多天线系统的信道估计方法及信道估计装置制造方法
【专利摘要】本申请实施例中提供了一种多天线系统的信道估计方法及信道估计装置。所述方法包括：在每个训练周期，根据导频信号确定当前训练周期第l个小区的基站期望信道角度延迟域的第一信道估计；根据一预设门限以及之前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计，确定所述当前训练周期所述期望信道的多径分量；根据所述当前训练周期所述期望信道的多径分量，确定所述当前训练周期所述期望信道角度延迟域的第二信道估计。本申请实施例的方法及装置通过利用预设门限以及各训练周期期望信道角度延迟域的信道估计抽取对应于期望信道的多径分量，进而能够实现消除导频污染的准确的信道估计。
【专利说明】多天线系统的信道估计方法及信道估计装置
【技术领域】
[0001] 本申请涉及多天线系统【技术领域】，尤其涉及一种多天线系统信道估计方法及信道 估计装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，多天线系统已经从理论研究阶段转到在现代无线蜂窝系统中的大规模应 用。在当今的无线通信领域，无论是在实际系统中还是在理论研究中，小区间的干扰早已经 成为一个瓶颈，这个瓶颈严重限制了通信系统的信道容量和吞吐率。为了减少小区间干扰， 目前的研究热点是多用户多入多出（ΜΙΜΟ,Multiple-Input Multiple-Output)干扰对齐技 术，以及协作网络。这些技术已经被证明可以有效减少小区间干扰。然而，面对呈指数增长 的数据量，包括无线电话业务，以及不断增长的无线数据需求，这些技术并不能从根本上带 来系统容量的飞跃，也无法满足用户的需求。
[0003] 大规模MMO (Massive ΜΜ0)是在基站安装大量天线以提高空间分辨率以及天线 阵列增益的新型技术，该技术以较低的功耗提供了较高的数据率，使得频谱利用率达到了 空前的水平，因此成为了第五代蜂窝网络非常有潜力的候选技术。
[0004] 大规模ΜΙΜΟ的主要问题是瞬时信道状态信息（CSI，Channel State Information) 的获取。在这种无线传输方案中，基站端有数量巨大的低功率小天线，天线数目远远超过同 时调度的单天线用户数量。大规模ΜΙΜ0可以使无线通信系统达到很高的吞吐率，当基站的 天线数趋近于无穷，信道容量应该是无限大。但是在实际应用的场景中，这并不成立。唯一 的限制因素就是导频污染（Pilot Contamination)。在具有理想的信道互易性的时分复 用（TDD, Time-Division Duplex)系统中，可通过上行导频辅助训练获得CSI。由于有限长 度的相干时间，可用的正交导频序列的数量是有限的。因此，在几个小区之间将复用导频序 列，相邻小区的用户发送相同的导频序列将导致基站进行信道估计的结果并非期望用户和 基站之间的信道，而是被其他小区的用户发送的训练序列污染之后的估计。由于天线的数 量趋近于无穷，导频污染成为系统性能（下行传输性能）的瓶颈。
【发明内容】
[0005] 本申请的目的在于提供一种多天线系统信道估计方案。
[0006] 根据本申请的第一方面，提供了一种多天线系统的信道估计方法，所述系统中包 括L个小区，每个小区包括具有Μ根天线的基站以及K个单天线用户，所述方法包括：
[0007] 在每个训练周期，根据导频信号确定当前训练周期第1个小区的基站期望信道角 度延迟域的第一信道估计；
[0008] 根据一预设门限以及之前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计，确定所述当 前训练周期所述期望信道的多径分量；
[0009] 根据所述当前训练周期所述期望信道的多径分量，确定所述当前训练周期所述期 望信道角度延迟域的第二信道估计；
[0010] 其中，L、M、以及K均为正整数，1 = (0,…，L-l)。
[0011] 根据本申请的第二方面，提供一种多天线系统的信道估计装置，所述系统中包括L 个小区，每个小区包括具有Μ根天线的基站以及K个单天线用户，所述装置包括：
[0012] 一第一确定模块，用于在每个训练周期，根据导频信号确定当前训练周期第1个 小区的基站期望信道角度延迟域的第一信道估计；
[0013] 一第二确定模块，用于根据一预设门限以及之前训练周期期望信道角度延迟域的 信道估计，确定所述当前训练周期所述期望信道的多径分量；
[0014] 根据所述当前训练周期所述期望信道的多径分量，确定所述当前训练周期所述期 望信道角度延迟域的第二信道估计；
[0015] 其中，L、M、以及1均为正整数，1 = (0,…，L-1)。
[0016] 本申请实施例的方法及装置通过利用预设门限以及各训练周期期望信道角度延 迟域的信道估计抽取对应于期望信道的多径分量，进而能够实现消除导频污染的准确的信 道估计。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1 (a)和图1 (b)是本申请实施例的多天线系统信道估计方法及装置中的角度延 迟域的原理示意及图表示意；
[0018] 图2是本申请实施例的多天线系统信道估计方法的流程图；
[0019] 图3是本申请实施例的多天线系统信道估计装置的第一种实现方式的框图； [0020]图4是本申请实施例的多天线系统信道估计装置的第一确定模块的一种实现方 式的框图；
[0021] 图5是本申请实施例的多天线系统信道估计装置的第二确定模块的一种实现方 式的框图；
[0022] 图6本申请实施例的多天线系统信道估计装置的第二种实现方式的框图；
[0023] 图7是本申请实施例的多天线系统信道估计装置的第三种实现方式的框图；
[0024] 图8是本申请各实施例的一种应用场景7]^意图；
[0025] 图9为图8所示的实例中导频分配示意图；
[0026] 图10(a)至图10(c)分别为图8所示实例中三个训练周期内第一集合多径分量的 角度延迟示意图；
[0027] 图11是本申请实施例的多天线系统信道估计装置的第四种实现方式的框图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图（若干附图中相同的标号表示相同的元素）和实施例，对本申请的
【具体实施方式】作进一步详细说明。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范 围。
[0029] 本领域技术人员可以理解，本申请中的"第一"、"第二"等术语仅用于区别不同步 骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
[0030] 本申请各实施例提供了一种多天线系统的新的信道估计方案，多天线系统指具有 无穷多或大规模数量的天线的0FDM系统，该系统具有L个小区，每个小区由一个具有Μ根 天线的基站和K(K<M)个单天线用户组成，L、M和K均为正整数。对于任一小区的基站，其 覆盖范围内的用户称为期望用户，期望用户与该基站之间的信道称为期望信道；与期望用 户复用导频的其他小区用户称为干扰用户，干扰用户与该基站之间的信道成为干扰信道。 在本申请各实施例的多天线系统中，期望信道和干扰信道均为具有稀疏特性的多径信道。 由于期望信道和干扰信道的各多径分量在稀疏信道中很难以同样的延迟到达接收侧（基 站），期望信道的多径分量和干扰信道的多径分量在时域上是可分的，此外，如图1(a)由于 信道在角度上的色散，信号通过信道的每条径到达天线的角度也不同，因此，期望信道的多 径分量和干扰信道的多径分量在角度域上也是可分的，在本申请各实施例的描述中，将信 号通过每条径以不同的角度和时间延迟到达天线称为"角度延迟"，如图1(b)所示，角度延 迟域上的非零位置（填充的方块）表示信号以相应的角度延迟达到天线。如果信道的每条 径的角度延迟是已知的，可从被污染的信道估计中抽取期望信道的多径分量，即可实现消 除导频污染的准确的信道估计。
[0031] 如图2所示，本申请实施例的多天线系统信道估计方法包括：
[0032] S220.在每个训练周期，根据导频信号确定当前训练周期第1个小区的基站期望 信道角度延迟域的第一信道估计，其中，1 =(〇，···，L-1)。
[0033] 在本申请各实施例中，"训练周期"指用户通过上行导频进行信道训练的周期，也 即用户每发一次上行导频信号的时间间隔。在步骤S220中，根据导频信号所确定的角度延 迟域的第一信道估计为粗略的估计，其中既包含期望信道的多径分量的估计，也包含干扰 信道的多径分量的估计。
[0034] S240.根据一预设门限以及之前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计，确定 所述当前训练周期所述期望信道的多径分量。
[0035] 由于多径信道呈现稀疏特性，多径传播通常由能量较强的主径（dominant paths) 构成，因此，角度延迟域的第一信道估计中的多数分量为零，且非零分量中所对应的径中的 一部分属于期望信道，将属于期望信道的径所对应的非零分量与属于干扰信道的径所对应 的非零分量区分开，能够消除导频污染。在步骤S240中，根据预设门限以及之前各训练周 期信道的角度延迟域的信道估计能够将角度延迟域的第一信道估计非零分量所对应的径 中属于期望信道的多径分量抽取出来。
[0036] S260.确定在步骤S240中确定的所述当前训练周期期望信道的多径分量，确定所 述当前训练周期所述期望信道角度延迟域的第二信道估计。所述当前训练周期所述期望 信道角度延迟域的第二信道估计为精确的信道估计，仅包含属于期望信道的多径分量的估 计。
[0037] 确定了当前训练周期期望信道角度延迟域的第一信道估计非零分量所对应的径 中属于期望信道的多径分量后，即可确定期望信道的多径分量的信道估计。
[0038] 综上，本申请实施例的方法能够通过利用预设门限以及之前各训练周期期望信道 角度延迟域的信道估计抽取对应于期望信道的多径分量，进而实现了消除导频污染的准 确的信道估计。
[0039] 在一种可能的实现方式中，S220进一步包括：
[0040] S222.根据导频信号确定当前训练周期第1个小区的基站各天线空间延迟域的信 道估计：
[0041]
【权利要求】
1. 一种多天线系统的信道估计方法，其特征在于，所述系统中包括L个小区，每个小区 包括具有Μ根天线的基站以及K个单天线用户，所述方法包括： 在每个训练周期，根据导频信号确定当前训练周期第1个小区的基站期望信道角度延 迟域的第一信道估计； 根据一预设门限以及之前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计，确定所述当前训 练周期所述期望信道的多径分量； 根据所述当前训练周期所述期望信道的多径分量，确定所述当前训练周期所述期望信 道角度延迟域的第二信道估计； 其中，L、M、以及Κ均为正整数，1 = (0,…，L-1)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 确定所述系统的导频分配方案； 根据所述分配方案调度本小区的上行训练。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述期望信道为期望用户到基站之间的 信道； 所述导频方案包括：在每个训练周期，将至少所述期望用户的导频分配给所述系统中 其他小区的不同用户。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述确定所述系统的导频分配方案中，通 过循环移位的方式为每个小区的用户分配导频。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述导频方案中为每个小区的用户分配 导频的导频分配矩阵如下：
其中，&表示第1个小区的导频分配矩阵，&的第[b，k]个元素表示第1个小区的第 k个用户在第b个训练周期内所分配的导频对应的索引，B表示训练周期数量，且B < Kmax， Kmax表示所述系统中用户最多的小区的用户数量，b = (0,…，B-1)。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述导频方案还包括：分配给相同的小区 内的用户的导频正交；不同的小区内的用户复用导频。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据导频信号确定当前 训练周期第1个小区的基站期望信道角度延迟域的第一信道估计包括： 根据导频信号确定当前训练周期第1个小区的基站期望信道空间延迟域的信道估计； 根据所述第1个小区的基站的天线阵列结构确定一角度域的正交基向量； 根据所述正交基向量将所述空间延迟域的信道估计转换为角度延迟域的信道估计。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据一预设门限以及之 前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计，确定所述当前训练周期所述期望信道的多径 分量包括： 根据所述预设门限及所述当前训练周期的所述期望信道角度延迟域的第一信道估计， 确定第一集合多径分量的角度延迟； 根据之前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计对应的多径分量的角度延迟与所 述第一集合多径分量的角度延迟的交集，确定第二集合多径分量。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 将所述当前训练周期所述期望信道角度延迟域的第二信道估计转换为空间延迟域的 信道估计。
10. -种多天线系统的信道估计装置，其特征在于，所述系统中包括L个小区，每个小 区包括具有Μ根天线的基站以及K个单天线用户，所述装置包括： 一第一确定模块，用于在每个训练周期，根据导频信号确定当前训练周期第1个小区 的基站期望信道角度延迟域的第一信道估计； 一第二确定模块，用于根据一预设门限以及之前训练周期期望信道的角度延迟域的信 道估计，确定所述当前训练周期所述期望信道的多径分量； 一第三确定模块，用于根据所述当前训练周期所述期望信道的多径分量，确定所述当 前训练周期所述期望信道的角度延迟域的第二信道估计； 其中，L、M、以及Κ均为正整数，1 = (0,…，L-1)。
11. 根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括： 一第四确定模块，用于确定所述系统的导频分配方案； 一调度模块，用于根据所述分配方案调度本小区的上行训练。
12. 根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述期望信道为期望用户到基站之间 的信道； 所述第四确定模块确定的所述导频方案包括：在每个训练周期，将至少所述期望用户 的导频分配给所述系统中其他小区的不同用户。
13. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块通过循环移位的方 式将至少所述期望用户的导频分配给所述系统中其他小区的不同用户。
14. 根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块按照下面的导频分 配矩阵为每个小区的用户分配导频：
其中，&表示第1个小区的导频分配矩阵，&的第[b，k]个元素表示第1个小区的第 k个用户在第b个训练周期内所分配的导频对应的索引，B表示训练周期数量，且B < Kmax， Kmax表示所述系统中用户最多的小区的用户数量，b = (0,…，B-1)。
15. 根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第四确定模块确定的所述导频方 案还包括：分配给相同的小区内的用户的导频正交；不同的小区内的用户复用导频。
16. 根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块包 括： 一第一确定单元，用于根据导频信号确定当前训练周期第1个小区的基站期望信道空 间延迟域的信道估计； 一第二确定单元，用于根据所述第1个小区的基站的天线阵列结构确定一角度域的正 交基向量； 一转换单元，用于根据所述正交基向量将所述空间延迟域的信道估计转换为角度延迟 域的信道估计。
17. 根据权利要求10至16中任一项所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块包 括： 一第三确定单元，用于根据所述预设门限及所述当前训练周期的所述期望信道角度延 迟域的第一信道估计，确定第一集合多径分量的角度延迟； 一第四确定单元，用于根据之前训练周期期望信道角度延迟域的信道估计对应的多径 分量的角度延迟与所述第一集合多径分量的角度延迟的交集，确定第二集合多径分量。
18. 根据权利要求10至17中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括： 一转换模块，用于将所述当前训练周期所述期望信道角度延迟域的第二信道估计转换 为空间延迟域的信道估计。
【文档编号】H04L25/02GK104158773SQ201410419625
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈致霖, 杨晨阳, 黄伟才 申请人:北京智谷睿拓技术服务有限公司