一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法及系统技术方案

本发明专利技术实施例提供一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法及系统,其中，所提供的方法包括：根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计，获得本次数字信息传输的预设信道；根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制，获得调制后的天线阵列；获取待发送的基带信号，对所述基带信号进行数模转换，获得待发送的多流模拟信号；将所述多流模拟信号照射到所述调制后的天线阵列上，通过所述调制后的天线阵列进行相位调整后，在所述预设信道上进行辐射。本发明专利技术提供的方法，采用数字相控电磁表面天线对模拟信号进行相位调整后，在预设的信道上进行发射，可以在相同性能的前提下，大幅降低系统功耗与成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法及系统
本专利技术实施例涉及通信
，尤其涉及一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法及系统。
技术介绍
随着全球移动互联网以及物联网技术的迅猛发展，业务需求量已经呈现爆炸式增长。目前已经实际部署的第四代移动通信系统(4G)将难以满足未来十年用户对通信网络容量增加千倍的巨大需求。为了满足如此迅速的网络容量增长以及绿色通信的核心理念，世界各个通信强国已逐渐把目光转向了第五代移动通信系统(5G)。5G的主要技术挑战就是如何大幅提高无线资源的频谱效率来满足十年千倍的容量需求。大规模多输入多输出(multi-inputmulti-output，MIMO)技术则被公认为是攻克这一挑战的关键技术之一。通过配置超大规模天线阵列(比如256根天线)，大规模MIMO技术可以引入更多额外的空间自由度来显著提高系统的频谱效率。自2010年提出以来，大规模MIMO技术已经成为了学术界与工业界的研究热点，并已经在最新的3GPPR15标准中正式采纳为5G的物理层技术。然而，目前实现大规模MIMO技术仍面临着技术上的一些挑战，其中之一，就如如何降低系统所需的射频数量。在传统的全数字MIMO结构中，每一根天线需要一个专用射频链路(包括混频器，数模转换器等等)来支持，其功耗往往很大，且价格不菲。如果直接将传统结构应用到配置成百上千根天线的大规模MIMO系统中，则将需要庞大的射频网络，其功耗与成本将无法接受。比如，一个配备256根天线的大规模MIMO基站，其仅射频网络部分的功耗就将高达128瓦，而目前4G系统中微蜂窝基站的总功耗也不过十几瓦。为了降低系统的射频数量，缓解高功耗高成本这一瓶颈问题，最近有两种新型大规模MIMO系统被提出。第一种为基于相控天线的大规模MIMO系统(参考O.ElAyach,S.Rajagopal,S.Abu-Surra,Z.Pi,andR.Heath,“SpatiallysparseprecodinginmillimeterwaveMIMOsystems,”IEEETrans.WirelessCommun.,vol.13,no.3,pp.1499-1513,Mar.2014)。该系统将传统的高维全数字信号处理分解为两步，即先进行高维的模拟信号处理(由移相网络实现)获得阵列增益，再经由少量射频采样后，在基带进行低维数字信号处理以消除数据流间干扰。该系统可获得准最优的性能，然而该系统需要大量高分辨率移相器以及复杂的功率分流器等连接模块，其功耗与成本仍然较为可观。第二种为基于透镜天线的大规模MIMO系统(参考J.Brady,N.Behdad,andA.M.Sayeed,“BeamspaceMIMOformillimeter-wavecommunications:Systemarchitecture,modeling,analysis,andmeasurements,”IEEETrans.Ant.andPropag.,vol.61,no.7,pp.3814–3827,Jul.2013)。该系统利用透镜，可以将不同来波方向上的信号聚焦在不同的天线上，从而实现空间傅里叶变换的作用，并将传统空间域信道转换为波束域。然而，基于透镜天线的大规模MIMO系统中采用的透镜由于材料原因，体积大成本高，十分不利于集成化。现有的MIMO系统中，仍然在射频部分功耗较高，同时使用的器材仍然存在成本过高，体积过大等问题，使得MIMO系统难以进行实际应用。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法及系统，用以解决现有技术中存在射频部分功耗较高，同时使用的器材仍然存在成本过高，体积过大，使得MIMO系统难以进行实际应用的问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法，包括：根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计，获得本次数字信息传输的预设信道；根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制，获得调制后的天线阵列；获取待发送的基带信号，对所述基带信号进行数模转换，获得待发送的多流模拟信号；将所述多流模拟信号照射到所述调制后的天线阵列上，通过所述调制后的天线阵列进行相位调整后，在所述预设信道上进行辐射；其中，所述天线阵列包含电磁表面天线。其中，所述根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计的步骤，具体包括：根据导频信号、上一次迭代中获得的信道矩阵和上一次迭代中获得的字典矩阵，通过压缩感知算法估计本次迭代中的信道；根据所述本次迭代中的信道，获得本次迭代中的信道矩阵和本次迭代中的字典矩阵。其中，所述通过压缩感知算法估计本次迭代中的信道的步骤还包括：若所述本次迭代中的信道精度满足预设精度或本次迭代次数达到预设次数，则将本次迭代中的信道作为预设信道。其中，所述根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制的步骤，具体包括：对模拟波束赋型矩阵的每一个元素的取值设置初始概率分布，其中所述模拟波束赋型矩阵的每一个元素仅有有限个离散取值；根据上一次迭代中获得的概率分布，生成多个本次迭代中的模拟波束赋型矩阵，并根据每一个所述本次迭代中的模拟波束赋型矩阵计算对应的数字波束赋型矩阵，将每一对本次迭代中的模拟波束赋型矩阵和对应的数字波束赋型矩阵称为一个候选解；计算每一个所述候选解的代价函数，选择多个候选解作为精英解，利用所述精英解获得本次迭代中的概率分布，同时获得本次迭代中的模拟波束赋型矩阵。其中，所述同时获得本次迭代中的模拟波束赋型矩阵的步骤之后还包括：判断获知迭代次数等于预设迭代次数，将所述本次迭代中的模拟波束赋型矩阵作为所述波束赋型矩阵。其中，所述天线阵列包括馈源和电磁表面天线；所述待发送的多流模拟信号经过所述馈源后，照射到所述电磁表面天线上，进而对所述多流模拟信号进行相位调整。其中，所述电磁表面天线通过多个PIN二极管组成。第二方面，本专利技术实施例提供一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输系统，包括：信道估计模块，用于根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计，获得本次数字信息传输的预设信道；波束赋型模块，用于根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制；数模转换模块，用于获取待发送的基带信号，对所述基带信号进行数模转换，获得待发送的多流模拟信号；天线模块，用于将所述多流模拟信号照射到所述天线阵列上，通过所述天线阵列进行相位调整后，在所述预设信道上进行辐射。第三方面，本专利技术实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理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如上述第一方面所提供的基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述第一方面所提供的基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法的步骤。本专利技术实施例提供的基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法及系统，采用数字相控电磁表面天线对模拟信号进行相位调整后，在预设的信道上进行发射，相比于传统的MIMO系统，可以在相同性能的前提下，大幅降低系统功耗与成本，同时天线阵列集成了移相与辐射功能一体，不需要单独的移相单元与辐射单元，简化了天线结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法,其特征在于，包括：根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计，获得本次数字信息传输的预设信道；根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制，获得调制后的天线阵列；获取待发送的基带信号，对所述基带信号进行数模转换，获得待发送的多流模拟信号；将所述多流模拟信号照射到所述调制后的天线阵列上，通过所述调制后的天线阵列进行相位调整后，在所述预设信道上进行辐射；其中，所述天线阵列包含电磁表面天线。

【技术特征摘要】
1.一种基于数字相控电磁表面天线的数字传输方法,其特征在于，包括：根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计，获得本次数字信息传输的预设信道；根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制，获得调制后的天线阵列；获取待发送的基带信号，对所述基带信号进行数模转换，获得待发送的多流模拟信号；将所述多流模拟信号照射到所述调制后的天线阵列上，通过所述调制后的天线阵列进行相位调整后，在所述预设信道上进行辐射；其中，所述天线阵列包含电磁表面天线。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据导频信号，对本次数字信息传输进行信道估计的步骤，具体包括：根据导频信号、上一次迭代中获得的信道矩阵和上一次迭代中获得的字典矩阵，通过压缩感知算法估计本次迭代中的信道；根据所述本次迭代中的信道，获得本次迭代中的信道矩阵和本次迭代中的字典矩阵。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过压缩感知算法估计本次迭代中的信道的步骤还包括：若所述本次迭代中的信道精度满足预设精度或本次迭代次数达到预设次数，则将本次迭代中的信道作为预设信道。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述预设信道，通过波束赋型矩阵对天线阵列进行调制的步骤，具体包括：对模拟波束赋型矩阵的每一个元素的取值设置初始概率分布，其中所述模拟波束赋型矩阵的每一个元素仅有有限个离散取值；根据上一次迭代中获得的概率分布，生成多个本次迭代中的模拟波束赋型矩阵，并根据每一个所述本次迭代中的模拟波束赋型矩阵计算对应的数字波束赋型矩阵，将每一对本次迭代中的模拟波束赋型矩阵和对应的数字波束赋型矩阵称为一个候选解；计算每一个所述候选解的代价函...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴凌龙，高昕宇，王碧钗，许慎恒，杨帆，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11