[發明專利]基于大規模MIMO的上行聯合載波同步硬件實現方法

有效

• 申請號: 201710365456.1
• 申請日: 2017-05-22
• 公開（公告）號: CN107171993B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 黃永明;韓紫健
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04L27/26;H04B7/0413
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 葉涓涓

本發明提供了一種基于大規模MIMO的上行聯合載波同步硬件實現方法，包括：用戶設備生成基帶序列信號，將其插入基帶幀信號中，進行發送處理；基站將接收信號處理為基帶信號，完成同步搜索，找到幀起始位置；基站截取序列信號，通過序列信號計算載波頻偏；上位機對每一路天線得到的載波頻偏值進行聯合判決，計算統一載波頻偏期望值后對載波頻偏補償值進行更新；基站使用更新后的載波頻偏補償值對各路接收信號進行頻偏補償。本發明提供的方法能夠很好地完成載波頻偏估計和頻偏補償，有效利用了基站端大規模多天線的條件，計算的頻偏值精度高，同時頻偏補償在FPGA上實現復雜度和資源消耗量低，適用于實際工程的應用。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，涉及基于時分雙工TDD的大規模MIMO的上行聯合載波同步硬件實現方法。

背景技術

隨著智能手機和平板電腦等移動設備的普及，無線通信數據的流量呈現了爆炸式的增長。現有的通信技術如LTE和Wi-Fi等難以滿足急劇增長的吞吐量需求，因此新一代移動通信技術的研究被提上了日程。下一代移動通信的前沿技術之一是大規模MIMO，它的特征之一是在基站端配置幾十甚至上百根天線，用來服務總天線數量相對較少的用戶設備。通過部署大量的天線，大規模MIMO的信道容量以及鏈路可靠性較常規MIMO有了大幅提升。

目前關于大規模MIMO的研究，基于TDD雙工模式的模型占了多數，這是為了利用時分雙工TDD條件下的信道互易性，方便發射機對信道信息的獲取。由于下一代移動通信的標準尚在研制之中，目前并未出現針對大規模MIMO的統一標準。

TDD-LTE協議規定的物理層采用正交頻分復用(OFDM)技術，將全部可用帶寬分為多個互相正交的子信道，每個子信道使用一個載波攜帶調制后數據，數據被安放在載波波峰的位置。為了使OFDM符號能夠在多個子信道上進行信號的傳輸，必須保證子載波間存在正交性。然而，發收機之間相對移動導致的多普勒效應、發收機晶振的差異帶來的載波頻偏(Carrier Frequency Offset)會破壞這種正交性，導致載波間干擾(ICI，Inter FrequencyInterference)，使得系統性能降級。相比多普勒效應，由發收機晶振差異帶來的載波頻偏問題更為突出，因此本發明主要討論在這種情況下的載波同步問題。

一般來說，載波同步過程分為載波頻偏估計和載波頻偏補償兩個步驟。常見的載波頻偏估計方法采用時域估計方法，在時間同步完成后，系統從接收信號中提取預先插入的訓練序列，由訓練序列估計出載波頻偏值。考慮這樣一種情形，即發收機各自使用一個晶振，那么系統中實際存在的載波頻偏固定且惟一。現有方法的不足在于未能考慮到大規模多天線情況下，每根接收天線都能從各自接收信號中計算出載波頻偏值，這樣一來系統能夠同時得到大量備選頻偏值。如何進行合理篩選，從而得到最優的載波頻偏估計值，是現有方法所忽視的。另一方面，現有頻偏補償方法往往在時域進行，對每個時域接收信號乘以一個與載波頻偏值有關的角度以完成補償，而頻域頻偏補償方法因為復雜度較高，應用難度大，導致其在實際系統中運用較少。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了一種基于時分雙工TDD大規模MIMO的上行聯合載波同步硬件實現方法，考慮在大規模MIMO條件下，利用基站大規模多天線的優勢，從傳統時域頻偏估計方法出發，對系統獲得的大量頻偏估計值進行進一步處理，得到最佳頻偏估計，以提升載波同步性能；同時考慮簡化復雜的頻域頻偏補償方法，以便在硬件系統上對其進行實現。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于大規模MIMO的上行聯合載波同步硬件實現方法，包括如下步驟：

步驟1，用戶設備生成基帶序列信號，將其插入基帶幀信號中，進行發送處理；

步驟2，基站端接收信號，并將接收信號處理為基帶信號，隨后對基帶信號進行同步搜索，得到基帶信號的幀起始位置；