多小区协调大规模MIMO导频复用传输方法技术

本发明专利技术提出一种基于多小区协调的多用户大规模MIMO导频复用传输方法。配备大规模天线阵列的各基站在同一时频资源上与多个用户进行无线通信，同小区用户不要求使用完全正交导频，不同小区也不要求完全复用同一套导频，同小区或不同小区的多个用户可复用同一导频。采用多小区协调通信，多个小区构成一个小区簇。首先，由各小区基站获得小区簇内所有用户统计信道信息，并将其发送给中央控制单元（负责协调小区簇内所有小区）。然后，中央控制单元依据统计信道信息对小区簇内所有用户进行导频分配，并将结果反馈至各基站。接着，各基站利用各用户发送的导频信号获得各用户信道估计及其误差的统计特性，并据此进行上行鲁棒接收及下行鲁棒预编码。本发明专利技术能够大幅降低导频开销，提高系统净频谱效率且导频分配算法适应性强，上行接收和下行预编码传输具有鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
多小区协调大规模MIMO导频复用传输方法
本专利技术涉及一种多小区多用户大规模MIMO系统通信领域，尤其涉及一种基于多小区协调的多用户大规模MIMO导频复用传输方法。
技术介绍
大规模MIMO技术可以深度挖掘利用空间维度资源，大幅提高数据传输速率、频谱效率和功率效率，满足未来宽带绿色无线通信需求，其独特的技术优势受到学术界及工业界的广泛关注。在MMO系统中，发送端预编码传输和接收端信号检测都需要掌握信道状态信息(CSI)jCSI的获取对MIMO系统至关重要。实际无线通信中CSI的获取通常基于导频辅助方法。然而，由于大规模MIMO数量众多的基站天线，传统频分双工技术因其与基站天线数目成正比的巨大导频开销及用于反馈CSI所需的巨大带宽而使其在大规模MMO中的应用变得异常困难。而时分双工(TDD)技术由于其上/下行信道互易性，基站可通过上行链路导频训练得到CSI，所产生的导频开销仅与用户端天线数目成正比，因而更适用于大规模MMO系统。在TDD系统中，已有导频调度方案使用的导频都是小区内完全正交、小区间完全复用的。导频数目与小区内用户天线数目成正比。尽管导频开销有所降低，但当用户数目较多，或者用户移动速度较快时，相干块长度短，可用于发送有用数据的符号时间相对减少，此时导频开销问题仍十分突出。如何降低导频开销，对大规模MIMO传输具有实际意义。在实际场景中，对于室外宏蜂窝小区，基站天线架设的位置通常较高，基站周围散射体较少，大部分信道能量通常集中于有限个空间方向上。此信道特性使得处于接近正交空间方向上的用户使用相同导频成为可能。基于此，本专利技术给出一种基于多小区协调的多用户大规模MIMO导频复用传输方法。
技术实现思路
技术问题:本专利技术的目的是提供一种基于多小区协调的多用户大规模MIMO导频复用传输方法，降低系统导频开销。该方法基本特点是:(I)采用多小区协调通信，多个小区构成一个小区簇，小区簇内所有用户统计信道信息需要通过各基站经回程链路发送给中央控制单元(负责协调小区簇内所有小区)，由中央控制单元进行导频的统一分配；(2)同一时频资源上，同小区用户不要求使用完全正交导频，不同小区也不要求完全复用同一套导频，各小区各用户使用的导频取决于用户统计信道信息，根据实际情况，允许同小区或不同小区的两个或多个用户使用同一导频。技术方案:一种基于多小区协调的多用户大规模MIMO导频复用传输方法，其特征在于该方法包括以下内容:I)将多个小区构成一个小区簇，小区簇内各小区基站分别配备由η根(η大于等于64)天线构成的大规模天线阵列，各基站在同一时频资源上与多个用户进行无线通信；2)各小区基站获取所述多个用户统计信道信息，其中所述统计信道信息通过用户反馈或基站直接估计来获取，或者通过上行探测信号获得；3)各小区基站将所述统计信道信息通过回程链路交予中央控制单元(负责协调小区簇内所有小区)，中央控制单元综合利用所有统计信道信息按照给定的准则，如信道估计均方误差之和最小准则，通过联合穷举最优或多小区协调导频复用分配算法对小区簇内所有用户进行联合导频分配，并将各小区导频分配结果通过回程链路发送给相应基站；4)各基站依据中央控制单元返回的本小区用户导频分配情况为本小区用户分配相应导频，各小区用户在同一时频资源上周期性发送各自分配到的导频给本小区基站，各基站依据接收到的导频信号对各用户进行信道估计；5)各小区用户在同一时频资源上发送上行数据，各基站基于最小均方误差准则利用信道估计以及估计误差的统计特性生成鲁棒接收矩阵，并对上行链路信号进行鲁棒接收从而获得发送信号估计值，进而获得发送比特数据流；6)各小区基站在同一时频资源上基于泄漏准则利用信道估计以及估计误差的统计特性生成鲁棒预编码矩阵并对将要发送给本小区用户设备的数据进行鲁棒预编码并发送，各用户设备对接收的信号进行处理获得下行发送比特数据流；7)在各用户移动过程中，随着各基站与各用户间信道长时统计特性的变化，各基站周期性获得更新后的统计信道信息，并将统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的小区簇内所有用户统计信道信息动态实施3)中所述导频分配方案，形成更新后的导频复用模式，并进而实施前述的导频复用传输方法；大规模天线阵列采用线阵列或圆阵列等多种阵列结构之一，每个天线阵列包含η个(η大于等于64)天线单元。各天线单元可采用单极化或多极化天线以及全向或扇区天线，当采用全向天线时，天线间间距为1/2波长，当采用120度或60度扇区天线时，天线间间距分别为1/W波长及I个波长。用户与基站间通信采用TDD技术；调制采用OFDM技术。通信过程中同一时频资源上用户与基站间通信信号包括上行链路信号与下行链路信号，其中上行链路信号又分为上行导频信号和上行数据信号，下行链路信号则只包含下行数据信号；通信过程包含统计信道信息获取、中央控制单元分配导频、上行信道训练、上行鲁棒接收数据传输以及下行鲁棒预编码数据传输五个阶段。同一时频资源上，同小区用户不要求使用完全正交导频，不同小区也不要求完全复用同一套导频，各小区各用户使用导频决定于用户统计信道信息，根据实际情况，允许同小区或不同小区的两个或多个用户使用同一导频。统计信道信息通过在用户端对通信过程中所估计的瞬时信道状态信息进行统计并反馈给基站的方式获得，或通过直接在基站端对所估计的瞬时信道状态信息反馈值进行统计的方式获得，或者通过用户端发送上行探测信号的方式获得。基站根据中央控制单元返回的本小区用户导频分配结果为本小区用户分配相应导频，各小区用户在同一时频资源上周期性发送各自分配到的导频给本小区基站，基站通过接收到的导频信号获得用户的信道估计及信道估计误差统计信息。有益效果:本专利技术提供的基于协作的多小区多用户大规模MMO导频复用传输方法具有如下优点:I)多小区多用户同时共享一套正交导频，小区间及小区内用户均可使用相同导频。因此，导频开销大大降低，系统净频谱效率得到有效提高。2)多小区协调导频分配算法复杂度低，能很好地应用于实际大规模MIMO系统；同时，该算法适用于任意给定导频长度(可用正交导频数)，算法结果可根据该给定值自动调整。因此，算法适应性强。3)基站根据各用户发送的导频估计信道时，充分考虑多小区多用户导频复用带来的影响。因此，信道估计准确度提高。4)基于最小均方误差估计准则的鲁棒接收机与基于泄漏准则的预编码器在对数据进行接收及预编码时，能充分考虑多小区多用户导频复用带来的影响。因此，系统鲁棒性提升。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本专利技术的一些实施例，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实施例的附图。图1多小区协调大规模MIMO无线通信系统示意图。图2多小区协调导频复用分配算法流程图。【具体实施方式】为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多小区协调大规模MIMO导频复用传输方法，其特征在于该方法包括以下内容：将多个小区构成一个小区簇,小区簇内的各个小区基站分别配备由n根天线构成的大规模天线阵列，各基站在同一时频资源上与多个用户进行无线通信，其中n大于等于64；各小区基站获取所述多个用户统计信道信息，其中所述统计信道信息通过用户反馈或基站直接估计来获取，或者通过上行探测信号获得；各小区基站将所述统计信道信息通过回程链路交予中央控制单元(负责协调小区簇内所有小区)，中央控制单元综合利用所有统计信道信息按照给定的准则,如信道估计均方误差之和最小准则,通过联合穷举最优或多小区协调导频复用分配算法对小区簇内所有用户进行联合导频分配，并将各小区导频分配结果通过回程链路发送给相应基站； 各基站依据中央控制单元返回的本小区用户导频分配情况为本小区用户分配相应导频，各小区用户在同一时频资源上周期性发送各自分配到的导频给本小区基站，各基站依据接收到的导频信号对各用户进行信道估计；各小区用户在同一时频资源上发送上行数据，各基站基于最小均方误差准则利用信道估计以及估计误差的统计特性生成鲁棒接收矩阵，并对上行链路信号进行鲁棒接收从而获得发送信号估计值，进而获得发送比特数据流；各小区基站在同一时频资源上基于泄漏准则利用信道估计以及估计误差的统计特性生成鲁棒预编码矩阵并对将要发送给本小区用户设备的数据进行鲁棒预编码并发送，各用户设备对接收的信号进行处理获得下行发送比特数据流；在各用户移动过程中，随着各基站与各用户间信道长时统计特性的变化，各基站周期性获得更新后的统计信道信息，并将统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的小区簇内所有用户统计信道信息动态实施3)中所述导频分配方案，形成更新后的导频复用模式，并进而实施1中所述的导频复用传输方法。...

【技术特征摘要】
1.一种多小区协调大规模MIMO导频复用传输方法，其特征在于该方法包括以下内容: 将多个小区构成一个小区簇，小区簇内的各个小区基站分别配备由η根天线构成的大规模天线阵列，各基站在同一时频资源上与多个用户进行无线通信，其中η大于等于64 ； 各小区基站获取所述多个用户统计信道信息，其中所述统计信道信息通过用户反馈或基站直接估计来获取，或者通过上行探测信号获得； 各小区基站将所述统计信道信息通过回程链路交予中央控制单元(负责协调小区簇内所有小区)，中央控制单元综合利用所有统计信道信息按照给定的准则，如信道估计均方误差之和最小准则，通过联合穷举最优或多小区协调导频复用分配算法对小区簇内所有用户进行联合导频分配，并将各小区导频分配结果通过回程链路发送给相应基站； 各基站依据中央控制单元返回的本小区用户导频分配情况为本小区用户分配相应导频，各小区用户在同一时频资源上周期性发送各自分配到的导频给本小区基站，各基站依据接收到的 导频信号对各用户进行信道估计； 各小区用户在同一时频资源上发送上行数据，各基站基于最小均方误差准则利用信道估计以及估计误差的统计特性生成鲁棒接收矩阵，并对上行链路信号进行鲁棒接收从而获得发送信号估计值，进而获得发送比特数据流； 各小区基站在同一时频资源上基于泄漏准则利用信道估计以及估计误差的统计特性生成鲁棒预编码矩阵并对将要发送给本小区用户设备的数据进行鲁棒预编码并发送，各用户设备对接收的信号进行处理获得下行发送比特数据流； 在各用户移动过程中，随着各基站与各用户间信道长时统计特性的变化，各基站周期性获得更新后的统计信道信息，并将统计信道信息通过回程链路发送给中央控制单元，中央控制单元根据更新后的小区簇内所有用户统计信道信息动态实施3)中所述导频分配方案，形成更新后的导频复用模式，并进而实施I中所述的导频复用传输方法。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲文，连腾腾，尤力，高西奇，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32