[发明专利]实现时分双工无线通信系统信道互易的射频校准方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种实现时分双工(TDD)无线通信系统信道互易的校准方法，一种实现该方法的装置。

背景技术

在新一代无线通信系统中，使用多输入多输出(MIMO，Multiple Input Multiple Output)无线技术可以满足系统对于高数据率和高系统容量方面的需求。MIMO技术的思想在于利用空间信道的弱相关性实现数据的分集或复用，或利用空间信道的强相关性以及波的相干性原理实现数据的方向性传输，从而提高信号传输的可靠性和传输速率。无线通信系统的通信双方，如基站(BS，Base Station)和用户设备(UE，User Equipment)，拥有各自的收发信机。在使用MIMO技术的情况下，每个收发信机均配备了多根天线，如图1所示。

对于使用MIMO技术的无线通信系统，发射机对于前向链路信道响应的获知可以进一步提高系统性能。例如，发射机通过某种方法获得前向链路信道矩阵，将其进行奇异值分解(SVD，Singular Value Decomposition)等处理，获得预编码矩阵，通过预编码技术使发射信号适应每一条空间信道，从而实现系统性能的进一步优化。在MIMO系统中，经过线性预编码的输入输出关系表示为：

y＝HWx+n

其中，x代表发射信号，W代表预编码矩阵，H代表经过预编码的信号经过的信道矩阵，n代表接收端的噪声，y代表接收信号。

发射机对于前向链路信道响应的获取方法可以大致分为两类：利用传统反馈的方法和利用信道互易性。

利用传统反馈的方法，根据反馈信息的具体内容，又分为无压缩的信道信息反馈和压缩的信道信息反馈。以预编码技术为例，信道状态信息(CSI，Channel State Information)的反馈可以理解为无压缩的信道信息反馈，BS发送下行导频信号，UE接收导频信号并进行信道估计，获取下行信道信息，将获取的信息以CSI的形式反馈给BS，其缺点是在反馈信道上造成了巨大的信令开销；预编码矩阵指示符(PMI，Pre-coded Matrix Indication)的反馈可以理解为压缩的信道信息反馈，BS发送下行导频信号，UE接收导频信号并进行信道估计，获取下行信道信息，基于该信道信息在预定的码本中选择误差最小的码本，以PMI的形式反馈给BS，其缺点是信道信息经过压缩，产生了一定的失真。另外，利用传统反馈的方法还存在很多问题，如因反馈信息的传输造成差错，因信道信息需要反馈造成其使用延时等。

利用信道互易性的方法，其理论依据是TDD系统的信道互易性。互易理论认为发射机和接收机的位置可以互换，而它们之间的传递函数保持不变。在TDD系统中，上下行频率相同，天线在电和电磁能量间转换的效率在两个方向上是相等的。在两方向信号传输间隔小于相干时间的情况下，这一特性表现为上下行信道传递函数不变。根据信道互易性，下行信道矩阵即为上行信道矩阵的转置，在完成上行信道估计后，BS即可获得下行信道信息，从而减小了信令开销以及由压缩产生的信息失真，避免了传输反馈信息造成的差错，缩短了信道估计结果的使用延时。

然而，信号的实际传输信道不仅包括空间信道，也包括收发信机的射频(RF，Radio Frequency)前端。由于收发信机的射频前端并不完全相同，信道互易性不能直接应用。射频校准成为信道互易性应用的重要环节。

现有技术可分为两类。第一类通过改变硬件实现射频校准，该类方法极大地增加了成本和设计复杂度。第二类属于软件校准方案，主要有两种方法。

第一种方法的思想在于使用矩阵代表MIMO收发信机的RF部分，通过信号测量和信息传递，计算能够补偿收发信机RF差异的补偿矩阵，从而实现RF校准。首先，通信双方X和Y互相发射导频信号，通过信道估计得到两方向通信链路的信道矩阵。其次，通信节点Y(或X)得到的信道矩阵传递到通信节点X(或Y)，使通信节点X(或Y)能够同时获得两方向通信链路的信道信息。再次，通信节点X(或Y)根据两方向通信链路信道矩阵的差异，得到补偿矩阵。最后，补偿不对称的RF电路，直到触发下一次校准。

第二种方法的思想在于每次信号发射均触发一次校准。首先，通信双方X和Y互相发射导频信号，通过信道估计得到两方向通信链路的信道矩阵。然后，通信双方X和Y同时将得到的信道矩阵预乘在前向链路前侧，实现两方向通信链路互易；最后，通信节点X(或Y)利用反向链路信道估计得到的复合信道矩阵获得复合前向链路信道矩阵，进而进行预编码等操作。