多天线系统的协作分集互易性校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于通信技术领域，尤其涉及时分双工通信模式下多天线多用户空分多址 无线通信系统。
【背景技术】
[0002] 随着通信技术的发展，多天线技术被提出以实现更高频谱效率。移动通信网络 MHTO系统包括以下两种场景：（1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的BS。（2)分布 式系统，小区中布设多个RAU，所有RAU之间存在信息交互的链路。
[0003] 在MMO系统中，发送侧需要知道准确下行信道信息，进行下行预编码，服务多个用 户，提高系统性能。采用时分双工(Time Division Duplexing，TDD)通信模式，BS或者RAU可 以利用信道互易性，通过估计的上行信道信息来得到下行信道信息。
[0004] 然而，一个完整的通信信道不仅包括空中的无线信道，还包括发送机和接收机的 射频(Radio Frequency，RF)电路。由于温度、湿度等周围环境的影响，收发两端RF电路的增 益并不对称。而RF增益的失配将会破坏通信信道的互易性。因此，必须要进行互易性校准。
[0005] 为了实现多用户MMO系统互易性校准，提出多天线系统的协作分集互易性校准方 法。
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种实现简单，健壮性较强的多 天线系统的协作分集互易性校准方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0008] 一种多天线系统的协作分集互易性校准方法，该方法适用的移动通信网络MMO系 统包括以下两种场景：（1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的基站，（2)分布式系 统，小区中布设有多个无线接入单元，需要校准的无线接入单元之间存在信息交互的链路； 在TOD通信模式下，基站或者无线接入单元利用估计的上行信道状态信息进行下行预编码， 同时服务多个用户；
[0009] 校准过程如下：
[0010] 步骤A，在第q个校准时隙中，每根天线依次无线广播校准信号，其它天线接收校准 信号，设为第i根天线发送第j根天线接收的校准信号，q = 1，…，Q;
[0011] 步骤B，步骤A的校准信号收发过程，一共进行Q次，Q为预先设置的分集阶数；
[0012] 步骤C，初始化校准系数，所有天线的校准系数依次进行迭代更新，设系统中下行 时发送侧共有M根天线，c = [ C1，…cm，…cm]为每个天线的校准系数，它通过如下算法得到：
[0013] 利用Q个校准时隙中所接收的校准信号构成矩阵Wq，其元素为
[0015]而校准系数C即为矩阵Ψ _最小特征值对应的最小特征向量。
[0016]本发明的有益效果是:本发明的多天线系统的协作分集互易性校准方法，具有如 下优点：
[0017] (1)校准时，发送侧的天线互相进行校准信号的发送与接收，并根据接收信号计算 出校准系数，无需额外的校准硬件电路。
[0018] (2)校准过程无需用户的参与，也无需用户进行信道状态信息的反馈，即校准过程 对用户是透明的。
[0019] (3)校准算法实现简单，可以克服信道增益的波动，健壮性强。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法的集中式网络 系统架构的不意图；
[0021] 图2为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法的分布式网络 系统架构的不意图；
[0022] 图3为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法的校准流程 图；
[0023]图4为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16Χ4ΜΜ0系 统中，系统和速率与校准信号SNR关系的仿真实验图；
[0024]图5为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16Χ4ΜΜ0系 统中，系统和速率与分集阶数关系的仿真实验图。
[0025] 图中，BS为基站，UE为用户终端，RAU为无线接入单元，BPU为分支处理单元，Fiber 为光纤。
【具体实施方式】
[0026]为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的 附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本 发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在 没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。 [0027] (1)多用户MBTO系统下行预编码信号模型
[0028] 本实施例的移动通信网络MMO系统架构如图1和图2所示，包括以下两种场景：（1) 集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的基站BSJ2)分布式系统，小区中布设多个无 线接入单元RAU，所有无线接入单元RAU之间存在信息交互的链路;在时分双工通信模式下， 基站BS或者无线接入单元RAU利用估计的上行信道状态信息进行下行预编码，同时服务多 个用户。
[0029] 设系统中下行时发送侧共有M根天线，服务K个单天线用户，下行预编码采用迫零 波束赋形(Zero F〇rcing，ZF)预编码的方式。则上行和下行的信道传输矩阵分别为：
[0030] Gul = CAn> rHTCuE,t
[0031] GDL = CUEjrHCAnjt
[0032] 其中，He Dkxm为无线下行信道传输矩阵，CAn,t和CAn, r分别表示发送侧天线的发送 和接收RF增益矩阵，Cue,t和Cue,r分别表示用户的发送和接收RF增益矩阵;这些RF增益矩阵均 为对角矩阵。
[0033]考虑基于ZF预编码的多用户MMO网络，采用TDD通信模式，设发送侧已知上行信道 CSI，通过预编码发送下行信号，则用户接收到的信号为
[0035]上式中，X是发送信号向量，η是噪声向量，β为功率归一化因子。由于矩阵
不是对角矩阵，从而会造成下行用户间的干扰。如果在下 行预编码的同时，再乘以一个校准矩阵Ccal，使得CAn,tCcal = acalCAn,r，即为一个复数标量与单 位阵的乘积。当完美校准后，用户接收到的信号为：
[0037]其中，^cal为校准后的功率归一化因子。这样，就可以消除由于RF增益不匹配所造 成的用户间干扰。
[0038] (2)互易性校准
[0039]本实施例的多天线系统的协作分集互易性校准方法的校准流程如图3所示。校准 过程如下，
[0040]步骤A，在第q个校准时隙中，每根天线依次无线广播校准信号，其它天线接收校准 信号，设为第i根天线发送第j根天线接收的校准信号，q = 1，…，Q。
[0041 ]步骤B，步骤A的校准信号收发过程，一共进行Q次，Q为预先设置的分集阶数。
[0042] 步骤C，设系统中下行时发送侧共有M根天线，c =[C1，…cm，…cm]为每个天线的校 准系数，它通过如下算法得到：
[0043] 利用Q个校准时隙中所接收的校准信号构成矩阵Wq，其元素为
[0045]而校准向量c即为矩阵Ψ q的最小特征值对应的最小特征向量。
[0046] (3)仿真实验图
[0047]本实施例的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16 X 4M頂0系统中，系统和速 率与校准信号SNR关系的仿真实验图，如图4所示。
[0048] 本实施例的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16 X 4M頂0系统中，系统和速 率与分集阶数关系的仿真实验图，如图5所示。
[0049] 由图4和图5可知，本发明所提校准算法健壮性较强，在较低的校准SNR时可以通过 获得分集增益来接近完美校准的性能。
[0050] 在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，在没有超过本申请的精 神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为 限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，多个单元或组件可以结合或者可 以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
[0051] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种多天线系统的协作分集互易性校准方法，其特征在于：该方法适用的移动通信 网络ΜΙΜΟ系统包括以下两种场景：（1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的基站， (2)分布式系统，小区中布设有多个无线接入单元，需要校准的无线接入单元之间存在信息 交互的链路;在TOD通信模式下，基站或者无线接入单元利用估计的上行信道状态信息进行 下行预编码，同时服务多个用户； 校准过程如下： 步骤A，在第q个校准时隙中，每根天线依次无线广播校准信号，其它天线接收校准信 号，设为第i根天线发送第j根天线接收的校准信号，q = l，…，Q; 步骤B，步骤A的校准信号收发过程，一共进行Q次，Q为预先设置的分集阶数； 步骤C，初始化校准系数，所有天线的校准系数依次进行迭代更新，设系统中下行时发 送侧共有Μ根天线，c = [C1，. . .cm，. . .cm]为每个天线的校准系数，它通过如下算法得到： 利用Q个校准时隙中所接收的校准信号构成矩阵Ψα，其元素为 ' Q Μ ΣΣΚ1' -i 斷Τ.' -ΣΚ w 而校准系数C即为矩阵ψ Q的最小特征值对应的最小特征向量。
【专利摘要】本发明公开了一种多天线系统的协作分集互易性校准方法，本方法适用于集中式配置多个天线的基站，以及分布式的多个无线接入单元；基站侧或者无线接入单元侧的天线之间在若干个校准时隙中互相收发校准信号，将接收的信号进行合并，计算出各个天线的校准系数。本发明具有算法健壮性强，无需用户参与和无需反馈的优点。
【IPC分类】H04B17/12, H04B7/04
【公开号】CN105471523
【申请号】CN201510790168
【发明人】王东明, 魏浩, 尤肖虎
【申请人】东南大学
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年11月17日