CN105471523B - 多天线系统的协作分集互易性校准方法 - Google Patents

多天线系统的协作分集互易性校准方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105471523B
CN105471523B CN201510790168.1A CN201510790168A CN105471523B CN 105471523 B CN105471523 B CN 105471523B CN 201510790168 A CN201510790168 A CN 201510790168A CN 105471523 B CN105471523 B CN 105471523B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
calibration
mtd
antenna
munderover
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510790168.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105471523A (zh
Inventor
王东明
魏浩
尤肖虎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201510790168.1A priority Critical patent/CN105471523B/zh
Publication of CN105471523A publication Critical patent/CN105471523A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105471523B publication Critical patent/CN105471523B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

本发明公开了一种多天线系统的协作分集互易性校准方法，本方法适用于集中式配置多个天线的基站，以及分布式的多个无线接入单元；基站侧或者无线接入单元侧的天线之间在若干个校准时隙中互相收发校准信号，将接收的信号进行合并，计算出各个天线的校准系数。本发明具有算法健壮性强，无需用户参与和无需反馈的优点。

Description

多天线系统的协作分集互易性校准方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，尤其涉及时分双工通信模式下多天线多用户空分多址无线通信系统。
背景技术
随着通信技术的发展，多天线技术被提出以实现更高频谱效率。移动通信网络MIMO系统包括以下两种场景：(1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的BS。(2)分布式系统，小区中布设多个RAU，所有RAU之间存在信息交互的链路。
在MIMO系统中，发送侧需要知道准确下行信道信息，进行下行预编码，服务多个用户，提高系统性能。采用时分双工(Time Division Duplexing，TDD)通信模式，BS或者RAU可以利用信道互易性，通过估计的上行信道信息来得到下行信道信息。
然而，一个完整的通信信道不仅包括空中的无线信道，还包括发送机和接收机的射频(Radio Frequency，RF)电路。由于温度、湿度等周围环境的影响，收发两端RF电路的增益并不对称。而RF增益的失配将会破坏通信信道的互易性。因此，必须要进行互易性校准。
为了实现多用户MIMO系统互易性校准，提出多天线系统的协作分集互易性校准方法。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种实现简单，健壮性较强的多天线系统的协作分集互易性校准方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多天线系统的协作分集互易性校准方法，该方法适用的移动通信网络MIMO系统包括以下两种场景：(1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的基站，(2)分布式系统，小区中布设有多个无线接入单元，需要校准的无线接入单元之间存在信息交互的链路；在TDD通信模式下，基站或者无线接入单元利用估计的上行信道状态信息进行下行预编码，同时服务多个用户；
校准过程如下：
步骤A，在第q个校准时隙中，每根天线依次无线广播校准信号，其它天线接收校准信号，设为第i根天线发送第j根天线接收的校准信号，q＝1,…,Q；
步骤B，步骤A的校准信号收发过程，一共进行Q次，Q为预先设置的分集阶数；
步骤C，初始化校准系数，所有天线的校准系数依次进行迭代更新，设系统中下行时发送侧共有M根天线，c＝[c1,…cm,…cM]为每个天线的校准系数，它通过如下算法得到：
利用Q个校准时隙中所接收的校准信号构成矩阵ΨQ，其元素为
而校准系数c即为矩阵ΨQ的最小特征值对应的最小特征向量。
本发明的有益效果是：本发明的多天线系统的协作分集互易性校准方法，具有如下优点：
(1)校准时，发送侧的天线互相进行校准信号的发送与接收，并根据接收信号计算出校准系数，无需额外的校准硬件电路。
(2)校准过程无需用户的参与，也无需用户进行信道状态信息的反馈，即校准过程对用户是透明的。
(3)校准算法实现简单，可以克服信道增益的波动，健壮性强。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法的集中式网络系统架构的示意图；
图2为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法的分布式网络系统架构的示意图；
图3为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法的校准流程图；
图4为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16×4MIMO系统中，系统和速率与校准信号SNR关系的仿真实验图；
图5为本发明实施例提供的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16×4MIMO系统中，系统和速率与分集阶数关系的仿真实验图。
图中，BS为基站，UE为用户终端，RAU为无线接入单元，BPU为分支处理单元，Fiber为光纤。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
(1)多用户MIMO系统下行预编码信号模型
本实施例的移动通信网络MIMO系统架构如图1和图2所示，包括以下两种场景：(1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的基站BS。(2)分布式系统，小区中布设多个无线接入单元RAU，所有无线接入单元RAU之间存在信息交互的链路；在时分双工通信模式下，基站BS或者无线接入单元RAU利用估计的上行信道状态信息进行下行预编码，同时服务多个用户。
设系统中下行时发送侧共有M根天线，服务K个单天线用户，下行预编码采用迫零波束赋形(Zero Forcing，ZF)预编码的方式。则上行和下行的信道传输矩阵分别为：
GUL＝CAn,rHTCUE,t
GDL＝CUE,rHCAn,t
其中，H∈□K×M为无线下行信道传输矩阵，CAn,t和CAn,r分别表示发送侧天线的发送和接收RF增益矩阵，CUE,t和CUE,r分别表示用户的发送和接收RF增益矩阵；这些RF增益矩阵均为对角矩阵。
考虑基于ZF预编码的多用户MIMO网络，采用TDD通信模式，设发送侧已知上行信道CSI，通过预编码发送下行信号，则用户接收到的信号为
上式中，x是发送信号向量，n是噪声向量，β为功率归一化因子。由于矩阵不是对角矩阵，从而会造成下行用户间的干扰。如果在下行预编码的同时，再乘以一个校准矩阵Ccal，使得CAn,tCcal＝αcalCAn,r，即为一个复数标量与单位阵的乘积。当完美校准后，用户接收到的信号为：
其中，βcal为校准后的功率归一化因子。这样，就可以消除由于RF增益不匹配所造成的用户间干扰。
(2)互易性校准
本实施例的多天线系统的协作分集互易性校准方法的校准流程如图3所示。校准过程如下，
步骤A，在第q个校准时隙中，每根天线依次无线广播校准信号，其它天线接收校准信号，设为第i根天线发送第j根天线接收的校准信号，q＝1,…,Q。
步骤B，步骤A的校准信号收发过程，一共进行Q次，Q为预先设置的分集阶数。
步骤C，设系统中下行时发送侧共有M根天线，c＝[c1,…cm,…cM]为每个天线的校准系数，它通过如下算法得到：
利用Q个校准时隙中所接收的校准信号构成矩阵ΨQ，其元素为
而校准向量c即为矩阵ΨQ的最小特征值对应的最小特征向量。
(3)仿真实验图
本实施例的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16×4MIMO系统中，系统和速率与校准信号SNR关系的仿真实验图，如图4所示。
本实施例的多天线系统的协作分集互易性校准方法，16×4MIMO系统中，系统和速率与分集阶数关系的仿真实验图，如图5所示。
由图4和图5可知，本发明所提校准算法健壮性较强，在较低的校准SNR时可以通过获得分集增益来接近完美校准的性能。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种多天线系统的协作分集互易性校准方法，该方法适用的移动通信网络MIMO系统包括以下两种场景：(1)集中式系统，小区中心有一个装备多个天线的基站，(2)分布式系统，小区中布设有多个无线接入单元，需要校准的无线接入单元之间存在信息交互的链路；在TDD通信模式下，基站或者无线接入单元利用估计的上行信道状态信息进行下行预编码，同时服务多个用户；其特征在于：校准过程如下：
步骤A，在第q个校准时隙中，每根天线依次无线广播校准信号，其它天线接收校准信号，设为第i根天线发送第j根天线接收的校准信号，q＝1,…,Q；
步骤B，步骤A的校准信号收发过程，一共进行Q次，Q为预先设置的分集阶数；
步骤C，初始化校准系数，所有天线的校准系数依次进行迭代更新，设系统中下行时发送侧共有M根天线，c＝[c1,...cm,...cM]为每个天线的校准系数，它通过如下算法得到：
利用Q个校准时隙中所接收的校准信号构成矩阵ΨQ，其元素为
<mrow> <msub> <mrow> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msub> <mi>&amp;Psi;</mi> <mi>Q</mi> </msub> <mo>&amp;rsqb;</mo> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>j</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>q</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>Q</mi> </munderover> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mi>j</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>M</mi> </munderover> <msup> <mrow> <mo>|</mo> <msubsup> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>q</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> <mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>j</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mo>-</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>q</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>Q</mi> </munderover> <msubsup> <mi>y</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>q</mi> <mo>)</mo> <mo>*</mo> </mrow> </msubsup> <msubsup> <mi>y</mi> <mrow> <mi>j</mi> <mi>i</mi> </mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mi>q</mi> <mo>)</mo> </mrow> </msubsup> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>i</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>j</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> </mrow>
而校准系数c即为矩阵ΨQ的最小特征值对应的最小特征向量。
CN201510790168.1A 2015-11-17 2015-11-17 多天线系统的协作分集互易性校准方法 Active CN105471523B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510790168.1A CN105471523B (zh) 2015-11-17 2015-11-17 多天线系统的协作分集互易性校准方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510790168.1A CN105471523B (zh) 2015-11-17 2015-11-17 多天线系统的协作分集互易性校准方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105471523A CN105471523A (zh) 2016-04-06
CN105471523B true CN105471523B (zh) 2017-09-08

Family

ID=55608875

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510790168.1A Active CN105471523B (zh) 2015-11-17 2015-11-17 多天线系统的协作分集互易性校准方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105471523B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106788631B (zh) * 2016-12-09 2020-05-22 清华大学 一种基于局部校准的大规模mimo互易性校准方法
TWI646793B (zh) * 2017-10-30 2019-01-01 財團法人工業技術研究院 達成通道互惠的校準方法及無線通訊裝置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013120429A1 (zh) * 2012-02-16 2013-08-22 电信科学技术研究院 一种进行天线校准的方法、系统和设备
CN103297104A (zh) * 2013-06-09 2013-09-11 清华大学 天线阵列配置方法及天线阵列
CN103379051A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 普天信息技术研究院有限公司 一种多径信道中的噪声方差估计方法
CN104168071A (zh) * 2013-05-17 2014-11-26 华为技术有限公司 一种rru间互易性校准的方法和系统
CN104205659A (zh) * 2011-10-21 2014-12-10 奥普蒂斯蜂窝技术有限责任公司 阵列天线系统中的天线设备校准方法、处理装置、计算机程序、计算机程序产品和天线设备
US8923756B1 (en) * 2010-03-19 2014-12-30 RKF Engineering Solutions, LLC Calibration of amplitude and phase
CN104601257A (zh) * 2015-01-14 2015-05-06 东南大学 一种时分双工通信模式下多天线系统的互易性校准方法
CN104811255A (zh) * 2015-04-23 2015-07-29 大唐移动通信设备有限公司 一种天线校准方法及装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8923756B1 (en) * 2010-03-19 2014-12-30 RKF Engineering Solutions, LLC Calibration of amplitude and phase
CN104205659A (zh) * 2011-10-21 2014-12-10 奥普蒂斯蜂窝技术有限责任公司 阵列天线系统中的天线设备校准方法、处理装置、计算机程序、计算机程序产品和天线设备
WO2013120429A1 (zh) * 2012-02-16 2013-08-22 电信科学技术研究院 一种进行天线校准的方法、系统和设备
CN103379051A (zh) * 2012-04-24 2013-10-30 普天信息技术研究院有限公司 一种多径信道中的噪声方差估计方法
CN104168071A (zh) * 2013-05-17 2014-11-26 华为技术有限公司 一种rru间互易性校准的方法和系统
CN103297104A (zh) * 2013-06-09 2013-09-11 清华大学 天线阵列配置方法及天线阵列
CN104601257A (zh) * 2015-01-14 2015-05-06 东南大学 一种时分双工通信模式下多天线系统的互易性校准方法
CN104811255A (zh) * 2015-04-23 2015-07-29 大唐移动通信设备有限公司 一种天线校准方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
无线通信系统协作传输和信道互易性问题研究;孙德春;《中国博士论文全文数据库信息科技辑》;20120101;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105471523A (zh) 2016-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103312389B (zh) 一种多用户干扰抑制方法、终端及基站
EP2229740B1 (en) Zero-forcing linear beamforming for coordinated cellular networks with distributed antennas
CN103249080B (zh) 一种确定基站的天线校准系数的方法、系统以及装置
CN104601257B (zh) 一种时分双工通信模式下多天线系统的互易性校准方法
CN103312390B (zh) 基于干扰对齐的预编码方法，发射机和设备
CN108886826A (zh) 用于无线多天线和频分双工系统的混合波束成形方法
Larsson Very large MIMO systems: Opportunities and challenges
US8577310B2 (en) System and method for transceivers in a wireless network
CN101517922A (zh) 利用非理想信道状态信息的波束形成
CN101867462A (zh) 一种基于最小总误码率的多基站协作线性预编码方法
CN106060950A (zh) 一种基于机会干扰对齐的蜂窝下行信道中数据传输方法
CN107210803A (zh) 用于大规模mimo通信的系统和方法
Abbas et al. Full duplex relay in millimeter wave backhaul links
CN106788631A (zh) 一种基于局部校准的大规模mimo互易性校准方法
CN106603135B (zh) 多用户mimo干扰系统中基于双层预编码的迭代干扰对齐方法
CN101917218A (zh) 减少反馈信息的mimo多用户系统下行传输方法及系统
CN105471523B (zh) 多天线系统的协作分集互易性校准方法
CN101286779A (zh) 多用户mimo系统中消除多用户干扰的方法
CN101083498A (zh) 优化阵列的接收天线间的间距的方法
CN103580705B (zh) 在接收机电路中处理数据和接收机电路
CN102647247B (zh) 一种发射信号预处理发送方法及装置
Abbas et al. Hybrid beamformers design for MIMO relay networks in millimeter wave
Fadhil et al. Maximizing signal to leakage ratios in MIMO BCH cooperative beamforming scheme
Lejosne et al. Space time interference alignment scheme for the MIMO BC and IC with delayed CSIT and finite coherence time
Chiang et al. Hybrid beamforming strategy for wideband millimeter wave channel models

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant