非线性系统的互易性失配校准方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非线性系统的互易性失配校准方法和装置，采用多项式拟合的方法简化了非线性数学模型，从而降低了获得非线性失配系数的难度；同时，还设计了最优的非线性校准系数的计算方法，计算复杂度非常低。上述方案能够有效的校准非线性时分双工系统中的互易性失配，进而提高非线性系统的性能，具有算法复杂度低、设备结构简单、系统易于实现的优点。系统易于实现的优点。系统易于实现的优点。

【技术实现步骤摘要】
非线性系统的互易性失配校准方法和装置


[0001]本专利技术涉及无线通信
，尤其涉及一种非线性系统的互易性失配校准方法和装置。

技术介绍

[0002]大规模多输入多输出(MassiveMultiple
‑
Input Multiple
‑
Output，M
‑
MIMO)作为5G的关键技术之一，能够显著提升系统吞吐量、系统容量和频谱效率。为了发挥M
‑
MIMO的巨大性能潜力，基站(BaseStation，BS)需要知道信道状态信息(ChannelStateInformation，CSI)用于恢复上行信号和下行预编码。
[0003]在时分双工(Time Division Duplexing，TDD)模式下，BS可以利用空中无线信道的互易性来估计下行CSI，并且开销仅与用户(UserEquipment，UE)的天线数成正比。因此，为了避免获得下行CSI巨大的开销，大部分M
‑
MIMO系统被设计工作在TDD模式。然而，在实际的系统中，基带估计的信道不仅包含了无线信道，还包含了射频链路的增益，例如数模/模数转换器、滤波器、混频器以及放大器。由于这些器件的制造工艺有限，射频链路的增益与预期增益有偏差，即有射频增益误差。虽然无线信道响应在BS和UE侧一致，即具有互易性，但是射频增益误差却不相等，这导致完整的上下行信道并不相等；这被称为上下行信道的互易性失配。
[0004]另外，由于实际系统中的高峰均比存在，一些器件，如功率放大器，工作在非线性区域，导致射频增益误差随着发射信号功率的改变而改变。那么互易性失配系数也是发射功率的非线性函数，即存在非线性互易性失配。
[0005]现有的互易性校准设计无法解决非线性互易性失配。具体来说，非线性互易性失配系数是发射功率的函数，已有的校准设计都只能够校准常数的互易性失配系数。另外，非线性互易性失配、发射功率以及非线性校准系数三者相互关联、相互耦合，导致难以获得校准系数的闭式表达式，而只能够计算非线性校准系数的数值解。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种非线性系统的互易性失配校准方法和装置，能够有效的校准非线性时分双工系统中的互易性失配，进而提高非线性系统的性能，具有算法复杂度低、设备结构简单、系统易于实现的优点。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种非线性系统的互易性失配校准方法，适于在计算设备中执行，包括：
[0009]对于工作在时分双工模式下M
‑
MIMO系统中M天线的基站，采用多项式拟合的方法来逼近非线性失配系数关于发射功率的函数，并结合预先设计的多功率点的导频，使用空中信号训练方法完成所有功率点的训练，估计多项式系数；
[0010]使用最优的非线性校准系数的计算方法结合估计出的多项式系数计算出非线性互易性校准系数，完成M
‑
MIMO系统上行信道的互易性失配校准；其中，M为基站的天线数目。
[0011]一种非线性系统的互易性失配校准装置，对于工作在时分双工模式下M
‑
MIMO系统中M天线的基站，通过前述的非线性系统的互易性失配校准方式完成M
‑
MIMO系统上行信道的互易性失配校准；该装置包括：
[0012]第一校准单元，用于采用多项式拟合的方法来逼近非线性失配系数关于发射功率的函数，并结合预先设计的多功率点的导频，使用空中信号训练方法完成所有功率点的训练，估计多项式系数；
[0013]第二校准单元，用于使用最优的非线性校准系数的计算方法结合估计出的多项式系数计算出非线性互易性校准系数。
[0014]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，采用多项式拟合的方法简化了非线性数学模型，从而降低了获得非线性失配系数的难度；同时，还设计了最优的非线性校准系数的计算方法，计算复杂度非常低。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为本专利技术实施例提供的一种非线性系统的互易性失配校准方法的流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的空中信号训练方法的流程图；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的最优的非线性校准系数的计算方法的流程图；
[0019]图4为本专利技术实施例提供的互易性校准前后的性能对比图；
[0020]图5为本专利技术实施例提供的互易性校准性能与导频长度的关系图；
[0021]图6为本专利技术实施例提供的一种非线性系统的互易性失配校准装置的示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0023]本专利技术实施例提供一种非线性系统的互易性失配校准方法，该方法适于在计算设备中执行，该方法可以应用于TDD非线性M
‑
MIMO系统的互易性校准，如图1所示，该方法主要包括如下第一校准阶段与第二校准阶段：
[0024]第一校准：采用多项式拟合的方法来逼近非线性失配系数关于发射功率的函数，即非线性失配函数，并结合预先设计的多功率点的导频，使用空中信号训练方法完成所有功率点的训练，从而估计多项式系数；
[0025]第二校准：使用最优的非线性校准系数的计算方法结合估计出的多项式系数计算出非线性互易性校准系数，从而完成M
‑
MIMO系统上行信道的互易性失配校准。
[0026]为了便于理解，下面针对上述两个部分的优选实施方式做详细介绍，以下介绍中以一个工作在TDD模式的大规模MIMO系统中的M天线BS为例。
[0027]1、非线性失配函数。
[0028]本专利技术实施例中，采用多项式拟合的方法来逼近非线性失配函数，表示为：
[0029][0030]其中，μ
m
(.)是拟合非线性失配函数的多项式函数，Π表示人为设定的多项式阶数，σ
x,m
表示表示校准信号平均功率的平方根，表示多项式系数；是正交多项式函数，带入σ
x,m
后表达式为：
[0031][0032]其中，表示σ
x,m
的ξ次方，ξ！表示数值ξ的阶乘。
[0033]2、设计多功率点的导频。
[0034]本专利技术实施例中，预先设计了多功率点的导频，用于空中信号训练：每根天线的最大发射功率为校准导频信号的功率序列表示为{ρ
c,1
,
…
,ρ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性系统的互易性失配校准方法，适于在计算设备中执行，其特征在于，包括：对于工作在时分双工模式下M
‑
MIMO系统中M天线的基站，采用多项式拟合的方法来逼近非线性失配系数关于发射功率的函数，并结合预先设计的多功率点的导频，使用空中信号训练方法完成所有功率点的训练，估计多项式系数；使用最优的非线性校准系数的计算方法结合估计出的多项式系数计算出非线性互易性校准系数，完成M
‑
MIMO系统上行信道的互易性失配校准；其中，M为基站的天线数目。2.根据权利要求1所述的一种非线性系统的互易性失配校准方法，其特征在于，采用多项式拟合的方法来逼近非线性失配系数关于发射功率的函数表示为：其中，非线性失配系数关于发射功率的函数即为非线性失配函数，μ
m
(.)是拟合非线性失配函数的多项式函数，Π表示设定的多项式阶数，σ
x,m
表示表示校准信号平均功率的平方根，表示多项式系数；是正交多项式函数，带入σ
x,m
后表达式为：其中，表示σ
x,m
的ξ次方，ξ！表示数值ξ的阶乘。3.根据权利要求1或2所述的一种非线性系统的互易性失配校准方法，其特征在于，预先设计的多功率点的导频包括：每根天线的最大发射功率为校准导频信号的功率序列表示为{ρ
c,1
,
…
,ρ
c,N
}，其中，ρ
c,n
＝(nσ
max
/N)2，N表示校准功率点的取样数；第m根天线的校准导频信号序列表示成其中，为期望符号，n＝1,2,
…
,N，Q表示每个功率点上导频信号的长度。4.根据权利要求3所述的一种非线性系统的互易性失配校准方法，其特征在于，所述空中信号训练方法的步骤包括：步骤S11：初始化：设置校准功率点取样数N，以及每个功率点上导频信号长度Q；令天线序号m＝1；步骤S12：基站产生第m根天线的校准导频信号序列步骤S13：基站的第m根天线广播N轮校准导频信号，其中第n轮校准导频信号记为第i根天线接收校准导频信号，i＝1,
…
,M且i≠m；用表示第i根天线接收到来自第m根天线的第n个功率点的校准信号，所述校准信号是接收天线接收的与校准导频信号对应的信号，表示为：其中，a0表示功率放大器的小信号放大增益，r
i
表示第i根天线的接收通道的射频增益，
表示第i根天线的由非线性失真和热噪声组成的等价接收噪声，表示复数集，表示Q维复数空间，h
m,i
表示第m根天线和第i根天线之间的空中无线信道响应；表示多项式系数；是正交多项式函数；步骤S14：如果m＜M，则令m＝m+1并回到S12；否则，完成空中信号训练。5.根据权利要求4所述的一种非线性系统的互易性失配校准方法，其特征在于，完成所有N个功率点的训练后，多项式系数τ＝[τ
1,0
,τ
1,1
,
…
,τ
M,Π
]
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂荣江，陈力，陈晓辉，王卫东，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：