本发明公开了一种MIMO系统中的单用户多天线信号收发机及其信号处理方法，所述收发机包括基站和一个多天线用户，基站具有Nr根天线，用户具有Nt根天线，用户端和基站端均设置K条射频链路,所需射频链路数K远小于天线数，并采用特定的连接方式和信息处理方式，使得信号收发和处理性能相较于假设信道状态信息完全已知的传统收发系统仅略有损失；降低了建设成本和功耗损失，并且节约了建设接收机需要的占有面积。
1.MIMO系统中的单用户多天线信号收发系统，包括基站和一个多天线用户，其特征在于：所述基站具有Nr根天线以接收用户Nt根天线发送的信号，Nt、Nr均为大于1的正整数；
用户端包括用户发射端和用户接收端，基站端包括基站发射端和基站接收端，用户发射端和基站接收端形成上行链路，在上行链路中，所述用户发射端包括：
K个移相控制单元，所述移相控制单元包括Nt个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，测相移相器与调节开关连接；
K条射频链路，传输用户端的发送信号，分别与各移相控制单元中的Nt个测相移相器一一对应连接；
Nt个加法器，分别与K个移相控制单元中的1个测相移相器对应连接；
Nr个低噪声功率放大器，与Nr根天线一一对应连接；
Nr个移相控制单元，与Nr个低噪声功率放大器一一对应连接；所述移相控制单元包括K个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，测相移相器与调节开关连接，调节开关与对应的低噪声功率放大器连接；
K个加法器，分别与Nr个移相控制单元中的1个测相移相器对应连接；
基站发射端和用户接收端形成下行链路，在下行链路中，所述基站发射端包括：
Nr个移相控制单元，所述移相控制单元包括K个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，调节开关与测相移相器连接；
Nr个加法器，分别与各移相控制单元中的测相移相器一一对应连接；
K条射频链路，传输基站端的发送信号，与各移相控制单元相连接；
Nt个移相控制单元，与Nt根天线一一对应连接；所述移相控制单元包括K个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，测相移相器与调节开关连接；
K个加法器，分别与Nt个移相控制单元中的1个测相移相器对应连接；
2.一种MIMO系统中的单用户多天线信号处理方法，采用权利要求1所述的MIMO系统中单用户多天线信号收发系统，其特征在于：包括以下步骤：上行链路中，
S2、用户发射端发送数据信号，基站接收端接收信号，并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理；
S3、对处理后的信号输入解码器进行解码，得到用户节点发送的数据信号；
S4、由上行链路训练结果对下行链路中基站发射端和用户接收端的移相控制单元进行参数设置；
S5、基站发射端发送数据信号，用户接收端接收信号，并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理；
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S1具体包括：S11、将用户发射端第k个移相控制单元的第t个测向移相器设置成qk,t，其中qk,t是矩阵Q中的第k列第t行的元素,矩阵Q是Nt维DFT矩阵的前K列；
S12、用户发射端第k条射频链路发送训练符号，训练符号均为1，接通用户发射端第k个移相控制单元中的所有开关，断开其它移相控制单元的开关，经过预处理的发送信号xk表示为：xk＝qks
其中，k＝1,2,…,K, 为矩阵Q中的第k列向量，s为训练符号1；
接通基站接收端各移相控制单元的第k个开关，断开基站接收端各移相控制单元的其他开关，基站收到的信号yk表示为：其中，k＝1,2,...,K，ρ为信噪比，H为Nr×Nt维信道矩阵，wk为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从记基站第r根接收天线的移相控制单元的第k路接收到的信号为hr,k，记其相位为φr,k，r＝1,2,...,Nt，即发送信号经过发送预处理单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为将hr,k的相位φr,k取负数之后保存在对应的测相移相器中，记相位矩阵为：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤S1还包括：S13、接通用户发射端第k条射频链路移相控制单元的所有开关，第k条射频链路发送训练符号1；
接通基站所有接收天线移相控制单元的第k个开关，断开基站所有接收天线移相控制单元的其他开关，基站接收到的信号经过移相器时乘以 送入第k个加法器，再经过第k个RF射频链路及第k个模数转换器处理，得到接收信号z0k：其中，ρ表示信噪比， wr,k表示基站的第r根天线收到的噪声；
S14、用户发射端的第k1、k2条射频链路同时发送训练符号，训练符号为1，其中，k1,k2＝1,2…K，且k1≠k2，同时接通用户发射端的第k1、k2个移相控制单元中的调节开关，其余的射频链路不发送信号，则基站天线接收到的信号矩阵yk1,k2为：其中，hk1、hk2为传输矩阵 的第k1、k2列，wk1,k2为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从S15、接通基站接收端所有移相控制单元的第k1个和第k2个测相移相器的控制开关，则基站天线接收到的信号yk1,k2经过各移相控制单元的第k1个和第k2个测相移相器，并分别乘以 与 后送入相应加法器，再经过相应的射频链路和模数转换器处理，得到两个信号zk1,k2和zk2,k1，表示为：S16、令 通过训练得到gk1,k2、gk2,k1，即得到的估计矩阵G为：
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S2具体包括：S21、用户发射端发送数据信号，第k根射频链路所发送的数据符号记为sk，接通所有调节开关，令第r根天线接收的信号为yr，则有：其中，nr为高斯白噪声，且服从 ρ表示信噪比；
S22、天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理，得到的信号分别记为[r1，r2，…，rK]，表示为：其中， 为处理后的噪声，独立且服从
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S3中解码的方法为：令GZF＝(GHG)-1GH， 则用户发射端第k条射频链路所发送的数据符号记为sk的解码为
其中，(YZF)k为YZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座；ρ表示信噪比。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤S4具体包括：S41、由上行链路训练得到基站测相移相器在下行链路中的设置值EH；将基站发射端第r根天线对应的移相控制单元的第k个测相移相器的相位设置为φr,k，记相位矩阵为：S42、将用户接收端第t个移相控制单元的第k个测向移相器设置成 ( 表示qt,k的共轭)，其中qt,k是矩阵Q中的第t列第k行的元素。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：步骤S5具体包括：S51、接通所有调节开关，基站发射端发送数据信号，第k根射频链路所发送的数据符号记为sk，记发送信号经过基站各移相控制单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为S52、记用户接收端第r根天线接收到的信号为yr′，则有：其中，nr为高斯白噪声，且服从
基站发射端到用户接收端接收天线的传输方程可表示为其中，W表示Nr×1维的高斯白噪声向量，独立且服从 ρ表示信噪比；
S53、用户接收端天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理，得到总体传输方程：其中， 独立且服从
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤S6具体为：对处理后的信号进行ZF解码，
令G′ZF＝((QHHHE)HQHHHE)-1(QHHHE)H，Y′ZF＝G′ZFY，则基站发送的数据符号sk′的解码为其中，(Y′ZF)k为Y′ZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座；ρ表示信噪比。
MIMO系统中的单用户多天线信号收发系统及其信号处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于无线通信技术领域，具体涉及MIMO系统中的单用户多天线信号接收、发射系统及其信号处理方法。
背景技术
[0002] 近年来，随着无线通信系统用户数量的猛增和对高话音质量、高数据传输速率的追求，使得人们对带宽的需求量急剧增加，而频谱资源不是无限的。因此，仅靠增加带宽来增加传输速率是不符合实际的。所以实现用更高速率来传输数据就必须要有一个具有高频谱利用率的新技术来支持。多输入多输出(Multiple-Input Multiple-output)是近年来数字通信领域重大的技术突破之一，它对提高无线通信系统的频谱利用率和信道容量有显著作用。MIMO系统实现了多个信号流的并行传输，与传统的单输入单输出(SISO)系统相比较，在系统的接收端实现了每根接收天线的接收信号是多路发送天线信号的叠加。但是在传输过程中存在信道的选择性衰落，码间干扰，路径损耗等问题。
[0003] 由于多天线的存在，消除空间干扰的空时合并器和信号检测的设计变得异常复杂。MIMO系统的收发系统与单天线系统相比，复杂性明显增加，例如MIMO信道估计会导致复杂性的增加，因为整个信道矩阵的每一条路径延时都需要技术跟踪和更新，而不是只跟踪和更新单个系数；现存在的大规模天线收发系统由于基站和用户端天线的数量都很多，需要很多的RF射频链路来处理信号，但是建设RF射频链路的成本很高和功耗损失很大，且对占地建设面积有要求。因此，需要研究设计出一种成本低且复杂度低的大规模天线收发系统。
发明内容
[0004] 基于现有技术中存在的上述不足，本发明提供一种MIMO系统中的单用户多天线信号收发及其信号处理方法。
[0005] 为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
[0006] 本发明提供一种MIMO系统中的单用户多天线信号收发系统，包括基站和一个多天线用户，所述基站具有Nr根天线以接收用户Nt根天线发送的信号，Nt、Nr均为大于1的正整数；
[0007] 用户端包括用户发射端和用户接收端，基站端包括基站发射端和基站接收端，用户发射端和基站接收端形成上行链路，
[0008] 在上行链路中，所述用户发射端包括：
[0009] K个移相控制单元，所述移相控制单元包括Nt个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，测相移相器与调节开关连接；
[0010] K条射频链路，传输用户端的发送信号，分别与各移相控制单元中的Nt个测相移相器一一对应连接；
[0011] Nt个加法器，分别与各移相控制单元中的测相移相器一一对应连接；
[0012] 所述基站接收端包括：
[0013] Nr个低噪声功率放大器，与Nr根天线一一对应连接；
[0014] Nr个移相控制单元，与Nr个低噪声功率放大器一一对应连接；所述移相控制单元包括K个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，测相移相器与调节开关连接，调节开关与对应的低噪声功率放大器连接；
[0015] K个加法器，分别与各移相控制单元中的测相移相器一一对应连接；
[0016] K条射频链路，与K个加法器一一对应连接；
[0017] K个模数转换器，与K条射频链路一一对应连接；
[0018] 解码器，与K个模数转换器连接。
[0019] 作为本发明的优选方案，用户接收端和基站发射端形成下行链路，在下行链路中，所述基站发射端包括：
[0020] Nr个移相控制单元，所述移相控制单元包括一个加法器和K个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，调节开关与测相移相器连接，测相移相器与加法器连接；
[0021] K条射频链路，传输基站端的发送信号，分别与各移相控制单元一一对应连接；
[0022] 所述用户接收端包括：
[0023] Nt个移相控制单元，与Nt根天线一一对应连接；所述移相控制单元包括Nt个相互并联的子控制单元，每一子控制单元包括调节开关和测相移相器，测相移相器与调节开关连接；
[0024] K个加法器，分别与各移相控制单元中的K个测相移相器一一对应连接；
[0025] K条射频链路，与K个加法器一一对应连接。
[0026] 基于上述收发系统，本发明还提供一种MIMO系统中的单用户多天线信号处理方法，包括以下步骤：
[0027] 上行链路中，
[0028] S1、用户发射端发送训练序列以对信道进行估计；
[0029] S2、用户发射端发送数据信号，基站接收端接收信号，并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理；
[0030] S3、对处理后的信号输入解码器进行解码，得到用户节点发送的数据信号；
[0031] 下行链路中，
[0032] S4、由上行链路训练结果对下行链路中基站发射端和用户接收端的移相控制单元进行参数设置；
[0033] S5、基站发射端发送数据信号，用户接收端接收信号，并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理；
[0034] S6、对处理后的信号进行解码。
[0035] 作为本发明的优选方案，步骤S1具体包括：
[0036] S11、将用户发射端第k个移相控制单元的第t个测向移相器设置成qk,t，其中qk,t是矩阵Q中的第k列第t行的元素,矩阵Q是Nt维DFT矩阵的前K列；
[0037] S12、用户发射端第k条射频链路发送训练符号，训练符号均为1，接通用户发射端第k个移相控制单元中的所有开关，断开其它移相控制单元的开关，经过预处理的发送信号xk可表示为：
[0038] xk＝qks
[0039] 其中，k＝1,2,…,K, 为矩阵Q中的第k列向量，s为训练符号1；
[0040] 接通基站接收端各移相控制单元的第k个开关，断开基站接收端各移相控制单元的其他开关，基站收到的信号yk表示为：
[0041]
[0042] 其中，k＝1,2,...,K，ρ为信噪比，H为Nr×Nt维信道矩阵，wk为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从
[0043] 记基站第r根接收天线的移相控制单元的第k路接收到的信号为hr,k，记其相位为φr,k(r＝1,2,...,Nt)，即发送信号经过发送预处理单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为
[0044]
[0045] 将hr,k的相位φr,k取负数之后保存在对应的测相移相器中，记相位矩阵为：
[0046]
[0047] 作为本发明的优选方案，步骤S1还包括：
[0048] S13、接通用户发射端第k条射频链路移相控制单元的所有开关，第k条射频链路发送训练符号1；
[0049] 接通基站所有接收天线移相控制单元的第k个开关，断开基站所有接收天线移相控制单元的其他开关，基站接收到的信号经过移相器时乘以 送入第k个加法器，再经过第k个RF射频链路及第k个模数转换器处理，得到接收信号z0k：
[0050]
[0051] 其中， k＝1,2,…,K，wr,k表示基站的第r根天线收到的噪声；
[0052] S14、用户发射端的第k1、k2条射频链路同时发送训练符号，训练符号为1，其中，k1,k2＝1,2…K，且k1≠k2，同时接通用户发射端的第k1、k2个移相控制单元中的调节开关，其余的射频链路不发送信号，则基站天线接收到的信号矩阵yk1,k2为：
[0053]
[0054] 其中，hk1、hk2为传输矩阵 的第k1、k2列，wk1,k2为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从
[0055] S15、接通基站接收端所有移相控制单元的第k1个和第k2个测相移相器的控制开关，则基站天线接收到的信号yk1,k2经过各移相控制单元的第k1个和第k2个测相移相器，并分别乘以 与 后送入相应加法器，再经过相应的射频链路和模数转换器处理，得到两个信号zk1,k2和zk2,k1，表示为：
[0056]
[0057]
[0058] S16、令 通过训练得到gk1,k2、gk2,k1，即得到 的估计矩阵G为：
[0059]
[0060] 作为本发明的优选方案，步骤S2具体包括：
[0061] S21、用户发射端发送数据信号，第k根射频链路所发送的数据符号记为sk，接通所有调节开关，令第r根天线接收的信号为yr，则有：
[0062]
[0063] 其中，nr为高斯白噪声，且服从
[0064] S22、天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理，得到的信号分别记为[r1，r2，…，rK]，表示为：
[0065]
[0066] 其中， 为处理后的噪声，独立且服从
[0067] 作为本发明的优选方案，步骤S3中解码的方法为：
[0068] 令GZF＝(GHG)-1GH， 则用户发射端第k条射频链路所发送的数据符号记为sk的解码为
[0069]
[0070] 其中，(YZF)k为YZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座。
[0071] 作为本发明的优选方案，步骤S4具体包括：
[0072] S41、由上行链路训练得到基站测相移相器在下行链路中的设置值EH；将基站发射端第r根天线对应的移相控制单元的第k个测相移相器的相位设置为φr,k，记相位矩阵为：
[0073]
[0074] S42、将用户接收端第t个移相控制单元的第k个测向移相器设置成 ( 表示qt,k的共轭)，其中qt,k是矩阵Q中的第t列第k行的元素。
[0075] 作为本发明的优选方案，步骤S5具体包括：
[0076] S51、接通所有调节开关，基站发射端发送数据信号，第k根射频链路所发送的数据符号记为sk′，记发送信号经过基站各移相控制单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为
[0077]
[0078] S52、记用户接收端第r根天线接收到的信号为yr′，则有：
[0079]
[0080] 其中，nr为高斯白噪声，且服从
[0081] 基站发射端到用户接收端接收天线的传输方程可表示为
[0082]
[0083] 其中，W表示Nr×1维的高斯白噪声向量，独立且服从
[0084] S53、用户接收端天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理，得到总体传输方程：
[0085]
[0086] 其中， 独立且服从
[0087] 作为本发明的优选方案，步骤S6具体为：
[0088] 对处理后的信号进行ZF解码，
[0089] 令G′ZF＝((QHHHE)HQHHHE)-1(QHHHE)H，Y′ZF＝G′ZFY，则基站发送的数据符号sk′的解码为
[0090]
[0091] 其中，(Y′ZF)k为Y′ZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座。
[0092] 相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
[0093] 现有技术中用户发送端需要Nt条射频链路，基站接收端需要Nr条射频链路，而采用本发明所述收发系统及其信息处理方法，在上行链路和下行链路中，用户端和基站端都只需要K条射频链路即可处理接收信号，且性能相较于传统收发系统仅略有损失；降低了建设成本和功耗损失，并且节约了建设收发系统需要的占有面积。
[0094] 同时，现有的研究大多在接收双方完全知道信道信息这一完美假设之下，但在现实中这是很难实现的。本发明提出的收发系统可以通过发送训练符号，利用测相移相器记录信道估计和解码所需的信道信息，是建立在现实基础上的。
附图说明
[0095] 图1是本发明所述单用户多天线信号收发系统中的上行链路连接结构示意图。
[0096] 图2是本发明实施例中K＝2时，上行链路中收发系统信道容量的仿真图。
[0097] 图3是本发明实施例中K＝8时，上行链路中收发系统信道容量的仿真图。
[0098] 图4是本发明所述单用户多天线信号收发系统中的下行链路连接结构示意图。
[0099] 图5是本发明实施例中K＝8时，下行链路中收发系统信道容量的仿真图。
具体实施方式
[0100] 为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，并获得其他的实施方式。
[0101] 将本发明所述单用户多天线信号收发系统应用于具体案例中，
[0102] 如图1所示，单用户多天线信号收发系统中，上行链路中用户端和基站端的连接结构，假设用户端天线数为Nt＝16，基站端的天线个数Nr＝64，射频链路数K＝2条，[0103] 上行链路中的信息处理方法包括如下步骤：
[0104] S1：用户发送训练序列
[0105] 接收端估计信号，具体操作分以下步骤：
[0106] S1、多天线用户发送训练序列以对信道进行估计；
[0107] 其中步骤S1具体包括：
[0108] S11：将用户端第k个移相控制单元的第t个测向移相器设置成qk,t，其中qk,t是DFT矩阵Q中的第k列第t行的元素。
[0109] S12：用户端第1条射频链路发送训练符号，训练符号均规范为1，接通发送端第1个移相控制单元中的所有开关C11,C12，断开其它移相控制单元的开关，经过预处理的发送信号x1可表示为：
[0110] x1＝q1s
[0111] 其中, 为2维DFT矩阵Q中的第1列向量，s为训练符号1。接通基站各接收天线移相控制单元的第1个开关，断开其他开关，则基站收到的信号y1表示为：
[0112]
[0113] 其中，k＝1,2，ρ为信噪比，H为Nr×Nt维信道矩阵，wk为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从
[0114] 记基站第1根接收天线的移相控制单元的第k路接收到的信号为h1,k，记其相位为φ1,k。
[0115] 用户端第2条射频链路发送训练符号，训练符号均规范为1，接通发送端第2个移相控制单元中的所有开关C21,C22，断开其它移相控制单元的开关，经过预处理的发送信号x2可表示为：
[0116] x2＝q2s
[0117] 其中, 为2维DFT矩阵Q中的第2列向量，s为训练符号1。接通基站各接收天线移相控制单元的第2个开关，断开其他开关，则基站收到的信号y2表示为：
[0118]
[0119] 其中，k＝1,2，ρ为信噪比，H为Nr×Nt维信道矩阵，wrk为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从
[0120] 记基站第2根接收天线的移相控制单元的第k路接收到的信号为h2,k，记其相位为φ2,k，即发送信号经过发送预处理单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为[0121]
[0122] 将hr,k的相位φr,k(r＝1,2,...,Nt,k＝1,2)取负数之后保存在对应的测相移相器中，得到相位矩阵：
[0123]
[0124] S13：接通用户端第1条射频链路移相控制单元的所有开关，第1条射频链路发送训练符号1。接通基站所有接收天线移相控制单元的第1个开关，断开另外开关，则基站接收到的信号经过移相器时乘以 送入第1个加法器，再经过第1个RF射频链路及第1个模数转换器处理，得到接收信号z01：
[0125]
[0126] 其中，||h1||1＝|h1,1|+|h2,1|，wr,1表示基站的第r根天线收到的噪声。
[0127] S14：接通用户端第2条射频链路移相控制单元的所有开关，第2条射频链路发送训练符号1。接通基站所有接收天线移相控制单元的第2个开关，断开另外开关，则基站接收到的信号经过移相器时乘以 送入第2个加法器，再经过第2个RF射频链路及第2个模数转换器处理，得到接收信号z02：
[0128]
[0129] 其中，||h2||1＝|h1,2|+|h2,2|，wr,2表示基站的第r根天线收到的噪声。
[0130] S15：用户端的2条射频链路同时发送训练符号，训练符号规范为1，并同时接通第2个移相控制单元中的调节开关，则基站天线接收到信号矩阵y1,2为：
[0131]
[0132] 其中，h1、h2为传输矩阵 的第1、2列，w1,2为Nr×1维的复加性高斯白噪声，其各项独立且服从
[0133] 基站天线接收到的信号y1,2经过各移相控制单元的各个测相移相器，并分别乘以与 后送入相应加法器，再经过相应的射频链路和模数转换器处理，得到两个信号z1,2和z2,1，表示为：
[0134]
[0135]
[0136] 为方便起见，记
[0137] S16：用MMSE方法估计信道信息
[0138] 运用MMSE的信道估计方法，经过上述步骤，记基站接收到的信号为Z＝[z01,z02,z11,z12]，这样：
[0139] ||h1||1可以估计为：
[0140] ||h2||1可以估计为：
[0141] g1,2可以估计为：
[0142] g2，1可以估计为：
[0143] 得到 的估计矩阵G为：
[0144]
[0145] S2：数据的传输与解码
[0146] S21：多天线用户端发送数据信号，第1根射频链路所发送的数据符号记为s1，第2根射频链路所发送的数据符号记为s2，接通所有调节开关，令第r根天线接收的信号为yr，则有：
[0147]
[0148]
[0149] 可以表示为：
[0150]
[0151] 即 其中ρ为信噪比，W其中为Nr×1维的高斯白噪声，且服从
[0152] S22，信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理，得到的信号分别记为[r1，r2，…，rK]，表示为：
[0153]
[0154] 其中， 为处理后的噪声，独立且服从
[0155] S3：利用ZF解码
[0156] 具体解码方法如下，令GZF＝(GHG)-1GH，
[0157] 则两条链路发送的符号可解为：
[0158]
[0159]
[0160] 其中，(YZF)k为YZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座。
[0161] 如图2和图3所示，在仿真图中比较的对象是假设基站和用户双方都完全知道信道信息这一理想情况，且预编码的秩为K，但是在现实中这种理想情况是非常难实现的。从仿真图3中可看出，本发明所述的收发系统结构仅用了K根射频链路的信道容量相比信道信息完全已知的理想情况情况损失了约3dB。
[0162] 如图4所示，单用户多天线信号收发系统中，下行链路中用户端和基站端的连接结构，假设用户端天线数为Nt＝16，基站端的天线个数Nr＝64，射频链路数K＝8条。下行链路中相应的信号处理方法，包括以下步骤：
[0163] S4、由上行链路的训练结果对下行链路中基站发射端和用户接收端的移相控制单元进行参数设置。
[0164] S5、基站发送数据信号，多天线用户的天线接收信号，并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理；
[0165] S6、对处理后的信号进行解码。
[0166] 具体的，步骤S4包括以下步骤：
[0167] S41、由上行训练得到基站测相移相器在下行系统中的设置值EH。将基站端第r根天线对应的移相控制单元的第k个测相移相器的相位设置为φr,k，记相位矩阵为：
[0168]
[0169] S42、将用户端第t个移相控制单元的第k个测向移相器设置成 ( 表示qt,k的共轭)，其中qt,k是矩阵Q中的第t列第k行的元素。
[0170] 具体的，步骤S5包括以下步骤：
[0171] S51、合上所有调节开关，基站发送数据信号，第k根射频链路所发送的数据符号记为sk′。记发送信号经过基站各移相控制单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为[0172]
[0173] S52、记用户端第r根天线接收到的信号为yr′，则有：
[0174]
[0175] 其中，nr为高斯白噪声，且服从
[0176] 基站端到用户端接收天线的传输方程可表示为
[0177]
[0178] 其中，W表示Nr×1维的高斯白噪声向量，独立且服从
[0179] S53、用户端天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理，得到最后的总体传输方程：
[0180]
[0181] 其中， 独立且服从
[0182] S6、对处理后的信号进行ZF解码
[0183] 令G′ZF＝((QHHHE)HQHHHE)-1(QHHHE)H，Y′ZF＝G′ZFY，则基站发送的数据符号sk′的解码为
[0184]
[0185] 其中，(Y′ZF)k为Y′ZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座。
[0186] 如图5所示，下行链路中，本发明所述收发系统仅用了K根射频链路相比信道信息完全已知的理想情况损失了约3dB。
[0187] 与现有技术中基站需要Nr个射频链路处理，用户端需要Nt个射频链相比，本发明所述收发系统及其信号处理方法，只需要K条RF链路即可处理接收信号，并且不需要用到接收双方完全知道信道信息这一完美假设，降低了建设成本和功耗损失，并且节约了建设收发系统需要的占有面积。
[0188] 以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
