MIMO(多输入多输出)流间干扰消除的制作方法

文档序号:25543336发布日期:2021-06-18 20:40
MIMO(多输入多输出)流间干扰消除的制作方法

所描述的实施例的领域

所描述的实施例总体涉及无线通信。更特别地,所描述的实施例涉及用于mimo流间干扰消除(inter-streaminterferencecancellation)的系统、方法和装置。

背景

包括无线信号的长距离传播的无线网络正在被部署。长距离mimo(多输入多输出)信道无线系统遭受与典型的短距离mimo系统(诸如lte(长期演进)和wifi(无线保真)无线系统)不同的干扰情况。

具有用于消除mimo流间干扰的方法、装置和系统是合乎需要的。

概述

一个实施例包括一种方法。该方法包括:确定在发射机的多个发射天线和接收机的多个接收天线之间的信道矩阵;基于在多个发射天线中的每一个和多个接收天线中的每一个之间的传播延迟来确定多个信道传播延迟;由发射机基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来预处理每个发射天线的符号流以用于传输;以及由发射机通过多个发射天线来传输经预处理的符号流。

一个实施例包括另一种方法。该方法包括确定在发射机的多个发射天线和接收机的多个接收天线之间的信道矩阵,基于在多个发射天线中的每一个和多个接收天线中的每一个之间的传播延迟来确定多个信道传播延迟,通过多个接收天线中的每一个来通过信道接收符号流,以及由接收机基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来处理每个接收天线的符号流。

另一个实施例包括发射机。发射机包括多个射频(rf)链,其中多个rf链连接到多个发射天线。发射机还包括控制器。控制器操作来确定在多个发射天线和接收机的多个接收天线之间的信道矩阵,基于在多个发射天线中的每一个和多个接收天线中的每一个之间的传播延迟来确定多个信道传播延迟,基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来预处理每个发射天线的符号流以用于传输,以及通过多个发射天线来传输经预处理的符号流。

另一个实施例包括接收机。接收机包括多个接收天线,其中多个接收天线连接到多个rf链。接收机还包括控制器。控制器操作来确定在发射机的多个发射天线和接收机的多个接收天线之间的信道矩阵,基于在多个发射天线中的每一个和多个接收天线中的每一个之间的传播延迟来确定多个信道传播延迟,通过多个接收天线中的每一个接收符号流,以及基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来处理每个接收天线的符号流。

从结合附图理解的下面的详细描述,所描述的实施例的其他方面和优点将变得明显,附图作为例子示出所描述的实施例的原理。

附图简述

图1a示出了根据一个实施例的长距离mimo系统。

图1b示出了根据另一实施例的长距离mimo系统。

图2示出了根据一个实施例的mimo系统和mimo系统的信道矩阵。

图3示出了根据一个实施例的mimo系统和与mimo系统相关的传播延迟。

图4a示出了根据另一实施例的包括位于盘旋的无人机(cyclingdrone)上的发射机的mimo长距离系统。

图4b是描绘根据一个实施例的在图4a的盘旋的无人机的发射信号之间的变化的时间延迟差异的曲线图。

图5a是描绘根据一个实施例的在流间干扰消除处理之后的多径分量的延迟时间的曲线图。

图5b是描绘根据一个实施例的在流间干扰消除处理之后的多径分量的延迟时间的曲线图。

图6示出了根据一个实施例的包括发射预处理的发射机。

图7示出了根据一个实施例的包括接收后处理的接收机。

图8是根据一个实施例的包括发射机预处理的方法的行动的流程图。

图9是根据一个实施例的包括接收机后处理的方法的行动的流程图。

详细描述

所描述的实施例包括用于在长距离无线系统中的时间失调信道的mimo流间干扰消除的方法、装置和系统。对于至少一些实施例,使用在mimo系统的多个发射天线和接收天线中的不同天线之间的传播延迟的差异以及mimo系统的信道矩阵来处理用于通过mimo系统传输的符号流或通过mimo系统接收的符号流。

图1a示出了根据一个实施例的长距离mimo系统。该实施例包括卫星110和位于地面上的多个天线122、124,卫星110包括多个天线112、114。此外,接收天线在物理上间隔开一段大距离。该mimo系统不同于典型的mimo系统,因为在发射天线和接收天线之间的距离大,并且天线间距大,且因此在无线传输信号的发射天线和接收天线之间的信号飞行时间的差异比无线传输信号的符号流的符号的持续时间大得多。也就是说,例如,对于一个实施例,从卫星110的天线112传输并由地面上的天线122接收的符号的飞行中行进时间与从卫星110的天线114传输并由地面上的天线122接收的符号的飞行中行进时间的差异是所传输的符号的持续时间的倍数。如将描述的,这导致典型的lte和wifi系统没有经历的时间失调干扰。也就是说,由于归因于不同的所传输流的飞行中行进时间的差异的所接收流的失调,长距离无线系统可能遭受时间失调干扰。对于一个实施例,长距离无线系统是这样一种无线系统,其中不同流的飞行中传播延迟的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。

对于图1a所示的实施例,在发射天线和接收天线之间的示例性距离为1200千米,并且在(在地面上的)接收天线之间的距离为1200米。如所描述的,无线信号所行进的距离足够大,使得由不同发射天线传输并由接收天线接收的符号流所行进的时间的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。此外,卫星在运动中,且因此传播时间也可以改变。

图1b示出了根据另一实施例的长距离mimo系统。该实施例包括在地球上盘旋的无人机。类似于图1a的系统,无线信号所行进的距离足够大,使得由不同发射天线传输并由接收天线接收的符号流所行进的时间的差异大于符号流的多个符号的持续时间。此外,无人机在运动中,因此传播时间也可以改变。

所描述实施例的mimo系统可以包括独特的特性。例如,对于至少一些实施例,载波频率高至70至85千兆赫。此外,对于至少一些实施例,在发射机和接收机之间的距离为30–1200千米。此外,基于los(视线)mimo系统的瑞利准则,在天线之间的间隔距离可以很大。大距离的组合导致在发射天线和接收天线之间的大传播延迟。为了满足瑞利准则,下面的方程式被满足:

dr*dt=drt*(λ/a),其中dr是在接收天线之间的距离,dt是在发射天线之间的距离,drt是在发射机(发射天线)和接收机(接收天线)之间的距离,λ是所传输的数据流的载波信号的波长,并且其中a是发射机天线的数量或接收机天线的数量的最小值。对于两个发射机天线和两个接收机天线的情况,a=2。

信道矩阵

图2示出了根据一个实施例的mimo系统和mimo系统的信道矩阵。dt表示在发射天线之间的物理距离,并且dr表示在接收天线之间的物理距离。如所示,在发射天线tx1、txn和接收天线rx1、rxm之间形成信道矩阵h。如图2所示,信道矩阵包括元素h11、hlm、hn1、h22。也就是说,对于理想的losmimo系统:

例如,可以通过信道的训练来确定信道矩阵,该训练包括传输已知的导频符号并测量信道对在接收机处的导频符号的影响。对于一个实施例,周期性地确定信道矩阵。对于一个实施例,信道矩阵在接收机处被确定,并被传递回到发射机。也就是说,发射机的控制器通过从某个其他地方接收或获取信道矩阵来获得信道矩阵。对于一个实施例,假设有传输信道的互易性,并且信道矩阵由发射机确定。此外,对于一个实施例,传播延迟在接收机处被确定。发射机然后通过从某个其他地方访问传播延迟来获得传播延迟。对于一个实施例,假设有传输信道的互易性,并且发射机通过直接确定传播延迟来获得传播延迟。

图3示出了根据一个实施例的mimo系统和与mimo系统相关的传播延迟。如所示,t11表示从发射天线tx1310传输并由接收天线rx1330接收的无线信号的传播延迟,t12表示从发射天线tx2320传输并由接收天线rx1330接收的无线信号的传播延迟,t21表示从发射天线tx1310传输并由接收天线rx2340接收的无线信号的传播延迟,并且t22表示从发射天线tx2320传输并由接收天线rx2340接收的无线信号的传播延迟。

对于图1a和图1b所示的长距离无线系统,在传播行进时间之间的差异大于所传输的信号的符号流的符号的持续时间的倍数。例如,对于图1a的系统,在传播延迟之间的差异(t12-t11和t2l-t22)可以与符号流的40个符号的持续时间一样大。

传播时间的差异可以引起不希望有的干扰。例如,从发射天线tx2传输的符号流的延迟版本可能不合意地干扰从发射天线tx1传输并在接收天线rx1处接收的符号流。也就是说,如前所述,由于归因于不同的所传输流的飞行中行进时间的差异的所接收流的失调,长距离无线系统可能遭受时间失调干扰,该时间失调干扰是典型的mimolte(长期演进)和wifi(无线保真)系统没有经历过的。如前所述,对于一个实施例,长距离无线系统是这样一种无线系统,其中不同流的飞行中传播延迟的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。

可以估计或测量传播延迟t11、tl2、t2l和t22。例如,基于发射天线310、320的已知位置和接收天线330、340的已知位置,可以估计在发射天线310、320中的每个和接收天线330、340中的每个之间的距离。可以基于所估计的距离来估计传播延迟t11、tl2、t2l和t22。对于一个实施例,发射天线的位置和/或接收天线的位置由位于发射天线和/或接收天线处的gps(全球定位系统)接收机确定。

对于一个实施例,可以通过由发射天线310、320中的每个传输具有已知特性的符号来估计或测量传播延迟t11、tl2、t2l和t22。由接收天线330、340接收的信号可以被关联以确定传播延迟。

图4a示出了根据另一实施例的包括位于盘旋的无人机410上的发射天线a1、a2的mimo长距离系统。俯视图描绘了无人机410的盘旋路径420的半径r。此外,距离d描绘了在接收天线的地面位置g1、g2之间和无人机410的盘旋路径420的中心点的偏移。侧视图描绘了盘旋的无人机410的距离h。

图4b是描绘根据一个实施例的在图4a的盘旋的无人机的发射信号之间的变化的时间延迟差异的曲线图。也就是说,由于无人机的运动,传输信号的传播延迟时间随着时间的过去而变化。例如,图4b的曲线示出了当无人机盘旋角在无人机盘旋时而改变时,在t21-t22和t12–t11之间的差异。

对于至少一些实施例,传播延迟的差异改变的速率相对于绝对时间非常小,并且执行传播延迟的实时估计是容易的。对于一个实施例,传播延迟变化小于预定速率。对于一个实施例,在传播延迟之间的差异改变的速率小于阈值。

发射机预处理

对于一个实施例,第一符号流与第一发射天线相关联,并且第二符号流与第二发射天线相关联。如所述,对于至少一些实施例,在第一发射天线和第一接收天线与第二发射天线和第一接收天线之间的传播延迟的差异大于第一符号流和第二符号流的符号的持续时间的倍数。如所述,对于至少一些实施例,在第一发射天线和第二接收天线与第二发射天线和第二接收天线之间的传播延迟的差异大于第一符号流和第二符号流的符号的持续时间的倍数。发射天线和接收天线被物理地定位,使得在传播延迟之间的这个关系成立。显然,至少一些实施例包括与n个发射天线相关联的n个符号流。

至少一些实施例包括由发射机基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来预处理符号流(假设对于每个发射天线有一个流)以用于传输。如将描述的,可以以一种或更多种方式来确定传播延迟。此外,可以以一种或更多种方式来确定信道矩阵。对于一个实施例,一旦符号流被预处理,至少一些实施例就包括由发射机通过多个发射天线来传输经预处理的符号流。

对于至少一些实施例,由发射机预处理符号流以用于传输包括:对于每个发射天线的符号流,将符号流的缩放版本与多个发射天线中的其他发射天线的一个或更多个符号流的缩放且延迟版本线性地组合,其中基于多个信道传播延迟来确定多个发射天线中的其他发射天线的符号流的延迟版本的延迟。

例如,对于包括2个发射天线和2个接收天线的mimo系统,信道矩阵可以被给出为:

并且预编码矩阵t可以被给出为:

并且与多个发射天线中的其他发射天线的一个或多个符号流的线性缩放且延迟版本组合的符号流的线性缩放版本可以被给出为:

(第一符号流的符号);

(第二符号流的符号);

其中δt1=t12-t11,并且δt21=t21-t22。

对于一个实施例,t被选择,使得:

因此,第一发射天线tx1传输:

s1=c*s1(t)-a*s2(t-(t12-t11));

并且第二发射天线tx2传输:

s2=d*s2(t)-b*s1(t-(t21-t22))。

在接收天线处,接收符号流是:

r1(t)=h11*c*s1(t)-h12*b*s1(t-t21-t12+t22+t11);以及

r2(t)=h22*d*s2(t)-h21*a*s2(t-t21-t12+t22+t11)。

对于第一接收天线,接收到的符号r1(t)的干扰部分为:-h12*b*s1(t-t21-t12+t22+t11)。

对于第二接收天线,接收到的符号r2(t)的干扰部分为:-h21*a*s2(t-t21-t12+t22+t11)。

虽然描述了2个发射天线和2个接收天线的系统,但是应当理解,这些描述可以扩展到包括nxm天线系统。

图5a是描绘根据一个实施例的在流间干扰消除处理之后的多径分量的延迟时间的曲线图。也就是说,图5a是图1a的系统的干扰部分的曲线图。

图5b是描绘根据一个实施例的在流间干扰消除处理之后的多径分量的延迟时间的曲线图。也就是说,图5b是图1b的系统的干扰部分的曲线图。

如从图5a和图5b的曲线图可以观察到的,发射处理将流间干扰减小至是可以忽略的。也就是说,在引入可忽略的多径分量时,流间干扰被减轻(对于理想情况,在数学上被消除)。也就是说,发射处理将降低的信号的干扰部分减小至小于阈值量。

图5a和图5b的值(t22+t11–t12-t21)在皮秒的数量级,而所提出的多发射天线、多接收天线系统的传播延迟在纳秒的数量级。因此,符号间干扰被减小到相对较低(小于阈值)的水平。传播延迟由在发射机天线和接收机天线之间的物理位置和距离确定。符号持续时间由通信系统设置。对于一个实施例,通信系统包括具有最高到2ghz的带宽和最高到2ghz的采样率的毫米波通信系统。

因此,对于一个实施例,每个接收天线独立地操作。也就是说,每个天线接收符号流,并且不需要进行依赖于另一个接收天线的另一个符号流的任何后处理。

接收机后处理

用于在发射机处进行预处理的两个前面所描述的实施例可以可替代地在接收机处实现。也就是说,一个实施例包括接收机处理接收到的符号或流,该处理包括流间干扰消除。

至少一些实施例包括通过多个接收天线中的每一个来通过信道接收符号流,以及由接收机基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来处理每个接收天线的符号流。

类似于发射处理,对于一个实施例,在第一发射天线和第一接收天线与第二发射天线和第一接收天线之间的传播延迟的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。

对于一个实施例,由接收机处理符号流包括:对于每个接收天线的每个符号流,将符号流的缩放版本与多个接收天线中的其他接收天线的符号流的缩放且延迟版本线性地组合,其中基于多个信道传播延迟来确定多个接收天线中的其他接收天线的符号流的延迟版本的延迟。

延迟估计

如前所述,可以估计或测量在发射天线和接收天线之间的传播延迟。例如,基于发射天线的已知位置和接收天线的已知位置,可以估计在发射天线中的每个和接收天线中的每个之间的距离。如果发射天线或接收天线在运动中,全球定位系统(gps)可用于监控发射天线或接收天线的位置。例如,图4的无人机410可以包括确定发射天线的确切位置的gps接收机。接收天线可以固定在地面上。因此,可以不断地(重复地)估计在发射天线和接收天线之间的距离。可以基于所估计的距离来估计传播延迟。

如前所述,对于一个实施例,可以通过由发射天线310、320中的每个传输具有已知特性的符号来估计或测量传播延迟t11、t12、t21和t22。由接收天线330、340接收的信号可以被关联以确定传播延迟。

图6示出了根据一个实施例的包括发射预处理的发射机610。对于一个实施例,发射机610接收n个符号流以用于传输。发射机610基于所估计的传播延迟和信道矩阵来预处理n个符号流。对于一个实施例,预处理包括:对于每个发射天线的符号流,将符号流的缩放版本与多个发射天线中的其他发射天线的一个或更多个符号流的缩放且延迟版本线性地组合,其中基于多个信道传播延迟来确定多个发射天线中的其他发射天线的符号流的延迟版本的延迟。

然后通过发射天线(antl至antn)来传输经预处理的符号流。

图7示出了根据一个实施例的包括接收后处理的接收机720。应当理解,图7的实施例可以在操作中与图6的实施例排斥。也就是说,对于一个实施例,包括发射机和接收机的系统可以包括如所述的符号流的预处理或者如所述的符号流的后处理。

接收机720通过接收天线(ant1至antm)接收m个符号流。接收机720基于所估计的传播延迟和信道矩阵来后处理m个接收到的符号流。对于一个实施例,后处理包括:对于每个接收天线的每个符号流,将符号流的缩放版本与多个接收天线中的其他接收天线的符号流的缩放且延迟版本线性地组合,其中基于多个信道传播延迟来确定多个接收天线中的其他接收天线的符号流的延迟版本的延迟。

图8是根据一个实施例的包括发射机预处理的方法的行动的流程图。第一步骤810包括确定信道矩阵。对于一个实施例,发射机接收信道矩阵。对于一个实施例,发射机获取信道矩阵。对于一个实施例,通过训练在发射机的多个发射天线和接收机的多个接收天线之间的传输信道来确定信道矩阵。对于一个实施例,训练包括由发射天线传输已知的导频符号,以及基于在接收天线的接收机处的已知导频符号的接收来表征信道。然后,接收机将信道矩阵传递回到发射机。

第二步骤820包括基于在多个发射天线中的每一个和多个接收天线中的每一个之间的传播延迟来确定多个信道传播延迟。对于一个实施例,发射机接收多个信道传播延迟。对于一个实施例,发射机获取多个信道传播延迟。对于一个实施例,确定传播延迟包括由发射天线传输已知的导频符号,以及基于在接收天线的接收机处的已知导频符号的接收来确定传播延迟。然后,接收机将传播延迟传递回到发射机。

第三步骤830包括由发射机基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来预处理每个发射天线的符号流以用于传输。第四步骤840包括由发射机通过多个发射天线来传输经预处理的符号流。

对于一个实施例,在第一发射天线和第一接收天线与第二发射天线和第一接收天线之间的传播延迟的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。此外,对于一个实施例,在第二发射天线和第一接收天线与第二发射天线和第二接收天线之间的传播延迟的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。

对于至少一些实施例,由发射机预处理符号流以用于传输包括:对于每个发射天线的符号流,将符号流的缩放版本与多个发射天线中的其他发射天线的一个或更多个符号流的缩放且延迟版本线性地组合,其中基于多个信道传播延迟来确定多个发射天线中的其他发射天线的符号流的延迟版本的延迟。对于一个实施例,基于预编码矩阵来确定符号流的缩放版本和多个发射天线中的其他发射天线的符号流的缩放版本,其中基于信道矩阵来确定预编码矩阵。此外,对于一个实施例,另外基于迫零函数来确定预编码矩阵。此外,对于一个实施例,另外基于sinr(信号与干扰和噪声比)最大化准则来确定预编码矩阵。

至少一些实施例还包括在接收天线中的每个处独立地接收符号流。

至少一些实施例还包括连续地估计一个或更多个发射天线的位置,并更新多个信道传播延迟的值。

至少一些实施例还包括:连续地更新多个传播延迟的值包括从至少一个发射天线传输信号,并使在多个接收天线处接收的信号的版本关联。

对于至少一些实施例,多个发射天线位于环绕中心点的飞行无人机上。对于至少一些实施例,多个发射天线位于一个或更多个卫星上。

图9是根据一个实施例的包括接收机后处理的方法的行动的流程图。第一步骤910包括确定在发射机的多个发射天线和接收机的多个接收天线之间的信道矩阵。

第二步骤920包括基于在多个发射天线中的每一个和多个接收天线中的每一个之间的传播延迟来确定多个信道传播延迟。第三步骤930包括通过多个接收天线中的每一个来通过信道接收符号流。第四步骤940包括由接收机基于多个信道传播延迟并且基于信道矩阵来处理每个接收天线的符号流。

对于至少一些实施例,在第一发射天线和第一接收天线与第二发射天线和第一接收天线之间的传播延迟的差异大于符号流的符号的持续时间的倍数。

对于至少一些实施例,由接收机处理符号流包括:对于每个接收天线的每个符号流,将符号流的缩放版本与多个接收天线中的其他接收天线的符号流的缩放且延迟版本线性地组合,其中基于多个信道传播延迟来确定多个接收天线中的其他接收天线的符号流的延迟版本的延迟。对于一个实施例,基于预编码矩阵来确定符号流的缩放版本和多个接收天线中的其他接收天线的符号流的缩放版本,其中基于信道矩阵和迫零函数来确定预编码矩阵。

至少一些实施例还包括连续地估计一个或更多个发射天线的位置,并更新多个信道传播延迟的值。

至少一些实施例还包括:连续地更新多个传播延迟的值包括从至少一个发射天线传输信号,并使在多个接收天线处接收的信号的版本关联。

对于至少一些实施例,多个发射天线位于环绕中心点的飞行无人机上。对于至少一些实施例,多个发射天线位于一个或更多个卫星上。

尽管描述和示出了特定的实施例,实施例并不限于这样描述和示出的部件的特定形式或布置。所描述的实施例仅由权利要求限定。

再多了解一些
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