[发明专利]用于MMW信道中的混合波束成形的信道估计的方法和系统

说明书

本发明提供了一种用于MMW信道中的混合模拟/数字波束成形的信道估计的方法和系统。该方法包括空间相关性矩阵估计步骤，其进一步包括：在下行链路训练周期的每个循环中，BS使用BS侧发送码本发送下行导频信号，UE使用UE侧接收码本来接收所述下行导频信号，并且根据UE在下行链路训练周期的所有循环中接收的下行导频信号来估计UE侧空间相关性矩阵；在上行链路训练周期的每个循环中，UE使用UE侧发送码本发送上行导频信号，BS使用BS侧接收码本来接收所述上行导频信号，并且根据BS在上行链路训练周期的所有循环中接收的上行导频信号来估计BS侧空间相关性矩阵。

技术领域

本发明概括而言涉及无线通信领域，更具体而言，涉及一种用于MMW信道中的混合模拟/数字波束成形的信道估计的方法和系统。

背景技术

近来，在毫米波(millimeter-wave，MMW)频带使用宽频谱已经被广泛接收作为一种支持下一代无线通信的极高数据率的重要方式。为了克服高路损的挑战并在MMW信道中建立具有合理信噪比(SNR)的链路，需要大的天线阵列来提供高的波束成形增益。MMW射频硬件的高成本和低功效使得不能够使用全数字多天线处理技术，因此混合预编码成为一种自然的适当的解决方案，因为其可以使用比天线数小的多的射频(RF)通道并且仍实现全数字预处理的大多数增益。

发明内容

为了实现高波束成形增益，发射机和接收机都需要知道(部分)信道状态信息(CSI)。传统的信道估计技术由于严重的路损和非常低的SNR而在MMW系统中性能很差。为了克服这一问题，MMW系统中的大多数现有的信道估计方法关注于基于码本的技术。在这些技术中，通信的每侧具有包含码字的码本，可以用作发送或接收波束成形向量。通信的一侧使用码本中的不同码字发送导频，另一侧使用码本中的各个码字接收导频。找到具有最大接收功率的导频并将对应的码字用作接下来的数据传输的发送和接收波束成形向量。一旦建立了这种波束对准，两侧将使用围绕所选择的码字的簇内的码字来周期性地发送/接收导频以跟踪信道的变化。然而，在这种基于码本的信道估计技术中，基站(BS)和用户设备(UE)估计最佳波束成形向量而不是信道信息，其对于单用户传输工作良好，但不能支持先进的多用户MIMO传输。

另一个问题是建立可靠连接之后如何保持链路质量。为了实现高波束成形增益，在MMW信道中需要窄波束，这增加了波束与由各种原因引起的信道变化的对准的敏感度，如移动电话的位移和旋转以及周围环境的移动。由于信道变化引起的波束失准可能导致链路质量严重下降。因此，如何快速重新对准波束并恢复可靠连接对于MMW系统来说是至关重要的。

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种两阶段信道估计技术用于MMW信道中的混合预编码，从而即使在非常低的SNR环境中，也能够以非常低的训练开销来提供混合预编码所需的CSI。

进一步地，本发明还提供了一种波束跟踪技术，其允许当失准发生时发射机和接收机快速重新对准它们的波束(以μs的量级)。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于MMW信道中的混合模拟/数字波束成形的信道估计的方法。该方法包括空间相关性矩阵估计步骤，其进一步包括：在下行链路训练周期的每个循环中，BS使用BS侧发送码本发送下行导频信号，UE使用UE侧接收码本来接收所述下行导频信号，并且根据UE在下行链路训练周期的所有循环中接收的下行导频信号来估计UE侧空间相关性矩阵；在上行链路训练周期的每个循环中，UE使用UE侧发送码本发送上行导频信号，BS使用BS侧接收码本来接收所述上行导频信号，并且根据BS在上行链路训练周期的所有循环中接收的上行导频信号来估计BS侧空间相关性矩阵。