CN105656535A - 一种Massive MIMO系统中下行校正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Massive？MIMO系统中下行校正方法及装置，涉及Massive？MIMO系统中的多天线校正技术，所述方法包括：对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组；对所述多个通道组依次进行下行校正处理，得到所述多个下行射频通道的下行校正权值；利用所述多个下行射频通道的下行校正权值，对经由所述多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。本发明在天线数量较大时，类似在Massive？MIMO系统中，能够实现Massive？MIMO系统中的下行天线校正，解决多通道功率变化引起的射频性能下降，提高系统的性能要求。

Description

一种Massive MIMO系统中下行校正方法及装置

技术领域

本发明涉及MassiveMIMO系统中的多天线校正技术，特别涉及一种MassiveMIMO系统中下行校正方法及相关的装置。

背景技术

信号在射频通道中传输的时候，会因为信道本身的非线性特征导致信号幅相发生变化，从而设计天线校正功能，目的是将幅相变化到反变化补偿到基带信号中，从而使得空口信号的幅相特性更加接近于基带信号。

天线校正的过程是指发送已知序列，通过需要校正的有源网络和无源网络后，对接收到的带有通道幅相特性的信号进行估计，从而得到尽可能准确的通道幅相特性。其中无源部分通过前期测试给出，直接补偿，有源部分通过基带信号进行估计得到后实时补偿。

在大规模多入多出(MassiveMIMO)系统中，因为该系统的天线数量相当多，一般的系统至少有64根发射天线，甚至有128根天线和256根天线，如此多的天线，如何获得各天线通道的幅相特征就更为重要，它直接决定了系统的性能优劣。

当天线增加到64天线(或者更多天线)后，相对于传统的天线校正方案，其难点在于以下几个方面：

(1)下行不同通道间功率变化更加剧烈，射频指标要求更加苛刻。

(2)在进行下行多通道同时校正时，下行校正参考信号的分离。

(3)有源网络的幅相误差包括绝对幅相误差和通道间相对幅相误差。

现有的下行天线校正方法主要是针对系统天线数较少的情况，能够一次通过码分方式将下行多通道分离，然而针对类似MassiveMIMO的系统中，无法一次通过码分方式将下行多通道分离。

发明内容

本发明的目的在于提供一种MassiveMIMO系统中下行校正方法及装置，能更好地在MassiveMIMO等天线数量较大的系统中，通过多次码分的方式进行下行多通道分离，解决下行天线校正的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种MassiveMIMO系统中下行校正方法，包括：

对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组；

对所述多个通道组依次进行下行校正处理，得到所述多个下行射频通道的下行校正权值；

利用所述多个下行射频通道的下行校正权值，对经由所述多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。

优选地，对每个通道组进行下行校正处理的步骤包括：

对通道组内的各下行射频通道在所述通道组的校正时刻发送的各自的校正参考序列进行合路处理，得到所述通道组的合路校正序列；

通过对所述通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到所述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计；

利用述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，确定所述通道组的各下行射频通道的下行校正权值。

优选地，还包括：

在所述多个下行射频通道中选取一个下行射频通道，并将所选取的下行射频通道作为所述多个通道组的参考通道。

优选地，所述得到所述通道组的合路校正序列的步骤包括：

通道组内的参考通道在所述通道组的校正时刻，发送参考校正序列；

所述通道组内的其它下行射频通道在所述通道组的校正时刻，分别发送各自的校正序列；

将所述参考通道发送的校正参考序列和其它下行射频通道各自发送的校正序列进行合路处理，得到对应于所述通道组的合路校正序列；

其中，通过对所述参考校正序列进行循环移位处理，得到其它下行射频通道各自的校正序列。

优选地，所述确定所述通道组的各下行射频通道的下行校正权值的步骤包括：

通过将所述参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计相除，确定相应下行射频通道的下行校正权值。

根据本发明的另一方面，提供了一种MassiveMIMO系统中下行校正装置，包括：

分组模块，用于对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组；

校正模块，用于对所述多个通道组依次进行下行校正处理，得到所述多个下行射频通道的下行校正权值；

补偿模块，用于利用所述多个下行射频通道的下行校正权值，对经由所述多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。

优选地，所述校正模块对通道组内的各下行射频通道在所述通道组的校正时刻发送的各自的校正参考序列进行合路处理，得到所述通道组的合路校正序列，通过对所述通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到所述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，并利用述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，确定所述通道组的各下行射频通道的下行校正权值。

优选地，所述分组模块还用于在所述多个下行射频通道中选取一个下行射频通道，并将所选取的下行射频通道作为所述多个通道组的参考通道。

优选地，所述校正模块对通道组内的参考通道在所述通道组的校正时刻发送的参考校正序列和其它下行射频通道在所述通道组的校正时刻分别发送的各自的校正序列进行合路处理，得到对应于所述通道组的合路校正序列，其中，通过对所述参考校正序列进行循环移位处理，得到所述通道组内其它下行射频通道各自的校正序列。

优选地，所述校正模块通过将所述参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计相除，确定相应下行射频通道的下行校正权值。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明能够在多天线系统中的天线数多于8个天线时，能够通过多次码分的方式更加准确地获得所有的下行通道的天线校正信息，即多通道的下行校正权值，实现对有源网络的幅相校正，从而提高系统的性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的MassiveMIMO系统下行校正方法原理框图；

图2是本发明实施例提供的MassiveMIMO系统下行校正装置框图；

图3是本发明实施例提供的下行天线组轮发校正示意图；

图4是本发明实施例提供的下行天线组轮发的校正权值流程图；

图5是本发明实施例提供的在TDD系统中的校正序列收发时序图；

图6是本发明实施例提供的下行天线组轮发方式的天线组分配示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

在类似MassiveMIMO系统中，如果无法一次通过码分方式将下行多通道分离，就需要采用本发明提供的方法，达到对有源网络的幅相校正。

有源网络的绝对幅相误差和相对幅相误差，可以按照如下方式理解：

以两个天线通道为例，

在t0时刻，天线0的幅相特性是天线1的幅相特性是

在t1时刻，天线0的幅相特性是B₀θ₀，天线1的幅相特性是B₁θ₁；

通道间的相对幅相误差为

通道1的绝对幅相误差是

对于一个有源网络，在不同的时刻，通道间的相对幅相误差是不变的，即可以认为

然而，如果用t1时刻的通道1，与t0时刻的通道0进行相对的信道估计计算，则得不到很好的下行天线校正权值(即下行校正权值)；如果用同一时刻的不同通道间的幅相特性进行估计，那么所有的下行通道的天线校正信息就能够更加准确了。

本发明提到TDD系统，利用GAP时隙进行校正序列的收发，主要是因为GAP时隙适用于TDD系统中进行上下行切换，它并不承载上下行业务的有用信息，使用它承载校正序列不会对整个无线信道的上下行链路产生影响，而同时又满足了校正的要求，这样充分利用了TDD系统的相关特点。

本发明中射频通道完成下行校正序列的发送和接收。内置或外置耦合通路将各发射通道输出到天线端口的校正信号(即校正序列)以“等差损、等相移”的方式输送到校准端口(即CAL口)，并合成一路。

由基带将混合校正信号(即合路校正序列)做通道分离和校正计算。由于耦合通路是“等差损、等相移”的，因此基带将各通道校正信号分离后，而通道间校正信号的功率差与相位差由发射通道幅相不一致性引起，对幅相不一致性进行测量，并生成下行校正信息。

在多天线系统中，第n个通道的校正权值计算公式如下：

$w^{\mathrm{ACn}}=\frac{H_{\mathrm{AC}0}}{H_{\mathrm{ACn}}}---\left(1\right)$

其中，H_AC0是指天线校正参考通道的校正序列信道估计；H_ACn是指第n根天线的校正序列信道估计；w^ACn是计算得第n根天线校正权值(即下行校正权值)；上下行天线校正权值均是按照上述公式(1)计算得到。

以下结合图1至图6对本发明进行进一步说明。

图1是本发明实施例提供的MassiveMIMO系统下行校正方法原理框图，如图1所示，步骤包括：

步骤S101：对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组。

进一步说，在多个下行射频通道中可以选取一个下行射频通道，并将所选取的下行射频通道作为多个通道组的参考通道。

步骤S102：对多个通道组依次进行下行校正处理，得到多个下行射频通道的下行校正权值。

具体地说，对于某一个通道组，首先对该通道组内的各下行射频通道在该通道组的校正时刻发送的各自的校正参考序列进行合路处理，得到该通道组的合路校正序列，例如，该通道组内的参考通道在该通道组的校正时刻，发送参考校正序列，该通道组内的其它下行射频通道在该通道组的校正时刻，分别发送各自的校正序列，通过将参考通道发送的校正参考序列和其它下行射频通道各自发送的校正序列进行合路处理，得到对应于该通道组的合路校正序列，其中，通过对参考校正序列进行循环移位处理，得到其它下行射频通道各自的校正序列。然后，通过对该通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到该通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计。最后，利用该通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，确定该通道组的各下行射频通道的下行校正权值，例如，通过将参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计相除，确定相应下行射频通道的下行校正权值。

步骤S103：利用多个下行射频通道的下行校正权值，对经由多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。

可见，本发明首先要对下行射频通道进行分组，例如：从所有的下行天线中取出一个相对的参考通道A0，由该参考通道和剩下的所有天线一起平均分组，每个天线组中都有该参考通道A0，剩下的其它下行通道进行平均分配到每个天线组中；如果总的下行天线数不满足平均分配，那么在最后一个不满足平均分配的天线组中，可以由与该组内天线号不重复的其它天线填充，补齐组内的天线个数。此处要求天线组内的天线数一样，主要是为了天线组之间可以使用相同的校正序列，设计实现方便，而且也能满足对应的性能要求。这种天线组轮发的方法，可以很好的解决当前大规模天线系统中，无法很好的校正天线的绝对幅相误差和相对幅相误差的问题。假设以通道0为参考，每次校正都发送通道0的序列，这样即使每个通道的绝对幅相特性在变化，但是其它下行通道相对通道0的相对幅相特性是基本不变的，这样校正得到权值的性能更好，使用这样的权值能够获得的上下行的流量增益更大。这种校正方法非常适用于大规模天线系统中，获得射频通道的幅相增益，在波束赋行(BeamForming)模式下获得更大的下行数据流量。

图2是本发明实施例提供的MassiveMIMO系统下行校正装置框图，如图2所示，包括分组模块11、校正模块12和补偿模块13，其中：

分组模块11用于对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组。具体地说，分组模块11可以在多个下行射频通道中选取一个下行射频通道，并将所选取的下行射频通道作为多个通道组的参考通道。

校正模块12用于对多个通道组依次进行下行校正处理，得到多个下行射频通道的下行校正权值。具体地说，对于某一个通道组来说，校正模块12对该通道组内的各下行射频通道在该通道组的校正时刻发送的各自的校正参考序列进行合路处理，得到该通道组的合路校正序列，通过对该通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到该通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，并利用述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，确定该通道组的各下行射频通道的下行校正权值。其中，校正模块12对该通道组内的参考通道在该通道组的校正时刻发送的参考校正序列和其它下行射频通道在该通道组的校正时刻分别发送的各自的校正序列进行合路处理，得到对应于该通道组的合路校正序列，其中，通过对参考校正序列进行循环移位处理，得到该通道组内其它下行射频通道各自的校正序列。校正模块12通过对该通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计，并通过将参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计相除，确定相应下行射频通道的下行校正权值。

补偿模块13用于利用多个下行射频通道的下行校正权值，对经由多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。

图3是本发明实施例提供的下行天线组轮发校正示意图，图4是本发明实施例提供的下行天线组轮发的校正权值流程图，如图3和图4所示，图中的系统共有64根天线，即ANT0至ANT63。

步骤一：先对64根天线进行分组，对于64根天线，本实施例中每组天线数固定为8，按照下行天线组轮发t方式分组，就需要分为9组，即9个通道组。

步骤二：在第一个校正时刻T1，天线组0的8个发射通道(即下行射频通道)同时发出校正信号，各通道的校正信号通过循环移位0～7进行区分。

在此处的校正信号，采用具有特定正交特性的校正序列，即各个通道通过不同的循环移位区分，各个通道序列之间具有相关的特性，即通道自身校正序列相关具有较大的峰值，通道间的校正序列互相关结果为0。

本实施例中，可以在多个下行射频通道中选取一个下行射频通道作为参考通道，参考通道用来发送校正参考信号(即参考校正序列)，通过对校正参考信号进行不同的循环移位，得到其它各个通道的校正信号。

步骤三：下行的校正序列如图3中粗线所示，由下行射频通道发出，经内置耦合通路将8个通道的信号合并，并回路到天线校正端口CAL口。

步骤四：校正接收通道(即RRU射频通道)将收到的合路校正信号(即合路校正序列)发送给基带，进行第一组8个天线的下行通道分离，由基带提取相关序列计算下行校正权值。

步骤五：在下一个校正时刻T2，重复上述步骤二至步骤四，将天线组1的8个发射通道同时发出校正参考信号，最后计算该组天线相对于参考通道的下行校正权值。

步骤六：同理，天线组2至天线组8在各自的校正时刻，通过重复上述步骤二至步骤四，计算该组天线相对于参考通道的下行校正权值。

需要注意的是，天线组1的8个发射通道发出的校正参考信号与天线组0的校正参考信号可以是相同的，因为天线组之间是在不同时刻发送的，并不会产生互相干扰。

在该实施案例中，可以将通道0做为天线校正参考通道，所有的64个通道的下行校正权值均按照上述公式(1)计算得到。

下行天线组轮发的天线组分配如图6中所示，对于天线组0中包含了8根天线，依次为天线0,1,2,3,8,9,10,11。

在每个天线组进行下行校正序列发送和接收后，就在当前时刻进行该组天线的下行校正通道分离，由于这种方式每组下行校正通道中都包含了参考通道，例如本实施例中的通道0。在T1校正时刻，通过通道分离和下行信道估计，可以计算得到T1校正时刻通道0的校正序列信道估计同理也可以计算得到通道1,2,3,8,9,10,11的校正序列信道估计，那么该天线组0内的其它通道的下行校正权值就可以使用公式(1)的计算方法计算出来。

在随后的T2到T9校正时刻，每个时刻都可以计算分离得到该校正时刻通道0的校正序列信道估计采用同样的方式就可以计算出其它天线组各个通道的下行校正权值。

每个校正时刻的下行校正权值计算，均可以得到7个下行通道的下行校正权值，除开校正参考信道(此实施例中的通道0)，那么9个校正时刻总共得到63个下行通道的校正权值。在此实施案例中，通道0由于是校正参考信道，故它的下行校正权值相对自己是完全相关的，即通道0下行校正权值的幅度为1，相位为0。

这种下行天线组轮发的方式很好的解决了射频通道存在的绝对幅相误差和相对幅相误差问题。

本发明在TDD制式的MassiveMIMO系统实施例中，校正序列的收发位置是利用特殊子帧的GAP时隙进行收发的，如附图5所示。

由于TDD的收发时序关系，上行接收相对下行发送会提前624TS开始，因此如果在PosTX的位置开始发送校正序列，那么耦合回来接收会相对延后624TS。

由于校正序列在RRU内部通过耦合网络时，可能会存在传输时延，那么在系统实际接收到的校正序列可能还会存在一个时延ACTAValue；

接收校正序列数据的位置相当于发送的位置为PosRx＝PosTX+624TS+ACTAValue(TS)。

上述校正序列的收发参数，PosTX可以视具体系统测试而定，需要考虑系统中的符号间串扰影响。RRU内部通过耦合网络ACTAValue是系统的内部时延，需要在系统具体测试过程中设置。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

本发明在天线数量较大，类似在MassiveMIMO系统中，需要通过多次码分的方式将下行校正通道分离出来，能够实现MassiveMIMO系统中的下行天线校正，解决多通道功率变化引起的射频性能下降，提高系统的性能要求。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种MassiveMIMO系统中下行校正方法，其特征在于，包括：

对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组；

对所述多个通道组依次进行下行校正处理，得到所述多个下行射频通道的下行校正权值；

利用所述多个下行射频通道的下行校正权值，对经由所述多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对每个通道组进行下行校正处理的步骤包括：

对通道组内的各下行射频通道在所述通道组的校正时刻发送的各自的校正参考序列进行合路处理，得到所述通道组的合路校正序列；

通过对所述通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到所述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计；

利用述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，确定所述通道组的各下行射频通道的下行校正权值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述多个下行射频通道中选取一个下行射频通道，并将所选取的下行射频通道作为所述多个通道组的参考通道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述得到所述通道组的合路校正序列的步骤包括：

通道组内的参考通道在所述通道组的校正时刻，发送参考校正序列；

所述通道组内的其它下行射频通道在所述通道组的校正时刻，分别发送各自的校正序列；

将所述参考通道发送的校正参考序列和其它下行射频通道各自发送的校正序列进行合路处理，得到对应于所述通道组的合路校正序列；

其中，通过对所述参考校正序列进行循环移位处理，得到其它下行射频通道各自的校正序列。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述通道组的各下行射频通道的下行校正权值的步骤包括：

通过将所述参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计相除，确定相应下行射频通道的下行校正权值。

6.一种MassiveMIMO系统中下行校正装置，其特征在于，包括：

分组模块，用于对多个下行射频通道进行分组，形成多个通道组；

校正模块，用于对所述多个通道组依次进行下行校正处理，得到所述多个下行射频通道的下行校正权值；

补偿模块，用于利用所述多个下行射频通道的下行校正权值，对经由所述多个下行射频通道发送的下行信号进行补偿。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述校正模块对通道组内的各下行射频通道在所述通道组的校正时刻发送的各自的校正参考序列进行合路处理，得到所述通道组的合路校正序列，通过对所述通道组的合路校正序列进行通道分离和信道估计处理，得到所述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，并利用述通道组的各下行射频通道的校正序列信道估计，确定所述通道组的各下行射频通道的下行校正权值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分组模块还用于在所述多个下行射频通道中选取一个下行射频通道，并将所选取的下行射频通道作为所述多个通道组的参考通道。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述校正模块对通道组内的参考通道在所述通道组的校正时刻发送的参考校正序列和其它下行射频通道在所述通道组的校正时刻分别发送的各自的校正序列进行合路处理，得到对应于所述通道组的合路校正序列，其中，通过对所述参考校正序列进行循环移位处理，得到所述通道组内其它下行射频通道各自的校正序列。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述校正模块通过将所述参考通道的校正序列信道估计与相应下行射频通道的校正序列信道估计相除，确定相应下行射频通道的下行校正权值。