[发明专利]一种基于大规模MIMO的多用户上行链路频率同步方法

摘要

本发明公开了一种基于大规模MIMO的多用户上行链路频率同步方法，其基站端具有大规模的均匀天线阵列，多用户端在上行链路OFDM调制下通过基站接收天线进行频率同步。由于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到一个窄的角度范围内，利用一种联合空间‑频率对齐的方法分别为每个用户进行载频偏移估计以及补偿。得益于大规模天线阵列提供的空间自由度，本发明利用每个用户的合格波达方向所对应的导向向量进行接收波束形成，使多用户干扰得到有效的抑制。这种多路接收波束形成的方法使得每个用户与基站之间形成了一个等价的单用户传输模型，从而传统的单用户信道估计和数据检测技术能被运用。

主权项

1.一种基于大规模MIMO的多用户上行链路频率同步方法，其特征在于，包括以下步骤：1)基站端对每个用户进行联合空间‑频率对齐操作：在大规模MIMO的多用户上行链路中，用户端向基站发射预先设计的训练序列，基站端则根据接收的训练序列进行联合空间‑频率对齐操作，完成对每个用户的CFO估计以及补偿，实现频率同步；其中，基站端进行联合空间‑频率对齐操作具体为：定义代价函数为：其中，为测试DOA角度，为测试CFO，和分别对应空间和频率对齐；表示在B_k列空间上的正交投影操作，N为子载波的总数，H为共轭转置，F为N×N归一化DFT矩阵，F_L代表矩阵F的前L列向量组成的子矩阵，x_k＝[x_k(0),x_k(1),…,x_k(N‑1)]^T为第k个用户发送的频域训练块，Y为训练序列所对应的时域接收信号，为均匀线阵的导向向量，θ_as为角度扩展；第k个用户的联合CFO和DOA估计表示为：通过寻找上式的最小值，获得第k个用户有效的CFO和DOA估计量，进而对接收信号Y完成相应的CFO补偿和接收波束形成，即联合空间‑频率对齐操作；另外，CFO估计采用迭代操作，DOA角度搜索过程通过FFT操作进行简化，具体方法如下：第k个用户在第(n+1)步迭代过程中，CFO估计的迭代公式为：其中，表示对接收信号Y进行CFO补偿；而表示第k个用户在第(n+1)步迭代过程中的DOA估计：在的计算过程中，引入FFT操作；DOA测试值和DOA样值均来自集合其中M_FFT表示FFT矩阵的大小；于是，而集合相当于接收信号Y沿着空间维度的FFT变换；因此，重新表示如下：其中，而是酉阵，且和B_k具有相同的列空间，即span(Q_k)＝span(B_k)；表示邻近的样值；2)基站端对每个用户进行多路接收波束形成操作：第k个用户的DOA角度θ在(θ_k‑θ_as,θ_k+θ_as)的区域，通过筛选合格的DOA角度θ所对应的导向向量来完成多路接收波束形成操作；其中，θ_k为第k个用户的来波中心角度，θ_as为角度扩展；基站端对每个用户进行多路接收波束形成时的合格DOA角度筛选具体为：对接收信号Y进行完测试值的波束形成和估计值的CFO补偿后的代价函数为：该值表示位于B_k列空间中的合成信号功率与总信号功率的比值，而可实现的期望信号的最大比值表示为：当期望信号在进行波束形成向量的波束形成后的与C_k,max的比值大于预设门限t_h时，则该DOA测试值就是合格的；第k个用户筛选的合格DOA构成矩阵：其中，集合υ^(k)中的元素D_i来自集合D_FFT，从而能够重复利用FFT操作的结果。