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1、10申请公布号CN104113496A43申请公布日20141022CN104113496A21申请号201410275875222申请日20140619H04L25/02200601H04B7/0620060171申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号72发明人屈代明孔德莹江涛74专利代理机构华中科技大学专利中心42201代理人梁鹏54发明名称一种利用序贯导频序列进行信道估计的方法57摘要本发明提供了一种利用序贯导频序列进行信道估计的方法。在这种方式下，用户采取序贯的导频发送方式，即不同的用户在不同的时隙交错发送导频。基站在某个时隙中，仅须对一个用户的信道进行估。
2、计，而后基站对该用户形成波束。在下个时隙中，基站对另一用户的信道进行估计。本发明能够有效解决传统的信道估计办法中导频序列须进行复杂的正交设计的问题，而且能够显著减小所需的导频序列的长度，并能够提升系统的吞吐量。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书5页附图1页10申请公布号CN104113496ACN104113496A1/2页21一种利用序贯导频序列进行信道估计的方法，其特征在于，所述方法包括步骤1，小区中的K个用户以序贯的方式向基站发送导频小区中的K个用户在同一个信道上同时向基站发送信号，基站采用大规模MIMO技术。
3、同时为这K个用户提供数据传输服务；所述K个用户序贯地向基站发送导频，在一个时间点上，仅有一个用户向基站发送导频，其他K1用户同时向基站发送上行数据；步骤2，基站在序贯导频发送方式下进行信道估计基站在一个信道上同时为K个用户提供服务；在某个时间点上，仅有用户K向基站发送导频，其余K1个用户均向基站发送上行数据，且其余K1个用户的信道已经在之前的发送导频和信道估计阶段中得到；基站接收到K个用户发送的信号之后，对用户K的信道进行估计。2如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中基站接收到K个用户发送的信号之后对用户K的信道进行估计，具体为采用投影法进行信道估计计算而后用Y对用户K的信道GK进行。
4、直接估计；其中Y为Y在与的列向量所张成的空间垂直的空间上的分量，为Y在的列向量所张成的空间上的投影，为的列向量所张成的空间的投影矩阵，为基站已经估计得到的其他K1个用户的信道组成的信道矩阵，GI是用户I到基站的N1维的信道向量，是用户I的信道的估计值，I1K，Y为基站收到K个用户发送的信号矩阵Y进行向量化算子之后得到的向量，N为基站的天线数目。3如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基站接收到K个用户发送的信号之后对用户K的信道进行估计，具体为采用线性最小均方误差法进行信道估计估计得到的用户信道为其中SK为用户发送的长度为L的导频序列，PD为用户发送数据的功率，2为高斯白噪声的功率，为基站已。
5、经估计得到的其他K1个用户的信道组成的信道矩阵，是信道GK的二阶矩，INN是NN维的单位矩阵,ILL是LL维的单位矩阵,Y为基站收到K个用户发送的信号矩阵Y进行向量化算子之后得到的向量，N为基站的天线数目,表示KRONECKER乘积运算。4如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述序贯导频发送方式为分组序贯导频发送方式，具体为将用户进行分组，不同组的用户在不同的时隙内发送导频，需满足KLT，其中K为用户的组数，每组用来发送导频的时隙长度为L个符号周期，信道的相关时间为T；同一组的用户使用简单的正交导频在同一时隙内发送导频，即同一组中的用户I和K发送的导频序列和满足正交关系权利要求书CN。
6、104113496A2/2页3其中L为导频序列的长度。5如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述序贯导频发送方式为多小区中的用户分组序贯导频发送方式，具体为将相邻小区的用户进行分组，每个组包含来自不同小区的多个用户，不同组的用户在不同的时隙内发送导频，同组的用户在相同时隙发送导频，同组的用户的导频序列相互正交。权利要求书CN104113496A1/5页4一种利用序贯导频序列进行信道估计的方法技术领域0001本发明属于大规模多天线无线通信技术领域，更具体地，涉及一种利用序贯导频序列进行信道估计的方法。背景技术0002大规模多输入多输出MASSIVEMULTIPLEINPUTMULTIP。
7、LEOUTPUT，MASSIVEMIMO技术的提出使频谱利用率达到了空前的水平，在这种传输方案中，基站端有数量巨大的低功率天线，天线数目远远超过同时调度的单天线用户数量。大规模MIMO技术可以使无线通信系统达到很高的吞吐量。传统的信道估计方法中，用户同时发送导频序列，基站在同一时刻对所有的用户进行信道估计。传统方法需要设计复杂的正交导频序列，且导频序列的设计依赖于用户的数目。发明内容0003针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种多用户序贯发送导频进行信道估计和数据通信的方法。可以在不进行复杂的导频正交序列的情况下对用户的信道进行估计，且几乎不损失系统性能。0004为实现上述目的，本。
8、发明提供了一种利用序贯导频序列进行信道估计的方法，包括0005步骤1，小区中的K个用户以序贯的方式向基站发送导频小区中的K个用户在同一个信道上同时向基站发送信号，基站采用大规模MIMO技术同时为这K个用户提供数据传输服务；所述K个用户序贯地向基站发送导频，在一个时间点上，仅有一个用户向基站发送导频，其他K1用户同时向基站发送上行数据；0006步骤2，基站在序贯导频发送方式下进行信道估计基站在一个信道上同时为K个用户提供服务；在某个时间点上，仅有用户K向基站发送导频，其余K1个用户均向基站发送上行数据，且其余K1个用户的信道已经在之前的发送导频和信道估计阶段中得到；基站接收到K个用户发送的信号之。
9、后，对用户K的信道进行估计。0007在本发明的一个实施例中，所述步骤2中基站接收到K个用户发送的信号之后对用户K的信道进行估计，具体为采用投影法进行信道估计0008计算而后用Y对用户K的信道GK进行直接估计；0009其中Y为Y在与的列向量所张成的空间垂直的空间上的分量，为Y在的列向量所张成的空间上的投影，为的列向量所张成的空间的投影矩阵，为基站已经估计得到的其他K1个用户的信道组成的信道矩阵，GI是用户I到基站的N1维的信道向量，是用户I的信道说明书CN104113496A2/5页5的估计值，I1K，Y为基站收到K个用户发送的信号矩阵Y进行向量化算子之后得到的向量，N为基站的天线数目。0010。
10、在本发明的一个实施例中，所述步骤2中基站接收到K个用户发送的信号之后对用户K的信道进行估计，具体为采用线性最小均方误差法进行信道估计，估计得到的用户信道为00110012其中SK为用户发送的长度为L的导频序列，PD为用户发送数据的功率，2为高斯白噪声的功率，为基站已经估计得到的其他K1个用户的信道组成的信道矩阵，是信道GK的二阶矩，INN是NN维的单位矩阵,ILL是LL维的单位矩阵,Y为基站收到K个用户发送的信号矩阵Y进行向量化算子之后得到的向量，N为基站的天线数目。0013在本发明的一个实施例中，所述序贯导频发送方式为分组序贯导频发送方式，具体为将用户进行分组，不同组的用户在不同的时隙内发送。
11、导频，需满足KLT，其中K为用户的组数，每组用来发送导频的时隙长度为L个符号周期，信道的相关时间为T；同一组的用户使用简单的正交导频在同一时隙内发送导频，即同一组中的用户I和K发送的导频序列和满足正交关系其中L为导频序列的长度。0014在本发明的一个实施例中，所述序贯导频发送方式为多小区中的用户分组序贯导频发送方式，具体为将相邻小区的用户进行分组，每个组包含来自不同小区的多个用户，不同组的用户在不同的时隙内发送导频，同组的用户在相同时隙发送导频，同组的用户的导频序列相互正交。0015总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明能够有效解决传统的信道估计办法中导频序列须进行复杂。
12、的正交设计的问题，而且能够显著减小所需的导频序列的长度，并能够提升系统的吞吐量。具有体现为00161解决导频设计中的复杂的正交设计问题0017在现有技术中，用户同时向基站发送导频，为了对用户的信道进行良好的估计，各个用户发送的导频序列需保持正交，因此需要在设计导频时需要进行复杂的正交设计。而本发明的技术方案则不需要对各个用户的导频进行正交设计。00182降低每个用户的导频长度0019现有的技术为了保证各个用户的导频序列的正交性所需要的导频的长度不小于用户的数目，因而导频长度会随着用户数目的增加而增大。而本发明的技术方案中的导频长度可以很短，且不会随着用户数目的增加而增大。00203提高系统的吞。
13、吐量0021虽然用户发送的导频信号和其他用户发送的数据信号并不存在正交性，在大规模MIMO系统中，基站依旧能获得用户的良好的估计信道。本发明的技术方案降低了导频的长说明书CN104113496A3/5页6度，用于发送数据信号的时频资源得到了增加，因此提高了时频资源的利用率，而且使用这种方案，能够支持更多的用户，会对系统的吞吐量有一定的提升。附图说明0022图1是本发明中序贯的导频序列发送方式示意图。具体实施方式0023为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下。
14、面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。0024如图1所示，本发明提出的大规模MIMO通信系统中，多用户序贯发送导频进行信道估计和数据通信的方法如下0025小区中的多个用户在同一个信道频率上同时向基站发送信号，基站采用大规模MIMO技术同时为这多个用户提供数据传输服务。多个用户序贯地向基站发送导频，在一个时间点上，仅有一个用户向基站发送导频，而其他用户可同时向基站发送上行数据。0026假设基站有N根天线，在一个信道上同时为K个用户提供服务。在某个时间点上，仅有用户K向基站发送导频，其余K1个用户均向基站发送上行数据，且其余K1个用户的信道已经在之前。
15、的发送导频和信道估计阶段中得到。基站接收到K个用户发送的信号之后，可使用投影法、LMMSE线性最小均方误差法在对用户K的信道进行估计时抑制来自K1个用户的数据信号造成的干扰。0027设信道矩阵为GG1G2GK，其中GI是用户I到基站的N1维的信道向量。假设导频长度为L。用户发送的信号矩阵为XX1X2XKT，其中XIXI,1XI,2XI,LT为第I个用户在L个符号周期内发送的信号序列,XKSKSI,1SI,2SI,LT是第K个用户向基站发送的导频序列则基站收到的信号矩阵为YGXW，W为信道中的零均值高斯白噪声。在对用户K的信道进行估计之前，其他K1个用户的信道已经得到估计，这些信道组成的信道矩阵。
16、为其他K1个用户的真实信道所组成的矩阵为这K1个用户所发送的数据矩阵为下面具体说明投影法和LMMSE法的实施方法。0028投影法在对某一用户进行信道估计时，采用将基站收到信号投影到已知用户信道空间的垂直空间上进行估计的方法。的列向量所张成的空间的投影矩阵为因此Y在的所张成的空间上的投影为因此Y在与的所张成的空间垂直的空间上的分量为而后用Y对用户K的信道进行直接估计。0029LMMSE法已知观测向量YVECY，使用LMMSE法对未知参数GK进行估计的公说明书CN104113496A4/5页7式为其中VEC是向量化算子。假设已知信道GK的二阶矩由EGK0,EY0，代入得0030通过计算0031令W。
17、VECW，003200330034其中，为KRONECKER积运算，PD为用户发送数据的功率，2为高斯白噪声的功率。0035从而00360037由于在实际中，基站无法确知信道矩阵因此使用估计值代替。从而，00380039在本发明的一个实施例中，所述序贯导频发送方式为分组序贯导频发送方式，具体为将用户进行分组，不同组的用户在不同的时隙内发送导频。设将用户分为K组，每组用来发送导频的时隙长度为L个符号周期，信道的相关时间为T，则需满足KLT。同一组的用户使用简单的正交导频在同一时隙内发送导频，即同一组中的用户I和K发送的导频序列和满足正交关系其中L为导说明书CN104113496A5/5页8频序列。
18、的长度。0040在本发明的另一实施例中，所述序贯导频发送方式为多小区中的用户分组序贯导频发送方式，具体为将相邻小区的用户进行分组，每个组包含来自不同小区的多个用户，不同组的用户在不同的时隙内发送导频，同组的用户在相同时隙发送导频，同组的用户的导频序列相互正交。0041以下以同一小区中多个用户的序贯导频发送为例说明本发明方法，具体如下。0042实施例0043本特定实施例为，小区中有10个用户在同一个信道频率上同时向拥有128根天线的基站发送信号，基站采用大规模MIMO技术同时为这多个用户提供数据传输服务，假设每个用户的导频长度为L1。0044在某个时间点上，仅有用户KK1,2,10向基站发送导频。
19、，其余9个用户均向基站发送上行数据，且其余9个用户的信道已经在之前的发送导频和信道估计阶段中得到。基站接收到这10个用户发送的信号之后，可使用投影法、LMMSE线性最小均方误差法在对用户K的信道进行估计时抑制来自其他9个用户的数据信号造成的干扰，对用户K的信道进行估计。假设基站接收到的信号向量为Y，已知的用户的信道向量所构成的信道矩阵为0045投影法在对用户K进行信道估计时，采用将基站收到信号投影到已知用户信道空间的垂直空间上进行估计的方法。Y在与的所张成的空间垂直的空间上的分量为再利用Y对用户K进行信道估计。0046LMMSE法00470048其中2是信道高斯白噪声的功率，SK为用户发送的长度为L的导频序列，PD为用户发送数据的功率，是信道GK的二阶矩。0049本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN104113496A1/1页9图1说明书附图CN104113496A。