时分双工多天线系统中基于放大转发的中继信道校准方法技术方案

本发明专利技术涉及一种时分双工多天线系统中基于放大转发的中继信道校准方法，属于无线通信中继信道校准技术领域，该方法包括：中继发射上行导频序列，基站接收中继发送的导频并估计信道状态信息，基站发射下行导频，中继接收基站发送的下行导频信号并进行放大转发，基站接收中继放大转发后的信号，估计整个上行下行过程的信道状态信息，再根据之前估计的上行信道状态信息，估算下行信道状态信息,根据上下行信道的关系，便可对信道进行校准。该方法可以较为准确度校准TDD-MIMO系统上下行信道，通过互易性原理可以比较简洁的得到下行信道准确信息。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于无线通信中继信道校准
，特别涉及一种无线通信领域TDD-LS-MIMO的多天线基站到多天线中继下行信道校准方法技术背景随着移动终端的不断增加，下行数据的业务量也越来越大，多输入多输出(MIMO)系统可以增大信道容量，从而引起产业界和学术届的广泛关注。MIMO有两种双工模式，一种是频分双工(FDD)，另一种是时分双工(TDD)。频分双工(FDD)是现在广泛应用的一种双工模式，主要特征为上下行信道工作在不同的的频段，然而在MIMO系统中，频分双工(FDD)在对下行信道状态进行估计时导频开销过于巨大。而采用时分双工(TDD)模式，因为其上下行信道都工作在同一频段，故上下行信道存在互易性，可根据上行信道状态信息估计下行信道状态信息。然而由于上下行发射，接收器件的不完美性，导致信道互易性遭到破坏，利用上行信道状态信息，不能准确的估算出下行信道的状态信息。故需要对上下行信道进行校准，使其满足互易性。如图1所示，TA为基站端发射天线对系统的影响，RA为基站端接收天线对系统的影响，TB为中继端发射天线对系统的影响，RB为中继端接收天线对系统的影响；对TDD系统进行校准的原因如下：由于TA≠RΑ，RB≠TB，故Hup≠Hdown,Hup为上行状态信息，Hdown下行状态信息。即由于上述原因，在时分双工系统中，信道互易性遭到破坏，便不能用上行信道估计下行信道的状态信息。一般校准原理为：需要求出TA·RB与RA·TB关系即可，不必求出每一个的具体值。
技术实现思路
本专利技术的目的是为推进无线通信领域的时分双工多输入多输出(TDD-MIMO)技术的应用，提出的一种时分双工多天线系统中基于放大转发的中继信道校准方法，该方法可以较为准确度校准TDD-MIMO系统上下行信道，通过互易性原理可以比较简洁的得到下行信道准确信息。本专利技术提出的一种时分双工多天线系统中基于放大转发的中继信道校准方法,其特征在于,该方法包括:中继发射上行导频序列，基站接收中继发送的导频并估计信道状态信息，基站发射下行导频，中继接收基站发送的下行导频并进行放大转发，基站接收中继放大转发后的信号，估计整个上行下行过程的信道状态信息，再根据之前估计的上行信道状态信息，估算下行信道状态信息，根据上下行信道的关系，便可对信道进行校准。本专利技术上述方法具体包括如下步骤：设Hup为上行状态信息，Hdown下行状态信息，各式中下标up表示上行，dowm表示下行；1)中继站(RS)端m根天线同时发送不同的上行正交导频xj，xj为第j根天线发送的导频，xj＝[xj[0],xj[1],...xj[Tup-1]]T,每个正交导频的长度为Tup,Tup≥m，m、j均为正整数；正交导频按Hadamard矩阵构造，Hadamard矩阵的每一行组成一个导频xj；2)基站(BS)端n根天线同时对中继(RS)端发送的信号进行检测，第i根BS天线得到检测信号yi，yi＝[yi[0],yi[1],...yi[Tup-1]]T，检测信号长度为Tup，Tup≥m，m为正整数；3)基站端每根天线接收中继站端的每根天线发出的信号，表示为：y＝xHup+nup，nup为高斯白噪声矩阵，设中继站端的正交导频集合为x,x＝[x1,x2,...xm],基站端的检测信号为y,y＝[y1,y2,...yn]，x，y为已知量，则根据最小均方误差准则MMSE可得Hup的估计值如式所示；根据步骤3)得到的以等间隔选择基站的K个发射天线K<＝m，发送K个下行正交导频Td＝m；K个下行正交导频按Hadamard矩阵构造，Hadamard矩阵的每一行为一个正交导频；所述基站端的K根天线从小到大依次编号发送正交导频给中断站，编号与Hadamard行号是一一对应的；4)中继站端RS天线得到的检测信号T≥K，j＝1,2..m；中继站端每根天线接收基站端的每根天线发出的信号，表示为：yd＝xdHdown+ndown，其中，ndown为高斯白噪声矩阵；5)在中继站RS端对第j根天线的检测信号进行加权，为j＝1,2....k，px为发射功率，py为接收功率；中继站(RS)端的m根天线同时发送加权后的信号给基站端；6)中继站每根天线接收基站的每根天线发出的下行信号，同时基站每根天线接收中继站的每根天线发出的上行信号，基站BS端k根天线检测来自RS端发来的信号为yall,yall可表示为：yall＝AxdHall+AndownHall+nup，ndown,nup为高斯白噪声矩阵，式中，设AHall≈I,故yall≈AxdHall+ndown+nup通过最小均方误差准则(MMSE)可得Hall的估计值表示为：根据步骤3)得到的和选择的发送天线重构表示为：haub*,1≤a≤m,1≤b≤k为选定的BS端天线对应的上行信道状态信息值，则Hall的估计值可近似表示为如下关系：则根据上式可得k个方程组，方程组如下：h11dh11u*+...+h1mdhm1u*=h^11all···h11dh1ku*+...+h1mdhmku*=h^1kall---(1)]]>......hk1dh11u*+..+hkmdhm1u*=h^m1all···hk1dh1ku*+...+hkmdhmku*=h^mkall---(k)]]>由于基站端已知，便可求解k个方程组，求出7)根据便可得出上下行信道状态信息校准因子β，为中对应元素a≤m,b≤k；为Hdown中对应元素a≤m,b≤k；8)利用得出的校准因子β便可根据上行信道状态信息估计下行状态信息。本专利技术的特点及有益效果：该方法通过基站端根据中继端发送的导频挑选天线，可以减少系统复杂度；通过中继端在对信号进行放大加权转发信号，可以减少中继端对基站端的反馈。可以使校准后的信道利用信道互易性用上行信道估计下行信道的信道状态信息。可以较为准确度校准TDD-MIMO系统上下行信道，通过互易性原理可以比较简洁的得到下行信道准确信息。附图说明图1为由于上下信道存在不对称，互易性遭到破坏，需要进行校准的原因图2为基站每根天线接收中继站的每根天线发出的信号，获得上行信道状态信息示意图。图3为中继站每根天线接收基站的每根天线发出的信号获得下行信道状态信息示意图。图4为中继站每根天线接收基站的每根天线发出的下行信号，同时基站每根天线接收中继站的每根天线发出的上行信号,求得基站到中继本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种时分双工多天线系统中基于放大转发的中继信道校准方法,其特征在于,该方法包括:中继发射上行导频序列，基站接收中继发送的导频并估计信道状态信息，基站发射下行导频，中继接收基站发送的下行导频并进行放大转发，基站接收中继放大转发后的信号，估计整个上行下行过程的信道状态信息，再根据之前估计的上行信道状态信息，估算下行信道状态信息，根据上下行信道的关系，便可对信道进行校准。

【技术特征摘要】
1.一种时分双工多天线系统中基于放大转发的中继信道校准方法,其特征在于,该方法
包括:中继发射上行导频序列，基站接收中继发送的导频并估计信道状态信息，基站发射
下行导频，中继接收基站发送的下行导频并进行放大转发，基站接收中继放大转发后的信
号，估计整个上行下行过程的信道状态信息，再根据之前估计的上行信道状态信息，估算
下行信道状态信息，根据上下行信道的关系，便可对信道进行校准。
2.如权利要求1所述校准方法,其特征在于,该方法具体包括如下步骤：设Hup为上
行状态信息，Hdown下行状态信息，各式中下标up表示上行，dowm表示下行；
1)中继站端m根天线同时发送不同的上行正交导频xj，xj为第j根天线发送的导频，
xj＝[xj[0],xj[1],...xj[Tup-1]]T,每个正交导频的长度为Tup，Tup≥m，m、j均为正整数；正
交导频按Hadamard矩阵构造，
Hadamard矩阵的每一行组成一个导频xj；
2)基站端n根天线同时对中继站端发送的信号进行检测，第i根BS天线得到检测信
号yi，yi＝[yi[0],yi[1],...yi[Tup-1]]T，检测信号长度为Tup，Tup≥m，m为正整数；
3)基站端每根天线接收中继站端的每根天线发出的信号，表示为：
nup为高斯白噪声矩阵，
设中继站端的正交导频集合为x,x＝[x1,x2,...xm],基站端的检测信号为
y,y＝[y1,y2,...yn]x，y为已知量，则根据最小均方误差准则MMSE得到Hup的估计值如式所示；根据步骤3)得到的以等间隔选择基站的K个发射天线K<＝m，发送K个下行正
交导频Td＝m，Td为导频发送的时间；K个下行正交
导频按Hadamard矩阵构造，Hadamard矩阵的每一行为一个正交导频；所述基站端的K根
天线从小到大依次编...

【专利技术属性】
技术研发人员：粟欣，刘强，王韬，曾捷，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11