CN107566059B - 无线信道误差检定的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无线信道误差检定的方法及装置。所述方法包括：获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道的收发机硬件减损导致的畸变噪声；根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。能实现对无线信道误差的准确检定，使无线通信系统在规划时根据该误差对系统的容量进行冗余设计调整。

Description

无线信道误差检定的方法及装置

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别是涉及无线信道误差检定的方法及装置。

背景技术

现有的TD-LTE无线网络协作传输通常是集中式的网络架构，在这种集中式的网络架构中，BBU中获取的信道状态信息的准确程度将直接影响RRH和终端的无线信号传输。但是，目前对无线信号传输的研究通常假设BBU拥有准确无误的信道状态信息，未考虑信道状态信息的误差，实际上，信道状态信息的误差是存在的，例如：网络架构中常存在硬件减损，这些硬件减损会对无线信号产生影响；即使考虑到误差，对误差的检定也不够准确。这样不利于为无线通信系统规划阶段的冗余量提供准确的数据支撑。

发明内容

基于此，本发明提供了无线信道误差检定的方法及装置，能实现对无线信道误差的准确检定，使无线通信系统在规划时根据该误差对系统的容量进行冗余调整。

本发明方案包括：

一种无线信道误差检定的方法，包括：

获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；

根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声；

根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；

求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。

一种无线信道误差检定的装置，包括：

状态信息获取模块，用于获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；

噪声确定模块，用于根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声；

估计值计算模块，用于根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；

以及，误差计算模块，用于求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述所述方法的步骤。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述所述方法的步骤。

上述无线信道误差检定的方法和装置、计算机设备和计算机可读存储介质，计算无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声，充分考虑了无线信道收发机的硬件减损给无线信道带来的影响；计算所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差，通过求解信道状态向量与信道状态估计向量的距离最小值得到无线信道的信道状态信息的误差。能实现对无线信道误差的准确检定，使无线通信系统在规划时根据该误差对系统的容量进行冗余调整。

附图说明

图1为一个实施例中的无线信道误差检定的方法的示意性流程图；

图2为一个实施例中的集中式网络架构的示意性结构图；

图3为另一个实施例中的集中式网络架构的示意性结构图；

图4为一个实施例中的无线信道误差检定的装置的示意性结构图；

图5为另一个实施例中的无线信道误差检定的装置的示意性结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。

图1为一实施例的无线信道误差检定的方法的示意性流程图；如图1所示，本实施例中的无线信道误差检定的方法主要包括步骤：

S110、获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量。

在实际的无线信号传输过程中，无线信道对应的收发机会存在一定程度的硬件减损，而硬件减损往往无法用具体的数值表示，因此，真实的信道状态信息无法通过公式直接求解得到，只能用其他值来尽可能逼近。

在本步骤中，所述本端指的是射频单元RRH端，其接收到的导频信号与终端发送的导频信号是终端与RRH在进行数据传输前由系统约定好且双方均已知的。

在可选实施例中，无线信道可以为地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等，也可以为瑞利块衰落信道。

具体地，无线信道为瑞利块衰落信道，即无线信道服从已知参量的复高斯分布。

在可选实施例中，对于协作传输系统，由于其涉及大规模的天线参与协作，传统基于下行导频的信道估计方法将会产生极大的信令开销。因此，协作传输系统的通信技术可以采用TDD(Time Division Duplexing，时分双工)模式，对无线信道的信道状态的估计可以使用TDD方式的基于导频信道估计方法，在上行链路使用导频训练获得无线信道上行链路的信道状态信息CSI(Channel State Information)，并通过TDD系统的信道互易性将已获得的CSI直接用于下行链路传输，即通过终端向本端发送信号的上行链路使用导频训练获得该上行链路的CSI，通过信道的互易性获得本端向该终端发送信号的下行链路的CSI。

其中，信道的互易性是指，在TDD模式中，上下行信道使用相同频段的不同时隙。因为频率相同，因此可认为短时间内上下行信道的特性一致。

在本发明中，本端指的是射频单元RRH。在可选实施例中，终端可以为移动终端、液晶电视、游戏机、笔记本电脑等。

具体地，所述终端也称为移动终端UE(User End)，RRH在UE和基带处理单元BBU(Base Band Unit)之间传递信息，实现网络数据的传递。UE发送经过训练的导频信号至各个RRH，RRH将接收到的导频信号与已发送的导频信号进行比对便可得到该对应无线信道的参数值。

在可选实施例中，BBU处的信道状态信息CSI来源于RRH端。即RRH端通过无线信道估计机制得到本端与终端之间的信道状态信息CSI，然后将该信息反馈给BBU，BBU根据RRH端的信道状态信息CSI对待传输的信号数据进行预编码处理并控制RRH向终端传输经过预编码后的数据，实现向终端发送数据。

S120、根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声。

在可选实施例中，收发机可以为终端和RRH端的接收机和发射机中的一种以上。具体地，收发机为终端的发射机和RRH端的接收机。终端发射导频信号至RRH端，RRH端接收该导频信号。

实际的无线信道中的收发机包括功率放大器、转换器、混频器、滤波器、振荡器等多个组件。由于各个组件硬件的非完美特性，每个组件均会存在硬件减损，这些硬件减损会以特有的方式对无线信道传输的信号产生畸变影响，包括：1)使得拟传输信号与实际生成并传输的信号不一致，产生错配；2)使得接收信号在接收机接收处理阶段产生畸变。

在可选实施例中，畸变噪声可以是收发机各个组件的硬件减损对数据传输的单独畸变影响，也可以是收发机各个组件的硬件减损对数据传输的畸变影响的聚合效果。具体地，畸变噪声为收发机各个组件的硬件减损对数据传输的畸变影响的聚合效果。

S130、根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量。

S140、求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。

按照上述方式，在确定无线信道的信道状态向量和信道状态估计向量后，对信道状态向量和信道状态估计向量进行比对，计算两者的最小距离，由最小距离得到在存在硬件减损状态下无线信道的误差。充分考虑到了收发机的硬件减损对无线信道的CSI的影响，能实现对无线信道误差的准确检定，使无线通信系统在规划时根据该误差对系统的容量进行冗余调整。

在一实施例中，所述获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量，包括：

根据下述公式得到所述对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量h：

q＝hd+z (式1)

其中，d为终端发送的导频信号，

为射频单元RRH接收到的导频信号，z为对应无线信道的高斯白噪声，N表示射频单元RRH的个数。

在可选实施例中，上式1为假定对应无线信道在无硬件减损状态下求解信道状态向量，即假定终端发送的导频信号和射频单元RRH接收的导频信号均不受收发机的硬件减损对无线信道的影响，根据式1，可表示出对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量h。

对于某次信号传输，h是希望求解的无线信道在无硬件减损条件下的信道状态信息，但由于收发机均存在一定程度的硬件减损，因此无法获得射频单元RRH通过理想不受收发机硬件减损影响的无线信道所接收的导频信号q，进而也无法实际计算出无线信道进行某一次信号传输所对应的h具体值。需要注意的是，尽管无法获得无线信道进行某次传输的h具体值，但无线信道对应的h所服从的概率分布通常均为已知。

在可选实施例中，由于各个终端进行无线信道状态信息CSI的估计的原理和步骤均相同，故此处仅考虑单个终端。

在可选实施例中，由于系统使用TDD模式，即上下行链路在不同的时间段使用相同的频段，因此根据信道的互易性，可认为下行链路通信时的无线信道与上行链路通信时的无线信道的CSI相同，即该无线信道的上下行链路的CSI值均为上式求得的h。

在一实施例中，所述根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声，包括：

获取终端发射机的硬件畸变比例系数μ_UE,T、相位畸变系数

相位畸变系数φ，根据预先建立的第一硬件减损模型计算终端发射机的硬件减损导致的第一加性畸变噪声ξ_UE,T和乘性畸变噪声θ；获取RRH端接收机的硬件畸变比例系数μ_RRH,R，根据预先建立的第二硬件减损模型分别计算RRH端接收机的硬件减损导致的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R。其中，下角标T表示发射机，下角标R表示接收机。

在可选实施例中，在无线系统传输数据时，一般会对收发机所存在的硬件减损设计对应的补偿算法进行消除，然而由于硬件减损模型参数的不准确、补偿模型的不精确以及畸变噪声的时变特性，硬件减损只能降低而无法完全消除。尤其是在低成本的硬件中，经补偿后残余的硬件减损尤为明显。因此，需要建立无线信道收发机硬件减损模型，充分考虑收发机的硬件减损对无线信道造成的畸变影响。收发机硬件减损可以划分为：加性畸变噪声和乘性畸变噪声，即收发机硬件减损模型包括加性畸变噪声和乘性畸变噪声。

其中，加性畸变噪声是指硬件减损对信号的畸变影响服从高斯分布，或者畸变影响的聚合效应服从高斯分布。加性畸变噪声来源于非完美补偿后所残留的收发机模拟/数字转换ADC量化噪声、正交调制器的幅度不平衡和相位正交误差(I/Q不平衡)等。其中，乘性畸变噪声是指硬件减损使得信号的相位产生了随机偏移，该偏移通常在复基带信号到实带通信号的上变频过程，或者实带通信号到复基带信号的下变频过程中产生。乘性畸变噪声通常来源于非完美补偿后所残留的本地振荡器硬件减损。

具体地，在一实施例中，考虑上行信道CSI的估计，故此处仅分析UE端发射机的第一加性畸变噪声ξ_UE,T以及RRH端接收机的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R。

UE端发射机的第一加性畸变噪声ξ_UE,T服从均值为0，方差为σ_UE,T的高斯分布，即有：

式中，σ_UE,T＝μ_UE,Tp_UE，μ_UE,T≥0为终端发射机的硬件畸变比例系数，p_UE为终端的发射功率。

RRH端接收机的第二加性畸变噪声

服从均值为0，方差为

的高斯分布，即有：

式中，Ξ_RRH,R＝μ_RRH,Rp_UEdiag{|h₁|²,|h₂|²,…,|h_N|²}，μ_RRH,R≥0为RRH端接收机的硬件畸变比例系数，|h_n|²,1≤n≤N为第n个RRH端与所述终端之间的信道增益，diag{|h₁|²,|h₂|²,…,|h_N|²}是以|h₁|²,|h₂|²,…,|h_N|²为对角元素的N×N矩阵，N表示RRH端的个数。

在可选实施例中，由于各个终端进行无线信道CSI的估计的原理和步骤均相同，故此处仅考虑单个终端，即考虑多个RRH端与单个UE端之间的信号传输。

在可选实施例中，假设终端与各个RRH端产生独立同分布的相位畸变，则可将相位畸变视为一个附着在向量h的乘性因子，即乘性畸变噪声。

具体地，在一实施例中，

g＝θh； (式4)

式中，θ为乘性畸变噪声，g为考虑相位畸变噪声后的信道状态向量，

为终端发射机所引入的相位畸变，

为第n个RRH端接收机所引入的相位畸变，

是以

为对角元素的N×N矩阵，

为终端发射机与第n个RRH端接收机共同引入的相位畸变，N表示RRH端的个数。

在可选实施例中，上式2～5构成无线信道收发机的硬件减损模型，该硬件减损模型能在无线信道存在硬件减损时实现对信道噪声的估计，适用于集中式多小区协作传输系统的上行链路信道估计。

在一实施例中，所述根据所述RRH端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量的步骤具体包括：

将乘性畸变噪声θ、终端发射机的第一加性畸变噪声ξ_UE,T，射频单元RRH接收机的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R，代入到式1中，得到下述式6。

其中，q为射频单元RRH接收到的导频信号，θ为对应无线信道的乘性畸变噪声，

为对应无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量，d为终端发送的导频信号，ξ_UE,T为终端发射机的第一加性畸变噪声，ξ_RRH,R为射频单元RRH接收机的第二加性畸变噪声，z为对应无线信道的高斯白噪声。

可见，当无线信道存在收发机硬件减损时，传统的基于导频的CSI估计过程中引入了乘性畸变噪声θ，同时引入了加性畸变噪声ξ_UE,T与ξ_RRH,R。因此，信道状态信息CSI的估计的优化可视为欧几里得距离的优化问题，即视为最小化无线信道的信道状态估计向量

和信道状态向量h的差值的问题。

在一实施例中，所述求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差的步骤具体包括：通过线性最小均方误差法求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的欧几里得距离最小值，根据所述欧几里得距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵。

在一实施例中，所述通过线性最小均方误差法求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的欧几里得距离最小值，根据所述欧几里得距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵的具体实现方式可包括：

根据下述公式得到均方误差MSE(Mean Square Error，均方误差)的表达式：

其中，

为无线信道的信道状态估计向量，h为无线信道的信道状态向量(即不存在收发机硬件减损状态下的真实信道状态向量)，

为二范数，MSE为向量

和向量h的欧几里得距离的平方的期望；式中，MSE等于在存在硬件减损状态下所述无线信道的误差的协方差矩阵的迹；

令

其中q为RRH端接收到的导频信号，X为未知量。

将

代入上式7，可以发现，欧几里得距离表达式中仅存在一个未知量X(尽管h未知，但在推导运算过程中单独的h被约掉了，只剩下h的随机概率函数参量R：

该参量是已知的)。

求解该欧几里得距离的最小值：对其表达式求X的微分，并令其等于0，得到使欧几里得距离最小的X。

由于X和q均已知，则可以计算得到

通过式7还可得到在存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵。

具体地，在可选实施例中，在RRH端，假设接收到的导频信号为

其中，N表示RRH端的个数；根据线性最小均方误差法得到的信道状态估计向量

可表达为如：

的形式，其中

X∈C^N×N，q∈C^N×1，X为假设的未知量。

计算均方误差MSE，可表达为：

式中，

为

与h欧几里得距离的平方，均方误差MSE为向量

和向量h的欧几里得距离的平方的期望，

为二范数。

将

代入MSE表达式，则有

式中，MSE为向量

的欧几里得距离的平方的期望，即为

二范数的平方的期望，E表示所述信道状态向量在存在硬件减损状态下的误差的协方差矩阵，tr(E)表示矩阵E的迹，即矩阵E∈C^N×N的主对角线(从左上方至右下方的对角线)上各个元素的总和，(Xq-h)^H表示共轭转置，

表示求期望。

根据式10和式11计算得到E为：

式中，

为无线信道的状态信息h的协方差矩阵，其中，

d为终端发送的导频信号，d^*表示d的共轭，Q表示q的协方差矩阵参量，即

将

对X进行微分，并令微分值为0，求解得到使MSE最小的X为：

X＝d^*RQ^-1 (式13)

进而得到在存在收发机硬件减损时利用线性最小均方误差进行无线信道估计得到的信道状态估计向量为：

此时，该无线信道状态估计向量所存在的误差的协方差矩阵为：

E＝R-p_UE,TRQ^-1R (式15)

可见，当存在收发机硬件减损时，利用线性最小均方误差法对无线信道的CSI进行估计将存在一个随机误差，该误差服从均值为0，协方差矩阵为E的随机分布。

在一实施例中，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差之后，还包括：根据存在硬件减损状态下所述无线信道的误差，对系统的容量进行冗余调整。

由此可见，上述实施例中对硬件减损状态下无线信道的误差检定的思路为：对于无法直接求解得到真实的信道状态信息h，采用无限逼近的方式求得其近似值。

具体地，利用存在硬件减损的收发机，得到RRH端接收到的导频信号q，并得到估计的信道状态信息

的表达式

X为未知量。将

代入

与h的欧几里得距离表达式，可发现欧几里得距离表达式中仅存在一个未知量，即X。因此求解该欧几里得距离的最小值的方法可为：对其表达式求X的微分，并令其等于0，则可得到令欧几里距离取得极小值的X的值。

基于该X的值，通过式12，可求得存在硬件减损状态下无线信道的误差协方差矩阵。此外，由于X和q都已知，还可以计算得到

该

使得欧几里得距离最小，相当于最优的信道状态估计信息，即最接近真实信道状态信息h。

上述实施例中，无线通信系统在进行设计时，可根据该计算误差对系统的容量进行冗余调整，避免终端接收到的信号由于信道估计不准确而不满足要求。能实现对无线信道误差的准确检定，使无线通信系统在规划时根据该误差对系统的容量进行冗余调整。

为了更好地理解上述方法，以下详细阐述一个本发明无线信道误差检定的方法的应用实例。

图2为一个实施例中的集中式网络架构的示意性结构图，如图2所示，终端301可与多个射频单元RRH302进行信号传输。

随着配用电业务如配网自动化、计量自动化、视频监控等对通信覆盖需求的日益增长，传统光纤、载波等有线通信技术存在的部署难度大、施工周期长、拓扑变更难等问题已难以满足配用电通信需求点多面广的现状，亟需采用无线通信技术进行快速、高效的覆盖补充。目前，电力行业正在广泛部署基于TD-LTE(Time Division Long Term Evolution，分时长期演进)通信体制的电力无线专网并有效承载配变监测、计量集抄等生产业务，取得了较好的应用效果。

为了实现灵活的覆盖以及资源的充分利用，TD-LTE电力无线专网可基于集中式LTE网络架构进行部署。该集中式架构的特点为，将传统的基站分为射频单元RRH302及基带处理单元BBU303，其中射频单元RRH302分散部署于110kV变电站，基带处理单元BBU303则汇聚成为基带处理池BBP307并集中部署于220kV变电站或500kV变电站。该架构的优势在于，其在射频单元RRH302端仅保留了用于收发信号的天线，无需再配置基带处理单元及单独的供电、空调等设施，而是充分利用电力通信光纤资源将射频单元RRH302端的信号传输至基带处理池BBP307进行集中处理，统一建设及运维的同时还能实现复杂的协作传输等信号处理，实现了设备及性能的集成及提升。集中式网络架构中，多个射频单元RRH302共享一个基带处理单元BBU303，因此可以同时向单个用户终端301进行协作信号传输，提升该用户的数据速率，实现空间分集增益。

协作传输的原理是：基带处理单元BBU303根据各个射频单元RRH302到该用户终端UE301的信道状态信息CSI，确定各个射频单元RRH302是否参与向该用户终端发送数据，即是否参与协作。针对确定参与协作传输的射频单元RRH302，基带处理单元BBU303根据该射频单元RRH302的信道状态信息CSI对待传输的信号数据进行预编码处理，从而使得多个射频单元RRH302同时发送给该用户终端的信号能够在接收时实现正叠加，即实现接收信号强度的改进。

如图2所示，整个模型包括三级搭建的基带处理池BBU303、射频单元RRH302、移动终端UE301。多个射频单元RRH302共享基带处理单元BBU303。多个RRH302参与向UE301的数据协作传输。

下行链路数据传输，具体流程如下：

1、核心网304通过回程链路308将某移动终端301的待传输数据送至基带处理单元BBU303；

2、基带处理单元BBU303根据信道状况确定向该移动终端UE301传输数据的射频单元RRH302集合，例如选择信道状况较好的射频单元RRH302进行协作传输；

3、基带处理单元BBU303针对确定的射频单元RRH302集合，基于各射频单元RRH302的信道状况计算信号传输的预编码向量；

4、基带处理单元BBU303将该移动终端数据信号以及预编码向量通过去程链路309发送至射频单元RRH302；

5、射频单元RRH302对接收到的基带处理单元BBU303的用户数据信号以及预编码向量进行射频变换处理并通过天线发射；

6、该移动终端同时接收到多个射频单元RRH302发来的数据，进行接收处理后得到了其传输数据。

在上述的核心步骤2、3中，基带处理单元BBU303均需要根据各个射频单元RRH302到该移动终端301的信道状况确定参与协作传输的射频单元RRH302集合以及计算预编码，因此在基带处理单元BBU303获得准确的信道状态信息CSI至关重要。

基带处理单元BBU303的信道状态信息CSI来源于各个射频单元RRH302的反馈，也就是说，射频单元RRH302向基带处理单元BBU303反馈的信道状态信息CSI的准确与否则决定了后续信号协作传输的性能。

建立如图3所示的集中式网络架构模型。多个RRH302通过链路3031(即去程链路309)获得基带处理单元303的信息，通过信号传输链路3033参与向UE301的数据协作传输。

假设模型内有N个单天线的RRH302，K个单天线用户终端UE301，则对于用户k，其接收到的信号为

其中，h_n,k为RRHn到UEk的信道向量，w_n,k为RRHn到UEk的预编码向量，S_k为UEk接收的信号，满足|S_k|²＝1，z为高斯白噪声，其功率为σ²，N表示RRH的个数。

则用户k的接收信号干扰噪声比(SINR)Γ_k为：

令

则

其中，

为BBU303处拥有的信道向量，

则为BBU303根据

所计算生成的预编码向量。

由此，用户UEk收到的数据吞吐量为Blog₂(1+Γ_k)，B为系统带宽。

目前对协作传输的研究均假设

在BBU303处已知且是完美准确的。但是，如图3所示，信号传输链路中存在干扰3032。因此，若未考虑到BBU303处的

与实际信道状态信息CSI存在误差，则会严重影响UE301所实际接收到的信干噪比，进而影响系统设计容量的实现。

使用TDD模式的无线信道，无线信道为常见的瑞利块衰落信道。

具体而言，由于各个UE301进行无线信道估计的原理和步骤均相同，故此处仅考虑单个UE301。UE301发射的导频信号为d，RRH302收到的导频信号为

则二者有如下关系：

q＝hd+z

其中，d为UE301发送的导频信号，

为RRH302接收到的导频信号，z为该无线信道的高斯白噪声，N表示RRH302的个数。

对于某次信号传输，h是希望求解的无线信道在无硬件减损条件下的信道状态信息，但由于收发机均存在一定程度的硬件减损，因此无法获得射频单元RRH302通过理想不受收发机硬件减损影响的无线信道所接收的导频信号q，进而也无法实际计算出无线信道进行某一次信号传输所对应的h具体值。需要注意的是，尽管无法获得无线信道进行某次传输的h具体值，但无线信道状态信息h所服从的概率分布通常均为已知。

由于系统使用TDD模式，即上下行链路在不同的时间段使用相同的频段，因此根据信道的互易性，可认为下行链路通信时的无线信道与上行链路通信时的无线信道相同，得到无线信道上行链路的信道状态信息CSI值h即得到了该无线信道下行链路的信道状态信息CSI值为h。

考虑上行信道状态信息CSI的估计，故此处仅分析UE301发射机的第一加性畸变噪声ξ_UE,T以及RRH302接收机的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R。

获取UE301发射机的硬件畸变比例系数μ_UE,T、相位畸变系数

根据预先建立的硬件减损模型分别计算UE301发射机的硬件减损导致的第一加性畸变噪声ξ_UE,T和乘性畸变噪声θ。其中，下角标T表示发射机，下角标R表示接收机。

UE301发射机的第一加性畸变噪声ξ_UE,T服从均值为0，方差为σ_UE,T的高斯分布，即有：

式中，σ_UE,T＝μ_UE,Tp_UE，μ_UE,T≥0为UE301发射机的硬件畸变比例系数，p_UE为终端的发射功率。

假设UE301与各个RRH302产生独立同分布的相位畸变，则可将相位畸变视为一个附着在信道状态向量h的乘性因子，即有：

g＝θh；

式中，θ为乘性畸变噪声，g为考虑相位畸变噪声后的信道状态向量，

为UE301发射机所引入的相位畸变，

为第n个RRH302接收机所引入的相位畸变，

是以

为对角元素的N×N矩阵，

为UE301发射机与第n个RRH302接收机共同引入的相位畸变，N表示RRH302的个数。

获取RRH302接收机的硬件畸变比例系数μ_RRH,R、相位畸变系数φ，根据预先建立的硬件减损模型分别计算RRH302接收机的硬件减损导致的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R。

RRH302接收机的第二加性畸变噪声

服从均值为0，方差为

的高斯分布，即有：

式中，Ξ_RRH,R＝μ_RRH,Rp_UEdiag{|h₁|²,|h₂|²,…,|h_N|²}，μ_RRH,R≥0为RRH302接收机的硬件畸变比例系数，|h_n|²,1≤n≤N为第n个RRH302与该终端用户UE301之间的信道增益，diag{|h₁|²,|h₂|²,…,|h_N|²}是以|h₁|²,|h₂|²,…,|h_N|²为对角元素的N×N矩阵，N表示RRH302的个数。

当存在硬件减损时，传统基于导频的无线信道估计过程中引入了乘性畸变噪声θ，该噪声将信道状态向量h变为了g，同时引入了加性畸变噪声ξ_UE,T与ξ_RRH,R。

得到所述对应无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态向量即为信道状态估计向量

q＝g(d+ξ_UE,T)+ξ_RRH,R+z

其中，q为RRH端接收到的导频信号，θ为对应无线信道的乘性畸变噪声，h为对应无线信道的信道状态向量，d为终端发送的导频信号，ξ_UE,T为终端发射机的第一加性畸变噪声，ξ_RRH,R为RRH端接收机的第二加性畸变噪声，z为对应无线信道的高斯白噪声。

通过最小线性误差法计算信道状态估计向量

与信道状态向量h之间的误差即为对应无线信道的信道状态信息误差。

在RRH302端，假设接收到的导频信号为

其中，N表示RRH302的个数；

根据线性最小均方误差法得到的信道状态估计向量

可表达为如：

的形式，其中

X∈C^N×N，q∈C^N×1。注意，X∈C^N×N此时为未知量。

计算均方误差MSE，可表达为：

式中，

为

与h欧几里得距离的平方，均方误差MSE为向量

和向量h的欧几里得距离的平方的期望，

为二范数。

将

代入MSE表达式，则有

式中，MSE为向量

的欧几里得距离的平方的期望，即为

二范数的平方的期望，E表示所述信道状态向量在存在硬件减损状态下的误差的协方差矩阵，tr(E)表示矩阵E的迹，即矩阵E∈C^N×N的主对角线(从左上方至右下方的对角线)上各个元素的总和，(Xq-h)^H表示共轭转置，

表示求期望。

根据式9和式10计算得到E为：

式中，

为瑞利块衰落无线信道的信道状态向量h的协方差矩阵，d为终端发送的导频信号，d^*表示d的共轭，Q表示q的协方差矩阵参量，即

尽管某个时刻的h为未知，但R参数为已知，因为h通常均服从瑞利块衰落分布，即

将

对X进行微分，并令微分值为0，求解得到使MSE最小的X为：

X＝d^*RQ^-1

进而得到无线信道在存在收发机硬件减损时利用线性最小均方误差进行无线信道估计得到的信道状态估计向量为：

此时，该无线信道的信道状态估计向量所存在的误差的协方差矩阵为：

E＝R-p_UE,TRQ^-1R

当存在收发机硬件减损时，利用线性最小均方误差法对无线信道的信道状态信息CSI进行估计将存在一个随机误差，该误差服从均值为0，协方差矩阵为E的随机分布。

由此，当收集了收发机硬件的减损参数μ_RRH,R，μ_UE,T，

φ后，可计算得到该系统使用线性最小均方误差法得到的无线信道的信道状态信息CSI所存在的误差。

根据无线信道的信道状态向量在存在硬件减损状态下的误差，对系统的容量进行冗余调整。进而，无线通信系统在进行设计时，可以避免UE301接收到的信号由于信道估计不准确而不满足要求。

本发明的技术方案提出了适用于多小区协作传输的信道状态信息CSI估计及误差的评估检定方法，能够有效衡量由于硬件减损所造成的信道状态信息CSI估计误差，为集中式TD-LTE电力无线专网的系统设计与规划提供指导。实现了对TD-LTE电力无线专网射频单元RRH302与移动用户终端UE301的收发机硬件减损进行建模，并提出存在硬件减损时的信道估计误差评估机制，得到误差的影响范围，为系统规划设计阶段的冗余量设计提供数据支撑。

本发明的技术方案的优点在于：

1)提出了适用于集中式多小区协作传输系统的上行链路信道状态信息CSI估计的收发机硬件减损模型，如图2所示，能实现第一小区305与第二小区306的信号协作传输。

2)能够充分考虑收发机硬件减损的存在对信道估计精度的影响，给出对应的误差评估机制。

基于与上述实施例中的信道状态信息CSI误差的检定方法相同的思想，本发明还提供信道状态信息CSI误差的检定装置，该装置可用于执行上述信道状态信息CSI误差的检定方法。为了便于说明，信道状态信息CSI误差的检定装置实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图4为一个实施例中的信道状态信息CSI误差的检定装置的示意性结构图一种信道状态信息CSI误差的检定装置，包括：

状态信息获取模块210，用于获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；

噪声确定模块220，用于根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声；

估计值计算模块230，用于根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；

以及，误差计算模块240，用于求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的距离最小值，根据所述距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。

在一实施例中，所述误差计算模块240，用于通过线性最小均方误差法求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的欧几里得距离最小值，根据所述欧几里得距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵。

在一实施例中，所述误差计算模块240，用于：

根据下述公式得到均方误差MSE(Mean Square Error，均方误差)的表达式：

其中，

为无线信道的信道状态估计向量，h为无线信道的信道状态向量，

为二范数，均方误差MSE为向量

和向量h的欧几里得距离的平方的期望；式中，均方误差MSE等于所述无线信道在存在硬件减损状态下的误差的协方差矩阵的迹；

令

其中q为本端接收到的导频信号，将

代入上式，并将上式对X进行微分，得到使MSE最小的X，代入上式得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的误差协方差矩阵。

在一实施例中，所述状态信息获取模块210，用于：

根据下述公式得到所述对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量h：

q＝hd+z

其中，d为终端发送的导频信号，q为本端接收到的导频信号，z为对应无线信道的高斯白噪声。

在一实施例中，所述噪声确定模块220，包括：

第一噪声获取模块，用于获取终端发射机的硬件畸变比例系数μ_UE,T、相位畸变系数

相位畸变系数φ，根据预先建立的第一硬件减损模型分别计算终端发射机的硬件减损导致的第一加性畸变噪声ξ_UE,T和乘性畸变噪声θ；

第二噪声获取模块，用于获取本端接收机的硬件畸变比例系数μ_RRH,R，根据预先建立的第二硬件减损模型分别计算本端接收机的硬件减损导致的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R。

在一实施例中，估计值计算模块230，用于：根据下述公式得到所述对应无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量

其中，q为本端接收到的导频信号，θ为对应无线信道的乘性畸变噪声，

为对应无线信道的信道状态估计向量，d为终端发送的导频信号，ξ_UE,T为终端发射机的第一加性畸变噪声，ξ_RRH,R为本端接收机的第二加性畸变噪声，z为对应无线信道的高斯白噪声。

在一实施例中，如图5所示，无线信道误差检定的装置还包括冗余调整模块250，用于存在硬件减损状态下所述无线信道的误差，对系统的容量进行冗余调整。

需要说明的是，本发明的无线信道误差检定的装置与本发明的无线信道误差检定的方法一一对应，在上述无线信道误差检定的方法的实施例阐述的技术特征及其有益效果均适用于无线信道误差检定的装置的实施例中，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述，特此声明。

此外，上述示例的无线信道误差检定的装置的实施方式中，各程序模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的程序模块完成，即将所述无线信道误差检定的装置的内部结构划分成不同的程序模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。可以理解，其中所使用的术语“第一”、“第二”等在本文中用于区分对象，但这些对象不受这些术语限制。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种无线信道误差检定的方法，其特征在于，包括：

获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；

根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声；

根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；

通过线性最小均方误差法求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的欧几里得距离最小值，根据所述欧几里得距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵，由此得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。

2.根据权利要求1所述的无线信道误差检定的方法，其特征在于，所述通过线性最小均方误差法求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的欧几里得距离最小值，根据所述欧几里得距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵，包括：

根据下述公式得到均方误差MSE：

其中，

为无线信道的信道状态估计向量，h为无线信道的信道状态向量，

为二范数，MSE为向量

和向量h的欧几里得距离的平方的期望；E表示存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵；

令

其中q为本端接收到的导频信号，将

代入上式，对X进行微分，得到使MSE最小的X，根据MSE最小时的X得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量

以及信道状态误差协方差矩阵。

3.根据权利要求1所述的无线信道误差检定的方法，其特征在于，所述获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量，包括：

根据下述公式得到所述对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量h：

q＝hd+z

其中，d为终端发送的导频信号，q为本端接收到的导频信号，z为对应无线信道的高斯白噪声。

4.根据权利要求3所述的无线信道误差检定的方法，其特征在于，所述根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声，包括：

获取终端发射机的硬件畸变比例系数μ_UE,T、相位畸变系数

以及相位畸变系数φ，根据预先建立的第一硬件减损模型分别计算终端发射机的硬件减损导致的第一加性畸变噪声ξ_UE,T和乘性畸变噪声θ；

获取本端接收机的硬件畸变比例系数μ_RRH,R，根据预先建立的第二硬件减损模型分别计算本端接收机的硬件减损导致的第二加性畸变噪声ξ_RRH,R。

5.根据权利要求4所述的无线信道误差检定的方法，其特征在于，所述根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量，包括：

根据下述公式得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量

6.根据权利要求1至5任一所述的无线信道误差检定的方法，其特征在于，得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差之后，还包括：

根据存在硬件减损状态下所述无线信道的误差，对系统的容量进行冗余调整。

7.一种无线信道误差检定的装置，其特征在于，包括：

状态信息获取模块，用于获取预先约定的本端接收到的导频信号与终端发送的导频信号，得到对应无线信道在无硬件减损状态下的信道状态向量；

噪声确定模块，用于根据预先建立的硬件减损模型，确定由所述无线信道收发机的硬件减损导致的畸变噪声；

估计值计算模块，用于根据所述本端接收到的导频信号、所述终端发送的导频信号与所述畸变噪声得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的信道状态估计向量；

误差计算模块，用于通过线性最小均方误差法求解所述信道状态估计向量与所述信道状态向量的欧几里得距离最小值，根据所述欧几里得距离最小值得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差协方差矩阵，由此得到存在硬件减损状态下所述无线信道的误差。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述误差计算模块，进一步用于：

根据下述公式得到均方误差MSE(Mean Square Error，均方误差)的表达式：

其中，

为无线信道的信道状态估计向量，h为无线信道的信道状态向量，

为二范数，均方误差MSE为向量

和向量h的欧几里得距离的平方的期望；式中，均方误差MSE等于所述无线信道在存在硬件减损状态下的误差的协方差矩阵的迹；

令

其中q为本端接收到的导频信号，将

代入上式，并将上式对X进行微分，得到使MSE最小的X，代入上式得到所述无线信道在存在硬件减损状态下的误差协方差矩阵。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括冗余调整模块，用于根据存在硬件减损状态下所述无线信道的误差，对系统的容量进行冗余调整。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一所述方法的步骤。

11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至6任一所述方法的步骤。

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