[发明专利]一种采用低精度模数转换器的多用户大规模多输入多输出-正交频分复用系统传输方法

说明书

本发明公开了一种采用低精度ADC的多用户大规模MIMO‑OFDM系统传输方法，所述方法包括：给出上行速率的闭合表达式，得到最有利的多径信道时延功率谱应满足的条件；基于速率表达式，根据已知系统参数和所需用户速率，计算合适的发送功率和OFDM子载波数；在多径信道下，设计基于OFDM的多用户正交导频序列；用户发送导频信号，基站对接收信号进行低精度量化，并完成信道估计；用户传输上行数据，基站根据估计的信道，对量化后的接收信号进行最大比合并。本发明可用于低精度ADC多用户大规模MIMO‑OFDM系统，降低基站的硬件成本和功耗，给出的传输方法能够有效满足用户上行速率的传输要求。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及采用低精度模数转换器(ADC)的多用户大规模多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统传输方法。

背景技术

为了适应移动通信传输速率需求的增长，大规模MIMO技术已成为当代无线通信系统的关键技术之一。大规模MIMO系统在基站侧配置大量天线单元，充分利用了空间资源。与此同时，每个天线单元对应的射频链路均需配置两路ADC，大量高精度ADC产生了巨大的功率消耗，并大幅抬升了基站的建设成本。另一方面，为追求更大的通信带宽，移动通信系统的工作频段不断向高频段移动，这使得ADC的采样速率不断提高，从而进一步增加了ADC的硬件成本。因此，低精度ADC成为大规模MIMO系统的一种低成本、低功耗解决方案。

宽带系统的性能受到多径信道频率选择性衰落的影响，为此，OFDM技术将宽频带划分为大量子载波，在每个子载波内将频率选择性衰落看成平坦信道来处理，大大降低了均衡的复杂度，从而OFDM成为当前宽带系统对抗多径衰落的主流技术之一。在宽带OFDM系统中，低精度量化会产生非线性的量化误差，而非线性失真会造成宽带信号的频谱扩展，从而产生子载波间干扰，并造成系统可达速率的下降。因此，需要分析低精度ADC对宽带OFDM系统的性能影响，据此设计合适的传输方法将低精度ADC应用于宽带OFDM系统。

同时，在多用户上行传输过程中，由于量化失真与ADC输入信号的功率有关，从而也受到多径信道时延功率谱的影响。基站采用传统的线性最小均方误差(LMMSE)方法进行信道估计时，多用户正交导频的估计误差性能与量化噪声方差有关，从而也会受多径信道功率分布的影响。因此，设计一组适用于任意时延功率谱的正交导频序列在宽带低精度ADC系统中尤为重要。获得估计信道后，基站采用最大比合并方法对多用户信号进行处理。由于低精度ADC量化和多径信道会对信道估计、上行速率性能产生不利影响，对于给定的用户速率要求，需要根据上行可达速率的闭合表达式，给出适合该传输方法的参数配置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是基于低精度ADC的大规模MIMO-OFDM系统的传输方法问题，提出了宽带多用户低精度ADC系统的导频和信道估计可行方案，并根据多径信道下该系统上行速率计算公式，选择有利参数以提升系统性能。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种采用低精度模数转换器(ADC)的多用户大规模多输入多输出-正交频分复用(MIMO-OFDM)系统传输方法，具体包含如下步骤：

步骤1，大规模MIMO-OFDM系统中，包含N_t个单天线用户、一个配置N_r个天线的基站；OFDM子载波数为N_c；多径信道最大时延为L，时延功率谱为其中是第i个时间抽头上的信道功率；

步骤2，将系统上行遍历速率表示成各系统参数的闭合式，给出计算公式；

步骤3，根据上行遍历速率的闭合表达式，得到最有利的多径信道时延功率谱应满足的条件；代入已知系统参数、信道时延功率谱，根据所需的目标用户速率，选择合适的信号发送功率、OFDM子载波数；

步骤4，根据N_t、N_c和L，设计多径信道下的多用户正交导频序列。采用码分导频，放置在OFDM符号频域上；多用户之间导频使用相移不同的Zadoff-Chu序列实现正交；