CN109104255B - 一种大规模宽带通道的硬件校正系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大规模宽带通道的硬件校正系统,在基站侧配置功分器、射频模块和校正信号源,采用OFDM调制解调技术产生全带宽导频信号对宽带通道误差进行校正;射频模块的接收端连接基站侧接收通道,发射端连接基站侧发射通道,校正端连接校正信号源,天线端连接天线的接收端,控制接口连接基站控制信号输出口,射频模块的工作模式包括发送信号功率放大模式、接收信号功率可调放大模式、自回环校正模式和天线侧校正模式;系统的工作模式包括接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式,基站侧控制系统的工作模式,并根据系统的工作模式输出控制信号控制校正信号源与射频模块的工作。本发明能够消除宽带通道误差带来的影响。
Description
技术领域
本发明涉及大规模MIMO传输系统,特别是涉及硬件校正系统。
背景技术
大规模多输入输出(MIMO)系统的基本特征是在基站侧配置大规模的天线阵列。大规模的天线阵列提供了很高的空间分辨率,不同用户可以在同一时频资源上使用不同的空间自由度与基站进行通信,从而可以达到更好的频谱分辨率。另外,由于用户的波束可以限制在很小的范围内,用户间干扰显著降低。在大规模MIMO系统中,基站侧每根天线的发射功率与天线数目的平方呈反比,从而大幅度减小了系统的发射功率,更加符合绿色通信的理念。上述优点使得大规模MIMO技术得到了无线通信领域的广泛关注。
实际上,大规模MIMO基站侧和用户侧多收发通道必然存在系统误差,不仅在硬件设计上、电路制造上以及机械加工中会引起误差,环境的变化、天线的耦合、器件的老化也会引起误差。这些误差最终会导致各通道间的幅度和相位的不一致性,通道内各频率响应的不一致性。从信号传输的角度,幅度和相位的不一致性,以及频率响应的不一致性会造成信号的失真,影响大规模MIMO传输的性能。
通道校正技术对大规模MIMO系统的工程实现十分重要。由于射频通道的硬件校正方法具有复杂度低、速度快、准确性高等特点,在实际中得到了应用。然而。现有技术中的硬件校正方法一般针对TDD系统中通过瞬时信息进行预编码的传输方法,对于利用统计信道信息的大规模MIMO传输方法,通常需要分别对基站侧接收通道和发射通道的不一致性进行校正。另外,现有的大规模MIMO通道校正方法主要针对窄带,一个通道对应一个校正补偿因子。
发明内容
发明目的:本发明的目的是提供一种能够对宽带通道校正的大规模宽带通道的硬件校正系统。
技术方案:为达到此目的,本发明采用以下技术方案:
本发明所述的大规模宽带通道的硬件校正系统,在基站侧配置功分器、射频模块和校正信号源,采用OFDM调制解调技术产生全带宽导频信号对宽带通道误差进行校正;射频模块的接收端连接基站侧接收通道,发射端连接基站侧发射通道,校正端连接校正信号源,天线端连接天线的接收端,控制接口连接基站控制信号输出口,射频模块的工作模式包括发送信号功率放大模式、接收信号功率可调放大模式、自回环校正模式和天线侧校正模式;系统的工作模式包括接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式,基站侧控制系统的工作模式,并根据系统的工作模式输出控制信号控制校正信号源与射频模块的工作。
进一步,所述接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式分别为:
接收通道校正模式:该模式工作时,基站侧控制射频模块工作在天线侧校正模式,并使校正信号源发射OFDM调制的全带宽导频信号通过基站侧接收通道后进入通道校正模块,接着根据接收到的信号进行计算,得到接收通道的校正参数;
发射通道校正模式:该模式工作时,基站侧控制射频模块工作在自回环校正模式,基站内部产生OFDM调制的全带宽导频数据通过发射通道发射出去,并经过射频模块自回环之后通过接收通道接收回来,根据接收到的信号与已经得到的接收通道校正参数进行计算,得到发射通道的校正参数;
正常收发模式:该模式工作时,将接收通道校正参数和发射通道校正参数用于通道校正后,基站侧控制射频模块工作在发送信号功率放大模式或者接收信号功率可调放大模式。
进一步,当系统工作在接收通道校正模式时,基站侧发射控制信号控制射频模块工作在天线侧校正模式,控制校正信号源产生OFDM调制的全带宽导频信号,导频采用ZC序列,第m个接收通道的第l个子载波上的导频信号由式(1)得到,
进一步,所述接收通道的校正参数根据式(2)得到:
进一步,所述接收通道的校正参数根据式(4)得到:
式(5)中,rR,m,l为由LS信道估计结果得到的第m个接收通道的第l个子载波的自相关系数,根据式(6)得到;为第m个接收通道的噪声功率,根据式(7)得到;为第m个接收通道的第l个子载波上的导频信号;KR为接收通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个接收通道第k次接收到的信号的第l个子载波上的信号;
进一步,当系统工作在发射通道校正模式时,基站内部产生OFDM调制的全带宽导频信号通过发射通道发射出去,并经过射频模块自回环之后通过接收通道接收回来,导频采用与接收通道校正模式相同的ZC序列,第m个接收通道的第l个子载波上的导频信号根据式(9)得到:
进一步,所述发射通道的校正参数根据式(10)得到:
式(11)中,KT为发射通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个发射通道第k次接收到的信号的第l个子载波上的信号,为第m个发射通道的第l个子载波上的导频信号,为第m个接收通道的第l个子载波的LS信道估计结果。
进一步,所述发射通道的校正参数根据式(12)得到:
式(13)中,rT,m,l为由LS信道估计结果得到的第m个发射通道的第l个子载波的自相关系数,根据式(14)得到;为第m个发射通道的噪声功率,根据式(15)得到;为第m个发射通道的第l个子载波上的导频信号;KT为发射通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个发射通道第k次接收到的信号的第l个子载波上的信号;
进一步,基站第m个接收通道的第l个子载波上接收到的信号为ym,l,如果利用接收通道LS信道估计结果对ym,l进行补偿,则得到 为利用接收通道LS信道估计结果得到的接收通道校正参数,为接收通道补偿后的数据;如果利用接收通道MMSE信道估计结果对ym,l进行补偿,则得到 为利用接收通道MMSE信道估计结果得到的接收通道校正参数;基站第m个发射通道的第l个子载波上发射的信号为xm,l,如果利用发射通道LS信道估计结果对xm,l进行补偿,则得到 为利用发射通道LS信道估计结果得到的发射通道校正参数,为发射通道补偿后的数据;如果利用发射通道MMSE信道估计结果对xm,l进行补偿,则得到 为利用发射通道MMSE信道估计结果得到的发射通道校正参数;
接收通道和发射通道校正完毕后,基站侧发射控制信号控制射频模块工作在发送信号功率放大模式或者接收信号功率可调放大模式,系统工作在正常收发模式,将接收通道补偿后的数据送入基站内部处理,或者将发射通道补偿后的数据送入射频模块发射出去。
有益效果:本发明公开了一种大规模宽带通道的硬件校正系统,采用简单的硬件进行校正,能够快速而准确低对大规模宽带通道进行校正,并且接收通道校正参数和发射通道校正参数能够有效消除宽带通道误差带来的影响,从而提升大规模MIMO传输性能。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中射频模块的示意图;
图2(a)为本发明具体实施方式中系统的示意图;
图2(b)为本发明具体实施方式中通道校正模块的示意图;
图3为本发明具体实施方式中系统的工作流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本具体实施方式公开了一种大规模宽带通道的硬件校正系统,如图2(a)所示,在基站侧配置功分器、射频模块和校正信号源,采用OFDM调制解调技术产生全带宽导频信号对宽带通道误差进行校正。射频模块如图1所示,它有五个端口,依次为控制接口、天线口、发射端口、校正口、接收端口,其中发射端口用TX口表示,接收端口用RX口表示。射频模块的接收端连接基站侧接收通道,发射端连接基站侧发射通道,校正端连接校正信号源,天线端连接天线的接收端,控制接口连接基站控制信号输出口,射频模块的工作模式包括发送信号功率放大模式、接收信号功率可调放大模式、自回环校正模式和天线侧校正模式。如图3所示,系统的工作模式包括接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式,基站侧控制系统的工作模式,并根据系统的工作模式输出控制信号控制校正信号源与射频模块的工作。
接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式分别为:
接收通道校正模式:该模式工作时,基站侧控制射频模块工作在天线侧校正模式,并使校正信号源发射OFDM调制的全带宽导频信号通过基站侧接收通道后进入通道校正模块,接着根据接收到的信号进行计算,得到接收通道的校正参数;通道校正模块如图2(b)所示;
发射通道校正模式:该模式工作时,基站侧控制射频模块工作在自回环校正模式,基站内部产生OFDM调制的全带宽导频数据通过发射通道发射出去,并经过射频模块自回环之后通过接收通道接收回来,根据接收到的信号与已经得到的接收通道校正参数进行计算,得到发射通道的校正参数;
正常收发模式:该模式工作时,将接收通道校正参数和发射通道校正参数用于通道校正后,基站侧控制射频模块工作在发送信号功率放大模式或者接收信号功率可调放大模式。
射频模块工作模式和通道校正模块工作模式的关系如表1所示。
表1射频模块工作模式和通道校正模块工作模式关系表
当系统工作在接收通道校正模式时,基站侧发射控制信号控制射频模块工作在天线侧校正模式,控制校正信号源产生OFDM调制的全带宽导频信号,导频采用ZC序列,第m个接收通道的第l个子载波上的导频信号由式(1)得到,
接收通道的校正参数可根据LS信道估计方法,根据式(2)得到:
接收通道的校正参数还可根据MMSE信道估计方法,根据式(4)得到:
式(5)中,rR,m,l为由LS信道估计结果得到的第m个接收通道的第l个子载波的自相关系数,根据式(6)得到;为第m个接收通道的噪声功率,根据式(7)得到;为第m个接收通道的第l个子载波上的导频信号;KR为接收通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个接收通道第k次接收到的信号的第l个子载波上的信号;
当系统工作在发射通道校正模式时,基站内部产生OFDM调制的全带宽导频信号通过发射通道发射出去,并经过射频模块自回环之后通过接收通道接收回来,导频采用与接收通道校正模式相同的ZC序列,第m个接收通道的第l个子载波上的导频信号根据式(9)得到:
发射通道的校正参数可根据LS信道估计方法,根据式(10)得到:
式(11)中,KT为发射通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个发射通道第k次接收到的信号的第l个子载波上的信号,为第m个发射通道的第l个子载波上的导频信号,为第m个接收通道的第l个子载波的LS信道估计结果。
发射通道的校正参数可根据MMSE信道估计方法,根据式(12)得到:
式(13)中,rT,m,l为由LS信道估计结果得到的第m个发射通道的第l个子载波的自相关系数,根据式(14)得到;为第m个发射通道的噪声功率,根据式(15)得到;为第m个发射通道的第l个子载波上的导频信号;KT为发射通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个发射通道第k次接收到的信号的第l个子载波上的信号;
基站第m个接收通道的第l个子载波上接收到的信号为ym,l,如果利用接收通道LS信道估计结果对ym,l进行补偿,则得到 为利用接收通道LS信道估计结果得到的接收通道校正参数,为接收通道补偿后的数据;如果利用接收通道MMSE信道估计结果对ym,l进行补偿,则得到 为利用接收通道MMSE信道估计结果得到的接收通道校正参数;基站第m个发射通道的第l个子载波上发射的信号为xm,l,如果利用发射通道LS信道估计结果对xm,l进行补偿,则得到 为利用发射通道LS信道估计结果得到的发射通道校正参数,为发射通道补偿后的数据;如果利用发射通道MMSE信道估计结果对xm,l进行补偿,则得到 为利用发射通道MMSE信道估计结果得到的发射通道校正参数;
接收通道和发射通道校正完毕后,基站侧发射控制信号控制射频模块工作在发送信号功率放大模式或者接收信号功率可调放大模式,系统工作在正常收发模式,将接收通道补偿后的数据送入基站内部处理,或者将发射通道补偿后的数据送入射频模块发射出去。
Claims (4)
1.一种大规模宽带通道的硬件校正系统,其特征在于:在基站侧配置功分器、射频模块和校正信号源,采用OFDM调制解调技术产生全带宽导频信号对宽带通道误差进行校正;射频模块的接收端连接基站侧接收通道,发射端连接基站侧发射通道,校正端连接校正信号源,天线端连接天线的接收端,控制接口连接基站控制信号输出口,射频模块的工作模式包括发送信号功率放大模式、接收信号功率可调放大模式、自回环校正模式和天线侧校正模式;系统的工作模式包括接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式,基站侧控制系统的工作模式,并根据系统的工作模式输出控制信号控制校正信号源与射频模块的工作;
基站第m个接收通道的第个子载波上接收到的信号为如果利用接收通道LS信道估计结果对进行补偿,则得到 为利用接收通道LS信道估计结果得到的接收通道校正参数,为接收通道补偿后的数据;所述接收通道的校正参数根据式(2)得到:
式(5)中,为由LS信道估计结果得到的第m个接收通道的第个子载波的自相关系数,根据式(6)得到;为第m个接收通道的噪声功率,根据式(7)得到;为第m个接收通道的第个子载波上的导频信号;KR为接收通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个接收通道第k次接收到的信号的第个子载波上的信号;
基站第m个发射通道的第个子载波上发射的信号为如果利用发射通道LS信道估计结果对进行补偿,则得到 为利用发射通道LS信道估计结果得到的发射通道校正参数,为发射通道补偿后的数据;所述发射通道的校正参数根据式(10)得到:
式(11)中,KT为发射通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个发射通道第k次接收到的信号的第个子载波上的信号,为第m个发射通道的第个子载波上的导频信号,为第m个接收通道的第个子载波的LS信道估计结果;
式(13)中,为由LS信道估计结果得到的第m个发射通道的第个子载波的自相关系数,根据式(14)得到;为第m个发射通道的噪声功率,根据式(15)得到;为第m个发射通道的第个子载波上的导频信号;KT为发射通道校正模式下总的信号收集次数,为第m个发射通道第k次接收到的信号的第个子载波上的信号;
接收通道和发射通道校正完毕后,基站侧发射控制信号控制射频模块工作在发送信号功率放大模式或者接收信号功率可调放大模式,系统工作在正常收发模式,将接收通道补偿后的数据送入基站内部处理,或者将发射通道补偿后的数据送入射频模块发射出去。
2.根据权利要求1所述的大规模宽带通道的硬件校正系统,其特征在于:所述接收通道校正模式、发射通道校正模式和正常收发模式分别为:
接收通道校正模式:该模式工作时,基站侧控制射频模块工作在天线侧校正模式,并使校正信号源发射OFDM调制的全带宽导频信号通过基站侧接收通道后进入通道校正模块,接着根据接收到的信号进行计算,得到接收通道的校正参数;
发射通道校正模式:该模式工作时,基站侧控制射频模块工作在自回环校正模式,基站内部产生OFDM调制的全带宽导频数据通过发射通道发射出去,并经过射频模块自回环之后通过接收通道接收回来,根据接收到的信号与已经得到的接收通道校正参数进行计算,得到发射通道的校正参数;
正常收发模式:该模式工作时,将接收通道校正参数和发射通道校正参数用于通道校正后,基站侧控制射频模块工作在发送信号功率放大模式或者接收信号功率可调放大模式。
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