且更特别地，被体现为外部存储器（诸如，usb（通用串行总线）存储器或闪速存储器（诸如，致密型闪速存储器））中的装置的非易失性存储介质。从而，虽然计算机程序920在此被示意性地示出为所描绘的光盘上的轨道，但是计算机程序920能以适合于计算机程序产品910的任何方式存储。
69.已经在上文参考少许实施例主要描述了本发明的概念。然而，如由本领域技术人员容易理解的，除上文公开的实施例以外的其它实施例同样可能在如由所附的专利权利要求所定义的本发明的概念的范围内。