[发明专利]一种大规模MIMO系统中设备ADC精度配置方法

说明书

本发明公开了一种大规模MIMO系统中设备ADC精度配置方法。在大规模MIMO系统中，由于天线数目巨大，为每个天线单元配置低精度的DAC和ADC能够有效控制传输系统的整体功耗。本发明考虑下行链路，作为发射端的大规模天线基站为每根天线配置低功耗1比特量化DAC，给定系统目标数据速率，本发明根据基站天线和终端设备数目等固定系统参数可以计算确定满足目标速率要求的接收端ADC最佳精度。本发明计算简单，能够以最小功耗成本实现系统目标性能，对大规模MIMO系统配置和硬件设计具有指导意义。

技术领域

本发明涉及一种大规模MIMO(多输入多输出)系统中设备ADC(模数转换单元)精度配置方法，属于无线通信技术。

背景技术

近年来，为了适应飞速增长的移动数据传输需要，无线通信系统迫切需要提高频谱传输效率。MIMO，即在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，能够充分利用空间资源抑制信道衰落，在不增加频谱资源和整体发射功率的情况下，显著提高系统的信道容量，具有明显的优势。在此基础上提出的大规模MIMO技术已成为下一代无线通信系统(5G)的关键组成部分。该技术通过给基站配置数百甚至上千个天线，大大提高了无线信号传输的空间自由度，从而通过空分复用提高了系统的频谱效率以及信道容量。在多用户MIMO方案中，一个基站同时服务于多个单天线用户，多个数据流可在基站和用户间同时传输。只要基站天线数多于用户数，每个用户仍然能够获得可观的空间自由度。

然而，天线数目的增长同时也提升了硬件实现的复杂度。在下行链路中，每个基站发射天线需要配置一个DAC(数模转换单元)，每个终端接收天线需要配置一个ADC。因此，硬件成本和功耗成本随着天线数目的增加而快速增加。这大大限制了大规模MIMO的应用。针对这个问题，目前主要有两种解决方案。一是减少DAC和ADC的数目，采用混合收发器以减少射频链路，例如在发送端先进行数字预编码，再进行数模转换，然后进行模拟预编码。数字预编码仍然采用传统的破零(ZF)、最大比率传输(MRT)预编码等方法，而模拟预编码则需要另外设计。当进行波束成形时，射频链路数目的下限是实际传输数据流的数目，而波束成形增益的上限由天线数目决定；二是减少DAC和ADC的精度，极端情况下甚至仅采用1比特的DAC和ADC，因为DAC和ADC的功耗随着量化精度比特数目的增加而成指数率增长。目前大多方案都是单独考虑低精度DAC或ADC。因此，联合考虑二者的精度配置问题，尤其是二者精度的权衡，对实际系统的设计具有十分重要的意义。如果将以上两种方案相结合，就能够同时从两个方面降低大规模MIMO系统的功耗。

当发射端配置1比特的DAC时，接收端配置无限精度的ADC就不是很有必要。因为低精度的ADC也能获得逼近最大的数据传输速率，而功耗却会比无限精度ADC减小许多。换而言之，ADC的精度需要在系统传输性能和硬件、功耗成本之间进行权衡。根据具体数据速率要求来设计接收端ADC的精度，对系统实现具有非常重要的指导意义。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种大规模MIMO系统中设备ADC的精度配置计算方法，该方法计算得出ADC的精度配置值可以最小化传输系统中信号量化模块的功耗，极大减小大规模天线阵列系统的整体功耗。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包括步骤：

(1)根据Bussang理论，基站发射天线配置1比特DAC，终端接收天线配置理想的无限精度ADC时，下行链路中每个用户的接收信噪比γ_ideal为：

其中，ρ_DAC＝0.3634，表示1比特量化DAC对接收信噪比的影响参数；基站天线数目为N，终端单天线用户数目为M，发射功率为P，接收端热噪声功率为N₀；