一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法，屬于無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)領(lǐng)域。ＦＰＧＡ將接收的ＭＩＭＯ基帶數(shù)據(jù)信號傳給ＰＣ機。ＰＣ機對其進行同步處理，獲得幀同步信息、收發(fā)之間頻偏同步信息和采樣時鐘同步信息等同步信息，并發(fā)送給ＦＰＧＡ。ＦＰＧＡ根據(jù)同步信息進行幀同步定位、頻偏校正與采樣時鐘頻率等定時同步，并從同步調(diào)整后的信號中截取包含導(dǎo)頻在內(nèi)的數(shù)據(jù)塊傳給ＰＣ機。ＰＣ機進行信道估計和ＭＩＭＯ均衡矩陣，并發(fā)送給ＰＦＧＡ。ＦＰＧＡ對經(jīng)過同步調(diào)整后的基帶數(shù)據(jù)信號進行ＭＩＭＯ均衡，以及解調(diào)、譯碼，最終得到輸出數(shù)據(jù)。本方法在保證系統(tǒng)接收端數(shù)據(jù)處理速度的前提下有效地實現(xiàn)ＭＩＭＯ技術(shù)對無線系統(tǒng)性能的提升。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)接收方法，屬于無線數(shù)據(jù)傳輸技 術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
在無線通信中為了支持更高的傳輸速率，達到更高的頻譜利用率，采用多輸入多輸出 (以下簡稱MIMO)技術(shù)是一種有效的方法。同時，為了支持高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，必然 要求通信設(shè)備具備較高的數(shù)據(jù)處理能力與之相匹配。由于現(xiàn)場可編程門陣列(以下簡稱 FPGA)具有便于并行性設(shè)計、處理速度快的特點，因此在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)中 經(jīng)常采用FPGA。采用MIM0技術(shù)的無線通信系統(tǒng)通常在接收機一端需要對接收到的基帶數(shù)字信號進行 MIM0均衡處理，這就意味著接收機要對MIM0無線信道進行估計以及通過矩陣計算得到 MIMO均衡矩陣等較復(fù)雜的信號處理工作。由于FPGA不適宜進行較復(fù)雜的矩陣計算，因此 要在使用純粹FPGA實現(xiàn)的接收機中完全實現(xiàn)MIMO技術(shù)并獲得相應(yīng)的系統(tǒng)增益是比較困難 的。與之相對應(yīng)的是，通用計算機(以下簡稱PC機)通常具有相對FPGA更高性能的矩陣 計算能力。因此，本專利技術(shù)考慮充分利用PC機處理矩陣計算的靈活性和高效性來配合FPGA 實現(xiàn)MIMO無線通信系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)接收處理。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是為了解決在使用FPGA的接收機中采用MIMO技術(shù)遇到的計算復(fù)雜度過 高，尤其是矩陣計算能力有限的問題，將接收機中部分較復(fù)雜的信號處理功能從FPGA轉(zhuǎn) 移到了PC機來實現(xiàn)。本專利技術(shù)提出的多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法，包括以下步驟(1) 無線通信系統(tǒng)中接收端的現(xiàn)場可編程門陣列將接收到的多輸入多輸出基帶數(shù)據(jù) 信號發(fā)送至計算機；(2) 接收端的計算機對上述接收的基帶數(shù)據(jù)信號中進行幀同步處理，得到基帶數(shù)據(jù) 信號的幀同步信息，并將該幀同步信息發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣列；(3) 根據(jù)上述幀同步信息，現(xiàn)場可編程門陣列對接收的基帶數(shù)據(jù)信號進行幀同步定位，得到幀起始位置，并從基帶數(shù)據(jù)信號中截取包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊，并將該數(shù)據(jù)塊發(fā)送至計算機；(4) 計算機對上述接收的經(jīng)過幀同步定位后含有導(dǎo)頻的基帶數(shù)據(jù)信號進行頻率同步 和采樣時鐘同步處理，得到無線通信系統(tǒng)的收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏 差，并將該收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣 列；(5) 接收端的現(xiàn)場可編程門陣列根據(jù)上述收發(fā)頻率偏差對上述幀同步定位后的基帶 數(shù)據(jù)信號進行頻偏校正，根據(jù)上述收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差對該頻偏校正后的信號進 行采樣時鐘的頻率和相位校正，并將經(jīng)采樣時鐘的頻率和相位校正后的基帶數(shù)據(jù)信號中包 含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊發(fā)送至計算機；(6) 計算機從上述步驟(5)接收的包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊中提取導(dǎo)頻信號，利用該導(dǎo)頻 信號對無線通信系統(tǒng)進行信道估計；(7) 計算機利用上述信道估計結(jié)果計算出無線通信系統(tǒng)的均衡矩陣，并將該均衡矩 陣發(fā)送至現(xiàn)場可編程門陣列； ，(8) 現(xiàn)場可編程門陣列利用上述接收的均衡矩陣對經(jīng)上述步驟(5).的采樣時鐘頻率 和相位校正后的基帶數(shù)據(jù)信號進行多輸入多輸出均衡、解調(diào)以及譯碼，得到輸出數(shù)據(jù)。上述方法中，現(xiàn)場可編程門陣列截取的包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊長度長于導(dǎo)頻信號的長度， 即包含導(dǎo)頻和導(dǎo)頻前后的部分?jǐn)?shù)據(jù)。本專利技術(shù)提出的多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法，將MIM0接收機信號檢測 與處理流程中比較復(fù)雜的計算處理，尤其是同步處理以及涉及到矩陣運算的信道估計與 MIM0均衡矩陣計算部分，由FPGA轉(zhuǎn)移到PC機中，這樣可以充分利用PC機的強大計算能 力。同時由于PC機只完成上述相對復(fù)雜的計算部分，其他實時性要求更高的信號處理部 分，例如均衡、解調(diào)、譯碼等，仍在FPGA中完成，所以并不會影響MIMO接收機最終的數(shù) 據(jù)處理速度。實驗證明，采用本專利技術(shù)所提出的MIMO數(shù)據(jù)接收方法，利用PC機與FPGA對 MIM0基帶數(shù)據(jù)信號的聯(lián)合處理，可以在保證系統(tǒng)接收端數(shù)據(jù)處理速度的前提下有效地實 現(xiàn)MIM0技術(shù)對無線系統(tǒng)性能的提升。附圖說明圖1是本專利技術(shù)方法的數(shù)據(jù)接收過程示意圖。4圖2是本專利技術(shù)方法的一個實施例。 具體實施例方式本專利技術(shù)提出的多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法，其過程如圖l所示，包括 以下步驟(1) 無線通信系統(tǒng)中接收端的現(xiàn)場可編程門陣列將接收到的多輸入多輸出基帶數(shù)據(jù) 信號發(fā)送至計算機；(2) 接收端的計算機對上述接收的基帶數(shù)據(jù)信號中進行幀同步處理，得到基帶數(shù)據(jù) 信號的幀同步信息，并將該幀同步信息發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣列；(3) 根據(jù)上述幀同步信息，現(xiàn)場可編程門陣列對接收的基帶數(shù)據(jù)信號進行幀同步定 位，得到幀起始位置，并從基帶數(shù)據(jù)信號中截取包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊，并將該數(shù)據(jù)塊發(fā)送至 計算機；(4) 計算機對上述接收的經(jīng)過幀同步定位后含有導(dǎo)頻的基帶數(shù)據(jù)信號進行頻率同步 和采樣時鐘同步處理，得到無線通信系統(tǒng)的收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏 差，并將該收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣 列；(5) 接收端的現(xiàn)場可編程門陣列根據(jù)上述收發(fā)頻率偏差對上述幀同步定位后的基帶 數(shù)據(jù)信號進行頻偏校正，根據(jù)上述收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差對該頻偏校正后的信號進 行采樣時鐘的頻率和相位校正，并將經(jīng)采樣時鐘的頻率和相位校正后的基帶數(shù)據(jù)信號中包 含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊發(fā)送至計算機；(6) 計算機從上述步驟(5)接收的包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊中提取導(dǎo)頻信號，利用該導(dǎo)頻 信號對無線通信系統(tǒng)進行信道估計；(7) 計算機利用上述信道估計結(jié)果計算出無線通信系統(tǒng)的均衡矩陣，并將該均衡矩 陣發(fā)送至現(xiàn)場可編程門陣列；(8) 現(xiàn)場可編程門陣列利用上述接收的均衡矩陣對經(jīng)上述步驟(5)的采樣時鐘頻率 和相位校正后的基帶數(shù)據(jù)信號進行多輸入多輸出均衡、解調(diào)以及譯碼，得到輸出數(shù)據(jù)。本專利技術(shù)方法中，F(xiàn)PGA首先將接收到的MIM0基帶數(shù)據(jù)信號通過與PC機之間的數(shù)據(jù)接口 傳給PC機。PC機對接收到的MIM0基帶數(shù)據(jù)信號進行同步處理，通過此同步處理獲得包 括幀同步信息、收發(fā)之間頻偏同步信息和采樣時鐘同步信息等同步信息，并發(fā)送給FPGA。 FPGA根據(jù)上述各種同步信息進行幀同步定位、頻偏校正與采樣時鐘頻率等定時同步調(diào)整，并從經(jīng)過上述同步調(diào)整后的基帶數(shù)據(jù)信號中截取出包含導(dǎo)頻在內(nèi)的一塊數(shù)據(jù)傳給PC機。 PC機利用FPGA傳來的導(dǎo)頻信號進行相應(yīng)的信道估計，以及計算出MIMO均衡矩陣，并及 時地將上述計算結(jié)果傳送給PFGA。最后，F(xiàn)PGA利用從PC機傳送來的MIMO均衡矩陣，對 經(jīng)過同步調(diào)整后的基帶數(shù)據(jù)信號進行MIMO均衡，以及解調(diào)、譯碼，最終得到輸出數(shù)據(jù)。 上述所有步驟執(zhí)行過程中，PC機將一直利用FPGA傳來的數(shù)據(jù)與FPGA相互配合不斷地進 行相應(yīng)的同步處理及跟蹤。下面結(jié)合附圖和一個具體的實施例對本專利技術(shù)方法進行詳細說明。在本實施例中，通常考慮采用MIMO與正交品分復(fù)用(以下簡稱OFDM)技術(shù)相結(jié)合的 無線通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)的接收機基本結(jié)構(gòu)框圖可如圖2所示。在此接收機中，PC機與FPGA 之間的數(shù)據(jù)接口使用以太網(wǎng)口，接收機所有的MIMO基帶數(shù)據(jù)信號處理分配給FPGA與PC 機兩部分來協(xié)同完成。其中，F(xiàn)PGA完成的主要功能模塊包括了幀同步定位、頻偏校正、 采樣時鐘頻率與相位校正、MIMO均衡、解調(diào)、譯碼。PC機完成的功能模塊主要包括了 同步處理(包括幀同步、頻率同步、采本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：　（１）無線通信系統(tǒng)中接收端的現(xiàn)場可編程門陣列將接收到的多輸入多輸出基帶數(shù)據(jù)信號發(fā)送至計算機；　（２）接收端的計算機對上述接收的基帶數(shù)據(jù)信號中進行幀同步 處理，得到基帶數(shù)據(jù)信號的幀同步信息，并將該幀同步信息發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣列；　（３）根據(jù)上述幀同步信息，現(xiàn)場可編程門陣列對接收的基帶數(shù)據(jù)信號進行幀同步定位，得到幀起始位置，并從基帶數(shù)據(jù)信號中截取包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊，并將該數(shù)據(jù)塊發(fā) 送至計算機；　（４）計算機對上述接收的經(jīng)過幀同步定位后含有導(dǎo)頻的基帶數(shù)據(jù)信號進行頻率同步和采樣時鐘同步處理，得到無線通信系統(tǒng)的收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差，并將該收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可 編程門陣列；　（５）接收端的現(xiàn)場可編程門陣列根據(jù)上述收發(fā)頻率偏差對上述幀同步定位后的基帶數(shù)據(jù)信號進行頻偏校正，根據(jù)上述收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差對該頻偏校正后的信號進行采樣時鐘的頻率和相位校正，并將經(jīng)采樣時鐘的頻率和相位校正后的基帶數(shù) 據(jù)信號中包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊發(fā)送至計算機；　（６）計算機從上述步驟（５）接收的包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊中提取導(dǎo)頻信號，利用該導(dǎo)頻信號對無線通信系統(tǒng)進行信道估計；　（７）計算機利用上述信道估計結(jié)果計算出無線通信系統(tǒng)的均衡矩陣，并將該均衡矩陣發(fā) 送至現(xiàn)場可編程門陣列；　（８）現(xiàn)場可編程門陣列利用上述接收的均衡矩陣對經(jīng)上述步驟（５）的采樣時鐘頻率和相位校正后的基帶數(shù)據(jù)信號進行多輸入多輸出均衡、解調(diào)以及譯碼，得到輸出數(shù)據(jù)。...

【技術(shù)特征摘要】
1、一種多輸入多輸出無線通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)無線通信系統(tǒng)中接收端的現(xiàn)場可編程門陣列將接收到的多輸入多輸出基帶數(shù)據(jù)信號發(fā)送至計算機；(2)接收端的計算機對上述接收的基帶數(shù)據(jù)信號中進行幀同步處理，得到基帶數(shù)據(jù)信號的幀同步信息，并將該幀同步信息發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣列；(3)根據(jù)上述幀同步信息，現(xiàn)場可編程門陣列對接收的基帶數(shù)據(jù)信號進行幀同步定位，得到幀起始位置，并從基帶數(shù)據(jù)信號中截取包含導(dǎo)頻的數(shù)據(jù)塊，并將該數(shù)據(jù)塊發(fā)送至計算機；(4)計算機對上述接收的經(jīng)過幀同步定位后含有導(dǎo)頻的基帶數(shù)據(jù)信號進行頻率同步和采樣時鐘同步處理，得到無線通信系統(tǒng)的收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差，并將該收發(fā)頻率偏差及收發(fā)采樣時鐘頻率和相位偏差發(fā)送至接收端的現(xiàn)場可編程門陣列；(5)接收端的現(xiàn)場可編...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高群毅，王京，王燕敏，許鵬，許希斌，張秀軍，趙明，周春暉，周世東，
申請(專利權(quán))人：清華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]