CN109150774B - 信道互易性补偿方法、ap设备、服务器及mimo系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种信道互易性补偿方法、AP设备、服务器及MIMO系统。该方法包括：无线访问接入点中每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S_i'；每个收发天线估计收发天线M_i与其他每个收发天线M_j的上下行信道的信道状态；服务器根据信道状态，确定每个上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

服务器根据信道状态矩阵

确定每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

每个收发天线M_i根据偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。本发明实施例无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，节省系统反馈开销，提升了系统性能。

Description

信道互易性补偿方法、AP设备、服务器及MIMO系统

技术领域

本发明实施例涉及无线通信技术领域，具体涉及一种信道互易性补偿方法、AP设备、服务器及MIMO系统。

背景技术

多入多出(Multiple Input Multiple Output，简称MIMO)技术在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，能成倍的提高系统信道容量，因而被广泛应用于无线通信系统中。在无线通信系统中，当上下行传输使用同样的频率，且发送时间间隔足够短时，可认为上行信道与下行信道的衰落基本相同，即上下行信道具有互易性。基于这一特性，基站可以通过检测上行发送信号来估计下行发送信号将要经历的信道衰落，并由此来确定下行传输的方案和参数，在保证下行信道衰落的估计精度的同时，可以节省终端的反馈开销。

MIMO波束成形是利用信道信息对发射数据进行加权，形成波束的一种波束赋形方法，可分为开环和闭环两种模式。闭环模式需要终端反馈信道信息如码本给发射端，利用反馈信息对发射信号进行加权，开环模式利用上行信道信息，对发射信号进行加权，不需要接收端反馈信道信息给发射端，发射端通过上行信道自行估计得到下行信道信息。由于受反馈时延的影响，闭环技术也只在低速场景有较好的性能，另外，由于受反馈精度的影响，闭环技术总体上比开环的性能要略差。

然而在实际应用中，由于收发机本身因素和外部环境对通信链路影响等外部因素，会导致信道互易性无法保持，因此需要对各个收发通路进行校正，弥补互易性的损失，从而实现系统容量的最大化。

现有的MIMO系统信道互易性补偿方法，通常在基站与终端设备通信之前，基站向终端设备发送参考信号，根据实际测量的上行信道状态和下行信道状态计算偏差因子，在基站向终端设备发送信号前，根据偏差因子对发送信号进行预处理，以使上下行信道维持互易性。然而，这种互易性补偿方法与闭环模式相同，仍然需要终端设备配合，在终端设备不可控的情形下，将导致互易性补偿无法实现。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种信道互易性补偿方法、AP设备、服务器及MIMO系统。

第一方面，本发明实施例提供一种多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，包括：

无线访问接入点中每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S_i'，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态；

每个所述收发天线M_i将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数，并根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

每个所述收发天线M_i接收所述服务器发送的偏差因子

根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

如上述互易性补偿方法，可选地，所述每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，包括：

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道中每个子载波k对应的上行信道状态

每个所述收发天线M_i根据发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道中每个子载波k对应的下行信道状态

相应地，所述每个所述收发天线M_i将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

包括：

每个所述收发天线M_i将所述上行信道状态

和所述下行信道状态

发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

如上述互易性补偿方法，可选地，所述每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，包括：

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，对所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，估计校准后的上下行信道的信道状态。

第二方面，本发明又一实施例提供一种多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，包括：

接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数；

根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

向每个收发天线M_i发送其对应的偏差因子

以供所述收发天线M_i根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

如上述互易性补偿方法，可选地，所述根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

包括：

根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

如上述互易性补偿方法，可选地，所述根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

如上述互易性补偿方法，可选地，所述矩阵A^k根据下述步骤确定：

令所述上下行信道校准后的最小二乘函数

根据约束条件

确定拉格朗日目标函数

对

求偏导，确定偏导数

令所述偏导数

则

令

则：

令矩阵

则所述矩阵A^k中的每个元素

如上述互易性补偿方法，可选地，所述根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的特征向量C^k，包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的每个特征值λ，确定所述特征值λ中的最小特征值；

根据所述最小特征值对应的特征向量，确定所述特征向量C^k。

第三方面，本发明实施例提供一种无线访问接入点AP设备，包括：

多个收发天线M_i和收发天线M_j，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点设备中收发天线的总个数；

所述收发天线M_i，用于依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i；

所述收发天线M_j，用于在接收到所述训练帧S_i之后，向所述收发天线M_i发送训练帧S_i'；

所述收发天线M_i还用于，根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态；

所述收发天线M_i还用于，将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数，并根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

所述收发天线M_i还用于，接收所述服务器发送的偏差因子

根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

如上述无线访问接入点AP设备，可选地，所述收发天线M_i具体用于：

根据接收到的训练帧S_i'，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道中每个子载波k对应的上行信道状态

根据发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道中每个子载波k对应的下行信道状态

将所述上行信道状态

和所述下行信道状态

发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

如上述无线访问接入点AP设备，可选地，所述收发天线M_i还用于：

根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，对所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，估计校准后的上下行信道的信道状态。

第四方面，本发明实施例提供过一种服务器，包括：

接收模块，用于接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

信道状态确定模块，用于根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数；

偏差计算模块，用于根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

发送模块，用于向每个收发天线M_i发送其对应的偏差因子

以供所述收发天线M_i根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

如上述服务器，可选地，所述信道状态确定模块具体用于：

根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

如上述服务器，可选地，所述偏差计算模块包括：

特征向量计算单元，用于根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

偏差因子计算单元，用于根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

如上述服务器，可选地，所述特征向量计算单元具体用于：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的每个特征值λ，确定所述特征值λ中的最小特征值；

根据所述最小特征值对应的特征向量，确定所述特征向量C^k。

第五方面，本发明实施例提供一种多入多出MIMO系统，包括如上所述的无线访问接入点AP设备和如上所述的服务器。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的训练帧，估计各个收发天线之间的上下信道状态，根据上下行信道状态确定每个收发天线在每个子载波上的偏差因子，发送信号前，根据偏差因子对发送信号进行预处理，从而恢复上下行信道之间的互易性。本发明实施例无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，进而实现开环方式在MIMO系统中的应用，节省系统反馈开销，从而提升了不适用闭环方式的场景下的系统性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的分布式MIMO系统的拓扑连接示意图；

图3为本发明又一实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法流程示意图；

图4为本发明实施例提供的无线访问接入点AP设备的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的服务器的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的多入多出MIMO系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：

步骤S11、无线访问接入点中每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S_i'，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；具体地，LTE和WIFI是当前最为流行的两种无线通信技术，目前LTE与WIFI协议中都支持波束成形技术，而对开环或闭环方案则采用了兼容式的规定，如LTE同时支持基于码本(闭环)和非码本(开环)的预编码，而802.11n中也同时定义了显式波束成形(闭环)和隐式波束成形(开环)。

开环技术对覆盖和吞吐量的提升都有比较明显的效果，合理利用信道状态信息可以使通信系统适应当前的信道条件，在多天线系统中为高可靠性高速率的通信提供了保障。信道状态信息(Channel State Information，简称CSI)是指信号在每个发送端与接收端之间的传输路径上的衰弱因子，即信道增益矩阵H中每个元素的值，如信号散射(Scattering)，环境衰弱(multipath fading or shadowing fading，简称fading)，距离衰减(power decay of distance)等信息。使用开环方式获取CSI，即通过测量上行信道的CSI，同时利用上下行信道的互易性，进而得到下行信道的CSI。因此如何进行收发通路校正就是其中最为关键的技术问题。

针对单输入单输出(Single Input Single Output，简称SISO)系统，信道影响可建模为在发射机和接收机之间的线性时变通信系统的冲激响应。对于MIMO系统，其信道可视为由系统中每对发射机和接收机之间的SISO信道共同组成。

以分布式MIMO为例，图2为本发明实施例提供的分布式MIMO系统的拓扑连接示意图，如图2所示，假定MIMO系统中所有接入点AP和站点STA均使用单天线，以AP1与STA1为例，AP1向STA1发送下行信号，STA1收到下行信号之后，向AP1发送上行信号，其上下行信道状态可分别表示如下：

其中，CSI_a1→s1为下行信道状态，CSI_s1→a1为上行信道状态，T_a1为AP1作为发射端的发射端影响因子，T_s1为STA1作为发射端的发射端影响因子，e为自然对数的底，f_a1为AP1作为发射端的发射频率，f_s1为STA1作为发射端的发射频率，t_a1为AP1作为发射端的发射时间段，t_s1为STA1作为发射端的发射时间段，

为AP1作为发射端的初始相位，

为STA1作为发射端的初始相位，H_a1→s1和H_s1→a1为AP1与STA1之间的物理信道，R_a1为AP1作为接收端的接收端影响因子，R_s1为STA1作为接收端的接收端影响因子。

在实际应用中，H_a1→s1与H_s1→a1互易，但由于真实的CSI除了H以外还有其它影响，例如T、R等，因此需要对这些影响进行补偿，使得上行CSI与下行CSI恢复互易性，从而由上行CSI获得下行CSI。

在MIMO系统中，当需要对上下行信道进行互易性补偿时，为了避免使用终端设备进行反馈，可以在无线访问接入点AP侧计算各个收发天线的偏差因子，将AP中每个收发天线分别作为发送端和接收端，向基站内其他收发天线发送训练帧，从而获得上下行信道的状态信息，以此来计算各个收发天线的偏差因子，不需要终端设备配合，实现信道互易性的自校准过程。

具体地，MIMO系统的无线访问接入点AP中包含m个收发天线，记为M₁,…,M_i,…,M_j,…,M_m,其中i≠j且i,j∈[1,m]，m>1。首先收发天线M₁，向其他收发天线M₂,…,M_m,发送含导频的训练帧S₁，用于估计收发天线M₁与其他收发天线之间的上下行信道的信道状态，其他m-1个收发天线接收到训练帧S₁后，估计收发天线M₁与其之间的下行信道状态，之后m-1个收发天线同时向收发天线M₁发送包含导频的训练帧S₁'，M₁接收到M₂…,M_m发送的训练帧S₁'后，估计M₁与m-1个收发天线之间的上行信道状态。之后依次类推，每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S_i'。在实际应用中，为了避免重复估计信道，收发天线M_i可以只向其他没有估计上下行信道的M_j发送训练帧，例如，M₂向M₃,…,M_m,发送含导频的训练帧S₂，M₃向M₄,…,M_m,发送含导频的训练帧S₃等。

需要说明的是，训练帧的格式可以为常规用于信道估计的帧格式即可，本发明实施例对此不做限定。此外信道样本采集时，若存在部分信道样本由于天线间隔太远无法采集不影响校准结果，除非该天线与所有天线均无法通信。

步骤S12、每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态；

具体地，每个收发天线M_i发送的训练帧S_i和接收到训练帧S_i'都获知之后，可以根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态。例如，训练帧包含导频信息，在M_i发送信号里，在特定的子载波上插入导频信息D，经过M_i与M_j之间的信道H之后，接收端得的接收的导频信息D’，并且满足关系式D’＝H*D，由于导频信息D已知，又有接收端得到的D’，因此可以算出信道H的信道状态信息。若采用高精度的信道估计算法则可进一步提升校准精度。由于共有m个收发天线，因此可以得到m组信道状态信息。

在实际应用中，为了得到更精确的互易性偏差因子，每个收发天线M_i可以对上下行信道中的每个子载波k估计信道状态，从而得到k个m组信道状态信息。

步骤S13、每个所述收发天线M_i将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数，并根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

具体地，AP中的每个收发天线M_i将估计的信道状态发送至MIMO系统中的服务器，MIMO系统中的服务器根据k个m组信道状态信息，确定上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中

包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为信道状态参数。之后，服务器可以根据

计算每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

即，在不使用终端设备的反馈信息情况下，每个收发天线分别替代终端设备完成信道状态估计，从而使服务器根据信道状态矩阵确定每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

之后，服务器向每个收发天线M_i发送对应的偏差因子

步骤S14、每个所述收发天线M_i接收所述服务器发送的偏差因子

根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

具体地，每个收发天线M_i接收到服务器发送的偏差因子

之后，根据偏差因子

对待发送的信号进行预处理，例如，待发送信号为sig，则预处理后的发送信号为

这样，当发送预处理后的

之后，收发天线与终端设备的信道状态信息就会恢复互易性，从而可以根据上行信道状态估计下行信道状态，实现开环模式。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的训练帧，估计各个收发天线之间的上下信道状态，根据上下行信道状态确定每个收发天线在每个子载波上的偏差因子，发送信号前，根据偏差因子对发送信号进行预处理，从而恢复上下行信道之间的互易性。本发明实施例无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，进而实现开环方式在MIMO系统中的应用，节省系统反馈开销，从而提升了不适用闭环方式的场景下的系统性能。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，包括：

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道中每个子载波k对应的上行信道状态

每个所述收发天线M_i根据发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道中每个子载波k对应的下行信道状态

相应地，所述每个所述收发天线M_i将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

包括：

每个所述收发天线M_i将所述上行信道状态

和所述下行信道状态

发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

具体地，AP中收发天线从M₁到M_m，所有收发天线依次发含导频的训练帧，用于估计信道，在某个收发天线M_i发训练帧S_i时，其他m-1个收发天线M_j接收训练帧，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数，其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_i到M_j之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

m-1个M_j完成接收后，m-1个M_j同时发训练帧S_i'，由M_i进行接收，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数；其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_j到M_i之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

当所有的收发天线均完成上下行信道状态估计之后，MIMO系统中的服务器根据就可得到K个m*m规模的信道矩阵，记为

表示子载波k对应的信道状态矩阵。其中：

其中，

且i,j∈[1,m]。

之后，服务器其根据信道状态矩阵

就可确定每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进而提升了系统性能。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，包括：

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，对所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，估计校准后的上下行信道的信道状态。

具体地，MIMO系统分为集中式MIMO系统和分布式MIMO系统，集中式MIMO系统相当于所有天线都是挂在同一个设备上，这种情况下通常各收发天线都是时间/频率同步的，因此，可直接计算各个收发天线在每个子载波的偏差因子。而在分布式MIMO系统中，每个收发天线可能存在频率偏差和发射时间段偏差，在这种情形下，首先需要每个收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，对收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，对校准后的信道再进行信道状态估计，这样可确保频率时间同步。其中时间和频率校准方法较为常见，本发明实施例不再赘述。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，在估计上下行信道之前，对时间和频率进行校准，通过构造拉格朗日目标函数，将求解偏差因子问题转换最优化问题，通过求解矩阵中最小的特征值对应的特征向量，优化各个偏差因子，进一步减少偏差因子与实际偏差的误差，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

图3为本发明又一实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法流程示意图，如图3所示，该方法包括：

步骤S31、接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

具体地，MIMO系统的无线访问接入点AP中包含m个收发天线，记为M₁,…,M_i,…,M_j,…,M_m,其中i≠j且i,j∈[1,m]，m>1。首先收发天线M₁，向其他收发天线M₂,…,M_m,发送含导频的训练帧S₁，用于估计收发天线M₁与其他收发天线之间的上下行信道的信道状态，其他m-1个收发天线接收到训练帧S₁后，估计收发天线M₁与其之间的下行信道状态，之后m-1个收发天线同时向收发天线M₁发送包含导频的训练帧S₁'，M₁接收到M₂…,M_m发送的训练帧S₁'后，估计M₁与m-1个收发天线之间的上行信道状态。之后依次类推，每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S_i'。每个收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态。然后AP中的每个收发天线M_i将估计的信道状态发送至MIMO系统中的服务器，服务器接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态。

步骤S32、根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数；

具体地，为了得到更精确的互易性偏差因子，每个收发天线M_i可以对上下行信道中的每个子载波k估计信道状态，从而得到k个m组信道状态信息。服务器根据k个m组信道状态信息，确定上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中

包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为信道状态参数。

步骤S33、根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

具体地，服务器根据

计算每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

即，在不使用终端设备的反馈信息情况下，每个收发天线分别替代终端设备完成信道状态估计，从而使服务器根据信道状态矩阵确定每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

步骤S34、向每个收发天线M_i发送其对应的偏差因子

以供所述收发天线M_i根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

具体地，服务器向每个收发天线M_i发送对应的偏差因子

每个收发天线M_i接收到服务器发送的偏差因子

之后，根据偏差因子

对待发送的信号进行预处理，例如，待发送信号为sig，则预处理后的发送信号为

这样，当发送预处理后的

之后，收发天线与终端设备的信道状态信息就会恢复互易性，从而可以根据上行信道状态估计下行信道状态，实现开环模式。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的训练帧，估计各个收发天线之间的上下信道状态，根据上下行信道状态确定每个收发天线在每个子载波上的偏差因子，发送信号前，根据偏差因子对发送信号进行预处理，从而恢复上下行信道之间的互易性。本发明实施例无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，进而实现开环方式在MIMO系统中的应用，节省系统反馈开销，从而提升了不适用闭环方式的场景下的系统性能。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

包括：

根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

具体地，AP中收发天线从M₁到M_m，所有收发天线依次发含导频的训练帧，用于估计信道，在某个收发天线M_i发训练帧S_i时，其他m-1个收发天线M_j接收训练帧，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数，其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_i到M_j之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

m-1个M_j完成接收后，m-1个M_j同时发训练帧S_i'，由M_i进行接收，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数；其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_j到M_i之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

当所有的收发天线均完成上下行信道状态估计之后，MIMO系统中的服务器根据就可得到K个m*m规模的信道矩阵，记为

表示子载波k对应的信道状态矩阵。其中：

其中，

且i,j∈[1,m]。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进而提升了系统性能。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

具体地，服务器获取到每个子载波k上的信道状态矩阵

之后，根据公式(3)计算矩阵A^k的特征向量C^k：

A^k*C^k＝λC^k 公式(3)

其中，矩阵A^k为优化矩阵，A^k中的每个元素

为下行信道状态

的共轭值，

为归一化的偏差因子，则

即||C^k||＝1。对公式(3)进行求解，得到的特征向量C^k即为所求的偏差因子

的组合，根据C^k中每个元素就可确定收发天线M_i在子载波k上的偏差因子

由于共有K个子载波，因此，最后得到K个C^k，每个C^k对应一个子载波上所有收发天线的偏差因子。

MIMO系统中的服务器获取到每个子载波k上所有收发天线的信道状态矩阵

之后，根据公式(3)，将信道状态矩阵

中对应的元素带入至优化矩阵A^k中，就可计算出矩阵A^k的所有特征值λ和特征向量C^k，特征向量C^k中的元素即为对应的收发天线归一化后的偏差因子

当该收发天线需要向终端设备发送信号之前，可以在对应的子载波发送

与发送信号相乘之后的信号，这样，上下行信道之间就满足了互易性，根据上行信道信息就可估计下行信道信息。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，预先根据各收发天线发送和接收的训练帧，估计各个收发天线在每个子载波的归一化后的偏差因子，根据偏差因子在向终端设备发射信号之前进行预处理，从而实现上下行信道的互易性，无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述矩阵A^k根据下述步骤确定：

令所述上下行信道校准后的最小二乘函数

根据约束条件

确定拉格朗日目标函数

对

求偏导，确定偏导数

令所述偏导数

则

令

则：

令矩阵

则所述矩阵A^k中的每个元素

具体地，收发天线M_i和M_j之间的下行信道状态和上行信道状态分别为：

其中，T_i为M_i作为发射端的发射端影响因子，T_j为M_j作为发射端的发射端影响因子，e为自然对数的底，f_i为M_i的发射频率，f_j为M_j的接收频率，t_i为M_i作为发射端的发射时间段，t_j为M_j作为发射端的发射时间段，

为M_i作为发射端的初始相位，

为M_j作为发射端的初始相位，H_i→j和H_j→i为M_i与M_j之间的物理信道，R_i为M_i作为接收端的接收端影响因子，R_j为M_j作为接收端的接收端影响因子。

当M_i与M_j之间的发射时间段t_i与t_j，以及初始相位

与

保持较高精度的频率和时间同步时，上述公式(4)和公式(5)可以简化为：

CSI_i→j＝T_iH_i→jR_j+Z_i→j 公式(6)

CSI_j→i＝T_jH_j→iR_i+Z_j→i 公式(7)

其中，Z_i→j和Z_j→i为信道噪声，当信噪比SNR较大时，信道噪声可忽略，则有：

CSI_i→j＝T_iH_i→jR_j 公式(8)

CSI_j→i＝T_jH_j→iR_i 公式(9)

令

则有：

CSI_i→j＝c_jT_iT_jH_i→j 公式(10)

CSI_j→i＝c_iT_jT_iH_j→i 公式(11)

由于物理信道H_i→j和H_j→i具有互易性，因此可得c_iCSI_i→j＝c_jCSI_j→i公式(12)，此时，上下行信道状态CSI_i→j和CSI_j→i满足互易性。则求解校准参数的过程可转化为求解c_i和c_j的优化问题。由于实际上下行信道中，每个子载波上需要校准的偏差不同，因此可以c_i和c_j的优化问题转换为每个子载波上

和

的优化问题，通过K组

和

的优化算法，可得到每个子载波上需要校准的偏差。

根据公式(12)，可得上下行信道校准后的最小二乘函数：

其中，

为最小二乘函数。

由于

同时

归一化后的校准结果一致，则可引入约束条件

采用拉格朗日乘子法构造目标函数：

其中

为拉格朗日目标函数。

之后对

求偏导，确定偏导数：

令偏导数

则可求得优化后的

具体地，根据公式(15)可得：

令

将公式(16)写成矩阵相乘的形式，则有：

令矩阵

由于

且i,j∈[1,m]，则矩阵A^k中的每个元素

则有：

A^k*C^k＝λC^k 公式(3)

则λ为矩阵A^k的特征值，C^k为矩阵A^k的特征向量，则求解偏差因子

的问题就转换为求解矩阵A^k的特征向量的问题。

通过上述优化过程，就可最小化信道估计误差，对于实际通过测量估计信道状态的算法，也可用于改善测量误差造成的计算结果偏差。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，通过构造拉格朗日目标函数，将求解偏差因子问题转换最优化问题，通过求解矩阵的特征向量，得到各个偏差因子，从而最小化偏差因子与实际偏差的误差，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的特征向量C^k，包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的每个特征值λ，确定所述特征值λ中的最小特征值；

根据所述最小特征值对应的特征向量，确定所述特征向量C^k。

具体地，为了进一步减少偏差因子的误差，可以从特征向量中选择最优的特征向量作为校准系数，由于最小特征值对应的特征向量代表A^k作用下变化最慢的方向，因此可以最小选特征值对应的特征向量作为校准系数。首先根据公式(3)计算出矩阵A^k的每个特征值λ，然后对特征值进行比较，确定特征值λ中的最小特征值，最后将最小特征值对应的特征向量，作为要选取的特征向量C^k。

通过选择最小的特征值对应的特征向量，进一步优化偏差因子，在仿真条件下，采用上述偏差因子进行校准，利用上行CSI估计下行CSI的结果为：

当信噪比SNR＝20dB,幅度估计值与实际值偏差0.08dB，相位估计值与实际值偏差1.5°；

当信噪比比SNR＝35dB,幅度估计值与实际值偏差0.01dB，相位估计值与实际值偏差0.3°。

当使用实际的终端设备进行测试时，采用上述偏差因子进行校准，利用上行CSI估计下行CSI时，校准精度约为0.6dB(幅度)和7°(相位)。

在实际应用中，采用不同的信道估计算法和不同的硬件设备，所得的校准精度不同，若采用更高精度的信道估计算法及前端稳定性更好的硬件设备，则所得的系统性能也将更好。

本发明实施例提供的多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，通过构造拉格朗日目标函数，将求解偏差因子问题转换最优化问题，通过求解矩阵中最小的特征值对应的特征向量，优化各个偏差因子，进一步减少偏差因子与实际偏差的误差，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

图4为本发明实施例提供的无线访问接入点AP设备的结构示意图，如图4所示，该AP设备包括多个收发天线M_i41和收发天线M_j42，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为AP设备中收发天线的总个数，其中：

收发天线M_i41，用于依次向其他收发天线M_j42发送训练帧S_i；收发天线M_j42，用于在接收到所述训练帧S_i之后，向所述收发天线M_i41发送训练帧S_i'；收发天线M_i41还用于，根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i41与其他每个收发天线M_j42之间的上下行信道的信道状态；所述收发天线M_i41还用于，将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数，并根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i41在每个子载波k上的偏差因子

所述收发天线M_i41还用于，接收所述服务器发送的偏差因子

根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

具体地，AP设备中共有m个收发天线，记为M₁,…,M_i,…,M_j,…,M_m,其中i≠j且i,j∈[1,m]，m>1。为便于区分不同的收发天线，将其中一个收发天线记为收发天线M_i41，除收发天线M_i41之外的收发天线记为收发天线M_j42，每个收发天线M_i41依次向其他收发天线M_j42发送训练帧S_i，收发天线M_j42接收到收发天线M_i41发送的训练帧S_i之后，同时向收发天线M_i41发送训练帧S_i'。每个收发天线M_i41发送的训练帧S_i和接收到训练帧S_i'都获知之后，可以根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i41与其他每个收发天线M_j42之间的上下行信道的信道状态。每个收发天线M_i41将估计的信道状态发送至服务器，服务器根据信道状态，确定上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中

包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为信道状态参数。确定每个子载波k对应的信道状态矩阵

之后，服务器可以根据

计算每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

即，在不使用终端设备的反馈信息情况下，每个收发天线分别替代终端设备完成信道状态估计，从而使服务器根据信道状态矩阵确定每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

收发天线M_i接收服务器发送的偏差因子

根据偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。本发明实施例提供的设备，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的无线访问接入点AP设备，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的训练帧，估计各个收发天线之间的上下信道状态，根据上下行信道状态确定每个收发天线在每个子载波上的偏差因子，发送信号前，根据偏差因子对发送信号进行预处理，从而恢复上下行信道之间的互易性。本发明实施例无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，进而实现开环方式在MIMO系统中的应用，节省系统反馈开销，从而提升了不适用闭环方式的场景下的系统性能。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述收发天线M_i具体用于：

根据接收到的训练帧S_i'，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道中每个子载波k对应的上行信道状态

根据发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道中每个子载波k对应的下行信道状态

将所述上行信道状态

和所述下行信道状态

发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

具体地，AP中收发天线从M₁到M_m，所有收发天线依次发含导频的训练帧，用于估计信道，在某个收发天线M_i发训练帧S_i时，其他m-1个收发天线M_j接收训练帧，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数，其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_i到M_j之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

m-1个M_j完成接收后，m-1个M_j同时发训练帧S_i'，由M_i进行接收，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数；其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_j到M_i之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

当所有的收发天线均完成上下行信道状态估计之后，MIMO系统中的服务器根据就可得到K个m*m规模的信道矩阵，记为

表示子载波k对应的信道状态矩阵。其中：

其中，

且i,j∈[1,m]。

之后，服务器其根据信道状态矩阵

就可确定每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

本发明实施例提供的设备，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的无线访问接入点AP设备，无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进而提升了系统性能。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述收发天线M_i还用于：

根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，对所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，估计校准后的上下行信道的信道状态。

具体地，在分布式MIMO系统中，每个收发天线可能存在频率偏差和发射时间段偏差，在这种情形下，首先需要每个收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，对收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的的上下行信道进行频率校准和时间校准，对校准后的信道再进行信道状态估计，这样可确保频率时间同步。其中时间和频率校准方法较为常见，本发明实施例不再赘述。本发明实施例提供的设备，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的无线访问接入点AP设备，在估计上下行信道之前，对时间和频率进行校准，通过构造拉格朗日目标函数，将求解偏差因子问题转换最优化问题，通过求解矩阵中最小的特征值对应的特征向量，优化各个偏差因子，进一步减少偏差因子与实际偏差的误差，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

图5为本发明实施例提供的服务器的结构示意图，如图5所示，该服务器包括：接收模块51、信道状态确定模块52、偏差计算模块53和发送模块54，其中：

接收模块51用于接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；信道状态确定模块52用于根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数；偏差计算模块53用于根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

发送模块54用于向每个收发天线M_i发送其对应的偏差因子

以供所述收发天线M_i根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号。

具体地，AP设备中每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S_i'。每个收发天线M_i根据接收到的训练帧S_i'和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态。然后AP中的每个收发天线M_i将估计的信道状态发送至服务器接中的收模块51，收模块51接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态。为了得到更精确的互易性偏差因子，每个收发天线M_i可以对上下行信道中的每个子载波k估计信道状态，从而得到k个m组信道状态信息。信道状态确定模块52根据k个m组信道状态信息，确定上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中

包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为信道状态参数。偏差计算模块53根据

计算每个收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

发送模块54向每个收发天线M_i发送对应的偏差因子

每个收发天线M_i接收偏差因子

之后，根据偏差因子

对待发送的信号进行预处理，这样，当发送预处理后的信号之后，收发天线与终端设备的信道状态信息就会恢复互易性，从而可以根据上行信道状态估计下行信道状态，实现开环模式。本发明实施例提供的服务器，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的服务器，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的训练帧，估计各个收发天线之间的上下信道状态，根据上下行信道状态确定每个收发天线在每个子载波上的偏差因子，发送信号前，根据偏差因子对发送信号进行预处理，从而恢复上下行信道之间的互易性。本发明实施例无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，进而实现开环方式在MIMO系统中的应用，节省系统反馈开销，从而提升了不适用闭环方式的场景下的系统性能。

在上述实施例的基础上，进一步地，所述信道状态确定模块具体用于：

根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

具体地，AP中收发天线从M₁到M_m，所有收发天线依次发含导频的训练帧，用于估计信道，在某个收发天线M_i发训练帧S_i时，其他m-1个收发天线M_j接收训练帧，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数，其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_i到M_j之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

m-1个M_j完成接收后，m-1个M_j同时发训练帧S_i'，由M_i进行接收，并估计信道，则得到K个含m个元素的矢量，K为估计信道的子载波总个数；其中，每个元素为信道状态，记为

表示子载波k对应的M_j到M_i之间的信道状态，m个元素的矢量中，对应发射端的元素取0，即

当所有的收发天线均完成上下行信道状态估计之后，信道状态确定模块就可得到K个m*m规模的信道矩阵，记为

表示子载波k对应的信道状态矩阵。其中：

其中，

且i,j∈[1,m]。本发明实施例提供的服务器，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的服务器，无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进而提升了系统性能。在上述各实施例的基础上，进一步地，所述偏差计算模块包括：

特征向量计算单元，用于根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的特征值λ和对应的特征向量C^k，其中，

且

矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

偏差因子计算单元，根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

具体地，获取到每个子载波k上的信道状态矩阵

之后，特征向量计算单元根据公式(3)计算矩阵A^k的特征向量C^k：

A^k*C^k＝λC^k 公式(3)

其中，矩阵A^k为优化矩阵，A^k中的每个元素

为下行信道状态

的共轭值，

为归一化的偏差因子，则

即||C^k||＝1。对公式(3)进行求解，得到的特征向量C^k即为所求的偏差因子

的组合，偏差因子计算单元根据C^k中每个元素就可确定收发天线M_i在子载波k上的偏差因子

由于共有K个子载波，因此，最后得到K个C^k，每个C^k对应一个子载波上所有收发天线的偏差因子。

特征向量计算单元获取到每个子载波k上所有收发天线的信道状态矩阵

之后，根据公式(3)，将信道状态矩阵

中对应的元素带入至优化矩阵A^k中，就可计算出矩阵A^k的所有特征值λ和特征向量C^k，特征向量C^k中的元素即为对应的收发天线归一化后的偏差因子

当该收发天线需要向终端设备发送信号之前，可以在对应的子载波发送

与发送信号相乘之后的信号，这样，上下行信道之间就满足了互易性，根据上行信道信息就可估计下行信道信息。本发明实施例提供的服务器，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的服务器，预先根据各收发天线发送和接收的训练帧，估计各个收发天线在每个子载波的归一化后的偏差因子，根据偏差因子在向终端设备发射信号之前进行预处理，从而实现上下行信道的互易性，无需实际接收终端配合，在发射端内部完成信道互易性维护，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

在上述各实施例的基础上，进一步地，所述特征向量计算单元具体用于：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的特征值λ，确定所述特征值λ中的最小特征值；

根据所述最小特征值对应的特征向量，确定所述特征向量C^k。

具体地，为了进一步减少偏差因子的误差，可以从特征向量中选择最优的特征向量作为校准系数，由于最小特征值对应的特征向量代表A^k作用下变化最慢的方向，因此可以最小选特征值对应的特征向量作为校准系数。首先根据公式(3)计算出矩阵A^k的每个特征值λ，然后对特征值进行比较，确定特征值λ中的最小特征值，最后将最小特征值对应的特征向量，作为要选取的特征向量C^k。本发明实施例提供的服务器，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。

本发明实施例提供的服务器，通过构造拉格朗日目标函数，将求解偏差因子问题转换最优化问题，通过求解矩阵中最小的特征值对应的特征向量，优化各个偏差因子，进一步减少偏差因子与实际偏差的误差，相比于直接测量前端偏差的方式，可以有效抑制系统抖动影响，节省系统反馈开销，进一步提升了系统性能。

图6为本发明实施例提供的多入多出MIMO系统的结构示意图，如图6所示，所述MIMO系统包括：无线访问接入点AP设备61和服务器62，所述MIMO系统中的AP设备61，其功能具体参照上述AP设备实施例，所述MIMO系统中的服务器62，其功能具体参照上述服务器实施例，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，其特征在于，包括：

无线访问接入点中每个收发天线M_i依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i，并接收其他收发天线M_j发送的训练帧S′_i，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S′_i和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态；

每个所述收发天线M_i将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数，并根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

每个所述收发天线M_i接收所述服务器发送的偏差因子

根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号；

其中，所述根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S′_i和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，包括：

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S′_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道中每个子载波k对应的上行信道状态

每个所述收发天线M_i根据发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道中每个子载波k对应的下行信道状态

相应地，所述每个所述收发天线M_i将估计的信道状态发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

包括：

每个所述收发天线M_i将所述上行信道状态

和所述下行信道状态

发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S′_i和发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，包括：

每个所述收发天线M_i根据接收到的训练帧S′_i和发送的训练帧S_i，对所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，估计校准后的上下行信道的信道状态。

4.一种多入多出MIMO系统信道互易性补偿方法，其特征在于，包括：

接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数；

根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

向每个收发天线M_i发送其对应的偏差因子

以供所述收发天线M_i根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号；

其中，所述根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

包括：

根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述矩阵A^k根据下述步骤确定：

令所述上下行信道校准后的最小二乘函数

根据约束条件

确定拉格朗日目标函数

对

求偏导，确定偏导数

令所述偏导数

则

令

则：

令矩阵

则所述矩阵A^k中的每个元素

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的特征向量C^k，包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的每个特征值λ，确定所述特征值λ中的最小特征值；

根据所述最小特征值对应的特征向量，确定所述特征向量C^k。

8.一种无线访问接入点AP设备，其特征在于，包括：

多个收发天线M_i和收发天线M_j，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点设备中收发天线的总个数；

所述收发天线M_i，用于依次向其他收发天线M_j发送训练帧S_i；

所述收发天线M_j，用于在接收到所述训练帧S_i之后，向所述收发天线M_i发送训练帧S′_i；

所述收发天线M_i还用于，根据接收到的训练帧S′_i和发送的训练帧S_i，估计收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态；

所述收发天线M_i还用于，将估计的信道状态发送至MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数，并根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

所述收发天线M_i还用于，接收所述服务器发送的偏差因子

根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号；

其中，所述根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述收发天线M_i具体用于：

根据接收到的训练帧S′_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道中每个子载波k对应的上行信道状态

根据发送的训练帧S_i，估计所述收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道中每个子载波k对应的下行信道状态

将所述上行信道状态

和所述下行信道状态

发送至所述MIMO系统中的服务器，以供所述服务器根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，

10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述收发天线M_i还用于：

根据接收到的训练帧S′_i和发送的训练帧S_i，对所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道进行频率校准和时间校准，估计校准后的上下行信道的信道状态。

11.一种服务器，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收无线访问接入点中每个收发天线M_i发送的所述收发天线M_i与其他每个收发天线M_j之间的上下行信道的信道状态，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；

信道状态确定模块，用于根据所述信道状态，确定每个所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

其中，1≤k≤K，K为所述上下行信道的子载波总数；

偏差计算模块，用于根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

发送模块，用于向每个收发天线M_i发送其对应的偏差因子

以供所述收发天线M_i根据所述偏差因子

对发送信号进行预处理，并向终端设备发送预处理后的信号；

其中，所述根据所述信道状态矩阵

确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

包括：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算矩阵A^k的特征向量C^k，其中，

且

λ为矩阵A^k的特征的特征值，矩阵A^k中的每个元素

为所述下行信道状态

的共轭值；

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的下行信道状态，

为收发天线M_i与其他收发天线M_j之间的上行信道状态，且

根据所述特征向量C^k确定每个所述收发天线M_i在每个子载波k上的偏差因子

12.根据权利要求11所述的服务器，其特征在于，所述信道状态确定模块具体用于：

根据下述公式确定所述上下行信道中每个子载波k对应的信道状态矩阵

13.根据权利要求12所述的服务器，其特征在于，所述特征向量计算单元具体用于：

根据公式A^k*C^k＝λC^k，计算所述A^k的每个特征值λ，确定所述特征值λ中的最小特征值；

根据所述最小特征值对应的特征向量，确定所述特征向量C^k。

14.一种多入多出MIMO系统，其特征在于，包括：如权利要求8-10任一所述的无线访问接入点AP设备和如权利要求11-13任一所述的服务器。

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