CN101291503A - 时分双工mimo多天线通信系统射频通路的校准方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准装置和方法以及设置该校准装置的收发信机。其技术方案为：该装置包括：校准因子计算模块，接收下行链路信道估计矩阵_down(k)’和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵_up(k)’，根据_up(k)’＝A_AP(k)*(_down(k)’)^T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；校准因子存储模块，接收并存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；校准接收信道估计矩阵模块，接收需校准的下行链路估计矩阵_down(k)，从该校准因子存储模块中提取该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据_up(k)＝A_AP(k)*(_down(k))^T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵_up(k)并输出。本发明应用于无线通信领域。

Description

时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准方法与装置

技术领域

本发明涉及一种校准方法和装置，尤其涉及一种应用在时分双工(TDD)的多进多出(MIMO)多天线无线通信系统的射频通路中的校准方法与装置。

背景技术

随着人们对无线通信中数据速率和服务质量的需求不断提高，采用多个天线进行发送和接收的方案(MIMO)被广泛采用。增加天线数目提供了更多的空间自由度，可以通过空间复用来增加数据速率，或者通过增加分集来提高服务质量。为了充分利用多进多出(MIMO)多天线通信系统的信道容量，发信端需要了解通信的信道状况，以便选择合适的通信方式，如波束赋型和分层通信等，来增大对目标收信机的信道容量，同时减少对非目标收信机的干扰。

通常的信道反馈方式是这样的：接收端信机利用接收信号中的导频来估计发送端到收信端的信道响应，然后通过某种形式的反馈将信道估计信息传送回发送信机。比较著名的方式有基于码本的方式和全部信息回送方式。基于码本的方式回馈信息量较少，但由于码本数目有限，量化误差很大。全部信息回送方式会占用较多的回送信道带宽，开销较大，当信道变化较快时甚至不可能实现。

在TDD移动通信系统中，上行链路和下行链路以时分双工的方式共享同一频带，因此上下行链路信号的空中传播路径相同，存在着信道的互易性。这种互易性使得同一站点接收信道矩阵和发送信道矩阵互为转置，从而不必由通信对方回传反馈信息即可得到本站点发送信道矩阵信息。

然而在实际通信系统中，由于收发信机射频通路的不一致，这种简单转置对应关系受到严重破坏。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准装置以及设置该校准装置的收发信机，对收发信机的射频通路进行校准，使得同一站点接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，简化多进多出(MIMO)多天线通信系统中信道估计信息的反馈。

本发明的目的还在于提供了一种时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准方法，对收发信机的射频通路进行校准，使得同一站点接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，简化多进多出(MIMO)多天线通信系统中信道估计信息的反馈。

本发明的技术方案为：本发明提出了一种时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，该装置包括：

校准因子计算模块，接收下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)^T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；

校准因子存储模块，接收并存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；

校准接收信道估计矩阵模块，接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，从该校准因子存储模块中提取该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该校准装置还包括采用时间平滑算法的噪声干扰滤除模块，该噪声干扰滤除模块包括：

初始模块，该模块进一步包括：

第一初始化参数单元，初始化参数n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1；

初始设定单元，设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s；

第一平滑单元，每间隔设定的τ₀通过该校准因子计算模块做一次校准，得到平滑前的校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准值

在令n递增1及λ(n)＝n后根据上述公式对下一次的校准值做平滑，直到n到达设定的初始校准重复次数m₀；

后续模块，该模块进一步包括：

后续设定单元，设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s；

第二初始化参数单元，初始化参数n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ；

第二平滑单元，每间隔设定的τ1通过该校准因子计算模块做一次校准，得到校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n、n₁递增1及λ(n)＝λ后根据上述公式对下一次的校准因子值做平滑，直到n₁到达设定的初始校准重复次数m₁。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该噪声干扰滤除模块的后续模块还包括：

重设单元，重新设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈方式可以是量化后的数据报方式或基带模拟域的编码回传方式。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈信息可以是信道估计值或者包括幅度对数值和相位对数值的信道估计对数值。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该校准因子计算模块定期计算校准因子，其间隔取决于基站和移动台的射频收发通路随时间的变化。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算在对数域进行。

上述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的矩阵中的非零元素的幅度和相位校准可分开进行，可以只校准幅度、只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

本发明还提出了一种设置校准装置的收发信机，该收发信机包括：

一组天线阵列，包括多根天线，用于发射上行信号和接收下行信号；

一组发送接收切换装置，包括多个发送接收切换装置，其中各该发送接收切换装置连接一根天线，对天线的发送和接收状态进行切换；

一组接收射频装置，包括多个接收射频装置，其中各该接收射频装置连接一个发送接收切换装置，对天线接收到的信号施加下变频处理；

一组信道估计装置，包括多个信道估计装置，其中各该信道估计装置连接一个接收射频装置，提取包含于接收信号的导频信息并进行信道估计；

接收处理装置，连接该组信道估计装置，对各天线接收到的信号和各信道估计装置的信道估计结果进行接收检测和解调译码，得到接收数据；

发送处理装置，对发送数据进行编码调制；

一组发送射频装置，包括多个发送射频装置，其中各该发送射频装置连接该发送处理装置和一个发送接收切换装置，对接收到的编码调制后的发送数据进行上变频处理；

校准装置，连接该组信道估计装置和该发送处理单元，由该发送处理单元根据校准后的发送信道矩阵选取合适的多天线工作模式和参数，该校准装置包括：

校准因子计算模块，接收该信道估计装置输出的下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)^T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；

校准因子存储模块，接收并存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；

校准接收信道估计矩阵模块，接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，从该校准因子存储模块中提取该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出至该发送处理单元。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该收发信机设置在基站或移动台。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该校准装置还包括采用时间平滑算法的噪声干扰滤除模块，该噪声干扰滤除模块包括：

初始模块，该模块进一步包括：

第一初始化参数单元，初始化参数n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1；

初始设定单元，设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s；

第一平滑单元，每间隔设定的τ₀通过该校准因子计算单元做一次校准，得到平滑前的校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准值在令n递增1及λ(n)＝n后根据上述公式对下一次的校准值做平滑，直到n到达设定的初始校准重复次数m₀；

后续模块，该模块进一步包括：

后续设定单元，设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s；

第二初始化参数单元，初始化参数n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ；

第二平滑单元，每间隔设定的τ₁通过该校准因子计算单元做一次校准，得到校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n、n₁递增1及λ(n)＝λ后根据上述公式对下一次的校准因子值做平滑，直到n₁到达设定的初始校准重复次数m1。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该噪声干扰滤除模块的后续模块还包括：

重设单元，重新设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈方式可以是量化后的数据报方式或基带模拟域的编码回传方式。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈信息可以是信道估计值或者包括幅度对数值和相位对数值的信道估计对数值。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该校准因子计算模块定期计算校准因子，其间隔取决于基站和移动台的射频收发通路随时间的变化。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算在对数域进行。

上述的设置校准装置的收发信机，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的矩阵中的非零元素的幅度和相位校准可分开进行，可以只校准幅度、只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

基于上述装置，本发明还提出了一种时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，该方法包括：

接收下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)^T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；

存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；

接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，借助存储的两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算过程中还包括采用时间平滑算法滤除噪声干扰的步骤，包括：

初始化参数：n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1；

设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s；

每间隔设定的τ₀计算一次平滑前的校准因子值根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准值

令n递增1及λ(n)＝n后重复上一步骤对下一次的校准因子值做平滑，直到n到达设定的初始校准重复次数m₀；

设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s；

初始化参数n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ；

每间隔设定的τ₁计算一次校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n、n₁递增1及λ(n)＝λ后重复上一步骤对下一次的校准因子值做平滑，直到n₁到达设定的初始校准重复次数m₁。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，在采用时间平滑算法滤除噪声干扰的步骤中还包括重新设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁的步骤。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈方式可以是量化后的数据报方式或基带模拟域的编码回传方式。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈信息可以是信道估计值或者包括幅度对数值和相位对数值的信道估计对数值。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，该校准因子是定期计算的，其间隔取决于基站和移动台的射频收发通路随时间的变化。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算在对数域进行。

上述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其中，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的矩阵中的非零元素的幅度和相位校准可分开进行，可以只校准幅度、只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明在校准因子计算阶段利用接收到的信道估计和反馈回来的信道估计计算并存储校准因子，继而在校准因子实施阶段利用存储的校准因子和接收信道估计矩阵计算出发送信道估计矩阵，根据发送信道估计矩阵选取合适的多天线工作模式和参数。对比现有技术，本发明校准了射频通路，修正了接收信道矩阵和发送信道矩阵的转置关系，使得站点不必由通信对方回传反馈信息即可得到本站点的发送信道矩阵信息。

附图说明

图1是本发明的设置校准装置的收发信机的一个较佳实施例的框图。

图2是本发明的时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准装置的一个较佳实施例的框图。

图3是本发明的时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准装置的另一较佳实施例的框图。

图4是图3实施例中噪声干扰滤除模块的一个较佳实施例的框图。

图5是本发明的时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准方法的一个较佳实施例的流程图。

图6是本发明的时分双工MIMO多天线通信系统射频通路的校准方法的另一较佳实施例的流程图。

图7是图6实施例中噪声干扰滤除过程的一个较佳实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

以下的实施例均以移动台为例来介绍，本领域技术人员应理解，本发明的各实施例也可应用在基站上。图1示出了本发明的设置校准装置的收发信机的一个较佳实施例。收发信机具有N根天线及射频接收和发送通路。移动台通过所有的天线21～2N接收基站发送的下行信号，根据信号中的导频进行信道估计，并接收检测。在上行链路中，移动台可以在所有的天线上同时发射，也可以选择信道条件较好的一个或多根天线上发送数据。

对应于天线21，在射频接收通路上主要有如下装置：发送接收切换装置31、接收射频装置41、信道估计装置51，在发送通路上，发送射频装置81连接发送接收切换装置31。对于其他天线，也有同样的装置与之对应。在整个收发信机中，有一个接收处理装置61连接各个天线21～2N(本实施例中的N代表自然数)所对应的信道估计装置51～5N，有一个发送处理装置71连接各个天线21～2N所对应的发送射频装置81～8N，还有一个校准装置10连接信道估计装置51～5N、接收处理装置61和发送处理装置71。

发送接收切换装置31～3N分别进行天线21～2N的发送和接收的切换，在接收时隙将由天线21～2N接收到的下行链路信号输送到各接收射频装置41～4N。接收射频装置41～4N分别对接收信号施加下变频等处理，并送入对应的信道估计装置51～5N。信道估计装置51～5N提取包含于接收信号的导频信息并进行信道估计。各天线21～2N的接收信号和信道估计结果送入接收处理装置61进行接收检测和解调译码，得到接收数据。另一方面，发送数据在发送处理装置71中进行编码调制，且在发送射频单元81～8N中施加上变频等处理，作为上行链路信号输入到这N根天线进行发送。而校准装置10是将来自信道估计装置51～5N的输入经过校准处理后输出给发送处理装置71，由发送处理装置71根据校准后的发送信道矩阵选取合适的多天线工作模式和参数。

下面结合图2对校准装置10的原理加以详细的说明。

在说明校准装置10的结构之前，首先对校准装置运行所基于的工作原理进行说明。

在TDD系统中，上行链路和下行链路以时分双工的方式共享同一频带。基站天线和移动站(通常是手机)天线之间的空中传输部分信道矩阵满足对应关系。

如果N_UE×N_AP矩阵H_down(k)表示子带k从基站天线阵(N_AP根天线)到移动台天线阵(N_UE根天线)的无线链路的信道响应矩阵，则通常可以认为子带k从移动台天线阵到基站天线阵的信道响应可以由H_down(k)的转置给出，即 $H_{\mathrm{up}}\left(k\right)=H_{\mathrm{down}}^T\left(k\right).$ 对于基带信号而言，有效的下行和上行链路信道响应H_down(k)和H_down(k)还包括收发射频设备的响应，可以表示为：

H_down(k)＝R_down(k)H_down(k)T_down(k)，

H_up(k)＝R_up(k)H_up(k)T_up(k)(1)

其中T_down(k)和R_up(k)是N_AP×N_AP的对角阵，其项是对于子带k，基站N_AP根天线发送和接收的射频链路响应；T_up(k)和R_down(k)是N_UE×N_UE的对角阵，其项是对于子带k，移动台N_UE根天线发送和接收的射频链路响应。

根据(1)，有效的上下行链路信道响应之间的关系为：

H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1    (2)

其中A_AP(k)为N_AP×N_AP的对角阵，是基站接收射频与发送射频链路响应之比，即A_AP(k)＝R_up(k)(T_down(k))^-1；类似地，N_UE×N_UE的对角阵A_UE(k)＝(T_up(k))^-1R_down(k)是移动台接收射频与发送射频链路响应之比。用校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)可以弥补射频链路响应带来的上下行链路之差，这样一条链路就可以用另一条链路的信道响应来表示。如在公式(2)中所示，手机根据自己接收到的下行链路信道响应H_down(k)和已知的两个校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)可以估计出自己发送链路的信道矩阵H_up(k)，从而可以采用预编码等各种发送技术，提高链路容量。

基于上述原理设计了校准装置的结构，请参见图2，校准装置10共有三个模块：校准因子计算模块100、校准因子存储模块101和校准接收信道估计矩阵模块102。

校准装置10的工作分为两个阶段：校准因子计算阶段和校准因子实施阶段。在校准因子计算阶段，基站和手机同时或在时间上很小间隔内(通常小于一帧时间间隔，例如小于5ms)互相向对方发送探测信号或导频信号。这里的上下行发送的间隔时间较短，在此时间间隔内的上下行空中信道对称性保持成立。基站和手机分别根据己方接收到的信号做信道估计，并把信道估计值反馈给对方。反馈的方式可以是在基带模拟域编码回传给对方，该信道估计值通过信道估计装置51～5N传送给校准装置10；也可以是采用量化后以数据报的方式回传，该信道估计值通过接收处理装置61传送给校准装置10。反馈的信息可以是信道估计值，也可以是经过处理的信道估计值，尤其是可以回传信道估计的对数值，其中包括幅度对数值和相位值。当手机接收到基站反馈的上行信道矩阵H_up(k)′后，校准因子计算模块100可以根据此上行信道矩阵H_up(k)′和手机自己估计的下行信道矩阵H_down(k)′计算两个校准因子矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，计算公式为：H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)^T*(A_UE(k))^-1。计算得到的校准因子矩阵A_AP(k)和A_UE(k)存储在校准因子存储模块101中。校准因子矩阵的计算可以在对数域进行，这样，校准因子矩阵A_AP(k)和A_UE(k)非零元素的幅度和相位校准可以分开进行，并且可以选择只校准幅度，只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

在校准因子实施阶段，来自信道估计装置51～5N的下行信道矩阵H_down(k)被送入校准接收信道估计矩阵模块102，该模块102从校准因子存储模块101中提取校准因子矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，根据公式计算出上行信道估计矩阵H_up(k)并发送给发送处理装置71，计算公式为上述的公式(2)，即：H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1。

请参见图3，图3示出了校准装置的另一较佳实施例的结构。校准装置10’共有四个模块：校准因子计算模块100’、噪声干扰滤除模块103’、校准因子存储模块101’和校准接收信道估计矩阵模块102’。其中的校准因子计算模块100’、校准因子存储模块101’和校准接收信道估计矩阵模块102’与图2实施例中的校准因子计算模块100、校准因子存储模块101和校准接收信道估计矩阵模块102是相同的，因此不再赘述。噪声干扰滤除模块103’采用时间平滑算法以尽可能滤除噪声的干扰，该模块也可以设置在校准因子计算模块100’的内部。校准因子计算模块100’需要定期执行，执行间隔取决于基站和手机的射频收发通路随时间的变化。在噪声干扰滤除模块103’中还包括一个遗忘因子，遗忘因子的选择依赖于校准因子计算的重复执行间隔。

噪声干扰滤除模块103’的结构请参见图4，噪声干扰滤除模块103’由初始模块1030和后续模块1031组成。初始模块1030进一步包括：第一初始化参数单元1030a、初始设定单元1030b和第一平滑单元1030c。后续模块1031进一步包括：第二初始化参数单元1031a、第二平滑单元1031b和重设单元1031c。在第一初始化参数单元1030a中，初始化参数n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1，其中n为平滑前校准因子

平滑后校准因子

和参数序列λ(n)的序号，初始为1，

为平滑前校准因子值

的初始值，λ(0)为参数序列λ(n)的初始值。初始设定单元1030b中设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s，以便让平滑后校准值能够快速收敛到一个比较可靠的值。在第一平滑单元1030c中，每间隔设定的τ₀通过校准因子计算模块100’做一次校准，得到平滑前的校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ (公式(3))得到平滑后的校准值

接着令n＝n+1及λ(n)＝n后根据上述公式对下一次的校准值做平滑，循环至n到达设定的初始校准重复次数m₀为止。

在后续模块1031中，第二初始化参数单元1031a设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s，以便让校准值能跟上实际RF通路的变化，同时减少系统时间和信道容量的开销。同时令n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ。在第二平滑单元1031b中，每间隔设定的τ₁通过该校准因子计算模块100’做一次校准，得到校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n和n₁递增1及λ(n)＝λ后根据上述公式对下一次的校准因子值做平滑，循环直到n₁到达设定的校准重复次数m₁才结束。在校准完成后，基站或手机有机会通过重设单元1031c重新设定n₁、m₁和τ₁的值，继续进行校准。在这里的遗忘因子通过λ(n)与校准因子计算的重复执行间隔τ₀和τ₁有看上述的依赖关系。

上述实施例对校准装置的结构以及设置校准装置的收发信机的结构进行了较为详细的说明，本发明基于上述装置，还提供了对RF通路的校准方法。下面结合图5对校准方法的一个较佳实施例进行说明。

步骤S10：接收下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)^T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵，即校准因子计算步骤。

在该步骤中，基站和手机同时或在时间上很小间隔内(通常小于一帧时间间隔，例如小于5ms)互相向对方发送探测信号或导频信号。这里的上下行发送的间隔时间较短，在此时间间隔内的上下行空中信道对称性保持成立。基站和手机分别根据己方接收到的信号做信道估计，并把信道估计值反馈给对方。反馈的方式可以是在基带模拟域编码回传给对方，也可以是采用量化后以数据报的方式回传。反馈的信息可以是信道估计值，也可以是经过处理的信道估计值，尤其是可以回传信道估计的对数值，其中包括幅度对数值和相位值。

校准因子矩阵的计算可以在对数域进行，这样，校准因子矩阵A_AP(k)和A_UE(k)非零元素的幅度和相位校准可以分开进行，并且可以选择只校准幅度，只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

步骤S11：存储校准因子A_AP(k)和A_UE(k)。

步骤S12：接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，借助存储的两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出。

图6示出了校准方法的另一较佳实施例，下面结合图6对本实施例的步骤加以说明。

步骤S20：接收下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)^T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵，即校准因子计算步骤。与图5实施例的步骤S10相同，不再赘述。

步骤S21：采用时间平滑算法滤除步骤S20中的噪声干扰。

步骤S22：存储校准因子A_AP(k)和A_UE(k)。

步骤S12：接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，借助存储的两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))^T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出。

上述步骤S21的详细流程请参见图7，下面结合图7对步骤S21的子流程加以详细的描述。这一步骤采用时间平滑算法对计算出来的校准因子进行处理以尽可能滤除噪声的干扰。其依据的公式为： $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right),$ 这里的

代表平滑前的每个校准因子值，

代表平滑后的每个校正因子值，校正矩阵中的每个校正因子都需要独立经过平滑算法的处理，它们采用的遗忘因子是一样的，均为

遗忘因子通过λ(n)与校准因子计算的重复执行间隔τ₀和τ₁有着一定的依赖关系。

步骤S601：初始化参数：n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1，其中n为平滑前校准因子

平滑后校准因子

和参数序列λ(n)的序号，初始为1，

为平滑前校准因子值

的初始值，λ(0)为参数序列λ(n)的初始值。

步骤S602：设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s，以便让平滑后校准值能够快速收敛到一个比较可靠的值。

步骤S603：每间隔设定的τ₀做一次校准，得到校准因子值

步骤S604：根据公式 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 做平滑，得到平滑后的校准因子值

步骤S605：令n递增1，令λ(n)＝n。

步骤S606：判断n和m₀的大小关系。如果n≤m₀，则返回步骤S603，否则继续步骤S607。

步骤S607：设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s，以便让校准值能跟上实际RF通路的变化，同时减少系统时间和信道容量的开销。同时令n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ。

步骤S608：每间隔设定的τ₁做一次校准，得到校准因子值

步骤S609：根据公式 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 做平滑，得到平滑后的校准因子值

。

步骤S610。令n和n₁递增1，令λ(n)＝λ。

步骤S611：判断n₁和m₁的大小关系。如果n₁≤m₁，则返回步骤S608，否则继续步骤S612。

步骤S612：重新选定后续校准时间间隔τ₁和后续校准次数m₁，令n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ，然后返回步骤S608。这一步骤保证了平滑算法能继续下去，同时又能根据RF设备的可能变化适时调整校准因子计算的重复执行间隔和平滑的遗忘因子。

本发明的发明点在于：本发明先根据下行信道估计矩阵和反馈来的上行信道估计矩阵计算出校准因子，再根据校准因子和实际接收到的下行信道估计矩阵计算出上行信道估计矩阵。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (25)

1一种时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，该装置包括：

校准因子计算模块，接收下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；

校准因子存储模块，接收并存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；

校准接收信道估计矩阵模块，接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，从该校准因子存储模块中提取该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出。

2根据权利要求1所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该校准装置还包括采用时间平滑算法的噪声干扰滤除模块，该噪声干扰滤除模块包括：

初始模块，该模块进一步包括：

第一初始化参数单元，初始化参数n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1；

初始设定单元，设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s；

第一平滑单元，每间隔设定的τ₀通过该校准因子计算模块做一次校准，得到平滑前的校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准值

在令n递增1及λ(n)＝n后根据上述公式对下一次的校准值做平滑，直到n到达设定的初始校准重复次数m₀；

后续模块，该模块进一步包括：

后续设定单元，设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s；

第二初始化参数单元，初始化参数n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ；

第二平滑单元，每间隔设定的τ₁通过该校准因子计算模块做一次校准，得到校准因子值根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n、n₁递增1及λ(n)＝λ后根据上述公式对下一次的校准因子值做平滑，直到n₁到达设定的初始校准重复次数m₁。

3根据权利要求2所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该噪声干扰滤除模块的后续模块还包括：

重设单元，重新设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁。

4根据权利要求1所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈方式可以是量化后的数据报方式或基带模拟域的编码回传方式。

5根据权利要求1所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈信息可以是信道估计值或者包括幅度对数值和相位对数值的信道估计对数值。

6根据权利要求1所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该校准因子计算模块定期计算校准因子，其间隔取决于基站和移动台的射频收发通路随时间的变化。

7根据权利要求1所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算在对数域进行。

8根据权利要求7所述的时分双工多进多出多天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准装置，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的矩阵中的非零元素的幅度和相位校准可分开进行，可以只校准幅度、只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

9一种设置校准装置的收发信机，该收发信机包括：

一组天线阵列，包括多根天线，用于发射上行信号和接收下行信号；

一组发送接收切换装置，包括多个发送接收切换装置，其中各该发送接收切换装置连接一根天线，对天线的发送和接收状态进行切换；

一组接收射频装置，包括多个接收射频装置，其中各该接收射频装置连接一个发送接收切换装置，对天线接收到的信号施加下变频处理；

一组信道估计装置，包括多个信道估计装置，其中各该信道估计装置连接一个接收射频装置，提取包含于接收信号的导频信息并进行信道估计；

接收处理装置，连接该组信道估计装置，对各天线接收到的信号和各信道估计装置的信道估计结果进行接收检测和解调译码，得到接收数据；

发送处理装置，对发送数据进行编码调制；

一组发送射频装置，包括多个发送射频装置，其中各该发送射频装置连接该发送处理装置和一个发送接收切换装置，对接收到的编码调制后的发送数据进行上变频处理；

校准装置，连接该组信道估计装置和该发送处理单元，由该发送处理单元根据校准后的发送信道矩阵选取合适的多天线工作模式和参数，该校准装置包括：

校准因子计算模块，接收该信道估计装置输出的下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；

校准因子存储模块，接收并存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；

校准接收信道估计矩阵模块，接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，从该校准因子存储模块中提取该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出至该发送处理单元。

10根据权利要求9所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该收发信机设置在基站或移动台。

11根据权利要求9所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该校准装置还包括采用时间平滑算法的噪声干扰滤除模块，该噪声干扰滤除模块包括：

初始模块，该模块进一步包括：

第一初始化参数单元，初始化参数n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1；

初始设定单元，设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s；

第一平滑单元，每间隔设定的τ₀通过该校准因子计算单元做一次校准，得到平滑前的校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准值

在令n递增1及λ(n)＝n后根据上述公式对下一次的校准值做平滑，直到n到达设定的初始校准重复次数m₀；

后续模块，该模块进一步包括：

后续设定单元，设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s；

第二初始化参数单元，初始化参数n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ；

第二平滑单元，每间隔设定的τ₁通过该校准因子计算单元做一次校准，得到校准因子值

根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n、n₁递增1及λ(n)＝λ后根据上述公式对下一次的校准因子值做平滑，直到n₁到达设定的初始校准重复次数m₁。

12根据权利要求11所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该噪声干扰滤除模块的后续模块还包括：

重设单元，重新设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁。

13根据权利要求9所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈方式可以是量化后的数据报方式或基带模拟域的编码回传方式。

14根据权利要求9所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈信息可以是信道估计值或者包括幅度对数值和相位对数值的信道估计对数值。

15根据权利要求9所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该校准因子计算模块定期计算校准因子，其间隔取决于基站和移动台的射频收发通路随时间的变化。

16根据权利要求9所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算在对数域进行。

17根据权利要求16所述的设置校准装置的收发信机，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的矩阵中的非零元素的幅度和相位校准可分开进行，可以只校准幅度、只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

18一种时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，该方法包括：

接收下行链路信道估计矩阵H_down(k)′和对方反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′，根据H_up(k)′＝A_AP(k)*(H_down(k)′)T*(A_UE(k))^-1计算校准因子A_AP(k)和A_UE(k)并输出，其中校准因子A_AP(k)和A_UE(k)均为对角阵；

存储该两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)；

接收需校准的下行链路估计矩阵H_down(k)，借助存储的两个校准因子A_AP(k)和A_UE(k)，根据H_up(k)＝A_AP(k)*(H_down(k))T*(A_UE(k))^-1计算出得到校准的上行链路估计矩阵H_up(k)并输出。

19根据权利要求18所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算过程中还包括采用时间平滑算法滤除噪声干扰的步骤，包括：

初始化参数：n＝1， $\tilde{x}\left(0\right)=0,$ λ(0)＝1；

设定初始校准重复间隔τ₀和初始校准重复次数m₀，且满足m₀τ₀＜＜1s；

每间隔设定的τ₀计算一次平滑前的校准因子值根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准值

令n递增1及λ(n)＝n后重复上一步骤对下一次的校准因子值做平滑，直到n到达设定的初始校准重复次数m₀；

设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁，且满足m₁τ₁＞＞1s；

初始化参数n₁＝1，λ＝m₁，λ(n)＝λ；

每间隔设定的τ₁计算一次校准因子值根据 $\hat{x}\left(n\right)=(1-\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)})\hat{x}(n-1)+\frac{1}{\mathrm{\λ}\left(n\right)}\tilde{x}\left(n\right)$ 得到平滑后的校准因子值

在令n、n₁递增1及λ(n)＝λ后重复上一步骤对下一次的校准因子值做平滑，直到n₁到达设定的初始校准重复次数m₁。

20根据权利要求19所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，在采用时间平滑算法滤除噪声干扰的步骤中还包括重新设定后续校准重复间隔τ₁和后续校准次数m₁的步骤。

21根据权利要求18所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈方式可以是量化后的数据报方式或基带模拟域的编码回传方式。

22根据权利要求18所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，该反馈来的上行链路信道估计矩阵H_up(k)′的反馈信息可以是信道估计值或者包括幅度对数值和相位对数值的信道估计对数值。

23根据权利要求18所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，该校准因子是定期计算的，其间隔取决于基站和移动台的射频收发通路随时间的变化。

24根据权利要求18所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的计算在对数域进行。

25根据权利要求24所述的时分双工多进多出天线无线通信系统收发信机的射频通路的校准方法，其特征在于，该校准因子A_AP(k)和A_UE(k)的矩阵中的非零元素的幅度和相位校准可分开进行，可以只校准幅度、只校准相位或者既校准幅度又校准相位。

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