[发明专利]一种时分双工多基站协作系统中的低复杂度信道估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种时分双工多基站协作系统中的信道估计方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

令多个基站协作地进行传输或接收是有效解决同频蜂窝系统内小区间干扰问题的新兴技术之一。其基本理念是令若干个相互干扰较强的基站组成一个协作簇，让协作簇内的基站通过信息共享和传输协作，实现簇内小区间干扰的降低甚至消除。2008年，3GPP组织将这一概念（CoMP）引入了其LTE-A（Long Term Evolution-Advanced）的研究框架。

根据基站间是否共享用户的数据信息，CoMP可以分为两大类：联合传输/处理（Joint Processing，CoMP-JP）和协作调度/波束成形（Coordinate Schedule/Coordinate Beamforming，CoMP-CS/CB）。如果信道信息能够在基站端理想获得，并且这些信道信息以及用户的数据信息能够在基站间无延迟无误差的交换，那么可以实现相干协作传输，从而能够将基站间的干扰信号转换为有用信号以实现协作簇内传输性能的最大化。如果用户的数据信息不能够共享而信道信息可以在基站端获得并且共享，那么可以实现CoMP-CS/CB的非相干协作传输，从而通过相互协调调度用户和波束成形来避免对邻小区用户产生干扰。与CoMP-JP相比，CoMP-CS/CB的实现复杂度低，但是对小区边缘用户的性能改进也有限。无论是CoMP-JP还是CoMP-CS/CB技术，能够提高小区边缘用户性能的前提是协作簇的所有基站能够获得用户信道信息，而获得的信道信息的准确程度对协作传输会有很大影响。

在时分双工（Time Division Duplex,TDD）系统中，如果基站内和基站间的天线之间能够实现理想校准，则系统具有信道的上、下行互易特性。利用这一特性，系统可以通过在上行传输过程中令用户发送训练序列，使基站估计得到用户至基站间的信道。进一步地，基站间通过相互交换信道信息从而获得全局的信道。

一个两小区两用户CoMP系统如图1所示，基站1和基站2通过中心处理器实现信息共享，以协作方式服务用户A和用户B。每个用户到每个基站的上行信道分别为信道1，信道2，信道3，信道4。

由于基站服务多个小区的多个用户，那么一个基站与多个小区多个用户间的信道都需要估计。为了保证基站信道估计的性能，多小区多用户的训练序列往往需要正交。保证多小区多用户训练序列正交的方式包括时间正交，频域正交以及码字正交。在CoMP系统中，协作簇内的用户数将随着协作基站数量的增加线性增长。为了降低导频序列带来的额外开销，系统倾向于在一个正交频分复用（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing,OFDM）符号中复用尽可能多的用户，那么这就要求有更多的循环移位序列，而同一Zadoff-Chu序列生成的循环移位序列的数量与位移量成反比。

对于全带宽传输的系统，当序列的循环移位大于最大多径时延，那么基站利用离散傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）信道估计方法即可在时域上将不同用户的信道进行分离。但是，在实际系统中，为了降低对带外系统的干扰，往往在高频部分插入空载波。空载波的存在破坏了循环移位序列的正交性。若仍然采用传统DFT估计器，用户的时域信道之间存在交叠，从而降低了信道估计性能。若采用基于最小均方误差（Minimum Mean Square Error,MMSE）准则的估计器联合估计多个用户与基站间的信道，那么可以有效抑制空载波导致的多用户干扰。但是联合估计器需要计算高维矩阵的逆，因此复杂度非常高，此外联合估计器还需要信道的先验统计信息，这在实际系统中是难以实现的。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出一种时分双工多基站协作系统中的低复杂度信道估计方法，利用级数展开将联合MMSE估计器中的矩阵求逆转化为若干矩阵乘积，转化后的矩阵乘积采用简单的快速傅里叶变换（Fast Fourier Transformation,FFT）和逆快速傅里叶变换（Inverse Fast Fourier Transform,IFFT）运算实现，从而降低了估计器的复杂度。

一种时分双工多基站协作系统中的低复杂度信道估计方法，包括以下几个步骤：

步骤一：将用户发送的导频序列的基序列构成的对角矩阵S，与基站每根天线上接收的频域信号y，进行最小二乘处理，得到处理后的频域信号y′；

步骤二：利用频域信号y′计算初始时域信号向量v₀；

步骤三：设定初始迭代计数变量m＝0，获取初始的时域信道向量