[发明专利]一种大规模MIMO系统的联合信道估计方法与装置

摘要

本发明提出了一种面向大规模阵列天线MIMO通信系统的小尺度衰落信道估计方法。该方法首先对所有邻区的用户终端到目标小区基站的大尺度衰落估计值按从小到大进行排序并基于目标小区基站的信道估计剩余处理能力选择出邻区强干扰用户；在此基础上构建多小区大尺度衰落矩阵、多小区系统矩阵，并基于MMSE准则对基站端分离出的导频接收信号进行联合信道估计，从而获得目标小区用户到目标小区基站的上行小尺度衰落信道的高精度估计。此外，还基于干扰随机化原理对各用户上行导频序列进行周期性的随机分配，以减轻由于导频序列间互相关的差异性带来的邻区干扰。本发明可有效提高大规模MIMO系统的小尺度衰落信道估计的准确度。

主权项

一种大规模MIMO系统的联合信道估计方法，其特征在于，包括：步骤A：邻区强干扰用户排序与选择在每个预定义的强干扰用户选择周期的开始时刻，将目标小区的所有邻区中的所有活跃用户到目标小区基站的大尺度衰落估计值按从小到大进行排序，并根据当前目标小区的信道估计的剩余处理能力取前面若干个大尺度衰落估计值所对应的用户为邻区强干扰用户；具体的过程为：步骤a1：目标小区基站剩余处理能力的确定在每个预定义的强干扰用户选择周期的开始时刻，设目标小区基站总的信道估计处理能力为Ka个用户，设小区编号为l即第l号小区，当前目标小区的活跃用户数为Kl个，则当前目标小区信道估计的剩余处理能力为Kr＝Ka‑Kl个邻区用户；步骤a2：对邻区用户按其大尺度衰落排序设已知目标小区内所有活跃用户到其本小区基站天线的大尺度衰落估计矩阵为其中为目标小区内的第k个用户到目标小区基站的大尺度衰落，包括路径损耗和阴影衰落，的估计值；已知该目标小区的全部N个邻区，设小区编号为C1～CN，内各活跃用户到目标小区基站天线的大尺度衰落估计矩阵分别为j＝C1～CN，Kj为第j个邻区的当前活跃用户数；将目标小区的所有邻区的所有活跃用户的大尺度衰落估计值放在一起并按照从小到大的顺序排列；步骤a3：强干扰用户选择取排序后的前Kr个最小的大尺度衰落估计值所对应的邻区用户作为邻区强干扰用户；步骤B：构造联合信道估计的大尺度衰落矩阵将目标小区全部活跃用户和邻区强干扰用户的大尺度衰落估计值放在一起构造用于目标小区的多小区联合信道估计的大尺度衰落矩阵；具体的过程为：步骤b1：构建邻区强干扰用户的大尺度衰落矩阵将邻区强干扰用户的大尺度衰落按从小到大组合为强干扰用户大尺度衰落矩阵：式中n代表被选中强干扰用户所在邻区的小区编号；步骤b2：将目标小区用户大尺度衰落估计矩阵和邻区强干扰用户的大尺度衰落估计矩阵按以下方式组合，构建用于联合信道估计的大尺度衰落矩阵：D^‾l=D^ll00D^lSIU;]]>步骤C：构造联合信道估计的系统矩阵将目标小区全部活跃用户的导频序列和邻区强干扰用户的导频序列组合成为用于联合信道估计的新的系统矩阵；具体的过程为：将目标小区全部Kl个活跃用户的导频序列{ψlk}，k＝1～Kl和邻区Kr个强干扰用户的导频序列{ψnk}，k＝1～Kr按下式组合成为用于联合信道估计的新的系统矩阵：Ψ‾l=[ψ‾l1...ψ‾lKlψ‾n1...ψ‾nKr]]]>其中τ为导频序列长度；步骤D：基于MMSE准则的小尺度衰落多小区联合估计目标小区基站从天线接收信号中分离出导频接收信号，并利用所述步骤B和C所构造的大尺度衰落矩阵和系统矩阵，基于MMSE准则对导频接收信号进行多小区的联合信道估计，得到目标小区用户导频的小尺度衰落信道估计结果；具体的过程为：步骤d1：导频接收信号的分离目标小区的基站端从天线阵列各阵元上接收到的信号中，根据导频序列的定时关系，即导频在接收信号序列中的位置，和导频长度将接收的导频信号和上行数据信号分离，提取出各天线单元的导频接收信号序列；步骤d2：导频接收矩阵的构造将目标小区各天线单元上分离出的导频接收信号构造成为该小区的导频接收矩阵Yl，M为该小区基站大规模天线阵列的天线阵元数；步骤d3：定义为包含目标小区用户和邻区强干扰用户的小尺度衰落信道矩阵，基于MMSE准则对接收信号进行处理，按下式计算得到包含目标小区全部用户和邻区强干扰用户的小尺度衰落估计结果矩阵为：其中pr为用户导频信号平均发射功率；步骤d4：后处理取该估计结果矩阵中的前K行矢量，即可得到最终的目标小区用户导频的小尺度衰落估计结果；步骤E：更新各小区实际活跃用户数当目标小区内的活跃用户状态发生变化，更新受影响各小区的活跃用户数，同时根据所述步骤B和C重新构造用于联合信道估计的大尺度衰落矩阵和系统矩阵；步骤F：更新各小区活跃用户的导频分配在每个预定义的导频更新周期的开始，对各小区分别从其可选导频集合中为该小区内各活跃用户重新选择导频序列；该导频更新周期设为一定数量的导频发送周期所对应的时间长度；对各用户的导频的分配是在其可选导频序列集合中随机选择，且应保证同一小区内各用户的导频序列不重合。