[发明专利]一种基于矩阵求逆的短距离并行无线传输系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于矩阵求逆的短距离并行无线传输系统及方法，包括信号采集设备、发射端天线阵、接收端天线阵、传输矩阵获取装置和控制计算机；通过对传输矩阵加载逆矩阵的方法，在不使用射频电缆连接到终端的条件下，实现虚拟的电缆连接功能。本发明可以替代现有的电缆传导方法，能在短距离范围内实现数据的并行无线传输，避免在传输数据时需接入大量射频电缆或其他传输线，能够灵活选择收发两端的空间位置，提高信号传输效率。同时可以控制传输矩阵条件数在一个较小的范围内，有效提高信号传输的稳定性。本发明适用于高频段的多路信号并行传输。

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种基于矩阵求逆的短距离并行无线传输系统及方法。

背景技术

第五代无线通信系统(5G)正在逐步推进和快速发展。5G通信系统的两大技术——毫米波技术和大规模MIMO(Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出)技术得到了广泛的应用，进而对信号的传输方式提出了更高的要求。一方面，5G中通信频段划分为两段，分别为Sub 6GHz频段(410MHz-7125MHz)与毫米波频段(24250MHz-52600MHz)。传输以上微波毫米波频段的信号，所需的高频器件具有小型化、集成化的特点，不便于安装转接头，进而无法连接电缆线。另一方面，随着通信系统与测试系统中的数据量不断增加，采用常规的电缆传导时，布线量的增加，会导致电缆线的维护与管理成本也逐渐增加，同时布线质量对信号传输的稳定性影响较大。因此提出一种替代电缆连接的无线传输的系统及方法，能在短距离范围内实现数据的并行传输，不使用射频电缆连接到终端设备，而是通过加载逆矩阵的方法，实现虚拟的电缆连接功能。在国内外的相关文献报道中，该方法被应用于空口测量实现相控阵的校准测量以及终端基站的性能测试，还未应用于信号的无线传输方向，信号采集设备获得的多路传输信号仍需通过连接复杂且数量较多的线缆实现传输。

实现无线传输需要加载传输矩阵的补偿矩阵，即传输矩阵的逆矩阵。根据矩阵理论，一个矩阵的逆矩阵对误差的敏感程度取决于条件数，具有小条件数的矩阵是理想的，不会放大由于数据中的噪声引起的误差。但在实际工程应用中误差是不可避免的。所以为了避免在矩阵求逆时，任意一个微小误差对结果产生很大的影响，需要一定的限制条件，确保传输矩阵条件数在可接受范围内。

发明内容

本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于矩阵求逆的短距离并行无线传输系统及方法，替代现有的电缆传导方法，能在短距离范围内实现数据的并行无线传输，解决电缆数量过多与接口尺寸过大对微波毫米波信号的限制。尤其是，通过对发送端与接收端的组合设计，可降低多路信号条件下传输矩阵的条件数，有效提高系统的稳定性，去除信号连接设备的维护成本，提高传输效率。

本发明的技术解决方案：一种基于矩阵求逆的短距离并行无线传输系统，包括：信号采集设备、发射端天线阵、接收端天线阵、传输矩阵获取装置和控制计算机；发射端天线阵连接到信号采集设备上，接收端天线阵放置于发射天线阵的正前方或正前方附近区域，发射端天线阵与接收端天线阵采用相同的天线阵列，发射端天线阵、接收端天线阵中的天线单元分别工作于发射与接收状态；控制计算机连接接收天线阵；传输矩阵获取装置的两端分别连接发射端天线阵与接收端天线阵；

从信号采集设备获得多路传输信号，使用发射端天线阵并行发射各路传输信号的数据，传输信号在自由空间中进行短距离的传播，然后被接收端天线并行地接收；根据发射端天线阵与接收端天线阵的间距，以及发射端天线阵与接收端天线阵的各天线单元的间距、数据流的数目和信号频段，利用传输矩阵获取装置确定发射端天线阵、接收端天线阵之间的传输矩阵A，并送至控制计算机中；

控制计算机计算传输矩阵A的条件数，调整发射端天线阵、接收端天线阵的间距，以及发射端天线阵与接收端天线阵各天线单元的间距、数据流的数目和信号频段，直到获得设定的传输矩阵的条件数；然后计算机对所获得的传输矩阵A求逆矩阵，将逆矩阵加载到接收信号上，通过对接收信号幅度和相位的调整，恢复出原始的传输信号，实现传输信号基于矩阵求逆的短距离并行无线传输。