一种通道补偿校准方法与系统与流程

本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种通道补偿校准方法与装置。

背景技术：

随着现代无线通信系统各种宽带业务的发展应用，无线通信系统的带宽越来越宽。当带宽变宽时，带宽内通道的幅度响应失真和相位响应失真也变大。

现有技术中，通常通过硬件来控制通道在信息带宽内的幅度响应失真和相位响应失真。但是，随着带宽宽度的增加，由于硬件本身的群时延和增益不平坦的特性也明显增加，严重地影响了通道的信号质量，从而不能有效地控制通道的幅度响应失真和相位响应失真。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种通道补偿校准方法与系统，用于有效地控制通道内的幅度响应失真和相位响应失真。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

该通道补偿校准方法包括：

S1、向通道发送一组已知的训练序列的原始信号；

S2、将训练序列的原始信号依次通过数模转换器和射频发射端发射出去；

S3、依次通过射频接收端和模数转换器接收训练序列的反馈信号；

S4、将接收到的训练序列的反馈信号和训练序列的原始信号进行同步校准；

S5、构造训练序列信号的矩阵组合，其中，训练序列信号的矩阵组合包括：训练序列的原始信号和反馈信号的自相关矩阵，以及用于表征通道数字预失真系数的互相关矩阵；

S6、对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理，并获取用于通道补偿的校准系数。

S7、将所获取的校准系数反馈给通道，并使用所述校准系数对通道进行补偿校准。

由于本发明的通道补偿校准方法具有以上步骤，因此，可以提前向通道发送一组已知的训练序列的原始信号，将训练序列的原始信号依次通过数模转换器和射频发射端发射出去。然后，可以依次通过射频接收端和模数转换器来接收训练序列的反馈信号，并将接收到的训练序列的反馈信号和训练序列的原始信号进行同步校准。接着，可以构造训练序列信号的矩阵组合，其中训练序列信号的矩阵组合包括：训练序列的原始信号和反馈信号的自相关矩阵，以及用于表征通道数字预失真系数的互相关矩阵，通过对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理后，可以获取用于通道补偿的校准系数。本发明的通道补偿校准方法可以将所获取的校准系数反馈给通道，用所述校准系数对通道进行补偿校准，从而有效地控制通道的幅度响应失真和相位响应失真。

该通道补偿校准系统包括：

训练序列的原始信号发送模块，用于向通道发送一组已知的训练序列的原始信号；通道发射模块，用于将训练序列的原始信号依次通过数模转换器和射频发射端发射出去；通道接收模块，用于依次通过射频接收端和模数转换器接收训练序列的反馈信号；同步校准模块，用于将接收到的训练序列的反馈信号和训练序列的原始信号进行同步校准；矩阵构造模块，用于构造关于训练序列信号的矩阵组合，其中，训练序列信号的矩阵组合包括：训练序列的原始信号和反馈信号的自相关矩阵，以及用于表征通道数字预失真系数的互相关矩阵；校准系数计算模块，用于对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理，并获取用于通道补偿的校准系数。校准系数反馈模块，用于将所获取的校准系数反馈给通道，并使用所述校准系数对通道进行补偿校准。

本发明的通道补偿校准系统与上述的通道补偿校准方法相配合使用，因此，该通道补偿校准装置具有与上述的通道补偿校准方法相同的有益效果，此处不进行赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明通道补偿校准方法的流程图；

图2为本发明通道系统的信号传输过程示意图；

图3为本发明用于通道的校准测试流程图；

图4为本发明通道补偿校准系统的结构图。

附图标记说明：

10-射频发射端； 101-训练序列的原始信号发送模块；

102-通道发射模块； 20-射频接收端；

201-通道接收模块； 202-同步校准模块；

203-矩阵构造模块； 204-校准系数计算模块；

205-校准系数反馈模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例提供了一种通道补偿校准方法，如图1所示，该通道补偿校准方法包括：

S1、向通道发送一组已知的训练序列的原始信号；

S2、将训练序列的原始信号依次通过数模转换器和射频发射端发射出去；

S3、依次通过射频接收端和模数转换器接收训练序列的反馈信号；

S4、将接收到的训练序列的反馈信号和训练序列的原始信号进行同步校准；

S5、构造训练序列信号的矩阵组合，其中，训练序列信号的矩阵组合包括：训练序列的原始信号和反馈信号的自相关矩阵，以及用于表征通道数字预失真系数的互相关矩阵；

S6、对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理，并获取用于通道补偿的校准系数。

S7、将所获取的校准系数反馈给通道，并使用所述校准系数对通道进行补偿校准。

由于本发明的通道补偿校准方法具有以上步骤，因此，可以提前向通道发送一组已知的训练序列的原始信号，将训练序列的原始信号依次通过数模转换器和射频发射端发射出去。然后，可以依次通过射频接收端和模数转换器来接收训练序列的反馈信号，并将接收到的训练序列的反馈信号和训练序列的原始信号进行同步校准。接着，可以构造训练序列信号的矩阵组合，其中训练序列信号的矩阵组合包括：训练序列的原始信号和反馈信号的自相关矩阵，以及用于表征通道数字预失真系数的互相关矩阵，通过对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理后，可以获取用于通道补偿的校准系数。本发明的通道补偿校准方法可以将所获取的校准系数反馈给通道，用所述校准系数对通道进行补偿校准，从而有效地控制通道的幅度响应失真和相位响应失真。

可选地，步骤S1中的训练序列的数据长度依据通道的最低分辨带宽来确定。其中，训练序列的数据长度即指训练序列的数据长度所包含的点数。例如，对于数据长度为N的训练序列，若通道的带宽为100MHZ，该通道所对应的最低分辨带宽为2KHZ，则训练序列的数据长度所包含的点数N的计算公式为：N＝100*10∧6/(2*10∧3)＝50000。又例如，N还可以为65536。

可选地，步骤S3与步骤S4之间，通道补偿校准方法还包括：对接收到的训练序列的反馈信号进行抽取采样，从而可以通过抽取采样采集到关于训练序列的反馈信号的离散数据，进而可以通过对所采集的离散数据进行矩阵构造以及矩阵运算，以得到通道的补偿校准系数。

优选地，抽取采样的类型为延时抽取采样，以避免由于通道的射频发射端与射频接收端之间存在记忆延时，导致通道的信号质量较差的问题。优选地，本发明的申请人经过多次试验发现，当抽取采样的位置提前4个采样点时，通道的信号质量最好。需要说明的是，可以使用EVM(Error Vector Magnitude，误差向量幅度)来评估通道的信号质量。误差向量幅度值越小，表示通道的信号质量越好。

可选地，在对接收到的训练序列的反馈信号进行抽取采样之前，通道补偿校准方法还包括：确定抽取采样的最佳抽取位置，从而可以从最佳抽取位置获得采样数据，以便更准确地得到用于通道补偿的校准系数，使得补偿后的通道具有更好的信号质量。具体地，可以预先对接收到的训练序列的反馈信号进行多级抽取采样，然后根据采集的多组样本数据分别计算各自的通道的误差向量幅度值，接着从多个误差向量幅度值中选取数值最小的误差向量幅度值，并获取该最小误差向量幅度值所对应的抽取采样的位置，以作为抽取采样的最佳抽取位置。

为便于本领域技术人员理解上述最佳抽取位置的确定方法，下面举一个具体的例子进行说明。首先，可以从接收到的训练序列的反馈信号中抽取D级样本作为采样数据，每级样本起始的抽取采样的位置依次延时0、1、…、(D-1)个信号，从而得到D组样本数据。接着，将D组样本数据与训练序列的原始信号进行对比，分别计算得到基于D组样本数据的通道的误差向量幅度值。其中，若第(D-1)组样本的误差向量幅度值最小，则确定该(D-1)组的抽取采样的位置作为最佳的抽取采样位置，其中D是大于1的自然数。

为了使用于通道补偿的校准系数的数值更加准确，步骤S4中的同步校准可以包括：位同步校准、信号相位校准和信号功率校准。

其中，位同步校准指的是通道的射频接收端，根据射频发送端发送信号的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准和时钟频率，从而使射频接收端接收的每一位信息均能够与射频发送端保持同步。例如，在进行位同步校准时，需要将采集到的通道的基准信号(即训练序列的原始信号)和同步信号(即训练序列的反馈信号)进行相位比较，当训练序列的原始信号的相位超前反馈信号时，可以将可变分频器的分频初值减小一个时钟，以使通道中的训练序列的反馈信号与原始信号逐渐保持位同步。而当训练序列的原始信号的相位滞后于反馈信号时，可以将可变分频器的分频初值增加一个时钟，以使通道中的训练序列的反馈信号与原始信号逐渐保持位同步。按照此方式，通过对可变分频器进行连续调整，就可以使得训练序列的反馈信号与原始信号保持位同步。

信号相位校准指的是通道的射频接收端根据射频发送端发送的训练序列的原始信号对接收的训练序列的反馈信号进行相位校准。需要说明的是，本领域技术人员可以参考现有技术中获取信号相位校准的具体方法，此处不进行赘述。

信号功率校准指的是通道的射频接收端根据射频发送端发送的训练序列的原始信号对接收的训练序列的反馈信号进行功率校准。例如，原始信号功率为-11DBFS，反馈信号功率为-20DBFS。需要说明的是，本领域技术人员可以参考现有技术中获取信号频率校准的具体方法，此处不进行赘述。

进一步地，步骤S4中的同步校准还包括：帧同步校准、信号频率校准和信号频带校准中的任一项或多项，以使用于通道补偿的校准系数的数值更加准确。

其中，帧同步校准指的是通道的射频接收端根据射频发送端发送的训练序列的原始信号对接收的训练序列的反馈信号进行帧同步校准。在进行帧同步校准时，通过对训练序列的原始信号和反馈信号进行计算，可以得到形状为脉冲点的波形，依据该脉冲点幅度的最高位置就可以计算得到帧同步的起始位置。

信号频率校准指的是通道的射频接收端根据射频发送端发送的训练序列的原始信号对接收的训练序列的反馈信号进行频率校准。需要注意的是，若频率发射端和频率接收端采用的时钟源不同，则会存在500KHZ以下的频率偏移。若发射接收采用的是同源时钟，或者数字控制振荡器，就无需进行频率校准。需要说明的是，本领域技术人员可以参考现有技术中获取信号频率校准的具体方法，此处不进行赘述。

信号频带校准指的是通道的射频接收端根据射频发送端发送的训练序列的原始信号对接收的训练序列的反馈信号进行频带校准。具体地，若接收的训练序列的反馈信号的频谱变窄，则可以改变通道中的滤波器系数的带宽，从而保持接收的训练序列的反馈信号的频谱。

可选地，步骤S6中采用最小二乘法对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理。最小二乘法通常用于对一组已知数据信号下的通道进行最佳滤波，或者用于通道功放的预失真算法。为便于本领域技术人员理解上述最小二乘法，下面举一个具体的例子进行说明。

已知从通道的射频发射端发送的训练序列的原始信号为：z(1)、…z(i)、…z(m)、…z(n)，已知从通道的射频接收端接收的训练序列的反馈信号Y为：y(1)、…y(i)、…y(m)、…y(n)。在最小二乘法中，需要采用M阶线性滤波器，依据训练序列的反馈信号Y对训练序列的原始信号Z进行估算，迭代公式如下：

其中，i为采样点的数目标号，N为采样点的总数目，w_m(i)为与采样点的数目标号i的校准系数，M为线性滤波器的阶数，k为记忆序列位置，z(i)为训练序列的原始信号，为对z(i)的预估值，e(i)为表征训练序列的原始信号与其预估值之间的加权累计平方误差性能函数，其中k为正整数。

为了获得最佳的校准系数W，需要提前L个数目的采样点。在本发明的实施例中，根据误差向量幅度的最小值确定提前采样点的数目和最佳的校准系数W的值，例如，一组采样数据为：evm_rmslist(1：L)＝6.8852，5.2686，3.2056，2.9622，3.678，其中L为提前采样的数目。此时，迭代公式如下：

其中，i为采样点的数目标号，N为采样点的总数目，L为提前采样的数目，w_m(i)为与采样点的数目标号i的校准系数，M为线性滤波器的阶数，k为记忆序列位置，z(i)为训练序列的原始信号，为对z(i)的预估值，e(i)为表征训练序列的原始信号与其预估值之间的加权累计平方误差性能函数，其中，k为大于等于1，小于等于L的正整数。

在最小二乘法，依据加权累计平方误差性能函数的取值最小，获取w_m(i)的最佳值，计算公式如下：

其中，ξ(i)为最小加权累计平方误差，e(i)为表征训练序列的原始信号与其预估值之间的加权累计平方误差性能函数，λ为记忆因子，k为记忆序列位置，其中，k为大于等于1，小于等于L的正整数。

此外，最小二乘也可以通过解正规方程的逆矩阵得到.计算过程如下：

由训练序列的反馈信号Y组成的自相关矩阵Y，

Y＝[y₁，…，y₂，…，y_m，…，y_M]^T，其中，u_m＝y_(i-m+1)，i＝0，…N，m＝1：M；

由训练序列的参考信号Z组成的自相关矩阵Z为：：

Z＝[z₍₀)，…，z_(N-1)]^T；

由通道的目标预失真系数组成的互相关矩阵W为：

W＝[w₁，…，w₂，…，w_m，…，w_M]^T；

在本发明的实施例中，目标预失真系数的最小二乘解表示为：

可以通过巧利斯基分解算法对该矩阵求逆，获得目标预失真系数的最小二乘解。

在将所获取的校准系数，即目标预失真系数的最小二乘解，反馈给通道进行补偿校准时，可以反馈给通道的射频发射端和/或通道的射频接收端。

图2所示为通道系统的信号传输过程示意图，图2中还指出了校准系数反馈给射频发射端或者射频接收端位于通道中的具体位置。具体地，通道中的信号传输过程包括：

P1、生成频域星座图映射和参考信号；

P2、通过离散傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，IFFT)/循环前缀(Cyclic，Pre-fix)根据步骤P1中生成的内容组成完整的频域符号信号，并组成完整的无线帧信号；

P3、使用数字上变频(Digital Up Conversion，DUC)下的模块：有限长单位冲激响应滤波器(Finite Impulse Response，FIR)，通过补偿算法获得的校准系数对通道的射频发射端进行滤波处理；

P4、使用数字上变频(Digital UP Conversion，DUC)下的模块：半带滤波器(Half Belt，HB)或数字控制振荡器(Numerically Controlled Oscillator，NCO)，对经步骤P3滤波处理后的信号进行频谱成型，内插滤波，频谱搬移和正交调制处理；

P5、通过数字模拟转换器(Digital to Analog Converter，DAC)将经步骤P4处理后的信号发射至射频接收端的模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)，并对DAC发射通道和ADC接收通道进行采样；

P6、使用直接数字控制器(Direct Digital Control，DDC)对步骤P5中的采样数据进行正交调解，半带滤波器滤波抽取，并经可编程有限长单位冲激响应滤波器(Programming Finite Impulse Response，PFIR)进行滤波处理；

P7、使用补偿算法得到的校准系数对通道的射频接收端的步骤P6后的信号进行滤波处理；

P8、对步骤P7后的信号进行同步处理，导频提取，求出信道H和插值，快速傅里叶变换，CP移走，解调星座图和求取误差向量幅度(Error Vector Magnitude，EVM)。

在本发明的实施例中，训练序列在通道中进行低速训练和校准，一方面能够节省硬件资源，另一方面可以有效地对通道的射频发射端和射频接收端所在系统位置进行补偿，补偿对象包括通道平坦特性。图3为本发明用于通道的校准测试流程图。

具体地，通道的校准测试流程包括：

T1、将训练序列的原始信号通过通道的射频发射端的DAC通道发射出去，并由通道的射频接收端的ADC通道对训练序列的反馈信号进行采集；

T2、对步骤T1采集到的训练序列的反馈信号进行正交解调处理；

T3、对步骤T2处理后的信号进行第一级滤波抽取处理，在进行第一级滤波抽取处理时，应选择具有较宽带宽的滤波器系数，其中滤波器系数对通道的时域EVM的取值十分关键；例如，可以选择半带滤波器；另外，需对滤波抽取处理时抽取采样的数目进行自适应调整，可以对抽取奇数和抽取偶数时的测试效果进行提前校准测试，以优化测试结果。

T4、基于训练序列的原始信号，对步骤T3处理后的信号进行滤波校准处理，并对处理前后的进行频谱比较处理；

T5、接收步骤T4中滤波校准处理后的信号和频谱比较处理后的信号，和训练序列的原始信号，并对所述信号进行EVM测量；

T6、对步骤T5中EVM测量所获取的信号进行第二级滤波抽取，在进行第二级滤波抽取处理时，滤波器一般选择根升余弦滤波器测试效果较好；另外，还需要对抽取信号的数目为奇数还是偶数进行测试，以获得更好的测试效果。

T7、对步骤T6中滤波抽取处理后的信号分别进行锁相环(Phase Lockedloop，PLL)、修正恒模算法(Modified Constant Modulus Algurithm)MCMA和星座图的EVM测量。

实施例二

本发明实施例提供一种通道补偿校准系统，如图4所示，该通道补偿校准系统包括：射频发射端10和射频接收端20，其中射频发射端10包括：训练序列的原始信号发送模块101，用于向通道发送一组已知的训练序列的原始信号；通道发射模块102，用于将训练序列的原始信号依次通过数模转换器和射频发射端发射出去。

进一步地，射频接收端20包括：通道接收模块201，用于依次通过射频接收端和模数转换器接收训练序列的反馈信号；同步校准模块202，用于将接收到的训练序列的反馈信号和训练序列的原始信号进行同步校准；矩阵构造模块

203，用于构造关于训练序列信号的矩阵组合，其中，训练序列信号的矩阵组合包括：训练序列的原始信号和反馈信号的自相关矩阵，以及用于表征通道数字预失真系数的互相关矩阵；校准系数计算模块204，用于对所构造的训练序列信号的矩阵组合进行处理，并获取用于通道补偿的校准系数；校准系数反馈模块205，用于将所获取的校准系数反馈给通道，并使用所述校准系数对通道进行补偿校准。

在本实施例的技术方案中，本发明的通道补偿校准装置与上述的通道补偿校准方法相配合使用，以将所获取的校准系数反馈给通道，用所述校准系数对通道进行补偿校准，从而有效地控制通道的幅度响应失真和相位响应失真。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。