[发明专利]虚拟连续存储方式的多天线信道测量数据采集方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信领域，特别涉及虚拟存储方式的信道测量数据采集方法和装置。

背景技术

随着无线通信技术的发展，通信系统的带宽由以前的几十KHz，逐步演进到3G的3-5MHz带宽，再到LTE的20MHz带宽，未来第五代移动通信的传输带宽可能达到百MHz甚至GHz的数量级。2010年底，贝尔实验室科学家Thomas L.Marzetta提出了大规模多天线(Massive MIMO，Large-scale MIMO，Hyper MIMO，Full-Dimension MIMO，或ARGOS)技术(以下简称Massive MIMO)。随着研究的开展，大规模多天线技术逐步近几年成为无线通信领域的研究热点，并有望成为2020年未来5G宽带通信的物理层核心技术。相对传统的点对点MIMO技术，Massive MIMO系统的区别主要在于采用多副(一般超过100副)天线，这样可以进一步挖掘空间增益，以提高系统传输容量。Massive MIMO的海量数据传输，未来可应用于互联网接入、物联网、云计算的数据传输等，真正承担起未来网络的“大数据”传输任务。

通信中的任何一种传输体制，信号都是经历传播信道到达接收端，只有分析和掌握信道的特点与实质，才能针对存在的问题提出解决方案，以提高通信系统的有效性、可靠性和安全性。因此，准确认知无线信道衰落特征是无线通信系统研究的先决条件，只有在充分研究和了解所设计系统的信道特性后，才能采取与之相适应的各种物理层技术。

研究无线信道的传播特性时，最直接有效地方法就是实地的信道测量。测量中获取的信道数据可以准确的反映出信道的传播特性，可以进一步从中提取出准确的信道模型。准确认知通信系统的传播特性是系统设计、算法优化和未来网络构建的基础。

然而，随着通信系统带宽的增加，对于无线信道测量，也提出了挑战。通常，信道测量的基本原理框图如图1所示。信道测量的基本原理是在信道测量仪的发端发射一个特殊的激励序列，激励信号在传播过程中经过传播损耗、折射/绕射/散射等衰落后到达接收端，在接收端，信道测量仪采集并存储接收到的激励信号；测量完成后，通过离线处理的方式，获取无线信道的衰落特征。

信道测量仪的接收端基本原理框图如图2所示。其中，接收的信号通常经过射频模块，包括滤波器、功放等器件，通过混频器进行下变频，信号混频至中频或者基带，然后经过A/D(模数转换)变为数字信号，进入FPGA，最后通过PCI-E接口进入计算机存储在存储介质中。

现有的信道测量仪架构，用于Massive MIMO信道测量，主要存在两方面的问题。对于信道的衰落特征，随着测量带宽的增加、多天线机制的使用和收发端相对移动速度的增加，要求信道测量仪采集存储的数据连续，即中间不能存在断数，在这个条件下，在后面的离线数据处理，才能够准确的提取出信道的角度域衰落特性(主要包括离开/到达角及其角度扩展)、时变信道的Doppler衰落特征。然而，对于现有的系统配置的性能，却很难达到这个要求。通常现在高配置的固态硬盘的稳定写入速率能达到600-800MB/s，如果对于100M带宽的信号，如果混频器下变频至中频，如240MHz(一般不选用混频至基带，因为零中频的方式会引入直流分量或一些频率镜像，影响系统测量性能)，那么，如果以14bit的A/D以f_s欠采样进行采样，满足

其中，f_L和f_H分别对应于中频信号的最低频率和最高频率。为保证接收端能够无失真恢复原始信号，欠采样定理要求n取能满足f_s≥2(f_H-f_L)，因此，最低的采样率f_s＝192Msps，此时n＝2。此外，通常常规的商用A/D是双通道并发的，此时，PCI-E的传输速率为192×2×2＝768M/s，已经接近或达到了固态硬盘连续不间断存储的极限值。固态硬盘如工作在这个存储速率，长时间的稳定存储将不能保证。此外，由于是采集和存储中频数据，在数据后处理将需要对信号进行数字下变频，因此，中频存储的数据不能出现断数，否则，断数后的存储数据在数字下变频后会出现相位不连续，无法获得信道在角度域和Doppler域的衰落特征。