CN116015368A - 基于模拟存内计算的mimo、解mimo方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模拟存内计算的MIMO、解MIMO方法及系统，本发明在MIMO中先将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流，然后根据IQ符号流为构建的模拟存内计算阵列赋电导值，从而使得模拟存内计算阵列的输出实现调制，再通过多根天线将调制信号发射出去，实现MIMO，在解MIMO中，通过MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列赋电导值，从而对接收的信号实现解调，再将解调信号转换为二进制码，从而实现解MIMO。本发明能耗低、时延小、过程简单。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术，尤其涉及一种基于模拟存内计算的MIMO、解MIMO方法及系统。
背景技术
MIMO为Multiple Input Multiple Output的缩写，中文译为：多输入多输出。为了提高信道容量，MIMO在发送端和接收端都使用多根天线，在收发之间构成多个信道。MIMO系统将在无线通信中一般认为是不利因素的多径效应变为有利因素，利用多径时延拓展和随机衰落提高传输速率，而无需增加额外的频谱。无线信道比有线信道复杂得多，其具有时变特性，为了减少时变特性对信号传输的不良影响，在通信系统中广泛采用分集技术，分集技术将发送的信号通过多个信道进行传输，每个信道具有自己独特的传输特性，因此接收端会收到多个不同的信号，根据这些信号再还原出原始信号。存内计算是一个由来已久的概念，其主要目的是为了解决内存墙问题，存内计算的基本思路就是把计算和存储合二为一，从而实现减少处理器访问存储器的频率(因为计算已经在存储器内完成了大部分)。
现有的MIMO以及解MIMO技术的计算处理部件基于传统的数字电路结构，能耗比较高，时延大，过程繁琐、复杂。
发明内容
发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种能耗低、时延小、过程简单的基于模拟存内计算的MIMO、解MIMO方法及系统。
技术方案：本发明所述的基于模拟存内计算的MIMO方法包括：
(1)按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流；
(2)构建模拟存内计算阵列，所述模拟存内计算阵列包括N个按行排列相连的天线子阵列，每个天线子阵列包括n个按行排列相连的时段子阵列，每个时段子阵列为2k×2的存内计算单元连接而成的阵列，N为发射天线数量，k为载波频率数量，n为发射时段数；
(3)从IQ符号流中提取2nkN个未发送的IQ符号，按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值；
(4)将电压信号从模拟存内计算阵列的行输入，并将模拟存内计算阵列的列输出信号经处理后发送至发射天线，从而将2nkN个IQ符号发射出去；
(5)返回执行步骤(3)(4)，直至IQ符号流发射完毕。
进一步的，每个时段子阵列的列输出均通过一差分放大器连接到一多路复用器，每个多路复用器通过RF模块连接发射天线。
进一步的，所述按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值，具体包括：
按照预设优先级每次从模拟存内计算阵列中选取一个2×2的存内计算单元小阵列，并从提取的IQ符号中按照从前到后顺序每次选取2个IQ符号进行电导赋值，具体为：存内计算单元小阵列第一行的两个存内计算单元的电导的差为选取的2个符号中的第1个符号对应的电导值，第二行的两个存内计算单元的电导的差为选取的2个符号中的第2个符号对应的电导值。
进一步的，所述预设优先级具体为：时段从前到后、天线从左到右、载波频率从低到高、I优先于Q的优先级。
进一步的，所述从模拟存内计算阵列的行输入电压信号，具体包括：
从模拟存内计算阵列的第2i-1行输入cosiωt电压，第2i行输入-siniωt电压，i＝1,…,k，ω为载波基准频率,t为时间。
进一步的，为了连续不间断地完成2nkN个IQ符号的发射，控制多路复用器按照时序依次选通n个时段子阵列。
本发明所述的基于模拟存内计算的MIMO系统包括：
编码模块，用于按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流；
模拟存内计算阵列，包括N个按行排列相连的天线子阵列，每个天线子阵列包括n个按行排列相连的时段子阵列，每个时段子阵列为2k×2的存内计算单元连接而成的阵列，N为发射天线数量，k为载波频率数量，n为发射时段数；
电导赋值模块，用于从IQ符号流中每次选取2nkN个符号为模拟存内计算阵列设置电导值，设置时按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值，直至所有IQ符号流设置完毕；
电压源阵列，用于从模拟存内计算阵列的行输入电压信号；
信号处理模块，用于将模拟存内计算阵列的列输出信号经处理后发送至发射天线，从而将2nkN个IQ符号发射出去。
本发明所述的基于模拟存内计算的解MIMO方法包括：
(1)构建模拟存内计算阵列，所述模拟存内计算阵列包括N×N个连接的子模块，每个子模块包括一解MIMO阵列和一连接在解MIMO阵列上方的偏置电阻阵列，所述解MIMO阵列为(2k+2)×2k的存内计算单元连接而成的阵列，所述偏置电阻阵列为1×2k的存内计算单元连接而成的阵列；N为接收天线数量，k为载波频率数量；
(2)按照MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列设置电导值；
(3)将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算，将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块；
(4)解码模块按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将接收的信号转换为二进制码流。
进一步的，所述将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算，将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块，具体包括：
将每个接收天线接收的信号经过RF模块处理后，输入至采样保持器进行采样，采样信号通过多路复用器和反相器输入模拟存内计算阵列进行计算，模拟存内计算阵列的列输出经积分器积分、模数转换器模数转换后输出至解码模块，其中，所述模拟存内计算阵列的每一列通过一个积分器连接至一个模数转换器，所述解MIMO阵列的每一行连接至一多路复用器的输出端，所述每一个偏置电阻阵列连接至一反相器的输出端，每个相邻的反相器和多路复用器的输入端均连接至一接收天线的采样保持器的输出端。
进一步的，所述对模拟存内计算阵列设置电导值的方法为：
式中，Goffset为所述偏置电阻阵列的每个存内计算单元的电导值，Gcenter为选取的存内计算单元电导范围的中心电导值，G*,#为所述解MIMO阵列的第*行第#列的存内计算单元的电导值，Ab、θb为对应bω频率载波的信道均衡因子
的幅值和相位，j为虚数单位，m为一大于max(Ab)的正的常数。
进一步的，所述采样保持器的采样信号的方法为：
以
的采样间隔对输入信号在一个周期
内进行(2k+2)次等间距采样，采样电压保持
的时间，采样信号按照时序依次输入到多路复用器的输入端。
进一步的，所述多路复用器在第p个采样电压保持时间内选通第p个输出端口，p＝1,…,2k+2。
本发明所述的基于模拟存内计算的解MIMO系统包括：
模拟存内计算阵列，包括N×N个连接的子模块，每个子模块包括一解MIMO阵列和一连接在解MIMO阵列上方的偏置电阻阵列，所述解MIMO阵列为(2k+2)×2k的存内计算单元连接而成的阵列，所述偏置电阻阵列为1×2k的存内计算单元连接而成的阵列；N为接收天线数量，k为载波频率数量；
电导设置模块，用于按照MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列设置电导值；
第一处理模块，用于将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算；
第二处理模块，用于将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块；
控制器，用于控制第一处理模块和第二处理模块；
解码模块，用于按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将接收的信号转换为二进制码流。
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：本发明将存内计算应用在通信领域，其高集成度特性可以提高通信设备的便携性，其并行计算能力可以加速信息处理，其低功耗特性可以减小通信设备的耗电量以提高续航时间，从而使得MIMO、解MIMO能耗低、时延小、过程简单。
附图说明
图1是本发明提供的基于模拟存内计算的MIMO方法中的模拟存内计算阵列的示意图；
图2是图1中模拟存内计算阵列的电导示意图；
图3是本发明提供的基于模拟存内计算的解MIMO方法中的模拟存内计算阵列的示意图；
图4是图3中解MIMO阵列部分的电导示意图。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于模拟存内计算的MIMO方法，包括以下步骤：
(1)按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流。
二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系与选用的调制方式有关，以下以4-QAM和16-QAM调制方式为例进行说明，但本发明还支持其他调制方式，例如BPSK、64QAM等。表1为4-QAM的二进制码和IQ符号的映射关系表，IQ调制信号为Icosiωt-Qsiniωt，其中I为同相余弦载波cosiωt的振幅，Q为正交正弦载波-siniωt的振幅，单位为G0,G0为选取的基准电导，本实施例选为500μS。每两位二进制码对应一个I符号和一个Q符号，I符号和Q符号可取1和-1，IQ符号对应的电导为G0或-G0。表2为16-QAM的二进制码和IQ符号的映射关系表，每四位二进制码对应一个I符号和一个Q符号，I和Q可取3、1、-1和-3。二进制码流转换为IQ符号流后，是以I QI Q…这样排列的。
表1 4-QAM的二进制码和IQ符号的映射关系表
| 二进制码 | IQ符号 | IQ符号对应电导值 |
| 11 | 11(I＝1，Q＝1) | <![CDATA[G<sub>0</sub>G<sub>0</sub>]]> |
| 10 | 1-1(I＝1，Q＝-1) | <![CDATA[G<sub>0</sub>(-G<sub>0</sub>)]]> |
| 01 | -11(I＝-1，Q＝1) | <![CDATA[(-G<sub>0</sub>)G<sub>0</sub>]]> |
| 00 | -1-1(I＝-1，Q＝-1) | <![CDATA[(-G<sub>0</sub>)(-G<sub>0</sub>)]]> |
表2 16-QAM的二进制码和IQ符号的映射关系表
| 二进制码 | IQ符号 | IQ符号对应电导值 |
| 1000 | 33(I＝3，Q＝3) | <![CDATA[(3G<sub>0</sub>)(3G<sub>0</sub>)]]> |
| 1001 | 31(I＝3，Q＝1) | <![CDATA[(3G<sub>0</sub>)G<sub>0</sub>]]> |
| 1011 | 3-1(I＝3，Q＝-1) | <![CDATA[(3G<sub>0</sub>)(-G<sub>0</sub>)]]> |
| 1010 | 3-3(I＝3，Q＝-3) | <![CDATA[(3G<sub>0</sub>)(-3G<sub>0</sub>)]]> |
| 1100 | 13(I＝1，Q＝3) | <![CDATA[G<sub>0</sub>(3G<sub>0</sub>)]]> |
| 1101 | 11(I＝1，Q＝1) | <![CDATA[G<sub>0</sub>G<sub>0</sub>]]> |
| 1111 | 1-1(I＝1，Q＝-1) | <![CDATA[G<sub>0</sub>(-G<sub>0</sub>)]]> |
| 1110 | 1-3(I＝1，Q＝-3) | <![CDATA[G<sub>0</sub>(-3G<sub>0</sub>)]]> |
| 0100 | -13(I＝-1，Q＝3) | <![CDATA[(-G<sub>0</sub>)(3G<sub>0</sub>)]]> |
| 0101 | -11(I＝-1，Q＝1) | <![CDATA[(-G<sub>0</sub>)G<sub>0</sub>]]> |
| 0111 | -1-1(I＝-1，Q＝-1) | <![CDATA[(-G<sub>0</sub>)(-G<sub>0</sub>)]]> |
| 0110 | -1-3(I＝-1，Q＝-3) | <![CDATA[(-G<sub>0</sub>)(-3G<sub>0</sub>)]]> |
| 0000 | -33(I＝-3，Q＝3) | <![CDATA[(-3G<sub>0</sub>)(3G<sub>0</sub>)<!-- 4 -->]]> |
| 0001 | -31(I＝-3，Q＝1) | <![CDATA[(-3G<sub>0</sub>)G<sub>0</sub>]]> |
| 0011 | -3-1(I＝-3，Q＝-1) | <![CDATA[(-3G<sub>0</sub>)(-G<sub>0</sub>)]]> |
| 0010 | -3-3(I＝-3，Q＝-3) | <![CDATA[(-3G<sub>0</sub>))(-3G<sub>0</sub>)]]> |
例如，假设采用4-QAM调制，要发送的二进制码流为110001010011100011…，则转换后的IQ符号流为：11-1-1-11-11-1-1111-1-1-111…，对应的电导值流为：G0G0(-G0)(-G0)(-G0)G0(-G0)G０(-G0)(-G0)G0G0G0(-G0)(-G0)(-G0)G0G0…。
(2)构建模拟存内计算阵列。
其中，如图2所示，构建的模拟存内计算阵列包括N个按行排列相连的天线子阵列，每个天线子阵列的列输出均通过一多路复用器连接到一RF模块和发射天线，每个天线子阵列包括n个按行排列相连的时段子阵列，每个时段子阵列的列输出均通过一差分放大器连接到对应的多路复用器，每个时段子阵列为2k×2的存内计算单元连接而成的阵列，N为发射天线数量，k为载波频率数量，n为发射时段数。阵列总规模为2k×2Nn。为了方便识别，对每个存内计算单元进行标号，其中，第j个天线子阵列的第l个时段子阵列的第(2i-1)行第1列的存内计算单元标为
第2列的存内计算单元标为
第2i行第1列的存内计算单元标为
第2列的存内计算单元标为
该标号既表示单元编号也表示其电导值，i＝1,…,k，j＝1,…,N，l＝1,…,n。此处的存内计算单元包括但不限于阻变存储器、相变存储器、忆阻器、闪存等。
例如，假设发射天线的数量为2根，载波频率数量为7个，时段数为8段，采用的存内计算单元为忆阻器，忆阻器阵列总规模为14×32，根据发射天线的数量将忆阻器阵列按列平均划分为2个天线子阵列，每个天线子阵列的规模为14×16，包括8个时段子阵列，每个时段子阵列为14×2的忆阻器阵列。
(3)从IQ符号流中提取2nkN个未发送的IQ符号，按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值。
其中，设置电导值时按照IQ调制原理根据每2个IQ符号给模拟存内计算阵列中每2×2的存内计算单元小阵列设置电导值，具体步骤为：按照预设优先级每次从模拟存内计算阵列中选取一个2×2的存内计算单元小阵列，并从提取的IQ符号中按照从前到后顺序每次选取2个IQ符号进行电导赋值：存内计算单元小阵列第一行的两个存内计算单元的电导的差为选取的2个符号中的第1个符号对应的电导值，第二行的两个存内计算单元的电导的差为选取的2个符号中的第2个符号对应的电导值。所述预设优先级具体为时段从前到后、天线从左到右、载波频率从低到高、I优先于Q的优先级，即对于下标为ilj的存内计算单元形成的小阵列，先设置时段序号l＝1，天线序号j＝1，然后将载波序号i值为从1到k的小阵列依次赋值，赋值时I优先于Q，然后设置时段序号l＝1，天线序号j＝2，i值为从1到k的小阵列依次赋值，依次类推，直至所有时段序号为1的小阵列完成赋值，然后设置时段序号l＝2，将所有时段为2的小阵列完成赋值，依次类推，直至所有时段的小阵列完成赋值。
例如，接上例，假设IQ符号流为：11-1-1-11-11-1-1111-1-1-111…，提取2×8×7×2＝224个IQ符号，为11-1-1-11-11-1-1111-1-1-111…(224个)。按照优先级先从中选取一个2×2的存内计算单元小阵列，即先选择
组成的小阵列，然后从224个IQ符号中提取两个符号，即11(I＝1，Q＝1，对应的电导值为G0,G0)来进行电导赋值。赋值方法为使得下式成立：
为了实现该式，可以根据存内计算单元的电导范围选取合适的中心电导Gcenter和基准电导G0，设置：
选取的Gcenter和G0应满足
接下来，按照优先级选取另一个2×2的存内计算单元小阵列，即
组成的小阵列，然后从224个IQ符号中接着提取下两个符号，即-1-1(I＝-1，Q＝-1，对应的电导值为-G0,-G0)来进行电导赋值，具体的，
再接着按照优先级对其他小阵列赋值，具体顺序是：下标为311,411,…,711,112,212,…,712,121,221,…,721,…,122,222,…,722,…，直至赋值完成。某次赋值后的模拟存内计算阵列的电导值如图2所示。
(4)将电压信号从模拟存内计算阵列的行输入，并将模拟存内计算阵列的列输出信号经处理后发送至发射天线，从而将2nkN个IQ符号发射出去。
具体的，将模拟存内计算阵列的第2i-1行输入cosiωt电压，第2i行输入-siniωt电压，i＝1,…,k，ω为载波基准频率,t为时间。在输入电压后，对同一根发射天线的同一个载波频率，完成了QAM(正交振幅调制)调制方式。以第一根天线的t1时段举例说明：对第一列来说，第一行输入电压为cosωt，经过一电导为
的存算单元，根据欧姆定律，在第一列上产生的电流大小为
cosωt；第二行输入电压为-sinωt，经过一电导为
的存算单元，根据欧姆定律，在第一列上产生的电流大小为
sinωt；再根据基尔霍夫电流定律，两路电流合成为总电流
对第二列来说，第一行输入电压为cosωt，经过一电导为
的存算单元，根据欧姆定律，在第二列上产生的电流大小为
cosωt；第二行输入电压为-sinωt，经过一电导为
的存算单元，根据欧姆定律，在第二列上产生的电流大小为
sinωt；再根据基尔霍夫电流定律，两路电流合成为总电流
第一列和第二列的电流通过下方的差分放大器，合成为一路电流
至此，完成了ω频率载波的QAM调制，其他频率以此类推。对同一根发射天线的不同的载波频率，完成了OFDM(正交频分复用)调制方式，即采用倍频的电压信号进行输入。最终第一根天线的第一时段的差分放大器的输出端得到含有k个频率的QAM-OFDM调制信号，即
调制信号携带了k个I符号k个Q符号，共2k个IQ符号。其他天线和其他时段的原理相同。最终调制信号经过RF模块完成上变频、功率放大等处理，然后从发射天线发射出去。信号从N根发射天线同时发出，每根发射天线发射的信息互不相同，在接收端再通过N根接收天线同时接收，即完成了MIMO过程。最后，为了实现信息的连续发送，用控制器控制多路复用器按照t1～tn时段(时段长度为2π/ω)依次选通n个时段子阵列，就可以完成信息的连续、不间断发送。
存内计算单元通过欧姆定律和基尔霍夫电流定律，实现了存储和计算，运算结果可以直接从阵列的输出电流中获得。基于欧姆定律和基尔霍夫电流定律，阵列能够在一个周期内完成矢量与矩阵的乘累加运算，乘法的因子(电导)直接存储在阵列中，不需要单独的存储单元，从而绕过了冯·诺依曼瓶颈。
(5)返回执行步骤(3)(4)，直至IQ符号流发射完毕。
其中，每次模拟存内计算阵列的电导赋值后可以发射2nkN个IQ符号，因此，发射一次后，就再次根据下一批2nkN个IQ符号进行电导赋值，然后发射。若从IQ符号流中提取的未发送的IQ符号不满2nkN个，则采用0补足2nkN个。
本实施例还提供了一种基于模拟存内计算的MIMO系统，包括：
编码模块，用于按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流；
模拟存内计算阵列，包括N个按行排列相连的天线子阵列，每个天线子阵列包括n个按行排列相连的时段子阵列，每个时段子阵列为2k×2的存内计算单元连接而成的阵列，N为发射天线数量，k为载波频率数量，n为发射时段数；
信号处理模块，用于将模拟存内计算阵列的列输出信号经处理后发送至发射天线，从而将2nkN个IQ符号发射出去，具体包括n×N个差分放大器、N个多路复用器、N个RF模块，每个差分放大器的输入端连接一个时段子阵列的列输出，每个多路复用器的输入端连接n个相邻的差分放大器的输出端，每个RF模块的输入端连接一个多路复用器的输出端，每个RF模块的输出端连接一发射天线；
电导赋值模块，用于从IQ符号流中每次选取2nkN个符号为模拟存内计算阵列设置电导值，设置时按照IQ调制方式根据每2个IQ符号给每2×2的存内计算单元小阵列设置电导值，直至所有IQ符号流设置完毕；
电压源阵列，用于从模拟存内计算阵列的行输入电压信号，具体包括2k个电压源，对应连接至模拟存内计算阵列的2k行，其中，第2i-1个电压源输出cosiωt电压，第2i个电压源输出-siniωt电压，i＝1,…,k,ω为载波基准频率,t为时间；
控制器，连接多路复用器，用于控制多路复用器按照时序依次选通n个时段子阵列，从而通过发射天线连续地将2nkN个IQ符号发射出去。
本实施例的装置与上述方法一一对应，未详尽之处参照方法描述，不再赘述。
本实施例还提供了一种基于模拟存内计算的解MIMO方法，如图3所示，包括：
(1)构建模拟存内计算阵列。
其中，所述模拟存内计算阵列包括N×N个连接的子模块，每个子模块包括一解MIMO阵列和一连接在解MIMO阵列上方的偏置电阻阵列，所述解MIMO阵列为(2k+2)×2k的存内计算单元连接而成的阵列，所述偏置电阻阵列为1×2k的存内计算单元连接而成的阵列，将模拟存内计算阵列的每一列通过一个积分器连接至一个模数转换器，将解MIMO阵列的每一行连接至一多路复用器的输出端，将每一个偏置电阻阵列连接至一反相器的输出端，每个相邻的反相器和多路复用器的输入端均连接至一接收天线的采样保持器的输出端；N为接收天线数量，k为载波频率数量；。
例如，假设接收天线的数量为2根，存内计算单元选用忆阻器。根据发射天线和接收天线的数量将忆阻器阵列按行和列平均划分为2×2块，每一块的规模为17×14，包含一个16×14的解MIMO阵列和一个1×14的偏置电阻阵列，忆阻器阵列总规模为34×28。
(2)按照MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列设置电导值。
其中，对模拟存内计算阵列设置电导值的方法为：
式中，Goffset为所述偏置电阻阵列的每个存内计算单元的电导值，Gcenter为选取的存内计算单元电导范围的中心电导值，本实施例取400μS，G*,#为所述解MIMO阵列的第*行第#列的存内计算单元的电导值，Ab、θb为对应bω频率载波的信道均衡因子
的幅值和相位，j为虚数单位，m为一大于max(Ab)的正的常数。本实施例选用m＝2.解MIMO阵列部分的电导值如图4所示。
(3)将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算，将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块。
具体的，每个接收天线接收的信号经过RF模块处理后，输入至采样保持器进行采样，采样信号通过多路复用器和反相器输入模拟存内计算阵列进行计算，模拟存内计算阵列的列输出经积分器积分、模数转换后输出至解码模块。其中，接收天线接收的信号经过RF模块完成下变频、低通滤波、放大等处理，然后输入至采样保持器通过控制器进行采样，采样保持器的采样信号的方法为：以
的采样间隔对输入信号在一个周期
内进行(2k+2)次等间距采样，采样电压保持
的时间，采样信号按照时序依次输入到多路复用器和反相器的输入端。控制器控制多路复用器在第p个采样电压保持时间内选通第p个输出端口，p＝1,…,2k+2。第p个输出端口连接对应的解MIMO阵列的第p行，第p行的存内计算单元，根据欧姆定律产生电流；各个接收天线的采样电压还会经过各自的反相器之后作用在各列的偏置电阻上，根据欧姆定律产生电流；两路电流根据基尔霍夫电流定律进行合成，总电流流向各列下方的积分器进行积分。控制器控制各列的积分器，在一个周期
内进行积分，积分结果在周期结束时输出至ADC输入端，并归零，开始下一周期的积分。周期结束时，利用n比特模数转换器(ADC比特数的选取和规定的码流-符号映射关系有关，n＝1时，模数转换器简化为比较器)，转换为数字符号。
(4)解码模块按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将接收的信号转换为二进制码流。
本实施例还提供一种基于模拟存内计算的解MIMO系统，包括：
模拟存内计算阵列，包括N×N个连接的子模块，每个子模块包括一解MIMO阵列和一连接在解MIMO阵列上方的偏置电阻阵列，所述解MIMO阵列为(2k+2)×2k的存内计算单元连接而成的阵列，所述偏置电阻阵列为1×2k的存内计算单元连接而成的阵列；N为接收天线数量，k为载波频率数量；
第一处理模块，用于将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算；具体包括N个RF模块、N个采样保持器、N个多路复用器和N个反相器，每个接收天线和一个RF模块相连，每一采样保持器连接一个RF模块，每一多路复用器的输入端连接一个采样保持器，输出端连接由N个解MIMO阵列按行排列连接形成的阵列的每一行，每一反相器的输入端连接一采样保持器，输出端连接由N个偏置电阻阵列按行排列连接形成的阵列的行；
电导设置模块，用于按照MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列设置电导值；
第二处理模块，用于将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块；具体包括2k×N个积分器和2k×N个模数转换器，每个积分器连接模拟存内计算阵列的一列输出；每个模数转换器连接一个积分器；
控制器，用于控制第一处理模块和第二处理模块的采样保持器、多路复用器和积分器；
解码模块，用于按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将接收的信号转换为二进制码流。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (13)
1.一种基于模拟存内计算的MIMO方法，其特征在于包括：
(1)按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流；
(2)构建模拟存内计算阵列，所述模拟存内计算阵列包括N个按行排列相连的天线子阵列，每个天线子阵列包括n个按行排列相连的时段子阵列，每个时段子阵列为2k×2的存内计算单元连接而成的阵列，N为发射天线数量，k为载波频率数量，n为发射时段数；
(3)从IQ符号流中提取2nkN个未发送的IQ符号，按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值；
(4)将电压信号从模拟存内计算阵列的行输入，并将模拟存内计算阵列的列输出信号经处理后发送至发射天线，从而将2nkN个IQ符号发射出去；
(5)返回执行步骤(3)(4)，直至IQ符号流发射完毕。
2.根据权利要求1所述的基于模拟存内计算的MIMO方法，其特征在于：每个时段子阵列的列输出均通过一差分放大器连接到一多路复用器，每个多路复用器通过RF模块连接发射天线。
3.根据权利要求1所述的基于模拟存内计算的MIMO方法，其特征在于：所述按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值，具体包括：
按照预设优先级每次从模拟存内计算阵列中选取一个2×2的存内计算单元小阵列，并从提取的IQ符号中按照从前到后顺序每次选取2个IQ符号进行电导赋值，具体为：存内计算单元小阵列第一行的两个存内计算单元的电导的差为选取的2个符号中的第1个符号对应的电导值，第二行的两个存内计算单元的电导的差为选取的2个符号中的第2个符号对应的电导值。
4.根据权利要求3所述的基于模拟存内计算的MIMO方法，其特征在于：所述预设优先级具体为：时段从前到后、天线从左到右、载波频率从低到高、I优先于Q的优先级。
5.根据权利要求1所述的基于模拟存内计算的MIMO方法，其特征在于：所述从模拟存内计算阵列的行输入电压信号，具体包括：
从模拟存内计算阵列的第2i-1行输入cosiωt电压，第2i行输入-siniωt电压，i＝1，...，k，ω为载波基准频率，t为时间。
6.根据权利要求2所述的基于模拟存内计算的MIMO方法，其特征在于：为了连续不间断地完成2nkN个IQ符号的发射，控制多路复用器按照时序依次选通n个时段子阵列。
7.一种基于模拟存内计算的MIMO系统，其特征在于包括：
编码模块，用于按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将需要发射的二进制码流转换为IQ符号流；
模拟存内计算阵列，包括N个按行排列相连的天线子阵列，每个天线子阵列包括n个按行排列相连的时段子阵列，每个时段子阵列为2k×2的存内计算单元连接而成的阵列，N为发射天线数量，k为载波频率数量，n为发射时段数；
电导赋值模块，用于从IQ符号流中每次选取2nkN个符号为模拟存内计算阵列设置电导值，设置时按照IQ调制原理根据提取的IQ符号给模拟存内计算阵列中的存内计算单元设置电导值，直至所有IQ符号流设置完毕；
电压源阵列，用于从模拟存内计算阵列的行输入电压信号；
信号处理模块，用于将模拟存内计算阵列的列输出信号经处理后发送至发射天线，从而将2nkN个IQ符号发射出去。
8.一种基于模拟存内计算的解MIMO方法，其特征在于包括：
(1)构建模拟存内计算阵列，所述模拟存内计算阵列包括N×N个连接的子模块，每个子模块包括一解MIMO阵列和一连接在解MIMO阵列上方的偏置电阻阵列，所述解MIMO阵列为(2k+2)×2k的存内计算单元连接而成的阵列，所述偏置电阻阵列为1×2k的存内计算单元连接而成的阵列；N为接收天线数量，k为载波频率数量；
(2)按照MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列设置电导值；
(3)将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算，将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块；
(4)解码模块按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将接收的信号转换为二进制码流。
9.根据权利要求8所述的基于模拟存内计算的解MIMO方法，其特征在于：所述将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算，将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块，具体包括：
将每个接收天线接收的信号经过RF模块处理后，输入至采样保持器进行采样，采样信号通过多路复用器和反相器输入模拟存内计算阵列进行计算，将模拟存内计算阵列的列输出经积分器积分、模数转换器模数转换后输出至解码模块，其中，所述模拟存内计算阵列的每一列通过一个积分器连接至一个模数转换器，所述解MIMO阵列的每一行连接至一多路复用器的输出端，所述每一个偏置电阻阵列连接至一反相器的输出端，每个相邻的反相器和多路复用器的输入端均连接至一接收天线的采样保持器的输出端。
10.根据权利要求8所述的基于模拟存内计算的解MIMO方法，其特征在于：所述对模拟存内计算阵列设置电导值的方法为：
Goffset＝Gcenter
式中，Goffset为所述偏置电阻阵列的每个存内计算单元的电导值，Gcenter为选取的存内计算单元电导范围的中心电导值，G*，#为所述解MIMO阵列的第*行第#列的存内计算单元的电导值，Ab、θb为对应bω频率载波的信道均衡因子
的幅值和相位，j为虚数单位，m为一大于max(Ab)的正的常数。
11.根据权利要求9所述的基于模拟存内计算的解MIMO方法，其特征在于：所述采样保持器的采样信号的方法为：
以
的采样间隔对输入信号在一个周期
内进行(2k+2)次等间距采样，采样电压保持
的时间，采样信号按照时序依次输入到多路复用器的输入端。
12.根据权利要求9所述的基于模拟存内计算的解MIMO方法，其特征在于：所述多路复用器在第p个采样电压保持时间内选通第p个输出端口，p＝1，...，2k+2。
13.一种基于模拟存内计算的解MIMO系统，其特征在于包括：
模拟存内计算阵列，包括N×N个连接的子模块，每个子模块包括一解MIMO阵列和一连接在解MIMO阵列上方的偏置电阻阵列，所述解MIMO阵列为(2k+2)×2k的存内计算单元连接而成的阵列，所述偏置电阻阵列为1×2k的存内计算单元连接而成的阵列；N为接收天线数量，k为载波频率数量；
电导设置模块，用于按照MIMO信道的信道均衡因子为模拟存内计算阵列设置电导值；
第一处理模块，用于将每个接收天线接收的信号经过处理后输入模拟存内计算阵列进行计算；
第二处理模块，用于将模拟存内计算阵列的列输出经过处理后输出至解码模块；
控制器，用于控制第一处理模块和第二处理模块；
解码模块，用于按照二进制码和IQ调制的IQ符号的映射关系将接收的信号转换为二进制码流。
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