[发明专利]基于大规模MIMO的上下行联合定时同步硬件实现方法

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于时分双工TDD基于大规模MIMO的上下行联合定时同步硬件实现方法。

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带，以子带携带调制后数据。OFDM系统能够有效消除符号间干扰(ISI)，但在多径条件下子载波干扰(ICI)会破坏子载波间的正交性，引入循环前缀的保护间隔能够有效对抗ICI，但如果接收机的定时同步不准确，定时位置超出了循环间隔的保护范围，会使得系统性能降级，这就对定时同步提出了严格的要求。

现阶段的TDD-LTE的定时同步一般采用序列来实现，序列信号(PSS和SSS)作为下行信号的一部分，由基站端发出，用户设备接收到下行信号后与本地序列通过互相关运算找到峰值即定时偏移点，然后根据该定时偏移点调整上行信号的发送。但该方法的不足在于定时同步的过程在用户设备上进行，占用了用户设备的运算资源，增加了功耗，同时未能利用基站端多天线，尤其是大规模多天线条件下的优势。可见，目前的定时同步方法上存在不足。

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基于大规模MIMO的上下行联合定时同步硬件实现方法，在一定程度上以TDD-LTE蜂窝系统作为参考标准，遵循类似TDD-LTE协议规定的帧结构以及时频资源的分配方法，同时在其基础上作了适当改进。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于大规模MIMO的上下行联合定时同步硬件实现方法，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，进入同步捕获模式，对各路接收的基带信号进行运算，寻找峰值，得到各路同步起始位置；

上位机对上述各路同步起始位置进行联合判决，得到定时位置期望值；

步骤3，基站端进入同步跟踪模式，同时由定时位置期望值实施下行同步；

步骤4，用户设备接收信号处理为基带信号。

进一步的，所述步骤1中，基带序列信号基于以下公式产生：

上式中，u∈{25,29,34}，表示与小区号有关的参数，n表示基带信号采样点。

进一步的，所述步骤2中，基站端全部射频端口工作在收状态，所述峰值通过以下公式确定：

上式中，R(n)通过以下公式进行计算：

上式中，m是距离现在的离散时间值，L表示相关窗长；

所述各路同步起始位置通过以下公式计算：

上式中，n_current(i)表示当前接收信号点位置，表示基站第i路信号峰值位置，n_hardware(i)表示具体实现时的固定硬件处理延时，L_base表示数字域帧长。

进一步的，所述步骤2中，计算定时位置期望值是将各路基带信号起始位置按大小排序，去除最高和最低的1/4的样本数据，对剩余数据求平均得到，计算公式如下：

上式中，假设基站部署天线总数为M，则是对各路基带信号起始位置按大小排序后的结果。

进一步的，所述步骤3中，所述同步跟踪模式中将上述有效同步位置期望值连同一个触发信号下发至基站端；

所述下行同步包括以下步骤：

由上述有效同步位置期望值调整下行基带信号的流动时序；

由上述有效同步位置期望值调整射频端口的工作状态。

进一步的，在步骤3中基站端进入同步跟踪模式前还包括有效性检验步骤：

判断有效同步位置期望值是否有效，当有效时执行步骤3。