天波大规模MIMO三重波束基信道建模及信道信息获取制造技术

本发明专利技术公开了天波大规模MIMO

【技术实现步骤摘要】
天波大规模MIMO三重波束基信道建模及信道信息获取


[0001]本专利技术属于通信
，涉及天波大规模MIMO
‑
OFDM三重波束基信道建模及信道信息获取相关方法与系统。

技术介绍

[0002]天波通信的工作频段通常为3
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30MHz，其可通过电离层的反射来实现上千公里的远距离通信，以实现全球网络的深度覆盖。与同样用于全球覆盖的卫星通信相比，天波通信具有诸多优势，如配置灵活、成本较低、抗干扰能力强以及无中继的长距离通信等。然而由于有限的频谱资源以及复杂多变的电离层条件等，传统天波通信的数据传输速率通常较低，使其在与卫星通信的竞争当中长期处于劣势。
[0003]大规模MIMO多输入多输出(Multiple
‑
Input Multiple
‑
Output,MIMO)技术通过在基站侧配置大量天线，可以在同一时频资源上同时服务于大量用户，从而大幅提升频谱效率和功率效率。大规模MIMO技术已经在陆地蜂窝通信当中得到了广泛的研究，且已成为5G系统的关键技术之一。将大规模MIMO技术应用于天波通信当中，可以有效地提升天波通信的频谱和功率效率。同时，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术作为一种多载波调制技术，可以有效地对抗宽带天波通信中频率选择性衰落所造成的影响，因此天波大规模MIMO
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OFDM通信是未来天波通信的重要发展方向。
[0004]大规模MIMO的性能依赖于所获取的信道状态信息(Channel State Information,CSI)的准确性，因此CSI的获取对于大规模MIMO系统来说至关重要。在陆地蜂窝通信当中，大规模MIMO信道估计已经得到了广泛的研究。而在天波大规模MIMO
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OFDM通信当中，由于天线数目的增多和用户个数的增加，传统的正交导频设计与信道估计算法会使导频开销以及计算复杂度大幅提升。同时，CSI获取的性能依赖于信道模型的准确性。当前已有的信道模型多是基于离散傅里叶变换的波束域统计信道模型，对于实际系统中天线数量有限的情况下，这种信道建模误差较大，从而导致信道估计性能降低。而对于天波大规模MIMO
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OFDM信道建模来说，当前存在的空间波束基统计信道模型也只考虑了角度域的稀疏特性。因此如何对天波大规模MIMO
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OFDM信道进行更准确的建模，以及如何降低导频开销以及设计低复杂度的信道信息获取方法成为天波大规模MIMO
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OFDM系统迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术的不足，本专利技术提出一种天波大规模MIMO
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OFDM的三重波束基统计信道模型，能够实现更加准确的信道建模，同时还提供信道信息获取的相关方法与系统，在保证获取的信道信息准确性的同时，可以进一步降低导频开销以及计算复杂度。
[0006]技术方案：为了达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]天波大规模MIMO
‑
OFDM的三重波束基信道建模方法，包括：
[0008]基站选定一组方向余弦、时延和多普勒频率采样点所对应的采样三重舵矢量，组
成三重波束矩阵；其中每一个采样三重舵矢量称为一个三重波束，由采样空间域舵矢量、采样频域舵矢量和采样时域舵矢量共同组成；
[0009]将所述三重波束矩阵与三重波束域信道矢量相乘，得到空间
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频率
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时间域信道矢量；所述三重波束域信道矢量为一个各元素独立非同分布的随机矢量。
[0010]进一步地，对方向余弦的采样范围是
‑
1到1，对时延的采样范围为0到最大时延扩展，对多普勒频率的采样范围是负最大多普勒频率到正最大多普勒频率；采样方式为均匀采样。
[0011]进一步地，对方向余弦、时延和多普勒频率分别划分的采样点个数为大于、等于或小于天线个数、等效时延扩展点数和等效多普勒扩展点数；所述等效时延扩展点数通过有效子载波个数与总子载波个数的比值再乘以循环前缀长度得到；所述等效多普勒扩展点数通过2倍的最大多普勒频率乘以一帧的总时长得到。
[0012]天波大规模MIMO
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OFDM的三重波束基统计信道模型，其中空间
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频率
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时间域信道矢量表示为三重波束矩阵与三重波束域信道矢量的乘积；所述三重波束矩阵由基站选定的一组方向余弦、时延和多普勒频率采样点所对应的采样三重舵矢量组成，其中每一个采样三重舵矢量称为一个三重波束，由采样空间域舵矢量、采样频域舵矢量和采样时域舵矢量共同组成；所述三重波束域信道矢量为一个各元素独立非同分布的随机矢量。
[0013]天波大规模MIMO
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OFDM用户分组和导频调度方法，包括：
[0014]基站基于所述的三重波束基统计信道模型，利用三重波束域统计信道信息或者空间波束域统计信道信息对各用户进行用户分组；所述空间波束域统计信道信息为三重波束域统计信道信息沿着频率波束域维度和时间波束域维度的求和；
[0015]基站对各用户组分配不同的导频序列，同一组内的用户复用同一导频序列，不同组的用户使用不同的导频序列。
[0016]进一步地，所述用户分组的准则为：同一组中任意两个用户之间的信道重叠度应尽可能小；信道重叠度较高的两个用户应尽可能被分配到不同的组里。
[0017]进一步地，用户之间的信道重叠度利用三重波束域统计信道信息或者空间波束域统计信道信息计算得到。
[0018]进一步地，所使用的导频序列是利用不同的相移因子对Zadoff
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Chu序列进行调制后生成的序列。
[0019]天波大规模MIMO
‑
OFDM信道估计方法，包括：
[0020]在上行链路中，基站接收各用户在无线帧中的导频段发送的导频信号，利用接收到的导频信号得到估计的三重波束域信道矢量；
[0021]根据所述的三重波束基统计信道模型，利用估计的三重波束域信道矢量来获取导频段和数据段的空间
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频率
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时间域信道矢量。
[0022]进一步地，三重波束域信道矢量的估计算法采用基于最小化约束Bethe自由能的信道估计算法。
[0023]进一步地，所述基于最小化约束Bethe自由能的信道估计算法将信道估计问题转化成最小化约束Bethe自由能的优化问题，优化问题的目标函数为Bethe自由能，约束条件包括均值一致性约束、均方一致性约束、方差一致性约束、平均均方一致性约束、平均方差一致性约束中的多种组合。
[0024]进一步地，优化问题求解方法采用拉格朗日乘子法。
[0025]进一步地，在信道估计过程以及三重波束域信道矢量和空间
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频率
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时间域信道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.天波大规模MIMO
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OFDM的三重波束基信道建模方法，其特征在于，包括：基站选定一组方向余弦、时延和多普勒频率采样点所对应的采样三重舵矢量，组成三重波束矩阵；其中每一个采样三重舵矢量称为一个三重波束，由采样空间域舵矢量、采样频域舵矢量和采样时域舵矢量共同组成；将所述三重波束矩阵与三重波束域信道矢量相乘，得到空间
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频率
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时间域信道矢量；所述三重波束域信道矢量为一个各元素独立非同分布的随机矢量。2.根据权利要求1所述的天波大规模MIMO
‑
OFDM的三重波束基信道建模方法，其特征在于，对方向余弦的采样范围是
‑
1到1，对时延的采样范围为0到最大时延扩展，对多普勒频率的采样范围是负最大多普勒频率到正最大多普勒频率；采样方式为均匀采样。3.根据权利要求1所述的天波大规模MIMO
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OFDM的三重波束基信道建模方法，其特征在于，对方向余弦、时延和多普勒频率分别划分的采样点个数为大于、等于或小于天线个数、等效时延扩展点数和等效多普勒扩展点数；所述等效时延扩展点数通过有效子载波个数与总子载波个数的比值再乘以循环前缀长度得到；所述等效多普勒扩展点数通过2倍的最大多普勒频率乘以一帧的总时长得到。4.天波大规模MIMO
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OFDM的三重波束基统计信道模型，其特征在于，其中空间
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频率
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时间域信道矢量表示为三重波束矩阵与三重波束域信道矢量的乘积；所述三重波束矩阵由基站选定的一组方向余弦、时延和多普勒频率采样点所对应的采样三重舵矢量组成，其中每一个采样三重舵矢量称为一个三重波束，由采样空间域舵矢量、采样频域舵矢量和采样时域舵矢量共同组成；所述三重波束域信道矢量为一个各元素独立非同分布的随机矢量。5.根据权利要求4所述的天波大规模MIMO
‑
OFDM的三重波束基统计信道模型，其特征在于，对方向余弦的采样范围是
‑
1到1，对时延的采样范围为0到最大时延扩展，对多普勒频率的采样范围是负最大多普勒频率到正最大多普勒频率；采样方式为均匀采样。6.根据权利要求4所述的天波大规模MIMO
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OFDM的三重波束基统计信道模型，其特征在于，对方向余弦、时延和多普勒频率分别划分的采样点个数为大于、等于或小于天线个数、等效时延扩展点数和等效多普勒扩展点数；所述等效时延扩展点数通过有效子载波个数与总子载波个数的比值再乘以循环前缀长度得到，所述等效多普勒扩展点数通过2倍的最大多普勒频率乘以一帧的总时长得到。7.天波大规模MIMO
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OFDM用户分组和导频调度方法，其特征在于，包括：基站基于权利要求4所述的三重波束基统计信道模型，利用三重波束域统计信道信息或者空间波束域统计信道信息对各用户进行用户分组；所述空间波束域统计信道信息为三重波束域统计信道信息沿着频率波束域维度和时间波束域维度的求和；基站对各用户组分配不同的导频序列，同一组内的用户复用同一导频序列，不同组的用户使用不同的导频序列。8.根据权利要求7所述的天波大规模MIMO
‑
OFDM用户分组和导频调度方法，其特征在于，所述用户分组的准则为：同一组中任意两个用户之间的信道重叠度应尽可能小；信道重叠度较高的两个用户应尽可能被分配到不同的组里。9.根据权利要求8所述的天波大规模MIMO
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OFDM用户分组和导频调度方法，其特征在于，用户之间的信道重叠度利用三重波束域统计信道信息或者空间波束域统计信道信息计算得到。
10.根据权利要求7所述的天波大规模MIMO
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OFDM用户分组和导频调度方法，其特征在于，所使用的导频序列是利用不同的相移因子对Zadoff
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Chu序列进行调制后生成的序列。11.天波大...

【专利技术属性】
技术研发人员：高西奇，石丁，宋霖峰，周文奇，王承祥，仲文，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：