一种天线失效补偿的方法及装置与流程

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种天线失效补偿的方法及装置。
背景技术：
：长期演进LTE(LTE，LongTermEvolution)是由第三代合作伙伴计划(3GPP，The3rdGenerationPartnershipProject)组织制定的通用移动通信系统(UMTS，UniversalMobileTelecommunicationsSystem)技术标准的长期演进结果。正交频分复用(OFDM，OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)技术作为一种具有较高的频谱利用效率和良好的抗多径性能的高速传输技术引起了广泛的关注。多天线技术是LTE系统的核心技术之一，结合OFDM技术可以很好地实现多维信号的联合处理和调度，大幅提升系统的灵活性和传输效率。LTE系统峰值速率和平均吞吐量等都能得到大幅度的提升。天线分集、波束赋型、空间复用等多天线技术已经在LTE系统中得到了广泛的应用。随着LTE系统天线数目的增加，天线失效的概率也随着增加。当天线出现失效现象的时候，系统性能会出现严重的下降。技术实现要素：有鉴于此，本发明实施例期望提供一种天线失效补偿的方法及装置，使得在天线出现失效现象的时候，对系统性能进行补偿，提高无线通信系统的性能。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：第一方面，本发明实施例提供一种天线失效补偿的方法，应用于正交频分复用OFDM系统中，包括：基于每根天线的噪声能量，计算校正后的噪声矩阵；基于校正后的噪声矩阵对接收数据进行均衡。进一步地，在所述基于每根天线的噪声能量，计算校正后的噪声矩阵，所述方法还包括：利用噪声矢量共轭相乘估计得到噪声矩阵；基于所述每根天线的噪声能量，对噪声矩阵进行校正。进一步地，所述基于所述信道估计值，获得所述噪声能量，包括：对所述信道估计值进行滤波，并基于所述滤波前的信道估计值以及所述滤波后的信道估计值，获得所述噪声能量。进一步地，所述噪声矩阵Rnn利用加性复高斯白噪声矢量共轭相乘估计得到：Rnn(k,i)＝diag(NI(k,1:KaRx,i)·NI*(k,1:KaRx,i))其中*表示矩阵共轭转置，diag表示保留矩阵对角元素，KaRx表示天线数目。NI(k,kaRx,i)＝HLS(k,kaRx,i)-H(k,kaRx,i)，H(k,kaRx,i)是滤波之后的信道估计值，HLS(k,kaRx,i)是滤波之前的信道估计值，k为载波索引，kaRx为天线索引，i为时隙索引。Rnn(k,i)形式如下：Rnn(k,i)=R11...0......0...RKaRxKaRx]]>进一步地，所述基于每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正：Rnn_abjust(kaRx,kaRx)=NIkaRxΣkaRx=0KaRx-1Rnn(kaRx,kaRx)/ΣkaRx=0KaRx-1NIkaRx]]>其中为天线kaRx估计的噪声能量。进一步地，所述基于利用校正之后的噪声矩阵对接收数据进行均衡，包括：接收系统模型如下：YKaRx×1=HKaRx×KaTxSKaTx×1+NKaRx×1]]>其中为发射信号矢量，为信道估计矩阵，为接收信号矢量，为加性复高斯白噪声矢量。则均衡之后的数据如下：S^=W·YKaRx×1]]>其中W=(HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1HKaRx×KaTx+I)-1HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1,]]>I是单位阵，Rnn_adjust是经过校正后的噪声矩阵。第二方面，本发明实施例提供一种天线失效补偿装置，应用于正交频分OFDM系统中，包括：估计模块，用于对接收的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；获得模块，用于基于信道估计值，获得每根天线的噪声能量；校正模块，用于基于每根天线的噪声能量，对噪声矩阵进行校正；补偿模块，用于基于校正后的噪声矩阵对接收数据进行均衡。进一步地，所述获得模块，具体包括：滤波子模块，用于对所述信道估计值进行滤波；获得子模块，用于基于滤波前的信道估计值以及滤波后的信道估计值，获得所述噪声能量。进一步地，所述校正模块，具体包括：噪声矩阵模块，用于计算噪声矩阵；校正子模块，用于基于每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正。本发明实施例所提供的天线失效补偿的方法及系统中，在天线出现失效现象的时候，能够对系统性能进行补偿，提高无线通信系统的性能。附图说明图1为天线失效补偿方法流程图图2为天线失效示意图图3为天线失效补偿具体实施例流程图图4为天线失效补偿装置的结构示意图。具体实施方式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、完整地描述。为了使本发明所需要解决的技术问题、技术方案更加清楚、明白，以下结合附图进行进一步详细说明，应该理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。图2为一两发两收的通信系统，即基站(nodeB)使用两根天线接收用户 (ue)的信号，但是其中一根天线失效，两根天线接收到数据的信噪比不平衡，噪声能量相差很大，导致系统性能出现严重的下降。根据本发明提供的方法，nodeB按照图3所示的步骤对图2所示的通信系统进行天线失效补偿，以防止系统性能的严重恶化。步骤301：nodeB分别对两根天线接收到的导频符号进行信道估计，得到第一根天线两个时隙的信道估计值为HLS(k,0,0)和HLS(k,1,1)，第二根天线两个时隙的信道估计值为HLS(k,2,0)和HLS(k,2,1)，其中k为载波索引。步骤302：nodeB分别对两根天线的信道估计值进行MMSE滤波，并通过滤波前后的信道估计值计算两根根天线的噪声能量NI1和NI2。假设第一根天线滤波后两个时隙的信道估计值为H(k,1,0)和H(k,1,1)，第二根天线滤波后两个时隙的信道估计值为H(k,2,0)和H(k,2,1)，其中k为载波索引。则噪声能量的计算公式如下：NI0=1MΣk=0M-1|HLS(k,1,0)-H(k,1,0)|2+|HLS(k,1,1)-H(k,1,1)|22]]>NI1=1MΣk=0M-1|HLS(k,2,0)-H(k,2,0)|2+|HLS(k,2,1)-H(k,2,1)|22]]>步骤303：nodeB计算噪声矩阵，并利用每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正。噪声矩阵Rnn利用加性复高斯白噪声矢量共轭相乘估计得到，Rnn＝diag(NI(k,1:2,i)·NI*(k,1:2,i))其中*表示矩阵共轭转置，diag表示保留矩阵对角元素，NI(k,1,i)＝HLS(k,1,i)-H(k,1,i)，NI(k,2,i)＝HLS(k,2,i)-H(k,2,i),k＝1,2,...,M为载波索引，i＝0,1为时隙索引。得到Rnn矩阵表示形式如下：Rnn=r1100r22]]>使用每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正：r11_adjust=NI1ΣkaRx=12rkaRxkaRx/ΣkaRx=12NIkaRx]]>r22_adjust=NI2ΣkaRx=12rkaRxkaRx/ΣkaRx=12NIkaRx]]>得到校正后的噪声矩阵为：Rnn_adjust=r11_adjust00r22_adjust]]>步骤304：nodeB利用校正之后的噪声矩阵对接收数据进行均衡。如图2所示的两发两收的通信系统，接收到的信号为：Y1Y2=H11H12H21H22S1S2+NI1NI2]]>其中为S1S2]]>发射信号矢量，H11H12H21H22]]>为信道估计矩阵，Y1Y2]]>为接收信号矢量，NI1NI2]]>为加性复高斯白噪声矢量。则均衡之后的数据如下：S^=W·YKaRx×1]]>其中W=(HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1HKaRx×KaTx+I)-1HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1,]]>I是单位阵，Rnn_adjust是经过校正后的噪声矩阵。假设通信系统两根天线正常的时候，具体实施方式1如下。步骤1：nodeB分别对两根天线接收到的导频符号进行信道估计，得到第一根天线两个时隙的信道估计值为HLS(k,1,0)和HLS(k,1,1)，第二根天线两个时隙的信道估计值为HLS(k,2,0)和HLS(k,2,1)，其中k为载波索引。步骤2：nodeB分别对两根天线的信道估计值进行MMSE滤波，并通过滤波前后的信道估计值计算两根根天线的噪声能量NI1和NI2。依据步骤302计算的两根天线噪声功能NI1＝10000和NI2＝12000。步骤3：nodeB计算噪声矩阵，并利用每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正。噪声矩阵Rnn利用加性复高斯白噪声矢量共轭相乘估计得到Rnn＝diag(NI(k,1:2,i)·NI*(k,1:2,i))其中*表示矩阵共轭转置，diag表示保留矩阵对角元素，NI(k,1,i)＝HLS(k,1,i)-H(k,1,i)，NI(k,2,i)＝HLS(k,2,i)-H(k,2,i),k＝1,2,...,M为载波索引，i＝0,1为时隙索引。得到Rnn矩阵表示形式如下：Rnn=20000250]]>使用每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正：r11_adjust＝10000(200+250)/(10000+12000)＝205r22_adjust＝12000(200+250)/(10000+12000)＝245得到校正后的噪声矩阵为：Rnn_adjust=20500245]]>步骤4：nodeB利用校正之后的噪声矩阵对接收数据进行均衡。如图2所示的两发两收的通信系统，接收到的信号为：Y1Y2=H11H12H21H22S1S2+NI1NI2]]>其中为S1S2]]>发射信号矢量，H11H12H21H22]]>为信道估计矩阵，Y1Y2]]>为接收信号矢量，NI1NI2]]>为加性复高斯白噪声矢量。则均衡之后的数据如下：S^=W·YKaRx×1]]>其中W=(HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1HKaRx×KaTx+I)-1HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1,]]>I是单位阵，Rnn_adjust是经过校正后的噪声矩阵。假设通信系统两根天线异常的时候，具体实施方式2如下。步骤1：nodeB分别对两根天线接收到的导频符号进行信道估计，得到第一根天线两个时隙的信道估计值为HLS(k,1,0)和HLS(k,1,1)，第二根天线两个时隙的信道估计值为HLS(k,2,0)和HLS(k,2,1)，其中k为载波索引。步骤2：nodeB分别对两根天线的信道估计值进行MMSE滤波，并通过滤波前后的信道估计值计算两根根天线的噪声能量NI1和NI2。依据步骤302计算的两根天线噪声功能NI1＝8000和NI2＝300000。步骤3：nodeB计算噪声矩阵，并利用每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正。噪声矩阵Rnn利用加性复高斯白噪声矢量共轭相乘估计得到Rnn＝diag(NI(k,1:2,i)·NI*(k,1:2,i))其中*表示矩阵共轭转置，diag表示保留矩阵对角元素，NI(k,1,i)＝HLS(k,1,i)-H(k,1,i)，NI(k,2,i)＝HLS(k,2,i)-H(k,2,i),k＝1,2,...,M为载波索引，i＝0,1为时隙索引。得到Rnn矩阵表示形式如下：Rnn=200007000]]>使用每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正：r11_adjust＝8000(200+7000)/(8000+300000)＝187r22_adjust＝300000(200+7000)/(8000+300000)＝7012得到校正后的噪声矩阵为：Rnn_adjust=187007012]]>步骤4：nodeB利用校正之后的噪声矩阵对接收数据进行均衡。如图2所示的两发两收的通信系统，接收到的信号为：Y1Y2=H11H12H21H22S1S2+NI1NI2]]>其中为S1S2]]>发射信号矢量，H11H12H21H22]]>为信道估计矩阵，Y1Y2]]>为接收信号矢量，NI1NI2]]>为加性复高斯白噪声矢量。则均衡之后的数据如下：S^=W·YKaRx×1]]>其中W=(HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1HKaRx×KaTx+I)-1HKaRx×KaTx*Rnn_adjust-1,]]>I是单位阵，Rnn_adjust是经过校正后的噪声矩阵。基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种天线失效补偿装置，可以执行上述一个或者多个实施例所述的天线失效补偿的方法。图4为本发明实施例中的天线失效补偿装置的结构示意图，参见图4所示，该装置包括：估计模块41，用于对接收到的导频符号进行信道估计，获得信道估计值；获得模块42，用于基于信道估计值，获得每根天线的噪声能量；校正模块43，用于基于每根天线的噪声能量，对计算的噪声矩阵进行校正；补偿模块44，基于校正后的噪声矩阵对接收数据进行均衡。进一步地，估计模块41，具体用于基于接收到的导频符号，获得信道估计值，运用于下面的两个模块中间去。进一步地，获得模块42，具体包括：滤波子模块，用于对信道估计值进行滤波；获得子模块，用于基于滤波前的信道估计值以及滤波后的信道估计值，获得噪声能量。进一步地，校正模块43，具体包括：噪声矩阵模块，用于计算噪声矩阵；校正子模块，用于基于每根天线的噪声能量对噪声矩阵进行校正。进一步地，补偿模块44，具体用于基于校正后的噪声矩阵，对接收数据进行均衡，获得均衡后的发射信号矢量。本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或 方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。当前第1页1 2 3