本發(fā)明涉及一種大規(guī)模mimo(多輸入多輸出)系統(tǒng)中基站dac(數(shù)模轉(zhuǎn)換單元)精度配置方法，屬于無(wú)線通信技術(shù)。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，在無(wú)線通信領(lǐng)域，mimo技術(shù)，即在發(fā)射端和接收端分別配置多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，引起了廣泛關(guān)注。mimo技術(shù)通過(guò)空分復(fù)用能夠顯著提高系統(tǒng)的頻譜傳輸效率和信道容量，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，大規(guī)模mimo技術(shù)通過(guò)在基站配置成百上千根天線，極大程度地提高了信號(hào)傳輸?shù)目臻g自由度，已經(jīng)成為下一代無(wú)線通信系統(tǒng)(5g)的關(guān)鍵技術(shù)之一。此外，在多用戶(hù)mimo方案中，一個(gè)基站能夠同時(shí)服務(wù)于多個(gè)單天線用戶(hù)。

然而，基站天線數(shù)目的大量增長(zhǎng)同時(shí)也提升了系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)的成本和復(fù)雜度。在下行鏈路中，數(shù)字信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)后才能夠通過(guò)天線發(fā)送，因此基站每根發(fā)射天線都需要配置一個(gè)dac單元。隨著基站天線數(shù)目的增加，dac引起的硬件成本和功耗成本也隨之迅速增長(zhǎng)，這大大限制了大規(guī)模mimo方案的實(shí)際應(yīng)用。針對(duì)此問(wèn)題，目前主要有兩種解決方法。一是采用混合發(fā)送方案以減少基站的射頻鏈路，進(jìn)而減少dac的數(shù)目，例如在基站先針對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字預(yù)編碼，接著利用dac進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后針對(duì)模擬信號(hào)再進(jìn)行模擬預(yù)編碼，最后通過(guò)天線發(fā)送信號(hào)。數(shù)字預(yù)編碼仍可采用傳統(tǒng)的最大比率傳輸(mrt)、破零(zf)等預(yù)編碼方法，而模擬預(yù)編碼則需特別設(shè)計(jì)。二是降低dac的精度以減少單個(gè)dac單元的功耗成本，極端情況下甚至采用1比特量化的dac。如果結(jié)合以上兩個(gè)方面，就能夠同時(shí)從兩個(gè)角度降低大規(guī)模mimo下行鏈路傳輸?shù)墓某杀尽?/p>

在大規(guī)模mimo系統(tǒng)中，為基站采用低精度的dac，雖然降低了硬件和功耗成本，但是顯然會(huì)影響下行鏈路的數(shù)據(jù)傳輸性能。dac的精度越低，功耗越小，但是下行鏈路的可達(dá)速率也會(huì)降低。換而言之，dac的精度需要在系統(tǒng)傳輸性能和硬件、功耗成本之間進(jìn)行權(quán)衡。根據(jù)用戶(hù)數(shù)據(jù)傳輸速率要求來(lái)配置基站dac的精度，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種大規(guī)模mimo系統(tǒng)中基站dac的精度配置計(jì)算方法，該方法計(jì)算得出的dac精度值可以在滿(mǎn)足下行鏈路數(shù)據(jù)速率要求的前提下，最小化數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的功耗，極大減小大規(guī)模天線陣列的整體功耗。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：包括步驟：

(1)考慮大規(guī)模mimo系統(tǒng)的下行鏈路?；咀鳛榘l(fā)射端，配置有n根天線，發(fā)射功率為p；m個(gè)單天線用戶(hù)同時(shí)作為接收端，熱噪聲功率為n0。根據(jù)bussang理論，用戶(hù)接收天線配置1比特量化的adc，基站發(fā)射天線配置理想的無(wú)限精度dac時(shí)，每個(gè)用戶(hù)的接收信噪比γideal為：

其中，ρa(bǔ)dc＝0.3634，表示1比特量化adc對(duì)接收信噪比的影響參數(shù)；

(2)根據(jù)bussang理論，用戶(hù)接收天線配置1比特adc，基站發(fā)射天線配置量化比特?cái)?shù)為kdac的低精度dac時(shí)，每個(gè)用戶(hù)的接收信噪比γ為：

其中，kdac≥3，ρ表示低精度dac對(duì)接收信噪比的衰減因子；ρ和kdac的關(guān)系為：

(3)考慮高信噪比的情況，即p>>n0。假設(shè)單用戶(hù)目標(biāo)數(shù)據(jù)速率為理想速率的η倍，根據(jù)香農(nóng)公式，有l(wèi)og(1+γ)＝ηlog(1+γideal)，將公式(1)和(2)代入，可以解出衰減因子ρ：

(4)按步驟(3)得到ρ后，再根據(jù)公式(3)計(jì)算基站發(fā)射天線dac所需的量化精度值kdac：

其中，表示向上取整。

有益效果：本發(fā)明提供的大規(guī)模mimo系統(tǒng)中基站dac的精度配置方法，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下優(yōu)勢(shì)：1、本發(fā)明從大規(guī)模mimo系統(tǒng)全局出發(fā)，考慮下行鏈路，在單天線用戶(hù)配置1比特量化adc的前提下，根據(jù)目標(biāo)數(shù)據(jù)速率確定基站dac的配置精度，能夠最小化系統(tǒng)的硬件和功耗成本；2、本發(fā)明利用bussang理論，將dac和adc量化精度對(duì)下行鏈路數(shù)據(jù)速率的非線性影響近似成線性，降低了計(jì)算復(fù)雜度；3、本發(fā)明中基站天線數(shù)目n和用戶(hù)數(shù)目m取值靈活，因此該方案適用于任意高信噪比的大規(guī)模mimo系統(tǒng)；

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中大規(guī)模mimo系統(tǒng)下行鏈路的發(fā)射端、接收端框圖；

圖2為高信噪比條件下，根據(jù)本發(fā)明得到的基站dac配置精度隨目標(biāo)數(shù)據(jù)速率變化的示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1展示了本發(fā)明中大規(guī)模mimo系統(tǒng)下行鏈路的發(fā)射端、接收端框圖。基站作為發(fā)射端，原始發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)調(diào)制模塊生成m個(gè)符號(hào)，然后經(jīng)過(guò)預(yù)編碼模塊產(chǎn)生n個(gè)復(fù)數(shù)信號(hào)，其實(shí)部、虛部分別進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換產(chǎn)生模擬信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)射頻鏈路(rf)處理后通過(guò)n根天線發(fā)射。m個(gè)單天線用戶(hù)作為接收端，將接收信號(hào)經(jīng)過(guò)射頻鏈路處理后，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換得到數(shù)字信號(hào)，最后經(jīng)過(guò)解調(diào)模塊恢復(fù)出原始發(fā)送數(shù)據(jù)。

圖2給出了在高信噪比條件下，n＝128，m＝64，η＝75％～100％，即目標(biāo)數(shù)據(jù)速率是理想速率的75％～100％時(shí)，按照本發(fā)明計(jì)算得到的基站dac的配置精度。觀察圖2可以發(fā)現(xiàn)，如果目標(biāo)數(shù)據(jù)速率要達(dá)到理想速率的75％～93％，基站dac的精度至少應(yīng)配置為3比特；如果要達(dá)到94％～98％，則至少應(yīng)配置為4比特；如果要達(dá)到98％～99％，則至少應(yīng)配置為5比特。計(jì)算kdac的具體步驟如下：

(1)將n＝128，m＝64，ρdac＝0.3634代入公式(4)，計(jì)算得到低精度dac對(duì)接收信噪比的衰減因子ρ，公式為：

(2)將步驟(1)得到的ρ代入公式(5)，計(jì)算基站發(fā)射天線的dac配置精度kdac，公式為：

其中，表示向上取整。

本發(fā)明從大規(guī)模mimo系統(tǒng)全局出發(fā)，在單天線用戶(hù)接收端配置1比特量化adc的前提下，按照步驟(1)-(4)得到的基站發(fā)射天線dac配置精度kdac，是在確保下行鏈路用戶(hù)數(shù)據(jù)速率達(dá)到ηγideal的條件下，dac所需要的最小精度。dac模塊精度越小，系統(tǒng)硬件、功耗成本就越小。因此本發(fā)明綜合權(quán)衡了數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本兩個(gè)方面。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。