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专利号: 2019102153269
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.MIMO系统中的单用户多天线信号收发机,包括基站和一个多天线用户,其特征在于: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;

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,在上行链路中,所述用户发射端包括:

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;

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;

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;

所述基站接收端包括:

Nr个低噪声功率放大器,与Nr根天线一一对应连接;

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;

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;

K条射频链路,与K个加法器一一对应连接;

K个模数转换器,与K条射频链路一一对应连接;

解码器,与K个模数转换器连接。

2.根据权利要求1所述的MIMO系统中的单用户多天线信号收发机,其特征在于:基站发射端和用户接收端形成下行链路,在下行链路中,所述基站发射端包括:

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;

K条射频链路,传输基站端的发送信号,与各移相控制单元相连接;

所述用户接收端包括:

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;

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;

K条射频链路,与K个加法器一一对应连接。

3.一种MIMO系统中的单用户多天线信号处理方法,采用权利要求2所述的MIMO系统中单用户多天线信号收发机,其特征在于:包括以下步骤:上行链路中,

S1、用户发射端发送训练序列以对信道进行估计;

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;

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;

下行链路中,

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;

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;

S6、对处理后的信号进行解码。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤S1具体包括: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;

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表示为:xk=qks

其中,k=1,2,…,K,qk=[q1k q2k...qNtk]T为矩阵Q中的第k列向量,s为训练符号1;

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:其中,k=1,2,...,K,ρ为信噪比,H为Nr×Nt维信道矩阵,wrk为Nr×1维的复加性高斯白噪声,其各项独立且服从CN(0,1);

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φrk(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:

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于:步骤S1还包括: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;

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:其中, wr,k表示基站的第r根天线收到的噪声;

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: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:S16、令 通过训练得到gk1,k2、gk2,k1,即得到的估计矩阵G为:

6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤S2具体包括: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:其中,nr为高斯白噪声,且服从

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:其中, 为处理后的噪声,独立且服从

7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤S3中解码的方法为:H -1 H

令GZF=(G G) G , 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

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。

8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于:步骤S4具体包括:S41、由上行链路训练得到基站测相移相器在上行链路中的设置值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: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。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于:步骤S5具体包括: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S52、记用户接收端第r根天线接收到的信号为yr′,则有:其中,nr为高斯白噪声,且服从

基站发射端到用户接收端接收天线的传输方程可表示为其中,W表示Nr×1维的高斯白噪声向量,独立且服从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:其中, 独立且服从

10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于:步骤S6具体为:对处理后的信号进行ZF解码,

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。