CN113114389B - 一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，涉及无线通信技术领域，具体步骤包括：首先，针对基站与用户之间的通信，根据综合感知手段获取通信链路的最优波束权值矩阵，传输到无线模块；无线模块针对不同的相位补偿矩阵，对最优波束权值重复进行相位补偿，构建对应的若干探测波束并插入波束扫描中发给用户，用户对各探测波束的参考信号进行解调，反馈最优的探测波束序号给无线模块；无线模块对基站上的天线阵列中不同步的收发器按照最优波束进行相位补偿。本发明仅仅对天线阵列总数的一半以下的相位补偿矩阵构建探测波束，或仅对单个阵子反相的情况构建相位补偿矩阵，简化了方法，更高效地检测在线运行时的相位跳变。

Description

一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体来说是一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法。

背景技术

在多天线无线通信系统中，波束赋形(BF,Beamforming)技术通过改变每个天线阵子的天线权值，实现空域滤波，可以有效提高链路质量。由于BF技术的前提条件是每个天线阵子相位同步，才能够严格控制每个阵子的发射相位，实现空间中信号的相长相消；如果不同的阵子连接着不同的收发器，那么每个收发器也必须做到相位同步，因此不同收发器之间的相位同步是使用多个收发器实现BF的前提。

在实际的射频设备中，不具备同步射频本振功能的收发器共用参考信号输入时，一般将输入参考信号进行分频后作为不同收发器的输入，然而分频器进行分频操作时可能导致其输出本振信号相位相差π，进而导致不同收发器之间可能存在π的相位差，因此不具备相位同步功能的多个收发器之间存在相位模糊问题。

在NR(New Radio)的波束初始接入、追踪和数据传输中，使用一系列依据码本生成的指向不同方向的波束权值向量的集合，以实现对天线覆盖区域内不同方向的有向通信；然而当某些天线的收发器存在相位模糊时，依据码本波束的权值和指向方向将发生改变，通信链路的质量会受到严重影响，甚至无法正常完成初始接入和追踪等过程，导致无线通信的有向链路无法正常工作。

综合感知系统中使用传感器或摄像头等获取用户设备(UE,User Equipment)的信息，并提取出通信链路相关的信息。基础设施的传感器、雷达等可以用作通信用途[1]，用于预测阻挡，检测视距和非视距状态以及估计信道等，从而实现对最优波束的建议。在与摄像头和计算机视觉卷积神经网络的配合下，基站可以获取视距条件下UE的位置，从而获取最佳通信波束[2][3]。

[1]A.Ali,N.Gonzalez-Prelcic,R.W.Heath and A.Ghosh,"Leveraging Sensingat the Infrastructure for mmWave Communication,"in IEEE CommunicationsMagazine,vol.58,no.7,pp.84-89,July 2020.

[2]T.Xiang,Y.Wang,H.Li,B.Guo and X.Zhang,"A Computer Vision BasedBeamforming Scheme for Millimeter Wave Communication in LOS Scenarios,"2019IEEE 7th International Conference on Computer Science and NetworkTechnology(ICCSNT),Dalian,China,2019,pp.401-407.

[3]M.Alrabeiah,A.Hredzak and A.Alkhateeb,"Millimeter Wave BaseStations with Cameras:Vision-Aided Beam and Blockage Prediction,"2020IEEE91st Vehicular Technology Conference(VTC2020-Spring),Antwerp,Belgium,2020,pp.1-5.

以上手段在无线链路故障时能提供有效的波束建议，但是目前的研究中综合感知仅作为无线通信的增强手段，通过预测无线链路信息从而达到降低无线开销等优化的目的，并没有将其用作包括相位模糊等无线链路故障的检测和修复。

现有技术中，对相位进行校准的文献如下：

一种多通道宽带收发系统的相位校准方法[4]，包括：在需要校准时，将多个收发器切换至校准模式，使多通道收发器接收校准源的射频信号，射频接收模块对其进行预处理后传输给相位校准模块，计算每一路相位校准因子并储存；正常工作模式下，相位校准模块利用存储的相位校准因子进行相位补偿；相位校准的算法为，对每一路信号进行FFT运算，筛选出FFT的最大值作为校准源发射的频点，对该频点对应的两个频率分量的比值求反正切值，即为每路信号的相位值。

一种基于1bit量化的相位模糊检测校正方法[5]。该方法包括：在现有收发器控制电路中加入相位检测模块和相位校正模块，一路收发器的发射信号经过功分器回送到本路和其他路收发器的接收模块，将两路接收信号经过截断处理后进行1bit量化，将两路量化数字信号作相关运算，得到累计的相关值，并由硬判决得到是否相位相差π；确定相位关系后，校准模块生成对应每个收发器的相位补偿使能信号，完成对相位模糊的校正。

一种阵列天线校准方法及装置[6]。该方法包括：采用标准波束方向的测试天线向待校准阵列天线发射校准信号，基于待校准阵列天线的各个通道接收到标准波束方向的测试天线发射的校准信号，确定中心天线阵子通道接收到的校准信号与通过各个通道接收的校准信号的幅相误差；基于获得的幅相误差，对波束权值矢量矩阵进行校准，获得补偿波束权值矢量。

用于收发器中的局部振荡器的相位同步的装置和方法[7]。该方法包括：产生第一频率的本地振荡器信号，并产生与第一频率不同的第二频率的观察本地振荡器信号，基于这两个信号产生差拍信号，并基于差拍信号生成相位调整值，根据调整值调整数字调制器以实现本地振荡器与观察本地振荡器之间的期望相位关系，从而实现收发器的校准。

[4]李兴明,王策,李杰,赵荣健,陈哲.一种多通道宽带收发系统的相位校准方法[P].北京市：CN110289920A,2019-09-27.

[5]徐湛,王子樵,陈晋辉,职如昕.一种基于1bit量化的相位模糊检测校正方法[P].北京市：CN110311740A,2019-10-08.

[6]王世华,段滔,马静艳.一种阵列天线校准方法及装置[P].北京市：CN109495189B,2020-08-28.

[7]C·迈尔,D·J·迈克劳瑞恩,C·安格尔.用于收发器中的局部振荡器的相位同步的装置和方法[P].美国：CN106817084B,2020-08-04.

但是，现有的相关技术都有其不足之处，如文献[4]和[5]需要额外的检测和校正电路，使用越多的收发器就需要加入越多的检测和校正电路；这两种方法无法在通信进行中判断是否发生了发射通道的相位跳变，而且在需要进行校准时，只能人为将工作模式切换至校准模式，无法作为工作模式下的在线检测和校准方式。

文献[6]需要特殊的校准环境，包括相对稳定的电磁环境、标准波束方向的测试天线、较严格的相对位置要求，但是若在阵列天线正常工作过程中，也无法发现其需要校准，而且由于其对校准环境的要求，需要脱离工作模式人为搭建校准环境。

文献[7]作为追踪单个收发器相位信息并校准的方法，并没有根本上解决所有多个收发器之间的相位同步，为保证多个收发器的相位同步，仍然需要在进入工作模式前预先进行校准，而且在正常工作中，如果单收发器的校准出现随时间累积的误差，仍要在一段时间后离开工作模式重新校准。

发明内容

针对现有技术的无线通信系统中，无法对处于通信工作状态下的收发器进行相位模糊的校正，只能在没有通信时进行校正的问题；同时缺乏在工作状态下发现具体收发器相位跳变的方法，只能在通信链路质量下降后被动地人为切换至校准模式等问题，本发明提出了一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，在感知获取的最优波束的基础上发射经过相位补偿的探测波束，基站根据UE反馈的最优波束进行相位补偿；提出了针对收发器之间的相位模糊问题的探测波束的相位补偿集合，并进行了简化；针对使用BF的多个存在相位模糊的收发器，实现了在线的相位模糊校正。

所述的一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，具体步骤如下：

步骤一、针对某基站与随机用户之间的通信，根据综合感知手段获取通信链路的最优波束权值矩阵，传输到无线模块；

综合感知手段具体为：

首先，利用传感器、雷达或摄像头等非射频方式获取用户定位；

然后，利用用户定位估计用户相对于基站的方位角

和下倾角θ，并计算最优波束权值。

基站上的天线阵列中，每个天线的收发器分别对应一个天线阵子，每个阵子的码本分别生成一个对应的波束权值，第n行m列的波束权值计算公式为：

其中n为天线阵子的行序号，m为天线阵子的列序号，N_H为水平阵子数，N_V为垂直阵子数，d_V为垂直阵子间距，d_H为水平阵子间距，λ为波长，θ为波束主瓣中心下倾角，

为波束主瓣中心方位角，i为虚数。

最后，所有天线阵子的最优波束权值组成该基站天线阵列对应的最优波束权值矩阵W；

步骤二、无线模块在最优波束权值矩阵的基础上进行相位补偿，构建若干探测波束并插入波束扫描中；

具体为：

步骤201、按照天线阵列的行数和列数，人为规定相同数量的相位补偿因子，组成相位补偿矩阵O；

O_n,m为第n行m列的人为相位补偿因子；

步骤202、每个相位补偿因子取值为反相或不反相两种，将有且仅有1个反相的相位补偿因子形成的各种相位补偿矩阵O构成集合S₁；

N_H*N_V为相位补偿矩阵O中仅有1个反相的相位补偿因子，所有的组合种类。

步骤203、选择集合S₁或

中所有的相位补偿矩阵存入寄存器中；

S_i为有且仅有i个反相的相位补偿因子形成的所有相位补偿矩阵O构成集合；

S_i＝[O₁,O₂,...,O_m,...O_M]

M为相位补偿矩阵O中i个反相的相位补偿因子的组合方式的种类。

步骤204、从寄存器中逐个选取相位补偿矩阵O，分别利用O中的每个相位补偿因子对最优波束权值矩阵W中的每个波束权值，做相位模糊时的相位补偿，得到O的对应补偿BF权值矩阵

首先，针对最优波束权值矩阵W中每个波束权值，分别进行波束权值的修正，得到实际的波束权值；

对第n行m列的波束权值进行修正的公式为：

w'_n,m＝w_n,mD_n,m

D_n,m表示收发器因相位模糊导致的天线权值修正因子；Δψ_n,m表示每个收发器相对初始相位的相位模糊；

然后，选择当前相位补偿矩阵O_m，对实际的波束权值分别利用对应的相位补偿因子进行相位补偿，得到O_m对应的补偿后的波束权值矩阵；

对第n行m列的实际波束权值进行相位补偿的计算公式为：

当前O_m得到的补偿后的波束权值矩阵为：

最后，选择寄存器中下一个相位补偿矩阵，利用各相位补偿因子对实际的波束权值重复进行相位补偿，得到各相位补偿矩阵对应的补偿后的波束权值矩阵。

步骤205、各补偿后的波束权值矩阵

对应的探测波束，分别插入波束扫描中。

步骤三、用户接收基站的扫描波束，利用CSI-RS或SSB解调各探测波束的参考信号，估计各参考信号的接收功率，从而得到不同探测波束对应的链路质量，反馈最优的探测波束序号给无线模块；

步骤四、无线模块按照用户反馈的最优波束序号，判断基站上的天线阵列的各收发器是否同步，如果是，不予处理；否则，按照最优波束对基站上天线阵列的收发器进行相位补偿。

本发明的优点在于：

1)、一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，使用综合感知手段获取的最优通信链路信息，将非最优的链路作为无线链路的故障，并提供弥补故障的依据；

2)、一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，在综合感知手段获取的最优波束基础上，通过在波束管理开销中插入探测波束，用户接收并反馈最优波束，实现在工作状态中发现并补偿收发器相位跳变；

3)、一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，针对相位模糊问题提出了探测波束的构建，仅仅对天线阵列总数的一半以下的相位补偿矩阵构建探测波束，或仅对单个阵子反相的情况构建相位补偿矩阵，简化了方法，可以更高效地检测在线运行时的相位跳变。

附图说明

图1为本发明一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法的流程图；

图2为本发明对最优波束权值矩阵进行相位补偿构建探测波束的流程图；

图3为本发明构建的收发器相位模糊检测方法基于的各个模块示意图；

图4为本发明不同收发器反相下的波束赋形增益对比图；

图5为本发明探测波束的插入方法示意图；

图6为本发明探测波束插入方法有效性仿真结果。

具体实施方式

下面将结合附图和实施示例对本发明作进一步的详细说明。

为实现收发器相位模糊的在线检测和校正，如果使用射频无线方式，需要获取完全信道信息以得到其包含的天线相位信息，通过量化比较测量信道和不包括天线相位的传播信道来确定不同收发器的相位状态。然而不包括天线相位的信道在实际系统中极难获取，因为天线相位不同步而无法通过无线方式获取；如果通过解析模拟信道的方式需要针对环境建模，并根据相对位置信息模拟信号传输路径，因此需要定位模块或系统，而且此方式对算力要求极高。如果使用本地电路环回的方式进行校准，需要将一路收发器链路作为参考基准，其他路收发器以环回的方式接收基准收发器的信号，并输出每一路的信号，再对各路信号处理得到各自的幅相特性，然而这样会中断正常的无线通信，无法实现通信中的检测和校正。

本发明提出了一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，使用综合感知手段等非射频方法获取无线链路信息如最优波束权值等，并将其作为检测和弥补射频链路故障的依据，包括用来检测和补偿不同收发器之间的相位模糊；在已有最优波束权值的基础上，通过人为添加有规律的相位补偿探测波束以及接收UE的反馈，在通信过程中发现不同收发器之间的相位不同步并进行补偿；针对分频操作导致的相位模糊问题，构建探测波束集合并简化相位补偿集合，从而实现快速的检测和校准。

所述的一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，如图1所示，具体步骤如下：

步骤一、针对某基站与随机用户之间的通信，根据综合感知手段获取通信链路的最优波束权值矩阵，传输到无线模块；

具体为：

首先，基站选取通信质量较好的用户，利用传感器、雷达或摄像头等非射频方式获取用户定位；

基础设施传感器通过直接定位用户，如文献[1]；或通过雷达、摄像头实时拍取基站附近含有通信用户的图像，并使用计算机视觉中的神经网络检测定位用户位置，如文献[2]。

假设摄像头与基站共址，实时拍摄基站覆盖范围内的图像，并用神经网络提取图像中的通信用户的位置，设x和y分别为物体在图像中的横纵坐标，由该坐标转换为实际场景中通信用户相对基站的角度信息可计算为：

其中X和Y为物体在实际场景中的坐标，h为基站的高度；x₀和y₀为图像中心点的横纵坐标，θ_s为摄像头水平垂直扩张角，θ₀为摄像头拍摄角，

为通信用户相对基站的水平方位角，θ为通信用户相对基站的垂直下倾角。

使用传感器获取相对角度信息方法同理，总的来说，根据综合感知系统获取的参数转化为实际场景坐标X和Y，再转换为通信用户相对基站的相对角度θ和

然后，利用用户定位估计用户相对于基站的角度θ和

并计算最优波束权值。

获取角度后，基站上的天线阵列中，每个天线的收发器分别对应一个天线阵子，每个阵子的码本分别生成一个对应的波束权值，第n行m列的波束权值计算公式为：

其中n为天线阵子的行序号，m为天线阵子的列序号，N_H为水平阵子数，N_V为垂直阵子数，d_V为垂直阵子间距，d_H为水平阵子间距，λ为波长，θ为波束主瓣中心下倾角，

为波束主瓣中心方位角，i为虚数。

最后，所有天线阵子的最优波束权值组成该基站天线阵列对应的最优波束权值矩阵W；

步骤二、无线模块在最优波束权值矩阵的基础上进行相位补偿，构建若干探测波束并插入波束扫描中；

所述探测波束根据相位补偿集合构建；相位补偿集合为：仅有一个收发器反相的集合，或者仅有两个收发器反相，或者三个，四个等，所有可能的收发器反相状态的集合；

以集合中的单个收发器存在相位模糊的补偿集合，或天线阵列一半以下数量的所有可能的补偿集合构成若干探测波束，在一次在线校准中选取多个或单个探测波束，实现工作模式下对相位模糊的快速稳定的检测校正。

如图2所示，具体为：

步骤201、按照天线阵列的行数和列数，人为规定相同数量的相位补偿因子，组成相位补偿矩阵O；

O_n,m为第n行m列的人为相位补偿因子；

步骤202、每个相位补偿因子取值为反相或不反相两种，将有且仅有1个反相的相位补偿因子形成的各种相位补偿矩阵O构成集合S₁；

N_H*N_V为相位补偿矩阵O中仅有1个反相的相位补偿因子，所有的组合种类。

步骤203、选择集合S₁或

中所有的相位补偿矩阵存入寄存器中；

S_i为有且仅有i个反相的相位补偿因子形成的所有相位补偿矩阵O构成集合；

S_i＝[O₁,O₂,...,O_m,...O_M]

M为相位补偿矩阵O中i个反相的相位补偿因子的组合方式的种类。

如S₁的元素为

个矩阵，对应

个探测波束，而S₂的元素为

个矩阵，对应

个探测波束；

由于S_i与

在补偿效果上等效，因此最多只需考虑

个收发器的相位补偿，

为下取整，特别地，当i＝N_H×N_V/2时，S_i包括

个矩阵，对应

个探测波束。

本发明提出以下两种可能的相位补偿矩阵选择方式：

1)、相位补偿矩阵均等概率或依次地选自集合

中的元素。

2)、相位补偿矩阵均等概率或依次地选自集合S₁中的元素。

这两种方式可以应用于不同的校准场景，如在一个经过校准的系统在线运行时，有很小的概率出现相位跳变，而方式(2)足以保证对相位翻转的快速探测，即使出现了两个或两个以上的收发器同时跳变，也能迭代逼近全部同步的状态，

如图4所示，随着反相的收发器的减少，主瓣中心附近的波束增益逐渐上升且不断趋近全部同步时的增益。

但是在系统未经过校准时，所有收发器的相位状态未知，在收发器数量较多时，有可能有多个收发器反相，而方式(2)只使用包括一个反相补偿的情况下，可能仍有多个收发器反相，波束增益过低而导致接收端接收失败，而方式(1)更适合初始的校准，能够遍历所有需要补偿的情况。

在对未校准的系统进行校准时，应发射多个探测波束，接收端计算成功接收的波束的链路质量，并反馈链路最好的波束序号。使用方式(1)的初始校准为在系统开始正常工作前完成校准，虽然需要占用较多波束管理开销，但是在正常工作前无须考虑通信开销占用。

步骤204、从寄存器中逐个选取相位补偿矩阵O，分别利用O中的每个相位补偿因子对最优波束权值矩阵W中的每个波束权值，做相位模糊时的相位补偿，得到O的对应补偿BF权值矩阵

首先，针对最优波束权值矩阵W中每个波束权值，分别进行波束权值的修正，得到实际的波束权值；

对第n行m列的波束权值进行修正的公式为：

w'_n,m＝w_n,mD_n,m

D_n,m表示收发器因相位模糊导致的天线权值修正因子；Δψ_n,m表示每个收发器相对初始相位的相位模糊；当收发器面临相位模糊问题时，相位跳变Δψ_n,m∈{0，π}，则人为的相位补偿因子取值可以为O_n,m∈{1,e^i·π}。

然后，选择当前相位补偿矩阵O_m，对实际的波束权值分别利用对应的相位补偿因子进行相位补偿，得到O_m对应的补偿后的波束权值矩阵；

对第n行m列的实际波束权值进行相位补偿的计算公式为：

当前O_m得到的补偿后的波束权值矩阵为：

最后，选择寄存器中下一个相位补偿矩阵，利用各相位补偿因子对实际的波束权值重复进行相位补偿，得到各相位补偿矩阵对应的补偿后的波束权值矩阵。

步骤205、各补偿后的波束权值矩阵

对应的探测波束，分别插入波束扫描中。

各波束权值矩阵是相位补偿探测波束实际发射的BF权值，也是经过校准补偿后的权值；经过补偿的BF权值尽量接近无相位跳变时的原始权值，在一次波束探测中，一个探测波束对应所有发射天线的相位补偿因子构成的矩阵O，若在所有探测波束中某个探测波束增益最大，说明其对应的相位补偿矩阵能更好地抵消收发器相位改变的影响，则使用当前补偿矩阵对补偿模块进行更新。

步骤三、用户接收基站的扫描波束，测量各探测波束以及对应的通信链路波束的链路质量，如SNR，并反馈最优的波束序号；

利用CSI-RS或SSB中的(DMRS,Demodulation Reference Signal)解调各探测波束的参考信号，估计各参考信号的接收功率(RSRP,Reference Signal Received Power)，从而得到不同探测波束对应的链路质量，反馈最优的探测波束序号给无线模块；

步骤四、无线模块按照用户反馈的最优波束序号，判断基站上的天线阵列的各收发器是否同步，如果是，不予处理；否则，按照最优波束对基站上天线阵列的收发器进行相位补偿。

本发明在维持正常通信过程的工作模式在线校准时，所述四个步骤以一定周期不断重复或根据事件触发按需校准，如通信质量下降到一定程度时需要确定是否由收发器相位变化导致并给予校准，或者当特定业务改变对服务质量要求升高时，需要检测当前是否存在个别收发器相位不同步，校准使得所有收发器接近全同步，以达到能提供的更高的服务质量。在线校准可以在工作状态中少量部分收发器相位跳变时快速校准趋近全同步，目前其他方法无法实现；初始校准针对所有收发器相位状态未知的情况，是设备上电后的操作，还未开始正常通信，但是能被其他方法替代。

本发明所述的一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，基于四个构建模块而言，如图3所示，具体为：相位补偿模块，综合感知模块，无线模块和UE无线模块；所述的相位补偿模块用于生成和保存每个收发器的相位补偿值，利用寄存器保存各个收发器正常通信时的相位补偿，在生成探测波束时依序选取相位补偿值改变当前补偿状态并传入无线模块，插入探测波束，当探测波束反馈更优时，更改补偿寄存器；

综合感知模块通过非射频方式得到基站对UE的最优BF权值，并在校准时将其传入无线模块作为BF权值的基准；

无线模块在正常通信时根据寄存器储存的相位补偿值进行相位补偿，校准时根据综合感知模块的权值建议和相位补偿模块改变的补偿值生成探测波束，并接收UE的反馈，通知相位补偿模块更新对应的补偿值；

UE无线模块接收基站无线模块的扫描波束，并估计不同波束的链路质量，反馈最优波束，在正常通信流程中，波束的初始接入或跟踪都需要比较并反馈最优波束，因此UE无须区分是否为探测波束，在UE侧不会带来额外的开销和计算负担。

本发明通过综合感知方式获取最优波束权值，在此波束权值的基础上添加一系列有一定规律的相位补偿构成相位补偿探测波束，在NR波束管理开销中以一定时间周期插入相位补偿探测波束，UE接收并反馈通信质量最优的波束，当反馈的最优波束是某一探测波束时，则检测到相位收发器不同步，根据该探测波束的构造方式对收发器进行相位补偿。

在NR的波束管理中，波束扫描由SSB块组成的SS-burst集合完成，每个SSB块实现一个波束方向的扫描。如图5所示，SS-burst集合以一定的时间周期重复，本发明将部分SSB块作为探测波束，使用对通信波束权值补偿得到的权值，并以周期T在SS-burst集合中插入探测波束，且在插入探测波束的SS-burst集合中可以有一个或多个探测波束。在所有收发器未经过校准时，考虑使用较小的T，每个SS-burst集合包含多个探测波束以适应较多的补偿情况；在经过校准后的在线运行状态，考虑较大的T且SS-burst集合中可以只有一个探测波束，而且根据收发器的相位跳变概率可以选择适当的探测周期，从而尽量减少对波束扫描开销的占用。

由于综合感知系统具有一定的定位或者波束选择的误差，主瓣中心不一定准确地指向接收端，因此基于增益对比的检测方法可能产生误判，将用仿真方法验证本发明提出的方法的有效范围。假设N_V＝1，综合感知系统定位的方位角(单位为度)误差服从正态分布N(0,σ²)，假设每个收发器在一段时间内的相位跳变概率互相独立，且假设每100ms有一定的概率p发生相位翻转。假设每100ms或50ms以方式(2)插入一个探测波束，并使用仿真方法统计长时间在线运行时，所有收发器相位均同步的时间所占总时间的比例，如图6所示。当定位误差上升时，误判几率将上升，导致全同步的时间比例下降；较短的探测周期可以更快地检测并补偿相位翻转，使得全同步的时间比例较高；收发器数量越少，越容易达到全同步，对定位要求越低或探测周期可以越长；相位跳变概率越低，系统的稳定性也更高。仿真结果可以得到，本发明提出的方法在综合感知系统有一定的定位精度时，可以提供稳定的在线相位模糊检测及校正。

Claims (3)

1.一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、针对某基站与随机用户之间的通信，根据综合感知手段获取通信链路的最优波束权值矩阵，传输到无线模块；

综合感知手段具体为：

首先，利用非射频方式获取用户定位；

然后，利用用户定位估计用户相对于基站的方位角φ和下倾角θ，并计算最优波束权值；

基站的天线阵列中，每个天线的收发器分别对应一个天线阵子，每个阵子的码本分别生成一个对应的波束权值，第n行m列的波束权值计算公式为：

其中d_V为垂直阵子间距，d_H为水平阵子间距，λ为波长，i为虚数；

最后，所有天线阵子的最优波束权值组成该基站天线阵列对应的最优波束权值矩阵W；最优波束权值矩阵W为：

w_n,m为第n行m列的波束权值；n为天线阵子的行序号，m为天线阵子的列序号，N_H为水平阵子数，N_V为垂直阵子数；

步骤二、无线模块在最优波束权值矩阵的基础上进行相位补偿，构建若干探测波束并插入波束扫描中；

具体为：

步骤201、按照天线阵列的行数和列数，人为规定相同数量的相位补偿因子，组成相位补偿矩阵O；步骤202、每个相位补偿因子取值为反相或不反相两种，将有且仅有1个反相的相位补偿因子形成的各种相位补偿矩阵O构成集合S₁；

N_H*N_V为相位补偿矩阵O中仅有1个反相的相位补偿因子，所有的组合种类；

步骤203、选择集合S₁或

中所有的相位补偿矩阵存入寄存器中；

S_i为有且仅有i个反相的相位补偿因子形成的所有相位补偿矩阵O构成集合；

S_i＝[O₁,O₂,...,O_m,...O_M]

M为相位补偿矩阵O中i个反相的相位补偿因子的组合方式的种类；

步骤204、从寄存器中逐个选取相位补偿矩阵O，分别利用O中的每个相位补偿因子对最优波束权值矩阵W中的每个波束权值，做相位模糊时的相位补偿，得到O的对应补偿BF权值矩阵

步骤205、各补偿后的波束权值矩阵

对应的探测波束，分别插入波束扫描中；

步骤三、用户接收基站的扫描波束并进行解调，从而得到不同探测波束对应的链路质量，反馈最优的探测波束序号给无线模块；

步骤四、无线模块按照用户反馈的最优波束序号，判断基站上的天线阵列的各收发器是否同步，如果是，不予处理；否则，按照最优波束对基站上天线阵列的收发器进行相位补偿。

2.基于权利要求1所述的一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，其特征在于，所述步骤204的具体过程为：

首先，针对最优波束权值矩阵W中每个波束权值，分别进行波束权值的修正，得到实际的波束权值；

对第n行m列的波束权值进行修正的公式为：

w'_n,m＝w_n,mD_n,m

D_n,m表示收发器因相位模糊导致的天线权值修正因子；Δψ_n,m表示每个收发器相对初始相位的相位模糊；

然后，选择当前相位补偿矩阵O_m，对实际的波束权值分别利用对应的相位补偿因子进行相位补偿，得到O_m对应的补偿后的波束权值矩阵；

对第n行m列的实际波束权值进行相位补偿的计算公式为：

其中，O_n,m为第n行m列的人为相位补偿因子；

当前O_m得到的补偿后的波束权值矩阵为：

最后，选择寄存器中下一个相位补偿矩阵，利用各相位补偿因子对实际的波束权值重复进行相位补偿，得到各相位补偿矩阵对应的补偿后的波束权值矩阵。

3.基于权利要求1所述的一种基于综合感知的收发器相位模糊的检测和校正方法，其特征在于，所述步骤三中用户解调各探测波束的参考信号采用的是CSI-RS或SSB。

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