時分雙工多天線系統(tǒng)中基于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種時分雙工多天線系統(tǒng)中基于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法，屬于無線通信中繼信道校準領域，該方法為中繼發(fā)射上行導頻序列，基站接收中繼發(fā)送的導頻并估計信道狀態(tài)信息，基站發(fā)射下行導頻，中繼接收基站發(fā)送的下行導頻信號并估計下行信道狀態(tài)信息并對接收到的信號進行疊加并放大轉(zhuǎn)發(fā)，基站接收中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)后的信號，估計整個上行下行過程的信道狀態(tài)信息，再根據(jù)之前估計的上行信道狀態(tài)信息，估算下行信道狀態(tài)信息，根據(jù)上下行信道狀態(tài)信息關系對信道進行校準。該方法可以較為準確度校準TDD-MIMO系統(tǒng)上下行信道，通過互易性原理可以比較簡潔的得到下行信道信息。
【專利說明】時分雙工多天線系統(tǒng)中基于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信中繼信道校準領域，特別涉及一種時分雙工多天線系統(tǒng)中基 于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法。 技術(shù)背景
[0002] 隨著移動終端的不斷增加，下行數(shù)據(jù)的業(yè)務量也越來越大，多輸入多輸出（MM0) 系統(tǒng)可以增大信道容量，從而引起產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)屆的廣泛關注。MIM0有兩種雙工模式，一種 是頻分雙工（FDD)，另一種是時分雙工（TDD)。頻分雙工（FDD)是現(xiàn)在廣泛應用的一種雙工 模式，主要特征為上下行信道工作在不同的的頻段，然而在MM0系統(tǒng)中，頻分雙工（FDD)在 對下行信道狀態(tài)進行估計時導頻開銷過于巨大。而采用時分雙工（TDD)模式，因為其上下 行信道都工作在同一頻段，故上下行信道存在互易性，可根據(jù)上行信道狀態(tài)信息估計下行 信道狀態(tài)信息。然而由于上下行發(fā)射，接收器件的不完美性，導致信道互易性遭到破壞，利 用上行信道狀態(tài)信息，不能準確的估算出下行信道的狀態(tài)信息。故需要對上下行信道進行 校準，使其滿足互易性。
[0003] 如圖1所示，TA為基站（BS)端發(fā)射天線對系統(tǒng)的影響，RA為基站（BS)端接收天 線對系統(tǒng)的影響，T B為中繼（RS)端發(fā)射天線對系統(tǒng)的影響，RB為中繼（RS)端接收天線對 系統(tǒng)的影響，對TDD系統(tǒng)進行校準的原因如下：
[0004] 由于TA# R A，RB# T B，故Hup關H d_，Hup為上行狀態(tài)信息，H d_下行狀態(tài)信息。即 由于上述原因，在時分雙工系統(tǒng)中，信道互易性遭到破壞，便不能用上行信道估計下行信道 的狀態(tài)信息。一般校準原理：需要求出T A ?馬與RA ? ^關系即可，不必求出每一個的具體 值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為推進時分雙工多輸入多輸出（TDD-MM0)技術(shù)，提出的一種 時分雙工多天線系統(tǒng)中基于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法，該方法可以較為準確度校準 TDD-MM0系統(tǒng)上下行信道，通過互易性原理可以比較簡潔的得到下行信道信息。
[0006] 本發(fā)明提出的一種時分雙工多天線系統(tǒng)中基于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法，其 特征在于，中繼發(fā)射上行導頻序列，基站接收中繼發(fā)送的導頻并估計信道狀態(tài)信息，基站發(fā) 射下行導頻，中繼接收基站發(fā)送的下行導頻信號并估計下行信道狀態(tài)信息并對接收到的信 號進行疊加并放大轉(zhuǎn)發(fā)，基站接收中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)后的信號，估計整個上行下行過程的信道 狀態(tài)信息，再根據(jù)之前估計的上行信道狀態(tài)信息，估算下行信道狀態(tài)信息，根據(jù)上下行信道 狀態(tài)信息關系對信道進行校準。
[0007] 所述方法具體包括以下步驟：設Hup為上行狀態(tài)信息，Hd_下行狀態(tài)信息，各式中 下標up表示上行，dowm表示下行；
[0008] 1)RS端m根天線同時發(fā)送不同的上行正交導頻Xj，Xj為第j根天線發(fā)送的導頻， xj= [x」[0]，Xj[l]，. . . Xj[Tup-l]]T，每個導頻的長度為TUP，T UP> m，m、j均為正整數(shù)；正交導 頻按Hadamard矩陣構(gòu)造，Hadamard矩陣的每一行組成一個導頻xj;
[0009] 2)BS端的n根天線同時對RS端發(fā)送的信號進行檢測，第i根BS天線得到檢測信 號ypyi=[yi[0]，yi[1]，? ? ?yi[Tup-1] ]T，檢測信號長度為TUPTUP>m，m，n為正整數(shù)；
[0010] 3)RS端與BS端之間多個天線對多個天線的信號輸入輸出關系，即基站每根天線 接收中繼站的每根天線發(fā)出的信號，表示為y=xHuP+nup， nup為高斯白噪聲 矩陣，X= [Xi,x2, . . .xm]，y=[ypy2, . . .yn]已知，則根據(jù)最小均方誤差準則MMSE可得Hup 的估計值兵叩；
[0011]

【權(quán)利要求】
1. 一種時分雙工多天線系統(tǒng)中基于疊加轉(zhuǎn)發(fā)的中繼信道校準方法，其特征在于，該方 法為中繼發(fā)射上行導頻序列，基站接收中繼發(fā)送的導頻并估計信道狀態(tài)信息，基站發(fā)射下 行導頻，中繼接收基站發(fā)送的下行導頻信號并估計下行信道狀態(tài)信息并對接收到的信號進 行疊加并放大轉(zhuǎn)發(fā)，基站接收中繼放大轉(zhuǎn)發(fā)后的信號，估計整個上行下行過程的信道狀態(tài) 信息，再根據(jù)之前估計的上行信道狀態(tài)信息，估算下行信道狀態(tài)信息，根據(jù)上下行信道狀態(tài) 信息關系對信道進行校準。
2. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，具體包括以下步驟：設Hup為上行狀態(tài)信息， Hdmm下行狀態(tài)信息，各式中下標up表示上行，dowm表示下行； DRS端m根天線同時發(fā)送不同的上行正交導頻\為第j根天線發(fā)送的導頻，Xj = [xj[0]，x」[l]，...x」[Tup-l]]T，每個導頻的長度為Tup，TupSm，m、j均為正整數(shù)；正交導頻按 Hadamard矩陣構(gòu)造，Hadamard矩陣的每一行組成一個導頻xj; 2. BS端的η根天線同時對RS端發(fā)送的信號進行檢測，第i根BS天線得到檢測信號yi， Yi=[yi[〇]，Yi [1]，...Yi [Tup-I] ]τ，檢測信號長度為Tup，TupSm，m，η為正整數(shù)； 3) 根據(jù)RS端與BS端之間多個天線對多個天線的信號輸入輸出關系得到： y=xHuP+Hlll, (nupeMrn)nup為高斯白噪聲矩陣，x=[xpx2, · · ·xm],y=Iiy1,y2, · · ·yn] 已知，則根據(jù)最小均方誤差準則MMSE得到!^的估計值gup ;
根據(jù)得到的fiup，以等間隔選擇K個發(fā)射天線K〈 =m，發(fā)送K個下行導頻xf， Λ::/ =[-<'[〇]，-《'[1]，…-I]]7" (? =m);下行導頻的構(gòu)造方法按Hadamard矩陣構(gòu)造，Hadamard矩陣的每一行為一個導頻； K根天線發(fā)送天線從小到大依次編號，發(fā)送導頻方式為，編號與Hadamard行號一一對 應； 4)RS端的各天線得到檢測信號 <，j=l，2..m，y/= [y」[0]，yj[l]，…yj[T-l]]T，T= K, (Τ為導頻發(fā)送的時間）根據(jù)輸入輸出關系表示為：yd=xdHd議+nd嶋nd_el/xm，n"WI^ 高斯白噪聲矩陣， j Xd = [x/,x/,...x/]，yd = [y/,,…凡則根據(jù)最小均方誤差準則MMSE得到Hd_的一個估 計值Hdawn:
5. RS端每根天線接收BS端的每根天線發(fā)出的信號，根據(jù)Hdmra則得到第j根RS天線 對應的BS的每一根發(fā)射天線的信道狀態(tài)信息為,[4歧，..4]; 6) 在RS端第j根天線對下行導頻；cf進行放大加權(quán)并疊加，上行導頻放大加權(quán)形式為 <(i=l，2·…k)，Α=^，Ρχ為發(fā)射功率，Py為接收功率；則第j根天線疊加后的信號 Py 為xj ~ T^1xi石"，j = U 2.…m; ^ /=1 7. RS端m根天線同時發(fā)送疊加后的信號； 8)BS端k根天線檢測來自RS端發(fā)來的信號為yal1，RS端每根天線接收BS端的每根天 線發(fā)出的下行信號，同時BS端每根天線接收RS端的每根天線發(fā)出的上行信號，yal1可表示 為丫*11 =JxdHall +η,φ (nu|,efxm)，nd_為高斯白噪聲矩陣，根據(jù)最小均方誤差準則MMSE可 得Hall的估計值βΛ|ι:
Hall二iL_^H：；p，Hlp根據(jù)步驟3)得到的gup和選擇的發(fā)送天線重構(gòu)
1彡a彡m，1彡b彡k為選定的BS端天線對應的上行信 5 道 狀態(tài)信息，則Hal1的估計值?,"近似表示為如下關系：
則根據(jù)上式可得k個方程組如下：
根據(jù)BS端已知H:p，Hall，求解k個方程組，求出Hd。? :
Λ (./ 9) 根據(jù)/? = &二=?,得出上下行信道狀態(tài)信息校準因子β,?:為H^1中對應元 ICRrTliup 素，a彡m,b彡k; 為ηI、，中對應元素，a彡m,b彡k; 10) 根據(jù)得出的校準因子β再根據(jù)上行信道狀態(tài)信息估計出下行信道狀態(tài)信息。
【文檔編號】H04B7/06GK104467933SQ201410592026
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月29日
【發(fā)明者】曾捷, 粟欣, 劉強, 容麗萍 申請人:清華大學