一种频率同步方法、AP设备、服务器及MIMO系统与流程
本发明实施例涉及无线通信技术领域，具体涉及一种频率同步方法、ap设备、服务器及mimo系统。
背景技术：
多入多出(multipleinputmultipleoutput，简称mimo)技术在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，能成倍的提高系统信道容量，因而被广泛应用于无线通信系统中。应用mimo技术的无线通信系统从基站端多天线放置方法可以分为两大类：一类是集中式mimo，另一类是分布式mimo。集中式mimo是指多个天线排列形成天线阵列覆盖小区，所有天线集中在基站所在位置；而分布式mimo是指基站的多个天线分散于覆盖小区中，无空间位置的局限。
对于mimo系统，与其信道容量相关的最重要因素为各天线信道衰落的相关性。由于分布式mimo天线距离较远，不同天线与用户之间形成的信道衰落多数情况下可视作完全不相关，信道容量更大。除此之外，分布式mimo系统在小区边缘覆盖、多用户同频传输等方面均具有一定优势。虽然分布式mimo系统对于集中式mimo系统具有优势，但也伴随着更复杂的系统架构和一系列技术问题。
在分布式mimo协作发射信号时，由于各发射天线采用的晶振不同，接收天线处将存在多个不同频偏，给频偏的估计和补偿带来困难。常规的频偏算法通常只能处理一个频偏，发射端一个频率，接收端一个频率，然后估计两者之间频率偏差，并加以补偿。然而对于分布式mimo系统，由于天线是不同源的，会存在几种不同的频率，协作发射的时候不同频率的信号会混在一起，常规频偏补偿算法不能将混在一起的频偏区分补偿。
当接收信号频偏不能得到适当补偿时，接收信号的星座图将产生角度旋转，同时发生信号星座图扩散，影响接收性能。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种频率同步方法、ap设备、服务器及mimo系统。
第一方面，本发明实施例提供一种分布式mimo系统的频率同步方法，包括：
无线访问接入点中每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送含前导序列的发送训练帧s，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；
所述无线访问接入点中的其他收发天线mj根据接收到的每个收发天线mi对应的接收训练帧si'，计算所述收发天线mi与所述其他收发天线mj之间的估计频率偏差△fi→j；
根据所述估计频率偏差△fi→j，确定频偏矩阵hm*m，并根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
每个所述收发天线mi根据所述相对频率偏差εi，根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
如上述方法，可选地，无线访问接入点中每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送含前导序列的发送训练帧s，包括：
无线访问接入点中每个收发天线mi根据公式(1)调整无线通信协议中的标准长训练序列，确定修改后的长训练序列：
babab+p*abab公式(1)
其中，babab为通信协议规定的标准长训练序列，abab为标准长训练序列中除保护间隔b之外的序列，p为正整数；
根据所述修改后的长训练序列，确定含前导序列的发送训练帧s；
每个所述收发天线mi依次向其他收发天线mj发送所述发送训练帧s。
如上述方法，可选地，所述其他收发天线mj根据接收到的每个收发天线mi对应的接收训练帧si'，计算所述收发天线mi与所述其他收发天线mj之间的估计频率偏差△fi→j，包括：
所述其他收发天线mj从每个收发天线mi对应的接收训练帧si'中截取第一频偏估计信号
根据公式(3)对所述第一频偏估计信号
根据公式(4)计算所述收发天线mi与所述其他收发天线mj之间的估计频率偏差△fi→j
其中，phase(φi)为所述信号相位差φi的相位值，t为单个采样点的持续时长，d为采样间隔；
第二方面，本发明又一实施例提供一种分布式mimo系统的频率同步方法，包括：
接收无线访问接入点中每个收发天线mi发送的其他收发天线mj与所述收发天线mi之间的估计频率偏差△fj→i，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；
根据所述估计频率偏差△fj→i，确定频偏矩阵hm*m；
根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
将所述相对频率偏差εi发送至每个所述收发天线mi，以供所述收发天线mi根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
如上述方法，可选地，所述根据所述估计频率偏差△fj→i，确定频偏矩阵hm*m，包括：
根据公式(5)确定所述频偏矩阵hm*m：
其中，△fi→j＝△fj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]。
如上述方法，可选地，所述根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi，包括：
根据公式(6)计算所述收发天线mi的相对频偏矩阵f′：
其中，
根据所述公式(7)计算每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi：
εi＝fi-f1公式(7)
其中，i∈[1,m]。
如上述方法，可选地，所述公式(6)根据下述步骤确定：
令频偏补偿后的最小二乘函数
令所述偏导函数等于0，则
展开上述等式，确定约束方程：
根据公式(8)确定所述公式(6)：
其中，
第三方面，本发明实施例提供一种无线访问接入点ap设备，包括：
多个收发天线mi、收发天线mj和处理装置，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点设备中收发天线的总个数；
所述收发天线mi，用于依次向其他收发天线mj发送含前导序列的发送训练帧s；
所述收发天线mj，用于根据接收到的每个收发天线mi对应的接收训练帧s'i，计算所述收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j；
所述处理装置，用于根据所述估计频率偏差δfj→i，确定频偏矩阵hm*m，并根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
所述收发天线mi还用于，根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
如上述ap设备，可选地，所述收发天线mi具体用于：
根据公式(1)调整无线通信协议中的标准长训练序列，确定修改后的长训练序列：
babab+p*abab公式(1)
其中，babab为通信协议规定的标准长训练序列，abab为标准长训练序列中除保护间隔b之外的序列，p为正整数；
根据所述修改后的长训练序列，确定含前导序列的发送训练帧s；
依次向其他收发天线mj发送所述发送训练帧s。
如上述ap设备，可选地，所述其他收发天线mj具体用于：
从每个收发天线mi对应的接收训练帧si'中截取第一频偏估计信号
根据公式(3)对所述第一频偏估计信号
根据公式(4)计算所述收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j
其中，phase(φi)为所述信号相位差φi的相位值，t为单个采样点的持续时长，d为采样间隔；
第四方面，本发明实施例提供一种服务器，包括：
接收模块，用于接收无线访问接入点中每个收发天线mi发送的其他收发天线mj与所述收发天线mi之间的估计频率偏差δfj→i，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；
整理模块，用于根据所述估计频率偏差δfj→i，确定频偏矩阵hm*m；
相对频偏确定模块，用于根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
发送模块，用于将所述相对频率偏差εi发送至每个所述收发天线mi，以供所述收发天线mi根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
如上述服务器，可选地，所述整理模块具体用于：
根据公式(5)确定所述频偏矩阵hm*m：
其中，δfi→j＝δfj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]。
如上述服务器，可选地，所述相对频偏确定模块具体用于：
根据公式(6)计算所述收发天线mi的相对频偏矩阵f′：
其中，
根据所述公式(7)计算每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi：
εi＝fi-f1公式(7)
其中，i∈[1,m]。
第五方面，本发明实施例提供一种多入多出mimo系统，包括：如上所述的无线访问接入点ap设备和如上所述的服务器。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据估计频率偏差确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的分布式mimo系统的拓扑连接示意图；
图3为802.11协议中前导序列结构示意图；
图4为本发明又一实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法流程示意图；
图5为本发明实施例提供的无线访问接入点ap设备的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的服务器的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的多入多出mimo系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
图1为本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法流程示意图，如图1所示，该方法包括：
步骤s11、无线访问接入点中每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送含前导序列的发送训练帧s，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；
具体地，在分布式mimo协作发射信号时，由于各发射天线采用的晶振不同，接收天线处将存在多个不同频偏，给频偏的估计和补偿带来困难。对于该问题，常规的频偏估计补偿算法并不适用。当接收信号频偏不能得到适当补偿时，接收信号的星座图将产生角度旋转，同时发生信号星座图扩散，影响接收性能。以802.11协议为例，该协议下分布式mimo系统各天线频率偏差超过200hz即会出现明显性能下降。
图2为本发明实施例提供的分布式mimo系统的拓扑连接示意图，如图2所示，假定mimo系统中所有接入点ap和站点sta均使用单天线，ap1-apm发射信号，sta1-stam接收信号。在分布式mimo系统中，由于发射天线采用的晶振不同，接收天线处将存在多个不同频偏，为改善分布式mimo系统协作发射的信号质量，可以在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，从而保证常规终端的频偏估计补偿算法的有效性。
当需要对分布式mimo系统的频率进行同步时，为了避免使用终端设备进行反馈，可以在无线访问接入点ap侧计算各个收发天线的相对频偏，将ap中每个收发天线分别作为发送端和接收端，向基站内其他收发天线发送训练帧，从而获得每个收发天线的估计频率偏差，以此来计算各个收发天线的相对频偏，在发射信号时针对相对频偏进行补偿，即可不需要终端设备配合，同步各ap端的偏差，在发射端实现发射频率同步。
具体地，mimo系统的无线访问接入点ap中包含m个收发天线，记为m1,…,mi,…,mj,…,mm,其中i≠j且i,j∈[1,m]，m>1。收发天线m1,…,mi,…,mj,…,mm依次发射含前导序列的发送训练帧s，当其中一个收发天线mi发射训练帧s时，其他收发天线mj接收该训练帧。需要注意的是，当收发天线mj发射训练帧s时，收发天线mi则为收发天线mj对应的其他收发天线，用于接收收发天线mj发射的训练帧s。
步骤s12、所述其他收发天线mj根据接收到的每个收发天线mi对应的接收训练帧s'i，计算所述收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j；
具体地，由于收发天线之间的频偏不同，不同的收发天线的接收训练帧不同，为便于区分，记为s'i，表示接收第i个收发天线mi的接收信号。当收发天线m1发射含前导序列的发送训练帧s时，其他收发天线mj获取到接收训练帧s1'，由于已知发射信号和接收信号，其他收发天线mj可以根据接收到的接收训练帧s'1，估计收发天线m1与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差△f1→j；之后，收发天线m2发射含前导序列的发送训练帧s，其他收发天线mj根据接收到的接收训练帧s'2，估计收发天线m2与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差△f2→j，以此类推，每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送训练帧s，其他收发天线mj根据接收到的接收训练帧s'i，估计收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差△fi→j。相应地，当收发天线mj发射含前导序列的训练帧s时，收发天线mi计算收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差δfj→i。在理想情况下，收发天线mi与收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j与收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差δfj→i互为相反数。
步骤s13、根据所述估计频率偏差δfi→j，确定频偏矩阵hm*m，并根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
具体地，ap根据每个收发天线mi与其他收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j，以及每个其他收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差△fj→i确定频偏矩阵hm*m，其中hm*m包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为估计频率偏差。
之后ap根据hm*m计算每个收发天线mi的相对频率偏差εi，即，其中一个收发天线mj的发射频率固定，计算其他收发天线mi与收发天线mj的相对频率偏差εi，这样，只需要调整其他收发天线mi，将这些收发天线的发射频率与收发天线mj同步，就可实现整个ap内所有收发天线的发射频率同步。
此外，ap中的每个收发天线mi还可以将其他收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差△fj→i发送至mimo系统中的服务器，由服务器计算每个收发天线mi的相对频率偏差εi。具体地，mimo系统中的服务器接收收发天线mi与其他收发天线mj之间的估计频率偏差△fi→j，之后，mimo系统中的服务器接收到估计频率偏差△fj→i(△fi→j)确定频偏矩阵hm*m，其中hm*m包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为估计频率偏差，当接收和发送的收发天线相同时，其对应的估计频率偏差为0，即△fi→j＝△fj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]，未接收到某个估计频率偏差时，也将该频率偏差置为0。
对于分布式mimo系统，由于天线是不同源的，会存在几种不同的发射频率，协作发射的时候不同频率的信号会混在一起，常规频偏补偿算法不能把混在一起的频偏区分补偿。一种比较可行的方式是在信号发送时就让发射端的天线频率同步，这样混在一起的信号可是视为只有一种频率，为了便于频率补偿调整，服务器可以根据hm*m计算每个收发天线mi的相对频率偏差εi，即，其中一个收发天线mj的发射频率固定，计算其他收发天线mi与收发天线mj的相对频率偏差εi，这样，只需要调整其他收发天线mi，将这些收发天线的发射频率与收发天线mj同步，就可实现整个ap内所有收发天线的发射频率同步。之后，服务器将每个收发天线mi的相对频率偏差εi发送至该收发天线mi。
步骤s14、每个所述收发天线mi根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
具体地，每个收发天线mi根据相对频率偏差εi，对自身的发射频率进行补偿，修正收发天线mi的本振频率配置，达到ap内各收发天线频率同步的目的。
此外，如果相对频率偏差是通过服务器处理得到的，则收发天线mi接收到服务器发送的相对频率偏差εi之后，根据所述相对频率偏差εi，对收发天线mi的发射频率进行补偿，修正收发天线mi的本振频率配置，达到ap内各收发天线频率同步的目的。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据估计频率偏差确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述无线访问接入点中每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送含前导序列的发送训练帧s，包括：
无线访问接入点中每个收发天线mi根据公式(1)调整无线通信协议中的标准长训练序列，确定修改后的长训练序列：
babab+p*abab公式(1)
其中，babab为通信协议规定的标准长训练序列，abab为标准长训练序列中除保护间隔b之外的序列，p为正整数；
根据所述修改后的长训练序列，确定含前导序列的发送训练帧s；
每个所述收发天线mi依次向其他收发天线mj发送所述发送训练帧s。
具体地，图3为802.11协议中前导序列结构示意图，如图3所示，802.11协议中定义的前导序列包括短训练序列(shorttrainingfield，stf)和长训练序列(longtrainingfield，ltf)，前导序列包括10个短训练符号t1至t10，2个长训练符号t1和t2，保护间隔gi2和2个长训练符号t1和t2构成标准长训练序列ltf10个短训练符号用来进行收端的自动增益控制，定时捕获以及完成频率的粗同步；2个长训练符号的作用是在接收端进行信道估计以及进行系统频率的细同步。在ltf中，t1为t2的复制，用ab表示t1对应的序列，a为t1中的前半段序列，b为t1中的后半段序列，由于保护间隔gi2为t2后半段的复制，即保护间隔gi2对应的序列为b，这样，标准长训练序列的结构可写作babab。
802.11协议中采用8us长度的ltf用于频偏估计，但该设计本身是用于发射端与接收端的频率同步，对于多天线协作同步而言，该频偏估计方法精度不足以满足需求。基于统计学原理，可以通过增加相位测量样本数从而改进估计精度，在此通过增加频偏估计字段的方式提高估计精度。
为了尽量复用原有收发系统，在此维持前导序列的基本结构，将前导序列中的ltf做如下调整，确定修改后的长训练序列：
babab+p*abab公式(1)
其中，p为正整数，是新增的频偏估计字段，abab为标准长训练序列中除保护间隔b之外的序列，即abab为两个长训练符号t1+t2对应的序列，这样对原有的长训练序列进行调整，增加p倍的t1+t2的数据，将原有的前导序列进行延长，由于在802.11协议中，babab是160个点，一共8us即一个a或b是32个点，长度1.6us，如果是babab+10*abab，就有45个a或b也就是45*1.6us＝72us，此时前导序列的总长度为72+8＝80us。
之后，收发天线mi将训练帧中原有的标准长训练序列调整成修改后的场训练序列，依次发送该训练帧s。
实际测试中发现当p取8时可达到15hz以内的精度，基本可满足大多数同步需求；为了保持各前导符号长度一致，避免符号不对齐造成影响，在实际应用中，可以令p＝10。
目前常见的mimo系统以集中式mimo为主。分布式mimo正处于发展时期，并逐步投入商用。例如lte-a的comp(coordinatedmultiplepoints，协同多点传输)技术就是典型的分布式mimo应用。comp传输是指地理位置上分离的多个传输点，协同参与为一个终端的数据传输或者联合接收一个终端发送的数据，参与协作的多个传输点通常指不同小区的基站。comp技术将边缘用户置于几个基站的同频率上，几个基站同时为该用户服务，以提高边缘用户的覆盖性能。采用comp可以降低小区间干扰，主要是可以提升小区边缘用户的频谱效率。当终端从a小区移动到b小区，需要切换关联的基站，就是所谓的漫游；在这个过程中，当终端位于两个小区边界的时候，两边的信号混到一起，就有可能互相干扰。而如果两个小区能够协作发射信号，就不会发生这种信号干扰的现象，要协作发射的一个重要前提是两者的发射频率要同步。因此，通过本发明实施例提供的频率同步方法还可以有效解决小区漫游切换问题。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端内部完成天线载波频率偏差自校准的框架，同时在802.11协议基础上提供一种频偏估计精度改进方法，通过各天线简单交互即可得到相互频率偏差，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。此外，本发明实施例通过分布式天线同频传输，能够增大天线覆盖范围，减少小区边缘干扰，有效解决小区漫游切换问题。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述其他收发天线mj根据接收到的每个收发天线mi对应的接收训练帧s'i，计算所述收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j，包括：
所述其他收发天线mj从每个收发天线mi对应的接收训练帧s'i中截取第一频偏估计信号
根据公式(3)对所述第一频偏估计信号
根据公式(4)计算所述收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j
其中，phase(φi)为所述信号相位差φi的相位值，t为单个采样点的持续时长，d为采样间隔；
具体地，对于任何一个收发天线mj，其接收的收发天线mi的发送训练帧为：
之后，其他收发天线从接收训练帧s'i中截取长度为n的频偏估计信号
具体地，对第一频偏估计信号
在实际应用中，ap可以根据公式(5)确定所述频偏矩阵hm*m：
其中，δfi→j＝δfj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]。
之后，ap根据公式(6)计算所述收发天线mi的相对频偏矩阵f′：
其中，
最后，ap根据所述公式(7)计算每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi：
εi＝fi-f1公式(7)
其中，i∈[1,m]。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端内部完成天线载波频率偏差自校准的框架，同时在802.11协议基础上提供一种频偏估计精度改进方法，通过各天线简单交互即可得到相互频率偏差，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
图4为本发明又一实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法流程示意图，如图4所示，该方法包括：
步骤s41、接收无线访问接入点中每个收发天线mi发送的其他收发天线mj与所述收发天线mi之间的估计频率偏差δfj→i，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；
具体地，mimo系统的无线访问接入点ap中的收发天线为m1,…,mi,…,mj,…,mm依次发射含前导序列的发送训练帧s，当其中一个收发天线mi发射训练帧s时，其他收发天线mj接收该训练帧。需要注意的是，当收发天线mj发射训练帧s时，收发天线mi则为收发天线mj对应的其他收发天线，用于接收收发天线mj发射的训练帧s。每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送训练帧s，其他收发天线mj根据接收到的接收训练帧si'，估计收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j。
mimo系统中的服务器接收每个收发天线mi发送的其他收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差δfj→i，相应地，mimo系统中的服务器也会接收到收发天线mi与其他收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j。
步骤s42、根据所述估计频率偏差δfj→i，确定频偏矩阵hm*m；
具体地，服务器根据接收到估计频率偏差δfj→i(δfi→j)确定频偏矩阵hm*m，其中hm*m包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为估计频率偏差，当接收和发送的收发天线相同时，其对应的估计频率偏差为0，即δfi→j＝δfj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]，未接收到某个估计频率偏差时，也将该频率偏差置为0。
步骤s43、根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
具体地，对于分布式mimo系统，由于天线是不同源的，会存在几种不同的发射频率，协作发射的时候不同频率的信号会混在一起，常规频偏补偿算法不能把混在一起的频偏区分补偿。一种比较可行的方式是在信号发送时就让发射端的天线频率同步，这样混在一起的信号可是视为只有一种频率，为了便于频率补偿调整，服务器可以根据hm*m计算每个收发天线mi的相对频率偏差εi，即，其中一个收发天线mj的发射频率固定，计算其他收发天线mi与收发天线mj的相对频率偏差εi，这样，只需要调整其他收发天线mi，将这些收发天线的发射频率与收发天线mj同步，就可实现整个ap内所有收发天线的发射频率同步。
步骤s44、将所述相对频率偏差εi发送至每个所述收发天线mi，以供所述收发天线mi根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
具体地，服务器将每个收发天线mi的相对频率偏差εi发送至该收发天线mi。收发天线mi接收到服务器发送的相对频率偏差εi之后，根据相对频率偏差εi，对收发天线mi的发射频率进行补偿，修正收发天线mi的本振频率配置，达到ap内各收发天线频率同步的目的。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据估计频率偏差确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述根据所述估计频率偏差δfj→i，确定频偏矩阵hm*m，包括：
根据公式(5)确定所述频偏矩阵hm*m：
其中，δfi→j＝δfj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]。
具体地，服务器接收到每个收发天线mi发送的其他收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差δfj→i之后，根据公式(5)确定一个m*m的频偏矩阵，其中：
并且，在频偏矩阵hm*m中，当i＝j时，δfi→j＝δfj→i＝0。
之后，服务器根据频偏矩阵hm*m中的每个元素，就可确定每个收发天线mi的相对频率偏差εi。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，并确定频偏矩阵，根据频偏矩阵确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，进一步提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi，包括：
根据公式(6)计算所述收发天线mi的相对频偏矩阵f′：
其中，
根据所述公式(7)计算每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi：
εi＝fi-f1公式(7)
其中，i∈[1,m]。
具体地，令矩阵
之后，根据m′*f′＝g计算相对频偏矩阵f′。例如，根据公式f′＝(m′)-1*m′*f′＝(m′)-1*g计算相对频偏矩阵f′，或者根据公式f′＝((2m′)t*(2m′))-1*(2m′)t*g，求解出相对频偏矩阵f′，实际上是求解出每个收发天线mi相对于收发天线m1的频偏εi，其中，εi为相对频偏矩阵f′的元素，εi＝fi-f1。这样，每个收发天线mi根据εi将发射天线调整成与收发天线m1同步，从而发射端各个收发天线的发射频率同步。实机测试中该方法达到了±30hz的同步精度，若采用更高的相噪设计指标，该精度还可进一步提升。
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据频偏矩阵确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，提供了一种处理多天线估计误差不一致的方法，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，进一步提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述公式(6)根据下述步骤确定：
令频偏补偿后的最小二乘函数
对fi求偏导，确定偏导函数
令所述偏导函数等于0，则
展开上述等式，确定约束方程：
根据公式(8)确定所述公式(6)：
其中，
具体地，对于任意两个收发天线mi和收发天线mj，收发天线mi与其收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j可以表示为：δfi→j＝fj-fi+ei→j，其中，fi为收发天线mi的发射频率，fj为收发天线mj的发射频率，ei→j为频偏估计误差，理想情况下，频偏估计误差为0。针对测量中的多天线频偏估计不一致的现象，可将其转化为解优化问题，根据最小二乘原理构建目标函数：
将上式展开可得约束方程
整理后，可得公式(6)：
本发明实施例提供的分布式mimo系统的频率同步方法，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据频偏矩阵确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，提供了一种处理多天线估计误差不一致的方法，基于该方法可实现分布式天线同频传输，有效扩展小区覆盖并减少小区干扰，为进一步搭建多用户同频传输系统奠定了基础。
图5为本发明实施例提供的无线访问接入点ap设备的结构示意图，如图5所示，该ap设备包括：多个收发天线mi51、收发天线mj52和处理装置53，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为ap设备中收发天线的总个数，其中：
所述收发天线mi51，用于依次向其他收发天线mj52发送含前导序列的发送训练帧s；所述收发天线mj52，用于根据接收到的每个收发天线mi51对应的接收训练帧s'i，计算所述收发天线mi51与其他每个收发天线mj52之间的估计频率偏差δfi→j；所述处理装置，用于根据所述估计频率偏差δfj→i，确定频偏矩阵hm*m，并根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；
所述收发天线mi51还用于，根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi51的发射频率进行补偿。
具体地，mimo系统的无线访问接入点ap中包含m个收发天线，记为m1,…,mi,…,mj,…,mm,其中i≠j且i,j∈[1,m]，m>1。收发天线m1,…,mi,…,mj,…,mm依次发射含前导序列的发送训练帧s，当其中一个收发天线mi51发射训练帧s时，其他收发天线mj52接收该训练帧。需要注意的是，当收发天线mj52发射训练帧s时，收发天线mi51则为收发天线mj52对应的其他收发天线，用于接收收发天线mj52发射的训练帧s。每个收发天线mi51依次向其他收发天线mj52发送训练帧s，其他收发天线mj52根据接收到的接收训练帧s'i，估计收发天线mi51与其他每个收发天线mj52之间的估计频率偏差δfi→j。处理装置53根据估计频率偏差δfj→i，确定频偏矩阵hm*m，其中hm*m包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为估计频率偏差，并根据频偏矩阵hm*m，确定每个收发天线mi的相对频率偏差εi。此外，每个收发天线mi51还可以将其他收发天线mj52与收发天线mi51之间的估计频率偏差δfj→i发送至mimo系统中的服务器，之后，mimo系统中的服务器接收到估计频率偏差δfj→i(δfi→j)确定频偏矩阵hm*m，其中hm*m包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为估计频率偏差，当接收和发送的收发天线相同时，其对应的估计频率偏差为0，即δfi→j＝δfj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]，未接收到某个估计频率偏差时，也将该频率偏差置为0。收发天线mi51接收到服务器发送的相对频率偏差εi之后，根据相对频率偏差εi，对收发天线mi51的发射频率进行补偿，修正收发天线mi51的本振频率配置，达到ap内各收发天线频率同步的目的。本发明实施例提供的装置，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的ap设备，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据估计频率偏差确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述收发天线mi具体用于：
根据公式(1)调整无线通信协议中的标准长训练序列，确定修改后的长训练序列：
babab+p*abab公式(1)
其中，babab为通信协议规定的标准长训练序列，abab为标准长训练序列中除保护间隔b之外的序列，p为正整数；
根据所述修改后的长训练序列，确定含前导序列的发送训练帧s；
依次向其他收发天线mj发送所述发送训练帧s。
具体地，为了尽量复用原有收发系统，在此维持前导序列的基本结构，将前导序列中的ltf做如下调整，确定修改后的长训练序列：
babab+p*abab公式(1)
其中，p为正整数，是新增的频偏估计字段，即对原有的长训练序列进行调整，增加p倍的t1+t2的数据(abab)，将原有的前导序列进行延长，由于在802.11协议中，babab是160个点，一共8us即一个a或b是32个点，长度1.6us，如果是babab+10*abab，就有45个a或b也就是45*1.6us＝72us，此时前导序列的总长度为72+8＝80us。
之后，收发天线mi将训练帧中原有的标准长训练序列调整成修改后的场训练序列，依次发送该训练帧s。
实际测试中发现当p取8时可达到15hz以内的精度，基本可满足大多数同步需求；为了保持各前导符号长度一致，避免符号不对齐造成影响，在实际应用中，可以令p＝10。本发明实施例提供的装置，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的ap设备，在发射端内部完成天线载波频率偏差自校准的框架，同时在802.11协议基础上提供一种频偏估计精度改进方法，通过各天线简单交互即可得到相互频率偏差，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。此外，本发明实施例通过分布式天线同频传输，能够增大天线覆盖范围，减少小区边缘干扰，有效解决小区漫游切换问题。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述其他收发天线mj具体用于：
从每个收发天线mi对应的接收训练帧si'中截取第一频偏估计信号
根据公式(3)对所述第一频偏估计信号
根据公式(4)计算所述收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差δfi→j
其中，phase(φi)为所述信号相位差φi的相位值，t为单个采样点的持续时长，d为采样间隔；
具体地，其他收发天线从接收训练帧si'中截取长度为n的频偏估计信号
本发明实施例提供的ap设备，在发射端内部完成天线载波频率偏差自校准的框架，同时在802.11协议基础上提供一种频偏估计精度改进方法，通过各天线简单交互即可得到相互频率偏差，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
图6为本发明实施例提供的服务器的结构示意图，如图6所示，该服务器包括：接收模块61、整理模块62、相对频偏确定模块63和发送模块64，其中：
接收模块61用于接收无线访问接入点中每个收发天线mi发送他收发天线mj与所述收发天线mi之间的估计频率偏差△fj→i，其中i≠j且i,j∈[1,m]，m为所述无线访问接入点中收发天线的总个数；整理模块62用于根据所述估计频率偏差△fj→i，确定频偏矩阵hm*m；相对频偏确定模块63用于根据所述频偏矩阵hm*m，确定每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi；发送模块64用于将所述相对频率偏差εi发送至每个所述收发天线mi，以供所述收发天线mi根据所述相对频率偏差εi，对所述收发天线mi的发射频率进行补偿。
具体地，mimo系统的无线访问接入点ap中的收发天线为m1,…,mi,…,mj,…,mm依次发射含前导序列的发送训练帧s，当其中一个收发天线mi发射训练帧s时，其他收发天线mj接收该训练帧。需要注意的是，当收发天线mj发射训练帧s时，收发天线mi则为收发天线mj对应的其他收发天线，用于接收收发天线mj发射的训练帧s。每个收发天线mi依次向其他收发天线mj发送训练帧s，其他收发天线mj根据接收到的接收训练帧s'i，估计收发天线mi与其他每个收发天线mj之间的估计频率偏差△fi→j。
接收模块61接收每个收发天线mi发送的其他收发天线mj与收发天线mi之间的估计频率偏差△fj→i，整理模块62根据接收到估计频率偏差△fj→i(△fi→j)确定频偏矩阵hm*m，其中hm*m包含m行m列的矩阵元素，每个矩阵元素为估计频率偏差，当接收和发送的收发天线相同时，其对应的估计频率偏差为0，即△fi→j＝△fj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]，未接收到某个估计频率偏差时，也将该频率偏差置为0。相对频偏确定模块63根据hm*m计算每个收发天线mi的相对频率偏差εi，即，其中一个收发天线mj的发射频率固定，计算其他收发天线mi与收发天线mj的相对频率偏差εi。发送模块64将每个收发天线mi的相对频率偏差εi发送至该收发天线mi。收发天线mi接收到服务器发送的相对频率偏差εi之后，根据相对频率偏差εi，对收发天线mi的发射频率进行补偿，修正收发天线mi的本振频率配置，达到ap内各收发天线频率同步的目的。本发明实施例提供的装置，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的服务器，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据估计频率偏差确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述实施例的基础上，进一步地，所述整理模块具体用于：
根据公式(5)确定所述频偏矩阵hm*m：
其中，δfi→j＝δfj→i＝0,i＝j&i,j∈[1,m]。
具体地，整理模块根据公式(5)确定一个m*m的频偏矩阵，其中：
并且，在频偏矩阵hm*m中，当i＝j时，δfi→j＝δfj→i＝0。本发明实施例提供的装置，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的服务器，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，并确定频偏矩阵，根据频偏矩阵确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，进一步提升了分布式天线协作场景的系统性能。
在上述各实施例的基础上，进一步地，所述相对频偏确定模块具体用于：
根据公式(6)计算所述收发天线mi的相对频偏矩阵f′：
其中，
根据所述公式(7)计算每个所述收发天线mi的相对频率偏差εi：
εi＝fi-f1公式(7)
其中，i∈[1,m]。
具体地，相对频偏确定模块令矩阵
之后，根据m′*f′＝g计算相对频偏矩阵f′。例如，根据公式f′＝(m′)-1*m′*f′＝(m′)-1*g计算相对频偏矩阵f′，或者根据公式f′＝((2m′)t*(2m′))-1*(2m′)t*g，求解出相对频偏矩阵f′，实际上是求解出每个收发天线mi相对于收发天线m1的频偏εi，其中，εi为相对频偏矩阵f′的元素，εi＝fi-f1。本发明实施例提供的装置，用于实现上述方法，其功能具体参照上述方法实施例，此处不再赘述。
本发明实施例提供的服务器，在发射端每个收发天线依次发送并接收其他收发天线发送的含前导序列的训练帧，估计各个收发天线之间的估计频率偏差，根据频偏矩阵确定每个收发天线的相对频率偏差，根据相对频率偏差对各收发天线进行频率补偿，提供了一种处理多天线估计误差不一致的方法，在发射端减少晶振不同带来的频偏影响，使各分布式天线的发射频率同步，进一步提升了分布式天线协作场景的系统性能。
图7为本发明实施例提供的多入多出mimo系统的结构示意图，如图7所示，所述mimo系统包括：无线访问接入点ap设备71和服务器72，所述mimo系统中的ap设备71，其功能具体参照上述ap设备实施例，所述mimo系统中的服务器72，其功能具体参照上述服务器实施例，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置等实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明的实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的各实施例技术方案的范围。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！