CN102891817B - 一种信道均衡方法、基站和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种信道均衡方法，该方法包括：根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理；对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。本发明还提供了一种基站和系统。本发明不仅能够减少对矩阵求逆的运算量，而且能减少天线间的相关信息的损失，从而获得较好的信道均衡效果。

Description

一种信道均衡方法、基站和系统
技术领域
本发明涉及信道处理技术，尤其涉及一种信道均衡方法、基站和系统。
背景技术
新一代无线通信系统为追求更高的系统性能，大多采用由多个双极化天线组成的天线阵列。所述双极化天线由两副极化方向相互正交的天线组成，所述两副天线都在收发双工模式下工作，这样能大大节省每个小区的天线数量；而且，由于两副天线的极化方向相互正交，分集接收的效果更好。
通常，双极化天线分为垂直和水平极化方式、以及+45°和-45°极化方式两种类型。由于+45°和-45°极化方式的双极化天线性能优于垂直和水平极化方式的双极化天线，因此，目前普遍采用±45°极化方式的双极化天线。
当基站包括多个天线时，获取发射信号的过程是这样的：首先根据接收信号得到自相关矩阵，再对自相关矩阵进行求逆运算得到自相关矩阵的逆，接着根据自相关矩阵的逆采用一定准则，例如，最小均方误差(MMSE，Minimum Mean Square Error)准则，进行信道均衡处理得到最优的权值向量，最后根据最优的权值向量得到发射信号。
但是，新一代无线通信系统中，一个基站包括的双极化天线的数量越来越多，而且，有些通信系统采用多基站协同传输(CoMP，Coordinated Multi-Point Transmission)技术，如长期演进系统(LTE，Long Term Evolution)，系统中多个基站协作工作，每个基站都包括多个天线。这就造成自相关矩阵的数据量越来越多，进而导致对自相关矩阵进行求逆的运算量越来越大，现有的计算设备很难完成上述运算任务。
目前，为减少运算量通常采用只保留自相关矩阵的对角元数据的方法，对自相关矩阵进行简化得到简化矩阵，再对简化矩阵进行求逆。但是，由于上述简化方法仅保留自相关矩阵的对角元数据，造成了天线间的相关信息的大量损失，从而不能获得好的信道均衡效果。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种信道均衡方法、基站和系统，不仅能够减少运算量，而且能减少天线间相关信息的损失，进而获得较好的信道均衡效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种信道均衡方法，该方法包括：
根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；
对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；
根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
较佳的，所述进行置零处理之后，该方法还包括：对处理后的矩阵进行对角加载处理。
较佳的，所述根据接收到的信号得到频域内的信道响应为，从接收到的信号中提取参考信号，根据所述参考信号对信道进行估计，得到频域内的信道响应。
较佳的，所述根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号为，根据求逆结果、频域内的信道响应得出最优权值向量，再根据最优权值向量和接收到的信号得出发射信号。
本发明还提供了一种信道均衡方法，该方法包括：
各基站根据接收到的信号得到各自的自相关矩阵和频域内的信道响应；
根据各基站的自相关矩阵得到多基站自相关矩阵；
对多基站自相关矩阵中的各基站间的各天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；
根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
较佳的，所述根据各基站的自相关矩阵得到多基站自相关矩阵，为，根据各基站对各自的自相关矩阵进行简化处理后的矩阵到多基站自相关矩阵。
较佳的，所述各基站对各自的自相关矩阵进行简化处理为，各基站对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理。
较佳的，所述进行置零处理之后，该方法还包括，各基站对处理后的矩阵进行对角加载处理。
本发明还提供了一种基站，所述基站至少包括一个双极化天线；
所述基站，用于根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
本发明还提供了一种信道均衡系统，该系统包括一个演进型Node B(eNode B)和至少一个基站；
所述基站，用于根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；
所述eNode B，用于根据各基站的自相关矩阵得到多基站自相关矩阵；对多基站自相关矩阵中的各基站间的各天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
由上可知，本发明提供的信道均衡方法、基站和系统，根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理；对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。因不同极化方向的天线之间的相关性较低，即使将其忽略，对自相关矩阵的影响也不大。如此，能够在满足减少天线间的相关信息的损失的前提下，对自相关矩阵进行简化，在减少运算量的同时获得较好的信道均衡效果。
附图说明
图1为由±45°极化方式的双极化天线组成的天线阵列的示意图；
图2为本发明信道均衡方法的一实施例的流程示意图；
图3为简化矩阵自相关矩阵和分块对角矩阵的效果比较图；
图4为多基站协同传输工作的通信系统的结构示意图；
图5为本发明信道均衡方法的一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面参考图1和图2对本发明的一具体实施例进行详细的介绍。
本实施例中，某一基站使用由四个±45°极化方式的双极化天线组成的天线阵列，其中，此天线阵列共八根天线，第一天线至第四天线是+45°极化，第五天线至第八天线是-45°极化，参考图1所示。
本实施例的信道均衡方法如图2所示，包括以下步骤：
步骤201，基站的各天线分别接收信号y；
步骤202～203，基站从接收到的信号y中提取参考信号，根据提取的参考信号对信道进行估计得到频域内的信道响应h；
步骤204，基站根据接收到的信号y得到自相关矩阵
这里，所述自相关矩阵可以表示为：
其中，为第一天线与第一天线之间的相关性，即体现第一天线的自相关信息；为第一天线与第四天线之间的相关性；为第一天线与第八天线之间的相关性，以此类推，此处不再赘述。
步骤205，基站对自相关矩阵进行简化，得到分块对角矩阵
这里，不同极化方向的天线(例如天线1和天线5)之间在理想状态下是没有相关性的，但现实中信道的多径效应会造成不同极化方向的天线之间产生相关性，而且不同极化方向的天线之间的相关性较低，因此，需要采用将不同极化方向的天线之间的相关性置零，仅保留相同极化方向的天线之间的相关性的方式，对自相关矩阵进行简化，得到分块对角矩阵
通常，将不同极化方向的天线之间的相关性置零，即意味着消除了不同极化方向的天线之间的噪声，因此，采用上述方法对自相关矩阵进行简化，还可以降低噪声对分块对角矩阵造成的影响，使得分块对角矩阵具有较高的稳定性。
步骤206，基站对分块对角矩阵按公式(1)进行对角加载，得到加载分块对角矩阵
其中，trace(·)表示矩阵的迹，α为对角加载系数，所述α可以根据仿真或实验测试获得。对分块对角矩阵进行对角加载可以使加载分块对角矩阵具有更高的稳定性。
步骤207，基站对加载分块对角矩阵进行求逆，得到加载分块对角矩阵的逆
上述步骤中步骤202和203可以与步骤204～207同时执行。
步骤208，基站根据加载分块对角矩阵的逆频域内的信道响应h和其共轭对称hH，按公式(2)得出最优权值向量wMMSE：
步骤209，基站根据最优权值向量wMMSE的共轭对称和接收到的信号y，按公式(3)得出发射信号
图3为简化矩阵自相关矩阵和分块对角矩阵的效果比较图，如图3所示，采用只保留自相关矩阵的对角元数据的方法进行简化得到简化矩阵会造成了天线间的相关信息的大量损失，因此，根据所述简化矩阵进行信道均衡的效果最差，即在相同信噪比情形下，块误码率最高；而直接根据自相关矩阵进行信道均衡，会因不同极化方向的天线间噪声的影响，导致信道均衡的效果较差，即在相同信噪比情形下，块误码率较高；采用本发明的方法对自相关矩阵进行简化得到分块对角矩阵可以减少不同极化方向的天线之间的噪声的影响，因此，根据分块对角矩阵进行信道均衡的效果最好，即相同信噪比情形下，块误码率最低。
下面参考图4和图5对本发明信道均衡方法应用于多基站协同工作的情况进行介绍。
图4为多基站协同传输工作的通信系统的结构示意图，如图4所述，本例中的通信系统包括八个基站，每个基站包括多个双极化天线，八个基站通过演进型Node B(eNodeB，Evolved Node B)完成协同工作。
步骤501，按照步骤201、204、205和206所述的方法，各基站分别获得各自的加载分块对角矩阵。
按上文描述的方法分别获得第一基站至第八基站的加载分块对角矩阵和
步骤502，eNodeB获得频域内的信道响应h，并根据各基站的加载分块对角矩阵得到多基站自相关矩阵
其中，为第一基站内各天线之间的相关性；为第一基站和第八基站间各天线之间的相关性，以此类推，此处不再赘述。
步骤503，eNodeB对多基站自相关矩阵进行简化，得到分块多基站自相关矩阵
鉴于各基站间的各天线之间的相关性明显弱于基站内各天线之间的相关性，因此，需要采用将各基站间的各天线之间的相关性置零，仅保留基站内各天线之间的相关性的方式，对多基站自相关矩阵进行了简化，得到分块多基站自相关矩阵
采用上述方法对多基站自相关矩阵进行简化，可以大大降低求逆的运算量，提高信道均衡处理的效率。
步骤504，eNodeB对分块多基站自相关矩阵求逆，得到分块多基站自相关矩阵的逆
步骤505，eNodeB根据分块多基站自相关矩阵的逆频域内的信道响应h和其共轭对称hH，按公式(4)得出最优权值向量wComp-MMSE：
步骤506，eNode B根据最优权值向量wComp-MMSE的共轭对称和接收的信号y，按公式(5)得出发射信号
本发明信道均衡方法也适用于其他包括大量双极化天线的通信系统，例如多用户多入多出系统(MU-MIMO，Multiple User-Multiple Input Multiple Outoput)。
本发明提供了一种基站，所述基站至少包括一个双极化天线；所述基站，用于根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
本发明还提供了一种信道均衡系统，该系统包括一个演进型Node B(eNode B)和至少一个基站；所述基站，用于根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；所述eNode B，用于根据各基站的自相关矩阵得到多基站自相关矩阵；对多基站自相关矩阵中的各基站间的各天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
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。

Claims (8)

1.一种信道均衡方法，其特征在于，该方法包括：
根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；
对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；
根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行置零处理之后，该方法还包括：对处理后的矩阵进行对角加载处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据接收到的信号得到频域内的信道响应为，从接收到的信号中提取参考信号，根据所述参考信号对信道进行估计，得到频域内的信道响应。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号为，根据求逆结果、频域内的信道响应得出最优权值向量，再根据最优权值向量和接收到的信号得出发射信号。
5.一种信道均衡方法，其特征在于，该方法包括：
各基站根据接收到的信号得到各自的自相关矩阵和频域内的信道响应；
分别对各基站的所述自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，获得各基站的第一处理后的矩阵；
根据各基站的所述第一处理后的矩阵得到多基站自相关矩阵；
对多基站自相关矩阵中的各基站间的各天线之间的相关性进行置零处理，获得第二处理后的矩阵并对所述第二处理后的矩阵进行求逆；
根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述进行置零处理之后，该方法还包括，各基站对处理后的矩阵进行对角加载处理。
7.一种基站，其特征在于，所述基站至少包括一个双极化天线；
所述基站，用于根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；对自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，并对处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
8.一种信道均衡系统，其特征在于，该系统包括一个演进型Node B和至少一个基站；
所述基站，用于根据接收到的信号得到自相关矩阵和频域内的信道响应；分别对各基站的所述自相关矩阵中不同极化方向的天线之间的相关性进行置零处理，获得各基站的第一处理后的矩阵；
所述演进型Node B，用于根据各基站的所述第一处理后的矩阵得到多基站自相关矩阵；对多基站自相关矩阵中的各基站间的各天线之间的相关性进行置零处理，获得第二处理后的矩阵并对所述第二处理后的矩阵进行求逆；根据求逆结果、频域内的信道响应和接收到的信号得出发射信号。
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