[发明专利]基于信道预测的时变TDD-MIMO通信信道互易性补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及时分双工TDD-MIMO通信系统的信号互易性补偿，具体地说是针对TDD-MIMO系统中由信道时变引起的信道互易性丧失这一问题的补偿方法，从而提高系统容量，应用于存在信道时变的TDD-MIMO移动通信系统中。

背景技术

MIMO系统因不需增加频谱资源和天线发送功率却能成倍提高无线信道的容量而成为将来无线通信的关键技术之一。在MIMO下行链路中，若能知道发端信道状态信息，则能大幅提高链路容量。在传统的频分双工FDD系统中，上、下行链路工作于不同的频点，为了在发端获知下行链路信道状态信息，收端需要反馈信息给发端，但随着天线数的增加，反馈量将以指数形式增加。而在TDD系统中，上、下行链路使用同一频点，上、下行链路信道特性一致，因此称为具有信道互易性。在TDD-MIMO系统中，下行链路信道状态信息能通过信道的互易性，从上行链路得到，即若已知上行链路信道状态矩阵H_U，则下行链路信道状态矩阵可由得到，基站BS可根据此获得的信道状态信息进行发端预处理以获得最大系统容量，如图1所示。此过程并不需要使用专门的反馈信道，降低了系统开销，因此TDD系统的互易性也是较FDD系统的固有优势之一。

在MIMO通信系统的一些实现建议中，信道状态信息不仅用于收端的解码，也用于发端的预编码或预处理，而互易性的假定被广泛接受并用来有效地估计信道。如公开号为CN 101444054A的专利《获得信道互易性的方法、收发器和MIMO通信系统》，给出了一种在MIMO通信系统中确定上下行链路通信信道特性的方法，以使计算复杂度最低，且对通信信道特性反馈的需要最少。但是，现实情况中，由于收发射机本身因素或外部环境对通信链路产生影响等因素，往往会导致信道的互易性无法保持。公开号为CN 1910879A的专利《实现双向通信信道互易性的校准方法》，给出了一种发射机——接收机链非理想情况下对发射接收链中的误差和差异进行补偿的方法，使得信道的互易性可以被应用，保证有价值的信道资源不会浪费在不必要的信号传输上，提高容量增益。但是，该方法要求信道特性不发生变化，即信道时不变。当信道时变时，由于上行链路的信道估计和下行链路的数据传输间存在时延，因此当前时刻估计出的上行链路信道状态信息与下一时刻的下行链路信道状态信息并不满足的关系，即此时发端所掌握的CSI已经过时，上、下行信道不再互易。若该方法仍用此过时的上行链路信道状态信息进行发端预处理，非但不能提高系统容量，还会导致收端数据产生大的误差。这种情况下，信道时变的影响必须着重考虑并进行补偿，否则TDD的互易性不但不能有效应用，还会严重影响系统性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于信道预测的时变TDD-MIMO通信信道互易性补偿方法，使得TDD-MIMO系统的信道互易性在时变环境下得以保持，BS仍旧可以根据上行估计到的UL-CSI及前面预测得到的DL-CSI预测所需观测的下行链路子帧的DL-CSI而不用使用专门的反馈链路，从而节省系统开销，提高系统容量，使TDD系统的固有优势得以保持。

本发明的目的实现步骤为：首先BS估计出当前上行链路子帧的信道状态信息，即上行链路信道状态信息，然后根据估计得到的上行链路信道状态信息逐步预测出相邻下行链路子帧的的下行链路信道状态信息，进一步求得所需观测的下行链路子帧的下行链路信道状态信息，并根据此预测得到的下行链路信道状态信息进行发端预处理，从而补偿信道时变所导致的TDD-MIMO信道互易性的丧失，其步骤包括如下：

(1)移动台MS发射数据帧到基站BS，BS利用接收到的数据帧进行信道估计，得到第i(i＝0，1，…，∞)个数据帧对应的上行链路的信道状态矩阵为H_U(-i)；

(2)保存BS估计得到的先前K(1≤K≤3)个上行链路子帧分别对应的信道状态矩阵H_U(-i)(i＝0，1，...，(K-1))；

(3)BS根据保存的每个上行链路子帧所对应的上行链路信道矩阵H_U，利用AR模型一步预测得到与i＝0时上行链路子帧相邻的第一个下行链路子帧的下行链路信道状态矩阵

(4)根据i的取值确定信道状态矩阵：

若i＝1，则预测得到第一个下行链路子帧的信道状态矩阵

若i＝2，则根据已知的上行链路信道状态矩阵H_U及第一个下行链路子帧的信道状态矩阵递归预测得到第二个下行链路子帧的信道状态矩阵