一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法技术

本发明专利技术提供一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，该方法适用于终端与基站之间的上行信道的数据传输，包括：步骤1，终端生成并发送导频序列至基站，导频序列被分割为两个长度相等的导频子序列；步骤2，基站分别根据接收到的每一个导频符号进行信道估计，并根据每个信道估计的结果分别生成导频子序列的多天线合并向量；步骤3，基站根据每一个多天线合并向量，对接收到的高阶调制信号分别进行多天线合并，并根据所有多天线合并的结果以及预设相位差，获得中间结果的相位和幅度，进而得到高阶调制信号的检测结果。通过本发明专利技术的技术方案，降低了低比特量化massive MIMO系统中高阶信号调制时产生的相位误差，提高了实际信道估计的精度。

A Method of Reducing Phase Error in High-order Modulation with Low Bit Quantization

【技术实现步骤摘要】
一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法。
技术介绍
大规模多输入多输出(massivemultiple-inputmultiple-output,massiveMIMO)系统已成为提高第五代蜂窝系统(5G)系统吞吐量所需的关键技术。然而，massiveMIMO系统潜在的高功耗，尤其是射频链路的功耗已成为限制其实际应用的瓶颈。为了降低MassiveMIMO系统射频链路的功耗，使用低比特量化的数模转换器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)模块是一种解决方案。然而，低比特量化会造成信号幅度和相位信息的损失，量化后的信号与量化前的信号之间差别非常大，最终会造成信号解调性能严重下降。特别是在实际信道估计时，相位信息会产生显著的偏差，对高阶相位调制的解调性能造成严重的损失。其中，实际信道估计的精度依赖于导频序列(由一系列导频符号组成)的长度，当导频序列长度足够长时可以抵消实际信道估计的误差。而现有技术中，虽然可以通过增加用于实际信道估计的导频序列的长度，来降低实际信道估计误差对高阶调制信号的检测产生的影响。但是，由于在无线通信中可用的时频资源有限，增加导频序列的长度会导致导频开销过大，用于传输实际有用的数据信号的时频资源减少，造成有效吞吐量的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法。根据本专利技术的技术方案，提供了一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，方法适用于大规模多输入多输出系统中、终端与基站之间的上行信道的数据传输，基站设置有多根天线，方法包括：步骤1，终端生成并发送导频序列至基站，导频序列被分割为两个长度相等的导频子序列，两个导频子序列之间具有预设相位差，导频子序列中至少包含一个导频符号；步骤2，基站分别根据接收到的每一个导频子序列中的每一个导频符号进行信道估计，并根据每个信道估计的结果分别生成与每一个导频子序列中的每一个导频符号对应的多天线合并向量；步骤3，基站根据每一个多天线合并向量，对接收到的高阶调制信号分别进行多天线合并，并根据所有多天线合并的结果以及预设相位差计算中间结果，获取中间结果的相位和幅度，再根据获取到的中间结果的相位和幅值，计算高阶调制信号的检测结果。在本专利技术的一个实施例中，步骤1中的导频序列为Ψ＝[Ψ1,Ψ2,…,ΨL]，其长度为L，可以将其拆分为长度均为L/2的两个导频子序列Ψ1＝[Ψ1,1,Ψ1,2,…,Ψ1,L/2]与Ψ2＝[Ψ2,1,Ψ2,2,…,Ψ2,L/2]，且两个导频子序列之间满足关系：Ψ2＝Ψ1ejε,其中ε表示两个导频子序列之间的预设相位差。在本专利技术的一个实施例中，步骤2中多天线合并向量aij的计算公式为：式中，Q(·)为1比特量化函数，为第i个导频子序列中第j个导频符号Ψi,j对应的信道估计值，i＝1，2，j＝1，2，…，L/2，h为上行信道复向量，上行信道复向量h的维度为N×1，ρP为导频功率，NP,i,j为第i个导频子序列中第j个导频符号Ψi,j导频传输阶段的噪声，为导频符号Ψi,j的共轭转置矩阵。在本专利技术的一个实施例中，步骤3中多天线合并对应的计算公式为：式中，为利用第i个导频子序列中第j个导频符号Ψi,j对高阶调制信号xt进行多天线合并的结果，hn为上行信道复向量h中的第n个元素，NP,i,j,n为噪声NP,i,j中的第n个元素，(.)*为共轭运算，ρU为终端发送高频调制信号的传输功率，wt,n为数据传输阶段噪声wt中的第n个元素。在本专利技术的一个实施例中，步骤1中预设相位差为π/4。在本专利技术的一个实施例中，步骤3中计算中间结果的相位，包括：将第一个导频子序列对应的多天线合并结果的相位设为第一组相位结果，将第二个导频子序列对应的多天线合并结果的相位设为第二组相位结果，计算第一组相位结果中的第g个相位结果(g＝1，2，…，L/2，依次对应于第1个导频子序列中的第j个导频符号Ψ1,j)和第二组相位结果中的第f个相位结果(f＝1，2，…，L/2，依次对应于第2个导频子序列中的第j个导频符号Ψ2,j)的算数平均值，将该算数平均值记作中间结果的第k个相位(k＝1，2，…，L/2)。在本专利技术的一个实施例中，步骤3中计算中间结果的幅度，包括：将第一个导频子序列对应的多天线合并结果的幅度设为第一组幅度结果，将第二个导频子序列对应的多天线合并结果的幅度设为第二组幅度结果，计算第一组幅度结果中的第g个幅度结果(g＝1，2，…，L/2，依次对应于第1个导频子序列中的第j个导频符号Ψ1,j)和第二组幅度结果中的第f个幅度结果(f＝1，2，…，L/2，依次对应于第2个导频子序列中的第j个导频符号Ψ2,j)的算数平均值，将该算数平均值记作中间结果的第k个幅度(k＝1，2，…，L/2)。在本专利技术的一个实施例中，步骤3中计算中间结果的幅度，包括：将第一个导频子序列对应的多天线合并结果的幅度设为第一组幅度结果，将第二个导频子序列对应的多天线合并结果的幅度设为第二组幅度结果，计算第一组幅度结果中的第g个幅度结果(g＝1，2，…，L/2，依次对应于第1个导频子序列中的第j个导频符号Ψ1,j)和第二组幅度结果中的第f个幅度结果(f＝1，2，…，L/2，依次对应于第2个导频子序列中的第j个导频符号Ψ2,j)的几何平均值，将该几何平均值记作中间结果的第k个幅度(k＝1，2，…，L/2)。在本专利技术的一个实施例中，步骤3中根据获取到的中间结果的相位和幅值，计算高阶调制信号的检测结果，包括：对获取到的中间结果(其个数与导频子序列的长度相等)进行统计平均，将该统计平均结果作为当前传输的高阶调制信号的检测结果。在本专利技术的一个实施例中，基站采用最小二乘信道估计的方法，进行信道估计。在本专利技术的一个实施例中，基站进行信道估计之前，对接收到的导频符号进行1比特数模转换。另一方面，本专利技术提供一种大规模多输入多输出系统，其特征在于，所述大规模多输入多输出系统采用低比特量化方式进行信号调制，并且，在进行低比特量化的高阶调制时，采用所述的方法进行信号调制。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：在不增加额外导频开销的前提下，本专利技术设计导频序列、信道估计和信号合并方法，显著降低了低比特量化massiveMIMO系统中高阶信号调制时产生的相位误差，提高了实际信道估计的精度，降低了高阶相位调制的解调性能损失，同时有利于提高有效吞吐量。附图说明以下附图仅对本专利技术作示意性的说明和解释，并不用于限定本专利技术的范围，其中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法的示意流程图；图2示出了根据本专利技术一个实施例的多天线合并后结果与原始信号之间的相位差的仿真图；图3示出了根据本专利技术一个实施例的相位误差对比仿真图；图4示出了根据本专利技术一个实施例的16PSK信号的解调后的误比特率对比仿真图；图5示出了根据本专利技术一个实施例的64PSK信号的解调后的误比特率对比仿真图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案、设计方法及优点更加清楚明了，以下结合附图通过具体实施例对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，其特征在于，所述方法适用于低比特量化的大规模多输入多输出系统中、终端与基站之间的上行信道的数据传输，所述基站设置有多根天线，所述方法包括：步骤1，所述终端生成并发送导频序列至所述基站，所述导频序列被分割为两个长度相等的导频子序列，两个所述导频子序列之间具有预设相位差，所述导频子序列中至少包含一个导频符号；步骤2，所述基站分别根据接收到的每一个所述导频子序列中的每一个所述导频符号进行信道估计，并根据每个信道估计的结果分别生成与每一个导频子序列中的每一个导频符号对应的多天线合并向量；步骤3，所述基站根据每一个所述多天线合并向量，对接收到的高阶调制信号分别进行多天线合并，并根据所有多天线合并的结果以及所述预设相位差计算中间结果，获取所述中间结果的相位和幅度，再根据获取到的所述中间结果的相位和幅值，计算所述高阶调制信号的检测结果。

【技术特征摘要】
1.一种在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，其特征在于，所述方法适用于低比特量化的大规模多输入多输出系统中、终端与基站之间的上行信道的数据传输，所述基站设置有多根天线，所述方法包括：步骤1，所述终端生成并发送导频序列至所述基站，所述导频序列被分割为两个长度相等的导频子序列，两个所述导频子序列之间具有预设相位差，所述导频子序列中至少包含一个导频符号；步骤2，所述基站分别根据接收到的每一个所述导频子序列中的每一个所述导频符号进行信道估计，并根据每个信道估计的结果分别生成与每一个导频子序列中的每一个导频符号对应的多天线合并向量；步骤3，所述基站根据每一个所述多天线合并向量，对接收到的高阶调制信号分别进行多天线合并，并根据所有多天线合并的结果以及所述预设相位差计算中间结果，获取所述中间结果的相位和幅度，再根据获取到的所述中间结果的相位和幅值，计算所述高阶调制信号的检测结果。2.根据权利要求1所述的在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，其特征在于，步骤2中多天线合并向量aij的计算公式为：式中，Q(·)为1比特量化函数，为第i个导频子序列中第j个导频符号Ψi,j对应的信道估计值，i＝1，2，j＝1，2，…，L/2，h为上行信道复向量，上行信道复向量h的维度为N×1，ρP为导频功率，NP,i,j为第i个导频子序列中第j个导频符号Ψi,j导频传输阶段的噪声，为导频符号Ψi,j的共轭转置矩阵。3.根据权利要求2所述的在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，其特征在于，步骤3中多天线合并对应的计算公式为：式中，为利用第i个导频子序列中第j个导频符号Ψi,j对高阶调制信号xt进行多天线合并的结果，hn为上行信道复向量h中的第n个元素，NP,i,j,n为噪声NP,i,j中的第n个元素，(·)*为共轭运算，ρU为终端发送高频调制信号的传输功率，wt,n为数据传输阶段噪声wt中的第n个元素。4.根据权利要求1至3中任一项所述的在低比特量化的高阶调制中降低相位误差的方法，其特征在于，所述预设相位差为π/4。5.根据权利要求4所述的在低比特量...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙布勒，周一青，刘玲，原进宏，石晶林，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11