本公开提供了一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构及方法,包括:多个子阵列;每个子阵列包括:数字域部分,根据反馈信号对输入信号进行预失真处理,得到预失真信号;模拟域部分,包括:模拟波束成形网络、发射单元、近场反馈单元或远场反馈单元、反馈信号综合器;模拟波束成形网络对预失真信号进行处理;发射单元发射处理后的预失真信号;近场反馈单元或远场反馈单元接收发射单元的发射信号,生成接收信号;反馈信号综合器接收近场反馈单元或远场反馈单元的接收信号,得到反馈信号并发送给数字域部分。
Digital predistortion structure for hybrid large-scale MIMO arrays based on spatial feedback
【技术实现步骤摘要】
基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构
本公开涉及移动通信
,尤其涉及一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构及方法。
技术介绍
由于频谱资源的不可再生性,在现代通信系统中,频谱资源是最紧张和稀缺的资源之一。近年来,随着科技水平和生活水平的不断进步,人们对通信容量和传输速率提出了更高的需求。为了在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下,成倍提高系统的信道容量,充分利用空间资源的多输入多输出(MIMO)技术成为了目前4G移动通信的核心技术。在下一代(5G)移动通信系统中,将采用大规模MIMO技术以进一步扩大空间自由度,从而提高系统容量、频谱效率和传输速率。功率放大器(PA)作为射频前端中最耗能的器件之一,它的性能优劣直接影响着整个发射机效率。在现代通信系统中,一般采用CDMA、OFDM等高阶调制方式,这些调制方式在提高频谱效率的同时,也产生了高峰均比(PAPR)问题。射频功放在放大非恒包络信号时,由于在信号功率动态范围内功放增益特性不一致,将在输出中叠加产生非线性失真,恶化通信质量。通常情况下,射频功放往往工作在饱和区附近以保证高效率的输出,此时功放带来的失真将更加严重,不仅恶化自身的通信质量,甚至会对邻近用户造成干扰。因此,必须采用有效的功放线性化技术以缓和效率和线性度的矛盾。数字预失真(DPD)技术是目前基站中最常用的PA线性化技术,其结构如图1所示。基于精确的行为建模,DPD可以预测PA的非线性失真,并通过添加适当的校正信号来消除它们。在基本的DPD模块中,需要反馈回路采集功放的输出信号,并在基带数字域对传输信号进行处理。因此,应用传统DPD技术的最基本条件是数字通道数量和功放数量相同,能够保证预失真器、功放及反馈回路的一一对应关系。在即将到来的5G时代,大规模MIMO技术将成为5G关键技术之一。综合考虑成本和系统效率,基于混合架构的大规模MIMO系统具有十分光明的应用前景。图2为基于混合架构的大规模MIMO系统架构示意图。在混合大规模MIMO阵列中,一路数字流对应一个模拟波束成形阵列,通过大规模天线阵列的高增益产生强定向性波束,实现空间复用。然而,在混合大规模MIMO系统中,数字预失真技术的应用面临着挑战——预失真器和反馈链路的配置问题。一方面,由于射频功放数量远大于数字信号流数,传统DPD技术中数字预失真器和功放的一一对应关系无法保证。为了解决这一问题,提出了波束定向数字预失真技术(BO-DPD)(参见X.Liuetal.,“Beam-OrientedDigitalPredistortionfor5GMassiveMIMOHybridBeamformingTransmitters,”IEEETrans.Microw.TheoryTechn.,vol.66,no.7,pp.3419-3432,July2018.),针对子阵列波束方向的合成信号进行线性化。BO-DPD方案能够有效解决混合波束成形阵列中预失真器的配置问题,然而,该方案需要复杂的反馈链路和信号处理算法,如图3所示,BO-DPD方案需要为每个功放输出端配置反馈链路。在5G技术绿色、小型化、高集成度的要求下,在大规模MIMO阵列的设计中,射频功放和天线往往集成在同一芯片中,去掉功放和天线之间笨重的耦合器、隔离器已成定局。如何配置反馈链路是混合波束成形系统中DPD技术应用面临的另一挑战。在目前的已发表文献中,针对混合大规模MIMO系统的数字预失真方案成果较少,并且都采用了复杂的为每个单元配置反馈或简单的配置个别单元反馈的方式,前者在实际系统难以实现,后者则由于无法采集所有功放的输出信息,造成非线性信息缺失而影响DPD算法性能。公开内容(一)要解决的技术问题针对混合波束成形大规模MIMO系统中数字预失真方案的反馈实现问题,本公开提出了一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构及方法,根据阵列结构的对称性,利用少量反馈天线采集阵列功放的非线性信息,重建并线性化阵列主波束信号。(二)技术方案本公开提供了一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构,包括:多个子阵列;每个子阵列包括:数字域部分,根据反馈信号对输入信号进行预失真处理,得到预失真信号;模拟域部分,包括:模拟波束成形网络、发射单元、近场反馈单元或远场反馈单元、反馈信号综合器;模拟波束成形网络对预失真信号进行处理;发射单元发射处理后的预失真信号;近场反馈单元或远场反馈单元接收发射单元的发射信号,生成接收信号;反馈信号综合器接收近场反馈单元或远场反馈单元的接收信号,得到反馈信号并发送给数字域部分。在本公开的实施例中,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元中的一路天线单元作为近场反馈单元,剩余N-1路天线单元作为发射单元。在本公开的实施例中,通过控制模拟波束成形网络的权重;近场反馈单元的接收信号由N-1路发射单元的功率放大器的输出信号的同相叠加构成;反馈信号综合器将近场反馈单元的接收信号作为反馈信号。在本公开的实施例中,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元均作为发射单元,另设一路位于子阵列远场区的反馈单元,作为远场反馈单元。在本公开的实施例中,远场反馈单元的接收信号由N路发射单元的功率放大器的输出信号的同相叠加构成;反馈信号综合器将远场反馈单元的接收信号作为反馈信号。在本公开的实施例中,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元中的位置对称的多路天线单元作为近场反馈单元,剩余的天线单元作为发射单元。在本公开的实施例中,通过模拟波束成形网络调节各路发射单元功率放大器输入信号的相位,使每路近场反馈单元的接收信号为各路发射单元功率放大器的输出信号的同相叠加;反馈信号综合器将各路近场反馈单元的接收信号相加,得到反馈信号。在本公开的实施例中,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元均作为发射单元,另设多路位于子阵列远场区的反馈单元,作为远场反馈单元。在本公开的实施例中,无需调节模拟波束成形网络使波束指向反馈单元;反馈信号综合器将各路远场反馈单元的接收信号发给数字域部分的反馈信号处理与主波束信号近似处理器;当各路反馈单元的接收信号的强度差异大时,反馈信号处理与主波束信号近似处理器将强度最大的一路反馈单元的接收信号近似为主波束信号,或将较大的若干路反馈单元的接收信号相加,相加结果近似为主波束信号;当各路反馈单元的接收信号的强度相仿时,反馈信号处理与主波束信号近似处理器将各路反馈单元的接收信号相加,相加结果近似为主波束信号。本公开还提供了一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真方法,包括:数字域部分根据反馈信号对输入信号进行预失真处理,得到预失真信号;模拟波束成形网络对预失真信号进行处理;发射单元发射处理后的预失真信号;近场反馈单元或远场反馈单元接收发射单元的发射信号,生成接收信号;反馈信号综合器接收近场反馈单元或远场反馈单元的接收信号,得到反馈信号并发送给数字域部分。(三)有益效果本公开采用空域分集反馈的方式,进一步改进了波束定向数字预失真(BO-DPD)方案,具体表现为省略了每路功放输出端的复杂反馈链路,利用少数反馈单元可以耦合所需功放非线性信息。此外,对反馈信号进行简单的合成处理即可本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构,包括:多个子阵列;每个子阵列包括:数字域部分,根据反馈信号对输入信号进行预失真处理,得到预失真信号;模拟域部分,包括:模拟波束成形网络、发射单元、近场反馈单元或远场反馈单元、反馈信号综合器;模拟波束成形网络对预失真信号进行处理;发射单元发射处理后的预失真信号;近场反馈单元或远场反馈单元接收发射单元的发射信号,生成接收信号;反馈信号综合器接收近场反馈单元或远场反馈单元的接收信号,得到反馈信号并发送给数字域部分。
【技术特征摘要】
1.一种基于空域反馈的面向混合大规模MIMO阵列的数字预失真结构,包括:多个子阵列;每个子阵列包括:数字域部分,根据反馈信号对输入信号进行预失真处理,得到预失真信号;模拟域部分,包括:模拟波束成形网络、发射单元、近场反馈单元或远场反馈单元、反馈信号综合器;模拟波束成形网络对预失真信号进行处理;发射单元发射处理后的预失真信号;近场反馈单元或远场反馈单元接收发射单元的发射信号,生成接收信号;反馈信号综合器接收近场反馈单元或远场反馈单元的接收信号,得到反馈信号并发送给数字域部分。2.如权利要求1所述的数字预失真结构,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元中的一路天线单元作为近场反馈单元,剩余N-1路天线单元作为发射单元。3.如权利要求2所述的数字预失真结构,通过控制模拟波束成形网络的权重;近场反馈单元的接收信号由N-1路发射单元的功率放大器的输出信号的同相叠加构成;反馈信号综合器将近场反馈单元的接收信号作为反馈信号。4.如权利要求1所述的数字预失真结构,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元均作为发射单元,另设一路位于子阵列远场区的反馈单元,作为远场反馈单元。5.如权利要求4所述的数字预失真结构,远场反馈单元的接收信号由N路发射单元的功率放大器的输出信号的同相叠加构成;反馈信号综合器将远场反馈单元的接收信号作为反馈信号。6.如权利要求1所述的数字预失真结构,模拟域部分包括:N路天线单元,N路天线单元中的位置对称的多路天线单元作为近场反馈单元,剩...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈文华,刘昕,
申请(专利权)人:清华大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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