针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法技术

本发明专利技术公开了一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法，包括输入/输出单元、射频收发单元、数模转换单元和基带信号处理单元。当无线信道模拟架构的射频收发通道存在幅相不一致时，输入/输出信号经射频收发单元后产生误差，数模转换成数字信号进入基带信号处理单元。在基带信号处理单元中校准控制模块启动校准，由接收校准模块和发射校准模块分别校准收发通道的幅相误差。校准后，信号进入信道模拟模块，完成整个信道模拟的工作。本发明专利技术主要是基于可编程逻辑模块实现了最小均方均衡器来进行幅相校准，弥补了信道模拟架构中射频通道硬件实时校准架构的空白，可实现信道模拟架构射频通道的在线校准，受器件因素影响较小。素影响较小。素影响较小。

【技术实现步骤摘要】
针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法


[0001]本专利技术涉及通信
，更具体地来说是涉及一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方案。

技术介绍

[0002]信道是无线通信系统信息传输的媒介，是系统中不可或缺的组成部分。无线信道对于整个通信系统的性能起着举足轻重的作用。而信道模拟器就是一种模拟无线环境中信道的路径损耗、多径衰落等相关特性的测试仪器，实现在实验室中验证各种复杂场景下无线环境对终端设备或系统设备性能影响的功能。
[0003]信道模拟架构主要包括以下几个部分：射频收发模块、数模转换模块和基带信号处理模块。信道模拟架构中基带信号处理模块主要包括时延控制、信道系数存储更新、幅度衰落以及噪声控制等模块，是整个信道模拟架构的核心所在。而在基带信号处理模块两端的射频收发通道由于环境中温度、湿度变化以及器件的老化等对信号的幅度和相位的影响随时间而变化。射频通道间的幅相不一致会导致信号经过各发射通道或接收通道后，产生除信道影响以外的幅相误差，从而影响整个信道模拟架构的性能和精度。因此要保证多个射频通道的幅度相位特性一致，必须一定周期内对所有通道进行一次通道之间的幅相误差校准计算，并将通道之间的偏差补偿在链路之中。
[0004]对于一个U*S条通路的信道模拟架构来说，有U条接收通道，S条发射通道，因此校准时就需要校准U条射频接收通道之间的幅相不一致和S条射频发射通道之间的幅相不一致。多收发通道间的幅相误差一直是行业内的热门研究领域，国内外的研究人员以及从业者对多通道间的校准算法进行了大量的研究，其中主要分为时域和频域两种通道均衡方法。时域均衡基本思想是在失配通道后加上时域均衡器，从而使最后信号之间幅相满足一致性，均衡器的系数通常采用最小均方算法求解。而频域均衡器是采用傅里叶算法取得均衡器系数，采用最小二乘拟合法，使得待均衡通道和参考通道的频率响应之差为最小二范数。实际来说，两种算法是等效的。
[0005]现有的射频收发通道幅相误差校准方案主要利用软件时域或频域算法进行校准，或者利用信号发生器、频谱仪等设备进行频点的幅相校准，缺乏硬件实时在线校准的方案。近些年随着可编程逻辑模块的出现和快速发展，基于可编程逻辑模块设计和实现自适应均衡器得到了重视，由于可编程逻辑模块具有并行处理能力、易于集成和高可靠性的特点，使得可编程逻辑模块实现均衡器具有实际的工程价值。自适应算法有很多，而最小均方算法完全由加减法及乘法完成，不再需要诸如矩阵求逆等在可编程逻辑模块平台上难以实现的运算。

技术实现思路

[0006]技术问题：有鉴于此，本专利技术的目的在于基于可编程逻辑模块采用时域最小均方算法实现自适应均衡器，提供一种针对无线信道模拟架构射频通道实时校准的硬件方法。
该方法可以弥补目前信道模拟架构射频通道硬件实时在线校准方案的空白。
[0007]技术方案：本专利技术的一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法基于顺序设置的输入单元、射频接收单元、模数转换单元、基带信号处理单元、数模转换单元、射频发射单元、输出单元，校准方法步骤如下：
[0008]步骤1、在基带信号处理单元的信道模拟模块前后嵌入接收校准模块和发射校准模块，并加入校准控制模块；
[0009]步骤2、对于U*S规模的信道模拟架构来说，校准信道模拟架构的U条射频接收通道时，校准控制模块启动校准，输入单元输入U路完全相同的信号进入信道模拟架构中，射频接收通道对信号进行接收，数模转换将接收信号转换为数字信号输入校准模块中；其中U为接收天线数，S为发射天线数；
[0010]步骤3、选择其中一路信号为参考信号，接收校准模块利用最小均方算法计算校准滤波器系数W；
[0011]步骤4、待校准信号x(k)经过U
‑
1个校准滤波器模块，进行幅相校准，得到校准后的信号y(k)；y(k)＝x
H
(k)W；x(k)表示待校准的第k时刻信号，y(k)表示k时刻均衡器的输出信号
[0012]步骤5、U条射频接收通道校准完成；对S条射频发射通道进行校准时，连接发射通道和接收通道，利用基带信号处理单元发送完全相同的S路基带信号，基带信号经过射频发射通道产生幅相不一致，由输出单元传入输入单元，已校准的射频接收通道对待校准信号和参考信号进行接收，利用校准模块进行幅相校准，校准的步骤与步骤3、步骤4相同，完成射频发射通道的校准。
[0013]其中，
[0014]所述输入单元，其输入信号经过射频接收通道，由于射频接收通道存在幅相不一致，导致U路信号之间产生误差，需要对射频接收通道的幅相不一致进行校准。
[0015]接收校准模块和发射校准模块的内部结构完全相同，分为两块：包括校准滤波器系数计算块和校准滤波块。
[0016]所述校准滤波器系数计算块主要分为先入先出存储模块、校准滤波器系数更新模块、误差模块、均衡器模块；校准时，校准滤波器系数计算块的先入先出存储模块首先对待校准信号和参考信号进行缓存，待校准信号x(k)输入均衡器模块与模块内预存的M抽头系数进行相乘累加，则k时刻均衡器输出为y(k)＝∑x(k
‑
m)W
m
,均衡器计算结果输入误差模块，计算k时刻参考信号与计算结果的误差信号e(k)＝d(k)
‑
y(k)；误差信号输入校准滤波器系数更新模块，计算抽头系数增量DW
m
＝μ
·
x(k)
·
e(k),从而得出k+1时刻滤波器抽头系数W
m
＝W
m
+DW
m
；其中，W
m
表示第m个抽头的系数值，e(k)表示k时刻的误差信号，d(k)表示k时刻的参考信号，DW
m
表示第m个抽头的系数增量，μ为系数更新的步进值。
[0017]所述滤波器抽头系数W
m
＝W
m
+DW
m
，与待校准信号一起输入校准滤波块中，利用校准滤波器模块完成幅相校准。
[0018]所述接收校准模块和发射校准模块进行校准后，射频通道的幅相保持一致，相同信号经过射频通道的频率响应保持一致，对射频接收和发射通道进行相对实时的校准。
[0019]所述的校准完成后，信道模拟架构中基带信号处理单元的信道模拟模块可为输入信号加上衰落、时延影响，完成信道模拟全过程。
NR信号x1。
[0033]为更明显地显现校准结果，为其中一路信号加上幅相失衡因子h＝[h1 h2]*exp(theta)。x2＝conv(x1,h)。其中x1作为参考信号d_in,x2作为待校准信号x_in，h1、h2为幅度失衡因子，theta为相位失衡因子。然后通过矢量信号发生器将两路信号d_in和x_in发出到信道模拟架构中。
[0034]步骤S2、步骤S1中矢量信号发生器发出的信号经由射频电缆传输到信道模拟架构，首先经过射频接收通道；
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法，其特征在于，该校准方法基于顺序设置的输入单元、射频接收单元、模数转换单元、基带信号处理单元、数模转换单元、射频发射单元、输出单元，校准方法步骤如下：步骤1、在基带信号处理单元的信道模拟模块前后嵌入接收校准模块和发射校准模块，并加入校准控制模块；步骤2、对于U*S规模的信道模拟架构来说，校准信道模拟架构的U条射频接收通道时，校准控制模块启动校准，输入单元输入U路完全相同的信号进入信道模拟架构中，射频接收通道对信号进行接收，数模转换将接收信号转换为数字信号输入校准模块中；其中U为接收天线数，S为发射天线数；步骤3、选择其中一路信号为参考信号，接收校准模块利用最小均方算法计算校准滤波器系数W；步骤4、待校准信号x(k)经过U
‑
1个校准滤波器模块，进行幅相校准，得到校准后的信号y(k)；y(k)＝x
H
(k)W；x(k)表示待校准的第k时刻信号，y(k)表示k时刻均衡器的输出信号步骤5、U条射频接收通道校准完成；对S条射频发射通道进行校准时，连接发射通道和接收通道，利用基带信号处理单元发送完全相同的S路基带信号，基带信号经过射频发射通道产生幅相不一致，由输出单元传入输入单元，已校准的射频接收通道对待校准信号和参考信号进行接收，利用校准模块进行幅相校准，校准的步骤与步骤3、步骤4相同，完成射频发射通道的校准。2.根据权利要求1所述的一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法，其特征在于，所述输入单元，其输入信号经过射频接收通道，由于射频接收通道存在幅相不一致，导致U路信号之间产生误差，需要对射频接收通道的幅相不一致进行校准。3.根据权利要求1所述的一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法，其特征在于，接收校准模块和发射校准模块的内部结构完全相同，分为两块：包括校准滤波器系数计算块和校准滤波块。4.根据权利要求3所述的一种针对无线信道模拟架构射频通道的硬件实时在线校准方法，其特征还在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张念祖，盛雨，洪伟，高懿婷，陈程，宋博，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：