CN115065388A - 宽带大规模mimo通道校正方法、装置、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽带大规模MIMO通道校正方法、装置、设备和介质,所述方法包括:接收各个基站通道发送的发送校正信号并计算发送校正系数,向各个基站通道发送接收校正信号并计算接收校正系数,发送校正信号和接收校正信号分别根据发送校正序列和接收校正序列生成,发送校正序列和接收校正序列分别根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到;将发送校正系数和接收校正系数发送给基站通道,使基站通道根据其校正后续的待发射信号和待接收信号。本发明通过根码、插0、循环移位的方式生成与子载波组序号、基站通道组序号、基站通道组中基站通道序号有关的校正序列,降低了校正序列对应的校正信号的峰均比,提高了信噪比上限。
Description
技术领域
本发明属于大规模MIMO技术领域,具体涉及一种宽带大规模MIMO通道校正方法、装置、设备和介质。
背景技术
宽带大规模多输入多输出(Multi-input Multi-output,MIMO)系统的基站侧通常配置有阵元数量巨大的天线阵列。基于此,宽带大规模MIMO系统可在时分多址(Timedivision multiple access,TDMA)、频分多址(Frequency division multiple access,FDMA)、码分多址(Code division multiple access,CDMA)等技术的基础上,使用波分多址(Beam division multiple access,BDMA)技术提高空间分辨率,在空间上同时为多个用户提供服务,大大提高了无线信道资源的利用率。同时,由于BDMA使用的波束成形(Beamforming,BF)技术的高指向性,不同波束域内的用户间干扰也显著降低。此外,BF技术的高指向性也意味着基站侧天线的发射能量向目标用户方向集中,从而大大降低了系统的发射功率,践行了节能环保的绿色通信理念。诸多优点使得宽带大规模MIMO系统得到了全世界无线通信领域的广泛关注。
BF技术实现空间指向性的本质,是在不同通道上对同一信号加上不同的特定相位,进而使得整个天线阵列发出的信号功率在特定方向上集中。天线阵列通道数越多,空间指向性越好,同时对各通道之间在整个工作带宽上的幅相一致性要求也越高。然而实际中,由于电路制造误差、加工装配误差、机械震动、温湿度变化、通道间耦合、器件老化等原因,不同通道间的幅度和相位通常会存在较大的误差,甚至会随着环境的变化而变化,这将极大降低整个系统的性能。
为了解决上述问题,通道校正技术不可或缺。传统的通道校正算法主要针对窄带,即对整个频带统一测量并计算,每个通道使用一个校正补偿系数。现有的宽带大规模MIMO系统使用的通道校正方法基本上是将窄带校正算法简单地扩展到宽带,即将所用宽带划分为多个窄带,在每个窄带内使用传统窄带通道校正算法进行校正。该方法需要对每个通道逐一校正,通道数越多占用时隙越多。针对该问题,也有方法在频域利用正交码同时校正多个通道,从而降低了通道校正所占用的时间。然而,传统使用正交码复用通道从而降低校正时间的算法,在频域使用ZC(Zadoff-Chu)序列作为正交码,在每一个资源块(Resourceblock,RB)即子载波组中复用通道,不同的子载波组中及不同的通道组中使用相同的正交码,其中,资源块是链路中对时域和频域资源分配的最小单位,由协议确定。由于在频域上不同的子载波组以及不同的通道组中不停地重复ZC序列,这就导致了用于通道校正的ZC序列对应的校正信号具有极大的峰均比(Peak-to-average power ratio,PAPR),不利于校正时MIMO系统的稳定工作和极大限制了校正时的信噪比(Signal-to-noise ratio,SNR),进而影响通道校正的精度。
发明内容
发明目的:针对现有技术中使用相同正交码校正通道时导致的校正信号峰均比大,进而影响校正精度的问题,本发明公开了一种宽带大规模MIMO通道校正方法、装置、设备和介质,降低了校正序列对应的校正信号的峰均比,提高了校正时MIMO系统的稳定性和信噪比上限,从而提高通道校正的精度。
技术方案:为实现上述发明目的,本发明采用如下技术方案:
一种宽带大规模MIMO通道校正方法,包括如下步骤:
接收各个基站通道发送的发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数,所述发送校正信号根据发送校正序列生成,所述发送校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定;
向各个基站通道发送接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数,所述接收校正信号根据接收校正序列生成,所述接收校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定;
将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据所述发送校正系数校正后续的待发射信号,以及根据所述接收校正系数校正后续的待接收信号。
进一步的,所述发送校正序列和接收校正序列中:
所述ZC序列的根码为小于该ZC序列的长度且与所述ZC序列的长度互质的正整数;
所述循环移位的位数为小于对应ZC序列的长度的自然数;
所述插0的位置小于或等于插0前的原有序列的长度。
进一步的,所述发送校正序列和接收校正序列中,ZC序列的长度为质数。
进一步的,同一子载波组的发送校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
进一步的,
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
进一步的,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
进一步的,相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
进一步的,相同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同;
相同子载波组对应的同一基站通道组中不同基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数不同。
进一步的,相同子载波组对应的不同基站通道组中相同序号基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同。
进一步的,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的数量和位置相同;
其中,所述发送校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
进一步的,相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的位置相同。
进一步的,相同子载波组的接收校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
进一步的,
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
进一步的,相同子载波组的所述接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置相同;
其中,所述接收校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
进一步的,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的发送传递函数的相对值,所述相对值的倒数为发送校正系数;
根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的接收传递函数的相对值,所述相对值的倒数为接收校正系数。
一种宽带大规模MIMO通道校正装置,包括:
发送校正系数计算模块,用于接收各个基站通道发送的发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数,所述发送校正信号根据发送校正序列生成,所述发送校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定;
接收校正系数计算模块,用于向各个基站通道发送接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数,所述接收校正信号根据接收校正序列生成,所述接收校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定;
发送模块,用于将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据所述发送校正系数校正后续的待发射信号,以及根据所述接收校正系数校正后续的待接收信号。
一种宽带大规模MIMO通道校正设备,包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现上述任意一项所述宽带大规模MIMO通道校正方法。
一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器执行时用于实现上述任意一项所述宽带大规模MIMO通道校正方法。
有益效果:与现有技术相比较,本发明具有如下有益效果:
本发明通过发送校正信号和接收校正信号计算得到发送校正系数和接收校正系数,通过发送校正系数和接收校正系数分别校正基站通道后续的待发射信号和待接收信号,从而完成大规模MIMO通道校正,其中发送校正信号和接收校正信号分别根据发送校正序列和接收校正序列生成,发送校正序列和接收校正序列分别根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,其中发送校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量与位置分别根据对应的子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号进行设置,接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量与位置分别根据对应的子载波组序号进行设置,保证了在不同的子载波组以及不同的基站通道组中的发送校正序列存在区别,避免了发送校正时在不同的子载波组以及不同的基站通道组中不停地重复ZC序列,以及在不同的子载波组中的接收校正序列存在区别,避免了接收校正时在不同的子载波组中不停地重复ZC序列,从而降低了发送校正序列对应的发送校正信号和接受校正序列对应的接受校正信号的峰均比,提高了校正时MIMO系统的稳定性和信噪比上限,进而提高通道校正的精度。
附图说明
图1为本发明所述宽带大规模MIMO通道校正方法的流程图;
图2为本发明所述宽带大规模MIMO通道校正装置的结构示意图;
图3为本发明实施例中所述宽带大规模MIMO系统与宽带大规模MIMO通道校正系统的连接通路示意图;
图4为未采用本发明实施例所述宽带大规模MIMO通道校正方法降低PAPR的发送校正信号的时域幅度图;
图5为采用本发明实施例所述宽带大规模MIMO通道校正方法降低PAPR后的发送校正信号的时域幅度图;
图6为本发明实施例中发送校正后各基站发射通道的发送传递函数的归一化幅度图;
图7为本发明实施例中发送校正后各基站发射通道的发送传递函数的相位图;
图8为本发明实施例中接收校正后各基站接收通道的接收传递函数的归一化幅度图;
图9为本发明实施例中接收校正后各基站接收通道的接收传递函数的相位图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
实施例1:
本实施例公开了一种宽带大规模MIMO通道校正方法,如图1所示,包括如下步骤:
接收各个基站通道发送的发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数,所述发送校正信号根据发送校正序列生成,所述发送校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定;
向各个基站通道发送接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数,所述接收校正信号根据接收校正序列生成,所述接收校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定;
将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据所述发送校正系数校正后续的待发射信号,以及根据所述接收校正系数校正后续的待接收信号。
本实施例通过发送校正信号和接收校正信号计算得到发送校正系数和接收校正系数,通过发送校正系数和接收校正系数分别校正基站通道后续的待发射信号和待接收信号,从而完成大规模MIMO通道校正,其中发送校正信号和接收校正信号分别根据发送校正序列和接收校正序列生成,发送校正序列和接收校正序列分别根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,其中发送校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量与位置分别根据对应的子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号进行设置,接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量与位置分别根据对应的子载波组序号进行设置,保证了在不同的子载波组以及不同的基站通道组中的发送校正序列存在区别,避免了发送校正时在不同的子载波组以及不同的基站通道组中不停地重复ZC序列,以及在不同的子载波组中的接收校正序列存在区别,避免了接收校正时在不同的子载波组中不停地重复ZC序列,从而降低了发送校正序列对应的发送校正信号和接受校正序列对应的接受校正信号的峰均比,提高了校正时MIMO系统的稳定性和信噪比上限,进而提高通道校正的精度。
进一步的:所述发送校正序列和接收校正序列中,
所述ZC序列的根码为小于该ZC序列的长度且与所述ZC序列的长度互质的正整数;
所述循环移位的位数为小于对应ZC序列的长度的自然数;
所述插0的位置小于或等于插0前的原有序列的长度。
进一步的:考虑到根码选取的多样性,增大根码的选取范围,所述发送校正序列和接收校正序列中,由根码生成的ZC序列的长度为质数。
进一步的:所述同一子载波组的发送校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
进一步的:所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定,具体确定方法如下:
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
上述发送校正序列的确定方法,保证了在不同的子载波组以及不同的基站通道组中的发送校正序列存在区别,避免了发送校正时在不同的子载波组以及不同的基站通道组中不停地重复ZC序列,从而降低了发送校正序列对应的发送校正信号的峰均比,提高了校正时MIMO系统的稳定性和信噪比上限,进而提高通道校正的精度。
进一步的:为了降低通道校正占用的时间,通常选择同时校正多个通道,同时校正的通道数越多,校正占用的时间越少。要实现同时校正多个通道,就要求同时校正的通道使用的校正信号之间具有正交性,校正信号之间具有正交性即要求对应的ZC序列具有正交性。为了保证生成的ZC序列的正交性,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
进一步的:相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的根码可以相同,也可以不同;但当相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同时,可以简化相关程序的编写和处理逻辑。
进一步的:相同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同;
为了保证循环移位后序列的正交性,相同子载波组对应的同一序号基站通道组中不同基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数不同。
进一步的:相同子载波组对应的不同基站通道组中相同序号基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数可以相同,也可以不同;但当相同子载波组对应的同一基站通道组中相同序号基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同时,可以简化相关程序的编写和处理逻辑。
进一步的:为了保证插0后序列的正交性,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的位置相同;
其中,所述发送校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
进一步的:相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的位置可以相同,也可以不同;但当相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的位置相同时,可以简化相关程序的编写和处理逻辑。
进一步的:所述相同子载波组的接收校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
进一步的,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定,具体确定方法如下:
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
上述接收校正序列的确定方法,保证了在不同的子载波组中的接收校正序列存在区别,避免了接收校正时在不同的子载波组中不停地重复ZC序列,从而降低了接收校正序列对应的接收校正信号的峰均比,提高了校正时MIMO系统的稳定性和信噪比上限,进而提高通道校正的精度。
进一步的,为了对所有基站通道同时进行校正,减少校正时间,其中针对所有基站通道,同一子载波组共用一个接收校正序列,即相同子载波组的所述接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置相同;
其中,所述接收校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
进一步的:根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的发送传递函数的相对值,所述相对值的倒数为发送校正系数;
根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的接收传递函数的相对值,所述相对值的倒数为接收校正系数。
本实施例中,取发送传递函数的相对值的倒数和接收传递函数的相对值的倒数分别作为发送校正系数和接收校正系数,即以理想通道(传递函数幅度为全1,相位为全0)为参考通道,省去了选择最佳参考通道的步骤,避免了参考通道幅相特性对校正性能的影响。
进一步的:若接收各个基站通道发送的一次发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算发送校正系数,若接收各个基站通道发送的一次以上发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数分别计算得到一个以上发送校正系数初值,将一个以上所述发送校正系数初值的平均值作为发送校正系数;
若向各个基站通道发送一次接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算接收校正系数,若向各个基站通道发送一次以上接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数分别计算得到一个以上接收校正系数初值,将一个以上所述接收校正系数的平均值作为接收校正系数。
本实施例中,通过基站发射通道发射一次以上发射校正信号得到发送校正系数,以及通过基站接收通道接收一次以上接收校正信号得到接收校正系数,可以令发送校正系数和接收校正系数的值更加准确,提高了校正精度。
实施例2:
为方便描述,本实施例以一个具有N个通道、M个子载波的宽带大规模MIMO系统为例,阐述本发明所述的宽带大规模MIMO通道校正方法。宽带大规模MIMO系统的通道以下均称为基站通道。
将M个子载波和N个基站通道分别进行分组,每个子载波组中复用基站通道,其中,每个子载波组中子载波的数量不一定相同,每个子载波组中复用基站通道的数量不一定相同。但在每个子载波组中子载波的数量相同以及每个子载波组中复用基站通道的数量相同的情况下,更加便于后续信号的处理以及相关程序的编写,此时为便于表述,可以假设:
基础发送校正序列采用根据随机根码生成的ZC序列,可表示为:
其中,ui,q,p,k表示第i个子载波组中的第q个子载波、第p个基站通道组中的第k个基站通道对应的根码,根码为生成ZC序列的一个数值参数;表示第i个子载波组中的第q个子载波、第p个基站通道组中的第k个基站通道对应的ZC序列;Li,q,p,k表示ZC序列的长度,且满足针对同一子载波组,ZC序列的长度相同,即Li,q,p,k只与子载波组序号i有关,Li,q,p,k可以简写为Li;l1表示ZC序列中每个序列数的序数,l1=0,1,…,Li,q,p,k-1;j表示虚数符号;π表示圆周率,exp表示以自然常数e为底的指数函数。
1、ui,q,p,k应当是小于Li,q,p,k且与Li,q,p,k互质的正整数;
2、为保证生成的ZC序列的正交性,同一子载波组中不同序号的子载波、同一基站通道组中不同序号的基站通道对应的根码相同,即子载波组序号相同和基站通道组序号相同,则根码相同,根码只与子载波组序号与基站通道组序号有关,与子载波组中子载波序号、基站通道组中基站通道序号无关,ui,q,p,k可以简写为ui,p。
对于同一子载波组内不同序号的基站通道组,即当子载波组序号相同且基站通道组序号不同时,对应的根码可以相同,也可以不同;但若此时根码相同,可以简化相关程序的编写和处理逻辑。
根据上述条件1,若Li,q,p,k为质数,则ui,q,p,k的选择范围有Li,q,p,k-1个,若Li,q,p,k为非质数,则ui,q,p,k只能选择1或者小于Li,q,p,k的质数,选择范围要小很多,因此,考虑到根码选取的多样性,Li,q,p,k最好是一个质数。
为了同时复用多个基站通道,生成的ZC序列的长度Li,q,p,k的选取不应太小;且为了保证在同一子载波组中连续个子载波的范围内,基站通道的幅相特性变化程度不大,生成的ZC序列的长度Li,q,p,k的选取不应太大。具体的ZC序列的长度Li,q,p,k值的选取需要根据宽带大规模MIMO系统的特性确定。
其中,si,q,p,k表示第i个子载波组中的第q个子载波、第p个基站通道组中的第k个基站通道对应的循环移位的位数,%表示取余数。
2、同一基站通道组中同一基站通道、同一子载波组中不同序号的子载波对应的循环移位的位数相同,即子载波组序号相同、基站通道组序号相同和基站通道组中基站通道序号相同,则循环移位的位数相同,循环移位的位数只与子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号有关,与子载波组中子载波序号无关,si,q,p,k可以简写为si,p,k;
对于同一子载波组内不同序号的基站通道组中同一序号的基站通道,即当子载波组序号相同、基站通道组中基站通道序号相同且基站通道组序号不同时,对应的循环移位的位数可以相同,也可以不同;但若此时循环移位的位数相同,可以简化相关程序的编写和处理逻辑。
1、同一基站通道组在不同子载波组之间根码随机分布且不完全相同,即子载波组序号不同和基站通道组序号相同时,对应的根码随机分布且不完全相同,不相同的程度越高,PAPR越低;
2、同一基站通道组中同一序号的基站通道在不同子载波组中对应的循环移位的位数随机分布且不完全相同,即子载波组序号不同、基站通道组序号相同和基站通道组中基站通道序号相同时,对应的循环移位的位数随机分布且不完全相同,不相同的程度越高,PAPR越低。
根据上述原则和公式,当时,针对所有子载波组中的所有子载波、所有基站通道组中的所有通道,至此得到了一组可实现通道复用且对应发送校正信号的PAPR较低的发送校正序列发送校正序列zi,q,p,k的长度为l表示发送校正序列zi,q,p,k中每个序列数的序数,由于发送校正序列zi,q,p,k通过根码和循环移位得到,且根码只与子载波组序号i与基站通道组序号p有关,与子载波组中子载波序号q、基站通道组中基站通道序号k无关,同时循环移位的位数只与子载波组序号i、基站通道组序号p和基站通道组中基站通道序号k有关,与子载波组中子载波序号q无关,因此发送校正序列zi,q,p,k与子载波组中子载波序号无关,zi,q,p,k可以简写为zi,p,k,因此可以认为:针对每个基站通道,同一子载波组共用一个发送校正序列。将同一基站通道下不同子载波组的发送校正序列按照子载波组序号顺序组合,即可得到每个基站通道对应的发送校正通道序列,以第p个基站通道组中第k个基站通道为例,其对应的发送校正通道序列为
插0的位置和数量的选取必须满足以下条件:
2、为保证正交性,同一子载波组中不同序号的子载波复用的同一基站通道组中不同序号的基站通道对应的插0的位置相同,即子载波组序号相同和基站通道组序号相同,则插0的位置相同,插0的位置只与子载波组序号和基站通道组序号有关,与子载波组中子载波序号、基站通道组中基站通道序号无关,可以简写为
对于同一子载波组下不同序号的基站通道组,即当子载波组序号相同且基站通道组序号不同时,对应的插0的位置可以相同,也可以不同;但若此时插0的位置相同,可以简化相关程序的编写和处理逻辑。
1、同一基站通道组在不同子载波组之间根码随机分布且不完全相同,即子载波组序号不同和基站通道组序号相同时,对应的根码随机分布且不完全相同,不相同的程度越高,PAPR越低;
2、同一基站通道组中同一序号的基站通道在不同子载波组中对应的循环移位的位数随机分布且不完全相同,即子载波组序号不同、基站通道组序号相同和基站通道组中基站通道序号相同时,对应的循环移位的位数随机分布且不完全相同,不相同的程度越高,PAPR越低;
3、同一基站通道组在不同子载波组上对应的插0的位置随机分布且不完全相同,即子载波组序号不同和基站通道组序号相同时,对应的插0的位置随机分布且不完全相同,不相同的程度越高,PAPR越低。
根据上述原则和公式,当时,针对所有子载波组中的所有子载波复用的所有基站通道组中的所有通道,至此得到了一组可实现通道复用且对应发送校正信号的PAPR较低的发送校正序列发送校正序列zi,q,p,k的长度为l表示发送校正序列zi,q,p,k中每个序列数的序数,由于发送校正序列zi,q,p,k通过根码、循环移位和插0得到,且根码只与子载波组序号i与基站通道组序号p有关,与子载波组中子载波序号q、基站通道组中基站通道序号k无关,同时循环移位的位数只与子载波组序号i、基站通道组序号p和基站通道组中基站通道序号k有关,与子载波组中子载波序号q无关,同时插0的位置只与子载波组序号i和基站通道组序号p有关,与子载波组中子载波序号q、基站通道组中基站通道序号k无关,因此发送校正序列zi,q,p,k与子载波组中子载波序号无关,zi,q,p,k可以简写为zi,p,k,因此可以认为:针对每个基站通道,同一子载波组共用一个发送校正序列。将同一基站通道下不同子载波组的发送校正序列按照子载波组序号顺序组合,即可得到每个基站通道对应的发送校正通道序列,以第p个基站通道组中第k个基站通道为例,其对应的发送校正通道序列为
基于上述分析,可以得到发送校正序列中根码、循环移位的位数以及插0的位置分别与子载波组序号i、子载波组中子载波序号q、基站通道组序号p以及基站通道组中基站通道序号k的关系,分别如表1、表2和表3所示。
表1根码与i、q、p、k的关系
i | q | p | k | 根码 |
相同 | 相同 | 相同 | ||
不同 | 相同 | 不完全相同 | ||
相同 | 不同 | 相同/不同 |
表2循环移位的位数与i、q、p、k的关系
i | q | p | k | 循环移位的位数 |
相同 | 相同 | 相同 | 相同 | |
相同 | 相同 | 不同 | 不同 | |
相同 | 不同 | 相同 | 相同/不同 | |
不同 | 相同 | 相同 | 不完全相同 |
表3插0的位置与i、q、p、k的关系
i | q | p | k | 插0的位置 |
相同 | 相同 | 相同 | ||
相同 | 不同 | 相同/不同 | ||
不同 | 相同 | 不完全相同 |
根据对根码、循环移位的位数以及插0的位置的分析,发送校正序列可以与基站通道组序号无关,即当基站通道组序号不同时,对应的发送校正序列可以相同也可以不同,这是因为不同基站通道组在时间上并不重合,所以不同基站通道组可以共用相同的一组发送校正序列,也可以分别用不同的发送校正序列。当不同基站通道组共用相同的一组发送校正序列时,可使用找到的对应发送校正信号的PAPR表现最好的一组发送校正序列给所有基站通道组使用,保证不同基站通道组的性能不因发送校正序列的不同而不同,同时方便后续信号的处理和程序的编写。
接收校正序列以和发送校正序列相同的方式生成,即同样根据根码生成ZC序列,再通过对ZC序列进行循环移位以及插0生成接收校正序列,为了对所有基站通道同时进行校正,其中针对所有基站通道,同一子载波组共用一个接收校正序列,即子载波组序号相同时,接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置相同。同一子载波组的接收校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量,为了使接收校正序列对应的接收校正信号的PAPR较小,不同子载波组之间的接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的位置根据子载波组序号确定,确定方法如下:
当接收校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同序号子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同序号子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当接收校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同序号子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同序号子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同序号子载波组的所述接收校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
将不同子载波组的接收校正序列按照子载波组序号顺序组合,即可得到所有基站通道对应的接收校正通道序列,考虑到序列存储的方便,通常选取一个基站通道对应的发送校正通道序列作为接收校正通道序列,对应的发送校正序列即为接收校正序列。
基于上述分析,可以得到接收校正序列中根码、循环移位的位数以及插0的位置分别与子载波组序号i、子载波组中子载波序号q、基站通道组序号p以及基站通道组中基站通道序号k的关系,如表4所示。
表4根码、循环移位的位数、插0的位置与i、q、p、k的关系
本实施例中对宽带大规模MIMO系统的通道校正包括两个方面,分别为基站通道的发送校正和接收校正。
基站通道的发送校正如下:
接收各个基站通道发送的发送校正通道信号,所述发送校正通道信号根据所述发送校正通道序列生成,由于发送校正通道序列根据发送校正信号组合生成,因此也可以认为是接收各个基站通道发送的发送校正信号,所述发送校正信号根据所述发送校正序列生成。根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数。具体的:
若接收各个基站通道发送的一次发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算发送校正系数,其中,可以根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的发送传递函数的相对值,所述相对值的倒数为发送校正系数;
若接收各个基站通道发送的一次以上发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数分别计算得到一个以上发送校正系数初值,其中,可以根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的发送传递函数的相对值,所述相对值的倒数为发送校正系数初值,一个以上所述发送校正系数初值的平均值作为发送校正系数。
基站通道的接收校正如下:
向各个基站通道发送接收校正通道信号,所述接收校正通道信号根据所述接收校正通道序列生成,由于接收校正通道序列根据接收校正信号组合生成,因此也可以认为是向各个基站通道发送接收校正信号,所述接收校正信号根据所述接收校正序列生成。根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数。具体的:
若向各个基站通道发送一次接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算接收校正系数,其中,可以根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的接收传递函数的相对值,所述相对值的倒数为接收校正系数;
若向各个基站通道发送一次以上接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数分别计算得到一个以上接收校正系数初值,其中,可以根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的接收传递函数的相对值,所述相对值的倒数为接收校正系数初值,一个以上所述接收校正系数初值的平均值作为接收校正系数。
发送校正系数和接收校正系数计算完成后,将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据发送校正系数校正后续的待发射信号,根据接收校正系数校正后续的待接收信号。
实施例3:
本实施例公开了一种宽带大规模MIMO通道校正装置,如图2所示,包括如下模块:
发送校正系数计算模块,用于接收各个基站通道发送的发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数,所述发送校正信号根据发送校正序列生成,所述发送校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定;
接收校正系数计算模块,用于向各个基站通道发送接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数,所述接收校正信号根据接收校正序列生成,所述接收校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定;
发送模块,用于将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据所述发送校正系数校正后续的待发射信号,以及根据所述接收校正系数校正后续的待接收信号。
发送校正系数计算模块和接收校正系数计算模块中,所述发送校正序列和接收校正序列中:
所述ZC序列的根码为小于该ZC序列的长度且与所述ZC序列的长度互质的正整数;
所述循环移位的位数为小于对应ZC序列的长度的自然数;
所述插0的位置小于或等于插0前的原有序列的长度。
发送校正系数计算模块和接收校正系数计算模块中,所述发送校正序列和接收校正序列中,ZC序列的长度为质数。
发送校正系数计算模块中,同一子载波组的发送校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
发送校正系数计算模块中,当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
发送校正系数计算模块中,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
发送校正系数计算模块中,相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
发送校正系数计算模块中,相同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同;
相同子载波组对应的同一基站通道组中不同基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数不同。
发送校正系数计算模块中,相同子载波组对应的不同基站通道组中相同序号基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同。
发送校正系数计算模块中,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的数量和位置相同;
其中,所述发送校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
发送校正系数计算模块中,相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的位置相同。
接收校正系数计算模块中,相同子载波组的接收校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
接收校正系数计算模块中,当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
接收校正系数计算模块中,相同子载波组的所述接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置相同;
其中,所述接收校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
发送校正系数计算模块和接收校正系数计算模块中,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的发送传递函数的相对值,所述相对值的倒数为发送校正系数;
根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的接收传递函数的相对值,所述相对值的倒数为接收校正系数。
实施例4:
如图3所示,本实施例所述宽带大规模MIMO系统在基站侧配备有N个基站通道,每个基站通道配置有基站通道射频模块,基站通道射频模块用于基站通道发送或者接收信号;
本实施例所述宽带大规模MIMO通道校正系统,包括耦合器、功分/合路器、校正通道和实施例3中所述宽带大规模MIMO通道校正装置,每个校正通道配置有校正通道射频模块。所述宽带大规模MIMO通道校正装置的功能通过基带处理模块和通道校正模块实现,基带处理模块和通道校正模块均为软件功能模块,其中通道校正模块用于实现实施例3中所述宽带大规模MIMO通道校正装置的发送校正系数计算模块、接收校正系数计算模块和发送模块的功能,基带处理模块用于将送往通道校正模块的信号处理为基带信号。耦合器、功分/合路器、校正通道和校正通道射频模块为硬件功能模块:耦合器作为功率分配元器件,用于将一路信号按功率比例分成几路或者将几路信号合成一路;功分/合路器根据信号流向的不同,分别具有功分器和合路器的作用,当其作为功分器时,具有1个输入口和N个输出口,当其作为合路器时,具有N个输入口和1个输出口;校正通道用于信号的传输,校正通道射频模块用于校正通道发送或者接收信号。
N个基站通道的基站通道射频模块按照序号通过耦合器分别接在功分/合路器的N个输出口/输入口,校正通道的校正通道射频模块通过耦合器连接在功分/合路器的1个输入口/输出口,基站通道和校正通道还分别连接所述宽带大规模MIMO通道校正装置。其中,基站通道包括基站发射通道和基站接收通道,校正通道包括校正发射通道和校正接收通道,功分/合路器中根据信号流向分别包括合路通道和功分通道,基站发射通道、合路通道和校正接收通道依次连接,基站接收通道、功分通道和校正发射通道依次连接。
基站通道射频模块的工作模式包括发送放大模式、接收放大模式、发送校正模式、接收校正模式;宽带大规模MIMO系统的工作模式包括正常收发模式、发送校正模式、接收校正模式;宽带大规模MIMO通道校正系统的工作模式包括接收模式、发送模式和不工作。宽带大规模MIMO系统的工作模式由程序控制,并根据宽带大规模MIMO系统的工作模式控制宽带大规模MIMO通道校正系统工作模式的切换,具体如下表5所示:
表5工作模式关系表
宽带大规模MIMO系统工作在发送校正模式时,基站通道射频模块工作在发送校正模式,宽带大规模MIMO通道校正系统工作在接收模式,根据子载波的基站通道复用格式,在各自分配好的时间内,各个基站通道将预先存储的发送校正序列用OFDM调制后得到发送校正信号,并将发送校正信号通过各自的基站发射通道发射出去,经过基站发射通道、合路通道、校正接收通道后,得到接收信号,基带处理模块将接收信号处理成基带信号后送往通道校正模块,由通道校正模块计算出各基站发射通道的发送校正系数,并把发送校正系数发送给各个基站发射通道。为了在尽量短的时间内校正所有基站发射通道,通常将基站发射通道进行分组,同一组内的基站发射通道在同一时刻校正,上述操作即基站通道复用,而基站通道的分组方式、基站通道组的时间顺序等具体形式即复用格式。
基站发射通道发出的发送校正信号经过合路通道后为混叠信号,校正接收通道接收到混叠信号后,使用下式计算各基站发射通道发出的发送校正信号经过基站发射通道、合路通道以及校正接收通道的传递函数:
其中,上标(·)T代表发送(Transmit),而非转置;上标(·)*代表共轭;|·|代表取模;ri,p代表第p个基站通道组在发送校正信号时,校正接收通道接收到的接收信号的频谱在第i个子载波组上的值。
式(4)同时也可表示为:
得到基站发射通道的发送传递函数的相对值后,即可使用诸如最小二乘(Leastsquares,LS)、最小均方误差(Minimum mean-square error,MMSE)、线性拟合、2次拟合等算法计算发送校正系数,本发明的重点并不在此,本实施例中仅介绍一种简单的方法,即以理想通道(传递函数幅度为全1,相位为全0)为参考通道,取基站发射通道的发送传递函数之间的相对值的倒数作为发送校正系数,其表示为:
以理想通道为参考通道,省去了选择最佳参考通道的步骤,避免了参考通道幅相特性对校正性能的影响。
宽带大规模MIMO系统工作在接收校正模式时,基站通道射频模块工作在接收校正模式,宽带大规模MIMO通道校正系统工作在发送模式,在分配好的时间内,校正通道将预先存储的接收校正序列用OFDM调制后得到接收校正信号,并将接收校正信号通过校正发射通道发射出去,经过校正发射通道、功分通道、基站接收通道后,得到接收信号,各基带处理模块将接收信号处理成基带信号后送往通道校正模块,由通道校正模块计算出各基站接收通道的接收校正系数,并把接收校正系数发送给各个基站接收通道。接收校正序列的生成方式与发送校正序列相同,由接收校正序列构成的接收校正通道序列可以是某个基站通道的由发送校正序列构成的发送校正通道序列,也可以与所有基站通道的发送校正通道序列不同。
接收校正时,各基站接收通道同时接收由校正发射通道发来的接收校正信号,各基站接收通道接收到的信号之间互不干扰,因此接收校正模式下的接收校正信号无需考虑通道复用。考虑到信号存储的方便,任意选取所有基站通道的发送校正通道序列其中的一个为接收校正通道序列即可,对应的发送校正序列即为接收校正序列,对应的发送校正信号即为接收校正信号。为方便阐述,假设选取发送校正模式中第p个基站通道组中第k个基站通道对应的发送校正通道序列作为接收校正通道序列。
各基站接收通道接收到校正发射通道发出的接收校正信号后,使用下式计算各基站接收通道接收到的接收校正信号经过校正发射通道、功分通道以及基站接收通道的传递函数:
其中,上标(·)R代表接收,ri,n代表第n个基站接收通道接收信号的频谱在第i个子载波组上的值,n=1,2,…,N,基站接收通道的序号n根据基站通道组序号p和基站通道组中基站通道序号k确定。
式(8)同时也可表示为:
得到基站接收通道的接收传递函数的相对值后,使用下式即可实现简单的接收校正系数计算:
同样地,也可使用其它算法计算接收校正系数,此处不做展开。
优选地:
若接收各个基站发射通道发送的一次发送校正信号,根据所述发送校正信号经过基站发射通道、合路通道以及校正接收通道的传递函数计算发送校正系数,若接收各个基站发射通道发送的一次以上发送校正信号,根据所述发送校正信号经过基站发射通道、合路通道以及校正接收通道的传递函数分别计算得到一个以上发送校正系数初值,一个以上所述发送校正系数初值的平均值作为发送校正系数;
若向各个基站接收通道发送一次接收校正信号,根据所述接收校正信号经过校正发射通道、功分通道以及基站接收通道的传递函数计算接收校正系数,若向各个基站接收通道发送一次以上接收校正信号,根据所述接收校正信号经过校正发射通道、功分通道以及基站接收通道的传递函数分别计算得到一个以上接收校正系数初值,一个以上所述接收校正系数初值的平均值作为接收校正系数。
通过接收基站发射通道发送的一次以上发送校正信号得到发送校正系数,以及向基站接收通道发送一次以上接收校正信号得到接收校正系数,可以令发送校正系数和接收校正系数的值更加准确,提高了校正精度。
计算出发送校正系数后,将发送校正系数发送给对应基站发射通道,使基站发射通道在下一次发射信号时,将待发射信号乘上对应发送校正系数,即可实现基站发射通道的校正。
计算出接收校正系数后,将接收校正系数发送给对应基站接收通道,使基站接收通道在下一次接收信号时,将待接收信号乘上对应的接收校正系数,即可实现基站接收通道的校正。
基站接收通道和基站发射通道校正结束后,宽带大规模MIMO系统进入正常收发模式,基站通道射频模块根据系统状态工作在发送放大模式或接收放大模式,宽带大规模MIMO通道校正系统不工作。
发送信号时,各基站发射通道先将待发射信号转换到频域,再将其乘上发送校正系数:
其中,Xp,k(f)为第p个基站通道组中的第k个基站发射通道的待发射信号的频域数值,i=I(f)代表频点(子载波序号)f向子载波组序数i的映射,f为子载波序号,f=1,2,…,M,i根据f和每个子载波组内子载波数量确定。
得到校正后的待发射信号的频域数值X'p,k(f)后,将其转换到时域,再经过其它的常规信号处理即可通过基站通道射频模块发送。
接收信号时,各基站接收通道将待接收信号转换到频域,再将其乘上接收校正系数:
其中,Xn(f)为第n个基站接收通道的待接收信号的频域数值。
得到校正后的待接收信号的频域数值X'n(f)后,即可进行后续的信号处理。
实施例5:
下面结合具体实例对本发明的技术方案作进一步的介绍。
本实施例公开了一种宽带大规模MIMO通道校正方法,以一个N=128基站通道、M=624子载波的宽带大规模MIMO系统为例,其和实施例4所述宽带大规模MIMO通道校正系统的具体连接方式如图3所示。
本实施例所述宽带大规模MIMO系统在基站侧配备有128个基站通道,每个基站通道配置有基站通道射频模块;
本实施例所述宽带大规模MIMO通道校正系统配备有耦合器、功分/合路器、校正通道和实施例3中所述宽带大规模MIMO通道校正装置,每个校正通道配置有校正通道射频模块,其中所述宽带大规模MIMO通道校正装置的功能通过基带处理模块和通道校正模块实现,基带处理模块和通道校正模块均为软件功能模块,耦合器、功分/合路器、校正通道和校正通道射频模块为硬件功能模块。
校正通道的校正通道射频模块通过耦合器连接在功分/合路器的1个输入口/输出口,128个基站通道的基站通道射频模块按照序号通过耦合器接在功分/合路器的128个输出口/输入口;基站通道和校正通道还分别连接所述宽带大规模MIMO通道校正装置。基站通道射频模块的工作模式包括发送放大模式、接收放大模式、发送校正模式、接收校正模式;宽带大规模MIMO系统工作模式包括正常收发模式、发送校正模式、接收校正模式;宽带大规模MIMO通道校正系统的工作模式包括接收模式、发送模式和不工作。宽带大规模MIMO系统的工作模式由程序控制,并根据宽带大规模MIMO系统的工作模式控制宽带大规模MIMO通道校正系统和基站通道射频模块工作模式的切换。
宽带大规模MIMO系统工作在发送校正模式时,基站通道射频模块工作在发送校正模式,宽带大规模MIMO通道校正系统工作在接收模式,根据复用格式,在各自分配好的时间内,各个基站通道将预先存储的发送校正序列用OFDM调制后通过各自的基站发射通道发射出去,经过基站发射通道、合路通道、校正接收通道后,到达基带处理模块被接收(即图3中通路1→3→5),基带处理模块将接收信号处理成基带信号后送往通道校正模块,由通道校正模块计算出各基站发射通道的发送校正系数,并把发送校正系数发送给各个基站发射通道。
根据测试,每12个子载波划分子载波组是较为合理的,因此624个子载波被划为52个子载波组,每组中的子载波序号连续,因此可以得到f=12i+q,其中,f为子载波序号,i为子载波组序号,q为子载波组内子载波序号,f=0,1,…,623,i=0,1,…,51,q=0,1,…,11。
为便于表示,本实施例将128个基站通道每8个一组分为16组,即每次复用8个基站通道,且每组中的基站通道序号连续,因此可以得到n=8p+k,其中,n为基站通道序号,p为基站通道组序号,k为基站通道组中基站通道序号,n=0,1,…,127,p=0,1,…,15,k=0,1,…,7。实际系统中,每组中的基站通道号不一定需要连续排列,可根据需要随意排列,保证不遗漏任何通道即可。基站通道复用格式见表6。
表6基站通道复用格式
每个子载波组内首先生成一组相互正交的ZC序列,本实施例中,同一子载波组内不同序号的基站通道组对应的ZC序列的根码相同,即ZC序列的根码只与子载波组序号有关,ZC序列长度取小于12的最大质数11。因此,第i个子载波组内的ZC序列表示为:
其中,l1表示ZC序列中每个序列数的序数,l1=0,1,…,10;由于根码只与子载波组序号有关,设ui表示第i个子载波组对应的所有ZC序列共同的根码,j表示虚数符号。
其中,si,k表示第i个子载波组复用的基站通道组中第k个基站通道对应的循环移位的位数,si,k=0,1,…,10。
对于同一子载波组下不同序号的基站通道组,即当子载波组序号相同且基站通道组序号不同时,对应的插0的位置相同,那么,对于第i个子载波组,其发送校正序列可表示为:
其中,插0的数量为1,hi 1表示在原有序列中需要插0的位置,因此发送校正序列zi,k的长度为12。从式(16)中可以看到,发送校正序列与基站通道组的序数p无关,这是因为不同基站通道组在时间上并不重合,所以不同基站通道组可以共用相同的发送校正序列;发送校正序列与子载波组中子载波序号q无关,即针对每个基站通道,同一子载波组共用一个发送校正序列,将同一基站通道下不同子载波组的发送校正序列按照子载波组序号顺序组合,即可得到每个基站通道对应的发送校正通道序列,以每个基站通道组中第k个基站通道为例,其对应的发送校正通道序列为zk=[z0,k,z1,k,…,z51,k]。
ui、hi 1、si,k的选取应当使得对应发送校正信号的PAPR越低越好。经过近30亿次的搜索,筛选出参数如表7所示的发送校正序列zi,k的参数,表7中每一行对应一个子载波组下每个基站通道组的8个基站通道分别对应的发送校正序列的参数,其中每个子载波组的发送校正序列对应的根码和插0的位置相同,每个子载波组下每个基站通道组内不同基站通道对应的发送校正序列的循环移位的位数不同,表7中每一行的si,k对应第i个子载波组下每个基站通道组内第k个基站通道对应的发送校正序列的循环移位的位数:
表7校正序列的参数
相比于每个子载波组中采用相同的ZC序列,表7中参数对应的发送校正序列用OFDM调制后得到的发送校正信号的最大PAPR从98.194(19.9208dB)降低至5.8592(7.6784dB),降低了约12.24dB。对于一个实际宽带大规模MIMO系统,其校正时的信噪比上限也提高了12.24dB。采用本实施例所述宽带大规模MIMO通道校正方法降低PAPR前后的发送校正信号的时域幅度图分别如图4和图5所示,可以看出,采用本实施例所述宽带大规模MIMO通道校正方法降低PAPR后的发送校正信号的时域信号的波动幅度更小。
上述发送校正序列可以存储在基站中,当宽带大规模MIMO系统工作在发送校正模式时供需要的基站通道直接读取。
根据表6所示的复用格式,各基站发射通道在所属时间读取对应发送校正序列并发射对应发送校正信号,校正接收通道接收到基站发射通道经过合路通道后的混叠信号后,使用下式计算各基站发射通道发出的发送校正信号经过通道的传递函数:
其中,上标(·)T代表发送(Transmit)而非转置;上标(·)*代表共轭;|·|代表取模;ri,p代表第p个基站通道组在发送发送校正信号时,校正接收通道接收到的接收信号的频谱在第i个子载波组上的值。
式(17)同时也可表示为:
得到发送传递函数的相对值后,即可使用诸如LS、MMSE结合平滑等算法计算发送校正系数。本发明的重点并不在此,本实施例中仅介绍最简单的一种,即取基站发射通道的发送传递函数之间的相对值的倒数作为发送校正系数,其表示为:
计算出发送校正系数后,将发送校正系数发送给对应基站发射通道,使基站发射通道在下一次发射信号时,将待发射信号乘上对应发送校正系数,即可实现基站发射通道校正。
图6和图7分别展示了发送校正后各基站发射通道的发送传递函数的归一化幅度和相位。从图6和图7中可以看到,经过发送校正后的基站发射通道的发送传递函数归一化幅度误差不超过10%,相位误差范围约为3°。
宽带大规模MIMO系统工作在接收校正模式时,基站通道射频模块工作在接收校正模式,宽带大规模MIMO通道校正系统工作在发送模式,在分配好的时间内,校正发射通道将预先存储的接收校正序列用OFDM调制后发射出去,经过校正发射通道、功分通道、基站接收通道后,到达基带处理模块被接收(即图3中通路6→4→2),基带处理模块将接收信号处理成基带信号后送往通道校正模块,由通道校正模块计算出各基站接收通道的接收校正系数,并把接收校正系数发送给各个基站接收通道。
接收校正时,各基站接收通道同时接收由宽带大规模MIMO通道校正系统发来的接收校正信号,各基站接收通道接收到的信号之间互不干扰,因此接收校正时的接收校正信号无需考虑通道复用。考虑到信号存储的方便,任意选取所有基站通道的发送校正通道序列其中的一个为接收校正通道序列即可,对应的发送校正序列即为接收校正序列,对应的发送校正信号即为接收校正信号。为方便阐述,假设选取发送校正中基站通道组中第k=0个基站通道对应的发送校正通道序列作为接收校正通道序列,对应的发送校正序列作为接收校正序列,对应的发送校正信号作为接收校正信号。
各基站通道接收到校正通道发出的接收校正信号后,使用下式计算各基站通道接收的接收校正信号经过通道的传递函数:
其中,上标(·)R代表接收,ri,n代表第n个基站接收通道接收信号的频谱在第i个子载波组上的值。
式(21)同时也可表示为:
得到接收传递函数的相对值后,使用下式即可实现最简单的接收校正系数计算:
同样地,也可使用其它算法计算接收校正系数,此处不做展开。计算出接收校正系数后,将接收校正系数发送给对应基站接收通道,使基站接收通道在下一次接收信号时,将待接收信号乘上对应接收校正系数,即可实现基站接收通道校正。
图8和图9分别展示了接收校正后各基站接收通道的接收传递函数的归一化幅度和相位。从图8和图9中可以看到,接收校正后各基站接收通道的接收传递函数归一化幅度误差不超过2.5%,相位误差不超过2°。
基站接收通道和基站发射通道校正结束后,宽带大规模MIMO系统进入正常收发模式,基站通道射频模块根据系统状态工作在发送放大模式或接收放大模式,宽带大规模MIMO通道校正系统不工作。
发送信号时,各基站发射通道先将待发射信号转换到频域,再将其乘上发送校正系数:
其中,Xp,k(f)为第p基站通道组中的第k个基站发射通道的基带待发射信号的频域数值,i=I(f)代表频点(子载波序号)f向子载波组序号i的映射。
得到校正后的待发射信号的频域数值X'p,k(f)后,将其转换到时域,再经过其它的常规信号处理即可通过基站通道射频模块发送。
接收信号时,各基站接收通道将接收到的待接收信号转换到频域,再将其乘上接收校正系数:
其中,Xn(f)为第n个基站接收通道基带待接收信号的频域数值。
得到校正后的待接收信号的频域数值X'n(f)后,即可进行后续的信号处理。
实施例6:
本实施例公开了一种宽带大规模MIMO通道校正设备,包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现前述的任意一个实施例中的所述宽带大规模MIMO通道校正方法。存储器可为各种类型的存储器,可为随机存储器、只读存储器、闪存等。处理器可为各种类型的处理器,例如,中央处理器、微处理器、数字信号处理器或图像处理器等。
本实施例还公开了一种计算机可读存储介质,存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器执行时用于实现前述的任意一个实施例中的所述宽带大规模MIMO通道校正方法。存储介质包括:U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (18)
1.一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,包括如下步骤:
接收各个基站通道发送的发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数,所述发送校正信号根据发送校正序列生成,所述发送校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定;
向各个基站通道发送接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数,所述接收校正信号根据接收校正序列生成,所述接收校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定;
将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据所述发送校正系数校正后续的待发射信号,以及根据所述接收校正系数校正后续的待接收信号。
2.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,所述发送校正序列和接收校正序列中:
所述ZC序列的根码为小于该ZC序列的长度且与所述ZC序列的长度互质的正整数;
所述循环移位的位数为小于对应ZC序列的长度的自然数;
所述插0的位置小于或等于插0前的原有序列的长度。
3.根据权利要求2所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,所述发送校正序列和接收校正序列中,ZC序列的长度为质数。
4.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,同一子载波组的发送校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
5.根据权利要求4所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述发送校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则发送校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
6.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
7.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的根码相同。
8.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组对应的同一基站通道组中同一基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同;
相同子载波组对应的同一基站通道组中不同基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数不同。
9.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组对应的不同基站通道组中相同序号基站通道的所述发送校正序列对应的循环移位的位数相同。
10.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组对应的同一基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的数量和位置相同;
其中,所述发送校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
11.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组对应的不同基站通道组的所述发送校正序列对应的插0的位置相同。
12.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组的接收校正序列对应的ZC序列的长度相同且小于或等于对应子载波组中子载波的数量。
13.根据权利要求12所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度等于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下两个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
当所述接收校正序列对应的ZC序列的长度小于对应子载波组中子载波的数量,则接收校正序列还满足以下三个条件中的至少一个:
1)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述根码随机分布且不完全相同;
2)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述循环移位的位数随机分布且不完全相同;
3)不同子载波组的所述接收校正序列对应的所述插0的位置随机分布且不完全相同。
14.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,相同子载波组的所述接收校正序列对应的ZC序列的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置相同;
其中,所述接收校正序列对应ZC序列的插0的数量等于对应子载波组中子载波的数量与所述ZC序列的长度的差值。
15.根据权利要求1所述的一种宽带大规模MIMO通道校正方法,其特征在于,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的发送传递函数的相对值,所述相对值的倒数为发送校正系数;
根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数得到基站通道的接收传递函数的相对值,所述相对值的倒数为接收校正系数。
16.一种宽带大规模MIMO通道校正装置,其特征在于,包括:
发送校正系数计算模块,用于接收各个基站通道发送的发送校正信号,根据所述发送校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的发送校正系数,所述发送校正信号根据发送校正序列生成,所述发送校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述发送校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号、基站通道组序号和基站通道组中基站通道序号确定;
接收校正系数计算模块,用于向各个基站通道发送接收校正信号,根据所述接收校正信号的传输路径的传递函数计算基站通道的接收校正系数,所述接收校正信号根据接收校正序列生成,所述接收校正序列根据由根码生成的ZC序列进行循环移位和插0后得到,所述接收校正序列对应的根码、循环移位的位数、插0的数量和位置根据子载波组序号确定;
发送模块,用于将所述发送校正系数和接收校正系数发送给对应的基站通道,使基站通道根据所述发送校正系数校正后续的待发射信号,以及根据所述接收校正系数校正后续的待接收信号。
17.一种宽带大规模MIMO通道校正设备,包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1~15中任意一项所述宽带大规模MIMO通道校正方法。
18.一种计算机可读存储介质,其特征在于,存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器执行时用于实现权利要求1~15中任意一项所述宽带大规模MIMO通道校正方法。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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