CN101867533A - 空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法 - Google Patents

Abstract

空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，为节省正交导频资源提供了可能；不同用户在发送天线域的导频信号可以占用同一时、频资源，从而可极大地降低系统资源的导频开销；该方法包括：针对采用预编码进行空分多址的多天线传输下行链路，在基站发送端，首先将各用户在预编码域所占用正交导频资源的个数确定为其可传输数据流的个数或所占空间维度，进而对所述预编码域正交导频进行与数据信号相同的实施空分多址传输的预编码，以获取用户在发送天线域的导频信号；各用户在预编码域的导频既可以在频域正交，也可以在码域正交，而不同用户在预编码域的导频既可以不相同，也可以相同；不同用户在发送天线域的导频信号可以占用同一时、频资源。

Description

空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及空分多址多天线(MIMO)传输下行链路导频与信道估计方法。

背景技术

采用多天线发送和多天线接收的MIMO传输技术是挖掘利用空间维度的无线资源、提高频谱利用率和功率利用率的基本途径，十余年来一直是移动通信领域研究开发的主流技术之一。由于移动终端配置多天线的局限性、基站端MIMO信道的角度扩展往往较小、以及可视径的存在等因素，单用户MIMO传输链路的性能往往受到很大的限制，难以充分挖掘利用空间维度的无线资源。为此，在同一时频资源上的多用户MIMO或空分多址MIMO传输技术得到重视，空分多址MIMO技术可以在较大程度上提高空间无线资源的利用率。

在空分多址MIMO系统中，由于上下行链路的非对称性，其信道分为上行多址接入信道(MAC)和下行广播信道(BC)，研究工作在这两个方面展开，而其重点则在下行链路。为了实现空分多址MIMO下行传输，需采用预编码技术以消除或抑制用户间干扰。实现空分多址的预编码技术包括利用短时信道状态信息的短时预编码和利用长时信道状态信息的长时预编码两类，短时预编码适用于固定和低速移动通信环境，而长时预编码则适用于中高速移动通信环境。

在实际系统中，为了准确及时地获取相干检测和信道测量所需的信道状态信息，常采用基于导频辅助的信道估计方法。在空分多址MIMO下行链路中，用于信道估计的正交导频数及其所占用时频资源数随着基站天线数的增加而增加，如何在有限的时频资源下进行导频与信道估计是空分多址MIMO下行链路亟需解决的关键问题之一。本发明给出一种用于空分多址多天线传输下行链路的导频与信道估计方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，为节省正交导频资源提供了可能；不同用户在发送天线域的导频信号可以占用同一时、频资源，从而可极大地降低系统资源的导频开销；各用户在预编码域的正交导频和数据信号采用的预编码方式相同，易于系统实现。

技术方案：本发明的一种空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法包括：针对采用预编码进行空分多址的多天线传输下行链路，在基站发送端，首先将各用户在预编码域所占用正交导频资源的个数确定为其可传输数据流的个数或所占空间维度，进而对所述预编码域正交导频进行与数据信号相同的实施空分多址传输的预编码，以获取用户在发送天线域的导频信号；各用户在预编码域的导频既可以在频域正交，也可以在码域正交，而不同用户在预编码域的导频既可以不相同，也可以相同；不同用户在发送天线域的导频信号可以占用同一时、频资源；在各用户的接收端，利用本地已知的发送导频信号和接收到的导频信号，获取各用户进行相干检测和信道测量所需的信道状态信息。

所述的空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，其特征在于所述的预编码既可以是利用短时信道状态信息的短时预编码，也可以是利用长时信道状态信息的长时预编码；若采用短时预编码实现空分多址，则导频信号和数据信号均在短时预编码域发送；若采用长时预编码实现空分多址，则导频信号在长时预编码域发送，而数据信号可在长时预编码域或长时预编码与短时预编码复合的预编码域发送。

所述的空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，其特征在于所述各用户进行相干检测和信道测量所需的信道状态信息是指实现空分多址的预编码域内的信道状态信息，在单个频点上描述此信道状态信息的矩阵、矢量或标量是相应的各用户信道矩阵或矢量与各用户预编码矩阵或矢量的乘积；各用户预编码域的此复合信道参数，可以利用各用户本地已知的发送导频信号和接收到的导频信号，并视可能存在的其他用户的导频信号为随机干扰，采用通常的最小二乘信道估计方法进行初始估计，并进而可利用解相关、插值以及滤波等技术获取更精确的估计。

有益效果：本发明提供的空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，不同用户在预编码域的正交导频既可以不相同，也可以相同，为节省正交导频资源提供了可能；不同用户在发送天线域的导频信号可以占用同一时、频资源，从而可极大地降低系统资源的导频开销；各用户在预编码域的正交导频和数据信号采用的预编码方式相同，易于系统实现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅表明本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为空分多址多天线传输下行链路系统框图。

图2为本发明所提供的空分多址多天线传输下行链路导频在预编码域的一种模式示意图，其中水平方向表示正交频分复用(OFDM)符号的不同频点，垂直方向表示不同用户在预编码域的不同发送数据流，S_k，j表示第k个用户在第j个数据流发送的预编码域导频信号。

图3为本发明所提供的空分多址多天线传输下行链路导频在发送天线域的一种模式示意图，其中水平方向表示OFDM符号的不同频点，垂直方向表示不同发送天线的发送信号，R_i表示第i根发送天线的导频信号。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1为空分多址多天线传输下行链路系统框图，为便于理解，实施例中采用基于OFDM技术的传输方案。假设基站天线数为N_T，用户数为K，第k个用户传输的独立数据流和接收天线数分别为N_S，k和N_k。为了节省正交导频资源，本发明将不同用户的导频放置在同一频率资源上，导频信号在频域的位置集合为：

Ω_P＝{α_p|α_p＝pD_f+α₀，p＝0，1，...，L_P-1}                    (1)

其中，α₀表示第一个导频信号的位置，D_f表示导频信号在频域的间隔，L_P表示导频信号的长度，第k个用户在预编码域内分配给第v个数据流的第p个导频表示为：

其中，k＝1，2，...，K，v＝0，1，...，N_S，k-1，p＝0，1，...，L_P-1，

表示向上取整运算，

表示长度为

的Zadoff-Chu序列的第m个元素。图2为本发明所提供的空分多址多天线传输下行链路导频在预编码域的一种模式示意图。值得注意的是，上述导频模式中，不同用户所采用的

或

既可以不相同，也可以相同。

令

表示由第k个用户在预编码域的第p个导频组成的向量，则第k个用户在发送天线域的第p个导频为U_ks_k(p)，进而可得基站在发送天线域的第p个导频信号为：

$X\left(p\right)=\underset{k=1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}{U}_k{s}_k\left(p\right)---\left(3\right)$

其中，U_k表示第k个用户实现空分多址所采用的预编码矩阵或矢量，其大小为N_T×N_S，k，且具有如下特性：

$E_H\left\{{\left|\right|H_k\left(n\right)U_j\left|\right|}_F^2\right\}\≈0,\∀k\≠j---\left(4\right)$

其中，H_k(n)表示第k个用户在第n个频点的频域信道参数；||·||_F表示矩阵的F范数；E_H{·}表示一定时间窗内求平均运算。公式(4)给出的条件表示空分多址传输的各用户间可能存在的干扰较小。图3为本发明所提供的空分多址多天线传输下行链路导频在发送天线域的一种模式示意图。值得注意的是，上述导频模式中，不同用户在发送天线域的导频信号是叠加在同一时频资源上发送的。

在接收端，各用户进行相干检测和信道测量所需的信道状态信息是指实现空分多址的预编码域内的信道状态信息，针对第k个用户，其在第n个频点上描述此信道状态信息的矩阵、矢量或标量是H_k(n)与U_k的乘积。为了估计各用户预编码域的此复合信道参数，可以利用各用户本地已知的发送导频信号和接收到的导频信号，并视可能存在的其他用户的导频信号为随机干扰，采用通常的最小二乘信道估计方法进行初始估计。

令Y_k(p)表示第k个用户在频域接收的第p个导频信号，则有：

Y_k(p)＝H_k(α_p)X(p)+Z_k(p)                            (5)

其中，H_k(α_p)表示第k个用户在第p个导频或第α_p个频点的频域信道参数，其大小为N_k×N_T；Z_k(p)表示加性高斯白噪声。将公式(3)代入公式(5)并整理可得：

$Y_k\left(p\right)={\stackrel{\‾}{H}}_k\left({\mathrm{\α}}_p\right)s_k\left(p\right)+{\tilde{Z}}_k\left(p\right)---\left(6\right)$

其中，

表示第k个用户在预编码域第p个导频或第α_p个频点处的复合信道参数，其大小为N_k×N_S，k；

表示第k个用户在第p个导频处的可能存在的干扰加噪声。若只考虑第k个用户在第μ根天线的接收导频，则根据公式(6)可得：

$Y_k^{\mathrm{\μ}}\left(p\right)=\underset{v=1}{\overset{N_{S,k}}{\mathrm{\Σ}}}{\stackrel{\‾}{H}}_k^{\mathrm{\μ},v}\left({\mathrm{\α}}_p\right)s_k^v\left(p\right)+{\tilde{Z}}_k^{\mathrm{\μ}}\left(p\right)---\left(7\right)$

其中，

表示矩阵

的第(μ，v)个元素；

和

分别表示Y_k(p)和

的第μ个元素。由公式(2)和(7)可知，当p mod N_S，k＝v时，

的最小二乘估计为：

根据公式(8)，可以获取一组等间隔频点上的复合信道参数，进而可利用解相关、插值以及滤波等技术获取更精确的估计。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，在没有超过本申请的精神和范围内，可以通过其他的方式实现。当前的实施例只是一种示范性的例子，不应该作为限制，所给出的具体内容不应该限制本申请的目的。例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，其特征在于该方法包括：针对采用预编码进行空分多址的多天线传输下行链路，在基站发送端，首先将各用户在预编码域所占用正交导频资源的个数确定为其可传输数据流的个数或所占空间维度，进而对所述预编码域正交导频进行与数据信号相同的实施空分多址传输的预编码，以获取用户在发送天线域的导频信号；各用户在预编码域的导频既可以在频域正交，也可以在码域正交，而不同用户在预编码域的导频既可以不相同，也可以相同；不同用户在发送天线域的导频信号可以占用同一时、频资源；在各用户的接收端，利用本地已知的发送导频信号和接收到的导频信号，获取各用户进行相干检测和信道测量所需的信道状态信息。

2.根据权利要求1所述的空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，其特征在于所述的预编码是利用短时信道状态信息的短时预编码，或是利用长时信道状态信息的长时预编码；若采用短时预编码实现空分多址，则导频信号和数据信号均在短时预编码域发送；若采用长时预编码实现空分多址，则导频信号在长时预编码域发送，而数据信号在长时预编码域或长时预编码与短时预编码复合的预编码域发送。

3.根据权利要求1所述的空分多址多天线传输下行链路导频与信道估计方法，其特征在于所述各用户进行相干检测和信道测量所需的信道状态信息是指实现空分多址的预编码域内的信道状态信息，在单个频点上描述此信道状态信息的矩阵、矢量或标量是相应的各用户信道矩阵或矢量与各用户预编码矩阵或矢量的乘积；各用户预编码域的此复合信道参数，利用各用户本地已知的发送导频信号和接收到的导频信号，并视可能存在的其他用户的导频信号为随机干扰，采用通常的最小二乘信道估计方法进行初始估计，并进而可利用解相关、插值以及滤波技术获取更精确的估计。

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