[发明专利]一种基于大规模天线时空对准的多用户定时同步方法

说明书

一种基于大规模天线时空对准的多用户定时同步方，其基站具有大规模的均匀线性天线阵列(ULA)，大规模MIMO系统中的多用户端在上行链路中通过基站接收天线和导频序列LTF进行定时同步。考虑到每个用户发送到基站的入射信号会在多径的影响下被限制在一个窄的角度范围内，可以利用每个用户的波达方向(DOA)所对应的导向向量对基站接收信号进行波束形成，使多用户干扰得到有效的抑制。本发明利用基站大规模天线的超高空域分辨能力，能够直接将空域特征区别明显的用户进行分离，使得每个用户与基站之间形成了等价的单用户传输模型，从而可以运用传统的单用户定时同步方法对各个用户进行帧检测。

技术领域

本发明属于无线通信领域，涉及一种基于大规模天线时空对准的多用户定时同步方法。

背景技术

近年以来，无线通信技术高速发展，并且我国在今年正式进入5G时代。5G移动通信的核心技术是大规模天线系统，即基站通过配备大规模天线阵列实现信息的高速传输。在传输过程中需要解决的一个重要问题就是多用户的定时同步算法。所谓同步是指收发两端的载波、码元速率及各种定时标志都应步调一致地进行工作，包括帧同步、码元同步、载波同步及通信网同步。其中帧同步是通信的第一个步骤，检测信号帧是否到来，同时确定帧头的大致位置。系统帧检测性能决定了后面频偏估计与补偿、信道估计与均衡和解扰解码的准确性，重要性可见一斑。

无线通信系统的电磁传输有视距(LOS)传播和非视距(NLOS)传播两种方式。允许无线信号无遮挡地在发送机和接收机之间直线传播的路径称为视距路径，将存在视距路径的通信环境称为LOS传播，而NLOS传播是指发射端和接收端之间不存在视距路径，发射信号在自由空间的传播过程中经过障碍物的反射、折射、衍射、散射、绕射等作用形成多条路径信号分量，最终到达接收端的一种传播方式。

其中，非视距(NLOS)传输是无线通信中的一种典型的应用场景。在非视距通信场景中，由于存在多径干扰且有外部噪声等干扰因素，接收端接收到的信号是大量叠加在一起并具有不同传输时延、衰减和相移的发射信号，这些不同的路径信号分量叠加在一起的时候相互抵消或加强，导致接收信号幅度在时间和频率上发生波动，使接收信号遭受严重的频率选择性衰落，对宽带无线传输速率和质量的提高影响很大。因此，在非视距环境下研究帧检测技术，准确判断信号帧是否到达接收机，对于有效提升通信系统的性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于在非视距通信环境中，提供一种基于大规模天线时空对准的多用户定时同步方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于大规模天线时空对准的多用户定时同步方法，包括以下步骤：

步骤一：令a(θ)为对应角度θ的导向向量，接收端利用对应角度θ的导向向量的共轭a^*(θ)对接收信号进行波束形成，产生一路对应期望角度θ的合成信号；将导频序列LTF与合成信号做滑动互相关处理，再对滑动相关后的结果求取模平方；在选定的一定窗口内对多径到达信号的滑动相关结果的模平方值进行求和，然后在第k个用户发送到基站的入射信号角度范围内对和值进行积分，得到帧检测度量值的分子；

假设发射序列功率归一化，将导频序列LTF的能量和每个对应期望角度θ的合成信号的能量相乘，并在第k个用户发送到基站的入射信号角度范围内进行积分，得到帧检测度量值的分母；

步骤二，将帧检测度量值的分子与帧检测度量值的分母相除得到帧检测度量值，若帧检测度量值大于检测门限则认为帧到达，否则，认为帧未到达。

本发明进一步的改进在于，步骤一中，帧检测度量值的分子为：