时分双工多天线系统中基于叠加转发的中继信道校准方法
【专利摘要】本发明涉及一种时分双工多天线系统中基于叠加转发的中继信道校准方法，属于无线通信中继信道校准领域，该方法为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估计下行信道状态信息并对接收到的信号进行叠加并放大转发，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，根据上下行信道状态信息关系对信道进行校准。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信息。
【专利说明】时分双工多天线系统中基于叠加转发的中继信道校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于无线通信中继信道校准领域，特别涉及一种时分双工多天线系统中基 于叠加转发的中继信道校准方法。 技术背景
[0002] 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（MM0) 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。MIM0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MM0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。
[0003] 如图1所示，TA为基站（BS)端发射天线对系统的影响，RA为基站（BS)端接收天 线对系统的影响，T B为中继（RS)端发射天线对系统的影响，RB为中继（RS)端接收天线对 系统的影响，对TDD系统进行校准的原因如下：
[0004] 由于TA# R A，RB# T B，故Hup关H d_，Hup为上行状态信息，H d_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：需要求出T A ?馬与RA ? ^关系即可，不必求出每一个的具体 值。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为推进时分双工多输入多输出（TDD-MM0)技术，提出的一种 时分双工多天线系统中基于叠加转发的中继信道校准方法，该方法可以较为准确度校准 TDD-MM0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信息。
[0006] 本发明提出的一种时分双工多天线系统中基于叠加转发的中继信道校准方法，其 特征在于，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估计下行信道状态信息并对接收到的信 号进行叠加并放大转发，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 状态信息关系对信道进行校准。
[0007] 所述方法具体包括以下步骤：设Hup为上行状态信息，Hd_下行状态信息，各式中 下标up表示上行，dowm表示下行；
[0008] 1)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= [x」[0]，Xj[l]，. . . Xj[Tup-l]]T，每个导频的长度为TUP，T UP> 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;
[0009] 2)BS端的n根天线同时对RS端发送的信号进行检测，第i根BS天线得到检测信 号ypyi=[yi[0]，yi[1]，? ? ?yi[Tup-1] ]T，检测信号长度为TUPTUP>m，m，n为正整数；
[0010] 3)RS端与BS端之间多个天线对多个天线的信号输入输出关系，即基站每根天线 接收中继站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，X= [Xi,x2, . . .xm]，y=[ypy2, . . .yn]已知，则根据最小均方误差准则MMSE可得Hup 的估计值兵叩；
[0011]
【权利要求】
1. 一种时分双工多天线系统中基于叠加转发的中继信道校准方法，其特征在于，该方 法为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估计下行信道状态信息并对接收到的信号进 行叠加并放大转发，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，根据上下行信道状态 信息关系对信道进行校准。
2. 如权利要求1所述方法，其特征在于，具体包括以下步骤：设Hup为上行状态信息， Hdmm下行状态信息，各式中下标up表示上行，dowm表示下行； DRS端m根天线同时发送不同的上行正交导频\为第j根天线发送的导频，Xj = [xj[0]，x」[l]，...x」[Tup-l]]T，每个导频的长度为Tup，TupSm，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. BS端的η根天线同时对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[〇]，Yi [1]，...Yi [Tup-I] ]τ，检测信号长度为Tup，TupSm，m，η为正整数； 3) 根据RS端与BS端之间多个天线对多个天线的信号输入输出关系得到： y=xHuP+Hlll, (nupeMrn)nup为高斯白噪声矩阵，x=[xpx2, · · ·xm],y=Iiy1,y2, · · ·yn] 已知，则根据最小均方误差准则MMSE得到!^的估计值gup ;
根据得到的fiup，以等间隔选择K个发射天线K〈 =m，发送K个下行导频xf， Λ::/ =[-<'[〇]，-《'[1]，…-I]]7" (? =m);下行导频的构造方法按Hadamard矩阵构造，Hadamard矩阵的每一行为一个导频； K根天线发送天线从小到大依次编号，发送导频方式为，编号与Hadamard行号一一对 应； 4)RS端的各天线得到检测信号 <，j=l，2..m，y/= [y」[0]，yj[l]，…yj[T-l]]T，T= K, (Τ为导频发送的时间）根据输入输出关系表示为：yd=xdHd議+nd嶋nd_el/xm，n"WI^ 高斯白噪声矩阵， j Xd = [x/,x/,...x/]，yd = [y/,,…凡则根据最小均方误差准则MMSE得到Hd_的一个估 计值Hdawn:
5. RS端每根天线接收BS端的每根天线发出的信号，根据Hdmra则得到第j根RS天线 对应的BS的每一根发射天线的信道状态信息为,[4歧，..4]; 6) 在RS端第j根天线对下行导频；cf进行放大加权并叠加，上行导频放大加权形式为 <(i=l，2·…k)，Α=^，Ρχ为发射功率，Py为接收功率；则第j根天线叠加后的信号 Py 为xj ~ T^1xi石"，j = U 2.…m; ^ /=1 7. RS端m根天线同时发送叠加后的信号； 8)BS端k根天线检测来自RS端发来的信号为yal1，RS端每根天线接收BS端的每根天 线发出的下行信号，同时BS端每根天线接收RS端的每根天线发出的上行信号，yal1可表示 为丫*11 =JxdHall +η,φ (nu|,efxm)，nd_为高斯白噪声矩阵，根据最小均方误差准则MMSE可 得Hall的估计值βΛ|ι:
Hall二iL_^H：；p，Hlp根据步骤3)得到的gup和选择的发送天线重构
1彡a彡m，1彡b彡k为选定的BS端天线对应的上行信 5 道 状态信息，则Hal1的估计值?,"近似表示为如下关系：
则根据上式可得k个方程组如下：
根据BS端已知H:p，Hall，求解k个方程组，求出Hd。? :
Λ (./ 9) 根据/? = &二=?,得出上下行信道状态信息校准因子β,?:为H^1中对应元 ICRrTliup 素，a彡m,b彡k; 为ηI、，中对应元素，a彡m,b彡k; 10) 根据得出的校准因子β再根据上行信道状态信息估计出下行信道状态信息。
【文档编号】H04B7/06GK104467933SQ201410592026
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】曾捷, 粟欣, 刘强, 容丽萍 申请人:清华大学