[0004] 基于现有技术中存在的上述不足,本发明提供一种MIMO系统中的单用户多天线信号收发及其信号处理方法。
[0005] 为了达到上述发明目的,本发明采用以下技术方案:
[0006] 本发明提供一种MIMO系统中的单用户多天线信号收发系统,包括基站和一个多天线用户,所述基站具有Nr根天线以接收用户Nt根天线发送的信号,Nt、Nr均为大于1的正整数;
[0007] 用户端包括用户发射端和用户接收端,基站端包括基站发射端和基站接收端,用户发射端和基站接收端形成上行链路,
[0008] 在上行链路中,所述用户发射端包括:
[0009] K个移相控制单元,所述移相控制单元包括Nt个相互并联的子控制单元,每一子控制单元包括调节开关和测相移相器,测相移相器与调节开关连接;
[0010] K条射频链路,传输用户端的发送信号,分别与各移相控制单元中的Nt个测相移相器一一对应连接;
[0011] Nt个加法器,分别与各移相控制单元中的测相移相器一一对应连接;
[0012] 所述基站接收端包括:
[0013] Nr个低噪声功率放大器,与Nr根天线一一对应连接;
[0014] Nr个移相控制单元,与Nr个低噪声功率放大器一一对应连接;所述移相控制单元包括K个相互并联的子控制单元,每一子控制单元包括调节开关和测相移相器,测相移相器与调节开关连接,调节开关与对应的低噪声功率放大器连接;
[0015] K个加法器,分别与各移相控制单元中的测相移相器一一对应连接;
[0016] K条射频链路,与K个加法器一一对应连接;
[0017] K个模数转换器,与K条射频链路一一对应连接;
[0018] 解码器,与K个模数转换器连接。
[0019] 作为本发明的优选方案,用户接收端和基站发射端形成下行链路,在下行链路中,所述基站发射端包括:
[0020] Nr个移相控制单元,所述移相控制单元包括一个加法器和K个相互并联的子控制单元,每一子控制单元包括调节开关和测相移相器,调节开关与测相移相器连接,测相移相器与加法器连接;
[0021] K条射频链路,传输基站端的发送信号,分别与各移相控制单元一一对应连接;
[0022] 所述用户接收端包括:
[0023] Nt个移相控制单元,与Nt根天线一一对应连接;所述移相控制单元包括Nt个相互并联的子控制单元,每一子控制单元包括调节开关和测相移相器,测相移相器与调节开关连接;
[0024] K个加法器,分别与各移相控制单元中的K个测相移相器一一对应连接;
[0025] K条射频链路,与K个加法器一一对应连接。
[0026] 基于上述收发系统,本发明还提供一种MIMO系统中的单用户多天线信号处理方法,包括以下步骤:
[0027] 上行链路中,
[0028] S1、用户发射端发送训练序列以对信道进行估计;
[0029] S2、用户发射端发送数据信号,基站接收端接收信号,并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理;
[0030] S3、对处理后的信号输入解码器进行解码,得到用户节点发送的数据信号;
[0031] 下行链路中,
[0032] S4、由上行链路训练结果对下行链路中基站发射端和用户接收端的移相控制单元进行参数设置;
[0033] S5、基站发射端发送数据信号,用户接收端接收信号,并通过低噪声功率放大器、测相移相器、加法器、射频链路、模数转换器对信号进行处理;
[0034] S6、对处理后的信号进行解码。
[0035] 作为本发明的优选方案,步骤S1具体包括:
[0036] S11、将用户发射端第k个移相控制单元的第t个测向移相器设置成qk,t,其中qk,t是矩阵Q中的第k列第t行的元素,矩阵Q是Nt维DFT矩阵的前K列;
[0037] S12、用户发射端第k条射频链路发送训练符号,训练符号均为1,接通用户发射端第k个移相控制单元中的所有开关,断开其它移相控制单元的开关,经过预处理的发送信号xk可表示为:
[0038] xk=qks
[0039] 其中,k=1,2,…,K, 为矩阵Q中的第k列向量,s为训练符号1;
[0040] 接通基站接收端各移相控制单元的第k个开关,断开基站接收端各移相控制单元的其他开关,基站收到的信号yk表示为:
[0041]
[0042] 其中,k=1,2,...,K,ρ为信噪比,H为Nr×Nt维信道矩阵,wk为Nr×1维的复加性高斯白噪声,其各项独立且服从
[0043] 记基站第r根接收天线的移相控制单元的第k路接收到的信号为hr,k,记其相位为φr,k(r=1,2,...,Nt),即发送信号经过发送预处理单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为
[0044]
[0045] 将hr,k的相位φr,k取负数之后保存在对应的测相移相器中,记相位矩阵为:
[0046]
[0047] 作为本发明的优选方案,步骤S1还包括:
[0048] S13、接通用户发射端第k条射频链路移相控制单元的所有开关,第k条射频链路发送训练符号1;
[0049] 接通基站所有接收天线移相控制单元的第k个开关,断开基站所有接收天线移相控制单元的其他开关,基站接收到的信号经过移相器时乘以 送入第k个加法器,再经过第k个RF射频链路及第k个模数转换器处理,得到接收信号z0k:
[0050]
[0051] 其中, k=1,2,…,K,wr,k表示基站的第r根天线收到的噪声;
[0052] S14、用户发射端的第k1、k2条射频链路同时发送训练符号,训练符号为1,其中,k1,k2=1,2…K,且k1≠k2,同时接通用户发射端的第k1、k2个移相控制单元中的调节开关,其余的射频链路不发送信号,则基站天线接收到的信号矩阵yk1,k2为:
[0053]
[0054] 其中,hk1、hk2为传输矩阵 的第k1、k2列,wk1,k2为Nr×1维的复加性高斯白噪声,其各项独立且服从
[0055] S15、接通基站接收端所有移相控制单元的第k1个和第k2个测相移相器的控制开关,则基站天线接收到的信号yk1,k2经过各移相控制单元的第k1个和第k2个测相移相器,并分别乘以 与 后送入相应加法器,再经过相应的射频链路和模数转换器处理,得到两个信号zk1,k2和zk2,k1,表示为:
[0056]
[0057]
[0058] S16、令 通过训练得到gk1,k2、gk2,k1,即得到 的估计矩阵G为:
[0059]
[0060] 作为本发明的优选方案,步骤S2具体包括:
[0061] S21、用户发射端发送数据信号,第k根射频链路所发送的数据符号记为sk,接通所有调节开关,令第r根天线接收的信号为yr,则有:
[0062]
[0063] 其中,nr为高斯白噪声,且服从
[0064] S22、天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理,得到的信号分别记为[r1,r2,…,rK],表示为:
[0065]
[0066] 其中, 为处理后的噪声,独立且服从
[0067] 作为本发明的优选方案,步骤S3中解码的方法为:
[0068] 令GZF=(GHG)-1GH, 则用户发射端第k条射频链路所发送的数据符号记为sk的解码为
[0069]
[0070] 其中,(YZF)k为YZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座。
[0071] 作为本发明的优选方案,步骤S4具体包括:
[0072] S41、由上行链路训练得到基站测相移相器在下行链路中的设置值EH;将基站发射端第r根天线对应的移相控制单元的第k个测相移相器的相位设置为φr,k,记相位矩阵为:
[0073]
[0074] S42、将用户接收端第t个移相控制单元的第k个测向移相器设置成 ( 表示qt,k的共轭),其中qt,k是矩阵Q中的第t列第k行的元素。
[0075] 作为本发明的优选方案,步骤S5具体包括:
[0076] S51、接通所有调节开关,基站发射端发送数据信号,第k根射频链路所发送的数据符号记为sk′,记发送信号经过基站各移相控制单元和无线通信信道传输之后的传输矩阵为
[0077]
[0078] S52、记用户接收端第r根天线接收到的信号为yr′,则有:
[0079]
[0080] 其中,nr为高斯白噪声,且服从
[0081] 基站发射端到用户接收端接收天线的传输方程可表示为
[0082]
[0083] 其中,W表示Nr×1维的高斯白噪声向量,独立且服从
[0084] S53、用户接收端天线接收的信号经过各自对应的测相移相器并乘以 再经过对应的加法器、射频链路、模数转换器处理,得到总体传输方程:
[0085]
[0086] 其中, 独立且服从
[0087] 作为本发明的优选方案,步骤S6具体为:
[0088] 对处理后的信号进行ZF解码,
[0089] 令G′ZF=((QHHHE)HQHHHE)-1(QHHHE)H,Y′ZF=G′ZFY,则基站发送的数据符号sk′的解码为
[0090]
[0091] 其中,(Y′ZF)k为Y′ZF中的第k个分量,ε为用户发送信号所采用的星座。
[0092] 相比于现有技术,本发明具备以下有益效果:
[0093] 现有技术中用户发送端需要Nt条射频链路,基站接收端需要Nr条射频链路,而采用本发明所述收发系统及其信息处理方法,在上行链路和下行链路中,用户端和基站端都只需要K条射频链路即可处理接收信号,且性能相较于传统收发系统仅略有损失;降低了建设成本和功耗损失,并且节约了建设收发系统需要的占有面积。
[0094] 同时,现有的研究大多在接收双方完全知道信道信息这一完美假设之下,但在现实中这是很难实现的。本发明提出的收发系统可以通过发送训练符号,利用测相移相器记录信道估计和解码所需的信道信息,是建立在现实基础上的。