[发明专利]大规模数字阵列信号同步采集系统

说明书

本发明公开的一种大规模数字阵列信号同步采集系统，旨在提供一种可靠性高、规模可扩展，同步精度高，具有良好的幅度一致性、相位一致性以及快速、稳定的同步采集系统，本发明通过下述技术方案实现：每个子阵群在采集端直接高速串行接口相连同步采样模数A/D转换器，实现各路阵列信号同步采样，通过子阵间同步时刻触发延时测量模块进行相位关系检测，延时搜索同步信号有效采集时刻周期，利用每个子阵内两级时钟分发和延时测量实现采样时钟和同步信号的可靠对齐，子阵间的参考时钟和数字多波束同步信号通过光纤传输分发到DBF处理池，DBF处理池根据阵列规模完成波束数据汇聚，将形成全阵的多波束数据送至基带信号处理设备实现测控、通信。

技术领域

本发明涉及测控、通信等领域，特别涉及数字阵列信号同步采集的大规模数字阵列信号同步采集系统。

背景技术

随着测控、通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术通常采用大规模天线阵列(massive MIMO)。大规模天线阵列是基于多用户波束成形的原理，在基站端布置几百根天线，对几十个目标接收机调制各自的波束，通过空间信号隔离，在同一频率资源上同时传输几十条信号。大规模天线阵列大幅度提高网络容量，因为有一堆天线同时发力，由波速成形形成的信号叠加增益将使得每根天线只需以小功率发射信号，从而避免使用昂贵的大动态范围功率放大器，减少了硬件成本。大规模天线阵列利用大数定律造就的平坦衰落信道使得低延时通信成为可能。传统通信系统为了对抗信道的深度衰落，需要使用信道编码和交织器，将由深度衰落引起的连续突发错误分散到各个不同的时间段上(交织器的目的即将不同时间段的信号揉杂,从而分散某一短时间内的连续错误)，而这种揉杂过程导致接收机需完整接受所有数据才能获得信息，造成时延。在大规模天线下，得益于大数定理而产生的衰落消失，信道变得良好，对抗深度衰弱的过程可以大大简化，因此时延也可以大幅降低。为了更有效挖掘空间自由度、更有效利用发送端能量、找到更多的分集和复用增益，现代通信普遍采用多天线系统来提高物理层链路性能，称为多输入多输出技术(MIMO)。通常MIMO采用空间预编码(Precoding)的方式来补偿物理信道，实现空间分集、空分复用或者空分多址。空间分集在不同的空间信道传输相同数据使等效信道更加平稳，从而对抗实际环境下的信道衰落，使传输更加可靠；空分复用利用不同空间信道的弱相关性来传输不同数据，提升系统数据传输速度，使数据传输更加有效；空分多址则利用多个用户的空间位置带来的天然信道弱相关来分别向不同位置用户传输数据，提升系统连接数和容量。目前mMIMO系统均的3D阵列部署天线，这不仅仅给了波束朝向更多调整空间，波束的发射方向也可以在水平和垂直维度上调整。此外这种3D结构也给现存的信道建模带来了挑战，特别是有关俯仰角、运动估计等波束对齐问题。目前普遍认为混合波束赋形可以减少硬件成本，因此massive MIMO的硬件中。存在大量的模拟元器件，需要大量的ADC和DAC元件，数据转换要求扩大后，采样时钟生成和同步就成了很大的设计挑战。而且大量使用模拟元器件必然会带来非理想失真，包括频偏、ADC/DAC的量化噪声等等。这些非理想失真在发送侧和接收侧是不均衡的，所以会对信道互易性假设带来严重的挑战，尤其是当基站天线数目大于100时，模拟器件的非理想性会严重影响massive MIMO所带来的自由度提升，甚至可以说此时继续增加天线所带来的增益微乎其微。模拟元器件的使用带来了massive MIMO增益上界。