[发明专利]一种基于无比率编码的大规模MIMO传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用多天线的多入多出（MIMO）无线通信，尤其涉及一种基于无比率编码的大规模MIMO传输方法，属于无线通信领域。

背景技术

随着智能移动终端的普及应用和移动新业务需求的不断发展，移动通信传输速率需求呈指数增长。为满足未来移动通信应用需求，需要深度挖掘利用空间无线资源，大幅提升无线通信的频谱利用率和功率利用率。采用多天线发送和多天线接收的多输入多输出（Multiple input multiple output, MIMO）技术，可以在不增加额外带宽和功率消耗的条件下，显著提高无线通信系统的频谱利用率。但传统MIMO技术受天线数量的限制（例如，3GPP的LTE-A标准中，基站最多可配置8根天线），频谱和功率效率仍然较低。在基站侧配备大规模天线阵列（数十根以上），以深度挖掘利用空间维度资源，成为未来无线通信的发展趋势之一。

2006年，贝尔实验室的Marzetta等首先提出了在基站侧配置大规模天线代替现有的多天线，基站天线数远大于其能够同时服务的单天线移动终端数，即大规模MIMO（Massive MIMO）技术。2010年，Marzetta等研究表明时分双工TDD模式下，大规模MIMO技术可以有效抑制小区间干扰。随着研究的深入，大规模MIMO技术还具有在同一时频资源上同时服务更多用户、更高数据速率及更低的功率消耗等优点。

大规模MIMO系统中，随着基站天线数目的增加，基站需要精确获取当前的信道状态信息，以保证系统通信的可靠性。TDD模式下，相关时间内，由于上、下行信道状态信息具有互易性，可以通过在上行信道传输训练序列辅助基站进行信道状态信息估计。若移动终端速度较快，多普勒频移较大，上、下行数据传输不满足相关性要求，此信道估计方法有一定局限性。若基站获取的信道状态信息不准确，传统的固定码率的信道编码方法不能自适应于每条链路的信道状态，每个用户的鲁棒性将得不到保证。

因此，在TDD模式下，传统的大规模MIMO传输方法存在一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于无比率编码的大规模MIMO传输方法，可以自适应于每条链路的信道状态，提高频谱效率和功率效率。该方法的基本特点是，1）利用无比率编码的码率无率性，可以自适应于各用户的链路状态，逼近香农限；2）在同一资源上通信的不同用户，若发生碰撞，不需要反馈重传，依据无比率编码的译码原理，只需将错误的编码数据包丢弃即可。

本发明所采用的技术方案：一种基于无比率编码的大规模MIMO传输方法，其特征在于：

基站侧配备大规模阵列天线，基站在同一时频资源上与多个用户进行无线通信，通信采用TDD方式，通信过程包括上行信道探测和导频调度、上行信道训练、下行无比率编码、下行预编码数据传输；

在上行信道探测和导频调度阶段，各用户在不同的时频资源上发送上行探测信号，基站依据接收到的探测信号获取各用户的统计信道信息；基站侧利用统计信道信息，进行导频资源调度，确定各用户所使用的导频信号；

在上行信道训练阶段，各用户在同一时频资源上周期性地发送各自所分配到的上行导频信号，基站依据收到的导频信号进行各用户的信道估计；

在下行无比率编码数据传输阶段，基站实施无比率编码，在同一时频资源上向各用户同时发送无比率编码数据包；

在下行预编码数据传输阶段，基站利用上行信道估计值，将无比率编码数据包实施预编码，在同一时频资源上向各用户同时发送数据信号，各用户分别进行接收处理。

所述大规模MIMO无线通信系统中基站侧天线阵列包含数十个以上的天线单元，各天线单元之间的间距与载波的波长成正比，并满足独立性；例如当各天线采用全向天线时，各天线之间的间距为1/2波长；通信的上下行采用TDD方式，通信过程包括上行信道探测和导频调度、上行信道训练、下行无比率编码、下行预编码数据传输。

所述的统计信道信息获取由上行链路的信道探测过程完成；各用户周期性地发送上行探测信号，每个用户发送的探测信号相互正交；基站依据接收到的上行探测信号，利用样本加强平均方法，估计出各用户的统计信道信息。

所述的导频调度在基站侧依据各用户的统计信道信息完成，基站依据一定的准则，例如均方误差之和最小准则，对小区中的用户及可用导频资源进行调度，确定导频复用模式，即各用户使用的导频信号。

在上行信道训练阶段，各调度用户在给定的时频资源上发送各自所分配到的导频信号；基站利用接收到的上行导频信号和各用户信道的统计信息，实现各调度用户的信道估计，获取信道估计值。