CN113872645B - 实现mimo信道模拟器互易性校准的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法，包括以下步骤：对MIMO信道模拟器发射通道和接收通道的功率进行校准，获取功率校准数据；计算得到所有通道在相同状态下的功率P，将其作为当前射频链路状态的基准值；计算得到所有通道的校准值与基准值的差值，将差值交给基带处理。本发明还涉及一种实现MIMO信道模拟器互易性校准的装置、处理器及其计算机可读存储介质。采用了本发明的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，针对大规模MIMO系统，提出通道间相位校准方案，方法便捷快速，大大减少了校准工作量。本发明的数据处理后可以提高功率的准确度，大幅度减少不同射频配置带来的相位误差，提高了基站的互易性。

Description

实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法

技术领域

本发明涉及无线通信设备领域，尤其涉及大规模MIMO系统领域，具体是指一种实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

背景技术

大规模MIMO是5G时代的关键技术之一，大规模MIMO系统可以充分利用波束赋形技术，经过算法处理，可以形成更窄的波束，使天线辐射角度可以集中在规定的空间区域内，从而在目的范围内集中主要的发射功率，即使减小基站的发射功率，也同样可以满足高质量的通信要求，从而提升基站与用户之间的射频传输链路能量效率。研究表明，无论是否可以获得理想信道状态，基站端的天线越多，无线的发射功率越小。因此，大规模MIMO系统能大幅度提高无线通信系统的能效。

在5G TDD通信系统中，基站端根据估计得到的上行信道状态信息(CSI)来进行下行信道预编码的设计，基于上下行信道的互易性，在同一时频资源上服务多个UE。然而，在实际通信中只有空中无线信道满足互易性，一个完整的通信信道不仅包含空中的无线信道，还包括射频硬件电路。对于终端而言，功率失配会造成一定程度的系统性能的恶化；而对于基站而言，无论功率还是相位失配，均会造成系统性能显著下降。

在5G主设备和终端研发测试场景中，基站，MIMO信道模拟器，终端三者如图1所示连接。一个完整下行链路信号传输过程：信号从基站中输出，基站的天线端口与MIMO信道模拟器的端口相连，信号到达MIMO信道模拟器中，在信号经过MIMO信道模拟器处理后，从MIMO信道模拟器中输出，然后最终由终端天线接收，到达终端。

信号在MIMO信道模拟器的射频通道中传输的时候，受限于MIMO信道模拟器射频链路器件的工艺误差、器件一致性误差等条件，MIMO信道模拟器在未经校准的状态下，从MIMO信道模拟器输出的信号一致性比较差，这会对整个信道的互易性造成一定的破坏，从而使得信道互易性受损，破坏了整体系统的性能。此时就需要对MIMO信道模拟器的射频链路进行校准，提升MIMO信道模拟器、基站和终端，三者整体的一致性，进而提升整个系统的性能。

在传统的校准方案中，功率和相位数据之间并没有联系，是直接对功率误差和相位进行补偿。这样带来了很多的缺点，没有考虑MIMO信道模拟器在功率不一致时，射频链路也是不一样的，这就导致在该功率点下对射频链路补偿的相位不正确。同时，如果想避免这个问题，那我们就需要校准更多的射频链路状态，校准点数更多，工作量更大，耗时也更久了。比起传统的方案，本发明通过校准更少的点，就可以实现相位一致性的目标。本发明也引入了最小二乘法，也可以使误差最小化，本发明中，又使用了基带补偿残余误差，将每个通道之间的差别通过基带进行补偿，使每个通道在射频链路上得到了统一，更有利于提高MIMO信道模拟器的互易行。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足准确度高、操作简便、适用范围较为广泛的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质。

为了实现上述目的，本发明的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质如下：

该实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)对MIMO信道模拟器发射通道和接收通道的功率进行校准，获取功率校准数据；

(2)计算得到所有通道在相同状态下的功率P，将其作为当前射频链路状态的基准值；

(3)计算得到所有通道的校准值与基准值的差值，将差值交给基带处理。

较佳地，所述的步骤(2)中计算所有通道在相同状态下的功率P，具体为：

根据以下公式计算所有通道在相同状态下的功率P：

∈＝∑(P-Pi)²；

其中，Pi为所有通道在射频状态下的功率，∈为所有通道的总误差。

较佳地，所述的步骤(2)通过最小二乘法计算得到所有通道在相同状态下的功率P。

该用于实现MIMO信道模拟器互易性校准的装置，其主要特点是，所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

该用于实现MIMO信道模拟器互易性校准的处理器，其主要特点是，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

该计算机可读存储介质，其主要特点是，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

采用了本发明的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，针对大规模MIMO系统，提出一种通道间相位校准方案，方法便捷快速，大大减少了校准工作量。本发明的数据处理后可以提高功率的准确度，大幅度减少不同射频配置带来的相位误差，提高了基站的互易性。

附图说明

图1为本发明的实现MIMO信道模拟器互易性校准的装置的基站、MIMO信道模拟器及终端连接的示意图。

图2为本发明的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明的该实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法，其中包括以下步骤：

(1)对MIMO信道模拟器发射通道和接收通道的功率进行校准，获取功率校准数据；

(2)计算得到所有通道在相同状态下的功率P，将其作为当前射频链路状态的基准值；

(3)计算得到所有通道的校准值与基准值的差值，将差值交给基带处理。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)中计算所有通道在相同状态下的功率P，具体为：

根据以下公式计算所有通道在相同状态下的功率P：

∈＝∑(P-Pi)²；

其中，Pi为所有通道在射频状态下的功率，∈为所有通道的总误差。

作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)通过最小二乘法计算得到所有通道在相同状态下的功率P。

本发明的该用于实现MIMO信道模拟器互易性校准的装置，其中所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

本发明的该用于实现MIMO信道模拟器互易性校准的处理器，其中所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现上述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

本发明的该计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现上述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

由于MIMO信道模拟器的射频器件在工艺上有差异性的原因，要想使所有通道的相位达到完全一致是不可能的，我们只能分别通过对发射机射频链路和接收机射频链路的校准，并对校准数据进行预处理，从而减少MIMO信道模拟器的发射机和接收机相位不一致的问题，使MIMO信道模拟器所有通道的相位误差控制在一定的范围内。

对于在MIMO信道模拟器中传输的信号而言，相位差的产生主要是由MIMO信道模拟器中射频链路的不一致性引起的。信号在MIMO信道模拟器传输过程中会经过不同的射频通道，经过射频通道上不同的射频器件，包括放大器、衰减器、滤波器等。在MIMO信道模拟器中，引起各通道间相位差的主要原因是射频链路上的放大器、衰减器配置状态，即信号传输路径。这些器件的不同状态对应的是不同的功率大小。当配置的功率不同时，MIMO信道模拟器各射频通道上的射频器件状态配置不同，因而信号传输路径也不同。为了减少由于开关配置对相位产生的影响，需要对不同的状态进行校准。

根据实际情况的MIMO场景，多个天线就需要对应MIMO信道模拟器的多个射频通道。经过校准之后，不同通道之间，不同的配置状态下的功率也会有细微差别，在配置功率的时候，不同的通道可能是不同的射频状态，这就会导致信道互易性变差。

本发明提出一种通道间的校准方法，将不同的通道，相同的射频链路考虑为一种情况，同时将所有通道相同状态下的功率值使用最小二乘法进行处理得到一个值P，将数据P记录下来使用了最小二乘法处理不同通道的校准数据，也能够有效的减少误差。相同状态包括了频点相同，开关状态相同，信号在MIMO信道模拟器中的传输路径相同，最大程度减小通道间的相位差，同时也减少了校准工作量，只需要校准通道内若干个开关的状态，就可以实现对射频通道全动态范围的校准。

最后将校准值与P进行求差，将差值记录下来，将差值交给基带处理，使每个通道在相同频率、相同功率下，在射频链路上得到了统一，避免了由射频通道不一致带来的影响。这样将所有数据处理完毕之后，我们就得到了所有通道的校准值。此时，在同一功率和频率下，不同的通道间，射频配置相同，不同的只有MIMO信道模拟器的射频通路受限于一致性而存在的固有误差值，这个误差值由于是在基带上处理的，对相位不会产生影响，实现了很高的校准精度。如此下来，保证了MIMO信道模拟器上发射机、接收机射频通路间的互易性，就可以充分提升基站终端的性能。

本发明的具体实施方式中，包括以下步骤：

1、需要进行MIMO信道模拟器发射通道和接收通道的功率校准工作，获取功率校准数据。以发射通道为例，部分校准数据如表1所示。表中A1、A2、A3代表了MIMO信道模拟器各射频通道上不同射频放大器或衰减器的开关，1代表打开，0代表关闭。此时，表中的A1、A2、A3的开关配置就代表了一种MIMO信道模拟器发射机射频链路的状态。

表1

通道编号	功率p	A1	A2	A3	Diff
						1	4.05891	1	1	1	0
2	3.60583	1	1	1	0
						3	4.65404	1	1	1	0
4	4.17045	1	1	1	0
						5	3.98855	1	1	1	0
6	4.51223	1	1	1	0
						7	5.36639	1	1	1	0
……	……	1	1	1	0
						m	4.99682	1	1	1	0

2、使用最小二乘法求所有通道在统一状态下的功率P。

假设：所有通道此时射频状态下的功率为P1、P2……Pi。则所有通道总的误差可以表示为：∈＝∑(P-Pi)^2

当∈最小时，即误差最小，通过计算，就得到了需要的P，此时的P，作为当前射频链路状态的基准值存储起来。遍历所有的射频链路状态，完成了所有通道的数据处理工作。部分数据如表2所示，即基于各通道数据处理后的射频链路校准数据。

表2

3、基于得到的基准值，将每一个表中的校准值与基准值做差值，得到的差值存储起来，存到表中的Diff列，此数值最终作用于基带上。数据如表3所示，即基于基准值处理后的各通道射频链路校准数据。

表3

通道编号	功率p	A1	A2	A3	Diff
						1	4.31867	1	1	1	0.25976
2	4.31867	1	1	1	0.71284
						3	4.31867	1	1	1	-0.33537
4	4.31867	1	1	1	0.14822
						5	4.31867	1	1	1	0.33012
6	4.31867	1	1	1	-0.19356
						7	4.31867	1	1	1	-1.04772
……	……	1	1	1	……
						m	4.31867	1	1	1	-0.67815
基准值	4.31867	1	1	1	0

本发明的实施例直接使用未经处理的校准数据时，经过测试，相位数据很乱，没有一致性，也没有规律性，测试数据如表4所示，从表中数据计算我们可以得到相位误差值已经达到了22.2，这个误差值在MIMO系统中已经完全不能够使用。如表4所示为带入未经处理的校准数据后各通道射频链路相位数据

表4

当对数据经过上述处理后，再进行测试时，我们得到了以下的测试结果，通过表中的数据(部分数据)，我们可以看出，相位误差已经在±3度以内，效果得到明显提升。如表5所示为基于基准值处理后的各通道射频链路相位数据。

表5

本实施例的具体实现方案可以参见上述实施例中的相关说明，此处不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行装置执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，相应的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

采用了本发明的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法、装置、处理器及其计算机可读存储介质，针对大规模MIMO系统，提出一种通道间相位校准方案，方法便捷快速，大大减少了校准工作量。本发明的数据处理后可以提高功率的准确度，大幅度减少不同射频配置带来的相位误差，提高了基站的互易性。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (4)

1.一种实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

(1)对MIMO信道模拟器发射通道和接收通道的功率进行校准，获取功率校准数据；

(2)计算得到所有通道在相同状态下的功率P，将其作为当前射频链路状态的基准值；

(3)计算得到所有通道的校准值与基准值的差值，将差值交给基带处理；

所述的步骤(2)中计算所有通道在相同状态下的功率P，具体为：

根据以下公式计算所有通道在相同状态下的功率P：

∈＝∑(P-Pi)²；

其中，Pi为所有通道在射频状态下的功率，∈为所有通道的总误差；

所述的相同状态包括频点相同、开关状态相同、信号在MIMO信道模拟器中的传输路径相同；

所述的步骤(2)通过最小二乘法计算得到所有通道在相同状态下的功率P。

2.一种用于实现MIMO信道模拟器互易性校准的装置，其特征在于，所述的装置包括：

处理器，被配置成执行计算机可执行指令；

存储器，存储一个或多个计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1所述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

3.一种用于实现MIMO信道模拟器互易性校准的处理器，其特征在于，所述的处理器被配置成执行计算机可执行指令，所述的计算机可执行指令被所述的处理器执行时，实现权利要求1所述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序可被处理器执行以实现权利要求1所述的实现MIMO信道模拟器互易性校准的方法的各个步骤。