[发明专利]基于大规模MIMO的上行联合载波同步硬件实现方法

说明书

本发明提供了一种基于大规模MIMO的上行联合载波同步硬件实现方法，包括：用户设备生成基带序列信号，将其插入基带帧信号中，进行发送处理；基站将接收信号处理为基带信号，完成同步搜索，找到帧起始位置；基站截取序列信号，通过序列信号计算载波频偏；上位机对每一路天线得到的载波频偏值进行联合判决，计算统一载波频偏期望值后对载波频偏补偿值进行更新；基站使用更新后的载波频偏补偿值对各路接收信号进行频偏补偿。本发明提供的方法能够很好地完成载波频偏估计和频偏补偿，有效利用了基站端大规模多天线的条件，计算的频偏值精度高，同时频偏补偿在FPGA上实现复杂度和资源消耗量低，适用于实际工程的应用。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及基于时分双工TDD的大规模MIMO的上行联合载波同步硬件实现方法。

背景技术

随着智能手机和平板电脑等移动设备的普及，无线通信数据的流量呈现了爆炸式的增长。现有的通信技术如LTE和Wi-Fi等难以满足急剧增长的吞吐量需求，因此新一代移动通信技术的研究被提上了日程。下一代移动通信的前沿技术之一是大规模MIMO，它的特征之一是在基站端配置几十甚至上百根天线，用来服务总天线数量相对较少的用户设备。通过部署大量的天线，大规模MIMO的信道容量以及链路可靠性较常规MIMO有了大幅提升。

目前关于大规模MIMO的研究，基于TDD双工模式的模型占了多数，这是为了利用时分双工TDD条件下的信道互易性，方便发射机对信道信息的获取。由于下一代移动通信的标准尚在研制之中，目前并未出现针对大规模MIMO的统一标准。

TDD-LTE协议规定的物理层采用正交频分复用(OFDM)技术，将全部可用带宽分为多个互相正交的子信道，每个子信道使用一个载波携带调制后数据，数据被安放在载波波峰的位置。为了使OFDM符号能够在多个子信道上进行信号的传输，必须保证子载波间存在正交性。然而，发收机之间相对移动导致的多普勒效应、发收机晶振的差异带来的载波频偏(Carrier Frequency Offset)会破坏这种正交性，导致载波间干扰(ICI，Inter FrequencyInterference)，使得系统性能降级。相比多普勒效应，由发收机晶振差异带来的载波频偏问题更为突出，因此本发明主要讨论在这种情况下的载波同步问题。

一般来说，载波同步过程分为载波频偏估计和载波频偏补偿两个步骤。常见的载波频偏估计方法采用时域估计方法，在时间同步完成后，系统从接收信号中提取预先插入的训练序列，由训练序列估计出载波频偏值。考虑这样一种情形，即发收机各自使用一个晶振，那么系统中实际存在的载波频偏固定且惟一。现有方法的不足在于未能考虑到大规模多天线情况下，每根接收天线都能从各自接收信号中计算出载波频偏值，这样一来系统能够同时得到大量备选频偏值。如何进行合理筛选，从而得到最优的载波频偏估计值，是现有方法所忽视的。另一方面，现有频偏补偿方法往往在时域进行，对每个时域接收信号乘以一个与载波频偏值有关的角度以完成补偿，而频域频偏补偿方法因为复杂度较高，应用难度大，导致其在实际系统中运用较少。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于时分双工TDD大规模MIMO的上行联合载波同步硬件实现方法，考虑在大规模MIMO条件下，利用基站大规模多天线的优势，从传统时域频偏估计方法出发，对系统获得的大量频偏估计值进行进一步处理，得到最佳频偏估计，以提升载波同步性能；同时考虑简化复杂的频域频偏补偿方法，以便在硬件系统上对其进行实现。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于大规模MIMO的上行联合载波同步硬件实现方法，包括如下步骤：

步骤1，用户设备生成基带序列信号，将其插入基带帧信号中，进行发送处理；

步骤2，基站端接收信号，并将接收信号处理为基带信号，随后对基带信号进行同步搜索，得到基带信号的帧起始位置；