[发明专利]一种面向FDD系统的信道跟踪方法

说明书

本发明公开了一种面向FDD系统的信道跟踪方法，包括：上行跟踪步骤在初始时刻上行信道进行精确估计，获取包括一条或多条传播路径的增益、俯仰角、水平角以及时延的信道参数；然后在后续的时刻内工作，利用低复杂度优化算法以及在前一个时刻中获得的参数来跟踪变化。下行重建步骤在基站端利用获取的信道参数向用户端发送稀疏导频，用户端利用下行导频重新估计增益并反馈回基站端，最后基站端利用上行跟踪得到的变化信道的每条传播路径的俯仰角、水平角以及时延以及用户端反馈的增益对时变的下行信道进行重建。该发明提供了大规模天线阵时变信道的跟踪与重建方法，尤其克服了FDD大规模天线系统信道信息跟踪复杂度高的难题。

技术领域

本发明涉及一种面向FDD系统的信道跟踪方法，特别涉及一种大规模天线阵列频分双工(FDD)系统时变信道信息(CSI)跟踪与重建的低复杂度优化方法，属于无线通信领域。

背景技术

大规模天线技术在未来的第五代移动通信系统和未来通信系统中得到了广泛的应用。在过去的几十年里，获取信道状态信息(CSI)的技术一直在不断地发展和更新。大规模MIMO系统往往采用导频复用的方式，相邻小区间采用非正交导频，致使导频污染严重。目前商用的双工模式包括时分双工(TDD)和FDD。部分大规模MIMO系统采用TDD传输模式，在借助上行导频信号完成上行信道估计后，利用上下行信道之间的互易性，直接将上行信道估计结果应用于下行链路中。然而，大部分无线通信系统采用FDD传输模式，此时信道互易性不复存在，上行探测过程所估计的上行信道不能应用于下行链路。因此，CSI的获取成为大规模MIMO系统的难题之一。目前已有许多基于导频的信道重建方法被提出，它们大致可分为两大类，即非参数估计方法和参数估计方法。在非参数方法中，直接估计每对天线之间的CSI。在参数化方法中，每条路径的参数都是在信道被描述为一个数学模型后进行估计的，例如多个包含波达角、时延、增益参数的路径叠加。由于导频量大、反馈量大，非参数方法在FDD大规模天线阵列系统(LSASs)中很难得到应用，而参数化方法解决了这一瓶颈。

在参数化方法中，有研究结果提出上下行信道的波达角、时延等物理传播路径参数是互易的，利用基于压缩感知(CS)方法提取上行链路中各路径的参数，利用上行链路获得的频率无关参数重构下行信道。然而这种参数化方法的估计精确度依赖于搜索字典的分辨率，字典分辨率越高则精确度越高。由于信道参数随时间而变化，为了保证信道重建的性能不退化，因此需要经常更新这些参数的估计值，如果直接使用高分辨率字典会导致较高的复杂度，这对于时变信道而言并不能满足实际系统的需求。

综上所述，如何以较低的复杂度动态获取具有较高可用性的FDD大规模MIMO下行CSI成为第五代移动通信亟待突破的难题。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种面向FDD系统的下行时变信道跟踪方法，突破了FDD大规模MIMO系统时变下行CSI跟踪获取的瓶颈，利用物理路径参数慢时变的特性，以较小的时间复杂度，实现FDD大规模MIMO系统下行时变信道的跟踪与重建，同时保证了重建信道方法的实用性。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种面向FDD系统的信道跟踪方法，DD无线传输系统中，基站在初始时刻估计出上行CSI后，利用用户端波达角、时延参数连续变化的特性，基于前一时刻信道CSI构建后续时刻的低复杂度跟踪算法，实现时变信道参数跟踪获取；利用上下行角度互易性，向下行发送稀疏导频，使用户设备重新估计并反馈增益信息，利用估计出的上行CSI和下行重估并反馈的增益，跟踪重建下行时变信道。

该方法具体包括如下步骤：

步骤(1)：在初始时刻，用户端发送上行导频信号，基站端对接收到的信号进行信道参数的估计，得到初始时刻上行信道参数集，然后对下行信道增益重新估计并反馈回基站端，从而重建下行信道；