CN110417488B - 一种5g协作通信系统的中继校准方法、装置、存储介质和服务器 - Google Patents

一种5g协作通信系统的中继校准方法、装置、存储介质和服务器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种5G协作通信系统的中继校准方法、装置、存储介质和服务器，属于无线通信技术领域。一种5G协作通信系统中的中继校准方法，应用于时分双工模式中继的互易性校准，包括利用每根天线的自校准信号和互校准信号得到第一校准系数；设定一个中继作为参考节点，参考节点接收其他中继的联合校准信号计算第二校准系数；每个中继的互易性校准系数由所述第一校准系数和所述第二校准系数相乘得到。本发明能完成时分双工模式下中继的互易性联合校准，进而提高5G协作通信系统的性能，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。

Description

一种5G协作通信系统的中继校准方法、装置、存储介质和服 务器
技术领域
本发明涉及5G移动通信系统(5th Generation Wireless Systems)领域，更具体地说，涉及一种5G协作通信系统的中继校准方法及装置。
背景技术
中继(Relay)技术是一种提高无线网络系统性能的先进技术。在5G无线网络中，中继与微基站等构成了HetNet(Heterogeneous Network，异构网络)，以提升网络的容量和覆盖范围。中继已经在车辆网络、认知无线电和自组织网络中得到了广泛研究。一个典型的中继系统由多个S-D对(Source-Destination pair，源-目的节点对)，以及多个中继构成。在知道CSI(Channel State Information，信道状态信息)的基础上，多个中继进行协作波束成形，以辅助S-D对的通信。
通常，在TDD(Time Division Duplexing，时分双工)模式中，CSI可以从训练导频计算得到，但这会导致下行链路和上行链路CSI的互易性失配。这主要是因为实际的信道不仅包括无线传播信道，还包括硬件的RF(Radio Frequency，射频)增益，例如ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)、DAC(Digital-to-Analog Converter，数模转换器)、滤波器、混频器以及放大器等器件。尽管上行链路和下行链路无线传播信道具有互易性，但是通信链路两端的不同硬件的RF增益却是不对称的，这将导致实际信道的互易性失配。在TDD通信系统中，互易性失配会导致严重的系统性能损失。因此，互易性校准(ReciprocityCalibration)是实际 TDD通信系统的一个必要过程。
近年来，互易性校准方法得到了广泛的研究，主要分成硬件校准和信令校准。硬件校准需要在天线的发射通道和接收通道增加电路连接，而信令校准则利用天线间的导频信号来计算校准系数。这些已有的方法主要是针对传统的天线阵列的设计，直接使用在多中继系统中会出现许多问题，比如需要大量的信令开销、需要占用大量的回传链路资源等。
发明内容
1.要解决的问题
为了减轻互易性失配导致的无线网络性能损失，降低校准的开销和计算复杂度，本发明提供一种5G协作通信系统的中继校准方法、装置、存储介质和服务器。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种5G协作通信系统中的中继校准方法，应用于时分双工模式中继的互易性校准，包括：
利用每根天线的自校准信号和互校准信号得到第一校准系数；
设定一个中继作为参考节点，参考节点接收其他中继的联合校准信号计算第二校准系数；
每个中继的互易性校准系数由所述第一校准系数和所述第二校准系数相乘得到。
作为优化方案，得到第一校准系数的过程包括：
S11：每个中继的开关A1到AN都连接触点a和触点b，开关B1到开关BN断开连接，其中， N是一个正整数，表示每个中继的天线数；每个中继的天线1到天线N都发校准信号p(1)，那么中继m(m＝1,...,M)的天线n(n＝1,...,N)接收到的信号为：
Figure BDA0002177839640000021
其中，
Figure BDA0002177839640000022
表示天线n发射通道到接收通道的自校准信号，M是一个正整数，表示中继的数量，tm,n表示中继m中天线n的发射RF增益，rm,n表示中继m中天线n的接收RF增益，
Figure BDA0002177839640000023
表示均值为0、方差为
Figure BDA0002177839640000024
的加性高斯噪声；
S12：每个中继的开关A1保持连接，开关A2到开关AN都断开连接；同时，开关B1到开关BN闭合连接；每个中继的第1根天线发校准信号p(1)，那么中继m(m＝1,...,M)的第 n(n＝1,...,N)根天线接收到的信号为：
Figure BDA0002177839640000025
其中，
Figure BDA0002177839640000026
表示天线1发射通道到天线n接收通道的互校准信号，
Figure BDA0002177839640000027
表示均值为0、方差为
Figure BDA0002177839640000028
的加性高斯噪声；
S13：根据接收的信号
Figure BDA0002177839640000029
和
Figure BDA00021778396400000210
计算第一校准系数：
Figure BDA00021778396400000211
其中，
Figure BDA00021778396400000212
为中继m(m＝1,...,M)中天线n(n＝1,...,N)的第一校准系数。
作为优化方案，得到第二校准系数的过程包括：
S21：选择中继M作为参考节点，参考节点广播导频信号Xp，中继1到中继M-1都接收导频信号；中继m(m＝1,...,M-1)接收到的信号为
Figure BDA00021778396400000213
然后根据最小二乘法计算CSI，得到：
Figure BDA00021778396400000214
其中，
Figure BDA00021778396400000215
表示中继m计算得到的CSI；每个中继用第一校准系数对CSI 进行校准：
Figure BDA00021778396400000216
其中，
Figure BDA00021778396400000217
表示由中继m的第一校准系数构成的对角矩阵，ΩDL,m表示经过第一校准的等效信道；
S22：每个中继计算本地预编码矩阵：
Figure BDA00021778396400000218
其中，Γm(m＝1,...,M-1) 表示中继m的本地预编码矩阵，
Figure BDA00021778396400000219
是矩阵ΩDL,m的共轭，
Figure BDA00021778396400000220
为矩阵ΩDL,m的转置；
S23：离参考节点最远的中继，设其序号为Mfar，计算全局功率控制系数：
Figure BDA0002177839640000031
其中，
Figure BDA0002177839640000032
是中继Mfar的本地预编码矩阵，
Figure BDA0002177839640000033
表示矩阵
Figure BDA0002177839640000034
的共轭转置；然后，中继Mfar将
Figure BDA00021778396400000318
广播给参考节点和其他待校准中继；
S24：每个中继计算校准信号：
Figure BDA0002177839640000035
其中， xm(u)表示中继m第u次发射的校准信号，U＝M-1表示发射校准信号的总次数，1Q＝[1,...,1]T是维度为Q×1的全1列向量，Q表示参考节点中参与第二校准的天线数，ρc表示信号功率，
Figure BDA0002177839640000036
是中继m的第u次发射的DFT码本；
S25：所有中继同时发射校准信号给参考节点；参考节点接收的信号表示为：
Figure BDA0002177839640000037
其中，Sp(u)表示联合校准信号是参考节点接收的其他中继联合发射的校准信号，
Figure BDA0002177839640000038
表示参考节点的接收 机，
Figure BDA0002177839640000039
是由参考节点的第一校准系数构成的对角矩阵，ΩUL,m表示从中继m(m＝1,...,M-1)到参考节点的信道，zUL(u)是高斯噪声向量，它的每个元素都服从均值为0、方差为
Figure BDA00021778396400000310
的高斯分布；
S26：中继发U次校准信号后，参考节点将接收的信号写成矩阵sp＝[Sp(1),...,Sp(U)]T，用
Figure BDA00021778396400000311
表示第二校准系数向量，其中
Figure BDA00021778396400000312
表示中继m的第二校准系系数；然后参考节点计算第二校准系数向量：
Figure BDA00021778396400000313
其中，AM-1是DFT矩阵，其元素[AM-1]m,u＝p(m,u)(m＝1,...,M-1,u＝1,...,U)。
作为优化方案，得到互易性校准系数的过程包括：
S31：参考节点将
Figure BDA00021778396400000314
反馈给各中继m；
S32：每个中继计算完整校准系数
Figure BDA00021778396400000315
一种应用于5G协作通信系统的中继校准装置，用于时分双工模式的中继互易性校准，所述装置包括：
第一校准单元，用于执行第一校准，具体包括执行步骤S11-S13，得到第一校准系数
Figure BDA00021778396400000316
第二校准单元，用于执行第二校准，具体包括执行步骤S21-S26，得到第二校准系数
Figure BDA00021778396400000317
校准系数运算单元，用于执行在各中继计算完整校准系数，具体步骤包括S31-S32，得到
Figure BDA0002177839640000041
一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序被处理器执行时，实现权力要求1-4中任一项所述的5G协作通信系统的中继校准方法的各步骤。
一种服务器，包括存储器和处理器，所述存储器，用于存储程序，所述处理器用于执行所述程序，实现如权利要求1-4中任意一项所述的5G协作通信系统的中继校准方法的各步骤。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)在传统基站的互易性校准中，通常分开考虑基于硬件和信令的互易性校准的应用，本发明通过将硬件与信令校准结合，将完整校准系数解耦成第一校准系数和第二校准系数，从而可以使用混合硬件(第一校准)和信令(第二校准)校准来计算校准系数，与传统全信令的多节点联合校准相比，混合校准的信令开销更少，可靠性更高。
(2)本发明有效降低了校准的信令开销，避免了反馈CSI的开销。本发明的方法能够有效降低信令开销：现有多节点(多基站或多中继)联合校准的传统方法都是基于信令，其信令开销与天线总数成正比，对于M个中继，每个中继N根天线的想情形，现有校准方法的开销与MN成正比；本发明通过混合硬件(第一校准)和信令(第二校准)两种方式，硬件校准需要的开销极小且与天线数、中继数无关，本发明的校准方法的信令开销只来自第二校准，并且与中继数M成正比。本发明还能够避免CSI反馈：多节点联合校准的传统方法需要各节点向中心节点反馈CSI；本发明通过使用ZF在每个中继预均衡信道(本地预编码矩阵的作用)，无需反馈CSI。
(3)第二校准过程中使用DFT码本使得可以用快速傅里叶变换计算第二校准系数，相比传统校准方法，本发明的第二校准计算复杂度也更低。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种5G协作通信系统的中继校准方法分步实现说明图；
图2为本发明实施例提供的第一校准的硬件连接设计图；
图3为本发明实施例提供的互易性校准方法的性能展示图；
图4为本发明实施例提供的互易校准方法校准后的系统可达和速率图；
图5为本发明实施例提供的一种互易性校准装置的逻辑结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
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，所描述的实施例仅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，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供一种5G协作通信系统的中继校准方法，主要应用于协作波束赋形的中继 CSI互易性失配情况。本实施例中，以一个时分双工模式下，由M(M是一个正整数)个N(N是一个正整数)天线的中继组成的协作通信系统为例，进行介绍。
本实施例将多中继联合校准分成了第一校准和第二校准。第一校准基于硬件，能够在各中继独立执行，而第二校准基于信令，需要所有中继联合执行。
首先，定义第一校准系数、第二校准系数和完整校准系数，如下：
中继m(m＝1,...,M)中天线n(n＝1,...,N)的第一校准系数为：
Figure BDA0002177839640000051
其中，tm,n表示中继m(m＝1,...,M)中天线n(n＝1,...,N)发射RF增益，rm,n表示中继m(m＝1,...,M)中天线 n(n＝1,...,N)的接收RF增益；
中继m(m＝1,...,M)的第二校准系数为：
Figure BDA0002177839640000052
其中，Mref表示第二校准中参考节点的序号；
中继m(m＝1,...,M)中天线n(n＝1,...,N)的完整校准系数为：
Figure BDA0002177839640000053
根据上述定义发现：
Figure BDA0002177839640000054
所以，先分别求第一校准系数
Figure BDA0002177839640000055
和第二校准系数
Figure BDA0002177839640000056
然后再由其乘积得到完整校准系数：
Figure BDA0002177839640000057
第一校准系数可以有第一校准求得，第二校准系数可以由第二校准求得。
如图1所示，下面详细介绍第一校准的原理及步骤：
第一校准基于硬件电路，利用每根天线的自校准信号和互校准信号得到第一校准系数，其中，自校准信号是每根天线的发射通道到自己的接收通道的信号，互校准信号是每个中继天线的发射通道到这个中继其他天线接收通道的信号；电路连接设计参见图2，该方法包括步骤：
S11：每个中继的开关A1到AN连接触点a和触点b，而开关B1到开关BN断开连接；每个中继的天线1到天线N都发校准信号p(1)，那么中继m(m＝1,...,M)中天线n(n＝1,...,N)接收到的信号表示为：
Figure BDA0002177839640000061
其中，
Figure BDA0002177839640000062
表示天线n发射通道到接收通道的自校准信号，
Figure BDA0002177839640000063
表示均值为0、方差为
Figure BDA0002177839640000064
的加性高斯噪声；
S12：每个中继的开关A1保持连接，而开关A2到开关AN都断开连接；同时，开关B1到开关BN闭合连接；每个中继的第1根天线发校准信号p(1)，那么中继m(m＝1,...,M)中第 n(n＝1,...,N)根天线接收到的信号为：
Figure BDA0002177839640000065
其中，
Figure BDA0002177839640000066
表示天线1发射通道到天线n接收通道的互校准信号，
Figure BDA0002177839640000067
表示均值为0、方差为
Figure BDA0002177839640000068
的加性高斯噪声；
S13：根据接收的信号
Figure BDA0002177839640000069
和
Figure BDA00021778396400000610
计算第一校准系数：
Figure BDA00021778396400000611
下面详细介绍第二校准的原理和步骤：
第二校准基于信令，需要选择一个中继作为参考节点(假设其序号为M，S21到S26中提到的“中继”不包含中继M，中继M由“参考节点”特指)；利用每根天线的自校准信号和互校准信号得到第一校准系数，其中，自校准信号是每根天线的发射通道到自己的接收通道的信号，互校准信号是每个中继天线的发射通道到这个中继其他天线接收通道的信号；第二校准的详细步骤如下：
S21：选择中继M作为参考节点，参考节点广播导频信号Xp，中继1到中继M-1接收导频信号；中继m(m＝1,...,M-1)接收到的信号为
Figure BDA00021778396400000612
其中，φm,M是中继m与参考节点间的路径衰落，Ωm是中继m与参考节点间的无线信道， Rm＝diag(rm,1,...,rm,N)是中继m的接收RF增益矩阵，TM＝diag(tM,1,...,tM,Q)是参考节点的发射 RF增益矩阵，ZDL,m是接收噪声矩阵其每个元素是均值为0、方差为
Figure BDA00021778396400000613
的高斯分布；然后，根据最小二乘法计算CSI(Channel State Information，信道状态信息)得到：
Figure BDA00021778396400000614
其中，
Figure BDA00021778396400000615
表示中继m计算得到的CSI；接着，每个中继用第一校准系数对CSI进行校准：
Figure BDA00021778396400000616
其中，
Figure BDA00021778396400000617
表示由中继m的第一校准系数构成的对角矩阵，ΩDL,m表示经过第一校准的等效信道；
S22：每个中继计算本地预编码矩阵：
Figure BDA0002177839640000071
其中，Γm(m＝1,...,M-1) 表示中继m的本地预编码矩阵，
Figure BDA0002177839640000072
是矩阵ΩDL,m的共轭，
Figure BDA0002177839640000073
为矩阵ΩDL,m的转置；
S23：为了保证所有中继的发射功率不会超过它们的最大功率，离参考节点最远的中继(设其序号为Mfar)计算全局功率控制系数：
Figure BDA0002177839640000074
其中，
Figure BDA0002177839640000075
是中继Mfar的本地预编码矩阵，
Figure BDA0002177839640000076
表示矩阵
Figure BDA0002177839640000077
的共轭转置；然后，中继Mfar将
Figure BDA00021778396400000718
广播给参考节点和其他待校准的中继；
S24：每个中继计算校准信号：
Figure BDA0002177839640000078
其中， xm(u)表示中继m第u次发射的校准信号，U＝M-1表示发射校准信号的总次数，1Q＝[1,...,1]T是维度为Q×1的全1列向量，Q表示参考节点中参与第二校准的天线数，ρc表示信号功率，
Figure BDA0002177839640000079
是中继m的第u次发射的DFT(DiscreteFourier Transform，离散傅里叶变换)码本；
S25：所有中继同时发射校准信号给参考节点；参考节点接收的信号表示为：
Figure BDA00021778396400000710
其中，Sp(u)表示联合校准信号是参考节点接收来自其他中继联合发射的校准信号，
Figure BDA00021778396400000711
表示参考节点的接收机，
Figure BDA00021778396400000712
是由参考节点的第一校准系数构成的矩阵，ΩUL,m表示从中继m(m＝1,...,M-1)到参考节点的信道，zUL(u)是高斯噪声向量，它的每个元素都服从均值为0、方差为
Figure BDA00021778396400000713
的高斯分布；由于中继m(m＝1,...,M-1)计算的信道
Figure BDA00021778396400000714
因此中继m的本地预编码矩阵可以进一步表示为：
Figure BDA00021778396400000715
并且
Figure BDA00021778396400000716
那么可以得到：
Figure BDA00021778396400000717
其中，IQ是Q×Q的单位阵；然后，接收信号可以进一步写成
Figure BDA0002177839640000081
其中，
Figure BDA0002177839640000082
表示等效噪声；
S26：中继发U次校准信号后，参考节点接收的信号可以写成矩阵sp＝[Sp(1),...,Sp(U)]T，用
Figure BDA0002177839640000083
表示第二校准系数向量，zr＝[zr(1),...,zr(U)]T表示等效噪声向量，那么接受信号可以表示成矩阵形式：
sp＝AM-1f(2)+zr，
其中，AM-1是DFT矩阵，其元素[AM-1]m,u＝p(m,u)(m＝1,...,M-1,u＝1,...,U)；然后，根据最小二乘法，参考节点计算第二校准系数向量：
Figure BDA0002177839640000084
每个中继的互易性校准系数由所述第一校准系数和所述第二校准系数相乘得到：
S31：参考节点反馈第二校准系数
Figure BDA0002177839640000085
给中继m；
S32：中继m(m＝1,...,M-1)计算天线n(n＝1,...,N)的完整校准系数：
Figure BDA0002177839640000086
图3为本实施例的互易校准方法的性能展示。我们设置中继数量为M＝16，每个中继的天线数为N＝20，服务20对源-目的节点。RF增益的幅度设置为方差为0.1的对数正态分布的随机变量，相位设置为满足[-0.1π,0.1π]均匀分布的随机变量，并令所有噪声的方差为1。该图以互易性校准后的系统性能损失为指标，系统的性能损失越小说明校准效果越好。ρt表示数据信号的功率，而ρc表示校准信号的功率。图中画图了ρt等于10dB、20dB以及30dB时的曲线，分别用菱形“◇”、圆形“o”以及倒三角“▽”为节点作为区分。从图中可以看到，随着校准信号功率ρc的增加，系统性能损失越来越小，这说明增加校准信号功率能有效提升校准的性能。另外，随着数据信号的功率ρt的增加，系统性能损失却越来越大，这说明高功率传输信号的系统也需要用高功率校准信号进行互易性校准。
图4为本实施例的互易性校准前后系统和速率的对比展示，和速率越大说明系统性能越好。图中non-calibration用菱形“◇”标记的曲线表示未校准时的系统性能。而ρc等于5dB、10 dB、以及无穷大的曲线分表被圆形“o”、倒三角“▽”以及正方形“□”标记，其中ρc→∞的曲线表示理想校准时的性能，这时候的系统和速率没有校准误差的影响。从图中可以看到，随着传输信号功率ρt的增加，系统和速率增加。除了理想校准的曲线，其他曲线均达到上界后不再随着传输信号功率改变。对于没有校准的情况，上界是由互易性失配导致的，而对于非理想校准的情况，上界是由校准系数的误差造成的。从图中我们还可以看到，提升校准信号的功率ρc可以增加非理想校准的和速率上界，并无线趋近于理想情况校准的和速率曲线。这都说明了提升校准信号功率和数据信号的功率都可以提升系统的和速率。
下述为本发明装置实施例，可以用于执行本发明方法实施例。对于本发明装置实施例中未披露的细节，请参照本发明方法实施。
参见图5，为本发明实施例提供的应用于时分双工模式5G协作通信系统中的中继互易性校准装置。该装置包括第一校准单元、第二校准单元以及校准系数运算单元，其中
第一校准单元51，用于执行第一校准，具体包括执行步骤S11-S13，得到第一校准系数
Figure BDA0002177839640000091
第二校准单元52，用于执行第二校准，具体包括执行步骤S21-S26，得到第二校准系数
Figure BDA0002177839640000092
校准系数运算单元53，用于执行在各中继计算完整校准系数，具体步骤包括S31-S32，得到完整校准系数
Figure BDA0002177839640000093
以上所描述的装置实施例仅是示意性的，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劳动的情况下，即可以理解并实施。
实施例2
实施例2提供了一种可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时，实现实施例 1的5G协作通信系统中的中继校准方法的各步骤。
本实施例的计算机可读存储介质可以是终端的硬盘、内存以及其他可用的外部存储设备 (如U盘、移动硬盘等)。本实施例的可读存储介质不仅可以用于存储上述计算机程序以及所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
例如，可读存储器也可以是服务器上的存储器，该存储器和处理器一起安装在服务器上，存储器用于存储程序，处理器用于执行程序，实现5G协作通信系统中的中继校准方法的各步骤。
实施例1的方法以软件功能单元的形式实现、并作为独立的产品销售或使用时，可以采用本实施例的计算机可读取存储介质的形式。对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种5G协作通信系统的中继校准方法，应用于时分双工模式中继的互易性校准，其特征在于，包括：
利用每根天线的自校准信号和互校准信号得到第一校准系数；
设定一个中继作为参考节点，参考节点接收其他中继的联合校准信号计算第二校准系数；
每个中继的互易性校准系数由所述第一校准系数和所述第二校准系数相乘得到；
得到第一校准系数的过程包括：
S11：每个中继的开关A1到AN都连接触点a和触点b，开关B1到开关BN断开连接，其中，N是一个正整数，表示每个中继的天线数；每个中继的天线1到天线N都发校准信号p(1)，那么中继m(m＝1,...,M)的天线n(n＝1,...,N)接收到的信号为：
Figure FDA0003188559500000011
其中，
Figure FDA0003188559500000012
表示天线n发射通道到接收通道的自校准信号，M是一个正整数，表示中继的数量，tm,n表示中继m中天线n的发射RF增益，rm,n表示中继m中天线n的接收RF增益，
Figure FDA0003188559500000013
表示均值为0、方差为
Figure FDA0003188559500000014
的加性高斯噪声；
S12：每个中继的开关A1保持连接，开关A2到开关AN都断开连接；同时，开关B1到开关BN闭合连接；每个中继的第1根天线发校准信号p(1)，那么中继m(m＝1,...,M)的第n(n＝1,...,N)根天线接收到的信号为：
Figure FDA0003188559500000015
其中，
Figure FDA0003188559500000016
表示天线1发射通道到天线n接收通道的互校准信号，
Figure FDA0003188559500000017
表示均值为0、方差为
Figure FDA0003188559500000018
的加性高斯噪声；
S13：根据接收的信号
Figure FDA0003188559500000019
和
Figure FDA00031885595000000110
计算第一校准系数：
Figure FDA00031885595000000111
其中，
Figure FDA00031885595000000112
为中继m(m＝1,...,M)中天线n(n＝1,...,N)的第一校准系数；
得到第二校准系数的过程包括：
S21：选择中继M作为参考节点，参考节点广播导频信号Xp，中继1到中继M-1都接收导频信号；中继m(m＝1,...,M-1)接收到的信号为
Figure FDA00031885595000000113
然后根据最小二乘法计算CSI，得到：
Figure FDA00031885595000000114
其中，
Figure FDA00031885595000000115
表示中继m计算得到的CSI；每个中继用第一校准系数对CSI进行校准：
Figure FDA00031885595000000116
其中，
Figure FDA00031885595000000117
表示由中继m的第一校准系数构成的对角矩阵，ΩDL,m表示经过第一校准的等效信道；
S22：每个中继计算本地预编码矩阵：
Figure FDA0003188559500000021
其中，Γm(m＝1,...,M-1)表示中继m的本地预编码矩阵，
Figure FDA0003188559500000022
是矩阵ΩDL,m的共轭，
Figure FDA0003188559500000023
为矩阵ΩDL,m的转置；
S23：离参考节点最远的中继，设其序号为Mfar，计算全局功率控制系数：
Figure FDA0003188559500000024
其中，
Figure FDA0003188559500000025
是中继Mfar的本地预编码矩阵，
Figure FDA0003188559500000026
表示矩阵
Figure FDA0003188559500000027
的共轭转置；然后，中继Mfar将
Figure FDA0003188559500000028
广播给参考节点和其他待校准中继；
S24：每个中继计算校准信号：
Figure FDA0003188559500000029
其中，xm(u)表示中继m第u次发射的校准信号，U＝M-1表示发射校准信号的总次数，1Q＝[1,...,1]T是维度为Q×1的全1列向量，Q表示参考节点中参与第二校准的天线数，ρc表示信号功率，
Figure FDA00031885595000000210
是中继m的第u次发射的DFT码本；
S25：所有中继同时发射校准信号给参考节点；参考节点接收的信号表示为：
Figure FDA00031885595000000211
其中，Sp(u)表示联合校准信号是参考节点接收的其他中继联合发射的校准信号，
Figure FDA00031885595000000212
表示参考节点的接收 机，
Figure FDA00031885595000000213
是由参考节点的第一校准系数构成的对角矩阵，ΩUL,m表示从中继m(m＝1,...,M-1)到参考节点的信道，zUL(u)是高斯噪声向量，它的每个元素都服从均值为0、方差为
Figure FDA00031885595000000214
的高斯分布；
S26：中继发U次校准信号后，参考节点将接收的信号写成矩阵sp＝[Sp(1),...,Sp(U)]T，用
Figure FDA00031885595000000215
表示第二校准系数向量，其中
Figure FDA00031885595000000216
表示中继m的第二校准系数；然后参考节点计算第二校准系数向量：
Figure FDA00031885595000000217
其中，AM-1是DFT矩阵，其元素[AM-1]m,u＝p(m,u)(m＝1,...,M-1,u＝1,...,U)。
2.根据权利要求1所述的一种5G协作通信系统的中继校准方法，其特征在于，得到互易性校准系数的过程包括：
S31：参考节点将
Figure FDA00031885595000000218
反馈给各中继m；
S32：每个中继计算完整校准系数
Figure FDA00031885595000000219
3.一种应用于5G协作通信系统的中继校准装置，采用如权利要求2所述的一种5G协作通信系统的中继校准方法，用于时分双工模式的中继互易性校准，其特征在于，所述装置包括：
第一校准单元，用于执行第一校准，具体包括执行步骤S11-S13，得到第一校准系数
Figure FDA0003188559500000031
第二校准单元，用于执行第二校准，具体包括执行步骤S21-S26，得到第二校准系数
Figure FDA0003188559500000032
校准系数运算单元，用于执行在各中继计算完整校准系数，具体步骤包括S31-S32，得到
Figure FDA0003188559500000033
4.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时，实现权利要求1-2中任一项所述的5G协作通信系统的中继校准方法的各步骤。
5.一种服务器，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器，用于存储程序，所述处理器用于执行所述程序，实现如权利要求1-2中任意一项所述的5G协作通信系统的中继校准方法的各步骤。
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