基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置和方法，所述方法包括：将信号p依次经过串并转换器、傅里叶反变换器、加循环前缀器和并串转换器后得到发送端时域样点序列

Signal transmission device and method based on sub carrier level analog beamformer

The invention discloses a signal transmission device and a method based on a subcarrier level analog beam shaper. The method comprises: the signal p is successively passed through a series-parallel converter, a Fourier inverse converter, a cyclic prefix and a parallel-series converter to obtain a time-domain sample sequence at the transmitting end.

【技术实现步骤摘要】
基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置和方法
本专利技术涉及无线载波
，特别是指一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置和方法。
技术介绍
近年来，为了满足第五代移动通信系统对容量和频谱效率显著提升的需求，大规模天线阵成为研究热点。大规模天线阵能够带来更大的分集增益和复用增益，从而能够大幅提升系统频谱效率。出于复杂度、功耗、成本等因素的考虑，大规模天线阵的实现通常采用混合波束成型器结构。混合波束成形器由基带的数字波束成形器和射频端的模拟波束成形器构成，典型的混合波束成形器结构如图1所示。在基站侧，Ns个数据流输入到数字预编码器(DBF:DigitalBeamformer)，输出经过个射频链路后，通过相移器与Nt个天线相连，相移器网络构成模拟波束成形器；在用户侧，Nr个天线通过相移器与个射频链路相连，然后经过数字合并器输出Ns个数据流。以下行为例，为传输多个数据流，记s表示Ns×1的发送符号向量，FBB表示的数字预编码器，FRF表示的模拟预编码器，则采样的发送信号可以表示为x＝FRFFBBs，其中传统混合波束成形器结构均假设采用窄带块衰落信道模型，因此用户接收信号可以表示为y＝HFRFFBBs+n，其中y表示Nr×1的接收信号，H表示Nr×Nt的信道，n表示加性高斯白噪声。用户接收到的信号经过模拟合并器和数字合并器合并得到其中wRF表示的模拟合并器，wBB表示的数字合并器，r表示Ns×1的接收符号向量。混合波束成形器的设计通常采用“两步走”的思路，即首先根据实际信道H设计发端模拟波束成形器FRF和收端模拟合并器wRF，然后根据等效信道设计发端数字波束成形器FBB和收端数字合并器wBB。其中模拟波束成形器的设计，通常是采用基于码本的波束搜索方法实现。最简单的方法就是波束成形器和合并器分别遍历波束成形码本，选择使得频谱效率最大的最佳波束成形向量和最佳合并向量。需要说明的是，上述混合波束成形方案只是针对窄带通信系统而言，即单载波调制系统。实际的宽带通信系统通常采用多载波调制，如OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)即正交频分复用技术，实际上OFDM是MCM(MultiCarrierModulation，多载波调制)的一种。在OFDM系统中，基带处理主要在频域完成，而射频处理则是针对IFFT(傅里叶反变换)之后的时域OFDM符号进行。因此在OFDM系统中引入混合波束成形技术之后，自然便形成了频域DBF与时域ABF混合的结构。相对于窄带通信系统的单载波而言，OFDM系统采用多载波调制。OFDM系统中混合波束成形的具体实现方案为，根据多个载波经历的信道计算等效信道，设计与单载波系统相同的符号级ABF，然后设计子载波级DBF。如图2所示为OFDM系统混合波束成形结构，每个载波上的Ns个流经过数字预编码后做K点傅里叶反变换(IFFT)，然后加上循环前缀(CP)，过射频链路，通过相移网络与天线相连。用户侧多个接收天线通过相移器网络与射频链路相连，然后去除CP，做K点FFT后做后续基带处理。因此用户的第k个载波上的基带待处理信号可以表示为也就是说，上述OFDM符号级ABF等效于对所有子载波采用同一向量实施模拟波束成形，如果不同子载波之间的相关性较弱，符号级ABF处理会产生明显的容量损失。特别是对于OFDMA系统，多个同时被调度的用户分别占用不同的子载波，各子载波之间的差异明显，符号级ABF的性能下降将更为显著。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置和方法，实现子载波级ABF，避免因子载波间相关性弱，差异较大的情况而引起的符号级ABF性能下降。基于上述目的本专利技术提供一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输方法，包括：将信号p依次经过串并转换器、傅里叶反变换器、加循环前缀器和并串转换器后得到发送端时域样点序列将同时并行经过Nt个信号发送滤波器，实现子载波级模拟波束成形；将每路信号发送滤波器的输出分别由Nt个信号发送天线进行无线发送。进一步，所述方法还包括：通过Nr个信号接收天线接收信号，并将Nr个天线接收的信号分别经过Nr个信号接收滤波器后叠加合并成信号r；将信号r依次经过串并转换器、傅里叶变换器、去循环前缀器和并串转换器后得到接收端频域样点序列p'。其中，所述信号发送滤波器是根据每个子载波各自的信道特性为其选择的波束成形向量确定的：针对每个信号发送滤波器所连接的信号发送天线发送的子载波，确定发送端的最佳波束成形向量；根据所述发送端的最佳波束成形向量确定出时域波束成形滤波器，作为所述信号发送滤波器。其中，所述信号接收滤波器是根据每个子载波各自的信道特性为其选择的波束合并向量确定的：针对每个信号接收滤波器所连接的信号接收天线接收的子载波，确定接收端的最佳波束合并向量；根据所述接收端的最佳波束合并向量确定出时域波束合并滤波器，作为所述信号接收滤波器。本专利技术还提供一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置，包括：位于基站侧的信号发送装置；其中，所述信号发送装置包括：依次串接的串并转换器、傅里叶反变换器、加循环前缀器和并串转换器，用于将信号p转换为发送端时域样点序列Nt个信号发送滤波器，均与所述并串转换器的输出端相连接，用于将同时并行进行Nt路滤波，实现模拟波束成形；Nt个信号发送天线，分别连接于Nt个信号发送滤波器，用于分别将各路信号发送滤波器的输出信号进行无线发送。本专利技术还提供一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置，包括：位于用户侧的信号接收装置；其中，所述信号发送装置包括：Nr个信号接收天线，用于接收无线信号；Nr个信号接收滤波器，每个信号接收滤波器的输入端分别连接一个天线，各信号接收滤波器的输出端相互连接，用于将Nr个天线接收的信号分别经过Nr个信号接收滤波器滤波后叠加合并成信号r；依次串接的串并转换器、傅里叶变换器、去循环前缀器和并串转换器，用于将信号r转换为接收端频域样点序列p'。本专利技术实施例的技术方案中，信号在经由Nt个信号发送天线进行无线发送之前，先并行经过Nt个信号发送滤波器进行子载波级模拟波束成形，从而可以保证不同信道的子载波的符号级ABF性能，从而有效提升系统的频谱效率。而信号发送滤波器是根据每个子载波各自的信道特性为其选择的波束成形向量确定的，也就是说，针对每个子载波各自的信道特性为其选择最佳的ABF向量后设计的信号发送滤波器可以最大限度的保证不同子载波信道的ABF性能。附图说明图1为现有技术中窄带混合波束成形器结构；图2为现有技术中OFDM系统混合波束成形器结构；图3为本专利技术实施例提供的子载波级ABF概念图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置中位于基站侧的信号发送装置的结构图；图5为本专利技术实施例提供的一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输装置中位于用户侧的信号接收装置的结构图；图6为本专利技术实施例提供的一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输方法流程图；图7为本专利技术实施例提供的确定信号发送滤波器方法的流程图；图8为本专利技术实施例提供的确定信号接收滤波器方法的流程图；图9为本专利技术实施例提供的瑞利衰落信道下子载波级ABF与符号级ABF频谱效率比较曲线图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输方法，包括：将信号p依次经过串并转换器、傅里叶反变换器、加循环前缀器和并串转换器后得到发送端时域样点序列

【技术特征摘要】
1.一种基于子载波级模拟波束成形器的信号传输方法，包括：将信号p依次经过串并转换器、傅里叶反变换器、加循环前缀器和并串转换器后得到发送端时域样点序列将同时并行经过Nt个信号发送滤波器，实现子载波级模拟波束成形；将每路信号发送滤波器的输出分别由Nt个信号发送天线进行无线发送。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：通过Nr个信号接收天线接收信号，并将Nr个天线接收的信号分别经过Nr个信号接收滤波器后叠加合并成信号r；将信号r依次经过串并转换器、傅里叶变换器、去循环前缀器和并串转换器后得到接收端频域样点序列p'。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述信号发送滤波器是根据每个子载波各自的信道特性为其选择的波束成形向量确定的：针对每个信号发送滤波器所连接的信号发送天线发送的子载波，确定发送端的最佳波束成形向量；根据所述发送端的最佳波束成形向量确定出时域波束成形滤波器，作为所述信号发送滤波器。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述发送端的最佳波束成形向量确定出时域波束成形滤波器，具体包括：根据如下表达式四、五得到Nt个时域波束成形滤波器，分别为其中，Βk为第k个子载波上的最佳波束成形向量，k＝1,2,...,K；K为子载波个数，F-1表示IFFT。5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述信号接收滤波器是根据每个子载波各自的信道特性为其选择的波束合并向量确定的：针对每个信号接收滤波器所连接的信号接收天线接收的子载波，确定接收端的最佳波束合并向量；根据所述接收端的最佳波束合并向量确定出时域波束合并滤波器，作为所述信号接收滤波器。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述接收端的最佳波束合并向量确...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘丹谱，鄢浩，张志龙，尹长川，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11