CN101604991B

CN101604991B - 一种mimo系统中射频通道参数估计方法与装置

Info

Publication number: CN101604991B
Application number: CN 200810038910
Authority: CN
Inventors: 吴涛; 简相超; 林敬东; 张小东; 陈垚
Original assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Current assignee: Spreadtrum Communications Shanghai Co Ltd
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: CN101604991A

Abstract

本发明公开了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法和装置，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。其技术方案为：方法包括：基站控制终端发射上行信号；基站通过上行信号估计上行信道参数<overscore>H</overscore>_up(k)；基站控制终端测量下行信道参数<overscore>H</overscore>_down(k)；终端通过下行信号估计下行信道参数<overscore>H</overscore>_down(k)；终端将估计的下行信道参数<overscore>H</overscore>_down(k)上报给基站；基站通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程，以获得矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，该方程式为

其中A_AP(k)表示基站接收射频与发送射频链路响应之比，A_UE(k)表示移动台接收射频与发送射频链路响应之比。本发明应用于移动通信领域。

Description

一种MIMO系统中射频通道参数估计方法与装置

技术领域

本发明涉及一种射频通道参数估计方法与装置，尤其涉及一种基于终端信道估计上报的无线通信中时分双工多进多出(MIMO)天线阵列通信系统射频通路的校准方法与装置。

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。因此，需要对收发信机的射频通路进行校准。通过校准后，当前接收发信机的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，这样无需反馈即可由接收矩阵得到发送矩阵。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，适用于移动台装置和基站装置，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。

本发明的另一目的在于提供了一种MIMO系统中射频通道参数估计装置，适用于移动台和基站，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：本发明揭示了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)；

(3)基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)；

(4)终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)；

(5)终端将估计的下行信道参数H_down(k)上报给基站；

(6)基站通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程，以获得矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，该方程式为

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0,

其中A_AP(k)表示基站接收射频与发送射频链路响应之比，A_UE(k)表示移动台接收射频与发送射频链路响应之比。

上述的MIMO系统中射频通道参数估计方法，其中，步骤(6)进一步包括：

(a)根据公式，将矩阵H_down(k)和H_up(k)转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵H_down(k)设为：

，

矩阵H_up(k)设为：

，其中n为基站处天线个数，m为移动台天线个数，

矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

本发明还揭示了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)；

(3)基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)；

(4)终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)；

(5)终端将估计的下行信道参数H_down(k)上报给基站；

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0,

，

矩阵H_up(k)设为：

，其中n为基站处天线个数，m为移动台天线个数，

矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

本发明又揭示了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站通过控制终端测量下行信道参数H_down(k)，其中规定测量时间t；

(3)在规定测量时间t，基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)；

(4)在规定测量时间t，终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)；

(5)终端将估计的下行信道参数H_down(k)上报给基站；

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0,

，

矩阵H_up(k)设为：

，其中n为基站处天线个数，m为移动台天线个数，

矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

本发明另外揭示了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)，其中规定测量时间t、测量次数N和测量间隔Δt；

(3)在测量时间t开始按照测量次数N和测量间隔Δt，基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)；

(4)在测量时间t开始按照测量次数N和测量间隔Δt，终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)；

(5)终端上报下行信道参数H_down(k)给基站；

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0,

上述的MIMO系统中射频通道参数估计方法，其中，步骤(6)包括如下的步骤(a)～(c)：

(a)根据公式，将多次测量得到的矩阵H_down(k)和H_up(k)转换为扩展矩阵T和Y，其中扩展矩阵T＝[T₁......T_N]^T，Y＝[Y₁......Y_N]^T，其中T_i和Y_i分别对应第i次测量的T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵H_down(k)设为：

，

矩阵H_up(k)设为：

，其中n为基站处天线个数，m为移动台天线个数，矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

本发明揭示了一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)，其中规定测量时间t和测量间隔Δt；

(3)在时间t开始按照测量间隔Δt，基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)；

(4)在时间t开始按照测量间隔Δt，终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)；

(5)终端周期性上报下行信道参数H_down(k)给基站；

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0,

其中A_AP(k)表示基站接收射频与发送射频链路响应之比，A_UE(k)表示移动台接收射频与发送射频链路响应之比，其中在每个周期中更新矩阵A_AP(k)和A_UE(k)。

，

矩阵H_up(k)设为：

其中n为基站处天线个数，m为移动台天线个数，矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

本发明揭示了一种MIMO系统中射频通道参数估计的装置，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该装置包括：

位于终端的接收机，完成下行信号与终端下行信令接收的功能，输出上行信号；

位于终端的信道估计模块，接收该位于终端的接收机输出的上行信号，完成下行信道参数估计功能，输出上行信道参数；

位于终端侧的发射机，接收该位于终端的信道估计模块输出的上行信道参数，完成按照射频参数发射下行信号的功能，输出下行信号；

位于基站侧的接收机，接收该位于终端侧的发射机输出的下行信号，完成上行信号与终端上行信令的接收功能，输出上行信号和下行信道参数；

位于基站侧的信道估计模块，接收该位于基站侧的接收机输出的上行信号，完成上行信道参数估计功能，输出上行信道参数；

位于基站侧的射频参数估计模块，接收该位于基站侧的接收机输出的下行信道参数以及该位于基站侧的信道估计模块输出的上行信道参数，完成射频参数估计，输出射频参数；

位于基站侧的发射机，接收该位于基站侧的射频参数估计模块输出的射频参数，按照射频参数发射下行信号至位于终端侧的接收机。

上述的MIMO系统中射频通道参数估计的装置，其中，该位于基站侧的射频参数估计模块进一步包括：

T矩阵转换单元，接收上行信道参数H_up(k)和下行信道参数H_down(k)，转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)，其中矩阵H_down(k)设为：

矩阵H_up(k)设为：

Y矩阵转换单元，接收上行信道参数H_up(k)，转换矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

共轭转置单元，接收矩阵T_nm＊(n+m-1)，完成矩阵T_nm＊(n+m-1)的共轭T_nm＊(n+m-1) ^H后输出；

第一矩阵乘法器单元，接收矩阵T_nm＊(n+m-1)及其共轭T_nm＊(n+m-1) ^H，两者相乘输出TT^H；

矩阵求逆单元，计算矩阵TT^H的逆并输出(TT^H)^-1；

第二矩阵乘法器单元，将矩阵T^H和矩阵(TT^H)^-1相乘后输出T^H(TT^H)^-1；

第三矩阵乘法器单元，将矩阵T^H(TT^H)^-1和矩阵Y相乘后输出T^H(TT^H)^-1Y，该输出记作矩阵X_n+m-1＝T^H(TT^H)^-1Y，其中X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

A_AP矩阵转换单元，转换矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

A_UE矩阵转换单元，转换矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过接收上行信道参数和下行信道参数，通过将非线性的方程转换成线性方程的形式计算出射频通道的参数。对比现有技术，适用于移动台装置和基站装置，在此基础上获得一种无需终端上报信道质量就可以确定下行发射的参数的方法，从而减少了系统中控制信号的比例，提高了系统容量。

附图说明

图1是应用了本发明射频通道参数估计方法的移动台收发信机的结构示意图。

图2是本发明的射频通道参数估计方法的第一实施例的流程图。

图3是本发明的射频通道参数估计方法的第二实施例的流程图。

图4是本发明的射频通道参数估计方法的第三实施例的流程图。

图5是本发明的射频通道参数估计方法的第四实施例的流程图。

图6是本发明的射频通道参数估计方法的第五实施例的流程图。

图7是本发明的射频通道参数估计装置的实施例的原理图。

图8是本发明的射频参数估计模块的原理图。

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。

图1示出了一种具有射频通道参数估计功能的移动台收发信机的结构。请参见图1，移动台收发信机具有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根或多根天线上发送数据。对于天线1，主要有如下设备：发送接收切换单元101、接收射频单元102、信道估计单元103，对于其它的天线，也有同样的设备与之对应。例如对于天线N_T，主要有如下设备：发送接收切换单元201、接收射频单元202、信道估计单元203。发送接收切换单元101进行天线1的发送和接收的切换，在接收时隙，将由天线1接收的下行链路信号输送到接收射频单元102，在发送时隙将发送射频单元701输入的上行链路信号从天线1向基站发送。接收射频单元102对接收信号施加下变频等处理，并送入信道估计单元103。信道估计单元103提取包含于接收信号的导频信息并进行信道估计。各天线的接收信号和信道估计结果送入接收处理单元301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单元401进行编码调制，并且在发送射频单元701和801接收上变频等处理，作为上行链路信号输入到n根天线进行发送。校准单元501将来自信道估计单元103和203的输入经过校准处理后输出给发送处理单元401，由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。

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×m矩阵H_down(k)表示子带k从基站天线阵(m根天线)到移动台天线阵(n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_{up} (k) = H_{down}^{T} (k) .

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

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，其比值是逐个对角元素得到的。类似地，n×n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。

A_AP(k)和A_UE(k)就是校准矩阵，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到链路容量。

换个角度来说，在已知H_down(k)和H_up(k)的前提下，就可以通过上述的基带方法来估计校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)。方程式为：

H_{down} A_{AP}^{- 1} = A_{UE} H_{up}^{T},

H_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} H_{up}^{T} = 0,

这样就把RF系统校正问题转化为解线性方程的问题。

下面介绍本发明的MIMO系统中射频通道参数估计方法的各个实施例。

第一实施例

图2示出了本发明的MIMO系统中射频通道参数估计方法的第一实施例的流程。请参见图2，基站控制终端发射上行信号(步骤S10)，然后基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)(步骤S11)。基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)(步骤S12)。终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)(步骤S13)。终端将估计的下行信道参数H_down(k)上报给基站(步骤S14)。基站进行射频通道参数估计(步骤S15)，其实质上通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程以获得矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，该方程式为：

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0 .

而步骤S15的进一步细化请参见如下的步骤。

(1)根据公式，将矩阵H_down(k)和H_up(k)转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)和Y_nm(其中n为基站处天线个数，m为移动台天线个数)，其中矩阵H_down(k)设为：

矩阵H_up(k)设为：

矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(2)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(3)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

第二实施例

图3示出了本发明的MIMO系统中射频通道参数估计方法的第二实施例的流程。请参见图3，首先基站控制终端发射上行信号(步骤S20)，然后基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)(步骤S21)。基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)(步骤S22)，然后由终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)(步骤S23)。终端将估计的下行信道参数H_down(k)上报给基站(步骤S24)。基站进行射频通道参数估计，通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程以获得校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，方程式为：

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0

(步骤S25)。

而步骤S25的进一步细化请参见如下的步骤。

矩阵H_up(k)设为：

矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(2)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(3)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

第三实施例

图4示出了本发明的MIMO系统中射频通道参数估计方法的第三实施例的流程。请参见图4，基站控制终端发射上行信号(步骤S30)，然后基站通过控制终端测量下行信道参数H_down(k)，其中规定测量将t(步骤S31)。在规定测量时间t，基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)(步骤S32)。同时在规定测量时间t，基站通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)(步骤S33)。终端将估计的下行信道参数H_down(k)上报给基站(步骤S34)。最后，基站通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程以获得校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，方程式为：

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0

(步骤S35)。

而步骤S35的进一步细化请参见如下的步骤。

矩阵H_up(k)设为：

矩阵T_nm＊(n+m-1)为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(2)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(3)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

第四实施例

图5示出了本发明的MIMO系统中射频通道参数估计方法的第四实施例的流程。请参见图5，基站控制终端发射上行信号(步骤S40)。然后，基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)，其中规定测量时间t、测量次数N和测量间隔Δt(步骤S41)。在测量时间t开始按照测量次数N和测量间隔Δt，基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)(步骤S42)。同时在测量时间t开始按照测量次数N和测量间隔Δt，终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)(步骤S43)。终端上报下行信道参数H_down(k)给基站(步骤S44)。以上的步骤S42～S44重复N次，最后由基站进行射频通道参数估计，通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程以获得校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，方程式为：

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0

(步骤S45)。

对于其中的步骤S45，由于测量了N次下行信道参数H_down(k)和上行信道参数H_up(k)，步骤S45中的方程式实质上是一个扩展的方程。因此，步骤S45进一步包括如下的步骤。

(1)根据公式，将多次测量得到的矩阵H_down(k)和H_up(k)转换为扩展矩阵T和Y，其中扩展矩阵T＝[T₁......T_N]^T，Y＝[Y₁......Y_N]^T，其中T_i和Y_i分别对应第i次测量的T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵H_down(k)设为：

，

矩阵H_up(k)设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(2)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(3)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

第五实施例

图6示出了本发明的MIMO系统中射频通道参数估计方法的第五实施例的流程图。请参见图6，基站控制终端发射上行信号(步骤S50)。基站控制终端测量下行信道参数H_down(k)，其中规定测量时间t和测量间隔Δt(步骤S51)。然后，在时间t开始按照测量间隔Δt，基站通过上行信号估计上行信道参数H_up(k)(步骤S52)，同时在时间t开始按照测量间隔Δt，终端通过下行信号估计下行信道参数H_down(k)(步骤S53)。终端周期性上报下行信道参数给基站(步骤S54)。最后由基站进行射频通道参数估计，通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程以获得校准矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，方程式为：

{\overset{&OverBar;}{H}}_{down} A_{AP}^{- 1} - A_{UE} {\overset{&OverBar;}{H}}_{up}^{T} = 0

(步骤S55)。

对于其中的步骤S55，由于测量了N次下行信道参数H_down(k)和上行信道参数H_up(k)，步骤S55中的方程式实质上是一个扩展的方程。因此，步骤S55进一步包括如下的步骤。

，

矩阵H_up(k)设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(2)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T；

(3)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

图7示出了本发明的MIMO系统中射频通道参数估计装置的结构。请参见图7，本发明的装置包括基站侧设备10和终端侧设备20，其中基站侧设备10包括接收机11、发射机12、信道估计模块13和射频参数估计模块14，终端侧设备20包括接收机21、发射机22和信道估计模块23。基站侧的接收机11完成上行信号预终端侧上行信令的接收功能，输出下行信道参数至射频参数估计模块14。基站侧的信道估计模块13完成上行信道参数估计功能，输出上行信道参数至射频参数估计模块14。射频参数估计模块14完成射频参数估计功能，输出射频参数至基站侧的发射机12。基站侧的发射机12完成按照射频参数发射下行信号(包括信令)的功能，输出下行信号至终端侧的接收机21。终端侧的接收机21完成下行信号与终端下行信令接收的功能，输出上行信号至终端侧的信道估计模块23。终端侧的信道估计模块23完成下行信道参数估计功能，输出上行信道参数至终端侧的发射机22。终端侧的发射机22完成按照射频参数发射下行信号(包括信令)的功能，输出下行信号至基站侧的接收机11。

关于基站侧的射频参数估计模块14，其原理请进一步参见图8所示，射频参数估计模块14进一步包括T矩阵转换单元140、Y矩阵转换单元142、共轭转置单元141、第一矩阵乘法器单元143、矩阵求逆单元144、第二矩阵乘法器单元145、第三矩阵乘法器单元146、A_AP矩阵转换单元147和A_UE矩阵转换单元148。

T矩阵转换单元140接收上行信道参数H_up(k)和下行信道参数H_down(k)，转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)，其中矩阵H_down(k)设为：

矩阵H_up(k)设为：

Y矩阵转换单元142接收上行信道参数H_up(k)，转换矩阵Y_nm为：Y_nm＝[v₁₁v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T。共轭转置单元141接收矩阵T_nm＊(n+m-1)，完成矩阵T_nm＊(n+m-1)的共轭T_nm＊(n+m-1) ^H后输出。第一矩阵乘法器单元143接收矩阵T_nm＊(n+m-1)及其共轭T_nm＊(n+m-1) ^H，两者相乘输出TT^H。矩阵求逆单元144计算矩阵TT^H的逆并输出(TT^H)^-1。第二矩阵乘法器单元145将矩阵T^H和矩阵(TT^H)^-1相乘后输出T^H(TT^H)^-1。第三矩阵乘法器单元146将矩阵T^H(TT^H)^-1和矩阵Y相乘后输出T^H(TT^H)^-1Y，输出记作矩阵X_n+m-1＝T^H(TT^H)^-1Y，其中X_n+m-1＝[b₁b₂...b_mu₂u₃...u_n]^T。

最后，A_AP矩阵转换单元147转换矩阵A_AP为：

{[\begin{matrix} b_{1} \\ b_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ b_{m} \end{matrix}]}^{- 1}

由A_UE矩阵转换单元148转换矩阵A_UE为：

A_{UE} = [\begin{matrix} 1 \\ u_{2} \\ \cdot \\ \cdot \\ \cdot \\ u_{n} \end{matrix}] .

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

1.一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站通过上行信号估计上行信道参数

(3)基站控制终端测量下行信道参数

(4)终端通过下行信号估计下行信道参数

(5)终端将估计的下行信道参数

上报给基站；

其中A_AP(k)表示基站接收射频与发送射频链路响应之比，A_UE(k)表示移动台接收射频与发送射频链路响应之比；

其中步骤(6)进一步包括：

(a)根据公式，将矩阵

和

转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵设为：

，

矩阵

设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁ v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁ b₂...b_m u₂ u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

矩阵A_UE为：

2.一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站控制终端测量下行信道参数

(3)基站通过上行信号估计上行信道参数

(4)终端通过下行信号估计下行信道参数

(5)终端将估计的下行信道参数

上报给基站；

其中步骤(6)进一步包括：

(a)根据公式，将矩阵

和

转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，

其中矩阵设为：

，

矩阵

设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁ v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁ b₂...b_m u₂ u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

矩阵A_UE为：

3.一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站通过控制终端测量下行信道参数其中规定测量时间t；

(3)在规定测量时间t，基站通过上行信号估计上行信道参数

(4)在规定测量时间t，终端通过下行信号估计下行信道参数

(5)终端将估计的下行信道参数

上报给基站；

其中步骤(6)进一步包括：

(a)根据公式，将矩阵

和

转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵

设为：

，

矩阵

设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁ v₁₂...v_1m00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X为：

X_n+m-1＝[b₁ b₂...b_m u₂ u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

矩阵A_UE为：

4.一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站控制终端测量下行信道参数

其中规定测量时间t、测量次数N和测量间隔Δt；

(3)在测量时间t开始按照测量次数N和测量间隔Δt，基站通过上行信号估计上行信道参数

(4)在测量时间t开始按照测量次数N和测量间隔Δt，终端通过下行信号估计下行信道参数

(5)终端上报下行信道参数给基站；

(6)基站通过将以下方程式转换成线性形式后进行解方程，以获得矩阵A_AP(k)和A_UE(k)，该方程式为其中A_AP(k)表示基站接收射频与发送射频链路响应之比，A_UE(k)表示移动台接收射频与发送射频链路响应之比；

其中步骤(6)包括如下的步骤(a)～(c)：

(a)根据公式，将多次测量得到的矩阵

和转换为扩展矩阵T和Y，其中扩展矩阵T＝[T₁......T_N]^T，Y＝[Y₁......Y_N]^T，其中T_i和Y_i分别对应第i次测量的T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵

设为：

，

矩阵

设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁ v₁₂...v_1m00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁ b₂...b_m u₂ u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

矩阵A_UE为：

5.一种MIMO系统中射频通道参数估计方法，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该方法包括：

(1)基站控制终端发射上行信号；

(2)基站控制终端测量下行信道参数

其中规定测量时间t和测量间隔Δt；

(3)在时间t开始按照测量间隔Δt，基站通过上行信号估计上行信道参数

(4)在时间t开始按照测量间隔Δt，终端通过下行信号估计下行信道参数

(5)终端周期性上报下行信道参数

给基站；

其中A_AP(k)表示基站接收射频与发送射频链路响应之比，A_UE(k)表示移动台接收射频与发送射频链路响应之比，其中在每个周期中更新矩阵A_AP(k)和A_UE(k)；

其中步骤(6)包括如下的步骤(a)～(c)：

(a)根据公式，将多次测量得到的矩阵

和

转换为扩展矩阵T和Y，其中扩展矩阵T＝[T₁......T_N]^T，Y＝[Y₁......Y_N]^T，其中T_i和Y_i分别对应第i次测量的T_nm＊(n+m-1)和Y_nm，其中矩阵

设为：

，

矩阵

设为：

矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁ v₁₂...v_1m00...000...0...00...0]^T；

(b)根据公式计算矩阵X_n+m-1：

T_nm＊(n+m-1)X_n+m-1＝Y_nm，其中矩阵X_n+m-1为：

X_n+m-1＝[b₁ b₂...b_m u₂ u₃...u_n]^T；

(c)根据矩阵X_n+m-1得到矩阵A_AP和A_UE，

其中矩阵A_AP为：

矩阵A_UE为：

6.一种MIMO系统中射频通道参数估计的装置，使同一站点的接收矩阵和发送矩阵满足转置对应关系，该装置包括：

位于终端的接收机，完成下行信号与终端下行信令接收的功能，输出下行信号；

位于终端的信道估计模块，接收该位于终端的接收机输出的下行信号，完成下行信道参数估计功能，输出下行信道参数；

位于终端侧的发射机，接收该位于终端的信道估计模块输出的下行信道参数，完成按照射频参数发射下行信号的功能，输出下行信号；

位于基站侧的接收机，接收该位于终端侧的发射机输出的上行信号，完成上行信号与终端上行信令的接收功能，输出上行信号和下行信道参数；

位于基站侧的发射机，接收该位于基站侧的射频参数估计模块输出的射频参数，按照射频参数发射下行信号至位于终端侧的接收机；

其中该位于基站侧的射频参数估计模块进一步包括：

T矩阵转换单元，接收上行信道参数

和下行信道参数，转换为矩阵T_nm＊(n+m-1)，其中矩阵

设为：

，

矩阵

设为：

Y矩阵转换单元，接收上行信道参数

转换矩阵Y_nm为：

Y_nm＝[v₁₁ v₁₂...v_1m 00...000...0...00...0]^T；

矩阵求逆单元，计算矩阵TT^H的逆并输出(TT^H)^-1；

第三矩阵乘法器单元，将矩阵T^H(TT^H)^-1和矩阵Y相乘后输出T^H(TT^H)^-1Y，该输出记作矩阵X_n+m-1＝T^H(TT^H)^-1Y，其中X_n+m-1＝[b₁ b₂...b_mu₂ u₃...u_n]^T；

A_AP矩阵转换单元，转换矩阵A_AP为：

A_UE矩阵转换单元，转换矩阵A_UE为：