一种导频序列生成方法及相应的信号发射接收方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种导频序列生成方法以及相应的信号发射接收方法和装置，所述导频序列生成方法用于在低比特量化massive MIMO系统中的导频序列生成，所述方法包括，生成预定长度的导频序列，使得所生成导频序列的相位序列满足预定条件。按照这种方法所生成的导频序列在用于进行信号传输时，可以获得更低的误差、更高的数据传输精度。

A method of generating pilot sequence and corresponding method and device of transmitting and receiving signal

【技术实现步骤摘要】
一种导频序列生成方法及相应的信号发射接收方法和装置
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及低比特量化massiveMIMO系统中的导频序列设计方法以及相应的信号发送和接收方法和装置。
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。在上行系统中，未来的massiveMIMO基站将使用数百根天线，且每根天线需要配置一条射频链路，其中包含2个分别处理同相信号和正交信号的数模转换器(AnalogtoDigitalConverter,ADC)模块。数据表明，ADC是射频链路中功耗最大的器件，其功耗随着采样率呈线性增长，随着ADC分辨率呈指数增长。为了降低MassiveMIMO系统射频链路的功耗，使用低比特量化的ADC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。在理想信道估计下，借助massiveMIMO的多天线分集，在进行大规模天线的信号合并后可以正确还原信号的相位信息，虽然幅度信息仍有丢失，仍然可以实现16PSK，64PSK，256PSK等高阶相位调制的准确解调，有效缓解低比特量化造成的性能损失(参见S.Jacobsson,G.Durisi,M.Coldrey,U.Gustavsson和C.Studer发表于IEEETransactionsonWirelessCommunicationsvol.16,no.6,June2017的文章"ThroughputAnalysisofMassiveMIMOUplinkWithLow-ResolutionADCs"。然而，当使用实际信道估计时，相位信息也会产生显著的偏差(产生检测信号相位误差)，对高阶调制信号的解调性能造成严重的损失。在现有研究中，低比特量化的massiveMIMO系统中所使用的导频序列一般使用LTE系统中指定的Zadoff-Chu序列，要想获得较好的检测性能导频长度都比较长，一般使用大于10符号/用户的导频长度配置。但是在实际系统中导频序列长度不宜过长，这是因为在无线通信中时频资源有限，增加导频长度虽然可以提高信道估计精度，但是同时减少了用于数据传输的可用时频资源，反而会降低有效吞吐量。因此，有必要设计较短的导频序列降低检测信号相位误差，进而提高传输准确度。现有导频序列没有考虑到低比特量化导致的检测相位误差问题，只是通过增加用于信道估计的导频序列的长度来降低信道估计误差对高阶调制信号的检测产生的影响。由于在无线通信中可用的时频资源有限，使用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，最终造成有效吞吐量下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决(克服)上述现有技术所需的导频序列过长，短导频序列时检测性能低的问题。针对该问题，本专利技术提出了一种导频序列生成方法及相应的信号发射接收方法和装置。本专利技术提出了最优的导频序列设计方法，可以获得任意长度时最小化累积绝对检测信号相位误差的导频序列，可以在低比特量化的massiveMIMO系统中更加高效地支持高阶调制信号的传输。本申请的专利技术人在进行低比特量化massiveMIMO系统中的高阶调制相关研究时，发现当导频序列长度为1时，利用该导频符号获得的信道估计进行多天线信号合并，合并后结果的相位与原始信号之间的相位差并不是固定值，是原始信号相位与导频相位的差值的周期函数，周期为该检测信号相位误差可通过傅里叶级数展开为关于原始信号相位与导频相位的差值的sin级数。同时，合并后的结果的幅度也是一个关于原始信号相位的周期函数，周期同为该检测信号的幅度也可通过傅里叶级数展开为关于原始信号相位与导频相位的差值的cos级数。而导频序列长度大于1时，使用该导频序列获得的信道估计，进行多天线合并后的检测信号相位误差是基于每个导频符号的检测信号相位误差的加权和，权重与基于每个导频符号的检测信号幅度成正比。基于上述获得的导频序列长度大于1时的检测信号相位误差结果，以最小化累积绝对检测信号相位误差为优化目标，以导频序列为优化变量，进行最优导频序列的求解，专利技术人最终得出了任意导频序列长度下的最优导频序列的生成方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种导频序列生成方法，其用于低比特量化大规模MIMO系统中，包括，生成长度为TP的导频序列使得所述导频序列的相位序列满足下述关系：其中，i＝1,2,...,TP，TP为正整数。在一种优选实现方式中，所述方法包括对所述导频序列进行整体移相，以获得新的导频序列；或者所述方法包括对所述导频序列中各导频符号的顺序进行交换，以获得新的导频序列。在另一种优选实现方式中，所述导频序列中的每个导频符号的幅度均为1。在另一种优选实现方式中，所述导频序列的长度所述导频序列的长度大于等于2、3、4或5，小于等于6、7、8、9或10。根据本专利技术的另一方面，提供一种无线信号发射方法，所述方法包括：(1)按照上述方法生成导频序列并发送；(2)对目标数据进行高阶信号调制并发送。根据本专利技术的另一方面，提供一种无线信号接收方法，所述信号接收方法包括：(1)利用多个天线接收发射端发送的导频序列，其中所述导频序列为采用上述方法生成；(2)基于所述导频序列进行信道估计；(3)接收所述发送端发送的相应高阶调制数据；(4)根据所述信道估计对接收到的数据进行多天线合并和解调。在另一种优选实现方式中，所述方法还包括：对每个天线所接受到的信号进行比特量化。根据本专利技术的另一方面，提供一种无线信号发射装置，所述信号发射装置包括至少一个发射天线，其特征在于，所述无线信号发射装置在进行信号发射时，采用上述的方法进行导频序列生成。根据本专利技术的另一方面，提供一种无线信号接收装置，所述无线信号接收装置包括多个接收天线，其特征在于，所述无线信号接收装置用于接收采用上述的方法生成的导频序列，并基于所述导频序列进行信道估计。根据本专利技术的另一方面，提供一种信号收发系统，其特征在于，所述信号收发系统包含上述的无线信号发射装置以及上述的无线信号接收装置。在另一种实现方式中，所述方法还包括基于下述公式进行相位误差Δt(在天线数无穷、信噪比无穷时的渐进理论结果，在实际系统中虽然无法完全满足天线数无穷、信噪比无穷的条件，但在大规模天线高信噪比时可用作指导)的计算，其中atan()表示反正切函数，表示与第i个导频符号对应的多天线合并信号的幅度，Δt,i表示与第i个导频符号对应的多天线合并信号的相位，b0＝1.275是一个常量，基于该公式，以导频相位序列β为优化变量，以最小化累积绝对检测信号相位误差为优化目标，确定所述导频序列。在另一种实现方式中，所述导频序列的长度小于等于5符号/用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导频序列生成方法，其用于低比特量化大规模MIMO系统中，其特征在于，所述方法包括，生成长度为T

【技术特征摘要】
1.一种导频序列生成方法，其用于低比特量化大规模MIMO系统中，其特征在于，所述方法包括，生成长度为TP的导频序列使得所述导频序列的相位序列满足下述关系：其中，i＝1,2,...,TP，TP为正整数。


2.根据权利要求1所述的导频序列生成方法，其特征在于，所述方法包括对所述导频序列进行整体移相，以获得新的导频序列；
或者所述方法包括对所述导频序列中各导频符号的顺序进行交换，以获得新的导频序列。


3.根据权利要求1所述的导频序列生成方法，其特征在于，所述导频序列中的每个导频符号的幅度均为1。


4.根据权利要求1所述的导频序列生成方法，其特征在于，所述导频序列的长度大于等于2、3、4或5，小于等于6、7、8、9或10。


5.一种无线信号发射方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)按照权利要求1-4之一所述方法生成导频序列并发送；
(2)对目标数据进行高阶信号调制并发送。


6.一种无线信号接收方法，其特征在于，所述信...

【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