CN106559108A - 一种大规模多入多出系统中天线接收的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大规模多入多出系统中天线接收的方法，所述方法包括以下步骤：A、中射频处理模块通过多个天线接收射频信号；B、将多个天线通道进行合并；C、通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块进行处理。本发明还公开了一种大规模多入多出系统中天线接收的装置。本发明在中射频处理模块与基带接收处理模块之间添加天线合并处理模块，当中射频处理模块通过多个天线接收到射频信号后，天线合并处理模块先将多个天线通道进行合并，然后通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块进行处理。从而简化了基带接收系统的复杂度，降低了基带处理的运算量，使得基带处理芯片DSP可以接收或解调所有天线通道。

Description

一种大规模多入多出系统中天线接收的方法和装置
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是涉及一种大规模多入多出系统中天线接收的方法和装置。
背景技术
在LTE(Long Term Evolution，长期演进)物理层技术平台上新兴的大规模多入多出技术的接收机系统中，存在着大量的接收天线。现有的一种大规模多入多出系统中天线接收装置如图1所示，其中，中射频处理模块和基带接收处理模块连接，中射频处理模块通过多个天线接收射频信号，并将射频信号传输给基带接收处理模块；基带接收处理模块对所述射频信号进行处理，该处理包括在基带处理模块中进行MRC(Maximum Ratio Combining，最大比合并)天线合并，利用的是导频DMRS(De Modulation Reference Signal，解调参考信号)信道估计H加权来获取到足够高的MRC增益。
但是，虽然理论上来说更多的接收天线可以带来更多的接收增益，但是也给基带的处理带来了巨大的运算量。在整个接收机中，利用DMRS进行信道估计并完成合并占到整个接收机系统处理资源的一半以上。比如业界通常将64根天线通道以上配置才称为大规模多入多出技术天线系统，而做64根天线通道的解调对基带处理器DSP((DigitalSignalProcessor，数字信号处理器)来说是巨大的，同时对基带处理器的接口速率的需求也巨大，仅仅进入基带的传输链路就需要有接近64Gbps的传输能力，从而造成基带处理芯片DSP因为资源受限而无法接收或解调所有天线通道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种大规模多入多出系统中天线接收的方法和装置，用以解决现有技术基带处理芯片DSP因为资源受限而无法接收或解调所有天线通道的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种大规模多入多出系统中天线接收的方法，所述方法包括以下步骤：
A、中射频处理模块通过多个天线接收射频信号；
B、将多个天线通道进行合并；
C、通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块进行处理。
进一步，所述多个天线布置成天线阵列，所述天线阵列组成一个M*N矩阵，其中M为天线的垂直维度，N为天线的水平维度；所述步骤B包括：
将M*N矩阵合并为K*L矩阵，其中K为天线的垂直维度，且K<＝M；L为天线的水平维度，且L<＝N。
进一步，在所述步骤B中，包括根据应用场景选择天线合并模式；在水平方向波束宽度窄的场景下，选择水平合并模式；在广覆盖场景下，选择垂直合并模式。
进一步，在所述步骤B中，包括对射频通道产生的幅相偏差和/或天线振子的间距和入射角度产生的幅相偏差进行补偿。
进一步，在所述步骤B中，还包括利用sounding信号补偿因子进行补偿，具体为：根据上行接收到的探测信号sounding信号的信道估计生成补偿因子，将相关通道乘以每个通道对应的补偿因子。
进一步，所述sounding信号补偿因子为所述sounding信号的信道估计值的共轭。
进一步，在所述步骤B中，还包括根据信道条件判断是否需要利用sounding信号补偿因子进行补偿。
进一步，在所述步骤B中，按照资源块为粒度进行合并。
进一步，在所述步骤C中，所述基带接收处理模块进行处理包括：利用最大比合并算法对天线进行合并。
本发明还提供一种大规模多入多出系统中天线接收的装置，所述装置包括中射频处理模块、天线合并处理模块和基带接收处理模块，其中所述天线合并处理模块分别与所述中射频处理模块和基带接收处理模块连接；所述中射频处理模块用于通过多个天线接收射频信号；所述天线合并处理模块用于将多个天线通道进行合并，并通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块；所述基带接收处理模块对所述天线合并处理模块传输的射频信号进行处理。
进一步，所述天线合并处理模块包括幅相偏差补偿子模块，用于对射频通道产生的幅相偏差和/或天线振子的间距和入射角度产生的幅相偏差进行补偿。
进一步，所述天线合并处理模块还包括sounding信号补偿因子补偿子模块，用于利用根据上行接收到的探测信号sounding信号的信道估计生成的sounding信号补偿因子进行补偿。
进一步，所述sounding信号补偿因子为所述sounding信号的信道估计值的共轭。
本发明有益效果如下：
本发明在中射频处理模块与基带接收处理模块之间添加天线合并处理模块，当中射频处理模块通过多个天线接收到射频信号后，天线合并处理模块先将多个天线通道进行合并，然后通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块进行处理。从而简化了基带接收系统的复杂度，降低了基带处理的运算量，使得基带处理芯片DSP可以接收或解调所有天线通道。
附图说明
图1是现有技术的一种大规模多入多出系统中天线接收装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的一种大规模多入多出系统中天线接收装置的结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术基带处理芯片DSP因为资源受限而无法接收或解调所有天线通道的问题，本发明提供了一种大规模多入多出系统中天线接收的方法和装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例1
本发明实施例的一种大规模多入多出系统中天线接收装置如图2所示，所述装置包括中射频处理模块、天线合并处理模块和基带接收处理模块，其中所述天线合并处理模块分别与所述中射频处理模块和基带接收处理模块连接；所述中射频处理模块用于通过多个天线接收射频信号；所述天线合并处理模块用于将多个天线通道进行合并，并通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块；所述基带接收处理模块对所述天线合并处理模块传输的射频信号进行处理。
本实施例中，所述天线合并处理模块包括幅相偏差补偿子模块，用于对射频通道产生的幅相偏差和/或天线振子的间距和入射角度产生的幅相偏差进行补偿。所述天线合并处理模块还包括sounding信号补偿因子补偿子模块，用于利用根据上行接收到的探测信号sounding信号的信道估计生成的sounding信号补偿因子进行补偿，所述sounding信号补偿因子为所述sounding信号的信道估计值的共轭。
本实施例在传统中射频处理模块与基带接收处理模块之间添加一个天线合并处理模块，此天线合并处理模块不需要处理太过复杂的运算，只需将接收数据乘一些幅相补偿因子即可。并且为提高天线合并处理模块的合并增益，需要将利用上行探测sounding信号的信道估计值计算的补偿因子回传给天线合并处理模块。
因为天线合并处理模块不需要获取复杂的调度参数，也不需要进行复杂的矩阵运算，因此天线合并处理模块可以使用FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)这一类的芯片来实现。而基带接收处理模块中的DMRS信道估计以及MRC天线合并进行均衡处理，参数调度复杂，矩阵运算量也非常大，实际系统中选择DSP这样的高速处理器来实现。
本发明不易在天线合并处理模块阶段将每根通道利用DMRS信号来进行估计，因为这样运算量仍然很巨大，而且要获取到实时的DMRS调度信息参数，然后根据调度信息参数进行所有天线通道所有用户的DMRS信道估计，相对本发明来说要复杂的多。
实施例2
当采用实施例的大规模多入多出系统中天线接收的装置时，本实施例的一种大规模多入多出系统中天线接收的方法的过程为：首先中射频处理模块通过多个天线接收射频信号；然后天线合并处理模块将多个天线通道进行合并，并通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块，最后基带接收处理模块对所述天线合并处理模块传输的射频信号进行处理。
在大规模多入多出技术天线系统中，天线排放阵列通常是两维的，包括垂直维度和水平维度。本实施例中，所述多个天线布置成天线阵列，所述天线阵列组成一个M*N矩阵，其中M为天线的垂直维度，N为天线的水平维度；将多个天线通道进行合并的步骤包括将M*N矩阵合并为K*L矩阵，其中K为天线的垂直维度，且K<＝M；L为天线的水平维度，且L<＝N。例如如果做垂直维度的合并，天线阵列可以变成一个1*N的矩阵，如果做了水平维度的合并，则天线阵列变成了一个M*1的矩阵。
在进行合并时，可以根据应用场景选择天线合并模式；在水平方向波束宽度窄的场景下，选择水平合并模式；在广覆盖场景下，选择垂直合并模式。本实施例中，比如对于M＝4,N＝16的大规模多入多出接收机系统。天线合并处理模块接收到64个天线通道的信号，输入速率至少需要64Gbps，然后根据不同的合并模式配置进行不同的合并。本实施例根据不同的应用场景选择不同的天线合并模式。比如高楼覆盖，此时水平方向波束宽度窄，信道在水平方向的幅相差异相比垂直方向更小，天线合并处理模块选择水平合并会获得较高的增益。即可以将同一行的N列的天线通道进行合并，从而输出K＝4，L＝1的K*L天线通道，也就是4根天线通道传输给基带处理模块，然后基带处理模块进行4天线的MRC合并或者IRC合并即可。此时进入基带的传输链路能力仅需要4Gbps。如果不同高楼覆盖场景，而是广覆盖场景，那么进行垂直方向的四合一相对增益更好。也就是将同一列的M行天线通道进行合并，从而输出K＝1，L＝16的K*L天线通道，也就是16根天线的MRC合并或者IRC合并。此时进入基带的传输链路能力仅需要16Gbps。
本实施例以天线合并处理模块将进入基带之前的垂直方向的天线通道进行合并为例，比如将64天线通道中的垂直4通道直接合一从而形成16个基带通道，此时进入基带的传输链路能力仅需要16Gbps。
在合并过程中，包括对射频通道产生的幅相偏差和/或天线振子的间距和入射角度产生的幅相偏差进行补偿。本实施例为了做到幅相对齐，射频通道产生的幅相偏差需要补偿，假定补偿因子为A1，信号到达天线振子的角度不同和天线间距综合差生幅相偏差也需要补偿，由此产生的补偿因子为A2。
由于不同的载波上通道幅相影响不一样，因此在合并的时候，通常是按照RB(Resource Block，资源块)为粒度进行合并。不同的RB被加权不同的幅相补偿因子。
为了增加天线合并处理模块的合并增益，将上行接收到的探测信号sounding信号的信道估计H计算的sounding信号补偿因子A3，回传给天线合并模块，所述sounding信号补偿因子A3为所述sounding信号的信道估计值的共轭。基于在大规模多入多出系统中，基带为了获取到每根天线的信息，而需要将sounding接收信号单独分离开来不进行合并，因此每个通道针对每个用户都有一个sounding信号补偿因子，即有M*N个不同A3因子数值。天线合并处理模块在进行合并的时候，将相关通道乘以每个通道对应A3补偿因子，然后进行合并。
同时，在回传sounding信号补偿因子之前，可以对sounding信号补偿因子进行判决。对于功率非常低的通道，可以直接令通道补偿因子为0。部分天线通道补偿因子设置为1，则等同进行天线选择。对于近点用户，信道条件非常理想的时候，也可以令补偿因子为1，即不进行补偿，免得因为补偿因子计算误差而引起性能下降。
本实施例中，对于某个用户的RB，可以使用此用户的sounding的信道估计H计算sounding信号补偿因子A3来进行补偿，具体实现过程如下：
天线合并处理模块根据调度参数，确定RB上是否存在空分配对用户。如果RB上存在，则将合并通道的补偿因子确定为A1和A2。如果RB仅是单用户分配的，则将合并通道的补偿因子确定为A1、A2、A3。
基带接收端解调处理模块需要将本帧非空分配对用户的RB上的sounding的信道估计信息整理出来，生成sounding信号补偿因子A3，将A3传递给天线合并处理模块。
天线合并处理模块对于非空分配对用户RB，提取对应用户的对应RB上的A3补偿因子，进行本RB接收信号补偿。
天线合并处理模块对补偿后的RB进行相关补偿通道的合并，然后将合并后的信号，传输给基带接收端解调处理模块。
本发明不排除传递给天线合并处理模块其他的补偿参数，比如天线校准的接收有源通道幅相补偿因子等。
经过天线合并处理模块后，K*L的矩阵维度的IQ信号传输给基带接收处理模块，在基带接收处理模块中，对K*L维的信号进行信道估计H，然后进行MRC(Maximum Ratio Combining，最大比合并)天线合并，最后均衡解调1流或多流的用户数据。
本发明在中射频处理模块与基带接收处理模块之间添加天线合并处理模块，当中射频处理模块通过多个天线接收到射频信号后，天线合并处理模块先将多个天线通道进行合并，然后通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块进行处理。从而简化了基带接收系统的复杂度，降低了基带处理的运算量，使得基带处理芯片DSP可以接收或解调所有天线通道。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A、中射频处理模块通过多个天线接收射频信号；
B、将多个天线通道进行合并；
C、通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块进行处理。
2.如权利要求1所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，所述多个天线布置成天线阵列，所述天线阵列组成一个M*N矩阵，其中M为天线的垂直维度，N为天线的水平维度；所述步骤B包括：
将M*N矩阵合并为K*L矩阵，其中K为天线的垂直维度，且K<＝M；L为天线的水平维度，且L<＝N。
3.如权利要求2所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，在所述步骤B中，包括根据应用场景选择天线合并模式；在水平方向波束宽度窄的场景下，选择水平合并模式；在广覆盖场景下，选择垂直合并模式。
4.如权利要求1所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，在所述步骤B中，包括对射频通道产生的幅相偏差和/或天线振子的间距和入射角度产生的幅相偏差进行补偿。
5.如权利要求4所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，在所述步骤B中，还包括利用sounding信号补偿因子进行补偿，具体为：根据上行接收到的探测信号sounding信号的信道估计生成补偿因子，将相关通道乘以每个通道对应的补偿因子。
6.如权利要求5所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，所述sounding信号补偿因子为所述sounding信号的信道估计值的共轭。
7.如权利要求5所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，在所述步骤B中，还包括根据信道条件判断是否需要利用sounding信号补偿因子进行补偿。
8.如权利要求1所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，在所述步骤B中，按照资源块为粒度进行合并。
9.如权利要求1至8任一项所述的大规模多入多出系统中天线接收的方法，其特征在于，在所述步骤C中，所述基带接收处理模块进行处理包括：利用最大比合并算法对天线进行合并。
10.一种大规模多入多出系统中天线接收的装置，其特征在于，所述装置包括中射频处理模块、天线合并处理模块和基带接收处理模块，其中所述天线合并处理模块分别与所述中射频处理模块和基带接收处理模块连接；所述中射频处理模块用于通过多个天线接收射频信号；所述天线合并处理模块用于将多个天线通道进行合并，并通过合并后的天线通道将射频信号传输给基带接收处理模块；所述基带接收处理模块对所述天线合并处理模块传输的射频信号进行处理。
11.如权利要求10所述的大规模多入多出系统中天线接收的装置，其特征在于，所述天线合并处理模块包括幅相偏差补偿子模块，用于对射频通道产生的幅相偏差和/或天线振子的间距和入射角度产生的幅相偏差进行补偿。
12.如权利要求11所述的大规模多入多出系统中天线接收的装置，其特征在于，所述天线合并处理模块还包括sounding信号补偿因子补偿子模块，用于利用根据上行接收到的探测信号sounding信号的信道估计生成的sounding信号补偿因子进行补偿。
13.如权利要求12所述的大规模多入多出系统中天线接收的装置，其特征在于，所述sounding信号补偿因子为所述sounding信号的信道估计值的共轭。
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