多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及時(shí)分雙工通信模式下多天線多用戶空分多址 無(wú)線通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著通信技術(shù)的發(fā)展，多天線技術(shù)被提出以實(shí)現(xiàn)更高頻譜效率。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò) MHTO系統(tǒng)包括以下兩種場(chǎng)景：（1)集中式系統(tǒng)，小區(qū)中心有一個(gè)裝備多個(gè)天線的BS。（2)分布 式系統(tǒng)，小區(qū)中布設(shè)多個(gè)RAU，所有RAU之間存在信息交互的鏈路。
[0003] 在MMO系統(tǒng)中，發(fā)送側(cè)需要知道準(zhǔn)確下行信道信息，進(jìn)行下行預(yù)編碼，服務(wù)多個(gè)用 戶，提高系統(tǒng)性能。采用時(shí)分雙工(Time Division Duplexing，TDD)通信模式，BS或者RAU可 以利用信道互易性，通過(guò)估計(jì)的上行信道信息來(lái)得到下行信道信息。
[0004] 然而，一個(gè)完整的通信信道不僅包括空中的無(wú)線信道，還包括發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的 射頻(Radio Frequency，RF)電路。由于溫度、濕度等周圍環(huán)境的影響，收發(fā)兩端RF電路的增 益并不對(duì)稱。而RF增益的失配將會(huì)破壞通信信道的互易性。因此，必須要進(jìn)行互易性校準(zhǔn)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)多用戶MMO系統(tǒng)互易性校準(zhǔn)，提出多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，健壯性較強(qiáng)的多 天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] 一種多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，該方法適用的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)MMO系 統(tǒng)包括以下兩種場(chǎng)景：（1)集中式系統(tǒng)，小區(qū)中心有一個(gè)裝備多個(gè)天線的基站，（2)分布式系 統(tǒng)，小區(qū)中布設(shè)有多個(gè)無(wú)線接入單元，需要校準(zhǔn)的無(wú)線接入單元之間存在信息交互的鏈路； 在TOD通信模式下，基站或者無(wú)線接入單元利用估計(jì)的上行信道狀態(tài)信息進(jìn)行下行預(yù)編碼， 同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶；
[0009] 校準(zhǔn)過(guò)程如下：
[0010] 步驟A，在第q個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中，每根天線依次無(wú)線廣播校準(zhǔn)信號(hào)，其它天線接收校準(zhǔn) 信號(hào)，設(shè)為第i根天線發(fā)送第j根天線接收的校準(zhǔn)信號(hào)，q = 1，…，Q;
[0011] 步驟B，步驟A的校準(zhǔn)信號(hào)收發(fā)過(guò)程，一共進(jìn)行Q次，Q為預(yù)先設(shè)置的分集階數(shù)；
[0012] 步驟C，初始化校準(zhǔn)系數(shù)，所有天線的校準(zhǔn)系數(shù)依次進(jìn)行迭代更新，設(shè)系統(tǒng)中下行 時(shí)發(fā)送側(cè)共有M根天線，c = [ C1，…cm，…cm]為每個(gè)天線的校準(zhǔn)系數(shù)，它通過(guò)如下算法得到：
[0013] 利用Q個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中所接收的校準(zhǔn)信號(hào)構(gòu)成矩陣Wq，其元素為
[0015]而校準(zhǔn)系數(shù)C即為矩陣Ψ _最小特征值對(duì)應(yīng)的最小特征向量。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，具有如 下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] (1)校準(zhǔn)時(shí)，發(fā)送側(cè)的天線互相進(jìn)行校準(zhǔn)信號(hào)的發(fā)送與接收，并根據(jù)接收信號(hào)計(jì)算 出校準(zhǔn)系數(shù)，無(wú)需額外的校準(zhǔn)硬件電路。
[0018] (2)校準(zhǔn)過(guò)程無(wú)需用戶的參與，也無(wú)需用戶進(jìn)行信道狀態(tài)信息的反饋，即校準(zhǔn)過(guò)程 對(duì)用戶是透明的。
[0019] (3)校準(zhǔn)算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可以克服信道增益的波動(dòng)，健壯性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法的集中式網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)架構(gòu)的不意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法的分布式網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)架構(gòu)的不意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)流程 圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，16Χ4ΜΜ0系 統(tǒng)中，系統(tǒng)和速率與校準(zhǔn)信號(hào)SNR關(guān)系的仿真實(shí)驗(yàn)圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，16Χ4ΜΜ0系 統(tǒng)中，系統(tǒng)和速率與分集階數(shù)關(guān)系的仿真實(shí)驗(yàn)圖。
[0025] 圖中，BS為基站，UE為用戶終端，RAU為無(wú)線接入單元，BPU為分支處理單元，F(xiàn)iber 為光纖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的 附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本 發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在 沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 [0027] (1)多用戶MBTO系統(tǒng)下行預(yù)編碼信號(hào)模型
[0028] 本實(shí)施例的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)MMO系統(tǒng)架構(gòu)如圖1和圖2所示，包括以下兩種場(chǎng)景：（1) 集中式系統(tǒng)，小區(qū)中心有一個(gè)裝備多個(gè)天線的基站BSJ2)分布式系統(tǒng)，小區(qū)中布設(shè)多個(gè)無(wú) 線接入單元RAU，所有無(wú)線接入單元RAU之間存在信息交互的鏈路;在時(shí)分雙工通信模式下， 基站BS或者無(wú)線接入單元RAU利用估計(jì)的上行信道狀態(tài)信息進(jìn)行下行預(yù)編碼，同時(shí)服務(wù)多 個(gè)用戶。
[0029] 設(shè)系統(tǒng)中下行時(shí)發(fā)送側(cè)共有M根天線，服務(wù)K個(gè)單天線用戶，下行預(yù)編碼采用迫零 波束賦形(Zero F〇rcing，ZF)預(yù)編碼的方式。則上行和下行的信道傳輸矩陣分別為：
[0030] Gul = CAn> rHTCuE,t
[0031] GDL = CUEjrHCAnjt
[0032] 其中，He Dkxm為無(wú)線下行信道傳輸矩陣，CAn,t和CAn, r分別表示發(fā)送側(cè)天線的發(fā)送 和接收RF增益矩陣，Cue,t和Cue,r分別表示用戶的發(fā)送和接收RF增益矩陣;這些RF增益矩陣均 為對(duì)角矩陣。
[0033]考慮基于ZF預(yù)編碼的多用戶MMO網(wǎng)絡(luò)，采用TDD通信模式，設(shè)發(fā)送側(cè)已知上行信道 CSI，通過(guò)預(yù)編碼發(fā)送下行信號(hào)，則用戶接收到的信號(hào)為
[0035]上式中，X是發(fā)送信號(hào)向量，η是噪聲向量，β為功率歸一化因子。由于矩陣
不是對(duì)角矩陣，從而會(huì)造成下行用戶間的干擾。如果在下 行預(yù)編碼的同時(shí)，再乘以一個(gè)校準(zhǔn)矩陣Ccal，使得CAn,tCcal = acalCAn,r，即為一個(gè)復(fù)數(shù)標(biāo)量與單 位陣的乘積。當(dāng)完美校準(zhǔn)后，用戶接收到的信號(hào)為：
[0037]其中，^cal為校準(zhǔn)后的功率歸一化因子。這樣，就可以消除由于RF增益不匹配所造 成的用戶間干擾。
[0038] (2)互易性校準(zhǔn)
[0039]本實(shí)施例的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法的校準(zhǔn)流程如圖3所示。校準(zhǔn) 過(guò)程如下，
[0040]步驟A，在第q個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中，每根天線依次無(wú)線廣播校準(zhǔn)信號(hào)，其它天線接收校準(zhǔn) 信號(hào)，設(shè)為第i根天線發(fā)送第j根天線接收的校準(zhǔn)信號(hào)，q = 1，…，Q。
[0041 ]步驟B，步驟A的校準(zhǔn)信號(hào)收發(fā)過(guò)程，一共進(jìn)行Q次，Q為預(yù)先設(shè)置的分集階數(shù)。
[0042] 步驟C，設(shè)系統(tǒng)中下行時(shí)發(fā)送側(cè)共有M根天線，c =[C1，…cm，…cm]為每個(gè)天線的校 準(zhǔn)系數(shù)，它通過(guò)如下算法得到：
[0043] 利用Q個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中所接收的校準(zhǔn)信號(hào)構(gòu)成矩陣Wq，其元素為
[0045]而校準(zhǔn)向量c即為矩陣Ψ q的最小特征值對(duì)應(yīng)的最小特征向量。
[0046] (3)仿真實(shí)驗(yàn)圖
[0047]本實(shí)施例的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，16 X 4M頂0系統(tǒng)中，系統(tǒng)和速 率與校準(zhǔn)信號(hào)SNR關(guān)系的仿真實(shí)驗(yàn)圖，如圖4所示。
[0048] 本實(shí)施例的多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，16 X 4M頂0系統(tǒng)中，系統(tǒng)和速 率與分集階數(shù)關(guān)系的仿真實(shí)驗(yàn)圖，如圖5所示。
[0049] 由圖4和圖5可知，本發(fā)明所提校準(zhǔn)算法健壯性較強(qiáng)，在較低的校準(zhǔn)SNR時(shí)可以通過(guò) 獲得分集增益來(lái)接近完美校準(zhǔn)的性能。
[0050] 在本申請(qǐng)所提供的實(shí)施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的方法，在沒(méi)有超過(guò)本申請(qǐng)的精 神和范圍內(nèi)，可以通過(guò)其他的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)前的實(shí)施例只是一種示范性的例子，不應(yīng)該作為 限制，所給出的具體內(nèi)容不應(yīng)該限制本申請(qǐng)的目的。例如，多個(gè)單元或組件可以結(jié)合或者可 以集成到另一個(gè)系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。
[0051] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵 蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，其特征在于：該方法適用的移動(dòng)通信 網(wǎng)絡(luò)ΜΙΜΟ系統(tǒng)包括以下兩種場(chǎng)景：（1)集中式系統(tǒng)，小區(qū)中心有一個(gè)裝備多個(gè)天線的基站， (2)分布式系統(tǒng)，小區(qū)中布設(shè)有多個(gè)無(wú)線接入單元，需要校準(zhǔn)的無(wú)線接入單元之間存在信息 交互的鏈路;在TOD通信模式下，基站或者無(wú)線接入單元利用估計(jì)的上行信道狀態(tài)信息進(jìn)行 下行預(yù)編碼，同時(shí)服務(wù)多個(gè)用戶； 校準(zhǔn)過(guò)程如下： 步驟A，在第q個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中，每根天線依次無(wú)線廣播校準(zhǔn)信號(hào)，其它天線接收校準(zhǔn)信 號(hào)，設(shè)為第i根天線發(fā)送第j根天線接收的校準(zhǔn)信號(hào)，q = l，…，Q; 步驟B，步驟A的校準(zhǔn)信號(hào)收發(fā)過(guò)程，一共進(jìn)行Q次，Q為預(yù)先設(shè)置的分集階數(shù)； 步驟C，初始化校準(zhǔn)系數(shù)，所有天線的校準(zhǔn)系數(shù)依次進(jìn)行迭代更新，設(shè)系統(tǒng)中下行時(shí)發(fā) 送側(cè)共有Μ根天線，c = [C1，. . .cm，. . .cm]為每個(gè)天線的校準(zhǔn)系數(shù)，它通過(guò)如下算法得到： 利用Q個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中所接收的校準(zhǔn)信號(hào)構(gòu)成矩陣Ψα，其元素為 ' Q Μ ΣΣΚ1' -i 斷Τ.' -ΣΚ w 而校準(zhǔn)系數(shù)C即為矩陣ψ Q的最小特征值對(duì)應(yīng)的最小特征向量。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多天線系統(tǒng)的協(xié)作分集互易性校準(zhǔn)方法，本方法適用于集中式配置多個(gè)天線的基站，以及分布式的多個(gè)無(wú)線接入單元；基站側(cè)或者無(wú)線接入單元側(cè)的天線之間在若干個(gè)校準(zhǔn)時(shí)隙中互相收發(fā)校準(zhǔn)信號(hào)，將接收的信號(hào)進(jìn)行合并，計(jì)算出各個(gè)天線的校準(zhǔn)系數(shù)。本發(fā)明具有算法健壯性強(qiáng)，無(wú)需用戶參與和無(wú)需反饋的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】H04B17/12, H04B7/04
【公開(kāi)號(hào)】CN105471523
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510790168
【發(fā)明人】王東明, 魏浩, 尤肖虎
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年11月17日