曹崢，樊迅

（上海貝爾股份有限公司，上海201206）

TD-LTE 系統(tǒng)中工程實(shí)用的發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法?

曹崢，樊迅

（上海貝爾股份有限公司，上海201206）

為了解決寬帶TD-LTE系統(tǒng)中傳統(tǒng)發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)在通道幅頻特性不平坦時(shí)校準(zhǔn)性能不理想的問(wèn)題，根據(jù)利用子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性的不同，提出了兩種基于“能量歸一化”預(yù)均衡的校準(zhǔn)方法：長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡和短時(shí)預(yù)均衡，對(duì)它們的性能、特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析和仿真研究，并結(jié)合工程應(yīng)用對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了深入討論。仿真結(jié)果表明，由于有針對(duì)性地將“能量歸一化”的預(yù)均衡與系統(tǒng)中的閉環(huán)增益控制（CLGC）功能相結(jié)合，所提方法可以有效補(bǔ)償發(fā)射通道幅頻特性不平坦，獲得比傳統(tǒng)方法更好的校準(zhǔn)性能。所提方法及其分析結(jié)論為寬帶TD-LTE系統(tǒng)中高性能發(fā)射通道校準(zhǔn)的工程實(shí)現(xiàn)提供了參考依據(jù)。

TD-LTE；波束賦形；通道校準(zhǔn)；幅度校準(zhǔn)；預(yù)均衡

1 引言

TD-LTE系統(tǒng)采用時(shí)分雙工（TDD）模式，具有天然的上下行無(wú)線信道互易性，便于采用“波束賦形”技術(shù)，提高系統(tǒng)下行傳輸性能［1-4］。但是，為了充分挖掘波束賦形帶來(lái)的性能增益，需在發(fā)送和接收方向上對(duì)系統(tǒng)中的多個(gè)中射頻通道進(jìn)行幅度相位校準(zhǔn)，以維持多通道響應(yīng)相對(duì)的一致性［5］。另外，TD-LTE系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)多小區(qū)聯(lián)合組網(wǎng)時(shí)，需要采用小區(qū)間干擾協(xié)同（ICIC）技術(shù)抑制鄰小區(qū)干擾。為了有效地基于鄰小區(qū)多載波信號(hào)發(fā)射功率的聯(lián)合調(diào)度實(shí)現(xiàn)下行ICIC，需要對(duì)系統(tǒng)基站側(cè)中射頻發(fā)射通道進(jìn)行幅度校準(zhǔn)，以使得通道（在信號(hào)帶寬內(nèi)）具有絕對(duì)穩(wěn)定的增益以及平坦的頻響特性。系統(tǒng)基站側(cè)中射頻發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)的好壞對(duì)TD-LTE系統(tǒng)的性能有直接影響。

在傳統(tǒng)基站系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)中，中射頻處理子系統(tǒng)部分通常包含閉環(huán)增益控制（CLGC）功能，用于保證系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)中射頻發(fā)射通道增益穩(wěn)定在期望的精度（如±0.1 dB）；與之對(duì)應(yīng)，通常不增加額外的幅度校準(zhǔn)處理，而僅借助系統(tǒng)中的CLGC功能完成發(fā)射通道的幅度校準(zhǔn)。該方法在發(fā)射通道具有平坦的幅頻特性時(shí)，可以獲得較好（接近CLGC精度）的校準(zhǔn)性能。但對(duì)于寬帶的TD-LTE信號(hào)而言，發(fā)射通道并非平坦，而且不平坦性還會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而變化。由于CLGC功能僅能夠保持整體通道增益的穩(wěn)定，而無(wú)對(duì)通道幅頻不平坦特性的補(bǔ)償（或均衡）功能，傳統(tǒng)方法在發(fā)射通道具有不平坦幅頻特性的場(chǎng)合，不能有效地補(bǔ)償通道不平坦及多通道間幅度響應(yīng)的不一致，校準(zhǔn)性能不理想。

為了解決寬帶TD-LTE系統(tǒng)中發(fā)射通道幅頻特性不平坦情況下的通道幅度校準(zhǔn)問(wèn)題，本文提出了兩種基于“能量歸一化”預(yù)均衡的發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法：基于子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性的能量歸一化預(yù)均衡（簡(jiǎn)稱長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡）以及基于子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性的能量歸一化預(yù)均衡（簡(jiǎn)稱短時(shí)預(yù)均衡），對(duì)它們的性能、特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析和仿真研究，并結(jié)合工程應(yīng)用對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了深入討論。仿真與分析表明，所提方法能有效地補(bǔ)償發(fā)射通道幅頻特性不平坦，獲得比傳統(tǒng)方法更好的通道校準(zhǔn)性能。

2 系統(tǒng)模型

圖1所示為TD-LTE基站工程實(shí)現(xiàn)中廣泛采用的發(fā)射通道校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。如圖所示，在TDLTE系統(tǒng)基站側(cè)配置多條發(fā)射通道。在每條發(fā)射通道上，下行信息基于調(diào)度結(jié)果在被調(diào)度的頻域子載波上傳輸；頻域子載波數(shù)字信號(hào)的幅度基于預(yù)定義的、與通道外部天線連接口（EAC口）最大發(fā)送功率PEAC，Maxout相對(duì)應(yīng)的最大數(shù)字功率PMaxin定標(biāo)（即假設(shè)所有子載波有一個(gè)常數(shù)的中射頻發(fā)射通道增益幅度g并由調(diào)度器保證被調(diào)度子載波上數(shù)字信號(hào)的功率總和不超過(guò)PMaxin。頻域子載波信號(hào)經(jīng)過(guò)頻時(shí)域變換（即IFFT變換）轉(zhuǎn)化為時(shí)域基帶I／Q信號(hào)，經(jīng)中射頻發(fā)射通道處理后，通過(guò)外接射頻電纜傳輸?shù)教炀€網(wǎng)絡(luò)中對(duì)應(yīng)的發(fā)射天線發(fā)射。中射頻發(fā)射通道主要完成基帶I／Q信號(hào)到射頻發(fā)射頻段的射頻調(diào)制，并維持通道線性及增益等功能。工程實(shí)現(xiàn)中，常采用數(shù)字中頻或零中頻方案完成基帶信號(hào)的射頻調(diào)制；基于射頻功率放大器（PA）輸出信號(hào)反饋的基帶數(shù)字預(yù)失真（DPD）技術(shù)維持通道線性化；基于PA或通道輸出射頻信號(hào)反饋以及通道增益離線校準(zhǔn)數(shù)據(jù)（如反饋通道的增益校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，射頻前端發(fā)射濾波器的增益校準(zhǔn)數(shù)據(jù)等）的實(shí)時(shí)CLGC功能維持通道增益穩(wěn)定。發(fā)射通道中EAC口的外接部分（含射頻電纜和天線網(wǎng)絡(luò)中的天線通道）通常會(huì)對(duì)發(fā)送信號(hào)引入一定衰減。但是，這部分通常具有較好的寬帶幅頻平坦度，而且不同通道間的增益差別也容易通過(guò)離線校準(zhǔn)的方式得到并進(jìn)行補(bǔ)償。對(duì)于本文所討論不平坦發(fā)射通道幅頻特性下的實(shí)時(shí)通道幅度校準(zhǔn)問(wèn)題，為了突出描述重點(diǎn)，不失一般性，不妨假設(shè)通道外接部分均具有理想的單位增益，即通道天線口發(fā)射功率Pout等于EAC口信號(hào)發(fā)射功率PEACout。

為了有效挖掘TD-LTE系統(tǒng)波束賦形以及下行ICIC的性能增益，需要對(duì)相同子載波多個(gè)中射頻發(fā)射通道的增益幅度以及同一發(fā)射通道不同子載波的增益幅度進(jìn)行校準(zhǔn)，使得校準(zhǔn)補(bǔ)償后不同子載波和發(fā)射通道的增益幅度gn，k保持一致，即：

式中，gn，k為通道n子載波k的增益幅度，N為系統(tǒng)中的發(fā)射通道數(shù)，K為映射到每條發(fā)射通道上的子載波數(shù)。

在傳統(tǒng)基站系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)中，發(fā)射通道幅度的校準(zhǔn)通常僅借助系統(tǒng)中的CLGC功能完成。由于不具備通道不平坦特性的補(bǔ)償（或均衡）功能，該方法在發(fā)射通道幅頻特性不平坦的寬帶TD-LTE系統(tǒng)中校準(zhǔn)性能并不理想。為了解決此問(wèn)題，本文將提出兩種基于能量歸一化預(yù)均衡的發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法：長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡和短時(shí)預(yù)均衡。出于定量分析比較不同幅度校準(zhǔn)方法性能的需要，定義反映幅度校準(zhǔn)絕對(duì)偏差量Δabsn，k和相對(duì)偏差量Δrelm，k如下：

特別地，Δabsn，k表示通道n子載波k的增益幅度gn，k相對(duì)理想增益幅度g的歸一化偏差，Δrelm，k表示通道m(xù)子載波k的增益幅度gn，k相對(duì)通道1對(duì)應(yīng)子載波增益幅度g1，k的相對(duì)歸一化偏差。

圖1 TD-LTE發(fā)射通道校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 A sketch of TD-LTE transmission-path-calibration system structure

3 兩種基于能量歸一化預(yù)均衡的多通道幅度校準(zhǔn)方法

3.1 基于子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性的能量歸一化預(yù)均衡（長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡）

該方法的基本思想是：對(duì)每條發(fā)射通道，在獲得通道幅頻不平坦特性實(shí)時(shí)觀察的基礎(chǔ)上，基于先驗(yàn)的TD-LTE系統(tǒng)下行子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性，產(chǎn)生基帶“長(zhǎng)時(shí)”統(tǒng)計(jì)意義上“能量歸一化”的頻域子載波通道幅度補(bǔ)償系數(shù)（或等效地，時(shí)域預(yù)均衡濾波系數(shù)）進(jìn)行補(bǔ)償，完成校準(zhǔn)。

工程實(shí)現(xiàn)中，發(fā)射通道幅頻不平坦特性的實(shí)時(shí)觀察通常可通過(guò)如下兩種方法之一得到：基于周期寬帶導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)送的方法和基于預(yù)先測(cè)量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的方法。

TD-LTE系統(tǒng)下行子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性與系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、用戶長(zhǎng)時(shí)分布及資源調(diào)度策略等一些相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)特性相關(guān)，可以通過(guò)理論仿真或者實(shí)際的系統(tǒng)性能測(cè)量得到，并配置到系統(tǒng)中作為先驗(yàn)信息使用?？紤]到在實(shí)際的TD-LTE系統(tǒng)中，出于對(duì)通道發(fā)射功率控制方便的需要，所應(yīng)用的多天線處理技術(shù)（MIMO、波束賦形）通常會(huì)在相同子載波的多個(gè)發(fā)射通道間均勻分配發(fā)射功率，表示基帶發(fā)送信號(hào)帶寬內(nèi)子載波k上發(fā)送信號(hào)的長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)為pIN，Longk，k=1，2，…，K。

為了達(dá)到式（1）所示基帶發(fā)送信號(hào)帶寬內(nèi)所有子載波和發(fā)射通道的增益都為理想增益的目標(biāo)，對(duì)每條需要校準(zhǔn)的發(fā)射通道，如通道n，定義基帶頻域（K個(gè)）子載波增益長(zhǎng)時(shí)幅度補(bǔ)償因子向量為

式中，fn，k（n=1，2，…，N，k=1，2，…，K）表示基帶發(fā)送信號(hào)帶寬內(nèi)通道n子載波k上觀察到的通道不平坦幅度響應(yīng)；補(bǔ)償項(xiàng)用于抵消不同子載波信道增益上的不平坦；αLongn為長(zhǎng)時(shí)能量歸一化因子，用于在子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)意義上使得補(bǔ)償前后輸入到中射頻通道的基帶信號(hào)功率Pin保持不變，即使得

也即

vLongn用于在基帶頻域?qū)νǖ纍的k個(gè)子載波通道進(jìn)行幅度校準(zhǔn)補(bǔ)償。由于補(bǔ)償向量vLongn中αLongn的存在使得長(zhǎng)時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上Pin不變，發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)包含（可實(shí)時(shí)維持通道固定增益幅度g的）CLGC功能的中射頻通道處理后，通道輸出信號(hào)長(zhǎng)時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上的功率Pout=g2Pin也不變。這樣，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后，將在長(zhǎng)時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上使得所有子載波通道增益平坦且為期望的增益幅度g。

與基帶頻域子載波增益幅度補(bǔ)償因子向量vLongn對(duì)應(yīng)，如采用基帶時(shí)域預(yù)均衡濾波進(jìn)行通道校準(zhǔn)補(bǔ)償，相應(yīng)的能量歸一化時(shí)域預(yù)均衡濾波系數(shù)向量為

式中，F(xiàn)-1｛·｝為反傅里葉變換。

3.2 基于子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性的能

量歸一化預(yù)均衡（短時(shí)預(yù)均衡）

該方法的基本思想是：對(duì)每條發(fā)射通道，在獲得通道幅頻不平坦特性實(shí)時(shí)觀察的基礎(chǔ)上，基于實(shí)時(shí)計(jì)算的TD-LTE系統(tǒng)下行子載波發(fā)送信號(hào)“短時(shí)”功率統(tǒng)計(jì)特性，產(chǎn)生基帶短時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上“能量歸一化”的頻域子載波通道幅度補(bǔ)償系數(shù)（或等效地，時(shí)域預(yù)均衡濾波系數(shù)）進(jìn)行補(bǔ)償、完成校準(zhǔn)。

該方法獲得通道幅頻不平坦特性實(shí)時(shí)觀察的方法與長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡相同。與長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡方法不同的是，該方法利用統(tǒng)計(jì)周期較短的、與實(shí)時(shí)調(diào)度特性相關(guān)性強(qiáng)的下行子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性計(jì)算通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)。在工程實(shí)現(xiàn)中，需要的下行子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性，可以基于對(duì)下行調(diào)度器輸出的每個(gè)調(diào)度周期子載波功率調(diào)度信息進(jìn)行短時(shí)統(tǒng)計(jì)，或者直接對(duì)子載波發(fā)送信號(hào)進(jìn)行短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)得到。

與長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡獲取基帶頻域子載波增益幅度補(bǔ)償因子的思想類似，為了達(dá)到式（1）所示基帶發(fā)送信號(hào)帶寬內(nèi)所有子載波和發(fā)射通道的增益都為理想增益的目標(biāo)，對(duì)每條需要校準(zhǔn)的發(fā)射通道，如通道n，定義基帶頻域（K個(gè)）子載波短時(shí)增益幅度補(bǔ)償因子向量為

式中，αSnhort為短時(shí)能量歸一化因子，用于在子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)意義上使得補(bǔ)償前后輸入到中射頻通道的基帶信號(hào)功率Pin保持不變，即使得

也即

式中，pin，Shortk表示基帶發(fā)送信號(hào)帶寬內(nèi)子載波k上發(fā)送信號(hào)的短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)。由于補(bǔ)償向量vShortn中αShortn的存在使得短時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上Pin不變，發(fā)送信號(hào)經(jīng)過(guò)包含（可實(shí)時(shí)維持通道固定增益幅度g的）CLGC功能的中射頻通道處理后，通道輸出信號(hào)短時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上的功率Pout=g2Pin不變；經(jīng)過(guò)補(bǔ)償，將在短時(shí)統(tǒng)計(jì)意義上使得所有子載波通道增益平坦且為期望的增益幅度g。

與vShortn對(duì)應(yīng)，如采用基帶時(shí)域預(yù)均衡濾波進(jìn)行通道校準(zhǔn)補(bǔ)償，相應(yīng)的能量歸一化時(shí)域預(yù)均衡濾波系數(shù)向量為

3.3 方法性能分析

3.3.1 幅度校準(zhǔn)性能

對(duì)于具有不平坦發(fā)射通道幅頻響應(yīng)的寬帶TD -LTE系統(tǒng)，所提兩種基于能量歸一化預(yù)均衡的通道幅度校準(zhǔn)方法，通過(guò)基帶補(bǔ)償?shù)挚怪猩漕l通道幅頻特性的不平坦，并且，兼顧系統(tǒng)中的CLGC功能有針對(duì)性地對(duì)基帶補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行某種意義上的歸一化，使得補(bǔ)償且經(jīng)CLGC控制后的多通道每子載波增益在一定意義上穩(wěn)定在理想的通道增益。相對(duì)于傳統(tǒng)的僅借助系統(tǒng)CLGC功能而無(wú)通道不平坦抵消能力的幅度校準(zhǔn)方法，所提方法能獲得更好的幅度校準(zhǔn)性能。

在所提的兩種方法中，長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡方法基于“配置的”子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)，相對(duì)需要“實(shí)時(shí)計(jì)算”子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)的短時(shí)預(yù)均衡方法，具有較低的計(jì)算和工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

在幅度校準(zhǔn)性能上，對(duì)比式（6）和式（10）可見(jiàn)，當(dāng)系統(tǒng)短時(shí)子載波發(fā)送信號(hào)功率特性與長(zhǎng)時(shí)特性成比例時(shí)，即

長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡方法可以獲得與短時(shí)預(yù)均衡方法相同的性能。

當(dāng)系統(tǒng)短時(shí)子載波發(fā)送信號(hào)功率特性與長(zhǎng)時(shí)特性不完全成比例時(shí)，基于長(zhǎng)時(shí)補(bǔ)償系數(shù)（式（4））進(jìn)行通道校準(zhǔn)補(bǔ)償不能保證短時(shí)意義上補(bǔ)償前后輸入中射頻通道的功率Pin不變，即不能保證短時(shí)意義上的能量歸一化。特別地，對(duì)于發(fā)射通道n，如子載波長(zhǎng)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)有比例偏差：

式中，k=1，2，…，K，且c1=c2=…=cK=c不滿足，采用長(zhǎng)時(shí)補(bǔ)償系數(shù)vLongn進(jìn)行通道補(bǔ)償將對(duì)信號(hào)產(chǎn)生短時(shí)意義上能量非歸一的補(bǔ)償增益幅度

以致于盡管校準(zhǔn)補(bǔ)償后不同子載波的通道增益被平坦化，但是在經(jīng)過(guò)包含（可實(shí)時(shí)維持通道固定增益幅度g的）CLGC功能的中射頻通道處理后，補(bǔ)償后的通道增益幅度為δng，相對(duì)期望的理想增益幅度g將出現(xiàn)絕對(duì)偏差（式（2））。此外，由式（14）還可以看出，當(dāng)不同通道幅頻不平坦特性不一致時(shí)，即

式中，k=1，2，…，K，且bm，1=bm，2=…=bm，K=bm

不滿足，m=2，3，…，N，將導(dǎo)致不同通道校準(zhǔn)補(bǔ)償后有差別的非歸一補(bǔ)償增益幅度δn以及補(bǔ)償后通道增益幅度δng，出現(xiàn)幅度校準(zhǔn)相對(duì)偏差（式（3））。

而短時(shí)預(yù)均衡方法由于直接使用了實(shí)時(shí)計(jì)算的子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)（式（8）），能有效地跟蹤子載波發(fā)送信號(hào)的實(shí)時(shí)功率波動(dòng)，獲得實(shí)時(shí)能量歸一化的補(bǔ)償增益幅度。這樣，經(jīng)過(guò)基帶校準(zhǔn)補(bǔ)償及包含CLGC功能的中射頻通道處理后，能夠獲得理想的幅度校準(zhǔn)性能。

3.3.2 射頻功放（PA）最大輸出功率需求影響

在中射頻通道的工程實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)下行被調(diào)度信號(hào)實(shí)時(shí)（或短時(shí)）數(shù)字總功率達(dá)到最大功率PMaxin時(shí)對(duì)應(yīng)的PA最大輸出功率需求，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行性能和成本折衷時(shí)一個(gè)需要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。為了減輕實(shí)現(xiàn)負(fù)擔(dān)，希望PA最大輸出功率需求盡可能低。

考慮在可調(diào)度的子載波信號(hào)帶寬（即支持的下行傳輸頻帶［7］）內(nèi)，所采用射頻前端發(fā)射濾波器的增益幅度范圍為［fMin，fMax］。對(duì)于采用傳統(tǒng)僅借助CLGC功能進(jìn)行幅度校準(zhǔn)的系統(tǒng)，為了使得在任意的子載波頻域功率分布情形下實(shí)時(shí)數(shù)字總功率為PMaxin的輸入信號(hào)在經(jīng)過(guò)發(fā)射通道處理后總可以在相應(yīng)EAC口達(dá)到最大輸出功率PA最大輸出功率需求為PEAC，Maxout／（fMin）2?？梢?jiàn)，由于存在濾波器插損（特別地，fMin＜1），為了獲得EAC口的最大輸出功率PEAC，Maxout，PA設(shè)計(jì)時(shí)要留出一定的輸出功率余量。

對(duì)于采用長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡進(jìn)行幅度校準(zhǔn)的系統(tǒng)，在子載波被調(diào)度信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字總功率Pin=達(dá)到最大的PMaxin時(shí)，由于存在可能的非歸一補(bǔ)償增益幅度δn（式（14）），會(huì)使得相應(yīng)的PA最大輸出功率需求也有所變化。特別地，對(duì)于發(fā)射通道n，輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)補(bǔ)償和包含（可實(shí)時(shí)維持通道固定增益幅度g的）CLGC功能的中射頻通道處理后，EAC口子載波（如子載波k）實(shí)時(shí)輸出功率pEAC-Outn，k與對(duì)應(yīng)子載波被調(diào)度信號(hào)數(shù)字功率pin，Shortk

有如下關(guān)系：

另由pEnA，Ck-Out與通道PA口輸出功率PPA，n的關(guān)系：

可以得到：

由此可見(jiàn)，對(duì)于任意的長(zhǎng)短時(shí)子載波頻域功率分布情形，PA最大輸出功率需求為PEAC，Maxout（fMax）2／（fMin）4。此需求相對(duì)采用傳統(tǒng)校準(zhǔn)的系統(tǒng)中的對(duì)應(yīng)需求PEAC，Maxout／（fMin）2較高，在一定程度上增加了PA輸出功率的負(fù)荷。例如，對(duì)于射頻濾波器增益不平坦最大波動(dòng)幅度0.4 dB（即對(duì)應(yīng)fMax／fMin=1.407），PA輸出功率的負(fù)荷增加0.4 dB。

而對(duì)于采用短時(shí)預(yù)均衡進(jìn)行幅度校準(zhǔn)的系統(tǒng)，在多子載波被調(diào)度信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字總功率達(dá)到最大的PMaxin時(shí)，由于采用了實(shí)時(shí)的短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)計(jì)算通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)可以獲得實(shí)時(shí)能量歸一的補(bǔ)償增益幅度，使得補(bǔ)償后信號(hào)的實(shí)時(shí)數(shù)字功率仍然為PMaxin，將和采用傳統(tǒng)幅度校準(zhǔn)的系統(tǒng)具有相同的PA最大輸出功率需求，無(wú)需增加額外的PA輸出功率負(fù)荷。

4 仿真結(jié)果

本節(jié)結(jié)合TD-LTE的系統(tǒng)特點(diǎn)，通過(guò)蒙特卡羅（Monte Carlo）仿真對(duì)所提發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法的性能進(jìn)行分析驗(yàn)證。在仿真中，如圖1所示，考慮系統(tǒng)配置2條發(fā)射通道。每條發(fā)射通道頻域子載波信號(hào)帶寬內(nèi)具有6個(gè)獨(dú)立的調(diào)度帶；調(diào)度帶上的子載波信號(hào)具有相同的調(diào)度功率，服從獨(dú)立的包含零功率調(diào)度下限的均勻分布；并且，不同發(fā)射通道相同調(diào)度帶的調(diào)度功率一致。由信號(hào)帶寬內(nèi)射頻前端發(fā)射濾波器幅頻特性不平坦引入的發(fā)射通道增益波動(dòng)幅度為0.4 dB（即fMax／fMin=1.407）；對(duì)于每條發(fā)射通道，調(diào)度帶上射頻前端發(fā)射濾波器的增益服從獨(dú)立的位于［-0.7 dB，-0.3 dB］（即對(duì)應(yīng)fMin=0.923，fMax=0.966）間的隨機(jī)分布；而且，考慮到工程實(shí)現(xiàn)中不同通道通常采用相同型號(hào)的射頻前端發(fā)射濾波器，在幅頻特性上具有一定類似性，不同發(fā)射通道的濾波器增益特性建模為具有相關(guān)系數(shù)0.8的相關(guān)性。

圖2比較了所提兩種幅度校準(zhǔn)方法和傳統(tǒng)方法通道幅度校準(zhǔn)絕對(duì)偏差（式（2））和相對(duì)偏差（式（3））的CCDF（互補(bǔ)積累分布函數(shù)）性能。從圖中可以看到，由于采用了能量歸一化的預(yù)均衡抵抗通道幅頻特性的不平坦，所提兩種方法都能獲得比傳統(tǒng)僅借助系統(tǒng)CLGC功能的方法更好的性能；而且，在所提兩種方法中，短時(shí)預(yù)均衡由于采用了實(shí)時(shí)計(jì)算的子載波發(fā)送信號(hào)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)，相對(duì)基于配置獲得的子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)的長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡，可獲得更好的理想幅度校準(zhǔn)性能。

圖2不同TD-LTE發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法的性能比較Fig.2 Performance comparison of TD-LTE transmission-part amplitude calibrationmethods

圖3 通過(guò)統(tǒng)計(jì)直方圖比較了所提兩種幅度校準(zhǔn)方法和傳統(tǒng)方法的PA最大輸出功率需求的差別。圖中的橫坐標(biāo)為歸一化的PA輸出功率，將傳統(tǒng)方法對(duì)應(yīng)最大被調(diào)度信號(hào)數(shù)字功率PMaxin的PA輸出功率區(qū)間［PEAC，Maxout／（fMax）2，PEAC，Maxout／（fMin）2］歸一化映射到坐標(biāo)區(qū)間［0，1］。從圖中可以看到，相比采用傳統(tǒng)幅度校準(zhǔn)方法的系統(tǒng)，采用長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡進(jìn)行幅度校準(zhǔn)的系統(tǒng)，由于存在可能的長(zhǎng)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性不匹配，會(huì)引入超額的PA最大輸出功率需求（圖中橫坐標(biāo)大于1的部分），在一定程度上增加了PA輸出功率的負(fù)荷；而采用短時(shí)預(yù)均衡進(jìn)行幅度校準(zhǔn)的系統(tǒng)，由于采用了實(shí)時(shí)的短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)計(jì)算通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)，可以獲得實(shí)時(shí)能量歸一的補(bǔ)償增益幅度，并不增加額外的PA輸出功率負(fù)荷。

圖3 不同TD-LTE發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法的射頻功放（PA）輸出功率直方圖Fig.3 PA output power histogram of TD-LTE transmission-part amplitude calibrationmethods

對(duì)不同調(diào)度帶數(shù)、子載波調(diào)度功率分布以及射頻前端發(fā)射濾波器增益分布的仿真也驗(yàn)證了相同的結(jié)論，限于篇幅，不再列舉。

5 結(jié)論

本文提出了兩種實(shí)用的TD-LTE系統(tǒng)發(fā)射通道幅度校準(zhǔn)方法：長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡和短時(shí)預(yù)均衡，并結(jié)合工程實(shí)現(xiàn)，對(duì)所提方法的性能特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析和仿真研究。仿真結(jié)果表明，由于在系統(tǒng)CLGC功能的基礎(chǔ)上有針對(duì)性地進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)或短時(shí)意義上“能量歸一化”的子載波通道增益補(bǔ)償，所提方法相對(duì)傳統(tǒng)僅基于CLGC的校準(zhǔn)方法可以有效抵抗中射頻通道幅頻特性不平坦，獲得較好的幅度校準(zhǔn)性能。通過(guò)分析可知，長(zhǎng)時(shí)預(yù)均衡雖然基于“配置的”子載波發(fā)送信號(hào)長(zhǎng)時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)，計(jì)算和工程實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較低，但是，由于存在可能的子載波長(zhǎng)短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)特性不匹配，相對(duì)傳統(tǒng)方法會(huì)在一定程度上增加PA輸出功率的負(fù)荷；而短時(shí)預(yù)均衡采用了“實(shí)時(shí)計(jì)算的”短時(shí)功率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)生通道校準(zhǔn)補(bǔ)償系數(shù)，復(fù)雜度較大，但可以獲得理想的校準(zhǔn)性能，并且，相對(duì)傳統(tǒng)方法不會(huì)增加額外的PA輸出功率負(fù)荷。所提方法及其分析結(jié)論對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)中高性能校準(zhǔn)方法的選擇具有指導(dǎo)意義。

［1］Thomas T A，Mondai B，Vook FW.Methods for Switching Between Long Term and Short Term Transmit Beamforming in OFDM［C］／／Proceedings of the 65th IEEE Vehicular Technology Conference.Dublin，Ireland：IEEE，2007：574-578.

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［7］3GPP.TS 36.104 V8.6.0，E-UTRAN Base Station（BS）radio transmission and reception［S］.

CAO Zhengwas born inWuhan，HubeiProvince，in 1973.He received the M.S.degree from Zhejiang University in 1999.He is working for the Alcatel-Lucent Shanghai Bell Company，Ltd.as a hardware consulting engineer in Wireless R＆D Department.His research concerns R＆D ofwireless product.

Email：Zheng.Cao＠alcatel-sbell.com.cn

樊迅（1975—），男，江蘇南京人，2006年獲上海交通大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)博士學(xué)位，現(xiàn)為上海貝爾股份有限公司無(wú)線研發(fā)部系統(tǒng)設(shè)計(jì)顧問(wèn)工程師，主要從事MIMO無(wú)線通信系統(tǒng)中的信號(hào)檢測(cè)、多用戶檢測(cè)、智能天線理論和技術(shù)等的研究。

FANXun was born in Nanjing，Jiangsu Province，in 1975.He received the Ph.D.degree from Shanghai Jiaotong University in 2006.He is working for Alcatel-Lucent Shanghai Bell Company，Ltd.as a system advisory engineer in Wireless R＆D Department.His research interests include signal detection in MIMO wireless communication systems，multi-user detection and smartantenna，etc.

Email：

Xun.Fan＠alcatel-sbell.com.cn

會(huì)議信息

2011年中國(guó)國(guó)際雷達(dá)會(huì)議將在四川成都召開(kāi)

會(huì)議時(shí)間：2011年10月24—27日，會(huì)期4天。

會(huì)議地點(diǎn)：成都

會(huì)議主題：“共享信息，共享未來(lái)”

會(huì)議內(nèi)容：雷達(dá)系統(tǒng)、雷達(dá)分系統(tǒng)、雷達(dá)信號(hào)處理、現(xiàn)象學(xué)與建模，以及一些相關(guān)的新興雷達(dá)技術(shù)。

會(huì)議規(guī)模：總?cè)藬?shù)430人，其中外賓為80人。附設(shè)500m2小型展覽。

國(guó)內(nèi)主辦單位：中國(guó)電子學(xué)會(huì)

國(guó)內(nèi)承辦單位：中國(guó)電子學(xué)會(huì)

更多信息請(qǐng)瀏覽本次會(huì)議官方網(wǎng)站：http：／／www.radar2011.org

Engineering-Practical Transm ission-path Amplitude Calibration M ethods for TD-LTE System s

CAO Zheng，F(xiàn)AN Xun
（Alcatel-Lucent Shanghai Bell Co.，Ltd.，Shanghai201206，China）

To improve the degraded performance of the traditional transmission-path amplitude calibrationmethod in the case of unflat transmission-path amplitude-frequency characteristics in wideband TD-LTE systems，this paper proposes two energy-normalized-pre-equalization-based transmission-path amplitude calibration methods：the long-term pre-equalization and the short-term pre-equalization，distinguished according to the difference in the used（long or short term）sub-carrier transmission-signal power statistics.The performance and characteristics of themethods are studied by theoretical analysis and simulation investigation，and the engineering application related problems for them are deeply discussed.Simulation results show that，by elaborately combining the energy-normalized pre-equalization and the close-loop gain control（CLGC）function in systems，the proposed methods can effectively combat the unflatness of transmission-path amplitude-frequency-response and hence obtaining better calibration performance than the traditional one.The proposed methods and the corresponding analysis conclusions in this paper provide a reference for the high-performance-transmission-path-calibration engineering implementation in wideband TD-LTE systems.

TD-LTE；beam forming；path calibration；amplitude calibration；pre-equalization

The National Science and Technology Major Project of the Ministry of Science and Technology of China（2010ZX03002-006）

TN929.5

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.09.005

曹崢（1973—），男，湖北武漢人，1999年獲浙江大學(xué)信息電子專業(yè)碩士學(xué)位，現(xiàn)為上海貝爾股份有限公司無(wú)線研發(fā)部硬件設(shè)計(jì)顧問(wèn)工程師，主要從事無(wú)線產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)；

1001-893X（2011）09-0020-07

2011-06-10；

2011-08-15

國(guó)家科技重大專項(xiàng)（2010ZX03002-006）