CN101405957A - 多输入多输出无线通信网络中选择天线的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种在包括多个站的多输入多输出无线通信网络中的选择天线的方法。每个站包括发送RF链路的集合和接收RF链路的集合，并且每个RF链路可连接到天线的集合。第一站发送用于天线的集合的每个可能子集的训练帧，并且在发送每个训练帧的同时，所述发送RF链路的集合根据连接映射规则连接到天线的所述子集。在第二站中针对每个帧来估计子信道矩阵。合并这些子信道矩阵以获得完整信道矩阵。根据所述完整信道矩阵选择天线的特定子集。发送RF链路的集合连接到所述天线的所选择的所述特定子集，以从第一站向第二站发送数据。

Description

多输入多输出无线通信网络中选择天线的方法

技术领域

本发明总体上涉及多输入多输出(MIMO)无线通信系统，具体地涉及MIMO系统中选择天线的方法。

背景技术

多输入多输出(MIMO)技术能够显著提高在无线网络的分散环境中的系统容量。然而，多天线增大了硬件复杂度和成本，因为在通常的系统中，每个发送/接收天线需要单独的射频(RF)链路，该射频链路包括调制器/解调器、AD/DA转换器、上行/下行变频器、以及功率放大器。另外，基带处的处理复杂程度也随着天线的数量增加而增大。

天线选择(AS)能够减少RP链路的数量，同时仍具备由多天线提供的容量/分集提高的优点。其原理是根据某个预定的准则从完整信道矩阵中选择一个子矩阵。为了执行天线选择，通过发送训练帧以测量完整信道状态信息(CSI)来估计完整信道矩阵。训练帧可在同一个物理层分组中或由多个分组来发送。

常规地，在发送或接收这些AS训练帧时，执行天线选择的装置将不同的天线子集切换到RF链路，并估计对应的子信道矩阵。该选择是基于由估计出的子信道矩阵组成的完整信道矩阵。

然而，常规的天线选择方案忽略了以下事实，即RF链路到天线的每个可能的连接引入了包含幅度增益和相移两者的效果的唯一RF响应。结果，在一些情况下，对于天线选择，失真不可避免，这是因为所选择的用于数据发送和接收的天线可能连接到与训练时使用的RF链路不同的RF链路。

在数据发送阶段，与所选择的天线关联的实际信道可能与训练阶段中使用的信道不同。这一现象被称为RF失衡问题。

希望校正MIMO系统中的RF失衡问题。

发明内容

本发明的实施方式提供了减少RF失衡问题的天线选择解决方法。第一解决方法是用所有可能的天线子集来训练，而不是象常规方案那样用分离(disjointed)的子集来训练。为了避免大的开销，第二解决方法定义了用于校正失真的校准过程。

附图说明

图1是根据本发明一个实施方式的MIMO系统的框图；

图2是根据本发明一个实施方式的天线选择循环的框图；

图3是发送站启动的训练和校准的框图；

图4是接收站启动的训练和校准的框图。

具体实施方式

系统概述

图1示出了根据本发明一个实施方式的MIMO通信系统。所述系统包括第一站(STA A)110、第二站(STA B)120、以及无线信道130。每个站均可工作在接收或发送模式。通常，发送数据的站称为发送站或发送器，而接收数据的站称为接收站或接收器。数据是利用基带信号发送和接收。

下文中，“集合”定义为包括一个或多个元素；“子集”中元素的数量等于或少于对应的集合中元素的数量。

每个站包括接收(Rx)RF链路111的集合和发送(Tx)RF链路112的集合，这两个集合均由转换器114连接到天线113的集合。通常，在MIMO装置中，天线的数量大于RF链路的数量。因此，在如此处所述的天线选择(AS)训练阶段期间用根据本发明一个实施方式的方法从所有可用天线的集合中选择(115)一个天线子集。该选择方法可由发送器或接收器启动，并且该选择可在发送器和/或接收器处执行。

关联阶段

在开始的关联阶段(未示出)，这些站交换与RF链路数量、天线数量以及天线选择类型有关的信息。具体地说，在那时发送包含在反馈分组中或另选地作为反馈分组的一部分的信息的类型(例如，信息是否为所使用的天线的索引)、和/或完全(full)(瞬时)信道状态信息(CSI)、和/或平均信道状态信息。

训练和数据发送阶段

如图2总体示出的，每个AS训练循环由天线选择训练阶段201以及数据发送阶段202组成。该循环可周期性地、或随着信道环境改变而重复。在每个AS训练阶段201中发送数个AS训练帧211。这些帧中的每一个由将要选择的一个天线子集发送和/或接收。天线选择210是基于完整信道矩阵。该完整信道矩阵是根据从AS训练帧211估计出的子信道矩阵的组合来估计。在数据发送阶段202期间发送数据帧212之前，所选择的天线由转换器114连接到RF链路。在当目前选择的天线子集过期时，或者在经过了预定的时间间隔时，可启动另一次天线选择循环。

具有天线选择的MIMO系统的系统模型

在具有常规的天线选择的MIMO系统中，发送站A具有包括N_{A_SS}个发送RF链路的N_A个天线的集合，并且接收站B具有包括N_{B_SS}个接收RF链路的N_B个天线的集合。在数据发送阶段202，平坦衰落信道中发送的信号和接收的信号之间的关系可表示为：

$r_B=F_B^H({\tilde{H}}_{A\→B}{F}_A{s}_A+n)$

其中r_B是N_{B_SS}×1的接收信号向量，s_A是N_{A_SS}×1的发送信号向量，且

是包含物理信道响应和发送及接收RF响应的效果的N_A×N_B的等效信道矩阵。

噪声向量n具有N_B×1个元素，所述元素是独立同分布(i.i.d.)的方差为N₀的零均值循环(circular)复高斯随机变量。F_A是N_A×N_{A_SS}的发送天线选择矩阵，F_B是N_B×N_{B_SS}的接收天线选择矩阵。F_A和F_B均是单位矩阵的子矩阵。天线选择之后的等效信道矩阵是N_{B_SS}×N_{A_SS}的矩阵 $H_{\mathrm{eq}}=F_B^H{\tilde{H}}_{A\→B}{F}_A,$ 其是信道矩阵

的子矩阵。上标‘H’是指共轭转置，在此用于由接收器进行选择。

F_A和F_B的确定优化了信道的容量和信噪比(SNR)。如果只考虑一侧的天线选择，F_A和F_B之一等于单位矩阵，并且对应的RF链路的数量等于天线的数量。

通过将发送RF链路的每个输出信号切换到所选择的发送天线，或将所选择的接收天线的每个输入信号切换到接收RF链路，来执行天线选择。对发送/接收的信号调制/解调所需的RF链路的数量少于可用的发送/接收天线的总数量。因此，降低了系统的成本。

常规的天线选择方案忽略了以下事实，即数据发送阶段的等效信道

包含由RF响应造成的影响。具体地，

${\tilde{H}}_{A\→B}=C_{B,\mathrm{Rx}}\left(F_B\right)H_{A\→B}{C}_{A,\mathrm{Tx}}\left(F_A\right),$

其中H_A→B是STA A的发送天线和STA B的接收天线之间的实际传播信道。C_A，Tx(F_A)是N_A×N_A对角矩阵，作为天线选择矩阵F_A的函数的该对角矩阵的第i个对角元素[C_A，Tx(F_A)]_ii收集与第i个发送天线对应的RF响应。

如果F_A中的第i行全为0，则未选择第i个天线，并且[C_A，Tx(F_A)]_ii＝0。如果F_A中位于第i行第l列的元素为1，则选择了第i个天线并在数据发送阶段将其连接到第l个发送RF链路。 ${\left[C_{A,\mathrm{Tx}}\left(F_A\right)\right]}_{\mathrm{ii}}={\mathrm{\α}}_{\mathrm{li}}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}$ 是描述与发送RF链路l和天线i的连接对应的RF响应的振幅和相移的复数。

因此，C_A，Tx(FA)中存在N_{A_SS}个非零对角元素。如果F_B中位于第j行第l列的元素为1，则C_B，Rx(FB)类似地定义为 ${\left[C_{B,\mathrm{Rx}}\left(F_B\right)\right]}_{\mathrm{jj}}={\mathrm{\β}}_{\mathrm{li}}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}.$

在第m个常规的天线选择训练阶段，发送的信号和接收的信号之间的关系可表示为：

$r_{B,t}\left(m\right)=T_B^H\left(m\right)({\tilde{H}}_{A\→B}{T}_A\left(m\right)s_{A,t}+n),$

其中s_A，t是两个站均知道的N_{A_SS}×1的训练向量；r_B，t是N_{B_SS}×1的STA B处接收的训练向量；并且T_A(m)和T_B(m)是第m个AS训练帧中的切换矩阵，这些切换矩阵具有预定值并表示RF链路到第m个天线子集的连接。所有这些天线子集是彼此互斥的。例如，如果

N_A＝4，N_{A_SS}＝2，N_B＝2，N_{A_SS}＝2，并且，

$T_A\left(1\right)=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 1\\ 0& 0\\ 0& 0\end{array}\right],$ 并且 $T_A\left(2\right)=\left[\begin{array}{cc}0& 0\\ 0& 0\\ 1& 0\\ 0& 1\end{array}\right],$

则总共存在

个训练帧。

随后，通过合并M个子信道矩阵，STA B可估计用于AS计算的完整信道矩阵。结果，通过忽略来自训练帧m的信道估计误差，估计出的子信道矩阵是

${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}\left(m\right)=T_B^H\left(m\right)C_{B,\mathrm{Rx}}\left(T_B\left(m\right)\right)H_{A\→B}{C}_{A,\mathrm{Tx}}\left(T_A\left(m\right)\right)T_A\left(m\right),$

并且AS基于以下估计的完整信道矩阵：

${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}=C_{B,\mathrm{Rx}}^{\′}{H}_{A\→B}{C}_{A,\mathrm{Tx}}^{\′},$

其中对角矩阵C′_A，Tx包含全部非零的对角元素，并且如果第i个天线是由第m个训练帧训练的，则[C′_A，Tx]_ii＝[C_A，Tx(T_A(m))]_ii每个天线仅训练一次，并且类似地定义C′_B，Rx。

RF失衡

由RF失衡引起的天线选择失真可描述如下。天线选择是基于估计出的完整矩阵

即，利用特定的AS准则X，该选择可表示为：

$\{F_{A,\mathrm{opt}},F_{B,\mathrm{opt}}\}=\underset{F_A,F_B}{\arg \max }X\left(F_B^H{\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}{F}_A\right).$

根据上述表达式，存在 $N=\left[\begin{array}{c}{N}_A\\ N_{A\_\mathrm{SS}}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{N}_B\\ N_{B\_\mathrm{SS}}\end{array}\right]$ 个要选择的可能的天线子集。然而，如果在数据发送阶段选择F_A，opt和F_B，opt，则等效信道变为

$H_{\mathrm{eq}}=F_{B,\mathrm{opt}}^H{C}_{B,\mathrm{Rx}}\left(F_{B,\mathrm{opt}}\right)H_{A\→B}{C}_{A,\mathrm{Tx}}\left(F_{A,\mathrm{opt}}\right)F_{A,\mathrm{opt}},$

并且由于训练阶段中和数据发送阶段中RF响应之间的差异，X(H_eq)可能不是最优的。因此，选择{F_A，opt，F_B，opt}实际上可能是次优的。

在上述的N_A＝4，N_{A_SS}＝2，N_B＝2，N_{A_SS}＝2的示例中，即，仅STA A执行AS，F_B＝T_B＝I，因此C_B，Rx总是固定的。那么，该选择是基于

${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}=C_B^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{H}_{A\→B}\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\α}}_{11}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}& & & \\ & {\mathrm{\α}}_{22}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}& & \\ & & {\mathrm{\α}}_{13}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}& \\ & & & {\mathrm{\α}}_{24}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}\end{array}\right].$

如果在数据发送阶段期间在STAA选择了天线1和3，则

${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}=C_B^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{H}_{A\→B}\left[\begin{array}{cccc}{\mathrm{\α}}_{11}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}& & & \\ & 0& & \\ & & {\mathrm{\α}}_{23}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}& \\ & & & 0\end{array}\right].$

显然，存在由 ${\mathrm{\α}}_{13}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}\≠{\mathrm{\α}}_{23}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}$ 引起的失真，并且发送天线1和3可能不是最优的选择。

RF链路至天线的连接映射规则

为了改善常规的选择过程，我们使用以下连接映射规则。RF链路具有对应的RF链路索引，并且天线具有对应的天线索引。对于任何选择的天线子集，RF链路到天线的连接如下所述。不失一般性，具有较小RF链路索引的RF链路总是连接到具有较小天线索引的天线。例如，在上述示例中，如果在STA A选择了天线1和3，则发送RF链路1连接到天线1，并且发送RF链路2连接到天线3。

根据该连接映射规则，在AS训练阶段201和数据发送阶段202，在STA A总共存在N_{A_SS}×(N_A-N_{A_SS}+1)个RF链路和天线子集的连接，并且所有可能的RF响应可表示为：

例如，在上述N_A＝4，N_{A_SS}＝2的情况下，所有可能的RF响应包括：

a₁₁ ^(Tx)  a₂₂ ^(Tx)

a₁₂ ^(Tx)  a₂₃ ^(Tx)

a₁₃ ^(Tx)  a₂₄ ^(Tx)

总共存在2×3＝6个a_li ^(Tx)的可能值。注意上述连接映射规则与常规的不考虑RF响应的天线选择方案相比不引入任何性能损失。

考虑RF失衡的天线选择

RF失衡问题的一个解决方法是结合所有可能的天线子集，而不是如现有技术那样仅以分离的天线子集，来训练所有链路。结果，在每个AS训练阶段201存在N个训练帧，每个可能的天线子集一个训练帧，其中这些天线根据上述连接映射规则连接到发送RF链路。如果选择了第m个可能的子集，即F_A，opt＝T_A(m)，F_B，opt＝T(m)，则在训练帧m和数据传数阶段二者中，估计出的子信道矩阵为

${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}\left(m\right)=T_B^H\left(m\right)C_{B,\mathrm{Rx}}\left(T_B\left(m\right)\right)H_{A\→B}{C}_{A,\mathrm{Tx}}\left(T_A\left(m\right)\right)T_A\left(m\right)$

$=F_{B,\mathrm{opt}}{\tilde{H}}_{A\→B}{F}_{A,\mathrm{opt}}$

因此，AS训练阶段201和数据发送阶段202之间不存在失真。此方案的缺点是由于N＞M从而训练开销增大。

天线选择的校准

另外，可执行校准以减小RF失衡问题。因为RF响应在时间上随着诸如频率变化、温度变化等的环境而改变，所以不总是能够确定RF响应。因此，可使用空中(over-the-air)校准处理。因为可以偶尔执行校准过程(例如仅当环境变化时执行)，所以用于校准的开销较小。

发送天线选择的校准

图3示出当发送器(STA A)执行天线选择时的校准过程。STA 110用以下的发送RF链路和天线连接来发送训练帧301：

RF 1→Ant 1，RF 2→Ant 2，…，RF N_{A_SS}→Ant N_{A_SS}，

即，发送RF响应等于表达式(1)的第1行。当接收此训练帧时，STA B120估计(310)对应的子信道矩阵

STAA发送其他的(N_A-N_{A_SS})个训练帧302，在这些训练帧的每一个中，RF链路到天线的连接遵循表达式(1)中的对应行。当接收这些训练帧时，STA B 120估计(310)对应的子信道矩阵 ${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}\left(2\right)~{\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}(N_A-N_{A\_\mathrm{SS}}+1).$

在接收到所有(N_A-N_{A_SS}+1)个训练帧301-302时，STAB向STAA反馈(320)所有估计出的子信道矩阵。STA A基于从STA B反馈的所有估计出的子信道矩阵来确定(330)RF失衡TX校正系数。

如果N_B＞N_{B_SS}并且STA B还执行接收天线选择，在接收所有(N_A-N_{A_SS}+1)个训练帧时，STA B使用接收天线的预定子集，每个接收天线连接到预定的接收RF链路。

通过忽略信道估计误差，确定校正系数如下，

其中 ${\tilde{h}}_{A\→B,n_{B}i}^{\left(\mathrm{li}\right)}={\mathrm{\β}}_{l_B{n}_B}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{h}_{A\→B,n_{B}i}{\mathrm{\α}}_{\mathrm{li}}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}$ 代表包括所有RF响应的等效信道，并且是从发送天线i到接收天线n_B的实际物理信道系数，其中接收天线n_B连接到接收RF链路l_B。因此，

是STA B处的对应接收RF响应，并且类似地α_li ^(Tx)是STA A处的发送天线i和发送RF链路l相连接的发送RF响应。可以基于遵循表达式(1)的对应行的不同的发送RF链路和天线连接类似地表示 ${\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}\left(2\right)~{\tilde{H}}_{A\→B}^{\′}(N_A-N_{A\_\mathrm{SS}}+1).$

如表达式(1)所示，在任意情况下STA A处的天线2仅能够连接到RF链路1或2。随后，对于预定的n_B，可进行以下计算：

${\mathrm{\κ}}_{l2}=\frac{{\tilde{h}}_{A\→B,n_{B}2}^{\left(12\right)}}{{\tilde{h}}_{A\→B,n_{B}2}^{\left(l2\right)}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{l_B{n}_B}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{h}_{A\→B,n_{B}2}{\mathrm{\α}}_{12}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}}{{\mathrm{\β}}_{l_B{n}_B}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{h}_{A\→B,n_{B}2}{\mathrm{\α}}_{l2}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}}=\frac{{\mathrm{\α}}_{12}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}}{{\mathrm{\α}}_{l2}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}},$

对于l＝1，2且k_l2＝1。接着k_l2用作校正系数，仅当第l个RF链路连接到天线2时，才将该校正系数乘在由第l个RF链路发送的基带流上。因此，来自天线2的任何发送导致在AS训练阶段201中和数据发送阶段202中STA A处的发送RF响应α₁₂ ^(Tx)。

类似地，对于第i个发送天线：

${\mathrm{\κ}}_{\mathrm{li}}=\frac{{\tilde{h}}_{A\→B,n_{B}i}^{\left(\min \right\{L_i\left\}i\right)}}{{\tilde{h}}_{A\→B,n_{B}i}^{\left(\mathrm{li}\right)}}=\frac{{\mathrm{\α}}_{\min \left\{L_i\right\}i}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}}{{\mathrm{\α}}_{\mathrm{li}}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}},$ 对于l∈L_i

其中L_i是如表达式(1)定义的可能连接到天线i的RF链路索引的集合。随后，只要RF链路l连接到天线i就应用k_li，并且来自天线i的任何发送都导致对应的发送RF响应

作为特殊情况，发送天线1和N_A总是分别连接到RF链路1和N_{A_SS}，因此天线1和N_A不需要校正。通过至多进行I＝N_A-1次相同的计算并应用其结果，在任意时刻等效的完整信道矩阵可表示为：

${\tilde{H}}_{A\→B}=C_{B,\mathrm{Rx}}{H}_{A\→B}\·\mathrm{diag}\{{\mathrm{\α}}_{11}^{\left(\mathrm{Tx}\right)},{\mathrm{\α}}_{12}^{\left(\mathrm{Tx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\α}}_{\min \left\{L_i\right\}i}^{\left(\mathrm{Tx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\α}}_{N_{A\_\mathrm{SS}}{N}_A}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}\},$

并且对于STA在AS训练阶段和数据发送阶段之间不存在失真。注意这些校正系数在AS训练阶段和数据发送阶段均应用，并等效于用对应的校正系数替换F_A或T_A(m)中的校正系数。

上述计算可重复N_{B_SS}次，其中n_R＝1…N_{R_SS}。随后可在一个时段上对作为结果的N_{B_SS}个校正系数的集合求平均以减小信道估计误差的影响。

接收天线选择的校准

图4示出了当接收器(STA B)120进行天线选择时的校准过程。与接收RF链路和接收天线的连接对应的所有可能的接收器RF响应是：

STA B 120向STAA 110发送校准训练请求(CTRQ)401，其包含接收站所需的训练帧410的数量(N_B-N_{B_SS}+1)。

STAA通过从预定的发送天线的集合发送(N_B-N_{B_SS}+1)个训练帧410作出响应。通过使用在表达式(2)的对应行中定义的接收RF链路和接收天线连接，STAB接收每个训练帧，并估计(420)对应的子信道矩阵。

在接收到所有(N_B-N_{B_SS}+1)个训练帧410之后，STAB 120基于所有估计出的子信道矩阵来确定(430)RF失衡接收(Rx)校正系数。该确定与发送天线选择的情况类似：对于接收天线j并且对于l∈L_j，

${\mathrm{\λ}}_{\mathrm{lj}}=\frac{{\tilde{h}}_{A\→B,j{n}_A}^{\′\left(\min \right\{L_j\left\}j\right)}}{{\tilde{h}}_{A\→B,j{n}_A}^{\′\left(\mathrm{lj}\right)}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{\min \left\{L_j\right\}j}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{h}_{A\→B,j{n}_A}{\mathrm{\α}}_{l_A{n}_A}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{lj}}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}{h}_{A\→B,j{n}_A}{\mathrm{\α}}_{l_A{n}_A}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}}=\frac{{\mathrm{\β}}_{\min \left\{L_j\right\}j}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}}{{\mathrm{\β}}_{\mathrm{lj}}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}},$

其中

是从任何连接到发送RF链路l_A的发送天线n_A到与接收RF链路l到接收天线j在STA B的连接对应的接收天线j的估计出的信道系数，并且L_j是如表达式(2)中定义的将连接到天线j的RF链路索引的集合。当第l个接收RF链路在STAB连接到天线j时，校正系数λ_ij乘在由第l个接收RF链路接收的基带流上，因而在AS训练阶段或在数据发送阶段中天线j的任何接收均导致对应的接收RF响应

等效的完整信道矩阵可表示为：

${\tilde{H}}_{A\→B}=\mathrm{diag}\{{\mathrm{\β}}_{11}^{\left(\mathrm{Rx}\right)},{\mathrm{\β}}_{12}^{\left(\mathrm{Rx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\β}}_{\min \left\{L_j\right\}j}^{\left(\mathrm{Rx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\β}}_{N_{B\_\mathrm{SS}}{N}_B}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}\}\·H_{A\→B}{C}_{A,\mathrm{Tx}}.$

因此，在STA B处，AS训练阶段和数据发送阶段之间不存在失真。这些校正系数在AS训练阶段和数据发送阶段均应用，并等效于用对应的校正系数替换F_B或T_B(m)中的校正系数。

上述计算可重复N_{A_SS}次，其中n_A＝1…N_{A_SS}。可在一个时段上对作为结果的N_{A_SS}个校正系数的集合求平均以减小信道估计误差的影响。

当两个站均执行天线选择时，其校准可轮流进行。在第一站(发送站或接收站)完成校准后，第一站利用预定的天线子集来辅助第二站的校准，其中每个天线都连接到预定的RF链路。结果，在定义的校准过程之后，等效的完整信道矩阵是：

${\tilde{H}}_{A\→B}=\mathrm{diag}\{{\mathrm{\β}}_{11}^{\left(\mathrm{Rx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\β}}_{\min \left\{L_j\right\}j}^{\left(\mathrm{Rx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\β}}_{N_{B\_\mathrm{SS}}{N}_B}^{\left(\mathrm{Rx}\right)}\}\·H_{A\→B}\·\mathrm{diag}\{{\mathrm{\α}}_{11}^{\left(\mathrm{Tx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\α}}_{\min \left\{L_i\right\}i}^{\left(\mathrm{Tx}\right)},\·\·\·,{\mathrm{\α}}_{N_{A\_\mathrm{SS}}{N}_A}^{\left(\mathrm{Tx}\right)}\}$

其总包含固定的发送和接收RF响应。随后，可按照常规方式无失真地进行天线选择训练。在每个AS训练阶段仅需要M个训练帧，其中由彼此互斥的天线子集发送和/或接收训练信号。

上述发送或接收AS校准过程还可在正常的发送/接收AS训练阶段中进行，其中多个连续的AS训练帧从分离的天线子集发送或由分离的天线子集接收，而不考虑RF失衡。一个示例是Gu等人于2005年11月21日在美国受理局提交的PCT专利申请号为PCT/US2005/042358的“Method for Selecting Antennas and Beams in MIMO Wireless LANs”中描述的AS训练方案，通过引用将其合并于此。为此，连续的训练帧的数量修改为等于校准计算中要求的数量。例如，如果N_B＝N_{B_SS}，在等式(1)的RF链路/天线连接约束下发送AS校准，该数量为N_A-N_{A_SS}，而不是[N_A/N_{A_SS}]。

在发送AS校准的情况下，图3中的STAA从具有根据表达式(1)的RF链路连接的天线子集发送N_A-N_{A_SS}+1个校准训练帧。STA B将这些帧视为正常的AS训练帧，即，STA B根据这些帧来估计子信道矩阵，并反馈完整信道矩阵。最后，STA A计算发送校正系数。

在接收AS校准的情况下，图4中的STA B向STA A通知正常AS训练请求所需的校准训练帧的数量。接着，STA A通过发送对应数量的AS训练帧来作出响应，而不知道这些训练帧是用于正常的接收AS训练还是用于接收AS校准。STA B通过具有根据表达式(2)的RF链路连接的天线子集来接收这些帧，并估计子信道矩阵。最后，STA B确定接收校正系数。

这样，校准过程不引入新的信令协议。

变型

上述处理可应用于其中系统为频率选择性的情况，例如正交频分复用(OFDM)网络。在OFDM网络中，对每个子载波或在每组子载波中进行上述训练或校准过程。

在每个所选择的天线子集以预定顺序连接到RF链路时，AS训练处理在每个AS训练阶段具有更多的训练帧，以估计与每个可能的RF链路和天线连接对应的子信道矩阵。校准过程还发送足够的训练帧以补偿每个可能的连接，例如，如果任何RF链路可连接到任何天线，在STA A处的发送器校准中， $L_i=\{\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{A\_\mathrm{SS}}\},\∀i,$ 并且因此

都需要被连接以使得任何RF链路与天线i的连接总是导致发送RF响应α_li ^(Tx)。

在校准过程中，也可针对除了

或

以外的系数对连接到特定天线的RF链路进行补偿。可使用任何校准过程，其中通过该校准过程任何发送或接收器天线为等效信道带来固定的RF响应。

校准过程是基于以下事实，即不同的RF链路和天线连接(即，切换位置)导致不同的振幅和相位响应。另一方面，如果此切换不引入依赖于其位置的任何失真，即，对于任何特定RF链路，其到不同的天线的连接导致大致相同的RF响应，即所有天线具有与RF链路类似的匹配特性，则可简化该校准过程。

具体地说，这是因为RF失衡仅由RF链路的不同响应引起。如果应用了或未应用上述连接顺序约束，则对每个RF链路仅校准一次就足够了：在第一训练帧中将第一RF链路连接到天线i，随后将第二RF链路连接到天线i以发送或接收第二训练帧，......，在最后一个训练帧中将最后一个RF链路连接到相同的天线。

最终，在反馈了所有测得的子信道矩阵之后，在发送器处用一个固定值补偿

(其中每一个子信道矩阵利用单个发送天线)，或者基于所有测得的子信道矩阵，在接收器处用一个固定值直接补偿

(其中每一个子信道矩阵利用单个接收天线)。在此情形下，RF失衡问题仅由RF链路之间的差异引起，利用天线i的补偿后的RF链路在连接到所有其他天线时也不会引起失真。

尽管以优选实施方式为例已经描述了本发明，但应当理解的是在本发明的精神和范围内可做出各种改变和修改。因此，所附的权利要求的目的是涵盖落入本发明的真实精神和范围内的所有这种变型和修改。

Claims (15)

1.一种在包括多个站的多输入多输出无线通信网络中选择天线的方法，每个站包括发送RF链路的集合和接收RF链路的集合，其中每个RF链路能够连接到天线的集合，所述方法包括以下步骤：

从第一站向第二站发送用于所述天线的集合的每个可能子集的训练帧，并且其中在发送每个训练帧的同时所述发送RF链路的集合根据连接映射规则连接到天线的所述子集；

在所述第二站中针对每个帧来估计子信道矩阵；

合并这些子信道矩阵以获得完整信道矩阵；

根据所述完整信道矩阵来选择所述天线的特定子集；以及

将所述发送RF链路的集合连接到所述天线的所选择的所述特定子集，以从所述第一站向所述第二站发送数据。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

从所述第二站向所述第一站反馈这些子信道矩阵；

基于估计出的这些子信道矩阵在所述第一站确定多个发送RF失衡校正系数；

在所述第一站中合并这些子信道矩阵；以及

根据所述完整信道矩阵和这些发送RF失衡校正系数，选择所述天线的特定子集。

3.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：

将基带信号乘以与所述发送RF链路的集合和所述天线的所选择的所述特定子集对应的这些RF失衡校正系数，其中所述基带信号承载所述发送的数据。

4.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

基于估计出的这些子信道矩阵在所述第二站确定多个接收RF失衡校正系数；以及

在所述第二站合并这些子信道矩阵。

5.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

根据所述完整信道矩阵在所述第二站选择与所述接收RF链路的集合连接的特定天线子集，以接收所述发送的数据。

6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

用基带信号乘以与RF链路和天线的所述连接对应的所述RF失衡校正系数，其中所述基带信号是经由所述连接接收的。

7.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

利用信道状态信息确定用于第l个RF链路和第i个天线之间的连接的发送RF失衡校正系数，以使得所述连接具有固定的基带RF响应。

8.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

利用信道状态信息确定用于第l个RF链路和第j个天线之间的连接的接收RF失衡校正系数，以使得所述连接具有固定的基带RF响应。

9.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

从所述第二站向所述第一站发送校准训练请求。

10.根据权利要求2所述的方法，该方法还包括以下步骤：

在一个时段上对所述发送校准系数求平均。

11.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括以下步骤：

在一个时段上对所述接收校准系数求平均。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述网络是正交频分复用(OFDM)网络。

13.根据权利要求12所述的方法，该方法还包括以下步骤：

对所述OFDM网络的每个子载波执行校准过程。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述RF链路具有RF链路索引，所述天线具有天线索引，并且具有较小RF链路索引的RF链路总是连接到具有较小天线索引的天线。

15.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤：

基于估计出的这些子信道矩阵确定多个RF失衡校正系数。

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