面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法、基站技术

面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法和基站，该方法包括：接收所有用户发送的导频信号以计算各用户的导频信号协方差矩阵；对于每一个指定的用户，控制其不发送导频信号但与其使用相同导频信号的其他用户发送导频信号，获得除去该用户的导频信号协方差矩阵；根据用户的导频信号协方差矩阵和除去该用户的导频信号协方差矩阵计算得到信道的协方差矩阵；根据接收的导频信号、导频信号协方差矩阵、信道的协方差矩阵和信道时间相关系数估计信道并计算估计的信道的协方差矩阵。信道时间相关系数表示任意时刻的信道与初始状态的信道的相关程度，反映了信道的老化程度，故本方法能够获得更准确的信道知识抵抗信道老化效应，提高大规模MIMO网络的性能。提高大规模MIMO网络的性能。提高大规模MIMO网络的性能。

【技术实现步骤摘要】
面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法、基站


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法、基站。

技术介绍

[0002]大规模MIMO(Multiple Input Multiple Output，多输入多输出)移动通信网络已经成为第五代移动通信系统(5G)的关键技术之一，业内普遍认为它也是第六代移动通信系统(6G)的基础性关键技术。由于大规模MIMO系统使用了多天线空间分集技术，加之内生的信道硬化和良好传播效应使其能够指数级地提高网络频谱效率(Spectral Efficiency，SE)来应对未来超密集且具有高吞吐量需求的移动通信场景。大规模MIMO依靠精确的信道信息进行合并和预编码操作来实现它声称的性能增益。在无线通信过程中，一个时频资源块(子帧)通常包括信道估计阶段和数据传输阶段。在信道估计阶段，基站(Base Station，BS)接收用户发送的导频信号，对与用户进行通信的信道进行估计；在数据传输阶段，基站接收用户发送的数据信号，利用估计所得的信道，对接收的数据信号进行解码。当网络为大量且高移动性的设备用户(例如，未来自动驾驶车辆和无人机设备用户)估计信道时，需要使用大量的相互正交的导频来降低导频污染，从而导致了很大的导频开销。特别是，高移动性使无线信道快速时变，产生信道老化效应。信道老化效应会影响大规模MIMO网络的信道估计阶段和数据传输阶段。一方面，现有的基于导频的信道估计方法通常假设信道估计阶段信道保持不变；另一方面，现有的块衰落信道模型假设在相干块上进行数据传输时信道是时不变的，相干块大小一旦设计完成就保持不变，且每个相干块上仅估计一次信道。然而，这些假设与实际情况不符。因为高移动性的场景中，每个用户的无线信道都在以某种程度的速率时变。如果系统使用过时的/老化的信道信息为高移动性的用户设备进行合并和预编码操作，不可避免地会降低大规模MIMO网络的系统性能。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法和基站，解决的技术问题是现有的信道估计方法忽视了信道老化效应，导致大规模MIMO网络的性能降低。
[0004]根据第一方面，一种实施例中提供一种面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法，应用于基站，所述大规模MIMO信道估计方法包括：
[0005]进入信道估计准备状态；
[0006]接收所有用户发送的导频信号，根据所接收到的导频信号计算各用户的导频信号协方差矩阵；
[0007]对于每一个指定的用户k，控制其不发送导频信号但与其使用相同导频信号的其他用户都发送导频信号，根据所接收到的导频信号计算除去用户k的导频信号协方差矩阵其中k∈{1,2,3
……
K}，K为正整数，表示用户的数量，t
k
为正整数，表示用户k分配到的导频序列号；
[0008]根据用户k的导频信号协方差矩阵和除去用户k的导频信号协方差矩阵计算用户k的信道的协方差矩阵R
k
；
[0009]对于每一个用户k，根据其导频信号协方差矩阵信道的协方差矩阵R
k
，接收的导频信号以及预设的信道时间相关系数，计算估计的信道以及估计的信道的协方差矩阵Φ
k
，从而完成信道估计，其中信道时间相关系数用于表示任意时刻的信道与初始状态的信道的相关程度。
[0010]一种实施例中，所述接收所有用户发送的导频信号在从时刻1到时刻T1的时间段内进行，在此时间段内，所有用户发送各自的导频信号，其中T1为预设的第一导频传输时长；
[0011]所述对于每一个指定的用户k，控制其不发送导频信号但与其使用相同导频信号的其他用户都发送导频信号在从时刻T1+1到时刻T的时间段内进行，其中T为预设的导频传输总时长。
[0012]一种实施例中，t
k
∈{1,2
……
T1}，在从时刻1到时刻T1的时间段内，用户k只在时刻t
k
上发送导频信号，其他时刻不发送导频信号。
[0013]一种实施例中，所述对于每一个用户k，根据其导频信号协方差矩阵信道的协方差矩阵R
k
，接收的导频信号和预设的信道时间相关系数，计算估计的信道以及估计的信道的协方差矩阵Φ
k
在时刻T+1进行；
[0014]所述信道时间相关系数是时间间隔为T
s
τ的信道归一化时间相关系数ρ
k
[τ]，其中τ为整数，表示时延，T
s
表示抽样周期，ρ
k
[τ]表示用户k在时延为τ时的信道归一化时间相关系数。
[0015]一种实施例中，所述估计的信道表示为：
[0016][0017]其中y
p
[t
k
]表示在时刻t
k
接收到的导频信号，P为用户的发射功率；
[0018]所述协方差矩阵Φ
k
表示为：
[0019][0020]其中符号|.|表示求绝对值。
[0021]一种实施例中，所述大规模MIMO信道估计方法还包括：在所述接收所有用户发送的导频信号之前，为各用户分配导频序列，然后向各用户发送分配好的导频序列，其中导频序列的数量T1<K，导频序列按以下方式分配：
[0022]对于k∈{1,2,3
……
T1}的用户，随机分配任意一个未分配的导频序列t
k
给用户k，对于k∈{T1+1,
……
K}的用户，以最小化导频信号协方差矩阵的迹为准则，选择一个导频序列t
k
分配给用户k。
[0023]一种实施例中，所述大规模MIMO信道估计方法还包括：在完成信道估计之后，接收所有用户发送的数据信号，每个时隙计算系统可达性能，若系统可达性能较上一个时隙计算得到的系统可达性能变差，则重新进行信道估计。
[0024]一种实施例中，所述每个时隙计算系统可达性能，若系统可达性能较上一个时隙
计算得到的系统可达性能变差，则重新进行信道估计，包括：每接收到一个符号则计算各用户的频谱效率，将所有用户的频谱效率相加得到和频谱效率，若和频谱效率小于上一个符号计算得到的和频谱效率，则重新进行信道估计。
[0025]根据第二方面，一种实施例中提供一种基站，包括：
[0026]接收天线和发射天线；
[0027]处理器，用于通过所述接收天线接收用户发送的导频信号和/或数据信号，以及用于执行如上述第一方面所述的大规模MIMO信道估计方法。
[0028]根据第三方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如上述第一方面所述的大规模MIMO信道估计方法。
[0029]依据上述实施例的面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法和基站，首先接收所有用户发送的导频信号本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向高移动性通信的大规模MIMO信道估计方法，应用于基站，其特征在于，所述大规模MIMO信道估计方法包括：进入信道估计准备状态；接收所有用户发送的导频信号，根据所接收到的导频信号计算各用户的导频信号协方差矩阵；对于每一个指定的用户k，控制其不发送导频信号但与其使用相同导频信号的其他用户都发送导频信号，根据所接收到的导频信号计算除去用户k的导频信号协方差矩阵其中k∈{1,2,3
……
K}，K为正整数，表示用户的数量，t
k
为正整数，表示用户k分配到的导频序列号；根据用户k的导频信号协方差矩阵和除去用户k的导频信号协方差矩阵计算用户k的信道的协方差矩阵R
k
；对于每一个用户k，根据其导频信号协方差矩阵信道的协方差矩阵R
k
，接收的导频信号和预设的信道时间相关系数，计算估计的信道以及估计的信道的协方差矩阵Φ
k
，从而完成信道估计，其中信道时间相关系数用于表示任意时刻的信道与初始状态的信道的相关程度。2.如权利要求1所述的大规模MIMO信道估计方法，其特征在于，所述接收所有用户发送的导频信号在从时刻1到时刻T1的时间段内进行，在此时间段内，所有用户发送各自的导频信号，其中T1为预设的第一导频传输时长；所述对于每一个指定的用户k，控制其不发送导频信号但与其使用相同导频信号的其他用户都发送导频信号在从时刻T1+1到时刻T的时间段内进行，其中T为预设的导频传输总时长。3.如权利要求2所述的大规模MIMO信道估计方法，其特征在于，t
k
∈{1,2
……
T1}，在从时刻1到时刻T1的时间段内，用户k只在时刻t
k
上发送导频信号，其他时刻不发送导频信号。4.如权利要求3所述的大规模MIMO信道估计方法，其特征在于，所述对于每一个用户k，根据其导频信号协方差矩阵信道的协方差矩阵R
k
，接收的导频信号和预设的信道时间相关系数，计算估计的信道和估计的信道的协方差矩阵Φ
k
在时刻T+1进行；所述信道时间相关系数是时间间隔为T
s
τ的信道归一化时间相关系...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，李华福，孙晨阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：