具有基于FIR的信道均衡器的无线中继器制造技术

本发明专利技术提出一种包括BS、多个中继器以及多个UE的中继器增强MU‑MIMO无线通信系统，其中，中继器估计系统中的自身与其上部通信节点之间的信道，中继器基于信道系数的估计计算均衡系数，并且中继器应用均衡系数，以减少信道延迟扩展或增加包含BS、UE或中继器的各通信节点之间的信道的相干带宽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有基于FIR的信道均衡器的无线中继器本申请要求2015年5月6日提交的美国临时专利申请No.62/157,471的权益。
本专利技术总体上涉及用于在无线系统中通过有限冲击响应(FIR)滤波器增加无线信道的相干带宽的新颖中继设计。
技术介绍
在移动应用激增的情况下，存在按交错步速对于无线系统的更高吞吐量的增加的需求。给定6GHz以下的有限谱已经是拥挤的，毫米波(mmWave)已经显现为未来第五代(5G)无线系统的有前途的技术[1]。正确地设计的中继器可以在无线系统中起到重要作用。在无线保真(WiFi)或长期演进(LTE)系统中，中继器用于扩展覆盖范围。对于mmWave，中继器的作用基本上是不同的。给定mmWave信号的强无线电传输方向性以及大的反射损耗，中继器对于无缝覆盖是必要的[2]。注意，中继器可以划分为两种类别：放大转发中继器(AFR)和解码转发中继器(DFR)。由于DFR尤其对于多跳转中继器情况引入显著传输延迟，因此AFR增强无线系统提供优于DFR的优点。在[3]中研究中继器的能量效率。在[4]中研究使得中继器的数量最小化并且使得网络效用最大化的问题。在[5]中，开发迭代算法，以用于联合设计接收/发送(Rx/Tx)射频(RF)/基带处理器。在[6]中，说明多跳转中继器可以极大地改进连接性针对单跳转mmWave传输。已经存在关于在无线系统中利用中继器的先前专利技术。然而，较少关注于中继器对无线信道相干带宽的影响。相干带宽意味着其内的所有子载波共享相似信道特性，从而信道估计仅需要对于所有子载波执行一次。在[7]中，说明多跳转中继器将使得信道相干带宽更窄，但并未提出方法以克服这种窄化的相干带宽的问题。较窄相干带宽意味着对信道估计必须花费更多资源(例如导频谱和计算)。本专利技术一个实施例是一种具有基于FIR的信道均衡器以增加无线系统的相干带宽的创新性中继器设计。基于各中继器之间的信道归因于中继器是静态(即，不移动)的导致是缓慢变化的，并且因此具有长相干时间，每个中继器可以使用近来所获得的信道估计自适应地均衡信道。在通过该新颖设计所均衡的信道的情况下，能量敏感用户装备(UE)可以对信道估计花费远更少的资源。例如，在具有4个中继器和100个UE的mmWave系统中，如果4个中继器装配有本专利技术中所提出的FIR滤波器，则所有UE可以在信道估计中节省一半资源。本专利技术另一实施例是在发射机或接收机处通过具有多个天线的波束成形均衡信道。如果发射机天线的数量是Nt并且接收机天线的数量是Nr，则中继器将需要NtNr个FIR滤波器。为了减少尤其关于具有大量天线的系统的复杂度，本专利技术描述一种用于首先执行发射机或接收机波束成形并且然后在每个接收机天线处均衡信道的方法。于是，对于具有Nr个天线的中继器仅需要Nr个FIR滤波器。附图说明图1示出中继器的系统模型。图2示出单天线中继器的系统块。图3示出一个均衡FIR滤波器的结构。图4示出均衡器的时域示例。图5示出针对中继器的不同层的相干带宽的仿真结果。图6示出针对中继器的不同层的误比特率(BER)的仿真结果。图7示出关于不同子载波分组策略的仿真结果。图8示出多入多出(MIMO)中继器的示图。图9示出针对发射机侧波束成形算法的MIMO中继器的功能框图。图10示出针对接收机侧波束成形算法的MIMO中继器的功能框图。图11示出接收机侧迫零(ZF)算法的框图作为示例。图12示出用于MIMO中继器的相干带宽的仿真结果。图13示出没有信道反馈的FIR参数估计的流程图。图14示出具有信道反馈的FIR参数估计的流程图。具体实施方式现将参照附图，其中，相同标号通篇指代相同部分。现在可以描述本专利技术示例性实施例。示例性实施例得以提供以示出本专利技术的各方面，并且不应理解为限制本专利技术的范围。当参照框图或流程图描述示例性实施例时，每个块可以表示方法步骤或用于执行方法步骤的装置元件。取决于实现方式，可以在硬件、软件、固件或其组合中配置对应装置元件。关于一对发射机-接收机基于FIR滤波器的均衡图1中示出中继器的系统模型，其中，基站(BS)1与UE2之间的直接路径受障碍物3阻挡，因此，无线信号通过中继器4传输到UE。用于增加相干带宽的均衡的动机：信道频率选择性可以由相干带宽表征。由于相干带宽内的子载波具有相似信道，因此UE或BS仅需要对于相干带宽内的所有子载波估计信道一次。如果相干带宽是较宽的，则系统可以在信道估计中花费更少的资源(例如导频和计算)。作为LTE系统的示例，存在总共1200个子载波。如果相干带宽是48个子载波，则1200个子载波划分为25个群组，并且每个群组仅需要进行信道估计一次。假设所发送的信号是x(t)，并且通过表示为h(t)的无线信道接收到的信号y(t)表示为：其中，*表示卷积。设hk(t)表示第k，k＝1,2,…K跳转的冲激响应，其中，第一跳转从BS开始，并且最后跳转在UE处结束。如果在信号传输期间不存在中继器，则K＝1。因此，通过K个中继器跳转接收到的信号给出为：y(t)＝x(t)*h1(t)*h2(t)*…*hK(t)＝x(t)*hr(t),(2)其中，表示通过K-1个中继器的总体信道冲激响应。本专利技术一个实施例是图2所示的中继器，其关于每个方向(即下行链路方向和上行链路方向)包括两个天线5、两个带通滤波器6、FIR滤波器7以及放大器8。注意，FIR滤波器可以放置在放大器之后。FIR滤波器设计为均衡无线信道。在图3中示出FIR滤波器的系统块，其包括L-1个延迟器9、L个乘法器10以及一个加法器11，其中，存在L个抽头。接收到的信号y(m)12首先传递到延迟器。然后，滤波器系数w(0),…,w(L-1)通过乘法器应用于所延迟的信号。最后，所滤波的信号通过加法器相加，以生成输出信号14。注意，中继器可以具有其它组件，以具有其它功能。例如，衰减器和相移器可以添加到中继器中，以在路径内部创建互易上行链路和下行链路，如我们的专利申请PCT/US16/13744中所专利技术的那样。假设第i中继器上的FIR滤波器的冲激响应是wi(t),i＝1,…,K-1，那么最终接收到的信号可以写为离散时间形式：其中，y(m)＝y(mTs)，其中，Ts是采样速率。注意，因为最后跳转的目的地hK(m)是接收机，所以不存在对应均衡器。本专利技术另一实施例是用于计算wi(m)的值的方法，如下所示。在第i接收机处，其估计信道hi，然后计算wi，以均衡它。设表示用于估计hi的训练导频。信道hi是频率选择性的原因在于，第i中继器处接收到的信号包括先前数据的某种延迟副本如果y(m)不受先前数据破坏，则并且信道是平坦的。因此，问题实质上是设计滤波器wi从而输出接近在不失一般性的情况下，假设导频信号对于所有中继器是相同的。为了简化，设和分别表示和于是，均衡的目标是选取wi以使得最小化。假设wi具有L个抽头，则，其中：以及为了估计信道，中继器无需对信号进行解码，但需要进行模数采样。类似中继器上的其它RF组件(例如带通滤波器和放大器)，FIR滤波器将引入附加延迟，但其为固定的，并且最大延迟是抽头的长度而且可以设计为保持在总信道的延迟容限内，例如，将循环前缀保持在最大值之下。因此，问题可以定义如下：注意，以上实质上是最小均方估计(MMSE)问题，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MIMO无线通信系统，其包括一个或多个BS、一个或多个中继器以及一个或多个UE，其中，中继器估计系统中的自身与其上部通信节点之间的信道，基于信道的估计计算均衡滤波器或均衡系数，并且将均衡滤波器应用于改进包含一个或多个中继器的通信信道的状况。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.06 US 62/157,4711.一种MIMO无线通信系统，其包括一个或多个BS、一个或多个中继器以及一个或多个UE，其中，中继器估计系统中的自身与其上部通信节点之间的信道，基于信道的估计计算均衡滤波器或均衡系数，并且将均衡滤波器应用于改进包含一个或多个中继器的通信信道的状况。2.如权利要求1所述的系统，其中，改进通信信道的状况包括：增加通信信道的相干带宽。3.如权利要求1所述的系统，其中，改进通信信道的状况包括：减少通信信道的延迟扩展。4.如权利要求1所述的系统，还包括：多个中继器放置在BS的覆盖中，从而它们形成可以包含多于一个的通信节点的层的网络，其中，每个中继器从作为BS或一个或多个中继器的其上部节点接收信号，并且在下行链路传输中将信号发送到作为一个或多个中继器或一个或多个UE的下部节点。5.如权利要求1所述的系统，还包括：通过系统预先定义的或通过控制信息通知的上部节点或下部节点实现两个相邻节点之间的信道的均衡。6.如权利要求1所述的系统，还包括：上部节点将导频发送到下部节点，并且下部节点通过在ADC之后的所采样的接收到的信号计算均衡系数，其中，均衡系数定义为包含多个复数值数的矢量。7.如权利要求6所述的系统，还包括：在TDD无线通信系统的GP中发送导频信号。8.如权利要求6所述的系统，还包括：对于导频传输预留一些OFDM码元，以用于均衡系数估计，其中，当对于导频传输预留OFDM码元时，整个OFDM码元用于导频序列传输。9.如权利要求1所述的系统，其中，计算均衡滤波器包括：计算均衡系数作为求解MMSE类型问题，并且解具有维纳滤波器的形式。10.如权利要求1所述的系统，还包括：下部节点将ADC之后的接收到的导频信号或所估计的均衡系数反馈到上部节点，以用于均衡系数计算，其中，均...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁平，沈君扬，朱登魁，李博宇，
申请(专利权)人：梁平，
类型：发明
国别省市：美国,US