[发明专利]60GHz毫米波通信系统中重叠剪切均衡器的实现方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，主要是超高速毫米波通信中的低复杂度均衡器实现技术。

背景技术

从上世纪八十年代开始，蜂窝无线通信经历几代技术的飞速发展，每十年就有新的一代移动通信技术诞生，系统传输速率也从最初的每秒几千比特发展到目前的每秒上百兆比特，大大提高了人们交流沟通和获取信息的能力。但是随着移动通信数据量的迅猛增加以及智能终端的广泛普及，传统移动蜂窝无线通信系统正面临着如何满足未来通信高速率、低延迟和大容量要求的挑战。因此，在未来移动通信系统的架构里，频带在30GHz到300GHz的毫米波短距离通信系统将起到非常重要的作用。随着全球众多国家和地区相继在60GHz频率附近开放了免许可频段，大量学术界和工业界的研究者投入到对60GHz无线通信技术的研究工作中，这也使得60GHz无线通信技术成为未来移动通信最具潜力的技术之一。

在通信传输系统中，均衡器设计的好坏会直接影响到基带接收机的性能。均衡就是为了抵消传输信道的各种失真对传输信号的影响，所以，在设计接收机均衡器时，通常是要根据传输信道的特性进行设计。对于60GHz短距离通信系统，由于传输环境存在时变多径衰落，信号在高速传输过程中会受到不同程度的时延扩展，从而产生码间干扰(Inter Symbol Interference,ISI)，IEEE 802.11ad标准提出调制带宽为1.76GHz，在如此宽的频谱范围内，无法保证信道的平坦性，同时由于60GHz系统的传输速率极高，这都基带高速均衡算法的实现提出了挑战。

在单载波系统中，普遍使用时域均衡算法，但是根据IEEE 802.11ad标准，60GHz信道的最长时延为64个符号，使用时域均衡算法需要较多的抽头才能实现，这就使得频域均衡成了更好的选择。图1为使用802.11ad帧格式，T/2符号级间隔采样下的传统带循环前缀的单载波频域均衡(Single Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE)框图。

从图1可以看出，采用传统频域均衡算法，需要使用1024点的FFT/IFFT变换对，再加上60GHz系统高达吉比特每秒的采样频率，必然要求在FPGA(Field－Programmable Gate Array)实现上采用并行处理，例如一块工作在220MHz下的FPGA芯片，为了3.52GS/s的吞吐率，需要采用16路并行的设计才能实现，这将极大增加硬件平台实现的资源消耗。所以传统的频域均衡算法已经不能满足基带芯片小型化，低功耗化的需求，采用低复杂的基带均衡算法势在必行。

发明内容

为了应对60GHz短距离无线通信提出的高速信号实时处理的挑战，必须要考虑降低均衡器实现的复杂度，在均衡器的实现上，最消耗资源的就是FFT/IFFT变换对。传统的带循环前缀的频域均衡算法在802.11ad帧格式，T/2符号级间隔采样下，需要1024点长度的FFT/IFFT变换对，且要求并行处理，这对硬件逻辑资源的消耗极大，需要降低FFT/IFFT变换对的点数才能有效控制资源消耗，为此可以使用重叠剪切均衡算法。但是采用128点FFT/IFFT变换对长度的重叠剪切均衡算法在60GHz信道下的性能并不理想，不能满足实际需求。为了克服现有技术的缺陷，本发明提出一种60GHz毫米波通信系统中重叠剪切均衡器的实现方法。

为了方便地描述本发明的内容，首先对本发明中所使用的概念和术语进行定义。

重叠剪切均衡：重叠剪切均衡法是一种无需循环前缀(Cyclic Prefix,CP)和边界补零(Zero-Padding,ZP)的低复杂度频域均衡方法。其核心思想在于将发送信号通过信道后的线性卷积的结果，当作循环卷积去处理，这样便能利用高效的FFT/IFFT变换对来进行频域均衡，其中虽然会存在一定误差，但只要舍去结果中误差较大的一部分，就能在较低资源开销的情况下得到较好的性能。

MMSE均衡算法：基于最小均方误差的MMSE算法，其主要思想是使发送信号与均衡器输出信号差异的均方误差最小。

60GHz毫米波通信系统中重叠剪切均衡器的实现方法，具体步骤如下：

S1、通过MMSE频域均衡算法计算出均衡系数w[n]，同时得到矩阵 其中，w[n]＝[w₀,w₁,…,w_N-1]为MMSE频域均衡算法计算得到的均衡系数，n＝0,1,2,3,...,N-1，N；

S2、通过信道估计得到信道的冲击响应序列矩阵：